JP2015041754A - 発光装置 - Google Patents

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JP2015041754A JP2013173828A JP2013173828A JP2015041754A JP 2015041754 A JP2015041754 A JP 2015041754A JP 2013173828 A JP2013173828 A JP 2013173828A JP 2013173828 A JP2013173828 A JP 2013173828A JP 2015041754 A JP2015041754 A JP 2015041754A
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浮田 康成
Yasunari Ukita
康成 浮田
小泉 洋
Hiroshi Koizumi
洋 小泉
小林 竜也
Tatsuya Kobayashi
竜也 小林
敏宏 黒木
Toshihiro Kuroki
敏宏 黒木
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Abstract

【課題】色割れを抑制することのできる発光装置を提供する。【解決手段】実施形態の発光装置は、基体と、前記基体の上に設けられた発光素子と、前記発光素子の上に設けられた透光性シートと、前記透光性シートの上に設けられ、前記発光素子の平面面積よりも平面面積が大きい蛍光体含有シートと、を備える。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、発光装置に関する。
発光素子と蛍光体とを備えた発光装置においては、基体上に発光素子を設け、発光素子上に蛍光体層を設けた構造が一般である。このような発光装置からは、発光素子から放出される光と蛍光体層から放出された光との混色光が放出される。
しかし、このような発光装置では、光が発光素子から放出する角度によってその色度が変わる所謂、色割れ現象が起きる場合がある。発光装置では、このような色割れを抑制する必要がある。
特許第4845370号公報
本発明が解決しようとする課題は、色割れを抑制することのできる発光装置を提供することである。
実施形態の発光装置は、基体と、前記基体の上に設けられた発光素子と、前記発光素子の上に設けられた透光性シートと、前記透光性シートの上に設けられ、前記発光素子の平面面積よりも平面面積が大きい蛍光体含有シートと、を備える。
図1(a)は、第1実施形態に係る発光装置の模式的側面図であり、図1(b)は、第1実施形態に係る発光装置の模式的上面図である。 図2は、第1参考例に係る発光装置の模式的側面図である。 図3は、第2参考例に係る発光装置の模式的側面図である。 図4(a)〜図4(d)は、第2参考例に係る蛍光体含有シートと発光素子の位置関係を説明するための模式的平面図である。 図5(a)および図5(b)は、第1実施形態の効果を表す図である。 図6(a)は、第2実施形態の第1例に係る発光装置の模式的側面図であり、図6(b)は、第2実施形態の第2例に係る発光装置の模式的側面図である。
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。
(第1実施形態)
図1(a)は、第1実施形態に係る発光装置の模式的側面図であり、図1(b)は、第1実施形態に係る発光装置の模式的上面図である。
図1(b)では、図1(a)に表示されたレンズ50の表示を省略している。
発光装置1は、基体10と、発光素子20と、透光性シート30と、蛍光体含有シート40と、レンズ50と、を備える。
発光素子20は、接着層25を介して、基体10の上に設けられている。基体10は、例えば、セラミック板、樹脂板、金属板等である。
発光素子20は、例えば、窒化物系半導体のLED(Light Emitting Diode)チップである。発光素子20は、例えば、青色領域(440nm〜470nm)の光を発光する。発光素子20の四隅には、p側電極20pとn側電極20nとが配置されている。p側電極20pとn側電極20nとの間に所定の大きさの電圧を印加することにより、発光素子20は主にZ方向に光を放出する。
透光性シート30は、発光素子20の上に設けられている。発光装置1においては、透光性シート30のX−Y平面における平面面積が発光素子20のX−Y平面における平面面積よりも小さくなっている。透光性シート30の厚さは、例えば、100〜150μm程度である。
透光性シート30の材料は、例えば、シリコーン系樹脂、エポキシ樹脂、メタクリル樹脂(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、環状ポリオレフィン(COP)、脂環式アクリル(OZ)、メガネ用レンズ熱硬化樹脂(ADC)、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂を含む。または、透光性シート30の材料は、酸化ケイ素(SiO)、酸化チタン(TiO)等を含んでもよい。
蛍光体含有シート40は、透光性シート30の上に設けられている。
蛍光体含有シート40は、例えば、絶縁体シートのなかに黄色の蛍光を発する材料、
Li(Eu,Sm)W
(Y,Gd),(Al,Ga)O1:Ce3+
LiSrSiO:Eu2+
(Sr(Ca,Ba))SiO:Eu2+
SrSiON2.7:Eu2+
等を含んでいる。
また、蛍光体含有シート40は、黄色系の蛍光体に限らず、例えば、赤色の蛍光を発する材料、
S:Eu
S:Eu+pigment
:Eu
Zn(PO:Mn
(Zn,Cd)S:Ag+In
(Y,Gd,Eu)BO
(Y,Gd,Eu)
YVO:Eu
LaS:Eu,Sm
LaSi:Eu2+
α−sialon:Eu2+
CaAlSiN:Eu2+
CaSiN:Eu2+
CaSiN:Ce2+
Si:Eu2+
CaAlSiN:Eu2+
(SrCa)AlSiN:EuX+
Sr(SiAl(ON):EuX+
等を含んでもよい。
また、透光性シート30にも、上記蛍光体を含有させてもよい。この場合、透光性シート30に含まれる蛍光体の濃度は、蛍光体含有シート40に含まれる蛍光体の濃度よりも低い。
蛍光体含有シート40のX−Y平面における平面面積は、発光素子20のX−Y平面における平面面積よりも大きくなっている。つまり、発光素子20の外縁20e上には、蛍光体含有シート40が位置している。換言すれば、発光素子20の外縁20e付近から放出された光は、直接的にレンズ50の表面に到達せず、蛍光体含有シート40に入射し易くなっている。
例えば、蛍光体含有シート40のX−Y平面における平面面積を「Sa」、発光素子20のX−Y平面における平面面積を「Sb」とした場合、2.5×Sb>Sa>1.25×Sbの関係が成立している。
蛍光体含有シート40から蛍光体を除いた材料は、例えば、エポキシ樹脂、メタクリル樹脂(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、環状ポリオレフィン(COP)、脂環式アクリル(OZ)、メガネ用レンズ熱硬化樹脂(ADC)、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂を含む。
レンズ50は、基体10の上に設けられ、発光素子20、接着層25、透光性シート30、および蛍光体含有シート40を覆っている。換言すれば、発光素子20、接着層25、透光性シート30、および蛍光体含有シート40は、基体10とレンズ50とによって封止されている。レンズ50は、その表面が曲面であり、さらに具体的には、例えば、半球体である。レンズ50の成分は、例えば、透光性シート30の成分と同じである。
また、発光装置1は、ボンディングワイヤ21、22をさらに備える。ボンディングワイヤ21、22のそれぞれは、例えば、金ワイヤ、アルミニウムワイヤ等である。ボンディングワイヤ21、22は、レンズ50によって封止されている。
例えば、ボンディングワイヤ21の一方の端は、発光素子20のn側電極20nに接続されている。この一方の端は、発光素子20と蛍光体含有シート40との間に位置している。ボンディングワイヤ21の他方の端は、基体10上に配置された電極11に接続されている。ボンディングワイヤ21の中で発光素子20と蛍光体含有シート40との間の部分はループ状を描いている。ボンディングワイヤ21は、発光素子20と電極11とを電気的に接続している。ボンディングワイヤ21は、蛍光体含有シート40および透光性シート30に接触していない。
また、ボンディングワイヤ22の一方の端は、発光素子20のp側電極20pに接続されている。この一方の端は、発光素子20と蛍光体含有シート40との間に位置している。ボンディングワイヤ22の他方の端は、基体10上に配置された電極12に接続されている。ボンディングワイヤ22の中で発光素子20と蛍光体含有シート40との間の部分はループ状を描いている。ボンディングワイヤ22は、発光素子20と電極12とを電気的に接続している。ボンディングワイヤ22は、蛍光体含有シート40および透光性シート30に接触していない。
例えば、蛍光体含有シート40と発光素子20との間の距離を「Ha」、発光素子20の上面20uからボンディングワイヤ21、22の上端21u、22uまでの高さを「Hb」とした場合、2×Hb>Ha>Hbの関係が成立している。つまり、発光装置1では、ボンディングワイヤ21、22の上端21u、22uが蛍光体含有シート40よりも下側に位置している。なお、蛍光体含有シート40と発光素子20との間の距離は、透光性シート30の厚さに相当している。
発光素子20から放出された1次光の一部は、蛍光体含有シート40に吸収され、1次光とは波長が異なる2次光に変換される。これにより、蛍光体含有シート40から上方においては、1次光および2次光が混色した光が得られる。1次光が青色、2次光が黄色の場合、発光装置1は、これらの光が混合した光(例えば、白色光)を発する。
なお、基体10が金属板である場合は、電極11、12と金属板との間に絶縁層が介設されている(図示しない)。
第1実施形態に係る発光装置1の効果を説明する前に参考例に係る発光装置を説明する。
図2は、第1参考例に係る発光装置の模式的側面図である。
第1参考例に係る発光装置101では、発光素子20の上に、蛍光体含有層400が設けられている。発光装置101には、透光性シート30が設けられていない。
蛍光体の供給方式としては、ポッティング(potting)方式は厚さの制御が困難で、色度調整が難しい。一方、シート方式は、一定の厚さ供給が可能である。
発光素子20からの青色光は、チップの発光面から発光するため、一般に、発光素子20の法線(矢印A)および斜め上方(矢印B)の光量が多く、横方向の光は少ない角度依存性をもつ。
一方、青色光が蛍光体に当って励起される黄色光は、理想的には放射状に発光する。このため、全方向の光で色度を調整した場合、横方向の光は相対的に黄色光>青色光の傾向になり、色割れが発生する。
図3は、第2参考例に係る発光装置の模式的側面図である。
第2参考例に係る発光装置102では、上述した色割れを抑制するために、蛍光体含有シート401を用いている。さらに、発光素子20と蛍光体含有シート401との間に透光性シート30が介設されている。但し、発光装置102では、ボンディングワイヤ21、22の上端21u、22uが蛍光体含有シート401の下面401dよりも上側に位置している。
発光装置102においては、透光性シート30の存在により、発光素子20から放出された光が蛍光体含有シート401と発光素子20との間において、X方向およびY方向に漏れ易くなる。つまり、発光装置102では、透光性シート30の存在により、発光素子20から放出された1次光(青色光)が横方向に漏れやすくなっている。
従って、発光装置101と比較すると、発光装置102では、発光素子20の上面20uに対して横斜め方向(矢印C)の青色光が相対的に上昇する。このため、横(斜め)方向における青色光と黄色光のバランスが、発光装置101では青色光>黄色光だったものが、発光装置102では、相対的に、その差分が小さくなり、青色光と黄色光とが殆ど同じになることで、色割れが低減する。
但し、発光装置102では、以下に説明する現象が新たに起きる可能性がある。
図4(a)〜図4(d)は、第2参考例に係る蛍光体含有シートと発光素子の位置関係を説明するための模式的平面図である。
発光装置102においては、上述したように、ボンディングワイヤ21、22の上端21u、22uが蛍光体含有シート401の下面401dよりも上側に位置している。従って、発光装置102では、ボンディングワイヤ21、22と蛍光体含有シート401とが接触しないように、蛍光体含有シート401の四隅に切り欠き401nを設けている。
仮に、切り欠き401nを設けない場合は、蛍光体含有シート401を発光素子20の上に搭載するときに、蛍光体含有シート401の角がボンディングワイヤ21、22に接触する可能性が高い。従って、蛍光体含有シート401の搭載後において、ボンディングワイヤ21、22が歪曲する。このため、蛍光体含有シート401の四隅には、切り欠き401nを設ける必要がある。
しかし、蛍光体含有シート401と発光素子20との位置合わせにずれが生じた場合は、図4(b)に表すように、発光素子20の一部が蛍光体含有シート401から表出してしまう。例えば、マウンタ機で蛍光体含有シート401を発光素子20を載置する際には、X方向もしくはY方向に蛍光体含有シート401が数10μmずれる場合がある。ずれた場合は、発光体含有シート401から表出された発光素子20から発光体含有シート401を介さず青色光が放出される。つまり、発光装置102では色度がずれ、さらには、色割れの抑制が充分でない可能性がある。
図4(c)には、図4(b)に表された蛍光体含有シート401よりも、平面面積が大きい蛍光体含有シート402が例示されている。この場合、蛍光体含有シート402の平面面積が増大した分、位置合わせが生じても発光素子20の全域を覆うことは可能である。しかし、この場合も蛍光体含有シート402とボンディングワイヤ21、22との接触は回避できない。
また、図4(d)には、図4(b)に表された蛍光体含有シート401よりも、平面面積が小さい蛍光体含有シート403が例示されている。この場合、位置合わせが生じたときに、蛍光体含有シート403とボンディングワイヤ21、22との接触は回避できる。しかし、蛍光体含有シート403の平面面積が小さくなった分、蛍光体含有シート403は、発光素子20の全域を覆うことできず、色割れは抑制できない。
これに対し、第1実施形態に係る発光装置1においては、蛍光体含有シート40の平面面積が発光素子20の平面面積よりも大きい。すなわち、蛍光体含有シート40は、発光素子20の全域を覆っている。さらに、ボンディングワイヤ22が蛍光体含有シート40および透光性シート30に接しない程度に、透光性シート30の厚さが調整されている。
つまり、第1実施形態では、蛍光体含有シート40が発光素子20の全域を覆いつつ、透光性シート30の存在によって、発光素子20からの法線方向(矢印A)における光量と斜め方向(矢印B)における光量との調和がなされている。このため、第1実施形態では色割れがより抑制された発光装置が実現する。
図5(a)および図5(b)は、第1実施形態の効果を表す図である。
図5(a)の横軸には、発光素子20から放出される光の角度θが表され、図5(b)の縦軸には、色度Cy(規格値)が表されている。色度はCxでもよい。また、角度θは、図5(b)に表す角度で定義される。また、発光素子20から放出される光は、図5(b)に表された法線と発光素子20との交点の一点のみから放出されるのではなく、発光素子20の活性領域の上面20uから放出されるのは言うまでもない。
図5(a)には、参考例に係る発光装置101の色度の角度依存と、第1実施形態に係る発光装置1の色度の角度依存と、が表されている。図5(a)には、目標値が破線で表されている。目標値は、完全に色割れのない状態である。
発光装置101においては、角度0°付近の色度Cyが最も低く、角度0°から角度90°に向かうほど、色度Cyが上昇している。これは、角度0°付近では青色が相対的に強く、角度90°付近では、黄色が相対的に強いことを意味している。
一方、発光装置1においては、角度0°付近の色度Cyと角度90°付近の色度Cyとがほぼ同じ値になっている。これは、角度−90°〜90°において、青色と黄色とがどちらかに偏らず、双方の色がバランスよく放出されていることを意味している。
例えば、角度0°における色度Cyと目標値との差を、ΔCy(発光装置1)、ΔCy’(発光装置101)とする。ΔCy’は、0.1前後であるのに対して、ΔCyは、0.04以下になる。
また、発光装置1においては、ボンディングワイヤ21、22の上端21u、22uが蛍光体含有シート40よりも下側に位置している。このため、蛍光体含有シート40と発光素子20との位置がずれても、蛍光体含有シート40がボンディングワイヤ21、22に接触することもない。これは、蛍光体含有シート40と発光素子20との位置がずれても、ボンディングワイヤ21、22の上端21u、22uは、常に蛍光体含有シート40よりも下側に位置しているからである。
また、蛍光体含有シート40の平面面積は、発光素子20の平面面積よりも大きい。このため、蛍光体含有シート40と発光素子20との間で若干の位置ずれが生じても、蛍光体含有シート40は、必ず発光素子20を覆うことができる。つまり、第1実施形態では、蛍光体含有シート40と発光素子20との位置合わせの自由度が増加している。
さらに、蛍光体含有シート40には、上述した切り欠きを設ける必要がない。従って、蛍光体含有シート40の加工が簡便になる。このため、低コスト化が実現する。
また、蛍光体含有シート40を透光性シート30を介して発光素子20の上に設けるので、蛍光体含有シート40と発光素子20との距離が蛍光体含有シート40を直接発光素子20の上に載せた場合に比べて離れる。このため、蛍光体含有シート40は、発光素子20の発熱の影響を受け難くなる。
なお、色割れを抑制するために、レンズ50の中に発光素子20から放出された光を拡散するための拡散材を分散させる方法がある。発光素子20から放出された光がレンズ50から放出される前に、レンズ50の中で拡散材によって万遍なく拡散すれば、発光装置の色割れが抑制されると考えられる。
しかし、レンズ50の中に拡散材を含有させることは発光装置の輝度低下を招来する。例えば、レンズ50の中に拡散材を含有させると、輝度が5%程度低下する場合がある。この理由は、発光素子20から放出された光が拡散材によって遮られるからである。第1実施形態では、レンズ50の中に拡散材を含有させる必要がなく、高い輝度(光束)を有した発光装置1が実現する。
(第2実施形態)
図6(a)は、第2実施形態の第1例に係る発光装置の模式的側面図であり、図6(b)は、第2実施形態の第2例に係る発光装置の模式的側面図である。
図6(a)に表す発光装置2においては、透光性シート31の中にも蛍光体が含まれている。
例えば、蛍光体含有シート40に上述した黄色系の蛍光体が含まれている場合は、透光性シート31の中にも黄色系の蛍光体を含有してもよい。これにより、角度−90°〜90°における色度調整の自由度が増す。
また、一般的に黄色系の蛍光体から発せられた光は、赤色系の蛍光体に吸収される場合がある。このような場合、発光素子20の上に黄色系の蛍光体を設け、黄色系の蛍光体の上に赤色系の蛍光体を設けると、黄色系の蛍光体から発せられた光が赤色系の蛍光体に吸収されて発光装置の輝度が低下してしまう。
これを回避するために、発光装置2のごとく、発光素子20の上に赤色系の蛍光体を含有する透光性シート31を設け、その上に、黄色系の蛍光体を含有する蛍光体含有シート40を設けてもよい。
図6(b)に表す発光装置3においては、透光性シート32の中にも蛍光体粒子41が含まれている。
例えば、透光性シート32が可塑性を有する場合、蛍光体含有シート40を発光素子20の側に向かって押圧しても透光性シート32の厚さは、蛍光体粒子41の平均粒径によって決まる。ここで、蛍光体粒子41の平均粒径は、50μm以下である。すなわち、可塑性を有する透光性シート32を用いても、透光性シート32の厚さを蛍光体粒子41の平均粒径によって精度よく制御できる。
上記の実施形態では、「部位Aは部位Bの上に設けられている」と表現された場合の「の上に」とは、部位Aが部位Bに接触して、部位Aが部位Bの上に設けられている場合の他に、部位Aが部位Bに接触せず、部位Aが部位Bの上方に設けられている場合との意味で用いられる場合がある。また、「部位Aは部位Bの上に設けられている」は、部位Aと部位Bとを反転させて部位Aが部位Bの下に位置した場合や、部位Aと部位Bとが横に並んだ場合にも適用される場合がある。これは、実施形態に係る半導体装置を回転しても、回転前後において半導体装置の構造は変わらないからである。
以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、実施形態はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、実施形態の特徴を備えている限り、実施形態の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて複合させることができ、これらを組み合わせたものも実施形態の特徴を含む限り実施形態の範囲に包含される。その他、実施形態の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に想到し得るものであり、それら変更例および修正例についても実施形態の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1、2、3、101、102 発光装置、 10 基体、 11、12 電極、 20 発光素子、 20e 外縁、 20n n側電極、 20p p側電極、 20u 上面、 21、22 ボンディングワイヤ、 21u、22u 上端、 25 接着層、 30、31、32 透光性シート、 40、401、402、403 蛍光体含有シート、 41 蛍光体粒子、 50 レンズ、 400 蛍光体含有層、 401d 下面、 401n 切り欠き

Claims (5)

  1. 基体と、
    前記基体の上に設けられた発光素子と、
    前記発光素子の上に設けられた透光性シートと、
    前記透光性シートの上に設けられ、前記発光素子の平面面積よりも平面面積が大きい蛍光体含有シートと、
    を備えた発光装置。
  2. 一方の端が前記発光素子に接続されたボンディングワイヤをさらに備え、
    前記ボンディングワイヤの他方の端は、前記基体上に配置された電極に接続され、
    前記ボンディングワイヤの前記一方の端は、前記発光素子と前記蛍光体含有シートとの間に位置し、
    前記ボンディングワイヤは、前記蛍光体含有シートに接していない請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記透光性シートの平面面積は、前記発光素子の平面面積よりも小さい請求項1または2に記載の発光装置。
  4. 前記透光性シートは、蛍光体を含む請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光装置。
  5. 前記透光性シートに含まれる蛍光体の濃度は、前記蛍光体含有シートに含まれる蛍光体の濃度よりも低い請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016167540A (ja) * 2015-03-10 2016-09-15 シチズンホールディングス株式会社 発光モジュール
WO2016194948A1 (ja) * 2015-06-02 2016-12-08 日東電工株式会社 蛍光体樹脂シートの製造方法
WO2016194947A1 (ja) * 2015-06-02 2016-12-08 日東電工株式会社 蛍光体樹脂シート、貼着光半導体素子およびその製造方法

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