1.LED的主要光学参数

（1）光通量

人眼对各种波长的光的视觉灵敏度不同，因此不能直接使用光源辐射能量来衡量光能的大小，而必须用人眼对光的相对感觉量即光通量（Φ）来衡量。光通量是指在单位时间内，波长在380～780nm之间的可见光范围内光源向整个空间所辐射出的总能量，单位为流明（lm）。光源的光通量越大，则人眼感觉越明亮。

（2）发光效率

发光效率是指电光源所发出的光通量与它的总输入电功率之比，单位为流明/瓦（lm/W）。发光效率通常简称光效，表征了光源的节能特性，是衡量现代光源性能的重要指标之一。

（3）发光强度

发光强度（I）是指点光源在给定方向单位球面角度内发射的光通量，单位为坎德拉（cd），公式表示为，其中，dΩ为点光源对给定方向面积元dA所张的立体角。LED的发光强度是表征其在某个方向上的发光强弱，这个参数的实际意义很大，直接影响到LED灯具的最小观察角度。很多LED采用圆柱形、圆球形封装，有凸透镜的作用，因此具有很强指向性：位于法向方向的发光强度最大，当偏离法向方向不同角度时，发光强度也随之变化。典型LED的发光强度分布如图1-5所示，左半边为极坐标图（极径为相对发光强度，极角为偏离法向角度），右半边为平面坐标图（横轴为偏离法向角度，纵轴为相对发光强度）。

图1-5 典型LED的发光强度分布

（4）照度

照度（E）是指受照表面单位面积上的光通量，单位为勒克斯（lx），即流明/平方米（lm/m²），照度是衡量物体表面被光源照亮的程度。公式表示为，Φ为受照表面接收到的光源光通量，σ为受照物体表面面积。对点光源而言，dΦ=IdΩ，因此，受照面上某点的照度（E）和该点至点光源距离（d）的二次方成反比，和光强（I）及入射角（θ）的余弦均成正比，即[2]

（5）峰值发光波长及其光谱分布

LED所发的光不是单一波长。LED的波长分布有的不对称，有的则具有很好的对称性，具体取决于所用的材料种类及其结构等因素，典型LED的光谱如图1-6所示。不同LED的光谱分布曲线尽管所处的波长范围和形状不同，但都有一个相对发光强度最大处，与相对发光强度峰值对应的波长称为峰值发光波长λ₀。在1/2峰值相对发光强度对应的两波长之差称为光谱半波宽度Δl。LED的光谱特征表征其单色性的优劣和其主要颜色的纯正性。像交通信号灯等场合，对LED的光色要求比较严格。

图1-6 典型LED的光谱图

（6）发光亮度

发光强度的概念不能直接应用于不可看作点光源的广光源，此时需用发光亮度来描述。光源表面的发光亮度（L）是在给定方向上发光体表面单位投影面积的发光强度，单位为cd/m²。它是衡量LED发光性能的又一重要参数，具有很强方向性。(www.daowen.com)

（7）寿命

LED的光输出会随着长时间工作而出现衰减，一般在开始的一段时间内光输出衰减较快，随后的一段时间衰减较慢，但在即将耗尽或发生灾变性失效阶段，光输出急剧衰减。LED光输出衰减趋势可近似表示为

L_t=L₀e^-t/τ （1-3）

式中，L_t为t时间后的光输出；L₀为初始光输出；t为老化时间常数。

通常把光输出衰减到初始值的一定比例所经历的时间称为LED的寿命，单位为小时（h）。LED光输出降到L_t=50%L₀所经历的时间t称为L₅₀寿命，光输出降到L_t=70%L₀所经历的时间t称为L₇₀寿命，分别适用于不同应用领域，一般通用照明采用L₇₀，装饰照明采用L₅₀，国内外许多标准都对LED寿命做了限制。虽然各LED厂商均声称其LED的使用寿命可达50000～100000h，但在实际使用过程中，多种因素影响都会引起LED寿命下降，往往达不到50000h。影响LED寿命的因素包括静电影响、封装中各种材料的热膨胀系数失配及LED电极材料不均等^[3]。

2.LED的光电特性

LED的发光亮度L与正向电流I_F近似成正比，即

L=KI^m_F （1-4）

式中，K为比例系数。

在小电流范围内（I_F=1～10mA），m=1.3～1.5；当I_F＞10mA时，m=1，式（1-4）可简化为

L=KI_F （1-5）

即LED的发光亮度与正向电流成正比。

当LED的PN结加正向电压时，流动的少子和多子数量越多，发出的光线越强；同时在PN结内流动的少子和多子数量越多，单位时间内流过PN结横截面的电荷数也越多，复合就越多。因此，LED的光通量基本随流过LED的正向电流线性变化。图1-7所示为大功率LED（白光LED，型号为CSHV-NL60SWG4-A2，额定功率1W，额定电流350mA，正向工作电压典型值为3.4V，光效典型值为80lm/W）在常温下（25℃）相对光通量Ф与正向电流I_F的关系曲线。

图1-7 相对光通量Ф与正向电流I_F的关系曲线

由上述LED的光电特性可知，其发光亮度和光通量均与正向电流大小基本成正比关系，这意味着控制LED的正向电流即可控制其光输出。