JP2022190310A - 波長変換部材および発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】蛍光体部の底面だけでなく側面から放熱させることができる波長変換部材を提供する。【解決手段】波長変換部材２３は蛍光体部６２と、蛍光体部６２の底面６２ａ及び側面６２ｂに設けられた金属接合層６３と、蛍光体部６２の底面６２ａと、側面６２ｂの少なくとも一部と、を覆って、蛍光体部６２を埋没させて収容する凹部６１ｃを備えた金属放熱保持部６１と、金属接合層６３と金属放熱保持部６１との間に設けられた金属多孔質接合材６４と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、波長変換部材および発光装置に関するものである。
青色レーザー光を照射して黄色の光を反射する波長変換部材がプロジェクターに用いられる。波長変換部材は温度が高くなると変換効率が低下する。特許文献１に開示されている波長変換部材は放熱する金属放熱保持部としての放熱保持部を備える。青色レーザー光を照射された波長変換部材は放熱保持部に熱を伝導して、温度が上昇することを抑制する。
蛍光体部はＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）粉末を用いて作成されたセラミック素地を焼結して得られるセラミック蛍光体である。放熱保持部の材質はＧａＮやＡｌＮである。
特開２０１７－２２３８６９号公報
青色レーザー光の照射を間欠的に行うとき、蛍光体部の温度が変化する。特許文献１の波長変換部材では蛍光体部の熱膨張と放熱保持部の熱膨張とに差があることから、蛍光体部と側面と放熱保持部との間に隙間ができる。このため、蛍光体部の側面と放熱保持部との間が空くので熱が伝導され難い。蛍光体部の底面と放熱保持部とが接触して熱が伝導される。蛍光体部の底面からの放熱だけでは蛍光体部の冷却が不十分であり、蛍光体部の温度が上昇して、蛍光体部の波長変換効率が低下する。このため、蛍光体部の底面だけでなく側面から放熱させることができる波長変換部材が望まれていた。さらに、蛍光体部と放熱保持部とは線膨張係数が異なる為、温度変化により放熱保持部と蛍光体部とが相対的に伸縮して、放熱保持部と蛍光体部の底面との間に亀裂が生じるという課題があった。
波長変換部材は、蛍光体部と、前記蛍光体部の底面及び側面に設けられた金属接合層と、前記蛍光体部の前記底面と、前記側面の少なくとも一部と、を覆って、前記蛍光体部を埋没させて収容する凹部を備えた金属放熱保持部と、前記金属接合層と前記金属放熱保持部との間に設けられた金属多孔質接合材と、を備える。
発光装置は、上記に記載の波長変換部材、を備える。
第１実施形態にかかわるプロジェクターの光学系を示す構成図。 波長変換装置の構成を示す概略斜視図。 波長変換装置の模式側断面図。 波長変換装置の性能を説明するための図。 第２実施形態にかかわる波長変換装置の模式側断面図。 比較例にかかわる波長変換部材の模式側断面図。
第１実施形態
本実施形態では、プロジェクターと、このプロジェクターに用いられる波長変換装置との特徴的な例について、図に従って説明する。プロジェクターはスクリーン上にカラー映像を表示する投写型画像表示装置である。
図１は、プロジェクターの光学系を示す構成図である。図１に示すように、プロジェクター１は、発光装置としての第１照明装置２、第２照明装置３、色分離導光光学系４、赤色光変調装置５、緑色光変調装置６、青色光変調装置７、クロスダイクロイックプリズム８及び投写光学装置９を備える。赤色光変調装置５、緑色光変調装置６、青色光変調装置７はそれぞれ赤色光、緑色光、青色光の各色光に対応する光変調装置である。
第１照明装置２は、第１光源１１、コリメート光学系１４、第１ダイクロイックミラー１７、集光光学系１８、波長変換装置２２、第１レンズアレイ３９、第２レンズアレイ４１、偏光変換素子４２及び重畳レンズ４３を備える。
第１光源１１は半導体レーザーを備える。第１光源１１は第１青色光１２を射出する。第１青色光１２は青色光のレーザー光であり、第１の波長を示す発光強度のピークの波長は約４４５ｎｍである。尚、第１青色光１２の波長は４４５ｎｍに限らず、例えば、４６０ｎｍでも良い。
第１光源１１の光軸を第１光軸１１ａとする。第１照明装置２が射出する第１青色光１２の光軸を照明光軸１３とする。第１光軸１１ａは照明光軸１３と直交する。第１光源１１が射出する第１青色光１２はコリメート光学系１４を照射する。コリメート光学系１４は第１レンズ１５及び第２レンズ１６を備える。コリメート光学系１４は第１青色光１２を略平行にする。第１レンズ１５及び第２レンズ１６は凸レンズである。
コリメート光学系１４を通過する第１青色光１２は第１ダイクロイックミラー１７を照射する。第１ダイクロイックミラー１７は第１光軸１１ａ及び照明光軸１３に対して４５°の角度で交わる。第１ダイクロイックミラー１７は第１青色光１２を反射し、赤色光及び緑色光を含む黄色の蛍光を通過させる。
第１ダイクロイックミラー１７にて反射する第１青色光１２は集光光学系１８を照射する。集光光学系１８は第３レンズ１９及び第４レンズ２１を備える。第３レンズ１９及び第４レンズ２１は凸レンズである。第１青色光１２は集光光学系１８を通過して波長変換装置２２を照射する。
波長変換装置２２は波長変換部材２３及びヒートシンク２４を備える。波長変換部材２３はヒートシンク２４と接続される。ヒートシンク２４は波長変換部材２３を冷却する。
第１ダイクロイックミラー１７で反射した第１青色光１２を集光光学系１８が集光して波長変換部材２３を照射する。波長変換装置２２には第１青色光１２が入射される。波長変換部材２３は第１青色光１２を黄色光２７に変換して射出する。波長変換部材２３が射出する黄色光２７は集光光学系１８を照射する。集光光学系１８は黄色光２７を略平行にする。このように、第１照明装置２は第１光源１１、集光光学系１８及び波長変換装置２２を備える。
集光光学系１８及び第１ダイクロイックミラー１７は照明光軸１３に沿って配置される。黄色光２７は集光光学系１８及び第１ダイクロイックミラー１７を通過する。
第２照明装置３は図中第１照明装置２の右側に配置される。第２照明装置３は第２光源２８、集光光学系２９、散乱板３１及びコリメート光学系３２を備える。
第２光源２８は第１光源１１と同じ半導体レーザーを備える。第２光源２８は第２青色光３３を射出する。第２光源２８の光軸を第２光軸２８ａとする。第２青色光３３は第２光軸２８ａに沿って集光光学系２９、散乱板３１及びコリメート光学系３２をこの順に通過する。集光光学系２９は第２青色光３３を散乱板３１付近に集光する。集光光学系２９は第５レンズ３４及び第６レンズ３５を備える。第５レンズ３４及び第６レンズ３５は凸レンズである。
散乱板３１は第２青色光３３を散乱する。散乱板３１は第２青色光３３の配光分布を波長変換部材２３から射出される黄色光２７の配光分布に似た配光分布にする。散乱板３１には、例えば、光学ガラスからなる磨りガラスが用いられる。
コリメート光学系３２は散乱板３１からの光を略平行化する。コリメート光学系３２は第７レンズ３６及び第８レンズ３７を備える。第７レンズ３６及び第８レンズ３７は凸レンズからなる。
コリメート光学系３２を通過する第２青色光３３は第１ダイクロイックミラー１７で反射する。第２青色光３３は第１ダイクロイックミラー１７を透過した黄色光２７と合成されて白色光３８となる。
照明光軸１３に沿って第１レンズアレイ３９、第２レンズアレイ４１、偏光変換素子４２及び重畳レンズ４３がこの順に配置される。第１ダイクロイックミラー１７で合成された白色光３８は第１レンズアレイ３９、第２レンズアレイ４１、偏光変換素子４２、重畳レンズ４３の順に通過する。
第１レンズアレイ３９は白色光３８を複数の部分光束に分割する。第１レンズアレイ３９は複数の第１小レンズ３９ａを有する。複数の第１小レンズ３９ａは照明光軸１３と直交する面内にマトリックス状に配列される。
第２レンズアレイ４１及び重畳レンズ４３は第１レンズアレイ３９の各第１小レンズ３９ａが形成する像を赤色光変調装置５、緑色光変調装置６、青色光変調装置７の画像形成領域近傍に結像させる。第２レンズアレイ４１は複数の第２小レンズ４１ａを有する。複数の第２小レンズ４１ａは照明光軸１３に直交する面内にマトリックス状に配列されている。複数の第２小レンズ４１ａは複数の第１小レンズ３９ａに対応して配置される。
第１レンズアレイ３９により分割された各部分光束を偏光変換素子４２が直線偏光光に変換する。偏光変換素子４２は偏光分離層、反射層及び位相差板を有する。偏光分離層は白色光３８を構成する黄色光２７に含まれる偏光成分のうち一方の直線偏光成分をそのまま透過させるとともに他方の直線偏光成分を反射層に向けて反射させる。反射層は偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を照明光軸１３と平行な方向に反射する。位相差板は反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換する。
重畳レンズ４３は、偏光変換素子４２からの各部分光束を集光して赤色光変調装置５、緑色光変調装置６及び青色光変調装置７の画像形成領域近傍で互いに重畳させる。第１レンズアレイ３９、第２レンズアレイ４１及び重畳レンズ４３は、白色光３８を構成する黄色光２７の面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。重畳レンズ４３を通過した白色光３８は色分離導光光学系４に入力される。
色分離導光光学系４は、第２ダイクロイックミラー４４、第３ダイクロイックミラー４５、第１反射ミラー４６、第２反射ミラー４７、第３反射ミラー４８、第１リレーレンズ４９及び第２リレーレンズ５１を備える。重畳レンズ４３を通過した白色光３８を色分離導光光学系４が赤色光５２、緑色光５３及び第３青色光５４に分離する。色分離導光光学系４は赤色光５２を赤色光変調装置５へ、緑色光５３を緑色光変調装置６へ、第３青色光５４を青色光変調装置７へそれぞれ導光する。
色分離導光光学系４と赤色光変調装置５との間には第１フィールドレンズ５５が配置される。色分離導光光学系４と緑色光変調装置６との間には第２フィールドレンズ５６が配置される。色分離導光光学系４と青色光変調装置７との間には第３フィールドレンズ５７が配置される。
第２ダイクロイックミラー４４は赤色光５２を通過させ、緑色光５３及び第３青色光５４を反射するダイクロイックミラーである。第３ダイクロイックミラー４５は緑色光５３を反射して、第３青色光５４を通過させるダイクロイックミラーである。第１反射ミラー４６は赤色光５２を反射する反射ミラーである。第２反射ミラー４７及び第３反射ミラー４８は第３青色光５４を反射する反射ミラーである。
第２ダイクロイックミラー４４を通過した赤色光５２は第１反射ミラー４６で反射され、第１フィールドレンズ５５を通過して赤色光５２用の赤色光変調装置５の画像形成領域に入射する。
第２ダイクロイックミラー４４で反射された緑色光５３は第３ダイクロイックミラー４５でさらに反射され、第２フィールドレンズ５６を通過して緑色光５３用の緑色光変調装置６の画像形成領域に入射する。
第２ダイクロイックミラー４４で反射された第３青色光５４は第３ダイクロイックミラー４５を通過する。第３ダイクロイックミラー４５を通過した第３青色光５４は第１リレーレンズ４９、第２反射ミラー４７、第２リレーレンズ５１、射出側の第３反射ミラー４８、第３フィールドレンズ５７を経て第３青色光５４用の青色光変調装置７の画像形成領域に入射する。
赤色光変調装置５、緑色光変調装置６及び青色光変調装置７は入射された各色光を画像情報に応じて変調して各色光に対応する画像光を形成する。赤色光変調装置５は波長変換装置２２で波長変換された黄色光２７に含まれる赤色光５２を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する。緑色光変調装置６は波長変換装置２２で波長変換された黄色光２７に含まれる緑色光５３を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する。青色光変調装置７は第２光源２８から射出された第２青色光３３に対応する第３青色光５４を画像情報に応じて変調することにより画像光を形成する。
尚、図示を省略したが、第１フィールドレンズ５５と赤色光変調装置５との間には入射側偏光板が配置される。赤色光変調装置５とクロスダイクロイックプリズム８との間には射出側偏光板が配置される。同様に、第２フィールドレンズ５６と緑色光変調装置６との間には入射側偏光板が配置される。緑色光変調装置６とクロスダイクロイックプリズム８との間には射出側偏光板が配置される。第３フィールドレンズ５７と青色光変調装置７との間には入射側偏光板が配置される。青色光変調装置７とクロスダイクロイックプリズム８との間には射出側偏光板が配置される。
クロスダイクロイックプリズム８は赤色光変調装置５、緑色光変調装置６及び青色光変調装置７から射出された各画像光を合成してカラーの画像光を形成する光学素子である。クロスダイクロイックプリズム８は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。
赤色の画像光は赤色光変調装置５からクロスダイクロイックプリズム８へ進行する。緑色の画像光は緑色光変調装置６からクロスダイクロイックプリズム８へ進行する。青色の画像光は青色光変調装置７からクロスダイクロイックプリズム８へ進行する。各色の画像光はクロスダイクロイックプリズム８にて合成されてカラーの画像光になる。
クロスダイクロイックプリズム８から射出されたカラーの画像光を投写光学装置９がスクリーン５８に拡大投写する。スクリーン５８上にはカラーの画像が形成される。
このように、プロジェクター１は第１照明装置２、第２照明装置３、色分離導光光学系４、赤色光変調装置５、緑色光変調装置６、青色光変調装置７及び投写光学装置９を備える。
図２に示しめすように、波長変換装置２２のヒートシンク２４には板状のフィン２４ａが複数配置される。波長変換部材２３は金属放熱保持部６１を備える。金属放熱保持部６１は平面形状が長方形の板である。金属放熱保持部６１のヒートシンク２４側の面が裏面６１ｂであり、裏面６１ｂの逆側が表面６１ａである。裏面６１ｂはヒートシンク２４と密着しており、金属放熱保持部６１の熱はヒートシンク２４に伝導し易くなっている。金属放熱保持部６１及びヒートシンク２４は熱伝導性の良い材質であれば良く特に限定されない。本実施形態では、例えば、金属放熱保持部６１に銅または銅合金を用いている。ヒートシンク２４にはアルミニウムを用いている。
波長変換部材２３は金属放熱保持部６１の表面６１ａの中央に蛍光体部６２を備える。蛍光体部６２は第１青色光１２によって励起されて第２の波長帯の黄色光２７を射出する。蛍光体部６２に第１青色光１２が入射する面は黄色光２７が射出される射出面でもある。黄色光２７は赤色光及び緑色光を含む黄色の光である。蛍光体部６２は、例えば、ＹＡＧ系蛍光体である（Ｙ，Ｇｄ）3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12：Ｃｅを含有する。
図３は図２のＡＡ線に沿う断面図である。図３に示すように、金属放熱保持部６１は凹部６１ｃを備える。凹部６１ｃは蛍光体部６２の底面６２ａと、側面６２ｂの少なくとも一部と、を覆って、蛍光体部６２を埋没させて収容する。図に示すように、凹部６１ｃは蛍光体部６２の側面６２ｂをすべて埋没させても良い。凹部６１ｃは蛍光体部６２の側面６２ｂの一部を埋没させても良い。
蛍光体部６２の底面６２ａ及び側面６２ｂには金属接合層６３が設けられる。金属接合層６３と金属放熱保持部６１との間には金属多孔質接合材６４が設けられる。金属接合層６３は金属多孔質接合材６４を蛍光体部６２と接合させるために設けられる。金属多孔質接合材６４は多孔質構造になっている。多孔質構造はポーラス構造ともいう。
このため、金属多孔質接合材６４は蛍光体部６２と直接接合し難い。従って、蛍光体部６２の底面６２ａ及び側面６２ｂに金属多孔質接合材６４を設けるとき、金属多孔質接合材６４と蛍光体部６２とがはがれる可能性がある。金属接合層６３と金属多孔質接合材６４との配置を入れ替えることは好ましくない。
金属接合層６３は蛍光体部６２と接合し易い材質が好ましい。金属接合層６３及び金属多孔質接合材６４は熱伝導性の良い材質であれば良い。本実施形態では、例えば、金属接合層６３及び金属多孔質接合材６４の主原料に銀を用いている。金属接合層６３と金属多孔質接合材６４との結合は金属結合になっている。
蛍光体部６２に第１青色光１２が照射されるとき、蛍光体部６２は発熱して熱源となる。蛍光体部６２の熱は蛍光体部６２の底面６２ａ及び側面６２ｂから金属接合層６３及び金属多孔質接合材６４を伝わって凹部６１ｃに伝導する。金属放熱保持部６１の熱はヒートシンク２４に伝導する。ヒートシンク２４に伝導した熱はフィン２４ａにより空冷される。
この構成によれば、金属放熱保持部６１と蛍光体部６２に設けられた金属接合層６３との間に多孔質構造を有する金属多孔質接合材６４が設けられる。金属放熱保持部６１と蛍光体部６２とは線膨張係数が異なる。金属多孔質接合材６４は変形し易い為、温度変化により金属放熱保持部６１と蛍光体部６２とが相対的に伸縮しても、金属放熱保持部６１と蛍光体部６２との間で亀裂が生じることを抑制できる。
蛍光体部６２の底面６２ａ及び側面６２ｂと金属放熱保持部６１との間に金属多孔質接合材６４が配置される。金属多孔質接合材６４は熱伝導性が良い。従って、蛍光体部６２の底面６２ａだけでなく側面６２ｂから、蛍光体部６２の熱を放熱させることができる。
金属接合層６３と金属多孔質接合材６４とは金属結合されている。従って、金属接合層６３と金属多孔質接合材６４とが樹脂等の接着剤で接着するときに比べて、効率良く熱伝導させることができる。さらに、接着剤による接着固定に比べて、金属結合は強固に結合される。従って、金属接合層６３と金属多孔質接合材６４とがはがれることを抑制できる。
波長変換部材２３では蛍光体部６２の側面６２ｂの全体が金属多孔質接合材６４で覆われ、且つ、蛍光体部６２の側面６２ｂの全体が金属放熱保持部６１の凹部６１ｃに埋没されている。
この構成によれば、蛍光体部６２の側面６２ｂの全体が金属多孔質接合材６４で覆われている。従って、蛍光体部６２の側面６２ｂの全体から金属多孔質接合材６４に熱を伝導させることができる。蛍光体部６２の側面６２ｂの全体が金属放熱保持部６１の凹部６１ｃに埋没されている。従って、金属放熱保持部６１の凹部６１ｃに埋没されていないときに比べて、金属多孔質接合材６４から金属放熱保持部６１に効率良く熱を伝導させることができる。
金属放熱保持部６１の線膨張係数が１５～１８×１０-6／℃であって、金属接合層６３の線膨張係数が１４．７～２４．７×１０-6／℃である。この構成によれば、金属放熱保持部６１の線膨張係数と金属接合層６３の線膨張係数との差が小さい。従って、温度変化が生じても金属放熱保持部６１と金属接合層６３との間の応力が緩和され亀裂の発生を抑制できる。
金属多孔質接合材６４における単位体積を金属が占める割合が６０％以上７０％以下である。この構成によれば、金属多孔質接合材６４における単位体積を金属が占める割合が６０％以上であるので、金属多孔質接合材６４は効率良く熱伝導することができる。さらに、強度不足により金属多孔質接合材６４に亀裂が入ることを抑制できる。金属多孔質接合材６４における単位体積を金属が占める割合が７０％以下であるので、熱の変動があっても蛍光体部６２と金属放熱保持部６１との膨張差により生ずる応力を緩和することができる。
第１照明装置２は波長変換部材２３を備える。この構成によれば、第１照明装置２が備える波長変換部材２３は蛍光体部６２の底面６２ａだけでなく側面６２ｂから、放熱させることができる。波長変換部材２３は温度を低く維持することにより効率良く波長を変換できる。従って、第１照明装置２は効率良く波長を変換できる波長変換部材２３を備えた装置とすることができる。波長変換部材２３は金属放熱保持部６１と蛍光体部６２との間で亀裂が生じることを抑制できる。従って、第１照明装置２は長期信頼性の高い波長変換部材２３を備える装置とすることができる。
各部材の寸法は特に限定されない。本実施形態では、例えば、蛍光体部６２の厚みが３０μｍ～８０μｍである。金属接合層６３の厚みは０．１μｍ～０．４μｍである。金属多孔質接合材６４の厚みは４０μｍ～８０μｍである。金属放熱保持部６１の厚みは２ｍｍ～５ｍｍである。
次に、波長変換部材２３の製造方法を説明する。蛍光体部６２の底面６２ａ及び側面６２ｂに金属接合層６３が形成される。銀を蒸発材料として用い、蛍光体部６２に銀を蒸着して金属接合層６３が形成される。金属接合層６３の成膜には真空蒸着装置が用いられる。他にも、金属接合層６３の成膜にはスパッタ装置が用いられても良い。
金属放熱保持部６１に凹部６１ｃが形成される。凹部６１ｃはミーリング加工等の切削加工にて形成されても良い。他にも、凹部６１ｃは放電加工にて形成されても良い。次に、凹部６１ｃに銀粒子とワックス等のバインダーを混成した混成物が塗布される。次に、凹部６１ｃに蛍光体部６２が配置される。混成物は蛍光体部６２の金属接合層６３と金属放熱保持部６１とに挟まれる。
蛍光体部６２が配置された金属放熱保持部６１をオーブンにて加熱する。バインダーが除去され、銀粒子が焼結される。その結果、金属接合層６３と金属放熱保持部６１との間に金属多孔質接合材６４が形成される。金属接合層６３、金属多孔質接合材６４及び金属放熱保持部６１は金属結合により結合される。
従来例の１つとして、熱伝導性のある粒子を焼成して形成した多孔質に熱硬化性樹脂を含侵させる方法がある。従来例の多孔質は金属多孔質接合材６４に対応する。樹脂を含侵させた多孔質を蛍光体部６２と凹部６１ｃのない金属放熱保持部６１とで挟んで加熱することにより、樹脂が硬化される。この方法により多孔質を蛍光体部６２と凹部６１ｃのない金属放熱保持部６１とが挟む構造が形成される。多孔質と蛍光体部６２との間に金属の反射層が設置されることもある。多孔質と金属放熱保持部６１との間に金属の反射層が設置されることもある。しかし、従来例の構造の波長変換部材は本発明の金属接合層６３、金属多孔質接合材６４及び金属放熱保持部６１が金属結合された波長変換部材２３とは異なる構造である。熱硬化性樹脂により多孔質と蛍光体部６２及び凹部６１ｃのない金属放熱保持部６１が接着される。従来例の構造は樹脂が介在するため、本実施形態の金属結合と比べて熱伝導が低く、結合強度も小さい。
図６に示す比較例の波長変換部材６５は比較例の金属放熱保持部６６上に蛍光体部６２を備える。蛍光体部６２の底面６２ａに金属接合層６３が形成される。金属接合層６３と比較例の金属放熱保持部６６との間に金属多孔質接合材６４が設けられる。蛍光体部６２の側面６２ｂは空中に露出する。
本実施形態の波長変換部材２３の蛍光体部６２及び比較例の波長変換部材６５の蛍光体部６２に３００Ｗのレーザー光を照射するシミュレーションをしたときの蛍光体部６２の温度を図４に示す。シミュレーションの設定条件は次の通りである。レーザー光の照射範囲は縦２．４５ｍｍ、横２．４５ｍｍである。蛍光体部６２の大きさは縦３．５ｍｍ、横３．５ｍｍ、高さ１２０μｍである。金属接合層６３の厚みは０．３μｍである。金属多孔質接合材６４の厚みは１２０μｍである。金属放熱保持部６１及び比較例の金属放熱保持部６６の大きさは縦８ｍｍ、横８ｍｍ、厚み２ｍｍである。
シミュレーションのモデルでは金属放熱保持部６１及び比較例の波長変換部材６５の比較例の金属放熱保持部６６とヒートシンク２４との間にはそれぞれ図示しない銅板が配置される。銅板の大きさは縦３０ｍｍ、横３０ｍｍ、厚み３ｍｍである。ヒートシンク２４はアルミ板である。アルミ板の大きさは縦６０ｍｍ、横６０ｍｍ、厚み５ｍｍである。
図４に示すように、比較例の波長変換部材６５の蛍光体部６２は２０４．５℃となった。本実施形態の波長変換部材２３の蛍光体部６２は１９４．５℃となった。従って、本実施形態の波長変換部材２３の構造にすることにより比較例と比べて蛍光体部６２の温度を１０℃下げることができた。
比較例の波長変換部材６５の発光効率は４４％であった。本実施形態の波長変換部材２３の発光効率は４６．７５％であった。従って、本実施形態の波長変換部材２３の構造にすることにより比較例と比べて蛍光体部６２の発光効率を２．７５％向上させることができた。
第２実施形態
本実施形態が第１実施形態と異なるところは、波長変換部材２３がヒートシンク２４に相当する部材に埋まっている点にある。尚、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
図５に示すように、波長変換装置７１はヒートシンク７２を備える。ヒートシンク７２は第１実施形態のヒートシンク２４に相当する。ヒートシンク７２は凹部７２ａを備える。凹部７２ａの大きさは金属放熱保持部６１と略同じである。金属放熱保持部６１はヒートシンク７２の凹部７２ａに挿入される。
金属放熱保持部６１の裏面６１ｂは凹部７２ａの底面７２ｂと接触する。金属放熱保持部６１が保有する熱の一部は金属放熱保持部６１の裏面６１ｂから凹部７２ａの底面７２ｂを通ってヒートシンク７２に伝導する。
金属放熱保持部６１の側面６１ｄは凹部７２ａの側面７２ｃと接触する。金属放熱保持部６１が保有する熱の一部は金属放熱保持部６１の側面６１ｄから凹部７２ａの側面７２ｃを通ってヒートシンク７２に伝導する。従って、金属放熱保持部６１の裏面６１ｂだけがヒートシンク７２と接触するときに比べて波長変換装置７１は効率良く金属放熱保持部６１からヒートシンク７２へ熱伝導させることができる。ヒートシンク７２の凹部７２ａと金属放熱保持部６１との間の隙間には放熱用シリコン、ナノダイヤモンドグリス等の熱伝導の良いペーストを配置しても良い。さらに、効率良く放熱することができる。
２…発光装置としての第１照明装置、２３…波長変換部材、６１…金属放熱保持部、６１ｃ…凹部、６２…蛍光体部、６２ａ…底面、６２ｂ…側面、６３…金属接合層、６４…金属多孔質接合材。

Claims (5)

  1. 蛍光体部と、
    前記蛍光体部の底面及び側面に設けられた金属接合層と、
    前記蛍光体部の前記底面と、前記側面の少なくとも一部と、を覆って、前記蛍光体部を埋没させて収容する凹部を備えた金属放熱保持部と、
    前記金属接合層と前記金属放熱保持部との間に設けられた金属多孔質接合材と、を備えることを特徴とする波長変換部材。
  2. 請求項１に記載の波長変換部材であって、
    前記側面の全体が前記金属多孔質接合材で覆われ、且つ、前記側面の全体が前記凹部に埋没されていることを特徴とする波長変換部材。
  3. 請求項１または２に記載の波長変換部材であって、
    前記金属放熱保持部の線膨張係数が１５～１８×１０-6／℃であって、前記金属接合層の線膨張係数が１４．７～２４．７×１０-6／℃であることを特徴とする波長変換部材。
  4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の波長変換部材であって、
    前記金属多孔質接合材における単位体積を金属が占める割合が６０％以上７０％以下であることを特徴とする波長変換部材。
  5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の波長変換部材、を備えることを特徴とする発光装置。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011014890A (ja) * 2009-06-02 2011-01-20 Mitsubishi Chemicals Corp 金属基板及び光源装置
JP2011054759A (ja) 2009-09-02 2011-03-17 Sharp Corp 波長変換部材の保持部材とその製造方法、波長変換部材の放熱構造、発光装置
CN104588651A (zh) * 2014-10-31 2015-05-06 成都易态科技有限公司 柔性多孔金属箔及其制备方法
JP6907518B2 (ja) 2016-01-15 2021-07-21 東京エレクトロン株式会社 真空処理装置及び真空処理装置の運転方法。
US10731248B2 (en) 2016-01-15 2020-08-04 Tokyo Electron Limited Vacuum processing apparatus and operation method thereof
JP6935990B2 (ja) 2016-06-16 2021-09-15 株式会社小糸製作所 波長変換部材、発光装置および波長変換部材の製造方法
JP7319549B2 (ja) 2017-12-26 2023-08-02 日亜化学工業株式会社 光学部材、発光装置及び光学部材の製造方法
US11127930B2 (en) * 2018-12-18 2021-09-21 Wuhan China Star Optoelectronics Semiconductor Display Technology Co., Ltd. Substrate and display panel
JP7460453B2 (ja) * 2020-06-08 2024-04-02 スタンレー電気株式会社 半導体発光装置
JP7414751B2 (ja) * 2021-02-04 2024-01-16 日本碍子株式会社 半導体製造装置用部材及びその製法

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