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发光二极管的色度问题研究

(师范学院物理教育系物理学专业邓清波)
(学号:2001124107)

摘要:目前 LED 视频显示中没有一套色彩评价体系。本文介绍了 LED 的结构和发光原理,
并计算了 LED 管发光的色度,为控制 LED 的发光亮度及其显示色彩性能提供了理论依据。测量了
LED 在不同正向电流 I F 驱动下的发射光谱。发现 LED 光谱是由三个光谱峰叠加形成的,其相对
强度随驱动电流的变化而变化。探讨了峰值波长与正向电流的关系。
关键词:发光二极管;色度计算;峰值波长
教师点评:该生能紧紧围绕 LED 的色度问题展开研究,查阅大量文献并能从中提取很有价值
的信息。针对不同电流驱动下光谱实验,计算出色品坐标,并在实验中发现光谱峰是由三个峰叠
加而成,在不同电流驱动时三个峰的强度发生相对变化,从而导致整个光谱发生变化,进而引起
色度变化。该生思路清晰,表述条理性好,主动性高,达到了本科毕业论文的要求。(点评教师:
胡居广讲师)

引言
近 30 年来,LED 发光二极管制造技术已经经历了飞速发展的过程。LED 作为新型光源,具有
寿命长、光电转换效率高、易于控制、无紫外线、色彩丰富饱满、低压安全等优点。除了在传统
的信号显示领域长期应用外,近年来随着高功率超高亮度 LED 的问世, LED 应用日趋广泛。如在
照明、城市建筑物美化、景观布置等方面有非常广泛的应用。由于 LED 行业的快速发展,竞争的
不断加剧 LED 品质受到了前所未有的重视,尤其是在大屏幕显示、LED 照明光源等对颜色要求较
高的场合,品质控制的难度和重要性均显得特别突出。
LED 在广告信息显示领域的地位越来越重要, 随着信息产业的飞速度发展,更多更大的全色
LED 屏将不断涌现。目前全色 LED 屏正广泛用于全国各大城市中的广告信息与商业信息的显示,
并在大型公众场合用来播放图像。但是目前的全彩 LED 大屏幕显示时图像时还存在不少问题。由
于没有专门用于全彩 LED 大屏幕的图像源及其标准,目前都是将送给 CRT 显像管的图像信号源直
接送到全彩 LED 显示屏进行显示,而全彩 LED 屏显示系统与 CRT 显像系统具有三基色系统与发光
特性等不同点,因此,如果只是简单的把送给 CRT 的信号直接用来驱动 LED 则必然会使全彩 LED
显示屏显示的画面出现彩色失真和灰度畸变,使观赏性下降。本文则是对 LED 的色度及色度的控
制做了一些理论计算及实验研究工作。
一、原理
的结构及其发光原理
50 年前人们已经了解半导体材料可发光的基本知识,第一个商用二极管产生于 1960 年。LED
是英文 light emitting diode(发光二极管)的缩写,它的基本结构是一块电致发光的半导体
材料,置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密封,起到保护内部芯线的作用,所以
LED 的抗震性能好。LED 结构图如图 1 所示。
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图 1 发光二级管的构造图
发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物,如 GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷