半导体照明中的非成像光学及其应用

【摘 要】现在大街上随处可见的LED灯则是一种发光二极管，这种发光二极管属于我们说的半导体照明的光源，和一些白炽灯这样的传统的光源相比，新型的半导体照明光源具有很多有优点，比如能耗、寿命、效果等等。现在我们利用非成像光学来对半导体照明进行改进和设计，努力研发出高端品质的半导体照明材料。本文主要讲述非成像光学的理论，以及如何利用非成像光学理论设计并实现高端的半导体照明材料。

【关键词】半导体照明;非成像光学;非成像光学的应用

发光二极管的发明距今其实并没有多长时间，大概也就只有四五十年的历史。可是从大街小巷普及的LED灯箱可以看出，发光二极管的发展是非常迅速的。尤其是近三十年来，LED产品也开始每隔近两年的时间就更新换代一次，从1992年，第一个城市LED红灯开始，大量的LED材料灯箱投入使用，直至现在，许多全彩的大屏幕，也是使用的LED技术器件。

发光二极管的优点有很多，比如体积小、功耗小、亮度高、寿命长等等，与普通的白炽灯相比，发光二极管是节约型社会特别需要的发光器件。在LED灯刚研发出来时，各国就争相将其列为重点发展计划，也是情有可原。在中国，科技部门特意成立了专门的研究半导体照明的重大工程专项小组，为的就是研究出更加高效低耗、能力强的半导体照明。

半导体照明材料中，有很多“中国制造”，世界上百分之七十的半导体照明材料产自于中国。这些产品不仅远销海外，在中国国内也有巨大的市场，得到许多商家的喜爱。

半导体照明因为其历史不久，所以目前还没有统一的国际标准，但是可以肯定的是，由于中国的研发较早，所以与其他国家的差距并不很大，因此在这样的环境下，中国应该着重于技术的开发和研究，大力发展目前最为火热的功率型发光二极管的高端封装及应用技术，并通过这样的方式拉动其他方面的发展，从而走在国际前列，为中国的半导体照明产业做出卓越且具有历史性意义的发展。

我们前面所说的“最为火热的功率型发光二极管的高端封装及应用技术”是针对发光二极管产品的封装。二极管的质量影响着使用寿命等其他因素，对二极管的封装技术也在极大的程度上影响着LED灯箱的用户体验。我们为了半导体照明产业的发展，最好自己能够研发出更高效有利用性的封装技术，制定一套标准，并大力推广，以制定一套全世界的半导体照明产业生产标准为目标。

照明光源其实是有很多种类的，按照照明光源的用途来分，分为路边的照明光源、室内的照明光源、室外人造景观的照明光源等等，不同用途的照明要求对照明光源的一些属性也有着不一样的要求，比如光强、光学的性能等等。而我们所说的发光二极管可以满足大部分照明光源的用途要求，所以LED灯箱在现在市面上的流行度超过了普通的光源材料。

我们举个例子，比如我们平时生活中最常使用的阅读照明灯，在阅读照明的参数标准中，视线所及的阅读范围的亮度需要满足一个亮度值，并不会发生太大的改变。对于普通的白炽灯，为了达到统一的亮度，且较长时间不发生变化，需要大量地消耗电能，达到一个非常高的亮度，高于规定的值，才能维持中心亮度。在这种情况下，许多电能、光能就被白白地浪费了，出现在了并不需要有照明的视界外围。但是使用了半导体照明，比如我们市场上会有的LED护眼灯，这种护眼灯是一种特别针对看书设计的发光二极管照明光源，能够保证大部分的光能都聚集在视界范围内，而一个圆形区域外将有很少甚至没有亮光，把所有的能量都集中在了需要照明的视界里，做到了高效、节能，提高了光与电的利用率，而且稳定的光源对眼睛有一定的保护作用，是比普通照明光源更有优势的地方。

由于半导体照明的强可塑性，对于一个三维物体，半导体照明光源可以比普通光源照明的更清楚、更明亮。在特殊设计的LED灯光下，一个表面不平整的三维物体的各个不规则面能在不同角度的照明下，一定是比同一角度照射的普通光源显得更加清楚。这种可塑角度的特性可以用在许多方面，比如手术台、精密仪器加工台、事故处理现场等，在亮度不高的环境里，这样的照明将大大提高人们的工作效率和准确性。

所谓非成像光学，是区别于普通的成像光学——着重于在平面上成像而且最大化地提升成像的质量，使成像更清晰、更保真，非成像光学要求注重的是对于光能的利用率，尽最大努力在需要光的地方保持光源的持续性和稳定性，在不需要光的地方尽力做到没有光亮，减少光能的损耗，提高电能的利用率。

在半导体照明中，利用非成像光学，以减少能耗、保证功能为目的，在提倡节约的现代社会是很有意义的。利用了非成像光学的半导体照明材料能够在保证照明光源的功能下，最大化地降低损耗，最大化地利用光能，这也是在市场上LED灯材料大受欢迎的原因。低成本、高效率的照明材料在生产生活中的利用是可以缓解经济问题的，小事不小，当一个大企业所有的照明光源都使用节能的半导体照明时，节省的经济效益就很可观了。

因为半导体照明的种种优点，发展半导体照明材料的现实意义就很显著。我们要在现有的技术水平上，大力发展半导体照明的封装技术，使半导体照明能够更多地深入到工业生产和生活当中。只有封装技术逐渐成熟，半导体照明的推广才能更加突飞猛进。对于中国来说，也要大力发展自己的封装技术，达到领先世界的水平将会对国产半导体照明产业的发展带来巨大的收益和改变。

半导体照明的技术是快速发展的，相比而言，对半导体照明的封装技术却还没有跟上发展进度，制约了半导体照明在一些领域的应用。这不仅仅说的是中国，而是在封装技术上，全世界大致都没有什么有效且普适的技术标准。我们可以以半导体照明的应用和技术出发，发挥我们在高端半导体照明产业的优势，努力寻找技术的突破点，从而引领整个半导体照明产业的发展，为中国的半导体照明产业的发展带来质的飞跃。

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