LED是通过使用复合材料由pn结制成的光电器件。它具有pn结器件的电特性：I-V特性，C-V特性和光学特性：光谱响应特性，发光强度指示特性，时间特性和热特性。

LED的光学特性

有两个系列的发光二极管：红外（不可见）和可见光。前者可以使用辐射，而后者可以使用光度法测量其光学性能。

发光法线强度及其角度分布Iθ

发光强度（正常光强度）是表征发光器件的发光强度的重要特性。大量的LED应用需求是圆柱形和球形封装。由于采用了凸透镜，它们具有很强的方向性：法线方向上的光强度最大，与水平面的交角为90°。当它偏离正法线方向不同的θ角时，光强度也会相应地变化。发光强度取决于具有不同封装形状的角方向。发光强度的角度分布Iθ描述了空间中各个方向上LED发光的强度分布。它主要取决于封装过程（包括支架，模头以及是否将散射体添加到环氧树脂中）

发光峰波长及其光谱分布

LED的发光强度或光功率输出随波长而变化，并绘制为分布曲线-光谱分布曲线。确定该曲线后，还将相应确定设备的相关比色参数，例如主波长和纯度。
　　
LED的光谱分布与制备中使用的化合物半导体的类型和性质以及pn结的结构（外延层厚度，掺杂杂质）等有关，与几何形状和封装无关设备的

不管用什么材料制成LED，都存在一个相对光强度最强（光输出最大）的地方，并且存在一个与之相对应的波长。该波长称为峰值波长，用λp表示。仅单色光具有λp波长。

行宽

在LED光谱峰值两侧的±△λ处，有两个点的光强度等于峰值的一半（最大光强度），这两个点对应于λp-△λ，即λp+之间的宽度△λ称为线宽，也称为半功率宽度或半高宽度。半高宽度反映了窄线宽，即LED单色性的参数。 LED的半宽度小于40 nm。

主波长

有些LED不仅发出单色光，即发出的不仅是峰值波长，而且发出的光还很深。甚至有多个峰，而不是单色光。为了描述LED的色度特性，介绍了主波长。主波长是人眼可以观察到的波长，以及LED发出的主要单色光的波长。单色性越好，则λp是主波长。例如，GaP材料可以发射多个峰值波长，而主波长只有一个。它将与LED长时间配合使用，结温将升高，并且主波长将偏向长波长。

光通量

光通量F是表征LED总光输出的辐射能量，它标志器件的性能优劣。F为LED向各个方向发光的能量之和，它与工作电流直接有关。随着电流增加，LED光通量随之增大。可见光LED的光通量单位为流明（lm）。

LED向外辐射的功率与芯片材料，封装工艺水平以及外部恒定电流源的大小有关。目前，单色LED的最大光通量约为1 lm，白色LED的F为1.5〜1.8 lm（小芯片）。对于由白色LED制成的1mm x 1mm功率级芯片，F = 18 lm。

发光效率和视敏度

①LED效率具有内部效率（在pn结附近将电能转换为光能的效率）和外部效率（向外部辐射的效率）。前者仅用于分析和评估芯片的优缺点。 LED光电的最重要特性是辐射光能（发光量）与输入电能之比，即发光效率。

②视敏度是在照明和光度法中使用某些参数。在λ= 555nm时，人类的视力最大值为680 lm / w。如果将视觉灵敏度记录为Kλ，则发光能量P与可见光通量F之间的关系为P ＝∫Pλdλ。 F =∫KλPλdλ

③发光效率-量子效率η=发射光子数/ pn结载流子数=（e / hcI）∫λPλdλ如果输入能量为W = UI，那么如果光子能量hc =则发光效率ηP= P / W ev，然后η≈ηP，然后总光通量F =（F / P）P =KηPW，其中K = F / P

④流明效率：LED的光通量F /外部功耗W =KηP用于评估带有外部封装的LED的特性。 LED的高流明效率是指在相同的施加电流下发出可见光的能量更大，因此也称为可见光发光效率。高质量的LED需要大量向外辐射的光能，并尽可能多地发光，也就是说，外部效率很高。实际上，LED的向外发光只是内部发光的一部分。总发光效率应为η=ηiηcηe，其中ηi是p和n结区域中少数载流子的注入效率，ηc是势垒区域中少数载流子与多种载流子的复合效率，Ηe是外部光提取（光提取效率）。

由于LED材料的折射率高，因此ηi≈3.6。当芯片在晶体材料和空气之间的界面（没有环氧树脂封装）发光时，如果它垂直入射并被空气反射，则反射率为（n1-1）2 /（n1 + 1）2 = 0.32 ，和32％的反射光鉴于晶体本身对光的大量吸收，大大降低了外部光提取效率。

为了进一步提高外部光提取效率ηe，可以采取以下措施：
①用高折射率的透明材料覆盖芯片表面（环氧树脂n = 1.55不理想）；
②将芯片的晶体表面加工成半球；
③使用Eg大的化合物半导体作为衬底，以减少晶体中的光吸收。有人曾经使用n = 2.4〜2.6的低熔点玻璃[成分为As-S（Se）-Br（I）]和较大的热塑性塑料帽，可以将红外GaAs，GaAsP，GaAlAs LED的效率提高4-6倍。

亮度

亮度是LED发光性能的另一个重要参数，并且具有很强的方向性。正法线方向的亮度BO = IO / A，它指定某个方向上的发光体表面的亮度等于该区域内发光体表面上的单位投影区域所辐射的光束。单位立体角，单位为cd / m2或Nit。

如果光源的表面是理想的漫反射表面，则亮度BO是恒定的，而与方向无关。晴朗的蓝天和荧光灯的表面亮度约为7000 Nit（尼特），而来自地面的太阳的表面亮度约为14×108 Nit。
LED亮度与施加的电流密度有关。在一般的LED中，JO（电流密度）增加，而BO也大约增加。另外，亮度还与环境温度有关。随着环境温度的升高，ηc（复合效率）降低，BO降低。当环境温度不变时，电流的增加足以引起pn结的结温上升。温度升高后，亮度达到饱和。

生活

随着工作时间的延长，LED的发光亮度随着光强度或亮度的衰减而出现。器件的老化程度与外部恒流源的大小有关，可以描述为Bt = BO e-t /τ，Bt是时间t之后的亮度，BO是初始亮度。
通常，亮度下降到Bt = 1 / 2BO所经历的时间t称为二极管的寿命。确定t需要花费很长时间，并且寿命通常通过外推法计算。测量方法：将某个恒定电流源连接到LED。点燃103〜104小时后，依次测量BO，Bt = 1000〜10000，代入Bt = BO et /τ，得到τ；然后代入Bt = 1 / 2BO，可以找到寿命t。
长期以来，人们一直认为LED的使用寿命为106小时，这意味着单个LED的IF = 20mA。随着功率LED的发展和应用，国外学者认为，LED的光衰减百分率值作为寿命的基础。例如，LED的光衰减为35％，使用寿命超过6000h。

热特性

LED的光学参数与pn结的结温有很大关系。一般在低电流IF<10mA或10〜20 mA长时间工作时，连续照明的LED温升不明显。如果环境温度高，LED的主波长或λp将漂移至长波长，并且BO也将减小。尤其应采用散射通风装置设计点矩阵和大显示屏的温度升高对LED稳定性的影响。

LED的主波长与温度之间的关系可以表示为λp（T′）=λ0（T0）+△Tg×0.1nm /℃
从该公式可以看出，每当结温升高10°C时，波长就会向长波漂移至1 nm，并且发光的均匀性和一致性会变差。对于用于照明的光源的设计，需要小型化和密集排列以增加单位面积的光强度和亮度，尤其要注意使用良好的散热灯罩或专用的通用设备，以确保LED的长期运行。