E
λ
λB
图67-1
λy
图67-2
我们举一个例子说明，若制作白光的蓝光芯片的光通量为21lm，当涂上YAG荧光粉后制成的白光LED，则它的光通量可以达到15~20ml，只要在荧光粉的受激波长与蓝光的激发波长相匹配，并控制涂布制程，是可以获得良好效果的。
68、LED在照明应用中，往往要知道这个LED的照度是多少，请问照度的定义是什么？知道了这个LED的辐射光通量，能否求出它的照度？
在照应用中，往往要知道当用LED作照明光源时，希望知道这种光源照射在接收面上某一点处的面元上的光通量φ。很显然，不同面元的面积，其照射效果不一样，于是人们用一个光照度来规范这一情况下光源的性能。
照度以称光照度，它定义为：照射在光接收面上一点处的面元上的光通量dφ与该一点处面元的面积ds之比，照度单位为勒克斯，用lux来表示，并可写作：
E=dφ/ds （68-1） 从（68-1）式可以知道，只要了解了LED光源的光通量φ，和需被照射的面积S，则在这个面积S的面上，它的照度E即可用（68-1）式求得。因此从（68-1）式可知照度又可称作是单位面积的光通量。
从照度的定义和公式（68-1）式，我们可以得到φ与E的相互换算关系，公式（68-1）式是知道照度E和单位面积可以计算出光通量φ：
φ=E2ds （68-2） 这些关系式在LED实际应用中十分重要，是经常用到的基本设计公式。
例如：用LED光源作路灯，已知路灯高10米，灯距为16米，要使两盏灯间路面范围内照度为20lux，每灯的LED光源要用多大的光通量？
这里r=16/2=8m 因此S=3.14382=200m2
于是有：φ= E2ds=20lux3200m2=4000lm
假设用每个φ为20lm的功率LED来作这个灯的光源，需要20个才能满足要求。
灯1 灯2 10m r=8m 16m 10m r=8m 图68-1
70、请问LED光通量φ与发光强度即光强是否能相互转换？
首先我们来了解一下光通量的定义：一个在所有方向上光强为1cd的电光源，其辐射出的光通量为4πlm。这就是说，一个点光源假设它处在球心上时，若它的辐射光通量为4πlm。这就是说，一个点光源假设它处在球心上时，若它的辐射光通量为4πlm（≈12.56lm）时，球面上任一点的光强为1cd，从这一点出发，我们可以在有条件的情况下，进行两者间的转换。
我们举个例子来说明，假如已知一个LED的发光强度Iv=5cd，其射出角为60°，问它的等效光通量是多少？由于LED制成器件后并不是一个真正含义上的点光源，它射出的光有一定的配光范围，这里是60°，仅为球面的1/6，此时其等效光量可表为：φ=（4π360°/360°）lm35cd=10lm，在同样发光强度下，LED射出角越大，其等效光通量也越大，不同的射出角在Iv相同时，φ随θ增大而增大。
71、LED的发光强度Iv与照度E之间如何进行换算？
先了解以下照度的定义：照度是指照射在光接收面上一点处的面元上的光通量dφ，与该面元面积ds的比值，照度用勒克斯作单位，用符号lux表示，可表示为：
E=dφ/ds (71-1)
显然在同等光通量下，照射面元的面积越大，照度越小，反之亦然。
如果知道了LED的光通量φ和需照射的面积，就可换算出照度E，如果知道了LED的发光强度Iv和射出角θ，则同样可换算出照射在面元面积为S的面上的照度。
例如：一个发射角为60°，光强Iv=1cd的LED，在向其法向距离为0.1M的平面上照射时，它的照度可以从下述步骤求得：
由上述Iv与φ的换算可以知道，发射角为60°，发光强度为1cd的LED光源的等效光通量φ=4π3（60°/360°）≈21m，而在照射到0.1M距离的面元时，该被照面元的面积S为：
S=π（dtan30°）2≈3.143(0.130.58) 2≈0.0105M 2
于是有：E=φ/S=21m/0.0105≈190lux。如果距离为1M时，则照射角上的照度仅为1.92lux。
从上面这些参数之间的互换来看，均是有条件的，比较与使用条件相对关系不大的是光通量φ，因此在LED用于照明领域时，往往用光通量来表示它的光学参数就可以理解了。
72、为什么说用积分球来测量LED的光通量时，可以认为：在积分球内表面任一点位置上得到的由另一部分反射出的照度，不受点的位置的影响？
这个问题实际上是利用积分球测光源光通量的原理基础。因为可以证明：球体表面上任一点的照度与它的位置无关，整个球内表面的照度E是常数。下面来简单加以说明。 参看图75-1，假定球的半径r，光源位于求心L处，球内表面涂有反射率为ρ的漫散射材料，光源L到P点间有挡板Q遮挡，光线不能直接射到球内表面P的位置上，但P点处能接收来自内表面的反射光，于是从图72-1可看出，由P点到距离为d的面元△S在P点产生的照度△E可写作：
△E=△IvCosφ/r2 (72-1)
式中，△Iv为△S面元的光强，它由L光源照射产生（72-1）式又可写作：
△Iv=L△SCosφCosθ/d2 (72-2)
(72-2)为照度平方反比定律，即余弦定律。L是光源的光强，于是面元△S上的光强由(72-1)和(72-2)式可得得：
△Iv=L△SCosφ (72-3)
对于一个球体来说，图72-1中，θ=φ，而P到△S的距离为d=2rCosφ，将这关系式代入(72-2)中即可得：
△E=L△S/4 r2 (72-3) △S
r
ψ
L
θ
P 图72-1
△ E是球内表面P上的照度，由(72-4)可知，当光源L的光强不变时，球的半径也不变时，△E是一个常数，与P点处的位置无关，即与θ角的大小无关，这就是积分球被用作φ测量的依据所在。
73、为什么LED PN结上温度升高会引起它的光电参数退化？
这个问题要从半导体PN结的机理上去了解，PN结作为杂质半导体，在其工作过程中，同样存在杂质电离，本征激发，杂质散射和晶格散射等问题，从而使复合载流子转换成光子的数量和效能发生变化。当PN结上的温度（例如环境温度）升高时，PN结内部杂质电离加快，本征激发加速。当本征激发产生的复合载流子的浓度远远超过杂质浓度时，本征载流子的数量增大的影响较之迁移率减少听半导体电阴率变化的影响理为加重使内量子效率下降，温度升高又导致电阻下降，使同样IF下，VF降低。如果不用恒流源驱动LED，则VF下降将促使IF指数式增加，这个过程将使LED PN结上温升更加快，最终温升超过最大结温，而导致LED PN结失效，这是一个正反馈的恶性过程。
PN结上温度升高使半导体PN结中，处于激发态的电子—空穴从激发态跃迁到基态时会与晶格原子（或离子）交换能量，于是成为无光子辐射的跃进，LED的光学性能退化。理伦证明，无辐射跃迁的数量升呈指数上升的规律变化，并可以用式（73-1）表示：
Ivo
Iv=
1+e-△E/KT
式中：Ivo为PN结发生温升前的发光强度
△ E为LED PN结的激活能 K为玻尔兹曼常数 T为绝对温度
显然（73-1）式Iv(T)与T是指数关系。
另外，PN结上温度升高还会引起杂质半导体中电离杂质离子所形成的晶格场使离子能结裂变，能级分裂受PN结温度影响，这就意味着由于温度引响晶格振动，使其晶格场的对称性发生变化，从而引起能级分裂，导致电子跃迁产生的光谱发生变化，这就是LED发光波长随PN结温升而变化的原因。
综合上述，LED PN结上温升会引起它的电学、光学和热学性能的变化，过高的温升还会引起LED封装材料例如环氧，荧光粉等物理性能的变化，严重时导致LED失效，所以降低PN结温升，是应用LED的重要关键所在。
75、衡量LED长期使用性能退化的主要指标是什么？
当前，比较通用的衡LED长期使用性能退化是这一LED的发光强度（或光通量）随工作时间增加而下降的特性。当LED从初始使用时的光强Ivo随使用时间T到达使Iv=1/2Ivo时，（即使LED初始光强随使用增加下降到50%时）可以认为是它的工作寿命的半衰期，这个时间越长，LED越优秀。
应当注意，在这个LED工作时间内，它的IF和VF应当基本上符合规定条件，一般是在IF恒定状态下每隔一段时间测一次Iv所有试验的环境温度也应当在规定范围内，例如Ta=25℃±2℃，否则就会缺乏测量依据。
也可以用确定LED的光强Iv下降20%的工作时间来衡量它的优劣，检测条件与上面提
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