JP2014138148A - Semiconductor laser, semiconductor laser array and image display device - Google Patents

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順弘 小沼
Shigeo Kuroda
重雄 黒田
Akio Yabe
昭雄 矢部
Jun Hado
順 羽藤
Toshiteru Nakamura
俊輝 中村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a semiconductor laser in a sealed structure and improve heat transfer of a stem thereby to maintain an operation temperature of the semiconductor laser within a rated operation temperature.SOLUTION: A semiconductor laser array 1 comprises: a plurality of semiconductor laser chips 2, 3, 4 which is manufactured by a semiconductor process and emits predetermined laser beams; a plurality of stems 8, 9, 10 which are internal heat sink structures for mounting the plurality of semiconductor laser chips, respectively; a common external heat sink structure (substrate 11) for mounting the plurality of stems; and a common sealed structure 14 which is mounted on the external heat sink structure and surrounds the plurality of stems for mounting the plurality of semiconductor laser chips.

Description

本発明は、半導体レーザ、半導体レーザアレイおよび画像表示装置に関し、特に複数のレーザ光源を用いた画像表示装置に適用して好適なものである。   The present invention relates to a semiconductor laser, a semiconductor laser array, and an image display device, and is particularly suitable for application to an image display device using a plurality of laser light sources.

従来、超高圧水銀ランプの代わりに、青色半導体レーザと緑色蛍光体を備えた蛍光体ホイールとを用い、青色と緑色を発光する光源装置及び画像表示装置が提案されている。超高圧水銀ランプに比べ青色半導体レーザは、瞬時に発光、瞬時に消灯が可能なので、画像表示装置の準備と撤収の時間を短縮できるという特徴がある。また、超高圧水銀ランプに比べ青色半導体レーザは、寿命が長いので光源装置の交換回数を低減できるという特徴もある。   Conventionally, a light source device and an image display device that emit blue and green light using a blue semiconductor laser and a phosphor wheel including a green phosphor instead of an ultra-high pressure mercury lamp have been proposed. Compared with an ultra-high pressure mercury lamp, a blue semiconductor laser can emit light instantaneously and can be turned off instantaneously, so that the time required for preparation and withdrawal of the image display device can be shortened. In addition, the blue semiconductor laser has a longer life than the ultra-high pressure mercury lamp, and thus has a feature that the number of replacement of the light source device can be reduced.

特許文献1には、青色半導体レーザ光を励起光として発光する緑色蛍光反射部と、青色半導体レーザ光を拡散して透過する拡散透過部とからなる蛍光体ホイールを用いた構成が開示されている。青色半導体レーザ光源装置を構成する複数の半導体レーザは、行および列をなすように平面上に配列された半導体レーザアレイの構成となっている。青色半導体レーザ光源装置は、複数の青色半導体レーザと、各青色半導体レーザからの出射光を平行光に変換する各コリメートレンズが組み合わされて構成されている。   Patent Document 1 discloses a configuration using a phosphor wheel that includes a green fluorescent reflection portion that emits blue semiconductor laser light as excitation light and a diffuse transmission portion that diffuses and transmits blue semiconductor laser light. . A plurality of semiconductor lasers constituting the blue semiconductor laser light source device have a configuration of a semiconductor laser array arranged on a plane so as to form rows and columns. The blue semiconductor laser light source device is configured by combining a plurality of blue semiconductor lasers and collimating lenses that convert light emitted from each blue semiconductor laser into parallel light.

特許第4711155号公報Japanese Patent No. 471155

特許文献1に開示された光源装置では、青色半導体レーザは、CAN(キャン)タイプと呼ばれる金属パッケージに実装されている(特許文献1の図9の205)。青色半導体レーザは、1個あたり1W以上の光出力を得られるものが実用化されており、さらに、1個あたり3W以上の光出力を得られるものも実用化される見込みである。1個あたり3W以上といった大きな光出力を得ようとすると、放熱性を確保するために、直径9mmといった大型のCANパッケージを採用する必要がある。一方、光源装置の小型化のため、直径3.3mmや直径5.6mmといったより小型のCANパッケージの採用が望ましい。しかしながら、半導体プロセスで製造された半導体レーザチップを取り付ける内部ヒートシンク構造体であるステムの断面積は、CANパッケージのサイズにより制限されて小さくなり、外部ヒートシンク構造体への伝熱が悪くなり、十分な放熱性を確保できなくなる。   In the light source device disclosed in Patent Document 1, the blue semiconductor laser is mounted on a metal package called a CAN (can) type (205 in FIG. 9 of Patent Document 1). A blue semiconductor laser that can obtain a light output of 1 W or more per one has been put into practical use, and a laser that can obtain a light output of 3 W or more per piece is expected to be put into practical use. In order to obtain a large light output of 3 W or more per unit, it is necessary to adopt a large CAN package having a diameter of 9 mm in order to ensure heat dissipation. On the other hand, in order to reduce the size of the light source device, it is desirable to adopt a smaller CAN package having a diameter of 3.3 mm or a diameter of 5.6 mm. However, the cross-sectional area of the stem, which is the internal heat sink structure to which the semiconductor laser chip manufactured by the semiconductor process is attached, is limited and reduced by the size of the CAN package, and the heat transfer to the external heat sink structure is deteriorated. It becomes impossible to secure heat dissipation.

これを確認するため本発明者らは、定格3W以上の光出力が得られる青色半導体レーザとして直径9mmのCANパッケージを採用し、合計26個のレーザチップを10mm以上のピッチ、5行6列の構成で試作した。ステム温度50℃以下を常時保てる放熱性を確保すべく、ペルチェ素子等で構成した強制冷却手段を採用した。しかし、試作品の性能は十分な放熱性を確保できず、定格3W以上の光出力は短時間しか得ることができなかった。これより、定格3W以上の光出力で、かつステム温度50℃以下を常時保てる十分な放熱性を確保するためには、より放熱性を高める強制冷却手段を採用するか、ステムの断面積がより大きくなるようCANパッケージの直径を9mmより大きくする必要があると言える。   In order to confirm this, the present inventors adopted a CAN package having a diameter of 9 mm as a blue semiconductor laser capable of obtaining a light output of 3 W or more, and a total of 26 laser chips with a pitch of 10 mm or more and 5 rows and 6 columns. A prototype was constructed. A forced cooling means composed of Peltier elements or the like was adopted in order to ensure heat dissipation that can always maintain a stem temperature of 50 ° C. or lower. However, the performance of the prototype could not ensure sufficient heat dissipation, and an optical output with a rating of 3 W or more could be obtained only for a short time. From this, in order to ensure sufficient heat dissipation with a rated light output of 3W or higher and a stem temperature of 50 ° C or less at all times, forced cooling means to increase heat dissipation or adopt a stem cross-sectional area more It can be said that the diameter of the CAN package needs to be larger than 9 mm so as to increase.

しかしながら、より放熱性を高める強制冷却手段は、大型で高価になるという課題がある。また、CANパッケージの直径を9mmよりも大きくするのは、半導体レーザアレイの行方向、列方向の寸法がより大きくなり、光源装置が大型になるという課題がある。   However, there is a problem that the forced cooling means for improving the heat radiation performance is large and expensive. Further, increasing the diameter of the CAN package to more than 9 mm has a problem that the dimensions of the semiconductor laser array in the row direction and the column direction become larger and the light source device becomes larger.

なお、CANパッケージの代わりに、フレームパッケージに変更すれば、ステムの断面積がCAN構造により制限されて小さくなることはない。よって、ステムをより大きくできるので、ヒートシンクへの伝熱が改善され放熱性を向上できる可能性がある。しかし、フレームパッケージは密閉構造ではない。青色半導体レーザは赤色半導体レーザ等と異なり、空気中で発光させると劣化するため密閉構造にする必要がある。従って、青色半導体レーザにはフレームパッケージを採用できない。   If the frame package is used instead of the CAN package, the cross-sectional area of the stem is limited by the CAN structure and does not become small. Therefore, since the stem can be made larger, there is a possibility that heat transfer to the heat sink can be improved and heat dissipation can be improved. However, the frame package is not hermetically sealed. A blue semiconductor laser, unlike a red semiconductor laser or the like, deteriorates when emitted in the air, and therefore needs to have a sealed structure. Therefore, a frame package cannot be adopted for the blue semiconductor laser.

他の課題として、光軸位置調整の問題が挙げられる。CANパッケージの半導体レーザ端子は出射光軸方向に平行で、出射光の進行方向とは反対側に延びている。内部ヒートシンク構造体であるステムと伝熱可能に接触させた外部ヒートシンク構造体は、出射光の反対側に配置する必要がある。その際外部ヒートシンク構造体には、半導体レーザ端子が接触して短絡しないよう穴をあけて貫通させる。外部ヒートシンク構造体に穴をあけると、ステムと外部ヒートシンク構造体の接触面積が小さくなって伝熱が悪くなり、放熱性が悪化する。従って、端子を貫通させる穴を大きくすることができない。この結果、外部ヒートシンク構造体に対して半導体レーザを、その出射光が入射するコリメートレンズの光軸と垂直方向に2次元位置を調整することは、半導体レーザ端子が貫通穴に接触してしまうので不可能である。すなわち、CANパッケージでは、光軸位置調整と放熱性とが両立できないという問題がある。   Another problem is the problem of optical axis position adjustment. The semiconductor laser terminal of the CAN package is parallel to the outgoing optical axis direction and extends to the side opposite to the traveling direction of the outgoing light. The external heat sink structure that is in contact with the stem, which is the internal heat sink structure, in a heat transferable manner needs to be disposed on the opposite side of the emitted light. At that time, the external heat sink structure is pierced with a hole so that the semiconductor laser terminal contacts and does not short-circuit. If a hole is made in the external heat sink structure, the contact area between the stem and the external heat sink structure is reduced, heat transfer is deteriorated, and heat dissipation is deteriorated. Therefore, the hole through which the terminal passes cannot be enlarged. As a result, adjusting the two-dimensional position of the semiconductor laser with respect to the external heat sink structure in the direction perpendicular to the optical axis of the collimating lens on which the emitted light is incident causes the semiconductor laser terminal to contact the through hole. Impossible. That is, the CAN package has a problem that the optical axis position adjustment and the heat dissipation cannot be achieved at the same time.

なお、半導体レーザホルダを新たに追加して構成すれば、外部ヒートシンク構造体に対して相対的に半導体レーザの位置を調整することは可能になる。しかし、伝熱経路にホルダが追加されるので、ヒートシンクへ構造体の伝熱が悪くなり、放熱性が悪化してしまう。   If a semiconductor laser holder is newly added, the position of the semiconductor laser can be adjusted relative to the external heat sink structure. However, since the holder is added to the heat transfer path, the heat transfer of the structure to the heat sink is deteriorated, and the heat dissipation is deteriorated.

さらに他の課題として、配線の問題がある。少ない配線で複数の半導体レーザを同時に発光させるためには、半導体レーザ端子を直列に配線する必要がある。前記したように、CANパッケージの半導体レーザ端子は出射光軸方向に平行で、出射光の進行方向とは反対側に延びている。従って、外部ヒートシンク構造体に直列に配線するための空間を設ける必要がり、そのため、外部ヒートシンク構造体の伝熱が悪くなり、放熱性が悪化する。つまり、直列配線と放熱性とが両立できないという問題がある。   Yet another problem is wiring problems. In order to simultaneously emit a plurality of semiconductor lasers with a small number of wires, it is necessary to wire the semiconductor laser terminals in series. As described above, the semiconductor laser terminal of the CAN package is parallel to the outgoing optical axis direction and extends on the opposite side to the traveling direction of the outgoing light. Accordingly, it is necessary to provide a space for wiring in series with the external heat sink structure, and as a result, heat transfer of the external heat sink structure deteriorates and heat dissipation deteriorates. That is, there is a problem that series wiring and heat dissipation cannot be achieved at the same time.

本発明は上記の課題を考慮してなされたもので、その目的とするところは、半導体レーザを密閉構造にするとともに、ステムの伝熱を改善して、半導体レーザを定格以内の動作温度に保つことを可能とする半導体レーザアレイおよび画像表示装置を提供するものである。   The present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems. The object of the present invention is to keep the semiconductor laser at an operating temperature within a rating by making the semiconductor laser a sealed structure and improving the heat transfer of the stem. The present invention provides a semiconductor laser array and an image display device that enable this.

さらに本発明は、半導体レーザホルダを追加することなく、半導体レーザを出射光軸方向と垂直方向に2次元位置調整することを可能とする半導体レーザ、半導体レーザアレイおよび画像表示装置を提供するものである。   Furthermore, the present invention provides a semiconductor laser, a semiconductor laser array, and an image display device that can adjust the two-dimensional position of the semiconductor laser in the direction perpendicular to the emission optical axis direction without adding a semiconductor laser holder. is there.

さらに本発明は、外部ヒートシンク構造体内の配線を減らして、外部ヒートシンク構造体の伝熱を改善して、半導体レーザを定格以内の動作温度に保つことを可能とする半導体レーザアレイおよび画像表示装置を提供するものである。   Furthermore, the present invention provides a semiconductor laser array and an image display device that can reduce the wiring in the external heat sink structure, improve the heat transfer of the external heat sink structure, and keep the semiconductor laser at an operating temperature within a rating. It is to provide.

上記課題を解決するために本発明の半導体レーザアレイは、半導体プロセスで製造され所定のレーザ光を出射する複数の半導体レーザチップと、複数の半導体レーザチップをそれぞれ搭載する内部ヒートシンク構造体である複数のステムと、複数のステムを搭載する共通の外部ヒートシンク構造体と、外部ヒートシンク構造体に搭載され、前記複数の半導体レーザチップを搭載する前記複数のステムを囲む共通の密閉構造体と、を備えて構成した。   In order to solve the above problems, a semiconductor laser array according to the present invention includes a plurality of semiconductor laser chips manufactured by a semiconductor process and emitting a predetermined laser beam, and a plurality of internal heat sink structures each mounting a plurality of semiconductor laser chips. A plurality of stems, a common external heat sink structure for mounting the plurality of stems, and a common sealed structure that is mounted on the external heat sink structure and surrounds the plurality of stems for mounting the plurality of semiconductor laser chips. Configured.

さらに本発明では、前記複数の半導体レーザチップの複数の半導体レーザ端子を、前記各半導体レーザチップからの出射光軸方向に対して略垂直方向に延びるように、前記各ステム上に構成した。   Further, in the present invention, the plurality of semiconductor laser terminals of the plurality of semiconductor laser chips are configured on the stems so as to extend in a direction substantially perpendicular to the direction of the optical axis emitted from the semiconductor laser chips.

さらに本発明では、前記複数の半導体レーザ端子の間を直列に空中配線するように構成した。   Furthermore, in this invention, it comprised so that aerial wiring might be connected in series between these semiconductor laser terminals.

本発明によれば、CANの代わりに複数の半導体レーザを囲む密閉構造体で構成したので、半導体レーザチップを搭載するステムの断面積をCANに制限されずに大きくできる。よって、内部ヒートシンク構造体であるステムの伝熱を改善して、外部ヒートシンク構造体への伝熱が改善され、十分な放熱性を確保できる。これにより、半導体レーザを定格以内の動作温度に保つことを可能とする半導体レーザアレイおよび画像表示装置を提供できる。   According to the present invention, since a sealed structure surrounding a plurality of semiconductor lasers is used instead of CAN, the cross-sectional area of the stem on which the semiconductor laser chip is mounted can be increased without being restricted by CAN. Therefore, the heat transfer of the stem which is an internal heat sink structure is improved, the heat transfer to the external heat sink structure is improved, and sufficient heat dissipation can be ensured. Accordingly, it is possible to provide a semiconductor laser array and an image display device that can keep the semiconductor laser at an operating temperature within a rating.

さらに本発明によれば、半導体レーザ端子を出射光軸方向に対して略垂直方向に延びるように構成したので、半導体レーザ端子が外部ヒートシンク構造体と短絡することがない。これにより、半導体レーザを出射光のコリメータレンズの光軸と垂直方向に2次元位置調整することを可能にした。   Furthermore, according to the present invention, since the semiconductor laser terminal is configured to extend in a direction substantially perpendicular to the emission optical axis direction, the semiconductor laser terminal does not short-circuit with the external heat sink structure. As a result, the two-dimensional position of the semiconductor laser can be adjusted in the direction perpendicular to the optical axis of the collimator lens of the emitted light.

さらに本発明によれば、半導体レーザ端子の間を直列に空中配線するように構成したので、外部ヒートシンク構造体内の配線を減らして、外部ヒートシンク構造体の伝熱を改善して、半導体レーザを定格以内の動作温度に保つことを可能にした。   Further, according to the present invention, since the semiconductor laser terminals are configured to be aerial wired in series, the wiring in the external heat sink structure is reduced, the heat transfer of the external heat sink structure is improved, and the semiconductor laser is rated. Made it possible to keep the operating temperature within.

実施例1に係る半導体レーザアレイの構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor laser array according to Example 1. FIG. 従来の半導体レーザアレイの構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the conventional semiconductor laser array. 実施例2に係る画像表示装置を示す構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram illustrating an image display apparatus according to a second embodiment. 実施例3に係る半導体レーザの構成を示す上面図である。6 is a top view showing a configuration of a semiconductor laser according to Example 3. FIG. 実施例3に係る半導体レーザの構成を示す正面図である。FIG. 6 is a front view illustrating a configuration of a semiconductor laser according to Example 3.

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施例1に係る半導体レーザアレイの構成を示す断面図である。半導体レーザアレイ1は、青色レーザ光を出射する複数の青色半導体レーザチップ2,3,4を備える。以下、青色半導体レーザをB−LD(又は単にLD)と略記し、青色をBと略記する。また、半導体レーザアレイをLDアレイとも略記する。なお、図1の例では、簡単のために3個のLDチップ2,3,4を搭載した構成を示す。実用的には、前記したように、例えば合計26個のLDチップを、10mm以上のピッチで5行6列に配置した構成などとする。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor laser array according to Embodiment 1 of the present invention. The semiconductor laser array 1 includes a plurality of blue semiconductor laser chips 2, 3, and 4 that emit blue laser light. Hereinafter, a blue semiconductor laser is abbreviated as B-LD (or simply LD), and blue is abbreviated as B. The semiconductor laser array is also abbreviated as LD array. In the example of FIG. 1, for simplicity, a configuration in which three LD chips 2, 3, and 4 are mounted is shown. Practically, as described above, for example, a total of 26 LD chips are arranged in 5 rows and 6 columns at a pitch of 10 mm or more.

各B−LDチップ2,3,4の出射側には、それぞれに対応して各コリメートレンズ5,6,7を配置する。LDチップ2,3,4から出射した各B光はコリメートレンズ5,6,7により平行光にされる。   Corresponding collimating lenses 5, 6 and 7 are arranged on the emission sides of the B-LD chips 2, 3 and 4, respectively. Each B light emitted from the LD chips 2, 3, 4 is converted into parallel light by the collimating lenses 5, 6, 7.

各LDチップ2,3,4は半導体プロセスで製造されており、内部ヒートシンク構造体である各ステム8,9,10に搭載する。各ステム8,9,10は共通の外部ヒートシンク構造体である基板11に搭載する。基板11はペルチェ素子12の低温面12aに接合する。ペルチェ素子12の高温面12bには放熱手段13を接合する。   Each LD chip 2, 3 and 4 is manufactured by a semiconductor process, and is mounted on each stem 8, 9, 10 which is an internal heat sink structure. The stems 8, 9, and 10 are mounted on a substrate 11 that is a common external heat sink structure. The substrate 11 is bonded to the low temperature surface 12 a of the Peltier element 12. The heat dissipation means 13 is joined to the high temperature surface 12 b of the Peltier element 12.

各LDチップ2,3,4で発生した熱は、各ステム8,9,10を介して基板11に伝熱し、ペルチェ素子12で熱移動され放熱手段13に伝熱する。放熱手段13は、例えば複数の放熱フィン13aで構成する。そして、例えば図示しない冷却ファンにより強制空冷することで放熱する。   The heat generated in each of the LD chips 2, 3, 4 is transferred to the substrate 11 through the stems 8, 9, 10, transferred by the Peltier element 12, and transferred to the heat radiating means 13. The heat radiating means 13 is constituted by a plurality of heat radiating fins 13a, for example. For example, heat is radiated by forced air cooling with a cooling fan (not shown).

各ステム8,9,10には、各LDチップ2,3,4のLD端子8a,8b,9a,9b,10a,10bを配設するが、各LDチップから出射されるB光の出射光軸方向(図1の上方向、矢印で示す)に対して略垂直方向(図1の左右方向)に延びるように構成した。このうちLD端子8a,9a,10aには正の電圧を印加し、LD端子8b,9b,10bには負の電圧を印加する。図1では、LD端子8a,9a,10aを上側、LD端子8b,9b,10bを下側に配置したが、逆の配置でも構わない。   Each stem 8, 9, 10 is provided with LD terminals 8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b of the LD chips 2, 3, 4, but the emitted light of B light emitted from each LD chip. It was comprised so that it might extend in the substantially perpendicular direction (left-right direction of FIG. 1) with respect to the axial direction (upward direction of FIG. 1, shown by the arrow). Among these, a positive voltage is applied to the LD terminals 8a, 9a and 10a, and a negative voltage is applied to the LD terminals 8b, 9b and 10b. In FIG. 1, the LD terminals 8a, 9a, and 10a are arranged on the upper side, and the LD terminals 8b, 9b, and 10b are arranged on the lower side. However, the arrangement may be reversed.

次に、各LDチップ2,3,4と、各ステム8,9,10と、各LD端子8a,8b,9a,9b,10a,10bを囲むような密閉構造体14を設けて、基板11に搭載する。密閉構造体14の上側には、各LDチップ2,3,4から出射した各B光が通過する開口部15,16,17を形成する。各開口部15,16,17には、密閉用の透光性カバーガラス18,19,20を取り付ける。すなわち本実施例では、各LDチップ(各ステム)を個別に密閉する従来のCANの代わりに、これらを共通の密閉構造体14(密閉空間14a)で囲む構成とした。   Next, a sealing structure 14 is provided so as to surround each LD chip 2, 3, 4, each stem 8, 9, 10 and each LD terminal 8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b. To be installed. On the upper side of the sealed structure 14, openings 15, 16 and 17 through which the respective B lights emitted from the LD chips 2, 3 and 4 pass are formed. A transparent translucent cover glass 18, 19, 20 is attached to each opening 15, 16, 17. That is, in this embodiment, instead of the conventional CAN that individually seals each LD chip (each stem), these are surrounded by a common sealed structure 14 (sealed space 14a).

LDチップ2のLD端子8bとLDチップ3のLD端子9aは、密閉空間14a内で空中配線する。同様に、LDチップ3のLD端子9bとLDチップ4のLD端子10aも、密閉空間14a内で空中配線する。そして、最も左側に位置するLDチップ2のLD端子8aは、基板11の基板端子11aに密閉空間14a内で空中配線する。同様に、最も右側に位置するLDチップ4のLD端子10bは、基板11の基板端子11bに密閉空間内14aで空中配線する。基板端子11aに正の電圧を、また基板端子11bに負の電圧を印加し、基板端子11a,11b間に直流通電することにより、直列配線されている各LDチップ2,3,4を同時に発光させることができる。   The LD terminal 8b of the LD chip 2 and the LD terminal 9a of the LD chip 3 are wired in the air in the sealed space 14a. Similarly, the LD terminal 9b of the LD chip 3 and the LD terminal 10a of the LD chip 4 are also wired in the air in the sealed space 14a. The LD terminal 8a of the LD chip 2 located on the leftmost side is wired in the air in the sealed space 14a to the substrate terminal 11a of the substrate 11. Similarly, the LD terminal 10b of the LD chip 4 located on the rightmost side is aerial wired to the substrate terminal 11b of the substrate 11 in the sealed space 14a. A positive voltage is applied to the substrate terminal 11a, a negative voltage is applied to the substrate terminal 11b, and direct current is applied between the substrate terminals 11a and 11b, so that the LD chips 2, 3, and 4 connected in series are simultaneously emitted. Can be made.

上記した実施例1の構成を、従来のCANパッケージを用いた構成と比較してみる。
図2は、比較のために従来のCANパッケージを用いた場合の半導体レーザアレイの構成例を示す断面図である。図1と同様の構成については、簡単に説明する。半導体レーザアレイ(LDアレイ)51は、複数(3個)のB−LDチップ52,53,54を備える。各LDチップ52,53,54に対応して各コリメートレンズ55,56,57を配置することで、LDチップ52,53,54から出射した各B光は平行光にされる。
The configuration of the first embodiment will be compared with a configuration using a conventional CAN package.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration example of a semiconductor laser array when a conventional CAN package is used for comparison. A configuration similar to that of FIG. 1 will be briefly described. The semiconductor laser array (LD array) 51 includes a plurality (three) of B-LD chips 52, 53 and 54. By arranging the collimating lenses 55, 56, and 57 corresponding to the LD chips 52, 53, and 54, the B lights emitted from the LD chips 52, 53, and 54 are converted into parallel lights.

各LDチップ52,53,54は半導体プロセスで製造されており、内部ヒートシンク構造である各ステム58,59,60に搭載する。各ステム58,59,60は、それぞれ対応するフランジ58f,59f,60fを介して、共通の外部ヒートシンク構造である基板61に搭載する。基板61はペルチェ素子62の低温面62aに接合し、ペルチェ素子12の高温面62bには放熱手段63を接合する。   Each LD chip 52, 53, 54 is manufactured by a semiconductor process, and is mounted on each stem 58, 59, 60 which is an internal heat sink structure. Each stem 58, 59, 60 is mounted on a substrate 61 having a common external heat sink structure via a corresponding flange 58f, 59f, 60f. The substrate 61 is bonded to the low temperature surface 62 a of the Peltier element 62, and the heat dissipation means 63 is bonded to the high temperature surface 62 b of the Peltier element 12.

各LDチップ52,53,54で発生した熱は、各ステム58,59,60と各フランジ58f,59f,60fを介して基板61に伝熱し、ペルチェ素子62で熱移動され放熱手段63に伝熱する。放熱手段63は、複数の放熱フィン63aで構成し、図示しない冷却ファンにより強制空冷することで放熱する。   The heat generated in the LD chips 52, 53, 54 is transferred to the substrate 61 through the stems 58, 59, 60 and the flanges 58 f, 59 f, 60 f, transferred by the Peltier element 62, and transferred to the heat dissipation means 63. heat. The heat dissipating means 63 is composed of a plurality of heat dissipating fins 63a and dissipates heat by forced air cooling with a cooling fan (not shown).

各フランジ58f,59f,60fには、各LDチップ52,53,54のLD端子58a,58b,59a,59b,60a,60bを配設するが、各B光の出射光軸方向(図2の上方向、矢印で示す)に平行で、出射光の進行方向とは反対側に延びるように構成されている。   Each flange 58f, 59f, 60f is provided with LD terminals 58a, 58b, 59a, 59b, 60a, 60b of the LD chips 52, 53, 54. It is configured to be parallel to the upward direction (indicated by an arrow) and extend to the opposite side of the traveling direction of the emitted light.

次に、LDチップ52とステム58を囲む密閉構造のCAN58cが、フランジ58fに搭載される。同様に、LDチップ53とステム59を囲む密閉構造のCAN59cがフランジ59fに搭載され、LDチップ54とステム60を囲む密閉構造のCAN60cがフランジ60fに搭載される。CAN58cの上側には、LDチップ52から出射したB光が通過する開口部65を形成し、開口部65には密閉用の透光性カバーガラス68を取り付ける。同様に、CAN59cの上側には開口部66と透光性カバーガラス69を備え、CAN60cの上側には、開口部67と透光性カバーガラス70を備える。   Next, a sealed structure CAN 58c surrounding the LD chip 52 and the stem 58 is mounted on the flange 58f. Similarly, a sealed CAN 59c surrounding the LD chip 53 and the stem 59 is mounted on the flange 59f, and a sealed CAN 60c surrounding the LD chip 54 and the stem 60 is mounted on the flange 60f. An opening 65 through which the B light emitted from the LD chip 52 passes is formed above the CAN 58 c, and a sealing light-transmitting cover glass 68 is attached to the opening 65. Similarly, an opening 66 and a translucent cover glass 69 are provided on the upper side of the CAN 59c, and an opening 67 and a translucent cover glass 70 are provided on the upper side of the CAN 60c.

LDチップ52のLD端子58bとLDチップ53のLD端子59aは、基板61内に空間をあけて配線する。同様に、LDチップ53のLD端子59bとLDチップ54のLD端子60aは、基板61内に空間をあけて配線する。また、LDチップ52のLD端子58aは、基板61内に空間をあけて基板端子61aに配線する。同様に、LDチップ54のLD端子60bは、基板61内に空間をあけて基板端子61bに配線する。
基板端子61aに正の電圧を、また基板端子61bに負の電圧を印加し、基板端子61a,61b間に直流通電することにより、直列配線された各LDチップ52,53,54は同時に発光する。
The LD terminal 58 b of the LD chip 52 and the LD terminal 59 a of the LD chip 53 are wired with a space in the substrate 61. Similarly, the LD terminal 59 b of the LD chip 53 and the LD terminal 60 a of the LD chip 54 are wired with a space in the substrate 61. Further, the LD terminal 58 a of the LD chip 52 is wired to the substrate terminal 61 a with a space in the substrate 61. Similarly, the LD terminal 60 b of the LD chip 54 is wired to the substrate terminal 61 b with a space in the substrate 61.
When a positive voltage is applied to the substrate terminal 61a and a negative voltage is applied to the substrate terminal 61b, and direct current is applied between the substrate terminals 61a and 61b, the LD chips 52, 53, and 54 connected in series emit light simultaneously. .

実施例1の構成(図1)と従来の構成(図2)とを比較すると、以下の違いがある。   When the configuration of the first embodiment (FIG. 1) is compared with the conventional configuration (FIG. 2), there are the following differences.

実施例1におけるステム8の横幅w1と、従来のステム58の横幅w2を比較すると、明らかに、実施例1の横幅w1が従来の横幅w2よりも大きくなる(w1>w2)ことが分かる。図1、図2では横方向のみの形状を示しているが、奥行き方向についても同様であり、実施例1のステム8の奥行きが従来のステム58の奥行きよりも大きくなる。従って、ステム8の断面積はステム58の断面積よりも大きいという関係が成り立つ。   Comparing the lateral width w1 of the stem 8 in the first embodiment with the lateral width w2 of the conventional stem 58, it is apparent that the lateral width w1 of the first embodiment is larger than the conventional lateral width w2 (w1> w2). 1 and 2 show the shape only in the horizontal direction, the same applies to the depth direction, and the depth of the stem 8 of the first embodiment is larger than the depth of the conventional stem 58. Therefore, the relationship that the cross-sectional area of the stem 8 is larger than the cross-sectional area of the stem 58 is established.

すなわち実施例1では、半導体プロセスで製造されたLDチップ2,3,4を搭載した内部ヒートシンク構造体であるステム8,9,10を、外部ヒートシンク構造体である基板11に搭載し、かつ従来のCAN58c,59c,60cの代わりに複数のLDチップ2,3,4を囲む共通の密閉構造体14を用いて構成した。これより、LDチップ2,3,4を搭載するステム8,9,10の断面積をCANに制限されずに大きくできるので、内部ヒートシンク構造体であるステム8,9,10から外部ヒートシンク構造体である基板11への伝熱が改善され、放熱性を大幅に向上できる。その結果、半導体レーザを定格以内の動作温度に保つことが可能な半導体レーザアレイを実現できる。   That is, in the first embodiment, the stems 8, 9, and 10 which are the internal heat sink structures on which the LD chips 2, 3 and 4 manufactured by the semiconductor process are mounted are mounted on the substrate 11 which is the external heat sink structure and Instead of the CANs 58c, 59c and 60c, a common sealed structure 14 surrounding the plurality of LD chips 2, 3 and 4 is used. As a result, the cross-sectional area of the stems 8, 9, and 10 on which the LD chips 2, 3, and 4 are mounted can be increased without being restricted by the CAN. The heat transfer to the substrate 11 is improved, and the heat dissipation can be greatly improved. As a result, it is possible to realize a semiconductor laser array that can keep the semiconductor laser at an operating temperature within the rated range.

また、図1から明らかなように、実用的に十分な放熱性を確保できるステムの横幅w1を決定すると、隣接するステム間の間隔に余裕が生ずる。このため、B−LD2,3,4のピッチp1を10mm以下に間隔を狭めることが可能になる。従って、LDアレイの行方向、列方向の寸法をより小さくして、LD光源装置を小型にできるといった効果もある。   Further, as is apparent from FIG. 1, if the stem width w1 that can ensure practically sufficient heat dissipation is determined, a margin is generated in the interval between adjacent stems. For this reason, the pitch p1 of the B-LDs 2, 3 and 4 can be reduced to 10 mm or less. Therefore, there is an effect that the LD light source device can be downsized by reducing the size of the LD array in the row direction and the column direction.

さらに、従来の構成では各LD端子58a,58b,59a,59b,60a,60bは出射光軸方向と平行に延びて構成されたのに対し、実施例1におけるLD端子8a,8b,9a,9b,10a,10bは出射光軸方向に対し略垂直方向に延びるように構成した。よって、各LD端子が外部ヒートシンク構造体である基板11と短絡することがない。これにより、ステムから基板への放熱性を損なわずに、LDチップ2,3,4をコリメートレンズ5,6,7の光軸と垂直方向に2次元位置を調整することが可能になる。LDチップ2,3,4を光軸と垂直方向に2次元位置調整可能なので、コリメートレンズ5,6,7を光軸方向の1次元位置調整するだけで済む。従って、LDチップ2,3,4とコリメートレンズ5,6,7を相対的に3次元位置調整可能になり、放熱性と位置調整機能との両立が可能となる。   Further, in the conventional configuration, each of the LD terminals 58a, 58b, 59a, 59b, 60a, and 60b is configured to extend in parallel with the outgoing optical axis direction, whereas the LD terminals 8a, 8b, 9a, and 9b in the first embodiment. , 10a, 10b are configured to extend in a direction substantially perpendicular to the outgoing optical axis direction. Therefore, each LD terminal does not short-circuit with the substrate 11 which is an external heat sink structure. This makes it possible to adjust the two-dimensional position of the LD chips 2, 3, 4 in the direction perpendicular to the optical axes of the collimating lenses 5, 6, 7 without impairing heat dissipation from the stem to the substrate. Since the LD chips 2, 3 and 4 can be two-dimensionally adjusted in the direction perpendicular to the optical axis, the collimating lenses 5, 6, and 7 need only be adjusted one-dimensionally in the optical axis direction. Therefore, the LD chips 2, 3, 4 and the collimating lenses 5, 6, 7 can be relatively adjusted in three-dimensional position, and both heat dissipation and a position adjusting function can be achieved.

さらに、従来の構成では、基板61内には左側の端子61aと右側の端子61bの2つの配線に加え、端子58bと端子59aをつなぐ配線と、端子59bと端子60aをつなぐ配線の、合計4つの配線が存在していた。これに対し実施例1では、複数のLD端子間を直列に空中配線するように構成したので、基板11内には左側の端子11aと右側の端子11bの2つの配線のみとなり、基板内の配線を2本減らすことができる。すなわち実施例1によれば、外部ヒートシンク構造体である基板11内の配線を減らすことで基板11の伝熱を改善し、LDを定格以内の動作温度に保つことを可能とするLDアレイを提供できる。   Further, in the conventional configuration, in addition to the two wirings of the left terminal 61a and the right terminal 61b in the substrate 61, there are a total of four wirings connecting the terminal 58b and the terminal 59a and wiring connecting the terminal 59b and the terminal 60a. There were two wires. On the other hand, in the first embodiment, since a plurality of LD terminals are connected in series in the air, the board 11 has only two wirings of the left terminal 11a and the right terminal 11b. Can be reduced by two. That is, according to the first embodiment, an LD array is provided that improves the heat transfer of the substrate 11 by reducing the wiring in the substrate 11 which is an external heat sink structure, and can keep the LD at an operating temperature within the rating. it can.

次に実施例2では、実施例1で述べた半導体レーザアレイ1を画像表示装置に適用した例を述べる。   In the second embodiment, an example in which the semiconductor laser array 1 described in the first embodiment is applied to an image display device will be described.

図3は、実施例2に係る画像表示装置を示す構成図である。画像表示装置は、B−LD光源部35、インテグレータ34、画像表示素子(DMD)40、投写レンズユニット41などで構成される。B−LD光源部35に含まれるB−LDアレイ1は、図1における半導体レーザアレイ1に相当する。まず、B−LD光源部35の構成から説明する。   FIG. 3 is a configuration diagram illustrating an image display apparatus according to the second embodiment. The image display device includes a B-LD light source unit 35, an integrator 34, an image display element (DMD) 40, a projection lens unit 41, and the like. The B-LD array 1 included in the B-LD light source unit 35 corresponds to the semiconductor laser array 1 in FIG. First, the configuration of the B-LD light source unit 35 will be described.

B−LDアレイ1から出射され略平行光とされたB光線束21は、凸レンズ22、凹レンズ23、マルチレンズアレイ(MLA)24,25を介して、ダイクロイックミラー26に入射する。ダイクロイックミラー26は、B光を反射、緑色(G)光を透過、黄色(Y)光を透過、赤色(R)光を透過する分光透過反射率特性を有する。以下、緑色をG、黄色をY、赤色をRと略記する。   The B light beam 21 emitted from the B-LD array 1 and made substantially parallel light enters the dichroic mirror 26 via a convex lens 22, a concave lens 23, and multi-lens arrays (MLAs) 24 and 25. The dichroic mirror 26 has a spectral transmission reflectance characteristic that reflects B light, transmits green (G) light, transmits yellow (Y) light, and transmits red (R) light. Hereinafter, green is abbreviated as G, yellow as Y, and red as R.

ダイクロイックミラー26で反射されたB光は、レンズ27,28を屈折して略矩形に集光されて蛍光体ホイール29に入射する。ここで、略矩形に集光されるのは、MLA24の各レンズ開口が矩形となっており、MLA25、レンズ27,28により蛍光体ホイール29上に結像するように構成したためである。レンズ27,28は共通のレンズ光軸を有しており、B光はレンズ光軸の図面下側略半分を偏って通過するように構成した。すなわち、ダイクロイックミラー26はレンズ光軸の下側(図面紙面奥行き方向)略半分に偏って配置した。   The B light reflected by the dichroic mirror 26 is refracted by the lenses 27 and 28, condensed into a substantially rectangular shape, and enters the phosphor wheel 29. Here, the reason why the light is condensed into a substantially rectangular shape is that each lens opening of the MLA 24 has a rectangular shape and is configured to form an image on the phosphor wheel 29 by the MLA 25 and the lenses 27 and 28. The lenses 27 and 28 have a common lens optical axis, and the B light is configured so as to pass through a substantially half of the lens optical axis on the lower side in the drawing. In other words, the dichroic mirror 26 is disposed so as to be substantially halfway below the lens optical axis (in the depth direction of the drawing sheet).

蛍光体ホイール29は、B光鏡面反射部29B,G蛍光体反射部29G,R蛍光体反射部29R,Y蛍光体反射部29Yを周方向に備えており、モータ30で回転させることにより、時分割によりB光が入射する反射部を切り換える。図3では、B光がB光鏡面反射部29Bに入射する瞬間を描いている。   The phosphor wheel 29 includes a B light specular reflection part 29B, a G phosphor reflection part 29G, an R phosphor reflection part 29R, and a Y phosphor reflection part 29Y in the circumferential direction. The reflection part where the B light is incident is switched by the division. FIG. 3 illustrates the moment when the B light is incident on the B light mirror reflection portion 29B.

B光は、B光鏡面反射部29Bで鏡面反射される。B反射光はレンズ光軸の図面上側(図面紙面手前方向)略半分を偏って進行し、レンズ28,27を屈折して略平行光に戻り、ダイクロイックミラー26のない上空部分を通過して、レンズ31を介して、略矩形に集光されてカラーホイール32に入射する。ここで、略矩形に集光されるのは、蛍光体ホイール29上に結像した光が略矩形となっており、レンズ28,27,31によりカラーホイール32上に結像するように構成したためである。   The B light is specularly reflected by the B light specular reflection unit 29B. The B reflected light travels with the half of the lens optical axis on the upper side of the drawing (frontward in the drawing), refracts the lenses 28 and 27 and returns to substantially parallel light, passes through the sky part without the dichroic mirror 26, The light is condensed into a substantially rectangular shape via the lens 31 and enters the color wheel 32. Here, the reason why the light is focused in a substantially rectangular shape is that the light imaged on the phosphor wheel 29 has a substantially rectangular shape and is formed on the color wheel 32 by the lenses 28, 27, and 31. It is.

カラーホイール32は、B光拡散透過面32Bと、GRY光透過かつB光反射面32Aを周方向に備えており、モータ33で回転させることにより、時分割によりB光が入射する面を蛍光体ホイール29と同期して切り換える。カラーホイール32のB光拡散透過面32Bを通過したB光はインテグレータ34に入射する。   The color wheel 32 is provided with a B light diffusing and transmitting surface 32B and a GRY light transmitting and B light reflecting surface 32A in the circumferential direction. Switch in sync with wheel 29. The B light that has passed through the B light diffusing and transmitting surface 32 </ b> B of the color wheel 32 enters the integrator 34.

次に、B光が蛍光体ホイール29のG蛍光体反射部29Gに入射する場合について説明する。B光によりG蛍光体反射部29Gで励起されたG光が拡散反射される。G反射光の内のレンズ光軸の図面下側(図面紙面奥行き方向)略半分は、レンズ28,27を屈折して略平行光になり、ダイクロイックミラー26を透過して、レンズ31、カラーホイール32を介してインテグレータ34に入射する。G反射光の内の図面上側(図面紙面手前方向)略半分は、レンズ28,27を屈折して略平行光となり、ダイクロイックミラー26のない上空部分を通過して、レンズ31、カラーホイール32のGRY光透過かつB光反射面32Aを介してインテグレータ34に入射する。   Next, a case where B light is incident on the G phosphor reflecting portion 29G of the phosphor wheel 29 will be described. The G light excited by the G phosphor reflector 29G is diffusely reflected by the B light. The half of the G optical axis on the lower side of the optical axis of the lens (in the depth direction of the drawing paper) is refracted by the lenses 28 and 27 to become substantially parallel light, passes through the dichroic mirror 26, and passes through the lens 31 and the color wheel. Then, the light enters the integrator 34 via 32. About half of the G reflected light on the upper side of the drawing (the front side in the drawing) is refracted by the lenses 28 and 27 to become substantially parallel light, passes through the sky part without the dichroic mirror 26, and passes through the lens 31 and the color wheel 32. The light enters the integrator 34 through the GRY light transmitting and B light reflecting surface 32A.

次に、B光が、蛍光体ホイール29のR蛍光体反射部29Rに入射する場合について説明する。B光によりR蛍光体反射部29Rで励起されたR光が拡散反射される。R反射光の内のレンズ光軸の図面下側(図面紙面奥行き方向)略半分は、レンズ28,27を屈折して略平行光になり、ダイクロイックミラー26を透過して、レンズ31、カラーホイール32のGRY光透過かつB光反射面32Aを介してインテグレータ34に入射する。R反射光の内のレンズ光軸の図面上側(図面紙面手前方向)略半分は、レンズ28,27を屈折して略平行光となり、ダイクロイックミラー26のない上空部分を通過して、レンズ31、カラーホイール32のGRY光透過かつB光反射面32Aを介してインテグレータ34に入射する。   Next, a case where the B light is incident on the R phosphor reflecting portion 29R of the phosphor wheel 29 will be described. The R light excited by the R phosphor reflecting portion 29R is diffusely reflected by the B light. Of the R reflected light, the lower half of the optical axis of the lens in the drawing (the depth direction in the drawing paper) is refracted by the lenses 28 and 27 to become substantially parallel light, passes through the dichroic mirror 26, and passes through the lens 31 and the color wheel. 32 enters the integrator 34 through the GRY light transmitting and B light reflecting surface 32A. About half of the R optical axis on the upper side of the optical axis of the lens (front side in the drawing) is refracted by the lenses 28 and 27 to become substantially parallel light, and passes through the sky part where the dichroic mirror 26 is not provided. The color wheel 32 enters the integrator 34 through the GRY light transmitting and B light reflecting surface 32A.

次に、B光が、蛍光体ホイール29のY蛍光体反射部29Yに入射する場合について説明する。B光によりY蛍光体反射部29Yで励起されたY光が拡散反射される。Y反射光の内のレンズ光軸の図面下側(図面紙面奥行き方向)略半分は、レンズ28,27を屈折して略平行光になり、ダイクロイックミラー8を透過して、レンズ31、カラーホイール32のGRY光透過かつB光反射面32Aを介してインテグレータ34に入射する。Y反射光の内のレンズ光軸の図面上側(図面紙面手前方向)略半分は、レンズ28,27を屈折して略平行光となり、ダイクロイックミラー26のない上空部分を通過して、レンズ31、カラーホイール32のGRY光透過かつB光反射面32Aを介してインテグレータ34に入射する。
以上のように、B反射光、G反射光、R反射光、Y反射光は合流し、B−LD光源部35から照明光となってインテグレータ34に導光される。
Next, the case where the B light is incident on the Y phosphor reflecting portion 29Y of the phosphor wheel 29 will be described. The Y light excited by the Y phosphor reflector 29Y is diffusely reflected by the B light. Nearly half of the Y optical axis of the lens optical axis in the drawing (in the depth direction of the drawing paper) is refracted by the lenses 28 and 27 to become substantially parallel light, passes through the dichroic mirror 8, and passes through the lens 31 and the color wheel. 32 enters the integrator 34 through the GRY light transmitting and B light reflecting surface 32A. Nearly half of the Y optical axis of the lens optical axis in the drawing (the front side of the drawing) is refracted by the lenses 28 and 27 to become substantially parallel light, passes through the sky part without the dichroic mirror 26, and passes through the lens 31, The color wheel 32 enters the integrator 34 through the GRY light transmitting and B light reflecting surface 32A.
As described above, the B reflected light, the G reflected light, the R reflected light, and the Y reflected light are merged, and are guided from the B-LD light source unit 35 to the integrator 34 as illumination light.

次に、インテグレータ34以降の構成について説明する。インテグレータ34により照度分布が均一化された照明光は、レンズ36,37、ミラー38、レンズ39を介してDMD40に入射する。DMD40は画像表示素子の一種で、テキサス・インスツルメンツ社によって開発された、Digital Micromirror Device(デジタル・マイクロミラー・デバイス)である。DMD40により画像信号に応じて変調され反射された画像光は、レンズ39を介して投写レンズユニット41に入射する。投写レンズユニット41は図示しないスクリーンに対し、変調された画像光を拡大投写する。   Next, the configuration after the integrator 34 will be described. The illumination light whose illuminance distribution is made uniform by the integrator 34 enters the DMD 40 via the lenses 36 and 37, the mirror 38, and the lens 39. The DMD 40 is a kind of image display element, and is a digital micromirror device developed by Texas Instruments. The image light modulated and reflected by the DMD 40 according to the image signal is incident on the projection lens unit 41 via the lens 39. The projection lens unit 41 enlarges and projects the modulated image light onto a screen (not shown).

実施例2によれば、LDを定格以内の動作温度に保つことを可能にしたLDアレイを使用したので、常時明るい画像を表示できる画像表示装置を提供する。   According to the second embodiment, since the LD array that makes it possible to keep the LD at an operating temperature within the rating is used, an image display device that can always display a bright image is provided.

また、B−LDアレイ1内で各LDチップ2,3,4とコリメートレンズ5,6,7を相対的に3次元位置調整可能になり、光軸位置調整と放熱の両立が可能なので、B−LDアレイ1から出射された光束群を略平行光に揃えることができる。このため、凸レンズ22、凹レンズ23、マルチレンズアレイ(MLA)24,25、ダイクロイックミラー26、レンズ27,28を介して蛍光体ホイール29に集光される矩形スポットが、光学設計通りの理想的な大きさにできる。   In addition, each of the LD chips 2, 3, 4 and the collimating lenses 5, 6, 7 can be relatively adjusted in the B-LD array 1 so that both the optical axis position adjustment and the heat radiation can be performed. The light beam group emitted from the LD array 1 can be made substantially parallel light. Therefore, the rectangular spot condensed on the phosphor wheel 29 via the convex lens 22, the concave lens 23, the multi-lens array (MLA) 24, 25, the dichroic mirror 26, and the lenses 27, 28 is ideal as the optical design. Can be sized.

従来のCANパッケージのLDでは光軸調整ができないので、各光束群の光軸がずれて矩形スポットがぼけて大きくなり、エタンデューが大きくなる。エタンデューが大きくなると、蛍光体ホイール29、レンズ28,27、ダイクロイックミラー26、レンズ31、カラーホイール32、インテグレータ34、レンズ36,37、ミラー38、レンズ39,DMD40、レンズ39、投写レンズユニット41までの光学経路の各開口でけられ、光利用効率が低下していた。これに対し実施例2のLDでは、光軸調整可能なので光利用効率が低下することがないので、明るい画像表示装置を提供できるという効果がある。   Since the optical axis cannot be adjusted in the conventional LD of the CAN package, the optical axis of each light beam group is shifted, the rectangular spot is blurred and enlarged, and the etendue is increased. When the etendue increases, the phosphor wheel 29, lenses 28 and 27, dichroic mirror 26, lens 31, color wheel 32, integrator 34, lenses 36 and 37, mirror 38, lens 39, DMD 40, lens 39, and projection lens unit 41 are reached. The light utilization efficiency was lowered at each aperture of the optical path. On the other hand, the LD according to the second embodiment has an effect that it is possible to provide a bright image display device because the optical axis can be adjusted and the light use efficiency does not decrease.

また、実施例2によれば、複数のLD端子間を直列に空中配線するように構成したので、外部ヒートシンク構造体である基板11内の配線を減らして、基板11の伝熱を改善して、LDを定格以内の動作温度に保つことを可能とした構成のLDアレイを使用できるので、十分な放熱性を確保でき、明るい画像表示装置を提供できる。   In addition, according to the second embodiment, since the plurality of LD terminals are connected in series in the air, the wiring in the substrate 11 that is the external heat sink structure is reduced, and the heat transfer of the substrate 11 is improved. Since an LD array having a configuration capable of keeping the LD within the rated operating temperature can be used, sufficient heat dissipation can be secured and a bright image display device can be provided.

なお、実施例2では、実施例1のLDアレイを画像表示装置に適用した例を説明したが、これに限定せず、他の光学装置へも適用できることは言うまでもない。   In the second embodiment, the example in which the LD array according to the first embodiment is applied to the image display device has been described. However, it is needless to say that the present invention is not limited to this and can be applied to other optical devices.

前記実施例1では、複数の半導体レーザ(LD)からなるLDアレイの場合を説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、単一のLDの場合にも適用できる。すなわち、LD端子をLD出射光軸方向に略垂直方向に延びるように配置する構成は、単一のLDの場合にも有効であり、実施例3ではこの場合について説明する。   In the first embodiment, the case of an LD array composed of a plurality of semiconductor lasers (LDs) has been described. However, the present invention is not limited to this and can be applied to the case of a single LD. That is, the configuration in which the LD terminal is arranged so as to extend in a direction substantially perpendicular to the LD emission optical axis direction is also effective in the case of a single LD, and this case will be described in a third embodiment.

図4と図5は、実施例3に係る半導体レーザの構成を示し、図4はその上面図、図5はその正面図である。半導体レーザ(LD)81は、レーザ発光源となる1個の半導体レーザチップ(LDチップ)82を備えている。   4 and 5 show the configuration of the semiconductor laser according to Example 3. FIG. 4 is a top view thereof, and FIG. 5 is a front view thereof. The semiconductor laser (LD) 81 includes a single semiconductor laser chip (LD chip) 82 serving as a laser emission source.

LDチップ82は半導体プロセスで製造されており、内部ヒートシンク構造であるステム83に搭載する。さらにステム83は、フランジ83fに搭載する。なお、ステム83とフランジ83fは一体で構成しても構わない。フランジ83f内には、LDチップ82のLD端子83a,83bが、レーザ光の出射光軸方向に対し略垂直方向(図4では紙面内方向、図5では横方向)に延びて構成されている。   The LD chip 82 is manufactured by a semiconductor process and is mounted on a stem 83 having an internal heat sink structure. Furthermore, the stem 83 is mounted on the flange 83f. Note that the stem 83 and the flange 83f may be integrally formed. In the flange 83f, the LD terminals 83a and 83b of the LD chip 82 are configured to extend in a direction substantially perpendicular to the laser beam emission optical axis direction (in-plane direction in FIG. 4 and lateral direction in FIG. 5). .

LDチップ82とステム83を囲む密閉構造体であるCAN83cは、フランジ83fに搭載されている。CAN83cの上側には、LDチップ82から出射したレーザ光が通過する開口部84を形成し、開口部84には、密閉用の透光性カバーガラス85を取り付ける。   A CAN 83c, which is a sealed structure surrounding the LD chip 82 and the stem 83, is mounted on the flange 83f. An opening 84 through which laser light emitted from the LD chip 82 passes is formed on the upper side of the CAN 83 c, and a sealing translucent cover glass 85 is attached to the opening 84.

このように実施例3の半導体レーザは、1個のLDチップを搭載したステムのフランジに密閉構造体であるCANを搭載し、かつフランジ内にレーザ出射光軸方向に略垂直方向に延びるようにLD端子を構成したものである。この構造は、従来のCANパッケージのフランジ部分に配置されるLD端子の方向を変更したもので、CANタイプにも適用することができる。   As described above, in the semiconductor laser of Example 3, the CAN, which is a sealed structure, is mounted on the flange of the stem on which one LD chip is mounted, and extends in a direction substantially perpendicular to the laser emission optical axis direction in the flange. This constitutes an LD terminal. This structure is obtained by changing the direction of the LD terminal arranged on the flange portion of the conventional CAN package, and can also be applied to the CAN type.

実施例3によれば、フランジの裏面83dにはLD端子がないので、図示しない外部ヒートシンク構造体となる基板に容易に取り付けることができる。また、外部ヒートシンク構造体への伝熱が改善され、十分な放熱性を確保できる。さらに、LD端子が外部ヒートシンク構造体と短絡することがなく、LD81を出射光軸方向に対し垂直な方向に2次元位置調整が可能となる。   According to the third embodiment, since there is no LD terminal on the back surface 83d of the flange, it can be easily attached to a substrate which is an external heat sink structure (not shown). Further, heat transfer to the external heat sink structure is improved, and sufficient heat dissipation can be ensured. Furthermore, it is possible to adjust the two-dimensional position of the LD 81 in the direction perpendicular to the direction of the outgoing optical axis without causing the LD terminal to short-circuit with the external heat sink structure.

なお、LD端子83a,83bはLDチップ82の搭載方向(図4の横方向、図5の紙面内横方向)に対して+45°だけ傾斜して配置した。また、フランジ83fの保持用溝86,87は、LDチップ82の搭載方向に対して−45°だけ傾斜して配置した。このように±45°傾斜して配置することにより、LD81を行方向、列方向にアレイ状に並べたときにLD間隔を狭くすることができるので、行方向、列方向の寸法がより小さくなり、光源装置が小型化できる効果がある。   The LD terminals 83a and 83b are arranged so as to be inclined by + 45 ° with respect to the mounting direction of the LD chip 82 (the horizontal direction in FIG. 4 and the horizontal direction in FIG. 5). Further, the holding grooves 86 and 87 of the flange 83f are arranged so as to be inclined by −45 ° with respect to the mounting direction of the LD chip 82. By arranging them with an inclination of ± 45 ° in this way, the LD interval can be narrowed when the LDs 81 are arranged in an array in the row and column directions, so that the dimensions in the row and column directions become smaller. The light source device can be downsized.

実施例3の半導体レーザは、高出力LDで放熱が必要とされ、コリメートレンズとの間で相対的な位置調整が必要とされる記録可能な光ディスク用光ピックアップといった光学装置に広く適用することができる。   The semiconductor laser according to the third embodiment can be widely applied to an optical device such as an optical pickup for a recordable optical disc that requires heat dissipation with a high-power LD and needs to be adjusted relative to a collimating lens. it can.

1…半導体レーザアレイ(LDアレイ)、2,3,4…青色半導体レーザチップ(B−LDチップ)、5,6,7…コリメートレンズ、8,9,10…ステム、8a,8b,9a,9b,10a,10b…LD端子、11…基板、11a,11b…基板端子、12…ペルチェ素子、12a…低温面、12b…高温面、13…放熱手段、13a…放熱フィン、14…密閉構造体、14a…密閉空間、15,16,17…開口部、18,19,20…透光性カバーガラス、21…B光線束、22…凸レンズ、23…凹レンズ、24,25…MLA、26…ダイクロイックミラー、27,28…レンズ、29…蛍光体ホイール、29B…B光鏡面反射部、29G…G蛍光体反射部、29R…R蛍光体反射部、29Y…Y蛍光体反射部、30…モータ、31…レンズ、32…カラーホイール、32a…GRY光透過かつB反射面、32b…B光拡散透過面、33…モータ、34…インテグレータ、35…B−LD光源部、36,37…レンズ、38…ミラー、39…レンズ、40…DMD、41…投写レンズユニット、81…半導体レーザ(LD)、82…LDチップ、83…ステム、83a,83b…LD端子、83c…CAN(密閉構造体)、83f…フランジ、83d…フランジの裏面、84…開口部、85…透光性カバーガラス、86,87…保持用溝、p1…ピッチ、wl…ステム横幅。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser array (LD array), 2, 3, 4 ... Blue semiconductor laser chip (B-LD chip), 5, 6, 7 ... Collimating lens, 8, 9, 10 ... Stem, 8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b ... LD terminal, 11 ... substrate, 11a, 11b ... substrate terminal, 12 ... Peltier element, 12a ... low temperature surface, 12b ... high temperature surface, 13 ... heat dissipation means, 13a ... heat dissipation fin, 14 ... sealed structure , 14a ... sealed space, 15, 16, 17 ... opening, 18, 19, 20 ... translucent cover glass, 21 ... B ray bundle, 22 ... convex lens, 23 ... concave lens, 24, 25 ... MLA, 26 ... dichroic Mirror, 27, 28 ... Lens, 29 ... Phosphor wheel, 29B ... B light reflector, 29G ... G phosphor reflector, 29R ... R phosphor reflector, 29Y ... Y phosphor reflector, 30 ... Motor DESCRIPTION OF SYMBOLS 31 ... Lens, 32 ... Color wheel, 32a ... GRY light transmission and B reflection surface, 32b ... B light diffusion transmission surface, 33 ... Motor, 34 ... Integrator, 35 ... B-LD light source part, 36, 37 ... Lens, 38 Mirror, 39 ... Lens, 40 ... DMD, 41 ... Projection lens unit, 81 ... Semiconductor laser (LD), 82 ... LD chip, 83 ... Stem, 83a, 83b ... LD terminal, 83c ... CAN (sealed structure), 83f ... flange, 83d ... back surface of the flange, 84 ... opening, 85 ... translucent cover glass, 86, 87 ... holding groove, p1 ... pitch, wl ... stem width.

Claims (8)

半導体プロセスで製造され所定のレーザ光を出射する複数の半導体レーザチップと、
該複数の半導体レーザチップをそれぞれ搭載する内部ヒートシンク構造体である複数のステムと、
該複数のステムを搭載する共通の外部ヒートシンク構造体と、
該外部ヒートシンク構造体に搭載され、前記複数の半導体レーザチップを搭載する前記複数のステムを囲む共通の密閉構造体と、
を備えて構成したことを特徴とする半導体レーザアレイ。
A plurality of semiconductor laser chips manufactured by a semiconductor process and emitting a predetermined laser beam;
A plurality of stems that are internal heat sink structures each mounting the plurality of semiconductor laser chips;
A common external heat sink structure mounting the plurality of stems;
A common sealed structure that is mounted on the external heat sink structure and surrounds the plurality of stems on which the plurality of semiconductor laser chips are mounted;
A semiconductor laser array comprising:
半導体プロセスで製造され所定のレーザ光を出射する複数の半導体レーザチップと、
該複数の半導体レーザチップをそれぞれ搭載する内部ヒートシンク構造体である複数のステムと、
該複数のステムを搭載する共通の外部ヒートシンク構造体と、を備え、
前記複数の半導体レーザチップの複数の半導体レーザ端子を、前記各半導体レーザチップからの出射光軸方向に対して略垂直方向に延びるように、前記各ステム上に構成したことを特徴とする半導体レーザアレイ。
A plurality of semiconductor laser chips manufactured by a semiconductor process and emitting a predetermined laser beam;
A plurality of stems that are internal heat sink structures each mounting the plurality of semiconductor laser chips;
A common external heat sink structure for mounting the plurality of stems,
A plurality of semiconductor laser terminals of the plurality of semiconductor laser chips are configured on each stem so as to extend in a direction substantially perpendicular to the direction of the optical axis emitted from each semiconductor laser chip. array.
請求項1に記載の半導体レーザアレイにおいて、
前記複数の半導体レーザチップの複数の半導体レーザ端子を、前記各半導体レーザチップからの出射光軸方向に対して略垂直方向に延びるように、前記各ステム上に構成したことを特徴とする半導体レーザアレイ。
The semiconductor laser array according to claim 1, wherein
A plurality of semiconductor laser terminals of the plurality of semiconductor laser chips are configured on each stem so as to extend in a direction substantially perpendicular to the direction of the optical axis emitted from each semiconductor laser chip. array.
請求項2または3に記載の半導体レーザアレイにおいて、
前記複数の半導体レーザ端子の間を直列に空中配線するように構成したことを特徴とする半導体レーザアレイ。
The semiconductor laser array according to claim 2 or 3,
A semiconductor laser array, wherein a plurality of semiconductor laser terminals are connected in series in the air.
半導体プロセスで製造され所定のレーザ光を出射する半導体レーザチップと、
該半導体レーザチップを搭載する内部ヒートシンク構造体であるステムと、
該ステムを搭載し外部ヒートシンク構造体に接合されるフランジと、
該フランジに搭載され、前記半導体レーザチップを搭載する前記ステムを囲む密閉構造体と、を備え、
前記半導体レーザチップの半導体レーザ端子を、前記半導体レーザチップからの出射光軸方向に対して略垂直方向に延びるように、前記フランジ内に構成したことを特徴とする半導体レーザ。
A semiconductor laser chip manufactured by a semiconductor process and emitting a predetermined laser beam;
A stem that is an internal heat sink structure on which the semiconductor laser chip is mounted;
A flange mounted with the stem and joined to an external heat sink structure;
A sealed structure that is mounted on the flange and surrounds the stem on which the semiconductor laser chip is mounted,
A semiconductor laser characterized in that a semiconductor laser terminal of the semiconductor laser chip is configured in the flange so as to extend in a direction substantially perpendicular to the direction of an optical axis emitted from the semiconductor laser chip.
請求項5に記載の半導体レーザにおいて、
前記半導体レーザ端子を、前記半導体レーザチップの搭載方向に対して略45°傾斜して配置したことを特徴とする半導体レーザ。
The semiconductor laser according to claim 5, wherein
2. A semiconductor laser according to claim 1, wherein the semiconductor laser terminal is disposed at an angle of approximately 45.degree. With respect to the mounting direction of the semiconductor laser chip.
請求項6に記載の半導体レーザにおいて、
前記フランジの保持用溝を、前記半導体レーザチップの搭載方向に対して、前記半導体レーザ端子とは反対側に略45°傾斜して配置したことを特徴とする半導体レーザ。
The semiconductor laser according to claim 6, wherein
The semiconductor laser according to claim 1, wherein the holding groove of the flange is disposed at an angle of approximately 45 ° on the side opposite to the semiconductor laser terminal with respect to the mounting direction of the semiconductor laser chip.
請求項1ないし4のいずれか1項に記載の半導体レーザアレイを含む光源部と、
該光源部から出力される照明光を画像信号に応じて変調する画像表示素子と、
変調された画像光を拡大投写する投写部と、
を備えることを特徴とする画像表示装置。
A light source unit including the semiconductor laser array according to any one of claims 1 to 4,
An image display element that modulates illumination light output from the light source unit according to an image signal;
A projection unit for enlarging and projecting the modulated image light;
An image display device comprising:
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