JP2007042679A - 発光ダイオード装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】波長変換部材が発光ダイオードチップに対し非平行になるのを防止または抑制し、あるいは光の横もれを防止または抑制することにより、企図した所望の配光分布を得ることができる発光ダイオード装置を提供する。
【解決手段】投光開口18aを有する凹部を形成してなる凹部形成部材19と;投光開口に対向する内底面上に形成された回路パターン15と;凹部内に配設されて回路パターンに電気的に接続された発光ダイオードチップ16と;凹部内に樹脂を注入充填し硬化させてなる封止樹脂20と;この封止樹脂の樹脂が硬化した後に、投光開口端18bの外側部にて接着され、封止樹脂からの光を制御する黄色発光蛍光体樹脂シート21と;を具備している。
【選択図】 図1
【解決手段】投光開口18aを有する凹部を形成してなる凹部形成部材19と;投光開口に対向する内底面上に形成された回路パターン15と;凹部内に配設されて回路パターンに電気的に接続された発光ダイオードチップ16と;凹部内に樹脂を注入充填し硬化させてなる封止樹脂20と;この封止樹脂の樹脂が硬化した後に、投光開口端18bの外側部にて接着され、封止樹脂からの光を制御する黄色発光蛍光体樹脂シート21と;を具備している。
【選択図】 図1
Description
本発明は発光ダイオードチップの発光を直接または間接的に波長変換する波長変換部材をカップに固定するための固定方法を改良した発光ダイオード装置に関する。
従来の発光ダイオード装置の一例としては、発光ダイオードチップを配設したケース内に、合成樹脂を充填して発光ダイオードチップをケース内に封止する面実装タイプのものが知られている(例えば特許文献1参照)。
また、この種の発光ダイオード装置の中には、この合成樹脂を充填したケースの投光開口端上に、発光ダイオードチップの発光によって励起されて励起波長と異なる波長の光を放射する蛍光体シート等の波長変換物質を載置固定する発光ダイオード装置も知られている(例えば特許文献2参照)。
そして、後者の従来技術では、カップの投光開口端上に波長変換物質を固定する方法として、図8で示す発光ダイオード装置1で採用されている方法がある。これは、樹脂製の封止樹脂3を注入充填した後、この封止樹脂3の硬化前に、波長変換物質の一例である樹脂製の波長変換シート4を、カップ2の投光開口端2b(図8では上端)上に載置し、これを封止樹脂3の上端面に密着させることにより、硬化前の封止樹脂3の図8中上端面に、波長変換シート4の内面(図8では下端面)を融着させる方法である。
この方法によれば、波長変換シート4を封止樹脂3に接着するための接着剤を省略することができる。なお、図8中、符号5は基板、6は絶縁層、7は発光ダイオードチップ、8はリードフレーム、9はボンディングワイヤである。
特開2002−43625号公報
特開2003−46133号公報
しかしながら、このような波長変換シート4の固定方法では、カップ凹部2a内に、封止樹脂3を注入し充填する際に、この封止樹脂3自体内に空気が混入するうえに、カップ凹部2a内の空気がその隅角部内に閉じ込められる。
そして、この封止樹脂3内に閉じ込められた空気および樹脂自体が硬化する際に発生する気体は、封止樹脂3が硬化する過程で外部へ次第に放出されていくが、その硬化完了前に、波長変換シート4をカップ3の投光開口端2b上に固着し、密閉してしまうので、封止樹脂3内に閉じ込められた空気が時間の経過と共に、気泡b(図8中小円で図示)となって波長変換シート4の一端部を押し上げ、捲り上げて、カップ投光開口端2bから剥離される。
このために、波長変換シート4が傾斜し、封止樹脂層3と発光ダイオードチップ7に対して非平行となるので、企図した所望の配光分布が変化してしまうという課題がある。
また、図9に示すように波長変換シート4は、その上面よりも上方の空気層よりも屈折率が大きいので、封止樹脂3から波長変換シート4に入射された光の一部が図中矢印に示すように波長変換シート4において、その横方向(径方向)に大きく屈折し、その横方向(径方向)端部で外部へ放射される横もれ現象が発生する。このために、光変換部材の横方向端部、すなわち、外周部から外部へ放射される光の色が中央部から放射される光の色とは相違する色むらが発生し、企図した所望の配光分布が変化してしまうという課題がある。
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、波長変換部材が発光ダイオードチップに対し非平行になるのを防止または抑制し、あるいは光の横もれを防止または抑制することにより、企図した所望の配光分布を得ることができる発光ダイオード装置を提供することにある。
請求項1に係る発明は、基板と;基板上に配設され、投光開口を有する凹部を形成してなる凹部形成部材と;投光開口に対向する基板上に配設された導電層と;凹部に配設されて導電層に電気的に接続された発光ダイオードチップと;凹部に充填されてなる樹脂層と;この樹脂層の樹脂が硬化した後に、前記投光開口端の外側部にて固定された光変換部材と;を具備していることを特徴とする発光ダイオード装置である。
なお、基板はその形状を問わない。凹部を有する部材の凹部面は光反射面となるように形成してもよい。導電層は、基板上に直接または間接いずれの状態で配設されてもよい。樹脂層は気体が実質的に含有されていなければ、樹脂硬化後に光変換部材が固定されたものとみなすことができる。光変換部材は、凹部各々に個別に設けてもよいし、複数の凹部にまとめて設けてもよい。
請求項2に係る発明は、光変換部材を投光開口端上に接着する接着部は、この投光開口の外周を囲む全周の一部にて、この投光開口端上に接着されない非接着部を有することを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード装置である。
請求項3に係る発明は、光変換部材は、樹脂層の投光開口側端面に、接着剤により固着されていることを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード装置である。
請求項4に係る発明は、基板と;基板上に配設され、投光開口を有する凹部を形成してなる凹部形成部材と;投光開口に対向する基板上に配設された導電層と;凹部に配設されて導電層に電気的に接続された発光ダイオードチップと;凹部に充填されてなる樹脂層と;この樹脂層の樹脂が硬化した後に、前記投光開口端上に載置され、樹脂層からの光を制御する光変換部材と;光変換部材上に配設され、投光開口に対応する光変換部材の中央部に相当する箇所にて開口する透孔を有し、この透孔の外周部により光変換部材の外周部を遮光可能に被覆し、光変換部材を凹部形成部材側に押圧し固定する固定部材と;を具備していることを特徴とする発光ダイオード装置である。
請求項5に係る発明は、固定部材は、その拡散透過率が20%以下のときに、その厚さが0.25〜1mmの樹脂シートからなることを特徴とする請求項4記載の発光ダイオード装置である。
請求項1に係る発明によれば、凹部形成部材内に注入充填された樹脂の硬化後に、凹部形成部材の投光開口端に、光変換部材を接着固着するので、凹部形成部材内や樹脂内の空気を樹脂の硬化過程において、投光開口から外部へ放出させ、実質的に消滅させた後に、光変換部材を凹部形成部材の投光開口端上に固着することができる。
このために、前記従来例のように、光変換部材を凹部の投光開口端に接着した後に、凹部や樹脂内から空気が気泡となって投光開口端から外部へ放出し、その際に、光変換部材の一部を投光開口端の接着部から剥離させ、光変換部材を斜めに傾斜させて発光ダイオードチップに対して非平行にし、企図した所望の配光分布に変化を与えるのを防止または抑制することができる。
請求項2に係る発明によれば、投光開口端上に光変換部材を接着する接着部は、投光開口の外周を囲む全周の一部に非接着部を有するので、万一、凹部内やその樹脂内に気泡がある場合でも、この気泡は非接着部から外部へ放出されるので、光変換部材が傾斜するのを防止または抑制することができる。このために、所望の配光特性をほぼ保持することができる。
請求項3に係る発明によれば、光変換部材を、凹部内の樹脂の一端面上にも接着剤により接着するので、光変換部材の接着(固着)強度を増強させることができる。
請求項4に係る発明によれば、凹部内の樹脂が硬化して空気を投光開口から外部へ放出させ、凹部内や樹脂内の空気を実質的に消滅させた後に、光変換部材を投光開口端上に載置し、この光変換部材を固定部材により投光開口端側へ押し当て固定するので、従来例のように凹部内や樹脂内の空気が光変換部材を捲り上げ傾斜させるのを防止または抑制することができる。
また、光変換部材では、その中央部にて、電球色等白色系の光等所望色の光が放射されるが、その外周縁部には、光変換部材の前記光横もれ現象により、所望色以外の光が放射され、色むらが発生する。
しかし、本発明では、所望色以外の光が放射される光変換部材の外周部を固定部材の透孔の外周部により遮光可能に被覆するので、かかる色むらを防止または低減することができ、所望の配光分布を得ることができる。
請求項5に係る発明によれば、固定部材の拡散透過率が20%以下であるので、その透孔の外周部により、光変換部材の外周部を遮光可能に被覆することができる。これにより、色むらを防止または低減することができる。
しかも、この固定部材の厚さが0.25〜1mmの樹脂シートであって、厚さが薄いので、この固定部材の透孔開口の外周端面により、カップからの光を遮光するのを防止または低減することができる。このために、光取出し効率を向上させることができる。
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。なお、これら複数の添付図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。
図1は図3のI部拡大図、図2は本発明の一実施形態に係る発光ダイオードモジュール11の平面図、図3は図2のIII−III線断面図である。
図1,図2に示すように発光ダイオードモジュール11は基板12上に、複数の発光ダイオード装置13,13,…を例えば3行3列のマトリクス状に配設し、かつ一体に連成している。
基板12は放熱性と剛性を有するアルミニウム(Al)やニッケル(Ni)、ガラスエポキシ等の平板からなり、複数の発光ダイオード装置13,13,…の各基板を一体に連成してなる一体基板であり、この基板12上には、電気絶縁層14を介して回路パターン15が配設されている。
図1,図3に示すように回路パターン15は、各発光ダイオード装置13毎に銅(Cu)とニッケル(Ni)の合金や金(Au)等により、陰極側と陽極側の回路パターン(配線パターン)15a,15bを形成しており、この回路パターン15上には、各発光ダイオード装置13毎に、青色発光の発光ダイオードチップ16をそれぞれ搭載している。各青色発光の発光ダイオードチップ16は、青色の光を発光する例えば窒化ガリウム(GaN)系半導体等からなる。各発光ダイオードチップ16は、その底面電極を回路パターン15a,15bの一方上に載置して電気的に接続する一方、上面電極を回路パターン15a,15bの他方にボンディングワイヤ17により接続している。
そして、基板12上には、各発光ダイオードチップ16の周囲を所要の間隔を置いて取り囲み、基板12の反対側(図1,図3では上方)に向けて漸次拡開する逆円錐台状の凹部18をそれぞれ同心状に形成した凹部形成部材19を各発光ダイオード装置13毎に形成すると共に、これらを一体に形成している。凹部形成部材19は例えばPBT(ポリブチレンテレフタレート)やPPA(ポリフタルアミド)、PC(ポリカーボネート)等の合成樹脂よりなり、内面に反射面を形成した各凹部18は外部に開口する投光開口18aとその上端面である投光開口端18bをそれぞれ有する。
各凹部18は、その内部に、透光性を有するシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性透明樹脂を注入し、投光開口端18bとほぼ面一またはこれよりも上方へ僅少盛り上げるように充填し、封止樹脂20としてそれぞれ形成している。
この封止樹脂20の硬化時には、透明樹脂の凹部18内への注入充填時に、この透明樹脂内に混入された空気や凹部18内に残留し、閉じ込められた空気と樹脂自体が硬化する際に発生する気体が漸次気泡となって外部へ放出され、硬化後には、これら空気が実質的に消滅する。
そこで、この封止樹脂20の硬化後に、光制御部材の一例である黄色発光蛍光体樹脂シート21を凹部形成部材19の投光開口端18b上に接着剤22により接着して固定し、黄色発光蛍光体樹脂シート21の中央部内面(図1では下端面)を封止樹脂20の図中上端面上に密着させている。
黄色発光蛍光体樹脂シート21は、図1に示すように凹部形成部材19の投光開口端18bとほぼ同形同大かつ所要厚のシリコーン樹脂シート等の樹脂に、発光ダイオードチップ16からの青色発光により励起されて黄色光を発光する黄色発光蛍光体を分散または沈降させてなり、発光ダイオードチップ16からの青色発光を黄色光に波長変換する光変換部材の一例である。光変換部材としては、この黄色発光蛍光体以外の波長光に変換する他の蛍光体含有シートや拡散剤を含有するシートがあり、さらにシートとしては、樹脂製、ガラス製、セラミックス製などがある。
接着剤22としては、例えば紫外線劣化の少ないシリコーン樹脂等、黄色発光蛍光体樹脂シート21や封止樹脂20からの光により劣化しにくい接着剤が使用される。
図4に示すように、接着剤22は凹部形成部材19の投光開口端18b上にて、投光開口18aの外周から投光開口18aの直径の例えば約10%以上外側であって、かつ投光開口18aの周方向に所要のピッチを置いて複数箇所、例えば4箇所またはそれ以上の箇所にて点状に塗布され、投光開口端18b上に光制御シート21を点状に接着している。
なお、接着剤22を、投光開口端18b上にて、投光開口18aの全周を囲む環状、かつ線状に塗布する場合には、その環状の一部に接着剤22を塗布せずに、投光開口端18b上に光制御シート21を接着しない非接着部を形成する。
その理由は、万一、凹部形成部材19内または封止樹脂20内に空気が残存している場合に、その残存空気をその非接着部を通して外部へ放出させるためである。
なお、封止樹脂20の図1中上端面に、接着剤を薄く塗布して黄色発光蛍光体樹脂シート21を接着させてもよい。これによれば、黄色発光蛍光体樹脂シート21の接着箇所が増えた分、投光開口端18bへの固着強度の増強を図ることができる。
次に、この発光ダイオードモジュール11の作用を説明する。
まず、一対の回路パターン15a,15bを経て青色発光ダイオードチップ16に直流電力が供給されると、この青色発光のダイオードチップ16が青色に発光する。この青色発光は透明の封止樹脂20を透過して黄色発光蛍光体樹脂シート21へ入射され、ここで青色発光の一部は黄色発光蛍光体樹脂シート21を透過して外部へ放射され、残りの青色発光は黄色発光蛍光体樹脂シート21の黄色発光蛍光体を励起して黄色光を発光させる。この黄色光は青色光と混合されて電球色等の白色系光に変換され、黄色発光蛍光体樹脂シート21から外部へ放射される。
そして、この発光ダイオードモジュール11によれば、凹部形成部材19の凹部18内へ注入充填された封止樹脂20の硬化後であって、凹部18と封止樹脂20内に閉じ込められた残存空気が投光開口18aから外部へ放出された後に、黄色発光蛍光体樹脂シート21を、この封止樹脂20上および凹部形成部材19の投光開口端18b上に、接着剤22により接着するので、従来例のようにかかる残存空気が投光開口18aから外部へ放出される際に黄色発光蛍光体蒸気シート21を押し上げ、投光開口端18bから剥離させて傾斜させ、発光ダイオードチップ16に対して非平行になるのを防止または低減することができる。これにより、企図した配布分布を得ることができる。
また、この発光ダイオードモジュール11は、投光開口18a回りに接着剤22を点状に塗布して黄色発光蛍光体樹脂シート21を凹部形成部材19の投光開口端18b上に接着しているので、万一、凹部18や封止樹脂20内に空気が残存していても、この残存空気を、これら点状の接着剤22の接着部同士の間隙から外部へ放出できるので、黄色発光蛍光体樹脂シート21の投光開口端18bからの剥離や傾斜を防止または抑制することができる。
また、投光開口18a回りを囲むように接着剤22を環状かつ線状に塗布する場合には、その環状の一部に非接着部を形成しているので、万一凹部18や封止樹脂20内に空気が残存していても、その残存空気をその非接着部から外部へ放出できるので、黄色発光蛍光体樹脂シート21の透光開口端18bからの剥離や傾斜を防止または抑制することができる。これにより、企図した配光特性を得ることができる。
さらに、凹部形成部材19の開口投光端18b上に塗布された接着剤22の塗布位置は、投光開口18aの外周から、その直径の例えば約10%程度外径方向へ離れた位置であるので、封止樹脂20や黄色発光蛍光体樹脂シート21からの光が接着剤22に照射され劣化するのを防止または抑制することができる。
図5は本発明の第2の実施形態に係る発光ダイオード装置13Aの要部縦断面図である。この発光ダイオード装置13Aは、前記図1で示す発光ダイオード装置13において、投光開口端18b上に黄色発光蛍光体樹脂シート21を接着剤22により固着せずに、固定部材の一例であるマスキングシート23により固定する点に特徴があり、これ以外は発光ダイオード装置13とほぼ同様の構成である。
すなわち、発光ダイオード装置13Aは、封止樹脂20が硬化した後に、黄色発光蛍光体樹脂シート21を凹部形成部材19の投光開口端18b上に載置し、さらに、この黄色発光蛍光体樹脂シート21上にマスキングシート23を被せ配設することにより、この黄色発光蛍光体樹脂シート21をマスキングシート23により投光開口端18b上に固定した点に特徴がある。
マスキングシート23は、例えばアクリル、ポリカーボネート、PBT(ポリブチレンテレフタレート)等の樹脂製シートよりなり、その中央部には、図6にも示すように投光開口18aに対応する位置にて、この投光開口18aとほぼ同形同径の透孔23aを穿設している。
また、マスキングシート23は、その透光23a回りに所定幅の遮光押圧部23bを形成している。この遮光押圧部23bは図5に示すように黄色発光蛍光体樹脂シート21の外周部21aの外面(図5では上面)を遮光可能に被覆(マスキング)すると共に、投光開口端18b側へ押圧して固定するものである。
すなわち、図6に示すように、黄色発光蛍光体樹脂シート21の外面(図5では上面)には、投光開口18aに対応する部分において、白色光が分布するものの、その外周部には、前述した黄色発光蛍光体樹脂シート21の光横漏れ現象により、黄色光が分布し、色むらが発生するので、その外周部をマスキングシート23の被覆押圧部23bにより遮光するためである。
そして、図5に示すように、マスキングシート23は、その厚さtを、その樹脂基材の拡散透過率が20%以下の場合に、0.25〜1mmに形成している。その理由は、マスキングシート23の拡散透過率が20%以下の場合に、厚さtが0.25mm未満であると、凹部形成部材19の凹部18の傾斜側面に沿って図中上方へ直線状に放射される光がマスキングシート23の透孔23aの側面23aaに当たって遮光され、このために形成される暗部24を縮小することができるものの、黄色の漏れ光を遮光することができなくなるためである。
また、マスキングシート23の厚さtが1mmを超える場合には、黄色の漏れ光を被覆押圧部23bにより遮光できるものの、凹部18の傾斜側面に沿って外部(図5では上方)へ直線状に放射される光が透孔23aの側面23aaに当たって遮光される範囲が増大し、暗部24が拡大される。
そこで、本実施形態では、マスキングシート23の樹脂基材の拡散透過率が20%以下であるときは、そのシート厚tを0.25〜1mmに形成することにより、黄色発光蛍光体樹脂シート21の外周部の黄色の漏れ光を遮光することができると共に、暗部24を縮小することができる。これにより、色むらの低減と光取出し効率の向上を図ることができる。
そして、マスキングシート23は、基板12の所要の端部にて、基板12と凹部形成部材19の厚さ方向に弾性的に挟持する、例えば断面コ字状の挟み込み部材等、図示しない挟持部材により挟持される。
図7はこのマスキングシート23の全体構成を示す平面図であり、図2で示す発光ダイオードモジュール11に使用される場合に好適である。
すなわち、マスキングシート23は、黄色発光蛍光体樹脂シート21と共に、図1で示す発光ダイオードモジュール11とほぼ同形の平面形状に形成されており、図2で示す各発光ダイオード装置13の凹部18の投光開口18aにそれぞれ適合する透孔23aをそれぞれ形成しているので、1枚のマスキングシート23により、複数の発光ダイオード装置13の黄色発光蛍光体樹脂シート21を凹部形成部材19にほぼ同時に押圧固定することができると共に、黄色の漏れ光を遮光することができる。
そして、マスキングシート23は、黄色発光蛍光体樹脂シート21と共に、基板と凹部形成部材19の所要の端部にて、これらの厚さ方向に弾性的に挟持する、例えば断面コ字状の挟み込み部材等、図示しない挟持部材により挟持される。
さらに、前記各実施形態では、各発光ダイオード装置13,13Aの複数個をそれぞれマトリックス状に配設した発光ダイオードモジュールについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば各発光ダイオード装置13,13A,13Bの複数個をそれぞれ1列状に形成してもよく、さらに各発光ダイオード装置13,13A,13Bはそれぞれ単数でもよい。
また、複数個の発光ダイオードモジュール11,11,…を一平面上に配列して一体に連結することにより所要の照明装置等に構成してもよい。この場合、これら複数個の発光ダイオードモジュール11,11,…全体の平面形状を覆う寸法と形状に、黄色発光蛍光体樹脂シート21等の波長変換シートとマスキングシート23を形成し、これら波長変換シートとマスキングシート23を、その端面において、上記挟持部材により挟持するように構成してもよい。
11…発光ダイオードモジュール、12…基板、13…発光ダイオード装置、14…絶縁層、15…回路パターン、16…発光ダイオードチップ、18…凹部、18a…投光開口、18b…投光開口端、19…凹部形成部材、20…封止樹脂、21…黄色発光蛍光体樹脂シート、22…接着剤、23…マスキングシート、23a…透光、23b…遮光押圧部。
Claims (5)
- 基板と;
基板上に配設され、投光開口を有する凹部を形成してなる凹部形成部材と;
投光開口に対向する基板上に配設された導電層と;
凹部に配設されて導電層に電気的に接続された発光ダイオードチップと;
凹部に充填されてなる樹脂層と;
この樹脂層の樹脂が硬化した後に、前記投光開口端の外側部にて固定された光変換部材と;
を具備していることを特徴とする発光ダイオード装置。 - 光変換部材を投光開口端上に接着する接着部は、この投光開口の外周を囲む全周の一部にて、この投光開口端上に接着されない非接着部を有することを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード装置。
- 光変換部材は、樹脂層の投光開口側端面に、接着剤により固着されていることを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード装置。
- 基板と;
基板上に配設され、投光開口を有する凹部を形成してなる凹部形成部材と;
投光開口に対向する基板上に配設された導電層と;
凹部に配設されて導電層に電気的に接続された発光ダイオードチップと;
凹部に充填されてなる樹脂層と;
この樹脂層の樹脂が硬化した後に、前記投光開口端上に載置され、樹脂層からの光を制御する光変換部材と;
光変換部材上に配設され、投光開口に対応する光変換部材の中央部に相当する箇所にて開口する透孔を有し、この透孔の外周部により光変換部材の外周部を遮光可能に被覆し、光変換部材を凹部形成部材側に押圧し固定する固定部材と;
を具備していることを特徴とする発光ダイオード装置。 - 固定部材は、その拡散透過率が20%以下のときに、その厚さが0.25〜1mmの樹脂シートからなることを特徴とする請求項4記載の発光ダイオード装置。
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- 2005-07-29 JP JP2005222061A patent/JP2007042679A/ja active Pending
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