LED的參數與特性

2.4 發光效率和視覺靈敏度

① LED效率有內部效率（pn結附近由電能轉化成光能的效率）與外部效率（輻射到外部的效率）。前者只是用來分析和評價芯片優劣的特性。LED光電最重要的特性是用輻射出光能量（發光量）與輸入電能之比，即發光效率。

② 視覺靈敏度是使用照明與光度學中一些參量。人的視覺靈敏度在λ = 555nm 處有一個最大值680 lm/w，若視覺靈敏度記為Kλ，則發光能量P 與可見光通量F 之間關系為P=∫Pλdλ ； F=∫KλPλdλ

③ 發光效率——量子效率η=發射的光子數/pn 結載流子數=（e/hcI）∫λPλdλ。若輸入能量為W=UI，則發光能量效率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
它是評價具有外封裝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，故也叫可見光發光效率。

以下列出幾種常見LED 流明效率（可見光發光效率）：

品質優良的LED 要求向外輻射的光能量大，向外發出的光盡可能多，即外部效率要高。事實上，LED 向外發光僅是內部發光的一部分，總的發光效率應為η=ηiηcηe，式中ηi 向為p、n 結區少子注入效率，ηc 為在勢壘區少子與多子復合效率，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。當芯片發出光在晶體材料與空氣界面時（無環氧封裝）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%，鑒于晶體本身對光有相當一部分的吸收，于是大大降低了外部出光效率。為了進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大的化合物半導體作襯底以減少晶體內光吸收。有人曾經用n=2.4~2.6的低熔點玻璃[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。

2.5 發光亮度

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

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

LED 亮度與外加電流密度有關，一般的LED，JO（電流密度）增加BO 也近似增大。另外，亮度還與環境溫度有關，環境溫度升高，ηc（復合效率）下降，BO減小。當環境溫度不變，電流增大足以引起pn結結溫升高，溫升后，亮度呈飽和狀態。

2.6 壽命

老化：LED 發光亮度隨著長時間工作而出現光強或光亮度衰減現象。器件老化程度與外加恒流源的大小有關，可描述為Bt=BO e-t/τ，Bt 為t 時間后的亮度，BO 為初始亮度。

通常把亮度降到Bt=1/2BO 所經歷的時間t 稱為二極管的壽命。測定t 要花很長的時間，通常以推算求得壽命。

測量方法：給LED 通以一定恒流源，點燃103 ~104小時后， 先后測得BO ，Bt=1000~10000，代入Bt=BO e-t/τ求出τ；再把Bt=1/2BO代入，可求出壽命t。