特許第6923941号(P6923941)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許6923941固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造及びパッケージング方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6923941
(24)【登録日】2021年8月3日
(45)【発行日】2021年8月25日
(54)【発明の名称】固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造及びパッケージング方法
(51)【国際特許分類】
   H01L 33/64 20100101AFI20210812BHJP
   H01L 33/50 20100101ALI20210812BHJP
   H01L 33/56 20100101ALI20210812BHJP
   H01L 33/60 20100101ALI20210812BHJP
   F21V 3/08 20180101ALI20210812BHJP
   F21V 3/00 20150101ALI20210812BHJP
   F21V 9/32 20180101ALI20210812BHJP
   F21V 19/00 20060101ALI20210812BHJP
   F21V 29/502 20150101ALI20210812BHJP
   F21V 29/503 20150101ALI20210812BHJP
   F21V 29/10 20150101ALI20210812BHJP
   G02B 5/20 20060101ALI20210812BHJP
   F21Y 105/10 20160101ALN20210812BHJP
   F21Y 115/10 20160101ALN20210812BHJP
【FI】
   H01L33/64
   H01L33/50
   H01L33/56
   H01L33/60
   F21V3/08
   F21V3/00 510
   F21V9/32
   F21V19/00 150
   F21V19/00 170
   F21V29/502 100
   F21V29/503
   F21V29/10
   G02B5/20
   F21Y105:10
   F21Y115:10 300
   F21Y115:10 500
【請求項の数】14
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2018-521966(P2018-521966)
(86)(22)【出願日】2016年6月8日
(65)【公表番号】特表2019-502254(P2019-502254A)
(43)【公表日】2019年1月24日
(86)【国際出願番号】CN2016085374
(87)【国際公開番号】WO2017107400
(87)【国際公開日】20170629
【審査請求日】2019年6月5日
(31)【優先権主張番号】201510965435.4
(32)【優先日】2015年12月21日
(33)【優先権主張国】CN
(73)【特許権者】
【識別番号】518144090
【氏名又は名称】福建中科芯源光電科技有限公司
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】特許業務法人HARAKENZO WORLD PATENT & TRADEMARK
(72)【発明者】
【氏名】叶尚輝
(72)【発明者】
【氏名】張杰欽
(72)【発明者】
【氏名】洪茂椿
(72)【発明者】
【氏名】林文雄
(72)【発明者】
【氏名】郭旺
(72)【発明者】
【氏名】張云峰
【審査官】 高椋 健司
(56)【参考文献】
【文献】 特表2014−517527(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2010/0140655(US,A1)
【文献】 特開2012−009470(JP,A)
【文献】 特開2005−005544(JP,A)
【文献】 特開2014−060283(JP,A)
【文献】 特表2013−522915(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 33/00−33/64
F21V 19/00−19/06
G02B 5/20−5/28
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
固体蛍光体と、透明有機シリカゲルと、LEDチップと、基板と、を含み、前記LEDチップは、前記基板上に設置される固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造であって、前記デュアルチャンネル伝熱パッケージング構造は、更に前記基板上に固定された伝熱柱を含み、前記伝熱柱はLEDチップを避けるよう設置し、前記固体蛍光体は、当該伝熱柱上に設置されて、且つLEDチップとは接触せず、前記固体蛍光体と、基板と、の隙間内には前記透明有機シリカゲルが充填されており;
前記デュアルチャンネル伝熱パッケージング構造は、更にダムグルーを含み、前記ダムグルーは前記基板上に設置されて、且つ前記ダムグルーは前記LEDチップの外郭に環状に設置され、前記固体蛍光体は、ダムグルーにも接続固定されることを特徴とする固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造。
【請求項2】
前記固体蛍光体の基材は常温で固体状態である共に、当固体蛍光体は400−500nmの可視光または250−400nmの紫外光に対して、吸収して、380−780nmの可視光を励起することのできる蛍光効能をもつことを特徴とする請求項1に記載の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造。
【請求項3】
前記伝熱柱は380−780nmの可視光または250−400nmの紫外光に対して、80%以上の透過率または80%より高い反射率をもつことを特徴とする請求項1に記載の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造。
【請求項4】
LEDチップがノーマルチップの場合、前記伝熱柱の高さはLEDチップボンディングワイヤのアークの最高点より高く、
LEDチップがフリップチップの場合、前記伝熱柱の高さはLEDチップの高さより高くすることを特徴とする請求項1に記載の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造。
【請求項5】
前記基板が金属基板であることを特徴とする請求項1に記載の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造。
【請求項6】
前記LEDチップ発射のスペクトルがピーク波長400−500nmの可視光またはピーク波長250−400nmの紫外光であることを特徴とする請求項1に記載の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造。
【請求項7】
前記基板が可視光に対して80%より高い反射率を持つことを特徴とする請求項1に記載の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造。
【請求項8】
前記伝熱柱が透明伝熱柱であることを特徴とする請求項1に記載の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造。
【請求項9】
以下のステップを有する固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング方法であって、
基板の中部に露出しているアルミ光沢面の光沢層にダイボンディングエリアを形成し、基板の外郭部にBT樹脂層を圧着し、BT樹脂層には、正負電極と、回路と、を設けるステップ10、
基板のダイボンディングエリア内にLEDチップを均等に配置し、なお、LEDチップ間の隙間内に伝熱柱を配置させるステップ20、
150℃で2時間焼き付け、LEDチップと、伝熱柱と、が基板に完全接着された後、ワイヤボンディング作業を行うステップ30、
ダイボンディングエリアの外郭に白色の有機シリカゲルにで一回りのダムを造り、150℃環境で30分間焼付け完全固形化を行うステップ40、
上記作業を完成した後、ダムグルーが形成する空間内に適量の透明有機シリカゲルを注入し、さらに蛍光セラミックスを圧着し固定させるステップ50、
固定された蛍光セラミックス光源を60℃温度で0.5時間、または80℃で0.5時間、または150℃で1時間で充分な加熱固形化を行うステップ60
を含むことを特徴とする固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング方法。
【請求項10】
前記ステップ40での固形化温度は150℃であり、固形化時間は30分間であり、
前記ステップ50の具体的な工程は、ワイヤボンディング完成後に点滴方法により適量の透明有機シリカゲルを注入し、前記透明有機シリカゲルはAB成分の割合で配合した透明有機シリカゲルを採用し、60℃温度で加熱することで有機シリカゲルの流動を加速させ、気泡排出と、ゲルのレベリングと、が完了した後で、蛍光セラミックスを圧着して、固定させることを特徴とする請求項9に記載の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング方法。
【請求項11】
前記固体蛍光体の基板が透明セラミックス、ガラス又はPCであることを特徴とする請求項2に記載の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造。
【請求項12】
前記伝熱柱の熱伝導率は1.0W/m.Kより高いことを特徴とする請求項3に記載の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造。
【請求項13】
前記LEDチップノーマルチップであって、前記伝熱柱の分布は多数を前記ノーマルチップ間の隙間中に均等に配置させるか、または少量の前記伝熱柱を集中分布させることを特徴とする請求項4に記載の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造。
【請求項14】
前記LEDチップフリップチップであって、前記LEDフリップチップを集中分布させることを特徴とする請求項4に記載の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【0001】
[技術分野]
本発明は、固体蛍光体集積光源に関するものであり、特に、固体蛍光体集積光源のパッケージング構造及びパッケージング方法に関するものである。
【0002】
[背景技術]
既存のLED光源は、一般的に蛍光有機コロイドによりパッケージングしたものであるが、このようなパッケージング方法は、蛍光粉末をLEDチップに密着させている。出力の小さい時は問題ないが、出力の密集化に伴い、特に、集積パッケージングの際には、二つの大出力の熱源が重畳されることになる。その結果、LEDチップの接合部の温度が急速に上昇され、蛍光粉末と、有機コロイドと、の老化・甚だしくは炭化を引き起こし、光源の発光効率の低下と、寿命の短縮に繋がる。
【0003】
眼下、固体蛍光体集積光源には、具体的に固体蛍光体、透明有機シリカゲル、LEDチップ、ダムゲルー、及び基板が含まれる。LEDチップは、基板上に設置され、LEDチップ外郭には、基板上に設置されたダムゲルーがあり、固体蛍光体はLEDチップ上に設置されダムにで固定され、固体蛍光体と、基板と、の間の隙間には透明有機シリカゲルにより充填される。よって、透明有機シリカゲルは、固体蛍光体と、LEDチップと、を隔離させ、固体蛍光体の熱源が熱源であるLEDチップに直接重畳されることを防いだ。但し、使用中に、透明蛍光ゲルは熱伝達性がよくないため、熱の伝達が不充分となり、熱を効率的に下げられず寿命延長にも繋がらない。
【0004】
[発明内容]
本発明は、上記問題を解決するため、固体蛍光体集積光源のデュアルチャネル伝熱パッケージング構造及びパッケージング方法を提出し、二重の伝熱チャンネルを設けることでLED光源の二つの熱源を隔離させ十分な熱伝達を謀かり、固体蛍光体と、LEDチップと、の温度を効果的に低減させ寿命延長を実現する。
【0005】
本発明が提出する固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造は、固体蛍光体と、透明有機シリカゲルと、LEDチップと、基板と、を含む。前記LEDチップは、前記基板上に設置され、前記デュアルチャンネル伝熱パッケージング構造は、更に、前記基板上に固定された伝熱柱を含み、且つ当伝熱柱はLEDチップを避けるように設置され、前記固体蛍光体は、当該伝熱柱上に設置するが、LEDチップとは接触しない。前記固体蛍光体と、基板と、の間の隙間内は、前記透明有機シリカゲルにより充填させる。
【0006】
更に、前記デュアルチャンネル伝熱パッケージング構造は、更に、ダムゲルーを含み、前記ダムゲルーは、前記基板上に設置されるが、前記ダムゲルーは、前記LEDチップの外郭に環状に設置される。前記固体蛍光体は、ダムゲルーとも接続固定される。
【0007】
更に、前記固体蛍光体の基材は、常温環境で固体状態の材質である同時に、当該固体蛍光体は、400−500nmの可視光または250−400nmの紫外光に対して、吸収して、380−780nmの可視光を励起することができる蛍光体である。
【0008】
更に、前記固体蛍光体の基材は、透明セラミックス、ガラス、或いはPCである。
【0009】
更に、前記伝熱柱は、380−780nmの可視光または250−400nmの紫外光に対して、80%より高い透過率はたは80%より高い反射率を有する。
【0010】
更に、前記伝熱柱の伝熱率は、1.0W/m.Kより高い。
【0011】
更に、LEDチップがノーマルチップである場合、前記伝熱柱の高さは、LEDチップボンディングワイヤのアークの最高点より高い。
【0012】
LEDチップがフリップチップである場合、前記伝熱柱の高さは、LEDチップの高さより高い。
【0013】
更に、LEDチップがノーマルチップである場合、前記伝熱柱の分布は、多数がノーマルチップの隙間中に均等に分散されるか、または、前記伝熱柱を少量に集中分布させる。
【0014】
更に、前記LEDフリップチップは、密集分布している。
【0015】
更に、前記基板は、金属基板である。
【0016】
更に、前記LEDチップの発射するスペクトルは、ピーク波長が400−500nmである可視光またはピーク波長が250−400nmの紫外光である。
【0017】
更に、前記基板は、可視光に対して80%より高い反射率を有する。
【0018】
更に、前記伝熱柱は、透明伝熱柱である。
【0019】
本発明は、更に、固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング方法を提出し、当該方法は以下のステップを含む。
【0020】
基板の中部に露出しているアルミ光沢面の光沢層にダイボンディンエリアを形成し、基板の外郭部にBT樹脂層を圧着し、BT樹脂層には、正負電極と、回路と、を設けるステップ10。
【0021】
基板のダイボンディンエリア内にLEDチップを均等に配置する共に、LEDチップ間の隙間内に伝熱柱を配置させるステップ20。
【0022】
150℃で2時間乾かし、LEDチップと、伝熱柱と、が基板に完全接着されたらワイヤボンディング作業を行うステップ30。
【0023】
ダイボンディンエリアの外郭に白色の有機シリカゲルを使って一回りのダムを造り、150℃で30分間乾燥させ完全に固形化させるステップ40。
【0024】
上記作業を完成した後、ダムグルーが形成する空間内に適量の透明有機シリカゲルを注入した後、蛍光セラミックスを圧着し固定させるステップ50。
【0025】
固定された蛍光セラミックス光源を温度60℃で0.5時間、または80℃で0.5時間、または150℃で1時間で加熱固形化を十分に行うステップ60。
【0026】
更に、前記ステップ40での固形化温度は150℃とし、固形化時間は30分間とする。
【0027】
前記ステップ50は具体的に、ワイヤボンディングの完成後に適量の透明有機シリカゲルを点滴の方式で注入するが、前記透明有機シリカゲルは、AB成分の割合で配合した透明有機シリカゲルである。その後、60℃の温度で加熱し、有機シリカゲルの流動性を加速させ、気泡の排出と、ゲルのレベリングと、が終わった後で、蛍光セラミックスを圧着し固定させる。
【0028】
[発明効果]
本発明は、透明有機シリカゲルにより、固体蛍光体と、LEDチップと、を隔離させることで固体蛍光体の熱源が熱源であるLEDチップに直接重畳されることを防いだ。更に、伝熱柱を通じて固体蛍光体のほどんとの熱を伝達し、固体蛍光体―伝熱柱―基板の伝熱チャンネルを構成する。デュアルチャンネル伝熱の設計は、LED光源における二つの熱源を隔離する共に、充分な熱伝導を行い、固体蛍光体と、LEDチップと、の熱が各自のチャンネルを通して基板に伝われ、更に、基板からヒートシンク経由で空気中に放出されるため、両者の温度を効果的にさげ寿命延長を実現した。
【0029】
[添付図の簡単説明]
以下、添付図と、実施例と、を使い本発明に対して詳しく説明する。
【0030】
図1は、本発明固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージングの正面構造イメージ図である。
【0031】
図2は、本発明固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージングの一実施例の縦方向の断面構造イメージ図である。
【0032】
図3は、本発明固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージングのもう一実施例の縦方向の断面構造イメージ図である。
【0033】
図4は、本発明サンプル2の温度分布図である。
【0034】
図5は、本発明サンプル3の温度分布図である。
【0035】
図6は、本発明のスペクトルである。
【0036】
[実施方法]
本発明の目的、技術方案、長所をより明確に説明するために、以下に具体的な実施例により、添付図を参考し、本発明を更に詳しく説明する。但し、当業者の周知のように、本発明は、添付図と、以下の実施例と、に限らない。
【0037】
図1図3が示すように、本発明の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造は、固体蛍光体1と、透明有機シリカゲル2と、LEDチップ3と、ダムグルー4と、基板5と、を含み、さらに、前記基板5上に固定された伝熱柱6を含み、前記LEDチップ3と、前記ダムグルー4と、は前記基板5上に設置されるが、前記ダムグルー4は、前記LEDチップ3の外郭に環状設置され、前記伝熱柱6は前記基板5上に固定されるが、LEDチップ3を避けるように設置する。前記固体蛍光体1は、当該伝熱柱6上に設置されるが、前記固体蛍光体1の周囲はさらにダムグルー4と接続し固定され、前記固体蛍光体1と、基板5と、の隙間内には、前記透明有機シリカゲル2が充填される。
【0038】
そのうち、前記固体蛍光体1の基材は、常温環境で固形物であり、例えば透明セラミックス、ガラス、またはPCなどであってもいい同時に、当該固体蛍光体1は、400−500nmの可視光または250−400nmの紫外光に対して、吸収して、且つ380−780nmの可視光を励起することができる蛍光効能を有する。
【0039】
前記伝熱柱6は、380−780nmの可視光または250−400nmの紫外光に対して、80%以上の透過率または80%より高い反射率を有する。前記伝熱柱の伝熱率は、1.0W/m.Kより高い。前記伝熱柱は、透明な伝熱柱であり、好ましくは、酸化アルミニウムの透明セラミックス柱である。
【0040】
当該LEDチップ3がノーマルチップである場合、前記伝熱柱6の高さは、LEDチップ3ボンディングワイヤのアークの最高点と同等または高くする。当LEDチップ3がフリップチップである場合、前記伝熱柱6の高さは、LEDチップ3の高さと同等または高くする。
【0041】
前記伝熱柱6の分布は、様々な形式をとってよいが、好ましくは、多数をLEDノーマルチップ3の隙間中に均等に分布させるが、前記伝熱柱6を少量に集中分布してもよく、またはLEDフリップチップ3を密集分布させる。
【0042】
前記LEDチップ3の発射スペクトルは、ピーク波長が400−500nmの可視光またはピーク波長が250−400nmの紫外光である。
【0043】
前記基板5のチップを設置した側に回路を設けて、且つ可視光に対して80%より高い反射率を持つ。前記基板5は、金属基板であり、好ましくは、光沢面アルミニウムCOB基板である。
【0044】
本発明固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング方法の実現方法は、固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング方法であり、当該方法は、以下のスッテプを含む。
【0045】
基板の中部に露出している光沢面アルミニウムの光沢面層にダイボンディンエリアを形成し、基板の外郭部分にBT(ビスマレイミドトリアジン)樹脂層を圧着し、BT樹脂層上には正負電極と、回路と、が設けるスッテプ10。
【0046】
基板のダイボンディンエリア内でLEDチップを均等に設置する共に、LEDチップ間の隙間内に伝熱柱を配置するスッテプ20。
【0047】
150℃で2時間焼き付け、LEDチップと、伝熱柱と、が基板に完全に接着されたからボンディングワイヤ作業を進めるスッテプ30。
【0048】
ダイボンディンエリアの外郭で、白い有機シリカゲルにで閉鎖された一回りのダムを造り、150℃環境で30分間焼付け完全固形化させるスッテプ40。
【0049】
上記作業が完了したから、ダムグルーが形成する池内に適量の透明有機シリカゲルを注入し、蛍光セラミクスを圧着し固定させるスッテプ50。具体的には、ボンディングワイヤ完了後、適量の透明有機シリカゲルを一滴ずつ注入するが、前記透明有機シリカゲルは、AB成分の割合で配合した透明有機シリカゲルを使い、60℃の温度で加熱し、有機シリカゲルの流動を加速し、気泡が排出されレベリングされた後、蛍光セラミクスを圧着し固定させる。
【0050】
固定された蛍光セラミクス光源を60℃で、0.5時間、または80℃で、0.5時間、または150℃で、1時間で十分な熱固形化を行うスッテプ60。
【0051】
そのうち、本実施例で、光沢面アルミニウムCOB基板を採用し、蛍光セラミクスは、好ましくは、YAG蛍光セラミクスを採用する。前記LEDチップは、三安の22*35のノーマルチップを採用し、チップ高さは120umである。前記伝熱柱6は、35um×35um×220umの酸化アルミニウム透明セラミクス柱である。500Wの固体蛍光体集積光源を例にすれば、1156個のLEDチップ3と、120個の透明セラミクス伝熱柱6と、が配置されるが、いずれもこれに限らない。
【0052】
本発明は、透明有機シリカゲルにより固体蛍光体と、LEDチップと、を隔離させることにより、固体蛍光体の熱源が、熱源となるLEDチップに直接被らないようにした。そして、更に伝熱柱により固体蛍光体のほどんとの熱を放出するので、固体蛍光体―伝熱柱―基板の熱伝達通路が形成される。二重伝熱チャンネルの設計は、LED光源の二つの熱源を隔離したうえ十分な熱伝導を行うため、固体蛍光体と、LEDチップと、の熱が各自のチャンネルを通して基板に伝わり、さらに基板からヒートシンク経由で空気中に放出されるため、効果的に両者の温度をさげることで寿命延長を実現した。
【0053】
本発明の技術効果を説明するために、次のような効果比較を実施した。
【0054】
サンプル1:伝熱柱抜き、その他の条件一致。
【0055】
サンプル2:蛍光粉末接着剤、その他の条件一致。
【0056】
サンプル3:伝熱柱あり、その他の条件一致。
【0057】
テストパワー:600W。
【0058】
サンプル1は、200℃以後に、焦げが出たので、比較対象外とした。
サンプル2の温度分布図は、図4の示す通り、最高温度と、最低温度と、は表1の示すとおり。
【0059】
【表1】
【0060】
サンプル3の温度分布図は、図5の示す通り、最高温度と、最低温度と、は表2の示すとおり。
【0061】
【表2】
【0062】
測定値から分かるように、サンプル3はサンプル2に比べて、温度の均等性が著しく改善され、特に、セラミクス中心部の温度は、約53.89%下がり、平均温度も約42.14%下がっている。たが、サンプル1は、実験の初期から熱による焦げが現れた。
【0063】
そして、当該方案は、光効果に影響を与えないし、かえって光効果を一定程度向上させるので、600Wでの光効果は120lm/Wに達した。図6の示す通り。
【0064】
前記のように本発明の具体的な実施方法を説明したが、当業者はわかるように、ここでの具体的な実施例は説明のためであり、本発明の範囲を限定するものではないことから、本分野に詳しい当業者が本発明の精神を基盤に同等効果を果たす修正はたま変化をしても、本発明の請求の範囲内とされ保護される。
【図面の簡単な説明】
【0065】
図1】本発明固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージングの正面構造イメージ図である。
図2】本発明固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージングの一実施例の縦方向の断面構造イメージ図である。
図3】本発明固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージングのもう一実施例の縦方向の断面構造イメージ図である。
図4】本発明サンプル2の温度分布図である。
図5】本発明サンプル3の温度分布図である。
図6】本発明のスペクトルである。
図1
図2
図3
図4
図5
図6