JP6246414B2 - 半導体レーザ光源装置、半導体レーザ光源システムおよび映像表示装置 - Google Patents

半導体レーザ光源装置、半導体レーザ光源システムおよび映像表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、半導体レーザを冷却する冷却器を備える半導体レーザ光源装置および半導体レーザ光源システムと、半導体レーザ光源装置または半導体レーザ光源システムを備える映像表示装置に関するものである。
近年、大ホールまたはデジタルシネマ向けの大型高輝度プロジェクタ、主に少人数の会議またはプレゼンテーションに用いられる中小型プロジェクタ、および筐体に投射光学系と大型スクリーンを内蔵するプロジェクションモニタなどに用いられる光源として、LEDまたは半導体レーザ等の固体光源を使用するものが広く商品化、または提案がなされている。これらの機器においては、従来の多くのプロジェクタおよびプロジェクションモニタの光源として使用されてきたランプに対して、固体光源を使用することで一層広い色再現範囲を持つ、瞬時点灯が可能である、低消費電力である、および長寿命であるなどの利点を持つことを特徴とする。
特に半導体レーザには、光を重畳させることで更なる高輝度化、および高出力化が可能となる利点も併せ持つ。そのため、大画面への投射に用いられる大型高輝度プロジェクタ用途として、より多数の半導体レーザを用いた高出力半導体レーザ光源装置の開発が進められている。
しかし、半導体レーザは、LEDなど他の固体光源と比較して熱に弱く、素子の温度が上昇するに従い、電気−光変換効率が著しく低下しやすい。また、高温状態で高出力の光を出射し続けると劣化が促進し、素子の寿命も短くなりやすい。そのため、環境温度が高温時にも所望の光量を得るためには、他の個体光源よりも冷却性能の高い放熱構造が必要になる。
例えば、特許文献1には、複数の半導体レーザを放熱するため、半導体レーザを取り付けた台座に複数の短径波状の放熱フィンを設けて、冷却ファンを放熱フィンに対して複数の穴を設けたドライバ基板を挟んで配置した構造が開示されている。
また、特許文献2には、半導体レーザと半導体レーザを電気的に接続するフレキシブル基板を、伝熱部材またはヒートシンクの基部に埋設して、半導体レーザを放熱する構造が開示されている。
特開2001−326411号公報 特開2011−76781号公報
特許文献1に記載の構造では、複数の半導体レーザを冷却するために形成した放熱フィンは、複数の穴を設けたドライバ基板を介して、冷却ファンによって冷却されている。ドライバ基板が冷却ファンの風を遮るため、放熱フィンを効率よく冷却することができず、冷却性能が低下し、半導体レーザを効率よく冷却することができないという問題点があった。
特許文献2に記載の構造では、半導体レーザとヒートシンクとの間に電気的に接続するフレキシブル基板を配置すると、発熱源である半導体レーザとヒートシンクとの間の接触面積が減るため、熱抵抗が増加して冷却性能が低下し、半導体レーザを効率よく冷却することができないという問題点があった。
そこで、本発明は、半導体レーザを効率よく冷却することが可能な技術を提供することを目的とする。
本発明に係る半導体レーザ光源装置は、半導体レーザと、半導体レーザを冷却する冷却器と、前記半導体レーザを駆動する駆動基板とを備え、前記冷却器は、前記半導体レーザの出射面とは反対側の面と接するように配置され、前記駆動基板は、前記冷却器における前記半導体レーザが配置される側の面とは反対側の面と接するように配置され、前記冷却器の内部に空洞が設けられ、前記空洞に複数のフィンが配置されるものである。
本発明に係る別の半導体レーザ光源装置は、半導体レーザと、半導体レーザを冷却する冷却器と、前記半導体レーザを駆動する駆動基板とを備え、前記冷却器および前記駆動基板はそれぞれ、前記半導体レーザの出射面とは反対側の面と接するように配置され、前記冷却器は、幅方向中央部分が端部よりも高い高さ位置となる凸部状、または幅方向中央部分が端部よりも低い高さ位置となる凹部状に形成され、前記冷却器の下面に複数のフィンが配置されるものである。

本発明に係る半導体レーザ光源システムは、半導体レーザ光源装置を複数備えるものである。
本発明に係る映像表示装置は、半導体レーザ光源装置または半導体レーザ光源システムを備えるものである。
本発明によれば、半導体レーザと冷却器とを直接接触させるため、半導体レーザと冷却器との間の熱抵抗を低減でき、半導体レーザを効率よく冷却することができる。
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
実施の形態1に係る半導体レーザ光源装置を備える映像表示装置の構成図である。 実施の形態1に係る半導体レーザ光源装置の構成概要を示す図である。 実施の形態1において半導体レーザの構成を示す図である。 実施の形態1に係る半導体レーザ光源システムの構成概要を示す図である。 実施の形態2に係る半導体レーザ光源装置の構成概要を示す図である。 実施の形態2において半導体素子の構成を示す図である。 実施の形態2に係る半導体レーザ光源装置の他の構成概要を示す図である。 実施の形態2に係る半導体レーザ光源システムの構成概要を示す図である。 実施の形態3に係る半導体レーザ光源装置の構成概要を示す図である。 実施の形態3に係る半導体レーザ光源装置の他の構成概要を示す図である。 実施の形態3に係る半導体レーザ光源装置の他の構成概要を示す図である。 実施の形態3に係る半導体レーザ光源装置の他の構成概要を示す図である。
<実施の形態1>
本発明の実施の形態1について、図面を用いて以下に説明する。実施の形態1に係る半導体レーザ光源装置100、半導体レーザ光源システム200および映像表示装置300について詳細に説明するが、最初に映像表示装置300について説明する。図1は、実施の形態1に係る映像表示装置300の構成図である。
映像表示装置300は、赤、青、緑の3種類の半導体レーザ光源装置100、照明光学系101、映像表示システム102および投射光学系103を備えている。ここで、半導体レーザ光源装置100とは、複数の半導体レーザを備える高出力半導体レーザ光源装置である。
赤、青、緑の半導体レーザ光源装置100からの出射光は、照明光学系101で合成されて白色の光に変換され、映像表示システム102に照射される。映像表示システム102として、DMD(Digital Light Processing)またはLCOS(Liquid Crystal On Silicon)などを用いることができる。映像表示システム102で作成された映像は、投射光学系103によって拡大されて、スクリーン104に表示される。
なお、図1に示す映像表示装置300は、赤、青、緑の3種類の半導体レーザ光源装置100を組み合わせて白色を表示するプロジェクタを想定したものであるが、半導体レーザと蛍光体を組み合わせて白色を表示、または半導体レーザとLEDを組み合わせて白色を表示する映像表示装置であってもよい。
次に、実施の形態1に係る半導体レーザ光源装置100について説明する。図2は、半導体レーザ光源装置100の構成概要を示す図である。より具体的には、図2(a)は、半導体レーザ光源装置100の平面図であり、図2(b)は、図2(a)のA-A断面図であり、図2(c)は、半導体レーザ光源装置100の側面図である。図3は、半導体レーザ1の構成を示す図である。より具体的には、図3(a)は、半導体レーザ1の平面図であり、図3(b)は、図3(a)のB-B線断面図であり、図3(c)は、図3(a)のC-C線断面図である。
図2(a),(b),(c)に示すように、半導体レーザ光源装置100は、複数(例えば8つ)の半導体レーザ1、冷却器2および駆動基板3を備えている。先ず、半導体レーザ1について説明する。
図3(a),(b),(c)に示すように、半導体レーザ1は、チップ11、発光層12、放熱ブロック13、プレート14、端子ピン15、CAN16およびガラス窓17を備えている。発光層12は、光を出射する層であり、チップ11に形成されている。チップ11は発熱するため、放熱ブロック13の側面に配置された状態でプレート14上に配置され、チップ11は放熱ブロック13に放熱している。端子ピン15は、外部から電力を供給して、チップ11に導通し、発光させるための部材であり、ワイヤ18を介してチップ11と接続されている。チップ11は、粉塵などの影響を受けて性能が劣化するため、放熱ブロック13を介してプレート14上に配置された状態でCAN16によって封止されている。これにより、粉塵などの影響を排除している。ガラス窓17は、CAN16の上面に配置され、発光層12からの出射光を透過する。なお、出射光は図中において矢印で示されており、他の図面においても同様である。
図2(a),(b),(c)に示すように、冷却器2は、半導体レーザ1を冷却する部材である。半導体レーザ1は、チップ11が配置された放熱ブロック13が正対するように2列に冷却器2の上面に配置されている。冷却器2は、半導体レーザ1の下面(半導体レーザ1の出射面とは反対側の面)と接するように配置され、また、放熱ブロック13の直下に配置されている。駆動基板3は、半導体レーザ1を駆動する駆動回路が搭載された基板である。駆動基板3は、冷却器2の下面(冷却器2における半導体レーザ1が配置される側の面とは反対側の面)と接するように配置されている。
冷却器2には、複数のフィン7が配置される空洞2aと、端子ピン15が挿通される複数の貫通穴2bが形成されている。空洞2aは、冷却器2の幅方向中央部において長手方向に沿って形成されており、放熱ブロック13の下側に位置し、放熱ブロック13の下側に複数のフィン7が配置されている。フィン7を流路として水などを流すことで、冷却器2は液冷装置として機能する。なお、流路は図中において白抜き矢印で示されており、他の図面においても同様である。
複数の貫通穴2bは、各半導体レーザ1の端子ピン15に対応する位置にそれぞれ形成されている。なお、図示しないが、駆動基板3にも端子ピン15が挿通される複数の貫通穴が形成されている。
次に、半導体レーザ光源システム200について説明する。図4は、半導体レーザ光源システム200の構成概要を示す図である。図4に示すように、半導体レーザ光源システム200は、複数(例えば3つ)の半導体レーザ光源装置100を水平方向に並べて構成されている。なお、図4では、半導体レーザ光源装置100は個別に冷却器2を備える構成が示されているが、1つの冷却器2に3つの半導体レーザ光源装置100の半導体レーザ1を配置した構成であってもよい。また、図1に示す映像表示装置300は、3つの半導体レーザ光源装置100を備えているが、これに代えて3つの半導体レーザ光源システム200を備えていてもよい。
以上のように、実施の形態1に係る半導体レーザ光源装置100では、冷却器2は、半導体レーザ1の出射面とは反対側の面と接するように配置され、駆動基板3は、冷却器2における半導体レーザ1が配置される側の面とは反対側の面と接するように配置される。
したがって、半導体レーザ1と冷却器2とを直接接触させるため、半導体レーザ1と冷却器2との間の熱抵抗を低減でき、半導体レーザ1を効率よく冷却することができる。半導体レーザ1を効率よく冷却することで、半導体レーザ1ひいては半導体レーザ光源装置100の長期使用が可能となる。
また、半導体レーザ光源システム200は、半導体レーザ光源装置100を複数備えるため、半導体レーザ光源装置100単体よりも高出力化を図ることができる。
また、映像表示装置300は、半導体レーザ光源装置100を備えるため、半導体レーザ1を効率よく冷却することができる。または、映像表示装置300が半導体レーザ光源システム200を備える場合、上記の効果に加えて、半導体レーザ光源装置100を備える場合よりも高出力化を図ることができるという効果が得られる。
<実施の形態2>
次に、実施の形態2に係る半導体レーザ光源装置110について説明する。図5は、実施の形態2に係る半導体レーザ光源装置110の構成概要を示す図である。より具体的には、図5(a)は、半導体レーザ光源装置110の平面図であり、図5(b)は、図5(a)のE-E断面図であり、図5(c)は、半導体レーザ光源装置110のF-F断面図である。図6は、半導体素子4の構成を示す図である。より具体的には、図6(a)は、半導体素子4の平面図であり、図6(b)は、図6(a)のG-G断面図であり、図6(c)は、図6(a)のH-H断面図である。なお、実施の形態2において、実施の形態1で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
図5(a),(b),(c)に示すように、半導体レーザ光源装置110は、半導体素子4、冷却器2および駆動基板3を備えている。図6(a),(b),(c)に示すように、半導体素子4は、放熱ブロック13に複数(例えば2つ)のチップ11を配置した大型の半導体素子である。半導体素子4は、複数(例えば2つ)のチップ11、複数(例えば14個)の発光層12、複数(例えば2つ)の放熱ブロック13、プレート14、端子ピン15、CAN16およびガラス窓17を備えている。半導体素子4は冷却器2の上面に配置され、各半導体素子4の2つの放熱ブロック13は互いに正対するように配置されている。
1つのチップ11につき7つの発光層12が配置され、各半導体素子4において、2つの放熱ブロック13は、一方の放熱ブロック13に配置された7つの発光層12と、他方の放熱ブロック13に配置された7つの発光層12が互いに正対するように配置されている。発光層12の配置方向は、冷却器2の幅方向と平行である。また、2つの半導体素子4の配置方向は、発光層12の配置方向と垂直である。このため、フィン7の流路は、冷却器2の長手方向、すなわち、2つの半導体素子4の配置方向と平行となる。
半導体素子4のチップ11は、複数の発光層12を有するため、実施の形態1における半導体レーザ1の場合よりも大型になる。また、チップ11を冷却する放熱ブロック13およびプレート14も同様に大型になる。冷却器2は、放熱ブロック13の直下に半導体素子4と接するように配置されている。
端子ピン15は、放熱ブロック13の外側に配置されている。その結果、2つの放熱ブロック13を近接して配置することができる。また、端子ピン15を放熱ブロック13の外側に配置することで、冷却器2を、実施の形態1の場合と同様に半導体素子4に接した状態で、放熱ブロック13の直下に配置することができるようになる。その結果、放熱ブロック13と冷却器2との間の熱抵抗を低減することができるため、効率よく半導体素子4を冷却することができる。
さらに、半導体レーザ光源装置110は、複数の発光層12を有するチップ11を配置した半導体素子4を備えることで、実施の形態1における半導体レーザ1の場合と比較して、端子ピン15の本数を減らすことができるため、相対的に放熱面積を多くとることができる。これにより、半導体素子4を効率よく冷却することができる。
次に、実施の形態2における他の構成について説明する。図7は、実施の形態2に係る半導体レーザ光源装置の他の構成概要を示す図である。より具体的には、図7(a)は、半導体レーザ光源装置120の平面図であり、図7(b)は、図7(a)のI-I線断面図であり、図7(c)は、図7(a)のJ-J線断面図である。
図5(a),(b),(c)の構成では、2つの半導体素子4の配置方向は、発光層12の配置方向と垂直である。その結果、1つの半導体素子4に対して、1つの流路を形成することができる。これに対して、図7(a),(b),(c)の構成では、2つの半導体素子4の配置方向は、発光層12の配置方向と平行である。すなわち、半導体素子4は、7つの発光層12の配置方向が冷却器2の長手方向と平行となるように配置されている。このため、フィン7の流路は冷却器2の幅方向と平行に形成され、流路が複数の半導体素子4を通過しないため、複数の半導体素子4の温度を個別に制御できるという効果が得られる。
次に、実施の形態2に係る半導体レーザ光源システム201について説明する。図8は、半導体レーザ光源システム201の構成概要を示す図である。図8に示すように、半導体レーザ光源システム201は、複数(例えば3つ)の半導体レーザ光源装置110を水平方向に並べて構成されている。なお、図8では、半導体レーザ光源装置110は個別に冷却器2を備える構成が示されているが、1つの冷却器2に3つの半導体レーザ光源装置110の半導体素子4を配置した構成であってもよい。
また、半導体レーザ光源システム201は、複数の半導体レーザ光源装置110に代えて複数の半導体レーザ光源装置120を水平方向に並べて構成されてもよい。また、図1に示す映像表示装置300は、3つの半導体レーザ光源装置100を備えているが、これに代えて3つの半導体レーザ光源システム201を備えていてもよい。
以上のように、実施の形態2に係る半導体レーザ光源装置110,120では、半導体レーザは、放熱ブロック13に複数のチップ11を配置した半導体素子4であり、冷却器2は、放熱ブロック13の直下に半導体素子4と接するように配置される。したがって、実施の形態1の場合と比較して端子ピン15の本数が減少するため、冷却器2と半導体素子4との接触面積が増加し、半導体素子4を一層効率よく冷却することができる。
このように、実施の形態1の場合と比較して端子ピン15の本数が減少するため、半導体レーザ光源装置110,120の小型化を図ることができる。
半導体レーザ光源システム201は、半導体レーザ光源装置110または半導体レーザ光源装置120を複数備えるため、半導体レーザ光源装置110または半導体レーザ光源装置120単体よりも高出力化を図ることができる。
また、光源自体を小型にすることができるため、信頼性が高く小型の映像表示装置300が得られる。
<実施の形態3>
次に、実施の形態3に係る半導体レーザ光源装置130について説明する。図9は、実施の形態3に係る半導体レーザ光源装置130の構成概要を示す図である。より具体的には、図9(a)は、半導体レーザ光源装置130の平面図であり、図9(b)は、図9(a)のK-K線断面図であり、図9(c)は、半導体レーザ光源装置130の側面図である。なお、実施の形態3において、実施の形態1,2で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
実施の形態1では、駆動基板3は、冷却器2の下面(冷却器2における半導体レーザ1が配置される側の面とは反対側の面)と接するように配置されたが、実施の形態3では、冷却器2および駆動基板3はそれぞれ、半導体レーザ1の出射面とは反対側の面と接するように配置されている。
図9(a),(b),(c)に示すように、半導体レーザ1は、放熱ブロック13が互いに正対するように2列に配置されている。冷却器2は、幅方向中央部分が端部よりも高い高さ位置となる凸部状に形成され、幅方向中央部分の上面が半導体レーザ1のプレート14の下面の内側部分と接するように配置されている。駆動基板3は、2つに分割され、プレート14の下面の外側部分とそれぞれ接するように配置されている。駆動基板3は、冷却器2の幅方向両端部の上側に配置され、冷却器2とは接していない。端子ピン15は、一対の駆動基板3から下方に突出するように配置されている。すなわち、端子ピン15は、半導体レーザ光源装置130の幅方向両端部に配置され、冷却器2は、半導体レーザ光源装置130の幅方向両端部に配置された端子ピン15の間に配置されている。
実施の形態3における冷却器2は、実施の形態1の場合と異なり、空洞2aと貫通穴2bを備えておらず、冷却器2の下面に複数のフィン7が配置されている。また、フィン7の背面にはファン8が配置されている。
次に、実施の形態3に係る半導体レーザ光源装置の他の構成概要について説明する。図10は、実施の形態3に係る半導体レーザ光源装置の他の構成概要を示す図である。より具体的には、図10(a)は、半導体レーザ光源装置140の平面図であり、図10(b)は、図10(a)のL-L断面図であり、図10(c)は、半導体レーザ光源装置140の側面図である。
図10(a),(b),(c)に示すように、半導体レーザ1は、発光層12を有するチップ11が正対するように2列に配置されている。端子ピン15は、半導体レーザ光源装置130の幅方向中央部分に配置されている。駆動基板3は、半導体レーザ光源装置130の幅方向中央部分に配置され、駆動基板3の幅方向両端部の上面が半導体レーザ1のプレート14の下面の内側部分と接するように配置されている。冷却器2は、幅方向中央部分が端部よりも低い高さ位置となる凹部状に形成され、幅方向両端部の上面が半導体レーザ1のプレート14の下面の外側部分と接するように配置されている。
次に、実施の形態3に係る半導体レーザ光源装置の他の構成概要として半導体素子4を備える場合について2つの構成概要を説明する。図11は、実施の形態3に係る半導体レーザ光源装置の他の構成概要を示す図である。より具体的には、図11(a)は、半導体レーザ光源装置150の平面図であり、図11(b)は、図11(a)のM-M断面図であり、図11(c)は、図11(a)のN-N断面図である。
図11(a),(b),(c)に示すように、半導体レーザ光源装置150は、放熱ブロック13の外側に端子ピン15を配置した半導体素子4を備え、端子ピン15の間に冷却器2が配置された構成である。すなわち、図9(a),(b),(c)に示した半導体レーザ光源装置130において半導体レーザ1の代わりに半導体素子4を配置した例である。
より具体的には、冷却器2は、幅方向中央部分が端部よりも高い高さ位置となる凸部状に形成され、幅方向中央部分の上面が半導体素子4のプレート14の下面の中央部分と接するように配置されている。駆動基板3は、2つに分割され、プレート14の下面の両端部分とそれぞれ接するように配置されている。駆動基板3は、冷却器2の幅方向両端部の上側に配置され、冷却器2とは接していない。
次に、他方の構成概要について説明する。図12は、実施の形態3に係る半導体レーザ光源装置の他の構成概要を示す図である。より具体的には、図12(a)は、半導体レーザ光源装置160の平面図であり、図12(b)は、図12(a)のO-O断面図であり、図12(c)は、図12(a)のP-P断面図である。
図12(a),(b),(c)に示すように、半導体レーザ光源装置160は、放熱ブロック13の外側の一方に端子ピン15を配置した半導体素子4を備え、放熱ブロック13の直下に冷却器2が配置され、端子ピン15の外側に駆動基板3が配置された構成である。
より具体的には、冷却器2は、幅方向中央部分および一方の端部が他方の端部よりも高い高さ位置となる形状に形成され、幅方向中央部分および一方の端部の上面が半導体素子4のプレート14の下面の中央部分および一方の端部と接するように配置されている。駆動基板3は、プレート14の下面の他方の端部と接するように配置されている。駆動基板3は、冷却器2における幅方向の他方の端部の上側に配置され、冷却器2とは接していない。
以上のように、実施の形態3に係る半導体レーザ光源装置130,140,150,160では、冷却器2および駆動基板3はそれぞれ、半導体レーザ1または半導体素子4の出射面とは反対側の面と接するように配置される。したがって、半導体レーザ1または半導体素子4と冷却器2とを直接接触させるため、半導体レーザ1または半導体素子4と冷却器2との間の熱抵抗を低減でき、半導体レーザ1または半導体素子4を効率よく冷却することができる。
実施の形態3では、冷却器2のフィン7の高さ位置を高くすることができるため、放熱面積を増加することができ、冷却器2の性能を向上させることができる。また、フィン7を冷却器2の外側に配置したため、フィン7の背面にファン8を配置した強制空冷の冷却器を構成することが可能となる。なお、実施の形態3では、ファン8を使用した強制空冷の冷却器2を示したが、実施の形態1,2の場合のように、強制空冷の代わりに液冷装置を配置することも可能である。
また、実施の形態1,2の場合と同様に、実施の形態3に係る半導体レーザ光源装置を半導体レーザ光源システムおよび映像表示装置に採用することが可能である。
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
1 半導体レーザ、2 冷却器、3 駆動基板、4 半導体素子、100,110,120,130,140,150,160 半導体レーザ光源装置、200,201 半導体レーザ光源システム、300 映像表示装置。

Claims (9)

  1. 半導体レーザ(1)と、
    半導体レーザ(1)を冷却する冷却器(2)と、
    前記半導体レーザ(1)を駆動する駆動基板(3)と、
    を備え、
    前記冷却器(2)は、前記半導体レーザ(1)の出射面とは反対側の面と接するように配置され、
    前記駆動基板(3)は、前記冷却器(2)における前記半導体レーザ(1)が配置される側の面とは反対側の面と接するように配置され
    前記冷却器(2)の内部に空洞(2a)が設けられ、
    前記空洞(2a)に複数のフィン(7)が配置される、半導体レーザ光源装置。
  2. 前記半導体レーザ(1)は、放熱ブロック(13)に複数のチップ(11)を配置した半導体素子(4)であり、
    前記冷却器(2)は、前記放熱ブロック(13)の直下に前記半導体素子(4)と接するように配置される、請求項1記載の半導体レーザ光源装置。
  3. 半導体レーザ(1)と、
    半導体レーザ(1)を冷却する冷却器(2)と、
    前記半導体レーザ(1)を駆動する駆動基板(3)と、
    を備え、
    前記冷却器(2)および前記駆動基板(3)はそれぞれ、前記半導体レーザ(1)の出射面とは反対側の面と接するように配置され
    前記冷却器(2)は、幅方向中央部分が端部よりも高い高さ位置となる凸部状、または幅方向中央部分が端部よりも低い高さ位置となる凹部状に形成され、
    前記冷却器(2)の下面に複数のフィン(7)が配置される、半導体レーザ光源装置。
  4. 請求項1記載の半導体レーザ光源装置(100,110,120)を複数備える、半導体レーザ光源システム。
  5. 請求項3記載の半導体レーザ光源装置(130,140,150,160)を複数備える、半導体レーザ光源システム。
  6. 請求項1記載の半導体レーザ光源装置(100,110,120)を備える、映像表示装置。
  7. 請求項3記載の半導体レーザ光源装置(130,140,150,160)を備える、映像表示装置。
  8. 請求項4記載の半導体レーザ光源システム(200,201)を備える、映像表示装置。
  9. 請求項5記載の半導体レーザ光源システムを備える、映像表示装置。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112017007585B4 (de) * 2017-05-24 2022-09-08 Mitsubishi Electric Corporation Halbleiterbaugruppe
JP7014645B2 (ja) * 2018-03-06 2022-02-01 シャープ株式会社 半導体発光装置
JP6667149B1 (ja) * 2019-02-06 2020-03-18 ウシオ電機株式会社 半導体レーザ光源装置

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5900967A (en) 1996-12-12 1999-05-04 Trw Inc. Laser diode mounting technique to evenly deposit energy
JP2001326411A (ja) 2000-05-12 2001-11-22 Hitachi Koki Co Ltd 半導体レーザ装置
JP2003188456A (ja) 2001-12-19 2003-07-04 Hitachi Ltd 光電子装置
JP2004128044A (ja) * 2002-09-30 2004-04-22 Toshiba Corp 半導体レーザ装置
JP4662526B2 (ja) 2003-07-29 2011-03-30 セイコーインスツル株式会社 レーザダイオードモジュール
US20060097385A1 (en) * 2004-10-25 2006-05-11 Negley Gerald H Solid metal block semiconductor light emitting device mounting substrates and packages including cavities and heat sinks, and methods of packaging same
JP4929612B2 (ja) * 2005-04-12 2012-05-09 ソニー株式会社 半導体レーザ装置及びヒートシンク
JP2007127398A (ja) * 2005-10-05 2007-05-24 Seiko Epson Corp 熱交換器、熱交換器の製造方法、液冷システム、光源装置、プロジェクタ、電子デバイスユニット、電子機器
JP5435854B2 (ja) * 2007-10-13 2014-03-05 日亜化学工業株式会社 半導体発光装置
WO2009116133A1 (ja) * 2008-03-18 2009-09-24 三菱電機株式会社 レーザ光源モジュール
WO2010090766A1 (en) * 2009-02-09 2010-08-12 Jan Vetrovec Heat transfer device
JP5500339B2 (ja) 2009-09-29 2014-05-21 カシオ計算機株式会社 光源装置及びプロジェクタ
US8018980B2 (en) * 2010-01-25 2011-09-13 Lawrence Livermore National Security, Llc Laser diode package with enhanced cooling
CN102576977B (zh) * 2010-01-27 2014-06-18 三菱电机株式会社 半导体激光器模块
CN102237632A (zh) * 2010-04-26 2011-11-09 无锡亮源激光技术有限公司 户外用半导体激光模块
CN101854027A (zh) * 2010-04-30 2010-10-06 西安炬光科技有限公司 一种用于半导体激光器的液体制冷器
US9083143B2 (en) 2011-01-07 2015-07-14 Nec Corporation Laser light source module
JP5762557B2 (ja) * 2011-11-16 2015-08-12 三菱電機株式会社 半導体レーザ励起固体レーザ
JP2013149667A (ja) 2012-01-17 2013-08-01 Sumitomo Electric Device Innovations Inc 光モジュールおよび光送信器
JP2014003062A (ja) * 2012-06-15 2014-01-09 Mitsubishi Electric Corp 光半導体装置
JP2014138148A (ja) * 2013-01-18 2014-07-28 Hitachi Media Electoronics Co Ltd 半導体レーザ、半導体レーザアレイおよび画像表示装置
US20140270731A1 (en) * 2013-03-12 2014-09-18 Applied Materials, Inc. Thermal management apparatus for solid state light source arrays

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