JP2016207725A - Light emitting diode device - Google Patents
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Abstract
【課題】観察者に違和感を与えることなく、照明視野の配光パターンを変化させる発光ダイオード装置。【解決手段】支持基板と、支持基板上に配置された複数の発光ダイオードセグメントを含む発光ダイオードアレイと、発光ダイオードアレイに対する駆動回路と、駆動回路の制御回路と、を含み、複数の発光ダイオードセグメントの各々は、連続した半導体積層20を用いて構成され、異なる位置で独立に電流を注入できる、複数の給電構造を有し、駆動回路は、複数の給電構造に独立に電流を供給でき、制御回路は、所望の配光分布に基づいて、発光ダイオードセグメントの複数の給電構造に供給する電流を制御する。【選択図】図1−2A light-emitting diode device that changes a light distribution pattern in an illumination field without giving an observer a sense of incongruity. A plurality of light emitting diode segments includes a support substrate, a light emitting diode array including a plurality of light emitting diode segments disposed on the support substrate, a drive circuit for the light emitting diode array, and a control circuit for the drive circuit. Each of which has a plurality of power feeding structures that are configured by using a continuous semiconductor stack 20 and can inject current independently at different positions, and the drive circuit can independently supply current to the plurality of power feeding structures and control The circuit controls the current supplied to the plurality of power feeding structures of the light emitting diode segments based on the desired light distribution. [Selection] Figure 1-2
Description
本発明は、発光ダイオード装置に関し、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セグメントを含むアレイ状発光ダイオード装置に関する。 The present invention relates to a light emitting diode device, and more particularly, to an arrayed light emitting diode device including a plurality of light emitting diode segments arranged in a planar light emitting region.
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。 In recent years, in vehicle headlamps, attention has been paid to a technology (called ADB: Adaptive Driving Beam) that controls the light distribution shape in real time depending on the situation ahead, that is, whether there is an oncoming vehicle or a front vehicle, and its position. Has been.
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の走行中に、対向車を検出した場合に、前照灯に照射される領域の内、当該対向車の領域のみに向う光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は眩惑光(グレア)を与えることを防止できる。
また、ハンドルの舵角に合わせて進行方向の配光を調整して、進行方向の配光強度を向上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。
According to this technique, for example, when an oncoming vehicle is detected during traveling with a light distribution shape, i.e., a high beam, light that is directed only to the area of the oncoming vehicle among the areas irradiated to the headlamps. It becomes possible to reduce in real time. It is possible to always give the driver a field of view close to a high beam, while preventing oncoming vehicles from giving glare.
Also, headlight systems (called Adaptive Front-lighting System etc.) that improve the light distribution intensity in the traveling direction by adjusting the light distribution in the traveling direction according to the steering angle of the steering wheel are becoming common. .
このような配光可変型の前照灯システムは、例えば複数の発光ダイオード(LED)セグメントをアレイ状に並置したアレイ状発光ダイオード装置を作成し、各発光ダイオードの導通/非導通(オン/オフ)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。 Such a light distribution variable type headlamp system creates, for example, an arrayed light emitting diode device in which a plurality of light emitting diode (LED) segments are juxtaposed in an array, and each light emitting diode is turned on / off (on / off). ) Can be realized in real time.
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セグメントのアレイと、該LEDセグメントの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セグメントの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1)。 An array of a plurality of LED segments arranged in a matrix and independently controllable for lighting, and a projection lens disposed on an optical path of light emitted from the array of LED segments, and lighting the array of LED segments There has been proposed a vehicular headlamp device configured to form a predetermined light distribution pattern ahead by controlling the pattern (for example, Patent Document 1).
図8Aは、放熱機構を有する支持基板211上に、複数の発光ダイオード(LED)212をマトリクス配置し、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。
FIG. 8A is a side view of a main part of a vehicle headlamp in which a plurality of light emitting diodes (LEDs) 212 are arranged in a matrix on a
図8Bは、複数のLED212をマトリクス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配置した複数のLED(以下、「マトリクスLED」と称する。)からなる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。
FIG. 8B is a front view of a plurality of
図8C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からなる光源と、投影レンズと、それらを収容する灯体とを有する。
FIG. 8C is a block diagram illustrating a schematic configuration of the headlamp system. The
車載カメラ108、レーダ110、車速センサ112など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、そして区画線(レーンマーク)を検出し、それらの属性や位置など配光制御に必要なデータを算出し、算出されたデータは車内LANなど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。
The
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など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を決定する。
The light
本発明者らは、例えばサファイアの成長基板上に、n型GaN層、活性層、p型GaN層を積層したデバイス構造層をエピタキシャル成長し、p型GaN層上に開口を有するp側反射電極を形成し、開口内のp型GaN層、活性層をエッチングしてn型GaN層を露出し、n型GaN層上にn側電極を形成し、配線を有する支持基板上にp側電極、n側電極を接着し、成長基板をレーザリフトオフなどで除去してn型GaN層を光出射面とする構造のLEDを白色変換させて検証している。GaN層を他の窒化物半導体(例えば、InxGayAl1−x−yN(ただし、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1))層で置換してもよい(例えば特許文献2)。この構成においては、n側電極、p側電極が同一面上に形成されて配線基板に接続しやすく、電極が存在しない出射面から出力光を照射できる。 The present inventors epitaxially grow a device structure layer in which an n-type GaN layer, an active layer, and a p-type GaN layer are stacked on a sapphire growth substrate, for example, and form a p-side reflective electrode having an opening on the p-type GaN layer. Forming and etching the p-type GaN layer and active layer in the opening to expose the n-type GaN layer, forming an n-side electrode on the n-type GaN layer, and forming a p-side electrode on the support substrate having wiring; The side electrode is adhered, the growth substrate is removed by laser lift-off, etc., and the LED having a structure in which the n-type GaN layer is a light emitting surface is converted into white and verified. Even if the GaN layer is replaced with another nitride semiconductor (for example, In x Ga y Al 1-xy N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1)) layer Good (for example, Patent Document 2). In this configuration, the n-side electrode and the p-side electrode are formed on the same surface and can be easily connected to the wiring board, and output light can be irradiated from the exit surface where no electrode is present.
車両用前照灯等においてADBやAFSを行う場合、各発光セグメントはオン/オフのみの制御となっている。動作の際、各セグメントは急峻に点消灯する。視野内のセグメント対応領域が急峻に点消灯すると、運転者は違和感(視野がパラパラ変化する感覚)を感じてしまう。 When ADB or AFS is performed in a vehicle headlamp or the like, each light emitting segment is controlled only on / off. During operation, each segment suddenly turns on and off. If the segment-corresponding region in the field of view suddenly turns on and off, the driver will feel a sense of incongruity (a feeling that the field of view changes dramatically).
観察者に違和感を与えることなく、照明視野の配光パターンを変化させることが望まれる。 It is desirable to change the light distribution pattern of the illumination field without giving the viewer a sense of incongruity.
本発明者らは、前照灯を構成する複数のセグメントに対して、1セグメント内にそれぞれ独立に電流を注入できる複数の給電部を設け、電流注入する部分を選択できるようにする構造を考案した。1セグメント内の半導体層は連続し、キャリアを輸送できる。例えば1セグメント内に4つの領域を設定して夫々給電部を設け、任意の給電部に電流を供給する。即ち、
支持基板と、
前記支持基板上に配置された複数の発光ダイオードセグメントを含む発光ダイオードアレイと、
前記発光ダイオードアレイに対する駆動回路と、
前記駆動回路の制御回路と、
を含み、
前記複数の発光ダイオードセグメントの各々は、連続した半導体積層を用いて構成され、異なる位置で独立に電流を注入できる、複数の給電構造を有し、
前記駆動回路は、前記複数の給電構造に独立に電流を供給でき、
前記制御回路は、所望の配光分布に基づいて、前記発光ダイオードセグメントの複数の給電構造に供給する電流を制御する、
発光ダイオード装置
を提供する。
The inventors of the present invention have devised a structure in which a plurality of power feeding units capable of injecting current independently into one segment are provided for a plurality of segments constituting the headlamp so that a portion for injecting current can be selected. did. The semiconductor layers in one segment are continuous and can transport carriers. For example, four regions are set in one segment, and a power supply unit is provided for each region, and current is supplied to any power supply unit. That is,
A support substrate;
A light emitting diode array including a plurality of light emitting diode segments disposed on the support substrate;
A driving circuit for the light emitting diode array;
A control circuit for the drive circuit;
Including
Each of the plurality of light emitting diode segments is configured using a continuous semiconductor stack, and has a plurality of power feeding structures capable of injecting current independently at different positions,
The drive circuit can supply current independently to the plurality of power feeding structures,
The control circuit controls a current supplied to a plurality of power feeding structures of the light emitting diode segment based on a desired light distribution.
A light emitting diode device is provided.
電流を注入された給電部から離れるに従って、供給されるキャリアは減少し、輝度のグラデーションを形成する。電流注入する給電部を変化させることにより、グラデーションを移動でき、1セグメントの中でスムーズに点消灯ができ、運転者が感じる違和感(パラパラ感)を低減させることができる。 As the current leaves the injected power supply, the supplied carriers decrease and form a luminance gradation. By changing the power feeding unit for injecting current, gradation can be moved, lighting can be smoothly turned on and off within one segment, and the uncomfortable feeling (paraparade) felt by the driver can be reduced.
10 成長基板、 20 半導体積層、 22 n型半導体層、 23 活性層、 24 p型半導体層、 30 p側電極、 40 n側電極、 32、42 接着層、 62 下側配線 64 上側配線 72 支持基板、 LED 発光ダイオード、 OP 開口部。 10 growth substrate, 20 semiconductor stack, 22 n-type semiconductor layer, 23 active layer, 24 p-type semiconductor layer, 30 p-side electrode, 40 n-side electrode, 32, 42 adhesive layer, 62 lower wiring 64 upper wiring 72 supporting substrate , LED light emitting diode, OP opening.
図1Aは、n型半導体層22、活性層23、p型半導体層24を含み、発光ダイオード(LED)を構成できる、半導体積層20を示す。各半導体層22,23,24は図中横方向に連続している。この構成から複数の発光ダイオードを作成する場合は、通常半導体積層20を複数の部分に分割する。すると、独立な複数の発光ダイオード構造となる。
FIG. 1A shows a
図1Bは、図1Aの半導体積層20の1つの等価回路を示す。図1Aに示す構成を左右2つの領域に分けて考えると、それぞれを発光ダイオードLED1,LED2と考えることができる。各半導体層22,23,24は連続しているので、横方向抵抗R1,R2,R3で接続されていると考えられる。なお、活性層23の横方向抵抗R2は、n型半導体層22の横方向抵抗R1,p型半導体層24の横方向抵抗R3と較べるとかなり大きいので、以下省略する。
FIG. 1B shows one equivalent circuit of the
図1Cは、左側領域、右側領域に、それぞれ、p型半導体層24、活性層23を貫通し、n型半導体層22を露出する開口部を設け、p型半導体層24の上にp側電極30−1,30−2、n型半導体層22の上にn側電極40−1,40−2を形成した構造を示す。半導体積層20の下面側にp側電極30、n側電極40が配置され、上側に配置されたn型半導体層22は電極で覆われない構造である。
In FIG. 1C, an opening that penetrates the p-
図1Dは、図1Cの構造の1つの等価回路図である。左右の発光ダイオードLED1,LED2にp側電極30−1,30−2、n側電極40−1,40−2が接続されている。2つの発光ダイオードLED1、LED2のn型半導体層22、p型半導体層24は、横方向抵抗R1,R3で接続される。
FIG. 1D is an equivalent circuit diagram of one of the structures of FIG. 1C. The p-side electrodes 30-1, 30-2 and the n-side electrodes 40-1, 40-2 are connected to the left and right light emitting diodes LED1, LED2. The n-
電極対(30−1,40−1)が主に左側の発光ダイオードLED1に電流を供給し、電極対(30−2,40−2)が主に右側の発光ダイオードLED2に電流を供給すると共に、横方向抵抗R1,R3を介して、左側の電極対(30−1,40−1)から右側の発光ダイオードLED2へ、右側の電極対(30−2,40−2)から左側の発光ダイオードLED1へも若干の電流が供給される。
The electrode pair (30-1, 40-1) mainly supplies current to the left side light emitting diode LED1, and the electrode pair (30-2, 40-2) mainly supplies current to the right side light emitting diode LED2. Through the lateral resistances R1 and R3, the left electrode pair (30-1, 40-1) to the right light emitting diode LED2 and the right electrode pair (30-2, 40-2) to the left light emitting diode. Some current is also supplied to the
電極対30−1,40−1及び電極対30−2,40−2が、それぞれ独立に電流を供給できる給電部を構成する。但し、半導体層は連続し、横方向抵抗で接続されているので、左側の電極対30−1,40−1に電圧を印加すると、左側の発光ダイオードLED1が発光するのみでなく、右側の発光ダイオードLED2の左端から右側の領域に次第に減少するグラデーションを有する輝度分布の発光が生じる。右側の電極対30−2,40−2に電圧を印加する時も、右側の発光ダイオードLED2が発光するのみでなく、左側の発光ダイオードLED2の右端から左側に次第に減少するグラデーションを有する輝度分布の発光が生じる。 The electrode pairs 30-1 and 40-1 and the electrode pairs 30-2 and 40-2 constitute a power feeding unit that can supply current independently. However, since the semiconductor layers are continuous and connected by a lateral resistance, when a voltage is applied to the left electrode pair 30-1, 40-1, not only the left light emitting diode LED1 emits light but also the right light emission. Light emission of a luminance distribution having a gradually decreasing gradation occurs from the left end of the diode LED2 to the right side region. When a voltage is applied to the right electrode pair 30-2, 40-2, not only the right light emitting diode LED2 emits light but also a luminance distribution having a gradation gradually decreasing from the right end of the left light emitting diode LED2 to the left side. Luminescence occurs.
図1Dにおいては、各領域に独立したp側(アノード)電極30、n側(カソード)電極40を形成した。アノード電極、カソード電極の一方は独立電極としなくても、独立した給電部を構成できる。
In FIG. 1D, an independent p-side (anode)
図1Eは、2つの発光ダイオードLED1,LED2に共通のアノード電極30、別個のカソード電極40−1,40−2を接続した場合の等価回路図である。図1Cの構成において、p側電極30−1,30−2を連続したp側電極30とした場合等に対応する。p側電極30が連続するので、p型半導体層24の横方向抵抗R3はp側電極30の横方向抵抗と比較すれば極めて大きくなり、無視できる。
FIG. 1E is an equivalent circuit diagram when a
以上、連続した半導体積層に2つの領域を設定する場合を例にとって説明した。複数の領域の数は2に限らない。以下、連続した半導体積層に4つの領域を設定する場合を例にとって説明する。 The case where two regions are set in a continuous semiconductor stack has been described above as an example. The number of the plurality of regions is not limited to two. Hereinafter, a case where four regions are set in a continuous semiconductor stack will be described as an example.
図1F,1Gは、第1構造例の発光ダイオードの1セグメント分の断面図及び平面構造図である。図1Fに示すように、n型GaN層22、活性層23、p型GaN層24が積層され、半導体積層20を構成している。活性層23は、例えばGaNバリア層とInGaNウェル層との交互積層から構成される多重量子井戸構造を含む。
1F and 1G are a cross-sectional view and a plan view of one segment of the light emitting diode of the first structure example. As shown in FIG. 1F, an n-
図1Gに示すように、半導体積層20は4つの区画AR1,AR2,AR3,AR4を有する。隣接する区画間でも半導体層は連続している。図1Fに戻って、p型GaN層の表面には、反射電極として機能し、各区画に開口部を有するp側電極30が形成され、開口部内のp型GaN層24、活性層23はエッチングされて、n型GaN層22が露出している。露出したn型GaN層22上にn側電極40が形成されている。p側電極30は、全区画AR1,AR2,AR3,AR4で連続していても、各区画毎に分離されていてもよい。図1Fの場合は、各区画に分離させている。n側電極40は各区画に接続される。
As shown in FIG. 1G, the
図1Gに示すように、1セグメント内の4つの区画AR1,AR2,AR3,AR4それぞれの電極30,40に、独立に電流を注入できる給電部P1,P2,P3,P4が接続される。4つの給電部P1,P2,P3,P4それぞれが、アノード配線、カソード配線を有している。言い換えれば、4つの区画を切り離してもそれぞれが発光ダイオードとして機能できる構成を有している。4つの区画AR1,AR2,AR3,AR4すべてに電流を注入すると、セグメントのほぼ全面が発光する。
As shown in FIG. 1G, power feeding portions P1, P2, P3, and P4 that can inject current independently are connected to the
いずれか1つの区画の給電部、例えば区画AR1に対応する給電部P1のみから電流を注入すると、区画AR1の主要部は同様に発光し、連続する区画AR2,AR3、AR4の隣接領域においても光が伝播することで発光が生じる。区画AR1主要部から離れるに従って輝度が低下して、輝度のグラデーションが生じる。即ち、区画AR1の周辺部から外側に向って、輝度が低下するグラデーション領域が発生する。 When current is injected only from the power supply unit of any one of the sections, for example, the power supply section P1 corresponding to the section AR1, the main part of the section AR1 emits light in the same manner, and light is also emitted in the adjacent areas of the continuous sections AR2, AR3, AR4. Propagation causes light emission. As the distance from the main part of the section AR1 decreases, the luminance decreases, and a luminance gradation occurs. That is, a gradation region in which the luminance decreases from the periphery of the section AR1 to the outside is generated.
なお、光の伝播は全区画AR1,AR2,AR3,AR4でp側電極30が連続していても分離されていても生じるが、連続して形成されている場合には、更にAR1のn側電極40からAR2,AR3,AR4のp側電極30に向かってもキャリアが供給される。この場合でも、区画AR1主要部から離れるに従ってキャリア密度が減少するため、輝度が低下し、グラデーションを生じさせることになる。
Light propagation occurs in all sections AR1, AR2, AR3, AR4 regardless of whether the p-
図1H,1Iは、第2構造例の発光ダイオードの1セグメント分の断面図及び平面構造図である。1セグメントが4つの区画AR1,AR2,AR3,AR4を有する点は第1構造例と同様である。各区画にアノード側給電部PA1,PA2,PA3,PA4が接続され、区画AR1,AR2にカソード側給電部PC1が接続され、区画AR3,AR4にカソード側給電部PC2が接続される。 1H and 1I are a cross-sectional view and a plan view of one segment of the light emitting diode of the second structural example. The point that one segment has four sections AR1, AR2, AR3, AR4 is the same as in the first structure example. The anode-side power feeding units PA1, PA2, PA3, and PA4 are connected to each section, the cathode-side power feeding section PC1 is connected to the sections AR1 and AR2, and the cathode-side power feeding section PC2 is connected to the sections AR3 and AR4.
給電部はアノードからカソードに電流を供給するが、アノード、カソードの両方とも独立でなくても独立して電流を供給できる給電部を構成できる。4つのアノード側給電部が独立であれば、独立した4つの給電部を構成できる。 Although the power supply unit supplies current from the anode to the cathode, it is possible to configure a power supply unit that can supply current independently even if both the anode and the cathode are not independent. If the four anode-side power feeding units are independent, four independent power feeding units can be configured.
半導体積層20が、図1Hに示すようにn型GaN層22、活性層23、p型GaN層24を含み、図1Iに示すように4つの区画AR1,AR2,AR3,AR4を有する。4つの区画に接続されるアノード側給電部PA1,PA2,PA3,PA4はp側電極のみに接続されている。カソード側給電部PC1は区画AR1,AR2のn側電極に接続され、カソード側給電部PC2は区画AR3,AR4のn側電極に接続される。アノード側給電部PA1,PA2,PA3,PA4が独立であるので、4つの区画に独立に電流を注入できる給電部を構成できる。
The
カソード側給電部が2つの区画AR1,AR2に共通なPC1と、2つの区画AR3,AR4に共通なPC2で構成される場合を説明したが、4つの区画AR1,AR2,AR3,AR4に共通なカソード側給電部PCとしてもよい。また、n側電極40は、AR1,AR2,AR3,AR4の区分ごとに分離されていてもよいし、PC1,PC2の区分ごとに分離されていてもよい。また、図1Hのn側配線41に示すように、n側電極40を全て同一配線層に接続してもよい。
Although the case where the cathode side power feeding unit is configured by the PC1 common to the two sections AR1 and AR2 and the PC2 common to the two sections AR3 and AR4 has been described, it is common to the four sections AR1, AR2, AR3 and AR4. It is good also as cathode side electric power feeding part PC. The n-
なお、カソード側給電部PC1とPC2とが独立の場合、アノード側給電部を(A1−A3),(A2−A4)の2つとしてもよい。2つのアノード側給電部、2つのカソード側給電部によって、時分割駆動などにより、独立して電流を供給できる4つの給電部を構成できる。 In addition, when cathode side electric power feeding part PC1 and PC2 are independent, it is good also considering the anode side electric power feeding part as two (A1-A3) and (A2-A4). With the two anode-side power supply units and the two cathode-side power supply units, four power supply units that can supply current independently by time-division driving or the like can be configured.
図2A〜2Fは、1セグメントが4つの区画を有し、支持基板上の2本のアノード側配線、2本のカソード側配線に接続される構成の製造工程を示す。半導体積層上では、カソード電極を共通とし、独立した4つのアノード電極を設ける。 2A to 2F show a manufacturing process of a configuration in which one segment has four sections and is connected to two anode-side wirings and two cathode-side wirings on a support substrate. On the semiconductor stack, the cathode electrode is shared and four independent anode electrodes are provided.
図2Aを参照して、サファイアなどの成長基板10の上に、n型GaN層22、活性層23、p型GaN層24が積層され、半導体積層20を形成する。p型GaN層24の上に4つの領域に分かれたp型電極30を形成する。
Referring to FIG. 2A, an n-
図2Bは、p型GaN層24の上に形成した4つのp側電極30−1,30−2,30−3,30−4のパターンを示す平面図である。半導体積層が4つの区画に分けられる。なお、全区画に共通の1つのp側電極30としてもよい。反射電極として機能するp側電極の面積を増加することは光取り出し効率の向上に有利である。n側電極を形成するため、p側電極30を通って複数の開口部OPが形成されている。p側電極30のパターニングはリフトオフや、レジストマスクを用いたエッチングで行える。
FIG. 2B is a plan view showing patterns of four p-side electrodes 30-1, 30-2, 30-3, and 30-4 formed on the p-
図2Cに示すように、エッチングマスクなどを用いて、開口部OP内のp型GaN層24表面から、p型GaN層24、活性層23を貫通し、n型GaN層22を露出する開口部をエッチングする。
As shown in FIG. 2C, an opening that exposes the n-
図2Dに示すように、p側電極30、露出した半導体表面を覆って、酸化シリコン等の絶縁膜36を形成し、開口部の底面の絶縁膜36をエッチングしてn型GaN層22を露出する。開口部内に露出したn型GaN層の上にn側電極40を形成する。p側電極30を露出する開口部を絶縁膜36に形成する。n側電極40上にn側接着層42、各コーナー部分のp側電極30上にp側接着層32を形成する。4つのp側接着層を形成して、4つの給電部に接続する。
As shown in FIG. 2D, an insulating
図2Eは、接着層32,42の平面図を示す。1セグメント内に共通のn側接着層42,4コーナー部分に4つのp側接着層32−1,32−2,32−3,32−4が形成されている。接着層のパターニングは、例えばリフトオフで行う。半導体構造を支持基板上に固定し、成長基板を除去して、露出するn型GaN層22表面にマイクロコーンなどの微細構造を形成する。
FIG. 2E shows a plan view of the
図2Fは、図2EのIIF−IIF線に沿う断面図である。図2Fに示すように、表面に酸化シリコン等の絶縁層61を形成したSi基板等の支持基板71の上に、例えば紙面垂直方向に延在する2本の下側配線62を形成し、酸化シリコン等の絶縁層63で覆う。1セグメント当たり2本の下側配線62が形成される。絶縁層63に接続孔を形成し、電気的に分離された2種類の上側配線64p、64nを形成する。2つの配線64pは上面で半導体積層側の2つの接着層(32−1,32−2)又は(32−3,32−4)に接続され、下面で1本の下側配線62に共通に接続される。2本の配線64nは、配線64pを回り込んで紙面横方向に延在する。
2F is a cross-sectional view taken along line IIF-IIF in FIG. 2E. As shown in FIG. 2F, two
図2Gは、図2EのIIG−IIG線に沿う断面図である。1セグメントで、2本の配線64nが接着層42と接続する。
2G is a cross-sectional view taken along line IIG-IIG in FIG. 2E. Two
図2Eを参照する。1セグメント当たり2本の配線64nは接着層42の上側領域、下側領域に接続され、横方向に延在する。2本の配線64pは、それぞれ2つの接着層32−1,32−2及び32−3,32−4を接続する。半導体積層構造と支持基板構造との接着は熱圧着などで行う。上側に露出したn型GaN層22表面をTMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)水溶液等でウエット処理してマイクロコーン等の微細構造を形成する。
Refer to FIG. 2E. Two
1セグメント当たり、2本のアノード側配線、2本のカソード側配線が設けられる。4つの区画を同時に、かつ任意のパターンで駆動することはできないが、時分割駆動等を行うことにより4つの区画を所望パターンで駆動する。 Two anode-side wirings and two cathode-side wirings are provided per segment. Although the four sections cannot be driven simultaneously and in an arbitrary pattern, the four sections are driven in a desired pattern by performing time-division driving or the like.
図3A,3Bは、時分割スイッチング回路を用いた駆動例を示す。発光ダイオードアレイが、3×3=9個のセグメントSEGを含むとする。各セグメントSEGが縦方向に延在する2本のアノード側配線A、横方向に延在する2本のカソード側配線Cを有するとする。6本のカソード側配線C1〜C6が3行のセグメント行に接続され、6本のアノード側配線A1〜A6が3列のセグメント列に接続されている。 3A and 3B show driving examples using a time division switching circuit. It is assumed that the light emitting diode array includes 3 × 3 = 9 segments SEG. Each segment SEG has two anode-side wirings A extending in the vertical direction and two cathode-side wirings C extending in the horizontal direction. Six cathode-side wirings C1 to C6 are connected to three segment rows, and six anode-side wirings A1 to A6 are connected to three segment columns.
図3Bは、時分割スイッチング回路50の駆動信号波形を示すタイミングチャートである。時分割スイッチング回路50は、6本のカソード側配線C1〜C6に順次駆動信号を供給する。駆動信号が負極性側に変化した期間に、アノード側配線にパターン信号が印加されると、対応区画が活性化して、発光が生じる。縦方向に6本のアノード側配線が配列され、所定のタイミングで、点灯パターンを実現するパターン信号が供給される。
FIG. 3B is a timing chart showing drive signal waveforms of the time
図4A〜4Dを参照して、上記構造の動作例を説明する。図4Aは、ADB素子の構成を示す平面図である。ADB素子ADBでは、例えば横長の矩形領域内に、数十〜百数十のセグメントSEGが行列状に配置されている。図示の簡略化の為、セグメント数は、4×10で示している。破線を付した4セグメント領域45を消灯する場合を説明する。従来技術によって4セグメントを同時に消灯すると違和感を与える。
An example of the operation of the above structure will be described with reference to FIGS. FIG. 4A is a plan view showing the configuration of the ADB element. In the ADB element ADB, for example, tens to hundreds of segments SEG are arranged in a matrix in a horizontally long rectangular region. For simplicity of illustration, the number of segments is shown as 4 × 10. A case where the 4-
図4Bに示すように、第1ステップとして4セグメント領域45の中央に配置される4つの給電部の電流を切る。4セグメント領域45の中央部が発光しなくなり、暗部に変化する。電流を供給されている周囲の領域は明状態を保ち、境界領域はグラデーション状態となる。
As shown in FIG. 4B, as a first step, the currents of the four power feeding units arranged at the center of the four
図4Cに示すように、第2ステップとして4セグメント領域45の4つのコーナー部の給電部以外の給電部の電流供給を切る。最初に暗状態となった中央の領域を囲む8給電部に対応する領域が暗状態になる。コーナーの4給電部の領域は明状態を保ち、境界領域はグラデーション状態となる。
As shown in FIG. 4C, as a second step, the current supply to the power supply units other than the power supply units at the four corners of the 4-
図4Dに示すように、第3ステップとして4セグメント領域45の残りの4給電部に対する電流供給を切る。4セグメント領域が暗状態になる。このように、暗領域が中央から徐々に周囲に広がりさらに暗領域と明領域の境界はグラデーション状態となるので、配光領域の変化がスムーズに行え、観察者に与える違和感を減少できる。
As shown in FIG. 4D, as a third step, the current supply to the remaining four feeding parts in the four
図5A〜5Hを参照して、9セグメント領域47を斜め方向にオフしていく動作を説明する。図5Aは、9セグメント領域全体が明状態である場合を示す。
With reference to FIGS. 5A to 5H, the operation of turning off the nine-
図5Bに示すように、9セグメント領域47の右上のセグメントの右上の給電部に対する電流供給を切る。対応する右上領域がグラデーション領域に囲まれた暗状態となる。
As shown in FIG. 5B, the current supply to the upper right power supply section of the upper right segment of the nine
図5Cに示すように、9セグメント領域47の右上のセグメントの左下以外の給電部、及び左側、下側に隣接するセグメントの右上の給電部に対する電流供給を切る。電流供給を切られた領域が、グラデーション領域に囲まれた暗状態となる。
As shown in FIG. 5C, the current supply to the power supply units other than the lower left of the upper right segment of the 9
図5Dに示すように、右上のセグメントの全給電部、左側、下側に隣接するセグメントの左下以外の給電部、及び中央、左上、右下のセグメントの右上の給電部に対する電流供給を切る。電流供給を切られた領域が、グラデーション領域に囲まれた暗状態となる。 As shown in FIG. 5D, the current supply to all the power supply units in the upper right segment, the power supply units other than the lower left of the segment adjacent to the left side and the lower side, and the upper right power supply unit of the center, upper left, and lower right segments is cut off. The area where the current supply is cut off is in a dark state surrounded by the gradation area.
図5E〜5Gに示すように、徐々に電流供給を切る給電部を左下方向に広げていく。図5Gでは、左下セグメントの左下給電部のみに電流が供給される。電流を供給されている左下の1給電部対応領域のみがグラデーション領域に囲まれた明状態となる。 As shown in FIGS. 5E to 5G, the power feeding section that gradually cuts off the current supply is gradually expanded in the lower left direction. In FIG. 5G, the current is supplied only to the lower left power feeding section of the lower left segment. Only the area corresponding to the lower left one feeding section to which the current is supplied is in a bright state surrounded by the gradation area.
図5Hに示すように、残る給電部の電流供給も切り、全給電部の電流供給を断ち、9セグメント領域全体を暗状態とする。このように、9セグメント領域を斜め下方向に暗状態を広げつつ、スイッチングすると、配光領域が滑らかに変化し、観察者に与える違和感を減少することができる。時分割スイッチング回路は1つのみを用いる場合に限らない。 As shown in FIG. 5H, the current supply of the remaining power supply units is also cut off, the current supply of all the power supply units is cut off, and the entire 9-segment region is made dark. In this way, when the 9-segment area is switched while extending the dark state obliquely downward, the light distribution area changes smoothly, and the uncomfortable feeling given to the observer can be reduced. The time division switching circuit is not limited to the case where only one is used.
図6A,6Bは2つ以上の時分割スイッチング回路を用いる駆動回路を示す等価回路図である。3×3セグメントを制御する場合を例とする。図6Aでは、2つの時分割スイッチング回路50−1,50−2で、それぞれ1.5行分のカソード配線を活性化する。2つの時分割スイッチング回路50−1,50−2を有効利用するように、アノード側配線も、A1〜A6と、A7〜A12の2組に分ける。図6Bでは、セグメントの各列に1つ、計3つの時分割スイッチング回路50−1,50−2,50−3を用いている。アノード側配線を列方向で連続とした場合を示しているが、各時分割スイッチング回路ごとに3組に分ければ、より高速動作に適する。 6A and 6B are equivalent circuit diagrams showing a drive circuit using two or more time-division switching circuits. Take the case of controlling 3 × 3 segments as an example. In FIG. 6A, the cathode wiring for 1.5 rows is activated by two time-division switching circuits 50-1 and 50-2, respectively. The anode side wiring is also divided into two sets of A1 to A6 and A7 to A12 so that the two time division switching circuits 50-1 and 50-2 are effectively used. In FIG. 6B, a total of three time-division switching circuits 50-1, 50-2, 50-3 are used, one for each column of segments. Although the case where the anode side wiring is continuous in the column direction is shown, it is suitable for higher speed operation if it is divided into three sets for each time division switching circuit.
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、GaN系発光ダイオードの代わりに、ZnO系発光ダイオードを用いてもよく、白色化方式は特定の方式に限定されるものではない。また、他の白色発光する発光ダイオード、例えばRGBを混ぜることで白を表現するものを用いてもよい。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ので、LEDはレーザを含む概念とする。 Although the embodiments have been described above, these do not limit the present invention. For example, a ZnO light emitting diode may be used instead of the GaN light emitting diode, and the whitening method is not limited to a specific method. Further, another light emitting diode that emits white light, for example, one that expresses white by mixing RGB may be used. The light emitting diode (LED) may be a semiconductor laser. Since the semiconductor laser is also a diode, the LED includes a laser.
図7A,7Bは、セグメント内に設定する領域を1方向(図では横方向)に並んだ4領域とする場合を示す。横方向のスイッチングのみを行う用途に適する。 7A and 7B show a case where the areas set in the segment are four areas arranged in one direction (horizontal direction in the figure). Suitable for applications that only perform lateral switching.
図7Aに示すように、各セグメントSEG内に、縦長の4つの区画AR1、AR2,AR3,AR4を横方向に配列する。例えば図7Bに示すように、4つの区画が形成する4つの発光ダイオードLED1,LED2,LED3,LED4のカソードを共通に接続し、アノードに独立して電流を供給できるアノード側給電部PA1,PA2,PA3,PA4を接続する。 As shown in FIG. 7A, four vertically long sections AR1, AR2, AR3, AR4 are arranged in the horizontal direction in each segment SEG. For example, as shown in FIG. 7B, anode-side power feeding parts PA1, PA2, which can connect the cathodes of four light emitting diodes LED1, LED2, LED3, and LED4 formed by four sections in common and can supply current independently to the anodes. Connect PA3 and PA4.
また、いずれの例でも区画を4つとしたが、区画の数はいくつであってもよい。 In any example, the number of sections is four, but the number of sections may be any number.
図7Cは、セグメントの形状を6角形とした場合を示す。たとえば、各セグメント当たり、6個、乃至3個の独立動作可能な給電部を接続する。平面を埋め尽くせるセグメントの形状としては他に3角形も可能である。 FIG. 7C shows a case where the segment shape is a hexagon. For example, six to three power supply units that can operate independently are connected to each segment. As the shape of the segment that can fill the plane, other triangles are possible.
図7Dは、3本のカソード側配線C1,C2,C3,3本のアノード側配線を設け、発光ダイオードセグメントの各給電部で、1つのカソード側配線、1つのアノード側配線を組み合わせる構成を示す概略図である。複数本のアノード側配線と複数本のカソード側配線を備え、アノード側配線とカソード側配線との組み合わせによって1つの給電部が特定される構成としてもよい。 FIG. 7D shows a configuration in which three cathode-side wirings C1, C2, C3, and three anode-side wirings are provided, and one cathode-side wiring and one anode-side wiring are combined in each power feeding portion of the light-emitting diode segment. FIG. A plurality of anode-side wirings and a plurality of cathode-side wirings may be provided, and one power feeding unit may be specified by a combination of the anode-side wiring and the cathode-side wiring.
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。 It will be apparent to those skilled in the art that other various modifications, improvements, combinations, and the like are possible.
Claims (8)
前記支持基板上に配置された複数の発光ダイオードセグメントを含む発光ダイオードアレイと、
前記発光ダイオードアレイに対する駆動回路と、
前記駆動回路の制御回路と、
を含み、
前記複数の発光ダイオードセグメントの各々は、連続した半導体積層を用いて構成され、異なる位置で独立に電流を注入できる、複数の給電構造を有し、
前記駆動回路は、前記複数の給電構造に独立に電流を供給でき、
前記制御回路は、所望の配光分布に基づいて、前記発光ダイオードセグメントの複数の給電構造に供給する電流を制御する、
発光ダイオード装置。 A support substrate;
A light emitting diode array including a plurality of light emitting diode segments disposed on the support substrate;
A driving circuit for the light emitting diode array;
A control circuit for the drive circuit;
Including
Each of the plurality of light emitting diode segments is configured using a continuous semiconductor stack, and has a plurality of power feeding structures capable of injecting current independently at different positions,
The drive circuit can supply current independently to the plurality of power feeding structures,
The control circuit controls a current supplied to a plurality of power feeding structures of the light emitting diode segment based on a desired light distribution.
Light emitting diode device.
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JP2017034231A (en) * | 2015-07-30 | 2017-02-09 | 日亜化学工業株式会社 | Light-emitting element and light-emitting device using the same |
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