1）电学特性

（1）LED的伏-安特性

LED的伏-安特性是流过芯片PN结电流随施加到PN结两端上电压变化的特性，它是衡量PN结性能的主要参数，是PN结制作优劣的重要标志。LED具有单向导电性和非线性特性（见图3-11）。

图3-11　LED伏-安特性示意图

（2）允许功耗P

当流过LED的电流为IF，管压降为UF，那么LED的实际功率消耗P为：

LED工作时，外加偏压、偏流一部分促使载流子复合发出光，还有一部分变为热，使结温升高。若结温大于外部环境温度时，内部热量借助管座向外传热，散逸热量。

为保证LED安全工作，应该保证实际功率在最大允许功耗范围内。

2）光学特性

发光二极管有红外（非可见）与可见光两个系列，前者可用辐射度，后者可用光度学来量度其光学特性。

（1）LED发光强度（法向光强）及其角分布Iθ

发光强度（法向光强）是表征发光器件发光强弱的重要性能。LED大量应用要求是圆柱、圆球封装，由于凸透镜的作用，故都具有很强指向性：位于法向方向光强最大，其与水平面交角为90°。当偏离正法向不同θ角度，光强也随之变化。发光强度随着不同封装形状而强度依赖角方向。

发光强度的角分布Iθ是描述LED发光在空间各个方向上光强分布。它主要取决于封装的工艺（包括支架、模粒头、环氧树脂中添加散射剂与否）。

当前几种常用封装的散射角（2θ1／2角）有5°、10°、30°、45°。

图3-12　不同LED发光强度角分布示意图

图3-12给出了两只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况。中垂线（法线）的坐标为相对发光强度（即发光强度与最大发光强度的之比）。显然，法线方向上相对发光强度为1，离开法线方向的角度越大，相对发光强度减小。由此图可以得到半值角（2θ1／2角）。

（2）发光峰值波长及其光谱分布

LED发光强度或光功率输出随着波长变化而不同，绘成一条分布曲线——光谱分布曲线。当此曲线确定之后，器件的有关主波长、纯度等相关色度学参数亦随之而定。

LED的光谱分布与制备所用化合物半导体种类、性质及PN结结构（外延层厚度、掺杂杂质）等有关，而与器件的几何形状、封装方式无关。

无论什么材料制成的LED，都有一个相对光强度最强处（光输出最大），与之相对应有一个波长，此波长叫峰值波长，用λp表示。只有单色光才有λp波长。

在LED谱线的峰值两侧±Δλ处，存在两个光强等于峰值（最大光强度）一半的点，此两点分别对应λp－Δλ与λp＋Δλ之间宽度叫谱线宽度，也称半功率宽度或半高宽度。半高宽度反映谱线宽窄，即LED单色性的参数（见图3-13）。

有的LED发光不单是单一色，即不仅有一个峰值波长，甚至有多个峰值，并非单色光。为此描述LED色度特性而引入主波长。主波长就是人眼所能观察到的，由LED发出主要单色光的波长。单色性越好，则λp也就是主波长。

（3）色坐标、色温、容差和显色指数

色坐标反映的是被测灯具颜色在色品图中的位置，它是利用数学方法来表示颜色的基本参数。

色温就是说灯具在某一温度T下所呈现出的颜色与黑体在某一温度T0下的颜色相同时，则把黑体此时的温度T0定义为灯具的色温。

容差表征的是光源色品坐标偏离标准坐标点的差异，是光源颜色一致性性能的体现。

显色指数实际上就是显示物体真实颜色的能力，这里的真实颜色指的是在太阳光下照射所反映出的颜色。

图3-13　LED峰值波长和光谱分布

显色指数与色温是有关系的，一般而言，色温越低显色指数越高。白炽灯就是100，节能灯通常在75～90。显色指数反映了照明体复现颜色的能力，根据人们的生活习惯，一般认为日光下看到的颜色为物体的真实颜色。

色坐标和容差／色温是有关系的，坐标确定后容差和色温也就确定，但它们和显色指数无关。

色坐标与色容差是有关系的，色坐标是根据色标图而算出来的，色差就是实际测出的色坐标与标准的差。

3）热学特性

（1）LED结温

当电流流过LED元件时，PN结的温度将上升，严格意义上说，就把PN结区的温度定义为LED结温。通常由于元件芯片均具有很小的尺寸，因此也可把LED芯片的温度视为结温。

（2）LED热阻

热阻值用于评估LED的散热效能，是热传设计中一个相当重要的参数，对于LED产品和组件的设计有很大的帮助。LED及其组件热管理技术中最常用也是重要的评量参考是热阻，其中最重要的参数是由芯片接面到固定位置（如热沉基板等）的热阻，其定义如下：

式中　Rth-jx——热阻；(www.daowen.com)

Tj——芯片结温；

Tx——热传到某点（参考点）位置的温度；

Pth——输入的发热功率。

热阻大表示热不容易传递，因此组件所产生的温度就比较高，由热阻可以判断及预测LED和组件的发热状况。

（3）LED温升

LED温升是指LED器件的温度与环境温度的差值。一般来说，可以将LED温升与环境温度相加，得到LED器件在此环境温度下的近似温度。例如，测得大功率LED散热翅片的温升为35℃，最高环境温度为30℃，该LED散热翅片的温度可认为是65℃。为了忽略环境温度对LED器件散热性能的影响，工程中一般用温升来表示LED器件的温度。

（4）LED热耗

LED热耗指LED器件正常运行时产生的热量。热耗和功耗不同，热耗实际上是LED光电转换中没有转换为光通量而以热的形式损耗的能量，一般等于功耗乘以非光电转换效率。

式中，η表示光电转换效率，目前光电转换效率一般在30%～40%。

在可忽略的情况下，有时直接用功耗代替热耗进行计算。

4）LED寿命

（1）LED照明寿命

LED照明寿命同LED器件、电源及所有配件的寿命有关。寿命同可靠性有关，或者说同上述所有零部件的失效有关。LED寿命可用可靠性概率来表示：

式中　R（t）——可靠性概率；

P（t）——不可靠概率或失效概率；

t——时间。

（2）平均失效时间

失效是指LED产品终止完成照明能力（或显示功能等）的事件，一般用时间来表示。

平均失效时间（Mean Time to Failure，MTTF）用以表述使用寿命。它只表示一批产品的平均使用寿命，既表示产品的可靠性，同时也表示产品的耐久性。通常总是要求平均失效时间越长越好。

可靠性概率R（t）和失效率λ（t）成指数关系。

式中，λ为失效率，是指在某时刻产品发生失效的可能性，是一个瞬时函数。但是当单位时间拉长时，失效率就会变成该单位时间内的积累函数P（t）。

MTTF和失效率成反比。

LED寿命同MTTF成正比关系，和失效率成反比关系。

（3）B-寿命和L-寿命

B-寿命是指多少比例的LED产品毁坏性失效，如开路、短路、不亮等。B-寿命失效机理是崩溃失效（Catastrophic Failure）。B-寿命通常用B后加数值来表示。ASSIST引入了B50、B10的概念，分别表示50%或10%LED灯具损坏时所用时间。一般来说，如果以上述彻底毁坏的因素来定义LED器件的B-寿命，则LED器件的寿命非常长，即使B10都能够超过10万h。

L-寿命也称额定流明维持寿命，是指LED光源保持起始光输出百分比的实际操作时间。L-寿命的机理是光衰，一般和芯片结构、LED芯片PN结温和工作电流有关。ASSIST推荐使用L70和L50，分别表示流明维持70%的时间和流明维持50%的时间。

事实上，LEDB-寿命必须和L-寿命结合来使用，常表示为B××L××。例如，B50L70表示LED的光通维持率不低于70%，且经过计算有50%的LED的光通量低于70%或者损坏所维持的时间。

（4）L-寿命与结温

L-寿命与LED结温密切相关，在仅考虑温度影响的情况下，MTTF与结温之间满足阿伦尼斯（Arrhenius）模型：

式中　A0——常数；

ΔW——活化能（eV）；

k——玻尔兹曼常数；

T——热力学温度。

图3-14　某LED制造商利用TM-21估算不同温度下寿命

LED结温和寿命之间的关系一般通过数学方法来预测。根据LM-80，制造商的测试温度为同一驱动电流下三种Ts温度（Ts是指制造商规定的在LED封转上能用热电偶来测试的温度），即55℃、85℃，以及制造商根据可能的应用情况自己确定的温度。然后根据TM-21来推出各种Ts温度下的寿命［15］。TM-21规定了LED推导出来的寿命不得长于6倍的LM-80测试时间。推导的时间用LP（YK）的形式来表示。P为流明维持率，Y为LM-80数据获得时间（单位kh），如L70（10k）。图3-14为某LED制造商利用TM-21估算的55℃、85℃和105℃下该产品的使用寿命，由于测试时间为6k，所以三种温度下产品寿命均为36 000 h。