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JP2016129172A - Semiconductor light emitting element bulb and lighting system including the same - Google Patents

Semiconductor light emitting element bulb and lighting system including the same Download PDF

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JP2016129172A
JP2016129172A JP2015002884A JP2015002884A JP2016129172A JP 2016129172 A JP2016129172 A JP 2016129172A JP 2015002884 A JP2015002884 A JP 2015002884A JP 2015002884 A JP2015002884 A JP 2015002884A JP 2016129172 A JP2016129172 A JP 2016129172A
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JP
Japan
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semiconductor light
light emitting
emitting element
heat dissipation
bulb
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Application number
JP2015002884A
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Japanese (ja)
Inventor
尚子 松本
Naoko Matsumoto
尚子 松本
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Stanley Electric Co Ltd
Original Assignee
Stanley Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light emitting element bulb improved in heat dissipation performance even at a high output while securing compatibility with a halogen bulb, an HID bulb or the like, and a lighting system including the semiconductor light emitting element bulb.SOLUTION: The whole of one surface of heat dissipation substrates 2a and 2b is in contact with flat surfaces 4a and 4b of a flat plate-like pole 4 with a flange together with heat sinks 3a and 3b, respectively. Each of the heat dissipation substrates 2a and 2b is a so-called copper inlay substrate and comprises an FR-4 layer 21, a copper core 22 and a copper foil 23. Semiconductor light emitting element packages 1a and 1b are mounted such that LED elements 11a, 12a and 11b, 12b face the respective copper cores 22, respectively. Recessed portions 31 for receiving the heat dissipation substrates 2a and 2b are formed at the inside of the heat sinks 3a and 3b, respectively, and openings 32 are formed at the recessed portions 31 in order to expose the semiconductor light emitting element packages 1a and 1b, respectively. A semicircular fin 33 is formed at the outside of each of the heat sinks 3a and 3b. An external heat sink 6 is mounted to a flange 4c of the flat plate-like pole 4.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は発光ダイオード(LED)素子、レーザダイオード(LD)素子等の半導体発光素子よりなる半導体発光素子バルブ及びこれを用いた照明装置、特に、その放熱構造の改良に関する。   The present invention relates to a semiconductor light-emitting element bulb made of a semiconductor light-emitting element such as a light-emitting diode (LED) element or a laser diode (LD) element, and an illumination device using the same, and more particularly to an improvement in the heat dissipation structure.

自動車、二輪車の前照灯、フォグランプ等においては、従来、ハロゲンバルブ及びHID(High Intensity Discharge)バルブが多く用いられているが、近年、省エネルギー、長寿命の発光ダイオード(LED)素子を用いたLEDバルブが注目されている。   Conventionally, halogen bulbs and HID (High Intensity Discharge) bulbs are often used in automobiles, motorcycle headlamps, fog lamps, etc., but in recent years, LEDs using light-emitting diode (LED) elements with energy saving and long life are used. Valves are attracting attention.

LED素子においては、所望の明るさを達成するために投入された電力のうち、光出力として用いられなかった電力は熱となり自身を加熱する。従って、LED素子は自身が発する熱により寿命及び性能が低下するという負の特性を有する。また、LED素子との組合せにより発光色を変化させる目的で使用される蛍光体層も熱による負の特性を有する。このため、LEDバルブにおいては、LED素子及び蛍光体層の温度を適切な温度以下に抑える熱設計としてヒートシンク等の放熱構造を用いてLED素子及び蛍光体層の熱を空気中に放散させる。特に、前照灯、フォグランプ等の光束を実現するためには、高出力LED素子を用いるので、放熱構造が大型化する。   In the LED element, the electric power not used as the light output among the electric power input to achieve the desired brightness becomes heat and heats itself. Therefore, the LED element has a negative characteristic that its life and performance are reduced by heat generated by itself. Moreover, the phosphor layer used for the purpose of changing the emission color by the combination with the LED element also has a negative characteristic due to heat. For this reason, in the LED bulb, the heat of the LED element and the phosphor layer is dissipated into the air using a heat dissipation structure such as a heat sink as a heat design for keeping the temperature of the LED element and the phosphor layer below an appropriate temperature. In particular, since a high-power LED element is used in order to realize a luminous flux such as a headlamp and a fog lamp, the heat dissipation structure is increased in size.

他方、LEDバルブの形状、寸法及び光束分布をハロゲンバルブ、HIDバルブの形状、寸法及び光束分布と同一にしてハロゲンバルブ、HIDバルブとの互換性を確保することが汎用性及び製造コストの低減の観点から必要である。   On the other hand, it is possible to ensure compatibility with halogen bulbs and HID bulbs by reducing the shape, size and luminous flux distribution of LED bulbs to the same as those of halogen bulbs and HID bulbs. Necessary from a viewpoint.

図8は上述の互換性を確保した第1の従来のLEDバルブを示し、(A)は断面図、(B)は(A)の部分拡大断面図である(参照:特許文献1の図3、図4)。   8A and 8B show a first conventional LED bulb in which the above-described compatibility is ensured, in which FIG. 8A is a cross-sectional view, and FIG. 8B is a partially enlarged cross-sectional view of FIG. , FIG. 4).

図8においては、2つのLEDパッケージ101a、101bが放熱基板102の両主面に実装されている。放熱基板102は照明装置内に挿入されるバルブ本体104にねじ103によって固定されている。放熱基板102は、金属製もしくはセラミック製の基材1021、基材1021を被覆する絶縁層1022、絶縁層1022上の配線パターン層1023、及び保護層1024によって構成されている。このとき、両主面上の配線パターン層1023は貫通孔1023aを介して共通接続され、さらに、ワイヤ105に電気的に共通接続されている。従って、LEDパッケージ101a、101bからの熱は放熱基板102を介してバルブ本体104へ放熱される。   In FIG. 8, two LED packages 101 a and 101 b are mounted on both main surfaces of the heat dissipation substrate 102. The heat dissipation substrate 102 is fixed to the bulb body 104 inserted into the lighting device by screws 103. The heat dissipation substrate 102 includes a metal or ceramic base material 1021, an insulating layer 1022 that covers the base material 1021, a wiring pattern layer 1023 on the insulating layer 1022, and a protective layer 1024. At this time, the wiring pattern layers 1023 on both main surfaces are commonly connected through the through-holes 1023a, and are further electrically connected to the wires 105 in common. Therefore, heat from the LED packages 101 a and 101 b is radiated to the valve body 104 via the heat dissipation substrate 102.

上述の互換性を確保した第2の従来のLEDバルブは、LEDパッケージと、LEDパッケージが先端に設けられ、照明装置内に挿入されるバルブ本体と、バルブ本体に3本の支柱によって支持され、LED素子の発光面に向って円錐状に湾曲したリフレクタと、リフレクタに嵌められたヒートシンクとから構成されている(参照:特許文献2)。   The second conventional LED bulb ensuring the above-mentioned compatibility is supported by an LED package, an LED package provided at the tip, a valve body inserted into the lighting device, and three columns on the bulb body, It is comprised from the reflector curved in the conical shape toward the light emission surface of an LED element, and the heat sink fitted by the reflector (refer: patent document 2).

上述の互換性を確保した第3の従来のLEDバルブは、LEDパッケージと、LEDパッケージが先端に設けられ、照明装置内に挿入されるバルブ本体と、バルブ本体の柱状部に複数の溝を切削することによって形成されたヒートシンクとから構成されている(参照:特許文献3)。   The third conventional LED bulb ensuring the above-mentioned compatibility is an LED package, the bulb body provided at the tip, and inserted into the lighting device, and a plurality of grooves are cut in the columnar portion of the bulb body. It is comprised from the heat sink formed by doing (refer: patent document 3).

特開2014−120388号公報JP, 2014-120388, A 特許第4689762号公報Japanese Patent No. 4687762 特開2007−48727号公報JP 2007-48727 A

しかしながら、図8に示す上述の従来の第1のLEDバルブにおいては、放熱基板102の一部しかバルブ本体104に接触しておらず、また、LEDパッケージ101a、101bがバルブ本体104に対向していないので、LEDパッケージ101a、101bからバルブ本体104までの距離が大きく、しかも、絶縁層1022及び保護層1024を含む放熱基板102自体の熱抵抗も大きい。従って、LEDパッケージ101a、101bからバルブ本体104までの熱抵抗が大きくなり、この結果、高出力LED素子の場合の放熱性能が不充分であるという課題がある。   However, in the above-described conventional first LED bulb shown in FIG. 8, only a part of the heat dissipation substrate 102 is in contact with the bulb body 104, and the LED packages 101a and 101b are opposed to the bulb body 104. Therefore, the distance from the LED packages 101a and 101b to the bulb body 104 is large, and the heat resistance of the heat dissipation board 102 including the insulating layer 1022 and the protective layer 1024 is also large. Therefore, the thermal resistance from the LED packages 101a and 101b to the valve body 104 increases, and as a result, there is a problem that the heat dissipation performance in the case of a high-power LED element is insufficient.

また、上述の従来の第2のLEDバルブにおいては、バルブ本体とヒートシンクとの接触面積は支柱等で制限されるので実質的に小さく、従って、ヒートシンクの放熱性能が不十分となり、この結果、高出力LED素子の場合の放熱性能が不充分であるという課題がある。   Further, in the above-described conventional second LED bulb, the contact area between the bulb main body and the heat sink is limited by a support column or the like, so that the heat dissipation performance of the heat sink becomes insufficient. There exists a subject that the heat dissipation performance in the case of an output LED element is inadequate.

さらに、上述の従来の第3のLEDバルブにおいては、ヒートシンクの溝が前照灯、フォグランプ等の照明装置の場合の自然対流の流れに対して横切るように設けられているので、ヒートシンクの放熱性能が不十分となり、この結果、高出力LED素子の場合の放熱性能が不充分であるという課題がある。   Furthermore, in the above-described conventional third LED bulb, the heat sink groove is provided so as to cross the natural convection flow in the case of a lighting device such as a headlamp or a fog lamp. As a result, there is a problem that the heat dissipation performance in the case of a high-power LED element is insufficient.

上述の課題を解決するために、本発明に係る半導体発光素子バルブは、第1、第2の半導体発光素子パッケージと、各第1、第2の半導体発光素子パッケージが実装された第1、第2の放熱基板と、各第1、第2の放熱基板の一面の全体が接触した第1、第2の平坦面を有する平板状ポールとを具備し、各第1、第2の半導体発光素子パッケージは第1、第2の放熱基板を介して平板状ポールに対向しているものである。これにより、第1、第2の半導体発光素子パッケージから平板状ポールまでの距離を実質的に小さくする。また、各第1、第2の放熱基板は第1、第2の金属インレイ基板を具備し、各第1、第2の半導体発光素子パッケージは第1、第2の金属インレイ基板の金属コアに対向して実装されている。これにより、放熱基板自体の熱抵抗を小さくする。   In order to solve the above-described problems, a semiconductor light emitting device valve according to the present invention includes first and second semiconductor light emitting device packages, and first and second semiconductor light emitting device packages each mounted with the first and second semiconductor light emitting device packages. Each of the first and second semiconductor light-emitting elements, and the first and second semiconductor light-emitting elements. The package is opposed to the flat pole via the first and second heat dissipation substrates. Thereby, the distance from the first and second semiconductor light emitting device packages to the flat pole is substantially reduced. Each of the first and second heat dissipation substrates includes first and second metal inlay substrates, and each of the first and second semiconductor light emitting device packages is formed on a metal core of the first and second metal inlay substrates. Implemented in opposition. This reduces the thermal resistance of the heat dissipation board itself.

さらに、平板状ポールの各第1、第2の平坦面に取付けられた第1、第2のヒートシンクを具備し、各第1、第2の放熱基板は第1、第2のヒートシンクの第1、第2の凹部に収容され、各第1、第2の半導体発光素子パッケージは第1、第2のヒートシンクの第1、第2の凹部に設けられた第1、第2の開口部で露出したものである。これにより、第1、第2のヒートシンクと平板状ポールとの接触面積は大きくなり、第1、第2のヒートシンクの放熱性能が向上する。   Further, the first and second heat sinks attached to the first and second flat surfaces of the plate-shaped pole are provided, and the first and second heat radiating substrates are the first of the first and second heat sinks. The first and second semiconductor light emitting device packages are received in the first and second openings provided in the first and second recesses of the first and second heat sinks. It is a thing. As a result, the contact area between the first and second heat sinks and the flat pole increases, and the heat dissipation performance of the first and second heat sinks is improved.

さらにまた、各第1、第2のヒートシンクは、少なくとも第1、第2の半導体発光素子パッケージと平板状ポールのフランジとの間に設けられ、自然対流に対して平行に設けられた半円形フィンを具備する。これにより、第1、第2のヒートシンクの自然対流に対する放熱性能が向上する。   Furthermore, each of the first and second heat sinks is provided between at least the first and second semiconductor light emitting device packages and the flange of the flat pole, and is a semicircular fin provided in parallel to natural convection. It comprises. Thereby, the heat dissipation performance with respect to the natural convection of the first and second heat sinks is improved.

本発明によれば、半導体発光素子パッケージから平板状ポールまでの距離が実質的に小さくなるので、半導体発光素子パッケージからバルブ本体としての平板状ポールまでの熱抵抗を小さくでき、従って、放熱性能を向上できる。   According to the present invention, since the distance from the semiconductor light emitting device package to the flat pole is substantially reduced, the thermal resistance from the semiconductor light emitting device package to the flat pole as the valve body can be reduced, and thus the heat dissipation performance can be reduced. It can be improved.

本発明に係る半導体発光素子バルブの第1の実施の形態を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a first embodiment of a semiconductor light emitting element bulb according to the present invention. 図1の半導体発光素子バルブの部分分解図である。FIG. 2 is a partially exploded view of the semiconductor light emitting device bulb of FIG. 1. 図1の半導体発光素子バルブの平板状ポール近傍の詳細な断面図である。FIG. 2 is a detailed cross-sectional view in the vicinity of a flat pole of the semiconductor light emitting device bulb of FIG. 1. 本発明に係る半導体発光素子バルブの第2の実施の形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows 2nd Embodiment of the semiconductor light-emitting device valve | bulb which concerns on this invention. 図1のプレートフィン及び図4のピンフィンの効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect of the plate fin of FIG. 1, and the pin fin of FIG. 図1のヒートシンクに対する平板状ポールの取付位置と半導体発光素子の温度との関係を示す表である。2 is a table showing the relationship between the mounting position of a flat pole on the heat sink of FIG. 1 and the temperature of the semiconductor light emitting element. 図1の半導体発光素子バルブを装着したリフレクタ型照明装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the reflector type illuminating device which mounted | wore the semiconductor light-emitting device bulb | bulb of FIG. 第1の従来のLEDバルブを示し、(A)は断面図、(B)は(A)の部分拡大断面図である。The 1st conventional LED bulb is shown, (A) is a sectional view and (B) is a partial expanded sectional view of (A).

図1は本発明に係る半導体発光素子バルブの第1の実施の形態を示す斜視図、図2は図1の半導体発光素子バルブの部分分解図、図3は図1の半導体発光素子バルブの平板状ポール近傍の詳細な断面図である。   1 is a perspective view showing a first embodiment of a semiconductor light emitting element valve according to the present invention, FIG. 2 is a partially exploded view of the semiconductor light emitting element valve of FIG. 1, and FIG. 3 is a flat plate of the semiconductor light emitting element valve of FIG. FIG.

図1、図2、図3において、各半導体発光素子パッケージ1a、1bが放熱基板2a、2bに実装される。放熱基板2a、2bの一面の全体はヒートシンク3a、3bと共にバルブ本体としてのフランジ付平板状ポール4の平坦面4a、4bに接触し、放熱基板2a、2bはねじ5a、5bによって固定される。尚、この平板状ポール4の厚さは均一である。従って、半導体発光素子パッケージ1a、1bから放熱基板2a、2bを介して平板状ポール4までの距離は実質的に小さくなる。また、放熱基板2a、2b、ヒートシンク3a、3bと平板状ポール4との間には、熱抵抗を低減するために、グリス、熱伝導性接着剤等の熱伝導部材(TIM)(図示せず)を介在させる。   1, 2, and 3, the semiconductor light emitting device packages 1 a and 1 b are mounted on the heat dissipation substrates 2 a and 2 b. The entire surface of the heat radiating boards 2a and 2b is in contact with the flat surfaces 4a and 4b of the flanged flat pole 4 as a valve body together with the heat sinks 3a and 3b, and the heat radiating boards 2a and 2b are fixed by screws 5a and 5b. The flat pole 4 has a uniform thickness. Therefore, the distance from the semiconductor light emitting device packages 1a and 1b to the flat pole 4 via the heat dissipation substrates 2a and 2b is substantially reduced. Further, between the heat radiating substrates 2a and 2b, the heat sinks 3a and 3b, and the flat pole 4, a thermal conductive member (TIM) (not shown) such as grease or a thermal conductive adhesive is used to reduce thermal resistance. ).

半導体発光素子パッケージ1a、1bは白色光源でたとえば2つの青色LED素子11a、12a;11b、12b及び青色光の一部を黄色光に波長変換するイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)酸化物系蛍光体層13a;13bよりなる。尚、LED素子の代りに、レーザダイオード(LD)素子を用いることもできる。   The semiconductor light emitting device packages 1a and 1b are white light sources, for example, two blue LED devices 11a and 12a; 11b and 12b, and a yttrium aluminum garnet (YAG) oxide phosphor that converts part of the blue light into yellow light. It consists of layers 13a; 13b. A laser diode (LD) element can be used in place of the LED element.

放熱基板2a、2bは半導体発光素子パッケージ1a、1bのプリント配線板の作用を有し、高熱伝導性及び高放熱性を有する銅コアを圧入した両面ガラスエポキシ基板いわゆる銅インレイ基板よりなる。つまり、各放熱基板2a、2bは、FR−4層21、FR−4層21を貫通した銅コア22及び配線層としての銅箔23よりなる。これにより、放熱基板2a、2b自体の熱抵抗は小さくなる。この場合、半導体発光素子パッケージ1a、1bは、特にLED素子11a、12a;11b、12bが銅コア22に対向するように、実装される。これにより、半導体発光素子パッケージ1a、1bから銅コア22を介して平板状ポール4への距離を実質的に小さくして熱伝導効果を増進する。尚、銅インレイ基板は銅以外の金属を圧入させた金属インレイ基板でもよい。また、放熱基板2a、2bはセラミック基板でもよく、また、薄くても放熱性能が高く熱伝導率の大きいアルミニウム合金、銅のベースメタルよりなる金属ベース基板でもよい。   The heat radiating substrates 2a and 2b have a function of a printed wiring board of the semiconductor light emitting device packages 1a and 1b, and are made of a double-sided glass epoxy substrate so-called a copper inlay substrate into which a copper core having high thermal conductivity and high heat radiating properties is press-fitted. That is, each heat dissipation board 2a, 2b consists of the copper core 22 which penetrated FR-4 layer 21, FR-4 layer 21, and copper foil 23 as a wiring layer. As a result, the thermal resistance of the heat dissipation boards 2a and 2b itself is reduced. In this case, the semiconductor light emitting device packages 1 a and 1 b are mounted such that the LED devices 11 a and 12 a; 11 b and 12 b are opposed to the copper core 22. As a result, the distance from the semiconductor light emitting device packages 1a, 1b to the flat pole 4 via the copper core 22 is substantially reduced to enhance the heat conduction effect. The copper inlay substrate may be a metal inlay substrate into which a metal other than copper is press-fitted. Further, the heat dissipation substrates 2a and 2b may be ceramic substrates, or may be a metal base substrate made of an aluminum alloy or copper base metal that is thin but has high heat dissipation performance and high thermal conductivity.

このように、放熱基板2a、2b自体の熱抵抗の低下と共に、放熱基板2a、2bの一面の全体を厚さが均等の平板状ポール4の平坦面4a、4bに接触させることにより半導体発光素子パッケージ1a、1bから平板状ポール4までの距離が実質的に小さくなるので、半導体発光素子パッケージ1a、1bから平板状ポール4のフランジ4cまでの熱抵抗を小さくでき、この結果、高出力の半導体発光素子パッケージ1a、1bの場合でも放熱性能を向上させることができる。   As described above, by reducing the thermal resistance of the heat dissipation substrates 2a and 2b themselves, the entire surface of the heat dissipation substrates 2a and 2b is brought into contact with the flat surfaces 4a and 4b of the flat pole 4 having the same thickness. Since the distance from the package 1a, 1b to the flat pole 4 is substantially reduced, the thermal resistance from the semiconductor light emitting device package 1a, 1b to the flange 4c of the flat pole 4 can be reduced. As a result, a high output semiconductor Even in the case of the light emitting element packages 1a and 1b, the heat dissipation performance can be improved.

ヒートシンク3a、3bは、平板状ポール4を挟むために、対称な分割形状をなしている。また、ヒートシンク3a、3bの内側には、放熱基板2a、2bを収容するための凹部31が形成され、さらに、半導体発光素子パッケージ1a、1bを露出するために、凹部31に開口部32が形成されている。他方、ヒートシンク3a、3bの外側には、半円形フィン33が形成されている。半円形フィン33は自然対流の流れに沿って平行に設けられており、従って、ヒートシンク3a、3bの放熱性能を十分発揮できる。尚、半円形フィン33は照明装置に必要な光束、光度、配光特性を考慮して設計されるが、半円形フィン33は放熱性能を高める一方、光取出し効果を低下させる。このため、半導体発光素子パッケージ1a、1b近傍の半円形フィン33のサイズをフランジ4c近傍の半円形フィン33のサイズより小さくすることで光取出し効果を低減することなく放熱性能を高める。ヒートシンク3a、3bはたとえば高熱伝導性のアルミニウム合金よりなり、表面の放射率を高めるために、黒マルマイト処理、塗装等がヒートシンク3a、3bの表面に施されている。特に、ヒートシンク3a、3bの表面処理は可視光領域において光を吸収することになり、従って、配光制御の妨げとならない。   The heat sinks 3a and 3b are symmetrically divided so as to sandwich the flat pole 4 therebetween. A recess 31 for accommodating the heat dissipation substrates 2a and 2b is formed inside the heat sinks 3a and 3b, and an opening 32 is formed in the recess 31 to expose the semiconductor light emitting device packages 1a and 1b. Has been. On the other hand, semicircular fins 33 are formed outside the heat sinks 3a and 3b. The semicircular fins 33 are provided in parallel along the flow of natural convection, so that the heat dissipation performance of the heat sinks 3a and 3b can be sufficiently exhibited. The semicircular fins 33 are designed in consideration of the light flux, luminous intensity, and light distribution characteristics necessary for the lighting device. However, the semicircular fins 33 improve the heat dissipation performance while reducing the light extraction effect. For this reason, by reducing the size of the semicircular fins 33 in the vicinity of the semiconductor light emitting device packages 1a and 1b to be smaller than the size of the semicircular fins 33 in the vicinity of the flange 4c, the heat radiation performance is improved without reducing the light extraction effect. The heat sinks 3a and 3b are made of, for example, a high thermal conductivity aluminum alloy, and black marmite treatment, coating, or the like is applied to the surfaces of the heat sinks 3a and 3b in order to increase the emissivity of the surface. In particular, the surface treatment of the heat sinks 3a and 3b absorbs light in the visible light region, and therefore does not hinder light distribution control.

このように、ヒートシンク3a、3bを厚さが均等の平板状ポール4の平坦面4a、4b及びフランジ4cに接触させることにより接触面積が大きくなり、高出力の半導体発光素子パッケージ1a、1bから平板状ポール4を介してヒートシンク3a、3bへの放熱性能が向上する。   Thus, the contact area is increased by bringing the heat sinks 3a and 3b into contact with the flat surfaces 4a and 4b and the flange 4c of the flat plate pole 4 having the same thickness, and the flat plate can be formed from the high-power semiconductor light emitting device packages 1a and 1b. The heat radiation performance to the heat sinks 3a and 3b through the pole 4 is improved.

平板状ポール4は、半導体発光素子パッケージ1a、1b間の距離を小さくするために、薄くても放熱性能が高い銅等の金属もしくはアルミニウム合金等の合金よりなる。また、平板状ポール4の平坦面4a、4bは、接触熱抵抗を小さくするために、素地の平滑面もしくは鏡面仕上の平滑面とする。   The flat pole 4 is made of a metal such as copper or an alloy such as an aluminum alloy that has a high heat dissipation performance even though it is thin in order to reduce the distance between the semiconductor light emitting device packages 1a and 1b. Further, the flat surfaces 4a and 4b of the flat pole 4 are formed as a smooth surface or a mirror-finished smooth surface in order to reduce the contact thermal resistance.

平板状ポール4のフランジ4cには照明装置の外部ヒートシンク6がねじ(図示せず)によって取付けられる。このとき、外部ヒートシンク6が平板状ポール4のフランジ4cの面内で回転可能とされている。また、半導体発光素子バルブが前照灯等のハウジングに装着されたときに防水構造とするために、平板状ポール4のフランジ4cにOリング(図示せず)を設ける。尚、外部ヒートシンク6は従来のハロゲンバルブ、HIDバルブのソケットサイズより大きくなっている。   An external heat sink 6 of the lighting device is attached to the flange 4c of the flat pole 4 by screws (not shown). At this time, the external heat sink 6 is rotatable in the plane of the flange 4 c of the flat pole 4. Further, an O-ring (not shown) is provided on the flange 4c of the flat pole 4 in order to provide a waterproof structure when the semiconductor light emitting element bulb is mounted on a housing such as a headlamp. The external heat sink 6 is larger than the socket size of the conventional halogen bulb and HID bulb.

外部ヒートシンク6には、プレートフィン61が形成されている。プレートフィン61は自然対流の流れに沿って平行に設けられており、従って、外部ヒートシンク6の放熱性能を十分発揮できる。外部ヒートシンク6はたとえば高熱伝導性のアルミニウム合金よりなり、表面の放射率を高めるために、黒マルマイト処理、塗装等が外部ヒートシンク6の表面に施されている。このとき、平板状ポール4のフランジ4cと外部ヒートシンク6との間には、熱抵抗を低減するために、グリス、熱伝導性接着剤等の熱伝導部材(TIM)(図示せず)を介在させる。   Plate fins 61 are formed on the external heat sink 6. The plate fins 61 are provided in parallel along the flow of natural convection, so that the heat dissipation performance of the external heat sink 6 can be sufficiently exhibited. The external heat sink 6 is made of, for example, a high thermal conductivity aluminum alloy, and the surface of the external heat sink 6 is subjected to black malmite treatment, coating, or the like in order to increase the surface emissivity. At this time, a heat conductive member (TIM) (not shown) such as grease or a heat conductive adhesive is interposed between the flange 4c of the flat pole 4 and the external heat sink 6 in order to reduce thermal resistance. Let

図4は本発明に係る半導体発光素子バルブの第2の実施の形態を示す斜視図である。尚、図4においては、フランジ4cは図示省略してある。   FIG. 4 is a perspective view showing a second embodiment of the semiconductor light emitting element bulb according to the present invention. In FIG. 4, the flange 4c is not shown.

図4においては、図1〜図3のヒートシンク3a、3bの代りに、ヒートシンク3a’、3b’を設け、図1〜図2の外部ヒートシンク6の代りに、外部ヒートシンク6’を設けてある。   In FIG. 4, heat sinks 3 a ′ and 3 b ′ are provided in place of the heat sinks 3 a and 3 b in FIGS. 1 to 3, and an external heat sink 6 ′ is provided in place of the external heat sink 6 in FIGS. 1 to 2.

ヒートシンク3a’、3b’においては、放熱基板3a、3bより前方側の半円形フィンを削除することにより放熱性能を少し抑制しつつ光取り出し効率の向上を優先させる。   In the heat sinks 3 a ′ and 3 b ′, priority is given to improving the light extraction efficiency while suppressing heat dissipation performance a little by deleting the semicircular fins on the front side of the heat dissipation boards 3 a and 3 b.

また、外部ヒートシンク6’においては、図1、図2のプレートフィン61の代りに、ピンフィン61’を設けてある。プレートフィン61の場合は自然対流に対して平行のときに最高の放熱性能を発揮するが、図5の(A)に示すごとく、プレートフィン61が自然対流に対して斜めになると放熱性能が低下し、さらに自然対流に対して垂直になると放熱性能が約30%程度低下する。これに対し、ピンフィン61’の場合には、図5の(B)に示すごとく、自然対流に対してピンフィン61’が斜めになっても放熱性能は低下しない。つまり、外部ヒートシンク6’はいかなる回転取付位置でも最高の放熱性能を発揮できる。さらに、ピンフィン61’の外部ヒートシンク6’はプレートフィン61の外部ヒートシンク6に比較して約30%の軽量化も図れる。   Further, in the external heat sink 6 ', pin fins 61' are provided instead of the plate fins 61 shown in FIGS. In the case of the plate fin 61, the best heat dissipation performance is exhibited when parallel to the natural convection, but as shown in FIG. 5A, the heat dissipation performance decreases when the plate fin 61 is inclined with respect to the natural convection. However, when it becomes perpendicular to natural convection, the heat dissipation performance is reduced by about 30%. On the other hand, in the case of the pin fin 61 ′, as shown in FIG. 5B, even if the pin fin 61 ′ is inclined with respect to natural convection, the heat dissipation performance does not deteriorate. That is, the external heat sink 6 'can exhibit the best heat dissipation performance at any rotational mounting position. Further, the external heat sink 6 ′ of the pin fin 61 ′ can be reduced by about 30% compared to the external heat sink 6 of the plate fin 61.

図6は図1の外部ヒートシンク6に対するバルブ本体としての平板状ポール4の取付位置と半導体発光素子パッケージ1a、1bの温度との関係を示す表である。   FIG. 6 is a table showing the relationship between the mounting position of the flat pole 4 as the valve body with respect to the external heat sink 6 of FIG. 1 and the temperatures of the semiconductor light emitting device packages 1a and 1b.

図6に示すように、平板状ポール4を外部ヒートシンク6の上側位置に取付けた場合が平板状ポール4を外部ヒートシンク6の中心位置もしくは下側位置に取付けた場合に比較して半導体発光素子パッケージ1a、1bの温度は0.3℃程度低くなることが分かる。これは自然対流による平板状ポール4の熱の流れ場と外部ヒートシンク6の熱の流れ場とが双方の上部で発達し易いからである。つまり、平板状ポール4の上部と外部ヒートシンク6の上部とを近づけて自然対流の効果を高め合うことができ、結果として、放熱性能を向上できる。尚、同様に、図4の外部ヒートシンク6’に対するバルブ本体としての平板状ポール4の取付位置についても、平板状ポール4を外部ヒートシンク6’の上側位置に取付けるのが好ましい。   As shown in FIG. 6, when the flat pole 4 is attached to the upper position of the external heat sink 6, the semiconductor light emitting device package is compared with the case where the flat pole 4 is attached to the center position or the lower position of the external heat sink 6. It can be seen that the temperatures of 1a and 1b are lowered by about 0.3 ° C. This is because the heat flow field of the flat pole 4 due to natural convection and the heat flow field of the external heat sink 6 are likely to develop on both sides. That is, the upper part of the flat pole 4 and the upper part of the external heat sink 6 can be brought close to each other to enhance the effect of natural convection, and as a result, the heat dissipation performance can be improved. Similarly, with respect to the mounting position of the flat pole 4 as the valve body with respect to the external heat sink 6 ′ of FIG. 4, it is preferable that the flat pole 4 is mounted on the upper position of the external heat sink 6 ′.

図7は図1の半導体発光素子バルブを装着したリフレクタ型照明装置を示す斜視図である。   FIG. 7 is a perspective view showing a reflector type illumination device equipped with the semiconductor light emitting element bulb of FIG.

図7において、図1の半導体発光素子バルブを覆うようにリフレクタ7が設けられている。リフレクタ7は半導体発光素子バルブからの出射光を所定方向に投影する投影光学ユニットを構成する。このリフレクタ7は樹脂素材にAl等の反射層を形成した放物面体をなしている。この場合、半導体発光素子パッケージ1a、1bはリフレクタ7の外側から見えない位置に設けられており、これにより、半導体発光素子パッケージ1a、1bからの直射光によるグレアを低減する。   In FIG. 7, a reflector 7 is provided so as to cover the semiconductor light emitting element bulb of FIG. The reflector 7 constitutes a projection optical unit that projects light emitted from the semiconductor light emitting element bulb in a predetermined direction. The reflector 7 is a paraboloid in which a reflective layer such as Al is formed on a resin material. In this case, the semiconductor light emitting element packages 1a and 1b are provided at positions that cannot be seen from the outside of the reflector 7, thereby reducing glare due to direct light from the semiconductor light emitting element packages 1a and 1b.

尚、図4の半導体発光素子バルブを装着した照明装置においては、半導体発光素子パッケージ1a、1bがリフレクタの外側から見えるので、グレアが生じ易いものの光取り出し効率を向上できる。   In the illumination device equipped with the semiconductor light emitting element bulb of FIG. 4, since the semiconductor light emitting element packages 1a and 1b can be seen from the outside of the reflector, the light extraction efficiency can be improved although glare is likely to occur.

さらに、図1、図4の半導体発光素子バルブは、図7に示すリフレクタ型照明装置以外に、他の照明装置、たとえばプロジェクタ型照明装置、直射投影型照明装置等にも装着できる。   Further, the semiconductor light emitting element bulb of FIGS. 1 and 4 can be mounted on other illumination devices such as a projector illumination device, a direct projection illumination device, etc. in addition to the reflector illumination device shown in FIG.

尚、本発明は上述の実施の形態の自明の範囲内のいかなる変更にも適用し得る。   The present invention can be applied to any modifications within the obvious range of the above-described embodiment.

本発明に係る照明装置は、車両用灯具、たとえば前照灯、フォグランプ、昼間走行ランプ(DRL)、及びストロボ、その他一般照明装置に利用できる。   The lighting device according to the present invention can be used for a vehicular lamp, for example, a headlamp, a fog lamp, a daytime running lamp (DRL), a strobe, and other general lighting devices.

1a、1b:半導体発光素子パッケージ
2a、2b:放熱基板
21:FR−4層
22:絶縁層
23:銅コア
3a、3b;3a’、3b’:ヒートシンク(第1、第2のヒートシンク)
31:凹部
32:開口部
33:半円形フィン
4:平板状ポール(バルブ本体)
4a、4b:平坦面
4c:フランジ
5a、5b:ねじ
6、6’:外部ヒートシンク(第3のヒートシンク)
61:プレートフィン
61’:ピンフィン
7:リフレクタ
101a、101b:LEDパッケージ
102:放熱基板
1021:基材
1022:絶縁層
1023:配線パターン層
1023a:貫通孔
1024:保護層
103:ねじ
104:バルブ本体
105:ワイヤ
1a, 1b: Semiconductor light emitting device package 2a, 2b: Heat dissipation substrate 21: FR-4 layer 22: Insulating layer 23: Copper cores 3a, 3b; 3a ′, 3b ′: Heat sinks (first and second heat sinks)
31: Recess 32: Opening 33: Semi-circular fin 4: Flat pole (valve body)
4a, 4b: flat surface 4c: flange 5a, 5b: screw 6, 6 ': external heat sink (third heat sink)
61: Plate fin 61 ': Pin fin 7: Reflector 101a, 101b: LED package 102: Heat dissipation substrate 1021: Base material 1022: Insulating layer 1023: Wiring pattern layer 1023a: Through hole 1024: Protective layer 103: Screw 104: Valve body 105 : Wire

Claims (10)

第1、第2の半導体発光素子パッケージと、
前記各第1、第2の半導体発光素子パッケージが実装された第1、第2の放熱基板と、
前記各第1、第2の放熱基板の一面の全体が接触した第1、第2の平坦面を有する平板状ポールと
を具備し、
前記各第1、第2の半導体発光素子パッケージは前記第1、第2の放熱基板を介して前記平板状ポールに対向している半導体発光素子バルブ。
First and second semiconductor light emitting device packages;
First and second heat dissipation substrates on which the first and second semiconductor light emitting device packages are mounted;
A flat pole having first and second flat surfaces that are in contact with the entire surface of each of the first and second heat dissipation substrates;
Each said 1st, 2nd semiconductor light-emitting device package is a semiconductor light-emitting device valve | bulb which has opposed the said flat pole via the said 1st, 2nd heat dissipation board | substrate.
前記各第1、第2の放熱基板は第1、第2の金属インレイ基板を具備し、
前記各第1、第2の半導体発光素子パッケージは前記第1、第2の金属インレイ基板の金属コアに対向して実装された請求項1に記載の半導体発光素子バルブ。
Each of the first and second heat dissipation substrates includes first and second metal inlay substrates,
2. The semiconductor light emitting device bulb according to claim 1, wherein each of the first and second semiconductor light emitting device packages is mounted to face a metal core of the first and second metal inlay substrates.
さらに、前記平板状ポールの前記各第1、第2の平坦面に取付けられた第1、第2のヒートシンクを具備し、
前記各第1、第2の放熱基板は前記第1、第2のヒートシンクの第1、第2の凹部に収容され、
前記各第1、第2の半導体発光素子パッケージは前記第1、第2のヒートシンクの第1、第2の凹部に設けられた第1、第2の開口部で露出した請求項1に記載の半導体発光素子バルブ。
Furthermore, it comprises first and second heat sinks attached to the first and second flat surfaces of the flat pole,
Each of the first and second heat dissipation substrates is housed in the first and second recesses of the first and second heat sinks,
2. The first and second semiconductor light emitting device packages according to claim 1, wherein the first and second semiconductor light emitting device packages are exposed through first and second openings provided in first and second recesses of the first and second heat sinks, respectively. Semiconductor light emitting element bulb.
前記各第1、第2のヒートシンクは、少なくとも前記第1、第2の半導体発光素子パッケージと前記平板状ポールのフランジとの間に設けられ、自然対流に対して平行に設けられた半円形フィンを具備する請求項3に記載の半導体発光素子バルブ。   Each of the first and second heat sinks is provided between at least the first and second semiconductor light emitting device packages and the flange of the flat pole, and is a semicircular fin provided in parallel to natural convection. The semiconductor light-emitting element bulb according to claim 3 comprising: 前記第1、第2の半導体発光素子パッケージ近傍の前記半円形フィンのサイズを前記平板状ポールのフランジ近傍の前記半円形フィンのサイズより小さくした請求項4に記載の半導体発光素子バルブ。   5. The semiconductor light emitting element bulb according to claim 4, wherein a size of the semicircular fin in the vicinity of the first and second semiconductor light emitting element packages is smaller than a size of the semicircular fin in the vicinity of the flange of the flat pole. さらに、前記平板状ポールのフランジに取付けられた第3のヒートシンクを具備する請求項1に記載の半導体発光素子バルブ。   The semiconductor light-emitting element valve according to claim 1, further comprising a third heat sink attached to a flange of the flat pole. 前記第3のヒートシンクは自然対流に平行なプレートフィンを有する請求項6に記載の半導体発光素子バルブ。   The semiconductor light-emitting element bulb according to claim 6, wherein the third heat sink has plate fins parallel to natural convection. 前記第3のヒートシンクはピンフィンを有する請求項6に記載の半導体発光素子バルブ。   The semiconductor light-emitting element bulb according to claim 6, wherein the third heat sink has a pin fin. 前記平板状ポールのフランジは前記第3のヒートシンクの上部に取付けられた請求項6に記載の半導体発光素子バルブ。   The semiconductor light-emitting element bulb according to claim 6, wherein a flange of the flat pole is attached to an upper part of the third heat sink. 請求項1〜9のいずれかに記載の半導体発光素子バルブと、
前記半導体発光素子バルブを装着し、該半導体発光素子バルブの出射光を所定方向に投影する投影光学ユニットと
を具備する照明装置。
A semiconductor light-emitting element bulb according to any one of claims 1 to 9,
An illumination apparatus comprising: a projection optical unit that is mounted with the semiconductor light emitting element bulb and projects light emitted from the semiconductor light emitting element bulb in a predetermined direction.
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