JP2014075550A - 光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光を拡散させるための光学部品を用いることなく、照射対象物への紫外線照射を均一化できる光照射装置を提供する。
【解決手段】この光照射装置(３)によれば、複数の発光ダイオード(１０)が、基板(５)上の第１の電極(６)と第２の電極(７)との間に紫外線を出射する棒状の複数の発光ダイオード(１０)が電気的に接続されている。この複数の発光ダイオード(１０)は、基板(５)上の予め定められた面状の領域に分散して配置されているので、光を拡散させるための光学部品を用いることなく、照射対象物への紫外線照射を均一化できる。
【選択図】図２

Description

この発明は、発光ダイオードを用いた光照射装置に関する。

従来、発光ダイオードを用いた光照射装置を備えた冷蔵庫が、特許文献１(特開２００６‐４６８１３号公報)に記載されている。この冷蔵庫は、製氷室の製氷皿の上方と貯氷容器の上方とにそれぞれ紫外線を照射する発光ダイオードを配置して、上記製氷皿および貯氷容器を紫外線で殺菌している。

ところで、上記冷蔵庫では、上記紫外線を照射する発光ダイオードが点光源であるため、殺菌すべき対象物の表面に照射される光の強度が照射箇所によって不均一になる。このため、殺菌効果が照射箇所によって不均一になるという問題がある。

そこで、光拡散シート等の光学系部材によって、上記発光ダイオードが照射する光を拡散させることで、対象物の表面へ照射される光の強度を均一化することが考えられる。

しかし、上記光拡散シート等の光学系部材としては主にプラスチック部品が使用されるが、上記光が紫外線であることから、上記プラスチック部品である光学系部材が紫外線により劣化するという問題がある。

特開２００６−４６８１３号公報

そこで、この発明の課題は、光を拡散させるための光学部品を用いることなく、照射対象物への紫外線照射を均一化できる光照射装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の光照射装置は、
基板と、
上記基板上に形成された第１の電極と、
上記基板上に形成された第２の電極と、
上記第１の電極と第２の電極との間に電気的に接続されていると共に紫外線を出射する板状または棒状の複数の発光ダイオードと
を備え、
上記複数の発光ダイオードは、
上記基板上の予め定められた面状の領域に分散して配置されていることを特徴としている。

上記発光ダイオードは、第１導電型のコア部と、上記第１導電型のコア部の外周面を被覆する第２導電型のシェル部とを有し、上記第１導電型のコア部の外周面の一部が上記第２導電型のシェル部から露出しているものでもよい。

また、上記発光ダイオードは、第１導電型の第１の層と、上記第１の層上に積層されている第２導電型の第２の層とを有し、上記第１の層の一部が上記第２の層から露出しているものでもよい。

また、上記光照射装置を備えた殺菌庫を実現できる。

また、上記殺菌庫は、上記光照射装置から出射される紫外線が入射すると共に入射した紫外線を可視光線に変換して照射対象物へ照射する波長変換フィルタを備えてもよい。上記波長変換フィルタは、着脱自在とすることができる。

また、上記殺菌庫を殺菌室として備えた冷蔵庫を実現できる。

この発明の光照射装置によれば、複数の発光ダイオードが、基板上の予め定められた面状の領域に分散して配置されているので、光を拡散させるための光学部品を用いることなく、照射対象物への紫外線照射を均一化できる。

この発明の光照射装置の第１実施形態を備えた殺菌庫の断面を模式的に示す図である。 上記第１実施形態の要部を示す平面図である。 上記第１実施形態が備える棒状構造の発光ダイオードの側面図である。 上記棒状構造の発光ダイオードの製造方法の工程図である。 図４Ａに続く棒状構造の発光ダイオードの製造方法の工程図である。 図４Ｂに続く発光ダイオードの製造方法の工程図である。 複数の上記棒状構造の発光ダイオードが基板上に形成された電極間に接続された様子を示す平面図である。 隣り合う電極間の配線が形成された様子を示す平面図である。 この発明の光照射装置の第２実施形態が備える板状構造の発光ダイオードの製造工程を説明する断面図である。 上記板状構造の発光ダイオードの製造工程を説明する平面図である。 上記板状構造の発光ダイオードの製造工程を説明する図である。 複数の上記板状構造の発光ダイオードが基板上に形成された電極間に接続された様子を示す平面図である。 この第２実施形態の平面図である。 図５ＥのＣ‐Ｃ線断面図である。 上記第１実施形態の光照射装置の等価回路を示す図である。 上記第１実施形態の光照射装置を駆動する駆動波形の一例を示す波形図である。 上記第１実施形態の変形例の光照射装置の製造工程を説明する平面図である。 上記第１実施形態の変形例の光照射装置の平面図である。 上記第１実施形態の変形例の等価回路を示す図である。 上記第１実施形態の変形例を駆動する駆動波形の一例を示す波形図である。 上記第１実施形態の変形例を駆動する駆動波形の他の一例を示す波形図である。 この発明の光照射装置の第３実施形態を備えた殺菌庫の断面を模式的に示す断面図である。 上記第３実施形態の断面を模式的に示す図である。 上記第３実施形態の光照射装置で構成した流体殺菌装置を模式的に示す図である。 上記第３実施形態の光照射装置を有する殺菌室を備えた冷蔵庫を模式的に示す図である。 上記殺菌室の断面を模式的に示す断面図である。 上記殺菌室の壁部の断面図である。 上記殺菌室の変形例の断面を模式的に示す図である。 上記第３実施形態の光照射装置が有する発光ダイオードの斜視図である。 図１６に示す発光ダイオードの製造工程を説明する断面図である。 図１７Ａに続く発光ダイオードの製造方法の工程図である。 図１７Ｂに続く発光ダイオードの製造方法の工程図である。 図１７Ｃに続く発光ダイオードの製造方法の工程図である。 図１７Ｄに続く発光ダイオードの製造方法の工程図である。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

(第１の実施の形態)
図１は、この発明の光照射装置の第１実施形態を備えた殺菌庫の断面を模式的に示す図である。この殺菌庫は、ケース１と、ケース１内の底付近に設置される載置台２と、ケース１内の天井付近に設置される光照射装置３とを備える。上記載置台２には、例えば、食品トレイ１５,１６が載置される。なお、この殺菌庫は、図示しない扉を有し、この扉でケース１の開口１Ａを開閉できる。

図２は、上記光照射装置３の要部を示す平面図である。この光照射装置３は、絶縁基板５と、この絶縁基板５上に形成された第１の電極６と、上記絶縁基板５上に形成された第２の電極７とを備える。

上記第１の電極６と第２の電極７との間に複数の中間電極８が２列に配列されている。この中間電極８は、長手方向の両端と中央に突部８Ａを有し、この突部８Ａは短手方向の両側に形成されている。また、上記第１の電極６は長手方向に予め定められた間隔を隔てて複数の突部６Ａを有し、上記第２の電極７は長手方向に予め定められた間隔を隔てて複数の突部７Ａを有する。

図２において、上段の列をなす複数の発光ダイオード１０が、上記第１の電極６の突部６Ａと上記中間電極８の突部８Ａとの間に配列されている。この上段の列をなす複数の発光ダイオード１０は、アノードＡが第１の電極６の突部６Ａに電気的に接続され、カソードＫが中間電極８の突部８Ａに電気的に接続されている。

また、図２において、中段の列をなす複数の発光ダイオード１０が、１列目の複数の中間電極８と２列目の複数の中間電極８との間に配列されている。この中段の列をなす複数の発光ダイオード１０は、アノードＡが一列目の中間電極８の突部８Ａに電気的に接続され、カソードＫが２列目の中間電極８の突部８Ａに電気的に接続されている。

また、図２において、下段の列をなす複数の発光ダイオード１０が、２列目の複数の中間電極８と第２の電極７との間に配列されている。この下段の列をなす複数の発光ダイオード１０は、アノードＡが２列目の中間電極８の突部８Ａに電気的に接続され、カソードＫが第２の電極７の突部７Ａに電気的に接続されている。

図３に示すように、上記発光ダイオード１０は、Ｎ型ＡｌＧａＮで作製されたコア部１１と、Ｐ型ＡｌＧａＮで作製されたシェル部１２とを有する。このシェル部１２は、上記コア部１１の外周面を被覆していて、上記コア部１１の外周面１１Ａの一部が上記シェル部１２から露出している。このシェル部１２から露出したコア部１１がカソードＫをなし、上記シェル部１２がアノードＡをなす。また、上記発光ダイオード１０は、上記シェル部１２の外周面を被覆する透明電極１３を有する。この透明電極１３は、ＩＴＯ(酸化インジウム錫)で作製されている。この発光ダイオード１０は、紫外線を出射する。

図２に示すように、上記複数の発光ダイオード１０は、上記第１の電極６と第２の電極７に対して極性を揃えて電気的に接続されている。また、上記複数の発光ダイオード１０は、上記絶縁基板５上の上記第１の電極６と第２の電極７との間の面状の領域にほぼ均一に分散して配置されている。これにより、この光照射装置３は、面状光源を構成している。

図７Ａは、この光照射装置３の等価回路である。この光照射装置３は、図７Ｂに示すように、第１の電極６と第２の電極７との間に第１の電極６の電位Ｖ１が第２の電極７の電位Ｖ２よりも高くなるような直流電圧が印加されることで、分散配置されて面状光源を構成している複数の発光ダイオード１０が発光して紫外線を照射する。

したがって、この光照射装置３によれば、ケース１内の載置台２に載置された食品トレイ１５,１６内の食品に紫外線照射を均一に照射でき、食品の殺菌処理を効率良く行える。また、光を拡散させるための光学部品が不要であるので、光学部品が紫外線で劣化する現象は発生せず、光学部品の信頼性が低下するという現象は起こらない。

また、上記発光ダイオード１０は、有機成分を主成分としていないので、紫外線に起因する素子自体の低下を防止することが可能となる。

次に、図４Ａ〜図４Ｅを順に参照して、上記光照射装置３の製造工程を説明する。

まず、図４Ａに示すように、ＡｌＮ基板２１上にＡｌＮバッファ層２２を形成してから、Ｎ型ＡｌＧａＮ層２３を形成し、次に、エッチングにより、上記Ｎ型ＡｌＧａＮ層２３を棒状に形成する。このＮ型ＡｌＧａＮ層２３の棒状部分２３Ａがコア部１１になされる。尚、上記ＡｌＮバッファ層２２上にＮ型ＡｌＧａＮ層を形成し、このＮ型ＡｌＧａＮ層状にドット状の触媒(例えば、Ｎｉ)を形成し、このドット状の触媒を核にしてＮ型ＡｌＧａＮの棒状部分を形成してもよい。

次に、図４Ａに示すように、Ｐ型ＡｌＧａＮ層２５、ＩＴＯ膜２６を順次堆積する。

次に、図４Ｂに示すように、エッチングにより、棒状部分２３Ａを被覆している部分のＰ型ＡｌＧａＮ層２５およびＩＴＯ膜２６を除去して、棒状部分２３Ａの先端部２３Ａ‐１を露出させる。ＩＴＯ膜２６は、カソード電極をなす。また、上記先端部２３Ａ‐１は、アノードをなす。

次に、ウエットエッチングによって、上記Ｎ型ＡｌＧａＮ層２３の棒状部分２３Ａとこの棒状部分２３Ａを被覆しているＰ型ＡｌＧａＮ層２５およびＩＴＯ膜２６が構成している棒状の部分を、ＡｌＮ基板２１,ＡｌＮバッファ層２２,Ｎ型ＡｌＧａＮ層２３が積層されている部分から刈り取る(分離する)。この刈り取った棒状の部分が、発光ダイオード１０となる。

尚、上記棒状の部分の刈り取りは、レーザーアブレーションを用いて行ってもよいし、超音波(例えば数１０ＫＨｚ)を用いて基板を基板平面に沿って振動させることにより、上記棒状の部分を根元から折り曲げる力で上記棒状の部分を加えることで実施してもよい。

次に、図４Ｃに示すように、上述のようにして刈り取った複数の棒状の発光ダイオード１０を、液体(例えば、純水、ＩＰＡ(イソプロピルアルコール))にほぼ均一に混ぜる。

次に、図４Ｄに示す絶縁基板５を用意し、この絶縁基板５上に上記複数の棒状の発光ダイオード１０を含んだ液体を流す。この絶縁基板５上には、第１の電極６と第２の電極７とが形成されている。また、この絶縁基板５上には、上記第１の電極６の複数の突部６Ａに対向する複数の突部３１Ａを有する中間電極３１と、上記第２の電極７の複数の突部７Ａに対向する複数の突部３２Ａを有する中間電極３２が形成されている。

また、上記中間電極３１と中間電極３２との間に予め設定された間隔を隔てて一対の中間電極３３,３４が形成されている。この中間電極３３は、予め設定された間隔を隔てて複数の突部３３Ａが形成されており、上記中間電極３４は、上記複数の突部３３Ａに対向するように形成された複数の突部３４Ａを有する。

ここで、上記第１の電極６の突部６Ａの幅は、上記中間電極３１の突部３１Ａの幅よりも広い。すなわち、上記第１の電極６の突部６Ａの幅は、上記発光ダイオード１０のシェル部１２の直径よりも大きく、上記中間電極３１の突部３１Ａの幅は、上記発光ダイオード１０のシェル部１２の直径よりも小さい。

また、上記中間電極３３の突部３３Ａの幅は、上記中間電極３４の突部３４Ａの幅よりも広い。すなわち、上記中間電極３３の突部３３Ａの幅は、上記発光ダイオード１０のシェル部１２の直径よりも大きく、上記中間電極３４の突部３４Ａの幅は、上記発光ダイオード１０のシェル部１２の直径よりも小さい。

また、上記中間電極３２の突部３２Ａの幅は、上記第２の電極７の突部７Ａの幅よりも広い。すなわち、上記中間電極３２の突部３２Ａの幅は、上記発光ダイオード１０のシェル部１２の直径よりも大きく、上記第２の電極７の突部７Ａの幅は、上記発光ダイオード１０のシェル部１２の直径よりも小さい。

次に、上記第１の電極６と上記中間電極３１との間に交流電圧を印加する。また、上記一対の中間電極３３,３４の間に交流電圧を印加する。また、上記中間電極３２と第２の電極７との間に交流電圧を印加する。これにより、上記第１の電極６の突部６Ａと上記中間電極３１の突部３１Ａとの間に発光ダイオード１０が配列される。また、上記一対の中間電極３３,３４の突部３３Ａ,３４Ａ間に発光ダイオード１０が配列される。また、上記中間電極３２の突部３２Ａと第２の電極７の突部７Ａとの間に発光ダイオード１０が配列される。

ここで、上記第１の電極６の突部６Ａの幅が中間電極３１の突部３１Ａの幅よりも広いので、発光ダイオード１０のアノードＡをなすシェル部１２は、中間電極３１の突部３１Ａよりも第１の電極６の突部６Ａに強く引かれる。このため、上記発光ダイオード１０は、上記第１の電極６の突部６ＡにアノードＡが接続され、中間電極３１の突部３１ＡにカソードＫが接続されるように極性が揃えられる。

また、上記中間電極３３の突部３３Ａの幅が中間電極３４の突部３４Ａの幅よりも広いので、発光ダイオード１０のアノードＡをなすシェル部１２は、中間電極３４の突部３４Ａよりも中間電極３３の突部３３Ａに強く引かれる。このため、上記発光ダイオード１０は、中間電極３３の突部３３ＡにアノードＡが接続され、中間電極３４の突部３４ＡにカソードＫが接続されるように極性が揃えられる。

また、上記中間電極３２の突部３２Ａの幅が第２の電極７の突部７Ａの幅よりも広いので、発光ダイオード１０のアノードＡをなすシェル部１２は、第２の電極７の突部７Ａよりも中間電極３２の突部３２Ａに強く引かれる。このため、上記発光ダイオード１０は、中間電極３２の突部３２ＡにアノードＡが接続され、第２の電極７の突部７ＡにカソードＫが接続される。

次に、フォトリソグラフィー技術により、図４Ｅに示すように、上記中間電極３１と中間電極３３とを電気的に接続する配線部３５と、上記中間電極３４と中間電極３２とを電気的に接続する配線部３６とを形成する。次に、上記配線部３５で接続された中間電極３１と中間電極３３を、エッチングにより、分割して、図２に示すように、１列目の５つの中間電極８を形成する。また、上記配線部３６で接続された中間電極３４と中間電極３２を、エッチングにより、分割して、図２に示すように、２列目の５つの中間電極８を形成する。

以上の製造工程によって、上述の如く、複数の発光ダイオード１０が絶縁基板５上に極性が揃った状態で分散配置されて面状光源を構成する光照射装置３を作製できる。

尚、上記エッチングにより分割を行わずに、中間電極３１と中間電極３３が配線部３５で接続された状態であると共に中間電極３４と中間電極３２が配線部３６で接続された状態のままで光照射装置としてもよい。

(第１実施形態の変形例)
上述の光照射装置３の製造工程において、図４Ｄに示す絶縁基板５に替えて、図８Ａに示す絶縁基板５５を用いてもよい。この絶縁基板５５上には、第１の電極５６と第２の電極５７とが形成されている。また、この絶縁基板５５上には、上記第１の電極５６の複数の突部５６Ａに対向する複数の突部８１Ａを有する中間電極８１と、上記第２の電極５７の複数の突部５７Ａに対向する複数の突部８２Ａを有する中間電極８２が形成されている。

また、上記中間電極８１と中間電極８２との間に予め設定された間隔を隔てて一対の中間電極８３,８４が形成されている。この中間電極８３は、予め設定された間隔を隔てて複数の突部８３Ａが形成されており、上記中間電極８４は、上記複数の突部８３Ａに対向するように形成された複数の突部８４Ａを有する。

ここで、上記第１の電極５６の突部５６Ａの幅は、上記中間電極８１の突部８１Ａの幅と略等しく、上記中間電極８３の突部８３Ａの幅は、上記中間電極８４の突部８４Ａの幅と略等しい。また、上記中間電極８２の突部８２Ａの幅は、上記第２の電極５７の突部５７Ａの幅と略等しい。

次に、上記第１の電極５６と上記中間電極８１との間に交流電圧を印加する。また、上記一対の中間電極８３,３４の間に交流電圧を印加する。また、上記中間電極８２と第２の電極５７との間に交流電圧を印加する。これにより、上記第１の電極５６の突部５６Ａと上記中間電極８１の突部８１Ａとの間に発光ダイオード１０が配列される。また、上記一対の中間電極８３,８４の突部８３Ａ,８４Ａ間に発光ダイオード１０が配列される。また、上記中間電極８２の突部８２Ａと第２の電極７の突部５７Ａとの間に発光ダイオード１０が配列される。

ここで、上記発光ダイオード１０は、第１の電極５６の突部５６Ａと中間電極８１の突部８１Ａとの間に極性を揃えないでランダムに入り交じって配置される。すなわち、上記第１の電極５６にアノードが電気的に接続されていると共に上記中間電極８１にカソードが電気的に接続された第１の発光ダイオード１０と、上記第１の電極５６にカソードが電気的に接続されていると共に上記中間電極８１にアノードが電気的に接続された第２の発光ダイオード１０とが混在している。

また、上記発光ダイオード１０は、中間電極８３の突部８３Ａと中間電極８４の突部８４Ａとの間に極性を揃えないでランダムに入り交じって配置される。すなわち、上記中間電極８３にアノードが電気的に接続されていると共に上記中間電極８４にカソードが電気的に接続された第１の発光ダイオード１０と、上記中間電極８３にカソードが電気的に接続されていると共に上記中間電極８４にアノードが電気的に接続された第２の発光ダイオード１０とが混在している。

また、上記発光ダイオード１０は、第２の電極５７の突部５７Ａと中間電極８２の突部８２Ａとの間に極性を揃えないでランダムに入り交じって配置される。すなわち、上記第２の電極５７にアノードが電気的に接続されていると共に上記中間電極８２にカソードが電気的に接続された第１の発光ダイオード１０と、上記第２の電極５７にカソードが電気的に接続されていると共に上記中間電極８２にアノードが電気的に接続された第２の発光ダイオード１０とが混在している。

次に、フォトリソグラフィー技術により、図８Ｂに示すように、上記中間電極８１と中間電極８３とを電気的に接続する配線部８５と、上記中間電極８４と中間電極８２とを電気的に接続する配線部８６とを形成する。

この工程によって、複数の発光ダイオード１０が絶縁基板５５上に極性を揃えないでランダムに入り交じって分散配置されて面状光源を構成する光照射装置を作製できる。図９Ａは、この変形例の光照射装置の等価回路である。この変形例の光照射装置は、図９Ｂに示すように、第１の電極５６と第２の電極５７との間に、予め設定された時間毎に、第１の電極５６の電位Ｖ１と第２の電極５７の電位Ｖ２との間の高低が入れ替わるように、第１の電極５６と第２の電極５７に矩形波電圧が印加される。これにより、第１の電極５６の電位Ｖ１が第２の電極５７の電位Ｖ２よりも高くなる期間では、第１の電極５６から第２の電極５７に電流が流れるときに発光する極性で接続された第２の発光ダイオード１０が発光する。一方、第２の電極５７の電位Ｖ２が第１の電極５６の電位Ｖ１よりも高くなる期間では、第２の電極５７から第１の電極５６に電流が流れるときに発光する極性で接続された第１の発光ダイオード１０が発光する。

なお、図９Ｂに示す矩形波電圧に替えて、図９Ｃに示す正弦波形の電圧を第１の電極５６と第２の電極５７との間に印加してもよい。この場合、上記第１の電極５６の電位Ｖ１が正弦波となり、上記第２の電極５７の電位Ｖ２が０Ｖで一定となる。

(第２の実施の形態)
次に、この発明の光照射装置の第２実施形態を説明する。

図５Ｅは、この第２実施形態の光照射装置の平面図であり、図６は、図５ＥのＣ‐Ｃ線断面図である。

この第２実施形態は、図５Ｅに示すように、絶縁基板１０１上に形成された第１の電極１０２と、上記絶縁基板１０１上に形成された第２の電極１０３とを備える。上記第１の電極１０２と第２の電極１０３との間で絶縁基板１０１上に中間電極１０５と中間電極１０６が形成されている。

上記第１の電極１０２は、長手方向に予め設定された間隔を隔てて複数の突部１０２Ａを有する。また、上記中間電極１０５は、上記第１の電極１０２の複数の突部１０２Ａに対して予め設定された間隔を隔てて対向する複数の突部１０５Ａを有する。上記第１の電極１０２の突部１０２Ａと上記中間電極１０５の突部１０５Ａとに跨るように発光ダイオード１１０が配置されている。

なお、図５Ｅでは、第１,第２の電極１０２,１０３上に形成されている絶縁層、および、発光ダイオード１１０のアノードＡを第１の電極１０２または中間電極１０６に電気的に接続するアノード用配線、および、発光ダイオード１１０のカソードＫを第２の電極１０３または中間電極１０５に電気的に接続するカソード用配線を省略している。これらについては、後述する。

また、上記中間電極１０５は、各突部１０５Ａの反対側に突部１０５Ｂが複数形成されている。また、上記中間電極１０６は、上記中間電極１０５の各突部１０５Ｂに対して予め設定された間隔を隔てて対向する複数の突部１０６Ａを有する。上記中間電極１０５の突部１０５Ｂと上記中間電極１０６の突部１０６Ａとに跨るように発光ダイオード１１０が配置されている。

また、上記第２の電極１０３は、長手方向に予め設定された間隔を隔てて複数の突部１０３Ａを有する。また、上記中間電極１０６は、上記第２の電極１０３の複数の突部１０３Ａに対して予め設定された間隔を隔てて対向する複数の突部１０６Ｂを有する。上記第２の電極１０３の突部１０３Ａと上記中間電極１０６の突部１０６Ｂとに跨るように発光ダイオード１１０が配置されている。なお、上記第１,第２の電極１０２,１０３の表面には薄い絶縁膜(図示せず)が形成されており、上記中間電極１０５,１０６の表面には薄い絶縁膜(図示せず)が形成されている。

図６に示すように、上記発光ダイオード１１０は、順次積層されたＮ型ＡｌＧａＮ層１１３,Ｐ型ＡｌＧａＮ層１１４,透明電極１１５,絶縁膜１１６を備える。この絶縁膜１１６には、コンタクトホール１１６Ａが形成され、アノード用配線１１７がコンタクトホール１１６Ａを通して透明電極１１５に電気的に接続されている。このアノード用配線１１７は、絶縁層１１８に形成されたコンタクトホール１１８Ａを通して、中間電極１０６に電気的に接続されている。なお、上記中間電極１０６上の形成されている薄い絶縁膜(図示せず)は、上記コンタクトホール１１８Ａの箇所では削除されている。これにより、上記発光ダイオード１１０の表側のＰ型ＡｌＧａＮ層１１４が透明電極１１６とアノード用配線１１７で中間電極１０６に電気的に接続されている。

上記絶縁層１１８は、複数の発光ダイオード１１０間で上記第１,第２の電極１０２,１０３上および中間電極１０５,１０６上に形成されている。また、上記アノード用配線１１７は、各発光ダイオード１１０において、同様に形成されて、表側のＰ型ＡｌＧａＮ層１１４を中間電極１０６または第１の電極１０２に電気的に接続している。

一方、上記発光ダイオード１１０の長手方向の一端部には、段部１１０Ａが形成されている。また、この段部１１０Ａおよび上記第２の電極１０３上には、上記絶縁層１１８が形成されており、この絶縁層１１８には、第２の電極１０３に達するコンタクトホール１１８Ｂと段部１１０ＡのＮ型ＡｌＧａＮ層１１３に達するコンタクトホール１１８Ｃが形成されている。この絶縁層１１８上には、カソード用配線１１９が形成されている。このカソード用配線１１９は、上記コンタクトホール１１８Ｂを通して第２の電極１０３に電気的に接続され、上記コンタクトホール１１８Ｃを通してＮ型ＡｌＧａＮ層１１３に電気的に接続されている。これにより、上記発光ダイオード１１０の裏側のＮ型ＡｌＧａＮ層１１３がカソード用配線１１９で第２の電極１０３に電気的に接続されている。また、上記カソード用配線１１９は、各発光ダイオード１１０において、同様に形成されて、裏側のＮ型ＡｌＧａＮ層１１３を中間電極１０５または第２の電極１０３に電気的に接続している。

次に、図５Ａ〜図５Ｅ,図６を順に参照して、この第２実施形態の光照射装置の製造工程を説明する。

まず、図５Ａに示すように、ＡｌＮ基板１１１上に、順に、エピタキシャル成長ＡｌＮ層１１２、Ｎ型ＡｌＧａＮ層１１３、Ｐ型ＡｌＧａＮ層１１４、透明電極１１５、絶縁膜１１６を積層する。

次に、図５Ｂの平面図に示すように、フォトリソグラフィー技術により、予め設定された間隔を隔てて、分離溝１２１と分離溝１２２を形成した後、選択エッチングによって、上記エピタキシャル成長ＡｌＮ層１１２を除去して、ＡｌＮ基板１１１から発光ダイオード１１０を分離する。

次に、図５Ｃに示すように、上述のようにして分離した複数の板状の発光ダイオード１１０を、液体(例えば、純水、ＩＰＡ(イソプロピルアルコール))にほぼ均一に混ぜる。

次に、図５Ｄに示す絶縁基板１０１を用意し、この絶縁基板１０１上に上記複数の板状の発光ダイオード１１０を含んだ液体を流す。この絶縁基板１０１上には、第１の電極１０２と第２の電極１０３とが形成されている。また、この絶縁基板１０１上には、上記第１の電極１０２の複数の突部１０２Ａに対向する複数の突部１３１Ａを有する中間電極１３１と、上記第２の電極１０３の複数の突部１０３Ａに対向する複数の突部１３２Ａを有する中間電極１３２が形成されている。

また、上記中間電極１３１と中間電極１３２との間に予め設定された間隔を隔てて一対の中間電極１３３,１３４が形成されている。この中間電極１３３は、予め設定された間隔を隔てて複数の突部１３３Ａが形成されており、上記中間電極１３４は、上記複数の突部１３３Ａに対向するように形成された複数の突部１３４Ａを有する。

次に、上記第１の電極１０２と上記中間電極１３１との間に交流電圧を印加する。また、上記一対の中間電極１３３,１３４の間に交流電圧を印加する。また、上記中間電極１３２と第２の電極１０３との間に交流電圧を印加する。これにより、上記第１の電極１０２の突部１０２Ａと上記中間電極１３１の突部１３１Ａとの間に発光ダイオード１１０が配列される。また、上記一対の中間電極１３３,１３４の突部１３３Ａ,１３４Ａ間に発光ダイオード１１０が配列される。また、上記中間電極１３２の突部１３２Ａと第２の電極１０３の突部 １０３Ａとの間に発光ダイオード１１０が配列される。

このとき、絶縁膜１１６よりもＮ型ＡｌＧａＮ層１１３の方が第１の電極１０２,中間電極１３１〜１３４,第２の電極１０３に強く引かれて、Ｎ型ＡｌＧａＮ層１１３が第１の電極１０２と中間電極１３１または中間電極１３３と１３４または中間電極１３２と第２の電極１０３に接続される。

例えば、図６に示すように、上記発光ダイオード１１０は、Ｎ型ＡｌＧａＮ層１１３が中間電極１０６と第２の電極１０３に接続される。

次に、カソード側の第２の電極１０３側の端部に段部１１０Ａがエッチングにより形成される。この段部１１０Ａは、Ｎ型ＡｌＧａＮ層１１３の途中まで達している。

次に、上記第１,第２の電極１０２,１０３上および中間電極１３１〜１３４上に絶縁層１１８を形成し、上記透明電極１１６にコンタクトホール１１６Ａを形成し、上記絶縁層１１８にコンタクトホール１１８Ａ,１１８Ｂ,１１８Ｃを形成する。

次に、フォトリソグラフィー技術により、図５Ｄに示すように、中間電極１３１と中間電極１３３とを電気的に接続する配線部１３６と、中間電極１３４と中間電極１３２とを電気的に接続する配線部１３７とを形成する。これにより、図５Ｅに示すように、中間電極１０５と１０６が形成される。

また、図６に示すように、上記透明電極１１６と絶縁層１１８上にアノード用配線１１７を形成し、このアノード用配線１１７をコンタクトホール１１８Ａを通して中間電極１０６に電気的に接続し、絶縁膜１１６のコンタクトホール１１６Ａを通してアノード用配線１１７を透明電極１１５に電気的に接続する。これにより、表側のＰ型ＡｌＧａＮ層１１４を中間電極１０６に電気的に接続できる。

また、図６に示すように、絶縁層１１８上にカソード用配線１１９を形成し、このカソード用配線１１９をコンタクトホール１１８Ｂを通して第２の電極１０３に電気的に接続し、コンタクトホール１１８Ｃを通してＮ型ＡｌＧａＮ層１１３に電気的に接続する。これにより、裏側のＮ型ＡｌＧａＮ層１１３を第２の電極１０６に電気的に接続できる。

なお、図６の構造は、中間電極１０５と中間電極１０６との間に接続された発光ダイオード１１０についても同様で、表側のＰ型ＡｌＧａＮ層１１４をアノード用配線１１７で中間電極１０６に電気的に接続し、裏側のＮ型ＡｌＧａＮ層１１３をカソード用配線１１９で中間電極１０５に電気的に接続している。また、図６の構造は、第１の電極１０２と中間電極１０５との間に接続された発光ダイオード１１０についても同様で、表側のＰ型ＡｌＧａＮ層１１４をアノード用配線１１７で第１の電極１０２に電気的に接続し、裏側のＮ型ＡｌＧａＮ層１１３をカソード用配線１１９で中間電極１０５に電気的に接続している。

以上の製造工程によって、上述の如く、複数の発光ダイオード１１０が、アノードＡをなすＰ型ＡｌＧａＮ層１１４が表側となるように絶縁基板５上に分散配置されて面状光源を構成する光照射装置を作製できる。この光照射装置は、複数の発光ダイオード１１０のアノードＡをなす表側のＰ型ＡｌＧａＮ層１１４がアノード用配線１１７に接続され、複数の発光ダイオード１１０のカソードＫをなす裏側のＮ型ＡｌＧａＮ層１１３がカソード用配線１１９に接続されている。

したがって、この光照射装置は、図７Ｂに示すように、アノード用配線１１７とカソード用配線１１９との間にアノード用配線１１７の電位Ｖ１がカソード用配線１１９の電位Ｖ２よりも高くなるような直流電圧が印加されることで、分散配置されて面状光源を構成している複数の発光ダイオード１１０が発光して紫外線を照射する。

この実施形態の光照射装置によれば、複数の発光ダイオード１１０が、絶縁基板１０１上の面状の領域に分散して配置されているので、光を拡散させるための光学部品を用いることなく、照射対象物への紫外線照射を均一化できる。

(第３の実施の形態)
図１０は、この発明の光照射装置の第３実施形態を備えた殺菌庫の断面を模式的に示す図である。この殺菌庫は、第１実施形態の光照射装置に替えて、第３実施形態の光照射装置２００を備えた点だけが、図１に示す殺菌庫と異なる。

この第３実施形態の光照射装置２００は、図１１の断面図に示すように、図２に示す絶縁基板５に替えて、絶縁基板２０５を備える点と、発光ダイオード１０に替えて、発光ダイオード２１０を備える点とが前述の第１実施形態と異なる。

上記絶縁基板２０５は、フレキシブル基板２０６と、このフレキシブル基板２０６上に形成された光反射膜２０７と、この光反射膜２０７上に形成された絶縁膜２０８とを有する。上記光反射膜２０７は、例えば、Ａｌ(アルミニウム)膜などの金属薄膜である。

この絶縁基板２０５上には、図２に示す第１実施形態の光照明装置３と同様に、第１の電極６と第２の電極７と２列の中間電極８とが形成されている。

この第３実施形態の光照射装置２００は、図２の複数の発光ダイオード１０に替えて、複数の発光ダイオード２１０を備える。この複数の発光ダイオード２１０の絶縁基板２０５上の配置と、第１の電極６と第２の電極７と２列の中間電極８に対する電気的接続は、図２の複数の発光ダイオード１０と同様である。

すなわち、この光照射装置２００は、上記第１の電極６の突部６ＡにアノードＡが電気的に接続され、上記第１の電極６の突部６Ａに対向する中間電極８の突部８ＡにカソードＫが電気的に接続された複数の発光ダイオード２１０と、上記第２の電極７の突部７ＡにカソードＫが電気的に接続され、この第２の電極７の突部７Ａに対向する中間電極８の突部８ＡにアノードＡが電気的に接続された複数の発光ダイオード２１０を有する。また、この光照射装置２００は、上記第１の電極６側の中間電極８の突部８ＡにアノードＡが電気的に接続され、上記第２の電極７側の中間電極８の突部８ＡにカソードＫが電気的に接続された複数の発光ダイオード２１０を有する。

したがって、上記複数の発光ダイオード２１０は、上記第１の電極６と第２の電極７に対して極性を揃えて電気的に接続されている。また、上記複数の発光ダイオード２１０は、上記絶縁基板２０５上の上記第１の電極６と第２の電極７との間の面状の領域にほぼ均一に分散して配置されている。これにより、この光照射装置２００は、面状光源を構成している。

図１６に示すように、上記発光ダイオード２１０は、Ｎ型ＡｌＧａＮで作製されたコア部２２２と、Ｐ型ＡｌＧａＮで作製されたシェル部２２４とを有する。このシェル部２２４は、上記コア部２２２の外周面を被覆していて、上記コア部２２２の外周面の一部が上記シェル部２２４から露出している。このシェル部２２４から露出したコア部２２２がカソードＫをなし、上記シェル部２２４がアノードＡをなす。また、上記発光ダイオード２１０は、上記シェル部２２４の外周面を被覆する透明電極２２５を有する。この透明電極２２５は、ＩＴＯ(酸化インジウム錫)で作製されている。この発光ダイオード２１０は、紫外線を出射する。

次に、図１７Ａ〜図１７Ｅを順に参照して、上記発光ダイオード２１０の製造工程を説明する。

まず、図１７Ａに示すように、ＡｌＮ基板(図示せず)上にＡｌＮバッファ層２２０とＮ型ＡｌＧａＮ層２２１を順に形成し、このＮ型ＡｌＧａＮ層２２１上に金属触媒(Ｎｉ触媒２４１)を粒状に形成する。これは、Ｎ型ＡｌＧａＮ層２２１上にＮｉをスパッタにより堆積し、その後アニールにより凝集させて行なうことができる。またはＮｉコロイドを含む溶液に浸して行なうこともできる。

次に、図１７Ｂに示すように、ＭＯＣＶＤ(有機金属気相成長)装置を用いて、Ｎ型のＡｌＧａＮを結晶成長させてＮ型ＡｌＧａＮのコア部２２２となる棒状部２４２を形成する。

次に、図１７Ｃに示すように、ＭＯＣＶＤにより、Ｎ型ＡｌＧａＮ層２２１およびＮ型ＡｌＧａＮの棒状部２４２の全面に、Ｐ型ＡｌＧａＮのシェル部２２４となるＰ型ＡｌＧａＮ膜２４４を形成する。

次に、図１７Ｄに示すように、Ｐ型ＡｌＧａＮ膜２４４上のＮｉ触媒２４１をエッチングにより除去し、続いて、Ｐ型ＡｌＧａＮ膜２４４上の全面に、ＩＴＯ膜２４５を形成する。

次に、図１７Ｅに示すように、エッチングにより、棒状部２４２の先端部分を被覆している部分のＰ型ＡｌＧａＮ膜２４４およびＩＴＯ膜２４５を除去して、棒状部２４２の先端部２４２Ａを露出させる。ＩＴＯ膜２４５は、カソード電極をなす透明電極２２５となり、上記先端部２４２Ａは、コア部２２２のアノードをなす。

次に、ウエットエッチングによって、上記Ｎ型ＡｌＧａＮの棒状部２４２とこの棒状部２４２を被覆しているＰ型ＡｌＧａＮ膜２４４およびＩＴＯ膜２４５とが構成している棒状の部分を、ＡｌＮ基板,ＡｌＮバッファ層２２０,Ｎ型ＡｌＧａＮ層２２１が積層されている部分から刈り取る(分離する)。この刈り取った棒状の部分が、上記発光ダイオード２１０となる。

なお、上記棒状の発光ダイオード２１０の刈り取りは、レーザーアブレーションを用いて行ってもよいし、超音波(例えば数１０ＫＨｚ)を用いて基板を基板平面に沿って振動させることにより、上記棒状の部分を根元から折り曲げる力で上記棒状の部分を加えることで実施してもよい。

次に、上述のようにして刈り取った複数の棒状の発光ダイオード２１０を、液体(例えば、純水、ＩＰＡ(イソプロピルアルコール))にほぼ均一に混ぜる。

その後、前述の第１実施形態において、図４Ｄを参照して説明したのと同様に、上記絶縁基板２０５上に上記複数の棒状の発光ダイオード２１０を含んだ液体を流し、第１の電極６と中間電極３１との間に交流電圧を印加し、一対の中間電極３３,３４の間に交流電圧を印加し、中間電極３２と第２の電極７との間に交流電圧を印加する。これにより、絶縁基板２０５において、図２に示す各電極６,７,８の間に、各発光ダイオード２１０を極性を揃えて接続できる。

以上の製造工程によって、上述の如く、複数の発光ダイオード２１０が絶縁基板２０５上に極性が揃った状態で分散配置されて面状光源を構成する光照射装置２００を作製できる。

図７Ａは、この光照射装置２００の等価回路の一例である。この光照射装置２００は、図７Ｂに示すように、第１の電極６と第２の電極７との間に第１の電極６の電位Ｖ１が第２の電極７の電位Ｖ２よりも高くなるような直流電圧が印加されることで、分散配置されて面状光源を構成している複数の発光ダイオード２１０が発光して紫外線を照射する。

したがって、この光照射装置２００によれば、ケース１内の載置台２に載置された食品トレイ１５,１６内の食品に紫外線照射を均一に照射でき、食品の殺菌処理を効率良く行える。また、光を拡散させるための光学部品が不要であるので、光学部品が紫外線で劣化する現象は発生せず、光学部品の信頼性が低下するという現象は起こらない。

また、上記光照射装置２００は、絶縁基板２０５をフレキシブル基板２０６で構成しているので、図１０に示すように、ケース１内の縁部２００Ａを中央部に向けて湾曲させた状態で設置することができる。これにより、第１実施形態の光照射装置３に比べて、紫外線の照射面積を大きくすることができるので、食品トレイ１５,１６内の食品の殺菌効果を強くできる。また、湾曲の程度も自由に設定可能であるので、デザイン性にも優れ、使用者に優しい印象を与える外観を演出することも可能になる。

また、上記光照射装置２００は、フレキシブル基板２０６に光反射膜２０７を形成し、光反射膜２０７でフレキシブル基板２０６を覆っているので、発光ダイオード２１０からフレキシブル基板２０６に向かう紫外線を光反射膜２０７で反射して、殺菌対象物に向かわせることができる。したがって、プラスチックなどの有機物で構成される樹脂製品であるフレキシブル基板２０６が紫外線で劣化することを防止できると共に、殺菌対象物に紫外線を効率よく照射できる。

よって、この光照射装置２００によれば、効率よく紫外線を殺菌対象物に照射できると共に信頼性も向上できる。

図１２は、上記光照射装置２００を環状に湾曲させて、管形状の殺菌装置３００とした一例を示している。この管形状の殺菌装置３００によれば、内周面のほぼ全体から管内に向かって紫外線を照射でき、管内に水や空気等の流体を流すことで、この流体を殺菌できる。

このように、上記光照射装置２００によれば、殺菌対象物の種類,形状や用途に応じた形状にすることが可能になり、面光源としての設計の自由度を上げることが可能となり、より小型かつ効率的な殺菌装置を実現することが可能になる。したがって、特に、冷蔵庫における水の殺菌、空気清浄機における除菌などの家庭電化製品への用途や自動車の空気清浄機における除菌等の車載用途等の体積に制約のある用途へ適用すると有効である。

次に、図１３に、この第３実施形態の光照射装置２００を有する殺菌室４０１を備えた冷蔵庫４００を模式的に示す。

図１４Ａに示すように、上記殺菌室４０１は、平坦な平面形状とした光照射装置２００が天井付近に設置され、載置台４０２には、例えば、食品トレイ４１５,４１６が載置される。なお、この殺菌室４０１は、図示しない扉を備え、この扉で、開口４０４を開閉可能になっている。

この殺菌室４０１の壁部４２０の断面を、図１４Ｂに示す。この壁部４２０は、外側の隔壁４２１と、この隔壁４２１の内周面４２１Ａに貼り付けられた光反射膜４２２とを有している。上記隔壁４２１は、例えば、プラスチックなどの樹脂材料で作製され、上記光反射膜４２２は、例えば、Ａｌ(アルミニウム)薄膜などで作製されている。

また、この殺菌室４０１の底部４２５も、内側面に光反射膜(図示せず)が貼り付けられ、上記扉も、上記隔壁４２１と同様、閉じたときに開口４０４に面する内周面に光反射膜(図示せず)が貼り付けられている。

上記構成の殺菌室４０１によれば、室内空間を囲む壁部４２０は内側面が光反射膜４２２で構成され、底部４２５の内周面および上記扉の内周面にも光反射膜が貼り付けられているので、光照射装置２００から出射された紫外線が殺菌室４０１の外に漏れ出すことを防止できる。したがって、この殺菌室４０１の外側に配置されたプラスチックなどの樹脂材料で作製されている樹脂部材,樹脂製品が紫外線によって劣化することを防止できる。

また、上記各光反射膜でもって、光照射装置２００から出射された紫外線を反射して、食品等の殺菌対象物に照射することができるので、殺菌効果を強くできる。

また、紫外線照射に蛍光管を用いる場合と異なり、発光ダイオードで紫外線を照射するので、冷蔵庫内の低温下でも高効率で紫外線を照射できる。

なお、図１５に示すように、上記殺菌室４０１内に、上記光照射装置２００の紫外線出射面２００Ａに対して予め設定された間隔を隔てて波長変換フィルタ５０１を着脱可能に配置してもよい。この波長変換フィルタ５０１は、上記紫外線出射面２００Ａからの紫外線を、橙色光や青色光に変換して、この橙色光や青色光を食品トレイ４１５や食品トレイ４１６に載せた野菜等の食品に照射できる。上記橙色光や青色光を野菜等の食品に照射することによって、野菜等の食品の保存性能を高めることができる。

一方、上記波長変換フィルタ５０１を取り外せば、上記紫外線出射面２００Ａからの紫外線を、殺菌対象物としての野菜等の食品に照射して、野菜等の食品の殺菌を効率よく行うことができる。

尚、上記各実施形態において、上記第１,第２の電極および中間電極を作製する金属の材料としては、金、銀、銅、タングステン、アルミニウム、タンタルやそれらの合金などを用いることができる。また、上記絶縁基板はガラス、セラミック、アルミナ、樹脂のような絶縁体、またはシリコンのような半導体表面にシリコン酸化膜を形成し、表面が絶縁性を有するような基板である。ガラス基板を用いる場合は、表面にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜のような下地絶縁膜を形成するのが好ましい。

１ ケース
２,４０２ 載置台
３,２００ 光照射装置
５,５５,１０１,２０５ 絶縁基板
６,５６,１０２ 第１の電極
６Ａ,５６Ａ,１０２Ａ 突部
７,５７,１０３ 第２の電極
７Ａ,５７Ａ,１０３Ａ 突部
８,８１,８２,８３,８４,１０５,１０６ 中間電極
８Ａ,８１Ａ,８２Ａ,８３Ａ,８４Ａ,１０５Ａ,１０５Ｂ,１０６Ａ,１０６Ｂ 突部
１０,１１０,２１０ 発光ダイオード
１１,２２２ コア部
１２,２２４ シェル部
１３,２２５ 透明電極
１５,１６,４１５,４１６ 食品トレイ
２１ ＡｌＮ基板
２２ ＡｌＮバッファ層
２３ Ｎ型ＡｌＧａＮ層
２３Ａ 棒状部分
２５ Ｐ型ＡｌＧａＮ層
２６ ＩＴＯ膜
３１〜３４,１０５,１０６,１３１〜１３４ 中間電極
３５,３６,８５,８６ 配線部
１１０Ａ 段部
１１１ ＡｌＮ基板
１１２ エピタキシャル成長ＡｌＮ層
１１３ Ｎ型ＡｌＧａＮ層
１１４ Ｐ型ＡｌＧａＮ層
１１５ 透明電極
１１６ 絶縁膜
１１６Ａ,１１８Ａ,１１８Ｂ,１１８Ｃ コンタクトホール
１１７ アノード用配線
１１８ 絶縁層
１１９ カソード用配線
１２１,１２２ 分離溝
２０６ フレキシブル基板
２０７ 光反射膜
４００ 冷蔵庫
４０１ 殺菌室
４２０ 壁部
４２１ 隔壁
４２２ 光反射膜
５０１ 波長変換フィルタ

Claims (5)

1. 基板と、
   上記基板上に形成された第１の電極と、
   上記基板上に形成された第２の電極と、
   上記第１の電極と第２の電極との間に電気的に接続されていると共に紫外線を出射する板状または棒状の複数の発光ダイオードと
   を備え、
   上記複数の発光ダイオードは、
   上記基板上の予め定められた面状の領域に分散して配置されていることを特徴とする光照射装置。
2. 請求項１に記載の光照射装置において、
   上記基板と上記発光ダイオードとの間に光反射膜が形成されていることを特徴とする光照射装置。
3. 請求項１または２に記載の光照射装置において、
   上記基板は、
   フレキシブル基板で構成されていることを特徴とする光照射装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の光照射装置において、
   上記複数の発光ダイオードは、
   上記第１の電極にアノードが電気的に接続されていると共に上記第２の電極にカソードが電気的に接続された第１の発光ダイオードと、
   上記第１の電極にカソードが電気的に接続されていると共に上記第２の電極にアノードが電気的に接続された第２の発光ダイオードと
   からなり、
   上記第１の発光ダイオードと第２の発光ダイオードが上記基板上の上記第１の電極と第２の電極との間に極性を揃えないでランダムに入り交じって配置されていることを特徴とする光照射装置。
5. 請求項１から３のいずれか１つに記載の光照射装置において、
   上記複数の発光ダイオードは、
   上記第１,第２の電極に対する極性が揃っていることを特徴とする光照射装置。

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