半导体照明技术(第二讲)

0 0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
∞
∞
光通量是说明光源发光能力的基本量。光强度为 光通量是说明光源发光能力的基本量。光强度为1cd的点光源在 的点光源在 物理意义。 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 物理意义 单位立体角 球面度 内发出的光通量为1lm—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
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4π。 （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
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dω内所发出的光通量称为该光源的光强Ⅰ， 单位是坎德拉，符号： 。 单位是坎德拉，符号：cd。
dF I= dω
若光源发射的光通量比较均匀时．各个方向的光强相等，其值为 若光源发射的光通量比较均匀时．各个方向的光强相等，
半 （4）亮度测量 ）
导
体
照
明
技
术
用测得的光强除以在给定方向上表面的投影面积就 可以得到亮度。 可以得到亮度。
（5）照度测量 ） 照度可以用照度计测量。照度计通常由进行过视见度 照度可以用照度计测量。 曲线校正的硅光电池和数字式电表组成。 曲线校正的硅光电池和数字式电表组成。
半
导
体
照
明
技
术
第二节
I=
F
ω
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。
半
导
体
照
明
技
术
各光度量之间的关系图
半
导
体
照
明
技
术
4、光度学参数的测量
光度学参数包括法向光强、光强分布、半值角、总光通量、 光度学参数包括法向光强、光强分布、半值角、总光通量、 亮度、 亮度、面发光度和照度等 （1）法向光强I v 的测定非常重要，如总光通量、 导出。 光强I的测定非常重要，如总光通量、亮度等都可以从I导出。 有了标准光源和校正好视见度的接收器即可进行法向光强的测定。 有了标准光源和校正好视见度的接收器即可进行法向光强的测定。 的标准光源在接收器上产生的照度σ 强度为I的标准光源在接收器上产生的照度σ为：
I σ = 2 cos θ r0
接收器处于光源正前方， 接收器处于光源正前方，θ=0，故： ，
σ = I r02
半
导
体
照
明
技
术
（2）总光通量 ）总光通量F 光源的总光通量是描述光源总的光输出的重要参数。 光源的总光通量是描述光源总的光输出的重要参数。测量总光 通量的常用方法是积分球法。 通量的常用方法是积分球法。
Pλ1λ2 = ∫ PA dλ
λ1
λ2
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(λ ) = ∫ Pλ dλ
0
∞
P λ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值 是一个相对的分布函数。 波长和带宽。 波长和带宽。
半
导
体
照
明
技
术
2、辐射度量及单位 、
dF L= dσ
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dσ在与其法线成 角的方向上 光学特性的物理量。发光体的表面 在与其法线成θ角的方向上 在与其法线成 的亮度B 的亮度 θ为：
半
导
体
照
明
技
术
常见照度（勒克斯）： 常见照度（勒克斯）： 阳光直射(正午) 阳光直射(正午)下: 100000 阴天室外: 阴天室外: 商场内: 商场内: 阴天有窗室内: 阴天有窗室内: 普通房间灯光下: 普通房间灯光下: 黄昏室内为: 黄昏室内为: 10000 500 100 100 10
照度计
积分球
半
导
体
照
明
技
术
积分球是由两个半球体组成的一个空心球体， 积分球是由两个半球体组成的一个空心球体，球体上开有出射 是由两个半球体组成的一个空心球体 接收器。 窗口，此处安装视见度校正过的接收器 窗口，此处安装视见度校正过的接收器。球的内表面涂有白色 的氧化镁或硫酸钡涂料，使其反射符合朗伯定律的漫反射， 的氧化镁或硫酸钡涂料，使其反射符合朗伯定律的漫反射，以 使在积分球的内表面各处产生均匀的照度。待测光源置于球中， 使在积分球的内表面各处产生均匀的照度。待测光源置于球中， 并以一屏挡住光源向出射窗口的直射光。 并以一屏挡住光源向出射窗口的直射光。接收器上的照度正比 于光源的总光通量F。实际测定时只要将标准光源标定仪器， 于光源的总光通量F 实际测定时只要将标准光源标定仪器， 然后将标准光源换成待测光源即可测出。 然后将标准光源换成待测光源即可测出。 （3）发光强度的角分布 发光强度的角分布Iθ是描述器件在空间各个方向上的发光 强度分布。 主要取决于光源封装形式、封装透镜的几何参数。 强度分布。Iθ主要取决于光源封装形式、封装透镜的几何参数。
视 觉
视觉是指光射入眼睛后产生的一种知觉，即视觉依赖于光。 视觉是指光射入眼睛后产生的一种知觉，即视觉依赖于光。 视觉的功用：人们通过视觉可以察觉某些物体的存在， 视觉的功用：人们通过视觉可以察觉某些物体的存在，鉴别 并确定它在空间中的位置，阐明它与其它事物的关系， 并确定它在空间中的位置，阐明它与其它事物的关系，辨认它的 运动、颜色、明亮程度或形状等等。 运动、颜色、明亮程度或形状等等。
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 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 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λ 射能量的光谱分布，以PA表示。发光器件在λ1-λ2波长范围内的辐 射功率可表示为： 射功率可表示为：
（1）辐射能U ）辐射能 度量辐射能的物理量为辐射度，单位是：焦耳（ ）。 ）。辐射能 度量辐射能的物理量为辐射度，单位是：焦耳（J）。辐射能 是一种传播着电磁波的能量。 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dσ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= dω
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：
2π
P = ∫ Jdω = ∫ dϕ ∫ J ϕθ sin θdθ
o 0
π
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φ和 而改变 而改变， φθ不随 和θ而改变，则：
P = 4πJ
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时，则该立体 锥面在球面上截得的面积为dA时 dA 的表达式为： 角dω的表达式为：
dP Rθ = dσ cos θdω
Rθ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Rθ不随给定方 变化， 向θ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， 余弦辐射体或朗伯光源， 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 σ的辐射强度 θ与表面法线和给定方向 间夹角θ的余弦成正比 的余弦成正比， 间夹角 的余弦成正比，即
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。 能量的大小，单位是流明，符号 。当辐射体发出的辐射通量按 V(λ)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: 曲线的效率被人眼所接受时
F = K m ∫ Vλ ⋅ Pλ dλ = 680∫ Vλ ⋅ Pλ dλ
M=
dP dσ
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= dσ
（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
dJ θ = Rθ dσ cos θ
也可以写成
J θ = J 0 cos θ
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 θ是与 0成θ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lm·s。 单位是 。
dF Bθ = dσ cos θdω
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(cd／m2)。 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1.6×105cd／m2时，人眼就感到难以忍受 1.6 了。
半
导
体
照
明
技
术
常见发光表面的光亮度
半
导
体
照
明
技
术
（6）照度 ）照度E 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= dσ
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 面积上均匀分布1lm光通量的照度值， 表示在1m 1lm光通量的照度值 斯(lx)。1lx表示在1m2面积上均匀分布1lm光通量的照度值， 1lx＝ 即1lx＝1lm/m2。 一般情况下，1lx的照度仅能辨别物体的轮廓；照度为5 一般情况下，1lx的照度仅能辨别物体的轮廓；照度为5-10lx 的照度仅能辨别物体的轮廓 看一般书籍比较困难；短时阅读的照度不应低于50lx 50lx。 时，看一般书籍比较困难；短时阅读的照度不应低于50lx。