JP2015115440A - Optical semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光半導体装置、光半導体装置製造方法に係り、特に、高いRA値で面発光する光半導体装置、光半導体装置製造方法に関する。 The present invention relates to an optical semiconductor device and an optical semiconductor device manufacturing method, and more particularly to an optical semiconductor device that emits surface light at a high RA value and an optical semiconductor device manufacturing method.
順方向に電圧を印加することで単一波長の発光を行う発光ダイオード(LED、Light Emmitting Diode、光半導体素子)が知られている。発光ダイオードは、消費電力が少ない、寿命が長い、などの特徴を持っている。そのため、発光ダイオードは、新しい照明装置(光半導体装置)としての役割を期待されている。 2. Description of the Related Art Light emitting diodes (LEDs, Light Emitting Diodes, optical semiconductor elements) that emit light of a single wavelength by applying a voltage in the forward direction are known. Light emitting diodes have features such as low power consumption and long life. Therefore, the light emitting diode is expected to play a role as a new lighting device (optical semiconductor device).
このような発光ダイオードを用いた照明装置としては、例えば、特許文献1、2のようなものが知られている。
For example,
ここで、発光ダイオードを用いて照明装置を作る場合、青色発光ダイオードと黄色の蛍光体とを組み合わせた擬似白色ダイオードを用いることが一般的である。 Here, when making an illumination device using a light emitting diode, it is common to use a pseudo white diode in which a blue light emitting diode and a yellow phosphor are combined.
しかしながら、上記の方法により生成される擬似白色ダイオードは、青色の光と黄色の光とを用いることで擬似的に白色の光を生成するものである。そのため、自然光と比較した演色性は、どうしても悪いものとなる。その結果、例えば生鮮食品や美術品を扱う店舗など演色性を重視する場所において、発光ダイオードを用いた照明装置を用いることが難しいという問題があった。 However, the pseudo white diode generated by the above method generates pseudo white light by using blue light and yellow light. Therefore, the color rendering properties compared with natural light are inevitably poor. As a result, there has been a problem that it is difficult to use an illumination device using a light emitting diode in a place where color rendering is important, for example, a store that handles fresh food or art.
また、発光ダイオードを用いて照明装置を作る場合、光の3原色である赤色、緑色、青色の発光ダイオードを用いることで白色を得る方法も考えられる。 In addition, when a lighting device is manufactured using light emitting diodes, a method of obtaining white by using red, green, and blue light emitting diodes that are the three primary colors of light is also conceivable.
しかしながら、この方法によって得られる白色光も、自然光とはその構成を大きく違えるものとなってしまう。その結果、3色の発光ダイオードを用いて照明装置を製造したとしても、その演色性は悪いものとなってしまっていた。 However, the white light obtained by this method is also significantly different from the structure of natural light. As a result, even if the lighting device was manufactured using the light emitting diodes of three colors, the color rendering properties were poor.
このように、特許文献1、2に記載の発光ダイオードを用いた照明装置では、高い演色性を実現することが難しく、当該照明装置を用いることの出来る場所が限られてしまうという問題を生じていた。
Thus, in the illuminating device using the light emitting diodes described in
そこで、本発明の目的は、上述した課題である、発光ダイオードを用いた照明装置では高い演色性を実現することが出来ず、照明装置を用いることの出来る場所が限られてしまう、という問題を解決することが出来る照明装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is the above-described problem that the lighting device using the light emitting diode cannot realize high color rendering and the places where the lighting device can be used are limited. It is in providing the illuminating device which can be solved.
かかる目的を達成するため本発明の一形態である光半導体装置は、
複数の光半導体素子と、前記複数の光半導体素子が発する光を拡散させる光拡散透過体と、前記光拡散透過体が拡散させた光をさらに拡散させるとともに、当該光のうち少なくとも一部の光に応じて当該一部の光の色に対応する色の光を発する蛍光体を含む蛍光層と、を備え、
前記複数の光半導体素子は前記光拡散透過体で覆い、前記光拡散透過体は前記蛍光層で覆って構成されており、
前記複数の光半導体素子は、青色に発光する青色光半導体素子と赤色に発光する赤色光半導体素子と、から構成され、
前記青色光半導体素子の数と前記赤色光半導体素子の数とが所定の比率になるように、前記青色光半導体素子と前記赤色半導体素子とを配置した、
という構成を採る。
In order to achieve such an object, an optical semiconductor device which is an embodiment of the present invention includes:
A plurality of optical semiconductor elements; a light diffusing and transmitting body that diffuses light emitted from the plurality of optical semiconductor elements; and further diffusing the light diffused by the light diffusing and transmitting body, and at least a part of the light And a fluorescent layer containing a phosphor that emits light of a color corresponding to the color of the part of the light,
The plurality of optical semiconductor elements are covered with the light diffusing and transmitting body, and the light diffusing and transmitting body is configured to be covered with the fluorescent layer,
The plurality of optical semiconductor elements are composed of a blue light semiconductor element that emits blue light and a red light semiconductor element that emits red light,
The blue light semiconductor elements and the red semiconductor elements are arranged so that the number of the blue light semiconductor elements and the number of the red light semiconductor elements are in a predetermined ratio.
The structure is taken.
また、本発明の他の形態である光半導体装置製造方法は、
青色に発光する青色光半導体素子と赤色に発光する赤色光半導体素子とを所定の比率で配置した後、
前記青色光半導体素子と前記赤色光半導体素子が発する光を拡散させる光拡散透過体で前記青色光半導体素子と前記赤色光半導体素子とを覆い、
前記光拡散透過体が拡散させた光をさらに拡散させるとともに、当該光のうち少なくとも一部の光に応じて当該一部の光の色に対応する色の光を発する蛍光体を含む蛍光層で前記光拡散透過体を覆った、
という構成を採る。
Moreover, an optical semiconductor device manufacturing method according to another embodiment of the present invention includes:
After arranging a blue light semiconductor element emitting blue light and a red light semiconductor element emitting red light at a predetermined ratio,
Covering the blue light semiconductor element and the red light semiconductor element with a light diffusing transmission material that diffuses light emitted from the blue light semiconductor element and the red light semiconductor element,
A phosphor layer including a phosphor that further diffuses the light diffused by the light diffusing and transmitting body and emits light of a color corresponding to the color of the part of the light according to at least a part of the light; Covered the light diffuser,
The structure is taken.
本発明は、以上のように構成されることにより、LEDでありながら優しい光の面発光と高いRa値(平均演色評価数)を実現することが出来る。 By being configured as described above, the present invention can realize gentle surface emission of light and high Ra value (average color rendering index) while being an LED.
<実施形態1>
本発明の第1の実施形態を、図1乃至図7を用いて説明する。図1は、第1の実施形態における照明装置1の全体の構成を示す図である。図2は、図1で示す照明装置1の詳細な構成を示す図である。図3は、光半導体素子11の構成の一例を示す図である。図4、5は、第1の実施形態における青色光半導体素子と赤色光半導体素子との配置の一例を示す図である。図6、7は、第1の実施形態における照明装置の発光スペクトルの一例を示す図である。
<
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a
本発明の第1の実施形態では、面発光する照明装置1について説明する。図1で示すように、本実施形態における照明装置1は円柱状の形状をしており、円形の面全体で面発光を行う。具体的には、本実施形態における照明装置1は、照明装置1が備える複数の半導体素子(発光ダイオード、光半導体素子)が発光し、当該複数の半導体素子が発した光が光拡散透過体などにより拡散されることで面発光する装置である。
In the first embodiment of the present invention, a
(構成)
図2で示すように、本実施形態における照明装置1は、光半導体素子11(発光ダイオード)と、光拡散透過体12と、蛍光層13と、光拡散層14と、カバー部15と、半導体素子取り付け基板16と、を備えて構成されている。本実施形態における照明装置1は光半導体素子取り付け基板16上に複数の光半導体素子11を備えており、当該複数の光半導体素子11は光拡散透過体12で覆われている。そして、複数の光半導体素子11を覆う光拡散透過体12は蛍光層13で覆われており、蛍光層13の上部は裏側(蛍光層13の側)に光拡散層14を塗付したカバー部15で覆われている。
(Constitution)
As shown in FIG. 2, the
光半導体素子11は、順方向に電圧を印加することで所定の色の発光を行う素子である。図3で示すように、本実施形態における光半導体素子11は、例えば、p側電極111と、p層112、113と、pn接合層114と、n層115、116と、n側電極117と、バッファ層118と、基板119と、を備えて構成されている。また、後述するように、p側電極111と図5で示す光半導体素子取り付け基板16上の電極部17、及び、n側電極117と図5で示す光半導体素子取り付け基板16上の電極部17、はボンディングワイヤ18で接続されることになる(図5参照)。
The
このように、本実施形態における光半導体素子11は、pn接合された一般的な発光ダイオードである。そのため、光半導体素子11は、上記構成の場合に限定されず様々な構成の発光ダイオードを含みうる。なお、光半導体素子11の構成の詳細については、既知の技術であるため省略する。
Thus, the
本実施形態における照明装置1は、上述したように、複数の光半導体素子11を備えて構成されている。具体的には、本実施形態における照明装置1は、180個の光半導体素子11を備えている。また、本実施形態において複数の光半導体素子11は、図4で示すように、順方向に電圧を印加することで青色の発光を行う青色光半導体素子11bと、順方向に電圧を印加することで赤色の発光を行う赤色光半導体素子11rと、から構成されている。
As described above, the
本実施形態においては、光半導体素子11のうち、青色光半導体素子11bの数が赤色光半導体素子11rの数よりも多くなるように構成されている。具体的には、図4で示すように、光半導体素子11のうち青色光半導体素子11bの数と赤色光半導体素子11rの数との比が2対1になるように構成されている。つまり、本実施形態における照明装置1は、120個の青色光半導体素子11bと、60個の赤色光半導体素子11rと、から構成されている。
In the present embodiment, among the
青色光半導体素子11bと赤色光半導体素子11rとは、図4で示すように、光半導体素子取り付け基板16上に2対1の割合で均等に配置されている。具体的には、2個の青色光半導体素子11bと1個の赤色光半導体素子11rとを光半導体素子11の1つのグループとして、当該グル―プを光半導体素子取り付け基板16上に均等に配置する。このように青色光半導体素子11bと赤色光半導体素子11rとを配置することで、青色光半導体素子11bと赤色光半導体素子11rとを光半導体素子取り付け基板16上に2対1の割合で均等に配置することが出来る。なお、1つのグループ内の2個の青色光半導体素子11bと1個の赤色光半導体素子11rとは、例えば、青色光半導体素子11b、赤色光半導体素子11r、青色光半導体素子11bのように、赤色光半導体素子11rを青色光半導体素子11bで挟むように配置することが考えられる。ただし、必ずしもこのように配置しなくても本発明は実施可能である。
As shown in FIG. 4, the blue
ここで、図4、図5で示すように、光半導体素子取り付け基板16上には、青色光半導体素子11b、赤色光半導体素子11rの配置場所をそれぞれ挟むように、電極部17が設けられている。そして、上述したように、各光半導体素子11のp側電極111と電極部17、各光半導体素子11のn側電極117と電極部17とは、ボンディングワイヤ18を介してそれぞれ接続されている。
Here, as shown in FIGS. 4 and 5, the
このように青色光半導体素子11bと電極部17とを接続することで、青色光半導体素子11bは、電極部17、光半導体素子取り付け基板16、他の電極部17、を介して、他の青色光半導体素子11bと直列で接続されることになる。同様に、赤色光半導体素子11rは、電極部17と光半導体素子取り付け基板16とを介して、他の赤色光半導体素子11rと直列で接続されることになる。
By connecting the blue
このような接続は、図5で示すように、1つのグループを形成する2個の青色光半導体素子11bと、1個の赤色光半導体素子11rと、でそれぞれ行われることになる。そのため、光半導体素子取り付け基板16上には、青色光半導体素子11bを直列に接続した直列回路が2つと、赤色光半導体素子11rを直列に接続した直列回路が1つと、からなる3つの直列回路が形成されることになる。また、照明装置1は、上記3つの直列回路に接続する3系統の電源を入力可能なように構成されている。
As shown in FIG. 5, such connection is performed by two blue
このような構成により、本実施形態における照明装置1は、各直列回路に接続された電源の制御を行うことで、各直列回路に流れる電流、電圧を制御することが出来る。そこで、本実施形態においては、青色光半導体素子11bに流れる電流、電圧が赤色光半導体素子11rに流れる電流、電圧よりも大きくなるように、電源の制御を行うことになる。
With such a configuration, the
具体的に、本実施形態においては、青色光半導体素子11bには、48ボルト(v)で460ミリアンペア(mA)の電流が流れるように、電源の制御を行う。また、赤色光半導体素子11rには、24ボルト(v)で250ミリアンペア(mA)の電流が流れるように電源の制御を行う。一般的に、赤色光半導体素子11rは、青色光半導体素子11b及び緑色光半導体素子11gよりも強く発光することが知られている。そこで、このように青色光半導体素子11bに流れる電流、電圧と、赤色光半導体素子11rに流れる電流、電圧と、のバランスを取ることで、適切な強さで赤色を発光することが出来るようになる。その結果、より高いRa値を実現することが出来る。つまり、青色光半導体素子1つにつき流れる電流の大きさと赤色光半導体素子1つにつき流れる電流の大きさとの比が略2対1の割合になるように構成することで、より高いRa値を実現することが出来る。なお、上述したように、本実施形態においては、複数の青色光半導体素子11bからなる直列回路を2つと、複数の赤色光半導体素子11rからなる直列回路を1つと、の3つの直列回路を備えている。そのため、照明装置1は、青色光半導体素子11bと赤色光半導体素子11rとで電流値が略4対1になるように、電源の制御を行うことになる。
Specifically, in this embodiment, the power supply is controlled so that a current of 460 milliamperes (mA) flows through the blue
なお、光半導体素子取り付け基板16上に光半導体素子11(青色光半導体素子11b又は赤色光半導体素子11r)を配置する際には、光半導体素子11と別の光半導体素子11とは、光半導体素子11の光照射面の幅の5倍以上の間隔を設けて配置することが望ましい。本実施形態においては、2個の青色光半導体素子11bと1個の赤色光半導体素子11rとからなる1つのグループと、別のグループとは、光半導体素子11の光照射面の幅の10倍強の間隔を設けて配置されている。このように十分な間隔をとって光半導体素子11を配置することで、後述する光拡散透過体12の性能を十分に発揮することが出来る。
When the optical semiconductor element 11 (blue
また、本実施形態においては、180個の光半導体素子11(120個の青色光半導体素子11b、60個の赤色光半導体素子11r)を用いるとした。しかしながら、本発明は、上記個数の光半導体素子11を用いる場合に限定されず実施可能である。例えば、39個の光半導体素子11(26個の青色光半導体素子11bと、13個の赤色光半導体素子11r)を用いることが考えられる。このように光半導体素子11の数は、例えば照明装置1の大きさに応じて適宜変更することが出来る。
In the present embodiment, 180 optical semiconductor elements 11 (120 blue
また、本実施形態においては、青色光半導体素子11bと赤色光半導体素子11rとの割合が2対1の関係になるように光半導体素子11を構成するとした。しかしながら、光半導体素子11は、青色光半導体素子11bが占める割合が、赤色光半導体素子11rが占める割合以上の大きさになるように構成されていれば構わない。必ずしも青色光半導体素子11bと赤色光半導体素子11rとの割合が2対1の関係でなくても、本発明は実現可能である。
Further, in the present embodiment, the
同様に、本発明は、青色光半導体素子11bと赤色光半導体素子11rとで電流値が略4対1になるように電源の制御を行う場合に限られず実施可能である。
Similarly, the present invention is not limited to the case where the power supply is controlled so that the current value between the blue
また、本実施形態においては、2個の青色光半導体素子11bと1個の赤色光半導体素子11rとを光半導体素子11の1つのグループとして、当該グル―プを光半導体素子取り付け基板16上に均等に配置するとした。しかしながら、本発明はこのように青色光半導体素子11bと赤色光半導体素子11rとを配置した場合に限定されず実施可能である。青色光半導体素子11bと赤色光半導体素子11rとが光半導体素子取り付け基板16上に均等に配置されていれば、その具体的な配置は限定せず本発明は実施可能である。
In the present embodiment, two blue
光拡散透過体12は、硫化亜鉛(ZnS)を含む粒子(硫化亜鉛化合物、光拡散体)と熱硬化型シリコン樹脂とを所定の割合で混合して生成する。上述したように、本実施形態において光半導体素子取り付け基板16上には、180個の光半導体素子11が均等に配置されている。そこで、光拡散透過体12は、光半導体素子取り付け基板16上の180個の光半導体素子11を覆うように配置することになる。具体的に、本実施形態においては、180個の光半導体素子11の基板119の下部からボンディングワイヤ18の上部までを光拡散透過体12で封止している。
The light diffusing and transmitting
このように、光拡散透過体12は、硫化亜鉛化合物と、熱硬化型シリコン樹脂とを所定の割合で混合したものである。このような構成により、光拡散透過体12は、青色光半導体素子11bが発する青色光の一部で励起して当該一部の青色光を緑色光に変換しつつ(硫化亜鉛化合物の作用)、青色光半導体素子11bが発する青色光及び赤色光半導体素子11rが発する赤色光を拡散させる効果を持つことになる。
Thus, the light diffusing and transmitting
ここで、硫化亜鉛化合物とは、例えば、以下の方法で製造された粒子である。 Here, the zinc sulfide compound is, for example, particles produced by the following method.
まず、フラックスとしての適切なハロゲン化物(例えば、塩化バリウム、塩化マグネシウム、塩化ナトリウムなど)をドープした硫化亜鉛と活性剤としての硫化銀との混合物を用意する。 First, a mixture of zinc sulfide doped with an appropriate halide (for example, barium chloride, magnesium chloride, sodium chloride, etc.) as a flux and silver sulfide as an activator is prepared.
次に、当該混合物を所定の温度で所定の時間(例えば、摂氏1250度で2時間)加熱した後、生成される焼成物から残留フラックスを水洗で除去する。そして、水洗した焼成物を乾燥させた後に分級粉砕して粒子を概略一定にする。 Next, the mixture is heated at a predetermined temperature for a predetermined time (for example, 2 hours at 1250 degrees Celsius), and then the residual flux is removed from the fired product to be washed with water. Then, the fired product washed with water is dried and then classified and pulverized to make the particles substantially constant.
続いて、分級粉砕することで生成した粒子に再度硫化亜鉛を加えて再度加熱する(例えば摂氏730度で8時間30分)。その後、再度の加熱による焼成物を再度分級粉砕した後、稀酢酸水で洗浄して脱イオン水で活性化させる。例えばこのような方法で、硫化亜鉛化合物を製造する。 Subsequently, zinc sulfide is added again to the particles generated by classification and pulverization, and the particles are heated again (for example, 8 hours and 30 minutes at 730 degrees Celsius). Thereafter, the fired product obtained by heating again is classified and ground again, washed with dilute acetic acid water, and activated with deionized water. For example, a zinc sulfide compound is produced by such a method.
なお、硫化亜鉛化合物と熱硬化型シリコンとは、混合比率が例えば7%〜15%程度となるように混合する。硫化亜鉛化合物と熱硬化型シリコンとの混合比率を調整することで、平均演色評価数(Ra値)や色の構成(例えば、より暖色にするなど)を調整することが出来る。 The zinc sulfide compound and the thermosetting silicon are mixed so that the mixing ratio is, for example, about 7% to 15%. By adjusting the mixing ratio of the zinc sulfide compound and the thermosetting silicon, it is possible to adjust the average color rendering index (Ra value) and the color configuration (for example, a warmer color).
また、本実施形態においては、硫化亜鉛を含む粒子(硫化亜鉛化合物)と熱硬化型シリコン樹脂とを所定の割合で混合して光拡散透過体12を製造するとした。しかしながら、本発明は、熱硬化型シリコン樹脂を用いる場合に限定されず実施可能である。例えば、UV硬化型の樹脂を用いて光拡散透過体12を製造してもよい。
In the present embodiment, the light diffusing and transmitting
また、本実施形態においては、硫化亜鉛化合物の製造方法の一例を挙げた。しかしながら、本発明は、このような方法で製造された硫化亜鉛化合物を用いる場合に限定されず実施可能である。本発明の実施には、硫化亜鉛を含む粒子と熱硬化型シリコン樹脂とが所定の割合で混合されていれば構わない。 Moreover, in this embodiment, an example of the manufacturing method of a zinc sulfide compound was given. However, the present invention can be practiced without being limited to the case of using the zinc sulfide compound produced by such a method. For the implementation of the present invention, the particles containing zinc sulfide and the thermosetting silicone resin may be mixed at a predetermined ratio.
蛍光層13は、イットリウムなどからなる黄色蛍光体と、光拡散透過体12と、を所定の割合で混合して生成する。つまり、蛍光層13は、黄色蛍光体と、硫化亜鉛化合物と、熱硬化型シリコン樹脂と、を所定の割合で混合したものである。なお、硫化亜鉛化合物の詳細については既に説明したため省略する。
The
上述したように、蛍光層13は、光拡散透過体12を覆うように形成されている。そのため、蛍光層13には光拡散透過体12が拡散させた光が入射されることになる。そして、蛍光層13は、蛍光層13に入射された光をさらに拡散させつつ、入射された青色光の一部を緑色光に変換して、外部へと白色光として放出することになる。
As described above, the
黄色蛍光体は、例えば、イットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG、Yttrium Aluminum Garnet)などの青色光に励起されて黄色の光を発する蛍光体である。つまり、蛍光層13に青色の光が入射されることで、青色の波長と黄色の波長とを備える光が生成され放出されることになる。
The yellow phosphor is a phosphor that emits yellow light when excited by blue light, such as yttrium aluminum garnet (YAG). That is, when blue light is incident on the
なお、黄色蛍光体は、上記イットリウム・アルミニウム・ガーネットを用いる場合に限定されない。青色光に励起されて黄色の光を発する蛍光体であるならば、どのような蛍光体を用いても構わない。つまり、一般的な黄色蛍光体を用いることが出来る。 The yellow phosphor is not limited to the case where the yttrium / aluminum / garnet is used. Any phosphor that emits yellow light when excited by blue light may be used. That is, a general yellow phosphor can be used.
このように、蛍光層13は、黄色蛍光体と、硫化亜鉛化合物と、熱硬化型シリコンと、から構成されている。このような構成の蛍光層13を光拡散透過体12とは別に設けることで、光半導体素子11が発した光を十分に拡散した上で、一部の光の波長を変換することが出来るようになる。つまり、より綺麗な面発光を行うことが出来るようになる。
Thus, the
光拡散層14は、熱硬化型のシリコンと粒子を細かくした光拡散剤(光拡散体)とを所定の割合で混合して生成する。上述したように、光拡散層14は、後述するカバー部15の裏側(蛍光層13の側)に塗付される層である。また、カバー部15は、蛍光層13の上部を覆うことになる。そのため、光拡散層14は、蛍光層13とカバー部15との間に位置することになる。
The light diffusing layer 14 is generated by mixing thermosetting silicon and a light diffusing agent (light diffusing material) having fine particles into a predetermined ratio. As described above, the light diffusing layer 14 is a layer that is applied to the back side (the
本実施形態における光拡散剤は、炭酸カルシウム(CaCO3)を主成分とする一般的な光拡散剤と同様の成分を主成分とする光拡散剤である。ただし、本実施形態においては、一般的な光拡散剤よりも粒子を細かくした光拡散剤を用いている。具体的には、本実施形態においては4ミクロンの粒子を用いており、一般的な光拡散剤の比重が2.8であるのに対して、本実施形態における光拡散剤の比重は1.3になるように構成されている。 The light diffusing agent in the present embodiment is a light diffusing agent having as a main component the same component as a general light diffusing agent having calcium carbonate (CaCO3) as a main component. However, in the present embodiment, a light diffusing agent having finer particles than a general light diffusing agent is used. Specifically, in this embodiment, 4 micron particles are used, and the specific gravity of a general light diffusing agent is 2.8, whereas the specific gravity of the light diffusing agent in this embodiment is 1. 3 is configured.
なお、光拡散層14に用いるシリコンは、光拡散透過体12などと同様に、熱硬化型のシリコンを用いる場合に限定されず実施可能である。また、光拡散層14は、一般的な光拡散剤を用いて構成されていても構わない。
The silicon used for the light diffusion layer 14 is not limited to the case where thermosetting silicon is used, as in the case of the light
カバー部15は、アクリルやガラスなどで構成されている。上述したように、カバー部15の裏側(内側、蛍光層13側)には光拡散層14が塗付されている。また、カバー部15は、蛍光層13の上側に配置され、蛍光層13全体を覆っている。つまり、カバー部15は、上述した各構成に蓋をして各構成を保護する役割を備えている。
The
光半導体素子取り付け基板16は、光半導体素子11(青色光半導体素子11bと赤色光半導体素子11r)を取り付ける基板である。光半導体素子取り付け基板16上には電極部17が設けられており、電極部17と光半導体取り付け基板16とを介することで、複数の光半導体素子11を直列に接続することが出来るように構成されている。また、光半導体素子取り付け基板16は、3系統の電源と接続可能なように構成されている。
The optical semiconductor
光半導体素子取り付け基板16としては、例えば、アルミ(アルミニウム)基板を用いることが考えられる。そして、上述したように、光半導体素子取り付け基板16上には、複数の青色光半導体素子11bと複数の赤色光半導体素子11rとが均等に配置されることになる。
For example, an aluminum (aluminum) substrate may be used as the optical semiconductor
ボンディングワイヤ18は、金、銅などからなるワイヤである。上述したように、ボンディングワイヤ18は、光半導体素子11のP側電極111と電極部17、光半導体素子11のN側電極部117と電極部17、とを接続する。このように光半導体素子11と電極部17とがボンディングワイヤ18を介して電気的に接続されることで、光半導体素子11と別の光半導体素子11とが、直列に接続されることになる。
The
以上が、本実施形態における照明装置1の構成である。
The above is the configuration of the
なお、本実施形態においては、照明装置1の一例として、円柱形の照明装置1を挙げた。しかしながら、本発明は、照明装置1の形状には依存せず実施可能である。そのため、照明装置1は、例えば、角柱形であっても構わない。また、本発明は、光を鏡で反射させることなどにより面発光可能にしている訳ではない。そのため、本発明は照明装置1の高さを抑えて構成することが可能である。
In the present embodiment, a
次に、本実施形態における照明装置1を製造する際の動作について説明する。
Next, operation | movement at the time of manufacturing the illuminating
まず、青色に発光する青色光半導体素子11bと赤色に発光する赤色光半導体素子11rとを、青色光半導体素子11bと赤色光半導体素子11rとの割合が2対1になるように、光半導体素子取り付け基板16上に取り付ける。
First, a blue
この際には、青色光半導体素子11bと赤色光半導体素子11rとが均等に配置されるように、光半導体素子取り付け基板16上に取り付けることになる。具体的には、2個の青色光半導体素子11bと1個の赤色光半導体素子11rとを光半導体素子11の1つのグループとして、当該グル―プを光半導体素子取り付け基板16上に均等に取り付ける。また、青色光半導体素子11bが直列に接続された直列回路が2つと、赤色光半導体素子11rが直列に接続された直列回路が1つと、の3つの直列回路を構成するように、青色光半導体素子11bと赤色光半導体素子11rとを配置する。なお、本実施形態においては、120個の青色光半導体素子11bと60個の赤色光半導体素子11rとを光半導体素子取り付け基板16上に均等に配置することになる。
At this time, the blue
続いて、光半導体素子取り付け基板16上に配置した青色光半導体素子11bと赤色光半導体素子11rとを、光拡散透過体12で覆う。本実施形態においては、180個全ての光半導体素子11の基板119の下部から光半導体素子11同士を繋ぐボンディングワイヤ18の上部までを光拡散透過体12で封止することになる。
Subsequently, the blue
そして、180個の光半導体素子11を覆った光拡散透過体12を蛍光層13で覆う。その後、蛍光層13の上部を裏側(蛍光層13の側)に光拡散剤14を塗付したカバー部15で覆うことになる。
Then, the light diffusing and transmitting
このような構成、方法により形成される照明装置1が発する光のスペクトルを計測すると、例えば、図6、図7のようになる。
When the spectrum of the light emitted from the
図6、図7は、光拡散透過体12や蛍光層13のシリコンの含有比率を変更したものである。図6、図7で示すように、このような構成、方法により形成される照明装置1が発する光のスペクトルは、光半導体素子11(LED、発光ダイオード)を用いて光を得ているにも関わらず、赤、青、緑、の各色のスペクトルがなだらかなものになる。つまり、光半導体素子11を用いて、高いRa値を実現する光を得ていることが分かる。なお、図6のRa値は92.1を示している。また、図7のRa値は96.3を示している。
6 and 7 are obtained by changing the content ratio of silicon in the light diffusing and transmitting
このように、本実施形態における照明装置1は、光半導体素子11として、青色光半導体素子11bと、赤色光半導体素子11rと、を備えている。また、青色光半導体素子11bと赤色光半導体素子11rとは、光拡散透過体12で覆われている。さらに、光拡散透過体12は、蛍光層13で覆われており、蛍光層13は、裏側(蛍光層13の側)に光拡散剤14を塗付したカバー部15で覆われている。このような構成により、照明装置1は、青色の光と赤色の光とを拡散させつつ、青色発光の一部を緑色に波長変換することで白色を得ることが出来る。このようにして生成される白色は滑らかなスペクトルを持つ光となる。つまり、高いRa値を持つ光を発光する照明装置1を実現することが出来る。
As described above, the
また、本実施形態における照明装置1は、光拡散透過体12と、蛍光層13と、を備えている。このような構成により、光半導体素子11が発する光を光拡散透過体12により一度拡散させた上で、蛍光層13に入射させることが出来るようになる。その結果、蛍光層13のみを用いる場合に比べて、より光を拡散させることが出来るようになる。
Moreover, the illuminating
また、本実施形態における照明装置1は、青色光半導体素子11bの数が赤色光半導体素子11rの数よりも多くなるように構成されている。具体的には、光半導体素子11のうち青色光半導体素子11bの数と赤色光半導体素子11rの数との比が2対1になるように構成されている。このような構成により、より青色の光を強く発光することが出来るようになる。その結果、より滑らかなスペクトルを持つ光を発する照明装置1を製造することが出来る。つまり、より高いRa値を持つ照明装置1を実現することが出来る。
Moreover, the illuminating
また、本実施形態における照明装置1は、青色光半導体素子11bに流れる電流、電圧が赤色光半導体素子11rに流れる電流、電圧よりも大きくなるように構成されている。具体的には、青色光半導体素子11bと赤色光半導体素子11rとで電流値が略4対1になるように構成されている。このような構成により、より青色の光を強く発光することが出来るようになる。その結果、より滑らかなスペクトルを持つ光を発する照明装置1を製造することが出来る。つまり、より高いRa値を持つ照明装置1を実現することが出来る。
Moreover, the illuminating
<付記>
上記実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうる。以下、本発明における光半導体装置の概略を説明する。但し、本発明は、以下の構成に限定されない。
<Appendix>
Part or all of the above-described embodiment can be described as in the following supplementary notes. The outline of the optical semiconductor device in the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to the following configuration.
(付記1)
複数の光半導体素子と、前記複数の光半導体素子が発する光を拡散させる光拡散透過体と、前記光拡散透過体が拡散させた光をさらに拡散させるとともに、当該光のうち少なくとも一部の光に応じて当該一部の光の色に対応する色の光を発する蛍光体を含む蛍光層と、を備え、
前記複数の光半導体素子は前記光拡散透過体で覆い、前記光拡散透過体は前記蛍光層で覆って構成されており、
前記複数の光半導体素子は、青色に発光する青色光半導体素子と赤色に発光する赤色光半導体素子と、から構成され、
前記青色光半導体素子の数と前記赤色光半導体素子の数とが所定の比率になるように、前記青色光半導体素子と前記赤色半導体素子とを配置した、
光半導体装置。
(Appendix 1)
A plurality of optical semiconductor elements; a light diffusing and transmitting body that diffuses light emitted from the plurality of optical semiconductor elements; and further diffusing the light diffused by the light diffusing and transmitting body, and at least a part of the light And a fluorescent layer containing a phosphor that emits light of a color corresponding to the color of the part of the light,
The plurality of optical semiconductor elements are covered with the light diffusing and transmitting body, and the light diffusing and transmitting body is configured to be covered with the fluorescent layer,
The plurality of optical semiconductor elements are composed of a blue light semiconductor element that emits blue light and a red light semiconductor element that emits red light,
The blue light semiconductor elements and the red semiconductor elements are arranged so that the number of the blue light semiconductor elements and the number of the red light semiconductor elements are in a predetermined ratio.
Optical semiconductor device.
この構成によると、光半導体装置は青色光半導体素子と赤色光半導体素子とを備えている。また、青色光半導体素子と赤色光半導体素子とは光拡散透過体で覆われている。さらに、光拡散透過体は蛍光層で覆われている。このような構成により、光半導体装置は、青色の光と赤色の光とを拡散させつつ、蛍光層により対応する色の光を発することが出来るようになる。その結果、滑らかなスペクトルを持つ光を発する光半導体装置を製造することが出来る。つまり、高いRa値を持つ光を発光する光半導体装置を実現することが出来る。 According to this configuration, the optical semiconductor device includes the blue light semiconductor element and the red light semiconductor element. Further, the blue light semiconductor element and the red light semiconductor element are covered with a light diffusing and transmitting body. Furthermore, the light diffusive transmission body is covered with a fluorescent layer. With such a configuration, the optical semiconductor device can emit light of a corresponding color by the fluorescent layer while diffusing blue light and red light. As a result, an optical semiconductor device that emits light having a smooth spectrum can be manufactured. That is, an optical semiconductor device that emits light having a high Ra value can be realized.
(付記2)
付記1に記載の光半導体装置であって、
前記複数の光半導体素子は、当該複数の光半導体素子のうち前記青色光半導体素子の数が前記赤色光半導体素子の数よりも多くなるように構成された、
光半導体装置。
(Appendix 2)
An optical semiconductor device according to
The plurality of optical semiconductor elements are configured such that the number of the blue light semiconductor elements among the plurality of optical semiconductor elements is larger than the number of the red light semiconductor elements.
Optical semiconductor device.
この構成によると、光半導体装置は、青色光半導体素子が占める割合が、赤色光半導体素子が占める割合よりも大きくなるように構成される。このような構成により、光半導体装置は、より青色の光を強く発光することが出来るようになる。その結果、より滑らかなスペクトルを持つ光を発する光半導体装置を製造することが出来る。つまり、より高いRa値を持つ半導体装置を実現することが出来る。 According to this configuration, the optical semiconductor device is configured such that the proportion of the blue light semiconductor element is larger than the proportion of the red light semiconductor element. With such a configuration, the optical semiconductor device can emit more blue light. As a result, an optical semiconductor device that emits light having a smoother spectrum can be manufactured. That is, a semiconductor device having a higher Ra value can be realized.
(付記3)
付記2に記載の光半導体装置であって、
前記複数の光半導体素子は、当該複数の光半導体素子のうち前記青色光半導体素子の数と前記赤色光半導体素子の数との比が2対1になるように構成された、
光半導体装置。
(Appendix 3)
An optical semiconductor device according to appendix 2, wherein
The plurality of optical semiconductor elements are configured such that a ratio of the number of the blue light semiconductor elements and the number of the red light semiconductor elements among the plurality of optical semiconductor elements is 2: 1.
Optical semiconductor device.
この構成によると、光半導体装置は、青色光半導体素子と赤色光半導体素子とが占める割合が2対1になるように構成される。このような構成により、光半導体装置は、適切な強さで青色の光を発光することが出来るようになる。その結果、より滑らかなスペクトルを持つ光を発する光半導体装置を製造することが出来る。つまり、より高いRa値を持つ半導体装置を実現することが出来る。 According to this configuration, the optical semiconductor device is configured such that the ratio of the blue light semiconductor element and the red light semiconductor element is 2 to 1. With this configuration, the optical semiconductor device can emit blue light with appropriate intensity. As a result, an optical semiconductor device that emits light having a smoother spectrum can be manufactured. That is, a semiconductor device having a higher Ra value can be realized.
(付記4)
付記1又は3に記載の光半導体装置であって、
前記青色光半導体素子に流れる電流が前記赤色光半導体素子に流れる電流よりも大きくなるように構成された、
光半導体装置。
(Appendix 4)
An optical semiconductor device according to
The current flowing through the blue light semiconductor element is configured to be larger than the current flowing through the red light semiconductor element.
Optical semiconductor device.
この構成によると、光半導体装置は、青色光半導体素子に流れる電流・電圧が、赤色光半導体素子に流れる電流・電圧よりも大きくなるように構成される。このような構成により、光半導体装置は、より青色の光を強く発光することが出来るようになる。その結果、より滑らかなスペクトルを持つ光を発する光半導体装置を製造することが出来る。つまり、より高いRa値を持つ半導体装置を実現することが出来る。 According to this configuration, the optical semiconductor device is configured such that the current / voltage flowing through the blue light semiconductor element is larger than the current / voltage flowing through the red light semiconductor element. With such a configuration, the optical semiconductor device can emit more blue light. As a result, an optical semiconductor device that emits light having a smoother spectrum can be manufactured. That is, a semiconductor device having a higher Ra value can be realized.
(付記5)
付記4に記載の光半導体装置であって、
前記青色光半導体素子1つにつき流れる電流の大きさと前記赤色光半導体素子1つにつき流れる電流の大きさとの比が略2対1の割合になるように構成された、
光半導体装置。
(Appendix 5)
An optical semiconductor device according to appendix 4, wherein
The ratio of the magnitude of the current flowing per blue light semiconductor element to the magnitude of the current flowing per red light semiconductor element is approximately 2 to 1.
Optical semiconductor device.
この構成によると、光半導体装置は、青色光半導体素子1つにつき流れる電流と、赤色光半導体素子1つnにつき流れる電流と、が略2対1の割合になるように制御される。このような構成により、光半導体装置は、適切な強さで青色の光を発光することが出来るようになる。その結果、より滑らかなスペクトルを持つ光を発する光半導体装置を製造することが出来る。つまり、より高いRa値を持つ半導体装置を実現することが出来る。 According to this configuration, the optical semiconductor device is controlled so that the current flowing per blue light semiconductor element and the current flowing per n red light semiconductor elements are in a ratio of approximately 2 to 1. With this configuration, the optical semiconductor device can emit blue light with appropriate intensity. As a result, an optical semiconductor device that emits light having a smoother spectrum can be manufactured. That is, a semiconductor device having a higher Ra value can be realized.
(付記6)
付記1乃至5いずれか1項に記載の光半導体装置であって、
前記蛍光層を覆い、当該蛍光層が発する光を拡散させて放射する光拡散層を備え、
前記光拡散透過体と前記蛍光層とは硫化亜鉛化合物からなる光拡散体を含んで構成され、
前記光拡散層は炭酸カルシウムからなる光拡散体を含んで構成された、
光半導体装置。
(Appendix 6)
The optical semiconductor device according to any one of
A light diffusing layer that covers the fluorescent layer and diffuses and emits light emitted by the fluorescent layer;
The light diffuser and the fluorescent layer are configured to include a light diffuser made of a zinc sulfide compound,
The light diffusion layer is configured to include a light diffuser made of calcium carbonate,
Optical semiconductor device.
(付記7)
青色に発光する青色光半導体素子と赤色に発光する赤色光半導体素子とを所定の比率で配置した後、
前記青色光半導体素子と前記赤色光半導体素子が発する光を拡散させる光拡散透過体で前記青色光半導体素子と前記赤色光半導体素子とを覆い、
前記光拡散透過体が拡散させた光をさらに拡散させるとともに、当該光のうち少なくとも一部の光に応じて当該一部の光の色に対応する色の光を発する蛍光体を含む蛍光層で前記光拡散透過体を覆った、
光半導体装置製造方法。
(Appendix 7)
After arranging a blue light semiconductor element emitting blue light and a red light semiconductor element emitting red light at a predetermined ratio,
Covering the blue light semiconductor element and the red light semiconductor element with a light diffusing transmission material that diffuses light emitted from the blue light semiconductor element and the red light semiconductor element,
A phosphor layer including a phosphor that further diffuses the light diffused by the light diffusing and transmitting body and emits light of a color corresponding to the color of the part of the light according to at least a part of the light; Covered the light diffuser,
Optical semiconductor device manufacturing method.
以上、上記各実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の範囲内で当業者が理解しうる様々な変更をすることが出来る。 Although the present invention has been described with reference to the above embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.
1 照明装置
11 光半導体素子
111 p側電極
112、113 p層
114 pn接合層
115、116 n層
117 n側電極
118 バッファ層
119 基板
11b 青色光半導体素子
11r 赤色光半導体素子
12 光拡散透過体
13 蛍光層
14 光拡散層
15 カバー部
16 光半導体素子取り付け基板
17 電極部
18 ボンディングワイヤ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記複数の光半導体素子は前記光拡散透過体で覆い、前記光拡散透過体は前記蛍光層で覆って構成されており、
前記複数の光半導体素子は、青色に発光する青色光半導体素子と赤色に発光する赤色光半導体素子と、から構成され、
前記青色光半導体素子の数と前記赤色光半導体素子の数とが所定の比率になるように、前記青色光半導体素子と前記赤色半導体素子とを配置した、
光半導体装置。 A plurality of optical semiconductor elements; a light diffusing and transmitting body that diffuses light emitted from the plurality of optical semiconductor elements; and further diffusing the light diffused by the light diffusing and transmitting body, and at least a part of the light And a fluorescent layer containing a phosphor that emits light of a color corresponding to the color of the part of the light,
The plurality of optical semiconductor elements are covered with the light diffusing and transmitting body, and the light diffusing and transmitting body is configured to be covered with the fluorescent layer,
The plurality of optical semiconductor elements are composed of a blue light semiconductor element that emits blue light and a red light semiconductor element that emits red light,
The blue light semiconductor elements and the red semiconductor elements are arranged so that the number of the blue light semiconductor elements and the number of the red light semiconductor elements are in a predetermined ratio.
Optical semiconductor device.
前記複数の光半導体素子は、当該複数の光半導体素子のうち前記青色光半導体素子の数が前記赤色光半導体素子の数よりも多くなるように構成された、
光半導体装置。 The optical semiconductor device according to claim 1,
The plurality of optical semiconductor elements are configured such that the number of the blue light semiconductor elements among the plurality of optical semiconductor elements is larger than the number of the red light semiconductor elements.
Optical semiconductor device.
前記複数の光半導体素子は、当該複数の光半導体素子のうち前記青色光半導体素子の数と前記赤色光半導体素子の数との比が2対1になるように構成された、
光半導体装置。 The optical semiconductor device according to claim 2,
The plurality of optical semiconductor elements are configured such that a ratio of the number of the blue light semiconductor elements and the number of the red light semiconductor elements among the plurality of optical semiconductor elements is 2: 1.
Optical semiconductor device.
前記青色光半導体素子に流れる電流が前記赤色光半導体素子に流れる電流よりも大きくなるように構成された、
光半導体装置。 The optical semiconductor device according to claim 1 or 3,
The current flowing through the blue light semiconductor element is configured to be larger than the current flowing through the red light semiconductor element.
Optical semiconductor device.
前記青色光半導体素子1つにつき流れる電流の大きさと前記赤色光半導体素子1つにつき流れる電流の大きさとの比が略2対1の割合になるように構成された、
光半導体装置。 The optical semiconductor device according to claim 4,
The ratio of the magnitude of the current flowing per blue light semiconductor element to the magnitude of the current flowing per red light semiconductor element is approximately 2 to 1.
Optical semiconductor device.
前記蛍光層を覆い、当該蛍光層が発する光を拡散させて放射する光拡散層を備え、
前記光拡散透過体と前記蛍光層とは硫化亜鉛化合物からなる光拡散体を含んで構成され、
前記光拡散層は炭酸カルシウムからなる光拡散体を含んで構成された、
光半導体装置。 An optical semiconductor device according to any one of claims 1 to 5,
A light diffusing layer that covers the fluorescent layer and diffuses and emits light emitted by the fluorescent layer;
The light diffuser and the fluorescent layer are configured to include a light diffuser made of a zinc sulfide compound,
The light diffusion layer is configured to include a light diffuser made of calcium carbonate,
Optical semiconductor device.
前記青色光半導体素子と前記赤色光半導体素子が発する光を拡散させる光拡散透過体で前記青色光半導体素子と前記赤色光半導体素子とを覆い、
前記光拡散透過体が拡散させた光をさらに拡散させるとともに、当該光のうち少なくとも一部の光に応じて当該一部の光の色に対応する色の光を発する蛍光体を含む蛍光層で前記光拡散透過体を覆った、
光半導体装置製造方法。 After arranging a blue light semiconductor element emitting blue light and a red light semiconductor element emitting red light at a predetermined ratio,
Covering the blue light semiconductor element and the red light semiconductor element with a light diffusing transmission material that diffuses light emitted from the blue light semiconductor element and the red light semiconductor element,
A phosphor layer including a phosphor that further diffuses the light diffused by the light diffusing and transmitting body and emits light of a color corresponding to the color of the part of the light according to at least a part of the light; Covered the light diffuser,
Optical semiconductor device manufacturing method.
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