JP2006032949A - 遠紫外線を用いた発光デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】遠紫外線(deep ultraviolet)を用いて、白色光を効率的に生成する。
【解決手段】光生成デバイスは、160から290ナノメートル(nm)の範囲の波長の光を放射する発光デバイス(101〜109、111〜120、131〜139、11、52、63、75)と、該発光デバイス(101〜109、111〜120、131〜139、11、52、63、75)の近傍に置かれた、白色光を放射する蛍光体材料(12、13、54、66、76、77)を備える。
【選択図】図4
【解決手段】光生成デバイスは、160から290ナノメートル(nm)の範囲の波長の光を放射する発光デバイス(101〜109、111〜120、131〜139、11、52、63、75)と、該発光デバイス(101〜109、111〜120、131〜139、11、52、63、75)の近傍に置かれた、白色光を放射する蛍光体材料(12、13、54、66、76、77)を備える。
【選択図】図4
Description
本発明は、遠紫外線を用いて光を生成するデバイスおよび方法に関する。
従来の単一チップの発光ダイオード(LED)は、高い純度の単色光を放射する。放射される光の典型的な色は、純粋な青、純粋な緑、純粋な黄色、又は純粋な赤である。白色LEDは、このLEDチップを、蛍光体と呼ばれる光ルミネセンス材料(photoluminescent material)と組み合わせることにより生成される。
一般に白色光を作るには、青色InGaN LEDを、イットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)ベースの蛍光体、YAGベースの蛍光体の変形形態(variations)、テルビウム・イットリウム・アルミニウム・ガーネット・ベースの蛍光体、又は、テルビウム・イットリウム・アルミニウム・ガーネット・ベースの蛍光体の変形形態と共に使用する。青色LEDが発するピーク波長は、典型的には、460〜480ナノメートル(nm)の範囲である。
遠紫外線(deep ultraviolet)を用いて、白色光を効率的に放射する手法が望まれている。
本発明の一実施例によれば、光放射デバイスは、160nm〜290nm範囲の波長を持つ光を放射する発光デバイスを含む。白色発光蛍光体材料は、該発光デバイスの近くに配置される。
開示する本発明の実施例においては、160nm〜290nm範囲の波長を持ち、典型的には50ミリワットの最大LEDチップ出力を持つ遠紫外線(deep ultraviolet,UV)の発光ダイオード(LED)が、蛍光体材料と共に用いられ、白色光を効率的に放射する。遠紫外線の利用により、良好な色点の再現性(color point repeatability)と、90を超える優れた演色評価数(color rendering index:CRI)が提供される。遠紫外線の利用はまた、放射される白色光について、より良好な色合わせ(color matching)を可能とする。
本発明の様々な実施例においては、遠紫外線ソリッドステート半導体チップが、基板に設けられた反射面を持つキャビティ中に搭載される。蛍光体材料は、その発光面に接するように、またはその近傍に配置される。チップ基板から放射された光は、蛍光体界面を通過し、ここで、放射された遠紫外線波長は、蛍光体材料を励起して、白色光の二次放射(secondary emission)を生成するのに用いられる。蛍光体材料は、コーティングされた形態で、または、マトリクス状またはコロイド状のペースト(colloidal paste)に分散された形態で、または、コンフォーマルにコーティングされた粉末(powder conformably coated)の形態で、遠紫外線LEDに接するよう配置されることができる。ソリッドステート半導体(solid state semiconductor)の遠紫外線LEDは、発光活性層の配向に応じて該発光活性層の下又は上にある反射ミラーを備えた、Pアップ(P-up)型、Nアップ(N-up)型、PアップおよびNアップ型(P−N)、またはフリップチップタイプのダイ構成の、1つまたは複数のチップであることができる。遠紫外線LEDによって放射される光の波長は、160nm〜290nmの範囲とすることができる。
図1〜図3は、遠紫外線LED向けの様々なダイ構成を描いたものである。なお、これらは、様々な構成において本発明を広く応用することができることを説明するよう意図したものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。ダイ構成のより詳細は、例えばG.B.Stringfellow & M.George Crawford著、“High Brightness Light Emitting Diodes” Semiconductors and Semimetals,vol.48,Academic Press,1997を参照されたい。
図1は、遠紫外線発光デバイスのためのPアップ型のダイ構成を示す。層101は、N型の接触材料から構成されている。例えば、層101は、金−亜鉛(Au−Zn)である。層102は、緩衝結合層(buffer tie layer)である。層103は、例えば、ガリウム−窒素(GaN)から成るN型にドーピングされた層で、例えば約100〜180マイクロメートル(μm)の厚さを持つ。層104は、ブラグ屈折器(Bragg refractor)を形成している。例えば、層104は、約1.5〜2.0ナノメートル(nm)厚である。層105は、例えばGaNから成るN型にドーピングされた層である。層106は、約15〜20μm厚の、N型にドーピングされた層である。層107は、例えば活性層である。層107は、例えば約2〜20nm厚である。層108は、例えばGaNから成る、P型にドーピングされた層である。層108は、例えば30〜50μm厚である。領域109は、例えばニッケル−金(Ni−Au)又はアルミニウム(Al)のような、P型接触金属である。矢印110は、光路の一例を示している。
図2は、遠紫外線の発光デバイスのPアップおよびNアップ型(P−N)のダイ構成を描いたものである。層111は、厚さを変えることができる基板であり、例えばシリコンから成る。層112は、緩衝結合層である。層113は、例えばGaNから成る、N型にドーピングされた層である。領域114は、チタン−アルミニウム(Ti−Al)又はAu−Znのような、N型接触金属材料である。層115は、例えばGaNから成る、N型にドーピングされた層であり、例えば約100〜180μmの厚さを持っている。層116は、ブラグ屈折器を形成している。層116は、例えば約1.5〜2.0nm厚である。層117は、約15〜20μm厚の、N型にドーピングされた層である。層118は、例えば活性層である。層118の厚さは、例えば約2〜20nmである。層119は、例えばGaNから成る、P型にドーピングされた層である。層119の厚さは、例えば30〜50μmである。領域120は、ニッケル−金(Ni−Au)又は金−ゲルマニウム(Au−Ge)のような、P型接触金属から成る。矢印121は、光経路の一例を示している。
図3は、遠紫外線の発光デバイスのPアップおよびNアップ型(P−N)で、フリップチップタイプでもあるダイ構成を描いたものである。層131は、厚さを変えることができる基板であり、例えばサファイアから成る。層132は、緩衝結合層である。層133は、例えばGaNから成る、N型にドーピングされた層である。領域134は、Ti−Al又はAu−Znのような、N型接触金属材料から成る。層135は、例えばGaNから成る、N型にドーピングされた層であり、例えば約100〜180μmの厚さを持っている。層136は、約15〜20μmの厚さのN型にドーピングされた層である。層137は、例えば活性層である。層137の厚さは、例えば2〜20nmである。層138は、例えばGaNから成るP型にドーピングされた層である。層138の厚さは、例えば30〜50μmである。領域139は、Ni−Au又はAu−GeのようなP型接触金属から成る。矢印140は光経路の一例を示している。
図4は、液体封入エポキシ(liquid encapsulation epoxy)13、ピン14、及びピン15を含むスルーホールランプ(through-hole lamp)を描いたものである。発光デバイス11は、スルーホールランプの反射性カップ領域(reflective cup area)10内に搭載されている。発光デバイス11は、蛍光体材料を含むエポキシ12により覆われている。例えば、エポキシ12は、YAGベースの蛍光体、YAGベースの蛍光体の変形形態、テルビウム・アルミニウム・ガーネット(TAG)ベースの蛍光体、又はTAGベースの蛍光体の変形形態を含む液体エポキシである。他の蛍光体の混合物を利用することも可能である。例えば、米国特許第6,621,211B1号を参照されたい。発光デバイス11は、例えば、波長が160nm〜290nm範囲の光を放射する遠紫外線発光ダイオード(LED)である。代替的に、蛍光体材料は、例えば封入エポキシ13中のどこか、或いは封入エポキシ13を囲むシェル上等、他の位置にあっても良い。
図5は、PCB51の反射性カップ領域50内において表面実装された発光デバイス52を描いたものである。ワイヤ53は、発光デバイス52及びPCB51の間を接続している。エポキシ54は、蛍光体材料を含んでいる。例えば、エポキシ54は、YAGベースの蛍光体、YAGベースの蛍光体の変形形態、TAGベースの蛍光体、又はTAGベースの蛍光体の変形形態を含む液体エポキシである。他の蛍光体混合物を利用することも可能である。成形材料55が、エポキシ54上に設けられている。発光デバイス52は、例えば160nm〜290nm範囲の波長を持つ光を放射する遠紫外線発光ダイオード(LED)である。
図6は、リードフレームの一部分61上に表面実装された発光デバイス63を描いたものである。ワイヤ64は、発光デバイス63及びリードフレーム部分61の間を接続している。ワイヤ65は、発光デバイス63及びリードフレーム部分62間を接続している。エポキシ66は、蛍光体材料を含んでいる。例えば、エポキシ66は、YAGベースの蛍光体、YAGベースの蛍光体の変形形態、TAGベースの蛍光体、又はTAGベースの蛍光体の変形形態を含む液体エポキシである。他の蛍光体混合物を利用することも可能である。発光デバイス63は、例えば160nm〜290nm範囲の波長を持つ光を放射する遠紫外線発光ダイオード(LED)である。
図7は、PCB基板71の反射性カップ領域70内におけるヒートシンク(heat sink)74上に搭載された発光デバイス75を描いたものである。PCB基板71中を延びるバイア72が、接点73間を接続している。図示したように、発光デバイス75と接点73との間は、ワイヤ78により接続されている。エポキシ76及び/又は封入エポキシ77は、蛍光体材料を含む。例えば、エポキシ76は、YAGベースの蛍光体、YAGベースの蛍光体の変形形態、TAGベースの蛍光体、又はTAGベースの蛍光体の変形形態を含む液体エポキシである。他の蛍光体混合物を利用することも可能である。発光デバイス75は、例えば160nm〜290nm範囲の波長を持つ光を放射する遠紫外線発光ダイオード(LED)である。
上述した説明は、本発明の一部の手法及び実施例を開示、説明したものに過ぎない。当業者には明らかなように、本発明を、その精神又は本質的特性から離れることなく他の形態で実現することが可能である。よって本発明の本開示は、説明目的に限られたものであり、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲により定められるものである。
10、50、70:キャビティ
11、52、75:ソリッドステート半導体チップ
12、13、54、66、76、77:白色光放射蛍光体材料
101〜109、111〜120、131〜139、11、52、63、75:発光デバイス
11、52、75:ソリッドステート半導体チップ
12、13、54、66、76、77:白色光放射蛍光体材料
101〜109、111〜120、131〜139、11、52、63、75:発光デバイス
Claims (9)
- 光生成デバイスであって、
160から290ナノメートル(nm)の範囲の波長の光を放射する発光デバイス(101〜109、111〜120、131〜139、11、52、63、75)と、
前記発光デバイス(101〜109、111〜120、131〜139、11、52、63、75)の近傍に置かれた、白色光を放射する蛍光体材料(12、13、54、66、76、77)と、
を備える、光生成デバイス。 - 前記発光デバイス(101〜109、111〜120、131〜139、11、52、63、75)は、基板における、反射面を持つキャビティ(10、50、70)に取り付けられたソリッドステート半導体チップを含む、
請求項1に記載の光生成デバイス。 - 前記蛍光体材料(12、13、54、66、76、77)は、
コーティングされた形態、
マトリクス状に分散された形態、
コロイド状のペースト中に分散された形態、および、
コンフォーマルにコーティングされた粉末の形態、
のうちのいずれかの形態である、
請求項1に記載の光生成デバイス。 - 前記発光デバイス(101〜109、111〜120、131〜139、11、52、63、75)は、Pアップ型の構成、Nアップ型の構成、PアップおよびNアップ型の構成、およびフリップチップの構成、のうちのいずれかの構成を持つソリッドステート半導体チップを含む、
請求項1に記載の光生成デバイス。 - 前記白色光を放射する蛍光体材料(12、13、54、66、76、77)は、前記発光デバイス(101〜109、111〜120、131〜139、11、52、63、75)に接触している、
請求項1に記載の光生成デバイス。 - 白色光を生成するための方法であって、
160から290ナノメートル(nm)の範囲の波長を持つ光を放射するステップと、
前記160から〜290nmの範囲の波長を持つ放射光を、蛍光体材料(12、13、54、66、76、77)によって受光し、該蛍光体材料(12、13、54、66、76、77)から白色光を放射するステップと、
を含む、方法。 - 前記160〜290nmの範囲の波長の光は、基板における、反射面を持つキャビティ(10、50、70)に取り付けられたソリッドステート半導体チップ(11、52、75)から放射される、
請求項6に記載の方法。 - 前記蛍光体材料(12、13、54、66、76、77)は、
コーティングされた形態、
マトリクス状に分散された形態、
コロイド状のペースト中に分散された形態、および
コンフォーマルにコーティングされた粉末の形態、
のうちのいずれかの形態にある、
請求項6に記載の方法。 - 前記160から290nmの範囲の波長の光は、Pアップ型の構成、Nアップ型の構成、PアップおよびNアップ型の構成、およびフリップチップの構成、のうちのいずれかの構成を持つソリッドステート半導体チップから放射される、
請求項6に記載の方法。
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