[发明专利]体积型透镜、发光体、照明器具及光信息系统

说明书

技术领域

本发明涉及新型结构的广光学透镜的技术方案。尤其涉及作为发光二极管(LED)等半导体发光元件的光学透镜的最佳透镜。进一步涉及使用该透镜的发光体及该发光体的照明器具。进而涉及由该发光体和受光体构成的光信息系统。

背景技术

最近，使用卤素灯的细长的袖珍电灯已达到市售程度，然而这种袖珍电灯的电池壽命在连续工作的情况下仅有3小时左右，另外，也存在卤素灯本身壽命短之类的缺点。

另一方面，在个人用电脑、文字处理机、便携式电视、车载电视等设备中，多用液晶显示装置。这样，液晶显示基板的照明(背照光)使用荧光放电管(荧光灯)。这种背照光照明用荧光灯在便携式电视及个人用电脑落下时，存在或者损坏、或者其特性易于恶化之类的问题。另外，在冬季寒冷地带等低温环境下使用时，由于管内的水银蒸气压很低而使发光效率降低，从而不能得到足够的辉度。再有，在长时间工作的情况下，其稳定性和可靠性都不足。另外，最重要的问题是电力消耗大。若以便携式个人用电脑为例，液晶显示装置消耗的电力远大于微处理器及存储器中所消耗的电力。因此，将荧光灯荧作为背照光使用的情况下，镜历长时间后在用电池使便携式电视及便携式个人用电脑工作是困难的。另外，由于荧光灯是同电源频率相对应的脉动式的发光，由于存在个人差异，因其闪烁感会产生眼睛疲劳的问题。即，在使用近乎于背照光这样的直接照明的情况下，由于长时间的直视由荧光灯发出的光，存在眼睛疲劳或者由眼睛疲劳带来的对人体的影响等问题。

由于发光二极管(LED)等半导体发光元件是将电能直接转换为光能，同卤素灯等白炽灯及荧光灯相比，其特征是效率高而且在发光时不伴随发热。在白炽灯中，是将电能先转换成热能，在利用伴随该发生热的辐射，其转换效率从原理上就很低，转换为光的效率不超过1％。在荧光灯中是将电能转换为放电能，其转换效率也同样很低。另一方面，在LED中，转换效率可达到20％以上的范围，同白炽灯及荧光灯相比，可以很容易地将转换效率提高到约100倍以上。再有，由于LED等半导体发光元件可以认为是半永久性的长壽命元件，而且不存在像荧光灯的光那样闪烁的问题，对人眼和人体不产生坏的影响，可以称为“宜人之光”。

LED具有如此优异的特性，但LED的应用还局限于各种机器的控制面板的显示灯以及光电广告牌等显示装置等极有限的范围，LED应用于照明器具(照明装置)的例子很少。最近，键盘孔灯的的照明用应用制品的一部分已为大家所知，但仅可用于小面积的照明。除了这样的特殊例子之外，通常，LED不用于照明。

其原因是由于不仅LED的辉度极高，而且一个LED的光的照射面积是1mm左右的小面积，作为照明器具不能得到足够的光量。

这样，就使用已有的光学系统而言，由于用一个LED发光，作为照明对象的面上的照度达不到所要求的照度。总之，利用这种光照射的面的每单位面积上的光量是不足的。

若单纯地将LED排列成多个矩阵那样来构成照明器具可以得到一定的照度。但是，当今的LED主要材料使用的是高价的化合物半导体，而且，由于要求外延成长及杂质扩散等高制造技术，LED的制造单价(成本)的降低有一定的限度。另外，在作为蓝色的LED材料的氮化镓(GaN)的外延成长的基板中，还有要求使用高价的蓝宝石基板等各种半导体材料的特殊要求。

因此，为了得到所要求的照度，利用将比较高价的LED材料多个排列等方法来组成照明装置(照明器具)，由于价格过高是不现实的。另外，就硅(Si)而言，开始使用直径达300mm的晶片，作为LED材料的化合物半导体的外延成长用基板，这样大直径的基板现在还不能得到。再有，也存在外延成长的均匀性等制造技术方面的问题，基本上制造具有大面积发光区域的LED是困难的。

发明内容

本发明的任务就在于解决上述问题。因此，本发明的目的在于提供一种体积型透镜，它可以使用LED等的光源，而且其数量不必很多，就可得到所要求的照度。

本发明的另一目的在于提供一种体积型透镜，它可高效率地释放出市售光源的潜在光能，而且其本身不用增加任何工作量就可容易地实现光的发散、收缩等光路的变更及焦点的变更。

本发明的再一目的在于提供一种发光体，它是廉价的而且具有足够的照度和经长时间的稳定性和可靠性。

本发明的再一目的在于提供一种发光体，它耗电少而且不闪烁。

本发明的再一目的在于提供一种照明器具，它的电池寿命长而且便于携带。

本发明的再一目的在于提供一种光信息系统，它具有高效率而且可靠性高。