JP2006049715A - 発光光源、照明装置及び表示装置 - Google Patents

発光光源、照明装置及び表示装置 Download PDF

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憲保 谷本
Toshibumi Ogata
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Abstract

【課題】 発光光源から発せられる光束の低下或いは発光素子の短寿命化を抑制できる発光光源を提供することを目的とする。
【解決手段】 LED光源は、基板10の導電ランド33に接続されたLEDベアチップD63,D73が、蛍光体を含んだシリコーン樹脂からなる蛍光樹脂体R63,R73により覆われる構造をしている。蛍光樹脂体R63,R73には、蛍光体のほか自己の形体を保持するための無機フィラーが含まれる。樹脂封入体S63,S73は、蛍光樹脂体R63,R73の主成分であるシリコーン樹脂からなり、蛍光樹脂体R63,R73と導電ランド33との界面であってその外縁部分を覆っている。
【選択図】 図3

Description

本発明は、基板の導電ランドに接続された発光素子が、蛍光体を含んだ第1の樹脂からなる蛍光樹脂体により覆われている発光光源、当該発光光源を用いた照明装置又は表示装置に関する。
近年、次世代の照明光源として、発光ダイオードベアチップ(以下、「LEDベアチップ」という。)が注目されている。これは、LEDベアチップが、白熱電球やハロゲン電球等と比べて、高効率、長寿命であり、さらに、LEDベアチップ自体が小さいため光源の小型化が可能になるからである。
LEDベアチップを用いた発光光源としては、例えば、基板の導電ランドにLEDベアチップが接続され、このLEDベアチップが蛍光体を含んだ樹脂からなる蛍光樹脂体により覆われ、さらに、この蛍光樹脂体がエポキシ樹脂からなる樹脂封入体で覆われたものがある(特許文献1)。
特に、近年、発光色が青色系のLEDベアチップを用いて蛍光体により白色に変換するようなものがあり、蛍光樹脂体にシリコーン樹脂やフッ素樹脂が用いられている。蛍光樹脂体の樹脂にシリコーン樹脂等を使用する理由は、LEDベアチップから発せられる光に紫外線の成分が含まるため放射光に対する物理的、化学的安定性を必要とし、また、発光時にLEDベアチップ自体が高温になるため熱に対する物理的、化学的安定性を必要とするからである。
なお、ここでいう「放射光及び熱に対する物理的、化学的安定性」とは、例えば、蛍光樹脂体が変色して透過率が低下したり、物性が変化したりしないことを指している。
特開2003−124528号公報
しかしながら、蛍光樹脂体に用いられるシリコーン樹脂、或いはフッ素樹脂は、放射光及び熱に対する物理的、化学的安定性に優れるが、異種材料との接着性に劣る。このため、異種材料である基板或いは導電ランドとの接着力が不十分で、蛍光樹脂体と基板、或いは蛍光樹脂体と導電ランドの界面に隙間が生じてしまう場合がある。
界面に隙間が生じた場合、前記樹脂封入体を成形する際に、界面の隙間に、樹脂封入体を構成するエポキシ樹脂が流入するおそれがある。特に、エポキシ樹脂がLEDベアチップ近傍にまで流入してしまうと、隙間内のエポキシ樹脂の透過率が、LEDベアチップから発せられた紫外線による変色のために低下し、発光光源から発せられる光束が全体として低下してしまうという問題がある。
蛍光樹脂体を覆う樹脂封入体がない発光光源においても、上記界面に隙間が生じると、空気中の水分が隙間に蓄積され、LEDベアチップの寿命が短くなる問題がある。
本発明は、上記問題を解決する新規有用な発光光源、当該発光光源を用いた照明装置又は表示装置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、本発明に係る発光光源は、基板の導電ランドに接続された発光素子が、蛍光体を含んだ第1の樹脂からなる蛍光樹脂体により覆われている発光光源であって、前記蛍光樹脂体と前記基板との界面及び/又は前記発光素子が接続されている導電ランドと前記蛍光樹脂体との界面であってその外縁部分が、前記第1の樹脂と同程度以上の放射光及び熱に対する物理的・化学的安定性を有する第2の樹脂からなる被覆樹脂体により覆われていることを特徴としている。
ここでいう「発光素子」は、発光ダイオード、レーザダイオードを含む概念である。また、「基板」は、複数の発光素子を実装するようなメイン基板、1個の発光素子を実装するサブ基板を含む概念であり、また、基板は、樹脂、セラミック、金属等の材料によって限定するものではなく、当然その製造方法によっても限定されるものではない。
また、前記第2の樹脂は、前記第1の樹脂と同じであることを特徴としている。この構成によると、第1の樹脂と第2の樹脂とが同じになり、第2の樹脂に第1の樹脂と異なる樹脂を用いた場合に比べて、第2の樹脂と第1の樹脂との結合力を高めることができる。
前記第1の樹脂は、シリコーン樹脂又はフッ素樹脂であることを特徴としている。このため、放射光及び熱に対する物理的・化学的安定性を有する特性が得られる。
一方、前記蛍光樹脂体は、無機フィラーを含んでいることを特徴としている。このため、蛍光樹脂体の強度・剛性を高めると共に熱の伝導性を高めることができる他、蛍光樹脂体を構成する樹脂を加熱硬化する前にその立体形状が崩れないように粘度を高めることができる。
前記発光素子は、発光ピーク波長が340(nm)以上、460(nm)以下であるLED素子であることを特徴とし、前記被覆樹脂体は、前記蛍光樹脂体全体を覆っていることを特徴としている。
一方、本発明に係る照明装置は、上記発光光源を用いたことを特徴とし、また、本発明に係る表示装置は、上記発光光源を用いたことを特徴としている。
以上のように本発明に係る発光光源は、放射光及び熱に対する物理的、化学的安定性が第1の樹脂と同程度以上の第2の樹脂により、隙間の発生しやすい界面部分を被覆するようにしているため、第2の樹脂が隙間にたとえ流入したとしても、発光素子からの光により変色して透過率が悪くなるようなこともない。しかも、隙間が発生している状態で、例えば、真空化で被覆樹脂体を形成すると、第2の樹脂が隙間に流入するため、例えば、エポキシ樹脂により被覆樹脂体を覆うようにレンズ板を形成する場合でも、エポキシ樹脂の進入をより抑制できる。また、第2の樹脂は、蛍光体を含んでいないため、第1の樹脂よりも樹脂成分の占める割合が大きくなる。このため、第2の樹脂は第1の樹脂よりも接着力が高くなり、基板との接着がより強固となる。
<実施の形態>
以下、本発明の実施の形態に係るLED光源(本発明の「発光光源」に相当する。)について図面を参照しながら説明する。
1.LED光源について
図1は本実施の形態におけるLED光源の斜視図であり、図2は、LED光源の分解斜視図である。
LED光源1は、複数のLEDベアチップ(本発明の「発光素子」に相当する。)を表面に実装する基板10と、この基板10の表面に取着され且つLEDベアチップから発せられた光を所定方向に反射させる反射板60と、反射された光を所望方向に集光させるレンズ板70とを備える。
このLED光源1は、LEDベアチップが基板10上で直交する方向に規則正しく配された多点光源であり、これらのLEDベアチップを発光させることで面状光源として用いられる。
LEDベアチップは、後述する蛍光樹脂体及び樹脂封入体(本発明の「被覆樹脂体」に相当する。)により覆われている。このため、図2において現われている、基板10に実装されているものは、LEDベアチップではなく、樹脂封入体である。
LEDベアチップを封入する樹脂封入体は、図2に示すように、8行8列のマトリクス状に64個が整然と設けられており、符号「Snm」で示す。ここで、符号「Snm」のnは行数を、また、mは列数をそれぞれ示し、いずれも1〜8の整数である。
この樹脂封入体Snmの内部には、上述のLEDベアチップと、このLEDベアチップを覆う蛍光樹脂体とがあり、各樹脂封入体Snmに対応するLEDベアチップを符号「Dnm」で、蛍光樹脂体を符号「Rnm」でそれぞれ示す(「n」、「m」は樹脂封入体Snmの「n」、「m」と同じである。)。
反射板60は、図2に示すように、各樹脂封入体Snmに対応する位置に、反射孔Hnm(「n」、「m」は樹脂封入体Snmの「n」、「m」と同じである。)を備えている。また、レンズ板70は、図2に示すように、各樹脂封入体Snmに対応する位置に、凸レンズLnm(「n」、「m」は樹脂封入体Snmの「n」、「m」と同じである。)を備えている。
図3は、図1のX−X線における断面(3列目)を矢視方向から見たときの図であり、6行から7行までのLEDベアチップが実装されている範囲を拡大している。
以下、LEDベアチップ、蛍光樹脂体、樹脂封入体、反射孔、凸レンズ等は、その行列で表せる位置に関係しないときは、「n、m」を用い、例えば、図3で示すように、各位置に関連して説明するような場合には、その位置を示す行列の整数「n、m」、具体的には、n=6又は7、m=3を用いることにする。
基板10は、所謂、金属ベース基板であって、図3に示すように、2層の絶縁層30,40と、裏側の絶縁層30の裏面に貼着された金属ベース20とを備え、各絶縁層30,40には、LEDベアチップD63、D73に給電するための配線パターン43が形成されている。
ここで、配線パターン43の内、特に、LEDベアチップDnmを実装又は接続する部分を導電ランド33とする。一方、金属ベース20は、絶縁層30,40を補強すると共に、LEDベアチップDnmの発光時に生じる熱を放出する機能を有している。
絶縁層30、40は、例えば、無機フィラー入りの熱硬化性樹脂により構成され、また、金属ベース20は、放熱特性(熱伝導特性)に優れた金属材料が用いられる。なお、絶縁層は、上記以外の材料でも良く、例えば、セラミック材料、ガラスエポキシ材料等であっても良い。
LEDベアチップD63,D73は、例えば、略直方体状をしており、基板10を構成する表側の絶縁層40の表面にフリップチップ実装されている。LEDベアチップDnmはP電極とN電極の両方(図示省略)を下面に有する、所謂、片面電極タイプが使用されており、P電極及びN電極が導電ランド33にバンプ35を介して電気的に接続されている。
各絶縁層30,40の表面に形成されている導電ランド33及び配線パターン43は、1行目から4行目までのLEDベアチップDnm(n=1〜4、m=1〜8)を1グループ(「第1グロープ」という。)として、また、5行目から8行目までのLEDベアチップDnm(n=5〜8、m=1〜8)を1グループ(「第2のグループ」という。)として、各グループ内のLEDベアチップDnmを直列に接続するように形成されている。
第1のグループ用の配線パターンは、図1に示すように、基板10の表面に形成されている接続端子42A,42Bに接続され、また、第2のグループ用の配線パターンは、同じく基板10の表面に形成されている接続端子42C,42Dに接続され、当該接続端子42A,42B,42C,42Dから各グループのLEDベアチップDnmに給電される。
表層の絶縁層40の表裏にある配線パターン(導電ランド)33,43は、例えば、ビアホールにより電気的に接続されている。なお、実施の形態における基板10は、LEDベアチップDnmをより高密度に実装するために2枚の絶縁層30,40を用いた多層構造を有しているが、多層構造にする必要が無ければ、1枚の絶縁層を用いた単層構造であっても良い。当然、3層以上の多層構造でも良い。
図3に戻って、基板10に実装されたLEDベアチップD63,D73は、例えば、円柱状の蛍光樹脂体R63,R73により封入されている。この蛍光樹脂体R63、R73は、蛍光樹脂体R63,R73を構成する樹脂(ここでは、シリコーン樹脂)内に、粉体の蛍光体及び無機フィラーが混入されており、LEDベアチップD63,D73と導電ランド33の一部とを含む範囲で覆っている。
上記無機フィラーには、例えば、シリカ、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等が1種類或いは複数種類用いられる。このようにシリコーン樹脂に無機フィラーを混入する理由は、蛍光樹脂体Rnmの強度・剛性を高める他、熱の伝導性を高めるためである。また、蛍光樹脂体Rnmを構成する樹脂を加熱硬化する前にその立体形状が崩れないように粘度を高めるためである。なお、蛍光樹脂体Rnmは、LEDベアチップDnmから発せられた光を所望の光の波長に変換するほか、LEDベアチップDnmを保護する役割もある。
ここで、蛍光樹脂体Rnmの形状を円柱状にしているのは、LEDベアチップDnmから発せられた光を蛍光樹脂体Rnmから外部に放射する部分を限定することができ、LEDベアチップDnmを1つとして考えた時に、点光源により近づけることができるからである。
なお、蛍光樹脂体Rnm用の樹脂には、シリコーン樹脂を用いているが、他の樹脂、例えば、フッ素樹脂などの放射光及び熱に対する物理的、化学的安定性に優れ、かつ透光性を有する樹脂を利用することができる。
なお、本実施の形態では、LEDベアチップDnmとしてInGaN系であってその発光色が青色のもの(発光ピーク波長が460(nm)である。)を使用し、また、蛍光体としてシリケート系で広帯域発光のものを使用している。これにより、LEDベアチップDnmから発せられた青色光は、蛍光体により白色光に変換されて、蛍光樹脂体Rnmから放射される。
図3に戻って、樹脂封入体S63,S73は、蛍光樹脂体Rnmと同程度以上の放射光及び熱に対する物理的、化学的安定性を有する樹脂、或いは、蛍光樹脂体R63,R73を構成する樹脂(ここでは、シリコーン樹脂である。)からなり、蛍光樹脂体R63,R73の全体と、蛍光樹脂体R63,R73と導電ランド33との界面の外縁部分とを覆っている。
導電ランド33の内、LEDベアチップDnmを実装する領域を含み、樹脂封入体S63、S73を形成する領域が露出するように樹脂膜50が形成されている。この樹脂膜50は、導電ランド33を含む表側の配線パターンの保護、さらには、導電ランド33と反射板60との絶縁確保の他、蛍光樹脂体Rnmを形成する際に、硬化前の樹脂の流動を止めるダムの機能を有している。
樹脂膜50は、例えば、一般的に使用されている白色のエポキシ樹脂から構成されるレジストを利用している。ここで、樹脂膜50を白色にしている理由は、LEDベアチップDnmから発せられた光を効率良く外部(表側)へと取り出すためである。
反射板60は、各LEDベアチップD63,D73等に対応して、図2及び図3に示すように、反射孔H63,H73が開設されており、この反射孔Hnmは全部で64個ある。この反射孔H63、H73は、図3に示すように、表面側(基板10と反対側であり、図3では上側となる。)に向かって広がるテーパー状(所謂、上広がり状)に形成されている。
反射板60には、例えば、アルミニウム等の金属板や、白色の樹脂、さらには表面がメッキされた樹脂等を用いることができる。なお、反射板にアルミニウム材料を用いた場合、例えば、アルマイト処理により酸化膜を反射孔Hnmの周面に形成すると、反射板の反射率を向上させることができると共に、電気的な絶縁性も確保できる。
レンズ板70は、図1〜図3に示すように、反射板60の反射孔H63,H73、つまりLEDベアチップD63,D73の実装位置に対応した部分が半球状に突出する凸レンズL63、L73となっており、反射板60の反射孔H63,H73の内部にも、レンズ板70を構成する樹脂が充填されている。
レンズ板70には、透光性を有する樹脂、例えば、エポキシ樹脂により形成されている。なお、レンズ板は、他の材料、例えば、ガラス、シリコーン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、非結晶ポリエステル、非結晶ポリオレフィン、アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂、フッ素樹脂等で形成しても良い。
2.LED光源の製造方法
次に、上記構成のLED光源1の製造方法について説明する。
図4は、LED光源の製造方法を説明する図である。
(1)基板へのLEDベアチップの実装
先ず、基板10を用意し、この基板10の表面に露出している導電ランド33にLEDベアチップDnmを実装する。なお、用意した基板10の表面には、反射板60が装着される部分であって樹脂封入体Snmの各形成予定領域を除く範囲に対応して樹脂膜50が形成されている。
ここで、LED光源の一例として具体的に説明すると、表裏の絶縁層30,40の厚みは、例えば、0.1(mm)であり、また、金属ベース20の厚みは、例えば、1.0(mm)である。
基板10の製造方法、LEDベアチップDnmの基板10への実装方法は公知の方法を用いることができ、以下、その一例を簡単に説明する。
基板10は、例えば、無機フィラー入りの樹脂材料(エポキシ樹脂)を用いる場合、銅箔(厚みは、例えば、10(μm)である。)付きの樹脂材料を、金属ベース20用のアルミニウム板と重ね、下層の絶縁層30を形成すべく加熱圧着することで、これらを一体化する。その後に、銅箔部をエッチングすることで、所望のパターンを形成する。そして、このパターン化された銅箔を備える絶縁層30上に、再び、銅箔付きの樹脂材料を加熱圧着し、配線パターンをエッチングすることで、上層の絶縁層40が形成される。
最後に、上層の配線パターンと下層の配線パターンとをビアホールを通じて電気的に接続し、上層の配線パターンにニッケル、金メッキを施すことで、基板10が構成される。また、樹脂膜50の形成は、例えば、スクリーン印刷方式を用いて白色のエポキシ樹脂の塗布を行う。
LEDベアチップDnmの実装は、例えば、LEDベアチップDnmをバンプ35上に載置した後超音波振動させて、バンプ35を溶融させて行われる(実装された状態が、図4の(a)である。)。LEDベアチップDnmの寸法は、例えば、略300(μm)角、高さ略100(μm)であり、また、樹脂膜50における樹脂封入体Rnmの形成予定領域として塗布しない範囲の大きさ及び形状は、例えば、直径略1800(μm)の円形状である。
(2)蛍光樹脂体の形成(図4の(b)参照)
次に、基板10に実装されているLEDベアチップDnmを覆う蛍光樹脂体Rnmを形成する。この形成は、先ず、図4の(b)に示すように、蛍光樹脂体Rnm用の成形型55を基板10の表面に当接させる。成形型55は、LEDベアチップDnmのそれぞれの位置に対応する部分に孔55Hを備えており、成形型55を基板10に被せたときに、その各孔55HにLEDベアチップDnmのそれぞれが入るようになっている。
成形型55の孔55Hは、図4の(b)に示すように、LEDベアチップDnmが完全に嵌る大きさであり、さらに、基板10の表面に露出している導電ランド33の一部も入る大きさである。
そして、シリコーン樹脂に蛍光体、無機フィラーを混入(混入した樹脂を、「蛍光樹脂」とする。)して、この蛍光樹脂を成形型55の孔55Hに所定量供給する。なお、蛍光樹脂の孔55Hへの供給は、例えば、印刷方式で行われる。そして、供給した蛍光樹脂を、例えば、135℃、60分間程度で硬化させる。
なお、上記蛍光樹脂に含まれる無機フィラーには、例えば、粒径が略15(nm)のシリカ、アルミナが用いられ、例えば、シリコーン樹脂に対して5(wt%)程度混入されている。また、蛍光樹脂体Rnmの形状は円柱状であって、その大きさは、直径0.9(mm)、高さ0.3(mm)である。
(3)樹脂封入体(図4の(c)、(d)参照)
上記蛍光樹脂体Rnmの形成が終了すると、蛍光樹脂体Rnmを封入する樹脂封入体Snmを形成する。この形成は、まず、図4の(c)に示すように、樹脂封入体Snm用の成形型56を基板10の表面に被せる。成形型56は、蛍光樹脂体Rnmのそれぞれの位置に対応する部分に孔56Hを備えており、成形型56を基板10に被せたときに、その各孔56Hに蛍光樹脂体Rnmのそれぞれが入るようになっている。
次に、成形型56を基板10上に被せると、蛍光樹脂体Rnmの主成分であるシリコーン樹脂(蛍光体を含まない)を成形型56の孔56Hに所定量供給する。なお、シリコーン樹脂の孔56Hへの供給は、例えば、蛍光樹脂を供給する場合と同じ印刷方式を利用して真空下、例えば、10(Torr)以下で行われる。
ここで、シリコーン樹脂を形成する際に真空引きするのは、蛍光樹脂体Rnmと基板10との界面、又は/及び蛍光樹脂体Rnmと導電ランド33との界面に隙間が生じている場合、その隙間にシリコーン樹脂を流入させるためである。
そして、供給したシリコーン樹脂を、例えば、135℃、60分間程度で硬化させる。これにより、図4の(d)に示すように、基板に樹脂封入体Snmが形成される。なお、樹脂封入体Snmの形状は円柱状であって、その大きさは、直径1.5(mm)、高さ0.7(mm)である。
(4)反射板の装着及びレンズ板の成形
上述の樹脂封入体Snmが形成された基板10に、反射板60を装着し、この反射板60の表側にレンズ板70を形成する。
反射板60には、図2及び図3にも示すように、各LEDベアチップDnmに対応して上拡がりの反射孔Hnmが開設されている。この反射孔Hnmの大きさは、基板10側の
直径が略1.7(mm)で、レンズ板70側の直径が2.34(mm)である。
反射板60の装着には接着剤及び接着シートを用いて行う。具体的には、反射板60の裏面に接着剤(図示省略)を塗布し、反射板60の各反射孔Hnmに各樹脂封入体Snmが入るようにして基板10に貼着している。
レンズ板70は、例えば、トランスファーモールド法や、キャスティング法により形成されている。つまり、レンズ板成形用の成形型内に、上記の反射板60が装着された基板10を配置し、成形型内にレンズ板70用のエポキシ樹脂が注入されて形成される。
3.まとめ
上記の蛍光樹脂は、無機フィラーを5wt%程度含み、また、シリコーン樹脂を使用していることから、異種材料との接合力が低いものとなっている。さらに、蛍光樹脂体Rnmが接合する導電ランド33は、金電極をもったLEDと電気的に接合するために、表面を金メッキしている。このために、蛍光樹脂体Rnmと導電ランド33との密着性が極めて悪くなる。
以上のことから、硬化後の蛍光樹脂体RnmとLEDベアチップDnmとの界面、蛍光樹脂体Rnmと導電ランド33との界面で隙間が生じてしまう可能性がある。
一方、樹脂封入体Snmは、略シリコーン樹脂単体が支配的であり、また、シリコーン樹脂の成形時に真空下で行われることから、例えば、蛍光樹脂体RnmとLEDベアチップDnmとの界面、蛍光樹脂体Rnmと導電ランド33との界面で隙間が生じている場合に、これらの界面の隙間にシリコーン樹脂が充填される。
これにより、蛍光樹脂体RnmとLEDベアチップDnmとの界面、蛍光樹脂体Rnmと導電ランド33との界面で隙間が生じてしまっていても、その隙間にレンズ板70を構成するエポキシ樹脂が浸透するのを防ぐことができる。
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明の内容が、上記実施の形態に示された具体例に限定されないことは勿論であり、例えば、以下のような変形例をさらに実施することができる。
1.樹脂封入体について
(1)材料
実施の形態では、樹脂封入体Snmの主要材料にシリコーン樹脂を用いたが、他の樹脂材料でも良い。例えば、LEDベアチップDnmから発せられる光の成分に紫外線の波長が含まれる場合、耐放射線性が必要となり、このような耐放射線性に優れたフッ素樹脂等がある。
なお、樹脂封入体Snmに用いる樹脂材料は、好ましくは、蛍光樹脂体Snmを構成する樹脂と同じ樹脂系が良い。これは、同じ樹脂系を用いた方が樹脂封入体Snmとの結合力が高くなるからである。
(2)形状
実施の形態における樹脂封入体Snmは、蛍光樹脂体Rnmと同様に、円柱形状をしているが、他の形状でも良い。以下、樹脂封入体Snmについての変形例について説明する。なお、変形例の説明において、各部材・部分等の符号は、実施の形態と同様な場合には、同じ符号を用いている。
A.変形例1
図5は、変形例1における発光光源の断面拡大図である。
発光光源101は、図5に示すように、実施の形態と同様に、基板10にLEDベアチップDnmが実装され、このLEDベアチップDnmの全体が蛍光樹脂体Rnmにより被覆され、さらに、この蛍光樹脂体Rnmが樹脂封入体1Snmにより覆われている。そして、反射板60及びレンズ板170が装着されている。樹脂封入体1Snmは、蛍光樹脂体Rnmの全体を覆っている点では、実施の形態と同様であるが、本変形例1では、反射板60の反射孔Hnmの半分以上を充填するように設けられている。
ここで、樹脂封入体1Snmを反射板60の反射孔Hnmの半分以上埋まるように充填している理由は、LEDベアチップDnmの光と熱により変形し易いエポキシ樹脂を光源或いは熱源であるLEDベアチップDnmから遠ざけるためである。
本変形例1における発光光源101の製造方法は、LEDベアチップDnmを基板10に実装し、このLEDベアチップDnmを蛍光樹脂体Rnmにより被覆するまでは、実施の形態と同じである。実施の形態と異なるのは、このあと、反射板60を基板10に装着し、樹脂封入体1Snmを成形する点である。
樹脂封入体1Snmの形成は、真空下で、所定量のシリコーン樹脂を反射板60の反射孔Hnm内へと滴下し、滴下した樹脂を硬化させることで行われる。なお、本変形例1のような構成にすると、樹脂封入体1Snmを成形する際の金型(例えば、図4の成形型56)が不要になるという効果が得られる。
B.変形例2
図6は、変形例2における発光光源の断面拡大図である。
発光光源102では、図6に示すように、反射板60の反射孔Hnmを充填するように樹脂封入体2Snmが設けられている点で変形例1と同様であるが、樹脂封入体2Snmの表面形状が変形例1と異なる。つまり、変形例1における樹脂封入体1Snmの表面は、図5に示すように平坦状であるが、変形例2における樹脂封入体2Snmの表面は、図6に示すように、凹凸状となっている。
樹脂封入体2Snmの表面形状を上記のように凹凸状にすると、LEDベアチップDnmから発せられた光を効率良く表側に取り出すことができると共に、レンズ板270を形成する際に、樹脂封入体2Snmとレンズ板270との接触面積が増え、両者の接合力を高めることができる。
さらに、LEDベアチップDnmに発光色が青色系を用いた場合、樹脂封入体2Snmの表面形状を凹凸状にしたことで、レンズ板270との接触面積が増え、青色光がレンズ板270に対して分散して進入することになり、レンズ板270にエポキシ樹脂を用いても、光の集中によるレンズ板の局部的な劣化を抑制することができる。
C.変形例3
図7は、変形例3における発光光源の断面拡大図である。
発光光源103では、図7に示すように、樹脂封入体3Snmが、蛍光樹脂体Rnmと導電ランド33との界面であってその外縁部分を覆うように設けられている。
本変形例3のような構成にすると、樹脂封入体3Snmを構成する樹脂の使用量を少なくできる。特に、樹脂封入体3Snm用の樹脂がレンズ板370を構成する樹脂に比べて高価なときにその効果が大となる。なお、本変形例3における発光光源103は、樹脂封入体3Snm、レンズ板370以外は、変形例1と略同じである。
2.LEDベアチップについて
実施の形態では、LEDベアチップDnmは下面に両電極を有する片面電極タイプであったが、他のタイプのLEDベアチップを用いても良い。以下、LEDベアチップについての変形例について説明する。
(1)変形例4
図8は、変形例4における発光光源の断面拡大図である。
本変形例4における発光光源104に用いられるLEDベアチップ4Dnmは、図8に示すように、実施の形態と同様の片面電極タイプではあるが、ここでのLEDベアチップ4Dnmは、その両電極が上面(表面)にあり、実施の形態で説明した、下面に両電極を備えるLEDベアチップDnmと異なる。
変形例4では、上面に電極を有するLEDベアチップ4Dnmを基板410の導電ランド433,443に接続するために、表面側の絶縁層40に形成される導電ランド433,443が、LEDベアチップ4Dnmを実装する部分を除いて絶縁層40が露出するように形成されている。
LEDベアチップ4Dnmの基板410への取着は、例えば、ダイボンディングペースト434を用いて基板410の表面にダイボンドされ、また、導電ランド433,443との電気的接続は、金線等のワイヤ435,436を用いてワイヤボンディングされている。
蛍光樹脂体4Rnmは、LEDベアチップ4Dnmを覆うだけでなく、ワイヤ435,436及びワイヤ435,436と導電ランド433,443との接続部分をも覆うように円柱状に形成されている。なお、蛍光樹脂体4Rnmの成分等は実施の形態と同じである。
蛍光樹脂体4Rnmが、ワイヤ435,436と、ワイヤ435,436と導電ランド433,443の接続部分とを含むように、LEDベアチップ4Dnmを覆う理由は、蛍光樹脂体4Rnmの成形を孔版印刷方式で行うため、ワイヤ435,436も必然的に版の孔に入るためであり、ワイヤ435,436も蛍光樹脂体4Rnmの中に取り込むことで、光照射したときにワイヤ435,436の影ができないようにするためである他、ワイヤ435,436が、例えば、2種類以上の異種材料にまたがると、断線しやすいためである。
樹脂封入体4Snmは、蛍光樹脂体4Rnmの全体を覆うように形成されている。この樹脂封入体4Snmを構成する樹脂、その成形方法等は、実施の形態と同様である。また、樹脂封入体4Snmの形状は、上記変形例1〜変形例3で説明したようにしても良い。
なお、LEDベアチップ4Dnmを用いたため、実施の形態とは、導電ランド433、蛍光樹脂体4Rnm、樹脂封入体4Snm、レンズ板470の形状等が異なる。
(2)変形例5
図9は、変形例5における発光光源の断面拡大図である。
本変形例5で説明する発光光源105に用いられるLEDベアチップ5Dnmは、図9に示すように、電極が上面及び下面にある、所謂、両面電極タイプであり、実施の形態及び変形例4で説明した両面電極タイプと異なる。
LEDベアチップ5Dnmの両電極は、例えば、その裏面の電極が導電タイプのダイボンディングペーストを用いたダイボンドにより導電ランド534に、また、表面の電極が金線等のワイヤ535を用いたワイヤボンディングにより導電ランド533にそれぞれ接続される。
蛍光樹脂体5Rnmは、LEDベアチップ5Dnmを覆うだけでなく、ワイヤ535及びワイヤ535と導電ランド533との接続部分も覆うように円柱状に形成されている。なお、蛍光樹脂体5Rnmの成分等は実施の形態と同じであり、また、蛍光樹脂体5Rnmが、ワイヤ535と、ワイヤ535と導電ランド533の接続部分とを含むようにLEDベアチップ5Dnmを覆う理由は、上記変形例4と同じである。
樹脂封入体5Snmは、蛍光樹脂体5Rnmの外周面と導電ランド533との界面部分だけを覆い、平面視環状(不図示)をしている。なお、この樹脂封入体Snmを構成する樹脂、その成形方法等は、実施の形態と同様である。また、LEDベアチップ5Dnmを用いたため、実施の形態とは、導電ランド533,534、蛍光樹脂体5Rnm、樹脂封入体5Snm、レンズ板570の形状等が異なる。
3.発光光源の構造について
実施の形態における発光光源(LED光源1)は、レンズ板70及び反射板60を備えていたが、特に、これらを必ずしも備える必要はない。以下、レンズ板及び反射板を備えていない発光光源について説明する。
(1)レンズ板を備えていない構造について
図10は、変形例6における発光光源の斜視図であり、図11は、図10のY−Y線における縦断面(3列目)を矢視方向から見たときの図であり、6行から7行までのLEDベアチップが実装されている範囲を拡大している。
本変形例に係る発光光源106は、図11(及び図10)に示すように、基板10と、この基板10の表面に実装されたLEDベアチップD63,D73と、このLEDベアチップD63,D73を覆う蛍光樹脂体R63,R73と、この蛍光樹脂体R63,R73の全体を覆う樹脂封入体6S63,6S73と、反射板60とを備える。なお、基板10の表面には、実施の形態と同様に、樹脂膜50が形成されている。
ここで、基板10と、LEDベアチップD63,D73、蛍光樹脂体R73,R63、反射板60は、第1の実施の形態と同じ構造である。
本変形例6のように発光光源106にレンズ板が設けられていない場合、図11に示すように、反射板60の反射孔H63,H73内に樹脂封入体6S63、6S73が収まる大きさが好ましい。これは、樹脂封入体6Snmが反射板60の表面から突出していると、樹脂封入体6Snmに、手が触れたり物が当ったりすると、樹脂封入体6Snmで封入されているLEDベアチップDnmが損傷(断線等)されたり、蛍光樹脂体Rnmが所望の位置からずれたりしてしまうおそれがあるからである。
なお、本変形例6では、LEDベアチップDnmは、実施の形態と同様に、裏面の電極を備える片面電極タイプを用いたが、変形例4で説明した表面に両電極を備える片面電極タイプ(図8参照)、さらには、変形例5で説明した表裏面に電極を備える両面電極タイプ(図9参照)であっても良い。
また、樹脂封入体6Snmの形状は、LEDベアチップDnmを覆う円柱状をしているが、上記変形例1〜変形例3で説明したような形状であっても良いし、さらには、実施の形態の凸レンズLnmのような円弧状としても良い。
(2)反射板を備えていない構造について
図12は、変形例7における発光光源の断面拡大図である。
本変形例7に係る発光光源107は、図12に示すように、基板10と、この基板10の表面に実装されたLEDベアチップDnmと、このLEDベアチップDnmを覆う蛍光樹脂体Rnmと、この蛍光樹脂体Rの全体をさらに覆う樹脂封入体Snmと、レンズ板770とを備える。ここでも、基板10と、LEDベアチップDnm、蛍光樹脂体Rnm、樹脂封入体Snmは、第1の実施の形態と同じ構造である。
レンズ板770は、LEDベアチップDnm、蛍光樹脂体Rnm、樹脂封入体Snmらを覆っており、その部分が半球状の凸レンズ7Lnmとなっている。なお、このレンズ板770は、実施の形態を同様に、エポキシ樹脂により構成されている。
なお、本変形例7では、LEDベアチップDnmは、実施の形態と同様に、裏面の電極を備える片面電極タイプを用いたが、変形例4で説明した表面に両電極を備える片面電極タイプ(図8参照)、さらには、変形例5で説明した表裏面に電極を備える両面電極タイプ(図9参照)であっても良い。
また、樹脂封入体Snmの形状は、LEDベアチップDnmを覆う円柱状をしているが、上記変形例1〜変形例3で説明したような形状であっても良いし、さらには、レンズ板770の凸レンズ7Lnmと略同じ形状にして、レンズ板770を無くすようにしても良い。さらに、LEDベアチップDnm、蛍光樹脂体Rnm、樹脂封入体Snmらを覆っている部分にのみ凸レンズを形成して、各凸レンズが島状に設けられても良い。
(3)基板について
実施の形態では、基板10は、複数のLEDベアチップDnmを実装するものであったが、例えば、一つのLEDベアチップを実装するようなものでも良い。このような基板の例としては、所謂サブ基板があり、以下、変形例8として説明する。
図13は、変形例8における発光光源の断面拡大図である。
先ず、発光光源108に用いられるLEDベアチップDnmは、サブ基板880に実装されている。このサブ基板880は、例えば、シリコン基板が利用され、その表層に導電ランド882,884を備え、LEDベアチップDnmの一方の電極に接続される導電ランド882は、例えば、サブ基板880の表層に延伸して設けられ、LEDベアチップDnmの他方の電極に接続される導電ランド884は、例えば、サブ基板880の裏面に形成された導電ランド886にビアホール(図示省略)を介して接続されている。なお、図13では、サブ基板880の裏面の導電ランド886と、後述のメイン基板810上の導電ランド834とを重ねて1つとして現している。
LEDベアチップDnmは、バンプを介して導電ランド882,884に接続され、この状態で、実施の形態と同様に蛍光樹脂体8Rnmにより被覆されている。以上、サブ基板880にLEDベアチップDnmが実装され、且つ蛍光樹脂体8RnmでLEDベアチップDnmを覆ったものを、「サブマウント」とする。
一方、メイン基板810の表面にも導電ランド833,834が形成されており、上記サブマウントを実装する領域を除いて、実施の形態と同様に、樹脂膜850が形成されている。サブマウントは、サブ基板880の裏面の導電ランド886が、メイン基板810の表面の導電ランド834に、例えば、導電性ペーストを介してダイボンドされ、サブ基板880の表層の導電ランド882が、メイン基板810の導電ランド833に、例えば、金線等のワイヤ835を介してワイヤボンディングされている。これによりサブマウントがメイン基板810に実装されることになる。
メイン基板810は、ここでは、ガラスエポキシ材料を複数積層したもの或いは単層からなるものが用いられ、このメイン基板810の表面には、サブマウント全体さらにはワイヤ835を覆うように樹脂封入体8Snmが形成され、実施の形態と同様に、反射板860及びレンズ板870が設けられている。なお、メイン基板810は、他の材料、例えば、コンポジット基板、セラミック基板等であっても良く、単層、多層を問わない。
上記のようにサブマウント方式を用いると、LEDベアチップDnmがサブ基板880に予め実装されているため、サブ基板880に実装されているLEDベアチップDnmが正常に点灯するか等の検査をメイン基板810に実装する前に行うことができる。
このため、例えば、検査済みのサブマウントをメイン基板810に実装することができ、発光光源としての製造歩留まりを向上させることができる等の効果が得られる。また、サブマウントから発せられる光色にバラツキがある場合、色の近いサブマウントを選別して使用したり、より要望に見合った色の光を出すものを集めて実装したりできるメリットがある。
このように、実施の形態で説明した、LEDベアチップDnmを基板(メイン基板)10に直接実装する場合だけでなく、変形例8で説明したように、LEDベアチップDnmを基板(サブ基板)880に実装する場合にも、本発明は適用できる。つまり、サブマント方式を用いる場合、変形例8におけるサブ基板880が、本発明に係る基板に相当することになる。
なお、サブマウントは、上記構造に限定するものではなく、サブマウント用のサブ基板880は、シリコン基板でなくても良く、例えば、実施の形態と同様のコンポジット基板、ガラスエポキシ基板、金属基板、セラミック基板であっても良い。
また、樹脂封入体8Snmは、サブマウント及びワイヤ835等を覆うように形成されているが、蛍光樹脂体8Rnmと異種材料、具体的には、サブ基板、導電ランドとの界面の外縁部分を少なくとも覆えば良く、その形状は特に限定するものではない。
本変形例8では、LEDベアチップDnmは、実施の形態と同様に、裏面の電極を備える片面電極タイプを用いたが、変形例4で説明した表面に両電極を備える片面電極タイプ(図8参照)、さらには、変形例5で説明した表裏面に電極を備える両面電極タイプ(図9参照)であっても良い。また、樹脂封入体8Snmの形状は、円柱状をしているが、上記変形例1〜変形例3で説明したような形状であっても良い。さらに、反射板860、レンズ板870は、変形例6及び変形例7のように、必ずしも備える必要はない。
4.蛍光樹脂体及び被覆樹脂体について
上記実施の形態では、蛍光樹脂体に含まれる蛍光体は、1種類であったが、1種類に限定するものではなく、例えば、波長が黄色から赤色の内から、複数の光色に変換する蛍光体を複数含んでも良い。
また、上記実施の形態では、被覆樹脂体は、蛍光樹脂体を構成する樹脂と同じ樹脂であって、蛍光体等を含まない樹脂によって構成されていたが、蛍光樹脂体と異種材料との接着力よりも強ければ、例えば、蛍光体や、無機フィラーを含んでいても良い。この場合でも、実施の形態ほどの効果は得られないものの、蛍光樹脂体と異種材料とも界面の隙間に充填することで、蛍光樹脂体と異種材料とを、蛍光樹脂材料と異種材料との接合力よりも強い力で接合させることができる。
5.発光素子について
実施の形態で説明した発光素子、具体的には、LEDベアチップは発光色が青色系のもの、特に発光ピーク波長460(nm)のものを用いたが、他の発光ピーク波長であっても良い。実験では、発光ピーク波長が340(nm)のLEDベアチップを用い、蛍光樹脂体及び被覆樹脂体に実施の形態で説明したシリコーン樹脂、あるいはフッ素樹脂を用いた場合でも、実施の形態と同様の効果が得られることを確認している。
つまり、蛍光樹脂体及び被覆樹脂体にシリコーン樹脂、あるいはフッ素樹脂を用いる場合、少なくとも、発光素子の発光ピーク波長が340(nm)以上、460(nm)以下の範囲にあれば、実施の形態で説明したような効果が得られる。
6.照明装置について
上記の実施の形態では、発光光源について主に説明したが、当然この発光光源に給電端子を介して給電することにより、照明装置として使用することも可能である。
図14は、実施の形態のLED光源を用いた照明装置の一例を示す図である。
照明装置900は、口金952と反射傘953とが設けられたケース951を有し、このケース951に発光光源1が取着されている。口金952は、一般電球でも用いられている口金と同じ規格のものである。反射傘953は、発光光源1から発せられた光を前方に反射させるためのものである。
発光光源1は、ケース951における口金952と反対側に設けられた取り付け部954に取り付けられている。ケース951内には、給電端子を介してLEDベアチップに給電するための回路、例えば、商業電源から供給された交流電力を直流電力に整流するための整流回路、この整流回路により整流された直流電力の電圧値を調整するための電圧調整回路等を備えた給電回路が収納されている。
7.表示装置について
実施の形態における基板10にLEDベアチップDnmを実装して、8行8列の表示装置として使用することも可能である。但し、この場合、各LEDベアチップを個別に点灯させるように配線パターンを変更すると共に、個別にLEDベアチップを点灯させて文字、記号等を表示する公知の点灯制御回路等が必要となる。
なお、ここでは、8行8列の表示装置について説明したが、LEDベアチップの実装形態は8行8列の形態に限定するものではなく、また、実施の形態で説明した基板に複数個(実施の形態では64個)のLEDベアチップを実装したものを表示装置の1つの発光源として利用しても良い。
本発明は、発光光源から発せられる光束の低下或いは発光素子の短寿命化を抑制できる発光光源及びこれを用いた照明装置及び表示装置に利用できる。
本実施の形態におけるLED光源の斜視図である。 本実施の形態におけるLED光源の分解斜視図である。 図1のX−X線における断面(3列目)を矢視方向から見たときの拡大図である。 LED光源の製造方法を説明する図である。 変形例1における発光光源の断面拡大図である。 変形例2における発光光源の断面拡大図である。 変形例3における発光光源の断面拡大図である。 変形例4における発光光源の断面拡大図である。 変形例5における発光光源の断面拡大図である。 変形例6における発光光源の斜視図である。 図10のY−Y線における断面(3列目)を矢視方向から見たときの拡大図である。 変形例7における発光光源の断面拡大図である。 変形例8における発光光源の断面拡大図である。 実施の形態のLED光源を用いた照明装置の一例を示す図である。
符号の説明
1 LED光源
10 基板
33 導電ランド
60 反射板
70 レンズ板
Dnm LEDベアチップ
Rnm 蛍光樹脂体
Snm 樹脂封入体

Claims (8)

  1. 基板の導電ランドに接続された発光素子が、蛍光体を含んだ第1の樹脂からなる蛍光樹脂体により覆われている発光光源であって、
    前記蛍光樹脂体と前記基板との界面及び/又は前記発光素子が接続されている導電ランドと前記蛍光樹脂体との界面であってその外縁部分が、前記第1の樹脂と同程度以上の放射光及び熱に対する物理的・化学的安定性を有する第2の樹脂からなる被覆樹脂体により覆われていることを特徴とする発光光源。
  2. 前記第2の樹脂は、前記第1の樹脂と同じであることを特徴とする請求項1に記載の発光光源。
  3. 前記第1の樹脂は、シリコーン樹脂又はフッ素樹脂であることを特徴とする請求項1又は2に記載の発光光源
  4. 前記蛍光樹脂体は、無機フィラーを含んでいることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の発光光源。
  5. 前記発光素子は、発光ピーク波長が340(nm)以上、460(nm)以下であるLED素子であることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の発光光源。
  6. 前記被覆樹脂体は、前記蛍光樹脂体全体を覆っていることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の発光光源。
  7. 請求項1〜6の何れか1項に記載の発光光源を用いたことを特徴とする照明装置。
  8. 請求項1〜6の何れか1項に記載の発光光源を用いたことを特徴とする表示装置。
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