JP2008517450A - 光源およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
2つの半導体材料(1、2)の配置によって形成された誘導発光するための少なくとも1つのpn接合(3)を有する光源が、特別大きな光量の生成に関して、半導体材料(1、2)の少なくとも一方が粒子の形態で存在するように構成されていること。
さらに、このような光源を製造するための製造方法が明示される。
さらに、このような光源を製造するための製造方法が明示される。
Description
本発明は、2つの半導体材料(semiconductor material)の配置によって形成された誘導発光するための少なくとも1つのpn接合を有する光源(Light source)に関する。
さらに、本発明は、このような光源の製造方法に関する。
さらに、本発明は、このような光源の製造方法に関する。
光源およびこのような光源の製造方法は、実務の方から知られており、さまざまな実施形態において存在する。
このような光源は、例えば、蛍光ランプとして、特に、発光ダイオード(LED)として知られている。
このような光源は、例えば、蛍光ランプとして、特に、発光ダイオード(LED)として知られている。
このようなLEDは、70年代以降製造し販売されている。
ここで問題となる半導体部品は、その機能様式が、電子供与体状態(electron donor state)から電子受容体状態(electron acceptor state)に移行する光生成電子と正孔(hole)との再結合に主として依拠している。
これらの状態は、エネルギー的には、半導体のバンド端近傍で伝導帯(conduction band)と価電子帯(valence band)との間の禁制帯幅内にある。
発光は、電流(電源電流と呼ぶ)によって励起され、その電子と正孔との対が分離される。
電子は、高いエネルギーレベルに持ち上げられ、光を放出しながら低いエネルギーレベルに低下し、もしくは、正孔と再結合される。
このプロセスでは、不利なことに狭い光波帯もしくは単色光のみが生成される。
公知のLEDにおける発光は、近赤外光と近紫外光との間の領域にある。
ここで問題となる半導体部品は、その機能様式が、電子供与体状態(electron donor state)から電子受容体状態(electron acceptor state)に移行する光生成電子と正孔(hole)との再結合に主として依拠している。
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このプロセスでは、不利なことに狭い光波帯もしくは単色光のみが生成される。
公知のLEDにおける発光は、近赤外光と近紫外光との間の領域にある。
公知のLEDは、2つの異なるようにドープされた半導体材料が層状に、例えば、エピタキシャルに、鋭い共通する界面と結合されるように構成されている。
公知の半導体元素または半導体化合物は、例えば、元素周期表IV‐IV族または元素周期表III‐IV族、例えば、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム‐リン、ガリウム‐リン化インジウム、ガリウム‐リン化アルミニウムまたは窒化ガリウムからなり、nドープ原子もしくは電子供与体原子として、例えば、テルル、ケイ素、ゲルマニウム、アンチモン、酸素またはセレン、そして、pドープ原子もしくは電子受容体原子として、例えば、リチウム、マグネシウム、ニッケル、クロム、鉄、銅、スズ、カドミウム、マンガンまたはゲルマニウムを有する。
これらの鋭い界面の周りで、自由電子の拡散長の内部で半導体ダイオードの光生成界面層もしくはpn接合が形成されている。
そして、半導体層は、冷却体として役立つ固体支持部材、石英板片またはサファイア板片に被着されている。
さらに、この半導体層は、さまざまな幾何学的可能性に相応してサンドイッチ状に下および上から、金からなる金属電極層で被覆されている。
このような構造体が、チップと称されている。
この構造体は、複雑であるため、その製造が、例えば、ハロゲン小型ランプと比較して高価になっている。
公知の半導体元素または半導体化合物は、例えば、元素周期表IV‐IV族または元素周期表III‐IV族、例えば、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム‐リン、ガリウム‐リン化インジウム、ガリウム‐リン化アルミニウムまたは窒化ガリウムからなり、nドープ原子もしくは電子供与体原子として、例えば、テルル、ケイ素、ゲルマニウム、アンチモン、酸素またはセレン、そして、pドープ原子もしくは電子受容体原子として、例えば、リチウム、マグネシウム、ニッケル、クロム、鉄、銅、スズ、カドミウム、マンガンまたはゲルマニウムを有する。
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そして、半導体層は、冷却体として役立つ固体支持部材、石英板片またはサファイア板片に被着されている。
さらに、この半導体層は、さまざまな幾何学的可能性に相応してサンドイッチ状に下および上から、金からなる金属電極層で被覆されている。
このような構造体が、チップと称されている。
この構造体は、複雑であるため、その製造が、例えば、ハロゲン小型ランプと比較して高価になっている。
比較的高い光量を生成するには、高励起の電流密度が不可欠となっている。
このため、電流路の横断面とチップ寸法は、極力小さく抑えられねばならない。それゆえ、従来のLEDは、点光源となっている。
そのことから、チップからの排熱が困難となっている。
このような排熱は、熱誘導不純物拡散によるLED寿命の本質的な低下を避け、またはLEDの熱破壊さえ避けるために必要である。
それゆえ、公知のLEDチップ構造体は、ハロゲン小型ランプに比較して光量が僅かであることが問題となっている。
このため、電流路の横断面とチップ寸法は、極力小さく抑えられねばならない。それゆえ、従来のLEDは、点光源となっている。
そのことから、チップからの排熱が困難となっている。
このような排熱は、熱誘導不純物拡散によるLED寿命の本質的な低下を避け、またはLEDの熱破壊さえ避けるために必要である。
それゆえ、公知のLEDチップ構造体は、ハロゲン小型ランプに比較して光量が僅かであることが問題となっている。
そこで、本発明の課題は、構造上の簡単な手段で特別大きな光量を達成することが可能な光源およびその製造方法を明示することである。
本発明によれば、前記課題は、請求項1の特徴を有する光源によって解決される。
それによれば、冒頭指摘したような光源は、半導体材料の少なくとも一方が粒子の形態で存在するように構成されかつ展開されている。
それによれば、冒頭指摘したような光源は、半導体材料の少なくとも一方が粒子の形態で存在するように構成されかつ展開されている。
本発明によれば、冒頭で指摘したような光源は、複雑で製造費のかかるチップ構造体を用いることなく、製造できることである。
このため、半導体材料の少なくとも一方は、本発明により粒子として構成されている。
換言すれば、光源は、個々の粒子で構成しておくことができ、界面層は、異なるようにドープされた半導体材料からなる2つの粒子の接触面によって生成されている。
異なるようにドープされた半導体材料の2つの粒子は、接触個所にpn接合もしくは発光界面層を形成することができる。
使用される半導体材料は、光生成ダイオード接合、もしくは、pn接合を生成できる性質を有していることのみを必要としている。
本発明の光源は、多数のこのような粒子および生成されるpn接合で構成しておくことができるので、多数の発光領域が得られるようになっている。
この構造は、従来のような公知のチップ構造体と比較して著しく簡素化されている。
このため、半導体材料の少なくとも一方は、本発明により粒子として構成されている。
換言すれば、光源は、個々の粒子で構成しておくことができ、界面層は、異なるようにドープされた半導体材料からなる2つの粒子の接触面によって生成されている。
異なるようにドープされた半導体材料の2つの粒子は、接触個所にpn接合もしくは発光界面層を形成することができる。
使用される半導体材料は、光生成ダイオード接合、もしくは、pn接合を生成できる性質を有していることのみを必要としている。
本発明の光源は、多数のこのような粒子および生成されるpn接合で構成しておくことができるので、多数の発光領域が得られるようになっている。
この構造は、従来のような公知のチップ構造体と比較して著しく簡素化されている。
従って、本発明によれば、構造上の簡単な手段で特別大きな光量を達成することが可能な光源が明示されている。
具体的には、粒子は、粒、粉および/または微粒子の形態で存在することができる。
これは、小さな物体の最終的列挙ではない。
むしろ、特殊な事例に限らない場合には、任意の形状および強度の物体が常に粒子として理解される。
それゆえに、例えば、球、正四面体、立方体または多面体等の嵩高な高対称性物体や、例えば、ジャガイモ状物体等の円滑な表面を有する嵩高な非対称性物体だけでなく、その広がりの単数または複数の方向においてその広がりの別の単数または複数の方向と比較してきわめて長く、かつ、例えば、針、薄い円板、針葉や葉の星状体等の対称な物体を意味するか、または、例えば、繊維または繊維玉等の非対称な物体も意味する。
これらの物体は、簡単に結びつく表面、つまり、想定界面プロセスで1点に収縮させることのできる表面、または、簡単には結びつかず、想定界面プロセスで線上にのみ収縮させることのできる表面を有することができる。
これは、例えば、短い管または長い管、またはホース、または一般に、場合によっては複数または多くの耳および/または孔を有する円環面であろう。
これらの物体もしくは粒子または粒は、藻類または氷晶の鉱物骨格のように風変わりなものとすることもできる。
これは、小さな物体の最終的列挙ではない。
むしろ、特殊な事例に限らない場合には、任意の形状および強度の物体が常に粒子として理解される。
それゆえに、例えば、球、正四面体、立方体または多面体等の嵩高な高対称性物体や、例えば、ジャガイモ状物体等の円滑な表面を有する嵩高な非対称性物体だけでなく、その広がりの単数または複数の方向においてその広がりの別の単数または複数の方向と比較してきわめて長く、かつ、例えば、針、薄い円板、針葉や葉の星状体等の対称な物体を意味するか、または、例えば、繊維または繊維玉等の非対称な物体も意味する。
これらの物体は、簡単に結びつく表面、つまり、想定界面プロセスで1点に収縮させることのできる表面、または、簡単には結びつかず、想定界面プロセスで線上にのみ収縮させることのできる表面を有することができる。
これは、例えば、短い管または長い管、またはホース、または一般に、場合によっては複数または多くの耳および/または孔を有する円環面であろう。
これらの物体もしくは粒子または粒は、藻類または氷晶の鉱物骨格のように風変わりなものとすることもできる。
さまざまな半導体粒子または半導体粒の接触面を良好に達成するために、異なる粒子形状または粒形状と異なる粒子寸法または粒寸法を選択することができる。
pn接合の生成に関して良好な結果を有して特別有利であると判明したのは、多角形物体または粒、または平滑面または破断面を有する物体または粒であり、それぞれ平らな多角形面または平らな破断面を互いに堆積させることができる。
選択された粒寸法または物体寸法は、さまざまな半導体粒または半導体物体が互いに好適に堆積して発光界面層を形成する統計的確率もしくは統計的頻度に影響を及ぼす。
そして、粒形状または物体形状の選択は、粒寸法または物体寸法と合せて、半導体材料を介した有効電流路no横断面の形成に、それとともに光収率に影響する。
pn接合の生成に関して良好な結果を有して特別有利であると判明したのは、多角形物体または粒、または平滑面または破断面を有する物体または粒であり、それぞれ平らな多角形面または平らな破断面を互いに堆積させることができる。
選択された粒寸法または物体寸法は、さまざまな半導体粒または半導体物体が互いに好適に堆積して発光界面層を形成する統計的確率もしくは統計的頻度に影響を及ぼす。
そして、粒形状または物体形状の選択は、粒寸法または物体寸法と合せて、半導体材料を介した有効電流路no横断面の形成に、それとともに光収率に影響する。
従来、一般に使用される半導体材料の他に、カーボンも、そのさまざまな現象形態において、例えば、ナノチューブの形態において適している。
というのも、カーボンは、その現象形態にかかわりなく半導体としても挙動できるからである。
具体的には、半導体材料の一方は、カーボンとすることができ、カーボンは、ナノチューブの形態で存在できるのが好ましい。
というのも、カーボンは、その現象形態にかかわりなく半導体としても挙動できるからである。
具体的には、半導体材料の一方は、カーボンとすることができ、カーボンは、ナノチューブの形態で存在できるのが好ましい。
本発明が提供する光源は、多数の粒子または粒で構成することができるようになっている。
また、複数のpn接合を形成するため、粒子は、塵粉、粉末、顆粒、または、懸濁液の形態で混合しておくことができよう。
諸成分を均一に混合するのが有利である。
結局、この製造方法では、半導体材料が混合されるだけである。
また、複数のpn接合を形成するため、粒子は、塵粉、粉末、顆粒、または、懸濁液の形態で混合しておくことができよう。
諸成分を均一に混合するのが有利である。
結局、この製造方法では、半導体材料が混合されるだけである。
懸濁液を使用する場合、懸濁液が半導体の界面層を湿潤せず、それとともにpn接合の形成を妨げないことに注意しなければならない。
このため、その都度使用される懸濁液は、完全に蒸発する溶媒から製造しておくことができる。ただし、このような溶媒は、半導体材料を溶かしてはならない。
このため、その都度使用される懸濁液は、完全に蒸発する溶媒から製造しておくことができる。ただし、このような溶媒は、半導体材料を溶かしてはならない。
そして、pn接合を備えた粒子を使用することを可能とすることが好ましい。
特に、懸濁液を使用する場合、pn接合を妨げる半導体チップまたは半導体粒の湿潤は、防止することができる。
換言すれば、それらを混合する前にpn接合を有するダイオード粒子またはダイオード粒として既に存在する粒子または粒が使用される。
特に、懸濁液を使用する場合、pn接合を妨げる半導体チップまたは半導体粒の湿潤は、防止することができる。
換言すれば、それらを混合する前にpn接合を有するダイオード粒子またはダイオード粒として既に存在する粒子または粒が使用される。
このようなダイオード粒子またはダイオード粒を用意するため、pn接合を備えた粒子または粒は、少なくとも部分的に、半導体材料で被覆しておくことも簡単にできる。
換言すれば、これらのダイオード粒子またはダイオード粒は、先行する製造ステップにおいて既に生成することができ、半導体粒子または半導体粒は、第2の半導体材料または異なるようにドープされた第2の半導体材料で被覆しておくこともできる。
換言すれば、これらのダイオード粒子またはダイオード粒は、先行する製造ステップにおいて既に生成することができ、半導体粒子または半導体粒は、第2の半導体材料または異なるようにドープされた第2の半導体材料で被覆しておくこともできる。
そして、このような被覆は、気相または溶液からの析出によって施しておくことが簡単にできる。
被覆されるべき半導体粒子または半導体粒は、部分的にのみ、すなわち、一部でのみ部分表面上に被覆することもできる。
被覆されるべき半導体粒子または半導体粒は、部分的にのみ、すなわち、一部でのみ部分表面上に被覆することもできる。
所要の半導体材料の巨視的多層体を選択的に製造し、引き続き、この多層体を造粒または粉末化してダイオード粒子またはダイオード粒を製造することも可能である。
換言すれば、pn接合を備えた粒子は、半導体材料の積層構造体または多層体からなる顆粒または粉末として存在することもできる。
このような顆粒、粉末または塵粉中に、pn界面層を有する粒または粒子は、きわめて高い確率で既に存在している。
換言すれば、pn接合を備えた粒子は、半導体材料の積層構造体または多層体からなる顆粒または粉末として存在することもできる。
このような顆粒、粉末または塵粉中に、pn界面層を有する粒または粒子は、きわめて高い確率で既に存在している。
そして、安定した光源を提供するため、塵粉、粉末または顆粒、または懸濁液は、支持部材(support)上に配置しておくこともできる。
このため、塵粉、粉末または顆粒、または懸濁液の良好な付着を保証するため、支持部材上に結合剤層または接着剤層を配置しておくことができる。
両方の事例において、粉末混合物または懸濁液またはダイオード配合物は、支持部材上に簡単に被着することもできる。
このため、塵粉、粉末または顆粒、または懸濁液の良好な付着を保証するため、支持部材上に結合剤層または接着剤層を配置しておくことができる。
両方の事例において、粉末混合物または懸濁液またはダイオード配合物は、支持部材上に簡単に被着することもできる。
結合剤層または接着剤層を備えた支持部材の代わりに、塵粉、粉末、顆粒または懸濁液に結合剤を混加しておくこともできる。
その場合、支持部材上に結合剤層または接着剤層を被着することは不要となろう。
いずれにしても、塵粉、粉末または顆粒、または懸濁液は、支持部材上に確実に付着できる。
その場合、支持部材上に結合剤層または接着剤層を被着することは不要となろう。
いずれにしても、塵粉、粉末または顆粒、または懸濁液は、支持部材上に確実に付着できる。
光源の電気伝導性を確実に維持することを考慮して、結合剤は、導電性物質とすることができる。
有利には、導電性ポリマーを結合剤として使用することもできる。
有利には、導電性ポリマーを結合剤として使用することもできる。
光源の簡単な構造に関して、光源への給電を保証するために、支持部材は、電気接点(electrical contact)を有することもできる。
さらに、このような電気接点は、支持部材に被着されまたは貼付けられた金属箔、主に金箔によって簡単に形成しておくこともできる。
それに対する代案として、前記電気接点は、支持部材に印刷した金属顔料インキ、または溶液から支持部材上に析出された金属、または蒸着された金属によって簡単に形成しておくこともできる。
さらに、このような電気接点は、支持部材に被着されまたは貼付けられた金属箔、主に金箔によって簡単に形成しておくこともできる。
それに対する代案として、前記電気接点は、支持部材に印刷した金属顔料インキ、または溶液から支持部材上に析出された金属、または蒸着された金属によって簡単に形成しておくこともできる。
光源に確実に給電するため、支持部材は、非導電性材料または劣導電性材料で構成しておくこともできる。
光源の動作時に発生する熱の良好な排熱に関して、支持部材は良伝熱性材料で構成しておくこともできる。
好適には、石英、サファイアまたはダイアモンドから、支持部材を構成するのが好ましい。
光源の動作時に発生する熱の良好な排熱に関して、支持部材は良伝熱性材料で構成しておくこともできる。
好適には、石英、サファイアまたはダイアモンドから、支持部材を構成するのが好ましい。
さらに有利な1構成で安定した光源として、支持部材はチューブ状に構成し、粒子は支持部材内に配置し、電気接点は支持部材の末端に設けておくこともできる。
換言すれば、ここでは、チューブ状支持部材に粒子が充填されている。
換言すれば、ここでは、チューブ状支持部材に粒子が充填されている。
基本的に、支持部材は、単結晶または多結晶に構成しておくこともできる。
この利点として、このような単結晶または多結晶支持部材は、それ自体pドープまたはnドープを備えることができるので、半導体材料の一方を形成することもできる。
換言すれば、有利な光源では、支持部材が半導体材料の一方として役立ち、被着された粒子は、第2の半導体材料として別の好適なドープを有することもできる。
支持部材がpドープされていると、粒子はnドープされており、またその逆である。
この利点として、このような単結晶または多結晶支持部材は、それ自体pドープまたはnドープを備えることができるので、半導体材料の一方を形成することもできる。
換言すれば、有利な光源では、支持部材が半導体材料の一方として役立ち、被着された粒子は、第2の半導体材料として別の好適なドープを有することもできる。
支持部材がpドープされていると、粒子はnドープされており、またその逆である。
さらに安定した光源としては、支持部材は、粒子をサンドイッチ状に囲むために2つの要素で構成しておくこともできる。
換言すれば、粒子は、支持部材の2つの平坦な要素によりサンドイッチ状に囲んでおくこともできる。
この実施においても、支持部材の要素のドーピングは、既に存在することもできる。その場合、囲まれた粒子は、別の好適なドーピングを有することもできる。
換言すれば、粒子は、支持部材の2つの平坦な要素によりサンドイッチ状に囲んでおくこともできる。
この実施においても、支持部材の要素のドーピングは、既に存在することもできる。その場合、囲まれた粒子は、別の好適なドーピングを有することもできる。
既にドープされた支持部材では、両方の半導体材料用に専ら粒子を使用する場合よりも好適なpn接合の形成される確率が高い。
ドープされた支持部材でも、粒子は、前記方法によって被着することもできる。
支持部材上に粒子を単純に貼付けまたは焼結するのも良い。
支持部材上に粒子を単純に貼付けまたは焼結するのも良い。
支持部材は、個々の造形要求に適合するために深絞りによって成形しておくこともできる。
その際、さまざまに要求される幾何学形状に簡単に適合することが可能である。
これは、支持部材の単純な構造にもサンドイッチ構造にも妥当する。
その際、さまざまに要求される幾何学形状に簡単に適合することが可能である。
これは、支持部材の単純な構造にもサンドイッチ構造にも妥当する。
析出または蒸着された金属接点では、各2つの接点条帯もしくは電極条帯の間に限定的電圧を印加することもできる。
この電圧は、各2つの隣接する電極の間に設けられる半導体粒子または半導体粒を流れる所要の給電電流を生成するようになっている。
この電圧は、各2つの隣接する電極の間に設けられる半導体粒子または半導体粒を流れる所要の給電電流を生成するようになっている。
半導体粒子の配置によって電流路の好適な抵抗条件を調整するために、塵粉、粉末、顆粒または懸濁液に導電性材料を混加しておくこともできる。
導電性材料は、粉末状または液状ポリマー材料、または黒鉛、または金属顆粒または金属粉末、または金属懸濁液とすることも簡単にできる。
導電性材料は、別の好適な半導体材料で形成しておくこともできる。
導電性材料は、粉末状または液状ポリマー材料、または黒鉛、または金属顆粒または金属粉末、または金属懸濁液とすることも簡単にできる。
導電性材料は、別の好適な半導体材料で形成しておくこともできる。
粒寸法または粒子寸法を微視的にごく小さく選択した場合、生成される光のかなりの部分は、光生成LED層の内部で再び吸収されている。
この欠点を取り除くため、塵粉、粉末、顆粒または懸濁液に導光性材料を混加しておくこともできる。
導光性材料は、ガラス粉または導光性プラスチックを有することも簡単にできる。
このような導光性材料は、粉末状または液状形態で、例えば、溶液または懸濁液として、粒子混合物に添加することもできる。
これにより、LED表面で導光効果が促進されるようになっている。
この欠点を取り除くため、塵粉、粉末、顆粒または懸濁液に導光性材料を混加しておくこともできる。
導光性材料は、ガラス粉または導光性プラスチックを有することも簡単にできる。
このような導光性材料は、粉末状または液状形態で、例えば、溶液または懸濁液として、粒子混合物に添加することもできる。
これにより、LED表面で導光効果が促進されるようになっている。
要約するなら、本発明の光源は、塵粉、粉末、顆粒または懸濁液からなる混合物を生成することもできる。
所要の半導体材料、結合剤、導電剤、導光剤および/または伝熱剤が、添加または混加されている。
所要の半導体材料、結合剤、導電剤、導光剤および/または伝熱剤が、添加または混加されている。
有利な発光挙動を有する光源を提供するため、異なる発光波長を備えた異なる粒子対偶が生成可能であるように、半導体材料は選択しておくこともできる。
換言すれば、本発明の光源において、さまざまな半導体材料および/またはさまざまなドーピングを使用しもしくは組合せることによって、さまざまな発光波長を備えたさまざまな微視的半導体粒子対偶または半導体粒対偶もしくはさまざまな元素LEDを生成することもできる。
そして、本発明またはダイオード配合物は重畳的色を放出することができ、ごく大量の数の最小半導体粒子対偶または元素ダイオードの極端な事例において連続的光スペクトルを生成し放出することさえできる。
さらに、本発明は、従来の白色LEDとは異なり、自然な連続的スペクトルと高い効率とを有する白色LEDの形成を可能とする。
換言すれば、本発明の光源において、さまざまな半導体材料および/またはさまざまなドーピングを使用しもしくは組合せることによって、さまざまな発光波長を備えたさまざまな微視的半導体粒子対偶または半導体粒対偶もしくはさまざまな元素LEDを生成することもできる。
そして、本発明またはダイオード配合物は重畳的色を放出することができ、ごく大量の数の最小半導体粒子対偶または元素ダイオードの極端な事例において連続的光スペクトルを生成し放出することさえできる。
さらに、本発明は、従来の白色LEDとは異なり、自然な連続的スペクトルと高い効率とを有する白色LEDの形成を可能とする。
機械的に安定した光源を実現するため、粒子、または支持部材上の粒子は、焼結により互いに配置しておくこともできる。
いわば、多結晶構造を生成することもできる。
基本的に、多結晶圧縮は、粒子からの固体の構成をもたらすこともできる。
いわば、多結晶構造を生成することもできる。
基本的に、多結晶圧縮は、粒子からの固体の構成をもたらすこともできる。
他の有利な具体的1構成において、光源は、発熱電球またはハロゲン電球内の加熱フィラメントの代わりに利用しておくこともできる。
換言すれば、光源は、従来のフィラメントに取り替わることもできる。
選択的1構成において、光源は、蛍光ランプとして構成しておくことさえできる。
換言すれば、光源は、従来のフィラメントに取り替わることもできる。
選択的1構成において、光源は、蛍光ランプとして構成しておくことさえできる。
さらに、前述したような本発明の課題は、請求項1乃至請求項37のいずれか1項に記載された光源およびその製造方法によって解決される。
この光源は、2つの半導体材料の配置によって形成された誘導発光するための少なくとも1つのpn接合を有し、半導体材料の少なくとも一方が粒子の形態で使用されることを特徴としている。
この光源は、2つの半導体材料の配置によって形成された誘導発光するための少なくとも1つのpn接合を有し、半導体材料の少なくとも一方が粒子の形態で使用されることを特徴としている。
本発明に係る製造方法の利点および特性については、繰返しを避けるために、請求された光源に関連して類似または同一の利点が既に述べられた前述した説明を参照する。
特に、複数のpn接合を形成するため、粒子は、塵粉、粉末、顆粒または懸濁液の形態で混合することもできる。pn接合を備えた粒子を使用することもできる。
さらに、pn接合を既に有する粒子は、半導体材料で少なくとも部分的被覆によって製造することもできる。
選択的に、pn接合を既に有する粒子は、半導体材料の積層構造体または多層体からなる顆粒または粉末として製造することもできる。
そして、安定した光源を実現するため、塵粉、粉末、顆粒または懸濁液は支持部材上に配置することもできる。
さらに、異なる発光波長を備えた異なる粒子対偶が生成可能であるように、半導体材料は選択することもできる。
これにより、例えば、白色LEDを生成することもできる。
さらに、異なる発光波長を備えた異なる粒子対偶が生成可能であるように、半導体材料は選択することもできる。
これにより、例えば、白色LEDを生成することもできる。
また、安定した光源を実現するため、粒子は、焼結によって互いに配置し、いわば、多結晶形成物を生成することもできる。
基本的には、本発明に係る光源の製造は、きわめて簡単である。
所要の好適な材料を粉末状または懸濁液に混合しなければならないだけであり、その場合、このダイオード配合物は、単に、電極を備えた支持部材に被着することもできる。
電極の被着は、例えば、印刷法の形態で、浸漬浴または噴霧塗装によって行うこともできる。
この製造方法は、従来のLEDチップ製造時のようなきわめて複雑で高価な製造プロセスおよび製造投資を必要としない。
粒子混合物またはダイオード配合物は、支持部材または表面が平らでも、湾曲していても、ごく小さくても、面積が大きくても被着することができる。
さらに、本発明は、設定可能な光放射空間角度、設定可能な光放射面寸法、調整可能な光スペクトルを有する発光体、光源またはランプの形成をそれぞれ任意に保証している。
所要の好適な材料を粉末状または懸濁液に混合しなければならないだけであり、その場合、このダイオード配合物は、単に、電極を備えた支持部材に被着することもできる。
電極の被着は、例えば、印刷法の形態で、浸漬浴または噴霧塗装によって行うこともできる。
この製造方法は、従来のLEDチップ製造時のようなきわめて複雑で高価な製造プロセスおよび製造投資を必要としない。
粒子混合物またはダイオード配合物は、支持部材または表面が平らでも、湾曲していても、ごく小さくても、面積が大きくても被着することができる。
さらに、本発明は、設定可能な光放射空間角度、設定可能な光放射面寸法、調整可能な光スペクトルを有する発光体、光源またはランプの形成をそれぞれ任意に保証している。
本発明の製造方法は、ダイオード配合物または粒子混合物の焼結によって用意しておくこともできる。
これにより、例えば、薄い板または箔、細い棒または線材または細いチューブ等の設定可能な形状を有する、支持部材なしの固定光源または発光体を生成することもできる。
発光動作のため、電流路を限定する末端に電気接点を備えねばならないだけである。
その場合、所要の電圧供給は、電流路長に相応して、ダイオード配合物または粒子混合物の調整可能な比電気抵抗と一緒に任意に確定することができる。
さらに、本発明は、110ボルトまたは230ボルト交流電圧でのダイオード光源の直接的作動を可能にしている。
それとともに有利なことに、白熱電球またはハロゲン電球のタングステンフィラメントはダイオード線材に取替えることもできる。
または、蛍光管は、ダイオード管に取替えることもできる。
これにより、例えば、薄い板または箔、細い棒または線材または細いチューブ等の設定可能な形状を有する、支持部材なしの固定光源または発光体を生成することもできる。
発光動作のため、電流路を限定する末端に電気接点を備えねばならないだけである。
その場合、所要の電圧供給は、電流路長に相応して、ダイオード配合物または粒子混合物の調整可能な比電気抵抗と一緒に任意に確定することができる。
さらに、本発明は、110ボルトまたは230ボルト交流電圧でのダイオード光源の直接的作動を可能にしている。
それとともに有利なことに、白熱電球またはハロゲン電球のタングステンフィラメントはダイオード線材に取替えることもできる。
または、蛍光管は、ダイオード管に取替えることもできる。
ところで、本発明を有利に構成して展開する可能性はさまざまにある。
この点について従属請求項と図面を基にした本発明の実施例である光源について以下に説明する。
図面を基にした本発明に係る光源の好ましい実施例の説明と合せて、一般的に好ましい諸構成も説明する。
この点について従属請求項と図面を基にした本発明の実施例である光源について以下に説明する。
図面を基にした本発明に係る光源の好ましい実施例の説明と合せて、一般的に好ましい諸構成も説明する。
図1に示す本発明の一実施例である光源は、2つの好適な半導体材料1、2の配置によって形成された誘導発光のための少なくとも1つのpn接合3を有している。
簡単な手段で特別大きな光量を考慮して、これらの半導体材料1、2は、粒子の形態で存在している。
これらの半導体材料1、2からなる多数の粒子を混合することが可能であり、pn接合3は、これらの粒子の接触部分に形成することができる。
簡単な手段で特別大きな光量を考慮して、これらの半導体材料1、2は、粒子の形態で存在している。
これらの半導体材料1、2からなる多数の粒子を混合することが可能であり、pn接合3は、これらの粒子の接触部分に形成することができる。
そして、前記半導体材料1、2の粒子は、安定した光源を形成するために支持部材4の上に配置されている。
また、光源の電気的接触のため、電気接点5、6は、支持部材4の上に被着されているのが好ましい。
電気接点5、6は、支持部材4に被着する金属箔によって形成されている。
また、支持部材4自体は、非導電性材料から、具体的には、石英から構成されている。
また、光源の電気的接触のため、電気接点5、6は、支持部材4の上に被着されているのが好ましい。
電気接点5、6は、支持部材4に被着する金属箔によって形成されている。
また、支持部材4自体は、非導電性材料から、具体的には、石英から構成されている。
図2は、本発明の他の実施例である光源を概略的に示しており、前述した支持部材4が、チューブ状に構成され、半導体材料1、2として粒子が充填されてpn接合3を形成している。
電気的接触は、チューブ状の支持部材4の端部で行うのが好ましい。
電気的接触は、チューブ状の支持部材4の端部で行うのが好ましい。
図3は、本発明の第3実施例である光源を概略的に示しており、一方の半導体材料1が、同時に支持部材4として機能し、nドープ(n-doped)単結晶または多結晶材料によって形成されている。
また、pドープ(p-doped)材料2は、粒子によって形成されている。
pn接合3は、支持部材4と粒子との間の界面に形成されている。
電気的接触は、一方で金属箔7に結合された電気接点5を介して、他方で支持部材4に結合された電気接点6を介して行われている。
また、pドープ(p-doped)材料2は、粒子によって形成されている。
pn接合3は、支持部材4と粒子との間の界面に形成されている。
電気的接触は、一方で金属箔7に結合された電気接点5を介して、他方で支持部材4に結合された電気接点6を介して行われている。
図4は、本発明の第4実施例である光源を概略的に示しており、ここで、半導体材料1、2は、支持部材4とこの支持部材4の2つの平坦な要素の間に配置された粒子とによって形成されている。
そして、前記粒子は、平坦な支持部材要素4の間にサンドイッチ状に配置されている。
そして、前記粒子は、平坦な支持部材要素4の間にサンドイッチ状に配置されている。
図5で示す本発明の第5実施例である光源は、特定形状の光源領域を有している。
図5に示す実施例は、図4に示す実施例と同様に構成されているが、前述した支持部材4は、ドープを有しておらず、粒子として構成される半導体材料1、2を封入しているにすぎない。
図5に示す実施例は、図4に示す実施例と同様に構成されているが、前述した支持部材4は、ドープを有しておらず、粒子として構成される半導体材料1、2を封入しているにすぎない。
本発明の光源およびその製造方法の特有の諸構成に関しては、説明の繰返しを避けるために、明細書の一般的部分および添付した特許請求の範囲を参照する。
最後に、以上で述べた実施例は、本発明を説明するのに役立つにすぎず、本発明がこれらの実施例に限定されるものではない。
1 ・・・ 半導体材料
2 ・・・ 半導体材料
3 ・・・ pn接合
4 ・・・ 支持部材
5 ・・・ 電気接点
6 ・・・ 電気接点
7 ・・・ 金属箔
2 ・・・ 半導体材料
3 ・・・ pn接合
4 ・・・ 支持部材
5 ・・・ 電気接点
6 ・・・ 電気接点
7 ・・・ 金属箔
Claims (45)
- 2つの好適な半導体材料(1、2)の配置によって形成される少なくとも1つの誘導発光pn接合(3)を有する光源において、前記半導体材料(1、2)の少なくとも一方が粒子の態様で存在することを特徴とする光源。
- 前記粒子が、粒、粉および/または微粒子の形態で存在していることを特徴とする請求項1記載の光源。
- 前記粒子が、多角形な物体、または、円滑面または破断面を有する物体であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の光源。
- 前記半導体材料(1、2)の一方が、カーボンであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の光源。
- 前記カーボンが、ナノチューブの形態で存在していることを特徴とする請求項4記載の光源。
- 前記複数のpn接合(3)を形成するために粒子が、塵粉、粉末、顆粒または懸濁液の態様で混合されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項記載の光源。
- 前記懸濁液が、完全に蒸発する溶媒から製造されていることを特徴とする請求項6記載の光源。
- 前記pn接合(3)を備えた粒子が、使用可能であることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項記載の光源。
- 前記pn接合(3)を備えた粒子が、少なくとも部分的に前記半導体材料(1、2)で被覆されていることを特徴とする請求項8記載の光源。
- 前記被覆が、気相または溶液からの析出によって施されていることを特徴とする請求項9記載の光源。
- 前記pn接合(3)を備えた粒子が、前記半導体材料(1、2)の積層構造体または多層体からなる顆粒または粉末として存在していることを特徴とする請求項8記載の光源。
- 前記塵粉、粉末、顆粒または懸濁液が、支持部材(4)の上に配置されていることを特徴とする請求項6乃至請求項11のいずれか1項記載の光源。
- 前記支持部材(4)の上に結合剤層または接着剤層が配置されていることを特徴とする請求項12記載の光源。
- 前記塵粉、粉末、顆粒または懸濁液に結合剤が混加されていることを特徴とする請求項6乃至請求項13のいずれか1項記載の光源。
- 前記結合剤が、導電性物質であることを特徴とする請求項13または請求項14記載の光源。
- 前記結合剤が、導電性ポリマーであることを特徴とする請求項13乃至請求項15のいずれか1項記載の光源。
- 前記支持部材(4)が、電気接点(5、6)を有していることを特徴とする請求項12乃至請求項16のいずれか1項記載の光源。
- 前記電気接点(5、6)が、前記支持部材(4)に被着されまたは貼付けられた金属箔、主に金箔によって形成されていることを特徴とする請求項17記載の光源。
- 前記電気接点(5、6)が、前記支持部材(4)に印刷した金属顔料インキ、または溶液から前記支持部材(4)の上に析出された金属、または蒸着された金属によって形成されていることを特徴とする請求項17または請求項18記載の光源。
- 前記支持部材(4)が、非導電性材料または劣導電性材料で構成されていることを特徴とする請求項12乃至請求項19のいずれか1項記載の光源。
- 前記支持部材(4)が、良伝熱性材料で構成されていることを特徴とする請求項12乃至請求項20のいずれか1項記載の光源。
- 前記支持部材(4)が、石英、サファイアまたはダイアモンドで構成されていることを特徴とする請求項12乃至請求項21のいずれか1項記載の光源。
- 前記支持部材(4)がチューブ状に構成され、前記粒子が前記支持部材(4)内に配置され、主に前記電気接点(5、6)が前記支持部材(4)の端部に設けられていることを特徴とする請求項12乃至請求項22のいずれか1項記載の光源。
- 前記支持部材(4)が、単結晶で構成されていることを特徴とする請求項12乃至請求項23のいずれか1項記載の光源。
- 前記支持部材(4)が、多結晶で構成されていることを特徴とする請求項12乃至請求項23のいずれか1項記載の光源。
- 前記支持部材(4)が、pドープまたはnドープを有し、これにより前記半導体材料(1、2)の一方を形成していることを特徴とする請求項12乃至請求項25のいずれか1項記載の光源。
- 前記支持部材(4)が、粒子をサンドイッチ状に囲むために2つの要素で構成されていることを特徴とする請求項12乃至請求項26のいずれか1項記載の光源。
- 前記粒子が、焼結によって前記支持部材(4)の上に被着されていることを特徴とする請求項12乃至請求項27のいずれか1項記載の光源。
- 前記支持部材(4)が、深絞り加工によって好適に成形されていることを特徴とする請求項12乃至請求項28のいずれか1項記載の光源。
- 前記塵粉、粉末、顆粒または懸濁液に導電性材料が混加されていることを特徴とする請求項6乃至請求項29のいずれか1項記載の光源。
- 前記導電性材料が粉末状または液状ポリマー材料、または黒鉛、または金属顆粒または金属粉末、または金属懸濁液であることを特徴とする請求項30記載の光源。
- 前記塵粉、粉末、顆粒または懸濁液に導光性材料が、混加されていることを特徴とする請求項6乃至請求項31のいずれか1項記載の光源。
- 前記導光性材料が、ガラス粉または導光性プラスチックを有していることを特徴とする請求項32記載の光源。
- 異なる発光波長を有する異なる粒子対偶が生成可能であるように、前記半導体材料(1、2)が選択されていることを特徴とする請求項1乃至請求項33のいずれか1項記載の光源。
- 前記粒子が、焼結によって互いに配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項34のいずれか1項記載の光源。
- 前記光源が、発熱電球またはハロゲン電球内の加熱フィラメントの代わりに利用されていることを特徴とする請求項1乃至請求項35のいずれか1項記載の光源
- 前記光源が、蛍光ランプとして構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項35のいずれか1項記載の光源。
- 2つの好適な半導体材料(1、2)の配置によって形成される少なくとも1つの誘導発光pn接合(3)を有する光源、特に請求項1乃至請求項37のいずれか1項記載の光源を製造するための方法において、前記半導体材料(1、2)の少なくとも一方が粒子の態様で使用されることを特徴とする方法。
- 前記複数のpn接合(3)を形成するために粒子が、塵粉、粉末、顆粒または懸濁液の態様で混合されることを特徴とする請求項38記載の方法。
- 前記pn接合(3)を備えた粒子が使用されていることを特徴とする請求項38または請求項39に記載された光源の製造方法。
- 前記pn接合(3)を備えた粒子が、前記半導体材料(1、2)で少なくとも部分的に被覆していることによって製造されていることを特徴とする請求項40に記載された光源の製造方法。
- 前記pn接合(3)を備えた粒子が、前記半導体材料(1、2)の積層構造体または多層体からなる顆粒または粉末として製造されていることを特徴とする請求項40に記載された光源の製造方法。
- 前記塵粉、粉末、顆粒または懸濁液が、前記支持部材(4)の上に配置されていることを特徴とする請求項39乃至請求項42のいずれか1項に記載された光源の製造方法。
- 異なる発光波長を有する異なる粒子対偶が生成可能であるように、前記半導体材料(1、2)が選択されていることを特徴とする請求項38乃至請求項43のいずれか1項に記載された光源の製造方法。
- 前記粒子が、焼結によって互いに配置されていることを特徴とする請求項38乃至請求項44のいずれか1項に記載された光源の製造方法。
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