JP6183762B2 - 紫外線発光装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、紫外線発光装置の製造方法に関し、より詳細には複数個の紫外線発光素子を備えた紫外線発光装置の製造方法に関する。
従来、発光装置としては、複数のＬＥＤチップが直列接続された直列回路を有するＬＥＤ発光装置が提案されている（日本国特許出願公開番号２０１１−２２８６０２（以下「文献１」という）。文献１には、ＬＥＤチップとして、ＧａＮ系青色発光ダイオードが記載されている。
ところで、発光装置の一種である紫外線発光装置の分野においては、光出力の高出力化及び長寿命化が望まれている。
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、光出力の高出力化及び長寿命化を図ることが可能な紫外線発光装置の製造方法を提供することにある。
本発明は、複数個の紫外線発光素子と、前記複数個の紫外線発光素子が並列接続されて実装された実装基板と、を備える紫外線発光装置の製造方法である。この製造方法は、前記複数個の紫外線発光素子の駆動電圧と光出力とをそれぞれ測定して、複数の駆動電圧範囲と複数の光出力範囲とに従って複数の分類領域に分類した分類マトリックスに分類する選別工程と、前記分類マトリックスの第１の分類領域に属する紫外線発光素子と、前記分類マトリックスの第２の分類領域に属する紫外線発光素子と、のみから複数個の紫外線発光素子を選択して、前記実装基板に実装する実装工程とを含む。前記第１の分類領域は、前記複数の駆動電圧範囲における所定の１つの駆動電圧範囲と、前記複数の光出力範囲における中心の光出力範囲を基準として対称の位置にある２つの光出力範囲のうち光出力の低い光出力範囲と、で規定されている。前記第２の分類領域は、前記所定の１つの駆動電圧範囲と、前記２つの光出力範囲のうち光出力の高い光出力範囲と、で規定されている。１つの仮想円の円周上において前記複数個の紫外線発光素子が等間隔で並んでいる。
本発明の紫外線発光装置においては、光出力の高出力化及び長寿命化を図ることが可能となる。
図面は本教示に従って一又は複数の実施例を示すが、限定するものではなく例に過ぎない。図面において、同様の符号は同じか類似の要素を指す。
図１は、実施形態の紫外線発光装置の概略平面図である。 図２は、実施形態における各紫外線発光素子の断面を例示する。 図３は、実施形態における紫外線発光素子と実装基板との接続例を示す。 図４は、実施形態における、配線基板への実装基板の搭載例を示す。 図５は、実施形態の効果を説明するための図である。 図６は、図１の複数個の紫外線発光素子に、分類マトリックスから外れる特性を持つ紫外線発光素子が含まれる場合の配光特性を示す図である。
以下では、本実施形態の紫外線発光装置１について、図１から４に基づいて説明する。また、表１に、分類マトリックスの一例を示す。なお、分類マトリックスの各要素については後述する。
Figure 0006183762
図１の例に示すように、紫外線発光装置１は、複数個の紫外線発光素子２と、複数個の紫外線発光素子２が実装された実装基板３と、を備える。紫外線発光装置１は、複数個の紫外線発光素子２が並列接続されている。表１の例に示すように、オプション（一例）として、複数個の紫外線発光素子２は、複数の駆動電圧範囲と複数の光出力範囲とに従って複数の分類領域Ｘ１Ｙ１〜Ｘ３Ｙ１０に分類した分類マトリックスにおいて、複数の分類領域Ｘ１Ｙ１〜Ｘ３Ｙ１０のうち第１の分類領域Ｘ１Ｙ５の特性を有する紫外線発光素子２と、複数の分類領域Ｘ１Ｙ１〜Ｘ３Ｙ１０のうち第２の分類領域Ｘ３Ｙ５の特性を有する紫外線発光素子２と、のみを含む。第１の分類領域Ｘ１Ｙ５は、複数の駆動電圧範囲における所定の１つの駆動電圧範囲と、複数の光出力範囲における中心の光出力範囲を基準として対称の位置にある２つの光出力範囲のうち光出力の低い光出力範囲と、で規定されている。第２の分類領域Ｘ３Ｙ５は、複数の駆動電圧範囲における所定の１つの駆動電圧範囲と、２つの光出力範囲のうち光出力の高い光出力範囲と、で規定されている。よって、紫外線発光装置１は、複数個の紫外線発光素子２が、第１の分類領域Ｘ１Ｙ５の紫外線発光素子２と、第２の分類領域Ｘ３Ｙ５の紫外線発光素子２と、のみを含んでいるので、各紫外線発光素子２に流れる電流のばらつきを抑制することが可能となる。これにより、紫外線発光装置１においては、光出力の高出力化及び長寿命化を図ることが可能となる。
紫外線発光装置１は、実装基板３が実装される配線基板４を備えていてもよい。この場合、実装基板３は、複数個の紫外線発光素子２と配線基板４とを中継するためのインタポーザを構成する。「複数個の紫外線発光素子２と配線基板４とを中継する」とは、複数個の紫外線発光素子２と配線基板４とを電気的に接続する概念を含む。
紫外線発光装置１の各構成要素については、以下に、詳細に説明する。
紫外線発光素子２は、紫外線ＬＥＤチップ（以下、「ＵＶ−ＬＥＤ」ともいう。）により構成されている。
図２の例に示すように、ＵＶ−ＬＥＤ２は、基板２０を備え、基板の第１面側（図２の例では上面側）において、第１面に近い側から順に、バッファ層２１、第１導電型半導体層２２、発光層２３、第２導電型半導体層２４が形成されている。図２は多層構造を示すが、ＵＶ−ＬＥＤ２は、例えばメサ構造を有している。メサ構造は、多層構造の一部を、多層構造の表面側（第２導電型半導体層２４の側）から第１導電型半導体層２２の途中までエッチングすることで形成されている。多層構造の表面は、第２導電型半導体層２４の表面により構成されている。ＵＶ−ＬＥＤ２は、第１導電型半導体層２２の露出した表面上に、第１電極２５が形成され、第２導電型半導体層２４の表面上に、第２電極２６が形成されている。ＵＶ−ＬＥＤ２は、第１導電型半導体層２２の導電型（第１導電型）がｎ型であり、第２導電型半導体層２４の導電型（第２導電型）がｐ型である。よって、ＵＶ−ＬＥＤ２は、第１電極２５が負電極を構成し、第２電極２６が正電極を構成する。ＵＶ−ＬＥＤ２は、第１電極２５と第２電極２６との間に通電されることにより紫外線を放射する。なお、ＵＶ−ＬＥＤ２は、第１導電型がｐ型であり、第２導電型がｎ型である場合、第１電極２５が正電極を構成し、第２電極２６が負電極を構成する。
ＵＶ−ＬＥＤ２は、第１電極２５及び第２電極２６が、このＵＶ−ＬＥＤ２の厚さ方向の一面側に設けられている。これにより、紫外線発光素子２は、実装基板３にフリップチップ実装することができる。すなわち、各紫外線発光素子２は、それ自身（２）の第１電極２５および第２電極２６の側を実装基板３に接続するように、実装基板３に搭載される。ＵＶ−ＬＥＤ２は、基板２０が、発光層２３で発光した紫外線を透過する材料により形成されており、基板２０の第２面（図２の例では下面）が、光取り出し面を構成している。ＵＶ−ＬＥＤ２は、発光層２３で発光した紫外線が基板２０の第２面から放射される。ＵＶ−ＬＥＤ２は、第１導電型半導体層２２と発光層２３と第２導電型半導体層２４とを含む多層構造が、ＭＯＶＰＥ法により形成されている。第１電極２５及び第２電極２６の各々は、オーミック電極と、パッド電極と、を含む。
ＵＶ−ＬＥＤ２は、より詳細には次のように構成されている。
基板２０は、サファイア基板により構成されている。また、バッファ層２１は、ＡｌＮ層により構成されている。第１導電型半導体層２２は、ｎ型ＡｌＧａＮ層により構成されている。発光層２３は、多重量子井戸構造を備える。多重量子井戸構造は、第１のＡｌＧａＮ層からなる障壁層と、第２のＡｌＧａＮ層からなる井戸層と、を備える。第２のＡｌＧａＮ層は、第１のＡｌＧａＮ層よりもバンドギャップが大きい。第２導電型半導体層２４は、ｐ型ＡｌＧａＮ層と、ｐ型ＧａＮ層と、を備える。ｐ型ＧａＮ層は、第２電極２６と良好なオーミック接触を得るためのｐ型コンタクト層として設けてある。
ＵＶ−ＬＥＤ２の発光ピーク波長は、２６０ｎｍ〜２８０ｎｍの範囲にある。よって、ＵＶ−ＬＥＤ２は、ＵＶ−Ｃの波長域に発光ピーク波長を有する。ＵＶ−Ｃの波長域は、例えば国際照明委員会（ＣＩＥ）における紫外線の波長による分類によれば、１００ｎｍ〜２８０ｎｍである。
ＵＶ−ＬＥＤ２のチップサイズは、４００μｍ□（μｍ ｓｑ．）、つまり４００μｍ×４００μｍに設定してあるが、これに限らない。チップサイズは、例えば、２００μｍ□（２００μｍ×２００μｍ）〜１ｍｍ□（１ｍｍ×１ｍｍ）程度の範囲で適宜設定することができる。また、ＵＶ−ＬＥＤ２の外周形状は、正方形状に限らず、例えば、長方形状等でもよい。
紫外線発光装置１は、上述のように、複数個の紫外線発光素子２が並列接続されている。より詳細には、紫外線発光装置１は、６個の紫外線発光素子２が並列接続されている。
紫外線発光装置１は、複数個の紫外線発光素子２を実装基板３に実装することにより、複数個の紫外線発光素子２が並列接続されている。「紫外線発光素子２を実装基板３に実装する」とは、紫外線発光素子２を実装基板３に搭載して機械的に接続することと、電気的に接続すること、を含む概念である。
紫外線発光装置１は、実装基板３が、シリコン基板から形成されているのが好ましい。これにより、紫外線発光装置１は、実装基板３が樹脂系基板から形成されている場合に比べて、放熱性を向上させることが可能となり、光出力の高出力化を図ることが可能となる。
実装基板３は、シリコン基板から形成されている場合、図３の例に示すように、シリコン基板３０と、電気絶縁膜３１と、第１導体部３２と、第２導体部３３と、第１端子部３４と、第２端子部３５と、を備えた構成とすることができる。
電気絶縁膜３１は、シリコン基板３０の表面（図３の例では上面）上に形成されている。電気絶縁膜３１は、例えば、シリコン酸化膜により構成することができる。第１導体部３２、第２導体部３３、第１端子部３４及び第２端子部３５は、電気絶縁膜３１の表面上に形成されている。
第１導体部３２は、紫外線発光素子２の第１電極２５が電気的に接続される導体部である。第２導体部３３は、紫外線発光素子２の第２電極２６が電気的に接続される導体部である。
より詳しくは、紫外線発光装置１は、紫外線発光素子２の第１電極２５と実装基板３の第１導体部３２とが第１接合部３６を介して接合され、且つ、紫外線発光素子２の第２電極２６と実装基板３の第２導体部３３とが第２接合部３７を介して接合されている。第１接合部３６及び第２接合部３７は、導電性を有するバンプにより構成されている。バンプの材料としては、Ａｕを採用しているが、これに限らず、例えば、Ａｌ、Ｃｕ等を採用することもできる。第１接合部３６及び第２接合部３７は、導電性を有するバンプに限らず、例えば、半田等により形成してもよい。
紫外線発光装置１は、第１接合部３６及び第２接合部３７が導電性のバンプの場合、第２接合部３７の数が第１接合部３６の数よりも多いのが好ましい（図３の破線の３７参照）。これにより、紫外線発光装置１は、放熱性を向上させることが可能となる。
実装基板３は、複数個の紫外線発光素子２を並列接続した並列回路の一対の入力端の一方を構成する第１端子部３４と、一対の入力端の他方を構成する第２端子部３５と、を更に備える。図３の例では、第１端子部３４は、第１導体部３２を介して、複数個の紫外線発光素子２の第１電極２５に電気的に接続されている一方、第２端子部３５は、第２導体部３３を介して、複数個の紫外線発光素子２の第２電極２６に電気的に接続されている。よって、紫外線発光装置１は、第１端子部３４と第２端子部３５との間に給電されることにより、全ての紫外線発光素子２に対して給電される。
第１導体部３２、第２導体部３３、第１端子部３４及び第２端子部３５は、Ａｕ層と、Ａｕ層と電気絶縁膜３１との間に介在しＡｕ層に比べて電気絶縁膜３１との密着性の良い層（以下、「密着層」という。）と、を備えるのが好ましい。密着層の材料としては、例えば、Ｔｉを採用しているが、これに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮ等を採用することができる。
実装基板３の外周形状は、正方形状であるが、これに限らない。実装基板３の外周形状は、例えば、長方形状でもよいし、矩形以外の多角形状、円形状等でもよい。「矩形」とは、全ての角が直角の四角形を意味し、長方形と、正方形と、の両方を含む。
なお、実装基板３は、シリコン基板から形成されたものに限らず、例えば、セラミック基板により構成してもよい。
配線基板４は、金属ベースプリント配線板であるのが好ましい。これにより、紫外線発光装置１は、放熱性を更に向上させることが可能となる。
図４の例に示すように、金属ベースプリント配線板は、金属板４０と、金属板４０の表面に所定のパターンで形成された電気絶縁層４１と、電気絶縁層４１の表面に形成された第１配線部４２と、電気絶縁層４１の表面に形成された第２配線部４３と、を備える。図４では、複数個の紫外線発光素子２の図示は省略されている。紫外線発光装置１は、実装基板３と金属板４０とを接合している第３接合部１０と、第１端子部３４と第１配線部４２とを電気的に接続している第１ワイヤ１１と、第２端子部３５と第２配線部４３とを電気的に接続している第２ワイヤ１２と、を備える。第３接合部１０は、金属と樹脂との混合材料により形成されている。第３接合部１０は、金属と樹脂との混合材料、半田、共晶合金の群から選択される１つの材料により形成されているのが好ましい。これにより、紫外線発光装置１は、複数個の紫外線発光素子２から実装基板３へ伝熱された熱を、第３接合部１０及び配線基板４を介して効率良く放熱させることが可能となる。金属と樹脂との混合材料からなる第３接合部１０は、例えば、導電ペーストから形成することができる。導電ペーストとしては、例えば、銀ペースト、金ペースト、銅ペースト等を採用することができる。半田としては、例えば、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕ等の鉛フリー半田が好ましい。共晶合金としては、例えば、ＡｕＳｎ等を採用することができる。この場合は、製造時において、金属板４０の表面における接合表面に、予めＡｕ又はＡｇからなる金属層を形成する前処理が必要である。これにより、紫外線発光装置１は、製造時に、実装基板３と金属板４０とを、共晶接合法により接合することが可能となる。
金属板４０は、各種の金属のなかで、熱伝導率の高い金属により形成されているのが好ましい。金属板４０は、アルミニウム基板により構成されているが、これに限らず、例えば、銅基板等を採用してもよい。
電気絶縁層４１は、例えば、絶縁性樹脂により形成することができるが、これに限らず、無機酸化物等により形成してもよい。
第１配線部４２及び第２配線部４３の材料としては、例えば、Ｃｕ等を採用することができる。第１配線部４２及び第２配線部４３は、単層構造に限らず、多層構造でもよい。
第１ワイヤ１１及び第２ワイヤ１２としては、例えば、金ワイヤ、銀ワイヤ、銅ワイヤ、アルミニウムワイヤ等を採用することができる。
ところで、紫外線ＬＥＤチップ（ＵＶ−ＬＥＤ）は、青色ＬＥＤチップに比べて駆動電圧が高い。このため、紫外線発光装置１では、例えば、除菌、殺菌等の用途で用いる場合に１２Ｖ程度の電源等で駆動できるように、複数個の紫外線発光素子２を並列接続してある。しかしながら、紫外線ＬＥＤチップは、青色ＬＥＤチップに比べて、チップごとの駆動電圧のばらつきが大きい。青色ＬＥＤチップの駆動電圧は、例えば、３．２Ｖ〜３．３Ｖ程度である。これに対して、紫外線ＬＥＤチップの駆動電圧は、８Ｖ〜１０Ｖ程度である。紫外線ＬＥＤチップの駆動電圧は、製造時のウェハの面内ばらつきだけでなく、ウェハ間のばらつき、ロット間のばらつき等もある。このため、駆動電圧が８Ｖ〜１０Ｖの範囲に含まれる紫外線ＬＥＤチップの母集団から任意に選んだ複数個の紫外線ＬＥＤチップの並列回路を一定電流で駆動した場合には、各紫外線ＬＥＤチップごとの電流のばらつきが大きくなることがあった。このような場合には、一部の紫外線ＬＥＤチップに流れる電流が大きくなり過ぎ、配光むらが生じたり、寿命が短くなってしまうことがあった。一方、青色ＬＥＤに比べ紫外線ＬＥＤは主波長位置のばらつきが比較的小さい。また、青色ＬＥＤで問題になる数ｎｍ程度の主波長位置の差は、殺菌や樹脂硬化などの紫外線ＬＥＤの用途では問題にならないことが多い。ゆえに、従来の青色ＬＥＤは主に出力と主波長位置（＝色調）の観点で分類されていた。たとえば、文献（ＷＯ２０１４０６１５１３）などに色調で分類する方法を見ることができる。
これに対して、本願発明者らは、従来の分類方法よりも紫外線ＬＥＤの特性に合った上述の分類マトリックスを考えた。分類マトリックスは、紫外線ＬＥＤチップを、電気的特性である駆動電圧と、光学的特性である光出力と、で分類するマトリックスである。「分類する」とは、類似の駆動電圧及び類似の光出力を有するグループに選別することを意味する。「分類領域」とは、分類マトリックスの最小範囲を意味する。
分類マトリックスの行は、光出力の大きさを光出力範囲で３個の区分に分けている。分類マトリックスは、３個の光出力範囲として、第１、第２および第３光出力範囲を含む。第１光出力範囲（ＯＯＲ１）は、１．７ｍＷ以上２．０ｍＷ未満の範囲である。換言すると、第１光出力範囲の下限（１．７ｍＷ）は第１光出力範囲の上限（２．０ｍＷ）に対して−１５％の光出力差を有する。第２光出力範囲（ＯＯＲ２）は、ＯＯＲ１よりも高い、２．０ｍＷ以上２．３ｍＷ未満の範囲である。換言すると、第２光出力範囲の上限（２．３ｍＷ）は、第２光出力範囲の下限（２．０ｍＷ）に対して＋１５％の光出力差を持つ。第３光出力範囲（ＯＯＲ３）は、ＯＯＲ２よりも高い、２．３ｍＷ以上２．７ｍＷ未満の範囲である。換言すると、第３光出力範囲の上限（２．７ｍＷ）は、第３光出力範囲の下限（２．３ｍＷ）に対して約＋１８％の光出力差を有する。別例において、第３光出力範囲（ＯＯＲ３）は、２．３ｍＷ以上２．６４５ｍＷ未満の範囲である。この場合、第３光出力範囲の上限（２．６４５ｍＷ）は、第３光出力範囲の下限（２．３ｍＷ）に対して＋１５％の光出力差を有する。
分類マトリックスの列は、駆動電圧の大きさを駆動電圧範囲で１０個の区分に分けている。分類マトリックスは、１０個の駆動電圧範囲として、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第８、第９および第１０駆動電圧範囲を含む。第１駆動電圧範囲（ＤＶＲ１）は、８．０Ｖ以上８．２Ｖ未満の範囲である。第２駆動電圧範囲（ＤＶＲ２）は、ＤＶＲ１よりも高い、８．２Ｖ以上８．４Ｖ未満の範囲である。第３駆動電圧範囲（ＤＶＲ３）は、ＤＶＲ２よりも高い、８．４Ｖ以上８．６Ｖ未満の範囲である。第４駆動電圧範囲（ＤＶＲ４）は、ＤＶＲ３よりも高い、８．６Ｖ以上８．８Ｖ未満の範囲である。第５駆動電圧範囲（ＤＶＲ５）は、ＤＶＲ４よりも高い、８．８Ｖ以上９．０Ｖ未満の範囲である。第６駆動電圧範囲（ＤＶＲ６）は、ＤＶＲ５よりも高い、９．０Ｖ以上９．２Ｖ未満の範囲である。第７駆動電圧範囲（ＤＶＲ７）は、ＤＶＲ６よりも高い、９．２Ｖ以上９．４Ｖ未満の範囲である。第８駆動電圧範囲（ＤＶＲ８）は、ＤＶＲ７よりも高い、９．４Ｖ以上９．６Ｖ未満の範囲である。第９駆動電圧範囲（ＤＶＲ９）は、ＤＶＲ８よりも高い、９．６Ｖ以上９．８Ｖ未満の範囲である。第１０駆動電圧範囲（ＤＶＲ１０）は、ＤＶＲ９よりも高い、９．８Ｖ以上１０．０Ｖ未満の範囲である。
上述の説明から分かるように、分類マトリックスは、３行１０列のマトリックスであり、３０個の分類領域Ｘ１Ｙ１〜Ｘ３Ｙ１０を含む。ここで、符号に関して、「Ｘ」に付した数字は行番号を示し、詳しくは、１〜３は、それぞれ、第１〜第３光出力範囲に対応する。「Ｙ」に付した数字は列番号を示し、詳しくは、１〜１０は、それぞれ、第１〜第１０駆動電圧範囲に対応する。
紫外線ＬＥＤチップの光出力は、積分球及び分光器を利用して測定した値である。より詳細には、光出力の値は、サファイアプレート上に紫外線ＬＥＤチップ２（紫外線発光素子候補）を置いて、２本のプローブ針を第１電極２５と第２電極２６とに１本ずつ接触させ、２０ｍＡの定電流を３０ｍｓｅｃだけ流したときの光出力を積分球で集光して、光ファイバで取り出し、分光器で測定した値である。
紫外線発光素子２の駆動電圧は、２０ｍＡの定電流を５ｍｓｅｃだけ流したときの順方向電圧降下（Ｖｆ）である。
複数の駆動電圧範囲における所定の駆動電圧範囲は、８．８Ｖ以上９．０Ｖ未満の範囲（第５駆動電圧範囲）とした。また、複数の光出力範囲における中心の光出力範囲は、２．０ｍＷ以上２．３ｍＷ未満の範囲（第２光出力範囲）である。
紫外線発光装置１における複数個の紫外線発光素子２は、分類マトリックスにおける第１の分類領域Ｘ１Ｙ５の紫外線発光素子２と、第２の分類領域Ｘ３Ｙ５の紫外線発光素子２と、のみから構成してある。
第１の分類領域Ｘ１Ｙ５は、複数の駆動電圧範囲における所定の１つの駆動電圧範囲と、複数の光出力範囲における中心の光出力範囲を基準として対称の位置にある２つの光出力範囲（１．７ｍＷ以上２．０ｍＷ未満の範囲および２．３ｍＷ以上２．７ｍＷ未満の範囲）のうち、光出力の低い光出力範囲（１．７ｍＷ以上２．０ｍＷ未満の範囲）と、で規定されている。表１の例では、第１の分類領域Ｘ１Ｙ５は、第５駆動電圧範囲および第１光出力範囲で規定されている。
第２の分類領域Ｘ３Ｙ５は、複数の駆動電圧範囲における上記所定の１つの駆動電圧範囲と、複数の光出力範囲における中心の光出力範囲を基準として対称の位置にある２つの光出力範囲（１．７ｍＷ以上２．０ｍＷ未満の範囲および２．３ｍＷ以上２．７ｍＷ未満の範囲）のうち、光出力の高い光出力範囲（２．３ｍＷ以上２．７ｍＷ未満の範囲）と、で規定されている。表１の例では、第２の分類領域Ｘ３Ｙ５は、第５駆動電圧範囲および第３光出力範囲で規定されている。
このように、分類マトリックスに基づいて得られた紫外線発光装置１は、各紫外線発光素子２に流れる電流のばらつきを抑制することが可能となった。これにより、紫外線発光装置１は、歩留りの向上を図りつつ、光出力の高出力化及び長寿命化を図ることが可能となる。よって、紫外線発光装置１は、低コスト化を図りつつ、光出力の高出力化及び長寿命化を図ることが可能となる。
紫外線発光装置１は、例えば、１つの仮想円５の円周上において複数個の紫外線発光素子２が等間隔で並んでいるのが好ましい。これにより、紫外線発光装置１は、配光むらを抑制することが可能となる。
紫外線発光装置１において、複数個の紫外線発光素子２は、６個の紫外線発光素子２であるのが好ましい。これにより、紫外線発光装置１は、複数個の紫外線発光素子２それぞれの光出力の合計として１２ｍＷ以上の光出力を得ることが可能となる。
紫外線発光装置１において、複数個の紫外線発光素子２は、第１の分類領域Ｘ１Ｙ５の特性を有する紫外線発光素子２と第２の分類領域Ｘ３Ｙ５の特性を有する紫外線発光素子２とが、仮想円５の円周上で交互に並んでいるのが好ましい。これにより、紫外線発光装置１は、複数個の紫外線発光素子２の温度のばらつきを抑制することが可能となり、光出力の高出力化を図ることが可能となる。
紫外線発光装置１は、トータル光出力が少なくとも１０ｍＷであるのが好ましい。これにより、より効果的に除菌、殺菌等を行うことが可能となる。本明細書において、「トータル光出力」とは、紫外線発光装置１が、例えば、紫外線の配光を制御するためのレンズを備えている場合、レンズを通して出射される紫外線の出力を意味する。レンズの材料としては、例えば、屈伏点が６００℃以下のガラスを採用している。これにより、紫外線発光装置１は、レンズを、成形により形成された非球面レンズとすることが可能となる。よって、紫外線発光装置１は、レンズが非球面レンズであることにより、半球状のレンズである場合に比べて、レンズの薄型化を図ることが可能となり、また、光取り出し効率の向上を図ることが可能となる。また、紫外線発光装置１の製造にあたっては、レンズを成形により形成することができるので、研削により形成する場合に比べて、レンズの生産性を向上させることが可能となる。
レンズの材料であるガラスとしては、紫外線発光素子２が放射する紫外線に対する透過率が７０％以上であるのが好ましく、８０％以上であるのがより好ましい。このため、レンズの材料であるガラスとしては、屈伏点が６００℃以下で且つ紫外線発光素子２の発光ピーク波長の紫外線に対する透過率が８０％であるという条件を満たす硼珪酸ガラスを採用している。この種の硼珪酸ガラスとしては、例えば、ＳＣＨＯＴＴ社製の８３３７Ｂを採用することができる。
紫外線発光装置１の製造方法では、紫外線ＬＥＤチップ２の駆動電圧と光出力とをそれぞれ測定して分類マトリックスに分類する選別工程と、分類マトリックスの第１の分類領域（Ｘ１Ｙ５）に属する紫外線発光素子２と、第２の分類領域（Ｘ３Ｙ５）に属する紫外線発光素子２と、のみから複数個の紫外線発光素子２を選択して、実装基板３に実装する実装工程と、を備える。よって、紫外線発光装置１の製造方法では、歩留りの向上を図りつつ、光出力の高出力化及び長寿命化を図ることが可能な紫外線発光装置１を提供することが可能となる。
選別工程では、駆動電圧を測定する前にＥＳＤ(Electro Static Discharge)耐性の検査を行い、ＥＳＤ破壊されなかった紫外線ＬＥＤチップのみについて駆動電圧の測定を行うのが好ましい。また、選別工程では、駆動電圧を測定した後に、逆バイアスリーク電流の測定を行い逆バイアスリーク電流が規定値以下の紫外線ＬＥＤチップについてのみ分類マトリックスへの分類を行うのが好ましい。なお、ＥＳＤ耐性の検査では、例えば、ＥＳＤサージに相当する高電圧パルスを第１電極２５と第２電極２６との間に印加したときの電流電圧波形に基づいてＥＳＤ破壊の有無を判断することができる。
基本構成が図１と同じである変形例（オプション）の紫外線発光装置１は、実施形態の紫外線発光装置１と同様、複数個の紫外線発光素子２と、複数個の紫外線発光素子２が実装された実装基板３と、を備え、複数個の紫外線発光素子２が並列接続されている。変形例の紫外線発光装置１における複数個の紫外線発光素子２は、複数の駆動電圧範囲と複数の光出力範囲とに従って複数の分類領域に分類した分類マトリックスにおいて、複数の分類領域のうち１つの分類領域Ｘ２Ｙ２の特性を有する紫外線発光素子２のみを含む。１つの分類領域Ｘ２Ｙ２は、複数の駆動電圧範囲における所定の駆動電圧範囲（８．２Ｖ以上８．４Ｖ未満の範囲）と、複数の光出力範囲における中心の光出力範囲（２．０ｍＷ以上２．３ｍＷ未満の範囲）とで、規定されている。このように、変形例の紫外線発光装置１は、複数個の紫外線発光素子２に流れる電流のばらつきを抑制することが可能となった。これにより、紫外線発光装置１においては、光出力の高出力化及び長寿命化を図ることが可能となる。
上述の紫外線発光装置１の製造方法によれば、実施形態の紫外線発光装置１及び変形例の紫外線発光装置１それぞれを製造することができるので、歩留りの向上による低コスト化を図ることが可能となる。
上述の実施形態等において説明した図は、模式的な図であり、各構成要素の大きさや比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。また、実施形態に記載した材料、数値等は、好ましい例を挙げただけであり、それに限定する主旨ではない。
上記の最良の形態および/または他の実施例であると考えられるものについて説明したが、種々の改変がなされてもよく、本明細書で開示される主題は種々の形態および実施例で実施されてもよく、そしてそれらは多数のアプリケーションに適用されてもよいものであり、その最適の幾つかが本明細書に記載されている。以下の特許請求の範囲によって、本教示の真の範囲内に入る任意およびすべての修正および変形を請求するものである。
例えば、本発明の一実施形態による紫外線発光装置は、複数個の紫外線発光素子２と、複数個の紫外線発光素子２が実装された実装基板３とを備える。複数個の紫外線発光素子２は、互いに並列接続される。
（ａ）複数個の紫外線発光素子２の各々は、０．２Ｖの電圧差を持つ駆動電圧範囲内の駆動電圧と、光出力範囲内の光出力とを有し、その光出力範囲の上限は、その光出力範囲の下限に対して＋１５％の光出力差を持つか、あるいは、
（ｂ）複数個の紫外線発光素子２の一部は、複数個の第１紫外線発光素子２のみを含む一方、複数個の紫外線発光素子２の残部は、複数個の第２紫外線発光素子２のみを含み、複数個の第１紫外線発光素子２と複数個の第２紫外線発光素子２は交互に配置される。ここで、複数個の第１紫外線発光素子２および複数個の第２紫外線発光素子２の各々は、０．２Ｖの電圧差を持つ駆動電圧範囲内の駆動電圧を有する。複数個の第１紫外線発光素子２の各々は、第１光出力範囲を有し、これは第２光出力範囲より低い。第１光出力範囲の下限は第１光出力範囲の上限に対して−１５％の光出力差を有する。第２光出力範囲の上限は、第２光出力範囲の下限に対して＋１５％の光出力差を持つ。複数個の第２紫外線発光素子２の各々は、第２光出力範囲よりも高い第３光出力範囲内の光出力を有する。第３光出力範囲の上限は、第３光出力範囲の下限に対して＋１５から１８％の範囲内の光出力差を有する。
上記（ａ）の駆動電圧範囲は、例えば、８．２Ｖ以上８．４Ｖ未満の範囲であり、上記（ａ）の光出力範囲は、例えば、２．０ｍＷ以上２．３ｍＷ未満の範囲である。上記（ｂ）の駆動電圧範囲は、例えば、８．８Ｖ以上９．０Ｖ未満の範囲である。上記（ｂ）の第２光出力範囲は、例えば、２．０ｍＷ以上２．３ｍＷ未満の範囲である。第１光出力範囲は、例えば１．７ｍＷ以上２．０ｍＷ未満の範囲であり、第３光出力範囲は、２．３ｍＷ以上２．７ｍＷ未満の範囲である。
特に、（ｂ）の場合、異常配光の発生を抑制することができる。図５は、様々な駆動電圧を持つ６個の紫外線発光素子を並列に接続した電気回路のシミュレーション結果を示す。図５において、紫外線発光素子の駆動電圧に対する電流の実測値は、円、三角および菱形などの印によって示されており、点線は、それら実測値をもとに作ったシミュレーション用の近似曲線である。詳しくは、図５は、低いＶｆ（８．３Ｖ）を持つＬＥＤの特性曲線および高いＶｆ（９Ｖ）を持つ特性曲線などを含んでいる。このシミュレーションから、１０Ｖ近辺の駆動電圧（動作電圧）の紫外線発光素子を並列に接続したとき、駆動電圧に０．２Ｖの差があると、電流値に３０％以上の差が生じることが分かった。このように、３０％の光出力差が生じると、図６に示すように、配光特性に異常が見られる。このため、異常配光を抑制することが必要となる。上述の（ｂ）の紫外線発光装置では、互いに光出力の属する範囲が異なる複数個の第１紫外線発光素子２と複数個の第２紫外線発光素子２とを使用しても、複数個の第１紫外線発光素子２と複数個の第２紫外線発光素子２とを交互に配置することにより、図６に示すような異常配光を抑制することができた。複数個の第１紫外線発光素子２の数は、複数個の第２紫外線発光素子２の数と異なってもよい。ただし、光出力×チップ中心位置のベクトルを考慮し、第１および第２紫外線発光素子を、その重心位置が変動しないように配置することが望ましい。また、光出力は電流値に比例するので、光出力差を抑えるためには、ＤＶＲ１〜ＤＶＲ１０の各々（電圧範囲）を、０．２Ｖ以内にすることが望ましい。図６において、“００１Ｘ”は、図１に示す１個（第１）の紫外線発光素子（図１において例えば右端）が、対応する光出力範囲よりも低い光出力を持つ異常品である場合の配光特性を示す。なお、“００２Ｘ”〜“００４Ｘ”は、正常品の配光特性を示す。

Claims (8)

  1. 複数個の紫外線発光素子と、前記複数個の紫外線発光素子が並列接続されて実装された実装基板と、を備える紫外線発光装置の製造方法であって、
    前記複数個の紫外線発光素子の駆動電圧と光出力とをそれぞれ測定して、複数の駆動電圧範囲と複数の光出力範囲とに従って複数の分類領域に分類した分類マトリックスに分類する選別工程と、
    前記分類マトリックスの第１の分類領域に属する紫外線発光素子と、前記分類マトリックスの第２の分類領域に属する紫外線発光素子と、のみから複数個の紫外線発光素子を選択して、前記実装基板に実装する実装工程と
    を含み、
    前記第１の分類領域は、前記複数の駆動電圧範囲における所定の１つの駆動電圧範囲と、前記複数の光出力範囲における中心の光出力範囲を基準として対称の位置にある２つの光出力範囲のうち光出力の低い光出力範囲と、で規定され、
    前記第２の分類領域は、前記所定の１つの駆動電圧範囲と、前記２つの光出力範囲のうち光出力の高い光出力範囲と、で規定され、
    １つの仮想円の円周上において前記複数個の紫外線発光素子が等間隔で並んでいる、
    ことを特徴とする紫外線発光装置の製造方法。
  2. 前記実装基板は、シリコン基板から形成されている、
    ことを特徴とする請求項１記載の紫外線発光装置の製造方法。
  3. 前記複数個の紫外線発光素子は、６個の紫外線発光素子である、
    ことを特徴とする請求項１又は２記載の紫外線発光装置の製造方法。
  4. 前記複数個の紫外線発光素子は、前記第１の分類領域の特性を有する紫外線発光素子と前記第２の分類領域の特性を有する紫外線発光素子とが、前記仮想円の円周上で交互に並んでいる、
    ことを特徴とする請求項３記載の紫外線発光装置の製造方法。
  5. トータル光出力が少なくとも１０ｍＷである、
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の紫外線発光装置の製造方法。
  6. 前記実装基板が実装された配線基板を更に備え、
    前記配線基板は、金属ベースプリント配線板である、
    ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の紫外線発光装置の製造方法。
  7. 前記分類マトリックスにおける前記複数の駆動電圧範囲は、互いに異なる複数の範囲であり、その複数の範囲の各々は０．２Ｖの範囲であり、
    前記分類マトリックスにおける前記複数の光出力範囲は、第１光出力範囲、前記第１光出力範囲より高い第２光出力範囲、および前記第２光出力範囲より高い第３光出力範囲であり、
    前記第１光出力範囲の下限は、前記第１光出力範囲の上限に対して−１５％の光出力差を有し、
    前記第２光出力範囲の上限は、前記第２光出力範囲の下限に対して＋１５％の光出力差を有し、
    前記第３光出力範囲の上限は、前記第３光出力範囲の下限に対して＋１５から１８％の範囲内の光出力差を有する
    ことを特徴とする請求項１記載の紫外線発光装置の製造方法。
  8. 前記分類マトリックスにおける前記複数の駆動電圧範囲は、８．０Ｖ以上８．２Ｖ未満の範囲と、８．２Ｖ以上８．４Ｖ未満の範囲と、８．４Ｖ以上８．６Ｖ未満の範囲と、８．６Ｖ以上８．８Ｖ未満の範囲と、８．８Ｖ以上９．０Ｖ未満の範囲と、９．０Ｖ以上９．２Ｖ未満の範囲と、９．２Ｖ以上９．４Ｖ未満の範囲と、９．４Ｖ以上９．６Ｖ未満の範囲と、９．６Ｖ以上９．８Ｖ未満の範囲と、９．８Ｖ以上１０．０Ｖ未満の範囲とを含み、
    前記分類マトリックスにおける前記複数の光出力範囲は、１．７ｍＷ以上２．０ｍＷ未満の範囲と、２．０ｍＷ以上２．３ｍＷ未満の範囲と、２．３ｍＷ以上２．７ｍＷまたは２．６４５ｍＷ未満の範囲とを含む
    ことを特徴とする請求項１記載の紫外線発光装置の製造方法。
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