JP2015173213A - Red-color laser light source module - Google Patents

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Muneharu Miyashita
宗治 宮下
保明 吉田
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保明 吉田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a red-color laser light source module that can sufficiently suppress color shading.SOLUTION: Plural red-color semiconductor laser chips 3a, 3b are arranged on a principal surface of a metal plate 1. The plural red-color semiconductor laser chips 3a, 3b emit plural laser beams in a direction parallel to the principal surface of the metal plate 1. A reflection mirror 7 reflects the plural laser beams in a direction vertical to the principal surface of the metal plate 1. The plural laser beams are different from one another in polarization direction and wavelength. The plural laser beams which are different in polarization direction and wavelength are mixed to reduce the interference with one another, whereby color shading can be sufficiently suppressed.

Description

本発明は、レーザTV用等のレーザ光源モジュールに用いられる赤色レーザ光源モジュールに関する。   The present invention relates to a red laser light source module used for a laser light source module for a laser TV or the like.

従来、レーザTV用等のレーザ光源モジュールでは、RGBの3つの波長(色)のレーザ光源モジュールが必要である。そのうち1つの波長のレーザ光源モジュールで、レーザ光の干渉により色むらが発生するという問題があった。そこで、色むらを抑えるため、複数のレーザチップを同一基板上に異なる方向に配置して偏光方向を混在させ、反射ミラーで垂直に反射する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, a laser light source module for a laser TV or the like requires a laser light source module with three wavelengths (colors) of RGB. Among them, there is a problem that color unevenness occurs due to laser light interference in a laser light source module of one wavelength. Therefore, in order to suppress color unevenness, a technique has been proposed in which a plurality of laser chips are arranged in different directions on the same substrate, the polarization directions are mixed, and reflected vertically by a reflection mirror (see, for example, Patent Document 1). .

特開2002−156594号公報JP 2002-156594 A

しかし、偏光方向が異なる複数のレーザ光を混在させるだけでは色むらを十分に抑えることはできなかった。   However, color unevenness cannot be sufficiently suppressed only by mixing a plurality of laser beams having different polarization directions.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は色むらを十分に抑えることができる赤色レーザ光源モジュールを得るものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a red laser light source module capable of sufficiently suppressing color unevenness.

本発明に係る赤色レーザ光源モジュールは、主面を持つ金属板と、前記金属板の主面上に配置され、前記金属板の主面に対して平行な方向にそれぞれ複数のレーザ光を出射する複数の赤色半導体レーザチップと、前記複数のレーザ光を前記金属板の主面に対して垂直な向きに反射する反射ミラーとを備え、前記複数のレーザ光の偏光方向及び波長が互いに異なることを特徴とする。   A red laser light source module according to the present invention is arranged on a metal plate having a main surface and the main surface of the metal plate, and emits a plurality of laser beams in directions parallel to the main surface of the metal plate. A plurality of red semiconductor laser chips; and a reflection mirror that reflects the plurality of laser beams in a direction perpendicular to a main surface of the metal plate, wherein the polarization directions and wavelengths of the plurality of laser beams are different from each other. Features.

本発明では、偏光方向及び波長が互いに異なる複数のレーザ光を混在させて干渉を低減することにより、色むらを十分に抑えることができる。   In the present invention, color unevenness can be sufficiently suppressed by mixing a plurality of laser beams having different polarization directions and wavelengths to reduce interference.

本発明の実施の形態1に係る赤色レーザ光源モジュールを示す平面図である。It is a top view which shows the red laser light source module which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る赤色レーザ光源モジュールを示す側面図である。It is a side view which shows the red laser light source module which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る赤色レーザ光源モジュールを示す平面図である。It is a top view which shows the red laser light source module which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る赤色レーザ光源モジュールを示す側面図である。It is a side view which shows the red laser light source module which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る赤色レーザ光源モジュールの変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the red laser light source module which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る赤色レーザ光源モジュールの変形例を示す側面図である。It is a side view which shows the modification of the red laser light source module which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る赤色レーザ光源モジュールを示す平面図である。It is a top view which shows the red laser light source module which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る赤色レーザ光源モジュールを示す側面図である。It is a side view which shows the red laser light source module which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4に係る赤色レーザ光源モジュールを示す平面図である。It is a top view which shows the red laser light source module which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4に係る赤色レーザ光源モジュールを示す側面図である。It is a side view which shows the red laser light source module which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5に係る赤色レーザ光源モジュールを示す平面図である。It is a top view which shows the red laser light source module which concerns on Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態5に係る赤色レーザ光源モジュールを示す側面図である。It is a side view which shows the red laser light source module which concerns on Embodiment 5 of this invention.

本発明の実施の形態に係る赤色レーザ光源モジュールについて図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。   A red laser light source module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and repeated description may be omitted.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る赤色レーザ光源モジュールを示す平面図である。図2は、本発明の実施の形態1に係る赤色レーザ光源モジュールを示す側面図である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a plan view showing a red laser light source module according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a side view showing the red laser light source module according to Embodiment 1 of the present invention.

金属板1上にサブマウント2を介して端面発光型の赤色半導体レーザチップ3a,3bが配置されている。リード4a,4bが金属板1を貫通して絶縁ガラス5により金属板1に固定されている。ワイヤ6a,6bがそれぞれリード4a,4bを赤色半導体レーザチップ3a,3bに接続する。なお、ここでは金属板1の形状を従来のTO−CAN型パッケージに準じた円形としているが、四角など別の形状でもよい。   Edge-emitting red semiconductor laser chips 3 a and 3 b are arranged on the metal plate 1 via the submount 2. Leads 4 a and 4 b penetrate the metal plate 1 and are fixed to the metal plate 1 by insulating glass 5. Wires 6a and 6b connect leads 4a and 4b to red semiconductor laser chips 3a and 3b, respectively. In addition, although the shape of the metal plate 1 is circular according to the conventional TO-CAN type package here, another shape such as a square may be used.

赤色半導体レーザチップ3a,3bは、金属板1の主面に対して平行な方向にそれぞれ複数のレーザ光を出射する。反射ミラー7は、赤色半導体レーザチップ3a,3bのレーザ光の光軸方向を90度曲げ、それらのレーザ光を金属板1の主面に対して垂直な向きに反射する。例えば、反射ミラー7は、金属板状に形成した45度傾斜面を持つ突起に、誘電体多層膜を有するSi基板をハンダ付けしたものである。これに限らず反射ミラー7として機能する構造であればよい。   Each of the red semiconductor laser chips 3 a and 3 b emits a plurality of laser beams in a direction parallel to the main surface of the metal plate 1. The reflection mirror 7 bends the optical axis direction of the laser light of the red semiconductor laser chips 3 a and 3 b by 90 degrees and reflects the laser light in a direction perpendicular to the main surface of the metal plate 1. For example, the reflection mirror 7 is obtained by soldering a Si substrate having a dielectric multilayer film to a protrusion having a 45-degree inclined surface formed in a metal plate shape. However, the present invention is not limited to this, and any structure that functions as the reflection mirror 7 may be used.

赤色半導体レーザチップ3a,3bのレーザ光の出射方向は互いに90°以上異なるため、それらのレーザ光の偏光方向は互いに異なる。また、赤色半導体レーザチップ3a,3bのレーザ光の波長は634nm〜642nmであり、互いに1〜8nm異なる。従って、赤色半導体レーザチップ3a,3bのレーザ光の偏光方向及び波長が互いに異なる。   Since the emission directions of the laser beams of the red semiconductor laser chips 3a and 3b are different from each other by 90 ° or more, the polarization directions of the laser beams are different from each other. The wavelengths of the laser beams of the red semiconductor laser chips 3a and 3b are 634 nm to 642 nm, which are different from each other by 1 to 8 nm. Therefore, the polarization direction and wavelength of the laser light of the red semiconductor laser chips 3a and 3b are different from each other.

本実施の形態では、偏光方向及び波長が互いに異なる複数のレーザ光を混在させて干渉を低減することにより、色むらを十分に抑えることができる。ここで、色むらを抑えるにはレーザ光の波長差を大きくした方がよい。しかし、赤色半導体レーザでは波長が634nmより短くなると、高温特性が急激に悪化する。また、波長が長くなると視感度が低下するために光源用としては642nm以下が一般的に用いられる。従って、赤色半導体レーザチップ3a,3bのレーザ光の波長は634nm〜642nmであることが好ましい。この場合に両者のレーザ光の波長差は1〜8nmとなる。   In this embodiment, color unevenness can be sufficiently suppressed by mixing a plurality of laser beams having different polarization directions and wavelengths to reduce interference. Here, in order to suppress color unevenness, it is better to increase the wavelength difference of the laser light. However, when the wavelength is shorter than 634 nm in the red semiconductor laser, the high temperature characteristics are rapidly deteriorated. Further, since the visibility decreases as the wavelength becomes longer, 642 nm or less is generally used for a light source. Therefore, the wavelength of the laser light of the red semiconductor laser chips 3a and 3b is preferably 634 nm to 642 nm. In this case, the wavelength difference between the two laser beams is 1 to 8 nm.

また、赤色半導体レーザチップ3a,3bの発光端面の位置がそれぞれ離れているが、反射ミラー7により仮想発光箇所を金属板1の中央部に集めることができるため、集光性は良好である。また、赤色半導体レーザチップ3a,3bを互いに離して配置することで、レーザチップの発熱による温度上昇を抑え、高温での特性劣化を防ぐことができる。   Further, although the positions of the light emitting end faces of the red semiconductor laser chips 3a and 3b are separated from each other, since the virtual light emitting portions can be collected at the central portion of the metal plate 1 by the reflection mirror 7, the light condensing property is good. Further, by arranging the red semiconductor laser chips 3a and 3b apart from each other, it is possible to suppress a temperature rise due to heat generation of the laser chip and prevent characteristic deterioration at high temperatures.

また、放熱は金属板1を介してなされるので赤色半導体レーザチップ3a,3bを金属板1に近い位置に配置することが好ましい。本実施の形態では赤色半導体レーザチップ3a,3bはAlNのサブマウント2のみを介して金属板1にAuSnハンダにより接合されている。サブマウント2やハンダの材質はこれらに限るものではない。   Further, since the heat radiation is performed through the metal plate 1, it is preferable to arrange the red semiconductor laser chips 3 a and 3 b at positions close to the metal plate 1. In the present embodiment, the red semiconductor laser chips 3a and 3b are joined to the metal plate 1 by AuSn solder only through the submount 2 made of AlN. The material of the submount 2 and the solder is not limited to these.

実施の形態2.
図3は、本発明の実施の形態2に係る赤色レーザ光源モジュールを示す平面図である。図4は、本発明の実施の形態2に係る赤色レーザ光源モジュールを示す側面図である。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is a plan view showing a red laser light source module according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 4 is a side view showing the red laser light source module according to Embodiment 2 of the present invention.

金属板1上に赤色半導体レーザチップ3a,3b,3c,3dが配置され、それぞれワイヤ6a,6b,6c,6dによりリード4a又は4bに接続されている。4つの赤色半導体レーザチップ3a,3b,3c,3dのレーザ光の出射方向は互いに90°異なるため、それらのレーザ光の偏光方向は互いに異なる。赤色半導体レーザチップ3a,3b,3c,3dのレーザ光の波長は634nm〜642nmであり、互いに1〜8nm異なる。   Red semiconductor laser chips 3a, 3b, 3c, 3d are arranged on the metal plate 1, and are connected to leads 4a or 4b by wires 6a, 6b, 6c, 6d, respectively. Since the emission directions of the laser beams of the four red semiconductor laser chips 3a, 3b, 3c, and 3d are different from each other by 90 °, the polarization directions of the laser beams are different from each other. The wavelengths of the laser beams of the red semiconductor laser chips 3a, 3b, 3c, and 3d are 634 nm to 642 nm, and are different from each other by 1 to 8 nm.

反射ミラー7の形状が四角錘である。この反射ミラー7は、赤色半導体レーザチップ3a,3b,3c,3dのレーザ光をそれぞれ反射する4つの反射面を有する。これにより1つの構造体で複数のレーザ光を反射することができる。また、仮想発光箇所を四角錘の下に集めることができ良好な集光性を得ることができる。   The shape of the reflection mirror 7 is a square pyramid. The reflecting mirror 7 has four reflecting surfaces that reflect the laser beams of the red semiconductor laser chips 3a, 3b, 3c, and 3d, respectively. Thereby, a plurality of laser beams can be reflected by one structure. Further, the virtual light emitting portions can be collected under the square pyramid, and a good light collecting property can be obtained.

図5は、本発明の実施の形態2に係る赤色レーザ光源モジュールの変形例を示す平面図である。図6は、本発明の実施の形態2に係る赤色レーザ光源モジュールの変形例を示す側面図である。3つの赤色半導体レーザチップ3a,3b,3cのレーザ光の波長は互いに1〜8nm異なる。反射ミラー7の形状が三角錐である。この反射ミラー7の3つの反射面がそれぞれ赤色半導体レーザチップ3a,3b,3cのレーザ光を反射する。この場合でも上記と同様の効果を得ることができる。   FIG. 5 is a plan view showing a modification of the red laser light source module according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 6 is a side view showing a modification of the red laser light source module according to Embodiment 2 of the present invention. The wavelengths of the laser beams of the three red semiconductor laser chips 3a, 3b, and 3c are different from each other by 1 to 8 nm. The shape of the reflection mirror 7 is a triangular pyramid. The three reflecting surfaces of the reflecting mirror 7 reflect the laser beams from the red semiconductor laser chips 3a, 3b, and 3c, respectively. Even in this case, the same effect as described above can be obtained.

実施の形態3.
図7は、本発明の実施の形態3に係る赤色レーザ光源モジュールを示す平面図である。図8は、本発明の実施の形態3に係る赤色レーザ光源モジュールを示す側面図である。反射ミラー7は凹形状の曲面を有する。例えば、予め曲面に加工されたAl金属ブロックを研磨することで反射ミラー7を構成する。なお、曲面状のブロックに金属薄膜や多層誘電体薄膜を形成して反射ミラー7を構成してもよい。この曲面により反射ミラー7が反射した垂直方向への出力光がほぼ平行光となり、出力光の利用が容易となる。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 7 is a plan view showing a red laser light source module according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 8 is a side view showing a red laser light source module according to Embodiment 3 of the present invention. The reflection mirror 7 has a concave curved surface. For example, the reflection mirror 7 is configured by polishing an Al metal block that has been processed into a curved surface in advance. The reflection mirror 7 may be configured by forming a metal thin film or a multilayer dielectric thin film on a curved block. Due to this curved surface, the output light in the vertical direction reflected by the reflecting mirror 7 becomes substantially parallel light, and the use of the output light becomes easy.

実施の形態4.
図9は、本発明の実施の形態4に係る赤色レーザ光源モジュールを示す平面図である。図10は、本発明の実施の形態4に係る赤色レーザ光源モジュールを示す側面図である。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 9 is a plan view showing a red laser light source module according to Embodiment 4 of the present invention. FIG. 10 is a side view showing a red laser light source module according to Embodiment 4 of the present invention.

各赤色半導体レーザチップ3a,3bは、一列に横に並んで配置された波長が1〜5nm異なる複数の半導体レーザチップである。このように複数の半導体レーザチップを並べることで半導体レーザの光出力を大きくすることができる。従って、レーザチップの前にマイクロレンズ等をおいてビーム整形する際に、マイクロレンズアレイを使用して光学系を簡素化できる。よって、出力光の利用が容易で、光出力の大きい赤赤色レーザ光源モジュールを得ることができる。   Each of the red semiconductor laser chips 3a and 3b is a plurality of semiconductor laser chips that are arranged side by side in a row and have different wavelengths by 1 to 5 nm. By arranging a plurality of semiconductor laser chips in this way, the optical output of the semiconductor laser can be increased. Therefore, when a microlens or the like is placed in front of the laser chip for beam shaping, the optical system can be simplified by using the microlens array. Therefore, it is possible to obtain a red-red laser light source module that can easily use the output light and has a large light output.

なお、複数の半導体レーザチップを横に並べる代わりに、波長が1〜5nm異なる複数の発光点をもつレーザバーを用いても同様の効果を得ることができる。   It should be noted that the same effect can be obtained by using laser bars having a plurality of light emitting points with different wavelengths of 1 to 5 nm instead of arranging a plurality of semiconductor laser chips side by side.

実施の形態5.
図11は、本発明の実施の形態5に係る赤色レーザ光源モジュールを示す平面図である。図12は、本発明の実施の形態5に係る赤色レーザ光源モジュールを示す側面図である。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 11 is a plan view showing a red laser light source module according to Embodiment 5 of the present invention. FIG. 12 is a side view showing a red laser light source module according to Embodiment 5 of the present invention.

赤色半導体レーザチップ3a,3bのレーザ光の波長は634nm〜642nmであり、互いに1〜8nm異なる。また、赤色半導体レーザチップ3aは引張歪を持つ活性層を有し、赤色半導体レーザチップ3bは圧縮歪を持つ活性層を有する。これにより、赤色半導体レーザチップ3a,3bのレーザ光は偏光方向が互いに90°異なる。例えば波長639nm近傍の赤色半導体レーザの場合は、赤色半導体レーザチップ3a,3bの活性層をそれぞれInGaP活性層(引張歪)とAlGaInP活性層(圧縮歪)とすればよい。   The wavelengths of the laser beams of the red semiconductor laser chips 3a and 3b are 634 nm to 642 nm, and are different from each other by 1 to 8 nm. The red semiconductor laser chip 3a has an active layer having tensile strain, and the red semiconductor laser chip 3b has an active layer having compressive strain. As a result, the laser beams of the red semiconductor laser chips 3a and 3b are different in polarization direction by 90 ° from each other. For example, in the case of a red semiconductor laser near a wavelength of 639 nm, the active layers of the red semiconductor laser chips 3a and 3b may be an InGaP active layer (tensile strain) and an AlGaInP active layer (compressive strain), respectively.

これにより、実施の形態1と同様に偏光方向及び波長が互いに異なる複数のレーザ光を混在させて干渉を低減することにより、色むらを十分に抑えることができる。また、本実施の形態では、2つの赤色半導体レーザチップ3a,3bを横に並べて配置してもよいので、配置の選択肢が広がる。   As a result, similarly to the first embodiment, color unevenness can be sufficiently suppressed by reducing interference by mixing a plurality of laser beams having different polarization directions and wavelengths. Further, in the present embodiment, the two red semiconductor laser chips 3a and 3b may be arranged side by side, so that the options for arrangement are expanded.

なお、上記の実施の形態では金属板1上に赤色半導体レーザチップ3a,3bを配置した赤色レーザ光源モジュールについて説明したが、TO−CAN型パッケージでも同様の効果を得ることができる。   In the above embodiment, the red laser light source module in which the red semiconductor laser chips 3a and 3b are arranged on the metal plate 1 has been described. However, the same effect can be obtained with a TO-CAN type package.

1 金属板、3a,3b,3c,3d 赤色半導体レーザチップ、7 反射ミラー 1 Metal plate, 3a, 3b, 3c, 3d Red semiconductor laser chip, 7 Reflection mirror

Claims (9)

主面を持つ金属板と、
前記金属板の主面上に配置され、前記金属板の主面に対して平行な方向にそれぞれ複数のレーザ光を出射する複数の赤色半導体レーザチップと、
前記複数のレーザ光を前記金属板の主面に対して垂直な向きに反射する反射ミラーとを備え、
前記複数のレーザ光の偏光方向及び波長が互いに異なることを特徴とする赤色レーザ光源モジュール。
A metal plate having a main surface;
A plurality of red semiconductor laser chips arranged on the main surface of the metal plate and emitting a plurality of laser beams in directions parallel to the main surface of the metal plate;
A reflection mirror that reflects the plurality of laser beams in a direction perpendicular to a main surface of the metal plate;
A red laser light source module, wherein the plurality of laser beams have different polarization directions and wavelengths.
前記複数のレーザ光の波長は互いに1〜8nm異なることを特徴とする請求項1に記載の赤色レーザ光源モジュール。   The red laser light source module according to claim 1, wherein wavelengths of the plurality of laser beams are different from each other by 1 to 8 nm. 前記複数のレーザ光の波長は634nm〜642nmであることを特徴とする請求項2に記載の赤色レーザ光源モジュール。   The red laser light source module according to claim 2, wherein wavelengths of the plurality of laser beams are 634 nm to 642 nm. 前記複数のレーザ光の出射方向は互いに90°以上異なることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の赤色レーザ光源モジュール。   The red laser light source module according to claim 1, wherein emission directions of the plurality of laser beams are different from each other by 90 ° or more. 前記反射ミラーは、前記複数のレーザ光をそれぞれ反射する複数の反射面を有する1つの構造体であることを特徴とする請求項4に記載の赤色レーザ光源モジュール。   5. The red laser light source module according to claim 4, wherein the reflection mirror is a single structure having a plurality of reflection surfaces that respectively reflect the plurality of laser beams. 前記反射ミラーの形状が三角錐又は四角錘であることを特徴とする請求項5に記載の赤色レーザ光源モジュール。   6. The red laser light source module according to claim 5, wherein the shape of the reflecting mirror is a triangular pyramid or a quadrangular pyramid. 前記反射ミラーは凹形状の曲面を有することを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の赤色レーザ光源モジュール。   The red laser light source module according to claim 1, wherein the reflecting mirror has a concave curved surface. 各赤色半導体レーザチップは、並んで配置された波長が異なる複数の半導体レーザチップ、又は、波長が異なる複数の発光点をもつレーザバーであることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の赤色レーザ光源モジュール。   8. Each of the red semiconductor laser chips is a plurality of semiconductor laser chips with different wavelengths arranged side by side, or a laser bar having a plurality of light emitting points with different wavelengths. The red laser light source module according to 1. 前記複数の赤色半導体レーザチップは、引張歪を持つ活性層を有する第1の赤色半導体レーザチップと、圧縮歪を持つ活性層を有する第2の赤色半導体レーザチップとを備え、
前記第1及び第2の赤色半導体レーザチップのレーザ光は偏光方向が互いに90°異なることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の赤色レーザ光源モジュール。
The plurality of red semiconductor laser chips include a first red semiconductor laser chip having an active layer having a tensile strain, and a second red semiconductor laser chip having an active layer having a compressive strain,
4. The red laser light source module according to claim 1, wherein the laser beams of the first and second red semiconductor laser chips have polarization directions different from each other by 90 °. 5.
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