照明科學

電磁波理論

光是一種電磁輻射，由從光源向四面八方傳播的橫波組成。與聲波不同，光波由垂直於行進方向的電場和磁場波構成，且能在真空中傳播。

電磁波譜

電磁波譜的範圍從長波無線電傳輸（波長可達2,000公尺）到宇宙射線（波長可短至10⁻¹⁸公尺）。可見光佔據380-780奈米的波長區間，不同波長會產生不同的色彩感知。

量子理論

馬克斯·普朗克的量子理論確立了電磁能量是以不連續的份額發射，稱為量子（可見光的光子）。能量含量與頻率直接相關：E = h·f = h·c/λ，這解釋了為什麼較短波長具有較高能量。

Thermal Radiators

因溫度升高而發射電磁輻射的物體，例如白熾燈和太陽。色溫表徵感知顏色，較低溫度（2000-3000K）呈現暖色調，較高溫度（5000K以上）呈現冷色調。

氣體放電輻射體

透過將電子流穿過透明管中的氣體所產生的光源。包含低壓（螢光燈）與高壓氣體放電燈（HID燈），能提供更高效率（最高達白熾燈的15倍）與更長使用壽命（10,000-25,000小時）。

Solid-State Radiators

LED透過電子在半導體材料中p-n接面的移動來產生光源。現代LED能實現與氣體放電燈相當的效率，白光可透過RGB混光或螢光粉轉換技術產生。

燈具類型與特性

不同應用需要特定的燈具特性，包括效能、色溫、顯色性、壽命、可調光性及物理特性。燈具系譜圖顯示了熱輻射、氣體放電與固態照明技術之間的關聯性。

反射

Light direction control using surfaces with specific reflectance properties. Types include specular reflection (mirror-like), diffuse reflection (scattered in all directions), and mixed reflection. Total internal reflection in optical fibers enables efficient light transmission.

吸收與透射

未反射的光線會被吸收（轉換為熱能）或穿透材料。透射率隨材料特性和波長而變化，彩色濾光片可選擇性透射特定光譜分量。

折射

光線通過不同密度介質時產生的彎曲現象，遵循斯涅爾定律：sinα₁/sinα₂ = n₁/n₂。折射率隨波長變化，導致稜鏡和透鏡中出現色散現象。

干涉

光的波動性質產生干涉效應，應用於二向色鍍膜、抗反射表面和濾色片。薄膜干涉能分離輻射組件，實現冷光束鹵素燈等技術。

光度測量量

專業照明單位同時考量輻射能量與人眼靈敏度（V(λ)曲線）。關鍵量值包含光通量（流明）、發光強度（燭光）、照度（勒克斯）與輝度（cd/m²）。

實用關係式

基礎關係式包含平方反比定律（E = I/d²）、斜面餘弦定律，以及用於漫反射表面之照度與輝度連結公式（L = ρ·E/π）。

量測技術

照度計透過光電元件測量照度，另有專用儀器可測量發光強度（配光曲線儀）、光通量（積分球）及亮度（亮度計）。

視覺過程與眼睛解剖結構

人類眼睛的運作方式類似相機，透過角膜、晶狀體、虹膜和視網膜處理視覺資訊。超過80%的環境資訊是透過視覺接收。

桿狀與錐狀視覺

桿狀細胞負責暗視覺（低光源、單色、周邊視野），峰值敏感度為507奈米。錐狀細胞負責明視覺（強光、色彩、細節辨識），峰值敏感度為555奈米。中介視覺則在中等光照水平下同時涉及兩種系統。

眼睛調節機制

調節（對焦）、適應（靈敏度調整）與輻輳（雙眼協調）機制，使視覺能在不同環境條件與距離下保持最佳狀態

視覺表現與舒適度

對比度檢測、視力敏銳度與眩光管理決定了視覺表現。影響因素包括適應狀態、物體大小、觀察時間，以及隨年齡變化的視力改變。

心理與情感層面

照明會影響情緒狀態、空間感知與氛圍。Kruthof曲線描述了照度水平與色溫之間的理想對應關係。

混色

加法混色（RGB光線組合）會產生更明亮的結果，而減法混色（顏料、濾鏡）則會產生較暗的結果。在加法系統中，原色（紅、綠、藍）組合會形成白光。

色彩三角與色溫

CIE 色度圖使用 x-y 座標量化色彩感知。色溫用於表徵熱輻射體，而相關色溫則描述氣體放電與固態光源。

Chromatic Adaptation

眼腦系統會適應照明條件，根據環境與適應狀態將不同白平衡感知為「白色」。

演色性

一般演色性指數（Rₐ）量化光源相較於參考光源時重現物體顏色的真實程度，數值範圍從負值（極差）到100（極佳）。

晝夜節律

光暗週期調節包括睡眠-覺醒週期、體溫與激素分泌（皮質醇、褪黑激素）在內的24小時生物節律。晨光能同步內在生物時鐘。

非視覺生物效應

內在光敏感視網膜神經節細胞（ipRGCs）連接至大腦生物時鐘（SCN），在非視覺感知層面影響生理過程。

Spectral Sensitivity Differences

生物敏感度在藍色光譜區域（約460-480奈米）達到峰值，與視覺敏感度在黃綠色（555奈米）達到峰值不同。

Lighting Therapy

受控照明可治療睡眠障礙、季節性情感障礙（SAD）、進食障礙，以及因時差或輪班工作導致的晝夜節律紊亂。

照度等級要求

適當照度範圍從0.25 lux（月光）到100,000 lux（直射日光），針對不同應用場景根據任務難度與使用者年齡有具體建議

空間分佈

均勻度比率、亮度分佈與眩光限制可確保視覺環境平衡。建議反射率範圍：天花板（60-90%）、牆壁（30-80%）、工作平面（20-60%）、地板（10-50%）

光的定向性

定向光能塑造立體感與陰影，漫射光可減少陰影，間接光則提供柔和照明。燈具的光線分佈決定了照明效果與潛在眩光。

色彩考量

演色性指數 (Rₐ) 與色溫選擇需根據應用需求而定。動態照明可調節這兩項參數，以配合人體全日的生理需求。

經濟與環境

總持有成本分析平衡了投資成本與營運成本（能源、維護）。照明佔全球用電量的19%，凸顯能源效率與環境責任的重要性。