CN107407475A - 荧光光源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种可在荧光体中获得较高的发光效率、并且可获得充分高的荧光强度的荧光光源装置。在本发明中，具备接收激励光而放射荧光的荧光板、以及对该荧光板所产生的热量进行排热的散热基板，该荧光板与该散热基板经由软钎料层而接合，在荧光光源装置中，上述软钎料层中的空隙率被设为75％以下，空隙最长直径被设为0.4mm以下。另外，优选的是软钎料层中的空隙率被设为50％以下，空隙最长直径被设为0.2mm以下。

Description

荧光光源装置
技术领域
本发明涉及利用以激光激励荧光体而产生的荧光的荧光光源装置。
背景技术
目前，已知利用激光激励荧光体并将从该荧光体发出的荧光进行放射的荧光光源装置。例如在专利文献1中记载有，在荧光光源装置中采取利用接合材料将构成荧光体的荧光板与散热基板接合的构造。另外记载有，作为接合材料，例如能够使用有机粘合剂、无机粘合剂、低熔点玻璃、钎焊合金等，在它们之中，出于获得较高的反射率与较高的导热特性，期望的是使用钎焊合金。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011－129354号公报
发明内容
发明要解决的问题
而且，在通过例如钎焊合金将荧光板钎焊于散热基板来接合的情况下，需要以较高的温度来处理，因此存在荧光板的发光效率有时降低这一问题。另外，也存在如下不良情况：在接合时，在散热基板与荧光板之间产生热膨胀差，在荧光板与散热基板之间的接合部产生剥离。
另一方面，在使用能够以较低温进行接合的金属软钎料作为软钎料材料的软钎焊中，有时因为例如在接合时所使用的焊剂气化、或软钎料材料的润湿性，导致软钎料层中产生空隙。另外，例如在使用了带卷状(带状、片状)的软钎料材料的情况下，由于不能完全逐出进入焊接材料的间隙等的空气，因此有时会产生空隙。所形成的软钎料层例如在空隙最长直径较大的情况下，如图3所示，从荧光板40中的位于空隙55的正上方的区域产生的热量GH被空隙55假绝热，向垂直方向的热阻变大。因此，在荧光板40产生的热量GH的排热路径例如以经由空隙55的侧方而传向散热基板45的方式形成，不能高效地将在荧光板40产生的热量GH向散热基板45侧导热。因此，存在因荧光板40中的位于空隙55的正上方的区域的温度局部上升而导致产生温度猝灭、发光效率降低这类问题。另外，由于软钎料层50中的空隙55的存在，导致基于金属软钎料的软钎料层50的荧光反射率降低，因此存在从荧光板40发出的荧光强度降低这类问题。另外，还存在因荧光板40的温度上升而导致构成软钎料层50的软钎料材料熔解、荧光板40与散热基板45的紧贴性降低这类问题。
已知在软钎料层50中的空隙率比75％大、而且空隙最长直径L比0.4mm大的情况下，会较显著地产生这类问题。
本发明是基于如以上的情况而做出的，目的是提供一种可在荧光板中获得较高的发光效率、并且可获得充分高的荧光强度的荧光光源装置。
用于解决课题的手段
本发明的荧光光源装置具备接收激励光而放射荧光的荧光板、以及对该荧光板所产生的热量进行排热的散热基板，该荧光板与该散热基板经由软钎料层而接合，该荧光光源装置的特征在于，
上述软钎料层中的空隙率为75％以下，空隙最长直径为0.4mm以下。
在本发明的荧光光源装置中，优选的是上述软钎料层中的空隙率为50％以下，空隙最长直径为0.2mm以下。
发明效果
根据本发明的荧光光源装置，由于软钎料层中的空隙率以及空隙最长直径为一定的大小以下，从而可在荧光板与散热基板之间获得良好的接合状态。因此，能够避免荧光板与散热基板剥离，并且能够将荧光板所产生的热量的排热被空隙阻碍的程度抑制为较小。因此，能够高效地将荧光板所产生的热量进行排热，因此能够抑制荧光板的局部的温度上升，可在荧光板中获得较高的发光效率，并且可获得较高的荧光强度得。
附图说明
图1是概略地表示本发明的荧光光源装置中的荧光发光部件的一构成例的说明图。
图2是表示空隙最长直径与荧光板的最高温度的关系的图表。
图3是概略地表示以往的荧光光源装置中的荧光发光部件的一构成例的说明图。
具体实施方式
以下，详细地说明本发明的实施方式。
图1是概略地表示本发明的荧光光源装置中的荧光发光部件的一构成例的说明图。
该荧光光源装置具备荧光发光部件10，该荧光发光部件10由接收激励光并放射荧光的矩形平板状的荧光板11、以及将荧光板11所产生的热量进行排热的矩形平板状的散热基板20构成。在该荧光发光部件10中，表面被设为激励光受光面12的荧光板11的背面，经由软钎料层30接合于散热基板20的表面。在该荧光发光部件10中，从荧光板11的表面放射荧光。
作为激励光源，例如能够使用具备半导体激光元件(LD元件)的激光光源，该半导体激光元件放射激发波长为455nm的蓝色区域的激光。
作为对于激励光的荧光板11的照射条件，例如是激励光密度达到15～200W/mm2的条件。
作为荧光板11，例如优选使用热传导率为6～35W/(m·K)的荧光板。具体而言，例如能够使用由掺杂(活化)了稀土类化合物的YAG荧光体构成的荧光板。作为稀土类化合物，能够列举例如铈(Ce)、镨(Pr)以及钐(Sm)等。另外，也可以是在荧光体中包含金属化合物的荧光板。
荧光板11的厚度例如是0.05～1mm。
在荧光板11的背面，出于光提取效率的观点，优选的是形成有由反射率较高的金属构成的光反射膜13。
作为光反射膜13，具体而言，可列举铝(Al)膜以及银(Ag)膜等金属膜、或在上述金属膜上形成有电介质多层膜的高反射膜等。
另外，在荧光板11的背面、具体而言是光反射膜13的背面，出于与软钎料层30之间的接合性的观点，优选的是形成有例如通过蒸镀而形成的、由镍/白金/金(Ni/Pt/Au)膜、镍/金(Ni/Au)膜构成的金属膜(未图示)。
金属膜的厚度例如是Ni/Pt/Au＝30nm/500nm/500nm。
作为构成散热基板20的材料，优选使用例如热传导率为90W/(m·K)以上、具体而言例如是230～400W/(m·K)的材料。作为这样的材料，例如能够使用铜、铜化合物(MoCu、CuW等)、铝等。
散热基板20的厚度例如是0.5～5mm。
另外，出于排热性等的观点，优选散热基板20的表面的面积比荧光板11的背面的面积大。
另外，在散热基板20的表面，出于与软钎料层30之间的接合性的观点，优选的是形成有例如通过镀覆法形成的、由镍/金(Ni/Au)膜构成的金属膜21形成。该金属膜21的厚度例如是Ni/Au＝5000～1000nm/1000～30nm。
作为构成软钎料层30的软钎料材料，优选的是使用例如热传导率为40W/(m·K)以上、例如40～70W/(m·K)的材料。作为这样的软钎料材料，例如能够使用在Sn、Pb等材料中混入焊剂或其他杂质而成为膏状(糊状)的形态的膏状软钎料，或例如Sn－Ag－Cu类软钎料、Au－Sn类软钎料等。
软钎料层30的厚度例如是20～200μm。
而且，在上述的荧光光源装置中，软钎料层30中的空隙率为75％以下，空隙最长直径L设为0.4mm以下。
这里，“空隙率”指的是俯视下的空隙35的投影像的面积(在具有多个空隙35的情况下为总面积)相对于软钎料层30的总面积的比例(软钎料层30中的空隙35所占据的面积比例)。另外，“空隙最长直径”指的是俯视下的用两条平行线夹住空隙35的投影像时的该平行线的间隔达到最大时的大小。
软钎料层30中的空隙率以及空隙最长直径L例如能够通过X射线透过装置来测定。
另外，优选的是将软钎料层30中的空隙率设为50％以下，将空隙最长直径L设为0.2mm以下。
利用这样的软钎料层30，能够在荧光板11中的位于空隙35的正上方的区域所产生的热量GH的排热路径中，缩短向空隙35侧方的传输距离，因此能够可靠地抑制荧光板11的温度上升。
在软钎料层30中的空隙率比75％大的情况下，不能高效地将荧光板11所产生的热量GH进行排热，不能抑制荧光板11中的位于空隙35的正上方的区域的温度上升。
另外，在软钎料层30中的空隙最长直径L比0.4mm大的情况下，也同样，不能高效地将荧光板11所产生的热量GH进行排热，不能抑制荧光板11中的位于空隙35的正上方的区域的温度上升。
散热基板20与荧光板11能够以如下方式接合。
例如在使用膏状软钎料(含有焊剂)作为软钎料材料的情况下，在散热基板20的表面上经由软钎料材料配置荧光板11，例如在采用大气气氛或者氮气气氛的减压下，将软钎料材料加热到其熔点以上的温度并熔融。之后，将该软钎料材料冷却而固化，从而在散热基板20的表面上经由软钎料层30接合荧光板11。
另外，例如在使用了不含焊剂的材料作为软钎料材料的情况下，例如在采用氮气气氛等非活性气体气氛、或氮气与氢气的混合气体气氛的减压下，将软钎料材料加热到其熔点以上的温度并熔融。之后，将该软钎料材料冷却而固化，从而在散热基板20的表面上经由软钎料层30接合荧光板11。
以沿厚度方向按压荧光板11、软钎料材料以及散热基板20的状态进行以上的接合处理。接合处理时施加于荧光板11的压力优选的是例如0～2.4gf/cm2。由此，能够使形成的软钎料层30中的空隙率为75％以下，使空隙最长直径L为0.4mm以下。形成的软钎料层30中的空隙率以及空隙最长直径L的大小例如能够通过调整该压力条件来控制。
而且，根据上述的荧光光源装置，由于构成荧光发光部件10的软钎料层30中的空隙率以及空隙最长直径L为一定的大小以下，从而可在荧光板11与散热基板20之间获得良好的接合状态，因此能够将荧光板11所产生的热量的排热被空隙35阻碍的程度抑制为较小。因此，能够高效地将荧光板11所产生的热量进行排热，因此能够抑制荧光板11的局部的温度上升。因此，能够避免产生伴随着该荧光板11的温度上升的温度猝灭，可在荧光板中获得较高的发光效率，并且获得足够高的发光强度。另外，能够避免构成软钎料层30的软钎料材料产生熔解而荧光板11与散热基板20剥离，能够将荧光板11所产生的热量可靠地向散热基板20导热，从而能够可靠地抑制荧光板11的局部的温度上升。
实施例
以下，虽然示出为了确认本发明的效果而进行的实施例，但本发明并不限定于此。
＜实施例1＞
在由30Mo70Cu合金基板构成的尺寸17mm(纵)×17mm(横)×0.47mm(厚度)的散热基板(20)的表面上，形成有由镍/金(Ni/Au＝2500nm/30nm)膜构成的金属膜(21)。
在处理用腔室内，在形成有金属膜(21)的散热基板(20)的表面上，经由由Sn(96.5％)Ag(3％)Cu(0.5％)软钎料(熔点＝218℃、热传导率＝64.2W/(m·K))构成的带卷状的软钎料材料而配置了背面形成有光反射膜(13)的荧光板(11)。然后，在使施加于荧光板(11)的压力在0～2.4gf/cm2的范围内适当地变更且利用带弹簧的销来按压荧光板(11)、焊接材料以及散热基板(20)的状态下，将软钎料材料加热至作为其熔点以上的温度的218℃并熔融。之后，将软钎料材料冷却而固化，从而在散热基板(20)的表面上经由软钎料层(30)而接合荧光板(11)，由此制作出图1所示的构成的多个荧光发光部件(10)。
这些荧光发光部件(10)中的软钎料层(30)的厚度为20～30μm的范围内，利用X射线透过装置测定了软钎料层(30)中的空隙率以及空隙最长直径(L)时，空隙率为0～75％的范围内，空隙最长直径(L)为0～0.62mm的范围内。
对于如上述那样获得的多个荧光发光部件(10)的每一个，从激光光源向荧光板(11)中的激励光受光面(12)照射激发波长为445nm的激光，并测定了荧光板(11)的最高温度。将结果表示在图2中。在图2中，叉号标记的曲线所示的曲线、十字标记的曲线所示的曲线、圆圈的曲线所示的曲线、菱形标记的曲线所示的曲线、三角标记的曲线所示的曲线以及四边形标记的曲线所示的曲线分别示出了软钎料层(30)中的空隙率为75％、65％、50％、35％、20％以及10％的荧光发光部件(10)的结果。
根据图2所示的结果可确认，在空隙最长直径(L)为0.2mm以下的荧光发光部件(10)中，荧光板(11)的最高温度约为200℃，相对于此，若空隙最长直径(L)比0.4mm大，则无论空隙率的大小如何，荧光板(11)的最高温度都会达到500℃以上。认为这是因为，软钎料层(30)中的空隙(35)阻碍了荧光板(11)所产生的热量的排热。还确认到，若荧光板(11)的最高温度达到例如500℃以上，则软钎料层(30)的最高温度也会达到超过软钎料材料的熔点的约400℃以上，因此会引起软钎料材料的熔解，散热基板(20)与荧光板(11)的紧贴性消失，引起脱离的不良情况。
附图标记说明
10 荧光发光部件
11 荧光板
12 激励光受光面
13 光反射膜
20 散热基板
21 金属膜
30 软钎料层
35 空隙
40 荧光板
45 散热基板
50 软钎料层
55 空隙

Claims (2)

1.一种荧光光源装置，具备接收激励光而放射荧光的荧光板、以及对该荧光板所产生的热量进行排热的散热基板，该荧光板与该散热基板经由软钎料层而接合，该荧光光源装置的特征在于，
所述软钎料层中的空隙率为75％以下，空隙最长直径为0.4mm以下。
2.如权利要求1所述的荧光光源装置，其特征在于，
所述软钎料层中的空隙率为50％以下，空隙最长直径为0.2mm以下。
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