KR102633887B1 - 파장 변환 부재, 광원 장치, 및, 파장 변환 부재의 제조 방법 - Google Patents

파장 변환 부재, 광원 장치, 및, 파장 변환 부재의 제조 방법 Download PDF

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니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
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Abstract

파장 변환 부재는, 입사하는 광의 파장을 변환하는 세라믹 형광체와, 세라믹 형광체의 열을 외부로 방출하는 방열 부재와, 세라믹 형광체와 방열 부재를 접합하는 땜납층을 구비하고, 땜납층은, 세라믹 형광체와 방열 부재 사이에 배치되어 있는 접합부와, 세라믹 형광체의 외주부로부터 외측으로 돌출되어 있는 돌출부를 포함하고, 돌출부는, 세라믹 형광체의 외주부에 형성된 측면으로부터 이간되어 있고, 땜납층에 있어서, 돌출부의 두께의 최대치는, 접합부의 두께의 평균치보다 크다.

Description

파장 변환 부재, 광원 장치, 및, 파장 변환 부재의 제조 방법
본 발명은, 파장 변환 부재, 광원 장치, 및, 파장 변환 부재의 제조 방법에 관한 것이다.
종래부터, 광원이 발한 광의 파장을 변환하는 파장 변환 부재가 알려져 있다. 파장 변환 부재는, 일반적으로, 입사 광의 파장을 변환하는 형광체와, 방열 부재와, 형광체와 방열 부재를 접합하는 땜납층으로 구성되어 있고, 형광체의 열을 방열 부재에 의해 방열한다. 이 때, 땜납에 포함되는 보이드는, 형광체와 방열 부재 사이의 열 전도성을 저하시키는 원인이 된다. 예를 들어, 특허문헌 1 에는, 땜납층에 포함되는 보이드의 크기를 규정치 이하로 하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2 에는, 형광체의 방열 부재측의 면과 측면에 땜납층을 형성하고, 형광체와 땜납층의 접촉 면적을 증가시키는 기술이 개시되어 있다.
일본 특허 6020631호 일본 공개특허공보 2017-194706호
그러나, 특허문헌 1 에 기재된 기술에 의해 형광체와 방열 부재의 접합을 실시했을 경우에도, 형광체와 방열 부재 사이에는 보이드가 남기 때문에, 땜납층의 열 전도성을 더욱 향상시키는 것은 용이하지 않았다. 또한, 특허문헌 2 에 기재된 기술에 의해 형광체와 방열 부재의 접합을 실시했을 경우, 형광체와 방열 부재를 접합한 후에 파장 변환 부재를 강온하면, 땜납층의 열 수축량과 형광체의 열 수축량의 차에 의해, 형광체가 형광체의 측면에 형성되어 있는 땜납층에 의해 구속된다. 이 때문에, 땜납층의 수축에 의해 형광체가 파손될 우려가 있었다. 이와 같이, 형광체와 방열 부재 사이의 열 전도성을 향상시키면서, 형광체의 파손을 억제하는 것은, 용이하지 않았다.
본 발명은, 상기 서술한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 파장 변환 부재에 있어서, 세라믹 형광체와 방열 부재 사이의 열 전도성의 향상과, 세라믹 형광체의 파손의 억제를 양립하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 서술한 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 이하의 형태로서 실현되는 것이 가능하다.
(1) 본 발명의 일 형태에 의하면, 파장 변환 부재가 제공된다. 이 파장 변환 부재는, 입사하는 광의 파장을 변환하는 세라믹 형광체와, 상기 세라믹 형광체의 열을 외부로 방출하는 방열 부재와, 상기 세라믹 형광체와 상기 방열 부재를 접합하는 땜납층을 구비하고, 상기 땜납층은, 상기 세라믹 형광체와 상기 방열 부재 사이에 배치되어 있는 접합부와, 상기 세라믹 형광체의 외주부로부터 외측으로 돌출되어 있는 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는, 상기 세라믹 형광체의 상기 외주부에 형성된 측면으로부터 이간되어 있고, 상기 땜납층에 있어서, 상기 돌출부의 두께의 최대치는, 상기 접합부의 두께의 평균치보다 크다.
이 구성에 의하면, 땜납층에 있어서, 돌출부의 최대치는, 접합부의 두께의 평균치보다 크다. 돌출부는, 세라믹 형광체와 방열 부재를 접합할 때, 세라믹 형광체와 방열 부재 사이의 땜납이 세라믹 형광체의 외주부의 외측으로 압출됨으로써 형성된다. 이 때, 세라믹 형광체와 방열 부재 사이의 땜납에 있는 보이드는, 압출되는 땜납과 함께 세라믹 형광체와 방열 부재 사이로부터 이동하고, 세라믹 형광체의 외주부의 외측에 있어서 땜납 중에서 떠오른다. 이로써, 접합부의 보이드의 수는, 보이드가 이동하지 않는 경우에 비하여 적어지기 때문에, 세라믹 형광체와 방열 부재 사이의 전열이 보이드에 의해 잘 저해되지 않게 된다. 따라서, 세라믹 형광체와 방열 부재 사이의 열 전도성을 향상시킬 수 있다. 또한, 돌출부는, 세라믹 형광체의 측면으로부터 이간되어 있고, 세라믹 형광체와 방열 부재를 접합한 후에 강온했을 때에, 수축해도 세라믹 형광체를 구속하지 않는다. 이로써, 땜납층의 수축에 의해 세라믹 형광체가 파손되는 것을 억제할 수 있다. 이와 같이, 세라믹 형광체와 방열 부재 사이의 열 전도성의 향상과, 세라믹 형광체의 파손의 억제를 양립할 수 있다. 또한, 세라믹 형광체와 방열 부재 사이의 열 전도성이 향상되기 때문에, 세라믹 형광체의 내구성이 향상되어, 발광 효율의 저하를 억제할 수 있다.
(2) 본 발명의 다른 형태에 의하면, 파장 변환 부재가 제공된다. 이 파장 변환 부재는, 입사하는 광의 파장을 변환하는 세라믹 형광체와, 상기 세라믹 형광체의 열을 외부로 방출하는 방열 부재와, 상기 세라믹 형광체와 상기 방열 부재를 접합하는 땜납층을 구비하고, 상기 땜납층은, 상기 세라믹 형광체와 상기 방열 부재 사이에 배치되어 있는 접합부와, 상기 세라믹 형광체의 외주부로부터 외측으로 돌출되어 있는 돌출부를 포함하고, 상기 접합부의 보이드율은, 상기 돌출부의 보이드율에 비하여 작다.
이 구성에 의하면, 접합부의 보이드율은, 돌출부의 보이드율에 비하여 작다. 여기서, 보이드율이란, 파장 변환 부재의 중심축에 수직인 가상 평면 상에, 땜납층의 일부 및 땜납층의 일부에 포함되는 보이드를 투영했을 때에, 가상 평면 상에서의 땜납층의 일부의 투영도의 면적에 대한 보이드의 투영도의 면적의 비율을 가리킨다. 이로써, 접합부에 의한 세라믹 형광체와 방열 부재 사이의 열 전도가 보이드에 의해 잘 저해되지 않게 되어 있다. 따라서, 세라믹 형광체와 방열 부재 사이의 열 전도성을 향상시킬 수 있다.
(3) 본 발명의 다른 형태에 의하면, 파장 변환 부재가 제공된다. 이 파장 변환 부재는, 입사하는 광의 파장을 변환하는 세라믹 형광체와, 상기 세라믹 형광체의 열을 외부로 방출하는 방열 부재와, 상기 세라믹 형광체와 상기 방열 부재를 접합하는 땜납층을 구비하고, 상기 땜납층은, 상기 세라믹 형광체와 상기 방열 부재 사이에 배치되어 있는 접합부와, 상기 세라믹 형광체의 외주부로부터 외측으로 돌출되어 있는 돌출부를 포함하고, 상기 접합부에 있어서, 상기 파장 변환 부재의 중심축이 통과하는 중앙부의 보이드율은, 상기 접합부의 상기 중앙부를 제외한 다른 부분의 보이드율에 비하여 작다.
이 구성에 의하면, 접합부의 중앙부는, 광이 조사되기 쉽기 때문에 발열량이 많아지는 세라믹 형광체의 중앙의 부분과 방열 부재 사이에 위치하고 있다. 또한, 접합부의 중앙부의 보이드율은, 접합부의 중앙부를 제외한 부분의 보이드율에 비하여 작다. 이로써, 접합부의 중앙부는, 접합부 중에서도 더욱 열 전도성이 양호하기 때문에, 광이 조사됨으로써 세라믹 형광체의 중앙의 부분에 발생하는 열을 신속히 방열 부재에 전달할 수 있다. 따라서, 중앙부의 보이드율을 접합부의 다른 부분의 보이드율에 비하여 작게 함으로써, 세라믹 형광체와 방열 부재 사이의 열 전도성을 향상시킬 수 있다.
(4) 상기 형태의 파장 변환 부재에 있어서, 상기 돌출부는, 상기 세라믹 형광체의 상기 외주부를 전체 둘레에 걸쳐서 둘러싸도록 형성되어 있어도 된다. 이 구성에 의하면, 세라믹 형광체와 방열 부재를 접합할 때, 세라믹 형광체와 방열 부재 사이의 땜납은, 세라믹 형광체의 외주부의 전체 둘레에 걸쳐서 돌출된다. 이로써, 세라믹 형광체와 방열 부재 사이의 보이드가 세라믹 형광체의 외주부의 외측까지 이동하는 거리는, 돌출부가 세라믹 형광체의 외주부의 일부를 둘러싸도록 형성되는 경우에 비하여 짧아지기 때문에, 접합부의 보이드의 수는, 더욱 적어진다. 따라서, 세라믹 형광체와 방열 부재 사이의 열 전도성을 더욱 향상시킬 수 있다.
(5) 상기 형태의 파장 변환 부재에 있어서, 상기 돌출부의 두께의 최대치는, 상기 접합부의 두께의 평균치의 2 배 이상 10 배 이하여도 된다. 이 구성에 의하면, 세라믹 형광체와 방열 부재 사이로부터 세라믹 형광체의 외주부의 외측으로 이동하는 보이드는, 세라믹 형광체의 외주부의 외측에 있어서 땜납층 중에서 떠오르기 쉬워진다. 이로써, 세라믹 형광체와 방열 부재 사이의 보이드는, 세라믹 형광체의 외주부의 외측으로 이동하기 쉬워지기 때문에, 접합부의 보이드의 수는 더욱 적어진다. 따라서, 세라믹 형광체와 방열 부재 사이의 열 전도성을 더욱 향상시킬 수 있다.
(6) 상기 형태의 파장 변환 부재에 있어서, 상기 돌출부의 상기 방열 부재로부터의 높이는, 상기 세라믹 형광체의 광이 입사하는 입사면의 상기 방열 부재로부터의 높이보다 낮아도 된다. 이 구성에 의하면, 두께의 최대치가 접합부의 두께의 평균치보다 큰 돌출부에 의해, 세라믹 형광체로부터의 광의 출사가 저해되는 것을 억제할 수 있다.
(7) 본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 광원 장치가 제공된다. 이 광원 장치는, 상기 서술한 파장 변환 부재와, 세라믹 형광체에 광을 조사하는 광원을 구비한다. 이 구성에 의하면, 광원 장치는, 광원에 의해 세라믹 형광체에 조사한 광의 파장과는 상이한 파장의 광을 외부로 방출한다. 광의 파장을 변환하는 세라믹 형광체를 구비하는 파장 변환 부재에서는, 세라믹 형광체와 방열 부재 사이의 땜납층이 갖는 접합부에 포함되는 보이드의 수가 비교적 적기 때문에, 접합부에 있어서의 세라믹 형광체와 방열 부재 사이의 열 전도가, 보이드에 의해 잘 저해되지 않는다. 이로써, 온도 소광에 의한 광원 장치의 발광 강도의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 돌출부는, 세라믹 형광체의 측면으로부터 이간되어 있기 때문에, 땜납층의 수축에 의해 세라믹 형광체가 파손되는 것을 억제할 수 있다. 이로써, 세라믹 형광체의 파손에 의한 광원 장치의 발광 강도의 저하를 억제할 수 있다.
(8) 본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 파장 변환 부재의 제조 방법이 제공된다. 이 파장 변환 부재의 제조 방법은, 입사하는 광의 파장을 변환하는 세라믹 형광체와, 상기 세라믹 형광체와 접합시키는 방열 부재를 준비하는 준비 공정과, 상기 세라믹 형광체와 상기 방열 부재를 땜납층에 의해 접합하는 접합 공정과, 상기 접합 공정 후에, 상기 땜납층을 가공하는 가공 공정을 구비하고, 상기 접합 공정에 있어서, 상기 땜납층은, 상기 세라믹 형광체와 상기 방열 부재 사이에 배치되는 접합부와, 상기 세라믹 형광체의 외주부로부터 외측으로 돌출되어 있고, 두께의 최대치가 상기 접합부의 두께의 평균치보다 큰 돌출부를 형성하고, 상기 가공 공정에 있어서, 상기 돌출부 중 상기 세라믹 형광체의 상기 외주부에 형성된 측면으로부터 이간되어 있는 부분을 포함하는 적어도 일부를 제거한다.
이 구성에 의하면, 접합 공정에 있어서, 세라믹 형광체와 방열 부재 사이의 땜납에 있는 보이드는, 땜납과 함께 세라믹 형광체와 방열 부재 사이로부터 이동하고, 세라믹 형광체의 외주부의 외측에 있어서 땜납 중에서 떠오른다. 이로써, 접합부의 보이드의 수는, 보이드가 이동하지 않는 경우에 비하여 적어지기 때문에, 세라믹 형광체와 방열 부재 사이의 열 전도성을 향상시킬 수 있다. 그 후, 가공 공정에 있어서, 돌출부 중 세라믹 형광체의 측면으로부터 이간되어 있는 부분을 포함하는 적어도 일부를 제거하는 가공을 실시함으로써, 땜납층의 수축에 의한 세라믹 형광체의 파손을 억제할 수 있다. 이와 같이, 세라믹 형광체와 방열 부재 사이의 열 전도성의 향상과, 세라믹 형광체의 파손의 억제를 양립할 수 있다.
또한, 본 발명은, 여러 가지의 양태로 실현하는 것이 가능하고, 예를 들어, 파장 변환 부재 또는 광원 장치를 사용한 발광 시스템, 광원 장치 또는 발광 시스템의 제조 방법, 파장 변환 부재 또는 광원 장치의 제조를 컴퓨터에 실행시키는 컴퓨터 프로그램, 컴퓨터 프로그램을 배포하기 위한 서버 장치, 컴퓨터 프로그램을 기억한 일시적이 아닌 기억 매체 등등의 형태로 실현할 수 있다.
도 1 은, 제 1 실시형태의 광원 장치의 모식도이다.
도 2 는, 파장 변환 부재의 상면도이다.
도 3 은, 땜납층의 보이드율을 산출하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 4 는, 파장 변환 부재의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 5 는, 파장 변환 부재의 제 1 평가 시험의 내용을 설명하는 도면이다.
도 6 은, 파장 변환 부재의 제 1 평가 시험의 결과를 설명하는 도면이다.
도 7 은, 파장 변환 부재의 제 2 평가 시험의 결과를 설명하는 도면이다.
도 8 은, 제 1 실시형태의 파장 변환 부재의 변형예의 단면도이다.
도 9 는, 제 1 실시형태의 파장 변환 부재의 다른 변형예의 상면도이다.
＜제 1 실시형태＞
도 1 은, 제 1 실시형태의 광원 장치 (5) 의 모식도이다. 도 2 는, 파장 변환 부재 (1) 의 상면도이다. 본 실시형태의 광원 장치 (5) 는, 파장 변환 부재 (1) 와, 광원 (6) 을 구비한다. 파장 변환 부재 (1) 는, 외부의 발광 다이오드 (LED : Light Emitting Diode) 나 반도체 레이저 (LD : Laser Diode) 등의 광원 (6) 이 발한 광 (L1) 이 조사되면, 광 (L1) 과는 상이한 파장의 광 (L2) 을 발생한다. 이 파장 변환 부재 (1) 는, 예를 들어, 헤드 램프, 조명, 프로젝터 등의 각종 광학 기기에 있어서 사용된다. 파장 변환 부재 (1) 는, 세라믹 형광체 (10) 와, 방열 부재 (20) 와, 땜납층 (30) 을 구비한다. 또한, 도 1 에서는, 세라믹 형광체 (10) 와, 방열 부재 (20) 와, 땜납층 (30) 의 각각의 두께의 관계는, 설명의 편의상, 실제의 두께의 관계와는 상이하게 도시되어 있다.
세라믹 형광체 (10) 는, 세라믹 소결체로 구성되어 있고, 입사면 (11) 으로부터 입사하는 광의 파장을 변환한다. 세라믹 소결체는, 형광성을 갖는 결정 입자를 주체로 하는 형광상과, 투광성을 갖는 결정 입자를 주체로 하는 투광상을 갖는다. 투광상의 결정 입자는, 화학식 Al2O3 으로 나타내는 조성을 갖고, 형광상의 결정 입자는, 화학식 A3B5O12 : Ce 로 나타내는 조성 (이른바 , 가넷 구조) 을 갖는 것이 바람직하다. 「A3B5O12 : Ce」 란, A3B5O12 중에 Ce 가 고용되어, 원소 A 의 일부가 Ce 로 치환되어 있는 것을 나타낸다.
화학식 A3B5O12 : Ce 중의 원소 A 및 원소 B 는, 각각 하기의 원소군에서 선택되는 적어도 1 종류의 원소로 구성되어 있다.
원소 A : Sc, Y, Ce 를 제외한 란타노이드 (단, 원소 A 로서 추가로 Gd 를 포함하고 있어도 된다)
원소 B : Al (단, 원소 B 로서 추가로 Ga 를 포함하고 있어도 된다)
세라믹 형광체 (10) 로서, 세라믹 소결체를 사용함으로써, 형광상과 투광상의 계면에서 광이 산란하여, 광의 색의 각도 의존성을 줄일 수 있다. 이로써, 색의 균질성을 향상시킬 수 있다. 또한, 세라믹 형광체 (10) 의 재료는, 상기 서술한 재료로 한정되지 않는다.
세라믹 형광체 (10) 의 방열 부재 (20) 측의 주면 (12) 에는, 도시되지 않은 금속막이 배치되어 있다. 이 금속막은, 땜납의 젖음성이 양호하기 때문에, 세라믹 형광체 (10) 와 땜납층 (30) 의 밀착성을 높임과 함께, 세라믹 형광체 (10) 를 투과한 광이나 세라믹 형광체 (10) 에서 발생한 광을 반사함으로써 파장 변환 부재 (1) 의 발광 효율을 향상시킨다.
방열 부재 (20) 는, 예를 들어, 구리, 구리 몰리브덴 합금, 구리 텅스텐 합금, 알루미늄, 질화알루미늄 등 세라믹 형광체 (10) 보다 높은 열 전도성을 갖는 재료로 형성되어 있는 직사각형 형상의 평판 부재이다. 방열 부재 (20) 의 세라믹 형광체 (10) 측의 주면 (21) 에는, 도시되지 않은 접합막이 배치되어 있다. 이 접합막은, 땜납의 젖음성이 양호하기 때문에, 방열 부재 (20) 와 땜납층 (30) 의 밀착성을 높인다. 방열 부재 (20) 는, 땜납층 (30) 을 통하여 전해지는 세라믹 형광체 (10) 의 열을 외부로 방출한다. 또한, 방열 부재 (20) 는, 상기 서술한 재료로 이루어지는 단층 구조의 부재여도 되고, 동종 또는 상이한 재료로 형성되어 있는 다층 구조의 부재여도 된다.
땜납층 (30) 은, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이에 배치되고, 금과 주석으로 형성되어 있다. 땜납층 (30) 은, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 를 접합한다. 땜납층 (30) 은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 접합부 (31) 와, 돌출부 (32) 를 갖는다. 접합부 (31) 는, 땜납층 (30) 중 세라믹 형광체 (10) 의 아래, 즉, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이에 배치되어 있다. 접합부 (31) 는, 세라믹 형광체 (10) 의 주면 (12) 과 방열 부재 (20) 의 주면 (21) 에 접촉하여, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 를 접합하고 있다.
돌출부 (32) 는, 접합부 (31) 의 외측에 위치하고 있다. 구체적으로는, 돌출부 (32) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 방열 부재 (20) 의 주면 (21) 상에 있어서, 접합부 (31) 의 외주부에 접속한 상태로, 세라믹 형광체 (10) 의 외주부 (13) 로부터 세라믹 형광체 (10) 의 외측으로 돌출된 형상을 이루고 있다. 본 실시형태에서는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 돌출부 (32) 는, 세라믹 형광체 (10) 의 외주부 (13) 를 전체 둘레에 걸쳐서 둘러싸도록 형성되어 있다. 돌출부 (32) 의 내벽 (33) 은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 세라믹 형광체 (10) 의 외주부 (13) 에 형성된 측면 (14) 으로부터 이간되어 있다. 이로써, 돌출부 (32) 의 정점 (34) (도 1 참조) 은, 세라믹 형광체 (10) 의 외주부 (13) 로부터 떨어진 위치에 형성된다. 정점 (34) 의 방열 부재 (20) 의 주면 (21) 으로부터의 높이 (H1) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 세라믹 형광체 (10) 의 광 (L1) 이 입사하는 입사면 (11) 의 방열 부재 (20) 의 주면 (21) 으로부터의 높이 (H2) 보다 낮다.
본 실시형태의 땜납층 (30) 에서는, 돌출부 (32) 의 두께의 최대치는, 접합부 (31) 의 두께의 평균치보다 크다. 구체적으로는, 돌출부 (32) 의 두께의 최대치는, 접합부 (31) 의 두께의 평균치의 2 배 이상 10 배 이하가 되어 있다. 여기서, 접합부 (31) 의 두께란, 파장 변환 부재 (1) 의 중심축 (A1) (도 1, 2 참조) 을 포함하고 세라믹 형광체 (10) 와 땜납층 (30) 과 방열 부재 (20) 의 접합면에 수직인 접합부 (31) 의 단면에 있어서, 등간격으로 설정한 10 개 지점의 부분의 각각에서의 두께의 평균치를 가리킨다.
땜납층 (30) 에는, 파장 변환 부재 (1) 를 제조할 때에 땜납층 (30) 의 내부에 발생하는 보이드 (V1) 가 포함되어 있다. 본 실시형태의 땜납층 (30) 에서는, 접합부 (31) 의 보이드율은, 돌출부 (32) 의 보이드율에 비하여 작다. 또한, 파장 변환 부재 (1) 의 중심축 (A1) 이 통과하는 세라믹 형광체 (10) 의 중앙의 부분 (C10) 과, 방열 부재 (20) 사이에 위치하는 접합부 (31) 의 일부를 중앙부 (31a) 라고 하면, 중앙부 (31a) 의 보이드율은, 접합부 (31) 의 중앙부 (31a) 를 제외한 다른 부분 (31b) 의 보이드율에 비하여 작다. 여기서, 중앙부 (31a) 란, 파장 변환 부재 (1) 의 중심축 (A1) 이 통과하는 접합부 (31) 의 일부분이고, 본 실시형태에서는, 예를 들어, 중심축 (A1) 에 대하여 수직인 단면 형상이 중심축 (A1) 상에 중심을 갖는 원 형상인 기둥 형상의 부분을 가리킨다.
여기서, 본 실시형태에 있어서의 땜납층 (30) 의 보이드율을 산출하는 방법을 설명한다. 본 실시형태에서의 보이드율이란, 파장 변환 부재 (1) 의 중심축 (A1) 에 수직인 가상 평면 상에, 땜납층 (30) 의 일부 및 땜납층 (30) 의 일부에 포함되는 보이드 (V1) 를 투영했을 때에, 가상 평면 상에서의 땜납층 (30) 의 일부의 투영도의 면적에 대한 보이드 (V1) 의 투영도의 면적의 비율을 가리킨다.
도 3 은, 땜납층 (30) 의 보이드율을 산출하는 방법을 설명하는 도면이다. 여기서는, 파장 변환 부재 (1) 의 중심축 (A1) 에 수직인 단면도인 도 3(a) 에 나타내는 땜납층 (30) 의 일부 (35) 를 이용하여 설명한다. 땜납층 (30) 의 일부 (35) 는, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이에 끼워진 위치에 있고, 도 3(a) 에 나타내는 바와 같은 상태로, 보이드 (V1) 가 포함되어 있는 것으로 한다. 또한, 도 3(a) 는, 단면도이기 때문에, 여기에 나타나지 않는 보이드 (V1) 도 땜납층 (30) 의 일부 (35) 에는 포함되어 있는 것이 상정된다.
땜납층 (30) 의 보이드율을 산출할 때, 중심축 (A1) 에 수직인 가상 평면 (VP) 을 가정하고, 도 3(a) 에 나타내는 점선 화살표 (W1) 와 같이 땜납층 (30) 의 일부 (35) 를 보았을 때에, 가상 평면 (VP) 에 투영되는 일부 (35) 의 투영도를 작도한다. 그 투영도를 도 3(b) 에 나타낸다. 여기서는, 땜납층 (30) 의 일부 (35) 의 가상 평면 (VP) 상의 투영도 (P35) 는, 정방형인 것으로 하였다. 이 때, 땜납층 (30) 의 일부 (35) 에 포함되는 보이드 (V1) 도 투영도 (P35) 에 보이드 (V1) 의 투영도 (PV1) 로서 투영되기 때문에, 투영도 (P35) 에는, 도 3(b) 에 나타내는 바와 같이, 보이드 (V1) 의 투영도 (PV1) 가 점재하게 된다. 이 투영도 (P35) 의 면적에 대한 보이드 (V1) 의 투영도 (PV1) 의 면적의 합계의 비율이, 본 실시형태에서의 보이드율이 된다. 또한, 도 3(b) 에 나타내는 바와 같이, 보이드 (V1) 를 가상 평면 (VP) 상에 투영했을 때에, 복수의 보이드 (V1) 의 각각의 투영도 (PV1) 가 겹치는 경우가 있다 (예를 들어, 도 3(b) 의 투영도 (PV2)). 이 경우, 겹쳐 있는 부분의 면적은, 1 개의 보이드 (V1) 의 투영도가 차지하는 면적으로서 계산하고, 2 중으로는 카운트하지 않는다.
다음으로, 파장 변환 부재 (1) 의 제조 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 준비 공정으로서, 세라믹 형광체 (10) 의 주면 (12) 에, 진공 증착 또는 스퍼터링을 사용하여, 금속막을 성막한다. 또한, 방열 부재 (20) 의 주면 (21) 에 접합막을 도금한다. 다음으로, 접합 공정으로서, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이에 금 주석 땜납 박을 사이에 끼워 넣은 상태로, 질소 분위기 중 또는 수소 분위기 중의 리플로 노에 있어서 가열하고, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 를 접합한다. 이 때, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이에서 용융하는 금 주석 땜납 박이 세라믹 형광체 (10) 의 외측으로 돌출되도록, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 를 접합한다. 또한, 방열 부재 (20) 의 표면에 접합막을 성막하는 경우, 진공 증착 또는 스퍼터링에 의해 성막해도 된다. 또한, 금 주석 땜납 박을 사용하는 대신에, 금 주석 땜납 페이스트를 도포해도 된다.
도 4 는, 파장 변환 부재 (1) 의 제조 방법을 설명하는 도면이다. 도 4(a) 에는, 접합되기 전의, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 와 금 주석 땜납 박 (F1) 을 나타낸다. 도 4(a) 에 나타내는 바와 같이, 세라믹 형광체 (10) 의 주면 (12) 에 성막된 금속막과 방열 부재 (20) 의 주면 (21) 에 성막된 접합막 사이에, 세라믹 형광체 (10) 보다 크고 방열 부재 (20) 보다 작은 금 주석 땜납 박 (F1) 을 삽입한다. 금 주석 땜납 박 (F1) 을 사이에 끼운 상태의 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 를 리플로 노에 있어서 가열하면, 용융하는 금 주석 땜납 박 (F1) 이 세라믹 형광체 (10) 의 금속막과 방열 부재 (20) 의 접합막과 반응하여, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 가 접합된다. 이 때, 금속막이나 접합막과 금 주석 땜납 박 (F1) 사이에 있던 간극이나, 도금 공정에 있어서 혼입한 가스 유래의 보이드 (V1) 가 발생한다 (도 4(b) 참조).
세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 에 하중을 가하여 접합할 때 (도 4(b) 에 나타내는 흰색 화살표 (F10, F20) 참조), 금 주석 땜납 박 (F1) 이 용융한 용융 땜납 (40) 중 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이에 있는 중앙부 (S41) 는, 세라믹 형광체 (10) 의 외주부 (13) 의 외측을 향하여 이동한다. 이 때, 중앙부 (S41) 의 보이드 (V1) 는, 중앙부 (S41) 에서의 땜납의 흐름에 의해 용융 땜납 (40) 의 외측부 (S42) 로 이동한다 (도 4(b) 의 점선 화살표 (D1)). 용융 땜납 (40) 의 외측부 (S42) 는, 용융 땜납 (40) 에서의 중앙부 (S41) 로부터 외측부 (S42) 로의 흐름에 의해 마운팅되어 중앙부 (S41) 보다 두꺼워지기 때문에, 보이드 (V1) 는, 중앙부 (S41) 로부터 외측부 (S42) 로 이동하면, 외측부 (S42) 에 있어서 용융 땜납 (40) 중에서 떠오른다 (도 4(b) 의 점선 화살표 (D2)). 본 실시형태에서는, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이에 삽입될 때의 금 주석 땜납 박 (F1) 의 두께와 크기, 및, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 를 접합할 때의 하중을 조정함으로써, 외측부 (S42) 의 높이를 조정한다. 이로써, 중앙부 (S41) 의 보이드 (V1) 는 외측부 (S42) 로 이동하기 쉬워지기 때문에, 본 실시형태의 제조 방법에서는, 도 4(c) 에 나타내는 바와 같이, 용융 땜납 (40) 중의 보이드 (V1) 는, 외측부 (S42) 로 모이고, 중앙부 (S41) 의 보이드 (V1) 의 수는 적어진다.
본 실시형태의 파장 변환 부재 (1) 의 제조 방법에서는, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 에 하중을 가하여 접합할 때, 용융 땜납 (40) 의 외측부 (S42) 는, 세라믹 형광체 (10) 의 외주부 (13) 를, 전체 둘레에 걸쳐서 둘러싼다. 이로써, 중앙부 (S41) 의 보이드 (V1) 가 외측부 (S42) 까지 이동하는 거리는, 비교적 짧아지기 때문에, 중앙부 (S41) 의 보이드 (V1) 의 수는 더욱 적어진다.
도 4(c) 에 나타내는 상태의 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 를 강온하면, 용융 땜납 (40) 의 중앙부 (S41) 가 땜납층 (30) 의 접합부 (31) 가 되고, 외측부 (S42) 가 돌출부 (32) 가 되어, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 는 땜납층 (30) 에 의해 접합된다. 이 때, 도 4(c) 에 나타내는 바와 같이, 용융 땜납 (40) 의 외측부 (S42) 의 내벽 (S43) 은, 세라믹 형광체 (10) 의 측면 (14) 으로부터 이간되어 있기 때문에, 강온에 의해 세라믹 형광체 (10) 와 땜납층 (30) 이 되는 용융 땜납 (40) 이 수축해도, 세라믹 형광체 (10) 는, 돌출부 (32) 에 의해 구속되는 경우는 없다.
다음으로, 본 실시형태의 파장 변환 부재 (1) 의 효과를 설명하기 위한 평가 시험의 내용 및 그 평가 시험의 결과를 설명한다. 본 평가 시험에서는, 이하에서 설명하는 2 개의 평가 시험을 실시하였다.
제 1 평가 시험에서는, 땜납층 (30) 의 각 부에 있어서의 보이드율을 측정하고, 이것들의 값을 비교하였다. 제 1 평가 시험에서는, 먼저, 땜납층 (30) 에 투과 X 선을 조사하고, 보이드율을 측정하는 대상 부분을 촬상하였다. 다음으로, 촬상 결과로부터 직경이 10 ㎛ 이상인 보이드를 카운트하고, 대상 부분의 보이드율을 산출하였다. 또한, 여기서 산출되는 보이드율은, 도 3 에서 설명한 방법으로 산출되는 보이드율이다.
도 5 는, 파장 변환 부재 (1) 의 제 1 평가 시험의 내용을 설명하는 도면이다. 도 5(a) 는, 제 1 평가 시험에 이용된 파장 변환 부재 (1) 의 상면도이고, 도 5(b) 는, 도 5(a) 의 A-A 선 단면도이다. 제 1 평가 시험에서는, 직사각형 형상의 세라믹 형광체 (10) 를 구비하는 파장 변환 부재 (1) 에 대하여, 접합부 (31) 의 보이드율과, 접합부 (31) 에 포함되는 중앙부 (31a) 의 보이드율과, 돌출부 (32) 의 보이드율을 산출하였다. 제 1 평가 시험에서는, 원 기둥 형상으로 형성되어 있는 중앙부 (31a) 의 단면 형상인 원 형상의 직경 (W1) 은, 세라믹 형광체 (10) 의 가장 좁은 폭 (W2) 의 절반이라고 규정하고 있다. 구체적으로는, 중앙부 (31a) 의 직경 (W1) 은, 4 ㎜ 이고, 세라믹 형광체 (10) 의 폭 (W2) 은, 8 ㎜ 로 하고 있다. 또한, 도 5(b) 에 있어서, 땜납층 (30) 의 폭 (W3) 은, 9 ㎜ 가 되어 있다. 즉, 돌출부 (32) 가 세라믹 형광체 (10) 로부터 돌출되어 있는 부분의 폭은, 양측을 더하여 1 ㎜ 가 되어 있다.
또한, 도 5 에 나타내는 파장 변환 부재 (1) 에서는, 접합부 (31) 의 두께 (Th1) 는, 10 ㎛ 이고, 돌출부 (32) 의 두께 (Th2) 는, 17 ㎛ 가 되어 있다. 따라서, 제 1 평가 시험은, 접합부 (31) 의 두께 (Th1) 에 대한 돌출부 (32) 의 두께 (Th2) 의 비율이 1.7 이 되어 있는 파장 변환 부재 (1) 를 사용하여 실시하고 있다.
도 6 은, 파장 변환 부재 (1) 의 제 1 평가 시험에서의 결과를 설명하는 도면이다. 도 6(a) 는, 제 1 평가 시험에서의 보이드율의 측정 결과를 나타내는 표이고, 도 6(b) 는, 파장 변환 부재 (1) 에 있어서의 보이드 (V1) 의 분포를 모식적으로 나타낸 도면이다. 제 1 평가 시험에 의해, 중앙부 (31a) 를 포함하는 접합부 (31) 의 보이드율 (3.4 ％) 은, 돌출부 (32) 의 보이드율 (4.3 ％) 에 비하여 작은 것이 분명해졌다. 이것은, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 를 접합할 때에 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이의 보이드가 세라믹 형광체 (10) 의 외측으로 이동하기 때문에, 돌출부 (32) 의 보이드 (V1) 의 수가 많아지는 한편, 접합부 (31) 의 보이드 (V1) 의 수가 적어지는 것을 나타내고 있다 (도 6(b) 참조).
또한, 제 1 평가 시험에 의해, 접합부 (31) 에 있어서, 중앙부 (31a) 의 보이드율 (2.8 ％) 은, 접합부 (31) 전체의 보이드율 (3.4 ％) 에 비하여 작은 것이 분명해졌다. 즉, 중앙부 (31a) 의 보이드율은, 접합부 (31) 의 중앙부 (31a) 를 제외한 다른 부분 (31b) 의 보이드율에 비하여 작은 것이 분명해졌다. 이로써, 광이 조사되기 쉽기 때문에 발열량이 많아지는 세라믹 형광체 (10) 의 중앙의 부분 (C10) 과 방열 부재 (20) 사이에 위치하는 중앙부 (31a) 의 열 전도성은, 접합부 (31) 의 중앙부 (31a) 를 제외한 다른 부분의 열 전도성에 비하여 높다.
도 7 은, 파장 변환 부재 (1) 의 제 2 평가 결과를 설명하는 도면이다. 제 2 평가 시험에서는, 접합부 (31) 의 두께에 대한 돌출부 (32) 의 두께의 비율을, 도 7(a) 의 표에 나타내는 바와 같이, 1, 1.2, 1.5, 2, 5.3, 10 으로 했을 때의 접합부 (31) 의 보이드율을 측정하고, 이들 값을 비교하였다. 도 7(b) 와 도 7(c) 는, 접합부 (31) 의 두께에 대한 돌출부 (32) 의 두께의 비율을 변경했을 때의, 접합부 (31) 와 돌출부 (32) 의 각각의 보이드 (V1) 의 분포를 모식적으로 나타낸 도면이다. 또한, 제 2 평가 시험에서의 보이드율은, 제 1 평가 시험에서 설명한 방법으로 산출되는 보이드율과 동일하다.
도 7(a) 에 나타내는 바와 같이, 접합부 (31) 의 두께에 대한 돌출부 (32) 의 두께의 비율이 커지면, 접합부 (31) 의 보이드율은, 작아지는 것이 분명해졌다. 즉, 접합부 (31) 의 두께가 동일한 경우, 두께의 비율이 큰 파장 변환 부재 (1) (도 7(c)) 의 접합부 (31) 에 포함되는 보이드 (V1) 의 수는, 그 비율이 작은 파장 변환 부재 (1) (도 7(b)) 의 접합부 (31) 에 포함되는 보이드 (V1) 의 수보다 적은 것을 나타내고 있다. 특히, 도 7(a) 에 나타내는 바와 같이, 접합부 (31) 의 두께에 대한 돌출부 (32) 의 두께의 비율을 2 배 이상으로 하면, 그 비율이 2 배보다 작은 경우에 비하여, 접합부 (31) 의 보이드율은 대폭 작아지는 것이 분명해졌다.
이상, 설명한 본 실시형태의 파장 변환 부재 (1) 에 의하면, 땜납층 (30) 에 있어서, 돌출부 (32) 의 최대치는, 접합부 (31) 의 두께의 평균치보다 크다. 돌출부 (32) 는, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 를 접합할 때, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이의 땜납이 세라믹 형광체 (10) 의 외주부 (13) 의 외측으로 압출됨으로써 형성된다. 이 때, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이의 땜납에 있는 보이드 (V1) 는, 압출되는 땜납과 함께 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 의 사이로부터 이동하고, 세라믹 형광체 (10) 의 외주부 (13) 의 외측에 있어서 용융 땜납 (40) 중에서 떠오른다. 이로써, 접합부 (31) 의 보이드 (V1) 의 수는, 보이드가 이동하지 않는 경우에 비하여 적어지기 때문에, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이의 전열이 보이드 (V1) 에 의해 잘 저해되지 않게 된다. 따라서, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이의 열 전도성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 실시형태의 파장 변환 부재 (1) 에 의하면, 돌출부 (32) 는, 세라믹 형광체 (10) 의 측면 (14) 으로부터 이간되어 있고, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 를 접합한 후에 강온했을 때에, 수축해도 세라믹 형광체 (10) 를 구속하지 않는다. 이로써, 땜납층 (30) 의 수축에 의해 세라믹 형광체 (10) 가 파손되는 것을 억제할 수 있다. 이와 같이, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이의 열 전도성의 향상과, 세라믹 형광체 (10) 의 파손의 억제를 양립할 수 있다. 또한, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이의 열 전도성이 향상되기 때문에, 세라믹 형광체 (10) 의 내구성이 향상되고, 발광 효율의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 파장 변환 부재 (1) 에 의하면, 접합부 (31) 의 보이드율은, 돌출부 (32) 의 보이드율에 비하여 작다. 이로써, 접합부 (31) 에 의한 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이의 열 전도가 보이드 (V1) 에 의해 잘 저해되지 않게 되어 있다. 따라서, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이의 열 전도성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태의 파장 변환 부재 (1) 에 의하면, 접합부 (31) 에 있어서, 세라믹 형광체 (10) 의 중앙의 부분 (C10) 과 방열 부재 (20) 사이에 위치하는 중앙부 (31a) 의 보이드율은, 접합부 (31) 의 다른 부분 (31b) 의 보이드율에 비하여 작다. 접합부 (31) 의 중앙부 (31a) 는, 광이 조사되기 쉽기 때문에 발열량이 많아지는 세라믹 형광체 (10) 의 중앙의 부분 (C10) 과 방열 부재 (20) 사이에 위치하고 있다. 이로써, 접합부 (31) 의 중앙부 (31a) 는, 접합부 (31) 중에서도 더욱 열 전도성이 양호하기 때문에, 광이 조사됨으로써 세라믹 형광체 (10) 의 중앙의 부분 (C10) 에 발생하는 열을 신속하게 방열 부재 (20) 에 전달할 수 있다. 따라서, 중앙부 (31a) 의 보이드율을 접합부 (31) 의 다른 부분 (31b) 의 보이드율에 비하여 작게 함으로써, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이의 열 전도성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태의 파장 변환 부재 (1) 에 의하면, 돌출부 (32) 는, 세라믹 형광체 (10) 의 외주부 (13) 를 전체 둘레에 걸쳐서 둘러싸도록 형성되어 있다. 이로써, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 를 접합할 때, 땜납층 (30) 의 중앙부 (S41) 의 땜납은, 세라믹 형광체 (10) 의 외주부 (13) 의 전체 둘레에 걸쳐서 돌출된다. 중앙부 (S41) 의 보이드 (V1) 가 외측부 (S42) 까지 이동하는 거리는, 돌출부 (32) 가 세라믹 형광체 (10) 의 외주부 (13) 의 일부를 둘러싸도록 형성되는 경우에 비하여 짧아지기 때문에, 접합부 (31) 의 보이드 (V1) 의 수는, 더욱 적어진다. 따라서, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이의 열 전도성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태의 파장 변환 부재 (1) 에 의하면, 돌출부 (32) 의 두께의 최대치인 높이 (H1) 는, 접합부 (31) 의 두께의 평균치의 2 배 이상 10 배 이하가 되어 있다. 이로써, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이로부터 세라믹 형광체 (10) 의 외주부 (13) 의 외측으로 이동하는 보이드 (V1) 는, 세라믹 형광체 (10) 의 외주부 (13) 의 외측에 있어서 땜납층 (30) 중에서 떠오르기 쉬워진다. 이로써, 중앙부 (S41) 의 보이드 (V1) 는, 외측부 (S42) 로 이동하기 쉬워지기 때문에, 접합부 (31) 의 보이드 (V1) 의 수는 더욱 적어진다. 따라서, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이의 열 전도성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태의 파장 변환 부재 (1) 에 의하면, 돌출부 (32) 의 방열 부재 (20) 로부터의 높이 (H1) 는, 세라믹 형광체 (10) 의 광이 입사하는 입사면 (11) 의 방열 부재 (20) 로부터의 높이 (H2) 보다 낮다. 이로써, 두께의 최대치가 접합부 (31) 의 두께의 평균치보다 큰 돌출부 (32) 에 의해, 세라믹 형광체 (10) 로부터의 광의 출사가 저해되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 광원 장치 (5) 에 의하면, 광원 장치 (5) 는, 광원 (6) 에 의해 세라믹 형광체 (10) 에 조사된 광 (L1) 의 파장과는 상이한 파장의 광 (L2) 을 외부로 방출한다. 광 (L1) 의 파장을 변환하는 세라믹 형광체 (10) 를 구비하는 파장 변환 부재 (1) 에서는, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이의 땜납층 (30) 이 갖는 접합부 (31) 에 포함되는 보이드 (V1) 의 수가 비교적 적기 때문에, 접합부 (31) 에 있어서의 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이의 열 전도가, 보이드 (V1) 에 의해 잘 저해되지 않는다. 이로써, 온도 소광에 의한 광원 장치 (5) 의 발광 강도의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 돌출부 (32) 는, 세라믹 형광체 (10) 의 측면 (14) 으로부터 이간되어 있기 때문에, 땜납층 (30) 의 수축에 의해 세라믹 형광체 (10) 가 파손되는 것을 억제할 수 있다. 이로써, 세라믹 형광체 (10) 의 파손에 의한 광원 장치 (5) 의 발광 강도의 저하를 억제할 수 있다.
＜본 실시형태의 변형예＞
본 발명은 상기의 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지 양태에 있어서 실시하는 것이 가능하고, 예를 들어 다음과 같은 변형도 가능하다.
[변형예 1]
상기 서술한 실시형태의 땜납층 (30) 에서는, 세라믹 형광체 (10) 의 측면 (14) 으로부터 이간되어 있고 두께의 최대치가 접합부 (31) 의 두께의 평균치보다 큰 돌출부 (32) 의 보이드율은, 접합부 (31) 의 보이드율보다 크고, 중앙부 (31a) 의 보이드율은, 다른 부분 (31b) 의 보이드율보다 작다고 하였다. 그러나, 땜납층 (30) 의 형상 및 보이드율의 특징은, 이것으로 한정되지 않는다. 세라믹 형광체 (10) 의 측면 (14) 으로부터 이간되어 있고 두께의 최대치가 접합부 (31) 의 두께의 평균치보다 큰 돌출부 (32) 의 보이드율은, 접합부 (31) 의 보이드율보다 크기는 하지만, 중앙부 (31a) 의 보이드율은, 다른 부분 (31b) 의 보이드율보다 커도 된다.
[변형예 2]
또한, 땜납층 (30) 에서는, 돌출부 (32) 의 보이드율이, 접합부 (31) 의 보이드율보다 클 뿐이어도 되고, 돌출부 (32) 의 두께의 최대치가 접합부 (31) 의 두께의 평균치와 동일한 정도 또는 작아도 되고, 중앙부 (31a) 의 보이드율이 다른 부분 (31b) 의 보이드율보다 커도 된다.
도 8 은, 제 1 실시형태의 파장 변환 부재 (1) 의 변형예의 단면도이다. 도 8 에 나타내는 파장 변환 부재 (1) 의 변형예는, 도 8(a) 에 나타내는 제 1 실시형태에서 설명한 제조 방법에 의해 제조한 것에 대하여, 가공 공정으로서, 돌출부 (32) 를 가공한 것이다. 구체적으로는, 도 8(b) 에 나타내는 바와 같이, 돌출부 (32) 중 내벽 (33) 을 형성하는 부분 (32a) 을 제거하고, 예를 들어, 돌출부 (32) 의 나머지 부분 (32b) 의 두께를, 접합부 (31) 의 두께와 동일한 정도로 한다. 도 8(b) 에 나타내는 바와 같은 형상의 파장 변환 부재 (1) 여도, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 를 접합할 때에, 보이드 (V1) 는, 세라믹 형광체 (10) 의 외측으로 이동하고 있기 때문에, 접합부 (31) 의 보이드율은, 돌출부 (32) 의 보이드율보다 작다. 따라서, 도 8 에 나타내는 바와 같은 상태의 파장 변환 부재 (1) 여도, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이의 전열이 보이드 (V1) 에 의해 잘 저해되지 않게 되기 때문에, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이의 열 전도성을 향상시킬 수 있다. 또한, 가공 공정에 있어서 제거되는 돌출부 (32) 의 일부는, 세라믹 형광체 (10) 의 측면 (14) 으로부터 이간되어 있는 내벽 (33) 을 형성하는 부분 (32a) 을 포함하고 있으면 되고, 가공 후의 나머지 부분 (32b) 의 두께는, 접합부 (31) 의 두께보다 얇아도 된다.
[변형예 3]
또한, 땜납층 (30) 에서는, 중앙부 (31a) 의 보이드율이 다른 부분 (31b) 의 보이드율보다 작을 뿐이어도 되고, 돌출부 (32) 의 두께의 최대치가 접합부 (31) 의 두께의 평균치보다 작아도 되고, 돌출부 (32) 의 보이드율이, 접합부 (31) 의 보이드율보다 작아도 된다.
[변형예 4]
상기 서술한 실시형태에서는, 돌출부 (32) 는, 세라믹 형광체 (10) 의 외주부 (13) 를 전체 둘레에 걸쳐서 둘러싸도록 형성되어 있는 것으로 하였다. 그러나, 돌출부 (32) 는, 세라믹 형광체 (10) 의 외주부 (13) 의 일부에 인접하도록 형성되어 있어도 된다.
도 9 는, 제 1 실시형태의 파장 변환 부재 (1) 의 다른 변형예의 상면도이다. 도 9 에 나타내는 바와 같이, 돌출부 (32) 는, 세라믹 형광체 (10) 의 외주부 (13) 의 일부를 둘러싸도록, 예를 들어, C 자 형상으로 형성되어 있어도 된다. 구체적으로는, 직사각형상으로 형성되어 있는 세라믹 형광체 (10) 의 4 개의 측면 (14a, 14b, 14c, 14d) 중, 측면 (14b, 14c, 14d) 을 형성하는 외주부 (13) 를 둘러싸도록 형성되어 있어도 된다. 이와 같은 경우에도, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 를 접합할 때, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이의 보이드는 세라믹 형광체 (10) 의 외측으로 이동하기 때문에, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이의 열 전도성을 향상시킬 수 있다.
[변형예 5]
상기 서술한 실시형태에서는, 돌출부 (32) 의 두께의 최대치는, 접합부 (31) 의 두께의 평균치의 2 배 이상 10 배 이하가 되어 있는 것으로 하였다. 그러나, 돌출부 (32) 의 두께의 최대치와 접합부 (31) 의 두께의 평균치의 관계는, 이것으로 한정되지 않는다. 돌출부 (32) 의 두께의 최대치가 접합부 (31) 의 두께의 평균치의 2 배 미만이어도, 땜납층 (30) 의 중앙부 (S41) 의 보이드 (V1) 는, 외측부 (S42) 로 이동하기 때문에, 세라믹 형광체 (10) 와 방열 부재 (20) 사이의 열 전도성을 향상시킬 수 있다.
[변형예 6]
상기 서술한 실시형태에서는, 돌출부 (32) 의 정점 (34) 의 방열 부재 (20) 로부터의 높이 (H1) 는, 세라믹 형광체 (10) 의 방열 부재 (20) 로부터의 높이 (H2) 보다 낮은 것으로 하였다. 그러나, 돌출부 (32) 의 높이 (H1) 와, 세라믹 형광체 (10) 의 높이 (H2) 의 관계는, 이것으로 한정되지 않는다.
[변형예 7]
상기 서술한 실시형태에서는, 보이드 (V1) 는, 금속막이나 접합막과 금 주석 땜납 박 (F1) 사이에 있던 간극이나 도금 공정에 있어서 혼입된 가스 유래인 것으로 하였다. 그러나, 보이드 (V1) 의 생성 원인은, 이것으로 한정되지 않고, 금 주석 페이스트를 사용하는 경우에는 금 주석 페이스트에 포함되는 바인더 유래여도 된다.
이상, 실시형태, 변형예에 기초하여 본 양태에 대하여 설명해 왔지만, 상기한 양태의 실시형태는, 본 양태의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 본 양태를 한정하는 것은 아니다. 본 양태는, 그 취지 그리고 특허 청구의 범위를 일탈하지 않고, 변경, 개량될 수 있음과 함께, 본 양태에는 그 등가물이 포함된다. 또한, 그 기술적 특징이 본 명세서 중에 필수적인 것으로서 설명되어 있지 않으면, 적절히, 삭제할 수 있다.
1 ; 파장 변환 부재
5 ; 광원 장치
6 ; 광원
10 ; 세라믹 형광체
11 ; 입사면
12 ; 주면
13 ; 외주부
14, 14a, 14b, 14c, 14d ; 측면
20 ; 방열 부재
21 ; 주면
30 ; 땜납층
31 ; 접합부
31a ; 중앙부
31b ; 다른 부분
32 ; 돌출부
32a ; 이간되어 있는 부분
32b ; 나머지 부분
33 ; 내벽
34 ; 정점
40 ; 용융 땜납
C10 ; 세라믹 형광체의 중앙의 부분
F1 ; 금 주석 땜납 박
L1, L2 ; 광
S41 ; 중앙부
S42 ; 외측부
S43 ; 내벽
V1 ; 보이드

Claims (19)

  1. 파장 변환 부재로서,
    입사하는 광의 파장을 변환하는 세라믹 형광체와,
    상기 세라믹 형광체의 열을 외부로 방출하는 방열 부재와,
    상기 세라믹 형광체와 상기 방열 부재를 접합하는 땜납층을 구비하고,
    상기 땜납층은, 상기 세라믹 형광체와 상기 방열 부재 사이에 배치되어 있는 접합부와, 상기 세라믹 형광체의 외주부로부터 외측으로 돌출되어 있는 돌출부를 포함하고,
    상기 돌출부는, 상기 세라믹 형광체의 상기 외주부에 형성된 측면으로부터 이간되어 있고,
    상기 땜납층에 있어서, 상기 돌출부의 두께의 최대치는, 상기 접합부의 두께의 평균치보다 큰,
    파장 변환 부재.
  2. 파장 변환 부재로서,
    입사하는 광의 파장을 변환하는 세라믹 형광체와,
    상기 세라믹 형광체의 열을 외부로 방출하는 방열 부재와,
    상기 세라믹 형광체와 상기 방열 부재를 접합하는 땜납층을 구비하고,
    상기 땜납층은, 상기 세라믹 형광체와 상기 방열 부재 사이에 배치되어 있는 접합부와, 상기 세라믹 형광체의 외주부로부터 외측으로 돌출되어 있는 돌출부를 포함하고,
    상기 돌출부는, 상기 세라믹 형광체의 상기 외주부를 둘러싸도록 형성되어 있는 내벽을 가지고 있고,
    상기 내벽은, 상기 외주부에 형성된 측면으로부터 이간되어 있고,
    상기 접합부의 보이드율은, 상기 돌출부의 보이드율에 비하여 작은,
    파장 변환 부재.
  3. 파장 변환 부재로서,
    입사하는 광의 파장을 변환하는 세라믹 형광체와,
    상기 세라믹 형광체의 열을 외부로 방출하는 방열 부재와,
    상기 세라믹 형광체와 상기 방열 부재를 접합하는 땜납층을 구비하고,
    상기 땜납층은, 상기 세라믹 형광체와 상기 방열 부재 사이에 배치되어 있는 접합부와, 상기 세라믹 형광체의 외주부로부터 외측으로 돌출되어 있는 돌출부를 포함하고,
    상기 돌출부는, 상기 세라믹 형광체의 상기 외주부를 둘러싸도록 형성되어 있는 내벽을 가지고 있고,
    상기 내벽은, 상기 외주부에 형성된 측면으로부터 이간되어 있고,
    상기 접합부에 있어서, 상기 파장 변환 부재의 중심축이 통과하는 중앙부의 보이드율은, 상기 접합부의 상기 중앙부를 제외한 다른 부분의 보이드율에 비하여 작은,
    파장 변환 부재.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌출부는, 상기 세라믹 형광체의 상기 외주부를 전체 둘레에 걸쳐서 둘러싸도록 형성되어 있는,
    파장 변환 부재.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌출부의 두께의 최대치는, 상기 접합부의 두께의 평균치의 2 배 이상 10 배 이하인,
    파장 변환 부재.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 돌출부의 두께의 최대치는, 상기 접합부의 두께의 평균치의 2 배 이상 10 배 이하인,
    파장 변환 부재.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌출부의 상기 방열 부재로부터의 높이는, 상기 세라믹 형광체의 광이 입사하는 입사면의 상기 방열 부재로부터의 높이보다 낮은,
    파장 변환 부재.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 돌출부의 상기 방열 부재로부터의 높이는, 상기 세라믹 형광체의 광이 입사하는 입사면의 상기 방열 부재로부터의 높이보다 낮은,
    파장 변환 부재.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 돌출부의 상기 방열 부재로부터의 높이는, 상기 세라믹 형광체의 광이 입사하는 입사면의 상기 방열 부재로부터의 높이보다 낮은,
    파장 변환 부재.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 돌출부의 상기 방열 부재로부터의 높이는, 상기 세라믹 형광체의 광이 입사하는 입사면의 상기 방열 부재로부터의 높이보다 낮은,
    파장 변환 부재.
  11. 광원 장치로서,
    제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 파장 변환 부재와,
    상기 세라믹 형광체에 광을 조사하는 광원을 구비하는,
    광원 장치.
  12. 광원 장치로서,
    제 4 항에 기재된 파장 변환 부재와,
    상기 세라믹 형광체에 광을 조사하는 광원을 구비하는,
    광원 장치.
  13. 광원 장치로서,
    제 5 항에 기재된 파장 변환 부재와,
    상기 세라믹 형광체에 광을 조사하는 광원을 구비하는,
    광원 장치.
  14. 광원 장치로서,
    제 6 항에 기재된 파장 변환 부재와,
    상기 세라믹 형광체에 광을 조사하는 광원을 구비하는,
    광원 장치.
  15. 광원 장치로서,
    제 7 항에 기재된 파장 변환 부재와,
    상기 세라믹 형광체에 광을 조사하는 광원을 구비하는,
    광원 장치.
  16. 광원 장치로서,
    제 8 항에 기재된 파장 변환 부재와,
    상기 세라믹 형광체에 광을 조사하는 광원을 구비하는,
    광원 장치.
  17. 광원 장치로서,
    제 9 항에 기재된 파장 변환 부재와,
    상기 세라믹 형광체에 광을 조사하는 광원을 구비하는,
    광원 장치.
  18. 광원 장치로서,
    제 10 항에 기재된 파장 변환 부재와,
    상기 세라믹 형광체에 광을 조사하는 광원을 구비하는,
    광원 장치.
  19. 파장 변환 부재의 제조 방법으로서,
    입사하는 광의 파장을 변환하는 세라믹 형광체와, 상기 세라믹 형광체와 접합시키는 방열 부재를 준비하는 준비 공정과,
    상기 세라믹 형광체와 상기 방열 부재를 땜납층에 의해 접합하는 접합 공정과,
    상기 접합 공정 후에, 상기 땜납층을 가공하는 가공 공정을 구비하고,
    상기 접합 공정에 있어서, 상기 땜납층은, 상기 세라믹 형광체와 상기 방열 부재 사이에 배치되는 접합부와, 상기 세라믹 형광체의 외주부로부터 외측으로 돌출되어 있고, 두께의 최대치가 상기 접합부의 두께의 평균치보다 큰 돌출부를 형성하고,
    상기 가공 공정에 있어서, 상기 돌출부 중 상기 세라믹 형광체의 상기 외주부에 형성된 측면으로부터 이간되어 있는 부분을 포함하는 적어도 일부를 제거하는,
    파장 변환 부재의 제조 방법.
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