(57)【要約】【課題】レーザ媒質を励起するための光のエネルギ密度を大きくすることができるレーザ装置を提供する。【解決手段】  レーザ結晶１１、ヒートシンク１３ｂ、ヒートスプレッダ１３ａ、波長変換素子、ミラー素子、及び励起用光源などを有している。そして、レーザ結晶１１とヒートスプレッダ１３ａは、レーザ結晶１１の面内方向に関して、中心部３０ａの空隙率が低く、周辺部３０ｂの空隙率が高い接合材３０によって接合されている。この場合は、レーザ結晶１１で発生する熱量が従来よりも多く、しかもレーザ結晶１１とヒートスプレッダ１３ａの熱膨張係数の差が小さくなくても、ヒートシンク１３ｂとヒートスプレッダ１３ａとからなる放熱部材の放熱効果を保ちつつ、レーザ結晶１１とヒートスプレッダ１３ａの熱膨張係数の差に起因する接合部の「はく離」やレーザ結晶１１の破壊を抑制することができる。【選択図】図７
2015109356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザと、
前記半導体レーザからの光によって励起されるレーザ媒質と、
前記レーザ媒質と接合材を介して接合され、前記レーザ媒質で発生した熱を放熱する部材とを備え、
前記接合材は、銀の焼結体を含み、前記レーザ媒質の面内方向に関して、空隙率が異なることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記接合材は、周辺部の空隙率が中心部の空隙率よりも相対的に高いことを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記接合材は、樹脂を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
半導体レーザと、
前記半導体レーザからの光によって励起されるレーザ媒質と、
前記レーザ媒質と接合され、前記レーザ媒質で発生した熱を放熱する部材とを備え、
前記レーザ媒質と前記部材の接合部では、前記レーザ媒質の面内方向に関して、接合部の中心部と周辺部とで接合材が異なることを特徴とするレーザ装置。
【請求項５】
前記中心部の接合材は、銀の焼結体を含み、前記周辺部の接合材は、銀の焼結体と樹脂とを含むことを特徴とする請求項４に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記中心部の接合材は、銀の焼結体を含み、前記周辺部の接合材は、銀のフィラーを含む樹脂系接着剤であることを特徴とする請求項４に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記レーザ媒質は、複数の半導体膜が積層された薄膜であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項８】
レーザ光によって励起されるレーザ媒質と、該レーザ媒質で発生した熱を放熱する部材とを有するレーザ装置の製造方法であって、
前記部材に、銀を含む材料を介して前記レーザ媒質を載置する工程と、
前記レーザ媒質の面内方向に関して、前記材料における周辺部を第１の温度に加熱するとともに、前記材料の中心部を前記第１の温度よりも高い第２の温度に加熱する工程と、を含むレーザ装置の製造方法。
【請求項９】
前記加熱する工程では、前記部材、前記材料、及び前記レーザ媒質を到達温度が前記第１の温度に設定されている加熱器に入れるとともに、前記材料の中心部にレーザ光を照射することを特徴とする請求項８に記載のレーザ装置の製造方法。
【請求項１０】
前記加熱する工程では、第１のパワーのレーザ光を前記材料の全体に照射するとともに、前記第１のパワーよりも大きい第２のパワーのレーザ光を前記材料の中心部に照射することを特徴とする請求項８に記載のレーザ装置の製造方法。
【請求項１１】
レーザ光によって励起されるレーザ媒質と、該レーザ媒質で発生した熱を放熱する部材とを有するレーザ装置の製造方法であって、
銀を含む第１の材料と、前記レーザ媒質の面内方向に関して、前記第１の材料を取り囲み、銀と樹脂とを含む第２の材料とを介して、前記部材に前記レーザ媒質を載置する工程と、
前記第１の材料及び第２の材料を加熱する工程と、を含むレーザ装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のレーザ装置と、
前記レーザ装置から射出されるレーザ光を対象物に導光する光学系とを備えるレーザ加工機。
【請求項１３】
レーザ光を用いて情報を表示する表示装置において、
前記レーザ光を射出する請求項１〜７のいずれか一項に記載のレーザ装置を備えることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置、レーザ装置の製造方法、レーザ加工機及び表示装置に係り、更に詳しくは、光によって励起されるレーザ媒質を含むレーザ装置、光によって励起されるレーザ媒質を含むレーザ装置の製造方法、前記レーザ装置を有するレーザ加工機及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザ光を利用して材料を切断したり、材料を熱処理（例えば、アニール処理）するためのレーザ加工機が実用化されている。そして、レーザ光を射出するレーザ装置として、光によって励起されるレーザ媒質を含むレーザ装置が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、発光効率の向上を目的としたレーザ装置が開示されている。このレーザ装置は、互いに対向する第１面及び第２面を有する固体レーザ媒質と、固体レーザ媒質に対して第１面上に形成され、第１波長範囲８８０±５ｎｍ及び第２波長範囲９１０〜９１６ｎｍの波長の光を反射する高反射膜と、第２波長範囲の波長の光に対する共振のＱ値が、第３波長範囲１０６０〜１０６５ｎｍの全波長の光に対する共振のＱ値より大きい光共振器を高反射膜と共に構成し、光共振器内に固体レーザ媒質が位置するように配置された反射手段と、固体レーザ媒質を励起する第１波長範囲の波長の光を出力する励起光源とを備えている。そして、光共振器の光軸の方向と異なる方向から光共振器内に励起光源からの光を導きつつ固体レーザ媒質に入射させている。
【０００４】
また、特許文献２には、半導体レーザと励起輻射源とを備えるレーザが開示されている。
【０００５】
ところで、通常、光によって励起されるレーザ媒質を有するレーザ装置は、該レーザ媒質の温度上昇を抑制するためのヒートシンクなどの放熱部材を備えている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のレーザ装置では、レーザ媒質を励起するための光のエネルギ密度を大きくするのが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、半導体レーザと、前記半導体レーザからの光によって励起されるレーザ媒質と、前記レーザ媒質と接合材を介して接合され、前記レーザ媒質で発生した熱を放熱する部材とを備え、前記接合材は、銀の焼結体を含み、前記レーザ媒質の面内方向に関して、空隙率が異なることを特徴とするレーザ装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のレーザ装置によれば、レーザ媒質を励起するための光のエネルギ密度を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ装置の構成を説明するための図である。
【図２】放熱部材を説明するための図である。
【図３】励起用光源の構成を説明するための図である。
【図４】図４（Ａ）は光照射領域Ｒ１及び光照射領域Ｒ２を説明するための図であり、図４（Ｂ）は光吸収部を説明するための図である。
【図５】従来のレーザ装置におけるレーザ結晶と放熱部材の熱膨張率の差に起因する接合部の「はく離」を説明するための図である。
【図６】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、それぞれレーザ結晶の中心部のみを接合部とした場合の不都合な点を説明するための図である。
【図７】本実施形態におけるレーザ結晶１１とヒートスプレッダ１３ａの接合部及び接合材３０を説明するための図である。
【図８】図８（Ａ）は、接合材３０における中心部３０ａでの空隙率を説明するための図であり、図８（Ｂ）は、接合材３０における周辺部３０ｂでの空隙率を説明するための図である。
【図９】本実施形態におけるレーザ結晶１１の光吸収部で発生した熱の流れを説明するための図である。
【図１０】図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、それぞれレーザ結晶１１とヒートスプレッダ１３ａとを接合する方法を説明するための図（その１）である。
【図１１】レーザ結晶１１とヒートスプレッダ１３ａとを接合する方法を説明するための図（その２）である。
【図１２】レーザ結晶１１とヒートスプレッダ１３ａとを接合する際の、銀ペースト４０における中心部及び周辺部の温度プロファイルを説明するための図である。
【図１３】レーザ結晶１１とヒートスプレッダ１３ａとを接合する方法の変形例を説明するための図である。
【図１４】レーザ装置の変形例１を説明するための図である。
【図１５】変形例１のレーザ装置におけるレーザ媒質である薄膜４１を説明するための図である。
【図１６】図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）は、それぞれ変形例１のレーザ装置において、薄膜４１とヒートスプレッダ１３ａとを接合する方法を説明するための図（その１）である。
【図１７】変形例１のレーザ装置において、薄膜４１とヒートスプレッダ１３ａとを接合する方法を説明するための図（その２）である。
【図１８】変形例１のレーザ装置において、薄膜４１とヒートスプレッダ１３ａとを接合する方法を説明するための図（その３）である。
【図１９】変形例１のレーザ装置において、薄膜４１とヒートスプレッダ１３ａとを接合する方法の変形例を説明するための図である。
【図２０】図２０（Ａ）は、変形例１のレーザ装置における接合材３０の中心部３０ａを説明するための図であり、図２０（Ｂ）は、変形例１のレーザ装置における接合材３０の周辺部３０ｂを説明するための図である。
【図２１】図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）は、それぞれ２種類の銀ペーストを塗布する際に用いられる器具を説明するための図（その１）である。
【図２２】２種類の銀ペーストを塗布する際に用いられる器具を説明するための図（その２）である。
【図２３】図２３（Ａ）〜図２３（Ｃ）は、それぞれ２種類の銀ペーストを用いる場合の、レーザ結晶１１とヒートスプレッダ１３ａとを接合する方法を説明するための図（その１）である。
【図２４】図２４（Ａ）及び図２４（Ｂ）は、それぞれ２種類の銀ペーストを用いる場合の、レーザ結晶１１とヒートスプレッダ１３ａとを接合する方法を説明するための図（その２）である。
【図２５】２種類の銀ペーストを用いる場合の、各銀ペーストの温度プロファイルを説明するための図である。
【図２６】図２６（Ａ）及び図２６（Ｂ）は、それぞれレーザアニール装置の概略構成を説明するための図である。
【図２７】レーザ切断機の概略構成を説明するための図である。
【図２８】レーザ・ディスプレイ装置を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１３に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係るレーザ装置１０の概略構成が示されている。
【００１１】
このレーザ装置１０は、一例として図１に示されるように、レーザ結晶１１、放熱部材１３、波長変換素子１５、ミラー素子１７、及び励起用光源２０などを有している。
【００１２】
なお、以下では、ｘｙｚ３次元直交座標系において、レーザ結晶１１の表面に直交する方向をｚ軸方向とする。そして、レーザ装置１０から射出されるレーザ光の進行方向を＋ｚ方向とする。
【００１３】
レーザ結晶１１は、レーザ媒質であり、Ｎｄ（ネオジム）の濃度が５ａｔ％のＮｄ：ＹＶＯ４結晶が、いわゆるｃ軸カットされたものである。このレーザ結晶１１の熱膨張係数は、７〜１１×１０−６（／Ｋ）である。
【００１４】
レーザ結晶１１の表面形状は、一辺の長さが３ｍｍの正方形であり、レーザ結晶１１の厚さ（ｚ軸方向の長さ）は０．５ｍｍである。なお、レーザ結晶１１の形状及び寸法はこれに限定されるものではない。
【００１５】
以下では、便宜上、レーザ結晶１１の−ｚ側の面を「Ａ面」と表記し、＋ｚ側の面を「Ｂ面」と表記する。
【００１６】
レーザ結晶１１のＡ面には、波長が８０８ｎｍの光に対して９８．０％以上の反射率を有し、波長が１０６４ｎｍの光に対して９９．０％以上の反射率を有する誘電体多層膜がコーティングされている。
【００１７】
また、レーザ結晶１１のＢ面には、波長が８０８ｎｍの光に対して９５．０％以上の透過率を有し、波長が１０６４ｎｍの光に対して９９．０％以上の透過率を有し、波長が５３２ｎｍの光に対して９９．０％以上の反射率を有する誘電体多層膜がコーティングされている。
【００１８】
放熱部材１３は、レーザ結晶１１の−ｚ側に配置され、レーザ結晶１１のＡ面と接合されている。そこで、レーザ結晶１１で発生した熱は、Ａ面を介して放熱部材１３に移行することができる。
【００１９】
放熱部材１３は、一例として図２に示されるように、ヒートスプレッダ１３ａとヒートシンク１３ｂとから構成されている。
【００２０】
ヒートシンク１３ｂは、外形が略直方体の部材であり、内部に水路となる空洞を有している。ここでは、一例として、ヒートシンク１３ｂの材料は、銅−タングステン合金であり、熱膨張係数は、７〜１１×１０−６（／Ｋ）である。なお、ヒートシンク１３ｂの材料として、銅−モリブデン合金（熱膨張係数：７〜１１×１０−６（／Ｋ））を用いても良い。また、ヒートシンク１３ｂの形状はこれに限定されるものではない。
【００２１】
ヒートスプレッダ１３ａは、ヒートシンク１３ｂの＋ｚ側の面に設けられている。そして、このヒートスプレッダ１３ａが、レーザ結晶１１のＡ面と接合されている。ここでは、一例として、ヒートスプレッダ１３ａの材料は、ダイヤモンドであり、熱膨張係数は、１〜２．５×１０−６（／Ｋ）である。なお、ヒートスプレッダ１３ａの材料として、ＳｉＣ（熱膨張係数：約３×１０−６（／Ｋ））や、ＡｌＮ（熱膨張係数：約５×１０−６（／Ｋ））を用いても良い。
【００２２】
励起用光源２０は、波長が８０８ｎｍの励起用レーザ光を、ｚ軸方向に対して傾斜した方向から、レーザ結晶１１のＢ面に向けて射出する。
【００２３】
この励起用光源２０は、一例として図３に示されるように、半導体レーザ素子２１、コリメートレンズ２２、及び集光レンズ２３などを有している。これらは、所定の位置関係で不図示のホルダに保持されている。
【００２４】
半導体レーザ素子２１は、外部から電力が供給されると、波長が８０８ｎｍのレーザ光を射出する。
【００２５】
コリメートレンズ２２は、半導体レーザ素子２１から射出されたレーザ光を略平行光にする。なお、コリメートレンズ２２に代えて、同等の機能を有し、複数のレンズからなるコリメートレンズ系を用いても良い。
【００２６】
集光レンズ２３は、コリメートレンズ２２を介したレーザ光を集束光にする。この集光レンズ２３を介したレーザ光が、励起用レーザ光として励起用光源２０からレーザ結晶１１のＢ面に向けて射出される。なお、集光レンズ２３に代えて、同等の機能を有し、複数のレンズからなる集光レンズ系を用いても良い。
【００２７】
図１に戻り、波長変換素子１５は、レーザ結晶１１の＋ｚ側に配置され、レーザ結晶１１から射出されたレーザ光の波長を変換する。
【００２８】
この波長変換素子１５は、３ｍｍ×３ｍｍ×１０ｍｍの四角柱状の部材であり、長手方向がｚ軸方向と一致するように配置されている。なお、波長変換素子１５の形状及び寸法はこれに限定されるものではない。
【００２９】
ここでは、波長変換素子１５として、ＬｉＢ３Ｏ５結晶、いわゆるＬＢＯ結晶が用いられている。この波長変換素子１５は、レーザ結晶１１から射出されたレーザ光の波長を１／２倍に変換する。
【００３０】
波長変換素子１５のｚ軸方向に関する両端面には、波長が１０６４ｎｍの光及び波長が５３２ｎｍの光に対して９９．０％以上の透過率を有する誘電体多層膜がコーティングされている。
【００３１】
ミラー素子１７は、波長変換素子１５の＋ｚ側に配置されている。ミラー素子１７の−ｚ側の面は曲面であり、＋ｚ側の面は平面である。ここでは、ミラー素子１７の−ｚ側の面の曲率半径は、４００ｍｍである。
【００３２】
ミラー素子１７の−ｚ側の面には、波長が１０６４ｎｍの光に対して９９．５％以上の反射率を有し、波長が５３２ｎｍの光に対して９９．０％以上の透過率を有する誘電体多層膜がコーティングされている。
【００３３】
そこで、レーザ結晶１１のＡ面にコーティングされている誘電体多層膜とミラー素子１７の−ｚ側の面にコーティングされている誘電体多層膜とによって、いわゆる共振器が構成されている。
【００３４】
ここでは、ｚ軸方向に関して、レーザ結晶１１のＡ面とミラー素子１７の−ｚ側の面との距離は２５０ｍｍである。すなわち、共振器の長さは２５０ｍｍである。
【００３５】
また、ミラー素子１７の＋ｚ側の面には、波長が５３２ｎｍの光に対して９９．５％以上の透過率を有する誘電体多層膜がコーティングされている。
【００３６】
上記のように構成されるレーザ装置１０では、励起用光源２０から波長が８０８ｎｍの励起用レーザ光が射出されると、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示されるように、該励起用レーザ光はレーザ結晶１１のＢ面における光照射領域Ｒ１の一部を通過してＡ面における光照射領域Ｒ２で反射され、光照射領域Ｒ１の一部を通過して外部に出て行く。
【００３７】
このとき、レーザ結晶１１では、外部に出て行く励起用レーザ光以外はすべて光吸収部で吸収され、そのエネルギは熱と発光に利用される。すなわち、レーザ結晶１１は、励起用レーザ光を吸収することによって発光し、上記共振器によって波長が１０６４ｎｍのレーザ発振が行われる。
【００３８】
波長変換素子１５は、波長が１０６４ｎｍのレーザ光を波長が５３２ｎｍのレーザ光に変換する。波長変換素子１５から射出された波長が５３２ｎｍのレーザ光は、ミラー素子１７を透過し、レーザ装置１０から外部に射出される。
【００３９】
ところで、従来のレーザ装置では、レーザ結晶と放熱部材を接合するための接合材として、一般的に金錫はんだが用いられていた。金錫はんだは、約２８０℃で溶融し、室温に戻ると、レーザ結晶と放熱部材を硬くしっかりと接合する。また、接合材の厚さを薄くできるため放熱効果も優れている。
【００４０】
放熱部材の材料として、熱膨張係数がレーザ結晶の熱膨張係数に近いものが使用されるが、まったく同じにすることはできない。そして、レーザ結晶と放熱部材の熱膨張係数の差が小さくないと、接合処理における冷却の際にレーザ結晶と放熱部材の接合部に「はく離」（図５参照）が発生したり、レーザ結晶が破壊されるおそれがあった。なお、「はく離」の発生及びレーザ結晶の破壊は、レーザ結晶のサイズが大きいほど起こりやすい。
【００４１】
そこで、一例として図６（Ａ）に示されるように、レーザ光が照射される領域のみを接合材で接合することが考えられる。この場合は、接合に対するレーザ結晶と放熱部材の熱膨張係数の差の影響を小さくすることができるので、良いように見える。しかしながら、放熱の観点から考えると、図６（Ｂ）に示されるように、励起用レーザ光が照射され光吸収部で発生した熱は、接合部を介して放熱部材に流れるため、接合部が小さいと放熱が十分に行われず、レーザ結晶の温度が上昇し、レーザ出力が低下するという不都合がある。
【００４２】
また、最近、レーザ装置の高出力化を図るため、励起用レーザ光のエネルギ密度を大きくすることが検討されている。この場合、レーザ結晶で発生する熱量が増加するため、従来のヒートシンクでは、放熱を十分に行うことは困難である。そこで、熱の拡散を促進させるヒートスプレッダを、レーザ結晶とヒートシンクとの間に設けることが考えられる。このヒートスプレッダの材料としては、熱を拡散しやすくするために熱伝導率の大きい材料でなくては効果がなく、一般的にはダイヤモンドが好適である。しかしながら、ダイヤモンドの熱膨張係数は１〜２．５×１０−６／Ｋ程度であり、レーザ結晶の熱膨張係数（７〜１１×１０−６／Ｋ程度）との差が大きい。このため、２８０℃付近まで温度を上げる金錫はんだによる接合では、接合部の「はく離」やレーザ結晶の破壊を招くおそれがある。
【００４３】
図７には、本実施形態におけるレーザ結晶１１とヒートスプレッダ１３ａが接合材３０によって接合されている状態が示されている。接合部の大きさは、レーザ結晶１１の表面の大きさと同じである。また、接合部における接合材３０の厚さは、数μｍ〜数十μｍである。
【００４４】
本実施形態では、接合材３０は、銀の焼結体であり、レーザ結晶１１の面内方向（ここでは、ｚ軸方向に直交する面内方向）に関して、中心部３０ａと周辺部３０ｂとで空隙率が異なっている。
【００４５】
接合材３０における空隙率が大きい部分は、空隙率が小さい部分よりも多くの空隙を有することとなるため、空隙率が小さい部分よりもレーザ結晶１１とヒートスプレッダ１３ａの熱膨張係数の差に起因する応力を緩和することができる。
【００４６】
一方、接合材３０における空隙率が小さい部分は、空隙率が大きい部分よりも多くの銀を有することとなるため、空隙率が大きい部分よりも多くの熱を通過させることができる。
【００４７】
また、光吸収部では、発生した熱によって中心部の温度が最も高くなりやすい。
【００４８】
そこで、本実施形態では、一例として図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示されるように、接合材３０における周辺部３０ｂでの空隙率が中心部３０ａでの空隙率よりも大きくなるように設定されている。
【００４９】
すなわち、本実施形態では、接合材３０の中心部３０ａを応力緩和作用は小さいが熱伝導率が大きい領域とし、接合材３０の周辺部３０ｂを熱伝導率は小さいが応力緩和作用が大きい領域としている。具体的には、中心部３０ａでの熱伝導率は１８０〜２２０（Ｗ／ｍＫ）であり、周辺部３０ｂでの熱伝導率は１００〜１５０（Ｗ／ｍＫ）であった。
【００５０】
なお、中心部３０ａであっても、空隙を有するとともに、銀自体が延性を有しているため、金錫はんだよりも大きな応力緩和作用を有している。
【００５１】
また、周辺部３０ｂであっても、熱伝導に寄与する銀を含んでいるため、熱を通過させる作用を有している。そこで、一例として図９に示されるように、レーザ結晶１１の光吸収部で発生した熱の一部は、レーザ結晶１１内を通り、周辺部３０ｂを通過して放熱部材１３に移行することができる。
【００５２】
従って、本実施形態では、放熱部材１３による放熱効果を維持しつつ、レーザ結晶１１とヒートスプレッダ１３ａの熱膨張係数の差に起因する接合部の「はく離」及びレーザ結晶１１の破壊を抑制することができる。
【００５３】
なお、仮に、接合材３０の全体を上記周辺部３０ｂと同じ空隙率とすると、レーザ結晶１１とヒートスプレッダ１３ａの熱膨張係数の差に起因する接合部の「はく離」及びレーザ結晶１１の破壊を抑制することはできるが、放熱部材１３による放熱効果が低下し、レーザ出力が低下する。
【００５４】
また、仮に、接合材３０の全体を上記中心部３０ａと同じ空隙率とすると、放熱部材１３による放熱効果を維持することはできるが、レーザ結晶１１とヒートスプレッダ１３ａの熱膨張係数の差に起因する接合部の「はく離」及びレーザ結晶１１の破壊を抑制できないおそれがある。
【００５５】
次に、レーザ結晶１１とヒートスプレッダ１３ａの接合方法の例１について説明する。
【００５６】
（１−１）ヒートスプレッダ１３ａの＋ｚ側の面に、接合材３０の材料である銀ペースト４０を塗布する（図１０（Ａ）参照）。ここでは、平均粒径が約１μｍの銀の微粒子がアルコール系の溶媒中に分散されている銀ペーストを用いた。
（１−２）ヒートスプレッダ１３ａの＋ｚ側からレーザ結晶１１を近づける（図１０（Ｂ）参照）。
（１−３）レーザ結晶１１に荷重をゆっくりと均等にかけ、銀ペースト４０を押し広げる（図１０（Ｃ）参照）。
（１−４）全体をオーブン（加熱器）に入れ、ゆっくり昇温しながら、銀ペースト４０の中心部にだけ、焼結用レーザ光を当てる（図１１参照）。このとき、銀ペースト４０の中心部及び周辺部が、一例として図１２に示されるような温度プロファイルとなるように、オーブン及び焼結用レーザ光を制御する。ここでは、中心部の焼結温度を２００℃、周辺部の焼結温度を１６０℃としている。また、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間を１時間、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間を１時間としている。
（１−５）時刻ｔ２になると、焼結用レーザ光の照射を停止するとともに、オーブンの電源をオフにし、オーブン内の温度を徐々に下げる。
（１−６）時刻ｔ３になり、オーブン内の温度が室温と同じになると全体をオーブンから取り出す。
【００５７】
これにより、接合材３０における周辺部３０ｂの空隙率を中心部３０ａの空隙率よりも大きくすることができる。ここでは、中心部３０ａの空隙率は約２５％、周辺部３０ｂの空隙率は約３０％であった。
【００５８】
すなわち、レーザ結晶１１とヒートスプレッダ１３ａの接合部を、熱伝導が良く応力緩和効果のある周辺部と、更に熱伝導の良い中心部とから構成させることができ、その結果、レーザ結晶１１で発生する熱量が従来よりも多く、しかもレーザ結晶１１とヒートスプレッダ１３ａの熱膨張係数の差が小さくなくても、接合部に「はく離」を生じることなく、また、レーザ結晶１１を破壊させることなく、効率的にレーザ結晶１１を冷却することが可能となる。
【００５９】
次に、レーザ結晶１１とヒートスプレッダ１３ａの接合方法の例２について説明する。
【００６０】
（２−１）〜（２−３）は、上記（１−１）〜（１−３）と同じ。
（２−４）銀ペースト４０の全体に第１の焼結用レーザ光を照射し、銀ペースト４０の中心部に第１の焼結用レーザ光よりも相対的に高いパワーの第２の焼結用レーザ光を照射する（図１３参照）。このとき、銀ペースト４０の中心部及び周辺部が、一例として図１２に示されるような温度プロファイルとなるように、各焼結用レーザ光を制御する。
（２−５）時刻ｔ２になると、各焼結用レーザ光の出力を徐々に下げながら冷却する。
【００６１】
この方法を用いても、接合材３０における周辺部３０ｂの空隙率を中心部３０ａの空隙率よりも大きくすることができる。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態に係るレーザ装置１０は、レーザ結晶１１、ヒートシンク１３ｂ、ヒートスプレッダ１３ａ、波長変換素子１５、ミラー素子１７、及び励起用光源２０などを有している。
【００６３】
そして、レーザ結晶１１とヒートスプレッダ１３ａは、レーザ結晶１１の面内方向に関して、中心部３０ａの空隙率が低く、周辺部３０ｂの空隙率が高い接合材３０によって接合されている。この場合は、レーザ結晶１１で発生する熱量が従来よりも多く、しかもレーザ結晶１１とヒートスプレッダ１３ａの熱膨張係数の差が小さくなくても、ヒートシンク１３ｂとヒートスプレッダ１３ａとからなる放熱部材１３の放熱効果を保ちつつ、レーザ結晶１１とヒートスプレッダ１３ａの熱膨張係数の差に起因する接合部の「はく離」やレーザ結晶１１の破壊を抑制することができる。
【００６４】
そこで、レーザ装置１０では、レーザ結晶１１を励起するための光である上記励起用レーザ光のエネルギ密度を大きくすることができる。そして、その結果として、レーザ装置１０の高出力化を図ることができる。
【００６５】
なお、上記実施形態では、銀ペースト４０の周辺部の焼結温度を１６０℃とし、中心部の焼結温度を２００℃とする場合について説明したが、これに限定されるものではない。レーザ結晶１１とヒートスプレッダ１３ａの熱膨張係数の差やレーザ結晶１１の大きさによって変更しても良い。例えば、レーザ結晶１１とヒートスプレッダ１３ａの熱膨張係数の差が更に小さいとき、あるいはレーザ結晶１１の大きさが更に小さいときは、各焼結温度をもっと高くしても良い。例えば、周辺部の焼結温度を約２００℃とし、中心部の焼結温度を約２５０℃としても良い。この場合、上記実施形態よりも、接合材３０の応力緩和作用は小さくなるが、熱伝導率は大きくなる。
【００６６】
また、上記実施形態では、レーザ媒質としてレーザ結晶１１が用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、レーザ媒質として複数の半導体膜が積層されている薄膜４１を用いても良い（図１４参照）。この薄膜４１は、一例として図１５に示されるように、活性層４１ａと、該活性層４１ａの−ｚ側に積層されたＤＢＲ反射鏡４１ｂを有している。この場合は、レーザ媒質の熱容量を上記実施形態よりも小さくでき放熱しやすくなる。
【００６７】
この場合の薄膜４１とヒートスプレッダ１３ａの接合方法の例３について説明する。
【００６８】
（３−１）ヒートスプレッダ１３ａの＋ｚ側の面に銀ペースト４０を塗布する（図１６（Ａ）参照）。
（３−２）ヒートスプレッダ１３ａの＋ｚ側から薄膜４１を成長させた基板４２を近づける（図１６（Ｂ）参照）。
（３−３）基板４２に荷重をゆっくりと均等にかけ、銀ペースト４０を押し広げる（図１６（Ｃ）参照）。
（３−４）全体をオーブンに入れゆっくり昇温しながら、銀ペースト４０の中心部にだけ、焼結用レーザ光を当てる（図１７参照）。このとき、銀ペースト４０の中心部及び周辺部が、一例として図１２に示されるような温度プロファイルとなるように、オーブン及び焼結用レーザ光を制御する。
（３−５）時刻ｔ２になると、焼結用レーザ光の照射を停止するとともに、オーブンの電源をオフにし、オーブン内の温度を徐々に下げる。
（３−６）時刻ｔ３になり、オーブン内の温度が室温と同じになると全体をオーブンから取り出す。
（３−７）基板４２をエッチングにより取り除く（図１８参照）。
【００６９】
これにより、接合材３０における周辺部３０ｂの空隙率を中心部３０ａの空隙率よりも大きくすることができる。
【００７０】
また、この場合の薄膜４１とヒートスプレッダ１３ａの接合方法の例４について説明する。
【００７１】
（４−１）〜（４−３）は、上記（３−１）〜（３−３）と同じ。
（４−４）銀ペースト４０の全体に第１の焼結用レーザ光を照射し、銀ペースト４０の中心部に第１の焼結用レーザ光よりも相対的に高いパワーの第２の焼結用レーザ光を照射する（図１９参照）。このとき、銀ペースト４０の中心部及び周辺部が、一例として図１２に示されるような温度プロファイルとなるように、各焼結用レーザ光を制御する。
（４−５）時刻ｔ２になると、各焼結用レーザ光の出力を徐々に下げながら冷却する。
（４−６）基板４２をエッチングにより取り除く。
【００７２】
この方法を用いても、接合材３０における周辺部３０ｂの空隙率を中心部３０ａの空隙率よりも大きくすることができる。
【００７３】
レーザ媒質として薄膜４１を用いた場合、活性層４１ａの成分を選択することにより、励起用レーザ光の波長を５２３ｎｍ、発振波長を７１０ｎｍとすることができる。
【００７４】
この場合、変更された波長に応じて各光学部材にコーティングされている誘電体多層膜を変更する必要がある。
【００７５】
具体的には、薄膜４１の−ｚ側の面には、波長が５２３ｎｍの光に対して９８．０％以上の反射率を有し、波長が７１０ｎｍの光に対して９９．０％以上の反射率を有する誘電体多層膜がコーティングされる。
【００７６】
また、薄膜４１の＋ｚ側の面には、波長が５２３ｎｍの光に対して９５．０％以上の透過率を有し、波長が７１０ｎｍの光に対して９９．０％以上の透過率を有し、波長が３５５ｎｍの光に対して９９．０％以上の反射率を有する誘電体多層膜がコーティングされる。
【００７７】
そして、ミラー素子１７の−ｚ側の面には、波長が７１０ｎｍの光に対して９９．５％以上の反射率を有し、波長が３５５ｎｍの光に対して９９．０％以上の透過率を有する誘電体多層膜がコーティングされる。
【００７８】
また、ミラー素子１７の＋ｚ側の面には、波長が３５５ｎｍの光に対して９９．５％以上の透過率を有する誘電体多層膜がコーティングされる。
【００７９】
そして、共振器の長さは５０ｍｍとされる。
【００８０】
この場合、波長変換素子１５は、波長が７１０ｎｍのレーザ光を波長が３５５ｎｍのレーザ光に変換する。
【００８１】
さらに、上記実施形態において、前記銀ペースト４０に代えて、熱硬化型の樹脂（例えば、エポキシ樹脂）が添加された銀ペーストを用いても良い。この場合は、一例として図２０（Ａ）及び図２０（Ｂ）に示されるように、上記接合材３０における空隙の少なくとも一部が樹脂に置き換えられ、接合材３０の応力緩和作用を更に高めることができる。なお、この場合の樹脂は、硬化温度が焼結温度とほぼ同じであり、約２００℃までの耐熱性を有することが好ましい。また、樹脂は、硬化後に弾性を有しているのが好ましい。
【００８２】
また、上記実施形態では、接合材３０の材料として１種類の銀ペースト４０が用いられる場合について説明したがこれに限定されるものではない。例えば、中心部に２００℃用の銀ペーストを用い、周辺部に１００℃用の銀ペーストを用いても良い。
【００８３】
また、例えば、中心部に前記銀ペースト４０と同じ銀ペースト（銀ペースト４０Ａという）を用い、周辺部に前記銀ペースト４０に熱硬化型の樹脂（例えば、エポキシ樹脂）が添加された銀ペースト（銀ペースト４０Ｂという）を用いても良い。
【００８４】
そして、この場合に、ヒートスプレッダ１３ａの＋ｚ側の面に２つ銀ペースト（４０Ａ、４０Ｂ）を塗布する際に用いられる器具５０の例が、図２１（Ａ）及び図２１（Ｂ）に示されている。図２１（Ｂ）は、図２１（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００８５】
この器具５０は、複数の貫通孔を有するパイプ状の部材である。複数の貫通孔のうち、中央の貫通孔５１には、銀ペースト４０Ａが充填され、周辺の４つの貫通孔５２には、銀ペースト４０Ｂが充填される（図２２参照）。そして、押し棒５３（図２２参照）を−ｚ側に押し下げることにより、各銀ペーストを貫通孔の−ｚ側の開口から押し出すことができる。すなわち、器具５０は、いわゆるシリンジである。
【００８６】
この場合のレーザ結晶１１とヒートスプレッダ１３ａの接合方法の例５について説明する。
【００８７】
（５−１）２つ銀ペースト（４０Ａ、４０Ｂ）が充填されている器具５０をヒートスプレッダ１３ａの＋ｚ側に配置し、押し棒５３を−ｚ側に押し下げ、２つ銀ペースト（４０Ａ、４０Ｂ）を貫通孔の−ｚ側の開口から押し出す（図２３（Ａ）及び図２３（Ｂ）参照）。
（５−２）ヒートスプレッダ１３ａの＋ｚ側の面に２つ銀ペースト（４０Ａ、４０Ｂ）を塗布する（図２３（Ｃ）参照）。
（５−３）ヒートスプレッダ１３ａの＋ｚ側からレーザ結晶１１を近づける（図２４（Ａ）参照）。
（５−４）レーザ結晶１１に荷重をゆっくりと均等にかけ、各銀ペーストを押し広げる（図２４（Ｂ）参照）。
（５−５）全体をオーブンに入れゆっくり昇温する。このとき、一例として図２５に示されるような温度プロファイルとなるように、オーブンを制御する。ここでは、中心部及び周辺部ともに焼結温度を２００℃としている。また、時刻ｔ０から時刻ｔ１１までの時間を１時間、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの時間を１時間としている。
（５−６）時刻ｔ１２になると、オーブンの電源をオフにし、オーブン内の温度を徐々に下げる。
（５−７）時刻ｔ１３になり、オーブン内の温度が室温と同じになると全体をオーブンから取り出す。
【００８８】
この場合は、周辺部３０ｂでは、銀の焼結体における空隙の少なくとも一部が樹脂となり、樹脂による応力緩和効果を付加することができる。すなわち、中心部３０ａは放熱重視の接合材であり、周辺部３０ｂは応力緩和重視の接合材である。
【００８９】
また、上記銀ペースト４０Ｂに代えて、銀のフィラーを含む樹脂系接着剤を用いても良い。この場合も、周辺部の応力緩和効果を高めることができる。この樹脂系接着剤は、一例として熱硬化型のエポキシ樹脂中に薄い板状の銀のフィラーが分散されている。この場合は、銀のフィラー同士の接触が容易であり、良好な熱伝導を確保するとともに、樹脂による応力緩和効果の向上を図ることができる。
【００９０】
また、上記銀ペースト４０Ａに代えて、ペースト状の一般的なはんだや金錫はんだを用いても良い。
【００９１】
また、上記実施形態では、銀ペースト４０における銀の平均粒径が約１μｍの場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、銀の平均粒径が１０ｎｍ〜数十ｎｍであるいわゆるナノ粒子を含む銀ペーストであっても良い。
【００９２】
また、上記実施形態において、レーザ装置１０で発生する熱量があまり大きくない場合は、放熱部材１３が、ヒートシンク１３ｂのみで構成されていても良い。この場合、ヒートシンク１３ｂの材料の選択幅を拡げることができる。
【００９３】
また、上記実施形態では、レーザ装置１０から射出される光の波長が５３２ｎｍの場合について説明したがこれに限定されるものではない。例えば、波長変換素子１５を取り替えることによって、レーザ装置１０から射出される光の波長を変更することができる。なお、この場合は、変更された波長に応じて各光学部材にコーティングされている誘電体多層膜を変更する必要がある。
【００９４】
また、上記実施形態において、レーザ装置１０から射出される光の波長が１０６４ｎｍで良い場合は、前記波長変換素子１５は、不要である。
【００９５】
《レーザアニール装置》
一例として図２６（Ａ）及び図２６（Ｂ）にレーザ加工機としてのレーザアニール装置１０００の概略構成が示されている。このレーザアニール装置１０００は、光源１０１０、光学系１０２０、テーブル装置１０３０、及び不図示の制御装置などを備えている。
【００９６】
光源１０１０は、上記レーザ装置１０を複数有し、複数のレーザ光を射出することができる。光学系１０２０は、光源１０１０から射出された複数のレーザ光を対象物Ｐの表面に導光する。テーブル装置１０３０は、対象物Ｐが載置されるテーブルを有している。該テーブルは、少なくともＹ軸方向に沿って移動することができる。
【００９７】
例えば、対象物Ｐがアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）の場合、レーザ光が照射されると、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）は、温度が上昇し、その後、徐々に冷却されることによって結晶化し、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）になる。
【００９８】
この場合、レーザアニール装置１０００は、光源１０１０が上記レーザ装置１０を有しているため、アニール処理を効率的に行うことができる。
【００９９】
《レーザ切断機》
一例として図２７にレーザ加工機としてのレーザ切断機２０００の概略構成が示されている。このレーザ切断機２０００は、光源２０１０、光学系２１００、対象物Ｐが載置されるテーブル２１５０、テーブル駆動装置２１６０、操作パネル２１８０及び制御装置２２００などを備えている。
【０１００】
光源２０１０は、上記レーザ装置１０を有し、制御装置２２００の指示に基づいてレーザ光を射出する。光学系２１００は、光源２０１０から射出されたレーザ光を対象物Ｐの表面近傍で集光させる。テーブル駆動装置２１６０は、制御装置２２００の指示に基づいて、テーブル２１５０をＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に移動させる。
【０１０１】
操作パネル２１８０は、作業者が各種設定を行うための複数のキー、及び各種情報を表示するための表示器を有している。制御装置２２００は、操作パネル２１８０からの各種設定情報に基づいて、光源２０１０及びテーブル駆動装置２１６０を制御する。
【０１０２】
この場合、レーザ切断機２０００は、光源２０１０が上記レーザ装置１０を有しているため、切断処理を効率的に行うことができる。
【０１０３】
なお、レーザ切断機２０００は、複数の光源２０１０を有しても良い。
【０１０４】
また、レーザ装置１０は、レーザアニール装置及びレーザ切断機以外のレーザ光を利用する装置にも好適である。例えば、表示装置の光源に用いても良い。
【０１０５】
《レーザ・ディスプレイ装置》
図２８には、表示装置としてのレーザ・ディスプレイ装置３０００の概略構成が示されている。
【０１０６】
このレーザ・ディスプレイ装置３０００は、レーザ装置１０を含む光源ユニット３００１と、光源ユニット３００１からのレーザ光を表示情報に応じて変調し、該変調されたレーザ光をスクリーン３０１０に向けて出力するための光学系３００３と、光源ユニット３００１及び光学系３００３を制御する制御装置３００５とを備えている。
【０１０７】
このレーザ・ディスプレイ装置３０００は、レーザ装置１０を有しているため、表示される画像品質を向上させることができる。
【０１０８】
なお、空間を貫くレーザ光によって映像表現を行うレーザ・ディスプレイ装置であっても、前記光源ユニット３００１を備えるレーザ・ディスプレイ装置であれば、表示される画像品質を向上させることができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１０…レーザ装置、１１…レーザ結晶（レーザ媒質）、１３ａ…ヒートスプレッダ（放熱する部材の一部）、１３ｂ…ヒートシンク（放熱する部材の一部）、１５…波長変換素子、１７…ミラー素子、２０…励起用光源、２１…半導体レーザ素子（半導体レーザ）、２２…コリメートレンズ、２３…集光レンズ、３０…接合材、３０ａ…中心部、３０ｂ…周辺部、４０…銀ペースト（銀を含む材料）、４０Ａ…銀ペースト（第１の材料）、４０Ｂ…銀ペースト（第２の材料）、４１…薄膜（レーザ媒質）、４２…基板、５０…器具、５１…貫通孔、５２…貫通孔、１０００…レーザアニール装置（レーザ加工機）、１０１０…光源、１０２０…光学系、１０３０…テーブル装置、２０００…レーザ切断機（レーザ加工機）、２０１０…光源、２１００…光学系、２１５０…テーブル、２１６０…テーブル駆動装置、２１８０…操作パネル、２２００…制御装置、３０００…レーザ・ディスプレイ装置（表示装置）、３００１…光源ユニット、３００３…光学系、３００５…制御装置、３０１０…スクリーン、Ｐ…対象物。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１０】
【特許文献１】特開２００５−０３９０９３号公報
【特許文献２】特開２００２−５２３８８９号公報
【図１】
2015109356.tif 000003
【図２】
2015109356.tif 000004
【図３】
2015109356.tif 000005
【図４】
2015109356.tif 000006
【図５】
2015109356.tif 000007
【図６】
2015109356.tif 000008
【図７】
2015109356.tif 000009
【図８】
2015109356.tif 000010
【図９】
2015109356.tif 000011
【図１０】
2015109356.tif 000012
【図１１】
2015109356.tif 000013
【図１２】
2015109356.tif 000014
【図１３】
2015109356.tif 000015
【図１４】
2015109356.tif 000016
【図１５】
2015109356.tif 000017
【図１６】
2015109356.tif 000018
【図１７】
2015109356.tif 000019
【図１８】
2015109356.tif 000020
【図１９】
2015109356.tif 000021
【図２０】
2015109356.tif 000022
【図２１】
2015109356.tif 000023
【図２２】
2015109356.tif 000024
【図２３】
2015109356.tif 000025
【図２４】
2015109356.tif 000026
【図２５】
2015109356.tif 000027
【図２６】
2015109356.tif 000028
【図２７】
2015109356.tif 000029
【図２８】
2015109356.tif 000030