JP2009059929A - 半導体発光素子のための駆動回路およびこれを用いた光源装置、照明装置、モニタ装置、画像表示装置 - Google Patents

半導体発光素子のための駆動回路およびこれを用いた光源装置、照明装置、モニタ装置、画像表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 半導体発光素子を駆動するための駆動回路の寄生インダクタンスを低減させる。
【解決手段】 半導体発光素子を駆動するための駆動回路は、基板と、基板の第1の層に形成され、半導体発光素子のアノードに電気的に接続される第1のパターンと、基板の第2の層に形成され、半導体発光素子のカソードに電気的に接続される第2のパターンと、を備える。第1のパターンと第2のパターンとは、基板の法線方向から見たときに第1のパターンと第2のパターンとが重なるように、形成されている。
【選択図】 図6

Description

この発明は、半導体発光素子を駆動するための駆動回路に関する。
光源装置は、例えば、半導体レーザと、半導体レーザを駆動する駆動回路と、を備えている。
特開平5−95148号公報
ところで、光源装置の効率は、より具体的には、半導体レーザの効率は、高いことが好ましい。しかしながら、駆動回路には、通常、寄生インダクタンスが存在する。寄生インダクタンスの影響は、半導体レーザを流れる電流が大きく、かつ、半導体レーザを流れる電流の大きさが変動する場合に、大きくなる。このため、従来では、駆動回路の寄生インダクタンスに起因して、光源装置の効率を充分に高めることが困難であった。
なお、この問題は、光源装置が半導体レーザを備える場合に限らず、LEDなどの他の半導体発光素子を備える場合にも共通する。
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、半導体発光素子を駆動するための駆動回路の寄生インダクタンスを低減させることを目的とする。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
[適用例1] 半導体発光素子を駆動するための駆動回路であって、
基板と、
前記基板の第1の層に形成され、前記半導体発光素子のアノードに電気的に接続される第1のパターンと、
前記基板の第2の層に形成され、前記半導体発光素子のカソードに電気的に接続される第2のパターンと、
を備え、
前記第1のパターンと前記第2のパターンとは、前記基板の法線方向から見たときに前記第1のパターンと前記第2のパターンとが重なるように、形成されている、駆動回路。
この駆動回路では、基板の第1の層の第1のパターンと基板の第2の層の第2のパターンとは、基板の法線方向から見たときに2つのパターンが重なるように、形成されているため、駆動回路の寄生インダクタンスを低減させることができる。
[適用例2] 適用例1記載の駆動回路であって、
前記第1のパターンの幅と前記第2のパターンの幅とは、ほぼ等しい、駆動回路。
こうすれば、第1のパターンの幅と第2のパターンの幅とが異なる場合と比較して、寄生インダクタンスを低減させることができる。
[適用例3] 適用例1または2記載の駆動回路であって、
前記半導体発光素子を流れる電流が前記第1のパターンを流れる際の第1の向きと、前記電流が前記第2のパターンを流れる際の第2の向きとは、逆向きである、駆動回路。
[適用例4] 適用例1ないし3のいずれかに記載の駆動回路であって、
前記基板は、リジッド基板である、駆動回路。
[適用例5] 適用例4記載の駆動回路であって、
前記半導体発光素子は、前記リジッド基板の側方に配置されている、駆動回路。
こうすれば、半導体発光素子がリジッド基板の一方の面側に配置されている場合と比較して、寄生インダクタンスを低減させることができる。
[適用例6] 適用例4記載の駆動回路であって、さらに、
フレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板の第3の層に形成された第3のパターンであって、前記第1のパターンと前記アノードとは前記第3のパターンを介して電気的に接続されている、前記第3のパターンと、
前記フレキシブル基板の第4の層に形成された第4のパターンであって、前記第2のパターンと前記カソードとは前記第4のパターンを介して電気的に接続されている、前記第4のパターンと、
を備え、
前記第3のパターンと前記第4のパターンとは、前記基板の法線方向から見たときに前記第3のパターンと前記第4のパターンとが重なるように、形成されている、駆動回路。
こうすれば、駆動回路の配置の自由度を高めることができる。
[適用例7] 適用例6記載の駆動回路であって、
前記第3のパターンの幅と前記第4のパターンの幅とは、ほぼ等しい、駆動回路。
[適用例8] 適用例6または7記載の駆動回路であって、
前記半導体発光素子を流れる電流が前記第3のパターンを流れる際の第3の向きと、前記電流が前記第4のパターンを流れる際の第4の向きとは、逆向きである、駆動回路。
[適用例9] 適用例6ないし8のいずれかに記載の駆動回路であって、
前記半導体発光素子は、前記フレキシブル基板の側方に配置されている、駆動回路。
こうすれば、半導体発光素子がフレキシブル基板の一方の面側に配置されている場合と比較して、寄生インダクタンスを低減させることができる。
[適用例10] 適用例4ないし9のいずれかに記載の駆動回路であって、さらに、
前記半導体発光素子に接続されたスイッチング素子を備え、
前記スイッチング素子は、前記第2のパターンの形成領域の内側に設けられている、駆動回路。
[適用例11] 適用例1ないし3のいずれかに記載の駆動回路であって、
前記基板は、フレキシブル基板である、駆動回路。
こうすれば、駆動回路の配置の自由度を高めることができる。
[適用例12] 適用例11記載の駆動回路であって、
前記半導体発光素子は、前記フレキシブル基板の側方に配置されている、駆動回路。
こうすれば、半導体発光素子がフレキシブル基板の一方の面側に配置されている場合と比較して、寄生インダクタンスを低減させることができる。
[適用例13] 適用例11または12記載の駆動回路であって、さらに、
前記半導体発光素子に接続されたスイッチング素子を備え、
前記スイッチング素子は、前記第2のパターンの形成領域の内側に設けられている、駆動回路。
[適用例14] 光源装置であって、
適用例1ないし13のいずれかに記載の駆動回路と、
前記半導体発光素子と、
を備える、光源装置。
[適用例15] 照明装置であって、
適用例14記載の光源装置を備える、照明装置。
[適用例16] モニタ装置であって、
適用例14記載の光源装置と、
前記光源装置によって照射される被写体を撮像する撮像部と、
を備える、モニタ装置。
[適用例17] 画像表示装置であって、
適用例14記載の光源装置と、
前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調デバイスと、
を備える、画像表示装置。
なお、この発明は、駆動回路、該駆動回路を備える光源装置、照明装置,モニタ装置,画像表示装置,プロジェクタ等の種々の態様で実現することができる。
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.第1実施例:
A−1.光源装置の構成:
A−2.寄生インダクタンスの影響:
A−3.プリント基板の構成:
B.第2実施例:
C.第3実施例:
C−1.第3実施例の変形例:
D.光源装置の適用例:
A.第1実施例:
A−1.光源装置の構成:
図1は、光源装置100の概略構成を示す説明図である。なお、図1には、光源装置100に電力を供給するAC/DCコンバータ90も示されている。図示するように、光源装置100は、DC/DCコンバータ120と、発光部130と、検出用ミラー172と、フォトダイオード(PD)174と、電流−電圧(I−V)変換回路176と、制御回路190と、を備えている。図2は、図1のDC/DCコンバータ120および発光部130の内部構成を示す説明図である。以下では、図1,図2を参照しつつ、光源装置100について説明する。
DC/DCコンバータ120は、AC/DCコンバータ90から第1の直流電圧を受け取り、該第1の直流電圧の電圧値を低減させて第2の直流電圧を出力する。
具体的には、図2に示すように、DC/DCコンバータ120は、2つのトランジスタ122,124と、インダクタ126と、コンデンサ128と、を備えている。第1のトランジスタ122とインダクタ126とコンデンサ128とは、この順序で直列に接続されている。また、第2のトランジスタ124と、インダクタ126およびコンデンサ128とは、並列に接続されている。
第1のトランジスタ122のゲート端子には、第1の電圧制御信号Cv1が供給される。また、第2のトランジスタ124のゲート端子には、第2の電圧制御信号Cv2が供給される。2つのトランジスタ122,124は、2つの電圧制御信号Cv1,Cv2に従って、交互にオン状態に設定されると共に、交互にオフ状態に設定される。インダクタ126とコンデンサ128とは、2つのトランジスタ122,124間の電圧を平滑化する。この構成により、DC/DCコンバータ120は、AC/DCコンバータ90から受け取った第1の直流電圧を低減させて、第2の直流電圧を出力することができる。
発光部130は、図2に示すように、発光デバイス140と、スイッチ回路150と、を備えている。発光デバイス140は、基本波(赤外光)を射出する半導体レーザ142と、第2高調波発生(SHG)現象を利用して2次高調波を発生させる波長変換素子144と、外部共振器を構成するミラー146と、を備えており、可視光を射出する。また、スイッチ回路150は、半導体レーザ142を発光状態または非発光状態に設定するためのトランジスタ152を備えている。
検出用ミラー172は、発光デバイス140から射出された光の一部(モニタ光)をフォトダイオード174に導く。フォトダイオード174には、モニタ光の強度に応じた電流が流れる。電流−電圧変換回路176は、フォトダイオード174に流れる電流に応じた電圧を出力する。
制御回路190は、電流−電圧変換回路176の出力値(電圧値)に応じて、2つの電圧制御信号Cv1,Cv2をDC/DCコンバータ120に供給する。具体的には、制御回路190は、電流−電圧変換回路176の出力値に応じて、第1の電圧制御信号Cv1のデューティ比と第2の電圧制御信号Cv2のデューティ比とを変更する。例えば、電流−電圧変換回路176の出力値が目標値よりも小さい場合には、第1の電圧制御信号Cv1のデューティ比を増大させると共に、第2の電圧制御信号Cv2のデューティ比を低減させる。この結果、DC/DCコンバータ120は、2つの電圧制御信号Cv1,Cv2に応じた値を有する第2の直流電圧を出力することができる。
また、制御回路190は、発光制御信号CLを発光部130に供給する。発光制御信号CLに応じてトランジスタ152がオン状態またはオフ状態に設定されると、半導体レーザ142が発光状態または非発光状態に設定される。半導体レーザ142は、第2の直流電圧に応じた強度を有する赤外光を射出し、この結果、発光デバイス140は、第2の直流電圧に応じた強度を有する可視光を射出する。
上記の説明から分かるように、本実施例の光源装置100では、発光デバイス140から射出される可視光の強度がほぼ一定となるように、APC(Auto Power Control)制御が行われる。
なお、図1,図2に示す光源装置100のうち、発光デバイス140を除く部分が、本発明における駆動回路に相当する。また、発光デバイス140に含まれる半導体レーザ142が、本発明における半導体発光素子に相当する。
図3は、図2の回路における電圧の変化を模式的に示す説明図である。図3(A)〜(C)は、それぞれ、図2に示す3つの電圧Va〜Vcの変化を示している。電圧Vaは、DC/DCコンバータ120の入力電圧(すなわち、AC/DCコンバータ90の出力電圧)である。電圧Vbは、DC/DCコンバータ120の出力電圧である。電圧Vcは、半導体レーザ142の端子間電圧、すなわち、アノード−カソード間の電圧である。
本実施例では、図3(A)に示すように、DC/DCコンバータ120は、約12Vの直流電圧を受け取る。また、図3(B)に示すように、DC/DCコンバータ120は、約3Vの直流電圧を出力する。そして、図3(C)に示すように、半導体レーザ142のアノード−カソード間には、周期的な発光制御信号CLに応じて、周期的に電圧が印加される。なお、トランジスタ152がオン状態に設定される期間に、半導体レーザ142に電流が流れ、半導体レーザ142のアノード−カソード間に有意な電圧が印加される。
A−2.寄生インダクタンスの影響:
ところで、図2には、破線でインダクタが示されている。このように、実際の駆動回路には、配線パターンに起因して、具体的には、図2に示す電流のループに起因して、寄生インダクタンスが存在する。
図4は、寄生インダクタンスに応じた電流の波形を示す説明図である。図中、横軸は、時間を示し、縦軸は、半導体レーザ142のアノード−カソード間を流れる電流を示す。曲線C1〜C4は、それぞれ、寄生インダクタンスが10nH,15nH,32nH,60nHである場合の電流の波形を示している。
図4から分かるように、寄生インダクタンスが比較的小さい場合には、電流の波形は矩形に近づく。逆に、寄生インダクタンスが比較的大きい場合には、電流の波形は鈍る。これは、寄生インダクタンスは、半導体レーザ142にパルス状の電流が流れる際に、電流の変化を妨げるように作用するためである。
半導体レーザ142の発光量LPは、半導体レーザに供給される電力(供給電力)IPと、半導体レーザの光変換効率ηと、を用いて以下のように表される。
LP=IP×η
また、供給電力IPは、半導体レーザのアノード−カソード間に印加される電圧のピーク値(ピーク電圧)Vpと、半導体レーザに流れる電流の積分値∫Iと、を用いて以下のように表される。
IP=Vp×∫I
電流の波形が鈍る場合には、電流の積分値∫Iが小さくなるため、供給電力IPが小さくなってしまう。
図5は、寄生インダクタンスと規格化効率との関係を示す説明図である。図中、横軸は、寄生インダクタンスを示し、縦軸は、規格化効率(%)を示す。ここで、規格化効率は、半導体レーザ142に供給される電力(供給電力)IPと、DC/DCコンバータ120から出力される電力(出力電力)OPと、の比(IP/OP)を百分率で示したものである。例えば、寄生インダクタンスがゼロである場合には、供給電力IPは出力電力OPと等しく、規格化効率は100%となる。
図5から分かるように、規格化効率は、寄生インダクタンスが増大する程、小さくなる。換言すれば、規格化効率を増大させるためには、寄生インダクタンスを低減させればよい。なお、寄生インダクタンスが低減すれば、前述の電流の積分値∫Iが増大するため、供給電力IPが増大する。
寄生インダクタンスの低減は、駆動回路の配線パターンを工夫することによって実現可能である。
周知のように、ループ状のコイルのインダクタンスL(μH)は、式(1)で表される。なお、Rはコイル(すなわちループ)の半径を示し、dは導線の直径を示す。aは定数である。
Figure 2009059929
式(1)から分かるように、インダクタンスLは、Rの値を小さくすれば、小さくなる。また、インダクタンスLは、dの値を大きくすれば、小さくなる。
すなわち、配線パターンに起因する寄生インダクタンスは、電流のループの半径(距離)を小さくし、配線パターンの幅を大きくすれば、低減させることができる。
なお、規格化効率(図5)は、約80%以上であることが好ましく、約90%以上であることが好ましい。あるいは、寄生インダクタンスは、約50nH以下であることが好ましく、約30nH以下であることが好ましい。
A−3.プリント基板の構成:
図6は、プリント基板の構成を示す説明図である。本実施例では、リジッドタイプのプリント基板(以下、「リジッド基板」と呼ぶ)が利用される。図6(A)は、リジッド基板SAの表面を示し、図6(C)は、リジッド基板SAの裏面を示す。図6(B)は、リジッド基板SAの概略断面を示す。なお、図6に示す構成により、図2の一点鎖線で囲まれた部分の回路が実現される。
図6(A)〜(C)に示すように、リジッド基板SAは、絶縁板IAと、絶縁板IAの一方の側(表面側)に形成された2つのパターンPA1,PA2と、絶縁板IAの他方の側(裏面側)に形成された2つのパターンPA3,PA4と、を備えている。なお、絶縁板IAは、例えば、ガラスエポキシ基板である。また、リジッド基板SAの両側には、図示しないソルダレジストが塗布されている。
リジッド基板SAの表面には、複数のチップコンデンサで構成されたコンデンサ128が実装されている。コンデンサ128の一方の端子は、第1のパターンPA1に接続されており、他方の端子は、第2のパターンPA2に接続されている。第1のパターンPA1には、図2に示すDC/DCコンバータ120の点Paの電圧が印加され、第2のパターンPA2には、点Pbの電圧が印加される。
リジッド基板SAの裏面には、トランジスタ152が実装されている。具体的には、トランジスタ152は、リジッド基板SAの法線方向から見たときに第3のパターンPA3の形成領域の内側に配置されている。トランジスタ152のドレイン端子は、第3のパターンPA3に接続されており、ゲート端子は、第4のパターンPA4に接続されている。トランジスタ152のゲート端子には、第4のパターンPA4を介して、発光制御信号CLが与えられる。
なお、トランジスタ152は、NチャネルMOSFETであり、その筐体がドレイン端子である。このようなトランジスタは、例えば、インターナショナル・レクティファイアー社によって提供されている。
リジッド基板SAの側方には、半導体レーザ142が配置されている。半導体レーザ142のアノード端子は、導電性シートCSを介して、表面の第1のパターンPA1に接続されており、カソード端子は、導電性シートCSを介して、裏面の第3のパターンPA3に接続されている。導電性シートCSとしては、例えば、インジウムシートを利用することができる。
また、図6(B)に示すように、リジッド基板SAの内部には、ビアH1が設けられている。ビアH1の一方の端部は、表面に形成された第2のパターンPA2に接続されており、他方の端部は、裏面に実装されたトランジスタ152のソース端子に接続されている。
半導体レーザ142を順方向に流れる電流(順方向電流)は、図6(A)〜(C)に矢印で示すように、第1のパターンPA1と第3のパターンPA3とを、この順序で流れる。具体的には、順方向電流が第1のパターンPA1を流れる際の方向と、順方向電流が第3のパターンPA3を流れる際の方向とは、ほぼ平行であり、かつ、逆向きである。
本実施例では、第1のパターンPA1と第3のパターンPA3とは、リジッド基板SAの法線方向から見たときに2つのパターンPA1,PA3が重なるように、形成されている。換言すれば、第1のパターンPA1の裏側に、第3のパターンPA3が位置している。このため、ループの距離(式(1)のR)は、リジッド基板SAの厚みとほぼ等しい。すなわち、本実施例では、ループの距離が小さく設定されているいため、寄生インダクタンスを小さくすることができる。
また、本実施例では、第1のパターンPA1の幅と第3のパターンPA3の幅とは、リジッド基板SAの幅WAとほぼ等しい。すなわち、本実施例では、第1のパターンPA1の幅および第3のパターンPA3の幅は大きく設定されているため、寄生インダクタンスを小さくすることができる。
なお、パターンの幅は、順方向電流が該パターンを流れる方向に直交する方向に沿った該パターンの寸法を意味する。
さらに、本実施例では、2つのパターンPA1,PA3の幅は、ほぼ等しい。このため、2つのパターンPA1,PA3の幅が異なる場合と比較して、ループの距離(式(1)のR)を小さくすることができる。より具体的には、第1のパターンPA1の幅の端部と第3のパターンPA3の幅の端部との間の距離を小さくすることができる。このため、寄生インダクタンスを小さくすることができる。
図7は、電流の波形の一例を示す説明図である。本実施例の構成(図6)を採用することによって、寄生インダクタンスを小さくすることができ、この結果、図7に示すように、電流波形を矩形に近づけることができる。
以上説明したように、本実施例では、半導体レーザ142のアノードとカソードとに電気的に接続される第1のパターンPA1と第3のパターンPA3とは、リジッド基板SAの法線方向から見たときに2つのパターンPA1,PA2が重なるように、形成されている。このため、駆動回路の寄生インダクタンスを低減させることができ、この結果、光源装置100の効率を高めて、光源装置100の消費電力を抑制することができる。
なお、本実施例における第1のパターンPA1と第3のパターンPA3とが、本発明におけるリジッド基板に形成された第1のパターンと第2のパターンとに相当する。
なお、寄生インダクタンスを約50nH以下にする場合には、リジッド基板SAの厚み(すなわちパターンPA1,PA3の間隔)は、約1.2mm以下に設定されることが好ましい。
B.第2実施例:
図8は、第2実施例におけるプリント基板の構成を示す説明図であり、図6に対応する。図8のリジッド基板SAは、図6と同じである。図8では、フレキシブルタイプのプリント基板(以下、「フレキシブル基板」と呼ぶ)SBが追加されている。このように、フレキシブル基板SBを利用すれば、駆動回路の配置の自由度を高めることができる。
図8(A)〜(C)に示すように、フレキシブル基板SBは、絶縁層IBと、絶縁層IBの一方の側(表面側)に形成された1つのパターンPB5と、絶縁層IBの他方の側(裏面側)に形成された1つのパターンPB6と、を備えている。なお、絶縁層IBは、例えば、ポリイミドフィルムである。また、フレキシブル基板SBの両側には、図示しないカバー層(例えばポリイミドフィルム)が設けられている。
フレキシブル基板SBの表面の第5のパターンPB5は、導電性シートCSを介して、リジッド基板SAの表面の第1のパターンPA1に接続されている。また、フレキシブル基板SBの裏面の第6のパターンPB6は、導電性シートCSを介して、リジッド基板SAの裏面の第3のパターンPA3に接続されている。
なお、本実施例では、2つのパターン(例えばPA1,PB5)が導電性シートCSを介して接続されているが、これに代えて、挟持手段を介して接続されてもよい。例えば、2つの基板SA,SBをクリップで機械的に挟むことによって、表面の2つのパターンPA1,PB5が該クリップの第1の挟持面を介して電気的に接続されると共に、裏面の2つのパターンPA3,PB6が該クリップの第2の挟持面を介して電気的に接続されればよい。
図8(B)に示すように、本実施例では、半導体レーザ142は、フレキシブル基板SBの側方に配置されている。半導体レーザ142のアノード端子は、導電性シートCSを介して、フレキシブル基板SBの表面の第5のパターンPB5に接続されており、カソード端子は、導電性シートCSを介して、フレキシブル基板SBの裏面の第6のパターンPB6に接続されている。
半導体レーザ142を順方向に流れる電流(順方向電流)は、図8(A)〜(C)に矢印で示すように、第1のパターンPA1と第5のパターンPB5と第6のパターンPB6と第3のパターンPA3とを、この順序で流れる。具体的には、順方向電流が第1および第5のパターンPA1,PB5を流れる際の方向と、順方向電流が第6および第3のパターンPB6,PA3を流れる際の方向とは、ほぼ平行であり、かつ、逆向きである。
本実施例では、第1実施例と同様に、第1のパターンPA1と第3のパターンPA3とは、リジッド基板SAの法線方向から見たときに2つのパターンPA1,PA3が重なるように、形成されている。また、本実施例では、第5のパターンPB5と第6のパターンPB6とは、フレキシブル基板SBの法線方向から見たときに2つのパターンPB5,PB6が重なるように、形成されている。このため、ループの距離(式(1)のR)は、2つの基板SA,SBの厚みとほぼ等しい。すなわち、本実施例では、電流ループの距離が小さく設定されているため、寄生インダクタンスを小さくすることができる。
また、本実施例では、第1実施例と同様に、第1のパターンPA1の幅と第3のパターンPA3の幅とは、リジッド基板SAの幅WAとほぼ等しい。そして、本実施例では、第5のパターンPB5の幅と第6のパターンPB6の幅とは、フレキシブル基板SBの幅WBとほぼ等しい。すなわち、本実施例では、4つのパターンPA1,PA3,PB5,PB6の幅は大きく設定されているため、寄生インダクタンスを小さくすることができる。
さらに、本実施例では、第1実施例と同様に、第1および第3のパターンPA1,PA3の幅は、ほぼ等しい。そして、本実施例では、第5および第6のパターンPB5,PB6の幅とは、ほぼ等しい。このため、対応する2つのパターン(例えばPB5,PB6)の幅が異なる場合と比較して、寄生インダクタンスを小さくすることができる。
なお、本実施例では、フレキシブル基板SBの厚みは、リジッド基板SAの厚みとほぼ等しいが、異なっていてもよい。例えば、フレキシブル基板SBの厚みは、リジッド基板SAの厚みよりも小さく設定されていてもよい。また、本実施例では、フレキシブル基板SBの幅WBは、リジッド基板SAの幅WAとほぼ等しいが、異なっていてもよい。例えば、フレキシブル基板SBの幅がリジッド基板SAの幅よりも大きく設定されていてもよい。
以上説明したように、本実施例では、第1実施例と同様に、半導体レーザ142のアノードとカソードとに電気的に接続される第1のパターンPA1と第3のパターンPA3とは、リジッド基板SAの法線方向から見たときに2つのパターンPA1,PA3が重なるように、形成されている。また、本実施例では、半導体レーザ142のアノードとカソードとに電気的に接続される第5のパターンPB5と第6のパターンPB6とは、フレキシブル基板SBの法線方向から見たときに2つのパターンPB5,PB6が重なるように、形成されている。このため、駆動回路の寄生インダクタンスを低減させることができ、この結果、光源装置100の効率を高めて、光源装置100の消費電力を抑制することができる。
なお、本実施例における第1のパターンPA1と第3のパターンPA3とが、本発明におけるリジッド基板に形成された第1のパターンと第2のパターンとに相当する。また、本実施例における第5のパターンPB5と第6のパターンPB6とが、本発明におけるフレキシブル基板に形成された第3のパターンと第4のパターンとに相当する。
あるいは、本実施例における第5のパターンPB5と第6のパターンPB6とが、本発明におけるフレキシブル基板に形成された第1のパターンと第2のパターンとに相当する。
C.第3実施例:
図9は、第3実施例におけるプリント基板の構成を示す説明図であり、図8に対応する。図9ではトランジスタ152の配置の変更に伴って、リジッド基板SCとフレキシブル基板SDとが変更されている。なお、本実施例でも、第2実施例と同様に、フレキシブル基板SDが利用されているため、駆動回路の配置の自由度を高めることができる。
リジッド基板SCは、図9(A)〜(C)に示すように、絶縁板ICと、絶縁板ICの一方の側(表面側)に形成された2つのパターンPC1,PC2と、絶縁板ICの他方の側(裏面側)に形成された1つのパターンPC3と、を備えている。
リジッド基板SCの表面は、図8と同様である。なお、リジッド基板SCの裏面には、図8と異なり、トランジスタ152が実装されていない。また、図9(B)に示すように、リジッド基板SCの内部には、ビアH2が設けられている。ビアH2の一方の端部は、表面に形成された第2のパターンPC2に接続されており、他方の端部は、裏面に形成された第3のパターンPC3に接続されている。
フレキシブル基板SDは、図9(A)〜(C)に示すように、絶縁層IDと、絶縁層IDの一方の側(表面側)に形成された1つのパターンPD4と、絶縁層IDの他方の側(裏面側)に形成された3つのパターンPD5,PD6,PD7と、絶縁層IDの内部に形成された1つのパターンPD8と、を備えている。なお、図9(A)〜(C)では描かれていないが、第8のパターンPD8の幅は、フレキシブル基板SDの幅WDとほぼ等しく設定されている。
フレキシブル基板SDの表面は、図8と同様である。フレキシブル基板SDの裏面には、図8と異なり、トランジスタ152が実装されている。具体的には、トランジスタ152は、フレキシブル基板SDの法線方向から見たときに第5のパターンPD5の形成領域の内側に配置されている。トランジスタ152のドレイン端子は、第5のパターンPD5に接続されており、ゲート端子は、第7のパターンPD7に接続されている。
また、図9(B)に示すように、フレキシブル基板SDの内部には、ビアH3,H4が設けられている。ビアH3の一方の端部は、絶縁層IDの内部に形成された第8のパターンPD8に接続されており、他方の端部は、裏面に実装されたトランジスタ152のソース端子に接続されている。また、ビアH4の一方の端部は、絶縁層IDの内部に形成された第8のパターンPD8に接続されており、他方の端部は、裏面に形成された第6のパターンPD6に接続されている。
フレキシブル基板SDの表面の第4のパターンPD4は、導電性シートCSを介して、リジッド基板SCの表面の第1のパターンPC1に接続されている。また、フレキシブル基板SDの裏面の第6のパターンPD6は、導電性シートCSを介して、リジッド基板SCの裏面の第3のパターンPC3に接続されている。
なお、本実施例では、2つのパターン(例えばPC1,PD4)が導電性シートCSを介して接続されているが、これに代えて、第2実施例で説明したように、挟持手段を介して接続されてもよい。
図9(B)に示すように、半導体レーザ142は、フレキシブル基板SDの側方に配置されている。半導体レーザ142のアノード端子は、導電性シートCSを介して、フレキシブル基板SDの表面の第4のパターンPD4に接続されており、カソード端子は、導電性シートCSを介して、フレキシブル基板SDの裏面の第5のパターンPD5に接続されている。
半導体レーザ142を順方向に流れる電流(順方向電流)は、図9(A)〜(C)に矢印で示すように、第1のパターンPC1と第4のパターンPD4と第5のパターンPD5と第8のパターンPD8と第6のパターンPD6と第3のパターンPC3とを、この順序で流れる。具体的には、順方向電流が第1および第4のパターンPC1,PD4を流れる際の方向と、順方向電流が第5,第8,第6,第3のパターンPD5,PD8,PD6,PC3を流れる際の方向とは、ほぼ平行であり、かつ、逆向きである。
本実施例では、第1のパターンPC1と第3のパターンPC3とは、リジッド基板SCの法線方向から見たときに2つのパターンPC1,PC3が重なるように、形成されている。また、本実施例では、第4のパターンPD4と、第5,第6,第8のパターンPD5,PD6,PD8とは、フレキシブル基板SDの法線方向から見たときに、第4のパターンPD4と第5,第6,第8のパターンPD5,PD6,PD8とが重なるように、形成されている。このため、ループの距離(式(1)のR)は、2つの基板SC,SDの厚みとほぼ等しい。すなわち、本実施例では、電流ループの距離が小さく設定されているため、寄生インダクタンスを小さくすることができる。
また、本実施例では、第1のパターンPC1の幅と第3のパターンPC3の幅とは、リジッド基板SCの幅WCとほぼ等しい。そして、本実施例では、第4のパターンPD4の幅と、第5,第6,第8のパターンPD5,PD6,PD8の幅とは、フレキシブル基板SDの幅WDとほぼ等しい。すなわち、本実施例では、6つのパターンPC1,PC3,PD4,PD5,PD6,PD8の幅は大きく設定されているため、寄生インダクタンスを小さくすることができる。
さらに、本実施例では、第1および第3のパターンPC1,PC3の幅は、ほぼ等しい。そして、本実施例では、第4,第5,第6,第8のパターンPD4,PD5,PD6,PD8の幅は、ほぼ等しい。このため、対応する2つのパターン(例えば、PD4,PD5)の幅が異なる場合と比較して、寄生インダクタンスを小さくすることができる。
なお、本実施例では、フレキシブル基板SDの厚みは、リジッド基板SCの厚みとほぼ等しいが、異なっていてもよい。例えば、フレキシブル基板SDの厚みは、リジッド基板SCの厚みよりも小さく設定されてもよい。また、本実施例では、フレキシブル基板SDの幅WDは、リジッド基板SCの幅WCとほぼ等しいが、異なっていてもよい。例えば、フレキシブル基板SDの幅がリジッド基板SCの幅よりも大きく設定されていてもよい。
以上説明したように、本実施例では、半導体レーザ142のアノードとカソードとにそれぞれ接続された第4のパターンPD4と第5のパターンPD5とは、フレキシブル基板SDの法線方向から見たときに2つのパターンPD4,PD5が重なるように、形成されている。このため、駆動回路の寄生インダクタンスを低減させることができ、この結果、光源装置100の効率を高めて、光源装置100の消費電力を抑制することができる。
なお、本実施例における第4のパターンPD4と第5のパターンPD5とが、本発明におけるフレキシブル基板に形成された第1のパターンと第2のパターンとに相当する。
C−1.第3実施例の変形例:
図10は、第3実施例の変形例におけるプリント基板の構成を示す説明図である。図10は、図9とほぼ同じであるが、フレキシブル基板SD’が変更されている。
図10に示すように、本例では、フレキシブル基板SD’の表面に設けられた第4のパターンPD4’のサイズが変更されている。具体的には、第4のパターンPD4’の長さが大きく設定されており、図中、第4のパターンPD4’の右側の端部は、絶縁層IDよりも右側に突出しており、第4のパターンPD4’の左側の端部は、絶縁層IDよりも左側に突出している。
第4のパターンPD4’は、半田付けによって、リジッド基板SCの表面の第1のパターンPC1に接続されている。なお、第6のパターンPD6は、第3実施例と同様に、導電性シートCSを介して、リジッド基板SCの裏面の第3のパターンPC3に接続されている。
また、本例では、半導体レーザ142’が変更されている。本例の半導体レーザ142’は、2つの立方体が組み合わされた外形形状を有している。そして、本例では、半導体レーザ142’のアノード端子およびカソード端子を構成する2つのパッドは、共に、一方の側を向く面(図中上側を向く面)に形成されている。そして、半導体レーザ142’のアノード端子は、半田付けによって、第4のパターンPD4’に接続されており、カソード端子は、半田付けによって、第5のパターンPD5に接続されている。
D.光源装置の適用例:
図11は、光源装置100の第1の適用例としての照明装置300を示す説明図である。図示するように、照明装置300は、前述の光源装置100と、光源装置100から射出されたレーザ光を拡散させる拡散板302と、を備えている。
この照明装置300には前述の光源装置100が備えられているため、照明装置300の効率を高め、消費電力を低減することができる。
図12は、光源装置100の第2の適用例としてのモニタ装置400を示す説明図である。図示するように、モニタ装置400は、装置本体410と、光伝送部420と、を備えている。装置本体410は、前述の光源装置100と、カメラ411と、を備えている。
光伝送部420は、2つのライトガイド421,422と、拡散板423と、レンズ424と、を備えている。各ライトガイド421,422は、多数本の光ファイバを束ねたものである。光源装置100から射出されたレーザ光は、第1のライトガイド421に導かれて、拡散板423に入射する。拡散板423で拡散された光は、被写体を照射する。被写体で反射された光は、レンズ424を介して、第2のライトガイド422に入射する。第2のライトガイド422に入射した光は、カメラ411へ導かれる。これにより、カメラ411によって被写体が撮像される。
このモニタ装置400には前述の光源装置100が備えられているため、モニタ装置400の効率を高め、消費電力を低減することができる。なお、図12のカメラ411が本発明における撮像部に相当する。
図13は、光源装置100の第3の適用例としてのプロジェクタ500の概略構成を示す説明図である。図示するように、プロジェクタ500は、3つの光源装置100R,100G,100Bと、3つの均一化光学系502R,502G,502Bと、3つの液晶ライトバルブ504R,504G,504Bと、クロスダイクロイックプリズム506と、投写レンズ507と、を備えている。
3つの光源装置100R,100G,100Bは、前述の光源装置100と同様の構成を有している。ただし、第1の光源装置100Rは、赤色レーザ光を射出する。第2の光源装置100Gは、緑色レーザ光を射出する。第3の光源装置100Bは、青色レーザ光を射出する。なお、レーザ光の波長は、光源装置100内部の半導体レーザ142および/または波長変換素子144を変更することによって、変更される。
各均一化光学系502R,502G,502Bは、対応する光源装置100R,100G,100Bから射出された光の照度分布を均一化する。例えば、均一化光学系502R,502G,502Bは、ホログラムやフィールドレンズによって構成される。各液晶ライトバルブ504R,504G,504Bは、対応する均一化光学系502R,502G,502Bから射出された光を、画像情報に応じて変調する。クロスダイクロイックプリズム(色光合成手段)506は、3つの液晶ライトバルブ504R,504G,504Bから射出された3つの変調済みの光を合成する。投写レンズ507は、クロスダイクロイックプリズム506によって合成された光をスクリーン510上に投写する。この結果、スクリーン510上にカラー画像が表示される。
このプロジェクタ500には前述の光源装置100と同様の光源装置100R,100G,100Bが備えられているため、プロジェクタ500の効率を高め、消費電力を低減することができる。なお、図13の液晶ライトバルブが本発明における光変調デバイスに相当する。
図13では、プロジェクタ500は、光変調デバイスとしての液晶ライトバルブを備えているが、これに代えて、DMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス:TI社の商標)などのマイクロミラー型光変調デバイスを備えていてもよい。また、図13では、光源装置100の第3の適用例としてプロジェクタ500が示されているが、一般には、光源装置は、画像表示装置に適用可能である。
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
(1)第1実施例では、半導体レーザ142は、リジッド基板SAの側方に設けられているが、これに代えて、リジッド基板の表面側または裏面側に実装されてもよい。同様に、第2および第3実施例では、半導体レーザ142は、フレキシブル基板SB,SDの側方に設けられているが、これに代えて、フレキシブル基板の表面側または裏面側に実装されてもよい。ただし、上記実施例のように、半導体レーザ142が基板の側方に設けられている場合には、基板の表面側または裏面側に設けられている場合と比較して、半導体レーザ142の近傍における電流のループの半径を小さくすることができ、この結果、寄生インダクタンスを低減させることができるという利点がある。
(2)上記実施例では、半導体レーザ142のアノードに接続されるパターンは、基板SA,SB,SDの表面側(表層)に形成されており、半導体レーザ142のカソードに接続されるパターンは、基板SA,SB,SDの裏面側(裏層)に形成されている。しかしながら、基板が多層基板である場合には、アノードに接続されるパターンとカソードに接続されるパターンとの少なくとも一方は、基板の内部の層に形成されていてもよい。
一般には、半導体発光素子のアノードに電気的に接続される第1のパターンと、半導体発光素子のカソードに電気的に接続される第2のパターンとは、基板の異なる層に形成され、基板の法線方向から見たときに第1のパターンと第2のパターンとが重なっていればよい。
(3)上記実施例では、光源装置100は、APC制御を実行しているが、APC制御を実行しなくてもよい。この場合には、検出用ミラー172とフォトダイオード174と電流−電圧変換回路176とを省略可能である。
(4)上記実施例では、光源装置100は、赤外光を射出する半導体レーザ142と、波長変換素子144と、ミラー146と、を備えているが、これに代えて、所望の波長を有する光を射出する半導体レーザを備えるようにしてもよい。この場合には、波長変換素子144は、省略可能である。
(5)上記実施例では、光源装置100は、半導体レーザ142を備えているが、これに代えて、発光ダイオード(LED)を備えていてもよい。一般には、駆動回路は、半導体発光素子を駆動すればよい。
(6)上記実施例において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。
光源装置100の概略構成を示す説明図である。 図1のDC/DCコンバータ120および発光部130の内部構成を示す説明図である。 図2の回路における電圧の変化を模式的に示す説明図である。 寄生インダクタンスに応じた電流の波形を示す説明図である。 寄生インダクタンスと規格化効率との関係を示す説明図である。 プリント基板の構成を示す説明図である。 電流の波形の一例を示す説明図である。 第2実施例におけるプリント基板の構成を示す説明図である。 第3実施例におけるプリント基板の構成を示す説明図である。 第3実施例の変形例におけるプリント基板の構成を示す説明図である。 光源装置100の第1の適用例としての照明装置300を示す説明図である。 光源装置100の第2の適用例としてのモニタ装置400を示す説明図である。 光源装置100の第3の適用例としてのプロジェクタ500の概略構成を示す説明図である。
符号の説明
90…AC/DCコンバータ
100…光源装置
100R,100G,100B…光源装置
120…DC/DCコンバータ
122,124…トランジスタ
126…インダクタ
128…コンデンサ
130…発光部
140…発光デバイス
142…半導体レーザ
144…波長変換素子
146…ミラー
150…スイッチ回路
152…トランジスタ
172…検出用ミラー
174…フォトダイオード
176…電流−電圧変換回路
190…制御回路
300…照明装置
302…拡散板
400…モニタ装置
410…装置本体
411…カメラ
420…光伝送部
421,422…ライトガイド
423…拡散板
424…レンズ
500…プロジェクタ
502R,502G,502B…均一化光学系
504R,504G,504B…液晶ライトバルブ
506…クロスダイクロイックプリズム
507…投写レンズ
510…スクリーン
SA…リジッド基板
SB…フレキシブル基板
SC…リジッド基板
SD…フレキシブル基板

Claims (17)

  1. 半導体発光素子を駆動するための駆動回路であって、
    基板と、
    前記基板の第1の層に形成され、前記半導体発光素子のアノードに電気的に接続される第1のパターンと、
    前記基板の第2の層に形成され、前記半導体発光素子のカソードに電気的に接続される第2のパターンと、
    を備え、
    前記第1のパターンと前記第2のパターンとは、前記基板の法線方向から見たときに前記第1のパターンと前記第2のパターンとが重なるように、形成されている、駆動回路。
  2. 請求項1記載の駆動回路であって、
    前記第1のパターンの幅と前記第2のパターンの幅とは、ほぼ等しい、駆動回路。
  3. 請求項1または2記載の駆動回路であって、
    前記半導体発光素子を流れる電流が前記第1のパターンを流れる際の第1の向きと、前記電流が前記第2のパターンを流れる際の第2の向きとは、逆向きである、駆動回路。
  4. 請求項1ないし3のいずれかに記載の駆動回路であって、
    前記基板は、リジッド基板である、駆動回路。
  5. 請求項4記載の駆動回路であって、
    前記半導体発光素子は、前記リジッド基板の側方に配置されている、駆動回路。
  6. 請求項4記載の駆動回路であって、さらに、
    フレキシブル基板と、
    前記フレキシブル基板の第3の層に形成された第3のパターンであって、前記第1のパターンと前記アノードとは前記第3のパターンを介して電気的に接続されている、前記第3のパターンと、
    前記フレキシブル基板の第4の層に形成された第4のパターンであって、前記第2のパターンと前記カソードとは前記第4のパターンを介して電気的に接続されている、前記第4のパターンと、
    を備え、
    前記第3のパターンと前記第4のパターンとは、前記基板の法線方向から見たときに前記第3のパターンと前記第4のパターンとが重なるように、形成されている、駆動回路。
  7. 請求項6記載の駆動回路であって、
    前記第3のパターンの幅と前記第4のパターンの幅とは、ほぼ等しい、駆動回路。
  8. 請求項6または7記載の駆動回路であって、
    前記半導体発光素子を流れる電流が前記第3のパターンを流れる際の第3の向きと、前記電流が前記第4のパターンを流れる際の第4の向きとは、逆向きである、駆動回路。
  9. 請求項6ないし8のいずれかに記載の駆動回路であって、
    前記半導体発光素子は、前記フレキシブル基板の側方に配置されている、駆動回路。
  10. 請求項4ないし9のいずれかに記載の駆動回路であって、さらに、
    前記半導体発光素子に接続されたスイッチング素子を備え、
    前記スイッチング素子は、前記第2のパターンの形成領域の内側に設けられている、駆動回路。
  11. 請求項1ないし3のいずれかに記載の駆動回路であって、
    前記基板は、フレキシブル基板である、駆動回路。
  12. 請求項11記載の駆動回路であって、
    前記半導体発光素子は、前記フレキシブル基板の側方に配置されている、駆動回路。
  13. 請求項11または12記載の駆動回路であって、さらに、
    前記半導体発光素子に接続されたスイッチング素子を備え、
    前記スイッチング素子は、前記第2のパターンの形成領域の内側に設けられている、駆動回路。
  14. 光源装置であって、
    請求項1ないし13のいずれかに記載の駆動回路と、
    前記半導体発光素子と、
    を備える、光源装置。
  15. 照明装置であって、
    請求項14記載の光源装置を備える、照明装置。
  16. モニタ装置であって、
    請求項14記載の光源装置と、
    前記光源装置によって照射される被写体を撮像する撮像部と、
    を備える、モニタ装置。
  17. 画像表示装置であって、
    請求項14記載の光源装置と、
    前記光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調デバイスと、
    を備える、画像表示装置。
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