JP2017059742A

JP2017059742A - 発光装置

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Publication number: JP2017059742A
Application number: JP2015184993A
Authority: JP
Inventors: 直久新美; Naohisa Niimi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-09-18
Filing date: 2015-09-18
Publication date: 2017-03-23
Also published as: WO2017047420A1

Abstract

【課題】画質の低下を抑制することができる発光装置を提供する。【解決手段】発光チップ２０は、一面２１と、一面２１からレーザ光を発する発光部２２と、を有する。レンズチップ３０は、発光部２２に対向配置されていると共に発光部２２から発せられるレーザ光を通過させるレンズ部３１を有する。そして、レンズチップ３０は、発光チップ２０の一面２１にウェハレベルパッケージとして接合されたことで発光チップ２０に一体化されている。これによると、レンズチップ３０が発光チップ２０に一体化されているので、レンズチップ３０と発光チップ２０との光軸合わせが不要になる。このため、レンズチップ３０と発光チップ２０との光軸ズレやビーム径ズレの発生が抑制される。したがって、レーザ光によってスクリーン１３０に表示される画像の画質の低下を抑制することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、光を発する発光装置に関する。

従来より、発光素子及びコリメートレンズを備えたディスプレイ装置が、例えば特許文献１で提案されている。コリメートレンズは、光のビーム径を調整すると共に、光を平行光に変換する。また、ディスプレイ装置は、コリメートレンズから出射された光をスクリーンに照射するためのレンズ及びミラーを備えている。

特開２０１４−１９４５００号公報

しかしながら、上記従来の技術では、発光素子からスクリーンまでの光軸を合わせるために、発光素子から光が照射された状態でコリメートレンズ等の部品をアクティブ実装しなければならない。また、アクティブ実装が行われた初期状態では光軸が合っていても、コリメートレンズ等の構成部品の温度特性や固定材等の経時劣化により光軸ズレやビーム径ズレが発生してしまう。このため、スクリーンに表示される画像の画質が低下してしまうという問題が生じている。

本発明は上記点に鑑み、画質の低下を抑制することができる発光装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一面（２１）と、一面から光を発する発光部（２２）と、を有する発光チップ（２０）を備えている。また、発光部に対向配置されていると共に発光部から発せられる光を通過させるレンズ部（３１）を有するレンズチップ（３０）を備えている。そして、レンズチップは、発光チップの一面にウェハレベルパッケージとして接合されたことで発光チップに一体化されている。

これによると、レンズチップが発光チップに一体化されているので、アクティブ実装が不要になる。すなわち、レンズチップと発光チップとの光軸を合わせる必要がない。このため、レンズチップと発光チップとの光軸ズレやビーム径ズレの発生を抑制することができる。したがって、スクリーン（１３０）に表示される画像の画質の低下を抑制することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る発光装置の断面図である。図１に示された発光チップの平面図である。発光装置の製造方法を説明するための図である。発光装置の別の製造方法を説明するための図である。発光装置の製造方法の一例を説明するための図である。図１に示された発光装置が適用されたヘッドアップディスプレイの構成を示した図である。本発明の第２実施形態に係る発光装置の断面図である。第３実施形態に係る発光チップにおいて２個の発光点を示した平面図である。第３実施形態に係る発光チップにおいて３個の発光点を示した平面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る発光装置は、例えばヘッドアップディスプレイ、プロジェクタ、ピコプロジェクタ、及びレーザレーダのいずれかにおいて、レーザ光を発するレンズ付きの光源として適用されるものである。図１に示されるように、発光装置１０は、発光チップ２０及びレンズチップ３０を備えて構成されている。

発光チップ２０は、一面２１を有する半導体チップとして構成されている。具体的に、発光チップ２０は、Ｓｉ、ＧａＮ、サファイア、ＧａＡｓ、ＧａＰ等の基板を元に構成されたレーザダイオードである。

また、発光チップ２０は、一面２１側の表層部に形成された発光部２２を有している。発光部２２は、一面２１からレーザ光を面発光する部分である。図２に示されるように、本実施形態では、発光部２２は１個の発光点２３を有する。つまり、発光部２２は１点発光するように形成されている。

したがって、発光部２２は赤、緑、青等の１色のレーザ光を発する。発光部２２は、半導体プロセスによって発光チップ２０に形成されている。なお、発光チップ２０は、発光部２２の他に、図示しない配線パターン等の電気的要素も備えている。

レンズチップ３０は、レンズ部３１及び接合部３２を有するガラスチップとして構成されている。レンズ部３１は、レーザ光を発光部２２から発せられるレーザ光を通過させる部分である。レンズ部３１は、発光部２２に対向配置されている。また、発光部２２から発せられた光は拡散するので、レンズ部３１はレーザ光を平行光として出射するように構成されている。なお、発光装置１０の用途に応じて、レンズ部３１はレーザ光を集光したり拡散したりするように構成されていても良い。

接合部３２は、レンズ部３１の外周に設けられた部分である。接合部３２は、発光チップ２０の一面２１にウェハレベルパッケージとして接合されている。これにより、レンズチップ３０は、発光チップ２０に一体化されている。

また、発光部２２は発光チップ２０とレンズチップ３０とで構成された空間部３３に封止されている。空間部３３は、例えば真空、窒素、及び酸素のいずれかで満たされている。これにより、発光部２２が外部雰囲気の影響を受けないので、発光部２２の耐久性を向上することができる。以上が、本実施形態に係る発光装置１０の構成である。

次に、発光装置１０の製造方法について説明する。まず、上述の発光チップ２０に対応する部分が予め複数形成されたレーザウェハを用意する。また、上述のレンズチップ３０に対応する部分が複数形成されたレンズウェハを用意する。

続いて、図３に示されるように、レーザウェハ４０にレンズウェハ５０をウェハ接合する。接合方法としては、ガラスフリットや共有結合によって接合部３２を発光チップ２０に接合する方法を用いる。これらの方法では、レンズチップ３０と発光チップ２０との線膨張係数が近いため、温度特性による実装ズレを抑制することが可能となる。

この後、接合ウェハを発光装置１０の単位にダイシングカットする。これにより、発光装置１０を得ることができる。上記のように、発光装置１０は、最終形態までウェハの状態で処理されるので、ウェハレベルパッケージの構造を取る。言い換えると、安価に複数個のレンズ付きのレーザダイオードを製造することが可能である。

発光装置１０の製造方法として、別の方法を採用することもできる。図４に示されるように、レーザウェハ４０を用意する。一方、複数のレンズチップ３０を用意する。各レンズチップ３０は、レンズウェハ５０をカットして用意する。

そして、レンズチップ３０を１個ずつレーザウェハ４０のうちの発光チップ２０に対応する部分に接合する。この後、レーザウェハ４０をダイシングカットすることで発光装置１０が完成する。このように発光装置１０を製造しても良い。

なお、図５に示されるように、発光チップ２０及びレンズチップ３０をそれぞれ用意して接合しても良い。このように、発光装置１０を個別に製造することも可能である。

上記のように製造された発光装置１０を、例えばヘッドアップディスプレイ１００に適用することができる。図６に示されるように、ヘッドアップディスプレイ１００は、第１〜第３発光装置１１〜１３、第１〜第３波長選択フィルタ１１０〜１１２、光走査素子１２０、及び図示しない制御装置を備えている。

第１発光装置１１は青色のレーザ光を照射し、第２発光装置１２は緑色のレーザ光を照射し、第３発光装置１３は赤色のレーザ光を照射する。各発光装置１１〜１３は、制御装置の発光指令に従ってそれぞれ発光する。

各波長選択フィルタ１１０〜１１２は、例えば板状の母材に形成された薄膜によってレーザ光を選択的に反射または透過させるフィルタとして構成されている。第１波長選択フィルタ１１０は、第１発光装置１１から照射された青色のレーザ光を反射させる。

第２波長選択フィルタ１１１は、第１発光装置１１からの青色のレーザ光を透過すると共に、第２発光装置１２から照射された緑色のレーザ光を反射させる。つまり、第２波長選択フィルタ１１１は、青色と緑色のレーザ光を合成する。

第３波長選択フィルタ１１２は、青色と緑色の合成光を反射させると共に、第３発光装置１３からの赤色のレーザ光を透過する。これにより、第３波長選択フィルタ１１２は、赤色、緑色、青色のレーザ光を合成する。

光走査素子１２０は、制御装置によって駆動される図示しないＭＥＭＳミラーが配置されて構成されている。光走査素子１２０は、第３波長選択フィルタ１１２で合成されたレーザ光を反射させてスクリーン１３０に画像を描画する。このように、各発光装置１１〜１３を単色の光源として用いることができる。

以上説明したように、レンズチップ３０がウェハレベルパッケージとして発光チップ２０に一体化されているので、アクティブ実装においてレンズチップ３０と発光チップ２０との光軸合わせが不要になる。このため、レンズチップ３０と発光チップ２０との光軸ズレやビーム径ズレの発生が抑制される。また、発光チップ２０とレンズチップ３０とが分離された構成よりも発光部２２とレンズ部３１との距離が短くなるので、高画質に必要な細いビーム径のレーザ光を実現させることができる。

そして、発光チップ２０の温度特性や耐久劣化に対してもレンズチップ３０の微小ズレが影響しないので、原理的にも高画質をスクリーン１３０に長期間供給することができる。また、光源側の位置ズレの影響度が小さくなるので、発光装置１０から安定したレーザ光を供給することができる。したがって、レーザ光によってスクリーン１３０に表示される画像の画質の低下を抑制することができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図７に示されるように、レンズチップ３０は、板ガラス部３４、支持部３５、及びレンズ部３１を有して構成されている。

支持部３５は、発光チップ２０の一面２１に接合されている。また、支持部３５は、板ガラス部３４を支持している。支持部３５は、例えばガラスによって形成されている。支持部３５はガラスフリットでも良い。

レンズ部３１は、板ガラス部３４にインプリント成形されている。レンズ部３１は、例えば透明樹脂がレンズの形状に成形されて構成されている。そして、発光チップ２０、支持部３５、及び板ガラス部３４によって囲まれた空間部３６は、例えば真空、窒素、及び酸素のいずれかで満たされている。この構成では、異形のレンズチップ３０を形成するよりもレンズチップ３０を安価に形成することができる。

上記の構成は次のように製造することができる。まず、レーザウェハ４０と、支持部３５に対応する部分が複数形成された支持ウェハと、レンズ部３１が設けられた板ガラス部３４を複数含んだガラスウェハと、をそれぞれ用意する。そして、これらのガラスをウェハレベルで接合する。この後、接合ガラスを個々にダイシングカットする。こうして、図７に示された発光装置１０を得ることができる。

なお、レーザウェハ４０に対して、分割後の支持部３５及び板ガラス部３４を接合しても良い。また、レーザウェハ４０及び支持ウェハに対して分割後の板ガラス部３４を接合しても良い。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。図８及び図９に示されるように、本実施形態では、発光部２２は、複数の発光点２３〜２５を有する。具体的には、図８では、発光部２２は２個の発光点２３、２４を有している。一方、図９では、発光部２２は３個の発光点２３〜２５を有している。

そして、一つの例として、複数の発光点２３〜２５は、互いに異なる色のレーザ光を発する。この構成では、１つの発光装置１０から複数色を合成したレーザ光を照射することができるので、各色に対応したコリメートレンズや各色のレーザ光を合成する波長選択フィルタ１１０〜１１２が不要になる。また、コリメートレンズ等の光学部品が不要になるので、発光装置１０からスクリーン１３０までの光路長を短くすることができる。さらに、コリメートレンズ等の構成部品の温度特性や固定材等の経時劣化による光軸ズレやビーム径ズレが発生しないので、色分離を抑制することができる。

また、別の例として、複数の発光点２３〜２５は、互いに同じ色のレーザ光を発する。この構成では、発光部２２とレンズ部３１との距離が近いことから複数の発光点２３〜２５を１点発光とみなすことができる。このため、レンズ部３１から照射されるレーザ光の輝度を向上させることができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された発光装置１０の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、発光チップ２０は発光部２２からＬＥＤ光を発するＬＥＤチップとして構成されていても良い。これにより、拡散が広いＬＥＤ光を指向性が高い光に変換して発光装置１０から供給することが可能となる。

２０発光チップ
２１一面
２２発光部
３０レンズチップ
３１レンズ部

Claims

一面（２１）と、前記一面から光を発する発光部（２２）と、を有する発光チップ（２０）と、
前記発光部に対向配置されていると共に前記発光部から発せられる光を通過させるレンズ部（３１）を有するレンズチップ（３０）と、
を備え、
前記レンズチップは、前記発光チップの一面にウェハレベルパッケージとして接合されたことで前記発光チップに一体化されている発光装置。
前記レンズチップは、前記レンズ部の外周に設けられていると共に、前記発光チップの一面に接合された接合部（３２）を有する請求項１に記載の発光装置。
前記レンズチップは、板ガラス部（３４）と、前記板ガラス部を支持すると共に前記発光チップの一面に接合された支持部（３５）と、を有し、
前記レンズ部は、前記板ガラス部にインプリント成形されている請求項１に記載の発光装置。
前記発光部は、複数の発光点（２３〜２５）を有する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の発光装置。
前記複数の発光点は、互いに異なる色の光を発する請求項４に記載の発光装置。
前記複数の発光点は、互いに同じ色の光を発する請求項４に記載の発光装置。
ヘッドアップディスプレイ、プロジェクタ、ピコプロジェクタ、及びレーザレーダのいずれかに適用される請求項１ないし６のいずれか１つに記載の発光装置。