JP2017211569A - 光源装置、プロジェクター、および光源装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】透光性部材が破損することを抑制できる構造を有する光源装置を提供する。【解決手段】本発明の光源装置の一つの態様は、第１の面、および第１の面と逆側の第２の面を有するベース基板と、第１の面に配置された複数の発光素子と、第１の面に接合され、複数の発光素子を囲む枠状の接合フレームと、複数の発光素子と対向し、接合フレームに固定された透光性部材と、ベース基板と接合フレームとを接合する溶接部と、を備え、ベース基板の線膨張係数は、接合フレームの線膨張係数よりも大きく、ベース基板が接合フレームと接合されていない状態において、第１の面は凹状であり、かつ、第２の面は凸状であることを特徴とする。【選択図】図７

Description

本発明は、光源装置、プロジェクター、および光源装置の製造方法に関する。

複数の光源がパッケージされた光源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の光源装置は、基材と、基材上に設けられた複数の半導体レーザー素子と、複数の半導体レーザー素子を被覆し基材上に取り付けられたキャップと、キャップに設けられ、レーザー光を透過する透光性部材と、を備える。

特開２０１５−４５８４３号公報

上記のような光源装置においては、放熱性等の観点から、半導体レーザー素子（発光素子）が設けられる基材（ベース基板）の材質と、基材上に取り付けられるキャップ（接合フレーム）の材質と、を異ならせる場合がある。この場合、基材の線膨張係数とキャップの線膨張係数とが、異なる場合がある。

基材とキャップとは、例えば溶接によって互いに接合されるが、互いの線膨張係数が異なると、接合後、基材の温度とキャップの温度とが常温に戻った際に、収縮量の差から基材およびキャップに歪みが生じる。そのため、キャップに設けられる透光性部材に、キャップの歪みに起因した応力が加えられ、透光性部材が破損する場合があった。

本発明は、上記問題点に鑑みて成されたものであって、透光性部材が破損することを抑制できる構造を有する光源装置、およびそのような光源装置を備えるプロジェクターを提供することを目的の一つとする。また、本発明は、透光性部材が破損することを抑制できる光源装置の製造方法を提供することを目的の一つとする。

本発明の光源装置の一つの態様は、第１の面、および前記第１の面と逆側の第２の面を有するベース基板と、前記第１の面に配置された複数の発光素子と、前記第１の面に接合され、前記複数の発光素子を囲む枠状の接合フレームと、前記複数の発光素子と対向し、前記接合フレームに固定された透光性部材と、前記ベース基板と前記接合フレームとを接合する溶接部と、を備え、前記ベース基板の線膨張係数は、前記接合フレームの線膨張係数よりも大きく、前記ベース基板が前記接合フレームと接合されていない状態において、前記第１の面は凹状であり、かつ、前記第２の面は凸状であることを特徴とする。

本発明の光源装置の一つの態様によれば、ベース基板が接合フレームと接合されていない状態において、第１の面は凹状であり、かつ、第２の面は凸状である。そのため、溶接部を介してベース基板に接合フレームを接合された状態においては、線膨張係数の違いによって、ベース基板が弾性変形し、第１の面および第２の面が平面状に近づく。これにより、第１の面に固定された接合フレームに歪みが生じにくく、接合フレームに固定される透光性部材に応力が加えられにくい。したがって、透光性部材が破損することを抑制できる構造を有する光源装置が得られる。

前記ベース基板が前記接合フレームと前記溶接部によって接合された状態において、前記第１の面および前記第２の面は、平面状である構成としてもよい。
この構成によれば、透光性部材が破損することをより抑制できる構造を有する光源装置が得られる。

前記第２の面に固定され、前記ベース基板を冷却する冷却器をさらに備える構成としてもよい。
この構成によれば、冷却器による冷却効率が低下することを抑制でき、光源装置が損傷することを抑制できる。

前記ベース基板と前記接合フレームと前記透光性部材とによって、前記複数の発光素子が収納され、封止された収納空間が設けられている構成としてもよい。
この構成によれば、収納空間の封止状態を良好に維持しやすく、発光素子が劣化することを抑制できる。

前記発光素子は、レーザー光源を有する構成としてもよい。
この構成によれば、上述した冷却器による冷却効率が低下することを抑制できる効果または封止状態を良好に維持しやすい効果が、特に有用に得られるため、レーザー光源が劣化することを抑制できる。

本発明のプロジェクターの一つの態様は、上記の光源装置と、前記光源装置から射出された光を変調する光変調装置と、前記光変調装置によって変調された光を投射する投射光学系と、を備えることを特徴とする。

本発明のプロジェクターの一つの態様によれば、光源装置において透光性部材が破損することを抑制できるため、信頼性に優れたプロジェクターが得られる。

前記光源装置から射出された光によって励起され、蛍光光を射出する波長変換素子をさらに備える構成としてもよい。
この構成によれば、光源装置から射出された光を蛍光光に変換できる。

本発明の光源装置の製造方法の一つの態様は、第１の面、および前記第１の面と逆側の第２の面を有するベース基板を準備する準備工程と、前記第１の面に枠状の接合フレームを溶接によって接合する接合工程と、前記第１の面に複数の発光素子を配置する配置工程と、前記複数の発光素子と対向するように、前記接合フレームに透光性部材を固定する固定工程と、を含み、前記接合フレームは、前記複数の発光素子を囲み、前記ベース基板の線膨張係数は、前記接合フレームの線膨張係数よりも大きく、前記接合工程よりも前において、前記第１の面は凹状であり、かつ、前記第２の面は凸状であることを特徴とする。

本発明の光源装置の製造方法の一つの態様によれば、接合工程よりも前において、第１の面は凹状であり、かつ、第２の面は凸状である。そのため、溶接によってベース基板に接合フレームを接合すると、線膨張係数の違いによって、ベース基板が弾性変形し、第１の面および第２の面が平面状に近づく。これにより、第１の面に固定する接合フレームに歪みが生じにくく、接合フレームに固定される透光性部材に応力が加えられにくい。したがって、透光性部材が破損することを抑制できる。

前記配置工程は、前記接合工程よりも後に設けられる製造方法としてもよい。
この製造方法によれば、第１の面が平面状に近づいた状態で、第１の面に複数の発光素子を配置できるため、複数の発光素子の光軸のばらつきを抑制できる。したがって、光源装置の光学性能が低下することを抑制できる。また、接合工程において溶接を行う際の熱で発光素子が損傷することを抑制できる。

第１実施形態のプロジェクターの光学系を示す図である。 第１実施形態の光源装置を示す斜視図である。 第１実施形態の光源装置を示す図であって、図２のIV−IV断面斜視図である。 第１実施形態の光源装置を示す図であって、図２のIV−IV断面図である。 第１実施形態の光源装置を示す図であって、図４の部分拡大図である。 第１実施形態の光源装置の製造方法の手順を示すフローチャートである。 第１実施形態の光源装置の製造方法の手順の一部を示す断面図である。 第１実施形態の光源装置の製造方法の手順の一部を示す断面図である。 第１実施形態の光源装置の製造方法の手順の一部を示す断面図である。 第２実施形態の光源装置を示す断面図である。 第２実施形態の光源装置を示す分解断面図である。 比較例の光源装置を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る光源装置、およびプロジェクターについて説明する。なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、各構造における縮尺および数等を、実際の構造における縮尺および数等と異ならせる場合がある。

＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態のプロジェクター１０００の光学系を示す図である。プロジェクター１０００は、図１に示すように、照明装置１００と、色分離導光光学系２００と、液晶光変調装置（光変調装置）４００Ｒと、液晶光変調装置（光変調装置）４００Ｇと、液晶光変調装置（光変調装置）４００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５００と、投射光学系６００と、を備える。

照明装置１００は、光源装置１０と、集光光学系２０と、波長変換素子３０と、コリメート光学系６０と、第１レンズアレイ１２０と、第２レンズアレイ１３０と、偏光変換素子１４０と、重畳レンズ１５０と、を備える。

光源装置１０は、波長変換素子３０の励起光として青色光Ｂ（発光強度のピーク：約４４５ｎｍ）を射出する。光源装置１０については、後段において詳述する。

集光光学系２０は、第１レンズ２１および第２レンズ２２を備える。集光光学系２０は、光源装置１０から波長変換素子３０までの光路中に配置され、全体として青色光Ｂを略集光した状態で後述する蛍光体層４２に入射させる。第１レンズ２１および第２レンズ２２は、凸レンズで構成される。

波長変換素子３０は、モーター５０と、円板４０と、蛍光体層４２と、ダイクロイック膜４４と、を備える。円板４０は、モーター５０により回転可能である。円板４０は、青色光Ｂを透過させる材料からなる。円板４０の材料としては、例えば、石英ガラス、水晶、サファイア、光学ガラス、透明樹脂等を用いることができる。

蛍光体層４２は、円板４０上に円板４０の周方向に沿って設けられている。蛍光体層４２は、波長が約４４５ｎｍの青色光によって励起され、赤色光と緑色光とからなる蛍光光を射出する。蛍光体層４２は、例えば、ＹＡＧ系蛍光体である（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅを含有する層からなる。

ダイクロイック膜４４は、蛍光体層４２と円板４０との間に設けられている。ダイクロイック膜４４は、青色光Ｂを透過させ、蛍光体層４２から射出される蛍光光を反射する。

光源装置１０からの青色光Ｂは、円板４０側から蛍光体層４２に入射する。本実施形態において蛍光体層４２は、光源装置１０からの青色光Ｂの一部を赤色光Ｒおよび緑色光Ｇからなる蛍光光に変換し、かつ、青色光Ｂの残りの一部を変換せずに通過させる。これにより、波長変換素子３０は、赤色光Ｒと緑色光Ｇと青色光Ｂとを含む光を、光源装置１０から射出された青色光Ｂが入射する側とは反対の側に向けて射出する。

コリメート光学系６０は、第１レンズ６２と第２レンズ６４とを備え、波長変換素子３０からの光を略平行化する。第１レンズ６２および第２レンズ６４は、凸レンズからなる。

第１レンズアレイ１２０は、コリメート光学系６０からの光を複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズ１２２を有する。複数の第１小レンズ１２２は、照明光軸１００ａｘと直交する面内にマトリクス状に配列されている。

第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０の複数の第１小レンズ１２２に対応する複数の第２小レンズ１３２を有する。第２レンズアレイ１３０は、重畳レンズ１５０とともに、第１レンズアレイ１２０の各第１小レンズ１２２の像を各液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域の近傍に結像させる。複数の第２小レンズ１３２は照明光軸１００ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列されている。

偏光変換素子１４０は、第１レンズアレイ１２０により分割された各部分光束を、直線偏光に変換する。偏光変換素子１４０は、波長変換素子３０からの光に含まれる偏光成分のうち一方の直線偏光成分をそのまま透過させるとともに、他方の直線偏光成分を照明光軸１００ａｘに垂直な方向に反射する偏光分離層と、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を照明光軸１００ａｘに平行な方向に反射する反射層と、反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換する位相差板と、を有している。

重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０からの各部分光束を集光して各液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの画像形成領域の近傍に重畳させる。第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０および重畳レンズ１５０は、画像形成領域において、波長変換素子３０からの光の面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。

色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０と、ダイクロイックミラー２２０と、反射ミラー２３０と、反射ミラー２４０と、反射ミラー２５０と、リレーレンズ２６０と、リレーレンズ２７０と、備える。色分離導光光学系２００は、照明装置１００からの光を赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂに分離し、赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂをそれぞれが対応する液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに導光する。

色分離導光光学系２００と液晶光変調装置４００Ｒとの間には、集光レンズ３００Ｒが配置されている。色分離導光光学系２００と液晶光変調装置４００Ｇとの間には、集光レンズ３００Ｇが配置されている。色分離導光光学系２００と液晶光変調装置４００Ｂとの間には、集光レンズ３００Ｂが配置されている。

ダイクロイックミラー２１０は、赤色光成分を通過させ、緑色光成分および青色光成分を反射するダイクロイックミラーである。ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射して、青色光成分を通過させるダイクロイックミラーである。

ダイクロイックミラー２１０を通過した赤色光Ｒは、反射ミラー２３０で反射され、集光レンズ３００Ｒを通過して赤色光用の液晶光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー２１０で反射された緑色光Ｇは、ダイクロイックミラー２２０でさらに反射され、集光レンズ３００Ｇを通過して緑色光用の液晶光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。

ダイクロイックミラー２２０を通過した青色光Ｂは、リレーレンズ２６０、反射ミラー２４０、リレーレンズ２７０、反射ミラー２５０、集光レンズ３００Ｂを経て青色光用の液晶光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。

液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇおよび液晶光変調装置４００Ｂは、入射された色光を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成する。なお、図示を省略したが、各集光レンズ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと、各液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとの間には、それぞれ入射側偏光板が配置されている。また、各液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂとクロスダイクロイックプリズム５００との間には、それぞれ射出側偏光板が配置されている。

クロスダイクロイックプリズム５００は、液晶光変調装置４００Ｒ、液晶光変調装置４００Ｇおよび液晶光変調装置４００Ｂの各々から射出された画像光を合成してカラー画像を形成する。クロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。

クロスダイクロイックプリズム５００から射出されたカラー画像は、投射光学系６００によって拡大投射され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。

次に、本実施形態の光源装置１０について詳しく説明する。図２は、光源装置１０を示す斜視図である。図３は、光源装置１０を示す図であって、図２のIV−IV断面斜視図である。図４は、光源装置１０を示す図であって、図２のIV−IV断面図である。図５は、光源装置１０を示す図であって、図４の部分拡大図である。

光源装置１０は、図２から図４に示すように、ベース基板１１と、複数の発光素子１１０と、接合フレーム１０７と、複数の電極部１０９Ａと、複数の電極部１０９Ｂと、溶接部８０と、透光性部材１０８と、を備える。

ベース基板１１は、第１の面１１ａ、および第１の面１１ａと逆側の第２の面１１ｂを有する板状である。第１の面１１ａは、図２から図４において上側に示されるベース基板１１の面である。第２の面１１ｂは、図２から図４において下側に示される面である。図２から図４に示す、ベース基板１１が接合フレーム１０７と溶接部８０によって接合された状態において、第１の面１１ａおよび第２の面１１ｂは、平面状である。ベース基板１１は、例えば、長方形板状である。

なお、適宜各図に示したＸＹＺ直交座標系のうち、Ｚ軸方向は、ベース基板１１の厚み方向と平行な方向である。Ｘ軸方向およびＹ軸方向は、Ｚ軸方向と直交し、かつ、互いに直交する方向である。Ｘ軸方向は、ベース基板１１の長手方向と平行な方向である。Ｙ軸方向は、ベース基板１１の短手方向と平行な方向である。

以下の説明においては、特に断りのない限り、ベース基板１１の厚み方向（Ｚ軸方向）と平行な方向を単に「厚み方向」と呼ぶ場合があり、ベース基板１１の長手方向（Ｘ軸方向）と平行な方向を単に「長手方向」と呼ぶ場合があり、ベース基板１１の短手方向（Ｙ軸方向）と平行な方向を単に「短手方向」と呼ぶ場合がある。

ベース基板１１には、ベース基板１１を厚み方向（Ｚ軸方向）に貫通する貫通孔１１ｃが形成されている。貫通孔１１ｃは、図２に示すように、ベース基板１１の四隅にそれぞれ形成されている。貫通孔１１ｃは、平面視で円形状である。貫通孔１１ｃには、例えば、ベース基板１１をプロジェクター１０００の筐体等に固定するネジが通される。

ベース基板１１としては、発光素子１１０の熱を効率的に排出するために、銅等の熱伝導性が高い金属を用いることが好ましい。ベース基板１１の線膨張係数は、接合フレーム１０７の線膨張係数よりも大きい。一例として、ベース基板１１の材質が銅の場合、ベース基板１１の線膨張係数は、例えば、１．６５×１０^−５／℃である。

ベース基板１１は、接合フレーム１０７と溶接部８０によって接合された状態（図２から図４に示す状態）において、弾性変形している。そのため、ベース基板１１は、接合フレーム１０７と接合されていない状態（図７に示す状態）において、図２から図４に示す形状と異なる形状となる。具体的には、ベース基板１１が接合フレーム１０７と接合されていない状態において、第１の面１１ａは凹状であり、かつ、第２の面１１ｂは凸状である。詳細については、後述する。

複数の発光素子１１０は、図２に示すように、第１の面１１ａに配置されている。複数の発光素子１１０は、アレイ状に配置されている。本実施形態において発光素子１１０は、短手方向（Ｙ軸方向）に沿って５つの発光素子１１０が配置された列が、長手方向（Ｘ軸方向）に沿って５列並ぶように配列されている。以下の説明においては、５つの発光素子１１０が短手方向に沿って配置された各列を、発光素子列Ｍ１〜Ｍ５（図３参照）と呼ぶ。また、各発光素子列Ｍ１〜Ｍ５を区別しないときは、発光素子列Ｍ１〜Ｍ５を総称して、単に発光素子列Ｍと呼ぶ。

本実施形態において発光素子１１０の数は、合計２５個である。複数の発光素子１１０は、長手方向（Ｘ軸方向）および短手方向（Ｙ軸方向）に沿って互いに所定の間隔をおいて配置されている。

発光素子１１０は、図５に示すように、サブマウント１０３と、固体光源１０２と、を備える。サブマウント１０３は、第１の面１１ａ上に形成されている。サブマウント１０３は、例えば、平面視で矩形状である。サブマウント１０３の材質は、主に窒化アルミおよびアルミナ等のセラミックスである。

固体光源１０２は、サブマウント１０３上に実装されている。本実施形態において固体光源１０２は、光Ｌを射出するレーザー光源である。固体光源１０２が射出する光Ｌは、例えば、４４５ｎｍの波長の青色光である。なお、固体光源１０２は、４４５ｎｍ以外の波長（例えば、４６０ｎｍ）の青色光を射出するレーザー光源であってもよい。

本実施形態において固体光源１０２は、長手方向（Ｘ軸方向）の一方側（−Ｘ側）に向けて光Ｌを射出する。固体光源１０２における光Ｌが射出される光射出面１０２ａは、例えば、サブマウント１０３における長手方向の一方側の側面１０３ａと略一致している。

接合フレーム１０７は、図４に示すように、第１の面１１ａに接合されている。より詳細には、接合フレーム１０７は、溶接部８０を介して、第１の面１１ａに接合されている。図２に示すように、接合フレーム１０７は、複数の発光素子１１０を囲む枠状である。本実施形態において接合フレーム１０７は、ベース基板１１の長手方向（Ｘ軸方向）に長い長方形枠状である。

接合フレーム１０７は、長手方向（Ｘ軸方向）に延在する一対の側壁１０７ａと、短手方向（Ｙ軸方向）に延在する一対の側壁１０７ｂと、を備える。一方側（＋Ｙ側）の側壁１０７ａには、電極部１０９Ａが設けられており、他方側（−Ｙ側）の側壁１０７ａには、電極部１０９Ｂが設けられている。電極部１０９Ａと電極部１０９Ｂとは、それぞれ発光素子列Ｍ１〜Ｍ５ごとに、対となって設けられている。図示は省略するが、電極部１０９Ａは、固体光源１０２の陽極に電気的に接続されており、電極部１０９Ｂは、固体光源１０２の陰極に電気的に接続されている。

接合フレーム１０７の材質は、例えば、セラミックス、コバール等である。接合フレーム１０７の線膨張係数は、ベース基板１１の線膨張係数よりも小さい。接合フレーム１０７の線膨張係数は、透光性部材１０８の線膨張係数と近い値であることが好ましい。これは、接合フレーム１０７から透光性部材１０８に応力が伝えられにくく、透光性部材１０８が破損することを抑制できるためである。一例として、接合フレーム１０７の材質がセラミックスの場合、接合フレーム１０７の線膨張係数は、例えば、７．７×１０^−６／℃である。

溶接部８０は、図４に示すように、ベース基板１１と接合フレーム１０７とを接合している。本実施形態において溶接部８０は、ベース基板１１と接合フレーム１０７との間に介在している。

なお、本明細書において「溶接部」とは、ベース基板と接合フレームとを溶接によって接合した際に形成された部分である。また、本明細書において「溶接」とは、熱によって溶融した所定の材料を用いて、部材同士を接合することを含む。すなわち、本明細書において「溶接」は、接合する部材の部分を溶融させて部材同士を接合する方法と、接合する部材とは別の材料を溶融させ当該別の部材を介して部材同士を接合する方法と、を含む。接合する部材とは別の材料を溶融させ当該別の部材を介して部材同士を接合する方法として、例えば、ロウ付け、およびハンダ付け等が挙げられる。

本実施形態において溶接部８０は、ベース基板１１と接合フレーム１０７とをロウ付けによって接合した際に形成された部分である。溶接部８０を構成するロウ材は、金属材料等の無機材料であることが好ましい。これは、接合時にアウトガスが発生しにくく、アウトガスが付着して発光素子１１０が劣化することを抑制できるためである。本実施形態において溶接部８０を構成するロウ材は、例えば、銀ロウである。

透光性部材１０８は、複数の発光素子１１０と対向し、接合フレーム１０７に固定されている。透光性部材１０８は、接合フレーム１０７におけるベース基板１１と逆側（＋Ｚ側）の上面１０７ｃに固定されている。接合フレーム１０７とベース基板１１とを固定する材料は、溶接部８０と同様に、金属材料等の無機材料であることが好ましい。これは、接合時にアウトガスが発生しにくく、アウトガスが付着して発光素子１１０が劣化することを抑制できるためである。本実施形態において透光性部材１０８は、例えば、低融点ガラスを用いて接合フレーム１０７と接合されている。

透光性部材１０８は、カバー部材１１２と、複数のプリズム１１３と、を有する。カバー部材１１２は、接合フレーム１０７の上面１０７ｃに固定される板状である。カバー部材１１２は、複数の発光素子１１０と対向している。

カバー部材１１２は、接合フレーム１０７の一方側（＋Ｚ側）の開口を閉塞している。これにより、ベース基板１１と接合フレーム１０７と透光性部材１０８とによって、複数の発光素子１１０が収納され、封止された収納空間Ｋが設けられている。収納空間Ｋには、例えば、不活性ガスまたは乾燥空気が充填されている。なお、収納空間Ｋは、減圧状態であってもよい。なお、減圧状態とは、通常の大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間の状態をいう。この定義において、その気体は不活性ガスまたは乾燥空気であってもよい。

カバー部材１１２は、図２に示すように、接合フレーム１０７の外形に沿った長方形状である。カバー部材１１２は、発光素子１１０から射出される光Ｌを透過させる透光性基板からなる。カバー部材１１２の材質は、ガラス、石英、樹脂等である。

複数のプリズム１１３は、図４に示すように、カバー部材１１２のベース基板１１側（−Ｚ側）の下面１１２ａに一体に形成されている。プリズム１１３は、図２に示すように、ベース基板１１上に設けられた発光素子列Ｍ１〜Ｍ５ごとに設けられ、対応する発光素子列Ｍを構成する複数の発光素子１１０から射出された光Ｌの光路上に位置する。プリズム１１３は、発光素子列Ｍに沿って短手方向（Ｙ軸方向）に延在する。図５に示すように、プリズム１１３における延在方向に直交する断面（ＺＸ断面）形状は、例えば、三角形状である。

プリズム１１３には、固体光源１０２から射出される光Ｌが入射される。プリズム１１３は、入射された光Ｌをカバー部材１１２に向けて反射させる。これにより、固体光源１０２から長手方向（Ｘ軸方向）に沿って射出された光Ｌが、カバー部材１１２を介して、光源装置１０から厚み方向（Ｚ軸方向）に沿って射出される。

光源装置１０は、図１に示すように、冷却器７０をさらに備える。冷却器７０は、ベース基板１１の第２の面１１ｂに固定され、ベース基板１１を冷却する。本実施形態において冷却器７０は、複数のフィンを有するヒートシンクである。なお、図２から図５においては、冷却器７０の図示を省略している。

次に、本実施形態の光源装置１０の製造方法について説明する。図６は、本実施形態の光源装置１０の製造方法の手順を示すフローチャートである。図７から図９は、本実施形態の光源装置１０の製造方法の手順の一部を示す断面図である。本実施形態の光源装置１０の製造方法は、図６に示すように、準備工程Ｓ１と、接合工程Ｓ２と、配置工程Ｓ３と、固定工程Ｓ４と、を含む。

準備工程Ｓ１は、ベース基板１１を準備する工程である。図７に示すように、準備工程Ｓ１において準備されるベース基板１１は、接合フレーム１０７と接合されていない状態であり、図１から図５において示した、接合フレーム１０７が溶接部８０によって接合された状態のベース基板１１と形状が異なる。

以下の説明においては、ベース基板１１が接合フレーム１０７と溶接部８０によって接合された状態を、単に「接合状態」と呼ぶ場合があり、ベース基板１１が接合フレーム１０７と接合されていない状態を、単に「非接合状態」と呼ぶ場合がある。

非接合状態のベース基板１１は、図７に示すように、厚み方向（Ｚ軸方向）に反った形状である。非接合状態において、第１の面１１ａは凹状であり、かつ、第２の面１１ｂは凸状である。より詳細には、非接合状態において、第１の面１１ａは、第２の面１１ｂ側（−Ｚ側）に窪む凹状であり、第２の面１１ｂは、第１の面１１ａと逆側（−Ｚ側）に突出する凸状である。

接合状態における第１の面１１ａと平行な所定平面（ＸＹ平面）を基準として、非接合状態における第１の面１１ａの窪む深さは、中央部が最も大きく、中央部から第１の面１１ａの外縁に向かうほど小さくなる。接合状態における第２の面１１ｂと平行な所定平面（ＸＹ平面）を基準として、非接合状態における第２の面１１ｂの突出する高さは、中央部が最も大きく、中央部から第２の面１１ｂの外縁に向かうほど小さくなる。

接合工程Ｓ２は、ベース基板１１の第１の面１１ａに枠状の接合フレーム１０７を溶接によって接合する工程である。本実施形態の接合工程Ｓ２においては、例えば、ロウ付けによって第１の面１１ａに接合フレーム１０７を接合する。本実施形態の接合工程Ｓ２において接合される接合フレーム１０７には、例えば、予め電極部１０９Ａ，１０９Ｂが設けられている。なお、電極部１０９Ａ，１０９Ｂは、接合工程Ｓ２よりも後において、接合フレーム１０７に設けられてもよい。

ここで、接合工程Ｓ２においては、溶接によって接合フレーム１０７をベース基板１１に接合するため、ベース基板１１および接合フレーム１０７に熱が加えられる。これにより、ベース基板１１の温度および接合フレーム１０７の温度が上昇し、ベース基板１１と接合フレーム１０７とは、互いに熱膨脹した状態で接合される。このとき、ベース基板１１の線膨張係数は、接合フレーム１０７の線膨張係数よりも大きいため、常温における各部材の状態に対して、ベース基板１１の方が接合フレーム１０７よりも大きく膨張する。なお、一例として、溶接方法として銀ロウを用いたロウ付けを採用した場合、接合工程Ｓ２における接合温度は、９００℃程度である。

ベース基板１１と接合フレーム１０７とが接合された後、所定時間が経過すると、ベース基板１１の温度と接合フレーム１０７の温度とは、低下して常温となる。これにより、ベース基板１１と接合フレーム１０７とは、それぞれ収縮する。上述したように、接合時においてベース基板１１は接合フレーム１０７よりも大きく膨張しているため、常温になった際の収縮量もベース基板１１の方が大きい。しかし、ベース基板１１の第１の面１１ａには接合フレーム１０７が接合されているため、ベース基板１１の第１の面１１ａにおける収縮は、接合フレーム１０７によって阻害される。すなわち、ベース基板１１の第１の面１１ａにおける収縮は、接合フレーム１０７の収縮が終わった時点で停止する。そのため、接合状態における第１の面１１ａは、非接合状態における第１の面１１ａよりも引き伸ばされて弾性変形した状態となる。

一方、ベース基板１１の第２の面１１ｂにおける収縮は、接合フレーム１０７によって阻害されにくいため、第２の面１１ｂは、第１の面１１ａよりも収縮する。これにより、第１の面１１ａと第２の面１１ｂとで収縮する量に差が生じて、接合状態におけるベース基板１１の形状は、図８に示すような形状に弾性変形する。接合状態において、ベース基板１１の上部１２には、引張応力Ｆ１が加えられている。一方、接合状態において、ベース基板１１の下部１３には、圧縮応力Ｆ２が加えられている。本実施形態では、接合状態において、第１の面１１ａおよび第２の面１１ｂは、平面状である。

以上のように、接合工程Ｓ２によって、ベース基板１１と接合フレーム１０７とが溶接部８０を介して接合され、ベース基板１１の温度と接合フレーム１０７の温度とが常温に戻ることでベース基板１１は弾性変形した状態となる。

配置工程Ｓ３は、ベース基板１１の第１の面１１ａに複数の発光素子１１０を配置する工程である。配置工程Ｓ３は、接合工程Ｓ２の後、すなわち、上述したようにベース基板１１の温度と接合フレーム１０７の温度とが常温に戻りベース基板１１が弾性変形した後に行われる。配置工程Ｓ３においては、複数の発光素子１１０を、例えば、ハンダ付けによって第１の面１１ａに固定する。図示は省略するが、配置工程Ｓ３においては、例えば、サブマウント１０３を第１の面１１ａに固定した後に、サブマウント１０３上に固体光源１０２を固定する。

固定工程Ｓ４は、図９に示すように、複数の発光素子１１０と対向するように、接合フレーム１０７に透光性部材１０８を固定する工程である。各プリズム１１３に各発光素子１１０から射出される光Ｌが入射するように、透光性部材１０８を位置決めし、接合フレーム１０７に透光性部材１０８を固定する。本実施形態の固定工程Ｓ４においては、例えば、低融点ガラスを用いて、透光性部材１０８を接合フレーム１０７に接合する。

固定工程Ｓ４は、例えば、不活性ガス雰囲気下、または乾燥空気雰囲気下において行われる。これにより、収納空間Ｋ内が不活性ガスまたは乾燥空気で充填された状態で、封止される。

以上の準備工程Ｓ１から固定工程Ｓ４の後、冷却器７０を第２の面１１ｂに固定することにより、本実施形態の光源装置１０が製造される。なお、冷却器７０の固定は、接合工程Ｓ２の後で、かつ、上述したようにベース基板１１の温度と接合フレーム１０７の温度とが常温に戻った後であれば、いつ行ってもよい。

上述したようにして製造された光源装置１０において、接合状態におけるベース基板１１の変形は、弾性変形である。そのため、製造された光源装置１０を分解して、ベース基板１１から接合フレーム１０７を分離すると、ベース基板１１の形状は、図７に示す形状に戻る。

例えば、非接合状態において、ベース基板が厚み方向に反った形状でない場合、すなわち第１の面および第２の面が平面状である場合、接合状態のベース基板は図１２に示すような形状となる場合がある。図１２は、比較例の光源装置８１０を示す断面図である。図１２においては、発光素子１１０、プリズム１１３および冷却器７０の図示を省略している。

比較例の光源装置８１０は、図１２に示すように、ベース基板７１１を備える。ベース基板７１１は、非接合状態において、第１の面７１１ａおよび第２の面７１１ｂが平面状である（図１１参照）。そのため、上述した線膨張係数の違いによって、ベース基板７１１の上部７１２に引張応力Ｆ３が加えられ、かつ、ベース基板７１１の下部７１３に圧縮応力Ｆ４が加えられると、図１２に示すように、ベース基板７１１は厚み方向（Ｚ軸方向）に反るように弾性変形する。これにより、接合状態において、第１の面７１１ａは、接合フレーム１０７側（＋Ｚ側）に突出する凸状となり、第２の面７１１ｂは、接合フレーム１０７側に窪む凹状となる。

第１の面７１１ａが凸状に弾性変形すると、第１の面７１１ａに接合された接合フレーム１０７の形状も第１の面７１１ａの形状に応じて弾性変形し、歪みが生じる。そのため、接合フレーム１０７の上面１０７ｃに透光性部材１０８を固定すると、透光性部材１０８に応力が加えられ、透光性部材１０８が破損する場合があった。

これに対して、本実施形態によれば、非接合状態、すなわち接合工程Ｓ２よりも前において、第１の面１１ａは凹状であり、かつ、第２の面１１ｂは凸状である。そのため、溶接部８０を介してベース基板１１に接合フレーム１０７を接合すると、第１の面１１ａおよび第２の面１１ｂを平面状に近づくように、ベース基板１１を弾性変形させることができる。これにより、第１の面１１ａに固定された接合フレーム１０７に歪みが生じにくく、接合フレーム１０７に固定される透光性部材１０８に応力が加えられにくい。したがって、本実施形態によれば、透光性部材１０８が破損することを抑制できる。

また、例えば、図１２に示すベース基板７１１のように、接合状態において第１の面７１１ａが凸状の場合、第１の面７１１ａに配置された発光素子１１０から射出される光Ｌの向きが、発光素子１１０の配置箇所に応じて異なる。そのため、透光性部材１０８を介して射出される各発光素子１１０からの光Ｌの光軸がばらつき、光源装置８１０の光学性能が低下する問題があった。

これに対して、本実施形態によれば、第１の面１１ａを平面状に近づけることができるため、発光素子１１０から射出される光Ｌの光軸がばらつくことを抑制できる。したがって、本実施形態によれば、光学性能に優れた光源装置１０が得られる。

また、本実施形態によれば、接合状態において、第１の面１１ａおよび第２の面１１ｂは、平面状である。そのため、接合フレーム１０７に歪みがより生じにくく、透光性部材１０８が破損することをより抑制できる。また、発光素子１１０から射出される光Ｌの光軸がばらつくことをより抑制できる。

また、貫通孔１１ｃに通したネジを介してベース基板１１をプロジェクター１０００の筐体等の平面に固定する場合に、設置面となる第２の面１１ｂが平面状であるため、筐体等に対して、ベース基板１１を安定して固定することができる。

また、本実施形態によれば、光源装置１０は、第２の面１１ｂに固定される冷却器７０を備える。例えば、図１２に示す光源装置８１０のように、第２の面７１１ｂが凹状の場合、第２の面７１１ｂに冷却器７０を固定すると、第２の面７１１ｂと冷却器７０との間に部分的に隙間が生じる。そのため、第２の面７１１ｂから冷却器７０に熱が伝わりにくくなり、冷却器７０による冷却効率が低下する。これにより、光源装置８１０が高温となって損傷する場合があった。特に、第２の面７１１ｂが凹状の場合、中央部分において第２の面７１１ｂと冷却器７０との間に隙間が生じやすく、最も高温となるベース基板７１１の中央部から熱を放出しにくいため、光源装置８１０がより高温となる問題があった。

これに対して、本実施形態によれば、第２の面１１ｂを平面状に近づけることができるため、第２の面１１ｂと冷却器７０との間に隙間が生じることを抑制できる。これにより、冷却器７０による冷却効率が低下することを抑制でき、光源装置１０が高温となることを抑制できる。したがって、高温によって光源装置１０が損傷することを抑制できるとともに、光源装置１０の発光素子１１０（レーザー光源としての固体光源１０２）が損傷することを抑制できる。

また、本実施形態によれば、封止された収納空間Ｋが設けられている。図１２に示す光源装置８１０のように、第１の面７１１ａが凸状となる場合、接合フレーム１０７および透光性部材１０８が歪む。そのため、ベース基板７１１と接合フレーム１０７との接合箇所（溶接部８０）、および接合フレーム１０７と透光性部材１０８との接合箇所において、接合状態が不安定となり、収納空間Ｋの封止状態が崩れる場合があった。収納空間Ｋの封止状態が崩れると、水分または外気が収納空間Ｋ内に入り込み、発光素子１１０が劣化する場合があった。

これに対して、本実施形態によれば、第１の面１１ａを平面状に近づけることができるため、ベース基板１１と接合フレーム１０７と透光性部材１０８との各接合箇所において、接合状態が不安定になることを抑制できる。これにより、収納空間Ｋの封止状態を良好に維持しやすく、収納空間Ｋ内に水分または外気が入り込むことを抑制できる。したがって、発光素子１１０が劣化することを抑制できる。

また、本実施形態のように、発光素子１１０がレーザー光源である固体光源１０２を有する場合、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）に比べて、水分または外気による劣化の度合いが大きくなりやすい。そのため、上述した封止状態を良好に維持できる効果は、固体光源１０２がレーザー光源である場合に、特に有用である。また、レーザー光源は、例えばＬＥＤ等に比べて高温になりやすく、冷却が重要となりやすい。そのため、上述した冷却器７０による冷却効率が低下することを抑制できる効果も、固体光源１０２がレーザー光源である場合に、特に有用である。したがって、レーザー光源としての固体光源１０２が劣化することを抑制できる。

また、本実施形態によれば、配置工程Ｓ３は、接合工程Ｓ２よりも後に設けられる。そのため、平面状に近づいた状態の第１の面１１ａに発光素子１１０を配置できる。これにより、複数の発光素子１１０を精度よく配置することができ、より光学性能に優れた光源装置１０が得られる。また、接合工程Ｓ２において溶接を行う際の熱で発光素子１１０が損傷することを抑制できる。

なお、本実施形態においては、以下の構成および方法を採用することもできる。

接合状態において、第１の面１１ａおよび第２の面１１ｂは、平面状でなくてもよい。接合状態において、第１の面１１ａが凹状であり、かつ、第２の面１１ｂが凸状であってもよいし、第１の面１１ａが凸状であり、かつ、第２の面１１ｂが凹状であってもよい。これらの場合、接合状態における第１の面１１ａは、非接合状態の第１の面１１ａよりも平面状に近く、接合状態における第２の面１１ｂは、非接合状態の第２の面１１ｂよりも平面状に近い。

第２の面１１ｂが凸状である場合、中央部分において第２の面１１ｂと冷却器７０との間に隙間が生じることが抑制される。そのため、第２の面１１ｂが凹状の場合に比べて、冷却器７０によって、最も高温となるベース基板１１の中央部から熱を放出しやすく、光源装置１０が高温となることを抑制できる。

また、発光素子１１０の固体光源１０２は、レーザー光源以外の光源であってもよい。固体光源１０２は、ＬＥＤであってもよい。また、冷却器７０は設けられていなくてもよい。また、収納空間Ｋは封止されていなくてもよい。

また、接合工程Ｓ２においては、ベース基板１１あるいは接合フレーム１０７自体を部分的に溶融させて溶接部８０を形成し、ベース基板１１と接合フレーム１０７とを接合してもよい。

また、配置工程Ｓ３は、接合工程Ｓ２よりも前に設けられてもよい。

また、固定工程Ｓ４において、透光性部材１０８と接合フレーム１０７との間に別の部材（中間部材）が介在していてもよい。中間部材を用いる場合は、透光性部材１０８と中間部材とが例えば、低融点ガラスにより接合され、接合フレーム１０７と中間部材とが例えば、低融点ガラスにより接合される。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は、第１実施形態に対して、接合フレームの形状が異なる。なお、上記説明と同様の構成については、適宜同一の符号を付す等により、説明を省略する場合がある。

図１０は、本実施形態の光源装置７１０を示す断面図である。図１１は、本実施形態の光源装置７１０を示す分解断面図である。図１０および図１１においては、発光素子１１０、プリズム１１３および冷却器７０の図示を省略している。

光源装置７１０は、図１０および図１１に示すように、ベース基板７１１と、接合フレーム７０７と、複数の電極部１０９Ａと、溶接部８０と、透光性部材１０８と、を備える。また、図示は省略するが、光源装置７１０は、複数の発光素子１１０と、複数の電極部１０９Ｂと、冷却器７０と、を備える。ベース基板７１１は、図１２に示した比較例の光源装置８１０のベース基板７１１と同様である。

接合フレーム７０７は、図１０および図１１に示すように、透光性部材１０８側（＋Ｚ側）の上面７０７ｃと、ベース基板７１１側（−Ｚ側）の下面７０７ｄと、を有する。上面７０７ｃおよび下面７０７ｄは、平面視において、複数の発光素子１１０を囲む枠状である。

上面７０７ｃは、図１０に示すように、接合状態において、平面状である。一方、上面７０７ｃは、図１１に示すように、非接合状態において、接合フレーム７０７の外側から内側に向かうに従って下面７０７ｄに近づく斜面である。

下面７０７ｄは、図１０に示すように、接合状態において、ベース基板７１１における凸状の第１の面７１１ａに沿った形状であり、接合フレーム７０７の外側から内側に向かうに従って上面７０７ｃに近づく斜面である。一方、下面７０７ｄは、図１１に示すように、非接合状態において、平面状である。

接合フレーム７０７のその他の構成は、第１実施形態の接合フレーム１０７の構成と同様である。光源装置７１０のその他の構成は、第１実施形態の光源装置１０の構成と同様である。

本実施形態によれば、接合フレーム７０７の上面７０７ｃは、非接合状態において、接合フレーム７０７の外側から内側に向かうに従って下面７０７ｄに近づく斜面である。そのため、接合フレーム７０７がベース基板７１１の第１の面７１１ａに沿って、接合フレーム７０７全体として透光性部材１０８側（＋Ｚ側）に凸となるように反ると、上面７０７ｃは、平面状に近づく。これにより、上面７０７ｃに固定される透光性部材１０８に応力が加えられることが抑制される。したがって、本実施形態によれば、透光性部材１０８が破損することを抑制できる。

また、本実施形態によれば、透光性部材１０８に応力が加えられることが抑制されるため、透光性部材１０８と接合フレーム７０７との間の接合状態が不安定になることが抑制される。これにより、収納空間Ｋの封止状態を良好に維持しやすい。

なお、上記の各実施形態において、透過型のプロジェクターに本発明を適用した場合の例について説明したが、本発明は、反射型のプロジェクターにも適用することも可能である。ここで、「透過型」とは、液晶光変調装置が光を透過するタイプであることを意味する。「反射型」とは、液晶光変調装置が光を反射するタイプであることを意味する。

また、上記の各実施形態では、３つの液晶光変調装置４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂを備えるプロジェクター１０００を例示したが、１つの液晶光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクター、および４つ以上の液晶光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに適用することも可能である。また、光変調装置として、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いてもよい。

また、本発明の光源装置は、プロジェクターの光源装置に限られず、自動車のヘッドランプ、照明機器等に適用することもできる。

また、上記説明した各構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。

１０，７１０…光源装置、１１，７１１…ベース基板、１１ａ，７１１ａ…第１の面、１１ｂ，７１１ｂ…第２の面、３０…波長変換素子、７０…冷却器、８０…溶接部、１０７，７０７…接合フレーム、１０８…透光性部材、１１０…発光素子、４００Ｂ，４００Ｇ，４００Ｒ…液晶光変調装置（光変調装置）、６００…投射光学系、１０００…プロジェクター、Ｋ…収納空間、Ｓ１…準備工程、Ｓ２…接合工程、Ｓ３…配置工程、Ｓ４…固定工程

Claims (9)

1. 第１の面、および前記第１の面と逆側の第２の面を有するベース基板と、
   前記第１の面に配置された複数の発光素子と、
   前記第１の面に接合され、前記複数の発光素子を囲む枠状の接合フレームと、
   前記複数の発光素子と対向し、前記接合フレームに固定された透光性部材と、
   前記ベース基板と前記接合フレームとを接合する溶接部と、
   を備え、
   前記ベース基板の線膨張係数は、前記接合フレームの線膨張係数よりも大きく、
   前記ベース基板が前記接合フレームと接合されていない状態において、前記第１の面は凹状であり、かつ、前記第２の面は凸状であることを特徴とする光源装置。
2. 前記ベース基板が前記接合フレームと前記溶接部によって接合された状態において、前記第１の面および前記第２の面は、平面状である、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第２の面に固定され、前記ベース基板を冷却する冷却器をさらに備える、請求項１または２に記載の光源装置。
4. 前記ベース基板と前記接合フレームと前記透光性部材とによって、前記複数の発光素子が収納され、封止された収納空間が設けられている、請求項１から３のいずれか一項に記載の光源装置。
5. 前記発光素子は、レーザー光源を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の光源装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の光源装置と、
   前記光源装置から射出された光を変調する光変調装置と、
   前記光変調装置によって変調された光を投射する投射光学系と、
   を備えることを特徴とするプロジェクター。
7. 前記光源装置から射出された光によって励起され、蛍光光を射出する波長変換素子をさらに備える、請求項６に記載のプロジェクター。
8. 第１の面、および前記第１の面と逆側の第２の面を有するベース基板を準備する準備工程と、
   前記第１の面に枠状の接合フレームを溶接によって接合する接合工程と、
   前記第１の面に複数の発光素子を配置する配置工程と、
   前記複数の発光素子と対向するように、前記接合フレームに透光性部材を固定する固定工程と、
   を含み、
   前記接合フレームは、前記複数の発光素子を囲み、
   前記ベース基板の線膨張係数は、前記接合フレームの線膨張係数よりも大きく、
   前記接合工程よりも前において、前記第１の面は凹状であり、かつ、前記第２の面は凸状であることを特徴とする光源装置の製造方法。
9. 前記配置工程は、前記接合工程よりも後に設けられる、請求項８に記載の光源装置の製造方法。

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