JP2021105699A - Wavelength conversion member, light emitting device and manufacturing method for wavelength conversion member - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、波長変換部材、発光装置及び波長変換部材の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a wavelength conversion member, a light emitting device, and a method for manufacturing the wavelength conversion member.
従来から、半導体発光素子を用いた発光装置が知られている。このような発光装置では、光が照射される蛍光体層を有する波長変換部材に放熱部材を熱的に接続する構造が提案されている(例えば、特許文献1及び2参照)。 Conventionally, a light emitting device using a semiconductor light emitting element has been known. In such a light emitting device, a structure has been proposed in which a heat radiating member is thermally connected to a wavelength conversion member having a phosphor layer to be irradiated with light (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
しかし、放熱部材と波長変換部材との固定の形態によっては、両者の剥がれ等が発生することがある。
本開示は上記課題に鑑みなされたものであり、蛍光体含有部を有する波長変換層の放熱部品からの剥がれ等が生じる可能性を低減することができる波長変換部材及び発光装置、波長変換部材の製造方法を提供することを目的とする。
However, depending on the fixed form of the heat radiating member and the wavelength conversion member, peeling of both may occur.
The present disclosure has been made in view of the above problems, and of the wavelength conversion member, the light emitting device, and the wavelength conversion member capable of reducing the possibility of peeling of the wavelength conversion layer having a phosphor-containing portion from the heat radiating component. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method.
本願は以下の複数の発明を含む。
(1)ねじ穴を有する放熱部品と、
前記放熱部品の上に配置され、熱伝導部及び該熱伝導部に接触する蛍光体含有部を有し、貫通孔を有する波長変換層と、
ねじとを備え、
前記波長変換層が、前記貫通孔及び前記ねじ穴に嵌め込まれた前記ねじによって前記放熱部品にねじ止め固定されてなる波長変換部材。
(2)上述した波長変換部材と、前記波長変換部材の前記蛍光体含有部に光を照射する光源とを備える発光装置。
(3)熱伝導部及び該熱伝導部に接触する蛍光体含有部を一体的に焼結することによって波長変換層を形成する工程と、
前記波長変換層に貫通孔を形成する工程と、
ねじ穴を有する放熱部品を準備する工程と、
前記波長変換層を、前記放熱部品に、前記貫通孔及び前記ねじ穴にねじを嵌め込んで、ねじ止め固定する工程とを含む波長変換部材の製造方法。
The present application includes the following inventions.
(1) Heat dissipation parts with screw holes and
A wavelength conversion layer arranged on the heat radiating component, having a heat conductive portion and a phosphor-containing portion in contact with the heat conductive portion, and having through holes.
Equipped with screws,
A wavelength conversion member in which the wavelength conversion layer is screwed and fixed to the heat radiating component by the through hole and the screw fitted in the screw hole.
(2) A light emitting device including the wavelength conversion member described above and a light source that irradiates the phosphor-containing portion of the wavelength conversion member with light.
(3) A step of forming a wavelength conversion layer by integrally sintering the heat conductive portion and the phosphor-containing portion in contact with the heat conductive portion.
The step of forming a through hole in the wavelength conversion layer and
The process of preparing heat-dissipating parts with screw holes and
A method for manufacturing a wavelength conversion member, which comprises a step of fitting a screw into the through hole and the screw hole of the heat radiating component and fixing the wavelength conversion layer with a screw.
上述の波長変換部材、発光装置、及び波長変換部材の製造方法によれば、波長変換層の放熱部品からの剥がれ等が生じる可能性を低減することができる。 According to the wavelength conversion member, the light emitting device, and the method for manufacturing the wavelength conversion member described above, it is possible to reduce the possibility that the wavelength conversion layer is peeled off from the heat radiating component.
以下、本発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明は以下のものに限定されない。各図面が示す部材の大きさ及び位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。また、各実施形態において他の実施形態と同一の名称を用いる部材は、同一又は対応する部材を表している。そのような部材は、特に説明がない限り、他の実施形態で挙げた材料や大きさ等を採用することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. However, the embodiments described below are for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited to the following unless otherwise specified. The size and positional relationship of the members shown in each drawing may be exaggerated for the sake of clarity. Further, the members using the same names as the other embodiments in each embodiment represent the same or corresponding members. Unless otherwise specified, such members may use the materials, sizes, and the like mentioned in other embodiments.
実施形態1:波長変換部材10
実施形態1の波長変換部材10は、例えば、図1A及び1Bに示すように、放熱部品11と、波長変換層14と、ねじ15とを備える。放熱部品11は、ねじ穴11aを有する。波長変換層14は、熱伝導部12と、蛍光体含有部13とを有する。熱伝導部12は、放熱部品11上に配置される。蛍光体含有部13は、熱伝導部12に接触して配置されている。波長変換層14は貫通孔14aを有する。ねじ15は貫通孔14a及びねじ穴11aに嵌め込まれ、波長変換層14が、放熱部品11に、ねじ15によってねじ止め固定されている。
このように、波長変換部材10は熱伝導部12と、蛍光体含有部13とをねじにより機械的に放熱部品11に固定する構成を有する。これにより、熱伝導部12、蛍光体含有部13及び放熱部品11に熱膨張係数差があっても、これら各部材の熱膨張が固定強度に影響する可能性を低減することができる。もし、これらの部材が接着剤や接合層等により固定されていれば、蛍光体含有部13への光の照射による発熱と照射を止めることによる冷却とを繰り返した場合、各部材の熱膨張係数差によって、接着剤や接合層等にクラックが発生する可能性がある。接着剤や接合層等による固定でなく、ねじによって固定されていることにより、そのようなクラックによる固定強度の低下が生じないため、蛍光体含有部13が熱伝導部12から脱離する可能性を低減することができる。さらに、蛍光体含有部13と熱伝導部12の間に接着剤や接合層等の別の部材が存在しないことにより、蛍光体含有部13に光が照射される際の蛍光体含有部13の発熱を、熱伝導部12に直接放散することができるため、効率的な放熱が期待できる。この結果、信頼性の高い波長変換部材10を得ることが可能となる。
Embodiment 1:
The
As described above, the
〔波長変換層14〕
波長変換層14は、熱伝導部12と蛍光体含有部13とから構成される。波長変換層14はこれら以外の部材を備えていてもよい。波長変換層14の波長変換の機能は蛍光体含有部13があれば達成されるため、熱伝導部12は省略してもよい。放熱性の向上の観点からは、波長変換層14は、蛍光体含有部13だけでなく、蛍光体を含有しない熱伝導部12を有することが好ましい。熱伝導部12と蛍光体含有部13とは、後述する放熱部品11の側からこの順に、熱伝導部12と蛍光体含有部13とが一部又は全面において接触して配置されていることが好ましい。これによって、効率的な放熱が期待できる。
波長変換層14は、熱伝導部12と蛍光体含有部13との直接接合層又は一体焼結層である。ここで、直接接合層とは、接着剤を用いずに接合されている層を指し、種々の直接接合法によって形成されたものである。一体焼結層とは、焼結体(セラミックス)同士が接着剤を用いずに一体化されている層を指し、一体的に焼結することにより形成されたものである。
[Wavelength conversion layer 14]
The
The
(熱伝導部12)
熱伝導部12は、波長変換層14の一部を構成し、蛍光体含有部13を保持し得る部材であればよい。熱伝導部12は、蛍光体含有部13の発熱による影響を考慮して、耐熱性を有する材料で形成されていることが好ましい。また、熱伝導部12は、蛍光体含有部13との熱膨張係数差が小さい材料によって形成されていることが好ましい。また、熱伝導部12は、光反射性の部材であることが好ましい。これによって、蛍光体含有部13内の光が熱伝導部12によって反射されることとなり、蛍光体含有部13から放熱部品11への主要な光の到達を防止することができる。その結果、放熱部品11に光が吸収されることによる発光効率低下を抑制することができる。
熱伝導部12は、例えば、金属、セラミックス、樹脂、ガラス又はこれらの1種以上を備える複合材等によって形成することができる。なかでも、熱伝導部12は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素等のセラミックスによって形成することが好ましい。これにより、蛍光体含有部13と一体的に形成しやすく、且つ熱伝導率の比較的高い材料を用いることができる。熱伝導部12は、例えば、セラミックスの材料に、添加材として、それらの材料よりも高屈折率の材料を含有させることによって、光反射性材料としてもよい。高屈折率の材料としては、屈折率が、例えば1.8以上又は2.0以上であるものが挙げられる。セラミックスの材料との屈折率差は、例えば0.4以上又は0.7以上のものが挙げられる。添加材としては、例えば、空気等の気体で満たされた空隙、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、窒化ホウ素、酸化ルテチウム、酸化ランタン等が挙げられる。
また、熱伝導部12をセラミックスで形成する場合、内在する空隙の密度の程度を調節することにより、光反射性と熱伝導性とを制御することができる。空隙の密度は、セラミックス材料の押圧の程度を変更することで、調整することができる。例えば、蛍光体含有部13の下方は放熱性を確保するために、空隙が比較的少ないことが好ましい。空隙は、例えば、観察対象物の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察することにより認識することができる。
(Heat conduction part 12)
The heat
The heat
Further, when the heat
熱伝導部12は、蛍光体含有部13を保持し得る形状であればよい。熱伝導部12の形状としては、その表面が平坦な板状の部材が挙げられる。熱伝導部12は、例えば、上面、下面、側面を有し、これら上下面は、互いに平行であるものが挙げられる。平行な上下面を有することにより、波長変換部材10を構成する他の部材への取り付け等が容易となる。また、その結果、波長変換部材10の発光装置等への取り付けを容易にし、光取り出し等の精度を向上させることができる。熱伝導部12の側面は、上面に対して垂直でもよいし、外側又は内側に広がるように傾斜していてもよいし、曲面でもよい。
熱伝導部12の平面形状は、適用する発光装置の形状等によって適宜設定することができ、円形、楕円形又は四角形等の多角形など、種々の形状が挙げられる。熱伝導部12の大きさは、例えば、平面形状において、一辺又は直径が1mm〜50mmが挙げられる。
熱伝導部12の厚みは、強度を考慮すると、例えば、0.2mm以上が挙げられる。コスト及び厚みの増大を抑えるため、熱伝導部12の厚みは2.0mm以下が好ましい。
熱伝導部12の上面は、図1Bに示すように、後述する蛍光体含有部13の下面と一致していてもよい。
The heat
The planar shape of the heat
Considering the strength, the thickness of the heat
As shown in FIG. 1B, the upper surface of the heat
(蛍光体含有部13)
蛍光体含有部13は、蛍光体を含む。蛍光体含有部13は、蛍光体を含むセラミックス又は蛍光体の単結晶からなるものが好ましい。このような構成とすることにより、蛍光体を含有する樹脂を用いた部材と比較して、耐熱性が高いため、レーザ光照射用として比較的長期にわたって使用することができる。例えば、蛍光体含有部13としてセラミックスを用いる場合は、蛍光体と酸化アルミニウム(Al2O3、融点:約1900℃〜2100℃)等の透光性材料とを焼結させたものが挙げられる。蛍光体の含有量は、セラミックスの総体積に対して0.05体積%〜50体積%が挙げられる。また、実質的に蛍光体のみからなるセラミックスを焼結させたものであってもよい。
蛍光体含有部13に含まれる蛍光体は、当該分野で公知の蛍光体のいずれを用いてもよい。例えば、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)蛍光体、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット(LAG)蛍光体、ユウロピウムで賦活されたシリケート蛍光体、αサイアロン蛍光体、βサイアロン蛍光体、KSF蛍光体等が挙げられる。なかでも、耐熱性が良好な蛍光体であるYAG蛍光体を用いることが好ましい。
(Fluorescent material-containing part 13)
The phosphor-containing
As the fluorescent substance contained in the fluorescent substance-containing
蛍光体含有部13は、その全部又は一部が熱伝導部12上に載置し得る形状であればよい。蛍光体含有部13の形状としては、その表面が平坦な板状の部材が挙げられる。例えば、上面、下面、側面を有し、これら上下面が互いに平行である形状とすることができる。平行な上下面を有することにより、波長変換部材10での波長変換光の分布を均一に近付けることができる。蛍光体含有部13は、その下面の全部が、熱伝導部12の上面の上に配置されていることが好ましい。これにより、蛍光体含有部13の熱を効率的に熱伝導部12に逃がすことができる。蛍光体含有部13の側面は、その上面に対して垂直でもよいし、外側又は内側に広がるように傾斜していてもよい。
蛍光体含有部13の平面形状は、適用する発光装置の形状等によって適宜設定することができ、円形、楕円形又は四角形等の多角形など、種々の形状が挙げられる。蛍光体含有部13は、熱伝導部12と同じか、それよりも小さい又は大きい平面形状とすることができる。蛍光体含有部13の大きさ、例えば、平面形状において、一辺又は直径が0.4mm〜55mmが挙げられる。なかでも、蛍光体含有部13は、平面視において、その外縁の全部が、熱伝導部12の外縁と一致しているか、熱伝導部12の外縁の内側に配置されているものが好ましい。これにより、蛍光体含有部13の下面の全部を、熱伝導部12の上面の上に配置することが可能である。
蛍光体含有部13の厚みは、物理的強度を考慮すると、例えば、0.2mm以上が挙げられる。コスト増大、高さの増大を抑え、波長変換の程度を適切な程度にするために、蛍光体含有部13の厚みは5.0mm以下が好ましい。
The phosphor-containing
The planar shape of the phosphor-containing
Considering the physical strength, the thickness of the phosphor-containing
(貫通孔14a)
波長変換層14は、貫通孔14aを有する。貫通孔14aは、図1A及び1Bにおいては、熱伝導部12と蛍光体含有部13との双方に形成されている。また、貫通孔14aは、蛍光体含有部13と熱伝導部12とが配置された領域において、波長変換層14の上面から下面、つまり、蛍光体含有部13の上面から熱伝導部12の下面にわたって形成されている。貫通孔14aは、その上から下まで、同じ断面形状を有していてもよいし、上に向かって、下に向かって、上下に向かって又は中央に向かって、全長又は一部において、拡径又は拡張する形状であってもよい。貫通孔14aは、例えば、後述するねじ15のねじ頭を収容し、波長変換層14の上面とねじ頭とが面一となるように又は波長変換層14の上面よりも放熱部品11側にねじ頭が収容されるように、波長変換層14の上面付近において上面に向かって拡径した形状(図1B等)であるものが好ましい。これによって、ねじ頭が光取り出しを阻害することを防止することができる。
貫通孔14aの数は、任意に設定することができ、1つでもよいが、2つ以上が好ましい。貫通孔14aの形状は、平面視において、円形、楕円形又は四角形等の多角形、これらを組み合わせた形状など、種々の形状が挙げられる。貫通孔14aの位置は、平面視において、任意の位置に配置することができる。なかでも、波長変換層14において、光を照射する領域の外側に配置することが好ましい。光を照射する領域とは、蛍光体含有部13の蛍光体を励起する励起光を照射する領域である。光を照射する領域は、実際に照射する励起光のサイズよりもやや大きなサイズとすることができる。光を照射する領域は、光源の種類等によって適宜設定することができ、その平面形状は、円形、楕円形又は四角形等の多角形など、種々の形状が挙げられる。波長変換層14における光を照射する領域としては、例えば、0.4mm〜2mm×0.4mm〜2mmの領域、言い換えると0.16mm2〜4mm2の領域が挙げられる。具体的には、波長変換する光がレーザ光である場合、一辺又は直径が100μm〜3000μmの大きさとすることができる。貫通孔14aは、例えば、波長変換層14の外周に配置することができる。波長変換層14の外周とは、上述した光を照射する領域を含まない領域を指し、例えば波長変換層14の外縁から20mmまでの領域が挙げられる。
(Through
The
The number of through
貫通孔14aの大きさは、用いるねじの大きさ、波長変換層14の大きさ、厚み等によって適宜設定することができる。貫通孔14aの大きさは、例えば、貫通孔14aの一辺又は直径が0.1mm〜16mmであることが挙げられる。貫通孔14aの一辺又は直径は12mm以下であってもよい。貫通孔14aは、図1Cに示すように、後述するねじ15との間に緩衝材16が埋め込まれることができる程度の隙間が配置される大きさであってもよい。このような緩衝材16の配置によって、より強固に波長変換層14を放熱部品11に固定しながら、ねじ止めの応力で波長変換層の損傷を低減又は回避することができる。なお、緩衝材16としては、ねじ15及び波長変換層14等よりもやわらかい材料であればよく、例えば、樹脂等が挙げられる。
貫通孔14aは、当該分野で公知の方法により形成することができる。例えば、サンドブラスト、エッチング、切削加工、レーザ加工等が挙げられる。これ以外にも、波長変換層14をセラミックスで形成する場合には、グリーンシート等の焼成前の材料の成形によって、容易に貫通孔を所望の形状及び大きさに形成することができる。
The size of the through
The through
〔放熱部品11〕
放熱部品11は、波長変換層14の下方、つまり、熱伝導部12の下面側に配置されている。また、放熱部品11は、熱伝導部12の下面に接触して配置されていることが好ましい。このような接触によって、蛍光体含有部13及び熱伝導部12の熱を放熱部品11に直接かつ効率的に逃がすことができる。
放熱部品11は、熱伝導部12を構成する材料よりも熱伝導率が良好な材料からなるものが挙げられる。放熱部品11は、透光性材料、光反射性材料等によって形成することができる。ここで透光性とは、波長変換部材10に照射される光を透過可能であるものを指し、例えば、その光の透過率が70%以上のもの、80%以上のもの、90%以上のものが挙げられる。熱伝導部12及び放熱部品11を透光性の材料によって形成する場合には、放熱部品側から励起光を取り出すことが可能となる。放熱部品11は、例えば、金属、セラミックス又は単結晶等によって形成することができる。金属としては、熱伝導率の高さを考慮すると、銅、アルミニウム、銅合金、又はアルミニウム合金等が挙げられる。放熱部品11を光反射部材として用いる場合は、反射率を上げるために、銀等を用いてもよい。熱膨張係数が小さく、かつ熱伝導率の高い窒化アルミニウム等のセラミックスの絶縁材料を用いてもよい。この場合、その表面に反射率を上げるために銀等の金属材料をコーティングした構成としてもよい。単結晶としては、サファイア等が挙げられる。放熱部品11は、例えば、図1Dに示すように、2層以上の積層構造としてもよい。これにより、種々の材料の組合せによって、光反射性、放熱性等を確保することができる。図1Dでは、上層、つまり熱伝導部12の下面に接触する側に銅等の金属を主材料とする金属基板112を配置し、下層にヒートシンク111を配置している。ヒートシンクとしては、例えば、銅、アルミニウム、銅合金、又はアルミニウム合金等の金属を主材料として形成されたものが挙げられる。ヒートシンク単体を放熱部品11として用いてもよい。
[Heat dissipation component 11]
The
Examples of the
放熱部品11は、平面視において、波長変換層14、特に、熱伝導部12の下面の外縁と同じ形状及び大きさを有していてもよいし、若干大きくても、小さくてもよい。なかでも、放熱部品11は、平面視において、その外縁の全部が、熱伝導部12の下面の外縁の外側に配置されていることが好ましい。
放熱部品11の厚みは、例えば、0.1mm〜5mmが挙げられ、0.3mm〜3mmが好ましい。これにより、放熱部品11の強度を確保でき、また、放熱性を向上させることができる。また、放熱部品11は、その体積が、波長変換層14の体積よりも大きいことが好ましい。これにより、波長変換層14の熱を放熱部品11に効率的に逃がすことができる。
放熱部品11は、ねじ穴11aを有する。ねじ穴11aは、波長変換層14をねじによって固定するためのものであり、波長変換層14の貫通孔14aの数、大きさ、位置等によって、その数、大きさ、位置等を適宜設定することができる。つまり、放熱部品11上の適所に波長変換層14を配置した場合に、波長変換層14の貫通孔14aと重複する位置に、同じ大きさで、同じ数配置することができる。貫通孔14aとねじ15との間に緩衝材16が埋め込まれる場合は、ねじ穴11aの大きさは貫通孔14aの大きさよりも小さくすることが好ましい。これにより、ねじ穴11aとねじ15をより確実に篏合させることができる。例えば、ねじ穴11aとねじ15の間には緩衝材は配置されない。ねじ穴11aの深さは、ねじを、貫通孔14a及びねじ穴11aに挿入して、固定することができる程度であればよく、ねじの長さ等によって適宜設定することができる。
なお、波長変換層14を、放熱部品11にねじ止めする際、波長変換層14と放熱部品11との間に放熱グリス等の、熱を伝える軟らかい部材を設けてもよい。このような部材で隙間を埋めることにより、放熱性をより向上させることができる。また、軟らかい部材を設けることにより、熱衝撃で波長変換層14等が割れる可能性を低減することができる。
The
The thickness of the
The
When the
〔ねじ15〕
ねじ15は、波長変換層14を放熱部品11に固定するために用いるものであり、波長変換層14を放熱部品11に固定し得るものであればよい。
ねじ15の長さは、波長変換層14における貫通孔14aの全長よりも長く、この全長と放熱部品11のねじ穴11aの深さとの合計長よりも短い範囲で適宜設定することができる。
ねじ15の太さは、波長変換層14における貫通孔14aの平面視における大きさ、及び、ねじ穴11aの平面視における大きさに応じて設定することができる。
このようなねじ15を、貫通孔14a及びねじ穴11aに嵌め込むことによって、波長変換層14を放熱部品11にねじ止め固定することができる。このような固定は、例えば、共晶金属を溶かして接合する、共晶接合等の接合層を用いて波長変換層と放熱部品とを固定する方法と比較して、波長変換層14が放熱部品11から剥がれる可能性を低減することができると考えられる。波長変換層14及び放熱部品11に熱膨張係数差があっても、また、波長変換層14への光の照射及び光の照射の停止により、熱サイクルに付されても、波長変換層14が放熱部品11から脱離する可能性を低減することができる。その結果、波長変換層における発熱を放熱部品に直接放散することができるため、効率的な放熱、ひいては信頼性の高い波長変換部材10を提供することができる。
ねじ15は、SUS等の金属、窒化アルミニウム等のセラミックス等によって形成することができる。ねじ15に光が照射される可能性がある場合は、例えば、波長変換層14に照射される光を吸収しにくい材料でねじ15を形成してもよい。
[Screw 15]
The
The length of the
The thickness of the
By fitting such a
The
実施形態2:波長変換部材20
実施形態2の波長変換部材20は、例えば、図2A及び2Bに示すように、放熱部品11と、波長変換層24と、ねじ15とを備える。
波長変換層24は、熱伝導部12と、蛍光体含有部23とを有する。蛍光体含有部23は、その下面の全面が熱伝導部12に接触して配置されており、蛍光体含有部23の外縁の全部が、平面視、熱伝導部12の外縁の内側に配置されている。蛍光体含有部23は、熱伝導部12の平面積の50%〜90%の平面積で配置することができる。この場合、波長変換層24の上面の一部が蛍光体含有部23の下面の全部と一致する。
波長変換層24は貫通孔24aを有するが、貫通孔24aは、熱伝導部12のうち、蛍光体含有部23が配置されていない部分にのみ配置されている。
上述した構成以外は、上述した実施形態1の波長変換部材と同様の構成を有することができる。従って、上述した実施形態1の波長変換部材と同様の効果を有する。
また、蛍光体含有部23にねじ止め用の貫通孔を設けないため、蛍光体含有部23にはねじ止めによる負荷が掛からない。これにより、蛍光体含有部23が破損する可能性を低減することができる。また、蛍光体含有部23に貫通孔を設けないことで、蛍光体含有部23から取り出される光の均一性を向上させることができる。
なお、蛍光体含有部23は、1つの波長変換部材20において、複数配置されていてもよい。
Embodiment 2:
The
The
The
Other than the above-described configuration, it may have the same configuration as the wavelength conversion member of the first embodiment described above. Therefore, it has the same effect as the wavelength conversion member of the first embodiment described above.
Further, since the phosphor-containing
A plurality of phosphor-containing
実施形態3:波長変換部材30
実施形態3の波長変換部材30は、例えば、図3A及び3Bに示すように、放熱部品11と、波長変換層34と、ねじ15とを備える。
波長変換層34は、熱伝導部32と、蛍光体含有部33とを有する。図3Aに示すように、平面視において、蛍光体含有部33の外縁の全部が、熱伝導部32の外縁の内側に配置されている。図3Bに示すように、断面視において、蛍光体含有部33は、その下面の全面が熱伝導部32に接触して配置されており、且つ、蛍光体含有部33の下面及び側面が、熱伝導部32によって、接触するように取り囲まれている。平面視で、蛍光体含有部33は、熱伝導部32の平面積の50%〜90%の平面積で配置することができる。蛍光体含有部33の上面は熱伝導部32の上面より下又は上に配置されていてもよいが、ここでは、蛍光体含有部33の上面及び熱伝導部32の上面が一致している。すなわち、蛍光体含有部33の上面が、熱伝導部32の上面と面一である。このような形状の波長変換層34は、蛍光体含有部33と熱伝導部32を一体的に形成することで得ることができる。この場合、例えば、熱伝導部32の最大厚みを10mm以下とすることができ、最小厚みを0.1mm以上とすることができる。なお、それらの上面が面一である又は一致しているとは、それらの上面が厳密に同一平面に位置している場合に加えて、蛍光体含有部33の厚みの10%以下の範囲内でずれている状態も含むものとする。他の実施形態においても同様である。
波長変換層34は貫通孔34aを有するが、貫通孔34aは、蛍光体含有部33が配置されていない熱伝導部32にのみ配置されている。
なお、上述したように、熱伝導部32をセラミックスで形成する場合、内在する空隙の密度の程度を調節することにより、光反射性と熱伝導性とを制御することができる。熱伝導部32においては、部位によって、内在する空隙の密度を異ならせてもよい。例えば、蛍光体含有部33の下方の部分の空隙率(空隙の密度)を、蛍光体含有部33の側方の部分の空隙率よりも低くすることができる。これにより、蛍光体含有部33の下方では放熱性を向上し、蛍光体含有部33の側方では光反射性を向上させることができる。
上述した構成以外は、上述した実施形態2の波長変換部材と同様の構成を有することができる。従って、上述した実施形態2の波長変換部材と同様の効果を有する。
また、熱伝導部32が光反射性を有する場合には、蛍光体含有部33から横方向への光の出射を低減又は防止することができるため、蛍光体含有部33の上面からの光の取り出し効率を向上させることができる。
Embodiment 3:
The
The
The
As described above, when the heat
Other than the above-described configuration, it can have the same configuration as the wavelength conversion member of the second embodiment described above. Therefore, it has the same effect as the wavelength conversion member of the second embodiment described above.
Further, when the heat
実施形態4:波長変換部材40
実施形態4の波長変換部材40は、例えば、図4A及び4Bに示すように、放熱部品11と、波長変換層44と、ねじ15とを備える。
波長変換層44は、熱伝導部42と、蛍光体含有部43とを有する。蛍光体含有部43は1つの波長変換部材40において、複数配置されている。各蛍光体含有部43は、光が照射する領域の面積と同じでもよく、もしくはそれよりも大きな面積又は小さな面積を有していてもよい。また、各蛍光体含有部43の平面形状は、上述したように種々の形状とすることができる。熱伝導部42は、各蛍光体含有部43を取り囲んで配置されている。従って、平面視において、各蛍光体含有部43の外縁の全部は、それぞれ熱伝導部42の外縁の内側に配置されている。図4Bに示すように、断面視において、熱伝導部42は、各蛍光体含有部43の側面を取り囲んで配置されている。
蛍光体含有部43の上面は熱伝導部42の上面より上または下に配置されていてもよいが、ここでは、蛍光体含有部43の上面及び熱伝導部42の上面が一致している。この場合の熱伝導部42の最大厚みは10mm以下とすることができ、最小厚みは0.2mm以上とすることができる。
波長変換層44は貫通孔44aを有するが、貫通孔44aは、蛍光体含有部43が配置されていない熱伝導部42にのみ配置されている。
実施形態4の波長変換部材40は、上述した構成以外は、上述した実施形態3の波長変換部材と同様の構成を有することができる。従って、上述した実施形態3の波長変換部材と同様の効果を有する。また、実施形態4の波長変換部材40は、1つの波長変換部材40において複数の蛍光体含有部43が配置されているため、これらの1以上の蛍光体含有部43を独立して発光させることが可能である。
Embodiment 4:
The
The
The upper surface of the phosphor-containing
The
The
実施形態5:発光装置50
実施形態5の発光装置50は、例えば、波長変換部材10と、この波長変換部材10の蛍光体含有部に光を照射する光源60とを備える。
このような発光装置50では、光源60から出射されて波長変換部材10を経由する光を所望の配光等に変更し得る光学部材52を通して外部に出射することができる。また、光源60から出射した光、例えば、レーザ光を、特定の角度で入射させるため、空間光変調器53を光源60と波長変換部材10との間に配置してもよい。
このような構成を有することにより、光源60からの光は、設計どおりに、その主要部分の略全てが波長変換部材10に入射する。そして、光の一部は、波長変換部材10の蛍光体含有部の蛍光体によって波長変換され、あるいは他の一部は反射され、それらの光は外部に向かう。これらの波長変換光と、波長変換されていない光とが混じり合い、例えば、白色光として外部に出射させることができる。そして、波長変換層の下方に配置された放熱部品が効果的に光照射による熱を放熱し、発光装置としての機能を長期にわたって維持することができる。
Embodiment 5:
The
In such a
With such a configuration, almost all of the main portion of the light from the
光源60は、発光ダイオード(LED)及び半導体レーザ素子、又は、これらがパッケージ等に封入されたもの等が挙げられ、半導体レーザ装置であることが好ましい。半導体レーザ装置を用いることで、LEDを用いる場合と比較して蛍光体含有部の光入射面の面積を小さくすることができるため、発光装置50のサイズを小型化することができる。また、熱伝導部及び放熱部品によって放熱効果を効率的に確保することができる。
なお、空間光変調器53としては、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)等、当該分野で公知のものを用いることができる。
Examples of the
As the spatial
実施形態6:波長変換部材の製造方法
実施形態6の波長変換部材の製造方法は、熱伝導部と、この熱伝導部に接触する蛍光体含有部を一体的に焼結することによって波長変換層を形成する工程と、波長変換層に貫通孔を形成する工程と、ねじ穴を有する放熱部品を準備する工程と、貫通孔及びねじ穴にねじを嵌め込んで、波長変換層を放熱部品にねじ止め固定する工程とを含む。
このような製造方法により、波長変換部材の放熱部品からの剥がれ等が発生する可能性を低減して、波長変換部材の熱を効率的に放熱部品に放散することができる波長変換部材を、製造コストの低減を図り、簡便に製造することができる。
Embodiment 6: Manufacturing method of wavelength conversion member The manufacturing method of the wavelength conversion member of Embodiment 6 is a wavelength conversion layer by integrally sintering a heat conductive part and a phosphor-containing part in contact with the heat conductive part. The process of forming a through hole, the process of forming a through hole in the wavelength conversion layer, the process of preparing a heat radiation component having a screw hole, and the process of fitting a screw into the through hole and the screw hole to screw the wavelength conversion layer into the heat radiation component. Includes a step of stopping and fixing.
By such a manufacturing method, a wavelength conversion member capable of efficiently dissipating the heat of the wavelength conversion member to the heat radiating component by reducing the possibility of peeling of the wavelength conversion member from the heat radiating component is manufactured. The cost can be reduced and the product can be easily manufactured.
波長変換層を形成する工程は、上面、下面及び側面を有する前記蛍光体含有部を準備する工程と、蛍光体含有部を取り囲むように、前記蛍光体含有部の側方及び下方に無機材料からなる粉末を含む成形体を形成する工程、成形体を一体的に焼結する工程とを含むことが好ましい。
また、この工程においては、熱伝導部と熱伝導部に接触させた一体物に対して、焼結する前に、貫通孔を形成し、その後、焼結してもよい。
このような波長変換部材の製造方法により、熱伝導部と蛍光体含有部とが接着剤や接合層等によらずに一体的に形成され、且つ、それらを放熱部品にねじにより機械的に固定することができる。よって、各部材に熱膨張係数差があっても、固定強度には影響を及ぼし難い。つまり、蛍光体含有部が熱伝導部から脱離する可能性を低減することができる。また、蛍光体含有部に光が照射される際の蛍光体含有部の発熱を、熱伝導部に直接放散することができるため、効率的な放熱が期待できる。この結果、信頼性の高い波長変換部材を得ることが可能となる。以下に各工程について詳述する。
The steps of forming the wavelength conversion layer include a step of preparing the phosphor-containing portion having an upper surface, a lower surface and a side surface, and a step of preparing the phosphor-containing portion from an inorganic material laterally and below the phosphor-containing portion so as to surround the phosphor-containing portion. It is preferable to include a step of forming a molded body containing the powder and a step of integrally sintering the molded body.
Further, in this step, a through hole may be formed in the one piece in contact with the heat conductive portion and the heat conductive portion before sintering, and then sintered.
By such a method of manufacturing a wavelength conversion member, a heat conductive part and a phosphor-containing part are integrally formed without using an adhesive or a bonding layer, and they are mechanically fixed to heat-dissipating parts with screws. can do. Therefore, even if there is a difference in the coefficient of thermal expansion of each member, it is unlikely to affect the fixing strength. That is, the possibility that the phosphor-containing portion is separated from the heat conductive portion can be reduced. Further, since the heat generated by the phosphor-containing portion when the phosphor-containing portion is irradiated with light can be directly dissipated to the heat conductive portion, efficient heat dissipation can be expected. As a result, it is possible to obtain a highly reliable wavelength conversion member. Each step will be described in detail below.
〔波長変換層の準備〕
まず、波長変換層を準備する。
波長変換層は、セラミックス等の成形体からなる蛍光体含有部と粉粒の熱伝導部の材料とを一体的に成形したものを焼結することにより形成することができる。あるいは、粉粒の蛍光体含有部の材料と成形体からなる熱伝導部とを一体的に成形したものを焼結することにより形成することができる。
成形体は、スリップキャスト法、ドクターブレード法(シート成形法)、乾式成形法などを用いて成形することができる。焼結は、放電プラズマ焼結法(SPS法:spark plasma sintering法)又はホットプレス焼結法(HPS法:hot pressing sintering法)等を用いることができる。これらの方法として、例えば、特開2017−149929号公報等に記載の方法を利用することができる。また、蛍光体含有部の製造には、CIP(Cold Isostatic Pressing)、HIP(Hot Isostatic Pressing)等を用いることができる。
[Preparation of wavelength conversion layer]
First, a wavelength conversion layer is prepared.
The wavelength conversion layer can be formed by sintering a material obtained by integrally molding a phosphor-containing portion made of a molded body such as ceramics and a material for a heat conductive portion of powder particles. Alternatively, it can be formed by sintering a material obtained by integrally molding a material of a phosphor-containing portion of powder particles and a heat conductive portion made of a molded product.
The molded body can be molded by using a slip casting method, a doctor blade method (sheet molding method), a dry molding method, or the like. For sintering, a discharge plasma sintering method (SPS method: spark plasma sintering method), a hot pressing sintering method (HPS method: hot pressing sintering method), or the like can be used. As these methods, for example, the methods described in JP-A-2017-149929 can be used. Further, CIP (Cold Isostatic Pressing), HIP (Hot Isostatic Pressing) and the like can be used for producing the phosphor-containing portion.
例えば、波長変換層は、以下の方法又は例えば、特開2019−9406号公報の記載に準じた方法によって製造することができる。
(1)複数の凸部が表面側に設けられた、蛍光体を含む蛍光部材を準備し、粉末状の光反射部材を準備して、蛍光部材における複数の凸部の間に粉末状の光反射部材を配置する工程と、これらを焼結して蛍光部材と光反射部材とが一体に形成された焼結体(セラミックス)を得る工程と、蛍光部材の表面側又は裏面側の少なくとも一方の側から焼結体の一部を除去する工程とを有する製造方法。なお、粉末状の光反射部材に替えて、粉末状の光反射部材を含有するスラリーを用いてもよい。
(2)複数の凹部が表面側に設けられた光反射部材を準備し、蛍光体を含む粉末状の蛍光部材を準備し、光反射部材における複数の凹部に粉末状の蛍光部材を配置する工程と、これらを焼結して、光反射部材と蛍光部材とが一体に形成された焼結体を得る工程と、少なくとも光反射部材の裏面側から焼結体の一部を除去する工程とを有する製造方法。
(3)互いに反対側にある第1主面及び第2主面を貫通する複数の貫通孔が設けられた光反射部材を準備し、蛍光体を含む粉末状の蛍光部材を準備し、複数の貫通孔に粉末状の蛍光部材を配置する工程と、これらを焼結して、光反射部材と蛍光部材とが一体に形成された焼結体を得る工程と、蛍光部材の表面側又は裏面側の少なくとも一方の側から焼結体の一部を除去する工程とを有する製造方法。ここでの焼結体とは、蛍光部材と支持体とを一体的に焼結したものを意味する。焼結は、1100℃〜1800℃の温度範囲で行うことができる。焼結体を得た後、1000℃〜1500℃の温度範囲で熱処理してもよい。焼結体の一部を除去する方法としては、例えば、研削、研磨、化学機械研磨等が挙げられる。
For example, the wavelength conversion layer can be produced by the following method or, for example, a method according to the description of JP-A-2019-9406.
(1) A fluorescent member containing a phosphor in which a plurality of convex portions are provided on the surface side is prepared, a powdery light reflecting member is prepared, and powdery light is prepared between the plurality of convex portions in the fluorescent member. A step of arranging the reflective members, a step of sintering them to obtain a sintered body (ceramics) in which the fluorescent member and the light reflecting member are integrally formed, and at least one of the front surface side and the back surface side of the fluorescent member. A manufacturing method including a step of removing a part of a sintered body from the side. In addition, instead of the powder-like light-reflecting member, a slurry containing a powder-like light-reflecting member may be used.
(2) A step of preparing a light reflecting member provided with a plurality of recesses on the surface side, preparing a powdered fluorescent member containing a phosphor, and arranging the powdered fluorescent member in the plurality of recesses of the light reflecting member. A step of sintering these to obtain a sintered body in which a light reflecting member and a fluorescent member are integrally formed, and a step of removing at least a part of the sintered body from the back surface side of the light reflecting member. Manufacturing method to have.
(3) A light reflecting member provided with a plurality of through holes penetrating the first main surface and the second main surface on opposite sides is prepared, and a powdery fluorescent member containing a phosphor is prepared, and a plurality of light reflecting members are prepared. A step of arranging a powdery fluorescent member in the through hole, a step of sintering these to obtain a sintered body in which the light reflecting member and the fluorescent member are integrally formed, and a step of obtaining a sintered body on the front surface side or the back surface side of the fluorescent member. A manufacturing method comprising a step of removing a part of a sintered body from at least one side of the above. The sintered body here means a sintered body in which a fluorescent member and a support are integrally sintered. Sintering can be performed in the temperature range of 1100 ° C to 1800 ° C. After obtaining the sintered body, heat treatment may be performed in a temperature range of 1000 ° C. to 1500 ° C. Examples of the method for removing a part of the sintered body include grinding, polishing, and chemical mechanical polishing.
波長変換層は、まず複数の蛍光体含有部を準備し、その後、それらを囲む熱伝導部を焼結で形成する方法によって製造してもよい。具体的には、図3Aに示す波長変換層34を製造する場合、まず、図6に示すように、上面、下面及び側面を有する蛍光体含有部33を複数準備する。蛍光体含有部33は、当該分野で公知の材料によって成形したものを利用することができる。複数準備することにより、1回の焼結で複数の波長変換層を製造することができるため、量産性を向上させることができる。
次いで、図7A、7Bに示すように、1つの凹部31が設けられ、凹部31内に貫通孔に相当する複数の突起35が行列状に配置された支持体36を準備する。
そして、凹部31内に、蛍光体含有部33を配置し、この蛍光体含有部33を取り囲むように、蛍光体含有部33の側方及び上方に熱伝導部を形成するための無機材料からなる粉末322を配置し、成形体を形成する。複数の蛍光体含有部33は、例えば一対の突起35の間にそれぞれ配置される。粉末322は、突起35の側面も囲むように配置される。
その後、成形体を、上述したような方法により、一体的に焼結する。
続いて、図7A、7Bに示す破線Xで、支持体36とともに熱伝導部32を分割し、1つの波長変換層34を得る。これにより、図3Aに示すように、蛍光体含有部33の周囲に熱伝導部32が配置され、貫通孔34aを有する、所望の大きさの波長変換層34を得ることができる。
分割は、例えば、スクライブ、ダイシング等、当該分野で公知の方法を利用すればよい。また、分割は、例えば、得られた焼結体(セラミックス)を支持体36から外した後で行う。
The wavelength conversion layer may be manufactured by a method in which a plurality of phosphor-containing portions are first prepared and then a heat conductive portion surrounding them is formed by sintering. Specifically, when manufacturing the
Next, as shown in FIGS. 7A and 7B, a
Then, the phosphor-containing
Then, the molded product is integrally sintered by the method as described above.
Subsequently, the heat
For the division, a method known in the art such as scribe, dicing and the like may be used. Further, the division is performed, for example, after removing the obtained sintered body (ceramics) from the
なお、1つの波長変換層を得る場合には、図7A、7Bに示す支持体36に代えて、図7C、7Dに示すような、1つの波長変換層に対応するサイズの1つの凹部31に一対の突起35を有する以外、図7A、7Bに示す支持体36と同様の支持体36Aを用いればよい。
また、波長変換層として、図4A、4Bに示す波長変換層44を製造する場合には、図7A及び7Bに示す支持体36に代えて、図8A及び8Bに示す支持体46を用いればよい。この支持体46を用い、蛍光体含有部43を、1つの凹部41における一対の突起45の間に複数、例えば、8個、等間隔に配置し、熱伝導部を形成するための無機材料からなる粉末422を配置して焼結し、分割することにより、図4A、4Bに示す、蛍光体含有部43の周囲にそれぞれ熱伝導部42が配置された所望の大きさの波長変換層44を得ることができる。
When one wavelength conversion layer is obtained, instead of the
When the
さらに、図3Aに示す波長変換層34を製造する別の方法として、まず、図6に示すように、上面、下面及び側面を有する蛍光体含有部33を複数準備する。
次いで、図9A、9Bに示すように、蛍光体含有部33を、平板状の支持部材80に行列状に配置し、仮止めする。作業性を考慮すると、支持部材80を用いることが好ましいが、支持部材80を用いなくてもよい。なお、スリップキャスト法(泥漿鋳込み成形法)を利用するために、例えば、支持部材80として石膏を用いることができる。
続いて、図10A、10Bに示すように、蛍光体含有部33の側方及び上方を蛍光体含有部33が囲むように、無機材料からなる光反射粉末を含む成形体38を形成する。成形体38は、スリップキャスト法、ドクターブレード法(シート成形法)、乾式成形法などを用いて成形することができる。成形体38を形成する前に、成形体38の外周となる領域に枠体を形成し、この枠体内に、成形体38を充填し、成形してもよい。
その後、支持部材80を除去し、任意に、成形体38内に含まれる有機物等を除去するために、成形体38を焼結する温度よりも低い温度で加熱して脱脂する。
次に、成形体38を、例えば、大気雰囲気下で本焼結し、蛍光体含有部33と熱伝導部32とを一体的に焼結する。
任意に熱伝導部32側から熱伝導部32を研磨して薄膜化し、熱伝導部32で分割し、熱伝導部32に貫通孔を、例えば、ドリル等を用いて形成することにより、図3A、3Bに示すように、蛍光体含有部33の周囲に熱伝導部32が配置された所望の大きさの波長変換層34を得ることができる。
Further, as another method for manufacturing the
Next, as shown in FIGS. 9A and 9B, the phosphor-containing
Subsequently, as shown in FIGS. 10A and 10B, a molded
After that, the
Next, the molded
FIG. 3A is obtained by arbitrarily polishing the heat
〔放熱部品11の準備〕
図11Aに示すように、放熱部品11として、ねじ穴11aを有する平板状の放熱部品を準備する。ねじ穴11aは、放熱部品の材料に応じて、当該分野で公知の方法によって、形成することができる。例えば、ドリル等を用いる方法が挙げられる。
[Preparation of heat dissipation component 11]
As shown in FIG. 11A, a flat plate-shaped heat radiating component having a
〔ねじ止め〕
図11Bに示すように、波長変換層34を放熱部品11上に載置し、波長変換層34の貫通孔34aと、放熱部品11のねじ穴11aを合わせ、これら貫通孔34a及びねじ穴11aにねじ15を嵌め込み、放熱部品11に波長変換層34をねじ止め固定する。
ねじ止めの際、放熱グリス等を放熱部品11と波長変換層34の間に配置してもよい。
これにより、熱伝導部32の下面全面を、放熱部品11に接触させることができ、熱引きを効率的に行うことができる波長変換部材30を製造することができる。
また、図1Cに示すように、ねじ15をねじ穴11aに嵌め込んだ後、ねじ15と波長変換層14の隙間に緩衝材16を注入してもよい。
[Screw]
As shown in FIG. 11B, the
At the time of screwing, heat-dissipating grease or the like may be arranged between the heat-dissipating
As a result, the entire lower surface of the heat
Further, as shown in FIG. 1C, after fitting the
10、20、30、40 波長変換部材
11 放熱部品
11a ねじ穴
12、32、42 熱伝導部
13、23、33、43 蛍光体含有部
14、24、34、44 波長変換層
14a、24a、34a、44a 貫通孔
15 ねじ
16 緩衝材
31 凹部
35、45 突起
36、36A 支持体
38 成形体
41 凹部
46 支持体
50 発光装置
52 光学部材
53 空間光変調器
60 光源
80 支持部材
111 ヒートシンク
112 金属基板
322、422 粉末
10, 20, 30, 40
Claims (12)
前記放熱部品の上に配置され、熱伝導部及び該熱伝導部に接触する蛍光体含有部を有し、貫通孔を有する波長変換層と、
ねじとを備え、
前記波長変換層が、前記貫通孔及び前記ねじ穴に嵌め込まれた前記ねじによって前記放熱部品にねじ止め固定されてなる波長変換部材。 Heat dissipation parts with screw holes and
A wavelength conversion layer arranged on the heat radiating component, having a heat conductive portion and a phosphor-containing portion in contact with the heat conductive portion, and having through holes.
Equipped with screws,
A wavelength conversion member in which the wavelength conversion layer is screwed and fixed to the heat radiating component by the through hole and the screw fitted in the screw hole.
前記貫通孔が前記蛍光体含有部と前記熱伝導部とに配置されている請求項1から3のいずれか1つに記載の波長変換部材。 The wavelength conversion layer has the heat conductive portion and the phosphor-containing portion in this order from the side of the heat radiating component.
The wavelength conversion member according to any one of claims 1 to 3, wherein the through holes are arranged in the phosphor-containing portion and the heat conductive portion.
前記波長変換部材の前記蛍光体含有部に光を照射する光源とを備える発光装置。 The wavelength conversion member according to any one of claims 1 to 9,
A light emitting device including a light source that irradiates the phosphor-containing portion of the wavelength conversion member with light.
前記波長変換層に貫通孔を形成する工程と、
ねじ穴を有する放熱部品を準備する工程と、
前記貫通孔及び前記ねじ穴にねじを嵌め込んで、前記波長変換層を前記放熱部品にねじ止め固定する工程とを含む波長変換部材の製造方法。 A step of forming a wavelength conversion layer by integrally sintering a heat conductive portion and a phosphor-containing portion in contact with the heat conductive portion, and
The step of forming a through hole in the wavelength conversion layer and
The process of preparing heat-dissipating parts with screw holes and
A method for manufacturing a wavelength conversion member, which comprises a step of fitting a screw into the through hole and the screw hole and screwing and fixing the wavelength conversion layer to the heat radiating component.
上面、下面及び側面を有する前記蛍光体含有部を準備する工程と、
前記蛍光体含有部を取り囲むように、前記蛍光体含有部の側方及び下方に無機材料からなる粉末を含む成形体を形成する工程と、
前記成形体を一体的に焼結する工程とを含む請求項11に記載の波長変換部材の製造方法。 The step of forming the wavelength conversion layer is
A step of preparing the phosphor-containing portion having an upper surface, a lower surface and a side surface, and
A step of forming a molded product containing a powder made of an inorganic material on the sides and below the phosphor-containing portion so as to surround the phosphor-containing portion.
The method for manufacturing a wavelength conversion member according to claim 11, which includes a step of integrally sintering the molded body.
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