KR20050033029A

KR20050033029A - 레이저 모듈

Info

Publication number: KR20050033029A
Application number: KR1020040078404A
Authority: KR
Inventors: 쿠라마치테루히코; 야마나카후사오; 나가노카즈히코; 오카자키요우지
Original assignee: 후지 샤신 필름 가부시기가이샤
Priority date: 2003-10-02
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2005-04-08
Also published as: TWI268029B; CN1604413A; TW200518412A; US20050058167A1; CN100523897C; US7301975B2; KR101093025B1; JP2005109412A

Abstract

본 발명은, 발진파장이 350∼450㎚의 범위에 있는 반도체 레이저 소자를 밀폐용기내에 배치해서 이루어지는 레이저 모듈에 있어서, 밀폐용기내에서의 유기 휘발가스의 발생을 억제하여, 고수명화를 달성하는 것을 과제로 한다.

발진파장이 350∼450㎚의 범위에 있고, 5500시간이상의 수명을 갖는 반도체 레이저(LD7)를 밀폐용기(40,41)안에 배치해서 이루어지는 레이저 모듈에 있어서, 밀폐용기(40,41)내에 배치하는 광학부품으로서, 150℃에 있어서의 GC-MASS 평가에 의한 유기 휘발가스 발생량이 10㎍/g이하인 것을 사용하는 한편, 광학부품(예를 들면 콜리메이터 렌즈(17))을 고정하는 유기접착제로서, 150℃에 있어서의 GC-MASS 평가에 의한 유기 휘발가스 발생량이 300㎍/g이하인 것을 사용한다.

Description

레이저 모듈{LASER MODULE}

본 발명은, 반도체 레이저 소자를 밀폐용기내에 배치해서 이루어지는 레이저 모듈에 관한 것이다.

종래, 반도체 레이저 소자, 콜리메이터 렌즈, 집광 렌즈, 및 광섬유 등이 밀폐용기내에 배치되어서 이루어지는 레이저 모듈이 알려져 있다. 이러한 종류의 레이저 모듈에 있어서는, 밀폐용기내에 잔존하는 오염물질이 반도체 레이저 소자의 출사단면, 렌즈 및 광섬유 등의 광학부품에 부착해서 레이저 특성을 열화시킨다는 문제가 인정되고 있다. 상기 오염물질로서는, 제조공정의 분위기중으로부터 혼입되는 탄화수소 화합물을 들 수 있고, 이 탄화수소 화합물이 레이저 광에 의해 중합 혹은 분해되어서 부착되는 것이 알려져 있다.

이 문제를 해결하기 위해서, 이하에 나타낸 바와 같이 여러가지 방법이 제안되어 있다. 예를 들면 특허문헌1에는, 파장 400㎚이하의 레이저 광의 출력 저하를 방지하기 위해서는 용기내의 탄화수소량을 0.1%이하로 하는 것이 효과적이며, 이것에 의해 탄화수소의 광분해에 의한 광학부품 등으로의 퇴적을 방지할 수 있는 것이 기재되어 있다. 또한, 밀봉분위기를 드라이 에어로 하는 것도 제안되어 있으며, 분위기중의 산소와 퇴적된 탄화수소의 광화학반응에 의해, 퇴적물을 제거하는 효과가 기대되고 있다.

또한, 특허문헌2에 있어서는, 탄화수소 등의 유기 가스의 광분해에 의한 반도체 레이저 소자 끝면에의 오염물질의 부착을 방지하기 위해서, 이 가스를 분해하는 것을 목적으로 한 산소를 100ppm이상 밀봉가스에 혼입시키는 것이 기재되어 있다.

또 특허문헌3에는, 레이저 모듈에 있어서의 유분 등의 오염물질을 탈지 및 세정해서 제거함으로써, 장기신뢰성의 확보가 가능한 것이 기재되어 있다.

한편 특허문헌4에는, 발진파장이 350∼450㎚인 GaN계 반도체 레이저 소자를 사용한 레이저 모듈이 제안되어 있지만, 이러한 종류의 레이저 모듈에 있어서는, 단파장의 레이저 광은 에너지가 높으므로, 모듈내에 존재하는 탄화수소가 중합 혹은 분해된 것이, 반도체 레이저 소자의 끝면 혹은 광학부품 등에 부착될 확률이 높아 특히 문제로 되고 있다.

(특허문헌1)일본 특허공개 평11-167132호공보

(특허문헌2)미국 특허 제5392305호명세서

(특허문헌3)일본 특허공개 평11-87814호공보

(특허문헌4)일본 특허공개2002-202442호공보

레이저 광과 탄화수소의 반응에 의해 생성되는 탄화수소계 퇴적물은, 상기 특허문헌2에 나타내어지는 바와 같이, 일정량이상의 산소를 함유한 가스 분위기중에서는 CO₂와 H₂O로 분해되는 것에 의해 해소된다.

그러나, 이러한 종류의 퇴적물은 탄화수소 뿐만 아니라, 규소 화합물의 존재가 확인되고 있으며, 산소를 분위기중에 함유시키는 것만으로는 규소 화합물을 분해 제거할 수 없는 것을 알 수 있다. 탄화수소 및 규소 화합물의 퇴적물은, 광학적인 흡수를 발생시키기 때문에, 연속 발진에 있어서의 경시신뢰성을 현저하게 손상시킨다는 문제가 있다. 퇴적되는 규소 화합물은, 실록산결합(Si-O-Si), 실라놀기(-Si-OH) 등의 Si를 함유한 유기 화합물 가스(이하 유기 규소 화합물이라 함)와 레이저 광의 광화학반응에 의해 발생하고, 또한 분위기중의 산소의 존재가 그 반응속도를 크게 하는 효과가 있다. 여기에서 말하는 규소 화합물이란, 유기, 무기를 막론하고 규소를 함유하는 모든 구조를 갖고 있는 것을 나타내며, 무기 SiOx, 유기 규소 화합물을 함유하는 것이다.

발생원으로서는, 주로 레이저 모듈 제조공정의 임의의 장소에 사용되고 있는 실리콘계 재료로부터 발생되는 가스이다. 이것이 레이저 모듈내의 각 부품 표면에 부착되어 있는 경우가 있고, 또한, 모듈을 밀봉해서 사용할 경우는, 그 밀봉가스중에 미량 함유된다. 이들의 제조과정중의 가스성분을 관리하기 위해서는 통상의 클린룸이나 밀봉가스 정제기의 설치에 의해서는 완전히 제거할 수 없고, 막대한 설비투자가 필요하게 된다. 또한, 특허문헌3에 개시되어 있는 유분 등의 탈지 혹은 세정공정을 통해서도, 상기와 같은 제조과정 분위기로부터의 상기 화합물의 혼입은 피할 수 없다. 세정에는 액체 유기물을 사용하는 관계상, 그 건조공정에 있어서의 불순물의 관리가 필요하다. 또한 용기내에 반도체 레이저 소자, 광학부재 등을 고정할 때에 사용하는 접착제를 용해시키지 않는 세정제를 선정할 필요가 있어, 부품표면에 부착되는 유기물질의 세정능력의 유지와 상호 모순되는 경우가 많다.

레이저 모듈내의 부품에 부착되는 탄화수소 화합물 및 규소 화합물 등은, 200℃이상 바람직하게는 300℃이상의 온도에서의 가열처리에 의한 분해 증발에 의해 제거가 가능하다. 그러나, 가열처리는 수∼수십시간에 걸친 처리시간이 필요함과 아울러, 모듈내 부품을 유기계 접착제에 의해 고정할 경우, 접착제의 열 열화에 의한 기계특성이 열화되기 때문에 이 방법을 사용할 수 없다.

또한, 상기 특허문헌2에 기재되어 있듯이, 반도체 레이저 소자를 밀봉한 가스중에 산소를 100ppm이상 혼입시키는 방법은, 발진파장이 350∼450㎚정도의 범위에 있는 단파장 반도체 레이저 소자로 이루어지는 레이저 모듈에 대해서는, 효과적이지 않음을 알 수 있다. 즉, 이러한 단파장 반도체 레이저 소자에 있어서, 분위기중의 산소농도에 대한 경시 열화속도의 의존성은 발진파장이 적외영역에 있는 반도체 레이저 소자의 경우와 다른 것으로 되며, 산소농도 증가에 따른 개량이 보여지지 않는다. 즉, 적외영역의 반도체 레이저 소자의 경우는, 그 소자의 끝면, 광학부품, 모듈내 섬유 입사단면 등의, 레이저 광로상에 존재하는 광학부품 표면에 퇴적되는 탄화수소계 유기 화합물의 분해 반응이 산소농도의 증대에 따라 활발해지고, 경시신뢰성의 향상이 보여지지만, 상기 단파장 반도체 레이저 소자의 경우는, 산소농도가 100ppm으로 되면 반대로 신뢰성이 저하된다. 이것은, 산소농도 100ppm이상의 영역에서는, 규소 화합물의 퇴적이 나타나고 있는 것에 의한 것이라고 생각된다. 통상, 탄화수소 화합물의 퇴적방지를 위해서 산소를 일정량 밀봉하는 것은 불가결하지만, 탄화수소 가스가 많이 존재하는 분위기중에서 레이저 광을 발생시키는 계에 있어서는, 규소 화합물의 퇴적 증가에 의한 신뢰성의 악화를 피할 수 없는 것이다.

본 발명은 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 발진파장이 350∼450㎚의 범위에 있는 반도체 레이저 소자를 밀폐용기내에 배치해서 이루어지는 레이저 모듈에 있어서, 밀폐용기내에서의 유기 휘발가스의 발생을 억제하고, 고수명화를 달성하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의한 레이저 모듈은,

발진파장이 350∼450㎚의 범위에 있고, 5500시간이상의 수명을 갖는 반도체 레이저 소자를 밀폐용기내에 배치해서 이루어지는 레이저 모듈에 있어서,

상기 밀폐용기내에 배치된, 상기 반도체 레이저 소자를 포함하는 광학부품 전체가 150℃에 있어서의 GC-MASS(가스 크로마토그래프 질량분석법)평가에 의한 유기 휘발가스 발생량이 10㎍/g(헥사데칸의 휘발 가스량〔g〕에 대한 휘발 유기물 총량〔㎍〕)이하의 것이며,

상기 광학부품을 상기 밀폐용기내에서 고정하는 유기 접착제로서, 150℃에 있어서의 GC-MASS 평가에 의한 유기 휘발가스 발생량이 300㎍/g이하인 것이 이용되어지고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또 본 발명은, 상기 광학부품으로서 광섬유와, 상기 반도체 레이저 소자로부터 출사된 레이저 광을 상기 광섬유에 입사시키기 위한 입사 광학계를 구비하고 있는 레이저 모듈에 적용되는 것이 바람직하다.

한편 상기 유기 접착제로서는, 에폭시기를 갖는 지환식 에폭시 화합물, 옥세타닐기를 갖는 화합물, 및 촉매량의 오늄염 광반응 개시제를 함유하는 접착성 조성물로 이루어지는 것을 바람직하게 사용할 수 있다.

또 상기 접착성 조성물은, 상기 광학부품과 이것을 고정하는 고정부재 사이에, 접착 두께가 0.05㎛이상, 5㎛이하로 되도록 삽입된 후, 활성 에너지선에 의해 경화되어져 광학부품을 상기 고정부재에 고정하고 있는 것이 바람직하다.

또, 상기 접착성 조성물은 실란 커플링제를 함유하는 것이나, 혹은 0.1㎛이상, 1.0㎛이하의 평균지름을 갖는 구상 실리카입자를 함유하는 것이 바람직하다.

또, 상기 고정부재는 금속제 부재로 이루어지고, 한편 상기 광학부품은 무기투명부재로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고 상기 옥세타닐기를 갖는 화합물은 하기 일반식(1)로 나타내어지는 것이 바람직하다.

식(1)중 R₁은 메틸기 또는 에틸기를 나타내며, R₂는 탄소수 6 내지 12의 탄화수소기를 나타낸다.

또, 본 발명에 있어서 바람직하게 이용되는 상기 접착성 조성물에 대해서는, 일본 특허공개 2001-177166호공보에도 기재되어 있지만, 이하, 상세하게 설명한다.

이 접착성 조성물은, 에폭시기를 갖는 지환식 에폭시 화합물, 옥세타닐기를 갖는 화합물, 및 촉매량의 오늄염 광반응 개시제를 필수성분으로서 함유한다. 이들 화합물 및 개시제는 모두 1종류이어도, 2종이상의 혼합물이어도 좋다.

또 본 발명에는, 1분자내에 2개이상의 에폭시기를 갖는 에폭시 화합물을 사용할 수 있지만, 이 에폭시 화합물로서는, 1분자내에 2개이상의 에폭시기를 가지며 지환식구조를 갖지 않는 글리시딜 화합물보다, 1분자내에 2개이상의 에폭시기를 갖는 지환식 에폭시 화합물이 바람직하게 이용된다. 「에폭시기를 갖는 지환식 에폭시 화합물」이란, 시클로펜텐기, 시클로헥센기 등의 시클로알켄환의 이중 결합을 과산화수소, 과산 등의 적당한 산화제로 에폭시화한 부분구조를 1분자내에 2개이상 갖는 화합물을 말한다. 본 발명의 에폭시기를 갖는 지환식 에폭시 화합물로서는, 시클로헥센옥시드기 또는 시클로펜텐옥시드기를 1분자내에 2개이상 갖는 화합물이 바람직하다. 이러한 지환식 에폭시 화합물의 구체예로서는, 4-비닐시클로헥센디옥사이드, (3,4-에폭시시클로헥실)메틸-3,4-에폭시시클로헥실카르복실레이트, 디(3,4-에폭시시클로헥실)아디페이트, 디(3,4-에폭시시클로헥실메틸)아디페이트, 비스(2,3-에폭시시클로펜틸)에테르, 디(2,3-에폭시-6-메틸시클로헥실메틸)아디페이트, 디시클로펜타디엔옥사이드를 들 수 있다. 에폭시기를 갖는 지환식 에폭시 화합물은 1종류를 사용해도, 2종이상의 혼합물을 사용해도 좋다. 여러가지 지환식 에폭시 화합물이 시판되고 있으며, 유니온 카바이드 니혼(주), 다이셀 카가쿠고교(주) 등으로부터 입수할 수 있다.

또한, 1분자내에 2개이상의 에폭시기를 가지며 지환식 구조를 갖지 않는 글리시딜 화합물을 상기 지환식 에폭시 화합물과 대략 등중량이하 병용할 수도 있다.이러한 글리시딜 화합물로서는, 글리시딜에테르 화합물이나 글리시딜에스테르 화합물을 들 수 있지만, 글리시딜에테르 화합물을 병용하는 것이 바람직하다. 글리시딜에테르 화합물의 구체예를 들면, 1,3-비스(2,3-에폭시프로필옥시)벤젠, 비스페놀A형 에폭시수지, 비스페놀F형 에폭시수지, 페놀·노볼락형 에폭시수지, 크레졸·노볼락형 에폭시수지, 트리스페놀메탄형 에폭시수지 등의 방향족 글리시딜에테르 화합물, 1,4-부탄디올글리시딜에테르, 글리세롤트리글리시딜에테르, 프로필렌글리콜디글리시딜에테르, 트리메티롤프로판트리글리시딜에테르 등의 지방족 글리시딜에테르 화합물을 들 수 있다. 글리시딜에스테르로서는 리놀렌산다이머의 글리시딜에스테르를 들 수 있다. 지환식 에폭시 화합물에 병용하는 글리시딜 화합물은, 1종류이어도 좋고, 또는 2종이상을 혼합 사용해도 좋다. 글리시딜에테르류는 유카 셀에폭시(주) 등으로부터 시판되는 것을 입수할 수 있다.

또한, 상기 옥세타닐기를 갖는 화합물(이하, 간단히 「옥세탄 화합물」이라고도 함)은 1분자중에 옥세타닐기를 1개이상 갖는 화합물이다. 이 옥세타닐기함유 화합물은, 1분자중에 1개의 옥세타닐기를 갖는 화합물과, 1분자중에 2개이상의 옥세타닐기를 갖는 화합물로 크게 나뉘어진다.

1분자중에 1개의 옥세타닐기를 갖는 단관능 옥세탄 화합물로서는, 이하의 일반식(1)로 나타내어지는 화합물이 바람직하다.

식(1)중 R₁은 메틸기 또는 에틸기를 나타내고, R₂는 탄소수 6 내지 12의 탄화수소기를 나타낸다. R₂의 탄화수소기로서는 페닐기나 벤질기도 채택할 수 있지만, 탄소수 6 내지 8의 알킬기가 바람직하고, 2-에틸헥실기 등의 분기 알킬기가 특히 바람직하다. R₂가 페닐기인 옥세탄 화합물의 예는, 일본 특허공개 평11-140279호공보에 기재되어 있다. R₂가 치환되어 있어도 좋은, 벤질기인 옥세탄 화합물의 예는, 일본 특허공개 평6-16804호공보에 기재되어 있다. R₁이 에틸기이며, R₂가 2-에틸헥실기인 옥세탄 화합물은, 우수한 희석제, 경화 촉진제, 유연성 부여제, 및 표면장력 저하제로서 본 발명에 바람직하게 사용된다.

본 발명에 있어서는, 1분자중에 2개이상의 옥세타닐기를 갖는 다관능 옥세탄 화합물을 사용할 수 있지만, 바람직한 화합물군은, 하기의 일반식(2)로 나타내어진다.

식(2)중, m은 2, 3 또는 4의 자연수를 나타내고, Z는 산소원자, 유황원자,또는 셀레늄 원자를 나타낸다. R₃은 수소원자, 불소원자, 탄소수 1 내지 6의 직쇄 혹은 분기상의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 플루오로알킬, 알릴기, 페닐기 또는 프릴기이다. R₄는, m가의 연결기이며, 탄소수 1 내지 20의 기인 것이 바람직하고, 1개이상의 산소원자, 유황원자를 함유하고 있어도 좋다. Z는 산소원자가 바람직하고, R₃은 에틸기가 바람직하고, m은 2가 바람직하고, R₄로서는, 탄소수 1 내지 16의 선형 또는 분기 알킬렌기, 선형 또는 분기 폴리(알킬렌옥시)기가 바람직하고, R₃, R₄, Z 및 m에 대한 바람직한 예 중에서 임의의 2개이상을 조합한 화합물은 더욱 바람직하다.

본 발명에서 이용되는 오늄염 광반응 개시제는, 활성 에너지선이 접착성 조성물에 조사됨으로써, 활성의 화학종을 생성한다고 생각되어지는 오늄염을 의미한다. 오늄염 광반응 개시제로서는, 방향족 요오드늄염, 방향족 술포늄염 등이 열적으로 비교적 안정되기 때문에 바람직하다. 여기에서, 활성 에너지선이란 오늄염에 작용해서 화학반응을 개시할 수 있는 화학적 활성종(루이스산, 브렌스테드산 등의 양이온종)을 생성할 수 있는 에너지선이며, 자외선, 전자선, 감마선, X선 등이 포함되지만, 자외선이 바람직하게 이용된다.

방향족 술포늄염 및 방향족 요오드늄염을 오늄염 광반응 개시제로서 사용할 경우, 그 반대 음이온으로서는, BF₄ ^-, AsF₆ ^-, SbF₆ ^-, PF₆ ^-, B(C₆F₅)₄ ^- 등을 들 수 있다. 개시제로서는, 방향족 술포늄의 PF₆염 또는 SbF₆염이 용해성과 적당한 중합 활성을 갖기 때문에 바람직하게 사용할 수 있다.

또한, 용해성을 개량하기 위해서, 방향족기 요오드늄염 또는 방향족 술포늄염의 방향족기, 통상은 페닐기에 1 내지 10의 탄소를 갖는, 알킬기 또는 알콕시기를 1개이상 도입한 화학구조가 바람직하다. 방향족 술포늄염의 PF₆염 또는 SbF₆염은 유니온 카바이드 니혼(주) 등으로부터 시판되고 있다. 아사히 덴카고교(주)로부터도 아데카옵토머 SP시리즈의 상품명으로 방향족 술포늄의 PF₆염이 시판되고 있다. 방향족 술포늄염은 약 360㎚까지 흡수를 갖고, 방향족 요오드늄염은 약 320㎚까지 흡수를 가지므로, 경화시키기 위해서는, 이 영역의 분광 에너지를 포함하는 자외선을 조사하는 것이 좋다.

이하에 나타내는 화학구조식 중에서도 술포늄염 PI-3 및 PI-4는 광의 흡수 효율이 높기 때문에 바람직하게 사용된다.

본 발명에서 이용하는 오늄염 광반응 개시제는, 활성 에너지선의 작용에 의해, 활성의 양이온종을 생성하고, 지환식 에폭시 화합물 및 옥세타닐기를 갖는 화합물을 양이온 중합시키는 것에 의해, 본 발명의 접착성 조성물을 경화시킨다고 생각된다.

본 발명에서 이용하는 접착성 조성물에 있어서, 지환식 에폭시 화합물 및 옥세탄 화합물의 중량비는, (95 내지 65)중량부 대 (5 내지 35)중량부이며, 바람직하게는, (80 내지 70)중량부 대 (20 내지 30)중량부이다. 단관능 옥세탄 화합물이 지나치게 적으면 접착성 조성물의 점도, 표면장력 등의 액물성이 양호하지 않으며, 반대로 단관능 옥세탄 화합물의 첨가량이 지나치게 많으면, 경화물이 너무 유연해져서 접착강도가 저하된다. 또한, 오늄염 광반응 개시제는 촉매량만큼 사용하면 좋고, 그 첨가량은 지환식 에폭시 화합물 및 옥세탄 화합물의 합계 100중량부에 대하여, 0.3 내지 10중량부이며, 0.5 내지 5중량부가 바람직한 범위이다.

상기 접착성 조성물은, 바람직하게는, 광학부품과 고정부재 사이에 접착 두께가 0.05㎛이상, 5㎛이하로 되도록 삽입된다. 이 접착 두께이하에서는, 접착 강도가 부족하고, 이 두께이상에서는 접착제의 경화수축의 악영향이 생기기 쉽다. 0.05㎛이상, 2㎛이하의 접착 두께가 바람직하고, 0.2㎛이상, 1㎛이하의 접착 두께가 특히 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 상기 접착성 조성물에, 또한 실란 커플링제를 첨가하는 것이 바람직하다. 실란 커플링제는, 광학부품 및 그 피착체인 무기 부재나 금속제 부재와 접착성 조성물을 화학적으로 결합하는 성질을 갖고 있다라고 생각되어진다. 이 실란 커플링제의 병용에 의해, 접착 강도 및 접착 내구성을 개량할 수 있다. 본 발명에 병용하는 실란 커플링제로서는, 1분자중에 에폭시기 및 트리메톡시실릴기를 갖는 에폭시 실란류가 바람직하게 이용된다. 이러한 커플링제는, 신에츠 카가쿠고교(주)로부터 KBM303, KBM403, KBE402 등의 상품명으로 입수할 수 있다. 실란 커플링제의 바람직한 사용 범위는, 지환식 에폭시 화합물 및 옥세탄 화합물의 합계 100중량부에 대하여, 0.5 내지 5중량부로 하면 좋고, 1 내지 3중량부가 바람직하다.

또 본 발명에서는, 접착성 조성물에 구상 실리카 입자를 함유시키는 것이 바람직하다. 실리카 입자는, 0.1㎛ 내지 2㎛의 직경을 가지며, 입도분포가 가능한 한 균일하면 좋다. 평균 입도가 0.2㎛이상, 0.8㎛이하인 입자가 본 발명에 바람직하게 사용되고, 형상이 완전 구상에 가깝고, 이온성의 불순물이 적은 실리카 입자가 특히 바람직하게 사용된다. 이 실리카 입자를 첨가하는 것에 의해 경화시킨 접착성 조성물의 열내구성을 개량할 수 있다. 구상 실리카 입자의 첨가량은 접착성 조성물 100중량부에 대하여, 1 내지 20중량부의 범위에서 적당히 선택할 수 있다. 합성석영 구상 실리카는 (주)류모리 등으로부터 시판되고 있다.

본 발명에 있어서 상기 접착성 조성물은, 렌즈, 반사 미러 등의 무기 투명부재와 이것을 접착 고정하는 금속(구리, 구리합금, 알루미늄 등)제 홀더 등의 금속제 고정부재의 접착에 바람직하게 사용된다.

본 발명자는 예의 검토한 결과, 접착성 조성물의 실온(25℃)에 있어서의 점도를 10mPa·s이상, 1,000mPa·s이하로 조절하는 것이 바람직하고, 점도를 80mPa·s이상, 300mPa·s이하로 조절하는 것이 더욱 바람직하고, 또한, 이 접착성 조성물과 피착체의 접촉각을 40도이하로 하는 것, 보다 바람직하게는 30도이하로 하는 것이 양호한 접착 고정을 부여하는 것을 발견하였다. 조성물 점도를 조절하기 위해서는 단관능 옥세탄 화합물의 첨가가 유효하다. 또한, 필요에 따라서, 불소계 계면활성제를 첨가하는 것에 의해 접촉각의 조절을 행할 수 있다. 불소계 계면활성제는 소수기로서 불화탄소를 갖는 계면활성제이며, 음이온, 양이온 및 비이온의 3종이 있지만, 본 발명에는 불소화 알킬에스테르계의 비이온 계면활성제의 사용이 바람직하다. 이 비이온 계면활성제의 첨가량은 접착성 조성물의 100중량부에 대하여 0.1 내지 1중량부이다. 이 비이온 계면활성제는 스미토모쓰리엠(주) 등으로부터 플로라드(FC170C, 동171, 동430, 동431 등)의 상품명으로 시판되고 있다.

또 본 발명에서 이용하는 접착성 조성물에는, 상기 첨가제 이외에, 염료, 안료 등의 불활성성분을 적당히 첨가할 수 있다. 또한, 광경화성을 향상시킬 목적으로, 피렌, 페릴렌, 아크리딘오렌지, 티옥산톤, 2-클로로티옥산톤, 벤조피란 등의 광증감제를 첨가해도 좋다. 자외선에 의해 경화시키기 위해서 자외선조사 광원으로서 여러가지 광원을 사용할 수 있고, 예를 들면, 수은 아크 램프, 크세논 아크 램프, 탄소 아크 램프, 텅스텐-할로겐 복사 램프를 들 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를 도1∼4를 참조해서 상세하게 설명한다.

본 실시형태에 의한 레이저 모듈은, 도1에 나타내는 합파 레이저 광원이, 도2 및 도3에 나타낸 바와 같이 밀폐용기내에 배치되어 이루어지는 것이다. 이 합파 레이저 광원은, 히트 블록(10)상에 배열 고정된 복수(예를 들면 7개)의 칩상의 횡 멀티모드의 GaN계 반도체 레이저(LD1,LD2,LD3,LD4,LD5,LD6,LD7)와, GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)의 각각에 대응해서 설치된 콜리메이터 렌즈(11,12,13,14,15,16,17)와, 1개의 집광 렌즈(20)와, 1개의 멀티모드 광섬유(30)로 구성되어 있다.

GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)는, 발진파장이 모두 공통(예를 들면 405㎚)이며, 최대출력도 모두 공통(예를 들면, 100mW)이다. 또, GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)로서는, 350㎚∼450㎚의 파장범위에서 상기의 405㎚이외의 발진파장을 구비하는 레이저를 사용할 수 있다.

상기의 합파 레이저 광원은, 도2의 평면도 및 도3의 측면도에 나타낸 바와 같이, 다른 광학요소와 함께, 윗쪽이 개구된 상자형상의 패키지(40)내에 수납되어 있다. 패키지(40)의 저면에는 베이스판(42)이 고정되어 있으며, 이 베이스판(42)의 상면에는, 상기 히트 블록(10)과, 집광 렌즈(20)를 유지하는 집광 렌즈 홀더(45)와, 멀티모드 광섬유(30)의 입사단부를 유지하는 섬유 홀더(46)가 부착되어 있다. 또한, 히트 블록(10)의 측면에는 콜리메이터 렌즈 홀더(44)가 부착되어 있으며, 콜리메이터 렌즈(11∼17)가 유지되어 있다. 패키지(40)의 횡벽면에는 개구가 형성되며, 이 개구를 통해 GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)에 구동 전류를 공급하는 배선(47)이 패키지밖으로 인출되어 있다.

또, 도2에 있어서는, 도면의 번잡화를 피하기 위해서, 복수의 GaN계 반도체 레이저 중 GaN계 반도체 레이저(LD7)에만 번호를 붙이고, 복수의 콜리메이터 렌즈 중 콜리메이터 렌즈(17)에만 번호를 붙였다.

도4는, 상기 콜리메이터 렌즈(11∼17)의 부착부분의 정면형상을 나타내는 것이다. 콜리메이터 렌즈(11∼17)의 각각은, 비구면을 구비한 원형 렌즈의 광축을 포함하는 영역을 평행한 평면으로 가늘고 길게 잘라낸 형상으로 형성되어 있다. 이 가늘고 긴 형상의 콜리메이터 렌즈는, 예를 들면, 수지 또는 광학 유리를 몰드 성형함으로써 형성할 수 있다. 콜리메이터 렌즈(11∼17)는 길이방향이 GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)의 발광점의 배열방향(도4의 좌우방향)과 직교하도록, 상기 발광점의 배열방향으로 밀접하게 배치되어 있다.

한편, GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)로서는, 발광폭이 2㎛인 활성층을 구비하고, 활성층과 평행인 방향, 직각인 방향의 퍼짐각이 각각 예를 들면 10°, 30°의 상태로 각각 레이저빔(B1∼B7)을 발사하는 레이저가 사용되고 있다. 이들 GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)는 활성층과 평행인 방향으로 발광점이 1열로 배열되도록 설치되어 있다.

따라서, 각 발광점으로부터 발사된 레이저빔(B1∼B7)은, 상술한 바와 같이 가늘고 긴 형상의 각 콜리메이터 렌즈(11∼17)에 대해서, 퍼짐각도가 큰 방향이 길이방향과 일치하고, 퍼짐각도가 작은 방향이 폭방향(길이방향과 직교하는 방향)과 일치하는 상태로 입사하게 된다. 즉, 각 콜리메이터 렌즈(11∼17)의 폭이 1.1mm, 길이가 4.6mm이며, 이들에 입사하는 레이저빔(B1∼B7)의 수평방향, 수직방향의 빔 지름은 각각 0.9mm, 2.6mm이다. 또한, 콜리메이터 렌즈(11∼17)의 각각은, 초점거리(f₁)=3mm, NA=0.6, 렌즈 배치 피치=1.25mm이다.

집광 렌즈(20)는 비구면을 구비한 원형 렌즈의 광축을 포함하는 영역을 평행인 평면으로 가늘고 길게 잘라내고, 콜리메이터 렌즈(11∼17)의 배열방향, 즉 수평방향으로 길게, 그것과 직각인 방향으로 짧은 형상으로 형성되어 있다. 이 집광 렌즈(20)는 초점거리(f₂)=12.5mm, NA=0.3이다. 이 집광 렌즈(20)도, 예를 들면, 수지 또는 광학 유리를 몰드 성형함으로써 형성된다.

멀티모드 광섬유(30)는, 스텝 인덱스형 광섬유, 그레이디드 인덱스형 광섬유, 및 복합형 광섬유 중 어느 것이라도 좋고, 예를 들면, 미츠비시 덴센고교 가부시키가이샤 제품의 그레이디드 인덱스형 광섬유를 바람직하게 사용할 수 있다.

이 광섬유는 코어 중심부가 그레이디드 인덱스이며, 외주부가 스텝 인덱스이며, 코어 지름=25㎛, NA=0.3, 끝면 코트의 투과율=99.5%이상이다.

패키지(40)는 그 개구를 폐쇄하도록 제작된 패키지덮개(41)를 구비하고 있으며, 후술하는 탈기처리후에 밀봉가스를 도입하고, 패키지(40)의 개구를 패키지덮개(41)로 폐쇄함으로써, 패키지(40)와 패키지덮개(41)에 의해 형성되는 폐쇄공간(밀봉공간)내에, 상기의 합파 레이저 광원이 다른 광학요소와 함께 기밀밀봉된다.

다음에, 상기 레이저 모듈의 동작에 대해서 설명한다. 합파 레이저 광원을 구성하는 GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)의 각각으로부터 발산광상태로 출사된 레이저빔(B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7)의 각각은 대응하는 콜리메이터 렌즈(11∼17)에 의해 평행광화된다. 평행광으로 된 레이저빔(B1∼B7)은 집광 렌즈(20)에 의해 집광되어 멀티모드 광섬유(30)의 코어(30a)의 입사단면에 모아진다.

본 예에서는, 콜리메이터 렌즈(11∼17) 및 집광 렌즈(20)에 의해 집광 광학계가 구성되며, 그 집광 광학계와 멀티모드 광섬유(30)에 의해 합파 광학계가 구성되어 있다. 즉, 집광 렌즈(20)에 의해 상술한 바와 같이 집광된 레이저빔(B1∼B7)이, 이 멀티모드 광섬유(30)의 코어(30a)에 입사해서 광섬유내를 전파하여, 1개의 레이저빔(B)으로 합파되어서 멀티모드 광섬유(30)로부터 출사된다.

상기 레이저 모듈에서는, 레이저빔(B1∼B7)의 멀티모드 광섬유(30)에의 결합 효율이 0.9로 된다. 따라서, GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)의 각 출력이 100mW의 경우에는, 출력 630mW(=100mW×0.9×7)의 합파 레이저빔(B)을 얻을 수 있다.

다음에, 구리 등의 금속으로 이루어지는 고정부재인 콜리메이터 렌즈 홀더(44)에 대한 콜리메이터 렌즈(11∼17)의 접착에 대해서 설명한다. 콜리메이터 렌즈(11∼17)의 접착면(도3중의 하단면)을 콜리메이터 렌즈 홀더(44)의 접착면에 밀착시켜서, 그 간극에 이하에 상세하게 서술하는 접착성 조성물을 삽입한 후, 자외선조사에 의해 경화시켰다. 지환식 에폭시 화합물로서 유니온 카바이드 니혼(주) 제품 UVR6128(비스(3,4-에폭시시클로헥실)아디페이트)을 사용하고, 단관능 옥세탄 화합물로서 도아고세이(주)의 아론옥세탄 OXT-212(EHOX)를 사용하고, 또 광반응 개시제로서 유니온 카바이드 니혼(주) 제품의 UVI-6990(트리아릴술포늄의 PF5염)을 사용하여, 이들 성분의 중량비를 하기의 표1에 나타낸 바와 같이 설정해서 접착성 조성물 실시예1∼3 및 비교예1을 조제했다.

	비교예1	실시예1	실시예2	실시예3
UVR6128	100	90	80	70
EHOX	0	10	20	30
UVI-6990	3	3	3	3
UV 조사후의접착면 균일성	×	△	○	◎
홀더 접촉각(°)	52	38	28	26
렌즈 접촉각(°)	36	25	17	17

접착성 조성물을 자외선조사에 의해 경화시킨 후, 접착 균일성을 광학현미경에 의해 눈으로 관찰한 결과, 옥세탄 화합물 EHOX를 병용한 실시예1∼3의 접착제가, 병용하지 않은 비교예1의 접착제보다 우수한 접착면의 균일성을 나타내었다.

상기 접착성 조성물로 이루어지는 접착제의, 150℃에 있어서의 GC-MASS 평가에 의한 유기 휘발가스 발생량은 90㎍/g이며, 상술한 300㎍/g이하로 되어 있다. 또한 이 접착제 이외에 패키지(40)내에 배치되는, GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7), 콜리메이터 렌즈(11∼17), 집광 렌즈(20) 등의 광학부품의 150℃에 있어서의 GC-MASS 평가에 의한 유기 휘발가스 발생량은 모두 10㎍/g이하이다. 또한, GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7) 자신의 수명, 즉 상기 접착성 조성물로부터 발생하는 유기 휘발가스의 영향이 없는 경우의 수명은 5500시간이상이다. 그것에 의해 본 실시형태의 레이저 모듈은 확률 95%이상이며, 4000시간의 수명을 실현할 수 있는 것으로 된다. 그 상세한 이유는 앞에서 상세한게 설명한 바와 같다.

다음에, 콜리메이터 렌즈 홀더(44)에 대한 콜리메이터 렌즈(11∼17)의 접착을, 다른 접착성 조성물을 사용해서 행한 실시예에 대해서 설명한다. 콜리메이터 렌즈(11∼17)의 접착면(도3중의 하단면)을 콜리메이터 렌즈 홀더(44)의 접착면에 밀착시켜서, 그 간극에 이하에 상세하게 서술하는 접착성 조성물을 삽입한 후, 자외선조사에 의해 경화시켰다. 지환식 에폭시 화합물로서 유니온 카바이드 니혼(주) 제품 UVR6128을 사용하고, 또한 2관능 글리시딜 화합물로서 유카 셀 에폭시(주) 제품의 비스페놀F형계의 에피코트806을 병용하고, 단관능 옥세탄 화합물로서 도아고세이(주)의 아론옥세탄 OXT-212(EHOX)를 필요에 따라서 병용하고, 또 광반응 개시제로서 유니온 카바이드 니혼(주) 제품의 UVI-6990(트리아릴술포늄의 PF5염)을 사용하고, 실란 커플링제로서 신에츠 카가쿠고교(주) 제품의 KBM303, 및 (주)류모리의 합성석영 구상 실리카1-FX(평균 입경 0.38㎛)를 필요에 따라서 병용하고, 이들 성분의 중량비를 하기의 표2에 나타낸 바와 같이 설정해서 접착성 조성물 실시예4∼10을 조제했다.

접착성 조성물을 자외선조사에 의해 경화시켜서, -25℃∼70℃의 보존 시험을 행한 후에, 접착면의 박리발생률을 측정한 결과, 표2중에 나타내는 결과가 얻어졌다. 단관능 옥세탄 화합물 EHOX를 증량한 접착성 조성물을 사용한 실시예5 및 6이 실시예4보다 낮은 박리발생률을 나타내고, 또한 실란 커플링제를 병용한 접착제를 사용한 실시예7 및 8은 더욱 박리발생률이 낮아지며, 특히 실시예8에 있어서는 박리의 발생이 확인되지 않았다. 또한, 실시예9는 비스페놀F형의 디글리시딜 화합물을 지환식 에폭시 화합물에 임의적으로 병용한 실시형태이며, 또한 실시예10은, 합성석영 구상 실리카를 임의적으로 첨가한 실시형태이지만, 모두, 강제 보존 시험에 의해서도 콜리메이터 렌즈 홀더(44)와 접착층 사이의 박리를 발생시키지 않는다.

또한, 상기 접착성 조성물에 자외선을 조사해서 경화시킨 후에, 콜리메이터 렌즈 홀더(44)와 콜리메이터 렌즈(11∼17) 사이의 각 접착제의 층두께를 측정한 결과, 약 0.3∼0.6㎛였다. 그리고 이 접착제는, 체적 경화수축이 4∼5%이며, -25℃∼70℃의 보존 시험을 행한 후의 각 접착제층의 두께 변화는 0.03㎛이하로 억제되었다. 따라서, 광축조정된 GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)와 콜리메이터 렌즈(11∼17)의 상대위치 관계가 상기 접착으로 인해 이상하게 되는 일없이 양호한 합파 효과가 얻어진다.

본 예에 있어서도, 상기 접착성 조성물로 이루어지는 접착제의, 150℃에 있어서의 GC-MASS 평가에 의한 유기 휘발가스 발생량은 90㎍/g이며, 상술한 300㎍/g이하로 되어 있다. 또한 이 접착제 이외에 패키지(40)내에 배치되는, GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7), 콜리메이터 렌즈(11∼17), 집광 렌즈(20) 등의 광학부품의 150℃에 있어서의 GC-MASS 평가에 의한 유기 휘발가스 발생량은 모두 10㎍/g이하이다. 또한, GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7) 자신의 수명, 즉 상기 접착성 조성물로부터 발생되는 유기 휘발가스의 영향이 없는 경우의 수명은 5500시간이상이다. 그것에 의해 본 예에 있어서도, 확률 95%이상이며, 4000시간의 수명을 실현할 수 있는 것으로 된다.

또, 이상 설명한 콜리메이터 렌즈(11∼17)와 콜리메이터 렌즈 홀더(44)의 접착에 사용한 각 접착성 조성물은 패키지(40)내의 그 밖의 광학부품과 고정부재의 접착, 예를 들면 집광 렌즈(20)와 집광 렌즈 홀더(45)의 접착, 멀티모드 광섬유(30)와 섬유 홀더(46)의 접착 등에도 적용가능하며, 그렇게 한 경우도, 기본적으로 상술과 동일한 효과를 나타내는 것이다.

또한 상술한 각 접착성 조성물은, 도1∼4에 나타낸 레이저 모듈에 한정되지 않고, 일반적으로 광원, 렌즈, 미러, 하프 미러, 오목면 거울, 볼록면 거울, 회절격자 등의 광학부품을 밀폐용기내에 배치해서 이루어지는 레이저 모듈에 있어서, 이들의 광학부품과 이들의 고정부재의 접착 고정에 널리 적용할 수 있으며, 그렇게 한 경우도, 기본적으로 상술과 같은 효과를 나타내는 것이다.

GC-MASS는 현재 제공되고 있는 유기 휘발가스 분석방법 중에서, 가장 분석능력이 높은 것의 하나로 들 수 있다. 본 발명자들은 이 GC-MASS를 이용하여, 일반적인 레이저 모듈의 사용 환경하(온도 20∼35℃)에 있어서, 여러가지 모듈 구성부품으로부터의 유기 휘발가스 발생량을 측정했다. 그것에 의하면, 측정값이 일반적인 측정한계 즉 10㎍/ｇ이하를 나타내며, 유기 휘발가스 발생량이 극히 미량이라고 판단할 수 있었던 부품이어도, 그것을 사용해서 레이저 모듈을 제작하여 구동시키면, 통상의 사용에 요구되는 소기의 수명을 달성할 수 없는 것을 알 수 있었다.

도5는 실온에 있어서 GC-MASS 측정값이 측정한계로 되는 탈기처리를 실시한 유기접착제에 대해서, GC-MASS 평가시의 가스 포착 온도와 유기 휘발가스 발생량의 관계예를 나타내는 것이다. 여기에 나타내어지는 바와 같이, 온도가 상승함에 따라 유기 휘발가스 발생량이 증가하는 것은 일반적으로 알려져 있지만, 유기접착제 등의 유기물은, 대략 100℃이상으로 가열해 가면 분해, 변질 등이 시작되고, 그것에 의해 유기 휘발가스가 발생한다고 생각되어진다. 그래서 본 발명자는, 이렇게 해서 발생하는 유기 휘발가스가 레이저 모듈의 수명에 영향을 미치고 있다라고 추측하고, 150℃(이것은 100℃이상으로서 명백히 유기 휘발가스가 발생하고 있다라고 생각되어지며, 또한 접착제 등이 완전히 분해되기에는 미흡한 온도이다)에 있어서의 유기 휘발가스 발생량과, 레이저 모듈의 수명의 관계에 대해서 조사했다.

그 결과, 150℃에 있어서의 유기 휘발가스 발생량과 레이저 모듈의 수명 사이에, 현저한 상관이 있는 것을 알 수 있었다. 도6은, 이들 양자의 관계예를 나타내는 것이다. 이 관계는, 하나의 예로서 내용적이 67.5㎣인 원통형상의 소위 캔형 용기내에, 발진파장 405㎚의 반도체 레이저 소자를 밀봉해서 이루어지는 레이저 모듈을 사용하고, 150℃에 있어서의 GC-MASS 평가에 의한 유기 휘발가스 발생량이 각각 90㎍/g, 1200㎍/g인 유기접착제를 사용해서 용기내 광학부품을 접착한 경우의 것이다. 또, 도6의 세로축이 추정 수명(시간)을 나타내며, 가로축은 고장율(％）〔즉 이 고장율을 100%에서 뺀 값이 세로축의 시간만큼 계속해서 발광하는 확률（％）이 된다〕을 나타내고 있다. 또한 이들 레이저 모듈에 있어서, 캔형 용기내에 배치되는 광학부품은 모두 150℃에 있어서의 GC-MASS 평가에 의한 유기 휘발가스 발생량이 10㎍/ｇ이하인 것이며, 광학부품을 배치한 후에 캔형 용기내는 순도 99.99%의 드라이 에어로 밀봉했다.

그리고 상기 반도체 레이저 소자의 광 출력이 30mW가 되도록 APC(automatic power control)구동하고, 그 때의 구동 전류가 초기값으로부터 1.5배가 되는 시간을 수명으로 정의하고, 이 시간을, 200∼600시간 구동후의 구동전류의 평균 상승율로부터 산출한 값을 추정 수명으로 했다. 이 도6에 나타내어지는 바와 같이, 레이저 모듈의 추정 수명은, GC-MASS 평가에 의한 유기 휘발가스 발생량에 따라서 명백히 2군으로 나뉘어진 값을 나타내고, 이들 양자간에 명확한 상관이 있는 것을 알 수 있다. 또, 캔형 용기내를, 상기 순도 99.99%의 드라이 에어로 바꾸어서 순도 99.9999%의 N₂가스로 밀봉한 경우도 기본적으로 상기와 같은 결과가 얻어진다.

이상의 지견에 근거하여, 150℃에 있어서의 GC-MASS 평가에 의한 유기 휘발가스 발생량과 레이저 모듈 수명의 관계를, 상기와 같은 레이저 모듈에 대해서 조사한 결과, 도7에 나타내는 결과가 얻어졌다. 또 여기에서는, 반도체 레이저 소자가 95%이상의 확률로 (즉 고장율 5%미만으로) 계속해서 발광하는 시간을 레이저 모듈의 추정 수명으로 정의하고 있다. 이 도7로부터, 자신의 수명(즉 유기 휘발가스 발생량이 0일 때의 수명이며, 그 유기 휘발가스에 의한 영향을 받지 않는 수명)이 약 5500시간인 반도체 레이저 소자를 사용하면, 150℃에 있어서의 GC-MASS 평가에 의한 유기 휘발가스 발생량이 300㎍/g일 때, 일반적으로 레이저 모듈에 요구되는 최저한의 4000시간의 수명이 된다. 또, 자신의 수명이 5500시간을 초과하는 반도체 레이저 소자를 사용했을 때에는, 상기 유기 휘발가스 발생량이 300㎍/g일 때, 당연히, 4000시간을 초과하는 수명이 얻어진다.

여기에서, 상기 4000시간이라는 수명에 관해서 설명한다. 일반적인 근로자의 1년간의 실제 노동시간을 240일, 1일의 노동시간을 8시간, 레이저 모듈을 이용하는 빈도를 70%라고 하면, 레이저 모듈의 1년간의 실사용 시간은, 240일×8시간/일×0.7=1344시간이 된다. 그리고 일반적인 광학기기류와 마찬가지로 레이저 모듈의 감가상각 기간을 3년이라고 하면, 레이저 모듈에는 약 4000시간의 수명이 요구되어지게 된다. 그래서 본 발명에 있어서는, 150℃에 있어서의 GC-MASS 평가에 의한 유기 휘발가스 발생량이 300㎍/ｇ이하인 유기접착제를 사용하는 것에 의해, 95%이상의 확률로 4000시간이상 계속해서 발광할 수 있도록 한 것이다.

또한, 본 발명의 레이저 모듈에 있어서, 광학부품으로서는, 150℃에 있어서의 GC-MASS 평가에 의한 유기 휘발가스 발생량이 10㎍/g이하인 것이 이용되고 있으며, 따라서 이들 광학부품의 사용 환경하(온도 20∼35℃)에 있어서의 유기 휘발가스 발생량도 당연히 10㎍/g이하로 되므로, 그 광학부품으로부터의 유기 휘발가스에 의해 레이저 모듈의 수명이 짧아지는 일은 없다.

또, GC-MASS에 의한 측정 한계의 10㎍/g이라는 값과, 도7에 나타낸 150℃에 있어서의 300㎍/g이라는 값에는 아무런 상관도 확인되지 않는 것이며, 따라서 이 300㎍/g이라는 값은 상기 10㎍/g이라는 값에 기초해서 용이하게 상도할 수 있는 것은 아니다.

여기서 도8에, 150℃에 있어서의 GC-MASS 평가에 의한 유기 휘발가스 발생량이, 상기 300㎍/g이하의 범위에 있는 90㎍/g인 유기접착제를 밀폐용기내에 넣은 경우와, 넣지 않는 경우에 대해서, 레이저 모듈의 수명을 비교한 결과를 나타낸다. 이 관계는, 하나의 예로서 내용적이 67.5㎣인 원통형상의 소위 캔형 용기내에, 발진파장 405㎚의 반도체 레이저 소자를 밀봉해서 이루어지는 레이저 모듈에 대해서 조사한 것이며, 상기 유기접착제를 밀폐용기내에 넣은 경우, 넣지 않은 경우 쌍방 모두 캔형 용기내에 배치한 광학부품의 150℃에 있어서의 GC-MASS 평가에 의한 유기 휘발가스 발생량은 측정 한계의 10㎍/g이하이다. 또, 도8의 세로축, 가로축의 정의는, 상술한 도6에 있어서의 것과 동일하다. 또한 이들 레이저 모듈에 있어서, 광학부품을 배치한 후에 캔형 용기내는 순도 99.99%의 드라이 에어로 밀봉했다.

그리고 상기 반도체 레이저 소자의 광 출력이 30mW가 되도록 APC(automatic power control)구동하고, 그 때의 구동 전류가 초기값으로부터 1.5배가 되는 시간을 수명으로 정의하고, 이 시간을 200∼600시간 구동후의 구동 전류의 평균 상승율로부터 산출한 값을 추정 수명으로 했다. 이 도8에 나타내어지는 바와 같이, 광 출력을 30mW로 해서 구동한 경우도, 50mW로 해서 구동한 경우도, 상기 유기접착제가 있는 경우는 없는 경우와 비교해서 수명이 명백히 짧아지는 일은 없고, 150℃에 있어서의 GC-MASS 평가에 의한 유기 휘발가스 발생량이 300㎍/g이하인 유기접착제를 사용하면, 사용하지 않은 경우와 기본적으로 같은 정도의 수명이 확보되는 것이 뒷받침되었다. 또, 30mW구동의 경우는 상기 유기접착제를 사용한 쪽이 수명이 짧고, 그것에 대해서 50mW구동의 경우는 상기 유기접착제를 사용한 쪽이 수명이 길게 되어 있지만, 이 상반되는 결과는 측정 오차에 의한 것이라고 생각된다.

또, 밀폐용기내에 배치되는 광학부품으로서, 광섬유와, 반도체 레이저 소자로부터 출사된 레이저 광을 상기 광섬유에 입사시키기 위한 입사 광학계를 갖는 레이저 모듈에 있어서는, 광섬유의 입사단에 오염물질이 퇴적되기 쉬워지게 되어 있으므로, 본 발명을 적용하는 것은 특히 효과적이다라고 할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 광학부품과 고정부재의 접착에 상술한 접착성 조성물로 이루어지는 유기접착제가 이용된 경우, 접착제의 경화시의 경화수축률(선 수축률)은 2%정도로 억제할 수 있다. 그래서, 레이저 모듈을 구성하는 반도체 레이저 소자, 콜리메이터 렌즈, 집광 렌즈, 혹은 광섬유 등의 광학부품을 상기 접착성 조성물에 의해 고정부재에 고정하는 경우, 접착성 조성물의 층두께가 5㎛이하로 조정되어 있으면, 이 접착성 조성물의 미경화부분의 경화수축이 진행되어도 수축은 5×0.02=0.1㎛정도로 극히 적게 억제된다. 또한 상술한 접착성 조성물은 광학부품과 고정부재 사이가 1㎛정도로 좁게 되어도 균일하게 침투해서 자외선 등에 의해 경화된 후에도 강력하며 유연성이 있는 경화물을 생성하기 때문에, 저온(-25℃)에서 고온(70℃)에 걸친 넓은 온도범위에서 박리의 발생이 없는 접착을 실현할 수 있다. 이상에 의해, 상술한 바와 같은 광학부품의 상대위치 정밀도가 높게 유지되므로, 상기 접착성 조성물을 사용한 레이저 모듈은, 이 점에서도 신뢰성이 높은 것으로 될 수 있다.

도1은 본 발명의 일실시형태에 따른 레이저 모듈의 주요부를 나타내는 개략 구성도이다.

도2는 상기 레이저 모듈을 나타내는 평면도이다.

도3은 상기 레이저 모듈을 나타내는 측면도이다.

도4는 상기 레이저 모듈의 부분 입면도이다.

도5는 레이저 모듈의 온도와 발생되는 휘발 유기물량의 관계를 나타내는 그래프이다.

도6은 GC-MASS 평가에 의한 유기접착제로부터의 유기 휘발가스 발생량과, 레이저 모듈 수명의 관계를, 유기 휘발가스 발생량이 다른 경우에 대해서 비교해서 나타내는 그래프이다.

도7은 GC-MASS 평가에 의한 유기접착제로부터의 유기 휘발가스 발생량과, 레이저 모듈 수명의 관계를 나타내는 그래프이다.

도8은 유기접착제를 사용하는 경우와 사용하지 않는 경우에 대해서, 레이저 모듈의 수명을 비교해서 나타내는 그래프이다.

(부호의 설명)

10:히트 블록 11∼17:콜리메이터 렌즈

20:집광 렌즈 30:멀티모드 광섬유

30a:코어 40:패키지

41:패키지덮개 44:콜리메이터 렌즈 홀더

45:집광 렌즈 홀더 LD1∼LD7:GaN계 반도체 레이저

Claims

발진파장이 350∼450㎚의 범위에 있으며, 5500시간이상의 수명을 갖는 반도체 레이저 소자를 밀폐용기내에 배치해서 이루어지는 레이저 모듈에 있어서,

상기 밀폐용기내에 배치된, 상기 반도체 레이저 소자를 포함하는 광학부품 전체가 150℃에 있어서의 GC-MASS(가스 크로마토그래프 질량분석법) 평가에 의한 유기 휘발가스 발생량이 10㎍/g(헥사데칸의 휘발 가스량〔g〕에 대한 휘발 유기물 총량〔㎍〕:이하 동일)이하의 것이며,

상기 광학부품을 상기 밀폐용기내에서 고정하는 유기 접착제로서, 150℃에 있어서의 GC-MASS 평가에 의한 유기 휘발가스 발생량이 300㎍/g이하인 것이 이용되어지고 있는 것을 특징으로 하는 레이저 모듈.
제1항에 있어서, 상기 광학부품으로서 광섬유와, 상기 반도체 레이저 소자로부터 출사된 레이저 광을 상기 광섬유에 입사시키기 위한 입사 광학계를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 모듈.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유기 접착제가 에폭시기를 갖는 지환식 에폭시 화합물, 옥세타닐기를 갖는 화합물, 및 촉매량의 오늄염 광반응 개시제를 함유하는 접착성 조성물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 모듈.
제3항에 있어서, 상기 접착성 조성물이, 상기 광학부품과 이것을 고정하는 고정부재 사이에, 접착 두께가 0.05㎛이상, 5㎛이하로 되도록 삽입된 후, 활성 에너지선에 의해 경화됨으로써, 상기 광학부품이 상기 고정부재에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 모듈.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 접착성 조성물이 실란 커플링제를 함유하는 것을 특징으로 하는 레이저 모듈.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착성 조성물이 0.1㎛이상, 1.0㎛이하의 평균지름을 갖는 구상 실리카입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 레이저 모듈.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고정부재가 금속제 부재로 이루어지며, 상기 광학부품이 무기 투명부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 모듈.
제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 옥세타닐기를 갖는 화합물이 하기 일반식(1)로 나타내어지는 것을 특징으로 하는 레이저 모듈.

식(1)중 R₁은 메틸기 또는 에틸기를 나타내며, R₂는 탄소수 6 내지 12의 탄화수소기를 나타낸다.