JP2017045528A - 光源装置及び蛍光板アッセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】 蛍光板に発生する応力を抑制することができる光源装置及び蛍光板アッセンブリを提供する。【解決手段】 蛍光板アッセンブリは、励起光が第１面に入射されて且つ該励起光の少なくとも一部を蛍光に変換して該第１面から出射する蛍光板と、蛍光板を支持する支持体と、蛍光板の第２面と支持体とを固定する半田層と、を備え、半田層は、蛍光板の第２面の一部と接合する。【選択図】 図３

Description

本発明は、入射される励起光の少なくとも一部を蛍光に変換して出射する蛍光板を備える光源装置及び蛍光板アッセンブリに関する。

従来、光源装置として、励起光を発する発光素子と、発光素子から発する励起光を蛍光に変換する蛍光板と、蛍光板を支持する支持体とを備える光源装置が、知られている（例えば、特許文献１）。そして、蛍光板は、半田層と接合することにより、支持体と固定されている。ところで、励起光が蛍光板に入射すると、蛍光板が発熱するため、一般的に、蛍光板は、半田層及び支持体を経由して、冷却されている。

しかしながら、蛍光板が冷却されていても、実際には、蛍光板の温度が支持体の温度よりも高くなっているため、蛍光板の熱膨張量が支持体の熱膨張量と相違している。そして、特許文献１に係る光源装置においては、半田層が蛍光板の裏面全体と接合しているため、蛍光板の熱膨張量と支持体の熱膨張量との相違に基づいて、蛍光板に大きな応力が発生する。

特許第５６７８８８５号公報

よって、本発明は、斯かる事情に鑑み、蛍光板に発生する応力を抑制することができる光源装置及び蛍光板アッセンブリを提供することを課題とする。

光源装置は、励起光を発する発光素子と、前記発光素子から発する励起光が第１面に入射されて且つ該励起光の少なくとも一部を蛍光に変換して該第１面から出射する蛍光板と、前記蛍光板を支持して冷却する冷却体と、前記蛍光板の第２面と前記冷却体とを固定する半田層と、を備え、前記半田層は、前記蛍光板の前記第２面の一部と接合する。

また、光源装置においては、前記蛍光板の前記第１面は、前記発光素子から発する励起光が入射される入射領域を備え、前記蛍光板の前記第２面は、前記半田層と接合する接合領域を備え、前記接合領域は、前記蛍光板の厚み方向で前記入射領域の全体と重なり合うように、配置される、という構成でもよい。

また、光源装置においては、前記蛍光板の前記第２面は、前記半田層と接合する接合領域と、前記半田層と接合しない非接合領域とから成り、前記接合領域の半田濡れ性は、前記非接合領域の半田濡れ性よりも高い、という構成でもよい。

また、光源装置においては、前記蛍光板の前記第２面は、前記半田層と接合する接合領域と、前記半田層と接合しない非接合領域とから成り、前記蛍光板及び前記冷却体の少なくとも一方は、前記蛍光板の前記非接合領域が前記冷却体と接するように、前記半田層を収容する凹状の収容部を備える、という構成でもよい。

また、蛍光板アッセンブリは、励起光が第１面に入射されて且つ該励起光の少なくとも一部を蛍光に変換して該第１面から出射する蛍光板と、前記蛍光板を支持する支持体と、前記蛍光板の第２面と前記支持体とを固定する半田層と、を備え、前記半田層は、前記蛍光板の前記第２面の一部と接合する。

以上の如く、光源装置及び蛍光板アッセンブリは、蛍光板に発生する応力を抑制することができる、という優れた効果を奏する。

一実施形態に係る光源装置の全体概要斜視図である。 同実施形態に係る蛍光板アッセンブリの全体平面図である。 同実施形態に係る蛍光板アッセンブリの要部図であって、図２のIII−III線の拡大断面図である。 同実施形態に係る蛍光板の全体断面図である。 発光部が一つである発光素子の場合の入射領域を説明する図であって、蛍光板の第１面の位置と光強度との関係を示す図である。 発光部が複数である発光素子の場合の入射領域を説明する図であって、蛍光板の第１面の位置と光強度との関係を示す図である。 発光素子が複数である場合の入射領域を説明する図であって、蛍光板アッセンブリの要部平面図である。 発光素子が複数である場合の入射領域を説明する図であって、蛍光板アッセンブリの要部平面図である。 同実施形態に係る蛍光板アッセンブリの製造方法を説明する図であって、要部断面図である。 同実施形態に係る蛍光板アッセンブリの製造方法を説明する図であって、要部断面図である。 他の実施形態に係る蛍光板アッセンブリの要部断面図である。 さらに他の実施形態に係る蛍光板アッセンブリの要部断面図である。 さらに他の実施形態に係る蛍光板アッセンブリの製造方法を説明する図であって、要部断面図である。 同実施形態に係る蛍光板アッセンブリの製造方法を説明する図であって、要部断面図である。 さらに他の実施形態に係る蛍光板アッセンブリの要部平面図である。 同実施形態に係る蛍光板アッセンブリの要部図であって、図１５のＸVI−ＸVI線の拡大断面図である。 さらに他の実施形態に係る蛍光板アッセンブリの要部断面図である。 比較例に係る蛍光板アッセンブリの要部断面図である。 実施例と比較例との評価表であって、動作時に発生する応力を示す図である。 実施例と比較例との評価グラフであって、動作時に発生する応力を示す図である。 実施例と比較例との評価表であって、半田接合時に発生する応力を示す図である。 実施例と比較例との評価グラフであって、半田接合時に発生する応力を示す図である。 実施例と比較例との評価表であって、動作時の蛍光板の温度を示す図である。 実施例と比較例との評価グラフであって、動作時の蛍光板の温度を示す図である。 実施例と比較例との評価表であって、動作時の蛍光板の反り変形量を示す図である。 実施例と比較例との評価グラフであって、動作時の蛍光板の反り変形量を示す図である。 実施例と比較例との評価表であって、半田接合時の蛍光板の反り変形量を示す図である。 実施例と比較例との評価グラフであって、半田接合時の蛍光板の反り変形量を示す図である。

以下、光源装置及び蛍光板アッセンブリにおける一実施形態について、図１〜図１０を参酌して説明する。なお、各図（図１１〜図１８も同様）において、図面の寸法比と実際の寸法比とは、必ずしも一致していない。

図１〜図３に示すように、本実施形態に係る光源装置１は、励起光を発する発光素子２と、発光素子２が発した励起光が入射される光学系３と、光学系３から出射された光が入射される蛍光板４とを備えている。蛍光板４は、発光素子２から発する励起光が入射光Ｌ１として第１面４１に入射され、該励起光の少なくとも一部を蛍光に変換して該第１面４１から出射光Ｌ２として出射している。

光源装置１は、蛍光板４を支持して冷却する冷却体５と、蛍光板４の第２面４２と冷却体５とを固定する半田層６とを備えている。冷却体５は、蛍光板４を支持する支持体７と、支持体７を経由して蛍光板４の熱を放出する放熱体８とを備えている。そして、半田層６は、蛍光板４の第２面４２と支持体７とを固定している。なお、蛍光板４と支持体７とが半田層６で固定されているアッセンブリを、蛍光板アッセンブリ１０という。

発光素子２は、励起光としてレーザ光を出射する半導体レーザとしている。本実施形態においては、発光素子２は、一つ備えられている。なお、半導体レーザは、１つの発光部（エミッタ）を有するＣＡＮタイプ（シングルエミッタタイプ）でもよく、複数の発光部を有するアレイタイプでもよい。

光学系３は、発光素子２から出射された励起光が入射され、該励起光を平行光にして出射している。本実施形態においては、光学系３は、コリメータレンズとしている。なお、光学系３は、必須の構成ではなく、また、励起光の進行方向を変更するミラーや、入射された励起光を集束して出射する集束レンズ等を備えていてもよい。

放熱体８は、固定部材（例えば、螺子体）やハンダ等により、支持体７に固定されている。そして、放熱体８は、蛍光板４を冷却すべく、蛍光板４で発生した熱を、半田層６及び支持体７を経由して外部に放出する。なお、放熱体８は、放熱性に優れる材質、例えば、アルミニウム等で形成されている。

図２及び図３に示すように、蛍光板４の第１面４１及び第２面４２は、それぞれ平面状に形成されている。そして、蛍光板４の第２面４２は、第１面４１の反対側に配置されており、支持体７の第１面７１と対面するように配置されている。また、蛍光板４の第１面４１及び第２面４２は、平行であり、蛍光板４の厚み方向Ｄ３に対してそれぞれ直交するように配置されている。

蛍光板４の第１面４１は、発光素子２から発する励起光が入射される入射領域４１ａを備えている。また、蛍光板４の第２面４２は、半田層６と接合する接合領域４２ａと、半田層６と接合しない非接合領域４２ｂとから成っている。即ち、半田層６は、蛍光板４の第２面４２の一部と接合している。

第２面４２の接合領域４２ａの面積は、第１面４１の入射領域４１ａの面積よりも大きくなっている。そして、第２面４２の接合領域４２ａは、蛍光板４の厚み方向Ｄ３で第１面４１の入射領域４１ａの全体と重なり合うように、配置されている。本実施形態においては、蛍光板４の厚み方向Ｄ３から見て、入射領域４１ａは、円形状であり、接合領域４２ａは、矩形状である。

支持体７は、平板状に形成されている。そして、支持体７は、第１面７１側に、半田層６を収容する凹状の収容部７２を備えている。収容部７２は、深さ寸法が同じとなるように、形成されている。そして、収容部７２の底面は、平面状に形成されている。本実施形態においては、収容部７２は、直方体状の凹状に形成されている。

収容部７２は、半田層６の全体を収容している。これにより、蛍光板４の第２面４２の非接合領域４２ｂは、支持体７と接している。具体的には、蛍光板４の第２面４２の非接合領域４２ｂは、半田層６を介在することなく、支持体７の第１面７１と直接に接している。

支持体７は、放熱性を高めるために、金属や合金などの熱伝導性の高い材料で形成されている。例えば、支持体７は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｗ、又はこれらの少なくとも一つを含む合金で形成されている。また、半田層６は、例えば、Ａｕ８０％−Ｓｎ２０％共晶ハンダ（以下、単に「ＡｕＳｎハンダ」ともいう）や、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系ハンダを用いることができる。

図３及び図４に示すように、蛍光板４は、蛍光体を有する蛍光部４３と、蛍光部４３よりも第２面４２側に配置され、第１面４１から入射した光と蛍光部４３で発生した蛍光とを反射して第１面４１から出射させる反射層４４とを備えている。また、蛍光板４は、高い半田濡れ性を有する高濡れ性層４５を備えている。そして、蛍光板４の熱膨張係数は、支持体７の熱膨張係数と異なっている。本実施形態においては、蛍光板４の熱膨張係数は、支持体７の熱膨張係数よりも小さくなっている。

蛍光部４３は、例えば、粉末状の蛍光体を分散しているガラスで形成されてもよく、蛍光体の結晶で形成されていてもよい。本実施形態においては、蛍光部４３は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３からなるマトリックス相と、Ｃｅを含有するＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）からなる蛍光体相とを有する無機材料で構成されたセラミックス複合体としている。

そして、蛍光体は、励起光を吸収し、吸収した励起光とは波長が異なる光（蛍光）を出射する。本実施形態においては、発光素子２は、例えば、波長が約４５５ｎｍの青色レーザ光を励起光として出射し、蛍光体は、当該励起光を吸収し、ピーク波長が約５５０ｎｍの蛍光を出射する。なお、発光素子２の発する励起光の波長や蛍光体の材質は、斯かる構成に限られない。

反射層４４は、光を反射できる金属又は合金で形成されている。例えば、反射層４４は、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｔｉ、又はこれらの少なくとも一つを含む合金で形成されている。これにより、蛍光板４の第１面４１から入射した光と蛍光部４３で発生した蛍光とは、反射層４４で反射され、第１面４１から出射する。

高濡れ性層４５は、半田濡れ性の高い金属又は合金で形成されている。例えば、高濡れ性層４５は、Ａｕ、Ｓｎ、又はこれらの少なくとも一つを含む合金で形成されている。そして、高濡れ性層４５は、蛍光板４の第２面４２の一部を構成している。したがって、蛍光板４の第２面４２において、高濡れ性層４５で構成される領域の半田濡れ性は、それ以外（例えば反射層４４）で構成される領域の半田濡れ性よりも、高くなっている。

本実施形態においては、蛍光板４の第２面４２のうち、高濡れ性層４５で構成される領域は、半田層６と接合される接合領域４２ａと略一致している。即ち、半田層６は、蛍光板４の第２面４２のうち、高濡れ性層４５で構成される領域と接合している。これにより、接合領域４２ａの半田濡れ性は、非接合領域４２ｂの半田濡れ性よりも高いことになる。なお、半田濡れ性の指標として、例えば、接触角が挙げられる。

なお、蛍光板４は、蛍光部４３と反射層４４との間に、蛍光部４３と反射層４４との密着強度を高める密着層を備えていてもよい。例えば、密着層は、Ｔｉ、Ｃｒ、又はこれらの少なくとも一つを含む合金で形成される。また、蛍光板４は、反射層４４の第２面４２側（例えば、反射層４４と高濡れ性層４５との間）に、反射層４４が半田接合時に半田により損傷することを抑制するバリヤ層を備えていてもよい。例えば、バリヤ層は、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、又はこれらの少なくとも一つを含む合金で形成される。

ここで、蛍光板４の第１面４１における入射領域４１ａについて、図５〜図８を参酌して説明する。

まず、発光素子２が１つの発光部（エミッタ）を有する場合には、図５に示すように、入射領域４１ａは、当該発光素子２から出射して蛍光板４の第１面４１に入射される光の光強度が最大値に対して１／ｅ^２（＝０．１３５３）以上の値である領域とする。また、発光素子２が複数の発光部を有する場合には、図６に示すように、入射領域４１ａは、当該発光素子２の複数の発光部から出射して蛍光板４の第１面４１に入射される合成光の光強度が最大値に対して１／ｅ^２（＝０．１３５３）以上の値である領域とする。

次に、発光素子２が複数備えられている場合には、図７及び図８に示すように、入射領域４１ａは、各発光素子２ごとの個別入射領域４１ｂを合わせた領域とする。なお、個別入射領域４１ｂは、図５及び図６に示すように、一つの発光素子２における入射領域である。したがって、図７に示すように、個別入射領域４１ｂが分断している場合には、入射領域４１ａは、複数の領域から成り、また、図８に示すように、個別入射領域４１ｂがそれぞれ連なっている場合には、入射領域４１ａは、一つの領域から成る。

なお、入射領域４１ａの面積が大きい場合には、蛍光板４の発熱する領域が分散するため、例えば、蛍光板４が局所的に高温になることを抑制することができる。また、入射領域４１ａの面積が小さい場合には、蛍光板４から出射する蛍光の発光面積が小さくなるため、例えば、蛍光板４から出射する蛍光の輝度を確保することができ、また、例えば、蛍光板４から下流側の光学系等のサイズを小型化することができる。

本実施形態に係る光源装置１及び蛍光板アッセンブリ１０の構成については以上の通りであり、次に、本実施形態に係る蛍光板アッセンブリ１０の製造方法について、図９及び図１０を参酌して説明する。

図９に示すように、支持体７の第１面７１側に、凹状の収容部７２を形成する。例えば、収容部７２は、レーザ加工や、レジストパターンを設けた後にエッチング処理等により、形成することができる。収容部７２の深さは、例えば、３０μｍとすることができる。

次に、収容部７２の内部に、半田前駆層６０を形成する。半田前駆層６０がＡｕＳｎハンダである場合には、マスク蒸着法等により、半田前駆層６０全体のＡｕとＳｎの重量比率が所望の値（例えば、Ａｕを８０％とし、Ｓｎを２０％とする）となるような層を収容部７２の内部に形成すればよい。また、半田前駆層６０がＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のハンダである場合には、ハンダペーストを用いてスクリーン印刷法により、収容部７２の内部に、半田前駆層６０を形成してもよい。

そして、支持体７の上に半田前駆層６０を介在させて蛍光板４を載置し、リフロー炉等で加熱することにより、半田前駆層６０を溶融させ、その後、冷却する。そして、図１０に示すように、溶融したハンダが固化することで、蛍光板４と支持体７とにそれぞれ接合された半田層６が形成され、蛍光板アッセンブリ１０が完成する。なお、半田前駆層６０がＡｕＳｎハンダである場合には、加熱温度は約３２０℃であり、半田前駆層６０がＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のハンダである場合には、加熱温度は約２６０℃である。

ところで、半田層６の全体を収容部７２の内部に収容するために、半田前駆層６０の体積は、収容部７２の体積（空間の体積）の１００％以下であることが好ましい。一方、半田層６が収容部７２の内部を充たし、半田層６が蛍光板４の第２面４２と接合するために、半田前駆層６０の体積は、収容部７２の体積の９０％以上であることが好ましい。

なお、半田前駆層６０の体積が収容部７２の体積の１００％未満であって、半田層６が収容部７２の内部を充たす場合には、収容部７２が半田層６により収縮する応力を受ける。したがって、当該応力を受けることを抑制するために、半田前駆層６０の体積は、収容部７２の体積の９５％以上であることが好ましい。

以上より、本実施形態に係る光源装置１及び蛍光板アッセンブリ１０によれば、発光素子２が発光する動作時には、発光素子２からの励起光が蛍光板４に入射し、蛍光板４が励起光の少なくとも一部を蛍光に変換して出射するため、蛍光板４が発熱する。そして、一般的には、蛍光板４の温度が冷却体５（具体的には、支持体７）の温度と相違するため、蛍光板４の熱膨張量が冷却体５（具体的には、支持体７）の熱膨張量と相違する。これにより、動作時に、蛍光板４に応力が発生する。

そこで、本実施形態に係る光源装置１は、励起光を発する発光素子２と、前記発光素子２から発する励起光が第１面４１に入射されて且つ該励起光の少なくとも一部を蛍光に変換して該第１面４１から出射する蛍光板４と、前記蛍光板４を支持して冷却する冷却体５と、前記蛍光板４の第２面４２と前記冷却体５とを固定する半田層６と、を備え、前記半田層６は、前記蛍光板４の前記第２面４２の一部と接合する。

また、本実施形態に係る蛍光板アッセンブリ１０は、励起光が第１面４１に入射されて且つ該励起光の少なくとも一部を蛍光に変換して該第１面４１から出射する蛍光板４と、前記蛍光板４を支持する支持体７と、前記蛍光板４の第２面４２と前記支持体７とを固定する半田層６と、を備え、前記半田層６は、前記蛍光板４の前記第２面４２の一部と接合する。

斯かる構成によれば、半田層６が蛍光板４の第２面４２の一部と接合している構成であるため、半田層６が蛍光板４の第２面４２の全体と接合している構成と比較して、動作時に、蛍光板４に発生する応力を抑制することができる。したがって、動作時に、例えば、蛍光板４が破損することを抑制することができる。また、例えば、動作時に、蛍光板４と半田層６との接合や、半田層６と冷却体５（具体的には、支持体７）との接合が分断されることを抑制することができる。

ところで、半田層６が蛍光板４及び冷却体５（具体的には、支持体７）と接合する際には、半田前駆層６０、蛍光板４、及び冷却体５（具体的には、支持体７）がハンダの溶融温度以上の温度（例えば、２６０〜３２０℃）に加熱される。そして、半田層６（半田前駆層６０）、蛍光板４、及び冷却体５（具体的には、支持体７）がそれぞれ常温（例えば、２０〜３０℃）まで冷却されることで、半田層６が蛍光板４及び冷却体５（具体的には、支持体７）とそれぞれ接合する。

そこで、本実施形態に係る光源装置１及び蛍光板アッセンブリ１０においては、前記蛍光板４の熱膨張係数は、前記冷却体５（具体的には、支持体７）の熱膨張係数と、異なる、という構成である。

斯かる構成によれば、蛍光板４の熱膨張係数が、冷却体５（具体的には、支持体７）の熱膨張係数と異なるため、ハンダの溶融温度以上の温度から常温になる際の、蛍光板４の熱収縮量が冷却体５（具体的には、支持体７）の熱収縮量と相違する。これにより、動作時だけでなく、半田層６が蛍光板４及び冷却体５（具体的には、支持体７）と接合する半田接合時にも、蛍光板４に応力が発生する。

そこで、半田層６が蛍光板４の第２面４２の一部と接合している構成であるため、半田層６が蛍光板４の第２面４２の全体と接合している構成と比較して、半田接合時にも、蛍光板４に発生する応力を抑制することができる。したがって、例えば、半田接合時にも、蛍光板４が破損することを抑制することができる。また、例えば、半田接合時に、蛍光板４と半田層６との接合不良や、半田層６と冷却体５（具体的には、支持体７）との接合不良が発生することを抑制することができる。

また、本実施形態に係る光源装置１及び蛍光板アッセンブリ１０においては、前記蛍光板４の前記第１面４１は、前記発光素子２から発する励起光が入射される入射領域４１ａを備え、前記蛍光板４の前記第２面４２は、前記半田層６と接合する接合領域４２ａを備え、前記接合領域４２ａは、前記蛍光板４の厚み方向Ｄ３で前記入射領域４１ａの全体と重なり合うように、配置される、という構成である。

斯かる構成によれば、蛍光板４の第１面４１の入射領域４１ａは、発光素子２から発する励起光が入射される。そして、半田層６が蛍光板４の第２面４２の一部と接合しているため、蛍光板４の第２面４２は、半田層６と接合する接合領域４２ａを備えている。そして、接合領域４２ａが、蛍光板４の厚み方向Ｄ３で、入射領域４１ａの全体と重なり合っているため、蛍光板４の発熱する領域は、蛍光板４の厚み方向Ｄ３で、接合領域４２ａと重なり合っている。

これにより、半田層６及び冷却体５（具体的には、支持体７）を経由して、蛍光板４から発生した熱を効率よく外部に放出することができる。したがって、例えば、放熱特性を向上させることができる。また、例えば、蛍光板４及び半田層６が高温になることを抑制できるため、半田層６が塑性変形することも抑制できる。

また、本実施形態に係る光源装置１及び蛍光板アッセンブリ１０においては、前記蛍光板４の前記第２面４２は、前記半田層６と接合する接合領域４２ａと、前記半田層６と接合しない非接合領域４２ｂとから成り、前記接合領域４２ａの半田濡れ性は、前記非接合領域４２ｂの半田濡れ性よりも高い、という構成である。

斯かる構成によれば、半田層６が蛍光板４の第２面４２の一部と接合しているため、蛍光板４の第２面４２は、半田層６と接合する接合領域４２ａと、半田層６と接合しない非接合領域４２ｂとから成る。そして、接合領域４２ａの半田濡れ性が、非接合領域４２ｂの半田濡れ性よりも高いため、半田層６は、蛍光板４の第２面４２の半田濡れ性の高い接合領域４２ａと接合することになる。したがって、蛍光板４の第２面４２の所望の領域の半田濡れ性を高くすることで、当該所望の領域を接合領域４２ａにすることができる。

また、本実施形態に係る光源装置１及び蛍光板アッセンブリ１０においては、前記蛍光板４の前記第２面４２は、前記半田層６と接合する接合領域４２ａと、前記半田層６と接合しない非接合領域４２ｂとから成り、前記蛍光板４及び前記冷却体５（具体的には、前記支持体７）の少なくとも一方（具体的には、前記支持体７）は、前記蛍光板４の前記非接合領域４２ｂが前記冷却体５（具体的には、前記支持体７）と接するように、前記半田層６を収容する凹状の収容部７２を備える、という構成である。

斯かる構成によれば、半田層６が蛍光板４の第２面４２の一部と接合しているため、蛍光板４の第２面４２は、半田層６と接合する接合領域４２ａと、半田層６と接合しない非接合領域４２ｂとから成る。そして、蛍光板４及び冷却体５（具体的には、支持体７）の少なくとも一方（具体的には、支持体７）は、凹状の収容部７２を備えており、半田層６は、収容部７２に収容されている。これにより、蛍光板４の非接合領域４２ｂが冷却体５（具体的には、支持体７）と接している。

ところで、動作時に、所定の条件において、蛍光板４は、第１面４１が凸状で且つ第２面４２が凹状に、反るように変形しようとする（図１７の一点鎖線矢印参照）。なお、当該反りの変形は、例えば、発光素子２と蛍光板４との光学的な位置をずらすことになるため、光学的特性が設計値からずれてしまうという問題を生じさせる。

しかしながら、蛍光板４の非接合領域４２ｂが冷却体５（具体的には、支持体７）と接しているため、動作時に、蛍光板４が反るように変形することを抑制することができる。したがって、例えば、光学的特性が設計値からずれてしまうことを抑制することができる。

また、本実施形態に係る光源装置１及び蛍光板アッセンブリ１０においては、前記蛍光板４の熱膨張係数は、前記冷却体５（具体的には、前記支持体７）の熱膨張係数よりも小さい、という構成である。

斯かる構成によれば、動作時だけでなく、半田接合時にも、蛍光板４は、第１面４１が凸状で且つ第２面４２が凹状に、反るように変形しようとする（図１７の一点鎖線矢印参照）。しかしながら、蛍光板４の非接合領域４２ｂが冷却体５（具体的には、支持体７）と接しているため、半田接合時にも、蛍光板４が反るように変形することを抑制することができる。したがって、例えば、光学的特性が設計値からずれてしまうことを抑制することができる。

ここで、蛍光板４が、第１面４１が凸状で且つ第２面４２が凹状に、反るように変形しようとする条件について説明する。

まず、ハンダの溶融温度時には、蛍光板４及び支持体７に応力が発生していないと考えられるため、以下の式１を満たす場合に、蛍光板４は、第１面４１が凸状で且つ第２面４２が凹状に、反るように変形することになる。なお、下記式１を満たさない場合には、反対に、蛍光板４は、第１面４１が凹状で且つ第２面４２が凸状に、反るように変形することになる。

α４ ＊ ΔＴ４ ＜ α７ ＊ ΔＴ７ …（式１）
α４は、蛍光板４の熱膨張係数であり、α７は、支持体７の熱膨張係数であり、ΔＴ４は、ハンダの溶融温度と蛍光板４の実際の温度との差、ΔＴ７は、ハンダの溶融温度と支持体７の実際の温度との差である。

動作時には、一般的に、蛍光板４の温度が、支持体７の温度よりも高くなるため、ΔＴ４＜ΔＴ７となる。したがって、蛍光板４の熱膨張係数α４が支持体７の熱膨張係数α７よりも小さい（α４＜α７）場合は、上記式１を満たし、反対に、蛍光板４の熱膨張係数α４が支持体７の熱膨張係数α７よりも大きい（α４＞α７）場合は、蛍光板４の温度と支持体７の温度との関係で、上記式１を満たす場合と、上記式１を満たさない場合がある。

また、半田接合時には、蛍光板４の温度と支持体７の温度とが同じ（例えば、室温）になるため、ΔＴ４＝ΔＴ７となる。したがって、蛍光板４の熱膨張係数α４が支持体７の熱膨張係数α７よりも小さい（α４＜α７）場合は、上記式１を満たし、反対に、蛍光板４の熱膨張係数α４が支持体７の熱膨張係数α７よりも大きい（α４＞α７）場合は、上記式１を満たさない。

なお、光源装置及び蛍光板アッセンブリは、上記した実施形態の構成に限定されるものではなく、また、上記した作用効果に限定されるものではない。また、光源装置及び蛍光板アッセンブリは、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に一つ又は複数選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用してもよいことは勿論である。

上記実施形態に係る蛍光板アッセンブリ１０においては、支持体７は、半田層６を収容する凹状の収容部７２を備えている、という構成である。しかしながら、蛍光板アッセンブリは、斯かる構成に限られない。例えば、図１１に示すように、蛍光板アッセンブリ１０においては、蛍光板４は、半田層６を収容する凹状の収容部４６を備えている、という構成でもよい。また、例えば、蛍光板４及び支持体７は、それぞれ半田層６を収容する凹状の収容部４６，７２を備えている、という構成でもよい。

また、上記実施形態に係る蛍光板アッセンブリ１０においては、収容部７２の底面は、平面状に形成されている、という構成である。しかしながら、蛍光板アッセンブリは、斯かる構成に限られない。例えば、図１２に示すように、蛍光板アッセンブリ１０においては、収容部７２の底面は、曲面状（具体的には、球面状）に形成されている、という構成でもよい。また、例えば、図１３及び図１４に示すように、蛍光板アッセンブリ１０においては、収容部７２は、支持体７の第１面７１に面する第１凹部７２ａと、第１凹部７２ａの底面に配置される、第２凹部７２ｂとを備える、という構成でもよい。

図１３に示すように、半田前駆層６０の体積は、収容部７２の体積の１００％未満（例えば、第１凹部７２ａの体積＋第２凹部７２ｂの体積の９０〜９５％）とする。また、蛍光板４の所望の領域は、高濡れ性層４５とする。そして、加熱することにより、半田前駆層６０を溶融させ、その後、冷却する。このとき、溶融したハンダは、表面張力があるため、蛍光板４の高濡れ性層４５と密着状態を保ちつつ固化する。

したがって、図１４に示すように、蛍光板４の第２面４２のうち、高濡れ性層４５の領域が、半田層６と接合し、接合領域４２ａとなる。また、半田層６の一部は、第２凹部７２ｂに収容されるため、半田層６が収容部７２の外部に形成されることはない。これにより、半田層６の全体を収容部７２に収容させることができる。

また、上記実施形態に係る光源装置１においては、発光素子２は、一つ備えられている、という構成である。しかしながら、光源装置は、斯かる構成に限られない。例えば、光源装置においては、発光素子２は、二つ以上備えられている、という構成でもよい。そして、例えば、図１５及び図１６に示すように、蛍光板アッセンブリ１０は、二つの発光素子２から出射される励起光に対応して、二つの個別入射領域４１ｂ，４１ｂから成る入射領域４１ａと、二つの半田層６，６とを備えていてもよい。

また、上記実施形態に係る蛍光板アッセンブリ１０においては、半田層６は、支持体７の収容部７２に配置されている、即ち、支持体７の内部に配置されている、という構成である。しかしながら、蛍光板アッセンブリは、斯かる構成に限られない。例えば、蛍光板アッセンブリ１０においては、図１７に示すように、半田層６は、蛍光板４及び支持体７の外部に配置されている、即ち、蛍光板４の第２面４２及び支持体７の第１面７１は、それぞれ平面状に形成され、半田層６を収容する収容部を備えていない、という構成でもよい。

また、上記実施形態に係る蛍光板アッセンブリ１０においては、接合領域４２ａは、蛍光板４の厚み方向Ｄ３から見て、矩形状である、という構成である。しかしながら、蛍光板アッセンブリは、斯かる構成に限られない。例えば、蛍光板アッセンブリにおいては、蛍光板４の厚み方向Ｄ３から見て、接合領域４２ａは、円形状である入射領域４１ａに対応して、円形状である、という構成でもよい。

また、上記実施形態に係る光源装置１においては、冷却体５は、支持体７及び放熱体８を備えている、という構成である。しかしながら、光源装置は、斯かる構成に限られない。例えば、光源装置においては、冷却体５は、支持体７を備えておらず、放熱体８のみ備えており、蛍光板４は、半田層６により、放熱体８と固定されている、という構成でもよい。

また、上記実施形態に係る光源装置１及び蛍光板アッセンブリ１０においては、蛍光板４の接合領域４２ａは、蛍光板４の厚み方向Ｄ３で蛍光板４の入射領域４１ａの全体と重なり合うように、配置されている、という構成である。しかしながら、光源装置及び蛍光板アッセンブリは、斯かる構成に限られない。例えば、光源装置及び蛍光板アッセンブリにおいては、蛍光板４の接合領域４２ａは、蛍光板４の厚み方向Ｄ３で蛍光板４の入射領域４１ａの一部とのみ重なり合うように、配置されている、という構成でもよい。

また、上記実施形態に係る光源装置１及び蛍光板アッセンブリ１０においては、蛍光板４の接合領域４２ａは、蛍光板４の入射領域４１ａの面積よりも大きい、という構成である。しかしながら、光源装置及び蛍光板アッセンブリは、斯かる構成に限られない。例えば、蛍光板４の接合領域４２ａは、蛍光板４の入射領域４１ａの面積と同じ、という構成でもよく、また、光源装置及び蛍光板アッセンブリにおいては、蛍光板４の接合領域４２ａは、蛍光板４の入射領域４１ａの面積よりも小さい、という構成でもよい。

また、上記実施形態に係る蛍光板アッセンブリ１０においては、蛍光板４の接合領域４２ａの半田濡れ性は、非接合領域４２ｂの半田濡れ性よりも高い、という構成である。しかしながら、蛍光板アッセンブリは、斯かる構成に限られない。例えば、蛍光板アッセンブリにおいては、蛍光板４の接合領域４２ａの半田濡れ性は、非接合領域４２ｂの半田濡れ性と同じ、という構成でもよく、蛍光板４の接合領域４２ａの半田濡れ性は、非接合領域４２ｂの半田濡れ性よりも低い、という構成でもよい。

また、上記実施形態に係る蛍光板アッセンブリ１０においては、蛍光板４の熱膨張係数は、支持体７の熱膨張係数よりも小さい、という構成である。しかしながら、蛍光板アッセンブリは、斯かる構成に限られない。例えば、蛍光板アッセンブリにおいては、蛍光板４の熱膨張係数は、支持体７の熱膨張係数よりも大きい、という構成でもよく、また、蛍光板４の熱膨張係数は、支持体７の熱膨張係数と同じ、という構成でもよい。

本発明の構成と効果を具体的に示すため、蛍光板アッセンブリの実施例とその比較例とについて、図１〜図３及び図１５〜図２８を参酌して、以下に説明する。

各構成の共通する寸法は、以下の通りである。
＜蛍光板４＞
蛍光板４の寸法は、縦５ｍｍ×横５ｍｍ×厚み０．１３ｍｍである。
入射領域４１ａは、直径２ｍｍの円形状である。なお、実施例２についてのみ、入射領域４１ａは、二つの個別入射領域４１ｂ，４１ｂを有し、各個別入射領域４１ｂは、直径１．４１ｍｍの円形状である。
＜半田層６＞
半田層６の厚み寸法は、３０μｍである。
＜支持体７＞
支持体７の寸法は、縦１７ｍｍ×横１７ｍｍ×厚み３ｍｍである。なお、比較例２についてのみ、支持体７の寸法は、縦１７ｍｍ×横１７ｍｍ×厚み１ｍｍである。

実施例１〜３の構成は、以下の通りである。
＜実施例１＞
実施例１は、図１〜図３に示した上記実施形態に係る蛍光板アッセンブリ１０である。
支持体７は、深さが３０μｍである収容部７２を備えており、蛍光板４の第２面４２の非接合領域４２ｂは、支持体７の第１面７１に接触している。
蛍光板４の厚み方向Ｄ３から見た接合領域４２ａ（半田層６）の形状は正方形で、正方形の一辺の長さを変えて、各種検証値を求めた。
なお、実施例１−１は、接合領域４２ａの寸法が縦３．２ｍｍ×横３．２ｍｍであり、接合領域４２ａが、蛍光板４の厚み方向Ｄ３で入射領域４１ａの全体と重なり合っている。また、実施例１−２は、接合領域４２ａの寸法が縦１．６ｍｍ×横１．６ｍｍであり、接合領域４２ａが、蛍光板４の厚み方向Ｄ３で入射領域４１ａの一部のみと重なり合っている。
＜実施例２＞
実施例２は、図１５及び図１６に示した蛍光板アッセンブリ１０である。
支持体７は、深さが３０μｍである収容部７２，７２を二つ備えており、蛍光板４の第２面４２の非接合領域４２ｂは、支持体７の第１面７１に接触している。
蛍光板４の厚み方向Ｄ３から見た各接合領域４２ａ（各半田層６）の形状は正方形で、正方形の一辺の長さを変えて、各種検証値を求めた。
なお、実施例２−１は、各接合領域４２ａの寸法が縦２．２ｍｍ×横２．２ｍｍであり、接合領域４２ａが、蛍光板４の厚み方向Ｄ３で入射領域４１ａの全体と重なり合っている。また、実施例２−２は、接合領域４２ａの寸法が縦１．１ｍｍ×横１．１ｍｍであり、接合領域４２ａが、蛍光板４の厚み方向Ｄ３で入射領域４１ａの一部のみと重なり合っている。
＜実施例３＞
実施例３は、図１７に示した蛍光板アッセンブリ１０である。
支持体７は、収容部７２を備えておらず、半田層６は、蛍光板４及び支持体７の外部に配置されており、蛍光板４の第２面４２の非接合領域４２ｂは、支持体７の第１面７１と離間している。
蛍光板４の厚み方向Ｄ３から見た接合領域４２ａ（半田層６）の形状は正方形で、その寸法は、縦３．２ｍｍ×横３．２ｍｍである。

比較例１〜２の構成は、以下の通りである。
＜比較例１＞
比較例１は、図１８に示した蛍光板アッセンブリ１００である。
支持体７は、収容部７２を備えておらず、半田層６は、蛍光板４及び支持体７の外部に配置されている。
半田層６は、蛍光板４の第２面４２の全体と接合しており、蛍光板４の厚み方向Ｄ３から見た接合領域４２ａ（半田層６）は、蛍光板４と同じ形状（正方形）で且つ同じ寸法（縦５．０ｍｍ×横５．０ｍｍ）である。
＜比較例２＞
比較例２は、比較例１に対して、上記したように、支持体７の厚み寸法が１ｍｍである点が異なる蛍光板アッセンブリ１００である。

各構成の材質等は、以下の通りである。
＜蛍光板４＞
蛍光板４は、ＹＡＧ／Ａｌ_２Ｏ_３セラミクス複合体とし、熱膨張係数は、８．６×１０^−６／Ｋであり、縦弾性係数は、３６３ＧＰａであり、ポアソン比は、０．３であり、熱伝導率は、２４Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
＜半田層６＞
半田層６は、ＡｕＳｎハンダ（Ｓｎ２０ｗｔ％）とし、熱膨張係数は、１６×１０^−６／Ｋであり、２５℃時における縦弾性係数は、５９ＧＰａであり、５０℃時における縦弾性係数は、５７ＧＰａであり、１００℃時における縦弾性係数は、４５ＧＰａであり、ポアソン比は、０．４であり、熱伝導率は、５７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、融点は、２８０℃である。
＜支持体７＞
支持体７は、Ｃｕで形成されており、２０℃時における熱膨張係数は、１６．５×１０^−６／Ｋであり、２２７℃時における熱膨張係数は、１８．３×１０^−６／Ｋであり、縦弾性係数は、１１９ＧＰａであり、ポアソン比は、０．３２６であり、２７℃時における熱伝導率は、３９８Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、２２７℃時における熱伝導率は、３８８Ｗ／（ｍ・℃）である。
＜放熱体８＞
放熱体８は、アルミ合金（Ａ６０６１）で形成されており、熱伝導率は、１５６Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。

＜半田接合時の応力、半田接合時の反り変形量＞
支持体７に半田前駆層６０を形成した後に、蛍光板４を載置した状態で温度３２０℃まで加熱してハンダを溶融させ、その後の冷却過程において温度２８０℃で蛍光板４と支持体７とが固着し、その状態から室温を想定した２０℃まで温度が低下した際の、蛍光板４に発生する応力と、蛍光板４の反り変形量とを有限要素法により求めた。
蛍光板４に発生する応力は、応力が最大となる蛍光板４の中央の位置の応力を求めた。
蛍光板４の反り変形量は、蛍光板４の厚み方向Ｄ３における、蛍光板４の第２面４２の変位量の最大値と最小値との差を求めた。

＜動作時の応力、動作時の反り変形量、動作時の蛍光板の温度＞
放熱体８の下面（支持体７と接している面と反対側の面）が５０℃で一定となるように放熱体８が冷却されており、蛍光板４の第１面４１に励起光を入射し、入射領域４１ａで５０Ｗの発熱がある際の、蛍光板４に発生する応力と、蛍光板４の反り変形量と、蛍光板４の温度とを有限要素法により求めた。
蛍光板４に発生する応力は、応力が最大となる蛍光板４の中央の位置の応力を求めた。
蛍光板４の反り変形量は、蛍光板４の厚み方向Ｄ３における、蛍光板４の第２面４２の変位量の最大値と最小値との差を求めた。
蛍光板４の温度は、蛍光板４のうち温度が最大となる位置の温度を求めた。

＜評価結果＞
図１９及び図２０に示すように、実施例１〜３は、比較例１に対して、動作時に蛍光板４に発生する応力を抑制することができている。このように、半田層６が蛍光板４の第２面４２の一部と接合する構成とすることで、半田層６が蛍光板４の第２面４２の全体と接合している構成と比較して、動作時に、蛍光板４に発生する応力を抑制することができる。

なお、図２０（図２２、図２４，図２６，図２８も同様）において、実施例１の検証値は、丸印（●）Ｅ１−１，Ｅ１−２及び実線Ｅ１で示し、実施例２の検証値は、三角印（▲）Ｅ２−１，Ｅ２−２及び破線Ｅ２で示し、実施例３の検証値は、四角印（■）Ｅ３で示し、比較例１及び２の検証値は、バツ印（×）Ｃ１，Ｃ２で示している。なお、実施例１−１，１−２，２−１，２−２の検証値は、それぞれＥ１−１，Ｅ１−２，Ｅ２−１，Ｅ２−２である。

また、図２１及び図２２に示すように、実施例１〜３は、比較例１に対して、半田接合時に蛍光板４に発生する応力を抑制することができている。このように、半田層６が蛍光板４の第２面４２の一部と接合する構成とすることで、半田層６が蛍光板４の第２面４２の全体と接合している構成と比較して、半田接合時にも、蛍光板４に発生する応力を抑制することができる。

また、光源装置１及び蛍光板アッセンブリ１０のより好ましい実施例について、以下に説明する。

まず、実施例１−１、実施例２−１、及び実施例３においては、接合領域４２ａは、蛍光板４の厚み方向Ｄ３で、入射領域４１ａの全体と重なり合う、という構成である。それに対して、実施例１−２及び実施例２−２は、接合領域４２ａは、蛍光板４の厚み方向Ｄ３で、入射領域４１ａの一部とのみ重なり合う、という構成である。

そして、図２３及び図２４に示すように、実施例１−１、実施例２−１、及び実施例３は、実施例１−２及び実施例２−２に対して、動作時に蛍光板４の温度が上昇することを抑制することができている。これにより、光源装置１及び蛍光板アッセンブリ１０においては、接合領域４２ａは、蛍光板４の厚み方向Ｄ３で、入射領域４１ａの全体と重なり合う、という構成であることが好ましい。

また、実施例１及び実施例２においては、支持体７は、蛍光板４の非接合領域４２ｂと接するように、半田層６を収容する凹状の収容部７２を備える、という構成である。それに対して、実施例３は、支持体７が収容部７２を備えておらず、蛍光板４の非接合領域４２ｂと支持体７とが離間している、という構成である。

そして、図２５及び図２６に示すように、実施例１及び実施例２は、実施例３に対して、動作時に蛍光板４が反るように変形することを抑制することができている。さらに、図２７及び図２８に示すように、実施例１及び実施例２は、実施例３に対して、半田接合時にも蛍光板４が反るように変形することを抑制することができている。これにより、光源装置１及び蛍光板アッセンブリ１０においては、蛍光板４及び冷却体５（支持体７）の少なくとも一方（支持体７）は、蛍光板４の非接合領域４２ｂが冷却体５（支持体７）と接するように、半田層６を収容する凹状の収容部７２を備える、という構成であることが好ましい。

なお、比較例２は、支持体７の厚みを薄くすることで、図１９〜図２２に示すように、使用時及び半田接合時に、蛍光板４に発生する応力を抑制することができている。しかしながら、比較例２は、図２５〜図２８に示すように、反りに対する剛性が低下するため、反りの変形量が非常に大きくなり、また、図２３及び図２４に示すように、熱が支持体７で十分に拡散しないため、動作時に蛍光板４の温度が上昇することをあまり抑制できていない。

１…光源装置、２…発光素子、３…光学系、４…蛍光板、５…冷却体、６…半田層、７…支持体、８…放熱体、１０…蛍光板アッセンブリ、４１…第１面、４１ａ…入射領域、４１ｂ…個別入射領域、４２…第２面、４２ａ…接合領域、４２ｂ…非接合領域、４３…蛍光部、４４…反射層、４５…高濡れ性層、４６…収容部、７１…第１面、７２…収容部、７２ａ…第１凹部、７２ｂ…第２凹部、６０…半田前駆層、Ｌ１…入射光、Ｌ２…出射光

Claims (5)

1. 励起光を発する発光素子と、
   前記発光素子から発する励起光が第１面に入射されて且つ該励起光の少なくとも一部を蛍光に変換して該第１面から出射する蛍光板と、
   前記蛍光板を支持して冷却する冷却体と、
   前記蛍光板の第２面と前記冷却体とを固定する半田層と、を備え、
   前記半田層は、前記蛍光板の前記第２面の一部と接合する光源装置。
2. 前記蛍光板の前記第１面は、前記発光素子から発する励起光が入射される入射領域を備え、
   前記蛍光板の前記第２面は、前記半田層と接合する接合領域を備え、
   前記接合領域は、前記蛍光板の厚み方向で前記入射領域の全体と重なり合うように、配置される請求項１に記載の光源装置。
3. 前記蛍光板の前記第２面は、前記半田層と接合する接合領域と、前記半田層と接合しない非接合領域とから成り、
   前記接合領域の半田濡れ性は、前記非接合領域の半田濡れ性よりも高い請求項２に記載の光源装置。
4. 前記蛍光板の前記第２面は、前記半田層と接合する接合領域と、前記半田層と接合しない非接合領域とから成り、
   前記蛍光板及び前記冷却体の少なくとも一方は、前記蛍光板の前記非接合領域が前記冷却体と接するように、前記半田層を収容する凹状の収容部を備える請求項１〜３の何れか１項に記載の光源装置。
5. 励起光が第１面に入射されて且つ該励起光の少なくとも一部を蛍光に変換して該第１面から出射する蛍光板と、
   前記蛍光板を支持する支持体と、
   前記蛍光板の第２面と前記支持体とを固定する半田層と、を備え、
   前記半田層は、前記蛍光板の前記第２面の一部と接合する蛍光板アッセンブリ。
   

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