自发光装置的制作方法

专利名称：自发光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用由光电变换元件发出的电力使发光体发光的自发光装置。
背景技术：
以往已经提出了多种利用由太阳电池等光电变换元件发出的电力使发光体 发光的自发光装置。例如，特开平9一49213号公报提出了具有平面型的太阳电池、 设置在该太阳电池的周围的多个发光二极管和用太阳电池发出的电力进行充电的 蓄电池等的路面设置型信号装置。该信号装置中，设置成将装置全体埋入道路，在 白天将太阳电池发出的电力充到蓄电池，夜间利用充到该蓄电池所蓄的电力使发光 二极管闪烁。
特开平8-199513号公报提出了具有平面型太阳电池、发光二极管、蓄电池和 电气电路等的、用透明的环氧树脂埋藏这些构成部件的发光标识装置。在该发光标 识装置中，同样在白天将太阳电池发出的电力充到蓄电池，夜间利用该电力使发光 二极管闪烁。另外，通过将构成部件埋藏在环氧树脂内，提高了耐侯性。
然而，在特开平9-49213号公报和特开平8-199513号公报所述的装置中，由于 利用平面型太阳电池发出，所以在白天无法一直产生高输出功率的发电，只有在太 阳光在小角度近似垂直入射的几个小时之内才能产生高输出功率的发电。即，存在 的问题是，为了要在几个小时之内对蓄电池充入夜间必需的电力，只能将太阳电池 的受光面积变大，导致装置整体外形增大。
将特开平9-49213号公报和特开平8-199513号公报的装置设置在平坦的道路 等时，可以对蓄电池充入，但若将上述的装置设置在坡道，例如在北侧的斜面形成 的坡道，则由于太阳光的大部分被太阳电池表面反射，所以无法将所希望的电力充 到蓄电池，故在夜间发光二极管无法发光，由此，驾驶员很难在安全的状态下驾驶 在道路上行驶的汽车。
近年来，期望一种能安装在汽车、包、帽子上的为夜间安全而使用的廉价且 小、轻的自发光装置。安装这些装置时，大多在近似垂直的状态下安装自发光装置， 然而在这种安装时，对平面型太阳电池来讲，太阳光相对于受光面近似平行地入射， 所以无法发出可以充电到蓄电池的电力，故终究难供实用。
本发明的目的是提供一种发出电力不被设置场所左右的、可以低成本制造的 小型轻便的自发光装置。

发明内容
本发明的自发光装置的特征是包括具有近似呈球面状的受光面的球状光电 变换元件；导入或聚焦到该球状光电变换元件的透镜部件；利用由上述球状光电变 换元件发出的电力发光的发光体；以及将整体固定成一体化的密封构件。通过该自 发光装置，若入射光入射到自发光装置，则入射光被透镜部件导光或聚焦，该入射 光被球状光电变换元件具有的近似球面状的受光面接受并发出电力，利用该电力发 光体发光。由于球面光电变换元件的受光面近似呈球状，所以该自发光装置不依赖 于入射光的入射角度，在入射光入射期间可以平均地发出电力。因此，设置在室外 时，与太阳光的入射角无关，可以在白天平均地发出电力，进而在将结构做成发 出的电力充电到蓄电池等时，在白天只要几小时天气好，则与太阳的位置无关，可 以对蓄电器充入足够的电力。
即使安装在汽车、包、帽子等时，也不受安装的角度的影响，可以一直发出 足够的电力，并使发光体发光。由于入射光被透镜构件导光或聚焦，所以即使球状 光电变换元件的受光面积小，受光面也能接受强入射光，所以可以实现球状光电变 换元件的小型化和轻便化，与此同时，可以实现自发光装置的小型化和轻便化。由 于整体被密封构件固定成一体化，所以可以防止由于雨水损坏球状光电变换元件和 发光体。另外，可以将廉价的期间用于对各构成部件，所以可削减制造成本。
这里，除了上述结构以外，还可以适当采用下述的结构。
1) 作为上述球状光电变换元件，设置串联连接的多个球状光电变换元件。
2) 具备将由上述球状光电变换元件发出的电力充电用的蓄电器。
3) 具备控制向上述发光体通电用的发光控制电路。
4) 在上述发光控制电路中装入光检测传感器。
5) 上述发光控制电路包含具备两个晶体管和多个电阻的无稳态多谐振荡器。
6) 设置控制向上述蓄电器充入的充电控制电路。
7) 用同种合成树脂材料构成上述透镜部件和上述密封构件。8) 在上述各球状光电变换元件的下面一侧设置可以反射入射光的金属制的部
分球面状的反射构件。
9) 上述反射构件是引线框。
10) 上述光检测传感器是紫外线传感器，在上述发光控制电路中设置直流放 大电路，放大与由上述紫外线传感器检测的紫外线强度对应的电压后输出。
11) 设置多个上述发光体，上述发光控制电路根据上述紫外线传感器的输出， 使上述各发光体中的某一个发光。
12) 在上述发光控制电路中并列装入使上述发光体闪烁用的施密特触发器变 换器和电阻。
13) 上述蓄电器是二氧化锰 锂二次电池。
14) 设置由可以反射光的透明树脂组成反射构件，使与上述球状光电变换元 件和上述发光体靠近。
15) 上述光检测传感器是硫化镉(CdS)。


图l是与本发明的实施例l相关的自发光装置的平面图。
图2是图i的n-n线剖面图。
图3是球状光电变换元件的剖面图。
图4是说明自发光装置控制系统用的方框图。
图5是说明发光控制电路的电路图。
图6是说明充电控制电路的电路图。
图7是与变换方式相关的发光控制电路的电路图。
图8是与变换方式相关的球状光电变换元件的剖面图。
图9是实施例2的自发光装置的平面图。
图10是图9的X —X线剖面图。
图ll是板状自发光装置的平面图。
图12是图ll的Xn — XD线剖面图。
图13是实施例3的紫外线监控装置的平面图。
图14是图13的XIV—XIV线剖面图。
图15是图13的紫外线监控装置的发光控制电路的电路图。
图16是实施例4的自发光立方体的立体图。
图17是实施例4的自发光铭牌的平面图。 图18是图17的自发光铭牌的剖面图。 图19是图17的自发光铭牌的发光控制电路的电路图。 图20是实施例6的4色自发光装置的平面图。 图21是图20的XX I —XX I线剖面图。 图22是图20的4色自发光装置的发光控制电路的电路图。 图23是实施例7的自发光吊灯的平面图。 图24是图23的X XIV—X XIV线剖面图。
具体实施方式
实施例1(参考图1 图7)
本实施形式是将本发明应用到在夜间等光暗的状况下，发光二极管才闪烁的 便携式自发光装置的一个例子。
如图1和图2所示，自发光装置1具备球状光电变换元件2、发光二极管3、 密封构件4和控制电路5。
由于球状光电变换元件2与在特开2001-168369号公报中详细记载的相同，故 简单说明。如图3所示，球状光电变换元件2具有直径约为1.5mm、电阻率为lQcm 左右的P型硅半导体制的球状结晶10;为了形成近似球面状的pn结ll在球状结晶10 的表面附近形成的n型扩散层12;与球状结晶10的p型硅电连接的正电极13、和正电 极13相对球形结晶10的中心以点对称状在对向位置上形成，并与n型扩散层电连接 的负电极14;以及在没有形成13、 14的球状结晶10的表面形成的绝缘被覆膜15。另 外，在正电极13的表面形成厚度约20um的Al糊状膜16，在负电极14的表面形成厚 度约20iim的Al糊状膜17。当太阳光等光入射到球状光电变换元件2时，入射光透过 n型扩散层入射到pn结，在该pn结ll中产生光电动势。该球状光电变换元件2的电动 势约为O. 6V，可以输出3 3. 5mA左右的电流。
如图1和图2所示，6个球状光电变换元件2在发光二极管3的周围按约60。的间 隔配置。每个球状光电变换元件2的正电极13利用铜线18与邻接的球状光电变换元 件2的负电极14电连接，6个球状光电变换元件2串联连接。然而，为了将发出的电 力进行充电，6个球状光电变换元件2的正电极13和负电极14中的、与串联连接的两 端相碰的正电极13a和负电极14a与控制电路5连接。
发光二极管3具有AlGaAs系的异质结构，如图1所示，配置在自发光装置l的大
致中央。该发光二极管3利用后述的发光控制电路22，只在夜间等光暗的情况下利 用由球状发光变换元件2发出并充到蓄电器的电力进行闪烁发光。
密封构件4由适当的合成树脂，例如环氧树脂构成，将球状光电变换元件2、 发光二极管3和控制电路5等全体固定成一体。在密封构件4的上面，使导光或聚焦 到与各球状光电变换元件2的外表面侧对应的位置的聚焦透镜部6形成一体化，并在 发光二极管对应的位置上投光透镜部7形成一体化。如图2所示，聚焦透镜部6的表 面以球状光电变换元件2为中心形成半球面状，入射到聚焦透镜部6的表面的光聚焦 到球状光电变换元件2。投光透镜部7的表面形成部分旋转椭圆面状，发光二极管3 发光的光被投光透镜部7扩散，并出射到外部。另外，构成包含透镜部6和7的密封 构件4的环氧树脂是至少能使球状光电变换元件2能光电变换的光透过的树脂。
接着，说明该自发光装置l的控制系统。
如图4所示，控制电路5具有充电控制电路20、由电容器构成的蓄电器21、发 光控制电路22。这些充电控制电路20、蓄电器21和发光控制电路22安装在同一的基 板上。如图2所示，安装在球状光电变换元件2和发光二极管3的下方。试对控制电 路5进行简单的说明，则在白天等利用球状光电变换元件2发电的状态下，通过发光 控制电路22禁止发光二极管3发光，并利用充电控制电路20将发出的电力充到蓄电 器21中，在夜间等光暗的状态下，利用发光控制电路22充到蓄电器21的电力，驱动 发光二极管3闪烁。
充电控制电路20是控制向蓄电器21充电、防止向蓄电器21的过电流、另外防 止向球状光电变换元件2的逆电流用的电路。如图6所示，充电控制电路20由防止防 止逆流用的二极管D和恒压元件ZD构成。
接着，说明充电控制电路20的动作。
利用串联连接6个球状光电变换元件2的发电设备2A发出的电力，通过二极管D 充到蓄电器21。 二极管D是在向发电设备2A的入射光减少、蓄电器21的输出电压比 球状光电变换元件2的输出电压大的情况下，防止电流从蓄电器21逆流到发电设备 2A的二极管。在充到蓄电器21的电力达到规定电压时，恒压元件ZD是使发电设备2A 发出的电力流到地，并防止向蓄电器的过电流，可以延长蓄电器21的寿命。另外， 在发电设备2A的最大输出比蓄电器21的最大允许电压和二极管D的阈值电压之和还 小时，也可以省去恒压元件ZD。发光控制电路22是控制向发光二极管3的通电和在 夜间等光暗的状态下使发光二极管3闪烁的电路。如图5所示，发光控制电路22是在 具有两个晶体管Q1和Q2， 4个电阻R1、 R2、 R3和R4，电容器C1和C2的无稳态多谐振
荡器中在装入光检测传感器23的电路。光检测传感器23是主要由CdS组成的光敏电 阻元件，根据受光的光量电阻值相应发生变化。另外，各电阻的电阻值例如是 R1二3.3KQ、 R2=1MQ、 R3=510KQ、以及R4:51KQ。 接着，说明该发光控制电路22的动作。
首先，说明在白天等光被光检测传感器23检测到的状态的动作。在白天等光 被光检测传感器23检测到的状态中，由于光检测传感器23的电阻值降低并晶体管Q1 成为基极与接地短路的状态，所以晶体管Q1的基极电位降到阈值以下，晶体管Q1 的集电极一发射极之间不导通，在电阻R1上无电流通过。另一方面，晶体管Q2的基 极电位升到阈值以上，从电阻R4电流流向接地，然而与电阻R4的电阻值51KQ和加 在电阻R4上的最大电压3V相比，流过电阻R4的最大电流只有几十uA，另一方面， 由于从发电设备2A流向蓄电器21的电流是几mA，所以对蓄电器21的充电几乎没有影 响。
接着，说明在夜间等光检测传感器23检测不到光，并利用该发光控制电路22 驱动发光二极管3闪烁动作。
在夜间等光暗的状态下，如果成为光检测传感器23无法检测出光的状态，则 光检测传感器23的电阻值增加，并Q1的基极电位渐渐上升。由于伴随着晶体管Q1 的基极电位的上升，流过电阻R2的电流经电容器C2而流动，所以电荷积聚在电容器 C2中。
当Q1的基极电位达到阈值时，晶体管Q1的集电极一发射极之间瞬间由断开状 态成为导通状态。在光检测传感器23可以检测出光的状态下，电容器C1的电阻R1 侧的电极上积聚正电荷，在电阻R3侧的电极上积聚负电荷。因此，通过晶体管Q1 的集电极一发射极之间的导通，发光二极管3和电阻R1和电容器C1之间的连接点P1 的电位瞬间降低，所以因积聚在电容器C1的电荷晶体管Q2的基极电压降到阈值以 下，晶体管Q2被截止。
另一方面，由于晶体管Q1导通，使得发光二极管3、电阻R1、晶体管Q1的集电 极、发射极之间的路径上通过电流，发光二极管3发光。由于电容器C1上电流经电 阻R3流过，所以积聚在电容器C1的电荷只释放规定量。电容器C2上利用经电阻R4 流过的电流，使得电荷被释放后再积聚。
由于利用流过电阻R3的电流使电容器C1渐渐充电，晶体管Q2的基极电位渐渐 上升。当晶体管Q2的基极电位达到阈值时，则晶体管Q2的集电极一发射极之间瞬间 从截止状态成为导通状态。当由于晶体管Q2的导通晶体管Q2的集电区成为与接地短
路的状态，则因积聚在电容器C2的电荷，晶体管Q1的基极电位瞬间降到阈值以下， Ql的集电极一发射极之间瞬间从导通状态被截止。
当晶体管Q2导通，则发光二极管3、电容器C1、晶体管Q2的基极一发射极的路 径，及电阻R3、晶体管Q2的基极一发射极的路径上流过电流。当电容器C1被经过发 光二极管3而流过的电流充电规定量时，电流无法流过发光二极管3，发光二极管熄 灭。电容器C2利用经过电阻R2而流过的电流，渐渐使积聚的电荷放电，然后被充电。 当伴随着电容器C2的充电，晶体管Q1的基极电位渐渐上升达到阈值，则晶体管Q1 导通，另一方面晶体管Q2被截止，发光二极管3再次发光。然后，重复上述动作， 驱动发光二极管3闪烁。
由于与成为电容器C1或电容器C2的充电路径的发光二极管3的内部电阻或电 阻R4的电阻值相比，成为放电路径的电阻R3或电阻R2的电阻值为大得多，所以发光 二极管的闪烁间隔时间分别由C1和C2的放电时间决定。SP，发光的时间和熄灭的时 间取决于(电容器C1的电容)X (电阻R3的电阻值)和(电容器C2的电容)X (电阻R2的 电阻值)。
接着，说明实验结果。使用静电电容2F的电容器作为蓄电器21的自发光装置1 时，将所述样品在太阳模拟器内以100， 0001x的照度下充电时，若向蓄电器21充 电一个小时，则在发光亮度l 3mcd、占空比30%的发光模式下，可以使发光 二极管3闪烁发光8小时及其以上。在用0.47F电容器作为蓄电器21的自发光装置 l的场合，在太阳仿真器为以IOO， OOOlx的照度充电时，对蓄电器21充电20分钟， 按照发光亮度l 3mcd、占空比30%的发光模式，能使发光二极管3闪烁发光两 小时及其以上。另外，这种结构的自发光装置l构成为俯视直径约12mm、厚度 约为3mm、重量约为3g。
接着，说明自发光装置l的作用和效果。
按照该自发光装置l，由于发出电力的球状光电变换元件2的受光面(pn结11) 几乎呈球面状，在本实施例时，可以对从上方任何角度入射的入射光发电，无 需选择设置场所或设置的角度而发电，向蓄电器21充电，所以可以提高对于设 置地或设置角度的自由度。通过具有6个球状光电变换元件2，与利用l个球状 光电变换元件2发电的情况相比，可以将发电电压提高到6倍，可以做到縮短充 电时间。由于形成聚焦透镜部件6，所以可以将光聚焦后使球状光电变换元件2 受光，提高太阳光等光的引入效率。如上所述，例如，由于充电一个小时便可 使发光二极管3闪烁8个小时，所以即使白天天气稍微不好，也能防止夜间发光
二极管3不发光的状态出现。
如上所述，由于自发光装置l可以作得非常小和轻，所以可以方便地携带，即
使安装在包和帽子上等，用户几乎没有负担。由于通过包含透镜部6和7的密封构件， 将球状光电变换元件2、发光二极管3、控制电路5等固定成一体，所以防雨和防灰 尘非常好，耐侯性也好，可以设置在任何场所，即使携带也不会损坏。通过用和密 封构件4相同的环氧树脂构成透镜部6和7，可以进一步提高强度。
由于具有蓄电器21，所以在夜间等无法用球状光电变换元件2发电的状态下， 可以使发光二极管3发光。可以通过在发光控制电路22上使用无稳态多谐振荡器， 可以使发光二极管3闪烁，提高来自周围的可见性。由于将光检测传感器23装入到 如图5所示的位置上，所以在光亮的状态下能将从蓄电器21流向接地的电流抑制到 最小限度，并縮短充电时间，同时，可以禁止发光二极管3的发光。由于具有如图6 所示的充电控制电路20，所以可以防止向蓄电器21的过电流，另外，可以防止从蓄 电器21向球状光电变换元件2的逆电流，并可以延长蓄电器21和球状光电变换元件2 的寿命。
接着，说明上述发光控制电路22的变形例。
发光控制电路22中使用了利用晶体管的无稳态多谐振荡器，但也可以如图7所 示，使用具有用IC的无稳态多谐振荡器的发光控制电路22A。另外，由于光检测传 感器23、发光二极管3和蓄电器21使用了与上述的实施形式相同的器件，故赋予相 同的标号，其说明省略。
以下，说明该发光控制电路22A的动作，但由于该发光控制电路22是在一般的 IC型无稳态多谐振荡器25上使用了光检测传感器23等的控制电路，故简单说明。
在白天等光被光检测传感器23检测到的状态下，由于从蓄电器21输出的电流 通过电阻R5和光检测传感器23流向接地，并NAND电路ND4的输入端子I2始终保持在 低电平，所以NAND电路ND4的输出成为高电平。因此，由于电流不会流向发光二极 管3，所以发光二极管3也不会发光。然而，由于电阻R5使用了非常大的电阻值，所 以即使光被光检测传感器23检测，从蓄电器21通过电阻R5输出的电流很小，对蓄电 器21的充电几乎不产生影响。
接着，说明发光控制电路22A的动作，此时的状态是，在夜间等光不被光检测 传感器23检测，光检测传感器23的电阻值变大，光检测传感器23上电流几乎不流。 该状态中，由于光检测传感器23中电流几乎不流过，所以NAND电路ND4的输入端子 12始终是高电平。若最初NAND电路的ND1的输入侧为低电平且在电容器C4上电荷不
积聚，则由于NAND电路ND1的输出侧是高电平，所以NAND电路ND1的输出、电容器C4、 电阻R7、 二极管D2、 NAND电路ND2的输出上通过电流，在电容器C4中积聚电荷。
电荷开始在电容器C4中积聚状态，由于和电容器C4短路的状态一样，所以， NAND电路ND的输入为高电平，其结果，NAND电路ND2的输出为低电平。该状态中， NAND电路ND3的输入为低电平，输出成为高电平，所以NAND电路ND4的输入端子I1 也成为高电平，其结果，由于NAND电路ND4的输入端子I2也成为高电平，所以NAND 电路ND4的输出成为低电平，电流从蓄电器向发光二极管21流过，发光二极管3发光。
接着，若电荷在电容器C4积聚，则流过电容器C4的电流减少，NAND电路ND2的 输入侧的电压也渐渐下降，若NAND电路ND2的输入侧的电压成为阈值电压，则NAND 电路ND2的输入瞬间成为低电平，随此输出成为高电平。若NAND电路ND2的输出成为 高电平，贝'JN認D电路ND3的输入成为高电平，输出成为低电平，NAND电路ND4的输入 端子I1成为低电平，其结果，由于NAND电路ND4的输出成为高电平，所以电流不在 发光二极管3上流过，发光二极管3不发光。
接着，若NAND电路ND2的输出成为高电平，则NAND电路ND1的输出也成为高电 平。二极管D2不流过电流，电流依次流过，NAND电路ND2的输出、电容器C3、电阻 R6、 二极管D1、 NAND电路ND1的输出。由于N細D电路ND1的输出成为低电平，所以积 聚在电容器C4的电荷放电。若由于NAND电路ND2输出的电流而电荷积聚在电容器C3 ， 则由于NAND电路ND1的输入电压渐渐下降，若该电压低于阈值电压，则由于NAND电 路ND1的输出为高电平，所以发光二极管3发光。通过重复上述的动作，驱动发光二 极管3闪烁。
若在图7所示的发电控制电路22A使用静电电容2F，在太阳模拟器内以100， 0001x的照度下充电时，在一个小时可以完全充电，并按照发光亮度l 3mcd、 占空比30%的发光模式，可以闪烁发光16小时以上。另外，根据上述结构的自 发光装置l构成为俯视直径约为20mm、厚度约为8mm、重量约为7g。
实施例2 (参考图9 图12)
接着，说明实施例2的自发光装置。
该实施例是在接受太阳光中的红外光并把该红外光变换为可见光而发光的具 有波长变换显示功能的自发光装置中应用本发明时的一个例子。
如图9和10所示，自发光装置101具有6个球状光电变换元件102(变换元件)、 可见光LED芯片103、密封构件104、引线框131和132。另外，6个变换元件102、密 封构件104、把6个变换元件串联连接的电路、透镜部106等与上述实施例几乎相同，
故只说明不同的结构。另外，变换元件102也可以利用太阳光中的可见光发电，但
利用红外光的发电特性更好。
LED芯片103利用由变换元件102发出的电力发出有色的可见光。密封构件104 例如由环氧树脂等透明合成树脂构成，把6个变换元件102、 LED芯片103、引线框131 和132等全体掩埋固定成一体。
在密封构件104的上部形成与6个变换元件102对应的6个聚焦透镜部106，各聚 光透镜部106形成为半球状。在密封构件104的下部， 一个投光透镜部107以LED芯片 103为中心做成半球状。
5个引线框131和1个引线框132分别具有可以发射入射光的部分球面状的反射 部，引线框132具有向中心侧延伸的延长部132a。各变换元件102分别位于合计6个 引线框131和132的反射部的焦点位置上。因此，没有射入变换元件102而透射的红 外光被引线框131和132的反射部反射，并射入配置在该反射部焦点位置的变换元件 102。
变换元件102的正电极113通过导电性粘合剂连接到对应的引线框131和132的 反射部。LED芯片103的正电极133通过导电性粘合剂与引线框132的延长部132a的下 面连接，LED芯片103的负电极通过铜线118与邻接LED芯片103的电极135连接。该电 极135通过铜线118与一个变换元件102的负电极114连接。各引线框131的端部附近 的正电极136通过铜线118与邻接的变换元件102的负电极114电连接，如图所示，6 个变换元件102通过引线框131、 132和5条铜线118串联连接。
该自发光装置101利用6个变换元件102接受红外光就发电，并向LED芯片103供 给电力，发出有色光。因此，相当于把肉眼看不见的红外光变换为肉眼可以看得见 的可见光的波长变换装置。
该自发光装置101也可以单独使用其本身，但也可以如图11和12所示，在两枚 透明基板137之间配置多个自发光装置101，并通过用透明合成树脂掩埋密封，构成 板状自发光装置138。在图11和图12的自发光装置138的情况下，自发光装置101排 列成3行4列的矩阵状。
例如，若假设LED芯片103是发出红光的LED芯片，则在被对面车的前灯照射的 情况下，可以用来作为输出表示危险的红光的显示装置。另外，可以通过将多个LED 芯片103配置成规定的图形或文字形状，从而显示该图形或文字。另外，将多个LED 芯片103配置成点阵装，通过控制其导通和截止，可以显示各种图形或文字。至于 其他的构成、作用和效果，则与上述实施例相同。
实施例3 (参考图13 图15)
以下，说明与实施例3相关的自发光装置。
该实施例是在紫外线监控装置上应用了本发明的一个例子，所述紫外线监控 装置是设置了发光颜色不同的三个发光二极管，并根据紫外线的强度相应使所选的 发光二极管发光的自发光装置。现只说明与上述实施例l不同的结构。
如图13和14所示，紫外线监控装置具有24个球状光电变换元件202(变换元 件)、发出KGB三种颜色的3个发光二极管203、紫外线传感器223、密封构件204、印 刷基板206和发光控制电路205等。
如图15所示，三个发光二极管203是发红(R)光的二极管LED1、发黄(Y)光的二 极管LED2和发绿(G)光的二极管LED3。在该紫外线监控装置201中，把由紫外线传感 器223检测出的紫外线强度分为1级(弱)、2级(中)和3级(强)等3个等级，根据等级 1、 2和3， G、 Y和R的发光二极管亮灯。24个变换元件202在印刷基板206的表面配置 成6行4列的矩阵状。变换元件202与实施例1的球状光电变换元件2相同，但在印刷 基板206的表面将连接正负电极的导电方向配置成沿着列方向一致，例如利用引线 结合，将各列的变换元件202串联连接，并将各行的变换元件并联连接。
艮P， 24个变换元件202是并联连接构成发电设备221。该发电设备221在晴天时 产生约3.6V的光电动势。紫外线传感器223由光电二极管构成，根据受光的紫外线 的强度产生电压。例如，由透明环氧树脂构成的密封构件204把24个变换元件202、 3个发光二极管203、印刷基板206、发光控制电路205、紫外线传感器223等全体覆 盖成一体。在印刷基板206的表面上形成使入射光向变换元件202方向反射的反射 膜。另外，在密封构件204的表面部分也可以把与变换元件202对应的透镜部形成一 体。在印刷基板206的背面侧装上发光控制电路205，并用上述密封构件覆盖。
如图15所示，发光控制电路205具有直流放大电路241和二极管驱动电路 242，驱动发光二极管203，使与紫外线传感器223的输出对应的某个发光二极 管203发光。
直流放大电路241与紫外线传感器223连接，直流放大电路241具有运算放 大器0P1和0P2、电阻R9 R15和电容器C5 C7，放大紫外线传感器223检测出 的紫外线强度产生的电压，然后输出。
运算放大器0P1和0P2是加有电阻R11和R15的反馈的反相放大器，是可以 根据太阳电池的输出的单极性电源动作的运算放大器。从发电设备221，通过 分压电阻R9和R10以及R13和R14，基准电压加到运算放大器0P1及0P2的+输
入端子上。紫外线传感器223的输出端子与运算放大器0P1的一输入端子连接。 紫外线传感器223—接受太阳光，就产生与太阳光的紫外线强度对应的电压。 运算放大器0P1中，由于电阻R11的反馈作用，当一输入端子的电压成为与+输入端 子的电压同电位时，由于输入电压反相放大，所以紫外线强度越强，运算放大器0P1 的输出端子的电位越降低。同样，在运算放大器0P2中，输入电压反向放大。因此， 通过运算放大器0P1和0P2重复两次反相放大，紫外线传感器223的输出进行非反相 放大，紫外线强度越强，则运算放大器0P2的输出电压变得越高。
运算放大器0P2的输出电压加到二极管驱动电路242的比较器CP1和CP2的一输 入端子。为了驱动3个发光二极管203(LED1 LED3)， 二极管驱动电路242与发电设 备221连接，该二极管驱动电路242具有比较器CP1和CP2及电阻R16 R21。
从发电设备221通过分压电阻R16 R18，基准电压V1和V2加到比较器CP1和 CP2。比较器CP1和CP2比较+输入端子的基准电压V1和V2与一输入端子的电压，当 基准电压V1和V2高时，输出"H"电平信号，当基准电压V1和V2低时，输出"L"电 平信号。
现说明根据紫外线的强度，驱动发光颜色不同的发光二极管LED1 LED3的动 作。在直流放大电路241的输出电压V0比加到比较器CP2的基准电压V2低时(紫外线 的强度低，l级)，比较器CP2的输出成为"H"电平，发光二极管LED3发绿光。然而， 由于比较器CP1的输出端子也输出"H"电平信号，所以发光二极管LED1和LED2中， 输入端子和输出端子是等电位，所以它们不发光。
接着，直流放大电路241的输出电压VO是比较器CP1的基准电压V1和比较器CP2 的基准电压V2之间的值(紫外线的强度为中，即2级)时，比较器CP2输出"L"电平 信号，比较器CP1输出"H"电平信号。因此，发光二极管LED2发出黄光。然而，由 于发光二极管LED1和LED3输入端子和输出端子成为等电位，所以这些不发光。
接着，直流放大电路241的输出电压V0在比比较器CP1的基准电压还高时(紫 外线的强度强；3级)，由于比较器CP1、 CP2的输出均为"L"，所以发光二极管LED1 发红光。然而，在发光二极管LED2、 LED3上，因输入端子和输出端子等电位，故它 们都不发光。
这样，该紫外线监控装置201根据紫外线传感器223受光的紫外线强度，在紫 外线弱时使绿色的发光二极管动作，在紫外线中等时，使黄色的发光二极管动作， 在紫外线强时，使红色的发光二极管动作，通过这样可以分为3阶段显示。
接着，装在电路上的电阻的电阻值或电容器的电容值的例子如下。R9 = 750kQ， R10 = 220kQ， Rll = 220kQ， R12 = 10kQ， R13 = 750kQ， R14二220kQ， R15 =82kQ， R16=1MQ， R17 = 470kQ， R18 = 1MQ， R19 = 56Q， R20 = 22Q， R21 = 22 Q， C5 = 68pF， C6 = 68pF， C7=10uF。
另外，不限于根据紫外线强度相对应的3阶段显示，通过将比较器增加到3个 及3个以上系统，也可以显示为4阶段及4阶段以上。可以使各色多个发光二极管203 发光而不仅是各色中的一个，也可以从可以使用的多种发光二极管中适当选择发光 二极管的发光颜色。该实施例中，直接使用发电设备221作为电源，但也可以构成 为设置电容器或者2次电池来代替图15的发电设备221，并把图13的发电设备221发 出的电力供给上述的电容器或者2次电池中。
实施例4 (参考图16)
接着，说明与实施例4相关的自发光装置。
该实施例是在用多个球状光电变换元件302发电，并使透明的立方体的中心部 的白色发光二极管发光的自发光立方体301上应用本发明的情况的一个例子。由于 球状光电变换元件302 (变换元件)及其串联连接电路与上述实施例l几乎相同，故其 说明省略，现说明不同的构成。如图16所示，自发光立方体301具有在上面侧的8 个变换元件302、在下面一侧的8个变换元件302、白色发光二极管303和立方体状的 密封构件304。
密封构件304是在埋入上下变换元件302和白色发光二极管303的状态下，把透 明的环氧树脂做成立方体的构件。在密封构件304的中心部配置白色发光二极管 303，该密封构件304的全体作为使光透过的光透射部件发挥功能。
上下8个球状光电变换元件302在圆形的半透明玻璃环氧基板306的表面的外 圆周内侧沿着圆周方向以约45。间隔配置，8个变换元件302靠铜线(省近似图示) 串联连接，在上侧的基板306中在该上面配置8个变换元件302，在下面的基板306 中配置8个变换元件302，而且上侧的变换元件串联连接体和下侧的变换元件串联连 接体是并联连接。
虽省略了对发光控制电路的说明，但构成为利用变换元件302发出的电力直接 使白色二极管303发光。因此， 一旦立方体形状的密封构件304的上下的某个8个球 状光电变换元件302受光，则利用该光电动势就使白色二极管303发光，因此在白炽 灯或在室外的阴天下也能清晰第看轻发光。其他的结构、作用和效果与上述实施例 相同。
实施例5 (参考图17 图19)接着，说明与实施例5相关的自发光装置。
该实施例是在利用多个球状光电变换元件发生的光电动势使设置在铭牌上的 白色发光二极管发光的自发光铭牌(相当于自发光装置)中应用本发明的一个例子。
由于球状光电变换元件402与实施例1的环状光电变换元件2相同，故其详细的 说明省略，只对不同的构成进行说明。
如图17和18所述，自发光铭牌401具有21个球状光电变换元件402(变换元件)、 印刷基板406、白色发光二极管403、密封构件404和发光控制电路405。
各变换元件402具有正电极413和负电极414。 21个变换元件402沿着矩形状印 刷基板406的上面的外周内侧配置成等间隔，变换元件402分成三组每组7个，各组 的串联连接体靠铜线419并联连接。
在基板406的背面侧设置发光控制电路405，这些印刷基板406、 21个变换元件 402、发光二极管403和发光控制电路405掩埋覆盖在密封构件404中，并固定成一体， 该自发光铭牌401整体构成厚度薄的矩形板状。
如图19所示，从由21个变换元件402构成的发电设备402A通过防止逆流二极管 D3设置作为蓄电器的电偶极子层电容器421(电容1F)。发光控制电路405具有与电阻 R2和白色发光二极管403连接的施密特触发变换器IV1、与此并联连接的电阻23、和 与变换器IV1和电阻R23连接的电容器C8 。
变换器IV1是使得从"L"电平向"H"电平迁移时的阈值比从"H"电平向"L" 电平迁移时的阈值大的变换器，因噪声引起的误动作少，且稳定地动作。
接着，说明发光控制电路405的动作。
在初始状态中由于电荷没有充到电容器C8中，所以变换器IV1的输入端子是 "L"电平，变换器IV1的输出端子输出"H"电平。其结果，由于白色发光二极管 403的输入输出端子的电位成为等电位，所以白色发光二极管403不发光。从变换器 IV1的输出端子输出的"H"电位的电压经过电阻R23向电容器C8充电。伴随该充电， 当变换器IV1的输入端子的电位上升达到阈值时，变换器IV1的输出端子输出"L" 电平信号，电流在二极管403上流动，白色发光二极管403发光。这时，由于电流从 电容器C8经过电阻R23向变换器IV1的输出端子流动，所以变换器IV1的输入端子的 电位降低，二极管403熄灭。
以下同样，二极管403重复发光和熄灭，进行闪烁动作。该重复周期由电阻R23 和电容器C8而定，白色发光二极管403上流过的电流、和发光强度由电阻R22决定。
接着，把设置在该发光控制电路405的电阻的电阻值或电容器的电容设定为如
下之后实验的结果如下。R22二22Q, R23 = 220kQ，电容器C8-10"F。在室外晴 天下发光可以清晰地看清发光，3个小时后，移到暗处也能继续闪烁发光3个小时。
实施例6 (参考图20 图22)
接着，说明与实施例6相关的自发光装置。
该实施例是在4色自发光装置中应用本发明的一个例子，所述4色自发光装置 把12个球状光电变换元件502发出的电力充到2次电池，并利用该电力使4色发光二 极管闪烁发光。球状光电变换元件502(变换元件)与实施例1中的相同，发光控制 电路505中设置了与实施例5的发光控制电路405相同的4组发光控制电路。
如图20和21所述，4色发光装置501具有12个变换元件502、发光颜色不同的4 个发光二极管503、印刷基板506、密封构件504、发光控制电路505和开关541等。
密封构件504例如由透明的环氧树脂构成，将12个变换元件502、发光二极管 503、印刷基板506、发光控制电路505和开关541等全体固定成一体。该密封构件504 的表面侧形成凸透镜起透镜的功能。
4个发光二极管503是红色发光二极管(R)、蓝色发光二极管(B)、黄色发光二 极管(Y)和绿色发光二极管(G)。它们在安装发光控制电路505的基板506的上面的中 央部配置成2行2列的矩阵状。12个变换元件502在圆形的基板506的外圆周以约30 °间隔配置，这些变换元件502靠铜线518串联连接，构成发电设备502A。开关541 设置在发光控制电路505的下端部附近。基板506的里面侧安装了防止逆流用的二极 管D4、作为蓄电器的二氧化锰*锂二次电池521、开关541和发光控制电路505。
如图22所示，发光控制电路505设置了使红色发光二极管LED4、蓝色发光二极 管LED5、黄色发光二极管LED6和绿色发光二极管LED7发光用的4个系统的发光控制 部。
各发光控制部与实施例5的发光控制电路405相同，红色发光二极管LEM用的 发光控制部具有电阻R24、施密特触发变换器IV2、与该变换器IV2并联连接的电阻 R28、以及与该变换器IV2和电阻R28连接的电容器C9，其动作与实施例5的发光控制 电路405相同。其他3个发光控制部也是相同的结构，动作也相同。
上述发电设备502发出的电力充到二次电池521中，开关541合上，则二次电池 向变换器IV2 IV5的电源输入部和4组发光控制部供电，4色发光二极管LED4 LED7 闪烁发光。
以下，说明将电阻的电阻值和电容器的电容如下设定时的实验结果。R24 = 270 Q、 R25 = 22Q、 R26 = 180Q、 R27 = 56Q、 R28 = 220kQ、 R29 = 500kQ、 R30二750k
Q、 R31 = 1MQ、 C9、 CIO、 Cll、 C12 = 10uF。若在白天室外充电6个小时，则反复
在夜间闪烁发光l个小时，并一个月后还持续发光。 实施例7 (参考图23和图24)
该实施例是在自发光吊灯中应用本发明的自发光装置的一个例子。
如图23和24所示，自发光吊灯601具有6个球状光电变换元件602、发光二极管 603、圆形印刷基板606、密封构件604、发光控制电路605、光检测传感器623、 12 个有孔的树脂珠651和钩652。
球状光电变换元件602(变换元件)与实施例1相同，配置在印刷基板606上，并 靠导线607串联连接。发光二极管603和12个有孔的树脂珠651也配置在基板606上， 在印刷基板606的里面安装了发光控制电路605。
密封构件604由透明的环氧树脂构成，6个变换元件602、发光二极管603、 12 个有孔的树脂珠651的下部、发光控制电路605、光检测传感器623被埋在密封构件 604里、全体被密封构件604固定成一体。密封构件604的表面做成部分突出的球面 形状并作为透镜部作用。12个有孔的树脂珠651的下部以外的部分向密封构件604 的表面外露出。
有孔的树脂珠651由带浅色的透明合成树脂构成，作为可以反射光的反射构件 发挥功能。钩652与密封构件604形成一体，突出设置在自发光吊灯侧面的下部。
发光二极管603配置在自发光吊灯601的中心部，6个变换元件602在发光二极 管603的周围配置成圆形。12个有孔的树脂珠651配置在自发光吊灯601的表面侧的 全部区域，配置成与变换元件602和发光二极管603相邻。
发光控制电路605是例如与实施例1的图5的电路相同的电路，光检测传感器 623是具有硫化镉(CdS)的元件的光检测传感器。用于根据光检测传感器623的检测 信号判断白天或夜间，在白天对6个变换元件602的充发出的电力，并只在夜间使发 光二极管603闪烁发光。受光时，被有孔的树脂珠651的表面反射的光到达变换元件 602，有助于发电。在发光二极管603发光时，发光二极管603射出的光经有孔的树 脂珠651漫反射，使之更美丽地发光。
变换元件602虽然尺寸比较小，但是由于具有与有孔的树脂珠651非常相似的 形状，所以能与有孔的树脂珠651—起发挥装饰功能。
也可以在印刷基板606的表面侧的密封构件604中分散微小的有孔的树脂珠， 这时光被这些有孔的树脂珠的表面漫反射，通过这样更多的光到达6个变换元件602 中，提高发电效率。在发光二极管603的发光时，从该发光二极管出射的光被有孔
的树脂珠的表面漫反射，使之发光更漂亮。
钩652上可以装锁或钮作为安装吊灯来利用，也可以在里面安装别针用座或安 全销来代替钩652，这样作为别针使用。
接着，该自发光吊灯601在室外晴天中充电一个小时便可以充满电偶极子层电 容器(2F)，在夜间闪烁发光3个小时。
如上所述，由于设置了光检测传感器623，所以一到夜晚就开始自动发光，但 也可以设置开关来代替光检测传感器623，只在开关合上时才发光。也可以设置多 个发光颜色不同的发光二极管603，使其只在开关合上时才发光。
另外，设置多个发光颜色不同的发光二极管603，利用实施例6那样的发光控 制电路505使多个发光二极管闪烁。通过进一步小型化，使得不仅局限于别针或吊 灯，也可以构成在手机的吊带、戒指或纽扣上，可以期待在发光的首饰领域中将有 多种用途。
接着，说明将实施例1 7的形式部分改变的例子。
1) 上述的实施形式中，其结构做成使构成发光二极管闪烁，但也可以构成使 发光二极管始终发光。在这种结构时，发光控制电路可以使用电流控制用IC、运算 放大器等集成电路或场效应晶体管、FET、将二极管为主的各种有源元件、电阻、 电容器、利用线圈等无源元件的各种恒流电路或恒压电路。这些电子零部件中可以 使用以浸渍型IC为主的通常基板安装用的电子零部件，但是在小型、轻量，最好使 用以表面安装型IC或芯片电阻、芯片电容器为主的表面安装用的电子零部件另外， 也可以将发光控制电路、充电控制电路、蓄电器分别设置在不同的基板上。例如， 将发光控制电路和充电控制电路设置在一片基板上，只将蓄电器另行设置从基板上 用铜线连接。尤其，将2次电池作为蓄电器使用时，2次电池劣化时，由于只要更换 该2次电池，所以通过简单的维护便可以延长自发光装置的寿命。
2) 在上述的实施形式中，通过将p型硅半导体做成球状晶体10构成球状光电 变换元件2，但如图8所示，也可以利用n型硅半导体的球状晶体10A构成球状光电变 换元件2B。该球状光电变换元件2A具有为了形成pn结llA在球状晶体10A的表面附 近形成的P型扩散层12A、与球状结晶的n型硅电连接的负电极13A、在以球状晶体10A 为中心与负电极13A对置的位置上形成的正电极14A，以及在没有形成电极13A和14A 的表面上形成的绝缘被覆膜15A。另外，负电极13A和正电极14A的表面涂覆有金属 糊状膜16A和17A。
3) 在上述的实施形式中，球状光电变换元件由硅构成，但并不限于硅，也可以由锗等iv族半导体、in—v族半导体、或n—vi族半导体构成球状光电变换元件。
4) 在上述的实施形式中，由AlGaAs系构成发光二极管，但考虑到可见性等， 可以使用由AlGalnP系、AIGalnN系等构成的发光二极管，另外，也可以使用树脂模 制的发光二极管或表面安装型的发光二极管。尤其在使用树脂模制的发光二极管 时，可以不形成投光透镜，以直接将发光二极管露出的状态设置。另外，这样构成 时，通过将发光二极管构成为可拆卸，用户可以安装所希望颜色的发光二极管，并 可以提高装饰性。另外，也可以使用发光二极管以外的光源。但是，最好使用以较 小的电流可以获得高亮度的发光的发光体。
5) 也可以在发光二极管的周围形成反射膜等。通过这样构成，由于可以向外 部反射发光二极管的光而射出，所以在夜间等可以让外部提高可视性。
6) 在上述的实施形式中，由环氧树脂构成包含透镜部件的密封构件，但是最 好由以硅树脂、丙烯树脂、聚碳酸酯树脂、氟化乙烯树脂、聚酰亚胺树脂、聚乙烯 醇丁基、乙烯乙酸乙烯(ethylene vinyl acetate)树脂、萘酚(于7卜，乂) 树脂、醋酸纤维素等为主的、能透过球状光电变换元件可以发电的规定波长的光的 材料构成。例如，通过由具有挠性的合成树脂构成，可以使自发光装置变形，而且 可以构成为对来自外部的冲撞很牢固的结构。另外，通过在合成树脂中混合扩散剂， 可以提高发光的均匀性。
7) 在上述的实施形式中，由于用相同的环氧树脂一体构成透镜部件和密封构 件，但也可以分别制造透镜部件和密封构件，然后分别利用粘合材料粘结在一起。 这样构成时，通过由相同材质的材料构成透镜部和密封构件，能提高粘合剂的粘结 强度。
另一方面，也可以用不同材质的材料分别构成透镜部和密封构件。这样构成 时，只需让利用球状光电变换元件可以发电的规定波长的光透过聚焦部件便可，无 需特别限定构成投光透镜部件和密封构件的材质。例如，可以对投光透镜部件着色 的材质，也可以通过使含有荧光体或磷光体来提供具有好的装饰性的自发光装置。 另外，可以由聚烯树脂、聚酰亚胺树脂、聚丙烯树脂、聚酯树脂、聚苯乙烯树脂、 氯化乙烯树脂、氨酯树脂等可塑性的树脂构成。
8) 聚焦透镜部件的形状可以适当变形为半球面状或平面状等。将聚焦透镜变 形时，最好将球状光电变换元件的一部分位于比聚焦透镜更低的位置。通过这样构 成，可以对来自正上方的入射光提高发电效率，同时对来自斜方向的入射光可以维 持稳定的发光效率。另外，也可以这样构成，设置聚焦透镜部件的反射膜，将光引
导到球状光电变换元件。
9) 作为蓄电器可以使用以锰，锂二次电池、锂离子电池、镍，氢电池、镍镉
电池为主的各种2次电池或以电偶极子层为主的电容比较大的电容器。当考虑装置
整体的小型、轻量时，蓄电器最好使用硬币型锰，锂二次电池或电偶极子层电容器。
然而，若考虑到由反复充电放电引起的劣化，则与2次电池相比，最好使用偶极子 层电容器那样的电容器。
10) 作为光检测传感器，可以使用以输出电压或电流随光的受光量变化的光 电二极管那样的光电变换元件为主的各种传感器。另外，可以设置球状光电变换元 件作为光检测传感器。若这样构成，则可以进一步做得更小、减轻重量，另外，可 以削减制造成本。
11) 可以适当改变具有自发光装置的球状光电变换元件和发光二极管的个数。 最好考虑所希望的发电量和聚焦透镜部件的聚光率等来决定球状光电变换元件的 个数。另外，球状光电变换元件和发光二极管的配置也不特别局限于上述实施形式， 可以将球状光电变换元件直线排列，也可以配置为多列。
12) 也可以在球状光电变换元件的下方设置反射膜。通过这样构成，可以将 没有被球状光电变换元件受光的光向球状光电变换元件反射，可以提高发光效率。
13) 可以将自发光装置的形状构成为俯视呈圆形或矩形或星形等各种形状。 本发明并不限于上述说明的实施形式，从事本技术领域的人员可以在不脱离
本发明的要旨的范围内可以在上述的实施形式中附加各种改变来实施，但这些 改变形式也包含在本发明中。
权利要求
1. 一种紫外线监测装置，该紫外线监测装置用于检测出紫外线的强度电平，其特征在于，具备包含具有球面状的受光面的多个光电变换元件的发电部；能够检测出紫外线的紫外线传感器；能够发出多种不同颜色光的多个发光二极管，其中所述多种不同颜色用于表示用所述紫外线传感器检测出的紫外线的强度电平；以及发光控制电路，该发光控制电路接收所述紫外线传感器的输出，同时从所述发电部接收供电，并且驱动控制多个发光二极管，从而使具有对应于用所述紫外线传感器检测出的紫外线的强度电平的发光色的发光二极管发光。
2. 如权利要求l所述的紫外线监测装置，其特征在于，所述多个发光二极管包含能够发出绿色、黄色、红色的光的3个发光二极 管，所述发光控制电路对应于紫外线的强度电平为低电平、中电平、高电平的 情况，驱动控制3个发光二极管以分别输出绿色光、黄色光、红色光。
3. 如权利要求1或2所述的紫外线监测装置，其特征在于， 用透明的合成树脂密封材料，将所述发电部、把该发电部组装于表面侧的印刷基板、组装于该印刷基板的背面侧的所述发光控制电路、所述紫外线传感 器、多个发光二极管密封成埋入状态。
全文摘要
自发光装置(1)包括具有近似呈球面状的受光面的球状光电变换元件(2)；利用上述球状光电变换元件发出的电力发光的发光体(3)；控制电路(5)；以及将球状光电变换元件(2)、发光二极管(3)和控制电路(5)做成一体的密封构件(4)。控制电路(5)具有装入光检测传感器(23)的发光控制电路、充电控制电路和蓄电器。由于受光面近似呈球面状，所以球状光电变换元件(2)可以利用来自任何角度的入射光发电。由于利用密封构件(4)将构成部件做成一体，所以不容易损坏。
文档编号H05B37/00GK101387549SQ200810166160
公开日2009年3月18日 申请日期2004年4月20日 优先权日2003年4月21日
发明者中田仗祐, 杉村博美, 远藤宏 申请人:京半导体股份有限公司