JP5988135B2 - 光半導体光源及び車両用照明装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、光半導体光源及び車両用照明装置に関する。

発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）などの半導体発光素子を用いた光半導体光源は、白熱電球や冷陰極管、放電管などを用いた光源よりも消費電力を低減させたり長寿命化することが容易である。

一例として、半導体発光素子を光源とした車両用エクステリア照明は、各自動車メーカーの高級車両を中心に採用が始まり、フロントコンビネーションライトやリアコンビネーションライトなどに用いられている。さらに、リアコンビネーションライトについては、いわゆるリッターカークラスや軽自動車などの普及車両にまで採用が拡大しており、着実に搭載車両が増えている状況である。

半導体発光素子を採用する上で、設計面での重要な項目として、半導体発光素子の放熱設計が挙げられる。半導体発光素子は、素子自体の温度が高くなると発光効率が低下する特性を有する。したがって、自己温度上昇や、周囲部品の発熱による温度の影響をいかに軽減できるかが重要である。

発熱を抑える手段として、半導体発光素子や電流制限抵抗などの発熱素子の実装間隔を広げて、隣接する素子間の熱影響を緩和させる手段や、半導体発光素子の駆動電流を下げ、必要な光量を半導体発光素子の使用数で補う手段などが挙げられる。

しかし、これらの手段によると、光源自体が大きなものとなることから灯具デザインにより様々な制約が生じると共に、光源に汎用性が無く、灯具に対する一品一様の光源設計が必要となる。また、使用する基板材料の面積や、半導体発光素子の使用数が増えることで、コスト高となる傾向がある。

発熱を抑えるもうひとつの手段として、半導体発光素子や電流制限抵抗などを、熱伝導の高い金属基板や、セラミックス材料の基板などに実装し、放熱部材と接触させて、温度上昇を下げる手段が考えられる。

この手段は、光源の小型化に有効であり、光源に汎用性を持たすことが可能となる。しかし、金属基板やセラミックス基板に半導体光源と電流制限抵抗、コネクタ等の外部からの給電部品、その他必要な部品を実装するため、相応の基板面積が必要となり、コスト高となる傾向がある。

一方で、半導体発光素子ひとつあたりの駆動電力を上げ、半導体発光素子の使用数量を削減し、半導体発光素子の実装基板に低コストで熱伝導率の低い材料を使用するなどして、部材コストを下げる方策も考えられる。しかし、これも、半導体発光素子の発光効率の低下や、長期信頼性の低下につながる可能性が高い。

特開２００３−１１５２０８号公報

コストを抑えつつ、発光効率の低下や長期信頼性の低下を低減できる光半導体光源及び車両用照明装置を提供する。

光半導体実装基板と、前記光半導体実装基板の上に設けられた複数の半導体発光素子と、前記光半導体実装基板の上に設けられ前記複数の半導体発光素子を囲むリフレクタと、前記複数の半導体発光素子のそれぞれに接続されたワイヤと、を備え、前記複数の半導体発光素子は、前記リフレクタから等距離に配置され、前記リフレクタにより囲まれた空間の中心から前記複数の半導体発光素子のそれぞれまでの距離は、前記複数の半導体発光素子のそれぞれから前記リフレクタまでの距離よりも大きく、全ての前記ワイヤは、前記リフレクタにより囲まれた空間の内部に設けられ、且つ、前記半導体発光素子のそれぞれから近接するリフレクタとは反対の側に延在してなることを特徴とする光半導体光源が提供される。

また、光半導体実装基板と、前記光半導体実装基板の上に設けられた複数の半導体発光素子と、前記光半導体実装基板の上に設けられ前記複数の半導体発光素子を囲むリフレクタと、を備え、前記リフレクタにより囲まれた空間において、前記リフレクタ側に設けられた第１の領域と、前記第１の領域よりも、前記リフレクタにより囲まれた空間の中心側に設けられた第２の領域と、前記第１の領域に設けられた前記複数の半導体発光素子のそれぞれに接続されたワイヤと、を有し、前記複数の半導体発光素子は、前記第１の領域および前記第２の領域に配置され、前記リフレクタにより囲まれた空間の中心から前記第１の領域に配置された前記複数の半導体発光素子のそれぞれまでの距離は、前記複数の半導体発光素子のそれぞれから前記リフレクタまでの距離よりも大きく、全ての前記ワイヤは、前記リフレクタにより囲まれた空間の内部に設けられ、且つ、前記第１の領域に配置された前記半導体発光素子のそれぞれから前記リフレクタにより囲まれた空間の中心側に延在してなることを特徴とする光半導体光源が提供される。

また、上記の光半導体光源を備えたことを特徴とする車両用照明装置が提供される。

コストを抑えつつ、発光効率の低下や長期信頼性の低下を低減できる光半導体光源及び車両用照明装置が提供される。

図１は、本発明の実施の形態に係る車両用照明装置の斜視組立図である。 図２（ａ）は、本発明の実施の形態に係る車両用照明装置を正面側からみた模式斜視図であり、（ｂ）は、裏面側からみた模式図である。 図３は、光半導体実装基板１０および制御基板５０を拡大して表した模式斜視図である。 図４（ａ）は、本発明の他の実施形態にかかる光半導体光源の模式平面図であり、図４（ｂ）は、その等価回路図であり、図４（ｃ）は、トリミングが施された後の状態を表す。 図５は、本発明の実施形態に係る光半導体光源を例示する模式図であり、図５（ａ）は光半導体光源１７０の模式平面図であり、図５（ｂ）はその等価回路図である。 図６は、本実施形態に係る光半導体光源の半導体発光素子の配置を表す模式平面図である。 図７は、本実施形態における半導体発光素子の配置の他の具体例を表す模式平面図である。 図８は、本実施形態における半導体発光素子の配置の他の具体例を表す模式平面図である。 図９は、本実施形態に係る他の半導体光源を表す模式図であり、図９（ａ）は光半導体光源１８０の模式平面図であり、図９（ｂ）はその等価回路図である。 図１０は、本実施形態における半導体発光素子の配置の他の具体例を表す模式平面図である。 図１１は、本実施形態に係る他の半導体光源を表す模式図であり、図１１（ａ）は光半導体光源の模式平面図、図１１（ｂ）はその一部拡大図、図１１（ｃ）はその等価回路図である。 図１２は、本実施形態における半導体発光素子の配置の他の具体例を表す模式平面図である。 図１３は、本実施形態に係る他の光半導体光源を例示する模式図であり、図１３（ａ）は光半導体光源の模式平面図、図１３（ｂ）はその模式断面図、図１３（ｃ）はその一部拡大断面図である。 図１４は、本実施形態に係る比較例としての光半導体光源を例示する模式図であり、図１４（ａ）は光半導体装置の平面図、図１４（ｂ）はその断面図、図１４（ｃ）はその一部拡大断面図である。 図１５（ａ）は、本発明の実施形態に係る車両用照明装置を正面側からみた模式斜視図であり、図１５（ｂ）は、裏面側からみた模式図である。 図１６は、本実施形態の車両用照明装置を搭載した灯具の模式断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図面において、同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る車両用照明装置の斜視組立図である。
また、図２（ａ）は、本実施形態に係る車両用照明装置を正面側からみた模式斜視図であり、（ｂ）は、裏面側からみた模式図である。

車両用照明装置１００は、光半導体光源１５０と、これを覆うカバー７００と、を備える。
光半導体光源１５０は、第１のヒートシンク（第１の放熱部材）３００と、この上に搭載された光半導体実装基板１０と、制御基板５０と、を有する。光半導体実装基板１０の裏面は、第１のヒートシンク３００と当接している。なおここで、「当接」とは、光半導体実装基板１０が第１のヒートシンク３００に直接的に接触するものには限定されず、例えば、光半導体実装基板１０において生ずる熱を第１のヒートシンク３００に効率よく伝達するため、伝熱性のグリースや、伝熱性の接着剤などを介して搭載されているものも含むものとする。

光半導体実装基板１０の上には、光源となるＬＥＤ（Light Emitting Diode）などを用いた半導体発光素子（図示しない）が実装されている。光半導体実装基板１０は、例えば、アルミナや窒化アルミニウムなどの無機材料により形成することができる。あるいは、光半導体実装基板１０は、金属板の表面に絶縁層を被覆した基板とすることができる。この場合の絶縁層は、有機材料でも無機材料でもよい。

光半導体実装基板１０には、半導体発光素子を取り囲むように、凹部２７を有するリフレクタ２２が実装されている。なお、半導体発光素子、リフレクタ２２が実装された領域のことを、以降、発光部２０と称す。

リフレクタ２２は、例えば、樹脂やセラミックスなどからなり、その凹部２７の中に半導体発光素子が露出するように、リフレクタ２２が光半導体実装基板１０の上に実装される。そして、リフレクタ２２の凹部２７の内壁面が反射面を形成している。半導体発光素子から放出された光は、上方に向けて直接取り出されるか、あるいは、凹部２７の内壁面で反射されて上方へ向けて取り出すことができる。なお、リフレクタ２２の形状は図示したものに限定されず、例えば直方体の中心に円錐状にくり抜かれた形状であってもよい。

制御基板５０の上には、光半導体実装基板１０に実装された発光部２０の駆動回路に含まれる抵抗などの回路素子（図示しない）が実装されている。制御基板５０は、例えば、ガラスエポキシ基板とすることができる。

第１のヒートシンク３００は、光半導体実装基板１０や制御基板５０で発生した熱を光半導体光源１５０の外部に放出する。第１のヒートシンク３００は、例えばアルミニウムなどの熱伝導性の高い材料により形成されている。第１のヒートシンク３００には、カバー７００と係合する係合凸部３０２、フランジ部３０４、複数のフィン３０６、貫通孔３０８が設けられている。

光半導体実装基板１０と制御基板５０とは、接続手段４０により電気的に接続されている。接続手段４０は、光半導体実装基板１０に形成された電極（図示しない）と、制御基板５０に形成された電極（図示せず）と、が接続されている。接続手段４０としては、金属のワイヤ、リボン、ストラップなどを用いることができる。一例として、接続手段４０をリン青銅により形成することができる。あるいは、接続手段４０として、はんだ付けを用いることもできる。

制御基板５０には、給電端子７２、７４、７６が設けられている。給電端子７２、７４、７６は、第１のヒートシンク３００に設けられた貫通孔３０８のなかに延在し、第１のヒートシンク３００の後方から挿入されるコネクタ７２０に接続され、外部から給電される。

なお、給電端子７２、７４、７６はこの例に限定されず、例えば給電端子が２つで構成されていてもよい。要は、光半導体光源１５０が所望の特性を有するように給電端子が設けられていれば、給電端子の数量は限定されない。

カバー７００は、第１のヒートシンク３００に設けられた係合凸部３０２と係合する係合開口７０２を有する。係合開口７０２と係合凸部３０２とを係合させた状態において、カバー７００は、第１のヒートシンク３００と係合する。

図３は、光半導体実装基板１０および制御基板５０を拡大して表した模式斜視図である。
光半導体実装基板１０に実装された半導体発光素子１８は、外部より供給された電力により光を放出する。半導体発光素子１８は、ウェーハからダイシングされたＬＥＤなどの半導体チップのままの形態でもよく、あるいは、ＬＥＤなどの半導体チップが樹脂やセラミックなどのパッケージに実装された形態でもよい。これら半導体チップやパッケージの形態のものは、はんだや導電性接着剤などにより、光半導体実装基板１０に実装できる。

ＬＥＤなどの半導体発光素子１８の発光色は、赤色光の他、黄色や白色など、用途に応じて適宜設定することができる。
なお、半導体発光素子１８が半導体チップのまま実装された場合には、半導体発光素子１８を外部由来の湿気やガスなどから保護するため、例えば、半導体発光素子１８の周縁を覆うように、発光部２０が透光性の樹脂（図示しない）で封止されていてもよい。また、半導体発光素子１８が樹脂で封止されている場合には、例えば、発光部２０に封止された樹脂の中に分散させて半導体発光素子１８より放出される光を吸収して異なる波長の光を放出する蛍光体（図示しない）を有していてもよい。
一方、制御基板５０の上には、図示しない抵抗などの回路素子が適宜配置されている。

上述した具体例において、アルミナや窒化アルミニウムあるいは絶縁層で被覆した金属板により光半導体実装基板１０を形成し、ガラスエポキシ基板により制御基板５０を形成した場合には、光半導体実装基板１０のほうが熱伝導率が高いといえる。

半導体発光素子１８は、温度が上昇すると発光効率が低下し、また寿命も短くなる傾向がある。これに対して、本実施形態によれば、熱伝導性の高い光半導体実装基板１０に半導体発光素子１８を実装することにより、放熱を促進できる。光半導体実装基板１０を第１のヒートシンク３００の上に搭載することで、第１のヒートシンク３００への放熱を促進させ、半導体発光素子１８の発光効率の低下や寿命の劣化を抑制できる。

特に、複数の半導体発光素子１８を用いる場合にも、本実施形態によれば、熱伝導性の高い光半導体実装基板１０に半導体発光素子１８を実装することで、コストを抑えつつ、半導体発光素子１８からの放熱を促進させ、発光効率の低下や寿命の劣化を抑制できる。特に、本具体例のように、複数の半導体発光素子１８が高い密度で実装される場合、熱も高い密度で発生するので、放熱が重要である。これに対して、本実施形態によれば、光半導体実装基板１０を介して第１のヒートシンク３００への放熱を促進でき、高い発光効率や良好な長期信頼性を維持できる。

実際に車両用照明装置などの光源として使用する場合は、図示しないダイオード、コンデンサ、抵抗、保護素子、コネクタなどの回路素子を適宜搭載する必要がある。つまり、半導体発光素子１８の駆動回路に含まれる回路素子を搭載する必要がある。このような場合に、熱伝導率の高い基板だけで光源を構成すると、発熱しない回路素子の搭載面積も熱伝導率の高い基板上に確保する必要があり、光源がコスト高になる。

これに対して本実施形態においては、半導体発光素子１８以外の回路素子を、光半導体実装基板１０ではなく、熱伝導率は低いが安価な制御基板５０の上に実装する。こうすることで、部品実装面積に対するコストを低く抑えることができる。

また、半導体発光素子１８以外の回路素子を制御基板５０の側に実装することで、光半導体実装基板１０上における発熱量が低減し、これに近接配置される半導体発光素子１８の温度上昇も低減する。これにより、半導体発光素子１８の発光効率が向上し、光半導体実装基板１０も小型化でき、さらなるコスト低減も可能となる。

また、光半導体実装基板１０としてガラスエポキシ基板などを使用する場合に比べて、放熱が良好になるために部品を密集して配置でき、光源を小型化できる。その結果として、各種の灯具デザインに対して光源の取り付けの制約を軽減でき、汎用性の高い光源を提供することが可能となる。またさらに、基板面積の最小化、半導体発光素子の使用数量の最小化により、コスト低減も期待できる。

次に、本実施形態に係る光半導体光源の回路構成について、さらに詳しく説明する。
図４（ａ）は、本発明の実施形態にかかる光半導体光源の模式平面図であり、図４（ｂ）は、その等価回路図である。

光半導体実装基板１０の上には、電極１２、１４、１６が形成されている。電極１２と電極１４との間には、半導体発光素子１８が接続され、半導体発光素子１８を取り囲むようにリフレクタ２２が配置されることで発光部２０が形成されている。電極１４と電極１６との間には、第１の電流制限抵抗３０が接続されている。

半導体発光素子１８は、図４（ｂ）に表したように、２つずつ並列に接続された回路が３段に直列接続されている。

ただし、半導体発光素子１８の数は、図示したものには、限定されない。すなわち、半導体発光素子１８は、少なくともひとつ設けられていればよい。また、複数の半導体発光素子１８を設ける場合の接続は、直列でもよく並列でもよい。
一方、制御基板５０の上には、電極５２、５４、５６が形成されている。電極５４と電極５６との間には、第２の電流制限抵抗６０が接続されている。また、電極５２と電極５６には、外部回路からの給電端子７０、７０が接続されている。
光半導体実装基板１０の電極１２、１６と、制御基板５０の電極５２、５４と、は、接続手段４０、４０により電気的に接続されている。

なお、光半導体実装基板１０および制御基板５０に設けられた電極１２、１６ならびに５２、５４、および、接続手段４０、４０の接続箇所は、図示した箇所に限定されない。要は、接続手段４０、４０が、光半導体実装基板１０および制御基板５０とを電気的に接続していれば、接続箇所は限定されない。

図４（ｂ）に表した等価回路からも分かるように、一対の給電端子７０、７０の間で、発光部２０と、第１の電流制限抵抗３０と、第２の電流制限抵抗６０と、は直列に接続されている。したがって、給電端子７０、７０の間に駆動電圧を印加すると、第１及び第２の電流制限抵抗３０、６０により制限された電流が発光部２０を流れ、発光させることができる。

第１の電流制限抵抗３０は、複数個配置されていてもよく、また、半導体発光素子１８との電気的接続において、半導体発光素子１８からみて電源プラス（＋）側の配線上、電源マイナス（−）側の配線上、電源プラス（＋）側と電源マイナス（−）側の両方の配線上に配置してもよい。また、第１の電流制限抵抗３０の形態としては、表面実装型の抵抗素子や、基板上に印刷等の手段で形成した印刷抵抗などを挙げることができる。

また、第２の電流制限抵抗６０も、複数個配置されてもよく、また、図４（ｂ）に表した半導体発光素子１８との電気的接続において、半導体発光素子１８からみて電源プラス（＋）側の配線上、電源マイナス（−）側の配線上、電源プラス（＋）側と電源マイナス（−）側の両方の配線上、のいずれに配置してもよい。また、第２の電流制限抵抗６０の形態としては、ディスクリート実装抵抗素子や表面実装型抵抗素子などを挙げることができる。

本実施形態の構成のように、第２の電流制限抵抗６０を制御基板５０の側に実装することで、光半導体実装基板１０上に設けられた第１の電流制限抵抗３０の発熱量が低減し、これに近接配置される半導体発光素子１８の温度上昇も低減する。これにより、半導体発光素子１８の発光効率が向上し、光半導体実装基板１０も小型化でき、さらなるコスト低減も可能となる。

本実施形態の光半導体光源１５０においては、第１の電流制限抵抗３０は、トリミングが可能とされている。
図４（ｃ）は、トリミングが施された後の状態を表す。すなわち、第１の電流制限抵抗３０は、トリミングにより形成された切除部３６を有する。切除部３６は、例えば、レーザーを照射して電流制限抵抗３０の一部を除去することにより形成できる。あるいは、治具を押し当てて電流制限抵抗３０の一部を除去することも可能である。

第１の電流制限抵抗３０として、印刷により形成した印刷抵抗を形成すると、このようなトリミングを容易に実施できる。発光部２０の電気的、光学的特性のばらつきに対して、光半導体実装基板１０上の第１の電流制限抵抗３０にトリミングを施すことで、それぞれの特性の光源間のばらつきを抑えることができる。

次に、本発明の実施形態の光半導体光源の発光部２０について、さらに詳しく説明する。
図５は、本発明の実施形態に係る光半導体光源の発光部を例示する模式図である。すなわち、図５（ａ）は光半導体光源１７０の模式平面図であり、図５（ｂ）はその等価回路図である。
本実施形態においては、発光部２０は、リフレクタ２２と、その中に設けられたＬＥＤなどの複数の半導体発光素子１８と、を有する。半導体発光素子１８が実装されている主面は、リフレクタ２２の一部でもよく、あるいは、光半導体実装基板１０の表面でもよい。発光部２０は、光半導体実装基板１０の上に実装され、ヒートシンク３００の上に適宜搭載されている。

リフレクタ２２により囲まれた空間の底部に、電極１４と、その先端を取り囲む形状の電極１２と、が設けられている。そして、電極１２の上に、４つの半導体発光素子１８が実装されている。半導体発光素子１８のそれぞれから、電極１４の先端にワイヤ２００が接続されている。図５（ｂ）から分かるように、４つの半導体発光素子１８は、並列に接続されている。
そして、本実施形態においては、リフレクタ２２により囲まれた空間の中心から複数の半導体発光素子１８のそれぞれまでの距離は、複数の半導体発光素子１８のそれぞれからリフレクタ２２までの距離よりも大きい。つまり、複数の半導体発光素子１８は、リフレクタ２２により囲まれた空間のなかで、中央寄りではなく、リフレクタ２２の方に寄って配置されている。
複数の半導体発光素子をリフレクタ２２により囲まれた空間のなかに配置する場合、通常は、その空間の中心に近づけて配置する。これに対して、本実施形態においては、逆に、半導体発光素子１８をリフレクタ２２に接近させて配置する。
図６は、本実施形態に係る光半導体光源の半導体発光素子の配置を表す模式平面図である。
本実施形態においては、複数の半導体発光素子１８は、リフレクタ２２から等距離（図６において、距離ｄ２）に配置されている。そして、リフレクタ２２により囲まれた空間の中心Ｃから半導体発光素子１８のそれぞれまでの距離ｄ１は、半導体発光素子１８のそれぞれからリフレクタ２２までの距離ｄ２よりも大きい。

こうすることにより、リフレクタ２２の中の限られた領域に配置される複数の半導体発光素子１８どうしを遠ざけることができる。つまり、限られたスペースの中で複数の半導体発光素子を分散して配置することにより、それぞれの半導体発光素子１８が放出する熱の影響を互いに受けにくくすることができる。またさらに、それぞれの半導体発光素子１８を遠ざけることにより、熱源を分散させて、熱の集中を防ぎ、それぞれの半導体発光素子１８から第１のヒートシンク３００への放熱を促進させることができる。

またさらに、半導体発光素子１８をリフレクタ２２に接近させることにより、半導体発光素子１８から放出された光をリフレクタ２２で効率よく反射させ、外部に取り出すことができる。つまり、半導体発光素子１８から放出された光のうちで、リフレクタ２２により反射される光の割合を高めることができる。リフレクタ２２の光反射率は、通常、半導体発光素子１８の実装面（リフレクタ２２により囲まれた空間の底面）における光反射率よりも高い。したがって、リフレクタ２２により反射される光の割合を高くすれば、それだけ光の取り出し効率を上げることが可能となる。

図７及び図８は、本実施形態における半導体発光素子の配置の他の具体例を表す模式平面図である。
図７に表した具体例においては、リフレクタ２２の平面形状は、楕円形あるいは偏平円形である。このような場合には、楕円形あるいは偏平円形の長軸と短軸との交点を、リフレクタ２２により囲まれた空間の中心Ｃとすることができる。そして、長軸の方向にみても、短軸の方向にみても、リフレクタ２２により囲まれた空間の中心Ｃから半導体発光素子１８のそれぞれまでの距離ｄ１は、半導体発光素子１８のそれぞれからリフレクタ２２までの距離ｄ２よりも大きい。

図８に表した具体例においては、リフレクタ２２の平面形状は、正方形である。このように多角形の場合には、対角線の交点を、リフレクタ２２により囲まれた空間の中心Ｃとすることができる。そして、正方形の４辺に対して平行な方向にみても、対角線の方向にみても、リフレクタ２２により囲まれた空間の中心Ｃから半導体発光素子１８のそれぞれまでの距離ｄ１は、半導体発光素子１８のそれぞれからリフレクタ２２までの距離ｄ２よりも大きい。

こうすることにより、図５に関して前述したように、リフレクタ２２の中の限られたスペースの中で複数の半導体発光素子を分散して配置し、熱源を分散させて、熱の集中を防ぎ、それぞれの半導体発光素子１８から第１のヒートシンク３００への放熱を促進させることができる。

また、図５に表した具体例の場合、半導体発光素子１８に接続されたワイヤ２００は、半導体発光素子１８からみてリフレクタ２２の側ではなく、リフレクタ２２により囲まれた空間の中心の方向に配線されている。
こうすることにより、ワイヤ２００をボンディングする領域を効率的に使用することができる。例えば図５に表した具体例の場合、周囲に設けられた４つの半導体発光素子１８から、中央に設けられたひとつの電極１４に対して、ワイヤ２００をそれぞれ接続できる。つまり、４つの半導体発光素子１８に対して、４つの電極パッドを形成する必要がなく、ひとつの電極１４に対してワイヤ２００を接続できるので、ワイヤボンディングのための領域を余計に確保する必要がなくなる。

またさらに、半導体発光素子１８からみてリフレクタ２２の側ではなく、リフレクタ２２により囲まれた空間の中心の方向にワイヤ２００を配線することにより、半導体発光素子１８から近接するリフレクタ２２に放出される光に対して、ワイヤ２００による遮光や散乱を解消し、リフレクタ２２による効率的な反射をさらに促進できる。つまり、それぞれの半導体発光素子１８が近接したリフレクタ２２に向けて放出する光の経路にワイヤ２００を設けないことにより、この経路上での光の遮光や散乱を防ぐことができる。

図９は、本実施形態に係る他の半導体光源を表す模式図である。すなわち、図９（ａ）は光半導体光源１８０の模式平面図であり、図９（ｂ）はその等価回路図である。
本実施形態の光半導体光源１８０も、リフレクタ２２と、その中に設けられたＬＥＤなどの複数の半導体発光素子１８Ａ、１８Ｂと、を有する発光部２０を有する。発光部２０は、光半導体実装基板１０の上に実装され、ヒートシンク３００の上に適宜搭載されている。

リフレクタ２２により囲まれた空間には、リフレクタ２２の側に設けられた第１の領域と、第１の領域よりもリフレクタ２２により囲まれた空間の中心側に設けられた第２の領域と、が設けられている。そして、半導体発光素子１８Ａは、第１の領域、すなわちリフレクタ２２により囲まれた空間において、その中心よりもリフレクタ２２の方に接近して配置されている。一方、半導体発光素子１８Ｂは、第２の領域、すなわちリフレクタ２２により囲まれた空間の中央付近に配置されている。

リフレクタ２２により囲まれた空間の中心から第１の領域に配置された半導体発光素子１８Ａまでの距離は、半導体発光素子１８Ａのそれぞれからリフレクタ２２までの距離よりも大きい。これは、図５〜図８に関して前述した距離ｄ１と距離ｄ２との関係と同様である。
半導体発光素子１８Ａを第１の領域すなわち周囲に分散配置することにより、熱の集中を抑制できるときは、図９（ａ）に表したように、第２の領域すなわち中央付近に半導体発光素子１８Ｂを配置することも可能となる。
また、半導体発光素子１８Ａと、それに隣接する半導体発光素子１８Ｂと、がワイヤ２００で接続されている。つまり、隣接する半導体発光素子１８Ａと半導体発光素子１８Ｂとが、直列に接続されている。これは例えば、半導体発光素子１８Ａの上面にアノード電極、下面にカソード電極を設け、半導体発光素子１８Ｂの上面にカソード電極、下面にアノード電極を設けることにより、可能となる。

このように半導体発光素子１８Ａと半導体発光素子１８Ｂとをワイヤ２００で接続することにより、ワイヤ２００の本数を減らして、コンパクトな配置と効率的な電気接続を実現できる。

図１０は、本実施形態における半導体発光素子の配置の他の具体例を表す模式平面図である。
本具体例においては、リフレクタ２２の中に、４つの半導体発光素子１８Ａと、４つの半導体発光素子１８Ｂと、が実装されている。半導体発光素子１８Ａは、Ｎアップ型すなわちＮ形半導体が上側にあるＬＥＤである。半導体発光素子１８Ｂは、Ｐアップ型すなわちＰ形半導体が上側にあるＬＥＤである。すなわち、半導体発光素子１８Ａは上側電極がカソード電極であり、半導体発光素子１８Ｂは上側電極がアノード電極である。
このように極性の異なる半導体発光素子を混在させることにより、半導体発光素子どうしを直列接続することが容易となる。すなわち、隣接する半導体発光素子１８Ａの上側電極と、半導体発光素子１８Ｂの上側電極と、をワイヤ２００で接続する。すると、半導体発光素子１８Ａの下側電極と、半導体発光素子１８Ｂの下側電極と、を両端とした直列回路を形成することができる。

図１１は、このように半導体発光素子どうしを直列接続する具体例を表す模式図である。すなわち、図１１（ａ）は光半導体光源の模式平面図、図１１（ｂ）はその一部拡大図、図１１（ｃ）はその等価回路図である。
本実施形態の光半導体光源１８５も、リフレクタ２２と、その中に設けられたＬＥＤなどの複数の半導体発光素子１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃと、を有する発光部２０を有する。発光部２０は、光半導体実装基板１０の上に実装され、ヒートシンク３００の上に適宜搭載されている。

発光部２０に配置された４つの半導体発光素子１８Ａと４つの半導体発光素子１８Ｂは、リフレクタ２２により囲まれた空間において、その中心よりもリフレクタ２２の方に接近して配置されている。また、４つの半導体発光素子１８Ｃは、リフレクタ２２により囲まれた空間の中央付近に配置されている。

半導体発光素子１８Ａ、１８Ｂを周囲に分散配置することにより、熱の集中を抑制でき、中央付近に半導体発光素子１８Ｃを配置しても、放熱が確保される。
半導体発光素子１８Ａは、電極１５の上に実装されている。すなわち、半導体発光素子１８Ａの下側電極は、電極１５に接続されている。半導体発光素子１８Ｂは、電極１６の上に実装されている。すなわち、半導体発光素子１８Ｂの下側電極は、電極１６に接続されている。半導体発光素子１８Ｃは、電極１７の上に実装されている。すなわち、半導体発光素子１８Ｃの下側電極は、電極１７に接続されている。
そして４つの半導体発光素子１８Ａの上側電極と、隣接する電極１７と、がワイヤ２００で接続されている。また、半導体発光素子１８Ｃの上側電極と、半導体発光素子１８Ｂの上側電極と、がそれぞれワイヤ２００で接続されている。

この等価回路は、図１１（ｃ）に表した如くである。すなわち、４つの半導体発光素子１８Ａは、並列に接続されている。また、半導体発光素子１８Ｂと半導体発光素子１８Ｃとは、ひとつずつ直列に接続され、４つの直列回路が並列に接続されている。

このような接続関係は、例えば、半導体発光素子１８Ａと半導体発光素子１８ＣとしてＰアップ型すなわちＰ形半導体が上側にあるＬＥＤを用い、半導体発光素子１８ＢとしてＮアップ型すなわちＮ形半導体が上側にあるＬＥＤを用いることにより実現できる。すなわち、半導体発光素子１８Ａと半導体発光素子１８Ｃは上側電極がアノード電極であり、半導体発光素子１８Ｃは上側電極がカソード電極である。
このように、Ｎ形半導体とＰ形半導体の積層構造が逆転した半導体発光素子を組み合わせることにより、半導体発光素子どうしを直接接続して直列接続を形成することが可能となる。

本実施形態によれば、半導体発光素子どうしを直接接続することにより、ワイヤ２００の本数を減らすとともに、ワイヤを接続する電極パターンが不要となり、限られた領域に複数の半導体発光素子を効率的に配置できる。
図１１に表した具体例の場合、合計で１２個の半導体発光素子を直径４ミリメータ程度の領域に収容できる。また、本実施形態の光半導体光源１８５を車両のテールランプに用いる場合、尾灯（テールライト）と制御灯（ストップライト）とは、駆動電流を切り替えることにより表示可能である。すなわち、尾灯のときは小さい電流で点灯させ、制御灯のときは大きな電流で点灯させればよい。すなわち、尾灯と制御灯とを同じ半導体発光素子を用いて点灯させることができ、別々の半導体発光素子や点灯回路を設けなくて済む点で、有利となる。

本実施形態によれば、半導体発光素子どうしを接続して直列接続を形成しつつ、リフレクタ２２のなかの限られた空間で、熱を分散させつつ効率のよい半導体発光素子の配置が可能となる。

図１２は、本実施形態における半導体発光素子の配置の他の具体例を表す模式平面図である。
本具体例においては、リフレクタ２２の中に、４つの半導体発光素子１８Ａと、４つの半導体発光素子１８Ｂと、が実装されている。半導体発光素子１８Ａと、半導体発光素子１８Ｂは、極性が同一の半導体素子である。つまり、半導体発光素子１８Ａと半導体発光素子１８Ｂは、すべてＮアップ型であるか、すべてＰアップ型である。

そして、隣接する半導体発光素子１８Ａの上側電極と、半導体発光素子１８Ｂの上側電極と、がワイヤ２００で接続され、さらに隣接する電極１７にワイヤ２００で接続されている。すると、隣接する半導体発光素子１８Ａの下側電極と半導体発光素子１８Ｂの下側電極と、を共通接続することにより、並列回路を形成することができる。つまり、隣接する半導体発光素子１８Ａと半導体発光素子１８Ｂとを並列に接続できる。

本具体例によれば、半導体発光素子どうしを直接接続することにより、ワイヤ２００の本数を減らすとともに、ワイヤを接続する電極パターンが不要となり、限られた領域に複数の半導体発光素子を効率的に配置できる。
図１３は、本実施形態に係る他の光半導体光源を例示する模式図である。すなわち、図１３（ａ）は光半導体光源の模式平面図、図１３（ｂ）はその模式断面図、図１３（ｃ）はその一部拡大断面図である。
本実施形態の光半導体光源も、リフレクタ２２と、その中に設けられたＬＥＤなどの複数の半導体発光素子１８と、を有する発光部２０を有する。半導体発光素子１８は、リフレクタ２２により囲まれた空間の中心よりもリフレクタ２２の方に接近して配置されている。そして、発光部２０は、光半導体実装基板１０の上に実装され、第１のヒートシンク３００に搭載されている。

本実施形態においても、複数の半導体発光素子１８は、リフレクタ２２により囲まれた空間のなかで、中央寄りではなく、リフレクタ２２の方に寄って配置されている。すなわち、図１３（ｂ）に表したように、半導体発光素子１８の中心とリフレクタ２２の下端との距離ｄ２は、リフレクタ２２により囲まれた空間の中心Ｃと半導体発光素子１８の中心との距離ｄ１よりも小さい。ここで、リフレクタ２２の下端は、半導体発光素子１８の実装面における位置とする。

そして、複数の半導体発光素子１８のそれぞれは、樹脂２５により個別にドーム状に封止されている。半導体発光素子１８が実装されている主面は、リフレクタ２２の一部でもよく、あるいは、光半導体実装基板１０の表面でもよい。

本実施形態によれば、複数の半導体発光素子１８のそれぞれを、樹脂２５により個別に封止することにより、光の取り出し効率を上げることができる。
図１４は、本実施形態に係る比較例としての光半導体光源を例示する模式図である。すなわち、図１４（ａ）は光半導体装置の平面図、図１４（ｂ）はその断面図、図１４（ｃ）はその一部拡大断面図である。
本比較例においては、半導体発光素子１８は樹脂２５により個別に封止されていない。すなわち、リフレクタ２２の内側において、複数の半導体発光素子１８は樹脂２５により一体的に封止されている。

このように複数の半導体発光素子１８を樹脂２５により一体的に封止すると、光の取り出し効率が低下する。すなわち、半導体発光素子１８から放出された光の一部は、矢印Ｔで表したように、封止樹脂２５から外部に取り出される。しかし、半導体発光素子１８から放出された光の他の一部は、樹脂２５の表面において、入射角度θが小さいために、矢印Ｒで表したように全反射され、樹脂２５の中に戻ってしまう。その結果として、光の取り出し効率が低下する。ただし、図１４に表した比較例も、半導体発光素子１８がリフレクタ２２に接近して配置され、また半導体発光素子１８に接続されたワイヤ２００は、半導体発光素子１８からリフレクタ２２の側ではなくリフレクタ２２により囲まれた空間の中心軸Ｃの方向に配線されている点で、本実施形態の範囲に包含される。

これに対して、図１４に表した実施形態の場合、半導体発光素子１８から放出された光のうちで、中心軸Ｃの方向に放出された光は、図１４（ｂ）及び（ｃ）に矢印Ｒで表したように、樹脂２５の表面に対して、浅い角度で入射する。このように浅い角度で樹脂２５の表面に入射すると、反射されて外部に取り出されない場合もある。

これに対して、複数の半導体発光素子１８のそれぞれを、樹脂２５により個別にドーム状に封止することにより、半導体発光素子１８から放出された光の樹脂２５の表面における入射角度θを大きくすることができる。その結果として、矢印Ｔで表したように、樹脂２５から外部に取り出され、光の取り出し効率を上げることができる。

なお、本実施形態において、複数の半導体発光素子１８をそれぞれ封止する樹脂２５は、その一部が互いにつながっていてもよい。例えば、隣接するふたつの半導体発光素子１８が樹脂２５によりそれぞれ封止されているとき、これらのふたつの半導体発光素子１８のあいだに、樹脂２５が薄く延在し、それぞれの半導体発光素子１８を封止する樹脂２５とつながっていてもよい。ふたつの半導体発光素子１８のあいだに延在する薄い樹脂２５の層の上面が、半導体発光素子１８に含まれる発光層（あるいは活性層）の位置よりも低ければ、半導体発光素子１８から横方向に放出される光が薄い樹脂２５の層のなかに侵入して光の取り出し効率が低下するという影響は少ないからである。従って、このように、隣接する半導体発光素子１８のあいだに薄い樹脂２５の層が延在し、その上面が半導体発光素子１８に含まれる発光層（あるいは活性層）の位置よりも低い場合には、「樹脂により個別に封止」されたものに含まれると本願明細書では定義する。

一方、本実施形態のおいても、半導体発光素子１８に接続されたワイヤ２００は、半導体発光素子１８からリフレクタ２２の側ではなく、リフレクタ２２により囲まれた空間の中心軸Ｃの方向に配線されている。

半導体発光素子１８をリフレクタ２２に接近させて配置することにより、リフレクタ２２により囲まれた空間の中央にワイヤ２００を接続する領域を形成できる。
また、それぞれの半導体発光素子１８が近接したリフレクタ２２に向けて放出する光の経路にワイヤ２００が設けられない。こうすることにより、ワイヤ２００による遮光や散乱を解消し、リフレクタ２２による効率的な反射をさらに促進できる。

また、このように光の取り出し効率を上げることができれば、半導体発光素子１８の数を減らすことができる。その結果として、光半導体光源を小型化できる。またさらに、光の取り出し効率を上げることができれば、半導体発光素子１８に供給する駆動電流を下げることができる。その結果として、消費電力を低減できるとともに、半導体発光素子１８の発熱を抑制し、さらなる発光効率の向上や長寿命化が可能となる。

なお、樹脂２５に、例えば、蛍光体を分散させることにより、所望の波長の光を取り出すようにしてもよい。

図１５は、本発明の実施の形態に係る車両用照明装置１００を示す図である。すなわち、図１５（ａ）は、本実施形態に係る車両用照明装置を正面側からみた模式斜視図であり、図１５（ｂ）は、裏面側からみた模式図である。

本実施形態においては、第１のヒートシンク３００の外側に、第１のヒートシンク３００と係合する第２のヒートシンク（第２の放熱部材）３１０が設けられている。第２のヒートシンク３１０の材料として、第１のヒートシンク３００よりも熱放射率の高い材料を用いることにより、第１のヒートシンク３００からの放熱を促進できる。
例えば、第１のヒートシンク３００をアルミニウムにより形成し、第２のヒートシンク３１０をＰＢＴ（Poly Buthylene Terephthalete）などの樹脂により形成した場合、発光部などから放出された熱は、第１のヒートシンク３００から第２のヒートシンク３１０へ効率よく伝わり、第２のヒートシンク３１０から外部に効率よく放出される。なお、第２のヒートシンク３１０は、第１のヒートシンク３００の表面に熱放射率の高い物質を形成することにより構成されていてもよい。例えば、第２のヒートシンク３１０は、アルミニウムで形成された第１のヒートシンク３００の表面をアルマイト処理することにより形成されたアルマイト層であってもよい。

なお、第１のヒートシンク３００及び第２のヒートシンク３１０のフィン形状は、特定の形状には限定されない。例えば、図１１に表したように、第１のヒートシンク３００及び第２のヒートシンク３１０のフィンは、それぞれ、光半導体光源１５０の形状に沿って、放射円状に形成されていてもよい。

図１６は、本実施形態の車両用照明装置１００を搭載した灯具の模式断面図である。
灯具６００は、リフレクタ６２０とレンズ６５０とを有する。そして、リフレクタ６２０、レンズ６５０と対向する位置に設けられた開口６４０に本実施形態の車両用照明装置１００が挿入されている。車両用照明装置１００から放出された光は、直接か、リフレクタ６２０により反射され、レンズ６５０を介して外部に放出される。この灯具６００は、例えば、自動車のテールライト部に設けることができる。

この灯具６００において、第１のヒートシンク３００に形成されたフランジ部３０４よりも前方の部分は、リフレクタ６２０およびレンズ６５０により取り囲まれた状態となる。車両用照明装置１００とリフレクタ６２０とは、水密に係合させることができる。必要に応じて、ゴムやシリコーンなどの材料からなるシール６６０を、車両用照明装置１００とリフレクタ６２０との間に設けてもよい。

なお、車両用照明装置１００には、例えば図１５（ａ）に示すような灯具係合凸部３５０を有し、図１６（ｂ）に示すようにして灯具６００との係合をより強固としてもよい。また、灯具係合凸部３５０に対応する係合凹部（図示しない）を灯具に有してもよい。また、灯具に例えば弾性体で構成された係合手段（図示しない）を有してもよい。要は、車両用照明装置１００および灯具６００との係合をより強固とするためにはどのような手段を用いてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 光半導体実装基板
１２、１４、１５、１６、１７ 電極
１８、１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ 半導体発光素子
２０ 発光部
２２ リフレクタ
２５ 樹脂
２７ 凹部
３０ 電流制限抵抗
３６ 切除部
４０ 接続手段
５０ 制御基板
５２、５４、５６ 電極
６０ 電流制限抵抗
７０、７２、７４、７６ 給電端子
１００ 車両用照明装置
１５０、１７０、１８０、１８５ 光半導体光源
２００ ワイヤ
３００ 第１のヒートシンク
３０２ 係合凸部
３０４ フランジ部
３０６ フィン
３０８ 貫通孔
３１０ 第２のヒートシンク
３５０ 灯具係合凸部
６００ 灯具
６２０ リフレクタ
６４０ 開口
６５０ レンズ
６６０ シール
７００ カバー
７０２ 係合開口
７２０ コネクタ

Claims (7)

1. 光半導体実装基板と、
   前記光半導体実装基板の上に設けられた複数の半導体発光素子と、
   前記光半導体実装基板の上に設けられ前記複数の半導体発光素子を囲むリフレクタと、
   前記複数の半導体発光素子のそれぞれに接続されたワイヤと、
   を備え、
   前記複数の半導体発光素子は、前記リフレクタから等距離に配置され、
   前記リフレクタにより囲まれた空間の中心から前記複数の半導体発光素子のそれぞれまでの距離は、前記複数の半導体発光素子のそれぞれから前記リフレクタまでの距離よりも大きく、
   全ての前記ワイヤは、前記リフレクタにより囲まれた空間の内部に設けられ、且つ、前記半導体発光素子のそれぞれから近接するリフレクタとは反対の側に延在してなることを特徴とする光半導体光源。
2. 光半導体実装基板と、
   前記光半導体実装基板の上に設けられた複数の半導体発光素子と、
   前記光半導体実装基板の上に設けられ前記複数の半導体発光素子を囲むリフレクタと、
   を備え、
   前記リフレクタにより囲まれた空間において、前記リフレクタ側に設けられた第１の領域と、
   前記第１の領域よりも、前記リフレクタにより囲まれた空間の中心側に設けられた第２の領域と、
   前記第１の領域に設けられた前記複数の半導体発光素子のそれぞれに接続されたワイヤと、
   を有し、
   前記複数の半導体発光素子は、前記第１の領域および前記第２の領域に配置され、
   前記リフレクタにより囲まれた空間の中心から前記第１の領域に配置された前記複数の半導体発光素子のそれぞれまでの距離は、前記複数の半導体発光素子のそれぞれから前記リフレクタまでの距離よりも大きく、
   全ての前記ワイヤは、前記リフレクタにより囲まれた空間の内部に設けられ、且つ、前記第１の領域に配置された前記半導体発光素子のそれぞれから前記リフレクタにより囲まれた空間の中心側に延在してなることを特徴とする光半導体光源。
3. 前記複数の半導体発光素子のそれぞれは、樹脂により個別に封止されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の光半導体光源。
4. 前記複数の半導体発光素子のいずれかは、上面に形成されたアノード電極を有し、
   前記複数の半導体発光素子の他のいずれかは、上面に形成されたカソード電極を有し、
   前記アノード電極と前記カソード電極とが、ワイヤで接続されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光半導体光源。
5. 前記光半導体実装基板よりも熱伝導率が低い制御基板と、
   前記制御基板の上に設けられ前記半導体発光素子の駆動回路に含まれる回路素子と、
   前記光半導体実装基板と前記制御基板とを電気的に接続する接続手段と、
   前記光半導体実装基板の裏面に当接し前記半導体発光素子から放出される熱を外部に伝達させる第１の放熱部材と、
   をさらに備えた請求項１〜４のいずれか１つに記載の光半導体光源。
6. 前記第１の放熱部材よりも外側に形成され、前記第１の放熱部材よりも熱放射率の高い第２の放熱部材をさらに備えたことを特徴とする請求項５記載の光半導体光源。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の光半導体光源を備えたことを特徴とする車両用照明装置。

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