CN104110626A - 使用了发光二极管的照明灯及车辆用前照灯 - Google Patents

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Abstract

本发明提供使用了发光二极管的照明灯及车辆用前照灯，通过长的铜制的热传导棒，使光源支承体经由嵌块与中心部成为空洞的铝制散热底座嵌合，将铜制的热传导棒的前端部固定在侵入到空洞部的深处的位置，通过空洞部的空气来冷却铜制的热传导棒，由此通过铝制散热底座来释放来自发光二极管的发热；上述光源支承体通过由上部构造和具有长的铜制的热传导棒的下部构造构成的铜制的热传导棒来连结；上述上部构造为，将固定了搭载有发光二极管的半导体基板的铝板直接固定在铜制的热传导棒上，除了所固定的该铝板的部位的热传导棒部位以外，以形成遮光壁(A)和遮光壁(B)的方式通过铝覆盖铜制的热传导棒的表面直到到达嵌块的部位。

Description

使用了发光二极管的照明灯及车辆用前照灯
技术领域
本发明涉及使用了发光二极管的照明灯及车辆用前照灯，尤其涉及使用了发光二极管的汽车用前照灯。
背景技术
近年来，发光二极管由于具有能够通过低功率得到高发光、寿命长、构造简单、装置紧凑等诸多优点，因此其使用变得广泛。但是，作为缺点能够列举当成为高温时效率显著降低。
专利文献1中记载的内容为，以提供能够被特别有效地冷却的发光二极管装置为课题，在各发光二极管芯片上对应配置有至少一个光学元件，并设置有适于用于将由发光二极管芯片产生的热导出的至少一个热传导元件和适于用于将由该热传导元件导出的热导出的至少一个冷却装置。
专利文献2中记载的内容为，以提供设置在汽车前部而用于确认行驶方向的安全的长寿命且低功率的前照灯为课题，前照灯具备投影用凸透镜和由配置在该投影用凸透镜的后方焦点F的后方的多个LED芯片构成的发光面，恒流驱动电路对各LED芯片进行导通/截止控制，控制电路(未图示)按组来错开通电定时的相位地使LED芯片点灯，从LED芯片导出一定发光量的放射光。
专利文献3中记载的内容为，涉及具有至少一个发光二极管和至少一个用于冷却发光二极管的冷却体的照明装置，在冷却体上设置有卡合机构，卡合机构用于形成用于照明装置的支架和卡口接头，至少一个照明装置作为光源配置在汽车前照灯内。
但是，在任何一个文献中都未公开发光二极管的光束为1300流明以上的车辆前照灯。
专利文献1：日本特开2006-100836号公报
专利文献2：日本特开2004-214144号公报
专利文献3：日本特表2008-524862号公报
以往，在使用了发光二极管的车辆用前照灯中，在以1000流明的光束使用的情况下，即使没有冷却用风扇，也不会特别有问题。但是，当在1300流明以上使用时，当温度上升时，发光二极管的效率显著降低，并急剧降低至1000流明以下。这被认为是由于发光二极管相对于温度的弱点表面化而产生的。
发明内容
为了解决上述课题，本发明人发现了使由发光二极管产生的热有效释放的照明灯的构造。
即，本发明为一种使用了发光二极管的照明灯，其特征在于，通过长的铜制的热传导棒，使光源支承体经由嵌块与中心部成为空洞的铝制散热底座嵌合，将铜制的热传导棒的前端部固定在侵入到空洞部的深处的位置，通过空洞部的空气来冷却铜制的热传导棒，由此通过铝制散热底座来释放来自发光二极管的发热；上述光源支承体通过由上部构造和具有长的铜制的热传导棒的下部构造构成的铜制的热传导棒来连结；上述上部构造为，将固定了搭载有发光二极管的半导体基板的铝板直接固定在铜制的热传导棒上，除了所固定的该铝板的部位以外的热传导棒部位之外，以形成遮光壁A和遮光壁B的方式通过铝覆盖铜制的热传导棒的表面直到到达嵌块的部位。
此外，在本发明的使用了发光二极管的照明灯中，能够构成为，将固定了搭载有发光二极管的半导体基板的铝板通过超声波焊接而直接固定到铜制的热传导棒上。
并且，在本发明的使用了发光二极管的照明灯中，使光源支承体的下部构造即长的铜制的热传导棒经由嵌块与中心部成为空洞的铝制散热底座嵌合，铜制的热传导棒的前端部固定在侵入到空洞部的深处的位置，将熔融的铝浇注到嵌块侧的空洞部的空间中，能够固定铝制散热底座的嵌块侧的热传导棒的一部分。
此外，在本发明的使用了发光二极管的照明灯中，在上述光源支承体的上部构造的铝表面上设置散热用的槽或者散热用的翅片，散热用的翅片设置在外周，并且能够使中心部成为空洞的散热底座的空洞部成为圆柱状或棱柱状。
并且，在本发明的使用了发光二极管的照明灯中，散热底座的空洞部为圆柱状或棱柱状，能够在空洞部中装备由防水性的马达驱动的风扇。
此外，在本发明的使用了发光二极管的照明灯中，能够使发光二极管的光束为1300流明以上。
并且，本发明为一种车辆用前照灯，将投影透镜及光源支承体的中心轴配置在沿车辆的前后方向延伸的光轴上，在光源支承体上、相对于光轴而在上面及/或下面上安装由发光二极管构成的光源，在上述光轴上设置反射镜，以使由光源发出的光通过上述投影透镜而大致沿光轴方向投影，在该车辆用前照灯中，作为光源而使用如上述记载那样的任一个的使用了发光二极管的照明灯。
此外，本发明的应用了使用了发光二极管的照明灯的车辆用前照灯为，能够使从光源中心部到嵌块基准面位置的距离为31.25mm、24.55mm、31.625mm、27.375mm、27.25mm、27.4mm、26.85mm、27.5mm、27.05mm、31.5mm、18mm、31.25mm、27.1mm中的任一个。
发明的效果
本发明采用上述构成，因此使用了发光二极管的照明灯及车辆用前照灯或者使用了发光二极管的车辆用前照灯为，在从点灯起的长时间后也能够保持与点灯时相同的明亮度，此外，能够长时间效率不降低地使用，能够得到通过低功率得到高输出、长寿命、构造简单且紧凑的照明灯及车辆用前照灯、尤其是汽车用前照灯。
附图说明
图1是使用了发光二极管的前照灯的概略图。
图2是发光二极管的光源支承体、嵌块以及冷却底座的示意图。
图3是表示发光二极管的安装详细部分的侧视图。
图4是冷却底座的侧视图。
图5是本发明的使用了发光二极管的前照灯的一例。
图6是本发明的使用了发光二极管的前照灯的一例。
图7是本发明的使用了发光二极管的前照灯的一例(带风扇)。
图8是本发明的使用了发光二极管的前照灯的一例(黄色LED)。
图9是本发明的使用了发光二极管的前照灯的光源支承体的一例。
符号的说明
1  发光二极管(LED)
2  发光二极管(LED)安装部
3  外部电源连接端子
3-1  外部电源连接线
4  搭载有发光二极管(LED)的半导体基板
5  金属薄板
6  光源支承体
6-1  光源支承体的热传导棒
7  嵌块
7-1  嵌块的灯泡体安装部
7-2  嵌块的热传导棒插入部
8  散热底座
8-1  散热底座表面的翅片
8-2  散热底座的热传导棒插入部
8-3  散热底座的空洞部
8-4  放入散热底座的空洞部的冷却用电动风扇
9  玻璃灯泡(黄色)
10  风扇
具体实施方式
本发明是使用了具有如下构造的发光二极管的照明灯，该构造为：使光源支承体6、经由嵌块与如图4所示那样中心部成为空洞的铝制散热底座8嵌合，由此将来自发光二极管的发热向铝制散热底座8进行直接热传导；该光源支承体6通过由上部构造和具有长的铜制的热传导棒6-1的下部构造构成的铜制的热传导棒连结；该上部构造为，如图3所示，将在铝板5上搭载有半导体基板4、并在其上搭载有发光二极管1的发光体单元(以下称为发光体单元)的铝板5直接固定在铜制的热传导棒6-1上，并如图5所示，以形成遮光壁A和遮光壁B的方式、通过铝来覆盖非固定部的铜制的热传导棒的表面直到到达嵌块的部位。
即，是使用了如下构造的发光二极管的照明灯，该构造为：安装有发光二极管单元的光源支承体，是由铜来制作光源支承体的芯、并通过铝来覆盖了其周围的构造的支承体，并且，发光二极管单元(固定了搭载有发光二极管的半导体基板的铝板)安装在铜的表面上。
如图3所示，发光二极管通过发光二极管(LED)安装部2而安装在铝板5上，半导体基板4通过热传导性优良的粘接剂而安装在铝板5上。
此外，在本发明中，作为通过铝来覆盖铜制的热传导棒的方法，能够通过如下方法：向插入有铜制的热传导棒的铸模中浇注熔融了的铝、直到散热底座插入部的铜制热传导棒以外的部位，在冷却后，取出一部分被铝覆盖了的热传导棒，以形成遮光壁A和遮光壁B的方式切削与发光二极管单元的接合部、直到铜的部分出现，之后直接固定发光二极管单元(固定了搭载有发光二极管的半导体基板的铝板)。
固定方法为，可以通过热传导性的粘接剂来固定，也可以在涂布了金属糊剂之后通过螺纹紧固来固定，还可以通过超声波焊接来固定。作为热传导性优良的粘接剂，能够列举Diemat Inc.制的SK30N、SK60N、SK70N、SK100N、SK100SDN、SK100SFN等。作为金属糊剂，已知有金糊剂、银糊剂、铜糊剂、镍糊剂等，但从散热性、经济性的方面出发，优选银糊剂。作为银糊剂的例子，能够列举CT212M、CT284R、CT285(京瓷化学(株))、TB3300系列((株)ThreeBond)等。
在这些固定方法中，基于超音波焊接的固定能够不隔着无用的物质地直接固定发光二极管单元，并且能够省略粘接剂的涂布工序、金属糊剂的涂布工序以及螺纹紧固工序，因此最优选。
当然，也能够并用基于粘接剂、金属糊剂的固定和超音波焊接。此外，也可以在进行了基于超音波焊接的固定之后通过螺纹紧固来进行固定。
并且，作为将光源支承体6与中心部成为空洞的散热底座8嵌合的方法，可以通过热传导性优良的环氧系粘接剂来固定，也可以通过从插入了光源支承体的散热底座的背面侧(插入有光源支承体的相反侧)浇注熔融了的铝来固定。基于从插入了光源支承体的铝制散热底座的背面侧(插入有光源支承体的相反侧)浇注熔融了的铝的固定是牢固的、且还容易进行热传导，因此最优选。
从光源发出的光，由反射镜反射，通过投影透镜，而得到需要的配光。光源为高输出、高亮度的发光二极管。发光二极管1通常为800流明以上，更优选为1000流明以上。
发光二极管1从外部电源连接端子3通过导线3-1而被供给电力。发光二极管1通过安装部2安装在半导体基板4上，安装部2的端部到达金属薄板5，对热传导进行辅助。
当使用1300流明以上的发光二极管时，随着时间经过，在特别短时间内亮度降低至1000流明以下。这是由于发光二极管对于热较脆弱而引起的。
通常，高输出发光二极管为，当只有冷却风扇时，在点灯的同时、随着时间的经过而照度急剧降低，在60分钟左右，1300流明的照度降低到1000流明。
在本发明中，通常进行如下情况：如图3所示，将搭载有光源(LED)1的发光二极管基板4熔敷到铜、铝等的金属薄膜5上，并且将金属薄膜5熔敷或钎焊到光源支承体6上。
本发明的光源支承体是由铜来制作光源支承体的芯、并由铝来包围其周围的构造的支承体，铜能够使用纯铜或者合金。
作为一例，能够列举铍铜合金等。
本发明的光源支承体是由铜来制作光源支承体的芯、并由铝来包围其周围的构造的支承体，铝能够使用纯铝或者铝合金。
作为一例，能够列举铝合金6063等。
本发明的光源支承体是由铜来制作光源支承体的芯、并由铝来包围其周围的构造的支承体，本发明人发现该构造能够确保良好的热传导。以形成遮光壁A和遮光壁B的方式，削去铝、露出铜而制作平坦部，通过超声波加热等将固定了搭载有发光二极管的半导体基板的铝板固定到平坦部上。
另外，遮光壁A或者遮光壁B的角度为，在图5及图6中示出了90度的例子，但能够选择能够实现遮光目的的范围的角度。
虽然未图示，但发光二极管的电力供给线能够沿着光源支承体6的内部或外部配置。通常使用电线，但也能够使用导电性薄片、导电性薄膜。
设置在光源支承体6上的散热片，能够想到较薄的板状的翅片与光轴平行地从支柱突出的翅片、相对于光轴成为直角而板状地突出的翅片、相对于光轴成为直角而棒状地突出的翅片，但能够是任意一种。
如根据图1～图2可知的那样，光源支承体6为，具有到达散热底座8的铜制的热传导棒6-1，热传导棒与在嵌块的中心部开出的孔7-2、以及在散热底座的中心部开出的孔8-2、涂布金属糊剂而紧密嵌合，由此能够对来自发光二极管的发热进行直接热传导，通过该形式将热释放至散热底座8。
作为金属糊剂，已知有金糊剂、银糊剂、铜糊剂、镍糊剂等，但从散热性、经济性的方面出发，优选银糊剂。作为银糊剂的例子，能够列举CT212M、CT284R、CT285(京瓷化学(株))、TB3300系列((株)ThreeBond)等。
也能够通过基于超声波振动的焊接来进行嵌合，与表面使用了金属糊剂的情况相比，能够更紧密地嵌合。
散热底座8具有翅片8-1，翅片的形状能够根据希望而采用各种形状。此外，散热底座8具有空洞部，在空洞的内部设置有由防水性的马达驱动的散热用的风扇3，通过马达来进行旋转，由此与散热片相结合而通过搅动空气来进行散热，由此将光源支承体6进行冷却。
发光二极管的电力供给电线及冷却用风扇的马达的电力供给电线未图示，但可以是电线、导电性薄片、导电性薄板等的任一种。
连接可以是通过连接器来接线的类型，也可以是通过外罩而在一体地固定的同时进行接线的类型。
根据本发明的冷却构造，与发光二极管点灯的同时相比照度几乎不降低，能够将1300流明的照度维持为一定。
本发明人对2000流明以上的高亮度发光二极管也进行了试验研究，而确认了能够获得与1300流明的高亮度发光二极管同样的较高的照度性能。
发光二极管的基板温度的极限为80℃，因此理想的是保持在大约80℃以下，当成为100℃以上时，发光二极管本身会被破坏。
因而，为了使基板保持在大约80℃以下，必须考虑散热片的翅片、冷却风扇等而进行设计。
发光二极管(LED)没有黄色，因此黄色灯虽然能够使用发光二极管(LED)作为电源，但需要在玻璃灯泡上设置基于黄色颜料的被膜而制造黄色灯。通过将玻璃灯泡浸渍到纳米分散于有机溶剂中的黄色有机颜料或者将黄色无机颜料与丙烯酸树脂或硅酮树脂混合了的液体中、或者在玻璃灯泡上喷涂将黄色颜料与丙烯酸树脂或硅酮树脂混合了的液体并使其干燥，由此能够容易地获得黄色被膜。作为黄色有机颜料，能够列举异吲哚啉酮系、异吲哚啉系、喹酞酮系、苯并咪唑酮系、金属络合偶氮系、缩合偶氮系的有机黄色颜料，作为市售产品，能够列举Irgazin黄L-2040(BASF公司制造、异吲哚满酮类)、Paliotol黄L-2140(BASF公司制、异吲哚满类)、Paliotol黄K-0961HD(BASF公司制、喹酞酮类)、Hostaperm黄H-3G(Clariant公司制、苯并咪唑酮类)等。
作为黄色无机颜料，能够列举钒酸铋、氢氧化铁等。此外，也可以在将钒酸铋的先驱物即有机钒化合物和有机铋化合物的有机溶剂溶液与通过溶胶-凝胶反应而得到的硅酮树脂混合后，涂布在玻璃灯泡上，以300-500℃的高温进行烧成而设置黄色透明被膜。具体地，能够使乙酰丙酮钒(Ⅲ)和2-乙基己酸铋(Ⅲ)的2-乙基己酸溶液溶解到乙醇等醇中，并使其与通过溶胶-凝胶反应而得到的硅树脂的醇溶液混合使用。
此外，还能够使用在玻璃灯泡上交替蒸镀氧化钛和氧化硅的黄色被膜。
实施例1
示出本发明的实施例。
在图5中，光源支承体6的芯部的外径为7mm、铜芯长为70mm，使用了纯度99.6%的铜(参考图9)。通过热传导性粘接剂(Diemat Inc.制、SK60N)，将搭载有发光二极管(LED)的半导体基板的背面侧的铝金属薄板粘接安装在光源支承体的表面上。
实施例2
在图7中，通过基于超声波振动的焊接，将搭载有发光二极管(LED)的半导体基板的背面侧的铝金属薄板安装在光源支承体的相同表面上。
实施例3
在图6中，通过基于超声波振动的焊接，将搭载有发光二极管(LED)的半导体基板的背面侧的铝金属薄板安装在光源支承体的相同表面上。并且，如图7所示，在散热底座的空洞部装备了由防水性的马达驱动的风扇。在使风扇旋转时与实施例2相同，在使风扇停止时，亮度如下所述。
表1表示本发明的使用了发光二极管的车辆用前照灯的特性。
【表1】
表中，无铜-铝构造是指在光源支承体中将铜的部分全部用铝置换。
实施例4
(黄色灯的制造例)
使钒酸铋的先驱物即乙酰丙酮钒(Ⅲ)(98%)1.3g和2-乙基己酸铋(Ⅲ)的2-乙基己酸溶液(Bi：25%)4.0g溶解于乙醇40g中，将其与通过溶胶-凝胶反应而得到的硅酮树脂醇溶液(不挥发成分20%)0.65g混合了的液体，以成为大约1μm的膜厚的方式喷涂到玻璃灯泡(内径15mm、长度45mm的圆筒形)上，在室温下干燥10分钟后，以450℃烧成30分钟，得到柠檬黄色透明玻璃灯泡。将该玻璃灯泡覆盖在使用了发光二极管的照明灯的外侧，进行接线并使其点灯，在该情况下发出黄色光。
实施例5
(基于发光二极管的车辆用前照灯)
车辆用前照灯具有规定的规格，在基于发光二极管的车辆用前照灯中，也能够按照与以往的卤素灯、高亮度放电灯同样的规格来制作。
发光二极管能够发出黄色以外的颜色，因此基于发光二极管的车辆用前照灯并不特别需要玻璃灯泡。
表2表示规格。
【表2】
另外，数值是从嵌块的基准面到LED发光体的中心部为止的长度(mm)。
产业上的可利用性
本发明的使用了发光二极管(LED)的照明灯及车辆用前照灯适合所有领域的照明，其利用范围较广，因此产业上可利用性极高。

Claims (9)

1.一种使用了发光二极管的照明灯，其特征在于，
通过长的铜制的热传导棒，使光源支承体经由嵌块与中心部成为空洞的铝制散热底座嵌合，将铜制的热传导棒的前端部固定在侵入到空洞部的深处的位置，通过空洞部的空气来冷却铜制的热传导棒，由此通过铝制散热底座来释放来自发光二极管的发热；上述光源支承体通过由上部构造和具有长的铜制的热传导棒的下部构造构成的铜制的热传导棒来连结；上述上部构造为，将固定了搭载有发光二极管的半导体基板的铝板直接固定在铜制的热传导棒上，除了所固定的该铝板的部位的热传导棒部位以外，以形成遮光壁A和遮光壁B的方式通过铝覆盖铜制的热传导棒的表面直到到达嵌块的部位。
2.如权利要求1所述的使用了发光二极管的照明灯，其中，
构成为，通过超声波焊接将固定了搭载有发光二极管的半导体基板的铝板直接固定到铜制的热传导棒上。
3.如权利要求1或2所述的使用了发光二极管的照明灯，其中，
使光源支承体的下部构造即长的铜制的热传导棒经由嵌块与中心部成为空洞的铝制散热底座嵌合，铜制的热传导棒的前端部固定在侵入到空洞部的深处的位置，将熔融的铝浇注到嵌块侧的空洞部的空间中，固定铝制散热底座的嵌块侧的热传导棒的一部分。
4.如权利要求1～3中任一项所述的使用了发光二极管的照明灯，其中，
在上述光源支承体的上部构造的铝表面上设置散热用的槽或者散热用的翅片，且散热用的翅片设置在外周，并且中心部成为空洞的散热底座的空洞部为圆柱状或棱柱状。
5.如权利要求1～4中任一项所述的使用了发光二极管的照明灯，其中，
散热底座的空洞部为圆柱状或棱柱状，在空洞部中装备由防水性的马达驱动的风扇。
6.一种车辆用前照灯，将投影透镜及光源支承体的中心轴配置在沿车辆的前后方向延伸的光轴上，在光源支承体上、相对于光轴而在上面及/或下面上安装由发光二极管构成的光源，在上述光轴上设置反射镜，以使由光源发出的光通过上述投影透镜而大致沿光轴方向投影，其中，
作为光源而使用如权利要求1～5中任一项所述的使用了发光二极管的照明灯。
7.如权利要求6所述的车辆用前照灯，其中，
发光二极管的光束为1300流明以上。
8.如权利要求6或7所述的车辆用前照灯，其中，
从光源中心部到嵌块基准面为止的距离为31.25mm、24.55mm、31.625mm、27.375mm、27.25mm、27.4mm、26.85mm、27.5mm、27.05mm、31.5mm、18mm、31.25mm、27.1mm中的任一个。
9.如权利要求1～8中任一项所述的使用了发光二极管的照明灯以及使用了该照明灯的车辆用前照灯，其中，
在使用了发光二极管的照明灯的外侧附加黄色透明玻璃灯泡。
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