3 光通量

　　光通量F是表征LED總光輸出的輻射能量，它標(biāo)志器件的性能優(yōu)劣。F為L(zhǎng)ED向各個(gè)方向發(fā)光的能量之和，它與工作電流直接有關(guān)。隨著電流增加，LED光通量隨之增大。可見光LED的光通量單位為流明（lm）。

　　LED向外輻射的功率--光通量與芯片材料、封裝工藝水平及外加恒流源大小有關(guān)。目前單色LED的光通量最大約1lm，白光LED的F≈1.5~1.8lm（小芯片），對(duì)于1mm×1mm的功率級(jí)芯片制成白光LED，其F=18lm。

　　4 發(fā)光效率和視覺靈敏度

　?、貺ED效率有內(nèi)部效率（pn結(jié)附近由電能轉(zhuǎn)化成光能的效率）與外部效率（輻射到外部的效率）。前者只是用來(lái)分析和評(píng)價(jià)芯片優(yōu)劣的特性。

　　LED光電最重要的特性是用輻射出光能量（發(fā)光量）與輸入電能之比，即發(fā)光效率。

　?、谝曈X靈敏度是使用照明與光度學(xué)中一些參量。人的視覺靈敏度在λ=555nm處有一個(gè)最大值680lm/w。若視覺靈敏度記為Kλ，則發(fā)光能量P與可見光通量F之間關(guān)系為P=∫Pλdλ；F=∫KλPλdλ

　?、郯l(fā)光效率--量子效率η=發(fā)射的光子數(shù)/pn結(jié)載流子數(shù)=（e/hcI）∫λPλdλ

　　若輸入能量為W=UI，則發(fā)光能量效率ηP=P/W

　　若光子能量hc=ev，則η≈ηP，則總光通F=（F/P）P=KηPW式中K=F/P

　　④流明效率：LED的光通量F/外加耗電功率W=KηP

　　它是評(píng)價(jià)具有外封裝LED特性，LED的流明效率高指在同樣外加電流下輻射可見光的能量較大，故也叫可見光發(fā)光效率。

        以下列出幾種常見LED流明效率（可見光發(fā)光效率）：

　　LED發(fā)光顏色λp（nm）材料可見光發(fā)光效率（lm/w）外量子效率

　　最高值平均值

　　紅光700660650GaP：Zn-OGaAlAsGaAsP2.40.270.38120.50.51~30.30.2

　　黃光590GaP：N-N0.450.1

　　綠光555GaP：N4.20.70.015~0.15

　　藍(lán)光465GaN10

　　白光譜帶GaN+YAG小芯片1.6，大芯片18

　　品質(zhì)優(yōu)良的LED要求向外輻射的光能量大，向外發(fā)出的光盡可能多，即外部效率要高。事實(shí)上，LED向外發(fā)光僅是內(nèi)部發(fā)光的一部分，總的發(fā)光效率應(yīng)為

　　η=ηiηcηe，式中ηi向?yàn)閜、n結(jié)區(qū)少子注入效率，ηc為在勢(shì)壘區(qū)少子與多子復(fù)合效率，ηe為外部出光（光取出效率）效率。

　　由于LED材料折射率很高ηi≈3.6。當(dāng)芯片發(fā)出光在晶體材料與空氣界面時(shí)（無(wú)環(huán)氧封裝）若垂直入射，被空氣反射，反射率為（n1-1）2/（n1+1）2=0.32，反射出的占32%，鑒于晶體本身對(duì)光有相當(dāng)一部分的吸收，于是大大降低了外部出光效率。

　　為了進(jìn)一步提高外部出光效率ηe可采取以下措施：①用折射率較高的透明材料（環(huán)氧樹脂n=1.55并不理想）覆蓋在芯片表面；②把芯片晶體表面加工成半球形；③用Eg大的化合物半導(dǎo)體作襯底以減少晶體內(nèi)光吸收。有人曾經(jīng)用n=2.4~2.6的低熔點(diǎn)玻璃[成分As-S(Se)-Br(I)]且熱塑性大的作封帽，可使紅外GaAs、GaAsP、GaAlAs的LED效率提高4~6倍。

       5 發(fā)光亮度

　　亮度是LED發(fā)光性能又一重要參數(shù)，具有很強(qiáng)方向性。其正法線方向的亮度BO=IO/A，指定某方向上發(fā)光體表面亮度等于發(fā)光體表面上單位投射面積在單位立體角內(nèi)所輻射的光通量，單位為cd/m2或Nit。

　　若光源表面是理想漫反射面，亮度BO與方向無(wú)關(guān)為常數(shù)。晴朗的藍(lán)天和熒光燈的表面亮度約為7000Nit（尼特），從地面看太陽(yáng)表面亮度約為14×108Nit。

　　LED亮度與外加電流密度有關(guān)，一般的LED，JO（電流密度）增加BO(亮度)也近似增大。另外，亮度還與環(huán)境溫度有關(guān)，環(huán)境溫度升高，ηc（復(fù)合效率）下降，BO減小。當(dāng)環(huán)境溫度不變，電流增大足以引起pn結(jié)結(jié)溫升高，溫升后，亮度呈飽和狀態(tài)。

　　6 壽命

　　老化：LED發(fā)光亮度隨著長(zhǎng)時(shí)間工作而出現(xiàn)光強(qiáng)或光亮度衰減現(xiàn)象。器件老化程度與外加恒流源的大小有關(guān)，可描述為Bt=BOe-t/τ，Bt為t時(shí)間后的亮度，BO為初始亮度。

　　通常把亮度降到Bt=1/2BO所經(jīng)歷的時(shí)間t稱為二極管的壽命。測(cè)定t要花很長(zhǎng)的時(shí)間，通常以推算求得壽命。測(cè)量方法：給LED通以一定恒流源，點(diǎn)燃103~104小時(shí)后，先后測(cè)得BO，Bt=1000~10000，代入Bt=BOe-t/τ求出τ；再把Bt=1/2BO代入，可求出壽命t。

　　長(zhǎng)期以來(lái)總認(rèn)為L(zhǎng)ED壽命為106小時(shí)，這是指單個(gè)LED在IF=20mA下。隨著功率型LED開發(fā)應(yīng)用，國(guó)外學(xué)者認(rèn)為以LED的光衰減百分比數(shù)值作為壽命的依據(jù)。如LED的光衰減為原來(lái)35%，壽命＞6000h。