半導(dǎo)體照明技術(shù)：第一章 光 視覺 顏色

推薦書目1.E.FredSchubert,Light-EmittingDiodes,NewYork:Cambridge,20032.《色度學(xué)》，荊其誠(chéng)，焦書蘭等，科學(xué)出版社，1979第1章光視覺顏色第一章內(nèi)容1.1光1.2視覺（不講）1.3顏色1.1.1光的本質(zhì)本質(zhì)：波粒二重性(同時(shí)具有粒子性和波動(dòng)性)光速、光波長(zhǎng)與頻率關(guān)系：

c=λν光子具有的能量：

E=hν=hc/λ可見光波段：380nm~780nm

波長(zhǎng)：nm(10-9m)1.1.2.1光的產(chǎn)生光的產(chǎn)生：溫度輻射和發(fā)光（激發(fā)發(fā)光）溫度輻射：物質(zhì)在高溫下輻射出熱能；黑體輻射：能量分布由普朗克公式描述：

激發(fā)發(fā)光：除溫度以外的原因產(chǎn)生可見光

生物發(fā)光：螢火蟲化學(xué)發(fā)光：化學(xué)反應(yīng)直接引起發(fā)光光致發(fā)光：光、X射線、紫外等激發(fā)而引起發(fā)光陰極射線發(fā)光：電子束激發(fā)熒光物質(zhì)發(fā)光（顯像管）燃燒發(fā)光：堿金屬和堿土金屬及其鹽類的燃燒

電致發(fā)光：氣體放電、場(chǎng)致發(fā)光、電致載流子復(fù)合發(fā)光1.1.2.2光的傳播反射與折射

斯涅耳（snall）定律

n1sin?1=n2sin?2全反射:光線從高折射率媒質(zhì)進(jìn)入低折射率媒質(zhì)，如入射角大于臨界角，入射光的能量都被反射，沒有折射。

全反射角：

?2=sin-1(n1/n2)?2?1?1折射率n1折射率n2媒質(zhì)1媒質(zhì)2入射光線反射光線折射光線可由半導(dǎo)體材料進(jìn)入到空氣中的光功率：*E.FredSchubert,“LEDbasics:opticalproperties,”inLight-EmittingDiodes,NewYork:Cambridge,2003,pp.911.1.2.2光的傳播吸收：光能轉(zhuǎn)變成其他形式的能量

為吸收系數(shù)

LED中光吸收機(jī)制：芯片自吸收，芯片表面電極吸收，封裝膠吸收，反射吸收，熒光粉吸收散射：光在不均勻媒質(zhì)中傳播由于無數(shù)雜亂無章的界面的多次反射和折射I0舉例：熒光粉的顆粒散射1.1.3人眼的光譜靈敏度

人眼的光譜靈敏度隨環(huán)境亮度的改變而變化明視覺：亮度超過10cd（坎德拉）.m-2.暗視覺：環(huán)境亮度低于10-2cd/m2.

1.1.4光度學(xué)及測(cè)量輻通量（輻射功率）：以輻射形式發(fā)射、傳輸或接收的功率。單位：W；

總的輻射功率為：光通量：按照CIE規(guī)定的人眼的視覺特性（CIE標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者）來評(píng)價(jià)的輻通量，即用光譜靈敏度為V(λ)函數(shù)的物理探測(cè)器所評(píng)價(jià)的輻通量。

符號(hào)Fλ，單位：流明（lm）1975年，流明的定義為：頻率為540×1012赫茲，輻通量為1/683W的單色輻射的光通量。540×1012赫茲的波長(zhǎng)是555nm1.1.4光度學(xué)及測(cè)量輻通量和光通量的關(guān)系式：對(duì)于明視覺：

Km=683lm/W對(duì)于暗視覺：

K’m＝1725lm/W1.1.4光度學(xué)及測(cè)量光強(qiáng)度：點(diǎn)光源在給定的方向上，單位立體角內(nèi)發(fā)射的光通量。單位：坎德拉（cd）光照度：投射在單位面積上的光通量。單位：勒克斯（lx），1lx＝1lm/m21.1.4光度學(xué)及測(cè)量朗伯發(fā)光：某些面輻射源或理想的漫射面，輻射強(qiáng)度與表面法線和給定方向間夾角?的余弦成正比LED、OLED等發(fā)光器件在光學(xué)模擬中，常常當(dāng)作朗伯發(fā)光體來處理練習(xí)如圖所示為一LED所測(cè)的光強(qiáng)分布圖，法向的光強(qiáng)為6.48cd。如果此LED是一朗伯發(fā)光體，在LED法線45度方向的強(qiáng)度是多少？此方向上2米處放置一探測(cè)器，其測(cè)到的照度是多少？解：1.3.1顏色的性質(zhì)三原色原理認(rèn)為：人眼的視網(wǎng)膜是三種不同感色物質(zhì)鑲嵌而成。其分別對(duì)應(yīng)于藍(lán)(B)、綠(G)、紅（R)光的特定波長(zhǎng)。顏色疊加原理：任何顏色都是由三原色合成的:C=XR+YG+ZBRed+

Green=YellowRed+

Blue

=MagentaGreen+Blue=CyanRed+Green+Blue=White1.3.1顏色的性質(zhì)采用歸一化x=X/(X+Y+Z)y=Y/(X+Y+Z)z=Z/(X+Y+Z)x+y+z=1顏色可以使用坐標(biāo)（x,y）來確定1.3.2國(guó)際照明委員會(huì)色度學(xué)系統(tǒng)國(guó)際照明委員會(huì)規(guī)定三原色標(biāo)準(zhǔn)為,,

如表1-3所示色度坐標(biāo)計(jì)算示例考慮一簡(jiǎn)化的發(fā)光光譜，在460nm處的功率為0.4W，580nm處的功率為0.5W，其它波長(zhǎng)功率為0，試計(jì)算該光譜的色度坐標(biāo)1.3.2.3均勻色度標(biāo)尺CIE1931色度圖X，Y坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為CIE1960均勻色度標(biāo)尺(UCS)圖u,v坐標(biāo)，用公式轉(zhuǎn)換為CIE1976均勻色度標(biāo)尺(UCS)圖u’,v’坐標(biāo)，用公式1.3.3.1色溫和相關(guān)色溫光源的光輻射所呈現(xiàn)的顏色與在某一溫度下黑體輻射的顏色相同時(shí)，稱黑體的溫度Tc為光源的色溫，用絕對(duì)溫度K表示。當(dāng)光源發(fā)出的光的顏色與黑體在某一溫度下輻射的顏色接近時(shí)，黑體溫度就稱為該光源的相關(guān)色溫。當(dāng)（u,v）色度圖上，等溫線和色溫曲線通常是垂直的1.3.3.1色溫和相關(guān)色溫色溫光源1700K火柴光1850K蠟燭2800K鎢燈

(白熾燈)3350K演播室"CP"燈3400K演播室臺(tái)燈,照相泛光燈（不是閃光燈）,等...4100K月光5000K日光5500K平均日光,電子閃光5770K有效太陽溫度6420K氙弧燈6500K日光9300K電視屏幕（模擬）1.3.3.2顯色指數(shù)顯色指數(shù)：表明光源發(fā)射的光對(duì)被照物顏色正確反映的量稱為顯色指數(shù)顯指（CRI）是白光光源質(zhì)量的重要參量。光源顯色指數(shù)白熾燈97日光色熒光燈80-94白色熒光燈75-85暖白色熒光燈80-90鹵鎢燈95-99白光LED（兩色混合）60~80白光LED（三色混合）85~95高壓汞燈22-51高壓鈉燈20-30金屬鹵化物燈60-651.3.3.2顯色指數(shù)黃色香蕉在紅光下觀察綠色香蕉在黃光下觀察高顯指光源下觀察低顯指光源下觀察作業(yè)假設(shè)InGaN藍(lán)光LED芯片是一折射率為2.5的薄層，放置在空氣中，請(qǐng)計(jì)算其全