(57)【要約】【課題】    熱的原因による、好ましくない現象の発生を抑制できる発光ダイオード装置を提供する。【解決手段】    発光ダイオード装置は、サブマウント基板と、サブマウント基板上に配置された多数の発光ダイオードを含み、高輝度領域から周辺領域に向って徐々に輝度が低下する発光を行える発光ダイオードアレイであって、多数の発光ダイオードの各々は、支持基板上にエピタキシャル半導体積層を含み、支持基板がサブマウント基板に接着され、高輝度領域の発光ダイオードの支持基板の平均厚さは、高輝度領域から離れた周辺領域周辺部の発光ダイオードの支持基板の平均厚さより薄い、発光ダイオードアレイを含む。【選択図】  図３−２
2017228699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サブマウント基板と、前記サブマウント基板上に配置された多数の発光ダイオードを含み、高輝度領域から周辺領域に向って徐々に輝度が低下する発光を行える発光ダイオードアレイであって、
前記高輝度領域の発光ダイオードの熱量の値は、前記高輝度領域から離れた周辺領域周辺部の発光ダイオードの同一輝度での熱量の値より小さい発光ダイオードアレイを含む発光ダイオード装置。
【請求項２】
サブマウント基板と、前記サブマウント基板上に配置された多数の発光ダイオードを含み、高輝度領域から周辺領域に向って徐々に輝度が低下する発光を行える発光ダイオードアレイであって、
前記高輝度領域の発光ダイオードのＶｆの値は、前記高輝度領域から離れた周辺領域周辺部の発光ダイオードのＶｆの値より小さい発光ダイオードアレイを含む発光ダイオード装置。
【請求項３】
サブマウント基板と、前記サブマウント基板上に配置された多数の発光ダイオードを含み、高輝度領域から周辺領域に向って徐々に輝度が低下する発光を行える発光ダイオードアレイであって、
前記多数の発光ダイオードの各々は、支持基板上に半導体積層を含み、前記支持基板が前記サブマウント基板に接着され、
前記高輝度領域の発光ダイオードの支持基板の平均厚さは、前記高輝度領域から離れた周辺領域周辺部の発光ダイオードの支持基板の平均厚さより薄い、発光ダイオードアレイを含む発光ダイオード装置。
【請求項４】
前記発光ダイオードは、１枚の支持基板上に１個づつ配置されていることを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオード装置。  
【請求項５】
前記発光ダイオードは、１枚の支持基板上に複数個づつ配置されていることを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオード装置。  
【請求項６】
前記支持基板上に形成された複数個の前記発光ダイオードは複数列に配列されていることを特徴とする請求項５に記載の発光ダイオード装置。
【請求項７】
サブマウント基板と、前記サブマウント基板上に配置された多数の発光ダイオードを含み、高輝度領域から周辺領域に向って徐々に輝度が低下する発光を行える発光ダイオードアレイであって、
前記多数の発光ダイオードの各々は、支持基板上に半導体積層を含み、前記支持基板が前記サブマウント基板に接着され、
前記高輝度領域の発光ダイオードの支持基板の平均厚さ×Ｖｆは、前記高輝度領域から離れた周辺領域周辺部の発光ダイオードの支持基板の平均厚さ×Ｖｆより値が小さいことを特徴とする発光ダイオード装置。
【請求項８】
サブマウント基板と、前記サブマウント基板上に配置された多数の発光ダイオードを含む発光ダイオードアレイであって、
アレイ状の中央部に配置される前記発光ダイオードの熱量の値は、アレイ状の周辺部に配置される前記発光ダイオードの同一輝度での熱量の値よりも小さいことを特徴とする発光ダイオード装置。
【請求項９】
サブマウント基板と、前記サブマウント基板上に配置された多数の発光ダイオードを含む発光ダイオードアレイであって、
アレイ状の中央部に配置される前記発光ダイオードのＶｆの値は、アレイ状の周辺部に配置される前記発光ダイオードのＶｆの値よりも小さいことを特徴とする発光ダイオード装置。
【請求項１０】
サブマウント基板と、前記サブマウント基板上に配置された多数の発光ダイオードを含む発光ダイオードアレイであって、
前記多数の発光ダイオードの各々は、支持基板上に半導体積層を含み、前記支持基板が前記サブマウント基板に接着され、
アレイ状の中央部に配置される前記発光ダイオードの支持基板の平均厚さの値は、アレイ状の周辺部に配置される前記発光ダイオードの支持基板の平均厚さの値よりも小さいことを特徴とする発光ダイオード装置。
【請求項１１】
サブマウント基板と、前記サブマウント基板上に配置された多数の発光ダイオードを含む発光ダイオードアレイであって、
前記多数の発光ダイオードの各々は、支持基板上に半導体積層を含み、前記支持基板が前記サブマウント基板に接着され、
アレイ状の中央部に配置される前記発光ダイオードの支持基板の平均厚さ×Ｖｆの値は、アレイ状の周辺部に配置される前記発光ダイオードの支持基板の平均厚さ×Ｖｆの値よりも小さいことを特徴とする発光ダイオード装置。
【請求項１２】
光源と、レンズとを有する車両用灯具であって、
前記光源が多数の発光ダイオードを含む発光ダイオードアレイであって、
配向中央部に照射を行う前記発光ダイオードの熱量の値は、配向周辺部に照射を行う前記発光ダイオードよりも同一輝度での熱量の値が小さいことを特徴とする車両用灯具。
【請求項１３】
光源と、レンズとを有する車両用灯具であって、
前記光源が多数の発光ダイオードを含む発光ダイオードアレイであって、
配向中央部に照射を行う前記発光ダイオードのＶｆの値は、配向周辺部に照射を行う前記発光ダイオードよりもＶｆの値が小さいことを特徴とする車両用灯具。
【請求項１４】
光源と、レンズとを有する車両用灯具であって、
前記光源が多数の発光ダイオードを含む発光ダイオードアレイであって、
前記多数の発光ダイオードの各々は、支持基板上に半導体積層を含み、前記支持基板が前記サブマウント基板に接着され、
配向中央部に照射を行う前記発光ダイオードの支持基板の平均厚さの値は、配向周辺部に照射を行う前記発光ダイオードの支持基板の平均厚さの値よりも小さいことを特徴とする車両用灯具。
【請求項１５】
光源と、レンズとを有する車両用灯具であって、
前記光源が多数の発光ダイオードを含む発光ダイオードアレイであって、
前記多数の発光ダイオードの各々は、支持基板上に半導体積層を含み、前記支持基板が前記サブマウント基板に接着され、
配向中央部に照射を行う前記発光ダイオードの支持基板の平均厚さ×Ｖｆの値は、配向周辺部に照射を行う前記発光ダイオードの支持基板の平均厚さ×Ｖｆの値よりも小さいことを特徴とする車両用灯具。
【請求項１６】
複数の成長用基板各々の上に、多数の発光ダイオードに相当する発光ダイオード構造を形成し、
前記成長基板各々の前記発光ダイオード構造の上方に支持基板を貼り合わせ、
前記成長基板各々を除去し、
前記支持基板各々とその上の前記発光ダイオード構造をチップに分割し、
前記チップを支持基板の厚さによって分類し、
サブマウント基板上に、前記支持基板の厚さが薄いと分類されたチップを配列して高輝度領域を形成し、
前記サブマウント基板上、前記高輝度領域から離れた領域に、前記支持基板の厚さが前記薄い分類より厚い分類に分類されたチップを配列して周辺領域を形成する、
発光ダイオード装置の製造方法。
【請求項１７】
前記チップ上に各々１つの発光ダイオードを配置していることを特徴とする請求項１６に記載の発光ダイオード装置の製造方法。
【請求項１８】
前記チップ上に各々複数個の発光ダイオードを配置していることを特徴とする請求項１６に記載の発光ダイオード装置の製造方法。
【請求項１９】
前記各チップ上に配置された複数個の発光ダイオードは複数列に配置されていることを特徴とする請求項１８に記載の発光ダイオード装置の製造方法。  
【請求項２０】
複数の成長用基板各々の上に、多数の発光ダイオードに相当する発光ダイオード構造を形成し、
前記成長基板各々の前記発光ダイオード構造の上方に支持基板を貼り合わせ、
前記成長基板各々を除去し、
前記支持基板各々とその上の前記発光ダイオード構造をチップに分割し、
前記チップを支持基板の厚さ×Ｖｆによって分類し、
サブマウント基板上に、前記支持基板の厚さ×Ｖｆの値が小さいと分類されたチップを配列して高輝度領域を形成し、
前記サブマウント基板上、前記高輝度領域から離れた領域に、前記支持基板の厚さ×Ｖｆが大きいと分類されたチップを配列して周辺領域を形成する、
発光ダイオード装置の製造方法。
【請求項２１】
複数の発光ダイオードを用意する工程と、
前記発光ダイオードをＶｆによって分類し
サブマウント基板上に、Ｖｆの値が小さいと分類された発光ダイオードを配列して高輝度領域を形成し、
前記サブマウント基板上、前記高輝度領域から離れた領域に、Ｖｆが大きいと分類された発光ダイオードを配列して周辺領域を形成する、発光ダイオード装置の製造方法。
【請求項２２】
複数の発光ダイオードを用意する工程と、
前記発光ダイオードを同一輝度発光時の発熱量によって分類し
サブマウント基板上に、同一輝度発光時の発熱量の値が小さいと分類された発光ダイオードを配列して高輝度領域を形成し、
前記サブマウント基板上、前記高輝度領域から離れた領域に、同一輝度発光時の発熱量が大きいと分類された発光ダイオードを配列して周辺領域を形成する、発光ダイオード装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード装置およびその製造方法に関し、特に平面状発光領域内に配置された多数の発光ダイオードを用い、前方を照明するのに適した、発光ダイオード装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両用前照灯において、前方の状況、即ち対向車や前走車等の有無及びその位置に応じて配光形状をリアルタイムで制御する技術（ＡＤＢ adaptive driving beam等と呼ばれる）が注目されている。この技術によれば、例えば走行用の配光形状すなわちハイビームで走行中に、対向車を検出した場合に、前照灯に照射される領域の内、当該対向車の領域に向う光のみをリアルタイムで低減することが可能となる。ドライバに対しては常にハイビームに近い視界を与え、その一方で対向車に対して眩惑光（グレア）を与えることを防止できる。
【０００３】
また、ハンドルの舵角に合わせて進行方向の配光を調整する前照灯システム（ＡＦＳ adaptive front-lighting system 等と呼ばれる）が一般化されつつある。配光形状を、ハンドルの舵角に合わせて、左右方向に移動させることにより、進行方向の視界を広げることができる。
【０００４】
このような配光可変型の前照灯システムは、例えば多数の発光ダイオード（ＬＥＤ light emitting diode）をアレイ状に並置した発光ダイオード装置を用い、各発光ダイオードの導通／非導通（オン／オフ）並びに導通時の投入電力（従って輝度）をリアルタイムで制御することによって実現することができる。
【０００５】
支持体上に多数のＬＥＤチップがマトリクス状に配置され、該ＬＥＤチップ上に波長変換素子とビームを拡散散乱させる散乱素子を有する、照明装置が提案されている（例えば特許文献１）。
【０００６】
また、マトリクス状に配置され、独立に点灯制御可能な複数のＬＥＤチップのアレイと、該ＬＥＤチップアレイから放出された光の光路上に配置された投影レンズとを備え、該ＬＥＤチップアレイの点灯パターンを制御することにより、前方に所定の配光パターンを形成するように構成された車両用前照灯装置が提案されている（例えば特許文献２）。以下、この提案の概要を説明する。
【０００７】
図６Ａは、放熱機構を有するヒートシンク２１１上に、複数のＬＥＤ２１２をサブマウント基板４１を介してマトリクス状に配置し、前方に投影レンズ２１０を配した車両用前照灯の要部を側方から見た図である。
【０００８】
図６Ｂは、複数のＬＥＤ２１２をマトリクス状に配置した状態を正面から見た図である。このようにマトリクス状に配置した複数のＬＥＤ（以下、「マトリクスＬＥＤ」と呼ぶことがある。）を含む光源を車両前方に向け、その前方に投影レンズを配置した光学系は、ＬＥＤの輝度分布を前方に投射する。
【０００９】
車両用ヘッドランプは、中心部（配光中心）で輝度が高く、周辺に向って輝度が低下していく輝度分布を形成する必要がある。半導体発光素子アレイを用いた車両用ヘッドランプの場合は、各半導体発光素子の駆動電力を制御することによって輝度を調整し、所望の輝度分布を形成することが可能である。
【００１０】
半導体発光素子は、発光動作を行うと共に、駆動電力に対応する発熱を生じる。車両用ヘッドランプにおいて、配光中心から周辺部に向うに従い、輝度が低下すると共に発熱量が低下する。各半導体発光素子で発生した熱は、支持基板に伝達され、支持基板内で外側に伝達されると共に、放熱手段に放熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特表２０１２−５１６０４４号公報
【特許文献２】特開２０１３−５４８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
車両前方の照明は中心部で高く、周辺に向って低下する輝度分布を形成することが望まれる。半導体白色発光素子アレイを用い、投入電力を分布させることで、所望の輝度分布を形成する場合、投入電力に応じて発熱量も分布する。アレイ面内において、発熱、放熱が均一とはならないため、高輝度領域から周辺領域に向かって徐々に温度が低下する温度分布が形成される。温度が高くなると半導体発光素子の構成物質の物性が変化し、発光効率が低下し、信頼性の低下が引き起こされる。また、アレイ内の高輝度領域と周辺領域との間の温度差が大きくなると、歪みが大きくなり、信頼性低下の原因となる。熱的原因による、好ましくない現象の発生は抑制することが望ましい。
【００１３】
本発明の目的は、熱的原因による、好ましくない現象の発生を抑制できる発光ダイオード装置及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の実施例によれば、
サブマウント基板と、前記サブマウント基板上に配置された多数の発光ダイオードを含み、高輝度領域から周辺領域に向って徐々に輝度が低下する発光を行える発光ダイオードアレイであって、
前記多数の発光ダイオードの各々は、支持基板上に半導体積層を含み、前記支持基板が前記サブマウント基板に接着され、
前記高輝度領域の発光ダイオードの支持基板の平均厚さは、前記高輝度領域から離れた周辺領域周辺部の発光ダイオードの支持基板の平均厚さより薄い、発光ダイオードアレイを含む発光ダイオード装置
が提供される。
【００１５】
なお、複数の発光素子の相対的位置を調整しつつ搭載する下地基板構造をサブマウント基板と呼ぶ。
【００１６】
また、本発明の実施例によれば、
複数の成長用基板各々の上に、多数の発光ダイオードに相当する発光ダイオード構造を形成し、
前記成長基板各々の前記発光ダイオード構造の上方に支持基板を貼り合わせ、
前記成長基板各々を除去し、
前記支持基板各々とその上の前記発光ダイオード構造をチップに分割し、
前記チップを支持基板の厚さによって分類し、
サブマウント基板上に、前記支持基板の厚さが薄いと分類されたチップを配列して高輝度領域を形成し、
前記サブマウント基板上、前記高輝度領域から離れた領域に、前記支持基板の厚さが前記薄い分類より厚い分類に分類されたチップを配列して周辺領域を形成する、
発光ダイオード装置の製造方法
が提供される。 
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１Ａは、望まれる視野内の配光パターン、図１Ｂはこのような配光パターンを形成するために用いられる発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイの概略平面図、図１ＣはＡＤＢ機能等を備えた配光可変型前照灯システムのブロック図である。
【図２】図２Ａ〜２Ｄは、半導体ダイオードチップの製造プロセスを概略的に示す断面図、図２Ｅは半導体ダイオードチップをサブマウント基板上に配列する状態を示す断面図である。
【図３−１】,
【図３−２】及び、
【図３−３】図３Ａ〜３Ｅは、第１の実施例による車両用灯具の製造方法のプロセスを示す図である。
【図４】図４Ａ，４Ｂは、第２の実施例による発光ダイオードアレイの構成を概略的に示す平面図である。
【図５】図５Ａ，５Ｂ、５Ｃは、変形例による発光ダイオードアレイの構成を概略的に示す平面図である。
【図６】図６Ａ，６Ｂは、従来技術による、車両用前照灯の要部側面図、発光ダイオードアレイの平面図である。
【符号の説明】
【００１８】
ＬＰ    配向パターン、  ＬＣ    配光中心、  ＢＰ    輝度分布、  
ＢＰｈ    水平方向輝度分布、  ＢＰｖ    垂直方向輝度分布、    Ｈ    水平軸、
Ｖ    垂直軸、  １    サブマウント基板、    ２    発光ダイオード、    
１０    成長(サファイア)基板、    １１    ＧａＮ系半導体バッファ層、
１３    ＧａＮ系半導体ｎ型層、    １４    ＧａＮ系半導体活性層、
１５    ＧａＮ系半導体ｐ型層、    １７    電極構造、    
１９    支持（Ｓｉ）基板、    ２０    半導体ダイオードチップ、        
Ｃ    分割ライン、    ４１    サブマウント基板、    ４２    接着層、
２８    発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイ(前照灯)、    １００    車両用前照灯、  １０２    配光制御ユニット、  １０４    前方監視ユニット、  
１０８    車載カメラ、  １１０    レーダ、  １１２    車速センサ、  １１４    舵角センサ、  １１６    ＧＰＳナビゲーション、  １１８    前照灯スイッチ、  
１２０    ドライバ、  ２００    前照灯システム、Ｄ    発光ダイオード、  
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明者が研究対象としてきた車両用前照灯の参考技術から説明を始める。光源として、ＧａＮ系半導体を用いた発光ダイオードアレイを用いるが、制限的意味は持たない。電力の浪費を抑制して、視野内を効率的に照明するためには、多数個の発光ダイオード素子を分布し、高輝度が望まれる領域は必要性に応じて明るく照明し、高輝度が不要な領域は輝度を低減して、輝度分布を有する照明を行うことが望ましい。
【００２０】
図１Ａは、車両用ヘッドランプから発する光束に望まれる、中央付近で輝度が高く、周辺に向って輝度が低下していく配光パターンの例を示す概略図である。前方に向う配光パターンＬＰの中央部より下方に、高輝度の配光中心ＬＣが水平方向に延在して形成されている。車両用前照灯では、夜間の運転者の視界を確保するために、その配光パターンＬＰは一般的に水平方向に延在する配光中心ＬＣを最高輝度として、周辺に向って徐々に低下する輝度分布が望ましい。車両の運転者は、多くの場合、視野の中心部を配光中心に合わせて車両を運転する。配光中心ＬＣの近傍を中心部と呼ぶことがある。
【００２１】
水平（Ｈ）軸に平行な輝度分布ＢＰｈを配光パターンＬＰの上方に示す。前方の道路表面を最大輝度とし、左右に移るにつれて輝度が低下する。水平軸中央での垂直（Ｖ）軸に平行な輝度分布ＢＰｖを配光パターンＬＰの右側に示す。前方の道路表面を最大輝度の配光中心ＬＣとする。配光中心ＬＣより下方の領域は、手前側の道路面を含み、必要に応じて注意を払うべき領域である。例えば路面に段差がある場合等、段差を横切るタイミングを判断できることが好ましい。配光中心より下側の領域は最大輝度よりは低減するが、情報を得るのに十分な輝度が保たれる。上方に向うと輝度は大幅に低下する。大まかに認識できればよい対象領域であり、高い輝度で照明するとエネルギを浪費することになる。
【００２２】
車両用ヘッドランプの光源として、半導体白色発光素子アレイを用いることができる。多数の半導体白色発光素子をマトリクス（行列）状に配置し、各半導体白色発光素子の輝度を調整することにより所望の輝度分布を形成する。半導体白色発光素子は、例えば青色発光ダイオードの表面上方に黄色発光の蛍光体層を有し、白色発光する機能を有する。
【００２３】
制限的ではないが、例えば、本出願人の提案による、特開２０１４−２３２８４１号の実施例の欄に開示されたＧａＮ系半導体発光素子、特願２０１４−２３７４４２号の実施例の欄に開示されたＧａＮ系半導体発光素子、特願２０１５−８４６１２号の実施例の欄に開示したＧａＮ系半導体発光素子、支持基板上のフリップチップタイプの素子等を用いることができる。
【００２４】
図１Ｂは、サブマウント基板１上に多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）２がマトリクス状に配置された発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイ２８の例を簡略化して示す概略平面図である。発光領域内に、同一形状の発光ダイオード２がマトリクス状に配置されアレイ２８を構成している。サブマウント基板１は、熱膨張係数が発光ダイオードの熱膨張係数と近いことが望ましい。材料としては、ＡｌＮ等を用いることができる。発光ダイオード２は、例えばＡｕＳｎ系接着剤量を用いてサブマウント基板１に接着できる。
【００２５】
ＬＥＤアレイ２８は、例えば、（４〜８）行  ｘ  （２５〜６０）列程度の構成である。図では列数を簡略化して６行×１２列で示している。垂直（Ｖ）方向に６行のセグメントＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ、Ｆが並ぶ。中心より下方となる下から２行目、のセグメントＥに配光中心ＬＣが形成される。尚、ここで水平、垂直とは前照灯として照射されたとき反映される配向にとっての位置関係を意味する。
【００２６】
車両用前照灯の配光パターンは、運転者の視野中心を最高輝度とし、周辺に行くほど輝度が低下する輝度分布となる、図１Ａに示すような輝度分布を実現することが望ましい。図1Ａに示すような輝度分布を形成するには、中心部の投入電力を高くし、周辺に向うに従って投入電力を低減することになる。このように前照灯は所望の輝度分布を形成するようにする。尚、水平方向両端が路肩に係るような場合は、周辺部であっても輝度を上げることもあり、適宜要求に答えるような輝度分布が所望される。
【００２７】
投入電力は、（電圧Ｖ）×(電流Ｊ)×(時間Ｔ)で決まる。半導体発光ダイオードの場合、電圧はほぼ固定される。投入電力の制御は、主に電流Ｊと時間Ｔの積で行われる。例えば、電流を一定とし、パルス幅変調、又は周波数変調におけるデューティ制御による時間制御で行える。中心部においてデューティを高くすれば投入電力を高くでき、周辺部においてデューティを低くすれば投入電力を低くすることができる。瞬時電流密度を制御して、色度を調整することもできる。瞬時電流密度を増加しても、時間を減少させれば、同一電力とすることができる。
【００２８】
図１Ｃは、前照灯システムの概略構成を示すブロック図である。前照灯システム２００は、左右それぞれの車両用前照灯１００、配光制御ユニット１０２、前方監視ユニット１０４等を備えている。車両用前照灯１００は、マトリクスＬＥＤを含む光源と、投影レンズと、それらを収容する灯体とを有する。
【００２９】
車載カメラ１０８、レーダ１１０、車速センサ１１２等の各種センサが接続されている前方監視ユニット１０４は、センサから取得した撮像データを画像処理し、前方車両（対向車や先行車）やその他の路上光輝物体、区画線（レーンマーク）を検出し、それらの属性や位置等、配光制御に必要なデータを算出する。算出されたデータは車内ＬＡＮ等を介して配光制御ユニット１０２や各種車載機器に発信される。
【００３０】
車速センサ１１２、舵角センサ１１４、ＧＰＳナビゲーション１１６、前照灯スイッチ１１８等が接続されている配光制御ユニット１０２は、前方監視ユニット１０４から送出されてくる路上光輝物体の属性（対向車、先行車、反射器、道路照明）、その位置（前方、側方）と車速に基づいて、その走行場面に対応した配光パターン（輝度分布）を決定する。配光制御ユニット１０２は、その配光パターンを実現するために必要な、マトリクスＬＥＤの各ＬＥＤの制御内容（点消灯、投入電力等）を決定する。ドライバ１２０は、配光制御ユニット１０２からの制御量の情報を、駆動装置や配光制御素子の動作に対応した命令に変換すると共にそれらを制御する。
【００３１】
車両用ヘッドランプは、中心部（配光中心）で輝度が高く、周辺に向って輝度が低下していく輝度分布を形成する必要がある。半導体発光素子アレイを用いた車両用ヘッドランプの場合は、各半導体発光素子の駆動電力を制御することによって輝度を調整し、所望の輝度分布を形成することが可能である。
【００３２】
図２Ａ〜２Ｄは、半導体ダイオードチップの製造プロセスを概略的に示す断面図である。図２Ａに示すように、サファイア等で形成された成長基板１０の表面上に、半導体積層をエピタキシャル成長する。まず、成長基板１０表面上にＧａＮ系半導体バッファ層１１を成長し、その上にＧａＮ系半導体ｎ型層１３、ＧａＮ系半導体活性層１４、ＧａＮ系半導体ｐ型層１５を成長する。活性層１４は、例えばＧａＮ層をバリア層、ＩｎＧａＮ層をウェル層として交互成長させて形成した多重量子井戸構造、で形成する。
【００３３】
図２Ｂに示すように、半導体エピタキシャル積層の上に電極構造１７を形成する。例えば、ＧａＮ系半導体ｐ型層１５の表面上にＡｇ層等の反射電極を含むｐ側電極をパターニングし、ＧａＮ系半導体ｐ型層１５、ＧａＮ系半導体活性層１４の選択された領域をエッチングしてＧａＮ系半導体ｎ型層１３を露出し、ＧａＮ系半導体ｎ型層１３に接続されたｎ側電極を形成する。
【００３４】
図２Ｃに示すように、電極構造１７の上に、支持基板１９を貼り付ける。例えば、電極構造１７の上に、必要な絶縁構造を形成し、その上にＡｕＳｎ等の接着層を形成し、ＡｕＳｎ等の接着層を形成したｐ型Ｓｉ板等の支持基板１９の接着層を貼りつける。支持基板１９は化学機械研磨（ＣＭＰ）等により研磨して、厚さを減少させる。
【００３５】
図２Ｄに示すように、レーザリフトオフ等を用いて成長基板１０を剥離する。露出したＧａＮ系半導体バッファ層１１を熱水などで除去する。この段階で、不要な部分を除去した発光ダイオード構造が得られる。適当なタイミングで、発光波長、発光出力、順方向電圧降下Ｖｆ等の特性を測定する。分割ラインＣに沿ったダイシング等で半導体ダイオードチップ２０に分割する。このようなプロセスにより、半導体発光ダイオードチップ２０が形成される。なお、半導体ダイオードチップ２０は少なくとも１個の半導体ダイオードを含む。複数個の発光ダイオードを、例えば１列に配列して、又は複数列複数行に配列して含む、発光ダイオードチップを形成してもよい。
【００３６】
図２Ｅは、発光ダイオードチップ２０を、支持基板１９を下方にして、サブマウント基板４１上に、接着層４２を介して接着する状態を示す。サブマウント基板４１上に、発光波長、発光出力、順方向電圧降下Ｖｆ等の特性を揃えた発光ダイオードチップ２０を配列し、半導体発光ダイオードアレイを作製する。
【００３７】
ところで、このように作製した半導体発光ダイオードチップ２０は特性が均一にならない場合が多い。同じ条件で使用したとしても生じる熱量が異なる。本発明者らはその原因を次のように究明した。
【００３８】
原因の一つは支持基板１９の厚みの差である。発光ダイオードチップ２０を発光させると半導体層にて熱が発生するが、その熱は支持基板１９を介してサブマウント基板に伝わることになる。特に図７Ａのようにサブマウント基板４１の背面にヒートシンクを備える場合、このような放熱の経路は顕著になる。発光ダイオードチップ２０は製造工程によって支持基板の厚みにバラつきが生じてしまう。仮に同じだけの電力を支持基板の厚みが違う素子に投入したとすると、支持基板１９が薄い方が、熱抵抗が低い為熱の伝わりが速くなる。
【００３９】
もう一つの原因はＶｆの違いである。発光ダイオードチップ２０は製造工程によってＶｆにバラつきが生じてしまう。仮にＶｆの異なる発光ダイオードチップ２０を同じだけの輝度で光らすと考える。すなわち同等の電流値を投入する。Ｖｆが異なるため輝度は同じでも電圧値が異なり投入電力が異なる。発熱は投入電力に依存するためＶｆが高い発光ダイオードチップ２０は発熱量も大きくなってしまう。
【００４０】
以上の二つの原因によって発光ダイオードチップ２０は特性にバラつきが生じてしまう。
【００４１】
高温となる発光ダイオードは、発光効率が低下しやすく、また信頼性の低下を招きやすい。この熱的原因による、好ましくない現象の発生を抑制するには、半導体発光ダイオードを熱に対する特性によっても分類し、高温になり得る高輝度領域には熱に対する特性の良い発光ダイオードを用いるようにすればよい。例えば、熱に対する特性を１０等分に分類し、高輝度領域は最も熱に対する特性の良い発光ダイオードで構成すればよい。
【００４２】
尚、熱に対する特性が良いとは、同輝度で発光させた時の発熱と放熱の結果生じる熱量が小さいことを意味する。これは、例えばサーモグラフィで確認し、より熱が小さい方が熱に対する特性が良いと判断できる。
第１の実施例
図３Ａ〜３Ｅを参照して、第1の実施例による車両用灯具および発光ダイオードアレイの製造方法および車両用灯具および発光ダイオードアレイを説明する。まず、図２Ａに相当するプロセスで、サファイア等で形成された、複数の成長用ウエハの上に発光ダイオード形成用のエピタキシャル積層を成長する。図２Ｂ，２Ｃに相当するプロセスでエピタキシャル積層の上に電極構造を形成し、Ｓｉ基板等の支持基板を貼り合せる。支持基板は適宜研磨して薄くする。
【００４３】
図３Ａは、この状態の複数のウエハを示す。分割すべきチップの境界を模擬的に示している。エピタキシャル積層、支持基板を含む成長用基板上の膜構造の厚さは、約８０μｍから約１２０μｍに分布する。図には、膜厚８０μｍのウエハ、膜厚１００μｍのウエハ、膜厚１２０μｍのウエハを例示する。
【００４４】
図２Ｄに相当するプロセスで成長用基板を剥離する。形成された発光ダイオード構造から、発光波長、発光出力、順方向電圧降下Ｖｆ等の特性を測定する。Ｖｆは同じウェハ面内でもバラつきが生じる。分割ラインに沿って、各発光ダイオードチップ２０を分割する。支持基板の厚さを測定する。
【００４５】
図３Ｂに示すように、半導体発光ダイオードチップを発光波長等の特性によって分類する。
熱に対する特性は、同じ輝度で発光させた時の熱量を測定することで判断することができる。測定方法にはサーモグラフィを用いることができる。測定の際はチップの実施状況を想定して行うのが好ましい。図６Ａのような車両用灯具の光源として想定される場合は、ヒートシンク上にマトリクス状に配置された状況に近い測定環境を用意する。生じた熱量［Ｔ］を１０段階、Ｐ１〜Ｐ１０に分類する。熱量［Ｔ］が小さいほど、熱に対する特性の良いＰ１として分類し、Ｐ１０に近づくほど熱量が大きい、熱に対する特性が悪いチップとして分類する。
熱量の測定を直接行うのではなく近似的に分類してもよい。熱に対する特性は前述のとおり支持基板の厚みとＶｆによって左右される。熱に対する特性は、支持基板の厚み[μｍ]×Ｖｆ［Ｖ］にて近似的に分類可能となる。例えば、支持基板の厚み[μｍ]×Ｖｆ［Ｖ］の値を１０段階Ｑ１〜Ｑ１０に分類する。値が小さい方が熱に対する特性が良いＱ１として分類し、Ｑ１０に近づくほど値の大きい熱に対する特性が悪いチップとして分類する。
【００４６】
尚、製造するチップによっては支持基板の厚みもしくは、Ｖｆはいずれかのバラつきの程度が大きく一方のみ考慮すれば十分、いずれかは同ランクにそろえたほうが好ましいという場合もある。よって、支持基板厚みかＶｆの何れかのみ分類することでも近似的な分類は可能である。
例えば、厚さは、１０段階Ｒ１〜Ｒ１０程度に分類する。厚さ分布の幅が約３０μｍの場合、例えば３μｍ毎に分類して、Ｒ１〜Ｒ１０とする。厚さの分類によって、１分類に含まれるＬＥＤチップは、１０μｍ以下の厚さ幅、より好ましくは６μｍ以下の厚さ幅、更に好ましくは３μｍ以下の厚さ幅に属するようにする。
Ｖｆの場合も同様にＶｆも１０段階に分類しＳ１〜Ｓ１０とする。
発光波長においても特性によっていくつかの段階に分類する。
図３Ｂは支持基板厚みと発光波長特性で分類したものである。Ｃ１１〜は発光波長特性である。
【００４７】
図３Ｃは、サブマウント基板４１上に多数のＬＥＤチップを行列状に配列した状態を示す。例えば６０行、５０列にＬＥＤチップを配列する。ここで、ＬＥＤチップは発光波長については前述の分類にて同じ分類に統一して採用するのが好ましい。図では列数を簡略化している。中央下部の１列２行のＬＥＤチップが最大輝度となるチップである。その周囲に極めて高い輝度の領域が配置され、合わせて中心部である第１高輝度領域Ｂ１を画定する。第１高輝度領域Ｂ１の周囲に次に高輝度の第２高輝度領域Ｂ２が画定される。周辺部の輝度は中心部から離れるに従って、徐々に低下する。例えば第１高輝度領域Ｂ１の相対輝度は１００％〜８０％、第２高輝度領域Ｂ２の相対輝度は８０％〜６０％である。この場合、例えば、左右下端Ｂ１１，Ｂ１２の相対輝度は約２０％、左右上端Ｂ１３，Ｂ１４の相対輝度は約４％程度である。尚、ここで各領域は通常状態での輝度としている。車両用灯具として使用の場合走行状況に応じて輝度分布は変化するが、直線の一般道走行時など基準となる状況での輝度分布を想定している。
【００４８】
図３Ｄ１は、これらの輝度と適用するＬＥＤチップの厚さのランクを示す表である。第１高輝度領域Ｂ１は、相対輝度は１００％〜８０％であり、厚さのランクＲ１，Ｒ２のＬＥＤチップを用いて形成する。さらに、第１高輝度領域Ｂ１内で中心部にランクＲ１のＬＥＤチップを配置し、その周囲にランクＲ２のＬＥＤチップを配置することがより好ましい。第２高輝度領域Ｂ２は、相対輝度は８０％〜６０％であり、厚さのランクＲ３，Ｒ４のＬＥＤチップを用いて形成する。さらに、第２高輝度領域Ｂ２内で中心に近い領域にランクＲ３のＬＥＤチップを配置し、その周囲にランクＲ４のＬＥＤチップを配置することがより好ましい。以下順次、輝度に応じて支持基板の厚さを割り当てる。尚、輝度の低い領域のＬＥＤチップに供給される電力は低くなり、通常過度の加熱は生じない。厚さのランクＲ５〜Ｒ１０のＬＥＤチップは、輝度に応じて使い分けなくてもよい場合も多い。
【００４９】
同一輝度での熱量、支持基板の厚み×Ｖｆ、Ｖｆのみでランク分けした場合でも同じように輝度に応じて配置するＬＥＤチップを選定する。図３D２、図４D-3、図４D-4は直接測定した熱に対する特性、厚み×Ｖｆ、Ｖｆのみでランク分けした際の表である。
【００５０】
尚、上記のランク分けでは分けたランク数の方が輝度領域数よりも多く用意したが、これを一致させていてもよい。3つのランク分けのみ行い、3つの領域に夫々振り分けてもよい。さらに、同じ間隔でランクを分けていったがこれに限られない。例えば厚みのランク分けなら、３０μmの分布の場合６μmごとにＲ１,Ｒ２をランク分けし、それ以外をまとめてＲ３としてしまってもよい。
【００５１】
図３Ｅは、サブマウント基板４１上に接着層４２を介してＬＥＤチップを配列した状態を示す断面図である。支持基板の厚みでランク分けした場合を示す。支持基板の厚さが最も薄いＬＥＤチップ２０−０が最大輝度領域に配置され、この最大輝度領域から離れるに従って支持基板の厚さが厚くなるＬＥＤチップ２０−１，２０−２が配置されている。その外側のＬＥＤチップ２０−３，２０−４は同一の厚さランクに属し、ＬＥＤチップ２０−２より支持基板の厚さが厚くなっている。その外側のＬＥＤチップ２０−５は、ＬＥＤチップ２０−４より支持基板の厚さが更に厚くなっている。
【００５２】
高輝度のＬＥＤほど供給される電力が高く、発熱量が大きくなるが、放熱部の支持基板の厚さが薄いので、効率的な放熱が行える。高輝度領域に支持基板の厚いＬＥＤチップを用いるときの、熱的原因による好ましくない現象の発生は、抑制できる。
【００５３】
その後、少なくともＬＥＤチップ２０表面を覆い、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）等の蛍光体を含む封止樹脂層２２を形成する。ＬＥＤからの青色発光を受け黄色の蛍光を発することにより白色化ができる。尚、２種類以上の蛍光体を用いることも可能である。蛍光体シートや蛍光体プレートを用いることもできる。
【００５４】
同一輝度での熱量、支持基板の厚み×Ｖｆ、Ｖｆのみでランク分けした場合でも同じように輝度に応じて配置する。高輝度領域に熱に対する特性の良いもしくはそう近似できるチップ(同一輝度での熱量が小さい、又は支持基板の厚み×Ｖｆが小さい、又はＶｆが小さい)が配置されるため、熱的原因による好ましくない現象は抑制できる。そして、高輝度領域から離れるにしたがって段階的に熱に対する特性の劣るもしくはそう近似できるチップ(同一輝度での熱量が大きい、又は支持基板の厚み×Ｖｆが大きい、又はＶｆが大きい)が配置される。高輝度領域から離れるとは配向パターンＬＰの配向中心ＬＣから周辺部に向かっていくことを意味している。
本発明ではチップによって生じてしまう熱に対する特性の違いを考慮し、適した位置に配置するため、チップを無駄にすることなく熱による好ましくない現象を抑制できる。
【００５５】
図１Ｂのような発光ダイオードアレイの場合、水平方向Ｈにおいて中心付近、鉛直方向Ｖでは中心よりやや下がった位置を基準として熱に対する特性が良いもしくはそう近似できるチップ(同一輝度での熱量が小さい、又は支持基板の厚み×Ｖｆが小さい、又は支持基板が薄い、又はＶｆが小さい)が配置される。また、基準の位置から離れるに従い熱に対する特性の劣るもしくはそう近似できるチップ(同一輝度での熱量が大きい、又は支持基板の厚み×Ｖｆが大きい、又は支持基板が厚い、又はＶｆが大きい)が配置される。
【００５６】
第２の実施例
以上、１つの支持基板の上に１つの発光ダイオードが配置される場合を説明した。１つの支持基板の上に複数の発光ダイオードを配置することもできる。まずは支持基板の厚みに応じたチップ配置とする場合で説明する。放熱面を考えると、支持基板が薄いほど放熱が効率的に行えるのは上記第1の実施例同様である。
【００５７】
図４Ａは、１枚の支持基板の上に複数の発光ダイオードを１列に並べたチップ構成の実施例を示す平面図である。ストライプ状の支持基板Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，〜Ｓｉの各々の上には、６個の発光ダイオードＤＡ〜ＤＦが形成されてチップを構成している。例えば、図２Ａ、２Ｂに示す、成長用ウエハにエピタキシャル成長、電極形成を行った後、エピタキシャル層のパターニングを行い、１列６個の発光ダイオード構造を形成する。図２Ｃに示す支持基板貼り合せのプロセスを行い、成長用ウエハの剥離を行い、それぞれ６個の発光ダイオードを含むチップ形状で支持基板のパターニングを行う。
【００５８】
尚、１チップに複数の発光ダイオードを配置する場合、支持基板の強度は必要に応じて高くする。例えば１列６個の発光ダイオードを搭載する場合、エピタキシャル積層、配線構造、支持基板を含むチップ構造の平均厚さは、３００μｍ程度とする。この場合、厚さ分布は例えば２８５μｍ〜３１５μｍとなる。分布幅を約１０等分して、厚さによる分類をする。
【００５９】
サブマウント基板１上に支持基板Ｕ１〜Ｕｉを１方向に整列して配置する。各支持基板Ｓ上には６個の発光ダイオードＤＡ〜ＤＦが形成されており、１列６個のマトリクス配置発光ダイオードアレイが形成される。図３Ｃにおける下２行を参照すれば、水平方向に輝度分布があり、図３Ｄに示すように中心部に薄い支持基板を選択し、水平方向の周辺部に行くに従い厚い支持基板を選択することにより効率的な放熱が達成できる。本実施例によれば、支持基板の厚さによる発光ダイオードの選択が１方向のみとなるので、製造プロセスを簡略化可能であろう。本実施例では、１つのストライプ状支持基板上に１列の発光ダイオードを配列したが、２列以上の発光ダイオードを配列することも可能である。
【００６０】
図４Ｂは、各支持基板Ｕ１，Ｕ２，  ．．．  上に２列６行の発光ダイオードＤＡＡ，ＤＡＢ，  ・・・  ＤＦＡ，ＤＦＢを配列している。各支持基板の領域がほぼ同一の輝度領域に属せば、効率的な放熱ができるであろう。構成要素が減少するので製造プロセスは簡略化できよう。
【００６１】
１チップ上に、１列の発光ダイオード、２列の発光ダイオードが配列される実施例を説明したが、列数は１または２に限らない。１チップ上にｎ行、ｍ列の発光ダイオードを配列することが可能であろう。
同一の支持基板に複数の発光ダイオードが配列されるチップを用いて、完成した発光ダイオードアレイを車両用灯具の光源とすると、配向中心ＬＣに照射を行う発光ダイオードを含むチップの支持基板が薄く、水平方向Ｈで周辺方向に照射を行う発光ダイオードを含むチップの支持基板が厚くなる。
【００６２】
以上では支持基板の厚みでチップの配列を決定する場合について述べたが、第２の実施例でも第1の実施例同様にサーモグラフィ等で同一輝度の場合の熱量によるランク分け、支持基板の厚み×Ｖｆでのランク分け、Ｖｆでのランク分けを行うことも可能である。
ただし、これらのランク分けの場合は同一チップのすべての発光ダイオードを測定する必要はない。発光ダイオードアレイとしたときに配向中心ＬＣを含む照射する位置に配置された場合、配向中心の照射を行う発光ダイオードで測定、ランク分けを行えばよい。
図４Ｂのようなチップの場合は配向中心ＬＣを照射する可能性があるのはＤＥＡ、ＤＥＢ（まとめてＤＥ）である。よってランク分けの際にＤＥのみの結果でランク分けが行える。もしくは配向中心近傍まで考慮しＤＤ,ＤＦの結果も含めてランク分けをしてもよいであろう。
【００６３】
高輝度領域に熱に対する特性の良い(ないし近似的に想定できる)発光ダイオードが位置するチップ(同一輝度での熱量が小さい、又は支持基板の厚み×Ｖｆが小さい、又はＶｆが小さい)が配置されるため、熱的原因による好ましくない現象は抑制できる。そして、水平方向に高輝度領域から離れるにしたがって段階的に熱に対する特性の劣る発光ダイオードが位置するチップ(同一輝度での熱量が大きい、又は支持基板の厚み×Ｖｆが大きい、又はＶｆが大きい)が配置される。
【００６４】
車両用灯具の光源とする場合、配向中心ＬＣに照射を行う発光ダイオードを含むチップの支持基板が同一輝度での熱量が小さい、又は支持基板の厚み×Ｖｆが小さい、又はＶｆが小さい、水平方向Ｈで周辺方向に照射を行う発光ダイオードを含むチップの支持基板が同一輝度での熱量が大きい、又は支持基板の厚み×Ｖｆが大きい、又はＶｆが大きくなる。
【００６５】
図５Ａ，５Ｂ，５Ｃは変形例を示す平面図である。
【００６６】
図５Ａは行列状発光ダイオードアレイの端部で行数が減少して、発光領域の高さが低くなる構成を示す。前照灯の照明領域において左右端部上側には視認すべき対象物が少ないので、照明の需要性は高くない。端部上側の照明領域を減らし発光ダイオード数を減少すれば、構成要素数が減少し、歩留まり向上等に有効であろう。
【００６７】
図５Ｂは、例えば横方向に輝度分布を形成したい場合、縦方向に長い発光ダイオードを横方向に並べる構成を示す。支持基板Ｓ，その上に形成する発光ダイオードＤをストライプ形状とし、ストライプをその幅方向に並べている。
【００６８】
図５Ｃは、ストライプ状支持基板Ｓの上に、サイズの異なる発光ダイオードを配置した場合を示す。各支持基板上の発光ダイオードの形状を変化させてもよい。
【００６９】
本発明の実施例によれば、高輝度領域には支持基板の厚さが薄い発光ダイオードを配置するので、発生する熱を効率的に放熱できる。歩留まり向上に有利であろう。支持基板の厚さが厚い発光ダイオードは高輝度領域周辺の周辺部に用いることができる。製造コストの増大を抑制できよう。
【００７０】
以上実施例に沿って説明したが、これらは本発明を制限するものではない。例えば、支持基板の材料は、Ｓｉに限らない。熱膨張係数が発光ダイオード構造の熱膨張係数に近く、熱伝導性のよい材料を用いることができる。接着層は、ＡｕＳｎ，ＡｕＳｎペースト、Ａｇペースト等で形成できる。非導電性の樹脂材料を使用できる場合もあろう。発光ダイオード（ＬＥＤ）を半導体レーザとしてもよい。半導体レーザもダイオードである。その他種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは、当業者に自明であろう。
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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