KR20130076771A - 광원 장치 - Google Patents

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히데노리 마쯔오
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니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 복수의 반도체 레이저 장치를 사용한 방열이 좋은 광원 장치를 제공하기 위한 것으로, 복수의 반도체 레이저 장치를 사용한 광원 장치로서, 상기 복수의 반도체 레이저 장치가 배치되는 보유 지지 부재를 구비하고, 상기 복수의 반도체 레이저 장치 중 적어도 1개의 반도체 레이저 장치는, 상기 보유 지지 부재를 전방면에서 보았을 때에 인접하는 반도체 레이저 장치와의 광축 방향에 있어서의 상대 위치가, 상기 인접하는 반도체 레이저 장치와의 상기 광축 방향과 수직인 방향에 있어서의 상대 위치보다도 커지도록, 상기 보유 지지 부재에 배치되어 있다.

Description

광원 장치{LIGHT SOURCE APPARATUS}
본 발명은, 광원 장치에 관한 것으로, 특히, 복수의 반도체 레이저 장치를 사용한 광원 장치에 관한 것이다.
종래, 복수의 반도체 레이저 장치를 사용한 광원 장치가 제안되었다(특허 문헌 1 참조).
[특허문헌]
[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 제2005-20663호 공보
그러나, 상기 종래의 광원 장치에는, 방열이 나쁘고, 사용 시간의 경과에 따라 반도체 레이저 장치의 온도가 상승하여, 광 출력이 대폭으로 저하되게 된다고 하는 문제가 있었다.
그래서, 본 발명은, 복수의 반도체 레이저 장치를 사용한 방열이 좋은 광원 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 과제는, 다음 수단에 의해 해결된다.
본 발명은, 복수의 반도체 레이저 장치를 사용한 광원 장치로서, 상기 복수의 반도체 레이저 장치가 배치되는 보유 지지 부재를 구비하고, 상기 복수의 반도체 레이저 장치 중 적어도 1개의 반도체 레이저 장치는, 상기 보유 지지 부재를 전방면에서 보았을 때에 인접하는 반도체 레이저 장치와의 광축 방향에 있어서의 상대 위치가, 상기 인접하는 반도체 레이저 장치와의 상기 광축 방향과 수직인 방향에 있어서의 상대 위치보다도 커지도록, 상기 보유 지지 부재에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광원 장치이다.
또한, 본 발명은, 상기 반도체 레이저 장치는, 콜리메이터 렌즈 일체형인 것을 특징으로 하는 상기한 광원 장치이다.
또한, 본 발명은, 상기 보유 지지 부재의 전방면 및 후방면에는 오목부가 각각 설치되어 있고, 상기 복수의 반도체 레이저 장치는, 상기 오목부에 각각 배치되고 있는 것을 특징으로 하는 상기한 광원 장치이다.
또한, 본 발명은, 상기 오목부의 적어도 1개는, 그 내경이 반도체 레이저 장치의 외경에 따라서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기한 광원 장치이다.
또한, 본 발명은, 상기 오목부의 적어도 1개는, 그 깊이가 반도체 레이저 장치의 두께에 따라서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기한 광원 장치이다.
또한, 본 발명은, 상기 보유 지지 부재의 전방면과 후방면 중 적어도 한쪽에 방열 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 상기한 광원 장치이다.
또한, 본 발명은, 상기 반도체 레이저 장치는, 스템을 갖고, 상기 방열 부재는, 상기 반도체 레이저 장치의 스템과 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 상기한 광원 장치이다.
또한, 본 발명은, 상기 반도체 레이저 장치는, 상기 방열 부재에 의해 상기 스템을 꽉 누를 수 있는 것에 의해 상기 보유 지지 부재에 보유 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 상기한 광원 장치이다.
본 발명에 따르면, 복수의 반도체 레이저 장치를 사용한 방열이 좋은 광원 장치를 제공할 수 있다.
도 1 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 광원 장치의 개략적인 전방면 사시도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 광원 장치의 개략적인 단면 사시도(도 1 중의 A-A 단면).
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 광원 장치의 개략적인 단면도(도 1 중의 A-A 단면).
도 4는 2개의 반도체 레이저 장치의 상대 위치를 설명하는 개략도.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 광원 장치의 외관을 도시하는 개략적인 사시도.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 광원 장치의 구성을 도시하는 개략적인 사시도.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 반도체 레이저 장치를 도시하는 개략적인 상면도(a)와, 그 B-B 단면을 도시하는 개략적인 단면도(b).
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 광원 장치의 일부의 구조를 확대해서 도시하는 개략적인 상면도(a)와, 그 C-C 단면을 도시하는 개략적인 단면도(b).
도 9는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 광원 장치의 외관을 도시하는 개략적인 사시도(a)와, 그 구성을 도시하는 개략적인 사시도(b).
이하에, 첨부한 도면을 참조하면서, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서 설명한다.
<제1 실시 형태>
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 광원 장치의 개략적인 전방면 사시도이고, 도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 광원 장치의 개략적인 단면 사시도(도 1 중의 A-A 단면)이다. 또한, 도 3은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 광원 장치의 개략적인 단면도(도 1 중의 A-A 단면)이고, 도 3(a)은 각종 부재를 보유 지지 부재에 설치하기 전의 개략을 도시하는 도면, 도 3(b)은 각종 부재를 보유 지지 부재에 설치한 후의 개략을 도시하는 도면.
도 1, 도 2, 도 3에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 광원 장치(1011)는, 복수의 반도체 레이저 장치(1013)를 사용한 광원 장치(1011)로서, 복수의 반도체 레이저 장치(1013)와, 복수의 반도체 레이저 장치(1013)가 배치되는 보유 지지 부재(1015)를 구비하고 있다.
복수의 반도체 레이저 장치(1013)는, 보유 지지 부재(1015)를 전방면에서 보았을 때에 인접하는 반도체 레이저 장치(1013)와의 광축 방향에 있어서의 상대 위치가, 인접하는 반도체 레이저 장치(1013)와의 광축 방향과 수직인 방향에 있어서의 상대 위치보다도 커지도록, 보유 지지 부재(1015)에 배치되어 있다.
「광축 방향」이란, 인접하는 반도체 레이저 장치와의 상대 위치를 측정하기 위해서 채택한 반도체 레이저 장치의 광축과 평행한 방향이다. 반도체 레이저 장치의 광축은, 그 반도체 레이저 장치가 포함하는 반도체 레이저 소자의 광 출사단면과 수직인 축이라고 정의할 수 있다.
도 4는, 2개의 반도체 레이저 장치의 상대 위치를 설명하는 개략도이고, 도 4(a)는, 2개의 반도체 레이저 장치의 광축 방향이 평행한 경우를 도시하는 도면, 도 4(b)는, 평행하지 않은 경우를 도시하는 도면이다.
우선, 2개의 반도체 레이저 장치의 광축 방향이 평행한 경우에 대해서 설명한다.
도 4(a)에 있어서, 반도체 레이저 장치(1131)와 반도체 레이저 장치(1132)는, 보유 지지 부재(1015)를 전방면에서 보았을 때에 인접하는 관계에 있다. 반도체 레이저 장치(1131)의 광축 방향 X1과 반도체 레이저 장치(1132)의 광축 방향 X2는, 평행하다.
반도체 레이저 장치(1131)의 반도체 레이저 장치(1132)와의 광축 방향 X1(반도체 레이저 장치(1131)의 광축 방향)에 있어서의 상대 위치는, A이다. 또한, 반도체 레이저 장치(1131)의 반도체 레이저 장치(1132)와의 광축 방향 X1(반도체 레이저 장치(1131)의 광축 방향)과 수직인 방향에 있어서의 상대 위치는, B이다.
다음에, 2개의 반도체 레이저 장치의 광축 방향이 평행하지 않은 경우에 대해서 설명한다.
도 4(b)에 있어서, 반도체 레이저 장치(1131)와 반도체 레이저 장치(1132)는, 보유 지지 부재(1015)를 전방면에서 보았을 때에 인접하는 관계에 있다. 반도체 레이저 장치(1131)의 광축 방향 X1과 반도체 레이저 장치(1132)의 광축 방향 X2는, 평행하지 않다.
반도체 레이저 장치(1131)의 반도체 레이저 장치(1132)와의 광축 방향 X1(반도체 레이저 장치(1131)의 광축 방향)에 있어서의 상대 위치는, A이다. 또한, 반도체 레이저 장치(1131)의 반도체 레이저 장치(1132)와의 광축 방향 X1(반도체 레이저 장치(1131)의 광축 방향)과 수직인 방향에 있어서의 상대 위치는, B이다.
이상, 2개의 반도체 레이저 장치의 광축 방향이 평행한 경우와 평행하지 않은 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서는, 어떠한 경우라도, 반도체 레이저 장치(1131)는, 반도체 레이저 장치(1132)와의 상대 위치 A가 상대 위치 B보다도 커지도록 보유 지지 부재(1015)에 배치된다.
또한, 본 발명의 제1 실시 형태에서는, 반도체 레이저 장치가 구비하는 스템의 저면에 있어서의 중심을 기준으로 해서 반도체 레이저 장치의 상대 위치 A, B를 구하는 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명에는, 다른 개소를 기준으로 해서 반도체 레이저 장치의 상대 위치를 구하는 형태도 포함된다.
이상, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 광원 장치(1011)에 대해서 설명했지만, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 광원 장치(1011)에 따르면, 복수의 반도체 레이저 장치(1013)가, 광원 장치(1011)로부터 광이 출사되는 방향과 수직으로 되는 방향에 있어서는 조밀하게 배치되지만, 광원 장치(1011)로부터 광이 출사되는 방향에 있어서는 성기게 배치되기 때문에, 반도체 레이저 장치(1013)에서 발생한 열을 효율적으로 외부로 해방시킬 수 있어, 복수의 반도체 레이저 장치(1013)를 사용한 방열이 좋은 광원 장치(1011)를 제공할 수 있다.
또한, 이상의 설명에서는, 복수의 반도체 레이저 장치(1013)의 모두가 상기한 상대 위치에 따라서 배치되는 형태에 대해서 설명했지만, 복수의 반도체 레이저 장치(1013)의 적어도 1개가 상기한 상대 위치에 따라서 배치되는 형태도 포함된다.
이하, 보다 상세하게 설명한다.
[반도체 레이저 장치]
반도체 레이저 장치(1013)는, 스템(1017)과, 스템(1017)에 적재된 반도체 레이저 소자(1019)와, 반도체 레이저 소자(1019)를 밀봉하는 캡(1021)과, 리드 핀(1023)을 구비하고 있다.
반도체 레이저 소자(1019)로서는, 가시광, 자외광, 적외광 등 임의의 발진 파장(발광 색)의 것을 선택할 수 있다. 예를 들어, 자외광, 청색, 녹색의 가시광을 발진 가능한 반도체 레이저 소자로서는, II-VI족 화합물 반도체(ZnSe 등)나 질화물 반도체(InXAlYGa1-X-YN, 0≤X, 0≤Y, X+Y≤1), GaP를 사용한 것을 들 수 있다. 또한, 적색광을 발진 가능한 반도체 레이저 소자로서는, GaAlAs, AlInGaP 등을 사용한 것을 들 수 있다. 또한, 이 이외의 재료로 이루어지는 반도체 레이저 소자를 사용할 수도 있고, 목적이나 용도에 따라, 발진 파장이나 개수 등을 적절하게 선택할 수 있다.
또한, 후술하는 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 반도체 레이저 장치(1013)는, 콜리메이터 렌즈(1025)를 캡(1021)에 포함하는 콜리메이터 렌즈 일체형의 반도체 레이저 장치(1013)이다. 콜리메이터 렌즈 일체형의 반도체 레이저 장치(1013)는, 평행광을 출사 가능한 반도체 레이저 장치(1013)의 일례이다.
[콜리메이터 렌즈]
콜리메이터 렌즈(1025)는, 반도체 레이저 소자(1019)로부터 출사한 광을 평행광으로 하는 부재의 일례이다.
콜리메이터 렌즈(1025) 등의 반도체 레이저 소자(1019)로부터 출사한 광을 평행광으로 하는 부재를 사용하면, 반도체 레이저 소자(1019)로부터 출사한 광을 평행광으로 해서, 주위의 부재(후술하는 관통 구멍(1029, 1033)의 내벽) 등에서의 광 손실을 억제할 수 있기 때문에, 반도체 레이저 장치(1013)를 광축 방향에 있어서 어긋나게 하기 쉬워진다.
본 발명의 제1 실시 형태에서는, 콜리메이터 렌즈(1025)가, 반도체 레이저 장치(1013)의 캡(1021)에 포함되어 있다. 따라서, 조정 장치(예를 들어, 반도체 레이저 장치(1013)와 콜리메이터 렌즈(1025)의 상대 위치 조정을 행하는 장치 등)를 설치할 필요가 없고, 콜리메이터 렌즈(1025)를 보유 지지하는 수단을 보유 지지 부재(1015) 등에 설치할 필요도 없기 때문에, 소정의 배치 위치에 복수의 반도체 레이저 장치(1013)를 간단하게 배치할 수 있다.
콜리메이터 렌즈(1025)로서는, 예를 들어, BK7 등의 글래스 재료로 이루어지는 렌즈를 사용할 수 있다.
[보유 지지 부재]
보유 지지 부재(1015)로서는, 예를 들어, 알루미늄, 구리, 스테인리스 등의 금속 재료를 사용할 수 있다.
보유 지지 부재(1015)의 전방면 및 후방면에는, 오목부(1027)가 각각 설치되어 있고, 복수의 반도체 레이저 장치(1013)는, 이들 오목부(1027)에 각각 배치되어 있다. 보다 상세하게 설명하면, 보유 지지 부재(1015)에는, 복수의 관통 구멍(1029)이 설치되어 있고, 이들 관통 구멍(1029)의 단부에 오목부(1027)가 형성되어 있다.
보유 지지 부재(1015)의 전방면의 오목부(1027)에 배치된 반도체 레이저 장치(1013)의 리드 핀(1023)은, 관통 구멍(1029)에 통과된다. 보유 지지 부재(1015)의 후방면의 오목부(1027)에 배치된 반도체 레이저 장치(1013)의 캡(1021)은, 관통 구멍(1029)에 삽입된다.
오목부(1027)는, 그 내경이 스템(1017)의 외경과 대략 동일하게 형성되어 있다(오목부(1027)의 내경이 반도체 레이저 장치(1013)의 외경에 따라서 형성되어 있는 형태의 일례). 이로 인해, 보유 지지 부재(1015)의 전방면에 설치된 오목부(1027)에 대해서는, 그 저면이 반도체 레이저 장치(1013)의 스템(1017)의 이면과 접촉하고, 바람직하게는, 그 저면과 측면이 반도체 레이저 장치(1013)의 스템(1017)의 이면과 측면에 각각 접촉한다. 또한, 보유 지지 부재(1015)의 후방면에 설치된 오목부(1027)에 대해서는, 그 저면이 반도체 레이저 장치(1013)의 스템(1017)의 표면과 접촉하고, 바람직하게는, 그 저면과 측면이 반도체 레이저 장치(1013)의 스템(1017)의 표면과 측면에 각각 접촉한다.
또한, 오목부(1027)는, 그 깊이가 스템(1017)의 두께와 대략 동일하게 형성되어 있다(오목부(1027)의 깊이가 반도체 레이저 장치(1013)의 두께에 따라서 형성되어 있는 형태의 일례). 이로 인해, 오목부(1027)에는, 반도체 레이저 장치(1013)의 스템(1017)이 딱 들어가도록 수용되고, 보유 지지 부재(1015)에 있어서는, 오목부(1027)에 수용된 스템(1017)의 표면이 방열 부재(1031)에 접촉하고, 보유 지지 부재(1015)의 후방면에 있어서는, 오목부(1027)에 수용된 스템(1017)의 이면이 방열 부재(1031)에 접촉한다. 또한, 예를 들어, 스템(1017)이 원반 형상의 토대부나 소자 적재부 등을 갖고 있는 경우에는, 원반 형상의 토대부의 두께가 스템(1017)의 두께의 일례로 된다.
이렇게, 본 발명의 제1 실시 형태는, 반도체 레이저 장치(1013)의 스템(1017)을 오목부(1027)나 방열 부재(1031)에 접촉시킴으로써, 반도체 레이저 장치(1013)와 보유 지지 부재(1015)나 방열 부재(1031)의 접촉 면적을 크게 하고, 반도체 레이저 장치(1013)에서 발생한 열을 효율적으로 외부로 해방시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시 형태에서는, 모든 오목부(1027)에 대해서, 그 내경이 반도체 레이저 장치(1013)의 외경에 따라서 형성되어 있는 형태의 일례에 대해서 설명했지만, 본 발명에는, 오목부(1027)의 적어도 1개에 대해서, 그 내경이 반도체 레이저 장치(1013)의 외경에 따라서 형성되어 있는 형태도 포함된다.
또한, 본 발명의 제1 실시 형태에서는, 모든 오목부(1027)에 대해서, 그 깊이가 반도체 레이저 장치(1013)의 두께에 따라서 형성되어 있는 형태의 일례에 대해서 설명했지만, 본 발명에는, 오목부(1027)의 적어도 1개에 대해서, 그 깊이가 반도체 레이저 장치(1013)의 두께에 따라서 형성되어 있는 형태도 포함된다.
[방열 부재]
보유 지지 부재(1015)의 전방면과 후방면에는, 방열 부재(1031)가, 나사에 의한 체결이나 접착제에 의한 접착 등의 수단에 의해, 각각 부착되어 있다. 방열 부재(1031)로서는, 알루미늄, 구리, 스테인리스 등의 금속 재료를 사용할 수 있다. 방열 부재(1031)는, 복수의 핀을 갖고 있다.
방열 부재(1031)와 보유 지지 부재(1015) 사이에는, 방열 수지 등을 도포할 수 있다. 이와 같이 하면, 반도체 레이저 장치(1013)에서 발생한 열을 한층 더 효율적으로 외부로 해방시킬 수 있다.
방열 부재(1031)는, 반도체 레이저 장치(1013)의 스템(1017)을 꽉 누르고 있고, 반도체 레이저 장치(1013)는, 그 스템(1017)을 방열 부재(1031)에 의해 꽉 누를 수 있는 것에 의해, 보유 지지 부재(1015)에 보유 지지되어 있다.
보유 지지 부재(1015)의 전방면에 설치되는 방열 부재(1031)에는, 관통 구멍(1033)이 설치된다. 관통 구멍(1033)은, 보유 지지 부재(1015)에 설치된 관통 구멍(1029)을 통과하도록 형성되어 있다. 보유 지지 부재(1015)의 전방면의 오목부(1027)에 배치되어 있는 반도체 레이저 장치(1013)의 캡(1021)은, 관통 구멍(1033)에 삽입된다.
보유 지지 부재(1015)의 전방면의 오목부(1027)에 배치된 반도체 레이저 장치(1013)의 출사광은, 방열 부재(1031)에 설치된 관통 구멍(1033)을 통과하고, 보유 지지 부재(1015)의 후방면의 오목부(1027)에 배치된 반도체 레이저 장치(1013)의 출사광은, 보유 지지 부재(1015)에 설치된 관통 구멍(1029)과 방열 부재(1031)에 설치된 관통 구멍(1033)을 통과하여, 광원 장치(1011)의 전방면으로부터 출사한다.
보유 지지 부재(1015)의 후방면에 설치되는 방열 부재(1031)에는, 반도체 레이저 장치(1013)의 리드 핀(1023)에 접속되는 플렉시블 케이블(1037) 등을 관철하는 홈(1035)이 설치되어 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시 형태에서는, 보유 지지 부재(1015)의 전방면과 후방면의 양면에 방열 부재(1031)가 설치되어 있는 형태의 일례에 대해서 설명했지만, 본 발명에는, 보유 지지 부재(1015)의 전방면과 후방면 중 적어도 한쪽에 방열 부재(1031)가 설치되어 있는 형태도 포함된다.
[기타]
또한, 특히 도시하지 않지만, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 광원 장치(1011)에는, 또한, 복수의 반도체 레이저 장치(1013)로부터 출사된 광을 합파 해서 출사하는 집광 렌즈 등을 설치할 수 있다.
<제2 실시 형태>
도 5 및 도 6은 각각, 제2 실시 형태에 따른 광원 장치의 외관 및 구성을 도시하는 개략적인 사시도이다. 도 7(a)은, 제2 실시 형태에 따른 반도체 레이저 장치를 도시하는 개략적인 상면도이고, 도 7(b)은, 도 7(a)에 있어서의 B-B 단면을 도시하는 개략적인 단면도이다. 도 8(a)은, 제2 실시 형태에 따른 광원 장치의 일부의 구조를 확대해서 도시하는 개략적인 상면도이고, 도 8(b)은, 도 8(a)에 있어서의 C-C 단면을 도시하는 개략적인 단면도이다.
또한 이하, 광원 장치의 광축을 따른 방향(광축 방향)에 있어서의, 주로 광이 출사되는 측을 전방, 그 반대측을 후방으로 하고, 광축에 대하여 수직인 방향을 횡방향으로 한다. 또한, 주로, 각 부재에 있어서의, 광원 장치의 전방으로 되는 측을 상방, 광원 장치의 후방으로 되는 측을 하방으로 한다.
도 5, 도 6에 도시하는 바와 같이, 제2 실시 형태에 따른 광원 장치(2100)는, 주로, 복수의 반도체 레이저 장치를 각각 보유 지지하는, 제1 보유 지지 부재(2030) 상에 제2 보유 지지 부재(2031)가 설치되고, 그 전방 및 후방에 제1 방열 부재(2050)와 제2 방열 부재(2051)가 접속되어 구성되어 있다. 이와 같이, 제1 방열 부재(2050)와 제2 방열 부재(2051)가, 제1 보유 지지 부재(2030) 측과 제2 보유 지지 부재(2031) 측에 각각 설치되는 것에 의해, 각 보유 지지 부재(2030, 2031)로부터 열을 분산시켜서 빼낼 수 있어, 반도체 레이저 장치의 방열성을 높이기 쉽다. 또한, 결과적으로, 광원 장치를 소형화하기 쉬워진다.
또한, 각 보유 지지 부재(2030, 2031)는, 적어도 1개의 반도체 레이저 장치를 보유 지지하고 있으면 된다. 또한, 반도체 레이저 장치의 방열성 및 광원 장치의 소형화의 관점에 있어서, 보유 지지 부재는, 2개인 것이 바람직하지만, 3개 이상 있어도 된다. 또한, 보유 지지 부재(2030, 2031)끼리 및 보유 지지 부재(2030, 2031)와 방열 부재(2050, 2051)는, 서로 접해서 설치되어 있는 형태에 한하지 않고, 그 사이에 방열 그리스, 방열 시트, 접착제 등 다른 부재가 개재되어 있어도 된다.
도 7(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 각 반도체 레이저 장치는, 스템(2020)을 갖고 있다. 스템(2020)은, 반도체 레이저 소자(2015)가 실장되는 소자 실장부(2021)와, 반도체 레이저 소자(2015)와 전기적으로 접속되는 단자(2022)와, 소자 실장부(2021)를 상면(2024) 측에 보유 지지하고 또한 단자(2022)를 하면(2025) 측에 노출시켜서 보유 지지하는 베이스부(2023)를 갖는다. 또한, 베이스부(2023)는, 소자 실장부(2021)를, 자신과 일체화해서 보유 지지하고 있어도 된다.
여기서, 도 8(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 제1 보유 지지 부재(2030)가 보유 지지하는 1개의 반도체 레이저 장치를, 제1 반도체 레이저 장치(2010)로 한다. 또한, 제2 보유 지지 부재(2031)가 보유 지지하는 1개의 반도체 레이저 장치를, 제2 반도체 레이저 장치(2011)로 한다. 또한, 제2 보유 지지 부재(2031)가 제2 반도체 레이저 장치(2011)로부터 이격해서 보유 지지하는 1개의 반도체 레이저 장치를, 제3 반도체 레이저 장치(2012)로 한다. 또한, 제1 보유 지지 부재(2030)가 제1 반도체 레이저 장치(2010)로부터 이격해서 보유 지지하는 1개의 반도체 레이저 장치를, 제4 반도체 레이저 장치(2013)로 한다. 또한, 각 반도체 레이저 장치는, 보유 지지 부재(2030, 2031)에, 후술하는 오목부(3035)에의 압입, 후술하는 바와 같은 접착 부재에 의한 접착, 혹은 용접 등에 의해 고정된다.
그리고, 도 8(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 제2 보유 지지 부재(2031)는, 제1 반도체 레이저 장치(2010)로부터의 광을 출사하는 창부(2033)를 갖고 있고, 제1 반도체 레이저 장치(2010)로부터 출사되는 광을 효율적으로 광원 장치 외부로 취출할 수 있다. 창부(2033)는, 제1 보유 지지 부재(2030)에 보유 지지되는 모든 반도체 레이저 장치에 대응해서 설치된다. 또한, 「창부」는, 주로 관통 구멍이지만, 각 반도체 레이저 장치로부터 출사되는 광을 투과해서 광원 장치 외부로 취출할 수 있는 부위이면 된다. 예를 들어, 창부에는, 수지나 글래스 등의 투광성 부재가 설치되어 있어도 되고, 또한 그 투광성 부재는, 창부에 삽입된 반도체 레이저 장치에 접해서 설치되어 있어도 된다.
또한, 도 8(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 제2 보유 지지 부재(2031)는, 그 광 출사측(즉 전방 또는 상방)에서 보아, 제2 반도체 레이저 장치(2011)가 제1 반도체 레이저 장치(2010)의 일부에 겹치도록, 제2 반도체 레이저 장치(2011)를 보유 지지하고 있다. 즉, 이것은, 전방에서 보아, 제1 반도체 레이저 장치(2010)의 일부가, 제2 반도체 레이저 장치(2011)의 일부의 바로 뒤에 위치하고 있는 상태를 가리킨다. 또한, 이때 광 출사측에서 보아 겹치는 것은, 주로, 반도체 레이저 장치의 횡방향의 최외곽을 구성하는 부위이고, 본 예에서는 스템(2020)이며, 보다 상세하게는 그 베이스부(2023)이다.
이와 같이, 제2 실시 형태에 따른 광원 장치(2100)는, 반도체 레이저 장치를 보유 지지하는 보유 지지 부재를, 반도체 레이저 장치(2010, 2011)를 각각 보유지지하는 복수의 부재(2030, 2031)로 나누고, 그들을 겹친 구성을 갖고 있다. 이에 의해, 반도체 레이저 장치(2010, 2011)끼리의 횡방향의 간격을, 용이하게 반도체 레이저 장치(2010, 2011)의 횡방향의 폭보다 작게 할 수 있다. 따라서, 복수의 반도체 레이저 장치(2010, 2011)를 횡방향으로 조밀하게 배치하고, 광원 장치의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 제1 반도체 레이저 장치(2010)와, 제2 반도체 레이저 장치(2011)는, 서로 광축 방향으로 이격해서 보유 지지되므로, 각 반도체 레이저 장치(2010, 2011)의 높은 방열성을 확보할 수 있다. 이때, 대부분의 경우, 제1 반도체 레이저 장치(2010)와 제2 반도체 레이저 장치(2011)의 광축 방향의 간격은, 그 횡방향의 간격보다 커진다. 즉, 복수의 반도체 레이저 장치(2010, 2011)를, 횡방향으로 조밀하게, 광축 방향으로 성기게 되는 위치 관계로 배치할 수 있다. 따라서, 광원 장치(2100)로부터 출사되는 광의 확산을 억제할 수 있으므로, 광원 장치 전방에 배치되는 광학계의 소형화를 도모할 수 있다.
이하, 광원 장치(2100)의 바람직한 구성에 대해서 기술한다.
도 8(b)에 도시하는 바와 같이, 제1 보유 지지 부재(2030) 및 제2 보유 지지 부재(2031)는, 오목부(3035)를 각각 구비하고 있다. 그리고, 제1 반도체 레이저 장치(2010)의 스템(2020)의 적어도 일부는, 오목부(3035) 내에 수용되어 있다. 또한, 제2 반도체 레이저 장치(2011)의 스템(2020)의 적어도 일부는, 오목부(3035) 내에 수용되어 있다. 이에 의해, 반도체 레이저 장치(2010, 2011)와, 보유 지지 부재(2030, 2031)의 접합 면적을 증대시키기 쉬워, 반도체 레이저 장치(2010, 2011)의 방열성을 높이기 쉽다. 또한, 오목부(3035)는, 반도체 레이저 장치의 스템(2020)의 베이스부(2023)의 적어도 일부를 수용할 수 있으면 되지만, 반도체 레이저 장치(2010, 2011)로부터 발생하는 열을 보유 지지 부재(2030, 2031)에 의해 효율적으로 전도시키기 위해서, 스템의 베이스부(2023)의 전부를 수용하는 것이 바람직하다. 또한, 오목부(3035)는, 반도체 레이저 장치의 스템의 베이스부(2023)와 캡(2028)의 전부를 수용해도 된다. 또한, 오목부(3035)의 형상은, 반도체 레이저 장치(2010)를 고정밀도로 설치하기 위해서, 스템의 베이스부(2023)의 형상을 거의 따르고 있는 것이 바람직하다. 오목부(3035)의 저면은, 평면이 좋다. 오목부(3035)의 측면은, 저면에 대하여 대략 수직이면 되지만, 상방측의 개구 직경이 큰 경사면(예를 들어 경사각 5° 이상 45° 이하)이어도 된다. 1개의 보유 지지 부재에 있어서의 각 오목부(3035)의 깊이는, 대략 동일해도 되고, 상이하게 해도 된다. 또한, 오목부(3035)는, 보유 지지 부재(2030, 2031)에 필수적인 구성은 아니며, 보유 지지 부재(2030, 2031)는, 반도체 레이저 장치를 그 평탄한 상면에 적재하는 형태로 보유 지지해도 된다.
도 8(b)에 도시하는 바와 같이, 제1 반도체 레이저 장치(2010)의 일부는, 제2 보유 지지 부재(2031)의 창부(2033)에 삽입되어 있다. 이에 의해, 제1 반도체 레이저 장치(2010)를 제2 보유 지지 부재(2031)에 근접시켜서 보유 지지하기 쉬워, 광원 장치를 소형화하기 쉽다. 또한, 제1 반도체 레이저 장치(2010)로부터 발생하는 열을, 제2 보유 지지 부재(2031)에, 나아가서는 제2 방열 부재(2051)에 전도시키기 쉬워, 제1 반도체 레이저 장치(2010)의 방열성을 높이기 쉽다. 또한, 제2 보유 지지 부재의 창부(2033)에 삽입되는 제1 반도체 레이저 장치(2010)의 부위는, 주로 캡(2028)의 일부이지만, 스템의 베이스부(2023)까지이어도 되고, 나아가서는 제1 반도체 레이저 장치(2010)의 전부이어도 된다.
도 8(b)에 도시하는 바와 같이, 제2 보유 지지 부재(2031)의 창부(2033)는, 그 폭이 제1 반도체 레이저 장치(2010)의 폭보다 작은 협폭부(2037)를 포함하고 있다. 제1 보유 지지 부재(2030) 상에 제2 보유 지지 부재(2031)를 설치하는 구성에서는, 제1 반도체 레이저 장치(2010)를, 제2 보유 지지 부재(2031)의 창부(2033)를 통과하지 않고, 제1 보유 지지 부재(2030)에 설치할 수 있다. 이로 인해, 창부(2033)에 협폭부(2037)를 설치할 수 있다. 따라서, 제2 보유 지지 부재(2031)의 열용량을 크게 유지하기 쉬우므로, 반도체 레이저 장치(2010, 2011)로부터 발생하는 열을, 제2 보유 지지 부재(2031)에, 나아가서는 제2 방열 부재(2051)에 전도시키기 쉬워, 반도체 레이저 장치(2010, 2011)의 방열성을 높이기 쉽다. 협폭부(2037)는, 창부(2033)의 일부이어도 되고, 창부(2033)의 전부이어도 된다. 또한, 여기서 말하는 「폭」이란, 「직경」이라고도 말할 수 있고, 횡방향의 크기이며, 주로 그 최대값을 가리킨다.
도 8(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 광원 장치(2100)는, 제2 보유 지지 부재(2031)에 접속된 제2 방열 부재(2051)를 구비하고 있다. 제2 방열 부재(2051)는, 창부(2053)를 갖고 있고, 제2 반도체 레이저 장치(2011)로부터 출사되는 광을 효율적으로 광원 장치 외부로 취출할 수 있다. 그리고, 제2 반도체 레이저 장치(2011)의 일부는, 제2 방열 부재의 창부(2053)에 삽입되어 있다. 이에 의해, 제2 반도체 레이저 장치(2011)를 제2 방열 부재(2051)에 근접시켜서 보유 지지하기 쉬워, 광원 장치를 소형화하기 쉽다. 또한, 제2 반도체 레이저 장치(2011)로부터 발생하는 열을 제2 방열 부재(2051)에 전도시키기 쉬워, 제2 반도체 레이저 장치(2011)의 방열성을 높이기 쉽다. 또한, 제2 방열 부재의 창부(2053)에 삽입되는 제2 반도체 레이저 장치(2011)의 부위는, 주로 캡(2028)의 일부이지만, 스템의 베이스부(2023)까지이어도 되고, 나아가서는 제2 반도체 레이저 장치(2011)의 전부이어도 된다. 또한, 창부(2053)는, 제2 보유 지지 부재(2031)에 보유 지지되는 모든 반도체 레이저 장치에 대응해서 설치된다. 또한, 제2 방열 부재(2051)는, 제1 보유 지지 부재(2030)에 보유 지지되는 모든 반도체 레이저 장치에 대응해서 설치된, 다른 창부도 갖고 있다.
도 8(b)에 도시하는 바와 같이, 광원 장치(2100)는, 각 반도체 레이저 장치에 대응해서 설치된 접착 부재(2040)를 구비하고 있다. 그리고, 각 반도체 레이저 장치의 스템(2020)의 베이스부(2023)의 하면(2025)은, 접착 부재(2040)에 의해 보유 지지 부재(2030, 2031)에 접착되어 있다. 이와 같이, 접착 부재(2040)를 거침으로써, 반도체 레이저 장치(2010, 2011)와 보유 지지 부재(2030, 2031)의 밀착성을 높이고, 반도체 레이저 장치(2010, 2011)로부터 발생하는 열을 보유 지지 부재(2030, 2031)에 효율적으로 전도할 수 있어, 반도체 레이저 장치(2010, 2011)의 방열성을 높일 수 있다. 또한, 각 반도체 레이저 장치의 스템의 베이스부의 하면(2025) 외에, 측면(2026)도 또한 접착 부재(2040)에 의해 보유 지지 부재(2030, 2031)에 접착되어 있다. 이에 의해, 반도체 레이저 장치(2010, 2011)로부터 발생하는 열을, 접착 부재(2040)를 통해서 보유 지지 부재(2030, 2031)에 의해 효율적으로 전도하기 쉬워, 반도체 레이저 장치(2010, 2011)의 방열성을 보다 높일 수 있다. 또한, 반도체 레이저 장치(2011)의 스템의 베이스부의 상면(2024)이, 접착 부재(2040)에 의해 제2 방열 부재(2051)에 접착되어 있어도 된다. 이에 의해, 반도체 레이저 장치(2011)의 스템의 베이스부(2023)가, 제2 보유 지지 부재(2031)와 제2 방열 부재(2051) 사이에 끼워져 양쪽 부재에 접착된다. 따라서, 반도체 레이저 장치(2011)로부터 발생하는 열을, 접착 부재(2040)를 거쳐서 제2 방열 부재(2051)에 의해 한층 더 효율적으로 전도할 수 있어, 반도체 레이저 장치(2011)의 방열성을 더욱 높일 수 있다.
또한, 상기와 같이, 반도체 레이저 장치(2010, 2011)를 접착 부재(2040)에 의해 보유 지지 부재(2030, 2031)에 견고하게 접착하여, 반도체 레이저 장치(2010, 2011)의 제거를 곤란하게 할 수 있어, 반도체 레이저 장치(2010, 2011)를 제거해서 다른 광원 장치에 유용하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 스템은, 베이스부의 하면 및/또는 측면에 오목부가 설치되어 있고, 접착 부재가 그 오목부에 인입해서 설치되어 있어도 된다. 이 스템의 오목부에 인입한 접착 부재의 앵커 효과에 의해, 반도체 레이저 장치를 보유 지지 부재에 의해 견고하게 접착할 수 있다. 따라서, 반도체 레이저 장치의 제거를 보다 곤란하게 할 수 있다.
도 8(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 제2 보유 지지 부재(2031)는, 제3 반도체 레이저 장치(2012)를, 광 출사측에서 보아, 제3 반도체 레이저 장치(2012)의 스템(2020)이 제1 반도체 레이저 장치(2010)의 스템(2020)의 일부와 겹치도록, 보유 지지하고 있다. 이에 의해, 복수의 반도체 레이저 장치(2010, 2011, 2012)를 횡방향으로 보다 조밀하게 배치하여, 광원 장치를 더욱 소형화하기 쉽다. 또한, 제1 보유 지지 부재(2030)는, 제4 반도체 레이저 장치(2013)를, 광 출사측에서 보아, 제4 반도체 레이저 장치(2013)의 스템(2020)이 제2 반도체 레이저 장치(2011)의 스템(2020)의 일부와 겹치도록, 보유 지지하고 있다. 이에 의해, 복수의 반도체 레이저 장치(2010, 2011, 2012, 2013)를 횡방향으로 보다 한층 조밀하게 배치하여, 광원 장치를 보다 한층 소형화하기 쉽다. 또한, 반도체 레이저 장치는, 방열성을 균등화하기 위해서, 규칙적으로 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 반도체 레이저 장치는, 광 출사측에서 보아 , 대략 등간격의 격자점이나 방사상으로 배치할 수 있다. 구체적으로는, 도시하는 바와 같이, 제1 보유 지지 부재(2030)에 보유 지지되는 반도체 레이저 장치와, 제2 보유 지지 부재(2031)에 보유 지지되는 반도체 레이저 장치가 광 출사측에서 보아 세로·가로로 교대로 배치된 것이 있다.
또한, 도 7(a), (b) 및 도 8(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 반도체 레이저 장치(2010, 2011)는 반도체 레이저 소자(2015)로부터 광이 입사되는 광학 부품(2027)과, 이 광학 부품(2027)을 보유 지지하고 반도체 레이저 소자(2015)를 밀봉하는 캡(2028)을 구비하고 있다. 이러한 반도체 레이저 장치(2010, 2011)는, 그 방열성을 높이는 것에 의해, 반도체 레이저 소자(2015)와 광학 부품(2027)의 상대적인 위치 관계를 유지하여, 우수한 광학 특성을 유지하기 쉽다. 특히, 반도체 레이저 장치(2010, 2011)가 콜리메이터 렌즈를 포함하는, 즉 광학 부품(2027)이 콜리메이터 렌즈이거나 또는 그것을 포함함으로써, 평행광을 출사 가능하게 되고, 광원 장치(2100)의 광학 특성에 거의 영향을 미치지 않고 반도체 레이저 장치(2010, 2011)의 광축 방향의 설치 위치를 바꿀 수 있어, 반도체 레이저 장치(2010, 2011)의 방열성이 우수한 배치를 취하기 쉽다.
<제3 실시 형태>
도 9(a)는, 제3 실시 형태에 따른 광원 장치의 외관을 도시하는 개략적인 사시도이고, 도 9(b)는, 그 구성을 도시하는 개략적인 사시도이다. 도 9(a) 및 (b)에 도시하는 바와 같이, 제3 실시 형태에 따른 광원 장치(2150)는, 방열 부재(2050, 2051)를 구비하고 있지 않은 점 이외는, 제2 실시 형태에 따른 광원 장치(2100)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는 것이다. 이 광원 장치(2150)와 같이, 방열 부재(2050, 2051)는 생략해도 되고, 보다 소형의 광원 장치로 해도 된다. 이 경우, 제1 보유 지지 부재(2030)의 후방면(하면)과, 제2 보유 지지 부재(2031)의 전방면(상면)은 각각, 이 광원 장치(2150)의 외면을 구성하게 된다. 따라서, 제1 보유 지지 부재(2030)의 후방면 측이나 제2 보유 지지 부재(2031)의 전방면 측에, 나사 구멍을 형성하거나 해서, 다른 방열 부재를 직접 접속할 수 있다.
이상, 본 발명의 제2 실시 형태 및 제3 실시 형태에 따른 반도체 레이저 장치에 대해서 설명했지만, 이들에 따르면, 각 반도체 레이저 장치의 높은 방열성을 확보하면서, 광원 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
즉 최근, 예를 들어 프로젝터용의 광원으로서, 복수개의 청색 발광의 반도체 레이저 장치를 매트릭스 형상으로 배치한 광원 장치가 이용되고 있다(예를 들어 일본 특허 출원 공개 제2012-8549호 공보 참조).
그러나, 일본 특허 출원 공개 제2012-8549호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 복수의 반도체 레이저 장치를 동일 평면 상에 조밀하게 배열한 경우, 각 반도체 레이저 장치로부터 발생하는 열이 저류되기 쉬워, 광 출력의 저하나 광학 특성의 악화를 일으키기 쉽다. 한편, 이것을 개선하기 위해서, 반도체 레이저 장치끼리의 간격을 크게 해서 배열하면, 광원 장치나 그 전방에 설치되는 광학계가 대형화하게 된다.
그래서, 본 발명의 제2 실시 형태 및 제3 실시 형태에 따른 반도체 레이저 장치는, 이러한 사정을 감안해서 이루어진 것으로, 복수의 반도체 레이저 장치를 보유 지지하면서, 비교적 소형이고 또한 각 반도체 레이저 장치의 방열성이 우수한 광원 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
이하, 각 구성 요소에 대해서 설명한다.
(반도체 레이저 소자(2015))
반도체 레이저 소자는, 각종 반도체로 구성되는 소자 구조를 포함하는 것이면 된다. 그 중에서도, 자외광이나 단파장의 가시광을 발광 가능한 질화물 반도체(주로, 일반식 InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1, 0≤y≤1, x+y≤1)으로 나타냄)를 사용한 레이저 소자는, 지향성이 우수하지만, 열이 비교적 저류되기 쉽기 때문에, 본 발명에 있어서 특히 적합하다. 또한, 반도체 레이저 소자(또는 반도체 레이저 장치)를 복수 구비하는 광원 장치의 경우, 각 반도체 레이저 소자(또는 각 반도체 레이저 장치)의 발광 파장(발광색)은, 서로 대략 동일해도 되고, 예를 들어 적, 녹, 청 등 서로 상이해도 된다.
(스템(2020))
스템은, 반도체 레이저 소자가 접착되는 부재이다. 스템의 소자 실장부 및 베이스부는, 열전도성의 관점으로부터, 단자를 전기적으로 절연하는 부위를 제외하고, 구리, 철강(탄소강 등), 알루미늄, 금, 또는 이들의 합금 등의 금속을 주성분으로 해서 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 스템은, 최표면이 금으로 되는 도금이 실시되어 있는 것이 바람직하다. 스템은, 베이스부의 상면에서 보아 형상이 거의 원형을 따른 것이나, 그 일부가 컷트된 것(「I-cut 스템」 또는 「D-cut 스템」이라고 불리는 것) 등을 사용할 수 있다. 또한, 단자는, 주로 막대 형상의 리드 단자이지만, 베이스부의 스루홀, 비어 등을 통해서 형성된 막 형상 또는 기둥 형상의 전극이어도 된다.
(광학 부품(2027))
광학 부품은, 렌즈, 미러, 프리즘, 광학 필터, 확산판, 커버 글래스 등의 광학 소자 이외에, 이들 광학 소자 또는 투광성 부재에 형광 물질을 배합한 파장 변환 부재, 혹은 레이저 로드나 파장 변환용의 비선형 광학 결정 등의 광학 결정, 혹은 광파이버 등을, 단체로 또는 조합해서 사용할 수 있다. 또한, 광학 부품은, 캡의 내면에 설치된 위치 결정용의 돌기에 접촉되어, 접착 부재(제2 접착 부재)의 도포, 열 압착, 압입 등에 의해 캡에 고정된다.
또한, 형광 물질은, 세륨으로 부활된 이트륨·알루미늄·가닛(YAG), 유우로피움 및/또는 크롬으로 부활된 질소 함유 알루미노 규산 칼슘 (CaO-Al2O3-SiO2), 유우로피움으로 부활된 실리케이트((Sr, Ba) 2SiO4) 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 청색광을 발광하는 반도체 레이저 소자와, 그 청색광의 일부를 흡수해서 황색광을 발광하는 형광 물질의 조합에 의해, 백색광을 발광하는 광원 장치로 할 수 있다.
(캡(2028))
캡은, 스템의 베이스부에 접속되고, 광학 부품을 보유 지지하고, 반도체 레이저 소자를 밀봉해서 보호하는 부재이지만, 광원 장치의 구성이나 용도에 따라 생략할 수 있다. 캡은, 광학 부품으로부터의 출사광을 광축 방향으로 투과 가능한 구조를 갖고 있으면 된다. 캡은, 후술하는 보유 지지 부재와 마찬가지의 재료를 사용해서 구성할 수 있다. 캡의 형상은, 통 형상 또는 상자 형상이면 되고, 상면에서 보면, 스템의 베이스부의 상면의 주연부를 노출시키고, 상기 스템의 베이스부의 형상을 거의 따르고 있는 것이 바람직하다.
(보유 지지 부재(2030, 2031))
보유 지지 부재는, 반도체 레이저 장치를 보유 지지하는 부재이다. 보유 지지 부재는, 다양한 형상을 갖는 것이면 되고, 판 형상, 블록 형상, 상자 형상, 통 형상, L자 형상, T자 형상 등을 들 수 있다. 보유 지지 부재의 모재는, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 동합금, 스테인리스강(오스테나이트계, 페라이트계, 마르텐사이트계), 철강(기계 구조용 탄소강, 일반 구조용 압연강), 슈퍼인바, 코바 등을 사용할 수 있다. 특히, 보유 지지 부재는, 열전도성이 우수한, 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 바람직하다. 계속해서, 구리 또는 동합금도 또한 바람직하다. 보유 지지 부재는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 혹은 철강을 모재로 하는 경우, 접착 부재와의 접합성을 개선하기 위해서, 접착 부재와 접하는 면에 도금이 실시되어 있는 것이 바람직하다. 도금은, 금, 주석, 니켈, 은, 팔라듐, 구리 등의 단층막 또는 이들의 다층막으로 구성할 수 있다. 특히, 적어도 최표면에 주석 또는 은을 갖는 것이, 접합성의 관점에서 바람직하다. 또한, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 탄화 규소 등의 세라믹을 사용할 수도 있다. 또한, 폴리카보네이트 수지, 아크릴 수지, 폴리아미드 수지, 에폭시 수지, ABS, ASA, PBT 등의 수지 재료를 사용할 수 있고, 이들 수지 재료에 산화마그네슘, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 탄화 규소, 그라파이트, 산화티탄 등의 충전재가 첨가된 것을 사용해도 된다. 또한, 보유 지지 부재는, 그 외면에 핀이 형성된 것이어도 된다.
(접착 부재(2040))
접착 부재는, 반도체 레이저 장치를 보유 지지 부재에 접착시키는 부재이다. 접착 부재는, 가열 장치 등에 의해 가열해서 연화시킨 후, 냉각해서 고화시킴(이후, 「연화- 고화」라고 기재하는 경우가 있음)으로써, 반도체 레이저 장치를 보유 지지 부재에 접착시킬 수 있다. 접착 부재는, 연화시키기 전에 있어서는, 고형 형상과 페이스트 형상 중 어느 쪽이어도 된다. 접착 부재는, 금속을 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 금, 주석, 은, 비스머스, 구리, 인듐, 안티몬 등을 들 수 있다. 또한, 접착 부재는, 적어도 연화시키기 전에 있어서는 수지나 유기 용제를 포함하고 있어도 되지만, 연화-고화 후에 있어서는 상기 금속을 주성분으로 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 주석-비스머스계, 주석-구리계, 주석-은계, 금-주석계 등의 각종 땜납이나 금속 페이스트를 들 수 있다. 또한, 산화마그네슘, 산화알루미늄, 질화알루미늄, 탄화 규소, 그라파이트 등의 충전재가 첨가된 수지이어도 된다. 접착 부재는, 한번 가열되어 연화-고화하면, 연화점(연화 온도)이 연화시키기 전의 그것보다 높아지는 것이 바람직하다. 특히, 그 연화점의 차는, 30℃ 이상인 것이 바람직하고, 50℃ 이상인 것이 보다 바람직하고, 100℃ 이상인 것이 한층 더 바람직하다. 이러한 접착 부재(연화시키기 전)로서는, 동 분말을 첨가한 주석계 땜납(예를 들어 센쥬금속공업사제 RAM 시리즈)이나, 은 입자와 알코올 등의 유기 용제를 포함하는 소결형의 페이스트(고화 후에는 주로 다공질의 은 입자의 소결체로 된다 ; 예를 들어 WO2009/090915 공보 참조) 등을 들 수 있다. 또한, 여기서 말하는 「연화」는, 연화시키기 전의 접착 부재가 고형 형상이어도 페이스트 형상이어도, 구성 재료의 용융, 글래스 전이 등에 의해 액상화 또는 점도의 저하를 일으키는 것으로서 정의할 수 있다. 접착 부재의 구성 재료에 따라서는, 융점으로 할 수도 있다.
(방열 부재(2050, 2051))
방열 부재는, 보유 지지 부재에 접속되고, 보유 지지 부재 나아가서는 반도체 레이저 장치로부터의 방열을 촉진 가능한 부재이다. 방열 부재는, 방열기 또는 방열판이며, 효과적으로 방열하기 위해서, 핀을 갖는 것이 바람직하다. 핀의 형상은, 판 형상, 침봉 형상, 원통 형상, 나선 형상 등을 들 수 있다. 방열 부재는, 전술한 보유 지지 부재와 마찬가지의 재료를 사용해서 구성할 수 있다. 또한, 방열 부재는, 그 근린에 팬이 설치됨으로써, 보다 효과적으로 방열 가능하다. 또한, 방열 부재는, 필수적인 구성 요소가 아니고, 생략할 수도 있다.
이상, 본 발명의 제1 실시 형태~제3 실시 형태에 대해서 설명했지만, 이들 실시 형태는, 모두 본 발명의 기술 사상에 기초하고 있고, 하나의 실시 형태에 있어서의 「보유 지지 부재」나 「반도체 레이저 장치」 등의 각 구성 요소는, 다른 실시 형태에 있어서의 그들에 관련되어 있다.
[실시예 1]
다음에, 본 발명의 실시예 1에 따른 광원 장치에 대해서 설명한다.
본 발명의 실시예 1에 따른 광원 장치는, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 광원 장치(1011)의 구성을 다음과 같이 구체적으로 특정한 것이다. 또한, 복수의 반도체 레이저 장치(1013)의 광축 방향은, 서로 평행한 것으로 한다.
A=20㎜, B=8㎜, F=5㎜
여기서, A는, 보유 지지 부재(1015)를 전방면에서 보았을 때에 인접하는 반도체 레이저 장치(1013)의 광축 방향에 있어서의 상대 위치이며, B는, 보유 지지 부재(1015)를 전방면에서 보았을 때에 인접하는 2개의 반도체 레이저 장치(1013)의 광축 방향과 수직인 방향에 있어서의 상대 위치이며, F는, 콜리메이터 렌즈(1025)의 초점 거리이다.
본 발명의 실시예 1에 따른 광원 장치에 있어서, 보유 지지 부재(1015)를 전방면에서 보았을 때에 인접하는 2개의 반도체 레이저 장치(1013)는, 광축 방향에 있어서의 상대 위치가 광축 방향과 수직인 방향에 있어서의 상대 위치의 2배 이상 크다.
따라서, 본 발명의 실시예 1에 따른 광원 장치에 따르면, 복수의 반도체 레이저 장치가 광원 장치로부터 광이 출사하는 방향과 수직으로 되는 방향에 있어서는 조밀하게 배치되는 한편, 광원 장치로부터 광이 출사하는 방향에 있어서는 성기게 배치되기 때문에, 반도체 레이저 장치에서 발생한 열을 효율적으로 외부로 해방시킬 수 있고, 프로젝터 등의 영상 조사 장치에서의 사용에 견딜 수 있는 복수의 반도체 레이저 장치를 사용한 방열이 좋은 광원 장치를 제공하는 것이 가능해진다. 또한, 광원 장치를 소형화할 수 있다(광원 장치로부터 광이 출사하는 방향과 수직인 방향에 있어서의 광원 장치의 폭(횡폭)을 작게 할 수 있다). 또한, 광원 장치로부터 출사하는 광의 평면적을 작게 할 수 있어, 그 후의 집광 등의 광 제어가 용이하다.
[실시예 2]
실시예 2의 광원 장치는, 도 5, 도 6에 도시하는 예의 구성을 갖는 프로젝터용의 광원으로서, 이하와 같이 구성되어 있다.
실시예 2의 광원 장치는, 서로 겹쳐져서 나사로 고정된, 2개의 보유 지지 부재(LD 홀더)를 구비하고 있다. 2개의 보유 지지 부재는 각각, 알루미늄 합금제의 모재의 외면에 주석의 도금이 실시된 것이다.
후방의 보유 지지 부재는, 두께 12.5㎜의 대략 판 형상의 부재로서, 직경 9.1㎜의 원형 개구, 깊이 7㎜의 오목부와, 그 오목부의 저면에 설치된, 리드 단자를 관철하기 위한 타원형 개구의 관통 구멍의 쌍으로 이루어지는 구멍을 8개 갖는다. 이 구멍은, 4행 4열로 배치되고, 각 행에 있어서의 2개의 구멍의 중심간 거리는 15㎜, 각 행의 간격은 7.5㎜이며, 홀수행째와 짝수행째에 있어서 구멍의 배치는 동일하고, 홀수행째와 짝수행째의 구멍은 횡방향으로 7.5㎜ 어긋나 있다. 또한, 후방의 보유 지지 부재는, 전방의 보유 지지 부재에 보유 지지되는 반도체 레이저 장치의 리드 단자에 접속되는 도선을 통과시키기 위한 타원 형상의 관통 구멍을 8개 갖는다. 또한, 후방의 보유 지지 부재는, 각 반도체 레이저 장치의 리드 단자와 전기적으로 접속되는 회로 기판을 가로 방향으로 연장시켜서 보유 지지하고 있다.
전방의 보유 지지 부재는, 두께 8.5㎜의 대략 판 형상의 부재로서, 직경 9.1㎜의 원형 개구, 깊이 2㎜의 오목부와, 그 오목부의 저면에 설치된, 리드 단자를 관철하기 위한 타원형 개구의 관통 구멍의 쌍으로 이루어지는 구멍을 8개 갖는다. 이 구멍은, 후방의 보유 지지 부재의 구멍과 교대로 되도록 4행 4열로 배치되어 있다. 또한, 전방의 보유 지지 부재는, 후방의 보유 지지 부재에 보유 지지되는 반도체 레이저 장치의 캡의 일부가 삽입되고 또한 그 반도체 레이저 장치로부터의 광을 통과시키기 위한 원형 개구의 관통 구멍(창부)을 8개 갖는다. 이 관통 구멍은, 전방(상방) 측의 직경 5.3㎜, 길이(깊이) 3.5㎜의 협폭부와, 후방(하방)측의 직경 7.5㎜의 광폭부로 이루어져 있다.
반도체 레이저 장치는, 스템에, 반도체 레이저 소자가 실장되고, 또한 광학 부품을 보유 지지한 캡이 고정되어, 구성되어 있다. 스템은, 각각 동합금의 모재의 표면에 금의 도금이 실시되었다, 블록 형상의 소자 실장부와, 2개의 리드 단자와, 직경 9㎜, 두께 1.5㎜의 원반 형상의 베이스부를 갖는다. 스템의 소자 실장부에는, 서브 마운트를 거쳐서, 발광 중심 파장 455㎚, 정격 출력 3W의 질화물 반도체 레이저 소자가 접착되어 있다. 캡은, 스테인리스제로 직경 6.85㎜의 원통 형상의 부재로서, 그 하단부의 플랜지 형상부가 스템의 베이스부의 상면에 용접되어 있다. 캡의 상부에는, NA가 0.5이 BK7제의 콜리메이터 렌즈인 광학 부품이 압입에 의해 고정되어 있다. 또한, 스템의 베이스부의 측면에는, 상면으로부터 하면으로 관통하는, 상면에서 보아에서 대략 삼각 형상의 오목부(절결)가 설치되어 있다.
그리고, 2개의 보유 지지 부재의 각 오목부에는, 상술한 반도체 레이저 장치의 스템의 베이스부가 수용되어 있고, 반도체 레이저 장치의 베이스부의 하면 및 측면과, 그것과 각각 대향하는 오목부의 저면 및 측면이, 그 사이에 개재되는 접착 부재에 의해 접착되어 있다. 또한, 접착 부재는, 스템의 베이스부의 측면의 오목부에도 인입되어 있다. 또한, 접착 부재는, 주석-비스머스계의 땜납이다.
방열 부재는, 겹쳐진 2개의 보유 지지 부재를, 전방과 후방으로부터 사이에 끼우도록, 2개 설치되어 있다. 2개의 방열 부재는 각각, 알루미늄 합금제이며, 외측으로 돌출하는 판 형상의 핀이 배열해서 설치된 방열판으로서, 보유 지지 부재에 나사로 고정되어 있다. 또한, 전방의 방열 부재의 중앙부는, 핀이 없고, 각 반도체 레이저 장치로부터의 광을 장치 외부로 출사하기 위한 16개의 원형 개구의 관통 구멍이 설치되어 있다. 또한, 그 중의 절반의 관통 구멍에는, 전방의 보유 지지 부재에 보유 지지되는 반도체 레이저 장치의 캡의 일부가 삽입되어 있다.
이상과 같은 광원 장치는, 장시간 구동시켜도, 반도체 레이저 장치의 온도 상승을 억제하여, 안정된 광 출력 및 광축 등의 광학 특성을 유지할 수 있다.
(부기)
본 발명은, 다음 부기를 갖는다.
스템을 갖는 제1 반도체 레이저 장치를 보유 지지하는 제1 보유 지지 부재와, 스템을 갖는 제2 반도체 레이저 장치를 보유 지지하고, 상기 제1 보유 지지 부재 상에 설치된 제2 보유 지지 부재를 구비하고, 상기 제2 보유 지지 부재는, 상기 제1 반도체 레이저 장치로부터의 광을 출사하는 창부를 갖고, 또한, 상기 광 출사측에서 보아, 상기 제2 반도체 레이저 장치의 스템이 상기 제1 반도체 레이저 장치의 스템의 일부에 겹치도록, 상기 제2 반도체 레이저 장치를 보유 지지하고 있는 광원 장치.
상기 부기에 따른 광원 장치에 있어서, 상기 제1 보유 지지 부재 및 상기 제2 보유 지지 부재는, 오목부를 구비하고, 상기 제1 반도체 레이저 장치의 스템의 적어도 일부 및 상기 제2 반도체 레이저 장치의 스템의 적어도 일부는, 상기 오목부 내에 수용되어 있는 것이 바람직하다.
상기 부기에 따른 광원 장치에 있어서, 상기 제1 반도체 레이저 장치의 적어도 일부는, 상기 제2 보유 지지 부재의 창부에 삽입되어 있는 것이 바람직하다.
상기 부기에 따른 광원 장치에 있어서, 상기 제2 보유 지지 부재의 창부는, 그 폭이 상기 제1 반도체 레이저 장치의 폭보다 작은 협폭부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 부기에 따른 광원 장치에 있어서, 창부를 갖고, 상기 제2 보유 지지 부재에 접속된 방열 부재를 구비하고, 상기 제2 반도체 레이저 장치의 적어도 일부는, 상기 방열 부재의 창부에 삽입되어 있는 것이 바람직하다.
상기 부기에 따른 광원 장치에 있어서, 상기 제2 보유 지지 부재는, 스템을 갖는 제3 반도체 레이저 장치를, 상기 제2 반도체 레이저 장치로부터 이격하고, 또한, 상기 광 출사측에서 보아, 그 제3 반도체 레이저 장치의 스템이 상기 제1 반도체 레이저 장치의 스템의 일부와 겹치도록, 보유 지지하고 있는 것이 바람직하다.
상기 부기에 따른 광원 장치에 있어서, 상기 스템은, 반도체 레이저 소자가 실장되는 소자 실장부와, 상기 반도체 레이저 소자와 전기적으로 접속되는 단자와, 상기 소자 실장부를 상면 측에 보유 지지하고 또한 상기 단자를 하면 측에 노출시켜서 보유 지지하는 베이스부를 갖고, 상기 반도체 레이저 장치의 스템의 베이스부의 하면은, 접착 부재에 의해 상기 보유 지지 부재에 접착되어 있는 것이 바람직하다.
상기 부기에 따른 광원 장치에 있어서, 상기 반도체 레이저 장치는, 콜리메이터 렌즈를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 광원 장치는, 프로젝터, 레이저 가공기, 광 기록·재생 장치, 디스플레이, 프린터, 광 통신 디바이스 등의 광원, 및 자동차의 헤드라이트 등의 여러 가지의 조명의 광원 등에 적절하게 이용할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태 및 실시예에 대해서 설명했지만, 이들의 설명은, 본 발명의 일례에 관한 것이며, 본 발명은, 이들의 설명에 의해 전혀 한정되는 것은 아니다.
1011 : 광원 장치
1013 : 반도체 레이저 장치
1131 : 반도체 레이저 장치
1132 : 반도체 레이저 장치
1015 : 보유 지지 부재
1017 : 스템
1019 : 반도체 레이저 소자
1021 : 캡
1023 : 리드 핀
1025 : 콜리메이터 렌즈
1027 : 오목부
1029 : 관통 구멍
1031 : 방열 부재
1033 : 관통 구멍
1035 : 홈
1037 : 플렉시블 케이블
2010, 2011, 2012, 2013 : 반도체 레이저 장치
2010 : 제1 반도체 레이저 장치
2011 : 제2 반도체 레이저 장치
2012 : 제3 반도체 레이저 장치
2013 : 제4 반도체 레이저 장치
2015 : 반도체 레이저 소자
2020 : 스템
2021 : 소자 실장부
2022 : 단자
2023 : 베이스부
2024 : 상면
2025 : 하면
2026 : 측면
2027 : 광학 부품
2028 : 캡
2030, 2031 : 보유 지지 부재
2030 : 제1 보유 지지 부재
2031 : 제2 보유 지지 부재
2033 : 창부
2037 : 협폭부
2035 : 오목부
2040 : 접착 부재
2050, 2051 : 방열 부재
2050 : 제1 방열 부재
2051 : 제2 방열 부재
2053 : 창부
2100, 2150 : 광원 장치

Claims (20)

  1. 복수의 반도체 레이저 장치를 사용한 광원 장치로서,
    상기 복수의 반도체 레이저 장치가 배치되는 보유 지지 부재를 구비하고,
    상기 복수의 반도체 레이저 장치 중 적어도 1개의 반도체 레이저 장치는, 상기 보유 지지 부재를 전방면에서 보았을 때에 인접하는 반도체 레이저 장치와의 광축 방향에 있어서의 상대 위치가, 상기 인접하는 반도체 레이저 장치와의 상기 광축 방향과 수직인 방향에 있어서의 상대 위치보다도 커지도록, 상기 보유 지지 부재에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 레이저 장치는, 콜리메이터 렌즈 일체형인 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 보유 지지 부재의 전방면 및 후방면에는 오목부가 각각 설치되어 있고,
    상기 복수의 반도체 레이저 장치는, 상기 오목부에 각각 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 오목부의 적어도 1개는, 그 내경이 반도체 레이저 장치의 외경에 따라서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 오목부의 적어도 1개는, 그 깊이가 반도체 레이저 장치의 두께에 따라서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 보유 지지 부재의 전방면과 후방면 중 적어도 한쪽에 방열 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 반도체 레이저 장치는, 스템을 갖고,
    상기 방열 부재는, 상기 반도체 레이저 장치의 스템과 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 반도체 레이저 장치는, 상기 방열 부재에 의해 상기 스템을 꽉 누를 수 있는 것에 의해 상기 보유 지지 부재에 보유 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
  9. 스템을 갖는 제1 반도체 레이저 장치를 보유 지지하는 제1 보유 지지 부재와,
    스템을 갖는 제2 반도체 레이저 장치를 보유 지지하고, 상기 제1 보유 지지 부재 상에 설치된 제2 보유 지지 부재를 구비하고,
    상기 제2 보유 지지 부재는, 상기 제1 반도체 레이저 장치로부터의 광을 출사하는 창부를 갖고, 또한, 상기 광 출사측에서 보아, 상기 제2 반도체 레이저 장치의 스템이 상기 제1 반도체 레이저 장치의 스템의 일부에 겹치도록, 상기 제2 반도체 레이저 장치를 보유 지지하고 있는 광원 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 반도체 레이저 장치는, 콜리메이터 렌즈를 포함하는 광원 장치.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 제1 보유 지지 부재 및 상기 제2 보유 지지 부재는, 오목부를 구비하고,
    상기 제1 반도체 레이저 장치의 스템의 적어도 일부 및 상기 제2 반도체 레이저 장치의 스템의 적어도 일부는, 상기 오목부 내에 수용되어 있는 광원 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 반도체 레이저 장치의 적어도 일부는, 상기 제2 보유 지지 부재의 창부에 삽입되어 있는 광원 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 보유 지지 부재의 창부는, 그 폭이 상기 제1 반도체 레이저 장치의 폭보다 작은 협폭부를 포함하는 광원 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    창부를 갖고, 상기 제2 보유 지지 부재에 접속된 방열 부재를 구비하고,
    상기 제2 반도체 레이저 장치의 적어도 일부는, 상기 방열 부재의 창부에 삽입되어 있는 광원 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 제2 보유 지지 부재는, 스템을 갖는 제3 반도체 레이저 장치를, 상기 제2 반도체 레이저 장치로부터 이격하고, 또한, 상기 광 출사측에서 보아, 그 제3 반도체 레이저 장치의 스템이 상기 제1 반도체 레이저 장치의 스템의 일부와 겹치도록 보유 지지하고 있는 광원 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 스템은, 반도체 레이저 소자가 실장되는 소자 실장부와, 상기 반도체 레이저 소자와 전기적으로 접속되는 단자와, 상기 소자 실장부를 상면 측에 보유 지지하고 또한 상기 단자를 하면 측에 노출시켜서 보유 지지하는 베이스부를 갖고,
    상기 반도체 레이저 장치의 스템의 베이스부의 하면은, 접착 부재에 의해 상기 보유 지지 부재에 접착되어 있는 광원 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 스템은, 상기 베이스부의 하면 및/또는 측면에 오목부가 설치되어 있고,
    상기 접착 부재는, 상기 오목부에 인입해서 설치되어 있는 광원 장치.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 보유 지지 부재는, 상기 접착 부재와 접하는 면에 도금이 실시되어 있고,
    상기 접착 부재는, 금속을 포함하는 광원 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 보유 지지 부재는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금이며,
    상기 도금의 적어도 최표면은 주석 또는 은이며,
    상기 접착 부재는, 땜납인 광원 장치.
  20. 제1항 또는 제9항에 있어서,
    상기 반도체 레이저 장치는, 질화물 반도체의 레이저 소자를 구비하는 광원 장치.
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