半導體照明技術(shù)(第一章)

1、 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)參考書目：參考書目：1、謝秀穎.郭宏祥，電氣照明技術(shù)第二版， 中國電力出版社，2007年11月2、王曉東，電氣照明技術(shù)，機械工業(yè)出版社，2004年1月3、陳元燈.李元密，LED制造技術(shù)與應用，電子工業(yè)出版社，2007年7月4、劉木清.周小麗，照明自動控制技術(shù)，機械工業(yè)出版社，2007年8月 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)半導體照明概述半導體照明概述一、半導體照明一、半導體照明 半導體照明是指用全固態(tài)發(fā)光半導體照明是指用全固態(tài)發(fā)光器件（發(fā)光二極管，即器件（發(fā)光二極管，即LED，是由，是由半導體材料制成的

2、光電器件，可將半導體材料制成的光電器件，可將電能直接轉(zhuǎn)換為光能）作為光源的電能直接轉(zhuǎn)換為光能）作為光源的照明，具有高效、節(jié)能、環(huán)保、壽照明，具有高效、節(jié)能、環(huán)保、壽命長、易維護等顯著特點，是近年命長、易維護等顯著特點，是近年來全球最具發(fā)展前景的高新技術(shù)領(lǐng)來全球最具發(fā)展前景的高新技術(shù)領(lǐng)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熒光燈之后的又一場照明光源的革命。命。半導體照明 (LED) 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)二、二、LED（Light Emitting Diode ） LED，是一種固態(tài)的半導體器件，是一種固態(tài)的半導體器件,它

3、它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光?？梢灾苯影央娹D(zhuǎn)化為光。 LED的心臟是一個半導體的晶片，的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，整個晶片晶片的一端附在一個支架上，整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。被環(huán)氧樹脂封裝起來。 半導體晶片由兩部分組成，一部分半導體晶片由兩部分組成，一部分是是P型半導體型半導體，空穴占主導地位，另一，空穴占主導地位，另一端是端是N型半導體型半導體，主要是電子。這兩種，主要是電子。這兩種半導體相連就形成一個半導體相連就形成一個“P-N結(jié)結(jié)”。 當電流通過導線作用于這個晶片的時當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向候，電子就會被推向P區(qū)，在區(qū)，在P區(qū)里電子區(qū)里電子跟

4、空穴復合，然后就會以光子的形式發(fā)跟空穴復合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是出能量，這就是LED發(fā)光的原理。發(fā)光的原理。LED構(gòu)造圖 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 三、三、LED產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)業(yè)鏈 LED產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)業(yè)鏈大致可分為五部分：原材料，大致可分為五部分：原材料，LED上游產(chǎn)業(yè)，上游產(chǎn)業(yè)，LED中游產(chǎn)業(yè)，中游產(chǎn)業(yè)，LED下游產(chǎn)業(yè)，測試儀器和生產(chǎn)設備。下游產(chǎn)業(yè)，測試儀器和生產(chǎn)設備。1、原材料、原材料 LED的原材料包括襯底材料砷化鎵、氮化鋁、的原材料包括襯底材料砷化鎵、氮化鋁、磷化鎵、磷砷磷化鎵、磷砷化鎵、銦鎵鋁磷、銦鎵氮化鎵、銦鎵鋁磷、銦鎵氮等。它們大部分是等。它們大部分是III

5、V族化合物半導族化合物半導體單晶，生產(chǎn)工藝比較成熟。原材料的純度一般都要在體單晶，生產(chǎn)工藝比較成熟。原材料的純度一般都要在6N以上。以上。（6N就是就是6個個NICE，99%9999） 2、LED上游產(chǎn)業(yè)上游產(chǎn)業(yè) 主要是指主要是指LED發(fā)光材料外延制造和芯片制造。由于外延工藝的發(fā)光材料外延制造和芯片制造。由于外延工藝的高度發(fā)展，器件的主要結(jié)構(gòu)如發(fā)光層、限制層、緩沖層、反射層高度發(fā)展，器件的主要結(jié)構(gòu)如發(fā)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、負電極和完成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。 半半 導導 體體 照照 明明 技技

6、 術(shù)術(shù) 3、LED中游產(chǎn)業(yè)中游產(chǎn)業(yè)4、LED下游產(chǎn)業(yè)下游產(chǎn)業(yè) 水立方景觀照明 是指是指LED器件封裝產(chǎn)業(yè)。根據(jù)用于現(xiàn)實、照明、通信等不同場器件封裝產(chǎn)業(yè)。根據(jù)用于現(xiàn)實、照明、通信等不同場合，封裝出不同顏色、不同形狀的品種繁多的合，封裝出不同顏色、不同形狀的品種繁多的LED發(fā)光器件。發(fā)光器件。 是指應用是指應用LED作為顯示或照明器件后形成的產(chǎn)業(yè)。主要的應用產(chǎn)作為顯示或照明器件后形成的產(chǎn)業(yè)。主要的應用產(chǎn)業(yè)有業(yè)有LED顯示屏、顯示屏、LED交通信號燈、交通信號燈、LED航標燈、航標燈、 LED景觀燈飾、液景觀燈飾、液晶背光源、晶背光源、LED車燈、車燈、LED特殊照明等。特殊照明等。 半半 導導 體

7、體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)鳥巢景觀照明 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)篔筜湖畔的LED照明 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)中山路商業(yè)街的LED照明 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)位于湖濱北路的中閩大廈 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 5、測試儀器和生產(chǎn)設備、測試儀器和生產(chǎn)設備 測試儀器主要有：外延材料方面的測試儀器主要有：外延材料方面的X射線雙晶衍射儀、熒射線雙晶衍射儀、熒光譜儀、盧瑟福背散射溝道譜儀等；芯片、器件測試儀器方光譜儀、盧瑟福背散射溝道譜儀等；芯片、器件測試儀器方面的面的 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

8、產(chǎn)設備包括金屬有機化合物化學氣相淀積儀生產(chǎn)設備包括金屬有機化合物化學氣相淀積儀(Metal-organic Chemical Vapor DePosition ，縮寫縮寫MOCVD) 、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(shù)儀、芯片硅鋁絲超聲壓焊機、灌膠機、真空烘箱、芯片計數(shù)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。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)MOCVD系統(tǒng) 目前國際上目前國際上MOCVD的價格在每臺的價格在每臺440萬美元左

9、右，按人民幣萬美元左右，按人民幣計算接近計算接近3000萬元萬元 。生產(chǎn)企業(yè)主要有：德國的。生產(chǎn)企業(yè)主要有：德國的Aixtron公司、公司、美國的美國的Emcore公司、英國的公司、英國的Thomas Swan公司等。公司等。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 廈門為中國七大廈門為中國七大LED產(chǎn)業(yè)基地之一，首批產(chǎn)業(yè)基地之一，首批4個半導體照明工程個半導體照明工程產(chǎn)業(yè)化基地之一（產(chǎn)業(yè)化基地之一（大連、上海、南昌和廈門大連、上海、南昌和廈門 ），已經(jīng)成為中國），已經(jīng)成為中國大陸地區(qū)光電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的重要城

10、市大陸地區(qū)光電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的重要城市 。 廈門生產(chǎn)廈門生產(chǎn)LED外延片、芯片的企業(yè)有四家，即廈門外延片、芯片的企業(yè)有四家，即廈門三安光電、三安光電、聯(lián)廈光電、明達光電、乾照光電聯(lián)廈光電、明達光電、乾照光電，芯片總產(chǎn)量約占祖國大陸自產(chǎn)，芯片總產(chǎn)量約占祖國大陸自產(chǎn)芯片的芯片的25%。封裝企業(yè)有十幾家，下游應用企業(yè)有。封裝企業(yè)有十幾家，下游應用企業(yè)有50多家，還有多家，還有與之配套的熒光粉、環(huán)氧樹脂、塑料鏡頭、藍寶石外延材料、各與之配套的熒光粉、環(huán)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(chǎn)廠，形成了較完整的產(chǎn)業(yè)鏈。種輔助材料和模具等生產(chǎn)廠，形成了較完整的產(chǎn)業(yè)鏈。 2014年廈門光電產(chǎn)

11、業(yè)實現(xiàn)總產(chǎn)值年廈門光電產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)總產(chǎn)值1218億元，占廈門工業(yè)總產(chǎn)億元，占廈門工業(yè)總產(chǎn)值值20%左右，占全省光電總產(chǎn)值的一半以上，廈門已成為海西光左右，占全省光電總產(chǎn)值的一半以上，廈門已成為海西光電產(chǎn)業(yè)最大、最重要的集聚地和輻射地。目前，全市光電企業(yè)數(shù)電產(chǎn)業(yè)最大、最重要的集聚地和輻射地。目前，全市光電企業(yè)數(shù)量量300多家。其中光電高新技術(shù)企業(yè)多家。其中光電高新技術(shù)企業(yè)120家，實現(xiàn)產(chǎn)值家，實現(xiàn)產(chǎn)值657.6億元，億元，占光電產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的占光電產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的54%，成為推動我市光電產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的中，成為推動我市光電產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的中堅力量。堅力量。 四、廈門市四、廈門市LED產(chǎn)業(yè)簡介產(chǎn)業(yè)簡介 半半 導

12、導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 本章主要介紹光、視覺、顏色等與照明技術(shù)有關(guān)的基礎知識。本章主要介紹光、視覺、顏色等與照明技術(shù)有關(guān)的基礎知識。第一節(jié)第一節(jié) 光光照明技術(shù)的實質(zhì)主要是光的控制與分配技術(shù)。照明技術(shù)的實質(zhì)主要是光的控制與分配技術(shù)。 一、光的本質(zhì)一、光的本質(zhì) 1、 “什么是光，光的本質(zhì)是什么？什么是光，光的本質(zhì)是什么？”這個問題很早就引這個問題很早就引起了許多學者的關(guān)注，直到起了許多學者的關(guān)注，直到17世紀，基本上形成了兩種學說：世紀，基本上形成了兩種學說： 一種是荷蘭物理學家一種是荷蘭物理學家惠更斯惠更斯提出的提出的波動說，波動說，認為光是某認為光是某種振動，在彈性介質(zhì)中以波的形式向

13、周圍傳播。種振動，在彈性介質(zhì)中以波的形式向周圍傳播。 另一種另一種牛頓牛頓支持的支持的微粒說，微粒說，認為光是從光源發(fā)出的一種認為光是從光源發(fā)出的一種物質(zhì)微粒，在均勻介質(zhì)中以一定的速度傳播。物質(zhì)微粒，在均勻介質(zhì)中以一定的速度傳播。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 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(jīng)歷了三百多年的時間。以光的波粒二象性告終，前后共經(jīng)歷了三百多年的時間。 歷史上許多著名科學家都加入這一論戰(zhàn)，包括牛頓、胡克、歷史上許多著名科學家都加入這一論戰(zhàn)，包括牛頓、胡克、惠更斯、托馬斯楊

14、、菲涅耳等。直到惠更斯、托馬斯楊、菲涅耳等。直到19051905年年3 3月，愛因斯坦在月，愛因斯坦在德國德國物理年報物理年報上發(fā)表了題為上發(fā)表了題為關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個推測性觀點推測性觀點的論文：的論文： 他認為他認為對于時間的平均值，光表現(xiàn)為波動性；對于時間的對于時間的平均值，光表現(xiàn)為波動性；對于時間的瞬間值，光表現(xiàn)為粒子性。瞬間值，光表現(xiàn)為粒子性。這是歷史上第一次揭示光的這是歷史上第一次揭示光的波動性波動性和和粒子性粒子性的統(tǒng)一，即波粒二象性。這一科學理論最終得到了學的統(tǒng)一，即波粒二象性。這一科學理論最終得到了學術(shù)界的廣泛接受。術(shù)界的廣泛接受。 1921年，年

15、，愛因斯坦因光電效應研究而獲得獎愛因斯坦因光電效應研究而獲得獎諾貝爾物理學諾貝爾物理學獎獎。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 2 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、電磁波包括微波、紅外線、可見光、紫外線、X X射線、射線、Y Y射線、宇射線、宇宙射線等，如圖宙射線等，如圖1-11-1所示。電磁波能量的傳播稱為輻射，輻射在通過所示。電磁波能量的傳播稱為輻射，輻射在通過物質(zhì)時一般不改變頻率，速度則隨物質(zhì)而改變。在真空中，光速是一物質(zhì)時一般不改變頻率，速度則隨物質(zhì)而改變。在真空中，光速是一常數(shù)常數(shù)c=2.9979

16、c=2.9979108m/s，光的速度、頻率與波長之間的關(guān)系為：，光的速度、頻率與波長之間的關(guān)系為： c=圖1-1 電磁波譜和可見光譜 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 在電磁波譜中，波長為在電磁波譜中，波長為380780nm(1nm380780nm(1nm1010-9-9m)m)的電磁波，作的電磁波，作用于人眼能產(chǎn)生視覺，這部分電磁波叫用于人眼能產(chǎn)生視覺，這部分電磁波叫可見光可見光?？梢姽庵徽茧姶拧？梢姽庵徽茧姶挪ㄗV極小的一部分。波譜極小的一部分。 單色光單色光: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?？梢姽獍床ㄩL依次排列可以得到可見光譜。不同

17、波長的可見光，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： 紅紅(780630nm)(780630nm)、橙、橙(630600nm)(630600nm)、黃、黃(600570nm)(600570nm)、 綠綠(570490nm)(570490nm)、青、青(490450nm)(490450nm)、藍、藍(450430nm)(450430nm)和和 紫紫(430380nm)(430380nm)等七種單色光。等七種單色光。 將可見光按波長從將可見光按波長從380780nm380780nm依次展開，光將分別呈現(xiàn)紫、藍、依次展開，光將分別

18、呈現(xiàn)紫、藍、青、綠、黃、橙、紅色。青、綠、黃、橙、紅色。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)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。不同波長的光這些粒子就是光子。不同波長的光,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正正比于光的頻率：比于光的頻率： E=hh=6.6210-34J.S，為普朗克常數(shù)。為普朗克常數(shù)。 光子所具有的能量光子所具有的能量h h是頻率為是頻率為的光所具有的能量的最小的光所具有的能量的最小單位，不能再分割了，故光

19、子又稱光量子。在光和其他物質(zhì)相單位，不能再分割了，故光子又稱光量子。在光和其他物質(zhì)相互作用是，能量的交換是以互作用是，能量的交換是以h h的形式一份一份地進行的，即的形式一份一份地進行的，即能量是不連續(xù)的。能量是不連續(xù)的。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)二、光的產(chǎn)生和傳播二、光的產(chǎn)生和傳播1、光的產(chǎn)生、光的產(chǎn)生通常，光按兩種方式產(chǎn)生，即熱輻射和發(fā)光。通常，光按兩種方式產(chǎn)生，即熱輻射和發(fā)光。（1）熱輻射）熱輻射 熱輻射是指物質(zhì)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(zhì)在高溫下輻射出熱能。當物體被加熱到高溫時，組成它的原子或分子將產(chǎn)生熱運動，并互相碰撞使電子獲得時，組成它的原子

20、或分子將產(chǎn)生熱運動，并互相碰撞使電子獲得能量而被激發(fā)，從而產(chǎn)生輻射。能量而被激發(fā)，從而產(chǎn)生輻射。 黑體輻射是熱輻射的一種黑體輻射是熱輻射的一種。黑體又稱為完全輻射體其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，而沒有反射特點是入射到黑體上的光輻射將完全被吸收，而沒有反射和透射，即它的反射比和透射比為和透射，即它的反射比和透射比為0，吸收比為，吸收比為1。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)著名的普朗克定律所描述的就是不同溫度下的黑體的光譜輻射著名的普朗克定律所描述的就是不同溫度下的黑體的光譜輻射功率與波長的函數(shù)關(guān)系，普朗克的黑體輻射公式是：功率與波長的函數(shù)關(guān)系，普朗克的

21、黑體輻射公式是：其中其中為輻射波長；為輻射波長；T為黑體的絕為黑體的絕對溫度，對溫度，h為普朗克常量，為普朗克常量， c為真為真空中的光速，空中的光速，k=1.381023為玻為玻爾茲曼常量。爾茲曼常量。) 1(2)(/52kThcehcE（W/m3）圖1-2 不同溫度黑體輻射的能量分布 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)（2）發(fā)光）發(fā)光 發(fā)光就是其他任何種類能量變換成光能的過程，通常通過發(fā)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(fā)激發(fā)過程來完成。過程來完成。 激發(fā)是一個能量轉(zhuǎn)移過程。一個系統(tǒng)得到激發(fā)，得到到能量由激發(fā)是一個能量轉(zhuǎn)移過程。一個系統(tǒng)得到激發(fā)，得到到能量由低能態(tài)低能

22、態(tài)E1躍遷到高能態(tài)躍遷到高能態(tài)E2，當它由高能態(tài)回到低能態(tài)時，根據(jù)能，當它由高能態(tài)回到低能態(tài)時，根據(jù)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(fā)發(fā)光。發(fā)光波長的長短取決于能量差發(fā)發(fā)光。發(fā)光波長的長短取決于能量差E=E2-E1, E正是發(fā)射正是發(fā)射的光子所具有的能量。的光子所具有的能量。/hchE按激發(fā)的方式不同，可把發(fā)光分為以下幾種：按激發(fā)的方式不同，可把發(fā)光分為以下幾種： 1）生物發(fā)光：）生物發(fā)光：螢火蟲、發(fā)光細菌等的生物發(fā)光。螢火蟲、發(fā)光細菌等的生物發(fā)光。 2）化學反應：）化學反應：由化學反應直接引起的發(fā)光。物質(zhì)的燃燒

23、屬于化由化學反應直接引起的發(fā)光。物質(zhì)的燃燒屬于化學反應。學反應。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 3）光致發(fā)光：）光致發(fā)光：由光、紫外線、由光、紫外線、X射線等激發(fā)而引起的發(fā)光。射線等激發(fā)而引起的發(fā)光。如熒光燈是由汞蒸氣產(chǎn)生的紫外線激發(fā)熒光粉而發(fā)光的。如熒光燈是由汞蒸氣產(chǎn)生的紫外線激發(fā)熒光粉而發(fā)光的。 4）陰極射線發(fā)光：）陰極射線發(fā)光：由電子束激發(fā)熒光物質(zhì)發(fā)光：由電子束激發(fā)熒光物質(zhì)發(fā)光： 如電視機的顯像管。如電視機的顯像管。 5）電致發(fā)光：）電致發(fā)光：直接由電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?。直接由電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽堋?a、氣體或伴隨氣體放電而發(fā)光：、氣體或伴隨氣體放電而發(fā)光： 如霓虹燈和各種放電燈。如霓虹

24、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(fā)光：、加交流或直流電場于硫化鋅等粉末材料而發(fā)光：如場致發(fā)光板。如場致發(fā)光板。 c、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、銦鎵氮等一類半導體體PN結(jié)處注入載流子時的發(fā)光：結(jié)處注入載流子時的發(fā)光： 如通常的發(fā)光二極管。如通常的發(fā)光二極管。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)2、光的傳播光的傳播（1 1）光的反射）光的反射 光從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時，有一部分或全部從分界面光從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時，有一部分或全部從分界面射回原來的介質(zhì)，這種現(xiàn)象叫做光的反射。射回原來的介質(zhì)，這種現(xiàn)象叫做

25、光的反射。 在光的反射中，光的傳播方向和能量可能發(fā)生變化，但光的頻在光的反射中，光的傳播方向和能量可能發(fā)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(zhì)射入另一種介質(zhì)時，光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時，若光的入射方向不是垂直于上述兩種若光的入射方向不是垂直于上述兩種介質(zhì)分界面，則在分界面將有一部分介質(zhì)分界面，則在分界面將有一部分光被反射回原來的介質(zhì)，另一部分將光被反射回原來的介質(zhì)，另一部分將射人另一種介質(zhì)中，但傳播方向改變射人另一種介質(zhì)中，但傳播方向改變了，這種現(xiàn)象稱為光的折射。了，這種現(xiàn)象稱為光的折射。圖1-3 光的發(fā)射和折射 半半 導導 體體 照照

26、明明 技技 術(shù)術(shù) 光在其介質(zhì)中傳播速度較高光在其介質(zhì)中傳播速度較高( (折射率小折射率小) )的媒質(zhì)被稱為的媒質(zhì)被稱為光疏媒光疏媒質(zhì)質(zhì)，而傳播速度較低，而傳播速度較低( (折射率大折射率大) )的稱為的稱為光密媒質(zhì)光密媒質(zhì)。 當光從光疏媒質(zhì)射入光密當光從光疏媒質(zhì)射入光密媒質(zhì)媒質(zhì)時時( (n n1 1n n2 2) )，折射角，折射角2 2將小于入將小于入射角射角1 1, ,反之，則折射角反之，則折射角2 2 將大于入射角將大于入射角1 1。同時，入射角發(fā)。同時，入射角發(fā)生變化時，折射角隨之發(fā)生變化，但兩角之間的關(guān)系符合折射定生變化時，折射角隨之發(fā)生變化，但兩角之間的關(guān)系符合折射定律：律：221

27、1sinsinnn折射定律也叫斯涅耳折射定律也叫斯涅耳（snall）定律。）定律。圖1-4 光的折射；(a)n1n2，(b)n1n2 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)（3）光的全反射）光的全反射 光由光密媒質(zhì)（折射率大）入射到光疏媒質(zhì)（折射率?。┑墓庥晒饷苊劫|(zhì)（折射率大）入射到光疏媒質(zhì)（折射率?。┑慕缑鏁r，全部被反射回原媒質(zhì)內(nèi)的現(xiàn)象稱為界面時，全部被反射回原媒質(zhì)內(nèi)的現(xiàn)象稱為全反射全反射。全反射的臨。全反射的臨界角為：界角為：)/arcsin(21nn應用：應用：光纖通信等。高錕，光纖通信等。高錕， “光纖之父光纖之父”，2009年獲諾貝爾年獲諾貝爾物理學獎物理學獎圖1-5 光的全反射

28、半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)（4）光的透射。）光的透射。 光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)，并從這種介質(zhì)穿透出來的光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)，并從這種介質(zhì)穿透出來的現(xiàn)象叫光的透射?，F(xiàn)象叫光的透射。 圖1-6 光的透射（5）光的吸收和散射）光的吸收和散射 光在介質(zhì)中傳播時其強度將越來越光在介質(zhì)中傳播時其強度將越來越弱，弱，在這個過程中有一部分光的能量在這個過程中有一部分光的能量轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰哭D(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?例如熱能例如熱能)。這。這就是介質(zhì)對光的吸收。就是介質(zhì)對光的吸收。 光在不均勻媒質(zhì)中傳播會產(chǎn)生散射光在不均勻媒質(zhì)中傳播會產(chǎn)生散射，這是由于無數(shù)雜亂無章的界面對光進這是由于無數(shù)

29、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。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)（6）光的漫反射和漫透射）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該表面的不平整度與光的波長差不多或大于光的波長時，多或大于光的波長時，就不再存在單一的反射或折射光線，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。這種而向光的散射一樣，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(zhì)的現(xiàn)象稱為漫反射，而透射入第二種光回到入射光所在媒質(zhì)的現(xiàn)象稱為漫反射，而透射入第二種媒質(zhì)的現(xiàn)象稱為漫透射。媒質(zhì)的

30、現(xiàn)象稱為漫透射。圖1-7 光的漫反射圖1-8 光的漫透射 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)（7）光的偏振）光的偏振 振動方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性叫做偏振，它是橫波區(qū)別于振動方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性叫做偏振，它是橫波區(qū)別于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(xiàn)象叫做光的偏振。光的傳播方向失去對稱性的現(xiàn)象叫做光的偏振。 （8）光的干涉和衍射）光的干涉和衍射 1）光的干涉：）光的干涉：滿足一定條件的兩列相干光相遇疊加，在疊加滿足一定條件的兩列相干光相遇疊加，在疊加區(qū)域內(nèi)光強按空間周期性變化

31、的現(xiàn)象稱為干涉。區(qū)域內(nèi)光強按空間周期性變化的現(xiàn)象稱為干涉。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)等厚干涉等傾干涉牛頓環(huán)圖1-9 各種干涉條紋楊氏干涉 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)2)光的衍射光的衍射光在傳播路徑中，遇到不透明或透明的障礙物，繞過障光在傳播路徑中，遇到不透明或透明的障礙物，繞過障礙物，產(chǎn)生偏離直線傳播的現(xiàn)象稱為光的衍射。礙物，產(chǎn)生偏離直線傳播的現(xiàn)象稱為光的衍射。 只有當小孔、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，才能觀察到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(xiàn)象明顯的衍射現(xiàn)象圖1-10 光的衍射條紋 半半 導導 體體 照照

32、 明明 技技 術(shù)術(shù)作業(yè)：作業(yè)：1、光的本質(zhì)是什么？可見光的波長范圍是多少？、光的本質(zhì)是什么？可見光的波長范圍是多少？2 、光的產(chǎn)生有哪幾種方式及其原理？、光的產(chǎn)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。光入射到折射率為光入射到折射率為n1=1.33的玻璃和折射率為的玻璃和折射率為n2=1的空的空氣的界面時，產(chǎn)生全反射的臨界角氣的界面時，產(chǎn)生全反射的臨界角為多少度？為多少度？ 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)二、光度學及其測量二、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(shù)。照明光源和燈具的主要性能指標

33、是光學參數(shù)。1、能量的輻射分布、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，波長不同，能量也不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(fā)光器件的輻射能量隨波長而變化的情況為發(fā)光器件輻同。我們稱發(fā)光器件的輻射能量隨波長而變化的情況為發(fā)光器件輻射能量的光譜分布，以射能量的光譜分布，以PA表示。發(fā)光器件在表示。發(fā)光器件在1 1- -2 2波長范圍內(nèi)的輻波長范圍內(nèi)的輻射功率可表示為：射功率可表示為：2121dPPA0)(dPP如果是全部波長范圍內(nèi)的輻射功率，則為：如果是全部波長范圍內(nèi)的輻射功率，則為：P 是一個相對的分布函數(shù)。光譜分布的兩個主要參數(shù)是它的峰是一個相對

34、的分布函數(shù)。光譜分布的兩個主要參數(shù)是它的峰值波長和帶寬。值波長和帶寬。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 2、輻射度量及單位、輻射度量及單位（1）輻射能）輻射能U 度量輻射能的物理量成為輻射度，單位是：焦耳（度量輻射能的物理量成為輻射度，單位是：焦耳（J）。輻射）。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(nèi)流過面積元單位時間內(nèi)流過面積元d的能量，稱為流過的輻射通量，單的能量，稱為流過的輻射通量，單位是：瓦（位是：瓦（W W）。）。 dtdQeP 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)ddpJ （3）輻射強度）

35、輻射強度J 單位時間在單位立體角內(nèi)所輻射的能量，單位為：單位時間在單位立體角內(nèi)所輻射的能量，單位為：W/sr。對于點輻射源，在整個空間的輻射通量對于點輻射源，在整個空間的輻射通量P為：為：20sinodJdJdPJP4如果輻射通量在空間分布均勻，即如果輻射通量在空間分布均勻，即J 不隨不隨和和而改變，則：而改變，則： 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)（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，常用面輻射度來度對于實際的輻射體，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，單位為量物體的輻射能力，定義為單位面積所輻射的通量，單位為

36、W/m2。ddPM 注：立體角注：立體角 其定義為任意一個封閉的圓錐面所圍的其定義為任意一個封閉的圓錐面所圍的空間?？臻g。立體角是以錐的頂點為球心，半徑為立體角是以錐的頂點為球心，半徑為r r的球面被錐面所截得的面積來度量的。當?shù)那蛎姹诲F面所截得的面積來度量的。當錐面在球面上截得的面積為錐面在球面上截得的面積為dAdA時，則該立體時，則該立體角即為一個單位立體角角即為一個單位立體角d d, , 表達式為：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4。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)（5）輻射照度）輻射照度H落在單位面積上輻射通量的數(shù)值，單位為：落

37、在單位面積上輻射通量的數(shù)值，單位為：W/m2。（6）輻射亮度）輻射亮度R給定方向上單位有效面積在單位立體角內(nèi)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(nèi)的輻射通量值，單位為為W/m2.srddPH dddPRcosR的數(shù)值與輻射面的性質(zhì)有關(guān)，并且隨給定方向而改變。的數(shù)值與輻射面的性質(zhì)有關(guān)，并且隨給定方向而改變。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)2、朗伯定律、朗伯定律 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R不隨給定方不隨給定方向向變化，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。這種源又

38、稱為余弦輻射體或朗伯光源，對于這些表面，所有方向亮度又稱為余弦輻射體或朗伯光源，對于這些表面，所有方向亮度都相等，而且元表面都相等，而且元表面d 的輻射強度的輻射強度dJ 與表面法線和給定方向與表面法線和給定方向間夾角間夾角的余弦成正比，即的余弦成正比，即cosdRdJ cos0JJ 也可以寫成也可以寫成式中，式中，J0是垂直方向的輻射強度；是垂直方向的輻射強度；J 是與是與J0成成角方向的輻射角方向的輻射強度。強度。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 光是能量的一種存在形式，光對物質(zhì)的作用是與光能量的轉(zhuǎn)化光是能量的一種存在形式，光對物質(zhì)的作用是與光能量的轉(zhuǎn)化相關(guān)的。在照明技術(shù)中，由于

39、光作用于人的眼睛所產(chǎn)生的視覺強度，相關(guān)的。在照明技術(shù)中，由于光作用于人的眼睛所產(chǎn)生的視覺強度，不僅與光能量的大小有關(guān)，還與光的波長有關(guān)，所以在照明技術(shù)中，不僅與光能量的大小有關(guān)，還與光的波長有關(guān)，所以在照明技術(shù)中，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，常用的光度量有光光度量。在照明工程中，常用的光度量有光通量、發(fā)光強度、照度和亮度等。通量、發(fā)光強度、照度和亮度等。3、光度量、光度量（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

40、能落于人眼而引起視覺的這部分能量的大小，單位是單位是lms。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)光通量是說明光源發(fā)光能力的基本量。光通量是說明光源發(fā)光能力的基本量。具有均勻光強度具有均勻光強度1cd的點光源在單位立體角的點光源在單位立體角1sr(球面度球面度)內(nèi)發(fā)出的光通量為內(nèi)發(fā)出的光通量為1lm物理意義。物理意義。 （2 2）光通量）光通量F F 光通量是根據(jù)人眼對光的感覺來評價光源在單位時間內(nèi)光輻射光通量是根據(jù)人眼對光的感覺來評價光源在單位時間內(nèi)光輻射能量的大小，單位是流明，符號能量的大小，單位是流明，符號lm。當輻射體發(fā)出的輻射通量當輻射體發(fā)出的輻射通量按按V()曲線的效率被人眼所

41、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:00680dPVdPVKFm 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 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)（3 3）發(fā)光強度）發(fā)光強度( (光強光強) )I I一個光源在單位立體角一個光源在單位立體角d d內(nèi)所發(fā)出的光通量稱為該光源的光強內(nèi)所發(fā)出的光通量稱為該光源的光強，單位是坎德拉，符號：單位是坎德拉，符號：cd。若光源發(fā)射的光通量比較均勻時各個方向的光強相等，其若光源發(fā)射的光通量比較均勻時各個方向的光強相等，其值為值為發(fā)光強度是用來描述光源發(fā)出的光通量在空間給定方向上的分布發(fā)光

42、強度是用來描述光源發(fā)出的光通量在空間給定方向上的分布情況的，情況的，1 1單位立體角內(nèi)發(fā)出單位立體角內(nèi)發(fā)出1 1流明的光稱為流明的光稱為1 1坎德拉。坎德拉。ddFI FI 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)（4）面發(fā)光度）面發(fā)光度L對于一定面積的發(fā)光體來說，在單位面積上所發(fā)出的光對于一定面積的發(fā)光體來說，在單位面積上所發(fā)出的光通量被稱為面發(fā)光度。通量被稱為面發(fā)光度。ddFL 即面積為即面積為1m2的均勻發(fā)光面發(fā)出的均勻發(fā)光面發(fā)出1流明的光通量，它與流明的光通量，它與方向無關(guān)。方向無關(guān)。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 4 4亮度亮度B B 亮度是描述發(fā)光面或反光面上光的明亮程

43、度的光度量。并且亮度是描述發(fā)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，所以它是表征發(fā)光面在不同方向上的亮度考慮了光的輻射方向，所以它是表征發(fā)光面在不同方向上的光學特性的物理量。光學特性的物理量。發(fā)光體的表面發(fā)光體的表面d在與其法線成在與其法線成角的方角的方向上的亮度向上的亮度B為：為：dddFBcos亮度的單位是亮度的單位是尼特尼特 (nt)(nt)，1 1尼特尼特(nt)=1(nt)=1坎德拉平方米坎德拉平方米(cd(cdm m2 2) )。即即1m1m2 2發(fā)光面沿其法線方間發(fā)出發(fā)光面沿其法線方間發(fā)出1cd1cd光強時，該發(fā)光面在其法線方光強時，該發(fā)光面在其法線

44、方向上呈現(xiàn)的亮度為向上呈現(xiàn)的亮度為1nt1nt。注意：注意：一般當亮度超過一般當亮度超過1.61.610105 5cdcdm m2 2時，人眼就感到難以忍受時，人眼就感到難以忍受了。了。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)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。照度的單位是勒克斯斯(lx)(lx)。1lx1lx表示在表示在1m1m2 2面積上均勻分布面積上均勻分布1lm1lm光通量的照度值，光通量的照度值，即即1lx1lx1lm/m1lm/m2 2。（6）照度）照度E照度表示被照明物體的單位面積

45、所接受的總光通量，即照度表示被照明物體的單位面積所接受的總光通量，即ddFE 一般情況下，一般情況下，1lx1lx的照度僅能辨別物體的輪廓；照度為的照度僅能辨別物體的輪廓；照度為5-10lx5-10lx時，看一般書籍比較困難；短時閱讀的照度不應低于時，看一般書籍比較困難；短時閱讀的照度不應低于50lx50lx。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)常見照度（勒克斯）：常見照度（勒克斯）：陽光直射陽光直射( (正午正午) )下下: 110000: 110000陰天室外陰天室外: 1000: 1000商場內(nèi)商場內(nèi): 500: 500陰天有窗室內(nèi)陰天有窗室內(nèi): 100: 100普通房間燈光下普通

46、房間燈光下: 100: 100滿月照射下滿月照射下: 0.2: 0.2照度計 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)各光度量之間的關(guān)系圖 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)4 4、光度學參數(shù)的測量、光度學參數(shù)的測量cos20rI 光度學參數(shù)包括法向光強、光強分布、半值角、總光通量、亮光度學參數(shù)包括法向光強、光強分布、半值角、總光通量、亮度、面發(fā)光度和照度等度、面發(fā)光度和照度等（1 1）法向光強）法向光強I I v v 光強光強I I的測定非常重要，如總光通量、亮度等都可以從的測定非常重要，如總光通量、亮度等都可以從I I導出。導出。有了標準光源和校正好視見度的接收器即可進行法向光強的測

47、定。有了標準光源和校正好視見度的接收器即可進行法向光強的測定。強度為強度為I I的標準光源在接收器上產(chǎn)生的照度的標準光源在接收器上產(chǎn)生的照度為：為：接收器處于光源正前方，接收器處于光源正前方，=0，故：，故：20rI 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)如此定標后，將待測光源置于同樣距離的位置，可測出該光如此定標后，將待測光源置于同樣距離的位置，可測出該光源的法向光強。源的法向光強。（2）總光通量F 光源的總光通量是描述光源總的光輸出的重要參數(shù)。測量總光通量的常用方法是積分球法。積分球 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)積分球是由兩個半球體組成的一個空心球體，球體上開有出積分球是由兩

48、個半球體組成的一個空心球體，球體上開有出射窗口，此處安裝視見度校正過的接收器。球的內(nèi)表面涂有射窗口，此處安裝視見度校正過的接收器。球的內(nèi)表面涂有白色的氧化鎂或硫酸鋇涂料，使其反射符合朗伯定律的漫反白色的氧化鎂或硫酸鋇涂料，使其反射符合朗伯定律的漫反射，以使在積分球的內(nèi)表面各處產(chǎn)生均勻的照度。待測光源射，以使在積分球的內(nèi)表面各處產(chǎn)生均勻的照度。待測光源置于球中，并以一屏擋住光源向出射窗口的直射光。接收器置于球中，并以一屏擋住光源向出射窗口的直射光。接收器上的照度正比于光源的總光通量上的照度正比于光源的總光通量F F。實際測定時只要將標準光。實際測定時只要將標準光源標定儀器，然后將標準光源換成待測

49、光源即可測出。源標定儀器，然后將標準光源換成待測光源即可測出。（3 3）發(fā)光強度的角分布）發(fā)光強度的角分布發(fā)光強度的角分布發(fā)光強度的角分布I I是描述器件在空間各個方向上的發(fā)光強是描述器件在空間各個方向上的發(fā)光強度分布。度分布。I I主要取決于光源封裝形式、封裝透鏡的幾何參數(shù)。主要取決于光源封裝形式、封裝透鏡的幾何參數(shù)。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)（4）亮度測量）亮度測量用測得的光強除以在給定方向上表面的投影面積就可用測得的光強除以在給定方向上表面的投影面積就可以得到亮度。以得到亮度。（5）照度測量）照度測量照度可以用照度計測量。照度計通常由進行過視見度曲照度可以用照度計測量。照

50、度計通常由進行過視見度曲線校正的硅光電池和數(shù)字式電表組成。線校正的硅光電池和數(shù)字式電表組成。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)第二節(jié)第二節(jié) 視視 覺覺 視覺是指光射入眼睛后產(chǎn)生的一種知覺，即視覺依賴于光。視覺是指光射入眼睛后產(chǎn)生的一種知覺，即視覺依賴于光。 視覺的功用：視覺的功用：人們通過視覺可以察覺某些物體的存在，鑒別并人們通過視覺可以察覺某些物體的存在，鑒別并確定它在空間中的位置，闡明它與其它事物的關(guān)系，辨認它的運確定它在空間中的位置，闡明它與其它事物的關(guān)系，辨認它的運動、顏色、明亮程度或形狀等等。動、顏色、明亮程度或形狀等等。一、眼睛一、眼睛眼睛 人眼的工作狀態(tài)很像一架人眼的工作

51、狀態(tài)很像一架簡單的照相機，把倒立的實像簡單的照相機，把倒立的實像投射到視網(wǎng)膜上，它的焦距由投射到視網(wǎng)膜上，它的焦距由晶狀體控制。透鏡的孔徑即瞳晶狀體控制。透鏡的孔徑即瞳孔的大小由虹膜控制，在低照孔的大小由虹膜控制，在低照度下瞳孔變大，而在高照度下度下瞳孔變大，而在高照度下瞳孔孔徑縮小。瞳孔孔徑縮小。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)近視的原因：近視的原因：近視眼是由于晶狀體變厚，焦距變短，使成像近視眼是由于晶狀體變厚，焦距變短，使成像落在視網(wǎng)膜之前，因此看物體模糊。矯正近視眼采用落在視網(wǎng)膜之前，因此看物體模糊。矯正近視眼采用凹透鏡。凹透鏡。遠視則剛好相反遠視則剛好相反。二、視網(wǎng)膜二、視

52、網(wǎng)膜 視網(wǎng)膜是視覺的光學過程和電生理過程的接口，是人眼感視網(wǎng)膜是視覺的光學過程和電生理過程的接口，是人眼感受光的部分受光的部分。其邊緣部位主要分布著桿狀細胞，中央部位主要。其邊緣部位主要分布著桿狀細胞，中央部位主要分布著錐狀細胞。當光落在視網(wǎng)膜上時，視細胞吸收了光能，分布著錐狀細胞。當光落在視網(wǎng)膜上時，視細胞吸收了光能，使視細胞中含有的視紫質(zhì)分解、并刺激神經(jīng)末梢，形成生物脈使視細胞中含有的視紫質(zhì)分解、并刺激神經(jīng)末梢，形成生物脈沖沖(生物電流生物電流)，通過視神經(jīng)把信息傳導到大腦后部的視覺皮層，通過視神經(jīng)把信息傳導到大腦后部的視覺皮層，經(jīng)大腦綜合處理而形成視知覺。經(jīng)大腦綜合處理而形成視知覺。 半

53、半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)三、視覺過程三、視覺過程光線光線角膜角膜瞳孔瞳孔晶狀體（折射光線）晶狀體（折射光線）玻璃體（固玻璃體（固定眼球）定眼球）視網(wǎng)膜（形成物像）視網(wǎng)膜（形成物像）視神經(jīng)（傳導視覺信視神經(jīng)（傳導視覺信息）息）大腦視覺中樞（形成視覺）大腦視覺中樞（形成視覺） 產(chǎn)生視覺的首要條件就是要有光的存在，并射入眼睛中。產(chǎn)生視覺的首要條件就是要有光的存在，并射入眼睛中。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)四、視覺特性四、視覺特性 由于視網(wǎng)膜上的錐狀細胞和桿狀細胞對光的感受性不同，因而由于視網(wǎng)膜上的錐狀細胞和桿狀細胞對光的感受性不同，因而當視野當視野( (是指當頭和眼睛不動

54、時眼睛所能觀察到的空間是指當頭和眼睛不動時眼睛所能觀察到的空間) )亮度發(fā)生亮度發(fā)生變化時，人眼就會產(chǎn)個不同的視覺特性。變化時，人眼就會產(chǎn)個不同的視覺特性。（一）人眼的光譜靈（一）人眼的光譜靈敏度敏度人眼在可見光范圍內(nèi)人眼在可見光范圍內(nèi)的視覺靈敏度是不均的視覺靈敏度是不均勻的，它隨波長而變勻的，它隨波長而變化。另外，人眼的光化。另外，人眼的光譜靈敏度，隨環(huán)境亮譜靈敏度，隨環(huán)境亮度的改變而變化。度的改變而變化。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) （二）明視覺、暗視覺和中間視覺（二）明視覺、暗視覺和中間視覺1 1、明視覺。、明視覺。 視場亮度視場亮度超過超過10cd/m10cd/m2 2時

55、錐狀細胞的工作起著主要作用，時錐狀細胞的工作起著主要作用，這種視覺狀態(tài)稱為明視覺這種視覺狀態(tài)稱為明視覺( (或稱錐狀視覺或稱錐狀視覺) )。 錐狀細胞的最大的視覺靈敏度在錐狀細胞的最大的視覺靈敏度在555nm555nm處。所以，明視覺錐處。所以，明視覺錐狀細胞工作時，波長較長的光譜如狀細胞工作時，波長較長的光譜如紅色光顯得特別明亮紅色光顯得特別明亮。特征：特征：錐狀細胞具有較高的視覺靈敏度，能分辨物體的細節(jié)，錐狀細胞具有較高的視覺靈敏度，能分辨物體的細節(jié)，且在感受波長范圍為且在感受波長范圍為380-780nm380-780nm的光刺激時，對各種色光感的光刺激時，對各種色光感覺不同。因此，在明視

56、覺狀態(tài)下，正常人的眼睛都能有良好覺不同。因此，在明視覺狀態(tài)下，正常人的眼睛都能有良好的顏色感覺。的顏色感覺。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 2 2、暗視覺。、暗視覺。 在微弱的照度在微弱的照度( (視場亮度在視場亮度在1010-6-6-10-10-2-2cd/mcd/m2 2) )下，只有桿狀細胞下，只有桿狀細胞工作，錐狀細胞不工作的視覺狀態(tài)稱為暗視覺工作，錐狀細胞不工作的視覺狀態(tài)稱為暗視覺( (或稱桿狀視覺或稱桿狀視覺) )。 桿狀細胞的最大的視覺靈敏度在桿狀細胞的最大的視覺靈敏度在507nm處。所以，暗視處。所以，暗視覺桿狀細胞工作時，綠光和藍光顯得特別明亮。覺桿狀細胞工作時，

57、綠光和藍光顯得特別明亮。特征：特征：對物體細節(jié)的分辨能力很差，且對顏色也無法分辨。因?qū)ξ矬w細節(jié)的分辨能力很差，且對顏色也無法分辨。因此，暗視覺條件下，只有當目標足夠大，才能被看到；并且世此，暗視覺條件下，只有當目標足夠大，才能被看到；并且世界是無色的，各種顏色的物體都給人以藍、灰色感。界是無色的，各種顏色的物體都給人以藍、灰色感。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)3 3、中間視覺。、中間視覺。 視場亮度在視場亮度在1010-2-2-10cd/m-10cd/m2 2時，桿狀細胞和錐狀細胞同時起時，桿狀細胞和錐狀細胞同時起作用，這種視覺狀態(tài)稱為中間視覺。作用，這種視覺狀態(tài)稱為中間視覺。 （

58、三）視覺閾限（三）視覺閾限 能引起視覺的最低限度的光量稱為視覺的閾限能引起視覺的最低限度的光量稱為視覺的閾限，一般用亮，一般用亮度來度量，故又稱為亮度閾限。度來度量，故又稱為亮度閾限。 視覺的亮度閾限與目標物的大小有關(guān)。視覺的亮度閾限與目標物的大小有關(guān)。目標物的大小一般目標物的大小一般用目標物對眼睛所張的角度表示，稱為視角。視角越小，則用目標物對眼睛所張的角度表示，稱為視角。視角越小，則亮度閾限越高；視角越大，亮度閾限就越低。但當視角超過亮度閾限越高；視角越大，亮度閾限就越低。但當視角超過30300 0時，亮度閾限不再降低。時，亮度閾限不再降低。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù) 視覺

59、的亮度朗限與目標物發(fā)出的光的顏色有關(guān)。視覺的亮度朗限與目標物發(fā)出的光的顏色有關(guān)。在相同的視在相同的視角下對波長較長的光，例如紅光、黃光，其亮度閾限就高；對角下對波長較長的光，例如紅光、黃光，其亮度閾限就高；對于波長較短的光，例如藍光，則亮度閾限值要低一些。這是因為于波長較短的光，例如藍光，則亮度閾限值要低一些。這是因為在暗視覺條件下，光譜光效率向短波方向偏移的緣故。在暗視覺條件下，光譜光效率向短波方向偏移的緣故。 視覺的亮度閾限與觀察目標物的時間有關(guān)。視覺的亮度閾限與觀察目標物的時間有關(guān)。目標物呈現(xiàn)的時目標物呈現(xiàn)的時間越長，亮度閾限值就越低；呈現(xiàn)時間越短，亮度閾限值就越高。間越長，亮度閾限值就

60、越低；呈現(xiàn)時間越短，亮度閾限值就越高。 一般來說，亮度越高，越有利于視覺。但當視野亮度值超一般來說，亮度越高，越有利于視覺。但當視野亮度值超過過10106 6cd/mcd/m2 2時，視網(wǎng)膜可能被灼傷，所以人們只能忍受不超過時，視網(wǎng)膜可能被灼傷，所以人們只能忍受不超過10106 6cdcdm m2 2的亮度。的亮度。 半半 導導 體體 照照 明明 技技 術(shù)術(shù)（四）明適應、暗適應和眩光（四）明適應、暗適應和眩光明適應和暗適應是指視覺對現(xiàn)場亮度變化的適應過程。明適應和暗適應是指視覺對現(xiàn)場亮度變化的適應過程。1 1、明適應、明適應 眼睛由暗眼睛由暗( (視野亮度低于視野亮度低于1010-3-3cd/