(57)【要約】【課題】ＬＥＤを発光素子とし十分な冷却効果を有する発光装置及び車両用前照灯を提供する。【解決手段】発光素子１０と、発光素子１０がインターポーザ２１０を介して電気的及び熱的に接続された実装基板１１０と、を有する発光装置１００において、実装基板１１０内に第１の空間１２０を設け、第１の空間１２０の内部に発光素子１０を冷却する冷媒３１４を流す。第１の空間１２０で熱交換された冷媒３１４は、実装基板１１０の外部に設けた放熱板３１０で熱交換され、放熱される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
前記発光素子が実装された実装基板と、
前記発光素子を冷却する冷媒を循環させるパイプと、を有し、
前記実装基板内に、前記冷媒を循環させる第１の空間が設けられ、
前記第１の空間と前記パイプとが連通されることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記実装基板は、前記パイプと連通して前記冷媒を循環させる連通口を少なくとも一つ備えることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記パイプに、前記冷媒と熱交換を行うヒートシンクを設けると共に、前記冷媒を循環させるためのポンプを接続したことを特徴とする請求項１又は２記載の発光装置。
【請求項４】
前記発光素子と前記実装基板との間に、前記発光素子と前記実装基板とを電気的に接続する貫通電極を有するインターポーザが設けられたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記インターポーザ内に、前記冷媒を循環させる第２の空間が設けられたことを特徴とする請求項４記載の発光装置。
【請求項６】
前記第１の空間に露出する面に、前記冷媒の流れ方向に延在する凹凸溝を設けたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の発光装置。
【請求項７】
前記発光素子と前記第１の空間を循環する前記冷媒との間の伝熱効果を向上させる熱伝導部材を、前記実装基板内で前記第１の空間に露出して配設したことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の発光装置。
【請求項８】
前記熱伝導部材の前記第１の空間に露出する面に、前記冷媒の流れ方向に延在する凹凸溝を設けたことを特徴とする請求項７記載の発光装置。
【請求項９】
発光素子と、
前記発光素子が実装された実装基板と、
前記発光素子と前記実装基板との間に設けられ、前記発光素子と前記実装基板とを電気的に接続する貫通電極を有するインターポーザと、
前記発光素子を冷却する冷媒が充填されるヒートパイプと、を有し、
前記インターポーザ内に、前記冷媒が充填される第２の空間が設けられ、
前記第２の空間と前記ヒートパイプの前記冷媒が充填される空間とが連通されることを特徴とする発光装置。
【請求項１０】
前記発光素子で発光された光を反射する反射手段を前記発光素子を囲繞するように設けた請求項１乃至９の何れか一項に記載の発光装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の発光装置と、
前記発光装置が配置されるランプボディと、
前記ランプボディの前面に配設された透明な透光カバーとを有する車両用前照灯。
【請求項１２】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の発光装置と、
前記発光装置が配置されるランプボディと、
前記ランプボディの前面に配設された透明な透光カバーと、
前記発光装置に設けられた前記発光素子を冷却する前記冷媒の放熱を行う放熱手段と、を有し、
前記放熱手段は、前記透光カバーに当接し、前記透光カバーに放熱することを特徴とする車両用前照灯。
【請求項１３】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の発光装置と、
前記発光装置が配置されるランプボディと、
前記ランプボディの前面に配設された透明な透光カバーと、
前記発光装置に設けられた前記発光素子を冷却する前記冷媒の放熱を行う放熱手段と、を有し、
前記放熱手段は、前記ランプボディの外側に設けられることを特徴とする車両用前照灯。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光装置及び車両用前照灯に係り、特に発光ダイオード（以下ＬＥＤ）を発光素子に用いた発光装置及び車両用前照灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
青色ＬＥＤの実用化に伴って白色ＬＥＤも実用化され、長寿命、低消費電力、小型、低駆動電圧、などの特長を生かして、小型電球代替用途に用いられている。
【０００３】
しかし、ＬＥＤには、通電に伴ってＬＥＤのｐｎ接合部において発熱が生じ、温度上昇によって発光効率が低下したりＬＥＤ自体が劣化するという問題があり、特に白色ＬＥＤの高輝度用途においては、ＬＥＤ素子の温度上昇を防ぐことが必要である。
【０００４】
このため、白色ＬＥＤを発光素子に用いた発光装置においては、ＬＥＤを搭載した基板にヒートシンクを接合し、自然冷却或いは強制冷却する方法が行われていた。
【０００５】
一方、半導体デバイスを含む一般的な電子デバイスにおいて、冷却用のヒートシンクを水冷式にする場合がある。特許文献１には、半導体が実装された実装基板の裏側に、アルミニウムや銅の合金等からなるヒートシンクを接合して構成されたパワーモジュールの例が開示されている。また、特許文献２には、半導体が実装された実装基板の裏側に、アルミニウム等熱伝導率に優れた金属にて作られた水冷ジャケットを接合して構成されたパワーモジュールの例が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−２９４９７１号公報
【特許文献２】特開２００７−２６６２２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、白色ＬＥＤを発光素子として用いた高輝度用途の発光装置においては、発光素子からの発熱量が大きいため、上記のような実装基板の裏側からヒートシンク又は水冷ジャケットを接合して取付ける冷却方法では十分な冷却効果を得ることができず、温度が上昇し、発光効率が低下し、発光素子自体の劣化が起こる、といった問題があった。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ＬＥＤを発光素子とし十分な冷却効果を有する発光装置、及びＬＥＤを発光素子とし十分な冷却効果を有する発光装置を用いた車両用前照灯を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の発光装置は、
発光素子と、
前記発光素子が実装された実装基板と、
前記発光素子を冷却する冷媒を循環させるパイプと、を有し、
前記実装基板内に、前記冷媒を循環させる第１の空間が設けられ、
前記第１の空間と前記パイプとが連通されることを特徴とする。
【００１０】
また、上記発明において、
前記実装基板は、前記パイプと連通して前記冷媒を循環させる連通口を少なくとも一つ備えてもよい。
【００１１】
また、上記発明において、
前記パイプに、前記冷媒と熱交換を行うヒートシンクを設けると共に、前記冷媒を循環させるためのポンプを接続してもよい。
【００１２】
また、上記発明において、
前記発光素子と前記実装基板との間に、前記発光素子と前記実装基板とを電気的に接続する貫通電極を有するインターポーザが設けられてもよい。
【００１３】
また、上記発明において、
前記インターポーザ内に、前記冷媒を循環させる第２の空間が設けられてもよい。
【００１４】
また、上記発明において、
前記第１の空間に露出する面に、前記冷媒の流れ方向に延在する凹凸溝を設けてもよい。
【００１５】
また、上記発明において、
前記発光素子と前記第１の空間を循環する前記冷媒との間の伝熱効果を向上させる熱伝導部材を、前記実装基板内で前記第１の空間に露出して配設してもよい。
【００１６】
また、上記発明において、
前記熱伝導部材の前記第１の空間に露出する面に、前記冷媒の流れ方向に延在する凹凸溝を設けてもよい。
【００１７】
また、本発明の発光装置は、
発光素子と、
前記発光素子が実装された実装基板と、
前記発光素子と前記実装基板との間に設けられ、前記発光素子と前記実装基板とを電気的に接続する貫通電極を有するインターポーザと、
前記発光素子を冷却する冷媒が充填されるヒートパイプと、を有し、
前記インターポーザ内に、前記冷媒が充填される第２の空間が設けられ、
前記第２の空間と前記ヒートパイプの前記冷媒が充填される空間とが連通されることを特徴とする。
【００１８】
また、上記発明において、
前記発光素子で発光された光を反射する反射手段を前記発光素子を囲繞するように設けてもよい。
【００１９】
また、本発明の車両用前照灯は、
上記発明の何れか一に記載の発光装置と、
前記発光装置が配置されるランプボディと、
前記ランプボディの前面に配設された透明な透光カバーとを有することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の車両用前照灯は、
上記発明の何れか一に記載の発光装置と、
前記発光装置が配置されるランプボディと、
前記ランプボディの前面に配設された透明な透光カバーと、
前記発光装置に設けられた前記発光素子を冷却する前記冷媒の放熱を行う放熱手段と、を有し、
前記放熱手段は、前記透光カバーに当接し、前記透光カバーに放熱することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の車両用前照灯は、
上記発明の何れか一に記載の発光装置と、
前記発光装置が配置されるランプボディと、
前記ランプボディの前面に配設された透明な透光カバーと、
前記発光装置に設けられた前記発光素子を冷却する前記冷媒の放熱を行う放熱手段と、を有し、
前記放熱手段は、前記ランプボディの外側に設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、発光素子の温度上昇を防止することができ、発光効率の低下を防止し、発光素子自体の劣化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。
（第１の実施の形態）
図１を参照し、第１の実施の形態に係る発光装置を説明する。
【００２４】
初めに、発光装置１００の構造を説明する。
【００２５】
図１に示すように、発光装置１００は、発光素子１０と、インターポーザ２１０と、実装基板１１０と、配管１２６と、放熱板３１０と、ポンプ３１２とからなる。発光素子１０と、インターポーザ２１０と、実装基板１１０とは、実装基板１１０を基板として実装構造を構成し、配管１２６、放熱板３１０、ポンプ３１２は、後述する実装基板１１０の内部に形成された第１の空間１２０とともに、発光素子１０を冷却する冷却構造を構成する。
【００２６】
始めに、実装構造を構成する発光素子１０、インターポーザ２１０、実装基板１１０、及びそれらの実装構造について説明する。
【００２７】
発光素子１０は、発光素子基体１１、電極パッド１２とからなる。発光素子基体１１は、発光素子１０を構成する基体である。電極パッド１２は、正負両極の二つの電極パッドからなる。二つの電極パッド１２は、両方ともに、発光素子基体１１の片面に形成される。
【００２８】
インターポーザ２１０は、インターポーザ基体２１１と、貫通電極２１６と、電極パッド２１２、２２２とからなる。インターポーザ基体２１１は、インターポーザ２１０を構成する基体である。貫通電極２１６は、インターポーザ基体２１１を貫通するように設けられる。電極パッド２１２は、インターポーザ基体２１１の発光素子１０に対向する面に形成され、電極パッド２２２は、インターポーザ基体２１１の実装基板１１０に対向する面に形成される。電極パッド２１２は、貫通電極２１６と当接され、貫通電極２１６は、電極パッド２１２と当接される。
【００２９】
実装基板１１０は、実装基板基体１１１と、電極パッド１１２と、実装基板基体１１１の内部に形成された第１の空間１２０とからなる。実装基板基体１１１は、実装基板１１０を構成する基体である。電極パッド１１２は、実装基板基体１１１の発光素子１０に対向する面に形成される。
【００３０】
発光素子１０は、インターポーザ２１０の上に実装され、発光素子１０の実装されたインターポーザ２１０は、実装基板１１０の上に実装されて、実装構造が構成される。
【００３１】
次に、上記実装構造の電気的且つ熱的な接続の作用について説明する。
【００３２】
発光素子１０は、電極パッド１２が形成された面がインターポーザ２１０に対向（フェイスダウン）するように、フリップチップ接合される。具体的には、上記の発光素子１０の電極パッド１２は、バンプ１４を介して、インターポーザ２１０の発光素子１０に対向する側に形成された電極パッド２１２に接合される。この接合により、発光素子１０の電極パッド１２と、インターポーザ２１０の電極パッド２１２とは、電気的に接続される。
【００３３】
インターポーザ２１０の電極パッド２１２と、電極パッド２２２とは、上記の構造により、貫通電極２１６を介して電気的に接続される。
【００３４】
また、インターポーザ２１０は、電極パッド２２２が形成された面が実装基板１１０に対向するように接合される。具体的には、上記のインターポーザ２１０の電極パッド２２２は、導電性を有した接合材２１４を介して、実装基板１１０に形成された電極パッド１１２に接合される。この接合により、インターポーザ２１０の電極パッド２２２と、実装基板１１０の電極パッド１１２とは、電気的に接続される。
【００３５】
以上より、発光素子１０の電極パッド１２と、実装基板１１０の電極パッド１１２は電気的に接続される。即ち、発光素子１０と、実装基板１１０とは電気的に接続される。
【００３６】
更に、上記の構造では、発光素子１０と実装基板１１０との間で、実装のための電気的な接続と、発光素子１０を冷却するための放熱の経路の一部を共通とする。即ち、発光素子１０の電極パッド１２から実装基板１１０の電極パッド１１２にかけての電気的な接続経路を、発光素子１０の放熱の経路としても用いる。
【００３７】
具体的には、発光素子１０は、電極パッド１２、バンプ１４を介してインターポーザ２１０の電極パッド２１２と熱的に接続される。また、インターポーザ２１０の電極パッド２１２は、貫通電極２１６を介して、電極パッド２２２と熱的に接続される。更に、インターポーザ２１０の電極パッド２２２は、導電性を有する接合材２１４を介して、実装基板１１０の電極パッド１１２と熱的に接続される。従って、発光素子１０は、実装基板１１０と熱的に接続される。
【００３８】
上記の電気的且つ熱的な接続構造は、発光素子１０と実装基板１１０とを熱的に接続するための新たな接着剤や樹脂材料を必要とせず、発光素子の構造を単純にするとともに、冷却効率を良好なものとする。
【００３９】
続いて、冷却構造を構成する、実装基板１１０に形成された第１の空間１２０、配管１２６、放熱板３１０、ポンプ３１２及び冷却構造について説明する。
【００４０】
第１の空間１２０は、実装基板１１０を構成する実装基板基体１１１の内部に形成される。また、第１の空間１２０は、発光素子１０を冷却する冷媒３１４を流す流路として機能する。冷媒３１４としては、例えば、水、アルコールなどの液体よりなる冷媒が用いられる。
【００４１】
また、第１の空間１２０は、実装基板１１０の外部より冷媒３１４を供給又は排出する供給口１２２Ａ、排出口１２２Ｂを有する。供給口１２２Ａ、排出口１２２Ｂは、実装基板１１０のインターポーザ２１０に対向する面に設けられる。
【００４２】
配管１２６は、供給配管１２６Ａ、排出配管１２６Ｂからなる。供給配管１２６Ａ、排出配管１２６Ｂは、実装基板１１０の外部に設けられ、実装基板１１０の第１の空間１２０と連通される。供給配管１２６Ａ又は排出配管１２６Ｂは、接続部品１２４を介して、実装基板１１０に設けられた供給口１２２Ａ又は排出口１２２Ｂに接続される。排出配管１２６Ｂは、放熱板３１０に熱的に接触され、ポンプ３１２を経由し、供給配管１２６Ａとして供給口１２２Ａに接続される。（放熱板３１０は、請求項に記載のヒートシンクに相当し、配管１２６、供給配管１２６Ａ、排出配管１２６Ｂは、請求項に記載のパイプに相当する。）
【００４３】
続いて、発光装置１００の発熱及び冷却の作用について説明する。
【００４４】
実装基板１１０の正負両極の電極パッド１１２に、実装基板１１０上の配線を経由して外部から電圧が印加されると、電気的に接続された発光素子１０の正負両極の電極パッド１２に通電され、発光素子１０は発光する。また、発光に伴って、発光素子１０は発熱する。
【００４５】
上記のように発光素子１０で発生された熱は、放熱経路（電極パッド１２、１１２、２１２、２２２、バンプ１４、導電性を有する接合材２１４、貫通電極２１６）を経由し、実装基板１１０へと伝導させられる。一方、ポンプ３１２から供給配管１２６Ａを通して供給される冷媒３１４が、供給口１２２Ａを介して第１の空間１２０に供給される。第１の空間１２０に供給された冷媒３１４は、実装基板１１０との間で熱交換を行い、加熱される。次に、熱交換後の冷媒３１４は、排出口１２２Ｂを介して排出配管１２６Ｂへ排出される。排出配管１２６Ｂへ排出された冷媒３１４は、放熱板３１０にて熱交換されて冷却された後、ポンプ３１２に戻る。
【００４６】
即ち、発光素子１０で発熱された熱は、実装基板１１０の第１の空間１２０において、冷媒３１４に伝熱され、さらに放熱板３１０に伝熱され、外部へ放熱される。従って、発光素子１０の発熱を効率よく発光装置１００の外部へ放熱することができる。
【００４７】
次に、発光装置１００を構成する好適な材料を説明する。
【００４８】
発光素子１０としては、ＬＥＤが用いられる。ＬＥＤとしては、サファイア、ＳｉＣ等の単結晶基板上にＩｎＧａＮ等の化合物半導体を積層し、ｐｎ接合構造を形成したものが、発光素子基体１１として用いられる。正負両電極パッド１２が発光素子基体１１の片面に形成される構造と、発光素子基体１１の両面に分離して形成される構造があり、ここでは、正負両電極パッド１２が、ともに発光素子基体１１の片面に形成される構造が用いられる。
【００４９】
放熱経路（電極パッド１２、１１２、２１２、２２２、バンプ１４、導電性を有する接合材２１４、貫通電極２１６）としては、電気的な接続に用いられる材料を用いるため、熱伝導率が高い金属を用いることができる。電極パッド１２、１１２、２１２、２２２は、例えば、Ａｌ又はＣｕなどの金属材料を用いることができる。また、電極パッド上には、Ｎｉ、Ａｕなどの電気的な接続を良好とするための層が形成されていてもよい。一方、導電性を有する接合材２１４は、例えば半田又はＡｕ―Ｓｎを用いることができる。さらに、バンプ１４は、例えば半田ボールを溶融することで形成することが可能である。また、貫通電極２１６は、例えばＣｕを用いることができる。
【００５０】
実装基板基体１１１、インターポーザ基体２１１としては、例えば、シリコン、ガラス、セラミック、表面を絶縁された（絶縁材料により被覆された）金属材料など様々な材料を用いることができる。上記の材料の中でも、シリコンが特に好ましい。実装基板基体１１１、インターポーザ基体２１１がシリコンにより構成されると、セラミックやガラスに比べて熱伝導率が大きく、半導体チップの冷却効率が良好となる。また、シリコンは微細加工が容易であるため、第１の空間１２０の形成も容易となる。
【００５１】
また、実装基板基体１１１がシリコンである場合、二つの電極パッド１１２の相互間での短絡を防ぐため、電極パッド１１２と実装基板基体１１１との間に、絶縁膜１１８が形成される。同様に、インターポーザ基体２１１がシリコンである場合、貫通電極２１６、電極パッド２１２、２２２の相互間での短絡を防ぐため、貫通電極２１６、電極パッド２１２、２２２とインターポーザ基体２１１との間に、絶縁膜２１８が形成される。
【００５２】
なお、上記の構成において、発光素子１０とインターポーザ２１０との間に熱伝導率の良好なアンダーフィルを挿入し、更に発光素子１０の冷却効率が良好となるようにしてもよい。
【００５３】
以上、本実施の形態に係る発光装置１００によれば、実装基板１１０の内部に冷媒を循環させる第１の空間１２０を有し、発光素子１０から実装基板１１０に至る放熱経路を有しているため、発光素子１０を冷却することにより、温度上昇を防止し、発光効率の低下を防止することができる。また、温度が上昇しないため、発光素子１０自体の劣化を防止することができ、発光素子１０を長寿命化させることができる。
（第１の実施の形態の第１の変形例）
図２は、本発明の第１の実施の形態の第１の変形例による発光装置１００Ａを模式的に示した断面図である。ただし、以下の文中では、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある（以下の変形例及び実施の形態についても同様）。
【００５４】
本変形例による発光装置１００Ａは、発光素子１０がワイヤボンディング接合される点で第１の実施の形態による発光装置１００と相違する。
【００５５】
図２を参照するに、本変形例による発光装置１００Ａは、第１の実施の形態において、発光素子基体１１の片側に形成された電極パッド１２が、インターポーザ２１０に対向（フェイスダウン）するようにバンプ１４をもってフリップチップ接合されるのと相違し、電極パッド１２が、発光素子１０の両面に分離して形成され、インターポーザ２１０の内部において発光素子１０の直下に設けられる貫通電極２１６が大面積であることを特徴とする。
【００５６】
即ち、正負両極の電極パッド１２を電極パッド１２Ａ、１２Ｂとすると、インターポーザ２１０に対向する側の面（非発光面）に設けられる電極パッド１２Ａは、インターポーザ２１０の一方の電極パッド２１２に導電性を有する接合材１１４により接続され、インターポーザ２１０と反対側の面（発光面）に設けられる電極パッド１２Ｂは、インターポーザ２１０の他方の電極パッド２１２にボンディングワイヤ１８を用いてワイヤボンディング接合されることを特徴とする。上記のボンディングワイヤ１８は、例えばＡｕを用いることができる。
【００５７】
なお、以下の説明では、特に説明しない部分は第１の実施の形態に示した発光装置１００と同様の構造を有するものとする。
【００５８】
発光素子１０は、インターポーザ２１０を介して、電気的且つ熱的に実装基板１１０に接続される。具体的には、発光素子１０は、電極パッド１２、導電性を有する接合材１１４を介してインターポーザ２１０の電極パッド２１２と接続される。このとき、発光素子１０のインターポーザ２１０に対向する側の面の全面に電極パッド１２Ａを形成することができ、インターポーザ２１０に設けられる電極パッド２１２、２２２、貫通電極２１６、実装基板１１０に設けられる電極パッド１１２についても、電極パッド１２Ａとほぼ等しい大面積のものを形成することができる。特に、貫通電極２１６については、インターポーザ２１０の厚みに等しい高さを有しているため、大面積化により伝熱の効率を増大させる効果が大きく、発光素子の冷却効率を第１の実施の形態に比べて更に向上させることができる。
【００５９】
なお、貫通電極２１６については、第１の実施の形態と同様に、例えばＣｕを用いることができる。また、図２に示すような大面積の単一の貫通電極の代わりに、複数の小面積の貫通電極を並べて設けたものを用いても同様の効果が得られる。
【００６０】
本変形例に係る発光装置１００Ａによれば、発光素子１０のインターポーザ２１０に対向する側の全面を電極パッド１２Ａとし、電極パッド１２Ａとほぼ等しい大面積の貫通電極２１６を設けることにより、インターポーザ２１０を介して実装基板１１０と熱交換を行う面積を増大させ、発光素子１０の冷却効率を向上させることができる。
（第１の実施の形態の第２の変形例）
図３は、本発明の第１の実施の形態の第２の変形例による発光装置１００Ｂを模式的に示した断面図である。
【００６１】
本変形例による発光装置１００Ｂは、インターポーザ２１０を有しない点で第１の実施の形態による発光装置１００と相違する。
【００６２】
図３を参照するに、本変形例による発光装置１００Ｂは、第１の実施の形態において、発光素子１０と実装基板１１０の間にインターポーザ２１０が設けられるのと相違し、インターポーザ２１０を有さず、発光素子１０が実装基板１１０に直接実装されることを特徴とする。
【００６３】
なお、以下の説明では、特に説明しない部分は第１の実施の形態に示した発光装置１００と同様の構造を有するものとする。
【００６４】
発光素子１０は、発光素子基体１１の片側に正負両極の電極パッド１２が形成されており、これらの両電極パッド１２がともに実装基板１１０に対向するようにフェイスダウン接合される。上記の発光素子１０の電極パッド１２と、実装基板１１０の発光素子１０に対向する側に形成された電極パッド１１２とが、導電性を有する接合材１１４により接続される。
【００６５】
発光素子１０を冷却する冷媒３１４の実装基板１１０への供給、熱交換、排出,を含めた循環の構造は第１の実施の形態と同様である。
【００６６】
また、発光素子１０と実装基板１１０との間で、実装のための電気的な接続と、発光素子１０を冷却するための放熱の経路の一部を共通としていることも特徴である。即ち、電気的な接続に用いる発光素子１０の電極パッド１２から実装基板１１０のパッド１１２にかけての経路を、発光素子１０の放熱の経路として用いる。具体的には、発光素子１０は、電極パッド１２、導電性を有する接合材１１４を介して実装基板１１０の電極パッド１１２と熱的に接続されている。
【００６７】
本変形例に係る発光装置１００Ｂによれば、発光素子１０がインターポーザ２１０を介さず直接実装基板１１０から冷却されるため、発光素子１０の冷却効率を向上させることができる。
（第１の実施の形態の第３の変形例）
図４は、本発明の第１の実施の形態の第３の変形例による発光装置１００Ｃを模式的に示した断面図である。
【００６８】
本変形例による発光装置１００Ｃは、インターポーザ２１０の内部に第２の空間２２０を有する点で第１の実施の形態による発光装置１００と相違する。
【００６９】
図４を参照するに、第１の実施の形態におけるインターポーザ２１０の内部には冷媒３１４を流す空間が設けられていなかったが、本変形例による発光装置１００Ｃは、インターポーザ２１０の内部に冷媒を循環させる第２の空間２２０を有することが特徴である。第２の空間２２０は、インターポーザ２１０を構成するインターポーザ基体２１１の内部に形成される。また、第２の空間２２０は、発光素子１０を冷却する冷媒３１４を流す流路として機能する。冷媒３１４としては、第１の空間１２０と同様に、例えば、水、アルコールなどの液体よりなる冷媒が用いられる。
【００７０】
なお、以下の説明では、特に説明しない部分は第１の実施の形態に示した発光装置１００と同様の構造を有するものとする。
【００７１】
また、インターポーザ２１０と実装基板１１０とが接続される面には、第１の空間１２０から第２の空間２２０へ冷媒を供給する供給口２３２Ａと、第２の空間２２０から第１の空間１２０へ冷媒を排出する排出口２３２Ｂが形成されている。更に、第２の空間２２０の供給口２３２Ａ又は排出口２３２Ｂには、接続部品２３４を介して第１の空間１２０が接続される。接続部品２３４であるが、これらを使用せず、実装基板１１０、インターポーザ２１０各々に供給口２３２Ａ、排出口２３２Ｂを形成した状態のものを貼合せ、供給口２３２Ａ及び排出口２３２Ｂの周囲を接着剤、はんだ等で密着させることもできる。
【００７２】
本変形例に係る発光装置１００Ｃによれば、発光素子１０に設けられたインターポーザ２１０の内部に設けられた第２の空間２２０まで冷媒３１４が循環するため、冷媒３１４と発光素子１０との熱交換が効率よく行われ、発光素子１０の冷却効率を向上させることができる。
（第１の実施の形態の第４の変形例）
図５は、本発明の第１の実施の形態の第４の変形例による発光装置１００Ｄを模式的に示した断面図である。
【００７３】
本変形例による発光装置１００Ｄは、第１の空間１２０に露出する面に凹凸溝を有する点で第１の実施の形態による発光装置１００と相違する。
【００７４】
図５を参照するに、本変形例による発光装置１００Ｄは、第１の実施の形態において、実装基板１１０の内部に形成された第１の空間１２０に露出する面の全てが平面であるのと相違し、第１の空間１２０に露出する面のうち発光素子１０に近い方の面１３０に、冷媒３１４の流れの方向に沿って延在する凹凸溝１３６を有することが特徴である。
【００７５】
なお、以下の説明では、特に説明しない部分は第１の実施の形態に示した発光装置１００と同様の構造を有するものとする。
【００７６】
図６は、図５に示す発光装置１００Ｄにおいて、第１の空間１２０に露出する面の中で発光素子１０に対向する側にある面を含む熱交換部材１３２の形状を模式的に示す斜視図である。Ａに平行な方向、即ち、冷媒３１４の流れの方向に沿って延在する凹凸溝１３６が形成されている。
【００７７】
本変形例に係る発光装置１００Ｄによれば、凹凸溝１３６により冷媒３１４と熱交換部材１３２との接触面の面積を増大させることができ、冷媒３１４と実装基板１１０との熱交換が効率よく行われ、発光素子１０の冷却効率を向上させることができる。
（第１の実施の形態の第５の変形例）
図７は、本発明の第１の実施の形態の第５の変形例による発光装置１００Ｅを模式的に示した断面図である。
【００７８】
本変形例による発光装置１００Ｅは、第１の空間１２０に露出する面に熱伝導部材が配置される点で第１の実施の形態による発光装置１００と相違する。
【００７９】
図７を参照するに、本変形例による発光装置１００Ｅは、第１の実施の形態において、実装基板１１０の内部に形成された第１の空間１２０に露出する面の全てが実装基板基体１１１であるのと相違し、第１の空間１２０に露出する面のうち発光素子１０に近い方の面１３０に、冷媒３１４と発光素子１０との間の伝熱効果を向上させる熱伝導部材１３４が配置されることが特徴である。
【００８０】
なお、以下の説明では、特に説明しない部分は第１の実施の形態に示した発光装置１００と同様の構造を有するものとする。
【００８１】
熱伝導部材１３４としては、実装基板基体１１１より熱伝導率が高い材料を用いることができ、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕなどの金属材料を用いることができる。
【００８２】
また、実装基板１１０、インターポーザ２１０、発光素子１０の実装の配置に制約がある場合には、熱伝導部材１３４は、第１の空間１２０に露出する面のうち発光素子１０に近い方の面１３０に配置されなくてもよい。熱伝導部材１３４の一端が、面１３０以外の第１の空間１２０への露出面に配置される場合、熱伝導部材１３４の他端が、実装基板１１０の電極パッド１１２に絶縁膜１１８を介して近接するように配置されることも可能である。
【００８３】
本変形例に係る発光装置１００Ｅによれば、熱伝導部材１３４を介して冷媒３１４と実装基板１１０との熱交換が効率よく行われ、発光素子１０の冷却効率を向上させることができる。
（第１の実施の形態の第６の変形例）
図８は、本発明の第１の実施の形態の第６の変形例による発光装置１００Ｆを模式的に示した断面図である。
【００８４】
本変形例による発光装置１００Ｆは、第１の実施の形態の第５の変形例において、熱伝導部材１３４に凹凸溝を有することが特徴である。
【００８５】
図８を参照するに、本変形例による発光装置１００Ｆは、第１の実施の形態の第５の変形例において、実装基板１１０の内部に配置された熱伝導部材１３４が第１の空間１２０に露出する面１３０が平面であるのと相違し、冷媒３１４の流れの方向に沿って延在する凹凸溝１３６を有することが特徴である。
【００８６】
なお、以下の説明では、特に説明しない部分は第１の実施の形態に示した発光装置１００と同様の構造を有するものとする。
【００８７】
図８に示す発光装置１００Ｆにおいて、第１の空間１２０に露出する面の中で発光素子１０に近い方の側の面に配置される熱伝導部材１３４の形状は、第１の実施の形態の第５の変形例において、図６に示された熱交換部材１３２に設けられる凹凸溝と同様にすることができる。即ち、Ａに平行な方向に延在する凹凸溝１３６が形成される。
【００８８】
本変形例に係る発光装置１００Ｆによれば、凹凸溝１３６により冷媒３１４との接触面の面積を増大させた熱伝導部材１３４を介して冷媒３１４と実装基板１１０との熱交換が効率よく行われるため、発光素子１０の冷却効率を更に向上させることができる。
（第１の実施の形態の第７の変形例）
図９は、本発明の第１の実施の形態の第７の変形例による発光装置１００Ｇを模式的に示した断面図である。
【００８９】
本変形例による発光装置１００Ｇは、発光素子１０の周囲にリフレクタ（反射手段）を有する点で第１の実施の形態による発光装置１００と相違する。
【００９０】
図９を参照するに、本変形例による発光装置１００Ｇは、第１の実施の形態において、発光素子１０の近傍にリフレクタが無いのと相違し、発光素子１０を囲繞するように設けられたリフレクタ２０を有することが特徴である。
【００９１】
なお、以下の説明では、特に説明しない部分は第１の実施の形態に示した発光装置１００と同様の構造を有するものとする。
【００９２】
リフレクタ２０は、インターポーザ２１０上に、発光素子１０を囲繞するように設けられている。リフレクタ２０は、反射手段であり、ＬＥＤの下面又は側面から発光される光を図中上方に反射する機能を有する。リフレクタ２０の発光素子１０に対向する側は、ＬＥＤから発光される光の反射率の高い金属をスパッタ等することによって被覆される。なお、被覆する材料としては、例えばＡｕ、Ａｇなどが用いられる。
【００９３】
また、発光素子１０からの光を上方に反射させるリフレクタ２０は、最も効率良く上方に反射させる角度を取ることが望ましいが、任意の角度を取ることが可能である。
【００９４】
本変形例に係る発光装置１００Ｇによれば、ＬＥＤから発光された光を有効に利用することができ、所定の輝度を得るための消費電力が少なくて済むため、冷媒３１４による冷却構造と組合せることにより、発光素子１０の温度上昇による発光効率の低下及び発光素子１０自体の劣化をより防止することができる。
（第２の実施の形態）
図１０は、本発明の第２の実施の形態による発光装置２００を模式的に示した断面図である。
【００９５】
本実施の形態による発光装置２００は、実装基板１１０にヒートパイプが接続される点で第１の実施の形態による発光装置１００と相違する。
【００９６】
図１０を参照するに、本実施の形態による発光装置２００は、第１の実施の形態において、第１の空間１２０に冷媒３１４を循環させ冷却を行うのと相違し、インターポーザ２１０の内部にも冷媒を循環させる第２の空間２２０を有し、第１の空間に外部から連通するヒートパイプ１４６を有することが特徴である。
【００９７】
即ち、本実施の形態による発光装置２００は、インターポーザ２１０の内部に形成され冷媒３１４が充填される第２の空間２２０と、実装基板１１０に形成された第１の空間１２０が外部と連通する連通口１４２と、連通口１４２を通して連通するヒートパイプ１４６を有することが特徴である。
【００９８】
なお、以下の説明では、特に説明しない部分は第１の実施の形態に示した発光装置１００と同様の構造を有するものとする。
【００９９】
実装基板１１０のインターポーザ２１０に対向する面には、第１の空間１２０に外部からヒートパイプ１４６が連通する連通口１４２が形成される。更に、連通口１４２には、接続部品１４４を介してヒートパイプ１４６が接続される。一方、第１の空間１２０には、冷媒３１４が充填される。
【０１００】
上記の構成において、発光素子１０で発熱された熱は、第１の空間１２０に加えて第２の空間２２０においても熱交換が行われ、インターポーザ２１０から実装基板１１０へと伝導される。第１の空間１２０および第２の空間２２０に充填された冷媒３１４は、発光素子１０から伝熱される熱を与えられ気化し、ヒートパイプ１４６まで拡散する。その後、ヒートパイプ１４６で外部に熱を奪われ凝縮し、毛細管現象により第１の空間１２０に戻る。
【０１０１】
即ち、発光素子１０で発生された熱は、実装基板１１０の第１の空間１２０において、冷媒３１４の気化熱として吸収され、ヒートパイプ１４６にて放熱される。
【０１０２】
本実施の形態に係る発光装置２００によれば、冷媒を循環させるポンプ３１２を設ける必要がないため、簡便な構造で発光素子１０の冷却効率を向上させることができる。
（第２の実施の形態の変形例）
図１１は、本発明の第２の実施の形態の変形例による発光装置２００Ａを模式的に示した断面図である。
【０１０３】
本変形例による発光装置２００Ａは、インターポーザ２１０にヒートパイプが接続される点で第２の実施の形態による発光装置２００と相違する。
【０１０４】
図１１を参照するに、本実施の形態による発光装置２００Ａは、第２の実施の形態において、第１の空間１２０および第２の空間２２０に冷媒３１４が充填され、第１の空間１２０に連通させたヒートパイプ１４６により冷却を行うのと相違し、実装基板１１０の内部に第１の空間１２０を形成せず、インターポーザ２１０の内部に第２の空間２２０を形成し、第２の空間２２０に外部から連通するヒートパイプ１４６を有することが特徴である。
【０１０５】
なお、上記の説明では、特に説明しない部分は第２の実施の形態に示した発光装置２００と同様の構造を有するものとする。
【０１０６】
インターポーザ２１０の発光素子１０に対向する面に、第２の空間２２０に外部から連通する連通口２４２が形成され、連通口２４２には、接続部品２４４を介してヒートパイプ１４６が接続される。一方、第１の空間１２０が形成されないため、図１０に示されるような、第２の空間２２０と第１の空間１２０を接続する、供給口２３２Ａ、排出口２３２Ｂを形成する必要はない。
【０１０７】
本変形例に係る発光装置２００Ａによれば、第１の空間１２０、供給口２３２Ａ、排出口２３２Ｂの形成を省略することができ、より簡便な方法で発光素子１０の冷却効率を向上させることができる。
（第３の実施の形態）
図１２を参照し、第３の実施の形態による車両用前照灯を説明する。図１２は、本実施の形態に係る車両用前照灯１０００を模式的に示した断面図である。
【０１０８】
図１２に示すように、車両用前照灯１０００は、光源ユニット１１００と、ランプボディ１１１０と、透光カバー１１２０とからなる。
【０１０９】
即ち、車両前照灯１０００は、ランプボディ１１１０と、その前端に取付けられた透明な透光カバー１１２０と、ランプボディ１１１０と透光カバー１１２０とで形成される灯室１１７０内に配設される光源ユニット１１００で構成される。上記灯室１１７０内には、光源ユニット１１００の構成部品であるユニット取付部１１６０が設けられており、このユニット取付部１１６０を用いて複数の光源ユニット１１００が支持される。なお、図１２において、簡単のため複数の光源ユニット１１００のうち一つの光源ユニット１１００を図示している。
【０１１０】
次に、光源ユニット１１００の具体的構成について説明する。
【０１１１】
光源ユニット１１００は、発光装置１００と、発光装置１００の上方を覆うように配設された樹脂製の反射板１１４０と、発光装置１００で発光された光が反射板１１４０で反射され投射される光軸上に配置された樹脂製のレンズ１１３０と、ユニット取付部１１６０とからなる。
【０１１２】
発光装置１００は、第１の実施例で説明したものと同一であり、発光素子１０と、実装基板１１０と、インターポーザ２１０と、からなる。実装基板１１０の内部に第１の空間１２０が形成され、第１の空間１２０は配管１２６に連通され、配管１２６は放熱板３１０に接触される。
【０１１３】
放熱板３１０は、透光カバー１１２０に当接して配設される。従って、配管１２６は、光源ユニット１１００から透光カバー１１２０まで延伸され、透光カバー１１２０に当接された放熱板３１０と接触させられる。
【０１１４】
上記の構成において、発光素子１０で発熱された熱は、第１の空間１２０において、実装基板１１０から冷媒３１４へ伝えられ、熱交換後の冷媒３１４が配管１２６を流れて放熱板３１０に到達する際に放熱板３１０へ伝えられる。その結果、透光カバー１１２０の温度は上昇する。
【０１１５】
この透光カバー１１２０の温度上昇により、降雪時に透光カバー１１２０に着雪することを防止することができる。即ち、発光素子１０で発生された熱は、放熱板３１０を介して透光カバー１１２０に放熱され、車両用前照灯１０００の透光カバー１１２０の着雪を融雪するために利用することができる。
【０１１６】
以上、本実施の形態に係る車両用前照灯１０００によれば、発光素子１０の冷却効率を向上させるとともに、車両用前照灯１０００の着雪を融雪することができる。
【０１１７】
なお、本実施の形態においては、発光装置１００の代わりに、第１の実施の形態の第１の変形例乃至第７の変形例に記載された発光装置１００Ａ乃至１００Ｇを用いることができる。また、冷却構造として、冷媒を循環させる循環型だけでなく、ヒートパイプを用いるヒートパイプ型も用いることができる。この場合、発光装置１００の代わりに、第２の実施の形態又は第２の実施の形態の変形例に記載された発光装置２００又は２００Ａを用いることができる。
（第３の実施の形態の第１の変形例）
図１３を参照し、第３の実施の形態の第１の変形例による車両用前照灯を説明する。図１３は、本変形例による車両用前照灯１０００Ａを模式的に示した断面図である。
【０１１８】
本変形例による車両用前照灯１０００Ａは、放熱板の３１０の配設箇所が第３の実施の形態による車両用前照灯１０００と相違する。
【０１１９】
図１３を参照するに、本変形例による車両用前照灯１０００Ａは、第３の実施の形態において、放熱板３１０が透光カバー１１２０と当接しているのと相違し、放熱板３１０がランプボディ１１１０の外側に設けられていることが特徴である。
【０１２０】
なお、以下の説明では、特に説明しない部分は第３の実施の形態に示した車両用前照灯１０００と同様の構造を有するものとする。
【０１２１】
上記の構成において、発光素子１０で発熱された熱は、第１の空間１２０において、実装基板１１０から冷媒３１４へ伝えられ、熱交換後の冷媒３１４が配管１２６を流れて放熱板３１０に到達する際に放熱板３１０へ伝えられる。放熱板３１０がランプボディ１１１０の外側に設けられているため、ランプボディ１１１０の外部に放熱され、ランプボディ１１１０の内部の温度上昇が抑えられ、発光素子１０の冷却効率が向上する。
【０１２２】
以上、本変形例に係る車両用前照灯１０００Ａによれば、発光素子１０にて発熱された熱をランプボディ１１１０の外側に放熱することができ、発光素子１０の冷却効率を向上させることができる。
【０１２３】
なお、本変形例においては、発光装置１００の代わりに、第１の実施の形態の第１の変形例乃至第７の変形例に記載された発光装置１００Ａ乃至１００Ｇを用いることができる。また、冷却構造として、冷媒を循環させる循環型だけでなく、ヒートパイプを用いるヒートパイプ型も用いることができる。この場合、発光装置１００の代わりに、第２の実施の形態又は第２の実施の形態の変形例に記載された発光装置２００又は２００Ａを用いることができる。
（第３の実施の形態の第２の変形例）
図１４を参照し、第３の実施の形態の第２の変形例による車両用前照灯を説明する。図１４は、本変形例による車両用前照灯１０００Ｂを模式的に示した断面図である。
【０１２４】
本変形例による車両用前照灯１０００Ｂは、放熱板の３１０の配設箇所が第３の実施の形態による車両用前照灯１０００と相違する。
【０１２５】
図１４を参照するに、本変形例による車両用前照灯１０００Ｂは、第３の実施の形態において、放熱板３１０が透光カバー１１２０と当接しているのと相違し、放熱板３１０が透光カバー１１２０と当接せず、灯室１１７０内に設けられていることが特徴である。具体的には、放熱板３１０が光源ユニット取付部１１６０の後方に設けられている。
【０１２６】
なお、以下の説明では、特に説明しない部分は第３の実施の形態に示した車両用前照灯１０００と同様の構造を有するものとする。
【０１２７】
上記の構成において、発光素子１０で発熱された熱は、第１の空間１２０において、実装基板１１０から冷媒３１４へ伝えられ、熱交換後の冷媒３１４が配管１２６を流れて放熱板３１０に到達する際に放熱板３１０へ伝えられるため、発光素子１０の冷却効率が向上する。
【０１２８】
以上、本変形例に係る車両用前照灯１０００Ｂによれば、発光素子１０にて発熱された熱を放熱板３１０で放熱することができ、発光素子１０の冷却効率を向上させることができる。
【０１２９】
なお、本変形例においては、発光装置１００の代わりに、第１の実施の形態の第１の変形例乃至第７の変形例に記載された発光装置１００Ａ乃至１００Ｇを用いることができる。また、冷却構造として、冷媒を循環させる循環型だけでなく、ヒートパイプを用いるヒートパイプ型も用いることができる。この場合、発光装置１００の代わりに、第２の実施の形態又は第２の実施の形態の変形例に記載された発光装置２００又は２００Ａを用いることができる。
【０１３０】
以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る発光装置１００を模式的に示した断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る発光装置１００Ａを模式的に示した断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の第２の変形例に係る発光装置１００Ｂを模式的に示した断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の第３の変形例に係る発光装置１００Ｃを模式的に示した断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の第４の変形例に係る発光装置１００Ｄを模式的に示した断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の第４の変形例に係る発光装置１００Ｄを説明するための図であり、熱交換部材の形状を模式的に示す斜視図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の第５の変形例に係る発光装置１００Ｅを模式的に示した断面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態の第６の変形例に係る発光装置１００Ｆを模式的に示した断面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態の第７の変形例に係る発光装置１００Ｇを模式的に示した断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る発光装置２００を模式的に示した断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態の変形例に係る発光装置２００Ａを模式的に示した断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る車両用前照灯１０００を模式的に示した断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態の第１の変形例に係る車両用前照灯１０００Ａを模式的に示した断面図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態の第２の変形例に係る車両用前照灯１０００Ｂを模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１０  発光素子
１１  発光素子基体
１２、１２Ａ、１２Ｂ  電極パッド
１４  バンプ
１８  ボンディングワイヤ
２０  リフレクタ
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ、１００Ｇ  発光装置
１１０  実装基板
１１１  実装基板基体
１１２  電極パッド
１１４、２１４  導電性を有した接合材
１２０  第１の空間
１２２Ａ  供給口
１２２Ｂ  排出口
１２６  配管
１２６Ａ  供給配管
１２６Ｂ  排出配管
１３０  面
１３２  熱交換部材
１３４  熱伝導部材
１３６  凹凸溝
１４２  連通口
１４６  ヒートパイプ
２１０  インターポーザ
２１１  インターポーザ基体
２１２、２２２  電極パッド
２１６  貫通電極
２２０  第２の空間
２３２Ａ  供給口
２３２Ｂ  排出口
３１０  放熱板
３１２  ポンプ
３１４  冷媒
１０００  車両用前照灯
１１００  光源ユニット
１１１０  ランプボディ
１１２０  透光カバー
１１３０  レンズ
１１４０  反射板
１１６０  ユニット取付部
１１７０  灯室
【図１】
2009147175.tif 000003
【図２】
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【図３】
2009147175.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009147175.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009147175.tif 000009
【図８】
2009147175.tif 000010
【図９】
2009147175.tif 000011
【図１０】
2009147175.tif 000012
【図１１】
2009147175.tif 000013
【図１２】
2009147175.tif 000014
【図１３】
2009147175.tif 000015
【図１４】
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