JP2015176967A - 発光装置、照明装置及び実装基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】所望の光色の白色光に容易に調整することができる発光装置等を提供する。【解決手段】基板10と、基板10に配置された、発光波長が互いに異なる第1発光素子21及び第2発光素子22を含む複数の発光素子とを備え、複数の発光素子が電気的に接続された接続体Cには、第1発光素子21と第2発光素子22とが直列接続されてなる直列接続部と、直列接続部SCと直列接続された、第1発光素子21同士が複数個並列接続されてなる第1並列接続部PCとが含まれている。【選択図】図3
Description
本発明は、発光装置及び当該発光装置を備える照明装置、並びに、実装基板に関する。
発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)等の半導体発光素子は、小型、高効率及び長寿命であることから、照明用途やディスプレイ用途等、様々な製品の光源として期待されている。
LEDは、例えば照明用途の光源としてLEDランプに用いられている。LEDランプには、電球形蛍光灯や白熱電球に代替する電球形LEDランプ(LED電球)、又は、直管形蛍光灯に代替する直管LEDランプ等がある。また、LEDは、店舗等で用いられるダウンライトやスポットライトのように指向性の高い照明器具に代替するLED照明器具等にも用いられている。
LEDランプやLED照明器具において、LEDは、白色光等の所定の色の光を発するLEDモジュール(発光装置)としてユニット化されて内蔵されている。
例えば、電球形LEDランプや直管LEDランプに用いられるLEDモジュールは、青色光を発する青色LEDチップと、青色LEDチップの青色光によって蛍光発光する黄色蛍光体とによって白色光を生成するように構成される。
このようなLEDモジュールは、生成される白色光に赤み成分が少なく、演色性に劣る。このため、上記のLEDモジュールに、青色光で蛍光発光する赤色蛍光体を加えて赤み成分を補う方法が考えられている。
しかし、赤色蛍光体はエネルギー変換効率が悪く、LEDモジュールの発光効率が低下する。そこで、赤色蛍光体ではなく、赤色光を発する赤色LEDチップを加えることで演色性を向上させる技術が検討されている。
例えば、特許文献1には、青色LEDチップと、赤色LEDチップと、黄色蛍光体とを備えるLEDモジュールが開示されている。これにより、演色性に優れた白色光を発するLEDモジュールを実現している。
上記LEDモジュールの場合、例えば、出射光(白色光)の色度をxy色度図の黒体軌跡上に近づけるには、黄色蛍光体及び青色LEDチップによる白色光の光出力と赤色LEDチップによる赤色光の光出力との割合を調整すればよい。
これにより、LEDモジュールの出射光(白色光)を、例えば図19に示すxy色度図における点A(赤色LEDチップの色度)と点B(黄色蛍光体及び青色LEDチップの色度)との2点を結ぶ直線上の光色となるように調整することができる。
しかしながら、赤色LEDチップの発光強度はそのチップ数に依存するので、赤色LEDチップと青色LEDチップとを直列接続した場合には、所望の光色の白色光に調整することが難しいという問題がある。赤色LEDチップ例えば、黄色蛍光体と赤色LEDチップとの割合を調整するだけでは、図19に示すxy色度図においては点Aと点Bとを結ぶ直線上のいくつかの点にしか合わせ込むことができず、LEDモジュールの出射光の色度を黒体軌跡上に近づけることが容易ではない。
このように、従来のLEDモジュールの構成では、所望の光色(色温度(相関色温度))の白色光に調整することが難しいという問題がある。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、所望の光色の白色光に容易に調整することができる、発光装置、照明装置及び実装基板を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る発光装置の一態様は、基板と、前記基板に配置された、発光波長が互いに異なる第1発光素子及び第2発光素子を含む複数の発光素子とを備え、前記複数の発光素子が電気的に接続された接続体には、前記第1発光素子と前記第2発光素子とが直列接続されてなる直列接続部と、前記直列接続部と直列接続された、前記第1発光素子同士が複数個並列接続されてなる第1並列接続部とが含まれていることを特徴とする。
また、本発明に係る発光装置の一態様において、前記基板には分岐配線が形成されており、前記第1並列接続部における複数の前記第1発光素子は、前記分岐配線によって並列接続されていてもよい。
また、本発明に係る発光装置の一態様において、前記接続体には、さらに、前記直列接続部と直列接続された、前記第2発光素子同士が複数個並列接続されてなる第2並列接続部が含まれていてもよい。
また、本発明に係る発光装置の一態様において、前記第1発光素子は、前記基板に実装された第1のLEDチップであり、前記第2発光素子は、前記基板に実装された第2のLEDチップであり、さらに、前記第1のLEDチップを封止する第1封止部材と、前記第2のLEDチップを封止する第2封止部材とを備えていてもよい。
あるいは、本発明に係る発光装置の一態様において、前記第1発光素子は、前記基板上に配置された第1容器内に実装された第1のLEDチップであり、前記第2発光素子は、前記基板上に配置された第2容器内に実装された第2のLEDチップであり、前記第1容器内には第1封止部材が封入されており、前記第2容器内には第2封止部材が封入されていてもよい。
また、本発明に係る発光装置の一態様において、前記第1のLEDチップは、赤色LEDチップであり、前記第2のLEDチップは、青色LEDチップであり、前記第2封止部材には、前記青色LEDチップが発する青色光を黄色光に波長変換する波長変換材が含まれていてもよい。
この場合、前記波長変換材は、黄色蛍光体であってもよい。
また、本発明に係る照明装置の一態様は、上記いずれかに記載の発光装置の一態様を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る実装基板の一態様は、発光波長が互いに異なる第1発光素子及び第2発光素子を実装するための実装基板であって、基板と、前記基板に形成された配線とを備え、前記配線は、前記第1発光素子と前記第2発光素子とが実装されたときに、前記第1発光素子と前記第2発光素子とが直列接続されてなる直列接続部と前記第1発光素子同士が複数個並列接続されてなる第1並列接続部とが直列接続可能となるように所定形状で形成されていることを特徴とする。
また、本発明に係る実装基板の一態様において、前記配線は、前記第1並列接続部における複数の前記第1発光素子を並列接続するための分岐配線を有していてもよい。
本発明によれば、所望の光色の白色光に容易に調整することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、工程(ステップ)、工程の順序等は、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。
(実施の形態1)
まず、本発明の実施の形態1に係る発光装置1の構成について、図1A及び図1Bを用いて説明する。図1Aは、本発明の実施の形態1に係る発光装置の平面図であり、図1Bは、図1AのA−A’線における同発光装置の断面図である。
まず、本発明の実施の形態1に係る発光装置1の構成について、図1A及び図1Bを用いて説明する。図1Aは、本発明の実施の形態1に係る発光装置の平面図であり、図1Bは、図1AのA−A’線における同発光装置の断面図である。
[発光装置]
図1Aに示すように、発光装置1は、基板10と、基板10に配置された発光波長が互いに異なる複数種の発光素子20とを備える発光モジュールである。本実施の形態において、複数の発光素子20は、ピーク波長が互いに異なる2第1発光素子21及び第2発光素子22を含む。
図1Aに示すように、発光装置1は、基板10と、基板10に配置された発光波長が互いに異なる複数種の発光素子20とを備える発光モジュールである。本実施の形態において、複数の発光素子20は、ピーク波長が互いに異なる2第1発光素子21及び第2発光素子22を含む。
第1発光素子21は、発光装置1における複数種の発光素子の中の一の種類の発光素子であり、本実施の形態では、赤色光を発する赤色LEDチップである。一方、第2発光素子22は、発光装置1における複数種の発光素子の中の他の種類の発光素子であり、本実施の形態では、青色光を発する青色LEDチップである。
発光装置1は、さらに、第1発光素子21を封止する第1封止部材31と、第2発光素子22を封止する第2封止部材32と、配線40と、一対の給電端子50と、ワイヤ60とを備える。
また、本実施の形態における発光装置1は、基板10にLEDチップが直接実装されたCOB(Chip On Board)構造のLEDモジュールである。また、発光装置1は、青色LEDチップと黄色蛍光体とによって白色光を出射するB−Yタイプの白色LED光源であり、さらに、効率良く演色性を高めるために発光装置1には赤色LEDチップが加えられている。
以下、発光装置1の各構成部材について、図1A及び図1Bを用いて詳細に説明する。
[基板]
基板10は、第1発光素子21及び第2発光素子22を実装するための実装基板であり、第1主面(表側の面)と当該第1主面とは反対側の第2主面(裏側の面)とを有する板状の基板である。基板10の平面視形状は、例えば矩形状であるが、円形や六角形等の多角形としてもよい。
基板10は、第1発光素子21及び第2発光素子22を実装するための実装基板であり、第1主面(表側の面)と当該第1主面とは反対側の第2主面(裏側の面)とを有する板状の基板である。基板10の平面視形状は、例えば矩形状であるが、円形や六角形等の多角形としてもよい。
基板10としては、アルミナ基板等のセラミック基板、ガラスエポキシ基板等の樹脂基板、表面が絶縁被膜されたアルミニウム合金基板等のメタルベース基板、又は、ガラス基板等を用いることができる。
[発光素子]
図1A及び図1Bに示すように、第1発光素子21及び第2発光素子22は、基板10の第1主面上の所定の素子実装位置(素子実装領域)に実装されている。本実施の形態において、第1発光素子21及び第2発光素子22は複数個ずつ実装される。一例として、10個の第1発光素子21と12個の第2発光素子22とが図2に示すような接続関係となるように実装及び接続される。図2は、発光装置1における発光素子20の接続関係を示す電気回路図を示している。
図1A及び図1Bに示すように、第1発光素子21及び第2発光素子22は、基板10の第1主面上の所定の素子実装位置(素子実装領域)に実装されている。本実施の形態において、第1発光素子21及び第2発光素子22は複数個ずつ実装される。一例として、10個の第1発光素子21と12個の第2発光素子22とが図2に示すような接続関係となるように実装及び接続される。図2は、発光装置1における発光素子20の接続関係を示す電気回路図を示している。
複数の第1発光素子21は同じチップを用いている。つまり、複数の第1発光素子21同士の特性(V−I特性、発光出力−順電流特性、Vf特性等)は全て同じである。例えば、図2において、10個の第1発光素子21同士の特性は全て同じである。
また、複数の第2発光素子22についても同じチップを用いており、複数の第2発光素子22同士の特性は全て同じである。例えば、図2において、12個の第2発光素子22同士の特性は全て同じである。
第1発光素子21及び第2発光素子22は、例えば、所定の電力により所定の色の光を発する半導体発光素子である。本実施の形態において、第1発光素子21及び第2発光素子22は、いずれも単色の可視光を発するベアチップである。
具体的には、上述のとおり、第1発光素子21は、通電されれば赤色光を発する赤色LEDチップ(第1のLEDチップ)であり、例えば570nm〜680nmの範囲(一例として630nm)にピーク波長を有する、ヒ化ガリウム(GaAs)系の半導体発光素子である。一方、第2発光素子22は、通電されれば青色光を発する青色LEDチップ(第2のLEDチップ)であり、例えば440nm〜470nmの範囲(一例として455nm)にピーク波長を有する、窒化ガリウム(GaN)系の半導体発光素子である。
[封止部材]
第1封止部材31及び第2封止部材32は、例えば、透光性材料によって構成されている。図1A及び図1Bに示すように、第1封止部材31は、第1発光素子21を覆うようにドット状に基板10上に形成されている。同様に、第2封止部材32は、第2発光素子22を覆うようにドット状に基板10上に形成されている。
第1封止部材31及び第2封止部材32は、例えば、透光性材料によって構成されている。図1A及び図1Bに示すように、第1封止部材31は、第1発光素子21を覆うようにドット状に基板10上に形成されている。同様に、第2封止部材32は、第2発光素子22を覆うようにドット状に基板10上に形成されている。
第1封止部材31及び第2封止部材32を構成する透光性材料としては、例えばシリコーン樹脂又はエポキシ樹脂等の透光性の絶縁樹脂材料を用いることができる。光拡散性を高めるために、第1封止部材31及び第2封止部材32にシリカ粒子等の光拡散材を分散させてもよい。
第1封止部材31は、例えば、蛍光体等の波長変換材が含有されていないシリコーン樹脂によって構成されている。つまり、第1封止部材31は、波長変換(色変換)の機能を有していない。
一方、第2封止部材32は、第2発光素子22が発する光を異なる波長の光に波長変換する波長変換材が含まれたシリコーン樹脂によって構成されている。波長変換材としては、例えば、第2発光素子22の光によって励起されて蛍光発光する蛍光体を用いることができる。
本実施の形態では、第2発光素子22が青色LEDチップであるので、白色光を得るために、蛍光体としては、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)系の黄色蛍光体が用いられる。これにより、青色LEDチップが発した青色光の一部は励起光として黄色蛍光体に吸収されて黄色蛍光体が蛍光発光し、黄色蛍光体による黄色光と黄色蛍光体に吸収されなかった青色光とが混ざった合成光が白色光として第2封止部材32から出射する。
なお、黄色蛍光体は赤色LEDチップ(第1発光素子21)の赤色光をほとんど吸収しないので、第1封止部材31の材料を第2封止部材32と同じ材料(つまり黄色蛍光体を含有するシリコーン樹脂)にしてもよい。この場合、さらに、第1発光素子21及び第2発光素子22を列ごとに一括封止するように2本の直線状の第2封止部材32を形成してもよい。
[配線]
配線40は、第1発光素子21及び第2発光素子22を発光させるための電力を第1発光素子21及び第2発光素子22に供給するための給電配線であり、基板10の第1主面に所定形状で形成されている。配線40は、例えば、Au、Ag又はCu等の金属材料からなる金属配線である。
配線40は、第1発光素子21及び第2発光素子22を発光させるための電力を第1発光素子21及び第2発光素子22に供給するための給電配線であり、基板10の第1主面に所定形状で形成されている。配線40は、例えば、Au、Ag又はCu等の金属材料からなる金属配線である。
図1Aに示すように、配線40は、給電端子50から延設された第1配線41と、隣り合う発光素子20の間に形成された第2配線42とを有する。
第1配線41は、直線上に配列された複数の発光素子20が電気的に接続された接続体のうち先頭及び最後尾の発光素子20と給電端子50とを電気的に接続している。第2配線42は、隣り合う発光素子20同士を電気的に接続するための配線であり、隣接する発光素子20とワイヤ60によって接続される。つまり、第2配線42は、ワイヤボンディングする際のボンディングパッドとして機能する。
また、配線40は、第1発光素子21と第2発光素子22とが実装されたときに、第1発光素子21と第2発光素子22とが直列接続されてなる直列接続部と第1発光素子21同士が複数個並列接続されてなる並列接続部とが直列接続可能となるように所定形状で形成されている。
このような接続を可能とするために、本実施の形態における配線40は、分岐配線40Yを有する。つまり、分岐配線40Yは、上記並列接続部における複数の第1発光素子21を並列接続するためのバイパス配線である。図1Aに示すように、分岐配線40Yを形成することによって、直線上に配列された複数の発光素子20が電気的に接続された接続体の中の第1発光素子21を並列接続することができる。
本実施の形態において、分岐配線40Yは、第2配線42として基板10上に形成されている。また、分岐配線40Yは、並列接続された第1発光素子21を挟むように一対で形成されている。つまり、並列接続された第1発光素子21は、一対の分岐配線40Yによって挟まれている。
分岐配線40Yは、第1発光素子21と第2発光素子22との直列接続部における電流経路を複数に分岐している。これにより、第1発光素子21と第2発光素子22との直列接続部に流れる電流は分岐配線40Yで複数に分流することができる。
本実施の形態において、分岐配線40Yは、2つの第1発光素子21を並列接続するために、第1発光素子21と第2発光素子22との直列接続部における電流経路を2つに分岐している。
[給電端子]
一対の給電端子50は、発光装置1の外部(外部の電源)等から所定の電力を受電するための外部接続端子であり、例えば、基板10の第1主面に矩形状にパターン形成されたAu等からなる金属電極(金属端子)である。
一対の給電端子50は、発光装置1の外部(外部の電源)等から所定の電力を受電するための外部接続端子であり、例えば、基板10の第1主面に矩形状にパターン形成されたAu等からなる金属電極(金属端子)である。
一対の給電端子50の一方は、高圧側(プラス側)の接続端子であり、一対の給電端子50の他方は、低圧側(マイナス側)の接続端子である。本実施の形態では、一対の給電端子50は、第1発光素子21及び第2発光素子22を発光させるための直流電力を受電し、受電した直流電力は、配線40を介して第1発光素子21及び第2発光素子22に供給される。
図2に示すように、発光装置1は電源70に接続されることで電力の供給を受ける。例えば、電源70と一対の給電端子50とはコネクタ線によって電気的に接続される。
[ワイヤ]
ワイヤ60は、第1発光素子21及び第2発光素子22の各々をワイヤボンディングするための導電性細線であり、例えば金ワイヤである。本実施の形態において、ワイヤ60は、第1発光素子21又は第2発光素子22と第2配線42とを接続している。
ワイヤ60は、第1発光素子21及び第2発光素子22の各々をワイヤボンディングするための導電性細線であり、例えば金ワイヤである。本実施の形態において、ワイヤ60は、第1発光素子21又は第2発光素子22と第2配線42とを接続している。
[発光素子の接続関係]
次に、発光装置1における発光素子20の接続関係について、図3を用いて詳細に説明する。図3は、本発明の実施の形態1に係る発光装置における発光素子の接続関係を模式的に示す図である。
次に、発光装置1における発光素子20の接続関係について、図3を用いて詳細に説明する。図3は、本発明の実施の形態1に係る発光装置における発光素子の接続関係を模式的に示す図である。
図3に示すように、発光装置1は、発光波長が互いに異なる複数種の発光素子20同士が直列的に電気的に接続された接続体Cを備えている。本実施の形態では、2つの接続体Cを備えており、これら2つの接続体Cは並列接続となるように電気的に接続されている。
接続体Cには、複数種の発光素子20のうちの1種類の発光素子20が並列接続された部位がある。具体的には、図3に示すように、接続体Cには、第1発光素子21と第2発光素子22とが直列接続されてなる直列接続部SCと、第1発光素子21同士が複数個並列接続されてなる並列接続部PC(第1並列接続部)とが含まれている。
直列接続部SCにおいて、第1発光素子21同士又は第2発光素子22同士は並列接続されていない。つまり、直列接続部SCには、図3に示すように、並列接続されていない第1発光素子21からなる非並列接続部NPCが含まれている。同様に、直列接続部SCには、並列接続されていない第2発光素子22からなる非並列接続部も含まれている。なお、図3には、直列接続部SCに、1つの第1発光素子21と1つの第2発光素子22とが含まれるように図示しているが、第1発光素子21と第2発光素子22とが直列接続されていれば、直列接続部には、複数の第1発光素子21と複数の第2発光素子22とが含まれていてもよい。
並列接続部PCには、第1発光素子21のみが複数個並列接続されており、本実施の形態では、2つの第1発光素子21が並列接続されている。また、各接続体Cには、1つの並列接続部PCが含まれているが、複数の並列接続部PCが含まれていてもよい。
さらに、接続体Cにおいて、直列接続部SCと並列接続部PCとは直列接続されている。つまり、直列接続部SCの電流経路に流れる電流と、並列接続部PCにおける各並列部分の電流経路に流れる電流のトータル電流とが同じである。具体的には、直列接続部SCにおける1つの第1発光素子21又は1つの第2発光素子22と、並列接続部PCにおける各第1発光素子21とが電気的に接続されている。
また、接続体Cにおける直列接続部SCと並列接続部PCとの接続関係を第2発光素子22を基準にして言い換えると、第2発光素子22の少なくとも1つは、直列接続部SCにおける第1発光素子21と直列接続されており、かつ、並列接続部PCにおける複数(図3では2つ)の第1発光素子21の各々と電気的に接続されている。
なお、直列接続された複数の第1発光素子21(赤色LEDチップ)を2つ以上連続して配置すると色ムラが発生しやすくなるので、第1発光素子21は2つ以上連続して配置させない方がよい。特に、青色LEDチップと黄色蛍光体とで白色光を生成するB−Yタイプの発光装置では、赤色LEDチップが2つ以上連続して配置されていると色ムラになりやすいので、赤色LEDチップは分散して配置するとよい。
[発光装置の製造方法]
次に、発光装置1の製造方法について、図4A〜図4Eを用いて説明する。図4A〜図4Eは、本発明の実施の形態1に係る発光装置の製造方法の各工程を説明するための平面図である。
次に、発光装置1の製造方法について、図4A〜図4Eを用いて説明する。図4A〜図4Eは、本発明の実施の形態1に係る発光装置の製造方法の各工程を説明するための平面図である。
まず、図4Aに示すように、発光素子20を実装するための実装基板1Xとして、基板10上に所定形状の配線40及び給電端子50が形成された基板10(配線基板)を準備する。配線40としては第1配線41及び第2配線42が形成されており、また、第2配線42として分岐配線40Yが形成されている。
基板10には、発光素子20を実装するための領域として素子実装位置20aが予め設定されている。素子実装位置20aは、断続的に形成された隣り合う第2配線42の間の領域である。なお、素子実装位置20aは、仮想的な領域であってそこには何も形成されてなくてもよしい、物理的に何らかのマーク(目印)が施されていてもよい。
次に、図4Bに示すように、素子実装位置20aに発光素子20を実装する。本実施の形態では、第1発光素子21に対応する素子実装位置20aには第1発光素子21を実装し、第2発光素子22に対応する素子実装位置20aには第2発光素子22を実装する。このとき、1対の分岐配線40Yの間に実装する第1発光素子21の個数については、発光装置1の出射光が所望の光色となるように調整する。
次に、図4Cに示すように、第1発光素子21と配線40(第1配線41又は第2配線42)とをワイヤ60によってワイヤボンディングするとともに、第2発光素子22と配線40(第1配線41又は第2配線42)とをワイヤ60によってワイヤボンディングする。
次に、図4Dに示すように、第2発光素子22を覆うように第2封止部材32を形成する。例えば、黄色蛍光体を含むシリコーン樹脂を塗布して硬化することによって第2封止部材32を形成する。
次に、図4Eに示すように、第1発光素子21を覆うように第1封止部材31を形成する。例えば、蛍光体を含まないシリコーン樹脂を塗布して硬化することによって第1封止部材31を形成する。
なお、本実施の形態では、第2封止部材32を形成した後に、第1封止部材31を形成したが、先に第1封止部材31を形成し、その後、第2封止部材32を形成してもよい。また、第1封止部材31と第2封止部材32とが同じ材料である場合は、第1封止部材31と第2封止部材32とを同時に形成してもよい。
[作用効果]
次に、本実施の形態における発光装置1の作用効果について、図5に示す比較例に係る発光装置と比較して説明する。図5は、比較例に係る発光装置における発光素子の接続関係を模式的に示している。
次に、本実施の形態における発光装置1の作用効果について、図5に示す比較例に係る発光装置と比較して説明する。図5は、比較例に係る発光装置における発光素子の接続関係を模式的に示している。
図5に示す比較例に係る発光装置では、8個の第1発光素子21(赤色LEDチップ)と12個の第2発光素子22(青色LEDチップ)とが10直2並となるように接続されている。具体的には、4個の第1発光素子21と6個の第2発光素子22とを直列接続することによって接続体を構成し、当該接続体を2つ並列接続させている。
上述のとおり、赤色LEDチップと青色LEDチップと黄色蛍光体とで白色光を出射させる発光装置において、出射光(白色光)の色度をxy色度図の黒体軌跡上に近づけるには、赤色LEDチップによる赤色光の光出力と青色LEDチップ及び黄色蛍光体による白色光の光出力との割合(出力比)を調整すればよい。
しかしながら、赤色LEDチップと青色LEDチップとが直列接続されている場合に、直列接続部分における赤色LEDチップと青色LEDチップとの直列接続個数が決まっていると、これまでの発光装置では、赤色LEDチップによる赤色光の光出力と青色LEDチップ及び黄色蛍光体による白色光の光出力との出力比の調整は、直列接続部分における赤色LEDチップと青色LEDチップとのチップ数比(個数比)に制限される。
例えば、図5に示す比較例に係る発光装置では、直列接続部分における赤色LEDチップと青色LEDチップとの直列接続個数は10個であってチップ数比が6:4(3:2)である。したがって、図6に示すように、赤色LEDチップによる赤色光の光出力と青色LEDチップ及び黄色蛍光体による白色光の光出力との出力比は、6:4(3:2)の1パターンに制限される。
このため、直列接続された発光波長が異なる複数種の発光素子を有する発光装置では、所望の光色となるように設計することが難しい。例えば、発光装置が白色光を出射する場合、出射光の色度を黒体軌跡上に近づけることが難しい。
これに対して、本実施の形態に係る発光装置1では、発光波長が異なる複数種の発光素子20が直列的に接続されてなる接続体には、複数種のうちの1種類の発光素子20が並列に接続されている部位がある。具体的には、図3に示すように、赤色LEDチップである第1発光素子21と青色LEDチップである第2発光素子22とが電気的に接続された接続体Cには、第1発光素子21と第2発光素子22とが直列接続されてなる直列接続部SCと、当該直列接続部と直列接続された、第1発光素子21同士が複数個並列接続されてなる並列接続部PCとが含まれている。
このように、図3に示す発光装置1では、接続体Cにおける赤色LEDチップと青色LEDチップとの最大直列接続個数が10個と決まっていても、接続体Cの中に第1発光素子21の並列接続部PCが存在するので、接続体Cにおける第1発光素子21の光出力比を調整することができる。
つまり、並列接続部PCにおける第1発光素子21の実装数を調整することによって第1発光素子21の光出力を調整することができる。この点について、以下詳細に説明する。
図3に示す発光装置1では、並列接続部PCには1つ又は2つの第1発光素子21を実装することが可能である。
例えば、並列接続部PCにおける第1発光素子21の実装数を1つにした場合、直列接続部SC(非並列接続部NPC)における第1発光素子21に流れる電流と、並列接続部PCにおける第1発光素子21に流れる電流とは、同じになる。
このため、並列接続部PCにおける1つの第1発光素子21の光出力(発光強度)と、直列接続部SC(非並列接続部NPC)における第1発光素子21の光出力(発光強度)とは、同じになる。
したがって、この場合、図7の(a)に示すように、赤色LEDチップによる赤色光の光出力と青色LEDチップ及び黄色蛍光体による白色光の光出力との出力比は6:4(3:2)となる。
一方、並列接続部PCにおける第1発光素子21の実装数を2つにした場合、直列接続部SC(非並列接続部NPC)に流れる電流は、分岐配線40Y(図1A参照)によって分流される。このとき、並列接続部PCにおける2つの第1発光素子21は同じ特性であるので、並列接続部PCにおける各第1発光素子21に流れる電流は、直列接続部SC(非並列接続部NPC)に流れる電流の半分となる。
この場合、第1発光素子21の光出力−電流の特性は非線形であるので、並列接続部PCにおける2つの第1発光素子21の合計の光出力(発光強度)は、直列接続部SC(非並列接続部NPC)における1つの第1発光素子21の光出力(発光強度)よりも小さくなる。
したがって、この場合、図7の(b)に示すように、赤色LEDチップによる赤色光の光出力と青色LEDチップ及び黄色蛍光体による白色光の光出力との出力比は、例えば、6:3.5(12:7)となる。
このように、本実施の形態における発光装置1では、並列接続部PCにおける第1発光素子21の光出力状態が2パターン存在するので、接続体Cにおける第1発光素子21及び第2発光素子22の光出力比を2パターンにすることができる。具体的には、赤色LEDチップによる赤色光の光出力と青色LEDチップ及び黄色蛍光体による白色光の光出力との出力比が2パターンとなる。つまり、並列接続部PCにおける第1発光素子21の実装数を調整することによって、光出力比を2パターンから選択することが可能となる。
以上、本実施の形態に係る発光装置1によれば、発光波長が互いに異なる複数種の発光素子20が電気的に接続された接続体Cの中に、複数種のうちの1種類の発光素子20が並列接続されている部位(並列接続部PC)が存在する。
これにより、接続体Cにおける光出力状態を複数パターンにすることができる。したがって、並列接続部PCにおける発光素子20の実装数を変更することによって所望の光色を選択することができるので、発光装置1における光色の設計自由度を向上させることができる。この結果、例えば、発光装置1の出射光の色度を黒体軌跡上に容易に近づけることが可能となる。
このように、本実施の形態では、第1発光素子21及び第2発光素子22とは異なる種類である新たな種類の発光素子を追加することなく同じ種類の発光素子20(第1発光素子21及び第2発光素子22)を使いながら光出力比の調整を行うことができる。
また、本実施の形態における発光装置1では、2つの接続体Cが並列接続されている。これにより、発光装置1の全体における第1発光素子21の光出力状態のパターン数を増加させることができる。具体的には、図8A〜図8Cに示すような3つのパターンとすることができる。
図8Aは、2つの接続体Cの両方の並列接続部PCにおいて1つの第1発光素子21を実装している場合を示している。また、図8Bは、2つの接続体Cのうちの一方における並列接続部PCでは1つのみの第1発光素子21を実装し、2つの接続体Cのうちの他方における並列接続部PCでは2つの第1発光素子21を実装している場合を示している。また、図8Cは、2つの接続体Cの両方の並列接続部PCとも2つの第1発光素子21を実装している場合を示している。
(実施の形態1の変形例)
次に、本発明の実施の形態1の変形例に係る発光装置1Aについて、図9を用いて説明する。図9は、本発明の実施の形態1の変形例に係る発光装置の平面図である。
次に、本発明の実施の形態1の変形例に係る発光装置1Aについて、図9を用いて説明する。図9は、本発明の実施の形態1の変形例に係る発光装置の平面図である。
図1Aに示す実施の形態1における発光装置1では、隣り合う発光素子20の間にボンディングパッドとして第2配線42を形成したが、本変形例における発光装置1Aでは、第2配線42を形成しておらず、隣り合う発光素子20同士はワイヤ60によって直接接続されている。つまり、本変形例において、隣り合う発光素子20は、Chip−to−Chipによってワイヤボンディングされている。
例えば、図9に示すように、隣り合う第1発光素子21及び第2発光素子22は、ワイヤ60によって直接接続されている。
なお、その他の構成は、実施の形態1における発光装置1と同じである。
以上、本変形例に係る発光装置1Aでも、実施の形態1に係る発光装置1と同様の効果が得られる。
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2に係る発光装置2について、図10A及び図10Bを用いて説明する。図10Aは、本発明の実施の形態2に係る発光装置の平面図であり、図10Bは、図10AのA−A’線における同発光装置の断面図である。
次に、本発明の実施の形態2に係る発光装置2について、図10A及び図10Bを用いて説明する。図10Aは、本発明の実施の形態2に係る発光装置の平面図であり、図10Bは、図10AのA−A’線における同発光装置の断面図である。
上記実施の形態1では、発光素子としてLEDチップを用いたが、本実施の形態では、発光素子として表面実装(SMD:Surface Mount Device)型のLED素子を用いている。つまり、本実施の形態では、LEDチップが個々にパッケージ化されたSMD型のLED素子を用いている。
本実施の形態における発光装置2は、図10Aに示すように、基板10と、基板10に配置された複数の第1LED素子PKG1及び複数の第2LED素子PKG2と、配線40と、給電端子50とを備える。
本実施の形態では、10個の第1LED素子PKG1が、基板10の第1主面上の所定の素子実装位置に実装されており、また、12個の第2LED素子PKG2が、基板10上の第1主面上の所定の素子実装位置に実装されている。
各第1LED素子PKG1は、赤色光を発するLED素子であり、図10A及び図10Bに示すように、第1発光素子21と、第1封止部材31と、第1容器81とを備える。また、各第2LED素子PKG2は、白色光を発するLED素子であり、第2発光素子22と、第2封止部材32と、第2容器82とを備える。
第1発光素子21は、実施の形態1と同様に赤色LEDチップ(第1のLEDチップ)であり、基板10上に配置された第1容器81内に実装されている。また、第2発光素子22は、実施の形態1と同様に青色LEDチップ(第1のLEDチップ)であり、基板10上に配置された第2容器82内に実装されている。
第1封止部材31及び第2封止部材32の材料は、実施の形態1と同様である。本実施の形態において、第1封止部材31は第1容器81内に封入されており、第2封止部材32は第2容器82内に封入されている。
第1容器81及び第2容器82は、例えば白色樹脂によって成形されたパッケージであり、凹部(キャビティ)を有する。凹部の内側面は傾斜しており、第1発光素子21(又は第2発光素子22)から出射した光を上方に反射させるように構成されている。
以上、本実施の形態における発光装置2においても、実施の形態1と同様に、発光波長が互いに異なる複数種の発光素子が接続されてなる接続体の中に、複数種のうちの1種類の発光素子20が並列接続されている部位(並列接続部)が存在する。
具体的には、第1LED素子PKG1及び第2LED素子PKG2が電気的に接続されることによって接続体が構成され、当該接続体には、第1LED素子PKG1と第2LED素子PKG2とが直列接続されてなる直列接続部と、第1LED素子PKG1同士が複数個並列接続されてなる並列接続部とが含まれており、かつ、直列接続部と並列接続部とが直列接続されている。
したがって、本実施の形態における発光装置2でも、実施の形態1における発光装置1と同様の効果が得られる。
(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3に係る照明装置100について、図11及び図12を用いて説明する。図11は、本発明の実施の形態3に係る照明装置の断面図である。図12は、本発明の実施の形態3に係る照明装置及び当該照明装置に接続される周辺部材(点灯装置及び端子台)の外観斜視図である。
次に、本発明の実施の形態3に係る照明装置100について、図11及び図12を用いて説明する。図11は、本発明の実施の形態3に係る照明装置の断面図である。図12は、本発明の実施の形態3に係る照明装置及び当該照明装置に接続される周辺部材(点灯装置及び端子台)の外観斜視図である。
図11に示すように、本実施の形態に係る照明装置100は、例えば住宅等の天井に埋込配設されることにより下方(廊下や壁等)に光を照明するダウンライト等の埋込型照明装置である。照明装置100は、LED光源である発光装置1と、基部110及び枠体部120を結合してなる略有底筒状の器具本体と、当該器具本体に配置された、反射板130及び透光パネル140とを備える。
基部110は、発光装置1が取り付けられる取付台であるとともに、発光装置1で発生する熱を放熱するヒートシンクである。基部110は、例えばアルミダイカスト製である。基部110の上部(天井側部分)には複数の放熱フィン111が設けられている。
枠体部120は、内面に反射面を有する略円筒状のコーン部121と、コーン部121が取り付けられる枠体本体部122とを有する。コーン部121は、例えばアルミニウム合金等を絞り加工又はプレス成形することによって作製することができる。枠体本体部122は、硬質の樹脂材料又は金属材料によって形成されている。枠体部120は、枠体本体部122が基部110に取り付けられることによって固定される。
反射板130は、内面反射機能を有する円環枠状(漏斗状の)反射部材である。反射板130は、例えばアルミニウム等の金属材料又は硬質の白色樹脂材料によって形成されている。
透光パネル140は、光拡散性及び透光性を有する透光部材である。透光パネル140は、反射板130と枠体部120との間に配置された平板プレートであり、反射板130に取り付けられている。透光パネル140は、例えばアクリルやポリカーボネート等の透明樹脂材料によって円盤状に形成されている。
また、図12に示すように、照明装置100には、発光装置1に点灯電力を給電する点灯装置150と、商用電源からの交流電力を点灯装置150に中継する端子台160とが接続される。
点灯装置150及び端子台160は、器具本体とは別体に設けられた取付板170に取付固定される。取付板170は、金属材料からなる矩形板状の部材を折り曲げて形成されており、その長手方向の一端部の下面に点灯装置150が取付固定されるとともに、他端部の下面に端子台160が取付固定される。取付板170は、器具本体の基部110の上部に取付固定された天板180と互いに連結される。
このように、本実施の形態における発光装置1は、ダウンライト等の照明装置100における光源モジュールとして用いることができる。なお、本実施の形態では、実施の形態1における発光装置1を用いたが、実施の形態1の変形例における発光装置1A又は実施の形態2における発光装置2を用いてもよい。
(実施の形態4)
次に、本発明の実施の形態4に係る照明装置200について、図13を用いて説明する。図13は、本発明の実施の形態4に係る照明装置の斜視図である。
次に、本発明の実施の形態4に係る照明装置200について、図13を用いて説明する。図13は、本発明の実施の形態4に係る照明装置の斜視図である。
図13に示されるように、本実施の形態に係る照明装置200は、スポットライトであり、レンズ部材210と、灯具220と、アーム230と、電源ボックス240とを備える。
レンズ部材210は、例えばフレネルレンズである。灯具220の内部には、LED光源として発光装置1(不図示)が収納されており、発光装置1から出射した光はレンズ部材210を透過して照明装置200の外部に出射する。
灯具220とアーム230とは、ネジ等の接続部材によって固定されている。また、電源ボックス240の内部には、外部から供給された交流電力を直流電力に変換する回路が備えられており、灯具220内の発光装置1に直流電力を供給する。
このように、本実施の形態における発光装置1は、スポットライトの照明装置200における光源モジュールとして用いることができる。なお、本実施の形態では、実施の形態1における発光装置1を用いたが、実施の形態1の変形例における発光装置1A又は実施の形態2における発光装置2を用いてもよい。
(その他の変形例等)
以上、本発明に係る発光装置、照明装置及び実装基板について、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではない。
以上、本発明に係る発光装置、照明装置及び実装基板について、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態及び変形例では、第1発光素子21及び第2発光素子22の接続体を2つ並列接続したが、これに限らない。図14に示すように、第1発光素子21及び第2発光素子22の接続体は1つのみであってもよいし、図示しないが、第1発光素子21及び第2発光素子22の接続体を3つ以上並列接続してもよい。
また、上記実施の形態及び変形例では、第1発光素子21及び第2発光素子22の接続体における並列接続部を第1発光素子21で構成したが、図15に示すように、並列接続部を第2発光素子22で構成してもよい。
また、図16に示すように、2つの接続体の一方には並列接続された複数の第1発光素子21からなる並列接続部が含まれるように構成し、かつ、2つの接続体の他方には並列接続された複数の第2発光素子22からなる第2並列接続部が含まれるように構成してもよい。
また、図17に示すように、1つの接続体の中に、第1発光素子21同士が複数個(図17では2個)並列接続されてなる第1並列接続部と、第2発光素子22同士が複数個(図17では2個)並列接続されてなる第2並列接続部とが含まれていてもよい。つまり、接続体には、第1発光素子21と第2発光素子22とが直列接続されてなる直列接続部に直列接続された第1並列接続部に加えて、さらに、当該直列接続部と直列接続された、第2発光素子22同士が複数個並列接続されてなる第2並列接続部が含まれていてもよい。
また、上記実施の形態及び変形例では、1つの並列接続部には2つの第1発光素子21を並列接続させたが、図18に示すように、1つの並列接続部には3つ以上の第1発光素子21を並列接続させてもよい。これにより、並列接続部における第1発光素子21の光出力状態のパターン数を増加させることができるので、発光装置における光色の設計自由度をさらに向上させることができる。なお、第2発光素子22からなる第2並列接続部を設けた場合においても、3つ以上の複数個の第2発光素子22を並列接続してもよい。
また、上記実施の形態及び変形例では、発光波長が互いに異なる複数種の発光素子20として、赤色LEDチップ(第1発光素子21)及び青色LEDチップ(第2発光素子22)を用いたが、発光波長が互いに異なる複数種の発光素子20の組み合わせは、赤色LEDチップ及び青色LEDチップに限るものではない。例えば、青色LEDチップと青緑色LEDチップとの組み合わせであってもよい。
また、組み合わせる発光素子20の種類の数は、2つに限るものではなく、3つ以上であってもよい。例えば、発光波長が互いに異なる複数種の発光素子20として、第1発光素子21(赤色LEDチップ)、第2発光素子22(青色LEDチップ)及び第3発光素子(緑色LEDチップ)の3種類を組み合わせてもよい。なお、この場合、蛍光体を用いなくても白色光を出射させることができる。
また、上記実施の形態及び変形例では、発光素子としてLEDチップを例示したが、発光素子としては、半導体レーザ等の半導体発光素子、又は、有機EL(Electro Luminescence)や無機EL等のEL素子、その他の固体発光素子を用いてもよい。
また、上記実施の形態及び変形例における発光装置では、青色LEDチップと黄色蛍光体との組み合わせによって白色光を生成したが、白色光を生成するためのLEDチップと蛍光体の組み合わせは、これに限らない。具体的には、赤色蛍光体及び緑色蛍光体を含有する蛍光体含有樹脂を用いて、これと青色LEDチップとを組み合わせて白色光を生成してもよい。
また、上記実施の形態及び変形例における発光装置では、白色光を出射するように構成したが、発光波長が互いに異なる複数種の発光素子を用いるものであれば、発光装置の出射光は白色光に限るものではない。
また、上記実施の形態及び変形例では、波長変換材として蛍光体を用いたが、これに限らない。例えば、波長変換材として、半導体、金属錯体、有機染料、顔料など、ある波長の光を吸収し、吸収した光とは異なる波長の光を発する物質を含んでいる材料を用いることができる。
また、上記実施の形態及び変形例では、発光素子20を封止部材で封止したが、発光素子20は封止部材で封止しなくてもよい。つまり、上記実施の形態では、第1発光素子21を第1封止部材31で封止し、第2発光素子22を第2封止部材32で封止したが、第1封止部材31及び第2封止部材32は、必ずしも形成する必要はない。
また、上記実施の形態及び変形例では、発光装置をダウンライト又はスポットライトに適用する例について説明したが、これに限らない。例えば、上記実施の形態における発光装置は、ベースライト等の他の照明装置(照明器具)の光源としても利用することができる。この場合、ベースライトとしては、発光装置を基台に直接取り付けた構造とすることもできる。
また、上記実施の形態及び変形例における発光装置は、電球形LEDランプや直管LEDランプ等のランプに適用することもできる。
また、上記実施の形態及び変形例における発光装置は、照明用途以外の光源として用いてもよい。例えば、液晶表示装置等のバックライト光源、複写機等のランプ光源、又は、誘導灯や看板装置等の光源等として利用することもできる。
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、又は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
1、1A、2 発光装置
1X 実装基板
10 基板
20 発光素子
21 第1発光素子
22 第2発光素子
31 第1封止部材
32 第2封止部材
40 配線
40Y 分岐配線
81 第1容器
82 第2容器
100、200 照明装置
SC 直列接続部
PC 並列接続部(第1並列接続部)
C 接続体
1X 実装基板
10 基板
20 発光素子
21 第1発光素子
22 第2発光素子
31 第1封止部材
32 第2封止部材
40 配線
40Y 分岐配線
81 第1容器
82 第2容器
100、200 照明装置
SC 直列接続部
PC 並列接続部(第1並列接続部)
C 接続体
Claims (10)
- 基板と、
前記基板に配置された、発光波長が互いに異なる第1発光素子及び第2発光素子を含む複数の発光素子とを備え、
前記複数の発光素子が電気的に接続された接続体には、前記第1発光素子と前記第2発光素子とが直列接続されてなる直列接続部と、前記直列接続部と直列接続された、前記第1発光素子同士が複数個並列接続されてなる第1並列接続部とが含まれている
発光装置。 - 前記基板には分岐配線が形成されており、
前記第1並列接続部における複数の前記第1発光素子は、前記分岐配線によって並列接続されている
請求項1に記載の発光装置。 - 前記接続体には、さらに、前記直列接続部と直列接続された、前記第2発光素子同士が複数個並列接続されてなる第2並列接続部が含まれている
請求項1又は2に記載の発光装置。 - 前記第1発光素子は、前記基板に実装された第1のLEDチップであり、
前記第2発光素子は、前記基板に実装された第2のLEDチップであり、
さらに、
前記第1のLEDチップを封止する第1封止部材と、
前記第2のLEDチップを封止する第2封止部材とを備える
請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記第1発光素子は、前記基板上に配置された第1容器内に実装された第1のLEDチップであり、
前記第2発光素子は、前記基板上に配置された第2容器内に実装された第2のLEDチップであり、
前記第1容器内には第1封止部材が封入されており、
前記第2容器内には第2封止部材が封入されている
請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記第1のLEDチップは、赤色LEDチップであり、
前記第2のLEDチップは、青色LEDチップであり、
前記第2封止部材には、前記青色LEDチップが発する青色光を黄色光に波長変換する波長変換材が含まれている
請求項4又は5に記載の発光装置。 - 前記波長変換材は、黄色蛍光体である
請求項6に記載の発光装置。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の発光装置を備える
照明装置。 - 発光波長が互いに異なる第1発光素子及び第2発光素子を実装するための実装基板であって、
基板と、
前記基板に形成された配線とを備え、
前記配線は、前記第1発光素子と前記第2発光素子とが実装されたときに、前記第1発光素子と前記第2発光素子とが直列接続されてなる直列接続部と前記第1発光素子同士が複数個並列接続されてなる第1並列接続部とが直列接続可能となるように所定形状で形成されている
実装基板。 - 前記配線は、前記第1並列接続部における複数の前記第1発光素子を並列接続するための分岐配線を有する
請求項9に記載の実装基板。
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