半导体激光光源装置、半导体激光光源系统及影像显示装置的制作方法

本发明涉及具有对半导体激光器进行冷却的冷却器的半导体激光光源装置及半导体激光光源系统、和具有半导体激光光源装置或者半导体激光光源系统的影像显示装置。

背景技术：

近年来，使用led或者半导体激光器等固体光源作为光源的产品已经广为被商品化或者已进行了提案，这种使用了led或者半导体激光器等固体光源的光源用于面向大型会场或者数字影院的大型高亮度投影仪、主要在人数较少的会议或者演示中使用的中小型投影仪、以及在框体中内置了投影光学系统和大型屏幕的投影监视器等中。与以往被用作众多投影仪及投影监视器的光源的灯相比，在这些设备中，通过采用固体光源而具有以下优点特征：具有更大的颜色再现范围、能够瞬时点亮、低功耗以及长寿命等。

特别是半导体激光器，通过使光叠加，还一并具有能够实现更加高亮度化及高输出化的优点。因此，作为在向大画面的投影中使用的大型高亮度投影仪的用途，已在推进使用了更多的半导体激光器的高输出半导体激光光源装置的研发。

但是，与led等其它固体光源相比，半导体激光器的耐热性较弱，随着元件温度的上升，电光转换效率容易显著下降。并且，在高温状态下持续射出高输出的光时劣化加剧，元件的寿命也容易缩短。因此，为了在环境温度为高温时也得到期望的光量，需要冷却性能高于其它个体光源的散热构造。

例如，在专利文献1中公开了如下构造：在安装了半导体激光器的底座设置多个短径波状的散热片，夹着设置了多个孔的驱动器基板对散热片配置冷却风扇，以便对多个半导体激光器进行散热。

另外，在专利文献2中公开了如下构造：在传热部件或者散热器的基部埋设半导体激光器和将半导体激光器电连接的挠性基板，使半导体激光器散热。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001－326411号公报

专利文献2：日本特开2011－76781号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

在专利文献1所记载的构造中，为了冷却多个半导体激光器而形成的散热片，隔着设置了多个孔的驱动器基板被冷却风扇所冷却。驱动器基板将冷却风扇的风遮挡，因而不能高效地冷却散热片，冷却性能降低，存在不能高效地冷却半导体激光器的问题。

在专利文献2所记载的构造中，在将与半导体激光器电连接的挠性基板配置于半导体激光器与散热器之间时，作为发热源的半导体激光器与散热器之间的接触面积减小，因而存在热阻增加、冷却性能降低而不能高效地冷却半导体激光器的问题。

因此，本发明的目的在于，提供一种能够高效地冷却半导体激光器的技术。

用于解决问题的手段

本发明的半导体激光光源装置具有半导体激光器、对半导体激光器进行冷却的冷却器和驱动所述半导体激光器的驱动基板，所述冷却器被配置为与所述半导体激光器的出射面的相反侧的面接触，所述驱动基板被配置为与所述冷却器的如下的面接触：该面处于所述冷却器的配置有所述半导体激光器侧的面的相反侧。

本发明的另一半导体激光光源装置具有半导体激光器、对半导体激光器进行冷却的冷却器和驱动所述半导体激光器的驱动基板，所述冷却器及所述驱动基板分别被配置为与所述半导体激光器的出射面的相反侧的面接触。

本发明的半导体激光光源系统具有多个半导体激光光源装置。

本发明的影像显示装置具有半导体激光光源装置或者半导体激光光源系统。

发明效果

根据本发明，使半导体激光器和冷却器直接接触，因而能够降低半导体激光器与冷却器之间的热阻，能够高效地冷却半导体激光器。

本发明的目的、特征、方面和优点，根据下面的详细说明和附图将更加明确。

附图说明

图1是具有实施方式1的半导体激光光源装置的影像显示装置的结构图。

图2是示出实施方式1的半导体激光光源装置的结构概要的图。

图3是示出实施方式1的半导体激光器的结构的图。

图4是示出实施方式1的半导体激光光源系统的结构概要的图。

图5是示出实施方式2的半导体激光光源装置的结构概要的图。

图6是示出实施方式2的半导体元件的结构的图。

图7是示出实施方式2的半导体激光光源装置的另一种结构概要的图。

图8是示出实施方式2的半导体激光光源系统的结构概要的图。

图9是示出实施方式3的半导体激光光源装置的结构概要的图。

图10是示出实施方式3的半导体激光光源装置的另一种结构概要的图。

图11是示出实施方式3的半导体激光光源装置的另一种结构概要的图。

图12是示出实施方式3的半导体激光光源装置的另一种结构概要的图。

具体实施方式

<实施方式1>

下面，使用附图说明本发明的实施方式1。对实施方式1的半导体激光光源装置100、半导体激光光源系统200及影像显示装置300进行详细说明，首先对影像显示装置300进行说明。图1是实施方式1的影像显示装置300的结构图。

影像显示装置300具有红、蓝、绿这三种半导体激光光源装置100、照明光学系统101、影像显示系统102及投影光学系统103。在此，半导体激光光源装置100是具有多个半导体激光器的高输出半导体激光光源装置。

来自红、蓝、绿的半导体激光光源装置100的出射光被照明光学系统101合成而转换为白色的光，并照射到影像显示系统102。作为影像显示系统102，能够采用dmd(digitallightprocessing：数字光处理)或者lcos(liquidcrystalonsilicon：硅基液晶)等。利用影像显示系统102生成的影像通过投影光学系统103被放大，并显示于屏幕104。

另外，图1所示的影像显示装置300假设为是将红、蓝、绿这三种半导体激光光源装置100进行组合来显示白色的投影仪的影像显示装置，但也可以是将半导体激光器和荧光体进行组合来显示白色、或者将半导体激光器和led进行组合来显示白色的影像显示装置。

下面，对实施方式1的半导体激光光源装置100进行说明。图2是示出半导体激光光源装置100的结构概要的图。更具体地讲，图2的(a)是半导体激光光源装置100的俯视图，图2的(b)是图2的(a)的a-a截面图，图2的(c)是半导体激光光源装置100的侧视图。图3是示出半导体激光器1的结构的图。更具体地讲，图3的(a)是半导体激光器1的俯视图，图3的(b)是图3的(a)的b-b线截面图，图3的(c)是图3的(a)的c-c线截面图。

如图2的(a)、(b)、(c)所示，半导体激光光源装置100具有冷却器2、驱动基板3以及多个(例如8个)半导体激光器1。首先，对半导体激光器1进行说明。

如图3的(a)、(b)、(c)所示，半导体激光器1具有芯片11、发光层12、散热体13、板14、端子销15、can16及玻璃窗17。发光层12是射出光的层，形成于芯片11。芯片11发热，因而以被配置于散热体13的侧面的状态配置在板14上，芯片11向散热体13散热。端子销15是从外部供给电力而与芯片11导通并使其发光的部件，通过线18与芯片11连接。芯片11会受到粉尘等的影响而性能变差，因而以经由散热体13被配置在板14上的状态被can16密封。由此，排除粉尘等的影响。玻璃窗17配置在can16的上表面，使来自发光层12的出射光透射。另外，出射光在图中用箭头示出，这在其它附图中也一样。

如图2的(a)、(b)、(c)所示，冷却器2是对半导体激光器1进行冷却的部件。半导体激光器1呈两列配置于冷却器2的上表面，并使配置有芯片11的散热体13彼此正对。冷却器2被配置为与半导体激光器1的下表面(半导体激光器1的与出射面相反侧的面)接触，并且配置在散热体13的正下方。驱动基板3是安装有驱动半导体激光器1的驱动电路的基板。驱动基板3被配置为与冷却器2的下表面(冷却器2的与配置有半导体激光器1的一侧的面为相反侧的面)接触。

在冷却器2中形成有配置多个散热片7的空洞2a、和供端子销15插通的多个贯通孔2b。空洞2a在冷却器2的宽度方向上的中央部沿着长边方向形成，位于散热体13的下侧，在散热体13的下侧配置有多个散热片7。通过将散热片7作为流路使水等流过，冷却器2作为液冷装置发挥作用。另外，流路在图中用中空箭头示出，这在其它附图中也一样。

多个贯通孔2b分别形成于各半导体激光器1的与端子销15对应的位置处。另外，在驱动基板3也形成有供端子销15插通的多个贯通孔，但没有图示。

下面，对半导体激光光源系统200进行说明。图4是示出半导体激光光源系统200的结构概要的图。如图4所示，半导体激光光源系统200是沿水平方向排列多个(例如3个)半导体激光光源装置100而构成的。另外，在图4中示出了半导体激光光源装置100单独具有冷却器2的结构，但也可以是对一个冷却器2配置3个半导体激光光源装置100的半导体激光器1的结构。此外，图1所示的影像显示装置300具有3个半导体激光光源装置100，但也可以具有3个半导体激光光源系统200来替代3个半导体激光光源装置100。

如上所述，在实施方式1的半导体激光光源装置100中，冷却器2被配置为与半导体激光器1的出射面的相反侧的面接触，驱动基板3被配置为与冷却器2的如下的面接触：该面处于冷却器2的配置有半导体激光器1的一侧的面的相反侧。

因此，由于使半导体激光器1和冷却器2直接接触，因而能够降低半导体激光器1和冷却器2之间的热阻，能够高效地冷却半导体激光器1。通过高效地冷却半导体激光器1，半导体激光器1进而是半导体激光光源装置100能够长期使用。

另外，导体激光光源系统200具有多个半导体激光光源装置100，因而相比半导体激光光源装置100单体，能够实现高输出化。

另外，影像显示装置300具有半导体激光光源装置100，因而能够高效地冷却半导体激光器1。或者，在影像显示装置300具有导体激光光源系统200的情况下，除上述的效果以外，与具有半导体激光光源装置100的情况相比，还获得能够实现高输出化的效果。

<实施方式2>

下面，对实施方式2的半导体激光光源装置110进行说明。图5是示出实施方式2的半导体激光光源装置110的结构概要的图。更具体地讲，图5的(a)是半导体激光光源装置110的俯视图，图5的(b)是图5的(a)的e-e截面图，图5的(c)是半导体激光光源装置110的f-f截面图。图6是示出半导体元件4的结构的图。更具体地讲，图6的(a)是半导体元件4的俯视图，图6的(b)是图6的(a)的g-g截面图，图6的(c)是图6的(a)的h-h截面图。另外，在实施方式2中，对与在实施方式1中说明的内容相同的构成要素标注相同的标号并省略说明。

如图5的(a)、(b)、(c)所示，半导体激光光源装置110具有半导体元件4、冷却器2及驱动基板3。如图6的(a)、(b)、(c)所示，半导体元件4是在散热体13配置了多个(例如2个)芯片11的大型半导体元件。半导体元件4具有多个(例如2个)芯片11、多个(例如14个)发光层12、多个(例如2个)散热体13、板14、端子销15、can16及玻璃窗17。半导体元件4配置在冷却器2的上表面，各半导体元件4的两个散热体13相互正对地配置。

对1个芯片11配置7个发光层12，在各半导体元件4中以如下方式配置2个散热体13：使在一个散热体13配置的7个发光层12和在另一个散热体13配置的7个发光层12彼此正对。发光层12的配置方向与冷却器2的宽度方向平行。并且，2个半导体元件4的配置方向与发光层12的配置方向垂直。因此，散热片7的流路与冷却器2的长边方向即2个半导体元件4的配置方向平行。

半导体元件4的芯片11具有多个发光层12，因而比实施方式1的半导体激光器1体积更大。并且，对芯片11进行冷却的散热体13及板14同样也体积变大。冷却器2与半导体元件4接触地配置在散热体13的正下方。

端子销15配置在散热体13的外侧。其结果是，能够将2个散热体13接近配置。并且，通过将端子销15配置在散热体13的外侧，能够将冷却器2与实施方式1的情况同样地以与半导体元件4接触的状态配置在散热体13的正下方。其结果是，能够降低散热体13和冷却器2之间的热阻，因而能够高效地冷却半导体元件4。

另外，半导体激光光源装置110包括半导体元件4，该半导体元件4配置了具有多个发光层12的芯片11，由此与实施方式1的半导体激光器1的情况相比，能够减少端子销15的个数，因而能够相对地增大散热面积。由此，能够高效地冷却半导体元件4。

下面，对实施方式2的其它结构进行说明。图7是示出实施方式2的半导体激光光源装置的另一种结构概要的图。更具体地讲，图7的(a)是半导体激光光源装置120的俯视图，图7的(b)是图7的(a)的i-i线截面图，图7的(c)是图7的(a)的j-j线截面图。

在图5的(a)、(b)、(c)的结构中，2个半导体元件4的配置方向与发光层12的配置方向垂直。其结果是，能够对1个半导体元件4形成1条流路。与此相对，在图7的(a)、(b)、(c)的结构中，2个半导体元件4的配置方向与发光层12的配置方向平行。即，半导体元件4以使7个发光层12的配置方向与冷却器2的长边方向平行的方式配置。因此，散热片7的流路形成为与冷却器2的宽度方向平行，流路不通过多个半导体元件4，因而能够得到可以单独控制多个半导体元件4的温度的效果。

下面，对实施方式2的半导体激光光源系统201进行说明。图8是示出半导体激光光源系统201的结构概要的图。如图8所示，半导体激光光源系统201是沿水平方向排列多个(例如3个)半导体激光光源装置110而构成的。另外，在图8中示出了各半导体激光光源装置110单独具有冷却器2的结构，但也可以是对1个冷却器2配置3个半导体激光光源装置110的半导体元件4的结构。

另外，半导体激光光源系统201也可以是沿水平方向排列多个半导体激光光源装置120来替代多个半导体激光光源装置110而构成的。此外，图1所示的影像显示装置300具有3个半导体激光光源装置100，但也可以具有3个半导体激光光源系统201来替代3个半导体激光光源装置100。

如上所述，在实施方式2的半导体激光光源装置110、120中，半导体激光器是在散热体13上配置了多个芯片11的半导体元件4，冷却器2以与半导体元件4接触的方式配置在散热体13的正下方。因此，与实施方式1的情况相比，端子销15的个数减少，因而冷却器2和半导体元件4的接触面积增大，能够进一步高效地冷却半导体元件4。

这样，与实施方式1的情况相比，端子销15的个数减少，因而能够实现半导体激光光源装置110、120的小型化。

导体激光光源系统201具有多个半导体激光光源装置110或者半导体激光光源装置120，因而相比半导体激光光源装置110或者半导体激光光源装置120单体，能够实现高输出化。

另外，由于能够使光源自身小型化，因而能够得到可靠性较高的小型的影像显示装置300。

<实施方式3>

下面，对实施方式3的半导体激光光源装置130进行说明。图9是示出实施方式3的半导体激光光源装置130的结构概要的图。更具体地讲，图9的(a)是半导体激光光源装置130的俯视图，图9的(b)是图9的(a)的k-k线截面图，图9的(c)是半导体激光光源装置130的侧视图。另外，在实施方式3中，对与在实施方式1、2中说明的内容相同的构成要素标注相同的标号并省略说明。

在实施方式1中，驱动基板3被配置为与冷却器2的下表面(冷却器2的与配置有半导体激光器1的一侧的面为相反侧的面)接触，而在实施方式3中，冷却器2及驱动基板3分别被配置为与半导体激光器1的出射面的相反侧的面接触。

如图9的(a)、(b)、(c)所示，半导体激光器1以使散热体13彼此正对的方式配置了2列。冷却器2以如下方式配置：形成为使宽度方向中央部分处于比端部高的高度位置处的凸部状，使宽度方向中央部分的上表面与半导体激光器1的板14的下表面的内侧部分接触。驱动基板3以被分割成两个并分别与板14的下表面的外侧部分接触的方式配置。驱动基板3配置在冷却器2的宽度方向两端部的上侧，不与冷却器2接触。端子销15被配置为从一对驱动基板3向下方突出。即，端子销15配置在半导体激光光源装置130的宽度方向两端部，冷却器2配置于在半导体激光光源装置130的宽度方向两端部配置的端子销15之间。

实施方式3的冷却器2与实施方式1的情况不同，不具备空洞2a和贯通孔2b，在冷却器2的下表面配置有多个散热片7。并且，在散热片7的背面配置有风扇8。

下面，对实施方式3的半导体激光光源装置的另一种结构概要进行说明。图10是示出实施方式3的半导体激光光源装置的另一种结构概要的图。更具体地讲，图10的(a)是半导体激光光源装置140的俯视图，图10的(b)是图10的(a)的l-l截面图，图10的(c)是半导体激光光源装置140的侧视图。

如图10的(a)、(b)、(c)所示，半导体激光器1以使具有发光层12的芯片11正对的方式配置了两列。端子销15配置在半导体激光光源装置130的宽度方向中央部分。驱动基板3配置在半导体激光光源装置130的宽度方向中央部分，并且被配置为使驱动基板3的宽度方向两端部的上表面与半导体激光器1的板14的下表面的内侧部分接触。冷却器2以如下方式配置：形成为使宽度方向中央部分处于比端部低的高度位置处的凹部状，使宽度方向两端部的上表面与半导体激光器1的板14的下表面的外侧部分接触。

下面，对实施方式3的半导体激光光源装置的另一种结构概要进行说明，即说明具有半导体元件4时的两种结构概要。图11是示出实施方式3的半导体激光光源装置的另一种结构概要的图。更具体地讲，图11的(a)是半导体激光光源装置150的俯视图，图11的(b)是图11的(a)的m-m截面图，图11的(c)是图11的(a)的n-n截面图。

如图11的(a)、(b)、(c)所示，半导体激光光源装置150构成为具有在散热体13的外侧配置了端子销15的半导体元件4，在端子销15之间配置有冷却器2。即，是在图9的(a)、(b)、(c)所示的半导体激光光源装置130中配置了半导体元件4替代半导体激光器1的例子。

更具体地讲，冷却器2以如下方式配置：形成为使宽度方向中央部分处于比端部高的高度位置处的凸部状，使宽度方向中央部分的上表面与半导体元件4的板14的下表面的中央部分接触。驱动基板3以被分割成两个并分别与板14的下表面的两端部分接触的方式配置。驱动基板3配置在冷却器2的宽度方向两端部的上侧，不与冷却器2接触。

下面，对另一种结构概要进行说明。图12是示出实施方式3的半导体激光光源装置的另一种结构概要的图。更具体地讲，图12的(a)是半导体激光光源装置160的俯视图，图12的(b)是图12的(a)的o-o截面图，图12的(c)是图12的(a)的p-p截面图。

如图12的(a)、(b)、(c)所示，半导体激光光源装置160构成为具有在散热体13的外侧的一方配置了端子销15的半导体元件4，在散热体13的正下方配置有冷却器2，在端子销15的外侧配置有驱动基板3。

更具体地讲，冷却器2以如下方式配置：形成为使宽度方向中央部分及一方的端部处于比另一方的端部高的高度位置的形状，使宽度方向中央部分及一方的端部的上表面与半导体元件4的板14的下表面的中央部分及一方的端部接触。驱动基板3被配置为与板14的下表面的另一方的端部接触。驱动基板3配置在冷却器2的宽度方向的另一方的端部的上侧，不与冷却器2接触。

如上所述，在实施方式3的半导体激光光源装置130、140、150、160中，冷却器2及驱动基板3分别被配置为与半导体激光器1或者半导体元件4的出射面的相反侧的面接触。因此，由于使半导体激光器1或者半导体元件4与冷却器2直接接触，因而能够降低半导体激光器1或者半导体元件4与冷却器2之间的热阻，能够高效地冷却半导体激光器1或者半导体元件4。

在实施方式3中，能够提高冷却器2的散热片7的高度位置，因而能够增加散热面积，能够提高冷却器2的性能。并且，由于将散热片7配置在冷却器2的外侧，因而能够构成在散热片7的背面配置了风扇8的强制风冷的冷却器。另外，在实施方式3中示出了使用风扇8的强制风冷的冷却器2，但也能够如实施方式1、2那样配置液冷装置替代强制风冷。

另外，与实施方式1、2的情况一样，能够将实施方式3的半导体激光光源装置用于半导体激光光源系统及影像显示装置。

详细说明了本发明，但上述的说明是关于所有方面的示例，本发明不限于此。应当被理解为，未示例的无数的变形例是不脱离本发明的范围的能够想到的方式。

另外，本发明能够在本发明的范围内自由组合各实施方式，并对各实施方式进行适当变形、省略。

标号说明

1：半导体激光器1；2：冷却器2；3：驱动基板3；4：半导体元件；100、110、120、130、140、150、160：半导体激光光源装置；200、201：半导体激光光源系统；300：影像显示装置。