KR101823801B1 - 금속 납땜 연결부를 가지는 변환기-냉각 요소 복합체 - Google Patents

금속 납땜 연결부를 가지는 변환기-냉각 요소 복합체 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 제1 파장을 갖는 광을 제2 파장을 갖는 광으로 변환하기 위한 세라믹 변환기, 금속-함유 반사 코팅, 및 히트 싱크를 포함하는 복합체에 관한 것이다. 세라믹 변환기의 표면은, 적어도 부분적으로 금속-함유 반사 코팅으로 코팅되고, 그러한 코팅은 변환기로부터 히트 싱크 내로 열을 소산시킨다. 히트 싱크 및 금속-함유 반사 코팅은 금속 땜납 연결부에 의해서 서로 연결된다. 또한, 발명은, 세라믹 변환기, 금속-함유 반사 코팅 및 히트 싱크를 포함하는 복합체를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 방법은, 뒤따르는 방법 단계들: a) 적어도 하나의 폴리싱된 표면을 가지는 세라믹 변환기를 제공하는 단계; b) 금속 분말 및 유기 페이스트 유체를 함유하는 페이스트를 제공하는 단계; c) 페이스트를 폴리싱된 변환기 표면의 적어도 하나의 부분에 도포하는 단계; d) 페이스트를 건조시키는 단계; e) 450 ℃ 초과의 온도에서 페이스트를 소성(燒成: firing)하는 단계; 및 f) 금속 땜납을 이용하는 납땜에 의해 히트 싱크를 소성된 페이스트에 연결하는 단계를 포함한다.

Description

금속 납땜 연결부를 가지는 변환기-냉각 요소 복합체{CONVERTER-HEAT SINK COMPOSITE WITH METALLIC SOLDER CONNECTION}
본 발명은 일반적으로, 변환기-냉각 요소 복합체에 그리고 또한 변환기-냉각 요소 복합체를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 금속 연결부에 의해 냉각 요소에 연결되는, 세라믹 변환기에 관한 것이다.
통상적으로 또한 변환기로서 지칭되는, 형광 발광(fluorescence) 변환기가, 제1 파장의 광(또는 전자기적 복사)를 제2 파장의 광으로 변환시키기 위해서 이용된다.
이러한 목적을 위해, 변환기는 제1 파장을 갖는 일차적인 복사 광원에 의해서 여기된다. 일차적인 복사 광원으로부터의 광은, 변환기에 의해, 적어도 부분적으로, 제2 파장을 갖는 이차적인 복사로 변환된다. 도입된 광 에너지의 일부가 변환기 내에서 열로 변환된다. 열은 변환기 내의 과도한 온도 증가를 방지하기 위해가능한 한 효율적으로 변환기로부터 제거되어야 하며, 그렇지 않으면 그러한 과도한 온도 증가는, 이용되는 변환기 재료에 의존하여, 변환기 재료의 파괴로 이어질 수 있을 것이다. 더불어, 비교적 높은 열적 파괴 임계값을 구비하는 변환기에서도, 변환 효율이 온도가 증가됨에 따라 감소한다. 이러한 효과는 소위 "열적 담금질(quenching)"에 의해 유발된다.
전술한 부정적인 영향을 최소화하거나 회피하기 위해서, 광 변환을 위한 장치는, 예를 들어 히트 싱크(heat sink) 형태의, 냉각 요소를 일반적으로 포함하며, 그러한 냉각 요소에 의해 열이 변환기 재료로부터 소산될 수 있다. 변환기로부터의 효율적인 열 소산을 위한 결정적인 인자들은, 특히 변환기 재료의 열 전도도 및 변환기와 냉각 요소 사이의 연결부의 열 전도도이다.
WO 2009/115976 A1은, 변환기가 개별적인 섹션들로 분할되는, 광 변환을 위한 디바이스를 개시한다. 변환기 재료를 작은 개별적인 섹션들로 분할하는 것에 의해서, 변환기로부터 열 소산 요소를 통한 히트 싱크로의 신속한 열 소산이 보장되도록 의도된다. 이러한 개별적인 변환기 섹션들은, 열 전도성 및 반사상 재료와 접촉 상태에 놓인다.
종래 기술에서 설명된 냉각 요소에 대한 변환기들의 열적 연결을 위한 하나의 선택사항은, 접착제, 예를 들어 에폭시-계 접착제 또는 실리콘-계 접착제의 이용을 포함한다.
예를 들어, US 2012/0057364 A1은, 열 전도성 충진재를 함유하는 접착제에 의한 변환기의 열적 연결을 설명한다.
그러나, 접착제 층은 전체 시스템의 열적 저항에 상당히 기여하고, 그로 인해 여기 광의 허용 가능한 출력(power) 및 그에 따른 달성 가능한 광속 및 휘도를 제한한다. 또한, 접착제 연결은 일반적으로, 전체 시스템의 수명에 대한 제한 인자이다.
더불어, 변환기와 냉각 요소 사이의 연결은, 광학적 요건, 특히 충분히 큰 반사를 충족시켜야 한다. 변환기 내의 이차적인 광은 임의의 위치에서 등방형으로 방출되고, 따라서, 예를 들어 재방출식(remission) 구성에서, 이차적인 광의 광 성분들이 유용한 방향으로 방출되지 않고 냉각 요소를 향하게 된다. 이러한 광 성분들이 또한 유용해지도록 하기 위해, 이러한 광 성분들은 냉각 요소에 의해서 반사되어야 한다.
이는 종래 기술에서 거울을 이용함에 의해 달성된다. 이러한 거울은 일반적으로 (예를 들어, 실리콘 또는 에폭시 접착제를 기초로 하는) 얇은 접착제 층에 의해서 냉각 요소에 적용된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 냉각 요소 및 변환기가 서로 연결되며, 따라서 변환기와 냉각 요소 사이의 연결부가 높은 반사율을 나타내며 그리고 변환기와 냉각 요소 사이의 연결부 및 전체 시스템 양자 모두가 낮은 열적 저항 및 양호한 수명 예상치를 나타내는, 변환기-냉각 요소 복합체를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 그러한 변환기-냉각 요소 복합체를 제조하기 위한 방법을 제공한다.
본 발명의 목적은 독립항의 청구 대상에 의해 이미 달성된다. 유리한 실시예들 및 구체적인 예들이 종속항에서 특정된다.
본 발명의 변환기-냉각 요소 복합체는, 세라믹 변환기, 금속-함유 코팅 및 금속 냉각 요소를 포함한다. 세라믹 변환기의 표면은 적어도 부분적으로 금속-함유 코팅으로 직접적으로 코팅되며, 그리고 냉각 요소는 금속 납땜 연결부를 통해 금속-함유 코팅과 연결된다.
세라믹 변환기는, 제1 파장을 갖는 광을 적어도 부분적으로 제2 파장을 갖는 광으로 변환한다. 세라믹 변환기의 이용은, 고온 안정성 이외에도, 세라믹 변환기가 더불어 양호한 열 전도도에 의해 차별되기 때문에, 특히 유리하다. 큰 열 전도도는 냉각 요소를 향한 변환기 내부에서의 열 소산을 촉진한다. 그에 따라, 예를 들어, 비교적 두꺼운 변환기를 갖는 복합체를 이용할 수도 있다. 일 실시예에 따르면, 변환기는 50 ㎛ 내지 500 ㎛, 바람직하게 150 ㎛ 내지 250 ㎛의 두께를 갖는다. 사실상, 여기에서, 변환기의 두께를 감소시킴에 따라, 이 경우 변환기의 열 저항이 보다 덜 중요하기 때문에, 금속 코팅의 열 전도도의 영향 및 냉각 요소에 대한 연결부의 열 전도도의 영향이 증가한다.
세라믹 변환기의 표면은, 적어도 부분적으로 금속 코팅으로 직접적으로 코팅된다. 금속 코팅은 바람직하게, 은 원소, 금 원소, 및 백금 원소를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하며, 그리고 이는 반사적이다.
일 실시예에 따르면, 금속 코팅은, ALANOD 회사로부터의 거울의 적어도 50%의 반사율, 바람직하게 적어도 60%의 반사율, 그리고 더욱 바람직하게 적어도 75%의 반사율을 나태낸다.
종종 세라믹 변환기의 낮은 투명도(transparency)로 인해, 본 발명의 금속-함유 코팅은 그의 반사율을 결정하기 위해 세라믹 변환기 기판에 도포되지 않는 대신, 투명한 유리 세라믹 기판(CLEARTRANS)에 도포되었으며, 그리고 이어서 변환기 기판을 통한 그들의 반사 특성들이 분석되었다.
이러한 목적을 위해서, 표본들의 재방출이 적분구(integration sphere)를 이용하여 Lambda 950 분광 광도계에서 측정되었다. 기준(reference) 측정을 위해, ALANOD 회사의 고 반사 거울이 미인쇄 CLEARTRANS 기판 뒤에 배치된 표본이, 한편으로 100% 기준(RefHR)으로서 측정되었으며, 그리고 다른 한편 아무것도 없는 미인쇄 CLEARTRANS 기판이 영(zero) 기준(Ref0R)으로서 측정되었다.
스펙트럼은 이하의 규칙에 따라 각각의 파장에 대해 정규화되었다.
Figure 112016023778176-pct00001
.
ALANOD 회사로부터의 기준 거울이 98%의 반사율을 구비하게 때문에, 이러한 정규화된 반사율은 절대 반사율과 거의 동일하다.
반사율을 평가하기 위한 다른 선택사항은, 변환기 스펙트럼이 여기 광의 성분들을 여전히 포함하는 경우에, 반사기에 의해 유발되는, 컬러 좌표 또는 컬러 위치로도 또한 지칭되는, 색도(chromaticity) 좌표의 이동(shift)를 분석하는 것이다. 만약 변환기가 제1 파장을 갖는 광에 의해 조사된다면(예를 들어, 청색 광), 이러한 광은 부분적으로 흡수되며 그리고 제2의 보다 긴 파장(예를 들어, 황색 광)의 이차적인 광으로 변환된다. 이러한 광은 변환기 내부에서 등방형으로 방출된다. 변환기가 이차적인 복사를 흡수하지 않거나 거의 흡수하지 않기 때문에, 이차적인 복사의 상당한 부분이 변환기의 배면에 도달한다. 만약 반사기가 그곳에 제공된다면, 이러한 광은 방출 방향을 향해서 역으로 지향하게 될 것이며 그리고 가능하게는 몇 번의 산란 및 반사 이벤트 이후에, 특정의 색도 좌표를 구비하는 유용한 광속(luminous flux)에 기여한다. 만약 이러한 배면 반사기가 100% 미만의 반사율을 갖는다면 또는 전혀 제공되지 않는다면, 유용한 광 내의 이차적인 광의 비율은 감소하게 될 것이다. 따라서, 전술한 예에 대해, 유용한 광 내의 황색 광 성분은 감소하게 될 것이며 그리고 색도 좌표는 청색 광을 향해 이동하게 될 것이다. 따라서, 컬러 공간 색도 다이어그램 내에서의 색도 좌표의 이동은 반사기의 품질 측정이다.
따라서, 반사의 품질은 이하와 같이 정의되는, 성능 지수(figure of merit)(
Figure 112016023778176-pct00002
)에 의해서 결정될 수 있을 것이다.
Figure 112016023778176-pct00003
.
cx(측정된 표본) 값은, CIE 1931 표준 컬러 시스템에 대해 재방출식으로 결정되는 바와 같은 은-함유 코팅을 갖도록 제공되는 변환기의 색도 좌표이다. cx(RefHR)는, 98%의 반사율을 구비하는 ALANOD 거울 상에 배열되거나 도포되는 동안에 결정되는 바와 같은 변환기의 색도 좌표이다. cx(Ref0R)는, 어두운 배경부 또는 차광부(light trap) 상에 놓여있는 동안에 결정되는, 변환기의 색도 좌표이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 성능 지수(
Figure 112016023778176-pct00004
)는 40% 초과 그리고 특히 60% 초과이다.
대안으로서, 평가를 위해서 이차적인 광속을 직접적으로 이용할 수 있다. 이는, 여기 광이 거의 완전히 흡수되며 그리고 변환되며 그리고 그에 따라 그의 색도 좌표가 순수 방출 스펙트럼의 색도 좌표와 거의 동일한 변환기에 대해, 특히 적절하다. 이러한 경우에, 측정 기술의 측면에서 매우 단순한, 색도 좌표 이동 및 성능 지수(FOMCIE - cx)에 의한 평가는, 거의 존재하지 않는 색도 좌표 이동으로 인해, 더 이상 가능하지 않다.
그에 따라, 반사의 품질은, 성능 지수에 의해 대안적으로 결정될 수 있을 것이다.
FOM이차적인 광속 = ([광속]sec.(측정된 표본) - [광속]sec.(Ref0R)) / ([광속]sec.(RefHR) - [광속]sec.(Ref0R))
이차적인 광속은, 변환기로부터 측정 장치로 방출되는 전체 광속으로부터 가능하게 잔류하는 여기 광을 스펙트럼적으로 필터링함에 의해 결정된다.
FOM이차적인 광속 을 측정하기 위해 실행되는 모든 개별적인 측정에 대해, 여기 광 및 특히 그의 출력을 동반하는 변환기의 방사(irradiation)는 동일해야만 한다.
광속sec.(측정된 표본)은, 은-함유 코팅을 갖도록 제공되는 변환기의 이차적인 광속이다. 광속sec.(RefHR)은, 고 반사 기준 거울, 예를 들어 98%의 반사율을 구비하는 ALANOD 거울 상에 배열되거나 도포되는 동안의 변환기의 이차적인 광속이다.
광속sec.(RefoR)은, 어두운 배경부 또는 차광부 상에 위치하게 동안에 변환기로부터 결정되는 이차적인 광속이다.
일 실시예에 따르면, 금속 코팅의 품질 측정값 또는 성능 지수(FOM이차적인 광속)는 40% 초과이며 그리고 특히 60% 초과이다.
본 발명에 따르면, 금속-함유 코팅의 부분들이, 금속 땜납 연결부를 통해서 냉각 요소에 연결된다. 그에 따라, 본 발명의 변환기-냉각 요소 복합체는, 금속 연결부를 통한 변환기의 냉각 요소에 대한 연결을 포함한다. 본 발명에 따라 이용되는 금속들로 인해, 낮은 열적 저항을 구비하는 연결부가, 변환기와 냉각 요소 사이에 존재한다.
이는, 변환기-냉각 요소 복합체의 큰 열전달 계수(HTC)를 제공한다. 금속 코팅의 그리고 땜납 연결부의 양호한 열 전도도로 인해, 이러한 값은 특히 세라믹 변환기의 열전달 계수에 의해 유도되며, 그리고 그에 따라 그의 두께에 강하게 의존한다.
열전달 계수(HTC)는 다음과 같이 유도된다:
열적 저항(Rth)은 열 공급원과 냉각 요소 사이의 온도차 및 열 공급원으로부터 냉각 요소로 흐르는 열속(thermal flux)의 몫(quotient)이다.
Figure 112016023778176-pct00005
표면(A)을 가로질러 균일한 열속(Q)에 의해 횡단되는, 단면적(A) 및 두께(d)의 균질한 본체에 대해, 이하의 관계가 재료의 열 전도도(λ)에 대해서 적용된다.
Figure 112016023778176-pct00006
그에 따라, 열적 저항은, 열의 통과를 위해 이용 가능한 면적에 비례하여 감소하며, 그리고 접촉 지역의 두께에 비례하여 증가한다. 부가적으로, 계면들의 열적 저항들이 고려되어야만 한다.
면적-의존형 매개변수를 구체화하기 위해, 계면에서의 열 통과 및 열 전달이 포함되는, 열전달 계수(HTC)가 정의된다.
Figure 112016023778176-pct00007
전술한 바와 같이,
Figure 112016023778176-pct00008
와 같은 균질한 열속(q)에 의해 횡단되는, 두께(d)의 균질한 몸체에 대해, 이하의 관계가 적용된다:
Figure 112016023778176-pct00009
.
200　㎛ 두께의 변환기에 대해, 일 실시예에 따른 변환기-냉각 요소 복합체는, 적어도 25,000 W/m2K의 열전달 계수(HTC)를 구비한다. 다른 두께를 갖는 변환기들이 또한 본 발명에 따라 이용될 수 있을 것이다.
바람직하게, (200　㎛ 두께의 변환기를 갖는 기준 시스템에서 측정되는 바와 같은) 열전달 계수(HTC)는 25,000 내지 32,000 W/m2K 범위 이내이다.
이는 높은 광학적 출력 밀도를 실현할 수 있도록 한다. 예를 들어, 30,000 W/m²K의 HTC 및 120℃의 최대 허용 온도 차를 갖는 경우에, 열적으로 소산될 수 있는 결과적인 최대 출력은 3.6 W/mm²이다. 광학적 출력의 대략 1/3 만이 열적으로 소산되어야 하기 때문에, 최대 10 W/mm²까지의 광학적 출력 밀도가 이러한 예에서 실현될 수 있다.
나아가, 금속-함유 코팅은 높은 반사율을 나타내고, 따라서, 부가적인 거울 또는 부가적인 반사 요소들이 필요하지 않을 것이다.
본 발명에 따른 구성의 변환기-냉각 요소 복합체에 의해, 에폭시-계 접착제 또는 실리콘-계 접착제와 같은 유기 접합제(bonding agent)가 생략될 수 있다. 그에 따라, 종래 기술과 비교하여, 더 높은 열 전도도 및 수명이 달성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 금속-함유 코팅은 은-함유 코팅이다. 그의 양호한 열 전도도 및 용이한 가공성으로 인해, 은-함유 코팅의 이용이 특히 유리하다. 또한, 높은 반사율을 구비하며 그리고 유용한 광의 색도 좌표에 영향을 미치지 않거나 매우 제한적인 영향만을 미치는 코팅이, 이러한 방식으로 획득될 수 있다. 바람직하게, 코팅은, 적어도 90 중량%, 보다 바람직하게 적어도 95 중량%, 그리고 가장 바람직하게 98% 초과의 은 함량을 구비한다.
추가적인 실시예에서, 금속-함유 코팅의 층 두께는, 50 nm 내지 30　㎛, 바람직하게 2 내지 20　㎛, 그리고 보다 바람직하게 8 내지 12　㎛의 범위 이내이다.
특히, 금속-함유 코팅은 소결된 코팅이다.
본 발명의 일 실시예에서, 금속-함유 코팅은 부가적으로 유리를 함유한다. 특히, 이용되는 유리의 유리 전이 온도(Tg)는, 300 내지 600℃의 범위 이내, 바람직하게 400 내지 560℃의 범위 이내이다. 이는, 단계 c) 및 단계 e)(코팅 및 소결)를 포함하는 금속화(metallization) 프로세스 도중에, 유리 성분이 용융되는 것을 보장한다. 이러한 방식으로, 특히 변환기 표면의 젖음성(wetting)이, 뿐만 아니라 소결 프로세스에 의한 실질적으로 균질한 은 층의 형성이, 금속-함유 코팅에 대한 각각의 계면에서, 개선될 수 있다. 이것은, 결과적으로 변환기-냉각 요소 복합체의 열적 및 광학적 특징들에 관한 긍정적인(positive) 영향을 갖는다. 유리 함량은, 바람직하게 0.2 내지 5 중량%이다.
또한, 부가적으로 유리 성분을 포함하는 금속-함유 코팅의 이용은, 유리/변환기 계면에서 광학적 반사를 활용할 그리고 그에 따라 금속-함유 코팅의 반사율을 증가시킬 가능성을 제공한다. 1.4 내지 2.0 범위 이내의 굴절률(nD20)을 가지는 유리의 이용이, 보다 구체적으로 1.4 내지 1.6 범위 이내의 굴절률(nD20)을 가지는 유리의 이용이, 특히 유리한 것으로 확인된 바 있다. 이러한 후자의 유리는, 변환기에 대한 보다 큰 굴절률 차이를 나타내고, 따라서 반사율에 대한 기여가 증가하게 될 수 있다.
따라서, 본 실시예의 하나의 개선에 따르면, 금속-함유 코팅의 유리 성분은, ZnO 유리 또는 SO3 유리 또는 규산염-계 유리를 포함하며, 이는 이러한 유리들이 유리한 유리 전이 온도 및 적합한 굴절률 양자 모두를 갖기 때문이다.
PbO-풍부(rich) 유리 및 Bi2O3-풍부 유리가 또한 이용될 수 있을 것이다.
특히 바람직한 유리가, 규산염-계 유리, 특히 25 중량% 초과의 SiO2 함량을 갖는 유리이다. 그러한 유리들은, 금속 석출물(precipitate)을 생성할 수 있는, 금속을 포함하는 산환 환원 반응에 대해, 그리고 심지어 제조 프로세스의 상태 하에서, 예를 들어 금속-함유 코팅의 소성(firing) 도중에, 비활성 또는 적어도 실질적으로 비활성이고, 따라서 금속-함유 코팅 내의 유리는 매우 투명하다. 이는, 유리/금속 계면에서의 반사를 최적의 방식으로 활용할 수 있도록 한다. SiO2 함량을 변화시킴에 의해, 유리의 납땜성(solderability) 및 따라서 적절한 유리 함량을 포함하는 금속-함유 코팅의 납땜성이 조절될 수 있다. 예를 들어, 땜납의 젖음성은, SiO2 함량 증가와 더불어, 감소한다.
추가적인 실시예에 따르면, 금속-함유 코팅과 냉각 요소 사이의 땜납 연결부는, 정해진 비율의 주석-함유 무연 땜납을 함유한다. 이는, 금속-함유 코팅 또는 코팅된 변환기의 냉각 요소에 대한 양호한 열적 소통 및 충분히 안정적인 물리적 연결을 보장한다.
본 발명의 일 실시예에서, 냉각 요소는 300 W/mK 초과의 열전도도를 갖는다. 바람직하게, 냉각 요소는 구리 또는 구리-함유 재료를 포함한다. 그에 따라, 낮은 열적 저항에 더하여, 냉각 요소는 양호한 납땜성을 나타낸다. 하나의 개선예에 따르면, 냉각 요소는, 구리-함유 코어 및 그에 도포되는 코팅, 특히 "화학적 금-니켈" 코팅을 포함하는, 복합 재료로 이루어진다. 환경적 영향에 의해 야기되는 부식 효과가 그러한 코팅에 의해 최소화될 수 있다.
변환기와 냉각 요소 사이의 연결부의 열전도도는, 일차적인 광원으로부터의 방사 출력의 함수로서, 색도 좌표의 이동에 기초하여 추가적으로 평가될 수 있을 것이다. 낮은 열 전도도의 경우에, 변환기는, 비교적 낮은 방사 출력으로 이미, 변환 효율이 감소하는 그러한 범위까지 가열될 것이고, 따라서 측정되는 색도 좌표의 세기가 감소한다. 그러나, 만약 전체 시스템이 높은 열 전도도 및 낮은 열적 저항을 나타낸다면, 측정되는 색도 좌표의 세기는 널리 일정하게 유지될 것이다. 그에 따라, 열 전도의 품질이 또한 이하의 성능 지수에 의해 정의될 수 있을 것이다.
FOM열 전도도 = cy1 - cy2,
여기에서, P1 << P2 가 방사된 출력들(P1 및 P2)에 대해 적용된다는 것을 고려하여, cy1 는 방사된 출력(P1)에서 결정되는 본 발명에 따른 변환기-냉각 요소 복합체의 색도 좌표로서 가정되었고, cy2 는 출력(P2)에서 결정되는 변환기-냉각 요소 복합체의 색도 좌표로서 가정되었다. P2 는 변환기 유닛의 동작 도중에 이용되는 출력이고, P1 은, 인지 가능한 열적 담금질이 여전히 존재하지 않는, 적어도 7 배 만큼 P2 보다 낮은 출력이다.
바람직하게, FOM열 전도도 는 0.04 이하의, 가장 바람직하게 0.02 이하의 값을 취한다.
냉각 요소는 히트 싱크에 연결될 수 있거나 또는 히트 싱크로서 구성될 수 있을 것이다.
변환기-냉각 요소 복합체는, 투과식(transmission) 및 재방출식 모두로 동작될 수 있을 것이다. 변환기가 투과식으로 동작되는 실시예에서, 변환기 상의 금속-함유 코팅은 측방으로 구성되고, 즉 단지 변환기 표면의 부분들만이 금속-함유 코팅을 갖도록 제공된다. 특히, 일차적인 광원의 광선 경로 내에 위치하게 되는 변환기의 표면들은, 금속-함유 코팅을 갖지 않는다.
다른 실시예에서, 변환기-냉각 요소 복합체는 재방출식으로 동작된다. 이러한 경우에, 금속-함유 코팅은 특히 일차적인 광원으로부터 멀어지게 바라보는 변환기의 표면(들) 상에만 제공되며, 따라서 광은 반사된다.
다른 실시예에서, 변환기의 측방 표면들은 또한 금속 반사기를 갖도록 제공되며, 따라서 한편으로, 측방 표면들 상에 충돌하는 광이 변환기 내로 역으로 반사되도록 하며, 그리고 다른 한편으로, 생성되는 열이 또한 측방 표면을 통해 소산될 수 있도록 한다.
일 실시예에 따르면, 5.2　mm　x　5.2　mm의 주어진 평방 변환기 면적, 200 ㎛의 변환기 두께, 및 이러한 표면에 가로지르는 균일한 열 입력을 갖는, 변환기-냉각 요소 복합체는, 3　K/W 미만, 바람직하게 2 K/W 미만, 그리고 가장 바람직하게 1.5 K/W 미만의 열적 저항을 나타낸다.
또한, 본 발명은, 세라믹 변환기, 열 소산을 위한 금속-함유 반사 코팅, 및 열 소산을 위한 추가적인 수단으로서, 금속 땜납 연결부를 통해서 금속-함유 코팅에 연결되는 냉각 요소를 포함하는, 조립체, 또는 복합체를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은, 적어도 방법 단계 a) 내지 f)를 포함한다.
첫 번째로, 단계 a)에서, 적어도 하나의 폴리싱된 표면을 갖는 세라믹 변환기가 제공된다. 고 휘도의 일차적인 광원(예를 들어, 반도체 레이저)의 이용을 허용하는 것에 더하여, 세라믹 변환기 재료의 높은 온도 안정성은 후속 방법 단계에서 높은 프로세스 온도를 추가로 허용한다.
단계 b)는 금속-함유 페이스트를 제공하는 것을 포함한다. 금속-함유 페이스트는 유기 페이스트화 매체 내에 금속 분말을 포함한다. 특히, 이용되는 유기 페이스트화 매체는, 용매 혼합물 내의 수지 및 유기 첨가제의 용액인 및/또는 IR에 의해 건조될 수 있는(예를 들어, Johnson Matthey 650-63 IR Medium Oil-based, OKUNO 5000), 유동학적(rheological) 첨가제이다. 페이스트화 매체는 페이스트의 유동성을 조절하는 역할을 하고, 따라서 페이스트가, 예를 들어, 인쇄될 수 있다.
금속 분말은 바람직하게, 은 원소, 금 원소, 백금 원소, 및 이들의 합금들을 포함하는 그룹으로부터 선택되는, 적어도 하나의 금속을 함유한다. 특히, 특별하게 유리한 은 분말이 이용되며, 이는 은이 높은 열 전도성 및 높은 반사성 모두를 나타내기 때문이다.
일 실시예에 따르면, 단계 b)에서 제공되는 금속 페이스트는, 70 내지 90 중량%, 바람직하게 80 내지 85 중량%의 은 함량을 함유한다. 유기 페이스트화 매체의 비율은, 10 내지 30 중량%, 바람직하게 15 내지 20 중량%이다.
후속하여, 단계 b)에서 획득되는 페이스트는, 폴리싱된 변환기 표면(단계 c)의 적어도 일부분에 도포된다. 바람직하게, 페이스트는, 인쇄 프로세스에 의해, 특히 스크린 인쇄 프로세스에 의해, 변환기 표면에 도포된다. 이는, 변환기 표면 상에 측방 배열 형태의 코팅을 놀랍게도 용이하게 생성할 수 있도록 한다. 이러한 방식으로, 단지 변환기 표면의 부분들만을 인쇄할 수 있도록 하거나, 부분들을 아무것도 없는 상태로 남길 수 있다. 패드 인쇄 또는 롤 인쇄 프로세스와 같은 다른 인쇄 방법이 또한 가능하다.
단계 d)에서, 변환기 표면에 도포되는 페이스트가 건조된다. 바람직하게, 페이스트는, 150 내지 400℃ 범위 이내의 온도에서, 보다 바람직하게 250 내지 300℃ 범위 이내의 온도에서 건조된다. 이러한 방식으로, 페이스트화 매체 내에 함유된 용매가 적어도 부분적으로 제거되며, 그리고 특히 도포된 페이스트는 예비-조밀화된다(pre-densified). 건조 지속시간은 도포된 페이스트 내의 용매 함량에 의존하며 그리고 전형적으로 5 내지 30분 사이이다.
후속 단계 e)에서, 도포된 페이스트는 450 ℃ 초과의 온도에서 소성 처리되거나 굽기 처리되며, 이는 그렇게 형성되는 코팅의 변환기에 대한 양호한 열적 및 기계적 연결부로 이어진다. 더불어, 높은 소성 온도는, 금속 분말 내에 함유된 금속 입자들의 소결을 야기한다. 생성되는 소결 구조물은 비교적 큰 정도의 균질성을 구비하며, 그리고 그렇게 획득되는 코팅의 양호한 반사 특성으로 이어진다. 여기에서, 700 ℃ 내지 1000 ℃ 범위 이내의 소성 온도가 특히 유리한 것으로 확인되었다.
일 실시예에 따르면, 금속 분말은, 이용되는 소성 온도 및 이용되는 금속 분말에 의존하여, 대부분 또는 부분적으로 용융될 수 있으며, 따라서 세라믹 변환기는 계면에서 금속에 의해 젖게 된다. 추가적인 실시예에 따르면, 페이스트 내에 함유되는 금속 입자들은 단지 함께 소결된다.
페이스트의 소성 도중에, 도포된 페이스트의 유기 성분들 또는 페이스트화 매체의 잔류물이 연소된다.
단계 f)에서, 그렇게 코팅된 변환기는 땜납 연결부를 생성함에 의해 냉각 요소에 연결된다. 이러한 목적을 위해, 냉각 요소는 땜납, 바람직하게 주석-함유 무연 땜납을 이용하여, 단계 e)에서 획득되는 코팅에 납땜된다.
본 발명의 하나의 개선예에 따르면, 단계 b)에서 제공되는 페이스트는 일정 비율의 유리를 부가적으로 포함한다. 유리 함량은, 변환기 표면 상의 코팅의 보다 양호한 접착 및 금속 입자들의 서로 간의 개선된 소결 거동으로 이어진다. 나아가, 유리 함량은 금속 코팅의 납땜성에 영향을 미친다.
본 발명의 부가적인 실시예에 따르면, 금속 반사기는, 반복적으로 도포될 수 있을 것이다. 이러한 목적을 위해, 페이스트의 건조(단계 d) 이후에 또는 페이스트의 소성 처리(단계 e) 이후에, 페이스트가 다시 도포되며(단계 c), 그리고 프로세스가 전술한 바와 같이 계속된다.
일 실시예에서, 유리 함량은, 0.05 내지 8 중량%, 바람직하게 0.1 내지 6 중량%, 보다 바람직하게 0.2 내지 5　중량%이다. 이러한 유리 함량은, 한편으로 유리의 양이 변환기의 표면 상에서 코팅의 접착을 개선하기에 충분하며 그리고 다른 한편으로 코팅의 양호한 납땜성이 여전히 보장되기 때문에, 유리한 것으로 입증되었다.
이러한 경우에, 1 내지 5　㎛ 범위 이내의 입자 크기(D50)를 갖는 유리 분말의 이용이 유리하다는 것이 확인되었다. 이는, 페이스트 내의 유리 입자들의 균질한 분포 및 그에 따라 또한 단계 e)에서 획득되는 코팅 내의 유리 함량의 균질한 분포를, 보장한다.
일 실시예에 따르면, 페이스트 내에 함유되는 유리는, 300 내지 600℃ 범위 이내, 바람직하게 350 내지 560℃ 범위 이내의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는다.
바람직하게 단계 b)에서 이용되는 유리 분말은, PbO 유리, Bi2O3 유리, ZnO 유리, SO3 유리, 및 규산염-계 유리를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 유리이다. 이러한 유리들은, 그들의 연화점(softening point) 및/또는 그들의 굴절률과 관련하여 특히 유리한 것으로 입증되었다.
특히 바람직한 실시예에 따르면, 규산염-계 유리가, 특히 적어도 25 중량%의 SiO2 함량을 구비하는 규산염-계 유리가, 단계 b)에서 이용된다. 유리한 굴절률 및 연화점 이외에, 그러한 유리는, 본 발명에 따른 소성 조건(단계 e)) 하에서, 금속 및/또는 세라믹 변환기를 포함하는 산화 환원 프로세스에 대한 큰 저항을 또한 나타낸다.
본 발명의 변환기-냉각 요소 복합체는 특히, 레이저 헤드라이트 및 스포트라이트, 특히 무대 조명을 위한 스포트라이트를 위해, 이용될 수 있을 것이다. 다른 적용 분야는, 단지 하나의 방향으로만 이미지를 영사하는 프로젝터(정적인 프로젝터)뿐만 아니라 교차적인(alternating) 방향들로 이미지를 영사하는 프로젝터(스피닝 프로젝터)를 포함하는, 프로젝터들이다. 나아가, 변환기-냉각 요소 복합체는, 광학적 측정 기술에서 광원으로서 이용될 수 있다.
본 발명은 지금부터, 예시적인 실시예들에 의해 그리고 도 1 내지 도 14를 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 재방출식 배열(remission arrangement)의 접착된 변환기-냉각 요소 복합체에 대한 개략도이다.
도 2은 재방출식 배열의 본 발명에 따른 변환기-냉각 요소 복합체의 제1 실시예에 대한 개략도이다.
도 3은 투과식 배열의 본 발명에 따른 변환기-냉각 요소 복합체의 제2 실시예에 대한 개략도이다.
도 4는 투과식 배열의 본 발명에 따른 변환기-냉각 요소 복합체의 제3 실시예에 대한 개략도이다.
도 5는 접착된 변환기-냉각 요소 복합체(도 5a)의 그리고 본 발명에 따른 변환기-냉각 요소 복합체(도 5b)의 온도 안정성 및 출력 안정성에 대한 비교 그래프를 도시한다.
도 6a 및 6b는, ALANOD 거울을 갖거나 갖지 않는 유사한 비-코팅된 변환기들과, 본 발명에 따라 코팅된 변환기의 색도 좌표(도 6a) 및 이차적인 광속(도 6b)에 대한 비교 그래프를 도시한다.
도 7 및 도 8은, 금속-함유 코팅의 유리 함량이 상이한, 본 발명의 상이한 실시예들에 대한 단면 SEM 이미지들이다.
도 9는 투명한 유리 세라믹 기판들 상에서의 금속-함유 코팅들의 상이한 실시예들의 반사율 측정에 대한 그래프를 도시한다.
도 10은 다양한 유리의 굴절률 및 유리 전이 온도를 도시하는 그래프이다.
도 11은 열전달 계수(HTC)를 결정하기 위한 실험적인 모형을 개략적으로 도시한다.
도 12는 열전달 계수(HTC)의 결정 도중에 저항기들을 측정하는 개략적인 배열을 도시한다.
도 13 및 도 14는 색도 좌표에 기초하여 평가된 바와 같은 금속 코팅을 갖는 변환기들의 상이한 실시예들에 대한 품질을 도시한다.
도 1은 재방출식 배열의 종래 기술로부터 공지된 변환기-냉각 요소 복합체를 개략적으로 도시한다. 이 경우에, 변환기(2)는, 접착제 층(3)에 의해, 일차적인 광원(1) 반대 측면 또는 일차적인 광원(1)으로부터 멀어지게 바라보는 측의 거울(4) 상에 적용되며, 그리고 거울은 냉각 요소(5)에 연결된다. 거울(4)은, 변환기(2) 내부에서 생성되는 이차적인 광(6) 및 일차적인 광(1)의 미흡수된 부분이 반사되는 것을 보장한다.
도 2는, 재방출식 배열의, 본 발명에 따른, 이하에서 변환기-냉각 요소 조립체로도 지칭되는, 변환기-냉각 요소 복합체의 실시예를 개략적으로 도시한다. 여기에서, 변환기(2)는, 일차적인 광원(1)으로부터 멀어지게 바라보는 표면 상에 금속-함유 코팅(7)을 갖도록 제공된다. 금속-함유 코팅(7) 및 냉각 요소(5)는 땜납 연결부(8)를 통해 서로에 대해 연결된다. 금속-함유 코팅(7)은 반사적이며 그리고 그에 따라 도 1에 도시된 거울(4)을 대체한다.
도 3 및 도 4는 투과식 배열의 본 발명에 따른 변환기-냉각 요소 복합체의 2개의 실시예에 대한 구조를 도시한다. 이 경우에, 변환기 표면 상의 금속-함유 코팅(7)은 측방으로 구성되며, 특히 금속-함유 코팅(7)은 광선 경로 내에 도포되지 않는다.
도 3에 도시된 실시예에서, 변환기(2) 상에 도포되는 금속-함유 코팅(7)은, 예를 들어, 일차적인 광원을 바라보는, 변환기의 측면 상에서, 땜납 연결부(8)를 통해 냉각 요소(5)에 연결되지 않는 부분들을 구비한다. 이 경우에, 금속-함유 코팅(7)은 복사를 반사시킴에 의해 이차적인 복사(6)가 변환기(2)의 측방 표면들로부터 방출되는 것을 방지한다. 부가적으로, 도 3에 도시된 바와 같은 금속-함유 코팅(7)의 측방 배열 형태가 높고 균일한 열 소산을 달성한다.
도 4는, 변환기(2)가 원뿔-형상인, 투과식 배열의 실시예를 개략적으로 도시한다. 원뿔의 측방 표면들은 금속-함유 코팅을 갖도록 제공되며, 그러한 금속-함유 코팅은 결과적으로 땜납 연결부(8)를 통해 냉각 요소에 연결된다.
도 5a 및 5b는, 상이한 온도들에 대한 방사된 레이저 출력의 함수로서, 변환기의 색도 좌표의 이동을 도시한다. 도 5a는 도 1에 도시된 바와 같은 통상적인 변환기-냉각 요소 복합체의 온도/출력 특성을 도시하고; 도 5b는 도 2에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 변환기-냉각 요소 복합체의 실시예의 온도/출력 특성을 도시한다. 각각의 경우에, 이용된 변환기들은 동일한 조성 및 두께를 갖는다.
작은 여기 지점 상으로 방사되는 레이저 출력의 함수로서의 색도 좌표의 이동은, 열 전도도를 평가하기 위해서 이용될 수 있다. 낮은 열 전도도의 경우에, 변환기는, 변환 효율을 감소시키며 그리고 측정된 색도 좌표를 감소시키는 그러한 범위까지, 비교적 적은 방사 출력에서 미리 가열될 것이다. 개선된 열 전도도의 경우에, 색도 좌표는, 큰 레이저 출력의 경우에도, 높은 레벨에서 유지될 것이다.
이러한 차이는, (결과적으로 열적 그리스(thermal grease)에 의해 냉각 요소에 연결되는 거울 상의) 접착된 변환기의 본 발명에 따른 납땜된 실시예와의 비교를 도시하는, 도 5a 및 5b에서 확인될 수 있으며, 냉각 요소의 동일한 온도(85 ℃ 또는 120 ℃)에서의 거동을 비교할 때, 본 발명에 따른 실시예의 컬러 좌표(및 그에 따른 변환 효율)의 강하는, 접착된 변형예에서 보다 상당히 더 높은 레이저 출력에서만 발생한다. 85　℃의 냉각 요소의 온도에서, 0.02 초과의 컬러 좌표의 강하(Dcy)가 접착된 변형예의 경우에 대략 1000　mA의 레이저 전류에서 발생하는 가운데, 본 발명에 따른 해법에서 컬러 좌표의 강하는 1400 mA의 최대 가능 레이저 전류에서도 여전히 0.02 미만이다. 120 ℃의 냉각 요소의 온도에서, 0.02 초과의 색도 좌표의 강하는, 접착된 변형예의 경우에, 대략 820　mA의 레이저 전류에서 이미 생성되는 가운데, 본 발명에 따른 실시예의 경우에, 이는 1200 mA의 경우에만 그러하다.
표 1은, 균질한 열 입력을 갖는, 도 1에 따른 통상적인 변환기-냉각 요소 복합체에 대한 그리고 도 2에 따른 발명에 따른 변환기-냉각 요소 복합체의 실시예에 대한 열적 저항의 개산(槪算)을 도시한다.
성분 열적 저항 열 전도도 단면적 두께
R_th = l/(λ*A) λ A I
[K/W] [W/mK] [mm2] [㎛]
종래 기술
변환기(d=200mm) 3.33333 6 10 200
접착제 연결부
(d=10㎛)		 3.33333 0.3 10 10
히트 싱크(d=1mm) 0.00033 300 10 1
전체 복합체 6.7
금속 연결부
변환기(d=200mm) 3.33333 6 10 200
금속화(d=10㎛) 0.02500 40 10 10
땜납 연결부
(d=100㎛)		 0.01667 60 10 10
히트 싱크(d=1mm) 0.00033 300 10 1
전체 복합체 3.4
종래 기술 변환기 조립체에 대한 그리고 발명에 따른 해법에 대한 열적 저항의 개산
도 6은, 개별적으로 반사기를 갖는 그리고 반사기를 갖지 않고 금속-함유 코팅을 갖는 변환기-냉각 요소 복합체들에 대한 색도 좌표(도 6a) 및 이차적인 광속(도 6b)의 비교를 도시한다.
내부 세라믹/반사기 계면에서의 페이스트 반사기의 반사 특성의 평가는, 세라믹이 높은 굴절률 및 약간의 다공성 표면을 구비하는 반투명 매체이기 때문에, 하찮은 것이 아니다. 따라서, 유사한 굴절률의 투명 기판(예를 들어, 사파이어 또는 CLEARTRANS® 유리 세라믹)에 대한 평가가 대표적인 것으로 가정될 수 없다.
도 6a는, 반사기에 의해 야기되는 색도 좌표의 이동을 기초로 하는 평가를 도시하며: 변환기가 청색 광(예를 들어, 450 nm의 파장)에 의해 조사될 때, 이러한 광은 완전히 또는 부분적으로 흡수될 것이고, 예를 들어, 황색의 이차적인 광으로 변환될 것이다. 이러한 광은 변환기 내에서 등방형으로 방출된다. 변환기가 이차적인 복사를 흡수하지 않거나 거의 흡수하지 않기 때문에, 그 상당한 부분이 변환기의 배면에 도달한다. 만약 그곳에 반사기가 제공된다면, 이러한 광은 방출 방향을 향해 역으로 지향하게 될 것이며 그리고, 가능하게는 복수의 산란 및 반사 이벤트 이후에, 특정 컬러 위치를 갖는 유용한 광속에 기여할 것이다. 만약 이러한 배면 반사기가 100% 미만의 반사율을 갖는다면 또는 전혀 제공되지 않는다면, 유용한 광 내의 황색 광의 비율이 감소하게 되며, 그리고 컬러 위치는 청색 광을 향해 이동하게 것이다. 그에 따라, 컬러 공간 색도 다이어그램(예를 들어, CIE1931/2° 관찰자(observer)) 내의 컬러 좌표의 이동은, 반사기의 품질 측정값이다. 신뢰할 수 있는 평가를 위해, 변환기는 충분한 두께를 구비하며 그리고 형광 활성 사이트(site)로 충분히 도핑되어서, 모든 청색 광이 변환기 두께에 걸쳐 흡수되도록 해야 한다. 그러나, 반사기가 여전히 청색 광의 성분들을 반사하는 경우에도, 색도 좌표의 이동은 적합한 측정이다. 컬러 위치 이동 기반의 평가의 장점은, 작은 출력에서 측정되는 컬러 위치가, 여기 출력와 독립적이며 그리고 측정 기술의 측면에서 용이하게 접근할 수 있는 측정이라는 것이다. 그러나, 이는, 여기 광의 충분한 비율을 재방출시키는 변환기들에 대해서만 적합하다.
도 6a는, 한편으로, 매우 고 반사성의 금속 거울(ALANOD Miro Silver) 상에 놓이는 동안, 그리고 다른 한편으로 검은 패드 상에 놓이는 동안, 각각의 경우에 재방출식에서 측정된, 450 nm 파장의 청색 레이저 광에 의해 조사된 200 ㎛ 두께의 변환기의 색도 좌표를 도시한다. 이러한 색도 좌표는, 고 반사 거울의 경우에 대한 그리고 거울이 제공되지 않는 경우에 대한, FOMCIE - cx 의 의미에서의 기준 색도 좌표를 나타낸다. 금속 코팅을 갖는 동일한 변환기 상에서 측정된 색도 좌표는 2개의 기준 값들 사이에 위치하게 된다. 색도 좌표 데이터로부터 계산되는 바와 같은 FOMCIE-cx 은 66　%이다.
그에 따라, 금속-함유 코팅은, 검은 배경부와 비교될 때, 상당히 증가한 반사율을 나타내지만, ALANOD 기준 거울 만큼 높은 반사성은 아니다. 그러나, 변환기-냉각 요소 복합체는 실질적으로 더 양호한 열적 연결부를 갖는다.
도 6b는 이차적인 광의 광속에 기초한 금속 코팅의 평가에 대한 대안적인 가능성을 보여준다. 그러한 예에서, 측정은, 카메라 광학장치에 의해, 분광 광도계가 특정 공간 각도에서 변환기 표면 상의 측정 지점으로부터 방출되는 광속을 캡쳐하는, 휘도 카메라에 의해 실시되었다. 이어서, 캡쳐된 스펙트럼으로부터, 이차적인 광 성분 및 여기 광이 계산에 의해 분리되고, 따라서 FOM이차적인 광속 을 계산하기 위한 입력 변수가 결정될 수 있도록 한다. 본 예에서, FOM이차적인 광속 은 59% 이다. 입력 변수를 측정할 때, 특별한 주의가 동일한 여기 출력을 갖도록 하기 위해 기울여져야만 한다. 나아가, 이차적인 광 성분과 여기 광의 분리가 필터에 의해 달성되거나, 광속 또는 광속의 일부가 다른 측정 배열 형태에서 캡쳐되는 측정 모형(measurement setup)이 생각될 수 있다.
도 7은 소결된 은-함유 코팅(10)을 갖는는 세라믹 변환기(9)의 단면 SEM 이미지들(FIB 섹션)을 도시한다. 코팅(10)의 두께는 각각 9　㎛(도 7a) 및 11　㎛(도 7b)이다. 도 7a 및 7b의 코팅들은, 코팅 내의 유리 함량이 상이하다. 도 7a에 도시된 바와 같은 코팅(10)은 유리를 포함하지 않는 가운데, 도 7b의 페이스트 내의 유리의 비율은 0.5 중량%이다. 방향 대비(orientation contrast)로부터, 페이스트의 본래 입자 구조가 인지될 수 있다. 코팅은 소결된 구조를 가지며, 여기에서 소성 이전에 존재하였던 금속 입자들은 큰 범위까지 함께 소결되며, 따라서 코팅은 비교적 높은 정도의 균질성을 나타낸다. 은-함유 코팅과 세라믹 변환기 사이의 계면(11)에 주로 위치하게 되는, 캐비티들(12) 또는 소위 공극들이, 프로세스에 관련된다.
도 7a에서, SiO2-텅스텐 층(16)을 확인할 수 있고, 그러한 층은 단면 이미지의 품질을 개선하기 위해 FIB에 의한 단면 준비 이전에 도포되지만, 금속 반사기의 부분은 아니다.
도 8a 내지 도 8c는, 은-함유 코팅(10)을 구비하는 세라믹 변환기(9)의 단면 SEM 이미지(FIB 섹션)을 또한 도시하고, 도 8a 내지 도 8c 에서의 코팅들은 코팅의 유리 함량이 상이하다. 도 8a에 도시된 바와 같은 코팅은 유리를 포함하지 않는 가운데, 도 8b 및 도 8c 에서의 페이스트의 유리 함량은 각각 0.5 중량% 및 1.5 중량% 이다.
유리-함유 코팅들(도 7b, 도 8b, 도 8c)은, 유리가 없는 코팅들(도 7a 및 도 8a) 보다 코팅과 변환기 표면 사이의 계면에서 더 양호한 표면 접촉을 나타낸다. 그에 따라, 유리 함량은 변환기 표면에 대한 코팅의 개선된 접착을 제공한다. 이는 또한, 유리-함유 코팅의 경우에 형성되는, 유리 거싯(gusset)(13)으로부터 또한 자명하다. (이온 빔 식각에 의한 단면 준비로 인한) 준비 인공물(artifact)로서, 부가적인 층이 공극들 내에 침착되고(deposited), 이는 재료 대비로 인해 유리 보다 밝게 드러난다(예를 들어, 이러한 층이 유리 거싯 상에 배치되는 이미지의 우측 에지 상에서의 도 8c, 또는 얇은 층이 은-함유 층의 공극들의 내측 벽들 상에 확인될 수 있는 도 8a 참조).
더불어, 유리 함량은 금속 입자들의 서로에 대한 더 양호한 소결로 이어진다.
도 9는, 투명한 유리 세라믹 기판 상에서의 본 발명에 따른 금속-함유 코팅의 상이한 실시예들에 대한 그리고 상응하는 기준 표본들에 대한, 정규화된 반사율 스펙트럼들을 도시한다.
세라믹 변환기가 투명하지 않기 때문에, 세라믹 변환기 상의 페이스트 반사기의 평가가 어렵다. 그에 따라, 이용되는 유리의 함량 또는 유리 조성과 관련하여 상이한, 상이한 은-함유 코팅들이 투명한 유리 세라믹 기판(CLEARTRANS) 상에 도포되었으며 그리고 이어서 기판을 통한 그들의 반사 특성들에 대해 실험되었다. 이러한 목적을 위해서, 표본들의 재방출이, 분광 광도계 Lambda 950에서 측정되었다. 기준 측정으로서, 고 반사 ALANOD 은 거울이 미인쇄 CLEARTRANS 기판 뒤에 배치된 표본이, 한편으로 100 % 기준(RefHR)으로서 측정되었으며, 그리고 다른 한편으로 영의 기준(Ref0R)으로서 아무것도 없는 미인쇄 CLEARTRANS 기판이 측정되었다.
스펙트럼의 정규화가 아래의 규칙에 따라 각각의 파장에 대해서 실행되었다
Figure 112016023778176-pct00010
.
측정들은, 이용된 예시적인 실시예들에서, (은 거울의 반사에 기초하여) 83% 초과의 반사율들이 달성될 수 있다는 것을 보여준다. 반사율 값들은, 유리 함량 및 조성에, 그리고 그에 따라 이용되는 유리의 굴절률에 의존한다.
예시적인 실시예 1은 유리를 함유하지 않는 가운데, 예시적인 실시예 2 및 3의 코팅들은 각각, [단계 b)에서, 즉 소성 처리 이전에, 제공되는 페이스트에 기초하여] 0.5 중량% 및 1.5 중량% 규산염 유리를 포함한다. 예시적인 실시예 4는 Bi2O3-계 유리를 함유하며 그리고, 유리의 굴절률로 인해 그리고 경우에 따라 계면에서 산화 환원 반응을 발생시킴으로 인해, 실질적으로 낮은 반사율을 나타낸다.
도 10은 뒤따르는 예시적인 실시예에서 이용되는 다양한 유형의 유리의 굴절률 및 유리 전이 온도 사이의 관계를 보여주는 그래프이다.
표 2는, 이용된 유리의 유형 및 유리 함량과 관련하여 상이한, 다른 예시적인 실시예 A 내지 실시예 I를 도시한다. 지시된 바와 같은 중량 비율은, 단계 b)에서 제공되는 페이스트를 참조한다. 열거되지 않은 나머지의 조성은, 유기 페이스트화 매체이다.
번호 유리 성분 Tg (℃) 유리 함량
(중량%)		 은 함량
(중량%)
A 없음 0 85%
B SiO2A
SiO2-풍부		 549 0.2% 85%
C SiO2A
SiO2-풍부		 549 0.5% 84%
D SiO2A
SiO2-풍부		 549 1.5% 82%
E SiO2B
SiO2-풍부		 433 0.5% 84%
F Bi2O3A
Bi2O3-풍부		 365
 5.0% 84%
G ZnOPA
ZnO/P2O5-풍부		 455
 2.6% 83%
H ZnOBA
ZnO:B2O3-풍부		 476
 1.9% 83%
I SO3A
SO3-풍부		 343
 1.7% 83%
유리 분말 성분 및 페이스트의 조성을 열거하는, 예시적인 실시예들에 대한 세부사항
이하에서, 실시예 A 내지 실시예 I의 유리 조성이 열고된다(중량 백분율):
SiO2A, SiO2-부화
Figure 112016023778176-pct00011
SiO2B, SiO2-부화
Figure 112016023778176-pct00012
Bi2O3A, Bi2O3-부화
Figure 112016023778176-pct00013
ZnOPA, ZnO/P2O5-부화
Figure 112016023778176-pct00014
ZnOBA, ZnO:B2O3-부화
Figure 112016023778176-pct00015
SO3A, SO3-부화
Figure 112016023778176-pct00016
도 11은 변환기(2) 내로의 (예를 들어, 레이저 지점을 통한) 국부적인 열 입력(1)을 동반하는 복합 변환기-냉각 요소 복합체의 구조를 개략적으로 도시한다.
이러한 복합체에서, 200 ㎛ 두께의 변환기가, 일차적인 광원(1)으로부터 멀어지게 바라보는 표면 상에서 금속-함유 코팅(7)으로 코팅되며, 그리고 금속-함유 코팅(7)은 금속 땜납 연결부(8)(도 11에 도시되지 않음)를 통해 공간적으로 제한된 냉각 요소(5)에 연결된다. 냉각 요소(5)는 히트 싱크(14)에 연결된다. 열속이 화살표들(15)에 의해 표시된다.
화살표들(15)은 변환기-냉각 요소 복합체 내에서 열속의 팽창을 도시한다. 일차적인 광원(1)으로서의 레이저의 이용으로 인해, 열 입력이 빔 지점(약 200　㎛의 반경)에 의해 국부적으로 제한된다. 열속의 팽창은 세라믹 내부에서 이미 발생하며, 따라서 열속 밀도가 냉각 요소에 대한 계면에서 이미 감소하게 된다. 냉각 요소 내에서, 열속은 추가적으로 팽창되고, 따라서 냉각 요소와 실제 히트 싱크 사이의 열전달 계수(HTC)가, 큰 접촉 면적으로 인해, 이러한 연결부의 열악한 열전달 계수(HTC)의 경우에도 용인될 수 있다.
따라서, 그러한 복합체로부터 결정되는 열적 저항은, 국부적인 열 입력의 경우에 전체 복합체의 실제 열적 성능에 대한 성능 지수 만을 나타내고, 그러한 열적 저항은 변환기의 두께 및 레이저 지점의 기하 형태에 강하게 의존할 것이다. 그러나, 그러한 복합체로부터 결정되는 바와 같은 열적 저항은, 그의 적용과 무관하게, 변환기-냉각 요소 복합체를 평가하는데 적합하지 않다.
도 12는, 도 2에 도시된 바와 같은 변환기-냉각 요소 복합체의 열적 저항이, 변환기-냉각 요소 복합체가 그 내부에서 동작하는 광학적 복합체와 무관하게, 평가될 수 있도록 하는 모형을 개략적으로 도시한다. 측정되는 디바이스(예를 들어, 납땜된 변환기)의 열적 저항을 결정하기 위해, 이러한 디바이스는, Cu 캐리어(carrier)에 납땜되며, 일단부에서 열 공급원에 그리고 타단부에서 히트 싱크에 접촉하게 된다. 열속은 "열적 측정 저항기"에 의해 결정된다.
측정 모형에서, 온도 측정 지점들(T1/T2)이 상부 측정 저항기 내에서 열속을 결정하기 위해 이용될 수 있다. 온도 측정 지점들(T5/T6)은 하부 측정 저항기의 측정 지점들이다.
그들 사이에, 측정될 디바이스가, 온도 측정 지점(T3 및 T4)을 갖는 2개의 Cu 캐리어 사이에 배열되고, 그 곳에서 온도 차이(T3-T4)가 결정된다. 이것은 도 12에 도시된다.
열속 및 온도 차이의 몫은, 측정되는 디바이스의 열적 저항이다.
측정되는 디바이스의 표면적으로 나눈 열적 저항의 역수(reciprocal)는, 열전달 계수(HTC)를 제공한다.
측정될 이하의 장치들이 이용되었다:
- 측정 1: Cu 캐리어(T3/T4)에 납땜된 5.2mm x 5.2mm 크기의 세라믹 변환기들로서, 그러한 변환기들은 차례로 2-성분 접착제에 의해 상호 연결되었다.
- 측정 2: 2-성분 접착제에 의해 직접적으로 연결된 Cu 캐리어들(T3/T4).
이러한 실험적 모형에 의해, 변환기-냉각 요소 복합체의 열적 저항은, 0.5*(측정 1의 열적 저항 - 측정 2의 열적 저항)에 의해 주어진다.
열속을 측정하기 위한 열적 측정 저항기는, 스틸 1.4841(재료 명칭 X 15 CrNiSi 25 20)으로 이루어진다. 그러한 저항기는, 10mm의 직경, 10mm의 길이, 및 7mm의 간격의 열전쌍들을 위한 2개의 보어를 구비한다. 7 mm의 간격을 갖는 이러한 열전쌍들을 가로질러 온도차가 측정되고, 그러한 온도차는 이어서 스틸의 재료 데이터로부터 계산되는 열적 저항을 이용하여 열속으로 변환될 수 있다. 이러한 "측정 저항기"의 열적 저항은, 최대 100℃까지의 범위 이내에서 저항기의 온도에 의존하여, 7.5 내지 10 K/W 사이이다. 표 4는 온도로부터의 측정 저항기의 열적 저항의 의존성을 보여준다.
열 전도도 [W/m*K] 길이
[mm]		 직경
[mm]		 면적
[mm2]		 열적 저항
[K/W]		 HTC
[W/m2K]
11.9 7 10 78.54 7.49 1700
13.3 7 10 78.54 9.57 1330
측정 저항기의 예상되는 열적 저항의 개산
온도[℃] 열 전도도 [W/m*K]
20 11.9
100 13.3
200 15.1
300 16.7
400 18.3
500 19.8
600 21.3
700 22.8
800 24.3
900 25.7
1000 27.1
측정 저항기의 열 전도도
복합체 재료 열 전도도 [W/m*K] 길이 또는 두께
[mm]		 직경[mm] 면적
[mm2]		 열적 저항[K/W] HTC
[W/m2K]
OC
(200 ㎛)
접착됨		 OC 6 0.2 5.2 x 5.2 27.04 1.23 30,000
실리콘 접착제 0.3 0.01 5.2 x 5.2 27.04 1.23 30,000
실리콘 접착제를 가지는 OC 5.2 x 5.2 27.04 2.47 15,000
OC
(200 ㎛)
납땜됨		 OC 6 0.2 5.2 x 5.2 27.04 1.23 30,000
Ag 페이스트 반사기 430 0.005 5.2 x 5.2 27.04 0.00 86,000,000
땜납 층 67 0.08 5.2 x 5.2 27.04 0.04 837,500
OC 납땜됨 5.2 x 5.2 27.04 1.28 28,963
OC
(50 ㎛)
접착됨		 OC 6 0.05 5.2 x 5.2 27.04 0.31 120,000
실리콘 접착제 0.3 0.01 5.2 x 5.2 27.04 1.23 30,000
실리콘 접착제를 가지는 OC 5.2 x 5.2 27.04 1.54 24,000
OC
(50 ㎛)
납땜됨		 OC 6 0.05 5.2 x 5.2 27.04 0.31 120,000
Ag 페이스트 반사기 430 0.005 5.2 x 5.2 27.04 0.00 86,000,000
땜납 층 67 0.08 5.2 x 5.2 27.04 0.04 837,500
OC 납땜됨 5.2 x 5.2 27.04 0.35 104,961
평가된 변환기-냉각 요소 복합체의 열적 저항 및 HTC ( OC = 옵토세라믹 (optoceramic))
표 5는, 이제까지 이용된 통상적인 시스템(실리콘으로 접착된, 200㎛ 두께의 세라믹 변환기)에 대한, 변환기의 열적 저항 및 실리콘 접착제 연결부의 저항이 대략 동일하다(1.23 K/W)는 것을 보여준다.
대조적으로, 금속 땜납 연결부를 갖는 본 발명에 따른 변환기-냉각 요소 복합체에서, 열적 저항은 변환기의 저항에 의해 결정되며, 따라서 변환기 복합체의 열적 저항은, 접착된 구현예와 비교되는 납땜으로 인해, 거의 절반이 된다.
변환기가 더 얇을수록, 연결 층 자체의 열 전도도의 차이가 더욱 결정적이 되는데, 이는 이 경우에 변환기의 저항이 덜 중요하기 때문이다. 단지 50 ㎛의 두께를 갖는 변환기의 경우, 납땜된 실시예의 열적 저항은 이미, 접착된 변형예의 열적 저항 보다 4배 초과로 더 작다.
(예를 들어, 레이저 지점을 통한) 매우 국부적인 열 도입의 경우에, 열 전도에 기여하는 것은, 더 이상 변환기의 전체 면적이 아니라, 레이저 지점의 크기에 의해 대략적으로 주어지는 섹션이라는 것이 관찰되었다. 이 경우에, 열적 저항에 대한 세라믹의 상대적인 기여가 더 크고, 빔 지점은 더 작다. 이것은 표 6에 예시된다.
재료 열 전도도
[W/m*K]		 길이 또는 두께
[mm]		 직경
[mm]		 면적
[mm2]		 열적 저항
[K/W]		 HTC
[W/m2K]
옵토세라믹 6 0.2 5.2 x 5.2 27.04 1.2 30,000
옵토 세라믹(빔 지점 D=0.4) 6 0.2 0.4 0.13 265.3 30,000
옵토 세라믹(빔 지점 F=0.08) 6 0.2 0.08 416.7 30,000
빔 지점 크기로부터의 열적 저항의 의존성
도 13은, 상이한 유리 성분들을 포함하는 페이스트들에 대한, 금속 반사기에 의해 야기되는 바와 같은 CIE 1931 컬러 공간 내에서의 색도 좌표의 이동을 도시한다. 금속화 이전에 고 반사 ALANOD 거울(R = 98　%) 상에서 측정된 표본들의 측정 데이터가 상부 우측 타원(HR 기준 측정) 내에 위치하게 된다. 동일한 그러나 상이한 금속 코팅을 갖는 표본들의 측정 데이터가 보다 좌측이자 하부의 타원 내에 위치하게 된다. 색도 좌표 이동(Dcx)은 하나의 표본에 대해서 예시되었다. 어두운 배경부 상에서의 또는 차광부 상에서의 변환기들의 어두운 기준 측정에 대한 색도 좌표가 이 경우에 이용될 수 없기 때문에, FOMCIE - cx(도 6 참조)가 이 경우 계산될 수 없다. 그러나, 모든 표본이, 동일한 변환기 재료 및 동일한 두께의 금속화된 변환기를 포함하기 때문에, 색도 좌표 이동(Dcx)은 이 경우에 반사기들을 평가하기에 적절하다.
또한, 금속 코팅에 이전에 그리고 그 이후에 변환기들의 컬러 위치들이 직선 상에 위치하게 되지 않는다는 것이 명백하다. 이는, 금속 반사기가 여기 광과 이차적인 광 사이의 비율에 대해 영향을 미칠 뿐만 아니라, 본 예에서 부가적으로 적색 컬러 성분들의 상대적인 증가로 이어지며 그리고 그에 따라 금속 코팅을 갖도록 제공되는 변환기들의 컬러 위치 라인의 CIE 1931 색도 다이어그램 내에서의 우측 및 하향으로의 치우침을 야기한다는 것을, 의미한다. 이는, 도 9에서 또한 확인될 수 있는, 이차적인 스펙트럼의 더 짧은 파장의 스펙트럼 성분들가 비교하여, 더 긴 파장의 스펙트럼 성분들의 더욱 강한 반사에 의해 야기된다. 이러한 효과는, 예를 들어 금을 함유하는 다른 금속-함유 코팅의 경우에 보다 더 현저할 수 있으며, 따라서 금속-함유 코팅은 변환기-냉각 요소 복합체의 색도 좌표를 선택적으로 제어하기 위해 이용될 수 있다.
도 14는, 금속 반사기에서 이용되는 유리 시스템의 함수로서, 도 13의 결정된 컬러 위치 이동(Dcx)을 도시한다. 작은 컬러 위치 이동이 양호한 반사기에 대한 특성이다. 유리 함량이 없는 Ag 코팅에 더하여, 규산염 유리에 기초하게 되는 반사기들이 최상의 반사 특성을 나타낸다.
예시적인 실시예 : 납땜에 의한 금속-함유 코팅 및 냉각 요소의 연결
구리 냉각 요소들 또는 니켈-금 층에 의해 부식에 대항하여 보호되는 구리 냉각 요소들이 표본 홀더 내에 배치되고, 따라서 납땜될 표면은 수평적으로 정렬되며 표본 홀더와 사실상 동일 높이에 놓인다. 이어서, 100 ㎛의 두께를 갖는 땜납 마스크가 그 위에 놓이게 되며, 그리고 조절 핀들을 이용하여 정렬된다. 땜납 페이스트(Heraeus F169 SA40C5-86 D30)가 땜납 마스크 상에 도포되며 그리고 닥터 나이프(doctor knife)에 의해 개구들 위로 펼쳐진다.
땜납 마스크를 상승시킨 이후에, 세라믹 변환기들이 그렇게 형성된 땜납 페이스트 영역들 상에 배치된다. 이어서, 고정 도구가 표본 홀더 상에 배치될 수 있으며, 그리고 전체 복합체가 가열 플레이트 상에 배치된다. 땜납이 (215 ℃에서) 연화된 후에, 전체 복합체는, 20초의 유지 시간 이후에, 가열 플레이트로부터 제거된다. 냉각 이후에, 표본들은, 잔류 플럭스 작용제(residual flux agent)가 제거되도록 할 필요가 있다. 이는, 40 ℃의 에탄올 내의 초음파 욕(bath) 내에서 그리고 10분의 노출 지속시간으로 달성된다.
금속 반사기를 구비하는 변환기들을 납땜할 때, 납땜성이 페이스트 내에 이용되는 유리의 양에 크게 의존한다는 것이 명백하다. 예를 들어, 규산염 유리 함량을 갖는 Ag 페이스트는, 1.5 중량%의 비교적 높은 유리 함량의 경우에, 납땜 프로세스 도중에, 불량한 젖음성을 나타낸다. 유리 함량이 감소함과 더불어, 젖음성이 개선된다. 심지어 유리가 없는 Ag 페이스트가 탁월한 젖음성을 나타낸다. 그러나, 유리가 없는 Ag- 페이스트의 경우에, 반사가 납땜 프로세스에 의해 손상되고, 이는, 은-함유 코팅을 갖는 아직 납땜되지 않은 변환기와 비교하여, 은-함유 코팅을 갖는 납땜된 변환기의 더 어두운 외관에 의해 미리 시각적으로 인식될 수 있다. 예시적인 실시예에서 설명된 납땜 프로세스에 관해, 0.5 중량%의 규산염 유리 함량을 갖는 은-함유 코팅이 특히 유리하며, 이는 이러한 방식으로 양호한 땜납 젖음성이 반사를 손상시킴없이 달성되기 때문이다.
금속 코팅, 이용되는 땜납, 및 납땜 프로세스가 서로에 대해 맞춰져야만 한다는 것이, 예시적인 실시예로부터 명백할 것이다. 다른 땜납 또는 다른 납땜 프로세스를 이용할 때, 반사를 손상시키지 않고 양호한 땜납 젖음성을 여전히 허용하는 다른 유리 성분들이 생각될 수 있다.
이러한 납땜 프로세스에 의해 제조되는 변환기-냉각 요소 복합체는, 10일 동안 매일 2번의 사이클로 -40 ℃로부터 + 160 ℃까지의 열 사이클 테스트에 종속되었고, 20개의 테스트된 변환기-냉각 요소 복합체들 중에서 단 하나의 경우도, 변환기가 냉각 요소로부터의 탈착된 경우는 없었다.
예시적인 실시예의 하나의 변형예에 따르면, 땜납을 위해 요구되는 가열 곡선을 보다 양호하게 달성할 수 있도록 하는, 땜납 노(furnace)가 고온 플레이트 대신에 납땜 프로세스를 위해서 이용된다.
1: 일차적인 광 2: 변환기
3: 접착제 4: 거울
5: 냉각 요소 6: 이차적인 광
7: 금속-함유 코팅 8: 땜납 연결부
9: 세라믹 변환기 10: 은-함유 코팅
11: 계면 12: 캐비티
13: 유리 거싯 14: 히트 싱크
15: 열속 16: SiO2-텅스텐 층 적층체

Claims (36)

  1. 변환기-냉각 요소 복합체로서:
    제1 파장을 갖는 광의 제2 파장을 갖는 광으로의 적어도 부분적인 변환을 위한 세라믹 변환기;
    금속-유리-함유 반사 코팅; 및
    냉각 요소
    를 포함하고;
    상기 세라믹 변환기의 표면의 적어도 일부가 직접적으로 상기 금속-유리-함유 반사 코팅으로 코팅되고; 상기 금속-유리-함유 반사 코팅은 상기 변환기로부터 히트 싱크 내로 열을 소산시키며; 그리고 상기 히트 싱크는 금속 땜납 연결부를 통해 상기 금속-유리-함유 반사 코팅과 연결되고,
    상기 금속-유리-함유 반사 코팅은, 은, 금, 백금, 및 이들의 합금들 중 적어도 하나를 포함하며; 그리고
    상기 금속-유리-함유 반사 코팅과 상기 냉각 요소 사이의 상기 금속 땜납 연결부는, 주석-함유 무연 땜납의 함량을 구비하는 것인, 변환기-냉각 요소 복합체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 변환기-냉각 요소 복합체는, 200 ㎛의 변환기 두께에 대해 적어도 25,000 W/m2K의 열전달 계수를 나타내는 것인, 변환기-냉각 요소 복합체.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 변환기-냉각 요소 복합체는, 3　K/W 미만의 열적 저항을 나타내는 것인, 변환기-냉각 요소 복합체.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 변환기-냉각 요소 복합체는, 2 K/W 미만의 열적 저항을 나타내는 것인, 변환기-냉각 요소 복합체.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 금속-유리-함유 반사 코팅은 은-함유 코팅인 것인, 변환기-냉각 요소 복합체.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 금속-유리-함유 반사 코팅은 은-함유 코팅이며, 그리고 은 함량은 적어도 95 중량%인 것인, 변환기-냉각 요소 복합체.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 금속-유리-함유 반사 코팅은 은-함유 코팅이며, 그리고 은 함량은 적어도 98 중량%인 것인, 변환기-냉각 요소 복합체.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 금속-유리-함유 반사 코팅은, 50 nm 내지 30　㎛의 층 두께를 구비하는 것인, 변환기-냉각 요소 복합체.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 금속-유리-함유 반사 코팅은, 8 ㎛ 내지 12　㎛의 층 두께를 구비하는 것인, 변환기-냉각 요소 복합체.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 금속-유리-함유 반사 코팅의 유리 함량은, 0.05 내지 10 중량%인 것인, 변환기-냉각 요소 복합체.
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 유리는, 400 내지 560℃ 범위 이내의 유리 전이 온도를 나타내는 것인, 변환기-냉각 요소 복합체.
  12. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 유리는, 1.4 내지 2.0 범위 이내의 굴절률(nD20)을 구비하는 것인, 변환기-냉각 요소 복합체.
  13. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 유리는, 1.4 내지 1.6 범위 이내의 굴절률(nD20)을 구비하는 것인, 변환기-냉각 요소 복합체.
  14. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 유리는, PbO 유리, Bi2O3 유리, ZnO 유리, SO3 유리, 및 규산염-계 유리를 포함하는 그룹으로부터 선택된 유리인 것인, 변환기-냉각 요소 복합체.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 유리는, 25 중량% 초과의 SiO2 함량을 구비하는 규산염-계 유리인 것인, 변환기-냉각 요소 복합체.
  16. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 냉각 요소는, 300 W/mK 초과의 열 전도도를 나타내거나, 열 흡수체로서 구성되거나, 또는 300 W/mK 초과의 열 전도도를 갖는 열 흡수체로서 구성되는 것인, 변환기-냉각 요소 복합체.
  17. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 변환기는 투과식으로 동작되며, 그리고 상기 변환기 상의 상기 금속-유리-함유 반사 코팅은 측방으로 구성되는 것인, 변환기-냉각 요소 복합체.
  18. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 변환기는 재방출식으로 동작되며, 그리고 적어도 여기 광원으로부터 멀어지게 바라보는 상기 변환기의 표면이 상기 금속-유리-함유 반사 코팅으로 코팅되는 것인, 변환기-냉각 요소 복합체.
  19. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    Figure 112016049758419-pct00034
    와 같이 정의되는 반사의 품질 FOMCIE-cx 은, 적어도 40%이며:
    여기서, cx(측정된 샘플)는, CIE 1931 표준 컬러 시스템에 대해 재방출식으로 결정되는 바와 같은 은-함유 코팅을 갖도록 제공되는 변환기의 색도 좌표이고;
    cx(RefHR)는, 98%의 반사율을 구비하는 ALANOD 거울 상에 도포되는 동안에 결정되는 바와 같은 변환기의 색도 좌표이며; 그리고
    cx(Ref0R)는, 어두운 배경부 또는 차광부 상에 도포되는 동안에 결정되는 바와 같은 변환기의 색도 좌표인 것인, 변환기-냉각 요소 복합체.
  20. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 냉각 요소는, 구리-함유 코어 및 그에 도포되는 코팅을 포함하는 복합체 재료인 것인, 변환기-냉각 요소 복합체.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 냉각 요소에 도포되는 코팅은, 니켈-함유 코팅 및 금-함유 코팅 중 적어도 하나인 것인, 변환기-냉각 요소 복합체.
  22. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 금속-유리-함유 반사 코팅은 소결된 코팅인 것인, 변환기-냉각 요소 복합체.
  23. 세라믹 변환기, 열 소산을 위한 금속-유리-함유 반사 코팅 및, 금속 땜납 연결부를 통해 상기 금속-유리-함유 반사 코팅에 연결되는, 열 소산을 위한 추가적인 수단으로서의 냉각 요소를 포함하는, 변환기-냉각 요소 복합체를 제조하기 위한 방법으로서, 적어도:
    a) 적어도 하나의 폴리싱된 표면을 갖는 세라믹 변환기를 제공하는 단계;
    b) 유기 페이스트화 매체 내에 금속 분말 및 유리 분말을 포함하는 금속-유리-함유 페이스트를 제공하는 단계;
    c) 상기 금속-유리-함유 페이스트를 상기 폴리싱된 변환기 표면의 적어도 일부분 상에 도포하는 단계;
    d) 도포된 페이스트를 건조시키는 단계;
    e) 450　℃ 초과의 온도에서 상기 도포된 페이스트를 소성하는 단계;
    f) 금속 땜납을 이용하는 납땜에 의해, 상기 단계 e)에서 획득되는 코팅에 상기 냉각 요소를 연결하는 단계
    를 포함하며,
    상기 금속-유리-함유 반사 코팅은, 은, 금, 백금, 및 이들의 합금들 중 적어도 하나를 포함하며; 그리고
    상기 금속-유리-함유 반사 코팅과 상기 냉각 요소 사이의 상기 금속 땜납 연결부는, 주석-함유 무연 땜납의 함량을 구비하는 것인, 변환기-냉각 요소 복합체 제조 방법.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 단계 b)에서 이용되는 페이스트는 은 분말을 포함하는 것인, 변환기-냉각 요소 복합체 제조 방법.
  25. 제 23항에 있어서,
    상기 단계 b)에서 이용되는 페이스트는, 70 내지 90 중량%의 은 함량을 구비하는 것인, 변환기-냉각 요소 복합체 제조 방법.
  26. 제 23항 또는 제 24항에 있어서,
    상기 단계 b)에서 이용되는 페이스트는, 1 내지 5 ㎛ 범위 이내의 D50 값을 구비하는 유리 분말을 포함하는 것인, 변환기-냉각 요소 복합체 제조 방법.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 단계 b)에서 이용되는 유리 분말은, PbO 유리, Bi2O3 유리, ZnO 유리, SO3 유리, 및 규산염-계 유리를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 유리를 포함하는 것인, 변환기-냉각 요소 복합체 제조 방법.
  28. 제 26항에 있어서,
    상기 유리는, 25 중량% 초과의 SiO2 함량을 구비하는 규산염-계 유리인 것인, 변환기-냉각 요소 복합체 제조 방법.
  29. 제 26항에 있어서,
    상기 페이스트 내의 유리 함량은, 0.05 내지 8 중량%인 것인, 변환기-냉각 요소 복합체 제조 방법.
  30. 제 26항에 있어서,
    상기 페이스트 내에 함유되는 유리는, 300 내지 600℃ 범위 이내의 유리 전이 온도(Tg)를 나타내는 것인, 변환기-냉각 요소 복합체 제조 방법.
  31. 제 23항 또는 제 24항에 있어서,
    상기 단계 c)에서 상기 페이스트는, 인쇄 프로세스에 의해 도포되는 것인, 변환기-냉각 요소 복합체 제조 방법.
  32. 제 23항 또는 제 24항에 있어서,
    상기 단계 d)에서 건조는, 150 내지 400℃ 범위 이내의 온도에서 실행되는 것인, 변환기-냉각 요소 복합체 제조 방법.
  33. 제 23항 또는 제 24항에 있어서,
    상기 단계 d)에서 건조는, 250 내지 300℃ 범위 이내의 온도에서 실행되는 것인, 변환기-냉각 요소 복합체 제조 방법.
  34. 제 23항 또는 제 24항에 있어서,
    상기 단계 e)는, 700℃ 내지 1000℃ 범위 이내의 온도에서 상기 금속-유리-함유 반사 코팅을 소성하는 것을 포함하는 것인, 변환기-냉각 요소 복합체 제조 방법.
  35. 제 23항 또는 제 24항에 있어서,
    상기 단계 e)는, 상기 금속-유리-함유 반사 코팅을 소결하는 것을 포함하는 것인, 변환기-냉각 요소 복합체 제조 방법.
  36. 제 23항 또는 제 24항에 있어서,
    상기 단계 f)에서 이용되는 땜납은 은-함유 주석 땜납인 것인, 변환기-냉각 요소 복합체 제조 방법.
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