专利名称：光学节能型发光二极管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管，尤其涉及该发光二极管的管身。
背景技术：
随着社会和经济的发展，发光二极管的应用领域越来越宽广，每年生 产的数量都成倍增长。家用电器、电气设备、电器仪表上的各种指示灯是发光二极管在这些领域中较早的应用；接着它又被应用于各类公共设施、 灯光设置、汽车制造、仪表制造等。现在，现代生活中发光二极管几乎无 处不在、无时不有。马路、地铁、高架路上的各种信号灯、指示灯、信息 指示牌，变幻的广告牌，股市中的显示牌，琳琅满目的各种灯饰，都在为 经济发展和社会生活发挥着巨大的作用，每年耗用的发光二极管在中国以 数百亿计，在全世界更是惊人的数字。这么多发光二极管所耗用的电能也 成了能源消费的一个越来越突出的方面。
迄今为止，对发光二极管的研究主要集中在管芯上，管芯在材料、发 光效率、制作工艺、使用寿命等方面都不断取得进步和提高。但是，人们 却不太重视管身，特别是很少研究光学在管身上的应用及其效果。发光二 极管制作厂的制作方式是，根据市场或具体用户对最终产品性能方面的需 要，采购管芯，引出合适的管脚，然后将管芯封装到认为合适的管身内。 被采用的发光二极管其管身大多是子弹头形的，少数是扁子弹头形、长方 体的，等等。所形成的出射光束有的是发散的，有的有一定的会聚性，即 在受光面上形成某种光斑。但一般都不考虑或很少考虑充分利用光能，从 而节约能源的问题。申请人调査过江浙一带一些较大的发光二极管生产厂， 他们都大量生产各种尺寸、各种亮度的标准管，即子弹头管。如果遇有特 殊出射光束要求，也都在用户有较大订货量的前提下，试制到满足要求就 可以了。至于如何应用光学原理，充分利用光能，节约电能的问题， 一般 都不很重视。有的管子甚至是阶梯形的(如图l所示)，真正被利用的仅仅 是很小一部分光能，而主要部分的光能都被浪费了。图1是现有技术中一种阶梯形管身的示意图，产品所利用的仅仅是其 顶端小柱面处所发出的光，管芯发光的绝大部分都被无端地浪费了。而且， 现有技术中许多管芯都不设管芯池，任由管芯发光四处发散。积少成多， 这种浪费其实是十分惊人的。由于发光二极管的使用数量极其巨大，并且越来越大，上述非节能型 发光二极管所形成的电能的浪费是十分惊人的，并且在不少情况下，电能 的浪费还带来光污染。 发明内容本发明需要解决的技术问题是提供了一种光学节能发光二极管，旨在 解决上述的缺陷。为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的 本发明包括管芯，管身；所述管身的主体是一个椭球冠；椭球冠的顶端部分可以是向外的凸椭球面或者是向内的凹椭球面；管芯固定安置在 管身内的管芯池中；所述的管芯池的光轴与椭球冠同轴；与现有技术相比，本发明的有益效果是提高光能利用率，充分实现 出射光的各种技术要求。
图1是现有技术中一种阶梯形管身的示意图； 图2是本发明聚焦型的结构图3是本发明的部分光列光路图；图4是应用本发明在光显血压计中作为扫描光针的光学节能型发光二 极管结构图；图5A是使用传统发光二极管作为扫描光针的示意图； 图5B是应用本发明作为扫描光针的示意图；图6A是应用传统发光二极管和光学节能发光二极管的箭头灯的示意图；图6B是应用本发明的箭头灯的示意图； 图7是适合于马路上的红绿灯使用本发明的结构示意图； 图8是本发明的发散型的结构示意图；具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细描述 由图2可见本发明包括管芯10，管身1;所述管身1的主体是一 个椭球冠；椭球冠的顶端部分可以是向外的凸椭球面或者是向内的凹椭球 面；管芯10固定安置在管身1内的管芯池11中；所述的管芯池11的光轴 与椭球冠同轴；所述管芯池ll为碗形或盒形，内壁为反射膜。管身对所用色光透明，沿光轴方向没有突变面；当需要聚焦时，顶端 部分的折射面是凸椭球面，构成所需要的光学凸透镜，使近轴近似平行光 在前方聚焦面处形成会聚；近底部的椭球面则尽可能构成对远轴光和非轴 向光的全反射，对着这部分表面，不会明显看到发光的管芯；管芯安装在 管身底部的管芯池中，保证反射光在管身内尽量呈轴向平行或会聚，以充 分利用管芯所发出的光能；当需要出射光发散时，管身的冠顶取凹椭球面， 构成所需要的光学凹透镜，使近轴近似平行光形成发散；出射光束的会聚或发散的各种技术要求都可以通过调节管身的x、 y方
向的半径a和b以及管芯的轴向位置实现；管身的表面为光学熔融面，以保证界面的光学平整性，这在现代的模 具表面处理技术和塑料烙注技术中都是能够做到的。由图3可见近轴光在折射面处改变方向，向光轴会聚；远轴光、散 射光有些可能经一次或多次全反射、反射后散射出去，有些也将向光轴会 聚。最终向光轴会聚的光能会占全部光能的较大比例，这正是所要利用的 光能。图中管芯IO、全反射区100、折射区200。由图4可见其管身构成如下 一个&=1.6， b=3， C=5的有机玻璃材料(N"1.5)椭球，被同z轴的Fl.5圆柱面切割，然后再从离椭球球心 1. 2处垂直光轴切割。装置管芯的管芯池置于这个被切割的椭球冠的底部。管芯和管芯池发出的轴向近似平行光在近底部的椭球面和切割面处发生全反射、反射，在顶端经椭球凸透镜作用而会聚，会聚的结果在离顶端约1. 5mm 处的屏幕上形成长约3mm、宽约lmm的光斑，这正是扫描光针所需要的。图5A和图5B是使用传统发光二极管和本发明作为光显血压计扫描光 针的效果对比图。由图5A可见即便选用各种认为性能最好的传统发光二 极管，在扫描面处的主扫描光束直径也都在3mm以上。传输光纤(图中黑 圆点所示)直径l，间距1.2，这样主扫描光束常跨越3根以上的光纤，加 上光的衍射，在示值终端形成的主、副示值光斑常多达5个以上。于是， 不得不对发光二极管采取很难操作的遮光处理，从而浪费了大量光能；而 遮光处理后，只有增大发光二极管的电流才能使示值光斑明亮。其后果不 仅耗电量大，用户需要频繁更换电池，而且制作难度大， 一致性难以保证， 大电流又使发光二极管的使用寿命难以保证。由图5B可见由于现在的扫 描光束宽度仅为1，亦即主光束仅能跨越一根光纤，且集中着大部分的光能， 所形成的示值光斑集中、明亮。对于同样的电流，现在的光斑显得太亮了。 试验表明，将原5raA改为2mA，示值光斑亮度就正好了。这样一来，不仅光
针制作大为方便和简化，发光二极管使用寿命得以充分保证，而且耗电大 大节省，用户更换新电的周期延长近一半。这种产生狭条形会聚光束的光学节能型发光二极管也可以用于文字、 图案等多种制作。图6A和图6B是应用传统发光二极管和本发明制作箭头灯的效果对比 图；由图6A可见马路上的箭头灯一般需要使用14只以上的传统发光二 极管，不仅耗能量大，而且经常会有管子损坏失效，造成图形缺损；由图 6B可见象上述那样的产生狭条形会聚的或三只、或四只光学节能型发光二极管就能形成清晰的箭头图案，从而大大节约电能，且制造简单，维修 方便。为了防止会聚光束对驾驶员、路人产生的光学图像变形，应当在聚 焦平面处设置散光幕，这只要将灯罩改用毛玻璃，且恰好置于聚焦平面处即可。为了使生产标准化，并有利于选择使用，使用本发明应根据其会聚属 性，标明相关参数。例如，作圆形光束会聚的，应标明会聚距离，即会聚平面离管顶的距离，以及会聚半径；作条形会聚的，应标明会聚距离，以 及在会聚平面上所能形成的会聚矩形光斑的长和宽。光学节能发光二极管的顶部折射面形态不同，可以改变出射光的会聚 方向，适合一些特定的用途。由图7可见管身由两个半椭球体沿与路面平行的平面接合而成，在垂直路面的方向上，上椭球的半径较小，下椭球的半径较大。这样，出射 光将向路面方向偏折，而不会射向天空，由此而来的各种好处是显而易见 的。使管顶的椭球面内凹，则光学节能发光二极管即成为发散管，同样可 适应多种用途。由图8可见它适合应用为家用电器、仪器仪表等的指示灯。传统的子弹头形指示灯需要凸出所在表面，且需耗用较大电流才能看清。而使用
本发明后，只要在指示处设一透明窗，所述发散型光学节能发光二极管埋 在窗口下，在窗外的锥形散射区内的任意角度，都可以看到一个明亮的指 示光点。也可以将上述透明窗粘接亍管顶，以方便用户直接使用。如果大量采用本发明的光学节能管，每只管子的耗电电流可减少2 10mA，全国每年可节约用电数十至数百亿千瓦时，至于由此带来的提高技 术水平、降低成本、节约资源、方便维护和维修、减少光污染等多方面的 经济效益和社会效益也是很明显的。
权利要求
1. 一种光学节能发光二极管，包括管芯(10)，管身(1);其特征 在于所述管身(1)的主体是一个椭球冠；椭球冠的顶端部分可以是向外 的凸椭球面或者是向内的凹椭球面；管芯(10)固定安置在管身(1)内的 管芯池(11)中；所述的管芯池(11)的光轴与椭球冠同轴。
2. 根据权利要求l所述的光学节能发光二极管，其特征在于所述管 芯池(11)为碗形或盒形，内壁为反射膜。
全文摘要
本发明涉及一种光学节能发光二极管，包括管芯(10)，管身(1)；所述管身(1)的主体是一个椭球冠；椭球冠的顶端部分可以是向外的凸椭球面或者是向内的凹椭球面；管芯(10)固定安置在管身(1)内的管芯池(11)中；所述的管芯池(11)的光轴与椭球冠同轴；本发明的有益效果是提高光能利用率，充分实现出射光的各种技术要求；如果大量采用本发明的光学节能管，每只管子的耗电电流可减少2～10mA，全国每年可节约用电数十至数百亿千瓦时，至于由此带来的提高技术水平、降低成本、节约资源、方便维护和维修、减少光污染等多方面的经济效益和社会效益也是很明显的。
文档编号H01L33/00GK101123283SQ200610029840
公开日2008年2月13日 申请日期2006年8月9日 优先权日2006年8月9日
发明者崔开海 申请人:上海上达医用仪表厂有限公司