JP2015115597A - パッケージ材料及びそれを備えた発光ダイオードのパッケージ構造 - Google Patents

パッケージ材料及びそれを備えた発光ダイオードのパッケージ構造 Download PDF

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【課題】本発明は、パッケージ材料を提供する。
【解決手段】透明絶縁材と、透明絶縁材内に混入した波長変換物質と、透明絶縁材内に混入して、波長変換物質の一部と連結する熱伝導材料と、を備えるパッケージ材料である。本発明は、前記パッケージ材料を備えた発光ダイオードのパッケージ構造をも提供する。
【選択図】図1

Description

本発明は、パッケージ材料及びそれを備えた発光ダイオードのパッケージ構造に関し、特に、熱伝導材料を有するパッケージ材料及びそれを備えた発光ダイオードのパッケージ構造に関する。
一般的に、発光ダイオード(LED)のパッケージ材料には、波長変換物質として蛍光粉が混入されている。短波長のLED(例えば、青色光LED)を励起光源とし、且つパッケージ材料に混入された蛍光粉で波長変換することにより、異なる色のLEDを製造するものである。例えば、青色光LEDが発光した青色光を用いて蛍光粉に照射する場合、蛍光粉により、青色光のエネルギーを吸収して、長い波長の他の色の光(例えば、赤色光、黄色光又は緑色光)に変換させることで、異なる色の光を発光可能なLEDを製造する。
ところが、上記LEDの波長変換過程において、蛍光粉により吸収された励起エネルギーは、完全に他の色の光のエネルギーに変換されず、一部のエネルギーが熱エネルギーに変換される。通常のパッケージ材料における透明絶縁材の熱伝導率が非常に小さい(K値は、約0.17W/m・K)ため、放熱しにくく、LEDには多すぎる熱エネルギーが累積されて、LEDの温度が上昇してしまう。このとき、高温により、LEDのパッケージ構造が損なわれ、LEDの信頼性が低下することがある。
したがって、現在、従来のパッケージ材料及びそれを備えたパッケージ構造による欠陥を解決した新規のパッケージ材料及びそれを備えたパッケージ構造が望まれている。
本発明は、従来のパッケージ材料及びそれを備えたパッケージ構造の上記欠陥を解決するためのパッケージ材料及びそれを備えたパッケージ構造を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、透明絶縁材と、透明絶縁材内に混入した波長変換物質と、透明絶縁材内に混入して、波長変換物質の一部と連結する熱伝導材料と、を備えるパッケージ材料を提供することにある。
本発明の一実施例によれば、前記透明絶縁材は、透明の熱可塑性又は熱硬化性樹脂を含む。
本発明の一実施例によれば、前記波長変換物質は、蛍光粉、染料、色素及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれるものである。
本発明の一実施例によれば、前記熱伝導材料の熱伝導率は、1.5W/(m・K)以上である。
本発明の一実施例によれば、前記熱伝導材料は、糸状、シート状又はそれらの組み合わせを呈する。
本発明の一実施例によれば、前記熱伝導材料は、金属、非金属、セラミックス材料又はそれらの組み合わせを含む。
本発明の一実施例によれば、前記金属は、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、錫(Sn)、鉛(Pb)、チタン(Ti)又はそれらの組み合わせを含む。
本発明の一実施例によれば、前記非金属は、グラファイト(graphite)、グラフェン(graphene)、カーボンナノチューブ(carbon nanotube)、ダイヤモンド(diamond)を含む。
本発明の一実施例によれば、前記波長変換物質と熱伝導材料の間には、波長変換物質の一部と熱伝導材料を互いに連結させるための、ファンデルワールス力(van der Waal force)、π−π作用力、極性作用力、金属配位共有結合又はそれらの組み合わせである少なくとも1つの相互作用力を有する。
本発明の一態様は、少なくとも1つの発光ダイオードチップと、発光ダイオードチップを覆う前記パッケージ材料と、を備える発光ダイオードのパッケージ構造を提供することにある。
本発明の一態様は、透明絶縁材と、透明絶縁材内に混入した波長変換物質と、透明絶縁材内に混入して、波長変換物質の一部と連結する第1熱伝導材料と、透明絶縁材内に混入して、波長変換物質の一部及び第1熱伝導材料の一部と連結する第2熱伝導材料と、を備えるパッケージ材料を提供することにある。
本発明の一実施例によれば、前記透明絶縁材は、透明の熱可塑性又は熱硬化性樹脂を含む。
本発明の一実施例によれば、前記波長変換物質は、蛍光粉、染料、色素及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれるものである。
本発明の一実施例によれば、前記第1、第2熱伝導材料の熱伝導率は、1.5W/(m・K)以上である。
本発明の一実施例によれば、前記第1、第2熱伝導材料は、糸状、シート状又はそれらの組み合わせを呈する。
本発明の一実施例によれば、前記第1、第2熱伝導材料は、金属、非金属、セラミックス材料又はそれらの組み合わせを含む。
本発明の一実施例によれば、前記金属は、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、錫(Sn)、鉛(Pb)、チタン(Ti)又はそれらの組み合わせを含む。
本発明の一実施例によれば、前記非金属は、グラファイト(graphite)、グラフェン(graphene)、カーボンナノチューブ(carbon nanotube)、ダイヤモンド(diamond)を含む。
本発明の一実施例によれば、前記波長変換物質と第1、第2熱伝導材料の間、及び第1熱伝導材料と第2熱伝導材料の間には、波長変換物質の一部と第1、第2熱伝導材料、また第1熱伝導材料と第2熱伝導材料を互いに連結させるための、ファンデルワールス力(van der Waal force)、π−π作用力、極性作用力、金属配位共有結合又はそれらの組み合わせである少なくとも1つの相互作用力をそれぞれ有する。
本発明の一態様は、少なくとも1つの発光ダイオードチップと、発光ダイオードチップを覆う前記パッケージ材料と、を備える発光ダイオードのパッケージ構造を提供することにある。
本発明によると、パッケージ材料の熱伝導効率を高めることによって、発光ダイオードのパッケージ構造の信頼性を向上させることができる。
本発明の一実施例によるパッケージ材料を示す模式図である。 本発明の一実施例によるパッケージ材料を示す模式図である。 本発明の一実施例によるパッケージ材料を示す模式図である。 本発明の一実施例による発光ダイオードのパッケージ構造を示す模式図である。 本発明の一実施例による発光ダイオードのパッケージ構造を示す模式図である。 本発明の一実施例による発光ダイオードのパッケージ構造を示す模式図である。
次に、実施例によって、図面に合わせて本発明を詳しく説明するが、図面又は叙述において、類似する又は同じ部分に対して同様な符号又は番号を用いる。図面において、簡素化して又は便宜的に示すように、実施例の形状又は厚みを拡大することがあり、図面での素子の部分については文字で説明する。示されていない或いは説明されていない素子は、当業者の公知の各種仕様であってよいことは、理解すべきである。
本明細書において用いられる用語は、特定の実施例を説明する目的のためのものにすぎず、本発明を限定することを意図するものではない。特に断りのない限り、本明細書において用いられる単数形の「1つ」(a、an)及び「該」(the)には、複数形も含まれる。本明細書において用いられる場合の「含む」(comprises及び/又はcomprising)という用語は、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、素子及び/又は成分の存在を指定するものではあるが、1つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、素子、成分及び/又はそれらの群の存在或いは追加を除外するものではないことを、さらに理解すべきである。本明細書においては、本発明の好適な実施例(及び中間構造)の模式的な説明である横断面についての説明を参照して本発明の実施例を説明する。このように、(例えば)製造技術及び/又は公差の結果として、これらの説明から逸脱した形状の変更が予想される。したがって、本発明の実施例は、本明細書で説明した特定の領域の形状に限定されるものと理解されてはならず、(例えば)製造による形状の変更を含む。これらの図に説明する領域は、本質的に模式的なものであり、その形状はデバイスの領域の実際の形状を示すことを意図しておらず、且つ本発明の範囲を制限するものではない。
図1は、本発明の一実施例によるパッケージ材料100を示す模式図である。図1において、パッケージ材料100は、透明絶縁材110と、波長変換物質120と、熱伝導材料130と、を備える。
波長変換物質120は、透明絶縁材110内に混入しており、透明絶縁材110は、透明の熱可塑性又は熱硬化性樹脂を含む。本発明の一実施例によれば、波長変換物質120は、蛍光粉、染料、色素及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれるものである。
熱伝導材料130は、透明絶縁材110内に混入して、波長変換物質の一部120と連結する。この実施例において、熱伝導材料130は、糸状を呈し、且つ金属糸である。本発明の実施例によれば、金属は、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、錫(Sn)、鉛(Pb)、チタン(Ti)又はそれらの組み合わせを含む。本発明の一実施例によれば、熱伝導材料130の熱伝導率は、1.5W/(m・K)以上である。この実施例において、熱伝導材料130は、ナノ銀糸であり、その熱伝導率が約430W/(m・K)である。
この実施例において、波長変換物質120と熱伝導材料130の間には、波長変換物質120と熱伝導材料130を互いに連結させるための、ファンデルワールス力(van der Waal force)、π−π作用力、極性作用力、金属配位共有結合又はそれらの組み合わせである少なくとも1つの相互作用力を有する。
図2は、本発明の一実施例によるパッケージ材料200を示す模式図である。図2において、パッケージ材料200は、透明絶縁材210と、波長変換物質220と、熱伝導材料230と、を備える。
波長変換物質220は、透明絶縁材210内に混入しており、透明絶縁材210は、透明の熱可塑性又は熱硬化性樹脂を含む。本発明の一実施例によれば、波長変換物質220は、蛍光粉、染料、色素及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれるものである。
熱伝導材料230は、透明絶縁材210内に混入して、波長変換物質の一部220と連結する。この実施例において、熱伝導材料230は、シート状を呈し、且つ非金属である。本発明の実施例によれば、非金属は、グラファイト(graphite)、グラフェン(graphene)、カーボンナノチューブ(carbon nanotube)、ダイヤモンド(diamond)を含む。本発明の一実施例によれば、熱伝導材料230の熱伝導率は、1.5W/(m・K)以上である。この実施例において、熱伝導材料230は、熱伝導率が約5300W/(m・K)のグラフェンである。
この実施例において、波長変換物質220と熱伝導材料230の間には、波長変換物質220と熱伝導材料230を互いに連結させるための、ファンデルワールス力、π−π作用力、極性作用力、金属配位共有結合又はそれらの組み合わせである少なくとも1つの相互作用力を有する。
図3は、本発明の一実施例によるパッケージ材料300を示す模式図である。図3において、パッケージ材料300は、透明絶縁材310と、波長変換物質320と、第1熱伝導材料330aと、第2熱伝導材料330bと、を備える。
波長変換物質320は、透明絶縁材310内に混入しており、透明絶縁材310は、透明の熱可塑性又は熱硬化性樹脂を含む。本発明の一実施例によれば、波長変換物質320は、蛍光粉、染料、色素及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれるものである。
第1熱伝導材料330a及び第2熱伝導材料330bは、透明絶縁材310内に混入して、波長変換物質の一部320と連結する。第1熱伝導材料の一部330a及び第2熱伝導材料330bの一部は、互いに連結する。この実施例において、第1熱伝導材料330aは、糸状を呈し、且つ銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、錫(Sn)、鉛(Pb)、チタン(Ti)又はそれらの組み合わせを含む金属糸である。第2熱伝導材料330bは、シート状を呈し、且つグラファイト(graphite)、グラフェン(graphene)、カーボンナノチューブ(carbon nanotube)、ダイヤモンド(diamond)を含む非金属である。本発明の一実施例によれば、第1、第2熱伝導材料330a及び330bの熱伝導率は、1.5W/(m・K)以上である。この実施例において、第1熱伝導材料330aは、熱伝導率が約430W/(m・K)のナノ銀糸であり、且つ第2熱伝導材料330bは、熱伝導率が約5300W/(m・K)のグラフェンである。本発明の一実施例において、熱伝導材料は、熱伝導性が優れたセラミックス材料であってもよい。
この実施例において、波長変換物質320と第1、第2熱伝導材料330a及び330bの間には、波長変換物質320と第1、第2熱伝導材料330a及び330bを互いに連結させるための、ファンデルワールス力、π−π作用力、極性作用力、金属配位共有結合又はそれらの組み合わせである少なくとも1つの相互作用力を有する。
図4は、本発明の一実施例による発光ダイオードのパッケージ構造400を示す模式図である。図4において、パッケージ構造400は、少なくとも1つの発光ダイオードチップ410と、パッケージ材料420と、を備える。
この実施例において、パッケージ材料420は、発光ダイオードチップ410を覆っている。パッケージ材料420は、透明絶縁材と、波長変換物質と、熱伝導材料と、を備える。
波長変換物質は、透明絶縁材内に混入している。熱伝導材料は、透明絶縁材内に混入して、波長変換物質の一部と連結する。この実施例において、熱伝導材料は、ナノ銀糸である。波長変換物質と熱伝導材料の間に、波長変換物質と熱伝導材料を互いに連結させるための少なくとも1つの相互作用力を有する。
発光ダイオードチップ410が短波長の励起光を発光する場合、この励起光は、波長変換物質に吸収されて長い波長の放射光を放出する。それと同時に、波長変換物質に接続された熱伝導材料によって、波長変換物質が生じた熱エネルギーを導出でき、パッケージ材料420の熱伝導効率を高め、発光ダイオードのパッケージ構造400の信頼性を向上させるようにする。
図4において、パッケージ構造400は、プラスチックカップ430を更に備える。プラスチックカップ430内にチップ固定領域431を有する。発光ダイオードチップ410は、チップ固定領域431に設けられ、パッケージ材料420は、発光ダイオードチップ410を覆うように、プラスチックカップ430内に充填されている。
図5は、本発明の一実施例による発光ダイオードのパッケージ構造500を示す模式図である。図5において、パッケージ構造500は、少なくとも1つの発光ダイオードチップ510と、パッケージ材料520と、を備える。
この実施例において、パッケージ材料520は、発光ダイオードチップ510を覆っている。パッケージ材料520は、透明絶縁材と、波長変換物質と、熱伝導材料と、を備える。
波長変換物質は、透明絶縁材内に混入している。熱伝導材料は、透明絶縁材内に混入して、波長変換物質の一部と連結する。この実施例において、熱伝導材料は、グラフェンである。波長変換物質と熱伝導材料の間には、波長変換物質と熱伝導材料を互いに連結させるための、少なくとも1つの相互作用力を有する。
発光ダイオードチップ510が短波長の励起光を発光する場合、この励起光は、波長変換物質に吸収されて長い波長の放射光を放出する。それと同時に、波長変換物質に接続された熱伝導材料によって、波長変換物質が生じた熱エネルギーを導出でき、パッケージ材料520の熱伝導効率を高め、且つ発光ダイオードのパッケージ構造500の信頼性を向上させるようにする。
図5において、パッケージ構造500は、プラスチックカップ530を更に備える。プラスチックカップ530にチップ固定領域531を有する。発光ダイオードチップ510は、チップ固定領域531に設けられ、パッケージ材料520は、発光ダイオードチップ510を覆うように、プラスチックカップ530内に充填されている。
図6は、本発明の一実施例による発光ダイオードのパッケージ構造600を示す模式図である。図6において、パッケージ構造600は、少なくとも1つの発光ダイオードチップ610と、パッケージ材料620と、を備える。
この実施例において、パッケージ材料620は、発光ダイオードチップ610を覆っている。パッケージ材料620は、透明絶縁材と、波長変換物質と、第1熱伝導材料と、第2熱伝導材料と、を備える。
波長変換物質は、透明絶縁材内に混入している。第1、第2熱伝導材料は、透明絶縁材内に混入して、波長変換物質の一部と連結する。この実施例において、第1熱伝導材料は、ナノ銀糸であり、第2熱伝導物質はグラフェンである。波長変換物質と第1、第2熱伝導材料の間に、波長変換物質と第1、第2熱伝導材料を互いに連結させるための、少なくとも1つの相互作用力を有する。
発光ダイオードチップ610が短波長の励起光を発光する場合、この励起光は、波長変換物質に吸収されて長い波長の放射光を放出する。それと同時に、波長変換物質に接続された第1、第2熱伝導材料によって、波長変換物質が生じた熱エネルギーを導出でき、パッケージ材料620の熱伝導効率を高め、発光ダイオードのパッケージ構造600の信頼性を向上させるようにする。
図6において、パッケージ構造600は、チップ固定領域631を有するプラスチックカップ630を更に備える。発光ダイオードチップ610は、チップ固定領域631に設けられ、パッケージ材料620は、発光ダイオードチップ610を覆うように、プラスチックカップ630内に充填されている。
上記図3〜図6は、本発明をプラスチックリード付きチップキャリア(Plastic Leaded Chip Carrier;PLCC)パッケージタイプに適用するようにプラスチックカップを備える場合を示すためのものにすぎず、本発明はこれに制限されない。他の実施例においては、本発明は、波長変換物質及び透明絶縁材を備える各種のパッケージタイプ、例えば、チップオンボード(Chip on board;COB)又はEmitter等に適用可能である。
本発明の実施例を前述の通りに開示したが、これは、本発明を限定するものではなく、当業者なら誰でも、本発明の精神と範囲から逸脱しない限り、若干の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の保護範囲は、後の特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
100、200、300、420、520、620 パッケージ材料
110、210、310 透明絶縁材
120、220、320 波長変換物質
130、230 熱伝導材料
330a 第1熱伝導材料
330b 第2熱伝導材料
400、500、600 パッケージ構造
410、510、610 発光ダイオードチップ
430、530、630 プラスチックカップ
431、531、631 チップ固定領域

Claims (20)

  1. 透明絶縁材と、
    前記透明絶縁材内に混入した波長変換物質と、
    前記透明絶縁材内に混入して、前記波長変換物質の一部と連結する熱伝導材料と、
    を備えるパッケージ材料。
  2. 前記透明絶縁材は、透明の熱可塑性又は熱硬化性樹脂を含む請求項1に記載のパッケージ材料。
  3. 前記波長変換物質は、蛍光粉、染料、色素及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれるものである請求項1又は請求項2に記載のパッケージ材料。
  4. 前記熱伝導材料の熱伝導率は、1.5W/(m・K)以上である請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のパッケージ材料。
  5. 前記熱伝導材料は、糸状、シート状又はそれらの組み合わせを呈する請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のパッケージ材料。
  6. 前記熱伝導材料は、金属、非金属、セラミックス材料又はそれらの組み合わせを含む請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のパッケージ材料。
  7. 前記金属は、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、錫(Sn)、鉛(Pb)、チタン(Ti)又はそれらの組み合わせを含む請求項6に記載のパッケージ材料。
  8. 前記非金属は、グラファイト(graphite)、グラフェン(graphene)、カーボンナノチューブ(carbon nanotube)、ダイヤモンド(diamond)を含む請求項6に記載のパッケージ材料。
  9. 前記波長変換物質と前記熱伝導材料の間には、前記波長変換物質の一部と前記熱伝導材料を互いに連結させるための、ファンデルワールス力(van der Waal force)、π−π作用力、極性作用力、金属配位共有結合又はそれらの組み合わせである少なくとも1つの相互作用力を有する請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のパッケージ材料。
  10. 少なくとも1つの発光ダイオードチップと、
    前記発光ダイオードチップを覆う請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のパッケージ材料と、
    を備える発光ダイオードのパッケージ構造。
  11. 透明絶縁材と、
    前記透明絶縁材内に混入した波長変換物質と、
    前記透明絶縁材内に混入して、前記波長変換物質の一部と連結する第1熱伝導材料と、
    前記透明絶縁材内に混入して、前記波長変換物質の一部及び前記第1熱伝導材料の一部と連結する第2熱伝導材料と、
    を備えるパッケージ材料。
  12. 前記透明絶縁材は、透明の熱可塑性又は熱硬化性樹脂を含む請求項11に記載のパッケージ材料。
  13. 前記波長変換物質は、蛍光粉、染料、色素及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれるものである請求項11又は請求項12に記載のパッケージ材料。
  14. 前記第1、第2熱伝導材料の熱伝導率は、1.5W/(m・K)以上である請求項11から請求項13項のいずれか1項に記載のパッケージ材料。
  15. 前記第1、第2熱伝導材料は、糸状、シート状又はそれらの組み合わせを呈する請求項11から請求項14のいずれか1項に記載のパッケージ材料。
  16. 前記第1、第2熱伝導材料は、金属、非金属、セラミックス材料又はそれらの組み合わせを含む請求項11から請求項15のいずれか1項に記載のパッケージ材料。
  17. 前記金属は、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、錫(Sn)、鉛(Pb)、チタン(Ti)又はそれらの組み合わせを含む請求項16に記載のパッケージ材料。
  18. 前記非金属は、グラファイト(graphite)、グラフェン(graphene)、カーボンナノチューブ(carbon nanotube)、ダイヤモンド(diamond)を含む請求項16に記載のパッケージ材料。
  19. 前記波長変換物質と前記第1、第2熱伝導材料の間、及び前記第1熱伝導材料と前記第2熱伝導材料の間には、前記波長変換物質の一部と前記第1熱伝導材料、また前記第1熱伝導材料と前記第2熱伝導材料を互いに連結させるための、ファンデルワールス力(van der Waal force)、π−π作用力、極性作用力、金属配位共有結合又はそれらの組み合わせである少なくとも1つの相互作用力をそれぞれ有する請求項11に記載のパッケージ材料。
  20. 少なくとも1つの発光ダイオードチップと、
    前記発光ダイオードチップを覆う請求項11から請求項19のいずれか1項に記載のパッケージ材料と、
    を備える発光ダイオードのパッケージ構造。
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