JP2014211976A - 発光ダイオードを用いた照明灯及び車両用前照灯 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光ダイオード1が搭載されている半導体基板を固着したアルミニウム板を、銅製の熱伝導棒6−1に直接固定し、当該固定されたアルミニウム板部位の熱伝導棒部位を除いて、遮光壁Aと遮光壁Bを形成するように、銅製の熱伝導棒の表面をアルミニウムで口金7に達する部位まで被覆した上部構造と、長い銅製の熱伝導棒を有する下部構造からなる銅製の熱伝導棒で連結された光源支持体6を、長い銅製の熱伝導棒で、口金を介して中心部が空洞になっているアルミニウム製放熱台座8に嵌合させ、銅製の熱伝導棒の先端部が空洞部の奥深く侵入した位置で固定し、空洞部の空気で銅製の熱伝導棒を冷却することにより、発光ダイオードからの発熱をアルミニウム製放熱台座で逃がす。
【選択図】図7
Description
しかし、いずれの文献にも発光ダイオードの光束が1300ルーメン以上である車両前照灯については開示されていない。
すなわち本発明は、発光ダイオードが搭載されている半導体基板を固着したアルミニウム板を、銅製の熱伝導棒に直接固定し、当該固定されたアルミニウム板部位以外の熱伝導棒部位を除いて、遮光壁Aと遮光壁Bを形成するように、銅製の熱伝導棒の表面をアルミニウムで口金に達する部位まで被覆した上部構造と、長い銅製の熱伝導棒を有する下部構造からなる銅製の熱伝導棒で連結された光源支持体を、長い銅製の熱伝導棒で、口金を介して中心部が空洞になっているアルミニウム製放熱台座に嵌合させ、銅製の熱伝導棒の先端部が空洞部の奥深く侵入した位置で固定し、空洞部の空気で銅製の熱伝導棒の冷却することにより、発光ダイオードからの発熱をアルミニウム製放熱台座で逃がすことを特徴とする発光ダイオードを用いた照明灯である。
また、本発明の発光ダイオードを用いた照明灯では、発光ダイオードが搭載されている半導体基板を固着したアルミニウム板を、銅製の熱伝導棒に超音波溶接により直接固定した構造とすることができる。
さらに、本発明の発光ダイオードを用いた照明灯では、光源支持体の下部構造である長い銅製の熱伝導棒を、口金を介して中心部が空洞になっているアルミニウム製放熱台座に嵌合させ、銅製の熱伝導棒の先端部が空洞部の奥深く侵入した位置で固定し、溶融したアルミニウムを口金側の空洞部の空間に流し込み、アルミニウム製放熱台座の口金側の熱伝導棒の一部を固定することができる。
さらに、本発明の発光ダイオードを用いた照明灯では、放熱台座の空洞部が円柱状若しくは角柱状であって、空洞部に耐水性のモータにより駆動されるファンを装備することができる。
また、本発明の発光ダイオードを用いた照明灯では、発光ダイオードの光束が1300ルーメン以上とすることができる。
また、本発明の発光ダイオードを用いた照明灯を用いた車両用前照灯は、光源中心部から口金基準面までの距離が、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のいずれかとすることができる。
すなわち、発光ダイオードユニットを取り付けた光源支持体は、光源支持体の芯を銅で作成し、その周りをアルミニウムで被覆した構造の支持体であり、かつ、発光ダイオードユニット(発光ダイオードが搭載されている半導体基板を固着したアルミニウム板)が銅の表面に取り付けられた構造の発光ダイオードを用いた照明灯である。
図3に示すように、発光ダイオードは発光ダイオード(LED)取り付部2により、アルミニウム板5に取り付けられ、半導体基板4は、熱伝導性の優れた接着剤でアルミニウム板5に取り付けられている。
固定方法は熱伝導性の接着剤により固定しても良く、金属ペーストを塗布した後、ねじ止めにより固定しても良く、超音波溶接により、固定しても良い。熱伝導性の優れた接着剤としてはDiemat Inc.製、SK30N、SK60N、SK70N、SK100N、SK100SDN、SK100SFNなどが挙げられる。金属ペーストとしては金ペースト、銀ペースト、銅ペースト、ニッケルペーストなどが知られているが、散熱性や経済性から見ると銀ペーストが好ましい。銀ペーストの例としてはCT212M,CT284R、CT285(京セラケミカル(株))、TB3300シリーズ((株)スリーボンド)などが挙げられる。
これらの固定方法の中では超音波溶接による固定は発光ダイオードユニットを不用な物質の介在が無く、直接固定することができ、また、接着剤の塗布工程や金属ペーストの塗布工程およびねじ止め工程を省略することができるので、最も好ましい。
当然、接着剤や金属ペーストによる固定と超音波溶接を併用することもできる。また、超音波溶接による固定を行った後、ねじ止めにより固定しても良い。
光源より発せられた光は、反射鏡により反射され、投影レンズを通して、必要な配光が得られる。光源は、高出力、高輝度の発光ダイオードである。発光ダイオード1は、通常800ルーメン以上、より望ましくは1000ルーメン以上である。
発光ダイオード1は、外部電源接続端子3より導線3−1で電力を供給されている。発光ダイオード1は、半導体基板4に取付け部2により取り付けられ、取付け部2の端部は金属薄板5に達し、熱伝導を補助する。
通常、高出力発光ダイオードは、冷却ファンだけだと、点灯と同時に時間とともに急激に照度が低下し、約60分位で、1300ルーメンのものが、1000ルーメンにまで低下する。
本件発明の光源支持体は、光源体の芯を銅で作成し、その周りをアルミニウムで囲った構造の支持体であり、銅は純銅若しくは合金が用いられる。
一例としてベリリウム銅合金 等が挙げられる。
一例としてアルミニュウム番手6063 等が挙げられる。
なお、遮光壁A又は遮光壁Bの角度は、図5及び図6では、90度の例を示したが遮光の目的が達成できる範囲の角度を選ぶことが出来る。
金属ペーストとしては金ペースト、銀ペースト、銅ペースト、ニッケルペーストなどが知られているが、散熱性や経済性から見ると銀ペーストが好ましい。銀ペーストの例としてはCT212M,CT284R、CT285(京セラケミカル(株))、TB3300シリーズ((株)スリーボンド)などが挙げられる。
嵌合は超音波振動による溶接により行うことも出来、表面が金属ペーストを用いた場合より緊密に嵌合することが出来る。
接続も、コネクタで結線してもよいし、カバーで一体的に固着と同時に結線するタイプでもよい。
本発明者は、2000ルーメン以上の高輝度発光ダイオードについても、試験研究してきたが、1300ルーメンの高輝度発光ダイオードと同様の高い照度性能を得ることができることを確認した。
したがって、約80℃以下に基板が保持されるよう、放熱フィンのフィン、冷却ファン等を考慮して設計されなければならない。
発光ダイオード(LED)には、黄色がないため黄色ランプは、光源として発光ダイオード(LED)を用いるが、ガラス電球に黄色顔料による被膜を設けて、黄色ランプを製造することもできる。黄色被膜は有機溶剤にナノ分散された黄色有機顔料あるいは黄色無機顔料とアクリル樹脂あるいはシリコーン樹脂を混合した液にガラス電球を浸漬するか、黄色顔料とアクリル樹脂あるいはシリコーン樹脂を混合した液をガラス電球にスプレー塗布し、乾燥させることにより、容易に得られる。黄色有機顔料としてはイソインドリノン系、イソインドリン系、キノフタロン系、ベンツイミダゾロン系、メタルコンプレックスアゾ系、縮合アゾ系の有機黄色顔料が挙げられ、市販品としてはイルガジンイエローL-2040(BASF社製、イソインドリノン系)、パリオトールエローL-2140(BASF社製、イソインドリン系)、パリオトールエローK-0961HD(BASF社製、キノフタロン系)、ホスタパームエローH-3G(クラリアント社製、ベンツイミダゾロン系)などが挙げられる。
黄色無機顔料としてはバナジン酸ビスマスや水酸化鉄などが挙げられる。また、バナジン酸ビスマスの前駆物質である有機バナジウム化合物と有機ビスマス化合物の有機溶媒溶液とゾルーゲル反応により得られたシリコーン樹脂を混合後、ガラス電球に塗布し、300−500℃の高温で焼成して黄色透明被膜を設けても良い。具体的にはバナジウム(III)アセチルアセトナートと2−エチルヘキサン酸ビスマス(III)の2−エチルヘキサン酸溶液をエタノールなどのアルコールに溶解させ、ゾルーゲル反応により得られたシリコーン樹脂のアルコール溶液と混合し、使用することができる。
また、ガラス電球に酸化チタンと酸化ケイ素を交互に真空蒸着させた黄色被膜も使用することができる。
図5において、光源支持体6の芯部は外径7mm、銅芯長70mmで、純度99.6%の銅を用いた(図9参照)。発光ダイオード(LED)が搭載されている半導体基板の背面側のアルミニウム金属薄板を熱伝導性接着剤(Diemat Inc.製、SK60N)で接着して光源支持体の表面に取り付けた。
ファンを回転させた時は実施例2と同じであり、ファンを停止させた時では、明るさは以下の通りであった。
本発明の発光ダイオードを用いた車両用前照灯の特性を表1に示す。
バナジン酸ビスマスの前駆物質であるバナジウム(III)アセチルアセトナート(98%)1.3gと2−エチルヘキサン酸ビスマス(III)の2−エチルヘキサン酸溶液(Bi:25%)4.0gをエタノール40gに溶解させ、ゾルーゲル反応により得られたシリコーン樹脂アルコール溶液(不揮発分20%)0.65gと混合した液をガラス電球(内径15mm、長さ45mmの円筒形)に約1μmの膜厚となるようにスプレー塗布し、室温で10分乾燥後、450℃で30分間焼成し、レモンイエロー色透明ガラス電球を得た。このガラス電球を発光ダイオードを用いた照明灯の外側に被せて、結線し、点灯させたところ、黄色光を発した。
車両用前照灯は、所定の規格があり、発光ダイオードによる車両用前照灯においても、従来のハロゲンランプや高輝度放電ランプと同様の規格で作成することが出来る。
発光ダイオードは、黄色以外の色は出すことが出来るので、発光ダイオードによる車両用前照灯は、とくにガラス電球は必要としない。
規格を表2に示す。
2発光ダイオード(LED)取り付部
3外部電源接続端子
3−1外部電源接続線
4発光ダイオード(LED)が搭載されている半導体基板
5金属薄板
6光源支持体
6−1 光源支持体の熱伝導棒
7口金
7−1口金の電球体取付け部
7−2口金の熱伝導棒挿入部
8放熱台座
8−1放熱台座の表面のフィン
8−2放熱台座の熱伝導棒挿入部
8−3放熱台座の空洞部
8−4放熱台座の空洞部に入れられた冷却用電動ファン
9 ガラス電球(黄色)
10 ファン
Claims (9)
- 発光ダイオードが搭載されている半導体基板を固着したアルミニウム板を、銅製の熱伝導棒に直接固定し、当該固定されたアルミニウム板部位の熱伝導棒部位を除いて、遮光壁Aと遮光壁Bを形成するように、銅製の熱伝導棒の表面をアルミニウムで口金に達する部位まで被覆した上部構造と、長い銅製の熱伝導棒を有する下部構造からなる銅製の熱伝導棒で連結された光源支持体を、長い銅製の熱伝導棒で、口金を介して中心部が空洞になっているアルミニウム製放熱台座に嵌合させ、銅製の熱伝導棒の先端部が空洞部の奥深く侵入した位置で固定し、空洞部の空気で銅製の熱伝導棒の冷却することにより、発光ダイオードからの発熱をアルミニウム製放熱台座で逃がすことを特徴とする発光ダイオードを用いた照明灯。
- 発光ダイオードが搭載されている半導体基板を固着したアルミニウム板を、銅製の熱伝導棒に超音波溶接により直接固定した構造の請求項1に記載した発光ダイオードを用いた照明灯。
- 光源支持体の下部構造である長い銅製の熱伝導棒を、口金を介して中心部が空洞になっているアルミニウム製放熱台座に嵌合させ、銅製の熱伝導棒の先端部が空洞部の奥深く侵入した位置で固定し、溶融したアルミニウムを口金側の空洞部の空間に流し込み、アルミニウム製放熱台座の口金側の熱伝導棒の一部を固定した請求項1又は2に記載した発光ダイオードを用いた照明灯。
- 前記光源支持体の上部構造のアルミニウム表面に放熱用の溝若しく放熱用フィンを設け、かつ、放熱用のフィンが外周に設けられ、且つ中心部が空洞になっている放熱台座の空洞部が円柱状若しくは角柱状である請求項1〜3のいずれかに記載された発光ダイオードを用いた照明灯。
- 放熱台座の空洞部が円柱状若しくは角柱状であって、空洞部に耐水性のモータにより駆動されるファンを装備した請求項1〜4のいずれかに記載された発光ダイオードを用いた照明灯。
- 車両の前後方向に伸びる光軸上に、投影レンズ及び光源支持体の中心軸を配置し、光源支持体には、発光ダイオードよりなる光源を光軸に対して上面及び/又は下面に取り付け、光源より発した光が、前記投影レンズを通して光軸方向にほぼ投影するように、前記光軸上に反射鏡を設けた車両用前照灯において、光源として、請求項1〜5のいずれかに記載された発光ダイオードを用いた照明灯を用いた車両用前照灯。
- 発光ダイオードの光束が1300ルーメン以上である請求項6に記載された発光ダイオードを用いた車両用前照灯。
- 光源中心部から口金基準面までの距離が、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のいずれかである請求項6、7に記載した発光ダイオードを用いた照明灯を用いた車両用前照灯。
- 発光ダイオードを用いた照明灯の外側に黄色透明ガラス電球を付した請求項1〜8に記載した照明灯及びそれを用いた車両用前照灯。
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