JP2006237630A - 光源装置および面発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な化学エッチング法を用いて形成でき、大量生産に適し、高い冷却性能を有し、信頼性の高い、低価格な冷却装置を備えた光源装置を提供する。
【解決手段】複数の板状部材を積層した、第１、第２の冷却水通路と、前記第１と第２の冷却水通路との間を連通する第３の冷却水通路とを含み、前記冷却装置上に形成され、前記冷却装置に接続された第１、第２の電極とを有する発光装置アレイと、前記冷却装置から電気的に絶縁され、前記冷却装置頂面のうち、前記第１および第２の冷却水通路を含む部分を露出する開口部を持つ導体板と、前記第２の電極と前記導体板とを電気的に接続し、前記開口部に嵌合され、前記第１および第２の冷却水通路にそれぞれ対応する第１および第２の開口部を形成し、前記導体板の厚さよりも厚い弾性部材とを含む光源装置において、前記冷却装置頂面に、絶縁性熱硬化型両面接着フィルムにより前記導体板を接着する。
【選択図】図３

Description

本発明は一般に冷却装置に関し，特に多量の熱を放出するレーザダイオードアレイを冷却する冷却装置およびかかる冷却装置の製造方法、さらにかかる冷却装置を備えたレーザダイオードアレイに関する。

レーザダイオードアレイの用途の一つとして，高出力固体レーザの励起用光源がある。固体レーザを、キセノンランプ等の従来の光源の代わりに鋭いスペクトルを有するレーザダイオードにより励起することにより、非常に効率の良いレーザ発振が可能になる。一般に、このような高出力固体レーザの励起用光源として使われるレーザダイオードアレイは、高出力のレーザビーム束、典型的には数十ワットの連続ビームを発生する必要があるが、その際に激しい発熱を生じる。このため、レーザダイオードアレイを冷却する冷却装置が不可欠である。かかる分野でレーザダイオードアレイの使用が普及するためには，冷却装置から漏水等のない信頼性の高い光源装置を実現する必要がある。また単位光出力当たりのレーザダイオードアレイのコストを低減する必要がある。

図１１は、米国特許第５，１０５，４２９号に記載された、従来のレーザダイオードアレイを冷却する冷却装置１０の構成を示す。

図１１を参照するに、冷却装置１０は、各々冷却水の流路を形成された下側および上側の薄板１および３を、ガラス等の絶縁体よりなる中間薄板２の上下に積層した構成を有し、前記下側薄板１には冷却水の入口開口部１Ａおよび出口開口部１Ｂが、また上側薄板３には冷却水の入口開口部３Ａおよび出口開口部３Ｂが形成されている。下側薄板１の上面には、一端が前記冷却水入口１Ａに連通し他端が前記下側薄板１の前端面１ａに向かって枝分かれし、冷却水の流路となる水路１Ｃが形成され、さらに前記中間薄板２には、前記水路１Ｃに対応して、冷却水の流路となるスリット２Ｃが、前端面２ａに沿って形成される。また、前記中間薄板２には、前記薄板１の冷却水入口１Ａおよび出口１Ｂにそれぞれ対応して冷却水の通路２Ａ，２Ｂが形成される。

さらに、前記上側薄板３の下面には、前端面３ａに沿って、出口開口部３Ｂに連通して、前記水路１Ｃのピッチをさらに細くしたマイクロチャネル（図示せず）が形成される。

前記上側薄板３は、その上面上に、前端面３ａに沿ってレーザダイオードアレイ４を担持し、前記図示しないマイクロチャネルは、前記上側薄板３の下面の、前記レーザダイオードアレイ４の直下に形成される。

前記下側薄板１，中間薄板２および上側薄板３は、互いに積層された状態で、各々の薄板１〜３に形成された中央開口部１Ｄ〜３Ｄに挿通されたボルト・ナットにより固定され、レーザダイオードアレイ４中の個々のレーザダイオードは、駆動装置５により駆動される。

かかる従来の冷却装置１０では、単結晶Ｓｉ基板が薄板１および３として使われ、マイクロチャネル１Ｃおよび薄板３の図示されていないマイクロチャネルは、レジストパターンを使ったフォトリソグラフィにより、典型的には幅が２５μｍ、深さが１２５μｍに形成され、フォトリソグラフィの際のウェットエッチングに伴う結晶面により画成されている。かかる、幅が非常に狭いマイクロチャネルでは、マイクロチャネル表面に境界層が形成されにくく、冷却水をマイクロチャネルに通した場合、冷却効率が向上する。

図１２（Ａ）〜（Ｅ）は、従来の別の冷却装置２０の構成を示す。

図１２（Ａ）〜（Ｅ）を参照するに、冷却装置２０は冷却水入口２１Ａおよび出口２１Ｂを形成された下側蓋部材２１と、前記下側蓋部材２１上に形成され、前記冷却水入口および出口２１Ａ，２１Ｂにそれぞれ対応した冷却水入口２２Ａ，２２Ｂを形成された下側薄板２２と、前記下側薄板２２上に形成され、前記冷却水入口および出口２２Ａ，２２Ｂにそれぞれ対応した冷却水入口および出口２３Ａ，２３Ｂを形成された中間薄板２３と、前記中間薄板２３上に形成され、前記冷却水入口および出口２３Ａ，２３Ｂにそれぞれ対応した冷却水入口および出口２４Ａ，２４Ｂを形成された上側薄板２３と、前記上側薄板２２上に形成され、前記冷却水入口および出口２３Ａ，２３Ｂにそれぞれ対応した冷却水入口および出口２４Ａ，２４Ｂを形成された上側蓋部材２４とよりなり、前記下側薄板２２には、前記冷却水入口２２Ａに連通し、前端面２２ａに向かって幅を拡げながら延在する冷却水流路２２Ｃが形成される。また、前記中間薄板２３には、前記冷却水流路２２Ｃの前端部に対応して冷却水流路を構成するスリット２３Ｃが、前記入口２３Ａあるいは出口２３Ｂからは孤立して形成され、さらに前記上側薄板２４には、前記スリット２３Ｃに対応して、薄板２４の前端面２４ａに沿ってマイクロチャネル２４Ｄが形成される。マイクロチャネル２４Ｄからは、冷却水出口２４Ｂに連通する冷却水流路２４Ｃが、出口２４Ｂに向かって幅を狭めながら延在する。

薄板２１〜２５は、例えばＣｕ等の熱伝導性の材料により構成され、互いに積層されることにより、入口２１Ａから導入された冷却水が、スリット２３Ｃを通過した後、マイクロチャネル２４Ｄを通り、さらに出口２４Ｂから出口２５Ｂに流れ、その際上側蓋部材２５上に、前端面２５ａに沿って設けられたレーザダイオードアレイ（図示せず）が冷却される。

図１３は、マイクロチャネル２４Ｄの構成を示す。

図１３を参照するに、マイクロチャネル２４Ｄは、レーザ加工により形成された多数の平行なリブ２４ｄにより画成され、隣接するリブ２４ｄの間に、幅が２０μｍ程度の微細な流路が形成される。

しかし、前記図１１の冷却装置１０においては、マイクロチャネルをフォトリソグラフィにより形成しているため、露光装置など高価な設備を必要とし、製造費用が高くなる問題点がある。また、図１１の冷却装置１０は、薄板１および３として使われるＳｉ基板、あるいはガラス等の絶縁体薄板２は機械的に脆弱であり、歩留りが良くない問題点を有する。特に、ガラス板２の、スロット２Ｃで画成される棒状の前端部２ａが割れやすい。また、これらの薄板１〜３を積層する時にも、機械的な脆弱さのため、強く締めつけることができず、シリコンゴム等のパッキングを薄板間に用いても長時間の運転を行った場合に漏水が発生する危険ある。

図１１の冷却装置１０は、さらに薄板１〜３を積層した場合に直列抵抗が高くなってしまう問題点を有する。冷却装置１０においては、中間薄板２として、上下の薄板１および３を構成するＳｉ基板に対して貼り合わせるのに適したガラスを使っているため、また薄板相互間をシールするためシリコンゴム等のパッキングを用いているため，そのままでは薄板１〜３を直列接続してレーザダイオードアレイ４を駆動することができない。このため、薄板１〜３の側壁面に金属膜をメタライズしたりメタルクリップを使用したりする、あるいは金属粉末を含有した導電性シリコンゴムをパッキングとして使用する等の対策が講じられているが、直列抵抗はいずれにしても高くなり，余分なジュール熱が発生してしまう。

一方，図１２の冷却装置２０においては、Ｃｕ薄板２１〜２５を積層しているため、図１１の冷却装置１０におけるような熱伝導性と導電性に関わる問題点は大体解決できるが，成形にレーザ加工を用いているため，薄板２１〜２５を一枚ずつ加工する必要があり，加工コストが高い問題点が生じる。レーザ加工のかわりにエッチングで加工することにより低価格化することも考えられるが，Ｃｕのような金属のエッチングは等方的であるため，形成される冷却水チャネルの深さはチャネル幅の１／２以下になってしまい，マイクロチャネルは形成出来ない。また、この公知例では、マイクロチャネルを採用しないことで増加する熱抵抗を低減する方法は提示されていない。

また，図１２の構成では、Ｃｕ薄板は最低でも５枚必要だが，このように多数のＣｕ薄板を積層した場合、冷却水が漏れないように気密構造に貼り合わせる際に歩留りが低下し，装置の製造費用が増加してしまう。より具体的には、薄板２１〜２５はＣｕよりなるため、加工中、特に拡散溶接等により接合する際に加えられる熱と共に圧力により、容易に変形してしまう。特に、レーザビームで切り抜いた水路のための開口部２２Ｃあるいは２４Ｃを覆う隣接Ｃｕ薄板の対応部分が潰れやすい。また、同様な変形は、スロット２３Ｃが形成された薄板２３の前端面２３ａにも発生する。さらに、かかる冷却装置２０の変形は、その上に装着されるレーザダイオードバーを歪ませ，その結果レーザダイオードバーの寿命が短くなってしまう。また、かかる冷却装置２０の変形は、冷却装置や冷却装置管からの冷却水の漏水を発生させる原因になる。

そこで、本発明は上記の課題を解決した、新規で有用なレーザダイオードアレイを用いた光源装置およびかかる光源装置を積層した面発光装置を提供することを概括的課題とする。

本発明のより具体的な課題は、上下に積層しても余計な発熱の原因となる直列抵抗が小さく、また絶縁性弾性部材の水圧による変形が少なく、漏水が生じにくい光源装置または面発光装置を提供することにある。

本発明は前記の課題を、
請求項１に記載したように、
複数の板状部材を積層した積層体よりなり、冷却水が供給される第１の冷却水通路と、冷却水を排出する第２の冷却水通路と、前記第１の冷却水通路と前記第２の冷却水通路との間を連通する第３の冷却水通路とを含む冷却装置と、前記冷却装置上に形成され、前記冷却装置に接続された第１の極性の第１の電極と、前記第１の電極とは反対の極性の第２の電極とを有する発光装置アレイと、前記冷却装置頂面上に、前記冷却装置から電気的に絶縁されて形成され、前記冷却装置頂面のうち、前記第１の冷却水通路および第２の冷却水通路を含む部分を露出する開口部を形成された導体板と、前記第２の電極と前記導体板とを電気的に接続する接続手段と、前記開口部に嵌合され、前記第１の冷却水通路および第２の冷却水通路にそれぞれ対応する第１および第２の開口部を形成され、前記導体板の厚さよりも厚い弾性部材とを含む光源装置において、
前記冷却装置頂面に、前記導体板の形状に対応した形状の絶縁性熱硬化型両面接着フィルムにより前記導体板を接着されていることを特徴とする光源装置により、または
請求項２に記載したように、
前記導体板は、前記接続手段が接続される接続部分において、厚さが減少しており、前記接続部分に段差が形成されていることを特徴とする請求項１記載の光源装置により、または
請求項３に記載したように、
前記導体板は、レジストパターンを使った化学エッチングにより形成されることを特徴とする請求項１または２記載の光源装置により、または
請求項４に記載したように、
請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の光源装置を複数積層した面発光装置において、
前記各々の光源装置は、前記第１および第２の冷却水通路がそれぞれ互いに整合するように積層されることを特徴とする面発光装置により、または
請求項５に記載したように、
前記各々の光源装置において、前記電極導体板は、隣接して上方に積層された光源装置の冷却装置底面に、密に電気的に接触することを特徴とする請求項４記載の面発光装置により、または
請求項６に記載したように、
さらに、前記複数の積層された光源装置を貫通して、前記光源装置を整列させるガイド手段が設けられていることを特徴とする、請求項４または５記載の面発光装置により、または
請求項７に記載したように、
前記ガイド手段は、前記複数の積層された光源装置の外側に配設されたガイドロッドと、前記複数の光源装置の各々において、前記導体板から外方に延在し、前記ガイドロッドを挿通される開口部を形成された延出部とよりなることを特徴とする請求項６記載の面発光装置により、または
請求項８に記載したように、
複数の板状部材を積層した積層体よりなり、冷却水が供給される第１の冷却水通路と、冷却水を排出する第２の冷却水通路と、前記第１の冷却水通路と前記第２の冷却水通路との間を連通する第３の冷却水通路とを含む冷却装置と、前記冷却装置上に形成され、前記冷却装置に接続された第１の極性の第１の電極と、前記第１の電極とは反対の極性の第２の電極とを有する発光装置アレイとを含む光源装置を複数積層した面発光装置において、各々の光源装置は、さらに
前記冷却装置頂面上に、前記冷却装置から電気的に絶縁されて形成され、前記冷却装置頂面のうち、前記第１の冷却水通路および第２の冷却水通路を含む部分を露出する開口部を形成された導体板と、
前記第２の電極と前記電極導体板とを電気的に接続する接続手段と、
前記開口部に嵌合され、前記第１の冷却水通路および第２の冷却水通路にそれぞれ対応する第１および第２の開口部を形成され、前記導体板の厚さよりも厚い弾性部材と、を含み、
前記各々の光源装置は、前記第１および第２の冷却水通路がそれぞれ互いに整合するように積層されてなり、
さらに第１の光源装置と、前記第１の光源装置上に隣接して積層される第２の光源装置との間にスペーサを、前記スペーサの下面が前記第１の光源装置の導体板に密に接触し、上面が前記第２の光源装置の冷却装置下面に密に接触する状態で備え、前記スペーサは、前記第１および第２の光源装置のそれぞれの冷却装置中に形成された第１の冷却水通路に整合する第３の開口部と、前記第１および第２の光源装置のそれぞれの冷却装置中に形成された第２の冷却水通路に整合する第４の開口部とを備えたスペーサ導体板と、前記スペーサ導体板上に配設され、前記第３の開口部に整合する第５の開口部と前記第４の開口部に整合する第６の開口部とを形成された弾性スペーサ部材とよりなり、前記スペーサ導体板上には、前記弾性スペーサ部材が着座する凹部が形成されていることを特徴とする面発光装置により、または
請求項９に記載したように、
前記各々の光源装置の導体板と前記スペーサ導体板とを、レジストパターンを使った化学エッチング法により形成されることを特徴とする請求項８記載の面発光装置により、または
請求項１０に記載したように、
前記スペーサ導体板は、前記第３および第４の開口部を備えた下側導体板と、前記下側導体板上に積層された上側導体板とよりなり、前記上側導体板には、前記凹部を画成する第７の開口部が形成されていることを特徴とする請求項８または９記載の面発光装置により、または
請求項１１に記載したように、
前記下側導体板および上側導体板も、前記レジストパターンを使った化学エッチング法により形成されることを特徴とする請求項１０記載の面発光装置により、または
請求項１２に記載したように、
前記各々の光源装置において、前記導体板と前記スペーサ導体板とは、前記冷却装置と同一の金属材料よりなることを特徴とする請求項８〜１１のうち、いずれか一項記載の面発光装置により、解決する。

以下、本発明の作用を説明する。

本発明では、冷却装置を含んだ光源装置を多数積層して面発光装置を形成する際に、各光源装置の最上部に、レーザダイオードアレイの非接地側電極ないし駆動電極に電気的に接続された導体板を、冷却装置から絶縁された状態で形成し、かかる導体板上に、さらに上層の光源装置の冷却装置底部を当接させることにより、レーザダイオードアレイを多数直列に接続した低抵抗の面光源が得られる。その際、導体板には冷却装置中の冷却液入口開口部および出口開口部にそれぞれ対応する開口部が形成されるが、かかる開口部はレジストパターンを使った化学エッチング法により、非常に安価に形成することができる。さらに、かかる導体板中に、前記開口部を囲むように開口部あるいは凹部を形成し、かかる開口部にラバーシート等の弾性部材を着座させることにより、冷却液の漏水の問題を簡単かつ安価に解決できる。ラバーシートの厚さを導体板の厚さよりもやや厚くすることにより、光源装置を積層した場合にラバーシートは前記開口部にしっかりと着座し、冷却液の水圧が上昇しても変形することがない。光源装置と隣接する光源装置との間にスペーサ導体板を設ける場合にも同様である。また、光源装置を積層する際に、ガイドを設けておくと、面発光装置の組立が容易になる。

請求項１〜１２記載の本発明の特徴によれば、冷却装置上に、レーザダイオードアレイと電気的に接続される導体板を、絶縁層を介して設け、かかる導体板に冷却水通路を形成し、さらにその周辺のみを絶縁性弾性部材で囲むことにより、上下に多数積層してもシリーズ抵抗が小さく、また絶縁性弾性部材の水圧による変形が少なく漏水が生じにくい光源装置、あるいはかかる光源装置を積層した面発光装置が、簡単かつ安価に得られる。

［第１実施例］
図１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第１実施例の光源装置に使用する冷却装置の構成を示す分解図、図１（Ｄ）はかかる冷却装置の組み立てられた状態を示す斜視図である。

図１（Ａ）〜（Ｃ）を参照するに、冷却装置３０はＣｕあるいはＣｕ合金等の熱伝導率の高い、典型的には１．５Ｗ／ｃｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する金属板状部材３１〜３３を積層して形成されており、板状部材３１〜３３には、冷却水の入口開口部３１Ａ，３２Ａおよび３３Ａ、および出口開口部３１Ｂ，３２Ｂおよび３３Ｂがそれぞれ形成される。

板状部材３１〜３３の各々は典型的には２５０μｍの厚さを有し、前記板状部材３１の上面には、前端部３１ａに沿って、冷却水の水路として作用する平行な溝３１Ｃが、ピッチ４００〜５００μｍ、深さが典型的には１３０μｍ、幅が３００〜３５０μｍで形成される。前記溝３１Ｃは、畝３１ｃにより画成され（図２（Ｂ）の拡大図を参照）、前記畝３１ｃは前記冷却水入口３１Ａに向かって延在する。その結果、前記溝３１Ｃから前記入口３１Ａに向かって収斂する溝３１Ｄが形成される。換言すると、入口３１Ａから導入された冷却水は、溝３１Ｄにそって拡がり、前記前端面３１ａに隣接した溝３１Ｃに導かれる。

前記板状部材３２は、図１（Ｄ）に示すように、板状部材３１上に、開口部３２Ａ，３２Ｂを対応する開口部３１Ａ，３１Ｂにそれぞれ整列させて積層されるが、板状部材３２には、前記板状部材３１Ｃ上の溝３１Ｃの各々に対応して、複数の貫通孔３２Ｃが前端面３２ａに沿って形成され、その結果、前記溝３１Ｃに導入された冷却水は、対応する開口部３２Ｃを通って前記板状部材３２の上側に到達する。

前記板状部材３２の上側には板状部材３３が配設されるが、前記板状部材３３は、前記板状部材３１と同一の部材を前記板状部材３２上に裏返した状態で配設することにより得られ、従って板状部材３１上の溝３１Ｃおよび３１Ｄと同様な溝を、下面に形成されている。ただし、溝３１Ｄに対応する溝は、出口開口部３３Ｂに収束し、その結果、前記板状部材３２の貫通孔３２Ｃを通って流入した冷却水は、溝３１Ｃに対応する溝から溝３１Ｄに対応する溝を通って出口開口部３３Ｂに到達する。

図２（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ板状部材３２および板状部材３１を示す平面図である。

図２（Ａ）を参照するに、板状部材３２の前端面３２ａに沿って形成された一連の貫通孔３２Ｃの各々は架橋部３２ｂにより画成されており、このため前記板状部材３２の前端面３２ａに沿った部分は、貫通孔３２Ｃの図２（Ａ）中右側に位置する部分と、前記架橋部３２ｂにより熱的におよび機械的に結合される。

図２（Ｂ）は前記板状部材３１の上面を示すが、前端面３１ａに隣接して形成された平行な溝３１Ｃは、互いに幅が１００〜１５０μｍ程度の畝３１ｃにより画成されているのがわかる。溝３１Ｃは、二つずつが一つの溝３１Ｄに接続し、溝３１Ｄは畝３１ｃから連続する畝３１ｄにより画成され前記入口開口部３１Ａに収束する。先にも説明したように、図２（Ｂ）の溝３１Ｃ，３１Ｄおよび畝３１ｃ，３１ｄと同一の溝および畝は、前記板状部材３３の下面にも形成されている。すなわち、溝３１Ｃの幅が、溝３１Ｄから前記前端面３１ａに向かって増大するような場合には、溝３１Ｃ中に畝を形成し、溝を二つの溝に分岐させることにより、溝の幅が過大になることを回避することができる。

図２（Ａ），（Ｂ）の板状部材において、開口部３１Ａ〜３３Ａ，３１Ｂ〜３３Ｂ、貫通孔３２ｃおよび溝３１Ｃは、レジストパターンを使った通常の化学エッチングにより、容易に、また高価な製造装置を使うことなく安価に形成されるが、図１２の従来の装置で使われているようなレーザビーム加工では、困難である。

板状部材３１〜３３は互いに積層されて、後ほど説明する拡散接合等の手段により互いに接合され、図１（Ｄ）に示す内部に水路が形成された積層体３０が形成される。積層体３０の最上部を構成する板状部材３３の上面には、前端面３３ａに沿って、複数の端面出射型レーザダイオードを集積化したレーザダイオードアレイ３４が担持される。かかる積層体３０では、板状部材３２は板状部材３１上に形成された溝３１Ｃあるいは３１Ｄを画成する畝３１ｃあるいは３１ｄと、機械的および熱的に係合し、また板状部材３３上の対応する畝と機械的および熱的に係合する。

かかる構成の冷却装置３０では、レーザダイオードアレイ３４が生成する熱は、板状部材３３中を冷却水入口あるいは出口開口部３３Ａ，３３Ｂに向かって伝導されると同時に、前記板状部材３３から隣接する板状部材３２へ、前記溝を画成する畝を伝って伝導される。さらに前記板状部材３２に到達した熱は冷却水入口あるいは出口開口部３２Ａ，３２Ｂへと伝導されるが、本実施例では、レーザダイオード３４から最も多量の熱が伝達される前端部３２ａを含む部分から、前記開口部３２Ａ，３２Ｂが形成されている部分へと、前記貫通孔３２Ｃを画成する架橋部３２ｂを介して、熱が効率的に伝達される。

さらに、前記板状部材３２から板状部材３１へも、溝３１ＣあるいはＤを画成する畝を介して熱が効率的に伝達され、伝達された熱は前記出入口開口部３１Ａ，３１Ｂへと効率良く伝導される。板状部材３１あるいは３３内部においては、熱は、特に前記溝を画成する畝に沿って効率的に伝導される。このため、本実施例では、化学エッチングにより形成される溝３１Ｃはマイクロチャネルを形成しないが、それに伴う熱抵抗の増加は、効果的に補償される。

このように、前記積層体３０は、実質的に熱的な一体構造物を構成し、その結果、レーザダイオードアレイ３４が発生した熱は、３次元方向に、効率的に伝達され、さらに積層体３０中を３次元的に延在する水路を流れる冷却水により除去される。

前記積層体３０では、また各々の板状部材が、前記溝を画成する畝により互いに機械的に係合するが、その際溝の幅が高々１００〜２００μｍ程度のものであるため、図１２に示した開口部２２Ｃあるいは２４Ｃのような大きな開口部による空洞が積層体３０中に形成されることがない。このため、板状部材３１〜３３を強く圧着しても、積層体３０中に形成される冷却水の水路が潰れることがなく、冷却水のリークのない、安定した冷却装置を構成することができる。特に、板状部材３２の前端部３２ａを含む部分の変形が、架橋部３２ｂを形成することにより、効果的に回避できる。

図３（Ａ）は本発明の第１実施例による光源装置１０５の構成を、また図３（Ｂ）は図３（Ａ）の光源装置１０５を積層して形成した面発光装置１００の構成を示す。

図３（Ａ），（Ｂ）を参照するに、光源装置１０５には先の冷却装置３０が使用でき、入口側冷却水通路３０Ａに対応する通路１０９と出口側冷却水通路３０Ｂに対応する通路１１０とを形成された冷却装置１０３上に形成されており、前記冷却装置１０３上には、冷却装置１０３のうち前記通路１０９および１１０を含む部分を露出する開口部１０８が形成された導体板１０２が、図示していない絶縁性接着剤層を介して接着される。前記導体板１０２は、冷却装置１０３上の前端部に設けられたレーザダイオードアレイ１１４上の駆動電極（図示せず）と、Ａｕ等よりなるボンディングワイヤ１１３あるいはＡｕフォイルにより電気的に接続される。レーザダイオードアレイ１１４は、底部に接地電極を有し、前記冷却装置１０３上に設けられることで、冷却装置１０３に接地される。

さらに、図３（Ａ）の光源装置１０５は、前記冷却水通路１０９，１１０にそれぞれ対応する開口部１０６，１０７を形成された絶縁性弾性部材１０１を、前記開口部１０８中に有する。弾性部材１０１は前記導体板１０２よりもわずかに、典型的には５０〜１００μｍ程度大きい厚さを有しており、図３（Ｂ）に示すように他の光源装置１０５と共に積層されて、積層体１０４よりなる面発光装置１００を形成する際に、冷却装置１０３と導体板１０２との間の境界面において、前記冷却水通路１０９，１１０からの漏水を阻止する。図３（Ｂ）の積層状態では、一の光源装置中の弾性部材１０１は、その直上の光源装置１０５の冷却装置１０３により圧迫され、導体板１０２と同一平面を形成するが、その際、弾性部材１０１は前記冷却水の漏水経路を効果的に塞ぐ。

前記弾性部材１０１が導体板１０２と同一平面を形成することに関連して、図３（Ｂ）の面発光装置１００では、光源装置の積層ピッチが正確に制御される好ましい特徴が得られる。また、弾性部材１０１は前記導体板１０２中の開口部１０８に嵌合されているため、冷却水通路１０９，１１０中の水圧が上昇しても変形することがなく、信頼性の高いシール効果が得られる。

また、図３（Ｂ）の面発光装置１００では、一の光源装置の導体板１０２は、その直上の光源装置の冷却装置１０３とコンタクトし、従って積層された各光源装置のレーザダイオードアレイ１１４は、前記導体板１０２を介して直列接続されるが、その際、前記導体板１０２は冷却装置１０３と密接にコンタクトするため、面発光装置１００全体の直列抵抗が減少し、またコンタクトの信頼性も向上する。後で説明するように、開口部１０８を有する導体板１０２は、化学エッチングにより、安価かつ簡単に作製できる。導体板１０２は、前記冷却装置１０３を構成するＣｕあるいはＣｕ合金と同一組成の材料より形成するのが、電蝕を防止する観点から好ましい。

図１０（Ａ）は、本発明の光源装置の組立方法を、また図１０（Ｂ）はかかる方法により組み立てられた光源装置を示す。ただし、図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図１０（Ａ）を参照するに、光源装置１０５自体は図３（Ａ）の光源装置１０５に対応し、冷却装置１０３上に、前記導体板１０２が積層される前に、前記導体板と同一の形状を有し、従って開口部１０８に対応する開口部を形成された絶縁性熱硬化型両面接着フィルム１３６を配設し、その上に前記導体板１０２を配設する。この状態で加熱することにより、前記接着フィルム１３６は粘着性に変化し、さらに加熱、あるいは加熱後室温まで冷却することにより硬化する。かかる絶縁性熱硬化型両面接着フィルム１３６を使うことにより、金属導体板１０２は冷却装置１０３から電気的に絶縁される。

［第２実施例］
図４（Ａ）は、本発明の第２実施例による光源装置の構成を、また図４（Ｂ）は図４（Ａ）の光源装置を積層して形成した面発光装置１２０の構成を示す。ただし、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図４（Ａ），（Ｂ）を参照するに、本実施例では導体板１０２の前端部、すなわちレーザダイオードアレイ１１４に隣接する側に、厚さを減少させた段部１１５が形成され、前記レーザダイオードアレイ１１４との接続ワイヤ１１３は、かかる段部１１５に対して接続される。このように、導体板１０２に段部１１５を形成し、接続ワイヤ１１３を段部１１５に接続することにより、一の光源装置において、ワイヤ１１３が、その直上の光源装置の冷却装置１０３と接触するのが回避され、より信頼性の高い光源装置および面発光装置が得られる。

図４（Ｃ）は、図４（Ａ）の光源装置の一変形例を示す。

図４（Ｃ）を参照するに、本変形例では前記段部１１５を形成された導体板１０２が、開口部１０８を形成された下側導体板１０２Ａと上側導体板１０２Ｂとにより構成され、その際、前記段部１１５に対応する下側導体板１０２Ａの前端部上面が露出するように、上側導体板１０２Ｂの大きさが下側導体板１０２Ａの大きさよりも多少小さくされている。

かかる構成により、複雑な加工を行う必要なく、前記段部１１５を有する導体板１０２が得られる。

［第３実施例］
図５（Ａ）は、本発明の第３実施例による光源装置の構成を、また図５（Ｂ）は図１８（Ａ）の光源装置を積層して形成した面発光装置１３０の構成を示す。ただし、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図５（Ａ）を参照するに、本実施例では、図３（Ａ）の光源装置上に、前記冷却水通路１０９，１１０にそれぞれ対応した開口部１１８，１１９が形成されたスペーサ導体板１１６が配設される。このため、図５（Ｂ）に示す面発光装置１３０では、図３（Ａ）の光源装置が、間に前記スペーサ導体板１１６を挟んで積層される。

スペーサ導体板１１６には、前記開口部１１８および１１９を含む凹部１１６Ａが形成され、前記凹部１１６Ａには、前記開口部１１８および１１９にそれぞれ対応する開口部１１８Ａ，１１９Ａが形成された絶縁性弾性スペーサ部材１１６Ｂが着座する。絶縁性弾性スペーサ部材１１６Ｂは、先に説明した弾性スペーサ部材１０１と同一の部材でよい。スペーサ導体板１１６と弾性スペーサ部材１１６Ｂとは、スペーサ部材１１７を形成する。

前記スペーサ導体板１１６は、図５（Ｂ）に示す積層状態においては、下側のスペーサ導体板１０２に対して押圧され、密接に接触する。また、上側の光源装置の冷却装置１０３底面に対しても押圧され、密接に接触する。その結果、レーザダイオードアレイ１１４が接続された前記スペーサ導体板１０２と、その上の光源装置の冷却装置１０３との間に、低抵抗の信頼性の高い電気的コンタクトが形成される。

図５（Ｂ）の面発光装置において、かかるスペーサ部材１１７を隣接する光源装置間に介在させることにより、光源装置間の距離、従って光ビームの積層方向へのピッチを所望の通りに設定できる。また、光源装置間の距離が増大するため、レーザダイオードアレイ１１４と下側の冷却装置１０３との間に、レーザダイオードアレイ１１４の熱膨張率に近い熱膨張率を有するサブマウント１２０を介在させる余裕ができる。図５（Ａ）に示すように、本実施例においても弾性スペーサ部材１１６Ｂはスペーサ導体板１１６上に形成された凹部１１６Ａ中に着座しているため、冷却水通路１１８，１１９中の水圧が上昇しても変形することがなく、漏水は生じない。

図６（Ａ）は、前記スペーサ部材１１７の一変形例を、また図６（Ｂ）は図６（Ａ）のスペーサ部材１１７を使った場合の積層構造の一部を詳細に示す。

図６（Ａ）を参照するに、本変形例では、前記スペーサ導体板１１６が、前記開口部１１８，１１９を形成された下側導体板１２２と、図１８（Ａ）の凹部１１６Ａに対応する開口部１２１Ａを形成された上側導体板１２１とより構成され、前記弾性スペーサ部材１１６Ｂは、かかる開口部１２１Ａに嵌合される。

スペーサ導体板１１６を、このように、下側導体板１２２および上側導体板１２１より構成することにより、図６（Ａ）の凹部１１６Ａを形成する加工工程が不要になり、光源装置の製造費用が安くなる。導体板１２１および１２２は、いずれも従来のレジストマスクを使った化学エッチング法により、簡単かつ安価に製造できる。

図６（Ｂ）を参照するに、冷却装置１０３上には導体板１０２が密接に接触し、開口部１０８の内側には弾性スペーサ部材１０１が保持されている。また、導体板１２２が前記導体板１０２と密接に接触し、その上に導体板１２１が密接に接触して形成されている。さらに、導体板１２１に形成された開口部１２１Ａの内側には、弾性スペーサ部材１１６Ｂが保持されている。かかる構成を積層することにより、冷却装置１０３から導体板１０２，１２２，１２１を介して上層の冷却装置１０３に至る電流路が確保され、また弾性スペーサ部材１０１および１１６Ｂは安定に保持される。すなわち、冷却水通路１１１，１１２中の水圧が上昇しても、変形することがなく、漏水が確実に阻止される。弾性スペーサ部材１０１および１１６は、導体板１０２あるいは１２１よりも僅かに大きい厚さを有するため、図６（Ｂ）の積層状態では、漏水経路となる隙間は実質的に完全に塞がれる。

［第４実施例］
図７は、本発明の第４実施例による面発光装置の組立方法を示す。ただし、図７中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

本実施例では、先の第１〜第３実施例のいずれかに記載した光源装置１０５をケース１２５内において積層し、面発光装置１００〜１３０のいずれでもよい面発光装置１４０を形成する工程を示す。

図７を参照するに、ケース１２５には、前記冷却水通路１１１，１１２に対応する開口部（図示せず）が形成されており、さらに前記図示していない開口部から、上方に一対のガイドロッド１２４が延在する。前記光源装置１０５の積層は、前記ケース１２５中において前記ガイドロッド１２４をガイドとして実行され、その結果、積層される光源装置１０５は、前記ケース１２５内において、所望の方向、特に前後方向に容易に整列し、面発光装置１４０の組立作業が実質的に容易になる。

ガイドロッド１２４は、前記ケース１２５と一体的に形成する場合には酸化膜等の絶縁被膜で覆われているのが好ましく、また前記冷却水通路１１１，１１２のうち、前記レーザダイオードアレイ１１４に近い開口部前端縁を避けて係合させるのが好ましい。

図８は図７の実施例の一変形例であり、前記ガイドロッド１２４が、前記冷却水通路１１１，１１２のうち、前記開口部１１１，１１２において、前端縁を除く３辺と係合するＵ字型形状を有している。

また、図７，８の構成において、前記ガイドロッド１２４は、面発光装置１４０の組立後、取り外すように構成してもよい。この場合には、ガイドロッド１２４の表面に絶縁被膜を形成する必要はない。いずれにせよ、本実施例ではガイドロッドを使った光源装置１０５の積層が、光源装置の寸法を、ガイドロッドを通すだけのために、高価な光源装置の動作に実際に要求される寸法以上に大きくすることなく実行でき、面発光装置の費用を低減することができる。

図９は、本実施例による面発光装置の組立方法のさらに別の実施例を示す。ただし、図９中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図９を参照するに、本実施例では、各光源装置１０５において、冷却装置１０３から後方に延在する延出部１２８を形成し、かかる延出部１２８にガイドロッド１２７を挿通される開口部１２９を形成する。すなわち、光源装置１０５は、積層される際、前記ケース１２５の側壁面と、前記ガイドロッド１２７とにより位置決めされる。また、必要に応じて、ガイドロッド１２７を複数設けてもよい。

かかる構成では、ガイドロッド１２７が冷却水通路１１１，１１２の外側に形成されるため、冷却水の流れが妨げられることがない。本実施例においても、ガイドロッド１２７は酸化膜等の絶縁被膜で覆われているのが望ましいが、またガイドロッド１２７は、面発光装置の組立後除去してもよい。

以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はその要旨内において様々な変形・変更が可能である。

（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第１実施例の光源装置にしようする冷却装置の構成を示す分解図、（Ｄ）は、冷却装置を構成する積層体を示す斜視図である。 （Ａ），（Ｂ）は、図１（Ｄ）の冷却装置を構成する板状部材の構成を示す図である。 （Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施例による光源装置および面発光装置の構成を示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第２実施例による光源装置および面発光装置の構成を示す図である。 （Ａ），（Ｂ）は、本発明の第３実施例による光源装置および面発光装置の構成を示す図である。 （Ａ），（Ｂ）は、図５（Ａ），（Ｂ）の細部を示す図である。 本発明の第４実施例による、面発光装置の組立工程を示す図である。 図７の組立工程の一変形例を示す図である。 図７の組立工程の別の変形例を示す図である。 （Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施例による光源装置の組立方法を示す図である。 従来のレーザダイオードアレイの冷却装置の構成を示す分解図である。 別の従来のレーザダイオードアレイの冷却装置の構成を示す分解図である。 図１２の冷却装置の一部を示す拡大図である。

符号の説明

１０，２０ 冷却装置
１，３ Ｓｉ基板
１ａ〜３ａ，２２ａ〜２５ａ，３１ａ〜３３ａ 前端面
１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ 冷却水出入口
１Ｃ 水路
１Ｄ，２Ｄ，３Ｄ ネジ孔
２ ガラス板
２Ｃ スリット
４ レーザダイオードアレイ
４Ａ ボンディングワイヤ
５ 駆動装置
２１〜２５ Ｃｕ薄板
２１Ａ〜２５Ａ 冷却水入口
２１Ｂ〜２５Ｂ 冷却水出口
２２Ｃ，２４Ｃ 冷却水水路
２３Ｃ スリット
２４ｄ リブ
２４Ｄ マイクロチャネル
３０ 積層体
３１〜３３ 板状部材
３０Ａ〜３３Ａ 冷却水入口
３０Ｂ〜３３Ｂ 冷却水出口
３１ｃ，３１ｄ 畝
３１Ｃ，３１Ｄ 溝
３２ｂ 架橋部
３２Ｃ，４１Ｅ 貫通孔
３４ レーザダイオードアレイ
１００，１２０，１３０，１４０ 面発光装置
１０１ 弾性部材
１０２，１０２Ａ，１０２Ｂ 導体板
１０３ 冷却装置
１０４ 積層体
１０５ 光源装置
１０６，１０７，１０８，１１８，１１９，１１８Ａ，１１９Ａ 開口部
１０９，１１０，１１１，１１２ 冷却水通路
１１３ ホンディングワイヤ
１１４ レーザダイオードアレイ
１１５ 段部
１１６ スペーサ導体板
１１６Ａ 凹部
１１６Ｂ 弾性スペーサ部材
１１７ スペーサ部材
１２０Ａ サブマウント
１２１，１２２ 導体板
１２１Ａ 開口部
１２４，１２７ ガイドロッド
１２５ ケース
１２８ 延出部
１２９ 開口部
１３６ 絶縁性熱硬化型両面接着フィルム

Claims (12)

1. 複数の板状部材を積層した積層体よりなり、冷却水が供給される第１の冷却水通路と、冷却水を排出する第２の冷却水通路と、前記第１の冷却水通路と前記第２の冷却水通路との間を連通する第３の冷却水通路とを含む冷却装置と、前記冷却装置上に形成され、前記冷却装置に接続された第１の極性の第１の電極と、前記第１の電極とは反対の極性の第２の電極とを有する発光装置アレイと、前記冷却装置頂面上に、前記冷却装置から電気的に絶縁されて形成され、前記冷却装置頂面のうち、前記第１の冷却水通路および第２の冷却水通路を含む部分を露出する開口部を形成された導体板と、前記第２の電極と前記導体板とを電気的に接続する接続手段と、前記開口部に嵌合され、前記第１の冷却水通路および第２の冷却水通路にそれぞれ対応する第１および第２の開口部を形成され、前記導体板の厚さよりも厚い弾性部材とを含む光源装置において、
   前記冷却装置頂面に、前記導体板の形状に対応した形状の絶縁性熱硬化型両面接着フィルムにより前記導体板を接着されていることを特徴とする光源装置。
2. 前記導体板は、前記接続手段が接続される接続部分において、厚さが減少しており、前記接続部分に段差が形成されていることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
3. 前記導体板は、レジストパターンを使った化学エッチングにより形成されることを特徴とする請求項１または２記載の光源装置。
4. 請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の光源装置を複数積層した面発光装置において、
   前記各々の光源装置は、前記第１および第２の冷却水通路がそれぞれ互いに整合するように積層されることを特徴とする面発光装置。
5. 前記各々の光源装置において、前記電極導体板は、隣接して上方に積層された光源装置の冷却装置底面に、密に電気的に接触することを特徴とする請求項４記載の面発光装置。
6. さらに、前記複数の積層された光源装置を貫通して、前記光源装置を整列させるガイド手段が設けられていることを特徴とする、請求項４または５記載の面発光装置。
7. 前記ガイド手段は、前記複数の積層された光源装置の外側に配設されたガイドロッドと、前記複数の光源装置の各々において、前記電極導体板から外方に延在し、前記ガイドロッドを挿通される開口部を形成された延出部とよりなることを特徴とする請求項６記載の面発光装置。
8. 複数の板状部材を積層した積層体よりなり、冷却水が供給される第１の冷却水通路と、冷却水を排出する第２の冷却水通路と、前記第１の冷却水通路と前記第２の冷却水通路との間を連通する第３の冷却水通路とを含む冷却装置と、前記冷却装置上に形成され、前記冷却装置に接続された第１の極性の第１の電極と、前記第１の電極とは反対の極性の第２の電極とを有する発光装置アレイとを含む光源装置を複数積層した面発光装置において、各々の光源装置は、さらに
   前記冷却装置頂面上に、前記冷却装置から電気的に絶縁されて形成され、前記冷却装置頂面のうち、前記第１の冷却水通路および第２の冷却水通路を含む部分を露出する開口部を形成された電極導体板と、
   前記第２の電極と前記電極導体板とを電気的に接続する接続手段と、
   前記開口部に嵌合され、前記第１の冷却水通路および第２の冷却水通路にそれぞれ対応する第１および第２の開口部を形成され、前記電極導体板の厚さよりも厚い弾性部材と、を含み、
   前記各々の光源装置は、前記第１および第２の冷却水通路がそれぞれ互いに整合するように積層されてなり、
   さらに第１の光源装置と、前記第１の光源装置上に隣接して積層される第２の光源装置との間にスペーサを、前記スペーサの下面が前記第１の光源装置の電極導体板に密に接触し、上面が前記第２の光源装置の冷却装置下面に密に接触する状態で備え、前記スペーサは、前記第１および第２の光源装置のそれぞれの冷却装置中に形成された第１の冷却水通路に整合する第３の開口部と、前記第１および第２の光源装置のそれぞれの冷却装置中に形成された第２の冷却水通路に整合する第４の開口部とを備えたスペーサ導体板と、前記スペーサ導体板上に配設され、前記第３の開口部に整合する第５の開口部と前記第４の開口部に整合する第６の開口部とを形成された弾性スペーサ部材とよりなり、前記スペーサ導体板上には、前記弾性スペーサ部材が着座する凹部が形成されていることを特徴とする面発光装置。
9. 前記各々の光源装置の導体板と前記スペーサ導体板とを、レジストパターンを使った化学エッチング法により形成されることを特徴とする請求項８記載の面発光装置。
10. 前記スペーサ導体板は、前記第３および第４の開口部を備えた下側導体板と、前記下側導体板上に積層された上側導体板とよりなり、前記上側導体板には、前記凹部を画成する第７の開口部が形成されていることを特徴とする請求項８または９記載の面発光装置。
11. 前記下側導体板および上側導体板も、前記レジストパターンを使った化学エッチング法により形成されることを特徴とする請求項１０記載の面発光装置。
12. 前記各々の光源装置において、前記導体板と前記スペーサ導体板とは、前記冷却装置と同一の金属材料よりなることを特徴とする請求項８〜１１のうち、いずれか一項記載の面発光装置。

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