JP2006278290A - 放電発光デバイス、発光装置および発光デバイス製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】放電により発光する放電発光デバイスであって、絶縁性ダイヤモンドからなり、内部に放電室20が形成された外囲器と、放電室20に封止された放電用物質22と、放電用物質22に電圧を印加すべく設けられた、導電性ダイヤモンドからなる電極対31,32とを備えた。
【選択図】 図1
Description
図1は、実施の形態1にかかる高圧放電発光デバイス1の外観を示す図である。図2は、高圧放電発光デバイス1の断面図である。高圧放電発光デバイス1は、絶縁性ダイヤ基板10と、絶縁性ダイヤ基板10に設けられた放電室20と、電極対としての第1主面側導電性ダイヤ層31および第2主面側導電性ダイヤ層32とを備えている。第1主面側導電性ダイヤ層31は、絶縁性ダイヤ基板10の第1主面10aに積層されている。また、第2主面側導電性ダイヤ層32は、絶縁性ダイヤ基板10の第2主面10bに積層されている。
時定数=物体から周辺への熱抵抗×熱容量 ・・・(式6)
熱容量は、(式7)により算出される。
熱容量=体積×比熱×比重量 ・・・(式7)
表1より、ダイヤモンドとアルミナの強度比は10:3である。そこで、放電室壁の厚みを1:3と見積もる。すなわち、体積比を1:3と見積もる。また、比熱比は、0.51/0.8より約0.64となり、比重量比は、3.6/3.52より約1.0となる。したがって、熱容量比は、約0.2となる。
すなわち、物体から周辺への熱抵抗を同一とした場合には、ダイヤモンドの時定数はアルミナの1/5となる。このように、ダイヤモンドにすることにより熱応答性が向上する。
図9は、実施の形態2にかかる高圧放電発光デバイス1の外観を示す図である。図10は、実施の形態2にかかる高圧放電発光デバイス1の断面図である。実施の形態2にかかる高圧放電発光デバイス1においては、開口部33の近傍にのみ電極としての第1主面側導電性ダイヤ層35が形成されている。
図13は、実施の形態3にかかる高圧放電発光デバイス1の外観を示す図である。図14は、実施の形態3にかかる高圧放電発光デバイス1の断面図である。実施の形態3にかかる高圧放電発光デバイス1においては、絶縁性ダイヤ基板10の第1主面10a上に第1主面側絶縁性ダイヤ層13が形成されている。第1主面側絶縁性ダイヤ層13には第1主面側開口部34が形成されている。第1主面側開口部34には、第1主面側導電性ダイヤ層35が形成され、第1主面側開口部34は塞がれている。
図17は、実施の形態4にかかる高圧放電発光デバイス1の断面図である。実施の形態4にかかる高圧放電発光デバイス1における第1主面側導電性ダイヤ層41は、放電室20に突出した第1主面側凸部42を有している。同様に、第2主面側導電性ダイヤ層43は、放電室20の突出した第2主面側凸部44を有している。このように、導電性ダイヤ層を放電室20の内部に突起状に形成することにより、放電室20の内径や高さなどのサイズによらず、第1主面側導電性ダイヤ層41および第1主面側凸部42の高さにより放電ポイントを制御することができる。
図22は、実施の形態5にかかる高圧放電発光デバイス1の断面図である。実施の形態5にかかる高圧放電発光デバイス1は、絶縁性ダイヤ基板10の外側にさらに、保護層50を備えている。保護層50は、電極となる領域を残し、絶縁性ダイヤ基板10、第1主面側導電性ダイヤ層31および第2主面側伝導性ダイヤ層32を覆っている。保護層50は、窒化シリコン(Si3N4)で形成されている。なお、他の例としては、保護層50は、炭化シリコン(SiC)、アルミナ(Al2O3)などであってもよい。このように、保護層50は、高温において耐酸化性を有する材料で形成されることが望ましい。
図23は、実施の形態6にかかる高圧放電発光デバイス1の外観を示す図である。図24は、実施の形態6にかかる高圧放電発光デバイス1の断面図である。実施の形態6にかかる高圧放電発光デバイス1は、2つの放電室20A,20Bを備えている。第1主面10a上には第1主面側絶縁性ダイヤ層13が形成されている。そして、第1主面側絶縁性ダイヤ層13にはさらに、放電室20Aに対応する位置に第1主面側開口部34Aが形成されている。また、放電室20Bに対応する位置に第1主面側開口部34Bが形成されている。一方、第2主面10b上には第2主面側絶縁性ダイヤ層14が形成されている。第2主面側絶縁性ダイヤ層14にはさらに放電室20Aに対応する位置に第2主面側開口部36Aが形成されている。また、放電室20Bに対応する位置に第2主面側開口部36Bが形成されている。
図27は、実施の形態7にかかる高圧放電発光デバイス1の外観図である。図28は、実施の形態7にかかる高圧放電発光デバイス1の断面図である。実施の形態7にかかる高圧放電発光デバイス1は、3つの放電室20A〜20Cを備えている。また、金属配線層70A,70B,71A,71Bを備えている。
Rp=Rc+Rl ・・・(6)
Rcは、電極と導電性ダイヤ層との接触抵抗を示す。Rlは、導電性ダイヤ層の並列する放電室間のシート抵抗を示す。
Rs=Rc×3+Rd×3+Rh×2+Rm ・・・(7)
ここで、Rdは、電極直下から放電室までの厚み方向の導電性ダイヤ層の抵抗を示す。Rhは、放電室内の抵抗を示す。Rmは、電極層の並列する放電室間のシート抵抗を示す。また、「Rd×3」としたのは、導電性ダイヤ層65側における折り返し回数分を加味したものである。
Rs≒3Rc+3Rd ・・・(8)
よって、Rp>Rsは、式(6)および式(8)より式(9)のように示される。
Rc+Rl>3Rc+3Rd ・・・(9)
式(9)より式(10)の関係が得られる。
Rl>2Rc+3Rd ・・・(10)
Rl≒ρ×l/(w×d) ・・・(11)
Rd≒ρ×d/s ・・・(12)
ここで、sは、ダイヤ層の実効配線面積を示す。
Rl>3Rd ・・・(13)
これに式(11)および式(12)を代入すると、式(14)が得られる。
l/(w×d)>3(d/s) ・・・(14)
さらに、式(15)が得られる。
1>3(d/s)×(w×d)=3w×d2/s ・・・(15)
以上より、式(15)の関係が成り立つことが条件となる。
図31は、実施の形態8にかかる発光装置2の外観を示す図である。実施の形態8にかかる発光装置2は、実施の形態1に示す高圧放電発光デバイス1を実装している。高圧放電発光デバイス1の電極は外部リード4A,4Bに接続している。高圧放電発光デバイス1は真空に保持されている。すなわち、封止容器3の内部は真空に保持されている。そして、封止容器3の内部に高圧放電発光デバイス1が保持されている。さらに、高圧放電発光デバイス1は、封止容器3に封入されている。なお、封止容器3の封止方法については、既存のHIDランプの実装方法を適用することができる。なお、他の実施の形態にかかる高圧放電発光デバイス1を実装してもよい。すなわち、例えば実施の形態6にかかる高圧放電発光デバイス1のように複数の放電室20を備えた高圧放電発光デバイス1を実装してもよい。
図32は、実施の形態9にかかる発光装置2の外観を示す図である。実施の形態9にかかる発光装置2は、実施の形態1に示す高圧放電発光デバイス1を実装している。発光装置2は、透明ガラス窓5と反射ミラー6と、反射ミラー6および高圧放電発光デバイス1を支持するステム7とを備えており、透明ガラス窓5から効率的に光を照射することができる。なお、同様に他の実施の形態にかかる高圧放電発光デバイス1を実装してもよい。
図33は、実施の形態10にかかる発光装置2の外観を示す図である。実施の形態10にかかる発光装置2は、高圧放電発光デバイス1の放電方向が透明ガラス窓5の面内方向と平行になるように実装している。なお、同様に他の実施の形態にかかる高圧放電発光デバイス1を実装してもよい。
2 発光装置
3 外囲器
4A,4B 外部リード
5 透明ガラス窓
6 反射ミラー
7 ステム
10 絶縁性ダイヤ基板
13 第1主面側絶縁性ダイヤ層
14 第2主面側絶縁性ダイヤ層
20 放電室
21 犠牲層
22 放電用物質
23A 第1主面側凹部
23B 第2主面側凹部
31 第1主面側導電性ダイヤ層
32 第2主面側伝導性ダイヤ層
33 開口部
34 第1主面側開口部
35 第1主面側導電性ダイヤ層
36 第2主面側開口部
37 第2主面側導電性ダイヤ層
41 第1主面側導電性ダイヤ層
42 第1主面側凸部
43 第2主面側導電性ダイヤ層
44 第2主面側凸部
45 第1主面側開口部
46 第2主面側開口部
50 保護層
60,62,64 第1主面側導電性ダイヤ層
61,63,65 第2主面側導電性ダイヤ層
70A,70B 第1主面側金属配線層
71A,71B 第2主面側金属配線層
110A〜C,120A〜C 分割ライン
Claims (19)
- 絶縁性ダイヤモンドからなり、内部に放電室が形成された外囲器と、
前記放電室に封止された放電用物質と、
前記放電用物質に電圧を印加すべく設けられた、導電性ダイヤモンドからなる電極対と
を備えたことを特徴とする放電発光デバイス。 - 前記導電性ダイヤモンドは、不純物をドープしたダイヤモンドであることを特徴とする請求項1に記載の放電発光デバイス。
- 前記不純物は、リン、窒素、ボロンおよび硫黄のうちいずれか一の元素であることを特徴とする請求項2に記載の放電発光デバイス。
- 前記放電用物質は、金属ハライド、水銀、硫黄、亜鉛およびこれらの化合物のうちいずれか一の物質であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の放電発光デバイス。
- 前記電極対は、前記放電室の内側に凸状に形成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の放電発光デバイス。
- 内部に複数の放電室が配列された、透光性の外囲器と、
前記複数の放電室のそれぞれに封止された放電用物質と、
前記複数の放電室それぞれに対し電圧を印加する複数の電極対と
を備えたことを特徴とする放電発光デバイス。 - 前記複数の放電室は、直列に接続されていることを特徴とする請求項6に記載の放電発光デバイス。
- 互いに対向する第1低導電性層と第2低導電性層とを備え、当該第1及び第2低導電性層の間に複数の放電室が配列された、透光性の外囲器と、
前記複数の放電室のそれぞれに封止された放電用物質と、
前記第1低導電性層および第2低導電性層のうち少なくとも一方の領域において、前記複数の放電室のうち2つの放電室を直列に接続する位置に積層された、前記第1低導電性層および前記第2低導電性層よりも高い導電性を示す高導電性層を備えた、前記複数の放電室それぞれに対し電圧を印加する複数の電極対と
を備えたことを特徴とする放電発光デバイス。 - 前記複数の放電室は、電流が流れる方向に略垂直な方向に並列に配置されていることを特徴とする請求項6から8のいずれか一項に記載の放電発光デバイス。
- 前記外囲器は、絶縁性ダイヤモンドからなることを特徴とする請求項6から9のいずれか一項に記載の放電発光デバイス。
- 前記電極対は、導電性ダイヤモンドからなることを特徴とする請求項6から10のいずれか一項に記載の放電発光デバイス。
- 請求項1から11のいずれか一項に記載の放電発光デバイスと、
前記放電発光デバイスを内部に備えた封止容器と
を備えたことを特徴とする発光装置。 - 絶縁性層の第1の主面と第2の主面を貫通する複数の貫通孔を形成する貫通孔形成ステップと、
前記複数の貫通孔に犠牲層を注入する注入ステップと、
前記犠牲層が形成された前記絶縁性層の第1の主面および第2の主面それぞれに電極形成層を形成する電極形成層形成ステップと、
前記電極形成層形成ステップにおいて前記第1の主面および前記第2の主面それぞれに形成された前記電極形成層のうち、前記犠牲層に対応する領域に少なくとも1つの開口部を形成する開口部形成ステップと、
前記開口部を介して前記犠牲層を除去する犠牲層除去ステップと、
前記犠牲層が除去された後、前記電極形成層上に導電性層を形成することにより前記開口部を封止し、当該導電性層を電極とする放電室を形成する放電室形成ステップと、
前記放電室形成ステップにおいて放電室が形成された後、当該放電室単位に層構造を切断することにより発光デバイスを得る切断ステップと
を有することを特徴とする発光デバイス製造方法。 - 前記電極形成層は、導電性物質からなることを特徴とする請求項13に記載の発光デバイス製造方法。
- 前記導電性物質は、導電性ダイヤモンドであることを特徴とする請求項14に記載の発光デバイス製造方法。
- 前記電極形成層は、絶縁性物質からなることを特徴とする請求項13に記載の発光デバイス製造方法。
- 前記絶縁性物質は、絶縁性ダイヤモンドであることを特徴とする請求項16に記載の発光デバイス製造方法。
- 前記導電性層は、導電性ダイヤモンドであることを特徴とする請求項13から17のいずれか一項に記載の発光デバイス製造方法。
- 前記放電室形成ステップにおいて前記開口部が封止された後、前記電極形成層のうち前記開口部に対応する領域以外の領域に積層された前記導電性層を除去する導電性層除去ステップをさらに有し、
前記切断ステップにおいては、前記導電性層除去ステップにおいて前記導電性層が除去された後、前記放電室単位に前記層構造を切断することを特徴とする請求項16から18のいずれか一項に記載の発光デバイス製造方法。
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