專利名稱：光學(xué)裝置和使用該光學(xué)裝置的機器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)裝置和使用該光學(xué)裝置的機器。更具體地，本發(fā)明涉及下列裝置或機器具有諸如發(fā)光二極管的固體發(fā)光元件的發(fā)光源；具有諸如光敏二極管、光敏晶體管、光電變換器(太陽能電池)的光檢測器的光接收器；使用該發(fā)光源和該光檢測器的光學(xué)器件；包含該發(fā)光源、該光接收器和該光學(xué)器件的光學(xué)裝置。并且，本發(fā)明涉及光射出方法、光射入方法以及上述光學(xué)裝置的制造方法。另外，本發(fā)明涉及使用光學(xué)裝置的光電傳感器、自發(fā)光裝置、顯示裝置和用于車載光源和室外顯示裝置的光源。
背景技術(shù)：
在將發(fā)光二極管密封于模制樹脂(mold resin)內(nèi)的常規(guī)發(fā)光源中，發(fā)光二極管射向其前方的光會從發(fā)光源發(fā)出，但從發(fā)光二極管斜向發(fā)出的光被模制樹脂全反射，并在外罩的內(nèi)壁發(fā)生散射而造成損失，從而導(dǎo)致光效率低下。
迄今為止，已在日本專利特開平1-143368公報中公開了發(fā)光源，在該發(fā)光源中，可以使斜向發(fā)出的光有效地射出。圖1為該發(fā)光源的斷面圖，該發(fā)光源包含發(fā)光二極管1、透明玻璃基板2、引線架3和4、連接線5、光反射元件6和由光學(xué)透明樹脂制成的模制樹脂8。在透明玻璃基板2的背面配置引線架3和4，并且在引線架3的背面安裝發(fā)光二極管1，以該發(fā)光二極管通過接合線5與引線架4相連。光反射元件6的光反射面7通過多個平面表面形成多面體形狀。
在這種常規(guī)發(fā)光源中，光從發(fā)光二極管1背側(cè)面射出，以被反射面7反射并通過模制樹脂8和透明玻璃基板2向前射出。具體地，從發(fā)光二極管1斜向射出的光被反射面7反射后，通過模壓8和透明玻璃基板2向前射出，由此提高光利用效率。
但這種常規(guī)發(fā)光源具有如下缺點被光反射元件反射的光在向前射出時被發(fā)光二極管和引線架遮住，從而產(chǎn)生這些元件的光影并降低光軸中心附近的光的效率，在該光軸中心處應(yīng)提供最大量的光。并且，在從發(fā)光源射出的光的方向特性中，由于在光軸中心附近存在暗度，當其用作顯示的光源時外觀不佳，并且使其視覺效果不佳。
圖2為另一種常規(guī)發(fā)光源結(jié)構(gòu)的側(cè)視斷面圖，其中，諸如LED片(LED chip)的發(fā)光二極管1模片鍵合于引線架3的前緣，以通過密封于透明模制樹脂8中的接合線5與另一引線架4連接。在模制樹脂8的前面(樹脂界面)配置透鏡部分9，并使其與發(fā)光二極管1的光軸一致。
在圖2所示的這種常規(guī)發(fā)光源中，未將發(fā)光二極管1置于引線架3后面，并且從發(fā)光二極管1中發(fā)出的光在沒有遮擋的情況下通過透鏡部分9向前射出。
但在這種常規(guī)發(fā)光源中，僅有從發(fā)光二極管1發(fā)出并射向前方的光用于向外射出，由此降低了光的利用效率。并且，一個發(fā)光源變成所謂的點光源，所以不能將發(fā)光區(qū)域放大。
(光檢測器)例如，隨著對受光量的要求的增加，用作傳感器的光電二極管在靈敏度方面有所改善，并且隨著對受光量的要求的增加，光電變換器增加了電能。因此，在這些光檢測器中需要盡可能地增加受光量。在入射光的強度相同時，為了增加受光量，可以增加光檢測器的受光區(qū)域。但是，這種增加光檢測器的芯片區(qū)域的方法會降低芯片的數(shù)量，從而導(dǎo)致制造成本增加，該芯片可以從一個單晶片上取下。
并且，另一種方法是在光檢測器的前面配置光學(xué)透鏡，以將射到透鏡上的光聚集到光檢測器上。這種光檢測器需要大的光學(xué)透鏡，并且由于光檢測器和透鏡之間的間距而使其厚度增加，從而使得元件體積變大。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明的第一目的在于提供具有所需方向特性的光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置諸如發(fā)光源或光接受器。
本發(fā)明的第二目的在于提高從固體發(fā)光元件發(fā)出的光的利用效率，該固體發(fā)光元件諸如發(fā)光二極管。
本發(fā)明的第三目的在于增加從固體發(fā)光元件發(fā)出的光的射出區(qū)域，該固體發(fā)光元件諸如發(fā)光二極管。
本發(fā)明的第四目的在于通過增加光接受區(qū)域的面積，增加光電二極管或光電變換器的光接受效率。
本發(fā)明的第五目的在于改善發(fā)光源和光接受器的組裝精度，并使之易于制造。
本發(fā)明的第六目的在于解決從發(fā)光源發(fā)出以及使用該發(fā)光源的光學(xué)器件發(fā)出的光的視覺效果低下的問題。
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)裝置包含光學(xué)元件；樹脂界面，該樹脂界面用于將偏離光學(xué)元件的前方設(shè)定區(qū)域的光基本全反射；和光反射元件，其中，光學(xué)元件、樹脂界面和光反射元件的位置關(guān)系為，在從光學(xué)元件到光學(xué)裝置外部的光路上，使得光被上述樹脂界面和光反射元件各反射至少一次。光學(xué)元件以下列元件為代表諸如發(fā)光二極管的發(fā)光元件和諸如光電二極管或光電變換器的光檢測元件。根據(jù)這種光學(xué)裝置，在光學(xué)元件和光學(xué)裝置前方之間的光路中，偏離設(shè)定區(qū)域的光被樹脂界面和光反射元件反射，由此通過樹脂界面和光反射器的形狀可以實現(xiàn)所需的方向特性，并且可以實現(xiàn)光學(xué)裝置的薄型化。
在根據(jù)本發(fā)明的第一發(fā)光源中，發(fā)光元件的位置特征在于，其被樹脂覆蓋，以使得在從發(fā)光元件射出的光中，偏離設(shè)定前方區(qū)域的光基本上被樹脂界面反射，并且在樹脂界面的后面配置光反射元件，以使之進一步反射從發(fā)光元件發(fā)出并基本被樹脂界面全反射的光，使之向前射出?；旧蠈膺M行全反射的樹脂界面可以是樹脂和空氣之間的界面，或樹脂和其它樹脂或多層光反射膜之間的界面。
在該第一發(fā)光源中，基本上被覆蓋于發(fā)光元件上的樹脂界面全反射的光進一步被光反射元件反射，以向前射出，由此改善光的利用效率。由發(fā)光元件直接向前射出的光可以在向前射出時不會受到發(fā)光元件自身的任何阻礙，由此進一步改善光的利用效率，并在不使發(fā)光源的中心變暗的情況下改善方向特性。并且，通過改變樹脂界面和光反射元件的形狀，可以選擇性改變從發(fā)光源發(fā)出的光的方向特性。
根據(jù)該第一發(fā)光源的第一方面，在與上述設(shè)定區(qū)域鄰接的區(qū)域內(nèi)，樹脂界面的至少一部分與發(fā)光元件的光軸的垂直面存在偏斜。在第一方面的發(fā)光源中，從發(fā)光元件射向樹脂界面和設(shè)定區(qū)域的邊界的大部分光束與光軸之間的角度小于到達樹脂界面的光的全反射的臨界角度。通過使從發(fā)光元件到達樹脂界面的光與發(fā)光元件的光軸之間存在的角度小于全反射的臨界角度，從發(fā)光元件發(fā)出并以較小的角度偏離光軸的光就會被樹脂界面全反射，并進一步被光反射元件向前反射，該較小的角度小于樹脂界面中的臨界反射角度。結(jié)果，就可以減小發(fā)光元件的設(shè)定區(qū)域中散射光的比例，并改善光的利用效率。從發(fā)光元件發(fā)出并到達樹脂界面和設(shè)定區(qū)域的邊界的光與光軸之間的角度不必全都小于樹脂界面的光的全反射的臨界角度。只要大部分光束與光軸之間的角度小于到達樹脂界面的光的全反射的臨界角度時，就可以實現(xiàn)這種效果。
根據(jù)本發(fā)明的第一發(fā)光源的第二方面，光反射元件的至少被樹脂界面全反射的光所到達的區(qū)域構(gòu)成凹面鏡，該凹面鏡的焦點位于發(fā)光元件關(guān)于樹脂界面的鏡像位置。根據(jù)該第二方面的發(fā)光源，從光反射元件反射的光以基本平行的光向前射出。
根據(jù)該第一發(fā)光源的第三方面，在通過發(fā)光元件的光軸的一對相互垂直的剖面上，光反射元件的光反射表面的曲率分布范圍存在差異。曲率分布范圍的差異意味著曲率分布范圍不一致，并包含以下情況分布范圍不相互交迭；分布范圍部分重合但相互偏移；或一個分布范圍比另一個分布范圍寬。
根據(jù)第三方面的發(fā)光源，在通過發(fā)光元件的光軸一對相互垂直的剖面上，由于光反射元件的光反射表面的曲率分布范圍存在差異，那么，即使從發(fā)光元件發(fā)出的光在光軸的圓周方向相同，被光反射表面反射的光的擴展會也隨其方向而有不同。例如，可以根據(jù)應(yīng)用，提供在光軸的圓周方向上具有不對稱方向特性的發(fā)光源，諸如橫向擴展的方向特性。
根據(jù)第三方面的發(fā)光源的第四方面，在發(fā)光元件前端的設(shè)定區(qū)域配置光學(xué)透鏡，并且，在通過發(fā)光元件的光軸一對相互垂直的剖面上，光學(xué)透鏡表面的曲率分布范圍存在差異。在光反射元件中曲率的分布范圍具有相同的差異。根據(jù)第四方面的發(fā)光源，光學(xué)透鏡對向前發(fā)出的光進行聚集。由于透鏡沿光軸具有不對稱的結(jié)構(gòu)，從發(fā)光元件穿過透鏡向前發(fā)出的光沿光軸具有不對稱的特性或不均勻的方向特性。因此，例如，根據(jù)應(yīng)用情況，從發(fā)光元件的中心向前發(fā)出的光可以橫向擴展。
在本發(fā)明的第二發(fā)光源中包含位于發(fā)光元件前方的發(fā)光面，該發(fā)光面與發(fā)光元件光軸的垂直面相互傾斜，這樣，通過選擇發(fā)光面的方向，可以避免被發(fā)光面反射的干擾光沿與發(fā)光源發(fā)光的相同方向被反射回去。從而防止如下的情況被發(fā)光源反射的干擾光造成妨礙，或?qū)㈥P(guān)閉狀態(tài)的發(fā)光源誤認為已經(jīng)打開。
在根據(jù)本發(fā)明，在發(fā)光元件前方具有發(fā)光面的第三發(fā)光源中，配置發(fā)光面，使其朝向上方，而不是朝向水平方向，并且從發(fā)光面發(fā)出的至少一部分光向較低位置射出。由于在該第三發(fā)光源中，配置發(fā)光面，使其朝向上方，而不是朝向水平方向，并且從發(fā)光面發(fā)出的至少一部分光向較低位置射出，那么，即使將使用這種發(fā)光源的機器，比如顯示單元，安裝在較高的位置，來自諸如下午陽光或早晨陽光的低空干擾光也不易被反射回較低位置。另一方面，由于從發(fā)光源發(fā)出的光向下射出，就可以避免顯示裝置不易被看到，或避免由于干擾光而錯認開燈狀態(tài)或閉燈狀態(tài)。
根據(jù)第一發(fā)光源的第五方面，用樹脂覆蓋發(fā)光元件，使得在從發(fā)光元件發(fā)出的光中，偏離前面設(shè)定區(qū)域的光基本上被樹脂界面全反射，并且光反射元件位于樹脂表界面后面，以進一步反射從發(fā)光元件發(fā)出并基本上被樹脂界面全反射的光，其中，被光反射元件反射的光在射出時與發(fā)光元件的光軸存在一定的傾斜。由于被光反射元件反射的光在射出時與發(fā)光元件的光軸存在一定的傾斜，發(fā)光方向就可以與發(fā)光源的安裝方向不同。因此，通過向所需方向發(fā)光，例如向下，并沿向上方向安裝發(fā)光源，就可以防止諸如下午陽光或早晨陽光陽的干擾光被發(fā)光源向下反射。在這種發(fā)光源中，與光軸存在大角度的方向的光被樹脂界面全反射，并進一步被光反射元件向前反射，以從發(fā)光源向前發(fā)出，由此改善光的利用效率。
根據(jù)第一發(fā)光源的第六方面，光反射元件的至少被樹脂界面全反射的光所到達的區(qū)域構(gòu)成凹面鏡，并且發(fā)光元件的位置偏離凹面鏡焦點關(guān)于樹脂界面的鏡像位置。光可以沿與發(fā)光源的前端存在傾斜的光軸發(fā)出，由此增加發(fā)光源的方向特性的自由度。
根據(jù)第一發(fā)光源的第七方面，提供第二光反射元件，該第二光反射元件將從發(fā)光元件側(cè)面發(fā)出的光向前反射，其中，可以設(shè)置第二光反射元件的傾角，以使被第二光反射元件反射的大部分光可以到達樹脂界面。從發(fā)光元件側(cè)面發(fā)出的光被第二光反射元件反射，以從設(shè)定區(qū)域直接向外射出，而在與發(fā)光源的光軸大角度傾斜的方向上沒有光發(fā)出。換句話說，從發(fā)光元件的側(cè)面發(fā)出的光被第二光反射元件反射，然后到達樹脂界面，使得被樹脂界面全反射的光直接到達光反射元件，并且由光反射元件來控制其方向，以沿發(fā)光源的光軸方向發(fā)光。
根據(jù)第七方面的發(fā)光源的第八方面，在用來安裝發(fā)光元件的引線架上配置第二光反射元件。當在引線架上配置發(fā)光元件時，可由引線架制成第二光反射元件，由此減少元件的數(shù)量。
根據(jù)第一發(fā)光源的第九方面，光反射元件的至少一部分與構(gòu)成樹脂界面的樹脂的外周部分接觸。當通過樹脂成形制成發(fā)光源時，可以通過與金屬鑄模模腔內(nèi)壁圓周部分相接觸，對光反射元件進行定位，并且易于獲得光反射元件的位置精度。
在根據(jù)本發(fā)明將光檢測器模壓入樹脂內(nèi)的光接受器中，在樹脂的受光側(cè)面的界面上配置光反射元件，使得它反射進入偏離光檢測器前面設(shè)定區(qū)域的光，以使該進一步被樹脂界面全反射，然后被光檢測器接受。
在該光接受器中，進入光檢測器外側(cè)的光被光反射元件反射，并在被樹脂界面全反射后進入光檢測器，由此增加光接受器的受光面積，而不增加光檢測器的面積，由此改善光接受器的光接受效率。并且，由光反射元件和樹脂界面對光進行收集，該光反射元件位于樹脂的受光側(cè)面的界面后面，由此使得光接受器具有相對較薄的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)光接受器的第一方面，光接受器的光反射元件的至少一部分與構(gòu)成樹脂界面的樹脂層的外圍部分相接觸。根據(jù)第一方面的光接受器，當通過樹脂成形制造成光接受器時，可以通過與金屬鑄模模腔的內(nèi)圓周部分相接觸，對該光反射元件進行定位，并可以很容易地獲得光反射元件的位置精度。
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)器件，該光學(xué)器件配置于發(fā)光源的前面，它包含樹脂界面，該樹脂界面用于將從光源射出的光基本上全反射；和光反射元件，該光反射元件用于進一步反射由樹脂界面基本上全反射的光，使之向前射出。根據(jù)該光學(xué)器件，通過使之與發(fā)光元件組合，可以得到與上述第一發(fā)光源相同的功能和效果。這種光學(xué)器件為獨立于發(fā)光元件之外的單獨元件，由于可以在以后的時間里將它安裝到發(fā)光元件上，所以很容易進行取放操作。
除了用于發(fā)光元件，當該光學(xué)器件用于諸如電燈或熒光燈的發(fā)光源時，也可以提供相同的功能和效果。
根據(jù)本發(fā)明的第二光學(xué)器件，該光學(xué)器件位于光檢測器的前面，它包含光反射元件，用于反射從外面進入的光；樹脂界面，用于進一步反射被光反射元件反射的光以使之射向光檢測器上。根據(jù)第二光學(xué)器件，通過與光檢測器組合，可以得到與上述光接受器相同的功能和效果。這種光學(xué)器件為獨立于光檢測器之外的單獨元件，由于可以在以后的時間里將它安裝到光檢測器上，所以很容易進行取放操作。
根據(jù)各第一以及第二光學(xué)器件的第一方面，該光學(xué)器件包含位于述樹脂界面的背對側(cè)面的凹槽，以用于配置發(fā)光元件或光檢測器至少其中之一。根據(jù)第一方面的光學(xué)器件，將發(fā)光元件或光檢測器配置于凹座內(nèi)，由此可以很容易對發(fā)光元件、光檢測器或光學(xué)器件進行定位。
根據(jù)各第一以及第二光學(xué)器件的第二方面，至少一部分上述光反射元件與提供樹脂界面的樹脂層的外圍部分相接觸。根據(jù)上述各光學(xué)器件的第二方面，當通過樹脂成形制造光學(xué)器件時，將光反射元件放入金屬鑄模的模腔的內(nèi)圓周部分中，以固定其位置，由此可以很容易地獲得光反射元件的位置精度。
通過如下工藝提供根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)器件的第一制造方法將光反射元件的至少一部分外圍部分注入樹脂，該光反射元件與金屬鑄模的模腔的內(nèi)表面相接觸。其中，該光學(xué)器件包含具有樹脂界面的樹脂層，該樹脂界面用于將偏離發(fā)光元件前方設(shè)定區(qū)域的光基本上全反射；光反射元件，該光反射元件用于使基本上被樹脂界面全反射的光向前射出。
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)器件的第一制造方法，可以制造第一光學(xué)器件，并且該光反射元件與金屬鑄模的模腔的內(nèi)表面上相接觸，以固定其位置，由此可以很容易地獲得光反射元件的位置精度。
通下如下工藝提供根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)器件的第二制造方法將光反射元件的至少一部分外圍部分注入樹脂，該光反射元件與金屬鑄模的模腔的內(nèi)表面相接觸。該光學(xué)器件包含光反射元件，該光反射元件用于反射進入偏離光檢測器前方設(shè)定區(qū)域的光；具有樹脂界面的樹脂層，該樹脂界面用于基本上全反射被光反射元件反射的光。
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)器件的第二制造方法，可以制造第二光學(xué)器件，并且該光反射元件與金屬鑄模的模腔的內(nèi)表面上相接觸，以固定其位置，由此可以很容易地獲得光反射元件的位置精度。
在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光方法中，在從發(fā)光源發(fā)出的光中，偏離設(shè)定前面區(qū)域的光基本上被樹脂界面全反射，并且基本上被樹脂界面全反射的光在被配置于樹脂界面后面的光反射元件反射后向前射出。根據(jù)該發(fā)光方法，在發(fā)光源發(fā)光的光路上，偏離設(shè)定區(qū)域的光被樹脂界面和光反射元件反射，因此，通過樹脂界面和光反射元件的結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)所需的方向特性。
在根據(jù)本發(fā)明的光入射方法中，在從外面射入的光中，偏離光檢測器前方設(shè)定區(qū)域的光基本上被光反射元件全反射，并且被光反射元件反射的光進一步被樹脂界面全反射，以射入光檢測器。根據(jù)該光入射方法，在射入光檢測器的光路上，偏離設(shè)定區(qū)域的光被樹脂界面和光反射元件反射，因此，通過樹脂界面和光反射元件的結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)所需的方向特性。
可以將根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光源和光接受器用于各種不同的裝置。例如根據(jù)本發(fā)明的光電傳感器包含光接受器和投光元件，該光接受器使用根據(jù)本發(fā)明的光電變換器作為光檢測器，其中，從投光元件發(fā)出的光或從投光元件發(fā)出并被物體反射的光被光接受器檢測。根據(jù)本發(fā)明的自發(fā)光裝置包含光接受器；用于儲存由光接受器產(chǎn)生的電能的充電器；和光接受器，該光接受器使用根據(jù)本發(fā)明的光電變換器作為光檢測器。通過對多個根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光源和多個根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)器件進行排列而構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的顯示裝置。通過對根據(jù)本發(fā)明的多個發(fā)光源或多個根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)器件進行排列而構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的車載光源。通過對根據(jù)本發(fā)明的多個發(fā)光源或根據(jù)本發(fā)明的多個光學(xué)器件進行排列而構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的室外顯示裝置。
可以對上述結(jié)構(gòu)的元件盡可能地任意組合。


圖1為常規(guī)發(fā)光源的斷面圖。
圖2為另一種常規(guī)發(fā)光源的斷面圖。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的發(fā)光源的的斷面圖。
圖4表示圖3中的發(fā)光源和從該發(fā)光源射出的光的光量分布，以及常規(guī)發(fā)光源的光量分布。
圖5為根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖6為根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖7為根據(jù)本發(fā)明的第四優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖8為根據(jù)本發(fā)明的第五優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖9為圖8中發(fā)光源所用的模制樹脂的透視圖。
圖10為圖8中發(fā)光源的斷面圖。
圖11為圖8中A部分的放大圖。
圖12為根據(jù)本發(fā)明的第六優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖13為根據(jù)本發(fā)明的第七優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖14為根據(jù)本發(fā)明的第八優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖15為根據(jù)本發(fā)明的第九優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖16為根據(jù)本發(fā)明的第十優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖17為根據(jù)本發(fā)明的第十一優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖18為根據(jù)本發(fā)明的第十二優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖19為根據(jù)本發(fā)明的第十三優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖20為根據(jù)本發(fā)明的第十四優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖21為根據(jù)本發(fā)明的第十五優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖22表示在兩薄片狀常規(guī)發(fā)光源中光的分離。
圖23為根據(jù)本發(fā)明的第十六優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖24根據(jù)本發(fā)發(fā)明的第十七優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖25(a)為圖24中的發(fā)光源中所用的引線架的正視放大圖，且(b)為該引線架的局部斷面圖。
圖26為圖24的局部放大斷面圖，以用來表示光的移動。
圖27為與圖24中的實施例相比較的實施例的斷面圖。
圖28為在圖27中的實施例中的光移動的示意圖。
圖29為根據(jù)本發(fā)明的第十八優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖30為根據(jù)本發(fā)明的第十九優(yōu)選實施例的光接受器的透視圖。
圖31為圖30中的光接受器的斷面圖。
圖32為根據(jù)本發(fā)明的第二十優(yōu)選實施例的光接受器的斷面圖。
圖33為根據(jù)本發(fā)明的第二十一優(yōu)選實施例的光接受器的透視圖。
圖34為根據(jù)本發(fā)明的第二十二優(yōu)選實施例的光接受器的透視圖。
圖35(a)為圖34中的發(fā)光源的正視圖，圖35(b)為沿圖35(a)中X1-X1線的斷面圖，圖35(c)為沿圖35(a)中Y1-Y1線的斷面圖。
圖36為從圖34的發(fā)光源射出的光束的側(cè)面示意圖。
圖37表示從圖34中的發(fā)光源射出的光的強度分布。
圖38(a)具有雙錐表面的光反射部分的透視圖，圖38(b)表示雙錐表面和坐標之間的關(guān)系。
圖39(a)為根據(jù)本發(fā)明的第二十三實施例的發(fā)光源的正視圖，圖39(b)為圖39(a)中沿X2-X2線的斷面圖，圖39(c)為圖39(a)中沿Y2-Y2線的斷面圖。
圖40為從圖39中的發(fā)光源射出的光束的側(cè)面示意圖。
圖41為根據(jù)本發(fā)明的第二十四實施例的發(fā)光源的正視圖，圖41(b)為圖41(a)中沿X3-X3線的斷面圖，圖41(c)為圖41(a)中沿Y3-Y3線的斷面圖。
圖42為從圖41的發(fā)光源射出的光束的側(cè)面示意圖。
圖43(a)為根據(jù)本發(fā)明的第二十五實施例的發(fā)光源的正視圖，圖43(b)為圖43(a)中沿X4-X4線的斷面圖，圖43(c)為圖43(a)中沿Y4-Y4線的斷面圖。
圖44(a)為第二十五實施例的變更例的發(fā)光源的正視圖，圖44(b)為圖44(a)中沿X5-X5線的斷面圖，圖44(c)為圖44(a)中沿Y5-Y5線的斷面圖。
圖45(a)表示在不具有斜面的發(fā)光源中，樹脂界面的端部發(fā)出的光的移動，圖45(b)表示在具有斜面的發(fā)光源中，樹脂界面的端部發(fā)出的光的移動。
圖46(a)和(b)分別為根據(jù)本發(fā)明的第二十六優(yōu)選實施例的發(fā)光源的正視圖和斷面圖。
圖47為根據(jù)本發(fā)明的第二十七優(yōu)選實施例的發(fā)光源的正視圖。
圖48為根據(jù)本發(fā)明的第二十八優(yōu)選實施例的光接受器的正視圖。
圖49為圖48中的光接受器的斷面圖。
圖50(a)和(b)分別為光檢測器的正視圖和透視圖，該光檢測器可以用于圖48的光接受器中。
圖51為根據(jù)本發(fā)明的第二十九實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖52為根據(jù)本發(fā)明的第三十實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖53為根據(jù)本發(fā)明的第三十一實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖54為圖53的局部放大圖。
圖55為根據(jù)本發(fā)明的第三十二實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖56為圖55的局部放大圖。
圖57(a)和(b)分別為根據(jù)本發(fā)明的第三十三優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖和正視圖。
圖58(a)和(b)分別為光反射元件結(jié)構(gòu)的斷面圖和正視圖，該光反射元件用于圖57的發(fā)光源中。
圖59為圖57中的發(fā)光源的作用說明圖。
圖60為圖57中的發(fā)光源和光量分布特性。
圖61為根據(jù)本發(fā)明的第三十四優(yōu)選實施例的信號機的正視圖。
圖62為圖61中的信號機的側(cè)視圖。
圖63為信號燈的斷面圖，該信號燈用于制備圖61中的信號機。
圖64表示從圖61中的信號機射出的光的方向。
圖65為信號燈的比較例的斷面圖。
圖66為根據(jù)本發(fā)明的第三十五優(yōu)選實施例的發(fā)光顯示裝置的正視圖。
圖67為發(fā)光顯示單元的正視圖，該發(fā)光顯示單元構(gòu)成圖66中的顯示裝置。
圖68為圖67的發(fā)光顯示單元的側(cè)視圖。
圖69為發(fā)光顯示單元的比較例的側(cè)視圖。
圖70為根據(jù)本發(fā)明的第三十六優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖71為發(fā)光源的斷面圖，該發(fā)光源根據(jù)本發(fā)明的第三十六實施例的變更例。
圖72為發(fā)光源的斷面圖，該發(fā)光源根據(jù)本發(fā)明的第三十六實施例的變更例。
圖73為發(fā)光源的斷面圖，該發(fā)光源根據(jù)本發(fā)明的第三十六實施例的另一變更例。
圖74為根據(jù)本發(fā)明的第三十七優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖75為發(fā)光源的斷面圖，該發(fā)光源根據(jù)本發(fā)明的第三十七優(yōu)選實施例的變更例。
圖76為根據(jù)本發(fā)明的第三十八優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖77表示發(fā)光源不同的正面形狀。
圖78進一步表示發(fā)光源不同的正面形狀。
圖79同樣進一步表示發(fā)光源不同的正面形狀。
圖80同樣進一步表示發(fā)光源不同的正面形狀。
圖81為根據(jù)本發(fā)明的第三十九優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖82為發(fā)光源的斷面圖，該發(fā)光源根據(jù)本發(fā)明的第三十九優(yōu)選實施例的變更例。
圖83為根據(jù)本發(fā)明的第四十優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖84為根據(jù)本發(fā)明的第四十一優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖85為發(fā)光源的斷面圖，該發(fā)光源根據(jù)本發(fā)明的第四十一優(yōu)選實施例的變更例。
圖86為根據(jù)本發(fā)明的第四十二優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖87為發(fā)光源的斷面圖，該發(fā)光源根據(jù)本發(fā)明的第四十二優(yōu)選實施例的變更例。
圖88為根據(jù)本發(fā)明的第四十三優(yōu)選實施例的發(fā)光源的斷面圖。
圖89為根據(jù)本發(fā)明的第四十四優(yōu)選實施例的室外顯示裝置的正視圖和側(cè)視圖。
圖90為使用狀態(tài)下的圖89的室外顯示裝置的側(cè)視圖。
圖91表示發(fā)光源的制造方法，該發(fā)光源用于根據(jù)本發(fā)明的第四十五優(yōu)選實施例。
圖92為根據(jù)本發(fā)明的第四十六優(yōu)選實施例的發(fā)光顯示裝置的透視圖。
圖93(a)為在發(fā)光顯示裝置中使用的常規(guī)發(fā)光源的透視圖，圖93(b)為該發(fā)光源的排列。
圖94為在圖92的發(fā)光顯示裝置中使用的發(fā)光源的外部構(gòu)造透視圖。
圖95表示全色發(fā)光顯示裝置的象素，在該全色發(fā)光顯示裝置中，紅光發(fā)光源、綠光發(fā)光源和藍光發(fā)光源以Δ的形式排列。
圖96為根據(jù)本發(fā)明的第四十七優(yōu)選實施例的光纖耦合器的示意圖。
圖97為根據(jù)本發(fā)明的第四十八優(yōu)選實施例的信號燈的示意圖。
圖98為根據(jù)本發(fā)明的第四十九優(yōu)選實施例的廣告招牌的示意圖。
圖99為廣告招牌的示意圖，該廣告招牌根據(jù)本發(fā)明的第四十九優(yōu)選實施例的變更例。
圖100為根據(jù)本發(fā)明的第五十優(yōu)選實施例的高置條形燈(highmount straplamp)的透視圖。
圖101為圖100中所用的一個發(fā)光源的透視圖。
圖102為根據(jù)本發(fā)明的第五十一優(yōu)選實施例的高架條形燈的透視圖。
圖103為圖102的高架條形燈的透視圖，該高架條形燈被安裝于汽車里。
圖104(a)為圖102的高架條形燈的局部放大斷面圖，圖104(b)為其正視圖。
圖105(a)為常規(guī)高架條形燈的局部放大斷面圖，圖105(b)為其正視圖。
圖106為根據(jù)本發(fā)明的第五十二優(yōu)選實施例的顯示裝置的透視圖。
圖107為光的光束形狀，該光從在圖106的顯示裝置中使用的發(fā)光源中發(fā)出。
圖108為通過圖106的顯示裝置可以辨別的區(qū)域的透視圖。
圖109為根據(jù)本發(fā)明的第五十三優(yōu)選實施例的光電傳感器的斷面圖。
圖110為根據(jù)本發(fā)明的第五十四優(yōu)選實施例的道路地?zé)?roadtack)的斷面圖。
圖111為根據(jù)本發(fā)明的第五十五優(yōu)選實施例的光照型(illumination-type)開關(guān)的透視圖。
圖112為根據(jù)圖111的光照型開關(guān)的分解透視圖。
圖113為根據(jù)圖111的光照型開關(guān)的示意斷面圖。
圖114為常規(guī)光照型開關(guān)的示意斷面圖。
實施發(fā)明的具體方式下面參照附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。
(第一優(yōu)選實施例)作為第一優(yōu)選實施例，發(fā)光源11的斷面圖如圖3所示。根據(jù)本實施例，發(fā)光二極管(LED片)的發(fā)光元件12被模制樹脂13密封，該模制樹脂13由光學(xué)透明的樹脂材料制成。將密封于模制樹脂13中的發(fā)光元件12安裝在配置于引線架17前端的晶體管座(stem)15上，并通過接合線16與另一個引線架14相連，使得其發(fā)光的側(cè)面面向發(fā)光源11的前方。
在模制樹脂13的前面中心部分，配置有直接射出區(qū)域18，該直接射出區(qū)域為諸如球面鏡形狀、非球面鏡形狀或拋物面形狀的凸透鏡。形成平面狀的全反射區(qū)域19以使其圍繞直接射出區(qū)域18。所形成的直接射出區(qū)域18的特征在于，使得其中心軸可以與發(fā)光元件12的中心軸一致，并且形成全反射區(qū)域19的特征在于，使得其成為垂直于發(fā)光元件12的光軸的平面。發(fā)光元件12位于直接射出區(qū)域18的焦點或焦點附近位置。發(fā)光元件12的光軸方向、從發(fā)光元件12向直接射出區(qū)域18和全反射區(qū)域19之間的界面看去的方向，兩方向之間的夾角α大于或等于模制樹脂13和空氣之間的臨界全反射角θc。
因此，在從發(fā)光元件12發(fā)出的光中，從直接射出區(qū)域18發(fā)出的光基本上以平行方向從模制樹脂13的前端向前射出。在從發(fā)光元件12發(fā)出的光中，射向全反射區(qū)域19的光被其樹脂界面全反射，以射向模制樹脂13的后側(cè)面。
模制樹脂13的后側(cè)面被具有高反射率的金屬膜覆蓋，該金屬膜諸如通過真空淀積制成的鋁或銀，或多層反射膜，以提供光反射部分20。在被全反射區(qū)域19反射的光到達的光反射部分20中，至少有一部分區(qū)域提供具有球面鏡或旋轉(zhuǎn)拋物面鏡的凹面鏡，該凹面鏡的焦點位于發(fā)光元件12關(guān)于全反射區(qū)域19的鏡像位置。
因此，從發(fā)光元件12發(fā)出并被全反射區(qū)域19全反射的光到達反射部分20，以在被其反射后以近似于平行光從全反射區(qū)域19向前射出。
因此，根據(jù)本實施例的發(fā)光源11，可以使從發(fā)光元件12向前發(fā)出的基本上所有的光(包含被全反射區(qū)域19全反射的光)都沿著發(fā)光源11向前的方向，從而使得光利用效率提高。并且，從發(fā)光元件12向前發(fā)出的光可以在沒有任何阻礙的條件從直接射出區(qū)域18射出，由此，可以改善常規(guī)發(fā)光源中出現(xiàn)的沿光軸變暗現(xiàn)象及其方向特性。
并且，從發(fā)光元件12斜向射出的光被全反射區(qū)域19全反射，并進一步被光反射部分20反射，以向前射出，這樣就會延長光路長度，從而降低像差并提供高精度的發(fā)光源11。
在使用發(fā)光二極管的常規(guī)發(fā)光源中，大部分被模制樹脂全反射的光沒有向前射出，從而提供如圖4(b)所示的較窄分布的光量。如圖4(a)所示，根據(jù)本實施例的發(fā)光源11，從發(fā)光元件12發(fā)出的光沿模制樹脂13的整個前側(cè)面分布并基本上平行，由此提供寬的且分布均勻的光量(光束剖面)。
在本實施例中，將發(fā)光源設(shè)計為發(fā)射平行光。如果需要，可以通過改變發(fā)光元件12的位置、焦點位置和提供凹面鏡的直接發(fā)射區(qū)域18的表面形狀，或改變提供凹面鏡的發(fā)光部分20的焦點位置和表面形狀，使得從發(fā)光源11中發(fā)出的光具有所需方向特性。
(第二優(yōu)選實施例)圖5示出根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例的發(fā)光源21的斷面圖。在圖5中略去晶體管座、引線架和連接線(同樣地，在圖6及后面的圖中的發(fā)光源也都略去引線架等)。在本實施例中，位于模制樹脂13界面上的直接射出區(qū)域18形成平面狀。因此，不能根據(jù)直接射出區(qū)域18和全反射區(qū)域19的外形來區(qū)分它們，但可以根據(jù)從發(fā)光元件12中發(fā)出的光線的運動來區(qū)分。在從發(fā)光元件12發(fā)出的光中，以全反射的臨界角θc到達模制樹脂13界面的光的位置作為直接射出區(qū)域18和全反射界面19的界面。因此，到達該界面內(nèi)側(cè)的直接射出區(qū)域18的入射光直接從直接射出區(qū)域18中射出，并且射向界面外的全反射區(qū)域19的入射光被全反射區(qū)域19全反射，以在被光反射部分20反射之后再向前射出。
在本實施例中，通過模制樹脂13的界面形成全反射，也可以改善光的利用效率。將直接射出區(qū)域18制成平面狀，由此，從直接射出區(qū)域18射出的光被延展，并且從該區(qū)域發(fā)出的光的光束延展角可以大大加寬。當需要加寬光束延展角或?qū)嵌鹊南拗戚^小時，可以將直接射出區(qū)域18制成平面狀，使得可以如本實施例一樣簡化模制樹脂13的前端形狀。
(第三優(yōu)選實施例)圖6為根據(jù)第三優(yōu)選實施例的發(fā)光源22的斷面圖，其中直接射出區(qū)域18的前部18a高于根部18b，以提供透鏡形狀。當被樹脂界面全反射并被光反射部分20進一步反射的光近似于平行時，在全反射區(qū)域19的內(nèi)圓周部分上出現(xiàn)了沒有任何光發(fā)出的區(qū)域，這樣，由于不會對從全反射區(qū)域19發(fā)出的光產(chǎn)生阻礙，使得直接射出區(qū)域18的透鏡形狀可以具有較大的直徑，而不會由于增加直接射出區(qū)域18的前部18a而使全反射區(qū)域19變窄。根據(jù)這種形狀，可以有效地設(shè)計從透鏡結(jié)構(gòu)的直接射出區(qū)域18發(fā)出的光和從全反射區(qū)域19發(fā)出的光的比例，由此提供高性能的發(fā)光源22。
(第四優(yōu)選實施例)在如圖3所示的發(fā)光源11中，到達直接射出區(qū)域18邊緣(外圍部分)的光受到阻礙，使得它不能向前射出，這部分從發(fā)光元件12中發(fā)出并受到阻礙的光就會被損失掉。當發(fā)光元件12和直接射出區(qū)域18之間的距離較短時，直接射出區(qū)域18的曲率變大，使得射向直接射出區(qū)域18的邊緣的光會沿橫向射出或被全反射。并且，直接射出區(qū)域18的邊緣的位置必須位于從發(fā)光元件12的中心軸算起的某角度方向的外側(cè)，該角度等于全反射的臨界角，所以，由于直接射出區(qū)域的尺寸(從正面看的直徑)的下限，直接射出區(qū)域18的圓周部分的區(qū)域變大，并且從發(fā)光元件12發(fā)出的光的損失變大。并且，由于在直接射出區(qū)域18的尺寸的下限，直接射出區(qū)域18的表面的曲率也具有上限，并且直接射出區(qū)域18的設(shè)計自由度也受到制約。
出于上述考慮，圖7為根據(jù)第四實施例的發(fā)光源23的斷面圖，其中，直接射出區(qū)域18配置于模制樹脂13表面的中心部位，并且全反射區(qū)域19配置于其外側(cè)圓周部位。直接射出區(qū)域18基本上具有半球形狀，并且其中心軸與發(fā)光元件12的中心軸C一致。在發(fā)光源23中，從發(fā)光元件12射向直接射出區(qū)域18的光被被折射，并從直接射出區(qū)域18基本上向前射出。
全反射區(qū)域19包含圓錐(臺)狀或角錐(臺)狀的錐形部分19b和平面部分19a，其中，錐形部分19b的中心軸與發(fā)光元件12的光軸C一致，并且平面部分19a具有與發(fā)光元件12的光軸C相垂直的平面。錐形部分19b通過中心軸的剖面是直線但也可以是曲線。例如，錐形部分19b的表面可以是曲線以該中心作為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)得到的旋轉(zhuǎn)面。
形成方向角θb的兩個方向分別為從發(fā)光元件12觀察平面部分19a和錐形部分19b之間的界面的方向，發(fā)光元件12的光軸方向，將該方向角θb設(shè)計為大于在模制樹脂13(例如，對于空氣)界面的全反射的臨界角θc。因此，從發(fā)光元件12發(fā)出并到達平面部分19a的所有光都被平面部分19a反射，以再射向光反射部分20。
另外，形成θa的兩個方向分別為沿發(fā)光元件12觀察直接射出區(qū)域18的邊緣(直接射出區(qū)域18與錐形部分19b之間的邊界)的方向，光元件12的光軸方向，將該方向角θa設(shè)計為小于在模制樹脂13(例如，對于空氣)界面的全反射的臨界角θc。換句話說，當從前面觀察時，直接射出區(qū)域18的尺寸較小，并且與圖3中的發(fā)光源相比，直接射出區(qū)域18的外圍部分在總體中所占的比例較小。因此，由于在直接射出區(qū)域18的邊緣橫向射出而損失的光，或由于在圖3所示的發(fā)光源中損失的光，通過錐形部分19b全反射，并進一步被光反射部分20反射，以向前射出，這樣就降低了光的損失。由于直接射出區(qū)域18較小，直接射出區(qū)域18的表面的曲率可以較大，由此減少設(shè)計的制約。
所有到達錐形部分19b的光被錐形部分19b全反射，例如，當將錐形部分19b的剖面設(shè)計為圖7所示的直線時，并且假定θc為全反射的臨界角，根據(jù)下面的表達式設(shè)計錐形部分19b的傾角ββ≥θc-θa因此，所有從發(fā)光元件12發(fā)出并到達錐形部分19b的光被錐形部分19b全反射，并射向光反射部分20。
設(shè)計光反射部分20的形狀，使得被平面部分19a和錐形部分19b全反射的光在被光反射部分20反射后，從全反射區(qū)域19向前射出。
因此，根據(jù)本實施例，降低了光的損失，并且改善了直接射出區(qū)域18的設(shè)計自由度。
(第五優(yōu)選實施例)圖8和10為根據(jù)本發(fā)明的第五優(yōu)選實施例的發(fā)光源24的透視圖和斷面圖。圖9為透過模制樹脂13觀察時，發(fā)光源24的內(nèi)部構(gòu)件的透視圖。圖11為圖10的局部放大圖。發(fā)光源24使用具有拋物面形狀的金屬元件的光反射部分20，該金屬元件通過壓力加工形成，并且作為鏡面加工，在反射部分表面鍍有鋁或銀。如果需要，光反射部分20可以對具有鋁或銀的壓力加工件進行化學(xué)處理，以在其表面形成光潔度。
在光反射部分20的中心部位包含容納晶體管座15的開口20a。使安裝發(fā)光元件12的該晶體管座15與開口20a不發(fā)生任何接觸，并且光反射部分20與引線架14和17一起被密封于模制樹脂13內(nèi)。
在模制樹脂13的正面，以圖7所示的實施例的相同的形狀，在樹脂的中心形成直接射出區(qū)域18、沿該區(qū)域周圍的錐形部分19b和沿部分19b周圍的平面部分19a。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的發(fā)光源24，不必在如圖3所示的模制樹脂13的背面上配置任何蒸鍍膜(光反射部分20)，并且光反射部分20作為單獨單元與發(fā)光元件12和引線架14和17一起形成，僅需將其放入模壓金屬鑄模，由此簡化發(fā)光源24的制造工藝。
如圖11所示，將模制樹脂13的前面外圍部分設(shè)計為錐形斜角部分，并且光反射部分20的外圍面的端部位于斜角部分25的端部B。因此，當模制樹脂13成形時，由于在光反射部分20的反射側(cè)中的外圍的端部與鑄模的模腔的內(nèi)表面相接觸，從而可以固定光反射部分20的位置，使其精確地嵌入模制樹脂13內(nèi)，由此改善光反射部分20的安裝精度。
(第六優(yōu)選實施例)圖12為根據(jù)本發(fā)明的第六優(yōu)選實施例的發(fā)光源26的斷面圖。該發(fā)光源26具有與第五實施例基本相同的結(jié)構(gòu)，只是全反射區(qū)域19僅包含與發(fā)光元件12的光軸垂直的平面部分。
另外，與第一實施例所述相同，在被全反射區(qū)域19反射的光所到達的光反射部分20中，至少其一部分為諸如球面鏡或旋轉(zhuǎn)拋物面鏡的凹面鏡，該凹面鏡的焦點位于發(fā)光元件12關(guān)于全反射區(qū)域19的鏡像位置12a。因此，從發(fā)光元件12發(fā)出的光被全反射區(qū)域19全反射，并進一步被光反射部分20反射，然后穿過全反射區(qū)域19，以平行光向前射出。
(第七優(yōu)選實施例)圖13為根據(jù)本發(fā)明的第七優(yōu)選實施例的發(fā)光源27的斷面圖，其中，全反射區(qū)域19具有倒圓錐形狀。由于全反射區(qū)域19形成倒圓錐形狀，使得它的外圍部分朝向前方，并且可以將從發(fā)光元件12發(fā)出并到達全反射區(qū)域19的光的入射角設(shè)計得較大，由此可以使全反射區(qū)域19的內(nèi)圓周部分的口徑較小。因此，被全反射區(qū)域19全反射后并被光反射部分20反射的光與從全反射區(qū)域19射出的光之間的比例較大，由此通過選擇性設(shè)計光反射部分20的形狀，可以很容易地實現(xiàn)發(fā)光源的任意方向性。
雖然沒有示出，可以修改全反射區(qū)域19，使其具有圓錐形狀，使得其外圍部分朝向后面。當全反射區(qū)域19具有圓錐形狀時，從全反射區(qū)域19射出的光可以聚集于內(nèi)側(cè)，由此可以減少直接射出區(qū)域18附近的全反射區(qū)域19的較暗部分。
(第八優(yōu)選實施例)圖14為根據(jù)第八優(yōu)選實施例的發(fā)光源28的斷面圖。在該發(fā)光源28中，模制樹脂13的前側(cè)面形成曲面，在該曲面上，平滑地形成直接射出區(qū)域18和全反射區(qū)域19，由此，從發(fā)光元件12向前發(fā)出的光被模制樹脂13(全反射區(qū)域19)的前側(cè)面全反射，并被光反射部分20反射，以向前發(fā)出。根據(jù)這種形狀的發(fā)光源28，可以改善發(fā)光源28的設(shè)計自由度。
(第九優(yōu)選實施例)圖15為根據(jù)第九優(yōu)選實施例的發(fā)光源29的斷面圖。在該實施例中，全反射區(qū)域19具有連續(xù)變化的曲面，該曲面諸如透鏡彎曲表面，并且可以進一步改善設(shè)計的自由度。
(第十優(yōu)選實施例)圖16為根據(jù)第十優(yōu)選實施例的發(fā)光源30的斷面圖。在該實施例的發(fā)光源30中，使透鏡狀直接射出區(qū)域18的透鏡形狀形成為菲涅耳透鏡，以減少直接射出區(qū)域18或發(fā)光源30的厚度。
(第十一優(yōu)選實施例)圖17為根據(jù)第十一優(yōu)選實施例的發(fā)光源31的斷面圖。在該實施例的發(fā)光源31中，形成的模制樹脂13的背側(cè)面包含菲涅耳透鏡，在該菲涅耳透鏡的表面上形成光反射部分20。在該實施例中，可以減小發(fā)光源31的厚度。
(第十二優(yōu)選實施例)圖18為根據(jù)第十二優(yōu)選實施例的發(fā)光源32的斷面圖。在該實施例中，將鏡子33配置于模制樹脂13內(nèi)的發(fā)光元件12的附近，以用于反射從發(fā)光元件12沿側(cè)向射向全反射區(qū)域19的光。被鏡子反射的光進一步被全反射區(qū)域19全反射，并再進一步被發(fā)光反射元件20反射，以使之從全反射區(qū)域19向前射出。如果需要，可以在晶體管座15的內(nèi)壁(參照圖24)上形成鏡子33。
根據(jù)本實施例，從發(fā)光元件12發(fā)出的光中沿側(cè)向射出的光直接被光反射部分20反射，以避免成為迷光，由此可以有效地利用沿側(cè)向射出的光，并進一步提高從發(fā)光元件12射出的光的利用效率。
(第十三優(yōu)選實施例)圖19為根據(jù)第十三優(yōu)選實施例的發(fā)光源34的斷面圖。在該實施例中，將發(fā)光元件12配置于偏離模制樹脂13的光軸D的位置。由于發(fā)光元件的位置離開直接射出區(qū)域18的光軸D和全反射區(qū)域19，所以從發(fā)光源34中沿偏斜方向射出偏光。換句話說，在與發(fā)光元件相傾斜的面內(nèi)，方向特性可具有不對稱性。
(第十四優(yōu)選實施例)圖20為根據(jù)本發(fā)明第十四優(yōu)選實施例的發(fā)光源35的斷面圖。本實施例的發(fā)光源35與圖12所示的發(fā)光源26基本上具有相同的結(jié)構(gòu)，只是發(fā)光元件12的位置偏離光反射部分20的中心和直接射出區(qū)域18的光軸D。
換句話說，發(fā)光元件12的位置沿與直接射出區(qū)域18的光軸垂直的方向偏離少許。至少將被全反射區(qū)域19反射的光所到達的一部分光反射部分20用作凹面鏡，該凹面鏡諸如球面鏡或旋轉(zhuǎn)拋物面鏡，并且在配置光反射部分20時，使其中心與直接射出區(qū)域18的光軸一致。凹面鏡和發(fā)光元件12具有如下關(guān)系在穿過凹面鏡的焦點并與凹面鏡相垂直的面內(nèi)，發(fā)光元件12關(guān)于全反射區(qū)域19的鏡像12a的位置偏離凹面鏡的焦點。換句話說，發(fā)光元件12的位置偏離該凹面鏡的焦點關(guān)于全反射區(qū)域19的鏡像位置。
因此，在該發(fā)光源35中，從發(fā)光元件12發(fā)出的光穿過直接射出區(qū)域18，以近似于平行光沿斜向射出。從發(fā)光元件12發(fā)出的光，在被全反射區(qū)域19全反射之后，進一步被光反射部分20反射，然后以近似于平行光沿同一方向斜向射出。
(第十五優(yōu)選實施例)
圖21為根據(jù)本發(fā)明第十五優(yōu)選實施例的發(fā)光源36的斷面圖。在該實施例中，將各自具有不同發(fā)光顏色的多個發(fā)光元件12R和12G(例如，紅光發(fā)光二極管，綠光發(fā)光二極管)密封于模制樹脂13內(nèi)。
在圖22所示的炮彈狀的發(fā)光源37(比較例)中，當將各具有薄片狀的多個發(fā)光元件密封于模制樹脂內(nèi)時，顏色分離現(xiàn)象較嚴重，并且根據(jù)觀察方向而發(fā)生變化。在該發(fā)明的發(fā)光源36中，如圖21所示，對直接射出區(qū)域18和全反射區(qū)域19的形狀進行適當設(shè)計，可以使由于其觀察方向而出現(xiàn)的顏色分離的程度差異變小，并且可以使其可視性均勻化。
(第十六優(yōu)選實施例)圖23為根據(jù)本發(fā)明第十六優(yōu)選實施例的發(fā)光源38的斷面圖。在該實施例中，在模制樹脂13的整個前側(cè)面上形成光學(xué)多層膜39。通過在模制樹脂13的前側(cè)面上形成光學(xué)多層膜39，入射角大于特定角的光被界面反射，并且入射角小于特定角的光被允許通過。并且，可以通過設(shè)計光學(xué)多層膜39而任意選擇該特定角，從而增加設(shè)計的自由度。如果需要，包含光學(xué)多層膜39的發(fā)光源可以為圖3-20所示或者其它的所有發(fā)光源。
(第十七優(yōu)選實施例)圖24為根據(jù)本發(fā)明第十七優(yōu)選實施例的發(fā)光源41的斷面圖。在說明該實施例的發(fā)光源41之前，下面將對用于比較的實施例進行說明，以便于理解本實施例。
例如，在圖10或12所示的發(fā)光源中，將拋物面形的杯狀部分(光反射元件)配置于引線架17頂端的晶體管座15上，使得安裝于晶體管座15內(nèi)的發(fā)光元件12被杯狀部分包圍。這是由于從發(fā)光元件12的內(nèi)側(cè)面(LED裸片)發(fā)出的光被杯狀部分的內(nèi)表面反射，從而向前射出。在常規(guī)方法中使用這種晶體管座內(nèi)的杯狀部分，但常規(guī)杯狀部分與發(fā)光元件的光軸存在約45度的傾斜角。
在圖27中的實施例中，將常規(guī)杯狀部分40用于圖12所示的發(fā)光源中。根據(jù)連接發(fā)光點與直接射出區(qū)域18的主點的角度，確定直接射出區(qū)域18射出的光的光軸。可以將從杯狀部分40射出的光看作杯狀部分作為假想光源發(fā)出的光。即，發(fā)光元件12關(guān)于杯狀部分40的鏡像在杯狀部分40的外圍處以環(huán)狀出現(xiàn)。但是，發(fā)光元件12和杯狀部分40之間的距離非常短，因此發(fā)光元件12的鏡像也非?？拷瓲畈糠?0，或幾乎與杯狀部分40在一起。如圖27所示，可以將被杯狀部分40反射后的光看作從杯狀部分40(假想光源)表面的各點上發(fā)出的光，因此，從發(fā)光元件12發(fā)出的光的光軸被杯狀部分40反射之后，從直接射出區(qū)域18射出，并且該光沿斜的方向射出。
在使用了這種杯狀部分40(例如，圖22中所示的炮彈狀)的常規(guī)發(fā)光源中，發(fā)光元件和透鏡之間的距離較長，因此，這種情況下發(fā)出的光的光軸傾角較小，所以沒有發(fā)生任何實質(zhì)問題。在本發(fā)明的發(fā)光源中，發(fā)光元件12與直接射出區(qū)域18之間的距離較短，使得這種情況下的發(fā)出的光的光軸傾角較大，因此從發(fā)光元件12向前發(fā)出的光和從發(fā)光元件12的側(cè)面發(fā)出并被杯狀部分40反射的光不能沿近似于相同的方向發(fā)出。
結(jié)果，當本發(fā)明的發(fā)光源使用了具有約45度傾角的常規(guī)杯狀部分時，從發(fā)光元件12發(fā)出的光與光L1以及光L2混在一起，該光L1近似于沿光軸方向發(fā)出，該光L2沿大角度偏離光軸的方向發(fā)出。更具體地，當遠離發(fā)光源時，沿不同方向發(fā)出的光會分散，使得在光L1的周圍出現(xiàn)環(huán)狀的光L2。并且，不能同時根據(jù)發(fā)光元件12的前光和側(cè)光來設(shè)計直接射出區(qū)域18，所以，根據(jù)前光設(shè)計光學(xué)透鏡，并且不能通過設(shè)計直接射出區(qū)域18的透鏡形狀來控制斜光L2的光軸。
在本第十七實施例中，通過晶體管座15改善上述實施例。圖24的發(fā)光源41使用與圖12中所示相同的結(jié)構(gòu)，并提供改善。圖25(a)和(b)為引線架的正視圖和局部斷面圖。在本實施例中，所配置的晶體管座15也用于安裝發(fā)光元件12，并且用于光反射的杯狀部分42配置于發(fā)光元件在晶體管座15上的安裝位置的周圍。將發(fā)光元件12安裝于杯狀部分42的內(nèi)側(cè)面上，該杯狀部分位于晶體管座15的前側(cè)面。如作為圖24的局部放大圖的圖26所示，設(shè)計杯狀部分42的形狀，使得從發(fā)光元件12的側(cè)面方向射出并被杯件狀42反射的光射向全反射區(qū)域19，而不會射向直接射出區(qū)域18。具體如圖25所示，將杯狀部分42的傾角γ設(shè)計為22度，該傾角γ從位于杯狀部分42的內(nèi)側(cè)面上的晶體管座底面算起。
在該發(fā)光源41中，由于杯狀部分42的傾角γ較小，并且被杯狀部分42反射的光射向全反射區(qū)域19，從發(fā)光元件12的側(cè)面發(fā)出并被杯狀部分42反射的光被全反射區(qū)域19全反射，以射向光反射部分20，并進一步被光反射部分20反射，然后穿過全反射區(qū)域19向前射出，如圖24所示。另外，從發(fā)光元件12的前面射出的到達全反射區(qū)域19的光，也完全被全反射區(qū)域19反射，射向光反射部分20，被光反射部分20反射后透過全反射區(qū)域19向前射出。在從發(fā)光元件12發(fā)出的光中到達直接射出區(qū)域18的光受到直接射出區(qū)域18的透鏡作用，并向前射出。
因此，被杯狀部分42反射的光受到全反射區(qū)域19的全反射，再射向光反射部分20，從而可以通過光反射部分20自由地控制光路。因此，當被使用了引線架14和17的杯狀部分42反射的光射向全反射區(qū)域19時，幾乎所有從發(fā)光元件12發(fā)出的光可以沿所需方向(例如，與發(fā)光元件12平行的方向)射出。在本實施例中，避免了發(fā)光源41變大。
通過引導(dǎo)被杯狀部分42反射并射向全反射區(qū)域19的光，可以自由控制光路，下面對其因進行解釋。在從發(fā)光元件12的前面和側(cè)面發(fā)出的光到達光反射部分20之前，光路在全反射區(qū)域19處由于反射而折向，使得從發(fā)光元件12到光反射部分20的光路長度變長，因此，光反射部分20以近似相同的方向接受到從發(fā)光元件12的前面發(fā)出的光和從發(fā)光元件12的側(cè)面發(fā)出并被杯狀部分42反射的光。因此，可以同時控制它們。當設(shè)計光反射部分20的曲率時，可以對兩者同時設(shè)計。
(第十八優(yōu)選實施例)圖29為根據(jù)第十八優(yōu)選實施例的發(fā)光源43的斷面圖。該實施例為頂蓋封裝(can package)類型，其中，光反射部分20的前側(cè)面填充透明模制樹脂13，光反射部分20的后側(cè)面填充絕緣材料46，從光反射部分20的外圍延伸出的圓筒狀外殼44覆蓋于絕緣材料46的外圍表面，并且在外殼44的后端部外圍上配置輪緣45。
另外，在光反射部分20的中心處作為一個整體形成晶體管座15。并且，作為一個整體用金屬材料形成光反射部分20、晶體管座15、引線架17、圓筒狀外殼44和輪緣45。將引線架14的端部嵌入光反射部分20的開口20a內(nèi)，但不與該開口發(fā)生接觸。
因此，根據(jù)本實施例，減少了部件的數(shù)量，使組裝變得容易，并且降低了制造成本。更具體地，可以通過同樣的工藝將其制成一般的頂蓋封裝產(chǎn)品。并且，與晶體管座15作為一個整體的外殼44和輪緣45暴露于表面，由此改善了發(fā)光元件的散熱特性，并且增加了容許正向電流量，由此可以實現(xiàn)高的亮度。
并且，在本實施例中，設(shè)計配置于晶體管座15上的杯狀部分42，使得從發(fā)光元件12的側(cè)面發(fā)出并被杯狀部分42反射的光可以射向全反射區(qū)域19，由此可以使發(fā)光源43發(fā)出的光的各射出方向沿一個方向排列。
下面將對用于光接受器的幾個實施例進行說明。
(第十九優(yōu)選實施例)圖30為根據(jù)本發(fā)明第十九優(yōu)選實施例的光接受器51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的透視圖，圖31為該接受器的斷面圖。根據(jù)該光接受器51，將諸如光電二極管或光電變換器等的片狀光檢測器52，和光反射部分53密封于由透明樹脂材料制成的模制樹脂54中。將密封于模制樹脂54內(nèi)的光檢測器52安裝于晶體管座56上，該晶體管座配置于引線架55上，并通過結(jié)合線57與另一個引線架58相連，并且使其受光面面向前方。
在模制樹脂54的前面中央部分，提供具有凸透鏡結(jié)構(gòu)的直接入射區(qū)域59，該凸透鏡結(jié)構(gòu)諸如球面透鏡形狀、非球面透鏡形狀或拋物面形狀。在直接入射區(qū)域59的周圍形成具有平面的平面區(qū)域60(樹脂界面)。在形成直接入射區(qū)域59時，使得其中心軸可以與光檢測器52的光軸一致。平面區(qū)域60具有與光檢測器52的光軸相垂直的平面。光檢測器52位于直接入射區(qū)域59的焦點上或焦點附近，并且在垂直到達光接收器51的光中，到達直接入射區(qū)域59的光被聚集于光檢測器52上，以被該光檢測器的受光面收集。
光軸方向、從光檢測器52觀察直接入射區(qū)域59和平面區(qū)域60之間的界面的方向，兩方向之間的方向角α等于或大于模制樹脂54和空氣之間的全反射的臨界角θc。
光反射部分53為金屬元件，該金屬元件通過壓力加工形成拋物面形狀，并且作為鏡面加工，在反射部分表面鍍有鋁或銀。如果需要，光反射部分53可以對具有鋁或銀的壓力加工件進行化學(xué)處理，以在其表面形成光潔度。在光反射部分53的中心提供開口61，以用于容納晶體管座56，并且該光反射部分與引線架55和58一起被密封于模制樹脂54內(nèi)，其中，安裝有光檢測器52的晶體管座56容納于開口61內(nèi)。設(shè)計光反射部分53的剖面形狀，使得垂直到達樹脂54的平面區(qū)域60并被光反射部分53反射的光可以被平面區(qū)域60全反射，以進入光檢測器52。
因此，在近似于垂直到達光接受器51的光中，當?shù)竭_直接入射區(qū)域59的光穿過直接入射區(qū)域59時，就會發(fā)生折射以聚集于光檢測器52上。到達平面區(qū)域60的光被光反射部分53反射，并被平面區(qū)域60全反射，以聚集于光檢測器52上。因此，大部分近似于垂直到達光接受器51的光都可以聚集于光檢測器52上，由此可以制造較高受光效率的光接受器51。并且，不需依賴光檢測器52的面積，可以通過增加光反射部分53的受光面積，來增加受光量，由此增加受光量和低成本條件下的受光效率。并且，通過增加受光效率，在不使光接受器厚度增加的條件下，可以實現(xiàn)薄型的光接受器51。
根據(jù)具有這種結(jié)構(gòu)的光接受器51，僅須將光反射部分53作為單獨的元件和光檢測器52和晶體管座56一起放入鑄模內(nèi)，由此簡化光接受器51的制造工藝。
調(diào)整光反射部分53的圓周面的端部，使得與模制樹脂54的端部一致。因此，當模制樹脂54成形時，可以光反射部分53的反射側(cè)面的外圍端部與鑄模的模腔內(nèi)壁相接觸，由此確定光反射部分53的位置，以使之被精確地嵌入模制樹脂54內(nèi)，由此改善光反射部分53的安裝精度。
(第二十優(yōu)選實施例)圖32為根據(jù)第二十優(yōu)選實施例的光接受器62的斷面圖。在該實施例中，直接入射區(qū)域59位于模制樹脂54的表面中心部位，在直接入射區(qū)域59的周圍配置圓錐(臺)形或角錐(臺)形的錐形部分63，該錐形部分63中心側(cè)內(nèi)凹，并且在錐形部分63的外面配置平面區(qū)域60。錐形部分63的中心軸與光檢測器52的光軸一致，并且平面區(qū)域60具有垂直光檢測器52的面。
根據(jù)這種光接受器62，射向直接入射區(qū)域59的入射光被折射，以射向光檢測器52?；旧洗怪钡竭_平面區(qū)域60的光被光反射部分53反射，并且被平面區(qū)域60全反射，以射向光檢測器52。設(shè)計錐形部分63，使得通過平面區(qū)域60進入，然后被光反射部分53的外圍部分反射的光射向光檢測器52，而不會出現(xiàn)沿偏離光檢測器52的全反射，但該光在直接入射區(qū)域59附近出現(xiàn)全反射。根據(jù)本實施例，改善了受光效率。對錐形部分63的使用降低了直接入射區(qū)域59向前突出的長度，并使得光接受器62變薄。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，方向角α可以小于模制樹脂54和空氣之間的全反射的臨界角θc，形成該方向角α的兩個方向為光軸方向，從光檢測器52觀察直接入射區(qū)域59和錐形部分63之間的界面的方向。
(第二十一優(yōu)選實施例)圖33為根據(jù)第二十一優(yōu)選實施例的光接受器64的透視圖，該光接受器被用作太陽能電池。在該光接受器64(太陽能電池)中，在長度方向具有均勻斷面的拋物面狀光反射部分53被密封于模制樹脂54內(nèi)。在光反射部分53的前面，配置有光檢測器52(光電變換器，諸如非晶、多晶或單晶的硅系統(tǒng)光電變換器)。在模制樹脂54前面的中央部位配置有直接入射區(qū)域59，該直接入射區(qū)域在在長度方向上為柱狀透鏡形狀，并且該直接入射區(qū)域的兩側(cè)形成平面區(qū)域60。
在垂直到達光接受器64的光中，到達直接入射區(qū)域59的光直接聚集于光檢測器52上。到達平面區(qū)域60的光被光反射部分53反射，并進一步被平面區(qū)域60全反射，以被光檢測器52接受。由于光檢測器52在一個方向較長，可以增加光接受區(qū)域，由此得到高的集光量，并提供較高發(fā)電能力的太陽能電池。
一般而言，常規(guī)太陽能電池的光轉(zhuǎn)換效率僅為15％。因此，為了增加發(fā)電能力，須增加光電變換器本身的區(qū)域，而這樣會增加制造成本。但是，根據(jù)本發(fā)明的光接受器64(太陽能電池)，通過增加光接受器64的整個區(qū)域，可以增加光接受區(qū)域，從而有效地將到達光接受區(qū)域的光聚焦于光檢測器52，而不用增加光電變換器本身的區(qū)域，由此可以用經(jīng)濟的方法提高發(fā)電能力。更具體地，根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造，聚光效率可以增加兩倍以上，并且實際光轉(zhuǎn)換效率也可以增加兩倍以上。
并且，根據(jù)該光接受器64，可以在提高效率的同時保持薄的結(jié)構(gòu)，由此可以將薄的結(jié)構(gòu)用于置于屋頂、路燈和照明燈等的太陽能電池中。
在圖30或31所示的光接受器64中，可以安裝作為光檢測器52的光電變換器。
(第二十二優(yōu)選實施例)圖34為根據(jù)第二十二優(yōu)選實施例的發(fā)光源65的透視圖。圖35(a)為其正視圖，圖35(b)為沿圖35(a)中的X1-X1線的斷面圖，并且圖35(c)為沿圖35(a)中的Y1-Y1線的斷面圖。在該實施例中，將諸如發(fā)光二極管(LED片)的發(fā)光元件12密封于由透明樹脂材料制成的模制樹脂13中。密封于模制樹脂13中的發(fā)光元件12被安裝于晶體管座15上，并且通過結(jié)合線16與另一個引線架14相連，并且其發(fā)光側(cè)朝向發(fā)光源的前方，該晶體管座配置于引線架17的前端。
光反射部分20包含金屬元件，該金屬元件被通過壓力加工為拋物面狀，并且在其上施加鍍鋁或鍍銀的鏡面加工。如果需要，可以通過對由鋁或銀制成的成形后的部分實施化學(xué)處理而制成光反射部分20。在光反射部分20的中心包含開口20a，以用于容納晶體管座15，并且該光反射部分與引線架14和17一起被密封于模制樹脂13內(nèi)，其中開口20a容納安裝有發(fā)光元件12的晶體管座15。
如圖35(a)所示，當從光反射部分20的前面觀察時，該光反射部分具有長軸方向和短軸方向，并且在本實施例中基本為橢圓狀。形成的光反射部分20的外圍端部與模制樹脂13的前側(cè)面平行，由此在光反射部分20的外周緣和模制樹脂13的前側(cè)面之間就不會存在大的間隙，從而可以防止光漏過間隙和損失掉。
圖35(b)所示的長軸方向的剖面和圖35(c)所示的短軸方向的剖面凹形彎曲，但是形狀不同。換句話說，長軸方向的剖面的曲率分布場與短軸方向的剖面的曲率分布場不同。長軸方向的剖面的曲率分布場比短軸方向的剖面的曲率分布場更傾向于向小值變化。
例如，在長軸方向以及短軸方向的斷面上，光反射部分20的剖面都為弧形，當長軸方向的剖面的半徑為Rl和短軸方向的剖面的半徑為Rs時，(1/Rl)＜(1/Rs)換句話說，長軸方向的半徑Rl大于短軸方向的半徑Rs。
當光反射部分20的剖面為非弧形，曲率隨在長軸方向和短軸方向的剖面中的位置而變化，使得該曲率具有一定的范圍(分布)。例如可以用曲率分布的中心值表征這種情況。假定長軸方向斷面中的曲率具有最小值(ρl)min和最大值(ρl)max，并且短軸方向斷面中的曲率具有最小值(ρs)min和最大值(ρs)max，那么可以用下式表示其各自的中心值(ρl)c和最大值(ρl)c長軸方向(ρl)c＝{(ρl)min+(ρl)max}/2短軸方向(ρs)c＝{(ρs)min+(ρs)max}/2因此，在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光源65所用的發(fā)光元件20中，長軸方向的斷面中的曲率的中心值(ρl)c僅須小于短軸方向的斷面中的曲率的中心值(ρs)c，如下式如所述
(ρl)c＜(ρs)c如果需要，可以用最小值和最大值表征曲率分布的兩端，并且符合下式(ρl)min≤(ρs)min(ρl)max≤(ρs)max但其中的等式符號不能同時成立。
在模制樹脂13的前面中心部拉，形成凸透鏡形狀的直接射出區(qū)域18，以及位于直接射出區(qū)域18周圍的平面形狀的全反射區(qū)域19。使所形成的直接射出區(qū)域18的光軸與發(fā)光元件12的光軸一致，并且全反射區(qū)域19為垂直于發(fā)光元件12的平面。發(fā)光元件12位于直接射出區(qū)域18的焦點上或焦點附近。設(shè)計方向角，使其等于或大于模制樹脂13和空氣之間全反射的臨界角θc，形成該方向角的兩個方向為光軸方向，從發(fā)光元件12觀察直接射出區(qū)域18和全反射區(qū)域19之間的界面的方向。
如圖35(a)所示，當從具有透鏡形狀的直接射出區(qū)域18的前面觀察時，該直接射出區(qū)域18具有橢圓形狀，該橢圓形狀具有長軸方向和短軸方向，并且長軸方向和短軸方向都與光反射部分20的長軸方向和短軸方向一致。在直接射出區(qū)域18中，長軸方向斷面中的曲率分布場與短軸方向斷面中的曲率分布場不同，并且，更具體地，長軸方向斷面中的曲率比短軸方向斷面中的曲率更向小值的一側(cè)移動。長軸方向斷面中的曲率分布比短軸方向斷面中的曲率分布更向小值的一側(cè)移動，這一點與光反射部分20意義相同。
在從發(fā)光元件12發(fā)出的光中，射向直接射出區(qū)域18的光通過模制樹脂13的前側(cè)面以近似于平行的光直接向前射出。在從發(fā)光元件12發(fā)出的光中，射向全反射區(qū)域19的光被樹脂界面全反射，并且基本上所有被樹脂界面全反射的光被光反射部分20反射，以從全反射區(qū)域19向前射出。這樣，基本上所有從發(fā)光元件12發(fā)出的光(即，包含被全反射區(qū)域19全反射的光)可以到達發(fā)光源65的前面，由此提高光利用效率。并且，從發(fā)光元件12向前發(fā)出的光從直接射出區(qū)域18射出，而沒有任何阻礙，由此可以避免上述常規(guī)發(fā)光源光軸上出現(xiàn)的暗度，并改善其方向特性。
并且，從發(fā)光元件12斜向發(fā)出的光被全反射區(qū)域19全反射，并且進一步被光反射部分20反射，以向前射出，從而拉長光路長度，由此降低像差，并可以提供高精度的發(fā)光源65。
光反射部分20基本上具有橢圓形狀，因此，被光反射部分20反射以向前射出的光變成射出剖面為橢圓形狀的光束，如圖36所示。直接射出區(qū)域18也基本上具有橢圓形狀，該橢圓形狀的長軸方向與光反射部分20的長軸方向一致，使得從直接射出區(qū)域18射出的光束的剖面基本上為橢圓形狀。因此，如圖37所示，從直接射出區(qū)域18射出的光對從全反射區(qū)域19射出的光加以補充，從直接射出區(qū)域18射出的光和從全反射區(qū)域19射出的光相組合，從而提供具有近似于均勻強度的橢圓剖面的射出光。
為了在一個方向射出基本上為橢圓形狀的光，如果制備任意方向具有恒定曲率的半球狀金屬元件，并將金屬元件的兩側(cè)切去，以提供長度方向加長的光反射部分，就會在切去部分和模制樹脂的前面之間出現(xiàn)可以產(chǎn)生漏光的間隙，從而降低了光利用效率。通過隨方向變化的曲率可以減少這種間隙，由此提高發(fā)光源65的亮度。當正視圖為圓形的光反射部分20在其正交的兩個方向上曲率不同時，反射光的擴展就會不同，由此提供在一個方向上基本上為橢圓剖面的射出光。當光反射部分20具有橢圓形狀時，會使得光反射部分20易于設(shè)計。
通過使用諸如復(fù)曲面或雙錐面的非球面，可以實現(xiàn)該光反射部分20，并且設(shè)計出更均勻的光束剖面。圖38(a)表示用雙錐面形成的光反射部分20。當光反射部分20長軸方向為x軸，短軸方向為Y軸，向前的方向為Z軸時，可以用下式(1)表示具有雙錐面的光反射部分20的光反射表面Z=cvxX2+cvY21+1-cvx2(ccx+1)X2-cv2(cc+1)Y2+aX4+bY4+cX6+dY6+······(1)]]>當雙錐面的XZ面上的剖面形狀表示為“Z＝g1(x)”，曲線的曲率表示為“cv”，錐度系數(shù)表示為“cc”，并且雙錐面的YZ面上的剖面形狀表示為“Z＝g2(y)”，該曲線的曲率變成“cvx(≠cv)”，并且錐度系數(shù)變成“ccx”，其中“a，b，c，d”為高次項的系數(shù)。
(第二十三優(yōu)選實施例)圖39為根據(jù)第二十三優(yōu)選實施例的發(fā)光源66的正視圖。圖39(b)和圖39(c)分別為沿圖39(a)的X2-X2和Y2-Y2線的斷面圖。光反射部分20的正視圖為矩形，并且在其長軸方向和短軸方向的斷面中形成凹面形狀。將光反射部分20密封于以矩形成形的模制樹脂13內(nèi)，并且發(fā)光源66的外部的正視圖具有矩形形狀。
如圖40所示，與第十四實施例相同，具有這種形狀的發(fā)光源66可以在基本上為橢圓狀的剖面上發(fā)出均勻光束。
(第二十四優(yōu)選實施例)圖41為根據(jù)第二十四優(yōu)選實施例的發(fā)光源67的正視圖。圖41(b)和圖41(c)分別為沿圖41(a)的X3-X3線和Y3-Y3線的斷面圖。在該實施例中，使用前面形狀基本上為矩形形狀的光反射部分20，如圖41中的點劃線所示，通過將具有前面形狀為橢圓形狀的光反射部分68的四個邊切去而制成該矩形。將其密封于以矩形形狀成形的模制樹脂13內(nèi)，并且，當從發(fā)光源67的前面觀察時，該發(fā)光源的外形為矩形。
如圖42所示，這種結(jié)構(gòu)的發(fā)光源67可以發(fā)出剖面為矩形形狀的光。由于在車載高載條形燈(high mount strap lamp)中，需要射向特定矩形區(qū)域的均勻光束，該發(fā)光源67也優(yōu)選用于車載高載條形燈。
雖然設(shè)計常規(guī)發(fā)光源(LED)中的光束剖面(方向特性)僅依賴如下的參數(shù)光學(xué)透鏡面的曲率，LED片和透鏡面之間的間距，該間距使得發(fā)光源沿光軸方向變厚，但根據(jù)光反射部分的形狀可以使得本發(fā)明的發(fā)光源易于設(shè)計，使得發(fā)光源67在光軸方向上變薄。換句話說，第二十二到二十四實施例(圖34-42)的發(fā)光源可以提供薄的可向?qū)拝^(qū)域發(fā)光的發(fā)光源。特別地，在光學(xué)系統(tǒng)容許空間較小，以及要求照射面積較寬的應(yīng)用中，尤其需要這種發(fā)光源67，該應(yīng)用諸如高載條形燈。
(第二十五優(yōu)選實施例)
圖43為根據(jù)第二十五優(yōu)選實施例的發(fā)光源69的正視圖。圖43(b)和圖43(c)分別為沿圖43(a)的X4-X4線和Y4-Y4線的斷面圖。圖43的發(fā)光源69包含直接射出區(qū)域18周圍的錐形部分19b和錐形部分19b周圍的平面部分19a。錐形部分19b與發(fā)光元件光軸之間的夾角小于90度，并且平面部分19a與光軸垂直。通過設(shè)置從發(fā)光元件12到錐形部分19b與平面部分19a之間的界面的方向角，使得該方向角大于在模壓13界面上的臨界全反射角θc，可以使得所有射向平面部分19a的光被全反射。通過設(shè)置傾角，可使得所有射向錐形部分19b的光被全反射，這樣，射向錐形部分19b和平面部分19a之間的界面的光都可以被錐形部分19b全反射。因此，錐形部分19b和平面部分19a提供全反射區(qū)域19，并且不能被直接射出區(qū)域18全反射的光可以在錐形部分19b上被全反射，并通過光反射部分20的反射而射向前方，從而提高發(fā)光源69的發(fā)光效率。
在設(shè)計正視圖基本上為橢圓形狀的光反射部分20時，特別是考慮到光射出剖面和在橢圓形狀長軸方向上的效率時，從發(fā)光元件12射出的光在模制樹脂13界面上被全反射的區(qū)域(光反射區(qū)域19)就會變窄，或在短軸方向上消失。
在這種情況下，錐形部分19b的形成是十分有效的。為了增加圖43中所示的全反射區(qū)域，僅須形成錐形部分19b，使得錐形部分19b在短軸方向上所占的比例大于錐形部分19b在長軸方向上所占的比例，并且從發(fā)光源69前面觀察時，錐形部分19b的外形與直接射出區(qū)域18的外形以及與光反射部分20的外形都不具有相似關(guān)系。存在這種情況當從錐形部分19b前面觀察時，在錐形部分19b外形中的長軸方向和短軸方向與直接射出區(qū)域18以及與光反射區(qū)域20相反。這種結(jié)構(gòu)可以提高發(fā)光源69在其短軸方向的發(fā)光效率。
另外，當在設(shè)計時考慮光射出剖面或短軸方向的效率時，或發(fā)光源69的外形或光射出剖面受到限制時，就存在這種情況如圖44所示的發(fā)光源70那樣，要求發(fā)光元件12接近樹脂界面。在這種情況下，可能會現(xiàn)出這種情況從發(fā)光元件12發(fā)出的光的射出角(從光軸算起的角)會變大，例如，如圖45(a)所示，在短軸方向上的樹脂界面的端部會大于70度。這種角度的光強度較低，LED的光強度變小，并且發(fā)光源69的亮度變得不均勻。
在這種情況下，如圖45(b)所示，通過將短軸方向斷面上的錐形部分19b的角度設(shè)置為等于或大于全反射角，使得被錐形部分19b全反射的光進入樹脂界面的端部，可以改善樹脂界面的端部的亮度，并且使得發(fā)光源69的亮度變得基本上均勻。在這種情況下，當從發(fā)光源69的前面觀察時，錐形部分19b的外形并不總是與直接射出區(qū)域18的外形或光反射部分20的外形具有相似關(guān)系，并且也可以存在長軸和與短軸的比變大的情況。
可以將從前面觀察具有長軸方向和短軸方向的形狀應(yīng)用于圖34以下的圖中所示的光接受器。
(第二十六優(yōu)選實施例)圖46(a)和(b)為根據(jù)第二十六優(yōu)選實施例的發(fā)光源71的正視圖和斷面圖。發(fā)光源71包含片型發(fā)光元件12，諸如安裝于電路板上的LED，和圓盤狀光學(xué)模塊(光學(xué)器件)72，該光學(xué)模塊覆蓋發(fā)光元件之上。
光學(xué)模塊72為鑄模，在該鑄模中，光反射部分20在模制樹脂13內(nèi)嵌入成形，并且在模制樹脂13的表面上形成凸透鏡形狀的直接射出區(qū)域18和全反射區(qū)域19。另外，在模制樹脂13的背面與光反射部分20的開口對應(yīng)的位置上形成元件安裝部分74，以使之容納于開口20a中?；旧弦园肭蛐涡纬稍撛惭b部分74，該半球形形狀在各方向上都與光基本垂直，使得在射出的光到達光學(xué)模塊時，從發(fā)光元件12發(fā)出的光的光軸不會變彎曲。構(gòu)造發(fā)光源71，使得將光學(xué)模塊72置于片型發(fā)光元件12上，該發(fā)光元件12為安裝于電路板73上的表面安裝型，使得發(fā)光元件12可容納于元件安裝部分74上。對發(fā)光元件12和光學(xué)模塊72的位置調(diào)整十分容易，并且通過使元件安裝部分74的外形尺寸與發(fā)光元件12的尺寸相匹配，可以將它們有效地組合。
使用光學(xué)模塊72可以提供與上述埋置于模制樹脂13內(nèi)的發(fā)光源相同的功能和效果。如圖46(b)所示，從發(fā)光元件12向前發(fā)出的光通過元件安裝部分74進入模制樹脂13，并在模制樹脂13中前進，以向前從直接射出區(qū)域18中射出。從發(fā)光元件12中斜向發(fā)出的光通過元件安裝部分74進入模制樹脂13，并在模制樹脂13中前進，到達全反射區(qū)域19，并在該全反射區(qū)域上受到全反射，并且進一步被光反射部分20反射，以穿過全反射區(qū)域19向前射出。因此，從發(fā)光元件12中發(fā)出的光變寬，以從光學(xué)模塊射向相對于發(fā)光元件12的較大區(qū)域，由此提供大面積的光射出面。
由于覆蓋光學(xué)模塊72而出現(xiàn)的光損失包含進入光學(xué)模塊72時的入射損失、從模制樹脂13的前面射出時的菲涅耳損失和由光反射部分20產(chǎn)生的鏡面反射損失，由此從發(fā)光元件12中射出的大約90％的光有效地從光學(xué)模塊72向前射出。
并且，可以自由設(shè)計使用了光學(xué)模塊72的發(fā)光源71的射出方向，使得與使用光學(xué)透鏡以獲得相同效果相比，該發(fā)光源可以采用空間較小的結(jié)構(gòu)。雖然大多數(shù)使用LED片的應(yīng)用都有空間限制，但使用光學(xué)模塊72在應(yīng)用上仍然十分有效。
這樣可以將光學(xué)模塊72應(yīng)用于已被安裝于電路板73上的發(fā)光元件12，使得在后面的制造工藝中，可以實現(xiàn)發(fā)光區(qū)域面積大和高效率的發(fā)光元件12。
雖然本實施例使用了LED片，但當將光學(xué)模塊72的尺寸加大，或?qū)⑵鋺?yīng)用于LED以外的諸如電燈或螢光燈的光源時，仍可提供同樣的效果。
(第二十七優(yōu)選實施例)圖47為根據(jù)第二十七優(yōu)選實施例的發(fā)光源75的正視圖。發(fā)光源75包含長軸方向和短軸方向，并以使用具有矩形形狀的光學(xué)模塊72為例。當使用了光學(xué)模塊72時，沿長軸方向擴展的光與沿短軸方向擴展的光不同，使得可以實現(xiàn)剖面為矩形或橢圓形狀的射出光，從而，通過使用光學(xué)模塊72提供對應(yīng)于第二十二實施例(圖34)的發(fā)光源75。
除此之外，通過改變光學(xué)模塊72的結(jié)構(gòu)，上述各種類型的發(fā)光源都可以實現(xiàn)同樣的功能。
(第二十八優(yōu)選實施例)圖48為根據(jù)第二十八優(yōu)選實施例的光接受器76的透視圖。并且圖49為其斷面圖。通過用光學(xué)模塊77覆蓋安裝于電路板73的光檢測器52，并在元件安裝部分78內(nèi)配置光檢測器52而構(gòu)成光接受器76。對這種光檢測器52并不加特殊限定，但它可以為普通的光電功能管或光電晶體管，該光電功能管或光電晶體管諸如圖50(a)和(b)中所示的具有導(dǎo)線50a的光接受器。
該光學(xué)模塊77為鑄模，在該鑄模中，光反射部分53在模制樹脂54內(nèi)嵌入成形，并且在模制樹脂54的表面上形成凸透鏡形狀的直接入射區(qū)域59和平面區(qū)域60。另外，在模制樹脂54的背面與光反射部分53的開口62對應(yīng)的位置上形成元件安裝部分78，以使之容納于開口61中。基本上以半球形形成該元件安裝部分78，該半球形形狀在各方向上都與光基本垂直，使得從光學(xué)模塊77射向光檢測器52的光的光軸不會變彎曲。構(gòu)造發(fā)光源76，使得將光學(xué)模塊77可以覆蓋安裝于電路板73上的光檢測器52，并使得光檢測器52可容納于元件安裝部分78上。對光檢測器52和光學(xué)模塊77的位置調(diào)整十分容易，并且通過使元件安裝部分78的尺寸與光檢測器52的外形尺寸相匹配，可以將它們有效地組合。
在該光接受器76中，到達光學(xué)模塊77的直接入射區(qū)域59的入射光在模制樹脂54內(nèi)前進，然后離開元件安裝部分78并到達光檢測器52。到達光學(xué)模塊77的平面部分的光在模制樹脂54內(nèi)前進，以被光反射部分53反射到平面區(qū)域60，并且該反射光被平面區(qū)域60進一步全反射，以離開元件安裝部分78并射向光檢測器52。因此，光學(xué)模塊77作為大面積光學(xué)透鏡，并且通過使用與光檢測器52相比尺寸較大的模塊77，使得光檢測器52可以接受較大面積的光。
可以用透鏡獲得相同的功能和效果，但這在空間需要較大的區(qū)域，而通過使用該光學(xué)模塊77可以實現(xiàn)薄的形狀。
對于光接受器，通過改變光學(xué)模塊77的形狀，可以使上述各種光接受器實現(xiàn)相同的功能。
雖然這里對用于發(fā)光源的光學(xué)模塊72和用于光接受器的光學(xué)模塊77分別進行了說明，但如果需要，它們之間可以通用。
(第二十九優(yōu)選實施例)圖51為根據(jù)第二十九優(yōu)選實施例的發(fā)光源79的斷面圖。在該實施例中，未將光反射部分20嵌入覆蓋發(fā)光元件12的光學(xué)模塊72中。在模制樹脂13的后側(cè)面上形成反射型的菲涅耳透鏡狀圖案80，并且在圖案80的表面上形成包含金屬蒸鍍膜的反射涂敷層81。另外，為了與電路板73保存穩(wěn)定，圓筒狀的支撐部分82與模制樹脂13的外圍部分作為一個整體一起成形。
通過這種結(jié)構(gòu)，可以提供與第二十七實施例(圖46)相同的效果。另外，由于不必有在模制樹脂13內(nèi)嵌入成形的光反射部分20，所以可以減少元件的數(shù)量并可以降低制造成本。當光學(xué)模塊72成形時，不必對光反射部分20進行定位，由此改善了用于光學(xué)模塊72的成形工藝的效率。
(第三十優(yōu)選實施例)圖52為根據(jù)第三十優(yōu)選實施例的發(fā)光源83的斷面圖。在該實施例中，在模制樹脂13的表面的中心部位形成些許直接射出區(qū)域18，而該模制樹脂的大部分表面被用作全反射區(qū)域19。直接射出區(qū)域18包含淺的凹形部分。
在該實施例中，從發(fā)光元件12向前發(fā)出的光盡可能被全反射區(qū)域19全反射，并且可以通過光反射部分20控制其射出方向。本實施例通過提高射出光束的可控制性，可以滿足下列情況的要求由于空間限制不能形成任何具有凸透鏡形狀的直接射出區(qū)域18；從發(fā)光元件12射出的光具有光束擴展的不平衡角且不在朗伯(lambert)分布附近；在凸透鏡形狀的直接射出區(qū)域18中，光不能沿所需方向射出；需要較大的面積，并且要求光分布在光學(xué)模塊72的端面方向。
(第三十一優(yōu)選實施例)圖53為根據(jù)第三十一優(yōu)選實施例的發(fā)光源84的斷面圖，其中，以平面的形式形成直接射出區(qū)域18和全反射區(qū)域19。如圖54所示，光學(xué)模塊72的元件安裝部分74包含球面狀部分74a、從該球面狀部分的中心向前，進入模制樹脂13內(nèi)部較窄的凹陷部分74c。位于球面狀分部74a和凹陷部分74c之間的邊界部分74b將兩者平滑連接。所形成的球面狀分部74a和凹陷部分74c近似于與從發(fā)光元件12射出的光的方向垂直，并且邊界部分74b與從發(fā)光元件12射出的光的方向存在傾斜。
從發(fā)光元件12向前射出的光穿過凹陷部分74c，以在不改變光軸方向的情況下射出。因此，當從發(fā)光源84的前面觀察時，光從其中心射出。在邊界部分74b上，從發(fā)光元件12向前射出的光受到折射，從而向全反射區(qū)域19彎曲，并且其射出方向由光反射部分20控制。從發(fā)光元件12沿斜向射出的光穿過球面狀分部74a，并射向全反射區(qū)域19，其光軸基本上不發(fā)生變化，然后該光被控制其方向的光反射部分20反射。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，從發(fā)光元件12向前射出的光盡可能被全反射區(qū)域19全反射，并且，可以通過與第三十實施例(圖52)相同的方法，由光反射部分20控制光的射出方向。并且，凹陷部分74c可以防止從發(fā)光源84的前面觀察時出現(xiàn)的發(fā)光源84的中心變暗。
(第三十二優(yōu)選實施例)圖55為根據(jù)第三十二優(yōu)選實施例的發(fā)光源85的斷面圖，其中，以平面的方式形成直接射出區(qū)域18和全反射區(qū)域19。以圓錐臺的形狀形成光學(xué)模塊72的元件安裝部分74。
使用具有這種形狀的元件安裝部分74的光學(xué)模塊72，可以將發(fā)光元件12發(fā)出的光射向元件安裝部分74的頂面，而不使其方向發(fā)生改變。如圖56所示，在從發(fā)光元件12射向元件安裝部分74的傾斜表面的光中，臨近頂面的光L4向全反射區(qū)域19折射(如虛線所示，在球面狀元件安裝部分74的情況下，該光L4將沿直線向前)，并且其射出方向由光反射部分20控制。從發(fā)光元件12垂直到達元件安裝部分74的傾斜表面的光L5沿直線向前，然后被全反射區(qū)域19全反射，并且其射出方向由光反射部分20控制。因此，本實施例可以提供與第三十一實施例相同的效果。
并且，如圖中虛線所示，當元件安裝部分74為球面狀時，從發(fā)光元件12斜向射出(與光軸間的角度約等于或大于70度)的光L6直接到達光反射部分20，在被反射后向外擴展。當元件安裝部分74為圓錐臺狀時，光L6被元件安裝部分74的斜面折射，從而射向用于全反射的全反射區(qū)域19，并且經(jīng)過全反射的光被光反射部分20反射，以向前射出。
(第三十三優(yōu)選實施例)圖57為根據(jù)第三十三優(yōu)選實施例的發(fā)光源91的結(jié)構(gòu)斷面圖。在該發(fā)光源91中，晶體管座15配置于引線架17的前端，諸如LED片的發(fā)光元件模片鍵合于晶體管座15上，并且另一個引線架14通過結(jié)合線16與發(fā)光元件12連接。通過將金屬板模壓成非球面狀而形成光反射部分20，通過金屬鍍敷或蝕刻(etching)的方法對金屬板的內(nèi)側(cè)面實施鏡面加工，并且開口20a基本上配置于中心位置。
安裝有發(fā)光元件12的引線架17和引線架14的前端穿過光反射部分20的開口20a，與光反射部分20一起被密封于由高折射率的透明樹脂制成的模制樹脂13中。在模制樹脂13上形成全反射區(qū)域19，并且大約在其中心位置形成凸透鏡狀的直接射出區(qū)域18。
當打開發(fā)光源19時，從發(fā)光元件12發(fā)出的光中直接到達直接射出區(qū)域18的光被直接射出區(qū)域18聚焦，以向前射出。在從發(fā)光元件12發(fā)出的光中，到達直接射出區(qū)域18周圍的全反射區(qū)域19的光被全反射區(qū)域19向后全反射，并進一步被位于全反射區(qū)域19后面的光反射部分20反射，而被擠壓，使得方向特性變小(優(yōu)選近似于平行光)，并通過全反射區(qū)域19向前射出。可以使與發(fā)光元件12的光軸存在較大夾角的射出光向前射出，由此大幅度改善光的利用效率。另外，可在發(fā)光元件12的前面均勻地發(fā)光。
并且，在該發(fā)光源91中，模制樹脂13的前側(cè)面(全反射區(qū)域19)通過φ與垂直于發(fā)光元件12的光軸的平面E存在傾斜關(guān)系。直接射出區(qū)域18包含非球面鏡，并且直接射出區(qū)域18的光軸(中心)F相對于全反射區(qū)域19的幾何中心G沿全反射區(qū)域19的傾斜方向(圖57中向上的方向)移動。發(fā)光元件12的光軸進一步相對于直接區(qū)域18的光軸F向全反射區(qū)域19的傾斜方向移動。
通過非球面表達式對光反射部分20的彎曲形狀進行描述，并且光反射部分20具有不對稱形狀，由于部分偏離其中心面形成該不對稱形狀。參照圖58對該光反射部分20的形狀進行詳細說明。在圖58(a)和(b)中，以兩點劃線表示的曲面板92包含以非球面表達式表達的曲面，該曲面以H作為旋轉(zhuǎn)對稱軸。通過該曲線板92沿J方向的邊傾斜φ角度面得到的面，將光反射部分20切開。以圓形形狀形成光反射部分20的開口20a，并且該開口的中心K位于曲面板92的旋轉(zhuǎn)對稱軸H和光反射部分20的中心G的中間位置。另外，開口20a的中心K基本上與直接射出區(qū)域18的光軸一致。將光反射部分20的兩側(cè)邊切掉，使得從發(fā)光源91的前面觀察時，該發(fā)光源的形狀變成切去兩側(cè)面的草包(straw bag)形狀。這是因為，對光反射部分20設(shè)計成不旋轉(zhuǎn)對稱，具有方向性，使得其在成形時，它在金屬鑄模中不能旋轉(zhuǎn)，并且不偏離其位置。
從發(fā)光源91的前面觀察時，該發(fā)光源的形狀并不限于圖77所示的草包形狀，也可以為圖78中所示的部分切去的圓形、圖79所示的矩形或圖80中所示的橢圓形。
發(fā)光元件12的光軸偏離光反射部分20的中心G，并且偏向全反射區(qū)域19的傾斜方向。
在該發(fā)光源91中，如上所述，對全反射區(qū)域19和光反射部分20進行斜置。如圖59所示，當將全反射區(qū)域19設(shè)置為向上傾斜方向，當諸如早晨陽光或下午陽光的外部干擾光從斜上方射入時，被全反射區(qū)域19和光反射部分20反射的光返回其初始斜上方，而不會到達地面上。因此，本實施例可以避免在關(guān)掉該發(fā)光源91時，由于反射光而使該發(fā)光源91看似仍在照明，及由此帶來的不方便。
發(fā)光元件12從直接射出區(qū)域18的光軸F向上移動，從發(fā)光元件12發(fā)出并穿過直接射出區(qū)域18的光射向向下的區(qū)域，這與被全反射區(qū)域19和光反射部分20反射的光不同。光反射部分20具有不對稱的形狀，并且發(fā)光元件12從光反射部分20的中心向上移動，使得從發(fā)光元件12發(fā)出，被全反射區(qū)域19全反射，并進一步被光反射部分20反射，以通過全反射區(qū)域19射出的光射向向下的區(qū)域，這與全反射區(qū)域19和光反射部分20中的反射光不同。從而無須防止任何干擾光，就可以從地面上確信地觀察發(fā)光源91射出的光，并且可以清楚地確定發(fā)光源91的開燈狀態(tài)或關(guān)燈狀態(tài)。
圖60為通過發(fā)光源91發(fā)出的光的光分布特性的示例。該光分布特性具有如下特征具有傾角ε，該傾角ε沿發(fā)光元件12的光軸或發(fā)光源91的中心軸向下到達較低位置；具有不對稱光分布特性，該不對稱光分布特性在于，光分布在全反射區(qū)域19的傾斜方向(向上)分布范圍較窄，而在相反的一側(cè)(向下)分布范圍較寬。
根據(jù)這種光分布特性，當發(fā)光源91被用作信號燈時，當從遠方進行觀察時可以清楚地看到它，而當從近處進行觀察時，卻不能看到它，由此實現(xiàn)信號燈所需的理想照明特性。
在這種發(fā)光源91中，使直接射出區(qū)域18形成非球面透鏡形狀，并且用非球面式表達光反射部分20，使得發(fā)光源91的設(shè)計變得容易。
如圖57所示，光反射部分20的外周緣位于斜角部分25內(nèi)，該斜角部分25在模制樹脂13的前面圓周部分上形成。當模制樹脂13成形時，光反射部分20的外周緣靠近鑄模，以對光反射部分20進行定位，并且樹脂流過光反射部分20的開口20a，使得可以很容易地對光反射部分20進行嵌入成形。
直接射出區(qū)域18并不限于非球面透鏡，如果需要也可以使用球面透鏡。
(第三十四優(yōu)選實施例)圖61和圖62分別為根據(jù)第三十四優(yōu)選實施例，使用上述發(fā)光源91的信號機101的正視圖和側(cè)視圖。該信號機101由紅、黃、綠信號燈102R、102Y和102G排列而成，并且其上方位置被遮光板103遮住。如圖63所示，在各信號燈102R、102Y和102G中，在基板104上沿一個方向安裝相應(yīng)發(fā)光顏色的許多發(fā)光源91，以將其容納于外殼105內(nèi)，該外殼105的前面被乳白色或半透明狀的外罩106覆蓋。
圖65為使用常規(guī)LED107的信號燈的結(jié)構(gòu)斷面圖，以用作比較。在常規(guī)LED107中，光沿直線向前射出，為了使信號燈內(nèi)安裝了LED107的基板104向下發(fā)光，不得不在外殼105內(nèi)將基板104傾斜放置。因此，用于在信號燈的外殼105內(nèi)安裝基板104的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。由于不得不傾斜安裝基板104，使得信號燈的厚度也變厚。
通過根據(jù)本發(fā)明的信號燈101，發(fā)光源91本身可以沿向下傾斜的方向發(fā)光，如圖64，并且可以平行于外殼105安裝基板104，如圖63，由此降低信號燈102R、102Y和102G的厚度。在各信號燈102R、102Y和102G內(nèi)安裝基板104的結(jié)構(gòu)變得簡單。射出光有效地分布于信號機的照明技術(shù)標準范圍內(nèi)，在該照明技術(shù)標準范圍內(nèi)，不必向上照明，由此實現(xiàn)使用了發(fā)光效率較高的發(fā)光源91和信號機101。另外，被發(fā)光源91反射回去的光不會向下反射，因此改善了信號燈102R、102Y和102G的可視性能。
為了說明用于信號機101的諸如紅、綠、藍等非白色燈，可以提出下列發(fā)光源將諸如紅光LED、綠光LED和藍光LED的發(fā)光元件12密封于透明模制樹脂13內(nèi)的發(fā)光源，或?qū)⒅T如白光LED的產(chǎn)生白光的發(fā)光元件12密封于包含紅色透明樹脂、綠色透明樹脂和藍色透明樹脂的模制樹脂13內(nèi)的發(fā)光源。根據(jù)上述方法，當打開發(fā)光源時，即使諸如太陽光的干擾光被模制樹脂13或光反射部分20的表面反射回地面，也不會觀察到帶有顏色的反射光。當關(guān)掉發(fā)光源時，反射光不會被誤認為發(fā)光源已經(jīng)打開。
(第三十五優(yōu)選實施例)圖66為根據(jù)第三十五優(yōu)選實施例的由支柱116支撐的發(fā)光顯示裝置111的正視圖，例如，該發(fā)光顯示裝置111用于向駕駛員說明交通狀況或天氣條件，由發(fā)光源91構(gòu)成其中文字和說明。圖67和68為提供發(fā)光顯示裝置111的發(fā)光顯示單元112的正視圖和斷面圖。在發(fā)光顯示單元112中，將第三十三實施例中所述的發(fā)光源91安裝于基板113上，并且基板113位于底板114和外罩115之間，以通過外罩115的開口，暴露出各發(fā)光源91。發(fā)光源91以適當?shù)膱D案排列于基板113上，以根據(jù)所要顯示的標志或文字發(fā)出適當顏色的光。
在使用常規(guī)LED117的發(fā)光顯示單元中，從各LED117中發(fā)出的光沿直線向前射出，如圖69所示，使得在將發(fā)光顯示單元安裝于墻壁或支柱上時，為了可以從較低的位置清楚地觀察，發(fā)光顯示單元不得不向下傾斜安裝。
如圖68所示，在使用了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光源91的發(fā)光顯示裝置111中，發(fā)光源91本身可以沿下斜方向發(fā)光，而不用在安裝時傾斜發(fā)光顯示裝置，并且，可以很容易地從地面上觀察該發(fā)光顯示裝置。因此，可以很容易地安裝發(fā)光顯示裝置111，并且通過使其變薄而使其變得細長。另外，由于諸如下午陽光或早晨陽光的干擾光的反射，不易觀察發(fā)光顯示裝置。根據(jù)使用了本發(fā)明的發(fā)光源91的發(fā)光顯示裝置111，通過使用具有高照明效率的發(fā)光源91，提供可以清晰辨認發(fā)光顯示裝置111。
(第三十六優(yōu)選實施例)圖70為根據(jù)第三十六優(yōu)選實施的發(fā)光源121的結(jié)構(gòu)斷面圖，其中，模制樹脂13密封了引線架17和引線架14的頂端部，在該引線架17的頂端部與發(fā)光元件12模片鍵合，在該引線架14的頂端部與發(fā)光元件12引線連接，并且，其中，在與發(fā)光元件12的光軸垂直的面上形成全反射區(qū)域19，該全反射區(qū)域19位于模制樹脂13的前側(cè)平面上。安裝該發(fā)光源121，使得將模制樹脂13的全反射區(qū)域19設(shè)置為與干擾光方向相互傾斜。
在本發(fā)光源121中，即使諸如下午陽光或早晨陽光的干擾光到達發(fā)光源121，被發(fā)光源121的全反射區(qū)域19反射回去的光會被反射回初始方向(斜上方)，而不會到達地面，并且可以避免該發(fā)光源121關(guān)閉時會看似打開。
另一方面，如果將從發(fā)光源121發(fā)出的光的光束擴展角設(shè)計得較寬，那么可以從較低的位置(地面)清楚地觀察向下發(fā)出的光，由此不會犧牲發(fā)光源121的視覺辨別性能。為了從較低位置輕松觀察發(fā)光源121，模制樹脂13中的發(fā)光元件12的光軸可以朝向較低位置，以通過全反射區(qū)域19將從發(fā)光元件12發(fā)出的光折射，使之向下射出。
如圖71所示，如果需要，模制樹脂13可以在全反射區(qū)域19的中心形成直接射出區(qū)域18，該直接射出區(qū)域18可以提供與圖70的發(fā)光源121的直接射出區(qū)域相同的效果。
圖72中所示的發(fā)光源122B為具有圖70中所示結(jié)構(gòu)的發(fā)光源121的變更例，其中，具有對稱結(jié)構(gòu)的全反射部分20配置于全反射區(qū)域19的后面，并且被全反射區(qū)域19全反射的光進一步被光反射部分20反射，以向前射出。圖73中所示的發(fā)光源122C為圖72中所示的發(fā)光源122B的變更例，其中，在全反射區(qū)域19的中心配置直接射出區(qū)域18(或者圖71中所示的發(fā)光源122A的變更例，其中配置有具有對稱結(jié)構(gòu)的光反射部分20)。
(第三十七優(yōu)選實施例)圖74為根據(jù)第三十七優(yōu)選實施例的發(fā)光源123的結(jié)構(gòu)斷面圖，其中，模制樹脂13密封了引線架17和引線架14的頂端部，在該引線架17的頂端部與發(fā)光元件12模片鍵合，在該引線架14的頂端部與發(fā)光元件12引線連接，并且位于模制樹脂13的前側(cè)面上的全反射區(qū)域19與發(fā)光元件12的光軸存在傾斜。一般將該發(fā)光源123水平安裝，使得模制樹脂13的全反射區(qū)域19(斜面)被設(shè)置為向上傾斜。由于全反射區(qū)域19是傾斜的，所以從發(fā)光元件12發(fā)出的一部分光被向下折射。如果需要，為了向下斜位置射出更多的光，發(fā)光元件12的光軸可以向下傾斜。
在該發(fā)光源123中，即使諸如下午陽光或早晨陽光的從較低高度射來的干擾光到達發(fā)光源123，通過發(fā)光源121的全反射區(qū)域19反射回去的光會被反射回初始方向(斜上方)，而不會到達地面，并且可以避免該發(fā)光源121在關(guān)閉時會看似打開。
另外，如圖75中所示的發(fā)光源124，可以在模制樹脂13的全反射區(qū)域19的中心配置直接射出區(qū)域18。這樣可以提供與圖74的發(fā)光源123相同的效果。
(第三十八優(yōu)選實施例)圖76為根據(jù)第三十八優(yōu)選實施例的發(fā)光源125的結(jié)構(gòu)斷面圖，其中，模制樹脂13密封了引線架17和引線架14的頂端部和光反射部分20，在該引線架17的頂端部與發(fā)光元件12模片鍵合，在該引線架14的頂端部與發(fā)光元件12(注英文稿中為12)引線連接，并且其中，位于模制樹脂13的前端的全反射區(qū)域是傾斜的。光反射部分20的外周緣被斜向切開，并且光反射部分20的形狀上下不對稱。本實施例包含根據(jù)第三十三實施例的發(fā)光源91，其中去掉了直接射出區(qū)域18。
一般將發(fā)光源125水平安裝，使得模制樹脂13的全反射區(qū)域19(斜面)被設(shè)置為向上傾斜。從發(fā)光元件12發(fā)出并被全反射區(qū)域19反射的光進一步被光反射部分20反射，并被全反射區(qū)域19折射，以向下射出。從發(fā)光元件12向前射出的一部分光通過全反射區(qū)域19向下折射。如果需要，可以使發(fā)光元件12的光軸向下傾斜。
在該發(fā)光源125中，即使諸如下午陽光或早晨陽光的從較低高度射來的干擾光到達發(fā)光源125，通過發(fā)光源125的全反射區(qū)域19反射回去的光會被反射回初始方向(斜上方)，而不會到達地面，并且可以避免該發(fā)光源125在關(guān)閉時會看似打開。
在該發(fā)光源125中，從發(fā)光元件12射向邊緣方向的光被全反射區(qū)域19全反射，并進一步被光反射部分20反射，以從全反射區(qū)域19向下射出，由此改善光的利用效率。
(第三十九優(yōu)選實施例)圖81為根據(jù)第三十九優(yōu)選實施例的發(fā)光源126的結(jié)構(gòu)斷面圖。在本實施例中，位于模制樹脂13前面的全反射區(qū)域19與發(fā)光元件12的光軸垂直，使得發(fā)光源126本身斜向設(shè)置成不對來下方的干擾光產(chǎn)生反射，該干擾光諸如下午陽光或早晨陽光。換句話說，模制樹脂13內(nèi)的光反射部分20具有由不對稱表面表示的面，或者說上下半各具有不同的非球面表達式，由此被全反射區(qū)域19全反射并由光反射部分20反射的光從全反射區(qū)域19向下射出。
當這種結(jié)構(gòu)的發(fā)光源126關(guān)閉，并受到諸如下午陽光或早晨陽光的干擾光時，可以避免通過全反射區(qū)域19和光反射部分20將干擾光向下反射，并可避免該發(fā)光源126看似已經(jīng)打開。
在如圖82所示的實施例的發(fā)光源127中，直接射出區(qū)域18具有上半部分和下半部分不對稱的剖面，由此從直接射出區(qū)域18射出的光從直接射出區(qū)域18向下射出。
(第四十優(yōu)選實施例)圖83為根據(jù)第四十優(yōu)選實施例的發(fā)光源128的斷面圖，其中，直接射出區(qū)域18的中心位于全反射區(qū)域19的中心。如該發(fā)光源128，當直接射出區(qū)域18的中心位于全反射區(qū)域19的中心時，通過將發(fā)光元件12移動到適當?shù)奈恢?相對于直接射出區(qū)域18的較高位置)，光可以從直接射出區(qū)域18斜向下方射出。
(第四十一優(yōu)選實施例)圖84為根據(jù)第四十一優(yōu)選實施例的發(fā)光源129的斷面圖，其中，在彎曲表面上形成整個全反射區(qū)域19。設(shè)計全反射區(qū)域19，使其全反射從發(fā)光元件12發(fā)出的大部分光，其中，從發(fā)光元件12發(fā)出的大部分光被全反射區(qū)域19向后全反射，并進一步被光反射部分20反射，以從全反射區(qū)域19中射出。設(shè)計光反射部分20的結(jié)構(gòu)或發(fā)光元件12的位置，使得從全反射區(qū)域19射出的光可以向下射出。全反射區(qū)域19沿向上和對角方向傾斜，即，全反射區(qū)域19的切線130沿向上和對角方向傾斜。
因此，在該發(fā)光源129中，諸如下午陽光或早晨陽光的干擾光被反射回近似于初始方向，并難于到達下方。另一方面，從發(fā)光元件12發(fā)出的光被反射若干次，以從全反射區(qū)域19向下射出。因此，當使用該發(fā)光源129作為用于信號機的發(fā)光源時，可以避免關(guān)閉狀態(tài)的該發(fā)光源129被誤認為打開。當它用于發(fā)光顯示裝置時，無須任何傾斜安裝，就可以觀察到清晰的圖像。
本實施例的全反射區(qū)域的前面區(qū)域尺寸較大，并且在從發(fā)光元件12發(fā)出的光中，在發(fā)光元件12光軸附近呈朗伯分布的強光被全反射區(qū)域19和光反射部分20反射，以從發(fā)光源129中射出，由此提供具有高照明效率的發(fā)光源。
在圖85中，整個發(fā)光源131都沿斜向上方向傾斜配置，而不是僅全反射區(qū)域19(或切面130)沿斜向上方向傾斜。這樣，發(fā)光源131可以防止干擾光被向下反射，并且從發(fā)光源131中射出的光可沿斜向下方向射出。
(第四十二優(yōu)選實施例)圖86為根據(jù)第四十二優(yōu)選實施例的發(fā)光源132的斷面圖，其中，基本上在模制樹脂13前面的中心位置配置直接射出區(qū)域18，并且在直接射出區(qū)域18周圍形成錐形的全反射區(qū)域19。與全反射區(qū)域19的端部相接觸的切面130沿斜向上方向傾斜，并且從切面130到全反射區(qū)域19之間的角度在全反射區(qū)域19的上半部分為ζ1，而在其下半部分變?yōu)棣?。
在根據(jù)如圖86中所示的本實施例的發(fā)光源132中，全反射區(qū)域19沿斜向上方向傾斜，使得干擾光被反射回初始方向，而不會到達下方(地面)，該干擾光諸如從較低位置射來的下午陽光或早晨陽光。通過發(fā)光元件12和位置和光反射部分20的形狀，光從發(fā)光源132向斜下方射出。因此，可以避免由于干擾光的反射而出現(xiàn)關(guān)閉狀態(tài)的發(fā)光源132看似正在照明。
如圖87所示，作為使全反射區(qū)域19(或切面130)沿斜向上方傾斜的替代，使整個發(fā)光源133沿斜向上方向傾斜，其中可以防止干擾光向下反射，并使從發(fā)光源133發(fā)出的光向斜下方射出。
(第四十三優(yōu)選實施例)圖88為根據(jù)第四十三優(yōu)選實施例的發(fā)光源134的結(jié)構(gòu)斷面圖，其中，在與發(fā)光元件12光軸方向的垂直面相互傾斜的平面上配置全反射區(qū)域19，在區(qū)域19的近似中心位置配置直接射出區(qū)域18，并且在下面配置具有不對稱形狀的光反射部分20。該發(fā)光元件12的位置偏離光反射部分20和直接射出區(qū)域18的中心位置，從而使得射出光向斜向方射出。
(第四十四優(yōu)選實施例)圖89(a)和(b)為根據(jù)第四十四優(yōu)選實施例的室外型顯示裝置141的正視圖和側(cè)視圖，其中，以矩陣的方式在基板143上排列根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光源142，并且，從前面觀察時，該發(fā)光源142具有四邊形外形。根據(jù)該室外型顯示裝置141，可以被無間隙排列發(fā)光源142，使得該顯示裝置可以具有沒有任何間隙的發(fā)光面，該發(fā)光面發(fā)光均勻，并且外觀整潔。
如圖90所示，由于各發(fā)光源142的前側(cè)面與基板143平行，將該室外型顯示裝置141安裝于較高的位置，以朝向輕微斜向上方向。即使沿斜向上方方向安裝室外型顯示裝置141，但各發(fā)光源142仍會沿斜下方方向發(fā)光，并且可以從較低位置清楚地觀察該顯示裝置。
(第四十五優(yōu)選實施例)圖91(a)、(b)和(c)為根據(jù)第四十五優(yōu)選實施例，說明發(fā)光源的制造工藝的一個例子。雖然在本實施例中對發(fā)光源進行說明，但也可將光接受器用于本實施例。在圖91中，給出了用于制造發(fā)光源的金屬鑄模151，該金屬鑄模提供用于使模制樹脂13成形的模腔152。在該模腔152的底端提供用于形成全反射區(qū)域19的圖案面153和用于形成直接射出區(qū)域18的圖案面154。
在發(fā)光源的制造中，首先，如圖91所示，將光反射部分20嵌入模腔152內(nèi)。由于光反射部分20的外徑約等于152的內(nèi)徑，所以可以通過將光反射部分20放置于模腔152的底面上，對光反射部分20在模腔152內(nèi)進行定位。
在圖91(b)中，給出了包含發(fā)光元件12和引線架14的元件，該發(fā)光元件12模片鍵合于引線架17的晶體管座上，該引線架14通過連接線16與發(fā)光元件12相連接，這在事先的其它工藝中進行制造。如圖91(b)所示，將該元件放置于模腔152內(nèi)，使得發(fā)光元件12的位置向下，并支撐引線架14和17的上端，以在模腔152內(nèi)的設(shè)定位置固定發(fā)光元件12。
如圖91(c)所示，具備這些條件之后，向已嵌入發(fā)光元件12和光反射部分20的模腔152內(nèi)注入模制樹脂13，以使直接射出區(qū)域18和全反射區(qū)域19成形。當注入的模制樹脂13冷卻并硬化后，將其從模腔152內(nèi)取出，以制成發(fā)光裝置。
根據(jù)該制造工藝，可以很容易對光反射部分20進行定位，并且可以實現(xiàn)對發(fā)光源或光接受器的大批量制造。
下面，對根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光源，例如圖3-21中所示的發(fā)光源的幾種應(yīng)用進行說明。
(第四十六優(yōu)選實施例)圖92為根據(jù)本發(fā)明第四十六優(yōu)選實施例，由本發(fā)明的發(fā)光源162排列而構(gòu)成的發(fā)光顯示單元161。如圖92(a)所示，當使用炮彈狀的發(fā)光源163以提供這種顯示裝置161時，光束剖面在其中心為亮的，但在其周邊附近是暗的(參照圖4(b))，使得其視覺辨認性能不均勻。當對炮彈狀的發(fā)光源163如圖93(b)進行排列時，在發(fā)光源163之間會出現(xiàn)間隙，從而產(chǎn)生暗度，并降低其可視性能。
但是，如圖94所示，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光源162可以具有矩形形狀，由此對多個發(fā)光源162進行排列時就不會出現(xiàn)如圖92所示的間隙，并且避免發(fā)光源126之間出現(xiàn)的暗度，并且改善其可視性能。另外，在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光源162中，通過將來自直接射出區(qū)域18的光和來自光反射部分20的光進行組合，可以提供如圖4(a)所示的均勻光束剖面。當對作為發(fā)光源162的集合的圖像和文字進行描繪時，可以很容易地使各發(fā)光點相連，并可以顯示出光滑的圖像和文字。
作為另一應(yīng)用，可以提供全色發(fā)光顯示裝置，該全色發(fā)光顯示裝置由使用如圖95所示的各個紅(R)、綠(G)和藍(B)發(fā)光源102排列而成。
當通過如圖21中所示的發(fā)光源36排列而構(gòu)成多色發(fā)光顯示裝置(附圖中未示出)時，就可以制成色分離較少的顯示裝置。
(第四十七優(yōu)選實施例)圖96為根據(jù)本發(fā)明第四十七優(yōu)選實施例，由本發(fā)明的的發(fā)光源162構(gòu)成的光纖耦合器164。在該光纖耦合器164中，將光學(xué)透鏡65放入發(fā)光源162和光纖167的端面之間，其中，從發(fā)光源162發(fā)出的光被光學(xué)透鏡165聚集到光纖167的端面上，以與光纖167發(fā)生耦合。該光學(xué)透鏡165在對應(yīng)于發(fā)光源162內(nèi)的直接射出區(qū)域18和全反射區(qū)域19的各點處具有不同的光學(xué)透鏡常數(shù)，并且其形狀由兩種凸透鏡166a和166b組合形成。從發(fā)光源162的直接射出區(qū)域18射出的光在光學(xué)透鏡65的中心部分與光纖167端部發(fā)生耦合，并且從全反射區(qū)域19射出的光通過光學(xué)透鏡165的周邊部分與光纖167的端部發(fā)生耦合。
這樣，通過不同的透鏡部分，在中心部分從直接射出區(qū)域18射出的光和在外接部分從全反射區(qū)域19射出的光可以有效地聚集于光纖167的端面上，由此提高纖維的耦合效率，這在使用發(fā)光二極管的系統(tǒng)中是十分重要的。
(第四十八優(yōu)選實施例)圖97為根據(jù)本發(fā)明第四十八優(yōu)選實施例，使用本發(fā)明的發(fā)光源162的信號燈168的側(cè)視圖，該信號燈168包含發(fā)光色為紅色的發(fā)光源162排列構(gòu)成的紅光信號燈，發(fā)光色為綠色的發(fā)光源162排列構(gòu)成的綠光信號燈，發(fā)光色為黃色的發(fā)光源162排列構(gòu)成的黃光信號燈。將該信號燈168沿斜向上方向安裝，以使之不會將信號燈168對下午陽光的反射光反射向任何車輛。因此，不愿觀看帶有下午陽光的反射光的信號機的問題可以得到改善。
發(fā)光源162使用如圖19或20所示斜向發(fā)光的發(fā)光源34或35，并向路邊斜向下的方向發(fā)光。因此，可以防止通過下午陽光而帶來的對可視性能的損害，并且從路上可以容易地觀看該信號燈168。根據(jù)信號機的技術(shù)標準，向上發(fā)光是無用的，因此該發(fā)出的光向下集中，由此提高光的利用效率并實現(xiàn)高亮度的信號燈。
由于設(shè)計依賴于透鏡形狀，具有炮彈形狀的常規(guī)用發(fā)光源僅限于在一定程度上提供不對稱的光束剖面。因此，當為了防止下午陽光的光反射，將使用常規(guī)發(fā)光源的信號燈沿向上的方向安裝時，就難于從地面進行觀看。但是，根據(jù)本發(fā)明，將鏡子的形狀設(shè)計為非對稱狀，并且使發(fā)光元件的位置偏離其光軸，由此可以很容易地解決這個問題。
(第四十九優(yōu)選實施例)圖98為根據(jù)本發(fā)明第四十九優(yōu)選實施例，使用本發(fā)明的發(fā)光源的廣告招牌170。對圖98中所示的安裝于建筑物169的墻壁上的廣告招牌(發(fā)光標志牌)170進行設(shè)計，使其向下發(fā)光，并使得當從地面觀看時，其可視性能較好。當設(shè)計廣告招牌70時，使其在水平面內(nèi)不向建筑物的墻壁發(fā)光，如圖99所示，就可以通過增加有用光實現(xiàn)高亮度的廣告招牌。
(第五十優(yōu)選實施例)圖100為根據(jù)第五十優(yōu)選實施例的高置條形燈171的透視圖，該高置條形燈171使用發(fā)光源173，其中，多個發(fā)光裝置173沿直線排列并被安裝于橫向較長的基板174上，各發(fā)光裝置173具有如圖101所示的橢圓形狀。
用于高置條形燈的發(fā)光源173的結(jié)構(gòu)與圖8-10所示的發(fā)光源24相同，但是，由于發(fā)光源的整體形狀具有基本上為長圓、橢圓(oval)或矩形的橫向較長的正面形狀，通過彎曲光反射部分20的兩端，將圓盤狀的光反射部分20嵌入模制樹脂13中。將發(fā)光源173安裝于基板174上，使得它們的長軸方向與基板的長度方向平行。
將高置條形燈171安裝于車輛172的后窗175內(nèi)部。當車輛172的駕駛員踩剎車踏板時，所有發(fā)光源173就會立即一起打開，以向后面的車輛報警。
當高置條形燈171使用這種橫向較長的發(fā)光源173時，可以高效率地射出矩形光。另外，通過制造這種橫向較長的發(fā)光源173，可以減少所需發(fā)光源173，由此降低高置條形燈171的制造成本。
下面對從前面觀察時具有長軸方向和短軸方向的發(fā)光源的幾種應(yīng)用進行說明，該發(fā)光源諸如圖22-33中所示的實施例中的發(fā)光源。
(第五十一優(yōu)選實施例)圖102為根據(jù)第五十一優(yōu)選實施例的高置條形燈184的透視圖，其中，沿直線排列并安裝根據(jù)將本發(fā)明的發(fā)光源，并且將該高置條形燈安裝內(nèi)車輛187的后窗188內(nèi)部，使得在駕駛員踩車輛187的剎車踏板時，該高置條形燈會發(fā)光。由發(fā)光源構(gòu)成的高置條形燈184可以使用諸如各上述實施例的發(fā)光源，但是優(yōu)選圖41中所示的發(fā)光源67。
如圖105(a)所示，通過沿直線排列多個發(fā)光二極管190，并且穿過配置于燈的前側(cè)面的散射光學(xué)透鏡191而發(fā)光，使光常規(guī)高置條形燈189產(chǎn)生橫向較長的光束。在常規(guī)高裝帶指示器189中，單個發(fā)光二極管190可以向圖105(b)所示的正方形區(qū)域發(fā)光，從而需要大量的發(fā)光二極管190。
如圖104(a)所示，本發(fā)明的高置條形燈184使用發(fā)光源185，該發(fā)光源發(fā)出的光束具有如下關(guān)系(長軸方向)∶(短軸方向)＝2∶1，并且在發(fā)光源的前面配置對應(yīng)于發(fā)光源185的光束剖面的擴展光學(xué)透鏡86，使得單個發(fā)光源185發(fā)出的光的射出區(qū)域可以兩倍于常規(guī)發(fā)光二極管190。因此，發(fā)光源185的排列間距可以為常規(guī)發(fā)光二極管190的排列間距的一半。
與常規(guī)發(fā)光二極管190相比，本發(fā)明的各發(fā)光源185可以實現(xiàn)兩倍以上的光利用效率。當將排列間距設(shè)計為兩倍于常規(guī)發(fā)光二極管190時，從各發(fā)光源185發(fā)出的光能變成兩倍，并且從高置條形燈184發(fā)出的光能與常規(guī)燈相同。使用本發(fā)明的發(fā)光源185的高置條形燈184，可以將發(fā)光源的數(shù)量減少一半，通過減少元件數(shù)量，其組合變得容易，并且可以大幅度降低成本。
(第五十二優(yōu)選實施例)圖106為根據(jù)第五十二優(yōu)選實施例，使用發(fā)光源的顯示單元201的透視圖。在該顯示單元201中，以矩陣或蜂窩狀排列大量的發(fā)光源202，并且使各發(fā)光源202的長軸方向轉(zhuǎn)向水平方向。雖然圖106給出了豎立型，但可以以壁掛型排列該單元，或在房間的外墻上安裝該單元。
在按人眼高度安裝該顯示單元時，該顯示單元的指向角優(yōu)選使得可以從沿水平方向的不同角度看到該顯示單元。該顯示單元201使用長軸沿水平方向配置的各發(fā)光源202，并且從各發(fā)光源202發(fā)出的光本身具有如圖107所示沿橫向切開的方向圖案，使得該顯示201可以具有如圖108所示的橫向較寬的方向特性。因此，可以制造出視覺效果良好的顯示單元。
下面，對使用本發(fā)明的光接受器的幾種應(yīng)用進行說明。
(第五十三優(yōu)選實施例)圖109為根據(jù)第五十三優(yōu)選實施例的光電傳感器211的結(jié)構(gòu)示意圖，該光電傳感用于檢測漫反射型的物體的存在。該光電傳感器211包含使用發(fā)光二極管的投光元件212；用于驅(qū)動發(fā)光二極管的驅(qū)動電路213；本發(fā)明的光接受器214(例如，如圖30或31所示的光接受器)；用于放大來自光接受器214的輸出的放大電路215；以及處理回路216，該處理回路216用于控制驅(qū)動電路213并接受來自放大電路215的光接受信號，以判別物體的存在與否。
如圖109所示，當在光電傳感器211前面出現(xiàn)散射并反射光的物體217，并且從光電傳感器211的投光元件212發(fā)出的光到達該物體217表面時，在被物體217的表面反射的光中，由斜線表示的區(qū)域內(nèi)的反射光被光接受器214接受，由此通過處理回路216決定物體的存在與否，并產(chǎn)生檢測信號。
在該光電傳感器211中，由區(qū)別來自物體217的反射光和傳感器的內(nèi)部干擾的所需最小受光量(S/N比)決定物體的檢測距離。如果從投光元件212發(fā)出的光相同，來自物體217的反射光不變，但光接受效率提高，并且通過使用本發(fā)明的光接受器214增加受光量，由此提供檢測時的裕量。通過使用該光電傳感器211，可以檢測更遠距離的物體，并且受光量增加。例如，當受光量加倍時，檢測距離基本上延長 倍。
為了產(chǎn)生這樣的效果，在常規(guī)光電傳感器中，在光接收器的前面配置大的光學(xué)透鏡，并且必需聚集圖109中斜線表示的區(qū)域中的反射光，以使之被小的光接受器接受。但是，本發(fā)明的光電傳感器211可以在不使用透鏡的情況下實現(xiàn)這種效果，使得光接受器214的厚度變薄，實現(xiàn)光電傳感器211的小型化，并且減少元件的數(shù)量，由此減少光接受系統(tǒng)的變化因素，并降低光電傳感器211的成本。
該光電傳感器不限于這種反射型，在透射型光電傳感器中也可以實現(xiàn)同樣的效果。該檢測也不限于對物體存在與否的檢測，還可以應(yīng)用于檢測物體的距離(類似的量)。
(第五十四優(yōu)選實施例)圖110為根據(jù)第五十四優(yōu)選實施例的道路地?zé)?road tack)221的斷面圖。一般將道路地?zé)袈袢氲缆返闹醒敕蛛x帶或交叉點，但常規(guī)道路地?zé)艟哂袃H反射汽車前燈的特性。
在如圖110所示的道路地?zé)?21的內(nèi)部包含本發(fā)明的發(fā)光源222，本發(fā)明的光接受器223，充電器224和驅(qū)動電路225，在該道路地?zé)舻谋砻姹煌该魃w子227覆蓋。在白天，光接受器223接受太陽光，以對充電池224充電，并且在晚上，驅(qū)動電路225通過使用充電池224內(nèi)的電能而使發(fā)光源222發(fā)光。
根據(jù)該道路地?zé)?21，通過在白天使用本發(fā)明的光接受器223，充電池224可以有效地充電。光接受器223的厚度可以變薄，使得道路地?zé)?21也變薄，并使得埋入道路226中時也變得容易。
本實施例對道路地?zé)暨M行了說明，但它可以廣泛應(yīng)用于自發(fā)光裝置中，在該自發(fā)光裝置中，在白天通過光接受器對充電池充電，在晚上通過充電池內(nèi)所充的電能使光單元發(fā)光，該自發(fā)光裝置除了道路地?zé)粢酝?，還諸如照明燈或視線誘導(dǎo)燈。
(第五十五優(yōu)選實施例)下面對光照型開關(guān)進行說明，該光照型開關(guān)作為使用光學(xué)模塊的發(fā)光源的應(yīng)用。如圖114所示，常規(guī)光照型開關(guān)41包含安裝于凹槽244內(nèi)的多個LED245，該凹槽244配置于發(fā)光單元243內(nèi)，該發(fā)光單元位于透明或半透明蓋狀構(gòu)件242的里側(cè)，將該蓋狀構(gòu)件用作按鈕開關(guān)；以及位于凹槽244上面的散射板246。當按下蓋狀構(gòu)件并打開開關(guān)時，LED245發(fā)光并通過散射板246照亮整個蓋狀構(gòu)件242。為了照亮整個蓋狀構(gòu)件242，光照型開關(guān)241必須具有多個LED245和散射板246，使得元件數(shù)量較多，并且使該開關(guān)造價昂貴，能耗與體積較大。
根據(jù)第五十五優(yōu)選實施例，圖111給出了光照型開關(guān)231的透視圖，圖112為其分解透視圖，圖113為該開關(guān)的示意斷面圖。在該光照型開關(guān)231中，在凹槽233內(nèi)安裝一個發(fā)光元件12，該該凹槽233配置于發(fā)光單元242的上側(cè)面，并且放置如圖47所示的光學(xué)模塊72，使之覆蓋發(fā)光元件12。在凹槽233上面，配置有透明或半透明的蓋狀構(gòu)件234(在背面可以形成切開圖案)，該蓋狀構(gòu)件234受到彈簧(未示出)向上的彈性推力，并由蓋狀構(gòu)件匣235保持其狀態(tài)。在開關(guān)體236的上面安裝該發(fā)光單元232。
在該光照型開關(guān)231中，當按下作為按鈕開關(guān)的蓋狀構(gòu)件234以使之打開時，從發(fā)光元件12發(fā)出的光射向整個光學(xué)模塊72，并通過光學(xué)模塊72射向蓋狀構(gòu)件234，以照亮整個蓋狀構(gòu)件234。
因此，根據(jù)這種光照型開關(guān)231，可以降低元件的數(shù)量和成本，并由此減少發(fā)光時的能耗，并使之小型化。
在諸如太陽能電池(圖33)或道路地?zé)?圖110)的自發(fā)光裝置中，或在圖6的發(fā)光源中，常規(guī)光檢測器或光電變換器可以與圖46-49以及圖50-56所示的光學(xué)模塊相組合。
工業(yè)上的可應(yīng)用性本發(fā)明用于發(fā)光的光源，有外部光線進入的光接受器，用于發(fā)光和受光(可以從發(fā)光裝置或其它裝置發(fā)光)的自發(fā)光裝置等。并且本發(fā)明用于應(yīng)用光的顯示裝置，諸如廣告塔、道路地?zé)?、太陽能電池等?br> 權(quán)利要求
1.一種光學(xué)裝置，其特征在于包含光學(xué)元件；樹脂界面，該樹脂界面用于基本上全反射偏離所述光學(xué)元件的設(shè)定前面區(qū)域的光；和光反射元件，且所述光學(xué)元件、所述樹脂界面和所述光反射元件的位置關(guān)系為，在從所述光學(xué)元件射向所述光學(xué)裝置外部的光路中，可經(jīng)過被上述樹脂界面和所述光反射元件反射至少一次的光路。
2.一種發(fā)光源，其特征在于發(fā)光元件的位置被樹脂覆蓋，在從所述發(fā)光元件發(fā)出的光中，偏離前面的設(shè)定區(qū)域的光基本上被樹脂界面全反射；并且在所述樹脂界面的后面配置光反射元件，以反射從發(fā)光元件發(fā)出并基本上被所述樹脂界面全反射的光，使之向前射出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)光源，其特征在于在與所述設(shè)定區(qū)域相鄰接的區(qū)域中，所述樹脂界面的至少一部分相對于所述發(fā)光元件的垂直面是傾斜的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)光源，其特征在于所述光反射元件的至少被所述樹脂界面全反射的光所到達的區(qū)域構(gòu)成凹面鏡，該凹面鏡焦點基本上位于所述發(fā)光元件的關(guān)于所述樹脂界面的鏡像位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)光源，其特征在于在穿過所述發(fā)光元件的光軸的一對相互垂直的剖面上，所述光反射元件的光反射表面中的曲率分布范圍不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的發(fā)光源，其特征在于將光學(xué)透鏡配置于所述發(fā)光元件的前面的設(shè)定區(qū)域，并且在通過所述發(fā)光元件的光軸的相互垂直的一對剖面上，所述透鏡表面上的曲率分布范圍不同。
7.一種發(fā)光源，包含位于發(fā)光元件的前面的光射出面，其特征在于所述光射出面從所述發(fā)光元件的光軸的垂直面傾斜。
8.一種發(fā)光源，包含位于發(fā)光元件的前面的光射出面，其特征在于所述光射出面設(shè)置為轉(zhuǎn)向上方而不是水平方向，并且從所述光射出面發(fā)出的至少一部分光向下射出。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)光源，其特征在于被所述光反射元件反射的光沿與所述發(fā)光元件的光軸相傾斜的方向射出。
10.根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)光源，其特征在于所述光反射元件的至少被所述樹脂界面全反射的光所到達的區(qū)域構(gòu)成凹面鏡，并且所述發(fā)光元件位于偏離所述凹面鏡焦點關(guān)于所述樹脂界面的鏡像位置的位置上。
11.根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)光源，其特征在于該發(fā)光源包含用于向前反射從所述發(fā)光元件的側(cè)面射出的光的第二光反射元件，且所述第二光反射元件的傾角設(shè)置為使被所述第二光反射元件反射的大部分光到達所述樹脂界面。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的發(fā)光源，其特征在于在配置有所述發(fā)光元件的引線架上具有所述第二光反射元件。
13.根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)光源，其特征在于所述光反射元件的至少一部分與構(gòu)成所述樹脂界面的樹脂的外圍部分相接觸。
14.一種在樹脂內(nèi)使光檢測器成形的光接受器，其特征在于在所述樹脂的光接受面的界面的后面設(shè)置光反射元件，使進入所述光檢測器前面的設(shè)定區(qū)域之外的區(qū)域的光被反射，且被樹脂界面全反射，入射到所述光檢測器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的光接受器，其特征在于所述光反射元件的至少一部分與構(gòu)成所述樹脂界面的樹脂層的外圍部分相接觸。
16.一種位于發(fā)光源前面的光學(xué)元件，包含用于基本上全反射從所述發(fā)光源發(fā)出的光的樹脂界面；和用于反射基本上被所述樹脂界面全反射的光，使之向前射出的光反射元件。
17.一種配置于光檢測前面的光學(xué)元件，包含用于反射從外面進入的光的光反射元件；和用于全反射被所述光反射元件反射的光并入射到所述光檢測器的樹脂界面。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17的光學(xué)元件，其特征在于還包含位于所述樹脂界面相反側(cè)面上的凹槽，用來在其中配置所述發(fā)光元件和光接受器中的至少一個。
19.根據(jù)權(quán)利要求16或17的光學(xué)元件，其特征在于所述光反射元件的至少一部分與提供所述樹脂界面的樹脂層的外圍部分相接觸。
20.一種光學(xué)元件的制造方法，該光學(xué)元件包含具有樹脂界面的樹脂層，用于基本上全反射偏離發(fā)光元件前面設(shè)定區(qū)域的光；和光反射元件，用于使基本上被所述樹脂界面全反射的光向前射出，該方法包括下述步驟對所述光反射元件的外圍部分的至少一部分在該光反射元件與金屬鑄模的模腔內(nèi)表面相接觸的狀態(tài)下進行樹脂注入。
21.一種光學(xué)元件的制造方法，該光學(xué)元件包含光反射元件，用于反射到達偏離發(fā)光元件前面的設(shè)定區(qū)域的光；和具有樹脂界面的樹脂層，用于基本上全反射被所述光反射元件全反射的光，該方法包括下述步驟對所述光反射元件的外圍部分的至少一部分在該光反射元件與金屬鑄模的模腔的內(nèi)表面相接觸的狀態(tài)下進行樹脂注入。
22.一種發(fā)光方法，其特征在于在從發(fā)光源發(fā)出的光中，除前方的設(shè)定區(qū)域之外的光基本上被樹脂界面全反射，并且通過配置于所述樹脂界面的后面的光反射元件，使基本上被所述樹脂界面全反射的光向前射出。
23.一種光入射方法，其特征在于在從外面進入的光中，除光檢測器的前面的設(shè)定區(qū)域之外的光被光反射元件反射，并且被所述光反射元件反射的光在樹脂界面被全反射，然后入射到所述光檢測器。
24.一種光電傳感器，其特征在于包含使用光電變換器作為所述光檢測器的根據(jù)權(quán)利要求14的光接受器、和投光元件，通過所述光接受器檢測出從所述投光元件發(fā)出的光、或從所述投光元件發(fā)出并被對象物體反射的光。
25.一種自發(fā)光裝置，包含使用光電變換器作為所述光檢測器的根據(jù)權(quán)利要求14的光接受器、用于存儲由光接受器產(chǎn)生的電能的充電池、和發(fā)光源。
26.一種顯示裝置，其特征在于是把多個根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)光源或多個根據(jù)權(quán)利要求16的光學(xué)元件排列而構(gòu)成的。
27.一種用于車燈的光源，其特征在于是把多個根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)光源或多個根據(jù)權(quán)利要求16的光學(xué)元件排列而構(gòu)成的。
28.一種室外顯示裝置，其特征在于是把多個根據(jù)權(quán)利要求1、4、8、9和10的發(fā)光源或多個根據(jù)權(quán)利要求16的光學(xué)元件排列而構(gòu)成的。
全文摘要
在密封發(fā)光元件(12)的模制樹脂(13)的前側(cè)面形成下列區(qū)域用于將發(fā)光元件(12)發(fā)出的光直接向外射出的直接射出區(qū)域(18)，和用于將從發(fā)光元件(12)發(fā)出的光全反射的全反射區(qū)域(19)。直接射出區(qū)域(18)具有凸透鏡形狀。在模制樹脂(13)的后面提供具有凹面鏡形狀的光反射部分(20)。當一部分從發(fā)光元件(12)發(fā)出的光穿過直接射出區(qū)域(18)時，該光受到透鏡的作用而射向前方。而另一部分從發(fā)光元件(12)發(fā)出并被全反射區(qū)域(19)全反射的光進一步被光反射部分(20)反射，以穿過全反射區(qū)域(18)向前射出。
文檔編號H01L33/60GK1402884SQ00816499
公開日2003年3月12日 申請日期2000年7月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月30日
發(fā)明者清本浩伸, 細川速美, 安田成留, 本間健次, 寺川裕佳里 申請人:歐姆龍株式會社