JP4942693B2 - Light emitting device - Google Patents

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Description

本発明は、発光素子を収容するための発光素子収納用パッケージおよび発光装置に関する。   The present invention relates to a light emitting element housing package and a light emitting device for housing a light emitting element.

発光ダイオード(LED)や半導体レーザ(LD)等の発光素子を用いた発光装置は、今後さらなる低消費電力化や長寿命化がすすむものと予測されていることから注目されており、近年、各種インジケーター、光センサー、ディスプレイ、ホトカプラ、バックライト、光プリンタヘッド等の種々の分野で使用され始めている。従来の発光素子を搭載するための発光素子収納用パッケージ(以下、単にパッケージともいう)の断面図を図2に示す。   Light-emitting devices using light-emitting elements such as light-emitting diodes (LEDs) and semiconductor lasers (LDs) have been attracting attention because they are expected to further reduce power consumption and extend their life in the future. It has begun to be used in various fields such as indicators, optical sensors, displays, photocouplers, backlights, and optical printer heads. A cross-sectional view of a light emitting element storage package (hereinafter also simply referred to as a package) for mounting a conventional light emitting element is shown in FIG.

図2に示すように、従来のパッケージ11は、一般に各種樹脂やセラミックスなどの材料から成る基体12を有している。基体12には、タングステン(W)やモリブデン(Mo)−マンガン(Mn)等を含む導体ペーストを焼成して成るメタライズ層の表面にメッキ法によりニッケル(Ni)メッキ層や金(Au)メッキ層を施した配線導体が形成されている。そして、この配線導体を介してパッケージ11内の発光素子14に外部から電力が供給され、発光素子14が作動可能となる。   As shown in FIG. 2, a conventional package 11 generally has a base 12 made of a material such as various resins or ceramics. The substrate 12 has a nickel (Ni) plating layer or a gold (Au) plating layer formed on the surface of a metallized layer obtained by firing a conductive paste containing tungsten (W), molybdenum (Mo) -manganese (Mn), or the like by plating. The wiring conductor which gave is formed. Then, electric power is supplied from the outside to the light emitting element 14 in the package 11 through the wiring conductor, and the light emitting element 14 becomes operable.

基体12は、パッケージ11内部側の一方の主面の外周部に搭載部12aを取り囲むように接合された、各種樹脂やセラミックス、または可視光領域の光に対する反射率の高いアルミニウム(Al)や銀(Ag)等の金属から成る枠体13が設けられている。枠体13は基体12に従来周知のセラミック積層方法で取着されるか、もしくは700〜900℃の融点を有するAg−銅(Cu)等のロウ材や樹脂接着剤、500℃以下で溶融する低融点ガラスにより固定
される。
The substrate 12 is bonded to the outer peripheral portion of one main surface on the inner side of the package 11 so as to surround the mounting portion 12a, and various resins and ceramics, or aluminum (Al) or silver having high reflectivity for light in the visible light region. A frame 13 made of a metal such as (Ag) is provided. The frame 13 is attached to the base 12 by a conventionally known ceramic lamination method, or a brazing material such as Ag-copper (Cu) or a resin adhesive having a melting point of 700 to 900 ° C., and melted at 500 ° C. or less. Fixed with low melting glass.

発光素子14は、基体12の搭載部12a上にAgペースト等でダイボンドされるとともに、搭載部12aの周辺に配置した配線導体と発光素子14の電極とがAuやAl等のボンディングワイヤを介して電気的に接続される。しかる後、枠体13の内側にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透明樹脂(図示せず)を発光素子14を覆うように充填し熱硬化させることにより、発光素子14を保護するとともに発光素子14をパッケージ11に強固に密着させて発光装置と成すことができる。または、発光素子14の側面や上面に蛍光体や蛍光体を混入した透明樹脂を塗布した後に、枠体13の内側に透明樹脂を充填し熱硬化させることで、発光素子14からの光を蛍光体により波長変換し所望の波長スペクトルを有する光を取り出せる発光装置と成すことができる。なお、枠体13の上面には、必要に応じて透光性の蓋体(図示せず)を半田や樹脂接合材等で接合させることもできる。   The light emitting element 14 is die-bonded on the mounting portion 12a of the base 12 with Ag paste or the like, and the wiring conductor disposed around the mounting portion 12a and the electrode of the light emitting element 14 are bonded via a bonding wire such as Au or Al. Electrically connected. Thereafter, the inside of the frame 13 is filled with a transparent resin (not shown) such as epoxy resin or silicone resin so as to cover the light emitting element 14, and is thermally cured, thereby protecting the light emitting element 14 and the light emitting element 14 The light emitting device can be formed by being firmly attached to the package 11. Or, after applying a phosphor or a transparent resin mixed with a phosphor on the side surface or top surface of the light-emitting element 14, the inside of the frame 13 is filled with a transparent resin and thermally cured to fluoresce the light from the light-emitting element 14. A light emitting device capable of extracting light having a desired wavelength spectrum after wavelength conversion by a body can be obtained. Note that a translucent lid (not shown) can be bonded to the upper surface of the frame 13 with solder, a resin bonding material, or the like, if necessary.

この発光装置は、外部電気回路から供給される駆動電流によって発光素子14を発光させることで可視光を放出することができる。その用途としては、各種インジケーター、光センサー、ディスプレイ、ホトカプラ、バックライト、光プリンタヘッドなどである。近年、この発光装置を照明用として利用するようになってきており、高輝度、放熱性の点でより高特性のものが要求されている。また、照明用として使用する場合には寿命が重要な問題となるため、長寿命な発光装置が要求されている。   This light-emitting device can emit visible light by causing the light-emitting element 14 to emit light by a drive current supplied from an external electric circuit. Applications include various indicators, optical sensors, displays, photocouplers, backlights, and optical printer heads. In recent years, this light-emitting device has been used for illumination, and a device having higher characteristics in terms of high luminance and heat dissipation is required. In addition, when used for illumination, the lifetime is an important issue, and thus a long-life light emitting device is required.

そこで、近時、発光装置の発光輝度を向上させるために、枠体13や基体12をより反射率の高い材料で構成することが検討されている。例えば、枠体13の材料にAgやAlからなる、発光素子14の光に対して反射率の高い金属を使用したり、それらの金属を枠体13の内
面に被着させることによって、高輝度の発光装置とすることが提案されている。
特開2002−344029号公報
Therefore, recently, in order to improve the light emission luminance of the light emitting device, it has been studied to configure the frame 13 and the base 12 with a material having higher reflectance. For example, high brightness can be obtained by using a metal having a high reflectivity with respect to the light of the light emitting element 14 made of Ag or Al as the material of the frame 13 or by depositing these metals on the inner surface of the frame 13. It has been proposed to use a light emitting device.
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-344029

しかしながら、上記従来のパッケージ11では、発光素子14から出る熱によりパッケージ11に歪みが発生し易くなるため、発光素子14から発せられて枠体13で反射される光束(光ビーム)のパターンが一定にならず光の放射角度が不安定となったり、単一の光束またはそれらの集合体で表される光強度分布が所望の値およびパターンからずれるという問題点を有していた。   However, in the conventional package 11, since the package 11 is easily distorted by the heat emitted from the light emitting element 14, the pattern of the light beam (light beam) emitted from the light emitting element 14 and reflected by the frame 13 is constant. In other words, the radiation angle of light becomes unstable, and the light intensity distribution represented by a single light flux or an aggregate thereof deviates from a desired value and pattern.

特に、発光装置が局部照明の用途等に使用される場合、光の放射角度や光強度分布の不安定性は重要な問題点となる。   In particular, when the light-emitting device is used for local illumination or the like, the light emission angle and the instability of the light intensity distribution are important problems.

また、輝度を上げるために発光素子14の入力パワーを上げると、発光素子14から生じる熱量が非常に大きくなってパッケージ11が高温となりやすく、その結果、パッケージ11の放熱性が低下して発光素子14の温度が上昇し易くなり、温度上昇および温度降下の熱履歴が繰り返されることによって発光素子14自体の強度、寿命が低下するという問題点も有していた。   Further, when the input power of the light emitting element 14 is increased in order to increase the luminance, the amount of heat generated from the light emitting element 14 becomes very large and the package 11 is likely to be heated to a high temperature. 14 has a problem that the temperature and the life of the light-emitting element 14 itself are reduced by repeating the thermal history of the temperature rise and temperature drop.

したがって、本発明はかかる従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、発光素子が発光する光を良好に反射させ外部に均一に効率よく放射させるとともに、温度変化によって光強度、光の放射角度および光強度分布が変化しない安定した光学的特性が得られる発光装置を作製できる発光素子収納用パッケージおよび発光装置を提供することにある。   Accordingly, the present invention has been completed in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to satisfactorily reflect the light emitted from the light emitting element to radiate the light uniformly and efficiently, and to change the light intensity by changing the temperature. Another object of the present invention is to provide a light-emitting element housing package and a light-emitting device capable of producing a light-emitting device capable of obtaining stable optical characteristics in which the light emission angle and light intensity distribution do not change.

本発明の一つの態様によれば、発光装置は、セラミックスからなる基体および発光素子を有している。発光装置は、第1および第2の枠体をさらに有している。発光素子は、基体に実装されている。第1の枠体は、発光素子を囲んでおり、基体の上面に設けられている。第1の枠体は、金属材料からなる。第2の枠体は、下面と外周面との間であって下面の外側に段差を有し、前記段差が前記第1の枠体と接合されている。 According to one aspect of the present invention, a light emitting device has a substrate made of ceramics and a light emitting element. The light emitting device further includes first and second frames. The light emitting element is mounted on the base. The first frame surrounds the light emitting element and is provided on the upper surface of the base. The first frame is made of a metal material. The second frame has a step between the lower surface and the outer peripheral surface and outside the lower surface, and the step is joined to the first frame.

本発明の発光素子収納用パッケージは、上面の中央部に発光素子を搭載する搭載部を有する基体と、基体の上面の外周部に搭載部を囲繞するように取着された第1の枠体と、第1の枠体上に設けられた、内周面が上側に向かうに伴って外側に広がるように傾斜しているとともに内周面が発光素子が発光する光を反射する反射面とされている第2の枠体とを具備しており、第2の枠体は、下面と外周面との間に全周にわたって段差が形成されているとともに段差が第1の枠体の内周面および上面に接合されて第1の枠体上に設けられていることから、傾斜した光反射面とされた内周面によって発光素子から出る光を外部に80%以上反射させることができ、発光素子の入力パワーを比較的低くしても十分な輝度を得ることができる。その結果、発光素子から発生する熱量を抑制して発光素子が高温となって寿命が低下するのを有効に防止し、高い発光効率を長期間にわたり維持することができる。   The light emitting element storage package of the present invention includes a base having a mounting portion for mounting the light emitting element in the center of the upper surface, and a first frame attached to surround the mounting portion on the outer peripheral portion of the upper surface of the base And the inner peripheral surface provided on the first frame is inclined so as to spread outward as it goes upward, and the inner peripheral surface is a reflecting surface that reflects light emitted from the light emitting element. The second frame has a step formed over the entire circumference between the lower surface and the outer peripheral surface, and the step is an inner peripheral surface of the first frame. Further, since it is provided on the first frame joined to the upper surface, the light emitted from the light emitting element can be reflected to the outside by 80% or more by the inclined inner peripheral surface as the light reflecting surface, and light emission Even if the input power of the element is relatively low, sufficient luminance can be obtained. As a result, the amount of heat generated from the light emitting element can be suppressed to effectively prevent the life of the light emitting element from being lowered and the lifetime from being shortened, and high light emission efficiency can be maintained over a long period of time.

また、第2の枠体が第1の枠体を介して基体に接合されているので、発光素子の熱によって発光素子収納用パッケージが歪んだとしても、歪みによって生じる応力を第1の枠体により緩和して第2の枠体におよぼす影響を非常に低減することができる。さらに、発光素子の熱が基体から第1の枠体を経由して第2の枠体に伝達するので、発光素子から第2の枠体までの熱抵抗が大きくなって第2の枠体が熱により歪むのを有効に抑制できる。従って、発光素子収納用パッケージから放出される光の強度分布や照射面における照度分布にムラが生じず、安定した光を出力し、発光装置を長期間にわたり高信頼性でかつ安定して作動することができる。   In addition, since the second frame body is bonded to the base body via the first frame body, even if the light emitting element storage package is distorted by the heat of the light emitting element, the stress generated by the distortion is applied to the first frame body. And the influence on the second frame can be greatly reduced. Furthermore, since the heat of the light emitting element is transferred from the base body to the second frame body via the first frame body, the thermal resistance from the light emitting element to the second frame body is increased, and the second frame body is Strain due to heat can be effectively suppressed. Therefore, there is no unevenness in the intensity distribution of light emitted from the light-emitting element storage package and the illuminance distribution on the irradiation surface, and stable light is output, and the light-emitting device operates with high reliability and stability over a long period of time. be able to.

さらに、第2の枠体は、下面と外周面との間に形成された段差で第1の枠体と接合されていることから、第2の枠体の内周面と段差との距離を大きくして、第1の枠体との接合部から熱が内周面に伝わり難くすることができる。その結果、発光素子の光を反射する内周面が熱により変形するのを有効に抑制して、内周面の光反射特性を良好に維持することができる。   Furthermore, since the second frame is joined to the first frame by a step formed between the lower surface and the outer peripheral surface, the distance between the inner peripheral surface of the second frame and the step is increased. By enlarging, it is possible to make it difficult for heat to be transferred from the joint portion with the first frame to the inner peripheral surface. As a result, the inner peripheral surface that reflects the light of the light emitting element can be effectively suppressed from being deformed by heat, and the light reflection characteristics of the inner peripheral surface can be maintained well.

本発明の発光素子収納用パッケージは、第2の枠体が、下面の第1の枠体よりも内側に位置する部位が基体の上面との間に隙間を有していることから、基体から熱が伝わり難くすることができる。また、第2の枠体に熱が伝わったとしても、第2の枠体の露出面積が大きいために放熱性に優れ、第2の枠体が熱により変形するのを有効に抑制することができる。   In the light emitting element storage package according to the present invention, the second frame body has a gap between the lower surface of the first frame body and the portion positioned on the inner side of the base body. Heat can be made difficult to transmit. Moreover, even if heat is transmitted to the second frame, the exposed area of the second frame is large, so that heat dissipation is excellent, and the second frame is effectively prevented from being deformed by heat. it can.

本発明の発光素子収納用パッケージは、第1の枠体の熱膨張係数をα1、第2の枠体の熱膨張係数をα2としたときに、α1<α2であることから、第2の枠体と基体との熱膨張係数差を第1の枠体により緩和して、熱膨張差による応力が基体や第1および第2の枠体に生じるのを有効に抑制することができる。   In the light emitting element storage package of the present invention, when the thermal expansion coefficient of the first frame is α1, and the thermal expansion coefficient of the second frame is α2, α1 <α2. The difference in thermal expansion coefficient between the body and the substrate can be relaxed by the first frame, and the stress due to the difference in thermal expansion can be effectively suppressed from occurring in the substrate and the first and second frames.

本発明の発光装置は、上記本発明の発光素子収納パッケージと、搭載部に搭載された発光素子と、発光素子を被覆する透光性部材とを具備していることから、発光効率に優れ、安定した光学的特性を得ることができ、高性能なものとなる。   Since the light emitting device of the present invention includes the light emitting element storage package of the present invention, a light emitting element mounted on the mounting portion, and a translucent member that covers the light emitting element, the light emitting device is excellent in luminous efficiency, Stable optical characteristics can be obtained and high performance can be achieved.

本発明の発光素子収納用パッケージについて以下に詳細に説明する。図1は本発明のパ
ッケージについて実施の形態の一例を示す断面図である。図1において、2は基体、3は第2の枠体、6は第1の枠体であり、これらで発光素子4を収容するためのパッケージ1が主に構成されている。
The light emitting element storage package of the present invention will be described in detail below. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of the package of the present invention. In FIG. 1, 2 is a base, 3 is a second frame, and 6 is a first frame, and these mainly constitute a package 1 for housing the light emitting element 4.

本発明のパッケージ1は、上側主面の中央部に発光素子4が搭載される搭載部2aを有するセラミックスから成る基体2と、基体2の上側主面の外周部に搭載部2aを囲むように取着された第1の枠体6と、第1の枠体6の上面に搭載部2aを囲むように取着された、内周面が上側に向かうに伴って外側に広がるように傾斜しているとともに内周面が発光素子4が発光する光を反射する反射面とされている第2の枠体3とを具備している。   The package 1 of the present invention has a base body 2 made of ceramics having a mounting portion 2a on which the light emitting element 4 is mounted at the center of the upper main surface, and an outer peripheral portion of the upper main surface of the base body 2 surrounding the mounting portion 2a. The attached first frame 6 and the inner frame attached to the upper surface of the first frame 6 so as to surround the mounting portion 2a are inclined so as to spread outward as it goes upward. And a second frame 3 whose inner peripheral surface is a reflective surface that reflects the light emitted from the light emitting element 4.

本発明の基体2は、発光素子4を支持し搭載するための支持部材および発光素子4の熱を放熱させるための放熱部材として機能する。基体2の上面中央部には発光素子4を搭載する搭載部2aが設けられている。この搭載部2aには、発光素子4が樹脂接着剤や錫(Sn)−鉛(Pb)半田、Sn−Au等の低融点ロウ材を介して取着される。そして、発光素子4の熱は、樹脂接着剤や低融点ロウ材を介して基体2に伝達され外部に効率よく放散されることにより、発光素子4の作動性を良好に維持する。また、発光素子4から出射される光は、第2の枠体6の内周面で反射されて外部に放射される。   The substrate 2 of the present invention functions as a support member for supporting and mounting the light emitting element 4 and a heat radiating member for radiating the heat of the light emitting element 4. A mounting portion 2 a for mounting the light emitting element 4 is provided at the center of the upper surface of the base 2. The light emitting element 4 is attached to the mounting portion 2a via a resin adhesive, a tin (Sn) -lead (Pb) solder, a low melting point brazing material such as Sn-Au. And the heat | fever of the light emitting element 4 maintains the operability of the light emitting element 4 favorably by being transmitted to the base | substrate 2 via a resin adhesive and a low melting-point brazing material, and being efficiently dissipated outside. Further, the light emitted from the light emitting element 4 is reflected by the inner peripheral surface of the second frame 6 and radiated to the outside.

また、基体2は、酸化アルミニウム質焼結体(アルミナセラミックス)、窒化アルミニウム質焼結体、ガラスセラミックス等のセラミックスから成り、その中央部に搭載部2aと搭載部2aの近傍からパッケージ1の外側にかけて導出する配線導体(図示せず)が形成されている。   The substrate 2 is made of ceramics such as an aluminum oxide sintered body (alumina ceramics), an aluminum nitride sintered body, glass ceramics, and the like. A wiring conductor (not shown) leading out is formed.

また、基体2に形成された配線導体はW,Mo,Mn,Cu等のメタライズ層で形成されており、例えばW等の粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、所定パターンに印刷塗布し焼成することによって基体2に形成される。この配線導体の表面には、酸化防止のためとボンディングワイヤ(図示せず)を強固に接続するために、厚さ0.5〜9μmのNi層や厚さ0.5〜5μmのAu層等の金属層をメッキ法により被着させておくと良い。   The wiring conductor formed on the substrate 2 is formed of a metallized layer such as W, Mo, Mn, or Cu. For example, a metal paste obtained by adding an organic solvent and a solvent to a powder such as W is mixed with a predetermined paste. The substrate 2 is formed by printing and applying to a pattern and baking. A metal layer such as a Ni layer having a thickness of 0.5 to 9 μm or an Au layer having a thickness of 0.5 to 5 μm is provided on the surface of the wiring conductor to prevent oxidation and to firmly connect a bonding wire (not shown). It is good to deposit by plating.

また、第1の枠体6は、銅や銅系金属などの金属や樹脂、セラミックスからなる。好ましくは、金属から成るのがよい。これにより、パッケージ1が熱等によって歪んだ場合に生じる応力を有効に緩和するとともに、パッケージの気密性を良好に維持することができる。第1の枠体6が金属から成る場合、その材料のインゴットに切削加工、圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工を施すことによって、上記の所定形状に形成される。   The first frame 6 is made of a metal such as copper or a copper-based metal, a resin, or ceramics. Preferably, it is made of metal. Thereby, the stress generated when the package 1 is distorted by heat or the like can be effectively relaxed, and the airtightness of the package can be maintained well. When the first frame 6 is made of metal, it is formed into the above-mentioned predetermined shape by subjecting the ingot of the material to conventionally known metal processing such as cutting, rolling and punching.

また、第2の枠体3は、Al,ステンレス(SUS),Ag,鉄(Fe)−Ni−コバ
ルト(Co)合金,Fe−Ni合金等の金属や樹脂、セラミックスからなる。第2の枠体3が金属からなる場合、内周面を研磨等の方法で鏡面化することにより、内周面を発光素子4から発せられる可視光を良好に反射することのできる反射面とすることができる。また、樹脂やセラミックスからなる場合、内周面にメッキや蒸着等で金属層を形成することにより、内周面を発光素子4から発せられる可視光を良好に反射することのできる反射面とすることができる。発光素子4からの可視光の反射効率の高い反射面をより簡単に製造することができるという観点、および酸化等による腐食を防止することができるという観点からは、第2の枠体3はAlやSUSから成ることが好ましい。
The second frame 3 is made of metal such as Al, stainless steel (SUS), Ag, iron (Fe) -Ni-cobalt (Co) alloy, Fe-Ni alloy, resin, or ceramics. When the second frame 3 is made of metal, the inner peripheral surface is mirror-finished by a method such as polishing, so that the inner peripheral surface can reflect the visible light emitted from the light emitting element 4 well. can do. Moreover, when it consists of resin or ceramics, a metal layer is formed in an inner peripheral surface by plating, vapor deposition, etc., and let an inner peripheral surface be a reflective surface which can reflect the visible light emitted from the light emitting element 4 favorably. be able to. From the viewpoint that a reflecting surface with high reflection efficiency of visible light from the light emitting element 4 can be more easily manufactured and that corrosion due to oxidation or the like can be prevented, the second frame 3 is made of Al. Or SUS.

このような第2の枠体3は、金属からなる場合、その材料のインゴットに切削加工、圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工を施すことによって、上記の所定形状に形成される。   When the second frame 3 is made of a metal, the second frame 3 is formed in the predetermined shape by performing conventionally known metal processing such as cutting, rolling, and punching on the ingot of the material.

第2の枠体3は下面と外周面との間に形成された段差で第1の枠体6と接合されている。これにより、第2の枠体3の内周面と段差との距離を大きくして、第1の枠体6との接合部から熱が内周面に伝わり難くすることができる。その結果、発光素子4の光を反射する内周面が熱により変形するのを有効に抑制して、内周面の光反射特性を良好に維持することができる。   The second frame 3 is joined to the first frame 6 by a step formed between the lower surface and the outer peripheral surface. Thereby, the distance between the inner peripheral surface of the second frame 3 and the step can be increased, and heat can be hardly transmitted from the joint portion with the first frame 6 to the inner peripheral surface. As a result, the inner peripheral surface that reflects the light of the light emitting element 4 can be effectively suppressed from being deformed by heat, and the light reflection characteristics of the inner peripheral surface can be favorably maintained.

好ましくは、第2の枠体3は、段差の上面のみが第1の枠体6に接合されているのがよい。これにより、第2の枠体3が適度に変形しやすくなり、第1の枠体による拘束を適度に開放することができる。その結果、第1の枠体6や基体2が歪んだとしてもその歪みに
よって第2の枠体3も歪むのを有効に抑制できる。
Preferably, the second frame 3 is preferably bonded to the first frame 6 only at the upper surface of the step. Thereby, the 2nd frame 3 becomes easy to change moderately, and restraint by the 1st frame can be released moderately. As a result, even if the first frame body 6 and the base body 2 are distorted, it is possible to effectively suppress the second frame body 3 from being distorted due to the distortion.

また、第2の枠体3の内周面は、基体2の上面に対して35〜70度の角度で傾斜しているのがよい。これにより、搭載部2aに搭載した発光素子4の光を傾斜した第2の枠体3の内周面で良好に反射させ、外部に放射角度45度以内の範囲で光を良好に放射することができ、本発明のパッケージ1を使用した発光装置の発光効率や輝度、光度を極めて高いものとすることができる。なお、光の放射角度とは、発光素子4の中心を通る基体2に直交する平面上での光の広がりの角度のことであり、第2の枠体3の横断面における開口形状が円形状であれば放射角度は第2の枠体3の内周面の全周にわたって一定である。また、第2の枠体3の横断面における開口形状が楕円形状などの偏りがある場合は、放射角度はその最大値である。   Further, the inner peripheral surface of the second frame 3 is preferably inclined at an angle of 35 to 70 degrees with respect to the upper surface of the base 2. Thereby, the light of the light emitting element 4 mounted on the mounting portion 2a is favorably reflected on the inner peripheral surface of the inclined second frame 3, and the light is radiated to the outside within a radiation angle within 45 degrees. The luminous efficiency, luminance, and luminous intensity of the light emitting device using the package 1 of the present invention can be made extremely high. The light emission angle is an angle of light spread on a plane orthogonal to the base 2 passing through the center of the light emitting element 4, and the opening shape in the cross section of the second frame 3 is circular. If so, the radiation angle is constant over the entire circumference of the inner peripheral surface of the second frame 3. Moreover, when the opening shape in the cross section of the 2nd frame 3 has deviation, such as an ellipse shape, a radiation angle is the maximum value.

第2の枠体3の内周面は、基体2の上面となす角度が35度未満になると放射角度が45度以上に広がり、分散した光の量が多くなり、光の輝度や光度が低下しやすくなる。一方、角度が70度を超えると、パッケージ1の外部に発光素子4の光が良好に放射されずにパッケージ1内で乱反射しやすくなる。従って、第2の枠体3の内周面が基体2の上面となす角度は35〜70度が好ましい。   When the angle between the inner peripheral surface of the second frame 3 and the upper surface of the substrate 2 is less than 35 degrees, the radiation angle spreads to 45 degrees or more, the amount of dispersed light increases, and the brightness and brightness of light decrease. It becomes easy to do. On the other hand, when the angle exceeds 70 degrees, the light of the light emitting element 4 is not emitted well outside the package 1 and is easily diffusely reflected in the package 1. Therefore, the angle formed by the inner peripheral surface of the second frame 3 and the upper surface of the base 2 is preferably 35 to 70 degrees.

なお、第2の枠体3の内周面の形状が逆円錐状である場合は、第2の枠体3の内周面と基体2の上面とのなす角度を全周にわたって35〜70度とするのがよい。また、第2の枠体3の内周面の形状が四角錐状である場合は、少なくとも一対の対向する内面が基体2の上面に対して35〜70度で傾斜しているのがよい。好ましくは、内面の全面が基体2の上面に対して35〜70度で傾斜しているのがよい。これにより、発光効率をきわめて高いものとすることができる。   In addition, when the shape of the inner peripheral surface of the second frame 3 is an inverted conical shape, the angle formed by the inner peripheral surface of the second frame 3 and the upper surface of the base 2 is 35 to 70 degrees over the entire circumference. It is good to do. Further, when the shape of the inner peripheral surface of the second frame 3 is a quadrangular pyramid, it is preferable that at least a pair of opposed inner surfaces be inclined at 35 to 70 degrees with respect to the upper surface of the base 2. Preferably, the entire inner surface is inclined at 35 to 70 degrees with respect to the upper surface of the substrate 2. Thereby, the luminous efficiency can be made extremely high.

また、第2の枠体3の内周面の算術平均粗さRaは、0.004〜4μm以下とすることが
好ましい。即ち、内周面の算術平均粗さRaが、4μmを超える場合、パッケージ1に収容された発光素子4の光を正反射させてパッケージ1の上方に出射させることが困難になり、光強度が減衰したり偏りが発生しやすくなる。また、第2の枠体3の内周面の算術平均粗さRaが0.004μm未満の場合、このような面を安定かつ効率よく形成することが困
難となるとともに、製品コストが高くなりやすい。なお、内周面のRaを上記の範囲とするには、従来周知の電解研磨加工,化学研磨加工もしくは切削加工により形成することができる。また、金型の面精度を利用した転写加工により形成する方法を用いてもよい。
The arithmetic average roughness Ra of the inner peripheral surface of the second frame 3 is preferably 0.004 to 4 μm or less. That is, when the arithmetic average roughness Ra of the inner peripheral surface exceeds 4 μm, it becomes difficult to regularly reflect the light of the light emitting element 4 accommodated in the package 1 and to emit it above the package 1, and the light intensity is increased. Attenuation or bias tends to occur. Moreover, when the arithmetic average roughness Ra of the inner peripheral surface of the second frame 3 is less than 0.004 μm, it is difficult to form such a surface stably and efficiently, and the product cost tends to increase. In addition, in order to make Ra of an internal peripheral surface into said range, it can form by a conventionally well-known electrolytic polishing process, a chemical polishing process, or a cutting process. Further, a method of forming by transfer processing using the surface accuracy of the mold may be used.

さらに第2の枠体3は、シリコーン系やエポキシ系等の樹脂接着剤により第1の枠体6の上面に接合されるか、または、Ag−Cuロウ等の金属ロウ材やPb−Sn,Au−Sn,Au−ケイ素(Si),Sn−Ag−Cu等の半田により接合される。なお、このような接着剤や半田等の接合材は、基体2、第1の枠体6および第2の枠体3の材質や熱膨張係数等を考慮して適宜選定すればよく、特に限定されるものではない。また、基体2と第1の枠体6および第1の枠体6と第2の枠体3との接合の高信頼性が必要とされる場合、好ましくは金属ロウ材や半田により接合するのがよい。   Further, the second frame 3 is bonded to the upper surface of the first frame 6 by a resin adhesive such as silicone or epoxy, or a metal brazing material such as Ag-Cu brazing or Pb-Sn, It joins by solders, such as Au-Sn, Au-silicon (Si), Sn-Ag-Cu. Such a bonding material such as an adhesive and solder may be appropriately selected in consideration of the material, thermal expansion coefficient, and the like of the base body 2, the first frame body 6, and the second frame body 3, and is particularly limited. Is not to be done. Further, when high reliability of bonding between the base body 2 and the first frame body 6 and between the first frame body 6 and the second frame body 3 is required, the bonding is preferably performed with a metal brazing material or solder. Is good.

また、発光装置の特性を重要視する場合は、接合材によって第1および第2の枠体6,3がずれるのを防止するため、かしめ方法により接合するのがよい。かしめ方法では、第2の枠体3の位置決めが一義的に行なわれ、パッケージ1製造工程における第2の枠体3の位置ズレや傾きを抑制できるとともに、第1の枠体6と第2の枠体3との中心軸とを高精度に一致させ接合できる。その結果、発光素子4の光軸と光を反射する第2の枠体3の中心軸とをパッケージ1製造工程において高精度に一致させることができる。従って、所望の光強度分布や照度分布、発光色が得られる発光装置を製造することができる。   Further, when importance is attached to the characteristics of the light emitting device, the first and second frame bodies 6 and 3 are preferably joined by a caulking method in order to prevent the first and second frame bodies 6 and 3 from being displaced by the joining material. In the caulking method, the positioning of the second frame 3 is uniquely performed, and it is possible to suppress the positional deviation and inclination of the second frame 3 in the manufacturing process of the package 1, and the first frame 6 and the second frame 3 can be suppressed. The center axis with the frame 3 can be matched and joined with high accuracy. As a result, the optical axis of the light emitting element 4 and the central axis of the second frame 3 that reflects light can be matched with high accuracy in the manufacturing process of the package 1. Accordingly, it is possible to manufacture a light emitting device that can obtain a desired light intensity distribution, illuminance distribution, and emission color.

また、第1の枠体6と第2の枠体3の熱膨張係数の関係式は、第1の枠体6の熱膨張係数をα1、第2の枠体3の熱膨張係数をα2としたときに、α1<α2であることがよい。これにより、第2の枠体3と基体2との熱膨張係数差を第1の枠体6により緩和して、熱膨張差による応力が基体2や第1および第2の枠体6,3に生じるのを有効に抑制することができる。よって、パッケージ1の製造工程や発光装置を作動させる際の熱膨張、熱吸収により生じる応力を緩和できるとともに、第2の枠体3の傾きや変形を抑制することができる。例えば、Cu(熱膨張係数17×10−6/℃)等から成る第1の枠体6とAl(熱膨張係数23×10−6/℃)等から成る第2の枠体3とアルミナセラミックス(熱膨張係数7〜9×10−6/℃)等から成る基体2を用いる場合、基体2と第2の枠体3との熱膨張係数が大きく異なっているにもかかわらず、第1の枠体6を用いた本発明の構成とすることにより、熱膨張による歪みを有効に緩和することができる。   The relational expression of the thermal expansion coefficients of the first frame body 6 and the second frame body 3 is such that the thermal expansion coefficient of the first frame body 6 is α1, and the thermal expansion coefficient of the second frame body 3 is α2. In this case, it is preferable that α1 <α2. As a result, the difference in thermal expansion coefficient between the second frame 3 and the base 2 is relaxed by the first frame 6, and the stress due to the thermal expansion difference is applied to the base 2 and the first and second frames 6, 3. Can be effectively suppressed. Therefore, it is possible to relieve stress caused by thermal expansion and heat absorption when the package 1 is manufactured and the light emitting device is operated, and to suppress the inclination and deformation of the second frame 3. For example, a first frame 6 made of Cu (thermal expansion coefficient 17 × 10 −6 / ° C.) or the like, a second frame 3 made of Al (thermal expansion coefficient 23 × 10 −6 / ° C.) or the like, and alumina ceramics. In the case of using the base 2 made of (thermal expansion coefficient 7 to 9 × 10 −6 / ° C.) or the like, although the base 2 and the second frame 3 are greatly different in thermal expansion coefficient, the first By adopting the configuration of the present invention using the frame 6, distortion due to thermal expansion can be effectively relieved.

また、第2の枠体3の下面の第1の枠体6よりも内側に位置する部位が、基体2の上面との間に隙間を有しているのがよい。これにより、基体2から熱が伝わり難くすることができる。また、第2の枠体3に熱が伝わったとしても、第2の枠体3の露出面積が大きいために放熱性に優れ、第2の枠体3が熱により変形するのを有効に抑制することができる。その結果、パッケージ1より出射される光の強度分布や照射面における照度分布にムラが生じることなく、安定した光を出力することができる。   In addition, it is preferable that a portion of the lower surface of the second frame 3 located inside the first frame 6 has a gap with the upper surface of the base 2. Thereby, it is possible to make it difficult for heat to be transmitted from the base 2. Even if heat is transmitted to the second frame 3, the exposed area of the second frame 3 is large, so that the heat dissipation is excellent, and the second frame 3 is effectively prevented from being deformed by heat. can do. As a result, stable light can be output without causing unevenness in the intensity distribution of the light emitted from the package 1 and the illuminance distribution on the irradiated surface.

かくして、本発明のパッケージ1は、基体2の搭載部2aに発光素子4を搭載するとともに、発光素子4をAuやAl等のボンディングワイヤおよび配線導体を介してパッケージ1の外部の外部電気回路に電気的に導通させることができる。そして、第2の枠体3の内側に透明樹脂等の透光性部材5を充填し熱硬化させて発光素子4を覆う被覆層を形成し、必要に応じて第2の枠体3の上面に透光性の蓋体(図示せず)を半田や樹脂接着剤等で接合することにより本発明の発光装置となる。または、発光素子4の側面や上面に蛍光体もしくは蛍光体を混入した透明樹脂等を塗布した後、発光素子4を覆う透光性部材5を充填し熱硬化させ、第2の枠体3の上面に透光性の蓋体を半田や樹脂接着剤等で接合することにより、発光素子4の光を蛍光体により波長変換し所望の波長スペクトルを有する光を取り出すことができる発光装置となる。   Thus, in the package 1 of the present invention, the light emitting element 4 is mounted on the mounting portion 2a of the base 2, and the light emitting element 4 is connected to an external electric circuit outside the package 1 through bonding wires and wiring conductors such as Au and Al. It can be electrically connected. Then, a translucent member 5 such as a transparent resin is filled inside the second frame 3 and thermally cured to form a coating layer that covers the light emitting element 4, and an upper surface of the second frame 3 as necessary. The light-emitting device of the present invention is obtained by bonding a translucent lid (not shown) with solder, a resin adhesive, or the like. Alternatively, a phosphor or a transparent resin mixed with a phosphor is applied to the side surface and the upper surface of the light emitting element 4, and then the light transmissive member 5 covering the light emitting element 4 is filled and thermally cured. By joining a translucent lid to the upper surface with solder, resin adhesive, or the like, a light-emitting device capable of taking out light having a desired wavelength spectrum by converting the wavelength of light from the light-emitting element 4 with a phosphor.

本発明の発光装置について図3にもとづき以下に実施例を示す。   Examples of the light-emitting device of the present invention will be described below with reference to FIG.

まず、基体2として、10×10mmで厚さ0.5mmの四角状の板から成る、熱膨張係数が
6×10-6/℃、ヤング率が2.9×1011Paのアルミナセラミックス基板を準備した。
First, an alumina ceramic substrate having a thermal expansion coefficient of 6 × 10 −6 / ° C. and a Young's modulus of 2.9 × 10 11 Pa made of a square plate having a thickness of 10 × 10 mm and a thickness of 0.5 mm was prepared as the substrate 2.

また、第1の枠体6として、外周の直径が10mm、内周の直径が8mmで厚さ1mm、熱膨張係数が20×10-6/℃、ヤング率が1.3×1011PaのCu枠体を準備した。   The first frame 6 is a Cu frame having an outer diameter of 10 mm, an inner diameter of 8 mm, a thickness of 1 mm, a thermal expansion coefficient of 20 × 10 −6 / ° C., and a Young's modulus of 1.3 × 10 11 Pa. Got ready.

さらに、第2の枠体3として、外周の直径が10mm、上面の内周の直径が8mm、下面の内周の直径が2mmで厚さ3mm、下面の外周部に形成された段差の高さが0.5mm、
熱膨張係数が23×10-6/℃、ヤング率が0.7×1011PaのAl枠体を準備した。
Further, as the second frame 3, the outer diameter is 10 mm, the inner diameter of the upper surface is 8 mm, the inner diameter of the lower surface is 2 mm, the thickness is 3 mm, and the height of the step formed on the outer periphery of the lower surface Is 0.5mm,
An Al frame having a thermal expansion coefficient of 23 × 10 −6 / ° C. and a Young's modulus of 0.7 × 10 11 Pa was prepared.

また、基体2の上面に、発光素子4と外部電気回路とを基体2の内部に形成した内部配線を介して電気的に接続するための電気接続用パターンを形成した。電気接続用パターンは、Mo−Mn粉末から成るメタライズ層により0.5mm×0.5mmの四角状パッドに成形されており、その表面に厚さ3μmのNiメッキ層と厚さ2μmのAuメッキ層とを順次被着した。   Further, an electrical connection pattern for electrically connecting the light emitting element 4 and an external electric circuit via an internal wiring formed inside the base 2 was formed on the upper surface of the base 2. The electrical connection pattern is formed into a 0.5 mm × 0.5 mm square pad by a metallized layer made of Mo—Mn powder, and a 3 μm thick Ni plating layer and a 2 μm thick Au plating layer are formed on the surface. Sequentially deposited.

また、基体2内部の内部配線は、貫通導体からなる電気接続部、いわゆるスルーホール
によって形成された。このスルーホールについても電気接続用パターンと同様にMo−Mn粉末からなるメタライズ導体で成形された。
Further, the internal wiring inside the base body 2 was formed by an electrical connection portion made of a through conductor, a so-called through hole. This through hole was also formed with a metallized conductor made of Mo-Mn powder in the same manner as the electrical connection pattern.

さらにまた、基体2の上面の外周部に電気接続用パターンと電気的に支障の無いように、基体2と第1の枠体6とをAu−Snロウにより接合するための接合部を形成した。この接合部は、Mo−Mn粉末からなるメタライズ層の表面に厚さ3μmのNiメッキ層と厚さ2μmのAuメッキ層とが被着されたものであった。   Furthermore, a joining portion for joining the base body 2 and the first frame body 6 with Au—Sn brazing is formed on the outer peripheral portion of the upper surface of the base body 2 so as not to interfere with the electrical connection pattern. . This joint was obtained by depositing a Ni plating layer having a thickness of 3 μm and an Au plating layer having a thickness of 2 μm on the surface of a metallized layer made of Mo—Mn powder.

次に、第1の枠体6を基体2の上面の接合部にAu−Snロウで接合し、第2の枠体3を第1の枠体6の上面および内周面にSn−Ag−Cuロウで接合し、近紫外光を発する厚さ0.08mmの発光素子4を載置部2aにAgペーストで接合するとともに、発光素子4と電気接続用パターンとを金線(図示せず)にてワイヤボンディングし電気的に接続した。   Next, the first frame body 6 is bonded to the bonding portion on the upper surface of the base 2 with Au—Sn brazing, and the second frame body 3 is Sn—Ag— on the upper surface and inner peripheral surface of the first frame body 6. The light emitting element 4 having a thickness of 0.08 mm that emits near-ultraviolet light is joined to the mounting portion 2a with Ag paste, and the light emitting element 4 and the electrical connection pattern are attached to a gold wire (not shown). Then, wire bonding and electrical connection were made.

さらに、近紫外光により励起して赤色発光,緑色発光,青色発光を行なう3種類の蛍光体を含有するシリコーン樹脂(透光性部材5)をディスペンサーにて発光素子4の周囲に被覆して熱硬化させ、サンプルとしての発光装置を作製した。   Further, a silicone resin (translucent member 5) containing three kinds of phosphors that emit red light, green light, and blue light when excited by near ultraviolet light is coated around the light emitting element 4 with a dispenser and heated. The sample was cured to produce a light emitting device as a sample.

また、比較例としての発光装置は、上記実施例において、第一および第二の枠体6,3を用いず、図2に示すような、外周の直径が10mm、上面の内周の直径が8mm、下面の内周の直径が2mmで厚さ3.5mm、熱膨張係数が23×10-6/℃、ヤング率が0.7×1011Paの枠体を用いること以外は上記サンプルと同様に作製した。   In addition, the light emitting device as a comparative example does not use the first and second frames 6 and 3 in the above embodiment, and the outer diameter is 10 mm and the inner diameter on the upper surface is as shown in FIG. The sample was prepared in the same manner as the above sample except that a frame having a diameter of 8 mm, an inner circumference of 2 mm, a thickness of 3.5 mm, a thermal expansion coefficient of 23 × 10 −6 / ° C., and a Young's modulus of 0.7 × 10 11 Pa was used.

そして、これらの発光装置をアルミニウム基板に実装し、発光素子4に50mAの順方向電流を印加して作動させる際の光放射角度を測定した。まず、光放射強度の最大値の半分以上の光放射強度を有する領域を求めることにより光放射角度を求め、この光放射角度の時間に対する変動を測定した。   Then, these light emitting devices were mounted on an aluminum substrate, and the light emission angle was measured when the light emitting element 4 was operated by applying a forward current of 50 mA. First, a light emission angle was obtained by obtaining a region having a light emission intensity that is half or more of the maximum value of the light emission intensity, and the variation of the light emission angle with respect to time was measured.

評価した結果、比較例としての発光装置は、1時間後の光放射角度の変動は±5度となった。これに対し、本発明の発光装置は、1時間後においても光放射角度の変動は±1°であり、発光素子4の熱による第2の枠体3の変形と光放射角度の変動とを有効に抑制できた。また、発光素子からの光出力がピークとなる波長、所謂、中心波長の変動は+3μmとなり、基体2と第1の枠体6との熱膨張係数差により生じる発光素子4内部の応力を有効に抑制できた。以上の結果、本発明の発光素子収納用パッケージを用いることにより、発光素子4の中心波長に依存する蛍光体の光出力の変動が抑制されるために色変動の小さい、光放射角度の安定した発光装置を作製することができることがわかった。   As a result of the evaluation, in the light emitting device as a comparative example, the fluctuation of the light emission angle after 1 hour was ± 5 degrees. On the other hand, in the light emitting device of the present invention, the fluctuation of the light emission angle is ± 1 ° even after 1 hour, and the deformation of the second frame 3 and the fluctuation of the light emission angle due to the heat of the light emitting element 4 are detected. We were able to suppress effectively. In addition, the wavelength at which the light output from the light emitting element peaks, the so-called center wavelength variation is +3 μm, and the stress inside the light emitting element 4 caused by the difference in thermal expansion coefficient between the base 2 and the first frame 6 is effectively utilized. I was able to suppress it. As a result, by using the light emitting element storage package of the present invention, the fluctuation of the light output of the phosphor depending on the center wavelength of the light emitting element 4 is suppressed, so that the color emission is small and the light emission angle is stable. It was found that a light emitting device can be manufactured.

なお、本発明は以上の実施の形態の例および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更を行なうことは何等支障ない。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

例えば、光放射強度の向上のために基体2に発光素子4を複数設けても良い。また、発光素子4の光により励起され発光する蛍光体を3つ以上含有させることも可能であり、これにより、補色域を広げて良好な演色性を得ることができる。   For example, a plurality of light emitting elements 4 may be provided on the base 2 in order to improve the light emission intensity. It is also possible to contain three or more phosphors that are excited by the light of the light emitting element 4 to emit light, and thereby, it is possible to widen the complementary color gamut and obtain good color rendering.

本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of embodiment about the light emitting element accommodation package of this invention. 従来の発光素子収納用パッケージの断面図である。It is sectional drawing of the conventional package for light emitting element accommodation.

符号の説明Explanation of symbols

1:発光素子収納用パッケージ
2:基体
2a:搭載部
3:第2の枠体
4:発光素子
5:透光性部材
6:第1の枠体
1: Light-emitting element storage package 2: Base 2a: Mounting portion 3: Second frame 4: Light-emitting element 5: Translucent member 6: First frame

Claims (3)

セラミックスからなる基体と、
前記基体に実装された発光素子と、
前記発光素子を囲んでおり、前記基体の前記上面に設けられた金属材料からなる第1の枠体と、
下面と外周面との間であって下面の外側に段差を有し、前記段差が前記第1の枠体と接合された第2の枠体と、
を備えた発光装置。
A substrate made of ceramics ;
A light emitting device mounted on the substrate;
A first frame that surrounds the light emitting element and is made of a metal material provided on the upper surface of the base;
A second frame having a step between the lower surface and the outer peripheral surface and outside the lower surface, wherein the step is joined to the first frame;
A light emitting device comprising:
前記第2の枠体が、接合材によって前記第1の枠体に固定されていることを特徴とする請求項1記載の発光装置。   The light emitting device according to claim 1, wherein the second frame is fixed to the first frame with a bonding material. 基体と、A substrate;
前記基体に実装された発光素子と、A light emitting device mounted on the substrate;
前記発光素子を囲んでおり、前記基体の前記上面に設けられた金属材料からなる第1の枠体と、A first frame that surrounds the light emitting element and is made of a metal material provided on the upper surface of the base;
下面と外周面との間であって下面の外側に段差を有し、接合材によって前記段差が前記第1の枠体に固定されている第2の枠体と、A second frame having a step between the lower surface and the outer peripheral surface and outside the lower surface, the step being fixed to the first frame by a bonding material;
を備えた発光装置。A light emitting device comprising:
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