半导体照明中的非成像光学及其应用

广东省汕尾职业技术学院 彭 强

半导体照明中的非成像光学及其应用

广东省汕尾职业技术学院 彭 强

针对目前半导体照明中非成像光学应用的缺陷，文章分析了研究半导体照明中非成像光学应用的现状以及优化应用实践方法。其目的是为相关建设者提供一些理论依据。

半导体照明；非成像光学；LED

半导体照明系统中的非成像光学理论是满足当前现代化建设对照明系统应用需求的重要研究课题，相关人员应在明确其作用现状的前提下，找出优化应用的方式方法，从而促进现代化经济建设的快速稳定发展。

1　研究半导体照明中非成像光学应用的重要性

半导体产业的飞速发展，使得人们对灯光照明效果的需求越来越大，这就要求相关建设人员应加大半导体照明系统中非成像光学的研究。然而，在实际研究应用过程中，相关人员并未认识到基于半导体照明中非成像光学理论光源的作用效果，这就严重影响了其作用效果的发挥。LED是目前市场环境中，其具有寿命长、能耗低以及亮度高等特点。因此，作为半导体照明非成像光学的重要应用体现，相关人员应在明确半导体照明系统中非成像光学的研究现状，来找出优化LED作用效果的手段，也是解决当前LED器件使用缺陷的有效方法［1］。

2　半导体照明中非成像光学的研究现状

对于半导体照明的非成像光学器件研究，最早始于20世纪三四十年代的美国，而其照明体系的形成是在70年代。具体来说，非成像光学系统具有能源利用率高以及使用便捷的特点，因此，其被广泛应用于各类照明系统设计中。相关研究表明，非成像光学研究的理论依据为定光分布和光线耦合。其中定光分布设计是根据光学维度来实现作用效果的，其具体应用关键点集中于二维与三维的自由设计。这是因为二维定光分布设计容易受到旋转对称性以及平移对称性的影响。而光线耦合则主要是通过利用太阳能资源，来设计准直透镜，从而实现LED照明系统使用的高效性。在研究上述课题内容过程中，合理分配光能以及设计定光分布照明光学系统，是使半导体照明系统中非成像光学理论发挥作用的关键［2］。

以LED板的非成像光学理论应用过程为例。相关研究表明，LED板是一种发光的媒介，因此，其照明系统的操作过程在光源释放层面会存在一定的差异性问题。因此，相关研究人员可通过实现主屏光线的成像机制，来控制LED板在照明过程中出现的问题。具体来说，主屏光线成像机制的作用效果与光线之间的夹角有关，即当主屏与光线间的夹角越大，其进行照明的光线效果就越差。造成这一问题存在的原因是，LED光源的作用效果具有一定的灵活性特点。针对这一问题影响，相关研究人员应根据LED板施工环境以及光照设计需求，要对LED光源作用的灵活性进行一系列具有自主性的调整。在此情况下，LED板就能满足不同环境、不同光源对其照明效果的需求。例如，研究人员应从技术层面出发，并将光学基本理论作为核心控制因素的情况下，根据不同场合以及不同条件，来设计出相应的LED光源［3］。

3　优化半导体照明中非成像光学的应用实践

3.1非成像光学的应用控制要点

与传统的光学应用机制不同，半导体照明系统不存在能量过度消耗以及光源一次性运用不合理的问题。因此，相关研究人员应控制好光源的能量转化层面处理，来扩大光源在一次成像领域未开发出的体系能量价值。具体来说，就是通过优化能量转换体系，来提高半导体照明系统的作用效果。

此外，为实现半导体照明系统的平面型光源界限的控制，研究人员可从光线的原始点型光源以及光学基础出发，进而使非成像光学体系主屏能够更为稳定的为光源全方位释放提供全息全能性的光线。在此情况下，半导体照明系统光线的强度就能够得到全方位的提升和作用效果优化。与此同时，对于优化的效果，研究人员还要实现其可控性，从而满足相关场合的自主调节作用。这是打破传统光学机制运行狭隘且局限性较大缺陷的系统控制框架，相关研究人员应以人性化作为首要原则，来提高半导体人们对新型照明系统使用的适用性［4］。

3.2应用实例

当LED照明系统作用于阅读室中，读者对系统应用的需求为光线柔和，以缓解其长期阅读引起的视觉疲劳。首先，LED阅读灯需设置在统一平面上，并控制其照明强度处在特定数值作用的范围内。这样一来，照明系统设计人员就能找出具有一定作用效果的LED照明环境，这是半导体照明中非成像光学理论作用效果的重要体现。其次，对于具体使用过程的效果控制过程，基于半导体照明的非成像光学会在主屏光线上形成一个最大边沿的暗点。这种情况就意味着照明系统的光照强度达到了上限。这种情况，就实现了对阅读者眼睛的保护，从而实现人性化的技术应用目标。最后，半导体照明中非成像光学要按照相关的控制要求，合理设置发光线与轴线的发光角，从而使光源起到保护阅读室人员视力的作用。

3.3分布给定光方法

相关研究表明，对于光线耦合的应用控制效果是通过光线的有效收集来实现的。此结论作用于半导体照明中非成像光学理论的发展过程以及相关的问题研究时，光线耦合的应用控制效果就侧重于按照相关需求进行非配光能以及各种给定光方面。相关学者认为点光源的给照度分布过程本身，就属于半导体照明中的非成像光学理论应用研究领域。具体来说，可利用相关数学模型以及微分方程来优化分布给定光的作用效果。此过程，如果按照设计维度进行区分，可将分布给定光方法分为两种，即三维设计和三维自由设计［5］。但是从光源尺寸角度来看，还可将给定关的分布分为两种形式，即扩展光源设计和点光源设计。其中扩展光源的实现过程具有一定难度，因此研究人员应以不断探究的治学态度，来实现此类问题的数学模型求解。对于 LED 光源，由于其芯片尺寸小，在很多情况下忽略其尺寸对光学设计的影响，因此研究非成像光学中点光源给定光分布问题具有很重要的实用意义。值得注意的是，当前的市场环境中，功率型芯片的典型尺寸为1mm×1mm，而小功率型芯片的尺寸则更小。因此，相关建设人员应根据照明系统应用场合以及应用控制需求，来选择芯片类型。

4　结束语

综上所述，相关建设人员要想满足人们对照明系统使用日益提高的需求，可优化半导体照明中非成像光学理论的应用效果。具体可通过优化设计定光分布和光线耦合，来实现LED光源应用的灵活性作用目标。事实证明，只要遵循光学理论的应用要点以及合理分布给定光的方法，就能在很大程度上实现LED照明系统作用稳定性的发挥。因此，相关人员应将其作为提升当前照明系统使用缺陷的重要手段，从而使现代化建设趋于快速稳定发展状态。

［1］张晓萍.半导体照明中的非成像光学及其应用［J］.黑龙江科技信息，2016（20）：37.

［2］聂蓉.基于非成像光学的LED三维照明系统的应用分析［J］.价值工程，2014（04）：29-30.

［3］周美娜.半导体照明中非成像光学及应用［J］.信息通信，2014（03）：23.

［4］韩彦军，张贤鹏，冯泽心，钱可元，李洪涛，罗毅，李旭亮，黄冠志，祝炳忠.基于由照射目标向光源映射和微带表面构型的分离变量三维自由曲面非成像光学系统设计［J］.中国科技论文在线，2010（01）：35-40.

［5］李澄，李农.非成像光学应用于LED照明的研究［J］.照明工程学报，2011（05）：90-94+102.

彭强（1979—），男，广东汕尾人，硕士，讲师，主要从事半导体物理及器件的研究。