專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光裝置及植物栽培裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用半導(dǎo)體激光器那樣的半導(dǎo)體發(fā)光元件的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，例如涉及用于微細(xì)加工處理或植物栽培等的半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
背景技術(shù)：
多個(gè)配列屬半導(dǎo)體發(fā)光元件之一的半導(dǎo)體激光元件而成的半導(dǎo)體激光器陣列，一般由于溫度上升使激光器輸出飽和。因此，冷卻半導(dǎo)體激光器陣列的散熱器與半導(dǎo)體激光器陣列一起使用。例如在“O plus E 1999-2 V01.21No.2(P.173-178)”和日本專利特開平8-139479號(hào)中都揭示過這樣的技術(shù)。按照這些技術(shù)，利用流經(jīng)散熱器內(nèi)部所設(shè)的冷卻水通路的冷卻水來冷卻半導(dǎo)體激光器陣列，能防止激光器輸出的飽和。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明申請(qǐng)人，對(duì)包含多個(gè)發(fā)光單元的半導(dǎo)體發(fā)光裝置、特別是對(duì)該裝置應(yīng)用于植物栽培裝置進(jìn)行了研究，對(duì)將上述文獻(xiàn)中所揭示的技術(shù)用于半導(dǎo)體發(fā)光裝置的場(chǎng)情況研究后，得到以下認(rèn)識(shí)。
即，對(duì)半導(dǎo)體激光器陣列供給電流時(shí)，存在電流通過冷卻水流動(dòng)的危險(xiǎn)，該電流使冷卻水發(fā)生電解，產(chǎn)生氧氣，所產(chǎn)生的氧氣使散熱器的冷卻水通路生銹。且，當(dāng)銹量增多時(shí)會(huì)引起冷卻水通路水流不暢。也就是說，電流通過冷卻水流動(dòng)時(shí)，存在冷卻水通路中發(fā)生水流不暢的危險(xiǎn)。
因此，本發(fā)明是針對(duì)這類問題提出的，其目的在于提供能抑制冷卻水通路生銹、防止冷卻水通路水流不暢的半導(dǎo)體發(fā)光裝置以及使用該裝置的植物栽培裝置。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備通過將配列多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件而成的發(fā)光元件陣列搭載于內(nèi)部持有至少一部分具有導(dǎo)電性的冷卻水通路的散熱器中，分別構(gòu)成的M個(gè)(M為2以上的整數(shù))的發(fā)光單元，電氣串聯(lián)連接所述M個(gè)發(fā)光單元各自具有的M個(gè)所述發(fā)光元件陣列，并供給使所述半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)光的電力用的電力供給手段，以及用導(dǎo)水管道并聯(lián)連接所述M個(gè)發(fā)光單元各自具有的M個(gè)所述散熱器的所述冷卻水通路，并供給冷卻所述半導(dǎo)體發(fā)光元件的冷卻水用的冷卻水供給手段；對(duì)于所述M個(gè)發(fā)光單元的每一個(gè)，設(shè)置與所述冷卻水通路的導(dǎo)電性部位電連接的導(dǎo)電構(gòu)件，使在所述導(dǎo)水管道的上流方向或下流方向上距所述冷卻水通路的入水側(cè)端部或出水側(cè)端部規(guī)定距離處與冷卻水相接觸。
按照該半導(dǎo)體發(fā)光裝置，由于使分開設(shè)置于導(dǎo)水管道的上流方向或下流方向的導(dǎo)電構(gòu)件與冷卻水通路的導(dǎo)電性部位為等電位，使電流在導(dǎo)電構(gòu)件與冷卻水通路的導(dǎo)電性部位之間難以流動(dòng)。這樣，可抑制在M個(gè)發(fā)光單元內(nèi)發(fā)生生銹，防止冷卻水通路的水流不暢。
又，采用本發(fā)明的植物栽培裝置，其特征在于，用上述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置發(fā)出的光照射植物，進(jìn)行栽培。采用該植物栽培裝置，可在植物栽培所需的長時(shí)期內(nèi)實(shí)施穩(wěn)定的光照射。


圖1是展示植物栽培裝置的一實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成圖；圖2是圖1所示的發(fā)光板的構(gòu)成圖；圖3是圖2所示的單個(gè)單元的立體圖；圖4是圖3所示的半導(dǎo)體激光器單元的沿I-I箭頭方向的斷面圖；圖5是展示水的電導(dǎo)率為一定時(shí)的電流-電位特性的曲線圖；圖6是展示取代圖3所示的單元的第一變形構(gòu)成的立體圖；圖7是展示取代圖3所示的單元的第二變形構(gòu)成的立體圖；圖8是展示取代圖3所示的單元的第三變形構(gòu)成的立體圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。附圖的說明中、對(duì)同一要素或相當(dāng)?shù)囊貥?biāo)以相同的符號(hào)，使說明從略。
圖1，是展示應(yīng)用本發(fā)明的植物栽培裝置的一實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成圖。該植物栽培裝置40，是用半導(dǎo)體發(fā)光元件(半導(dǎo)體激光器)發(fā)出的光L照射植物P、進(jìn)行栽培的裝置。如圖所示，第一離子交換器41與水管道41A連接，通過操作水龍頭41B、從供水管水中除去氯離子等，通過冷卻水供給管42將水供至冷卻水水箱43。冷卻水水箱43、例如、可最多貯存2t(噸)的冷卻水，使供給冷卻對(duì)象(后述的4個(gè)發(fā)光板52)的冷卻水通過用的入水管44、與從冷卻對(duì)象返回流出冷卻水用的出水管48并列連接。
入水管44中，從冷卻水水箱43向發(fā)光板52側(cè)依次設(shè)置泵45、第1過濾器46和第2過濾器47。泵45，是使貯存于冷卻水水箱43的冷卻水經(jīng)由入水管44與出水管48、在植物栽培裝置40內(nèi)循環(huán)的流動(dòng)源。第1、第2過濾器46、47分別具有300μm、60μm的微孔，用以濾去混入冷卻水中的塵粒。
旁路管49連接于冷卻水箱43與入水管44之間，使泵45分流，具有使從泵45向第1過濾器46的方向壓送的冷卻水的一部分分流、經(jīng)由第2離子交換器50返回冷卻水水箱43的作用。第2離子交換器50是用于抑制泵循環(huán)的冷卻水的導(dǎo)電率的裝置，能限制可離子交換的最大流量。因此，第2離子交換器50被設(shè)置于從入水管44分路的旁路管49中，而不是設(shè)在進(jìn)入管44中，確保不流入最大流量以上的冷卻水。
入水管44在下流側(cè)的端部分被分路為4條入水側(cè)總管10，出水管48在上流側(cè)端部同樣被分路為4條出水側(cè)總管13，4個(gè)發(fā)光板52分別插入4組入水側(cè)與出水側(cè)的各總管10、13之間。且在各出水總管13中分別設(shè)置傳感器51A，并與電導(dǎo)率計(jì)51連接。
圖2，是圖1所示的植物栽培裝置40中的發(fā)光板52的構(gòu)成圖。連接于入水側(cè)總管10的入水側(cè)分流器11分別經(jīng)由相互并列配置的M個(gè)單元U1～UM，連接到出水側(cè)分流器12，使冷卻水經(jīng)由各單元U1～UM流入出水側(cè)分流器12。出水側(cè)分流器12與出水側(cè)總管13連接，使導(dǎo)入的冷卻水流入出水側(cè)總管13。
單元U1～UM具有相同的構(gòu)成。因此、以單元U1為代表對(duì)其構(gòu)成進(jìn)行說明，單元U1中，從上流側(cè)起依次連接入水側(cè)管道(導(dǎo)水管道)1、半導(dǎo)體激光單元(發(fā)光單元)4以及出水側(cè)管道(導(dǎo)水管道)6，冷卻水按此順序流過。此外、在入水側(cè)管道1和出水側(cè)管6的途中分別插入用導(dǎo)電性構(gòu)件形成的防護(hù)電極(導(dǎo)電構(gòu)件)2。且、通過連接線3電氣連接防護(hù)電極2與半導(dǎo)體激光器單元4的導(dǎo)電性部位(后述的冷卻水通路23的導(dǎo)電性部位)，形成等電位。
這樣的M個(gè)單元U1～UM的各半導(dǎo)體激光單元4用供電連接線5進(jìn)行串聯(lián)連接，加上發(fā)光驅(qū)動(dòng)用的直流電流或脈沖電流。因此，供電用連接線5和電源本體(未圖示)等，起串聯(lián)連接M個(gè)發(fā)光部位并供電用的電力供給手段的作用。此外，各半導(dǎo)體激光單元4由入水側(cè)管道1和出水側(cè)管道6并聯(lián)連接，并供給冷卻發(fā)光部位(后述的半導(dǎo)體激光器陣列)用的冷卻水。因此，各管道1、6、10、11、12、13、44、48等，起為供給冷卻并列連接的M個(gè)發(fā)光部位的冷卻水用的冷卻水供給手段的作用。
圖3，是圖2所示的單個(gè)單元U的立體圖。半導(dǎo)體激光單元4具有臺(tái)階形的箱體14，該箱體14具有不同高度的上表面4a、4b。共有低方的上表面4b與邊的四邊形面的前方面4c上裝有蓋部4d，電極26、27從低方的上表面向上方伸出。電極26、27，是對(duì)半導(dǎo)體激光單元4含有的發(fā)光部位供給電流用的導(dǎo)通部，在供電連接線5的端部的安裝部5a分別插入螺絲等加以固定。
2條連接線3被夾住安裝部5a固定于電極26上。2條連接線3的他端側(cè)，分別用螺絲固定于插入在與高方的上表面4a連接的入水側(cè)管道1和出水側(cè)管道6的途中的防護(hù)電極2的表面上。防護(hù)電極2是8角的簡體，筒內(nèi)部與入水側(cè)管道1和出水側(cè)管道6相連，具有流過冷卻水的作用。又、經(jīng)由各自筒形的連接部7連接這些要素1、2、4、6，不使冷卻水漏出。
圖4，是圖3所示的半導(dǎo)體激光單元4的沿I-I箭頭的斷面圖。半導(dǎo)體激光單元4，將各種要素收納于箱體14的內(nèi)部，箱體14的上表面4a上設(shè)置有連接入水管道1、導(dǎo)入冷卻水的入水孔16，及連接出水管道6、流出冷卻水的出水孔17。
入水孔16與入水通路18相連，入水通路18使導(dǎo)入到半導(dǎo)體激光單元4的冷卻水流入設(shè)置于散熱器21、22內(nèi)部的冷卻水通路23。出水孔17與出水通路19相連，出水通路19使從冷卻水通路23導(dǎo)入的冷卻水流出到半導(dǎo)體激光單元4的外面。利用流過冷卻水通路23的冷卻水可冷卻搭載于散熱器21、22間的半導(dǎo)體激光器陣列20。此外，冷卻水通路23至少一部分具有導(dǎo)電性，該導(dǎo)電性部位的斷面積(冷卻水通路23的面積)小于防護(hù)電極2的斷面積(筒內(nèi)部的斷面積)。
半導(dǎo)體激光器陣列20配列多個(gè)半導(dǎo)體激光元件，經(jīng)散熱器21、22的導(dǎo)電性部位供給電流，利用該電流，各半導(dǎo)體激光元件輸出激光光L。
而且，該電流也流過第1導(dǎo)電體24和第2導(dǎo)電體25。第1導(dǎo)電體24，夾著散熱器21、在半導(dǎo)體激光器陣列20的相反側(cè)與散熱器21相接觸，在與散熱器21相接的面的相反側(cè)與電極26相接。同樣，第2導(dǎo)電體25夾著散熱器22，在半導(dǎo)體激光器陣列20的相反側(cè)與散熱器22相接觸，在與散熱器22的面的相反側(cè)與電極27相接。
又，半導(dǎo)本激光單元4具有夾著電極26設(shè)于電極27的相反側(cè)的第1絕緣體28，設(shè)于電極26與散熱器21間且與第1導(dǎo)電體24不同的位置的第2絕緣體29，設(shè)于散熱器21、22間且與半導(dǎo)體激光陣列20不同的位置的第3絕緣體30，以及設(shè)于散熱器22與電極27間且與第2導(dǎo)電體25不同的位置的第4絕緣體31。這些絕緣體28～31，用橡膠等形成，阻斷流經(jīng)供電用連接線5和電極26、27的電流，同時(shí)維持冷卻水通路23的水密性。
在具有這種半導(dǎo)體激光器單元4的發(fā)光板52內(nèi)，有時(shí)電流通過冷卻水流動(dòng)。其原因之一，可舉出各半導(dǎo)體激光單元4的半導(dǎo)體激光器陣列20間的電位差具有較大的值的情況，對(duì)此、參照?qǐng)D5詳細(xì)說明之。
圖5，是展示水的電導(dǎo)率為一定時(shí)的電流-電位特性的曲線圖，是使浸于水中的2條電極的電位差變化、測(cè)量電流值的結(jié)果。這里的電極間距離為3mm，水的電導(dǎo)率為45μs/cm-2。如圖所示，存在電位差值越大流經(jīng)電極間的電流的值越大的傾向。又，該曲線中使電導(dǎo)率為一定，但若使電導(dǎo)率上升，流過電極間的電流的值就增大。
以下，對(duì)本實(shí)施形態(tài)的植物栽培裝置40中銹的折出進(jìn)行說明。首先、啟動(dòng)泵45，使冷卻水通過管道循環(huán)于植物栽培裝置40內(nèi)，將電流供給各半導(dǎo)體激光單元4的半導(dǎo)體激光器陣列20，輸出激光光L。
該發(fā)光板52中，使M個(gè)半導(dǎo)體激光器陣列20作串聯(lián)電氣連接。因此、在各半導(dǎo)體激光器陣列20間產(chǎn)生電位差。而各冷卻水通路23由入水側(cè)管道1和出水側(cè)管道6并聯(lián)連接。因此、在各半導(dǎo)體激光器陣列20間的電位差大的場(chǎng)合或冷卻水的導(dǎo)電率上升的場(chǎng)合，電流通過冷卻水流動(dòng)。
對(duì)此，防護(hù)電極2與各半導(dǎo)體激光單元4的冷卻水通路23的導(dǎo)電性部位作電氣連接并與冷卻水相接觸。因此、通過該冷卻水流動(dòng)的電流在各單元U1～UM的防護(hù)電極2間不經(jīng)由半導(dǎo)體激光單元4流動(dòng)。相反，由于各半導(dǎo)體激光單元4的冷卻水通路23的導(dǎo)電性部位與防護(hù)電極2電氣連接而形成等電位，因此、夾著半導(dǎo)體激光單元4的2個(gè)防護(hù)電極2間沒有電流流過。
這樣，按照本實(shí)施形態(tài)，由于在入水側(cè)通路1的上流方向或出水側(cè)通路6的下流方向上分開設(shè)置的防護(hù)電極2與冷卻水通路23的導(dǎo)電性部位為等電位，因此、在防護(hù)電極2與冷卻水通路23的導(dǎo)電性部位之間電流難以流動(dòng)。由此，可抑制M個(gè)半導(dǎo)體激光單元4內(nèi)的生銹、防止冷卻水通路23的水流不暢。
又，按照本實(shí)施形態(tài)，由于防護(hù)電極2的斷面積大于冷卻水通路23的導(dǎo)電性部位的斷面積，因此、即使防護(hù)電極2有銹析出，防護(hù)電極2的水流不暢也難以發(fā)生。又，按照用這種構(gòu)成的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的植物栽培裝置40，在植物栽培所需的長時(shí)期內(nèi)可實(shí)施穩(wěn)定的光照射。
以下，參照?qǐng)D6說明本實(shí)施形態(tài)的第1變形例。圖6，是展示替代圖3所示的單元U的第1變形構(gòu)成的立體圖。這里，采用連接管(導(dǎo)電構(gòu)件)32以替代防護(hù)電極2。其他部分與圖3所示的構(gòu)成相同。
連接管32，是由導(dǎo)電性構(gòu)件形成的筒形體，使在上流方向距冷卻水通路23的入水側(cè)端部規(guī)定距離處與冷卻水相接觸。具體地說，連接管32可設(shè)置于半導(dǎo)體激光單元4的入水孔16與入水側(cè)管道1之間以及半導(dǎo)體激光單元4的出水孔17與出水側(cè)管道6之間。
連線管32，與防護(hù)電極2一樣，表面上卷繞連接線3、與冷卻水通路23的導(dǎo)電性部位進(jìn)行電氣連接。有關(guān)斷面積也與防護(hù)電極2相同。
如上所述，按照第1變形例，與使用防護(hù)電極時(shí)一樣、能抑制M個(gè)半導(dǎo)體激光單元4內(nèi)的生銹、防止冷卻水通路23的水流不暢。
以下、參照附圖7說明本實(shí)施形態(tài)的第2變形例。圖7，是展示替代圖3所示的單元U的第2變形構(gòu)成的立體圖。本例中，面向入水側(cè)通路1的上流側(cè)及面向出水側(cè)通路6的下流側(cè)、分別設(shè)置擴(kuò)徑的大致漏斗形的漏斗形連接管33。這些漏斗形連接管33分別設(shè)置于半導(dǎo)體激光單元4的入水孔16與入水側(cè)通路1之間以及半導(dǎo)本激光單元4的出水孔17與出水側(cè)通路6之間。
且，漏斗形連接管33，與防護(hù)電極2一樣、表面上卷繞連接線3、與冷卻水通路23的導(dǎo)電性部位作電氣連接。此外，漏斗形連接管33的縮徑部分的斷面積大于冷卻水通路23的斷面積。其他構(gòu)成與圖3所示的單元U的構(gòu)成相同。
這樣，按照第2變形例，由于漏斗形連接管33面向入水側(cè)通路1的上流方向或出水側(cè)通路的下流方向擴(kuò)徑，因此、在漏斗形連接管33的擴(kuò)徑部分使銹析出，難以發(fā)生漏斗形連接管33的水流不暢。
以下，參照?qǐng)D8說明本實(shí)施形態(tài)的第3變形例。圖8，是展示替代圖3所示的單元U的第3變形構(gòu)成的立體圖。本例中，取代防護(hù)電極2，采用安裝于散熱器21的入水側(cè)端部或出水側(cè)端部并通過散熱器21與冷卻水通路23電氣連接的連接管32。因此本例中不用連接線3進(jìn)行電氣連接。此外，這里的散熱器21，全部由導(dǎo)電性材料形成，有關(guān)別的構(gòu)成，與圖3所示的單元U的構(gòu)成相同。
這樣，按照第3變形例，由于連接管32通過散熱器21與冷卻水通路23為等電位，因此、不需要用于電氣連接連接管32與冷卻水通路的連接線等。
本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光裝置及使用該裝置的植物栽培裝置，不限于上述的實(shí)施形態(tài)，允許作種種變形。例如，入水側(cè)和出水側(cè)的導(dǎo)電構(gòu)件也可用不銹鋼等的不易析出銹的材料形成。此時(shí)可減輕導(dǎo)電構(gòu)件的生銹。
工業(yè)上的可利用性以上，進(jìn)行了詳細(xì)說明，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置及植物栽培裝置可用作能抑制冷卻水通路中的生銹、防止冷卻水通路的水流不暢的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，以及使用它的植物栽培裝置。即亦，按照本發(fā)明，由于導(dǎo)水管道的上流方向或下流方向上分開的導(dǎo)電構(gòu)件與冷卻水通路的導(dǎo)電性部位為等電位，使電流在導(dǎo)電構(gòu)件與冷卻水通路的導(dǎo)電性部位之間難以流動(dòng)。這樣、可抑制M個(gè)發(fā)光單元內(nèi)的生銹，防止冷卻水通路的水流不暢。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其特征在于，具備通過將配列多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件而成的發(fā)光元件陣列搭載于內(nèi)部持有至少一部分具有導(dǎo)電性的冷卻水通路的散熱器中，分別構(gòu)成的M個(gè)(M為2以上的整數(shù))的發(fā)光單元，串聯(lián)電連接所述M個(gè)發(fā)光單元分別具有的M個(gè)所述發(fā)光元件陣列、并供給使所述半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)光的電力用的電力供給手段，以及用導(dǎo)水管道并聯(lián)連接所述M個(gè)發(fā)光單元分別具有的M個(gè)所述散熱器的所述冷卻水通路、并供給冷卻所述半導(dǎo)體發(fā)光元件的冷卻水用的冷卻水供給手段；對(duì)于所述M個(gè)發(fā)光單元的每一個(gè)，設(shè)置與所述冷卻水通路的導(dǎo)電性部位電連接的導(dǎo)電構(gòu)件，使在所述導(dǎo)水管道的上流方向或下流方向上距所述冷卻水通路的入水側(cè)端部或出水側(cè)端部規(guī)定距離處與冷卻水相接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電構(gòu)件形成為筒形，并置于由絕緣材料形成的所述導(dǎo)水管道的途中，所述散熱器的入水側(cè)端部或出水側(cè)端部的所述冷卻水通路的導(dǎo)電性部位的斷面積小于所述筒形的導(dǎo)電構(gòu)件的斷面積。
3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其特征在于，所述散熱器由導(dǎo)電性材料形成，并在該散熱器的入水側(cè)端部或出水側(cè)端部安裝所述導(dǎo)電構(gòu)件，該導(dǎo)電構(gòu)件形成向所述導(dǎo)水管道的上流方向或下流方向擴(kuò)徑的大致漏斗狀。
4.如權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體發(fā)光元件是半導(dǎo)體激光元件。
5.一種植物栽培裝置，其特征在于，用權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置發(fā)出的光照射植物，進(jìn)行栽培。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其特征在于，對(duì)于M個(gè)半導(dǎo)體激光單元4，在與入水側(cè)總管10連接的入水管道1和與出水側(cè)總管13連接的出水管道6的各自的途中、設(shè)置通過連接線3電氣連接冷卻水通路23的導(dǎo)電性部位的防護(hù)電極2。這時(shí)，由于防護(hù)電極2與冷卻水通路23的導(dǎo)電性部位為等電位，導(dǎo)致電流在防護(hù)電極2與冷卻水通路23的導(dǎo)電性部位間難以流動(dòng)。這樣、可抑制M個(gè)半導(dǎo)體激光單元4內(nèi)發(fā)生生銹，防止冷卻水通路23的水流不暢。
文檔編號(hào)H01S5/00GK1639933SQ0380525
公開日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2003年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月6日
發(fā)明者本間孝宜, 土屋廣司, 菅博文 申請(qǐng)人:浜松光子學(xué)株式會(huì)社