(57)【要約】【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
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例で用いられる、遠紫外線発光デバイスの上部Ｐ型のダイ構成を示す図。
【図２】本発明の一実施例で用いられる、遠紫外線発光デバイスのＰ−Ｎ型のダイ構成を示す図。
【図３】本発明の一実施例で用いられる、遠紫外線発光デバイスのＰ−Ｎ型フリップチップタイプのダイ構成を示す図。
【図４】本発明の一実施例に従う、スルーホールランプとしてパッケージングされた、蛍光体を含むエポキシにより囲われた発光デバイスを備える、白色光源を示す図。
【図５】本発明の他の実施例に従う、高出力プリント回路基板（ＰＣＢ）の表面実装アプリケーションに用いられる、蛍光体を含むエポキシにより囲われた遠紫外線発光デバイスを含む白色光源を示す図。
【図６】本発明の他の実施例に従う、リードフレーム表面実装アプリケーションによりパッケージングされた、蛍光体を含むエポキシにより囲われた遠紫外線発光デバイスを含む白色光源を示す図。
【図７】本発明の他の実施例に従う、ＰＣＢ内に搭載された、蛍光体を含むエポキシにより囲われた遠紫外線発光デバイスを含む白色光源を示す図。
【符号の説明】
【００１８】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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