JP6155608B2 - 車両用灯具 - Google Patents

Description

この発明は、ＬＥＤチップ（発光素子）に関するものである。特に、この発明は、車両用灯具の半導体型光源に使用するのに最適なＬＥＤチップに関するものである。また、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。さらに、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ＬＥＤチップ（発光素子）は、従来からある（たとえば、特許文献１）。従来のＬＥＤチップは、第１導電型層と、発光層と、第２導電型層と、第２導電型層に形成された第２導電型電極と、第１導電型層の露出部に形成された第１導電型電極と、を備え、第１導電型層の露出部には第１導電型電極の発光層側の縁に沿って溝が形成されてなるものである。

従来のＬＥＤチップにおいては、電流が第２導電型電極→第２導電型層→発光層→第１導電型層→第１導電型電極に流れる。電流が発光層に流れる際に、発光層が発光する。ここで、溝により、第１導電型層における電流の横方向の流れに対する抵抗が大きいので、電流の横方向の流れが抑制されて、第１導電型層において、電流が縦方向に均一に流れる。

特開２００７−７３５９０号公報

ところが、従来のＬＥＤチップは、溝により、第１導電型層における電流の横方向の流れに対する抵抗を大きくするものであるから、第１導電型層における発熱量が大きくなる傾向にある。このために、従来のＬＥＤチップは、車両用灯具の半導体型光源に使用するのに適していない。

この発明が解決しようとする課題は、従来のＬＥＤチップでは、車両用灯具の半導体型光源の使用に適していない、という点にある。

この発明（請求項１にかかる発明）は、第１半導体層と第１半導体層に形成されている発光層と、第１半導体層の発光層と反対側に形成されている第１電極と、発光層に形成され、かつ、一部が第１半導体層および発光層の積層方向に対して交差する方向に突出する第２半導体層と、第２半導体層に形成されている透明導電層と、第２半導体層の突出部の透明導電層と反対側であって発光層側に形成されている第２電極と、第２電極と透明導電層とを接続する導電接続部と、を備える、ことを特徴とする。

この発明（請求項２にかかる発明）は、透明導電層には、透明支持層が形成されている、ことを特徴とする。

この発明（請求項３にかかる発明）は、前記の請求項１または２に記載のＬＥＤチップ（発光素子）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４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５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６にかかる発明）は、前記の請求項３〜５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ＬＥＤチップは、第２電極と透明導電層とを導電接続部により接続するものである。このために、発光層と透明導電層との間に挟まれている第２半導体層において、電流が積層方向に均一に流れる。この結果、電流集中による局所的な発熱で半導体の結晶欠陥の増加、また、電流を増やしたときのドループ現象などによる発光効率（光束低下）、を回避することができる。これにより、信頼性が向上し、かつ、大電流を流すことができて高光束が得られる。

しかも、この発明のＬＥＤチップは、導電接続部を介して第２電極に接続されている透明導電層により電流を低抵抗で均一に流すことができるので、溝による高抵抗で電流を均一に流す従来のＬＥＤチップと比較して、発熱量を小さく抑制することができ、その分、大電流を流すことができる。これにより、信頼性が向上し、かつ、高光束が得られるので、車両用灯具の半導体型光源に使用するのに最適である。

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。

しかも、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チップとして、導電接続部を介して第２電極に接続されている透明導電層により電流を低抵抗で均一に流すことができるＬＥＤチップを使用するので、さらに強い光が得られる。

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、および、この発明にかかる車両用灯具の実施形態を示し、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、この発明にかかるＬＥＤチップの実施形態を示す説明図である。

以下、この発明にかかるＬＥＤチップの実施形態（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１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。

（実施形態の構成の説明）
以下、この実施形態におけるＬＥＤチップおよびこの実施形態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における車両用灯具の構成について説明する。図４において、符号３は、この実施形態におけるＬＥＤチップ（発光素子）である。図１〜図３において、符号１は、この実施形態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、前記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チップである。前記ＬＥＤチップ３は、第１電極としてのＰ電極３０（金等の金属からなる）と、電流拡散層（Ｐ型ＧａＮ層）３３と、第１半導体層としての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、多重量子井戸構造で微妙に組成の異なるＩｎＧａＮ積層部）３５と、第２半導体層としてのＮ型半導体層（Ｎ型ＧａＮ層）３６と、第２電極としてのＮ電極３７（金等の金属からなる）と、補強用の透明支持層（Ａｌ２Ｏ３、サファイヤなどの透明なサファイヤ基板）３８と、透明導電層３９と、導電接続部３２、３２０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Ｐ型半導体層３４の一面（表面、上面）には、前記発光層３５が形成されている。前記Ｐ型半導体層３４の他面（前記発光層３５と反対側の面、裏面、下面）には、前記電流拡散層３３を介して前記Ｐ電極３０が形成されている。前記発光層３５の一面（表面、上面）には、前記Ｎ型半導体層３６が形成されている。前記Ｎ型半導体層３６の一面（表面、上面）には、前記透明導電層３９が形成されている。前記透明導電層３９の一面（表面、上面）には、前記透明支持層３８が形成されている。

前記Ｎ型半導体層３６および前記透明導電層３９および前記透明支持層３８の一部は、前記Ｐ電極３０および前記電流拡散層３３および前記Ｐ型半導体層３４および前記発光層３５の積層方向に対して交差（直交もしくはほぼ直交）する方向に突出している。すなわち、前記電流拡散層３３および前記Ｐ型半導体層３４および前記発光層３５の一部を除去して、前記Ｎ型半導体層３６の前記突出部を露出させるものである。前記Ｎ型半導体層３６の前記突出部の露出面（前記透明導電層３９と反対側であって前記発光層３５側の面）には、前記Ｎ電極３７が形成されている。なお、前記発光層３５と前記Ｎ型半導体層３６との接合面と、前記Ｎ型半導体層３６の前記突出部の露出面との間には、段差がある。

前記Ｎ型半導体層３６の前記突出部において、前記Ｎ電極３７と前記透明導電層３９とを連通するスルーホール３１が設けられている。前記スルーホール３１中には、前記導電接続部３２が設けられている。前記Ｎ電極３７と前記透明導電層３９とは、前記導電接続部３２を介して電気的に接続されている。

なお、図４中の二点鎖線にて示すように、前記スルーホール３１を設けずに、前記Ｎ型半導体層３６の前記突出部の外面において、前記導電接続部３２０により、前記Ｎ電極３７と前記透明導電層３９とを電気的に接続しても良い。

前記導電接続部３２、３２０は、前記Ｎ電極３７の材料、あるいは、前記透明導電層３９の材料、あるいは、前記Ｎ電極３７と前記透明導電層３９との混合材料、あるいは、その他の導電性材料からなる。

フリップチップ実装タイプの前記ＬＥＤチップ３は、発光面が前記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３の前記Ｐ電極３０の前記電流拡散層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。フリップチ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、発光層３５側の電極である。

（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、メッキ４６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の一端部の一面（表面、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と前記給電部材５の配線パターン５１とが実装されている。一方、前記金属基板４０の他端部の一面（表面、上面）には、導電性の前記メッキ４６が実装されている。

前記金属基板４０の前記絶縁層４１および前記配線パターン５１側の一端部と前記メッキ４６側の他端部とには、位置決め用の孔４４とスクリュー挿通用の孔４７とがそれぞれ設けられている。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の前記メッキ４６には、前記ＬＥＤチップ３の前記Ｐ電極３０が、金属接合材としての１個もしくは複数個の金属バンプ（金等の金属バンプ）７０を介して接合されている。一方、前記金属基板４０の前記配線パターン５１には、前記ＬＥＤチップ３の前記Ｎ電極３７が、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。なお、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４０）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。

前記金属基板４０の一面（表面、上面）の前記絶縁層４１および前記配線パターン５１側の一端部と前記メッキ４６とには、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、垂直面をなしていて、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、傾斜面であっても良い。

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、前記配線パターン（パターン配線部、金等の金属からなる）５１と、安価なリング５７付の外部リード線５８、５９と、から構成されている。前記外部リード線５８、５９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。

一方の前記外部リード線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線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線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６５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線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３が実装されている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。

（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６２とスクリュー孔６４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４７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が前記スクリュー６３および前記絶縁性のスクリュー６５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の他面との間に前記熱伝導材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６２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および前記絶縁性のスクリュー６５を前記スクリュー挿通用の孔４７の中に通して前記スクリュー孔６４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、前記金属接合材としての１個もしくは複数個の金属バンプ７０（前記金属バンプ７１）、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は、前記金属バンプ（Ａｕバンプ等）７０、７１、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Ｐ電極３０と前記パッケージ部材４の前記金属基板４０の前記メッキ４６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を約１５０°位に加熱すると、Ａｇ粒子の表面のみが融けて前記Ｐ電極３０の一面、前記メッキ４６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のものは、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。

（実施形態の作用の説明）
この実施形態におけるＬＥＤチップ３およびこの実施形態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における車両用灯具１００（以下、「この実施形態におけるＬＥＤチップ３および半導体型光源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、図４中の実線矢印に示すように、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→透明導電層３９→導電接続部３２、３２０→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。なお、図４中において、実線矢印は、電流拡散層３３、Ｐ型半導体層３４、発光層３５、Ｎ型半導体層３６に図示されていて、その他においては図示されていない。

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４中の白抜きの矢印に示すように、直接、透明導電層３９を透過して透明支持層３８から外部に放射される。あるいは、Ｐ電極３０で一旦反射されて、透明導電層３９を透過して透明支持層３８から外部に放射される。なお、ＬＥＤチップ３の透明支持層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２０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を介してパッケージ部材４のメッキ４６、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。

（実施形態の効果の説明）
この実施形態におけるＬＥＤチップ３および半導体型光源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。

この実施形態におけるＬＥＤチップ３は、第２電極としてのＮ電極３７と透明導電層３９とを導電接続部３２、３２０により接続するものである。このために、発光層３５と透明導電層３９との間に挟まれている第２半導体層としてのＮ型半導体層３６において、電流（図４中の実線矢印を参照）が積層方向に均一に流れる。この結果、電流集中による局所的な発熱で半導体の結晶欠陥の増加、また、電流を増やしたときのドループ現象などによる発光効率（光束低下）、を回避することができる。これにより、信頼性が向上し、かつ、大電流を流すことができて高光束が得られる。

しかも、この実施形態におけるＬＥＤチップ３は、導電接続部３２、３２０を介して第２電極としてのＮ電極３７に接続されている透明導電層３９により電流を低抵抗で均一に流すことができるので、溝による高抵抗で電流を均一に流す従来のＬＥＤチップと比較して、発熱量を小さく抑制することができ、その分、大電流を流すことができる。これにより、信頼性が向上し、かつ、高光束が得られるので、車両用灯具１００の半導体型光源１に使用するのに最適である。

この実施形態における半導体型光源１および車両用灯具１００は、フリップチップ実装タイプのＬＥＤチップ３を使用し、ＬＥＤチップ３の発光層３５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３５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、その金属基板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る。この結果、ＬＥＤチップ３の熱の放射効率を向上させることができ、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３の熱の放射効率、発光効率が向上される。

特に、この実施形態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、絶縁性のスクリュー６５で止めることができ、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。

しかも、この実施形態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として、導電接続部３２、３２０を介して第２電極としてのＮ電極３７に接続されている透明導電層３９により電流を低抵抗で均一に流すことができるＬＥＤチップ３を使用するので、さらに強い光が得られる。

この実施形態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、金属接合材として、金属バンプ（Ａｕバンプ等）７０、７１、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Ｐ電極３０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を約１５０°位に加熱すると、Ａｇ粒子の表面のみが融けてＰ電極３０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、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６２を設けたので、位置決め用の孔４４中に位置決め用のピン６２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、絶縁性のスクリュー６５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４７の中に通して放熱部材６の固定板部６０のスクリュー孔６４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、絶縁性のスクリュー６５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。

（実施形態以外の例の説明）
なお、実施形態においては、金属接合材として、金属バンプ７０を使用して、Ｐ電極３０の一面と金属基板４０の一面とを接合するものである。

ところが、この発明においては、実施形態の金属接合材すなわち金属バンプ７０の代わりに、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っても良い。すなわち、金属接合材としては、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。

また、この発明においては、実施形態の金属接合材すなわち金属バンプ７０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。

さらに、この発明においては、実施形態の金属接合材すなわち金属バンプ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４０）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ものであっても良い。

また、この実施形態においては、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、この実施形態においては、ＬＥＤチップ３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。

さらにまた、この実施形態においては、第１電極としてＰ電極３０、第２電極としてＮ電極３７、第１半導体層としてＰ型半導体層３４、第２半導体層としてＮ型半導体層３６である。ところが、この発明においては、第１電極としてＮ電極、第２電極としてＰ電極、第１半導体層としてＮ型半導体層、第２半導体層としてＰ型半導体層であっても良い。

１ 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 ＬＥＤチップ
３０ Ｐ電極
３１ スルーホール
３２、３２０ 導電接続部
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 透明支持層
３９ 透明導電層
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
４６ メッキ
４７ スクリュー挿通用の孔
５ 給電部材
５１ 配線パターン
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
７０、７１ 金属バンプ
８ 熱伝導材
１００ 車両用灯具

Claims (2)

1. 車両用灯具の半導体型光源において、
   第１半導体層と、
   前記第１半導体層に形成されている発光層と、
   前記第１半導体層の前記発光層と反対側に形成されている第１電極と、
   前記発光層に形成され、かつ、一部が前記第１半導体層および前記発光層の積層方向に対して交差する方向に突出する第２半導体層と、
   前記第２半導体層に形成されている透明導電層と、
   金属からなり、前記第２半導体層の前記突出部の前記透明導電層と反対側であって前記発光層側に形成されている第２電極と、
   前記第２電極と前記透明導電層とを接続する導電接続部と、
   前記透明導電層の前記第２半導体層と反対側に形成された透明支持層と、を有し、前記透明導電層及び前記透明支持層の一部が前記第２半導体層と共に前記前記発光層の積層方向に対して交差する方向に突出する突出部を構成し、かつ、前記発光層と前記第２半導体層との接合面と、前記第２半導体層の前記突出部の露出面との間に、段差があるフリップチップ実装タイプの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、前記第１電極及び前記第２電極が金属接合材を介して前記金属基板に接合されており、
   前記導電接続部は、前記第２電極の材料を含み、前記第２半導体層の前記突出部の外面において前記第２電極と前記透明導電層とを電気的に接続し、
   前記金属基板は、一端部の前記ＬＥＤチップが実装される一面に絶縁層及び配線パターンが実装され、他端部の前記一面にメッキが実装され、前記一端部と前記他端部とには、位置決め用の孔とスクリュー挿通用の孔がそれぞれ設けられており、
   前記金属基板と前記放熱部材との間のうち、前記一端部の前記位置決め用の孔と前記他端部の前記位置決め用の孔とを含み前記金属基板に垂直な平面による断面視において前記金属基板の前記一端部の前記位置決め用の孔から前記他端部の前記位置決め用の孔に亘る部分には、放熱グリースが設けられている、
   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。
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。

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