专利名称：发光元件、发光元件模块及车辆用灯具的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光元件，特别涉及车辆用灯具使用的倒装芯片型发光元件、发光元件模块及车辆用灯具。
背景技术：
目前，作为发光元件(LED元件)，已知有在蓝宝石等光透过性生长基板上使III族氮化物系化合物半导体等半导体结晶生长而成的发光元件。在这种LED元件的安装中，已知有利用生长基板具有光透过性的特性使光从生长基板侧射出的倒装芯片安装(参照专利文献I)。在专利文献I记载的LED元件中，例如，如图I及图2所示，在层叠于蓝宝石基板上的第一接触层上，以露出的方式形成有位置形成为正方形的矩阵状的九个圆形的n电极， 并且还以各圆形的n电极被发光半导体层包围的方式形成有矩形的发光部。在该LED元件中，在第一接触层上依次层叠有包含被金属包层夹住的发光层的发光半导体层、第二接触层及P电极。在利用在P电极及n电极露出的一侧分别将这样的LED元件电连接的凸块(未图示)进行倒装芯片安装的情况下，可经由凸块高效地将伴随通过电流供给而实现的兀件发光而发生的发光半导体层的内部发热散发。在该LED兀件中，来自于与p电极对应的发光层的光从蓝宝石基板侧以包围n电极的方式放射(参照图2中的箭头)。此外，在倒装芯片型LED元件中，有将阴极电极和阳极电极分别设计为梳形并将相互的齿部分交替配置，从而将整体发光面形状设计为矩形的元件(参照日本专利文献2);或设计成使p电极为宽度宽的齿部分的梳形、并将细的n电极配置于p电极的宽度宽的齿部分之间，从而将整体发光面形状设计为矩形的元件(参照专利文献3)。专利文献I :日本特开2003-243709号公报专利文献2 日本特开2007-258276号公报专利文献3 :日本特开2007-300134号公报正在开发将LED元件用作光源(LED模块)的车辆用灯具，特别是在车辆用前照灯方面，一般地，由于LED元件具有朗伯亮度分布的指向性，所以，车辆用LED模块通常使用将多个矩形LED元件朝向同一方向配置为一列的长方形发光面的LED模块。在车辆用前照灯的凸透镜或组合有反射面的车头灯光学系统中，将长方形发光面LED模块配置在该光学系统的后方焦点附近来使用。由于车辆用前照灯要求高亮度，因此前照灯用LED模块需要可供给大电流且发光效率高的LED元件。因此，在LED模块中，适宜将可以利用多个凸块进行大电流的供给、不需要妨碍光放射的配线、缩短了元件的间隔的上述那样的倒装芯片型LED元件用于LED模块。另一方面，在分别配置于车辆前部的左右两侧的车辆用前照灯即车头灯的领域，要求照射在对向车辆彼此交会时前照灯不会给对面车驾驶员带来目眩且确保本车驾驶员的前方识别性的亮度分布的横长配光图案，即所谓交会用配光图案(参照图3)。关于该交会用配光图案(以下简称为配光图案)上的截止线，其本车线侧截止线相对于对向车线侧截止线从拐点倾斜一段向上或向斜上方的本车线侧延伸。这样一来，只要在配光图案的截止线的下方附近形成亮度分布，就可以大范围地照射本车的车辆前方路面。在可实现这样的配光图案的车头灯中，在LED模块高亮度化的同时还要求亮度分布的均匀性。因而，在LED模块中，考虑将多个上述倒装芯片型LED元件高密度地配置，但由于各元件的发光偏差而难以提高制造的成品率。考虑各LED元件的大面积化，但在倒装芯片型LED元件中，如图2所示，由于来自与p电极对应的发光层的光从蓝宝石基板侧以包围n电极(阴极电极)的方式放射，因此各LED元件的发光亮度分布的均匀性成为问题。即，由于配置有不存在发光半导体层的n电极的区域和该区域以外的区域的亮度明暗引起的亮度分布的不均匀性成为问题。在此，车头灯的配光图案一般根据该光学系统，在LED模块的亮度分布中，与产生横纹相比，产生纵纹对配光图案的照度不匀的影响小(在LED模块中产生的亮度不匀，相比横纹，纵纹利用车头灯用的光学系统被缓和，车头灯的配光图案的 照度不匀变小)。因此，LED模块优选形成不会产生横纹的亮度分布。
发明内容
本发明是鉴于这种情况而设立的，其目的在于提供一种适宜作为车辆用前照灯等的光源的、亮度分布均匀性优异的发光元件模块，特别是将形成在配光图案上不会产生横纹的亮度分布的多个发光元件排列为直线状而成的发光元件模块及车辆用灯具。为了实现上述目的，本发明提供一种发光元件，其在与矩形透明性基板相对的一侧具备第一电极及第二电极，放置成所述矩形透明性基板的相对的两边为水平方向，其特征在于，所述倒装芯片型发光元件具有矩形透明性基板；在所述矩形透明性基板上形成的基底半导体层；在所述基底半导体层上形成为岛状的多个第一电极；包含发光层的发光半导体层，所述发光层形成于所述基底半导体层上，包围所述多个第一电极中的各个并将他们分别分离开；在所述发光半导体层上形成的第二电极，所述第一电极以形成与所述矩形透光性基板的一边平行的多个电极列的方式配置，在将与所述电极列垂直且与所述矩形透光性基板的相对的两边平行的水平线中，以所述第一电极的最大电极宽度与所述第一电极交叉且与所述两边最接近的两个水平线设定为两个基准水平线的情况下，在所述电极列的相邻的两个电极列中，所述第一电极被配置为在所述两个基准水平线之间的水平线中的任一条水平线上都存在所述第一电极，在所述电极列的相邻的两个电极列中，所述第一电极形成为使所述两个基准水平线之间的所述水平线上的电极宽度的合计为所述两个基准水平线交叉的最大电极宽度的合计的35%以上且65%以下。根据本发明，在以所述矩形透明性基板的一边在一条直线上一致的方式排列倒装芯片型发光元件，且将所述一条直线的伸长方向设定为长度方向的发光元件模块的情况下，与脱离所述第一电极在所述水平线上的最大电极宽度的合计的35%至65%的范围的发光元件模块相比，可以提高来自所期望的光出射面的光亮度的均匀性，从而提高发光效率。另外，根据本发明，能够进一步提高来自所期望的光出射面的光亮度的均匀性，从而提高发光效率。为了实现上述目的，本发明的发光元件模块的特征为，具备多个上述发明的倒装芯片型发光元件，所述多个所述倒装芯片型发光元件被以所述倒装芯片型发光元件各自的所述矩形透光性基板的与所述电极列垂直的一边在一条直线上相一致的方式排列。为了实现上述目的，本发明的车辆用灯具的特征为，具备上述发明的发光元件模块、将所述发光元件模块以朝向前且所述发光元件模块的长度方向从前方观察为水平的方式进行固定的基部；配设于从所述基部上的所述发光元件模块向前方延伸的光轴上，且将从所述发光元件模块发出的光向前方投影的投影透镜。本发明的车辆用灯具的特征为，具备上述发明的发光元件模块、构成为通过将所述发光元件模块的光源像投影到车辆前方，在与车辆前端部正对的假想铅直屏幕上形成包含有截止线的车头灯用配光图案的投影光学系统，所述投影光学系统构成为使与所述电极列对应的像部分和所述配光图案中的截止线的水平线垂直。根据本发明的车辆用灯具，在使用以所述矩形透明性基板的一边在一条直线上一致的方式排列倒装芯片型发光元件，且将所述一条直线的伸长方向作为长度方向的发光元件模块的车辆用灯具的情况下，相比使用脱离所述第一电极在所述水平线上的最大电极宽度的合计的35%至65%的范围的发光元件模块的车辆用灯具，可提高配光图案的光亮度的均匀性。 根据本发明，在难以使从配置为一列的多个发光元件发出的光束相互重叠而均匀化的车辆用发光元件模块中，可以照射亮度均匀性优异的光。由此，可提供能够使用发光元件模块在截止线上配光一样的亮度分布的车辆用灯具。
图I是表示现有倒装芯片型LED元件的从发光面背侧观察的概略平面图。图2是图I中的线AA的倒装芯片型LED元件的概略剖面图。图3是表示车辆用前照灯的交会用配光图案的图像概略线图。图4是和配光图案图像例一起用于说明本发明实施方式的直接投影型光学系统的车头灯的要部的概略立体图。 图5是用于说明该直接投影型光学系统的车头灯的发光元件模块的要部的概略立体图。图6是用于说明本发明实施方式的发光元件模块的概略剖面图。图7是用于说明本发明实施方式的倒装芯片型发光元件的概略剖面图。图8是表示该倒装芯片型发光元件的从发光面背侧观察的概略平面图。图9中，(a)是现有LED模块的正面图；(b)是表示该LED模块发光时的亮度分布的线图；(c)是表示该LED模块的反转投影像的线图；及(d)是表示该LED模块的反转投影像的照度分布的线图。图10是用于比较说明多个实验例的倒装芯片型发光元件的n电极结构的从发光面侧观察的LED元件的概略平面图。图11中，(a)是用于说明该倒装芯片型发光元件的n电极的第一实验例的从发光面侧观察的概略部分平面图，及(b)是表示相对于基板的水平线的位置的两个n电极的电极宽度的合计值的变化的曲线图。图12中，(a)是用于说明该倒装芯片型发光元件的n电极的第二实验例的从发光面侧观察的概略部分平面图，及(b)是表示相对于基板的水平线的位置的两个n电极的电极宽度的合计值的变化的曲线图。图13中，(a)是用于说明该倒装芯片型发光元件的n电极的第三实验例的从发光面侧观察的概略局部平面图，及(b)是表示相对于基板的水平线的位置的两个n电极的电极宽度的合计值的变化的曲线图。图14中，(a)是用于说明该倒装芯片型发光元件的n电极的第四实验例的从发光面侧观察的概略局部平面图，及(b)是表示相对于基板的水平线的位置的两个n电极的电极宽度的合计值的变化的曲线图。图15是表示用于说明该实验例的发光元件模块的正面图和该发光元件模块的反转投影像I的观察结果的线图。图16中，(a)是用于说明比较例的倒装芯片型发光元件的n电极的从发光面侧观察的概略局部平面图，及(b)是表示相对于基板的水平线的位置的两个n电极的电极宽度的合计值的变化的曲线图。图17中，(a)是用于说明本发明的实施方式的变形例的倒装芯片型发光元件的n电极的从发光面侧观察的概略局部平面图，及(b)是表示相对于基板的水平线的位置的两个n电极的电极宽度的合计值的变化的曲线图。图18是本发明其它实施方式的变形例的倒装芯片型发光元件的从发光面侧观察的概略平面图。标号说明10直接投影型车头灯20LED 模块30投影透镜2ILED 元件22波长转换层51入射面52出射面I反转投影像H 线V 线B 凸块
具体实施例方式下面，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。另外，上下左右前后方向在此不进行限定，以具备本发明的发光元件的车辆用灯具作为前照灯而设置的情况为基准。
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车辆用前照灯已知大致分为组合了 LED模块、凸透镜及反射面的投射型光学系统的车头灯、不使用凸透镜而组合了车辆用LED模块和反射面的反射型光学系统的车头灯、以及不一定需要反射面而组合了车辆用LED模块和凸透镜的直接投影型光学系统的车头灯。作为反射面，有将焦点设定于LED模块附近的旋转抛物面系的连续反射面或将该旋转抛物面划分为多个小反射区域的所谓的多重反射器等。在组合反射面而进行配光的投射型光学系统车头灯及反射型光学系统车头灯中，也有光源的LED模块的投影像相对光轴旋转而倾斜地投影的部分，在上述的配光图案中出现明暗的横纹的情况较少。因此，在以下的实施方式中，对没有因反射面引起的LED模块的投影像的旋转的直接投影型光学系统车头灯进行说明，但本发明不限定于该直接投影型车头灯，不管怎样的光学系统都可以应用本发明。[直接投影型光学系统车头灯]通常，车辆用车头灯的配光图案需要如图3所示使光沿上下方向聚光且使其向左右方向扩散的图案。该扩散角度在上下方向为10度至15度左右，在左右方向为±30度至±60度左右，相对于上下方向，左右方向扩大约4倍至12倍程度进行扩散。另外，在水平线附近需要照度的明暗边界(所述截止线)，通过使光集中于该截止线附近，就能够将更多的光照射到远方，将更广的范围照亮。 为了实现这种车头灯所要求的配光图案，如图4所示，在直接投影型车头灯等投影光学系统10中，使用以使扩散角度在上下、左右变化，在上下方向使光向截止线附近聚光、在左右使其宽范围地扩散的方式使光折射的扁平的投影透镜30。在此没有详细地提及，但对于用于照射步行者侧的倾斜15度或45度的截止线也可以用相同的原理说明，可以在倾斜15度的方向、倾斜45度的方向使投影透镜的局部的扩散角度变化来实现。另外，根据同样的理由，即使被投影的LED光源的发光形状本身也优选上下方向短、左右方向长，上下方向和左右方向的比率适宜为I : 2至I : 6，可以抑制投影透镜的扁平率而适当地对光进行控制。图4表示利用投影透镜30投影到与光轴Ax垂直的假想平面(线V —线H平面)的LED光源(LED模块20)的投影像。图5是投影光学系统10的LED模块20 (LED光源)的概略立体图。如图5所示，LED模块20具备例如呈矩形发光面的四个排列在一条直线的矩形LED元件21、装入这些矩形LED元件21的陶瓷制长方形壳体20ca。如图4及图5所示，投影光学系统10具备支承基部11，在支承基部11的前侧，利用粘接剂以外的其它固定部件等固定装置(未图示)接合有LED模块20，LED模块20被固定为向前且从前方观察，LED模块20的长度方向为大致水平。在支承基部11的后侧，设有散热片(未图示)等散热
>J-U装直。如图4及图5所示，通过使LED光源的矩形发光面的下端20a与投影透镜30的光轴Ax大致一致，用投影透镜透射并被反转投影，矩形发光面的下端在上述假想平面上被投影到截止线侧。在此，图4表示LED光源的投影像通过投影透镜的某一点而被投影到上述假想平面上的投影像，若进一步进行说明，则表示以通过投影透镜30的点LO的光线形成的投影像为像10、通过点LI的光线形成的投影像为像II、通过点L2的光线形成的投影像为像12的方式，根据投影透镜的透射位置所形成的投影像。简而言之，可以说车头灯的配光图案是通过如上所述使被投影透镜的某点折射而被投影的光源的投影像适当地重叠而形成的。上述的上下方向的扩散角度小是指被投影的上述光源像在上下方向较多地重叠，实际上是指在截止线附近使非常多的光源像一致。
同样地，左右方向的扩散角度大是指被投影的光源像在左右方向大范围地分布且
不重叠。在该上述光源像重叠较多的部分或光源像一致的部分，光源的亮度分布不匀的影响在配光图案的照度分布上被明显地显现出来。另外，在投影光学系统10中，虽然未图示，由于是遮住来自光源的光的一部分而形成截止图案，因此可以将遮光物配置于任意位置。[LED 模块]如图6所示，在LED模块20的长方形壳体20ca的前面凹部的底上设有配线图案20pp，在配线图案20pp上经凸块B电连接有LED元件21的p电极及n电极。此外，LED模块20如下构成，即具备以覆盖LED元件21的发光面的方式配置的波长转换层22 (荧光体层)，使来自LED元件21的光中透过波长转换层22的光和来自被来自LED元件21的光激励而发光的波长转换层22的光向前方发光。例如，LED模块20发出包含来自LED元件21的蓝色光中透射过波长转换层22的蓝色光成分和来自被来自LED元件21的蓝色光激励而发光的波长转换层22的黄色光成分的白色光(疑似白色光)。作为波长转换层22，可以使用例如被来自LED元件21的蓝色光激励而发黄色光的荧光体(例如分散有YAG系荧光体粒子等荧光体粒子的树脂层)。[LED 元件]如图7所示，LED元件21具备形成于矩形的基板21a的单面的n型半导体层21b、在n型半导体层21b表面上形成为岛状的n电极21c、以包围n电极21c的方式形成于n型半导体层21b表面上的活性层21d、形成于活性层21d表面的p型半导体层21e、形成于p型半导体层21e表面的透明电极21f、由在透明电极21f表面形成的反射性金属构成的p电极21g。在LED元件21中，形成有全部覆盖并保护形成于上述基板21a的单面上的构成要素的保护膜21h。但是，在保护膜21h上形成有用于使n型半导体层21b和p电极21g露出而接合各个凸块B的开孔。基板21a例如为对蓝色光具有透射性的蓝宝石基板等单晶基板。n型半导体层21b例如为n-GaN层等氮化物半导体层。活性层21d为例如InGaN层等发光层。p型半导体层21e例如为P-GaN层等氮化物半导体层。透明电极21f为AuNi或ITO等的薄膜且为低电阻的透明电极。透明电极21f用于补偿比n型半导体层21b电阻率高的p型半导体层21e的电流扩散。P电极21g例如为对蓝色光具有高反射率的电极。p电极21g以将各个形成为岛状的多个n电极21c分离开并包围的方式形成于大致整个区域上。关于n电极21c，后面进行叙述。根据本实施方式的LED元件21，由于p电极21g的反射作用，相比面朝上(faceup)型的LED元件可增大输出。另外，在本实施方式的LED元件21中，因为能够以比n电极大的面积使用散热效果高的P电极21g，所以，相比面朝上型LED元件，可以防止或缓和由于供给大电流而引起的LED元件21的发热的影响(发光亮度的降低等)。下面，对LED元件21的制造方法进行说明。准备蓝宝石基板21a，利用MOCVD使半导体层(n型半导体层21b、活性层21d、p型半导体层21e等)外延生长。在半导体层的生长中，将蓝宝石基板21a投入到MOCVD装置后，在氢气氛围中进行10分钟的1000°C的热清洗。供给TMG (三甲基镓)及NH3而形成由GaN层构成的缓冲层(未图示)。接着，作为TMG、NH3及掺杂气体供给SiH4,形成由n型GaN层构成的n型半导体层21b。然后，在n型半导体层21b上形成活性层21d。本实施例中，对活性层21d应用了由InGaN/GaN构成的多重量子井构造。即，以InGaN/GaN为I周期进行5个周期的生长。具体而言，供给TMG、TMI (三甲基铟)、NH3而形成InGaN井层，然后供给TMG、NH3而形成GaN屏障层。通过反复进行5个周期的该处理而形成活性层21d。接着，作为TMG、TMA(三甲基招)、NH3 及参杂剂而供给 Cp2Mg(bis_cycloPentadienyl Mg( 二茂镁)),形成 p 型 AlGaN 包层(未图示)。然后，作为TMG、NH3&参杂剂而供给Cp2Mg,形成由p型GaN层构成的p型半导体层21e。接着，从晶片上方实施干蚀刻，以使n型半导体层21b (n型GaN层)的一部分露出。在通过光刻法重新形成如覆盖n型半导体层21b (n型GaN层)露出的部分那样的抗蚀剂图案后，以覆盖P型半导体层21e的方式形成由ITO构成的透明电极21f。然后，通过电子束蒸镀法形成P电极21g。例如，p电极21g为由Ag/Ti/Pt/Au构成的多层膜。p电极21g也 可以通过电阻加热蒸镀来形成。之后，用去除剂除去抗蚀剂图形。接着，在n型半导体层21b (n型GaN层)的露出面上依次堆积Ti及Al，进而为了提高焊接性，通过在最表面堆积Ti/Au而形成n电极21c。在形成n电极21c时,在形成有各该电极的部分以外，用光刻法等形成有掩模，在形成n电极21c后，用去除剂除去掩模。如图8所示，p电极21g例如以将各个形成为大致圆形的岛状的六个n电极21cx、21cy分别分离开并将其包围的方式，在p型半导体层21e的大致整个区域上形成。另外，岛状的n电极21cX、21cy的形状不限于圆形，只要为椭圆等曲线形状即可，优选为含有在后述的水平线的垂直方向上相互反向地为凸的曲线的形状。接着，在形成用于各电极的凸块用开孔的部分以外，通过光刻法等形成有掩模，用SiO2, SiN等保护膜21h覆盖并保护形成于基板21a的单面上的全部构成要素。由此，制成LED元件21。另外，已经说明的上述LED元件21为形成于蓝宝石基板上的元件，但不限定于此，对于被碳化硅基板等支承的倒装芯片LED元件也适用。此外，在上述中说明了当设第一电极为n电极且第二电极为p电极时，在第二电极的p电极侧配置有进行发光的活性层的实施方式，但将第一电极和第二电极调换，设第一电极为P电极且第二电极为n电极并在第二电极的n电极上配置有进行发光的活性层的倒装芯片LED元件中，也可应用本发明。无论如何，只要将广面积的发光活性层侧的电极设定为反射性的第二电极，且形成有岛状的多个第一电极即可。下面，对本实施方式的LED模块的制造工序进行说明。预先准备在前面凹部的底上具备表面形成有与凸块对应的电极配线焊盘的配线图案20pp的陶瓷制长方形壳体，向该电极配线焊盘上供给凸块。在供给了凸块的壳体上将特性一致的四个上述所制造的LED元件21，以规定间隔配置成一列，且使得各LED元件21的矩形透明性基板的一边在一条直线21a(图5的下端20a)上一致。此时，LED元件21的凸块用开口与凸块相对而配置。如图6所示，将LED元件21经由接合材料(凸块B)通过例如施加超声波和负荷的凸块接合而安装到配线图案20pp的安装部。接着，形成波长转换层22。例如，将混合了硅酮树脂材料和YAG系荧光体粒子的混合物(材料混合液)，用分配器等滴下。涂敷膜形成为一体地覆盖四个LED元件21的一张长方形膜。涂敷膜表面的凹凸必须被调平。另外，因为涂敷膜被形成为一张膜，所以，各LED元件21上部的荧光体浓度是一定的。使涂敷膜维持其形状而固化，形成波长转换层22。由此，制成LED模块20。[LED元件的n电极结构]如图8所示，在本实施方式中，在倒装芯片型LED元件的矩形的基板的单面侧形成有相同大小的多个n电极21cx、21cy及包围这些各个n电极的p电极21g。多个n电极21形成多列，在各列中多个电极直线地等间隔地排列(图8中，排列有由三个n电极21cx构成的n电极列Rl和由三个n电极21cy构成的n电极列R2这两列)。多个n电极如下配置，即在与矩形基板21a的与上述n电极列R1、R2垂直的相对的两边(21uX、21uy)平行的水平线PL中，与n电极以该n电极的最大电极宽度交叉且与该两边最接近的两个基准水平线PLux、Pluy之间的水平线PL上，存在任意一个n电极。
另外，n电极如下地形成并配置，即冰平线PL上的各电极宽度(n电极列Rl的n电极21cx的电极宽度X和n电极列R2的n电极21cy的电极宽度y)的合计在各电极的最大电极宽度的合计(X+Y)的二分之一的±30%以内，也就是在各电极的最大电极宽度的合计(X+Y)的35%以上且65%以下。换言之，多个n电极形成为，在水平线PL上存在相邻的n电极列的n电极21cx、21cy中的至少任一个，且满足下式。0. 7X (X+Y)/2 彡(X 十 y)彡 I. 3X (X 十 Y)/20 ^ X ^ X ^ Z/20 ^ y ^ Y ^ Z/2上式中，X表示n电极21cx的水平线PL上的电极宽度，y表示n电极21cy的水平线PL上的电极宽度，X表示n电极21cx的水平线PL上的最大电极宽度，Y表示n电极21cy的水平线PL上的最大电极宽度，Z表示矩形基板21a的与n电极列垂直的边(与水平线PL平行的边)的长度。如上规定n电极的理由是基于下述根据。(I)当在水平线PL上不存在n电极时，成为局部地产生明亮区域的不匀(以下称作亮的不匀)的原因。(2)当在某水平线PL上存在多个n电极，在其水平线PL上的重叠宽度大、在其它水平线PL上不重叠或重叠宽度小时，成为在重叠宽度大的水平线上局部地产生暗区域的不匀(以下称作暗的不匀)的原因。根据在n电极的上表面和p电极的上表面上有无发光层，该亮的不匀和暗的不匀的横纹现象由在n电极上方变暗(参照图2)引起。实际上，在使用在同一线上排列有多个现有倒装芯片型LED元件的LED模块而构成车头灯的情况下，在照射配光图案时存在以下问题，即出现与排在一条线上的相邻的元件的n电极(阴极电极)对应的三条暗横纹。例如，如图9(a)所示，在将具备排列于水平线上的四个现有的矩形LED元件23(参照图I)的LED模块20用于直接投影型光学系统车头灯10的情况下(参照图5)，如图9(b)所示，在水平线的垂直方向上形成在n电极上方变暗的亮度分布，在LED元件的发光面(上下方向纵剖面)上，形成周期性的亮度分布。如图9(a)所示，水平线PLA上排列有多个n电极且水平线PLB上没有n电极，由此，如图9 (c)所示，在假想屏幕上，在配光图案的LED模块的重叠的反转投影像I中，显现出三条暗的横纹(四条亮的横纹)作为上下方向的照度分布(图 9(d))。本发明的实施方式的车辆用灯具具备包括图4所示的投影透镜30的投影光学系统10，投影光学系统10构成为通过将LED模块20的光源像(包括n电极列Rl和n电极列R2)向车辆前方进行投影，在正对车辆前端部的假想铅直屏幕上形成包括截止线的车头灯用配光图案。与该投影光学系统10的LED模块20的n电极列Rl及n电极列R2相对应的反转投影像I的像部分IRl及IR2垂直于配光图案上的截止线的水平线。对于本发明的实施方式，使用图7及图8，以配置有两列电极列的发光元件为例进行了说明，但在本发明中，电极列不限定于配置两列，也可以配置三列以上。在该情况下，相邻的两个电极列配置为，在平行于与电极列垂直的相对的两边的水平线中，与电极以该电极的最大电极宽度交叉且与该两边最接近的两个基准水平线之间的水平线PL上，存在任意一个的n电极，且，n电极以如下方式来配置电极，即，水平线PL上 的各电极宽度(n电极21cx的电极宽度X和n电极21cy的电极宽度y)的合计为各电极的最大电极宽度的合计(X+Y)的35%以上且65%以下。另外，对于本发明的实施方式，使用图7及图8，以在一个电极列上配置了多个电极(三个电极)的发光元件为例进行了说明，但本发明中，一个电极列的电极数可以任意设定，也可以如后述变形例那样设置一个。实施例鉴于使用这样的现有的LED模块构成车头灯时的横纹现象的原因，发明人对于嵌入了由配置成一列的多个LED元件构成的LED模块的车头灯光学系统的配光图案和其LED元件的n电极结构，反复进行了实验和探讨，结果发现，利用这样的n电极结构，可提高LED模块的亮度分布的均匀性，找到了减少配光图案上的照度分布不匀的条件，完成了本实施方式。即，使改变了 n电极的形式的LED模块的车头灯利用车头灯光学系统进行配光，通过目视对其配光图案有无照度不匀进行了评价，根据试验结果发现，在与一个矩形LED元件平行的任意一水平线PL上，配置n电极在水平线PL上重叠(存在)的n电极，并且，将n电极在该水平线PL上重叠的程度设定为，在水平线PL上相邻的两个电极的宽度的合计为该各电极的最大宽度的合计的二分之一的±30%以内，即该各电极的最大宽度的合计的35%以上且65%以下，由此可实现目视几乎不能确认明暗不均的效果。对与水平线PL上的两个相邻的电极列的n电极的重叠程度对应的横纹产生程度进行了实验。供实验的LED元件为上述已说明的元件，在480 ii mX480 ii m的正方形基板上以一列三个n电极的方式配置有两列。各n电极为直径80 iim的圆形，第一列电极的中心和第二列电极的中心的水平距离为120 iim。多个n电极沿与水平线PL垂直的方向在一条直线上对齐而配置成列状。在此，如图10所示，作为LED元件21的n电极结构，将两个n电极分别通过共同的水平线PL相接的情况作为第一实验例Exl，将与一个水平线PL重叠的两个n电极的宽度(电极与水平线重叠的部分的线段的长度(即电极的宽度))依次增加的情况分别作为第二、第三及第四实施例Ex2、Ex3及Ex4。使用图11至图14对在第一、第二、第三及第四实施例Exl、Ex2、Ex3及Ex4的LED元件21的水平线PL上相邻的n电极列的两个n电极重叠的(在投影的情况下看起来重叠的状态)程度进行说明。如图11所示，在第一实验例Exl的LED元件21中，将通过左边的n电极21cx的中心的水平线的位置设为Oiim位置，左右的n电极21cx、21cy在左边的n电极21cx的半径40 ii m的位置处相接于某水平线PL上。两个n电极21cx、21cy沿水平线向垂直方向错开80 ii m(中心间隔)。于是，使水平线PL每次偏移2. 5 ii m，从通过左边电极2Icx的中心的水平线的0 y m位置起平行移动直至通过右边电极21cy的中心的水平线的80 y m的位置，来描绘出这两个n电极在同一水平线上的电极宽度(水平线与n电极交叉的长度)的合计 值(以下称作电极宽度合计值)。从图11可知，在水平线的40i!m的位置处位于水平线上的左右的n电极21cx、21cy的电极宽度合计值最小,为0 y m。第一实施例Exl中，水平线上的电极宽度的合计值为0 ii m 80 U m(各电极宽度的最大宽度的合计160 ii m的0% 50% )。如图12所示，在第二实施例Ex2的LED元件21中，将通过左边的n电极21cx的中心的水平线的位置设为0 y m位置，右边的n电极21cy沿水平线在垂直方向偏移70 y m(中心间隔)。因此，使水平线PL每次偏移2. 5 y m，从通过左边的n电极21cx的中心的水平线的0 y m位置起平行移动直至通过右边n电极21cy的中心的水平线的70 y m位置，来描绘出这两个n电极的电极宽度合计值。从图12可知，在水平线的35 iim位置处，电极宽度合计值最大。在第二实施例Ex2中，水平线上的电极宽度的合计值为52.9211111 8011111(各电极宽度的最大宽度的合计160 u m的约33% 50% )。如图13所示，在第三实施例Ex3的LED元件21中，将通过左边的n电极21cx的中心的水平线的位置设为Oiim位置，右边的n电极2 Icy沿水平线向垂直方向偏移65 iim(中心间隔)。因此，使水平线PL每次偏移2. 5 y m，从通过左边n电极2Icx的中心的水平线的0 U m位置起平行移动直至通过右边n电极2Icy的中心的水平线的65 U m位置，来描绘出这两个n电极的电极宽度合计值。从图13可知，在水平线的32. 5 iim位置处，电极宽度合计值最大。在第三实施例Ex3中，水平线上的电极宽度的合计值为62. 45 ii m 93. 28 ii m (各电极宽度的最大宽度的合计160 u m的约39% 58% )。如图14所示，在第四实施例Ex4的LED元件21中，将通过左边的n电极21cx的中心的水平线的位置设为0 y m位置，右边的n电极2 Icy沿水平线向垂直方向偏移55 y m (中心间隔)。因此，使水平线PL每次偏移2. 5 y m，从通过左边n电极2Icx的中心的水平线的0 U m位置起平行移动直至通过右边n电极2Icy的中心的水平线的55 U m位置，来描绘出这两个n电极的电极宽度合计值。从图14可知，在水平线的27. 5 iim位置处，电极宽度合计值最大。在第四实施例Ex4中，水平线上的电极宽度的合计值为74. 16iim 116.18iim^电极宽度的最大宽度的合计160 u m的约46% 73% )。将第一、第二、第三及第四实验例Exl、Ex2、Ex3及Ex4的LED元件各四个，沿水平线PL方向配置成一条直线，制作上述已说明的LED模块。分别制作这些实验例Exl、Ex2、Ex3及Ex4的LED模块，作为上述已说明的直接投影型光学系统车头灯。用实验例Exl、Ex2、Ex3及Ex4的直接投影型光学系统车头灯向前方投射LED模块的反转投影像I，作为配光图案，并观察该反转投影像I。图15表示实验例Exl、Ex2、Ex3及Ex4的LED模块的反转投影像I的观察结果。在实验例Exl中，在与左右的n电极21cx、21cy不重叠的水平线对应的水平线上可以观察到一些明亮的线，产生了与n电极的垂直方向偏移80 y m的间距对应的横纹。在实验例Ex2中，在与左右n电极21cx、21cy重叠的水平线对应的区域上，与实验例Exl相比，LED模块的局部的明亮不匀变得缓和，配 光图案的横纹被缓和，但目视仍可以确认到配光图案上的横纹。在实验例Ex3中，观察不到LED模块的亮度不匀、配光图案的横纹。在实验例Ex4中，在与左右n电极21cx、21cy重叠的水平线对应的区域上可以观察到暗线，产生了与n电极的垂直方向偏移50 ii m的间距对应的横纹。根据以上第一、第二、第三及第四实验结果，在与矩形LED元件的一边平行的任意一条水平线PL上，都配置n电极重叠(存在)于水平线PL上的n电极，将该水平线PL上n电极重叠的程度设定为使得在水平线PL上相邻的两个电极的宽度的合计在该各电极的最大宽度的合计的二分之一的±30%以内，即该各电极的最大宽度的合计的35%以上且65%以下,在本实验例中为56 ii m 104 U m(n电极的最大宽度80 u m),由此,通过目视几乎确认不到明暗不匀。另外，在实验例Exl和Ex4中出现明亮的横纹。因而，当考虑上述水平线PL上n电极重叠的程度时，各n电极的形状也应设定为使得n电极在水平线PL上的各电极宽度的合计为各电极的最大宽度的合计的35%以上且65%以下。例如，如图16所示的比较例，在LED元件21中，将通过两个正方形的n电极(80 UmX 80 u m)的左边的n电极2Icx的中心的水平线的位置设为0 y m位置，右边的n电极2Icy沿水平线向垂直方向偏移65 ii m(中心间隔)而构成时，水平线PL每次偏移2. 5 y m，从通过左边的n电极21cx的中心的水平线的Oiim位置起平行移动直至通过右边n电极21cy的中心的水平线的65 y m位置，来描绘出这两个n电极的电极宽度合计值，很明显，在包括水平线的32. 5 ii m位置的水平线PL上n电极重叠的部分，其电极宽度合计值为160 y m，因为最大电极宽度的合计为160 iim，所以不包含于最大电极宽度的合计的35%以上且65%以下的范围内。该情况下，与上述实验例Ex4同样，在配光图案上出现明亮的横纹。S卩，即使n电极重叠在水平线PL上，如果不是水平线PL上的各电极宽度的合计为各电极的最大宽度的合计的35%以上且65%以下那样的电极形状及电极配置，则不能消除横纹。[变形例I]在上述实施例中，以在两个电极列上各配置三个电极的LED元件为例进行了说明，但在本变形例的LED元件中，也可以在两个电极列上各配置一个电极。如图17 (a)所示，作为这样的变形例的LED元件21的n电极，n电极列Rl的n电极21cx及n电极列R2的n电极21cy分别形成有一个。n电极21cx、21cy分别由具有最大电极宽度的电极本体212和从电极本体212伸长的伸长部213构成。各伸长部213为例如距离直径为80 iim的圆形的电极本体212的中心为220 iim的长度的矩形伸长部(宽度40iim)。n电极21cx、21cy的各自的矩形伸长部213沿与水平线垂直的方向相互反向地平行伸长，电极本体212的中心间距为245 u m。这里，如图17(a)所示，使水平线PL每次偏移2.5 iim，从通过左边的n电极21cx的中心的水平线的Oiim位置起平行移动直至通过右边的n电极21cy的中心的水平线的245 pm位置，来描绘出这两个n电极的同一水平线上的电极宽度(水平线与n电极交叉的长度)的电极宽度合计值。其结果如图17(b)所示。如从图17(b)可知的那样，在水平线的25 ii m 220 u m位置处，电极宽度合计值最大。在本变形例中，水平线上的电极宽度的合计值为62. 45 iim 80 iim。根据图17的实验结果，在与矩形LED元件的一边平行的任意一条水平线PL上，在水平线PL上配置n电极的伸长部213重叠的n电极。同时，将n电极在该水平线PL上重叠的程度设定为，在水平线PL上相邻的两个电极的宽度的合计为上式的0. 7 X (X+Y)/2彡(x+y)彡I. 3 X (X+Y)/2的范围内，即在该各电极的最大宽度的合计的35%以上且65%以下,为56 ii m 104 U m(n电极的最大宽度80 y m)，由此，在本变形例中在目视的情况下也几乎确认不到配光图案上的明暗不匀。[变形例2]此外，如图18(a)及(b)所示，在LED元件中，可以在n电极列的各列中的分别最 接近于矩形透明性基板21的两边(21ux、21uy)的左右的n电极21cx、21cy上分别设置扩大部214。扩大部214具有与左右的n电极21cx、21cy各自的最大电极宽度相等的宽度，伸长到P电极21g的缘部(第二基准水平线PLux2、PLuy2)。即利用该扩大部214，将基准水平线间的范围自基准水平线PLux、Pluy扩大到外侧的两个第二基准水平线PLux2、PLuy2。在该第二基准水平线PLux2、PLuy2之间的范围内，n电极在任意一条水平线PL2上重叠的程度都满足在水平线上相邻的两个电极的宽度的合计在上式的
0.7X (X+Y)/2 ( (x+y) ( I. 3X (X+Y)/2的范围内，即该各电极的最大宽度的合计的35%以上且65%以下的条件。因此，在该变形例2中，在目视的情况下，几乎确认不到配光图案上的明暗不匀。另外，图18(a)所示的LED元件除了具有左右的n电极21cx、21cy朝向矩形透明性基板21a的一边扩大的扩大部214以外，其它与图8所示的元件相同。图18(b)所示的LED元件具有左右的n电极21cx、21cy朝向矩形透明性基板21a的一边扩大的扩大部214，除此以外，其它与图17(a)所示的元件相同。根据图18(a)及(b)所示的LED元件，由于LED模块的投影像的周缘部的亮度降低，因此在与该周缘部相关的上述配光图案上出现明暗横纹的现象进一步减少。另外，在实施方式中，作为一个例子，对组合蓝色LED元件和将蓝色发光作为激励光而发黄橙色荧光的波长转换层，将蓝色光和黄橙色混色而得到白色的白色LED模块进行了说明，但本发明中发光色不限定于白色，对于波长转换材料也可以任意组合。另外，本发明也能够适用于车辆用前照灯以外的照明装置。
权利要求
1.一种倒装芯片型发光元件，其在与矩形透明性基板相对的一侧具备第一电极及第二电极，放置成所述矩形透明性基板的相对的两边为水平方向，其特征在于，所述倒装芯片型发光元件具有 在所述矩形透明性基板上形成的基底半导体层； 在所述基底半导体层上形成为岛状的多个第一电极； 包含发光层的发光半导体层，所述发光层形成于所述基底半导体层上，包围所述多个第一电极中的各个并将它们分别分尚开； 在所述发光半导体层上形成的第二电极， 所述第一电极以形成与所述矩形透光性基板的一边平行的多个电极列的方式配置， 在将与所述电极列垂直且与所述矩形透光性基板的相对的两边平行的水平线中，以所述第一电极的最大电极宽度与所述第一电极交叉且与所述两边最接近的两个水平线设定为两个基准水平线的情况下，在所述电极列的相邻的两个电极列中，所述第一电极被配置为在所述两个基准水平线之间的水平线中的任一条水平线上都存在所述第一电极， 在所述电极列的相邻的两个电极列中，所述第一电极形成为使所述两个基准水平线之间的所述水平线上的电极宽度的合计为所述两个基准水平线交叉的最大电极宽度的合计的35%以上且65%以下。
2.如权利要求I所述的倒装芯片型发光元件，其特征在于， 所述第一电极为圆形。
3.如权利要求I或2所述的倒装芯片型发光元件，其特征在于， 所述第一电极为n电极且所述第二电极为p电极。
4.一种发光元件模块，其特征在于，具备多个权利要求I 3中任一项所述的所述倒装芯片型发光元件，所述多个所述倒装芯片型发光元件被以所述倒装芯片型发光元件各自的所述矩形透光性基板的与所述电极列垂直的一边在一条直线上相一致的方式排列。
5.一种发光兀件模块，其特征在于， 具备多个权利要求I 3中任一项所述的所述倒装芯片型发光元件，所述多个倒装芯片型发光元件被以所述倒装芯片型发光元件各自所具备的所述第一电极的电极列相互平行的方式排列。
6.一种车辆用灯具，其特征在于，具备 权利要求4或权利要求5所述的发光元件模块； 将所述发光元件模块以向前且所述发光元件模块的长度方向从前方观察为水平的方式进行固定的基部； 配设于从所述基部上的所述发光元件模块向前方延伸的光轴上，且将从所述发光元件模块发出的光向前方投影的投影透镜。
7.—种车辆用灯具，其特征在于，具备 权利要求4或权利要求5所述的发光元件模块； 构成为通过将所述发光元件模块的光源像投影到车辆前方，在与车辆前端部正对的假想铅直屏幕上形成包含有截止线的车头灯用配光图案的投影光学系统， 所述投影光学系统构成为使与所述电极列对应的像部分和所述配光图案中的截止线的水平线垂直。
8.一种倒装芯片型发光元件，其在矩形透明性基板的同一表面侧具备第一电极及第二电极，所述矩形透明性基板设有相对的第一边及第二边、以及与第一边垂直的第三边及第四边，其特征在于，所述倒装芯片型发光元件具备 在所述矩形透明性基板上形成的基底半导体层； 在所述基底半导体层上形成为岛状的多个第一电极； 包含发光层的发光半导体层，所述发光层形成于所述基底半导体层上，包围所述多个第一电极中的各个并将它们分别分尚开； 在所述发光半导体层上形成的第二电极， 所述第一电极被配置为形成至少具有与所述矩形透光性基板的第一边平行的第一电极列及第二电极列的多个电极列， 将通过所述第一电极列的与所述矩形透光性基板的第三边最接近的第一电极且与所述第三边平行的平行线中，通过如下位置的平行线设定为第三边侧基准线该位置是成为与该第一电极交叉时的最大电极宽度的位置， 将通过所述第二电极列的与所述矩形透光性基板的第四边最接近的第一电极且与所述第四边平行的平行线中，通过如下位置的平行线设定为第四边侧基准线该位置是成为与该第一电极交叉时的最大电极宽度的位置， 所述第一电极被配置成，在所述第三边侧基准线与第四边侧基准线之间，与所述第三边不平行而偏移的平行线都与任意一个第一电极交叉， 进而，在所述第三边侧基准线与第四边侧基准线之间，所述第一电极列及第二电极列的第一电极的电极宽度形成为，与平行于所述第三边的平行线交叉的第一电极列的第一电极的电极宽度和第二电极列的第一电极的电极宽度的合计为所述两个基准线的最大电极宽度的合计的35%以上且65%以下。
全文摘要
提供配光图案不产生横纹的多个发光元件直线状排列的亮度均匀性优异的发光元件模块用的发光元件，及发光元件模块、车辆用灯具。发光元件有基底半导体层，在矩形透明性基板上形成；多个第一电极，在基底半导体层上形成为岛状；发光半导体层，包含形成于基底半导体层上、包围各个第一电极并将他们分离开的发光层；第二电极，在发光半导体层上形成。第一电极形成与基板的一边平行的多个电极列。将与电极列垂直且与基板的相对的两边平行的水平线中，以第一电极的最大电极宽度与第一电极交叉且与两边最接近的两个水平线设定为两个基准水平线。在相邻两个电极列中，第一电极配置为在两个基准水平线之间的任一条水平线上都存在第一电极。在相邻的两个电极列中，第一电极被形成为两个基准水平线之间的水平线上的电极宽度合计为两个基准水平线交叉的最大电极宽度合计的35％以上65％以下。
文档编号H01L33/38GK102683535SQ201210144259
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月19日 优先权日2011年3月17日
发明者上野一彦, 谷田安 申请人:斯坦雷电气株式会社