(57)【要約】  【課題】  小型化、軽量であり、かつ、被照射物の膜厚に左右されずに効率よく硬化が可能な、半導体発光素子を用いた発光装置を提供することを目的とする。特に、被照射物の表面近傍から深部まで光を透過させることができ、効率よく露光させることができる発光装置を提供することを目的とする。  【解決手段】  ４００ｎｍ以下の波長領域をもつ異なる２種類以上の半導体発光素子を有し、少なくとも一つのピーク波長が３８０ｎｍ以下であることを特徴とする。さらに、半導体発光素子が、異なるピーク波長を有する２以上の半導体発光素子であることを特徴とする。  【選択図】  図１B
2007305703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
４００ｎｍ以下の波長領域をもつ異なる２種類以上の半導体発光素子を有し、少なくとも一つのピーク波長が３８０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【請求項２】
前記半導体発光素子は、異なるピーク波長を有する２以上の半導体発光素子である請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記半導体発光素子は、同一の半導体発光素子中に、異なるピーク波長の光を発光可能な活性層を２以上有する請求項１記載の発光装置。
【請求項４】
前記ピーク波長は、その差が３０ｎｍ以上である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線領域の発光が可能な半導体発光素子を用いた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外線硬化樹脂の露光装置や食品の殺菌装置及び洗浄装置などの紫外線を用いた照明装置は、光源として高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプなどが用いられている。このようなランプを用いた照明装置の場合、出力を高くしようとすると発生する熱が多くなる。そのため、被照射物に近接して配することができず、ある程度の距離をとる必要があるため作業スペースの確保が必要となる。さらに、照明装置自体を冷却するためにダクトを設けるなどの対策も必要であり、コスト的にも問題があった。
【０００３】
近年、紫外線が発光可能な半導体発光素子が実用化されてきており、上記のような露光装置や殺菌装置などにも用いられている（例えば、特許文献１）。このような紫外線発光素子は、上記ランプに比して小型であり、また、発熱がほとんどないため被照射物の近傍から照射することが可能となる。これにより作業スペースも小さくすることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２０３４８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体発光素子を用いた場合のメリットとして、その波長の半値幅が非常に狭いことが挙げられる。例えば、発光ダイオード（以下、ＬＥＤ）では１０ｎｍ程度と非常に狭くなっている。ランプのようにプロードな波長の場合、目的の波長以外の波長（特に熱線）の光も出射されているため、その分のエネルギーが損失されて非効率的であり、また、熱線により被照射物が変形したり、硬化樹脂から放出されるガスが増加する懸念がある。半導体発光素子の場合、より効率よく所望の波長の光を出射することができる。
【０００６】
しかしながら、半導体発光素子を用いた紫外線照射装置の場合、被照射物が厚くなるにつれて、その深部が硬化しにくくなることがある。これは、深部にまで紫外線が入り込めなくなることが理由として挙げられる。そうなると、被照射物の膜厚をある程度薄くしなければならなくなるなど、用途が限定されてしまうことになる。例えば、膜厚が厚いものを硬化させる場合には、ランプを用いるなど、膜厚によってランプを使い分けるなどの手間が必要となってくる。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、小型化、軽量であり、かつ、被照射物の膜厚に左右されずに効率よく硬化が可能な発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の目的を達成するために、本願に係る発光装置は、４００ｎｍ以下の波長領域をもつ異なる2種類以上の半導体発光素子を有し少なくとも一つのピーク波長が３８０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
これにより、被照射物の表面近傍から深部まで光を透過させることができ、効率よく露光させることができる。
【００１０】
また、本願の請求項２に記載の発光装置は、半導体発光素子が、異なるピーク波長を有する２以上の半導体発光素子であることを特徴とする。
また、本願の請求項３に記載の発光装置は、半導体発光素子が、同一の半導体発光素子中に、異なるピーク波長の光を発光可能な活性層を２以上有することを特徴とする。
また、本願の請求項４に記載の発光装置は、半導体発光素子のピーク波長は、その差が３０ｎｍ以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る発光装置により、光硬化型樹脂、接着剤、塗料などの硬化において、被照射物の膜厚に制限されることなく効率よく硬化が可能な発光装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施するための最良の形態を、以下に詳説する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明は発光装置を以下に限定するものではない。
【００１３】
また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。以下、図面を参照しながら本形態にかかる発光装置について説明する。
【００１４】
図１Ａは、本実施の形態における発光装置１００を示す。図１Ｂは図１Ａを発光部側からみた平面図であり、図１Ｃは図１ＢのＸ−Ｘ‘断面における断面図を示す。セラミックからなるパッケージ１０１の内部には、半導体発光素子１０７ａ、１０７ｂを載置可能な凹部が形成されており、半導体発光素子１０７ａ、１０７ｂは、凹部底面に接合部材を用いてそれぞれ固定されている。半導体発光素子の電極とパッケージ１０１に設けられた導電性部材１０４とは、導電性ワイヤ１０６を用いて電気的に接続されている。パッケージ１０１の導電性部材１０４は、凹部内に露出されるとともにスルーホール１０５を通じてパッケージ裏面まで連続して形成されており、回路基板上と電気的に接続させるよう、はんだ等を用いて固定される。また、パッケージ１０１の凹部の上部は、透光性部材１０３を有するキャップ１０２によってキャップされている。
以下、本願の各構成について説明する。
【００１５】
（半導体発光素子）
本願における半導体発光素子は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、又はレーザダイオード（ＬＤ）として用いることが可能な半導体発光素子であり、本願において、半導体発光素子として４００ｎｍ以下の波長領域を含み、少なくとも２以上の異なるピーク波長を有し、少なくとも1つのピーク波長が３８０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１６】
半導体発光素子は、異なるピーク波長を有する半導体発光素子を複数用いるのが好ましい。その場合、発光ダイオードやレーザダイオードのいずれかのみを複数用いてもよく、あるいは、両方を用いることができる。目的や用途に応じて種々選択することができるが、被対象物の面積が広い場合は発光ダイオードが好ましく、微細な領域に照射する場合はレーザダイオードが好ましい。例えば、４００ｎｍのピーク波長を有する発光ダイオードと、３６５ｎｍのピーク波長を有する発光ダイオードの組み合わせや、４００ｎｍのピーク波長を有するレーザダイオードと、３６５ｎｍのピーク波長を有する発光ダイオードの組み合わせなどを選択することができる。
【００１７】
また、ピーク波長の異なる半導体発光素子は、それぞれ同一個数を用いてもよく、又は目的や被照射物に種類に応じて異なる数を用いることができる。異なる個数を用いる場合は、より長波長側のピーク波長を有する半導体発光素子を多く用いるなどの組み合わせで用いることが好ましい。
【００１８】
また、複数の半導体発光素子を用いるのではなく、同一の半導体発光素子の積層構造中に、異なるピーク波長の光が発光可能な素子構造を設けることもできる。例えば、発光ダイオードの積層構造ではｎ型層とｐ型層の間に活性層を有するが、その活性層として、組成の異なる活性層を２段階で設けることにより得ることができる。その場合、パッケージ等に載置させる側に、より長波長のピーク波長を発光可能な活性層を配置させるのが好ましい。例えば、まずピーク波長が４００ｎｍの活性層を積層させ、その上にピーク波長が３６５ｎｍの活性層を積層させることで、１つの半導体発光素子で、異なる２つのピーク波長を有する半導体発光素子とすることができる。これにより、他方の活性層での吸収を低減させることができる。また、同一基板上に、選択成長などによって異なる積層構造体を形成させてもよい。
【００１９】
さらに、少なくとも２つ以上の４００ｎｍ以下のピーク波長を有する半導体発光素子に加え、４００ｎｍ以上にピーク波長を有する半導体発光素子を併用してもよい。これは、複数の半導体発光素子を用いる場合にも、ひとつの半導体発光素子に複数の活性層を有する場合にも適用可能である。例えば、ピーク波長がそれぞれ４００ｎｍ、３６５ｎｍである半導体発光素子に加え、４２０ｎｍにピーク波長を有する半導体発光素子を加えてもよい。これにより、より深部の硬化が促進することができる。また、赤外線や遠赤外線領域にピーク波長を有する半導体発光素子も用いることができる。これにより、加熱作用を付すことができるので、硬化時に加熱を要する場合などに適している。
【００２０】
（パッケージ１０１）
本願において発光装置１００のパッケージ１０１は、セラミックス、金属など紫外線に対する耐性に優れた部材から構成されるのが好ましく、具体的にはＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３等があげられる。パッケージは、内部に凹部が形成されており、底部に半導体発光素子１０７ａ、１０７ｂが載置されている。
【００２１】
セラミックからなる場合、スルーホール１０５を設けて凹部内部とパッケージ外部とが電気的に連続するようにする。スルーホール１０５は、図１ではパッケージ１０１の側面に形成されているが、これに限られるものではなく、側面から露出しないようにすることもできる。
【００２２】
パッケージ１０１の凹部は、半導体発光素子が載置可能な領域を確保できればよい。また、ツェナーダイオードなどの保護素子を設ける場合は、それらの載置領域も確保できるようにする。
【００２３】
（導電性部材１０４）
導電性部材１０４は、パッケージ１０１に設けられるものであり、図１Ｃに示すように、凹部内部において導電性ワイヤを接合させる領域が露出されており、からパッケージの外側にまで連続するように設けられている。パッケージがセラミックからなる場合、セラミックシートを積層させる際に、導電性部材を所望の位置に形成しておくことで、内部に埋め込まれるようにすることができる。導電性部材の具体的な材料としては、セラミックパッケージと密着性がよく、熱膨張率差が小さく、耐熱性に優れた材料が好ましく、具体的にはタングステン、銅などが上げられる。なお、凹部内部においては、半導体発光素子からの光を反射しやすいよう、銀、アルミニウム等を最表面に設けるのが好ましい。
【００２４】
（キャップ１０２）
パッケージ１０１の上に、キャップ１０２が接合されている。キャップ１０２は、透光性部材１０３を配置するために設けるものであり、パッケージ１０１の上面で、凹部の開口部の縁部周辺と接合するように設けられる。断面から見ると、図１Ｃのように、キャップ１０２の内部に、透光性のガラス１０３が嵌め込まれるように形成されている。キャップの材料としては、パッケージ１０１と接合が可能で、ガラス１０３とも接合可能な材料が好ましく、金属からなるものが好ましく、具体的にはコパールなどが好ましい。
【００２５】
（透光性部材１０３）
発光装置からの光が出射される方向には、透光性ガラスを用いる。光源として紫外領域の半導体発光素子を用いるため、樹脂では劣化しやすいため、耐候性に優れたガラスを用いるのが好ましい。特に、光源からの光に対して透光性を示す材料が好ましい。具体的には石英、CaFなどを用いることができる。
【実施例１】
【００２６】
実施例１では、３６５ｎｍをピーク波長とするＬＥＤチップと、４００ｎｍをピーク波長とするＬＥＤチップとを用いる発光装置について説明する。
ＬＥＤチップを、各２個ずつ用意し、図１に示すようなパッケージに載置する。ピーク波長が３６５ｎｍのＬＥＤチップ１０７ａと、ピーク波長が４００ｎｍのＬＥＤチップ１０７ｂを、図１Ｂに示す位置に配する。
ＬＥＤチップ１０７ａと１０７ｂは、同時に点灯させてもよく、別々に点灯させてもよい。
【実施例２】
【００２７】
実施例２では、３７０ｎｍをピーク波長とするレーザチップを１つと、４００ｎｍをピーク波長とするＬＥＤチップを２つとを用いる以外は、実施例１と同様にして発光装置を得る。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明にかかる発光装置は、光硬化樹脂、接着剤、塗料等の硬化のための露光装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明に係る半導体装置の例を示す斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの正面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１ＢのＸ−Ｘ‘断面における断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１００・・・発光装置
１０１・・・パッケージ
１０２・・・キャップ
１０３・・・透光性部材
１０４・・・導電性部材
１０５・・・スルーホール
１０６・・・導電性ワイヤ
１０７ａ、１０７ｂ・・・半導体発光素子
【図１Ａ】
2007305703.tif 000003
【図１Ｂ】
2007305703.tif 000004
【図１Ｃ】
2007305703.tif 000005