JP2014093148A - 車両用灯具の半導体型光源、車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤチップにおいて発生する熱を外部に効率良く放射させることが重要である。
【解決手段】この発明は、ＬＥＤチップ３と、ＬＥＤチップ３が実装されているパッケージ部材４と、ＬＥＤチップ３に電流を供給する給電部材５と、パッケージ部材４が固定されていて、ＬＥＤチップ３において発生する熱を外部に放射させる放熱部材６と、を備える。パッケージ部材４は、金属基板４０から構成されている。ＬＥＤチップ３は、金属基板４０に金属接合材７を介して接合されている。この結果、この発明は、ＬＥＤチップ３において発生する熱を外部に効率良く放射させることができる。
【選択図】 図３

Description

この発明は、車両用灯具の半導体型光源に関するものである。また、この発明は、半導体型光源と配光制御部材とを備える車両用灯具に関するものである。

この種の半導体型光源は、従来からある（たとえば、特許文献１、特許文献２、特許文献３）。従来の半導体型光源は、セラミック基板にＬＥＤチップを実装してなるものである。ＬＥＤチップに電流を供給することにより、ＬＥＤチップが発光する。そして、その光を車両用灯具を介して照明用の光や信号用の光や装飾用の光などとして利用するものである。ここで、ＬＥＤチップに電流が供給されて、ＬＥＤチップが発光すると、ＬＥＤチップにおいて熱が発生する。

特開２００８−１６３６２号公報 特開２０１０−５５８９７号公報 特開２０１１−１８７４５１号公報

かかる車両用灯具においては、ＬＥＤチップの発光効率を向上させるために、ＬＥＤチップにおいて発生する熱を外部に効率良く放射させることが重要である。

この発明が解決しようとする課題は、ＬＥＤチップにおいて発生する熱を外部に効率良く放射させることが重要である、という点にある。

この発明（請求項１にかかる発明）は、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが実装されているパッケージ部材と、ＬＥＤチップに電流を供給する給電部材と、パッケージ部材が固定されていて、ＬＥＤチップにおいて発生する熱を外部に放射させる放熱部材と、を備え、パッケージ部材が、金属基板から構成されていて、ＬＥＤチップが、金属基板に金属接合材を介して接合されている、ことを特徴とする。

この発明（請求項２にかかる発明）は、金属接合材が、金属バンプ、半田材、金属表面融解を利用した金属接合材、もしくは、金属のナノ粒子が含有されているペーストを硬化させたもの、である、ことを特徴とする。

この発明（請求項３にかかる発明）は、金属基板と放熱部材との間には、放熱グリース、もしくは、金属接合材が設けられている、ことを特徴とする。

この発明（請求項４にかかる発明）は、ＬＥＤチップが、フェースアップ実装タイプであり、ＬＥＤチップの発光面と反対側が、金属基板に金属接合材を介して接合されていて、ＬＥＤチップの発光面側の電極に対応する箇所には、高抵抗層が設けられている、ことを特徴とする。

この発明（請求項５にかかる発明）は、ＬＥＤチップが、フリップチップ実装タイプであり、ＬＥＤチップの発光層側の電極が、金属基板に金属接合材を介して接合されている、ことを特徴とする。

この発明（請求項６にかかる発明）は、前記の請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両用灯具の半導体型光源と、半導体型光源からの光を配光制御する配光制御部材と、を備える、ことを特徴とする。

この発明の車両用灯具の半導体型光源、および、この発明の車両用灯具は、ＬＥＤチップがパッケージ部材の金属基板に金属接合材を介して接合されているので、ＬＥＤチップにおいて発生する熱が金属接合材を介してパッケージ部材の金属基板に効率良く伝達され、その金属基板に伝達された熱が放熱部材を介して外部に効率良く放射される。このために、ＬＥＤチップにおいて発生する熱を外部に効率良く放射させることができる。これにより、ＬＥＤチップの発光効率を向上させることができる。すなわち、強い光が得られる。

特に、この発明の車両用灯具の半導体型光源、および、この発明の車両用灯具は、ＬＥＤチップを実装する基板に金属基板を使用する。この金属基板は、従来の半導体型光源のセラミック基板と比較して、強度が大であるから、大型化することができる。これにより、ＬＥＤチップにおいて発生する熱が広い面積の金属基板に効率良く伝達される。さらに、金属基板は、従来の半導体型光源のセラミック基板と比較して、割れ難いため、強固に放熱部材にスクリュー止めすることができ、ＬＥＤチップが実装されているパッケージ部材をヒートシンク部材に固定する給電ホルダーなどの固定部材が不要である。その上、熱伝導率が低い放熱グリースを使用する場合であっても、その放熱グリースをバラツキなく薄くすることができるので、放熱性のバラツキを小さくすることができる。この結果、金属基板に伝達された熱を放熱部材を介して外部に効率良く放射させることができ、ＬＥＤチップにおいて発生する熱を外部に効率良く放射させることができる。これにより、ＬＥＤチップの発光効率を向上させることができる。すなわち、強い光が得られる。

図１は、この発明にかかる車両用灯具の半導体型光源の実施形態１、および、この発明にかかる車両用灯具の実施形態１を示し、車両用灯具の概略説明図である。 図２は、半導体型光源を示す斜視図である。 図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図４は、ＬＥＤチップを示す説明図である。 図５は、一部拡大断面図である。 図６は、この発明にかかる車両用灯具の半導体型光源の実施形態２、および、この発明にかかる車両用灯具の実施形態２を示す断面図（図３に対応する断面図）である。 図７は、発光チップを示す説明図である。 図８は、一部拡大断面図である。

以下、この発明にかかる車両用灯具の半導体型光源の実施形態（実施例）、および、この発明にかかる車両用灯具の実施形態（実施例）の２例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施形態１の構成の説明）
図１〜図５は、この発明にかかる車両用灯具の半導体型光源の実施形態１、および、この発明にかかる車両用灯具の実施形態１を示す。以下、この実施形態１における車両用灯具の半導体型光源およびこの実施形態１における車両用灯具の構成について説明する。図１〜図３、図５において、符号１は、この実施形態１における車両用灯具の半導体型光源である。図１において、符号１００は、この実施形態１における車両用灯具である。

（車両用灯具１００の説明）
前記車両用灯具１００は、たとえば、自動車用前照灯のヘッドランプである。前記車両用灯具１００は、車両の前部の左右両側にそれぞれ搭載されている。前記車両用灯具１００は、ランプハウジング（図示せず）と、ランプレンズ（図示せず）と、前記半導体型光源１と、配光制御部材２と、を備える。

前記ランプハウジングおよび前記ランプレンズ（たとえば、素通しのアウターレンズなど）は、灯室（図示せず）を画成する。前記半導体型光源１および前記配光制御部材２は、ランプユニットを構成する。前記ランプユニット１、２は、前記灯室内に配置されていて、かつ、上下方向用光軸調整機構（図示せず）および左右方向用光軸調整機構（図示せず）を介して前記ランプハウジングに取り付けられている。

（配光制御部材２の説明）
前記配光制御部材２は、前記半導体型光源１からの光（図１中の実線矢印を参照）を配光制御するものであって、リフレクタ２０と、光学レンズ２１と、から構成されている。前記リフレクタ２０には、反射面２２が設けられている。前記反射面２２は、前記半導体型光源１からの光を前記光学レンズ２１側に反射させる。前記光学レンズ２１は、前記反射面２２からの反射光を所定の配光パターンとして車両の前方に照射する。所定の配光パターンは、この例では、ロービーム配光パターン（すれ違い配光パターン）、もしくは、ハイビーム配光パターン（走行配光パターン）である。

（半導体型光源１の説明）
前記半導体型光源１は、ＬＥＤチップ３と、前記ＬＥＤチップ３が実装されているパッケージ部材４と、前記ＬＥＤチップ３に電流を供給する給電部材５と、前記パッケージ部材４が固定されていて、前記ＬＥＤチップ３において発生する熱を外部に放射させる放熱部材（ヒートシンク部材）６と、を備えるものである。

（ＬＥＤチップ３の説明）
前記ＬＥＤチップ３は、この例では、青色の光を放射するものである。前記ＬＥＤチップ３は、図４に示すように、フェースアップ実装タイプであって、Ｐ電極３０（金等の金属からなる）と、透明電極層３１と、高抵抗層３２と、電流拡散層（Ｐ型ＧａＮ層）３３と、Ｐ型半導体層（Ｐ型ＩｎＧａＮ層、もしくは、Ｐ型ＧａＮ層）３４と、発光層（ＭＱＷ、すなわち、多重粒子井戸構造で微妙に組成の異なるＩｎＧａＮ積層部）３５と、Ｎ型半導体層（Ｎ型ＧａＮ層）３６と、Ｎ電極３７（金等の金属からなる）と、絶縁体のサファイヤ基板（Ａｌ２Ｏ３、サファイヤなどの透明支持層）３８と、裏面電極（接合層、金等の金属からなる）３９と、から構成されている。なお、前記電流拡散層３３と前記Ｐ型半導体層３４とは、兼用される場合がある。

前記裏面電極３９は、前記サファイヤ基板３８の一面（裏面、下面）に設けられている。前記サファイヤ基板３８の他面（表面、上面）には、前記Ｎ型半導体層３６が設けられている。前記Ｎ型半導体層３６には、段差が設けられている。前記Ｎ型半導体層３６の低い段差には、前記Ｎ電極３７が設けられている。前記Ｎ型半導体層３６の高い段差には、前記発光層３５が設けられている。前記発光層３５には、前記Ｐ型半導体層３４が設けられている。前記Ｐ型半導体層３４には、前記電流拡散層３３が設けられている。前記電流拡散層３３には、前記透明電極層３１と前記高抵抗層３２とが設けられている。前記透明電極層３１には、前記Ｐ電極３０が設けられている。

前記透明電極層３１の表面（前記電流拡散層３３側の面と反対側の面）は、発光面である。前記Ｐ電極３０は、前記透明電極層３１の表面に設けられている。この結果、フェースアップ実装タイプの前記ＬＥＤチップ３において、前記Ｐ電極３０は、発光面側の電極である。前記高抵抗層３２は、発光面側すなわち前記透明電極層３１側の前記Ｐ電極３０に対応する箇所であって、前記電流拡散層３３と前記透明電極層３１との間に設けられている。

（パッケージ部材４の説明）
前記パッケージ部材４は、金属基板４０と、絶縁層４１と、枠体４２と、蛍光部材４３と、から構成されている。前記パッケージ部材４には、前記ＬＥＤチップ３が実装されている。

前記金属基板４０は、たとえば、銅製やアルミニウム製の板からなる。前記金属基板４０は、その表面にメッキ（図６、図８中の符号「４６」参照）が施されているものであっても良い。前記金属基板４０の角部には、複数個（この例では、２個）の位置決め用の孔４４とスクリュー挿通用の孔（図６中の符号「４７」参照）とが設けられている。２個の前記位置決め用の孔４４のうち、１個を円形の孔として、他の１個を長円形の孔とする。

前記金属基板４０の一面（上面）には、電気的短絡（電気的ショート）を防ぐ前記絶縁層４１が設けられている。前記絶縁層４１の中央には、開口部４５が設けられている。前記ＬＥＤチップ３の発光面と反対側の前記裏面電極３９の一面（下面）は、前記開口部４５を通して前記金属基板４０の一面に、金属接合材７を介して接合されている。

前記絶縁層４１の一面（上面）には、前記枠体４２が接着されている。前記枠体４２は、前記ＬＥＤチップ３を包囲する。前記枠体４２は、高反射部材（たとえば、酸化チタンなどの高反射材料が含有されている樹脂、セラミック、これらの組み合わせ）から構成されている。前記枠体４２の内周面は、傾斜していて、前記ＬＥＤチップ３からの光を前記枠体４２の開放側（前記金属基板４０および前記絶縁層４１により閉塞されている側と反対側）に反射させる。なお、前記枠体４２の内周面は、垂直面（図６参照）であっても良い。

前記枠体４２中には、前記蛍光部材４３が充填されている。前記ＬＥＤチップ３は、前記蛍光部材４３により封止されている。前記蛍光部材４３は、この例では、液状シリコーン樹脂に黄色発光蛍光体粒子が含有されているものであって、前記枠体４２中に塗布して硬化させてなるものである。前記蛍光部材４３は、前記ＬＥＤチップ３からの青色光に励起されて白色光を発するものである。

（給電部材５の説明）
前記給電部材５は、前記ＬＥＤチップ３に電流を供給するものである。前記給電部材５は、配線パターン（パターン配線部、金等の金属からなる）５０、５１と、外部リード線５２、５３と、ワイヤ（金ワイヤ、金等の金属からなる）５４、５５と、から構成されている。前記外部リード線５２、５３は、コネクタなど（図示せず）を介して、図示されていない電源（バッテリー）に電気的に接続されている。

前記配線パターン５０、５１は、前記絶縁層４１の一面に前記枠体４２の外側から内側にかけて印刷されている。前記配線パターン５０、５１の前記枠体４２の外側の部分には、前記外部リード線５２、５３の一端がそれぞれ半田５６により電気的にかつ機械的に接続されている。前記配線パターン５０、５１の前記枠体４２の内側の部分には、前記ワイヤ５４、５５の一端が電気的にかつ機械的にそれぞれ接続（接合、ボンディング）されている。前記ワイヤ５４、５５の他端は、前記ＬＥＤチップ３の前記Ｐ電極３０、前記Ｎ電極３７に電気的にかつ機械的にそれぞれ接続（接合、ボンディング）されている。

前記ワイヤ５４、５５の接続（前記配線パターン５０、５１、および、前記Ｐ電極３０、前記Ｎ電極３７への接続）は、所定温度の加熱下において、所定荷重がかけられている状態で、超音波により、行われる。前記ワイヤ５４、５５の接続においては、温度、荷重、超音波力（振幅×周波数＝ＵＳパワー）が重要な条件となる。ここで、同じ温度環境において、荷重、超音波力のうち少なくともいずれか一方を、前記ＬＥＤチップ３が劣化、損傷、破損しない程度に、大きくすると、前記ワイヤ５４、５５の接続が行い易くなって、接続の信頼性が向上する。

（放熱部材６の説明）
前記放熱部材６は、たとえば、樹脂や金属製ダイカスト（アルミダイカスト）などの熱伝導率が高い材料からなる。前記放熱部材６は、固定板部６０と、前記固定板部６０の一面（下面）から一体に設けられている複数のフィン部６１と、から構成されている。

前記固定板部６０の他面（上面）には、複数個（この例では、２個）の位置決め用のピン（図６中の符号「６２」参照）とスクリュー孔（図６中の符号「６４」参照）とが、前記位置決め用の孔４４と前記スクリュー挿通用の孔とに、それぞれ対応して設けられている。

前記放熱部材６には、前記パッケージ部材４が複数個（この例では、２個）のスクリュー６３により、固定されている。すなわち、前記放熱部材６の前記固定板部６０の他面に前記パッケージ部材４の前記金属基板４０の他面（下面）を、前記固定板部６０の他面と前記金属基板４０の他面との間に熱伝導材８を介在させて、搭載する。

このとき、前記位置決め用のピンが前記位置決め用の孔４４中に嵌合されていて、前記放熱部材６と前記パッケージ部材４とは、相互に位置決めされている。この状態において、前記スクリュー６３を前記スクリュー挿通用の孔の中に通して前記スクリュー孔にねじ込む。これにより、前記パッケージ部材４が前記放熱部材６に固定される。この結果、前記放熱部材６は、前記ＬＥＤチップ３において発生する熱を、前記金属接合材７、前記金属基板４０、前記熱伝導材８を介して、外部に放射させることができる。

（金属接合材７の説明）
前記ＬＥＤチップ３を前記金属基板４０に固着（接合）する前記金属接合材７は、金属バンプ（Ａｕバンプ等）、ＡｕＳｎなどの半田材、金属表面融解を利用した金属接合材、もしくは、金属のナノ粒子が含有されているペーストを硬化させたもの、である。

金属表面融解を利用した前記金属接合材７は、Ａｇ（銀）などの粒子をアルコール系の溶媒中に分散させたものであって、前記ＬＥＤチップ３の前記裏面電極３９の一面と前記パッケージ部材４の前記金属基板４０の一面との間に介在させて、約１５０°の温度で加熱させて金属接合させたものである。すなわち、金属表面融解を利用した前記金属接合材７を約１５０°位に加熱すると、Ａｇ粒子の表面のみが融けて前記裏面電極３９の一面、前記金属基板４０の一面に接合し、また、Ａｇ粒子同士が接合する。このために、金属表面融解を利用した前記金属接合材７は、固着、導電性、熱伝導性（半田並みの２００Ｗ／ｍ・Ｋ）において優れている。

金属のナノ粒子が含有されているペーストを硬化させた前記ものは、シリコーンやエポキシ樹脂中に、Ａｇのナノ粒子を高い比率で含有させ、加熱処理後Ａｇの含有量が約９９％程度になる金属接合材であって、通常の放熱グリース（４Ｗ／ｍ・Ｋ）より格段に熱伝導性が良い。

前記熱伝導材８は、この例では、放熱グリース、あるいは、金属表面融解を利用した前記金属接合材を使用する。金属表面融解を利用した前記金属接合材を使用すると、放熱グリース（４Ｗ／ｍ・Ｋ）より大幅に熱伝導性が改善される。また、ＬＥＤチップ３をリードフレームなどに固着するＡｇペースト（１〜１００Ｗ／ｍ・Ｋ）によっても前記放熱グリースと同様に、熱伝導性が改善される。

（実施形態１の作用の説明）
この実施形態１における車両用灯具の半導体型光源１およびこの実施形態１における車両用灯具１００（以下、「この実施形態１における半導体型光源１および車両用灯具１００」と称する）は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。

ＬＥＤチップ３に電流を印加する。すると、電流は、一方（Ｐ電極側、陽極側、＋側）の外部リード線５２→一方（Ｐ電極側、陽極側、＋側）の配線パターン５０→一方（Ｐ電極側、陽極側、＋側）のワイヤ５４→Ｐ電極３０→透明電極層３１→電流拡散層３３→Ｐ型半導体層３４→発光層３５→Ｎ型半導体層３６→Ｎ電極３７→他方（Ｎ電極側、陰極側、−側）のワイヤ５５→他方（Ｎ電極側、陰極側、−側）の配線パターン５１→他方（Ｎ電極側、陰極側、−側）の外部リード線５３に流れる。この電流がＬＥＤチップ３の発光層３５に流れる際に、発光層３５が青色に発光する。この発光層３５において青色に発光した光の大部分は、図４中の白抜きの矢印および実線矢印に示すように、ＬＥＤチップ３の透明電極層３１から外部に放射される。なお、ＬＥＤチップ３の透明電極層３１以外の箇所（金属基板４０に実装されている面以外の面）からも光が外部に放射される。

前記の電流の流れにおいて、電流が透明電極層３１から電流拡散層３３に流れる際に、高抵抗層３２に対応する箇所の電流は低く、一方、その他の箇所（高抵抗層３２が無い箇所）の電流は高い。このために、図４に示すように、その他の箇所（高抵抗層３２が無い箇所）において発生する光（図４中の白抜きの矢印参照）は強く、一方、高抵抗層３２に対応する箇所において発生する光（図４中の実線矢印参照）は弱い。

そして、高抵抗層３２は、透明電極層３１と電流拡散層３３との間であって、Ｐ電極３０に対応する箇所に設けられている。このために、透明電極層３１から外部に放射される光のうち、Ｐ電極３０により放射が阻害されない光は強く、一方、Ｐ電極３０により放射が阻害される光は弱い。この結果、光は、透明電極層３１から効率良く外部に放射される。

ＬＥＤチップ３の発光層３５において発光した光は、ＬＥＤチップ３から外部に放射される。外部に放射された光すなわち青色光は、パッケージ部材４の枠体４２中に充填されている蛍光部材４３により、励起されて白色光となる。この白色光（以下、「光」と称する）は、パッケージ部材４の蛍光部材４３から直接外部に放射され、あるいは、パッケージ部材４の枠体４２で反射されて蛍光部材４３から外部に放射される。

図１中の実線矢印に示すように、ＬＥＤチップ３からの光であって、パッケージ部材４の蛍光部材４３から放射された光（白色光）は、半導体型光源１からリフレクタ２０側に照射される。その照射された光は、リフレクタ２の反射面２２で光学レンズ２１側に反射される。その反射光は、光学レンズ２１を透過して、所定の配光パターン、ロービーム配光パターン、もしくは、ハイビーム配光パターンとして、車両の前方に照射される。

そして、ＬＥＤチップ３が発光すると、ＬＥＤチップ３において熱が発生する。この熱は、ＬＥＤチップ３の裏面電極３９から金属接合材７を介してパッケージ部材４の金属基板４０に伝達される。金属基板４０に伝達された熱は、さらに、熱伝導材８を介して放熱部材６の固定板部６０に伝達される。固定板部６０に伝達された熱は、放熱部材６のフィン部６１に伝達されてこのフィン部６１から外部に放射される。なお、固定板部６０に伝達された熱の一部は、この固定板部６０から直接外部に放射される。

（実施形態１の効果の説明）
この実施形態１における半導体型光源１および車両用灯具１００は、以上のごとき構成および作用からなり、以下、その効果について説明する。

この実施形態１における半導体型光源１および車両用灯具１００は、ＬＥＤチップ３がパッケージ部材４の金属基板４０に金属接合材７を介して接合されているので、ＬＥＤチップ３において発生する熱が金属接合材７を介してパッケージ部材４の金属基板４０に効率良く伝達され、その金属基板４０に伝達された熱が放熱部材６を介して外部に効率良く放射される。このために、ＬＥＤチップ３において発生する熱を外部に効率良く放射させることができる。これにより、ＬＥＤチップ３の発光効率を向上させることができる。すなわち、強い光が得られる。

特に、この実施形態１における半導体型光源１および車両用灯具１００は、ＬＥＤチップ３を実装する基板に金属基板４０を使用する。この金属基板４０は、従来の半導体型光源のセラミック基板と比較して、強度が大であるから、大型化することができる。これにより、ＬＥＤチップ３において発生する熱が広い面積の金属基板４０に効率良く伝達される。さらに、金属基板４０は、従来の半導体型光源のセラミック基板と比較して、割れ難いため、強固に放熱部材６にスクリュー６３止めすることができ、ＬＥＤチップが実装されているパッケージ部材をヒートシンク部材に固定する給電ホルダーなどの固定部材が不要である。その上、熱伝導率が低い放熱グリースを使用する場合であっても、その放熱グリースをバラツキなく薄くすることができるので、放熱性のバラツキを小さくすることができる。この結果、金属基板４０に伝達された熱を放熱部材６を介して外部に効率良く放射させることができ、ＬＥＤチップ３において発生する熱を外部に効率良く放射させることができる。これにより、ＬＥＤチップ３の発光効率を向上させることができる。すなわち、強い光が得られる。

この実施形態１における半導体型光源１および車両用灯具１００は、パッケージ部材４の基板として金属基板４０を使用するので、基板としてセラミック基板を使用するものと比較して、製造コストを安価にすることができる。

この実施形態１における半導体型光源１および車両用灯具１００は、ＬＥＤチップ３が実装されているパッケージ部材４が放熱部材６に固定されているので、ＬＥＤチップが実装されているパッケージ部材をヒートシンク部材に固定する給電ホルダーなどの固定部材を使用せずに、ＬＥＤチップ３が実装されているパッケージ部材４と放熱部材６とを確実にかつ安定してかつ安価に組み立てることができる。

この実施形態１における半導体型光源１および車両用灯具１００は、金属接合材７として、金属バンプ（Ａｕバンプ等）、ＡｕＳｎなどの半田材、金属表面融解を利用した金属接合材、もしくは、金属のナノ粒子が含有されているペーストを硬化させたもの、を使用するものである。たとえば、金属表面融解を利用した金属接合材７は、Ａｇ（銀）などの粒子をアルコール系の溶媒中に分散させたものであって、ＬＥＤチップ３の裏面電極３９の一面とパッケージ部材４の金属基板４０の一面との間に介在させて、約１５０°の温度で加熱させて金属接合させたものである。すなわち、金属表面融解を利用した金属接合材７を約１５０°位に加熱すると、Ａｇ粒子の表面のみが融けて裏面電極３９の一面、金属基板４０の一面に接合し、また、Ａｇ粒子同士が接合する。このために、金属表面融解を利用した前記金属接合材７は、固着、導電性、熱伝導性（半田並みの２００Ｗ／ｍ・Ｋ）において優れている。

金属のナノ粒子が含有されているペーストを硬化させたものは、シリコーンやエポキシ樹脂中に、Ａｇのナノ粒子を高い比率で含有させ、加熱処理後Ａｇの含有量が約９９％程度になる金属接合材であって、通常の放熱グリース（４Ｗ／ｍ・Ｋ）より格段に熱伝導性が良い。この結果、ＬＥＤチップ３において発生する熱を、金属接合材７、金属基板４０、熱伝導材８、放熱部材６を介して、外部に効率良く放射させることができる。

熱伝導材８は、この例では、放熱グリース、あるいは、金属表面融解を利用した金属接合材を使用する。金属表面融解を利用した金属接合材を使用すると、放熱グリース（４Ｗ／ｍ・Ｋ）より大幅に熱伝導性が改善される。また、ＬＥＤチップ３をリードフレームなどに固着するＡｇペースト（１〜１００Ｗ／ｍ・Ｋ）によっても放熱グリースと同様に、熱伝導性が改善される。

この実施形態１における半導体型光源１および車両用灯具１００は、透明電極層３１と電流拡散層３３との間であって、Ｐ電極３０に対応する箇所には、高抵抗層３２が設けられている。このために、透明電極層３１から外部に放射される光のうち、Ｐ電極３０により放射が阻害されない光は強く、一方、Ｐ電極３０により放射が阻害される光は弱い。この結果、光は、透明電極層３１から効率良く外部に放射される。

この実施形態１における半導体型光源１および車両用灯具１００は、フェースアップ実装タイプのＬＥＤチップ３を使用するものである。これにより、ＬＥＤチップ３のうち強度が大きくかつ厚さが厚いサファイヤ基板３８が、裏面電極３９を介して金属接合材７側に近い位置に配置されている。このために、ＬＥＤチップ３の裏面電極３９をパッケージ部材４の金属基板４０に金属接合材７を介して接合する際において、荷重、超音波力のうち少なくともいずれか一方を、ＬＥＤチップ３が劣化、損傷、破損しない程度に、大きくすることができる。この結果、ＬＥＤチップ３の裏面電極３９とパッケージ部材４の金属基板４０との接続が行い易くなって、接続の信頼性が向上する。

この実施形態１における半導体型光源１および車両用灯具１００は、パッケージ部材４の金属基板４０に位置決め用の孔４４を設け、一方、放熱部材６の固定板部６０に位置決め用のピンを設けたので、位置決め用の孔４４中に位置決め用のピンを嵌合させることにより、パッケージ部材４と放熱部材６との相対位置を高精度に決めることができる。しかも、スクリュー６３をパッケージ部材４の金属基板４０のスクリュー挿通用の孔の中に通して放熱部材６の固定板部６０のスクリュー孔にねじ込むことにより、パッケージ部材４を放熱部材６に高精度に固定することができる。

この実施形態１における半導体型光源１および車両用灯具１００は、ＬＥＤチップ３を実装する基板として金属基板４０を使用するものである。このために、金属基板４０を固定板部６０にスクリュー６３により強い力で固定することができる。その結果、金属基板４０と固定板部６０とを高密度に接合することができ、熱伝導材８の厚さをバラツキなく薄くできるので、熱伝導率が向上されて、ＬＥＤチップ３の熱の放射効率が向上される。

（実施形態２の構成の説明）
図６〜図８は、この発明にかかる車両用灯具の半導体型光源の実施形態２を示す。図中、図１〜図５と同符号は、同一のものを示す。以下、この実施形態２における車両用灯具の半導体型光源の構成について説明する。

（半導体型光源１Ａの説明）
図６、図８において、符号１Ａは、この実施形態２における車両用灯具の半導体型光源（以下、「この実施形態２における半導体型光源」もしくは「半導体型光源」と称する）である。この実施形態２における半導体型光源１Ａは、前記の実施形態１における半導体型光源１とほぼ同様に、ＬＥＤチップ３Ａと、前記ＬＥＤチップ３Ａが実装されているパッケージ部材４と、前記ＬＥＤチップ３Ａに電流を供給する給電部材５と、前記パッケージ部材４が固定されていて、前記ＬＥＤチップ３Ａにおいて発生する熱を外部に放射させる放熱部材（ヒートシンク部材）６と、を備えるものである。

前記の実施形態１における半導体型光源１は、フェースアップ実装タイプのＬＥＤチップ３と、半田５６付けの外部リード線５２、５３と、を使用するものである。これに対して、この実施形態２における半導体型光源１Ａは、フリップチップ実装タイプ（フェースダウンタイプ）のＬＥＤチップ３Ａと、リング５７付の外部リード線５８、５９と、を使用するものである。

（ＬＥＤチップ３Ａの説明）
フェースアップ実装タイプのＬＥＤチップ３は、発光面がＰ電極３０側に位置するものである。これに対して、フリップチップ実装タイプの前記ＬＥＤチップ３Ａは、発光面がＰ電極３０と反対側に位置するものである。このために、前記ＬＥＤチップ３ＡのＰ電極３０上層（電流拡散層３３側の層）には、銀（Ａｇ）などの反射率が高い層を形成すると良い。前記ＬＥＤチップ３Ａにおいては、透明電極層３１が不要である。

前記Ｐ電極３０は、電流拡散層３３およびＰ型半導体層３４を介して発光層３５に設けられている（積層成長されている）。一方、Ｎ電極３７は、Ｎ型半導体層３６に設けられている（積層成長されている）。この結果、フリップチップ実装タイプの前記ＬＥＤチップ３Ａにおいて、前記Ｐ電極３０は、発光層側の電極である。

前記ＬＥＤチップ３Ａの発光層側の前記Ｐ電極３０は、前記パッケージ部材４の金属基板４０のメッキ４６に金属接合材としての金属バンプ（金等の金属バンプ）７０を介して接合されている。一方、前記ＬＥＤチップ３Ａの前記Ｎ電極３７は、前記パッケージ部材４の前記金属基板４０の他方（Ｎ電極側、陰極側、−側）の配線パターン５１に金属バンプ（金等の金属バンプ）７１を介して接合されている。前記配線パターン５１は、電気的短絡（電気的ショート）を防ぐ絶縁層４１を介して前記金属基板４０に印刷実装されている。Ａｕバンプは、低融点半田ペーストなどをパッケージ基板（パッケージ部材４の金属基板）に微細パターンで塗布または印刷しておいて、ＬＥＤチップ３を載せた後加熱することにより、融けた半田材の表面張力により、電気ショートすることなく両極（Ｐ極、Ｎ極）をパッケージ基板に金属接合することも可能である。

前記メッキ４６および前記配線パターン５１のうち、前記金属バンプ７０、７１が接合される箇所（表面）は、前記金属バンプ７０、７１との接合性に優れた導電層たとえば金層、銀層などとする。

（パッケージ部材４の説明）
前記パッケージ部材４は、前記金属基板４０から構成されている。前記金属基板４０の一面（上面）には、前記メッキ４６と、前記配線パターン５１および前記絶縁層４１と、がそれぞれ設けられている。前記メッキ４６は、前記ＬＥＤチップ３Ａの前記Ｐ電極３０が接合される箇所と、一方（Ｐ電極側、陽極側、＋側）のスクリュー挿通用の孔４７の縁との間に設けられている。前記配線パターン５１および前記絶縁層４１は、前記ＬＥＤチップ３Ａの前記Ｎ電極３７が接合される箇所と、他方（Ｎ電極側、陰極側、−側）のスクリュー挿通用の孔４７の縁との間に設けられている。

（給電部材５の説明）
前記給電部材５は、安価な前記リング５７付の前記外部リード線５８、５９を使用する。前記リング５７は、導電性のリングからなる。一方の前記外部リード５８の前記リング５７を前記パッケージ部材４の前記メッキ４６の一面（上面）に載置させる。一方のスクリュー６３を一方の前記リング５７の孔と一方の前記スクリュー挿通用の孔４７とに挿通して一方のスクリュー孔６４にねじ込む。これにより、一方の前記リング５７を介して一方の前記外部リード５８と前記パッケージ部材４の前記メッキ４６とが電気的に接続される。

他方の前記外部リード５９の前記リング５７を前記パッケージ部材４の他方の前記配線パターン５１の一面（上面）に載置させる。他方の絶縁性のスクリュー６４を他方の前記リング５７の孔と他方の前記スクリュー挿通用の孔４７とに挿通して他方のスクリュー孔６４にねじ込む。これにより、他方の前記リング５７を介して他方の前記外部リード５９と前記パッケージ部材４の他方の前記配線パターン５１とが電気的に接続される。他方のスクリューとして前記絶縁性のスクリュー６５を使用することにより、電気的短絡（電気的ショート）を簡単に防ぐことができる。

前記スクリュー６３および前記絶縁性のスクリュー６５のねじ込みにより、前記ＬＥＤチップ３Ａが実装されている前記パッケージ部材４が、放熱部材６に固定される。このように、前記パッケージ部材４の前記放熱部材６への固定と、前記パッケージ部材４の前記外部リード線５８、５９への電気的接続とを、同時に行うことができる。前記パッケージ部材４の前記金属基板４０の他面（下面）と、前記放熱部材６の固定板部６０の一面（上面）との間には、熱伝導材８が介在されている。

（実施形態２の作用の説明）
この実施形態２における半導体型光源１Ａは、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。

ＬＥＤチップ３Ａに電流を印加する。すると、電流は、一方の外部リード線５８→一方のリング５７→メッキ４６→一方の金属バンプ７０→Ｐ電極３０→電流拡散層３３→Ｐ型半導体層３４→発光層３５→Ｎ型半導体層３６→Ｎ電極３７→他方の金属バンプ７１→他方の配線パターン５１→他方のリング５７→他方の外部リード線５９に流れる。この電流がＬＥＤチップ３の発光層３５に流れる際に、発光層３５が青色に発光する。この発光層３５において青色に発光した光は、図７中の白抜きの矢印に示すように、直接透明なサファイヤ基板３８から外部に放射され、あるいは、Ｐ電極３０で反射されて透明なサファイヤ基板３８から外部に放射される。なお、ＬＥＤチップ３Ａの透明なサファイヤ基板３８以外の箇所（金属基板４０に実装されている面以外の面）からも光が外部に放射される。

ＬＥＤチップ３Ａの発光層３５において発光した光は、ＬＥＤチップ３Ａから外部に放射される。外部に放射された光すなわち青色光は、パッケージ部材４の枠体４２中に充填されている蛍光部材４３により、励起されて白色光となる。この白色光（以下、「光」と称する）は、パッケージ部材４の蛍光部材４３から直接外部に放射され、あるいは、パッケージ部材４の枠体４２で反射されて蛍光部材４３から外部に放射される。

ＬＥＤチップ３Ａからの光であって、パッケージ部材４の蛍光部材４３から放射された光（白色光）は、たとえば、図１中の実線矢印に示すように、リフレクタ２０側に照射される。その照射された光は、リフレクタ２の反射面２２で光学レンズ２１側に反射される。その反射光は、光学レンズ２１を透過して、所定の配光パターン、ロービーム配光パターン、もしくは、ハイビーム配光パターンとして、車両の前方に照射される。

そして、ＬＥＤチップ３Ａが発光すると、ＬＥＤチップ３Ａにおいて熱が発生する。この熱は、ＬＥＤチップ３ＡのＰ電極３０から金属接合材としての金属バンプ７０を介して放熱部材６の金属基板４０に伝達される。金属基板４０に伝達された熱は、さらに、熱伝導材８を介して放熱部材６の固定板部６０に伝達される。固定板部６０に伝達された熱は、放熱部材６のフィン部６１に伝達されてこのフィン部６１から外部に放射される。なお、固定板部６０に伝達された熱の一部は、この固定板部６０から直接外部に放射される。

（実施形態２の効果の説明）
この実施形態２における半導体型光源１Ａは、以上のごとき構成および作用からなるので、前記の実施形態１における半導体型光源１とほぼ同様の効果を達成することができる。

特に、この実施形態２における半導体型光源１Ａは、フリップチップ実装タイプのＬＥＤチップ３Ａを使用し、ＬＥＤチップ３Ａの発光層側の電極であるＰ電極３０を、パッケージ部材４の金属基板４０に金属接合材としての金属バンプ７０を介して接合するものである。このために、通電により、発光層３５において発生する熱を、発光層側の電極であるＰ電極３０から金属基板４０に効率良く伝達させることができる。この結果、ＬＥＤチップ３Ａの熱の放射効率を向上させることができ、ＬＥＤチップ３Ａの発光効率を向上させることができる。すなわち、強い光が得られる。

ここで、Ｐ電極３０の面積を広くし、かつ、金属バンプ７０の数（量）を増やすことにより、Ｐ電極３０から金属基板４０への熱伝導率が向上され、ＬＥＤチップ３Ａの熱の放射効率、発光効率が向上される。

（実施形態１、２以外の例の説明）
なお、実施形態１においては、金属接合材７として、金属のナノ粒子が含有されているペーストを硬化させたものを使用するものである。すなわち、金属接合材７としては、Ａｇ（銀）などの粒子をアルコール系の溶媒中に分散させたものであって、接合する面の間に介在させて、約１５０°の温度で加熱させて硬化させたものを使用するものである。

ところが、この発明においては、実施形態１の金属接合材７の代わりに、実施形態２の金属接合材としての金属バンプ７０、７１を使用して接合面、たとえば、裏面電極３９の一面と金属基板４０の一面とを接合しても良い。また、この発明においては、実施形態１の金属接合材７の代わりに、液状シリコーン樹脂に銀などの金属のナノ粒子が含有されているものを使用しても良い。この場合においては、ＬＥＤチップ３の裏面電極３９が不要となるので、接合面は、たとえば、サファイヤ基板３８の一面と金属基板４０の一面とからなる。

また、この実施形態２においては、金属接合材として金属バンプ７０を使用するものである。ところが、この発明においては、実施形態２の金属バンプ７０の代わりに、低融点半田ペーストなどをパッケージ基板（パッケージ部材４の金属基板）に微細パターンで塗布または印刷しておき、ＬＥＤチップ３を載せた後加熱することにより、融けた半田材の表面張力により、電気ショートすることなく両極（Ｐ極、Ｎ極）をパッケージ基板に金属接合することも可能、さらに、実施形態１の金属接合材７、あるいは、液状シリコーン樹脂に銀などの金属のナノ粒子が含有されているものを使用しても良い。

また、この実施形態１においては、パッケージ部材４の金属基板４０の他面と放熱部材６の固定板部６０の他面との間を熱伝導材８により接合するものである。ところが、この発明においては、熱伝導材として一般的に使われている放熱グリースの代わりに、前記の金属接合材７を使用しても良い。これにより、熱伝導性は大幅に改善される。

さらに、この実施形態１、２においては、ロービーム配光パターンあるいはハイビーム配光パターンを照射するものである。ところが、この発明においては、ロービーム配光パターンあるいはハイビーム配光パターン以外の配光パターン、たとえば、ロービーム配光パターンとハイビーム配光パターンとを切り替えるバイファンクションの配光パターン、フォグランプ配光パターン、ストップランプ配光パターン、テールランプ配光パターンなどのその他の配光パターンであっても良い。

さらにまた、この実施形態１、２においては、リフレクタ２０と光学レンズ２１とから構成されている配光制御部材２を使用するものである。ところが、この発明においては、配光制御部材として、リフレクタ２０と光学レンズ２１とから構成されている配光制御部材２以外の配光制御部材、たとえば、レンズ直射タイプの配光制御部材、プロジェクタタイプの配光制御部材、リフレクタタイプの配光制御部材などを使用するものであっても良い。

さらにまた、この実施形態１、２においては、ＬＥＤチップ３、３Ａを１個使用するものである。ところが、この発明においては、ＬＥＤチップを複数個使用しても良い。この場合においては、複数個のＬＥＤチップを直列もしくは並列もしくは直列と並列との組み合わせにより接続されている。

１、１Ａ 半導体型光源
２ 配光制御部材
２０ リフレクタ
２１ 光学レンズ
２２ 反射面
３、３Ａ ＬＥＤチップ
３０ Ｐ電極
３１ 透明電極層
３２ 高抵抗層
３３ 電流拡散層
３４ Ｐ型半導体層
３５ 発光層
３６ Ｎ型半導体層
３７ Ｎ電極
３８ サファイヤ基板
３９ 裏面電極
４ パッケージ部材
４０ 金属基板
４１ 絶縁層
４２ 枠体
４３ 蛍光部材
４４ 位置決め用の孔
４５ 開口部
４６ メッキ
４７ スクリュー挿通用の孔
５ 給電部材
５０、５１ 配線パターン
５２、５３ 外部リード線
５４、５５ ワイヤ
５６ 半田
５７ リング
５８、５９ 外部リード線
６ 放熱部材
６０ 固定板部
６１ フィン部
６２ 位置決め用のピン
６３ スクリュー
６４ スクリュー孔
６５ 絶縁性のスクリュー
７ 金属接合材
７０、７１ 金属バンプ
８ 熱伝導材
１００ 車両用灯具

Claims (6)

1. 車両用灯具の半導体型光源において、
   ＬＥＤチップと、
   前記ＬＥＤチップが実装されているパッケージ部材と、
   前記ＬＥＤチップに電流を供給する給電部材と、
   前記パッケージ部材が固定されていて、前記ＬＥＤチップにおいて発生する熱を外部に放射させる放熱部材と、
   を備え、
   前記パッケージ部材は、金属基板から構成されていて、
   前記ＬＥＤチップは、前記金属基板に金属接合材を介して接合されている、
   ことを特徴とする車両用灯具の半導体型光源。
2. 前記金属接合材は、金属バンプ、半田材、金属表面融解を利用した金属接合材、もしくは、金属のナノ粒子が含有されているペーストを硬化させたもの、である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具の半導体型光源。
3. 前記金属基板と前記放熱部材との間には、放熱グリース、もしくは、前記金属接合材が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用灯具の半導体型光源。
4. 前記ＬＥＤチップは、フェースアップ実装タイプであり、
   前記ＬＥＤチップの発光面と反対側は、前記金属基板に金属接合材を介して接合されていて、
   前記ＬＥＤチップの発光面側の電極に対応する箇所には、高抵抗層が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用灯具の半導体型光源。
5. 前記ＬＥＤチップは、フリップチップ実装タイプであり、
   前記ＬＥＤチップの発光層側の電極は、前記金属基板に金属接合材を介して接合されている、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用灯具の半導体型光源。
6. 前記請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両用灯具の半導体型光源と、
   前記半導体型光源からの光を配光制御する配光制御部材と、
   を備える、ことを特徴とする車両用灯具。

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