JP2007116095A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ボンディングワイヤに起因した光取り出し効率の低下を抑制でき光出力を高めることができる発光装置を提供する。
【解決手段】LEDチップ10と、LEDチップ10が実装された実装基板20とを備え、実装基板20が、LEDチップ10が搭載されるベース部材を構成している。LEDチップ10の一表面側に設けられた電極に接続されたボンディングワイヤ14がLEDチップ10の1つの対角線に沿った方向へ延出されているので、LEDチップ10の側面から放射される光がボンディングワイヤ14により遮られにくくなり、ボンディングワイヤ14に起因した装置全体の光取り出し効率の低下を抑制できる。
【選択図】図1
【解決手段】LEDチップ10と、LEDチップ10が実装された実装基板20とを備え、実装基板20が、LEDチップ10が搭載されるベース部材を構成している。LEDチップ10の一表面側に設けられた電極に接続されたボンディングワイヤ14がLEDチップ10の1つの対角線に沿った方向へ延出されているので、LEDチップ10の側面から放射される光がボンディングワイヤ14により遮られにくくなり、ボンディングワイヤ14に起因した装置全体の光取り出し効率の低下を抑制できる。
【選択図】図1
Description
本発明は、LEDチップ(発光ダイオードチップ)を利用した発光装置に関するものである。
従来から、図21に示すように、矩形板状のLEDチップ10’と、LEDチップ10’が実装されるベース部材である実装基板120’と、実装基板120’におけるLEDチップ10’の実装面側においてLEDチップ10’を囲む枠体40’とを備え、LEDチップ10’の両電極のうち一方の電極がLEDチップ10’における実装基板120’側とは反対側の一表面側に設けられた発光装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。ここにおいて、LEDチップ10’は、上記一方の電極がボンディングワイヤ14’を介して実装基板120’の導体パターン123a’と電気的に接続され、他方の電極が実装基板120’の導体パターン123b’と電気的に接続されている。また、図21に示した発光装置は、実装基板120’と枠体40’とで囲まれた空間に充填されLEDチップ10’およびボンディングワイヤ14’を封止した透明な封止樹脂からなる封止部50’を備えており、封止部50’をレンズ状の形状に形成してある。また、図21に示した発光装置は、枠体40’が、LEDチップ10’の側面から放射された光を前方へ反射するリフレクタを構成している。
なお、この種の発光装置としては、近年、SiC基板からなる導電性基板を結晶成長用基板として用いたGaN系青色LEDチップと黄色蛍光体とを組み合わせ白色光を得る発光装置(一般的に白色LEDと呼ばれている)が提案されている。また、LEDチップ10’と実装基板120’との線膨張率差に起因してLEDチップ10’に働く応力を緩和するサブマウント部材であってLEDチップ10’よりも平面視サイズが大きな矩形板状のサブマウント部材をLEDチップ10’と実装基板120’との間に介在させた発光装置も提案されている。
また、LEDチップを利用した発光装置としては、1つの実装基板に複数個のLEDチップを実装して光出力を大きくできるように構成したものも各所で研究開発されている。
特開2002−299698号公報
ところで、上記特許文献1に例示された発光装置では、LEDチップ10’の側面から放射される光がボンディングワイヤ14’により遮られて光取り出し効率が低下してしまうという不具合があった。
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、ボンディングワイヤに起因した光取り出し効率の低下を抑制でき光出力を高めることができる発光装置を提供することにある。
請求項1の発明は、矩形板状のLEDチップと、LEDチップが搭載されるベース部材とを備え、LEDチップの両電極のうち少なくとも一方の電極がLEDチップにおけるベース部材とは反対側の一表面側に設けられた発光装置であって、LEDチップの前記一表面側に設けられた電極に接続されたボンディングワイヤがLEDチップの1つの対角線に沿った方向へ延出されてなることを特徴とする。
この発明によれば、LEDチップの前記一表面側に設けられた電極に接続されたボンディングワイヤがLEDチップの1つの対角線に沿った方向へ延出されているので、LEDチップの側面から放射される光がボンディングワイヤにより遮られにくくなり、ボンディングワイヤに起因した光取り出し効率の低下を抑制できる。
請求項2の発明は、請求項1の発明において、LEDチップとベース部材との間に介在しLEDチップよりも平面視サイズが大きな矩形板状のサブマウント部材を備え、平面視においてLEDチップの外周線がサブマント部材の外周線よりも内側に位置し且つ両外周線が並行しないようにLEDチップがサブマウント部材の中央部に接合されてなることを特徴とする。
この発明によれば、平面視においてLEDチップの外周線とサブマウント部材の外周線とが並行するようにLEDチップがサブマウント部材の中央部に接合されている場合に比べて、LEDチップの1つの対角線に沿った方向へ延出されるボンディングワイヤの両端間の直線距離を短くすることができ、ボンディングワイヤに起因した光取出し効率の低下を抑制することができるとともに、装置全体の小型化を図ることができる。
請求項3の発明は、請求項2の発明において、LEDチップおよびサブマウント部材の平面視における外周形状が正方形状であり、LEDチップの対角線とサブマウント部材の対角線とのなす角度が45度となるようにLEDチップがサブマント部材の中央部に接合されてなることを特徴とする。
この発明によれば、LEDチップの1つの対角線に沿った方向へ延出されるボンディングワイヤの両端間の直線距離をより短くすることができ、ボンディングワイヤに起因した光取出し効率の低下をより抑制することができるとともに、装置全体のより一層の小型化を図ることができる。
請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3の発明において、ベース部材に複数個のLEDチップが搭載され、近接するLEDチップ同士が一方のLEDチップの1つの対角線に沿った方向に並んでいることを特徴とする。
この発明によれば、ベース部材に複数個のLEDチップを搭載する場合に、ベース部材のサイズを大きくすることなくLEDチップの側面から放射された光が近接するLEDチップに吸収されて閉じ込められるのを抑制することが可能となり、光取り出し効率を高めることができる。
請求項1の発明では、ボンディングワイヤに起因した光取り出し効率の低下を抑制でき光出力を高めることができるという効果がある。
(実施形態1)
以下、本実施形態の発光装置について図1および図2に基づいて説明する。
以下、本実施形態の発光装置について図1および図2に基づいて説明する。
本実施形態の発光装置は、LEDチップ10と、LEDチップ10が実装された実装基板20と、実装基板20におけるLEDチップ10の実装面側でLEDチップ10を囲む枠体40と、LEDチップ10およびLEDチップ10に電気的に接続されたボンディングワイヤ14を封止した封止樹脂からなり透光性および弾性を有する封止部50と、LEDチップ10から放射され封止部50を透過した光の配光を制御するレンズからなる光学部材60と、LEDチップ10から放射され封止部50および光学部材60を透過した光によって励起されてLEDチップ10の発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体および透光性材料により形成されたものであって光学部材60の光出射面60b側に当該光出射面60bとの間に空気層80が形成される形で配設されるドーム状の色変換部材70とを備えている。
実装基板20は、熱伝導性材料からなりLEDチップ10が実装される矩形板状の伝熱板21と、伝熱板21の一面側(図2における上面側)に固着された矩形板状の配線基板22とで構成され、配線基板22の中央部に伝熱板21におけるLEDチップ10の実装面(上記一面の一部)を露出させる矩形状の窓孔24が形成されており、LEDチップ10が窓孔24の内側に配置されたサブマウント部材30を介して伝熱板21に実装されている。したがって、LEDチップ10で発生した熱が配線基板22を介さずにサブマウント部材30および伝熱板21に伝熱されるようになっている。なお、本実施形態では、伝熱板21の熱伝導性材料としてCuを採用しているが、Cuに限らず、例えば、Alなどを採用してもよい。
上述の配線基板22は、ガラスエポキシ基板からなる絶縁性基材22aの一表面側に、LEDチップ10の各電極(図示せず)と電気的に接続される一対の導体パターン23,23が設けられている。各導体パターン23,23は、Cu膜とNi膜とAu膜との積層膜により構成されており、平面視において枠体40よりも内側の部位がインナーリード部23a,23aを構成し、枠体40よりも外側の部位がアウターリード部23b,23bを構成している。伝熱板21と配線基板22とは、シート状の接着フィルムからなるポリオレフィン系の固着シート(図示せず)を介して固着されている。なお、絶縁性基材22aの材料は、FR4のようなガラスエポキシ樹脂に限らず、例えば、ポリイミド系樹脂や、フェノール樹脂などでもよい。また、実装基板20は、上述の構成に限らず、例えば、伝熱板21を構成する金属板上に絶縁性基材22aを構成する絶縁層が形成され当該絶縁層上に導体パターン23,23が形成された金属基板を採用してもよい。
LEDチップ10は、青色光を放射するGaN系青色LEDチップであり、結晶成長用基板としてサファイア基板に比べて格子定数や結晶構造がGaNに近く且つ導電性を有するn形のSiC基板からなる導電性基板11を用いており、導電性基板11の主表面側にGaN系化合物半導体材料により形成されて例えばダブルへテロ構造を有する積層構造部からなる発光部12がエピタキシャル成長法(例えば、MOVPE法など)により成長され、導電性基板11の裏面に図示しないカソード側の電極であるカソード電極(n電極)が形成され、発光部12の表面(導電性基板11の主表面側の最表面)に図示しないアノード側の電極であるアノード電極(p電極)が形成されている。要するに、LEDチップ10は、一表面側にアノード電極が形成されるとともに他表面側にカソード電極が形成されている。上記カソード電極および上記アノード電極は、Ni膜とAu膜との積層膜により構成してあるが、上記カソード電極および上記アノード電極の材料は特に限定するものではなく、良好なオーミック特性が得られる材料であればよく、例えば、Alなどを採用してもよい。なお、本実施形態では、LEDチップ10の発光部12が導電性基板11よりも伝熱板21から離れた側となるように伝熱板21に搭載されているが、LEDチップ10の発光部12が導電性基板11よりも伝熱板21に近い側となるように伝熱板21に搭載するようにしてもよい。光取り出し効率を考えた場合には、発光部12を伝熱板21から離れた側に配置することが望ましいが、本実施形態では導電性基板11と発光部12とが同程度の屈折率を有しているので、発光部12を伝熱板21に近い側に配置しても光の取り出し損失が大きくなりすぎることはない。
また、LEDチップ10は、上述の伝熱板21に、LEDチップ10のチップサイズよりも大きなサイズの矩形板状に形成されLEDチップ10と伝熱板21との線膨張率の差に起因してLEDチップ10に働く応力を緩和するサブマウント部材30を介して搭載されている。サブマウント部材30は、上記応力を緩和する機能だけでなく、LEDチップ10で発生した熱を伝熱板21においてLEDチップ10のチップサイズよりも広い範囲に伝熱させる熱伝導機能を有している。本実施形態では、サブマウント部材30の材料として熱伝導率が比較的高く且つ絶縁性を有するAlNを採用しており、LEDチップ10は、上記カソード電極がサブマウント部材30におけるLEDチップ10側の表面に設けられ上記カソード電極と接続される電極パターン(図示せず)および金属細線(例えば、金細線、アルミニウム細線など)からなるボンディングワイヤ14を介して一方の導体パターン23と電気的に接続され、上記アノード電極がボンディングワイヤ14を介して他方の導体パターン23と電気的に接続されている。なお、LEDチップ10とサブマウント部材30とは、AuSn、SnAgCuなどの鉛フリー半田を用いて接合されている。
サブマウント部材30の材料はAlNに限らず、線膨張率が導電性基板11の材料である6H−SiCに比較的近く且つ熱伝導率が比較的高い材料であればよく、例えば、複合SiC、Si、Cu、CuWなどを採用してもよい。なお、サブマウント部材30は、上述の熱伝導機能を有しており、伝熱板121におけるLEDチップ10側の表面の面積はLEDチップ10における伝熱板21側の表面の面積よりも十分に大きいことが望ましい。
本実施形態における枠体40は、円形状に開口した枠状の形状であって、LEDチップ10から側方へ放射された光を前方側(ここでは、光学部材60側)へ反射するリフレクタを構成しており、LEDチップ10の側面から放射された光が光学部材60側へ反射されるように内側面40aの形状が設計されている。すなわち、枠体40は、LEDチップ10の厚み方向においてLEDチップ10から離れるに従って開口面積が大きくなる形状(つまり、上記実装面から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状)に形成されている。ここにおいて、枠体40の材料としては、LEDチップ10から放射される光(ここでは、青色光)に対する反射率が比較的大きな材料(例えば、Alなど)を採用し、枠体40の内側面40aを鏡面とすればよく、枠体40は例えばアルミニウムの基材を絞り加工して形成すればよい。
また、封止部50は、枠体40を実装基板20に固着した後で、枠体40と実装基板20とで囲まれた空間に封止樹脂をポッティングすることで形成されている。ここで、封止樹脂としては、シリコーン樹脂を採用しているが、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂などを採用してもよい。
光学部材60は、封止部50側の光入射面60aが平面状に形成されるとともに光出射面60bが凸曲面状に形成されたレンズにより構成されており、封止部50に重ねて配置されている。ここにおいて、光学部材60は、シリコーンの成形品により構成してあり、上記封止樹脂と屈折率が同じ値となっているが、光学部材60は、上記封止樹脂の屈折率以上の屈折率を有する透光性材料であれば、シリコーン以外の材料を用いてもよい。
色変換部材70は、シリコーンのような透光性材料とLEDチップ10から放射された青色光によって励起されてブロードな黄色系の光を放射する粒子状の黄色蛍光体とを混合した混合物の成形品により構成されている。したがって、本実施形態の発光装置は、LEDチップ10から放射された青色光と黄色蛍光体から放射された光とが色変換部材70の外周面70bを通して放射されることとなり、白色光を得ることができる。なお、色変換部材70の材料として用いる透光性材料は、シリコーンに限らず、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ガラス、有機成分と無機成分とがnmレベルもしくは分子レベルで混合、結合した有機・無機ハイブリッド材料などを採用してもよい。また、色変換部材70の材料として用いる透光性材料に混合する蛍光体も黄色蛍光体に限らず、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを混合しても白色光を得ることができる。
ここで、色変換部材70は、内面70aが光学部材60の光出射面60bに沿った形状に形成されている。したがって、光学部材60の光出射面60bの位置によらず法線方向における光出射面60bと色変換部材70の内面70aとの間の距離が略一定値となっている。なお、色変換部材70は、位置によらず法線方向に沿った肉厚が一様となるように成形されている。色変換部材70は、開口部の周縁を枠体40に対して、例えば接着剤(例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など)を用いて固着すればよい。
以上説明した本実施形態の発光装置では、封止部50側の光入射面60aが平面状に形成されるとともに光出射面60bが凸曲面状に形成され封止部50に重ねて配置された光学部材60と、LEDチップ10から放射された光によって励起されてLEDチップ10の発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を透光性材料とともに成形した成形品であって光学部材60の光出射面60b側に光学部材60を覆い光出射面60bとの間に空気層80が形成される形で配設されるドーム状の色変換部材70とを備えていることにより、色むらを低減でき、しかも、色変換部材70は光学部材60の光出射面60bとの間に空気層80が形成される形で配設すればよく、色変換部材70を光学部材60に密着させる必要がないので、色変換部材70の寸法精度や位置決め精度に起因した歩留まりの低下を抑制できる。
ところで、本実施形態の発光装置では、図1(a),(b)に示すように、LEDチップ10の上記一表面(図2における上面)側に設けられた電極に接続されたボンディングワイヤ14がLEDチップ10の1つの対角線に沿った方向へ延出されているので、LEDチップ10の側面から放射される光がボンディングワイヤ14により遮られにくくなり、ボンディングワイヤ14に起因した装置全体の光取り出し効率の低下を抑制できる。なお、LEDチップ10の上記一表面に形成されている電極が例えば上記一表面の中心部から各対角線に沿った方向に延設された部位を有するような場合(チップサイズが1mm角のLEDチップで採用されることが多い)には、ボンディングワイヤ14を上述のように1つの対角線に沿った方向に延出することにより、LEDチップ10の上記一表面から放射される光がボンディングワイヤ14により遮られるのを防止でき、装置全体としての光取り出し効率をより高めることができる。
また、上述の実施形態では、LEDチップ10が搭載されるベース部材として実装基板20を採用しているが、ベース部材は、実装基板20に限らず、例えば、パッケージ本体が熱伝導率の比較的高い材料により形成されたパッケージでもよいし、金属(例えば、Al、Cuなどの熱伝導率の高い金属)製の器具本体などでもよく、金属製の器具本体に実装する場合には、例えばサブマウント部材30と器具本体との間に、シリカやアルミナなどのフィラーからなる充填材を含有し且つ加熱時に低粘度化する樹脂シート(例えば、溶融シリカを高充填したエポキシ樹脂シートのような有機グリーンシート)からなり絶縁性を有するシート状の接合用部材を介在させた後で、接合用部材を加熱することでサブマウント部材30と器具本体とを接合すればよい。また、実装基板20に実装するLEDチップ10の個数は1個に限らず、実装基板20に複数個のLEDチップ10を実装して、LEDチップ10ごとに枠体40、封止部50、光学部材60および色変換部材70を設けてもよいし、複数個のLEDチップ10を1つの枠体40で囲むようにし、当該枠体40で囲まれたLEDチップ10に対して、封止部50、光学部材60、および色変換部材70を共通で設けるようにしてもよい。
また、図3に示すように、実装基板20に複数個(図示例では、4個)のLEDチップ10を搭載するにあたって、近接するLEDチップ10同士が一方のLEDチップ10の1つの対角線に沿った方向に並ぶように配置して、複数個のLEDチップ10を直列接続するようにしてもよい。なお、図3の構成を採用する場合には、上述のように枠体40として複数個のLEDチップ10をまとめて囲む大きさのものを用いれば良い。
上述の図3の構成を採用すれば、図4に示すように実装基板20に同数(ここでは、4個)のLEDチップ10を近接するLEDチップ10の側面同士が対向する形で実装する構成に比べて、各LEDチップ10それぞれの中心位置を変更することなく側面同士が対向するLEDチップ10間の距離を長くすることができるので、実装基板20のサイズを大きくすることなくLEDチップ10の側面から放射された光が近接するLEDチップ10に吸収されて閉じ込められるのを抑制することが可能となり、装置全体の光取り出し効率を高めることができる。
(実施形態2)
以下、本実施形態の発光装置について図5〜図8に基づいて説明する。
以下、本実施形態の発光装置について図5〜図8に基づいて説明する。
本実施形態の発光装置の基本構成は、実施形態1と略同じであり、枠体40が透光性材料により円環状(円筒状)に形成されており、ドーム状の色変換部材70が光学部材60の光出射面60bおよび枠体40との間に空気層80が形成される形で配設されている点などが相違する。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
本実施形態における実装基板20は、各導体パターン23,23のうち、平面視において枠体40よりも内側の部位がインナーリード部23a,23aを構成し、色変換部材70よりも外側の部位がアウターリード部23b,23bを構成している。また、本実施形態における実装基板20は、配線基板22における伝熱板21側に、反り防止用金属膜25が形成されているが、反り防止用金属膜25および伝熱板21それぞれの材料がCuの場合には、上述の固着シートを用いずに固着することも可能である。
なお、本実施形態の発光装置は、例えば照明器具の光源として用いるものであり、例えば有機グリーンシートからなる接合用部材90により実装基板20と金属(例えば、Al、Cuなどの熱伝導率の高い金属)製の器具本体100とを接合することで、LEDチップ10から器具本体100までの熱抵抗を小さくすることができて放熱性が向上し、LEDチップ10のジャンクション温度の温度上昇を抑制できるから、入力電力を大きくでき、光出力の高出力化を図れる。ここで、照明器具の場合には、所望の光出力が得られるように、器具本体100に複数個の発光装置を実装して複数個の発光装置を直列接続したり並列接続したりすればよい。
枠体40は、封止部50の封止樹脂の屈折率および弾性率を下回らない透光性材料により形成すればよく、例えば、シリコーンやアクリル樹脂などにより形成すればよい。
また、本実施形態における光学部材60は、封止部50側の光入射面60aおよび色変換部材70側の光出射面60bそれぞれが凸曲面状に形成された両凸レンズにより構成されている。また、光学部材60は、光出射面60bが、光入射面60aから入射した光を光出射面60bと上述の空気層80との境界で全反射させない凸曲面状に形成されている。ここで、光学部材60は、光出射面60bが球面の一部により形成されており、当該球面の中心がLEDチップ10の厚み方向に沿った発光部12の中心線上に位置するように配置されている。言い換えれば、光学部材60は、当該光学部材60の光軸がLEDチップ10の厚み方向に沿った発光部12の中心線上に位置するように配置されている。したがって、LEDチップ10から放射され光学部材60の光入射面60aに入射された光が光出射面60bと空気層80との境界で全反射されることなく色変換部材70まで到達しやすくなり、全光束を高めることができる。なお、LEDチップ10の側面から放射された光は封止部50および枠体40および空気層80を伝搬して色変換部材70まで到達し色変換部材70の蛍光体を励起したり蛍光体には衝突せずに色変換部材70を透過したりする。
また、本実施形態の発光装置では、上述のサブマウント部材30の厚み寸法を、LEDチップ10におけるサブマウント部材30側の表面が色変換部材70における実装基板20側の端縁よりも伝熱板21から離れて位置するように設定してあり、LEDチップ10から側方に放射された光が色変換部材70と実装基板20との接合部を通して出射されるのを防止することができる(つまり、LEDチップ10から放射された青色光が色変換部材70を通らずに外部へ出射されるのを防止することができる)。なお、サブマウント部材30は、LEDチップ10におけるサブマウント部材30側の電極と接合される電極パターン31(図8参照)の周囲に、LEDチップ10から放射された光を反射する反射膜(例えば、Ni膜とAg膜との積層膜)32が形成されている。
ところで、実施形態1の発光装置では、LEDチップ10およびサブマウント部材30それぞれの平面視における外周形状が正方形状であり、平面視においてLEDチップ10の外周線がサブマント部材30の外周線よりも内側に位置し且つ両外周線が並行するようにLEDチップ10をサブマウント部材30の中央部に接合してある。したがって、実施形態1の発光装置では、LEDチップ10の2つの対角線とサブマント部材30の2つの対角線との一方同士が平行な関係にあり平面視において一直線上に重なるとともに、他方同士が平行な関係にあり平面視において一直線上に重なるので、LEDチップ10におけるサブマウント部材30側とは反対の表面側の電極からLEDチップ10の1つの対角線に沿った方向に延長されるボンディングワイヤ14の両端間の直線距離が、LEDチップ10の1辺に直交する方向にボンディングワイヤ14を延長する場合に比べて長くなってしまい、枠体40や装置全体の小型化が制限される要因となってしまう。
これに対して、本実施形態の発光装置では、LEDチップ10およびサブマウント部材30それぞれの平面視における外周形状が正方形状である点は同じであるが、平面視においてLEDチップ10の外周線がサブマント部材30の外周線よりも内側に位置し且つ両外周線が並行しないようにLEDチップ10がサブマウント部材30の中央部に接合されており、LEDチップ10の対角線とサブマウント部材30の対角線とが非平行となっている。
しかして、本実施形態の発光装置では、実施形態1の発光装置に比べて、サブマウント部材30の平面サイズを小さくすることなく、LEDチップ10の1つの対角線X1(図5参照)に沿った方向へ延出されるボンディングワイヤ14の両端間の直線距離(つまり、LEDチップ10表面の電極と当該電極にボンディングワイヤ14を介して電気的に接続される導体パターン23のインナーリード部23aとの距離)を短くすることができ、ボンディングワイヤ14に起因した光取出し効率の低下を抑制することができるとともに、枠体40や装置全体の小型化を図ることができる。要するに、サブマウント部材30による熱伝導機能を低下させることなく、ボンディングワイヤ14に起因した光取出し効率の低下を抑制することができるとともに、枠体40や装置全体の小型化を図ることができる。
ここにおいて、本実施形態の発光装置では、LEDチップ10およびサブマウント部材30の平面視における外周形状が正方形状であり、図5に示すように、LEDチップ10の対角線X1,X2とサブマウント部材30の対角線Y1,Y2とのなす角度が45度となるようにLEDチップ10がサブマント部材30の中央部に接合されており、上記直線距離をより短くすることができ、ボンディングワイヤ14に起因した光取出し効率の低下をより抑制することができるとともに、装置全体のより一層の小型化を図ることができる。
なお、LEDチップ10の対角線X1,X2とサブマウント部材30の対角線Y1,Y2とのなす角度は例えば30度〜60度程度の範囲内で設定すればよいが、上記直線距離をより短くするために45度に設定することが好ましい。また、LEDチップ10およびサブマウント部材30の外周形状の少なくとも一方を長方形状としてもよく、例えばサブマウント部材30を長方形状とした場合は、LEDチップ10の上記1つの対角線X1がサブマウント部材30の長辺の垂直二等分線に一致するようにLEDチップ10をサブマウント部材30の中央部に接合すれば、上記1つの対角線X1の方向に沿って延長されるボンディングワイヤ14の両端間の直線距離を短くすることができる。
また、本実施形態の発光装置では、色変換部材70が光学部材60の光出射面60bおよび枠体40との間に空気層80が形成される形で配設されているので、色変換部材70に外力が作用したときに色変換部材70に発生した応力がLEDチップ10や各ボンディングワイヤ14,14に伝達されるのを抑制でき、上記外力によるLEDチップ10の発光特性の変動や各ボンディングワイヤ14,14の断線が起こりにくくなるから、信頼性が向上するという利点がある。また、色変換部材70と光学部材60との間に上記空気層80が形成されていることにより、外部雰囲気中の水分がLEDチップ10に到達しにくくなるという利点がある。しかも、色変換部材70と光学部材60との間に上記空気層80が形成されていることにより、LEDチップ10から放射され封止部50及び光学部材60を通して色変換部材70に入射し当該色変換部材70中の黄色蛍光体の粒子により散乱された光のうちレンズ60側へ散乱されて光学部材60を透過する光の光量を低減できて装置全体としての外部への光取り出し効率を向上できるという利点がある。
また、本実施形態の発光装置では、実施形態1のように枠体40が金属材料により形成されている場合に比べて、枠体40と封止部50との線膨張率差を小さくすることができ、熱的な信頼性を高めることができるとともに、枠体40で光の反射損失が生じるのを抑制することができて光出力の向上を図れる。
また、図9に示すように、実装基板20に複数個(図示例では、4個)のLEDチップ10を搭載するにあたって、近接するLEDチップ10同士が一方のLEDチップ10の1つの対角線に沿った方向に並ぶように配置して、複数個のLEDチップ10を直列接続するようにしてもよい。なお、図9の構成を採用する場合には、枠体40として複数個のLEDチップ10をまとめて囲む大きさのものを用いれば良い。
上述の図9の構成を採用すれば、図4に示すように実装基板20に同数(ここでは、4個)のLEDチップ10を近接するLEDチップ10の側面同士が対向する形で実装する構成に比べて、各LEDチップ10それぞれの中心位置を変更することなく側面同士が対向するLEDチップ10間の距離を長くすることができるので、実装基板20のサイズを大きくすることなくLEDチップ10の側面から放射された光が近接するLEDチップ10に吸収されて閉じ込められるのを抑制することが可能となり、装置全体の光取り出し効率を高めることができる。なお、図9の構成は、図4の構成に比べて側面同士が対向するLEDチップ10間の距離を長くしつつ、図3の構成に比べてLEDチップ10の対角線に沿った方向に並ぶLEDチップ10間の距離を短くすることが可能なので、それぞれサブマウント部材30上に配置された複数個のLEDチップ10を囲む形で配置する部材(本実施形態では、枠体40)の小型化を図れ、結果的に光学部材60および色変換部材70の小型化を図ることができ、装置全体の小型化を図れるという利点がある。また、図9の構成では、図4の構成に比べてサブマウント部材30およびLEDチップ10の配置密度を高めることも可能となる。
(実施形態3)
以下、本実施形態の発光装置について図10〜図12に基づいて説明する。
以下、本実施形態の発光装置について図10〜図12に基づいて説明する。
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態2と略同じであって、光学部材60と枠体40とが同一の透光性材料により一体成形されている点などが相違する。なお、実施形態2と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
また、本実施形態における配線基板22は、絶縁性基材22aにおける伝熱板21側とは反対の表面側に、導体パターン23,23および絶縁性基材22aにおいて導体パターン23,23が形成されていない部位を覆う白色系の樹脂からなるレジスト層26(図10および図12参照)が積層されている。したがって、LEDチップ10の側面から放射されレジスト層26の表面に入射した光がレジスト層26の表面で反射されるので、LEDチップ10から放射された光が配線基板22に吸収されるのを防止することができ、外部への光取り出し効率の向上による光出力の向上を図れる。
ここにおいて、レジスト層26は、配線基板22の窓孔24の近傍において各導体パターン23,23のインナーリード部23a,23aを露出させる円形状の開口窓26aが形成され、配線基板22の周部において各導体パターン23,23のアウターリード部23b,23bそれぞれを露出させる円形状の開口窓26b,26bが形成されている。
また、本実施形態における光学部材60は、封止部50側の光入射面60aが平面状に形成され光出射面60bが凸曲面状に形成された平凸レンズ状に形成されている。
ここにおいて、光学部材60と枠体40とは上述のように、同一の透光性材料(例えば、シリコーンなど)により一体成形されており(言い換えれば、光学部材60と枠体40とが連続一体に形成されており)、封止部50と屈折率および線膨張率が同じ値となっている。なお、光学部材60と枠体40とは封止部50の封止樹脂材料の屈折率および弾性率を下回らない透光性材料により一体成形すればよく、例えば、封止樹脂材料がアクリル樹脂である場合には、光学部材60と枠体40とをアクリル樹脂により一体成形してもよい。また、光学部材60および枠体40の透光性材料は、封止樹脂材料の線膨張率と同等の線膨張率を有していればよい。
また、本実施形態の発光装置は、LEDチップ10が、実装基板20の最表面(レジスト層26の表面)を含む平面から当該平面の法線方向に離間した位置に配置されており、光学部材60と枠体40とで構成されるレンズブロックにおいて光学部材60と枠体40とで囲まれた空間がLEDチップ10を収納する収納凹部を構成している。
本実施形態の発光装置の製造方法としては、図14に示すように、LEDチップ10とボンディングワイヤ14,14とを電気的に接続した後、光学部材60と枠体40とで囲まれる空間に上述の封止部50となる液状の封止樹脂材料(例えば、シリコーン樹脂)50cを注入してから、光学部材60を実装基板20との間に枠体40が介在する形で実装基板20に対向配置して封止樹脂材料50cを硬化させることにより封止部50を形成するような製造方法が考えられる。しかしながら、このような製造方法では、製造過程において封止部50にボイドが発生する恐れがある。
そこで、本実施形態の発光装置の製造にあたっては、図13に示すように、実装基板20にLEDチップ10を実装してLEDチップ10とボンディングワイヤ14,14とを電気的に接続した後、LEDチップ10およびボンディングワイヤ14,14を封止部50の一部となる液状の第1の封止樹脂材料(例えば、シリコーン樹脂)50aにより覆ってから、光学部材60と枠体40とで囲まれる空間に第1の封止樹脂材料50aと同一材料からなり封止部50の他の部分となる液状の第2の封止樹脂材料(例えば、シリコーン樹脂)50bを注入し、その後、光学部材60を実装基板20との間に枠体40が介在する形で実装基板20に対向配置して各封止樹脂材料50a,50bを硬化させることにより封止部50を形成するようにしている。このような製造方法によれば、製造過程で封止部50にボイドが発生しにくくなり、信頼性が高く且つ光出力が大きな発光装置を提供することができる。ここで、第2の封止樹脂材料50bを注入する前に、第1の封止樹脂材料50aを硬化させておけば、第1の封止樹脂材料50aの粘度が低下し上記収納凹部内に閉じ込められたボイドが抜けやすくなるという利点がある。なお、本実施形態では、実装基板20のレジスト層26の中央部に形成された円形状の開口窓26aの内径を色変換部材70の最大外径よりもやや大きな寸法に設定してあり、第1の封止樹脂材料50aをポッティングした際に開口窓26aの内周面近傍まで流れ込んだ第1の封止樹脂材料50aを、色変換部材70と実装基板20とを接合する接着剤として利用している。
以上説明した本実施形態の発光装置では、光学部材60と枠体40とが同一の透光性材料により一体成形されているので、光学部材60と枠体40とが別部材である場合に比べて部品点数を削減できるとともに、LEDチップ10と光学部材60との光軸のずれに起因した光出力の低下を防止することができる。
(実施形態4)
以下、本実施形態の発光装置について図15に基づいて説明する。
以下、本実施形態の発光装置について図15に基づいて説明する。
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態3と略同じであって、レジスト層26の中央部の開口窓26aの内径を色変換部材70の最大内径よりもやや小さく設定してあり、色変換部材70における実装基板20側の端縁とレジスト層26における開口窓26aの周部とを全周に亘って接着剤からなる接合部75により接合している点が相違する。なお、実施形態3と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
したがって、本実施形態の発光装置の製造にあたっては、実施形態3と同様、図16に示すように、実装基板20にLEDチップ10を実装してLEDチップ10とボンディングワイヤ14,14とを電気的に接続した後、LEDチップ10およびボンディングワイヤ14,14を封止部50の一部となる液状の第1の封止樹脂材料(例えば、シリコーン樹脂)50aにより覆ってから、光学部材60と枠体40とで囲まれる空間に第1の封止樹脂材料50aと同一材料からなり封止部50の他の部分となる液状の第2の封止樹脂材料(例えば、シリコーン樹脂)50bを注入し、その後、光学部材60を実装基板20との間に枠体40が介在する形で実装基板20に対向配置して各封止樹脂材料50a,50bを硬化させることにより封止部50を形成するようにしているが、レジスト層26により、色変換部材70の接合部位まで第1の封止樹脂材料50aが流出するのを防止しており、色変換部材70の実装基板20側の端縁とを接着剤により接合しているので、色変換部材70と実装基板20との間に介在する接合部75の厚みの制御が容易になるとともに、色変換部材70と実装基板20との接合の信頼性が向上する。なお、接合部75の接着剤としては、色変換部材70と同じ材料を用いるのが望ましい。
(実施形態5)
以下、本実施形態の発光装置について図17〜図20に基づいて説明する。
以下、本実施形態の発光装置について図17〜図20に基づいて説明する。
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態3と略同じであり、LEDチップ10から放射された光の配光を制御する光学部材60が、実装基板20との間にLEDチップ10を収納する形で実装基板20の一表面側(図17における上面側)に固着されるドーム状に形成されており、LEDチップ10および当該LEDチップ10に電気的に接続されたボンディングワイヤ14,14を封止した封止部50が光学部材60と実装基板20とで囲まれた空間に充実されている点などが相違する。ここにおいて、色変換部材70は、実装基板20の上記一表面側において光学部材60の光出射面60bとの間に空気層80が形成されるように配設されている。なお、実施形態3と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
また、本実施形態の発光装置は、実装基板20の他表面側に、シート状の接合用部材90として、シリカやアルミナなどのフィラーからなる充填材を含有し且つ加熱時に低粘度化する樹脂シート(例えば、溶融シリカを高充填したエポキシ樹脂シートのような有機グリーンシート)を備えている。しかして、本実施形態の発光装置を照明器具の光源として用いる場合には、例えば、照明器具における金属(例えば、Al,Cuなどの熱伝導率の高い金属)製の器具本体100(図18参照)と実装基板20とを接合用部材90により接合することができる。ここにおいて、上記樹脂シートからなる接合用部材90は、電気絶縁性を有するとともに熱伝導率が高く加熱時の流動性が高く凹凸面への密着性が高いので、実装基板20を金属製の器具本体100に接合用部材90を介して接合する際(実装基板20と器具本体100との間に接合用部材90を介在させた後で接合用部材90を加熱することで実装基板20と器具本体100とを接合する際)に接合用部材90と実装基板20および器具本体100との間に空隙が発生するのを防止することができて、密着不足による熱抵抗の増大やばらつきの発生を防止することができ、従来のように発光装置を回路基板に実装して回路基板と器具本体との間にサーコン(登録商標)のようなゴムシート状の放熱シートなどを挟む場合に比べて、LEDチップ10から器具本体100までの熱抵抗を小さくすることができて放熱性が向上するとともに熱抵抗のばらつきが小さくなり、LEDチップ10のジャンクション温度の温度上昇を抑制できるから、入力電力を大きくでき、光出力の高出力化を図れる。
また、本実施形態では、実装基板20における配線基板22として、ポリイミドフィルムからなる絶縁性基材22aの一表面側に導体パターン23,23が形成されたフレキシブルプリント配線板を採用しており、当該配線基板22が伝熱板21の一面側(図17における上面側)に例えばポリオレフィン系の固着シート29(図18参照)を介して固着されている。ここで、各導体パターン23,23は、絶縁性基材22aの外周形状の半分よりもやや小さな外周形状に形成されている。なお、絶縁性基材22aの材料としては、FR4、FR5、紙フェノールなどを採用してもよい。
また、レジスト層26は、配線基板22の窓孔24の近傍において各導体パターン23,23のインナーリード部23aが露出し、配線基板22の周部において各導体パターン23,23のアウターリード部23bが露出するようにパターニングされており、各導体パターン23,23は、配線基板22の窓孔24近傍において露出したインナーリード部23aが、ボンディングワイヤ14が接続される端子部を構成し、配線基板22の周部において露出した円形状のアウターリード部23bが外部接続用の電極部を構成している。また、2つのアウターリード部23bのうちLEDチップ10のアノード側の電極が電気的に接続されるアウターリード部23b(図18における右側のアウターリード部23b)には「+」の表示が形成され、LEDチップ10のカソード側の電極が電気的に接続されるアウターリード部23b(図18における左側のアウターリード部23b)には「−」の表示が形成されているので、発光装置における両アウターリード部23a,23bの極性を視認することができ、誤接続を防止することができる。
光学部材60は、シリコーンなどの透光性材料(例えば、シリコーンなど)の成形品であってドーム状に形成されている。ここで、本実施形態では、封止部50の材料としてシリコーン樹脂を採用しており、光学部材60をシリコーンの成形品により構成しているので、光学部材60と封止部50との屈折率差および線膨張率差を小さくすることができる。なお、封止部50の材料がアクリル樹脂の場合には、光学部材60もアクリル樹脂により形成することが好ましい。
ところで、上述の発光装置の製造方法にあたっては、例えば、LEDチップ10と各導体パターン23,23とをそれぞれボンディングワイヤ14,14を介して電気的に接続した後、図19に示すようにディスペンサ400のノズル401の先端部を配線基板22の窓孔24に連続して形成されている樹脂注入孔28に合わせてサブマウント部材30と配線基板22との隙間に封止部50の一部となる液状の封止樹脂(例えば、シリコーン樹脂)を注入してから硬化させ、その後、ドーム状の光学部材60の内側に上述の封止部50の残りの部分となる液状の封止樹脂(例えば、シリコーン樹脂)を注入してから、光学部材60を実装基板20における所定位置に配置して封止樹脂を硬化させることにより封止部50を形成するのと同時に光学部材60を実装基板20に固着し、その後、色変換部材70を実装基板20に固着するような製造方法が考えられるが、このような製造方法でも、製造過程において封止部50に気泡(ボイド)が発生する恐れがあるので、光学部材60に液状の封止樹脂を多めに注入する必要がある。
しかしながら、このような製造方法を採用した場合、光学部材60を実装基板20における上記所定位置に配置する際に液状の封止樹脂の一部が光学部材60と実装基板20とで囲まれる空間から溢れ出てレジスト層26の表面上に広がってしまい、当該溢れ出た封止樹脂からなる不要部での光吸収や当該不要部の凹凸に起因した光の乱反射などにより、装置全体としての光取り出し効率が低下してしまうことが考えられる。
そこで、本実施形態の発光装置では、実装基板20の上記一表面において光学部材60のリング状の端縁に重なる部位と色変換部材70のリング状の端縁に重なる部位との間に、光学部材60と実装基板20とで囲まれる空間から溢れ出た封止樹脂を溜める複数の樹脂溜め用穴27を光学部材60の外周方向に離間して形成してある。ここで、樹脂溜め用穴27は、配線基板22に形成した貫通孔27aと伝熱板21において貫通孔27aに対応する部位に形成された凹部27bとで構成されており、配線基板22の厚みを薄くしても樹脂溜め用穴27の深さ寸法を大きくできて、樹脂溜め用穴27に溜めることが可能な封止樹脂の量を多くすることができ、しかも、樹脂溜め用穴27内で硬化した封止樹脂がLEDチップ10から色変換部材70への熱伝達を阻止する断熱部として機能することとなり、LEDチップ10の発熱に伴う色変換部材70の温度上昇を抑制できるから、LEDチップ10の発熱に起因した蛍光体の発光効率の低下を抑制することができる。
また、本実施形態の発光装置は、実装基板20の上記一表面側において光学部材60のリング状の端縁に重なる部位と色変換部材70のリング状の端縁と重なる部位との間に配置されて各樹脂溜め用穴27を覆うリング状の光吸収防止用基板140を備えており、各樹脂溜め用穴27内に溜まって硬化した封止樹脂からなる樹脂部による光吸収を、光吸収防止用基板140によって防止することができる。ここにおいて、光吸収防止用基板140は、実装基板20側とは反対の表面側にLEDチップ10や色変換部材70などからの光を反射する白色系のレジスト層が設けられているので、上記光の吸収を防止することができる。なお、光吸収防止用基板140は、光学部材60を実装基板20における所定位置に配置する際に溢れ出た封止樹脂が各樹脂溜め用穴27内に充填された後で、実装基板20の上記一表面側に載置すればよく、その後で封止樹脂を硬化させる際に封止樹脂により実装基板20に固着されることとなる。ここで、リング状の光吸収防止用基板140には、各樹脂溜め用穴27の微小領域を露出させる複数の切欠部142が形成されており、樹脂溜め用穴27内の封止樹脂を硬化させる際にボイドが発生するのを防止することができる。
また、本実施形態の発光装置では、シート状の接合用部材90の平面サイズを伝熱板21の平面サイズよりも大きく設定してあるので、接合用部材90と伝熱板21とが同じ平面サイズに形成されている場合に比べて、伝熱板21と金属部材である器具本体100との間の沿面距離を長くすることができ、照明器具用の光源として用いる場合の耐雷サージ性を高めることができる(ただし、一般的に屋内用の照明器具と屋外用の照明器具とで要求される発光装置と金属部材との沿面距離は異なり、屋外用の照明器具の方がより長い沿面距離を要求される)。ここにおいて、シート状の接合用部材90の厚みについては、耐雷サージ性の要求耐圧に応じて厚みを設計する必要があるが、熱抵抗を低減する観点からはより薄く設定することが望ましい。したがって、接合用部材90に関しては、厚みを設定した上で、沿面距離の要求を満足できるように平面サイズを設定すればよい。
以上説明した本実施形態の発光装置では、実装基板20の上記一表面において光学部材60の実装基板20側の端縁に重なる部位と色変換部材70の実装基板20側の端縁に重なる部位との間に樹脂溜め用穴27が形成されているので、樹脂溜め用穴27に溜められた封止樹脂が色変換部材70を実装基板20に固着する際に溢れることがなく、実装基板20の上記一表面上に溢れ出た封止樹脂からなる不要部が形成されるのを抑制することができるから、当該不要部での光吸収や当該不要部の凹凸に起因した光の乱反射などによる光取り出し効率の低下を抑制することができ、光出力の高出力化を図れる。
ここにおいて、本実施形態の発光装置では、複数の樹脂溜め用穴27が光学部材60の外周方向に離間して複数設けられているので、実装基板20の上記一表面において光学部材60の実装基板20側の端縁に重なる部位と色変換部材70の実装基板20側の端縁に重なる部位との間の距離を短くしながらも、実装基板20の上記一表面上に封止樹脂からなる不要部が形成されるのを抑制することができ、また、導体パターン23,23が樹脂溜め用穴27により分離されるのを防止することができ、LEDチップ10への給電路の低抵抗化を図れる。
ところで、上述の各実施形態では、LEDチップ10として、発光色が青色の青色LEDチップを採用しており、結晶成長用基板としてSiC基板を採用しているが、SiC基板の代わりにGaN基板を用いてもよく、SiC基板やGaN基板を用いた場合には結晶成長用基板として絶縁体であるサファイア基板を用いている場合に比べて、結晶成長用基板の熱伝導率が高く結晶成長用基板の熱抵抗を小さくできる。また、LEDチップ10の発光色は青色に限らず、例えば、赤色、緑色などでもよい。すなわち、LEDチップ10の発光部12の材料はGaN系化合物半導体材料に限らず、LEDチップ10の発光色に応じて、GaAs系化合物半導体材料やGaP系化合物半導体材料などのIII−V族化合物半導体材料を採用してもよいし、II−VI族化合物半導体材料を採用してもよい。また、導電性基板11もSiC基板に限らず、発光部12の材料に応じて、例えば、GaAs基板、GsP基板などから適宜選択すればよい。また、上記各実施形態では、LEDチップ10の両電極のうち一方の電極のみがLEDチップ10におけるベース部材とは反対側の一表面側に設けられているが、当該一表面側に両電極が設けられていてもよい。
10 LEDチップ
14 ボンディングワイヤ
20 実装基板(ベース部材)
23 導体パターン
30 サブマウント部材
14 ボンディングワイヤ
20 実装基板(ベース部材)
23 導体パターン
30 サブマウント部材
Claims (4)
- 矩形板状のLEDチップと、LEDチップが搭載されるベース部材とを備え、LEDチップの両電極のうち少なくとも一方の電極がLEDチップにおけるベース部材とは反対側の一表面側に設けられた発光装置であって、LEDチップの前記一表面側に設けられた電極に接続されたボンディングワイヤがLEDチップの1つの対角線に沿った方向へ延出されてなることを特徴とする発光装置。
- LEDチップとベース部材との間に介在しLEDチップよりも平面視サイズが大きな矩形板状のサブマウント部材を備え、平面視においてLEDチップの外周線がサブマント部材の外周線よりも内側に位置し且つ両外周線が並行しないようにLEDチップがサブマウント部材の中央部に接合されてなることを特徴とする請求項1記載の発光装置。
- LEDチップおよびサブマウント部材の平面視における外周形状が正方形状であり、LEDチップの対角線とサブマウント部材の対角線とのなす角度が45度となるようにLEDチップがサブマント部材の中央部に接合されてなることを特徴とする請求項2記載の発光装置。
- ベース部材に複数個のLEDチップが搭載され、近接するLEDチップ同士が一方のLEDチップの1つの対角線に沿った方向に並んでいることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の発光装置。
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