CN108886232B - 线束光源及线束照射装置以及激光剥离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的线束照射装置(1000)包括：工作台(200)；线束光源(100)，其利用线束照射放置于工作台(200)上的工件(300)；及输送装置(250)，其使工作台(200)及线束光源(100)的至少一者移动以使线束在工件上的照射位置在与线束交叉的方向上移动。线束光源具有多个半导体激光元件、及支承多个半导体激光元件的支承体。多个半导体激光元件沿快轴方向上延伸的同一条线排列，且从半导体激光元件各自的发光区域射出的激光在同一在线平行地扩散而形成线束。

Description

线束光源及线束照射装置以及激光剥离方法
技术领域
本案涉及一种线束光源及线束照射装置。此外，本案涉及一种使用线束照射装置执行的激光剥离方法及电子设备的制造方法。
背景技术
在制造高亮度发光二极管(Light Emitting Diode，LED)及柔性显示器等电子设备的技术领域中，一直积极进行激光剥离法的开发。在使用激光剥离法制造高亮度LED的情况下，首先，在蓝宝石(sapphire)基板等结晶成长用基板上形成包含氮化物半导体的层叠结构的LED。之后，通过激光剥离法，将LED从结晶成长用基板剥离。在制造柔性显示器的情况下，在作为载体而发挥功能的玻璃基板上形成聚合物层之后，在其上形成包含薄膜晶体管层及有机发光二极管(OLED：Organic Light Emitting Diode)层的设备。设备在形成工艺完成之后，通过激光剥离法，与聚合物层一并从玻璃基板剥离。
激光剥离法中，需要用光强度高的激光束来照射处于设备固接的状态的载体(工件)，并通过热及光化学反应而引起剥离现象。目前，激光束的光源主要使用高输出的准分子激光(Excimer Laser)装置。从准分子激光装置射出的脉冲激光成形为剖面形状细长且呈线状延伸的光束。这种线状的光束被称为“线束”。线束在工件上的剖面形状、即光照射区域的形状例如为长轴方向720mm、短轴方向1mm以下的矩形。
具备用于形成线束的复杂的光学***的准分子激光退火(ELA：Excimer LaserAnneal)装置在平板显示器的制造工序中作为用于将非晶硅膜熔融再结晶化的装置被实用化。因此，即便在激光剥离法中，也借用非晶硅膜的熔融再结晶化所使用的ELA装置。ELA装置大型且操作复杂，装置价格及运行成本极高。
与ELA装置相比，低价且易于操作的半导体激光装置的高输出化不断取得进展。因此，正研究以高输出半导体激光装置替换ELA装置的一部分。例如，正开发一种将多个发光区域(发射极)在水平方向上排列所成的激光棒进一步在纵向上堆栈而成的激光二极管阵列的模块。这种激光二极管阵列由于具备以高密度二维排列的多个发射极，因此整体上能够达成如超过1千瓦(kW)的高的光输出。
专利文献1及专利文献2公开了一种多个半导体激光元件的二维面状阵列(激光二极管阵列)。
此外，专利文献3公开了一种包括分别具有1瓦特以上的平均输出的多个蓝色半导体激光元件的激光加工装置。在该激光加工装置中，通过光纤将从各蓝色半导体激光元件射出的激光结合，从而生成高输出的激光。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2009-170881号公报
专利文献2：美国专利第6240116号说明书
专利文献3：日本专利特开2013-233556号公报
发明内容
本发明所要解决的技术问题
在专利文献1及专利文献2所公开的激光二极管阵列中，从各个发射极射出的激光分别通过准直(collimate)透镜被准直为平行的光束。该光束的射束是通过包含反射镜或其他透镜的光学***成形，以具有所期望的剖面形状。若想要使用这种已有的高输出激光二极管阵列来执行激光剥离，则需要使从面状的阵列光源射出的光束成形为所期望的线束。
在专利文献3所公开的激光加工装置中，由于将光纤连接至多个半导体激光元件的每一个，因此需要高精度的对准作业。此外，在将激光导入至光纤内时以及使该激光在光纤内传输的过程中会产生损耗。进一步地，由于从光纤射出的激光的剖面为圆形，因此用于成形为线束的光学***不可或缺，且在光束成形时会进一步产生损耗。
在用于制造小型的柔性显示器的激光剥离法中，正研究使用相较于ELA装置价格更低的钇铝石榴石激光(Yttrium Aluminum Garnet激光，YAG激光，钇铝石榴石固体激光)装置。然而，YAG激光装置也存在与ELA装置相同的问题。
根据本公开的实施方式，提供一种可适用于激光剥离法的新颖的线束光源及线束照射装置。
解决问题的方案
本发明的线束照射装置在例示的一个方式中，包括：工作台；线束光源，其利用线束来照射放置于工作台上的工件；及输送装置，其使工作台及线束光源的至少一者移动，以使工件上的线束的照射位置在与线束交叉的方向上移动，线束光源具有多个半导体激光元件、及支承多个半导体激光元件的支承体，多个半导体激光元件分别具有半导体层叠结构，该半导体层叠结构具有包含射出激光的发光区域的端面，发光区域具有与半导体层叠结构的层叠方向平行的快轴方向的尺寸及与层叠方向垂直的慢轴方向的尺寸，多个半导体激光元件沿快轴方向上延伸的同一条线排列，从多个半导体激光元件各自的发光区域射出的激光在同一条线平行地扩散而形成线束。
本发明的线束照射装置在例示的一个方式中，包括：多个半导体激光元件；及支承体，其支承多个半导体激光元件，多个半导体激光元件分别具有半导体层叠结构，该半导体层叠结构具有包含射出激光的发光区域的端面，发光区域具有与半导体层叠结构的层叠方向平行的快轴方向的尺寸及与层叠方向垂直的慢轴方向的尺寸，多个半导体激光元件沿快轴方向上延伸的同一条线排列，从多个半导体激光元件各自的发光区域射出的激光在同一条线平行地扩散而形成线束。
一种激光剥离方法，是使用上述任一个的线束照射装置的激光剥离方法，其包含如下工序：准备包含载体和固定于载体的设备的工件，并将其放置于工作台的工序；利用线束光源的线束，从载体侧照射放置于工作台上的工件的工序；及使工作台及线束光源的至少一者移动，以使线束在工件上的照射位置在与线束交叉的方向上移动的工序。
一种电子设备的制造方法，是使用上述任一个的线束照射装置的电子设备的制造方法，其包含如下工序：准备包含载体和固定于载体的电子设备的工件，并将其放置于工作台的工序；利用线束光源的线束，性载体侧照射放置于工作台上的工件的工序；使工作台及线束光源的至少一者移动，以使线束在工件上的照射位置在与线束交叉的方向上移动的工序；及从工件的载体获得剥离后的电子设备的工序。
发明效果
根据本发明的实施方式，有效地利用从半导体激光元件射出的激光通过衍射效应各向异性地扩散的性质而形成线束，因此提供一种能代替ELA装置的线束光源。
附图说明
图1是示意性地表示某一典型的半导体激光元件的基本构成的立体图。
图2A是示意性地表示从半导体激光元件10的发光区域24射出的激光30的扩散方式(divergence，发散)的立体图。
图2B是示意性地表示激光30的扩散方式的侧视图。在图的右侧，为了参考，也记载有从Z轴的正向观察半导体激光元件10的主视图。
图2C是示意性地表示激光30的扩散方式的俯视图。
图2D是表示激光30的Y轴(快轴)方向上的扩散的曲线图。
图2E是表示激光30的X轴(慢轴)方向上的扩散的曲线图。
图3是表示激光30的剖面的Y轴方向尺寸Fy及X轴方向尺寸Fx与到发光区域24的距离(Z轴方向的位置)的关系的示例的曲线图。
图4A是表示从Z轴的正向观察到的激光二极管阵列的构成例的主视图。
图4B是示意性地表示快轴准直透镜50F的效果的图。
图5是表示本发明的实施方式中的线束光源100的构成例的立体图。
图6是表示本发明的实施方式中的半导体激光元件40的构成例的立体图。
图7A是从Z轴的正向观察图5所示的4个半导体激光元件40的主视图。
图7B是从Z轴的正向观察利用半导体激光元件40所形成的线束30L的主视图。
图7C是表示从半导体激光元件40射出的激光30形成线束30L的情况的侧视图。
图8A是示意性地表示合成从4个半导体激光元件40射出的激光而形成的线束30L在快轴方向上的光强度分布的一个示例的曲线图。
图8B是示意性地表示从4个半导体激光元件40射出的激光在快轴方向上的光强度分布的一个示例的曲线图。
图9A是表示使用柱面透镜50S使线束30L在慢轴方向而非快轴方向上聚光的构成例的图。
图9B是示意性地表示通过柱面透镜50S使宽度(慢轴方向尺寸)缩短后的线束30L的剖面的图。
图10是示意性地表示本实施方式中的线束照射装置1000的构成例的立体图。
图11是示意性地表示线束照射装置1000中的信号、数据、及指令的流动的框图。
图12的上侧及下侧的部分分别是从与YZ面正交的方向观察图10所示的线束照射装置1000的图。
图13是从与XZ面正交的方向观察利用线束扫描工件300的工序(开始、中途、结束的3个阶段)中的线束照射装置1000的图。
图14是表示线束30L的照射位置与光输出波形的关系的一个示例的曲线图。
图15是表示线束30L的照射位置与光输出波形的关系的另一个示例的曲线图。
图16是表示线束30L的照射位置与光输出波形的关系的又一个示例的曲线图。
图17是表示线束30L的照射位置与光输出波形的关系的又一个示例的曲线图。
图18A是用于说明激光剥离的实施方式的工序剖面图。
图18B是用于说明激光剥离的实施方式的工序剖面图。
图18C是用于说明激光剥离的实施方式的工序剖面图。
图19是示意性地表示工件300上的线束30L的照射区域的俯视图。
图20是表示根据工件300的位置而空间性地调制线束30L的光强度分布的示例的示意剖面图。
图21A表示仅隔开中心间距离Px的2列半导体激光元件40。
图21B是表示实现图21A的排列的线束光源100的构成例的立体图。
图21C示意性地表示将2列半导体激光元件40中的发光区域24投影至工件300上的位置。
图21D是表示实现图21A的排列的线束光源100的另一构成例的立体图。
图21E是表示实现图21A的排列的变形例的线束光源100的构成例的立体图。
图22A是表示交错排列的半导体激光元件40的俯视图。
图22B是表示实现图22A的交错排列的线束光源100的构成例的立体图。
图22C是示意性地表示将交错排列的半导体激光元件40中的发光区域24投影至工件300上的位置的俯视图。
图23是示意性地表示将邻接的半导体激光元件40的中心间距离根据位置而不同的半导体激光元件40的发光区域24投影至工件300上的位置的俯视图。
图24是示意性地表示通过邻接的半导体激光元件40的中心间距离根据位置而不同的半导体激光元件40所形成的线束30L的光强度分布的图。
图25是表示邻接的半导体激光元件的中心间距离根据位置而不同的线束光源100的构成例的立体图。
具体实施方式
本发明者着眼于激光剥离所需的线束的光强度分布无需如用于非晶硅膜的熔融再结晶化的ELA装置的线束那样具有高均匀性的情况，而想到了本发明。本公开的线束光源及线束照射装置有效地利用从半导体激光元件射出的激光通过衍射效应各向异性地扩散的性质而形成线束。首先，对该衍射效应进行说明。
<半导体激光元件的衍射效应>
图1是示意性地表示某一典型的半导体激光元件的基本构成的立体图。在图中，记载有相互正交的X轴、Y轴、及Z轴构成的坐标轴。在其他添付附图中，也记载相同的坐标轴，X轴、Y轴、及Z轴分别在所有附图中指示共同的方位。
图1所示的半导体激光元件10具有半导体层叠结构22，该半导体层叠结构22具有包含射出激光的发光区域(发射极)24的端面(刻面)26a。该例中的半导体层叠结构22支承在半导体基板20上，且包含p侧包覆层22a、活性层22b、及n侧包覆层22c。在半导体层叠结构22的上表面26b，设置有条纹状的p侧电极12。在半导体基板20的背面，设置有n侧电极16。
通过使超过临限值的大小的电流从p侧电极12朝向n侧电极16而在活性层22b的规定区域流动，从而产生激光振荡。半导体层叠结构22的端面26a由未图示的反射膜覆盖。激光从发光区域24经由反射膜而射出至外部。
图1所示的构成仅仅是半导体激光元件10的构成的典型的一个示例，且为了使说明简单而被简化。该被简化的构成的示例完全不限定下文所详细说明的本公开的实施方式。另外，在其他附图中，为了简单起见，存在省略n侧电极16等构成要素的记载的情况。
在图1所示的半导体激光元件10中，半导体层叠结构22的端面26a与XY面平行，因此激光从发光区域24沿Z轴方向射出。激光的光轴与Z轴方向平行。发光区域24在端面26a上，具有与半导体层叠结构22的层叠方向(Y轴方向)平行的方向的尺寸Ey、及与层叠方向垂直的方向(X轴方向)的尺寸Ex。一般而言，Ey<Ex的关系成立。
发光区域24的Y轴方向尺寸Ey由活性层22b的厚度规定。活性层22b的厚度通常为激光振荡波长的一半左右、或激光振荡波长的一半以下。与此相对，发光区域24的X轴方向尺寸Ex能够由在水平横向(X轴方向)上限制有助于激光振荡的电流或光的结构、及图1的示例中为条纹状的p侧电极12的宽度所规定。一般而言，发光区域24的Y轴方向尺寸Ey为0.1μm左右或0.1μm以下，X轴方向尺寸Ex大于1μm。为了提高光输出，扩大发光区域24的X轴方向尺寸Ex较为有效，X轴方向尺寸Ex例如可以设定为50μm以上。
在本说明书中，将Ex/Ey称为发光区域的“纵横比”。高输出半导体激光元件的纵横比(Ex/Ey)例如可以设定为50以上，也可以设定为100以上。在本说明书中，将纵横比(Ex/Ey)为50以上的半导体激光元件称为广域型半导体激光元件。在广域型半导体激光元件中，水平横模多以多模而并非单模振荡。
图2A是示意性地表示从半导体激光元件10的发光区域24射出的激光30的扩散方式(发散)的立体图。图2B是示意性地表示激光30的扩散方式的侧视图，图2C是示意性地表示激光30的扩散方式的俯视图。在图2B的右侧，为了参考，也记载有从Z轴的正向观察半导体激光元件10的主视图。
激光30的剖面中的Y轴方向的尺寸由长度Fy规定，X轴方向的尺寸由长度Fx规定。Fy是在与激光30的光轴交叉的平面内，以光轴上的激光30的光强度为基准时的Y轴方向上的半峰全宽(FWHM：Full Width at Half Maximum)。同样地，Fx是在上述平面内，以光轴上的激光30的光强度为基准时的X轴方向上的半峰全宽(FWHM)。
激光30的Y轴方向的扩散由角度θf规定，X轴方向的扩散由角度θs规定。θf是在距发光区域24的中心为相等距离的球面上，以该球面与激光30的光轴交叉的点处的激光30的光强度为基准时的YZ平面内的半峰全角。同样地，θs是在距发光区域24的中心为相等距离的球面上，以该球面与激光30的光轴交叉的点处的激光30的光强度为基准时的XZ平面内的半峰全角。
图2D是表示激光30的Y轴方向上的扩散的示例的曲线图，图2E是表示激光30的X轴方向上的扩散的示例的曲线图。曲线图的纵轴为经标准化的光强度，横轴为角度。在与Z轴平行的光轴上激光30的光强度示出峰值。如从图2D可知，与包含激光30的光轴的YZ面平行的面内的光强度概略性地示出高斯分布。与此相对，与包含激光30的光轴的XZ面平行的面内的光强度如图2E所示，示出具有相对较平坦的顶部的狭窄分布。在该分布中，产生因多模振荡引起的多个波峰的情况较多。
对于规定激光30的剖面尺寸的长度Fy、Fx、及规定激光30的扩散的角度θf、θs，也存在赋予上述定义以外的定义的情况。
如图所示，从发光区域24射出的激光30的扩散方式具有各向异性，一般而言，θf>θs的关系成立。θf变大的原因在于：发光区域24的Y轴方向尺寸Ey为激光30的波长以下，因此在Y轴方向上产生较强的衍射。与此相对，发光区域24的X轴方向尺寸Ex充分长于激光30的波长，在X轴方向上不易产生衍射。
图3是表示激光30的剖面的Y轴方向尺寸Fy及X轴方向尺寸Fx与到发光区域24的距离(Z轴方向的位置)的关系的示例的曲线图。如从图3可知，激光30的剖面示出在发光区域24附近，在X轴方向上相对较长的近场图案(NFP)，但若充分远离发光区域24，则示出Y轴方向上较长地延伸的远场图案(FFP)。
这样，激光30的剖面的扩大是随着从发光区域24远离，而在Y轴方向上较“快(fast)”，在X轴方向上较“慢(slow)”。因此，将半导体激光元件10作为坐标的基准，Y轴方向被称为快轴(fastaxis)方向，X轴方向被称为慢轴(slow axis)方向。
在专利文献1及专利文献2所公开的激光二极管阵列中，为了抑制快轴方向的光束的扩散，而在半导体激光元件或激光棒的发光区域附近配置准直透镜。这种准直透镜被称为快轴准直透镜。
图4A是表示从Z轴的正向观察到的激光二极管阵列400的构成例的主视图。图4B是示意性地表示快轴准直透镜的效果的图。
图4A所例示的激光二极管阵列400是将沿X轴方向延伸的4根激光棒410在Y轴方向上重合而成的纵型堆栈。各激光棒410具有8个发光区域24。所例示的激光二极管阵列从在同一面内排列成4行8列的32个发光区域24能获得整体上具有较高的光强度的激光。这些发光区域24通过从条纹状的p侧电极12朝向未图示的n侧电极流动的电流而同时射出激光。
在图4B的示例中，在各激光棒410的发光面侧配置有快轴准直透镜50F。各快轴准直透镜50F典型而言具有在X轴方向上延伸的形状，且与对应的激光棒410的多个发光区域24相对。入射至快轴准直透镜50F的激光30被准直为平行的激光30C。从多个光点在矩形区域内集聚而呈面状发亮的激光二极管阵列射出的激光通过使用其他光学***成形，能够被转换成具有各种剖面形状的光束。激光棒410的Y轴方向间距例如为2mm至5mm左右。通过将多个发光区域24集聚在有限的面积内，能够实现亮度较高的面状激光源。
也能够使用上述激光二极管阵列来形成线束。然而，为了将从面光源射出的激光成形为具有所期望的剖面形状的线束，除了需要快轴准直透镜50F以外，还需要其他透镜或镜等复杂的光学***。其结果，装置变得大型，并且也会产生光学***的对准错位等问题。
本发明者认识到在进行如图4B所示的“快轴准直”之后进而使用光束成形技术来形成线束所导致的问题，并对如何解决该问题进行了各种研究。其结果，本发明者发现：代替进行“快轴准直”，而积极地利用从半导体激光元件射出的光通过衍射效应而在快轴方向上扩散的性质能够形成实用性的线束。进而发现：将半导体激光元件的发光区域作为能够独立于其他半导体激光元件调整光强度的要素使用，而不作为均匀地发亮的面光源的单纯一部分，由此，可在线束的扫描中附加空间强度分布的调制。也得知：尤其在激光剥离的用途中，无需如用于将非晶硅膜熔融再结晶化的线束那样具有较高的光强度均匀性。当然也得知：期望对照剥离对象的结构而空间性地调整光强度。
(实施方式)
以下，一边参照附图，一边对本公开的线束光源及线束照射装置的实施方式，以及激光剥离方法的实施方式进行说明。有时省略必要以上的详细的说明。例如，有时省略已众所周知的事项的详细说明或对于实质上相同的构成的重复说明。这是为了避免以下的说明不必要地变冗长，并使本领域技术人员容易理解。本发明的发明者们为了使本领域技术人员充分地理解本公开而提供添付附图及以下的说明。这并非意图通过这些来限定申请专利范围中所记载的主题。
<线束光源>
本发明的线束光源的实施方式并非作为多个发光区域高密度地集聚而成的面光源发挥功能。因此，也无需用于将从这种面光源射出的光束成形并形成线束的复杂的光学***。本发明的线束光源能有效地利用半导体激光元件所具有的性质、即光束通过衍射效应而欲在快轴方向上扩散的性质，而形成在快轴方向上较长地延伸的线束。
首先，参照图5及图6。本发明的线束光源的非限定性且例示性的实施方式如图5所示，具备多个半导体激光元件40、及支承这些半导体激光元件40的多个支承体60a。多个半导体激光元件40沿在快轴方向(Y轴方向)上延伸的同一条线排列。从半导体激光元件40的每一个的发光区域24射出的激光在该同一条线上平行地扩散而形成线束。
在图示的示例中，半导体激光元件40的个数为4个。半导体激光元件40的个数并不限定于该例，可以为3个，也可以为5个以上。为了形成用于照射大面积区域的长的线束，可将超过100个的半导体激光元件40呈同一条线状地排列。在通过一次扫描而照射例如一边为300cm左右的大型玻璃基板的情况下，需要将线束的长度设定为300cm左右。在该情况下，若将排列间距设定为20mm(＝2cm)，则150个左右的半导体激光元件40呈同一条线状地排列。
如图6所示，各半导体激光元件40可具有与图1的半导体激光元件10相同的构成。多个半导体激光元件40分别具有半导体层叠结构22，该半导体层叠结构22具有包含射出激光的发光区域24的端面26a。半导体激光元件40的发光区域24具有与半导体层叠结构22的层叠方向平行的快轴方向(Y轴方向)的尺寸Ey、及与层叠方向垂直的慢轴方向(X轴方向)的尺寸Ex，且纵横比(Ex/Ey)为50以上。在图1的半导体激光元件10及图6的半导体激光元件40中，为对应的构成要素标注相同的参照附图标记。此处，原则上不重复关于公用的构成要素的说明。
半导体激光元件40根据振荡波长及光输出，可以由各种半导体材料形成，且可以具有多种结构及尺寸。在需要具有属于紫外区域的波长(例如300～350nm)的激光的情况下，半导体激光元件40的半导体层叠结构22可以优选由AlGaN类或InAlGaN类的氮化物半导体形成。为了规定发光区域24的慢轴方向尺寸Ex，也可以在p侧包覆层22a设置脊状条纹(ridge stripe)而进行水平横向的光限制。活性层22b也可包含1个或多个量子井结构。半导体层叠结构22也可以包含光导层、缓冲层、及接触层等其他半导体层。在基板20为蓝宝石基板的情况下，n侧电极16相对于基板20配置在设置有p侧电极12的侧。
本实施方式中的发光区域24的快轴方向尺寸Ex设定为例如10nm～200nm，慢轴方向尺寸Ey设定为例如50μm～300μm，且Ey可以超过Ex的100倍。其结果，规定激光30的Y轴方向的扩散的角度θf例如示出40～60度，规定X轴方向的扩散的角度θs例如示出5～15度。半导体激光元件40的振荡波长可以设定在例如350nm～450nm的范围内。若能够获得能在较短的波长区域、例如深紫外区域中实现稳定的激光振荡的半导体激光元件，则可形成波长为200nm～350nm的光束激光，因此能够在许多用途中代替ELA装置。
支承体60a优选由热导率较高的良导体、例如铜等金属或氮化铝等陶瓷材料形成。半导体激光元件40也能以搭载在未图示的子支架的状态安装在支承体60a上。该例中的支承体60a均被收容于壳体60。壳体60例如由未图示的透光性外罩封闭，因此壳体60的内部能与大气环境隔绝。壳体60的内部例如由对于半导体激光元件40而言为惰性的气体所填充。经由未图示的配线(金属线或金属带等)对各半导体激光元件40进行供电。为了抑制在动作时半导体激光元件40的升温，也可以将珀尔帖(Peltier)元件等热电冷却元件(未图示)配置在半导体激光元件40附近。在支承体60a也可以设置用于水冷却的内部通道、及用于空气冷却的散热片。
在位于各半导体激光元件40的与射出侧的端面26a相反的侧的端面26c附近，配置有未图示的光电二极管。该端面26c被具有相对较高的反射率的反射膜覆盖，但在半导体激光元件40的内部振荡的激光的一部分会从端面26c向外部漏出。通过利用光电二极管检测该漏出的激光，可以监视从端面26a射出的激光的强度。光电二极管的输出被传送至后述的半导体激光元件40的驱动电路，并用于功率控制。
图7A是从Z轴的正向观察图5所示的4个半导体激光元件40的主视图。快轴方向上的半导体激光元件40的排列间距为Py。排列间距由发光区域24的中心间距离定义。为了简单起见，省略了支承体60a的记载。图7B是从Z轴的正向观察利用这些半导体激光元件40的线束30L的主视图。图7C是表示从这些半导体激光元件40射出的激光30形成线束30L的情况的侧视图。
如从图7C可知，通过对快轴(Y轴)方向上的半导体激光元件40的排列间距Py、和从端面26a至照射面45的距离Lz进行调整，可以控制照射面45上的线束30L中的激光30重合的长度Ly。
图8A是示意性地表示将从4个半导体激光元件40射出的激光30合成，形成的线束30L在照射面45上的光强度分布的一个示例的曲线图。可以认为从各个半导体激光元件40射出的激光30沿快轴方向具有近似地高斯分布。如从图8A可知，通过邻接的激光30重合，能获得光强度平均的1条线束30L。激光30的波峰位置以半导体激光元件40的排列间距Py之间隔排列。激光30的波峰位置虽不依赖于从半导体激光元件40的端面26a到照射面45的距离Lz，但光强度分布的形状根据该距离Lz而变化。
在距离Lz固定的情况下，若将排列间距Py设定得足够小，则从同一条线上邻接的3个以上的半导体激光元件40射出的激光30也可能在照射面45上相互重合。排列间距Py越缩小，线束30L所具有的光强度的Y轴方向分布被平均得越均匀。
此外，在形成长轴方向的尺寸(长度)相同的线束的情况下，若缩小排列间距Py，则沿同一条线排列的半导体激光元件的个数密度增加，因此即便将各个半导体激光元件的输出设定得比最大输出值足够低，也能够达成所期望的光照射密度。该情况有助于延长半导体激光元件的寿命。
图8B表示将从半导体激光元件40的端面26a到照射面45的距离Lz设定为极小值的情况下的照射面45上的光强度分布的示例。在该例的照射面45上，从各个半导体激光元件40射出的激光30实质上不重合。在图8B所示的强度分布中，难以认为形成有连续的“线束”。在优选的实施方式中，线束示出在光强度的波峰间产生的极小值具有波峰强度的一半以上的大小的光强度分布。这种光强度分布在由从各半导体激光元件40射出的激光30的半峰全宽所规定的尺寸Fy具有排列间距Py以上的大小的情况下实现。
为了提高线束30L的光照射密度(fluence，能量密度，单位为焦耳/cm2)，优选为缩小排列间距Py，并提高半导体激光元件40的个数密度。然而，在本发明中，与通过缩小排列间距Py而获得的效果相比，更着眼于从各个半导体激光元件40射出的激光30本身能作为“线束”发挥功能的性质，并利用该性质。因此，在本公开的优选的实施方式中，排列间距Py与一边参照图4A及图4B一边说明的现有的激光二极管阵列中的堆栈排列间距相比，设定为较大的值。具体而言，排列间距Py设定为20mm以上，在某一方式中设定为30mm以上，根据用途而设定为40mm以上。从半导体激光元件40的端面26a到照射面45的距离Lz以在照射面45上激光30重合而形成线束30L的方式被设定。通过将这样的排列间距Py设定得比现有的激光二极管阵列大，能获得以下例示的效果。
(1)能通过更少个数的半导体激光元件40形成具有所赋予的长度的线束30L。而且，能充分地获得具有激光剥离所需的光强度分布的线束。
(2)若邻接的半导体激光元件40之间隔变大，则易于使在各个半导体激光元件40产生的热散逸至外部。易于采用使由热导率较高的材料形成的散热器与各个半导体激光元件40的上表面及下表面两者接触的构成。
(3)代替将半导体激光元件40以芯片的状态搭载在支承体60a上，而将安装于封装体或插装件的半导体激光元件40搭载在支承体60a上，会产生尺寸上的空余。根据半导体激光元件40可装卸地支承于支承体60a的构成，在多个半导体激光元件40中的1个发生故障时，能够选择性地将该半导体激光元件40更换成正常的半导体激光元件。
图9A是表示使用柱面透镜50S使线束30L在慢轴方向而非快轴方向上聚集的构成例的图。图9B是示意性地表示通过柱面透镜50S使宽度(X轴方向尺寸)缩短后的线束30L的剖面的图。在本发明的线束光源中，虽未使激光在快轴方向上准直或聚集，但在慢轴方向上并未排除进行这种成形。在通过透镜等来缩短慢轴方向上的线束30L的尺寸(宽度)的情况下，能使照射面上的光照射密度(能量密度)提高。
为了调整线束在快轴方向上的强度分布，也可以沿快轴方向将光透射率、折射率、或光学厚度产生变化的光学构件***至线束30L的光路上。这种光学构件并非是实质性地缩短线束的长度(快轴方向的尺寸)而提高光照射密度(能量密度)的构件。
根据这样的本公开的线束光源，可以高效率地利用半导体激光元件所示出的激光的各向异性的扩散(发散)。因此，该线束光源与现有的激光二极管阵列不同，并非是提供表示被均匀化的高亮度的面状光源的光源。
<线束照射装置>
参照图10。图10是示意性地表示本实施方式中的线束照射装置1000的构成例的立体图。线束照射装置1000包括：工作台200；及线束光源(激光头)100，其利用线束30L照射放置于工作台200上的工件300。工件300的典型例为制造中途的柔性显示器及高亮度LED，但并不限定于这些。工件300广泛地包含能成为通过线束30L的照射而产生物理或化学变化的对象。这种物理或化学变化不仅能用于剥离，而且能用于物体的加工、改质、熔融、结晶化、再结晶化、切断、半导体中的杂质活性化、或杀菌。
线束照射装置1000包括输送装置250，该输送装置250使工作台200及线束光源100的至少一者移动以使工件300上的线束30L的照射位置30P向与线束30L交叉的方向移动。输送装置250包括例如马达M等致动器。马达M既可以为直流马达、三相交流马达、步进马达等旋转电气机械，也可以为线性马达或超声波马达。在使用超声波马达的情况下，与其他马达相比，能实现高精度的定位。此外，由于静止时的保持力较大，且能无通电地进行保持，因此静止时的发热较少。进一步地，超声波马达由于不包括磁铁，因此对于对磁力敏感的工件尤其有效。
输送装置250连接至输送装置驱动电路90。通过输送装置驱动电路90控制例如马达M的旋转角度及旋转速度，从而调节线束光源100与工作台200的相互配置关系。在以下的示例中，为了简单起见，对线束光源100相对于固定的工作台200而向图10的右向箭头的方向移动的示例进行说明。然而，本实施方式中的线束照射装置1000并不限定于该例。也可以为工作台200向图10的左向箭头的方向移动，且线束光源100能被固定。此外，也可以为工作台200及线束光源100两者向同一或不同的方向移动。在工作台200支承重量较大的工件300而移动的情况下，可以使用例如空气滑块等轴承。
如参照图5所说明的，线束光源100具有多个半导体激光元件40、及支承多个半导体激光元件40的支承体60a。多个半导体激光元件40具备上述构成，且沿在快轴方向上延伸的同一条线排列。从线束光源100中的多个半导体激光元件40的每一个的发光区域射出的激光在同一条线上平行地扩散而形成线束30L。
从线束光源100的下端到工件300的上表面的距离(间隔)可以设定在例如5mm至200mm左右的范围内。图示的工件300的上表面平坦，但实际的工件300的上表面无需平坦。在图10所示的示例中，线束30L垂直地入射至工件300的上表面。换而言之，形成线束30L的激光的光轴与Z轴平行，并且，工作台200的上表面与XY面平行。但是，本发明的线束照射装置的实施方式并不限定于该例。工作台200的上表面也可以相对于线束30L倾斜。此外，Z轴无需与垂直方向一致，也可相对于垂直方向倾斜(例如正交)。
为了沿线束的长度方向(Y轴方向)进一步平均图8A所示的光强度分布，也可以在线束照射过程中使半导体激光元件40沿线束30L的长度方向(Y轴方向)振动或移动。这种振动或移动也可以通过利用未图示的致动器来驱动线束光源100本身而实现。或者，也可以通过在线束光源100内使各个半导体激光元件40在快轴方向上振动或移动而实现。
线束光源100中的各个半导体激光元件40(参照图5)连接至激光二极管驱动电路(LD驱动电路)80。LD驱动电路80也可以包含自动功率控制(APC)电路，该自动功率控制电路接收从上述监视用光电二极管输出的电气信号，此外，LD驱动电路80也可包含自动电流控制(ACC)电路，该自动电流控制电路将流过半导体激光元件40(参照图5)的电流(驱动电流)的大小调整为规定位准。LD驱动电路80可以采用公知的电路构成。另外，在无需对工件实施严格的光照射控制的情况下，也可使用省略了监视用光电二极管的半导体激光元件。在该情况下，优选地应用上述ACC电路。
图11是示意性地表示线束照射装置1000中的信号、数据、及指令的流动的框图。
在图示的构成例中，控制器70典型而言为计算机。控制器70的一部分或全部可以为通用性或专用性的计算机***。计算机***是指包含操作***(OS，Operating System)、及视需要而具有周边设备等的硬件的***。控制器70连接至计算机可读取的记录介质即存储器74。存储器74储存有规定线束照射装置1000的动作的程序。在图11中，为了简单起见，记载有单个存储器，但实际的存储器74可以为多个相同或不同种类的记录装置。存储器74的一部分可以是非挥发性存储器，另一部分可以是随机存取存储器。存储器74的一部分或全部既可以是容易装卸的光盘及固体记录元件，也可以是网络上的云型的存储装置。
控制器70连接至温度传感器及影像传感器等传感器76。通过这种传感器76，可以对工件300上的线束30L的照射位置30P(图10)进行检测，或对通过照射而显现在工件300上的物理或化学变化进行观察。在传感器76为红外线影像传感器的情况下，也能够对通过线束30L的照射而被加热的工件300的温度分布进行检测。在传感器76为可见光影像传感器的情况下，也能够对通过线束30L的照射而显现在工件300的物理或化学变化的面内分布进行检测。因此，在使用本实施方式的线束照射装置1000进行例如激光剥离时，也能够通过传感器76对是否发生剥离不良、以及，发生剥离不良的位置进行检测。若影像传感器是以取得三维图像的方式构成，则也能够对通过线束30L的照射而显现在工件300的物理或化学变化的三维分布进行检测。此外，也能够在照射前掌握工件300的结构并用于调整照射条件。
控制器70按照保持于存储器74的程序，视需要基于传感器76的输出对LD驱动电路80及输送装置驱动电路90发出适当的指令。LD驱动电路80按照控制器70的指令，调整从线束光源100射出的线束30L的光强度。输送装置驱动电路90按照控制器70的指令，调整输送装置250的动作。
图12是从与YZ面正交的方向观察图10所示的线束照射装置1000的图。图12的上部表示照射前的状态，下部表示照射中的状态。在该例中，线束30L的长度(长轴方向尺寸)超过工件300的一边的长度。因此，通过一次扫描，能够完成对工件300整体的线束照射。在线束30L的长度为工件300的一边的长度的一半的情况下，需要进行2次扫描。在该情况下，扫描方向也可以在去路和返路上反转。在本实施方式的线束照射装置1000中，未进行使用扩束器或透镜等光学元件使线束30L在长轴方向上伸缩的操作。因此，线束30L的长度与线束光源100中的半导体激光元件40(图5)的排列的总长度大致相同。另外，若线束30L的两端部分无需光照射，则也可以通过***至线束光源100与工件300之间的遮蔽构件将线束30L的两端部分截止。
图13是从与XZ面正交的方向观察利用线束30L扫描工件300的工序(开始、中途、结束的3个阶段)中的线束照射装置1000的图。在该例中，通过使线束光源100相对于被固定的工件300在X轴方向上移动，而执行线束30L的扫描。如上所述，线束30L的扫描可以通过使线束光源100与工作台200的相对位置关系发生变化来实现。
线束30L既可以为连续波(CW)，也可以为脉冲波。通过图11的LD驱动电路80，可自由调制各个半导体激光元件40的发光。如图13所示，在线束30L的照射位置移动的中途，可使线束30L的光强度在时间上空间上产生变化。
图14是表示线束光源100的位置与线束30L的光强度变化(光输出波形)的关系的一个示例的曲线图。该曲线图所示的向右上升的直线表示线束照射工序开始后的经过时间与线束光源100的位置(相对于工件的相对位置)的关系。为了方便起见，以x坐标表示线束光源100的位置。曲线图的上部表示有线束30L的光输出波形的示例。在图14的示例中，在线束光源100点亮后，线束30L的光强度维持固定。线束光源100的位置以固定的扫描速度移动。该情况下的“固定的扫描速度”并不限定于严格意义上的通过连续移动的固定的速度。例如，包括通过步进马达使线束光源100或工作台200以数十μm为单位步进移动的情况。这种微观的步进移动实质上可视为与连续移动相同。
考虑各个半导体激光元件40的光输出为1瓦(W)的示例。假设1个半导体激光元件40在工件300上的光照射区域具有2.0cm×0.5cm的尺寸。光照射区域的面积为1cm2。在该情况下，若利用1个半导体激光元件40进行1秒钟的激光的照射，则能量密度等于1焦耳/cm2(＝1000毫焦耳/cm2)。由于线束30L的宽度为0.5cm，因此若以每秒0.5cm的速度在与线束30L正交的方向上进行扫描，则对工件300进行1000毫焦耳/cm2的激光照射。若以每秒2.0cm的速度在与线束30L正交的方向上进行扫描，则可以对工件300进行250毫焦耳/cm2的激光照射。另外，由于从各个半导体激光元件40射出的激光部分重合，因此线束30L的能量密度以相当于重合的量增加。若提高半导体激光元件40的光输出，则也能够进一步提高扫描速度。为了提高半导体激光元件40的光输出，则扩大发光区域24的慢轴方向尺寸Ex较为有效。Ex可以设定为例如100μm以上或200μm以上。在下述的激光剥离方法的实施方式中，在将聚酰亚胺层从玻璃基板剥离时，期望实现250毫焦耳/cm2左右、或250毫焦耳/cm2以上的光照射密度。即便在半导体激光元件40的光输出相对较低的情况下，只要延长照射时间，也能够达成所需的光照射密度。此外，通过使线束的短轴方向上的尺寸(宽度)短于0.5cm，也能够达成所需的光照射强度。也可以将用于达成该目标的透镜或镜等光学***与各半导体激光元件40连接。短轴方向上的线束的尺寸若为0.1cm左右便足够。
根据本发明的线束照射装置的实施方式，与ELA装置相比，能降低每1台的装置价格。因此，若准备多台线束照射装置，并使用各个线束照射装置来照射各工件，则无需为了提高量产效率而将扫描速度提高至极限水平。即，根据本发明的线束照射装置的实施方式，由于在经济上容许将线束的扫描速度设定得较大，因此可以将各个半导体激光元件的光输出设定得较低而延长光源寿命。
图15是表示线束光源100的位置与光输出波形的关系的另一个示例的曲线图。图15的示例中，在线束光源100点亮后，线束的光强度以固定的较短周期振动。线束光源100的位置以相对较低的固定的速度移动。在该例中，线束光源100周期性地重复点亮状态与非点亮状态，1个周期内的点亮状态的时间比率被定义为占空比。可以将占空比作为参数而调整能量密度。光强度的振动频率(调制频率)可以设定在例如从1赫兹(Hz)到数千赫兹(kHz)的范围内。设定线束30L的宽度(照射面上的X方向尺寸)、调制频率、及扫描速度，以使接受光照射的工件300的各部位至少接受1次线束照射。
图16是表示线束光源100的位置与光输出波形的关系的又一个示例的曲线图。图16的示例中，在线束30L的扫描过程中，对占空比进行调制。
图17是表示线束光源100的位置与光输出波形的关系的又一个示例的曲线图。图17的示例中，扫描速度并不固定，线束光源100的位置以固定的时间间隔而反复移动和停止。该例中的线束30L的照射在线束光源100相对于工作台200的移动停止时而执行。也可以在将线束光源100在X轴方向上的位置固定并进行线束30L的照射的过程中，如上所述使线束30L在快轴(Y轴)方向上振动或移动。由此，使工件300的各部位的光照射密度的快轴(Y轴)方向的分布均匀化。
这样，可以对线束30L的光强度施加各种调制，也能够使调制的方式根据时间或照射位置产生变化。光照射位置的移动的图案与光强度调制的图案的组合多种多样，并不限定于图14至图17所示的示例。
在上述实施方式中，线束光源100与工件300之间的距离在扫描过程中保持为固定，但也可调制该距离。在这些实施方式中，从线束光源100的半导体激光元件40射出的激光至少在快轴方向上既不被准直也不聚集，且入射至工件300。如上所述，也可以对线束光源100附加用于使线束30L在慢轴方向上聚集的透镜。此外，为了调整线束30L的长度，也可使用透镜、镜等光学元件使线束30L在快轴方向上聚集或扩展。
<激光剥离方法>
图18A、图18B、及图18C是用于说明本发明的激光剥离方法的实施方式的工序剖面图。这些附图均是将工件300的一部分放大而示意性地表示的剖面图。图示的工件300的尺寸并未反映实际的工件300所具有的尺寸的尺度比率。
如图18A所示，该工件300包括：玻璃基板(载体)32、固接于玻璃基板32的聚酰亚胺层34、及形成在聚酰亚胺层34上的多个设备36。在该例中，多个设备36分别具有相同的构成。将聚酰亚胺层34从玻璃基板32剥离之后，各个设备36包括作为柔性的电子装置、例如作为柔性显示器进行动作的结构。设备36的典型例为具有薄膜晶体管层、OLED层、电极层、及配线层的电子设备。薄膜晶体管可以由非晶质硅、多晶硅、其他无机半导体层或有机半导体形成。多晶硅的形成可以通过利用现有的ELA装置对堆积在玻璃基板32上的非晶硅层实施熔融再结晶化而进行。各设备36由针对水分及气体的阻挡膜密封。
图18B表示对工件300进行线束30L的照射的中途的状态。在该例中，通过线束30L的照射，而在玻璃基板32与聚酰亚胺层34之间产生空隙34a。线束30L的波长是以线束30L的大部分透射玻璃基板32且被聚酰亚胺层34吸收的方式而选择。例如具有5～200μm左右的厚度的聚酰亚胺层34若受到例如具有250～450nm的波长的线束的照射(例如100～300毫焦耳/cm2)，则可以从玻璃基板32剥离。目前已实用化的最短波长的半导体激光元件的振荡波长为350nm左右，但今后，预计该波长会进一步缩短，且光输出增大。
聚酰亚胺的分光吸收率及玻璃的分光透射率分别依赖于聚酰亚胺的种类及玻璃的种类。因此，确定这些的材料及厚度、线束30L的波长及光强度，以使有效地进行剥离。
图18C表示线束30L对工件300的照射已完成的状态。如图所示，以支承于聚酰亚胺层34的状态的多个设备36从玻璃基板32剥离(lift off)，而剥离。在多个设备36由1片连续的聚酰亚胺层34支承的情况下，在激光剥离工序之后，将聚酰亚胺层34分割，并将多个设备36分别分离。这样获得的设备36并不具有如玻璃基板32这样具有较高刚性的构件，因此具有柔软性。
在上述示例中，使用了聚酰亚胺层34与玻璃基板32接触的工件300，但本发明的激光剥离方法的应用并不限定于这种示例。也可在玻璃基板32与聚酰亚胺层34之间设置吸收激光而促进剥离的牺牲层。此外，也可以使用由聚酰亚胺以外的材料形成的层作为柔性设备的基底。进一步地，也可以使用由其他材料形成的载体来代替玻璃基板32。
在上述示例中，进行柔性显示器从玻璃基板的剥离，但本发明的激光剥离方法的应用并不限定于这种示例。本发明的激光剥离方法也能用于将LED从蓝宝石基板等结晶成长用基板剥离。根据包含这种激光剥离的工序的电子设备的制造方法，通过准备包含载体、及固定于载体的各种电子设备的工件，并利用线束来照射这种工件，能够获得从载体剥离后的电子设备。
图19是示意性地表示工件300上的线束30L的照射区域(虚线部)的俯视图。照射区域内所示的黑点是将线束光源100(未图示)中的半导体激光元件40的发光区域24的位置投影至工件300上的图。在该例中，从12个半导体激光元件40射出的激光形成线束30L。
如图19所示，根据12个半导体激光元件40的发光区域24的投影位置，工件300所具有的结构并不一致。即，工件300具有不存在设备36的区域、和存在设备36的区域。在这些区域之间，根据设备36的有无而存在热容量的差异。因此，在照射相同光强度的激光的情况下，有时会在剥离程度上产生差异。根据线束照射装置1000，即便在同一条线上，也能够例如对工件300的热容量较大的部分进行相对较高的光强度的照射，对热容量较小的部分进行相对较低的光强度的照射。
图20是表示根据工件300的位置空间性地调制线束30L的光强度分布的示例的示意剖面图。图20的上部所示的曲线表示从12个半导体激光元件40射出的激光的强度分布。虚线表示经合成的线束30L的光强度分布。在该例中，12个半导体激光元件40根据位置而射出不同的输出(光强度)的激光。图10及图11的LD驱动电路80能够独立地控制各个半导体激光元件40的光输出。
如参照图15至图17所说明的，根据本实施方式，可进行时间性的光强度调制，进一步地，如图20所示，也能够进行空间性的光强度调制。根据工件300上的照射位置而改变线束30L的光强度分布的方法大致分为以下2种。
第1方法是对照工件300的结构预先将多个半导体激光元件的光强度程序化的方法。第2方法是一边利用影像传感器观察工件300的结构或状态，一边实时地调整或修正多个半导体激光元件40的光强度的方法。也可将前者的方法与后者的方法组合。在执行第2方法时，例如，利用影像传感器实时地检测工件300的结构或状态，并通过图像处理将照射对象区域划分成多个单元。然后，只要对每个单元设定光强度的目标值，并调整各个半导体激光元件的光强度即可。
在执行线束30L对工件300的扫描时，也能够使用例如影像传感器，检测剥离程度不完全的部位(剥离不良区域)。在检测到这种剥离不良区域时，将该区域的位置坐标存储于存储器74内。然后，可以执行针对该工件300的第2次扫描。在该第2次扫描中，只要仅对剥离不良区域进行激光的照射即可。在极端的示例中，第2次扫描可以仅将来自1个半导体激光元件40的激光照射至1个剥离不良区域即可完成。
线束照射装置1000也可以包括2个线束光源100。在影像传感器检测到因先进行照射的第1线束光源100而产生的剥离不良区域的情况下，后进行照射的第2线束光源100的对应的半导体激光元件40选择性地发光。这样，通过补充性地进行激光的照射，可以在同一工序中实现不良的修复。
此外，1个线束光源也可以包括2组半导体激光元件40的列。图21A表示仅相距中心间距离Px的2列的半导体激光元件40。Px例如可以设定为10mm以上且200mm以下的范围。先进行照射的第1列包含Y轴方向上以间距Py1排列的多个半导体激光元件40，后进行照射的列包含Y轴方向上以间距Py2排列的多个半导体激光元件40。在图示的示例中，Py1＝Py2，但并不限定于该例。图21B是表示包括这种半导体激光元件40的线束光源100的构成例的立体图。图21C示意性地表示将2列半导体激光元件40的发光区域24投影至工件300上的位置。图21C的示例中，利用各列排列有12个半导体激光元件40的线束光源所形成的线束30L来照射工件300。
根据这样的示例，针对通过属于在扫描过程中先进行照射的第一行的多个半导体激光元件40所形成的线束30L的照射未完成剥离的区域，可以使属于后进行照射的列的多个半导体激光元件40中的1个或多个发光，并进行所需的修复。第2列的半导体激光元件40呈第2同一条线状排列，并作为辅助半导体激光元件发挥功能。如图21B所示，也可以在线束光源100的第1列半导体激光元件40与第2列半导体激光元件40之间，配置用于监视剥离状况的影像传感器76a。进一步地，如图21D所示，也可以在第2列半导体激光元件40的扫描方向后方侧，配置用于监视剥离状况的另一影像传感器76b。此外，在线束光源100的移动方向反转而进行往返动作的情况下，如图21E所示，也可以在第1列半导体激光元件40的前方侧，还配置另一影像传感器76c。若采用图21E的构成，则即便扫描方向反转，影像传感器76b、76c中的任一者也始终位于扫描方向之后方侧，因此可监视剥离状况。
也可以使2列半导体激光元件40接近至10mm以下的距离。也可以利用先进行照射的第1列半导体激光元件40进行工件的“预热”，利用后进行照射的第2列半导体激光元件40达成“剥离”。通过改变第1列半导体激光元件40的线束的光强度、和第2列半导体激光元件40的线束的光强度，可以对工件300进行多种线束照射。列数也并不限定于2个。此外，也可以根据各列使从半导体激光元件40射出的激光的波长不同。也可以首先照射波长相对较长的线束，继而照射波长相对较短的线束。或者相反地，也可以首先照射波长相对较短的线束，继而照射波长相对较长的线束。
图22A是表示线束光源100中的半导体激光元件40的另一配置例的图。图22B是表示包括这种半导体激光元件40的线束光源100的构成例的立体图。图22C示意性地表示将2列半导体激光元件40的发光区域24投影至工件300上的位置。在该例中，2列半导体激光元件40具有交错图案(交错排列)。通过缩短2列的中心间距离，也能够整体上形成1条线束。进一步地，若调整半导体激光元件40的方位以使属于第1列的半导体激光元件40的光轴与属于第2列的半导体激光元件40的光轴在工件300上交叉，则可实质上形成1条线束。这样形成的线束的光强度在快轴方向上更均匀化。
图23是示意性地表示将邻接的半导体激光元件40的中心间距离根据位置而不同的半导体激光元件40的发光区域24投影至工件300上的位置的俯视图。图24是示意性地表示通过具有这种排列的半导体激光元件40而形成的线束30L的光强度分布的图。图25是表示实现图24所示的光强度分布的线束光源100的构成例的立体图。在已知工件300的结构的情况下，也能够预先使半导体激光元件40的排列对应于工件300的结构。在对具有相同结构的大量工件300执行剥离工序的应用中，只要根据工件300确定半导体激光元件40的排列即可。
如以上所说明的，本发明的线束光源及线束照射装置的实施方式可对应用途或工件的结构而采用多种构成。
在本发明的线束光源及线束照射装置的上述实施方式中，无需复杂的光学***，其用于使线束的光强度或能量密度沿线束的长边方向固定。而且，半导体激光元件的价格与准分子激光装置的价格相比极低。因此，根据本发明的实施方式，为降低线束照射装置及激光剥离法的成本，而开辟将线束照射应用于各种用途的道路。此外，在准分子激光装置中，在装置运转过程中需要使激光振荡连续进行，与此相对，半导体激光元件的振荡状态可简单地开启、关闭。因此，根据本发明的实施方式，可以在光照射区域的扫描中，仅在执行剥离所需的光照射的期间选择性地进行激光振荡，从而可实现光源的长寿命化、及电费等运行成本的节约。进一步地，本发明的线束照射装置可以射出连续波而非脉冲波的激光，因此与现有的ELA装置及YAG激光装置的激光照射相比，可以持续相对较长的时间来照射相对较低强度的激光。其结果，即便光照射密度的均匀性较低，也易于使工件的热分布均匀化。因此，也能够代替现有的高价的ELA装置及YAG激光装置并将其用于半导体层的熔融再结晶。参照图21A至图25所说明的线束光源100的变形例也能够应用于激光剥离法以外的应用。
另外，在添付的附图中，为了简单起见，而记载有裸晶状态的半导体激光元件，但如上所述，半导体激光元件也能以安装于封装体或插装件的状态搭载在支承体60a山。在该情况下，支承体设置有保持封装体或插装件的连接装置。这种连接装置只要具备能够自由装卸各个封装体或插装件的机构，便可采用任意的构成。
在本公开中图示的半导体激光元件均为具有1个发光区域的单发射极结构的半导体激光元件，但本发明并不限定于此。若各半导体激光元件包含2个以上的发光区域，且这些发光区域形成1条或多条线束，则也可以使用多发射极结构的半导体激光元件。
另外，如从图7B可知，即便各半导体激光元件40的位置在慢轴方向上略微偏移，也会形成在实用上无障碍的线束30L。半导体激光元件40的慢轴方向上的对准错位的容许范围能以在照射面上形成连续的线束30L的方式决定。半导体激光元件40的慢轴方向上的对准错位例如设定为发光区域24的慢轴方向尺寸Ex的大小以下。
产业上的可利用性
本发明的线束光源及线束照射装置可用于制造LED及柔性显示器等电子设备的方法中。本发明的线束光源及线束照射装置尤其能优选用于激光剥离，但也能用于物体的加工、改质、熔融、结晶化、再结晶化、切断、半导体中的杂质活性化、及杀菌。此外，本发明的线束光源也能够用作照明光源，其在植物工厂内对沿同一条线配置的多个植物高效率地照射适于光合成的波长的光。
附图标记说明
10 半导体激光元件
12 p侧电极
16 n侧电极
20 基板
22 半导体层叠结构
22a p侧包覆层
22b 活性层
22c n侧包覆层
24 发光区域
26a 半导体层叠结构的端面(正面侧)
26b 半导体层叠结构的上表面
26c 半导体层叠结构的端面(背面侧)
30 激光
30C 经准直的激光
30L 线束
32 玻璃基板
34 聚酰亚胺层
34a 空隙
36 设备
40 半导体激光元件(激光二极管)
45 照射面
50F 快轴准直透镜
50S 柱面透镜
60 壳体
60a 支承体
70 控制器
74 存储器
76 传感器
76a 影像传感器
76b 影像传感器
76c 影像传感器
80 LD驱动电路
90 输送装置驱动电路
100 线束光源
200 工作台
250 输送装置
300 工件
400 激光二极管阵列
410 激光棒
1000 线束照射装置

Claims (15)

1.一种线束照射装置，其特征在于，包括：
工作台；
线束光源，其利用线束来照射放置于所述工作台上的工件；及
输送装置，其使所述工作台及所述线束光源的至少一者移动，以使所述工件上的所述线束的照射位置在与所述线束交叉的方向上移动，
所述线束光源具有多个半导体激光元件、及支承所述多个半导体激光元件的支承体，
所述多个半导体激光元件分别具有半导体层叠结构，该半导体层叠结构具有包含射出激光的发光区域的端面，所述发光区域具有与所述半导体层叠结构的层叠方向平行的快轴方向的尺寸及与所述层叠方向垂直的慢轴方向的尺寸，
所述多个半导体激光元件沿在所述快轴方向上延伸的同一条线排列，从所述多个半导体激光元件各自的所述发光区域射出的所述激光通过衍射效应各向异性地在所述同一条线平行地扩散而形成所述线束，
从所述多个半导体激光元件各自的所述发光区域射出的所述激光在所述快轴方向上未经准直。
2.如权利要求1所述的线束照射装置，其特征在于，
所述发光区域的所述慢轴方向的尺寸为所述快轴方向的尺寸的50倍以上。
3.如权利要求1或2所述的线束照射装置，其特征在于，
所述多个半导体激光元件中，所述快轴方向上相邻的任意2个半导体激光元件的中心间距离为20mm以上。
4.如权利要求1或2所述的线束照射装置，其特征在于，
包括光学构件，其使从所述多个半导体激光元件各自的所述发光区域射出的所述激光在所述慢轴方向上准直或聚集。
5.如权利要求1或2所述的线束照射装置，其特征在于，
包括致动器，其使所述多个半导体激光元件在所述快轴方向上振动或移动。
6.如权利要求1或2所述的线束照射装置，其特征在于，
包括激光二极管驱动电路，其驱动所述多个半导体激光元件。
7.如权利要求6所述的线束照射装置，其特征在于，
所述激光二极管驱动电路驱动所述多个半导体激光元件的每一个。
8.如权利要求7所述的线束照射装置，其特征在于，
所述激光二极管驱动电路是以调制所述线束的空间强度分布的方式驱动所述多个半导体激光元件。
9.如权利要求8所述的线束照射装置，其特征在于，包括：
传感器，其检测所述工件的结构或状态，
所述激光二极管驱动电路基于由所述传感器检测出的所述工件的结构或状态，使所述线束的空间强度分布随时间变化。
10.如权利要求9所述的线束照射装置，其特征在于，所述传感器为影像传感器。
11.如权利要求1或2所述的线束照射装置，其特征在于，
所述线束光源具有由所述支承体支承的多个辅助半导体激光元件，
所述多个辅助半导体激光元件分别具有半导体层叠结构，该半导体层叠结构具有包含射出激光的发光区域的端面，所述发光区域具有与所述半导体层叠结构的层叠方向平行的快轴方向的尺寸及与所述层叠方向垂直的慢轴方向的尺寸，
所述多个辅助半导体激光元件沿在所述快轴方向上延伸的第2同一条线排列，且所述第2同一条线与所述同一条线平行。
12.如权利要求1或2所述的线束照射装置，其特征在于，
所述多个半导体激光元件分别收容于封装体或插装件中，
所述支承体具有可装卸地保持所述封装体或插装件的连接装置。
13.一种线束光源，其特征在于，包括：
多个半导体激光元件；及
支承体，其支承所述多个半导体激光元件，
所述多个半导体激光元件分别具有半导体层叠结构，该半导体层叠结构具有包含射出激光的发光区域的端面，所述发光区域具有与所述半导体层叠结构的层叠方向平行的快轴方向的尺寸及与所述层叠方向垂直的慢轴方向的尺寸，
所述多个半导体激光元件沿在所述快轴方向上延伸的同一条线排列，从所述多个半导体激光元件各自的所述发光区域射出的所述激光通过衍射效应各向异性地在所述同一条线平行地扩散而形成线束，
从所述多个半导体激光元件各自的所述发光区域射出的所述激光在所述快轴方向上未经准直。
14.一种激光剥离方法，是使用权利要求1至13中任一项所述的线束照射装置的激光剥离方法，其特征在于，包含如下工序：
准备包含载体和固定于所述载体的设备的工件，并将其放置于所述工作台的工序；
利用所述线束光源的所述线束，从所述载体侧照射放置于所述工作台上的所述工件的工序；及
使所述工作台及所述线束光源的至少一者移动，以使所述线束在所述工件上的照射位置在与所述线束交叉的方向上移动的工序。
15.一种电子设备的制造方法，是使用权利要求1至13中任一项所述的线束照射装置的电子设备的制造方法，其特征在于，包含如下工序：
准备包含载体和固定于所述载体的电子设备的工件，并将其放置于所述工作台的工序；
利用所述线束光源的所述线束，从所述载体侧照射放置于所述工作台上的所述工件的工序；
使所述工作台及所述线束光源的至少一者移动，以使所述线束在所述工件上的照射位置在与所述线束交叉的方向上移动的工序；及
获得从所述工件的所述载体剥离的所述电子设备的工序。
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