JP2006237071A - 発光素子およびこれを用いた表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 発光光が電極やワイヤによって遮られることなく、より多くの発光光を発することのできる発光素子およびこれを用いた表示装置を提供する。
【解決手段】 本発明に係るLEDチップ1aは、絶縁性基板11a上のn型半導体層121aは、その外周部の厚みが中央部と比較して薄くなるよう段差が設けられており、その中央部においてのみ発光層122a及びp型半導体層123aが積層されている。n型半導体層121aの外周部上には、透光性の負極電極パッド13aが、p型半導体層123aの上面には、全体を覆うように透光性の正極電極パッド14aが積層され、各電極パッドは更に透明電極に接続する。
【選択図】 図1
【解決手段】 本発明に係るLEDチップ1aは、絶縁性基板11a上のn型半導体層121aは、その外周部の厚みが中央部と比較して薄くなるよう段差が設けられており、その中央部においてのみ発光層122a及びp型半導体層123aが積層されている。n型半導体層121aの外周部上には、透光性の負極電極パッド13aが、p型半導体層123aの上面には、全体を覆うように透光性の正極電極パッド14aが積層され、各電極パッドは更に透明電極に接続する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、発光素子およびこれを用いた表示装置に関し、特に、発光光が電極やワイヤによって遮られることなく、より多くの発光光を発することのできる発光素子およびこれを用いた表示装置に関する。
近年、LED(Light-Emitting Diode:発光ダイオード)素子の実用化が進み、様々な用途でLEDが利用されている。LEDは、従来の光源である白熱灯や蛍光灯と比較して、省電力性、低発熱性、長寿命性、省スペース性等に優れており、近年の技術傾向に見られる製品の小型化や環境適合性に適した光源となる。
LEDチップの基本的な構造としては、大きく分けて2つのタイプがある。一方は、図9に示すような絶縁性の基板上に半導体層を積層させた構造(例えば、特許文献1参照)であって、正極負極の両電極が基板に対向する面上に配置されているものである。他方は、図10に示すような導電性の基板上に半導体層を積層させた構造(例えば、特許文献2参照)であって、正極電極のみが基板に対向する面上に配置されているものである。
図9(a)においては、半導体チップ100aは、絶縁性基板101aの上にn型半導体層102a、発光層103a、p型半導体層104aが積層されており、発光層103a及びp型半導体層104aはその一部が欠切されてn型半導体層102aの表面の一部が露呈している。その露呈した部分に負極電極105aが、p型半導体層104aの表面には正極電極106aがそれぞれ設けられている。
このような構造のLEDチップ100aは、図9(b)に示すように、基板107に設置され、負極電極105a及び正極電極106aは、それぞれワイヤ108を介して配線パターン109に接続される。
また、図10(a)においては、LEDチップ100bは、導電性基板101bの上にn型半導体層102b、発光層103b、p型半導体層104bが積層している。導電性基板101bのn型半導体層102bに対向する面側には負極電極パッド105bが、p型半導体層104bの表面には正極電極106bがそれぞれ設けられている。
このような構造のLEDチップ100bは、図10(b)に示すように、基板107に設置され、負極電極パッド105bは直接、正極電極106bはワイヤ108を介して、それぞれ配線パターン109に接続される。
LEDチップに関しては、上記のような基本的な構造を有しつつ、更なる高性能化を目指して、様々な改良、開発がなされている。
また、図10に示すタイプのLEDチップを格子状に並べた状態で、2枚のガラス基板の間に挟み、両方のガラス基板上に形成された配線と電気的に接続された表示装置が提案されている(例えば、特許文献3参照。)。
特開平9−298313号公報
特開2004−31945号公報
特開平8−18105号公報
また、図10に示すタイプのLEDチップを格子状に並べた状態で、2枚のガラス基板の間に挟み、両方のガラス基板上に形成された配線と電気的に接続された表示装置が提案されている(例えば、特許文献3参照。)。
しかしながら、図9及び図10に見られるLEDチップはいずれも、発光面となるLEDチップ上面に電極やワイヤが位置するため、発光光の一部が遮られてしまう。更に、LEDチップの小型化が更に進行すると、発光面の面積は減少するにもかかわらず、電極やワイヤのサイズを比例して縮小することはできず、より小型化されたLEDチップにおいては、相対的に電極やワイヤが大きくなってしまい、より多くの割合で発光光が遮られることとなる。また、上記したLEDチップからなる表示装置では、LEDチップの発光両側がハンダを介してガラス基板上の配線と接続しているため、ハンダの部分で発光光が遮られてしまう。
従って、本発明の目的は、発光光が電極やワイヤによって遮られることなく、より多くの発光光を発することのできる発光素子およびこれを用いた表示装置を提供することにある。
本発明は、上記の目的を達成するため、絶縁性基板の一方の主面上に半導体層が形成された発光素子において、前記半導体層上に第1および第2の電極を有し、前記第1および前記第2の電極のうち、前記絶縁性基板に近い電極が前記絶縁性基板から遠い電極の外周を取り囲む形状であることを特徴とする発光素子を提供する。
また、本発明は、上記の目的を達成するため、導電性基板と、少なくとも前記導電性基板の一方の主面上に接する第1の導電層と、前記一方の主面から最も離れた層が前記第1の導電層と異なる導電型の第2の導電層を有する半導体層と、前記第2の導電層上に形成された第2の導電性電極を有することを特徴とする発光素子を提供する。
また、本発明は、上記の目的を達成するため、絶縁性基板の一方の主面上に半導体層が形成され、前記半導体層上に第1および第2の電極を有し、前記第1および前記第2の電極のうち、前記絶縁性基板に近い電極が前記絶縁性基板から遠い電極の外周を取り囲む形状の発光素子を光源とする表示装置を提供する。
本発明によれば、発光層より発せられた発光光が電極等に遮られることがないので、発光素子およびこれを用いた表示装置の発光効率を向上させることができる。
[LEDチップの構成]
図1は、本発明に係るLEDチップであり、(a)は基板に絶縁性材料を使用した場合における上方平面図と断面図を、(b)は基板に導電性材料を使用した場合における上方平面図と断面図を示している。
図1は、本発明に係るLEDチップであり、(a)は基板に絶縁性材料を使用した場合における上方平面図と断面図を、(b)は基板に導電性材料を使用した場合における上方平面図と断面図を示している。
図1(a)においては、絶縁性基板11a上に半導体層12aが設けられており、半導体層12aは、絶縁性基板11a側から順に、n型半導体層121a、発光層122a、p型半導体層123aが形成されている。更に、n型半導体層121aは、その外周部の厚みは中央部と比較して薄くなるよう段差が設けられており、その中央部に発光層122aが積層されている。n型半導体層121aの外周部上には、負極電極パッド13aが設けられている。また、p型半導体層123aの上面には、全体を覆うように正極電極パッド14aが積層されている。
絶縁性基板11aは、半導体層生成の際の下地基板として、及び半導体層12aの強度維持のために用いられ、具体的にはサファイア基板が用いられる。
半導体層12aは、電圧の印加により目的の色の光を発光するものであり、n型半導体層121a、発光層122a及びp型半導体層123aが積層されることにより成る。
負極電極パッド13aは、n型半導体層121aに対して電気的な接続を行うために用いられる。n型半導体層121aの外周部に沿って設けることにより、1点による接続よりも断線のおそれが少なく、また、n型半導体層121a全体に均一に電流が行き渡ることになり、電流拡散量が増加することで抵抗損失が減少し、発光効率を増加することができる。
正極電極パッド14aは、p型半導体層123aに対して電気的な接続を行うために用いられる。p型半導体層123aの上面を覆うように設けることにより、p型半導体層123a全体に均一に電流が行き渡る。また、正極電極パッド14aには透光性の素材が用いられる。これにより、発光層122aにおいて発せられた発光光が遮られることなく上方に照射される。負極電極パッド13a及び正極電極パッド14aの素材には、例えば、ITO(Indium Tin 0xide)が使用される
一方、図1(b)においては、導電性基板11b上に半導体層12bが設けられており、半導体層12bは、導電性基板11b側から順に、n型半導体層121b、発光層122b、p型半導体層123bが形成されている。また、導電性基板11bの半導体層12bに対向する面には、全体を覆うように負極電極パッド13bが設けられている。更に、p型半導体層123bの上面には、全体を覆うように正極電極パッド14bが積層されている。
導電性基板11bは、半導体層12bの強度維持のために用いられる。導電性基板11bが透光性の材料からなる場合には、負極電極パッド13bもまた透光性材料により構成される。これにより発光層122bより発せられた発光光はLEDチップ1bの両面に発することが可能となる。また、その他の各部の用途は、導電性基板11aを用いたLEDチップ1aの例に共通する。
次に、図1におけるLEDチップをガラス基板に搭載した場合の搭載例を説明する。
[第1の実施の形態]
図2は、本発明に係る半導体チップのうち、絶縁性基板を用いたタイプである半導体チップ1aをガラス基板に搭載した第1の実施の形態を示す概略図である。(a)は、第1の実施の形態における上方平面図、(b)は(a)のA−A切断面における側方断面図である。
図2は、本発明に係る半導体チップのうち、絶縁性基板を用いたタイプである半導体チップ1aをガラス基板に搭載した第1の実施の形態を示す概略図である。(a)は、第1の実施の形態における上方平面図、(b)は(a)のA−A切断面における側方断面図である。
図2に示す第1の実施の形態においては、LEDチップ1aには、ガラス側負極電極15a及びガラス側正極電極16aが接続しており、ガラス側負極電極15a及びガラス側正極電極16aのそれぞれがガラス基板17aの下面に貼付されることで、LEDチップ1aがガラス基板17aに固定されている。そして、ガラス側負極電極15a及びガラス側正極電極16aは、共にガラス基板に対してLEDチップ1aの設けられる側に位置することになる。
図3は、図2(a)及び(b)に示す第1の実施の形態に係る詳細な構成を示す部分拡大図であり、(a)は上方平面図、(b)は(a)のA−A切断面における側方断面図、(c)は(a)のB−B切断面における側方断面図である。尚、図3(a)においては、ガラス基板17aはその記載を省略する。
ガラス側負極電極15aは、矩形状の一辺が凹形状に欠切された形状より成り、ガラス側正極電極16aは、矩形状の一辺が凸形状を有する形状より成り、互いに接触しないように該凹形状の部分と該凸形状の部分とが噛み合うように配置されている。また、ガラス側負極電極15a及びガラス側正極電極16aの形状は、共にシート状であり、その一方の面がガラス基板17aに貼付するように配置される。
LEDチップ1aは、正極電極パッド14aがガラス側正極電極16aの凸形状の部分と、負極電極パッド13aがガラス側負極電極15aの凹形状の部分とそれぞれ接し、これによりガラス側負極電極15a及びガラス側正極電極16aと電気的に接続するとともに、ガラス基板17aに固定される。このとき、負極電極パッド13a及び正極電極パッド14aの各上面部の絶縁性基板11aに対する高さは必ずとも一致しないので、ガラス側負極電極15a及びガラス側正極電極16aは、少なくともLEDチップ1aとの接触部分においては異なる厚みを有する。図3においては、負極電極パッド13a上面の高さ位置は正極電極パッド14a上面の高さ位置よりも低いので、ガラス側負極電極15aはガラス側正極電極16aよりも厚くなるよう構成されている。
ガラス側負極電極15a及びガラス側正極電極16aは、透光性の材料により構成される。これにより、LEDチップ1aの発光面に位置する電極が発光光を遮ることがなくなり、発光効率を向上することができる。また、更なる発光装置の小型化がなされても、発光効率が悪化することがない。尚、ガラス基板17aについても、透光性の素材を用いた基板であれば、その素材はガラスに限るものではない。
このような接続構造は、例えば、ITOにより上記の電極パッド13a、14a、および電極15a、16aを形成する場合、ガラス基板の電極15a、16aおよびLEDチップの電極13a、14aを2-00℃で仮焼結した後、正極電極15a、13aおよび負極電極16a、14aが接触するように圧力をかけた状態で、700℃で本焼結することにより形成される。また、図1に示すLEDチップ1aにおいて、LEDチップの電極13a、14aを形成せずに、仮焼結したガラス基板の電極16a、15aと直接、LEDチップのp型およびn型半導体層123a、121aに接触するように圧力をかけた状態で、700℃で本焼結して形成しても良い。
また、全て薄膜状の部材を用いて電気的接続を構成することにより、発光装置の厚みを抑えることができるので、横方向のみならず高さ方向に関しても省スペース化が可能となる。
[第2の実施の形態]
図4は、本発明に係る半導体チップのうち、絶縁性基板を用いたタイプである半導体チップ1aをガラス基板に搭載した第2の実施の形態を示す概略図であり、(a)は上方平面図、(b)は(a)のA−A切断面における側方断面図である。
図4は、本発明に係る半導体チップのうち、絶縁性基板を用いたタイプである半導体チップ1aをガラス基板に搭載した第2の実施の形態を示す概略図であり、(a)は上方平面図、(b)は(a)のA−A切断面における側方断面図である。
図4に示す第2の実施の形態においては、LEDチップ1aには、ガラス基板17aと同一面側に位置するガラス側負極電極15aとは直接に接続し、ガラス基板17aと反対面側に位置するガラス側正極電極16aとはガラス基板17aを貫通する通電配線18aを介して接続しており、LEDチップ1aの上面がガラス基板17aの下面に貼付されることで、LEDチップ1aがガラス基板17aに固定されている。
図5は、図4(a)及び(b)に示す第2の実施の形態に係る詳細な構成を示す部分拡大図であり、(a)は上方平面図、(b)は(a)のA−A切断面における側方断面図、(c)は(a)のB−B切断面における側方断面図である。尚、図5(a)においては、ガラス基板17aはその記載を省略する。
ガラス側負極電極15aは、矩形状の一辺が凹形状に欠切された形状より成り、ガラス側正極電極16aは、略矩形状より成り、互いにガラス基板17aの反対面に位置するように配置されている。また、ガラス側負極電極15a及びガラス側正極電極16aの形状は、共にシート状であり、その一方の面がガラス基板17aに貼付するように配置される。
ガラス基板17aはその略中央部に、一方の面から反対の面にかけて貫通する孔を有しており、該孔内には通電配線18aが設けられている。
LEDチップ1aは、正極電極パッド14aが通電配線18aと、負極電極パッド13aがガラス側負極電極15aの凹形状の部分とそれぞれ接し、これによりガラス側負極電極15a及びガラス側正極電極16aと電気的に接続するとともに、ガラス基板17aに固定される。
ガラス側負極電極15a及びガラス側正極電極16aは、第1の実施の形態と同様に、透光性の材料により構成される。これにより、LEDチップ1aの発光面に位置する電極が発光光を遮ることがなくなり、発光効率を向上することができる。また、更なる発光装置の小型化がなされても、発光効率が悪化することがない。尚、ガラス基板17aについても、透光性の素材を用いた基板であれば、その素材はガラスに限るものではない。
また、通電配線18aを除く全ての電気的接続部材を薄膜状の部材を用いて構成することにより、発光装置の厚みを抑えることができるので、横方向のみならず高さ方向に関しても省スペース化が可能となる。
[第3の実施の形態]
図6は、本発明に係る半導体チップのうち、導電性基板を用いたタイプである半導体チップ1bをガラス基板に搭載した第3の実施の形態を示す部分拡大図であり、(a)は、上方平面図、(b)は(a)のA−A切断面における側方断面図である。
図6は、本発明に係る半導体チップのうち、導電性基板を用いたタイプである半導体チップ1bをガラス基板に搭載した第3の実施の形態を示す部分拡大図であり、(a)は、上方平面図、(b)は(a)のA−A切断面における側方断面図である。
図6に示す第3の実施の形態においては、LEDチップ1bには、その両面においてガラス側負極電極15bとガラス側正極電極16bが接しており、ガラス側正極電極16bがガラス基板17bに、ガラス側負極電極15bがガラス基板18bに、それぞれ貼付されることで、LEDチップ1bがガラス基板17bと18bに挟まれるように固定されている。
ガラス基板17b側のガラス側正極電極16bと、ガラス基板18b側のガラス側負極電極15bとの間に電流を流すことにより、LEDチップ1bは発光することができる。
ここで、導電性基板11bが透光性材料より成る場合には、発光層122bの両面に発光光を遮るものが存在しないこととなるので、2枚のガラス基板とそれに挟まれたLEDチップから成る板状の光源から、両面に発光光を発する光源を得ることができる。
[第4の実施の形態]
図7は、本発明に係る半導体チップのうち、導電性基板を用いたタイプである半導体チップ1bをガラス基板に搭載した第4の実施の形態を示す概略図であり、(a)は上方平面図、(b)は(a)のA−A切断面における側方断面図である。
図7は、本発明に係る半導体チップのうち、導電性基板を用いたタイプである半導体チップ1bをガラス基板に搭載した第4の実施の形態を示す概略図であり、(a)は上方平面図、(b)は(a)のA−A切断面における側方断面図である。
第4の実施の形態においては、LEDチップ1bには、一方の面においてガラス側負極電極15bが接しており、もう一方の面がガラス基板17bに接し、ガラス側負極電極15bがガラス基板18bに貼付されることで、LEDチップ1bがガラス基板17bと18bに挟まれるように固定されている。更にガラス基板17bにはガラス側正極電極16bが接しており、LEDチップ1bの正極側電極パッド14bとガラス側正極電極16bとが電気的に接続される。ガラス側正極電極16bは、ガラス基板18b上に設けられたスペーサ19bにより固定される。
図1に示したLEDチップ1bにおいては、正極電極パッド14bは、p型半導体層123bと略同一サイズを有しているが、本実施の形態においては、正極電極パッド14bは、p型半導体層123bのサイズよりも大きく、ガラス基板17bと略同サイズを有する。これにより、スペーサ19b上に設けられたガラス側正極電極16bと接することができる。尚、正極電極パッド14bのサイズはp型半導体層123bと略同一サイズのままとし、正極電極パッド14bとガラス基板17bとの間に、ガラス基板17bと略同サイズを有する透光性の導電性薄膜を設けてもよい。
図7に示す第4の実施の形態においては、図6に示す第3の実施の形態と異なり、ガラス側負極電極15bとガラス側正極電極16bとが、同一方向に面しているので、ガラス基板18b上に配線を配置する際の設計が容易となる。
上記したいずれの実施の形態においても、LEDチップには従来のタイプの電極やワイヤを使用していないので、1つのLEDチップにおける発光面積の割合を大きく保つことができ、また、発光光を遮るものがないため、従来のLEDよりも発行効率を高めることができる。
尚、上記したいずれの実施の形態においても、正極負極の双方において、電極パッドとガラス側電極とを設けている。電極パッドとガラス側電極とは、共に透光性の導電性薄膜を素材としており、Au/Co、ITO等が用いられる。よって、本発明は必ずしも両部材を必ず用いることは必要でなく、両者が一体となった1枚のシート状の部材を用いるものであってもよい。
[第5の実施の形態]
図8は、本発明の第5の実施の形態に係る発光装置としての表示装置を示し、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A部で切断した断面図である。この第5の実施の形態では、光源として第3の実施の形態で説明したLEDチップ1bを用いた構成としている。
図8は、本発明の第5の実施の形態に係る発光装置としての表示装置を示し、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A部で切断した断面図である。この第5の実施の形態では、光源として第3の実施の形態で説明したLEDチップ1bを用いた構成としている。
この表示装置200は、Al2O3等の絶縁性材料で形成される基板201と、基板201の表面に銅箔によって所定の配線パターンを有するように形成された配線層201Aと、配線層上に実装されるLEDチップ1bと、LEDチップ1bの上面に設けられてITOからなる配線層202Aを有する透明基板202と、透明基板202の表面に設けられるマスク部材203を有し、マスク部材203は、LEDチップ1bから透明基板202を介して達する光を外部放射させるための光取出し窓203AがLEDチップ1bの配置に応じて設けられた構成を有する。
LEDチップ1bは、基板201と透明基板203との間に挟持された構成を有し、5×5個のマトックス状に複数配置されている。なお、LEDチップ1bの配置については上記した配置数に限定されず、その他の数および配列であっても良い。
配線層201A、202Aは、各LEDチップ1bに個別に給電することの可能な配線パターンを有して形成されている。
この表示装置200は、配線層201A、202Aと図示しない電源部とを接続して電力を供給することによりLEDチップ1bが発光する。ここで、表示装置200に表示したい文字、図柄等のパターンに応じてLEDチップ1bへの通電を制御することにより、所望の表示が行われる。
第5の実施の形態によると、第3の実施の形態の好ましい効果に加えて輝度に優れる表示装置200が得られる。なお、第5の実施の形態では基板201に光透過性を有しないAl2O3からなる基板201を設けた構成を説明したが、これに限定されず、光透過性を有する基板としていずれの基板側からも光取出しが可能な構成とすることもできる。
1a、1b…LEDチップ、11a…絶縁性基板、11b…導電性基板、12a、12b…半導体層、13a、13b…負極電極パッド、14a、14b…正極電極パッド、15a、15b…ガラス側負極電極、16a、16b…ガラス側正極電極、17a、17b、18b…ガラス基板、18a…通電配線、19b…スペーサ、100a、100b…LEDチップ、101a…絶縁性基板、101b…導電性基板、102a、102b…n型半導体層、103a、103b…発光層、104a、104b…p型半導体層、105a…負極電極、105b…負極電極パッド、106a、106b…正極電極、107a、107b…基板、108…ワイヤ、109…配線パターン、121a、121b…n型半導体層、122a、122b…発光層、123a、123b…p型半導体層、200…表示装置、201…基板、201A…配線層、202…透明基板、202A…配線層、203…マスク部材、203A…光取出し窓
Claims (8)
- 絶縁性基板の一方の主面上に半導体層が形成された発光素子において、
前記半導体層上に第1および第2の電極を有し、前記第1および前記第2の電極のうち、前記絶縁性基板に近い電極が前記絶縁性基板から遠い電極の外周を取り囲む形状であることを特徴とする発光素子。 - 前記絶縁性基板から遠い電極は、透光性材料で形成されている請求項1に記載の発光素子。
- 前記絶縁性基板から遠い電極は、表面全体で外部と電気的に接続されることを特徴とする請求項1または2に記載の発光素子。
- 導電性基板と、
少なくとも前記導電性基板の一方の主面上に接する第1の導電層と、前記一方の主面から最も離れた層が前記第1の導電層と異なる導電型の第2の導電層を有する半導体層と、
前記第2の導電層上に形成された第2の導電性電極を有することを特徴とする発光素子。 - 前記第2の導電性電極は、透光性材料で形成されている請求項4に記載の発光素子。
- 前記導電性基板、前記半導体層、および前記第2の電極は、略同一断面積を有する請求項4または5に記載の発光素子。
- 前記第2の導電性電極は、表面全体で外部と電気的に接続される請求項4から6のいずれか1項に記載の発光素子。
- 絶縁性基板の一方の主面上に半導体層が形成され、前記半導体層上に第1および第2の電極を有し、前記第1および前記第2の電極のうち、前記絶縁性基板に近い電極が前記絶縁性基板から遠い電極の外周を取り囲む形状の発光素子を光源とする表示装置。
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JP2005045704A JP2006237071A (ja) | 2005-02-22 | 2005-02-22 | 発光素子およびこれを用いた表示装置 |
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