JP2013165188A - 半導体発光装置、光源装置、画像形成装置及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化及び高光出力を実現することができる半導体発光装置及び光源装置、並びに、小型化かつ高光出力を実現することができる画像形成装置及び画像表示装置を提供する。
【解決手段】半導体発光装置（１０１）は、基板（１１２）と、基板の主表面（１１２ａ）上に配列され、それぞれがカソード電極（１１４）とアノード電極（１１３）とを持つ複数の半導体発光素子（１０３，１０４，１０５）と、複数の半導体発光素子の内の互いに隣接する半導体発光素子の一方（１０３，１０４）のカソード電極から、互いに隣接する半導体発光素子の他方（１０４，１０５）のアノード電極までを電気的に接続する薄膜配線層（１１６，１１７）とを有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体発光装置、光源装置、画像形成装置及び画像表示装置に関する。

ベアチップ状の発光ダイオード（ＬＥＤ）を実装した砲弾型のＬＥＤモジュールが実用化されている。図１は、砲弾型のＬＥＤモジュール１１の構造を概略的に示す縦断面図であり、図２及び図３は、ＬＥＤモジュール１１内のＬＥＤベアチップ１２の構造を概略的に示す平面図及び縦断面図である。図１〜図３に示されるように、ＬＥＤモジュール１１は、カソードリードフレーム１３と、カソードリードフレーム１３に備えられた反射カップ１４と、反射カップ１４内に透明接着樹脂１５によって固定されたＬＥＤベアチップ１２と、アノードリードフレーム１６と、ボンディングパッドとしてのカソード電極１７と、ボンディングパッドとしてのアノード電極１８と、カソードボンディングワイヤ１９と、アノードボンディングワイヤ２０と、レンズケース２１と、蛍光体２２とを主要な構成としている。

このようなＬＥＤモジュール１１では、光出力を増大させるときには、注入電流を増大させる。しかし、ＬＥＤモジュール１１を所定の範囲よりも大きい注入電流で使用した場合には、発生熱量が増大し、温度上昇に伴い内部量子効率が低下し、注入電流の増大に比例して光出力を増大させることができない。また、過度に大きな注入電流下でＬＥＤモジュール１１を発光させ続けた場合には、光出力の低下又はＬＥＤの破壊が生じることがある。

特許文献１には、注入電流を増加させずに光出力を増加させるために、１つの砲弾型のＬＥＤモジュール内に複数のベアチップ状ＬＥＤを実装する提案が記載されている。

特開２００２−１４１５５８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、複数のＬＥＤベアチップを実装基板上にダイボンディングし、その後、複数のＬＥＤベアチップのそれぞれにボンディングワイヤを結線することが必要であり、ＬＥＤベアチップ上にワイヤボンディング用のパッド電極（アノード電極又はカソード電極）を備える必要がある。一般的に、ボンディングワイヤ用のパッド電極のサイズは、１００［μｍ□］程度必要である。このため、特許文献１に記載の装置では、高密度実装を行うことができないという問題がある。

また、特許文献１に記載の装置では、発光部上にボンディングワイヤを結線するので、アノード電極により出力光が遮光され、光の取り出し効率が低下するという問題もある。

そこで、本発明の目的は、小型化及び高光出力を実現することができる半導体発光装置及び光源装置、並びに、小型化かつ高光出力を実現することができる半導体発光装置が適用された画像形成装置及び画像表示装置を提供することである。

本発明の一態様に係る半導体発光装置は、基板と、前記基板の主表面上に配列され、それぞれがカソード電極とアノード電極とを持つ複数の半導体発光素子と、前記複数の半導体発光素子の内の互いに隣接する半導体発光素子の一方のカソード電極から、前記互いに隣接する半導体発光素子の他方のアノード電極までを電気的に接続する薄膜配線層とを有することを特徴とする。

本発明の他の態様に係る光源装置は、実装部材と、前記実装部材上に設置された半導体発光装置とを有し、前記半導体発光装置は、基板と、前記基板の主表面上に配列され、それぞれがアノード電極とカソード電極とを持つ複数の半導体発光素子と、前記複数の半導体発光素子の内の互いに隣接する半導体発光素子の一方のカソード電極から、前記互いに隣接する半導体発光素子の他方のアノード電極までを電気的に接続する薄膜配線層とを有することを特徴とする。

本発明の他の態様に係る画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体に画像データに対応する光を照射して、前記像担持体上に静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像を現像して現像剤像を形成する現像装置とを有し、前記露光装置は、１次元方向に配列され、入力画像データに基づいて選択的に点灯する複数の発光画素を有し、前記複数の発光画素のそれぞれが、基板と、前記基板の主表面上に配列され、それぞれがアノード電極とカソード電極とを持つ複数の半導体発光素子と、前記複数の半導体発光素子の内の互いに隣接する半導体発光素子の一方のカソード電極から、前記互いに隣接する半導体発光素子の他方のアノード電極までを電気的に接続する薄膜配線層とを有することを特徴とする。

本発明の他の態様に係る画像表示装置は、１次元方向に配列され、入力画像データに基づいて選択的に点灯する複数の発光画素を有する半導体発光素子アレイ光源装置と、前記半導体発光素子アレイ光源装置からの光線を前記１次元方向に垂直な方向に走査する走査部と、前記光線が照射され、画像を表示する画像表示面とを有し、前記複数の発光画素のそれぞれが、基板と、前記基板の主表面上に配列され、それぞれがアノード電極とカソード電極とを持つ複数の半導体発光素子と、前記複数の半導体発光素子の内の互いに隣接する半導体発光素子の一方のカソード電極から、前記互いに隣接する半導体発光素子の他方のアノード電極までを電気的に接続する薄膜配線層とを有することを特徴とする。

本発明の他の態様に係る画像表示装置は、２次元方向に配列され、入力画像データに基づいて選択的に点灯する複数の発光画素を有する半導体発光素子アレイ光源装置を有し、前記複数の発光画素のそれぞれが、基板と、前記基板の主表面上に配列され、それぞれがアノード電極とカソード電極とを持つ複数の半導体発光素子と、前記複数の半導体発光素子の内の互いに隣接する半導体発光素子の一方のカソード電極から、前記互いに隣接する半導体発光素子の他方のアノード電極までを電気的に接続する薄膜配線層とを有することを特徴とする。

本発明の半導体発光装置及び光源装置によれば、装置の小型化及び高光出力を実現することができる。

本発明の画像形成装置によれば、露光装置の小型化及び高光出力を実現することができる。

本発明の画像表示装置によれば、装置の小型化及び表示画像を輝度の向上を実現することができる。

従来の砲弾型のＬＥＤモジュールを概略的に示す縦断面図である。 図１のＬＥＤモジュール内のＬＥＤベアチップを概略的に示す平面図である。 図１のＬＥＤモジュール内のＬＥＤベアチップを概略的に示す縦断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置としての砲弾型のＬＥＤモジュールのＬＥＤベアチップを概略的に示す平面図及びＬＥＤベアチップの等価回路図である。 図４（ａ）のＬＥＤベアチップをＳ５−Ｓ５線で切る断面形状を概略的に示す図である。 第１の実施形態に係る光源装置としての砲弾型のＬＥＤモジュールの構造を概略的に示す縦断面図である。 第１の実施形態の変形例に係る光源装置としてＬＥＤモジュールのＬＥＤベアチップを概略的に示す縦断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置としてのＬＥＤベアチップを概略的に示す平面図及びＬＥＤベアチップの等価回路図である。 本発明の第３の実施形態に係る光源装置を概略的に示す一部切り欠き平面図である。 第３の実施形態に係る光源装置を概略的に示す縦断面図である。 第３の実施形態に係る光源装置を備えた照明装置を概略的に示す一部切り欠き外観斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第３の実施形態の変形例に係る光源装置を概略的に示す平面図及び光源装置の等価回路図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第３の実施形態の変形例に係る光源装置を概略的に示す平面図及び光源装置の等価回路図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第３の実施形態の変形例に係る光源装置を概略的に示す平面図及び光源装置の等価回路図である。 図１４（ａ）をＳ１５―Ｓ１５線で切る断面形状を概略的に示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る光源装置としてのＬＥＤアレイ光源装置を概略的に示す平面図である。 本発明の第５の実施形態に係る画像形成装置としてのＬＥＤプリンタの構成を概略的に示す図である。 本発明の第６の実施形態に係る画像表示装置としてのヘッドマウントディスプレイの外観構成を概略的に示す斜視図である。 第６の実施形態に係る画像表示装置としてのヘッドアップディスプレイの内部構成を概略的に示す図である。 本発明の第７の実施形態に係る半導体発光装置のＬＥＤベアチップを概略的に示す平面図である。 図２０の半導体発光装置をＳ２１―Ｓ２１線で切る断面形状を概略的に示す図である。 第７の実施形態の変形例に係る半導体発光装置のＬＥＤベアチップの断面形状を概略的に示す図である。 第７の実施形態による複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ薄膜をＬＥＤアレイ光源装置に適用する素子構成を示す平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の第８の実施形態に係る画像表示装置が適用された携帯端末を示す外観斜視図である。 本発明の第９の実施形態に係る画像表示装置としてのヘッドアップディスプレイの構成を概略的に示す図である。 本発明の第１０の実施形態に係る画像表示装置としてのプロジェクタの構成を概略的に示す図である。

《１》第１の実施形態
《１−１》第１の実施形態の構成
図４（ａ），（ｂ）は、第１の実施形態に係る砲弾型のＬＥＤモジュール（光源装置）１００のＬＥＤベアチップ（半導体発光装置）１０１を概略的に示す平面図及び半導体発光装置１０１の等価回路図である。また、図５は、図４（ａ）のＬＥＤベアチップ１０１をＳ５−Ｓ５線で切る断面形状を概略的に示す図である。また、図６は、第１の実施形態に係る光源装置１００の構造を概略的に示す縦断面図である。

図４（ａ），（ｂ）、図５、及び図６に示されるように、半導体発光装置１０１は、基板１１２と、基板１１２の主表面１１２ａ上に備えられた、複数の半導体発光素子としてのＬＥＤ（＃１）１０３、ＬＥＤ（＃２）１０４、及びＬＥＤ（＃３）１０５と、薄膜配線層としてのジャンクション配線（＃１）１１６及びジャンクション配線（＃２）１１７とを有する。なお、本明細書において、括弧で囲われた番号記号「＃」付きの数字は、同一構造を持つ複数の構成要素を相互に区別するために付された識別用の番号である。

複数の半導体発光素子としてのＬＥＤ（＃１）１０３、ＬＥＤ（＃２）１０４、及びＬＥＤ（＃３）１０５は、基板１１２の主表面１１２ａ上に、例えば、１列に配列され、それぞれがアノード電極１０６及びカソード電極１１４を持つ。

薄膜配線層としてのジャンクション配線（＃１）１１６及びジャンクション配線（＃２）１１７は、１列に配列された複数のＬＥＤの内の互いに列方向に隣接するＬＥＤの一方のカソード電極から、互いに列方向に隣接するＬＥＤの他方のアノード電極までを電気的に接続する。このため、例えば、図４（ａ）及び図５に示されるように、複数の半導体発光素子の内の互いに隣接する半導体発光素子の一方のカソード電極（例えば、図５におけるＬＥＤ１０３のカソード電極１１４）と互いに隣接する半導体発光素子の他方のアノード電極（例えば、図５におけるＬＥＤ１０４のアノードコンタクト層１０７）電極とが、水平方向（基板の主表面に平行な方向）に隣接するように（高さ方向には離れていてもよい）、形成されることが望ましい。

なお、１列のＬＥＤの個数は、３個に限定されない。また、複数のＬＥＤは、複数行且つ複数列に２次元的に配列されたＬＥＤであってもよい。

図５に示されるように、複数のＬＥＤ１０３〜１０５を直列接続することによってＬＥＤベアチップ１０１が構成されている。ＬＥＤベアチップ１０１の層構成は、上層から順に、透明導電膜１０６、アノードコンタクト層１０７、アノードクラッド層１０８、発光層１０９、カソードクラッド層１１０、カソードコンタクト層１１１、絶縁成長基板１１２とすることができる。

なお、ＬＥＤ１０３〜１０５を構成する各々の半導体層は、公知の有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）及び分子線エピタキシー（ＭＢＥ）により形成することができる。

透明導電膜１０６は、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）又はＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）から形成することができる。

アノードコンタクト層１０７は、例えば、ｐ−ＧａＮから形成することができる。

アノードクラッド層１０８は、例えば、ｐ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）から形成することができる。

発光層１０９は、井戸層をＩｎ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０＜ｙ≦１）とし、障壁層をＩｎ_ｚＧａ_１−ｚＮ（０≦ｚ≦１）とする量子井戸を複数層積層することより成る多重量子井戸（ＭＱＷ）構造とすることができる。

カソードクラッド層１１０は、ｎ−Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ｎ（０≦ｘ１≦１）から形成することができる。

カソードコンタクト層１１１は、ｎ−ＧａＮから形成することができる。

また、基板１１２は、絶縁成長基板、例えば、サファイア基板とすることができる。

半導体発光装置１０１は、以下のように形成することができる。先ず、基板１２上に、カソードコンタクト層１１１、カソードクラッド層１１０、発光層１０９、アノードクラッド層１０８、アノードコンタクト層１０７、及び透明導電膜１０６からなる多層構造に対して、ドライエッチングを施し、透明導電膜１０６からカソードクラッド層１１０まで、カソードコンタクト層１１１表面が露出する深さまで掘り下げることにより、発光部１１３を形成する。

次に、ドライエッチングにより形成されたＬＥＤ１０３〜１０５における発光部１１３が、別々の島になるように、カソードコンタクト層１１１を基板１１２の深さまで完全にドライエッチングにより掘り下げる。このようにして基板１１２上に、各ＬＥＤ１０３〜１０５を電気的に独立な素子として形成する。

次に、例えば、公知の化学気相成長法（ＣＶＤ）又はスパッタ法により成膜可能なＳｉＮ、ＳｉＯ_２、又はＡｌ_２Ｏ_３から成る層間絶縁膜１１５を、上記ＬＥＤ構造の表面に成膜した後、各発光部上、さらには、カソードコンタクト層１１１上面を露出させるように層間絶縁膜１１５をＣＦ_４によるドライエッチング、又は、ＨＦ又は熱燐酸によるウェツトエッチングによりパターニングする。そして、露出させたカソードコンタクト層１１１上に、Ｔｉ／Ａｌ（チタン及びアルミニウムの積層層）、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ（チタン、アルミニウム、ニッケル、金の積層層）などから成るカソード電極１１４を、リソグラフィー技術と蒸着法、又は、リソグラフィー技術とスパッタ法を組み合わせることによりパターニング形成する。

次に、ＬＥＤ（＃１）１０３におけるカソード電極１１４とＬＥＤ（＃２）１０４における透明導電膜１０６を連結するためのジャンクション配線（＃１）１１６、及びＬＥＤ（＃２）１０４におけるカソード電極１１４とＬＥＤ（＃３）１０５における透明導電膜１０６を連結するためのジャンクション配線（＃２）１１７を、Ａｕ又はＡｌを主成分とするメタル材料を用いて、リソグラフィー技術と蒸着法により、又は、リソグラフィー技術とスパッタ法によってパターニング形成する。そして、ジャンクション配線（＃１）１１６及びジャンクション配線（＃２）１１７の形成に併せて、ＬＥＤ（＃１）１０３における透明導電膜１０６と結線されワイヤボンディング可能なサイズのアノード電極パッド１１８を層間絶縁膜１１５上に形成する。また、ＬＥＤ（＃３）１０４におけるカソード電極１１４と結線されワイヤボンディング可能なサイズのカソード電極パッド１１９も層間絶縁膜１１５上に形成する。

上記のようにして得られた、直列接続された複数のＬＥＤを、ウェハ状態からダイシング、又は、劈開などを経てベアチップ状とすることにより、第１の実施形態による複数のＬＥＤが直列接続されたＬＥＤベアチップ１０１を作製することができる。上記により得られる複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤベアチップ１０１を、図４（ａ），（ｂ）、図５、及び図６に示されるように、鉄、又は、鉄と銅の合金から成るカソードリードフレーム１２０上に形成された反射カップ１２１内に、例えば、エポキシ又はシリコーンなどの透明接着樹脂１２７を用いて実装する。カソードリードフレーム１２０は、反射カップ１２１における反射効率を高めるために高反射材料であるＡｇを表面にメッキ処理することができる。

アノードリードフレーム１２２と、複数のＬＥＤを直列接続することによって形成されたＬＥＤベアチップ１０１におけるアノード電極パッド１１８とを、アノードボンディングワイヤ１２３を用いたボンディング工程により結線し、カソードリードフレーム１２０と複数のＬＥＤを直列接続することによって形成されたＬＥＤベアチップ１０１におけるカソード電極パッド１１９とを、カソードボンディングワイヤ１２４を用いたボンディング工程により結線する。

そして、光源装置１００を白色光源装置として用いる場合、複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤベアチップ１０１として青色発光ＬＥＤを用い、蛍光体１２５としてＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体を反射カップ１２１内に充填することにより、青色発光の一部をＹＡＧ蛍光体により黄色発光に変更し、青色発光と黄色発光の合成色により白色発光を得ることができる。また、複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤベアチップ１０１として紫外発光ＬＥＤを用いた場合、蛍光体１２５として三波長蛍光体を反射カップ１２１内に充填することにより、白色光へと変換することができる。なお、蛍光体１２５を反射カップ１２１内に充填する方法としては、ディスペンスにより充填する方法がある。

そして、複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤベアチップ１０１を実装したカソードリードフレーム１２０、又は、アノードリードフレーム１２２を封止するように、例えば、エポキシ樹脂からなるレンズケース１２６を、外周に形成して砲弾型の光源装置１００を作製する。

図７は、第１の実施形態の変形例に係る半導体発光装置としてＬＥＤモジュール１００のＬＥＤベアチップを概略的に示す縦断面図である。複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤベアチップ１０１は、窒化物系材料からなる例を示したが、この複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤベアチップ１０１は、ＧａＡｓ系材料により構成することもできる。以下に、変形例を説明する。

半導体層以外の構成に関しては、基本構成と同様である。変形例における基本構成と異なる点は、半導体層の構成である。透明導電膜１２７、アノードコンタクト層１２８、アノードクラッド層１２９、発光層１３０、及びカソードクラッド層１３１から成る発光部１３２とカソードコンタクト層１３３までの層構造は、基本構成と同様であるが、その下にアイソレーション層１３４が形成されており、成長基板は、半導体成長基板１３５である。

なお、上記半導体層は、基本構成（図５）と同様に、公知のＭＯＣＶＤ及びＭＢＥにより成長することができる。そして、透明導電膜１２７は、ＩＴＯ又はＩＺＯから形成することができる。アノードコンタクト層１２８は、ｐ−ＧａＰから形成することができる。また、アノードクラッド層１２９は、ｐ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）から形成することができる。また、発光層１３０は、井戸層を（Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙ）_ｙ１Ｉｎ_１−ｙ１Ｐ（Ｃ≦ｙ，ｙ１≦１，ｙ＋ｙ１＝１）とし、障壁層を（Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚ）_ｚ１Ｉｎ_１−ｚ１Ｐ（０≦ｚ，ｚ１≦１，ｚ＋ｚ１＝１）とする量子井戸を複数層積層することより成るＭＱＷ構造とし、カソードクラッド層１３１は、ｎ−Ａｌ_ｗ２Ｇａ_１−ｗＡｓ（０≦ｗ≦１）とし、カソードコンタクト層１３３は、ｎ−ＧａＡｓとすることができる。アイソレーション層１３４は、例えば、ｐ−Ａｌ_ｕＧａ_１−ｕＡｓ（０≦ｕ≦１）とすることができる。半導体成長基板１３５は、ｎ型、又は、ｐ型のＧａＡｓ基板とすることができる。

《１−２》第１の実施形態の動作
第１の実施形態において、複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤベアチップ１０１を実装した砲弾型の光源装置１００を動作させるためには、アノードリードフレーム１２２とカソードリードフレーム１２０を、外部実装基板上に設けるアノード配線、又は、カソード配線の出力端子と結線する。そして、外部実装回路より、アノードリードフレーム１２２へ電流を注入することにより、アノードボンディングワイヤ１２３を介して複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤベアチップ１０１におけるＬＥＤ（＃１）１０３に電流が注入される。第１の実施形態による複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤベアチップ１０１では、各ＬＥＤ（＃１〜＃３）１０３〜１０５は、絶縁成長基板上に形成されているため、又は、半導体成長基板１３５上にアイソレーション層１３４を介して形成しているため電気的に独立した層構造を成している。そのため、ＬＥＤ（＃１）１０３に注入された電流は、ＬＥＤ（＃１）を発光させた後、ジャンクション配線（＃１）１１６によりＬＥＤ（＃）１と直列に接続されているＬＥＤ（＃２）１０４に注入され、ＬＥＤ（＃２）１０４を発光させる。さらに、ＬＥＤ（＃２）１０４を発光させた電流は、ジャンクション配線（＃２）１１７によりＬＥＤ（＃２）１０４と直列に接続されているＬＥＤ（＃３）１０５に注入され、ＬＥＤ（＃３）１０５を発光させる。そして、ボンディングワイヤ（＃２）１２４を介してカソードリードフレーム１２０へ電流が掃引され、外部実装基板上に設けられるカソード端子へ電流が掃引される。すなわち、従来技術に示した砲弾型のＬＥＤモジュールと同量の注入電流に対して、第１の実施形態で示した例においては、３倍の光出力を得ることができる。

《１−３》第１の実施形態の効果
第１の実施形態による複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤベアチップ１０１は、リソグラフィー技術により形成可能な高精細、かつ高精度パターニングが可能なジャンクション配線（＃１）１１６及び（＃２）１１７により、複数のＬＥＤ（＃１〜＃３）１０３〜１０５を直列接続することができる。そのため、従来技術では、ベアチップＬＥＤを直列接続する際に必要であった比較的大きなボンディングパッドを各ＬＥＤに設ける必要がなくなるため、チップサイズを大幅にシュリンクすることができる。

また、複数の半導体発光素子が同一チップ上に直列接続された構成であることから、ダイボンディング、又は、ワイヤボンディングの回数を大幅に削減することができ、実装プロセスを大幅に簡略化することができる。

また、上記ワイヤボンディング、ダイボンディングの観点から、各ＬＥＤ１０３〜１０５の間隔を従来技術よりも大幅に狭めることが可能となり、高密度実装が可能となる。そのため、より多くの半導体発光素子を反射カップ内に実装することが可能となる。そのため、従来と同じサイズの砲弾型のＬＥＤモジュールにおいても、より高出力な特性有する砲弾型の光源装置１００を作製することが可能となる。

また、上記のように高密度実装が可能となることから実装領域を集中させることができ、レンズケース１２６により集光するポイントに対して大きくずれない位置に複数のＬＥＤを高密度実装が可能となる。その結果、配光特性を損なわず、かつ高出力特性を備える砲弾型の光源装置１００の作製が可能となる。

さらに、発光部上に設けるアノード電極上に直接、ワイヤボンディングを結線する必要がなくなるため、外部取り出し効率を落とすことなく従来と比較して高出力特性を備える砲弾型の光源装置１００を作製することが可能となる。

第１の実施形態による複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤベアチップ１０１を用いることにより、高出力特性を有し、かつ小型の砲弾型のＬＥＤモジュールを創出することが可能となる。

《２》第２の実施形態
《２−１》第２の実施形態の構成及び動作
図８（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施形態に係るＬＥＤベアチップ２０１（半導体発光装置としての）を概略的に示す平面図及びＬＥＤベアチップ２０１の等価回路図である。第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、同一の絶縁基板、又は、アイソレーション層を介した半導体基板上に、複数のＬＥＤ（＃１〜＃９）２０２〜２１０を形成することにより、各ＬＥＤ（＃１〜＃９）２０２〜２１０は、半導体層を介して電気的に分離された状態である。そして、第２の実施形態では、第１の実施形態と異なり、複数の半導体発光素子（＃１〜＃９）２０２〜２１０が全て直列に接続されているのではなく、複数の直列接続された列を並列接続するように構成している。

製造に際しては、先ず、第１の実施形態と同様に、ＬＥＤ（＃１〜＃３）２０２〜２０４、及びＬＥＤ（＃４〜＃６）２０５〜２０７、さらに、ＬＥＤ（＃７〜＃９）２０８〜２１０をジャンクション配線２１１により直列接続する。そして、アノード電極パッド２１２をＬＥＤ（＃１）２０２、ＬＥＤ（＃４）２０５、及び（＃７）２０８における発光部上に形成されている透明導電膜２１３と結線する。さらに、カソード電極パッド２１４をＬＥＤ（＃３）２０４、ＬＥＤ（＃６）２０７、及びＬＥＤ（＃９）２１０上に形成されているカソード電極２１５と結線する。このようにして複数のＬＥＤ（＃１〜＃９）２０２〜２１０を直列、及び並列接続に結線したＬＥＤベアチップ２０１を作製することができる。

なお、直列かつ並列接続したＬＥＤベアチップ２０１は、第１の実施形態と同様に、窒化物系半導体により構成することも可能であり、ＧａＡｓ系半導体により構成することも可能である。

また、第２の実施形態による複数直列並列接続ＬＥＤベアチップ２０１を、第１の実施形態と同様に、砲弾型のＬＥＤモジュール内に実装することができる。

《２−２》第２の実施形態の効果
第２の実施形態による複数直列並列接続ＬＥＤベアチップ２０１を、砲弾型のＬＥＤモジュール内に実装することにより、第１の実施形態と同様に、従来技術によるベアチップＬＥＤを直列接続する際に必要となる比較的大きなボンディングパッドを、各ＬＥＤに設ける必要がないため、チップサイズを大幅にシュリンクすることができる。

また、複数のＬＥＤ２０２〜２１０が同一チップ上に直列、又は、並列接続された形態で形成されていることから、ダイボンディング又はワイヤボンディングの回数を大幅に削減することができ、実装プロセスを大幅に簡略化することができる。
また、上記ワイヤボンディング、ダイボンディングの観点から、各ＬＥＤ間を従来技術よりも大幅に狭めることが可能となることから高密度実装が可能となる。そのため、より多くの半導体発光素子を反射カップ内に実装することが可能となる。そのため、従来と同じサイズの砲弾型のＬＥＤモジュールにおいても、より高出力な砲弾型のＬＥＤモジュールを作製することが可能となる。

また、上記のように高密度実装が可能となることから実装領域を集中させることができ、レンズケースにより集光するポイントに対して大きくずれない位置に複数のＬＥＤを高密度実装が可能となる。その結果、配光特性を損なわず、かつ高出力特性を備える砲弾型のＬＥＤモジュールの作製が可能となる。

さらに、発光部上に設けるアノード電極上に直接、ワイヤボンディングを結線する必要がなくなるため、外部取り出し効率を落とすことなく従来と比較して高出力特性を備える砲弾型のＬＥＤモジュールを作製することが可能となる。

そして、第２の実施形態のように直列接続の他に、並列接続を併せることにより、直列接続されている１つのＬＥＤが不良によりオープンになる故障状態を生じたとしても、並列接続されている他のラインを発光させることができ、砲弾型のＬＥＤモジュール全体として不点灯となる故障状態を防ぐことができる。

第２の実施形態による複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤベアチップを用いることにより、高出力特性を有し、かつ小型の砲弾型モジュールを創出することが可能となる。また、直列接続、並列接続を組み合わせた第２の実施形態による形態を用いることにより、不点灯となる故障確率を大幅に低減することができる。

《３》第３の実施形態
《３−１》第３の実施形態の構成及び動作
図９は、第３の実施形態に係る光源装置３０１を概略的に示す一部切り欠き平面図である。図１０は、第３の実施形態に係る光源装置３０１を概略的に示す縦断面図である。図１１は、第３の実施形態に係る光源装置を備えた照明装置（ＬＥＤ電球）を概略的に示す一部切り欠き外観斜視図である。また、図１２（ａ）及び（ｂ）は、第３の実施形態の変形例に係る光源装置を概略的に示す平面図及び光源装置の等価回路図である。また、図１３（ａ）及び（ｂ）は、第３の実施形態の変形例に係る光源装置を概略的に示す平面図及び光源装置の等価回路図である。さらに、図１４（ａ）及び（ｂ）は、第３の実施形態の変形例に係る光源装置を概略的に示す平面図及び光源装置の等価回路図である。また、図１５は、図１４（ａ）をＳ１５―Ｓ１５線で切る断面形状を概略的に示す図である。

ＬＥＤ照明装置３００は、図１１に示すように、光源装置３０１を実装する実装基板３０３が、点灯回路カバー３０４上部に設置される。そして、光源装置３０１を駆動するための回路を点灯カバー３０４内に設置する。そして、点灯カバー３０４の下側には、口金３０５が形成される。そして、光源装置３０１から放射される光を散乱効果により柔らかで、かつ配光角が広い放射光にするためのグローブ３０６が光源装置３０１上方に形成される。

第３の実施形態による半導体発光装置をＬＥＤ照明用の光源装置として適用した事例を示す前に、従来技術による光源装置の基本構成を図１２（ａ）及び（ｂ）、図１３（ａ）及び（ｂ）、図１４（ａ）及び（ｂ）、図１５を用いて説明する。

先ず、従来技術による光源装置３０１は、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とするメタルコア３０７の表裏をアルマイト層（＃１）３０８及びアルマイト層（＃２）３０９でコーティングし、さらに、その表面側に絶縁層及び接着層３１０をコーティングした上に、銅箔から成るアノード電極接続パッド３１１、カソード電極接続パッド３１２、さらには、発光領域裏面反射メタル３１３を形成したものを実装基板３１４として用いる。なお、アノード電極接続パッド３１１、カソード電極接続パッド３１２は、ワイヤボンディングの密着強度を高めるために、Ａｕメッキ処理することもできる。また、発光領域裏面反射メタル３１３は、反射効率を高めるためにＡｇメッキ処理することもできる。さらに、複数のＬＥＤベアチップが実装される外周には、例えば、エポキシ樹脂をディスペンスすることにより形成することができる高さが約１［ｍｍ］のバンク３１５を形成する。

実装基板３１４上に、最表面に透明導電膜を形成する発光部３１６と、この発光部３１６上に設けたアノード電極パッド３１７、さらには、カソードコンタクト層３１８上に形成するカソード電極パッド３１９から成るＬＥＤベアチップ３２０を発光領域裏面反射メタル３１３上に透明接着樹脂３２１を用いて複数個実装する。そして、複数のＬＥＤベアチップ３２０間をボンディングワイヤ（＃２）３２２を用いて１系統の直列接続となるように結線する。そして、直列接続されたＬＥＤベアチップ３２０の先頭のＬＥＤベアチップにおけるアノード電極パッド３１７とアノード電極接続パッド３１１をボンディングワイヤ（＃１）３２３を用いて結線する。さらに、直列接続された最後尾のＬＥＤベアチップ３２０とカソード電極接続パッド３１２をボンディングワイヤ（＃３）３２４を用いて結線する。このようにして複数のＬＥＤベアチップ３２０全てがボンディングワイヤ（＃１）から（＃３）３２３，３２２，３２４を介して、アノード電極接続パッド３１１からカソード電極接続パッド３１２まで直列接続された構成となる。最後にＶＡＧ蛍光体、又は、三波長蛍光体などの蛍光体３２５を、バンク３１５内をディスペンスすることにより光源装置３０１を作製することができる。

図１３（ａ）及び（ｂ）では、図１２（ａ）及び（ｂ）に示した例と異なり、ＬＥＤベアチップを直列接続した系統を複数設けておき、複数の系統の先頭に位置するＬＥＤベアチップ３２０におけるアノード電極パッド３１７とアノード電極接続パッド３１１をボンディングワイヤ（＃１）３２３で結線し、前記複数の系統の最後尾に位置するＬＥＤベアチップ３２０におけるカソード電極パッド３１９とカソード電極接続パッド３１２をボンディングワイヤ（＃３）３２５で結線することにより、直列接続された複数の系統を並列接続する構成を有している。

そして、第１及び２の実施形態による半導体発光素子構成を光源装置３０１として用いた適用事例を図９及び図１０に示す。実装基板３１４に関しては、図１２（ａ）及び（ｂ）及び図１３（ａ）及び（ｂ）、図１４（ａ）及び（ｂ）に示した例と同じ構成とすることができる。そして、実装基板３１４における発光領域裏面反射メタル３１３上に、第３の実施形態による複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤベアチップ３２７を透明接着樹脂３２１により複数個実装する。ここでは、直列数５個の複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤベアチップ３２７を５個実装した例を示す。複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤベアチップ３２７の構成は、第１及び２の実施形態に記載した構成と同様であり、複数のＬＥＤが絶縁基板、又は、アイソレーション層を介した半導体成長基板上に形成されることにより、電気的に独立した層構成となっている。そして、各ＬＥＤは、ジャンクション配線３２８を用いて直列接続することにより、複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤベアチップ３２７を構成する。そして、複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤベアチップ３２７上に設けるアノード電極パッド３２９と実装基板３１４上に設けるアノード電極接続パッド３１１をボンディングワイヤ（＃１）３２３を用いて結線する。さらに、複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤベアチップ３２７上に設けるカソード電極パッド３３０と実装基板３１４上に設けるカソード電極接続パッド３１２をボンディングワイヤ（＃３）３２４を用いて結線する。そして、実装基板３１４上に予め設けられたバンク３１５内に、ディスペンスにより蛍光体３２５を注入することにより、光源装置３０１を構成する。なお、図９では、直列接続された複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤベアチップ３２７を並列接続する例を示したが、各複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤベアチップ３２７を、ボンディングワイヤを用いて、直列接続し１系統とすることもできる。

次に、図１４（ａ），（ｂ）に第３の実施形態における変形例による光源装置３０１を示す。この変形例では、第３の実施形態における基本構成と同様に、複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤベアチップ３２７を並列接続する例を構成しているが、基本構成と異なる点は、中継電極パッド３３１を設けることにより、上記の複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤベアチップ３２７を並列接続するユニットを複数、直列に接続している構成を成していることである。

《３−２》第３の実施形態の効果
第１及び２の実施形態に記載する複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ構成、又は、複数のＬＥＤを直列並列に接続することによってＬＥＤ構成を、図９及び図１０に記載する光源装置３０１として適用することにより、複数のＬＥＤを限られた領域内に高密度実装することが可能となる。そのため、光源装置３０１自体を小型化することができるため、従来と同等の光出力を有するＬＥＤ照明を小型化することができる。さらに、限られた領域内により多くのＬＥＤを集積することができるため、より高出力な光源装置３０１を創出することができる。

また、複数のＬＥＤをリソグラフィー技術により形成可能なジャンクション配線３２８により同一チップ上に形成した複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤベアチップ３２７を用いることにより、ダイボンディング、並びにワイヤボンディングの回数を大幅に減らすことができ、実装コストを大幅に簡略化することができる。

また、図１１に示すように直列接続の他に、並列接続を組み合わせることにより、１つの素子が不具合によりオープンになった場合においても、光出力がゼロにならず、光出力の変動を抑えることができる。

《４》第４の実施形態
《４−１》第４の実施形態の構成及び動作
図１６は、本発明の第４の実施形態に係る光源装置としてのＬＥＤアレイ光源装置４０２を概略的に示す平面図である。

第４の実施形態においては、半導体発光素子は、第１及び２の実施形態と同様に、窒化物系材料、又は、ＧａＡｓ系材料により構成することができる。そして、ここでは、一例として半導体発光素子の直列数を３とする複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ画素４０１を１画素としたＬＥＤアレイ光源装置４０２を示す。そして、複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ画素４０１は、その先頭に位置するＬＥＤにおける透明導電膜を最表面とする発光部４０３とワイヤボンディング可能なサイズのアノード電極パッド４０４を結線し、このアノード電極パッド４０４を素子端近傍に形成する。そして、複数の複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ画素４０１の最後尾に位置するＬＥＤのカソード電極４０５とカソード共通電極パッド４０６を結線し、このカソード共通電極パッド４０６をアノード電極パッド４０４とは、反対に位置する素子端近傍に形成する。このようにして第３の実施形態による複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ画素４０１を１次元アレイ状に複数有するＬＥＤアレイ光源装置４０２を構成する。

そして、ＬＥＤアレイ光源装置４０２を駆動するための駆動回路におけるアノード出力端子とＬＥＤアレイ光源装置４０２におけるアノード電極パッド４０４をボンディングワイヤを用いて結線し、駆動回路におけるカソード出力端子とＬＥＤアレイ光源装置４０２におけるカソード共通電極パッド４０６をボンディングワイヤを用いて結線する。

第４の実施形態によるＬＥＤアレイ光源装置４０２の動作方法は、外部駆動回路におけるアノード出力端子から、発光させる複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ画素４０１に対して電流を注入し、カソード共通電極パッド４０６と接続されている駆動回路におけるカソード出力端子から電流を掃引することにより動作する。

《４−２》第４の実施形態の効果
第４の実施形態によるＬＥＤアレイ光源装置４０２は、画素として複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ画素４０１を用いているため、従来と同様の電流値に対して、直列接続したＬＥＤの数に比例して光出力を増大することができる。

また、第４の実施形態による複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ画素４０１は、リソグラフィー技術により形成可能なジャンクション配線により結線することができるため、ドットサイズを大きくすることなく、高密度な直列接続実装を可能とする複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ画素４０１を形成することができる。このため、高精細なＬＥＤアレイ光源装置４０２を作製することができる。

第４の実施形態による複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ画素をＬＥＤアレイ光源装置に用いることにより、複数の半導体発光素子を直列接続することにより形成する複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ画素を高精細に形成することが可能となる。そのため、高精細な画像形成を可能とし、かつ従来と同等の電流値を注入した場合において、より高光出力特性有する１次元ＬＥＤアレイを創出することが可能となる。

《５》第５の実施形態
《５−１》第５の実施形態の構成
図１７は、第５の実施形態に係る画像形成装置としてのＬＥＤプリンタの構成を概略的に示す図である。図１７は、第４の実施形態に記載によるＬＥＤアレイ光源装置をＬＥＤプリンタ５０１に適用した例を示している。図１７に示すように、ＬＥＤプリンタ５０１は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、及びブラック（Ｋ）の各色の画像を、電子写真方式を用いて形成する４つのプロセスユニット５０２〜５０５を有している。プロセスユニット５０２〜５０５は、記録媒体５０６の搬送経路５０７に沿ってタンデムに配置されている。各プロセスユニット５０２〜５０５は、像担持体としての感光体ドラム５０８と、感光体ドラム５０８の周囲に配置され、感光体ドラム５０８の表面を帯電させる帯電装置５０９と、帯電された感光体ドラム５０８の表面に選択的に光を照射して静電潜像を形成する露光装置５１０とを有している。露光装置５１０は、第４の実施形態に記載のＬＥＤアレイ光源装置を適用している。

ＬＥＤプリンタ５０１は、静電潜像が形成された感光ドラム５０８の表面にトナーを搬送する現像装置５１１と、感光体ドラム５０８の表面に残留したトナーを除去するクリーニング装置５１２とを有している。なお、感光体ドラム５０８は、駆動源及びギヤ等からなる駆動機構によって矢印方向に回転する。また、ＬＥＤプリンタ５０１は、紙等の記録媒体５０６を収納する用紙カセット５１３と、記録媒体５０６を１枚ずつ分離させ搬送するためのホッピングローラ５１４とを有している。ホッピングローラ５１４の記録媒体５０６搬送方向下流には、ピンチローラ５１５，５１６と、記録媒体５０６を挟み付け、ピンチローラ５１５，５１６とともに、記録媒体５０６の斜行を修正してプロセスユニット５０２〜５０５に搬送するレジストローラ５１７，５１８が備えられている。ホッピングローラ５１４及びレジストローラ５１７，５１８は、駆動源からの駆動力を受けて回転する。

ＬＥＤプリンタ５０１は、感光体ドラム５０８に対向配置された転写ローラ５１９を有している。転写ローラ５１９は、半導電性のゴム等から構成されている。感光体ドラム５０８上のトナー像を記録媒体５０６上に転写させるように、感光体ドラム５０８の電位と転写ローラ５１９の電位が設定されている。また、ＬＥＤプリンタ５０１は、記録媒体５０６を排出するための排出ローラ５２０，５２１及び５２２，５２３が備えられている。

《５−２》第５の実施形態の動作
用紙カセット５１３に積載された記録媒体５０６は、ホッピングローラ５１４により１枚ずつ分離され搬送される。記録媒体５０６は、レジストローラ５１７，５１８及びピンチローラ５１５，５１６を通過してプロセスユニット５０２〜５０５の順に通過する。各プロセスユニット５０２〜５０５において、記録媒体５０６は、感光体ドラム５０８と転写ローラ５１９の間を通過して、各色のトナー像が順に転写され、定着装置５２４によって加熱及び加圧されて各色のトナー像が記録媒体５０６に定着される。その後、記録媒体５０６は、排出ローラ５２０，５２１及び５２２，５２３によってスタッカ５２５に排出される。

《５−３》第５の実施形態の効果
ＬＥＤプリンタ５０１の露光装置５１０として、第４の実施形態に記載のＬＥＤアレイ光源装置を、適用することにより、従来と同じ注入電流に対して輝度の高い露光装置５１０を提供することができる。そのため、潜像時間を短くすることができ、ＬＥＤプリンタ５０１の印字速度を速くすることが可能になる。

また、ＬＥＤプリンタ５０１の露光装置５１０として、第４の実施形態に記載の複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ画素を有するＬＥＤアレイ光源装置を用いることにより、ＬＥＤプリンタ５０１の印字速度くするだけでなく、高精細な印字が可能となる。

《６》第６の実施形態
《６−１》第６の実施形態の構成及び動作
図１８は、第６の実施形態に係る画像表示装置としてのヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）の外観構成を概略的に示す斜視図である。図１８には、第４の実施形態によるＬＥＤアレイ光源装置をヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）のＨＭＤ画像表示ユニット６０１に適用した場合が例示されている。ＨＭＤ装置６０２内には、ＨＭＤ画像表示ユニット６０１が設置される。このＨＭＤ画像表示ユニット６０１から出射されるスキャニング像を、このＨＭＤ画像表示ユニット６０１前方に設置した反射面６０３を介してこの反射面６０３前方に正立し、かつ拡大された虚像による表示像６０４を形成する。なお、上記反射面を非透過型とすることにより非透過型ＨＭＤとすることができ、上記反射面をハーフミラーとすることにより光学透過型ＨＭＤとすることができる。

図１９は、第６の実施形態に係る画像表示装置としてのＨＭＤの内部構成を概略的に示す図である。光源装置として第４の実施形態に記載のＬＥＤアレイ光源装置６０５を用い、その上方に配置する走査ミラー６０６により１次元画像をスキャニングさせ、２次元画像を作り出す。そして、走査ミラー６０６により反射された光線の先に凸レンズ６０７を配置する。なお、走査ミラー６０６と凸レンズ６０７の位置関係は、凸レンズ６０７の前焦点距離内に走査ミラー６０６を配置し、その距離を調整することにより所望の倍率を作り出す。

上記のように走査ミラー６０６と凸レンズ６０７をＨＭＤ画像表示ユニット６０１内に設置することにより、凸レンズ６０７からレンズ後方へ出射される光線は、レンズ後方からみて拡大された正立虚像を形成する光線となる。この光線を、反射面６０３を介して使用者の目６０９に向けて反射させることにより、反射面６０３前方に拡大された虚像による表示像６０４を形成する。なお、図１９では、拡大された正立虚像を形成するために凸レンズ６０７を用いたが、ターニングミラーとしても機能させることを目的とし、凹面鏡を用いることもできる。

《６−２》第６の実施形態の効果
第４の実施形態によるＬＥＤアレイ光源装置をＨＭＤ画像表示ユニットとして適用することにより、従来のＬＥＤアレイ光源装置と比較して解像度を落とすことなく、従来と同等の電流値を注入した場合においても光出力を大幅に増大させることができる。

《７》第７の実施形態
《７−１》第７の実施形態の構成及び動作
図２０は、第７の実施形態に係る半導体発光装置のＬＥＤベアチップを概略的に示す平面図である。図２１は、図２０の半導体発光装置をＳ２１―Ｓ２１線で切る断面形状を概略的に示す図である。図２０及び図２１は、複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ薄膜７０１を用いたＬＥＤベアチップ７０２の構成を示す。また、図２２は、第７の実施形態の変形例に係る半導体発光装置のＬＥＤベアチップの断面形状を概略的に示す図である。図２２は、図２０におけるＳ２１−Ｓ２１線で切る断面の他の例を示す。また、図２３は、第７の実施形態によるＬＥＤ薄膜７０１をＬＥＤアレイ光源装置７０３に適用する素子構成を示す平面図である。

先ず、図２０、図２１及び図２２を用いて第７の実施形態によるＬＥＤ薄膜７０１の構成と、このＬＥＤ薄膜７０１を用いるＬＥＤベアチップ７０２の構成を説明する。複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ薄膜７０１は、第１及び２の実施形態と同様に、窒化物系半導体材料、又は、ＧａＡｓ系半導体材料により構成することができる。窒化物系半導体材料により構成する場合を図２１に示し、ＧａＡｓ系半導体材料により構成する場合を図２２に示す。

図２１及び図２２に示すＬＥＤ薄膜７０１は、第１及び２の実施形態と同様に、リソグラフィー技術により形成可能なジャンクション配線７０４により直列接続、又は、直列及び並列に接続する。そして、図２１における絶縁ボンディング層７０５、図２２における半導体ボンディング層７０６より上層の発光部７０７、カソードコンタクト層７０８は、全て、第１及び２の実施形態と同様とすることができる。

図２１におけるＬＥＤ薄膜７０１は、例えば、基板厚が約４００［μｍ］以上の厚さから成るサファイア基板を裏面方向から絶縁ボンディング層７０５を数［ｎｍ］残す膜厚になるまで研磨することにより得ることができる。望ましくは、ＬＥＤ薄膜７０１は、トータル膜厚が５［μｍ］以下の薄膜とする。絶縁ボンディング層７０５は、絶縁材料から構成することから、各発光部は、それぞれ電気的に独立した層構成となる。

図２２における複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ薄膜７０１は、例えば、半導体ボンディング層７０６とＬＥＤ層構造を、その上で成長させるための半導体成長基板との間に、選択的にエッチング可能な犠牲層を予めエピタキシャル成長しておき、この犠牲層を選択的にエッチング可能なエッチャントを用いてエッチングすることにより成長基板から剥離することができる。犠牲層としては、例えば、ＡｌＡｓ層を用いることができ、エッチャントとしては、ＨＦなどを用いることができる。半導体ボンディング層７０６の上層には、各ＬＥＤとの間にアイソレーション層７０７を形成することにより、各ＬＥＤが電気的に独立した層構成となる。アイソレーション層７０７は、第１の実施形態の場合と、同様の材料により構成する。

図２１及び図２２における絶縁ボンディング層７０５及び半導体ボンディング層７０６の表面ラフネスとしては、典型的なピークと谷の凹凸差として定義するＲｐｖが２［ｎｍ］以下であることが望ましい。

そして、ＬＥＤ薄膜７０１は、絶縁ボンディング層７０５又は半導体ボンディング層７０６を、集積基板７０９上に成膜された絶縁コーティング膜７１０上に分子間力接合を用いて集積する。なお、絶縁コーティング膜７１０の典型的な表面ラフネスの値Ｒｐｖは、２［ｎｍ］以下であることが望ましい。また、絶縁コーティング膜７１０上に、エポキシなどの接着剤によりＬＥＤ薄膜７０１を集積することもできる。なお、絶縁コーティング膜７１０は、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２又はＡｌ_２Ｏ_３の無機系絶縁膜とすることもでき、ポリイミド、アクリル、ノボラック又はフッ素系材料から成る有機系絶縁膜とすることもできる。

絶縁コーティング膜７１０をコーティングした集積基板７０９上に、リソグラフィー技術により形成可能な、Ａｕ又はＡｌを主とする材料により構成するアノード電極接続パッド７１１又はカソード電極接続パッド７１２を、予め絶縁コーティング膜７１０上に形成する。

そして、アノード電極接続パッド７１１と複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ薄膜７０１の先頭に位置するＬＥＤにおける発光部７０７を、ブリッジ配線７１３により結線する。また、カソード電極接続パッド７１２と複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ薄膜７０１の最後尾に位置するＬＥＤにおけるカソード電極７１４をブリッジ配線７１５により結線する。なお、ブリッジ配線７１３及び７１５は、リソグラフィー技術により形成可能なＡｕ又はＡｌを主とする材料により構成する。

ブリッジ配線７１３及び７１５は、絶縁ボンディング層７０５及び半導体ボンディング層７０６のエッチング端面における露出部との接触を防ぐために、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２又はＡｌ_２Ｏ_３から成る無機系材料、又は、ポリイミド、ノボラックから成る有機系絶縁材料から成るブリッジ層間絶縁膜７１６及び７１７を形成した上に形成する。

図２３は、第７の実施形態による複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ薄膜をＬＥＤアレイ光源装置７０３に適用する素子構成を示す平面図である。予め集積基板７０９上にリソグラフィー技術により形成するＡｕ又はＡｌを主とする材料から成るアノード共通配線７１８及びカソード共通配線７１９を、それらの交点に、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２又はＡｌ_２Ｏ_３から成る無機系材料、又は、例えば、ポリイミド、ノボラックから成る有機系材料から構成する共通配線層問絶縁膜７２０を形成することによりマトリクス状に形成する。アノード共通配線７１８及びカソード共通配線７１９は、集積基板７０９端部近傍まで延伸形成し、それぞれの先にアノード共通配線接続パッド７２１、カソード共通配線接続パッド７２２を形成する。アノード共通配線７１８とカソード共通配線７１９の交点近傍に設ける複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ薄膜の集積領域に、第７の実施形態による複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ薄膜７０１をマトリクス状に集積し、ブリッジ配線７１３及びブリッジ配線７１５を用いて、アノード共通配線７１８及びカソード共通配線７１９に結線する。このようにして、第７の実施形態による複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ薄膜７０１を適用したＬＥＤアレイ光源装置７０３を作製することができる。

そして、アノード共通配線接続パッド７２１及びカソード共通配線接続パッド７２２を、ＬＥＤアレイ光源装置の駆動回路のアノード出力端子とカソード出力端子とに接続することにより、ＬＥＤアレイ光源装置７０３を駆動することができる。

複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ薄膜７０１を用いることにより、複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ薄膜７０１をブリッジ配線（＃１）７１３及びブリッジ配線（＃２）７１５を用いて、集積基板上に予めリソグラフィー技術により形成するアノード電極接続パッド７１１及びカソード電極接続パッド７１２と結線することができる。すなわち、比較的高価な化合物半導体から構成する複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ薄膜７０１上に比較的大きなパッド電極を設けるのではなく、例えば、Ｓｉなどの比較的安価な材料から成る集積基板７０９上に比較的大きなアノード電極接続パッド７１１、カソード電極接続パッド７１２を設けることができ、材料コストを大幅に削減することができる。

また、図２３に示すＬＥＤアレイ光源装置７０３を作製する際、複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ薄膜７０１は、第１及び２の実施形態に示すベアチップと比較してチップサイズを大幅にシュリンクすることができるため、高密度に２次元アレイ実装することができる。そのため、ベアチップ状の複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤを用いる第１及び２の実施形態と比較して、大幅に高精細な画像表示装置を作製することができる。

《７−２》第７の実施形態の効果
第７の実施形態による複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ薄膜をＬＥＤアレイ光源装置に適用することにより、従来と同じ電流値を注入した場合と比較して、大幅に光出力の高いＬＥＤアレイ光源装置を創出することができる。

さらに、第７の実施形態による薄膜状の複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤを用いることにより、比較的高価な半導体材料をシュリンクした複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤベアチップの創出が可能となる。

さらに、チップサイズを大幅にシュリンクすることができるため、高密度に２次元アレイ状に集積することにより、高輝度、かつ高輝度なＬＥＤアレイ光源装置を創出することができる。

《８》第８の実施形態
《８−１》第８の実施形態の構成及び動作
図２４（ａ）及び（ｂ）は、第８の実施形態に係る画像表示装置が適用された携帯端末８０１を示す外観斜視図である。第８の実施形態においては、画像表示装置として、第７の実施形態に記載のＬＥＤアレイ光源装置を用いている。携帯端末８０１の画像表示装置としては、ダイアル操作確認、アドレス帳内容の確認、メール作成及びメール内容の確認、インターネットコンテンツの閲覧、ワンセグ視聴などの情報を表示するメインモニタ８０２と、時刻、電波受信状態、着信情報などの一部情報のみを表示するバックモニタ８０３とを有するものがある。

携帯端末８０１は、屋外で使用することも多く、メインモニタ８０２、バックモニタ８０３の輝度が十分でない場合、外光を遮光しなければ情報を確認することができない場合がある。メインモニタ８０２、バックモニタ８０３の輝度を向上させるために、バックライトの出力を大幅に上昇させた場合には、注入電流が大幅に向上するという問題、発熱量が大幅に向上するという問題がある。これに対して、第７の実施形態による光源装置をメインモニタ８０２又はバックモニタ８０３として用いることにより、従来と同等の注入電流に対し、輝度を大幅に向上することができる。また、第８の実施形態による薄膜状の複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤ構成を適用したＬＥＤアレイ光源装置を適用していることから、高密度実装が可能となり、高輝度かつ高精細な画像の表示が可能な画像表示が可能になる。

《８−２》第８の実施形態の効果
第８の実施形態によれば、第７の実施形態によるＬＥＤアレイ光源装置を、モニタに適用するので、大幅に光出力の高いモニタ表示を実現することができる。

また、第８の実施形態によれば、薄膜状の複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤを用いることにより、比較的高価な半導体材料をシュリンクした半導体発光素子チップの創出が可能となる。

さらに、第８の実施形態によれば、チップサイズを大幅にシュリンクすることができるため、高密度に２次元アレイ状に集積することができ、そのため高精細かつ高輝度なＬＥＤアレイ光源装置を創出することができる。したがって、そのＬＥＤアレイ光源装置を携帯端末に使用することにより、視認性が高いメインモニタ、バックモニタを創出することができる。

《９》第９の実施形態
《９−１》第９の実施形態の構成及び動作
図２５は、第９の実施形態に係る画像表示装置としてのヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）ユニットの構成及び光路９０７を概略的に示す図である。ＨＵＤユニット９０１は、ＬＥＤアレイ光源装置を備えている。ＨＵＤユニット９０１は、例えば、車載用のユニットである、自動車のドライバーによって視認される画像を表示する。ＨＵＤユニット９０１内には、表示像の上下を反転させたＨＵＤ光源装置９０２を、ターニングミラーとして用いる凹面鏡９０３の焦点距離の内側に設置する。凹面鏡９０３の拡大倍率は、ＨＵＤ光源装置９０２を凹面鏡９０３に対する焦点距離内のどの位置に設置するかにより決定する。ＨＵＤ光源装置９０２は、ＬＥＤアレイ光源装置であり、マトリクス状に配列された複数の砲弾型のＬＥＤモジュールを有しており、砲弾型のＬＥＤモジュールの各々は、上記第１〜第３の実施形態のいずれかの半導体発光装置の構成を有している。

ＨＵＤ光源装置９０２で表示された画像は、凹面鏡９０３によって、拡大された正立虚像となる。この成立虚像は、ＨＵＤユニット９０１上面に設置した透明カバー９０４を通して取り出され、フロントウィンドウ９０５によりドライバーの目９０６に向かって反射される。フロントウィンドウ９０５により反射させる際、凹面鏡９０３によって拡大された成立虚像は、上下像が反転されてドライバーの目９０６に投影される。ＨＵＤ光源装置９０２は、像を予め上下反転して設置していることから、ドライバーの目９０６に投影される像は、意図した表示像として結像する。また、フロントウィンドウ９０５により反射させる像は、拡大された正立虚像であることから、ドライバーは、フロントウィンドウ９０５前方の虚像からなる表示像９０８を視認する。

《９−２》第９の実施形態の効果
第９の実施形態によれば、第１〜第３の実施形態の砲弾型のＬＥＤモジュールを用いた、ＬＥＤアレイ光源装置をＨＵＤ光源装置９０２として用いることにより、所望の輝度を得るための電流値を従来技術によるＬＥＤアレイ光源装置と比較して大幅に削減することができる。そのため、ＬＥＤアレイ光源装置の自己発熱量を大幅に削減することができ、ＬＥＤ自体の効率を落とすことなく効果的に輝度を向上させることができる。

また、第９の実施形態によれば、高密度実装を可能とした構成であることから、高精細な画像を表示することが可能になる。また、周辺に集積されている他の回路への熱的影響を大幅に抑えることができる。

また、第９の実施形態によれば、ヒートシンク構造をシュリンク、又は、簡略化することができ、ＨＵＤユニット自体を大幅にシュリンクすることができる。そのため、ＨＵＤ設置スペースの観点から、従来、インストルメントパネルが大きな高級車にしか適用できなかったＨＵＤユニットを、インストルメントパネルが比較的小さな大衆車に対しても適用することが可能となる。

さらに、ＨＵＤユニット自体を大幅に小さくすることができることから、ポップアップ型の後載せタイプのＨＵＤユニットを創出することもできる。

また、第９の実施形態による薄膜状の複数のＬＥＤを直列接続することによって構成されたＬＥＤを用いることにより、比較的高価な半導体材料をシュリンクした半導体発光素子チップの創出が可能となるため材料コストを大幅に削減することができる。

また、第９の実施形態によるチップサイズを大幅にシュリンクすることができるため、高密度に２次元アレイ状に集積することができるため高精細なＬＥＤアレイ光源装置を創出することができる。したがって、そのＬＥＤアレイ光源装置をＨＵＤユニットに使用することにより、視認性が高い画像表示装置を創出することができる。

また、電流値を削減することにより、発熱量を大幅に削減することができることから、放熱構造を簡略化、又は、シュリンクすることができることから、ＨＵＤユニットを大幅に小型化することができる。

《１０》第１０の実施形態
《１０−１》第１０の実施形態の構成及び動作
図２６は、第１０の実施形態に係る画像表示装置としてのプロジェクタ１００１の構成を概略的に示す図である。図２６に示される画像表示装置は、ＬＥＤアレイ光源装置を用いたプロジェクタ１００１である。プロジェクタ１００１内には、クロスダイクロプリズム１００２が設置されている。クロスダイクロプリズム１００２の光入射面の各々に対向するように、赤色画像用、青色画像用、緑色画像用のＬＥＤアレイ光源装置１００３，１００４，１００５が設置されている。ＬＥＤアレイ光源装置１００３，１００４，１００５は、マトリクス状に配列された複数の砲弾型のＬＥＤモジュールを有しており、砲弾型のＬＥＤモジュールの各々は、上記第１〜第３の実施形態のいずれかの半導体発光装置の構成を有している。クロスダイクロプリズム１００２は、ＬＥＤアレイ光源装置１００３，１００４，１００５からの光線を合成して、投影面方向（図２６においては、上方）へ伝播させる機能を有する。レンズ１００６は、合成された光の倍率、焦点距離を調整し、投影面であるスクリーンに結像させる。

プロジェクタ１００１においては、ＬＥＤアレイ光源装置１００３，１００４，１００５によって表示される赤色画像、緑色画像、青色画像は、クロスダイクロプリズム１００２を介して合成され、合成された光束は、レンズ１００６を介して倍率、焦点距離が調整され、投影面であるスクリーンに拡大投写される。

《１０−２》第１０の実施形態の効果
第１０の実施形態によれば、ＬＥＤアレイ光源装置１００３，１００４，１００５は、マトリクス状に配列された複数の砲弾型のＬＥＤモジュールを有しており、砲弾型のＬＥＤモジュールの各々は、上記第１〜第３の実施形態のいずれかの半導体発光装置の構成を有しているので、所望の輝度を得るための条件化においても、従来よりも注入電流を大幅に削減することができる。そのため、ＬＥＤ自体の発光効率を低下させることなく、表示画像の輝度を向上させることができる。

また、第１０の実施形態によれば、周辺回路への熱的影響を大幅に抑えることができるので、ヒートシンク構造（放熱構造）をシュリンク、又は、簡略化することができる。その結果、プロジェクタのサイズを大幅に小型化することができる。

また、第１０の実施形態によれば、複数のＬＥＤを直列接続することによって構成された半導体発光装置を高密度に集積することが可能となるため、高輝度かつ高精細な画像表示が可能になる。

さらに、第１０の実施形態によれば、薄膜状の複数のＬＥＤを直列接続することによって構成された半導体発光装置を用いることにより、比較的高価な半導体材料の使用量を少なくできるので、材料コストを大幅に削減することができる。

１００ ＬＥＤモジュール（光源装置）、 １０１，２０２ ＬＥＤベアチップ（半導体発光装置）、 １１２ 基板、 １１２ａ 主表面、 １０３〜１０５、２０２〜２１０ 半導体発光素子、 １１３ アノード電極、 １１４ カソード電極、 １１６，１１７ 薄膜配線層。

Claims (18)

1. 基板と、
   前記基板の主表面上に配列され、それぞれがカソード電極とアノード電極とを持つ複数の半導体発光素子と、
   前記複数の半導体発光素子の内の互いに隣接する半導体発光素子の一方のカソード電極から、前記互いに隣接する半導体発光素子の他方のアノード電極までを電気的に接続する薄膜配線層と
   を有することを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記複数の半導体発光素子は、前記互いに隣接する半導体発光素子の一方の前記カソード電極と前記互いに隣接する半導体発光素子の他方の前記アノード電極とが隣接するように、形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 前記複数の半導体発光素子は、１列に配列されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
4. 前記複数の半導体発光素子は、複数列に配列されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
5. 前記複数の半導体発光素子は、窒化物系半導体材料で構成されることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の半導体発光装置。
6. 前記複数の半導体発光素子は、ＧａＡｓ系半導体材料で構成される、
   前記基板は、ＧａＡｓ系材料で構成され
   前記半導体発光素子と前記基板との間に備えられ、ＧａＡｓ系材料から成るアイソレーション層により、前記半導体発光素子と前記基板が電気的に絶縁されている
   ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の半導体発光装置。
7. 実装部材と、
   前記実装部材上に設置された半導体発光装置と
   を有し、
   前記半導体発光装置は、
   基板と、
   前記基板の主表面上に配列され、それぞれがアノード電極とカソード電極とを持つ複数の半導体発光素子と、
   前記複数の半導体発光素子の内の互いに隣接する半導体発光素子の一方のカソード電極から、前記互いに隣接する半導体発光素子の他方のアノード電極までを電気的に接続する薄膜配線層と
   を有する
   ことを特徴とする光源装置。
8. 前記実装部材は、カソードリートフレームであり、
   前記光源装置は、
   アノードリードフレームと、
   前記カソードリートフレーム及び前記アノードリードフレームに電気的に接続された前記半導体発光装置と、
   前記半導体発光装置を覆うレンズケースと
   をさらに有する
   ことを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
9. 前記実装部材は、実装基板であり、
   前記光源装置は、
   前記実装基板上に配列され、それぞれがカソード電極パッドとアノード電極パッドとを有する複数の前記半導体発光装置と、
   前記実装基板上に備えられたカソード電極接続パッドと、
   前記実装基板上に備えられたアノード電極接続パッドと、
   前記カソード電極パッドと前記カソード電極接続パッドとを電気的に接続するカソードボンディングワイヤと、
   前記アノード電極パッドと前記アノード電極接続パッドとを電気的に接続するアノードボンディングワイヤと
   を有する
   ことを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
10. 前記実装部材は、実装基板であり、
    前記光源装置は、
    前記実装基板上に配列され、それぞれがカソード電極パッドとアノード電極パッドとを有する複数の前記半導体発光装置と、
    前記実装基板上に備えられたカソード電極接続パッドと、
    前記実装基板上に備えられた中継電極接続パッドと、
    前記実装基板上に備えられたアノード電極接続パッドと、
    前記複数の半導体発光装置の内の第１のグループに属する半導体発光装置の前記カソード電極パッドと前記カソード電極接続パッドとを電気的に接続するカソードボンディングワイヤと、
    前記第１のグループに属する半導体発光装置のアノード電極パッドと前記中継電極接続パッドとを電気的に接続する第１の中継ボンディングワイヤと、
    前記複数の半導体発光装置の内の、前記第１グループとは異なる第２のグループに属する半導体発光装置の前記カソード電極パッドと前記中継電極接続パッドとを電気的に接続する第２の中継ボンディングワイヤと、
    前記第２のグループに属する半導体発光装置のアノード電極パッドと前記アノード電極接続パッドとを電気的に接続するアノードボンディングワイヤと
    を有する
    ことを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
11. 実装基板と、
    前記実装基板上に配列され、それぞれがカソード電極パッドとアノード電極パッドとを有する複数の前記半導体発光装置と、
    前記実装基板上に備えられたカソード電極接続パッドと、
    前記実装基板上に備えられたアノード電極接続パッドと、
    前記カソード電極パッドと前記カソード電極接続パッドとを電気的に接続するカソード電極薄膜配線層と、
    前記アノード電極パッドと前記アノード電極接続パッドとを電気的に接続するアノード電極薄膜配線層と
    を有する
    ことを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
12. 実装基板と、
    前記実装基板上に１次元方向に配列され、入力画像データに基づいて選択的に点灯する複数の発光画素と
    を有し、
    前記複数の発光画素のそれぞれは、前記半導体発光装置である
    ことを特徴とする請求項７に記載の光源装置。
13. 像担持体と、
    前記像担持体に画像データに対応する光を照射して、前記像担持体上に静電潜像を形成する露光装置と、
    前記静電潜像を現像して現像剤像を形成する現像装置と
    を有する画像形成装置であって、
    前記露光装置は、１次元方向に配列され、入力画像データに基づいて選択的に点灯する複数の発光画素を有し、
    前記複数の発光画素のそれぞれが、
    基板と、
    前記基板の主表面上に配列され、それぞれがカソード電極とアノード電極とを持つ複数の半導体発光素子と、
    前記複数の半導体発光素子の内の互いに隣接する半導体発光素子の一方のカソード電極から、前記互いに隣接する半導体発光素子の他方のアノード電極までを電気的に接続する薄膜配線層と
    を有する
    ことを特徴とする画像形成装置。
14. １次元方向に配列され、入力画像データに基づいて選択的に点灯する複数の発光画素を有する半導体発光素子アレイ光源装置と、
    前記半導体発光素子アレイ光源装置からの光線を前記１次元方向に垂直な方向に走査する走査部と
    前記光線が照射され、画像を表示する画像表示面と
    を有し、
    前記複数の発光画素のそれぞれが、
    基板と、
    前記基板の主表面上に配列され、それぞれがカソード電極とアノード電極とを持つ複数の半導体発光素子と、
    前記複数の半導体発光素子の内の互いに隣接する半導体発光素子の一方のカソード電極から、前記互いに隣接する半導体発光素子の他方のアノード電極までを電気的に接続する薄膜配線層と
    を有する
    ことを特徴とする画像表示装置。
15. ２次元方向に配列され、入力画像データに基づいて選択的に点灯する複数の発光画素を有する半導体発光素子アレイ光源装置を有し、
    前記複数の発光画素のそれぞれが、
    基板と、
    前記基板の主表面上に配列され、それぞれがカソード電極とアノード電極とを持つ複数の半導体発光素子と、
    前記複数の半導体発光素子の内の互いに隣接する半導体発光素子の一方のカソード電極から、前記互いに隣接する半導体発光素子の他方のアノード電極までを電気的に接続する薄膜配線層と
    を有する
    ことを特徴とする画像表示装置。
16. 携帯端末としての通信機能を実行する通信部をさらに有することを特徴とする請求項１５に記載の画像表示装置。
17. 前記複数の発光画素からの光線を投影面に投影する光学部をさらに有することを特徴とする請求項１５に記載の画像表示装置。
18. 前記半導体発光素子アレイ光源装置は、赤色画像用、緑色画像用、青色画像用のそれぞれについて備えられ、
    前記光学部は、前記赤色画像用、緑色画像用、青色画像用の半導体発光素子アレイ光源装置のそれぞれからの光線を合成して出力する合成部を含む
    ことを特徴とする請求項１７に記載の画像表示装置。

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