JP6834316B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本開示は発光装置に関する。
複数の発光素子が並列に接続されてなる発光装置が提案されている(特許文献1、2参照)。
特開2009−76684号公報 特開2011−216891号公報
しかしながら、照明用途などの発光装置は、所定の明るさを得るために用いられる主要光源としての発光素子と、演色性を高めるなどの目的で補助的に用いられる補助光源としての発光素子と、を有する場合がある。この場合、上記従来の発光装置では、主要光源としての発光素子に流す電流と、補助光源としての発光素子に流す電流と、の大きさを調整することが困難となる可能性がある。このため、補助光源としての発光素子を必要にして十分な発光強度で発光させつつ、主要光源としての発光素子を所望の発光強度で十分に発光させることができない可能性があり、ひいては、発光装置からその用途に見合った明るさの光を取り出すことができない可能性がある。
上記の課題は例えば次の手段により解決することができる。基台と、420nm以上480nm未満の波長域に発光ピーク波長がある少なくとも1つの第1発光素子からなり、前記基台上に配置される第1発光素子部と、480nm以上530nm以下の波長域に発光ピーク波長がある少なくとも1つの第2発光素子からなり、前記基台上に配置され、前記第1発光素子部に対して並列に接続される第2発光素子部と、前記第1発光素子からの光による励起効率が前記第2発光素子からの光による励起効率よりも高い蛍光体を含む透光性部材と、を備え、前記第1発光素子部の発光強度は前記第2発光素子部の発光強度よりも高い発光装置。
第1発光素子部を主要光源とし、第2発光素子部を補助光源とする発光装置において、発光装置からその用途に見合った明るさの光を取り出すことができる。
実施形態1に係る発光装置の模式的平面図である。 実施形態1に係る発光装置の回路図である。 図1A中の1C−1C断面図である。 図1A中の1D−1D断面図である。 実施形態2に係る発光装置の模式的平面図である。 実施形態2に係る発光装置の回路図である。 実施形態3に係る発光装置の模式的平面図である。 実施形態3に係る発光装置の回路図である。 実施形態4に係る発光装置の模式的平面図である。 実施形態4に係る発光装置の回路図である。 実施形態5に係る発光装置の模式的平面図である。 実施形態5に係る発光装置の回路図である。 実施形態6に係る発光装置の模式的平面図である。 実施形態6に係る発光装置の回路図である。
[実施形態1に係る発光装置]
図1Aは実施形態1に係る発光装置1の模式的平面図であり、図1Bは実施形態1に係る発光装置1の回路図であり、図1Cは図1A中の1C−1C断面図であり、図1Dは図1A中の1D−1D断面図である。図1Aにおいては、透光性部材50と蛍光体60の図示を省略している。図1Aから図1Dに示すように、実施形態1に係る発光装置1は、基台10と、420nm以上480nm未満の波長域に発光ピーク波長がある少なくとも1つの第1発光素子21からなり、基台10上に配置される第1発光素子部と、480nm以上530nm以下の波長域に発光ピーク波長がある少なくとも1つの第2発光素子22からなり、基台10上に配置され、第1発光素子部に対して並列に接続される第2発光素子部と、第1発光素子21からの光による励起効率が第2発光素子22からの光による励起効率よりも高い蛍光体60を含む透光性部材50と、を備え、第1発光素子部の発光強度は第2発光素子部の発光強度よりも高い発光装置である。実施形態1に係る発光装置1では、補助光源としての第2発光素子部を必要にして十分な発光強度で発光させつつ、主要光源としての第1発光素子部を所望の発光強度で十分に発光させる。そのため、発光装置1からその用途に見合った明るさの光を取り出すことができる。以下、詳細に説明する。
(基台10)
基台10には、例えば、母材上に配線を備えた絶縁性基板を用いることができるほか、本実施形態のように金属板14が樹脂部15に埋設された樹脂パッケージなどを用いることができる。絶縁性基板の母材には例えばセラミックなどを用いることができる。絶縁性基板の配線や樹脂パッケージの金属板14は、後述する第1電極11や第2電極12またはこれらの電極の一部に相当し、例えば、鉄、銅、銀、コバール、ニッケルなどからなる。
基台10は第1電極11と第2電極12とを有する。第1電極11と第2電極12は、第1発光素子部が第1ワイヤ31を介して電気的に接続される領域に第1メッキ層16を有し、第2発光素子部が第2ワイヤ32を介して電気的に接続される領域に第2メッキ層17を有することが好ましい。このようにすれば、第1メッキ層16と第2メッキ層17とを互いに導電率が異なるメッキ材料や互いに厚みが異なるメッキ材料などで構成することにより、第1発光素子部に流れる電流を第2発光素子部に流れる電流よりも大きくすることができる。したがって、補助光源としての第2発光素子部を必要にして十分な発光強度で発光させつつ、主要光源としての第1発光素子部を所望の発光強度で十分に発光させることが容易になる。導電率が互いに異なる材料で構成される場合の一例としては、第1メッキ層16のメッキ材料が銀であり、第2メッキ層17のメッキ材料が金である場合を挙げることができる。
図1Aにおいて、第1メッキ層16及び第2メッキ層17は、第1ワイヤ31及び第2ワイヤ32と第1電極11及び第2電極12とが接続される領域とその近傍のみに配置されている。このようにすれば、必要な部分にのみ第1メッキ層16及び第2メッキ層17が配置されるため、用いるメッキの量を抑制することができる。また、メッキを設ける領域が小さくなるため、第1メッキ層16及び第2メッキ層17が光反射率の低いメッキ材料からなる場合において、光取り出し効率の低下を抑制することができる。なお、第1メッキ層16及び第2メッキ層17は、第1電極11及び第2電極12の全面に第1メッキ層16を設けた後、第2ワイヤ32が接続される領域とその周囲にのみ第2メッキ層17をスポット塗布することなどにより、平面視において第2ワイヤ32が接続される領域とその周囲を除く全面に第1メッキ層16が位置するよう配置されていてもよい。
基台10は、第1電極11や第2電極12に加えて、放熱を目的とする部位を有していてもよい。
(第1発光素子部、第2発光素子部)
第1発光素子部は少なくとも1つの第1発光素子21からなり、第2発光素子部は少なくとも1つの第2発光素子22からなる。換言すると、第1発光素子部は、本実施形態のように1つの第1発光素子21から構成されていてもよいし、後述する他の実施形態のように複数の第1発光素子21から構成されていてもよい。同様に、第2発光素子部は、本実施形態のように1つの第2発光素子22から構成されていてもよいし、後述する他の実施形態のように複数の第2発光素子22から構成されていてもよい。第1発光素子部が複数の第1発光素子21からなる場合、複数の第1発光素子21同士は、直列接続、並列接続又はこれらの組み合わせで互いに接続される。同様に、第2発光素子部が複数の第2発光素子22からなる場合、複数の第2発光素子22同士は、直列接続、並列接続又はこれらの組み合わせで互いに接続される。
第2発光素子部は第1発光素子部に対し並列に接続されている。すなわち、第2発光素子部は、第1発光素子部の第1端子と第2発光素子部の第1端子とが同電位となり、第1発光素子部の第2端子と第2発光素子部の第2端子とが同電位となるよう、第1発光素子部に対して接続される。第2発光素子部が第1発光素子部に対して並列に接続されるため、第1発光素子部を構成する第1発光素子21と第2発光素子部を構成する第2発光素子22とが直列に接続されることはない。なお、第1発光素子部が1つの第1発光素子からなる場合、第1発光素子部の第1端子は第1発光素子のカソード及びアノードのいずれか一方に相当し、第1発光素子部の第2端子は第1発光素子のカソード及びアノードのいずれか他方に相当する。同様に、第2発光素子部が1つの第2発光素子からなる場合、第2発光素子部の第1端子は第2発光素子のカソード及びアノードのいずれか一方に相当し、第2発光素子部の第2端子は第2発光素子のカソード及びアノードのいずれか他方に相当する。また、第1発光素子部が複数の第1発光素子からなる場合は、第1発光素子部の第1端子と第2端子との間で、複数の第1発光素子が直列接続、並列接続、またはこれらの組み合わせで互いに接続される。同様に、第2発光素子部が複数の第2発光素子からなる場合は、第2発光素子部の第1端子と第2端子との間で、複数の第2発光素子が直列接続、並列接続、またはこれらの組み合わせで互いに接続される。
第1発光素子21は、青色に発光する発光素子、より具体的には420nm以上480nm未満の波長域に発光ピーク波長がある発光素子である。第2発光素子22は、青緑色に発光する発光素子、より具体的には480nm以上530nm以下の波長域に発光ピーク波長がある発光素子である。
第1発光素子21と第2発光素子22には、発光ダイオード(LED)などの、半導体を備えた半導体発光素子を用いることができる。半導体としては、インジウムを含む窒化物系半導体(InAlGa1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)等を用いることができる。第1発光素子21と第2発光素子22の形状は基台10の形状や大きさに合わせて適宜選択することができる。第1発光素子21と第2発光素子22の平面形状は、例えば正方形状、長方形状、または六角形状等である。
第1発光素子の順方向電圧は第2発光素子の順方向電圧よりも低いことが好ましい。発光素子の順方向電圧は、フォワード電圧とも呼ばれ、発光素子が発光するために必要な最小電圧である。順方向電圧が低いほど内部抵抗が低く電流が流れやすくなるため、上記のようにすれば、第1発光素子部に流れる電流を第2発光素子部に流れる電流よりも大きくすることができる。このため、補助光源としての第2発光素子部を必要にして十分な発光強度で発光させつつ、主要光源としての第1発光素子部を所望の発光強度で十分に発光させることが容易になる。
第1発光素子21と第2発光素子22はp電極23、24をそれぞれ備えていることが好ましく、p電極23、24はパッド電極23a、24aと補助電極23b、24bとをそれぞれ有していることが好ましい。そして第1発光素子21のp電極23が有する補助電極23bの面積は、第2発光素子22のp電極24が有する補助電極24bの面積よりも大きいことが好ましく、この点は、特に第1発光素子21と第2発光素子22の平面形状が同一である場合(ほぼ同一である場合を含む。)に好ましい。このようにすれば、第1発光素子21を流れる電流の流路の断面積が第2発光素子22を流れる電流の流路の断面積よりも大きくなる。したがって、第1発光素子部に流れる電流を第2発光素子部に流れる電流よりも大きくすることができる。このため、補助光源としての第2発光素子部を必要にして十分な発光強度で発光させつつ、主要光源としての第1発光素子部を所望の発光強度で十分に発光させることが容易になる。
第1発光素子21のp電極23が有するパッド電極23aの高さは、第2発光素子22のp電極24が有するパッド電極24aの高さよりも低いことが好ましい。このようにすれば、第1発光素子21のパッド電極23aを流れる電流の流路の全長が第2発光素子22のパッド電極24aを流れる電流の流路の全長よりも短くなる。したがって、第1発光素子部に流れる電流を第2発光素子部に流れる電流よりも大きくすることができる。このため、補助光源としての第2発光素子部を必要にして十分な発光強度で発光させつつ、主要光源としての第1発光素子部を所望の発光強度で十分に発光させることが容易になる。
第1発光素子部と第2発光素子部は、基台10上、より具体的には第1電極11上に配置されている。発光装置1は、第1発光素子21と第1電極11とを接着する第1樹脂部41と、第2発光素子22と第1電極11とを接着する第2樹脂部42と、を備えていてもよい。この場合、第1樹脂部41と第2樹脂部42は放熱性が異なることが好ましく、特に第1樹脂部41の放熱性は第2樹脂部42の放熱性より低いことが好ましい。発光素子の電気抵抗は発光素子周辺の熱が上がるほど下がる傾向にあるため、このようにすれば、第1発光素子部に流れる電流を第2発光素子部に流れる電流よりも大きくすることができる。このため、補助光源としての第2発光素子部を必要にして十分な発光強度で発光させつつ、主要光源としての第1発光素子部を所望の発光強度で十分に発光させることが容易になる。
第1発光素子部の発光強度とは、第1発光素子部が1つの第1発光素子からなる場合は当該1つの第1発光素子の発光強度をいい、第1発光素子部が複数の第1発光素子からなる場合は複数の第1発光素子の発光強度の総和をいう。同様に、第2発光素子部の発光強度とは、第2発光素子部が1つの第2発光素子からなる場合は当該1つの第2発光素子の発光強度をいい、第2発光素子部が複数の第2発光素子からなる場合は複数の第2発光素子の発光強度の総和をいう。発光素子の発光強度は、発光素子の発光ピーク波長、発光スペクトル、発光素子の平面積、及び/又は発光素子が有する半導体積層体の種類等によって決まる。
第1発光素子部の発光強度に対する第2発光素子部の発光強度の比は、0.2以上0.6以下であることが好ましい。これにより、第2発光素子部を補助光源として用いることができ、演色性の優れた発光装置を提供することができる。
第1発光素子部と第2発光素子部は、ワイヤボンディングやフリップチップ方式などにより、第1電極11及び第2電極12に電気的に接続することができる。本実施形態ではワイヤボンディングにより電気的に接続される。具体的には、第1発光素子部は、第1電極11及び第2電極12に対して第1ワイヤ31によって電気的に接続され、第2発光素子部は、第1電極11及び第2電極12に対して第2ワイヤ32によって電気的に接続される。
(第1ワイヤ31、第2ワイヤ32)
第1ワイヤ31と第2ワイヤ32は互いに異なる材料からなることが好ましい。また、第1ワイヤ31の導電率と第2ワイヤ32の導電率は互いに異なることが好ましく、特に第1ワイヤ31の導電率は第2ワイヤ32の導電率よりも大きいことが好ましい。また、第1ワイヤ31の径は第2ワイヤ32の径よりも大きいことが好ましい。また、第1ワイヤ31の長さは第2ワイヤ32の長さよりも短いことが好ましい。これらの構成の少なくとも1つによれば、第1発光素子部に流れる電流を第2発光素子部に流れる電流よりも大きくすることができる。このため、補助光源としての第2発光素子部を必要にして十分な発光強度で発光させつつ、主要光源としての第1発光素子部を所望の発光強度で十分に発光させることが容易になる。
(透光性部材50、蛍光体60)
透光性部材50は、基台10上に設けられ、第1発光素子部と第2発光素子部とを被覆する。透光性部材50によれば、外力、埃、及び水分などから第1、第2発光素子部を保護することができる。
透光性部材50は蛍光体60を含有している。第1発光素子部からの光による蛍光体60の励起効率は、第2発光素子部からの光による蛍光体60の励起効率よりも高い。実施形態1に係る発光装置1では、第1発光素子部の発光強度が第2発光素子部の発光強度よりも高いため、このようにすれば、透光性部材50に含有される蛍光体60を効率的に励起することができる。そのため、発光装置1の光取り出し効率を向上させることができる。
蛍光体60としては、例えば、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット、ユウロピウム及び/又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム(カルシウムの一部をストロンチウムで置換可)、ユウロピウムで賦活されたサイアロン、ユウロピウムで賦活されたシリケート、ユウロピウムで賦活されたアルミン酸ストロンチウム、マンガンで賦活されたフッ化珪酸カリウムなどを用いることができる。
透光性部材50における蛍光体60の含有量は、第1発光素子部の周辺と第2発光素子部の周辺とで異なることが好ましい。具体的には、第1発光素子部の周辺における蛍光体60の含有量が第2発光素子部の周辺における蛍光体60の含有量よりも大きいことが好ましい。前記のとおり発光素子の電気抵抗は発光素子周辺の熱が上がるほど下がる傾向にあるが、このようにすれば、第1発光素子部の周辺の熱抵抗が第1発光素子部の周辺の熱抵抗よりも大きくなり、第1発光素子部の周辺が第2発光素子部の周辺よりも高熱となる。したがって、第1発光素子部に流れる電流を第2発光素子部に流れる電流よりも大きくすることができる。このため、補助光源としての第2発光素子部を必要にして十分な発光強度で発光させつつ、主要光源としての第1発光素子部を所望の発光強度で十分に発光させることが容易になる。
透光性部材50は蛍光体60だけではなくフィラーを含有することもできる。フィラーとしては、具体的に、ガラスファイバー、ワラストナイト等の繊維状フィラー、窒化アルミニウム、カーボン等の無機フィラー、シリカ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、ガラス、蛍光体60と無機物の結合材との焼結体等を用いることができる。透光性部材50がフィラーを含有する場合には、上記した蛍光体60の含有量の場合と同様の理由により、蛍光体60の含有量とフィラーの含有量の合計量が、第1発光素子部の周辺と第2発光素子部の周辺とで異なることが好ましい。具体的には、第1発光素子部の周辺における蛍光体60の含有量とフィラーの含有量の合計量が第2発光素子部の周辺における蛍光体60の含有量とフィラーの含有量の合計量よりも大きいことが好ましい。
発光装置1はツェナーダイオードなどの保護素子70を備えていてもよい。保護素子70を備える場合には、第1発光素子部や第2発光素子部に過大な電流が流れることが抑制される。
[実施形態2に係る発光装置2]
図2Aは実施形態2に係る発光装置2の模式的平面図であり、図2Bは実施形態2に係る発光装置2の回路図である。図2A、図2Bでは保護素子70の図示を省略している。図2A、図2Bに示すように、発光装置2は、第1発光素子部が互いに直列に接続される複数の第1発光素子21を備える点で、上記した発光装置1と相違する。その他の点は発光装置1と同様の構成を有する。発光装置2によれば、主要光源である複数の第1発光素子21を互いに直列に接続させつつ、発光装置1と同様の効果を得ることができる。
[実施形態3に係る発光装置3]
図3Aは実施形態3に係る発光装置3の模式的平面図であり、図3Bは実施形態3に係る発光装置3の回路図である。図3A、図3Bでは保護素子70の図示を省略している。図3A、図3Bに示すように、発光装置3は、第1発光素子部が互いに並列に接続される複数の第1発光素子21を備える点で、上記した発光装置1と相違する。その他の点は発光装置1と同様の構成を有する。発光装置3によれば、主要光源である第1発光素子21を互いに並列に接続させつつ、発光装置1と同様の効果を得ることができる。
[実施形態4に係る発光装置4]
図4Aは実施形態4に係る発光装置4の模式的平面図であり、図4Bは実施形態4に係る発光装置4の回路図である。図4A、図4Bでは保護素子70の図示を省略している。図4A、図4Bに示すように、発光装置4は、第1発光素子部が互いに並列に接続される複数の第1発光素子21を備え、平面視において複数の第1発光素子21の間に第2発光素子部が配置される点で、上記した発光装置1と相違する。その他の点は発光装置1と同様の構成を有する。発光装置4によれば、主要光源である第1発光素子21を互いに並列に接続させつつ、発光装置1と同様の効果を得ることができる。また、発光装置4によれば、同じ色の光を発する2つの第1発光素子21の間に、異なる色の光を発する第2発光素子22を配置することで、発光装置の色ムラを低減することができる。
[実施形態5に係る発光装置5]
図5Aは実施形態5に係る発光装置5の模式的平面図であり、図5Bは実施形態5に係る発光装置5の回路図である。図5A、図5Bでは保護素子70の図示を省略している。図5A、図5Bに示すように、発光装置5は、第1発光素子部が互いに直列に接続される複数の第1発光素子21を備えるとともに、第2発光素子部が互いに並列に接続される複数の第2発光素子22を備える点で、上記した発光装置1と相違する。その他の点は発光装置1と同様の構成を有する。発光装置5によれば、主要光源である第1発光素子21を互いに直列に接続させつつ、発光装置1と同様の効果を得ることができる。また、発光装置5によれば、同じ色の光を発する2つの第1発光素子21の間に、異なる色の光を発する第2発光素子22を配置することで、発光装置の色ムラを低減することができる。
[実施形態6に係る発光装置6]
図6Aは実施形態6に係る発光装置6の模式的平面図であり、図6Bは実施形態6に係る発光装置6の回路図である。図6A、図6Bでは保護素子70の図示を省略している。図6A、図6Bに示すように、発光装置6は、第1発光素子部が互いに並列に接続される複数の第1発光素子21を備えるとともに、第2発光素子部が互いに直列に接続される複数の第2発光素子22を備える点で、上記した発光装置1と相違する。その他の点は発光装置1と同様の構成を有する。発光装置6によれば、主要光源である第1発光素子21を互いに並列に接続させつつ、発光装置1と同様の効果を得ることができる。また、発光装置6によれば、同じ色の光を発する2つの第1発光素子21の間に、異なる色の光を発する第2発光素子22を配置することで、発光装置の色ムラを低減することができる。
以上、実施形態について説明したが、これらは本発明を何ら限定するものではない。
1−6 発光装置
10 基台(樹脂パッケージ)
11 第1電極
12 第2電極
14 金属板
15 樹脂部
16 第1メッキ層
17 第2メッキ層
21 第1発光素子
22 第2発光素子
23、24 p電極
23a、24a パッド電極
23b、24b 補助電極
31 第1ワイヤ
32 第2ワイヤ
41 第1樹脂部
42 第2樹脂部
50 透光性部材
60 蛍光体
70 保護素子

Claims (8)

  1. 基台と、
    420nm以上480nm未満の波長域に発光ピーク波長がある少なくとも1つの第1発光素子からなり、前記基台上に配置される第1発光素子部と、
    480nm以上530nm以下の波長域に発光ピーク波長がある少なくとも1つの第2発光素子からなり、前記基台上に配置され、前記第1発光素子部に対して並列に接続される第2発光素子部と、
    前記第1発光素子からの光による励起効率が前記第2発光素子からの光による励起効率よりも高い蛍光体を含む透光性部材と、を備え、
    前記第1発光素子部の発光強度に対する前記第2発光素子部の発光強度の比は、0.2以上0.6以下であり、
    前記第1発光素子の順方向電圧は前記第2発光素子の順方向電圧よりも低い発光装置。
  2. 前記第1発光素子と前記第2発光素子はp電極をそれぞれ備え、
    前記p電極はパッド電極と補助電極とを有し、
    前記第1発光素子のp電極が有する補助電極の面積は、前記第2発光素子のp電極が有する補助電極の面積よりも大きい請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記基台は第1電極及び第2電極を有し、
    前記第1発光素子部は、前記第1電極上に配置されるとともに、前記第1電極及び前記第2電極に対して第1ワイヤによって電気的に接続され、
    前記第2発光素子部は、前記第1電極上に配置されるとともに、前記第1電極及び前記第2電極に対して第2ワイヤによって電気的に接続される、
    請求項1または2に記載の発光装置。
  4. 前記第1ワイヤと前記第2ワイヤとが異なる材料からなる請求項3に記載の発光装置。
  5. 前記第1ワイヤの導電率は前記第2ワイヤの導電率よりも大きい請求項3または4に記載の発光装置。
  6. 前記第1発光素子を前記第1電極に接着する第1樹脂部と、
    前記第2発光素子を前記第1電極に接着する第2樹脂部と、を備え、
    前記第1樹脂部と前記第2樹脂部は放熱性が異なる請求項3から5のいずれか1項に記載の発光装置。
  7. 前記透光性部材は、前記基台上に設けられ、前記第1発光素子部と前記第2発光素子部とを被覆する請求項1から6のいずれか1項に記載の発光装置。
  8. 前記透光性部材における蛍光体の含有量は前記第1発光素子部の周辺と前記第2発光素子部の周辺とで異なる請求項1から7のいずれか1項に記載の発光装置。

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