1、半導體照明技術 （第一講 ）.txt 不怕偷兒帶工具，就怕偷兒懂科技！ 1 品味生活，完善人性。 存在就是機會，思考才能提高。人需要不斷打碎自己，更應該重新組裝自己。 本文由 zsc6840391 貢獻ppt 文檔可能在 WAP 端瀏覽體驗不佳。建議您優先選擇TXT,或下載源文件到本機查看。半 導體照八、明技術半導體照八、明技術參考書目： 參考書目： 1 、謝秀穎 . 郭宏祥，電氣照明技術第二版， 中國電力 出版 社， 2007年 11 月 2 、王曉東，電氣照明技術 ，機械工業出版社， 2004 年 1 月 3 、陳元燈 . 李元密，LED制造技術與應用，電子工業 出版社，2007 年 7

2、月 4、劉木清.周小麗，照明 自動控制技術 ，機械工業出 版社， 2007 年 8 月半導體照明技術半導體照明概述一、半導體照明 半導體照明是指用全固態發光 器件（發光二極管， 器件（發光二極管， 即 LED是由，半導體材料制成的光電器件，半導體材料制成的光電器件，可將電能直接轉換為光能） 電能直接轉換為光能） 作為光源的 照明， 具有高效、 節能、 環保、 壽 照明， 具有高效、節能、環保、 命長、易維護等顯著特點， 命長、易維護等顯著特點，是近年 來 全球最具發展前景的高新技術領 域之一，是人類照明史上繼白熾燈、 域之一，是人類照明 史上繼白熾燈、 熒光燈之后的又一場照明光源的革 命。半導

3、體照明 （LED）半導體照 明 技 術二、 LED( Light Emitting Diode ) ( LED，是一種固態的半導體器件，是一種固態的半導體器件 它可以直接把電轉化為光。 它可以直接把電轉化為光。 LED 的心 的心 臟是 一個半導體的晶片， 臟是一個半導體的晶片， 晶片的一端 附在一個支架上， 附在一個支架 上，整個晶片被環氧樹 脂封裝起來。 脂封裝起來。 半導體晶片由兩部分組 一部分是 P 型半 導體 型半導體， 成， 一部分是 型半導體， 空穴占主 導地位， 另一端是 N 型半導體 型半導 體， 導地位，另一端是 型半導體，主要 是電子。 是電子。這兩種半導體相連就形成一

4、結 個“ P-N 結”。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，于這個晶片的時候，電子就會被推向 P 區，在 P 區里電子跟空穴復合，然后 區里電子跟空穴復合， 區 區里電子跟空穴復合 就 會以光子的形式發出能量， 就會以光子的形式發出能量，這就是 LED 發光的原理。 發光的 原理。 發光的原理LED 構造圖半三、 LED 產業鏈產業鏈導體照八、明技術LED 產業鏈大致可分為五部分：原材料，LED 上游產業，LED 產業鏈大致可分為五部分：原材料， 上游產業， 產業鏈大致可分為五部分 上游產業 中游產業， 下游產業， 中游產 業，LED 下游產業，測試儀器和生產設備。下游產業測試儀器和生產設備。

5、1、原材料、LED 的原材料包括襯底材料砷化鎵、氮化鋁、磷化鎵、磷砷的原材料包括襯底材料砷化鎵、氮化鋁、磷化鎵、 的原材料包括襯底材料砷化鎵化鎵、銦鎵鋁磷、 它們大部分是 III V 族化合物半導 化鎵、銦鎵鋁磷、銦鎵氮等。它 們大部分是 族化合物半導體單晶， 生產工藝比較成熟。 原材料的純度一般都要在 以上 以上。 體單晶， 生產工藝 比較成熟。原材料的純度一般都要在 6N 以上。2、LED 上游產業、上游產業主要是指 LED 發光材料外延制造和芯片制造。由于外延工藝的 發光材料外延制造和芯片制造。 主要是指 發光材料外延制造和芯片制造 高度發展，器件的主要結構如發光層、限制層、緩沖層、高度

6、發展，器件的主要結構如發光層、限制層、緩沖層、反射層 等均已在外延工序中完成，芯 片制造主要是做正、 等均已在外延工序中完成，芯片制造主要是做正、負電極和完成分割檢測。 分割檢測。半導體照八、明技術3、LED 中游產業、中游產業是指 LED 器件封裝產業。根據用于現實、照明、通信等不同場 器件封裝產業。 是指 器件封裝產業 根據用于現實、 照明、 封裝出不同顏色、 不同 形狀的品種繁多的 LED 發光器件。 發光器件。 合，封裝出不同顏色、不同形狀的品種繁多 的 發光器件 4、LED下游產業、下游產業 是指應用 LED 作為顯示或照明器件后形成的產 業。主要的應用 作為顯示或照明器件后形成的產

7、業。 是指應用 作為顯示或照明器件后形成 的產業 產業有 LED 顯示屏、LED 交通信號燈、LED 航標燈、LED 景觀燈 顯示屏、 交通信號 燈、 航標燈、 產業有 顯示屏 交通信號燈 航標燈 景觀燈 液晶背光源、 車燈、 特殊照明 等。飾、液晶背光源、LED 車燈、LED 特殊照明等。車燈特殊照明等水立方景觀照明半導體照明技術鳥巢景觀照明半導體照明技術篔筜湖畔的 LED 照明半導體照明技術中山路商業街的 LED 照明半導體照明技術位于湖濱北路的中閩大廈半導體照明技術5 、測試儀器和生產設備 、 測試儀器主要有： 外延材料方面的 射線雙晶衍射儀 射線雙 晶衍射儀、測試儀器主要有：外延材料方

8、面的X 射線雙晶衍射儀、熒 光譜儀、盧瑟福背散射溝道譜儀等；芯片、 光譜儀、盧瑟福背散射溝道譜儀等；芯片、器件測試儀器方 光電特 性測試儀、 面的 LED 光電特性測試儀、 光譜分析儀等。 光電特性測試儀 光譜分析儀等。 生 產設備包括金屬有機化合物化學氣相淀積儀（Metal 生產設備包括金屬有機化合物化學氣相淀積儀organic Chemical Vapor DePosition，縮寫 MOCVD）、 縮寫液相外鍍爐、光刻機、劃片機、全自動固晶機、金絲球焊機、 液相外鍍爐、光刻機、劃 片機、全自動固晶機、金絲球焊機、 硅鋁絲超聲壓焊機、灌膠機、真空烘箱、芯片計數儀、 硅鋁絲超聲壓焊機、灌膠機

9、、真空烘箱、芯片計數儀、芯片 檢測儀、倒膜機、光色點全自動 分選機等。 檢測儀、倒膜機、光色點全自動分選機等。半導體 照 八、 明 技 術MOCVD 系統目前國際上 MOCV 啲價格在每臺 的價格在每臺 440 萬美元左右，按人民幣 萬美元左右， 目前國際上 的價格在每臺 萬美元左右 計算接近 3000 萬元 。生產企業主要有：德國的 公 司、 計算接近 萬元 生產企業主要有：德國的 Aixtron 公司、 公司 美國的 Emcore 公司、 英國的 公司、 公司等。美國的 公司 英國的 Thomas Swan 公司等。 公司等半導體 照 八、 明 技 術四、 廈門市 LED 產業簡介廈門市產

10、業簡介廈門為中國七大 LED 產業基地之一， 首批 4 個半導體照明工程 產業基地之一，首批 個半導體照明工程 廈門為中國七大 產業基地之一 產業化基地之一（大連、上海、 ），已經成為中國 產業化基地之一（大連、上海、南昌和廈 門），已經成為中國大陸地區光電產業快速發展的重要城市。廈門生產 LED 外延片、芯片的企業有四家，即廈門三安光電、 外延片、 廈門生產 外延片 芯片的企業有四家，即廈門 三安光電、 聯廈光電、明達光電、乾照光電， 聯廈光電、明達光電、乾照光電，芯片總產 量約占祖國大陸自產 芯片的 25%。封裝企業有十幾家，下游應用企業有多家，還有 多家，芯片的 。封裝企業有十幾家， 下

11、游應用企業有 50 多家 與之配套的熒光粉、 環氧樹脂、 塑料 鏡頭、藍寶石外延材料、 與之配套的熒光粉、 環氧樹脂、 塑料鏡頭、 藍寶石外延材料、 各 種 輔助材料和模具等生產廠， 形成了較完整的產業鏈。 種輔助材料和模具等生產廠， 形成了較 完整的產業鏈。 2009年廈門市光電產業實現產值 年廈門市光電產業實現產值 404.39 億元， 首次突破 億元， 年廈門市光電產業實現產值 億元 首次突破 400 億 億 銷售收入 398.72 億元。 2009 年，產值及銷售同時超億的廈門億元。 元，銷售收入 億元 年 市光電企業有 29 家 市光電企業有 家。 2009 年廈門市節能燈照明出口占

12、有量繼續保 年廈門市節能燈照明出口占有量繼續保 持全球市場 20%以上，為全球高端節能照明的制造和出口基地。以上， 持全球市場 以上 為全球高端節能照明的制造和出口基地。半導體 照 八、明 技 術 第一章 光 視覺 光 顏色 本章主要介紹光、視覺、顏色等與照明技術有關的基礎知識。 本章主要介紹光、視覺、 顏色等與照明技術有關的基礎知識。第一節一、光的本質照明技術的實質主要是光的控制與分配技術。 照明技術的實質主要是光的控制與分配技 術。1、 “什么是光，光的本質是什么？”這個問題很早就引 、 什么是光，光的本質是什 么？ 起了許多學者的關注， 直到 17 世紀 基本上形成了兩種學說： 世紀，

13、起了許多學者的 關注，直到 世紀， 基本上形成了兩種學說： 惠更斯提出的波動說， 一種是荷蘭物理學家惠 更斯提出的波動說 一種是荷蘭物理學家惠更斯提出的波動說，認為光是某 種振動，在彈性 介質中以波的形式向周圍傳播。 種振動，在彈性介質中以波的形式向周圍傳播。 另一種牛 頓支持的微粒說 牛頓支持的微粒說， 另一種牛頓支持的微粒說，認為光是從光源發出的一 種 物質微粒，在均勻介質中以一定的速度傳播。 物質微粒，在均勻介質中以一定的速度傳 播。半導體 照 八、 明 技 術 歷史上許多著名科學家都加入這一論戰， 包括牛頓、 胡克、 歷史上許多著名科學家都加 入這一論戰，包括牛頓、胡克、 惠更斯、托馬

14、斯 菲涅耳等。直到 1905 1905 年 惠更斯、托馬斯楊、菲涅耳等。直到 1905 年 3 月，愛因斯坦在 德國物理年報上發表了題為 德 國物理年報 上發表了題為 關于光的產生和轉化的一個 推測性觀點 的論文他認為對于 時間的平均值 對于時間的平均值， 推測性觀點的論文他認為對于時間的平均值，光表現 為波動 對于時間的瞬間值，光表現為粒子性。 性；對于時間的瞬間值，光表現為粒子性。 這是歷史上第一次 揭示光的波動性 粒子性的統一 即波粒二象性。 波動性和 的統一， 揭 示光的波動性和粒子性的統一， 即波粒二象性。 這一科學理 論最終得到了學術界的廣泛接受。 論最終得到了學術界的廣泛接受。

15、1921 年，愛因斯坦因光電效應研究而獲得獎諾貝爾物理 年 學獎。 學獎。 光的波動說與微粒說之爭從十七世紀初開始， 光的波動說與微粒說之爭 從十七世紀初開始，至二十世紀初 以光的波粒二象性告終，前后共經歷了三百多年的時間。 以光的波粒二象性告終，前后共經歷了三百多年的時間。半導體 照 八、 明 技 術2、光的波動性，是指光是一種電磁波。 光的波動性，是指光是一種電磁波。 電磁波包 括微波、紅外線、可見光、紫外線、 射線、 射線、 電磁波包括微波、紅外線、可見光、紫 外線、X 射線、Y 射線、宇 宙射線等，如圖 1 所示。電磁波能量的傳播稱為輻射，宙射線等， 如圖 1-1 所示。 電磁波能量的

16、傳播稱為輻射， 輻射在通過 物質時一般不改變頻率， 速度 則隨物質而改變。 在真空中， 光速是 物質時一般不改變頻率， 速度則隨物質而改變。 在真空 中， 一常數c=2.9979 c=2.9979X一常數 c=2.9979X108m/s，光的速度、頻率與波長之間 的關系為：，光的速度、頻率與波長之間的關系為：c=入v圖 1-1 電磁波譜和可見光譜半導 體 照 八、 明 技 術 在電磁波譜中，波長為 380780nm(1 nm= m)的電磁波 的電磁波，在電磁波譜中，波長為 380780nm(1 nm= 10-9m)的電磁波，作 380780nm(1 nm 用于人眼能產生視覺，這部分電磁波叫可見

17、光 可見光。 用于人眼能產生視覺， 這部分電磁波叫可見光。 可見光只占電磁 波譜 極小的一部分。 波譜極小的一部分。 單色光 : 由單一波長組成的光。單色光 由單一波長組成的光。 由單一波長組成的光 可見光按波長依次排列可以得到可見光譜。不同波長的可見 光， 可見光按波長依次排列可以得到可見光譜。不同波長的可見光，在視覺上會形成不同的顏色。 在視覺上會形成不同的顏色。通常將可見光分為： 通常將可見光分為：(780630nm) 、(630600nm) 、(600570nm) 、紅 (780630nm) 、 橙 (630600nm) 、 黃(600570nm) 、(570490nm) 、(4904

18、50nm) 、(450430nm) 和 綠 (570490nm) 、 青(490450nm) 、藍 (450430nm) 和 (430380nm) 等七種單色光 等七種單色光。 紫 (430380nm) 等七種單色光。 將可見光按波長從 380780nm 依次展開，光將分別呈現紫、380780nm 依次展開將可見光按波長從 380780nm 依次展開，光將分別呈現紫、藍、青、綠、黃、橙、紅色。 紅色。半導體 照 八、 明 技術3、光的微粒性是指光束是微粒流。 、光的微粒性是指光束是微粒流。 微粒的運動速度 就是光速 ,這些粒子就是光子。不同波長的光微粒的運動速度就是光速這些粒子就是光子。不同波

19、長的光 , 這些粒子就是光子 具有不同的能量， 即由不同能量的光子組成。 光子具有的 能量 E 具有不同的能量，即由不同能量的光子組成。光子具有的能量 正比于光的頻率： 正 比于光的頻率：E=hvh=6.62X10-34J.S ,為普朗克常數。為普朗克常數。光子所具有的能量 hv是頻率為v的光所具有的能量的最小單位，不能再分割了，故光子又稱光量子。單位，不能再分割了，故光子又稱光量子。在光和其他物質相互作用是， 的形式一份一份地進行的， 互作用是， 能量的交換是以 hv的形式一份一份地進行的， 即 能量是不連續的。 能 量是不連續的。半導體照八、明技術 二、光的產生和傳播1、光的產生通常，光按

20、兩種方式產生，即熱輻射和發光。 通常，光按兩種方式產生，即熱輻射和發 光。 ( 1 )熱輻射 ) 熱輻射是指物質在高溫下輻射出熱能。當物體被加熱到高溫熱輻射是指物質在高溫下輻射出熱能。 組成它的原子或分子將產生熱運動， 時，組成它的原子或分 子將產生熱運動，并互相碰撞使電子獲得 能量而被激發，從而產生輻射。 能量而被激發， 從而產生輻射。黑體輻射熱輻射的一種。 黑體又稱為完全輻射體 黑體輻射熱輻射的一種。 黑體又稱為完全輻射體其特 點是入射到黑體上的光輻射將完全被吸收， 將完全被吸收，而沒有反射和 透射，即它的反射比和透射比為 的反射比和透射比為 ，吸收比為 。半導體照八、明技術著名的普朗克定

21、律所描述的就是不同溫度下的黑體的光譜輻射 普朗克的黑體輻射公式是： 功率與波長的函數關系，普朗克的黑體輻射公式是：2nc h E (入)=(W/m3 入(e ? 1)2 5 hc /入 kT其中入為輻射波長；為黑體的絕 其中 為輻射波長；T 為黑體的絕 為輻射波長 對溫度， 為普朗克常量 為普朗克常量， 為真 對溫度， h 為普朗克常量， c 為真 空中的光速， 空中 的光速，k=1.38X10- 23 為玻X爾茲曼常量。 爾茲曼常量。圖 1-2 不同溫度黑體輻射的能量分布點是入射到黑體上的光輻射0，吸收比為 1。 透射，即它功率與波長的函數關系，半 ( 2 )發光 )導體 照 八、 明 技

22、術 發光就是其他任何種類能量變換成光能的過程， 發光就是其他任何種類能量變換成光能 的過程，通常通過激發 過程來完成。激發是一個能量轉移過程。一個系統得到激發， 過程 來完成。激發是一個能量轉移過程。一個系統得到激發，得 到到能量由低能態 E1 躍遷到高 能態 躍遷到高能態 E2， 到到能量由低能態 躍遷到高能態 ，當它由高能態回到低能態 時， 根據能量守恒定律，多余的能量就可能以光的形式釋放出來， 根據能量守恒定律， 多余的能 量就可能以光的形式釋放出來，這就是激發發光。 這就是激發發光。發光波長的長短取決 于能量差厶 E=E2-E1, E 正是發射的光子所具有的能量。正是發射的光子所具有的

23、能量。E = hu= he / 入按激發的方式不同， 可把發光分為以下幾種： 按激發的方式不同， 可把發光分為以下幾 種： 1 ）生物發光：螢火蟲、發光細菌等的生物發光。）生物發光：螢火蟲、發光細菌等的生物發光。 2 ）化學反應：由化學反應直接引起的發光。物質的燃燒屬于化）化學反應：由化學反應直接引起的發光。 學反應。 學反應。半導體 照 八、 明 技 術3）光致發光：由光、紫外線、 X 射線等激發而引起的發光。 ）光致發光：由光、紫外 線、 射線等激發而引起的發光 射線等激發而引起的發光。 如熒光燈是由汞蒸氣產生的紫外 線激發熒光粉而發光的。 如熒光燈是由汞蒸氣產生的紫外線激發熒光粉而發光的

24、。4 ）陰極射線發光： 由電子束激發熒光物質發光， 如電視機 ）陰極射線發光： 由電子束激發熒光物質 發光， 的顯像管。的顯像管。5 ）電致發光：直接由電能轉變為光能。）電致發光：直接 由電能轉變為光能。a 、氣體或伴隨氣體放電而發光，如霓虹燈和各種放電燈。、氣體或伴隨氣體放電而發光，如霓虹燈和各種放電燈。 b 、加交流或直流電場于硫化鋅等粉末材料而 發光，如場 、加交流或直流電場于硫化鋅等粉末材料而發光， 致發光板。 致發光板。 e 、 在磷化鎵、 磷砷化鎵、 銦鎵鋁磷、 銦鎵氮等一類半導 、在磷化鎵、 磷砷化鎵、 銦鎵鋁磷、 結 處注入載流子時的發光， 體 PN結處注入載流子時的發光，如通

25、常的發光二極管。結處注入載流子時的發光 如通常的發光二極管。半 2 、光的傳播 、導體照八、明 技 術 （1）光的反射 光從一種介質傳播到另一種介質時， 光從一種介質傳播到另一種介質時，有一部分或全部從分界面 射回原來的介質，這種現象叫做光的反射。 射回原來的介質，這 種現象叫做光的反射。 在光的反射中， 光的傳播方向和能量可能發生變化， 在光的反射中， 光的傳播方向和能量可能發生變化，但光的頻 率是不會改變的。 率是不會改變的。 （ 2） 光的折射。 ）光的折射。 光從一種介質射入另一種介質時， 光從一種介質射入另一種介質 時， 若光的入射方向不是垂直于上述兩種 介質分界面， 介質分界面，

26、則在分界面將有一部 分 光被反射回原來的介質， 光被反射回原來的介質，另一部分將 射人另一種介質中， 射 人另一種介質中，但傳播方向改變 這種現象稱為光的折射。 了，這種現象稱為光的折射。圖 1-3 光的發射和折射半導體照八、明技術 光在其介質中傳播速度較高 （ 折射率小 ） 的媒質被稱為光疏媒 光在其介質中傳播速度較 高（ 折射率小 ）的媒質被稱為光疏媒 而傳播速度較低 （折射率大 ）的稱為光密媒質 光密媒質。 質，而傳播速度較低（折射率大）的稱為光密媒質。 折射角0當光從光疏媒質射入光密媒質 時（n1vn2），折射角02 將小于入 射角0反之，則折射角0將大于入射角0同時，射角01, 反之

27、，則折射角02 將大于入射角01。同時，入射角發 生變化時，折射角隨之發生變 化， 生變化時，折射角隨之發生變化，但兩角之間的關系符合折射定律：n sin0= n sin01 1 22折射定律也叫斯涅耳 （ snall ）定律。 ）定律。圖 1-4 光的折射；（a）n1 n2半（3）光的全反射 ）導體照八、明技術光由光密媒質（折射率大）入射到光疏媒質（折射率小） 光由光密媒質（折射率大）入 射到光疏媒質 （折射率小） 的 界面時，全部被反射回原媒質內的現象稱為全反射 全反射。 界 面時，全部被反射回原媒質內的現象稱為全反射。全反射的臨界角為： 界角為：0= arcsin（ n / n ）1 2

28、圖 1-5 光的全反射應用：光纖通信等。 高錕， 光纖之父” 應用： 光纖通信等。高錕， “光纖之父”， 2009 年獲諾貝 年獲諾貝 爾物理學獎半導體照八、明技術（ 4）光的透射。 ）光的透射。 光從一種介質射入另一種介質， 光從一種介質射入另 一種介質，并從這種介質穿透出來的 現象叫光的透射。 現象叫光的透射。 （ 5）光的吸收 和散射 ） 光在介質中傳播時其強度將越來越 弱，在這個過程中有一部分光的能量 轉變為 其它形式的能量 （ 例如熱能 例如熱能 ） 。 轉變為其它形式的能量 例如熱能 。這 就是介質對 光的吸收。 就是介質對光的吸收。 光在不均勻媒質中傳播會產生散射， 光在不均勻媒

29、質中 傳播會產生散射， 這是由于無數雜亂無章的界面對光進 行多次的反射和折射引起的。 行多 次的反射和折射引起的。圖 1-6 光的透射半導體照八、明技術（6）光的漫反射和漫透射 ） 當光線遇到某種表面， 當光線遇到某種表面，該表面的 不平整度與光的波長差不 多或大于光的波長時，就不再存在單一的反射或折射光線， 多或 大于光的波長時， 就不再存在單一的反射或折射光線， 而向光的散射一樣， 光線在入射點上 向四面八方散開。 而向光的散射一樣，光線在入射點上向四面八方散開。這種 光回到入射 光所在媒質的現象稱為漫反射， 光回到入射光所在媒質的現象稱為漫反射， 而透射入第二種 媒質的現象稱為漫透射。

30、媒質的現象稱為漫透射。圖 1-7 光的漫反射圖 1-8 光的漫透射 半（ 7）光的偏振 ） 導體照八、明技術振動方向對于傳播方向的不對稱性叫做偏振， 振動方向對于傳播方向的不對稱性叫做偏 振，它是橫波區別于 其他縱波的一個最明顯的標志。 其他縱波的一個最明顯的標志。光波 電矢量振動的空間分布對于 光的傳播方向失去對稱性的現象叫做光的偏振。 光的傳播方向 失去對稱性的現象叫做光的偏振。（8）光的干涉和衍射 ） 1 ）光的干涉： 滿足一定條件的兩列相干光相遇疊加， 在疊加 ） 光的干涉： 滿足一定條件的兩列相干光相遇疊加， 區域內光強按空間周期性變化的現象稱為 干涉。 區域內光強按空間周期性變化的

31、現象稱為干涉。半導體照八、明技術等厚干涉楊氏干涉等傾干涉牛頓環圖 1-9 各種干涉條紋半2) 光的衍射 光的衍射導體照八、明技術光在傳播路徑中， 遇到不透明或透明的障礙物， 光在傳播路徑中， 遇到不透明或透明的 障礙物，繞過障 礙物，產生偏離直線傳播的現象稱為光的衍射。 只有當小孔、 礙物，產生 偏離直線傳播的現象稱為光的衍射。 只有當小孔、 單縫或小屏的尺寸小于波長或和波長差 不多時， 單縫或小屏的尺寸小于波長或和波長差不多時， 才能觀察到 明顯的衍射現象 明 顯的衍射現象圖 1-10 光的衍射條紋半導體照八、作業： 作業： 1 、光的本質是什么？可見光的波長范圍是多少？、光的本質是什么？可

32、見光的波長范圍是多少？ 2 、光的產生有哪幾種方式及其原理？光的產生有哪幾種方式及其原理？ 3 、試述光的全反射的條件及原理，臨界角的表達式。試述光的全反射的條件及原理， 臨界角的表達式。 光入射到折射率為 n1=1.33 的玻璃和折射率為 2=1 的空 的玻璃和折射率為 n 光入射到折射率為 的玻璃和折射率為 的空 氣的界面時，產生全反射的臨界角 為多少度 為多少度？ 氣的界面時，產生全反射的臨界角0為多少度?體照八、術二、光度學及其測量 照明光源和燈具的主要性能指標是光學參數。 照明光源和燈具的主要性能指標是光學參 數。 1 、能量的輻射分布 、 光源的總輻射能量是各種波長能量的總和，波長

33、不同， 光源的 總輻射能量是各種波長能量的總和， 波長不同， 能量也不 同。我們稱發光器件的輻射能量隨 波長而變化的情況為發光器件輻射能量的光譜分布，表示。發光器件在入射能量的光譜分布，以 PA 表示。發光器件在 入 1-入 2 波長范圍內的輻 射功率可表示為：射功率可表示為：P 入 1 入 2 = / PA d 入入 1入 2如果是全部波長范圍內的輻射功率，則為：如果是全部波長范圍內的輻射功率，則為：P（入）=/ P 入 d 入0OOP 入是一個相對的分布函數。光譜分布的兩個主要參數是它的峰是一個相對的分布函數。 值波長和帶寬。 值波長和帶寬。半導體照八、明技術2 、輻射度量及單位 、（1

34、）輻射能 U ）輻射能 度量輻射能的物理量成為輻射度，單位是：焦耳（ ）。 ）。輻 射 度量輻射能的物理量成為輻射度，單位是：焦耳（J ）。輻射 能是一種傳播著電磁波的能量。 能是一種傳播著電磁波的能量。（2）輻射通量或輻射功率 ）輻射通量或輻射功率 P 單位時間內流過面積元 dd的能量， 稱為流過的輻射通量， 單位時間內流過面積元 的能量，稱為流過的輻射通量， 單 的能量 位 是： 位是：瓦（ W）。dQe P= dt半（ 3）輻射強度 ）輻射強度 J導體照八、明技術單位時間在單位立體角內所輻射的能量， 單位為： 單位時間在單位立體角內所輻射的能 量，單位為： W/sr 。dp J= d3對

35、于點輻射源，在整個空間的輻射通量 為 對于點輻射源，在整個空間的輻射通量 P 為:P =/Jd3=/d? jJ ? 0sin0d0o 0n如果輻射通量在空間分布均勻， 如果輻射通量在空間分布均勻，即 J不隨0和而改變 而改變，0 0不隨 和0而改變，則：P = 4nJ半導體照八、明技術注：立體角 其定義為任意一個封閉的圓錐面所圍的 空間。立體角是以錐的頂點為球 心， 空間。立體角是以錐的頂點為球心，半徑為 的球面被錐面所截得的面積來度量的。 r 的球面被錐面所截得的面積來度量的。當 錐面在球面上截得的面積為 dA dA 時 錐面在球面 上截得的面積為 dA 時，則該立體 角即為一個單位立體角

36、d 表達式為： 角即為一個單位立 體角 d3, 表達式為：立體角由上式可知，閉合球面的立體角都是。由上式可知，閉合球面的立體角都是 4n。 (4)面輻射度 )面輻射度 M 對于實際的輻射體，由于占有一定的面積，對于實際的輻射體，由于占有一定的面積， 常用面輻射度來度 量物體的輻射能力， 定義為單位面積所輻射的通量， 單位為 W/m2。量物體的輻射能力，定義為單位面積所輻射的通量，單位為dP M= dd半( 5 )輻射照度 )輻射照度 H導體照八、明技術落在單位面積上輻射通量的數值，單位為：落在單位面積上輻射通量的數值，單位為：W/m2。dP H= dd(6)輻射亮度 )輻射亮度 R 給定方向上

37、單位有效面積在單位立體角內的輻射通量值， 單位 給定方向上單位有效面積在單位立體角內的輻射通量值，為 W/m2.srdP R0= ddcos0d3R0的數值與輻射面的性質有關， 并且隨給定方向而改變。 的數值與輻射面的性質有關， 并且隨給定方向而改變。半2 、朗伯定律 、導體照八、明技 術 對于某些面輻射源或理想的漫射面， 輻射亮度 對于某些面輻射源或理想的漫射面， 輻射 亮度R0不隨給定方 變化，向0變化，就稱這些面輻射源是遵守朗伯定律的輻射源。這種 源 變化 就稱這些面輻射源是遵守朗伯定律的輻射源。 又稱為余弦輻射體或朗伯光源， 對于 這些表面， 又稱為余弦輻射體或朗伯光源，對于這些表面，

38、所有方向亮度都相等，而且元表面 d 的輻射強度 dJ 都相等，而且元表面d的輻射強度0與表面法線和給定方向 間夾角0的余弦成正比 的余弦成正比， 間夾角 的余弦成正比，即dJ0= R0ddcos0也可以寫成J0= J 0 cos0式中， 是垂直方向的輻射強度； 是與 J 式中， J0 是垂直方向的輻射強度； J0是與 0 成0角方向的輻射 角方向的輻射 強度。 強度。半3、光度量 、導體 照 八、明 技 術 光是能量的一種存在形式， 光是能量的一種存在形式， 光對物質的作用是與光能量的轉化 相關的。在照明技術中，由于光作用于人的眼睛所產生的視覺強度，相關的。在照明技術中， 由于光作用于人的眼睛

39、所產生的視覺強度， 不僅與光能量的大小有關， 還與光的波長 有關， 所以在照明技術中， 不僅與光能量的大小有關， 還與光的波長有關， 所以在照明技術 中， 為了更好地研究光在照明工程中的應用， 為了更好地研究光在照明工程中的應用，通 常采用的是以視覺效果 來評價光輻射的量光度量。 在照明工程中， 常用的光度量有光 來 評價光輻射的量光度量。 在照明工程中， 光度量 通量、發光強度、 照度和亮度等。 通量、發光強度、照度和亮度等。（1）光能 ）光能 Q 光能是指輻射能落于人眼而引起視覺的這部分能量的大小， 光能是指輻射能落于人眼而引起視覺的這部分能量的大小，單位是 Im s。 單位是。半（2）光

40、通量 F導體 照 八、明 技 術 光通量是根據人眼對光的感覺來評價光源在單位時間內光輻射能量的大小，單位是流明，符號 Im。當輻射體發出的輻射通量 能量的大小，單位是流明，符號。曲線的效率被人眼所接受時，按 V（入）曲線的效率被人眼所接受時，其表達式為曲線的效率被人眼所接受時 其表達式為 :jV入？P 入 d 入=680 / V 入？P 入 d 入OO光通量是說明光源發光能力的基本量。 具有均勻光強度 光通量是說明光源發光能力的基 本量。具有均勻光強度 1cd 的點光源在單位立體角 1sr（ 球面度 內發出的光通量為 球面度 ） 內發出的光通量為 的點光源在單位立體角 球面度 1lm 物理意義

41、。 物理意義。 物理意義40W 白熾燈光通量為白熾燈光通量為 350Lm,36W 熒光燈光通量為 熒光燈光通量為2500Lm 白熾燈光通量為 ，熒光燈光通量為半導體照八、明技術（3）發光強度 （光強 ）I發光強度 （光強）一個光源在單位立體角d 一個光源在單位立體角d3內所發出的光通量稱為該光源的光強I,單位是坎德拉，符號：。 單位是坎德拉,符號：cd 。dF I= d 3若光源發射的光通量比較均勻時 各個方向的光強相等， 其 若光源發射的光通量比較均 勻時各個方向的光強相等， 值為I=F3發光強度是用來描述光源發出的光通量在空間給定方向上的分布內發出 1 流明的光稱為 1 坎德拉。 情況的，

42、 單位立體角內發出半導體照八、明技術 （4）面發光度 ）面發光度 L 對于一定面積的發光體來說，說，在單位面積上所發出的光 通量被稱為面發光度。 通量被稱為面發光度。dF L= dd即面積為 1m 的均勻發光面發出 1 流明的光通量 流明的光通量， 即面積為 2 的均勻發 光面發出流明的光通量，它與 方向無關。 方向無關。半導情況的， 1 單位立體角1 流明的光稱為 1 坎德拉。對于一定面積的發光體來體照八、明技術4亮度 B 亮度是描述發光面或反光面上光的明亮程度的光度量。并且, 亮度是描述發光面或反光面上光的明亮程度的光度量。 并且 , 亮度考慮了光的輻射方向，亮度考慮了光的輻射方向，所以它

43、是表征發光面在不同方向上的光學特性的物理量。發光體的表面 db在與其法線成在與其法線成0角的方光學特性的物理量。發光體的表面在與其法線成 角的方向上的亮度 B 向上的亮度0為：dF B0= dbcos0dw亮度的單位是尼特(nt),尼特(nt)=1 坎德拉/平方米(cd (nt)=1 坎德拉(cd /亮度 的單位是尼特(nt) ,1 尼特(nt)=1 坎德拉/平方米(cd /m2)。發光面沿其法線方間發出 1cd 光強時，1cd 光強時 即 1m2 發光面沿其法線方間發出 1cd 光強時，該發光面在其法線方 向 上呈現的亮度為 1nt 1nt。向上呈現的亮度為1nt。注意：一般當亮度超過 1.6xcd /注 意：一般當亮度超過 1.6x105cd/m2 時，人眼就感到難以忍受 1.6 了。半導體照八、明技術半(6)照度 )照度 E導體照八、明技術照度表示被照明物體的單位面積所接受的總光通量，照度表示被照明物體的單位面積所接受的總光通量，即dF E= db照度是描述被照面被照射的程度的光度量。 照度的單位是勒克 照度是描述被照面被照射 的程度的光度量。 (lx) 。 1lx 表示在 面積上均