專利名稱：光學節(jié)能型發(fā)光二極管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管，尤其涉及該發(fā)光二極管的管身。
背景技術：
隨著社會和經濟的發(fā)展，發(fā)光二極管的應用領域越來越寬廣，每年生 產的數(shù)量都成倍增長。家用電器、電氣設備、電器儀表上的各種指示燈是發(fā)光二極管在這些領域中較早的應用；接著它又被應用于各類公共設施、 燈光設置、汽車制造、儀表制造等。現(xiàn)在，現(xiàn)代生活中發(fā)光二極管幾乎無 處不在、無時不有。馬路、地鐵、高架路上的各種信號燈、指示燈、信息 指示牌，變幻的廣告牌，股市中的顯示牌，琳瑯滿目的各種燈飾，都在為 經濟發(fā)展和社會生活發(fā)揮著巨大的作用，每年耗用的發(fā)光二極管在中國以 數(shù)百億計，在全世界更是驚人的數(shù)字。這么多發(fā)光二極管所耗用的電能也 成了能源消費的一個越來越突出的方面。
迄今為止，對發(fā)光二極管的研究主要集中在管芯上，管芯在材料、發(fā) 光效率、制作工藝、使用壽命等方面都不斷取得進步和提高。但是，人們 卻不太重視管身，特別是很少研究光學在管身上的應用及其效果。發(fā)光二 極管制作廠的制作方式是，根據市場或具體用戶對最終產品性能方面的需 要，采購管芯，引出合適的管腳，然后將管芯封裝到認為合適的管身內。 被采用的發(fā)光二極管其管身大多是子彈頭形的，少數(shù)是扁子彈頭形、長方 體的，等等。所形成的出射光束有的是發(fā)散的，有的有一定的會聚性，即 在受光面上形成某種光斑。但一般都不考慮或很少考慮充分利用光能，從 而節(jié)約能源的問題。申請人調査過江浙一帶一些較大的發(fā)光二極管生產廠， 他們都大量生產各種尺寸、各種亮度的標準管，即子彈頭管。如果遇有特 殊出射光束要求，也都在用戶有較大訂貨量的前提下，試制到滿足要求就 可以了。至于如何應用光學原理，充分利用光能，節(jié)約電能的問題， 一般 都不很重視。有的管子甚至是階梯形的(如圖l所示)，真正被利用的僅僅 是很小一部分光能，而主要部分的光能都被浪費了。圖1是現(xiàn)有技術中一種階梯形管身的示意圖，產品所利用的僅僅是其 頂端小柱面處所發(fā)出的光，管芯發(fā)光的絕大部分都被無端地浪費了。而且， 現(xiàn)有技術中許多管芯都不設管芯池，任由管芯發(fā)光四處發(fā)散。積少成多， 這種浪費其實是十分驚人的。由于發(fā)光二極管的使用數(shù)量極其巨大，并且越來越大，上述非節(jié)能型 發(fā)光二極管所形成的電能的浪費是十分驚人的，并且在不少情況下，電能 的浪費還帶來光污染。 發(fā)明內容本發(fā)明需要解決的技術問題是提供了一種光學節(jié)能發(fā)光二極管，旨在 解決上述的缺陷。為了解決上述技術問題，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的 本發(fā)明包括管芯，管身；所述管身的主體是一個橢球冠；橢球冠的頂端部分可以是向外的凸橢球面或者是向內的凹橢球面；管芯固定安置在 管身內的管芯池中；所述的管芯池的光軸與橢球冠同軸；與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是提高光能利用率，充分實現(xiàn) 出射光的各種技術要求。
圖1是現(xiàn)有技術中一種階梯形管身的示意圖； 圖2是本發(fā)明聚焦型的結構圖3是本發(fā)明的部分光列光路圖；圖4是應用本發(fā)明在光顯血壓計中作為掃描光針的光學節(jié)能型發(fā)光二 極管結構圖；圖5A是使用傳統(tǒng)發(fā)光二極管作為掃描光針的示意圖； 圖5B是應用本發(fā)明作為掃描光針的示意圖；圖6A是應用傳統(tǒng)發(fā)光二極管和光學節(jié)能發(fā)光二極管的箭頭燈的示意圖；圖6B是應用本發(fā)明的箭頭燈的示意圖； 圖7是適合于馬路上的紅綠燈使用本發(fā)明的結構示意圖； 圖8是本發(fā)明的發(fā)散型的結構示意圖；具體實施方式
下面結合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細描述 由圖2可見本發(fā)明包括管芯10，管身1;所述管身1的主體是一 個橢球冠；橢球冠的頂端部分可以是向外的凸橢球面或者是向內的凹橢球 面；管芯10固定安置在管身1內的管芯池11中；所述的管芯池11的光軸 與橢球冠同軸；所述管芯池ll為碗形或盒形，內壁為反射膜。管身對所用色光透明，沿光軸方向沒有突變面；當需要聚焦時，頂端 部分的折射面是凸橢球面，構成所需要的光學凸透鏡，使近軸近似平行光 在前方聚焦面處形成會聚；近底部的橢球面則盡可能構成對遠軸光和非軸 向光的全反射，對著這部分表面，不會明顯看到發(fā)光的管芯；管芯安裝在 管身底部的管芯池中，保證反射光在管身內盡量呈軸向平行或會聚，以充 分利用管芯所發(fā)出的光能；當需要出射光發(fā)散時，管身的冠頂取凹橢球面， 構成所需要的光學凹透鏡，使近軸近似平行光形成發(fā)散；出射光束的會聚或發(fā)散的各種技術要求都可以通過調節(jié)管身的x、 y方
向的半徑a和b以及管芯的軸向位置實現(xiàn)；管身的表面為光學熔融面，以保證界面的光學平整性，這在現(xiàn)代的模 具表面處理技術和塑料烙注技術中都是能夠做到的。由圖3可見近軸光在折射面處改變方向，向光軸會聚；遠軸光、散 射光有些可能經一次或多次全反射、反射后散射出去，有些也將向光軸會 聚。最終向光軸會聚的光能會占全部光能的較大比例，這正是所要利用的 光能。圖中管芯IO、全反射區(qū)100、折射區(qū)200。由圖4可見其管身構成如下 一個&=1.6， b=3， C=5的有機玻璃材料(N"1.5)橢球，被同z軸的Fl.5圓柱面切割，然后再從離橢球球心 1. 2處垂直光軸切割。裝置管芯的管芯池置于這個被切割的橢球冠的底部。管芯和管芯池發(fā)出的軸向近似平行光在近底部的橢球面和切割面處發(fā)生全反射、反射，在頂端經橢球凸透鏡作用而會聚，會聚的結果在離頂端約1. 5mm 處的屏幕上形成長約3mm、寬約lmm的光斑，這正是掃描光針所需要的。圖5A和圖5B是使用傳統(tǒng)發(fā)光二極管和本發(fā)明作為光顯血壓計掃描光 針的效果對比圖。由圖5A可見即便選用各種認為性能最好的傳統(tǒng)發(fā)光二 極管，在掃描面處的主掃描光束直徑也都在3mm以上。傳輸光纖(圖中黑 圓點所示)直徑l，間距1.2，這樣主掃描光束?？缭?根以上的光纖，加 上光的衍射，在示值終端形成的主、副示值光斑常多達5個以上。于是， 不得不對發(fā)光二極管采取很難操作的遮光處理，從而浪費了大量光能；而 遮光處理后，只有增大發(fā)光二極管的電流才能使示值光斑明亮。其后果不 僅耗電量大，用戶需要頻繁更換電池，而且制作難度大， 一致性難以保證， 大電流又使發(fā)光二極管的使用壽命難以保證。由圖5B可見由于現(xiàn)在的掃 描光束寬度僅為1，亦即主光束僅能跨越一根光纖，且集中著大部分的光能， 所形成的示值光斑集中、明亮。對于同樣的電流，現(xiàn)在的光斑顯得太亮了。 試驗表明，將原5raA改為2mA，示值光斑亮度就正好了。這樣一來，不僅光
針制作大為方便和簡化，發(fā)光二極管使用壽命得以充分保證，而且耗電大 大節(jié)省，用戶更換新電的周期延長近一半。這種產生狹條形會聚光束的光學節(jié)能型發(fā)光二極管也可以用于文字、 圖案等多種制作。圖6A和圖6B是應用傳統(tǒng)發(fā)光二極管和本發(fā)明制作箭頭燈的效果對比 圖；由圖6A可見馬路上的箭頭燈一般需要使用14只以上的傳統(tǒng)發(fā)光二 極管，不僅耗能量大，而且經常會有管子損壞失效，造成圖形缺損；由圖 6B可見象上述那樣的產生狹條形會聚的或三只、或四只光學節(jié)能型發(fā)光二極管就能形成清晰的箭頭圖案，從而大大節(jié)約電能，且制造簡單，維修 方便。為了防止會聚光束對駕駛員、路人產生的光學圖像變形，應當在聚 焦平面處設置散光幕，這只要將燈罩改用毛玻璃，且恰好置于聚焦平面處即可。為了使生產標準化，并有利于選擇使用，使用本發(fā)明應根據其會聚屬 性，標明相關參數(shù)。例如，作圓形光束會聚的，應標明會聚距離，即會聚平面離管頂?shù)木嚯x，以及會聚半徑；作條形會聚的，應標明會聚距離，以 及在會聚平面上所能形成的會聚矩形光斑的長和寬。光學節(jié)能發(fā)光二極管的頂部折射面形態(tài)不同，可以改變出射光的會聚 方向，適合一些特定的用途。由圖7可見管身由兩個半橢球體沿與路面平行的平面接合而成，在垂直路面的方向上，上橢球的半徑較小，下橢球的半徑較大。這樣，出射 光將向路面方向偏折，而不會射向天空，由此而來的各種好處是顯而易見 的。使管頂?shù)臋E球面內凹，則光學節(jié)能發(fā)光二極管即成為發(fā)散管，同樣可 適應多種用途。由圖8可見它適合應用為家用電器、儀器儀表等的指示燈。傳統(tǒng)的子彈頭形指示燈需要凸出所在表面，且需耗用較大電流才能看清。而使用
本發(fā)明后，只要在指示處設一透明窗，所述發(fā)散型光學節(jié)能發(fā)光二極管埋 在窗口下，在窗外的錐形散射區(qū)內的任意角度，都可以看到一個明亮的指 示光點。也可以將上述透明窗粘接亍管頂，以方便用戶直接使用。如果大量采用本發(fā)明的光學節(jié)能管，每只管子的耗電電流可減少2 10mA，全國每年可節(jié)約用電數(shù)十至數(shù)百億千瓦時，至于由此帶來的提高技 術水平、降低成本、節(jié)約資源、方便維護和維修、減少光污染等多方面的 經濟效益和社會效益也是很明顯的。
權利要求
1. 一種光學節(jié)能發(fā)光二極管，包括管芯(10)，管身(1);其特征 在于所述管身(1)的主體是一個橢球冠；橢球冠的頂端部分可以是向外 的凸橢球面或者是向內的凹橢球面；管芯(10)固定安置在管身(1)內的 管芯池(11)中；所述的管芯池(11)的光軸與橢球冠同軸。
2. 根據權利要求l所述的光學節(jié)能發(fā)光二極管，其特征在于所述管 芯池(11)為碗形或盒形，內壁為反射膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學節(jié)能發(fā)光二極管，包括管芯(10)，管身(1)；所述管身(1)的主體是一個橢球冠；橢球冠的頂端部分可以是向外的凸橢球面或者是向內的凹橢球面；管芯(10)固定安置在管身(1)內的管芯池(11)中；所述的管芯池(11)的光軸與橢球冠同軸；本發(fā)明的有益效果是提高光能利用率，充分實現(xiàn)出射光的各種技術要求；如果大量采用本發(fā)明的光學節(jié)能管，每只管子的耗電電流可減少2～10mA，全國每年可節(jié)約用電數(shù)十至數(shù)百億千瓦時，至于由此帶來的提高技術水平、降低成本、節(jié)約資源、方便維護和維修、減少光污染等多方面的經濟效益和社會效益也是很明顯的。
文檔編號H01L33/00GK101123283SQ200610029840
公開日2008年2月13日 申請日期2006年8月9日 優(yōu)先權日2006年8月9日
發(fā)明者崔開海 申請人:上海上達醫(yī)用儀表廠有限公司