JP2008300601A - Laser beam irradiating device, laser control method, manufacturing method of thin film transistor, and manufacturing method of display device - Google Patents

Laser beam irradiating device, laser control method, manufacturing method of thin film transistor, and manufacturing method of display device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide stable light emission intensity right after the rising of a semiconductor laser when driving the semiconductor laser for oscillation. <P>SOLUTION: A laser beam irradiating apparatus includes a semiconductor laser 1408 which emits laser beam that is irradiated to an object, a Peltier element 1407 thermally coupled to the semiconductor laser, and laser temperature control means (1401 and 1404) for controlling driving of the Peltier element so that the temperature of the semiconductor laser comes to be a target value. The laser temperature control means, during a driving period for oscillating the semiconductor laser, controls the temperature of the semiconductor laser by a feed forward control using the Peltier element during the period from the start of driving of the semiconductor laser till a specified time has passed, and controls the temperature of the semiconductor laser by a servo control using the Peltiel element after the specified time has passed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザ光源として半導体レーザを用いたレーザ光照射装置、レーザ制御方法、薄膜トランジスタの製造方法、及び表示装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a laser beam irradiation apparatus using a semiconductor laser as a laser light source, a laser control method, a thin film transistor manufacturing method, and a display device manufacturing method.

近年、半導体レーザ（ＬＤ）は、その出力が向上して１チップで数Ｗの出力が得られるようになったため、小型の形状を生かしてガスレーザや固体レーザの代替品として医療や産業の加工用途に使用され始めている。半導体レーザはガスレーザと異なりプラズマ放電を使って発振するものではない。このため、半導体レーザは発光強度（光出力）が安定しており、また固体レーザのように光源内部に複雑な光学系を必要としないため、振動や回転に比較的強く小型であるという利点がある。したがって、半導体レーザを加工ヘッドに直接搭載することで多ヘッド化や装置の小型化を実現することが可能である。また、半導体レーザは小型であることから光ディスクへの書き込みが可能なピックアップへの応用がなされ、また、その発光強度安定性や波長安定性から高速通信用途にも必須の光源となっている。   In recent years, the output of semiconductor lasers (LDs) has improved, and several watts of output can be obtained on a single chip. Therefore, medical and industrial processing applications can be used as substitutes for gas lasers and solid-state lasers by taking advantage of their compact shape. Has begun to be used. Unlike gas lasers, semiconductor lasers do not oscillate using plasma discharge. For this reason, the semiconductor laser has a stable emission intensity (light output) and does not require a complicated optical system inside the light source unlike a solid-state laser. is there. Therefore, by directly mounting the semiconductor laser on the processing head, it is possible to realize a large number of heads and downsizing of the apparatus. In addition, since the semiconductor laser is small, it is applied to a pickup capable of writing on an optical disk, and is also an indispensable light source for high-speed communication because of its emission intensity stability and wavelength stability.

加工技術においては、例えばレーザ溶接や切断では加工品質向上のために、ビーム形状の安定性はもとより、１％以下の照射光強度の時間的ばらつきが求められる。特に、照射領域が狭い微細加工になるほど、更なる光強度安定性が必要になってくる。これは主に熱的加工に見られる特徴であって、加工領域の大きさが体積の次元であるのに対して放熱効果が面積の次元であるために、加工領域が狭くなるほど照射エネルギーに対して加工に寄与するエネルギーの割合が減少していくことに起因する。このことにより、高出力且つ、０．５％以下の発光強度安定性を実現する技術が求められる。   In the processing technique, for example, in laser welding and cutting, in order to improve the processing quality, not only the stability of the beam shape but also the temporal variation of the irradiation light intensity of 1% or less is required. In particular, as the irradiation region becomes narrower and finer, further light intensity stability becomes necessary. This is a characteristic mainly seen in thermal processing. Since the size of the processing area is the volume dimension, the heat dissipation effect is the area dimension. This is because the ratio of energy contributing to processing decreases. Accordingly, a technique for realizing high output and stability of emission intensity of 0.5% or less is required.

半導体レーザは、その両電極間に流れた電流値によって発光強度が制御される素子である。このため、半導体レーザの発光強度は、図１５に示すように、発振閾値電流Ｉth以上ではほぼ直線的な挙動を示す。図示した半導体レーザの駆動電流（注入電流）と発光強度（光出力）の関係をＩ−Ｌ(Injection Current-Light output)特性と呼ぶ。   A semiconductor laser is an element whose emission intensity is controlled by the value of current flowing between both electrodes. For this reason, as shown in FIG. 15, the emission intensity of the semiconductor laser behaves substantially linearly above the oscillation threshold current Ith. The relationship between the driving current (injection current) and the emission intensity (light output) of the semiconductor laser shown in the drawing is called IL (Injection Current-Light output) characteristics.

半導体レーザ自身の温度が変化すると、図１６に示すように、発振閾値電流とスロープ効率（駆動電流値に対する発光強度の変化率）が変化するため、半導体レーザに一定の駆動電流を与えていても発光強度は一定にならない。図１６において、Ｔｌ，Ｔｍ，Ｔｈは、それぞれ半導体レーザの温度を示し、Ｔｌ＜Ｔｍ＜Ｔｈの関係にある。   When the temperature of the semiconductor laser itself changes, as shown in FIG. 16, the oscillation threshold current and the slope efficiency (the rate of change of the emission intensity with respect to the drive current value) change, so even if a constant drive current is applied to the semiconductor laser. The emission intensity is not constant. In FIG. 16, Tl, Tm, and Th indicate the temperature of the semiconductor laser, respectively, and have a relationship of Tl <Tm <Th.

半導体レーザの用途が光ディスクの場合は数ｍＷ〜数１０ｍＷ、通信の場合は数１０ｍＷ〜数１００ｍＷ、加工機の場合は数１００ｍＷ〜数Ｗの出力を持つ半導体レーザを用い、更に大型の加工機では複数の半導体レーザを結合させた数１０Ｗ〜数ｋＷの光源を用いるのが一般的である。いずれの場合も、半導体レーザの発光強度を高精度に制御することが重要であり、そのために様々な提案がなされている。   If the application of the semiconductor laser is an optical disk, it uses several mW to several tens of mW, communication uses several tens of mW to several hundred mW, and in the case of a processing machine, a semiconductor laser having an output of several hundred mW to several W is used. It is common to use a light source of several tens of watts to several kW combined with a plurality of semiconductor lasers. In any case, it is important to control the emission intensity of the semiconductor laser with high accuracy, and various proposals have been made for this purpose.

例えば、特許文献１においては、予め２種類以上の温度環境下の発振閾値電流とスロープ効率を測定しておき、装置はそれらの値から、内部に保有している経験式のフィッティングを行なって、あらゆる温度での発振閾値電流とスロープ効率を算出できるようにしている。更に装置は半導体レーザの温度を測定しており、その温度に応じて発振閾値とスロープ効率を算出して安定した発振が行えるようになっている。これにより、半導体レーザの温度の影響を受けずに外部の交流信号に対応した強度で半導体レーザは発光する。ただし、この方法では半導体レーザの劣化によるスロープ効率の低下を頻繁には補償できないことや、数式の誤差など種々の要因で常時高精度の発光強度制御を行なうことができない。   For example, in Patent Document 1, the oscillation threshold current and slope efficiency under two or more types of temperature environments are measured in advance, and the apparatus performs fitting of the empirical formula held internally from those values, The oscillation threshold current and slope efficiency at any temperature can be calculated. Further, the apparatus measures the temperature of the semiconductor laser, and calculates the oscillation threshold value and the slope efficiency according to the temperature so that stable oscillation can be performed. As a result, the semiconductor laser emits light with an intensity corresponding to the external AC signal without being affected by the temperature of the semiconductor laser. However, this method cannot frequently compensate for the decrease in slope efficiency due to the deterioration of the semiconductor laser, and cannot always perform highly accurate emission intensity control due to various factors such as mathematical errors.

それを解決する手段の一つとして、例えば、フォトディテクタにて直接発光強度を観察して得た信号を駆動回路にフィードバックさせて半導体レーザの駆動電流を調整するＡＰＣ(Automatic Power Control)という方法が知られている。   As one means for solving this problem, for example, there is known a method called APC (Automatic Power Control) in which a signal obtained by directly observing emission intensity with a photodetector is fed back to a drive circuit to adjust the drive current of the semiconductor laser. It has been.

ＡＰＣには大別して２種類の発光強度測定方法がある。第１の方法は、半導体レーザの後側端面からの発光を直接又は間接的にフォトディテクタで測定するものである。第２の方法は、半導体レーザの前側端面からの光の一部を光学系から取り出してフォトディテクタで測定するものである。第１の方法は、発光を直接測定するとフォトディテクタからの反射光が半導体レーザへの戻り光となって発振が安定せず、制御が困難になる場合がある。また、第１の方法では、光学系における光の透過率の経時変化などは考慮されないため、特に発光強度の強い半導体レーザには適さない。より高精度の、発光強度安定性が０．５％程度のＡＰＣを行なうためには、第２の方法を選択するのがよい。   APC can be broadly divided into two types of light intensity measurement methods. The first method is to measure light emitted from the rear end face of the semiconductor laser directly or indirectly with a photodetector. In the second method, a part of light from the front end face of the semiconductor laser is taken out from the optical system and measured by a photodetector. In the first method, when light emission is directly measured, reflected light from the photodetector becomes return light to the semiconductor laser, oscillation may not be stable, and control may be difficult. Further, the first method is not suitable for a semiconductor laser having a particularly high emission intensity because it does not take into account a change in light transmittance with time in the optical system. In order to perform APC with higher accuracy and emission intensity stability of about 0.5%, the second method is preferably selected.

ただし、上記第２の方法のように、光学系から光の一部を取り出す場合でも、半導体レーザを発振させて立ち上げた直後には図１７に示すように発光強度が安定しない。また、半導体レーザの発光強度が安定するまでに、１．５〜２％ほどのばらつきが生じる。ここで、８００ｎｍ近傍の発光波長を持つ半導体レーザを用いた光学系の例を図１８に示す。図示した光学系は、半導体レーザ４０１、レンズ４０２，４０４，４０６、ビームサンプラ４０３、フォトディテクタ４０５を用いて構成されている。この光学系においては、ビームサンプラ４０３の反射率を小さくすると、ビームサンプラ４０３を透過するレーザ光の量が増える。このため、ビームサンプラ４０３の反射率をできるだけ小さくした方が、実効的に使用できるレーザ光のエネルギーが大きくなる。図１９に透過率９９％を保証したビームサンプラの透過率の分光特性例を示す。上記の光学系の場合は、ビームサンプラ４０３の透過率が９９％となると、フォトディテクタ４０５から見ると、ビームサンプラ４０３での反射率が約１％ということになる。図２０にフォトディテクタの受光感度の分光特性例を示す。   However, even when part of the light is extracted from the optical system as in the second method, the emission intensity is not stable as shown in FIG. 17 immediately after the semiconductor laser is oscillated and started up. Further, a variation of about 1.5 to 2% occurs until the emission intensity of the semiconductor laser is stabilized. Here, FIG. 18 shows an example of an optical system using a semiconductor laser having an emission wavelength near 800 nm. The illustrated optical system includes a semiconductor laser 401, lenses 402, 404, 406, a beam sampler 403, and a photodetector 405. In this optical system, when the reflectance of the beam sampler 403 is reduced, the amount of laser light that passes through the beam sampler 403 increases. For this reason, the energy of the laser beam that can be effectively used increases as the reflectance of the beam sampler 403 is made as small as possible. FIG. 19 shows an example of the spectral characteristics of the transmittance of a beam sampler that guarantees a transmittance of 99%. In the case of the above optical system, when the transmittance of the beam sampler 403 is 99%, the reflectance at the beam sampler 403 is about 1% when viewed from the photodetector 405. FIG. 20 shows an example of the spectral characteristics of the light receiving sensitivity of the photodetector.

半導体レーザの温度を一定に維持するために、半導体レーザに熱的に結合させたペルチェ素子などを用いて温調（温度調整）のサーボ制御を行なっても、数Ｗの出力を持つ半導体レーザを発振させた直後は、レーザ自身の温度が４℃程度上昇する。これは温調のサーボが急な発熱量増加に追いつかないために生じる現象である。一般的な赤外半導体レーザの場合は、温度変化に対する発振波長が０．２〜０．４ｎｍ／℃程度の変化率である。このため、数Ｗの出力を持つ半導体レーザを発振させた直後は、レーザ自身の温度が４℃程度上昇することで、その発振波長が０．８〜１．６ｎｍ程度変化することになる。半導体レーザは自身の温度によって発振波長が変化し、波長は温度が高くなるほど長くなる。   In order to keep the temperature of the semiconductor laser constant, a semiconductor laser having an output of several watts even if temperature control (temperature adjustment) servo control is performed using a Peltier element thermally coupled to the semiconductor laser. Immediately after oscillation, the temperature of the laser itself rises by about 4 ° C. This is a phenomenon that occurs because the temperature-controlled servo cannot keep up with the sudden increase in heat generation. In the case of a general infrared semiconductor laser, the oscillation wavelength with respect to a temperature change has a rate of change of about 0.2 to 0.4 nm / ° C. For this reason, immediately after oscillating a semiconductor laser having an output of several watts, the temperature of the laser itself rises by about 4 ° C., so that the oscillation wavelength changes by about 0.8 to 1.6 nm. The oscillation wavelength of a semiconductor laser changes depending on its own temperature, and the wavelength becomes longer as the temperature increases.

上記図１９に示すビームサンプラの透過率分光特性によれば、使用波長域でほぼ一定の透過率ではあるが、上記波長変化によって透過率が例えば９９．２０％から９９．２１％に変わった場合、反射光は０．８０％から０．７９％に変化することになる。これは同一の発光強度でも波長が変化することで、反射光にとって１．２５％の強度変化をもたらすことを意味する。一方、上記図２０に示すフォトディテクタの受光感度分光特性によれば、上記波長変化ではフォトディテクタの信号強度が０．１％変化するが、ビームサンプラの反射率変化に比べると小さいものである。   According to the transmittance spectral characteristics of the beam sampler shown in FIG. 19, the transmittance is almost constant in the wavelength range used, but the transmittance is changed from 99.20% to 99.21%, for example, due to the wavelength change. The reflected light changes from 0.80% to 0.79%. This means that the wavelength changes even with the same emission intensity, resulting in an intensity change of 1.25% for the reflected light. On the other hand, according to the light-receiving sensitivity spectral characteristic of the photodetector shown in FIG. 20, the signal intensity of the photodetector changes by 0.1% with the change in wavelength, but is smaller than the change in reflectance of the beam sampler.

この不安定性を回避するために、光学系中のビームサンプラ以降にシャッタを設けて半導体レーザをＡＰＣで常に発光させて温調しておき、光照射をしたいときのみシャッタを開放する手法が考えられる。しかし、シャッタが光を吸収するものであると、光源となる半導体レーザの出力が数Ｗと高出力であるために、シャッタが閉じている間に過熱してしまい、シャッタが破損する恐れがある。   In order to avoid this instability, a method is considered in which a shutter is provided after the beam sampler in the optical system so that the temperature of the semiconductor laser is always emitted by APC and the shutter is opened only when light irradiation is desired. . However, if the shutter absorbs light, the output of the semiconductor laser serving as the light source is as high as several watts, so it may overheat while the shutter is closed, possibly damaging the shutter. .

また、シャッタが光を反射するものである場合は、半導体レーザへの戻り光や光学系の加熱を防止するため、例えば図２１に示すような構成をとる必要がある。図２１においては、アーム７０８に支持されたミラー７０７がシャッタの役割を果たす。ディフューザ７１０はミラー７０７で反射された光を吸収するものである。ミラー７０７は、ビームサンプラ４０３からレンズ４０６に至る光路の途中に設けられている。ミラー７０７は、モータ７０９の駆動にしたがって上記光路に進出した位置と、上記光路から退避した位置の間で移動するものである。このため、ミラー７０７が光路から退避した状態では、ビームサンプラ４０３を透過した光がレンズ４０６に入射し、ミラー７０７が光路に進出した状態では、ビームサンプラ４０３を透過した光がミラー７０７で全反射してディフューザ７１０に入射する。   Further, when the shutter reflects light, it is necessary to adopt a configuration as shown in FIG. 21, for example, in order to prevent return light to the semiconductor laser and heating of the optical system. In FIG. 21, the mirror 707 supported by the arm 708 serves as a shutter. The diffuser 710 absorbs light reflected by the mirror 707. The mirror 707 is provided in the middle of the optical path from the beam sampler 403 to the lens 406. The mirror 707 moves between a position that has advanced into the optical path and a position that has been retracted from the optical path in accordance with the driving of the motor 709. Therefore, when the mirror 707 is retracted from the optical path, the light transmitted through the beam sampler 403 is incident on the lens 406, and when the mirror 707 is advanced into the optical path, the light transmitted through the beam sampler 403 is totally reflected by the mirror 707. Then, it enters the diffuser 710.

かかる構成の光学系を採用した場合は、光学系筐体が肥大化してしまう。シャッタが電動の場合は、モータ部の発熱を考慮すると光学系筐体の更なる肥大化に繋がる。特に加工装置の場合は、そのスループット向上のために複数の光学系を搭載する。このため、光学系筐体が肥大化してしまうとスループット向上の妨げとなる。更に、シャッタはその開閉振動によって光照射位置精度の低下を招くだけでなく、半導体レーザを常に発振させるために寿命が不必要に短くなってしまうという問題もある。   When the optical system having such a configuration is employed, the optical system casing is enlarged. In the case where the shutter is electrically driven, the heat generation of the motor unit is taken into consideration, which leads to further enlargement of the optical system casing. Particularly in the case of a processing apparatus, a plurality of optical systems are mounted in order to improve the throughput. For this reason, if the optical system casing becomes enlarged, it hinders throughput improvement. Further, the shutter not only causes the light irradiation position accuracy to be lowered due to the opening and closing vibration, but also has a problem that the life is unnecessarily shortened because the semiconductor laser is always oscillated.

こうした事情から、半導体レーザを発振させて立ち上げた直後に発光強度を安定させる必要がある。そこで、例えば特許文献２では、半導体レーザの温調が安定しなくても、その発振波長が安定する方法を示している。これは温度ごとに波長維持のための最適駆動電流値を数式やテーブルの形で記憶しておき、温度に応じて駆動電流値を変化させるものである。このため、発光強度の安定化には繋がるものではない。また、特許文献３では、ビームサンプラで取り出した光を、波長シフト域内で反射率が大きく変動するバンドパスフィルタに通してその透過光と反射光の強度比から波長を間接的に測定する手法を示している。しかし、この手法を利用した場合には装置がビームサンプラとフォトディテクタの分光特性を正確に記憶しておく必要があり、これらを実測して装置に入力するという非現実的な作業が必要となってしまう。   For these reasons, it is necessary to stabilize the emission intensity immediately after the semiconductor laser is oscillated and started up. Thus, for example, Patent Document 2 shows a method in which the oscillation wavelength is stabilized even if the temperature control of the semiconductor laser is not stable. In this method, the optimum drive current value for maintaining the wavelength for each temperature is stored in the form of a mathematical formula or a table, and the drive current value is changed according to the temperature. For this reason, it does not lead to stabilization of emitted light intensity. Patent Document 3 discloses a method of indirectly measuring the wavelength of light extracted by a beam sampler through a band-pass filter whose reflectivity varies greatly within the wavelength shift region, based on the intensity ratio between the transmitted light and the reflected light. Show. However, when this method is used, it is necessary for the apparatus to accurately store the spectral characteristics of the beam sampler and the photodetector, and this requires an unrealistic work of actually measuring these and inputting them to the apparatus. End up.

また、特許文献４には、半導体レーザを発振させて立ち上げた直後に発光強度を安定させる手法として、半導体レーザの停止中に半導体レーザの駆動中に発生する熱量とほぼ同じ熱量をヒータで加えておき、半導体レーザの駆動開始と同時にヒータによる加熱を停止させるという手法が示されている。   In Patent Document 4, as a method for stabilizing the emission intensity immediately after the semiconductor laser is oscillated and started up, a heater is used to add almost the same amount of heat as is generated during driving of the semiconductor laser while the semiconductor laser is stopped. A method is described in which heating by the heater is stopped simultaneously with the start of driving of the semiconductor laser.

特開２００４−３４９５３２号公報JP 2004-349532 A 特表２００２−５１９８６９号公報Special table 2002-519869 gazette 特開２００３−１６３４００号公報JP 2003-163400 A 特開２００４−１２８０７３号公報JP 2004-128073 A

しかしながら、特許文献４に記載の手法は、半導体レーザの自然空冷による放熱が追いつかない場合、特に高出力の半導体レーザの場合は、ヒータによって与えられる熱量の影響で半導体レーザの温度が許容範囲をすぐに超えてしまい、半導体レーザが破損する恐れがある。また、発振開始から１秒後に安定するということから、シャッタが必要になるという問題もある。また、特許文献４には、半導体レーザの停止中に発振閾値電流程度の駆動電流を半導体レーザに流しておくことも示されている。これは高出力の半導体レーザを冷却して一定温度に保つ制御を行なっている場合でも効果が得られる手法であるが、それでも１．０％程度の照射光強度ばらつきが生じてしまう。   However, the technique described in Patent Document 4 is such that the heat of the semiconductor laser cannot catch up with natural air cooling, and particularly in the case of a high-power semiconductor laser, the temperature of the semiconductor laser quickly reaches an allowable range due to the amount of heat given by the heater. The semiconductor laser may be damaged. There is also a problem that a shutter is required because it stabilizes after one second from the start of oscillation. Patent Document 4 also shows that a drive current of about the oscillation threshold current is allowed to flow through the semiconductor laser while the semiconductor laser is stopped. This is a technique that is effective even when control is performed to cool a high-power semiconductor laser and keep it at a constant temperature. However, the irradiation light intensity variation still occurs by about 1.0%.

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、半導体レーザを駆動して発振させる場合に、半導体レーザの立ち上がり直後から安定した発光強度が得られるような仕組みを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to provide a mechanism capable of obtaining stable emission intensity immediately after the semiconductor laser rises when the semiconductor laser is driven to oscillate. The purpose is to provide.

本発明に係るレーザ光照射装置は、被照射物に照射されるレーザ光を出射する半導体レーザと、半導体レーザに熱的に結合された温度可変素子と、半導体レーザの温度が目標温度となるように温度可変素子の駆動を制御するレーザ温度制御手段とを備え、レーザ温度制御手段は、半導体レーザを発振させるための駆動期間において、半導体レーザの駆動を開始してから所定時間が経過するまでの間は温度可変素子を用いたフィードフォワード制御によって半導体レーザの温度を制御し、所定時間が経過した後は温度可変素子を用いたサーボ制御によって半導体レーザの温度を制御することを特徴とするものである。   The laser beam irradiation apparatus according to the present invention includes a semiconductor laser that emits a laser beam irradiated to an irradiation object, a temperature variable element that is thermally coupled to the semiconductor laser, and a temperature of the semiconductor laser that is a target temperature. And a laser temperature control means for controlling the drive of the temperature variable element. The laser temperature control means is a drive period for oscillating the semiconductor laser until a predetermined time elapses after the semiconductor laser drive is started. The temperature of the semiconductor laser is controlled by feedforward control using a temperature variable element, and the temperature of the semiconductor laser is controlled by servo control using the temperature variable element after a predetermined time has elapsed. is there.

本発明に係るレーザ制御方法は、半導体レーザを発振させるための駆動期間において、半導体レーザの駆動を開始してから所定時間が経過するまでの間はフィードフォワード制御によって半導体レーザの温度を制御し、所定時間が経過した後はサーボ制御によって半導体レーザの温度を制御することを特徴とするものである。   The laser control method according to the present invention controls the temperature of the semiconductor laser by feedforward control during a driving period for oscillating the semiconductor laser until a predetermined time elapses after the driving of the semiconductor laser is started. After the predetermined time has elapsed, the temperature of the semiconductor laser is controlled by servo control.

本発明に係るレーザ光照射装置及びレーザ制御方法においては、半導体レーザの駆動期間において、半導体レーザの駆動開始から所定時間が経過するまでの間、フィードフォワード制御によって半導体レーザの温度を制御することにより、所定時間が経過した時点で半導体レーザの温度が目標温度に近づくようになる。このため、所定時間が経過した段階でフィードフォワード制御からサーボ制御に切り替えることにより、半導体レーザの温度を目標温度に素早く引き込むことが可能となる。   In the laser beam irradiation apparatus and the laser control method according to the present invention, in the semiconductor laser drive period, the temperature of the semiconductor laser is controlled by feedforward control until a predetermined time elapses from the start of driving of the semiconductor laser. When the predetermined time elapses, the temperature of the semiconductor laser approaches the target temperature. For this reason, it is possible to quickly pull the temperature of the semiconductor laser to the target temperature by switching from the feedforward control to the servo control when the predetermined time has elapsed.

本発明によれば、半導体レーザを発振させる場合に、フィードフォワード制御とサーボ制御の組み合わせによって半導体レーザの温度を制御することにより、従来のようにサーボ制御だけで半導体レーザの温調を行なう場合に比較して、立ち上がり直後の発光強度のばらつきを低減することができるとともに、半導体レーザの駆動を開始してから発光強度が安定するまでの時間を短縮することができる。この結果、シャッタが不要となり光学系の小型化や振動低減効果、更には半導体レーザの寿命を延ばす効果が得られる。よって、小型・低メンテナンス頻度・高スループット・高精度のレーザ光照射装置を実現することが可能となる。   According to the present invention, when a semiconductor laser is oscillated, the temperature of the semiconductor laser is controlled only by servo control as in the prior art by controlling the temperature of the semiconductor laser by a combination of feedforward control and servo control. In comparison, it is possible to reduce the variation in the emission intensity immediately after the start-up, and to shorten the time from the start of driving the semiconductor laser to the stabilization of the emission intensity. As a result, the shutter is not required, and the optical system can be reduced in size and vibration can be reduced, and the life of the semiconductor laser can be extended. Therefore, it is possible to realize a compact, low maintenance frequency, high throughput, and highly accurate laser light irradiation apparatus.

以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

＜レーザ光照射装置の構成＞
図１は本発明の実施形態に係るレーザ光照射装置の構成例を示す概略図である。図示したレーザ光照射装置は、システム制御回路１４０１と、表示器１４０２と、入力デバイス１４０３と、ペルチェ駆動回路１４０４と、ＡＰＣ(Automatic Power Control)制御回路１４０５と、光学系とを備えた構成となっている。 <Configuration of laser light irradiation device>
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a laser beam irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention. The illustrated laser beam irradiation apparatus includes a system control circuit 1401, a display device 1402, an input device 1403, a Peltier drive circuit 1404, an APC (Automatic Power Control) control circuit 1405, and an optical system. ing.

システム制御回路１４０１は、表示すべき情報を表示器１４０２に与えるとともに、入力デバイス１４０３から入力される情報を受け付けるものである。また、システム制御回路１４０１は、ペルチェ駆動回路１４０４を介してペルチェ素子１４０７の駆動を制御するとともに、ＡＰＣ制御回路１４０５を介して半導体レーザ１４０８の駆動を制御するものである。   The system control circuit 1401 gives information to be displayed to the display device 1402 and receives information input from the input device 1403. The system control circuit 1401 controls driving of the Peltier element 1407 via the Peltier driving circuit 1404 and also controls driving of the semiconductor laser 1408 via the APC control circuit 1405.

表示器１４０２は、レーザ光照射装置を使用する使用者に対し、必要に応じて種々の情報を表示するものである。表示器１４０２は、例えば、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ等によって構成される。   The display device 1402 displays various information as necessary to the user who uses the laser beam irradiation apparatus. The display device 1402 is configured by, for example, a CRT, a liquid crystal display, or the like.

入力デバイス１４０３は、レーザ光照射装置を使用する使用者が必要に応じて種々の情報を入力する際に用いるものである。入力デバイス１４０３は、例えば、操作パネル、キーボード等を用いて構成される。   The input device 1403 is used when a user who uses the laser beam irradiation apparatus inputs various information as necessary. The input device 1403 is configured using, for example, an operation panel and a keyboard.

光学系は、半導体レーザユニット１４０６と、コリメートレンズ１４０９と、ビームサンプラ１４１０と、集光レンズ１４１１と、フォトディテクタ１４１２と、対物レンズ１４１３とを用いて構成されている。この光学系において、対物レンズ１４１３を透過するレーザ光の強度とフォトディテクタ１４１２の出力信号強度は、半導体レーザ１４０８の発振するレーザ光の波長が一定である限り正比例する。   The optical system includes a semiconductor laser unit 1406, a collimator lens 1409, a beam sampler 1410, a condenser lens 1411, a photodetector 1412, and an objective lens 1413. In this optical system, the intensity of the laser light transmitted through the objective lens 1413 and the output signal intensity of the photodetector 1412 are in direct proportion as long as the wavelength of the laser light oscillated by the semiconductor laser 1408 is constant.

半導体レーザユニット１４０６は、ペルチェ素子１４０７と半導体レーザ１４０８を有するものである。半導体レーザユニット１４０６は、例えば６Ｗの光出力を有する半導体レーザ１４０８を用いて構成されている。半導体レーザユニット１４０６の内部には、温度検知手段となるサーミスタ（不図示）が内蔵されている。サーミスタは、半導体レーザユニット１４０６内で半導体レーザ１４０８の温度を検知（測定）するために設けられたものである。サーミスタの抵抗値は、半導体レーザ１４０８の温度に応じて変化する。このため、サーミスタの抵抗値を読み取ることで、半導体レーザ１４０８の温度を検知することが可能となっている。   The semiconductor laser unit 1406 has a Peltier element 1407 and a semiconductor laser 1408. The semiconductor laser unit 1406 is configured using a semiconductor laser 1408 having an optical output of 6 W, for example. Inside the semiconductor laser unit 1406, a thermistor (not shown) serving as temperature detecting means is incorporated. The thermistor is provided for detecting (measuring) the temperature of the semiconductor laser 1408 in the semiconductor laser unit 1406. The resistance value of the thermistor changes according to the temperature of the semiconductor laser 1408. Therefore, the temperature of the semiconductor laser 1408 can be detected by reading the resistance value of the thermistor.

ペルチェ素子１４０７は、半導体レーザ１４０８の温調を行なうための温度可変素子として設けられたものである。ペルチェ素子１４０７は、半導体レーザ１４０８と熱的に結合した状態で半導体レーザユニット１４０６内に設けられている。ここで記述する「熱的に結合」とは、ペルチェ素子１４０７と半導体レーザ１４０８との間でスムーズに熱の移動が可能な状態での結合をいう。具体的には、ペルチェ素子１４０７と半導体レーザ１４０８を面的に接触させた状態をいう。ペルチェ素子１４０７は温度を可変するときの応答性が高いため、温度可変素子としてペルチェ素子１４０７を用いることで、半導体レーザ１４０８の温度を精度良く制御することができる。   The Peltier element 1407 is provided as a temperature variable element for adjusting the temperature of the semiconductor laser 1408. The Peltier element 1407 is provided in the semiconductor laser unit 1406 in a state where it is thermally coupled to the semiconductor laser 1408. The term “thermally coupled” described here refers to coupling in a state in which heat can be smoothly transferred between the Peltier element 1407 and the semiconductor laser 1408. Specifically, it means a state where the Peltier element 1407 and the semiconductor laser 1408 are in surface contact. Since the Peltier element 1407 has high responsiveness when the temperature is varied, the temperature of the semiconductor laser 1408 can be accurately controlled by using the Peltier element 1407 as the temperature variable element.

半導体レーザ１４０８は、チップ状に形成されたレーザ素子であって、レーザ発振によってレーザ光を出射するものである。コリメートレンズ１４０９は、半導体レーザ１４０８から出射されたレーザ光を透過して平行光に整形する光学素子である。ビームサンプラ１４１０は、コリメートレンズ１４０９を通して入射したレーザ光（レーザビーム）の一部を反射し、残りを透過する光学素子である。集光レンズ１４１１は、ビームサンプラ１４１０で反射したレーザ光を集光する光学素子である。フォトディテクタ１４１２は、集光レンズ１４１１で集光されたレーザ光を受光し、この受光量（受光強度）に応じた信号を出力するものである。対物レンズ１４１３は、ビームサンプラ１４１０を透過したレーザ光を集光しつつ、図示しない被照射物に向けてレーザ光を照射する光学素子である。   The semiconductor laser 1408 is a laser element formed in a chip shape, and emits laser light by laser oscillation. The collimating lens 1409 is an optical element that transmits the laser light emitted from the semiconductor laser 1408 and shapes it into parallel light. The beam sampler 1410 is an optical element that reflects part of the laser light (laser beam) incident through the collimator lens 1409 and transmits the rest. The condensing lens 1411 is an optical element that condenses the laser light reflected by the beam sampler 1410. The photodetector 1412 receives the laser beam condensed by the condenser lens 1411 and outputs a signal corresponding to the received light amount (light reception intensity). The objective lens 1413 is an optical element that irradiates laser light toward an irradiation object (not shown) while condensing the laser light transmitted through the beam sampler 1410.

ペルチェ駆動回路１４０４は、半導体レーザユニット１４０６に内蔵してあるサーミスタの抵抗値を読み取ることで半導体レーザ１４０８の温度を認識するとともに、半導体レーザ１４０８の温度を目標温度で一定に保つようにペルチェ素子１４０７に駆動電圧を印加するものである。ペルチェ駆動回路１４０４は、システム制御回路１４０１からの指示にしたがってペルチェ素子１４０７に与える駆動電圧を制御する。システム制御回路１４０１とペルチェ駆動回路１４０４は、半導体レーザ１４０８の温度が目標温度となるようにペルチェ素子１４０７の駆動を制御するレーザ温度制御手段を構成する。   The Peltier drive circuit 1404 recognizes the temperature of the semiconductor laser 1408 by reading the resistance value of the thermistor built in the semiconductor laser unit 1406, and also maintains the temperature of the semiconductor laser 1408 constant at the target temperature. A drive voltage is applied to the. The Peltier drive circuit 1404 controls the drive voltage applied to the Peltier element 1407 according to an instruction from the system control circuit 1401. The system control circuit 1401 and the Peltier drive circuit 1404 constitute laser temperature control means for controlling the drive of the Peltier element 1407 so that the temperature of the semiconductor laser 1408 becomes the target temperature.

ＡＰＣ制御回路１４０５は、フォトディテクタ１４１２の出力信号を受け取り、その出力信号値が、目標とするレーザ光の照射強度、すなわち対物レンズ１４１３を通して被照射物に照射されるレーザ光の目標照射強度に対応した目標値となるように、半導体レーザ１４０８に供給する駆動電流を制御するものである。ＡＰＣ制御回路１４０５は、システム制御回路１４０１からの指示にしたがって半導体レーザ１４０８に与える駆動電流を制御する。システム制御回路１４０１とＡＰＣ制御回路１４０５は、半導体レーザ１４０８の発光強度が目標発光強度となるように半導体レーザ１４０８の駆動を制御するレーザ出力制御手段を構成する。   The APC control circuit 1405 receives the output signal of the photodetector 1412, and the output signal value corresponds to the target irradiation intensity of the laser beam, that is, the target irradiation intensity of the laser beam irradiated to the irradiation object through the objective lens 1413. The drive current supplied to the semiconductor laser 1408 is controlled so as to reach the target value. The APC control circuit 1405 controls the drive current applied to the semiconductor laser 1408 in accordance with an instruction from the system control circuit 1401. The system control circuit 1401 and the APC control circuit 1405 constitute laser output control means for controlling the driving of the semiconductor laser 1408 so that the emission intensity of the semiconductor laser 1408 becomes the target emission intensity.

続いて、上記構成のレーザ光照射装置を用いたレーザ制御方法について説明する。本発明に係るレーザ制御方法では、半導体レーザの発光強度を制御する方式として、ＡＰＣ制御を採用し、半導体レーザの温度を制御する方式として、フィードフォワード制御とサーボ制御の両方を採用する。サーボ制御は、半導体レーザの現在の温度と目標温度との差分、さらには過去の温度履歴などに基づいて、半導体レーザの温度が目標温度となるように追従させる制御方式である。   Next, a laser control method using the laser beam irradiation apparatus having the above configuration will be described. In the laser control method according to the present invention, APC control is adopted as a method for controlling the emission intensity of the semiconductor laser, and both feedforward control and servo control are adopted as a method for controlling the temperature of the semiconductor laser. Servo control is a control method for tracking the temperature of the semiconductor laser to the target temperature based on the difference between the current temperature of the semiconductor laser and the target temperature, the past temperature history, and the like.

本発明に係るレーザ制御方法には、大きく２つの方法がある。以下に、第１のレーザ制御方法と第２のレーザ制御方法に分けて説明する。   There are roughly two laser control methods according to the present invention. Hereinafter, the first laser control method and the second laser control method will be described separately.

＜第１のレーザ制御方法＞
第１のレーザ制御方法は、半導体レーザ１４０８の温度調整をフィードフォワード制御とサーボ制御で行なうにあたり、半導体レーザ１４０８の非駆動期間（半導体レーザ１４０８を発振させるための駆動電流を供給していない期間）はサーボ制御を行ない、半導体レーザ１４０８を発振させるための駆動期間（半導体レーザ１４０８を発振させるための駆動電流を供給している期間）はフィードフォワード制御とサーボ制御を行なう。また、半導体レーザ１４０８の駆動期間では、半導体レーザ１４０８の駆動を開始してから所定時間Δｔ1が経過するまでの間はフィードフォワード制御によって半導体レーザ１４０８の温度を制御し、半導体レーザ１４０８の駆動を開始してから所定時間Δｔ1が経過した後はサーボ制御によって半導体レーザ１４０８の温度を制御する。つまり、半導体レーザ１４０８の駆動期間内で所定時間Δｔ1を境に半導体レーザ１４０８の温調制御をフィードフォワード制御からサーボ制御に切り替える。以下に具体的な制御方法について説明する。 <First Laser Control Method>
In the first laser control method, when the temperature adjustment of the semiconductor laser 1408 is performed by feedforward control and servo control, the semiconductor laser 1408 is not driven (a period during which the drive current for oscillating the semiconductor laser 1408 is not supplied). Performs servo control, and performs feedforward control and servo control during a drive period for oscillating the semiconductor laser 1408 (a period during which a drive current for oscillating the semiconductor laser 1408 is supplied). In the drive period of the semiconductor laser 1408, the temperature of the semiconductor laser 1408 is controlled by feedforward control until the predetermined time Δt1 elapses after the drive of the semiconductor laser 1408 is started, and the drive of the semiconductor laser 1408 is started. After a predetermined time Δt1 has elapsed, the temperature of the semiconductor laser 1408 is controlled by servo control. That is, the temperature control of the semiconductor laser 1408 is switched from the feedforward control to the servo control at a predetermined time Δt1 within the drive period of the semiconductor laser 1408. A specific control method will be described below.

第１のレーザ制御方法では、まず、半導体レーザ１４０８の駆動を開始してから所定時間Δｔ1が経過するまでの間の半導体レーザ１４０８の発熱量Ｑを、半導体レーザ１４０８の駆動を開始する前にシステム制御回路１４０１で演算によって予測する。所定時間Δｔ1は、フィードフォワード制御で半導体レーザ１４０８の温調を行なう時間として、予め入力デバイス１４０３を用いて使用者により指定されるものである。この所定時間Δｔ1は、少なくとも半導体レーザ１４０８の立ち上がり時間Δｔ0よりも長くなる条件（Δｔ1＞Δｔ0）で、例えば０．１秒〜１秒の範囲内で指定される。   In the first laser control method, first, the amount of heat generated Q of the semiconductor laser 1408 from the start of the driving of the semiconductor laser 1408 to the elapse of a predetermined time Δt 1 is calculated before the driving of the semiconductor laser 1408 is started. The control circuit 1401 predicts by calculation. The predetermined time Δt1 is specified by the user in advance using the input device 1403 as the time for temperature control of the semiconductor laser 1408 by feedforward control. The predetermined time Δt1 is specified within a range of 0.1 second to 1 second, for example, under a condition (Δt1> Δt0) that is at least longer than the rise time Δt0 of the semiconductor laser 1408.

また、上記発熱量Ｑの演算では、半導体レーザ１４０８の目標駆動電流Ｉと、半導体レーザ１４０８の駆動電圧Ｖと、光学系の透過率τと、半導体レーザ１４０８の目標照射光強度Ｐirと、半導体レーザ１４０８の目標発光強度Ｐemと、半導体レーザ１４０８の発振閾値電流Ｉthと、半導体レーザ１４０８の立ち上がり時間Δｔ0を、それぞれパラメータとして用いる。この発熱量Ｑの演算は、パラメータが変化しないかぎり、最初に１回だけ行なえばよい。   In the calculation of the calorific value Q, the target drive current I of the semiconductor laser 1408, the drive voltage V of the semiconductor laser 1408, the optical system transmittance τ, the target irradiation light intensity Pir of the semiconductor laser 1408, and the semiconductor laser The target emission intensity Pem of 1408, the oscillation threshold current Ith of the semiconductor laser 1408, and the rise time Δt0 of the semiconductor laser 1408 are used as parameters, respectively. This calorific value Q may be calculated only once as long as the parameter does not change.

半導体レーザ１４０８の目標駆動電流Ｉは、事前に半導体レーザ１４０８を目標温度に維持した状態で半導体レーザ１４０８のＩ−Ｌ特性を測定することによって得られるＩ−Ｌ特性データを用いて算出される。例えば、半導体レーザ１４０８を２５℃で使用する場合は、目標温度を２５℃に設定し、予め半導体レーザ１４０８を目標温度２５℃に維持して校正を行なって、半導体レーザ１４０８のＩ−Ｌ特性を測定する。こうして測定した半導体レーザ１４０８のＩ−Ｌ特性データは、システム制御回路１４０１が備える記憶手段、例えばＥＥＰＲＯＭ(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)などに記憶される。Ｉ−Ｌ特性データを参照すれば、半導体レーザ１４０８の目標発光強度Ｐemから半導体レーザ１４０８の目標駆動電流Ｉを求めることができる。   The target drive current I of the semiconductor laser 1408 is calculated using IL characteristic data obtained by measuring the IL characteristic of the semiconductor laser 1408 while maintaining the semiconductor laser 1408 at the target temperature in advance. For example, when the semiconductor laser 1408 is used at 25 ° C., the target temperature is set to 25 ° C., the semiconductor laser 1408 is maintained at the target temperature 25 ° C., and calibration is performed in advance, so that the IL characteristic of the semiconductor laser 1408 is improved. taking measurement. The IL characteristic data of the semiconductor laser 1408 thus measured is stored in a storage means provided in the system control circuit 1401, such as an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory). With reference to the IL characteristic data, the target drive current I of the semiconductor laser 1408 can be obtained from the target emission intensity Pem of the semiconductor laser 1408.

半導体レーザ１４０８の目標発光強度Ｐemは、目標照射光強度Ｐirと光学系透過率τから求めることができる。光学系透過率τは、光学系の設計で決まる値であって、事前に実験的に求めることができる既知の情報となる。目標照射光強度Ｐirは、レーザ光を被照射物に照射する場合に、どの程度の光強度で被照射物にレーザ光を照射したいかによって決まる値であって、既知の情報となる。したがって、目標発光強度Ｐemに関しては、Ｐem＝Ｐir／τの計算式で算出可能である。   The target emission intensity Pem of the semiconductor laser 1408 can be obtained from the target irradiation light intensity Pir and the optical system transmittance τ. The optical system transmittance τ is a value determined by the design of the optical system, and is known information that can be experimentally obtained in advance. The target irradiation light intensity Pir is a value determined by how much light intensity is desired to irradiate the irradiation object with the laser light when the irradiation is performed with the laser light, and is known information. Therefore, the target light emission intensity Pem can be calculated by the calculation formula of Pem = Pir / τ.

一方、半導体レーザ１４０８は発振閾値電流Ｉth以上では発振時にかかる電圧がほぼ一定となる。このため、半導体レーザ１４０８の駆動電圧Ｖは事前に測定可能である。また、半導体レーザ１４０８をＡＰＣ(Automatic Power Control)制御で発振させる際の立ち上がり時間（半導体レーザ１４０８の駆動を開始してからフォトディテクタ１４１２の信号を目標値に一致させるまでに要する時間）Δｔ0は装置構成で決まる。このため、立ち上がり時間Δｔ0は事前に算出可能である。半導体レーザ１４０８の立ち上がり時間Δｔ0と所定時間Δｔ1は、いずれも半導体レーザ１４０８の駆動開始時（半導体レーザ１４０８に発振のための駆動電流を供給し始める時点）を時間軸上のゼロ基準としている。   On the other hand, the voltage applied to the semiconductor laser 1408 during oscillation is substantially constant above the oscillation threshold current Ith. For this reason, the drive voltage V of the semiconductor laser 1408 can be measured in advance. Also, the rise time when the semiconductor laser 1408 is oscillated by APC (Automatic Power Control) control (the time required from the start of driving of the semiconductor laser 1408 until the signal of the photodetector 1412 matches the target value) Δt0 is the device configuration Determined by. Therefore, the rise time Δt0 can be calculated in advance. The rise time Δt0 and the predetermined time Δt1 of the semiconductor laser 1408 are both set to zero reference on the time axis at the start of driving of the semiconductor laser 1408 (at the start of supplying a driving current for oscillation to the semiconductor laser 1408).

以上の目標駆動電流Ｉ、駆動電圧Ｖ、光学系透過率τ、目標照射光強度Ｐir、目標発光強度Ｐem、発振閾値電流Ｉthに対して、所定時間Δｔ1までの間の発熱量Ｑは、上述のようにΔｔ1＞Δｔ0を前提とし、半導体レーザ１４０８の立ち上がり期間に駆動電流値が直線的に上昇し、駆動電圧Ｖが常に一定であると仮定すれば、次の（数１）式によって算出される。   With respect to the above target drive current I, drive voltage V, optical system transmittance τ, target irradiation light intensity Pir, target emission intensity Pem, and oscillation threshold current Ith, the calorific value Q up to a predetermined time Δt1 is as described above. Assuming that Δt 1> Δt 0, the drive current value rises linearly during the rising period of the semiconductor laser 1408 and the drive voltage V is always constant, and is calculated by the following equation (1). .

Figure 2008300601
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上記（数１）式においては、半導体レーザ１４０８の駆動開始から立ち上がり時間Δｔ0が経過するまでの間の半導体レーザ１４０８の発熱量と、半導体レーザ１４０８の立ち上がり時間Δｔ0から所定時間Δｔ1が経過するまでの間の半導体レーザ１４０８の発熱量を加算し、この加算値から、半導体レーザ１４０８の駆動開始から立ち上がり時間Δｔ0が経過するまでの間に光エネルギーとして消費される熱量と、半導体レーザ１４０８の立ち上がり時間Δｔ0から所定時間Δｔ1が経過するまでの間に光エネルギーとして消費される熱量をそれぞれ減算することにより、半導体レーザ１４０８の駆動を開始してから所定時間Δｔ1が経過するまでの間の半導体レーザ１４０８の発熱量Ｑを求めている。   In the above equation (1), the amount of heat generated by the semiconductor laser 1408 from the start of driving of the semiconductor laser 1408 until the rise time Δt0 elapses, and the time from the rise time Δt0 of the semiconductor laser 1408 until the predetermined time Δt1 elapses. The amount of heat generated by the semiconductor laser 1408 is added, and from this added value, the amount of heat consumed as light energy between the start of driving of the semiconductor laser 1408 and the rise time Δt0 elapses, and the rise time Δt0 of the semiconductor laser 1408 By subtracting the amount of heat consumed as light energy from when the predetermined time Δt1 elapses until the predetermined time Δt1 elapses until the semiconductor laser 1408 starts to drive. The quantity Q is determined.

また、システム制御回路１４０１は、上記（数１）式にしたがって半導体レーザ１４０８の発熱量Ｑを求めたら、当該発熱量Ｑに基づいて、半導体レーザ１４０８の駆動開始から所定時間Δｔ1後に半導体レーザ１４０８の温度を目標温度Ｔtに一致させるために必要となる所要放熱量Ｑoutを演算によって求める。この所要放熱量Ｑoutの演算では、上記発熱量Ｑの他に、半導体レーザ１４０８の熱容量Ｃと、半導体レーザ１４０８の目標温度Ｔtと、半導体レーザ１４０８の駆動開始直前の温度Ｔ0をパラメータとして用いる。所要放熱量Ｑoutの演算は、半導体レーザ１４０８を駆動するたびに行なう。   In addition, when the system control circuit 1401 obtains the heat generation amount Q of the semiconductor laser 1408 according to the above equation (1), based on the heat generation amount Q, the system control circuit 1401 outputs the semiconductor laser 1408 after a predetermined time Δt1 from the start of driving of the semiconductor laser 1408. A required heat radiation amount Qout required to make the temperature coincide with the target temperature Tt is obtained by calculation. In the calculation of the required heat dissipation amount Qout, in addition to the heat generation amount Q, the heat capacity C of the semiconductor laser 1408, the target temperature Tt of the semiconductor laser 1408, and the temperature T0 immediately before the start of driving of the semiconductor laser 1408 are used as parameters. The required heat radiation amount Qout is calculated every time the semiconductor laser 1408 is driven.

半導体レーザ１４０８の熱容量Ｃは、半導体レーザ１４０８の質量と半導体レーザ１４０８を構成する物質の比熱から事前に算出可能である。半導体レーザ１４０８の目標温度Ｔtは、半導体レーザ１４０８の温度をサーボ制御によって調整するにあたって予め決められるものである。例えば、半導体レーザ１４０８を２５℃で使用する場合は、半導体レーザ１４０８の温調サーボ制御を行なうにあたって、目標温度Ｔtが２５℃に設定される。半導体レーザ１４０８の駆動開始直前の温度Ｔ0は、半導体レーザ１４０８を駆動する直前にサーミスタで半導体レーザ１４０８の温度を測定（検知）することにより得られるものである。   The heat capacity C of the semiconductor laser 1408 can be calculated in advance from the mass of the semiconductor laser 1408 and the specific heat of the material constituting the semiconductor laser 1408. The target temperature Tt of the semiconductor laser 1408 is determined in advance when adjusting the temperature of the semiconductor laser 1408 by servo control. For example, when the semiconductor laser 1408 is used at 25 ° C., the target temperature Tt is set to 25 ° C. when the temperature control servo control of the semiconductor laser 1408 is performed. The temperature T 0 immediately before the start of driving the semiconductor laser 1408 is obtained by measuring (detecting) the temperature of the semiconductor laser 1408 with a thermistor immediately before driving the semiconductor laser 1408.

以上のように得られる半導体レーザ１４０８の駆動開始直前の温度Ｔ0、半導体レーザ１４０８の目標温度Ｔt、半導体レーザ１４０８の熱容量Ｃに対して、半導体レーザ１４０８の駆動開始から所定時間Δｔ1後に半導体レーザ１４０８の温度を目標温度Ｔtに一致させるために必要となる所要放熱量Ｑoutは、次の（数２）式によって算出される。   With respect to the temperature T0 immediately before the start of driving of the semiconductor laser 1408, the target temperature Tt of the semiconductor laser 1408, and the heat capacity C of the semiconductor laser 1408 obtained as described above, the semiconductor laser 1408 has a predetermined time Δt1 after the start of driving of the semiconductor laser 1408. The required heat radiation amount Qout required to make the temperature coincide with the target temperature Tt is calculated by the following equation (2).

Figure 2008300601
Figure 2008300601

上記（数２）式においては、上記（数１）式によって求められる半導体レーザ１４０８の発熱量Ｑから、半導体レーザ１４０８の温度を駆動開始直前の温度Ｔ0から目標温度Ｔtに変化（上昇）させるのに必要な熱量を差し引くことにより、所定時間Δｔ1内に半導体レーザ１４０８を冷却するために必要となる放熱量を求めている。こうして求められる所要放熱量Ｑoutを所定時間Δｔ1で除算した値が、ペルチェ素子１４０７の放熱仕事率となり、この放熱仕事率の放熱をなすようにシステム制御回路１４０１がペルチェ駆動回路１４０４に指令を出す。これにより、ＡＰＣ制御回路１４０５が半導体レーザ１４０８の駆動を開始するにあたって、ペルチェ駆動回路１４０４は、ペルチェ素子１４０７の放熱仕事率が、半導体レーザ１４０８の非駆動期間の放熱仕事率に上記指令を受けた放熱仕事率を足し合わせた値をなすように、ペルチェ素子１４０７に駆動電圧を印加する。   In the above equation (2), the temperature of the semiconductor laser 1408 is changed (increased) from the temperature T0 immediately before the start of driving to the target temperature Tt from the calorific value Q of the semiconductor laser 1408 obtained by the above equation (1). Is obtained by subtracting the amount of heat required for cooling the semiconductor laser 1408 within a predetermined time Δt 1. A value obtained by dividing the required heat dissipation amount Qout thus obtained by the predetermined time Δt1 is the heat dissipation power of the Peltier element 1407, and the system control circuit 1401 issues a command to the Peltier drive circuit 1404 so as to perform heat dissipation of this heat dissipation power. As a result, when the APC control circuit 1405 starts driving the semiconductor laser 1408, the Peltier drive circuit 1404 receives the above instruction for the heat dissipation power of the Peltier element 1407 during the non-drive period of the semiconductor laser 1408. A drive voltage is applied to the Peltier element 1407 so as to obtain a value obtained by adding the heat dissipation power.

また、ペルチェ駆動回路１４０４は、半導体レーザ１４０８の駆動期間において、半導体レーザ１４０８の駆動を開始してから所定時間Δｔ1が経過した時点で上記所要放熱量Ｑoutを達成するように、半導体レーザ１４０８の駆動開始から上記所定時間Δｔ1内でペルチェ素子１４０７に印加する電圧を制御する。こうしたフィードフォワード制御によって半導体レーザ１４０８の温度を制御することにより、半導体レーザ１４０８の駆動を開始してから所定時間Δｔ1が経過した時点で半導体レーザ１４０８の温度を目標温度Ｔtに近づけることができる。このため、半導体レーザ１４０８の駆動開始から所定時間Δｔ1後に、半導体レーザ１４０８の温調をフィードフォワード制御からサーボ制御に切り替えることにより、所定時間Δｔ1以降は殆ど半導体レーザ１４０８の温度変化なしにＡＰＣ制御をかけることができる。このため、半導体レーザ１４０８の立ち上がり直後から安定した発光強度で半導体レーザ１４０８を駆動することが可能となる。   In addition, the Peltier drive circuit 1404 drives the semiconductor laser 1408 so that the required heat dissipation amount Qout is achieved when a predetermined time Δt1 has elapsed since the start of the drive of the semiconductor laser 1408 in the drive period of the semiconductor laser 1408. The voltage applied to the Peltier element 1407 is controlled within the predetermined time Δt1 from the start. By controlling the temperature of the semiconductor laser 1408 by such feedforward control, the temperature of the semiconductor laser 1408 can be brought close to the target temperature Tt when a predetermined time Δt1 has elapsed after the driving of the semiconductor laser 1408 is started. For this reason, by switching the temperature control of the semiconductor laser 1408 from the feedforward control to the servo control after the predetermined time Δt1 from the start of the driving of the semiconductor laser 1408, the APC control is performed with almost no temperature change of the semiconductor laser 1408 after the predetermined time Δt1. You can hang it. For this reason, the semiconductor laser 1408 can be driven with a stable emission intensity immediately after the semiconductor laser 1408 rises.

ここで、本発明に係るレーザ制御方法を適用せずにＡＰＣ制御を行なった場合と、本発明に係るレーザ制御方法を適用してＡＰＣ制御を行なった場合の違いについて説明する。   Here, the difference between when the APC control is performed without applying the laser control method according to the present invention and when the APC control is performed with the laser control method according to the present invention will be described.

図２及び図３は本発明に係るレーザ制御方法を適用せずにＡＰＣ制御を行なった場合の、半導体レーザ１４０８の駆動電流、半導体レーザ１４０８の発熱仕事率、半導体レーザ１４０８の温度、ペルチェ素子１４０７の放熱仕事率、ビームサンプラ１４１０の反射率、半導体レーザ１４０８の発光強度、フォトディテクタ１４１２の信号の時間変化を模式的に示す図である。また、図４及び図５は本発明に係るレーザ制御方法（第１のレーザ制御方法）を適用してＡＰＣ制御を行なった場合の、半導体レーザ１４０８の駆動電流、半導体レーザ１４０８の発熱仕事率、半導体レーザ１４０８の温度、ペルチェ素子１４０７の放熱仕事率、ビームサンプラ１４１０の反射率、半導体レーザ１４０８の発光強度、フォトディテクタ１４１２の信号の時間変化を模式的に示す図である。ちなみに、半導体レーザ１４０８の発熱仕事率は、単位時間あたりの半導体レーザ１４０８の発熱量で表されるものである。ペルチェ素子１４０７の放熱仕事率は、単位時間あたりのペルチェ素子１４０７の放熱量で表されるものである。   2 and 3 show the driving current of the semiconductor laser 1408, the heat generation power of the semiconductor laser 1408, the temperature of the semiconductor laser 1408, the Peltier element 1407 when APC control is performed without applying the laser control method according to the present invention. FIG. 6 is a diagram schematically showing the temporal change of the heat dissipation power, the reflectance of the beam sampler 1410, the emission intensity of the semiconductor laser 1408, and the signal of the photodetector 1412. 4 and 5 show the driving current of the semiconductor laser 1408, the heat generation power of the semiconductor laser 1408, when the APC control is performed by applying the laser control method (first laser control method) according to the present invention. FIG. 10 is a diagram schematically showing the time change of the temperature of the semiconductor laser 1408, the heat dissipation power of the Peltier element 1407, the reflectance of the beam sampler 1410, the emission intensity of the semiconductor laser 1408, and the signal of the photodetector 1412. Incidentally, the heat generation power of the semiconductor laser 1408 is expressed by the heat generation amount of the semiconductor laser 1408 per unit time. The heat dissipation power of the Peltier element 1407 is expressed by the heat dissipation amount of the Peltier element 1407 per unit time.

図２〜図５においては、視覚的に分かりやすくするために、縦軸に線形性は無く、値が大きくなるほど誇張して広げて表記している。また、図２及び図４の横軸（時間軸）は電流立ち上がり付近を誇張して広げて表記し、図３及び図５の横軸（時間軸）には線形性を持たせている。   In FIG. 2 to FIG. 5, in order to make it easy to understand visually, the vertical axis has no linearity and is exaggerated and expanded as the value increases. Also, the horizontal axis (time axis) in FIGS. 2 and 4 is exaggerated and expanded in the vicinity of the current rise, and the horizontal axis (time axis) in FIGS. 3 and 5 has linearity.

まず、本発明に係るレーザ制御方法を適用しなかった場合は、図２に示すように、半導体レーザ１４０８の駆動を開始すると、温調のサーボ制御が半導体レーザ１４０８の急激な発熱に追いつかず、ペルチェ素子１４０７の放熱仕事率の変化が半導体レーザ１４０８の温度変化に対して遅れる。このため、ビームサンプラ１４１０の反射率が変動し、ＡＰＣ精度が悪化する。この結果、半導体レーザ１４０８の発光強度のばらつきは１．５〜２％になる。また、半導体レーザ１４０８の駆動状態（駆動電流、発熱仕事率、温度、発光強度など）が安定するのは、半導体レーザ１４０８の駆動を開始してから約５秒後と非常に遅くなる。   First, when the laser control method according to the present invention is not applied, as shown in FIG. 2, when the driving of the semiconductor laser 1408 is started, the temperature-controlled servo control cannot catch up with the rapid heat generation of the semiconductor laser 1408. The change in the heat dissipation power of the Peltier element 1407 is delayed with respect to the temperature change of the semiconductor laser 1408. For this reason, the reflectance of the beam sampler 1410 varies, and the APC accuracy deteriorates. As a result, the variation in emission intensity of the semiconductor laser 1408 is 1.5-2%. In addition, the driving state (driving current, heat generation power, temperature, emission intensity, etc.) of the semiconductor laser 1408 becomes very slow about 5 seconds after the driving of the semiconductor laser 1408 is started.

これに対して、本発明に係るレーザ制御方法（第１のレーザ制御方法）を適用した場合は、半導体レーザ１４０８の駆動を開始する前に上記（数２）式にしたがって所要放熱量Ｑoutを求め、半導体レーザ１４０８の駆動を開始してから所定時間Δｔ1が経過するまでの間に所要放熱量Ｑoutが達成されるように、例えば図４に示すように半導体レーザ１４０８の駆動開始と同時にペルチェ素子１４０７の放熱仕事率を所定のレベルに立ち上げて、その状態を所定時間Δｔ1まで維持するため、所定時間Δｔ1が経過した段階で半導体レーザ１４０８の温度が目標温度Ｔt付近に収束するようになる。   On the other hand, when the laser control method according to the present invention (first laser control method) is applied, the required heat radiation amount Qout is obtained according to the above equation (2) before the driving of the semiconductor laser 1408 is started. As shown in FIG. 4, for example, as shown in FIG. 4, the Peltier element 1407 is started simultaneously with the start of driving of the semiconductor laser 1408 so that the required heat radiation amount Qout is achieved between the start of driving of the semiconductor laser 1408 and the elapse of the predetermined time Δt1. In order to maintain the state until the predetermined time Δt1, the temperature of the semiconductor laser 1408 converges around the target temperature Tt when the predetermined time Δt1 has elapsed.

このため、使用者が６Ｗ発振で所定時間Δｔ1を０．１秒で指定した場合は、半導体レーザ１４０８の駆動を開始してから所定時間Δｔ1に至るまでの間、半導体レーザ１４０８の温度は２４．５℃〜２５．５℃の間で変動するにとどまる。よって、所定時間Δｔ1に達した時点でシステム制御回路１４０１がペルチェ駆動回路１４０４に２５℃で温調をかけるサーボ制御を指示したときには、半導体レーザ１４０８の温度を２５℃に引き込むのに殆ど時間を要しない。したがって、半導体レーザ１４０８を駆動するときに、その駆動期間内で所定時間Δｔ1が経過した段階で半導体レーザ１４０８の温調をフィードフォワード制御から通常のサーボ制御に切り替えれば、ＡＰＣ制御を行なう場合の半導体レーザ１４０８の温度変化が非常に小さくなる。この結果、半導体レーザ１４０８の発光強度のばらつきを０．３〜０．５％に低減することができる。また、半導体レーザ１４０８の駆動状態が安定するまでの時間も、例えばＴ0＜Ｔ1の条件でΔｔ1を０．１秒とすると、０．１５〜０．２０秒と非常に短くなる。   For this reason, when the user designates the predetermined time Δt1 in 0.1 seconds with 6W oscillation, the temperature of the semiconductor laser 1408 is 24. from the start of driving of the semiconductor laser 1408 to the predetermined time Δt1. It only varies between 5 ° C and 25.5 ° C. Therefore, when the system control circuit 1401 instructs the Peltier drive circuit 1404 to perform servo control at 25 ° C. when the predetermined time Δt 1 is reached, it takes almost time to pull the temperature of the semiconductor laser 1408 to 25 ° C. do not do. Therefore, when the semiconductor laser 1408 is driven, if the temperature control of the semiconductor laser 1408 is switched from the feedforward control to the normal servo control when the predetermined time Δt1 has elapsed within the driving period, the semiconductor in the case where the APC control is performed. The temperature change of the laser 1408 becomes very small. As a result, variation in emission intensity of the semiconductor laser 1408 can be reduced to 0.3 to 0.5%. Also, the time until the semiconductor laser 1408 is stabilized is very short, for example, 0.15 to 0.20 seconds when Δt1 is 0.1 seconds under the condition of T0 <T1.

ちなみに、図４において、半導体レーザ１４０８の温度は、半導体レーザ１４０８が発振するまでは徐々に低下するものの、半導体レーザ１４０８が発振した後は、これに伴う発熱量の急激な増大によって徐々に上昇し、所定時間Δｔ1が経過した段階で目標温度Ｔtに落ち着くことになる。また、ビームサンプラ１４１０の反射率は、半導体レーザ１４０８の駆動開始から半導体レーザ１４０８の温度変化に応じて変化し、半導体レーザ１４０８の発光強度は、半導体レーザ１４０８の発振直後から半導体レーザ１４０８の温度変化に応じて変化することになる。   Incidentally, in FIG. 4, the temperature of the semiconductor laser 1408 gradually decreases until the semiconductor laser 1408 oscillates, but after the semiconductor laser 1408 oscillates, it gradually increases due to a sudden increase in the amount of heat generated. When the predetermined time Δt1 has elapsed, the target temperature Tt is settled. Further, the reflectance of the beam sampler 1410 changes in accordance with the temperature change of the semiconductor laser 1408 from the start of driving of the semiconductor laser 1408, and the emission intensity of the semiconductor laser 1408 changes from the temperature of the semiconductor laser 1408 immediately after the oscillation of the semiconductor laser 1408. It will change according to.

なお、図４及び図５においては、半導体レーザ１４０８の駆動を開始すると同時にペルチェ素子１４０７に電圧をかけ始めているが、これ以外にも、半導体レーザ１４０８を駆動する前からペルチェ素子１４０７に電圧をかけることも可能である。その場合は、ペルチェ素子１４０７に電圧をかけ始めてから半導体レーザ１４０８を駆動するまでの時間と所定時間Δｔ1を足し合わせた時間で、上記（数２）式により所要放熱量を求めるようにすればよい。   4 and 5, the voltage is applied to the Peltier element 1407 at the same time as the driving of the semiconductor laser 1408 is started. In addition to this, the voltage is applied to the Peltier element 1407 before the semiconductor laser 1408 is driven. It is also possible. In that case, the required heat radiation amount may be obtained by the above equation (Equation 2), which is a time obtained by adding a predetermined time Δt1 after starting to apply a voltage to the Peltier element 1407 and driving the semiconductor laser 1408. .

＜第２のレーザ制御方法＞
第２のレーザ制御方法は、半導体レーザ１４０８の温度調整をフィードフォワード制御とサーボ制御で行なうにあたり、半導体レーザ１４０８の非駆動期間はサーボ制御を行ない、半導体レーザ１４０８を発振させるための駆動期間はフィードフォワード制御とサーボ制御を行なう。また、半導体レーザ１４０８の駆動期間では、半導体レーザ１４０８の駆動を開始してから所定時間Δｔ1が経過するまでの間はフィードフォワード制御によって半導体レーザ１４０８の温度を制御し、半導体レーザ１４０８の駆動を開始してから所定時間Δｔ1が経過した後はサーボ制御によって半導体レーザ１４０８の温度を制御する。つまり、半導体レーザ１４０８の駆動期間内で所定時間Δｔ1を境に半導体レーザ１４０８の温調制御をフィードフォワード制御からサーボ制御に切り替える。以上の点は、前述した第１のレーザ制御方法と同様である。ただし、第２のレーザ制御方法は、フィードフォワード制御で半導体レーザ１４０８を温調する場合のペルチェ素子１４０７の駆動方法が異なる。以下に具体的な制御方法について説明する。 <Second Laser Control Method>
In the second laser control method, when temperature adjustment of the semiconductor laser 1408 is performed by feedforward control and servo control, servo control is performed during the non-drive period of the semiconductor laser 1408, and the drive period for oscillating the semiconductor laser 1408 is fed. Perform forward control and servo control. In the drive period of the semiconductor laser 1408, the temperature of the semiconductor laser 1408 is controlled by feedforward control until the predetermined time Δt1 elapses after the drive of the semiconductor laser 1408 is started, and the drive of the semiconductor laser 1408 is started. After a predetermined time Δt1 has elapsed, the temperature of the semiconductor laser 1408 is controlled by servo control. That is, the temperature control of the semiconductor laser 1408 is switched from the feedforward control to the servo control at a predetermined time Δt1 within the drive period of the semiconductor laser 1408. The above points are the same as in the first laser control method described above. However, the second laser control method differs in the driving method of the Peltier element 1407 when the temperature of the semiconductor laser 1408 is controlled by feedforward control. A specific control method will be described below.

第２のレーザ制御方法は、半導体レーザ１４０８の駆動期間内において、半導体レーザ１４０８の駆動を開始してから立ち上がり時間Δｔ0が経過するまでは、半導体レーザ１４０８の非駆動期間（駆動開始直前）と同じ電圧をペルチェ素子１４０７に印加し、半導体レーザ１４０８の立ち上がり時間Δｔ0から所定時間Δｔ1までの間は、それまでより高い電圧をペルチェ素子１４０７に印加することにより、半導体レーザ１４０８の駆動開始から所定時間Δｔ1までの間にフィードフォワード制御によって半導体レーザ１４０８の温調を行なう。立ち上がり時間Δｔ0は、前述の通り装置構成で決まるため、事前に算出可能である。また、所定時間Δｔ1は、前述の通り予め入力デバイス１４０３を用いて使用者により指定される時間である。   The second laser control method is the same as the non-driving period of the semiconductor laser 1408 (immediately before the start of driving) until the rise time Δt0 elapses after the driving of the semiconductor laser 1408 is started within the driving period of the semiconductor laser 1408. By applying a voltage to the Peltier element 1407 and applying a higher voltage to the Peltier element 1407 from the rise time Δt0 of the semiconductor laser 1408 to the predetermined time Δt1, a predetermined time Δt1 from the start of driving of the semiconductor laser 1408. Until the temperature of the semiconductor laser 1408 is controlled by feedforward control. Since the rise time Δt0 is determined by the apparatus configuration as described above, it can be calculated in advance. The predetermined time Δt1 is a time designated by the user in advance using the input device 1403 as described above.

第２のレーザ制御方法では、まず、半導体レーザ１４０８の発振直前の温度Ｔ0をシステム制御回路１４０１の記憶手段（ＥＥＰＲＯＭ等）に記憶するとともに、半導体レーザ１４０８が発振してから立ち上がり時間Δｔ0が経過するまでの間の半導体レーザ１４０８の発熱量Ｑを、半導体レーザ１４０８の立ち上がり時にシステム制御回路１４０１で算出する。この発熱量Ｑの演算では上記立ち上がり時間Δｔ0後の半導体レーザ１４０８の実際の駆動電流Ｉ及び駆動電圧Ｖと、フォトディテクタ１４１２の信号から算出された発光強度Ｐemと、半導体レーザ１４０８の発振閾値電流Ｉthを、それぞれパラメータとして用いる。この発熱量Ｑの演算は、半導体レーザ１４０８を駆動するたびに行なう。   In the second laser control method, first, the temperature T0 immediately before the oscillation of the semiconductor laser 1408 is stored in the storage means (EEPROM or the like) of the system control circuit 1401, and the rise time Δt0 elapses after the semiconductor laser 1408 oscillates. The heat generation amount Q of the semiconductor laser 1408 until this time is calculated by the system control circuit 1401 when the semiconductor laser 1408 rises. In the calculation of the calorific value Q, the actual drive current I and drive voltage V of the semiconductor laser 1408 after the rise time Δt 0, the emission intensity Pem calculated from the signal of the photodetector 1412, and the oscillation threshold current Ith of the semiconductor laser 1408 are calculated. Are used as parameters. The calorific value Q is calculated every time the semiconductor laser 1408 is driven.

半導体レーザ１４０８の発振直前の温度Ｔ0は、半導体レーザ１４０８が発振する直前にサーミスタで半導体レーザ１４０８の温度を測定（検知）することにより得られる。立ち上がり時間Δｔ0後の半導体レーザ１４０８の実際の駆動電流Ｉ及び駆動電圧Ｖは、それぞれ半導体レーザ１４０８の立ち上がり時にＡＰＣ制御回路１４０５から半導体レーザ１４０８に供給されている駆動電流及び駆動電圧を測定することにより得られる。発光強度Ｐemは、半導体レーザ１４０８の立ち上がり時にフォトディテクタ１４１２からの信号を取り込むことにより算出される。このため、発光強度Ｐemは、フォトディテクタ１４１２の信号が目標値に一致したときの半導体レーザ１４０８の発光強度を表すものとなる。実際は半導体レーザ１４０８の温度が目標温度Ｔtとは異なるため、算出された発光強度Ｐemは実際の発光強度から数％ずれていると考えられるが、以下の計算においては無視して構わない。   The temperature T0 immediately before the oscillation of the semiconductor laser 1408 is obtained by measuring (detecting) the temperature of the semiconductor laser 1408 with a thermistor immediately before the semiconductor laser 1408 oscillates. The actual drive current I and drive voltage V of the semiconductor laser 1408 after the rise time Δt0 are obtained by measuring the drive current and drive voltage supplied to the semiconductor laser 1408 from the APC control circuit 1405 when the semiconductor laser 1408 rises, respectively. can get. The emission intensity Pem is calculated by taking in a signal from the photodetector 1412 when the semiconductor laser 1408 rises. Therefore, the emission intensity Pem represents the emission intensity of the semiconductor laser 1408 when the signal of the photodetector 1412 matches the target value. Actually, since the temperature of the semiconductor laser 1408 is different from the target temperature Tt, the calculated light emission intensity Pem is considered to be shifted by several percent from the actual light emission intensity, but may be ignored in the following calculation.

以上の駆動電流Ｉ、駆動電圧Ｖ、発光強度Ｐem、発振閾値電流Ｉthに対して、上記立ち上がり時間Δｔ0までの間の発熱量Ｑは、半導体レーザ１４０８の立ち上がり期間に駆動電流値が直線的に上昇すると仮定すれば、次の（数３）式によって算出される。   With respect to the drive current I, drive voltage V, light emission intensity Pem, and oscillation threshold current Ith, the amount of heat generated Q until the rise time Δt0 increases linearly during the rise period of the semiconductor laser 1408. Assuming that, it is calculated by the following equation (3).

Figure 2008300601
Figure 2008300601

また、半導体レーザ１４０８の発振直前の温度Ｔ0、半導体レーザ１４０８の立ち上がり直後の温度Ｔ1、半導体レーザ１４０８の熱容量Ｃに対して、半導体レーザ１４０８の発振直後（半導体レーザ１４０８の駆動開始から立ち上がり時間Δｔ0までの間）に必要となる放熱量Ｑout0は、次の（数４）式によって算出される。   Further, with respect to the temperature T0 immediately before the oscillation of the semiconductor laser 1408, the temperature T1 immediately after the rise of the semiconductor laser 1408, and the heat capacity C of the semiconductor laser 1408, immediately after the oscillation of the semiconductor laser 1408 (from the start of driving of the semiconductor laser 1408 to the rise time Δt0). The heat radiation amount Qout0 required for (between) is calculated by the following equation (4).

Figure 2008300601
Figure 2008300601

その後、半導体レーザ１４０８の立ち上がり時間Δｔ0から所定時間Δｔ1までの間に必要となる放熱量Ｑout1は、半導体レーザ１４０８の目標温度Ｔtに対して、次の（数５）式によって算出される。   Thereafter, the heat radiation amount Qout1 required between the rising time Δt0 of the semiconductor laser 1408 and the predetermined time Δt1 is calculated by the following equation (5) with respect to the target temperature Tt of the semiconductor laser 1408.

Figure 2008300601
Figure 2008300601

このため、半導体レーザ１４０８の駆動開始から所定時間Δｔ1後に半導体レーザ１４０８の温度を目標温度Ｔtに一致させるために必要となる所要放熱量Ｑoutは、次の（数６）式によって算出される。この所要放熱量Ｑoutの演算は、半導体レーザ１４０８を駆動するたびにシステム制御回路１４０１で行なわれる。   For this reason, the required heat dissipation amount Qout required to make the temperature of the semiconductor laser 1408 coincide with the target temperature Tt after a predetermined time Δt1 from the start of driving of the semiconductor laser 1408 is calculated by the following equation (6). The calculation of the required heat radiation amount Qout is performed by the system control circuit 1401 every time the semiconductor laser 1408 is driven.

Figure 2008300601
Figure 2008300601

上記（数６）式においては、半導体レーザ１４０８の立ち上がり直後の温度Ｔ1が打ち消されている。このため、フィードフォワード制御で温調する場合に、レーザ温度Ｔ1を測定する必要はない。また、（数６）式においては、上記（数４）式で求めた放熱量Ｑout0と上記（数５）式で求めた放熱量Ｑout1を足し合わせることにより、所定時間Δｔ１内に半導体レーザ１４０８を冷却するために必要となる合計の放熱量を求めている。こうして求められる所要放熱量Ｑoutを（Δｔ1−Δｔ0）で除算した値が、ペルチェ素子１４０７の放熱仕事率となり、この放熱仕事率の放熱をなすようにシステム制御回路１４０１がペルチェ駆動回路１４０４に指令を出す。これにより、ＡＰＣ制御回路１４０５が半導体レーザ１４０８の駆動を開始した場合に、半導体レーザ１４０８が立ち上がった段階で、ペルチェ駆動回路１４０４は、ペルチェ素子１４０７の放熱仕事率が、半導体レーザ１４０８の非駆動期間の放熱仕事率に上記指令を受けた放熱仕事率を足し合わせた値をなすように、ペルチェ素子１４０７に駆動電圧を印加する。   In the above formula (6), the temperature T1 immediately after the rise of the semiconductor laser 1408 is cancelled. For this reason, it is not necessary to measure the laser temperature T1 when the temperature is controlled by feedforward control. In the equation (6), the heat radiation amount Qout0 obtained by the above equation (4) and the heat radiation amount Qout1 obtained by the above equation (5) are added together, so that the semiconductor laser 1408 is obtained within a predetermined time Δt1. The total amount of heat radiation required for cooling is obtained. A value obtained by dividing the required heat radiation amount Qout thus obtained by (Δt 1 −Δt 0) is the heat radiation power of the Peltier element 1407, and the system control circuit 1401 issues a command to the Peltier drive circuit 1404 so as to perform heat radiation of this heat radiation power. put out. As a result, when the APC control circuit 1405 starts driving the semiconductor laser 1408, the Peltier drive circuit 1404 has a heat dissipation power of the Peltier element 1407 in the non-drive period of the semiconductor laser 1408 when the semiconductor laser 1408 starts up. A drive voltage is applied to the Peltier element 1407 so that a value obtained by adding the heat dissipation power obtained in response to the above command to the heat dissipation power of the Peltier element 1407 is obtained.

また、ペルチェ駆動回路１４０４は、半導体レーザ１４０８の駆動期間において、半導体レーザ１４０８の駆動を開始してから所定時間Δｔ1が経過した時点で上記所要放熱量Ｑoutを達成するように、半導体レーザ１４０８の立ち上がり時間Δｔ0が経過してから記所定時間Δｔ1が経過するまでの間にペルチェ素子１４０７に印加する電圧を制御する。こうしたフィードフォワード制御によって半導体レーザ１４０８の温度を制御することにより、半導体レーザ１４０８の駆動を開始してから所定時間Δｔ1が経過した時点で半導体レーザ１４０８の温度を目標温度Ｔtに近づけることができる。このため、半導体レーザ１４０８の駆動開始から所定時間Δｔ1後に、半導体レーザ１４０８の温調をフィードフォワード制御からサーボ制御に切り替えることにより、所定時間Δｔ1以降は殆ど半導体レーザ１４０８の温度変化なしにＡＰＣ制御をかけることができる。このため、半導体レーザ１４０８の立ち上がり直後から安定した発光強度で半導体レーザ１４０８を駆動することが可能となる。   In addition, the Peltier drive circuit 1404 starts up the semiconductor laser 1408 so that the required heat dissipation amount Qout is achieved when a predetermined time Δt1 has elapsed since the start of the drive of the semiconductor laser 1408 in the drive period of the semiconductor laser 1408. The voltage applied to the Peltier element 1407 is controlled between the time Δt0 and the predetermined time Δt1. By controlling the temperature of the semiconductor laser 1408 by such feedforward control, the temperature of the semiconductor laser 1408 can be brought close to the target temperature Tt when a predetermined time Δt1 has elapsed after the driving of the semiconductor laser 1408 is started. For this reason, by switching the temperature control of the semiconductor laser 1408 from the feedforward control to the servo control after the predetermined time Δt1 from the start of the driving of the semiconductor laser 1408, the APC control is performed with almost no temperature change of the semiconductor laser 1408 after the predetermined time Δt1. You can hang it. For this reason, the semiconductor laser 1408 can be driven with a stable emission intensity immediately after the semiconductor laser 1408 rises.

また、第２のレーザ制御方法を適用した場合は、第１のレーザ制御方法に比較して、ペルチェ素子１４０７の放熱仕事率を高めて温調制御する期間が短く制限されるため、精度面で若干劣るものの、半導体レーザ１４０８のＬ−Ｉ特性データを予め記憶しておく必要はなくなる。このため、半導体レーザ１４０８に経時的な特性変化があっても、それに影響されることなく、半導体レーザ１４０８の温調を行なうことができる。   Also, when the second laser control method is applied, the period of temperature control by increasing the heat dissipation power of the Peltier element 1407 is limited to be shorter than in the first laser control method. Although slightly inferior, it is not necessary to store the LI characteristic data of the semiconductor laser 1408 in advance. Therefore, even if the semiconductor laser 1408 has a characteristic change with time, the temperature of the semiconductor laser 1408 can be adjusted without being affected by the change.

図６及び図７は本発明に係るレーザ制御方法（第２のレーザ制御方法）を適用してＡＰＣ制御を行なった場合の、半導体レーザ１４０８の駆動電流、半導体レーザ１４０８の発熱仕事率、半導体レーザ１４０８の温度、ペルチェ素子１４０７の放熱仕事率、ビームサンプラ１４１０の反射率、半導体レーザ１４０８の発光強度、フォトディテクタ１４１２の信号の時間変化を模式的に示す図である。図６及び図７においては、視覚的に分かりやすくするために、縦軸に線形性は無く、値が大きくなるほど誇張して広げて表記している。また、図６の横軸（時間軸）は電流立ち上がり付近を誇張して広げて表記し、図７の横軸（時間軸）には線形性を持たせている。   6 and 7 show the driving current of the semiconductor laser 1408, the heating power of the semiconductor laser 1408, the semiconductor laser when the APC control is performed by applying the laser control method (second laser control method) according to the present invention. FIG. 10 is a diagram schematically showing a temporal change in a temperature of 1408, a heat dissipation power of a Peltier element 1407, a reflectance of a beam sampler 1410, a light emission intensity of a semiconductor laser 1408, and a signal of a photodetector 1412. In FIG. 6 and FIG. 7, in order to make it easy to understand visually, the vertical axis has no linearity and is exaggerated and expanded as the value increases. In addition, the horizontal axis (time axis) in FIG. 6 is exaggerated and expanded in the vicinity of the current rise, and the horizontal axis (time axis) in FIG. 7 has linearity.

本発明に係るレーザ制御方法（第２のレーザ制御方法）を適用した場合は、半導体レーザ１４０８の駆動を開始してから所定時間Δｔ1が経過するまでの間に、上記（数６）式で求めた所要放熱量Ｑoutが達成されるように、例えば図６に示すように半導体レーザ１４０８の立ち上がりと同時にペルチェ素子１４０７の放熱仕事率を所定のレベルに立ち上げ、その状態を所定時間Δｔ1まで維持するため、所定時間Δｔ1が経過した段階で半導体レーザ１４０８の温度が目標温度Ｔt付近に収束するようになる。   When the laser control method according to the present invention (second laser control method) is applied, it is obtained by the above equation (6) between the start of driving of the semiconductor laser 1408 and the elapse of a predetermined time Δt1. To achieve the required heat dissipation amount Qout, for example, as shown in FIG. 6, the heat dissipation power of the Peltier element 1407 is raised to a predetermined level simultaneously with the rise of the semiconductor laser 1408, and this state is maintained until a predetermined time Δt1. Therefore, the temperature of the semiconductor laser 1408 converges near the target temperature Tt when the predetermined time Δt1 has elapsed.

このため、半導体レーザ１４０８を駆動するときに、その駆動期間内で所定時間Δｔ1が経過した段階で半導体レーザ１４０８の温調をフィードフォワード制御から通常のサーボ制御に切り替えれば、ＡＰＣ制御を行なう場合の半導体レーザ１４０８の温度変化が非常に小さくなる。この結果、半導体レーザ１４０８の発光強度のばらつきを０．４〜０．６％に低減することができる。また、半導体レーザ１４０８の駆動状態が安定するまでの時間も、例えばＴ0＜Ｔ1の条件でΔｔ1を０．１秒とすると、０．１５〜０．２０秒と非常に短くなる。   Therefore, when the semiconductor laser 1408 is driven, if the temperature control of the semiconductor laser 1408 is switched from the feedforward control to the normal servo control when the predetermined time Δt1 has elapsed within the drive period, the APC control is performed. The temperature change of the semiconductor laser 1408 becomes very small. As a result, the variation in the emission intensity of the semiconductor laser 1408 can be reduced to 0.4 to 0.6%. Also, the time until the semiconductor laser 1408 is stabilized is very short, for example, 0.15 to 0.20 seconds when Δt1 is 0.1 seconds under the condition of T0 <T1.

ちなみに、前述した第１のレーザ制御方法を適用した場合は、ペルチェ素子１４０７への負担は小さいが、半導体レーザ１４０８の発振と同時に放熱を始める場合はシステムに高速処理を要求し、半導体レーザ１４０８の発振前に放熱を始める場合は半導体レーザ１４０８の温度変化が大きくなるために、半導体レーザ１４０８への負荷が大きくなる。一方、第２のレーザ制御方法を適用した場合は、システムの処理速度への要求が軽くなる代わりに、ペルチェ素子１４０７への負担が大きくなる。したがって、システムの処理速度、ペルチェ素子１４０７の吸熱能力、半導体レーザ１４０８の熱容量を考慮して、第１のレーザ制御方法又は第２のレーザ制御方法を選択し、それぞれに適切な所定時間Δｔ1を予め実験的に求めるのがよい。   Incidentally, when the first laser control method described above is applied, the burden on the Peltier element 1407 is small, but when heat radiation starts simultaneously with the oscillation of the semiconductor laser 1408, the system is requested to perform high-speed processing, and the semiconductor laser 1408 When heat radiation is started before oscillation, the temperature change of the semiconductor laser 1408 increases, so that the load on the semiconductor laser 1408 increases. On the other hand, when the second laser control method is applied, the burden on the Peltier element 1407 increases instead of reducing the demand for the processing speed of the system. Therefore, the first laser control method or the second laser control method is selected in consideration of the processing speed of the system, the heat absorption capability of the Peltier element 1407, and the heat capacity of the semiconductor laser 1408, and an appropriate predetermined time Δt1 is set in advance for each. It should be obtained experimentally.

また、半導体レーザ１４０８の温調を上述した第１のレーザ制御方法及び第２のレーザ制御方法のいずれで行なう場合でも、システム処理の時間誤差を考慮して、所要放熱量Ｑoutの算出に補正定数の追加などを行なってもよい。   In addition, regardless of whether the temperature control of the semiconductor laser 1408 is performed by the first laser control method or the second laser control method described above, a correction constant is used for calculating the required heat radiation amount Qout in consideration of a time error in system processing. May be added.

さらに好ましい形態として、第１のレーザ制御方法及び第２のレーザ制御方法のいずれを適用する場合でも、半導体レーザ１４０８の非駆動期間に半導体レーザ１４０８に供給する電流を発振閾値電流（半導体レーザ１４０８が発振しないギリギリの電流値）に設定し、この状態で半導体レーザ１４０８の温度が目標温度に一致するようにサーボ制御を行なうようにすれば、半導体レーザ１４０８の発振直後に放熱のために必要な仕事率が小さくて済む。このため、ペルチェ素子１４０７に要求される吸熱能力を低く抑えることができる。また、半導体レーザ１４０８の非駆動期間に半導体レーザ１４０８に電流を供給しない場合（非駆動期間の供給電流＝０の場合）に比較すると、半導体レーザ１４０８を発振させたときに、半導体レーザ１４０８の温度変化を小さく押さえ込むことができる。このため、半導体レーザ１４０８の寿命を延ばす効果も得られる。   As a more preferable mode, even when either the first laser control method or the second laser control method is applied, the current supplied to the semiconductor laser 1408 during the non-driving period of the semiconductor laser 1408 is the oscillation threshold current (the semiconductor laser 1408 has If the servo control is performed so that the temperature of the semiconductor laser 1408 matches the target temperature in this state, the work necessary for heat dissipation immediately after the oscillation of the semiconductor laser 1408 is set. The rate is small. For this reason, the heat absorption capability required for the Peltier element 1407 can be kept low. Further, as compared with the case where no current is supplied to the semiconductor laser 1408 during the non-driving period of the semiconductor laser 1408 (when the supply current during the non-driving period = 0), the temperature of the semiconductor laser 1408 is increased when the semiconductor laser 1408 is oscillated. Change can be kept small. Therefore, an effect of extending the life of the semiconductor laser 1408 can also be obtained.

なお、上述した第１のレーザ制御方法及び第２のレーザ制御方法においては、いずれもサーミスタで測定したレーザ温度Ｔ0が目標温度Ｔtよりも低い場合を想定したが、本発明はこれに限らず、レーザ温度Ｔ0が目標温度Ｔt以上であっても適用可能である。実際の制御では、半導体レーザ１４０８の非駆動期間もレーザ温度が目標温度Ｔtとなるようにサーボ制御をかけるため、半導体レーザ１４０８の駆動開始前や発振直前にサーミスタによって測定されるレーザ温度Ｔ0は目標温度Ｔtに近い値となる。   In the first laser control method and the second laser control method described above, it is assumed that the laser temperature T0 measured by the thermistor is lower than the target temperature Tt, but the present invention is not limited to this. This is applicable even when the laser temperature T0 is equal to or higher than the target temperature Tt. In actual control, servo control is performed so that the laser temperature becomes the target temperature Tt even during the non-drive period of the semiconductor laser 1408. Therefore, the laser temperature T0 measured by the thermistor before the start of driving of the semiconductor laser 1408 or immediately before the oscillation is the target. The value is close to the temperature Tt.

また、本発明は、薄膜トランジスタの製造方法やこれを含む表示装置の製造方法にも適用可能である。薄膜トランジスタの製造方法に関しては、複数の半導体レーザを所定の間隔で一列に並べて多ヘッド化し、それら複数の半導体レーザを用いてレーザアニール処理を行なう場合に適用可能である。また、薄膜トランジスタは、液晶表示装置や有機ＥＬ(Electro Luminescence)表示装置などのスイッチング素子として広く用いられている。このため、本発明は薄膜トランジスタの製造工程を含む表示装置の製造方法としても適用可能である。   The present invention is also applicable to a method for manufacturing a thin film transistor and a method for manufacturing a display device including the same. The thin film transistor manufacturing method can be applied to a case where a plurality of semiconductor lasers are arranged in a line at a predetermined interval to form a multi-head and laser annealing is performed using the plurality of semiconductor lasers. Thin film transistors are widely used as switching elements in liquid crystal display devices and organic EL (Electro Luminescence) display devices. For this reason, the present invention can also be applied as a manufacturing method of a display device including a manufacturing process of a thin film transistor.

さらに詳述すると、薄膜トランジスタの中にはチャネル層に多結晶シリコン膜を用いたものがある。多結晶シリコン膜を基板上に形成する方法としては、レーザアニール処理を用いた方法が知られている。レーザアニール処理は、例えばガラスや石英等からなる基板上に成膜された非晶質シリコン膜にレーザ光を照射することにより、レーザ光の熱エネルギーを利用して非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜に転換させるものである。   More specifically, some thin film transistors use a polycrystalline silicon film for the channel layer. As a method for forming a polycrystalline silicon film on a substrate, a method using laser annealing is known. Laser annealing is performed by, for example, irradiating an amorphous silicon film formed on a substrate made of glass, quartz, or the like with a laser beam to make the amorphous silicon film polycrystalline by utilizing the thermal energy of the laser beam. It is converted into a silicon film.

薄膜トランジスタの製造工程の中では、上記のレーザアニール処理を行なう工程（以下、「アニール工程」とも記す）の前に、基板上に非晶質シリコン膜を成膜する工程が存在し、アニール工程の後には、多結晶シリコン膜を活性層として基板上の所定の領域に薄膜トランジスタを形成する工程が存在する。また、薄膜トランジスタの製造工程を含む表示装置の製造工程の中には、薄膜トランジスタが形成された基板上に液晶層や有機ＥＬ層を形成する工程が存在する。   In the thin film transistor manufacturing process, there is a process of forming an amorphous silicon film on the substrate before the laser annealing process (hereinafter also referred to as “annealing process”). Later, there is a step of forming a thin film transistor in a predetermined region on the substrate using the polycrystalline silicon film as an active layer. In addition, in the manufacturing process of the display device including the manufacturing process of the thin film transistor, there is a process of forming a liquid crystal layer or an organic EL layer on the substrate on which the thin film transistor is formed.

レーザ光源として半導体レーザを備えるレーザアニール装置では、上述のように多ヘッド化された複数の半導体レーザを用いて、被照射物となる基板上の非晶質シリコン膜にレーザ光を照射する。その際、非晶質シリコン膜が形成された基板を移動ステージに載せて支持し、半導体レーザから出射されたレーザ光の照射位置を非晶質シリコン膜が通過するように移動ステージを移動させることにより、非晶質シリコン膜にレーザ光を照射するため、非晶質シリコン膜の所望の位置にレーザ光を照射するには、移動ステージの移動に合わせて半導体レーザを所定のタイミングでオン・オフする必要がある。また、非晶質シリコン膜にレーザ光を照射する場合に、半導体レーザの発光強度にばらつきがあると、これが薄膜トランジスタの特性のばらつきとなって現れる。さらにこうしたトランジスタ特性のばらつきは、例えば表示装置で輝度のばらつきとなって現れる。   In a laser annealing apparatus including a semiconductor laser as a laser light source, a laser beam is irradiated onto an amorphous silicon film on a substrate to be irradiated using a plurality of semiconductor lasers with multiple heads as described above. At that time, the substrate on which the amorphous silicon film is formed is placed on and supported by the moving stage, and the moving stage is moved so that the amorphous silicon film passes through the irradiation position of the laser beam emitted from the semiconductor laser. In order to irradiate the amorphous silicon film with laser light, the semiconductor laser is turned on / off at a predetermined timing in accordance with the movement of the moving stage in order to irradiate the desired position of the amorphous silicon film with the laser light. There is a need to. Further, when the amorphous silicon film is irradiated with laser light, if there is a variation in the emission intensity of the semiconductor laser, this appears as a variation in characteristics of the thin film transistor. Furthermore, such variations in transistor characteristics appear as variations in luminance in display devices, for example.

そこで、上述したレーザ光照射装置の構成（図１参照）をレーザアニール装置に適用し、多ヘッド化された各々の半導体レーザの制御方法として、上記第１のレーザ制御方法又は上記第２のレーザ制御方法を適用すれば、半導体レーザの立ち上がり直後から安定した発光強度が得られる。このため、レーザアニール処理によって均質な多結晶シリコン膜を得ることができる。したがって、多結晶シリコン膜の製造歩留まりを高めて生産性を向上させることができる。また、表示装置の製造方法に適用した場合は、表示特性（輝度等）のばらつきを低減することができる。   Therefore, the configuration of the above-described laser beam irradiation apparatus (see FIG. 1) is applied to a laser annealing apparatus, and the first laser control method or the second laser is used as a control method for each of the multi-head semiconductor lasers. If the control method is applied, a stable emission intensity can be obtained immediately after the semiconductor laser rises. For this reason, a homogeneous polycrystalline silicon film can be obtained by laser annealing. Therefore, the production yield of the polycrystalline silicon film can be increased and the productivity can be improved. In addition, when applied to a method for manufacturing a display device, variations in display characteristics (such as luminance) can be reduced.

図８は上記の薄膜トランジスタの製造工程を含む表示装置の製造方法を用いて得られる表示装置の一例として、有機ＥＬ表示装置の構成を示す断面図である。図示した有機ＥＬ表示装置１は複数（多数）の有機ＥＬ素子２を用いて構成されるものである。有機ＥＬ素子２は、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の発光色の違いで単位画素ごとに区分されている。ただし、図８では、そのうちの１つだけを示している。   FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an organic EL display device as an example of a display device obtained by using the display device manufacturing method including the above-described thin film transistor manufacturing process. The illustrated organic EL display device 1 is configured using a plurality (large number) of organic EL elements 2. The organic EL element 2 is divided for each unit pixel by the difference in emission colors of R (red), G (green), and B (blue). However, only one of them is shown in FIG.

有機ＥＬ素子２は素子形成用基板３を用いて構成されている。素子形成用基板３上には、図示しないスイッチング素子（例えば、薄膜トランジスタ）とともに、下部電極４、絶縁層５、有機層６及び上部電極７が順に積層されている。さらに、上部電極７は保護層８によって覆われ、この保護層８の上に接着層９を介して対向基板１０が配置されている。   The organic EL element 2 is configured using an element forming substrate 3. On the element formation substrate 3, a lower electrode 4, an insulating layer 5, an organic layer 6, and an upper electrode 7 are sequentially laminated together with a switching element (not shown) such as a thin film transistor. Further, the upper electrode 7 is covered with a protective layer 8, and a counter substrate 10 is disposed on the protective layer 8 via an adhesive layer 9.

素子形成用基板３と対向基板１０は、それぞれ透明なガラス基板によって構成されるものである。有機ＥＬ素子２と対向基板１０は、それら２枚の基板の間に、下部電極４、絶縁層５、有機層６、上部電極７、保護層８、接着層９を挟み込むかたちで、互いに対向する状態に配置されている。   The element forming substrate 3 and the counter substrate 10 are each composed of a transparent glass substrate. The organic EL element 2 and the counter substrate 10 face each other by sandwiching the lower electrode 4, the insulating layer 5, the organic layer 6, the upper electrode 7, the protective layer 8, and the adhesive layer 9 between the two substrates. Arranged in a state.

下部電極４及び上部電極７は、一方がアノード電極となり、他方がカソード電極となる。下部電極４は、有機ＥＬ表示装置１が上面発光型である場合には高反射性材料で構成され、有機ＥＬ表示装置１が透過型である場合は透明材料で構成される。   One of the lower electrode 4 and the upper electrode 7 serves as an anode electrode, and the other serves as a cathode electrode. The lower electrode 4 is made of a highly reflective material when the organic EL display device 1 is a top emission type, and is made of a transparent material when the organic EL display device 1 is a transmissive type.

ここでは、一例として、有機ＥＬ表示装置１が上面発光型で、下部電極４がアノード電極である場合を想定している。この場合、下部電極４は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ)、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、プラチナ（Ｐｔ）さらには金（Ａｕ）のように、反射率の高い導電性材料、又はその合金で構成される。   Here, as an example, it is assumed that the organic EL display device 1 is a top emission type and the lower electrode 4 is an anode electrode. In this case, the lower electrode 4 includes silver (Ag), aluminum (Al), chromium (Cr), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), tantalum (Ta), tungsten ( W), platinum (Pt), and gold (Au), such as a highly reflective conductive material or an alloy thereof.

なお、有機ＥＬ表示装置１が上面発光型で、下部電極４がカソード電極である場合は、下部電極４は、アルミニウム（Ａｌ）,インジウム（Ｉｎ）,マグネシウム（Ｍｇ）−銀(Ａｇ)合金,リチウム(Ｌｉ)−フッ素(Ｆ)化合物、リチウム-酸素（Ｏ）化合物のように、仕事関数が小さく、かつ、光反射率の高い導電性材料で構成される。   When the organic EL display device 1 is a top emission type and the lower electrode 4 is a cathode electrode, the lower electrode 4 is made of an aluminum (Al), indium (In), magnesium (Mg) -silver (Ag) alloy, Like a lithium (Li) -fluorine (F) compound and a lithium-oxygen (O) compound, it is composed of a conductive material having a small work function and high light reflectance.

また、有機ＥＬ表示装置１が透過型で、下部電極４がアノード電極である場合は、ＩＴＯ(Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ)やＩＺＯ（Ｉｎｉｄｉｕｍ−Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ）のように、透過率の高い導電性材料で下部電極４を構成する。また、有機ＥＬ表示装置１が透過型で、下部電極４がカソード電極である場合は、仕事関数が小さく、かつ、光透過率の高い導電性材料で下部電極４を構成する。   Further, when the organic EL display device 1 is a transmissive type and the lower electrode 4 is an anode electrode, the conductivity is high such as ITO (Indium-Tin-Oxide) or IZO (Indium-Zinc-Oxide). The lower electrode 4 is made of a material. Further, when the organic EL display device 1 is a transmissive type and the lower electrode 4 is a cathode electrode, the lower electrode 4 is made of a conductive material having a small work function and high light transmittance.

絶縁層５は、下部電極４の周辺部を覆う状態で素子形成用基板３の上面に形成されている。絶縁層５には単位画素ごとに窓が形成されており、この窓の開口部分で下部電極４が露出している。絶縁層５は、例えばポリイミドやフォトレジスト等の有機絶縁材料や、酸化シリコンのような無機絶縁材料を用いて形成されるものである。   The insulating layer 5 is formed on the upper surface of the element forming substrate 3 so as to cover the peripheral portion of the lower electrode 4. A window is formed in the insulating layer 5 for each unit pixel, and the lower electrode 4 is exposed at the opening of the window. The insulating layer 5 is formed using an organic insulating material such as polyimide or photoresist, or an inorganic insulating material such as silicon oxide.

有機層６は、例えば図９に示すように、素子形成用基板３側から順に、正孔注入層６１、正孔輸送層６２、発光層６３及び電子輸送層６４を積層した４層の積層構造を有するものである。   For example, as shown in FIG. 9, the organic layer 6 has a four-layer structure in which a hole injection layer 61, a hole transport layer 62, a light emitting layer 63, and an electron transport layer 64 are stacked in this order from the element forming substrate 3 side. It is what has.

正孔注入層６１は、例えば、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ〔4,4,4 -tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine〕によって形成されるものである。正孔輸送層６２は、例えば、α−ＮＰＤ[4,4-bis(N-1-naphthyl-N-phenylamino)biphenyl]によって形成されるものである。なお、材料はこれに限定されず、例えばベンジジン誘導体、スチリルアミン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、ヒドラゾン誘導体などの正孔輸送材料を用いることができる。また、正孔注入層６１及び正孔輸送層６２は、それぞれ複数層からなる積層構造であってもよい。   The hole injection layer 61 is formed of, for example, m-MTDATA [4,4,4-tris (3-methylphenylphenylamino) triphenylamine]. The hole transport layer 62 is formed of, for example, α-NPD [4,4-bis (N-1-naphthyl-N-phenylamino) biphenyl]. Note that the material is not limited to this, and hole transport materials such as a benzidine derivative, a styrylamine derivative, a triphenylmethane derivative, and a hydrazone derivative can be used. Moreover, the hole injection layer 61 and the hole transport layer 62 may each have a laminated structure including a plurality of layers.

発光層６３は、ＲＧＢの色成分ごとに異なる有機発光材料によって形成されるものである。具体的には、赤色発光層６３ｒは、例えば、ホスト材料となるＡＤＮに、ドーパント材料として２，６≡ビス［（４’≡メトキシジフェニルアミノ）スチリル］≡１，５≡ジシアノナフタレン（ＢＳＮ）を３０重量％混合したものにより構成される。緑色発光層６３ｇは、例えば、ホスト材料となるＡＤＮに、ドーパント材料としてクマリン６を５重量％混合したものにより構成される。青色発光層６３ｂは、例えば、ゲスト材料となるＡＤＮに、ドーパント材料として４，４’≡ビス［２≡｛４≡（Ｎ，Ｎ≡ジフェニルアミノ）フェニル｝ビニル］ビフェニル（ＤＰＡＶＢｉ）を２．５重量％混合したものにより構成される。各色の発光層６３ｒ，６３ｇ，６３ｂは、画素の色配列に応じてマトリクス状に配置される。   The light emitting layer 63 is formed of a different organic light emitting material for each RGB color component. Specifically, the red light emitting layer 63r includes, for example, 2,6≡bis [(4′≡methoxydiphenylamino) styryl] ≡1,5≡dicyanonaphthalene (BSN) as a dopant material to ADN as a host material. It is composed of a mixture of 30% by weight. The green light emitting layer 63g is composed of, for example, 5% by weight of coumarin 6 as a dopant material mixed with ADN as a host material. For example, the blue light emitting layer 63b is formed by adding 4,4′≡bis [2≡ {4≡ (N, N≡diphenylamino) phenyl} vinyl] biphenyl (DPAVBi) as a dopant material to ADN as a guest material. Consists of a mixture by weight%. The light emitting layers 63r, 63g, and 63b for each color are arranged in a matrix according to the color arrangement of the pixels.

電子輸送層６４は、例えば、８≡ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ3 ）によって形成されるものである。   The electron transport layer 64 is made of, for example, 8≡hydroxyquinoline aluminum (Alq3).

上部電極７は、有機ＥＬ表示装置１が上面発光型である場合は、透明又は半透明の導電性材料で構成され、有機ＥＬ表示装置１が透過型である場合は、高反射性材料で構成される。   The upper electrode 7 is made of a transparent or translucent conductive material when the organic EL display device 1 is a top emission type, and is made of a highly reflective material when the organic EL display device 1 is a transmission type. Is done.

以上の素子形成用基板３、下部電極４、絶縁層５、有機層６、上部電極７により、有機ＥＬ素子２（赤色有機ＥＬ素子２ｒ、緑色有機ＥＬ素子２ｇ、青色有機ＥＬ素子２ｂ）が構成されている。   The element forming substrate 3, the lower electrode 4, the insulating layer 5, the organic layer 6, and the upper electrode 7 constitute the organic EL element 2 (red organic EL element 2r, green organic EL element 2g, blue organic EL element 2b). Has been.

保護層８は、上部電極７や有機層６への水分の到達を防止するなどの目的で形成されるものである。このため、保護層８は、透水性及び吸水性の低い材料を用いて十分な膜厚で形成される。また、保護層８は、有機ＥＬ表示装置１が上面発光型である場合には、有機層６で発光させた光を透過させる必要があるため、例えば８０％程度の光透過率を有する材料で構成される。   The protective layer 8 is formed for the purpose of preventing moisture from reaching the upper electrode 7 and the organic layer 6. For this reason, the protective layer 8 is formed with sufficient film thickness using a material with low water permeability and water absorption. Further, since the protective layer 8 needs to transmit light emitted from the organic layer 6 when the organic EL display device 1 is a top emission type, it is made of a material having a light transmittance of about 80%, for example. Composed.

また、上部電極７を金属薄膜で形成し、この金属薄膜の上に直接、絶縁性の保護層８を形成するものとすると、保護層８の形成材料として、無機アモルファス性の絶縁性材料、例えばアモルファスシリコン（α−Ｓｉ）、アモルファス炭化シリコン（α−ＳｉＣ）、アモルファス窒化シリコン（α−Ｓｉ1-x Ｎx ）、さらにはアモルファスカーボン（α−Ｃ）等を好適に用いることができる。このような無機アモルファス性の絶縁性材料は、グレインを構成しないため透水性が低く、良好な保護層８となる。   If the upper electrode 7 is formed of a metal thin film and the insulating protective layer 8 is formed directly on the metal thin film, an inorganic amorphous insulating material, for example, as a material for forming the protective layer 8 is used. Amorphous silicon (α-Si), amorphous silicon carbide (α-SiC), amorphous silicon nitride (α-Si1-xNx), and amorphous carbon (α-C) can be preferably used. Such an inorganic amorphous insulating material does not constitute grains, and therefore has a low water permeability and becomes a good protective layer 8.

接着層９は、例えばＵＶ（紫外線）硬化型樹脂によって形成されるものである。接着層９は、対向基板１０を固着させるためのものである。   The adhesive layer 9 is formed of, for example, a UV (ultraviolet) curable resin. The adhesive layer 9 is for fixing the counter substrate 10.

なお、ここでの図示は省略したが、このような構成の有機ＥＬ表示装置１にカラーフィルタを組み合わせて設ける場合には、ＲＧＢの各色に対応する有機ＥＬ素子２ｒ，２ｇ，２ｂから発せられる発光のスペクトルのピーク波長近傍の光のみを透過するカラーフィルタを、各色の有機ＥＬ素子２ｒ，２ｇ，２ｂの光取り出し面側に設けることとする。   Although illustration is omitted here, when the organic EL display device 1 having such a configuration is provided with a combination of color filters, light emission emitted from the organic EL elements 2r, 2g, and 2b corresponding to each color of RGB. A color filter that transmits only light in the vicinity of the peak wavelength of the spectrum is provided on the light extraction surface side of each color organic EL element 2r, 2g, 2b.

＜適用例＞
上記構成からなる有機ＥＬ表示装置１は、図１０〜図１４に示す様々な電子機器、例えば、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置、ビデオカメラなど、電子機器に入力された映像信号、若しくは、電子機器内で生成した映像信号を、画像若しくは映像として表示するあらゆる分野の電子機器に適用可能である。 <Application example>
The organic EL display device 1 having the above configuration is input to various electronic devices shown in FIGS. 10 to 14, for example, electronic devices such as a digital camera, a notebook personal computer, a mobile terminal device such as a mobile phone, and a video camera. The present invention can be applied to electronic devices in various fields that display a video signal or a video signal generated in the electronic device as an image or video.

図１０は第１適用例となるテレビを示す斜視図である。本適用例に係るテレビは、フロントパネル１０２やフィルターガラス１０３等から構成される映像表示画面部１０１を含み、その映像表示画面部１０１に上記の有機ＥＬ表示装置１を適用可能である。   FIG. 10 is a perspective view showing a television as a first application example. The television according to this application example includes a video display screen unit 101 including a front panel 102, a filter glass 103, and the like, and the organic EL display device 1 can be applied to the video display screen unit 101.

図１１は第２適用例となるデジタルカメラを示す図であり、（Ａ）は表側から見た斜視図、（Ｂ）は裏側から見た斜視図である。本適用例に係るデジタルカメラは、フラッシュ用の発光部１１１、表示部１１２、メニュースイッチ１１３、シャッターボタン１１４等を含み、その表示部１１２に上記の有機ＥＬ表示装置１を適用可能である。   11A and 11B are diagrams showing a digital camera according to a second application example. FIG. 11A is a perspective view seen from the front side, and FIG. 11B is a perspective view seen from the back side. The digital camera according to this application example includes a light emitting unit 111 for flash, a display unit 112, a menu switch 113, a shutter button 114, and the like, and the organic EL display device 1 can be applied to the display unit 112.

図１２は第３適用例となるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。本適用例に係るノート型パーソナルコンピュータは、本体１２１に、文字等を入力するとき操作されるキーボード１２２、画像を表示する表示部１２３等を含み、その表示部１２３に上記の有機ＥＬ表示装置１を適用可能である。   FIG. 12 is a perspective view showing a notebook personal computer as a third application example. The notebook personal computer according to this application example includes a main body 121 that includes a keyboard 122 that is operated when characters and the like are input, a display unit 123 that displays an image, and the like. The display unit 123 includes the organic EL display device 1 described above. Is applicable.

図１３は第４適用例となるビデオカメラを示す斜視図である。本適用例に係るビデオカメラは、本体部１３１、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ１３２、撮影時のスタート／ストップスイッチ１３３、表示部１３４等を含み、その表示部１３４に上記の有機ＥＬ表示装置１を適用可能である。   FIG. 13 is a perspective view showing a video camera as a fourth application example. The video camera according to this application example includes a main body 131, a lens 132 for shooting an object on a side facing forward, a start / stop switch 133 at the time of shooting, a display unit 134, and the like. The EL display device 1 can be applied.

図１４は第５適用例となる携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す図であり、（Ａ）は開いた状態での正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた状態での正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。本適用例に係る携帯電話機は、上側筐体１４１、下側筐体１４２、連結部（ここではヒンジ部）１４３、ディスプレイ１４４、サブディスプレイ１４５、ピクチャーライト１４６、カメラ１４７等を含み、そのディスプレイ１４４やサブディスプレイ１４５に上記の有機ＥＬ表示装置１を適用可能である。   14A and 14B are diagrams showing a mobile terminal device, for example, a mobile phone, as a fifth application example. FIG. 14A is a front view in an opened state, FIG. 14B is a side view thereof, and FIG. 14C is a closed state. (D) is a left side view, (E) is a right side view, (F) is a top view, and (G) is a bottom view. The mobile phone according to this application example includes an upper housing 141, a lower housing 142, a connecting portion (here, a hinge portion) 143, a display 144, a sub display 145, a picture light 146, a camera 147, and the like. In addition, the organic EL display device 1 described above can be applied to the sub display 145.

本発明の実施形態に係るレーザ光照射装置の構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the structural example of the laser beam irradiation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明に係るレーザ制御方法を適用せずにＡＰＣ制御を行なった場合の各項目の時間変化を模式的に示す図（その１）である。It is FIG. (1) which shows typically the time change of each item at the time of performing APC control, without applying the laser control method which concerns on this invention. 本発明に係るレーザ制御方法を適用せずにＡＰＣ制御を行なった場合の各項目の時間変化を模式的に示す図（その２）である。It is FIG. (2) which shows typically the time change of each item at the time of performing APC control, without applying the laser control method which concerns on this invention. 本発明に係るレーザ制御方法（第１のレーザ制御方法）を適用してＡＰＣ制御を行なった場合の各項目の時間変化を模式的に示す図（その１）である。FIG. 5 is a diagram (part 1) schematically showing a time change of each item when APC control is performed by applying the laser control method according to the present invention (first laser control method); 本発明に係るレーザ制御方法（第１のレーザ制御方法）を適用してＡＰＣ制御を行なった場合の各項目の時間変化を模式的に示す図（その２）である。FIG. 6 is a diagram (part 2) schematically illustrating a time change of each item when APC control is performed by applying the laser control method according to the present invention (first laser control method). 本発明に係るレーザ制御方法（第２のレーザ制御方法）を適用してＡＰＣ制御を行なった場合の各項目の時間変化を模式的に示す図（その１）である。FIG. 6 is a diagram (part 1) schematically showing a time change of each item when APC control is performed by applying the laser control method (second laser control method) according to the present invention. 本発明に係るレーザ制御方法（第２のレーザ制御方法）を適用してＡＰＣ制御を行なった場合の各項目の時間変化を模式的に示す図（その２）である。FIG. 6 is a diagram (part 2) schematically illustrating a time change of each item when APC control is performed by applying the laser control method (second laser control method) according to the present invention. 本発明に係る表示装置の製造方法によって得られる表示装置の一例として、有機ＥＬ表示装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of an organic electroluminescent display apparatus as an example of the display apparatus obtained by the manufacturing method of the display apparatus which concerns on this invention. 有機ＥＬ素子の積層構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the laminated structure of an organic EL element. 第１適用例となるテレビを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the television used as the 1st application example. 第２適用例となるデジタルカメラを示す図である。It is a figure which shows the digital camera used as the 2nd application example. 第３適用例となるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the notebook personal computer used as the 3rd application example. 第４適用例となるビデオカメラを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the video camera used as the 4th application example. 第５適用例となる携帯端末装置を示す図である。It is a figure which shows the portable terminal device used as the 5th application example. 半導体レーザのＩ−Ｌ特性を示す図である。It is a figure which shows the IL characteristic of a semiconductor laser. 半導体レーザの温度とＩ−Ｌ特性の関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the temperature of a semiconductor laser, and IL characteristic. 半導体レーザの立ち上がり直後の発光強度変化を示す図である。It is a figure which shows the light emission intensity change immediately after the start-up of a semiconductor laser. 半導体レーザを用いた光学系の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the optical system using a semiconductor laser. ビームサンプラの透過率の分光特性例を示す図である。It is a figure which shows the example of the spectral characteristic of the transmittance | permeability of a beam sampler. フォトディテクタの受光感度の分光特性例を示す図である。It is a figure which shows the example of the spectral characteristic of the light reception sensitivity of a photodetector. 半導体レーザを用いた光学系の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the optical system using a semiconductor laser.

符号の説明Explanation of symbols

１４０１…システム制御回路、１４０４…ペルチェ駆動回路、１４０５…ＡＰＣ制御回路、１４０７…ペルチェ素子、１４０８…半導体レーザ、１４１０…ビームサンプラ、１４１２…フォトディテクタ   1401 ... System control circuit, 1404 ... Peltier drive circuit, 1405 ... APC control circuit, 1407 ... Peltier element, 1408 ... Semiconductor laser, 1410 ... Beam sampler, 1412 ... Photo detector

Claims (9)

被照射物に照射されるレーザ光を出射する半導体レーザと、
前記半導体レーザに熱的に結合された温度可変素子と、
前記半導体レーザの温度が目標温度となるように前記温度可変素子の駆動を制御するレーザ温度制御手段とを備え、
前記レーザ温度制御手段は、前記半導体レーザを発振させるための駆動期間において、前記半導体レーザの駆動を開始してから所定時間が経過するまでの間は前記温度可変素子を用いたフィードフォワード制御によって前記半導体レーザの温度を制御し、前記所定時間が経過した後は前記温度可変素子を用いたサーボ制御によって前記半導体レーザの温度を制御する
ことを特徴とするレーザ光照射装置。 A semiconductor laser that emits laser light to be irradiated on the object;
A temperature variable element thermally coupled to the semiconductor laser;
Laser temperature control means for controlling the drive of the temperature variable element so that the temperature of the semiconductor laser becomes a target temperature,
In the driving period for oscillating the semiconductor laser, the laser temperature control means performs the feed-forward control using the temperature variable element until a predetermined time elapses after the driving of the semiconductor laser is started. A laser light irradiation apparatus, wherein the temperature of the semiconductor laser is controlled, and after the predetermined time has elapsed, the temperature of the semiconductor laser is controlled by servo control using the temperature variable element. 前記レーザ温度制御手段は、前記フィードフォワード制御によって前記半導体レーザの温度を制御する際に、前記半導体レーザの駆動を開始してから前記所定時間が経過するまでの間の前記半導体レーザの発熱量に基づいて、前記半導体レーザの駆動開始から前記所定時間後に前記半導体レーザの温度を前記目標温度とするために必要となる所要放熱量を求め、前記所定時間内に前記所要放熱量が達成されるように前記温度可変素子を駆動する
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ光照射装置。 When the laser temperature control means controls the temperature of the semiconductor laser by the feedforward control, the laser temperature control means controls the amount of heat generated by the semiconductor laser from the start of driving the semiconductor laser until the predetermined time elapses. Based on this, a required heat dissipation amount required to set the temperature of the semiconductor laser to the target temperature after the predetermined time from the start of driving of the semiconductor laser is obtained, and the required heat dissipation amount is achieved within the predetermined time. The laser beam irradiation apparatus according to claim 1, wherein the temperature variable element is driven. 前記温度可変素子がペルチェ素子である
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ光照射装置。 The laser light irradiation apparatus according to claim 1, wherein the temperature variable element is a Peltier element. 前記半導体レーザの非駆動期間の供給電流を発振閾値電流に設定してなる
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ照射装置。 The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein a supply current during a non-driving period of the semiconductor laser is set to an oscillation threshold current. 前記半導体レーザの温度を検知する温度検知手段と、
事前に前記半導体レーザを前記目標温度に維持した状態で測定したＩ−Ｌ(Injection Current-Light output)特性データを記憶する記憶手段とを備え、
前記レーザ温度制御手段は、前記半導体レーザの駆動を開始する前に、前記記憶手段に記憶した前記Ｉ−Ｌ特性データを参照して前記所定時間が経過するまでの前記半導体レーザの発熱量を求めるとともに、前記半導体レーザの駆動開始直前に前記温度検知手段で検知した前記半導体レーザの温度と前記目標温度との差分に基づいて前記所要発熱量を求める
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ光照射装置。 Temperature detecting means for detecting the temperature of the semiconductor laser;
Storage means for storing IL (Injection Current-Light output) characteristic data measured in a state where the semiconductor laser is maintained at the target temperature in advance.
The laser temperature control means obtains the amount of heat generated by the semiconductor laser until the predetermined time elapses with reference to the IL characteristic data stored in the storage means before starting the driving of the semiconductor laser. The laser light according to claim 1, wherein the required heat generation amount is obtained based on a difference between the temperature of the semiconductor laser detected by the temperature detecting means and the target temperature immediately before the start of driving of the semiconductor laser. Irradiation device. 前記半導体レーザの温度を検知する温度検知手段と、
事前に測定した前記半導体レーザの発振閾値電流を記憶する記憶手段とを備え、
前記レーザ温度制御手段は、前記半導体レーザの立ち上がり時に、前記記憶手段に記憶した前記発振閾値電流を参照して前記半導体レーザの立ち上がり時間が経過するまでの前記半導体レーザの発熱量を求めるとともに、前記半導体レーザの発振直前に前記温度検知手段で検知した前記半導体レーザの温度と前記目標温度との差分に基づいて前記所要発熱量を求める
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ光照射装置。 Temperature detecting means for detecting the temperature of the semiconductor laser;
Storage means for storing the oscillation threshold current of the semiconductor laser measured in advance,
The laser temperature control means refers to the oscillation threshold current stored in the storage means at the time of startup of the semiconductor laser to determine the amount of heat generated by the semiconductor laser until the semiconductor laser rise time elapses, and The laser light irradiation apparatus according to claim 1, wherein the required heat generation amount is obtained based on a difference between the temperature of the semiconductor laser detected by the temperature detection unit and the target temperature immediately before oscillation of the semiconductor laser. 半導体レーザを発振させるための駆動期間において、
前記半導体レーザの駆動を開始してから所定時間が経過するまでの間はフィードフォワード制御によって前記半導体レーザの温度を制御し、
前記所定時間が経過した後はサーボ制御によって前記半導体レーザの温度を制御する
ことを特徴とするレーザ制御方法。 In the drive period for oscillating the semiconductor laser,
The temperature of the semiconductor laser is controlled by feedforward control until a predetermined time elapses after the driving of the semiconductor laser is started.
After the predetermined time has elapsed, the temperature of the semiconductor laser is controlled by servo control. 基板上に非晶質シリコン膜を成膜した後、前記非晶質シリコン膜をレーザアニール処理によって多結晶シリコン膜に転換させる薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記レーザアニール処理を行なう場合に、前記非晶質シリコン膜に照射されるレーザ光を出射する半導体レーザを発振させるための駆動期間において、前記半導体レーザの駆動を開始してから所定時間が経過するまでの間はフィードフォワード制御によって前記半導体レーザの温度を制御し、前記所定時間が経過した後はサーボ制御によって前記半導体レーザの温度を制御する
ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 A method of manufacturing a thin film transistor, wherein after forming an amorphous silicon film on a substrate, the amorphous silicon film is converted into a polycrystalline silicon film by laser annealing,
When performing the laser annealing treatment, a predetermined time elapses from the start of the driving of the semiconductor laser in the driving period for oscillating the semiconductor laser that emits the laser light applied to the amorphous silicon film. The method of manufacturing a thin film transistor, wherein the temperature of the semiconductor laser is controlled by feedforward control until a predetermined time, and the temperature of the semiconductor laser is controlled by servo control after the predetermined time has elapsed. 基板上に非晶質シリコン膜を成膜した後、前記非晶質シリコン膜をレーザアニール処理によって多結晶シリコン膜に転換させる薄膜トランジスタの製造工程を含む表示装置の製造方法であって、
前記レーザアニール処理を行なう場合に、前記非晶質シリコン膜に照射されるレーザ光を出射する半導体レーザを発振させるための駆動期間において、前記半導体レーザの駆動を開始してから所定時間が経過するまでの間はフィードフォワード制御によって前記半導体レーザの温度を制御し、前記所定時間が経過した後はサーボ制御によって前記半導体レーザの温度を制御する
ことを特徴とする表示装置の製造方法。 A method of manufacturing a display device including a thin film transistor manufacturing process in which after forming an amorphous silicon film on a substrate, the amorphous silicon film is converted into a polycrystalline silicon film by laser annealing treatment,
When performing the laser annealing treatment, a predetermined time elapses from the start of the driving of the semiconductor laser in the driving period for oscillating the semiconductor laser that emits the laser light applied to the amorphous silicon film. The temperature of the semiconductor laser is controlled by feedforward control until the time until, and the temperature of the semiconductor laser is controlled by servo control after the predetermined time has elapsed.
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CN111383916A (en) * 2018-12-28 2020-07-07 上海微电子装备（集团）股份有限公司 Laser annealing device for SiC substrate

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