JP6052573B2 - 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

放熱を促進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、前記半導体発光素子に電気的に接続された第１の電流制限抵抗と、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の上に設けられた前記第１の電流制限抵抗と前記制御基板の上に設けられた前記回路素子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、を備え、前記第１の放熱部材は、放熱フィンを有す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。

放熱を促進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、本発明の実施形態にかかる光半導体光源の回路構成を表す模式平面図であり、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（ａ）は、第１のヒートシンク３００と光半導体実装基板１０と制御基板５０の関係を例示する模式斜視図であり、図５（ｂ）は、その断面斜視図である。 図６（ａ）は、図５（ａ）に対応する模式平面図であり、図６（ｂ）は、制御基板５０を取り外した状態を表す模式平面図であり、図６（ｃ）は、図６（ｂ）に対応する模式斜視図である。 図７（ａ）は、第１のヒートシンク３００の模式斜視図である。また、図７（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、放熱フィン３０３の具体例を表す模式斜視図であり、第１のヒートシンク３００を裏面側から眺めた模式図である。 図８（ａ）は、第１のヒートシンク３００の外側に第２のヒートシンク３１０を設けた具体例を表す模式斜視図であり、図８（ｂ）、図８（ｃ）はそれぞれ、第２のヒートシンク３１０を第１のヒートシンク３００が収容される側から眺めた模式図である。 図９（ａ）は、第２のヒートシンク３１０の表面積を増加させた具体例を表す模式斜視図であり、図９（ｂ）は、その断面斜視図、図９（ｃ）は第２のヒートシンク３１０の裏側からみた図であり、図９（ｄ）は図９（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図である。 図１０（ａ）は、第１のヒートシンク３００の体積を増加させた具体例を表す模式斜視図であり、図１０（ｂ）は、その断面斜視図である。 図１１（ａ）は、第１のヒートシンク３００と第２のヒートシンク３１０の表面積を増加させた具体例を表す模式斜視図であり、図１１（ｂ）は、その断面斜視図である。 図１２（ａ）は、本発明の実施形態に係る光半導体光源を裏面側からみた模式図であり、図１２（ｂ）は、本発明の実施形態に係る比較例の光半導体光源を裏面側からみた模式図である。 図１３（ａ）は、本実施形態に係る光半導体光源１００を裏面側からみた模式図であり、図１３（ｂ）は、向かって右側からみた模式図である。 図１４（ａ）は、本実施形態に係る光半導体光源１００を裏面側からみた模式図であり、図１４（ｂ）は、向かって右側からみた模式図である。 図１５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。

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。

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１８が露出するように、リフレクタ２２が半導体実装基板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１０から放出された光は、直接か、凹部２７の内壁面で反射され、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に実装された半導体発光素子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３０１、フランジ部３０２、複数のフィン３０３、コネクタ挿入部３０４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（図示しない）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に設けられたコネクタ挿入部３０４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、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３０１と係合する係合開口７０１を有する。係合開口７０１と係合凸部３０１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をヒートシンク３００の上に搭載することで、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の機能の一部を第２の電流制限抵抗６０に移すことができるため、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、本発明の実施形態に係る光半導体光源の放熱部材について、さらに詳しく説明する。
図５（ａ）は、第１のヒートシンク３００と光半導体実装基板１０と制御基板５０の関係を例示する模式斜視図であり、（ｂ）は、その断面斜視図である。
また、図６（ａ）は、図５（ａ）に対応する模式平面図であり、図６（ｂ）は、制御基板５０を取り外した状態を表す模式平面図であり、図６（ｃ）は、図６（ｂ）に対応する模式斜視図である。
第１のヒートシンク３００は、その上面に、光半導体実装基板１０を搭載する搭載面３０５と、制御基板５０を搭載する搭載面３０６と、を有する。

第１のヒートシンク３００の裏面側には、放熱フィン３０３が形成されている。例えば、第１のヒートシンク３００をアルミニウムで形成することにより、光半導体実装基板１０から放出された熱を第１のヒートシンク３００を介して効率的に伝導させ、フィン３０３を介して外部に効率的に放出させることができる。

また、図５及び図６に表した具体例の場合、制御基板５０は、その一部が第１のヒートシンク３００の上に接触し、他の部分は第１のヒートシンク３００の外側にはみ出して、第１のヒートシンク３００に形成されたコネクタ挿入部３０４の上を覆っている。

制御基板５０の上に設けられる回路素子は、光半導体実装基板１０に搭載される半導体発光素子１８の駆動回路を構成する抵抗、ダイオード、キャパシタ、トランジスタなどであり、いずれも放熱量は小さく、また温度の上昇に対して特性の変動も小さい。このため、制御基板５０を第１のヒートシンク３００の上からはみ出させて配置しても、制御基板５０の上に設けられる回路素子の動作に悪影響を及ぼすことはない。

制御基板５０を第１のヒートシンク３００からはみ出させて、第１のヒートシンク３００のコネクタ挿入部３０４を覆うように設け、コネクタ挿入部３０４の中に給電端子７２、７４、７６を延出させることにより、第１のヒートシンク３００の裏面側からコネクタ７２０を挿入して接続することができる。

また、コネクタ挿入部３０４の周囲において、コネクタ７２０を防水コネクタとすれば、コネクタ挿入部３０４から内部への水分の侵入も阻止できる。つまり、裏面側（第１のヒートシンク３００の側）において、防水構造を有する車両用照明装置１００を提供できる。

図７は、本実施形態の車両用照明装置のその他の具体例を表す模式図である。
すなわち、図７（ａ）は、第１のヒートシンク３００の模式斜視図である。また、図７（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、放熱フィン３０３の具体例を表す模式斜視図であり、第１のヒートシンク３００を裏面側から眺めた模式図である。
図７（ａ）に表したように、本具体例においても、第１のヒートシンク３００にコネクタ挿入部３０４が設けられ、制御基板５０の給電端子７２、７４、７６が挿入される。

また、放熱フィン３０３の形状は、図７（ｂ）に表したように、第１のヒートシンク３００の中心から複数の方向に広がっている熱伝導部３０３Ａを有する。このような構成とすることにより、光半導体実装基板１０が第１のヒートシンク３００の中心と略対向する位置に当接されると、光半導体実装基板１０から発生する熱が第１のヒートシンク３００の放熱フィン３０３、具体的には熱伝導部３０３Ａにすばやく複数の方向に熱を伝導させることができる。その結果、第１のヒートシンク３００から周囲雰囲気への放熱が促進できる。

また、図７（ｃ）に表したように、図７（ｂ）の放熱フィン３０３に設けられた熱伝導部３０３Ａより分岐した、複数の熱放射部３０３Ｂを有していてもよい。このような構成とすることで、図７（ｂ）の構成よりも更に第１のヒートシンク３００の表面積を拡大することができるため、第１のヒートシンク３００から周辺雰囲気への放熱が更に促進できる。なお、熱放射部３０３Ｂは、図７（ｃ）に表したように、それぞれが連結しているものに限定されない。例えば、図７（ｄ）に表したように、熱放射部３０３Ｂが断片的に構成されていてもよく、要は、熱放射部３０３Ｂは熱伝導部３０３Ａより分岐して形成されていればその形式は限定されない。

次に、本発明の他の実施形態に係る光半導体光源の放熱部材について説明する。
図８（ａ）は、第１のヒートシンク３００の外側に第２のヒートシンク（第２の放熱部材）３１０を設けた具体例を表す模式斜視図であり、図８（ｂ）、図８（ｃ）はそれぞれ、第２のヒートシンク３１０を第１のヒートシンク３００が収容される側から眺めた模式図である。

第２のヒートシンク３１０は、第１のヒートシンク３００を収容する挿入孔３１７を有する。第１のヒートシンク３００を収容した状態において、第１のヒートシンク３００と第２のヒートシンク３１０とは、密接し、熱接触が良好な状態とされている。
また、第２のヒートシンク３１０は、第１のヒートシンク３００と同様に、コネクタ挿入部３１４を有する。本構成とすることで、制御基板５０に設けられた給電端子７２、７４、７６は、第１のヒートシンク３００に設けられたコネクタ挿入部３０４および第２のヒートシンク３１０に設けられたコネクタ挿入部３１４のなかに延在し、第２のヒートシンク３１０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。あるいは、第２のヒートシンク３１０にのみコネクタ挿入部３１４を設けて、第１のヒートシンク３００には給電端子７２、７４、７６のみが貫通するようにしてもよい。

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、外部に放出される。

具体的には、アルミニウムの熱放射率は、鏡面の場合には０．０５程度と非常に低く、粗面の場合でも０．３〜０．４程度に過ぎない。これに対して、ＰＢＴなどの樹脂の熱放射率は０．９〜０．９５と非常に高い。従って、第１のヒートシンク３００をアルミニウムなどの金属で形成し、第２のヒートシンク３１０をＰＢＴなどの樹脂で形成することにより、光半導体実装基板１０や制御基板５０からの熱を第１のヒートシンク３００に効率的に伝導させ、さらに第２のヒートシンク３１０から周囲の雰囲気に効率的に放出させることができる。

一方、第２のヒートシンク３１０には、これら放熱フィン３０３を収容する挿入孔３１７を設ける。つまり、第１のヒートシンク３００の放熱フィン３０３は、第２のヒートシンク３１０に埋め込まれる。防水の観点からは、挿入孔３１７は、第２のヒートシンク３１０を貫通せず、第２のヒートシンク３１０の裏面側において終端させることが望ましい。

こうすることにより、第１のヒートシンク３００と第２のヒートシンク３１０との接触面積が拡大し、第１のヒートシンク３００から第２のヒートシンク３１０への熱伝導を促進できる。その結果として、第２のヒートシンク３１０から周囲雰囲気への放熱にも促進できる。

図９（ａ）は、第２のヒートシンク３１０の表面積を増加させた具体例を表す模式斜視図であり、図９（ｂ）は、その断面斜視図、図９（ｃ）は第２のヒートシンク３１０の裏側からみた図、図９（ｄ）は図９（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａにおける断面図である。
本具体例においては、第１のヒートシンク３００に放熱フィン３０３を同心円状に有する。また、第２のヒートシンク３１０には、第２のヒートシンク３１０の中心より複数の方向に広がっている熱伝導部３１３Ａと、熱伝導部３１３Ａより分岐した、複数の熱放射部３０３Ｂを有していてもよい。すなわち、図９（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａでの断面図である図９（ｄ）に表したように、熱放射部３１３Ｂの周囲に第１のヒートシンク３００の放熱フィン３０３および第２のヒートシンク３１０の熱伝導部３１３Ａが交互に存在する。このようにすれば、光半導体実装基板１０から放出された熱は、放射方向にも、同心円方向にも、伝達され、第２のヒートシンク３１０を介した外部への放熱を促進できる。

図１０（ａ）は、第１のヒートシンク３００の体積を増加させた具体例を表す模式斜視図であり、図１０（ｂ）は、その断面斜視図である。
本具体例においても、第１のヒートシンク３００の裏面側に埋め込まれる第２のヒートシンク３１０は、間接的に第１のヒートシンク３００の放射率を増加させることができる。その結果として、第２のヒートシンク３１０の壁面から外部に効率的に放出できる。このように、第１のヒートシンク３００が単純なブロック構成でも、放熱性を高めることができる。

図１１（ａ）は、第１のヒートシンク３００と第２のヒートシンク３１０の表面積を増加させた具体例を表す模式斜視図であり、図１１（ｂ）は、その断面斜視図である。
本具体例では、放熱フィン３０３のそれぞれを覆いつつ、隣接する放熱フィン３０３どうしの間にトレンチ３１８が形成されている。
このようなトレンチ３１８を形成することにより、第２のヒートシンク３１０の表面積を増加させることができる。その結果として、放熱フィン３０３を介して伝達された熱をトレンチ３１８の壁面から外部に効率的に放出できる。

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もよい。第２のヒートシンク３１０は、例えば、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てもよい。

次に、本発明の実施形態に係る光半導体光源の放熱フィンとコネクタとの関係について、さらに詳しく説明する。
図１２（ａ）は、本発明の実施形態に係る光半導体光源を裏面側からみた模式図であり、図１２（ｂ）は、本発明の実施形態に係る比較例の光半導体光源を裏面側からみた模式図である。

図２（ｂ）にも表したように、光半導体光源１００の裏面側には、複数の放熱フィン３０３が形成されている。これら放熱フィン３０３は、一方向（図１２において上下方向）に延在して形成されている。

一方、コネクタ７２０（図１参照）を挿入するコネクタ挿入部３０４は、コネクタ挿入孔３０４Ａとコネクタ挿入孔３０４Ａの周縁に設けられたコネクタ挿入壁３０４Ｂで構成され、コネクタ挿入孔３０４Ａおよびコネクタ挿入壁３０４Ｂはそれぞれ長方形の形状を有する。つまり、コネクタ挿入部３０４に挿入されるコネクタ７２０（図１参照）も、その断面形状は長方形とされている。あるいは、コネクタ挿入部３０４は、正方形や偏平円形や長円形などでもよい。要は、コネクタ挿入部３０４、およびコネクタ７２０の形状は、特定のものには限定されない。

そして、図１２（ａ）に表した具体例の場合、放熱フィン３０３の延在方向と、コネクタ挿入部３０４すなわちコネクタ７２０の長辺の方向と、は、平行である。すなわち、放熱フィン３０３の延在方向と、コネクタ挿入部３０４（コネクタ７２０）の長辺の方向と、は、いずれも図１２（ａ）において上下方向である。

一方、図１２（ｂ）に表した比較例の場合、放熱フィン３０３の延在方向と、コネクタ挿入部３０４すなわちコネクタ７２０の長辺の方向と、は、略垂直である。すなわち、放熱フィン３０３の延在方向は、図１２（ａ）において上下方向であり、コネクタ挿入部３０４（コネクタ７２０）の長辺の方向は、図１２（ａ）において左右方向である。

図１２（ａ）に表したように、放熱フィン３０３の延在方向が鉛直方向と平行となるように配置すると、矢印３０３Ｃで表したように、隣接する放熱フィン３０３の間隙において上方への空気の流れが生じやすくなる。つまり、放熱フィン３０３から放出された熱により暖められて軽くなった空気が放熱フィン３０３の間隙を鉛直上方に上昇する気流が形成されやすくなる。その結果として、放熱フィン３０３からの放熱を促進できる。

そして、図１２（ａ）に表したように、コネクタ挿入部３０４の長辺が放熱フィン３０３の延在方向と平行となるように配置すると、矢印３０３Ｃで表した空気の流れが、コネクタ挿入壁３０４Ｂやコネクタ７２０（図１参照）により妨げられることがない。つまり、放熱フィン３０３からの放熱をさらに促進できる。
ただし、図１２（ｂ）に表したようにコネクタ挿入部３０４、すなわち、コネクタ挿入孔３０４Ａおよびコネクタ挿入壁３０４Ｂを放熱フィン３０３の延在方向に対して垂直にを形成すると、矢印３０３Ｃで表した空気の流れが、コネクタ挿入壁３０４Ｂやコネクタ７２０により妨げられることになるので、放熱フィン３０３からの放熱が阻害される。よって、図１２（ａ）に表したように、コネクタ挿入部３０４の長辺は、放熱フィン３０３の延在方向と平行となることがより好ましい。

また、コネクタ挿入部３０４がコネクタ挿入孔３０４Ａのみで構成される場合も、コネクタ挿入孔３０４Ａを放熱フィン３０３の延在方向に対して垂直に形成すると、矢印３０３Ｃで表した空気の流れが、コネクタ７２０により妨げられることになるので、放熱フィン３０３からの放熱を阻害する。よって、コネクタ挿入部３０４がコネクタ挿入孔３０４Ａとコネクタ挿入壁３０４Ｂで構成されるときと同様に、コネクタ挿入部３０４がコネクタ挿入孔３０４Ａのみで構成される場合も、コネクタ挿入孔３０４Ａの長辺も、放熱フィン３０３の延在方向と平行となることがより好ましい。

図１３（ａ）は、本実施形態に係る光半導体光源１００を裏面側からみた模式図であり、図１３（ｂ）は、向かって右側からみた模式図である。
図１３（ａ）に表したように、コネクタ挿入部３０４に挿入されるコネクタ７２０からは、電気配線としてのケーブル７２２が延在している。図１３に表した具体例の場合、ケーブル７２２は、コネクタ７２０の長辺方向すなわち図１３（ａ）における上方に延在するように、コネクタ７２０に接続されている。このようにケーブル７２２が接続されることにより、放熱フィン３０３の間隙を流れる空気の流れを妨げることがない。

なお、図１３（ａ）及び（ｂ）に表した具体例の他にも、例えば、ケーブル７２２がコネクタ挿入部３０４の貫通方向、すなわち図１３（ａ）において紙面に対して垂直な方向に延在するように、コネクタ７２０に接続してもよい。あるいは、ケーブル７２２が、放熱フィン３０３の延在方向とは垂直な方向、すなわち図１３（ａ）において右方向に延在するようにコネクタ７２０に接続してもよい。これらいずれの場合も、ケーブル７２２が放熱フィン３０３の間隙を流れる空気の流れを妨げることがない。

図１４（ａ）は、本実施形態に係る光半導体光源１００を裏面側からみた模式図であり、図１４（ｂ）は、向かって右側からみた模式図である。
本具体例においては、コネクタ７２０は、光半導体光源１００の裏面ではなく、側面に接続されている。つまり、コネクタ挿入部３０４（図２参照）は、光半導体光源１００の裏面ではなく、側面に形成され、このコネクタ挿入部３０４にコネクタ７２０が挿入されている。

こうすると、光半導体光源１００の裏面側には、ほぼ全面に放熱フィン３０３を形成することが可能となり、放熱をさらに促進できる。また、コネクタ７２０やケーブル７２２が光半導体光源１００の裏面側に設けられないので、放熱フィン３０３の周囲で生ずる空気の流れを妨げることもない。

なお、図１４（ａ）及び（ｂ）に表した具体例の他にも、例えば、ケーブル７２２がコネクタ挿入部３０４の延在方向とは垂直な方向、すなわち図１４（ａ）において紙面に対して垂直な方向に延在するように、コネクタ７２０に接続してもよい。あるいは、ケーブル７２２が、放熱フィン３０３の延在方向とは垂直な方向、すなわち図１４（ａ）において右方向に延在するようにコネクタ７２０に接続してもよい。これらいずれの場合も、ケーブル７２２が放熱フィン３０３の間隙を流れる空気の流れを妨げることがない。

図１５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、直接外部に放出されるか、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３０２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１１（ａ）に示すような灯具係合凸部３５０を有し、図１５（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に対応する係合開口（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、１６ 電極、 １８ 半導体発光素子、２０ 発光部、 ２２ リフレクタ、 ２７ 凹部、 ３０ 電流制限抵抗、 ３６ 切除部、 ４０ 接続手段、 ４８ 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 光半導体光源、３００ 第１のヒートシンク、３０１ 係合凸部、３０２ フランジ部、３０３ 放熱フィン、３０３Ａ、３０３Ｂ 熱伝導部、３０４ コネクタ挿入部、３０４Ａ コネクタ挿入孔、３０４Ｂ コネクタ挿入壁、３０５ 搭載面、３０６ 搭載面、３１０ 第２のヒートシンク、３１１ 係合凸部、３１２ フランジ部、３１３ 放熱フィン、３１７ 挿入孔、３１８ トレンチ、７００ カバー、７０１ 係合開口、７２０ コネクタ、７２２ ケーブル

Claims (9)

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、前記半導体発光素子に電気的に接続された第１の電流制限抵抗と、
   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の上に設けられた前記第１の電流制限抵抗と前記制御基板の上に設けられた前記回路素子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、
   を備え、
   前記第１の放熱部材は、放熱フィンを有することを特徴とする光半導体光源。
2. 前記回路素子は、第２の電流制限抵抗であることを特徴とする請求項１に記載の光半導体光源。
3. 前記放熱フィンは、前記光半導体実装基板を中心として複数の方向に広がっている熱伝導部を有する請求項１または２に記載の光半導体光源。
4. 前記熱伝導部から分岐した複数の熱放射部を有する請求項３に記載の光半導体光源。
5. 前記第１の放熱部材の少なくとも一部を覆い、前記第１の放熱部材を伝達した熱を外部に放出させる第２の放熱部材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. 前記放熱フィンは、前記第２の放熱部材に埋め込まれたことを特徴とする請求項５に記載の光半導体光源。
7. 前記第１の放熱部材は、金属により形成され、
   前記第２の放熱部材は、樹脂により形成されたことを特徴とする請求項５または６に記載の光半導体光源。
8. 前記第２の放熱部材は、前記第１の放熱部材の表面に形成され前記第１の放熱部材よりも放射率の高い物質からなることを特徴とする請求項５または６に記載の光半導体光源。
9. 請求項１〜８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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