半导体照明技术(第一讲).doc

半导体照明技术(第一讲).txt不怕偷儿带工具，就怕偷儿懂科技！ 1品味生活，完善人性。存在就是机会，思考才能提高。人需要不断打碎自己，更应该重新组装自己。 本文由zsc6840391贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 半 导 体 照 明 技 术 半 导 体 照 明 技 术 参考书目： 参考书目： 1、谢秀颖.郭宏祥，电气照明技术第二版， 中国电力 出版社，2007年11月 2、王晓东，电气照明技术，机械工业出版社，2004 年1月 3、陈元灯.李元密，LED制造技术与应用，电子工业 出版社，2007年7月 4、刘木清.周小丽，照明自动控制技术，机械工业出 版社，2007年8月 半 导 体 照 明 技 术 半导体照明概述 一、半导体照明 半导体照明是指用全固态发光 器件（发光二极管， 器件（发光二极管，即LED，是由 ， 半导体材料制成的光电器件， 半导体材料制成的光电器件，可将 电能直接转换为光能） 电能直接转换为光能）作为光源的 照明，具有高效、节能、环保、寿 照明，具有高效、节能、环保、 命长、易维护等显著特点， 命长、易维护等显著特点，是近年 来全球最具发展前景的高新技术领 域之一，是人类照明史上继白炽灯、 域之一，是人类照明史上继白炽灯、 荧光灯之后的又一场照明光源的革 命。 半导体照明 (LED) 半 导 体 照 明 技 术 二、LED（Light Emitting Diode ） （ LED，是一种固态的半导体器件, ，是一种固态的半导体器件 它可以直接把电转化为光。 它可以直接把电转化为光。LED的心 的心 脏是一个半导体的晶片， 脏是一个半导体的晶片，晶片的一端 附在一个支架上， 附在一个支架上，整个晶片被环氧树 脂封装起来。 脂封装起来。半导体晶片由两部分组 一部分是P型半导体 型半导体， 成，一部分是 型半导体，空穴占主 导地位，另一端是N型半导体 型半导体， 导地位，另一端是 型半导体，主要 是电子。 是电子。这两种半导体相连就形成一 结 个“P-N结”。当电流通过导线作用 于这个晶片的时候， 于这个晶片的时候，电子就会被推向 P区，在P区里电子跟空穴复合，然后 区里电子跟空穴复合， 区 区里电子跟空穴复合 就会以光子的形式发出能量， 就会以光子的形式发出能量，这就是 LED发光的原理。 发光的原理。 发光的原理 LED构造图 半 三、LED产业链 产业链 导 体 照 明 技 术 LED产业链大致可分为五部分：原材料，LED上游产业，LED 产业链大致可分为五部分：原材料， 上游产业， 产业链大致可分为五部分 上游产业 中游产业， 下游产业， 中游产业，LED下游产业，测试仪器和生产设备。 下游产业 测试仪器和生产设备。 1、原材料 、 LED的原材料包括衬底材料砷化镓、氮化铝、磷化镓、磷砷 的原材料包括衬底材料砷化镓、氮化铝、磷化镓、 的原材料包括衬底材料砷化镓 化镓、铟镓铝磷、 它们大部分是IIIV族化合物半导 化镓、铟镓铝磷、铟镓氮等。它们大部分是 族化合物半导 体单晶，生产工艺比较成熟。原材料的纯度一般都要在 以上 以上。 体单晶，生产工艺比较成熟。原材料的纯度一般都要在6N以上。 2、LED上游产业 、 上游产业 主要是指LED发光材料外延制造和芯片制造。由于外延工艺的 发光材料外延制造和芯片制造。 主要是指 发光材料外延制造和芯片制造 高度发展，器件的主要结构如发光层、限制层、缓冲层、 高度发展，器件的主要结构如发光层、限制层、缓冲层、反射层 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、负电极和完成 分割检测。 分割检测。 半 导 体 照 明 技 术 3、LED中游产业 、 中游产业 是指LED器件封装产业。根据用于现实、照明、通信等不同场 器件封装产业。 是指 器件封装产业 根据用于现实、照明、 封装出不同颜色、不同形状的品种繁多的LED发光器件。 发光器件。 合，封装出不同颜色、不同形状的品种繁多的 发光器件 4、LED下游产业 、 下游产业 是指应用LED作为显示或照明器件后形成的产业。主要的应用 作为显示或照明器件后形成的产业。 是指应用 作为显示或照明器件后形成的产业 产业有LED显示屏、LED交通信号灯、LED航标灯、 LED景观灯 显示屏、 交通信号灯、 航标灯、 产业有 显示屏 交通信号灯 航标灯 景观灯 液晶背光源、 车灯、 特殊照明等。 饰、液晶背光源、LED车灯、LED特殊照明等。 车灯 特殊照明等 水立方景观照明 半 导 体 照 明 技 术 鸟巢景观照明 半 导 体 照 明 技 术 篔筜湖畔的LED照明 半 导 体 照 明 技 术 中山路商业街的LED照明 半 导 体 照 明 技 术 位于湖滨北路的中闽大厦 半 导 体 照 明 技 术 5、测试仪器和生产设备 、 测试仪器主要有：外延材料方面的 射线双晶衍射仪 射线双晶衍射仪、 测试仪器主要有：外延材料方面的X射线双晶衍射仪、荧 光谱仪、卢瑟福背散射沟道谱仪等；芯片、 光谱仪、卢瑟福背散射沟道谱仪等；芯片、器件测试仪器方 光电特性测试仪、 面的 LED光电特性测试仪、光谱分析仪等。 光电特性测试仪 光谱分析仪等。 生产设备包括金属有机化合物化学气相淀积仪(Metal生产设备包括金属有机化合物化学气相淀积仪 organic Chemical Vapor DePosition ，缩写MOCVD) 、 缩写 液相外镀炉、光刻机、划片机、全自动固晶机、金丝球焊机、 液相外镀炉、光刻机、划片机、全自动固晶机、金丝球焊机、 硅铝丝超声压焊机、灌胶机、真空烘箱、芯片计数仪、 硅铝丝超声压焊机、灌胶机、真空烘箱、芯片计数仪、芯片 检测仪、倒膜机、光色点全自动分选机等。 检测仪、倒膜机、光色点全自动分选机等。 半 导 体 照 明 技 术 MOCVD系统 目前国际上MOCVD的价格在每台 的价格在每台440万美元左右，按人民币 万美元左右， 目前国际上 的价格在每台 万美元左右 计算接近3000万元 。生产企业主要有：德国的 公司、 计算接近 万元 生产企业主要有：德国的Aixtron公司、 公司 美国的Emcore公司、英国的 公司、 公司等。 美国的 公司 英国的Thomas Swan公司等。 公司等 半 导 体 照 明 技 术 四、厦门市LED产业简介 厦门市 产业简介 厦门为中国七大LED产业基地之一，首批4个半导体照明工程 产业基地之一，首批 个半导体照明工程 厦门为中国七大 产业基地之一 产业化基地之一（大连、上海、 ），已经成为中国 产业化基地之一（大连、上海、南昌和厦门 ），已经成为中国 大陆地区光电产业快速发展的重要城市 。 厦门生产LED外延片、芯片的企业有四家，即厦门三安光电、 外延片、 厦门生产 外延片 芯片的企业有四家，即厦门三安光电、 联厦光电、明达光电、乾照光电， 联厦光电、明达光电、乾照光电，芯片总产量约占祖国大陆自产 芯片的25%。封装企业有十几家，下游应用企业有 多家，还有 多家， 芯片的 。封装企业有十几家，下游应用企业有50多家 与之配套的荧光粉、环氧树脂、塑料镜头、蓝宝石外延材料、 与之配套的荧光粉、环氧树脂、塑料镜头、蓝宝石外延材料、各 种辅助材料和模具等生产厂，形成了较完整的产业链。 种辅助材料和模具等生产厂，形成了较完整的产业链。 2009年厦门市光电产业实现产值 年厦门市光电产业实现产值404.39亿元，首次突破 亿元， 年厦门市光电产业实现产值 亿元 首次突破400亿 亿 销售收入398.72亿元。2009年，产值及销售同时超亿的厦门 亿元。 元，销售收入 亿元 年 市光电企业有29家 市光电企业有 家。2009年厦门市节能灯照明出口占有量继续保 年厦门市节能灯照明出口占有量继续保 持全球市场20%以上，为全球高端节能照明的制造和出口基地。 以上， 持全球市场 以上 为全球高端节能照明的制造和出口基地。 半 导 体 照 明 技 术 第一章 光 视觉 光 颜色 本章主要介绍光、视觉、颜色等与照明技术有关的基础知识。 本章主要介绍光、视觉、颜色等与照明技术有关的基础知识。 第一节 一、光的本质 照明技术的实质主要是光的控制与分配技术。 照明技术的实质主要是光的控制与分配技术。 1、 “什么是光，光的本质是什么？”这个问题很早就引 、 什么是光，光的本质是什么？ 起了许多学者的关注，直到17世纪 基本上形成了两种学说： 世纪， 起了许多学者的关注，直到 世纪，基本上形成了两种学说： 惠更斯提出的波动说， 一种是荷兰物理学家惠更斯提出的波动说 一种是荷兰物理学家惠更斯提出的波动说，认为光是某 种振动，在弹性介质中以波的形式向周围传播。 种振动，在弹性介质中以波的形式向周围传播。 另一种牛顿支持的微粒说 牛顿支持的微粒说， 另一种牛顿支持的微粒说，认为光是从光源发出的一种 物质微粒，在均匀介质中以一定的速度传播。 物质微粒，在均匀介质中以一定的速度传播。 半 导 体 照 明 技 术 历史上许多著名科学家都加入这一论战，包括牛顿、胡克、 历史上许多著名科学家都加入这一论战，包括牛顿、胡克、 惠更斯、托马斯 菲涅耳等。直到1905 1905年 惠更斯、托马斯杨、菲涅耳等。直到1905年3月，爱因斯坦在 德国物理年报上发表了题为 德国物理年报上发表了题为关于光的产生和转化的一个 推测性观点的论文他认为对于时间的平均值 对于时间的平均值， 推测性观点的论文他认为对于时间的平均值，光表现为波动 对于时间的瞬间值，光表现为粒子性。 性；对于时间的瞬间值，光表现为粒子性。这是历史上第一次 揭示光的波动性 粒子性的统一 即波粒二象性。 波动性和 的统一， 揭示光的波动性和粒子性的统一，即波粒二象性。这一科学理 论最终得到了学术界的广泛接受。 论最终得到了学术界的广泛接受。 1921年，爱因斯坦因光电效应研究而获得奖诺贝尔物理 年 学奖。 学奖。 光的波动说与微粒说之争从十七世纪初开始， 光的波动说与微粒说之争从十七世纪初开始，至二十世纪初 以光的波粒二象性告终，前后共经历了三百多年的时间。 以光的波粒二象性告终，前后共经历了三百多年的时间。 半 导 体 照 明 技 术 2、光的波动性，是指光是一种电磁波。 光的波动性，是指光是一种电磁波。 电磁波包括微波、红外线、可见光、紫外线、 射线、 射线、 电磁波包括微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、Y射线、宇 宙射线等，如图1 所示。电磁波能量的传播称为辐射， 宙射线等，如图1-1所示。电磁波能量的传播称为辐射，辐射在通过 物质时一般不改变频率，速度则随物质而改变。在真空中，光速是 物质时一般不改变频率，速度则随物质而改变。在真空中， 一常数c=2.9979 c=2.9979 一常数c=2.9979108m/s，光的速度、频率与波长之间的关系为： ，光的速度、频率与波长之间的关系为： c= 图1-1 电磁波谱和可见光谱 半 导 体 照 明 技 术 在电磁波谱中，波长为380780nm(1nm m)的电磁波 的电磁波， 在电磁波谱中，波长为380780nm(1nm10-9m)的电磁波，作 380780nm(1nm 用于人眼能产生视觉，这部分电磁波叫可见光 可见光。 用于人眼能产生视觉，这部分电磁波叫可见光。可见光只占电磁 波谱极小的一部分。 波谱极小的一部分。 单色光:由单一波长组成的光。 单色光 由单一波长组成的光。 由单一波长组成的光 可见光按波长依次排列可以得到可见光谱。不同波长的可见光， 可见光按波长依次排列可以得到可见光谱。不同波长的可见光， 在视觉上会形成不同的颜色。 在视觉上会形成不同的颜色。 通常将可见光分为： 通常将可见光分为： (780630nm)、 (630600nm)、 (600570nm)、 红(780630nm)、橙(630600nm)、黄(600570nm)、 (570490nm)、 (490450nm)、 (450430nm)和 绿(570490nm)、青(490450nm)、蓝(450430nm)和 (430380nm)等七种单色光 等七种单色光。 紫(430380nm)等七种单色光。 将可见光按波长从380780nm依次展开，光将分别呈现紫、 380780nm依次展开 将可见光按波长从380780nm依次展开，光将分别呈现紫、蓝、 青、绿、黄、橙、红色。 红色。 半 导 体 照 明 技 术 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。 微粒的运动速度就是光速,这些粒子就是光子。不同波长的光微粒的运动速度就是光速 这些粒子就是光子。不同波长的光, 这些粒子就是光子 具有不同的能量，即由不同能量的光子组成。光子具有的能量E 具有不同的能量，即由不同能量的光子组成。光子具有的能量 正比于光的频率： 正比于光的频率： E=h h=6.6210-34J.S，为普朗克常数。 为普朗克常数。 光子所具有的能量h是频率为的光所具有的能量的最小 单位，不能再分割了，故光子又称光量子。 单位，不能再分割了，故光子又称光量子。在光和其他物质相 互作用是， 的形式一份一份地进行的， 互作用是，能量的交换是以h的形式一份一份地进行的，即 能量是不连续的。 能量是不连续的。 半 导 体 照 明 技 术 二、光的产生和传播 1、光的产生 、 通常，光按两种方式产生，即热辐射和发光。 通常，光按两种方式产生，即热辐射和发光。 （1）热辐射 ） 热辐射是指物质在高温下辐射出热能。当物体被加热到高温 热辐射是指物质在高温下辐射出热能。 组成它的原子或分子将产生热运动， 时，组成它的原子或分子将产生热运动，并互相碰撞使电子获得 能量而被激发，从而产生辐射。 能量而被激发，从而产生辐射。 黑体辐射热辐射的一种。黑体又称为完全辐射体 黑体辐射热辐射的一种。黑体又称为完全辐射体其特 点是入射到黑体上的光辐射将完全被吸收， 点是入射到黑体上的光辐射将完全被吸收，而没有反射和 透射，即它的反射比和透射比为0，吸收比为1。 透射，即它的反射比和透射比为 ，吸收比为 。 半 导 体 照 明 技 术 著名的普朗克定律所描述的就是不同温度下的黑体的光谱辐射 功率与波长的函数关系，普朗克的黑体辐射公式是： 功率与波长的函数关系，普朗克的黑体辐射公式是： 2c h E ( ) = （W/m3） (e ? 1) 2 5 hc / kT 其中为辐射波长； 为黑体的绝 其中 为辐射波长；T为黑体的绝 为辐射波长 对温度， 为普朗克常量 为普朗克常量， 为真 对温度，h为普朗克常量， c为真 空中的光速， 空中的光速，k=1.381023为玻 尔兹曼常量。 尔兹曼常量。 图1-2 不同温度黑体辐射的能量分布 半 （2）发光 ） 导 体 照 明 技 术 发光就是其他任何种类能量变换成光能的过程， 发光就是其他任何种类能量变换成光能的过程，通常通过激发 过程来完成。激发是一个能量转移过程。一个系统得到激发， 过程来完成。激发是一个能量转移过程。一个系统得到激发，得 到到能量由低能态E1跃迁到高能态 跃迁到高能态E2， 到到能量由低能态 跃迁到高能态 ，当它由高能态回到低能态 时，根据能量守恒定律，多余的能量就可能以光的形式释放出来， 根据能量守恒定律，多余的能量就可能以光的形式释放出来， 这就是激发发光。 这就是激发发光。发光波长的长短取决于能量差E=E2-E1, E 正是发射的光子所具有的能量。 正是发射的光子所具有的能量。 E = h = hc / 按激发的方式不同，可把发光分为以下几种： 按激发的方式不同，可把发光分为以下几种： 1）生物发光：萤火虫、发光细菌等的生物发光。 ）生物发光：萤火虫、发光细菌等的生物发光。 2）化学反应：由化学反应直接引起的发光。物质的燃烧属于化 ）化学反应：由化学反应直接引起的发光。 学反应。 学反应。 半 导 体 照 明 技 术 3）光致发光：由光、紫外线、X射线等激发而引起的发光。 ）光致发光：由光、紫外线、 射线等激发而引起的发光 射线等激发而引起的发光。 如荧光灯是由汞蒸气产生的紫外线激发荧光粉而发光的。 如荧光灯是由汞蒸气产生的紫外线激发荧光粉而发光的。 4）阴极射线发光：由电子束激发荧光物质发光，如电视机 ）阴极射线发光：由电子束激发荧光物质发光， 的显像管。 的显像管。 5）电致发光：直接由电能转变为光能。 ）电致发光：直接由电能转变为光能。 a、气体或伴随气体放电而发光，如霓虹灯和各种放电灯。 、气体或伴随气体放电而发光，如霓虹灯和各种放电灯。 b、加交流或直流电场于硫化锌等粉末材料而发光，如场 、加交流或直流电场于硫化锌等粉末材料而发光， 致发光板。 致发光板。 c、在磷化镓、磷砷化镓、铟镓铝磷、铟镓氮等一类半导 、在磷化镓、磷砷化镓、铟镓铝磷、 结处注入载流子时的发光， 体PN结处注入载流子时的发光，如通常的发光二极管。 结处注入载流子时的发光 如通常的发光二极管。 半 2、光的传播 、 导 体 照 明 技 术 （1）光的反射 光从一种介质传播到另一种介质时， 光从一种介质传播到另一种介质时，有一部分或全部从分界面 射回原来的介质，这种现象叫做光的反射。 射回原来的介质，这种现象叫做光的反射。 在光的反射中，光的传播方向和能量可能发生变化， 在光的反射中，光的传播方向和能量可能发生变化，但光的频 率是不会改变的。 率是不会改变的。 （2）光的折射。 ）光的折射。 光从一种介质射入另一种介质时， 光从一种介质射入另一种介质时， 若光的入射方向不是垂直于上述两种 介质分界面， 介质分界面，则在分界面将有一部分 光被反射回原来的介质， 光被反射回原来的介质，另一部分将 射人另一种介质中， 射人另一种介质中，但传播方向改变 这种现象称为光的折射。 了，这种现象称为光的折射。 图1-3 光的发射和折射 半 导 体 照 明 技 术 光在其介质中传播速度较高(折射率小)的媒质被称为光疏媒 光在其介质中传播速度较高(折射率小)的媒质被称为光疏媒 而传播速度较低(折射率大)的称为光密媒质 光密媒质。 质，而传播速度较低(折射率大)的称为光密媒质。 折射角 当光从光疏媒质射入光密媒质时(n1n2)，折射角2将小于入 射角 反之，则折射角 将大于入射角 同时， 射角1,反之，则折射角2 将大于入射角1。同时，入射角发 生变化时，折射角随之发生变化， 生变化时，折射角随之发生变化，但两角之间的关系符合折射定 律： n sin = n sin 1 1 2 2 折射定律也叫斯涅耳 （snall）定律。 ）定律。 图1-4 光的折射；(a)n1n2，(b)n1n2 半 （3）光的全反射 ） 导 体 照 明 技 术 光由光密媒质（折射率大）入射到光疏媒质（折射率小） 光由光密媒质（折射率大）入射到光疏媒质（折射率小）的 界面时，全部被反射回原媒质内的现象称为全反射 全反射。 界面时，全部被反射回原媒质内的现象称为全反射。全反射的临 界角为： 界角为： = arcsin( n / n ) 1 2 图1-5 光的全反射 应用：光纤通信等。高锟， 光纤之父” 应用：光纤通信等。高锟， “光纤之父”，2009年获诺贝 年获诺贝 尔物理学奖 半 导 体 照 明 技 术 （4）光的透射。 ）光的透射。 光从一种介质射入另一种介质， 光从一种介质射入另一种介质，并从这种介质穿透出来的 现象叫光的透射。 现象叫光的透射。 （5）光的吸收和散射 ） 光在介质中传播时其强度将越来越 弱，在这个过程中有一部分光的能量 转变为其它形式的能量(例如热能 例如热能)。 转变为其它形式的能量 例如热能 。这 就是介质对光的吸收。 就是介质对光的吸收。 光在不均匀媒质中传播会产生散射， 光在不均匀媒质中传播会产生散射， 这是由于无数杂乱无章的界面对光进 行多次的反射和折射引起的。 行多次的反射和折射引起的。 图1-6 光的透射 半 导 体 照 明 技 术 （6）光的漫反射和漫透射 ） 当光线遇到某种表面， 当光线遇到某种表面，该表面的不平整度与光的波长差不 多或大于光的波长时，就不再存在单一的反射或折射光线， 多或大于光的波长时，就不再存在单一的反射或折射光线， 而向光的散射一样，光线在入射点上向四面八方散开。 而向光的散射一样，光线在入射点上向四面八方散开。这种 光回到入射光所在媒质的现象称为漫反射， 光回到入射光所在媒质的现象称为漫反射，而透射入第二种 媒质的现象称为漫透射。 媒质的现象称为漫透射。 图1-7 光的漫反射 图1-8 光的漫透射 半 （7）光的偏振 ） 导 体 照 明 技 术 振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振， 振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于 其他纵波的一个最明显的标志。 其他纵波的一个最明显的标志。光波电矢量振动的空间分布对于 光的传播方向失去对称性的现象叫做光的偏振。 光的传播方向失去对称性的现象叫做光的偏振。 （8）光的干涉和衍射 ） 1）光的干涉：满足一定条件的两列相干光相遇叠加，在叠加 ）光的干涉：满足一定条件的两列相干光相遇叠加， 区域内光强按空间周期性变化的现象称为干涉。 区域内光强按空间周期性变化的现象称为干涉。 半 导 体 照 明 技 术 等厚干涉 杨氏干涉 等倾干涉 牛顿环 图1-9 各种干涉条纹 半 2)光的衍射 光的衍射 导 体 照 明 技 术 光在传播路径中，遇到不透明或透明的障碍物， 光在传播路径中，遇到不透明或透明的障碍物，绕过障 碍物，产生偏离直线传播的现象称为光的衍射。 只有当小孔、 碍物，产生偏离直线传播的现象称为光的衍射。 只有当小孔、 单缝或小屏的尺寸小于波长或和波长差不多时， 单缝或小屏的尺寸小于波长或和波长差不多时，才能观察到 明显的衍射现象 明显的衍射现象 图1-10 光的衍射条纹 半 导 体 照 明 技 术 作业： 作业： 1、光的本质是什么？可见光的波长范围是多少？ 、光的本质是什么？可见光的波长范围是多少？ 2 、光的产生有哪几种方式及其原理？ 光的产生有哪几种方式及其原理？ 3 、试述光的全反射的条件及原理，临界角的表达式。 试述光的全反射的条件及原理，临界角的表达式。 光入射到折射率为n1=1.33的玻璃和折射率为 2=1的空 的玻璃和折射率为n 光入射到折射率为 的玻璃和折射率为 的空 气的界面时，产生全反射的临界角 为多少度 为多少度？ 气的界面时，产生全反射的临界角为多少度？ 半 导 体 照 明 技 术 二、光度学及其测量 照明光源和灯具的主要性能指标是光学参数。 照明光源和灯具的主要性能指标是光学参数。 1、能量的辐射分布 、 光源的总辐射能量是各种波长能量的总和，波长不同， 光源的总辐射能量是各种波长能量的总和，波长不同，能量也不 同。我们称发光器件的辐射能量随波长而变化的情况为发光器件辐 射能量的光谱分布， 表示。发光器件在 射能量的光谱分布，以PA表示。发光器件在1-2波长范围内的辐 射功率可表示为： 射功率可表示为： P12 = PA d 1 2 如果是全部波长范围内的辐射功率，则为： 如果是全部波长范围内的辐射功率，则为： P( ) = P d 0 P 是一个相对的分布函数。光谱分布的两个主要参数是它的峰 是一个相对的分布函数。 值波长和带宽。 值波长和带宽。 半 导 体 照 明 技 术 2、辐射度量及单位 、 （1）辐射能U ）辐射能 度量辐射能的物理量成为辐射度，单位是：焦耳（ ）。 ）。辐射 度量辐射能的物理量成为辐射度，单位是：焦耳（J）。辐射 能是一种传播着电磁波的能量。 能是一种传播着电磁波的能量。 （2）辐射通量或辐射功率 ）辐射通量或辐射功率P 单位时间内流过面积元d的能量，称为流过的辐射通量， 单位时间内流过面积元 的能量，称为流过的辐射通量，单 的能量 位是： 位是：瓦（W）。 dQe P= dt 半 （3）辐射强度 ）辐射强度J 导 体 照 明 技 术 单位时间在单位立体角内所辐射的能量，单位为： 单位时间在单位立体角内所辐射的能量，单位为：W/sr。 。 dp J= d 对于点辐射源，在整个空间的辐射通量 为 对于点辐射源，在整个空间的辐射通量P为： 2 P = Jd = d? J ? sin d o 0 如果辐射通量在空间分布均匀， 如果辐射通量在空间分布均匀，即J 不随和 而改变 而改变， 不随 和而改变，则： P = 4J 半 导 体 照 明 技 术注：立体角 其定义为任意一个封闭的圆锥面所围的 空间。立体角是以锥的顶点为球心， 空间。立体角是以锥的顶点为球心，半径为 的球面被锥面所截得的面积来度量的。 r的球面被锥面所截得的面积来度量的。当 锥面在球面上截得的面积为dA dA时 锥面在球面上截得的面积为dA时，则该立体 角即为一个单位立体角d 表达式为： 角即为一个单位立体角d, 表达式为： 立体角 由上式可知，闭合球面的立体角都是 。 由上式可知，闭合球面的立体角都是4。 （4）面辐射度 ）面辐射度M 对于实际的辐射体，由于占有一定的面积， 对于实际的辐射体，由于占有一定的面积，常用面辐射度来度 量物体的辐射能力，定义为单位面积所辐射的通量，单位为W/m2。 量物体的辐射能力，定义为单位面积所辐射的通量，单位为 dP M= d 半 （5）辐射照度 ）辐射照度H 导 体 照 明 技 术 落在单位面积上辐射通量的数值，单位为： 落在单位面积上辐射通量的数值，单位为：W/m2。 dP H= d （6）辐射亮度 ）辐射亮度R 给定方向上单位有效面积在单位立体角内的辐射通量值，单位 给定方向上单位有效面积在单位立体角内的辐射通量值， 为W/m2.sr dP R = d cos d R的数值与辐射面的性质有关，并且随给定方向而改变。 的数值与辐射面的性质有关，并且随给定方向而改变。 半 2、朗伯定律 、 导 体 照 明 技 术 对于某些面辐射源或理想的漫射面，辐射亮度 对于某些面辐射源或理想的漫射面，辐射亮度R不随给定方 变化， 向变化，就称这些面辐射源是遵守朗伯定律的辐射源。这种源 变化 就称这些面辐射源是遵守朗伯定律的辐射源。 又称为余弦辐射体或朗伯光源，对于这些表面， 又称为余弦辐射体或朗伯光源，对于这些表面，所有方向亮度 都相等，而且元表面d 的辐射强度dJ 都相等，而且元表面 的辐射强度 与表面法线和给定方向 间夹角的余弦成正比 的余弦成正比， 间夹角 的余弦成正比，即 dJ = R d cos 也可以写成 J = J 0 cos 式中， 是垂直方向的辐射强度； 是与J 式中，J0是垂直方向的辐射强度；J 是与 0成角方向的辐射 角方向的辐射 强度。 强度。 半 3、光度量 、 导 体 照 明 技 术 光是能量的一种存在形式， 光是能量的一种存在形式，光对物质的作用是与光能量的转化 相关的。在照明技术中，由于光作用于人的眼睛所产生的视觉强度， 相关的。在照明技术中，由于光作用于人的眼睛所产生的视觉强度， 不仅与光能量的大小有关，还与光的波长有关，所以在照明技术中， 不仅与光能量的大小有关，还与光的波长有关，所以在照明技术中， 为了更好地研究光在照明工程中的应用， 为了更好地研究光在照明工程中的应用，通常采用的是以视觉效果 来评价光辐射的量光度量。在照明工程中，常用的光度量有光 来评价光辐射的量光度量。在照明工程中， 光度量 通量、发光强度、照度和亮度等。 通量、发光强度、照度和亮度等。 （1）光能 ）光能Q 光能是指辐射能落于人眼而引起视觉的这部分能量的大小， 光能是指辐射能落于人眼而引起视觉的这部分能量的大小， 单位是lms。 单位是 。 半 （2）光通量F 导 体 照 明 技 术 光通量是根据人眼对光的感觉来评价光源在单位时间内光辐射 能量的大小，单位是流明，符号lm。当辐射体发出的辐射通量 能量的大小，单位是流明，符号 。 曲线的效率被人眼所接受时， 按V()曲线的效率被人眼所接受时，其表达式为 曲线的效率被人眼所接受时 其表达式为: F = K m V ? P d = 680 V ? P d 0 0 光通量是说明光源发光能力的基本量。具有均匀光强度 光通量是说明光源发光能力的基本量。具有均匀光强度1cd 的点光源在单位立体角1sr(球面度 内发出的光通量为 球面度)内发出的光通量为 的点光源在单位立体角 球面度 1lm物理意义。 物理意义。 物理意义 40W白炽灯光通量为 白炽灯光通量为350Lm，36W荧光灯光通量为 荧光灯光通量为2500Lm 白炽灯光通量为 ， 荧光灯光通量为 半 导 体 照 明 技 术 （3）发光强度(光强)I 发光强度(光强) 一个光源在单位立体角d 一个光源在单位立体角d内所发出的光通量称为该光源的光强， 单位是坎德拉，符号： 。 单位是坎德拉，符号：cd。 dF I= d 若光源发射的光通量比较均匀时各个方向的光强相等，其 若光源发射的光通量比较均匀时各个方向的光强相等， 值为 I= F 发光强度是用来描述光源发出的光通量在空间给定方向上的分布 情况的，1单位立体角内发出1流明的光称为1坎德拉。 情况的， 单位立体角内发出1流明的光称为1坎德拉。 半 导 体 照 明 技 术 （4）面发光度 ）面发光度L 对于一定面积的发光体来说， 对于一定面积的发光体来说，在单位面积上所发出的光 通量被称为面发光度。 通量被称为面发光度。 dF L= d 即面积为1m 的均匀发光面发出1流明的光通量 流明的光通量， 即面积为 2的均匀发光面发出 流明的光通量，它与 方向无关。 方向无关。 半 导 体 照 明 技 术 4亮度B 亮度是描述发光面或反光面上光的明亮程度的光度量。并且, 亮度是描述发光面或反光面上光的明亮程度的光度量。并且, 亮度考虑了光的辐射方向， 亮度考虑了光的辐射方向，所以它是表征发光面在不同方向上的 光学特性的物理量。发光体的表面d在与其法线成 在与其法线成角的方 光学特性的物理量。发光体的表面 在与其法线成 角的方 向上的亮度B 向上的亮度 为： dF B = d cos d 亮度的单位是尼特 (nt)， 尼特(nt)=1坎德拉平方米(cd (nt)=1坎德拉 (cd 亮度的单位是尼特 (nt)，1尼特(nt)=1坎德拉平方米(cdm2)。 发光面沿其法线方间发出1cd光强时， 1cd光强时 即1m2发光面沿其法线方间发出1cd光强时，该发光面在其法线方 向上呈现的亮度为1nt 1nt。 向上呈现的亮度为1nt。 注意：一般当亮度超过1.6 cd 注意：一般当亮度超过1.6105cdm2时，人眼就感到难以忍受 1.6 了。 半 导 体 照 明 技 术 半 （6）照度 ）照度E 导 体 照 明 技 术 照度表示被照明物体的单位面积所接受的总光通量， 照度表示被照明物体的单位面积所接受的总光通量，即 dF E= d 照度是描述被照面被照射的程度的光度量。照度的单位是勒克 照度是描述被照面被照射的程度的光度量。 (lx)。1lx表示在 面积上均匀分