JP6492462B2 - 光源装置 - Google Patents
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Description
例えば、プロジェクタ用途として、半導体レーザ装置を複数備える光源装置が提案されている(例えば、特許文献1〜3)。
本開示は、上記課題に鑑みなされたものであり、輝度及び放熱性に加え、低価格で高品質の光源装置を実現し得る保持部材及び光源装置を提供することを目的とする。
該保持部材は、第1主面と、該第1主面と反対面に第2主面とを有し、
前記第1主面には、薄膜部と、該薄膜部に隣接する厚膜部とが配置され、
前記第2主面には、前記薄膜部から厚膜部にわたる半導体発光装置収納用の開口部が配置され、
前記薄膜部は、前記開口部内に半導体発光装置の端子露出用の第1貫通孔と、前記開口部外に部品取付用の第2貫通孔とを備え、
前記保持部材は、その表面がめっき膜で被覆されていることを特徴とする。
半導体発光装置とを備える光源装置であって、
前記半導体発光装置は、
半導体発光素子と、
該半導体発光素子と電気的に接続された一対の端子とを有し、
前記保持部材は、前記開口部に前記半導体発光装置を配置し、前記第1貫通孔に前記一対の端子を配置していることを特徴とする。
保持部材は、半導体発光装置を保持するための部材であり、1つ又は複数の半導体発光装置を保持することができる。形状は、特に限定されず、板状、ブロック状、箱状、筒状、L字状、T字状などのいずれであってもよい。また、これらの外面にフィンが形成されたものでもよい。なかでも、図1A〜図1Dに示すように、保持部材10は、平面形状(表面の形状)が長尺な四角形又はこれに近い形状であることが好ましい。概形は、直方体及び/又はこれに近い形状が好ましい。長尺な左右側面は、平坦であることが好ましい。このような形状によって、短尺な方向に、複数の保持部材、ひいては光源装置を互いに隣接して積層又は配置させることができる。
図1A〜1Dに示す保持部材10では、例えば、70mm×30mm×12.5mm(最大厚み)である。
保持部材10の第1主面10aには、薄膜部11と、薄膜部11に隣接する厚膜部12とが配置されている。言い換えると、第1主面10aにおいて凹部が形成されることにより凹部の底面に対応する領域として薄膜部を有し、この薄膜部に隣接する領域として厚膜部を有する。
図1A〜1Dに示す保持部材10では、薄膜部11と厚膜部12とがストライプ状に交互に配置されている。薄膜部11と厚膜部12とは、保持部材10の第1主面10aにおいて、長手方向の両端部まで延長している。
第1主面10aには、ストライプ状の凹部が薄膜部11として、互いに離間して複数配置されていることが好ましい、つまり、互いに平行に配置されていることが好ましいが、薄膜部11と厚膜部12とは、任意の形状での配置とすることができる。例えば、互いに隣接する薄膜部同士又は互いに隣接する厚膜部同士で、その一部が連結されていてもよい。
具体的には、薄膜部11の幅は、搭載しようとする半導体発光装置の大きさ、出力、数等によって適宜調整することができるが、半導体発光装置の直径よりも小さいことが好ましく、半導体発光装置の端子の幅よりも大きいことが好ましい。例えば、半導体発光装置の直径の20〜100%程度が挙げられる。具体的には、薄膜部の幅は2.5mm〜3.9mmが挙げられ、厚膜部の幅は4.0mm〜6.6mmが挙げられる。
図1A〜1Dに示す保持部材10では、69%である。
薄膜部11及び厚膜部12の厚みは、それぞれ、6mm〜14mm程度、12〜18mm程度が挙げられる。
図1A〜1Dに示す保持部材10では、薄膜部11の厚みが8.2mmであり、厚膜部12の厚みは12.4mmである。
第2主面10bには、薄膜部11から厚膜部12にわたる開口部13が配置されている。開口部は、半導体発光装置を収納するための凹部である。開口部13は、1つのみ配置されていてもよいが、列状に配置されていることが好ましく、図1A〜1Cに示すように、少なくとも一対の列状に配列されていることが好ましい。一列に配列される開口部13の数は、例えば、2〜10個程度が好ましく、2〜5個程度、4又は5個がより好ましい。列の数は、1列又は一対(2列)以上、例えば、2〜4列、2又は3列が好ましく、2列がより好ましい。これら開口部13の配列は、規則的に等間隔で行列方向に配置されることが好ましい。開口部13同士の間隔は、例えば、0.数mm〜5mm又は1mm〜数mmが挙げられる。
図1A〜1Dに示す保持部材10では、開口部は平面形状が円形であり、その深さは4.9mmであり、直径が9.1mmである。隣接する開口部間の距離は2mmである。
薄膜部11は、1つの開口部13内に半導体発光装置の端子露出用の少なくとも1つの第1貫通孔14を備える。言い換えると、開口部13は、その底面に第1貫通孔14を配置しており、開口部の底面の一部が貫通している。
第1貫通孔14は、半導体発光装置の一対の端子のそれぞれに対応させてもよいが、一対の端子を一緒に引き出すために1つの孔とすることが好ましい。
第1貫通孔14の大きさ及び平面形状は、半導体発光装置の端子を引き出すことができる大きさ及び形状であれば、特に限定されず、開口部13よりも小さく、さらに薄膜部11の幅よりも小さいことが好ましい。平面形状は、円形、楕円形、多角形等のいずれであってもよい。
図1A〜1Dに示す保持部材10では、第1貫通孔は、深さが3.3mm、大きさ及び形状は5mm×2.5mmの平面視楕円形状である。
薄膜部11は、さらに、開口部13外に第2貫通孔15を備える。この第2貫通孔は、第1主面10a側に設けるレンズ部材、コリメートレンズアレイ、カバー、放熱部材、各種電子部品等の各種部材を含む部品を保持部材に取り付けるための孔として利用することができる。また、保持部材自体を他の部材に取り付けるために利用することもできる。
第2貫通孔15の大きさ及び平面形状は、部品を取り付けるために用いられるねじ又はビスの大きさ及び形状に相当するものであれば特に限定されず、開口部13と離間でき、さらに薄膜部11の幅よりも小さいことが好ましい。特に、第2貫通孔15は、第1貫通孔14よりも小径であることが好ましい。保持部材の占有空間をより小型におさえるためである。例えば、第2貫通孔15の径又は1辺の長さは、保持部材10の厚みの5〜20%程度、具体的には1mm〜10mm程度が挙げられる。平面形状は、円形、楕円形、多角形等のいずれであってもよい。また、別の観点から、第2貫通孔15のアスペクト比は、孔の大きさ(径又は1辺の長さ)が厚みの20%以上であることが好ましい。
図1A〜1Dに示す保持部材10では、第2貫通孔は、深さが薄膜部11の厚みに相当し、大きさは、M2の平面視円形状のねじ穴である。
第2貫通孔15が形成された薄膜部11は、開口部13内に配置する第1貫通孔14が形成された薄膜部11よりも厚いことが好ましい。部品の取り付けをより安定に行うためである。
保持部材10は、上述した開口部、第1貫通孔及び第2貫通孔以外に、その第1主面、側面及び/又は第2主面に、凹部、貫通孔、突起等を有していてもよい。これらの凹部、貫通孔、突起等を利用して、保持部材10の表面積を増大させて、放熱性を高めることができる。また、保持部材10を外部の部材又は放熱部材等に固定することができる。さらに、保持部材への部品の取付又は保持部材自体の取り付けの際の位置合わせ用に利用することができる。また、保持部材同士を、縦横に並列/積層する際の固定にも利用することができる。
めっき膜の形成方法は、特に限定されるものではなく、通常の成膜方法のいずれをも利用することができる。
一方、保持部材10が上述した構成を有する場合、つまり、比較的薄い厚みの薄膜部11に、比較的小さな直径の第2貫通孔を設けることにより、製造工程の簡略及び簡便化を図ることができ、製造コストを低減することができる。また、第2貫通孔の内面にめっき膜を均一かつ薄膜状に形成することができるため、めっき溜まり又はゴミ汚れ等に起因する保持部材の汚染を回避することができる。これは、第2貫通孔を利用して保持部材又は部品を取り付ける際などにおいて、光源装置自体又は外部の部材に対する汚染等を確実に防止することができ、種々の不具合を回避することができる。その結果、高精度な実装精度を備えることができる。
さらに、第1主面を凹凸形状とすることにより放熱性を確保しながら、形状に起因する部品数の増加を抑えることができるため、効率的に製造することができる。その結果、製造工程の簡便化及びコストの低減を確実にすることができる。
また、半田固定により部品点数が少なく抑えることもでき、コストの低減をより一層確実にすることができる。
この実施形態の保持部材20では、図2A及びBに示すように、第2貫通孔25が、保持部材20の短手方向の中央、長手方向の両端付近に2個配置されている。
また、保持部材20の第1主面20aにおいて、薄膜部21と厚膜部22とがストライプ状に交互に配置されているが、その長手方向の両端に隣接した部位、つまり、短手方向に沿って、2つの薄膜部21間を連結する薄膜部21が配置されている。この短手方向に沿った薄膜部21の配置によって、上述したように第2貫通孔25を、短手方向の中央でも、薄膜部21に配置することができる。
これら以外の構成は実質的に実施形態1の保持部材10と同じの構成を有する。
よって、保持部材10と同じ効果を奏する。
この実施形態の保持部材30では、図3A及びBに示すように、第1主面30aにおいて、中央に薄膜部31、その両側に厚膜部32が配置されている。
また、開口部33が、第2主面30bにおいて、薄膜部31から厚膜部32にわたって、1つのみ設けられており、その開口部33内であって、薄膜部31において、第1貫通孔34が配置されている。
これら以外の構成は実質的に実施形態1の保持部材10及び実施形態2の保持部材20と同じの構成を有する。
よって、保持部材10、20と同じ効果を奏する。
この実施形態の光源装置50は、図5及び6に示したように、保持部材10と、半導体発光装置40を複数備える。複数の半導体発光装置40は、発光波長が一部又は全部異なっていてもよいし、同じでもよい。
半導体発光素子41の載置体43への載置形態は特に限定されるものではなく、例えば、半導体発光素子41の端面発光又は面発光等の光出射方向を考慮して、載置体43に対して、介在体42(所謂サブマウント)を介在させて、半導体発光素子41を水平に又は垂直に載置することができる。半導体発光素子41は、半田又は銀ペーストを用いて介在体42に接着させることが好ましい。半導体発光素子41の載置体43での位置は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、例えば、載置体43を基体44上に搭載することを考慮して、一端に偏在した位置とすることが好ましい。
あるいは、端子46の先端は、保持部材10の第1主面10aよりも外側に配置されていてもよい。このような配置により、外部空間、あるいは外部放熱部との距離が短くなるため、放熱性を高めることができる。
また、保持部材10に半導体発光装置40を固定する場合、圧入でもよいが、接合部材によって固定されていることが好ましい。接合部材としては、例えば、錫-ビスマス系、錫-銅系、錫-銀系、金-錫系などの半田、銀、金、パラジウムなどの導電性ペースト、低融点金属などのろう材等が挙げられる。なかでも半田を用いることが好ましい。これによって、半導体発光装置40、つまりレーザ素子で発生した熱が、まず、半導体発光装置40内の載置体43、基体44を通して放散される。続いて、半田による広い面積での保持部材10の開口部13及び厚膜部12への接触を通してさらに保持部材10に放散される。その結果、確実に放熱効果が得られる。特に、載置体43が、保持部材10の薄膜部11に配置されるものに比べて、大きな放熱効果が発揮される。
また、固定のために用いる固定/接続部材の配置空間を適度に確保することができる。よって、効率的かつ効果的に半導体発光装置40を保持部材10に固定/接続することができる。
さらに、半導体発光素子の発熱による半導体発光装置40を構成する各部材が熱膨張した場合の膨張を補償することができ、半導体発光装置40の位置ずれ、レーザ光の光軸のずれ等を防止することができる。加えて、半導体発光装置40の周辺を適度に保持部材10で取り囲むことができるために、発生した熱をより一層、保持部材10に対して効果的に逃がすことができる。
レンズ部材51は、保持部材10の第2貫通孔15に対応する位置に、第2貫通孔15と同程度の大きさの貫通孔52を備える。この貫通孔52及び第2貫通孔15によって、螺子を利用して、レンズ部材51を光源装置50に取り付けることができる。
レンズ部材51は、保持部材10の開口部13に対応する位置に凸レンズ51aをそれぞれ備えている。
この実施形態の光源装置60は、図8A及びBに示したように、保持部材10に代えて保持部材20を用い、この保持部材20に半導体発光装置40を取り付けた以外、実質的に光源装置50と同様に構成を有する。
この光源装置60には、図9A及びBに示すように、その光取り出し面である第2主面20bに、1つの部品として、レンズ部材51を取り付けた光源装置とすることができる。
よって、光源装置60と同様の効果を有する。
この実施形態の光源装置70は、図10A及びBに示したように、保持部材10に代えて保持部材30を用い、この保持部材30に1つの半導体発光装置40を取り付けた以外、実質的に光源装置50、60と同様に構成を有する。
この光源装置70には、図11A及びBに示すように、その光取り出し面である第2主面30bに、1つの部品として、レンズ部材51を取り付けた光源装置とすることができる。
よって、光源装置50、60と同様の効果を有する。
10a、20a、30a 第1主面
10b、20b、30b 第2主面
11、21、31 薄膜部
12、22、32 厚膜部
13、23、33 開口部
14、24、34 第1貫通孔
15、25、35 第2貫通孔
40 半導体発光装置
41 半導体発光素子
42 介在体
43 載置体
44 基体
45 ワイヤ
46 端子
50、60、70 光源装置
51、61、71 レンズ部材
51a、61a、71a レンズ
52、62、72 貫通孔
Claims (8)
- 半導体発光素子及び該半導体発光素子と電気的に接続された一対の端子を有する半導体発光装置と、
前記半導体装置を保持する保持部材と、を有する光源装置であって、
該保持部材は、第1主面と、該第1主面の反対面である第2主面とを有し、
前記第1主面には、薄膜部と、該薄膜部に隣接する厚膜部とが配置され、
前記第2主面には、前記薄膜部から厚膜部にわたる半導体発光装置収納用の開口部が配置され、
前記薄膜部は、前記開口部内に半導体発光装置の端子露出用の第1貫通孔と、前記開口部外に部品取付用の第2貫通孔とを備え、
前記第1貫通孔は、前記開口部内において、前記保持部材の内側又は外側のいずれか一方に偏在し、
前記開口部の深さは、前記半導体発光装置の端子を含まない高さよりも深く、
前記保持部材は、その表面がめっき膜で被覆されていることを特徴とする光源装置。 - 前記第2貫通孔は、前記第1貫通孔よりも小径である請求項1に記載の光源装置。
- 前記第2貫通孔が形成された薄膜部は、前記第1貫通孔が形成された薄膜部よりも厚い請求項1又は2に記載の光源装置。
- 前記保持部材の薄膜部と厚膜部とが、ストライプ状に複数交互に配列されている部位を有する請求項1〜3のいずれか1つに記載の光源装置。
- 前記開口部は、厚膜部の幅が、前記薄膜部の幅よりも大きい請求項1〜4のいずれか1つに記載の光源装置。
- 一体的に形成された金属からなる請求項1〜5のいずれか1つに記載の光源装置。
- 前記保持部材は、前記開口部に前記半導体発光装置を配置し、前記第1貫通孔に前記一対の端子を配置している請求項1〜6のいずれか1つに記載の光源装置。
- 前記第1貫通孔は前記開口部内において、前記保持部材の内側に偏在する請求項1〜7のいずれか1つに記載の光源装置。
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