JP6460162B2 - 波長変換装置の製造方法 - Google Patents
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Description
図1に、本実施形態に係る波長変換装置100を示す。波長変換装置100は、放熱部材50と、放熱部材50上に設けられた波長変換部材10と、金属材料を含み放熱部材50と波長変換部材10を接続する接続部材40と、を有する。特に、波長変換部材10は、上面と、側面と、下面と、を有し、接続部材40は、波長変換部材10の側面及び下面と熱的に接続されている。
(波長変換部材10)
波長変換部材10は、LEDやLDなどの光源から照射された励起光を波長変換させるものである。波長変換部材10は例えば、蛍光体粉末と保持体とを混合させ、SPS(Spark Plasma Sintering:放電プラズマ焼結)、HIP(Hot Isostatic Pressing:熱間静水圧成形)、CIP(Cold Isostatic Pressing:冷間等方加圧成形)等の焼結法を用いて形成することができる。光源としてLDを用いる場合、LD光は光密度が高いので、波長変換部材10は発熱しやすい。しかし、放熱性に優れる波長変換装置であれば、光源としてLDを用いる場合であっても十分に使用することができる。
本実施形態では、波長変換部材10と接続部材40との間に反射膜20を設けている。反射膜20は、波長変換部材10の上面側から入射した光を、再度上面側に反射させるためのものである。反射膜20は波長変換部材10の下面と接続部材40との間に設けられている。こうすることで、光を効率よく反射させ、光取り出し効率を向上させることができる。反射膜20は、単膜であってもよいし、多層膜であってもよい。本実施形態においては、反射膜20として誘電体材料よりなる第1反射膜21及び金属材料からなる第2反射膜22を設けているが、いずれか一方のみを用いることもできるし、他の構成を採用することもできる。以下、第1反射膜21と第2反射膜22について説明する。
第1反射膜21は、誘電体材料からなるものを用いることができる。第1反射膜21としては、酸化ケイ素、酸化ニオブ、酸化アルミ、酸化ジルコニウム、窒化アルミ、窒化ケイ素等を用いることができる。
第2反射膜22は、金属材料よりなるものとすることができ、第1反射膜21の下側に設けることができる。第2反射膜22は、例えば、アルミニウム、銀、ロジウムから選択された少なくとも一種の金属を含む金属膜とすることができるが、反射率の高い銀を用いるのが好ましい。これにより、第1反射膜21で反射できなかった光も反射することができるため、光を損失なく反射できる。なお、第2反射膜に銀を用いる場合は、反射膜は波長変換部材の下面のみに形成されている。すなわち、波長変換部材の側面には形成されていない。波長変換部材の側面まで反射膜を形成すると、側面の一部が露出してしまい、露出した領域から硫化し黒色化してしまう。反射膜を下面のみに設けることにより、介在膜で完全に被覆することができるため、劣化を誘発する元素に第2反射膜が晒されない。よって、硫化を抑制することができる。
介在膜30は、金属材料を含み、波長変換部材10の側面から反射膜20の下面にわたって形成することができる。つまり、波長変換部材10の側面、反射膜20の側面及び反射膜20の下面の露出する領域全てを被覆しており、波長変換部材10と接続部材40との間に設けることが好ましい。接続部材40として共晶材料を用いた場合、共晶材料と波長変換部材10とは密着性が悪く、接合性が問題となるところ、間に介在膜30を介すことで密着性を向上させることができる。また、反射膜20を被覆していることにより、反射膜20の劣化も抑制することができる。
接続部材40は、金属材料を含んでおり、放熱部材50と波長変換部材10と機械的に固定すると同時に、両者を熱的に接続するためのものである。接続部材40は、放熱伝導率の良い材料を用いることが好ましい。例えば、銀、金、パラジウムなどの導電ペーストや、金スズなどの共晶はんだ、低融点金属等のロウ材を用いることができる。中でも、比較的低温で溶融して接着でき、放熱性も良好な金スズとの共晶はんだを用いることが好ましい。
放熱部材50は、いわゆるヒートシンクであり、接続部材40を介して波長変換部材10と熱的に接続されている。放熱部材50は熱伝導率を考慮して選択することができる。具体的には、金、銀、アルミニウム、ニッケル、銅、鉄、タングステン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、ステンレス、真鍮、カーボン等、好ましくは鉄、より好ましくは銅を用いることができる。これにより、波長変換部材10の特性劣化を抑制することができるので、信頼性の高い波長変換装置を提供することができる。
また、波長変換部材10の上面に酸化ケイ素等からなる保護膜60を設けることもできる。これにより、波長変換部材10が直接むき出しにならないため、劣化を抑制することができる。
以下に、図2(a)〜(d)を参照しながら、本実施形態に係る波長変換装置の製造方法について示す。
まず、蛍光体と保持体を混合させ、SPS焼結法により得られたウエハ状の波長変換部材10を準備した。波長変換部材10の上面及び下面は、機械研磨により荒く研磨した後、CMPにより仕上げ研磨することがこのましい。これにより、機械研磨のダメージを取り除くことができるので、発光効率の高い波長変換部材とすることができる。
次に、図2(a)に示すように、ウエハ状の波長変換部材10の上面に保護膜60を形成するとともに、波長変換部材10の下面に反射膜20を形成した。反射膜20は、波長変換部材10側から順に、第1反射膜21と第2反射膜22とを有している。
次に、図2(b)に示すように、反射膜20及び保護膜60を形成した波長変換部材10を複数の素子に個片化する。個片化する際に、ベベルカット用ブレードを用いて、波長変換部材の側面が下面から上面に向かって広がった傾斜となるようにする。
次に、図2(c)に示すように、個片化した素子に金属材料よりなる介在膜30を形成する。つまり、波長変換部材10の側面、反射膜20の側面及び反射膜20の下面に介在膜30を形成する。介在膜30を形成する方法としては、スパッタ法、蒸着法、化学気相成長(CVD)法、イオンブレーディング法等を用いることができる。この工程において、波長変換部材10の側面が下面から上面に向かって広がって傾斜(ベベルカット)していれば、スパッタであっても波長変換部材10の側面全域に精度良く介在膜30を形成することができる。
次に、図2(d)に示すように、反射膜20の下面と放熱部材50とを、金属材料を含む接続部材40で接続する。接続する方法としては、はんだ法等が挙げられる。接続工程において、接続部材40は介在膜30が形成された領域へと這い上がる現象が起こる。これは、金属を含む接続部材40が表面張力により、金属である介在膜30に引っ張られるためである。本実施形態における製造方法によれば、波長変換部材の側面を露出することなく介在膜30が形成されているため、接続部材40も波長変換部材10の上面以外の露出した領域全てを精度よく被覆することができる。
波長変換装置100と異なる形態として、図3に示す波長変換装置200のような構成とすることもできる。波長変換装置200は、第1実施形態に示した第1反射膜21と第2反射膜22との間に、誘電体多層膜よりなる第3反射膜23を有する。第3反射膜23は、第1反射膜21に対して主に垂直方向に入射する光を反射することができる。この構成では、誘電体多層膜により、反射率は向上するものの放熱性が低下する。しかし、本発明においては、下面のみならず側面にも接続部材を設けているため、一定の効果が期待できる。
図1に基づいて本実施例にかかる波長変換装置について説明する。まず、粉末状のLAG系蛍光体と粉末状のアルミナからなる保持体とをSPS法により焼結したウエハ状の波長変換部材を準備した。ウエハ状の波長変換部材の上面にスパッタ法を用いて酸化ケイ素(膜厚100nm)よりなる保護膜を形成し、波長変換部材の下面に波長変換部材側から順に酸化アルミ(膜厚1000nm)よりなる第1反射膜、銀(膜厚1000nm)よりなる第2反射膜を有する反射膜をスパッタ法で形成した。
比較例として、介在膜30及び接続部材40が波長変換部材10の下面にしか形成されず、波長変換部材10の側面が下面から上面に向かって傾斜していない波長変換装置を図1に示す波長変換装置100と比較した。より詳細には、比較例の波長変換装置は、実施例1の波長変換装置と、波長変換部材の上面の面積は同じであるが、側面が傾斜していないため、下面の面積が異なっている。
10…波長変換部材
20…反射膜
21…第1反射膜
22…第2反射膜
23…第3反射膜
30…介在膜
40…接続部材
50…放熱部材
60…保護膜
Claims (6)
- 波長変換部材を準備する工程と、
前記波長変換部材の下面に反射膜を形成する工程と、
前記波長変換部材の側面及び前記反射膜の側面が、下面から上面に向かって広がる形状となるように前記波長変換部材及び前記反射膜を加工する工程と、
前記波長変換部材の側面、前記反射膜の側面及び前記反射膜の下面に金属材料を含む介在膜を形成する工程と、
前記介在膜の下面と放熱部材とを、導電ペースト、共晶はんだ又はロウ材からなる金属材料を含む接続部材を用いて接続し、前記接続部材を前記介在膜の側面に這い上がらせる工程を含む波長変換装置の製造方法。 - 前記波長変換部材を準備する工程において、ウエハ状の波長変換部材を準備し、
前記波長変換部材及び前記反射膜を加工する工程において、前記ウエハ状の波長変換部材を加工して複数の波長変換部材に個片化する請求項1に記載の波長変換装置の製造方法。 - 前記波長変換部材を準備する工程において、蛍光体粉末と保持体とを混合し、焼結法により形成した波長変換部材を準備する請求項1又は2に記載の波長変換装置の製造方法。
- 前記反射膜は誘電体多層膜を含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の波長変換部材の製造方法。
- 前記反射膜は銀を含む請求項1〜4のいずれか1項に記載の波長変換装置の製造方法。
- 前記波長変換部材の上面に保護膜を形成する工程をさらに含む請求項1〜5のいずれか1項に記載の波長変換装置の製造方法。
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