(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＵＶ−Ｃ光を水に供給するための１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールを有するＵＶ−Ｃ浄水装置であって、
前記１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールの各々は、
各々が底面及び上面を備える１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイと、
１以上のＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントと、
を有し、
前記ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイの各々は、関連する前記ＵＶ−Ｃ透光性窓エレメント内に少なくとも部分的に埋め込まれ、前記ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイの各々は、関連する前記ＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントに対して、当該ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイの前記底面及び上面のうちの少なくも一方が該関連するＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントと光学的に通じるように密に結合され、前記１以上のＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントは前記１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイの１以上の端子に電流を供給するための電気路を有し、前記１以上のＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントが前記１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイからの熱を伝達するためのものである、ＵＶ−Ｃ浄水装置であって、
前記ＵＶ−Ｃ浄水装置は、前記ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイの前記上面又は底面上に配設された密閉層を更に有し、前記密閉層がＵＶ−Ｃ光反射性である、ＵＶ−Ｃ浄水装置。
【請求項２】
前記１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイがフリップチップ型ＬＥＤダイである、請求項１に記載のＵＶ−Ｃ浄水装置。
【請求項３】
前記１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイの前記底面は当該ダイの基板の面を有し、該底面が前記関連するＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントと光学的に通じる、請求項１又は請求項２に記載のＵＶ−Ｃ浄水装置。
【請求項４】
前記１以上のＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントが透光性セラミックを有する、請求項１ないし３の何れか一項に記載のＵＶ−Ｃ浄水装置。
【請求項５】
前記１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールが耐水カプセル封止部を有する、請求項１ないし４の何れか一項に記載のＵＶ−Ｃ浄水装置。
【請求項６】
前記ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイの各々と前記関連するＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントとの間に接着剤を更に有する、請求項１ないし５の何れか一項に記載のＵＶ−Ｃ浄水装置。
【請求項７】
浄水装置を製造する方法であって、
１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイの各々を、１以上のＵＶ−Ｃ透光性窓エレメント内に少なくとも部分的に埋め込むステップと、
前記１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイを前記１以上のＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントに対して密に結合するステップを有し、前記１以上のＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントは前記１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイの１以上の端子に電流を供給するための電気路を有し、各ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイは底面及び上面を有し、前記結合するステップは各ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイの前記底面及び上面の少なくとも一方が関連するＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントと光学的に通じるようにさせるものであり、これにより、前記結合するステップが、ＵＶ−Ｃ光を水に供給するための１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールを生じさせ、前記ＵＶ−Ｃ浄水装置は、前記ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイの前記上面又は底面上に配設された密閉層を更に有し、前記密閉層がＵＶ−Ｃ光反射性である、方法。
【請求項８】
前記１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイの各々における表面上に配置された密閉層を設けるステップを更に有する、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外光を用いた浄水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水の浄化のための、より正確には水の消毒及び殺菌（以下、簡略化のために浄水又は水の浄化と称する）のためのＵＶ光（特に、ＵＶ−Ｃ光）の使用は、良く知られ且つ良く確立された技術である。ＵＶ−Ｃを使用することは、薬品を添加すること又は頻繁な清浄を要しないで貯水器を浄化するための効率的なやり方である。十分に短い波長のＵＶ−Ｃ光は、細菌、ウイルス及び他の微生物に対して突然変異誘発性である。約２６５ｎｍの波長において、ＵＶは微生物の細胞におけるＤＮＡの分子結合を切断し、ＤＮＡ内にチミン二量体を生成し、これにより細胞を再生させるために要するＤＮＡ構造を破壊することによって微生物を無害化するか又は成長及び再生を防止する。ＵＶ−Ｃ不活性化のためのＵＶ−Ｃシステムを設計する場合の主な考慮事項はソース強度及び暴露（露光）時間である。ソース強度（ランプ輝度としても知られている）は、ソース放射エネルギ及び照射されるべき面までの距離の関数である。強度係数が確定されたなら、当該面がどの程度長く露光されるべきかを決定することは簡単である。
【０００３】
微生物の存在を大幅に低減させるためには、６０００mJ/cm2〜８０００mJ/cm2を超える又はそれ以上のエネルギ線量が必要である。
【０００４】
ごく最近、ＵＶ−Ｃ ＬＥＤ光源の急速に進展している分野からの技術を利用することができるＵＶ−Ｃ浄水装置に対する要求が増加している。例えば、ＩＩＩＡ窒化物(AlxGa1-x-yInyN,[0 </= x+y </= 1])の半導体材料は、紫外（ＵＶ）の波長内の電磁放射を発生するために使用することが可能な直接禁止帯を有することが良く知られている。例えば、(AlxGa1-xN (0 < x < 1))は３６５ｎｍより短いＵＶ放射を発生する発光ダイオード（ＬＥＤ）のための成分としてしばしば用いられる。
【０００５】
上述した浄水の点で、ＵＶ−Ｃ ＬＥＤ解決策は、より伝統的な蛍光又は白熱ＵＶ−Ｃランプよりも、例えば高速スイッチング能力、小さいフォームファクタ、長い寿命及び大幅に“綺麗な”材料組成（僅かな危険又は有害な構成材料しか有さない）を含む多数の利点を提供する。
【０００６】
しかしながら、現状技術のＵＶ−Ｃ ＬＥＤは、特に通常のＬＥＤの分野においてなされた進歩と比較した場合、ＬＥＤダイ自体及びＬＥＤダイパッケージの両方からの効率的光抽出（光の取り出し）に関して重大な問題を被り続けている。ＵＶ−Ｃ ＬＥＤのエネルギ変換効率（wall plug efficiency）は通常の青色ＬＥＤのものより大幅に低く、ＵＶ−Ｃ ＬＥＤが一層多い熱を発生する結果につながる。加えて、ＵＶ−Ｃ ＬＥＤを使用することができる（従って、実用的アプリケーションに適した有効な寿命を提供する）温度範囲は、青色ＬＥＤのものより大幅に小さい。ＵＶ−Ｃ ＬＥＤの接合部の加熱は、当該光源の性能を劇的に低下させ、次いで寿命を減少させる。典型的なＵＶ−Ｃ ＬＥＤパッケージ又はモジュールはＵＶ−Ｃ波長範囲で透明なガラス（石英ガラス、サファイヤ又は溶融石英）窓を使用し、該ガラス窓はセラミック空洞に取り付けられる。このガラス窓はダイに直接取り付けられることはなく、放出光は該窓を介して出射するために中間の気室を横切って進行しなければならない。結果として、発生された光の相当の部分が該窓の境界において反射され、この反射された光は次いで失われる。何故なら、該取り囲む空洞は、典型的に、セラミック（アルミナ、AlN）又は金属のＡｕ、Ｃｕ等の非反射性材料を有しているからである。
【０００７】
この劣った光抽出効率は、ＵＶ−Ｃ ＬＥＤ技術を組み込もうとする浄水装置に対し重大な悪影響を有する。特に、必要な所与の光強度（又は、線量）を発生するためには、一層高い密度のＬＥＤパッケージが組み込まれることを要するか、又は一層大きな駆動電流が供給されることを要する。このことは、第１に、最終製品に対する一層大きな嵩及び重量、並びに一層大きな単位当たり製造コストの両方を典型的に招くことになる。後者の場合、運転コストが典型的に増加され、例えば手持ち型装置の場合、追加の重量が一層多数の又は一層大きなＥＭＦ容量の電池又はセルの形で課せられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、望まれるものは、改善された光抽出効率を持つＵＶ−Ｃ ＬＥＤパッケージを有し、これにより、当該装置に対する如何なる嵩又は重量の増加も招かず、全体の運転コストを大幅に増加させることもなく、高い光強度能力を可能にするようなＵＶ−Ｃ ＬＥＤ浄水装置である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、請求項により定義される。
【００１０】
本発明の一態様によれば、ＵＶ−Ｃ浄水装置が提供され、該浄水装置は、
ＵＶ−Ｃ光を水に供給（投与）するための１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュール、
を有し、各モジュールは、
−  各ダイが底面及び上面を備える１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイと、
−  １以上のＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントと、
を有し、
前記ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイの各々は関連するＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントに対して、当該ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイの前記底面及び上面のうちの少なくも一方が該関連するＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントと光学的に通じるように密に（直に）結合される。
【００１１】
このように、ＵＶ−Ｃ光を水に供給するためのＵＶ−Ｃ発生ＬＥＤモジュールが提供され、各モジュールは１つの又は複数のＵＶ−Ｃ ＬＥＤパッケージを有する。各パッケージはＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイと、該ダイにより発生される光を伝達するための関連するＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントとを有し、これら２つは、ＬＥＤダイが透光性窓に対して密に（solidly）に係合されるように、且つ、ダイの発光面が窓エレメントの光透過面に対面する又は該光透過面と光学的に直に通じるように、物理的に結合される。この結合は、例えばダイ及び関連する窓エレメントが、該ダイの表面（例えば、発光面）が該窓エレメントの対応する光透過面に接触するようにして、互いに直に接触するようなものであり得る。他の例として、ダイ及び窓エレメントは例えば中間の接着層又は光学層を介して物理的に間接的に結合することができ、これら２つが、直に接触する面は有さないが、互いに密に接着するようにする。
【００１２】
提供されるＵＶ−Ｃ ＬＥＤパッケージの幾つかに関し、ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイは関連する窓エレメントと密に結合されるので、これら２つの間に位置するような間の空隙は存在せず、当該ダイの発光面において放出される光は当該パッケージの出射窓へ完全に固体媒体を介して伝達することができる。ダイが窓に対して、これら２つが接触面を有するようにして直に結合される場合、光は該ダイの発光面から該窓の透過面まで直接通過することができる。従って、通常は上記空隙と出射窓との間の境界における反射により失われる（前述したように、セラミック空洞型構成において）であろう光は、本発明の場合は保存され、これにより当該ＬＥＤパッケージの全体効率を向上させる。
【００１３】
上記の２つが接着剤又は第２光学系等の中間の固体層を介して物理的に付着される場合、光は透光性窓エレメントに到達するまでに該中間層を更に通過しなければならず、その結果、幾らかの光は該中間層と窓エレメントとの間の境界における反射により失われるであろう。しかしながら、本発明の当該態様によれば、該中間層は固体層であるので、失われる光の割合はダイと窓との間に空気層が配置される場合におけるよりも大幅に少ない。何故なら、２つの固体の屈折率は、固体と気体のものよりも遙かに近くなるように選択することができるからである。
【００１４】
従って、本発明の実施態様はＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールの全体としての光抽出効率を、不必要な空気対固体移行境界を除去し、これにより、さもなければ境界反射により失われたであろう発生光の一部を保存するような光学的配置を介して改善する。
【００１５】
幾つかの実施態様において、モジュールは単一の窓エレメントに結合された複数のダイを有することができる。斯かる複数のダイは、例えば当該窓が単一の広い発光面を形成するように、アレイを形成するよう配置することができる。しかしながら、他の例においては、単一の窓エレメントを個々のダイに結合することもできる。幾つかの実施態様によれば、各モジュールは単一のＬＥＤ／窓アセンブリのみを有することができる一方、他の実施態様においてモジュールは複数のＬＥＤ／窓アセンブリの配列を有することができる。
【００１６】
特定の実施態様によれば、当該浄水装置は浄化されるべき水を収容する容器を有することができると共に、ＵＶ−Ｃ光の線量を供給するための該容器の周辺に又は該容器内に配置されたモジュールを有する。
【００１７】
１０００ｃｍ２の内部表面積を持つ容器を有すると共に２４時間にわたり１.６ｍＷの光束を供給する装置においては、１つのＵＶ−Ｃ ＬＥＤで約１３８mJ/cm2（１３８２４μWS/cm2）の線量に達することができる。これは、微生物の（殆どの）コロニー形成を阻止するための及び３ログ（９９.９％）低減のための所要線量を遙かに超える。表１は９９.７％の殺菌率のために要するＵＶ−Ｃ線量を示す。
【００１８】
【表１】
0006758313.tif 000002
【００１９】
微生物の減少は線量に依存するので、ＬＥＤは期間内で動作させることができ、これらは、１日当たりの限られた全動作時間に対し例えば１日に１回又は１日に複数回とすることができる。
【００２０】
ＵＶ−Ｃ ＬＥＤは、１日当たり合計で例えば１時間にわたり給電することができ、又は該ＵＶ−Ｃ ＬＥＤは一層高い頻度の短いパルスで動作させることができる。このような駆動方式は、小型ソーラーパネル又は小型電池等の低電力電源に役立つ。幾つかの実施態様において、ＵＶ−Ｃモジュールには電力蓄積能力を含まない又は非常に限られた電力蓄積能力しか含まない回路が設けられ、表面上の又は特定の環境内の微生物の成長が低減され又は防止されるようにする。該モジュールはソーラーパネルに入射する光をＵＶ−Ｃモジュールに供給される電力に変換し、該ＵＶ−ＣモジュールはＵＶ−Ｃ放射の閃光を放出する。
【００２１】
多くの消費者装置は、自身の電力を発生する能力を有するＵＶ−Ｃモジュール、即ち電池又は電力線接続を必要としないモジュールを有することから利益を得ることが分かる。幾つかの実施態様は、少量のエネルギを蓄積することができる小型コンデンサを含むことができ、この構成はコスト、複雑さ、長寿命及び保守不要な解決策の利点につながる。
【００２２】
太陽エネルギはソーラーパネルにより捕捉され、当該回路に流れ込む電流に変換されると共に、当該ＵＶ−Ｃ ＬＥＤを最もエネルギ効率的で、好ましく、且つ、エネルギ節約的態様で点滅させるために十分なエネルギが捕捉されるまでエネルギ蓄積装置（好ましくは、小型コンデンサ）に蓄積される。
【００２３】
当該ＵＶ−Ｃ ＬＥＤは、エネルギ蓄積装置（コンデンサ）が放電されるまで、又はコンデンサが当該ＵＶ−Ｃ ＬＥＤを経済的態様で動作させるのに不十分な量の電荷しか含まなくなるまで点滅される。
【００２４】
この点に関し、当該システムはソーラーパネルを含む既知のシステムとは異なっている。既知のシステムにおいて、エネルギは、捕捉されたエネルギを使用する要望又は必要性が存在するまで、再充電可能な電池等のエネルギ蓄積装置に捕捉される。これは、エネルギが捕捉された後相対的に長い期間であり得る。提案されたシステムにおいて、ＬＥＤはコンデンサが該ＬＥＤを点滅されるために要するエネルギを蓄積するやいなや、点滅態様で駆動され、このことは、大幅に短い蓄積期間が存在し、これは蓄積容量に対して大幅に小さい要求しか課されないことになり、かくして、一層小さな蓄積解決策を可能にすることを意味する。エネルギ蓄積設備の複雑さ及び大きさの低減は、一層広い範囲の消費者装置において一層小型のモジュールが実施化されることを可能にする。
【００２５】
特に関心のある消費者装置は、システムが相対的に長い期間（例えば、休暇期間の間）にわたりオフ状態であるような用途例であり得る。このようなシステムにおける微生物の成長は望ましいものではなく、これは、コーヒーマシン等の人が消費する液体を提供するシステム又は空気加湿器等の小さな水滴を空気中に霧化させるシステムにおいて特に関連し得る。
【００２６】
空気加湿器は、望ましくない微生物を拡散させる非常に効果的な手段となってしまう。小さな水滴が机又はテーブルの下面等を含む多くの垂直及び水平面上に当たり得るからである。このような状況において、斯様な装置における微生物の成長は、太陽電池に入射した日光により駆動されるモジュールによって供給されるＵＶ−Ｃの日常の線量により防止される。
【００２７】
水は、しばしば、貯留器内に相対的に長い期間にわたって蓄えられるので、斯かる水内で望ましくない微生物が成長し得、このことは当該装置が次に使用される際に健康上のリスクにつながり得る。前述したＵＶ−Ｃ ＬＥＤの低効率故に、ＵＶ−Ｃ放射の特定の領域への集中度を最大化することが重要であり得る。加湿器における貯水容器の場合、ＵＶ−Ｃ光強度を斯かる貯水容器の出口弁の周囲の領域に集中させることが有効であり得る。当該システムの有効性を更に高めるために、水の流れは、当該貯水容器から上記弁を介して流出する水が所望のＵＶ−Ｃ線量レベルを受けるように管理することができる。
【００２８】
他の実施態様は、コーヒーマシン内のＵＶ−Ｃ ＬＥＤスポットモジュールを提供する。コーヒーマシン内の貯水容器は、典型的に、上部において開放しており、該容器は当該コーヒーマシンの開口内に滑り込むようになっている。ＵＶ−Ｃ ＬＥＤスポットモジュールは、当該コーヒーマシン内の上記貯水容器が滑り込む開口上に取り付けられ、該貯水容器に向けられる。この例の利点は、当該ＬＥＤに供給されるべき電力を、簡単な固定された電気接続部を用いて供給することができることである。何故なら、上記貯水容器はＵＶ−Ｃ ＬＥＤに対して移動するが、逆はないからである。
【００２９】
他の実施態様は、上記実施態様に類似したコーヒーマシン内のＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールを提供し、当該ＵＶ−Ｃスポットモジュールは当該マシン内にＵＶ放射が貯水容器に向けられるように配置される。しかしながら、この実施態様においては、当該貯水容器内にＵＶ−Ｃに透明なチューブが配置される。当該ＵＶ−ＣスポットモジュールはＵＶ−Ｃ放射が上記チューブに向かって集束されるように配置される。該チューブの容積は当該マシンが供給する１カップの容積に相当することができ、かくして、抽出されるコーヒーが、当該ＵＶ−Ｃに透明なチューブ内で一番最近に浄化された水から生じるようにする。該システムは、上記ＵＶ−Ｃに透明なチューブ内の水が最小限線量のＵＶ−Ｃ光を受けるように設計することができる。
【００３０】
当該ＵＶ−Ｃ ＬＥＤは、貯水容器内、該容器上、該容器の近く（前、後、右、左）、該容器の下、又は上述した位置の何らかの組合せでの種々の区画に配置することができる。
【００３１】
当該ＵＶ−Ｃ ＬＥＤスポットモジュールは、単一の集光レンズ、集光レンズのアレイ、フレネルレンズ、湾曲反射器、平面反射器、非結像集光器、テーパ状ライトパイプ又はこれらの組合せを有することができる。
【００３２】
当該モジュールは、種々の種類の固定手段を含むことができ、これらはネジ穴、バイヨネット固定手段、取り付けフランジとすることができ、又は所望の位置における凹部に単に圧入することができる。
【００３３】
しかしながら、他の例において、当該装置は、外部の水貯留又は移送部品内に挿入され又はそれ以外で組み込まれるように構成された発光ユニットを単に有することができる。例えば、特定の実施態様によれば、当該浄水装置は、当該水の蛇口若しくはタンクにおける供給に先行する位置において水供給パイプ内又は該パイプに沿って配置された弁若しくは副室内に設置するための、本発明によるＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールのアレイ又は他の配列を有する穿孔ディスクを有することができる。他の例において、当該浄水装置は、ＵＶ−Ｃ光を供給するために何らかの選択された水中に挿入するためのモバイル又は“手持ち型”装置を有することもできる。
【００３４】
幾つかの実施態様において、前記１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイはフリップチップ型ＬＥＤダイを有することができる。
【００３５】
フリップチップ型ＬＥＤダイは、当該ダイにおける発光面とは反対側に配置された電気接点を有することを特徴とし、典型的に半田付けにより電気的に接続される。ＬＥＤダイは該ダイの同一の面上にｐ（陽極）及びｎ（陰極）端子を有し、かくして、これらダイはＬＥＤの端子と電気的に通じさせるための電気結合点を持つ基板に、発光面を該ダイの基板に対面させて直接取り付けることができる。
【００３６】
本発明の場合、前記透光性窓エレメント（又は複数のエレメント）は、１以上のフリップチップ型ＬＥＤダイを結合することができる基板の役割を果たすことができる。
【００３７】
この場合、又は本発明の何れかの好適な実施態様によれば、前記１以上のＵＶ−Ｃに透明な窓エレメントは、前記１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイの１以上の端子に電流を供給するための電気路（電気トラック）を有することができる。これらトラックはＬＥＤの端子にワイヤボンディングにより接続することができ、これには、幾つかの例では、ＵＶに安定なシリコーンによる上記ダイ及びワイヤのカプセル封止が後続し、該カプセル封止は当該モジュールの光学的出力を最大化すると共に、該モジュールを腐食及び水から保護する。
【００３８】
光学的出力は、光学的界面、特にはＬＥＤダイと出射窓との間の空隙の数を最小化することにより、又は抽出／導出効率を高めるためにドーム等の固有の形状又は他の表面構造を形成することにより増加させることができる。
【００３９】
光学的効率の更なる向上は、１つが反射性で１つが透明な２つの異なるカプセル封止部を用いることにより達成することができる。この向上は、ＰＣＢによるＵＶの吸収が反射性カプセル封止部により大きく除去される故のものである。
【００４０】
前記ＵＶに安定なシリコーン、テフロン（登録商標）又は他の有機コーティングは、例えば塗布（dispensing）又は型成形等により被着させることができる。この場合、前記出射窓は前記ダイに電気的に接続するための導電トラックを有する電気担体（基板）として働く。これらのトラックは、当該ダイの他方の側においてＬＥＤを駆動するための電源にも接続することができ、当該ＵＶ−Ｃ ＬＥＤを駆動するための電子部品のためのトラックを含むことさえできる。これは、チップオン窓パッケージ法と考えることもできる。上記電源からＬＥＤへの電力伝送は、例えば、ワイヤ又はピンによるものとすることができる。
【００４１】
他の実施態様において、当該モジュールは誘導結合により給電することができる。即ち、当該モジュールは、同一の周波数で共振するように同調された共振回路の一部である２つの磁気的に結合されたコイル間における電気エネルギの近接場無線伝送により給電することができる。
【００４２】
無線伝送は、相互接続ワイヤが不便、危険又は不可能である場合に電気装置に給電するために有効である。無線電力伝送において、主電源又はＬＥＤドライバ等の電源に接続された送信器装置は、電力を電磁場により介在する空間を介して１以上の受信器装置に伝送し、該１以上の受信器装置において電力に変換して戻され、使用される。送信器及び受信器が適切に設計されると共に配置された場合、９５％を超える電力伝送効率を得ることができる。受信アンテナは送信アンテナと良好に位置合わせされる必要があり、これら受信及び送信アンテナの間の距離は相対的に小さいことが必要とされる。
【００４３】
他の例において、上記受信アンテナは、ゴムから形成され当該モジュールを所望の位置に固定するために使用される吸着具内に組み込まれる。好ましくは、当該無線受信アンテナを形成するケーブル（ワイヤ）は該吸着具の材料内にカプセル封止され、これらワイヤが貯水容器内の水と接触し得ないようにすると共に該ワイヤを介しての当該ＬＥＤモジュールへの如何なる水の漏れも防止するようにする。
【００４４】
上記吸着具は、該吸着具と該吸着具が押し付けられる表面との間の空気（又は水）を絞り出すことにより機能する。該吸着具の他方の側に対する大気圧は、該吸着具の周縁を上記表面に対して強固に保持する一方、該周縁は該表面に対して気密的（又は水密的）封止を形成し、かくして、如何なる空気又は水も当該ゴムの背面に戻ることができず、該吸着具の内部には外部よりも低圧の領域が存在することになる。
【００４５】
誘導的に給電されるＵＶ−Ｃモジュールは、例えば消費者装置の貯水容器等の貯水容器内に直接配置することができ、斯かる貯水容器は、しばしば、ユーザにより取り外し可能及び再充填可能に設計されるので、迅速で容易な解決策を提供する。上記無線電力伝送は、当該容器から消費者装置のハウジング内の電源へのケーブル接続の必要性を除去すると共に、当該容器からの水漏れ、該容器内のケーブルに起因する汚染又は該貯水容器内のケーブル自体上で成長する微生物による危険性も除去する。
【００４６】
当該モジュールの構造は、前記１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイの底面が透光性基板層の表面を有し、上記底面が前記関連するＵＶ−Ｃ透光性窓と光学的に通じるようなものとすることができる。
【００４７】
このようにして、当該ＬＥＤダイの底部は当該透光性窓に、例えばフリップチップ結合処理を用いて取り付けることができる。
【００４８】
前記１以上のＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントは、透光性セラミックを有することができる。Al2O3から形成されるPhilips Uden透光性セラミック等の透光性セラミックは、境界において高い透過対反射比を有することが知られており、更に、上述したダイのフリップチップ結合に良く適している。
【００４９】
前記１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールは、更に、耐水及び水密カプセル封止部を有することができる。耐水及び水密カプセル封止は、浄水装置が、処理されるべき水内に直接沈めることができるように構成されたＬＥＤモジュールを有することを可能にする。この構成は、当該ＵＶ−Ｃ発光ダイ又はパッケージと水との間の光学的界面の数が最小化されるという付加的利点を有している。
【００５０】
一例において、水密封止は、ＵＶ−Ｃ透明セラミックの又は透明な光学エレメントをセラミック基板上に半田付けすることにより達成することができる。この構成は、これら材料が水蒸気透過を示さない故に水密モジュールを実現する。このことは、当該光学窓とセラミック基板との間に形成される空洞内で水の凝縮が起き得ず、従って腐食の危険性を除去することを意味する。有機材料は、一般的に、非常に高い水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を示し、これら材料を使用に不適なものにさせる。幾つかの実施態様によれば、前記１以上のＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントは、前記１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイからの熱を伝達するためのものとすることができる。窓エレメントに対するＬＥＤダイの密な結合は、該窓がヒートシンク及び光学部品として作用することを可能にする。この構成は、熱をダイと窓との間で伝導することができず、代わりに基板下のヒートシンクを介して又は該基板自体を介して伝導しなければならない、空洞内に配置されたＬＥＤを有する装置と比較して、装置の冷却効率を大いに向上させる。
【００５１】
幾つかの実施態様によれば、耐水でＵＶ反射性であり且つ生体適合性のあるヒートシンクが当該貯水容器の壁に接続される。該ヒートシンクは、窒化ホウ素（ＢＮ）が充填された耐ＵＶシリコーン又はフッ素重合体等の非金属、熱伝導性でＵＶ反射性の材料である。熱伝導度は、好ましくは、１Ｗ／ｍＫより高いものとする。他の実施態様において、該ヒートシンクの上面は、熱伝導度を向上させるために銅の薄層により金属化することができる。
【００５２】
通常の条件下のＬＥＤにおける熱除去のための主経路は、接触パッド及び基板を介してオプションのヒートシンクまでのものであり、斯かるヒートシンクは、しばしば、アルミニウム又は他の剛性金属から形成される。これらのヒートシンクは、貯水容器の内側表面に順応するものではなく、飲用水との長期の接触に適したものでもない。当該ＬＥＤの上面は、約０.６Ｗ／ｍＫなる水のものと比較して約０.２６Ｗ／ｍＫなる劣った熱伝導度を持つ空気により囲まれるので、冷却には殆ど使用されない。
【００５３】
電気部品の冷却は注封（potting）により改善することができるが、注封材料は透光性でないので、注封はＬＥＤを被覆するには適していない。このことは、残存吸収度を示さない如何なる好適な材料も殆ど存在しないので、ＵＶ−Ｃにとり特別な問題である。ＵＶ−Ｃモジュールは、気密性を保証すると共に熱的性能を改善するために、食品等級のシリコーン又はポリウレタン（ＰＵ）により注封することができる。しかしながら、この注封は当該ＬＥＤの前側には適用することができない。
【００５４】
フローティング型ヒートシンクは、水密ＵＶ−Ｃモジュールを含む実施態様に適している。該ヒートシンクは当該ＵＶ−Ｃモジュールの異なる電力レベルに対して十分な冷却を提供するように容易に拡大することができる。
【００５５】
関連する窓エレメントに結合されたＬＥＤダイを有する実施態様によれば、異なる結合オプションが存在する。
【００５６】
第１結合例によれば、各ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイと関連するＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントとの間に接着剤を設けることができる。この場合、上記２つは接着層により密に結合され、当該ダイにより放出される光は、少なくとも部分的に、該中間の接着層を介して関連する窓エレメントに透過される。
【００５７】
第２結合例によれば、前記１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイは少なくとも部分的に前記関連するＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントに埋め込まれる。この場合、上記２つの部品は直に物理的に接触し、前者の発光面（又は複数の発光面）は後者の面（又は複数の面）に物理的に接触する。従って、この構成は最高の透光効率を提供する。何故なら、これら２つの部品の間に中間の層は必要とされないからである。更に、この構成は熱伝導効率を最大化する。何故なら、ダイを窓内に埋め込むことにより、前者の外側表面積の一層大きな割合が後者と熱的に通じるからである。
【００５８】
この又は何れかの他の実施態様には、更に密閉層を設けることができ、該層は前記ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイ又は各ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイの上面又は底面の何れか上に配置される。この層は、例えば、ＵＶ−Ｃ光反射性とすることができ、これにより、如何なる“後方に”向けられた光の少なくとも一部も、再利用され、前記出射窓の方向に再伝送されることを可能にする。該密閉層は、幾つかの例では、更に耐水性のものとすることができる。
【００５９】
本発明の一態様によれば、浄水方法が提供され、該方法は、
ＵＶ−Ｃ光を水に供給するステップであって、該ＵＶ−Ｃ光が１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールにより発生されるステップ、
を有し、各モジュールは、
−  各々が底面及び上面を備える１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイと、
−  １以上のＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントと、
を有し、
前記ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイの各々は関連するＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントに対して、当該ダイの前記底面及び上面のうちの少なくも一方が前記ＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントと光学的に通じるように密に結合される。
【００６０】
本発明の他の態様によれば、浄水装置を製造する方法が提供され、該方法は、
１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイを１以上のＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントに対して密に結合するステップを有し、各ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイは底面及び上面を有し、前記結合するステップは各ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイの前記底面及び上面の少なくとも一方が関連するＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントと光学的に通じるようにさせるものであり、これにより、前記結合するステップは、ＵＶ−Ｃ光を水に供給するための１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールを生じさせる。
【００６１】
前記１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイを前記関連するＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントに結合するステップは、幾つかの実施態様では、前記ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイを前記関連するＵＶ−Ｃ透光性窓エレメントの表面内に少なくとも部分的に埋め込むステップを有することができる。この場合、当該ダイの発光面（又は複数の発光面）は前記窓エレメントの面（又は複数の面）と直に物理的に接触する。
【００６２】
更に、幾つかの実施態様において、当該方法は前記１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイの各々における表面上に配置された密閉層を設けるステップを更に有することができる。
【００６３】
この層は、例えば、ＵＶ−Ｃ光反射性及び／又は耐水性とすることができる。
【００６４】
他の実施態様によれば、水密ＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールを製造する方法が提供され、該方法は、
前記セラミック基板及び前記セラミック出射窓上に導体トラックを印刷し、オプションとして導体コイルを印刷するステップと、
前記セラミック部品を焼結するステップと、
前記ＬＥＤダイを取り付けるステップ（これは、導電／非導電接着剤又は半田付けにより達成することができる）と、
オプションとしてコイル（電力の誘導結合のための）を配置するステップと、
ワイヤボンディングするステップと、
前記２つの部品を一緒に半田付けするステップと、
を有する。
【００６５】
当該方法の他の実施態様において、前記導体トラックは前記セラミック基板に付着される小さな可撓性基板の一部とすることができ、又は、代わりに、これらトラックは前記セラミック基板に付着される個別の型打ちされた／エッチングされた導電部品とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は、浄化されるべき水にＵＶ−Ｃ光を供給する第１例のＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールを示す。
【図２】図２は、或る範囲のＵＶ波長における一連の例示的透光性セラミックの反射及び透過率を図示したグラフを示す。
【図３】図３は、３つの例示的透光性セラミック層の境界において各々反射及び透過された光のパーセンテージを図示した第２グラフを示す。
【図４】図４は、複数のＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイ及び耐水カプセル封入部を有する第２例のＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールを示す。
【図５】図５は、浄化されるべき水にＵＶ−Ｃ光を供給するＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールの第３例を示す。
【図６】図６は、浄化されるべき水にＵＶ−Ｃ光を供給するＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールの第４例を示す。
【図７】図７は、浄化されるべき水にＵＶ−Ｃ光を供給するＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールの第５例を示す。
【図８ａ】図８ａは、パイプ又は水室内に設置するためのＵＶ−Ｃ発光穿孔ディスクを有する例示的浄水装置を示す。
【図８ｂ】図８ｂは、パイプ又は水室内に設置するためのＵＶ−Ｃ発光穿孔ディスクを有する例示的浄水装置を示す。
【図９】図９は、基部内に配置されたＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールを有する貯水容器を備えた第２例の浄水装置を示す。
【図１０ａ】図１０ａは、出力弁に向けられたＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールを備えた貯水容器を有する消費者製品を示す。
【図１０ｂ】図１０ｂは、貯水容器内に配置されたＵＶ−Ｃ ＬＥＤを有する消費者製品を示す。
【図１１】図１１は、水密性で誘導的に給電されるＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールの第６例を示す。
【図１２】図１２ａ乃至図１２ｇは、ＵＶ−Ｃモジュールの第７例を示す。
【図１３】図１３は、本発明の他の実施態様を示す。
【図１４】図１４は、本発明の他の実施態様を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
以下、本発明の実施態様を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００６８】
本発明は、改善された光抽出効率（光取出効率）を持つＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールを備えた紫外線（ＵＶ）浄水のための装置及び方法を提供する。ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイは関連する透光性出射窓に密に結合され、かくして、光は該ダイの発光面（又は複数の発光面）から当該ＬＥＤパッケージの出射窓（又は複数の出射窓）へ間の空隙を横切って伝搬することなしに直接伝達される。このようにして、気体／固体（及び固体／気体）の光移行境界は除去され、媒体間境界反射を経て喪失される光の量を大幅に低減し、これにより、光抽出効率を上昇させる。
【００６９】
水の殺菌のためのＵＶ光（特に、ＵＶ−Ｃ光）の使用は良く知られている。十分に短い波長のＵＶ光は、細菌、ウイルス及び他の微生物に対して突然変異誘発性である。２,５３７オングストローム（２５４ｎｍ）の波長において、ＵＶは微生物のＤＮＡ内の分子結合を切断し、ＤＮＡ内にチミン二量体を生成し、これにより有機体を破壊し、これらを無害化するか又は成長及び再生を防止する。水の紫外線消毒は、純粋に物理的で無薬品的処理からなる。ＵＶ−Ｃ照射は、細菌の生命ＤＮＡを直接攻撃する。細菌は再生能力を失い、破壊される。化学消毒剤に対して極めて耐性のあるクリプトスポリジウム又はジアルジア等の寄生虫でさえ、効率的に低減される。
【００７０】
最も典型的に、殺菌性紫外光は水銀蒸気ランプにより供給され、該ランプは殺菌性波長（水銀蒸気は２５４ｎｍで発光する）のＵＶ光を放出する。水処理のためのＵＶユニットは、２５４ｎｍで紫外放射を発生する特化された低圧水銀蒸気ランプ、又は２００ｎｍから可視及び赤外周波数までの多色出力を発生する中圧ＵＶランプからなる。中圧ランプは約１２％効率的である一方、アマルガム低圧ランプは４０％までも効率的であり得る。ＵＶランプは決して水に直接接触されず、ガラス石英スリーブ内に収容され、水中に沈められるか、さもなければ水の外部に取り付けられる。
【００７１】
上記の大きなフォームファクタ、柔軟性のない動作モード及び危険性のある組成の材料故に、浄水装置内でのＵＶ発光ＬＥＤの使用に対して益々の注目が向けられている。ＩＩＩＡ窒化物(AlxGa1-x-yInyN,[0 </= x+y </= 1])が紫外波長内の電磁放射を発生するために使用することが可能な直接禁止帯を有することが良く知られている。しかしながら、ＵＶ ＬＥＤの効率は引き続いての懸案事項のままであり、殆どの典型的ＬＥＤのセラミック空洞パッケージは出射窓境界における反射により光の相当の部分の損失につながる。
【００７２】
ＬＥＤの低い効率は、当該技術を利用する浄水装置にとり実用上の欠陥を生じる。特に、このことは、装置が、さもなければ必要とされるよりも多くの電力消費を生じる、及び／又は所与の供給駆動電圧に対して装置内に一層高い密度のＬＥＤモジュールを組み込まねばならないことを意味する。従って、ＬＥＤパッケージ効率の改善が喫緊の問題である。
【００７３】
本発明は、改善された光抽出効率を有するＬＥＤモジュールを備えた浄水装置を提供する。図１は、本発明の実施態様により含まれる第１例のＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュール１０を示す。ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイ１２は透光性窓エレメント１４に密に結合され、上（発光）面１６が該窓エレメントの面と光学的につながるようにする。該ＬＥＤダイの基部（ベース）には、該ＬＥＤの底面を覆うと共に当該透光性窓の底面を部分的に覆う密閉層１８が存在する。該密閉層は例えばＵＶ−Ｃ反射材料を有することができ、上記ダイの上（発光）面１６から反射して戻された如何なる光も、該発光面１６の方向への再反射により少なくとも部分的に保存され得るようにする。該密閉剤は、特定の実施態様では、加えて又は代わりに、当該ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイの半導体層又は他のエレメントとの水分の伝達を禁止するように構成された耐水密閉剤を有することができる。該密閉剤は、当該ダイの表面と前記窓エレメントの各接触／係合面との間に存在し得る如何なる裂け目又は間隙への又は斯かる裂け目又は間隙を経ての水の移送を防止する助けともなり得る。
【００７４】
限定するものでない例として、密閉層１８は耐ＵＶ有機材料、シリコーン若しくはシリコーン組成物又はフッ素重合体又はその組成物とすることができる。該密閉層は、例えば施剤（塗布）又はトランスファ成形により被着することができるが、当業者によれば他の被着技術を使用することもできることは明らかであろう。
【００７５】
透光性窓エレメント１４は、限定するものでない例として、例えばスピネル（MgAl2O4）、AlON又はサファイヤ等の多結晶アルミナ（ＰＣＡ）材料からなることができる。しかしながら、他の好適な透光性セラミック材料も用いることができる。
【００７６】
本例において、当該ＬＥＤダイに対する電気的接続は接続ワイヤ２０により密閉層１８を介して行われる。これらは、ＬＥＤダイ基板が透光性窓に対して面一となるように該ＬＥＤダイの上部に接続することができ、この場合、該ＬＥＤダイは底面発光構造である。同様に、当該ＬＥＤダイは基板が透光性窓１４の底面から垂直方向に移動された上面発光構造とすることもでき、接続ワイヤは該基板層上に設けられた端子に接続される。いずれの場合においても、当該ダイの発光面は当該透光性窓の表面に対して面一で、且つ、該表面に向かって取り付けられ、電気接続ワイヤは反対側に設けられた端子に接続される。
【００７７】
図１の例において、ＬＥＤダイ１２は透光性窓エレメント１４に対して、ダイが該窓エレメント１４の本体内に埋め込まれるようにして結合される。このようにして、該ダイの発光上面１６（及び、加えて側面）は、当該透光性窓エレメントの面に物理的に直に接触する。結果として、当該ダイの上面１６から出射した光は、如何なる介在する又は間の層を介して伝搬することもなしに、当該窓エレメントの対応する係合面に直接伝達することができる。等しくない屈折率を有する如何なる２つの光伝搬媒体の間の移行境界においても、入射光の一部は常に反射される。このような反射される光の殆ど又は全ては当該ダイの全体輝度に対して失われるので、出射光が進行しなければならない媒体層の最小化は、発生された光における最終的に当該装置から放出される全割合を最大化する助けとなる。
【００７８】
透光性窓エレメント１４は、当該光源の実効寸法を増大させる効果を有する。光は当該透光性材料中で散乱し、該窓エレメント１４のファセット（小面）から出射する。光の吸収は防止され（該窓エレメントは不透明というより透光性であるから）、従って加熱となるエネルギ損失を防止する。
【００７９】
図１の例により具現化される上述した構成は、従来技術のＵＶ−Ｃ装置のＬＥＤパッケージ構成と対比することができる。これらの装置において、典型的にＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイは非反射性セラミック空洞内に配置され、該空洞はガラス（石英ガラス、サファイア又は溶融シリカ）出射窓により覆われる。この場合におけるＬＥＤダイの発光面は、張り出したガラス窓の下面から空隙により分離される。従って、該ＬＥＤダイの上面から出射する光は、上側の窓エレメントに入射する前に間の空気層を横切って伝搬しなければならない。結果として、当該空洞から出射するために当該光は２つの気体／固体透過境界を横切らねばならない。空気等の気体は典型的にガラス又はセラミック等の固体よりも低い屈折率を有しているので、これらの透過境界は一層大きな反射対透過比を、従って一層大きな有効光の損失を生じる。更に、当該空洞は典型的に非反射性であるから、上記空隙とガラス出射窓との間の境界において反射される光は、取り囲む空洞の壁における吸収により殆ど完全に失われる。
【００８０】
図１の例において当該ダイは窓エレメントの体積内に埋め込まれ（例えば、該ダイを該窓内に形成された空洞内に取り付けることにより）、１つを除く全ての側面が当該窓エレメントの対応する係合面により完全に覆われるようになっているが、他の例において、当該ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイは窓エレメント内に部分的にのみ埋め込まれ、複数の側面の一部が露出され又は覆われないままとすることもできる。この場合、密閉層１８は当該ＬＥＤダイの側面の露出されている部分を更に部分的に覆わなければならない。
【００８１】
更に簡単な例において、ＬＥＤダイと透光性窓エレメントとの間の密な結合は、全く埋込を有さず、むしろ上記の２つは介在する接着層を介して密に接着することができる。２つの部品の間の介在層は、出射光が横切る更なる媒体遷移境界を生じ、これにより、反射により失われる光の全量は増加するが、接着層は固体であり気体でないので、接続する媒体間の屈折率の違いは前述した従来技術の空洞構成におけるよりも大幅に小さい。従って、透過対反射比は大幅に大きく、光抽出効率は、それでも、大きく改善される。特定の場合において、接着剤結合は、例えば製造コストを低減する又は製造工程を簡略化するという理由で、埋め込みよりも好まれ得る。
【００８２】
前記窓エレメントは、特定の実施態様では、結合されたＬＥＤダイ（又は複数のＬＥＤダイ）のための熱放散機能を提供することができる。該窓は結合されたダイと物理的につながるので、熱を該ダイから導出し、周囲の環境に放散させることができる。この構成は、窓エレメントがＬＥＤダイから断熱性空隙により分離されており、該窓を介しての熱の抽出を非効率にさせる従来の構成とは対照的である。その代わりとして、ＬＥＤパッケージの下に配置されて当該ダイと熱的につながる追加の専用のヒートシンクが典型的には必要とされ得る。本発明は、専用のヒートシンク部品を必要とせずに効率的な熱放散を可能にする。
【００８３】
特定の実施態様において、当該透光性の層は透光性セラミックを有することができる。１つの限定するものでない例としての多結晶アルミナ（ＰＣＡ）のような、Philips Uden透光性セラミック等の透光性セラミックが、境界において高い透過対反射比を有していることが知られている。
【００８４】
図２は、各々が同一の材料を有するが異なる厚さで形成された３つの例示的透光性セラミック（ＰＣＡ）層の境界において、各々、反射及び透過された光のパーセンテージを示したグラフを示す。
【００８５】
ｙ軸２２は反射又は透過された光のパーセンテージを表し、ｘ軸２４は入射光の波長をｎｍで表している。ライン２６は、ゼロの反射率を有する基準窓の反射パーセンテージを表す。ライン２８１Ｒ及び２８１Ｔは、０.８ｍｍの厚さを有するセラミック層の反射及び透過パーセンテージを各々表す。ライン２８２Ｒ及び２８２Ｔは、１.０ｍｍの厚さの層の反射及び透過パーセンテージを各々表す。ライン２８３Ｒ及び２８３Ｔは、１.５ｍｍの厚さのセラミック層の反射及び透過パーセンテージを各々表す。
【００８６】
上記グラフから分かるように、より厚い層は非常に僅かに高い反射パーセンテージを生じる。しかしながら、全ての厚さは、広い範囲の波長にわたり約３０％以下の反射パーセンテージを有している。
【００８７】
図３には第２グラフが示され、該第２グラフは各々が異なる例示的セラミック材料を含む３つの例示的透光性セラミック層の境界において、各々、反射及び透過される光のパーセンテージを示している。各層は、多結晶アルミナ（ＰＣＡ）のものであるが、粉末粒径、温度等の異なる条件を用いて合成されている。該グラフ上に更に参考として示されているものは、石英層の反射及び透過パーセンテージ２７Ｒ及び２７Ｔである。
【００８８】
ここでも、ｙ軸２２は反射又は透過された光のパーセンテージを表し、ｘ軸２４は入射光の波長をｎｍで表している。図２におけるのと同様に、ライン２６は、ゼロの反射率を有する基準窓の反射パーセンテージを表す。ライン２８Ｒ及び２８Ｔは、第１の例示的セラミック層の反射及び透過パーセンテージを各々示す。ライン２９Ｒ及び２９Ｔは、第２の例示的セラミック層の反射及び透過パーセンテージを各々示す。ライン３０Ｒ及び３０Ｔは、第３の例示的セラミック層の反射及び透過パーセンテージを各々示す。
【００８９】
上記グラフから分かるように、例示的透光性セラミック材料の全ては約２２％より低い反射パーセンテージを有し、３つのうちの２つは約１２％よりも低い反射率を示している。これらの値は、例えばＤＮＡ吸収にとり最適な波長（〜２６０ｎｍ）において極僅かな反射率しか示さない、従来技術の装置から既知の石英に非常に良好に匹敵する。
【００９０】
本発明の実施態様によるＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールは、単一の透光性窓エレメントに結合された複数のＬＥＤダイを有することができる。図４は、このようなモジュールの一例を示す。複数のＬＥＤダイ１２が、透光性窓エレメントの本体内に埋め込まれている。該一列のダイの基部に沿うものは密閉層１８であり、これらダイの各々の底面を覆うと共に、当該窓エレメントにおける上記各ダイを分離する部分の底面も更に覆っている。他の例において、密閉は、埋め込まれたダイの間の空間又は間隙に付加的に跨がることなく、各ダイを個別に被覆するために設けることもできる。更に他の例において、密閉は全く設けられない。
【００９１】
図１の例におけるのと同様に、密閉部１８はＵＶ−Ｃ光反射性及び／又は耐水性とすることができる。図４の例示的ＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールは防水カプセル封止部３１も有し、該封止部は当該窓エレメントの外部境界の周りに配設された耐水層を有することができるか、又は例えば該窓エレメントを囲むように構成された追加の構造若しくはハウジングを有することができる。上記ハウジングは、ゾルゲル法を用いて形成することができる。ゾルゲル法は、小さな分子から固体材料を形成するための処理である。該処理は、モノマの、離散粒子又は網状高分子の統合された網状組織のための前駆体として作用するコロイド溶液への変換を含んでいる。該溶液は、液相及び固相の両方を含むゲル状組織の形成に向かって徐々に進展する。この処理は如何なる数の方法によっても達成することができ、最も簡単な方法は時間を掛けて沈殿を生じさせ、次いで残存する液体を排出することである。相分離工程を加速するために遠心を用いることもできる。
【００９２】
残存する液体（溶媒）相の除去は、乾燥処理を必要とする。この処理には、典型的に、相当の量の収縮及び高密度化が伴う。当該溶媒を除去することができる速度は、最終的に当該ゲル内の液体の分布により決まる。最終要素の最終的微細構造は、この処理フェーズの間において構造テンプレートに課される変化により明らかに強く影響を受ける。
【００９３】
乾燥工程の後、機械的特性及び構造的安定性を更に向上させるために焼結等の熱処理がしばしば必要とされる。この処理の伝統的処理技術を超える１つの利点は、時には高密度化が一層低い温度で達成されることであり、他の利点は当該処理が相対的に安価であって、製品の化学組成の精細な制御を可能にすることである。更に窒化ホウ素等の少量のドーパントをゾルゲルに導入することができ、最終製品に均一に分散されることになる。
【００９４】
本発明の他の実施態様は押し型ガラス-160から製造されるハウジングを使用し、代わりに、該ハウジングはガラス-160の押出成形チューブから安価に製造することができる。
【００９５】
本発明の特定の実施態様において、前記１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールは単一の透光性窓エレメントに埋め込まれた（又は密に結合された）ＬＥＤダイの平面アレイを有することができる。該ＬＥＤダイのアレイは、当該モジュールの所望の出力強度又は輝度に従った特定の密集度又はアレイ“ピッチ”を有するように選択することができる。このようなダイのアレイの場合、特定の実施態様では、前記窓エレメントが、埋め込まれた又は結合されたＬＥＤダイの端子に電流を供給する目的で該エレメントの底面に沿って延びる電気路を有することが望ましいであろう。このような例によれば、上記窓エレメント自体がＰＣＢの役割を果たすので、当該ＬＥＤダイの電気的取り付けのための追加の基板が不必要とされる。
【００９６】
この又は他の実施態様において、当該ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイはフリップチップ型ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイを有することができる。フリップチップ型ＬＥＤダイは、当該ダイの同一の側に（特には、当該ダイの発光面とは反対側に）両電気接点を有することを特徴とする。フリップチップ型ダイのｐ及びｎの両端子は該ダイの底面に配置され、従って電気路は各ダイの一方の側（上面又は底面）だけに設ければよい。このことは、当該ダイが、図１及び図４に示されるように、例えば該ダイの上面の端子に到達するために当該窓エレメントの一部を介して延びる電気ワイヤを設ける必要性無しに、該窓エレメントに埋め込み又は結合されることを可能にする。
【００９７】
図５には、フリップチップ結合型ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイ１２及び透光性セラミック窓１４の底面に設けられた導体路（導体トラック）３２を有する例示的ＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュール１０の第1例の接続（ボンディング）構成が示されている。当該ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイは、接着層３３を介して当該透光性窓の底面に密に結合され、該ダイの発光面が該窓の底面に対面するように結合されている。該ダイにおける発光面とは反対側には（陽極及び陰極）接触端子があり、これら端子はワイヤボンド２０が半田付け（又は何らかの他の手段により接着／接続）されている。上記ワイヤボンドは、当該窓上に配置されたＬＥＤに駆動電流を供給するための、ダイ１２の端子と透光性窓１４の底面上に設けられた導体トラック３２との間の電気的接続を提供する。上記導体トラックは、上記ワイヤボンド及び駆動電源の両方のための電気接触点を有している。当該ＬＥＤダイは、例えば塗布又はトランスファ成形により被着される耐ＵＶ−Ｃ（及び幾つかの実施態様では耐水）密閉層１８によりカプセル封止される。
【００９８】
幾つかの例において、ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイのアレイは、共通の窓エレメント１４、及び各ダイを駆動するために該窓の底面上に設けられた電気路３２に結合することができ、かくして、マルチダイＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールを形成する。この場合、当該セラミック窓は電気担体、即ち結合されるＬＥＤダイのための実効的ＰＣＢとして働く。
【００９９】
幾つかの例によれば、図６に示されるように、ＵＶ−Ｃモジュール１０は、更に、取り囲む金属製（又は、当業者にとり明らかなように、他の好適な材料の）取付リング３４内に取り付けることができる。該取付リングは、限定するものでない例として、型成形処理により形成することができる。図６は、カプセル封止剤を収容するためにＬＥＤダイ１２の周囲に塗布又は型成形される空洞壁も示している。
【０１００】
他の例によれば、図７により図示されたように、当該ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイ１２はセラミック窓１４の本体内に部分的に又は完全に埋め込む（例えば、窓１４の本体内に形成された空洞内に配置する）ことができる。当該ダイは、この場合、上記空洞内に該ダイの上側の（発光）面と形成された空洞の上側表面との間に設けられる接着剤の層３３により該空洞内に接着することができる。次いで、耐ＵＶ−Ｃ（及び、幾つかの実施態様では耐水）カプセル封止を行うために密閉層１８が当該ダイの底面上に形成される。
【０１０１】
幾つかの実施態様において、当該浄水装置は、より広いＬＥＤモジュールアセンブリ内に配置又は組み付けられる、各々がダイのアレイ、単一の列のダイ又は個々のダイを有する複数のＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールを有することができる。このようなアセンブリは、例えば、特定の配向又は光伝搬方向を容易にするために種々のＬＥＤモジュールを物理的に取り付けるための基板を有することができる。当該アセンブリは、更に、耐水カプセル封止部を有し、該アセンブリをＵＶ光の線量を供給すべく水中に沈めることを可能にすることができる。この耐水カプセル封止部は、特定の例では、個々のＬＥＤモジュールのために設けられる耐水カプセル封止部に加えて設けることができ、又は、他の例では、個々のモジュールのカプセル封止部の代わりに設けることもできる。当該アセンブリは、幾つかの例では、集束レンズ、コリメーションレンズ又は他のビーム整形エレメント等の追加の光学エレメントを有することができる。
【０１０２】
図８ａ及び図８ｂは本発明による浄水装置の第１実施態様を示し、該浄水装置は上述した例の１以上によるＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールを組み込んでいる。図８ａは浄水システム３８を示し、該浄水システムにおいては、２つの穿孔プレート４０がチェンバ４２内に収容され、これら穿孔プレートはＵＶ−Ｃ ＬＥＤ光を供給するための複数の装着されたＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールを有している。他の例において、上記穿孔プレートには複数のＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールのアセンブリが取り付けられ、これらアセンブリは例えば追加の支持構造部品又は光学エレメントを有している。本発明の一実施態様において、穿孔プレート４０は如何なる他の容器又は導管に嵌め込まれるように変更することができる。例えば、これら穿孔プレートは水を運ぶ円筒状パイプ内に嵌まるように適合させることができる。
【０１０３】
図８ａに示される例において、チェンバ４２は流入口４４及び吐出口４６を有している。水は流入口４４を介してチェンバ４２に入り、穿孔プレート４０の孔を通過する。当該水内に存在する微生物は、当該穿孔プレートの孔を通過する間に、該穿孔プレート上に（又は内に）取り付けられたＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールにより放出されるＵＶ−Ｃ放射に曝される。該ＵＶ放射は微生物内のＤＮＡ、ＲＮＡ及びタンパク質により吸収され、斯かる微生物の遺伝子障害及び不活性化を生じさせる。上記穿孔プレートは、水が該プレートの一方の側から他方の側に通過する際に、当該微生物の前側及び後側を放射に暴露させ、当該浄水装置の全体としての殺菌効果を最大化する。
【０１０４】
特定の例においては、当該ＬＥＤモジュールに供給される全電力を制御するためにフィードバックベースの電力制御ユニット及びフィードバックユニットを採用することができる（図８ａには図示されていない）。上記フィードバックユニットは、上記フィードバックベースの電力制御ユニットに浄化されるべき水の物理的特性（例えば、粘度、色又は濁り等）に関するデータを供給することができる。受信されたデータに基づいて、このような制御ユニットはＬＥＤモジュールに供給される全電力を変化させ、これにより、当該水内の所与の微生物濃度に対して最適なエネルギ消費を可能にすることができる。
【０１０５】
特定の例において、システム３８はチェンバ４２の１以上の壁を被覆するＵＶ反射スクリーン４８を有することができる。ＵＶ反射スクリーン４８に入射する如何なるＵＶ放射も、当該チェンバの本体内に反射して戻され、これにより、該チェンバ内のＵＶ放射強度を増加させると共に、当該システムの殺菌効率を向上させる。
【０１０６】
図８ｂは、穿孔プレート４０の正面図を示し、該プレートの表面に取り付けられたＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュール１０を有している。取り付けられたＬＥＤモジュールは、一例では、図４により図示されたような単一の透光性窓エレメントに結合されたＬＥＤダイのアレイを有し、又は、他の例では、各々が個別の隔離された窓エレメントに結合されたモジュールのアレイを有することができる。穿孔プレート４０は、水が該プレートの面間を通過することを可能にする孔５２を有している。これらの孔は、所望の水の流量に依存して、且つ、所望の密度のＬＥＤモジュールを取り付けるための所要の表面空間に依存して一層大きな又は小さな相対寸法で設けることができる。
【０１０７】
本発明による浄水装置の他の実施態様において、該装置は、浄化されるべき水を収容する容器を有すると共に、収容された水に対してＵＶ光の線量を供給するための該容器内に配設され又は外部に取り付けられた前述した例による複数のＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールを有する。図９には、このような実施態様の簡単な例が示され、該例において水６４を収容するための容器６２は、該水にＵＶ−Ｃ光６６を供給するための１以上のＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュール１０を収容している。図示の例において、上記モジュールは、当該装置のベース支持構造部に取り付けられると共に、浄化されるべき水内に沈められるように当該容器の壁内に配置されている。しかしながら、他の例において、当該ＬＥＤモジュールは沈められる必要はなく、例えば当該容器の壁内に又は壁の丁度外側に配置することもできる。この場合、これら壁はＵＶに透明な材料を有し、当該モジュールからの光が、当該水と流体的接触をせずに、収容された水に侵入することができるようにする。
【０１０８】
幾つかの例において、図９の実施態様は前述した例による単一の又は複数のＬＥＤモジュールのアセンブリを有することができ、これらのアセンブリは、例えば、特定の範囲の伝搬角度で光を発生するために当該ＬＥＤに角度をつけるための追加の支持構造体を有する。これらアセンブリは、更に、光学又は他のビーム整形エレメントを有することもできる。
【０１０９】
本発明による浄水装置の他の実施態様において、該装置は、前述した例による複数のＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールを有する手持ち型又はそれ以外の“モバイル”浄化装置を有することができる。該モバイル装置は、例えば何らかの所望の水収容容器に手動で挿入するように構成することができ、挿入されると、当該モジュール又はモジュールのアセンブリは刺激されて、収容された水に対しＵＶ−Ｃ放射の所望の線量を供給する。該装置は、例えば、一連の異なる容器への容易な挿入のために“棒”状の構造（wand-like structure）を有することができる。該装置は、ＵＶ放射による被爆からのユーザの保護のために、種々の安全フィーチャを有することができる。例えば、該装置は入射放射の偏向又はキャプチャのためのＵＶ反射又は吸収面を有する上部遮蔽を有することができる。該装置はセンサを有することができ、斯かるセンサは体温を感知する赤外線センサとすることができる。体温が感知された場合、当該装置は電源を遮断することができる。
【０１１０】
本発明は、更に、上述した装置の実施態様の１以上による浄水装置を製造する方法を提供する。この方法の１以上の実施態様によれば、図５〜図７の何れかによるＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュールが水にＵＶ−Ｃ光を供給するために製造される。これらの実施態様の幾つかの例において、導体トラック３２が透光性窓エレメント１４の底面上に、例えば印刷、型成形、パターニング又は何らかの他の好適な方法により最初に形成される。これらトラックは例えば第１方向に互いに隣接して延びる２以上の共通レールを有し、これらレールは該レールから第２方向に延びるダイ・コネクタトラックの相互対を有し、各対は当該レール間のＬＥＤダイを取り付けるための中央空間へと延びる。
【０１１１】
トラックが形成されると、複数のＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイが、コネクタトラックが延在された前記専用の空間において当該透光性窓エレメントの底面に取り付け又は結合される。当該ダイは、図５及び図６の例におけるように、該ダイを当該窓の底面に接着剤の層３３により接着することにより結合することができ、その際に、これらダイの発光面は当該窓の上記面に対面するようにする。他の例においては、図７の例におけるように、当該ダイは窓に、先ず当該窓に取り付けのための専用空間に空洞を形成し（これは、電気トラック３２の形成前又は後になされる）、次いで該ダイを上記空洞内に確実な結合を保証するために接着剤の層を用いて取り付けることにより結合することができる。更に他の例において、当該ダイは窓の空洞内に接着層を使用しないで埋め込むことができ、かくして、接着剤とダイ／窓との間の境界における反射により光を犠牲にすることを回避する。
【０１１２】
ダイを窓に取り付けた後、ダイの（陽極及び陰極）端子は導体トラック３２にワイヤボンド２０により接続され、これらワイヤボンドは各端部において例えば半田付けにより接続される。これに続いて、少なくとも各ダイ上にカプセル封止層１８が、例えば塗布又はトランスファ成形によるシリコーン及びＢＮグロブトップ（glob top）の形成を介して形成される。
【０１１３】
幾つかのケースにおいては、次いで背面反射器エレメントを、例えば反射材料の表面層の堆積又は型成形により当該窓エレメントの底面全体上に形成することもできる。この背面反射器エレメントは、材料層間の境界で後方反射された光の少なくとも幾らかの再利用を可能にする機能を果たす。
【０１１４】
図１０ａは、空気加湿器の水容器６２を示す。水容器６２が空である場合、ユーザはハンドル７０を使用して該容器を持ち上げ、ねじ込み栓（図示略）を介して該容器を水で再充填することができる。再充填される容器６２がハンドル７０を用いて持ち上げられる場合、弁７２内のバネ（図示略）はバルブステム７４を弁本体７６内の弁座７８に押圧し、該弁を閉じて水の流れを防止する。
【０１１５】
ユーザが容器６２を当該加湿器に戻すと、ピン８４がバルブステム７４を弁座から離れるように押し上げ、かくして、水が当該弁を介して加湿器チムニ（煙突状部分）８６内に流れ込むのを可能にする。
【０１１６】
図１０ｂは容器６２内に配置されたＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュール１０を示す。該ＬＥＤモジュール１０は当該容器の上部に配置されると共に、集光レンズ等の光学手段８８を有し、ＵＶ−Ｃ光６６を当該容器の底部に位置するスポットに向けて集束させる（このケースにおいて、当該ＵＶ−Ｃ光は出口弁７２に向かって集束される）。光学手段８８は水より大きい屈折率（ｎ＞１.４５）を有するＵＶ−Ｃに透明な材料から作製され、石英が好適な材料である。
【０１１７】
出口弁７２はＵＶ−Ｃ反射壁を有し、これは非ＵＶ−Ｃ反射材料に対するコーティングとして適用することができるか、又は、代わりに、該壁はアルミニウム等のＵＶ反射性である材料から作製することができる。これらの壁は、主容器６２の下の第２の一層小さな容器９０を画定する。ＵＶ−Ｃ光６６は該第２容器９０に入射し、該容器の内部周辺で反射される。このことは、当該ＵＶ放射が主容器６２に収容されているものより小さい体積の水を目標としており、従って該体積の水に対して所望のＵＶ−Ｃ線量を供給するために要する時間が一層小さくなる故に、当該システムの効率が向上することを意味する。当該水が適切な線量のＵＶ−Ｃにより照射されたなら、ファン８０が使用されて、小さな水滴を当該加湿器のノズル８２から吹き出させる。
【０１１８】
他の実施態様において、ＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュール１０は容器６２の外部に配置され、ＵＶ−Ｃ放射をＵＶに透明な窓を介して第２容器９０に照射する。この実施態様の利点は、ＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュール１０を取り外し可能な水容器６２の外部に配置することができ、このことが、該水容器が取り外されることを可能にしたままで電気接点がＬＥＤに電力が伝達されることを可能にする要件を低減させることである。このような接点は、スライド接点型のコネクタとして具現化することができる。
【０１１９】
当該空気加湿器の他の実施態様において、当該ＵＶ−Ｃ ＬＥＤは集光レンズと統合されてＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュール１０を形成する。該ＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュール１０は上記水容器内の上部に配置され、放出されたＵＶ−Ｃ光６６がＬＥＤスポットライトと同様に出口弁７２の近傍に向かって集束されるように位置決めされる。該出口弁の近傍において、ＵＶ−Ｃに透明な窓が水容器６２と第２容器９０との間に取り付けられる。このＵＶ−Ｃに透明な窓は、ＵＶ−Ｃ光６６の幾らかが第２容器へと通過し、所望の線量のＵＶ−Ｃ光６６を第２容器９０内の水に供給することを可能にする。
【０１２０】
上記ＵＶ−Ｃに透明な材料は、石英、ガラス-160（ＵＶに透明な軟質ガラス）、多結晶アルミナ（ＰＣＡ）、テフロン（登録商標）又はシリコーン等のＵＶ−Ｃに透明なポリマ材料等の如何なるＵＶ−Ｃに透明な材料とすることもできる。
【０１２１】
図１１は、水密的で誘電的に給電されるＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュール１０の第６例を示す。ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイ１２はセラミック基板９４上に取り付けられ、該セラミック基板は、好ましくは、当該セラミック基板の反射面上に入射する如何なるＵＶ放射も透光性窓エレメント１４に向かって反射させることにより当該ＬＥＤモジュール１０の効率を上昇させるために反射性とする。誘導コイル９６もセラミック基板９４上に取り付けられ、無線電力伝送システムにおける受信部として動作する。このシステムはＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイ１２にワイヤボンド２０により接続される。
【０１２２】
第１の半田付け可能な層９９がセラミック基板９４に透光性窓エレメント１４の形状に対応する形状で被着される。この形状は正方形、長方形、円形又は如何なる他の形状とすることもできる。
【０１２３】
第２の半田付け可能な層９８が透光性窓エレメント１４に被着され、セラミック基板９４及び該透光性窓エレメントが互いに接触される。正しい位置決めが達成されたなら、上記半田付け可能な層は加熱することができ、このことは、ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイ１２を水密ＵＶ透光性モジュール１０内に密閉する。
【０１２４】
図１２ａ〜図１２ｇは、密閉部（シール）１００、ＰＣＢ１０１、ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイ１２、電源線１０３、反射器１０４、石英窓エレメント１４’及びカバー１０５を有するＵＶ−Ｃモジュール１０の第７例を示す。密閉部１００は、全ての部品の互いに対する正しい位置決めを保証すると共に、例えばネジ穴等の固定手段を形成することができる。ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイ１２はＰＣＢ１０１上に取り付けられるもので、これらの２つの部品は一緒になって、しばしば、レベル２（Ｌ２）部品として知られている。ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイ１２及びＰＣＢ１０１は上記密閉部上に、正しい位置決めを行うための機械的突起を用いて取り付けられる。これらの上には反射器１０４が配置され、この反射器は複数の機能を有する。第１の機能は、ＵＶ−Ｃ放射を石英窓エレメント１４’に向かって反射し、当該モジュール１０の光学的効率が改善されるようにすることである。第２の機能は、石英窓エレメント１４’に対するスペーサとして働くことである一方、第３の機能は当該モジュール１０を完全に密閉するために追加される注封（potting）材料１０７に対する障壁として働くことであり、このことは、該注封材料１０７がＬＥＤダイ１２の前面上に流れて光出力を遮断しないことを保証する。第４の機能は、ＰＣＢ１０１と石英窓エレメント１４’との間の熱的接続部として作用することである。第５の機能は、ＰＣＢ１０１をＵＶ−Ｃ放射から保護することである。
【０１２５】
前記密閉部は上面に突起を有し（図示略）、これらは軸方向及び半径方向の両方に突出する。軸方向の突起はＰＣＢ１０１、ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイ１２及びカバー１０５のための位置決めを行う一方、これら突起の半径方向部分は円形反射器１０４及び石英窓エレメント１４’のための同心的位置決めを行う。
【０１２６】
石英窓エレメント１４’が反射器１０４上に配置された後、カバー１０５が取り付けられ、ここでも、上記軸方向突起が該カバー１０５の位置決めを行う。
【０１２７】
次いで、当該モジュール１０は反転され、密閉部１００の基部における中央孔１０６に注封材料１０７が注ぎ込まれる。追加の通気口を該密閉部に設け、注封材料１０７が注ぎ込まれる際に当該モジュール１０からの空気の排出を可能にすることができる。このことは、熱伝導度を減少させると共に当該モジュールの侵入保護（ＩＰ）等級にも影響を与え得るエアポケット形成の可能性を低減する故に重要である。また、更なる利点として、当該注封材料は電線１０３を取り囲んで、該線のＰＣＢ１０１との接続を損なう機械力に対する歪緩和手段として作用する。
【０１２８】
他の実施態様において、ＰＣＢ１０１は片面型とする、即ちＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイ１２を駆動するために要する全ての電気部品がＰＣＢ１０１の単一の側に配置されるようにすることもできる。この構成は、全体のモジュール１０を一層薄くさせることができるので、パッケージ化の利点をもたらす。
【０１２９】
３Ｄ印刷技術（付加製造としても知られている）は、通常の製造技術を用いて可能であるものより複雑なヒートシンク、セラミックハウジング又はモジュールの形状が製造されることを可能にするのに適したものであり、このような部品が工場又は工作室で製造される必要性を除去し得る。消費者装置のユーザは、ＵＶ−Ｃ ＬＥＤモジュール１０の可能な最良の性能を保証するために現在の消費者装置をアップグレード又は修理すべくハウジング又はヒートシンクを３Ｄ印刷することができる権利を購入することができる。
【０１３０】
図１３は他の実施態様を示し、この例において、ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイ１２はAl-IMSのＰＣＢ上に取り付けることができる（ＩＭＳは絶縁金属基板を意味する）。ＩＭＳのＰＣＢによれば、通常の基材の代わりにアルミニウムが銅の担体として使用される。アルミニウムコアのＰＣＢは、しばしば、回路の温度管理を補助するために使用される。ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイ１２及びＰＣＢ１０１はハウジング１０５内に収容される。当該モジュールの上側は石英窓エレメント１４’により閉じられ、周囲の媒体へのＵＶ−Ｃの伝達を可能にする一方、環境からのＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイ１２に対する十分な保護を保証する。
【０１３１】
熱の流れは、例えば有限要素解析（ＦＥＡ）等のコンピュータ技術を用いて計算し、モデル化することができる。第１実験において、ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイ１２の上部と石英窓エレメント１４’の底部との間には３５０ｎｍの空隙が存在した。表２は使用された熱伝導度を示す。
【０１３２】
【表２】
0006758313.tif 000003
【０１３３】
ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイ１２及びドライバ部品の両方はＰＣＢ１０１に取り付けられ、ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイ１２に対する熱入力は０.１２６Ｗであり、ドライバ部品に対するものは０.０８３Ｗである。モジュール１０全体は空気により囲まれるものとしてモデル化される。当該ＬＥＤの正確な材料特性は入力されていない。正確なシミュレーションを可能にするために、ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイ１２は材料のブロックにより置換され、伝導度はＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイ１２の上部と底部との間の計算された熱抵抗が接合部からケースへの指定された熱抵抗を満足するまで変化される。
【０１３４】
シミュレーションは、ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイ１２と石英窓エレメント１４’との間に付着層（attachment layer）を備える及び備えないものに対して実施された。ハウジング１０５の温度は２℃上昇された一方、ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイ１２のＴmaxは対応する量だけ下降し、これが図１４に見られる。計算された実際の温度は下記の表３に見ることができる。
【０１３５】
【表３】
0006758313.tif 000004
【０１３６】
発生された熱を伝達する境界条件を空気から水に変更した場合、熱抵抗は大幅に低下することを理解することができる。この実施態様は、ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイ１２の上部を、通常に使用される該ＵＶ−Ｃ ＬＥＤダイ１２の底部に加えて熱を伝達するために使用することを可能にする。
【０１３７】
上記付着層にとり好適な材料は、例えば、ホウ酸塩又はナノシリカ粒子が添加され若しくは添加されていないトリメトキシシラン（trimethoxysilane）及びトリエトキシシラン（triethoxysilane）等の重合されたアルキルトリアクロキシシラン（alkyltriakloxysilanes）若しくは重合されたアリルトリアクロキシシラン（aryltriakloxysilanes）から形成されたコーティングである。他の例として、ＵＶ等級のシリコーンラッカ又は接着剤を用いることもできる。
【０１３８】
開示された実施態様の他の変形例は、当業者によれば請求項に記載された本発明を実施するに際して図面、当該開示内容及び添付請求項の精査から理解し、実施することができる。請求項において、“有する”なる文言は他の構成要素又はステップを排除するものではなく、単数形は複数を排除するものではない。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これら手段の組合せを有利に使用することができないということを示すものではない。請求項における如何なる符号も、当該範囲を限定するものと見なしてはならない。
【図１】
0006758313.tif 000005
【図２】
0006758313.tif 000006
【図３】
0006758313.tif 000007
【図４】
0006758313.tif 000008
【図５】
0006758313.tif 000009
【図６】
0006758313.tif 000010
【図７】
0006758313.tif 000011
【図８ａ】
0006758313.tif 000012
【図８ｂ】
0006758313.tif 000013
【図９】
0006758313.tif 000014
【図１０ａ】
0006758313.tif 000015
【図１０ｂ】
0006758313.tif 000016
【図１１】
0006758313.tif 000017
【図１２ａ】
0006758313.tif 000018
【図１２ｂ】
0006758313.tif 000019
【図１２ｃ】
0006758313.tif 000020
【図１２ｄ】
0006758313.tif 000021
【図１２ｅ】
0006758313.tif 000022
【図１２ｆ】
0006758313.tif 000023
【図１２ｇ】
0006758313.tif 000024
【図１３】
0006758313.tif 000025
【図１４】
0006758313.tif 000026