CN102983146B - 能够降低不均匀亮度分布的led阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了能够降低不均匀亮度分布的LED阵列。用于LED阵列的发光元件包括：电极层；半导体发光层，其由p型半导体层、有源层和n型半导体层组成；第一布线层，其沿着所述半导体发光层的一个边形成并且与该边平行；以及多个第二布线层，其从所述第一布线层延伸到所述半导体发光层，并且电连接到所述半导体发光层的表面上的所述n型半导体层，其中，所述半导体发光层的平面形状包括两个短边，该两个短边包括相对于与上边和下边垂直的线倾斜的一部分，并且从所述上边与所述短边相交的顶点起的垂线与相邻发光元件的所述下边交叉。

Description

能够降低不均匀亮度分布的LED阵列
发明领域
本发明涉及半导体发光元件阵列以及使用这些半导体发光元件阵列的车辆用灯具。
背景技术
对于在车辆头灯、照明设备等中使用的发光二极管（LED）元件而言，需要高功率。如果简单地放大元件的尺寸，则驱动电流变得太大，且变得难以使电流在元件中均匀地流动。因此，为了获得高功率LED，多个LED元件串联设置以形成LED阵列（例如，参照日本特开专利公报No.2001-156331）。
在车俩头灯等的应用中，需要长方形（oblong）LED阵列。然而，LED元件的数量增加并不是优选的，因为元件之间的非发光区域的比例增加。因而LED阵列中的各个LED元件的形状变成长方形。
图10A是示出常规LED阵列600的示意性平面图，图10B是图10A所示的LED阵列600的简化横截面图。
一般而言，常规LED阵列600具有设置且串联连接在绝缘支撑基板上的4个氮化物半导体发光元件。在GaN基白光LED元件的情况下，在蓝宝石基板上形成LED结构，粘附支撑基板，分离蓝宝石基板，并形成电极。
各个LED元件601具有由n型GaN层621、有源层622和p型GaN层623组成的GaN基发光部602、形成在发光部602的背面上的p电极612、设置在发光部602的右短边上且以预定间隔平行于该短边的布线电极（第一布线层）611以及设置在发光部602的表面上平行于发光部602的长边并利用布线电极611连接n型GaN层621的布线电极（第二布线层）608。水平（沿LED元件601的纵向）相邻的LED元件601通过将一个（左边的）LED元件601的布线电极611形成在相邻（右边的）LED元件601的p电极612上，以利用右边元件的p型GaN层623连接左边元件的n型GaN层621。
荧光体层631密封安装在基板630上的多个LED元件601。例如，当LED元件601是蓝光LED元件时，可以通过蓝光LED元件与黄色荧光体的组合来制造白光LED阵列600。在该情况下，黄色荧光体被预先添加到透明树脂，并且LED元件601由添加有荧光体的透明树脂密封。
此外，图10A中的发光部602的阴影线指示亮度分布，其中，阴影线的密度增加指示亮度增加。
当布线电极611被设置为平行于LED元件601的短边且n型GaN层621上的布线电极608被设置为平行于LED元件601的长边时，例如，宽度约为10μm的布线电极608的长度变长且其布线电阻变大。因此，注入电流从右电源侧向左侧减小且产生不均匀的亮度分布。
此外，因为宽度约为40μm的布线电极611被设置在LED元件601之间，所以LED元件601之间的间隔变宽且亮度减小；因此，在元件的中心与外围区域之间产生不均匀的亮度分布。如果利用由上述常规LED元件601组成的LED阵列600制造头灯等，则在投影像中产生不均匀亮度。
图10C和图10D是示出LED阵列600沿着图10A中的线e-f的亮度分布的图。图10C示出在没有作为蓝光LED阵列的荧光体层631的情况下LED阵列600沿着线e-f的亮度分布，并且图10D示出在具有作为白光LED阵列的荧光体层631的情况下LED阵列600沿着线e-f的亮度分布。
如图10C所示，在没有荧光体层631的情况下当发射蓝光时，常规元件的表面具有平坦的亮度分布。但是，在通过在具有平坦亮度分布的蓝光LED元件上形成荧光体层631而使蓝光LED元件发射白光后，垂直中心（附图中的H方向的中心）中的亮度（最大亮度）变为边缘处的亮度（基准亮度）的大约1.2至1.67倍。因此，亮度分布（朗伯分布）中的亮度从中心到边缘逐渐降低。通过使用该类型的LED阵列600来构成头灯等，在投影像中产生不均匀的亮度分布。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种能够减小不均匀亮度分布的半导体发光元件阵列。
本发明的另一目的是提供一种能够减小投影像中的不均匀亮度的车辆用灯具。
根据本发明的一个方面，提供了一种半导体发光元件阵列，其中，多个半导体发光元件被设置在第一方向较长的长方形基板上，所述多个半导体发光元件中的每一个包括：电极层，其形成在所述基板上；半导体发光层，其形成在所述电极层上，并且包括电连接到所述电极层的p型半导体层、形成在所述p型半导体层上的有源层和形成在所述有源层上的n型半导体层；第一布线层，其沿着所述半导体发光层的一个边形成并且平行于该边；以及多个第二布线层，其从所述第一布线层向所述半导体发光层延伸并且电连接到所述半导体发光层的表面上的所述n型半导体层，其中，所述半导体发光层的平面形状包括与所述第一方向平行的上边和下边以及包括相对于与所述上边和下边垂直的线倾斜的部分的两个短边，并且从所述上边与所述短边相交的顶点起的垂线与相邻发光元件的所述下边交叉。
根据本发明的另一方面，提供了一种半导体发光元件阵列，其中，多个半导体发光元件被设置在第一方向较长的长方形基板上，所述多个半导体发光元件中的每一个包括：电极层，其形成在所述基板上；半导体发光层，其形成在所述电极层上，并且包括电连接到所述电极层的p型半导体层、形成在所述p型半导体层上的有源层和形成在所述有源层上的n型半导体层；第一布线层，其沿着所述半导体发光层的一个边形成并且平行于该边；多个第二布线层，其从所述第一布线层向所述半导体发光层延伸并且电连接到所述半导体发光层的表面上的所述n型半导体层；以及荧光体层，其形成在所述半导体发光层上方，其中，所述半导体发光层的平面形状包括与所述第一方向平行的底边和包括相对于与该底边垂直的线倾斜的一部分的至少一个边，并且所述半导体发光层的所述第一方向上的宽度随着离开所述底边而减小。
根据本发明，提供了一种能够减小不均匀亮度分布的半导体发光元件阵列。
此外，根据本发明，提供了一种能够减小投影像中的不均匀亮度的车辆用灯具。
附图说明
图1A至图1D是根据本发明的第一实施方式的LED阵列100和LED元件101的示意性平面图、电路图和横截面图。
图2A和图2B是示出装配有根据本发明的实施方式的LED阵列100的车辆用灯具（头灯）50的结构的图示。
图3A至图3F是用于解释根据本发明的第一实施方式的LED阵列100的一种制造方法的示意性横截面图。
图4A至图4D是用于解释根据本发明的第一实施方式的LED阵列100的一种制造方法的示意性横截面图。
图5是用于解释根据本发明的第一实施方式的LED阵列100的另一制造方法的示意性横截面图。
图6A和图6B是根据本发明的第二实施方式的LED阵列200和LED元件201的示意性平面图。
图7A和图7B是根据本发明的第三实施方式的LED阵列300和LED元件301的示意性平面图。
图8A至图8C是根据本发明的第四实施方式的LED阵列400和LED元件401的示意性平面图、电路图和横截面图。
图9A至图9C是示意性示出根据本发明的第四实施方式的LED阵列400的亮度分布的图。
图10A至图10D是根据现有技术的LED阵列600和LED元件601的示意性平面图、横截面图和亮度分布。
具体实施方式
图1A是根据本发明的第一实施方式的LED阵列100的示意性平面图，图1B是LED阵列100的电路图。图1C是组成LED阵列100的LED元件101a和101b的示意性平面图。图1D是沿图1A的线a-b截取的LED阵列100的简化横截面图。此外，图1A中的发光部2的阴影线指示亮度分布，其中，阴影线的密度增加指示亮度增加。
根据本发明的第一实施方式的LED（发光二级管）阵列（发光二级管阵列）100是串联连接且沿附图中的W方向排列在支撑基板30上的4个氮化物半导体发光元件（LED元件）101（101a和101b）的阵列，该支撑基板30在W方向上较长且其上形成有绝缘层7。多个LED元件101中的每一个是在W方向上较长的长方形并且包括：GaN基发光部（器件结构层）2，其包括n型GaN层21、有源层22和p型GaN层23；p电极12，其形成在发光部2的背面上并从发光部2的顶部长边和底部长边中的一个暴露（或突出）；布线电极（第一布线层）11，其平行于长边设置在距离发光部2的与暴露p电极12的一个边相对的另一长边预定间隔的位置处；以及布线电极（第二布线层）8，其平行于发光部2的短边设置在发光部2的表面上，并连接n型GaN层21和布线电极11。
各个LED元件101串联电连接到与其左边和右边相邻的LED元件101。LED元件101a的布线电极11在左边电连接到LED元件101b的p电极12，LED元件101a的p电极12在右边电连接到LED元件101b的布线电极11。端部处的LED元件101a的p电极以及端部处的LED元件101b的布线电极11分别电连接到电源焊盘13。
关于LED元件101a，因为电源侧的布线电极11平行于发光部2的上长边设置在该上长边上，并且布线电极8平行于发光部2的短边从布线电极11向n型GaN层21延伸，所以注入电流从附图的顶部到底部逐渐减小。因此，LED元件101a具有上边亮且下边暗的亮度分布。然而，因为通过平行于发光部2的短边设置布线电极8，各个布线电极8的长度变得比图10所示的现有技术中的长度短，所以可以减小注入电流的降低和亮度分布的不均匀性。
也就是说，在LED元件101a的发光面上形成具有靠近布线电极11的峰值（最大亮度点），并且其中随着在附图中从布线电极11进一步向下（向方向H），亮度逐渐降低的亮度分布。
尽管在LED元件101b的发光面上形成了与LED元件101a相似的亮度分布，但是沿LED元件101b的下长边形成布线电极11。因此，与LED元件101a的发光面相反，LED元件101b的发光面具有靠近下长边的峰值（最大亮度点），并且其中随着在附图中向下移动，亮度逐渐降低的亮度分布。此外，除了诸如p电极12、布线电极11和布线电极8的位置的电极图案，LED元件101a与LED元件101b基本具有相同的结构。LED元件101b的电极图案与LED元件101a的电极图案上下倒置（180度旋转对称）。
对于在车俩头灯或照明系统中使用的LED元件而言，需要高功率。如果简单地增大元件的尺寸，则驱动电压增加且变得难以使电流均匀地流动。因此，在第一实施方式中，排列多个LED元件101以形成LED阵列100。优选地，串联连接这些LED元件101，以使得在所有LED元件101中流动相同的电流。
此外，在将LED阵列用在车俩头灯中的情况下，需要照明附近的地面，因此优选的是，使得LED阵列100的形状是在水平方向（附图中的方向W）上较长的长方形。LED阵列100的尺寸例如宽度为5mm或更大并且高度为1mm或更小。在排列4个LED元件101的情况下，有效的是使用各自是水平方向上较长并且垂直方向上较短（方向W上较长并且方向H上较短）的长方形的LED元件。
此外，当宽度约为10μm的窄布线电极608平行于长边设置在水平长方形LED元件101的发光面上时（如图10所示），窄布线电极608（例如，宽度为10μm）的布线电阻与半导体层（发光部）的电阻的比变大，半导体层602中的电流分布的不均匀性变大，所以亮度分布变得相当地不均匀。
因而，根据该实施方式，采用如图1A和图1C所示的电极结构（电极图案），其中，宽度为20μm至200μm（优选地约为40μm）的宽布线电极（第一布线层）11被设置为平行于各个LED元件101的长边，并且窄布线电极（第二布线电极）8被设置为平行于短边，以通过减小电极的长度来减小电流分布的不均匀性。利用该电极图案，通过缩短布线电极8的长度来减小布线电阻，并且可以显著减小各个LED元件101中的亮度分布的不均匀性。
尽管可以通过采用根据本实施方式的电极图案来显著减小由于LED元件101之间的间隔周围的亮度的降低导致的各个LED元件101中的亮度分布和LED阵列100中的亮度分布的不均匀性，但是如果简单地排列多个LED元件101以形成阵列，则在使用LED阵列100的头灯等的投影像中仍然发现亮度分布的不均匀性。为了进一步减小亮度分布的不均匀性，根据第一实施方式，如图1A所示，相邻LED元件101的亮度分布交替地改变，例如，如附图所示交替地上下倒置（旋转180度）。
也就是说，沿LED阵列100的长边交替地设置LED元件101a和LED元件101b。各个LED元件101a具有沿发光部2的一个长边（图1A和图1C中的下长边）设置的布线电极（第一布线层）11和从该一个长边延伸到另一长边附近的布线电极（第二布线层）8，而各个LED元件101b具有沿发光部2的另一长边（图1A和图1C中的上长边）设置的布线电极（第一布线层）11和从该另一长边延伸到该一个长边附近的布线电极（第二布线层）8。
通过如上所述交替地设置LED元件101a和101b，相邻LED元件101a和101b具有上下倒置的亮度分布（180度旋转对称），以整体上减小LED阵列100中的不均匀亮度分布。
此外，因为布线电极11沿LED元件101的长边设置，与布线电极11沿短边设置的现有技术相比，LED元件之间的间隔g可以较窄，例如约为30μm。因此，可以进一步限制LED元件101之间的间隔附近的区域中的亮度降低。
图2A和图2B是示出装配有根据本发明的第一实施方式的LED阵列100的车辆用灯具（头灯）50的结构。可以取代根据第一实施方式的LED阵列100，使用根据稍后描述的第二实施方式和第三实施方式的LED阵列200和300。
图2A示出装配有至少两个LED阵列100和至少两个投影透镜105（其各自与各个LED阵列100对应）的投影光学系统51的示例。投影透镜105被设置为使得LED阵列100的光源图像106具有在面对车辆前方的虚拟垂直屏幕（投影面）107上彼此交叠的镜像电极图案。当一个LED阵列100具有LED元件101b、101a（如图1A所示，101b和101a按照该顺序水平地排列）并且另一LED阵列100是如图1A所示的图像的镜像（即，另一LED阵列100具有LED元件101a、101b且101a和101b按照该顺序水平地排列）时，亮度分布从顶部到底部逐渐变暗的LED元件101a的投影像与亮度分布从顶部到底部逐渐变亮的LED元件101b的投影像在投影面107上彼此交叠。因此，可以减小不均匀亮度。
此外，如图2B所示，投影光学系统51可以装配有多反射器（反射面）103，以与多个LED阵列100共享一个投影透镜。
图2B所示的头灯50由光源102和投影光学系统51组成，该光源102由电极图案水平镜像的至少两个LED阵列和荧光体层（波长转变层）100a组成，该投影光学系统51由作为被分割成多个小反射区域的多反射器的反射面103、遮光物104和投影透镜105组成。
如图2B所示，光源102被设置为使得其投影方向（发光面）向上。反射面103是第一焦点设置在光源102附近并且第二焦点设置在遮光物104的上边缘附近的类球体反射面，并且该类球体反射面被设置为覆盖光源102的侧面和前面，使得来自光源102的光照射到反射面103。
如图2B所示，反射面103将光源102的多个LED阵列100的光源图像106投影到车辆前方，并被设计为将电极图案水平镜像的两个LED阵列100的光源图像106投影到面对车辆前方的虚拟垂直屏幕（投影面）107上的相同位置，以使图像交叠。
遮光物104是用于遮蔽来自反射面103的反射光的一部分以形成适于头灯的截止线的遮光部。遮光物104被设置在投影透镜105与光源102之间，其上边缘靠近投影透镜105的焦点。
投影透镜105被设置在车辆前方并将来自反射面103的反射光照射到投影面107上。
如上所述，通过利用电极图案（亮度分布）水平镜像（180度旋转对称）的两个LED阵列100并且通过设计头灯50以使得其投影像在投影面107上交叠，可以进一步减小不均匀亮度分布。
下面参照图3和图4描述用于制造根据本发明的第一实施方式的LED阵列100的方法。图3和图4是沿图1中的线a-b截取的氮化物半导体发光元件（LED元件）101a的示意性横截面图。尽管图3和图4中仅描述了一个LED元件101，但是实际上，在同一基板上交替地设置了至少4个LED元件101a和101b。此外，下面描述的方法仅是示例，LED阵列100的制造方法不限于此。而且，可以通过相似的工艺来制造根据稍后描述的第二实施方式和第三实施方式的LED阵列200和300。
首先，如图3A所示，制备由蓝宝石制成的透明基板1，并且利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术形成由氮化物半导体组成的器件结构层（GaN基发光部）2。例如，在将蓝宝石基板1设置到MOCVD设备中之后，执行热清洗。此后，生长出GaN缓冲层20，并且在其上顺序地生长出掺杂有Si等且厚度约为5μm的n型GaN层21、包括InGaN量子阱层的多量子阱发光层（有源层）22、掺杂有Mg等且厚度约为0.5μm的p型GaN层23，以形成GaN基发光部2。为解释方便起见，修改了图3和图4中的横截面图所示的组件的尺寸。透明基板1是单晶基板，其具有能够实现GaN的外延生长的晶格常数，并且选自对于波长为362nm（GaN的吸收边缘波长）的光透明的材料，以通过稍后的激光剥离工艺去除基板。作为透明基板1，可以使用尖晶石、SiC、ZnO等来代替蓝宝石。
接着，如图3B所示，厚度为200nm的Ag层通过电子束蒸发技术形成在器件结构层2的表面（p型GaN层23的表面）上并通过光刻技术进行构图以形成p电极层（第一电极层）3。此后，利用溅射技术形成具有与p电极层3相同的厚度、由SiO2制成的蚀刻终止层4。蚀刻终止层4在图4B所示的稍后描述的蚀刻工艺中充当蚀刻终止器。
然后，利用溅射技术在包括p电极层3和蚀刻终止层4的区域中形成厚度为300nm、由TiW制成的扩散阻挡层5。扩散阻挡层5防止p电极层3的材料的扩散，并且当p电极层3包括Ag时，Ti、W、Pt、Pd、Mo、Ru、Ir及其合金可以用于形成扩散阻挡层5。持续地，由SiO2制成的绝缘层7a通过溅射技术等形成在扩散阻挡层5上，且其上利用电子束蒸发技术形成有厚度为200nm、由Au制成的第一接合层6。
接着，如图3C所示，通过使用抗蚀剂掩膜和氯气的干法蚀刻技术将器件结构层2分割成多个长方形元件。分割的器件结构层2的侧面是倾斜的，并且分割的器件结构层2处于水平横截面的面积从底部向顶部减小的形状。在该工艺中，元件之间的间隔g（图1C）被设置为150μm或更小，并且优选地设置为大约30μm。
接着，如图3D所示，制备由Si制成的支撑基板10，并且其上利用电阻热蒸发形成厚度为1μm、由AuSn（Sn:20wt%）制成的第二接合层9。支撑基板10优选地由具有接近蓝宝石或GaN的热膨胀系数和高导热性的材料制成。例如，Si、AlN、Mo、W、CuW等可以用于支撑基板10。
用于第一接合层6和第二接合层9的材料可以选自能够实现熔融接合的金属（诸如包括Au-Sn、Au-In、Pd-In、Cu-In、Cu-Sn、Ag-Sn、Ag-In、Ni-Sn等的金属）以及能够实现扩散接合的包括Au的金属。
接着，如图3E所示，第一接合层6和第二接合层9通过彼此接触、在3Mpa的压力下加热到300摄氏度10分钟然后冷却到室温，来熔融接合。
此后，如图3F所示，通过经由从背面将UV准分子激光器的光照射到蓝宝石基板1进行加热来分解缓冲层20，以通过激光剥离技术执行蓝宝石基板1的剥离工艺。可以通过诸如蚀刻等其它工艺执行基板1的剥离或去除。
接着，如图4A所示，形成暴露器件结构层2的边缘的光致抗蚀剂PR。然后，通过使用氯气的干法蚀刻技术，蚀刻从光致抗蚀剂PR暴露的器件结构层2的边缘，直到暴露蚀刻终止层4为止。因而，如图4B所示，器件结构层2的侧壁是倾斜的，所以器件结构层2的形状变成横截面从支撑基板10向上减小的锥形形状。
接着，如图4C所示，通过溅射技术等在通过上述工艺制造的元件的整个上表面上形成由SiO2制成的保护膜（绝缘膜）7b，然后利用缓冲氟化氢蚀刻形成在器件结构层2上的保护膜7b的一部分，以暴露通过透明基板1的剥离暴露的器件结构层2的表面（n型GaN层21的表面）的一部分。
接着，如图4D所示，厚度为10nm的Ti层、厚度为300nm的Al层和厚度为2μm的Au层利用电子束蒸发技术按照该顺序依次形成，并且通过剥离技术进行构图，以同时形成在靠近器件结构层2的长边的位置处平行于该长边、宽度为例如约40μm的布线电极（第一布线层）11以及平行于短边并电连接到布线电极11、宽度为例如约10μm的布线电极（第二布线电极）8。布线电极11的宽度优选为20μm至200μm。此外，布线电极8的宽度优选为3μm至20μm。此外，布线电极11的宽度优选地比布线电极8的宽度宽。尽管布线电极8被形成为平行于LED元件101的短边并垂直于LED元件101的长边；但是如果布线电极8不平行于长边，则布线电极8不必形成为平行于短边，如同根据第三实施方式（图7A和图7B）的稍后描述的电极图案中一样。
相邻元件的布线电极11被形成为靠近不同的长边。布线电极8电连接到通过上述工艺暴露的、器件结构层2的表面（n型GaN层21的表面）的一部分。连接到n侧（n型GaN层21）的布线电极8被形成在n型GaN层21的表面上，使得这些布线电极8的平面形状是如图1A所示的布线电极11是基且布线电极8是齿的梳状，以便不降低亮度。
布线电极11优选地设置在器件结构层2的区域外部，以便不阻止从器件结构层2的光提取。然而，如果布线电极11被设置得离器件结构层2太远，则布线电极8中的布线电阻变高。因此，优选地，将布线电极11与器件结构层2的长边之间的间隔设置在50μm以内。布线电极11连接到相邻元件的p电极层3，以形成其中多个元件串联连接的发光元件阵列100。在从一个基板制造多个LED阵列100的情况下，元件分离通过在划线（scribe）之后的压制（brake）来执行。
此外，器件结构层2可以被处理为如图5所示仅具有从外部向底部延伸的一个长侧壁。在这种情况下，在图4A所示的光致抗蚀剂形成工艺中形成仅暴露器件结构层的一个长边的光致抗蚀剂，并且器件结构层2的暴露的一个长边通过图4B所示的蚀刻工艺中的使用氯气的干法蚀刻技术进行蚀刻以从外部向底部延伸。此外，在经蚀刻的长边的倾斜表面上形成布线电极8。而且，相邻LED元件101具有在不同的长边上从外部向底部延伸的倾斜表面。
图6A是根据本发明的第二实施方式的LED阵列200的示意性平面图，并且图6B是用于解释LED阵列200的发光面的平面形状的LED元件201a和201b的示意性平面图。根据第二实施方式的LED阵列200与根据第一实施方式的LED阵列100在LED元件的平面形状和布线电极8的电极图案方面不同，并且它们的其它组件和制造方法相同。下面描述LED元件201的平面形状和布线电极8的电极图案，并且省略对相同组件和工艺的解释。
在第二实施方式中，通过使器件结构层2的发光面的平面形状为平行四边形（parallelogram），LED元件201之间的各个间隙7g在投影面的平面中成角度。LED元件201a是LED元件201b的180度旋转对称。类似于第一实施方式，在LED元件201a的发光面上形成具有靠近布线电极11的峰值（最大亮度点），并且其中随着在附图中从布线电极11进一步向下（向方向H），亮度逐渐降低的亮度分布。尽管在LED元件201b的发光面上形成与LED元件201a相似的亮度分布，但是布线电极11沿着LED元件201b的下长边形成。因此，与LED元件201a的发光面相反，LED元件201b的发光面具有峰值（最大亮度点）在下长边附近，并且其中随着在该图中向上，亮度逐渐降低的亮度分布。
类似于第一实施方式，LED元件201之间的间隔g（间隙7g的宽度）被设置为150μm或更小，并且优选地为大约30μm。
布线电极8形成为平行于各个平行四边形LED元件201的斜边2R和2L，并且不与上边2U和下边（底边）2B垂直。
各个LED元件201的平行四边形形状的锐角测量为角θ，并且角θ根据与相邻LED元件的关系而设置。例如，锐角θ被设置为使得从与LED元件201b相邻的LED元件201a的锐角（上边2U的锐角）的顶点2S起绘制的投影线L与相邻LED元件201b的下边2B交叉。通过这样，从相邻LED元件发射的光在水平方向上交叠，因而可以降低由元件的间隙7g产生的阴影的影响。也就是说，由元件的间隙7g产生的阴影可能被从相邻LED元件201发射的光消除。因此，可以限制黑色线条的影响。
在从顶点2S垂直绘制的投影线不与LED元件201b的下边2B交叉并穿过元件的间隙7g的情况下，不发生水平方向上的发光面的交叠。在该情况下，LED元件的平面形状变得与第一实施方式中的长方形形状基本相同，进而使降低由元件的间隙7g产生的阴影的影响的效果变弱。在该情况下，由元件的间隙7g产生的阴影具有垂直方向分量。
如上所述，通过使LED元件201的发光面的平面形状成为具有角θ（从上边2U的锐角的顶点2S起垂直绘制的投影线L以该角θ与相邻LED元件201的下边2B交叉）的锐角的平行四边形，可以使由元件的间隙7g产生的阴影的影响变弱，并且还通过限制黑色线条的影响而获得了LED阵列200总体上的均匀发光面。
在第二实施方式中，术语“平行四边形”不仅表示理想的平行四边形而且表示近似于平行四边形的形状，诸如具有圆形（rounded）或倒角（chamfered）顶点和在制造工艺或设计方面具有误差的形状的近似平行四边形。
图7A是根据本发明的第三实施方式的LED阵列300的示意性平面图，并且图7B是用于解释LED阵列300的发光面的平面形状的LED元件301a和301b的示意性平面图。根据本发明的第三实施方式的LED阵列300以及根据第一实施方式和第二实施方式的LED阵列100和200在LED元件的平面形状和布线电极8的电极图案方面不同，并且它们的其它组件和制造方法是相同的。下面描述LED元件301的平面形状和布线电极8的电极图案，并且省略对相同组件和工艺的解释。
在第三实施方式中，通过使器件结构层2的发光面的平面形状为梯形，LED元件301之间的各个间隙7g在投影面的平面中成角度。LED元件301a是LED元件301b的180度旋转对称。
沿着梯形的平行边（LED元件301a中的上边2U和LED元件301b中的下边（底边）2B）的长边设置宽布线电极11，并且窄布线电极8从宽布线电极11延伸，同时从宽布线电极11起逐渐减小它们的间隙。因而，可以通过调节布线电极11附近的电极间隙和相对于布线电极11的最远位置中的电极间隙来控制注入电流的量，并且可以认为，可以如同第一实施方式中一样限制亮度从布线电极11起逐渐降低的亮度分布。
类似于第一实施方式，LED元件301之间的间隔g（间隙7g的宽度）被设置为150μm或更小，并且优选地为大约30μm。
布线电极8被设计为在水平中心处与上边和下边垂直，并且随着变得靠近右斜边或左斜边而与右斜边或左斜边平行。也就是说，布线电极8被设置为从一个斜边到另一斜边，同时连续地改变角度。在该实施方式中，“沿着短（或斜）边”指的是该设置。
各个LED元件301的梯形形状的锐角测量为角θ，并且角θ根据与相邻LED元件的关系而设置。例如，锐角θ被设置为使得从与LED元件301b相邻的LED元件301a的锐角（上边2U的右边锐角）的顶点2S起绘制的投影线L与相邻LED元件301b的下边2B交叉。通过这样，从相邻LED元件发射的光在水平方向上交叠，进而可以降低由元件的间隙7g产生的阴影的影响。也就是说，由元件的间隙7g产生的阴影可能被从相邻LED元件301发射的光消除。因此，可以限制黑色线条的影响。
在从顶点2S垂直绘制的投影线不与LED元件301b的下边2B交叉并穿过元件的间隙7g的情况下，不发生水平方向上的发光面的交叠。在该情况下，LED元件的平面形状变得与第一实施方式中的长方形形状基本相同，进而使降低由元件的间隙7g产生的阴影的影响的效果变弱。在该情况下，由元件的间隙7g产生的阴影具有垂直方向分量。
如上所述，通过使LED元件301的发光面的平面形状为具有角θ（从上边2U的锐角的顶点2S起垂直绘制的投影线L以该角θ与相邻LED元件301的下边2B交叉）的锐角的梯形，可以使由元件的间隙7g产生的阴影的影响变弱，并且还通过限制黑色线条的影响而获得LED阵列300总体上的均匀发光面。
在第三实施方式中，术语“梯形”不仅表示理想的梯形，而且表示近似于梯形的形状，诸如具有圆形或倒角顶点和在制造工艺或设计方面具有误差的形状的近似梯形。
如上所述，本发明的第一实施方式至第三实施方式利用这种电极图案，其中，宽布线电极11被设置为沿着各个LED元件11的长边并平行于该长边，以使电流在该长边的方向上扩散，并且窄布线电极8被设置为平行于短边或沿着该短边，以向发光部2注入电流。因此，可以通过减小布线电极8的长度来降低布线电极8的布线电阻，并且可以明显减小各个LED元件101的不均匀亮度分布。
此外，布线电极（第一电极层）被设置在相邻LED元件中的不同长边上。因此，相邻元件的垂直亮度分布上下倒置，所以可以减小LED阵列的不均匀亮度分布。
而且，布线电极11被设置为沿着各个LED元件101的长边，LED元件101之间的间隔g可以变窄，由此可以限制LED元件101之间的间隔中以及该间隔周围的区域中的亮度的减小。
而且，可以通过利用两个LED阵列100组成头灯500来减小投影像中的不均匀亮度，其中，该两个LED阵列100的电极图案（亮度分布）上下倒置（180度旋转对称）且其投影像被投射到投影面107的同一位置以彼此交叠。
此外，根据本发明的第二实施方式和第三实施方式，锐角被设置为使得从各个LED元件的上边的锐角的顶点起垂直绘制的投影线与相邻LED元件的下边（底边）交叉。通过这样，由相邻LED元件发射的光在LED元件之间的间隔上交叠，以使由元件之间的间隙产生的阴影的影响变弱，并且通过相邻LED元件的交互，可以消除由元件之间的间隙产生的阴影。因此，可以限制黑色线条的影响。
此外，在上述第二实施方式和第三实施方式中，发光面的平面形状是平行四边形或梯形；然而，该平面形状不限于这些形状。可以使用任何形状的平面形状，只要该平面形状具有与长方形LED阵列的长边平行的至少两个边和不与该长边垂直的斜边，同时当交替设置平面形状与其180度旋转形状时，平面形状之间的间隙在投影面中成角度即可。
此外，发光面的不与长方形LED阵列的长边平行的边可以由除直线以外的曲线组成。而且，这些边可以由直线和曲线的组合或者由具有不同倾斜角度的直线的组合组成。这些边可以由具有与LED阵列的长边成角度的至少一部分的任何类型的线组成。
图8A是根据本发明的第四实施方式的LED阵列400的示意性平面图，并且图8B是LED阵列400的电路图。图8C是沿着图8A中的线a-b截取的LED阵列400的简化横截面图。而且，图8A中的发光部2的阴影线指示亮度分布，其中，阴影线的密度增加指示亮度的增加。
根据本发明的第四实施方式的LED（发光二极管）阵列（发光元件阵列）400是串联连接并且沿着图中的W方向设置在支撑基板30上的8个氮化物半导体发光元件（LED元件）401（401a和401b）的阵列，该支撑基板30在W方向上较长，并且在支撑基板30上形成有绝缘层7。
各个LED元件401是具有与支撑基板30的沿着W方向的边平行的底边的三角形，并由包括n型GaN层21、有源层22和p型GaN层23的GaN基发光部（器件结构层）2、形成在发光部2的背面上并从发光部2的顶边或底边上的三角形的顶点暴露（或突出）的p电极12、设置为在距离三角形的底边（其与暴露p电极12的顶点相对）预定间隔的位置处与该底边平行的布线电极（第一布线层）11以及与LED阵列400的短边平行地设置在发光部2的表面上并且连接n型GaN层21与布线电极11的布线电极（第二布线层）8组成。
荧光体层31密封安装在基板30上的多个LED元件401。例如，当LED元件401是蓝光LED元件时，白光LED阵列400可以通过蓝光LED元件和黄色荧光体的组合来制造。在该情况下，黄色荧光体被预先添加到透明树脂，并且LED元件401被添加有荧光体的透明树脂密封。
各个LED元件401串联电连接到与其左边和右边相邻的LED元件401。LED元件401a的布线电极11电连接到左边的LED元件401b的p电极12，并且LED元件401a的p电极12电连接到右边的LED元件401b的布线电极11。末端的LED元件401a的p电极12和末端的LED元件401b的布线电极11分别电连接到电源焊盘13。
关于LED元件401a，因为电源侧的布线电极11沿着LED阵列400的上长边设置并与该上长边平行，并且从布线电极11延伸到n型GaN层21的布线电极8与LED阵列400的短边平行地设置，所以注入电流从图的顶部到底部逐渐降低。因为发光部2的平面形状是三角形，所以发光部的宽度随着向下而减小，并且在三角形的顶点附近亮度降低。因此，LED元件401a具有上边亮并且下边暗的亮度分布。
关于LED元件401b，与LED元件401a相反，因为电源侧的布线电极11沿着LED阵列400的下长边设置并与该下长边平行，并且从布线电极11延伸到n型GaN层21的布线电极8与LED阵列400的短边平行地设置，所以注入电流从图的底部到顶部逐渐降低。因为发光部2的平面形状是三角形，所以发光部的宽度随着向上而减小，并且在三角形的顶点附近亮度降低。因此，LED元件401b具有下边亮并且上边暗的亮度分布。
也就是说，在LED元件401a的发光面上形成具有靠近布线电极11的峰值（最大亮度点），并且其中随着在附图中从布线电极11进一步向下（向方向H），亮度逐渐降低的亮度分布。
尽管在LED元件401b的发光面上形成与LED元件401a相似的亮度分布，但是沿着LED元件401b的下长边形成布线电极11。因此，与LED元件401a的发光面相反，LED元件401b的发光面具有峰值（最大亮度点）在下长边附近，并且其中随着在附图中向下，移动亮度逐渐降低的亮度分布。
而且，除了诸如p电极12、布线电极11和布线电极8的位置的电极图案以外，LED元件401a与LED元件401b基本上具有相同的结构。LED元件401b的电极图案与LED元件401a的电极图案上下倒置（180度旋转对称）。
也就是说，LED元件401a与LED元件401b交替地沿着LED阵列400的长边设置。各个LED元件401a具有沿着发光部2的一个长边（图8A中的下长边）设置的布线电极（第一布线层）11和从该一个长边延伸到另一长边附近的布线电极（第二布线层）8，然而各个LED元件401b具有沿着发光部2的另一长边（图8A中的上长边）设置的布线电极（第一布线层）11和从该另一长边延伸到所述一个长边附近的布线电极（第二布线层）8。
图9A是示出根据本发明的第四实施方式的没有荧光体层31的LED阵列400的蓝色中的亮度分布的平面图。图9B是示意性示出没有荧光体层31的LED阵列400沿着图9A中的线c-d的蓝色中的亮度分布的图。而且，图9A中的阴影线指示亮度分布，其中，阴影线的密度增加指示亮度的增加。
通过如图8A所示设置LED元件401，在发光部2的顶点附近具有很低亮度的区域位于在相邻LED元件401的底边附近具有高亮度的区域之间。尽管在顶点附近的区域中亮度非常低，但是整个LED阵列400的亮度在该区域中不降低，因为该区域在W方向上的宽度非常窄并且来自相邻LED元件401的底边附近的区域的光扩散。另一方面，在发光部2的H方向上的中心区域中，与底边附近的区域相比，相邻LED元件中的任一个具有较低的亮度；因此，如图9A所示，与底边附近的区域相比，没有荧光体层31的蓝光LED阵列400总体上在中心附近的区域中沿H方向具有低亮度。
在如图9B所示的本发明的第四实施方式中，在中心附近的区域中沿H方向的亮度（基准亮度）被设计为是底边附近的区域中的亮度（最高亮度）的大约0.6至0.83倍（例如，在第四实施方式中为0.67倍）。也就是说，有意地形成作为朗伯分布（亮度从中心到边缘逐渐降低的亮度分布）的对应的M形亮度分布。
当形成荧光体层31时，中心沿H方向的亮度变为底边附近的区域中的亮度的大约1.2至1.67倍（在该实施方式中为大约1.5倍），如图10D所示。因此，当在没有荧光体层31的情况下LED阵列400发射蓝光时，通过有意地形成使得中心附近的区域中的亮度（基准亮度）是底边附近的区域中的亮度（最高亮度）的大约0.67倍的亮度分布，如图9C所示，可以使得LED阵列400在形成荧光体层31之后发射白光时的亮度分布变平。
在该说明书中，三角形不限于完美三角形，而且包括设计中或制造工艺中的误差以及近似三角形，诸如具有圆形或倒角顶点的三角形。而且，三角形不限于等边三角形，而且包括等腰三角形、直角三角形等。也就是说，该说明书中的三角形包括底边被设置为与LED阵列400的一个长边平行并且与该底边相对的顶点被设置在另一长边上的三角形形状。
根据第四实施方式，通过沿着LED元件401的长边设置布线电极11，与沿着元件的短边设置布线电极11的现有技术相比，可以使LED元件401之间的间隔变窄。因此，可以限制LED元件401之间的区域中的亮度的降低。
而且，类似于上述第一实施方式至第三实施方式，根据本发明的第四实施方式的LED阵列400可以用在图2B所示的车辆用灯具（头灯）50中。在该情况下，根据第四实施方式的一个LED阵列400被用作图2B所示的光源102。
而且，根据本发明的第四实施方式的LED阵列400可以通过图3A至图4D所示的、与上述第一实施方式至第三实施方式相似的工艺来制造。
在制造根据第四实施方式的LED阵列400的情况下，在图3C所示的工艺中，通过使用抗蚀剂掩模和氯气的干法蚀刻技术将器件结构层2分为多个三角形元件。而且，在图4D所示的工艺之后，安装在基板30上的多个LED元件401被荧光体层（包含树脂的荧光体）31密封。在利用荧光体层31密封LED元件401之后，荧光体层31通过高温固化并接着完成LED阵列400的制造。
荧光体层31的厚度例如被设置为20μm至200μm，并且优选地为大约50μm至100μm。而且，包含树脂的荧光体通过经由搅拌将树脂与被测量为获得透明树脂材料所需的色温的荧光体混合来制备。针对透明树脂的材料，优选使用硅树脂、环氧树脂或硅树脂/环氧树脂混合树脂。针对黄色荧光体，优选使用钇铝石榴石（YAG）基荧光体。而且，包含树脂的荧光体可以进一步添加有增稠剂、分散剂等。可以通过印刷、散布等来密封LED元件401，并且优选地通过考虑尺寸精度的印刷来密封LED元件401。而且，如果荧光体层31的诸如材料、厚度等的制造条件变化，则不变的是，中心的亮度是外围亮度的大约1.5倍。
而且，类似于上述第一实施方式至第三实施方式，器件结构层2可以被加工为具有如图5所示朝底部向外延伸的仅一个长侧壁。
如上所述，根据本发明的第四实施方式，通过使发光部2的平面形状成为底边沿着长方形LED阵列400的一个长边并与该长边平行并且与底边相对的顶点沿着另一长边设置的形状（例如，三角形），当将垂直中心（短边方向上的中心）的亮度限定为基准亮度时，在形成荧光体层31以使它们发射白光之前，在具有多个蓝光LED元件401的长方形LED阵列400的亮度分布中，在长方形LED阵列400的长边附近形成亮度为基准亮度的1.2至1.67倍的最大亮度区域。因而，在通过形成荧光体层31来使得LED阵列400发射白光的情况下，可以获得针对白色的平坦亮度分布。
而且，通过沿着LED元件401的长边形成布线电极11而使得LED元件401之间的间隙g变窄，可以限制LED元件401之间的区域中的亮度的降低。
此外，发光面的斜边可以由直线以外的曲线组成。而且，这些边可以由直线和曲线的组合或者由具有不同倾斜角度的直线的组合组成。这些边可以由具有与LED阵列的长边成角度的至少一部分的任何类型的线组成。也就是说，发光面2的平面形状不限于三角形或近似三角形，而且可以是类似总部形状的五边形、顶点是锐角的直角三角形、梯形或具有与LED阵列400的长边平行的底边和具有相对于与该底边垂直的线倾斜的部分的至少一个边并且其水平宽度随着进一步远离底边而减小的任何形状。
已经结合优选实施方式描述了本发明。本发明并不仅限于上述实施方式。明显的是，本领域技术人员可以进行各种修改、改进、组合等。
本申请基于2011年9月2日提交的日本专利申请2011-191647和2011年9月12日提交的日本专利申请2011-197999，通过引用将其全部内容并入本文。

Claims (3)

1.一种车辆用灯具，该车辆用灯具包括：
至少两个半导体发光元件阵列，各个半导体发光元件阵列包括设置在第一方向较长的长方形基板上的多个半导体发光元件，所述多个半导体发光元件中的每一个包括：电极层，其形成在所述基板上；半导体发光层，其形成在所述电极层上，并且包括电连接到所述电极层的p型半导体层、形成在所述p型半导体层上的有源层和形成在所述有源层上的n型半导体层；第一布线层，其沿着所述半导体发光层的一个边形成并且平行于该边；以及多个第二布线层，其从所述第一布线层向所述半导体发光层延伸，并且电连接到所述半导体发光层的表面上的所述n型半导体层，其中，所述半导体发光层的平面形状包括与所述第一方向平行的上边和下边以及包括相对于与所述上边和所述下边垂直的线倾斜的部分的两个短边，并且从所述上边或所述下边与所述短边相交的顶点起的假想垂线与相邻发光元件的所述下边或所述上边交叉；以及
光学系统，其对所述至少两个半导体发光元件阵列的投影像进行投影，以交叠在投影面上，
其中，所述至少两个半导体发光元件阵列被设置为使得所述投影像的亮度分布180度旋转对称。
2.根据权利要求1所述的车辆用灯具，其中，各个半导体发光元件阵列还包括形成在所述半导体发光层上方的荧光体层。
3.根据权利要求2所述的车辆用灯具，其中，各个半导体发光元件阵列产生白光。
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