JP2019102796A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光色として幅広い色度の光を発光可能な発光装置を提供する。【解決手段】それぞれの発光ピーク波長が430nm〜480nmである第1発光素子および第2発光素子と、第1発光素子および第2発光素子を被覆し、第1蛍光体を含む封止部材と、を備え、第1発光素子および第2発光素子はそれぞれ独立して駆動可能であり、封止部材は、上面の一部に凸部を有し、凸部の下方にある第1領域に第1発光素子が位置し、封止部材の上面の下方に位置し、かつ、第1領域と異なる位置にある第2領域に第2発光素子が位置する発光装置。【選択図】図1C

Description

本開示は、発光装置に関する。
一般に、発光ダイオード等の発光素子を用いた発光装置は、照明器具等の各種の光源として広く利用されている。このような発光装置として、例えば、複数の発光素子と、蛍光体と、それぞれの発光素子に個別に電流を流すパッケージとを備える発光装置がある(例えば、特許文献1)。このような発光装置では、それぞれの発光素子の発光強度を調整することで、発光装置から出射される光を所望の発光色とすることができる。
特開2013−120812号公報
しかしながら、特許文献1の発光装置では、発光色として幅広い色度の光を発光することが難しい。
そこで、本発明の一実施形態では、発光色として幅広い色度の光を発光可能な発光装置を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態の発光装置は、それぞれの発光ピーク波長が430nm〜480nmである第1発光素子および第2発光素子と、第1発光素子および第2発光素子を被覆し、第1蛍光体を含む封止部材と、を備え、第1発光素子および第2発光素子はそれぞれ独立して駆動可能であり、封止部材は、上面の一部に凸部を有し、凸部の下方にある第1領域に第1発光素子が位置し、封止部材の上面の下方に位置し、かつ、第1領域と異なる位置にある第2領域に第2発光素子が位置する。
また、本発明の一実施形態の別の発光装置は、それぞれの発光ピーク波長が430nm〜480nmである第1発光素子および第2発光素子と、第1発光素子および第2発光素子を被覆し、第1蛍光体を含む封止部材と、を備え、第1発光素子および第2発光素子はそれぞれ独立して駆動可能であり、封止部材は、上面の一部に下側に窪む窪み部を有し、窪み部の下方にある第3領域に第2発光素子が位置し、封止部材の上面の下方に位置し、かつ、第3領域と異なる位置にある第4領域に第1発光素子が位置する。
本発明の一実施形態により、発光色として幅広い色度の光を発光可能な発光装置を提供することが可能となる。
第1実施形態に係る発光装置の模式的上面図である。 第1実施形態に係る発光装置の模式的下面図である。 図1A中の1C−1C線における模式端面図である。 パッケージの一例を示す模式的上面図である。 パッケージの一例を示す模式的上面図である。 図2A中の2B−2B線における模式的端面図である。 発光装置の一例を示す模式的上面図である。 図3A中の3B−3Bにおける模式的端面図である。 第1実施形態の1つの変形例に係る発光装置の模式的端面図である。 第1実施形態の1つの変形例に係る発光装置の模式的端面図である。 第1実施形態の1つの変形例に係る発光装置の模式的端面図である。 第2実施形態に係る発光装置の模式的上面図である。 図5A中の5B−5B線における模式的端面図である。
以下、図面に基づいて詳細に説明する。複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。
さらに以下は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明を以下に限定するものではない。構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、以下の説明では、特定の方向または位置を示す用語(例えば、「上」、「下」およびそれらの用語を含む別の用語)を用いる場合がある。それらの用語は、参照した図面における相対的な方向または位置をわかり易さのために用いているに過ぎない。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、理解を容易にする等のために誇張している場合がある。なお、色名と色度座標との関係、光の波長範囲と単色光の色名との関係等は、JIS Z8110に従う。
本明細書中および図面中において、X方向は、横方向を示し、右方向(X方向)および左方向(X方向)の双方を含む。また、Y方向は、縦方向を示し、上方向(Y方向)および下方向(Y方向)の双方を含む。
また、以下の実施形態の説明において、「パッケージ」等の用語については、発光素子やワイヤ等を設ける前後において同じ用語を用いることがある。
(第1実施形態)
図1Aは第1実施形態に係る発光装置100の模式的上面図であり、図1Bは発光装置100の模式的下面図であり、図1Cは図1A中の1C−1C線における模式的端面図である。図1Aでは、凹部2の内部が分かりやすいように封止部材40を省略して図示する。発光装置100は、第1発光素子10および第2発光素子20と、第1発光素子10および第2発光素子20を被覆し、第1蛍光体61を含む封止部材40とを備える。第1実施形態に係る発光装置100は、さらに凹部2を有するパッケージ1を備え、第1発光素子10および第2発光素子20は凹部2の底面に配置される。
パッケージ1は、第1発光素子10および第2発光素子20を配置するための基台である。パッケージ1は、第1リード51、第2リード52および第3リード53を含む複数のリード50と、複数のリード50と一体に形成された樹脂部30とを備える。また、パッケージ1は凹部2を有し、凹部2の底面において、第1リード51、第2リード52および第3リード53の上面の一部が位置する。
図1Aおよび図1Bで示すパッケージ1は、上面80および上面80と反対側に位置する下面81とを有する。また、パッケージ1は、上面視において略矩形の外形形状を有し、第1外側面82、第1外側面82と反対側に位置する第2外側面83、第3外側面84、および第3外側面84と反対側に位置する第4外側面85を有する。複数のリード50は、外側面において、樹脂部30から露出し、かつ、樹脂部30とは略同一面になっている。このように、外側面において、複数のリード50が樹脂部30から外側に延出しないことで、占有面積の小さい小型の発光装置100を提供することができる。
パッケージ1の下面81は、発光装置100を実装基板に実装する実装面として機能する。また、パッケージ1の下面81において、第1リード51、第2リード52および第3リード53は、樹脂部30から露出している。これにより、第1発光素子10および第2発光素子20から発生する熱を、パッケージ1の下面81から効率的に放熱することができる。また、パッケージ1の下面81において、複数のリード50の下面と樹脂部30の下面とは略同一面に形成されている。
第1発光素子10および第2発光素子20は、発光装置100の光源として機能し、さらに後述する蛍光体の励起源となる。第1発光素子10および第2発光素子20は、430nm〜480nmの発光ピーク波長を有する。第1発光素子10および第2発光素子20が、近紫外領域よりも長波長の発光ピーク波長を有することで、近紫外領域の光の問題(例えば、人体や照射物に悪影響を及ぼしたり、発光装置の構成部材が劣化し発光装置の発光効率が大幅に低下するという問題)を抑制することができる。
第1発光素子10および第2発光素子20は並列に接続される。これにより、第1発光素子10および第2発光素子20に流す電流値を異ならせて駆動させることができる。第1発光素子10および第2発光素子20に流す電流値を異ならせることで、各発光素子の上方に出る光の色度を容易に異ならせることができる。
図1Aで示す発光装置100では、第1発光素子10および第2発光素子20は第1リード51の上面に配置されている。第1発光素子10は上面に正負の電極を有し、一方の電極はワイヤにより第2リード52と接続され、他方の電極はワイヤにより第1リード51と接続されている。第2発光素子20も同様に、上面に正負の電極を有し、一方の電極はワイヤにより第3リード53と接続され、他方の電極はワイヤにより第1リード51と接続されている。このように、発光装置100が3つのリードを備えることで、各発光素子を独立に駆動させることができる。さらに、複数のリード50を独立駆動を可能とする最小限のリード数とすることで、複数のリード50と樹脂部30によって形成されるパッケージ1の界面を少なくすることが可能である。その結果、発光装置の強度が低下することを抑制することができる。
第1発光素子10および第2発光素子20は、それらの間に壁等の仕切り部材が配置されないことが好ましい。これにより、発光装置100の混色性を向上させることができる。具体的には、図1Aで示す発光装置100では、第1発光素子10および第2発光素子20は、一の収容部内(凹部2内)に配置され、第1発光素子10と第2発光素子20との間には壁等の仕切り部材が配置されていない。これにより、第1発光素子10の近傍の光と、第2発光素子20の近傍の光とが容易に混色され、混色性の優れた発光装置とすることができる。なお、第1発光素子10と第2発光素子20との間に壁等の仕切り部材が配置されていてもよい。
図1Aで示す発光装置100では、第1発光素子10および第2発光素子20は、上面視において離間して配置されている。第1発光素子10の中心は、上面視において、第2発光素子20の中心とX方向およびY方向の双方向でずれて配置されることが好ましい。換言すると、パッケージ1の第1外側面82から第1発光素子10の中心までの最短距離と、第1外側面82から第2発光素子20の中心までの最短距離とが異なり、且つ、第3外側面84から第1発光素子10の中心までの最短距離と、第3外側面84から第2発光素子20の中心までの最短距離とが異なることが好ましい。上面視において第1発光素子10および第2発光素子20をずれて配置することで、一方の発光素子が発する光が他方の発光素子に吸収される割合を低減させることができ、光取出しが良好な発光装置とすることができる。
封止部材40は、第1発光素子10および第2発光素子20を被覆する。図1Gで示す発光装置100では、封止部材40は、凹部2内に位置し、第1発光素子10の上面および側面と、第2発光素子20の上面および側面とを被覆している。
封止部材40は、第1蛍光体61を含有する。第1蛍光体61は、1種の蛍光体であってもよいし、複数種の蛍光体であってもよい。複数種の蛍光体を用いることで、発光装置100の演色性を向上させることができる。第1蛍光体61は、例えば、下記式(1)で表される組成を有する蛍光体と、下記式(2)で表される組成を有する蛍光体を含む。
(Y,Lu,Gd)(Al,Ga)12:Ce(1)
(Sr,Ca)AlSiN:Eu(2)
封止部材40は上面の一部に凸部3を有する。また、第1発光素子10は凸部3の下方にある第1領域9aに位置する。換言すると、第1発光素子10の上方には凸部3が位置する。また、第2発光素子20は、封止部材40の上面の下方に位置する第2領域9bに位置する。図1Gでは、第1領域9aおよび第2領域9bの双方は、複数のリード50の上面にあり、互いに異なる領域に位置している。第1発光素子10の上方に凸部3を設けることで、第1発光素子10の上方に位置する封止部材40の体積を、第2発光素子20の上方に位置する封止部材40の体積よりも容易に大きくすることができる。これにより、第1発光素子10の上方に位置する第1蛍光体61の量を、第2発光素子20の上方に位置する第1蛍光体61の量よりも多くすることができ、その結果、封止部材40の上方に出る光のうち、第1発光素子10の上方に出る光の色度と、第2発光素子20の上方に出る光の色度とを容易に異ならせることができる。
1931CIE色度図上における光の色度は、一般的に赤色成分が多いと色度のx値が大きくなる傾向がある。そのため、例えば、第1蛍光体61として黄色〜赤色蛍光体を用いる場合は、第1発光素子10の上方に出る光の色度のx値は、第2発光素子20の上方に出る光の色度のx値よりも大きくなる。発光装置100は、第1発光素子10の上方に凸部3を有することで、第1発光素子10の上方に出る光の色度のx値を第2発光素子20の上方に出る光の色度のx値と比べてより大きくすることができる。その結果、発光色として幅広い色度の光を発光可能な発光装置を提供することが可能となる。
本明細書において、第1発光素子10の上方に出る光の色度とは、例えば、第1発光素子10だけを駆動させた場合の発光装置100の色度とすることができる。同様に、第2発光素子20の上方に出る光の色度とは、例えば、第2発光素子20だけを駆動させた場合の発光装置100の色度とすることができる。
凸部3は、上面視において、凸部3の幾何中心が第1発光素子10の中心と略一致するように位置することが好ましい。これにより、第1発光素子10の光軸と、凸部3の光軸とを一致させることができるので、第1発光素子10からの光を効率良く外部に取り出すことができる。また、第1発光素子10は、上面視において、その全てが凸部3の下方に位置することもでき、また、その一部のみが凸部3の下方に位置することができる。凸部3の下方に第1発光素子10の全てが位置する場合、凸部3の上面視における最大幅は、第1発光素子10の上面視における最大幅と略同じであることが好ましい。これにより、第1発光素子10から上方に出射される出射光を効率良く外部に取り出すことができるとともに、隣接する第2発光素子20からの出射光が凸部3内に入射する割合を低減することができ、第1発光素子10および第2発光素子20の上方に出射される出射光の色度を効率よく異ならせることができる。第2発光素子20。凸部3の上面視における最大幅は、例えば、300〜1000μmである。また、凸部3は、高さ方向において、最も低い部分と最も高い部分との距離は、例えば、150〜500μmである。
凸部3は、金型により、封止部材40を形成する際に同時に形成することもでき、また、凹部2内に第1の封止部材を設けた後に、ポッティング法等で第1蛍光体61を含む第2の封止部材を別工程で設けることができる。
発光装置100は、第1発光素子10だけを駆動させた場合、例えば、色温度1800〜5000Kの光を発することが可能である。また、発光装置100は、第2発光素子20だけを駆動させた場合、例えば、第1発光素子10だけを駆動させた場合の色温度よりも高く設定され、色温度3500〜7000Kの光を発することが可能である。さらに、発光装置100は、第1発光素子10および第2発光素子20それぞれに流す電流値を調整することで、色温度1800〜7000Kの発光色の光を発することができる。これにより、発光色として幅広い相関色温度の光を発光可能な発光装置とすることができる。
以下、本発明の発光装置100に用いる各部材について詳細に説明する。
(パッケージ)
パッケージ1は、発光素子を配置するための基台である。パッケージ1は、母体と複数のリード(複数の電極部)とを少なくとも有する。パッケージ1の母体となる材料は、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等のセラミックス、樹脂(例えば、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ変性樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、トリメチルペンテン樹脂、ポリノルボルネン樹脂又はこれらの樹脂を1種以上含むハイブリッド樹脂等)、パルプ、ガラス、又はこれらの複合材料等である。パッケージ1の母体は、単層構造でもよいし、複数の層を含む多層構造でもよい。
パッケージ1の例としては、図1Aの発光装置100で用いられた樹脂部30と複数のリード50とを備えるパッケージを好適に用いることができる。これにより、放熱性が高く安価な発光装置とすることができる。なお、図1Aで示す発光装置100では、パッケージ1の外側面において、複数のリード50は樹脂部30から外側に延出していないが、本実施形態の発光装置はこれに限られない。つまり、パッケージ1の外側面において、複数のリード50は樹脂部30から外側に延出していてもよい。これにより、発光素子が発する熱を効率的に外側に放熱することができる。
図1Dにパッケージ1の変形例を示す。図1Dにおいて、発光素子、保護素子およびワイヤが配置される領域を破線で示す。図1Dで示すパッケージ1は、第1リード51、第2リード52、第3リード53および第4リード54を備える。第1リード51の上面上には第1発光素子10が配置され、第2リードの上面上には第2発光素子20が配置される。第1発光素子10の正負の電極(図示せず)のうち一方の電極は、ワイヤにより第1リード51と接続され、他方の電極はワイヤにより第3リード53と接続される。また、第2発光素子20の正負の電極(図示せず)のうち一方の電極は、ワイヤにより第2リード52と接続され、他方の電極はワイヤにより第4リード54と接続される。これにより、第1発光素子10の導電路(第1リード51および第3リード53)と第2発光素子20の導電路(第2リード52および第4リード54)とを完全に分離することができる。その結果、第1発光素子10および第2発光素子20それぞれに流れる電流値を自由度高く調整することができる。
図1Dに示すパッケージ1は、凹部2の側壁の一部に突出部13aを有する。突出部13aは、パッケージ1の外側面からパッケージ1の内側に向かう方向に突出する形状を有する。突出部13aは、複数のリード50のうち少なくとも2つのリードに跨って形成されることが好ましい。これにより、少なくとも2つのリード間の強度が高くなり、パッケージ1の強度が向上する。図1Dで示すパッケージ1では、突出部13aは、第1リード51と第2リード52との間に跨って形成されている。これにより、パッケージ1の強度を向上させることができる。また、パッケージ1において、各リードの離間領域が凹部2の側壁から対向する側壁まで直線上に形成されている場合、パッケージ1の強度は低くなることがある。このようなパッケージにおいて、各リードの離間領域の延長線上に突出部13aを配置することで、パッケージ1の強度の低下を抑制することができる。図1Dで示すパッケージ1では、突出部13aは、第1リード51と第2リード52との離間領域および第3リード53と第4リード54との離間領域の直線上に形成されている。これにより、パッケージ1の強度を効果的に向上させることができる。
突出部13aを有する側壁6に沿う方向X1において、凹部2の底面にある突出部13aの幅は、リードの離間距離(第1リード51と第2リード52との離間距離)よりも大きいことが好ましい。これにより、複数のリードに跨って突出部13aを配置することができるため、パッケージ1の強度の低下を抑制することができる。また、凹部2の底面にある突出部13aの幅は、第1発光素子10と第2発光素子20の離間距離よりも大きくしてもよい。また、凹部2の底面にある突出部13aの幅は、開口部にある突出部13aの幅よりも大きくすることができる。これにより、凸部9を金型成形により形成する場合に、金型が離型しやすくなり、凸部9の一部が欠けたりすることを抑制することができる。方向X1において、突出部13aの最大幅は、側壁6の幅に対して例えば0.05倍〜1倍であり、0.1倍〜0.3倍であることが好ましい。また、図1Dで示すパッケージ1では、パッケージ1の上面において、突出部13aの上面はその他の樹脂部30の上面と略同一面になっている。これにより、上面視において突出部13aを容易に視認することができ、例えば、突出部13aは複数のリード50の極性を示す認識対象部としての機能を有することができる。
方向X1と垂直な方向の方向Y1において、凹部2の底面にある突出部13aは、発光素子から延びるワイヤとリードとの接続部Pよりも側壁6側に近い位置にあることが好ましい。これにより、ワイヤを接続する領域を広く確保することができ、ワイヤの接続が容易になる。なお、方向Y1において、凹部2の底面にある突出部13aは、発光素子から延びるワイヤとリードとの接続部Pよりも側壁6から遠い位置にあってもよい。
突出部13aは、上面視において、リード間の離間領域の中心を通る線に対して線対称の形状を有することができる。これにより、パッケージ1に外部からの応力がかかった場合に、一のリードのみに応力が集中することを抑制することができる。これにより、パッケージ1の変形等を抑制することができる。
なお、突出部13aは、1つであってもよく、2つ以上あってもよい。例えば、凸部9は、第3リード53と第4リード54との間に跨って形成されてもよく、第1リード51と第3リード53との間に跨って形成されてもよく、第2リード52と第4リード54との間に跨って形成されてもよい。
また、パッケージ1は、凹部2の側壁に凹み部13bを有することが好ましい。パッケージ1が凹み部13bを有することで、パッケージ1と封止部材40との密着強度が向上する。また、発光素子や保護素子と接続するワイヤの一端を凹み部13bの近傍に接続することで、ワイヤを接続する領域を大きく確保することができる。これにより、ワイヤの接続不良等の可能性を低減することができる。
パッケージ1の外形形状および凹部2の開口形状は、上面視において、矩形、その他の多角形、円形、楕円形等の形状とすることができる。また、凹部2の開口形状は、図1Aで示すように、上面視において、凹部2の矩形の開口の1つの角部を面取りするなど、開口形状の一部を変形させることができる。これにより、開口の一部をアノードマークまたはカソードマークなどリードの極性を示すマークとして機能させることができる。
パッケージ1の別の例としては、図2Aおよび図2Bで示すように、平板状の基板7と、基板7の上面に設けられた光反射性樹脂からなる枠体状の樹脂部30とを有するパッケージを用いることができる。図2Aはパッケージ1の模式的上面図であり、図2Bは図2A中の2B−2B線における模式的端面図である。図2Aでは、封止部材は省略して図示している。枠体状の樹脂部30は、光を反射するリフレクタとしての役割と、封止部材を充填させるための壁としての役割を備える。基板7は、上面に複数のリード(例えば、第1リード51、第2リード52、第3リード53および第4リード54)を有する。このようなパッケージ1の大きさは、配置する発光素子数、目的および用途に応じて適宜設定される。基板7の材料としては、絶縁性材料を用いることが好ましく、かつ、発光素子等から放出される光や外光等が透過しにくい材料を用いることが好ましい。また、パッケージ1の光反射性を高めるために、発光素子載置面に反射部材を設けても良い。反射部材は、例えば、酸化チタン等の反射性粒子と、有機物または無機物のバインダーとを混錬したものである。いわゆる白色レジストや白色インク、セラミックスインク等が該当する。有機物のバインダーとしては、耐熱性・耐光性に優れたシリコーン樹脂を用いることが特に好ましい。これにより、基板7の表面で光を反射して、光取り出し効率の高い発光装置とすることができる。
図2Aおよび図2Bで示す発光装置では、第1発光素子10および第2発光素子20が交互に配置されている。これにより、第1発光素子10および第2発光素子20から出射される光を十分に混色させることができ、上面視における発光装置の色むらを抑制することができる。なお、第1発光素子10および第2発光素子20の配置はこれに限られない。例えば、第1発光素子10および第2発光素子20は、X方向またはY方向に列状に配置することができ、または、同心円状に配置することもできる。
また、パッケージ1は、凹部2を有しない形態であってもよい。例えば、パッケージ1は、長尺状の基板を用いることができる。このようなパッケージ1は、例えば可撓性を有し、リールなどによってロール状に巻き取った状態で保管できるとともに、曲面に沿わせて取り付けることができる。基板の材料として、例えば、ポリイミドやポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどの絶縁性樹脂を好適に用いることができる。また、基板の厚みは、例えば、10μm〜200μm程度とすることができる。
(複数のリード)
複数のリード50は、導電性を有し、発光素子に給電するための電極として機能する。複数のリード50は、母材として、例えば、銅、アルミニウム、金、銀、鉄、ニッケル、又はこれらの合金、燐青銅、鉄入り銅などの金属を用いることができる。これらは単層であってもよいし、積層構造(例えば、クラッド材)であってもよい。特に、母材には安価で放熱性が高い銅を用いることが好ましい。また、複数のリード50は、母材の表面に金属層を有していてもよい。金属層は、例えば、銀、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、ロジウム、金、銅、又はこれらの合金などを含む。なお、金属層は、複数のリード50の全面に設けられていてもよいし、部分的に設けられていてもよい。また、金属層は、リードの上面に形成される領域と、リードの下面に形成される領域とで異なる層にすることができる。例えば、リードの上面に形成される金属層は、ニッケルおよび銀の金属層を含む複数層からなる金属層であり、リードの下面に形成される金属層は、ニッケルの金属層を含まない金属層である。また、例えば、リードの上面に形成される銀等の金属層は、リードの下面に形成される銀等の金属層よりも厚くすることができる。
複数のリード50の最表面に銀を含む金属層が形成される場合は、銀を含む金属層の表面に酸化ケイ素等の保護層を設けることが好ましい。これにより、銀を含む金属層が大気中の硫黄成分等によって変色することを抑制することができる。保護層の成膜方法は、例えばスパッタ等の真空プロセスによって成膜することができるが、その他の既知の方法を用いてもよい。
複数のリード50は、少なくとも第1リード51、第2リード52および第3リード53を備える。複数のリード50が少なくとも3つのリードを有することで、複数の発光素子をそれぞれ独立して駆動させることができる。なお、複数のリード50は、4つ以上のリードを備えていてもよく、例えば、第1リード51、第2リード52および第3リード53に加えて第4リードを備えることができる。第4リードは、放熱部材として機能してもよいし、第1リード51等と同様に電極として機能してもよい。
(樹脂部)
樹脂部30は、母材となる樹脂材料として、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを用いることができる。具体的には、エポキシ樹脂組成物、シリコーン樹脂組成物、シリコーン変性エポキシ樹脂などの変性エポキシ樹脂組成物、エポキシ変性シリコーン樹脂などの変性シリコーン樹脂組成物、不飽和ポリエステル樹脂、飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂組成物、変性ポリイミド樹脂組成物等の硬化体、ポリフタルアミド(PPA)、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、液晶ポリマー(LCP)、ABS樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、PBT樹脂等の樹脂を用いることができる。特に、エポキシ樹脂組成物や変性シリコーン樹脂組成物の熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。
また、樹脂部30の樹脂材料として、耐熱性および耐光性に優れたシリコーン樹脂組成物(例えばSMC樹脂)を用いることが好ましい。
樹脂部30は、上記の母材となる樹脂材料に、光反射性物質を含有することが好ましい。光反射性物質としては、発光素子からの光を吸収しにくく、且つ、母材となる樹脂材料に対して屈折率差の大きい部材を用いることが好ましい。このような光反射性物質は、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等である。
また、樹脂部30は、発光装置100のコントラストを向上させるために、発光装置100の外光(多くの場合、太陽光)に対して光反射率が低い充填剤を含有してもよい。この場合、樹脂部30は、例えば、黒色ないしそれに近似した色である。充填剤としては、アセチレンブラック、活性炭、黒鉛などのカーボンや、酸化鉄、二酸化マンガン、酸化コバルト、酸化モリブデンなどの遷移金属酸化物、もしくは有色有機顔料などを目的に応じて利用することができる。
なお、本発明の発光装置は、パッケージ1を備えていなくてもよい。図3Aは発光装置の一例を示す模式的上面図であり、図3Bは図3A中の3B−3Bにおける模式的端面図である。図3Aおよび図3Bで示す発光装置100は、パッケージ1を備えていない。発光装置100は、第1発光素子10および第2発光素子20と、各発光素子の側面に配置された透光層8と、透光層8の外面を覆う樹脂部30と、各発光素子の上方に位置する封止部材40とを備える。
透光層8は、各発光素子の側面を覆っており、各発光素子の側面から出射される光を発光装置の上面方向に導光する。つまり、各発光素子の側面に到達した光の一部は側面で反射され発光素子内で減衰するが、透光層8は、その光を透光層8を通して発光素子の外側に取り出すことができる。透光層8は、樹脂部30で例示した樹脂材料を用いることができ、特に、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性の透光性樹脂であるのが好ましい。なお、透光層8は、光の透過率が高いことが好ましい。そのため、通常は、透光層8に、光を反射、吸収又は散乱する添加物は添加されないことが好ましい。
樹脂部30は、各発光素子の側面に設けられた透光層8の外面と、各発光素子の側面の一部とを覆っている。樹脂部30は、例えば、透光層8と各発光素子との熱膨張率差(これを「第1の熱膨張率差ΔT30」と称する)と、樹脂部30と各発光素子との熱膨張率差(これを「第2の熱膨張率差ΔT40」と称する)とを比較したときに、ΔT40<ΔT30となるように、樹脂部30となる樹脂材料が選択される。これにより、各発光素子から透光層8が剥離することを抑制することができる。
(第1発光素子、第2発光素子)
第1発光素子10および第2発光素子20は、発光装置100の光源として機能し、さらに蛍光体の励起源となる。第1発光素子10および第2発光素子20には、発光ダイオード素子などを用いることができ、可視域の発光が可能な窒化物半導体(InAlGa1−x−yN、0≦x、0≦y、x+y≦1)を含むことができる。
第1発光素子10および第2発光素子20は、それぞれの発光ピーク波長が430nm〜480nmである。第1発光素子10および第2発光素子20が近紫外領域よりも長波長側の発光ピーク波長を有することで、近紫外領域の光の問題(例えば、人体や照射物に悪影響を及ぼしたり、発光装置の構成部材が劣化し発光装置の発光効率が大幅に低下するという問題)を抑制することができる。発光装置100は、少なくとも第1発光素子10および第2発光素子20を備えていればよく、第1発光素子10および第2発光素子20以外に別の発光素子をさらに備えていてもよい。
(封止部材)
発光装置100は、第1発光素子10および第2発光素子20を被覆する封止部材40を備える。封止部材40は、発光素子等を外力や埃、水分などから保護することができる。封止部材40は、発光素子から出射される光の60%以上を透過するもの、さらに90%以上を透過するものが好ましい。封止部材40の母材としては、樹脂部30で用いられる樹脂材料を用いることができる。母材となる樹脂材料として、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを用いることができ、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂またはこれらを1つ以上含む樹脂を用いることができる。封止部材は単一層から形成することもでき、また、複数層から構成することもできる。また、封止部材40には、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムなどの光散乱粒子を分散させることができる。
封止部材40は、発光素子からの光の波長を変換する第1蛍光体61を含む。第1蛍光体61は、1種の蛍光体であってもよいし、複数種の蛍光体であってもよい。第1蛍光体61として複数種の蛍光体を用いることで、発光装置100の演色性等を向上させることができる。第1蛍光体61は、第1発光素子10および第2発光素子20の光で励起する蛍光体であればよく、例えば、(Ca,Sr,Ba)(PO(Cl,Br):Eu、(Sr,Ca,Ba)Al1425:Eu、(Ca,Sr,Ba)MgSi16(F,Cl,Br):Eu、(Y,Lu,Gd)(Al,Ga)12:Ce、(Sr,Ca)AlSiN:Eu、3.5MgO・0.5MgF・GeO:Mn、CaScSi12:Ce、CaSc:Ce、(La,Y)Si11:Ce、(Ca,Sr,Ba)Si:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si12:Eu、(Ba,Sr,Ca)Si:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si:Eu、(Ca,Sr,Ba)S:Eu、(Ba,Sr,Ca)Ga:Eu、K(Si,Ti,Ge)F:Mnの蛍光体を用いることができる。
第1蛍光体61は、特に、半値幅の広い蛍光体を用いることが好ましく、例えば、(Y,Lu,Gd)(Al,Ga)12:Ceを用いることが好ましく、さらに、(Y,Lu,Gd)(Al,Ga)12:Ceと(Sr,Ca)AlSiN:Euとを混合したものを用いることがさらに好ましい。これにより、演色性の高い発光装置とすることができる。また、
蛍光体の含有量は、例えば、封止部材40の全重量に対して9〜60重量%程度であることが好ましい。
なお、封止部材40は、ガラスまたは蛍光体の焼結体等の無機材料から形成されてもよい。これにより、高出力の発光装置において発光装置の信頼性を向上させることができる。
(保護素子)
発光装置100は、静電耐圧を向上させるために保護素子を備えることができる。図1Aで示す発光装置100では、保護素子11は第2リード52の上面に位置している。保護素子は、1つであってもよいし、複数あってもよい。例えば、発光装置100は、1つの発光素子に対して1つの保護素子を配置することができる。発光装置100では、各発光素子の導電路が別になっているので、それぞれの発光素子に対して1つの保護素子を配置することで、発光装置100の静電耐圧をより向上させることができる。
(第1実施形態の変形例)
図4Aは第1実施形態の1つの変形例に係る発光装置100Aの模式的端面図である。発光装置100Aは、凸部3と第1発光素子10の上面との間に第1透光性部材15をさらに備える点で、第1実施形態に係る発光装置100と主に異なる。従って、発光装置100Aについて、発光装置100と異なる点を中心に説明する。
発光装置100Aは、第1発光素子10の上面上に配置され、封止部材40の上面の下方に位置する第1透光性部材15を備える。より具体的には、発光装置100Aは、凸部3の上面と第1発光素子10の上面との間に第1透光性部材15を備える。図4Aで示す発光装置100Aでは、第1透光性部材15は第1発光素子10の上面を被覆し、かつ、第1発光素子10の側面は被覆していない。
第1透光性部材15は、例えば、第2蛍光体62を含む。第2蛍光体62は、例えば、半値幅の広い赤色蛍光体を用いることが好ましい。第2蛍光体62として赤色蛍光体を用いることで、第1発光素子10の上方に出射される出射光の色度のx値は大きくなり、第1発光素子10の上方に出射される出射光の色度と、第2発光素子20の上方に出射される出射光の色度とを容易に異ならせることができる。第2透光性部材25から出射される出射光の色度よりも容易に異ならせることができる。第2蛍光体62として赤色蛍光体を用いる場合、第2蛍光体62の半値幅は、例えば、例えば80nm以上100nm以下であり、85nm以上95nm以下が好ましい。このような第2蛍光体62として、例えば、下記式(3)で表される組成を有する赤色蛍光体を用いることができる。
(Sr,Ca)AlSiN:Eu(3)
式(3)で表される組成を有する赤色蛍光体を用いることで、発光装置の演色性を向上させつつ、発光装置の光取出しを向上させることができる。
また、第2蛍光体62の含有量は、例えば、第1透光性部材15の全重量に対して33〜60重量%である。
第1透光性部材15は、第1発光素子10の上面のみを被覆することが好ましい。換言すると、第1透光性部材15は、第1発光素子10の上面を被覆し、且つ、第1発光素子10の側面を被覆しないことが好ましい。これにより、例えば、封止部材40内の第1蛍光体61として励起効率の高い蛍光体を用いた場合に。第1発光素子10から側方に出る光を効率的に励起することができる。その結果、光取出しの良好な発光装置とすることができる。
なお、第1透光性部材15は種々の方法で形成される。例えば、第1透光性部材15は、樹脂材料を印刷、ポッティング又はスプレー法等で形成してもよく、また、シート状またはブロック状の樹脂部材を接着剤等により貼り付けて形成してもよい。また、蛍光体を含む透光性部材は、例えば、電気泳動堆積法等で形成してもよい。
図4Bは第1実施形態の1つの変形例に係る発光装置100Bの模式的端面図である。発光装置100Bは、封止部材40の上面と第2発光素子20の上面との間に第2透光性部材25をさらに備える点で、第1実施形態に係る発光装置100と主に異なる。従って、発光装置100Bについて、発光装置100と異なる点を中心に説明する。
発光装置100Bは、第2発光素子20の上面上に配置され、封止部材40の上面の下方に位置する第2透光性部材25を備える。第2透光性部材25は、例えば、蛍光体を有しない。第2透光性部材25が蛍光体を有さない場合、第2透光性部材25の出射光の大部分は、青色成分の多い第2発光素子20の光となる。これにより、第2発光素子20の上方に出射される出射光の色度のx値は、第1発光素子10の上方に出射される出射光の色度のx値に比べて相対的に小さい光となる。その結果、第1発光素子10の上方に出射される出射光の色度と、第2発光素子20の上方に出射される出射光の色度とを容易に異ならせることができる。
また、第2発光素子20の上面上に第2透光性部材25を設けることで、第2発光素子20の上方に位置する第1蛍光体61の量は少なくなり、第2発光素子20の上方に出る光の第1蛍光体61で励起される割合が少なくなる。そのため、例えば、第1蛍光体61が黄〜赤色蛍光体を含む場合、第2透光性部材25を有さない発光装置と比べて、第2発光素子20の上方に出る光を色度のx値が相対的に小さい光とすることができる。その結果、第1発光素子10の上方に出射される出射光の色度と、第2発光素子20の上方に出射される出射光の色度とを容易に異ならせることができる。
図4Cは第1実施形態の1つの変形例に係る発光装置100Cの模式的端面図である。発光装置100Cは、第2発光素子20の下方に土台部5をさらに備える点で、第1実施形態に係る発光装置100と主に異なる。従って、発光装置100Cについて、発光装置100と異なる点を中心に説明する。
発光装置100Cは、第2発光素子20の下方に土台部5を備える。第2発光素子20の下方に土台部5を備えることで、第2発光素子20の上方に位置する第1蛍光体61の量は少なくなり、第2発光素子20の上方に出る光の第1蛍光体61で励起される割合が少なくなる。そのため、例えば、第1蛍光体61が黄〜赤色蛍光体を含む場合、第2透光性部材25を有さない発光装置と比べて、第2発光素子20の上方に出る光を色度のx値が相対的に小さい光とすることができる。その結果、第1発光素子10の上方に出射される出射光の色度と、第2発光素子20の上方に出射される出射光の色度とを容易に異ならせることができる。
(第1透光性部材、第2透光性部材)
第1透光性部材15は第1発光素子10の上面上に位置し、第2透光性部材25は第2発光素子20の上面上に位置する。第1透光性部材15および第2透光性部材25は、発光素子の上面と直接接して配置していてもよいし、発光素子の上方に位置し、第1透光性部材15等と発光素子の上面との間に別の部材(例えば、上述した保護層)が位置していてもよい。
また、第1透光性部材15および第2透光性部材25は、発光素子の側面をさらに被覆することができる。なお、第1透光性部材15および第2透光性部材25の双方が発光素子の上面および側面を被覆することができ、また、例えば、片方の透光性部材のみが発光素子の上面および側面を被覆することができる。
第1透光性部材15および第2透光性部材25は、種々の形状とすることができる。特に、第1透光性部材15および第2透光性部材25は、図4Aおよび図4Bで示すように、略半球状または略半楕円体であることが好ましい。換言すると、第1透光性部材15および第2透光性部材25は、上面の全てが曲面となることが好ましい。これにより、第1発光素子10等から出射される光が、第1透光性部材15等の表面で反射されて第1発光素子10等側に戻ることを抑制することができる。
第1透光性部材15および第2透光性部材25は、母材となる樹脂材料として、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを用いることができる。母材となる樹脂材料は、樹脂部30の母材として用いることができる樹脂材料を用いることができる。特に、シリコーン樹脂組成物やエポキシ樹脂組成物を用いることが好ましい。また、第1透光性部材15および第2透光性部材25には、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムなどの光散乱粒子を分散させることができる。また、第1透光性部材15の母材となる樹脂材料と、第2透光性部材25の母材となる樹脂材料とは屈折率を異ならせることができる。
第1透光性部材15および第2透光性部材25は、蛍光体を含まなくてもよく、また、第2蛍光体62を含ませることもできる。第2蛍光体62は、例えば、(Ca,Sr,Ba)(PO(Cl,Br):Eu、(Sr,Ca,Ba)Al1425:Eu、(Ca,Sr,Ba)MgSi16(F,Cl,Br):Eu、(Y,Lu,Gd)(Al,Ga)12:Ce、(Sr,Ca)AlSiN:Eu、3.5MgO・0.5MgF・GeO:Mn、CaScSi12:Ce、CaSc:Ce、(La,Y)Si11:Ce、(Ca,Sr,Ba)Si:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si12:Eu、(Ba,Sr,Ca)Si:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si:Eu、(Ca,Sr,Ba)S:Eu、(Ba,Sr,Ca)Ga:Eu、K(Si,Ti,Ge)F:Mnの蛍光体を用いることができる。
なお、第1透光性部材15又は第2透光性部材25は、ガラスまたは蛍光体の焼結体等の無機材料から形成されてもよい。これにより、高出力の発光装置において発光装置の信頼性を向上させることができる。
(土台部)
土台部5は、発光素子の下方に位置し、発光素子の上方に位置する封止部材40の体積を減らす役割を有する。発光装置100Cでは、土台部5は第2発光素子20の下方に位置しているが、これに限られない。土台部5は、第1発光素子10の下方に位置していてもよい。土台部5は、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム等のセラミックや、シリコーンやエポキシ等の樹脂を含む部材などが挙げられる。土台部5は、発光素子からの熱を適切に放熱するために、熱伝導率が150W/m・K以上であることが好ましい。
(第2実施形態)
図5Aは第2実施形態に係る発光装置200の模式的上面図であり、図5Bは図5A中の5B−5B線における模式的端面図である。図5Aでは、凹部2の内部が分かりやすいように封止部材40を省略して図示する。発光装置200は、凸部3の代わりに窪み部4を備える点で、第1実施形態に係る発光装置100と主に異なる。従って、発光装置200について、発光装置100と異なる点を中心に説明する。
発光装置200は、第1発光素子10および第2発光素子20と、第1発光素子10および第2発光素子20を被覆し、第1蛍光体61を含む封止部材40とを備える。第2実施形態に係る発光装置200は、さらに凹部2を有するパッケージ1を備え、第1発光素子10および第2発光素子20は凹部2の底面に配置される。
封止部材40は、上面の一部に下側に窪む窪み部4を有する。また、第2発光素子20は窪み部4の下方にある第3領域9cに位置する。換言すると、第2発光素子20の上方には窪み部4が位置する。また、第1発光素子10は、封止部材40の上面の下方に位置し、かつ、第3領域9cと異なる位置にある第4領域9dに位置する。第2発光素子20の上方に窪み部4を設けることで、第1発光素子10の上方に位置する封止部材40の体積を、第2発光素子20の上方に位置する封止部材40の体積よりも容易に大きくすることができる。これにより、第1発光素子10の上方に位置する第1蛍光体61の量を、第2発光素子20の上方に位置する第1蛍光体61の量よりも多くすることができ、その結果、封止部材40の上方に出る光のうち、第1発光素子10の上方に出る光の色度と、第2発光素子20の上方に出る光の色度とを容易に異ならせることができる。
また、例えば、第1蛍光体61として黄色〜赤色蛍光体を用いる場合は、第1発光素子10の上方に出る光の色度のx値は、第2発光素子20の上方に出る光の色度のx値よりも大きくなる。第2実施形態に係る発光装置200では、第2発光素子20の上方に窪み部4を有するので、第1発光素子10の上方に出る光の色度のx値を第2発光素子20の上方に出る光の色度のx値と比べてより大きくすることができる。その結果、発光色として幅広い色度の光を発光可能な発光装置を提供することが可能となる。
窪み部4は、上面視において、窪み部4の幾何中心が第2発光素子20の中心と略一致するように位置することが好ましい。これにより、第2発光素子20の光軸と、窪み部4の光軸とを一致させることができるので、第2発光素子20からの光を効率良く外部に取り出すことができる。また、第2発光素子20は、上面視において、その全てが窪み部4の下方に位置することもでき、また、その一部のみが窪み部4の下方に位置することができる。窪み部4の上面視における最大幅は、第2発光素子20の上面視における最大幅よりも小さいことが好ましい。これにより、第2発光素子20から出射される光が窪み部4の表面により第2発光素子20側に戻る戻り光の割合を低減することができるとともに、第1発光素子10の出射光が窪み部4内に入射する割合を低減することができる。窪み部4の上面視における最大幅は、例えば、第2発光素子20の上面視における最大幅の0.5〜0.8倍である。窪み部4の上面視における最大幅は、例えば、250〜600μmである。また、凸部3は、高さ方向において、最も低い部分と最も高い部分との距離は、例えば、100〜250μmである。
窪み部4は、金型により、封止部材40を形成する際に同時に形成することもでき、また、凹部2内に第1の封止部材を設けた後に、窪み部4に対応する部分を押圧等することによって別工程で設けることもできる。
なお、第1実施形態、第1実施形態の変形例および第2実施形態で説明をした各発光装置の特徴部は他の実施形態にも好適に適用可能である。また、第1実施形態等では、第1発光素子10の上方に出射される光の色度のx値が第2発光素子20の上方に出射される光の色度のx値よりも大きくなる場合の形態を主に説明したが、本開示の発光装置はこれに限られない。
100 発光装置
100A,100B,100C 発光装置
200 発光装置
1 パッケージ
2 凹部
3 凸部
4 窪み部
5 土台部
6 側壁
7 基板
8 透光層
10 第1発光素子
11 保護素子、第1保護素子
12 第2保護素子
13a 突出部
13b 凹み部
15 第1透光性部材
20 第2発光素子
25 第2透光性部材
30 樹脂部
40 封止部材
50 複数のリード
51 第1リード
52 第2リード
53 第3リード
54 第4リード
61 第1蛍光体
62 第2蛍光体
80 上面
81 下面
82 第1外側面
83 第2外側面
84 第3外側面
85 第4外側面
9a 第1領域
9b 第2領域
9c 第3領域
9d 第4領域
P 接続部

Claims (9)

  1. それぞれの発光ピーク波長が430nm〜480nmである第1発光素子および第2発光素子と、
    前記第1発光素子および前記第2発光素子を被覆し、第1蛍光体を含む封止部材と、を備え、
    前記第1発光素子および前記第2発光素子はそれぞれ独立して駆動可能であり、
    前記封止部材は、上面の一部に凸部を有し、
    前記凸部の下方にある第1領域に前記第1発光素子が位置し、
    前記封止部材の上面の下方に位置し、かつ、前記第1領域と異なる位置にある第2領域に前記第2発光素子が位置する、発光装置。
  2. それぞれの発光ピーク波長が430nm〜480nmである第1発光素子および第2発光素子と、
    前記第1発光素子および前記第2発光素子を被覆し、第1蛍光体を含む封止部材と、を備え、
    前記第1発光素子および前記第2発光素子はそれぞれ独立して駆動可能であり、
    前記封止部材は、上面の一部に下側に窪む窪み部を有し、
    前記窪み部の下方にある第3領域に前記第2発光素子が位置し、
    前記封止部材の上面の下方に位置し、かつ、前記第3領域と異なる位置にある第4領域に前記第1発光素子が位置する、発光装置。
  3. 前記発光装置は、前記第1発光素子の上面上に配置され、前記封止部材の上面の下方に位置し、かつ、第2蛍光体を含有する第1透光性部材をさらに備える、請求項1または2に記載の発光装置。
  4. 前記発光装置は、前記第2発光素子の上面上に配置され、前記封止部材の上面の下方に位置する第2透光性部材をさらに備える、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光装置。
  5. 前記発光装置は、前記第2発光素子の下方に配置される土台部をさらに備える、請求項1〜4のいずれか1項に記載の発光装置。
  6. 前記発光装置は、凹部を有するパッケージを備え、
    前記第1発光素子および前記第2発光素子は前記凹部の底面に配置される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光装置。
  7. 前記発光装置は色温度1800〜7000Kの光を発する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の発光装置。
  8. 前記発光装置は第1リード、第2リードおよび第3リードを有し、
    前記第1発光素子および前記第2発光素子は前記第1リードの上面に配置される、請求項1〜7のいずれか1項に記載の発光装置。
  9. 前記発光装置は第1リード、第2リード、第3リードおよび第4リードを有し、
    前記第1発光素子は前記第1リードの上面に配置され、
    前記第2発光素子は前記第2リードの上面に配置され、
    前記第3リードは、前記第1発光素子の一の電極と電気的に接続され、
    前記第4リードは、前記第2発光素子の一の電極と電気的に接続される、請求項1〜7のいずれか1項に記載の発光装置。
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