LED是利用化合物材料制成pn结的光电器件。它具备pn结结型器件的电学特性：I-V特性、C-V特性和光学特性：光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。
1、LED电学特性
1.1I-V特性表征LED芯片pn结制备性能主要参数。LED的I-V特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。
(1)正向死区：(图oa或oa′段)a点对于V0为开启电压，当V
(2)正向工作区：电流IF与外加电压呈指数关系
IF=IS(eqVF/KT-1)-------------------------IS为反向饱和电流。
V>0时，V>VF的正向工作区IF随VF指数上升IF=ISeqVF/KT
(3)反向死区：V<0时pn结加反偏压
V=-VR时，反向漏电流IR(V=-5V)时，GaP为0V，GaN为10uA。
(4)反向击穿区V<-VR，VR称为反向击穿电压;VR电压对应IR为反向漏电流。当反向偏压一直增加使V<-VR时，则出现IR突然增加而出现击穿现象。由于所用化合物材料种类不同，各种LED的反向击穿电压VR也不同。
1.2 C-V特性
鉴于LED的芯片有9×9mil(250×250um)，10×10mil，11×11mil(280×280um)，12×12mil(300×300um)，故pn结面积大小不一，使其结电容(零偏压)C≈n+pf左右。
C-V特性呈二次函数关系。
1.3 最大允许功耗PFM
当流过LED的电流为IF、管压降为UF则功率消耗为P=UF×IF
LED工作时，外加偏压、偏流一定促使载流子复合发出光，还有一部分变为热，使结温升高。若结温为Tj、外部环境温度为Ta，则当Tj>Ta时，内部热量借助管座向外传热，散逸热量(功率)，可表示为P=KT(Tj-Ta)。
1.4 响应时间
响应时间表征某一显示器跟踪外部信息变化的快慢。现有几种显示LCD(液晶显示)约10-3~10-5S，CRT、PDP、LED都达到10-6~10-7S(us级)。
①响应时间从使用角度来看，就是LED点亮与熄灭所延迟的时间，即图中tr、tf。图中t0值很小，可忽略。
②响应时间主要取决于载流子寿命、器件的结电容及电路阻抗。
LED的点亮时间--上升时间tr是指接通电源使发光亮度达到正常的10%开始，一直到发光亮度达到正常值的90%所经历的时间。
LED熄灭时间--下降时间tf是指正常发光减弱至原来的10%所经历的时间。
不同材料制得的LED响应时间各不相同;如GaAs、GaAsP、GaAlAs其响应时间<10-9S，GaP为10-7S。因此它们可用在10~100MHz高频系统。
2 LED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。
2.1 发光法向光强及其角分布
2.1.1 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。
2.1.2 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)
⑴为获得高指向性的角分布
①LED管芯位置离模粒头远些;
②使用圆锥状(子弹头)的模粒头;
③封装的环氧树脂中勿加散射剂。
采取上述措施可使LED2θ1/2=6°左右，大大提高了指向性。
⑵当前几种常用封装的散射角(2θ1/2角)圆形LED：5°、10°、30°、45°
2.2 发光峰值波长及其光谱分布
⑴LED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。
下图绘出几种由不同化合物半导体及掺杂制得LED光谱响应曲线。其中LED光谱分布曲线
1蓝光InGaN/GaN2绿光GaP:N3红光GaP:Zn-O
4红外GaAs5Si光敏光电管6标准钨丝灯
①是蓝色InGaN/GaN发光二极管，发光谱峰λp=460～465nm;
②是绿色GaP:N的LED，发光谱峰λp=550nm;
③是红色GaP:Zn-O的LED，发光谱峰λp=680～700nm;
④是红外LED使用GaAs材料，发光谱峰λp=910nm;
⑤是Si光电二极管，通常作光电接收用。
由图可见，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。
⑵谱线宽度：在LED谱线的峰值两侧±△λ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-△λ，λp+△λ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，LED半宽小于40nm。
⑶主波长：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。
如GaP材料可发出多个峰值波长，而主波长只有一个，它会随着LED长期工作，结温升高而主波长偏向长波。
2.3 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--光通量与芯片材料、封装工艺水平及外加恒流源大小有关。目前单色LED的光通量最大约1lm，白光LED的F≈1.5~1.8lm(小芯片)，对于1mm×1mm的功率级芯片制成白光LED，其F=18lm。
2.4 发光效率和视觉灵敏度
①LED效率有内部效率(pn结附近由电能转化成光能的效率)与外部效率(辐射到外部的效率)。前者只是用来分析和评价芯片优劣的特性。
LED光电最重要的特性是用辐射出光能量(发光量)与输入电能之比，即发光效率。
②视觉灵敏度是使用照明与光度学中一些参量。人的视觉灵敏度在λ=555nm处有一个最大值680lm/w。若视觉灵敏度记为Kλ，则发光能量P与可见光通量F之间关系为P=∫Pλdλ;F=∫KλPλdλ
③发光效率--量子效率η=发射的光子数/pn结载流子数=(e/hcI)∫λPλdλ
若输入能量为W=UI，则发光能量效率ηP=P/W
若光子能量hc=ev,则η≈ηP，则总光通F=(F/P)P=KηPW式中K=F/P
④流明效率：LED的光通量F/外加耗电功率W=KηP
它是评价具有外封装LED特性，LED的流明效率高指在同样外加电流下辐射可见光的能量较大，故也叫可见光发光效率。
以下列出几种常见LED流明效率(可见光发光效率)：
LED发光颜色λp(nm)材料可见光发光效率(lm/w)外量子效率
最高值平均值
红光700660650GaP:Zn-OGaAlAsGaAsP2.40.270.38120.50.51~30.30.2
黄光590GaP:N-N0.450.1
绿光555GaP:N4.20.70.015~0.15
蓝光465GaN10
白光谱带GaN+YAG小芯片1.6，大芯片18
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