JP7186935B2

JP7186935B2 - 照明装置

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Publication number: JP7186935B2
Application number: JP2022558061A
Authority: JP
Inventors: 勝也神野; 元基正木; 達也小山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-10-29
Filing date: 2020-10-29
Publication date: 2022-12-09
Anticipated expiration: 2040-10-29
Also published as: JPWO2022091280A1; WO2022091280A1; CN116194715A

Description

本願は、照明装置に関する。

照明装置は、例えば光源のような発熱部を有するため、装置の温度上昇による熱暴走を抑制するために、装置内部を許容温度以下に抑える必要がある。装置の内部を冷却するために、例えば、発熱部に金属製のヒートシンクを取り付け、ヒートシンクに熱を移動させた後に、ヒートシンクを空冷することで行われる。さらに、ヒートシンクの冷却効果を高めるために、冷却フィンを設け、表面積を大きくすることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、金属製のヒートシンクの代わりに、セラミックのヒートシンクを使うことが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１８－０４１５７６号公報特表２０１２－５２８４３９号公報

特許文献１では、ＬＥＤヘッドライトの光源の冷却に冷却フィンを具備する金属製のヒートシンクを用いている。しかし、冷却性能を高めるためにはフィンを高く、あるいは大きくする必要があり、装置の小型化が難しくなる。

特許文献２で例示されるセラミック材料であっても、金属と比べると熱伝導率が小さいため、光源の搭載された面とは反対の放射面における熱放射効率が十分とは言えない。

本願は、上記の課題を解決するためになされたものであり、セラミックのヒートシンクを用いて、放熱効率の向上及び小型化の両立が可能な照明装置を提供することを目的とする。

本願に開示される照明装置は、光源と、一方の面に前記光源が設けられた基板と、前記基板を冷却する板状のヒートシンクと、前記基板の他方の面と前記ヒートシンクの一方の面との間に密着して設けられた熱伝導層と、を備え、前記ヒートシンクはセラミック材料からなり、厚さ方向に貫通し内部に金属が充填されたビアホールを複数有し、複数の前記ビアホールは、前記ヒートシンクの熱拡散係数をＤ[ｍ ^２／ｓｅｃ]としたとき、前記ビアホール間の距離Ｌが、Ｌ≧√(０．０２Ｄ) を満たすように配置されている。

本願に開示される照明装置によれば、金属の充填されたビアホールが適切に配置されたセラミック材料からなるヒートシンクを用いることで、光源側から効率よく伝熱させ、放熱効率を向上させたので、フィンを設ける等により大型化することなく、放熱効率を向上させることができる。これにより、セラミックのヒートシンクを用い、放熱効率の向上及び小型化の両立が可能な照明装置を提供することが可能となる。

実施の形態１に係るＬＥＤヘッドライトを示す概略構成図である。実施の形態１に係るＬＥＤヘッドライトのヒートシンクの構造を示す断面図である。実施の形態１に係るＬＥＤヘッドライトのヒートシンクを放熱面側からみた平面図である。実施の形態１に係るヒートシンクに形成されたビアホールの配置と放射効率との関係を説明するための図である。実施の形態１に係るヒートシンクに形成されたビアホールの配置と放射効率との関係を説明するための図である。実施の形態１に係るヒートシンクに形成されたビアホールの配置と放射効率との関係を説明するための図である。実施の形態１に係るヒートシンクの断面図で、ビアホールの配置と放射効率との関係を説明するための図である。実施の形態１に係るヒートシンクの断面図で、ビアホールの配置と放射効率との関係を説明するための図である。実施の形態１に係るヒートシンクの断面図で、ビアホールの配置と放射効率との関係を説明するための図である。実施の形態１に係るヒートシンクに形成されたビアホールの半径と放射効率との関係を説明するための図である。実施の形態２に係るＬＥＤヘッドライトのヒートシンクの構造を示す断面図である。実施の形態２に係るＬＥＤヘッドライトのヒートシンクを放熱面側からみた平面図である。実施の形態３に係るＬＥＤヘッドライトを示す概略構成図である。実施の形態３に係るＬＥＤヘッドライトを示す別の概略構成図である。実施例１～１２の効果を説明するための図である。

以下、本実施の形態について図を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当する部分を示すものとする。また、照明装置として、ＬＥＤヘッドライトを例として挙げるが、これに限定されない。発熱する光源であればＬＥＤに限るものでなく、小型化が求められる照明装置であれば、ヘッドライトに限るものではない。

実施の形態１．
以下、実施の形態１に係る照明装置の例である、ＬＥＤヘッドライトについて図を用いて説明する。
図１は、実施の形態１に係るＬＥＤヘッドライトの概略構成を示す断面図である。ＬＥＤヘッドライト１は、筐体１１内に、発熱体である光源２、光源２が一方の面に取り付けられた基板３、光源２から発せられた光を集光する集光レンズ４、光を外部へ放射する投射レンズ５、集光レンズ４を保持する保持部材６、集光レンズ４を保持し投射レンズ５を取り付けるための取付部材７、基板３の他方の面に設けられた熱伝導層８、熱伝導層８の基板３とは反対側の面に設けられたヒートシンク９、ヒートシンク９と離間して設けられた放射熱吸収層１０を有する。ＬＥＤヘッドライト１の各構成部は、筐体１１により空気下の密閉空間に配置されている。

ＬＥＤヘッドライト１の組み立ては、例えば次の方法で行う。基板３の一方の面に光源２を取り付け、保持部材６に保持された集光レンズ４が光源２の前方に位置するように基板３に設置し、取付部材７で集光レンズ４を固定する。その後、取付部材７に投射レンズ５を取り付ける。基板３の他方の面に熱伝導層８、ヒートシンク９の順に取り付ける。光源２が取り付けられ、発熱部となる基板３は、熱伝導層８を介してヒートシンク９と密着している。ヒートシンク９において、熱伝導層８と密着する面が発熱面９ａ、反対側の面が放熱面９ｂとなる。このように組み立てられた光源部を内面に放射熱吸収層１０が取り付けられた筐体１１内に設置する。このとき、ヒートシンク９の放熱面９ｂと放射熱吸収層１０とは離間しかつ対向するように配置する。なお、光源部を構成する各部品は、例えばネジあるいは接着剤で取り付けられるが、他の方法で取り付けてもよい。

ヒートシンク９は、光源２及び基板３からの熱を吸収し、光源２とは反対側の放熱面９ｂから熱を放射し、放射された熱を放射熱吸収層１０が吸収して冷却している。放射熱吸収層１０の大きさは、少なくともヒートシンク９の大きさ以上の大きさであり、小さくなければ良い。ヒートシンク９よりも小さい場合は、ヒートシンク９からの放射熱が筐体１１で反射され、冷却効率が落ちるためである。しかし、筐体１１が樹脂である場合には、放射熱吸収層１０を設けなくても、放射熱の反射による放熱効果の低下が生じない。

ヒートシンク９には、ビアホール１２が加工されたセラミックが用いられる。セラミックとしては例えば、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化クロム、酸化ケイ素、ガラス、窒化ケイ素、炭化ケイ素、二酸化ジルコニウム、ムライト、ステアライト、フォルステライト、コージェライト、窒化アルミニウムが使用される。２種類以上のセラミックを組み合わせた材料も用いられるが、加工性及びコストの観点から、酸化アルミニウムが望ましい。

基板３、熱伝導層８、ヒートシンク９は接触した面同士に隙間がないように密着させたほうが良い。隙間があると熱伝導が阻害されて、熱が伝わりにくくなるためである。そのため、熱伝導層８としては、金属製の接合材料を用い、基板３とヒートシンク９とを接合するのが望ましい。接合材料を用いる場合、熱伝導率が高い観点から、銀系の材料が用いられる。しかし、熱膨張係数及び製造プロセスの観点から、接合材料が使えないこともある。その場合、熱伝導層８として金属箔を用いて、基板３、熱伝導層８、ヒートシンク９をねじ止めする構造としても良い。金属箔であれば、形状に馴染み、熱伝導率の低下を抑制できる。金属箔の材質は、熱伝導率が高い観点から、銀系の材料が良い。

放射熱吸収層１０としては、セラミックまたは樹脂が用いられる。セラミックの場合には、例えば、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化クロム、酸化ケイ素、ガラス、窒化ケイ素、炭化ケイ素、二酸化ジルコニウム、ムライト、ステアライト、フォルステライト、コージェライト、窒化アルミニウムが使用される。セラミックの塊から加工したバルク体を用いてもよいし、筐体１１にセラミックコーティングにより設けてもよい。セラミックであればどのような材料も用いることができる。樹脂としては例えば、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、アクリル、エポキシ、フェノール、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、不飽和ポリエステル、ポリイミド、アクリロニトリルーブタジエンースチレン共重合体が使用される。またこれらの樹脂をマトリックスとした繊維強化プラスチックも使用される。さらに、これらを２種類以上組み合わせて用いても良い。樹脂の塊から加工して形成し筐体１１の内面に設けてもよいし、筐体１１にコーティングあるいは塗装により設けることもできる。

図２は、実施の形態１に係るＬＥＤヘッドライトのヒートシンク９の構造を示す断面図である。ヒートシンク９には、セラミックの厚み方向に貫通したビアホール１２が加工されている。ビアホール１２内は、熱伝導率が高い金属が充填されている。金属の充填方法は、金属のペーストを充填するあるいは内面に金属めっきを施して埋める等の方法が用いられる。

ヒートシンク９の作製方法については、例えば次の方法で行う。まず板状のセラミックの基体を用意する。次に、レーザーまたは機械的な穴あけ加工等の手法を用いて、所定の位置にビアホール１２の加工を行う。その後、ビアホール１２に銀系のペーストを充填する。なお、充填には、スクリーン印刷を用いると位置合わせを容易に行うことができる。その後、銀系のペーストの焼結を行う。この際、ペーストの収縮率により、ビアホール１２とペーストの間に隙間が生じることがあるが、ペーストの固形分濃度及び配合により収縮率をコントロールすることで改善できる。なお、セラミックの基体として焼成前のセラミック成型体を用い、これにビアホール１２を加工した後に焼成し、ペースト充填しても良い。あるいは、焼成前のセラミック成型体にビアホール１２を加工して、ペーストを充填後に焼成する方法であっても良い。成型体は、焼成体に比べて柔らかく加工しやすいため、容易に加工できる。ただし、セラミックは焼成時に収縮するため、成型体で加工した場合は、寸法精度が低いという問題があり、状況に応じて最適な手法を用いることが望ましい。これらの手法により、ビアホール１２の内部を熱伝導率が高い材料で充填したヒートシンク９を作ることができる。また、金属めっき処理を行う場合には、電気伝導性、密着性、腐食性の観点から銅めっきを行うのがよい。

内部が金属で充填されたビアホール１２を有するヒートシンク９の一方の面に、熱伝導層８と基板３とを取り付けることで、図２に示す構造を作ることができる。ヒートシンク９の他方の面は放熱面９ｂであり、基板３には光源２が取り付けられるので発熱部となる。

図３は、ヒートシンク９を放熱面側からみた平面図であり、図２の上面図に相当する。ヒートシンク９の放熱面側の大半はセラミックがむき出しの状態であり、ビアホール１２の部分のみ熱伝導率が高い材料になっている。ビアホール１２は、周囲に均一に熱を拡散できる観点から、断面が四角、三角、楕円、長穴形状よりも円形であって、ビアホールとして円筒形状であることが望ましい。また、ビアホール１２同士の距離が均一になる観点から、正三角形の頂点に位置するように配置することが望ましい。

図４、図５、図６は、ヒートシンク９に形成されたビアホール１２のヒートシンク９の放熱面における配置と放射効率との関係を説明するための図である。熱の平均拡散距離ｄ_ｔは、ヒートシンクを構成する材料の熱拡散係数Ｄ[ｍ^２／ｓｅｃ]、時間ｔ[ｓｅｃ]を用いて、ｄ_ｔ＝√(２Ｄｔ)と表される。ヒートシンク９の放熱面にビアホール１２からの熱が伝熱され、ヒートシンク９の放熱面の温度を瞬時に高められる時間を０．０１[ｓｅｃ]とする。このとき、図中ビアホール１２の半径をｒ、ビアホールの面積をＡ（＝πｒ^２）、熱が拡散して放射効率が高い温度になるビアホール１２の端部からｄ_０．０１＝√(０．０２Ｄ)の距離に含まれる範囲の面積をＢ、ビアホール１２の端部からの距離ｄ_０．０１を超えた放射効率が悪い範囲の面積Ｃとする。面積Ａと面積Ｂとの占める面積は放熱に寄与する面積に相当する。

図４のように、ビアホール１２の中心からｒ＋ｄ_０．０１を半径とする円が互いに接するようにビアホール１２が配置された場合、面積Ａ及び面積Ｂが占める合計の表面積は、全体の９０．７％（≒（Ａ＋Ｂ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ））であり、ｒ＋ｄ_０．０１を半径とする円が重ならずに最も効率的に放射が可能となる。ｒ＋ｄ_０．０１を半径とする円が重ならない関係とは、ビアホール１２同士が、ビアホール１２の端部からのビアホール同士の距離（図７におけるビアホールの間隔）をＬとすると、Ｌ≧ｄ_０．０１の関係を満たす配置にあることである。

図５のように、ビアホール１２の中心からｒ＋ｄ_０．０１の距離を半径とする円から離れるようにビアホール１２が配置された場合、放射効率が悪い範囲の面積Ｃが増大し、面積Ａと面積Ｂが占める合計の表面積は、全体の９０．７％より小さくなるが、放射による効果は十分に得られる。

一方、図６のように、ビアホール１２の中心からｒ＋ｄ_０．０１の距離を半径とする円が重なるようにビアホール１２が配置された場合、放射効率が悪い範囲の面積Ｃは減少し、面積Ａと面積Ｂが占める合計の表面積は、全体の９０．７％を超える。しかし、半径ｒ＋ｄ_０．０１の円が重なっているため、ビアホール１個あたりの放射効果が下がって非効率となる。また、ヒートシンク９の面積当たりのビアホールの個数を増加させる必要があり、加工コストが上がることになる。

図７、図８、図９は、ヒートシンク９の断面図で、ビアホール１２の配置と放射効率との関係を説明するための図である。ヒートシンク９の厚みをＨ[ｍｍ] 、ビアホール１２の間隔をＬ[ｍｍ]とする。図７、図８はヒートシンク９の厚みが十分厚い場合である。ビアホール１２が形成されていない場合、図７におけるヒートシンク９の発熱面９ａからｄ_０．０１の距離が放射に有効な範囲となるが、熱が放熱面９ｂに達しておらず放熱効率は劣る。図７のように、ビアホール１２の間隔をＬが２×ｄ_０．０１の場合、ビアホール１２間は瞬時に熱が均一となり、放熱面９ｂのうち放射可能となる領域Ｅが放熱面９ｂ全面となり、放熱面９ｂから熱が放射され、放射効率が向上する。

図８は、ビアホール１２の間隔Ｌが２×ｄ_０．０１を超えて離れている場合である。この場合、ビアホール１２間のＵ字状の内側の領域以外は熱が瞬時に均一となる。放熱面９ｂのビアホール１２からｄ_０．０１内の領域が放射可能となる領域Ｅであり、この領域から熱が放射され、放射効率が向上する。
図７、図８より、ヒートシンク９の厚みＨが厚くｄ_０．０１以上の大きい場合（Ｈ≧ｄ_０．０１）、放射に有効な範囲は、ビアホール１２の間隔Ｌに依存することがわかる。

一方、図９のように、ヒートシンク９の厚みＨが薄くｄ_０．０１より小さい場合（Ｈ＜ｄ_０．０１）、ビアホール１２がなくても伝熱により瞬時に発熱面９ａから放熱面９ｂまで熱が均一となり、放熱面９ｂ全面が放射可能となる領域Ｅとなり、熱が放射される。そのため、ビアホール１２を有する構造において、ビアホール１２の効果が生じるのは、ヒートシンク９の厚みＨとの関係において、Ｈ≧ｄ_０．０１の関係式を満たす場合である。

図１０は、ヒートシンク９に形成されたビアホール１２の半径ｒと放射効率との関係を説明するための図である。図１０は、図４のようにビアホール１２からｒ＋ｄ_０．０１の距離を半径とする円が互いに接するようにビアホール１２が配置された場合の、ビアホール１２の面積Ａの放熱面全体に占める割合を破線で、熱が拡散して放射効率が高い温度になるビアホール１２の端部からｄ_０．０１＝√(０．０２Ｄ)の距離に含まれる範囲の面積Ｂの放熱面全体に占める割合を実線で示している。

図１０より、ビアホール１２の半径ｒは小さいほど、放射効率が高くなる面積Ｂが大きく、全体としての放射効率が高いので、望ましい。ビアホール１２の半径ｒが３．５ｍｍ以下であれば、放射効率が高い面積Ｂの割合がビアホールの面積Ａを上回るため、放射効率が高くなる。なお、図１０において、ビアホール１２の半径ｒはゼロを除く。

以上のように、実施の形態１に係る照明装置によれば、発熱体である光源２を設けた基板３を冷却するヒートシンク９として板状のセラミック材料からなる基体を用い、セラミックの厚み方向に貫通され内部に金属の充填されたビアホール１２を設け、ヒートシンク９の光源側である発熱面９ａから放熱面９ｂへ効率よく伝熱させ、放熱効率を向上させたので、フィンを設ける等により大型化することなく、セラミックの基体のサイズのままで放熱効率を向上させることができる。これにより、セラミックのヒートシンク９を用い、放熱効率の向上及び小型化の両立が可能な照明装置を提供することが可能となる。

また、光源２の設けられた基板３とヒートシンク９の発熱面９ａとの間に、熱伝導層８を設けたので、発熱体である光源２からの熱をよりヒートシンク９へ伝熱しやすくなり、放熱効率が向上する。
さらに、光源２の配置された筐体１１内にヒートシンク９の放熱面９ｂと対向するように放射熱吸収層１０を設けたので、ヒートシンク９からの熱を放射熱吸収層１０吸収させることで、より放熱効率が向上する。

実施の形態２．
以下に、実施の形態２に係る照明装置の例である、ＬＥＤヘッドライトについて図を用いて説明する。
図１１は、実施の形態２に係るＬＥＤヘッドライトのヒートシンク９の構造を示す断面図である。本実施の形態２においては、ヒートシンク９のビアホール１２に放熱面９ｂ側へ突出するように放熱層１３を設けた。その他の構成は実施の形態１と同様である。

ビアホール１２に放熱面９ｂ側へ突出するように放熱層１３を設けることにより、放熱層１３を設けない場合よりも放熱面積を大きくすることができ、放熱層１３からも放射による放熱効果を得ることができる。放熱層１３としては、例えばセラミックを含む層であり、セラミックの粒子を含有したペーストを用いて形成することができる。セラミックの粒子としては、入手性の観点から酸化アルミニウムが望ましく、ビアホール１２の頂点にセラミックの粒子を含有したペーストを塗工した後、所定の温度に加温することで、放熱層１３を設けることができる。

図１２は、ヒートシンク９を放熱面側からみた平面図である。ビアホール１２の部分に放熱層１３が設けられ、ビアホール１２から突出した分、放熱面積を大きくできることになる。

以上のように、実施の形態２に係る照明装置によれば、実施の形態１と同様の効果を奏する。さらに、ヒートシンク９のビアホール１２に放熱面９ｂ側へ突出するように放熱層１３を設けたので、放熱層１３を設けない場合よりも放熱面積を大きくすることができ、放熱層１３からも放射による放熱効果を得ることができる。これにより放熱効率はさらに向上し、放熱効率の高い照明装置を提供することが可能となる。

実施の形態３．
以下に、実施の形態３に係る照明装置の例である、ＬＥＤヘッドライトについて図を用いて説明する。
図１３は、実施の形態３に係るＬＥＤヘッドライトを示す概略構成図である。実施の形態１の図１と異なるのは、光源２の設けられた基板３に隙間なく密着して設けられた熱伝導層８及びヒートシンク９を基板３より大きくしたことである。図１３の断面図に示されるように、基板３の幅より熱伝導層８及びヒートシンク９の幅の方が広い。基板３の方が熱伝導層８及びヒートシンク９より小さいと、熱伝導層８及びヒートシンク９に接していない基板３からの伝熱が不十分となるが、基板３が熱伝導層８及びヒートシンク９より大きいと、光源２からの熱を基板３を介して効率よく伝熱し、放熱することが可能となる。この場合、放射熱吸収層１０の大きさも熱伝導層８及びヒートシンク９に対応して大きくするのがよい。図１３では、放射熱吸収層１０の幅は熱伝導層８及びヒートシンク９の幅に対応して広くしている。

図１４は、実施の形態３に係るＬＥＤヘッドライトを示す別の概略構成図である。図１４では、基板３に比べ熱伝導層８の幅を大きくしているが、熱伝導層８の幅よりもヒートシンク９の幅をさらに大きく広げても良い。この場合、熱伝導をスムーズにするために、熱伝導層８のエッジ部分にビアホール１２が接触するように、ビアホール１２の配置を調整したほうが良い。ビアホール１２を中心に放熱領域が広がるため、図１４において、熱伝導層８のエッジ部分のビアホール１２のヒートシンク９の発熱面９ａ外側の領域（図１４中、点線の楕円領域）も放熱に寄与することになり、放熱効率が向上する。図１４においても、放射熱吸収層１０の幅はヒートシンク９の幅に対応して広くしている。

以上のように、実施の形態３に係る照明装置によれば、光源２の設けられた基板３に隙間なく接して設けられた熱伝導層８及びヒートシンク９を基板３より大きくすることにより、放熱効率が向上する。さらに、熱伝導層８よりもヒートシンク９を大きくし、熱伝導層８のエッジ部分にビアホール１２を配置するようにすれば、ヒートシンク９の発熱面９ａ側も放熱に寄与することになり、さらに放熱効率が向上する。

実施例１～１２．
次に、金属の充填されたビアホール１２及び放熱層１３について実施例を基にそれらの効果を説明する。試験条件は、以下の通りである。
１．基板３、熱伝導層８、ヒートシンク９の大きさ：１００ｍｍ×１００ｍｍ
２．ヒートシンク９の材料：酸化アルミニウム
Ｄ＝１．１×１０^-５[ｍ^２／ｓｅｃ]
√(０．０２Ｄ)＝０．４７ｍｍ
３．光源２：ＬＥＤヘッドライト
ビアホール１２に対して、ビアホール１２の半径ｒ、ビアホール１２同士の距離Ｌ及び放熱層１３の有無を変化させた試料を作成し、ＬＥＤヘッドライト点灯後、飽和した温度を光ファイバー温度計あるいは熱電対等で計測し、試験開始温度からの上昇温度を対比した。

図１５は、試験結果をまとめたもので、本実施の形態１，２で示されたヒートシンク９に形成されたビアホール１２及び放熱層１３の放熱効果について実施例１～１２及び比較例１～５の結果に基づいて説明するための図である。なお、上昇温度が低いほど、放熱効果が高いことを示している。
[ビアホールの効果]
ヒートシンク９の厚みＨが５．０ｍｍでビアホール１２有（実施例１～６、８～１２）とビアホール無（比較例１）とを対比すると、比較例１の上昇温度１２０Ｋと比べて、実施例１～６、８～１２はいずれも上昇温度が１２０Ｋより低く、ビアホールを設ける効果が確認された。また、ヒートシンクの厚みＨが１．５ｍｍでビアホール有（実施例７）とビアホール無（比較例４）とを対比すると、上昇温度がそれぞれ１０８Ｋと１１８Ｋであり、同様にビアホールを設ける効果が確認された。

[ビアホール同士の距離Ｌについて]
実施例１～６は、ヒートシンク９の厚みＨが５．０ｍｍかつ放熱層１３を設けていないもので、ビアホール同士の距離Ｌのみが異なる。実施例６から順にビアホール同士の距離Ｌが小さくなると、上昇温度は低下するが、実施例１～３では上昇温度は９９Ｋで一定である。実施例３は図４で示した、ビアホール１２を中心に距離ｒ＋√(０．０２Ｄ)を半径とする円が接するようにビアホール１２同士が配置された状態である。これ以上ビアホール１２が近接する実施例１，２は、図６で示した状態に相当し、ビアホール１個あたりの放熱効果が上がらず、放熱効率は飽和する。そのため、実施例１～３では上昇温度が一定となる。また、ビアホール同士を近接して設けることは面積当たりのビアホールの個数が増加し、ビアホールの加工工数が増えコストに影響するので、ビアホール同士の距離Ｌは√(０．０２Ｄ)の２倍（＝０．９４ｍｍ）より小さくしない方がよい。

[ヒートシンクの厚みＨについて]
実施例４，７及び比較例２は、ビアホール１２を有し、ビアホール同士の距離Ｌが１．２ｍｍ、ビアホールの半径ｒが０．１ｍｍのもので、ヒートシンクの厚みＨのみが異なっている。実施例４はヒートシンクの厚みＨが５．０ｍｍで上昇温度が１０５Ｋ、実施例７はヒートシンクの厚みＨが１．５ｍｍで上昇温度が１０８Ｋ、比較例２はヒートシンクの厚みＨが０．３ｍｍで上昇温度が１２５Ｋであった。ヒートシンク９の厚みＨが√(０．０２Ｄ)（＝０．４７ｍｍ）より小さい比較例２の上昇温度が高く、ヒートシンクの厚みＨが√(０．０２Ｄ)より大きい実施例４，７は比較例より上昇温度が低い。すなわち、ヒートシンク９の厚みＨが√(０．０２Ｄ)より大きいとビアホール１２を有する効果を奏することがわかる。

このことは、上述のビアホールの効果で述べたように、同じヒートシンクの厚みＨが５．０ｍｍの実施例４の上昇温度と比較例１の上昇温度とを比較するとそれぞれ１０５Ｋ、１２０Ｋであり、同じヒートシンクの厚みＨが１．５ｍｍの実施例７と比較例４の上昇温度とを比較するとそれぞれ１０８Ｋ、１１８Ｋである結果からもわかる。すなわち、ヒートシンクの厚みＨが√(０．０２Ｄ)より大きいとビアホールによる伝熱及び放熱の効果を奏する。

一方、ヒートシンクの厚みＨが√(０．０２Ｄ)よりも小さい比較例２は、図９で示した状態に相当する。比較例２と同じヒートシンクの厚みＨが０．３ｍｍであって、ビアホールを有しない比較例３と比しても、上昇温度は同じ１２５Ｋであり、ビアホールによる伝熱及び放熱の効果が認められない。

[ビアホールの半径ｒについて]
実施例８～１０及び比較例５は、いずれもヒートシンク９の厚みＨが５．０ｍｍ、ビアホール１２同士の距離Ｌが１．２ｍｍ、放熱層１３を設けていないもので、ビアホール１２の半径ｒが異なっている。上昇温度は、実施例８で１０７Ｋ、実施例９で１０８Ｋ、実施例１０で１１３Ｋ、比較例５で１１７Ｋであった。ビアホールの半径ｒが３．５ｍｍ以下の実施例８～１０においては、ビアホールを有しない比較例１と比べて上昇温度の低下が確認できる。しかし、ビアホールの半径ｒが３．５ｍｍを超える比較例５においては、上昇温度が大きく、ビアホールを有しない比較例１とは３Ｋしか変わらなく、効果が小さいことが確認された。

[放熱層の効果]
実施例１１、１２は放熱層１３を設けたものである。他の条件は同じで放熱層１３の有無で上昇温度を比較すると、実施例１１で９６Ｋ、実施例３で９９Ｋであり、放熱層１３を設けることにより上昇温度の低下が確認された。また、同様に他の条件は同じで放熱層１３の有無で実施例１２及び実施例８の上昇温度を比較するとそれぞれ１０４Ｋ、１０７Ｋであり、放熱層１３を設けることによる効果が確認された。

本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１：ＬＥＤヘッドライト、２：光源、３：基板、４：集光レンズ、５：投射レンズ、６：保持部材、７：取付部材、８：熱伝導層、９：ヒートシンク、９ａ：発熱面、９ｂ：放熱面、１０：放射熱吸収層、１１：筐体、１２：ビアホール、１３：放熱層。

Claims

光源と、
一方の面に前記光源が設けられた基板と、
前記基板を冷却する板状のヒートシンクと、
前記基板の他方の面と前記ヒートシンクの一方の面との間に密着して設けられた熱伝導層と、を備え、
前記ヒートシンクはセラミック材料からなり、厚さ方向に貫通し、内部に金属が充填されたビアホールを複数有し、
複数の前記ビアホールは、前記ヒートシンクの熱拡散係数をＤ[ｍ ^２／ｓｅｃ]としたとき、前記ビアホール間の距離Ｌが、
Ｌ≧√(０．０２Ｄ)
を満たすように配置されている照明装置。
前記ヒートシンクの厚みＨは、
Ｈ≧√(０．０２Ｄ)
を満たす厚みである請求項１に記載の照明装置。
前記ビアホールの半径は３．５ｍｍ以下である請求項１または２に記載の照明装置。
さらに、前記ヒートシンクの他方の面の前記ビアホール上に放熱層を設けた請求項１から３のいずれか１項に記載の照明装置。
前記放熱層は、セラミックを含む層である請求項４に記載の照明装置。
前記光源は内面に放射熱吸収層が設けられた筐体内に配置され、
前記放射熱吸収層と前記ヒートシンクとは離間しかつ対向して配置されている請求項１から５のいずれか１項に記載の照明装置。
前記熱伝導層及び前記ヒートシンクは前記基板より大きく形成されている請求項１から６のいずれか１項に記載の照明装置。
前記ヒートシンクは前記熱伝導層より大きく形成されている請求項７に記載の照明装置。