JP6845372B2 - 光波長変換装置 - Google Patents
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Description
[1−1.構成]
図1A,1Bに示す光波長変換装置1は、光波長変換部材2と、放熱部材3と、接合部4とを備える。
光波長変換部材2は、入射した光の波長を変換する部材である。光波長変換部材2は、板状のセラミックス蛍光体21と、反射膜22と、反射防止膜23と、中間膜24とを有する。
セラミックス蛍光体21は、蛍光性を有する結晶粒子を主体とする蛍光相と、透光性を有する結晶粒子を主体とする透光相とを有するセラミックス焼結体である。
(但し、Aとして更にGdを含んでいてもよい)
B:Al(但し、Bとして更にGaを含んでいてもよい)
セラミックス蛍光体21として、上記セラミックス焼結体を使用することで、蛍光相と透光相との界面での光の散乱が起き、光の色の角度依存性を減らすことができる。その結果、色の均質性を向上できる。
反射膜22は、セラミックス蛍光体21の下面(つまり、放熱部材3側の面)に配置されている。
反射防止膜23は、セラミックス蛍光体21の上面(つまり、放熱部材3とは反対側の面)に配置されている。
中間膜24は、反射膜22の下面(つまり、セラミックス蛍光体21側とは反対側の面)に配置されている。
放熱部材3は、光波長変換部材2よりも放熱性に優れた部材である。放熱部材3は、接合部4を介して光波長変換部材2に取り付けられている。
接合部4は、光波長変換部材2と放熱部材3とを接合している。本実施形態では、接合部4は、光波長変換部材2の中間膜24の下面と、放熱部材3の上面(つまり、光波長変換部材2側の面)との間に配置され、これら2つの面を接合している。
図3に示す光複合装置10は、光波長変換装置1と、光波長変換装置1が収容されたパッケージ5とを備える。
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
[2−1.構成]
図5A,5Bに示す光波長変換装置1Aは、光波長変換部材2と、放熱部材3と、接合部4と、樹脂層6とを備える。
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
[3−1.構成]
図6A,6Bに示す光波長変換装置1Bは、光波長変換部材2と、放熱部材3Bと、接合部4とを備える。
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
以下に、本開示の効果を確認するために行った試験の内容とその評価とについて説明する。
(セラミックス蛍光体の作製)
Al2O3(平均粒径0.2μm)、Y2O3(平均粒径1.2μm)、Gd2O3(平均粒径1.1μm)、及びCeO2(平均粒径1.5μm)の粒子を、A3B5O12:Ce量が焼結体全体の30体積%になるように秤量した。
得られたセラミックス蛍光体を16mm角の平均厚さ200μmの板状に加工した。このセラミックス蛍光体の上面に反射防止膜を形成すると共に、下面に反射膜及び中間膜を形成し、光波長変換部材を得た。
上記工程で得られた光波長変換部材を3.5mm角に切断した。また、銅製の放熱部材を12mm角の平均厚さ2mmの板状に切断した。
各試料に対して、465nmの波長を有するレーザー光(つまり青色LD光)を、レンズで1mm幅まで集光して照射した。そして、各試料にて反射した光に対し、分光放射照度計(コニカミノルタ社製の「CL−500A」)によってX方向の色度値を測定した。この測定の際には、青色LD光を照射する出力密度を、0W/mm2から200W/mm2まで徐々に増加させた。
各試料の接合部を切断した断面をSEMで観察し、5000倍の断面画像を得た。この断面画像に対し、画像解析ソフト「WinROOF」を使用し、材料層と気孔とで2値化する処理を行った。この2値化した画像から気孔の面積比を算出し、接合部の気孔率とした。結果を表1に示す。
各資料に対し雰囲気温度を−50℃から150℃まで繰り返し変化させる熱サイクルを実施した。1000サイクル後に、上記耐レーザー出力性能を評価し、熱サイクル実施前の耐レーザー出力性能に対する、熱サイクル実施後の耐レーザー出力性能の比を求めた。この比としては、80%以上が好ましい。
実施例1と同じ光波長変換部材と放熱部材とを用意し、シリコーンペースト(熱伝導率0.9W/mK)、銀を含む導電ペースト(熱伝導率14W/mK)、又は半田(熱伝導率60W/mK)を用いて接合部を形成し、試料4〜6の光波長変換装置を得た。各試料における耐レーザー出力性能及び気孔率の測定結果を表1に示す。
実施例1と同じ光波長変換部材と放熱部材とに対し、銀ナノ粒子を用い気孔率を実施例1と変えた接合部を形成し、試料7〜12の光波長変換装置を得た。各試料における耐レーザー出力性能及び気孔率の測定結果を表1に示す。
Al2O3(平均粒径0.2μm)、Y2O3(平均粒径1.2μm)、Gd2O3(平均粒径1.1μm)、CeO2(平均粒径1.5μm)、Lu2O3(平均粒径1.1μm)、Sc2O3(平均粒径1.2μm)、及びGa2O3(平均粒径1.1μm)の粒子を、A3B5O12:Ce量が焼結体全体の30体積%になり、かつ、表1に示す組成となるように秤量した以外は、実施例1と同様の手順で試料13〜24の光波長変換装置を得た。各試料における耐レーザー出力性能及び気孔率の測定結果を表1に示す。
セラミックス蛍光体の平均厚み及び接合部の接合領域における平均厚みを表1に示すように変えた以外は、実施例1と同様の手順で試料25〜30の光波長変換装置を得た。各試料における耐レーザー出力性能及び気孔率の測定結果を表1に示す。なお、試料30は、接合部の強度不足により、耐レーザー出力性能が測定不能であった。
接合部の側面をフッ素系の樹脂層で被覆した点以外は、実施例1と同様の手順で試料31の光波長変換装置を得た。また、放熱部材の上面に切欠きを設けた点以外は、実施例1と同様の手順で試料32の光波長変換装置を得た。さらに、光波長変換部材の厚み方向から視た隅部に半径5mmのR加工をした点以外は、実施例1と同様の手順で試料33の光波長変換装置を得た。
<考察>
表1に示すように、接合部の熱伝導率が120W/mK以上かつ融点が240℃以上の実施例1〜4では、耐レーザー出力性能が良好であり、レーザーの高出力域まで対応できることがわかる。一方、接合部の熱伝導率が120W/mK未満かつ融点が240℃未満の比較例では、レーザーの高出力域で温度消光が発生し、高出力域への対応ができない。
Claims (6)
- 入射した光の波長を変換するように構成された光波長変換部材と、
前記光波長変換部材よりも放熱性に優れた放熱部材と、
前記光波長変換部材と前記放熱部材とを接合する接合部と、
前記接合部のうち、前記光波長変換部材及び前記放熱部材と接合されていない面の少なくとも一部を被覆する樹脂層と、
を備え、
前記光波長変換部材は、
板状のセラミックス蛍光体と、
前記セラミックス蛍光体の前記放熱部材側の面に配置された反射膜と、
を有し、
前記接合部は、気孔を有し、
前記接合部の気孔率は、40%以下であり、
前記接合部の熱伝導率は120W/mK以上であり、
前記接合部の融点は300℃以上であり、
前記樹脂層は、フッ化物系の樹脂を主成分とする、光波長変換装置。 - 前記接合部は、金、銀、銅、又はこれらの組み合わせのみから構成される、請求項1に記載の光波長変換装置。
- 前記接合部のうち、前記光波長変換部材と前記放熱部材との間に配置された接合領域の平均厚みは、1μm以上である、請求項1又は請求項2に記載の光波長変換装置。
- 前記接合部のうち、前記光波長変換部材と前記放熱部材との間に配置された接合領域の平均厚みは、前記セラミックス蛍光体の平均厚みと前記接合領域の平均厚みとの合計厚みの50%以下である、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の光波長変換装置。
- 前記放熱部材は、前記接合部と接合される面に配置された少なくとも1つの切欠きを有する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の光波長変換装置。
- 前記光波長変換部材は、厚み方向から視た少なくとも1つの隅部が丸み付けられる、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の光波長変換装置。
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