JP2012044100A - レーザ光源装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体レーザの取付精度の低下を招くことなく、半導体レーザを支持する基台の製造コストを削減することができるようにする。
【解決手段】半導体レーザ３１を支持する基台３８と半導体レーザとの間に取付部材５３を介装し、半導体レーザと取付部材とを加熱硬化型の銀ペースト７１により固着する。この銀ペーストは、半導体レーザの保証温度よりも低い硬化温度を有するとともに半導体レーザの動作温度よりも高い耐熱性を有し、取付部材は、銀ペーストの硬化温度よりも高い耐熱性を有する材料で形成されたものとする。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体レーザを用いたレーザ光源装置に関し、特に画像表示装置の光源に用いられるレーザ光源装置に関するものである。
近年、画像表示装置の光源に半導体レーザを用いる技術が注目されている。この半導体レーザは、従来から画像表示装置に多用されてきた水銀ランプに比較して、色再現性がよい点、瞬時点灯が可能である点、長寿命である点、高効率で消費電力を低減することができる点、ならびに小型化が容易である点など、種々の利点を有している。
このような画像表示装置に用いられるレーザ光源装置においては、緑色レーザ光を直接出力する半導体レーザに高出力のものがないため、半導体レーザから励起用レーザ光を出力させ、この励起用レーザ光でレーザ媒体を励起させて赤外レーザ光を出力させ、この赤外レーザ光の波長を波長変換素子で変換して緑色レーザ光を出力するようにした技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００８−１６８３３号公報
前記のような構成の緑色レーザ光源装置は、半導体レーザの他に、レーザ媒体や波長変換素子などの種々の光学部材を有するため、これらの部材を基台に一体的に支持させる構成とするとよいが、半導体レーザは非常に小型の部品であるため、ねじ止めにより基台に取り付けることが難しい。そこで、接着剤を用いて半導体レーザを基台に固定することになる。
また、前記のような構成の緑色レーザ光源装置では、レーザ媒体や波長変換素子での変換ロスにより、半導体レーザの出力を高くする必要があり、これにより半導体レーザの発熱が顕著になるため、放熱対策が重要となるが、半導体レーザの発熱を基台側に放熱する構成とすると、放熱性を高めるために、熱抵抗が小さい接着剤、具体的には銀ペーストを採用することが望ましい。特にエポキシ樹脂を用いた加熱硬化型の銀ペーストは、接着強度が高いため、半導体レーザを基台に確実に固定する上で都合がよい。
一方、基台は量産性に優れたダイカスト材料が望ましい。ところが、ダイカスト材料は耐熱性が低く、加熱硬化型の銀ペーストを用いて、ダイカスト材料からなる基台に半導体レーザを固着する構成とすると、銀ペーストを加熱硬化させる工程で基台が高温に曝されるため、基台が変形して半導体レーザの取付精度が低下するという問題が生じる。この半導体レーザの取付精度の低下は、光軸のずれを生じさせて、レーザ光の出力が適切に行われなくなる事態を招くことから、避ける必要がある。
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、半導体レーザの取付精度の低下を招くことなく、半導体レーザを支持する基台の製造コストを削減することができるように構成されたレーザ光源装置を提供することにある。
本発明のレーザ光源装置は、レーザ光を出力する半導体レーザと、この半導体レーザを支持する基台と、この基台と前記半導体レーザとの間に介装される取付部材と、を備え、前記半導体レーザと前記取付部材とが加熱接着型の接着材料により固着され、この接着材料は、前記半導体レーザの保証温度よりも低い接着温度を有するとともに前記半導体レーザの動作温度よりも高い耐熱性を有し、前記取付部材は、前記接着材料の接着温度よりも高い耐熱性を有する材料で形成された構成とする。
本発明によれば、接着材料により半導体レーザと取付部材とを固着した上で、取付部材を基台に取り付けることにより、接着材料による固着工程で基台が高温に曝されることを避けることができる。このため、半導体レーザの取付精度の低下を回避することができ、また、基台を、耐熱性が比較的低いダイカスト材料で製作することができ、このダイカスト材料は比較的安価で量産性に優れているため、製造コストを削減することができる。
本発明による画像表示装置１の概略構成図 緑色レーザ光源装置２におけるレーザ光の状況を示す模式図 緑色レーザ光源装置２の斜視図 緑色レーザ光源装置２における半導体レーザ３１、取付部材５３、および基台３８の分解斜視図 半導体レーザ３１と取付部材５３と基台３８との組立工程の手順を示す図 本画像表示装置１をノート型の情報処理装置８１に内蔵した例を示す斜視図
前記課題を解決するためになされた第１の発明は、レーザ光を出力する半導体レーザと、この半導体レーザを支持する基台と、この基台と前記半導体レーザとの間に介装される取付部材と、を備え、前記半導体レーザと前記取付部材とが加熱接着型の接着材料により固着され、この接着材料は、前記半導体レーザの保証温度よりも低い接着温度を有するとともに前記半導体レーザの動作温度よりも高い耐熱性を有し、前記取付部材は、前記接着材料の接着温度よりも高い耐熱性を有する材料で形成された構成とする。
これによると、接着材料により半導体レーザと取付部材とを固着した上で、取付部材を基台に取り付けることにより、接着材料による固着工程で基台が高温に曝されることを避けることができる。このため、半導体レーザの取付精度の低下を回避することができ、また、基台を、耐熱性が比較的低いダイカスト材料で製作することができ、このダイカスト材料は比較的安価で量産性に優れているため、製造コストを削減することができる。
また、接着材料の接着温度が半導体レーザの保証温度よりも低いため、接着材料による固着工程で半導体レーザが熱的損傷を受けることを避けることができる。また、取付部材が接着材料の接着温度よりも高い耐熱性を有するため、接着材料による固着工程で取付部材の寸法精度が低下することを避けることができる。また、接着材料の耐熱性が半導体レーザの動作温度よりも高いため、レーザ光源装置の動作中に接着材料が耐熱温度を超える温度状態となることがないため、動作中の発熱で接着材料が劣化して、半導体レーザの取付精度が低下したり、半導体レーザが脱落することを避けることができる。
また、第２の発明は、前記第１の発明において、前記接着材料は、銀粉末とバインダ樹脂と溶剤とを含む銀ペーストである構成とする。
これによると、作業性がよいため、組み付け工程を効率化することができる。また、銀粉末により熱抵抗が小さくなるため、半導体レーザの発熱を取付部材を介して基台に逃して放熱する場合の放熱性を高めることができる。また、銀粉末により電気抵抗が小さくなるため、取付部材を介して半導体レーザに給電する場合の通電ロスを低減することができる。さらに、バインダ樹脂により高い接着強度が得られるため、半導体レーザと取付部材とを強固に固着して、半導体レーザが脱落することを防止することができる。
また、第３の発明は、前記第１若しくは第２の発明において、前記基台は、ダイカスト用亜鉛合金からなる構成とする。
これによると、耐熱性が低いものの、高い寸法精度を確保することができるため、半導体レーザの取付精度を高めることができる。また、比較的安価で量産性に優れているため、製造コストを削減することができる。なお、取付部材と基台とはビスなどの締結手段により締結される構成とすればよい。
また、第４の発明は、前記第１乃至第３の発明において、前記取付部材および前記接着材料は導電性を有し、前記取付部材に、その取付部材および前記接着材料を介して前記半導体レーザに給電するための導体が接続された構成とする。
これによると、半導体レーザの電気的接続の作業が容易になる。
また、第５の発明は、前記第１乃至第４の発明において、前記半導体レーザは、励起用レーザ光を出力するものであり、この半導体レーザから出力された励起用レーザ光により励起されて赤外レーザ光を出力するレーザ媒体と、このレーザ媒体から出力された赤外レーザ光の波長を変換して緑色レーザ光を出力する波長変換素子と、を備え、前記レーザ媒体および前記波長変換素子が、前記半導体レーザともに前記基台に一体的に支持された構成とする。
これによると、高出力の緑色レーザ光を出力することができる。この場合、レーザ媒体や波長変換素子での変換ロスにより、半導体レーザの出力を高くする必要があり、これにより半導体レーザの発熱が大きくなるが、接着材料や取付部材に熱抵抗が小さい材料を用いることで、放熱を効率良く行うことができる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明による画像表示装置１の概略構成図である。この画像表示装置１は、所要の画像をスクリーンに投影表示するものであり、緑色レーザ光を出力する緑色レーザ光源装置２と、赤色レーザ光を出力する赤色レーザ光源装置３と、青色レーザ光を出力する青色レーザ光源装置４と、映像信号に応じて各レーザ光源装置２〜４からのレーザ光の変調を行う液晶反射型の空間光変調器５と、各レーザ光源装置２〜４からのレーザ光を反射させて空間光変調器５に照射させるとともに空間光変調器５から出射された変調レーザ光を透過させる偏光ビームスプリッタ６と、各レーザ光源装置２〜４から出射されるレーザ光を偏光ビームスプリッタ６に導くリレー光学系７と、偏光ビームスプリッタ６を透過した変調レーザ光をスクリーンに投射する投射光学系８と、を備えている。
この画像表示装置１は、いわゆるフィールドシーケンシャル方式でカラー画像を表示するものであり、各レーザ光源装置２〜４から各色のレーザ光が時分割で順次出力され、各色のレーザ光による画像が残像によってカラー画像として認識される。
リレー光学系７は、各レーザ光源装置２〜４から出射される各色のレーザ光を平行ビームに変換するコリメータレンズ１１〜１３と、コリメータレンズ１１〜１３を通過した各色のレーザ光を所要の方向に導く第１および第２のダイクロイックミラー１４，１５と、ダイクロイックミラー１４，１５により導かれたレーザ光を拡散させる拡散板１６と、拡散板１６を通過したレーザ光を収束レーザに変換するフィールドレンズ１７と、を備えている。
投射光学系８からスクリーンＳに向けてレーザ光が出射される側を前側とすると、青色レーザ光源装置４から青色レーザ光が後方に向けて出射され、この青色レーザ光の光軸に対して緑色レーザ光の光軸および赤色レーザ光の光軸が互いに直交するように、緑色レーザ光源装置２および赤色レーザ光源装置３から緑色レーザ光および赤色レーザ光が出射され、この青色レーザ光、赤色レーザ光、および緑色レーザ光が、２つのダイクロイックミラー１４，１５で同一の光路に導かれる。すなわち、青色レーザ光と緑色レーザ光が第１のダイクロイックミラー１４で同一の光路に導かれ、青色レーザ光および緑色レーザ光と赤色レーザ光が第２のダイクロイックミラー１５で同一の光路に導かれる。
第１および第２のダイクロイックミラー１４，１５は、表面に所定の波長のレーザ光を透過および反射させるための膜が形成されたものであり、第１のダイクロイックミラー１４は、青色レーザ光を透過するとともに緑色レーザ光を反射させる。第２のダイクロイックミラー１５は、赤色レーザ光を透過するとともに青色レーザ光および緑色レーザ光を反射させる。
これらの各光学部材は、筐体２１に支持されている。この筐体２１は、各レーザ光源装置２〜４で発生した熱を放熱する放熱体として機能し、アルミニウムや銅などの熱伝導性の高い材料で形成されている。
緑色レーザ光源装置２は、側方に向けて突出した状態で筐体２１に形成された取付部２２に取り付けられている。この取付部２２は、リレー光学系７の収容スペースの前方と側方にそれぞれ位置する前壁部２３と側壁部２４とが交わる角部から側壁部２４に直交する向きに突出した状態で設けられている。赤色レーザ光源装置３は、ホルダ２５に保持された状態で側壁部２４の外面側に取り付けられている。青色レーザ光源装置４は、ホルダ２６に保持された状態で前壁部２３の外面側に取り付けられている。
赤色レーザ光源装置３および青色レーザ光源装置４は、いわゆるＣＡＮパッケージで構成され、レーザ光を出力するレーザチップが、ステムに支持された状態で缶状の外装部の中心軸上に光軸が位置するように配置されたものであり、外装部の開口に設けられたガラス窓からレーザ光が出射される。この赤色レーザ光源装置３および青色レーザ光源装置４は、ホルダ２５，２６に開設された取付孔２７，２８に圧入するなどしてホルダ２５，２６に対して固定される。青色レーザ光源装置４および赤色レーザ光源装置３のレーザチップの発熱は、ホルダ２５，２６を介して筐体２１に伝達されて放熱され、各ホルダ２５，２６は、アルミニウムや銅などの熱伝導率の高い材料で形成されている。
緑色レーザ光源装置２は、励起用レーザ光を出力する半導体レーザ３１と、半導体レーザ３１から出力された励起用レーザ光を集光する集光レンズであるＦＡＣ（Fast-Axis Collimator）レンズ３２およびロッドレンズ３３と、励起用レーザ光により励起されて基本レーザ光（赤外レーザ光）を出力するレーザ媒体３４と、基本レーザ光の波長を変換して半波長レーザ光（緑色レーザ光）を出力する波長変換素子３５と、レーザ媒体３４とともに共振器を構成する凹面ミラー３６と、励起用レーザ光および基本波長レーザ光の漏洩を阻止するガラスカバー３７と、各部を支持する基台３８と、各部を覆うカバー体３９と、を備えている。
この緑色レーザ光源装置２は、基台３８を筐体２１の取付部２２に取り付けて固定され、緑色レーザ光源装置２と筐体２１の側壁部２４との間に所要の幅（例えば０．５ｍｍ以下）の間隙が形成される。これにより、緑色レーザ光源装置２の熱が赤色レーザ光源装置３に伝わりにくくなり、赤色レーザ光源装置３の昇温を抑制して、温度特性の悪い赤色レーザ光源装置３を安定的に動作させることができる。また、赤色レーザ光源装置３の所要の光軸調整代（例えば０．３ｍｍ程度）を確保するため、緑色レーザ光源装置２と赤色レーザ光源装置３との間に所要の幅（例えば０．３ｍｍ以上）の間隙が設けられている。
図２は、緑色レーザ光源装置２におけるレーザ光の状況を示す模式図である。半導体レーザ３１のレーザチップ４１は、波長８０８ｎｍの励起用レーザ光を出力する。ＦＡＣレンズ３２は、レーザ光のファースト軸（光軸方向に対して直交し且つ図の紙面に沿う方向）の拡がりを低減する。ロッドレンズ３３は、レーザ光のスロー軸（図の紙面に対して直交する方向）の拡がりを低減する。
レーザ媒体３４は、いわゆる固体レーザ結晶であり、ロッドレンズ３３を通過した波長８０８ｎｍの励起用レーザ光により励起されて波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光（赤外レーザ光）を出力する。このレーザ媒体３４は、Ｙ（イットリウム）ＶＯ４（バナデート）からなる無機光学活性物質（結晶）にＮｄ（ネオジウム）をドーピングしたものであり、より具体的には、母材であるＹＶＯ４のＹに蛍光を発する元素であるＮｄ＋３に置換してドーピングしたものである。
レーザ媒体３４におけるロッドレンズ３３に対向する側には、波長８０８ｎｍの励起用レーザ光に対する反射防止と、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光および波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する高反射の機能を有する膜４２が形成されている。レーザ媒体３４における波長変換素子３５に対向する側には、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光および波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する反射防止の機能を有する膜４３が形成されている。
波長変換素子３５は、いわゆるＳＨＧ（Second Harmonics Generation）素子であり、レーザ媒体３４から出力される波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光（赤外レーザ光）の波長を変換して波長５３２ｎｍの半波長レーザ光（緑色レーザ光）を生成する。この波長変換素子３５は、強誘電体結晶に、分極が反転した領域とそのままの領域を交互に形成した、周期的な分極反転構造を備えたものであり、分極反転周期方向（分極反転領域の配列方向）に基本波長レーザ光を入射させる。なお、強誘電体結晶には、例えばＬＮ（ニオブ酸リチウム）にＭｇＯを添加したものが用いられる。
波長変換素子３５におけるレーザ媒体３４に対向する側には、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光に対する反射防止と、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する高反射の機能を有する膜４４が形成されている。波長変換素子３５における凹面ミラー３６に対向する側には、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光および波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する反射防止の機能を有する膜４５が形成されている。
凹面ミラー３６は、波長変換素子３５に対向する側に凹面を有し、この凹面には、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光に対する高反射と、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に対する反射防止の機能を有する膜４６が形成されている。これにより、レーザ媒体３４の膜４２と凹面ミラー３６の膜４６との間で、波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光が共振して増幅される。
波長変換素子３５では、レーザ媒体３４から入射した波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光の一部が波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に変換され、変換されずに波長変換素子３５を通過した波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光は、凹面ミラー３６で反射されて波長変換素子３５に再度入射し、波長５３２ｎｍの半波長レーザ光に変換される。この波長５３２ｎｍの半波長レーザ光は、波長変換素子３５の膜４４で反射されて波長変換素子３５から出射される。
ここで、レーザ媒体３４から波長変換素子３５に入射して波長変換素子３５で波長変化されて波長変換素子３５から出射されるレーザ光のビームＢ１と、凹面ミラー３６で一旦反射されて波長変換素子３５に入射して膜４４で反射されて波長変換素子３５から出射されるレーザ光のビームＢ２とが干渉を起こすと、出力が低下する。そこで、波長変換素子３５を光軸方向に対して傾斜させて、屈折作用によりレーザ光のビームＢ１、Ｂ２が互いに干渉しないようにしており、これにより出力低下を避けることができる。
なお、図１に示したガラスカバー３７には、波長８０８ｎｍの励起用レーザ光および波長１０６４ｎｍの基本波長レーザ光が外部に漏洩することを防止するため、これらのレーザ光を透過しない膜が形成されている。
図３は、緑色レーザ光源装置２の斜視図である。半導体レーザ３１、ＦＡＣレンズ３２、ロッドレンズ３３、レーザ媒体３４、波長変換素子３５、および凹面ミラー３６は、基台３８に一体的に支持されている。基台３８の底面５１は光軸方向に対して平行となる。ここでは、基台３８の底面５１に対して直交する方向を高さ方向とし、この高さ方向および光軸方向に対して直交する方向を幅方向とする。なお、高さ方向は必ずしも上下方向とはならない。
半導体レーザ３１は、レーザ光を出力するレーザチップ４１をマウント部材５２に実装したものである。レーザチップ４１は、光軸方向に長い帯板状をなし、光出射面をＦＡＣレンズ３２側に向けた状態で、平板状をなすマウント部材５２の一面の幅方向の略中心位置に固着されている。この半導体レーザ３１は、取付部材５３を介して基台３８に固定される。
ＦＡＣレンズ３２およびロッドレンズ３３は、集光レンズホルダ５４に保持される。この集光レンズホルダ５４は、支持部材５５を介して基台３８に固定される。集光レンズホルダ５４は、光軸方向に移動可能に支持部材５５に連結されており、また支持部材５５は、高さ方向に移動可能に基台３８に連結されており、これにより集光レンズホルダ５４、すなわちＦＡＣレンズ３２およびロッドレンズ３３の位置が、高さ方向および光軸方向について調整される。ＦＡＣレンズ３２およびロッドレンズ３３は位置調整作業の前に集光レンズホルダ５４に接着剤で固定され、位置調整作業の後に、集光レンズホルダ５４と支持部材５５と基台３８とが接着剤で互いに固定される。
レーザ媒体３４は、レーザ媒体ホルダ５６に保持される。このレーザ媒体ホルダ５６は、支持部材５７を介して基台３８に固定される。
波長変換素子３５は、波長変換素子ホルダ５８に保持される。この波長変換素子ホルダ５８は、第１および第２の支持部材５９，６０を介して基台３８に固定される。波長変換素子ホルダ５８は、第１の支持部材５９に傾動可能に連結されており、これにより波長変換素子ホルダ５８すなわち波長変換素子３５の傾斜角度が調整される。第１の支持部材５９は、第２の支持部材６０に幅方向に移動可能に連結されており、第２の支持部材６０は、基台３８に高さ方向に移動可能に連結されており、これにより波長変換素子ホルダ５８すなわち波長変換素子３５の位置が、高さ方向および幅方向について調整される。波長変換素子３５は位置調整作業の前に波長変換素子ホルダ５８に接着剤で固定され、位置調整作業の後に、波長変換素子ホルダ５８と第１および第２の支持部材５９，６０と基台３８とが接着剤で互いに固定される。
凹面ミラー３６は、基台３８に一体的に形成された保持部６１に保持される。ガラスカバー３７は、図１に示したカバー体３９に保持される。
図４は、緑色レーザ光源装置２における半導体レーザ３１、取付部材５３、および基台３８の分解斜視図である。半導体レーザ３１は非常に小型の部品であるため、ねじ止めにより基台３８に取り付けることが難しい。そこで、接着剤により半導体レーザ３１と取付部材５３とを固着する。特にここでは、接着剤に加熱硬化型の銀ペースト７１が用いられる。銀ペースト７１は、銀粉末と熱硬化性のバインダ樹脂と溶剤とを含む。バインダ樹脂には、例えば硬化剤による硬化反応により硬化する一液型のエポキシ樹脂が採用される。この銀ペースト７１において硬化反応を生じる硬化温度は１８０℃程度となり、この銀ペースト７１の硬化温度が接着時の温度（すなわち接着温度）であり、半導体レーザ３１と取付部材５３とを銀ペースト７１で接着する際に、この硬化温度まで銀ペースト７１が加熱される。
銀ペースト７１は作業性がよいため、組み付け工程を効率化することができる。また、バインダ樹脂（エポキシ樹脂）により高い接着強度が得られるため、半導体レーザ３１と取付部材５３とを強固に固着して、半導体レーザ３１が脱落することを避けることができる。
基台３８は、ダイカスト用亜鉛合金（ＺＤＣ２）からなるダイカスト成型品である。ダイカスト用亜鉛合金は、比較的安価であり、融点（３８７℃）が低いため生産性がよく、さらに複雑な形状を精度よく製作することができる。一方、比較的低い温度（例えば１３０℃）で塑性変形を生じる特性（クリープ性）があり、この耐熱温度を超える高温状態に曝すと、基台３８により支持される半導体レーザ３１などの各部材の取付精度を低下させる。
なお、基台３８は、ダイカスト用亜鉛合金の粉末とバインダ樹脂とを混合して射出成型を行う、いわゆる金属粉末射出成型法（メタルインジェクション）により製作してもよい。また、基台３８の形成材料としては、ダイカスト用亜鉛合金の他に、例えばダイカスト用アルミニウム合金なども可能である。
取付部材５３は、例えば金属材料（例えば銅やアルミニウムなど）からなる板材をプレス加工して形成されたものである。これにより、取付部材５３の製作が容易になるため、製造コストを削減することができる。取付部材５３は、箱形状をなし、半導体レーザ３１の底面７２が銀ペースト７１を介して当接する取付面７３と、基台３８の支持面７４に当接する底面７５とが平行となるように形成されている。また、基台３８の支持面７４は底面５１に平行となるように形成されており、これによりレーザチップ４１が基台３８の底面５１に対して平行に配置される。
なお、取付部材５３は、後述するように、半導体レーザ３１の発熱を取付部材５３を介して基台３８に逃して放熱する際の放熱性を高めるため、熱抵抗が小さい金属材料、例えば銅やアルミニウムあるいはこれらを主体とした合金などで形成することが望ましいが、前記のように板材のプレス加工により形成されたものに限定されず、例えば削り出し加工により形成されたものとしてもよい。
取付部材５３は、ねじ止めにより基台３８に固定される。特にここでは、ビス７６により取付部材５３が基台３８に締結される。ビス７６は、基台３８の底面５１側から挿通孔７７に挿通され、取付部材５３に形成されたねじ孔７８に螺合する。基台３８の支持面７４には突起７９が形成されており、この突起７９を、取付部材５３に開設された孔８０に嵌合させることで、基台３８に対する取付部材５３の位置決めが行われる。
図５は、半導体レーザ３１と取付部材５３と基台３８との組立工程の手順を示す図である。ここでは、図４の取付部材５３の取付面７３に銀ペースト７１を塗布し（図５のＳＴ１０１）、図４の銀ペースト７１が塗布された取付部材５３の取付面７３上に半導体レーザ３１を載置する（図５のＳＴ１０２）。そして、図４の半導体レーザ３１を取付部材５３に載置した状態で高温炉で加熱するキュアリングを行う（図５のＳＴ１０３）。このキュアリングは、例えば１８０度で２時間行われる。ついで、常温放置による冷却を行った上で（図５のＳＴ１０４）、ねじ止めにより図４の取付部材５３を基台３８に組み付ける（図５のＳＴ１０５）。
このように銀ペースト７１により半導体レーザ３１を取付部材５３に固着した上で、取付部材５３を基台３８に固定することにより、銀ペースト７１による固着工程で基台３８が高温に曝されることを避けることができる。このため、基台３８を、銀ペースト７１の硬化温度（すなわち接着温度、例えば１８０℃）より低い耐熱性を有するダイカスト材料（ダイカスト用亜鉛合金）で形成しても、基台３８の寸法精度が低下することがない。
銀ペースト７１は、半導体レーザ３１の保証温度（例えば２５０℃）よりも低い硬化温度（すなわち接着温度、例えば１８０℃）を有する。また、取付部材５３は、銀ペースト７１の硬化温度よりも高い耐熱性を有する。このため、半導体レーザ３１を銀ペースト７１により取付部材５３に固着する工程で、半導体レーザ３１が熱的損傷を受けることを避けることができ、また、取付部材５３が銀ペースト７１の硬化温度より高温となっても、取付部材５３の寸法精度が低下することはない。
また、図３に示したように、取付部材５３には、その取付部材５３および銀ペースト７１による接着層を介してレーザチップ４１に給電するためのリード（導体）６５が接続されている。半導体レーザ３１のマウント部材５２の下面側には、レーザチップ４１に給電する電極が設けられており、この電極が銀ペースト７１による接着層を介して取付部材５３と電気的に接続される。一方、半導体レーザ３１の上面側には、レーザチップ４１に給電するリード６６が設けられており、リード６５，６６を介してレーザ駆動部６７から供給される駆動電圧がレーザチップ４１に印加される。
取付部材５３は、電気抵抗が小さい銅やアルミニウムなどの金属材料で形成されている。また、取付部材５３と半導体レーザ３１との間の銀ペースト７１による接着層は、銀ペースト７１に含まれる銀粉末により電気抵抗が小さい。このため、通電ロスを小さく抑えることができる。
また、半導体レーザ３１のレーザチップ４１に給電すると、レーザチップ４１で発生した熱がマウント部材５２に伝達され、さらに銀ペースト７１による接着層および取付部材５３を介して基台３８に伝達される。銀ペースト７１による接着層は、銀ペースト７１に含まれる銀粉末により熱抵抗が小さい。また、取付部材５３は、熱抵抗が小さい銅やアルミニウムなどの金属材料で形成されている。このため、半導体レーザ３１の熱を効率よく放熱することができる。
基台３８に伝達された熱は、基台３８の底面５１から、図１に示した筐体２１の取付部２２に伝達されて空気中に放熱される。なお、基台３８からの放熱をより効率的に行うために、基台３８や取付部２２の放熱面にヒートシンクなどの冷却を促進する部材を取り付けるようにしてもよい。
銀ペースト７１は、半導体レーザ３１の動作温度（例えば１００℃）よりも高い硬化温度（すなわち接着温度、例えば１８０℃）を有し、銀ペースト７１の耐熱温度は、半導体レーザ３１の動作温度より高くなる。したがって、緑色レーザ光源装置２の動作中に、銀ペースト７１が耐熱温度を超える温度状態となることがない。また、取付部材５３も、半導体レーザ３１の動作温度よりも高い耐熱性を有する。このため、動作中の発熱で半導体レーザ３１の取付精度が低下したり、半導体レーザ３１が脱落したりすることはない。
図６は、本画像表示装置１をノート型の情報処理装置８１に内蔵した例を示す斜視図である。情報処理装置８１の筐体８２には、画像表示装置１が出没自在に格納される収容スペースが、キーボードの裏面側に形成されており、不使用時には画像表示装置１が筐体８２内に収容され、使用時には画像表示装置１が筐体８２から引き出されて、画像表示装置１を回動自在に支持するベース部８３に対して画像表示装置１を所要の角度に回動させることで、画像表示装置１からのレーザ光をスクリーンに投射させることができる。
なお、前記の例では、半導体レーザ３１と取付部材５３とを固着する接着材料に銀ペーストを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。銀粉末以外の金属粉末やカーボンなどの熱伝導性および導電性を有する粒子を用いたその他の接着剤も可能である。さらに、本発明における接着材料は、ペースト状のものに限定されない。すなわち、熱伝導性および導電性を有する粒子とバインダ樹脂を予めフィルム状に成形した接着シートも可能である。また、本発明における接着材料は、半導体レーザ３１の動作温度で軟化したり脆弱化しない耐熱性を有するものであれば、加熱硬化型の接着材料の他に、熱可塑性樹脂を用いた加熱溶融型の接着材料も可能である。
本発明にかかるレーザ光源装置は、半導体レーザの取付精度の低下を招くことなく、半導体レーザを支持する基台の製造コストを削減することができる効果を有し、画像表示装置の光源に用いられるレーザ光源装置などとして有用である。
１ 画像表示装置
２ 緑色レーザ光源装置
３ 赤色レーザ光源装置
４ 青色レーザ光源装置
３１ 半導体レーザ
３２ ＦＡＣレンズ（集光レンズ）
３３ ロッドレンズ（集光レンズ）
３４ レーザ媒体
３５ 波長変換素子
３６ 凹面ミラー
３７ ガラスカバー
３８ 基台
３９ カバー体
４１ レーザチップ
５２ マウント部材
５３ 取付部材
７１ 銀ペースト（接着材料）
６５ リード（導体）
本発明のレーザ光源装置は、レーザ光を出力する半導体レーザと、この半導体レーザを支持する基台と、この基台と前記半導体レーザとの間に介装される取付部材と、を備え、前記半導体レーザと前記取付部材とが加熱接着型の接着材料により固着され、この接着材料は、前記半導体レーザの保証温度よりも低い接着温度を有するとともに前記半導体レーザの動作温度よりも高い耐熱性を有し、前記取付部材は、前記接着材料の接着温度よりも高い耐熱性を有する材料で形成され、前記基台は、接着材料の接着温度より低い耐熱性を有するダイカスト材料で形成された構成とする。
前記課題を解決するためになされた第１の発明は、レーザ光を出力する半導体レーザと、この半導体レーザを支持する基台と、この基台と前記半導体レーザとの間に介装される取付部材と、を備え、前記半導体レーザと前記取付部材とが加熱接着型の接着材料により固着され、この接着材料は、前記半導体レーザの保証温度よりも低い接着温度を有するとともに前記半導体レーザの動作温度よりも高い耐熱性を有し、前記取付部材は、前記接着材料の接着温度よりも高い耐熱性を有する材料で形成され、前記基台は、接着材料の接着温度より低い耐熱性を有するダイカスト材料で形成された構成とする。
また、第４の発明は、前記第１乃至第３の発明において、前記半導体レーザと前記取付部材とが前記接着材料により固着された後、前記基台と前記取付部材とがネジ止めされた構成とする。
これによると、作業性がよいため、組み付け工程を効率化することができる。また、接着材料の接着温度が半導体レーザの保証温度よりも低いため、接着材料による固着工程で半導体レーザが熱的損傷を受けることを避けることができる。また、取付部材が接着材料の接着温度よりも高い耐熱性を有するため、接着材料による固着工程で取付部材の寸法精度が低下することを避けることができる。また、接着材料の耐熱性が半導体レーザの動作温度よりも高いため、レーザ光源装置の動作中に接着材料が耐熱温度を超える温度状態となることがないため、動作中の発熱で接着材料が劣化して、半導体レーザの取付精度が低下したり、半導体レーザが脱落することを避けることができる。
本発明のレーザ光源装置は、レーザ光を出力し、その上面に第１の給電リードを有する半導体レーザと、この半導体レーザを支持する基台と、この基台と半導体レーザとの間に介装され、第２の給電リードを有する金属製の取付部材と、半導体レーザと取付部材とを固着する接着層と、を備え、接着層は銀粉末とバインダ樹脂と溶剤とを含む加熱接着型の銀ペーストにより形成され、この銀ペーストは、半導体レーザの保証温度よりも低い接着温度を有するとともに半導体レーザの動作温度よりも高い耐熱性を有し、取付部材は、銀ペーストの接着温度よりも高い耐熱性を有し熱抵抗および電気抵抗が小さい金属材料で形成され、前記基台は、銀ペーストの接着温度より低い耐熱性を有するダイカスト用亜鉛合金で形成され、接着層を介して半導体レーザと取付部材との固着が行われた後、基台と取付部材とがネジ止めされ、半導体レーザが有する第１の給電リードが、前記電極および接着層を介して取付部材が有する第２の給電リードと電気的に接続された構成とする。
前記課題を解決するためになされた第１の発明は、レーザ光を出力し、その上面に第１の給電リードを有する半導体レーザと、この半導体レーザを支持する基台と、この基台と半導体レーザとの間に介装され、第２の給電リードを有する金属製の取付部材と、半導体レーザと取付部材とを固着する接着層と、を備え、接着層は銀粉末とバインダ樹脂と溶剤とを含む加熱接着型の銀ペーストにより形成され、この銀ペーストは、半導体レーザの保証温度よりも低い接着温度を有するとともに半導体レーザの動作温度よりも高い耐熱性を有し、取付部材は、銀ペーストの接着温度よりも高い耐熱性を有し熱抵抗および電気抵抗が小さい金属材料で形成され、前記基台は、銀ペーストの接着温度より低い耐熱性を有するダイカスト用亜鉛合金で形成され、接着層を介して半導体レーザと取付部材との固着が行われた後、基台と取付部材とがネジ止めされ、半導体レーザが有する第１の給電リードが、前記電極および接着層を介して取付部材が有する第２の給電リードと電気的に接続された構成とする。
また、接着材料の接着温度が半導体レーザの保証温度よりも低いため、接着材料による固着工程で半導体レーザが熱的損傷を受けることを避けることができる。また、取付部材が接着材料の接着温度よりも高い耐熱性を有するため、接着材料による固着工程で取付部材の寸法精度が低下することを避けることができる。また、接着材料の耐熱性が半導体レーザの動作温度よりも高いため、レーザ光源装置の動作中に接着材料が耐熱温度を超える温度状態となることがないため、動作中の発熱で接着材料が劣化して、半導体レーザの取付精度が低下したり、半導体レーザが脱落することを避けることができる。それとともに、半導体レーザが有する第１の給電リード、取付部材が有する第２の給電リードを介してレーザ駆動部から供給される電圧が、熱抵抗および電気抵抗が小さい金属材料で形成されている取付部材および銀ペーストを介して半導体レーザ上のレーザチップに印加される。このため、通電ロスを小さく抑えることができ、半導体レーザの熱を基台の底面から効率よく放熱することができる。

Claims (5)

  1. レーザ光を出力する半導体レーザと、
    この半導体レーザを支持する基台と、
    この基台と前記半導体レーザとの間に介装される取付部材と、を備え、
    前記半導体レーザと前記取付部材とが加熱接着型の接着材料により固着され、この接着材料は、前記半導体レーザの保証温度よりも低い接着温度を有するとともに前記半導体レーザの動作温度よりも高い耐熱性を有し、前記取付部材は、前記接着材料の接着温度よりも高い耐熱性を有する材料で形成されたことを特徴とするレーザ光源装置。
  2. 前記接着材料は、銀粉末とバインダ樹脂と溶剤とを含む銀ペーストであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源装置。
  3. 前記基台は、ダイカスト用亜鉛合金からなることを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載のレーザ光源装置。
  4. 前記取付部材および前記接着材料は導電性を有し、
    前記取付部材に、その取付部材および前記接着材料を介して前記半導体レーザに給電するための導体が接続されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のレーザ光源装置。
  5. 前記半導体レーザは、励起用レーザ光を出力するものであり、
    この半導体レーザから出力された励起用レーザ光により励起されて赤外レーザ光を出力するレーザ媒体と、このレーザ媒体から出力された赤外レーザ光の波長を変換して緑色レーザ光を出力する波長変換素子と、を備え、
    前記レーザ媒体および前記波長変換素子が、前記半導体レーザともに前記基台に一体的に支持されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のレーザ光源装置。
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