JP2013179113A

JP2013179113A - レーザ光源モジュール

Info

Publication number: JP2013179113A
Application number: JP2012041070A
Authority: JP
Inventors: Ko Sato; 航佐藤; Takeshi Nakao; 武司仲尾
Original assignee: Hitachi Media Electronics Co Ltd
Current assignee: Hitachi Media Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2013-09-09
Anticipated expiration: 2032-02-28
Also published as: US9036233B2; US20130222876A1; CN103293669A; JP5869913B2; CN103293669B

Abstract

【課題】
レーザ光源モジュールの高輝度化に伴うレーザ素子の温度上昇が課題となっており、レーザ素子温度上昇を抑えるとともに光軸の傾きを防ぐ信頼性の高いレーザ光源モジュールを提供する。
【解決手段】
レーザ発光部であるレーザ素子と、このレーザ素子を固定する金属製のレーザホルダと、前記レーザ素子からのレーザ光を受光するレーザ受光素子と、前記レーザ光を反射させてスクリーンを走査させるミラー素子と、前記レーザ光の光軸上に配置される光学素子とを保持する筺体と、この筺体に熱的に接続される放熱部を備えたレーザ光源モジュールにおいて、前記レーザホルダと前記筺体とを熱的に接続する熱伝導部材を設け、この熱伝導部材に凸部を形成するとともに、前記熱伝導部材のバネ性と前記凸部で前記レーザホルダをレーザ射出方向と同一方向の前記筐体に圧接したもの。
【選択図】図２

Description

本発明はレーザ光を走査ミラーにより２次元的に走査することで画像を表示させるレーザ光源モジュールに関する。

レーザ光源モジュールとは走査型表示装置に搭載されるものである。この走査型表示装置は、レーザ素子から射出したレーザ光をミラー素子によってスクリーン上に２次元的に走査させて画像を表示するものである。このような表示装置では、表示される画像の明るさを向上することが求められており、レーザ出力を増大させる必要がある。しかしながらレーザ出力の増大を図ろうとすると、レーザ素子の温度上昇が大きくなるという課題を生じる。

レーザ素子温度が高くなると、レーザ素子の発振波長が変化するため画質が低下し、さらには寿命が短くなるため、レーザ光源モジュールとしての性能が低下する。そのため、レーザ素子の放熱性を高める構造が重要となっている。

一般的には、熱電冷却素子や小型のファンと組み合わせることで、レーザ素子の過度な温度上昇を抑制している。しかし、小型の走査型表示装置に搭載されるレーザ光源モジュールは、バッテリーで駆動させるため、消費電力の低減が求められている。

そのため、冷却に使用する電力を削減する必要があり、熱を拡散する基板と熱的に接続することで、冷却に電力を使用することなくレーザ素子の温度上昇を低減する構造が検討されている。

例えば、特許文献１では、表示装置の光源となるＬＥＤと金属製の筺体間を熱伝導部材で接続し、放熱面積を増大させている。
また、特許文献２では光モジュールのリードをモジュール側面に配置することで、モジュール底面と基板の接触できる構造とし、モジュールの熱を基板へ伝わりやすい構造としている。

特開２００９−２０４６９２号公報特開２００３−２７３４３８号公報

上記の従来技術では、熱源となるＬＥＤあるいは１つのレーザ素子と放熱部を熱的に接続することでレーザ素子の過度な温度上昇を防いでいる。しかし、レーザ素子を表示装置の光源とするレーザ光源モジュールでは、複数のレーザ光を高精度に合成する必要がある。

これはレーザ素子の射出方向がずれると、像を正確に表示することができなくなるためであり、光軸の傾きを抑制する構造が必要となる。上記従来技術では、いずれも光軸方向に対して熱伝導部材が垂直に取り付けられており、熱伝導部材の温度上昇による変形によって光軸が傾くという課題があった。

本発明の目的は、レーザ素子の過度な温度上昇を防ぐと同時に、温度上昇によるレーザ光の光軸の傾きを抑制する構造とすることで、信頼性の高いレーザ光源モジュールを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、レーザ発光部であるレーザ素子と、このレーザ素子を固定する金属製のレーザホルダと、前記レーザ素子からのレーザ光を受光するレーザ受光素子と、前記レーザ光を反射させてスクリーンを走査させるミラー素子と、前記レーザ光の光軸上に配置される光学素子とを保持する筺体と、この筺体に熱的に接続される放熱部を備えたレーザ光源モジュールにおいて、前記レーザホルダと前記筺体とを熱的に接続する熱伝導部材を設け、この熱伝導部材に凸部を形成するとともに、前記熱伝導部材のバネ性と前記凸部で前記レーザホルダをレーザ射出方向と同一方向の前記筐体に圧接したものである。

また上記目的を達成するために本発明は好ましくは、前記熱伝導部材の端部設けられた係止爪と、前記筐体に設けられた凹部とを備え、この凹部と前記係止爪とが係止すると良い。

また上記目的を達成するために本発明は好ましくは、前記凸部を前記レーザホルダに設けると良い。

また上記目的を達成するために本発明は好ましくは、前記熱伝導部材の一端を前記放熱部に係止すると良い。

本発明によれば、レーザ素子の過度な温度上昇を防ぐと同時に、温度上昇によるレーザ光の光軸の傾きを抑制する構造とすることで、信頼性の高いレーザ光源モジュールを提供できる。

本発明の実施例１に係るレーザ光源モジュールの概略斜視図である。図１のＡ−Ａ’断面の一部を示す概略断面図である。従来例におけるレーザホルダ固定部の概略断面図である。本発明の実施例２に係るレーザ光源モジュールの概略斜視図である。本発明の実施例２に係るレーザ光源モジュールのレーザホルダ固定部の概略上面図である。本発明の実施例３に係るレーザ光源モジュールのレーザホルダの固定部の概略断面図である。本発明の実施例４に係るレーザ光源モジュールのレーザホルダの固定部の概略断面図である。

さて、走査型表示装置は例えば携帯電話で撮影した映像を直ちに全員で見たいなどの要求があった場合、時間場所に関係なくスクリーンに投射できる携帯型の小型画像出力装置である。この装置は高画質のデジタルカメラを備えた携帯電話の普及から、将来的には重要拡大として有望視されている。

この走査型表示装置はプロジェクション画像表示装置と同じように、ＲＧＢの光源を備え、このＲＧＢが同時に発光するため光源の発熱が大きい。また上述したように、鮮明な画像を再生するためにはＲＧＢの明るさを高くする必要があり、そのためには高い発熱が発生してしまう。しかしながら小型が大きな特徴の走査型表示装置は光源を冷却するためのファンを取り付けるスペースがないばかりか、駆動源のバッテリーもファンを動かすだけの容量がない。

そのためには、走査型表示装置では光源の熱を効率良く筐体から放熱板に伝えて熱を拡散させることが望ましい。そのためには、例えば、一般的に行われるように、レーザホルダと放熱板との間に熱伝導性グリースを介在させることが考えられる。しかしその場合、グリースの塗布バランスが悪いと厚みに誤差が生じ、光軸がずれてしまい低画質の画像を再生してしまうことになる。またレーザホルダと放熱板との密着を良くするためネジを使用した場合、ネジ締め付け力の誤差によってやはり光軸のずれが発生してしまう可能性があった。

そこで、本発明の発明者らはレーザホルダに対して放熱板を光軸方向に均等に押し付ける構造を種々検討した結果、以下のごとき実施例を得た。

以下、本発明の一実施例を図にしたがって説明する。

第一の実施例を、図を用いて以下に詳細を説明する。
図１は、本発明によるレーザ光源モジュールの第一の実施例を示す概略斜視図である。
図１において、レーザ光源モジュール１にはレーザ発光部である3個のレーザ素子３が取り付けられている。この3個のレーザ素子３はレーザホルダ４によってそれぞれ保持されている。

レーザホルダ４は筐体２に対して接着剤１２（図２に示す）を介して固定されている。走査ミラー５はレーザ光源モジュール１からのレーザ光１３をスクリーン（図示せず）上に走査するものである。ミラー７はレーザ光８を合成し、走査ミラー５に導くためのものである。受光素子６は筺体２に保持されている。熱伝導部材１０はレーザホルダ４と筺体２とを熱的に接続するものである。

上記のレーザ素子３及びレーザホルダ４は、赤（Ｒ）／緑（Ｇ）／青（Ｂ）のいずれかで構成されている。また、走査ミラー５は、例えばミラー面を回転させ、レーザ素子３から出射したレーザ光８をスクリーン上で２次元的に走査するＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）ミラーとして良い。また、レーザ素子３の温度上昇を低減するため、筺体２は熱伝導グリース９（図２に示す）を介して放熱部１６と熱的に接続されている。１１は後述するが、熱伝導部材１０に設けられてレーザホルダ凸部である。

各構成要素の材料は、たとえば筺体２およびレーザホルダ４はマグネシウムダイカスト、亜鉛ダイカスト、アルミダイカストとしてもよい。また、熱伝導部材１０は熱伝導率が高く、レーザホルダを圧接させるためにバネ性に優れていることが望ましく、例えば銅、アルミニウムとするとよい。放熱部１６は筺体２からの熱を拡散するため、筺体２の底面よりも広い面積とし、さらに熱伝導率が高いことが望ましく、例えば銅、アルミニウム等の金属板、あるいはグラファイトシート等の熱伝導シートとしてよい。

ここで、レーザ光源モジュール１による画像の表示方法を説明する。
Ｒ／Ｇ／Ｂそれぞれのレーザ素子３から射出されたレーザ光８がミラー７によって合成され、走査ミラー５に入射する。入射されたレーザ光８は走査ミラー５の駆動によって合成され、合成されたレーザ光８はスクリーン（図示せず）上に２次元的に走査させる。その際、Ｒ／Ｇ／Ｂそれぞれのレーザ素子３の変調を同期させることで、カラーの２次元像が形成される。

図２は図１のＡ−Ａ’断面の一部を示す概略断面図である。
図２において、レーザ素子３はレーザホルダ４に固定され、レーザホルダ４は筺体２に接着材１２によって接着固定されている。熱伝導部材１０の両端には係止爪１８が形成され、この係止爪１８が筺体２に形成した凹部１７に係止される。筺体２の底面には熱伝導部材１０と筺体２の底面が略同一の高さとなるような深さの溝１９を形成されている。筐体２と熱伝導部材１０との間には熱伝導グリース９が介在されている。

熱伝導部材１０のレーザホルダ４に対向する面には凸部１１が形成されている。この凸部１１は熱伝導部材１０を折り曲げて一体に形成されたものである。この熱伝導部材１０は、バネ性を有する板状の金属板である。このバネ性により熱伝導板１０は接着材を用いなくても、熱伝導部材１０の係止爪１８を筺体２の凹部１７に係止することで、凸部１１がレーザホルダ４と接触し、さらにレーザ射出方向１３に圧接される。

つまり、熱伝導部材１０を筺体２に固定する場合、熱伝導部材１０に設けられた２つの凸部１１がレーザホルダ４の面に押し付け（圧接）られ、さらに熱伝導部材１０を押し付けると熱伝導部材１０自体のバネ性によって撓んで係止爪１８が凹部１７に入り込む。このようにして固定されたレーザ素子３は熱伝導部材１０のバネ性と２つの凸部１１によってレーザ射出方向１３に押されるため光軸がずれることはない。またレーザ素子３の熱はレーザホルダ４に圧接している凸部１１から熱伝導部材１０に伝わり、係止爪１８から筐体２へと伝熱されて放熱部１６から外気へと放熱される。

なお、本実施例では熱伝導部材の凸部１１とレーザホルダ４の圧接点を２つにしたが必ずしも２つでなくともよく、３つとしてもよい。しかし、凸部１１による接点の重心はレーザ射出方向１３と同一線上となることが望ましい。また、熱伝導部材１０の両端と筺体２の固定方法は、熱伝導部材の係止爪１８による係止でなくともよく、ねじ止め、あるいは接着剤によって固定してもよい。また、熱伝導部材１０はＲ／Ｇ／Ｂすべてのレーザ素子３に取り付けなくともよく、発熱量の大きいレーザ素子３のみに取り付けてもよい。

図３は従来の構造を有するレーザ光源モジュール１を示し、図１に示すＡ−Ａ’断面と同じ断面の概略断面図である。なお、レーザ素子３の放熱経路を図３に従来例として示し、従来のレーザ光源モジュール１の放熱経路について説明する。

図３において、従来の構造では、レーザ素子３で生じた熱は、接着材１２を介して筺体２に伝えられる。筺体２に伝えられた熱は熱伝導グリース９を介して放熱部１６へ伝わって放熱部１６で拡散され、最終的には空気中に放熱される。さらに、レーザホルダ４と放熱部１６との間には熱伝導グリース９が充填されてレーザホルダ４から放熱部１６へ熱を伝わりやすくしている。

しかしながら、接着材１２および熱伝導グリース９は金属製のレーザホルダ４や筺体２に比べて熱伝導率が小さいため、筺体２および放熱部１６へ熱が伝わりにくく、レーザ素子３の温度が上昇しやすい。また、レーザ素子３及びレーザホルダ４の温度上昇に伴い、熱伝導グリース９の温度が上昇し、熱伝導グリース９の膨張によってレーザホルダ１４を押し上げる変形が生じてしまう。そのため、レーザ射出方向１３が傾き、３色のレーザ光のスポットがずれることで正確な像を表示することができなくなるという課題があった。

これに対し、第一の実施例を適用したレーザ光源モジュール１では、レーザホルダ４と筺体２の間を熱伝導率の高い熱伝導部材１０によって熱的に接続されているので筺体２へ熱を伝わりやすくし、レーザ素子３の温度上昇を低減することができる。また、熱伝導部材１０が筺体２の底面と略同一高さとなっているため、筺体２と放熱部１６との間に充填された熱伝導グリース９の層を薄くすることができので、筺体２から放熱部１６へ熱が伝わりやすくできる。

また、レーザホルダ４と放熱部１６との間に熱伝導グリース９を充填する必要が無くなり、熱伝導部材１０によってレーザホルダ４をレーザ射出方向１３と同一方向に圧接しているため、レーザ素子３の温度上昇によるレーザ射出方向の傾きを抑制でき、信頼性の高いレーザ光源モジュールを提供することができる。

さらに、熱伝導部材１０はバネ性を有しているため、レーザ光源モジュール１を組み立てる際に、接着材１２の厚さやレーザホルダ４の位置にばらつきがあっても、レーザ射出方向１３に圧接することができ、組立が容易な構造とすることができる。

図４は本発明の実施例２に係るレーザ光源モジュールの概略斜視図である。
図５は本発明の実施例２に係るレーザ光源モジュールのレーザホルダ固定部の概略上面図である。

図４、図５において、本実施例では第一の実施例と同様に、レーザ光源モジュール１にはレーザ発光部である3個のレーザ素子３が取り付けられている。この3個のレーザ素子３は保持するレーザホルダ４にそれぞれ保持されている。

レーザホルダ４は筐体２に対して接着剤１２（図５に示す）を介して固定されている。走査ミラー５はレーザ光源モジュール１からのレーザ光８をスクリーン（図示せず）上に走査するものである。ミラー７はレーザ光８を走査ミラー５に導くためのものである。受光素子６は筺体２に保持されている。熱伝導部材１０はレーザホルダ４と筺体２とを熱的に接続するものである。レーザ素子３の温度上昇を低減するため、筺体２には熱伝導グリース９を介して放熱部１６が熱的に接続されている。１１は後述するが、熱伝導部材１０に設けられてレーザホルダ凸部である。

実施例１ではレーザホルダ４と筺体２とを熱的に接続する熱伝導部材１０を筺体２の底面に係止した。しかし本実施例では筺体２の側面に凹部１７（図５には図示していないが、図２の凹部１７に相当）を形成し、熱伝導部材１０の係止爪１８によって係止したものである。また本実施例ではレーザホルダ４と放熱部１６との間には熱伝導グリース９が充填されていない。

このように、本実施例によれば、レーザホルダ４と筺体２の間を熱伝導率の高い熱伝導部材１０によって熱的に接続することで筺体２へ熱を伝わりやすくし、レーザ素子３の温度上昇を低減することができる。また、レーザホルダ４と放熱部１６の間に熱伝導グリース９を充填していないことと、熱伝導部材１０によってレーザホルダ４をレーザ射出方向１３と同一方向に圧接しているため、レーザ素子３の温度上昇によるレーザ射出方向の傾きを抑制でき、信頼性の高いレーザ光源モジュールを提供することができる。

さらに、熱伝導部材１０はバネ性を有していることから、レーザ光源モジュール１を組み立てる際に、接着材１２の厚さやレーザホルダ４の位置にばらつきがあっても、レーザ射出方向１３に圧接することができ、組立が容易な構造とすることができる。

図６は本発明の実施例３に係るレーザ光源モジュールのレーザホルダの固定部の概略断面図である。

図６において、本実施例では第一の実施例と同様に、レーザ光源モジュール１にはレーザ発光部である3個のレーザ素子３が取り付けられている。この3個のレーザ素子３は保持するレーザホルダ４にそれぞれ保持されている。

レーザホルダ４は筐体２に対して接着剤１２を介して固定されている。熱伝導部材１０はレーザホルダ４と筺体２とを熱的に接続するものである。レーザ素子３の温度上昇を低減するため、筺体２には熱伝導グリース９を介して放熱部１６が熱的に接続されている。

実施例１と２では熱伝導部材１０に凸部を設けたが、本実施例ではレーザホルダ４に凸部１４を形成したものである。

本実施例によれば、熱伝導部材１０によってレーザホルダの凸部１４が圧接されることで、筺体２へ熱が伝わりやすくなり、レーザ素子３の温度上昇を低減することができる。また、熱伝導部材１０を設けたことにより、レーザホルダ４と放熱部１６との間に熱伝導グリース９を充填する必要が無い。したがって、熱伝導部材１０によってレーザホルダ４をレーザ射出方向１３と同一方向に圧接することができ、レーザ素子３の温度上昇によるレーザ射出方向の傾きを抑制できる。これにより、信頼性の高いレーザ光源モジュールを提供することができる。

図７は本発明の実施例４に係るレーザ光源モジュールのレーザホルダの固定部の概略断面図である。

図７において、本実施例では第一の実施例と同様に、レーザ光源モジュール１にはレーザ発光部である3個のレーザ素子３が取り付けられている。この3個のレーザ素子３は保持するレーザホルダ４にそれぞれ保持されている。

実施例１と２と３では熱伝導部材１０を筺体２に係止したが本実施例では熱伝導部材１０の一端を放熱部１６に係止したものである。

これにより本実施例によれば、第一の実施例に比べて、放熱部１６に熱伝導率の高い熱伝導部材１０を介して直接熱を伝えることができるため放熱効果が向上し、レーザ素子３の温度上昇をさらに低減できる。

また、熱伝導部材１０を設けたことにより、レーザホルダ４と放熱部１６との間に熱伝導グリース９を充填する必要が無い。したがって、熱伝導部材１０によってレーザホルダ４をレーザ射出方向１３と同一方向に圧接することができ、レーザ素子３の温度上昇によるレーザ射出方向の傾きを抑制できる。これにより、信頼性の高いレーザ光源モジュールを提供することができる。

以上のごとく本発明によれば、熱伝導部材によってレーザ素子をレーザ射出方向に圧接することで、レーザ素子で生じた熱を金属製のレーザホルダから筺体に熱伝導率の高い熱伝導部材を介して伝えることができるため、レーザ素子の過度な温度上昇を抑制することができる。さらに、レーザホルダがレーザ射出方向に圧接されていることから、レーザ射出方向の傾きを抑制することができる。そのため、明るく、高画質の画像を表示することが可能になる。

１…レーザ光源モジュール、２…筺体、３…レーザ素子、４…レーザホルダ、５…走査ミラー、６…受光素子、７…ミラー、８…レーザ光、９…熱伝導グリース、１０…熱伝導部材、１１…熱伝導部材凸部、１２…接着剤、１３…レーザ射出方向、１４…レーザホルダ凸部、１５…放熱部、１６…放熱部、１７…筺体凹部、１８…係止爪、１９…筺体溝。

Claims

レーザ発光部であるレーザ素子と、このレーザ素子を固定する金属製のレーザホルダと、前記レーザ素子からのレーザ光を受光するレーザ受光素子と、前記レーザ光を反射させてスクリーンを走査させるミラー素子と、前記レーザ光の光軸上に配置される光学素子とを保持する筺体と、この筺体に熱的に接続される放熱部を備えたレーザ光源モジュールにおいて、
前記レーザホルダと前記筺体とを熱的に接続する熱伝導部材を設け、この熱伝導部材に凸部を形成するとともに、
前記熱伝導部材のバネ性と前記凸部で前記レーザホルダをレーザ射出方向と同一方向の前記筐体に圧接したことを特徴とするレーザ光源モジュール。
請求項１記載のレーザ光源モジュールにおいて、
前記熱伝導部材の端部設けられた係止爪と、前記筐体に設けられた凹部とを備え、この凹部と前記係止爪とが係止することを特徴とするレーザ光源モジュール。
請求項１記載のレーザ光源モジュールにおいて、
前記凸部を前記レーザホルダに設けたことを特徴とするレーザ光源モジュール。
請求項１記載のレーザ光源モジュールにおいて、
前記熱伝導部材の一端を前記放熱部に係止したことを特徴とするレーザ光源モジュール。
請求項１から請求項３のうちいずれかに記載のレーザ光源モジュールを有する走査型画像表示装置。