JP2017195258A - 光源装置、移動体用発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱拡散効率を向上させつつＬＥＤチップの取り付け精度を向上できる光源装置を提供する。
【解決手段】Ｐ型半導体層３４と電気的に接続されるＰ側電極３７およびＮ型半導体層３２と電気的に接続されるＮ側電極３６を有する発光ダイオードチップ３０と、発光ダイオードチップ３０が固定されるベース金属部材１３と、を備える光源装置１０である。ベース金属部材１３の表面には、絶縁層１４と、絶縁層１４を介してＰ側電極３７に電気的に接合されるＰ側配線パターン（１５１）と、絶縁層１４を介してＮ側電極３６に電気的に接合されるＮ側配線パターン（１５２）と、が形成され、絶縁層１４は、熱抵抗が０．５℃/Ｗ以下である。
【選択図】図４

Description

本発明は、発光ダイオードチップを備える光源装置、およびその光源装置を用いる移動体用発光装置に関する。

光源装置では、省電力の観点から発光ダイオードチップ（以下ではＬＥＤチップともいう）を用いて、車両用灯具等の移動体用発光装置に搭載することが知られている。

そのような光源装置では、光量を増加させるべく大きい電流をＬＥＤチップに流すので、発光効率の低下を防止すべくＬＥＤチップにより発生した熱を効率的に外部に放射させることが考えられている（例えば、特許文献１等参照）。その従来の光源装置（移動体用発光装置）では、ベース金属部材の表面において、メッキにより一方の配線パターン部を形成し、かつ絶縁層を介在させて他方の配線パターン部を形成している。従来の光源装置では、ＬＥＤチップのＰ側電極を一方の配線パターン部に、ＬＥＤチップのＮ側電極を他方の配線パターン部に、それぞれ金属接合材により接合することで、熱拡散効率を向上させている。

特開２０１４−９３１４８号公報

しかしながら、上記した従来の光源装置では、熱拡散効率を向上させつつＬＥＤチップの取り付け精度を向上させる観点から改良の余地がある。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、熱拡散効率を向上させつつＬＥＤチップの取り付け精度を向上できる光源装置を提供することを目的とする。

本発明の光源装置は、Ｐ型半導体層と電気的に接続されるＰ側電極およびＮ型半導体層と電気的に接続されるＮ側電極を有する発光ダイオードチップと、前記発光ダイオードチップが固定されるベース金属部材と、を備え、前記ベース金属部材の表面には、絶縁層と、前記絶縁層を介して前記Ｐ側電極に電気的に接合されるＰ側配線パターンと、前記絶縁層を介して前記Ｎ側電極に電気的に接合されるＮ側配線パターンと、が形成され、前記絶縁層は、熱抵抗が０．５℃/Ｗ以下であることを特徴とする。

本発明の光源装置によれば、熱拡散効率を向上させつつ発光ダイオードチップの取り付け精度を向上できる。

本発明に係る光源装置の一実施形態に係る実施例の光源装置１０を備える移動体用発光装置の一例としての車両用灯具５０の構成の一例を概略的な断面で示す説明図である。 光源装置１０に用いるＬＥＤチップ３０の構造の一例を概略的に示す断面図である。 光源装置１０の各構成を分解して示す説明図である。 各構成を組み付けた光源装置１０を示す説明図である。 光源装置１０のベース金属部材１３におけるＬＥＤチップ３０（その各電極（３６、３７）と各配線パターン１５との位置関係を模式的に示す説明図である。 本発明の実施例２に係る光源装置１０Ａにおける各ＬＥＤチップ３０の接続関係を回路記号で示す説明図である。 光源装置１０Ａのベース金属部材１３におけるＬＥＤチップ３０（その各電極（３６、３７）と各第１配線パターン１５１との位置関係を模式的に示す図５と同様の説明図である。 図７に示す光源装置１０Ａにおけるベース金属部材１３とＬＥＤチップ３０（その各電極（３６、３７）と各第１配線パターン１５１との位置関係を側面から見た様子を示す説明図である。 本発明の実施例３に係る光源装置１０Ｂにおける各ＬＥＤチップ３０の接続関係を回路記号で示す説明図である。 光源装置１０Ｂのベース金属部材１３におけるＬＥＤチップ３０（その各電極（３６、３７）と各第１配線パターン１５１との位置関係を模式的に示す図５および図７と同様の説明図である。 本発明の他の例に係る光源装置１０Ｃの各構成を組み付けた様子を示す図４と同様の説明図である。

以下に、本発明に係る光源装置を移動体用発光装置の一例としての車両用灯具に適用した実施例について図面を参照しつつ説明する。なお、図５、図７および図１０では、ＬＥＤチップ３０（その各電極（３６、３７）と各配線パターン１５との位置関係の理解を容易とするために、反射樹脂枠１８、アンダーフィル１９、位置決め穴１３ｂおよび位置決め突起１１ｄを省略して示している。

本発明に係る光源装置の一実施形態に係る実施例１の光源装置１０を、図１から図５を用いて説明する。実施例１の光源装置１０は、図１に示すように、移動体の一例としての自動車等の車両の前照灯を構成する車両用灯具５０に用いられる。その前照灯は、車両の前部の左右両側にそれぞれ搭載され、開放された前端がアウターレンズで覆われたランプハウジングにより形成される灯室に車両用灯具５０が設けられて構成される。車両用灯具５０は、上下方向用光軸調整機構や左右方向用光軸調整機構を介して灯室に設けられ、車両の前方を適宜照射する。

実施例１の車両用灯具５０では、光源装置１０のヒートシンク部材１１に設けた光学部材保持部５１で、光学部材としてのリフレクタ部材５２と投影レンズ５３とを保持して、プロジェクタタイプの前照灯ユニットを構成する。ヒートシンク部材１１は、光源装置１０の後述するＬＥＤチップ３０で発生する熱を外部に放射させる放熱部材であり、金属や樹脂等の熱伝導性に優れた材料（熱抵抗の小さい材料）から形成され、実施例１ではアルミニウムダイキャストで形成する。このヒートシンク部材１１は、吸熱部１１ａに、放熱面積を確保するための櫛歯形状の放熱フィン１１ｂを設けて構成する（図３等参照）。その吸熱部１１ａには、後述するベース金属部材１３の固定のための２つのネジ穴１１ｃと、そのベース金属部材１３に対する位置決めのための複数の位置決め突起１１ｄと、を設けている。ヒートシンク部材１１の吸熱部１１ａに光源装置１０を設ける。

その光源装置１０は、後述するＬＥＤチップ３０から光を出射させるもので、詳細な構成は後述する。リフレクタ部材５２は、光学部材保持部５１に保持され、光源装置１０（そのＬＥＤチップ３０）から出射された光を、同じく光学部材保持部５１に保持された投影レンズ５３側に反射する。その投影レンズ５３は、リフレクタ部材５２と協働してロービーム配光パターン（すれ違い配光パターン）やハイビーム配光パターン（走行配光パターン）等の所定の配光パターンを形成し、車両の前方を照射すべく光を出射させる。図１では、光源装置１０から射出した光がリフレクタ部材５２と投影レンズ５３とで制御されて進行する様子の一例を矢印で示す。なお、光源装置１０は、実施例１では、光源装置１０からの光をリフレクタ部材５２と投影レンズ５３とで制御しているが、リフレクタ部材（５２）のみで制御してもよく、投影レンズ（５３）のみで制御してもよく、実施例１の構成に限定されない。

その光源装置１０は、上述したヒートシンク部材１１に、発光ダイオードチップ３０（ＬＥＤチップ３０とも記載する）を有するパッケージ１２を設けて構成する。そのＬＥＤチップ３０は、図２に示すように、フリップチップ実装タイプ（フェースダウンタイプ）であり、実施例１では青色光を発生する。ＬＥＤチップ３０は、サファイア基板３１とＮ型半導体層３２と発光層３３とＰ型半導体層３４と電流拡散層３５との層構造を呈し、Ｎ側電極３６とＰ側電極３７とが設けられる。サファイア基板３１は、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）等の透明支持層として形成される絶縁体であり、実施例１ではサファイアで形成する。Ｎ型半導体層３２は、ＭＯＣＶＤ法により積層成長させて形成し、実施例１ではＮ型ＧａＮ層とする。このＮ型半導体層３２は、ＬＥＤチップ３０の製造工程でその一部を除去して、図２を正面視した上下方向の段差を設け、低い段差にＮ側電極３６を設け、高い段差に発光層３３を積層させる。

発光層３３は、光を放射させる活性層であり、バンドギャップの異なる半導体層が交互に積層させて形成した多重粒子井戸構造（ＭＱＷ）であり、実施例１ではＩｎＧａＮ積層部とする。Ｐ型半導体層３４は、Ｐ型ＩｎＧａＮ層やＰ型ＧａＮ層とし、電流拡散層３５は、Ｐ型ＧａＮ層とする。なお、Ｐ型半導体層３４と電流拡散層３５とは、兼用する構成であっても良い。Ｐ側電極３７は、Ｐ型半導体層３４および電流拡散層３５を介して発光層３３に設けた発光層側の電極であり、金（Ａｕ）等の金属で形成する。このＰ側電極３７は、少なくとも上層（電流拡散層３５側の層）を反射率の高い層とし、実施例１では少なくとも上層に銀（Ａｇ）を用いる。Ｎ側電極３６は、上述したようにＮ型半導体層３２の低い段差に設けた非発光層側の電極であり、金（Ａｕ）等の金属で形成する。

このＬＥＤチップ３０では、Ｐ側電極３７が昇圧されると、Ｐ側電極３７から電流拡散層３５、Ｐ型半導体層３４、発光層３３、Ｎ型半導体層３２、Ｎ側電極３６へと電流が流れ、その発光層３３に電流が流れる際に青色に発光する。すると、ＬＥＤチップ３０では、青色の光を直接透明のサファイア基板３１から外部に放射するとともに、青色の光をＰ側電極３７で反射した後にサファイア基板３１から外部に放射する。このため、ＬＥＤチップ３０では、サファイア基板３１（その上端面）が出射面として機能する。なお、ＬＥＤチップ３０では、実際には、後述するようにベース金属部材１３と対向する面以外を除く全ての面から青色の光を放射する。

このＬＥＤチップ３０を有する光源装置１０のパッケージ１２は、図３から図５に示すように、ベース金属部材１３を有する。このベース金属部材１３は、ＬＥＤチップ３０を実装する箇所を形成し、実施例１では、一例として銅やアルミニウムの金属材料からなる板状とする。ベース金属部材１３は、ヒートシンク部材１１（その吸熱部１１ａ）に取り付けるべく、吸熱部１１ａのネジ穴１１ｃに対応する２つのネジ穴１３ａと、吸熱部１１ａの各位置決め突起１１ｄに対応する複数の位置決め穴１３ｂと、を有する。その各ネジ穴１３ａは、後述する第１配線パターン１５１と第２配線パターン１５２とに個別に対応して設けられ、それぞれが対応する配線パターンを貫通する。

そのベース金属部材１３の表面には、絶縁層１４を介して２つの配線パターン１５を設ける。以下では、各配線パターン１５は、個別に述べる際には、図５等を正面視して左から順にｎ番目の配線パターン１５を、第ｎ配線パターン１５ｎともいう（ｎは１以上の自然数）。その絶縁層１４は、金属材料からなるベース金属部材１３を介して、各配線パターン１５が電気的な短絡（ショート）を防止する。本発明では、絶縁層１４は、各配線パターン１５とベース金属部材１３との間の熱抵抗を０．５℃/Ｗ以下とする。この絶縁層１４の熱抵抗は、絶縁層１４の厚さに比例し、かつ絶縁層１４の熱伝導率の逆数および絶縁層１４の面積（各配線パターン１５およびベース金属部材１３との接触面積）の逆数に比例するので、厚さを小さくしたり熱伝導率や面積を大きくしたりすることで、小さくできる。このため、０．５℃/Ｗ以下の絶縁層１４は、例えば、５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導率の材料を用いることや、絶縁層１４の厚さ（膜厚）を１０μｍ以下とすることで実現できる。この絶縁層１４は、実施例１では、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や窒化シリコン（窒化ケイ素（Ｓｉ_４Ｎ_３））や炭化ケイ素(ＳｉＣ)やケイ素（シリコン(ＳｉＣ))等を用いて、小さな膜厚を可能とするエアロゾルデポジション法により形成することで、熱抵抗を０．５℃/Ｗ以下とする。なお、絶縁層１４の厚さ（膜厚）は、絶縁破壊を起こさないことに留意して設定する。この絶縁層１４は、実施例１では、各配線パターン１５と等しい形状として、各配線パターン１５に個別に対応して複数設ける。

各配線パターン１５は、ベース金属部材１３に実装するＬＥＤチップ３０に電力を供給するもので、金（Ａｕ）等の金属からなり、公知のフォトエッチング処理等により形成する。各配線パターン１５には、公知の手段により金（Ａｕ）等の金属物質からなる複数の金属バンプ１６を設ける。第１配線パターン１５１は、複数の金属バンプ１６を介してＰ側電極３７に接合し、第２配線パターン１５２は、複数の金属バンプ１６を介してＮ側電極３６に接合するように、ＬＥＤチップ３０をベース金属部材１３にフリップチップ接合により実装する。このため、実施例１では、第１配線パターン１５１は、Ｐ側配線パターンとして機能し、第２配線パターン１５２は、Ｎ側配線パターンとして機能する。なお、各配線パターン１５とＰ側電極３７およびＮ側電極３６とを接合する金属バンプ１６は、設ける数を増加させることで、互いの接触面積すなわち熱の伝達経路を増加させるので、この観点から設ける数を設定することが望ましい。

パッケージ１２では、ベース金属部材１３に実装されたＬＥＤチップ３０の出射面に対向させた蛍光体板１７と、ＬＥＤチップ３０を取り囲む反射樹脂枠１８と、を有し、ＬＥＤチップ３０の周辺をアンダーフィル１９により封入する。その蛍光体板１７は、黄色蛍光体粒子を含有する透明な材料を板状として形成し、ＬＥＤチップ３０の出射面すなわちサファイア基板３１の上端面に透明な接着剤を介して接着する。蛍光体板１７は、黄色蛍光体粒子が青色光により励起されることで白色光を発生する。なお、青色光によって蛍光材料を励起して白色光を発生する構成は、例えば、蛍光体板１７に替えてＬＥＤチップ３０の周囲を励起により白色光を発生する蛍光粉末を混入した樹脂で覆う構成でもよく、他の構成でもよく、実施例１の構成に限定されない。

反射樹脂枠１８は、たとえば、酸化チタン等の高反射材料を含有する樹脂で形成し、ベース金属部材１３に実装したＬＥＤチップ３０およびそこに対向する蛍光体板１７の周辺を取り囲んで設ける。アンダーフィル１９は、反射樹脂枠１８とＬＥＤチップ３０（蛍光体板１７）との間の空隙を充填して注入し、その充填した状態を維持して硬化させることで、ＬＥＤチップ３０等を汚染物から保護しつつ当該ＬＥＤチップ３０を支持する。これにより、ＬＥＤチップ３０を有する光源装置１０のパッケージ１２を形成する。

そのパッケージ１２には、各配線パターン１５に給電用コード２１を取り付ける。各給電用コード２１は、各配線パターン１５を介して接続したＬＥＤチップ３０に電力を供給するもので、車両用の給電回路に接続され、実施例１では先端に環状の接続端子であるリング部材２２を設ける。このため、各リング部材２２は、給電用接続部として機能し、それらを固定するためにネジ部材２３を用いる。その各ネジ部材２３は、高い熱伝導性を有し、かつベース金属部材１３を介して両給電用コード２１が導通することを防止すべく少なくとも一方が絶縁性を有するものとする。各ネジ部材２３は、実施例１では金属材料で形成し、少なくとも一方に絶縁加工を施す。その各ネジ部材２３を、対応するリング部材２２およびベース金属部材１３のネジ穴１３ａを通してヒートシンク部材１１のネジ穴１１ｃに捻じ込むことで、各給電用コード２１をベース金属部材１３に固定するとともに、そのベース金属部材１３とヒートシンク部材１１（その吸熱部１１ａ）とを固定する。このとき、ベース金属部材１３の各位置決め穴１３ｂにヒートシンク部材１１の吸熱部１１ａの各位置決め突起１１ｄを挿入しており、ベース金属部材１３とヒートシンク部材１１（吸熱部１１ａ）とが適切な位置関係となる。また、そのベース金属部材１３とヒートシンク部材１１（吸熱部１１ａ）との間に放熱グリース２４を塗布し、互いに面接触する間での熱伝導効率を向上させる。これにより、各リング部材２２を対応する配線パターン１５に押し当てて電気的に接合して、各配線パターン１５に給電用コード２１を取り付ける。なお、給電用コード２１（リング部材２２）では、第１配線パターン１５１に接合した側を正側とし、第２配線パターン１５２に接合した側を負側とする。

このように構成した光源装置１０では、車両用の給電回路から両給電用コード２１を介して電力が供給されて、第１配線パターン１５１（一方の給電用コード２１）側が昇圧される。すると、光源装置１０では、一方の給電用コード２１から、一方のリング部材２２、第１配線パターン１５１、一方の金属バンプ１６（Ｐ側電極３７）、ＬＥＤチップ３０、他方の金属バンプ１６（Ｎ側電極３６）、第２配線パターン１５２、他方のリング部材２２、他方の給電用コード２１へと電流が流れる。このため、ＬＥＤチップ３０では、Ｐ側電極３７からＮ側電極３６へと電流が流れて発光層３３が青色に発光し、その光がサファイア基板３１から放射される。すると、ＬＥＤチップ３０を用いた光源装置１０では、その光が蛍光体板１７を経ることで励起されて白色光となり、蛍光体板１７の上端面（出射面）から白色光を外部に放射する。このため、光源装置１０を用いた車両用灯具５０では、光源装置１０（ＬＥＤチップ３０）から出射された光を、リフレクタ部材５２および投影レンズ５３で所定の配光パターンを形成して、車両の前方を照射すべく光を出射させる（図１参照）。

この光源装置１０では、ＬＥＤチップ３０が通電により熱を発生するが、その熱は、各配線パターン１５から、絶縁層１４、ベース金属部材１３、放熱グリース２４を経てヒートシンク部材１１に伝達される。ここで、一般的に熱伝導率が高い他の構成と比較して絶縁層１４の熱伝導率が問題となり得るが、本願発明の光源装置１０では、絶縁層１４の熱抵抗を０．５℃/Ｗ以下としているので、円滑にヒートシンク部材１１に熱を伝達できる。このため、光源装置１０では、ＬＥＤチップ３０を適切に冷却でき、ＬＥＤチップ３０における発光効率の低下を防止できる。

このように、本発明に係る光源装置の一実施例の光源装置１０では、金属材料からなるベース金属部材１３と各配線パターン１５との間に設けた絶縁層１４の熱抵抗を０．５℃/Ｗ以下とする。このため、光源装置１０では、第１配線パターン１５１（Ｐ側配線パターン）にＰ側電極３７が接合されかつ第２配線パターン１５２（Ｎ側配線パターン）にＮ側電極３６が接合されたＬＥＤチップ３０を適切に冷却でき、発光効率の低下を防止できる。

また、光源装置１０では、ＬＥＤチップ３０のＰ側電極３７およびＮ側電極３６を接合する両配線パターン１５を、絶縁層１４を介してベース金属部材１３の表面に設けている。このため、光源装置１０では、各配線パターン１５（それらの表面）を略同一平面（段差のない構造）にできるので、例えば各金属バンプ１６の大きさを調整すること等により、傾きが生じないようにＬＥＤチップ３０を実装することを容易にできる。これは、ＬＥＤチップ３０では、Ｐ側電極３７とＮ側電極３６とに段差があるが、当該段差が絶縁層１４の厚さよりも小さいため、第１配線パターン１５１および第２配線パターン１５２の一方のみに絶縁層１４を設けることと比較して、ＬＥＤチップ３０の傾きをなくすための調整量を小さくできることによる。これにより、光源装置１０では、ＬＥＤチップ３０の取り付け精度を向上でき、適切に光を出射できる。加えて、光源装置１０では、各配線パターン１５（それらの表面）が略同一平面のため、ＬＥＤチップ３０をフリップチップ接合する際に、各配線パターン１５に均等に加圧力を加えて加熱溶融できるので、接合力を向上させつつＬＥＤチップ３０の傾きをより適切に防止できる。

さらに、光源装置１０では、絶縁層１４の厚さを１０μｍ以下とするので、容易に絶縁層１４の熱抵抗を０．５℃/Ｗ以下にできる。特に、光源装置１０では、絶縁層１４を窒化アルミニウムで形成するので、絶縁層１４による絶縁性能を確保しつつ熱抵抗を０．５℃/Ｗ以下にすることが容易となる。加えて、光源装置１０では、絶縁層１４を窒化アルミニウムからエアロゾルデポジション法により形成しているので、絶縁層１４の厚さを容易に１０μｍ以下にでき、より容易に絶縁層１４の熱抵抗を０．５℃/Ｗ以下にできる。

光源装置１０では、Ｐ側電極３７およびＮ側電極３６を各配線パターン１５に各金属バンプ１６で接合する。このため、光源装置１０では、Ｐ側電極３７およびＮ側電極３６と対応する各配線パターン１５とを金属接合するので、電気的に安定させることができ、強度を確保して信頼性を高めることができ、ＬＥＤチップ３０の熱をベース金属部材１３やヒートシンク部材１１へと適切に伝達できる。

光源装置１０では、ベース金属部材１３に給電用接続部としての各リング部材２２を固定するので、各配線パターン１５と各給電用コード２１との接合を簡易で容易なものにできる。特に、光源装置１０では、各リング部材２２をベース金属部材１３に固定するための各ネジ部材２３で、ベース金属部材１３とヒートシンク部材１１（その吸熱部１１ａ）とを併せて固定しているので、全体を簡易な構成にできる。

光源装置１０では、熱伝導性の高い材料（実施例１では金属材料）で形成した各ネジ部材２３でベース金属部材１３とヒートシンク部材１１（その吸熱部１１ａ）とを固定するとともに、それらの間に放熱グリース２４を介在させているので、熱伝導効率を向上できる。また、光源装置１０では、放熱グリース２４を介在させつつ各ネジ部材２３で固定することに替えて、ベース金属部材１３の裏面側に半田による接合を可能とするための表面処理（例えば、金（Ａｕ）メッキ等により金属膜を形成する）を施して、ヒートシンク部材１１（吸熱部１１ａ）に半田により金属接合してもよい。このように金属接合すると、ベース金属部材１３とヒートシンク部材１１（その吸熱部１１ａ）との接触面積すなわち熱の伝達経路を増加でき、より適切にＬＥＤチップ３０を冷却できる。

光源装置１０では、ベース金属部材１３とヒートシンク部材１１（その吸熱部１１ａ）とにおいて、位置決め部としての各位置決め穴１３ｂおよび各位置決め突起１１ｄを設けているので、簡易な構成で互いの位置関係を適切にできる。また、光源装置１０では、ベース金属部材１３とヒートシンク部材１１（その吸熱部１１ａ）とにおいて、固定部としての各ネジ穴１３ａおよび各ネジ穴１１ｃを設けているので、簡易な構成でより強固に固定できる。

光源装置１０では、より適切にＬＥＤチップ３０を冷却できるため、ＬＥＤチップ３０に高電流を流すことができるので、より高輝度な光を出射できる。

光源装置１０では、ＬＥＤチップ３０の出射面に対向させて蛍光体板１７を設けるとともに、蛍光体板１７を含むＬＥＤチップ３０の周辺に反射樹脂枠１８を設けているので、実際に放射する面積をＬＥＤチップ３０の出射面と略等しくできる。このため、光源装置１０では、制御し易い点光源に近付けることができるとともに、ＬＥＤチップ３０から出射された光の蛍光剤（実施例１では蛍光体板１７）中の進行距離の差異を小さくできて色ムラの発生を防止できるので、より高品質な光源を形成できる。

光源装置１０では、ベース金属部材１３に熱抵抗を０．５℃/Ｗ以下としつつ窒化アルミニウムで絶縁層１４を形成しているので、窒化アルミニウム基板を設けることと同等の機能（絶縁、放熱、熱膨張等）をベース金属部材１３に持たせることができる。このため、光源装置１０では、極めて高価な窒化アルミニウム基板をなくしても同等の機能を得ることができ、当該窒化アルミニウム基板を設けることと比較して、かなり安価に形成できる。

本発明に係る移動体用発光装置の一実施例の車両用灯具５０では、本発明に係る光源装置の一例としての光源装置１０を有しているので、上記した各効果を得られる。また、車両用灯具５０では、ヒートシンク部材１１に設けた光学部材保持部５１で光学部材としてのリフレクタ部材５２および投影レンズ５３を保持するので、簡易でより小さな構成にできる。ここで、例えば車両の左右に車両用灯具５０を設けることや、複数の光源装置１０を車両用灯具５０に設けることのように、複数の光源装置１０を用いる場合には各光源装置１０を定電流制御とすることで光源装置１０毎すなわちＬＥＤチップ３０毎の輝度のバラつきを防止できる。

したがって、本発明に係る光源装置としての実施例１の光源装置１０では、熱拡散効率を向上させつつ発光ダイオードチップ（ＬＥＤチップ３０）の取り付け精度を向上できる。

次に、本発明の光源装置の一例としての実施例２の光源装置１０Ａについて、図６から図８を用いて説明する。この実施例２の光源装置１０Ａは、実施例１の光源装置１０とは異なり複数のＬＥＤチップ３０を用いる例である。この実施例２の光源装置１０Ａは、基本的な概念および構成は実施例１の光源装置１０と同様であるので、等しい概念および構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、移動体用発光装置の一実施例の車両用灯具５０としては、実施例１の光源装置１０に替えて実施例２の光源装置１０Ａを搭載することを除くと、概念および構成は実施例１の車両用灯具５０と同様であるので、詳細な説明および図示は省略する。

実施例２の光源装置１０Ａでは、複数のＬＥＤチップ３０を直列接続しつつベース金属部材１３Ａに実装してパッケージ１２Ａとして構成するものであり、一例として４つのＬＥＤチップ３０を用いて直列接続する（図６等参照）。以下では、各ＬＥＤチップ３０は、個別に述べる際には、図６等を正面視して左から順にｎ番目のＬＥＤチップ３０を、第ｎＬＥＤチップ３０ｎともいう（ｎは１以上の自然数）。これに伴い、ベース金属部材１３Ａには、図７および図８に示すように、それぞれ絶縁層１４を介して５つの配線パターン１５を並べて設け、その各配線パターン１５に公知の手段により金（Ａｕ）等の金属物質からなる複数の金属バンプ１６を設ける。

そして、第１配線パターン１５１に、各金属バンプ１６を介して第１ＬＥＤチップ３０１のＰ側電極３７を接合する。また、第２配線パターン１５２に、各金属バンプ１６を介して第１ＬＥＤチップ３０１のＮ側電極３６を接合し、かつ各金属バンプ１６を介して第２ＬＥＤチップ３０２のＰ側電極３７を接合する。さらに、第３配線パターン１５３に、各金属バンプ１６を介して第２ＬＥＤチップ３０２のＮ側電極３６を接合し、かつ各金属バンプ１６を介して第３ＬＥＤチップ３０３のＰ側電極３７を接合する。加えて、第４配線パターン１５４に、各金属バンプ１６を介して第３ＬＥＤチップ３０３のＮ側電極３６を接合し、かつ各金属バンプ１６を介して第４ＬＥＤチップ３０４のＰ側電極３７を接合する。そして、第５配線パターン１５５に、各金属バンプ１６を介して第４ＬＥＤチップ３０４のＮ側電極３６を接合する。

これらにより、光源装置１０Ａでは、各ＬＥＤチップ３０を直列接続してベース金属部材１３Ａに実装する。このため、光源装置１０Ａでは、両端のＬＥＤチップ３０を除き、ｎ番目のＬＥＤチップ３０のＰ側電極３７と、ｎ−１番目のＬＥＤチップ３０のＮ側電極３６とを、同電位の配線パターン１５に接合している。これにより、光源装置１０Ａでは、第１配線パターン１５１がＰ側配線パターンとして、第２配線パターン１５２、第３配線パターン１５３および第４配線パターン１５４がＰ側配線パターンおよびＮ側配線パターンとして、第５配線パターン１５５がＮ側配線パターンとして、機能する。

そして、図８に示すように、ベース金属部材１３Ａに実装した４つのＬＥＤチップ３０の出射面に対向させて蛍光体板１７Ａを設けるとともに、その蛍光体板１７Ａおよび各ＬＥＤチップ３０を取り囲んで反射樹脂枠１８を設け、各ＬＥＤチップ３０の周辺をアンダーフィル１９で封入してパッケージ１２Ａを形成する。その蛍光体板１７Ａは、４つのＬＥＤチップ３０の出射面を覆うことのできる大きさとしている。このパッケージ１２Ａでは、第１配線パターン１５１の左端と、第５配線パターン１５５の右端と、に、実施例１と同様にリング部材２２を介して給電用コード２１を取り付ける。

このように構成した光源装置１０Ａでは、車両用の給電回路から両給電用コード２１を介して電力が供給されて、第１配線パターン１５１（一方の給電用コード２１）側が昇圧される。すると、光源装置１０Ａでは、一方の給電用コード２１から、一方のリング部材２２、第１配線パターン１５１、第１ＬＥＤチップ３０１、第２配線パターン１５２、第２ＬＥＤチップ３０２、第３配線パターン１５３、第３ＬＥＤチップ３０３、第４配線パターン１５４、第４ＬＥＤチップ３０４、第５配線パターン１５５、他方のリング部材２２、他方の給電用コード２１へと電流が流れる。なお、電流が、各配線パターン１５と各ＬＥＤチップ３０（それらの各電極）との間でそれぞれ各金属バンプ１６を経ることに関しては、実施例１と同様であるので省略している。このため、各ＬＥＤチップ３０では、発光層３３に電流が流れる際に青色に発光してサファイア基板３１から放射させ、光源装置１０Ａでは、蛍光体板１７Ａの上端面（出射面）から白色光を外部に放射する。このため、光源装置１０Ａを用いた車両用灯具５０では、光源装置１０Ａ（ＬＥＤチップ３０）から出射された光を、リフレクタ部材５２および投影レンズ５３で所定の配光パターンを形成して、車両の前方を照射すべく光を出射させる（図１参照）。

実施例２の光源装置１０Ａでは、基本的に実施例１の光源装置１０と同様の構成であるので、基本的に実施例１と同様の効果を得られる。

それに加えて、実施例２の光源装置１０Ａでは、各ＬＥＤチップ３０を直列接続しているので、ＬＥＤチップ３０毎の輝度のバラつきを防止でき、輝度ムラのない光を出射できるので、各ＬＥＤチップ３０を並列接続した場合と比較して簡易な構成で高品質にできる。これは、次のことによる。各ＬＥＤチップ３０では、順方向に流れる電流（順電流Ｉｆ）の大きさに応じて出射する光の輝度（強度）が変化する。ここで、各ＬＥＤチップ３０を並列接続した場合には、各ＬＥＤチップ３０の順電圧−順電流特性のバラつきに起因して流れる順電流ＩｆがＬＥＤチップ３０毎に変化する虞があり、ＬＥＤチップ３０毎に輝度がバラつく虞がある。これに対して、各ＬＥＤチップ３０を直列接続した場合には、各ＬＥＤチップ３０に流れる順電流Ｉｆを等しくできるので、ＬＥＤチップ３０毎の輝度のバラつきを防止できる。

また、光源装置１０Ａでは、ＬＥＤチップ３０よりも１つ多い数の配線パターン１５を設け、それらを架け渡して複数のＬＥＤチップ３０を設けているので、簡易な構成で直列接続することができ、簡易な構成で発光面積を増大でき、各ＬＥＤチップ３０を同時に発光させることができる。

そして、実施例２の車両用灯具５０では、基本的に実施例１の車両用灯具５０と同様の構成であるので、基本的に実施例１と同様の効果を得られる。

それに加えて、実施例２の車両用灯具５０では、実施例２の光源装置１０Ａを有して輝度ムラのない光を広範囲で出射できるので、車両用法規の規格をより確実に満たすことができ、簡易な構成で高品質にできる。

したがって、本発明に係る光源装置としての実施例２の光源装置１０Ａでは、熱拡散効率を向上させつつ発光ダイオードチップ（ＬＥＤチップ３０）の取り付け精度を向上できる。

なお、実施例２の光源装置１０Ａでは、絶縁層１４を介して各配線パターン１５を設けていたが、いずれか１つの配線パターン１５を、絶縁層１４を介することなくベース金属部材１３Ａに設けてもよい。この場合、絶縁層１４を介さない配線パターン１５と絶縁層１４を介する配線パターン１５とでの段差をなくすことが望ましく、複数の金属バンプ１６の厚さ（大きさ）を変えることや、配線パターン１５の厚さを変えることや、ベース金属部材１３に段差を設けること等で、段差をなくすことができる。

次に、本発明の光源装置の一例としての実施例３の光源装置１０Ｂについて、図９および図１０を用いて説明する。この実施例３の光源装置１０Ｂは、実施例２の光源装置１０Ａとは異なり、複数のＬＥＤチップ３０が直列接続された組を複数用いる例である。この実施例３の光源装置１０Ｂは、基本的な概念および構成は実施例２の光源装置１０Ａと同様であるので、等しい概念および構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、移動体用発光装置の一実施例の車両用灯具５０としては、実施例１の光源装置１０に替えて実施例３の光源装置１０Ｂを搭載することを除くと、概念および構成は実施例１の車両用灯具５０と同様であるので、詳細な説明および図示は省略する。

実施例３の光源装置１０Ｂでは、直列接続した複数のＬＥＤチップ３０の組を複数設け、それらをベース金属部材１３Ｂに実装してパッケージ１２Ｂとして構成するものであり、一例として直列接続した４つのＬＥＤチップ３０の組を２つ設ける（図９等参照）。そして、直列接続した各ＬＥＤチップ３０の２組を並列接続する。このため、ベース金属部材１３Ｂには、図１０に示すように、絶縁層１４を介して５つ並べた配線パターン１５の組を２つ並べて設けている。以下では、各ＬＥＤチップ３０および各配線パターン１５を、図１０を正面視して、上段を１組目とし、下段を２組目とする。各組の各配線パターン１５には、公知の手段により金（Ａｕ）等の金属物質からなる複数の金属バンプ１６を設ける。

そして、ベース金属部材１３Ｂには、絶縁層１４を介して、１組目の第１配線パターン１５１と２組目の第１配線パターン１５１とを架け渡す正側架渡配線パターン２５と、１組目の第５配線パターン１５５と２組目の第５配線パターン１５５とを架け渡す負側架渡配線パターン２６と、を設ける。そして、一方のリング部材２２を正側架渡配線パターン２５に押し当てて設け、他方のリング部材２２を負側架渡配線パターン２６に押し当てて設ける。この各リング部材２２の設けた方は、位置が異なることを除いて実施例１と同様である。これにより、各リング部材２２が対応する正側架渡配線パターン２５または負側架渡配線パターン２６に電気的に接合して、正側架渡配線パターン２５および負側架渡配線パターン２６に給電用コード２１を取り付ける。各組における各配線パターン１５に対する各ＬＥＤチップ３０の接合の態様は、実施例２と同様である。

そして、ベース金属部材１３Ｂに実装した８つのＬＥＤチップ３０の出射面に対向させて蛍光体板１７Ｂを設けるとともに、その蛍光体板１７Ｂおよび各ＬＥＤチップ３０を取り囲んで反射樹脂枠１８を設け、各ＬＥＤチップ３０の周辺をアンダーフィル１９で封入してパッケージ１２Ｂを形成する。その蛍光体板１７Ｂは、８つのＬＥＤチップ３０の出射面を覆うことのできる大きさとしている。

このように構成した光源装置１０Ｂでは、車両用の給電回路から両給電用コード２１を介して電力が供給される。すると、光源装置１０Ｂでは、一方の給電用コード２１から一方のリング部材２２および正側架渡配線パターン２５を経て、１組目および２組目における、第１配線パターン１５１、第１ＬＥＤチップ３０１、第２配線パターン１５２、第２ＬＥＤチップ３０２、第３配線パターン１５３、第３ＬＥＤチップ３０３、第４配線パターン１５４、第４ＬＥＤチップ３０４、第５配線パターン１５５へと電流が流れ、負側架渡配線パターン２６および他方のリング部材２２を経て、他方の給電用コード２１へと電流が流れる。このため、各ＬＥＤチップ３０では、発光層３３に電流が流れる際に青色に発光し、サファイア基板３１から青色の光を放射させ、光源装置１０Ｂでは、蛍光体板１７Ｂの上端面（出射面）から白色光を外部に放射する。このため、光源装置１０Ｂを用いた車両用灯具５０では、光源装置１０Ｂ（ＬＥＤチップ３０）から出射された光を、リフレクタ部材５２および投影レンズ５３で所定の配光パターンを形成して、車両の前方を照射すべく光を出射させる（図１参照）。

実施例３の光源装置１０Ｂでは、基本的に実施例２の光源装置１０Ａと同様の構成であるので、基本的に実施例２と同様の効果を得られる。

それに加えて、実施例３の光源装置１０Ｂでは、直列接続した複数のＬＥＤチップ３０の組を複数設け、その各組を並列接続しているので、簡易な構成で発光面積を増大できる。また、光源装置１０Ｂでは、１組目の第１配線パターン１５１と２組目の第１配線パターン１５１とを正側架渡配線パターン２５で架け渡して電気的に接合し、１組目の第５配線パターン１５５と２組目の第５配線パターン１５５とを負側架渡配線パターン２６で架け渡して電気的に接合しているので、簡易な構成としつつ各組を並列接続でき、各ＬＥＤチップ３０を同時に発光させることができる。さらに、光源装置１０Ｂでは、各組における複数のＬＥＤチップ３０に流れる順電流Ｉｆを等しくしつつ組毎の複数のＬＥＤチップ３０の順電圧−順電流特性を平均化することができるので、各組でのＬＥＤチップ３０毎の輝度のバラつきや各組間での輝度のバラつきを防止でき、輝度ムラのない光を出射でき、簡易な構成で高品質にできる。

また、実施例３の車両用灯具５０では、基本的に実施例１の車両用灯具５０と同様の構成であるので、基本的に実施例１と同様の効果を得られる。

それに加えて、実施例３の車両用灯具５０では、実施例３の光源装置１０Ｂを有して輝度ムラのない光をより広範囲で出射できるので、車両用法規の規格をより確実に満たすことができ、簡易な構成で高品質にできる。

したがって、本発明に係る光源装置としての実施例３の光源装置１０Ｂでは、熱拡散効率を向上させつつ発光ダイオードチップ（ＬＥＤチップ３０）の取り付け精度を向上できる。

なお、上記した各実施例では、本発明に係る光源装置の一例としての光源装置１０、１０Ａ、１０Ｂについて説明したが、Ｐ型半導体層と電気的に接続されるＰ側電極およびＮ型半導体層と電気的に接続されるＮ側電極を有する発光ダイオードチップと、前記発光ダイオードチップが固定されるベース金属部材と、を備え、前記ベース金属部材の表面には、絶縁層と、前記絶縁層を介して前記Ｐ側電極に電気的に接合されるＰ側配線パターンと、前記絶縁層を介して前記Ｎ側電極に電気的に接合されるＮ側配線パターンと、が形成され、前記絶縁層は、熱抵抗が０．５℃/Ｗ以下であるであればよく、上記した各実施例の構成に限定されない。

また、上記した各実施例では、各配線パターン１５に個別に対応して複数の絶縁層１４を設けていたが、各配線パターン１５とベース金属部材１３等との間に絶縁層１４を介在させるものであれば、全ての配線パターン１５に対して単一の絶縁層１４を設けてもよく、各絶縁層１４に複数の配線パターン１５を対応させてもよく、上記した各実施例の構成に限定されない。

さらに、上記した各実施例では、ＬＥＤチップ３０（複数も含む）をベース金属部材１３に実装し、そのベース金属部材１３をヒートシンク部材１１（吸熱部１１ａ）に取り付けていたが、図１１に示す構成の光源装置１０Ｃとしてもよい。その光源装置１０Ｃでは、基本的な構成は各実施例１の光源装置１０と同様であるが、ベース金属部材１３を設けておらず、ヒートシンク部材１１の吸熱部１１ａ（その表面）に絶縁層１４を介して両配線パターン１５を設けるとともに、各ネジ部材２３で各リング部材２２を固定して各給電用コード２１を各配線パターン１５に接合している。このため、光源装置１０Ｃでは、ＬＥＤチップ３０を実装する箇所としてのベース金属部材がヒートシンク部材１１（吸熱部１１ａ）と一体的に構成されている。このような構成とすると、より簡易な構成としつつより適切にＬＥＤチップ３０（複数も含む）を冷却できる。

上記した各実施例では、金（Ａｕ）等の金属物質からなる複数の金属バンプ１６を用いていたが、各配線パターン１５とＰ側電極３７およびＮ側電極３６とを電気的に接合すればよく、上記した各実施例の構成に限定されない。その他の構成としては、熱伝導性の良いものが好ましく、例えば、ＡｕＳｎ等の半田材を用いることや、金属表面融解を利用した金属接合材を用いることや、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用いること等がある。

上記した各実施例では、給電用接続部として各ネジ部材２３および各リング部材２２を用いていたが、各給電用コード２１を各配線パターン１５に接合すれば、他の構成でもよく、上記した各実施例の構成に限定されない。

上記した各実施例では、光源装置１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃに図２に示す構成の発光ダイオードチップ３０（ＬＥＤチップ３０）を用いていたが、レーザダイオード、有機エレクトロルミネッセンス等の通電により発光する発光ダイオードチップを用いてもよく、上記した各実施例の構成に限定されない。

上記した各実施例の車両用灯具５０では、リフレクタ部材５２と投影レンズ５３とで光を制御して所定の配光パターンを形成していたが、リフレクタ部材のみで光を制御する構成でもよく、投影レンズのみで光を制御する構成でもよく、他の構成でもよく、上記した各実施例の構成に限定されない。

上記した各実施例では、移動体用発光装置として自動車に用いる車両用灯具５０を示していたが、電車やリニアモーターカーや飛行機等の移動体に用いる移動体用発光装置でもよく、上記した各実施例の構成に限定されない。

以上、本発明の光源装置を各実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については各実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 光源装置
１１ ヒートシンク部材
１１ｃ （固定部の一例としての）ネジ穴
１１ｄ （位置決め部の一例としての）位置決め突起
１３、１３Ａ、１３Ｂ ベース金属部材
１３ａ （固定部の一例としての）ネジ穴
１３ｂ （位置決め部の一例としての）位置決め穴
１４ 絶縁層
１５ 配線パターン
１５１ （Ｐ側配線パターンの一例としての）第１配線パターン
１５２ （Ｐ側配線パターン、Ｎ側配線パターンの一例としての）第２配線パターン
１５３ （Ｐ側配線パターン、Ｎ側配線パターンの一例としての）第３配線パターン
１５４ （Ｐ側配線パターン、Ｎ側配線パターンの一例としての）第４配線パターン
１５５ （Ｎ側配線パターンの一例としての）第５配線パターン
２２ （給電用接続部の一例としての）リング部材
３０ 発光ダイオードチップ
３２ Ｎ型半導体層
３４ Ｐ型半導体層
３６ Ｎ側電極
３７ Ｐ側電極
５０ （移動体用発光装置の一例としての）車両用灯具
５１ 光学部材保持部
５２ （光学部材の一例としての）リフレクタ部材
５３ （光学部材の一例としての）投影レンズ

Claims (12)

1. Ｐ型半導体層と電気的に接続されるＰ側電極およびＮ型半導体層と電気的に接続されるＮ側電極を有する発光ダイオードチップと、
   前記発光ダイオードチップが固定されるベース金属部材と、を備え、
   前記ベース金属部材の表面には、絶縁層と、前記絶縁層を介して前記Ｐ側電極に電気的に接合されるＰ側配線パターンと、前記絶縁層を介して前記Ｎ側電極に電気的に接合されるＮ側配線パターンと、が形成され、
   前記絶縁層は、熱抵抗が０．５℃/Ｗ以下であることを特徴とする光源装置。
2. 前記絶縁層は、厚さが１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記絶縁層は、窒化アルミニウムで形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記絶縁層は、窒化アルミニウムからエアロゾルデポジション法により形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光源装置。
5. 前記Ｐ側配線パターンと前記Ｐ側電極とは、金属バンプを介して接合され、
   前記Ｎ側配線パターンと前記Ｎ側電極とは、金属バンプを介して接合されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 前記発光ダイオードチップは、ｎを１以上の自然数として、ｎ個が順に並んで設けられ、
   前記ベース金属部材の表面には、前記絶縁層を介してｎ＋１個の配線パターンが順に並んで設けられ、
   １番目の前記配線パターンには、１番目の前記発光ダイオードチップの前記Ｐ側電極が電気的に接合されており、
   ｎ＋１番目の前記配線パターンには、ｎ番目の前記発光ダイオードチップの前記Ｎ側電極が電気的に接合されており、
   ２番目からｎ番目の前記配線パターンには、自らの順番をｍとして、ｍ−１番目の前記発光ダイオードチップの前記Ｎ側電極とｍ番目の前記発光ダイオードチップの前記Ｐ側電極とが電気的に接合されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光源装置。
7. 前記発光ダイオードチップは、ｎ個の直列接続の組が複数設けられ、
   各組の１番目の前記配線パターンは、互いに電気的に接続され、
   各組のｎ＋１番目の前記配線パターンは、互いに電気的に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
8. 前記ベース金属部材には、前記発光ダイオードチップに給電する給電用接続部が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の光源装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光源装置であって、
   さらに、前記発光ダイオードチップからの熱を放熱するヒートシンク部材を備え、
   前記ヒートシンク部材には、前記ベース金属部材が固定されていることを特徴とする光源装置。
10. 前記ベース金属部材および前記ヒートシンク部材には、互いの位置決めのための位置決め部と、互いを固定するための固定部と、が設けられていることを特徴とする請求項９に記載の光源装置。
11. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光源装置であって、
    さらに、前記発光ダイオードチップからの熱を放熱するヒートシンク部材を備え、
    前記ヒートシンク部材は、前記ベース金属部材と一体的に構成されていることを特徴とする光源装置。
12. 請求項９から請求項１１のずれか１項に記載の光源装置と、前記光源装置からの光を制御する光学部材と、を備える移動体用発光装置であって、
    前記ヒートシンク部材には、前記光学部材を保持する光学部材保持部が設けられていることを特徴とする移動体用発光装置。