JP5549759B2 - 発光装置及び面発光装置並びに発光装置用パッケージ - Google Patents

発光装置及び面発光装置並びに発光装置用パッケージ Download PDF

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Description

本発明は発光装置に関し、特に液晶ディスプレイ等のバックライトに適した発光装置に関する。
液晶ディスプレイのバックライトとして、サイドビュー型の発光装置と、発光装置からの光を面状に広げる導光板とから構成された面発光装置が使用されている。面発光装置に好適なサイドビュー型の発光装置の一つとして、扁平形状の樹脂パッケージの凹部内に発光ダイオードを配置した薄型発光装置が知られている(例えば特許文献1及び2参照)。
特開2004−363537号公報 特開2007−27761号公報
面発光装置を形成するために、特許文献1及び2の発光装置を導光板と組み合わせる場合、導光板全体を均一に光らせるために、通常は導光板の入射面の長手方向に沿って複数の発光装置を配置する。しかしながら、特許文献1及び2の発光装置では、パッケージ内の発光素子からの発光が導光板の入射面の長手方向に沿って十分に広がらないと考えられる。そのため、隣接する発光装置間が暗部となって、導光板の入射面近傍に明部と暗部が視認される、いわゆる「蛍現象」と呼ばれる輝度ムラが生じる恐れがある。
この輝度ムラを解消する方法としては、輝度ムラが生じないように工夫された導光板を使用して、発光装置からの光を導光板全体に均一に拡げる方法があるが、そのような導光板の製造はコストが高くなる問題がある。
別の輝度ムラの解消方法としては、パッケージに入っていない発光素子を導光板の入射面の長手方向に沿って多数配置する方法があるが、1つの導光板に必要とされる発光素子の個数が増大してコストが高くなる問題がある。
そこで、本発明は、輝度ムラが生じないように工夫された導光板や、多数の発光素子を使用せずに、輝度ムラの少ない面発光装置を形成できる発光装置を提供することを目的とする。
本発明の発光装置は、発光素子と、前記発光素子と接続された接続用端子と、前記発光素子を載置する凹部を備えかつ前記接続用端子の一部を外部に突出させてなるパッケージと、を備えており、前記凹部の開口部が一方向に長くなっており、前記凹部の長手方向の両側側壁が凹部の底面から開口部に向って互いに広がる傾斜面を有し、2つの傾斜面を延長したときに該2つの傾斜面のなす角度θが90°以上であり、前記長手方向の前記開口部の長さLが、前記長手方向と直交する方向における前記開口部の長さLの7〜24倍であり、前記長手方向と直交する方向の前記凹部の両側側壁が前記底面に対して垂直であり、前記パッケージの外面には、前記開口部が形成された発光面と対向した背面側に切欠き部が形成されており、前記切欠き部に前記接続用端子が配置され、前記接続用端子が前記パッケージの外面より内方に位置し、前記接続用端子は、前記凹部の前記底面から、前記開口部の長手方向に沿って前記傾斜面の下側まで延在し、そこから前記長手方向と直交し且つ前記発光面と平行な方向に延在して前記パッケージから外部に突出していることを特徴とする。
本発明の発光装置は、凹部の開口部が一方向に長く、その長手方向の凹部の両側側面が互いに90°以上開いた傾斜面となっているので、発光素子からの光は、開口部の長手方向に十分に広がって帯状の発光になる。よって、面発光装置を形成するために、導光板の入射面の長手方向に沿って複数の発光装置を配置したとき、隣接する発光装置間に暗部が生じにくく、輝度ムラを抑えることができる。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語(例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及び、それらの用語を含む別の用語)を用いる。それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。
<実施の形態1>
図1及び図2は本実施の形態に係るサイドビュータイプの発光装置10を示し、図3〜図6は本実施の形態の発光装置10に使用されるパッケージ12が、リードフレーム20から切り離される前の状態を示している。発光装置10は、凹部40を有するパッケージ12を備えており、この凹部40の内部に発光素子30が配置されている。また、凹部40の底面42には接続用端子としてリード電極21a、21bが露出し、その一部がパッケージ12を貫通して外部に突出している。発光素子30とリード電極21a、21bとは、導電ワイヤ80によって接続されている。
パッケージ12の凹部40は、発光面14となる1つの面で開口しており、その開口部41は一方向(x方向)に長くなっている。そして、凹部40の内側面のうち、開口部41の長手方向(すなわちx方向)の両側側面は傾斜面43になっている。2つの傾斜面43が、凹部40の底面42から開口部41に向かって互いに広がるように傾斜しており、凹部40の底面42に配置された発光素子30の光を反射するリフレクタとして機能する。また、凹部40の内側面のうち開口部の長手方向(x方向)に沿った両側側面は、底面42に対してほぼ垂直である。
リード電極21a、21bは、凹部40の底面42とほぼ同一平面においてパッケージ12の外部に突出し(図3及び図4参照)、その外部端子22a、22bは、発光装置10への通電に使用され、外部装置(例えば実装基板)に実装する際にハンダ付けされる。図1及び図2のように、外部端子22a、22bがパッケージ12の外面に沿って折り曲げられていると、小さなスペースに配置することができる。外部端子22a、22bを折り曲げる方向は、パッケージ12の発光面14側でも、発光面14と対向する背面15側でもよい。特に、外部端子22a、22bを背面15側に折り曲げると、発光装置10の実装時にハンダが発光面14に回り込むのを抑制できるので好ましい。
発光素子30は、図1に示すように、凹部40の底面42に露出したリード電極21a、21bの一方の表面に固定することができる。そして、発光素子30の表面に形成された一対の電極(図示せず)とリード電極21a、21bとの各々を、導電ワイヤ80によって導通する。これにより、パッケージ12の外部でリード電極21a、21bの外部端子22a、22bを介して、パッケージ12の凹部40の内部の発光素子30に通電することができる。
なお、発光素子30及び導電ワイヤ80を外部環境から保護するために、パッケージ12の凹部40を透光性の封止樹脂によって封止してもよい。
本発明の発光装置10では、パッケージ12の凹部40内に形成された2つの傾斜面43を延長したときに、その2つの傾斜面43のなす角度θ(図4参照)が90°以上である点に特徴を有する。2つの傾斜面43のなす角度θは、発光素子30からの光の拡散に影響を与える。本発明のようにθ≧90°であると、発光素子30からの光がx方向に効率よく拡がり、結果としてx方向に伸びた帯状の発光が得られる。
この発光装置10は、図7のように、複数の発光装置10を導光板71と組み合わせた面発光装置70を形成したときに、特に有利である。面発光装置70は、複数の発光装置10をx方向に配列して構成されている。各発光装置10は、凹部40の開口部41の開口した発光面14が導光板71の入射面72に対向する向きに配置されている。本発明の発光装置10は出射光91がx方向に広がるので、導光板71内に入射されるときには、出射光91は、隣接する発光装置10から出射される出射光92と重なって導光板71内に入射される。よって、従来の面発光装置では2つの発光装置10の間に暗部が形成されていたが、本発明の発光装置10を使用した面発光装置70であれば、暗部が形成されないか又は暗部が軽減される。
面発光装置70を形成する際に、導光板71の表面にプリズムシート(片面に複数のプリズム山を備えたシート)を備えることができるが、導光板71に対するプリズムシートの向きによって、面発光装置70の輝度と発光均一性の特性に影響を及ぼす。例えば、プリズム山を導光板71に対向して配置するプリズムシート(このように配置して使用するプリズムシートを「逆プリズムシート」と称する)を使用した場合、輝度は高くなるが発光均一性は低くなる傾向を示す。このような逆プリズムシートを従来の発光装置を複数搭載した面発光装置に使用すると、発光装置間を密に実装できないため、暗部が顕著に現れる。これに対して、本発明の発光装置使用した面発光装置は、発光装置間を密に実装できることから、逆プリズムシートを使用しても暗部が顕著に現れる恐れがなく、輝度の高い面発光装置を得ることができる。
x方向に沿って伸びる凹部40の側壁44(図1参照)は、凹部40の底面42の位置では、図5に示すように薄くて強度が低い。よって、リード電極21aの外部端子22a(図3参照)を、側壁44を貫通して実装面16に突出させると、側壁44の強度が低くなりすぎるので好ましくない。
そこで、リード電極21aを底面42から傾斜面43の下側までx方向に沿って延ばして(図3及び図4参照)、そこから外部端子22aを実装面16から突出させると、側壁44の強度低下が回避できるので好ましい(図6参照)。
さらに、パッケージ12のx方向の外側面18(図3及び図4参照)に近い位置から外部端子22aを突出させるとより好ましい。
また、2つの傾斜面43のなす角度θによって、帯状の発光の均一性を調節することができる。特に2つの傾斜面のなす角度θが135°〜165°であると、x方向に伸びた発光を比較的均一に発光させることができるので好ましい。
傾斜面43の長さに関しては、傾斜面43が最も傾斜する方向(最大傾斜方向)において測定した傾斜面43の長さL(図4参照)が、x方向において測定した凹部40の底面42の長さLよりも長くなっているのが好ましい。2つの傾斜面43のなす角度θ≧90°の範囲では、L>Lよりも長いと、傾斜面43の反射面としての機能が高まり、帯状に広がって出射された発光の均一性が良好になる効果がある。
x方向における開口部41の長さLは、x方向における底面42の長さLの2〜4倍であるのが好ましい。Lが長いほど帯状の発光のx方向の長さを長くできるが、Lが長すぎると発光の均一性が低下する傾向にある。発光の均一性の観点からすると、LがLの2〜4倍であるのが最も好ましい。
x方向における開口部41の長さLは、x方向と直交する方向(z方向)における開口部41の長さLの7〜24倍であるのが好ましい。LがLの7倍以上であると、発光が線状になり、導光板と組み合わせて使用するのに好適である。また、LがLの24倍以下であれば、長手方向の発光の均一性が比較的良好であるので好ましい。
開口部41から底面42までの深さd(図4参照)は、x方向における底面42の長さLの0.2〜0.4倍であるのが好ましい。d<L×0.2の関係にあると、発光素子30や、発光素子30とリード電極21a、21bとを接続する導電ワイヤ80が凹部40から突出する恐れがあるので好ましくない。また、d>L×0.4の関係にあると、発光素子30と開口部41までの距離が長くなり、光の取出し効率が低下するので好ましくない。
リード電極21a、21bの外部端子22a、22bは、パッケージ12の外面に沿って折り曲げられているが、その折り曲げる位置に合わせて、パッケージ12の外面にリード電極21a、21bの厚みを受容できる切欠き部51(図1及び図2)や段部52(図2)を形成しておくのが好ましい。これにより、折り曲げた外部端子22a、22bの表面が、パッケージ12の外面よりも突出することがなくなるので、発光装置10の外寸法を小さくすることができる。
特に、背面15側に形成された切欠き部51にリード電極21a、21bの外部端子22a、22bを配置すると、外部端子22a、22bがパッケージ12の外面よりもx方向に突出しない。そのため、図7のように、複数の発光装置10を導光板70と組み合わせる場合に、隣接する発光装置10のパッケージ12の距離を狭くして、隣接する発光装置10の開口部41の間(暗部が形成される部位)の距離を狭めることができる。これにより、出射光91、92の重なりを大きくでき、発光装置10間の暗部を低減できる効果がある。
さらに、リード電極21a、21bの外部端子22a、22bがパッケージ12の外面より内方に位置するとより好ましい。一般的に、発光装置10はハンダで実装されるが、そのときにリード電極21a、21bの外部端子22a、22bと外部装置の電極との間にハンダフィレットが形成される。外部端子22a、22bがパッケージ12の外面より内方に位置した発光装置10であれば、ハンダフィレットをパッケージ12の外面より内方に形成できるので、隣接する発光装置10のパッケージ12の距離をさらに狭くして、隣接する発光装置10の開口部41の間の距離をより狭めることができる。これにより、出射光91、92の重なりをさらに大きくして、発光装置10の間の暗部をより低減することができる。
なお、通常は、リード電極21a、21bの外部端子22a、22bが突出しているパッケージ12の外面を、外部装置と接触する実装面16としており、外部装置とリード電極21a、21bとの良好な導通を確保している。そのため、図2に示すように、外部端子22a、22bを配置するための段部52を実装面16に設けると、実装面16が平坦になり、実装時の発光装置10の安定性が高まるので好ましい。
以下に、本発明の発光装置10の製造方法を、図8A〜図8Dを参照しながら説明する。
まず、金属平板に打ち抜き加工を施して、その表面に金属メッキを施してリードフレーム20を作製する。リードフレーム20は、隙間をあけて対向した一対のリード電極21a、21bを有している。通常は、1枚のリードフレーム20に、複数のリード電極21a、21bの対を形成する。
次に、図8Aに示すように、リードフレーム20を上下に分割されたパッケージ成型用のモールド金型61、62の間に配置して、上下のモールド金型61、62で挟み込む。このとき、リード電極21a、21b、及びハンガーリード23の先端を、パッケージ12の形状を有するモールド金型61、62の空洞64の中に配置する。
その後、図8Bのように、下側モールド金型62の材料注入ゲート65より、モールド金型61、62の空洞64内へ成形材料68を注入する。上側モールド金型61には、パッケージ12の凹部40に対応する突出部66が形成されている。この突出部66がリード電極21a、21bの上面に接触した状態で成形材料を注入すれば、そのリード電極21a、21bの上面に成形材料が付着せず、パッケージ12の凹部40の底面にリード電極21a、21bを露出させることができる。
モールド金型61、62内の成形材料68が硬化したら(図8C)、図8Dに図示しているように、まず下側モールド金型62を外し、次いで上側モールド金型61を外す。上側モールド金型61を外す際には、上側モールド金型61にスライド可能に挿通してある押出しピン63をP方向に押し出せば、上側モールド金型61パッケージ12を取り出しやすい。
図8A〜図8Dに示す一連の工程により、図3のようなリードフレーム20に固定されたパッケージ12が得られる。なお、図3には、パッケージ12が1つだけ図示されているが、通常は1枚のリードフレーム20に複数のパッケージ12が形成される。複数のパッケージ12を製造する場合には、各パッケージにそれぞれ対応する複数の空洞64を備えたモールド金型61、62を使用する。複数の空洞64に同時に成形材料を注入することにより、複数のパッケージ12を同時に形成することができる。
リードフレーム20に固定されたパッケージ12に発光素子30等を組み込んで、個々の発光装置10を得るまでの工程を、図1〜図3を参照しながら以下に説明する。
まず、パッケージ12の凹部40内に発光素子30を固定する。凹部40の底面42に露出したリード電極12aの一方に発光素子30をダイボンドする。次いで、発光素子30の正極及び負極と、リード電極21a、21bとを、導電ワイヤ80でワイヤボンディングする。その後、必要に応じて透光性の封止樹脂により凹部40を封止してもよい。また、封止樹脂に、蛍光体やフィラーを混入することもできる。
その後、リード電極21a、21bの外部端子22a、22bを、図3の破線αの位置でリードフレーム20から切り離す。このとき、パッケージ12は、x方向の外面に食い込んだハンガーリード23によって支持されている。そして、外部端子22a、22bを、破線γの位置でパッケージ12の背面15方向(図2のy方向)に折り曲げる。さらに、外部端子22a、22bを、破線βの位置で、実装面16と対向する上面17方向(z方向)に折り曲げて、実装面16の段部52に配置する。その際に、先に破線γに沿って折り曲げた部分は、背面15側の切欠き51に配置されることになる。
リード電極21a、21bの外部端子22a、22bの折り曲げ加工が終わったら、最後に、パッケージ12をハンガーリード23から外す。ハンガーリード23の強度はそれほど高くないため、ハンガーリード23は容易に曲げることができ、パッケージ12から簡単に抜去することができる。
以下に、発光装置10の各構成部材について詳述する。
(発光素子30)
発光素子30には、発光ダイオード等の半導体発光素子が好適である。また、発光素子30は、様々な発光波長のものが使用できる。
(リード電極21a、21b)
リード電極21a、21bの材料は、導電性であれば特に限定されないが、例えば鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅及び銅、金、銀をメッキしたアルミニウム、鉄、銅等が好適である。
(パッケージ12)
パッケージ12の成形材料には、例えば、液晶ポリマー、ポリフタルアミド樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)などの熱可塑性樹脂を用いることができる。特に、ポリフタルアミド樹脂のような高融点結晶を含有する半結晶性ポリマー樹脂は、表面エネルギーが大きく、パッケージ12の凹部40に充填する封止樹脂との密着性が良好であるので、好適である。これにより、封止樹脂を充填し硬化する工程において、樹脂の冷却過程の間にパッケージと封止樹脂との界面が剥離しにくくなる。また、パッケージ12が発光素子30からの光を効率よく反射できるように、成形部材中に酸化チタンなどの白色顔料などを混合してもよい。
(導電ワイヤ80)
ワイヤボンディング用の導電ワイヤ80としては、例えば、金線、銅線、白金線、アルミニウム線等の金属及びそれらの合金から成るワイヤを用いることが出来る。
<実施の形態2>
上述の実施の形態1では、パッケージ12の実装面16に形成した段部52(図2参照)は、リード電極21a、21bの外部端子22a、22bを背面15側に折り曲げた際に、外部端子22a、22bを収納できるように形成されている。よって、外部端子22a、22bがパッケージ12から突出した位置よりも発光面14側には、段部52は形成されていない。
本実施の形態では、外部端子22a、22bがパッケージ12から突出した位置から発光面14側にも、段部52を形成している点で実施の形態1と異なる(図10参照)。それ以外の構成は、実施の形態1と同様である。
段部52は、実装面16よりも内方に位置している。そして、リード電極21a、21bは、実装面16の段部52の位置から突出している。すなわち、リード電極21a、21bの外部端子22a、22bと、パッケージ12の外面との境界部分53は、段部52に位置することになる。
本発明のように、リード電極21a、21bの挿通されたパッケージ12では、パッケージ12の表面とリード電極21a、21bとの境界において、バリができやすい。そこで、境界部分53を段部52に位置させることにより、境界部分53のバリが実装面16よりも内方に位置させることができる。よって、発光装置10を外部装置に実装するときに、バリが外部装置に接触することがなく、安定した実装が可能になる。
図1に図示した発光装置10について、中心の輝度分布のシミュレーションを行った。本明細書において『中心の輝度分布』とは、発光面14上で、パッケージ12の長手方向と直交する方向(z方向)におけるパッケージ12の中心位置を通り、パッケージ12の長手方向(x方向)に沿って伸びている線上における輝度の分布のことを指す。
シミュレーションを行った4種類の発光装置10(実施例1〜4)の寸法は表1の通りである。
Figure 0005549759
また、比較のために、発光装置10の2つの傾斜面43が底面42に対して垂直になった比較用の発光装置100(図11参照)を想定して、実施例と同様に中心の輝度分布のシミュレーションも行った。比較例の発光装置100の寸法は表2の通りである。
Figure 0005549759
図12A〜図12Dに、実施例(実線)と比較例(破線)のシミュレーション曲線を示す。各図面には、「x方向における開口部の長さL」及び「凹部の深さd」が同一である実施例と比較例とを重ねて示している。また、横軸は、x方向におけるパッケージ12の中心位置からのx方向に沿った離間距離を示している。
図12A〜12Dからわかるように、比較例1〜4の発光装置では、光は約4mmの範囲に広がるのみであり、開口部の長さL全体にわたって広がっていない。これに対して、実施例1〜4の発光装置では、開口部の長さLのほぼ全体にわたって光が広がっている。よって、本発明の発光装置10は、光が開口部の長手方向に広がって、帯状の発光になることがわかる。
本発明の発光装置は、液晶ディスプレイのバックライト等のように、極めて薄型の発光部品を必要とする装置に利用可能である。
実施の形態1に係る発光装置の正面側からの概略斜視図である。 実施の形態1に係る発光装置の背面側からの概略斜視図である。 実施の形態1に係るパッケージがリードフレームから切り離される前の状態を示す概略正面図である。 図3のA−A線に沿って切断した概略断面図である。 図3のB−B線に沿って切断した概略断面図である。 図3のC−C線に沿って切断した概略断面図である。 実施の形態1に係るバックライトの概略上面図である。 実施の形態1に係るパッケージの製造方法を説明する概略断面図である。 実施の形態1に係るパッケージの製造方法を説明する概略断面図である。 実施の形態1に係るパッケージの製造方法を説明する概略断面図である。 実施の形態1に係るパッケージの製造方法を説明する概略断面図である。 実施の形態2に係る発光装置の正面側からの概略斜視図である。 実施の形態2に係る発光装置の背面側からの概略斜視図である。 輝度分布のシミュレーションで用いられた比較用の発光装置を示す概略断面図である。 実施例1及び比較例1の中心の輝度分布のシミュレーション曲線である。 実施例2及び比較例2の中心の輝度分布のシミュレーション曲線である。 実施例3及び比較例3の中心の輝度分布のシミュレーション曲線である。 実施例4及び比較例4の中心の輝度分布のシミュレーション曲線である。
10 発光装置、 12 パッケージ、 14 発光面、 15 背面、 16 実装面、 20 リードフレーム、 21a、21b リード電極、 22a、22b リード電極の外部端子、 23 ハンガーリード、 30 発光素子、 40 パッケージの凹部、 41 凹部の開口部、 42 凹部の底面、 43 凹部の傾斜面、 51 切欠き部、 52 段部、 61 上側モールド金型、 62 下側モールド金型、 70 面発光装置、 71 導光板、 72 入射面、 91、92 出射光。

Claims (8)

  1. 発光素子と、
    前記発光素子と接続された接続用端子と、
    前記発光素子を載置する凹部を備え、かつ前記接続用端子の一部を外部に突出させてなるパッケージと、を備えており、
    前記凹部の開口部が一方向に長くなっており、
    前記凹部の長手方向の両側側壁が凹部の底面から開口部に向って互いに広がる傾斜面を有し、
    前記パッケージの外面には、前記開口部が形成された発光面と対向した背面側に切欠き部が形成されており、前記切欠き部に前記接続用端子が配置され、前記接続用端子が前記パッケージの外面より内方に位置し、
    前記接続用端子は、前記凹部の前記底面から、前記開口部の長手方向に沿って前記傾斜面の下側まで延在し、そこから前記長手方向と直交し且つ前記発光面と平行な方向に延在して前記パッケージから外部に突出していることを特徴とする発光装置。
  2. 2つの傾斜面を延長したときに該2つの傾斜面のなす角度θが90°以上であることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記2つの傾斜面のなす角度θが、135°〜165°であることを特徴とする請求項に記載の発光装置。
  4. 前記長手方向の前記開口部の長さLが、前記長手方向の前記凹部の底面の長さLの2〜4倍であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発光装置。
  5. 前記開口部から底面までの深さdが、前記長手方向の前記凹部の底面の長さLの0.2〜0.4倍であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の発光装置。
  6. 最大傾斜方向の前記傾斜面の長さが、前記長手方向の前記凹部の底面の長さL よりも長いことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の発光装置。
  7. 導光板と複数の発光装置を備えた面発光装置において、前記発光装置は請求項1乃至6のいずれか1項に記載の発光装置であって、前記導光板の入射面に前記各開口部が対向するように前記長手方向に配列されており、
    隣接する発光装置間において、その2つの発光装置から出射される光が重なって前記導光板内に入射されることを特徴とする面発光装置。
  8. 発光素子が実装される底面を有する凹部が形成された発光装置用パッケージにおいて、
    前記パッケージは、前記底面に露出して発光素子に接続し、前記底面と同一面内で前記パッケージを貫通する接続用端子を有し、
    前記凹部の開口部が一方向に長くなっており、
    前記凹部の長手方向の両側側壁が凹部の底面から開口部に向って互いに広がる傾斜面を有し、
    前記パッケージの外面には、前記開口部が形成された発光面と対向した背面側に切欠き部が形成されており、前記切欠き部に前記接続用端子が配置され、前記接続用端子が前記パッケージの外面より内方に位置し、
    前記接続用端子は、前記凹部の前記底面から、前記開口部の長手方向に沿って前記傾斜面の下側まで延在し、そこから前記長手方向と直交し且つ前記発光面と平行な方向に延在して前記パッケージから外部に突出していることを特徴とする発光装置用パッケージ。
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