JP2016122814A - 発光装置用基板及び発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光利用効率が向上できる高い発光装置用基板及び発光装置を提供する。【解決手段】本発明の実施形態によれば、発光装置用基板は、セラミックの基体と、第1電極と、第2電極と、第1金属層と、第2金属層と、を含む。前記基体は、第1面と、前記第1面とは反対であり第1領域と前記第1領域の周り第2領域とを含む第2面と、を有する。前記第1電極及び第2電極は、前記第1面に設けられる。前記第1金属層は、前記第1領域と接し、銀、アルミニウム、ロジウム及び白金の少なくとも1つを含み、前記第1面に対して垂直な第1方向において前記第1電極と前記第2電極との間の領域と重なる。前記第2金属層は、ニッケル、銅及びチタンの少なくとも1つを含む。前記第2金属層は、第1部分と、前記第2領域と接する第2部分と、を含む。前記第1部分と前記第1領域との間に前記第1金属層が配置される。【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、発光装置用基板及び発光装置に関する。
LED(発光ダイオード)は、照明などの発光装置に用いられている。発光装置において、光利用効率の向上が求められている。
本発明の実施形態は、光利用効率が向上できる発光装置用基板及び発光装置を提供する。
本発明の実施形態によれば、発光装置用基板は、セラミックの基体と、第1電極と、第2電極と、第1金属層と、第2金属層と、を含む。前記基体は、第1面と、前記第1面とは反対であり第1領域と前記第1領域の周り第2領域とを含む第2面と、を有する。前記第1電極及び第2電極は、前記第1面に設けられる。前記第1金属層は、前記第1領域と接し、銀、アルミニウム、ロジウム及び白金の少なくとも1つを含み、前記第1面に対して垂直な第1方向において前記第1電極と前記第2電極との間の領域と重なる。前記第2金属層は、ニッケル、銅及びチタンの少なくとも1つを含む。前記第2金属層は、第1部分と、前記第2領域と接する第2部分と、を含む。前記第1部分と前記第1領域との間に前記第1金属層が配置される。
本発明の実施形態によれば、光利用効率が向上できる発光装置用基板及び発光装置が提供される。
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
(第1の実施形態)
図1(a)〜図1(d)は、第1の実施形態に係る発光装置用基板を例示する模式図である。
図1(a)は、図1(b)のA1−A2線断面図である。図1(b)は、図1(a)に示す矢印AA方向からみた平面図である。図1(c)は、発光装置用基板に含まれる第1金属層を例示する平面図である。図1(d)は、発光装置用基板に含まれる第2金属層の一部を例示する平面図である。
図1(a)〜図1(d)は、第1の実施形態に係る発光装置用基板を例示する模式図である。
図1(a)は、図1(b)のA1−A2線断面図である。図1(b)は、図1(a)に示す矢印AA方向からみた平面図である。図1(c)は、発光装置用基板に含まれる第1金属層を例示する平面図である。図1(d)は、発光装置用基板に含まれる第2金属層の一部を例示する平面図である。
図1(a)に示すように、本実施形態に係る発光装置用基板15は、基体10と、電極層11と、第1金属層12aと、第2金属層12bと、を含む。この例では、第3金属層12cがさらに設けられている。
基体10には、セラミックが用いられる。基体10には、例えば、酸化アルミニウム(AlN)基板や窒化シリコン(SiN)基板などが用いられる。基体10の厚さは、例えば、300マイクロメートル(μm)以上1000μm以下である。基体10は、光を透過可能である。
基体10は、第1面10aと第2面10bとを有する。第2面10bは、第1面10aとは反対の面である。第1面10aは、例えば、基体10の上面である。第2面10bは、例えば、基体10の下面である。第2面10bは、第1面10aに対して実質的に平行である。
第1面10aに対して平行な面をX−Y平面とする。第1面10aに対して平行な1つの方向をX軸方向(第2方向)とする。第1面10aに対して平行でX軸方向に対して垂直な方向をY軸方向(第3方向)とする。第1面10aに対して垂直な方向をZ軸方向(第1方向)とする。
電極層11は、基体10の第1面10a(例えば上面)に設けられる。電極層11には、例えば、銅またはアルミニウムなどが用いられる。電極層11の厚さは、例えば、40μm以上150μm以下である。電極層11の厚さが80μm以上であることにより、例えば、電気抵抗を低くでき、高い熱伝導性が得られる。電極層11は、実質的に遮光性である。
電極層11は、第1電極11a及び第2電極11bを含む。第2電極11bは、第1電極11aと離間する。この例では、第2電極11bは、X軸方向(第2方向)において第1電極11aと離間する。
電極層11(第1電極11a及び第2電極11bなど)は、後述する発光素子(例えばLED)と電気的に接続される。例えば、1つの発光素子が、第1電極11aの上に設けられ、発光素子の電極と、第1電極11aと、が接続される。例えば、別の発光素子が、第2電極11bの上に設けられ、その発光素子の電極と、第2電極11bと、が接続される。
基体10は、実装領域16及び周辺領域17を含む。X−Y平面内において、周辺領域17は、実装領域16の周りに設けられる。
図1(a)には、発光装置用基板15の上に設けられる周辺構造体32が図示されている。例えば、第1面10aにおいて、周辺構造体32で囲まれた領域が実装領域16である。実装領域16において第1電極11a及び第2電極11bの上に発光素子が配置される。周辺構造体32で囲まれた領域の内部において、発光素子を覆うように樹脂層(例えば封止層)が設けられる。
基体10の第2面10bは、第1領域10pと、第2領域10qと、を含む。第2領域10qは、第1領域10pの周りに設けられる。
第1金属層12aは、第1領域10pと接する。第1金属層12aは、銀、アルミニウム、ロジウム及び白金の少なくとも1つを含む。すなわち、第2面10bのうちで第1金属層12aと接する領域が、第1領域10pとなる。
第1金属層12aは、Z軸方向(第1方向)において、第1電極11aと第2電極11bとの間の領域と重なる。
第2金属層12bは、ニッケル、銅及びチタンの少なくとも1つを含む。第2金属層12bは、第1部分12pと、第2部分12qと、を含む。第1部分12pと第1領域10pとの間に第1金属層12aが配置される。第2部分12qは、基体10の第2面10bの第2領域10qと接する。第2面10bのうちで、第2金属層12b(第2部分12q)と接する領域が、第2領域10qとなる。第2部分12qは、例えば、第1部分12pと連続している。
例えば、第1金属層12aは、第3面12aaと、第4面12abと、側面12acと、を有する。第3面12aaは、基体10と接する。第4面12abは、第3面12aaとは反対の面である。側面12acは、第2面10bと交差する。第2金属層12bは、第4面12abの外縁12abrと接する。第2金属層12bは、第1金属層12aの側面12acと接する。この例では、第2金属層12bは、第4面12abの全てと接する。すなわち、第2金属層12bは、第1金属層12aを覆う。
この例では、第1電極11a及び第2電極11bは、Z軸方向において第2領域10qと重なる。すなわち、第2金属層12bの第2部分12qは、Z軸方向(第1方向)において、第1電極11aの少なくとも一部と重なり、第2電極11bの少なくとも一部と重なる。
第2金属層12bが第2面10bと接する領域(第2部分12q)が、Z軸方向において、第1電極11aと重なる。そして、第1金属層12aの少なくとも一部は、Z軸方向において第1電極11aと重ならない。例えば、電極層11として、複数の電極が設けられており、1つの電極と、別の1つの電極と、の間の領域が、Z軸方向において、第1金属層12aの少なくとも一部と重なる。
第2部分12qは、周辺構造体32が設けられる領域32rと、Z軸方向において重なる。
第3金属層12cと基体10との間に、第1金属層12a及び第2金属層12bが配置される。第3金属層12cは、例えば、金及び銅の少なくともいずれかが用いられる。第2金属層12bと第3金属層12cとの間に、パラジウムを含む領域が設けられても良い。第3金属層12cは、必要に応じて設けられ、省略しても良い。
図1(b)に示すように、周辺構造体32が形成される領域32rの内側(実装領域16)に、例えば、複数の電極(第1電極11a、第2電極11b及び第3電極11cなど)が設けられる。複数の電極のそれぞれは、島状である。この例では、複数の電極は、折り畳まれた線状(ジグザグ状の線状)の領域に沿って、並ぶ。例えば、第3電極11cは、第1電極11aとY軸方向(第3方向)において離間する。
図1(c)に示すように、第1金属層12aは、電極層11の複数の電極が設けられる線状の領域を除くパターン形状(平面形状)を有している。
図1(d)は、第2金属層12bの第2部分12qのパターン形状を示している。第2部分12qのパターン形状は、第2金属層12bと基体10とが接する領域のパターン形状に対応する。第2部分12qは、電極層11の複数の電極が設けられる線状の領域に沿うパターン形状(平面形状)を有している。
例えば、基体10の第2面10bと、第2金属層12bと、の間の密着強度は、第2面10bと第1金属層12aとの間の密着強度よりも高い。基体10の第2面10bと、第2金属層12bと、の間の剥離強度は、第2面10bと第1金属層12aとの間の剥離強度よりも高い。
すなわち、第2領域10qと第2金属層12b(第2部分12q)との間の密着強度は、第1領域10pと第1金属層12aとの間の密着強度よりも高い。
一方、発光素子から放出される光に対する、第1金属層12aの反射率は、その光に対する、第2金属層12bの反射率よりも高い。
すなわち、密着強度が低い第1金属層12aが、密着強度が高い第2金属層12bで覆われている。これにより、第1金属層12aの剥離を抑制することができる。
一方、既に説明したように、基体10は、光透過性を有する。従って、発光素子から放出された光は、電極層11(第1電極11a及び第2電極11bなど)が設けられていない領域において、基体10を通過して、第2面10bに到達する。
実施形態においては、Z軸方向において、第1電極11aと第2電極11bとの間の領域が、第1金属層12aと重なる。第1金属層12aにより、第1面10aに向けて光を反射させることができる。これにより、光の利用効率を向上できる。
すなわち、遮光性の電極層11の電極どうしの間の領域において基体10を通過した光を反射するように、反射率の高い第1金属層12aが設けられる。これにより、高い光利用効率が得られる。
第1金属層12aが、銀、アルミニウム、ロジウム及び白金の少なくとも1つを含むことで、光をより高い効率で反射させることできる。すなわち、これらの金属においては、特に400nm〜450nm程度の波長の光に対する反射率が特に高い。発光素子からこのような波長の光が放出され、後述するように、波長変換層により波長を変換して白色の光を得る構成がある。このような構成において、第1金属層12aが、この波長に対しての反射率が高い銀、アルミニウム、ロジウム及び白金の少なくとも1つを含む場合に、特に高い光利用効率が得られる。
このように、第1金属層12aとして、反射率が高い材料(銀、アルミニウム、ロジウム及び白金)を用いることで、光利用効率をより高めることができる。しかしながら、これらの反射率が高い材料においては、基体10に対する密着強度が低い場合があることが、実験により分かった。特に、発光装置の光束発散度が高く、発光素子の配置密度が高い場合、基体10の温度が局所的に非常に高温になる。この熱により、基体10と第1金属層12aとの間に大きな歪みが生じる。このため、クラックや剥離が発生しやすい。さらに、例えば、第1金属層12aの面積が大きいと、熱による歪みの蓄積が大きくなり、クラックや剥離がより発生しやすい。
第1金属層12aの面積を比較的小さくすることで、熱による歪みが緩和され、クラックや剥離を抑制し易くなる。
このため、本実施形態においては、第1金属層12aの面積を比較的小さくする。基体10を通過した光を反射させる領域に選択的に第1金属層12aを設ける。これにより、クラックや剥離を抑制しつつ、高い光利用効率が得られる。そして、第1金属層12aを覆うように密着強度が高い第2金属層12bを設けることで、クラックや剥離が抑制される。
このように、本実施形態においては、第1金属層12aを第2金属層12bで覆うことで、高い光利用効率を得つつ、剥がれが抑制でき、高い信頼性が得られる。実用的な発光装置を提供できる。
例えば、多数のLEDチップを基板上に実装したCOB(チップオンボード)構造の発光装置がある。LEDチップの上に蛍光体層を設け、LEDチップから放出された光の波長を変換して、例えば白色光を得る。発光装置において、基体10としてAl2O3(酸化アルミニウム)基板が用いられる構成がある。酸化アルミニウム基板が白色であり比較的高い反射率を有するため、光の利用効率を高めることができる。一方、Al2O3の熱伝導性がCuなどの金属よりも低いため、熱伝導性を高めるために、基体10を薄くする。しかしながら、基体10が薄い場合、LEDから放出された光及び蛍光体層で波長変換された光は基体10を透過し、基体10の下面まで到達する。一方、基体10の下面には、照明器具などの放熱部材と接続するためのCuなど金属層(例えば第3金属層12c)が設けられる。Cuの反射率は低いため、この金属層に到達した光は吸収され損失となる。したがって、良好な熱伝導性と高い光利用効率の両立が困難である。
本実施形態に係る発光装置用基板15においては、基体10の下面に、アルミニウム、銀、ロジウム及び白金の少なくとも1つを含む高反射性の第1金属層12aが設けられている。これにより、発光装置の熱伝導率を向上させるために基体10を薄くした場合においても、高い光利用効率を得ることができる。
図1(b)に示すように、本実施形態においては、第2電極11bは、第1電極11aと、X軸方向において離間する。第3電極11cは、第1電極11aと、Y軸方向において離間する。第1金属層12aは、第1電極11aと第2電極11bとの間の領域と、Z軸方向において重なる。第1金属層12aは、第1電極11aと第3電極11cとの間の領域と、Z軸方向において重ならない。
第2金属層12bの第2部分12qは、第1電極11aと第2電極11bとの間の領域と、Z軸方向において重ならない。第2金属層12bの第2部分12qは、第1電極11aの少なくとも一部及び第2電極11bの少なくとも一部と、Z軸方向において重なる。第2金属層12bの第2部分12qは、第1電極11aと第3電極11cとの間の領域と、Z軸方向において重なる。
実施形態は、これに限らず、第1金属層12aは、第1電極11aと第3電極11cとの間の領域と、Z軸方向において重なっても良い。すなわち、第1金属層12aは、X−Y平面に投影したときに、複数の島状の電極のそれぞれを囲むパターン形状を有していても良い。そして、第2金属層12bの第2部分12qは、第1電極11a及び第3電極11cと、Z軸方向において重ならなくても良い。
図1(a)〜図1(d)に示す例においては、例えば、発光素子の1つの電極が第1電極11aと接続され、その発光素子の別の1つの電極が第3電極11cと接続される。発光素子の一部が、Z軸方向において第1電極11aと重なり、発光素子の別の一部が、Z軸方向において第2電極11bと重なる。そして、発光素子のさらに別の一部が、Z軸方向において、第1電極11aと第2電極11bとの間の領域と重なる。一方、第2電極11bの上に別の発光素子が配置される。すなわち、第1電極11aと第3電極11cとの間の領域には、発光素子が配置される。一方、第1電極11aと第2電極11bとの間の領域には、発光素子が配置されない。そして、第1電極11aと第3電極11cとの間の距離は、第1電極11aと第2電極11bとの間の距離よりも短い。第1電極11aと第3電極11cとの間の領域の面積は、第1電極11aと第2電極11bとの間の領域の面積よりも小さい。
従って、第1電極11aと第3電極11cとの間の領域において、第1面10aから第2面10bに向かって進む光の量は、少ない。第1電極11aと第2電極11bとの間の領域において、第1面10aから第2面10bに向かって進む光の量は、多い。従って、第1金属層12aは、第1電極11aと第2電極11bとの間の領域と、Z軸方向において重なることが望ましい。そして、第1金属層12aは、第1電極11aと第3電極11cとの間の領域と、Z軸方向において重ならなくても、高い光利用効率が実質的に得られる。すなわち、この例のように、第1金属層12aは、複数の電極の一部が線状に並ぶY軸方向に沿う部分を有していてもよい。そして、第2金属層12bの第2部分12qは、複数の電極の一部が線状に並ぶY軸方向に沿う部分を有していても良い。
例えば、第1金属層12aが、第1電極11a及び第3電極11cと重ならず、第1電極11aと第3電極11cとの間の領域と、Z軸方向において重なる場合は、この領域において、第1金属層12aは、Y軸方向において独立している。そして、第1金属層12aのうちのこの領域の面積は、非常に小さい。第1金属層12aの面積が過度に小さいと、剥がれが生じ易くなる場合がある。
図1(a)〜図1(d)に示す例のように、第1金属層12aが、Z軸方向において、第1電極11a及び第3電極11cと重ならず、第1電極11aと第3電極11cとの間の領域と重ない場合、第1金属層12aにおいて、Y軸方向において独立した面積が過度に小さい部分が生じない。これにより、剥がれが抑制できる場合がある。この場合、第2金属層12bの第2部分12qは、Z軸方向(第1方向)において、第1電極11aと第3電極11cとの間の領域と重なる。上記のようにこの領域の面積は小さいので、高い光利用効率は、実質的に維持できる。
図1(a)に示すように、実施形態において、第1領域10pの外縁の一部は、Z軸方向において第1電極11aと重なる。第1領域10pの外縁の別の一部は、Z軸方向において第2電極11bと重なる。すなわち、第1金属層12aの外縁の一部は、Z軸方向において第1電極11aと重なる。第1金属層12aの外縁の別の一部は、Z軸方向において第2電極11bと重なる。第1金属層12aの一部が、電極層11と重なることで、傾斜した角度で第2面10bに到達する光も効率良く反射させることができる。これにより、より高い光利用効率が得られる。
本実施形態において、基体10の厚さ(Z軸方向の長さ)は、例えば、300μm以上1000μm以下である。300μm未満の場合は、機械的強度が弱く割れやすい。1000μmを超えると、熱抵抗が大きくなる。
第1金属層12aの厚さ(Z軸方向の長さ)は、例えば、100nm以上2μm以下である。100nm未満の場合は反射率が低くなる。2μmを超えると、基体10からの剥がれが生じやすくなる場合がある。
第2金属層12bの厚さ(Z軸方向の長さ)は、例えば、1μm以上100μm以下である。1μm未満の場合は第1金属層12aの埋め込み部分で段差が生じる。このとき、第1金属層12aと第2金属層12bの間に部分的に空隙が生じ、剥がれが生じやすくなる。100μmを超えると、基体10の剥がれが生じやすくなる場合がある。
本実施形態に係る発光装置用基板15の製造方法の例を説明する。
基体10の第1面10aに電極層11となるCu膜を形成する。Cu膜の形成は、例えば第1のCu膜をスパッタリングで形成し、その上に第2のCu膜をめっきにより形成する。その後、Cuの表面に研磨処理を施すことで平坦化する。Cu膜の上に、所定の形状のレジスト膜を形成し、エッチングによりCu膜の一部を除去する。これにより配線パターンが形成される。その後、無電解めっきにより、Ni膜、Pd膜及びAu膜をこの順で形成する。これにより、電極層11が形成される。
基体10の第1面10aに電極層11となるCu膜を形成する。Cu膜の形成は、例えば第1のCu膜をスパッタリングで形成し、その上に第2のCu膜をめっきにより形成する。その後、Cuの表面に研磨処理を施すことで平坦化する。Cu膜の上に、所定の形状のレジスト膜を形成し、エッチングによりCu膜の一部を除去する。これにより配線パターンが形成される。その後、無電解めっきにより、Ni膜、Pd膜及びAu膜をこの順で形成する。これにより、電極層11が形成される。
基体10の第2面10bに第1金属層12aを形成する。例えば、第1金属層12aとなる第1金属膜(アルミニウム、銀、ロジウム及び白金の少なくとも1つの膜)を形成する。この第1金属膜は、例えば、スパッタリングなどの方法によって形成される。第1金属膜の上に所定の形状のレジスト層を形成し、エッチングにより第1金属膜の一部を除去する。これにより、第1金属層12aが形成される。
第1金属層12aを覆うように、第2金属層12bとなる第2金属膜を形成する。第2金属膜は、例えば、Ni膜、Pd膜及び、Au膜をこの順で形成することで形成される。または、Ni膜、Pd膜及びCu膜をこの順で形成することで形成される。第2金属層12bを覆うように第3金属層12cを形成する。以上により、発光装置用基板15が形成される。
LED(発光ダイオード)は、照明などの発光装置に用いられている。発光装置において、高密度な光源の実装が求められている。落雷などの電気的な故障要因を受けにくい絶縁性も求められている。これに加え、高い放熱性と共に、高い光利用効率が求められる。LEDなどの発光素子を実装する基板として熱伝導性が比較的高いセラミック基板を用いることで、熱伝導性と絶縁性とを得ている。しかしながら、セラミック基板の熱伝導性は、金属と比較すると低い。このため、特に、高光収束密度の光源においては、高い熱伝導性を得ることが困難である。熱伝導性を向上させるために薄いセラミック基板を用いると、光源から発生した光が基板を透過してしまう。このため、光利用効率が悪化する。本実施形態に係る発光装置用基板15によれば、光利用効率が向上できる発光装置用基板が提供できる。
(第2の実施形態)
図2は、第2の実施形態に係る発光装置用基板を例示する模式的断面図である。
図2に示すように、本実施形態に係る発光装置用基板15aも、基体10と、電極層11と、第1金属層12aと、第2金属層12bと、を含む。
図2は、第2の実施形態に係る発光装置用基板を例示する模式的断面図である。
図2に示すように、本実施形態に係る発光装置用基板15aも、基体10と、電極層11と、第1金属層12aと、第2金属層12bと、を含む。
この例においても、第1金属層12aは、基体10の第2面の第1領域10qと接する。第1金属層12aは、Z軸方向において、第1電極11aと第2電極11bとの間の領域と重なる。第2金属層12bの第1部分12pと第1領域10pとの間に第1金属層12aが配置される。第2金属層12bの第2部分12qは、第1領域10pの周りの第2領域10qと接する。この例では、第2金属層12bの第2部分12qは、Z軸方向において、第1電極11aと重ならず、第2電極11bと重ならない。これ以外は、第1の実施形態と同様なので説明を省略する。
この例においても、第1金属層12aは、銀、アルミニウム、ロジウム及び白金の少なくとも1つを含む。そして、第2金属層12bは、ニッケル、銅及びチタンの少なくとも1つを含む。そして、第2領域10qと第2金属層12bとの間の密着強度は、第1領域10pと第1金属層12aとの間の密着強度よりも高い。第1金属層12aの反射率は、第2金属層12bの反射率よりも高い。
本実施形態においても、第1金属層12aは、Z軸方向において、第1電極11aと第2電極11bとの間の領域と重なる。これにより、高い光利用効率が得られる、そして、第1金属層12aを第2金属層12bで覆うことで、剥離が抑制できる。
(第3の実施形態)
以下、上記の実施形態に係る発光装置用基板を用いた発光装置の例について説明する。 図3(a)及び図3(b)は、第3の実施形態に係る発光装置を例示する模式図である。
図3(a)は平面図である。図3(b)は、図3(a)のA1−A2線断面を例示す断面図である。
以下、上記の実施形態に係る発光装置用基板を用いた発光装置の例について説明する。 図3(a)及び図3(b)は、第3の実施形態に係る発光装置を例示する模式図である。
図3(a)は平面図である。図3(b)は、図3(a)のA1−A2線断面を例示す断面図である。
図3(a)及び図3(b)に表したように、実施形態に係る発光装置110(発光モジュール)は、発光部40と、放熱部材51と、熱伝導部材52と、を含む。
放熱部材51の上に、発光部40が設けられる。放熱部材51と発光部40との間に、熱伝導部材52が設けられる。
図3(a)に表したように、放熱部材51は、例えば板状である。放熱部材51の平面形状は、例えば矩形である。放熱部材51は、例えば、第1〜第4辺55a〜55dを有する。第2辺55bは、第1辺55aから離間する。第3辺55cは、第1辺55aの一端と、第2辺55bの一端と、を接続する。第4辺55dは、第3辺55cと離間し、第1辺55aの他端と、第2辺55bの他端と、を接続する。放熱部材51の平面形状のコーナー部は、曲線状でも良い。放熱部材51の平面形状は、矩形でなくても良く、任意である。放熱部材51の縁部51rは、例えば、曲線状でも良い。
放熱部材51には、例えば、金属などの基板が用いられる。放熱部材51には、例えば、銅やアルミニウムなどが用いられる。
発光部40は、光を放出する。発光部40は熱を発生する。熱伝導部材52は、発光部40で発生した熱を、放熱部材51に効率良く伝導する。熱伝導部材52には、例えば、はんだなどが用いられる。この場合、熱伝導部材52は、発光部40と放熱部材51とを接合する。例えば、熱伝導部材52には、例えば、AuSn合金などが用いられる。熱伝導部材52の厚さt52は、例えば、10μm以下である。
熱伝導部材52には、液体状または固体状の潤滑油(グリース)などを用いても良い。熱伝導部材52には、シリコーンにアルミナなどの金属粒子を混合した導電性を有する潤滑油(導電性グリース)などを用いても良い。
発光部40は、発光装置用基板15と、発光素子部35と、を含む。発光装置用基板15は、基体10と、電極層11と、裏面金属層(第1金属層12a及び第2金属層12bなど)と、を含む。基体10は、Al及びCuの少なくともいずれかを含む。基体10は、第1面10aと、第2面10bと、を有する。第2面10bは、第1面10aとは反対側の面である。放熱部材51は、基体10の第2面10bと対向する。第1面10aは、実装領域16を含む。実装領域16は、第1面10aの外縁10r(縁部10ue)から離間している。この例では、実装領域16は、第1面10aの中央部分に設けられる。第1面10aは、周辺領域17をさらに含む。周辺領域17は、実装領域16の周りに設けられる。電極層11は、実装領域16において、第1面10aに設けられる。裏面金属層は、第2面10bに設けられる。
図4(a)〜図4(c)は、第3の実施形態に係る発光装置を例示する模式的平面図である。
図4(a)は、基体10の第1面10aを例示する。図4(b)は、電極層11のパターンを例示する。図4(c)は、裏面金属層(第2金属層12b)のパターンを例示する。
図4(b)に示したように、電極層11は、第1面10a上に設けられる。電極層11は、複数の実装パターン11pを含む。複数の実装パターン11pは、実装領域16に設けられる。複数の実装パターン11pの2つは、互いに離間している。複数の実装パターン11pは、例えば、第1実装パターン11pa(例えば第3電極11cに対応)及び第2実装パターン11pb(例えば第1電極11aに対応)などを含む。
図4(a)は、基体10の第1面10aを例示する。図4(b)は、電極層11のパターンを例示する。図4(c)は、裏面金属層(第2金属層12b)のパターンを例示する。
図4(b)に示したように、電極層11は、第1面10a上に設けられる。電極層11は、複数の実装パターン11pを含む。複数の実装パターン11pは、実装領域16に設けられる。複数の実装パターン11pの2つは、互いに離間している。複数の実装パターン11pは、例えば、第1実装パターン11pa(例えば第3電極11cに対応)及び第2実装パターン11pb(例えば第1電極11aに対応)などを含む。
この例では、第1金属層12aは、第1電極11aと第3電極11cとの間の領域と、Z軸方向において重なる。第1金属層12aは、X−Y平面に投影したときに、複数の島状の電極のそれぞれを囲むパターン形状を有している。第2金属層12bの第2部分12qは、第1電極11a及び第3電極11cと、Z軸方向において重ならない。
複数の実装パターン11pのそれぞれは、例えば、第1実装部分e1と、第2実装部分e2と、を含む。この例では、実装パターン11pは、第3実装部分e3をさらに含む。第3実装部分e3は、第1実装部分e1と第2実装部分e2との間に設けられ、第1実装部分e1と第2実装部分e2とを繋ぐ。
電極層11は、複数の実装パターン11pを互いに接続する接続部44をさらに含んでも良い。この例では、電極層11は、第1コネクタ用電極部45eと第2コネクタ用電極部46eとをさらに含む。第1コネクタ用電極部45eは、複数の実装パターン11pの1つと電気的に接続される。第2コネクタ用電極部46eは、複数の実装パターン11pのその1つとは別の1つと電気的に接続される。1つの実装パターン11pの一部の上に半導体発光素子が配置される。この半導体発光素子により、第1コネクタ用電極部45eが、実装パターン11pの1つと電気的に接続される。さらに、別の1つの実装パターン11pの一部の上に半導体発光素子が配置される。この半導体発光素子により、第2コネクタ用電極部46eが、別の1つの実装パターン11pの1つと電気的に接続される。
この例では、発光部40は、第1面10a上に設けられた第1コネクタ45と、第2コネクタ46と、をさらに含む。第1コネクタ45は、第1コネクタ用電極部45eと電気的に接続される。第2コネクタ46は、第2コネクタ用電極部46eと電気的に接続される。この例では、第1コネクタ用電極部45eの上に、第1コネクタ45が設けられている。第2コネクタ用電極部46eの上に、第2コネクタ46が設けられている。第1コネクタ45と、第2コネクタ46と、の間に発光素子部35が配置される。これらのコネクタを介して、発光部40に電力が供給される。
図4(c)に例示したように、裏面金属層(第2金属層12b)は、Z軸方向において、実装領域16及び周辺領域17と重なる。裏面金属層の外縁12rは、基体10の第2面10bの外縁に沿う。裏面金属層の面積を大きくすることで放熱性が高まる。
発光素子部35は、基体10の第1面10a上に設けられる。発光素子部35は、複数の発光素子20(半導体発光素子)と、樹脂層30と、を含む。発光素子部35の上面35uは、例えば、平面である。樹脂層30として、波長変換層31が用いられる。
複数の発光素子20は、第1面10a上に設けられる。複数の発光素子20のそれぞれは、光を放出する。発光素子20は、例えば窒化物半導体を含む。発光素子20は、例えば、InxAlyGa1−x−yN(0≦x≦1,0≦y≦1,x+y≦1)を含む。
複数の発光素子20は、例えば、第1半導体発光素子20a及び第2半導体発光素子20bなどを含む。複数の発光素子20のそれぞれは、複数の実装パターン11pのうちのいずれかの実装パターン11pと、複数の実装パターン11pのうちの上記のいずれかの隣の別の実装パターン11pと、電気的に接続されている。
例えば、第1半導体発光素子20aは、複数の実装パターン11pのうちの第1実装パターン11paと、第2実装パターン11pbと、電気的に接続されている。第2実装パターン11pbは、第1実装パターン11paの隣の別の実装パターン11pに相当する。
例えば、複数の発光素子20の1つは、第1導電形の第1半導体層21と、第2導電形の第2半導体層22と、発光層23と、を含む。例えば、第1導電形はn形であり、第2導電形はp形である。第1導電形がp形であり、第2導電形がn形でも良い。
第1半導体層21は、第1の部分(第1半導体部分21a)と、第2の部分(第2半導体部分21b)と、を含む。第2半導体部分21bは、Z軸方向と交差する方向(例えば、X軸方向)において、第1半導体部分21aと並ぶ。
第2半導体層22は、第2半導体部分21bと発光装置用基板15との間に設けられる。発光層23は、第2半導体部分21bと第2半導体層22との間に設けられる。発光素子20は、例えばフリップチップ型のLEDである。
例えば、第1半導体層21の第1半導体部分21aが、実装パターン11pの第1実装部分e1と対向している。第2半導体層22が、実装パターン11pの第2実装部分e2と対向している。第1半導体層21の第1半導体部分21aが、第1実装部分e1と電気的に接続される。第2半導体層22が、第2実装部分e2と電気的に接続される。この接続には、例えば、はんだや金バンプなどが用いられる。この接続は、例えば、金属溶融はんだ接合により行われる。または、この接続は、例えば、金バンプを用いた超音波熱圧着法により行われる。
例えば、発光素子部35は、第1接合金属部材21eと、第2接合金属部材22eと、を含む。第1接合金属部材21eは、第1半導体部分21aと、いずれかの実装パターン11p(例えば第1実装部分e1)と、の間に設けられる。第2接合金属部材22eは、第2半導体層22と、別の実装パターン11p(例えば、第2実装パターン11pb)と、の間に設けられる。第1接合金属部材21e及び第2接合金属部材22eの少なくともいずれかは、はんだ、または、金バンプを含む。これにより、第1接合金属部材21e及び第2接合金属部材22eのそれぞれの断面積(X−Y平面で切断したときの断面積)を大きくできる。これにより、第1接合金属部材21e及び第2接合金属部材22eを介して、熱を効率良く、発光装置用基板15に伝えることができ、放熱性が高まる。
樹脂層30(波長変換層31)は、複数の発光素子20の少なくとも一部を覆う。波長変換層31は、複数の発光素子20から放出される光(例えば第1光)の少なくとも一部を吸収し、第2光を放出する。第2光の波長(例えばピーク波長)は、第1光の波長(例えばピーク波長)とは、異なる。波長変換層31には、例えば、蛍光体などの複数の粒子と、複数の粒子が分散された樹脂母体と、を含む。第1光は、例えば青色光を含む。第2光は、第1光よりも波長が長い光を含む。第2光は、例えば、黄色光及び赤色光の少なくともいずれかを含む。波長変換層31の樹脂母体として、例えば、シリコーン樹脂が用いられる。樹脂層30として、酸化シリコンを含む光透過性の材料を用いても良い。
この例では、発光素子部35は、光反射性の周辺構造体32をさらに含む。周辺構造体32は、X−Y平面内で波長変換層31を囲む。周辺構造体32には、例えば、金属酸化物などの複数の粒子と、その粒子が分散された樹脂母体と、を含む。金属酸化物などの粒子は、光反射性を有する。この金属酸化物などの粒子として、例えば、TiO2及びAl2O3の少なくともいずれか用いることができる。周辺構造体32を設けることで、発光素子20から放出された光が、積層方向に沿った方向(例えば上方向)に沿って効率良く出射できる。
発光部40は、例えば、チップオンボード(COB)型のLEDモジュールである。
本実施形態においては、発光素子部35から放出される光の光束発散度は、10ルーメン/平方ミリメートル(lm/mm2)以上、100ルーメン/平方ミリメートル以下である。望ましくは、20ルーメン/平方ミリメートル以上である。すなわち、本実施形態においては、発光素子部35から放出される光の発光面積に対する比(光束発散度)が、非常に高い。発光面積は、実質的に実装領域16の面積に対応する。本実施形態に係る発光装置110は、例えば、投光器などに利用される。
図3(b)に表したように、発光装置110は、例えば、照明装置部材71の上に配置される。照明装置部材71と発光装置110との間に、照明装置用接続部材53が設けられる。照明装置用接続部材53には、例えば、はんだ、または、グリースなどが用いられる。例えば、発光装置110の熱は、照明装置用接続部材53により、照明装置部材71に伝導されて、放熱される。
図3(a)及び図3(b)は、発光装置110を含む照明装置210(照明器具)の構成の例も表している。照明装置210は、照明装置部材71と、発光装置110と、を含む。照明装置210は、照明装置用接続部材53をさらに含んでも良い。照明装置用接続部材53は、照明装置部材71と発光装置110との間に設けられ、発光装置110の放熱部材51と、照明装置部材71と、に接する。照明装置用接続部材53は、発光装置110に含めても良い。
本実施形態に係る発光装置110においては、放熱部材51をX−Y平面に投影したときに、放熱部材51は、実装領域16の面積の5倍以上の面積を有する。実装領域16の面積に対して、放熱部材51の面積が非常に大きく設定されている。これにより、実装領域16の上に設けられた発光素子部35で生じる熱を、面積の大きい放熱部材51により、X−Y面内に広げる。そして、面内方向に拡がった熱が、例えば、照明装置部材71に向けて、伝達され、効率良く放熱される。
図4(a)に表したように、例えば、実装領域16のパターンは、実質的に円形である。実装領域16の中心は、例えば、基体10の中心に実質的に一致する。例えば、周辺領域17の面積は、実装領域16の面積よりも大きい。周辺領域17の面積は、実装領域16の面積の4倍以上である。周辺領域17の面積は、実装領域16の面積の9倍以下である。
例えば、第1面10aに対して平行で実装領域16の中心を通る1つの方向(例えばX軸方向)に沿った、第1面10aの端(外縁10r)と、実装領域16との間の距離(最短距離)は、上記の中心を通る方向(X軸方向)に沿った実装領域16の幅の1/2以上である。例えば、外縁10rと実装領域16との間の距離17xaは、実装領域16の幅16xの1/2以上である。例えば、外縁10rと実装領域16との間の距離17xbは、実装領域16の幅16xの1/2以上である。例えば、外縁10rと実装領域16との間の距離17yaは、実装領域16の幅16yの1/2以上である。例えば、外縁10rと実装領域16との間の距離17ybは、実装領域16の幅16yの1/2以上である。
これにより、周辺領域17の面積は、実装領域16の面積よりも大きくなる。熱が発生する実装領域16の面積よりも、周辺領域17の面積を大きくすることで、発生した熱は、面内方向に沿って効率良く広がる。これにより放熱性が高まる。
図4(b)に表したように、電極層11の一部である複数の実装パターン11pは、実装領域16内に設けられる。この例では、複数の実装パターン11pは、円形の領域内に設けられている。複数の実装パターン11pが設けられている領域が、実装領域16となる。実装領域16は、X−Y平面に投影したときの複数の実装パターン11pを内包する領域である。複数の実装パターン11pどうしの間の領域は、実装領域16に含まれる。複数の実装パターン11pのうちの外側に配置される実装パターン11pの外縁を最短距離で繋いだ線の内側が、実装領域16となる。
図4(b)に表したように、複数の実装パターン11pは、例えば、略円形の領域内に配置される。これにより、光束発散度が高まる。実用的には、複数の実装パターン11pを内包する略円形の領域を実装領域16として用いても良い。
実装領域16は、X−Y平面に投影したときの、複数に実装パターン11pが設けられる領域を含む。実装領域16は、X−Y平面に投影したときの、接続部44、第1コネクタ用電極部45e及び第2コネクタ用電極部46eが設けられる領域を含まない。この領域は、周辺領域17に含まれる。
互いに隣接する独立した2つの実装パターン11pは、それらの上に配置される発光素子20により電気的に接続される。複数の発光素子20の一部は、例えば、直列に接続される。直列に接続された複数の発光素子20は、例えば、X軸方向に沿って並ぶ。
例えば、複数の実装パターン11pの2つは、接続部44により接続される。これにより、直列に接続された複数の発光素子20の群が、さらに接続される。X軸に沿って並び直列に接続された複数の半導体発光素子の群が、Y軸方向に沿って並ぶ。直列に接続された複数の半導体発光素子の群は、互いに並列に接続される。
さらに、実装パターン11pは、配線パターン44cを介して、第1コネクタ用電極部45eまたは第2コネクタ用電極部46eと電気的に接続される。第1コネクタ用電極部45eの上に設けられた第1コネクタ45と、第2コネクタ用電極部46eの上に設けられた第2コネクタ46と、を介して、実装パターン11pに電流が供給される。その電流が発光素子20に供給され、光が生じる。
図4(c)に表したように、裏面金属層の面積は、大きく設計される。例えば、X−Y平面に投影したときの裏面金属層の外縁12rは、実装領域16の外縁16rの外側に位置する。裏面金属層の面積は、実装領域16の面積よりも大きい。例えば、裏面金属層の面積は、第2面10bの面積の95%以上である。裏面金属層の面積を大きくすることで、熱の放熱の効率が高まる。
熱伝導部材52の平面パターンは、実質的に裏面金属層のパターンに沿っている。裏面金属層の面積を大きくすることで、熱伝導部材52の面積を広げることができる。これにより、熱伝導部材52を介した熱伝導の効率が向上できる。
実施形態に係る発光装置は、例えば、投光器などの照明装置として利用することができる。
実施形態によれば、光利用効率が高い発光装置用基板及び照明器具が提供される。
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれは良い。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、発光装置用基板に含まれる基体、電極及び絶縁層、並びに、発光装置に含まれる発光素子及び樹脂層などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した発光装置用基板及び発光装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての発光装置用基板及び発光装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10…基体、 10a…第1面、 10b…第2面、 10p…第1領域、 10q…第2領域、 10r…外縁、 10ue…縁部、 11…電極層、 11a…第1電極、 11b…第2電極、 11c…第3電極、 11p…実装パターン、 11pa…第1実装パターン、 11pb…第2実装パターン、 12a…第1金属層、 12aa…第3面、 12ab…第4面、 12abr…外縁、 12ac…側面、 12b…第2金属層、 12c…第3金属層、 12p…第1部分、 12q…第2部分、 12r…外縁、 15、15a…発光装置用基板、 16…実装領域、 16r…外縁、 16x、16y…幅、 17…周辺領域、 17xa、17xb、17ya、17yb…距離、 20…発光素子、 20a…第1半導体発光素子、 20b…第2半導体発光素子、 21…第1半導体層、 21a…第1半導体部分、 21b…第2半導体部分、 21e…第1接合金属部材、 22…第2半導体層、 22e…第2接合金属部材、 23…発光層、 30…樹脂層、 31…波長変換層、 32…周辺部構造体、 32r…領域、 35…発光素子部、 35u…上面、 40…発光部、 44…接続部、 44c…配線パターン、 45…第1コネクタ、 45e…第1コネクタ用電極部、 46…第2コネクタ、 46e…第2コネクタ用電極部、 51…放熱部材、 51r…縁部、 52…熱伝導部材、 53…照明装置用接続部材、 55a〜55d…第1〜第4辺、 71…照明装置部材、 110…発光装置、 210…照明装置、 AA…矢印、 e1〜e3…第1〜第3実装部分、 t52…厚さ
Claims (7)
- 第1面と、前記第1面とは反対であり第1領域と前記第1領域の周り第2領域とを含む第2面と、を有するセラミックの基体と、
前記第1面に設けられ第1電極及び第2電極と、
前記第1領域と接し、銀、アルミニウム、ロジウム及び白金の少なくとも1つを含み、前記第1面に対して垂直な第1方向において前記第1電極と前記第2電極との間の領域と重なる第1金属層と、
ニッケル、銅及びチタンの少なくとも1つを含む第2金属層であって、第1部分と、前記第2領域と接する第2部分と、を含み、前記第1部分と前記第1領域との間に前記第1金属層が配置される前記第2金属層と、
を備えた発光装置用基板。 - 前記第2領域と前記第2金属層との間の密着強度は、前記第1領域と前記第1金属層との間の密着強度よりも高く、
前記第1金属層の反射率は、前記第2金属層の反射率よりも高い請求項1記載の発光装置用基板。 - 第1面と、前記第1面とは反対であり第1領域と前記第1領域の周り第2領域とを含む第2面と、を有するセラミックの基体と、
前記第1面に設けられ第1電極及び第2電極と、
前記第1領域と接し、前記第1面に対して垂直な第1方向において前記第1電極と前記第2電極との間の領域と重なる第1金属層と、
第2金属層であって、第1部分と、前記第2領域と接する第2部分と、を含み、前記第1部分と前記第1領域との間に前記第1金属層が配置される前記第2金属層と、
を備え、
前記第2領域と前記第2金属層との間の密着強度は、前記第1領域と前記第1金属層との間の密着強度よりも高く、
前記第1金属層の反射率は、前記第2金属層の反射率よりも高い発光装置用基板。 - 前記第1金属層は、前記基体と接する第3面と、前記第3面とは反対の第4面と、前記第2面と交差する側面と、を有し、
前記第2金属層は、前記第4面の外縁と接し、前記側面と接する請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光装置用基板。 - 前記第1金属層の外縁の一部は、前記第1方向において前記第1電極と重なり、
前記第1金属層の外縁の別の一部は、前記第1方向において前記第2電極と重なる請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光装置用基板。 - 前記第1面に設けられた第3電極をさらに備え、
前記第2電極は、前記第1面に沿う第2方向において前記第1電極と離間し、
前記第3電極は、前記第2面に沿い前記第2方向と交差する第3方向において前記第1電極と離間し、
前記第2金属層の前記第2部分は、前記第1方向において、前記第1電極と前記第3電極との間の領域と重なる請求項1〜5のいずれか1つに記載の発光装置用基板。 - 請求項1〜6のいずれか1つに記載の発光装置用基板と、
前記第1電極と電気的に接続された発光素子と、
を備えた発光装置。
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2014
- 2014-12-25 JP JP2014263616A patent/JP2016122814A/ja active Pending
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