LED光电参数定义及其详解
2.1 LED发光原理
LED的实质性结构是半导体PN结，核心部分由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。其发光原理可以用PN结的能带结构来做解释。制作半导体发光二极管的半导体材料是重掺杂的，热平衡状态下的N区有很多迁移率很高的电子，P区有较多的迁移率较低的空穴。在常态下及PN结阻挡层的限制，二者不能发生自然复合，而当给PN结加以正向电压时，由于外加电场方向与势垒区的自建电场方向相反，因此势垒高度降低，势垒区宽度变窄，破坏了PN结动态平衡，产生少数载流子的电注入[16]。空穴从P区注入N区，同样电子从N区注入到P区，注入的少数载流子将同该区的多数载流子复合，不断的将多余的能量以光的形式辐射出去。
2.2可见光谱
光是一定波长范围内的一种电磁辐射。电磁辐射的波长范围很广，最短的如宇宙射线，其波长只有千兆兆分之几米(10-14-10-15m)，最长的如交流电，其波长可达数千公里。在电磁辐射范围内，只有波长为380nm到780nm的电磁辐射能够引起人的视觉，这段波长叫做可见光谱，如图2-1所示。
图2-1 电磁辐射波谱
图2-1中所标数均以基本单位表示，即频率为赫兹(hz)，波长为米(m)。由于使用上述单位时，波长的数值太大，有必要使用更小的单位来度量可见光谱的波长，由此采用了标准毫微米(又称纳米，符号为nm)，此处1nm=10-9m。人眼能起视觉反映的最长和最短波长780nm和380nm，它们分别处在光谱的红色端与紫色端。
在电磁辐射范围内，还有紫外线、x射线、γ射线以及红外线、无线电波等。可见光、紫外线和红外线是原子与分子的发光辐射，称为光学辐射。X射线、γ射线等是激发原子内部的电子所产生的辐射，称为核子辐射。电振动产生的电磁辐射称为无线电波。对于人来说，能为眼睛感受并产生视觉的光学辐射称为可见辐射；不能为眼睛感受，也不产生视觉的光学辐射称为不可见辐射。因而，光学辐射可进一步分为可见辐射和不可见辐射。来自外界的可见辐射刺激人的视觉器官，在脑中产生光、颜色、形状等视觉印象，而获得对外界的认识。不可见辐射刺激眼睛时不能产生视觉，而作用在皮肤上有时会产生其它感觉，如紫外线产生疼痛感觉，红外线产生灼热感觉。严格地说，只有那种能够被眼睛感觉到的、并产生视觉现象的辐射才是可见辐射或可见光，简称光。本文所指的光也就是这个定义上的光。
2.3 LED发光器件光度学参数的测量[17] [18][19]
相关光度学与辐射度学参数有：
1.光通量Φv(Luminous Flux)： 通过发光二极管的正向电流为规定值时，器件光学窗口发射的光通量。
2.发光强度Iv(Luminous intensity)：光源在单位立体角内发射的光通量，可表示为iv=dΦ/dΩ。
3.相对光谱能量(功率)分布P( )(Relative Spectral Distributions)： 在光辐射波长范围内，各个波长的辐射能量分布情况。
4.峰值发射波长 p(Peak-emission Wavelength)：光谱辐射功率最大的值所对应的波长。
5.光谱半波宽Δ (Full Width Half Maximum，FWHM)：峰值发射波长的辐射功率的1/2所对应两波长的间隔。
2.3.1 LED光通量
在辐射度学上，LED辐射通量 E用来衡量发光二极管在单位时间内发射的总的电磁功率，单位是W(瓦)。它通常表示LED在空间4π度范围内，每秒钟所发出的功率。LED光源发射的辐射通量中能引起人眼视觉的那部分，称为光通量 V，单位是流明(lm)，与辐射通量的概念类似，它是LED光源向整个空间在单位时间内发射的能引起人眼视觉的辐射通量。但要考虑人眼对不同波长的可见光的光感觉是不同的，国际照明委员会(CIE)为人眼对不同波长单色光的灵敏度作了总结，在明视觉条件(亮度为3cd/m2以上)下，归结出人眼标准光度观测者光谱光效率函数V( )，它在555nm上有最大值，此时1W辐射通量等于683lm，如图2-2所示，其中V’( )为暗视觉条件(亮度为0.001cd/m2以下)下的光谱光视效率。
图2-2 明视觉和暗视觉条件下的光谱光效率函数
明视觉条件下，辐射量向光通量的转化表达式可以表示为：
（2-1）
暗视觉条件下，辐射量向光通量的转化表达式可以表示为：
（2-2）
通常的测量以明视觉条件作为测量条件，并且在LED的测量时，为了得到准确的测量结果，必须把LED发射的光辐射功率收集起来，并用合适的探测器(应具有CIE标准光度观测者光谱光效率函数的光谱响应)将它线性地转换成光电流，再通过定标确定被测量的大小[20]。