WO2023145656A1 - 半導体発光素子、前照灯装置、および半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to semiconductor light emitting devices.
- the present disclosure also relates to a headlight device that includes the semiconductor light emitting device as a light source and is mounted on a moving body.
- the present disclosure also relates to a method for manufacturing the semiconductor light emitting device.
- Patent document 1 discloses a configuration using a semiconductor light-emitting element as a light source of a headlight device mounted on a vehicle, which is an example of a moving object.
- a first aspect example that can be provided by the present disclosure is a semiconductor light emitting device, a first semiconductor layer having a first conductivity type; a second semiconductor layer having a second conductivity type opposite to the first conductivity type; a light-emitting layer positioned between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer; an insulating section that divides the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the light-emitting layer into electrically insulated first and second regions; a light-transmitting layer having a monolithic structure extending over the first region and the second region and allowing passage of light emitted from the light-emitting layer; a first conductive portion electrically connected to the second semiconductor layer in the first region; a second conductive portion electrically connecting the first semiconductor layer in the first region and the second semiconductor layer in the second region; a third conductive portion electrically connected to the first semiconductor layer in the second region; and the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the light-emitting layer are arranged in a first direction; The area of the first region seen
- the optical semiconductor stack formed by the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the light-emitting layer is divided into the first region and the second region having different areas by the insulating portion. It is possible to obtain light with different light intensities per unit area without increasing the area of the light-transmitting layer while suppressing a decrease in luminous efficiency for obtaining a given luminous flux.
- a semiconductor light-emitting element having such characteristics as a light source it is possible to suppress an increase in size and complexity of an optical system including the light source.
- a second aspect example that can be provided by the present disclosure is a semiconductor light emitting device, a first semiconductor layer having a first conductivity type; a second semiconductor layer having a second conductivity type opposite to the first conductivity type; a light-emitting layer positioned between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer; an insulating section that divides the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the light-emitting layer into electrically insulated first and second regions; a wavelength conversion layer that has a monolithic structure extending over the first region and the second region and converts the wavelength of light emitted from the light emitting layer while allowing passage of the light; a first conductive portion electrically connected to the second semiconductor layer in the first region; a second conductive portion electrically connecting the first semiconductor layer in the first region and the second semiconductor layer in the second region; a third conductive portion electrically connected to the first semiconductor layer in the second region; and the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the light-emitting layer are arranged in a first direction; The area of
- the optical semiconductor stack formed by the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the light-emitting layer is divided into the first region and the second region having different areas by the insulating portion. It is possible to obtain light having different light intensities per unit area without increasing the area of the wavelength conversion layer while suppressing a decrease in luminous efficiency for obtaining a given luminous flux.
- a semiconductor light-emitting element having such characteristics as a light source it is possible to suppress an increase in size and complexity of an optical system including the light source.
- the difference between the light intensity per unit area of the light emitted from the first region and the light intensity per unit area of the light emitted from the second region is the light intensity emitted from the portion of the wavelength conversion layer facing the first region. It also causes a difference in chromaticity between the light emitted from the portion facing the second region and the light emitted from the portion facing the second region. Since both lights pass through the monolithic wavelength conversion layer, the chromaticity of the light emitted from the wavelength conversion layer in the vicinity of the insulating portion is the same as the chromaticity of the light emitted from the first region and the second region. It changes continuously between the chromaticity of light.
- chromaticity transition region such a region where the chromaticity of light emitted from the wavelength conversion layer changes is called a "chromaticity transition region". Even if there is a chromaticity transition region, if the width is narrow, the chromaticity difference between the two lights is likely to be conspicuous, which may give a sense of discomfort to the user who sees both lights emitted from the light emitting surface of the semiconductor light emitting element at the same time. .
- the meandering shape of the insulating portion as described above also causes the chromaticity transition region to meander, and the substantial width dimension of the chromaticity transition region can be widened to the same extent as the meandering width.
- the chromaticity difference between the two lights can be made inconspicuous, so that it is possible to suppress discomfort that may be felt by a user viewing the two lights emitted from the light emitting surface of the semiconductor light emitting element at the same time.
- a third aspect example that can be provided by the present disclosure is a semiconductor light emitting device, a first semiconductor layer having a first conductivity type; a second semiconductor layer having a second conductivity type opposite to the first conductivity type; a light-emitting layer positioned between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer; an insulating section that divides the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the light-emitting layer into electrically insulated first and second regions; a wavelength conversion layer that has a monolithic structure extending over the first region and the second region and converts the wavelength of light emitted from the light emitting layer while allowing passage of the light; a first conductive portion electrically connected to the second semiconductor layer in the first region; a second conductive portion electrically connecting the first semiconductor layer in the first region and the second semiconductor layer in the second region; a third conductive portion electrically connected to the first semiconductor layer in the second region; and the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the light-emitting layer are arranged in a first direction; The area of
- a fourth aspect example that can be provided by the present disclosure is a method for manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising: a first semiconductor layer having a first conductivity type, a second semiconductor layer having a second conductivity type opposite the first conductivity type, and a light emission positioned between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer forming an optical semiconductor stack in which layers are aligned in a first direction on a growth substrate; forming an insulating portion that divides the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the light-emitting layer into an electrically insulated first region and a second region; A first conductive portion electrically connected to the second semiconductor layer in the first region, electrically connecting the first semiconductor layer in the first region and the second semiconductor layer in the second region forming a second conductive portion and a third conductive portion electrically connected to the first semiconductor layer in the second region; removing the growth substrate; By arranging a wavelength conversion layer which has a monolithic structure and converts the wavelength of passing light so as to extend across the first region and the second region and to
- the optical semiconductor stack formed by the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the light emitting layer is the first region having a different area due to the insulating portion.
- the second regions By being divided into the second regions, it is possible to obtain light with different light intensities per unit area without increasing the area of the wavelength conversion layer while suppressing a decrease in luminous efficiency for obtaining a given luminous flux. can be done.
- a semiconductor light-emitting element having such characteristics as a light source it is possible to suppress an increase in size and complexity of an optical system including the light source.
- the light emitted from the first region and the light emitted from the second region enter the wavelength conversion layer without passing through the monolithic light-transmitting layer extending across the first region and the second region. . Therefore, it is possible to suppress a decrease in luminance difference between the two lights due to internal reflection that may occur in the light-transmitting layer having such a configuration. As a result, it is possible to suppress a decrease in brightness contrast on the light emitting surface of the semiconductor light emitting device.
- a fifth example embodiment that can be provided by the present disclosure is a semiconductor light emitting device comprising: a first semiconductor layer having a first conductivity type; a second semiconductor layer having a second conductivity type opposite to the first conductivity type; a light-emitting layer positioned between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer; an insulating section that divides the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the light-emitting layer into electrically insulated first and second regions; a wavelength conversion layer that has a monolithic structure extending over the first region and the second region and converts the wavelength of light emitted from the light emitting layer while allowing passage of the light; a first conductive portion electrically connected to the second semiconductor layer in the first region; a second conductive portion electrically connecting the first semiconductor layer in the first region and the second semiconductor layer in the second region; a third conductive portion electrically connected to the first semiconductor layer in the second region; and the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the light-emitting layer are arranged in a first direction; The
- a sixth example embodiment that can be provided by the present disclosure is a semiconductor light emitting device, a first semiconductor layer having a first conductivity type; a second semiconductor layer having a second conductivity type opposite to the first conductivity type; a light-emitting layer positioned between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer; an insulating section that divides the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the light-emitting layer into electrically insulated first and second regions; a wavelength conversion layer that has a monolithic structure extending over the first region and the second region and converts the wavelength of light emitted from the light emitting layer while allowing passage of the light; a first conductive portion electrically connected to the second semiconductor layer in the first region; a second conductive portion electrically connecting the first semiconductor layer in the first region and the second semiconductor layer in the second region; a third conductive portion electrically connected to the first semiconductor layer in the second region; and the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the light-emitting layer are arranged in a first direction; The area of
- a seventh example embodiment that can be provided by the present disclosure is a semiconductor light emitting device comprising: a first semiconductor layer having a first conductivity type; a second semiconductor layer having a second conductivity type opposite to the first conductivity type; a light-emitting layer positioned between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer; an insulating section that divides the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the light-emitting layer into electrically insulated first and second regions; a wavelength conversion layer that converts the wavelength of light emitted from the light emitting layer while allowing passage of the light; a light-transmitting layer having a monolithic structure extending across the first region and the second region between the light-emitting layer and the wavelength conversion layer and allowing passage of light emitted from the light-emitting layer; equipped with a first conductive portion electrically connected to the second semiconductor layer in the first region; a second conductive portion electrically connecting the first semiconductor layer in the first region and the second semiconductor layer in the second region; a third conductive portion electrically
- the optical semiconductor stack formed by the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the light-emitting layer is the first region having a different area due to the insulating portion.
- the second regions By being divided into the second regions, it is possible to obtain light with different light intensities per unit area without increasing the area of the wavelength conversion layer while suppressing a decrease in luminous efficiency for obtaining a given luminous flux. can be done.
- a semiconductor light-emitting element having such characteristics as a light source it is possible to suppress an increase in size and complexity of an optical system including the light source.
- part of the light emitted from the first region travels through the monolithic wavelength conversion layer toward the second region, but is reflected by the boundary surface of the groove.
- some of the light emitted from the second region travels through the monolithic wavelength converting layer to the first region, but is reflected by the interface of the groove.
- the surface treatment applied to the monolithic wavelength conversion layer relatively suppresses internal propagation of the light emitted from the first region from the first portion to the second portion. , the decrease in brightness of the light emitted from the first portion is suppressed. As a result, a decrease in luminance difference from the light emitted from the second portion is suppressed, so a decrease in luminance contrast on the light emitting surface of the semiconductor light emitting element can be suppressed.
- part of the light emitted from the first region travels through the monolithic light-transmitting layer toward the second region, but is reflected by the boundary surfaces of the grooves.
- some of the light emitted from the second region travels through the monolithic light-transmitting layer to the first region, but is reflected by the boundary surfaces of the grooves.
- An eighth example aspect that can be provided by the present disclosure is a semiconductor light emitting device, a first semiconductor layer having a first conductivity type; a second semiconductor layer having a second conductivity type opposite to the first conductivity type; a light-emitting layer positioned between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer; an insulating section that divides the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the light-emitting layer into electrically insulated first and second regions; a wavelength conversion layer that converts the wavelength of light emitted from the light emitting layer while allowing passage of the light emitted from the light emitting layer; a light-transmitting layer having a monolithic structure extending across the first region and the second region between the light-emitting layer and the wavelength conversion layer and allowing passage of light emitted from the light-emitting layer; , a first conductive portion electrically connected to the second semiconductor layer in the first region; a second conductive portion electrically connecting the first semiconductor layer in the first region and the second semiconductor layer in the second region;
- a first value indicating the volume concentration of the phosphor or the atomic composition percentage of the light-emitting element in the first portion is greater than a second value indicating the volume concentration of the phosphor or the atomic composition percentage of the light-emitting element in the second portion. is also big.
- the optical semiconductor stack formed by the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the light-emitting layer is divided into the first region and the second region having different areas by the insulating portion. It is possible to obtain light having different light intensities per unit area without increasing the area of the wavelength conversion layer while suppressing a decrease in luminous efficiency for obtaining a given luminous flux.
- a semiconductor light-emitting element having such characteristics as a light source it is possible to suppress an increase in size and complexity of an optical system including the light source.
- the difference between the light intensity per unit area of the light emitted from the first region and the light intensity per unit area of the light emitted from the second region is the light intensity emitted from the portion of the wavelength conversion layer facing the first region.
- This causes a difference in chromaticity between the light emitted from the second region and the light emitted from the portion facing the second region.
- a user who sees both lights emitted from the light emitting surface of the semiconductor light emitting element at the same time may feel uncomfortable.
- the volume concentration of the phosphor or the atomic composition percentage of the light-emitting element contained in the first portion is higher than the volume concentration of the phosphor or the atomic composition percentage of the light-emitting element contained in the second portion.
- the light passing through the first portion is subjected to wavelength conversion more frequently than the light passing through the second portion.
- the chromaticity difference between the light emitted from the first portion and the light emitted from the second portion can be made smaller than in the case of using a wavelength conversion layer in which the volume concentration of the phosphor or the atomic composition percentage of the light-emitting element is uniform.
- the light emitted from the first region and the light emitted from the second region pass through the monolithic light-transmitting layer before entering the wavelength conversion layer. Due to internal reflection of the translucent layer, part of the light emitted from the first region may enter the second part of the wavelength converting layer.
- the light emitted from the first portion and the light emitted from the second portion are higher than in the case of using a wavelength conversion layer in which the volume concentration of the phosphor or the atomic composition percentage of the light emitting element is uniform. Since the difference in luminance between the two layers can be increased, it is possible to suppress or improve the decrease in luminance contrast on the light emitting surface of the semiconductor light emitting element due to the monolithic light-transmitting layer.
- a ninth example aspect that can be provided by the present disclosure is a semiconductor light emitting device comprising: a first semiconductor layer having a first conductivity type; a second semiconductor layer having a second conductivity type opposite to the first conductivity type; a light-emitting layer positioned between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer; an insulating section that divides the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the light-emitting layer into electrically insulated first and second regions; A wavelength conversion layer that has a monolithic structure extending over the first region and the second region and converts the wavelength of light emitted from the light-emitting layer while allowing passage of the light emitted from the light-emitting layer with a phosphor.
- first conductive portion electrically connected to the second semiconductor layer in the first region; a second conductive portion electrically connecting the first semiconductor layer in the first region and the second semiconductor layer in the second region; a third conductive portion electrically connected to the first semiconductor layer in the second region; and the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the light-emitting layer are arranged in a first direction;
- the area of the first region seen from the first direction is smaller than the area of the second region seen from the first direction, the peak wavelength in the spectral spectrum of the light emitted from the first region is shorter than the peak wavelength in the excitation spectrum of the phosphor,
- the peak wavelength in the spectral spectrum of the light emitted from the second region is longer than the peak wavelength in the excitation spectrum of the phosphor.
- the optical semiconductor stack formed by the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the light-emitting layer is divided into the first region and the second region having different areas by the insulating portion. It is possible to obtain light having different light intensities per unit area without increasing the area of the wavelength conversion layer while suppressing a decrease in luminous efficiency for obtaining a given luminous flux.
- a semiconductor light-emitting element having such characteristics as a light source it is possible to suppress an increase in size and complexity of an optical system including the light source.
- the peak wavelength of the spectral spectrum of the light emitted from the first region is positioned in a region where the intensity of the excitation spectrum increases monotonically
- the peak wavelength of the spectral spectrum of the light emitted from the second region is positioned at the intensity of the excitation spectrum.
- the first conductive portion and the second conductive portion are arranged so as to suppress the difference between the external quantum efficiency of the phosphor for light emitted from the first region and the external quantum efficiency of the phosphor for light emitted from the second region. Setting the current density between the sections and the current density between the second conductive section and the third conductive section is facilitated.
- the chromaticity difference between the two lights can be made inconspicuous, so that it is possible to suppress discomfort that may be felt by a user viewing the two lights emitted from the light emitting surface of the semiconductor light emitting element at the same time.
- a tenth aspect example that can be provided by the present disclosure is a headlight device mounted on a mobile body, a semiconductor light emitting device according to any one of the first to third aspect examples and the fifth to ninth aspect examples; an optical component arranged on an optical path of light emitted from the semiconductor light emitting element; and In the semiconductor light emitting element and the optical component, the light emitted from the light emitting layer in the first region passes through a position closer to the optical axis of the optical component than the light emitted from the light emitting layer in the second region. are arranged to
- the configuration as described above it is possible to form a light distribution pattern in the illuminated area in which the luminous intensity is locally high in the vicinity of the optical axis of the optical component while maintaining the amount of luminous flux.
- a light distribution pattern there is no need to make any special changes to the configuration of the projection optical system, nor to use a plurality of semiconductor light emitting elements with different emission luminances.
- the difference between the chromaticity of light emitted from the first region and the chromaticity of light emitted from the second region is conspicuous. Since the meandering insulating portion is formed so as to make it difficult to see, it is possible to suppress discomfort that may be felt by the user viewing the light emitting pattern.
- the semiconductor light emitting device When the semiconductor light emitting device according to each of the third embodiment and the fifth to eighth embodiments is mounted in the above headlamp device, light originating from the first region and light originating from the second region Since the decrease in the luminance difference of the light is suppressed, it is possible to ensure the intended contrast for the local change in the luminous intensity in the light distribution pattern.
- the difference between the chromaticity of the light emitted from the first region and the chromaticity of the light emitted from the second region is conspicuous.
- the current density between the first conductive part and the second conductive part and the current density between the second conductive part and the third conductive part are set so as to make it difficult for the user to see the light emission pattern. Discomfort can be suppressed.
- FIG. 4 illustrates the appearance of the LED element according to the first embodiment. It illustrates a cross-sectional configuration viewed from the direction of the arrow along the line II-II in FIG. 1 illustrates a method of manufacturing an LED element according to the first embodiment; 1 illustrates a method of manufacturing an LED element according to the first embodiment; 1 illustrates a method of manufacturing an LED element according to the first embodiment; 1 illustrates a method of manufacturing an LED element according to the first embodiment; 1 illustrates a method of manufacturing an LED element according to the first embodiment; 1 illustrates a method of manufacturing an LED element according to the first embodiment; 1 illustrates a method of manufacturing an LED element according to the first embodiment; 1 illustrates a method of manufacturing an LED element according to the first embodiment; The shape of the LED element which concerns on a comparative example is illustrated.
- FIG. 4 illustrates the shape of an LED element according to the first embodiment;
- the vehicle in which the LED element which concerns on 1st embodiment is mounted is illustrated.
- 11 shows an example of a headlamp device including the LED element of FIG. 10.
- FIG. The light distribution pattern formed by the headlamp device of FIG. 13 is illustrated.
- 12 shows an example of a headlamp device including the LED element of FIG. 11.
- FIG. 16 illustrates a light distribution pattern formed by the headlamp device of FIG. 15;
- FIG. 12 shows another example of a headlamp device having the LED element of FIG. 11 ;
- FIG. FIG. 12 shows another example of a headlamp device having the LED element of FIG. 11 ;
- FIG. FIG. 12 shows another example of a headlamp device having the LED element of FIG. 11 ;
- FIG. FIG. 12 shows another example of a headlamp device having the LED element of FIG. 11 ;
- FIG. 11 shows another example of a headlamp device having the LED element of FIG. 11 ;
- the light distribution pattern formed by the headlamp device of FIG. 19 is illustrated.
- 12 shows another example of a light distribution pattern formed by the LED elements of FIG. 11;
- 4 shows another example of the shape of the LED element according to the first embodiment.
- 4 shows another example of the shape of the LED element according to the first embodiment.
- 4 shows another example of the shape of the LED element according to the first embodiment.
- 4 illustrates the appearance of the LED element according to the second embodiment. It illustrates a cross-sectional configuration seen from the arrow direction along the line XXVI-XXVI in FIG.
- the shape of the insulating part according to the comparative example is illustrated.
- the shape of the insulation part which concerns on 2nd embodiment is illustrated.
- 4 shows another example of the shape of the insulating portion according to the second embodiment.
- 4 shows another example of the shape of the insulating portion according to the second embodiment. 4 illustrates the appearance of an LED element according to the third embodiment. 31 illustrates a cross-sectional configuration viewed from the arrow direction along line XXXII-XXXII in FIG. 4 illustrates a method for manufacturing an LED element according to the third embodiment; 4 illustrates a method for manufacturing an LED element according to the third embodiment; The shape of the insulating part according to the comparative example is illustrated. 4 illustrates the appearance of an LED element according to the fourth embodiment. 36 illustrates a cross-sectional configuration viewed from the arrow direction along line XXXVII-XXXVII in FIG. 3 illustrates the configuration of an LED element according to a comparative example.
- FIG. 36 illustrates the advantages of the LED device of FIG. 37 shows another example of the configuration of the LED element of FIG. 36.
- FIG. 37 shows another example of the configuration of the LED element of FIG. 36.
- FIG. 11 illustrates the appearance of an LED element according to a fifth embodiment; A cross-sectional configuration viewed from the direction of the arrow along line XLIII-XLIII in FIG. 42 is illustrated. The cross-sectional structure of the LED element which concerns on 6th embodiment is illustrated.
- FIG. 45 shows another example of the configuration of the LED element of FIG. 44.
- FIG. 13 illustrates the appearance of an LED element according to the seventh embodiment; It illustrates a cross-sectional configuration seen from the arrow direction along the line XLVII-XLVII in FIG.
- 11 illustrates a method for manufacturing an LED element according to the seventh embodiment
- 3 illustrates the configuration of an LED element according to a comparative example.
- 14 shows another example of the configuration of the LED element according to the seventh embodiment.
- 14 shows another example of the configuration of the LED element according to the seventh embodiment.
- 14 shows another example of the configuration of the LED element according to the seventh embodiment.
- 4 illustrates operating characteristics of an LED element according to a comparative example; 4 illustrates the operating characteristics of the LED elements in each of the above embodiments.
- FIG. 1 illustrates the appearance of a light-emitting diode element (hereinafter abbreviated as an LED element) 101 according to the first embodiment viewed from a first direction.
- the LED element 101 is an example of a semiconductor light emitting element.
- FIG. 2 exemplifies a cross-sectional configuration seen from the arrow direction along the line II--II in FIG.
- the LED element 101 has an optical semiconductor laminate 11 .
- the optical semiconductor laminate 11 includes a p-type semiconductor layer 111 , an n-type semiconductor layer 112 and a light emitting layer 113 .
- the p-type semiconductor layer 111, the n-type semiconductor layer 112, and the light emitting layer 113 are arranged in the first direction.
- the p-type semiconductor layer 111 is made of p-type gallium nitride doped with magnesium.
- P-type is an example of a first conductivity type.
- the n-type semiconductor layer 112 is made of silicon-doped n-type gallium nitride.
- N-type is an example of a second conductivity type.
- the second conductivity type is a conductivity type opposite to the first conductivity type.
- the light emitting layer 113 is located between the p-type semiconductor layer 111 and the n-type semiconductor layer 112 .
- the light emitting layer 113 has a multiple quantum well structure including well layers made of indium gallium nitride and barrier layers made of gallium nitride.
- the light-emitting layer 113 is configured to emit light by current supply, which will be described later.
- the LED element 101 has an insulating portion 12 .
- the insulating portion 12 has electrical insulation. As illustrated in FIG. 2, the insulating portion 12 extends in the first direction and divides the optical semiconductor laminate 11 into a first region R1 and a second region R2 that are electrically insulated. That is, each of the first region R1 and the second region R2 includes a p-type semiconductor layer 111, an n-type semiconductor layer 112, and a light emitting layer 113 arranged in the first direction.
- the first region R1 and the second region R2 are arranged in a direction crossing the first direction when viewed from the first direction.
- the width dimension of the insulating portion 12 in the direction perpendicular to the extending direction of the insulating portion 12 seen from the first direction is enlarged to give priority to visibility.
- the insulating portion 12 is made of oxide such as silicon dioxide. As long as electrical insulation can be ensured, an appropriate method such as formation of a gap can be employed.
- the LED element 101 has a translucent layer 13 .
- the translucent layer 13 extends across the first region R1 and the second region R2.
- the light-transmissive layer 13 is configured to allow passage of light emitted from the light-emitting layer 113 .
- the light-transmitting layer 13 is made of an electrically insulating material.
- the translucent layer 13 has a monolithic structure.
- the term "monolithic structure” refers to a one-piece structure with no physical discontinuities, as distinguished from structures in which multiple members are joined together in various ways. It is used in the sense that Examples of various techniques include adhesion, bonding, welding, welding, engagement, fitting, and screwing.
- the LED element 101 has a first conductive portion 141 .
- the first conductive portion 141 is made of a conductive material.
- the first conductive portion 141 is electrically connected to the n-type semiconductor layer 112 in the first region R1.
- the LED element 101 has a second conductive portion 142 .
- the second conductive portion 142 is made of a conductive material.
- the second conductive portion 142 electrically connects the p-type semiconductor layer 111 in the first region R1 and the n-type semiconductor layer 112 in the second region R2.
- the LED element 101 has a third conductive portion 143 .
- the third conductive portion 143 is made of a conductive material.
- the third conductive portion 143 is electrically connected to the p-type semiconductor layer 111 in the second region R2.
- the current when a current is supplied to the first conductive portion 141, the current reaches the second conductive portion 142 via the n-type semiconductor layer 112 and the p-type semiconductor layer 111 in the first region R1, and reaches the first region R1.
- Light L1 is emitted to the light emitting layer 113 in R1.
- the current reaches the third conductive portion 143 from the second conductive portion 142 via the n-type semiconductor layer 112 and the p-type semiconductor layer 111 in the second region R2, and passes through the light-emitting layer 113 in the second region R2.
- L2 is emitted.
- the first region R1 and the second region R2 of the optical semiconductor laminate 11 sharing the light-transmitting layer 13 having a monolithic structure act as two individual light sources that emit light with different light intensities.
- the LED element 101 has a wavelength conversion layer 15 .
- the wavelength conversion layer 15 has a monolithic structure extending over the first region R1 and the second region R2.
- the wavelength conversion layer 15 is arranged so as to cover the translucent layer 13 .
- the translucent layer 13 is positioned between the optical semiconductor stack 11 and the wavelength conversion layer 15 . Therefore, the light L ⁇ b>1 and the light L ⁇ b>2 that have passed through the translucent layer 13 pass through the wavelength conversion layer 15 .
- the wavelength conversion layer 15 contains a phosphor so as to exhibit a desired wavelength conversion function for passing light.
- the phosphor is selected so that the light passing through the wavelength conversion layer 15 is white.
- Examples of phosphors include Y3Al5O12 , Gd3Al5O12 , Ba2SiO4 , Sr2SiO4 , La3Si6N11 , Y3Si6N11 , cerium and europium . mentioned.
- the wavelength conversion layer 15 can be realized by a phosphor-containing glass substrate using a ceramic phosphor, a low melting point glass, a phosphor-containing resin layer using a silicon resin or an epoxy resin, or the like.
- the light L1 and the light L2 emitted from the optical semiconductor laminate 11 are blue.
- the phosphor When the blue light L1 is incident on the wavelength conversion layer 15, the phosphor emits yellow light. As a result, white emitted light L10 is obtained.
- the LED element 101 has a substrate 16 .
- the substrate 16 supports the first conductive portion 141 , the second conductive portion 142 and the third conductive portion 143 .
- a circuit wiring (not shown) electrically connected to the first conductive portion 141 , the second conductive portion 142 , and the third conductive portion 143 is formed on the surface of the substrate 16 .
- Substrate 16 may support circuit elements other than LED 101 .
- the LED element 101 has a light reflecting portion 17 .
- the light reflecting portion 17 holds at least side surfaces of the optical semiconductor laminate 11 , the insulating portion 12 , the light transmitting layer 13 , the first conductive portion 141 , the second conductive portion 142 , the third conductive portion 143 , and the wavelength conversion layer 15 .
- the light reflecting portion 17 is formed by solidifying an electrically insulating transparent material in which a light scattering material such as alumina or tungsten oxide is dispersed.
- the light reflecting portion 17 is configured to reflect light emitted to the outside from each side surface of the optical semiconductor laminate 11 , the light transmitting layer 13 , and the wavelength conversion layer 15 and return the light to the inside of the wavelength conversion layer 15 . Thereby, the utilization efficiency of the light emitted from the upper surface of the wavelength conversion layer 15 can be improved.
- the transparent material include silicone resin and epoxy resin.
- the area of the first region R1 seen from the first direction is smaller than the area of the second region R2 seen from the same direction. Therefore, the density of current flowing through the first region R1 is higher than the density of current flowing through the second region R2.
- the light intensity per unit area of the light L1 emitted from the light emitting layer 113 in the first region R1 is equal to that of the light L2 emitted from the light emitting layer 113 in the second region R2. higher than the light intensity per unit area.
- the unit of light intensity per unit area is [W/mm 2 ].
- the light intensity per unit area can be rephrased as the amount of light energy per unit area or the amount of photons per unit area.
- an optical semiconductor stack 11 is formed above the growth substrate 20 .
- the formation of the optical semiconductor laminate 11 can be performed using, for example, a metalorganic chemical vapor deposition method.
- a sapphire substrate, a silicon substrate, or the like can be used as the growth substrate 20 .
- the electrode layer 21 is formed on the surface of the p-type semiconductor layer 111 .
- the formation of the electrode layer 21 can be performed using an electron beam vapor deposition method, a sputtering method, or the like.
- patterning of the electrode layer 21 is performed. Patterning can be performed using a photolithographic method, a lift-off method, or the like.
- a plurality of openings are formed in the electrode layer 21 .
- the plurality of openings includes first opening 211 , second opening 212 , third opening 213 , fourth opening 214 and fifth opening 215 .
- a resist mask (not shown) is formed on the surface of the electrode layer 21 excluding the first opening 211 , the second opening 212 and the third opening 213 .
- the optical semiconductor laminate 11 is etched at the locations where the first opening 211, the second opening 212 and the third opening 213 are formed. Etching can be performed by a dry etching method using chlorine gas.
- the etching for the first opening 211 and the second opening 212 is performed until the n-type semiconductor layer 112 is exposed at the bottom.
- Etching for the third opening 213 is performed until the growth substrate 20 is exposed at the bottom.
- the third opening 213 divides the optical semiconductor stack 11 into the first region R1 and the second region R2.
- the insulating film 22 has electrical insulation.
- the insulating film 22 is made of silicon oxide or the like.
- the insulating film 22 can be formed using a sputtering method or the like.
- the insulating film 22 is formed so as to cover the surface of the electrode layer 21 excluding the fourth opening 214 and the fifth opening 215 .
- the insulating film 22 is formed so as to cover the respective inner walls while maintaining the exposed state of the n-type semiconductor layer 112 at the bottom.
- the third opening 213 is closed with the insulating film 22 . Thereby, the insulating portion 12 is formed.
- the conductive material 23 is filled into the first opening 211 and the second opening 212 so as to contact the n-type semiconductor layer 112 .
- a conductive layer 24 is formed.
- the formation of the conductive layer 24 can be performed using an electron beam vapor deposition method, a sputtering method, or the like.
- the conductive layer 24 is formed so as to be in contact with the conductive material 23 filled in the first opening 211 .
- the first conductive portion 141 that electrically connects the conductive layer 24 and the n-type semiconductor layer 112 in the first region R1 is formed.
- the conductive layer 24 is formed in contact with the electrode layer 21 exposed in the fourth opening 214 and in contact with the conductive material 23 filled in the second opening 212 .
- the second conductive portion 142 in which the p-type semiconductor layer 111 in the first region R1 and the n-type semiconductor layer 112 in the second region R2 are electrically connected via the conductive layer 24 is formed.
- the conductive layer 24 is also formed in contact with the electrode layer 21 exposed in the fifth opening 215 . Thereby, the third conductive portion 143 that electrically connects the conductive layer 24 and the p-type semiconductor layer 111 in the second region R2 is formed.
- the substrate 16 is coupled with the first conductive portion 141, the second conductive portion 142, and the third conductive portion 143, as illustrated in FIG. Subsequently, as illustrated in FIG. 9, a wavelength conversion layer 15 is arranged to cover the growth substrate 20 . Therefore, in this example, the growth substrate 20 used to form the optical semiconductor laminate 11 is effectively used as the light-transmitting layer 13 .
- the growth substrate 20 may be separated from the optical semiconductor stack 11 through heat treatment such as laser irradiation, and a protective layer may be formed of silicon oxide or the like instead.
- the protective layer is used as the translucent layer 13 .
- FIG. 10 shows the appearance of an LED element 101A as a comparative example viewed from the first direction.
- the optical semiconductor lamination of the LED element 101A is not partitioned by the insulating portion 12 . Therefore, light with substantially uniform brightness is emitted from the light emitting surface in the first direction.
- the light-emitting surface of the LED element 101 according to the present embodiment is divided by the insulating portion 12 into a first region R1 and a second region R2 having different areas.
- the light intensity per unit area of the light L1 emitted from the first region R1 is different from the light intensity per unit area of the light L2 emitted from the second region R2.
- the inventors of the present application have investigated the power (luminous efficiency) required to obtain the same amount of luminous flux and the amount of light emitted from each light emitting surface for the LED elements 101A and 101 illustrated in FIGS. I checked the brightness.
- Dimension D2 in FIG. 11 is approximately one third of dimension D1.
- Dimension D2 is approximately two thirds of dimension D1.
- the value of the luminous flux was set to 525 [lm].
- the luminance of light emitted from the LED element 101A according to the comparative example was 129 [cd/mm 2 ].
- the power consumption was 4.18 [W]. Therefore, the luminous efficiency was 126 [lm/W].
- the brightness of the light L1 emitted from the first region R1 of the LED element 101 according to this embodiment is 180 [cd/mm 2 ], and the brightness of the light L1 emitted from the first region R1 is 104 [cd /mm 2 ].
- the power consumption was 4.33 [W]. Therefore, the luminous efficiency was 122 [lm/W].
- the optical semiconductor laminate 11 formed by the p-type semiconductor layer 111, the n-type semiconductor layer 112, and the light-emitting layer 113 is the first region having a different area due to the insulating portion 12.
- the light intensity per unit area is different without increasing the area of the light-transmitting layer 13 while suppressing the decrease in the luminous efficiency for obtaining a given luminous flux.
- Lights L1 and L2 can be obtained.
- the LED element 101 having such characteristics as a light source, it is possible to increase the degree of freedom in designing an optical system including the light source.
- advantageous effects when the LED element 101 is used as a light source of a headlight device mounted on a moving object will be described in detail with reference to FIGS. 12 to 21.
- FIG. 12 to 21 advantageous effects when the LED element 101 is used as a light source of a headlight device mounted on a moving object will be described in detail with reference to FIGS. 12 to 21.
- FIG. 12 illustrates a vehicle 40 on which the headlight device 30 according to this embodiment is mounted.
- the headlight device 30 is mounted at the front left corner and the front right corner of the vehicle 40 .
- the headlight device 30 is configured to illuminate an area to be illuminated located ahead of the vehicle 40 .
- the shape of vehicle 40 is exemplary only.
- Vehicle 40 is an example of a mobile object.
- FIG. 13 shows the configuration of a headlamp device 30A according to a comparative example.
- the headlamp device 30A includes an LED element 101A illustrated in FIG. 10 as a light source.
- the headlight device 30A includes a projection optical system 31.
- the projection optical system 31 includes a projection lens arranged on the optical path of the light emitted from the LED element 101A.
- a projection lens is an example of an optical component.
- the LED element 101A is arranged so that its light emitting surface is located near the back focus of the projection lens.
- FIG. 14 illustrates a low beam pattern LPA formed in front of the vehicle 40 by the LED element 101A and the projection optical system 31.
- the low beam pattern LPA is a light distribution pattern formed by light emitted to a portion of the illuminated area located relatively close to the vehicle 40 .
- the shape of the low beam pattern LPA is determined so as not to give glare to a moving object positioned in front of the vehicle 40 .
- a symbol H represents a horizontal reference line in the projection optical system 31 .
- Reference character V represents a vertical reference line in the projection optical system 31 .
- the horizontal reference line H and the vertical reference line V are orthogonal.
- the intersection of the horizontal reference line H and the vertical reference line V corresponds to the optical axis A of the optical components included in the projection optical system 31 .
- the projection optical system 31 is designed so that the vicinity of the horizontal reference line H has higher luminous intensity.
- FIG. 14 schematically shows this state.
- the luminous intensity I2 of the area located outside the area near the optical axis A is lower than the luminous intensity I1 of the area.
- the luminous intensity I3 in the area located further outside is lower than the luminous intensity I2.
- the luminous intensity value is schematically shown to change stepwise, but the actual luminous intensity value changes continuously.
- FIG. 15 shows the configuration of a headlamp device 30 according to one embodiment.
- the headlight device 30 includes an LED element 101 illustrated in FIG. 11 as a light source.
- the headlight device 30 has a projection optical system 31 .
- the projection optical system 31 includes a projection lens arranged on the optical path of the light L1 and the light L2 emitted from the LED element 101 .
- the LED element 101 is arranged so that its light emitting surface is positioned near the back focus of the projection lens.
- the configuration of the projection optical system 31 is the same as that illustrated in FIG.
- the LED element 101 and the projection optical system 31 are such that the light L1 emitted from the light emitting layer 113 in the first region R1 is closer to the optical axis A of the projection optical system 31 than the light L2 emitted from the light emitting layer 113 in the second region R2. It is arranged so as to pass through a close position.
- FIG. 16 illustrates a low beam pattern LP formed in front of the vehicle 40 by the LED element 101 and the projection optical system 31.
- FIG. A region having a higher luminous intensity I0 is locally formed in the region corresponding to the region having the luminous intensity I1 in the low beam pattern LPA according to the comparative example shown in FIG.
- the region having the luminous intensity I0 is formed by the light L1 emitted from the first region R1 of the LED element 101.
- the regions with luminous intensities I1, I2 and I3 are formed by the light L2 emitted from the second region R2 of the LED element 101.
- the LED element 101 and the projection optical system 31 are arranged so that the light L1 passes through a position closer to the optical axis A than the light L2. are formed closer to the optical axis A than the regions with lower luminous intensities I1, I2, and I3.
- the LED element 101 according to the present embodiment as the light source of the headlight device 30, the luminous intensity is locally increased near the optical axis A of the projection optical system 31 while maintaining the amount of luminous flux.
- a light distribution pattern can be formed in the area to be illuminated. In order to obtain such a light distribution pattern, there is no need to make any special changes to the configuration of the projection optical system 31, and there is no need to use a plurality of LED elements with different emission luminances.
- FIG. 17 illustrates the configuration of a headlight device 30 according to another embodiment.
- a headlight device 30 according to this example includes a projection optical system 32 .
- the projection optical system 32 includes a reflector and a projection lens arranged on the optical paths of the light L1 and the light L2 emitted from the LED element 101 .
- the reflector has a reflecting surface with a shape based on an ellipsoidal surface.
- the projection lens is arranged so that its rear focus is located at or near the first focus of the reflective surface.
- the light emitting surface of the LED element 101 is arranged at or near the second focal point of the reflecting surface. Reflectors and projection lenses are examples of optical components.
- the LED element 101 and the projection optical system 32 are such that the light L1 emitted from the light emitting layer 113 in the first region R1 is closer to the optical axis A of the projection optical system 32 than the light L2 emitted from the light emitting layer 113 in the second region R2. It is arranged so as to pass through a close position.
- FIG. 18 illustrates the configuration of a headlight device 30 according to another embodiment.
- the headlight device 30 according to this example includes a projection optical system 33 .
- the projection optical system 33 includes reflectors arranged on the optical paths of the light L1 and the light L2 emitted from the LED element 101 .
- the reflector has a reflective surface with a shape based on a paraboloid.
- the light emitting surface of the LED element 101 is arranged at or near the focal point of the reflecting surface.
- a reflector is an example of an optical component.
- the LED element 101 and the projection optical system 33 are such that the light L1 emitted from the light emitting layer 113 in the first region R1 is closer to the optical axis A of the projection optical system 33 than the light L2 emitted from the light emitting layer 113 in the second region R2. It is arranged so as to pass through a close position.
- a low beam pattern LP similar to that illustrated in FIG. 16 can also be formed by the headlight device 30 having the configurations illustrated in FIGS. 17 and 18 .
- FIG. 19 illustrates the configuration of a headlamp device 30 according to another embodiment.
- the headlight device 30 according to this example includes a projection optical system 34 .
- the projection optical system 34 includes lenses arranged on the optical paths of the light L ⁇ b>1 and the light L ⁇ b>2 emitted from the LED element 101 .
- a lens is an example of an optical component.
- the LED element 101 and the projection optical system 34 are such that the light L1 emitted from the light emitting layer 113 in the first region R1 is closer to the optical axis A of the projection optical system 34 than the light L2 emitted from the light emitting layer 113 in the second region R2. It is arranged so as to pass through a close position.
- FIG. 20 illustrates a high beam pattern HP formed in front of the vehicle 40 by the LED element 101 and the projection optical system 34.
- the high beam pattern HP is a light distribution pattern formed by light emitted to a portion of the illuminated area located above and farther than the low beam pattern LP.
- a region having a locally high luminous intensity I0 is formed in the vicinity of the optical axis A of the projection optical system 32 .
- the high beam pattern HP illustrated in FIG. 21 can be formed.
- five LED elements 101 form a light emitting element array.
- a non-illumination area can be formed in the corresponding portion in the high beam pattern HP.
- the non-illumination area is formed to suppress glare for vehicles, pedestrians, and the like positioned in front of the vehicle 40 .
- the light-transmitting layer 13 of the LED element 101 has a rectangular shape with a side edge 131 extending in a second direction orthogonal to the first direction when viewed from the first direction.
- the second direction can be associated with, for example, the width direction of the vehicle 40 on which the headlight device 30 is mounted.
- the insulating portion 12 has a portion extending parallel to the edge 131 when viewed from the first direction.
- the shape of the insulating portion 12 viewed from the first direction can be changed as appropriate.
- the insulation The portion 12 can take the shape illustrated in FIG. That is, the insulating portion 12 can have a portion that extends non-parallel to the edge 131 .
- the shape of the insulating portion 12 viewed from the first direction has axial symmetry with respect to the second direction. Non-parallel extending portions do not necessarily need to be straight.
- the insulating portion 12 can have an arcuately extending portion.
- the insulating portion 12 can take the shape illustrated in FIG. That is, the insulating portion 12 can have a portion that extends non-parallel to the edge 131 .
- the shape of the insulating portion 12 according to this example viewed from the first direction does not have axial symmetry with respect to the second direction and the third direction.
- the shape of the insulating portion 12 may be linear or arcuate depending on the specifications of the optical system.
- a wavelength conversion layer 15 is provided to obtain white light.
- the wavelength conversion layer 15 may be omitted depending on the relationship between the color of light emitted from the light emitting layer 113 and the color required as the light source.
- FIG. 25 illustrates an appearance of the LED element 102 according to the second embodiment viewed from the first direction. Components that are substantially the same as those in the LED element 101 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted.
- FIG. 26 illustrates a cross-sectional configuration seen from the arrow direction along line XXVI-XXVI in FIG.
- the insulating portion 12 has a meandering shape when viewed from the first direction.
- the LED element 102 according to this embodiment can be manufactured by the method described with reference to FIGS.
- the third opening 213 has a meandering shape illustrated in FIG. 25 when viewed from the first direction.
- FIG. 27 shows the appearance of an LED element 102A as a comparative example viewed from the first direction.
- the optical semiconductor laminate of the LED element 102A is divided into a first region R1 and a second region R2 having different areas by the linearly extending insulating portion 12A. Even in such a configuration, the light intensity per unit area of the light L1 emitted from the first region R1 differs from the light intensity per unit area of the light L2 emitted from the second region R2.
- the difference in light intensity per unit area between the light L1 and the light L2 also brings about a difference in chromaticity between the light L10 and the light L20 emitted from the wavelength conversion layer 15 through wavelength conversion by the phosphor. Specifically, the amount of light L1 that has a higher blue light intensity per unit area than that of light L2 passes through the wavelength conversion layer 15 without undergoing wavelength conversion, so the emitted light L10 tends to have a stronger blue component. , and the output light L20 tends to have a stronger yellow component.
- the optical semiconductor laminate 11 is divided into a first region R1 and a second region R2 by the insulating portion 12A, the light L1 and the light L2 pass through the monolithic wavelength conversion layer 15. Therefore, the chromaticity of the light emitted from the wavelength conversion layer 15 in the vicinity of the insulating portion 12A continuously changes between the chromaticity of the light L10 and the chromaticity of the light L20.
- a chromaticity transition region such a region where the chromaticity of light emitted from the wavelength conversion layer 15 changes.
- the width dimension of the chromaticity transition region in the direction perpendicular to the extending direction of the insulating portion 12A is indicated by W1. Even if the chromaticity transition region exists, when the width dimension W1 is small, the difference between the chromaticity of the light L10 and the light L20 is easily noticeable, and the light L10 and the light L20 emitted from the light emitting surface of the LED element 102A are separated from each other. At the same time, it may give a sense of incongruity to the user who visually recognizes it.
- the insulating portion 12 extends to have a meandering width W2.
- chromaticity transition regions are formed on both sides of the insulating portion 12 in this embodiment as well.
- the chromaticity transition region also meanders, and the substantial width dimension of the chromaticity transition region can be widened to the same extent as the meandering width W2.
- the difference between the chromaticity of the light L10 and the chromaticity of the light L20 can be made inconspicuous, so that the user who views the light L10 and the light L20 emitted from the light emitting surface of the LED element 102 at the same time can be prevented from feeling uncomfortable. can.
- the meandering width W2 is preferably at least twice the width dimension W1 of the chromaticity transition region.
- the width dimension W1 of the chromaticity transition region is approximately 0.2 mm. Therefore, in this example, the meandering width W2 of the insulating portion 12 is preferably 0.4 mm or more.
- the LED element 102 having the characteristics as described above as a light source, it is possible to increase the degree of freedom in designing the optical system including the light source.
- the advantageous effect when the LED element 102 is used as the light source of the headlight device 30 mounted on a moving object is as described with reference to FIGS. 12 to 19.
- FIG. 12 to 19 the advantageous effect when the LED element 102 is used as the light source of the headlight device 30 mounted on a moving object is as described with reference to FIGS. 12 to 19.
- the meandering insulating portion 12 is formed so that the difference between the chromaticity of the light L10 and the chromaticity of the light L20 is less noticeable, it is possible to suppress discomfort that may be felt by the user viewing the light emission pattern.
- the insulating portion 12 viewed from the first direction has a meandering shape in which a plurality of linear portions extend while being bent.
- the meandering angle ⁇ between the straight portions is 90°.
- the meandering angle ⁇ can be appropriately determined according to the number of bent portions that the insulating portion 12 has.
- the insulating portion 12 viewed from the first direction includes only a straight portion extending obliquely to the direction perpendicular to the first direction (vertical direction in the figure).
- the insulating portion 12 may have a meandering width W2 capable of substantially widening the width of the chromaticity transition region, the insulating portion 12 may have a meandering shape including only curved portions as illustrated in FIG. good.
- the insulating portion 12 may have a meandering shape including a portion extending in a direction perpendicular to the first direction and a portion extending obliquely with respect to the direction.
- the entire insulating portion 12 has a meandering shape when viewed from the first direction.
- a configuration in which a portion of the insulating portion 12 has a meandering shape may also be adopted.
- FIG. 31 illustrates the appearance of the LED element 103 according to the third embodiment viewed from the first direction. Components that are substantially the same as those of the LED element 101 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted.
- FIG. 32 exemplifies a cross-sectional configuration seen from the arrow direction along line XXXII-XXXII in FIG.
- the wavelength conversion layer 15 is arranged so as to cover the optical semiconductor laminate 11 and be in contact with the insulating portion 12 .
- the optical semiconductor laminate 11 formed by the p-type semiconductor layer 111, the n-type semiconductor layer 112, and the light-emitting layer 113 has the first region R1 and the second region R1 having different areas due to the insulating portion 12.
- the lights L1 and L2 having different light intensities per unit area are suppressed without increasing the area of the wavelength conversion layer 15 while suppressing a decrease in luminous efficiency for obtaining a given luminous flux. can be obtained.
- the LED element 103 according to this embodiment can be manufactured by the method described with reference to FIGS.
- the growth substrate 20 is removed.
- the removal of the growth substrate 20 is performed, for example, by heat treatment such as laser lift-off processing.
- the wavelength conversion layer 15 is arranged so as to cover the optical semiconductor stack 11 .
- the wavelength conversion layer 15 is arranged so as to extend across the first region R1 and the second region R2 and be in contact with the insulating portion 12 .
- FIG. 35 is a cross-sectional view illustrating the laminated structure of an LED element 103A as a comparative example.
- the optical semiconductor laminate 11 of the LED element 103A is divided by the insulating portion 12 into a first region R1 and a second region R2 having different areas. Therefore, also in this comparative example, the light intensity per unit area of the light L1 emitted from the first region R1 differs from the light intensity per unit area of the light L2 emitted from the second region R2.
- the LED element 103A has a transparent layer 13A.
- the translucent layer 13A extends across the first region R1 and the second region R2.
- the light-transmissive layer 13A is configured to allow passage of light emitted from the light-emitting layer 113 .
- the translucent layer 13A is made of an electrically insulating material.
- the translucent layer 13A has a monolithic structure.
- the optical semiconductor laminate 11 is divided into a first region R1 and a second region R2 by the insulating portion 12, the light L1 and the light L2 pass through the monolithic transparent layer 13A. Due to internal reflection in the light-transmitting layer 13A that occurs in the process, light L10′ originating from part of the light L1 emitted from the first region R1 faces the second region R2 in the wavelength conversion layer 15. part can be emitted. Similarly, light L20' derived from part of the light L2 emitted from the second region R2 can be emitted from a portion of the wavelength conversion layer 15 facing the first region R1.
- the difference between the brightness of the light emitted from the portion of the wavelength conversion layer 15 facing the first region R1 and the brightness of the light emitted from the portion of the wavelength conversion layer 15 facing the second region R2 is small.
- the brightness contrast on the light emitting surface of the LED element 103A may be reduced.
- the light L1 emitted from the first region R1 and the light L2 emitted from the second region R2 The light enters the wavelength conversion layer 15 without passing through the monolithic light-transmitting layer extending over the second region R2. Therefore, it is possible to suppress a decrease in luminance difference between the light L10 and the light L20 due to internal reflection that may occur in the translucent layer having such a configuration. As a result, a decrease in brightness contrast on the light emitting surface of the LED element 103 can be suppressed.
- the LED element 103 having the characteristics as described above as a light source, it is possible to increase the degree of freedom in designing the optical system including the light source.
- the advantageous effect when the LED element 103 is used as the light source of the headlight device 30 mounted on a moving body is as described with reference to FIGS. 12 to 19.
- FIG. 12 to 19 the advantageous effect when the LED element 103 is used as the light source of the headlight device 30 mounted on a moving body is as described with reference to FIGS. 12 to 19.
- FIG. 36 illustrates an appearance of the LED element 104 according to the fourth embodiment viewed from the first direction. Components that are substantially the same as those of the LED element 101 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted.
- FIG. 37 illustrates a cross-sectional configuration seen from the arrow direction along line XXXVII-XXXVII in FIG.
- the wavelength conversion layer 15 has grooves 150 .
- a groove 150 is formed in the surface of the wavelength conversion layer 15 that does not face the light-transmitting layer 13 . More specifically, the groove 150 is formed at a position that partially overlaps the insulating portion 12 when viewed from the first direction. The groove 150 is open to the atmosphere.
- the groove 150 has a cross-sectional shape with a flat bottom and side walls perpendicular to the bottom.
- groove 150 can be formed to have other cross-sectional shapes. Examples of other cross-sectional shapes include U-shapes, V-shapes, shapes with stepped sidewalls, and the like.
- the LED element 104 according to this embodiment can be manufactured by the method described with reference to FIGS. After that, grooves 150 are formed in the wavelength conversion layer 15 and light reflecting portions 17 are formed, thereby obtaining the configuration of the LED element 104 illustrated in FIG. 37 . Note that the groove 150 may be formed in the wavelength conversion layer 15 prior to the step of disposing the wavelength conversion layer 15 so as to cover the growth substrate 20 illustrated in FIG. 9 .
- FIG. 38 is a cross-sectional view illustrating the laminated structure of an LED element 104A as a comparative example.
- the optical semiconductor laminate 11 of the LED element 104A is divided by the insulating portion 12 into a first region R1 and a second region R2 having different areas. Therefore, also in this comparative example, the light intensity per unit area of the light L1 emitted from the first region R1 differs from the light intensity per unit area of the light L2 emitted from the second region R2.
- the optical semiconductor laminate 11 is divided into the first region R1 and the second region R2 by the insulating portion 12, the light L1 and the light L2 pass through the monolithic wavelength conversion layer 15A without the groove 150. Due to internal reflection in the wavelength conversion layer 15A that occurs in the process, light L10′ originating from part of the light L1 emitted from the first region R1 faces the second region R2 in the wavelength conversion layer 15A. part can be emitted. Similarly, light L20' derived from part of the light L2 emitted from the second region R2 can be emitted from a portion of the wavelength conversion layer 15A facing the first region R1.
- the difference between the brightness of the light emitted from the portion of the wavelength conversion layer 15A facing the first region R1 and the brightness of the light emitted from the portion of the wavelength conversion layer 15A facing the second region R2 is small.
- the brightness contrast on the light emitting surface of the LED element 104A may be reduced.
- part of the light L1 traveling from the first region R1 to the second region R2 in the wavelength conversion layer 15 is Due to the relationship between the refractive index of the atmosphere and the refractive index of the wavelength conversion layer 15, the light is reflected at the interface with the groove 150 and emitted as light L10′′ from the portion of the wavelength conversion layer 15 facing the first region R1.
- a part of the light L2 traveling from the second region R2 to the first region R1 in the wavelength conversion layer 15 is also reflected at the interface with the groove 150, and is reflected from the portion of the wavelength conversion layer 15 facing the second region R2. It is emitted as light L20′′.
- the propagation of light across the first region R1 and the second region R2 in the monolithic wavelength conversion layer 15 is suppressed.
- Decrease can be suppressed.
- the groove 150 can be formed so that both ends thereof reach the light reflecting portion 17 .
- groove 150 can be filled with the material forming light reflector 17 .
- the material forming the light reflecting portion 17 reflects the light emitted from the side surface of the wavelength conversion layer 15 toward the inside of the wavelength conversion layer 15, the light propagates inside the wavelength conversion layer 15 and reaches the groove 150.
- the emitted light is deflected toward the exit surface of the wavelength conversion layer 15 in the same manner as in the example shown in FIG. Thereby, the amount of light originating from the light L1 emitted from the first region R1 and emitted as the light L10 from the region facing the first region R1 in the wavelength conversion layer 15 can be increased.
- a groove 150 can be formed in the wavelength conversion layer 15 prior to the step of placing the wavelength conversion layer 15 over the growth substrate 20 as illustrated in FIG.
- the wavelength conversion layer 15 may be arranged such that 150 faces the translucent layer 13 . Such a configuration can also suppress the propagation of light across the first region R1 and the second region R2 within the monolithic wavelength conversion layer 15 .
- FIG. 42 illustrates the appearance of the LED element 105 according to the fifth embodiment viewed from the first direction.
- FIG. 43 illustrates a cross-sectional configuration seen from the arrow direction along the line XLIII--XLIII in FIG. Components that are substantially the same as those of the LED element 104 according to the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted.
- a first portion 151 and a second portion 152 are defined in the wavelength conversion layer 15 .
- the first portion 151 is a portion facing the first region R1 in the first direction.
- the second portion 152 is a portion facing the second region R2 in the first direction.
- the wavelength conversion layer 15 has a surface treatment portion 153 .
- the surface-treated portion 153 is a portion subjected to surface treatment such that the light extraction efficiency from the first portion 151 is higher than the light extraction efficiency from the second portion 152 .
- the light extraction efficiency in the first portion 151 can be calculated, for example, as a ratio of the light amount of the light L10 emitted from the first portion 151 to the light amount of the light L1 emitted from the optical semiconductor laminate 11.
- the light extraction efficiency in the second portion 152 can be calculated as a ratio of the amount of light L20 emitted from the second portion 152 to the amount of light L2 emitted from the optical semiconductor laminate 11 .
- the first portion 151 is provided with the surface treatment portion 153, but the second portion 152 may be surface treated if the above-described relative relationship related to the light extraction efficiency is ensured. It does not exclude configurations that
- the surface treatment portion 153 may be an antireflection film.
- Various conditions are set for the antireflection film so as to suppress internal reflection at the boundary with the wavelength conversion layer 15 .
- the surface treatment portion 153 may be a low refractive index film.
- the low refractive index film is made of a material having a refractive index between the refractive index of the wavelength conversion layer 15 and the refractive index of the atmosphere.
- the wavelength conversion layer 15 is a ceramic phosphor obtained by sintering YAG phosphor
- the refractive index is about 1.8.
- the refractive index of air is approximately 1.0.
- dimethyl silicon which is a colorless transparent resin having a refractive index of 1.41, is exemplified as a material for the low refractive index film that satisfies the above conditions.
- the surface treatment portion 153 can be a roughened surface.
- the term "roughened surface” means a surface having an arithmetic mean roughness Ra of 0.5 ⁇ m or greater. Roughening can be performed by well-known chemical treatments, laser processing, plasma processing, and mechanical processing.
- the light emitted from the first portion 151 A decrease in brightness of the light L1 is suppressed.
- a decrease in luminance difference between the light L1 and the light L2 can be suppressed.
- FIG. 44 illustrates a cross-sectional configuration corresponding to FIG. 37 of the LED element 106 according to the sixth embodiment.
- Components that are substantially the same as those of the LED element 104 according to the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted.
- the translucent layer 13 has grooves 130 .
- a groove 130 is formed in the surface of the translucent layer 13 facing the wavelength conversion layer 15 . More specifically, the groove 130 is formed at a position that partially overlaps the insulating portion 12 when viewed from the first direction.
- the groove 130 has a cross-sectional shape with a flat bottom and side walls perpendicular to the bottom.
- groove 130 can be formed to have other cross-sectional shapes. Examples of other cross-sectional shapes include U-shapes, V-shapes, shapes with stepped sidewalls, and the like.
- Such a groove 130 can be formed after the process illustrated in FIG. 8 and prior to the bonding process of the wavelength conversion layer 15 with the growth substrate 20 illustrated in FIG.
- the light L1 emitted from the first region R1 of the optical semiconductor laminate 11 and the light L2 emitted from the second region R2 pass through the monolithic transparent layer 13 before entering the wavelength conversion layer 15 . Therefore, even in the translucent layer 13, internal propagation of light across the first region R1 and the second region R2 may occur due to internal reflection.
- part of the light L1 traveling from the first region R1 to the second region R2 in the translucent layer 13 is reflected at the interface with the groove 130 .
- part of the light L2 traveling from the second region R2 to the first region R1 in the translucent layer 13 is also reflected at the interface with the groove 130 .
- the propagation of light across the first region R1 and the second region R2 in the monolithic light-transmitting layer 13 is suppressed.
- Decrease can be suppressed.
- grooves 130 may be formed on the surface of the light-transmitting layer 13 that does not face the wavelength conversion layer 15 . Also in this example, a groove 130 is formed at a position overlapping with a part of the insulating portion 12 when viewed from the first direction.
- Such a groove 130 can be formed after forming the third opening 213 illustrated in FIG. 4 and prior to forming the insulating portion 12 illustrated in FIG.
- Such a configuration can also suppress the propagation of light across the first region R1 and the second region R2 within the monolithic light-transmitting layer 13 .
- each of the LED elements 104, 105, and 106 having the above characteristics as a light source, it is possible to increase the degree of freedom in designing the optical system including the light source.
- the advantageous effect when each of the LED elements 104, 105, and 106 is used as the light source of the headlight device 30 mounted on a moving body is as described with reference to FIGS. 12 to 19.
- grooves 130 may be formed in the translucent layer 13 .
- the wavelength conversion layer 15 has a monolithic structure extending over the first region R1 and the second region R2, the light-transmitting layer 13 is provided separately for each of the first region R1 and the second region R2. may be provided in
- grooves 150 can be formed in the wavelength conversion layer 15 .
- the wavelength conversion layer 15 is provided separately for each of the first region R1 and the second region R2. may be provided in
- FIG. 46 illustrates the appearance of the LED element 107 according to the seventh embodiment viewed from the first direction. Components that are substantially the same as those of the LED element 101 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted.
- FIG. 47 illustrates a cross-sectional configuration seen from the arrow direction along line XLVII-XLVII in FIG.
- the wavelength conversion layer 15 includes a first portion 151 and a second portion 152 .
- the first portion 151 is arranged to face the first region R1 in the first direction.
- the second portion 152 is arranged to face the second region R2 in the first direction.
- the dimensions along the first direction of the first portion 151 and the second portion 152 are different.
- the atomic composition percentage of the luminescent element contained in the phosphor in the first portion 151 and the atomic composition percentage of the luminescent element contained in the phosphor in the second portion 152 are equal.
- the sizes of the first portion 151 and the second portion 152 are determined such that the volume concentration of the phosphor contained in the first portion 151 is higher than the volume concentration of the phosphor contained in the second portion 152. .
- the volume concentration of the phosphor contained in the second portion 152 is set at 5-25% by volume, while the volume concentration of the phosphor contained in the first portion 151 is set at 8-30% by volume.
- the LED element 107 according to this embodiment can be manufactured by the method described with reference to FIGS.
- the wavelength conversion layer 15 including the first portion 151 and the second portion 152 is arranged to cover the growth substrate 20 . Therefore, in this example, the growth substrate 20 used to form the optical semiconductor laminate 11 is effectively used as the light-transmitting layer 13 .
- the growth substrate 20 may be separated from the optical semiconductor stack 11 through heat treatment such as laser irradiation, and a protective layer may be formed of silicon oxide or the like instead.
- the protective layer is used as the translucent layer 13 .
- FIG. 49 is a cross-sectional view illustrating a laminated structure of an LED element 107A as a comparative example.
- the LED element 107A includes a monolithic wavelength conversion layer 15A having a uniform phosphor volume concentration.
- the optical semiconductor laminate 11 of the LED element 107A is divided by the insulating portion 12 into a first region R1 and a second region R2 having different areas. Therefore, also in this comparative example, the light intensity per unit area of the light L1 emitted from the first region R1 differs from the light intensity per unit area of the light L2 emitted from the second region R2.
- the difference in light intensity per unit area between the light L1 and the light L2 also brings about a difference in chromaticity between the light L10 and the light L20 emitted from the wavelength conversion layer 15 through wavelength conversion by the phosphor.
- the amount of light L1 which has a higher blue light intensity per unit area than that of light L2, passes through the wavelength conversion layer 15A without undergoing wavelength conversion, so the emitted light L10 tends to have a stronger blue component.
- the output light L20 tends to have a stronger yellow component. Therefore, the user who sees the light L10 and the light L20 emitted from the light emitting surface of the LED element 107A at the same time may feel uncomfortable.
- the volume concentration of the phosphor contained in the first portion 151 is higher than the volume concentration of the phosphor contained in the second portion 152. Therefore, the light L1 passing through the first portion 151 is subjected to wavelength conversion more frequently than the light L2 passing through the second portion 152 . Thereby, the chromaticity difference between the light L10 emitted from the first portion 151 and the light L20 emitted from the second portion 152 can be made smaller than when a wavelength conversion layer having a uniform phosphor volume concentration is used. As a result, it is possible to suppress discomfort that may be given to the user who views the light L10 and the light L20 emitted from the light emitting surface of the LED element 107 at the same time.
- the optical semiconductor laminate 11 is divided into the first region R1 and the second region R2 by the insulating portion 12, the light L1 and the light L2 pass through the monolithic transparent layer 13. pass. Due to internal reflection in the light-transmitting layer 13 that occurs in the process, light L10′ originating from part of the light L1 emitted from the first region R1 faces the second region R2 in the wavelength conversion layer 15A. part can be emitted. Similarly, light L20' derived from part of the light L2 emitted from the second region R2 can be emitted from a portion of the wavelength conversion layer 15A facing the first region R1.
- the difference between the brightness of the light emitted from the portion of the wavelength conversion layer 15A facing the first region R1 and the brightness of the light emitted from the portion of the wavelength conversion layer 15A facing the second region R2 is small.
- the luminance contrast on the light emitting surface of the LED element 107A may be reduced.
- the volume concentration of the phosphor contained in the first portion 151 is higher than the volume concentration of the phosphor contained in the second portion 152. Therefore, the luminance difference between the light L10 emitted from the first portion 151 and the light L20 emitted from the second portion 152 can be made larger than when a wavelength conversion layer having a uniform phosphor volume concentration is used. As a result, it is possible to suppress or improve the decrease in brightness contrast on the light emitting surface of the LED element 107 caused by the monolithic light-transmitting layer 13 .
- FIG. 50 shows another example of the cross-sectional configuration of the LED element 107.
- the first portion 151 and the second portion 152 have the same dimension along the first direction.
- the atomic composition percentage of the luminescent element of the phosphor contained in the first portion 151 is determined to be higher than the atomic composition percentage of the luminescent element of the phosphor contained in the second portion 152 .
- the atomic composition percentage of the luminescent element of the phosphor contained in the second portion 152 is set to 0.5 to 4 atomic percent
- the atomic composition percentage of the luminescent element of the phosphor contained in the second portion 152 is It is defined as 1 to 5 atomic %.
- the light L1 passing through the first portion 151 is subjected to wavelength conversion more frequently than the light L2 passing through the second portion 152.
- the chromaticity difference between the light L10 emitted from the first portion 151 and the light L20 emitted from the second portion 152 is smaller than in the case of using a wavelength conversion layer in which the atomic composition percentage of the light emitting element of the phosphor is uniform. can.
- the luminance difference between the light L10 emitted from the first portion 151 and the light L20 emitted from the second portion 152 can be made larger than in the case of using a wavelength conversion layer in which the atomic composition percentage of the light emitting element of the phosphor is uniform. Therefore, it is possible to suppress or improve the decrease in luminance contrast on the light emitting surface of the LED element 107 .
- the light exit surface of the first portion 151 and the light exit surface of the second portion 152 form the same plane. According to such a configuration, the step of stacking the wavelength conversion layer 15 described with reference to FIG. 48 can be performed while supporting the flat upper surface. Therefore, the process can be simplified and work efficiency can be improved.
- FIG. 51 shows another example of the cross-sectional configuration of the LED element 107.
- the dimension of the first portion 151 along the first direction is larger than the dimension of the second portion 152 along the same direction.
- the volume concentration of the phosphor contained in the first portion 151 is higher than the volume concentration of the phosphor contained in the second portion 152 .
- the light exit surface of the first portion 151 and the light exit surface of the second portion 152 form the same plane. Accordingly, a step is formed on the lower surface of the wavelength conversion layer 15 facing the light transmitting layer 13 .
- the LED element 107 includes the propagation suppressing layer 18 .
- the propagation suppressing layer 18 is arranged between the second portion 152 of the wavelength converting layer 15 and the translucent layer 13 in the first direction. A portion of the first portion 151 of the wavelength conversion layer 15 faces the propagation suppression layer 18 in the second direction.
- the propagation suppression layer 18 has a lower refractive index than the wavelength conversion layer 15 .
- the propagation suppressing layer 18 can be made of colorless and transparent silicone resin or the like. Since the refractive index of the wavelength conversion layer 15 is higher than that of the propagation suppressing layer 18, the light traveling from the wavelength converting layer 15 to the propagation suppressing layer 18 is likely to undergo total reflection at the interface.
- the light L1 passing through the first portion 151 is subjected to wavelength conversion more frequently than the light L2 passing through the second portion 152.
- the chromaticity difference between the light L10 emitted from the first portion 151 and the light L20 emitted from the second portion 152 is smaller than in the case of using a wavelength conversion layer in which the atomic composition percentage of the light emitting element of the phosphor is uniform. can.
- the light traveling through the wavelength conversion layer 15 toward the second portion 152 undergoes total reflection at the interface with the propagation suppressing layer 18. easier to receive. Since propagation of the light L1 from the first portion 151 to the second portion 152 can be suppressed, a decrease in luminance difference between the light L10 emitted from the first portion 151 and the light L20 emitted from the second portion 152 can be suppressed. As a result, it is possible to suppress or improve the decrease in brightness contrast on the light emitting surface of the LED element 107 .
- the step of laminating the wavelength conversion layer 15 described with reference to FIG. can be accomplished while Therefore, the process can be simplified and work efficiency can be improved.
- the translucent layer 13 and the propagation suppressing layer 18 are in contact with each other in the first direction. Since the difference in refractive index between the light-transmitting layer 13 and the propagation suppressing layer 18 is smaller than in a configuration in which a gap (air layer) is interposed between the light-transmitting layer 13 and the propagation suppressing layer 18, total reflection is suppressed and more light L2 reaches the light-transmitting layer 13. , enters the propagation suppression layer 18 . In addition, the propagation suppression layer 18 and the first portion 151 of the wavelength conversion layer 15 are in contact with each other in the second direction.
- the refractive index of the wavelength conversion layer 15 is higher than the refractive index of the propagation suppression layer 18, the light L1 is suppressed from entering the propagation suppression layer from the wavelength conversion layer 15, while the light L1 is suppressed from the propagation suppression layer 18 to the wavelength conversion layer 15. Entry of light L2 into is facilitated. This can further suppress or improve the decrease in brightness contrast on the light emitting surface of the LED element 107 .
- the propagation suppression layer 18 and the first portion 151 of the wavelength conversion layer 15 do not have to be in contact with each other in the second direction.
- an air layer a gap with a refractive index of 1.0
- propagation of the light L1 from the first portion 151 to the propagation suppression layer 18 can be further suppressed.
- the LED element 107 can include a multilayer film 19.
- the multilayer film 19 can be formed on at least the light incident surface of the first portion 151 and the light incident surface of the second portion 152 of the wavelength conversion layer 15 .
- the multilayer film 19 is formed by stacking a material with a relatively low refractive index and a material with a relatively high refractive index, thereby increasing the transmittance of light containing a specific wavelength while increasing the transmittance of light containing other wavelengths.
- the optics are designed to enhance reflectance. For example, while the transmittance of the wavelength range (430 to 460 nm) of the light L1 and the light L2 emitted from the optical semiconductor laminate 11 is increased, the wavelength range (460 to 460 nm) of the light L10 and L20 emitted from the wavelength conversion layer 15 is increased. 800 nm) is enhanced. Since materials and structures for forming a multilayer film having such optical properties are well known, detailed description thereof will be omitted.
- loss of light L1 and light L2 incident on the wavelength conversion layer 15 from the light-transmitting layer 13 can be suppressed, and light L10 and light L20 from the wavelength conversion layer 15 to the light-transmitting layer 13 can be reversed. Propagation can be suppressed. As a result, it is possible to suppress a decrease in the brightness of the light L10 and the light L20 emitted from the wavelength conversion layer 15 .
- the wavelength conversion layer 15 has a monolithic structure.
- the first portion 151 and the second portion 152 which are separately formed in advance so as to have different dimensions in the first direction may be combined.
- the LED element 107 having the characteristics as described above as a light source, it is possible to increase the degree of freedom in designing the optical system including the light source.
- the advantageous effect when the LED element 107 is used as the light source of the headlight device 30 mounted on a moving object is as described with reference to FIGS. 12 to 19.
- FIG. 12 to 19 the advantageous effect when the LED element 107 is used as the light source of the headlight device 30 mounted on a moving object is as described with reference to FIGS. 12 to 19.
- FIG. 53 shows operating characteristics of an LED element as a comparative example.
- Symbol E represents the excitation spectrum of the wavelength conversion layer 15 .
- An excitation spectrum E represents the wavelength dependence of the wavelength conversion efficiency of the phosphor contained in the wavelength conversion layer 15 .
- Symbol ⁇ e represents the peak wavelength of the excitation spectrum E. At the peak wavelength ⁇ e, the wavelength conversion efficiency of the phosphor is highest.
- the wavelength conversion efficiency is proportional to the external quantum efficiency.
- External quantum efficiency corresponds to the product of absorption efficiency and conversion efficiency.
- Absorption efficiency means the ratio of the number of photons absorbed by the phosphor to the number of incident photons.
- Conversion efficiency means the ratio of the number of wavelength-converted photons to the number of photons absorbed by the phosphor.
- Symbol S1 represents the spectrum of the light L1 emitted from the first region R1 of the optical semiconductor laminate 11 when the ambient temperature is 25°C.
- a spectrum represents the wavelength dependence of light intensity per unit area.
- Symbol ⁇ 1 represents the peak wavelength of the spectrum S1. At the peak wavelength ⁇ 1, the light intensity per unit area of the light L1 emitted from the first region R1 of the optical semiconductor laminate 11 is the highest when the ambient temperature is 25°C.
- Reference symbol S1' represents the spectral spectrum of the light L1 emitted from the first region R1 of the optical semiconductor laminate 11 in a thermally saturated state.
- the symbol ⁇ 1' represents the peak wavelength of the spectrum S1'.
- the peak wavelength ⁇ 1′ At the peak wavelength ⁇ 1′, the light intensity per unit area of the light L1 emitted from the first region R1 of the optical semiconductor laminate 11 in the heat saturated state is the highest.
- the peak wavelength ⁇ 1' is longer than the peak wavelength ⁇ 1. That is, when the junction temperature of the LED element rises, the wavelength of the light L1 shifts to the longer wavelength side.
- junction temperature measurements can be made through well-known Ts and VF measurements.
- the Ts measurement method is a method of calculating the junction temperature by measuring the cathode-side junction temperature of the LED element.
- the VF measurement method is a method of calculating the junction temperature through measurement of the ambient temperature dependence of the forward voltage of the LED element.
- Symbol S2 represents the spectrum of the light L2 emitted from the second region R2 of the optical semiconductor laminate 11 when the ambient temperature is 25°C.
- Symbol ⁇ 2 represents the peak wavelength of the spectrum S2. At the peak wavelength ⁇ 2, the light intensity per unit area of the light L2 emitted from the second region R2 of the optical semiconductor laminate 11 is the highest when the ambient temperature is 25°C.
- Symbol S2' represents the spectral spectrum of the light L2 emitted from the second region R2 of the optical semiconductor laminate 11 in the thermally saturated state.
- Symbol ⁇ 2' represents the peak wavelength of the spectrum S2'. At the peak wavelength ⁇ 2', the light intensity per unit area of the light L2 emitted from the second region R2 of the optical semiconductor laminate 11 in the heat saturated state is the highest. The peak wavelength ⁇ 2' is longer than the peak wavelength ⁇ 2. That is, when the junction temperature of the LED element rises, the wavelength of the light L2 shifts to the longer wavelength side.
- the wavelength of light emitted from the optical semiconductor laminate 11 shifts to the short wavelength side as the current density increases. Therefore, the wavelength of the light L1 emitted from the first region R1 is shorter than the wavelength of the light L2 emitted from the second region R2.
- the peak wavelength ⁇ 2′ of the spectral spectrum S2′ of the light L2 emitted from the second region R2 of the optical semiconductor laminate 11 in the thermally saturated state is located in the vicinity of the peak wavelength ⁇ e of the excitation spectrum E. As such, the current density is defined.
- the wavelength conversion efficiency of the phosphor for the light L2 with the peak wavelength ⁇ 2' is E2, which is higher than the wavelength conversion efficiency E1 for the light L1 with the peak wavelength ⁇ 1'. Therefore, emitted light L20 tends to have a stronger yellow component than emitted light L10. As a result, a user viewing the light L10 and the light L20 emitted from the light emitting surface of the LED element according to the comparative example at the same time may feel uncomfortable due to the color difference.
- FIG. 54 shows operating characteristics that can be set for the LED elements according to the above embodiments. Elements having the same operating characteristics as those of the comparative example are denoted by the same reference numerals, and repetitive descriptions are omitted.
- the peak wavelength ⁇ 1′ of the spectral spectrum S1′ of the light L1 emitted from the first region R1 of the optical semiconductor laminate 11 in the heat saturated state is the peak wavelength ⁇ 1′ of the excitation spectrum E of the phosphor contained in the wavelength conversion layer 15.
- the current density between the first conductive portion 141 and the second conductive portion 142 is determined so as to be shorter than the peak wavelength ⁇ e.
- the peak wavelength ⁇ 2′ of the spectral spectrum S2′ of the light L2 emitted from the second region R2 of the optical semiconductor laminate 11 in the heat saturated state is the peak wavelength ⁇ e of the excitation spectrum E of the phosphor contained in the wavelength conversion layer 15.
- the current density between the second conductive portion 142 and the third conductive portion 143 is determined so as to be longer than the current density.
- both the peak wavelength ⁇ 1 ' of the spectral spectrum S1 ' of the light L1 and the peak wavelength ⁇ 2 ' of the spectral spectrum S2 ' of the light L2 are located on the longer wavelength side or the shorter wavelength side than the peak wavelength ⁇ e of the excitation spectrum E Since both the peak wavelength ⁇ 1′ and the peak wavelength ⁇ 2′ tend to fall within the region where the intensity of the excitation spectrum E monotonically increases or decreases, the wavelength conversion efficiency E1 for the light L1 having the peak wavelength ⁇ 1′ and the peak wavelength ⁇ 2 The wavelength conversion efficiency of the phosphor with respect to the light L2 of ' is likely to be different from that of E2.
- the peak wavelength ⁇ 1′ of the spectral spectrum S1′ of the light L1 is located in the region where the intensity of the excitation spectrum E monotonously increases, and the peak wavelength ⁇ 1′ of the spectral spectrum S2′ of the light L2 is ⁇ 2' is located in the region where the intensity of the excitation spectrum E monotonically decreases.
- This makes it easy to set a current density that suppresses the difference between the wavelength conversion efficiency E1 of the phosphor for the light L1 of the peak wavelength ⁇ 1′ and the wavelength conversion efficiency E2 of the phosphor for the light L2 of the peak wavelength ⁇ 2′.
- the difference between the chromaticity of the light L10 and the chromaticity of the light L20 can be made inconspicuous, so that it is possible to suppress discomfort that may be felt by the user who views the light L10 and the light L20 emitted from the light emitting surface of the LED element at the same time. become easier.
- the current density between the first conductive portion 141 and the second conductive portion 142 and the second conductive portion 142 and the third conductive portion are adjusted so that the difference between the chromaticity of the light L10 and the chromaticity of the light L20 is less noticeable. Since the current density is set between 143, it is possible to suppress discomfort that may be given to the user viewing the light emission pattern.
- the n-type semiconductor layer 112 is located closer to the transparent layer 13 than the p-type semiconductor layer 111 is.
- the positional relationship of the p-type semiconductor layer 111 and the n-type semiconductor layer 112 with respect to the transparent layer 13 may be reversed as long as the desired function of the light-emitting diode can be realized.
- the optical semiconductor laminate 11 is configured to function as a light-emitting diode.
- the optical semiconductor laminate 11 may be configured to function as a laser diode or an electroluminescence element.
- the headlight device 30 is mounted on a vehicle 40 having four wheels.
- the headlight device 30 can also be mounted on a two-wheeled motor vehicle or a three-wheeled motor vehicle.
- the type of the motorcycle or three-wheeled vehicle may be a straddle type, a scooter type, or a standing type.
- motorcycles and three-wheeled vehicles are also examples of moving objects.
- the headlight device 30 may be mounted on a road rail vehicle or the like having four or more wheels.
- a street rail vehicle is also an example of a mobile object.
- the number of headlight devices 30 mounted on the front portion of the moving body can be appropriately determined according to the specifications of the moving body.
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Abstract
絶縁部(12)は、第一方向に並んでいるp型半導体層(111)、n型半導体層(112)、および発光層(113)を、電気的に絶縁された第一領域(R1)と第二領域(R2)に区分している。透光層(13)は、第一領域(R1)と第二領域(R2)に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、発光層(113)から出射される光の通過を許容する。第一導電部(141)は、第一領域(R1)におけるn型半導体層(112)と電気的に接続されている。第二導電部(142)は、第一領域(R1)におけるp型半導体層(111)と第二領域(R2)におけるn型半導体層(112)とを電気的に接続している。第三導電部(143)は、第二領域(R2)におけるp型半導体層(111)と電気的に接続されている。第一方向から見た第一領域(R1)の面積は、第一方向から見た第二領域(R2)の面積よりも小さい。
Description
本開示は、半導体発光素子に関連する。本開示は、当該半導体発光素子を光源として備え、移動体に搭載される前照灯装置にも関連する。本開示は、当該半導体発光素子の製造方法にも関連する。
特許文献1は、移動体の一例としての車両に搭載される前照灯装置の光源として半導体発光素子を用いる構成を開示している。
光源として使用されることにより、当該光源を含む光学系の大型化や複雑化を抑制可能な半導体発光素子を提供することが求められている。
本開示により提供されうる第一態様例は、半導体発光素子であって、
第一導電型を有する第一半導体層と、
前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層の間に位置している発光層と、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分している絶縁部と、
前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、前記発光層から出射される光の通過を許容する透光層と、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続されている第一導電部と、
前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続している第二導電部と、
前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続されている第三導電部と、
を備えており、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層は、第一方向に並んでおり、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さい。
第一導電型を有する第一半導体層と、
前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層の間に位置している発光層と、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分している絶縁部と、
前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、前記発光層から出射される光の通過を許容する透光層と、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続されている第一導電部と、
前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続している第二導電部と、
前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続されている第三導電部と、
を備えており、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層は、第一方向に並んでおり、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さい。
上記の構成によれば、第一半導体層、第二半導体層、および発光層により形成される光半導体積層が絶縁部によって面積の相違する第一領域と第二領域に区分されることにより、所与の光束を得るための発光効率の低下を抑制しつつ、透光層の面積を増大させることなく単位面積当たりの光強度が相違する光を得ることができる。換言すると、発光効率の低下と素子サイズの大型化を抑制しつつ、単体で輝度のコントラストを発現させうる発光面を有する半導体発光素子を提供できる。このような特性を有する半導体発光素子が光源として用いられることにより、当該光源を含む光学系の大型化や複雑化を抑制できる。
本開示により提供されうる第二態様例は、半導体発光素子であって、
第一導電型を有する第一半導体層と、
前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層の間に位置している発光層と、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分している絶縁部と、
前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、かつ前記発光層から出射される光の通過を許容しつつ当該光の波長を変換する波長変換層と、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続されている第一導電部と、
前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続している第二導電部と、
前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続されている第三導電部と、
を備えており、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層は、第一方向に並んでおり、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さく、
前記第一方向から見て前記絶縁部の少なくとも一部は蛇行形状を呈している。
第一導電型を有する第一半導体層と、
前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層の間に位置している発光層と、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分している絶縁部と、
前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、かつ前記発光層から出射される光の通過を許容しつつ当該光の波長を変換する波長変換層と、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続されている第一導電部と、
前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続している第二導電部と、
前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続されている第三導電部と、
を備えており、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層は、第一方向に並んでおり、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さく、
前記第一方向から見て前記絶縁部の少なくとも一部は蛇行形状を呈している。
上記の構成によれば、第一半導体層、第二半導体層、および発光層により形成される光半導体積層が絶縁部によって面積の相違する第一領域と第二領域に区分されることにより、所与の光束を得るための発光効率の低下を抑制しつつ、波長変換層の面積を増大させることなく単位面積当たりの光強度が相違する光を得ることができる。換言すると、発光効率の低下と素子サイズの大型化を抑制しつつ、単体で輝度のコントラストを発現させうる発光面を有する半導体発光素子を提供できる。このような特性を有する半導体発光素子が光源として用いられることによって、当該光源を含む光学系の大型化や複雑化を抑制できる。
他方、第一領域から出射される光の単位面積当たりの光強度と第二領域から出射される光の単位面積当たりの光強度の相違は、波長変換層における第一領域に対向する部分から出射される光と第二領域に対向する部分から出射される光の色度の相違ももたらす。両光はモノリシックな波長変換層を通過するので、絶縁部の付近において波長変換層から出射される光の色度は、第一領域から出射される光の色度と第二領域から出射される光の色度との間で連続的に変化する。本明細書では、このように波長変換層から出射される光の色度が変化する領域を「色度遷移領域」と称する。色度遷移領域が存在しても、その幅が狭い場合、両光の色度差が目立ちやすく、半導体発光素子の発光面から出射される両光を同時に視認するユーザに対して違和感を与えうる。
しかしながら、上記のように絶縁部が蛇行形状を呈することによって色度遷移領域もまた蛇行し、実質的な色度遷移領域の幅寸法を蛇行幅と同程度まで広げることができる。結果として、両光の色度差を目立ちにくくできるので、半導体発光素子の発光面から出射される両光を同時に視認するユーザに対して与えうる違和感を抑制できる。
本開示により提供されうる第三態様例は、半導体発光素子であって、
第一導電型を有する第一半導体層と、
前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層の間に位置している発光層と、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分している絶縁部と、
前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、かつ前記発光層から出射される光の通過を許容しつつ当該光の波長を変換する波長変換層と、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続されている第一導電部と、
前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続している第二導電部と、
前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続されている第三導電部と、
を備えており、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層は、第一方向に並んでおり、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さく、
前記波長変換層は、前記絶縁部と接している。
第一導電型を有する第一半導体層と、
前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層の間に位置している発光層と、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分している絶縁部と、
前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、かつ前記発光層から出射される光の通過を許容しつつ当該光の波長を変換する波長変換層と、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続されている第一導電部と、
前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続している第二導電部と、
前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続されている第三導電部と、
を備えており、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層は、第一方向に並んでおり、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さく、
前記波長変換層は、前記絶縁部と接している。
本開示により提供されうる第四態様例は、半導体発光素子の製造方法であって、
第一導電型を有する第一半導体層、当該第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層、および当該第一半導体層と当該第二半導体層の間に位置している発光層が第一方向に並ぶ光半導体積層を、成長基板上に形成し、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分する絶縁部を形成し、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続された第一導電部、前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続する第二導電部、および前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続された第三導電部を形成し、
前記成長基板を除去し、
モノリシックな構造を有し、かつ通過する光の波長を変換する波長変換層を、前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるように、かつ前記絶縁部と接するように配置することにより、前記発光層から出射された光の当該波長変換層の通過が許容されるようにし、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さい。
第一導電型を有する第一半導体層、当該第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層、および当該第一半導体層と当該第二半導体層の間に位置している発光層が第一方向に並ぶ光半導体積層を、成長基板上に形成し、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分する絶縁部を形成し、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続された第一導電部、前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続する第二導電部、および前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続された第三導電部を形成し、
前記成長基板を除去し、
モノリシックな構造を有し、かつ通過する光の波長を変換する波長変換層を、前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるように、かつ前記絶縁部と接するように配置することにより、前記発光層から出射された光の当該波長変換層の通過が許容されるようにし、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さい。
第三態様例と第四態様例の各々に係る構成によれば、第一半導体層、第二半導体層、および発光層により形成される光半導体積層が絶縁部によって面積の相違する第一領域と第二領域に区分されることにより、所与の光束を得るための発光効率の低下を抑制しつつ、波長変換層の面積を増大させることなく単位面積当たりの光強度が相違する光を得ることができる。換言すると、発光効率の低下と素子サイズの大型化を抑制しつつ、単体で輝度のコントラストを発現させうる発光面を有する半導体発光素子を提供できる。このような特性を有する半導体発光素子が光源として用いられることにより、当該光源を含む光学系の大型化や複雑化を抑制できる。
加えて、第一領域から出射された光と第二領域から出射された光は、第一領域と第二領域に跨るように延びるモノリシックな透光層を経由することなく波長変換層に入射する。したがって、そのような構成を有する透光層において生じうる内部反射に起因する両光の輝度差の低下を抑制できる。結果として、半導体発光素子の発光面における輝度のコントラストの低下を抑制できる。
本開示により提供されうる第五態様例は、半導体発光素子であって、
第一導電型を有する第一半導体層と、
前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層の間に位置している発光層と、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分している絶縁部と、
前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、かつ前記発光層から出射される光の通過を許容しつつ当該光の波長を変換する波長変換層と、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続されている第一導電部と、
前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続している第二導電部と、
前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続されている第三導電部と、
を備えており、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層は、第一方向に並んでおり、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さく、
前記第一方向から見て前記波長変換層における前記絶縁部の少なくとも一部と重なる位置に溝が形成されている。
第一導電型を有する第一半導体層と、
前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層の間に位置している発光層と、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分している絶縁部と、
前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、かつ前記発光層から出射される光の通過を許容しつつ当該光の波長を変換する波長変換層と、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続されている第一導電部と、
前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続している第二導電部と、
前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続されている第三導電部と、
を備えており、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層は、第一方向に並んでおり、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さく、
前記第一方向から見て前記波長変換層における前記絶縁部の少なくとも一部と重なる位置に溝が形成されている。
本開示により提供されうる第六態様例は、半導体発光素子であって、
第一導電型を有する第一半導体層と、
前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層の間に位置している発光層と、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分している絶縁部と、
前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、かつ前記発光層から出射される光の通過を許容しつつ当該光の波長を変換する波長変換層と、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続されている第一導電部と、
前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続している第二導電部と、
前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続されている第三導電部と、
を備えており、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層は、第一方向に並んでおり、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さく、
前記波長変換層における前記第一方向について前記第一領域に対向する第一部分からの光取出効率が前記第一方向について前記第二領域に対向する第二部分からの光取出効率よりも高くなるように、前記波長変換層に表面処理が施されている。
第一導電型を有する第一半導体層と、
前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層の間に位置している発光層と、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分している絶縁部と、
前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、かつ前記発光層から出射される光の通過を許容しつつ当該光の波長を変換する波長変換層と、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続されている第一導電部と、
前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続している第二導電部と、
前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続されている第三導電部と、
を備えており、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層は、第一方向に並んでおり、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さく、
前記波長変換層における前記第一方向について前記第一領域に対向する第一部分からの光取出効率が前記第一方向について前記第二領域に対向する第二部分からの光取出効率よりも高くなるように、前記波長変換層に表面処理が施されている。
本開示により提供されうる第七態様例は、半導体発光素子であって、
第一導電型を有する第一半導体層と、
前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層の間に位置している発光層と、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分している絶縁部と、
前記発光層から出射される光の通過を許容しつつ、当該光の波長を変換する波長変換層と、
前記発光層と前記波長変換層の間において前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、前記発光層から出射される光の通過を許容する透光層を備えており、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続されている第一導電部と、
前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続している第二導電部と、
前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続されている第三導電部と、
を備えており、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層は、第一方向に並んでおり、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さく、
前記第一方向から見て前記透光層における前記絶縁部の少なくとも一部と重なる位置に溝が形成されている。
第一導電型を有する第一半導体層と、
前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層の間に位置している発光層と、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分している絶縁部と、
前記発光層から出射される光の通過を許容しつつ、当該光の波長を変換する波長変換層と、
前記発光層と前記波長変換層の間において前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、前記発光層から出射される光の通過を許容する透光層を備えており、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続されている第一導電部と、
前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続している第二導電部と、
前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続されている第三導電部と、
を備えており、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層は、第一方向に並んでおり、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さく、
前記第一方向から見て前記透光層における前記絶縁部の少なくとも一部と重なる位置に溝が形成されている。
第五態様例から第七態様例の各々に係る構成によれば、第一半導体層、第二半導体層、および発光層により形成される光半導体積層が絶縁部によって面積の相違する第一領域と第二領域に区分されることにより、所与の光束を得るための発光効率の低下を抑制しつつ、波長変換層の面積を増大させることなく単位面積当たりの光強度が相違する光を得ることができる。換言すると、発光効率の低下と素子サイズの大型化を抑制しつつ、単体で輝度のコントラストを発現させうる発光面を有する半導体発光素子を提供できる。このような特性を有する半導体発光素子が光源として用いられることにより、当該光源を含む光学系の大型化や複雑化を抑制できる。
第五態様例に係る構成においては、第一領域から出射された光の一部はモノリシックな波長変換層内を第二領域へ向かうが、溝の境界面により反射される。同様に、第二領域から出射された光の一部はモノリシックな波長変換層内を第一領域へ向かうが、溝の境界面により反射される。結果として、モノリシックな波長変換層内において第一領域と第二領域を跨ぐ光の伝播が抑制されるので、そのような光の内部伝播に起因する両光の輝度差の低下を抑制できる。すなわち、半導体発光素子の発光面における輝度のコントラストの低下を抑制できる。
第六態様例に係る構成においては、モノリシックな波長変換層に施された表面処理により、第一領域から出射された光の第一部分から第二部分への内部伝播が相対的に抑制されるので、第一部分から出射される光の輝度低下が抑制される。結果として、第二部分から出射される光との輝度差の低下が抑制されるので、半導体発光素子の発光面における輝度のコントラストの低下を抑制できる。
第七態様例に係る構成においては、第一領域から出射された光の一部はモノリシックな透光層内を第二領域へ向かうが、溝の境界面により反射される。同様に、第二領域から出射された光の一部はモノリシックな透光層内を第一領域へ向かうが、溝の境界面により反射される。結果として、モノリシックな透光層内において第一領域と第二領域を跨ぐ光の伝播が抑制されるので、そのような光の内部伝播に起因する両光の輝度差の低下を抑制できる。すなわち、半導体発光素子の発光面における輝度のコントラストの低下を抑制できる。
本開示により提供されうる第八態様例は、半導体発光素子であって、
第一導電型を有する第一半導体層と、
前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層の間に位置している発光層と、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分している絶縁部と、
前記発光層から出射される光の通過を許容しつつ、蛍光体により当該光の波長を変換する波長変換層と、
前記発光層と前記波長変換層の間において前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、前記発光層から出射される光の通過を許容する透光層と、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続されている第一導電部と、
前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続している第二導電部と、
前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続されている第三導電部と、
を備えており、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層は、第一方向に並んでおり、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さく、
前記波長変換層は、前記第一領域における前記発光層から出射された光の通過を許容する第一部分、および前記第二領域における前記発光層から出射された光の通過を許容する第二部分を含んでおり、
前記第一部分における前記蛍光体の体積濃度または発光元素の原子組成百分率を示す第一の値は、前記第二部分における前記蛍光体の体積濃度または発光元素の原子組成百分率を示す第二の値よりも大きい。
第一導電型を有する第一半導体層と、
前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層の間に位置している発光層と、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分している絶縁部と、
前記発光層から出射される光の通過を許容しつつ、蛍光体により当該光の波長を変換する波長変換層と、
前記発光層と前記波長変換層の間において前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、前記発光層から出射される光の通過を許容する透光層と、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続されている第一導電部と、
前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続している第二導電部と、
前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続されている第三導電部と、
を備えており、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層は、第一方向に並んでおり、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さく、
前記波長変換層は、前記第一領域における前記発光層から出射された光の通過を許容する第一部分、および前記第二領域における前記発光層から出射された光の通過を許容する第二部分を含んでおり、
前記第一部分における前記蛍光体の体積濃度または発光元素の原子組成百分率を示す第一の値は、前記第二部分における前記蛍光体の体積濃度または発光元素の原子組成百分率を示す第二の値よりも大きい。
上記の構成によれば、第一半導体層、第二半導体層、および発光層により形成される光半導体積層が絶縁部によって面積の相違する第一領域と第二領域に区分されることにより、所与の光束を得るための発光効率の低下を抑制しつつ、波長変換層の面積を増大させることなく単位面積当たりの光強度が相違する光を得ることができる。換言すると、発光効率の低下と素子サイズの大型化を抑制しつつ、単体で輝度のコントラストを発現させうる発光面を有する半導体発光素子を提供できる。このような特性を有する半導体発光素子が光源として用いられることによって、当該光源を含む光学系の大型化や複雑化を抑制できる。
他方、第一領域から出射される光の単位面積当たりの光強度と第二領域から出射される光の単位面積当たりの光強度の相違は、波長変換層における第一領域に対向する部分から出射される光と第二領域に対向する部分から出射される光の色度の相違をもたらす。結果として、半導体発光素子の発光面から出射される両光を同時に視認するユーザに対して違和感を与えうる。
しかしながら、上記のように第一部分に含まれる蛍光体の体積濃度または発光元素の原子組成百分率が第二部分に含まれる蛍光体の体積濃度または発光元素の原子組成百分率よりも高くなるように構成されることにより、第一部分を通過する光は、第二部分を通過する光よりも波長変換に供される頻度が高まる。これにより、第一部分から出射される光と第二部分から出射される光の色度差を、蛍光体の体積濃度または発光元素の原子組成百分率が均一な波長変換層を用いる場合より小さくできる。結果として、半導体発光素子の発光面から出射される両光を同時に視認するユーザに対して与えうる違和感を抑制できる。
加えて、第一領域から出射された光と第二領域から出射された光は、波長変換層に入射する前にモノリシックな透光層を通過する。透光層の内部反射に起因して、第一領域から出射された光の一部が波長変換層の第二部分に進入しうる。逆もまた然りである。しかしながら、上記のような構成によれば、蛍光体の体積濃度または発光元素の原子組成百分率が均一な波長変換層を用いる場合よりも第一部分から出射される光と第二部分から出射される光との輝度差を大きくできるので、モノリシックな透光層に起因する半導体発光素子の発光面における輝度のコントラストの低下を抑制または改善できる。
本開示により提供されうる第九態様例は、半導体発光素子であって、
第一導電型を有する第一半導体層と、
前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層の間に位置している発光層と、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分している絶縁部と、
前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、かつ前記発光層から出射される光の通過を許容しつつ蛍光体により当該光の波長を変換する波長変換層と、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続されている第一導電部と、
前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続している第二導電部と、
前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続されている第三導電部と、
を備えており、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層は、第一方向に並んでおり、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さく、
前記第一領域から出射される光の分光スペクトルにおけるピーク波長は、前記蛍光体の励起スペクトルにおけるピーク波長よりも短く、
前記第二領域から出射される光の分光スペクトルにおけるピーク波長は、前記蛍光体の励起スペクトルにおけるピーク波長よりも長い。
第一導電型を有する第一半導体層と、
前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層の間に位置している発光層と、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分している絶縁部と、
前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、かつ前記発光層から出射される光の通過を許容しつつ蛍光体により当該光の波長を変換する波長変換層と、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続されている第一導電部と、
前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続している第二導電部と、
前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続されている第三導電部と、
を備えており、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層は、第一方向に並んでおり、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さく、
前記第一領域から出射される光の分光スペクトルにおけるピーク波長は、前記蛍光体の励起スペクトルにおけるピーク波長よりも短く、
前記第二領域から出射される光の分光スペクトルにおけるピーク波長は、前記蛍光体の励起スペクトルにおけるピーク波長よりも長い。
上記の構成によれば、第一半導体層、第二半導体層、および発光層により形成される光半導体積層が絶縁部によって面積の相違する第一領域と第二領域に区分されることにより、所与の光束を得るための発光効率の低下を抑制しつつ、波長変換層の面積を増大させることなく単位面積当たりの光強度が相違する光を得ることができる。換言すると、発光効率の低下と素子サイズの大型化を抑制しつつ、単体で輝度のコントラストを発現させうる発光面を有する半導体発光素子を提供できる。このような特性を有する半導体発光素子が光源として用いられることによって、当該光源を含む光学系の大型化や複雑化を抑制できる。
加えて、第一領域から出射される光の分光スペクトルのピーク波長を励起スペクトルの強度が単調増加する領域に位置させ、第二領域から出射される光の分光スペクトルのピーク波長を励起スペクトルの強度が単調減少する領域に位置させることができる。これにより、第一領域から出射される光に対する蛍光体の外部量子効率と第二領域から出射される光に対する蛍光体の外部量子効率の差異を抑制するように、第一導電部と第二導電部の間の電流密度、および第二導電部と第三導電部の間の電流密度の設定が容易になる。結果として、両光の色度差を目立ちにくくできるので、半導体発光素子の発光面から出射される両光を同時に視認するユーザに対して与えうる違和感を抑制できる。
本開示により提供されうる第十態様例は、移動体に搭載される前照灯装置であって、
上記の第一態様例から第三態様例、および第五態様例から第九態様例のいずれかに係る半導体発光素子と、
前記半導体発光素子から出射される光の光路上に配置されている光学部品と、
を備えており、
前記半導体発光素子と前記光学部品は、前記第一領域における前記発光層から出射される光が前記第二領域における前記発光層から出射される光よりも前記光学部品の光軸に近い位置を通過するように配置されている。
上記の第一態様例から第三態様例、および第五態様例から第九態様例のいずれかに係る半導体発光素子と、
前記半導体発光素子から出射される光の光路上に配置されている光学部品と、
を備えており、
前記半導体発光素子と前記光学部品は、前記第一領域における前記発光層から出射される光が前記第二領域における前記発光層から出射される光よりも前記光学部品の光軸に近い位置を通過するように配置されている。
上記のような構成によれば、光束の量を維持しつつも光学部品の光軸の付近において光度が局所的に高くなる配光パターンを被照明領域に形成できる。このような配光パターンを得るために、投影光学系の構成に特別な変更を施す必要はなく、発光輝度の相違する複数の半導体発光素子を使用する必要もない。加えて、半導体発光素子自体の発光効率の低下と大型化を抑制可能であることは前述の通りである。したがって、前照灯装置の光学系の大型化や複雑化を抑制できる。
第二実施形態例に係る半導体発光素子が上記の前照灯装置に搭載される場合、第一領域から出射される光の色度と第二領域から出射される光の色度の差異が目立ちにくくなるように蛇行する絶縁部が形成されているので、発光パターンを視認するユーザに与えうる違和感を抑制できる。
第三実施形態例、および第五実施形態から第八実施形態例の各々に係る半導体発光素子が上記の前照灯装置に搭載される場合、第一領域に由来する光と第二領域に由来する光の輝度差の低下が抑制されているので、配光パターンにおける光度の局所的変化について意図されたコントラストを確保できる。
第九実施形態例に係る半導体発光素子が上記の前照灯装置に搭載される場合、第一領域から出射される光の色度と第二領域から出射される光の色度の差異が目立ちにくくなるように第一導電部と第二導電部の間の電流密度、および第二導電部と第三導電部の間の電流密度の設定がなされるので、発光パターンを視認するユーザに与えうる違和感を抑制できる。
添付の図面を参照しつつ、実施形態の例について以下詳細に説明する。以下の説明に用いられる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために、必要に応じて縮尺を変更している。
図1は、第一実施形態に係る発光ダイオード素子(以下、LED素子と略記する)101を第一方向から見た外観を例示している。LED素子101は、半導体発光素子の一例である。図2は、図1における線II-IIに沿って矢印方向から見た断面構成を例示している。
LED素子101は、光半導体積層11を備えている。光半導体積層11は、p型半導体層111、n型半導体層112、および発光層113を含んでいる。p型半導体層111、n型半導体層112、および発光層113は、第一方向に並んでいる。
p型半導体層111は、マグネシウムがドープされたp型の窒化ガリウムにより形成されている。p型は、第一導電型の一例である。
n型半導体層112は、シリコンがドープされたn型の窒化ガリウムにより形成されている。n型は、第二導電型の一例である。第二導電型は、第一導電型と反対の導電型である。
発光層113は、p型半導体層111とn型半導体層112の間に位置している。発光層113は、窒化インジウムガリウムで形成される井戸層と窒化ガリウムで形成される障壁層とを含む多重量子井戸構造を有している。発光層113は、後述する電流供給により光を出射するように構成されている。
LED素子101は、絶縁部12を備えている。絶縁部12は、電気的絶縁性を有している。図2に例示されるように、絶縁部12は、第一方向に延びており、光半導体積層11を、電気的に絶縁された第一領域R1と第二領域R2に区分している。すなわち、第一領域R1と第二領域R2の各々は、第一方向に並んだp型半導体層111、n型半導体層112、および発光層113を含んでいる。第一領域R1と第二領域R2は、第一方向から見て第一方向と交差する方向に並んでいる。
図1および図2においては、第一方向から見た絶縁部12が延びる方向と直交する向きにおける絶縁部12の幅寸法は、視認性を優先するために拡大して示されている。本例においては、絶縁部12は、二酸化シリコンなどの酸化物により形成されている。電気的絶縁性を確保できるのであれば、間隙の形成など適宜の手法が採用されうる。
LED素子101は、透光層13を備えている。透光層13は、第一領域R1と第二領域R2に跨るように延びている。透光層13は、発光層113から出射される光の通過を許容するように構成されている。透光層13は、電気的絶縁性を有する材料により形成されている。透光層13は、モノリシックな構造を有している。
本明細書における「モノリシックな構造」という語は、物理的不連続性を伴わないワンピース構造を意味しており、複数の部材が各種の手法で結合されることによって一体化されている構造と区別する意味で用いられる。各種の手法の例としては、接着、接合、溶着、溶接、係合、嵌合、螺合などが挙げられる。
LED素子101は、第一導電部141を備えている。第一導電部141は、導電性を有する材料により形成されている。第一導電部141は、第一領域R1におけるn型半導体層112と電気的に接続されている。
LED素子101は、第二導電部142を備えている。第二導電部142は、導電性を有する材料により形成されている。第二導電部142は、第一領域R1におけるp型半導体層111と第二領域R2におけるn型半導体層112とを電気的に接続している。
LED素子101は、第三導電部143を備えている。第三導電部143は、導電性を有する材料により形成されている。第三導電部143は、第二領域R2におけるp型半導体層111と電気的に接続されている。
したがって、第一導電部141に電流が供給されると、当該電流は、第一領域R1におけるn型半導体層112とp型半導体層111を経由して第二導電部142に至り、第一領域R1における発光層113に光L1を出射させる。さらに、当該電流は、第二導電部142から第二領域R2におけるn型半導体層112とp型半導体層111を経由して第三導電部143に至り、第二領域R2における発光層113に光L2を出射させる。
すなわち、モノリシックな構造を有する透光層13を共有している光半導体積層11の第一領域R1と第二領域R2が、光強度の相違する光を出射する二つの個別光源としてふるまう。
LED素子101は、波長変換層15を備えている。波長変換層15は、第一領域R1と第二領域R2に跨るように延びるモノリシックな構造を有している。波長変換層15は、透光層13を覆うように配置されている。換言すると、透光層13は、光半導体積層11と波長変換層15の間に位置している。したがって、透光層13を通過した光L1と光L2は、波長変換層15を通過する。
波長変換層15は、通過する光に対して所望の波長変換機能を発揮するように、蛍光体を含有している。本例においては、波長変換層15を通過した光が白色を呈するように蛍光体が選択される。蛍光体の例としては、Y3Al5O12、Gd3Al5O12、Ba2SiO4、Sr2SiO4、La3Si6N11、Y3Si6N11、セリウム、ユウロピウムなどが挙げられる。波長変換層15は、セラミクス蛍光体、低融点ガラスを用いた蛍光体含有ガラス基板、シリコン樹脂やエポキシ樹脂を用いた蛍光体含有樹脂層などにより実現されうる。光半導体積層11から出射される光L1と光L2は青色を呈する。青色の光L1が波長変換層15に入射すると、蛍光体が黄色光を放出する。結果として白色の出射光L10が得られる。同様に、青色の光L2が波長変換層15に入射すると、蛍光体が黄色光を放出する。結果として白色の出射光L20が得られる。
LED素子101は、基板16を備えている。基板16は、第一導電部141、第二導電部142、および第三導電部143を支持している。基板16の表面には、第一導電部141、第二導電部142、および第三導電部143と電気的に接続される不図示の回路配線が形成されている。基板16は、LED101以外の回路素子を支持してもよい。
LED素子101は、光反射部17を備えている。光反射部17は、少なくとも光半導体積層11、絶縁部12、透光層13、第一導電部141、第二導電部142、第三導電部143、および波長変換層15の側面を保持するように構成されている。光反射部17は、アルミナ、酸化タングステンなどの光散乱材料を分散させた電気的絶縁性を有する透明材料を固化させることにより形成されている。光反射部17は、光半導体積層11、透光層13、および波長変換層15の各側面から外部への出射光を反射して波長変換層15の内部に戻すように構成されている。これにより、波長変換層15の上面から出射される光の利用効率を高めることができる。当該透明材料の例としては、シリコン樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。
第一方向から見た第一領域R1の面積は、同方向から見た第二領域R2の面積よりも小さい。したがって、第一領域R1を流れる電流の密度は、第二領域R2を流れる電流の密度よりも高い。結果として、図2に例示されるように、第一領域R1の発光層113から出射される光L1の単位面積当たりの光強度は、第二領域R2の発光層113から出射される光L2の単位面積当たりの光強度よりも高くなる。単位面積当たりの光強度の単位は、[W/mm2]である。単位面積当たりの光強度は、単位面積当たりの光エネルギー量、あるいは単位面積当たりのフォトンの量と言い換えられうる。
図3から図9を参照しつつ、上記のように構成されたLED素子101の製造方法について説明する。
図3に例示されるように、成長基板20の上方に光半導体積層11が形成される。光半導体積層11の形成は、例えば有機金属化学気相成長法を用いて行なわれうる。成長基板20としては、サファイア基板やシリコン基板などが用いられうる。
次に、p型半導体層111の表面に電極層21が形成される。電極層21の形成は、電子ビーム蒸着法やスパッタ法などを用いて行なわれうる。続いて、電極層21のパターニングが行なわれる。パターニングは、フォトリソグラフィ法やリフトオフ法などを用いて行なわれうる。これにより、電極層21に複数の開口が形成される。複数の開口は、第一開口211、第二開口212、第三開口213、第四開口214、および第五開口215を含んでいる。
次に、第一開口211、第二開口212、および第三開口213を除く電極層21の表面に不図示のレジストマスクが形成される。続いて、図4に例示されるように、第一開口211、第二開口212、および第三開口213が形成された箇所において、光半導体積層11のエッチングが行なわれる。エッチングは、塩素ガスを用いたドライエッチング法によりなされうる。
具体的には、第一開口211と第二開口212に対するエッチングは、底にn型半導体層112が露出するまで行なわれる。第三開口213に対するエッチングは、底に成長基板20が露出するまで行なわれる。結果として、第三開口213は、光半導体積層11を、第一領域R1と第二領域R2に区分する。
次に、図5に例示されるように、絶縁膜22が形成される。絶縁膜22は、電気的絶縁性を有している。絶縁膜22は、シリコン酸化物などにより形成される。絶縁膜22の形成は、スパッタ法など用いて行なわれうる。
具体的には、絶縁膜22は、第四開口214と第五開口215を除く電極層21の表面を覆うように形成される。第一開口211と第二開口212については、底におけるn型半導体層112の露出状態を維持しつつ、それぞれの内壁を覆うように絶縁膜22が形成される。第三開口213は、絶縁膜22により塞がれる。これにより、絶縁部12が形成される。
次に、図6に例示されるように、導電性材料23が、n型半導体層112と接触するように第一開口211と第二開口212に充填される。続いて、図7に例示されるように、導電層24が形成される。導電層24の形成は、電子ビーム蒸着法やスパッタ法などを用いて行なわれうる。
具体的には、第一開口211に充填された導電性材料23と接触するように導電層24が形成される。これにより、第一領域R1において導電層24とn型半導体層112を電気的に接続する第一導電部141が形成される。
導電層24は、第四開口214に露出している電極層21に接触するとともに、第二開口212に充填された導電性材料23と接触するようにも形成される。これにより、第一領域R1におけるp型半導体層111と第二領域R2におけるn型半導体層112が導電層24を介して電気的に接続された第二導電部142が形成される。
導電層24は、第五開口215に露出している電極層21に接触するようにも形成される。これにより、第二領域R2において導電層24とp型半導体層111を電気的に接続する第三導電部143が形成される。
次に、図8に例示されるように、基板16が第一導電部141、第二導電部142、および第三導電部143と結合される。続いて、図9に例示されるように、波長変換層15が成長基板20を覆うように配置される。したがって、本例においては、光半導体積層11を形成するために使用された成長基板20が、透光層13として有効に活用される。
しかしながら、レーザ照射などによる熱処理を通じて成長基板20が光半導体積層11から分離され、代わりにシリコン酸化物などで保護層が形成されてもよい。この場合、当該保護層が透光層13として使用される。
最後に光反射部17が形成されることにより、図2に例示されたLED素子101の構成が得られる。
図10は、比較例としてのLED素子101Aを第一方向から見た外観を示している。LED素子101Aの光半導体積層は、絶縁部12により区分されていない。したがって、発光面から第一方向へ実質的に均一な輝度の光が出射される。
他方、図11に例示されるように、本実施形態に係るLED素子101の発光面は、絶縁部12によって面積が相違する第一領域R1と第二領域R2に区分されている。前述の通り、第一領域R1から出射される光L1の単位面積当たりの光強度と第二領域R2から出射される光L2の単位面積当たりの光強度とは相違している。
すなわち、比較例に係るLED素子101Aと実質的に同じ面積を有する発光面から輝度の異なる二種の光を出射可能な単一のLED素子101を提供できる。
本願の発明者は、図10と図11に例示されたLED素子101AとLED素子101について、同じ量の光束を得るために必要な電力(発光効率)と、各発光面から出射される光の輝度を調べた。図11における寸法D2は、寸法D1の約3分の1である。寸法D2は、寸法D1の約3分の2である。光束の値は、525[lm]とした。
比較例に係るLED素子101Aから出射された光の輝度は、129[cd/mm2]であった。消費電力は4.18[W]であった。よって、発光効率は、126[lm/W]であった。
本実施形態に係るLED素子101の第一領域R1から出射された光L1の輝度は、180[cd/mm2]であり、第一領域R1から出射された光L1の輝度は、104[cd/mm2]であった。消費電力は4.33[W]であった。よって、発光効率は、122[lm/W]であった。
すなわち、本実施形態に係るLED素子101によれば、p型半導体層111、n型半導体層112、および発光層113により形成される光半導体積層11が絶縁部12によって面積の相違する第一領域R1と第二領域R2に区分されることにより、所与の光束を得るための発光効率の低下を抑制しつつ、透光層13の面積を増大させることなく単位面積当たりの光強度が相違する光L1、L2を得ることができる。換言すると、発光効率の低下と素子サイズの大型化を抑制しつつ、単体で輝度のコントラストを発現させうる発光面を有するLED素子を提供できる。
このような特性を有するLED素子101が光源として用いられることにより、当該光源を含む光学系の設計自由度を高めることができる。特にLED素子101が移動体に搭載される前照灯装置の光源として用いられる場合の有利な効果について、図12から図21を参照しつつ詳細に説明する。
図12は、本実施形態に係る前照灯装置30が搭載される車両40を例示している。前照灯装置30は、車両40の左前隅部と右前隅部に搭載されている。前照灯装置30は、車両40よりも前方に位置する被照明領域を照明するように構成されている。車両40の形状は例示に過ぎない。車両40は、移動体の一例である。
図13は、比較例に係る前照灯装置30Aの構成を示している。前照灯装置30Aは、図10に例示されたLED素子101Aを光源として備えている。前照灯装置30Aは、投影光学系31を備えている。投影光学系31は、LED素子101Aから出射される光の光路上に配置された投影レンズを含んでいる。投影レンズは、光学部品の一例である。LED素子101Aは、その発光面が投影レンズの後方焦点の近傍に位置するように配置されている。
図14は、LED素子101Aと投影光学系31により車両40の前方に形成されるロービームパターンLPAを例示している。ロービームパターンLPAは、被照明領域のうち車両40から比較的近い距離に位置する部分へ出射される光により形成される配光パターンである。ロービームパターンLPAは車両40よりも前方に位置する移動体にグレアを与えないようにその形状が定められている。
符号Hは、投影光学系31における水平基準線を表している。符号Vは、投影光学系31における垂直基準線を表している。水平基準線Hと垂直基準線Vとは直交している。水平基準線Hと垂直基準線Vの交点は、投影光学系31に含まれる光学部品の光軸Aに対応している。
LED素子101Aの発光面から出射される光の輝度は均一であるが、投影光学系31を通過した光により形成されるロービームパターンLPA内の光度には高低差が存在する。具体的には、水平基準線Hの付近がより高い光度を有するように、投影光学系31の設計がなされる。図14においては、この状態が模式的に示されている。光軸A付近の領域における光度I1よりもその外側に位置する領域の光度I2は低い。そのさらに外側に位置する領域における光度I3は、光度I2よりも低い。ここでは説明の便宜のために光度の値が段階的に変化するように模式的に示されているが、実際の光度の値は連続的に変化する。
図15は、一実施形態に係る前照灯装置30の構成を示している。前照灯装置30は、図11に例示されたLED素子101を光源として備えている。前照灯装置30は、投影光学系31を備えている。投影光学系31は、LED素子101から出射される光L1と光L2の光路上に配置された投影レンズを含んでいる。LED素子101は、その発光面が投影レンズの後方焦点の近傍に位置するように配置されている。投影光学系31の構成は、図13に例示されたものと同一である。
LED素子101と投影光学系31は、第一領域R1における発光層113から出射される光L1が第二領域R2における発光層113から出射される光L2よりも投影光学系31の光軸Aに近い位置を通過するように配置されている。
図16は、LED素子101と投影光学系31により車両40の前方に形成されるロービームパターンLPを例示している。図14に示された比較例に係るロービームパターンLPAにおける光度I1を有する領域に対応する領域内に、より高い光度I0を有する領域が局所的に形成されている。
光度I0を有する領域は、LED素子101の第一領域R1から出射された光L1によって形成されている。他方、光度I1、I2、およびI3を有する領域は、LED素子101の第二領域R2から出射された光L2によって形成されている。光L1の輝度と光L2の輝度は相違しているので、光度I0と光度I1は段階的に変化している。
前述の通り、光L1は光L2よりも光軸Aに近い位置を通過するようにLED素子101と投影光学系31が配置されているので、相対的に高い光度I0を有する領域は、相対的に低い光度I1、I2、およびI3を有する領域よりも光軸Aに近い位置に形成されている。
したがって、本実施形態に係るLED素子101が前照灯装置30の光源として用いられることにより、光束の量を維持しつつも投影光学系31の光軸Aの付近において光度が局所的に高くなる配光パターンを被照明領域に形成できる。このような配光パターンを得るために、投影光学系31の構成に特別な変更を施す必要はなく、発光輝度の相違する複数のLED素子を使用する必要もない。加えて、LED素子101自体の発光効率の低下と大型化を抑制可能であることは前述の通りである。したがって、前照灯装置30の光学系の大型化や複雑化を抑制できる。
図17は、別実施形態に係る前照灯装置30の構成を例示している。本例に係る前照灯装置30は、投影光学系32を備えている。投影光学系32は、LED素子101から出射される光L1と光L2の光路上に配置されたリフレクタと投影レンズを含んでいる。リフレクタは、楕円球面を基調とする形状の反射面を有している。投影レンズは、当該反射面の第一焦点またはその近傍にその後方焦点が位置するように配置されている。LED素子101の発光面は、当該反射面の第二焦点またはその近傍に配置されている。リフレクタと投影レンズは、光学部品の一例である。
LED素子101と投影光学系32は、第一領域R1における発光層113から出射される光L1が第二領域R2における発光層113から出射される光L2よりも投影光学系32の光軸Aに近い位置を通過するように配置されている。
図18は、別実施形態に係る前照灯装置30の構成を例示している。本例に係る前照灯装置30は、投影光学系33を備えている。投影光学系33は、LED素子101から出射される光L1と光L2の光路上に配置されたリフレクタを含んでいる。リフレクタは、放物面を基調とする形状の反射面を有している。LED素子101の発光面は、当該反射面の焦点またはその近傍に配置されている。リフレクタは、光学部品の一例である。
LED素子101と投影光学系33は、第一領域R1における発光層113から出射される光L1が第二領域R2における発光層113から出射される光L2よりも投影光学系33の光軸Aに近い位置を通過するように配置されている。
図17と図18の各々に例示された構成を有する前照灯装置30によっても、図16に例示されたものと同様のロービームパターンLPを形成できる。
図19は、別実施形態に係る前照灯装置30の構成を例示している。本例に係る前照灯装置30は、投影光学系34を備えている。投影光学系34は、LED素子101から出射される光L1と光L2の光路上に配置されたレンズを含んでいる。レンズは、光学部品の一例である。
LED素子101と投影光学系34は、第一領域R1における発光層113から出射される光L1が第二領域R2における発光層113から出射される光L2よりも投影光学系34の光軸Aに近い位置を通過するように配置されている。
図20は、LED素子101と投影光学系34により車両40の前方に形成されるハイビームパターンHPを例示している。ハイビームパターンHPは、被照明領域のうちロービームパターンLPよりも上方および遠方に位置する部分へ出射される光により形成される配光パターンである。投影光学系32の光軸Aの付近において局所的に高い光度I0を有する領域が形成されている。
それぞれが図19に例示される構成を有する複数のLED素子101が車両40の幅方向に配列された発光素子アレイを用いることにより、図21に例示されるハイビームパターンHPが形成されうる。本例においては、五つのLED素子101が発光素子アレイを形成している。各LED素子101が個別に消灯制御されることにより、ハイビームパターンHP内の対応する部分に非照明領域を形成できる。非照明領域は、車両40の前方に位置する車両や歩行者などに対するグレアを抑制するために形成される。
図11に例示されるように、本実施形態に係るLED素子101の透光層13は、第一方向から見て第一方向と直交する第二方向に延びる辺縁131を有する矩形を呈している。第二方向は、例えば前照灯装置30が搭載される車両40の幅方向に対応付けられうる。絶縁部12は、第一方向から見て辺縁131と平行に延びる部分を有している。この場合、第一領域R1と第二領域R2を区分するための構造を簡易にできるので製造コストの増大を抑制できる一方で、前照灯装置30の光学系の一部を構成する光源として使用される際の汎用性を高めることができる。
しかしながら、前照灯装置30の光学系の仕様に応じて、第一方向から見た絶縁部12の形状は適宜に変更されうる。
例えば、前照灯装置30の光学系が第二方向について軸対称性を有しており、車両40の高さ方向に対応付けられうる第三方向について軸対称性を有していない場合、絶縁部12は、図22に例示される形状をとりうる。すなわち、絶縁部12は、辺縁131に対して非平行に延びる部分を有しうる。但し、第一方向から見た絶縁部12の形状は、第二方向について軸対称性を有している。非平行に延びる部分は、必ずしも直線状であることを要しない。図23に例示されるように、絶縁部12は、弧状に延びる部分を有しうる。
前照灯装置30の光学系が第二方向にも第三方向にも軸対称性を有していない場合、絶縁部12は、図24に例示される形状をとりうる。すなわち、絶縁部12は、辺縁131に対して非平行に延びる部分を有しうる。第一方向から見た本例に係る絶縁部12の形状は、第二方向と第三方向について軸対称性を有していない。絶縁部12の形状は、光学系の仕様に応じて直線状であってもよいし、弧状であってもよい。
本実施形態においては、白色光を得るために波長変換層15が設けられている。しかしながら、発光層113から出射される光の色と光源として必要な色との関係に応じて、波長変換層15は省略されうる。
図25は、第二実施形態に係るLED素子102を第一方向から見た外観を例示している。第一実施形態に係るLED素子101における構成要素と実質的に同一の構成要素には同一の参照符号を付与し、繰り返しとなる説明を省略する。図26は、図25における線XXVI-XXVIに沿って矢印方向から見た断面構成を例示している。
本実施形態においては、第一方向から見て絶縁部12は蛇行形状を呈している。
本実施形態に係るLED素子102は、図3から図9を参照して説明した方法により製造されうる。但し、第三開口213は、第一方向から見て図25に例示された蛇行形状を呈している。
図27は、比較例としてのLED素子102Aを第一方向から見た外観を示している。LED素子102Aの光半導体積層は、直線状に延びる絶縁部12Aにより面積が相違する第一領域R1と第二領域R2に区分されている。このような構成においても、第一領域R1から出射される光L1の単位面積当たりの光強度と第二領域R2から出射される光L2の単位面積当たりの光強度とは相違する。
光L1と光L2の単位面積当たりの光強度の相違は、蛍光体による波長変換を経て波長変換層15から出射される光L10と光L20の色度の相違ももたらす。具体的には、単位面積あたりの青色光強度が光L2よりも強い光L1の方が波長変換層15による波長変換を受けずに通過する光量が多いので、出射光L10は青色成分が強まる傾向にあり、出射光L20は黄色成分が強まる傾向にある。
光半導体積層11は絶縁部12Aにより第一領域R1と第二領域R2に区分されているものの、光L1と光L2はモノリシックな波長変換層15を通過する。したがって、絶縁部12Aの付近において波長変換層15から出射される光の色度は、光L10の色度と光L20の色度との間で連続的に変化する。本明細書では、このように波長変換層15から出射される光の色度が変化する領域を「色度遷移領域」と称する。
図27においては、絶縁部12Aの延びる方向と直交する向きにおける色度遷移領域の幅寸法が、符号W1で示されている。色度遷移領域が存在しても、幅寸法W1が小さい場合、光L10の色度と光L20の色度の差異が目立ちやすく、LED素子102Aの発光面から出射される光L10と光L20を同時に視認するユーザに対して違和感を与えうる。
他方、図28に例示されるように、本実施形態に係る絶縁部12は、蛇行幅W2を有するように延びている。図示を省略するが、本実施形態においても絶縁部12の両側には色度遷移領域が形成される。しかしながら、絶縁部12が蛇行形状を有することによって色度遷移領域もまた蛇行し、実質的な色度遷移領域の幅寸法を蛇行幅W2と同程度まで広げることができる。結果として、光L10の色度と光L20の色度の差異を目立ちにくくできるので、LED素子102の発光面から出射される光L10と光L20を同時に視認するユーザに対して与えうる違和感を抑制できる。
なお、蛇行幅W2は、色度遷移領域の幅寸法W1の2倍以上であることが好ましい。例えば発光面の一辺の長さ寸法Dが約1mmである場合、色度遷移領域の幅寸法W1は、0.2mm程度である。したがって、本例においては、絶縁部12の蛇行幅W2は、0.4mm以上であることが好ましい。
上記のような特性を有するLED素子102が光源として用いられることにより、当該光源を含む光学系の設計自由度を高めることができる。特にLED素子102が移動体に搭載される前照灯装置30の光源として用いられる場合の有利な効果については、図12から図19を参照して説明した通りである。
加えて、光L10の色度と光L20の色度の差異が目立ちにくくなるように蛇行する絶縁部12が形成されているので、発光パターンを視認するユーザに与えうる違和感を抑制できる。
図25に例示されるように、第一方向から見た絶縁部12は、複数の直線部分が屈曲しながら延びる蛇行形状を有している。本例においては、直線部分同士がなす蛇行角θは、90°である。この場合、絶縁部12と電気的に接続される電極の配置容易性と、充分な幅を有する色度遷移領域の確保容易性とを両立しやすい。しかしながら、蛇行角θは、絶縁部12が有する屈曲部の数に応じて適宜に定められうる。
図25に示される例においては、第一方向から見た絶縁部12は、第一方向と直交する向き(同図における上下方向)に対して斜めに延びる直線部分のみを含んでいる。しかしながら、色度遷移領域の幅を実質的に広げることが可能な蛇行幅W2を有するのであれば、絶縁部12は、図29に例示されるように曲線部分のみを含む蛇行形状を呈してもよい。あるいは、図30に例示されるように、絶縁部12は、第一方向と直交する向きに沿って延びる部分と、当該方向に対して斜めに延びる部分とを含む蛇行形状を呈してもよい。
図25に示される例においては、第一方向から見て絶縁部12の全体が蛇行形状を呈している。しかしながら、絶縁部12の一部が蛇行形状を呈する構成も採用されうる。
図31は、第三実施形態に係るLED素子103を第一方向から見た外観を例示している。第一実施形態に係るLED素子101と実質的に同一の構成要素には同一の参照符号を付与し、繰り返しとなる説明を省略する。図32は、図31における線XXXII-XXXIIに沿って矢印方向から見た断面構成を例示している。
本実施形態においては、波長変換層15は、光半導体積層11を覆い、絶縁部12と接するように配置されている。
本実施形態に係る構成によれば、p型半導体層111、n型半導体層112、および発光層113により形成される光半導体積層11が絶縁部12によって面積の相違する第一領域R1と第二領域R2に区分されることにより、所与の光束を得るための発光効率の低下を抑制しつつ、波長変換層15の面積を増大させることなく単位面積当たりの光強度が相違する光L1、L2を得ることができる。換言すると、発光効率の低下と素子サイズの大型化を抑制しつつ、単体で輝度のコントラストを発現させうる発光面を有するLED素子を提供できる。
本実施形態に係るLED素子103は、図3から図8を参照して説明した方法により製造されうる。
続いて、図33に例示されるように、成長基板20が除去される。成長基板20の除去は、例えばレーザリフトオフ加工などの熱処理により行なわれる。
その後、図34に例示されるように、波長変換層15が光半導体積層11を覆うように配置される。波長変換層15は、第一領域R1と第二領域R2に跨って延びるように、かつ絶縁部12と接するように配置される。
最後に光反射部17が形成されることにより、図32に例示されたLED素子103の構成が得られる。
図35は、比較例としてのLED素子103Aの積層構造を例示する断面図である。LED素子103Aの光半導体積層11は、絶縁部12により面積が相違する第一領域R1と第二領域R2に区分されている。したがって、本比較例においても、第一領域R1から出射される光L1の単位面積当たりの光強度と第二領域R2から出射される光L2の単位面積当たりの光強度とは相違する。
LED素子103Aは、透光層13Aを備えている。透光層13Aは、第一領域R1と第二領域R2に跨るように延びている。透光層13Aは、発光層113から出射される光の通過を許容するように構成されている。透光層13Aは、電気的絶縁性を有する材料により形成されている。透光層13Aは、モノリシックな構造を有している。
光半導体積層11は絶縁部12により第一領域R1と第二領域R2に区分されているものの、光L1と光L2はモノリシックな透光層13Aを通過する。その過程で生じる透光層13A内の内部反射に起因して、第一領域R1から出射された光L1の一部に由来する光L10’が、波長変換層15における第二領域R2に対向する部分から出射しうる。同様に、第二領域R2から出射された光L2の一部に由来する光L20’が、波長変換層15における第一領域R1に対向する部分から出射しうる。
結果として、波長変換層15における第一領域R1に対向する部分から出射される光の輝度と、波長変換層15における第二領域R2に対向する部分から出射される光の輝度との差が小さくなりうる。換言すると、LED素子103Aの発光面における輝度のコントラストが低下しうる。
他方、図32に例示されるように、本実施形態に係るLED素子103においては、第一領域R1から出射された光L1と第二領域R2から出射された光L2は、第一領域R1と第二領域R2に跨るように延びるモノリシックな透光層を経由することなく波長変換層15に入射する。したがって、そのような構成を有する透光層において生じうる内部反射に起因する光L10と光L20の輝度差の低下を抑制できる。結果として、LED素子103の発光面における輝度のコントラストの低下を抑制できる。
上記のような特性を有するLED素子103が光源として用いられることにより、当該光源を含む光学系の設計自由度を高めることができる。特にLED素子103が移動体に搭載される前照灯装置30の光源として用いられる場合の有利な効果については、図12から図19を参照して説明した通りである。
加えて、光L10と光L20の輝度差の低下が抑制されているので、配光パターンにおける光度の局所的変化について意図されたコントラストを確保できる。
図36は、第四実施形態に係るLED素子104を第一方向から見た外観を例示している。第一実施形態に係るLED素子101と実質的に同一の構成要素には同一の参照符号を付与し、繰り返しとなる説明を省略する。図37は、図36における線XXXVII-XXXVIIに沿って矢印方向から見た断面構成を例示している。
本実施形態においては、波長変換層15は、溝150を有している。本例においては、波長変換層15の透光層13と対向しない面に溝150が形成されている。より具体的には、第一方向から見て絶縁部12の一部と重なる位置に溝150が形成されている。溝150は、大気に対して開口している。
本例においては、溝150は、平坦な底部と当該底部に対して垂直に交わる側壁を有する断面形状を呈している。しかしながら、溝150は他の断面形状を有するように形成されうる。他の断面形状の例としては、U字形状、V字形状、階段状の側壁を有する形状などが挙げられる。
本実施形態に係るLED素子104は、図3から図9を参照して説明した方法により製造されうる。その後、波長変換層15に溝150が形成され、かつ光反射部17が形成されることにより、図37に例示されたLED素子104の構成が得られる。なお、図9に例示される波長変換層15が成長基板20を覆うように配置される工程に先立ち、溝150が波長変換層15に形成されてもよい。
図38は、比較例としてのLED素子104Aの積層構造を例示する断面図である。LED素子104Aの光半導体積層11は、絶縁部12により面積が相違する第一領域R1と第二領域R2に区分されている。したがって、本比較例においても、第一領域R1から出射される光L1の単位面積当たりの光強度と第二領域R2から出射される光L2の単位面積当たりの光強度とは相違する。
光半導体積層11は絶縁部12により第一領域R1と第二領域R2に区分されているものの、光L1と光L2は、溝150のないモノリシックな波長変換層15Aを通過する。その過程で生じる波長変換層15A内の内部反射に起因して、第一領域R1から出射された光L1の一部に由来する光L10’が、波長変換層15Aにおける第二領域R2に対向する部分から出射しうる。同様に、第二領域R2から出射された光L2の一部に由来する光L20’が、波長変換層15Aにおける第一領域R1に対向する部分から出射しうる。
結果として、波長変換層15Aにおける第一領域R1に対向する部分から出射される光の輝度と、波長変換層15Aにおける第二領域R2に対向する部分から出射される光の輝度との差が小さくなりうる。換言すると、LED素子104Aの発光面における輝度のコントラストが低下しうる。
なお、波長変換層15Aの上面により内部反射された光は、波長変換層15Aの下面による内部反射に供されるが、その一部は当該下面を通過して光半導体積層11へ向かう。図38においては、波長変換層15A内で反射される光のみが図示されており、光半導体積層11へ向かう光の図示は省略されている。他の図面も同様である。
他方、図39に例示されるように、本実施形態に係るLED素子104においては、波長変換層15内を第一領域R1から第二領域R2へ向かう光L1の一部は、溝150内の大気の屈折率と波長変換層15の屈折率との関係により溝150との境界面で反射され、波長変換層15における第一領域R1に対向する部分から光L10”として出射される。同様に、波長変換層15内を第二領域R2から第一領域R1へ向かう光L2の一部もまた、溝150との境界面で反射され、波長変換層15における第二領域R2に対向する部分から光L20”として出射される。
結果として、モノリシックな波長変換層15内において第一領域R1と第二領域R2を跨ぐ光の伝播が抑制されるので、そのような光の内部伝播に起因する光L10と光L20の輝度差の低下を抑制できる。すなわち、LED素子104の発光面における輝度のコントラストの低下を抑制できる。
図40に例示されるように、溝150は、その両端が光反射部17に到達するように形成されうる。この場合、溝150は、光反射部17を形成している材料により充填されうる。
光反射部17を形成している材料は、波長変換層15の側面から出射される光を波長変換層15の内部へ向けて反射するので、波長変換層15の内部を伝播し溝150に到達した光は、図39に示された例と同様にして波長変換層15の出射面へ向けて偏向される。これにより、第一領域R1から出射された光L1に由来し、波長変換層15における第一領域R1に対向する領域から光L10として出射される光の量を増やすことができる。同様に、第二領域R2から出射された光L2に由来し、波長変換層15における第二領域R2に対向する領域から光L20として出射される光の量を増やすことができる。結果として、光L10と光L20の輝度差の低下を抑制する能力をさらに高めることができる。
図9に例示される波長変換層15が成長基板20を覆うように配置される工程に先立って溝150が波長変換層15に形成されうるのであれば、図41に例示されるように、溝150が透光層13に対向するように波長変換層15の配置がなされてもよい。このような構成によっても、モノリシックな波長変換層15内において第一領域R1と第二領域R2を跨ぐ光の伝播を抑制できる。
図42は、第五実施形態に係るLED素子105を第一方向から見た外観を例示している。図43は、図42における線XLIII-XLIIIに沿って矢印方向から見た断面構成を例示している。第四実施形態に係るLED素子104と実質的に同一の構成要素には同一の参照符号を付与し、繰り返しとなる説明を省略する。
本実施形態においては、波長変換層15において第一部分151と第二部分152が定義される。第一部分151は、第一方向について第一領域R1と対向する部分である。第二部分152は、第一方向について第二領域R2と対向する部分である。波長変換層15は、表面処理部153を有している。表面処理部153は、第一部分151からの光取出効率が第二部分152からの光取出効率よりも高くなるように、表面処理が施された部分である。
第一部分151における光取出効率は、例えば、光半導体積層11から出射される光L1の光量に対する第一部分151から出射される光L10の光量の比として算出されうる。同様に、第二部分152における光取出効率は、光半導体積層11から出射される光L2の光量に対する第二部分152から出射される光L20の光量の比として算出されうる。
図示された例においては第一部分151のみに表面処理部153が設けられているが、光取出効率に係る上記の相対的な関係が確保されるのであれば、第二部分152に表面処理がなされる構成を排除するものではない。
一例として、表面処理部153は、反射防止膜でありうる。反射防止膜は、波長変換層15との境界における内面反射を抑制するように諸条件が設定される。
別例として、表面処理部153は、低屈折率膜でありうる。低屈折率膜は、波長変換層15の屈折率と大気の屈折率の間の屈折率を有する材料により形成されている。例えば波長変換層15がYAG蛍光体を焼結したセラミクス蛍光体である場合、屈折率は約1.8である。大気の屈折率は約1.0である。この場合において前記の条件を満たす低屈折率膜の材料の例としては、屈折率1.41を有する無色透明の樹脂であるジメチルシリコンが挙げられる。
別例として、表面処理部153は、粗面加工された表面でありうる。本明細書で用いられる「粗面加工された表面」という語は、算術平均粗さRaが0.5μm以上である表面を意味する。粗面加工は、周知の化学処理、レーザ加工、プラズマ加工、機械加工により実施されうる。
いずれの例においても、モノリシックな波長変換層15における第一領域R1から出射された光L1の第一部分151から第二部分152への内部伝播が相対的に抑制されるので、第一部分151から出射される光L1の輝度低下が抑制される。結果として、光L1と光L2の輝度差の低下を抑制できる。すなわち、LED素子105の発光面における輝度のコントラストの低下を抑制できる。
図44は、第六実施形態に係るLED素子106の図37に対応する断面構成を例示している。第四実施形態に係るLED素子104と実質的に同一の構成要素には同一の参照符号を付与し、繰り返しとなる説明を省略する。
本実施形態においては、透光層13が溝130を有している。本例においては、透光層13における波長変換層15と対向する面に溝130が形成されている。より具体的には、第一方向から見て絶縁部12の一部と重なる位置に溝130が形成されている。
本例においては、溝130は、平坦な底部と当該底部に対して垂直に交わる側壁を有する断面形状を呈している。しかしながら、溝130は他の断面形状を有するように形成されうる。他の断面形状の例としては、U字形状、V字形状、階段状の側壁を有する形状などが挙げられる。
このような溝130は、図8に例示される工程の後、図9に例示される波長変換層15の成長基板20との結合工程に先立って形成されうる。
光半導体積層11の第一領域R1から出射された光L1と第二領域R2から出射された光L2は、波長変換層15への入射に先立ってモノリシックな透光層13を通過する。したがって、透光層13においても内面反射に起因して第一領域R1と第二領域R2を跨ぐ光の内部伝播が生じうる。
本実施形態に係る構成によれば、透光層13内を第一領域R1から第二領域R2へ向かう光L1の一部は、溝130との境界面で反射される。同様に、透光層13内を第二領域R2から第一領域R1へ向かう光L2の一部もまた、溝130との境界面で反射される。
結果として、モノリシックな透光層13内において第一領域R1と第二領域R2を跨ぐ光の伝播が抑制されるので、そのような光の内部伝播に起因する光L10と光L20の輝度差の低下を抑制できる。すなわち、LED素子106の発光面における輝度のコントラストの低下を抑制できる。
図45に例示されるように、透光層13における波長変換層15と対向しない面に溝130が形成されてもよい。本例においても、第一方向から見て絶縁部12の一部と重なる位置に溝130が形成されている。
このような溝130は、図4に例示される第三開口213の形成後に、図5に例示される絶縁部12の形成に先立って形成されうる。
このような構成によっても、モノリシックな透光層13内において第一領域R1と第二領域R2を跨ぐ光の伝播を抑制できる。
上記のような特性を有するLED素子104、105、106の各々が光源として用いられることにより、当該光源を含む光学系の設計自由度を高めることができる。特にLED素子104、105、106の各々が移動体に搭載される前照灯装置30の光源として用いられる場合の有利な効果については、図12から図19を参照して説明した通りである。
加えて、光L10と光L20の輝度差の低下が抑制されているので、配光パターンにおける光度の局所的変化について意図されたコントラストを確保できる。
第四実施形態に係るLED素子104と第五実施形態に係るLED素子105においては、透光層13に溝130が形成されうる。あるいは、波長変換層15が第一領域R1と第二領域R2に跨って延びるモノリシック構造を有していれば、透光層13は、第一領域R1と第二領域R2の各々に対して個別に設けられていてもよい。
第六実施形態に係るLED素子106においては、波長変換層15に溝150が形成されうる。あるいは、透光層13が第一領域R1と第二領域R2に跨って延びるモノリシック構造を有していれば、波長変換層15は、第一領域R1と第二領域R2の各々に対して個別に設けられていてもよい。
図46は、第七実施形態に係るLED素子107を第一方向から見た外観を例示している。第一実施形態に係るLED素子101と実質的に同一の構成要素には同一の参照符号を付与し、繰り返しとなる説明を省略する。図47は、図46における線XLVII-XLVIIに沿って矢印方向から見た断面構成を例示している。
本実施形態においては、波長変換層15は、第一部分151と第二部分152を含んでいる。第一部分151は、第一方向について第一領域R1と対向するように配置されている。第二部分152は、第一方向について第二領域R2と対向するように配置されている。本例においては、第一部分151と第二部分152の第一方向に沿う寸法が相違している。
本例においては、第一部分151における蛍光体に含まれる発光元素の原子組成百分率と、第二部分152ににおける蛍光体に含まれる発光元素の原子組成百分率とは等しい。他方、第一部分151に含まれる蛍光体の体積濃度は、第二部分152に含まれる蛍光体の体積濃度よりも高くなるように、第一部分151と第二部分152の大きさが定められている。例えば、第二部分152に含まれる蛍光体の体積濃度が5~25体積%と定められるのに対し、第一部分151に含まれる蛍光体の体積濃度が8~30体積%と定められる。
本実施形態に係るLED素子107は、図3から図8を参照して説明した方法により製造されうる。
続いて、図48に例示されるように、第一部分151と第二部分152を含む波長変換層15が成長基板20を覆うように配置される。したがって、本例においては、光半導体積層11を形成するために使用された成長基板20が、透光層13として有効に活用される。
しかしながら、レーザ照射などによる熱処理を通じて成長基板20が光半導体積層11から分離され、代わりにシリコン酸化物などで保護層が形成されてもよい。この場合、当該保護層が透光層13として使用される。
図49は、比較例としてのLED素子107Aの積層構造を例示する断面図である。LED素子107Aは、蛍光体の体積濃度が均一でモノリシックな波長変換層15Aを備えている。LED素子107Aの光半導体積層11は、絶縁部12により面積が相違する第一領域R1と第二領域R2に区分されている。したがって、本比較例においても、第一領域R1から出射される光L1の単位面積当たりの光強度と第二領域R2から出射される光L2の単位面積当たりの光強度とは相違する。
光L1と光L2の単位面積当たりの光強度の相違は、蛍光体による波長変換を経て波長変換層15から出射される光L10と光L20の色度の相違ももたらす。具体的には、単位面積あたりの青色光強度が光L2よりも強い光L1の方が波長変換層15Aによる波長変換を受けずに通過する光量が多いので、出射光L10は青色成分が強まる傾向にあり、出射光L20は黄色成分が強まる傾向にある。したがって、LED素子107Aの発光面から出射される光L10と光L20を同時に視認するユーザに対して違和感を与えうる。
他方、本実施形態に係るLED素子107の波長変換層15においては、第一部分151に含まれる蛍光体の体積濃度が第二部分152に含まれる蛍光体の体積濃度よりも高くなるように構成されているので、第一部分151を通過する光L1は、第二部分152を通過する光L2よりも波長変換に供される頻度が高まる。これにより、第一部分151から出射される光L10と第二部分152から出射される光L20の色度差を、蛍光体の体積濃度が均一な波長変換層を用いる場合よりも小さくできる。結果として、LED素子107の発光面から出射される光L10と光L20を同時に視認するユーザに対して与えうる違和感を抑制できる。
図49に例示されたLED素子107Aにおいて、光半導体積層11は絶縁部12により第一領域R1と第二領域R2に区分されているものの、光L1と光L2は、モノリシックな透光層13を通過する。その過程で生じる透光層13内の内部反射に起因して、第一領域R1から出射された光L1の一部に由来する光L10’が、波長変換層15Aにおける第二領域R2に対向する部分から出射しうる。同様に、第二領域R2から出射された光L2の一部に由来する光L20’が、波長変換層15Aにおける第一領域R1に対向する部分から出射しうる。
結果として、波長変換層15Aにおける第一領域R1に対向する部分から出射される光の輝度と、波長変換層15Aにおける第二領域R2に対向する部分から出射される光の輝度との差が小さくなりうる。換言すると、LED素子107Aの発光面における輝度のコントラストが低下しうる。
他方、本実施形態に係るLED素子107の波長変換層15においては、第一部分151に含まれる蛍光体の体積濃度が第二部分152に含まれる蛍光体の体積濃度よりも高くなるように構成されているので、蛍光体の体積濃度が均一な波長変換層を用いる場合よりも第一部分151から出射される光L10と第二部分152から出射される光L20との輝度差を大きくできる。結果として、モノリシックな透光層13に起因するLED素子107の発光面における輝度のコントラストの低下を抑制または改善できる。
図50は、LED素子107の断面構成の別例を示している。本例に係る波長変換層15においては、第一部分151と第二部分152の第一方向に沿う寸法が等しい。他方、第一部分151に含まれる蛍光体の発光元素の原子組成百分率は、第二部分152に含まれる蛍光体の発光元素の原子組成百分率よりも高くなるように定められている。例えば、第二部分152に含まれる蛍光体の発光元素の原子組成百分率が0.5~4原子%と定められるのに対し、第二部分152に含まれる蛍光体の発光元素の原子組成百分率が1~5原子%と定められる。
このような構成によっても、第一部分151を通過する光L1は、第二部分152を通過する光L2よりも波長変換に供される頻度が高まる。これにより、第一部分151から出射される光L10と第二部分152から出射される光L20の色度差を、蛍光体の発光元素の原子組成百分率が均一な波長変換層を用いる場合よりも小さくできる。結果として、LED素子107の発光面から出射される光L10と光L20を同時に視認するユーザに対して与えうる違和感を抑制できる。
加えて、蛍光体の発光元素の原子組成百分率が均一な波長変換層を用いる場合よりも第一部分151から出射される光L10と第二部分152から出射される光L20との輝度差を大きくできるので、LED素子107の発光面における輝度のコントラストの低下を抑制または改善できる。
さらに、第一部分151における光出射面と第二部分152における光出射面は、同一平面をなしている。このような構成によれば、図48を参照して説明した波長変換層15を積層する工程を、平坦な上面を支持しながら遂行できる。したがって、当該工程を簡略化できるとともに作業効率を高めることができる。
図51は、LED素子107の断面構成の別例を示している。本例に係る波長変換層15においては、第一方向に沿う第一部分151の寸法が同方向に沿う第二部分152の寸法よりも大きい。これにより、第一部分151に含まれる蛍光体の体積濃度が第二部分152に含まれる蛍光体の体積濃度よりも高められている。
他方、第一部分151における光出射面と第二部分152における光出射面は、同一平面をなしている。したがって、透光層13に面する波長変換層15の下面には段差が形成されている。
本例に係るLED素子107は、伝播抑制層18を備えている。伝播抑制層18は、第一方向における波長変換層15の第二部分152と透光層13の間に配置されている。波長変換層15の第一部分151の一部は、第二方向について伝播抑制層18と対向している。伝播抑制層18は、波長変換層15よりも低い屈折率を有している。例えば、伝播抑制層18は、無色透明なシリコン樹脂などにより形成されうる。波長変換層15の屈折率が伝播抑制層18の屈折率よりも高いので、波長変換層15から伝播抑制層18へ向かう光は、その界面において全反射を受けやすくなる。
このような構成によっても、第一部分151を通過する光L1は、第二部分152を通過する光L2よりも波長変換に供される頻度が高まる。これにより、第一部分151から出射される光L10と第二部分152から出射される光L20の色度差を、蛍光体の発光元素の原子組成百分率が均一な波長変換層を用いる場合よりも小さくできる。結果として、LED素子107の発光面から出射される光L10と光L20を同時に視認するユーザに対して与えうる違和感を抑制できる。
加えて、より高い光強度を有する第一領域R1から出射された光L1のうち波長変換層15内を第二部分152に向かって進行する光は、伝播抑制層18との界面において全反射を受けやすくなる。第一部分151から第二部分152への光L1の伝播を抑制できるので、第一部分151から出射される光L10と第二部分152から出射される光L20の輝度差の低下を抑制できる。結果として、LED素子107の発光面における輝度のコントラストの低下を抑制または改善できる。
さらに、第一部分151における光出射面と第二部分152における光出射面が同一平面をなしているので、図48を参照して説明した波長変換層15を積層する工程を、平坦な上面を支持しながら遂行できる。したがって、当該工程を簡略化できるとともに作業効率を高めることができる。
本例においては、透光層13と伝播抑制層18とが第一方向に接している。透光層13と伝播抑制層18との間に空隙(空気層)が介在する構成よりも両者の屈折率差が小さくなるので、全反射が抑制されてより多くの光L2が透光層13から伝播抑制層18へ進入する。加えて、伝播抑制層18と波長変換層15の第一部分151とが第二方向に接している。波長変換層15の屈折率が伝播抑制層18の屈折率よりも高いので、波長変換層15から伝播抑制層への光L1の進入が抑制される一方で、伝播抑制層18から波長変換層15への光L2の進入は促進される。これにより、LED素子107の発光面における輝度のコントラストの低下を、さらに抑制または改善できる。
なお、伝播抑制層18と波長変換層15の第一部分151とは、第二方向について接触していなくともよい。例えば、両者の間に空気層(屈折率1.0の空隙)が形成されていてもよい。この場合、第一部分151から伝播抑制層18への光L1の伝播をさらに抑制できる。
図51に例示されるように、LED素子107は、多層膜19を備えうる。多層膜19は、波長変換層15における少なくとも第一部分151の光入射面と第二部分152の光入射面に形成されうる。
多層膜19は、屈折率が相対的に低い材料と屈折率が相対的に高い材料とが積層されることにより、特定の波長を含む光の透過率を高める一方で別の波長を含む光の反射率を高めるように光学設計がなされる。例えば、光半導体積層11から出射される光L1と光L2の波長域(430~460nm)の透過率が高められる一方で、波長変換層15から出射される光L10とL20の波長域(460~800nm)の反射率が高められる。このような光学特性を有する多層膜を形成するための材料および構成は周知であるので、詳細な説明は省略する。
このような構成によれば、透光層13から波長変換層15へ入射する光L1と光L2の損失を抑制できるとともに、波長変換層15から透光層13への光L10と光L20の逆伝播を抑制できる。結果として、波長変換層15から出射される光L10と光L20の輝度の低下を抑制できる。
図51に示される例においては、波長変換層15はモノリシックな構造を有している。しかしながら、図52に例示されるように、第一方向における寸法が相違するように予め別体として形成された第一部分151と第二部分152とが結合されてもよい。
上記のような特性を有するLED素子107が光源として用いられることにより、当該光源を含む光学系の設計自由度を高めることができる。特にLED素子107が移動体に搭載される前照灯装置30の光源として用いられる場合の有利な効果については、図12から図19を参照して説明した通りである。
加えて、光L10と光L20の輝度差の低下が抑制されているので、配光パターンにおける光度の局所的変化について意図されたコントラストを確保できる。
図53と図54を参照しつつ、上記の各実施形態例に係るLED素子の動作特性の設定例について説明する。
図53は、比較例としてのLED素子の動作特性を示している。符号Eは、波長変換層15の励起スペクトルを表している。励起スペクトルEは、波長変換層15に含まれる蛍光体の波長変換効率の波長依存性を表している。符号λeは、励起スペクトルEのピーク波長を表している。ピーク波長λeにおいて、蛍光体の波長変換効率は最も高くなる。
波長変換効率は、外部量子効率に比例する。外部量子効率は、吸収効率と変換効率の積に対応する。吸収効率は、入射したフォトンの数に対する蛍光体により吸収されたフォトンの数の割合を意味する。変換効率は、蛍光体により吸収されたフォトンの数に対する波長変換がなされたフォトンの数の割合を意味する。
符号S1は、周囲温度が25℃の場合における光半導体積層11の第一領域R1から出射された光L1の分光スペクトルを表している。分光スペクトルは、単位面積当たりの光強度の波長依存性を表している。符号λ1は、分光スペクトルS1のピーク波長を表している。ピーク波長λ1において、周囲温度が25℃の場合における光半導体積層11の第一領域R1から出射された光L1の単位面積当たりの光強度は最も高くなる。
符号S1’は、熱飽和状態にある光半導体積層11の第一領域R1から出射された光L1の分光スペクトルを表している。符号λ1’は、分光スペクトルS1’のピーク波長を表している。ピーク波長λ1’において、熱飽和状態にある光半導体積層11の第一領域R1から出射された光L1の単位面積当たりの光強度は最も高くなる。ピーク波長λ1’は、ピーク波長λ1よりも長い。すなわち、LED素子のジャンクション温度が上昇すると、光L1の波長は、長波長側へシフトする。
本明細書で用いられる「熱飽和状態」という語は、LED素子のジャンクション温度の1分当たりの変化が1℃以下である状態を意味する。ジャンクション温度の測定は、周知のTs測定法やVF測定法を通じてなされうる。Ts測定法は、LED素子のカソード側接合部温度の測定を通じてジャンクション温度を算出する方法である。VF測定法は、LED素子の順電圧の周囲温度依存性の測定を通じてジャンクション温度を算出する方法である。
符号S2は、周囲温度が25℃の場合における光半導体積層11の第二領域R2から出射された光L2の分光スペクトルを表している。符号λ2は、分光スペクトルS2のピーク波長を表している。ピーク波長λ2において、周囲温度が25℃の場合における光半導体積層11の第二領域R2から出射された光L2の単位面積当たりの光強度は最も高くなる。
符号S2’は、熱飽和状態にある光半導体積層11の第二領域R2から出射された光L2の分光スペクトルを表している。符号λ2’は、分光スペクトルS2’のピーク波長を表している。ピーク波長λ2’において、熱飽和状態にある光半導体積層11の第二領域R2から出射された光L2の単位面積当たりの光強度は最も高くなる。ピーク波長λ2’は、ピーク波長λ2よりも長い。すなわち、LED素子のジャンクション温度が上昇すると、光L2の波長は、長波長側へシフトする。
光半導体積層11から出射される光の波長は、電流密度が高くなると短波長側へシフトする。したがって、第一領域R1から出射される光L1の波長は、第二領域R2から出射される光L2の波長よりも短い。本比較例においては、熱飽和状態にある光半導体積層11の第二領域R2から出射された光L2に係る分光スペクトルS2’のピーク波長λ2’が励起スペクトルEにピーク波長λeの近傍に位置するように、電流密度が定められている。
比較例に係るLED素子が熱飽和状態にある場合、ピーク波長λ2’の光L2に対する蛍光体の波長変換効率はE2であり、ピーク波長λ1’の光L1に対する波長変換効率E1よりも高い。したがって、出射光L20は、出射光L10よりも黄色成分が強まる傾向にある。結果として、比較例に係るLED素子の発光面から出射される光L10と光L20を同時に視認するユーザに対して色差に起因する違和感を与えうる。
図54は、上記の各実施形態例に係るLED素子について設定されうる動作特性を示している。比較例に係る動作特性と同じ要素については同じ参照符号を付与し、繰り返しとなる説明は省略する。
具体的には、熱飽和状態にある光半導体積層11の第一領域R1から出射される光L1の分光スペクトルS1’のピーク波長λ1’が波長変換層15に含まれる蛍光体の励起スペクトルEのピーク波長λeよりも短くなるように、第一導電部141と第二導電部142の間の電流密度が定められている。
他方、熱飽和状態にある光半導体積層11の第二領域R2から出射される光L2の分光スペクトルS2’のピーク波長λ2’が波長変換層15に含まれる蛍光体の励起スペクトルEのピーク波長λeよりも長くなるように、第二導電部142と第三導電部143の間の電流密度が定められている。
光L1の分光スペクトルS1’のピーク波長λ1’と光L2の分光スペクトルS2’のピーク波長λ2’の双方が励起スペクトルEのピーク波長λeよりも長波長側または短波長側に位置する比較例においては、励起スペクトルEの強度が単調増加または単調減少する領域にピーク波長λ1’とピーク波長λ2’の双方が収まる傾向にあるので、ピーク波長λ1’の光L1に対する波長変換効率E1とピーク波長λ2’の光L2に対する蛍光体の波長変換効率はE2との間に差異が生じやすい。
他方、図54に示される例においては、光L1の分光スペクトルS1’のピーク波長λ1’は励起スペクトルEの強度が単調増加する領域に位置しており、光L2の分光スペクトルS2’のピーク波長λ2’は励起スペクトルEの強度が単調減少する領域に位置している。これにより、ピーク波長λ1’の光L1に対する蛍光体の波長変換効率E1とピーク波長λ2’の光L2に対する蛍光体の波長変換効率はE2の差異を抑制するような電流密度の設定が容易になる。
この場合、例えば、波長変換効率E1と波長変換効率E2を一致させるような電流密度の設定が容易になる。換言すると、ピーク波長λ1’の光L1に対する蛍光体の外部量子効率とピーク波長λ2’の光L2に対する蛍光体の外部量子効率とが等しくなるような電流密度の設定が容易になる。
結果として、光L10の色度と光L20の色度の差異を目立ちにくくできるので、LED素子の発光面から出射される光L10と光L20を同時に視認するユーザに対して与えうる違和感の抑制が容易になる。
上記のような特性を有するLED素子が光源として用いられることにより、当該光源を含む光学系の設計自由度を高めることができる。特に当該LED素子が移動体に搭載される前照灯装置30の光源として用いられる場合の有利な効果については、図12から図19を参照して説明した通りである。
加えて、光L10の色度と光L20の色度の差異が目立ちにくくなるように第一導電部141と第二導電部142の間の電流密度、および第二導電部142と第三導電部143の間の電流密度の設定がなされるので、発光パターンを視認するユーザに与えうる違和感を抑制できる。
これまでに説明した各構成は、本開示の理解を容易にするための例示にすぎない。各構成例は、本開示の趣旨を逸脱しなければ、適宜に変更や他の構成例との組み合わせがなされうる。
上記の各実施形態例においては、p型半導体層111よりもn型半導体層112の方が透光層13の近くに位置している。しかしながら、発光ダイオードとして所望の機能を実現可能であれば、p型半導体層111とn型半導体層112の透光層13に対する位置関係は逆であってもよい。
上記の各実施形態例においては、発光ダイオードとして機能するように光半導体積層11が構成されている。しかしながら、レーザダイオードやエレクトロルミネッセンス素子として機能するように光半導体積層11が構成されてもよい。
上記の各実施形態例においては、前照灯装置30は、四つの車輪を備えた車両40に搭載されている。しかしながら、前照灯装置30は、自動二輪車両や自動三輪車両にも搭載されうる。自動二輪車両や自動三輪車両の形式は、鞍乗型、スクータ型、立ち乗り型のいずれであってもよい。自動二輪車両や自動三輪車両もまた移動体の一例である。前照灯装置30は、四つ以上の車輪を備えた路面鉄道車両などに搭載されてもよい。路面鉄道車両もまた移動体の一例である。移動体の前部に搭載される前照灯装置30の数は、移動体の仕様に応じて適宜に定められうる。
本開示の一部を構成するものとして、2022年1月26日に提出された日本国特許出願2022-010292号、2022年8月10日に提出された日本国特許出願2022-128376号、2022年8月10日に提出された日本国特許出願2022-128377号、2022年8月10日に提出された日本国特許出願2022-128378号、2022年8月10日に提出された日本国特許出願2022-128379号、2022年11月29日に提出された日本国特許出願2022-189984号、および2022年11月29日に提出された日本国特許出願2022-190208号の内容が援用される。
Claims (30)
- 第一導電型を有する第一半導体層と、
前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層の間に位置している発光層と、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分している絶縁部と、
前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、前記発光層から出射される光の通過を許容する透光層と、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続されている第一導電部と、
前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続している第二導電部と、
前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続されている第三導電部と、
を備えており、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層は、第一方向に並んでおり、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さい、
半導体発光素子。 - 前記第一方向から見た前記透光層は、前記第一方向に直交する第二方向に延びる辺縁を有する矩形を呈しており、
前記絶縁部は、前記第一方向から見て前記辺縁と平行に延びる部分を有している、
請求項1に記載の半導体発光素子。 - 前記透光層は、前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層の形成に用いられた成長基板である、
請求項1または2に記載の半導体発光素子。 - 第一導電型を有する第一半導体層と、
前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層の間に位置している発光層と、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分している絶縁部と、
前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、かつ前記発光層から出射される光の通過を許容しつつ当該光の波長を変換する波長変換層と、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続されている第一導電部と、
前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続している第二導電部と、
前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続されている第三導電部と、
を備えており、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層は、第一方向に並んでおり、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さく、
前記第一方向から見て前記絶縁部の少なくとも一部は蛇行形状を呈している、
半導体発光素子。 - 前記絶縁部の蛇行幅は、前記波長変換層において出射される光の色度が変化する領域の前記絶縁部が延びる方向と直交する方向における幅寸法の2倍以上である、
請求項4に記載の半導体発光素子。 - 前記絶縁部は、複数の直線部分が屈曲しながら延びる蛇行形状を呈しており、当該直線部分同士がなす角度は、90°である、
請求項4または5に記載の半導体発光素子。 - 前記発光層と前記波長変換層の間において前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、前記発光層から出射される光の通過を許容する透光層を備えており、
前記透光層は、前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層の形成に用いられた成長基板である、
請求項4から6のいずれか一項に記載の半導体発光素子。 - 第一導電型を有する第一半導体層と、
前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層の間に位置している発光層と、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分している絶縁部と、
前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、かつ前記発光層から出射される光の通過を許容しつつ当該光の波長を変換する波長変換層と、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続されている第一導電部と、
前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続している第二導電部と、
前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続されている第三導電部と、
を備えており、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層は、第一方向に並んでおり、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さく、
前記波長変換層は、前記絶縁部と接している、
半導体発光素子。 - 第一導電型を有する第一半導体層と、
前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層の間に位置している発光層と、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分している絶縁部と、
前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、かつ前記発光層から出射される光の通過を許容しつつ当該光の波長を変換する波長変換層と、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続されている第一導電部と、
前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続している第二導電部と、
前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続されている第三導電部と、
を備えており、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層は、第一方向に並んでおり、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さく、
前記第一方向から見て前記波長変換層における前記絶縁部の少なくとも一部と重なる位置に溝が形成されている、
半導体発光素子。 - 前記第一方向から見て前記波長変換層の側方に配置されており、前記波長変換層から出射された光を反射する光反射部を備えており、
前記光反射部を形成している材料が前記溝に充填されている、
請求項9に記載の半導体発光素子。 - 前記発光層と前記波長変換層の間において前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、前記発光層から出射される光の通過を許容する透光層を備えており、
前記透光層は、前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層の形成に用いられた成長基板である、
請求項9または10に記載の半導体発光素子。 - 第一導電型を有する第一半導体層と、
前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層の間に位置している発光層と、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分している絶縁部と、
前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、かつ前記発光層から出射される光の通過を許容しつつ当該光の波長を変換する波長変換層と、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続されている第一導電部と、
前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続している第二導電部と、
前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続されている第三導電部と、
を備えており、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層は、第一方向に並んでおり、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さく、
前記波長変換層における前記第一方向について前記第一領域に対向する第一部分からの光取出効率が前記第一方向について前記第二領域に対向する第二部分からの光取出効率よりも高くなるように、前記波長変換層に表面処理が施されている、
半導体発光素子。 - 前記表面処理として、前記第一部分に反射防止膜が配置されている、
請求項12に記載の半導体発光素子。 - 前記表面処理として、前記波長変換層の屈折率と空気の屈折率の間の屈折率を有する体屈折率膜が前記第一部分に配置されている、
請求項12または13に記載の半導体発光素子。 - 前記表面処理として、前記第一部分の表面粗さが前記第二部分の表面粗さよりも高められている、
請求項12から14のいずれか一項に記載の半導体発光素子。 - 前記発光層と前記波長変換層の間において前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、前記発光層から出射される光の通過を許容する透光層を備えており、
前記透光層は、前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層の形成に用いられた成長基板である、
請求項12から15のいずれか一項に記載の半導体発光素子。 - 第一導電型を有する第一半導体層と、
前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層の間に位置している発光層と、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分している絶縁部と、
前記発光層から出射される光の通過を許容しつつ、当該光の波長を変換する波長変換層と、
前記発光層と前記波長変換層の間において前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、前記発光層から出射される光の通過を許容する透光層を備えており、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続されている第一導電部と、
前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続している第二導電部と、
前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続されている第三導電部と、
を備えており、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層は、第一方向に並んでおり、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さく、
前記第一方向から見て前記透光層における前記絶縁部の少なくとも一部と重なる位置に溝が形成されている、
半導体発光素子。 - 前記透光層は、前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層の形成に用いられた成長基板である、
請求項17に記載の半導体発光素子。 - 第一導電型を有する第一半導体層と、
前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層の間に位置している発光層と、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分している絶縁部と、
前記発光層から出射される光の通過を許容しつつ、蛍光体により当該光の波長を変換する波長変換層と、
前記発光層と前記波長変換層の間において前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、前記発光層から出射される光の通過を許容する透光層と、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続されている第一導電部と、
前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続している第二導電部と、
前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続されている第三導電部と、
を備えており、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層は、第一方向に並んでおり、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さく、
前記波長変換層は、前記第一領域における前記発光層から出射された光の通過を許容する第一部分、および前記第二領域における前記発光層から出射された光の通過を許容する第二部分を含んでおり、
前記第一部分における前記蛍光体の体積濃度または発光元素の原子組成百分率を示す第一の値は、前記第二部分における前記蛍光体の体積濃度または発光元素の原子組成百分率を示す第二の値よりも大きい、
半導体発光素子。 - 前記第一部分と前記第二部分の前記第一方向に沿う寸法は等しい、
請求項19に記載の半導体発光素子。 - 前記第一部分における光出射面と前記第二部分における光出射面は、同一平面をなしている、
請求項19または20に記載の半導体発光素子。 - 前記第一方向における前記透光層と前記第二部分の間に配置されて前記波長変換層よりも低い屈折率を有する伝播抑制層を備えており、
前記第一部分の一部は、前記第一方向と交差する第二方向において前記伝播抑制層と対向している、
請求項21に記載の半導体発光素子。 - 前記波長変換層は、モノリシックな構造を有している、
請求項22に記載の半導体発光素子。 - 少なくとも前記第一部分における光入射面と前記第二部分における光入射面に多層膜が形成されている、
請求項21から23のいずれか一項に記載の半導体発光素子。 - 前記透光層は、前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層の形成に用いられた成長基板である、
請求項19から24のいずれか一項に記載の半導体発光素子。 - 第一導電型を有する第一半導体層と、
前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層の間に位置している発光層と、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分している絶縁部と、
前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、かつ前記発光層から出射される光の通過を許容しつつ蛍光体により当該光の波長を変換する波長変換層と、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続されている第一導電部と、
前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続している第二導電部と、
前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続されている第三導電部と、
を備えており、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層は、第一方向に並んでおり、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さく、
前記第一領域から出射される光の分光スペクトルにおけるピーク波長は、前記蛍光体の励起スペクトルにおけるピーク波長よりも短く、
前記第二領域から出射される光の分光スペクトルにおけるピーク波長は、前記蛍光体の励起スペクトルにおけるピーク波長よりも長い、
半導体発光素子。 - 前記第一領域から出射される光の分光スペクトルにおけるピーク波長における前記蛍光体の外部量子効率は、前記第二領域から出射される光の分光スペクトルにおけるピーク波長における前記蛍光体の外部量子効率と等しい、
請求項26に記載の半導体発光素子。 - 前記発光層と前記波長変換層の間において前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるモノリシックな構造を有しており、前記発光層から出射される光の通過を許容する透光層を備えており、
前記透光層は、前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層の形成に用いられた成長基板である、
請求項26または27に記載の半導体発光素子。 - 移動体に搭載される前照灯装置であって、
請求項1から28のいずれか一項に記載の半導体発光素子と、
前記半導体発光素子から出射される光の光路上に配置されている光学部品と、
を備えており、
前記半導体発光素子と前記光学部品は、前記第一領域における前記発光層から出射される光が前記第二領域における前記発光層から出射される光よりも前記光学部品の光軸に近い位置を通過するように配置されている、
前照灯装置。 - 第一導電型を有する第一半導体層、当該第一導電型と反対の第二導電型を有する第二半導体層、および当該第一半導体層と当該第二半導体層の間に位置している発光層が第一方向に並ぶ光半導体積層を、成長基板上に形成し、
前記第一半導体層、前記第二半導体層、および前記発光層を、電気的に絶縁された第一領域と第二領域に区分する絶縁部を形成し、
前記第一領域における前記第二半導体層と電気的に接続された第一導電部、前記第一領域における前記第一半導体層と前記第二領域における前記第二半導体層とを電気的に接続する第二導電部、および前記第二領域における前記第一半導体層と電気的に接続された第三導電部を形成し、
前記成長基板を除去し、
モノリシックな構造を有し、かつ通過する光の波長を変換する波長変換層を、前記第一領域と前記第二領域に跨って延びるように、かつ前記絶縁部と接するように配置することにより、前記発光層から出射された光の当該波長変換層の通過が許容されるようにし、
前記第一方向から見た前記第一領域の面積は、前記第一方向から見た前記第二領域の面積よりも小さい、
半導体発光素子の製造方法。
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