JP6893462B2 - 電子部品 - Google Patents

Description

本発明は、光偏向器を備える電子部品に関する。

近年、発光ダイオードや半導体レーザ等の半導体光源と、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)、又はＤＭＤ(Digital Mirror Device)等の小型光学偏向装置とを組み合せた映像投射装置が、ピコプロジェクタやヘッドアップディスプレイ用として開発されている。

半導体光源や小型光学偏向装置等のデバイスは、セラミック製のパッケージに収納されており、パッケージ上面の蓋部材はガラスで作られている。従ってこのパッケージは、内部のデバイスを保護しつつ、光をパッケージ外側に出射させることができる。

例えば、下記の特許文献１の光デバイスでは、パッケージとカバーガラスとからなる保持体の密閉された空間に光偏向器が収容されている。光偏向器はミラーを備え、パッケージの底面部はミラーが動作できるように光偏向器の裏面側に空間が設けられている(段落００３３、００３４、図２)。

特開２０１５−１４８６５４号公報

しかしながら、この光デバイスでは、出射光のうちミラー（反射面）に入射せず、パッケージの底面部に照射される光成分が存在する。そして、パッケージの底面部で反射された光は、迷光となって保持体の内部で反射を繰り返したり、走査光と混在して外部に放出されたりする。

例えば、迷光が走査光と混在してしまうと、走査光が画像形成領域に形成する投影像（画像）は、所望のコントラストが得られない等の問題が生じるおそれがあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、迷光が外部に放出されることを抑えることができる電子部品を提供することを目的とする。

本発明の電子部品は、入射光を反射する回動ミラー部を有する光偏向器と、１枚以上の板材からなり、前記板材に設けられた凹部の上面側に前記光偏向器が載置されるキャリア部と、前記回動ミラー部の反射面側を覆い、天板に前記入射光が透過する窓板が設けられたリッド部と、前記リッド部の下面と前記キャリア部とが接合された接合部と、を備え、前記キャリア部は、前記凹部の表面が曲面状となるように被覆材により被覆され、前記光偏向器は、前記凹部で反射された光束の正反射方向の光が前記回動ミラー部の裏面に照射される位置に配置されていることを特徴とする。

本発明の電子部品は、光偏向器が載置されるキャリア部と、光偏向器の回動ミラー部の反射面側を覆うリッド部とで構成され、リッド部には、入射光が透過する窓板が設けられている。入射光は、窓板から入射して光偏向器の回動ミラー部で反射され、窓板から出射して光走査領域を走査し、所望の投影像を生成する。

入射光の中には回動ミラー部を外れる光もあるが、このような光は、光偏向器の裏面側の凹部で反射される。また、この凹部を被覆材で被覆して表面を曲面状にして、当該凹部で反射した光の大半（光束のうち正反射方向の成分）が回動ミラー部の裏面に照射されるようにしている。これにより、当該凹部で反射された光が迷光となって、電子部品の外部に放出されることを大幅に抑制することができる。

本発明の電子部品において、前記凹部は、開口を有さないベース板材の上に、大きさが互いに異なる開口を有する複数の板材を、前記開口の大きさが小さい板材から順番に積層して形成されていることが好ましい。

この構成によれば、大きさが互いに異なる開口を有する板材を、当該開口が小さい板材から順番に積層（当該開口が小さい板材ほど下層）することにより、容易にキャリア部に凹部を形成することができる。

また、本発明の電子部品において、前記開口を有する複数の板材は、開口の中心を通り板材に垂直な中心軸を合わせて積層されていることが好ましい。

この構成によれば、複数の板材は、各板材の開口の中心を合わせて積層されているので、その中心軸を基準に左右対称の曲面状の凹部を形成することができる。また、このような凹部を形成することで、当該凹部での反射光の大半を容易に回動ミラー部の裏面に集光させることができる。

また、本発明の電子部品において、前記凹部は、放物面の形状を有し、前記放物面の焦点は、前記回動ミラー部の裏面側に位置することが好ましい。

この構成によれば、キャリア部に放物面状の凹部が形成されているので、当該凹部に入射した入射光のうち、反射した光の大半が放物面の焦点位置に集光する。ここで、焦点位置に回動ミラー部の裏面側が位置しているので、当該凹部での反射光の大半が当該裏面を照射する。これにより、当該凹部で反射された光が迷光となって、電子部品の外部に放出されることを抑制することができる。

また、本発明の電子部品において、前記被覆材は、前記入射光の反射を抑える材料が含まれていることが好ましい。

この構成によれば、キャリア部の凹部を覆う被覆材は、入射した光の反射を抑える材料が含まれているので、迷光となりうる反射光を生じ難くさせることができる。

また、本発明の電子部品において、前記回動ミラー部の前記裏面は、前記凹部で反射された光の反射を抑える材料で被覆されていることが好ましい。

キャリア部の凹部に入射した入射光が反射された場合、反射光の大半は、回動ミラー部の裏面に照射される。本発明では、回動ミラー部の裏面側が光の反射を抑える材料で被覆されているので、これ以上の反射が抑えられ、迷光が生じることを防ぐことができる。

また、本発明の電子部品において、前記光の反射を抑える材料は、黒色塗料又は黒色顔料であることが好ましい。

この構成によれば、光の反射を抑える材料として、黒色の各種材料を採用しているので、迷光となりうる光を吸収することができる。これにより、迷光となりうる反射光が生じることを防ぐことができる。

また、本発明の電子部品において、前記被覆材は、湿気を吸収する吸湿材料が含まれていることが好ましい。

この構成によれば、被覆材は吸湿材料を含み、キャリア部の凹部表面を被覆している。これにより、反射光を吸収するだけでなく、電子部品内の湿気を吸収することができる。従って、電子部品内への湿気が侵入した場合に、湿気を除去することができる。

本発明の実施形態の電子部品の全体構成を示す図（開封状態）。 本発明の実施形態の電子部品の全体構成を示す図（封止状態）。 図１Ｂの電子部品のII−II線断面を示す図。 本発明の実施形態の回動ミラー部用の被覆材の説明図（１）。 本発明の実施形態の回動ミラー部用の被覆材の説明図（２）。

以下、本発明の電子部品用パッケージの実施形態について説明する。

図１Ａは、本発明の実施形態の電子部品１の全体構成図（開封状態）である。電子部品１は、リッド部２とキャリア部３とで構成され、キャリア部３の上面側をリッド部２で覆って封止する。

まず、リッド部２は、窓板４と、枠体５と、ガラス板部６と、裏打部７とで構成される。封止状態（図１Ｂ参照）の電子部品１においては、外部の光源からの光が窓板４を通して電子部品１内部に到達できるようになっている。

窓板４の材料は、薄く、不純物の少ない光学硬質ガラスであり、枠体５の上面側に取り付けられている。窓板４が透明部材であることにより、光源（図示省略）からパッケージ内部へ入射する光や、後述する光偏向器８（回動ミラー部１０）で反射され、パッケージ外部へ出射される光の損失を小さくすることができる。例えば、車両用灯具では、回動ミラー部１０で反射された光が、車両前方の照射領域に配光パターンとして投影される。

枠体５は中央部がくり抜かれ、上面側が僅かに傾斜した部材である。このような構造にしている理由は、窓板４で反射された光（特に、レーザ光）が、回動ミラー部１０で反射された光に混じって外部に出射されないようにするためである。

窓板４と枠体５とは、溶着により接合される。窓板４のようなガラス材を含む部材を接合する場合、両部材の間にシール材としてプリフォーム（低融点ガラスフリットの型）又はペースト材料を配置することで、確実に接合することができる。

枠体５の材料は、セラミック又は金属であることが好ましい。枠体５が金属である場合、ガラス板部６と広い温度範囲で熱膨張係数が一致するコバール合金（Ｆｅ５４％、Ｎｉ２８％、Ｃｏ１８％）を使用するとよい。これにより、後述するガラス板部６との接合時に熱膨張率の違いから生じる応力を低減させることができる。

ガラス板部６の材料は、硬質ガラス（ホウケイ酸ガラス）であり、枠体５の内縁に沿って中央部がくり抜かれている。枠体５とガラス板部６も、溶着により接合される。

ガラス板部６の接合面は、５μｍ以下の平坦性があれば、接合部から電子部品１の内部への透湿を１μｇ／ｈ以下に抑えることができる。

裏打部７は応力緩衝用の部材であり、枠体５と同じ材料（セラミック又は金属）であることが好ましい。ガラス板部６の上面側に枠体５を溶着した場合、枠体５の方がガラスよりも熱膨張率が高いため、ガラス板部６が上向きに反って、平坦性が悪化することがある。

このため、ガラス板部６の下面側に枠体５と同じ材料の裏打部７を取り付けて、ガラス板部６の反り、撓みを防止する。このように、裏打部７は、ガラス板部６にかかる応力を緩和させることができる。また、裏打部７を採用することで、ガラス板部６を薄くすることもできる。

枠体５と裏打部７の両方が、コバール合金であってもよい。また、ガラス板部６の下面側に、枠体５と同じ材料を蒸着やスパッタにより成膜してもよい。

次に、キャリア部３は、セラミック製の凹状基板であり、内部に光偏向器８が載置される。図１Ａに示されるように、キャリア部３は、シール面３ａでリッド部２（ガラス板部６）と接合される。シール面３ａは、接合性確保のため研磨処理がなされている。

光偏向器８は、キャリア部３の内部（後述する第２底面３ｃ）に載置されると、第１底面３ｂとほぼ同じ高さとなる。光偏向器８へ駆動信号を送信するためのワイヤ２０は、光偏向器８の電極パッド１５（計５個）と第１底面３ｂ上の電極パッド２１（計５個）とを、それぞれ接続する。なお、電極パッド１５の対称位置にも電極パッドがあり、図示しない第１底面３ｂ上の電極パッドとワイヤにより接続される。

また、キャリア部３の内部には、回動ミラー部１０が２軸方向に回動する光偏向器８が載置される。以下、光偏向器８の構成及び機能を簡単に説明する。

光偏向器８は、半導体プロセスやＭＥＭＳ技術を利用して作製され、一定の方向から入射する光を回動するミラーで反射し、走査光として出射することができるデバイスである。

光偏向器８は、固定枠９内に配置された回動ミラー部１０、半環状圧電アクチュエータ１２、トーションバー１３、蛇腹型圧電アクチュエータ１４等で構成される。

光偏向器８は、外部の制御装置（図示省略）から電極パッド１５を経由して両アクチュエータに駆動信号が送信されることにより、両アクチュエータが駆動する。そして、これに伴ってトーションバー１３が捩れることで、回動ミラー部１０を回転させる。そして、光源からパッケージ内部に入射する光は、回動ミラー部１０で反射される。

回動ミラー部１０は、初期状態において、その中心から表側に延び出す法線をまっすぐ前方に向けている。また、回動ミラー部１０は、ｙ軸方向のトーションバー１３に支持され、円形環状の可動枠１１の中心に配設される。回動ミラー部１０の反射面はＡｕ、Ｐｔ、Ａｌ等の金属薄膜であり、例えば、スパッタ法や電子ビーム蒸着法により形成される。なお、回動ミラー部１０の形状は円形に限られず、楕円形や矩形であってもよい。

トーションバー１３は、それぞれ一端が回動ミラー部１０、他端が半環状圧電アクチュエータ１２と結合している。また、半環状圧電アクチュエータ１２は、それぞれ可動枠１１を介して蛇腹型圧電アクチュエータ１４の一端と結合している。さらに、蛇腹型圧電アクチュエータ１４の他端は、それぞれ固定枠９と結合している。

半環状圧電アクチュエータ１２は、回動ミラー部１０を主走査方向（ｙ軸周り）に回動させる。また、蛇腹型圧電アクチュエータ１４は、回動ミラー部１０を副走査方向（ｘ軸周り）に回動させる。

半環状圧電アクチュエータ１２及び蛇腹型圧電アクチュエータ１４は、半導体プレーナプロセスにより、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電膜を下部電極及び上部電極で挟み込んだ構造となっている。下部電極、上部電極を介して圧電膜に電圧を印加することで、ＰＺＴを屈曲変形させるという仕組みである。

また、固定枠９の辺部表面には、電極パッド１５（片側５個）が設けられている。電極パッド１５は、例えば、Ａｌ（アルミニウム）からなり、ワイヤ２０により、第１底面３ｂ上の電極パッド２１（片側５個）に接続されている。これにより、光偏向器８の各アクチュエータを駆動させることができる。

図１Ｂは、本発明の実施形態の電子部品１の全体構成図（封止状態）である。図１Ｂに示されるように、リッド部２のガラス板部６の下面側は、キャリア部３のシール面３ａと接合され、封止される。ガラス板部６は透明であるので、検査者がキャリア部３との接合部を視認することができ、リークパス等を容易に発見することができる。

電子部品１は、窓板４からパッケージ内部の光偏向器８（図示省略）を視認することができるが、ガラス板部６（枠体５との接合部付近）からは、裏打部７があるため、パッケージ内部をほとんど視認することができない。

次に、図２を参照して、キャリア部３の詳細について説明する。図２は、図１Ｂに示した電子部品１のII-II線断面である。

キャリア部３は、シール面３ａにおいてリッド部２のガラス板部６と接合されている（接合部Ａ）。また、キャリア部３は、開口を有しないベースとなる板材３２の上側に、大きさが互いに異なる開口（貫通孔）を有する板材３３ａ，３３ｂ，３３ｃを、開口の大きさが小さい板材３３ａから順番に積層し、最上部の板材３４で覆って形成される。

本実施形態では、開口を有する板材として、３枚の板材３３ａ，３３ｂ，３３ｃを用いるが、開口を有する板材の枚数は特に限定されない。詳細は後述するが、被覆材２７により良好なメニスカス（屈曲）が形成できるのであれば、板材の枚数を１枚としてもよい。

開口を有する板材３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、開口の中心を通り板材３３ａ，３３ｂ，３３ｃに垂直な中心軸を合わせて積層されている。各板材の開口の中心を合わせて積層しているので、中心軸を中心に左右対称の曲面状の凹部３１を形成することができる。

開口の形状は、円形又は矩形であることが好ましい。開口の形状が円形又は矩形であれば、板材３３ａ，３３ｂ，３３ｃの各開口を相似形状に加工することで、容易に凹部３１を形成することができる。

また、キャリア部３を構成する板材３２，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３４は、セラミックで形成される。板材３２，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３４の材料としては、熱伝導性の高いアルミナやアルミナイトライド等を使用することもできる。なお、キャリア部３の作製には、板材（グリーンシート）を重ねて焼成する既知の方法が用いられる。

上述したように、キャリア部３は、板材３２，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３４が順番に積層されることで、板材３３ａ，３３ｂ，３３ｃの各開口によって凹部３１が形成される。積層直後は、凹部３１の表面は、開口のある板材３３ａ，３３ｂ，３３ｃの高さ分の段差のある階段形状になっている。そこで、凹部３１の表面の階段形状の段差を覆って曲面状にするために、後述する被覆材２７を用いる。

キャリア部３は、凹部３１の表面が曲面状となるように被覆材２７により被覆される。光源の入射光の中には回動ミラー部１０を外れる光があるが、このような光は、光偏向器８の裏面側のキャリア部３の曲面状の凹部３１で反射される。凹部３１での反射光は、回動ミラー部１０の裏面に照射されるので、凹部３１での反射光が迷光となって、電子部品１の外部に放出されることを防止することができる。

なお、本実施形態では、滑らかな曲面状を得るために開口を有する板材を３枚用いて、被覆前の段付き構造に凹部３１を形成している。しかしながら、被覆材２７の被覆時に良好なメニスカスが形成され、所望（疑似放物面）の曲面が得られるのであれば、開口を有する板材を１枚とすることも可能である。

また、被覆材２７には、入射光の反射を抑える材料が含まれている。この被覆材２７の材料は、黒色塗料又は黒色顔料であることが好ましい。黒色塗料は、例えば、塗料を霧化して塗装するスプレーコートにより凹部３１の表面に塗装される。黒色塗料として、黒色レジスト材を塗布してもよい。黒色顔料の例としては、チタン系、カーボン系、酸化物系等の顔料を添加したバインダー樹脂が挙げられる。

さらに、被覆材２７は、入射光の反射を抑えるだけでなく、湿気を吸収する吸湿材料（シリカゲル等）が含まれていてもよい。吸湿材料は、例えば、上述した黒色塗料と液状樹脂バインダーとを混合した材料である。液状樹脂バインダーは、例えば、硬化後にラバー状になるシリコン系樹脂バインダーを使用するとよい。

凹部３１の表面に黒色の各種材料（上述した黒色塗料、黒色顔料等）が設けられているので、迷光となりうる光を吸収することができる。これにより、迷光となりうる反射光の発生を低減することができる。

また、曲面状の凹部３１は放物面の形状を有し、放物面の焦点は回動ミラー部１０の裏面側に位置している。ここで、凹部３１の放物面の中心軸が回動ミラー部１０の中心を通っていることが好ましい。このようにキャリア部３に放物面状の凹部３１が形成されるので、凹部３１に入射した入射光は、反射が生じたとしても、その反射光（光束）の大部分である正反射方向成分の光線は、放物面の焦点位置に集光する。

そして、その焦点が回動ミラー部１０の裏面側に位置しているので、放物面状の凹部３１での反射光の大半は、回動ミラー部１０の裏面を照射する。従って、キャリア部３の凹部３１での反射光が迷光となって、電子部品１の外部に放出されることを抑制することができる。

また、回動ミラー部１０の裏面は、凹部３１で光が反射された場合に、その光の反射を抑える材料からなる被覆材２８で被覆されていてもよい。この被覆材２８の材料は、上述した被覆材２７と同様に黒色塗料、黒色顔料等であることが好ましい。被覆材２８は、上述した塗布によって回動ミラー部１０の裏面に形成される。

最後に、図３Ａ、図３Ｂを参照して、回動ミラー部１０用の被覆材２８について説明する。

被覆材２８は、入射光の反射を抑える材料だけでなく、湿気を吸収する吸湿材料が含まれていてもよい。この吸湿材料は、シリカゲル等である。吸湿材料は、例えば、上述した黒色塗料と液状樹脂バインダーとを混合した材料である。液状樹脂バインダーは、例えば、硬化後にラバー状になるシリコン系樹脂バインダーを使用するとよい。

被覆材２８は、液体を滴下することが可能な滴下装置８０（図３Ａ参照）により、回動ミラー部１０の裏面に滴下される。なお、凹部３１の被覆材２７についても、滴下装置８０により、段差形状の表面に滴下してもよい。

回動ミラー部１０の中央部分の裏面には、図３Ａに示すように環状のリブ４１が設けられている。被覆材２８は、回動ミラー部１０の裏面のリブ４１に滴下され、リブ４１によって形成された凹部にてラバー状に硬化する（図３Ｂ参照）。

このように、被覆材２７及び被覆材２８が吸湿材料を含み、キャリア部３の凹部３１表面及び回動ミラー部１０の裏面側が被覆された場合、被覆材２７及び被覆材２８は、反射光を吸収するだけでなく、電子部品１内の湿気を吸収することができる。従って、電子部品１内への湿気が侵入した場合に、湿気を除去することができる。

なお、凹部３１において、被覆材２７を塗布しても所望の曲面形状を得られない、又は曲面形状を大きく、深くしたい場合には、セラミックの板材（グリーンシート）の積層枚数を増やせばよい。これにより、所望の曲面形状を得ることができる。

本発明の実施形態の電子部品１では、入射光の中には回動ミラー部１０を外れる光があるが、このような光は、光偏向器８の裏面側のキャリア部３の凹部３１の表面に形成された被覆材２７で吸収される。また、上述した被覆材２７で吸収されずに反射した光の大半は、回動ミラー部１０の裏面に照射され、回動ミラー部１０の裏面で反射された光は再度、凹部３１の表面に形成された被覆材２７に戻され、吸収される。

さらに、回動ミラー部１０の裏面に被覆材２８が形成された場合には、被覆材２８でも凹部３１（被覆材２７）の表面で反射した光が吸収されることとなり、電子部品１の内部での迷光をより低減することができる。これにより、キャリア部３の凹部３１での反射光が迷光となって、電子部品１の外部に放出されることを防止することができる。

透湿した水分を吸湿するため、キャリア部３をリッド部２で封止する直前にキャリア部３の凹部３１に乾燥剤を配置してもよい。これにより、電子部品１内の内部環境を低湿度に保つことができる。

乾燥剤としては、エポキシ等の樹脂に酸化カルシウム等の水分を吸収する材料を混ぜ合わせたものを利用することができる。

１…電子部品、２…リッド部、３…キャリア部、３ａ…シール面、３…第１底面、３ｃ…第２底面、４…窓板、５…枠体、６…ガラス板部、７…裏打部、８…光偏向器、９…固定枠、１０…回動ミラー部、１１…可動枠、１２…半環状圧電アクチュエータ、１３…トーションバー、１４…蛇腹型圧電アクチュエータ、１５，１６…電極パッド（光偏向器）、２０…ワイヤ、２１…電極パッド（キャリア部）、２７…被覆材（キャリア部）、２８…被覆材（回動ミラー部）、３１…凹部、３２，３３ａ〜３３ｃ，３４…板材、４１…リブ、８０…滴下装置。

Claims (8)

1. 入射光を反射する回動ミラー部を有する光偏向器と、
   １枚以上の板材からなり、前記板材に設けられた凹部の上面側に前記光偏向器が載置されるキャリア部と、
   前記回動ミラー部の反射面側を覆い、天板に前記入射光が透過する窓板が設けられたリッド部と、
   前記リッド部の下面と前記キャリア部とが接合された接合部と、を備え、
   前記キャリア部は、前記凹部の表面が曲面状となるように被覆材により被覆され、
   前記光偏向器は、前記凹部で反射された光束の正反射方向の光が前記回動ミラー部の裏面に照射される位置に配置されていることを特徴とする電子部品。
2. 請求項１に記載の電子部品において、
   前記凹部は、開口を有さないベース板材の上に、大きさが互いに異なる開口を有する複数の板材を、前記開口の大きさが小さい板材から順番に積層して形成されていることを特徴とする電子部品。
3. 請求項２に記載の電子部品において、
   前記複数の板材の各々の開口は、前記板材に垂直な中心軸に関して対象な形状を有し、
   前記複数の板材は、前記中心軸を合わせて積層されていることを特徴とする電子部品。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の電子部品において、
   前記凹部は、放物面の形状を有し、
   前記放物面の焦点は、前記回動ミラー部の裏面側に位置することを特徴とする電子部品。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の電子部品において、
   前記被覆材は、前記入射光の反射を抑える材料が含まれていることを特徴とする電子部品。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の電子部品において、
   前記回動ミラー部の前記裏面は、前記凹部で反射された光の反射を抑える材料で被覆されていることを特徴とする電子部品。
7. 請求項５又は６に記載の電子部品において、
   前記光の反射を抑える材料は、黒色塗料又は黒色顔料であることを特徴とする電子部品。
8. 請求項１〜７の何れか１項に記載の電子部品において、
   前記被覆材は、湿気を吸収する吸湿材料が含まれていることを特徴とする電子部品。

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