半導(dǎo)體照明中的非成像光學(xué)及其應(yīng)用

廣東省汕尾職業(yè)技術(shù)學(xué)院 彭 強(qiáng)

半導(dǎo)體照明中的非成像光學(xué)及其應(yīng)用

廣東省汕尾職業(yè)技術(shù)學(xué)院 彭 強(qiáng)

針對(duì)目前半導(dǎo)體照明中非成像光學(xué)應(yīng)用的缺陷，文章分析了研究半導(dǎo)體照明中非成像光學(xué)應(yīng)用的現(xiàn)狀以及優(yōu)化應(yīng)用實(shí)踐方法。其目的是為相關(guān)建設(shè)者提供一些理論依據(jù)。

半導(dǎo)體照明；非成像光學(xué)；LED

半導(dǎo)體照明系統(tǒng)中的非成像光學(xué)理論是滿足當(dāng)前現(xiàn)代化建設(shè)對(duì)照明系統(tǒng)應(yīng)用需求的重要研究課題，相關(guān)人員應(yīng)在明確其作用現(xiàn)狀的前提下，找出優(yōu)化應(yīng)用的方式方法，從而促進(jìn)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速穩(wěn)定發(fā)展。

1　研究半導(dǎo)體照明中非成像光學(xué)應(yīng)用的重要性

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，使得人們對(duì)燈光照明效果的需求越來(lái)越大，這就要求相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)加大半導(dǎo)體照明系統(tǒng)中非成像光學(xué)的研究。然而，在實(shí)際研究應(yīng)用過(guò)程中，相關(guān)人員并未認(rèn)識(shí)到基于半導(dǎo)體照明中非成像光學(xué)理論光源的作用效果，這就嚴(yán)重影響了其作用效果的發(fā)揮。LED是目前市場(chǎng)環(huán)境中，其具有壽命長(zhǎng)、能耗低以及亮度高等特點(diǎn)。因此，作為半導(dǎo)體照明非成像光學(xué)的重要應(yīng)用體現(xiàn)，相關(guān)人員應(yīng)在明確半導(dǎo)體照明系統(tǒng)中非成像光學(xué)的研究現(xiàn)狀，來(lái)找出優(yōu)化LED作用效果的手段，也是解決當(dāng)前LED器件使用缺陷的有效方法［1］。

2　半導(dǎo)體照明中非成像光學(xué)的研究現(xiàn)狀

對(duì)于半導(dǎo)體照明的非成像光學(xué)器件研究，最早始于20世紀(jì)三四十年代的美國(guó)，而其照明體系的形成是在70年代。具體來(lái)說(shuō)，非成像光學(xué)系統(tǒng)具有能源利用率高以及使用便捷的特點(diǎn)，因此，其被廣泛應(yīng)用于各類照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。相關(guān)研究表明，非成像光學(xué)研究的理論依據(jù)為定光分布和光線耦合。其中定光分布設(shè)計(jì)是根據(jù)光學(xué)維度來(lái)實(shí)現(xiàn)作用效果的，其具體應(yīng)用關(guān)鍵點(diǎn)集中于二維與三維的自由設(shè)計(jì)。這是因?yàn)槎S定光分布設(shè)計(jì)容易受到旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性以及平移對(duì)稱性的影響。而光線耦合則主要是通過(guò)利用太陽(yáng)能資源，來(lái)設(shè)計(jì)準(zhǔn)直透鏡，從而實(shí)現(xiàn)LED照明系統(tǒng)使用的高效性。在研究上述課題內(nèi)容過(guò)程中，合理分配光能以及設(shè)計(jì)定光分布照明光學(xué)系統(tǒng)，是使半導(dǎo)體照明系統(tǒng)中非成像光學(xué)理論發(fā)揮作用的關(guān)鍵［2］。

以LED板的非成像光學(xué)理論應(yīng)用過(guò)程為例。相關(guān)研究表明，LED板是一種發(fā)光的媒介，因此，其照明系統(tǒng)的操作過(guò)程在光源釋放層面會(huì)存在一定的差異性問(wèn)題。因此，相關(guān)研究人員可通過(guò)實(shí)現(xiàn)主屏光線的成像機(jī)制，來(lái)控制LED板在照明過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，主屏光線成像機(jī)制的作用效果與光線之間的夾角有關(guān)，即當(dāng)主屏與光線間的夾角越大，其進(jìn)行照明的光線效果就越差。造成這一問(wèn)題存在的原因是，LED光源的作用效果具有一定的靈活性特點(diǎn)。針對(duì)這一問(wèn)題影響，相關(guān)研究人員應(yīng)根據(jù)LED板施工環(huán)境以及光照設(shè)計(jì)需求，要對(duì)LED光源作用的靈活性進(jìn)行一系列具有自主性的調(diào)整。在此情況下，LED板就能滿足不同環(huán)境、不同光源對(duì)其照明效果的需求。例如，研究人員應(yīng)從技術(shù)層面出發(fā)，并將光學(xué)基本理論作為核心控制因素的情況下，根據(jù)不同場(chǎng)合以及不同條件，來(lái)設(shè)計(jì)出相應(yīng)的LED光源［3］。

3　優(yōu)化半導(dǎo)體照明中非成像光學(xué)的應(yīng)用實(shí)踐

3.1非成像光學(xué)的應(yīng)用控制要點(diǎn)

與傳統(tǒng)的光學(xué)應(yīng)用機(jī)制不同，半導(dǎo)體照明系統(tǒng)不存在能量過(guò)度消耗以及光源一次性運(yùn)用不合理的問(wèn)題。因此，相關(guān)研究人員應(yīng)控制好光源的能量轉(zhuǎn)化層面處理，來(lái)擴(kuò)大光源在一次成像領(lǐng)域未開(kāi)發(fā)出的體系能量?jī)r(jià)值。具體來(lái)說(shuō)，就是通過(guò)優(yōu)化能量轉(zhuǎn)換體系，來(lái)提高半導(dǎo)體照明系統(tǒng)的作用效果。

此外，為實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體照明系統(tǒng)的平面型光源界限的控制，研究人員可從光線的原始點(diǎn)型光源以及光學(xué)基礎(chǔ)出發(fā)，進(jìn)而使非成像光學(xué)體系主屏能夠更為穩(wěn)定的為光源全方位釋放提供全息全能性的光線。在此情況下，半導(dǎo)體照明系統(tǒng)光線的強(qiáng)度就能夠得到全方位的提升和作用效果優(yōu)化。與此同時(shí)，對(duì)于優(yōu)化的效果，研究人員還要實(shí)現(xiàn)其可控性，從而滿足相關(guān)場(chǎng)合的自主調(diào)節(jié)作用。這是打破傳統(tǒng)光學(xué)機(jī)制運(yùn)行狹隘且局限性較大缺陷的系統(tǒng)控制框架，相關(guān)研究人員應(yīng)以人性化作為首要原則，來(lái)提高半導(dǎo)體人們對(duì)新型照明系統(tǒng)使用的適用性［4］。

3.2應(yīng)用實(shí)例

當(dāng)LED照明系統(tǒng)作用于閱讀室中，讀者對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用的需求為光線柔和，以緩解其長(zhǎng)期閱讀引起的視覺(jué)疲勞。首先，LED閱讀燈需設(shè)置在統(tǒng)一平面上，并控制其照明強(qiáng)度處在特定數(shù)值作用的范圍內(nèi)。這樣一來(lái)，照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員就能找出具有一定作用效果的LED照明環(huán)境，這是半導(dǎo)體照明中非成像光學(xué)理論作用效果的重要體現(xiàn)。其次，對(duì)于具體使用過(guò)程的效果控制過(guò)程，基于半導(dǎo)體照明的非成像光學(xué)會(huì)在主屏光線上形成一個(gè)最大邊沿的暗點(diǎn)。這種情況就意味著照明系統(tǒng)的光照強(qiáng)度達(dá)到了上限。這種情況，就實(shí)現(xiàn)了對(duì)閱讀者眼睛的保護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)人性化的技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)。最后，半導(dǎo)體照明中非成像光學(xué)要按照相關(guān)的控制要求，合理設(shè)置發(fā)光線與軸線的發(fā)光角，從而使光源起到保護(hù)閱讀室人員視力的作用。

3.3分布給定光方法

相關(guān)研究表明，對(duì)于光線耦合的應(yīng)用控制效果是通過(guò)光線的有效收集來(lái)實(shí)現(xiàn)的。此結(jié)論作用于半導(dǎo)體照明中非成像光學(xué)理論的發(fā)展過(guò)程以及相關(guān)的問(wèn)題研究時(shí)，光線耦合的應(yīng)用控制效果就側(cè)重于按照相關(guān)需求進(jìn)行非配光能以及各種給定光方面。相關(guān)學(xué)者認(rèn)為點(diǎn)光源的給照度分布過(guò)程本身，就屬于半導(dǎo)體照明中的非成像光學(xué)理論應(yīng)用研究領(lǐng)域。具體來(lái)說(shuō)，可利用相關(guān)數(shù)學(xué)模型以及微分方程來(lái)優(yōu)化分布給定光的作用效果。此過(guò)程，如果按照設(shè)計(jì)維度進(jìn)行區(qū)分，可將分布給定光方法分為兩種，即三維設(shè)計(jì)和三維自由設(shè)計(jì)［5］。但是從光源尺寸角度來(lái)看，還可將給定關(guān)的分布分為兩種形式，即擴(kuò)展光源設(shè)計(jì)和點(diǎn)光源設(shè)計(jì)。其中擴(kuò)展光源的實(shí)現(xiàn)過(guò)程具有一定難度，因此研究人員應(yīng)以不斷探究的治學(xué)態(tài)度，來(lái)實(shí)現(xiàn)此類問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型求解。對(duì)于 LED 光源，由于其芯片尺寸小，在很多情況下忽略其尺寸對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)的影響，因此研究非成像光學(xué)中點(diǎn)光源給定光分布問(wèn)題具有很重要的實(shí)用意義。值得注意的是，當(dāng)前的市場(chǎng)環(huán)境中，功率型芯片的典型尺寸為1mm×1mm，而小功率型芯片的尺寸則更小。因此，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)根據(jù)照明系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合以及應(yīng)用控制需求，來(lái)選擇芯片類型。

4　結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，相關(guān)建設(shè)人員要想滿足人們對(duì)照明系統(tǒng)使用日益提高的需求，可優(yōu)化半導(dǎo)體照明中非成像光學(xué)理論的應(yīng)用效果。具體可通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)定光分布和光線耦合，來(lái)實(shí)現(xiàn)LED光源應(yīng)用的靈活性作用目標(biāo)。事實(shí)證明，只要遵循光學(xué)理論的應(yīng)用要點(diǎn)以及合理分布給定光的方法，就能在很大程度上實(shí)現(xiàn)LED照明系統(tǒng)作用穩(wěn)定性的發(fā)揮。因此，相關(guān)人員應(yīng)將其作為提升當(dāng)前照明系統(tǒng)使用缺陷的重要手段，從而使現(xiàn)代化建設(shè)趨于快速穩(wěn)定發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

［1］張曉萍.半導(dǎo)體照明中的非成像光學(xué)及其應(yīng)用［J］.黑龍江科技信息，2016（20）：37.

［2］聶蓉.基于非成像光學(xué)的LED三維照明系統(tǒng)的應(yīng)用分析［J］.價(jià)值工程，2014（04）：29-30.

［3］周美娜.半導(dǎo)體照明中非成像光學(xué)及應(yīng)用［J］.信息通信，2014（03）：23.

［4］韓彥軍，張賢鵬，馮澤心，錢(qián)可元，李洪濤，羅毅，李旭亮，黃冠志，祝炳忠.基于由照射目標(biāo)向光源映射和微帶表面構(gòu)型的分離變量三維自由曲面非成像光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.中國(guó)科技論文在線，2010（01）：35-40.

［5］李澄，李農(nóng).非成像光學(xué)應(yīng)用于LED照明的研究［J］.照明工程學(xué)報(bào)，2011（05）：90-94+102.

彭強(qiáng)（1979—），男，廣東汕尾人，碩士，講師，主要從事半導(dǎo)體物理及器件的研究。