KR101893199B1 - 발광소자, 발광소자 모듈 및 차량용 등기구 - Google Patents

발광소자, 발광소자 모듈 및 차량용 등기구 Download PDF

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스탄레 덴끼 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 배광 패턴에 가로 줄무늬가 생기지 않는 복수의 발광소자를 직선상으로 배열해서 되는 휘도의 균일성이 뛰어난 발광소자 모듈을 위한 발광소자를 제공한다.
본 발명의 발광소자는, 구형 투명성 기판상에 형성된 기초 반도체층과, 기초 반도체층상에 섬 형상으로 형성된 복수의 제1전극과, 복수의 제1전극의 각각을 둘러싸 각각을 이간하여 기초 반도체층상에 형성된 발광층을 포함한 발광 반도체층과, 발광 반도체층상에 형성된 제2전극을 가진다.
제1 전극은, 구형 투광성 기판의 한 변과 평행한 복수의 전극열을 이루도록 배치된다. 전극열에 수직이고 또한 구형 투광성 기판의 대향하는 2변에 평행한 수평선 중, 제1전극의 최대 전극폭으로 제1 전극에 교차하고 또한 2변에 가장 근접하는 2개의 수평선을 2개의 기준 수평선으로 한다. 전극열의 인접하는 두 개의 전극열에 있어서, 제1전극은, 2개의 기준 수평선의 사이의 수평선의 어느 위에서도, 제1전극이 존재하도록 배치된다. 인접하는 두 개의 전극열에 있어서, 제1전극은, 2개의 기준 수평선의 사이의 수평선상에 있어서의 전극폭의 합계가, 2개의 기준 수평선이 교차하는 최대 전극폭의 합계의 35%이상 65%이하가 되도록 형성되어 있다.

Description

발광소자, 발광소자 모듈 및 차량용 등기구{LIGHT-EMITTING DEVICE, LIGHT-EMITTING DEVICE MODULE, AND VEHICLE LIGHTING UNIT}
본 발명은 발광소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량용 등기구(燈器具)에 이용되는 플립 칩(flip chip)형 발광소자, 발광소자 모듈 및 차량용 등기구에 관한 것이다.
종래, 발광소자(LED 소자)로서 사파이어 등의 광투과성의 성장 기판 상에 III족 질화물계 화합물 반도체 등의 반도체 결정을 성장시킨 것이 알려져 있다. 이러한 LED 소자의 실장에 있어서, 성장기판이 광투과성을 가지는 것을 이용해 성장 기판측으로부터 빛을 꺼낼 수 있는 플립 칩 실장(實裝)이 알려져 있다(특허 문헌1 참조).
특허 문헌1에 기재된 LED 소자에서는, 예를 들어, 도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, 사파이어 기판 상에 적층되어 있는 제1콘택트층상에는, 정방형의 매트릭스형상으로 위치하는 9개의 원형의 n전극이 노출하도록 형성되는 것과 동시에, 또한 각 원형의 n전극이 발광 반도체층에 둘러싸이도록, 구형(矩形)의 발광부가 형성된다. 이 LED 소자에서는, 제1콘택트층상에, 클래드층에 끼워진 발광층을 포함한 발광 반도체층, 제2콘택트층 및 p전극이 순서에 적층되어 있다. 이 LED 소자를 p전극 및 n전극이 노출하는 측에서 각각 상기 접속되는 범프(도시하지 않음)에 의한 플립 칩 실장을 실시한 경우에는, 전류 공급에 의한 소자의 발광에 따라서 발생하는 발광 반도체층의 내부의 발열을 범프(bump)를 통하여 효율 좋게 방열할 수 있다. 이 LED 소자에서는, p전극에 대응하는 발광층으로부터의 빛은 사파이어 기판측으로부터 n전극을 둘러싸도록 방사된다(도 2의 화살표 참조).
또한 플립 칩형 LED 소자에는, 캐소드 전극과 애노드 전극을 각각 빗 형상으로 하여 서로의 치(齒)부분을 교대로 배치해 전체 발광면 형상을 구형으로 한 것(특허문헌2 참조)이나, p전극을 폭이 넓은 치 부분으로 한 빗 형상으로 하여 가는 n전극을 p전극의 폭이 넓은 치 부분 사이에 배치하여 전체 발광면 형상을 구형으로 한 것(특허문헌3 참조)이 있다.
[특허 문헌 1] 일본특허공개 2003-243709호 공보 [특허 문헌 2] 일본특허공개 2007-258276호 공보 [특허 문헌 3] 일본특허공개 2007-300134호 공보
LED 소자를 광원(LED 모듈)으로서 이용하는 차량용 등기구가 개발되고 있고, 특히 차량용 전조등에서는 일반적으로 차량용 LED 모듈은, LED 소자에 람바시안 휘도 분포의 지향성이 있기 때문에, 통상 복수의 구형 LED 소자를 동일 방향을 향해 일렬에 배치한 장방형 발광면으로 하는 것이 이용된다.
차량용 전조등의 볼록 렌즈나 반사면을 조합한 헤드램프 광학계에서는, 그 광학계의 후방 초점 근방에 장방형 발광면LED 모듈을 배치하여 이용되고 있다.　
차량용 전조등에서는 고휘도가 요구되고 있으므로, 전조등용 LED 모듈에서는, 대전류의 공급이 가능하고 발광 효율이 높은 LED 소자가 필요하다. 따라서 LED 모듈에 있어서는, 복수의 범프에 의한 대전류의 공급이 가능하고, 광 방사의 방해가 되는 와이어링이 불필요하고, 소자의 간격을 채울 수 있다, 상기와 같은 플립 칩형의 LED 소자를 LED 모듈에 이용하는 것이 매우 적합하다.
한편, 차량 앞부분의 좌우 양측에 각각 배치되어 있는 차량용 전조등 즉, 헤드램프의 분야에 있어서는, 대향 차량끼리의 엇갈림시의 전조등에 의한 맞은편 차 운상기사에 현혹을 주는 일 없이 자기차 운상기사의 전방 시인성을 확보하는 휘도 분포의 횡장(橫長) 배광 패턴, 소위 엇갈림용 배광 패턴(도 3, 참조)을 조사하는 것이 요구되고 있다. 이 엇갈림용 배광 패턴(이하, 단지 배광 패턴이라고도 한다)에 있어서의 컷오프라인은, 그 자기차선측 컷오프라인이 맞은편 차선측 컷오프라인에 대해서 엘보점으로부터 기울기 일단 오름에서 또는 기울기 윗쪽의 자기차선측으로 뻗는다. 이와 같이 하여 배광 패턴의 컷오프 라인의 하부 근방에 휘도 분포를 형성하도록 하면, 자기차의 차량 전방 노면을 폭넓게 조사하는 것이 가능해진다.
이 배광 패턴을 가능하게 하는 헤드램프에서는 LED 모듈의 고휘도화와 함께 휘도 분포의 균일성이 더 요구된다. 따라서 LED 모듈에 있어서, 상기의 플립 칩형 LED 소자의 복수를 고밀도로 배치하는 것을 생각할 수 있지만, 각 소자의 발광 불균형에 의해 제조수율을 올리는 것이 어렵다. 각 LED 소자의 대면적화(大面積化)도 생각할 수 있지만, 플립 칩형 LED 소자에서는, 도 2에 나타나 있는 바와 같이, p전극에 대응하는 발광층으로부터의 빛은 사파이어 기판측으로부터 n전극(캐소드 전극)을 둘러싸도록 방사되므로, 개개의 LED 소자의 발광 휘도 분포의 균일성이 문제가 된다. 즉, 발광 반도체층의 존재하지 않는 n전극이 배치된 영역과 그 이외의 영역과의 휘도 명암에 기인하는 휘도 분포의 불균일성이 문제가 된다. 여기서, 헤드램프의 배광 패턴은, 일반적으로 그 광학계에 의해, LED 모듈의 휘도 분포에 있어서 가로 줄무늬가 생기는 것보다 세로 줄무늬가 생기는 편이 배광 패턴의 조도 얼룩에의 영향이 적다(LED 모듈에서 생기는 휘도 얼룩이, 가로 줄무늬와 비교해 세로의 줄무늬인 것이, 헤드램프용의 광학계에 의해 완화되고, 헤드램프의 배광 패턴의 조도 얼룩이 작아진다). 그 때문에, LED 모듈에서는 가로 줄무늬가 생기지 않게 하는 휘도 분포를 형성하는 것이 바람직하다고 여겨지고 있다.
본 발명은, 이러한 사정에 감안하여 이루어진 된 것으로서, 차량용 전조등 등의 광원으로서 적합한 휘도 분포의 균일성이 뛰어난 발광소자 모듈, 특히 배광 패턴에 가로 줄무늬가 생기지 않도록 하는 휘도 분포를 형성하는 복수의 발광소자를 직선 모양에 배열해서 되는 발광소자 모듈 및 차량용 등기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.　
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 발광소자는, 구형 투명성 기판에 대향하는 측에 제1전극 및 제2전극을 구비하고, 상기 구형 투명성 기판의 대향하는 2변이 수평 방향이 되도록 배치되는 플립 칩형 발광소자로서, 구형 투명성 기판과, 상기 구형 투명성 기판상에 형성된 기초 반도체층과, 상기 기초 반도체층상에 섬 형상으로 형성된 복수의 제1전극과, 상기 복수의 제1전극의 각각을 둘러싸고 각각에 이간(離間)하여 상기 기초 반도체층상에 형성된 발광층을 포함한 발광 반도체층과, 상기 발광 반도체층상에 형성된 제2전극을 가지고,
상기 제1전극은, 상기 구형 투광성 기판의 한 변과 평행한 복수의 전극열을 이루도록 배치되는 것, 상기 전극열에 수직으로, 또한 상기 구형 투광성 기판의 대향하는 2변에 평행한 수평선 가운데, 상기 제1전극의 최대 전극폭으로 상기 제1전극에 교차하고 상기 2변에 가장 근접하는 2개의 수평선을 2개의 기준 수평선으로 한 경우, 상기 전극열의 인접하는 두 개의 전극열에 있어서, 상기 제1전극은, 상기 2개의 기준 수평선의 사이의 수평선의 어느 위에서도, 상기 제1전극이 존재하도록 배치되는 것, 및, 상기 전극열의 인접하는 두 개의 전극열에 있어서, 상기 제1전극은, 상기 2개의 기준 수평선의 사이의 상기 수평선상에 있어서의 전극폭의 합계가, 상기 2개의 기준 수평선이 교차하는 최대 전극폭의 합계의 35%이상 65%이하가 되도록 형성되고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 구형 투명성 기판의 한 변이 일직선상에 일치하도록 플립 칩형 발광소자가 배열되어 상기 일직선의 신장(伸長) 방향을 길이방향으로 하는 발광소자 모듈로 했을 경우에, 상기 제1전극의 상기 수평선상의 최대 전극폭의 합계의 35%내지 65%의 범위로부터 벗어나는 것에 비해, 소망의 광추출면으로부터의 광휘도의 균일성의 향상을 도모하고, 발광 효율을 높이는 것이 가능해진다. 또한, 본 발명에 따르면, 소망의 광추출면으로부터의 광휘도의 균일성의 향상을 더욱 도모하고, 발광 효율을 높이는 것이 가능해진다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 발광소자 모듈은, 상기 발명의 플립 칩형 발광소자의 복수를 구비하여, 상기 복수의 상기 플립 칩형 발광소자는, 상기 플립 칩형 발광소자의 각각에 있어서의 상기 구형 투광성 기판의 상기 전극열에 수직인 한 변이 일직선상에 일치하도록 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 차량용 등기구는, 상기 발명의 발광소자 모듈과, 상기 LED 모듈을 앞쪽에, 그리고 상기 LED 모듈의 길이방향이 전방에서 보아 수평으로 고정되는 베이스부와, 상기 베이스부상의 상기 발광소자 모듈로부터 전방으로 뻗은 등기구 광축상에 배설되어 상기 발광소자 모듈로부터 발한 빛을 전방으로 투영하는 투영 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 차량용 등기구는, 상기 발명의 발광소자 모듈과, 상기 발광소자 모듈의 광원상을 차량 전방으로 투영하는 것에 의해, 차량 전단부에 정면으로 맞선 가상 연직 스크린상에 컷오프 라인을 포함한 헤드램프용 배광패턴을 형성하도록 구성된 투영 광학계를 구비하고, 상기 투영 광학계는, 상기 전극열에 대응하는 상(像)부분과, 상기 배광 패턴에 있어서의 컷오프 라인의 수평 라인이 수직이 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 차량용 등기구에 따르면, 상기 구형 투명성 기판의 한 변이 일직선상에 일치하도록 플립 칩형 발광소자가 배열되고 상기 일직선의 신장 방향을 길이방향으로 하는 발광소자 모듈을 이용한 차량용 등기구로 했을 경우에, 상기 제1전극의 상기 수평선상의 최대 전극폭의 합계의 35%내지 65%의 범위로부터 벗어나는 것을 이용한 차량용 등기구에 비하여, 배광 패턴에 있어서의 광휘도의 균일성의 향상이 가능해진다.
본 발명에 의하면, 일렬로 배치한 복수 발광소자로부터 발하는 광속(光束)을 서로 겹치게 하여 균일화하는 것이 어려운 차량용 발광소자 모듈에 있어서, 휘도의 균일성이 뛰어난 빛을 조사시키는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 발광소자 모듈을 이용해 동일한 휘도 분포를 컷오프 라인에 배광 하는 것이 가능한 차량용 등기구를 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 플립 칩형 LED 소자를 나타내는 발광면 뒤편에서 본 개략 평면도이다.
도 2는 도 1의 선A-A으로 절단한 플립 칩형 LED 소자의 개략 단면도이다.
도 3은 차량용 전조등의 엇갈림용 배광 패턴을 나타내는 이미지 개략 선도이다.
도 4는 배광 패턴 이미지 예와 함께 본 발명에 의한 실시 형태의 다이렉트 프로젝션형 광학계의 헤드램프의 주요부를 설명하기 위한 개략 사시도이다.
도 5는 상기 다이렉트 프로젝션형 광학계의 헤드램프의 발광소자 모듈의 주요부를 설명하기 위한 개략 사시도이다.
도 6은 본 발명에 의한 실시 형태의 발광소자 모듈을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 7은 본 발명에 의한 실시 형태의 플립 칩형 발광소자를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 8은 상기 플립 칩형 발광소자를 나타내는 발광면 뒤편에서 본 개략 평면도이다.
도 9a는 종래의 LED 모듈의 정면도, 도 9b는 상기 LED 모듈 발광시의 휘도 분포를 나타내는 선도, 도 9c는 상기 LED 모듈의 반전 투영상을 나타내는 선도, 그리고 도 9d는 상기 LED 모듈의 반전 투영상의 조도 분포를 나타내는 선도이다.
도 10은 복수의 실험예에 있어서의 플립 칩형 발광소자의 n전극 구성을 비교 설명하기 위한 발광면측에서 본 LED 소자의 개략 평면도이다.
도 11a는 상기 플립 칩형 발광소자의 n전극의 제1의 실험예를 설명하기 위한 발광면측에서 본 개략 부분 평면도, 그리고 도 11b는 기판의 수평선의 위치에 대한 2개의 n전극의 전극폭의 합계치의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12a는 상기 플립 칩형 발광소자의 n전극의 제2의 실험예를 설명하기 위한 발광면측에서 본 개략 부분 평면도, 그리고 도 12b는 기판의 수평선의 위치에 대한 2개의 n전극의 전극폭의 합계치의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 13a는 상기 플립 칩형 발광소자의 n전극의 제3의 실험예를 설명하기 위한 발광면측에서 본 개략 부분 평면도, 그리고 도 13b는 기판의 수평선의 위치에 대한 2개의 n전극의 전극폭의 합계치의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 14a는 상기 플립 칩형 발광소자의 n전극의 제4의 실험예를 설명하기 위한 발광면측에서 본 개략 부분 평면도, 그리고 도 14b는 기판의 수평선의 위치에 대한 2개의 n전극의 전극폭의 합계치의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 15는 상기 실험예를 설명하기 위한 발광소자 모듈의 정면도와 상기 발광소자 모듈의 반전 투영상I의 관찰 결과를 나타내는 선도이다.
도 16a는 비교 예의 플립 칩형 발광소자의 n전극을 설명하기 위한 발광면측에서 본 개략 부분 평면도, 그리고 도 16b는 기판의 수평선의 위치에 대한 2개의 n전극의 전극폭의 합계치의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 17a는 본 발명에 의한 실시 형태의 변형 예의 플립 칩형 발광소자의 n전극을 설명하기 위한 발광면측에서 본 개략 부분 평면도, 그리고 도 17b는 기판의 수평선의 위치에 대한 2개의 n전극의 전극폭의 합계치의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 18은본 발명에 의한 다른 실시 형태의 변형 예의 플립 칩형 발광소자의 발광면측에서 본 개략 평면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 첨부도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
상하 좌우 전후방향은, 이것에는 한정되지 않지만, 본 발명의 발광소자를 갖추는 차량용 등기구를 전조등으로서 구비된 경우를 기준으로 한다.
차량용 전조등에서는, 크게 나누어, LED 모듈과 볼록 렌즈와 반사면을 조합한 프로젝터형 광학계의 헤드램프, 볼록렌즈를 이용하지 않고 차량용 LED 모듈과 반사면을 조합한 리플렉터형 광학계의 헤드램프, 및 반사면을 반드시 필요로 하지 않고 차량용 LED 모듈과 볼록렌즈를 조합한 다이렉트 프로젝션형 광학계의 헤드램프가 알려져 있다.
반사면으로서는, 초점이 LED 모듈 근방에 설정된 회전 포물면계의 연속 반사면이나 상기 회전포물면을 복수의 소반사 영역으로 구획된 이른바 멀티 리플렉터 등이 있다.
반사면을 조합해 배광하고 있는 프로젝터형 광학계 헤드램프 및 리플렉터형 광학계 헤드램프에서는, 광원의 LED 모듈의 투영상이 광축에 대해서 회전되어 비스듬하게 투영되는 부분도 있어, 상기한 배광 패턴에 명암의 가로 줄무늬가 나타나는 일은 적다.
따라서 이하의 실시 형태에서는 반사면에 의한 LED 모듈의 투영상의 회전이 없는 다이렉트 프로젝션형 광학계 헤드램프에 대해 설명하지만, 본 발명은, 이 다이렉트 프로젝션형 헤드램프로 한정되는 것이 아니고, 광학계에 관계없이 본 발명을 적용할 수 있다.
［다이렉트 프로젝션형 광학계 헤드램프］
일반적으로 차량용 헤드램프의 배광 패턴은, 도 3에 나타낸 바와 같이 상하 방향으로 빛을 집광하고, 좌우 방향으로 빛을 확산하는 패턴을 필요로 한다. 이 확산 각도는 상하 방향으로 10도 내지 15도 정도, 좌우 방향에서는±30도 내지±60도 정도이며, 상하에 대해서 좌우 방향은 약 4배 내지 12배 정도 넓게 확산한다.
또한, 수평선 부근에는 조도의 명암 경계(상기 컷오프)가 필요하게 되고, 이 컷오프 라인 근방에 빛을 집중시키는 것에 의해서, 보다 많은 빛이 먼 곳까지 조사되어 보다 넓은 범위를 밝게 비출 수 있다.
이러한 헤드램프의 소망하는 배광 패턴을 실현하기 위해서, 도4에 나타낸 바와 같이 다이렉트 프로젝션형 헤드램프 등의 투영 광학계(10)에서는, 확산 각도를 상하, 좌우로 변화시켜, 상하에서는 빛을 컷오프 부근에 집광 하고, 좌우에서는 넓게 확산시키도록 빛을 굴절시키는 편평(扁平)한 투영렌즈(30)를 이용한다.
여기에서는, 자세하게 언급하지 않지만, 보행자측을 조사하기 위한 기울기 15도나, 45도의 컷오프도 같은 원리로 설명할 수 있고, 15도 기운 방향, 45도 기운 방향에서 투영 렌즈의 일부분의 확산각도를 변화시켜 실현되고 있다.
또, 같은 이유에 의해 투영 되는 LED 광원의 발광 형상 자체에 있어서도, 상하 방향으로 짧고, 좌우 방향으로 긴 것이 바람직하고, 상하 방향과 좌우 방향의 비율은 1：2 내지 1：6이 적합하고, 투영 렌즈의 편평률을 억제해 적절하게 빛을 제어하는 것이 가능해진다.
도 4에 투영 렌즈(30)에 의해서 광축 Ax와 수직인 가상평면(선V-선H 평면)에 투영되는 LED광원(LED모듈(20))의 투영상을 나타낸다. 도 5는 투영광학계(10)의 LED 모듈(20)(LED광원)의 개략 사시도이다. 도 5에 나타난 바와 같이, LED모듈(20)은, 예를 들면, 구형 발광면을 이루는 4개의, 일직선으로 놓인 구형 LED 소자(21)와, 이것들이 장전되는 세라믹제의 장방형 케이스(20ca)를 갖춘다.
도4 및 도5에 나타난 바와 같이, 투영 광학계(10)는 지지 베이스부(11)를 구비하고, 지지 베이스부(11)의 앞 측에는 접착제 그 외의 고정 부재 등 고정 수단(도시하지 않음)에 의해서 LED 모듈(20)이 접합되는데, LED 모듈(20)은 앞쪽에, 그리고 LED 모듈(20)의 길이방향이 전방에서 보아 대략 수평으로 고정된다.지지 베이스부(11)의 뒤측에는 방열 핀(도시하지 않음) 등의 방열 수단이 설치된다.
도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, LED 광원의 구형 발광면의 하단(20a)을 투영 렌즈(30)의 광축 Ax와 대략 일치시키는 것에 의해, 투영 렌즈에서 투과, 반전 투영되고, 구형 발광면의 하단은 상기 가상 평면상에서 컷오프 측에 투영 된다.
여기서, 도 4는, LED 광원의 투영상은 투영 렌즈의 어느 일점을 통과해 상기 가상 평면상에 투영 된 것을 나타내고 있고, 더 설명하면, 투영 렌즈(30)의 점L0을 통과한 광선이 형성하는 투영상이 상I0, 점L1를 통과한 광선이 형성하는 투영상이 상I1, 점L2를 통과한 광선이 형성하는 투영상이 상I2이 되는 것과 같이 투영 렌즈의 투과 위치에 의해서 형성되는 투영상을 나타내고 있다.
요컨대, 헤드램프의 배광 패턴은, 상기와 같이 투영 렌즈의 어느 점에 의해 굴절해 투영 되는 광원의 투영상을 적합하게 겹치게 배합하는 것에 의해 형성하고 있다고 말할 수 있다.
상기의 상하 방향의 확산 각도가 작다고 하는 것은, 투영되는 상기 광원상이 상하에서 많이 서로 겹치고 있다는 것이 되어, 실제, 컷오프 근방에 있어 대단히 많은 광원상을 일치시키고 있다.
마찬가지로 좌우 방향의 확산 각도가 크다고 하는 것은, 투영되는 광원상이 좌우 방향으로 넓게 분포해, 서로 겹치지 않다고 하는 것이 된다.
이 상기 광원상이 많이 서로 겹치는 부분, 또는 광원상이 일치하는 부분에서광원의 휘도 분포의 얼룩의 영향이 배광 패턴의 조도 분포에 현저하게 나타난다.
그리고 투영 광학계(10)에 있어서, 도시하지 않았지만, 광원으로부터의 빛의 일부를 차광하여 컷오프 패턴을 형성하기 위해 쉐이드(shade)를 임의의 위치에 배치할 수 있다.
［LED 모듈］
도 6에 나타낸 바와 같이, LED 모듈(20)의 장방형 케이스(20ca)의 전면(前面) 요부의 바닥에는 배선 패턴(20pp)이 설치되고, 배선 패턴(20pp) 위에 범프(B)를 개입하여 LED 소자(21)의 p전극 및 n전극이 전기적으로 접속되고 있다. 그리고 LED 모듈(20)은 LED 소자(21)의 발광면을 덮도록 배치된 파장 변환층(22)(형광체층)를 구비하고, LED 소자(21)로부터의 빛 중 파장 변환층(22)을 투과 한 빛과 LED 소자(21)로부터의 빛으로 여기(勵起)되어 발광한 파장 변환층(22)부터의 빛을 전방으로 발광하도록 구성되어 있다.
예를 들어, LED 모듈(20)은, LED 소자(21)로부터의 청색 빛 중 파장 변환층(22)을 투과한 청색광 성분과 LED 소자(21)로부터의 청색 빛으로 여기되어 발광한 파장 변환층(22)으로부터의 황색광 성분을 포함한 백색광(의사(擬似) 백색광)을 발광한다. 파장 변환층(22)으로서는, 예를 들어, LED 소자(21)로부터의 청색 빛으로 여기되어 황색빛을 발광하는 형광체(예를 들어, YAG계 형광체 입자 등의 형광체 입자가 분산된 수지층)를 이용하는 것이 가능하다.
［LED 소자］
도 7에 나타낸 바와 같이, LED 소자(21)는, 구형의 기판(21a)의 한 면에 형성된 n형 반도체층(21b)와, n형 반도체층(21b)표면상에 섬 형상으로 형성된 n전극 (21c)과, n전극(21c)을 둘러싸도록 n형 반도체층(21b) 표면상에 형성된 활성층(21d)과, 활성층(2ld) 표면에 형성된 p형 반도체층(21e)와, p형 반도체층(21e)표면에 형성된 투명 전극(21f)와, 투명 전극(21f) 표면에 형성된 반사성의 금속으로부터 되는 p전극(21g)을 구비하고 있다. LED 소자(21)에서는, 상기의 기판(21a)의 한 면에 형성된 구성요소를 모두 덮어 보호하는 보호막(21h)이 형성되어 있다. 다만, 보호막(21h)에는 n형 반도체층(21b)과 p전극(21g)을 노출시켜 각각의 범프(B)를 접합하기 위한 트인 구멍이 형성되어 있다.
기판(21a)은 예를 들어, 청색광에 대해 투과성을 가지는 사파이어 기판 등의 단결정 기판이다. n형 반도체층(21b)은 예를 들어, n-GaN층 등의 질화물 반도체층이다. 활성층(21d)은 예를 들어, InGaN층 등의 발광층이다. p형 반도체층(21e)은 예를 들어, p-GaN층등의 질화물 반도체층이다. 투명 전극(21f)은 AuNi나 ITO 등의 박막으로 저(低)저항의 투명 전극이다. 투명 전극(21f)은 n형 반도체층(21b)과 비교하여 저항율이 높은 p형 반도체층(21e)의 전류 확산을 보충하기 위해서 이용된다. p전극(21g)은 예를 들어, 청색광에 대해 고반사율의 전극이다. p전극(21g)은 섬 형상에 형성된 복수의 n전극(21c)의 각각을 이간해 둘러싸도록 대략 모든 영역에 형성되어 있다. n전극(21c)에 대해서는 후술 한다. 본 실시 형태의 LED 소자(21)에 따르면, p전극(21g)의 반사 작용에 의해, 훼이스압(face up)형의 LED 소자에 비해, 출력증가가 가능해진다.
또, 본 실시 형태의 LED 소자(21)에 있어서, 방열 효과가 높은 p전극(21g)을 n전극보다 큰 면적에서 이용하는 것이 가능해지기 위해, 훼이스압형의 LED 소자에 비해, 대전류를 공급하는 것에 기인하는 LED 소자(21)의 발열에 의한 영향(발광 휘도의 저하 등)을 방지 또는 완화하는 것이 가능해진다.
다음에, LED 소자(21)의 제조 방법에 대해 설명한다.
사파이어 기판(21a)을 준비하여, MOCVD에 의해 반도체층(n형 반도체층(21b), 활성층(21d), p형 반도체층(21e) 등)을 에피택셜 성장시킨다.
반도체층의 성장에서는, 사파이어 기판(21a)을 MOCVD 장치에 투입 후, 수소 분위기중에서 1000℃의 서멀 클리닝을 10분간 실시한다. TMG(트리메틸갈륨) 및 NH3을 공급해 GaN층으로부터 되는 버퍼층(도시하지 않음)을 형성한다.
계속 해서, TMG, NH3 및 불순물 가스(dopant gas)로서 SiH4를 공급하여, n형 GaN층으로부터 되는 n형 반도체층(21b)을 형성한다. 계속 해서, n형 반도체층(21b) 위에 활성층(21d)을 형성한다. 본 실시예에서는, 활성층(21d)에는, InGaN/GaN로부터 되는 다중 양자(量子)우물 구조를 적용했다. 즉, InGaN/GaN를 1 주기로 하여 5 주기 성장을 실시한다. 구체적으로는, TMG, TMI(트리메틸인듐), NH3를 공급해 InGaN 우물층을 형성하고, 계속해서 TMG, NH3를 공급하여 GaN 장벽층을 형성한다. 이 처리를 5주기 정도 반복하는 것에 의해 활성층(21d)이 형성된다. 다음에, TMG, TMA(트리메틸알루미늄), NH3 및 불순물로서 Cp2Mg(biscycloPentadienylMg)를 공급해, p형 AlGaN 클래드층(도시하지 않음)을 형성한다. 계속해서, TMG, NH3 및 불순물로서 Cp2Mg를 공급해 p형 GaN층으로부터 되는 p형 반도체층(21e)을 형성한다.
다음에, n형 반도체층(21b)(n형 GaN층)의 일부가 표출 하도록, 웨이퍼 윗쪽으로부터 드라이 에칭을 실시한다. n형 반도체층(21b)(n형 GaN층)이 노출한 부분을 덮는 레지스터 패턴을 새롭게 포토리소그라피(photolithography)로 형성한 후, p형 반도체층(21e)을 덮도록 ITO로부터 되는 투명전극(21f)을 형성한다. 계속해서, 전자빔 증착법에 의해, p전극(21g)이 형성된다. 예를 들어, p전극(21g)은 Ag/Ti/Pt/Au로부터 되는 다층막이다. p전극(21g)은 저항 가열 증착에 의해서 형성되어도 좋다. 그 후 레지스터 패턴을 림바로 제거한다.
다음에, n형 반도체층(21b)(n형 GaN층)의 노출면에 Ti 및 Al를 순차적으로 퇴적하고, 접착성 향상을 위하여, 가장 위표면에 Ti/Au를 퇴적하는 것으로 n전극(21c)을 형성한다. n전극(21c)의 형성 때는, 각각이 형성되는 부분 이외에는 마스크를 포토리소그라피 등으로 형성해 두고, n전극(21c)의 형성 후는, 마스크를 림바로 제거한다.
p전극(21g)은 예를 들어, 도 8에 나타나 있는 바와 같이, 대략 원형의 섬 형상으로 형성된 6개의 n전극(21cx)(21cy)의 각각을 이간해 둘러싸도록 p형 반도체층(21e)의 대략 모든 영역에 형성된다. 그리고 섬(島) 형상의 n전극(21cx)(21cy)의 형상은 원형에 한정되지 않고, 타원 등의 곡선 형상이면 좋고, 후술 하는 수평선의 수직 방향에 있어서 서로 반대 방향으로 볼록하게 되는 곡선을 포함한 형상이 바람직하다.
다음에, 각 전극을 위한 범프용의 트인 구멍이 형성되는 부분 이외에는 마스크를 포토리소그라피 등으로 형성해 두고, 기판(21a)의 한 면에 형성된 구성요소를 모두 SiO2, SiN 등의 보호막(21h)으로 덮어 보호한다.
이상에 의해, LED 소자(21)가 제조된다. 그리고 설명한 상기 LED 소자(21)는 사파이어 기판 상에 형성된 소자이지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 실리콘카바이드 기판 등에 지지된 플립 칩 LED 소자에서도 적용할 수 있다. 또한 제1전극이 n전극이며 한편 제2전극이 p전극이라고 할 때, 제2전극의 p전극 측에 발광하는 활성층이 배치된 실시 형태를 상기에서는 설명하고 있으나, 제1전극과 제2전극을 바꿔 넣어 제1전극이 p전극이며 한편 제2 극이 n전극으로 하여 제2전극의 n전극에 발광하는 활성층이 배치된 플립 칩 LED 소자에서도 본 발명은 적용할 수 있다. 어쨌든 넓은 면적의 발광 활성층측의 전극을 반사성의 제2전극으로 하여, 섬 형상으로 형성된 복수의 제1전극으로 하면 좋다.
이하, 본 실시 형태의 LED 모듈의 제조 공정을 설명한다.
미리 표면에 범프에 대응하는 전극배선 패드(pad)를 형성하고 있는 배선패턴(20pp)을 전면(前面) 요부의 바닥에 구비한 세라믹제의 장방형 케이스를 준비하고, 전극배선패드 상에 범프를 공급한다. 범프가 공급된 케이스에, 특성이 갖추어진 4개의 상기 제조된 LED 소자(21)를, 소정의 간격으로 일렬로, 각 LED 소자(21)의 구형 투명성 기판의 한 변이 일직선(21a)(도 5의 하단(20a)) 상에 일치하도록 배치한다. 이 때, LED 소자(21)의 범프용 개구가, 범프에 대향하도록 배치된다. 도 6에 나타나 있는 바와 같이, LED 소자(21)를, 접합재(범프 B)를 개재(介在)시켜 배선 패턴(20pp)의 실장부에, 예를 들어, 초음파와 하중을 걸친 범프 접합에 의해 실장(實裝)한다.
다음에, 파장 변환층(22)을 형성한다. 예를 들어 실리콘 수지 재료와 YAG계 형광체입자를 혼합한 것(재료 혼합액)을 디스펜서 등으로 적하한다. 도포막은, 4개의 LED 소자(21)를 일체로 덮는 1매의 장방형의 막으로서 형성된다. 도포막의 표면의 요철은 반드시 레벨링 된다. 또한 1매의 막으로서 도포막이 형성되기 위해, 각 LED 소자(21) 상부에 있어서의 형광체 농도가 일정하게 된다. 도포막을, 그 형상을 유지한 채 경화시켜서, 파장 변환층(22)이 형성된다.
이상에 의해, LED 모듈(20)이 제조된다.
［LED 소자의 n전극 구성］
본 실시 형태에서는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 플립 칩형 LED 소자에 있어서의 구형의 기판의 한 면 측에 같은 크기의 복수의 n전극(21cx)(21cy) 및 이들 n전극의 각각을 둘러싸는 p전극(21g)이 형성되어 있다. 복수의 n전극(21)은, 복수의 열을 이루어, 각 렬에 복수가 직선적으로 등간격으로 배열되어 있다(도 8에 있어서는, 3개의 n전극(21cx)으로부터 되는 n전극열 R1과 3개의 n전극(21cy)으로부터 되는 n전극열 R2의 2열이 배열되어 있다).
복수의 n전극은, 구형 기판(21a)의 상기 n전극열 R1, R2와 수직인 대향하는 2변(21ux)(21uy)에 평행한 수평선 PL 가운데, n전극과 그 n전극의 최대 전극폭으로 교차하여 가장 그 2변에 근접하는 2개의 기준 수평선 PLux, PLuy와의 사이에 있는 수평선 PL상에 있어서는, 몇 개의 n전극이 존재하도록 배치되어 있다.
또한, n전극은, 수평선 PL상에 있어서의 각 전극폭(n전극열R1의 n전극(21cx)의 전극폭x와 n전극열R2의 n전극(21cy)의 전극폭y)의 합계가, 각 전극의 최대 전극폭의 합계(X＋Y)의 2분의 1의± 30%이내, 즉, 각 전극의 최대 전극폭의 합계(X＋Y)의 35%이상 65%이하가 되도록 형성, 배치되어 있다.
다시 말하면, 복수의 n전극은, 수평선 PL상에서는 인접하는 n전극열의 n전극(21cx)(21cy)의 적어도 어느 것이 존재하고, 이하의 식을 만족하도록 형성된다.
0.7× (X＋Y)/2≤(x＋y)≤1.3× (X＋Y)/2
0≤x≤X≤Z/2
0≤y≤Y≤Z/2
상기 식 중에서, x는 n전극(21cx)의 수평선 PL상의 전극폭을, y는 n전극(21cy)의 수평선 PL상의 전극폭을, X는 n전극(21cx)의 수평선 PL상의 최대 전극폭을, Y는 n전극(21cy)의 수평선 PL상의 최대 전극폭을, Z는 구형 기판(21a)의 n전극열과 수직인 변(수평선 PL에 평행한 변)의 길이를, 각각 나타낸다.
n전극을, 상기와 같이 정하는 이유는, 아래와 같이 근거에 의한다.
(1) 수평선 PL상에 n전극이 존재하지 않으면 부분적으로 밝은 영역이 생기는 얼룩(이하, 밝은 얼룩이라고 호칭한다)의 원인이 된다.
(2) 어느 수평선 PL상에 n전극이 복수 존재하고, 그 수평선 PL상에서 겹침 폭이 크고, 다른 수평선 PL상에서 겹침이 없거나 겹침 폭이 작으면, 겹침 폭이 큰 수평선상에 부분적으로 어두운 영역이 생기는 얼룩(이하, 어두운 얼룩이라고 호칭한다)의 원인이 된다.
이 밝은 얼룩과 어두운 얼룩의 가로 줄무늬 현상은, n전극의 표면과 p전극의 표면에서 발광층의 유무에 의해, n전극 위에서 어두워지는 것에 기인한다(도 2, 참조).
실제, 복수의 종래의 플립 칩형 LED 소자를 동일 선상에 배열한 LED 모듈을 이용하여 헤드램프를 구성했을 경우에서는, 배광 패턴 조사시에, 하나의 선상에 있는 서로 인접한 소자의 n전극(캐소드 전극)에 대응하는 3개의 어두운 가로 줄무늬가 나타나는 문제가 있다. 예를 들어, 도 9a에 나타난 바와 같이, 수평선상에 배열된 4개의 종래의 구형 LED 소자(23)(도 1, 참조)를 구비한 LED 모듈(20)을 다이렉트 프로젝션형 광학계 헤드램프(10)에 이용했을 경우(도 5, 참조), 도 9b에 나타난 바와 같이 수평선의 수직 방향으로 n전극 위에서 어두워지는 휘도 분포가 형성되고, LED 소자의 발광면(상하 방향 종단면)에 있어서는, 주기적인 휘도 분포가 형성된다.
도 9a에 나타난 바와 같이 수평선 PLA상의 복수의 n전극이 배열되어 있고 또한 수평선 PLB상의 n전극이 존재하지 않는 것에 의하여, 도 9c에 나타난 바와 같이 가상 스크린 상에 배광 패턴에 있어서의 LED 모듈이 겹치는 반전 투영상I에서는 3개의 어두운 가로 줄무늬(4개의 밝은 가로 줄무늬)가, 상하 방향의 조도 분포(도 9d)로서 나타난다.
본 발명에 따른 실시 형태의 차량용 등기구는, 도 4에 나타난 투영 렌즈(30)을 포함한 투영 광학계(10)를 구비하고, 투영 광학계(10)는 LED 모듈(20)의 광원상(n전극열R1와 n전극열R2를 포함한다)을 차량 전방으로 투영 하는 것에 의해, 차량 전단부에 정면으로 맞선 가상 연직 스크린 상에 컷오프 라인을 포함한 헤드램프용 배광 패턴을 형성하도록 구성되어 있다. 이 투영 광학계(10)에 의한 LED 모듈(20)의 n전극열R1 및 n전극열R2에 대응하는 반전 투영상I의 상(像)부분 IR1 및 IR2는, 배광 패턴에 있어서 컷오프 라인의 수평 라인에 수직이 된다.
본 발명에 의한 실시 형태에 대해서, 도7및 도8을 이용하고, 전극열이 2열 배치된 발광소자를 예로 설명했지만, 본 발명에 있어서 전극열은, 2열 배치에 한정되지 않고, 3열 이상 배치되어도 괜찮다.
이 경우에 있어서는, 인접하는 2개의 전극열이, 전극열과 수직인 대향하는 2변에 평행한 수평선 중, 전극과 그 전극의 최대 전극폭으로 교차하여 가장 그 2변에 근접하는 2개의 기준 수평선과의 사이에 있는 수평선 PL상에 있고, 어느 것인가의 n전극이 존재하도록 배치되고, 또한 n전극은, 수평선 PL상에서의 각 전극폭(n전극(21cx)의 전극폭x와 n전극(21cy)의 전극폭y)의 합계가, 각 전극의 최대 전극폭의 합계(X＋Y)의 35%이상 65%이하가 되도록, 전극이 배치된다.
또한, 본 발명에 의한 실시 형태에 대해서, 도 7및 도 8을 이용하여, 1개의 전극렬상에 복수의 전극(3개의 전극)이 배치된 발광소자를 예로 설명했지만, 본 발명에 있어서, 1개의 전극 열에서의 전극의 수는, 임의로 마련할 수 있고, 후술하는 변형 예의 같이 1개로 할 수도 있다.
이 종래의 LED 모듈을 이용하여 헤드램프를 구성했을 경우의 가로 줄무늬 현상의 원인을 감안하여, 발명자는, 일렬로 배치한 복수 LED 소자로부터 되는 LED 모듈을 조립한 헤드램프 광학계에 의한 배광 패턴과 그 LED 소자의 n전극 구성에 관해서, 실험과 검토를 거듭한 결과, 이 n전극 구성에 의해, LED 모듈의 휘도 분포의 균일성을 향상할 수 있고, 배광 패턴에 있어서의 조도 분포에 얼룩이 적은 조건을 찾아내, 본 실시 형태에 이르렀다.
즉, n전극의 형태를 변화시킨 LED 모듈의 헤드램프를 헤드램프 광학계에 의해 배광시키고, 그 배광 패턴의 조도 얼룩의 유무를 육안으로 평가한 실험 결과에 의해, 구형 LED 소자의 한 편에 평행한 어느 수평선 PL상에 있어도 수평선 PL상에 n전극이 겹치도록(존재하도록) n전극을 배치하는 것과 동시에, 해당 수평선 PL상에 n전극이 겹치는 정도를, 수평선 PL상에서 인접하는 2개의 전극의 폭의 합계가, 해당 각 전극의 최대폭의 합계의 2분의 1의± 30%이내, 즉 해당 각 전극의 최대폭의 합계의 35%이상 65%이하가 되도록 하는 것으로, 육안에 의한 명암 얼룩을 거의 확인할 수 없게 되는 효과가 나타나는 것을 알았다.
수평선 PL상의 2개의 인접하는 전극열의 n전극의 중복 정도에 따라 가로 줄무늬 발생의 정도로 대해서 실험했다.
실험에 제공한 LED 소자는 상기 설명한 것으로서, 480μm× 480μm의 정방형 기판에 대해, 1열 3개의 n전극을 2열 배치했다. 각 n전극은, 직경 80μm의 원형이며, 제1열의 전극의 중심과 제2열의 전극의 중심과의 수평거리는 120μm이다. n전극은, 수평선 PL에 수직인 방향으로, 복수가 일직선상에 모여 열(列) 형상으로 배치되어 있다.
여기서 도 10에 나타난 바와 같이 LED 소자(21)의 n전극 구성으로서는, 2개의 n전극의 각각이 공통의 수평선 PL에서 접하는 경우를 제1의 실험예 Ex1로 하고, 1개의 수평선 PL과 겹쳐지는 2개의 n전극의 폭(전극과 수평선이 겹친 부분의 선분의 길이(즉 전극의 폭))이 순서대로 증가하는 경우를 각각 제2, 제3 및 제4의 실험예 Ex2, Ex3 및 Ex4로 했다.
도 11 내지도 14를 이용하여, 제1, 제2, 제3 및 제4의 실험예 Ex1, Ex2, Ex3 및 Ex4의 LED 소자(21)의 수평선 PL상에 인접하는 n전극열의 2개의 n전극이 겹치는(투영 했을 경우에 겹쳐져 보이는 상태) 정도에 대해 설명한다.
도 11에 나타난 바와 같이, 제1의 실험예 Ex1의 LED 소자(21)에 있어서는, 왼쪽의 n전극(21cx)의 중심을 통과하는 수평선의 위치를 0μm위치로 하여, 왼쪽의 n전극(21cx)의 반경 40μm의 위치에서 좌우의 n전극(21cx)(21cy)이 어느 수평선 PL상에 접한다. 2개의 n전극(21cx)(21cy)은 수평선에 수직방향으로 80μm(중심 간격) 벗어나 있다. 거기서, 이들 2개의 n전극의 동일 수평선상의 전극폭(수평선이 n전극과 교차하는 길이)의 합계 값(이하, 전극폭 합계 값)을, 수평선 PL를 2.5μm씩, 왼쪽의 n전극(21cx)의 중심을 통과하는 수평선의 0μm위치에서 오른쪽의 n전극(21cy)의 중심을 통과하는 수평선의 80μm의 위치까지 평행 이동시켜, 플롯 했다. 도 11로부터 분명한 바와 같이, 수평선의 40μm의 위치에서 수평선상에 있는 좌우의 n전극(21cx)(21cy)의 전극폭 합계 값이 최소 0μm이 된다.
제1의 실험예 Ex1에서는, 수평선상의 전극폭의 합계치는, 0μm~80μm( 각 전극폭의 최대폭의 합계 160μm의 0%~50%)였다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 제2의 실험예 Ex2의 LED 소자(21)에 있어서는, 왼쪽의 n전극(21cx)의 중심을 통과하는 수평선의 위치를 0μm위치로 하여, 오른쪽의 n전극(21cy)은 수평선에 수직 방향으로 70μm(중심 간격) 벗어나 있다.
거기서, 이들 2개의 n전극의 전극폭 합계값을, 수평선 PL를 2.5μm씩, 왼쪽의 n전극(21cx)의 중심을 통과하는 수평선의 0μm위치에서 오른쪽의 n전극(21cy)의 중심을 통과하는 수평선의 70μm의 위치까지 평행 이동시켜, 플롯 했다. 도 12로부터 분명한 바와 같이, 수평선의 35μm의 위치에서 전극폭 합계 값이 최대가 된다.
제2의 실험예 Ex2에서는, 수평선상의 전극폭의 합계값은, 52.92μm~80μm(각 전극폭의 최대폭의 합계 160μm의 약 33%~50%)였다.
도 13에 나타난 바와 같이, 제3의 실험예 Ex3의 LED 소자(21)에 있어서는, 왼쪽의 n전극(21cx)의 중심을 통과하는 수평선의 위치를 0μm위치로 하여, 오른쪽의 n전극(21cy)은 수평선에 수직 방향으로 65μm(중심 간격) 벗어나 있다. 거기서, 이들 2개의 n전극의 전극폭 합계값을, 수평선 PL를 2.5μm씩, 왼쪽의 n전극(21cx)의 중심을 통과하는 수평선의 0μm위치에서 오른쪽의 n전극(21cy)의 중심을 통과하는 수평선의 65μm의 위치까지 평행 이동시켜, 플롯했다. 도 13으로부터 분명한 바와 같이, 수평선의 32.5μm의 위치에서 전극폭 합계 값이 최대가 된다.
제3의 실험예 Ex3에서는, 수평선상의 전극폭의 합계 값은 62.45μm~93.28μm(각 전극폭의 최대폭의 합계 160μm의 약 39%~58%)였다.
도14에 나타난 바와 같이, 제4의 실험예 Ex4의 LED 소자(21)에 있어서는, 왼쪽의 n전극(21cx)의 중심을 통과하는 수평선의 위치를 0μm위치로 하여, 오른쪽의 n전극(21cy)은 수평선에 수직 방향으로 55μm(중심 간격) 벗어나 있다. 거기서, 이들 2개의 n전극의 전극폭 합계값을, 수평선 PL를 2.5μm씩, 왼쪽의 n전극(21cx)의 중심을 통과하는 수평선의 0μm위치에서 오른쪽의 n전극(21cy)의 중심을 통과하는 수평선의 55μm의 위치까지 평행 이동시켜, 플롯했다. 도 14로부터 분명한 바와 같이, 수평선의 27.5μm의 위치에서 전극폭 합계 값이 최대가 된다.
제4의 실험예 Ex4에서는, 수평선상의 전극폭의 합계 값은, 74.16μm~116.18μm(각 전극폭의 최대폭의 합계 160μm의 약 46%~73%)였다.
제1, 제2, 제3 및 제4의 실험예Ex1, Ex2, Ex3 및 Ex4의 LED 소자의 각각 4개를 수평선 PL방향으로 일직선으로 배치해 상기 설명한 LED 모듈로서 제작했다. 그들 실험예 Ex1, Ex2, Ex3 및 Ex4의 LED 모듈을 상기 설명한 다이렉트 프로젝션형 광학계 헤드램프로서 각각 제작했다. 실험예Ex1, Ex2, Ex3 및 Ex4의 다이렉트 프로젝션형 광학계 헤드램프로, 배광 패턴으로서 LED 모듈의 반전 투영상I를 전방으로 투영 하여, 해당 반전 투영상I를 관찰했다.
도 15에 실험예Ex1, Ex2, Ex3 및 Ex4의 LED 모듈의 반전 투영상I의 관찰 결과를 나타낸다.
실험예Ex1에 있어서는, 좌우의 n전극(21cx)(21cy)이 겹치지 않는 수평선에 대응하는 수평선상에 다소 밝은 라인을 관찰할 수 있고, n전극의 수직 방향 차이 80μm피치에 대응하는 가로 줄무늬가 발생했다.
실험예Ex2에 대해서는, 좌우의 n전극(21cx)(21cy)이 겹치는 수평선에 대응하는 영역상에서는, 실험예Exl와 비교하여, LED 모듈에 있어서의 부분적인 밝은 얼룩이 완화되고 배광 패턴에 있어서의 가로 줄무늬가 완화되었지만, 배광 패턴에 있어서의 가로 줄무늬는 육안으로 확인되었다.
실험예Ex3에 대해서는, LED 모듈에 있어서의 휘도 얼룩, 배광 패턴에 있어서의 가로 줄무늬는 관찰되지 않았다.
실험예Ex4에 대해서는, 좌우의 n전극(21cx)(21cy)이 겹치는 수평선에 대응하는 영역상에 어두운 라인을 관찰할 수 있고, n전극의 수직 방향 차이 50μm피치에 대응하는 가로 줄무늬가 발생했다.
이상의 제1, 제2, 제3 및 제4의 실험 결과에 의해, 구형 LED 소자의 한 변에 평행한 어느 수평선 PL상에 있어서도 수평선 PL상에 n전극이 겹치도록(존재하고 있도록) n전극을 배치하는 것과 동시에, 해당 수평선 PL상에 n전극이 겹치는 정도를, 수평선 PL상에서 인접하는 2개의 전극의 폭의 합계가, 해당 각 전극의 최대폭의 합계의 2분의 1의± 30%이내, 즉 해당 각 전극의 최대폭의 합계의 35%이상 65%이하, 본 실험예에 있어서는, 56μm~104μm(n전극의 최대폭 80μm)이 되도록 하는 것으로, 육안에 의한 명암 얼룩을 거의 확인할 수 없게 되었다. 그리고 실험예Ex1와 Ex4에서는 분명한 가로 줄무늬가 나타난다.
따라서 상기 수평선 PL상에 n전극이 겹치는 정도를 고려하면, 각 n전극의 형상도, n전극의 수평선 PL상에서의 각 전극폭의 합계가 각 전극의 최대폭의 합계의 35%이상 65%이하가 되도록 설정해야 한다. 예를 들어, 도 16에 나타내는 비교예와 같이, LED 소자(21)에 대해 2개의 정방형의 n전극(80μm× 80μm)의 왼쪽의 n전극(21cx)의 중심을 통과하는 수평선의 위치를 0μm위치로 하여, 오른쪽의 n전극(21cy)은 수평선에 수직 방향으로 65μm(중심 간격) 벗어나게 하여 구성했을 경우, 이들 2개의 n전극의 전극폭 합계 값을 수평선 PL를 2.5μm씩, 왼쪽의 n전극(21cx)의 중심을 통과하는 수평선의 0μm위치에서 오른쪽의 n전극(21cy)의 중심을 통과하는 수평선의 65μm의 위치까지 평행 이동시켜, 플롯하면, 분명한 바와 같이, 수평선의 32.5μm의 위치를 포함한 수평선 PL상에 n전극이 겹치는 부분은 전극폭 합계 값 160μm가 되어, 최대 전극폭의 합계 160μm이기 때문에, 최대 전극폭의 합계의 35%이상 65%이하에 포함되지 않는다. 이 경우, 상기 실험예 Ex4와 마찬가지로 배광 패턴에 분명한 가로 줄무늬가 나타난다.
즉, 수평선 PL상에 있어 n전극이 겹치고 있어도, 수평선 PL상에서의 각 전극폭의 합계가 각 전극의 최대폭의 합계의 35%이상 65%이하가 되는, 전극 형상 및 전극 배치가 아니면, 가로 줄무늬를 해소할 수 없다.
［변형예 1］
상기의 실시예에 대해서는, 2개의 전극열의 각각에 3개의 전극이 배치된 LED 소자를 예로 설명했지만, 본 변형예의 LED 소자에 있어서, 2개의 전극열의 각각에 1개의 전극을 배치할 수도 있다.
도 17a에 나타난 바와 같이, 본 변형 예의 LED 소자(21)의 n전극으로서 n전극열 R1의 n전극(21cx) 및 n전극열 R2의 n전극(21cy)이 각각 1개 형성된다. n전극(21cx)(21cy)의 각각은 최대 전극폭을 가지는 전극 본체(212)와 이것에서 뻗는 신장부(213)로 이루어진다. 각 신장부(213)는 예를 들어, 직경 80μm의 원형의 전극 본체(212)의 중심으로부터 220μm의 길이의 구형 신장부(폭 40μm)이다. n전극(21cx)(21cy)의 각각의 구형 신장부(213)는 수평선에 직교 하는 방향으로 서로 역방향에 평행으로 신장하고 있고, 전극 본체(212)의 중심간 거리는 245μm이다.
여기서, 도 17a에 나타난 바와 같이, 이들 2개의 n전극의 동일 수평선상의 전극폭(수평선이 n전극과 교차하는 길이)의 전극폭 합계값을 왼쪽의 n전극(21cx)의 중심을 통과하는 수평선의 0μm위치에서 오른쪽의 n전극(21cy)의 중심을 통과하는 수평선의 245μm의 위치까지 수평선 PL를 2.5μm씩, 평행이동 시켜 플롯 다. 그 결과를 도 17b에 나타내었다. 도 17b로부터 분명한 바와 같이, 수평선의 25μm~220μm의 위치에서 전극폭 합계 값이 최대가 된다.
본 변형예에서는, 수평선상의 전극폭의 합계값은 62.45μm~80μm였다. 도 17의 실험 결과에 의해, 구형 LED 소자의 한 변에 평행한 어느 수평선 PL상에 있어서도 수평선 PL상에 n전극의 신장부(213)가 겹치도록 n전극을 배치한다. 동시에, 해당 수평선 PL상에 n전극이 겹치는 정도를, 수평선 PL상에서 인접하는 2개의 전극의 폭의 합계가, 상기식의 0.7× (X＋Y)/2≤(x＋y)≤1.3× (X＋Y)/2의 범위 이내, 즉 해당 각 전극의 최대폭의 합계의 35%이상 65%이하, 56μm~104μm(n전극의 최대폭 80μm), 가 되도록 하는 것으로, 본 변형예에 있어서도, 육안에 의한 경우도 배광 패턴에서의 명암 얼룩을 거의 확인할 수 없게 된다.
［변형예 2］
또한 도 18a 및 도 18b에 나타난 바와 같이, LED 소자에 있어서, n전극의 열의 각각 중 구형 투명성 기판(21)의 2변(21ux)(21uy)에 각각 가장 근접하는 좌우의 n전극(21cx)(21cy)에 확대부(214)를 마련할 수 있다.
확대부(214)는 좌우의 n전극(21cx)(21cy)의 각각의 최대 전극폭과 동일한 폭을 가지고, p전극(21g)의 가장자리(제2기준수평선 PLux2, PLuy2)까지 신장하고 있다. 즉, 이 확대부(214)에 의해, 기준 수평선 PLux, PLuy보다 외측의 2개의 제2기준 수평선 PLux2, PLuy2까지 기준 수평선간의 범위가 확대된다. 이 제2기준수평선 PLux2, PLuy2의 사이의 범위 내에서도, 어느 수평선 PL2상에 n전극이 겹치는 정도는, 수평선상에서 인접하는 2개의 전극의 폭의 합계가, 상기식의 0.7× (X＋Y)/2≤(x＋y)≤1.3× (X＋Y)/2의 범위 이내, 즉 해당 각 전극의 최대폭의 합계의 35%이상 65%이하로 하는 조건을 만족하고 있다. 따라서 이 변형예 2에 있어서도, 육안에 의한 경우도 배광 패턴으로의 명암 얼룩을 거의 확인할 수 없게 된다.
그리고 도 18a에 나타난 LED 소자는, 좌우의 n전극(21cx)(21cy)이 구형 투명성 기판(21a)의 한 변을 향해 확대하는 확대부(214)를 가지는 것 이외는, 도 8에 나타난 소자와 동일하다. 도 18b에 나타난 LED 소자도, 좌우의 n전극(21cx)(21cy)이 구형 투명성 기판(21a)의 한 변을 향해 확대하는 확대부(214)를 가지는 것 이외는, 도 17a에 나타난 소자와 동일하다.
도 18a 및도 도18b에 나타난 LED 소자 따르면, LED 모듈의 투영상에 있어서의 주연부(周緣部)의 휘도가 떨어지므로, 해당 주연부에 관련되는 상기 배광 패턴에 명암의 가로 줄무늬가 나타나는 것이 더욱 적게 된다.　그리고 실시 형태에서는, 일례로서 청색 LED 소자와 청색 발광을 여기광으로 하여 황등색(黃橙色)의 형광을 발광하는 파장 변환층을 조합하여, 청색광과 황등색을 혼합하여 백색을 얻는 백색 LED 모듈에 대해 설명하지만, 본 발명에서는 발광색이 백색에 한정되는 것이 아니고, 파장 변환 재료에 대해서도 임의로 조합할 수 있다. 또, 차량용 전조등 이외의 조명 장치에 본 발명을 적용할 수 있다.
10:　다이렉트 프로젝션형 헤드램프
20: LED 모듈
30: 투영 렌즈
21:　LED 소자
22:　파장 변환층
51:　입사면
52:　출사면
I: 반전 투영상
H: 선
V: 선
B:　범프

Claims (8)

  1. 발광소자 모듈(20)과,
    상기 발광소자 모듈(20)을 앞 방향으로, 그리고 상기 발광소자 모듈(20)의 길이방향이 전방에서 보아 수평으로 고정되는 베이스부와,
    상기 베이스부 상의 상기 발광소자 모듈(20)로부터 전방으로 뻗은 광축(Ax)상에 배설되고, 상기 발광소자 모듈(20)로부터 발한 빛을 전방으로 투영 하는 투영 렌즈(30)를 구비하며;
    상기 발광소자 모듈(20)은 복수의 플립 칩형 발광소자(21)들을 포함하고, 상기 플립 칩형 발광소자(21)들의 각각은 한 변을 가지며, 상기 플립 칩형 발광소자(21)들의 한 변들은 길이방향으로 일직선상에 일치하도록 배열되어 있으며;
    상기 플립 칩형 발광소자(21)들의 각각은 구형 투명성 기판(21a)과, 상기 구형 투명성 기판(21a)에 대향하는 제1전극 및 제2전극을 구비하고, 상기 구형 투명성 기판의 대향하는 2변이 길이방향에 평행한 수평 방향이 되도록 배치되며;
    상기 플립 칩형 발광소자(21)들의 각각은 상기 구형 투명성기판(21a), 상기 구형 투명성 기판(21a)상에 형성된 기초 반도체층(21b)과, 상기 기초 반도체층(21b)상에 섬 형상으로 형성된 복수의 제1전극(21cx)(21cy)과, 상기 복수의 제1전극(21cx)(21cy)의 각각을 둘러싸 각각을 이간하여 상기 기초 반도체층(21b)상에 형성된 발광층을 포함한 발광 반도체층(21d)과, 상기 발광 반도체층(21d)상에 형성되어 있고 상기 제1전극(21cx)(21cy)의 각각을 둘러싸는 제2전극(21g)을 포함하며, 상기 제1전극(21cx)(21cy)과 제2전극(21g)은 상기 투명성 기판(21a)에 대향하게 되어 있으며;
    상기 제1전극(21cx)(21cy)은, 길이방향과 수직인 상기 구형 투광성 기판(21a)의 한 변과 평행한 복수의 전극열(R1)(R2)을 이루도록 배치되고, 상기 플립 칩형 발광소자(21)들의 한 변들은 구형 투명성 기판(21a)상에서 전극열(R1)(R2)에 수직이며;
    상기 길이방향으로 평행한 수평선(PL)중, 상기 제1전극(21cx)(21cy)의 최대 전극폭으로 상기 제1전극(21cx)(21cy)을 교차하고 그리고 상기 2변에 가장 근접하는 2개의 수평선은 상부 변 기준 수평선(PLux)과 하부 변 기준 수평선(PLuy)으로 규정되고;
    상기 복수의 전극열은, 최대 전극폭으로 하부변 기준 수평선(PLuy)을 교차하는 제1전극을 포함하는 몇 개의 제1전극(21cx)으로 구성되는 제1전극열(R1)과, 최대 전극폭으로 상부변 기준 수평선(PLux)을 교차하는 제1전극을 포함하고, 상기 제1전극열(R1)에 포함된 제1전극(21cx)을 제외한 나머지 제1전극(21cy)으로 구성되는 제2전극열(R2)을 포함하고;
    상기 제1전극열(R1)의 제1전극(21cx)과 제2전극열(R2)의 제2전극(21cy)의 전극폭 합계가 상부변 기준 수평선(PLux)과 하부변 기준 수평선(PLuy) 사이에 있는 어느 수평선에서 다음 식의 조건을 만족하도록 형성된 것을 특징으로 하는 광축(Ax)을 포함하는 차량용 등기구.
    - 다음 -
    0.7× (X＋Y)/2≤(x＋y)≤1.3× (X＋Y)/2
    0≤x≤X≤Z/2
    0≤y≤Y≤Z/2
    상기 식 중에서, x는 제1전극열(R1)에 있는 수평선 상의 제1전극(21cx)의 전극폭을, y는 제2전극열(R2)에 있는 수평선 상의 제1전극(21cy)의 전극폭을, X는 제1전극열(R1)의 수평선 상의 제1전극(21cx)의 최대 전극폭을, Y는 제2전극열(R2)에 있는 수평선 상의 제1전극(21cy)의 최대 전극폭을, 그리고 Z는 전극열과 수직인 구형 기판(21a)의 한 변의 길이를, 각각 나타낸다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1전극(21cx)(21cy)은 원형인 것을 특징으로 하는 차량용 등기구.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1전극(21cx)(21cy)은 n전극이며, 상기 제2전극(21g)은 p전극인 것을 특징으로 하는 차량용 등기구.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 플립 칩형 발광소자(21)의 각각에 구비된 상기 제1전극(21cx)(21cy)의 전극열(R1)(R2)이 서로 평행이 되도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 등기구.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    발광소자 모듈(20)의 광원 상을 차량 전방으로 투영 하는 것에 의해, 차량 전단부에 정면으로 맞선 가상 연직 스크린 상에 컷오프 라인을 포함한 헤드램프용 배광 패턴을 형성하도록 구성된 투영 광학계(30)를 추가로 구비하고,
    상기 투영 광학계(30)는, 상기 전극열(R1)(R2)에 대응하는 상 부분과, 상기 배광 패턴에 있어서의 컷오프 라인의 수평 라인이 수직이 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 등기구.
  8. 삭제
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