JP6891530B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発光装置に関する。
近年、高輝度、高出力の発光素子及び小型の発光装置が開発され、種々の分野に利用されている。このような発光装置は、小型、低消費電力や軽量等の特徴を生かして、例えば、携帯電話及び液晶バックライトの光源等に利用されている(例えば、特許文献1等)。
特開2011−114341号公報
しかし、上述した発光装置では、封止部材が発光装置の側面に露出しているため、発光装置をピンセット等で取り扱う際に封止部材が損傷するおそれがある。本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、広配光を実現しながら、封止部材の破損を抑制することができる発光装置を提供することを目的とする。
本発明は以下の発明を含む。
発光素子と、
2対の側面を有し、前記発光素子を封止する封止部材と、
前記封止部材の2対の側面を被覆する被覆部材と、を有し、
前記被覆部材は、前記封止部材の1対の側面側に配置される第1被覆部と、前記封止部材の他の1対の側面側に配置される第2被覆部と、を備えており、
前記第1被覆部における前記発光素子からの光の透過率が前記第2被覆部における前記発光素子からの光の透過率よりも高い発光装置。
本発明の発光装置によれば、封止部材の損傷を抑制した発光装置を提供することができる。
本発明の実施形態1の発光装置を説明するための光取出面(光放射面)からみた概略斜視図である。 図1Aの発光装置の平面図である。 図1Aの発光装置のI−I’線断面図である。 本発明の実施形態1の発光装置の変形例を説明するための光取り出し面(光放射面)からみた概略平面図である。 本発明の実施形態2の発光装置を説明するための光取り出し面(光放射面)からみた概略平面図である。 本発明の実施形態3の発光装置を説明するための光取り出し面(光放射面)からみた概略平面図である。
実施形態1
この実施形態の発光装置10は、例えば、図1A〜1Cに示したように、主として、発光素子11と、封止部材12と、被覆部材13とを有する。被覆部材13は、第1被覆部13aと第2被覆部13bとを備える。
(封止部材12)
封止部材12は、発光素子11を封止する。つまり、発光素子11の側面及び上面を取り囲んで、被覆する。これによって、発光素子11を、外力、水分等から保護することができる。また、発光素子11がワイヤに接続されている場合には、ワイヤをも保護することもできる。
封止部材12は、発光素子11を封止している限り、その外形は、種々の形状とすることができる。例えば、光取り出し面からみた平面形状が四角形、六角形、円形又は楕円形及びこれらに凹凸を有する変形形状等が挙げられる。また、光取り出し面に直交する断面形状が矩形、台形又は三角形等が挙げられる。なかでも、2対の側面12a、12bを有するものが好ましく、側面として2対のみを有するものがより好ましい。ただし、上述したように、凹凸を有する四角形、六角形等の変形形状において、凹凸に沿った一連の側面を一つの側面と称する。特に、封止部材12は、図1Bに示したように、平面視において細長い形状であり、短手方向Yに沿った側面12b、長手方向Xに沿った側面12aを有する形状であることが好ましく、短手方向Yに沿った一対の側面12b、長手方向Xに沿った一対の側面12aを有する形状であることがより好ましい。この場合、側面12a、12bは、発光素子11の上面に対して、同じ傾斜角度を有していてもよいし、側面12a、12bがそれぞれ異なる傾斜角度を有していてもよい。
封止部材12は、透光性を有する樹脂によって形成することができる。ここでの透光性とは、発光素子から出射される光を60%以上透過し得る性質を意味し、70%又は80%以上がより好ましい。透光性を有する樹脂は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等から適宜選択して用いることができる。例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、アクリレート樹脂、メタクリル樹脂(PMMA等)、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリノルボルネン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂等の1種又は2種以上が挙げられ、さらに、液晶ポリマー等であってもよい。なかでも、シリコーン樹脂、ポリフタルアミド(PPA)、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、液晶ポリマー(LCP)、ABS樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、BT樹脂、PBT樹脂等が好ましく、特にシリコーンが適している。
封止部材は、波長変換物質及び/又は光拡散材等を含有してもよい。波長変換物質としては、当該分野で公知のものを使用することができる。具体的には、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系波長変換物質(YAG:Ce)、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット系波長変換物質(LAG:Ce)、ユウロピウム及び/又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム系波長変換物質(CaO−Al23−SiO2:Eu)、ユウロピウムで賦活されたシリケート系波長変換物質((Sr,Ba)2SiO4:Eu)、βサイアロン波長変換物質、CASN系波長変換物質、SCASN系波長変換物質等の窒化物系波長変換物質、KSF系波長変換物質(K2SiF6:Mn)、硫化物系波長変換物質、量子ドット波長変換物質等が挙げられる。これらの波長変換物質と、青色発光素子又は紫外線発光素子との組み合わせにより、所望の発光色の発光装置(例えば、白色系の発光装置)を得ることができる。
封止部材において、波長変換物質は、封止部材の全体にわたって均一に分散していてもよいが、後述する発光素子側に偏在していることが好ましい。波長変換物質が、水分に弱い性質を有するものであっても、封止部材自体が波長変換物質に対して保護層の役割を果たし、波長変換物質の劣化を低減することができる。水分に弱い波長変換物質としては、KSF系波長変換物質等のフッ化物系波長変換物質、硫化物系波長変換物質、塩化物系波長変換物質、ケイ酸塩系波長変換物質、リン酸塩系波長変換物質等が挙げられる。このような波長変換物質は、当該分野で公知の自然沈降又は遠心沈降により、発光素子側へ偏在させることができる。
光拡散材としては、当該分野で公知のものを使用することができる。具体的には、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、硫酸バリウム、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等が挙げられる。封止部材が光拡散材を含むことで、発光素子からの光が封止部材内で拡散されるので、封止部材内での色ムラや輝度ムラが抑制できる。これらの材料は、封止部材の全重量に対して、0.3〜20重量%含有させることができる。
封止部材は、反射物質を含んでいてもよい。反射物質としては、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、チタン酸バリウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムの1種又は2種以上が挙げられる。特に、封止部材が反射物質を含む場合、反射物質は、例えば、発光素子の下方及びその周辺のみに配設することが好ましい。これによって、発光素子から下方に出射される光を反射させて、光の取り出し効率を向上させることができる。
図1Cに示すように、封止部材12の厚みH(Z方向の長さ)は、発光素子11の上面を完全に被覆し得る厚みであることが好ましく、例えば、発光素子11の実装高さの105〜500%が挙げられる。具体的には、300〜600μmが挙げられる。また、図1Bに示すように、発光素子11の側面を被覆する部分において、短手方向の厚みT1は10〜100μmであることが好ましく、長手方向の厚みT2は10〜1000μmであることがより好ましい。
(被覆部材13)
被覆部材13は、封止部材12の2対の側面を被覆する部材であり、第1被覆部13aと、第2被覆部13bとを含む。封止部材12の2対の側面が被覆部材13に被覆されることにより封止部材が損傷することを抑制することができる。また、封止部材が波長変換物質を含有している場合では、封止部材が発光装置の側面から露出していないので波長変換物質が水分により劣化することを抑制することができる。第1被覆部13aは、封止部材12の1対の側面12a側に配置され、第2被覆部3bは、封止部材12の他の1対の側面12b側に配置されている。
被覆部材13は、透光性部材及び反射性部材から構成される。透光性部材としては、例えば、上述した熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の樹脂が挙げられる。反射性部材としては、例えば、透光性の樹脂に反射物質を含有したものが挙げられる。
一実施形態では、第1被覆部13aにおける発光素子からの光透過率は、第2被覆部13bにおける発光素子からの光透過率よりも低い。このような光透過率とするために、例えば、図1Aに示すように、第2被覆部13bは、透光性の樹脂又は透光性の樹脂に光拡散材が含有された材料、つまり、透光性部材によって形成されている。また、第1被覆部13aは、例えば、透光性の樹脂に、第2被覆部13bよりも多量の光拡散材及び/又は反射物質が含有された材料、つまり、反射性部材によって形成されていることが好ましい。特に、第2被覆部13bは、透光性部材によって形成されており、かつ第1被覆部13aは、反射性部材によって形成されていることが好ましい。ここで、透光性部材とは、例えば、発光素子からの光の透過率が50%以上であるものが挙げられ、透過率が60%又は70%以上であるものが好ましい。反射性部材とは、例えば、発光素子からの光の反射率が50%以上であるものが挙げられ、反射率が60%又は70%以上であるものが好ましい。
封止部材12が、図1Bに示したように、平面視において細長い形状である場合、長手方向に沿って対向する1対の側面12a側に第1被覆部13aが配置され、短手方向に沿って対向する他の1対の側面12b側に第2被覆部13bが配置されていることが好ましい。例えば、このような発光装置を用いて導光板に発光装置からの光を入光させる場合には、発光装置の配光が長手方向においては広配光になり、短手方向においては狭配光になる。これにより、長手方向においては広配光になるので、長手方向に配置される発光装置の数を減らしても導光板に入光する光のムラを低減できる。また、短手方向においては狭配光になるので、導光板に入光されない光を低減することができる。
第1被覆部13a及び第2被覆部13bは、同じ厚み(Z方向)を有することが好ましい。本明細書で同じ厚みとは、15μm程度の変動は許容されることを意味する。第1被覆部13a及び第2被覆部13bが同じ厚みであることで、第1被覆部13a及び第2被覆部13bにより構成される凹部に硬化前の封止部材12を注入する場合に、第1被覆部13a及び第2被覆部13bの厚みの低い箇所から硬化前の封止部材が漏れ出ることを抑制することができる。尚、第1被覆部13a及び第2被覆部13bの厚みを厚くすると発光装置が大きくなるので、第1被覆部13a及び第2被覆部13bの厚みは薄い方が好ましい。
図1Bに示すように、短手方向(Y方向)における第1被覆部の幅Rは、長手方向(X方向)における第2被覆部の幅Mより短いことが好ましい。第1被覆部の幅Rが第2被覆部の幅Mより短いことで発光装置を薄型にすることができる。また、第2被覆部の幅Mが第1被覆部の幅Rよりも長いことで、発光装置の短手方向(Y方向)における強度を向上させることができる。第2被覆部の幅Mは、第1被覆部の幅Rの5〜50倍が挙げられる。第1被覆部の幅Rは、例えば、50〜100μmが挙げられ、第2被覆部の幅Mは、250〜2000μmが挙げられる。
被覆部材13は、第1被覆部13a及び第2被覆部13bのいずれにおいても、その硬度が、封止部材12の硬度よりも高いことが好ましい。これにより、封止部材12を被覆部材13によって保護することができる。被覆部材13の硬度を、封止部材12の硬度よりも高くするために、例えば、硬質の樹脂を選択する、光拡散材の量又は粒径を大きくする等、公知の方法を利用することができる。被覆部材13及び封止部材12の硬度は、JIS K6253−3:2012に準じて測定することができる。
また、第2被覆部13bを構成する透光性部材は、封止部材12の屈折率よりも低い屈折率を有することが好ましい。透光性部材の屈折率を低くすることにより、空気との屈折率差が小さくなるため、発光装置の透光性部材による側面からの光の取り出し効率を向上させることができる。
この実施形態では、上述した第1被覆部13a及び第2被覆部13bは、図1Aに示したように、単層構造である。ここでの単層構造とは、第1被覆部13aでは、Y方向に1層の構造であることを意味し、第2被覆部13bでは、X方向に1層の構造であることを意味する。ただし、第1被覆部13a及び第2被覆部13bがそれぞれ延長して重なる部位(図1Aの丸で囲んだ部分G)は、図1Aに示すように、第1被覆部13aが配置されていている。ただし、図1Dに示すように、第2被覆部13bが配置されていてもよい。
なお、第1被覆部13aと第2被覆部13bとの接触面、つまり、図1A中の丸で囲んだ部分Gは、凹凸形状を有していることが好ましい。これにより、両者の密着性を向上させることができる。凹凸の大きさは、例えば、短手方向(Y方向)における第1被覆部の幅Rに対して、0.01〜0.5倍程度が挙げられる。特に、透光性部材と反射性部材とが接する面の内で、凹凸形状を備えることが好ましい。凹凸形状を備えることで透光性部材と反射性部材との剥離を抑制することができる。
また、被覆部材13のうち、長手方向に延長する側面である第2被覆部13bは、図1A、1Bに示すように、外側面に凸部13xを備えていることが好ましい。これにより、発光素子からの光が第2被覆部材と空気との界面で反射することを抑制することができる。これによって、光取り出し効率を向上させることができる。凸部13xは1つでも複数であってもよい。
被覆部材13は、さらに、図1Cに示すように、後述するリード14を支持するための、第3被覆部13cを有していてもよい。例えば、第3被覆部13cは、図1Cに示したように、リードの一部を外部端子として機能させ得るように、リード14の発光素子11載置面とは反対側の面を被覆している。リード14の一部を、第1被覆部13a及び第2被覆部13bと、第3被覆部13cとの間から突出させている。
(発光素子11)
発光素子11としては、例えば、発光ダイオード等の半導体発光素子を用いることができる。発光素子は、透光性基板と、その上に形成された半導体積層体とを含むことができる。透光性基板には、例えば、サファイア(Al23)のような透光性の絶縁性材料、半導体積層体からの発光を透過する半導体材料(例えば、窒化物系半導体材料)等を用いることができる。半導体積層体は、例えば、n型半導体層、発光層(活性層)及びp型半導体層等の複数の半導体層を含む。半導体層としては、例えば、III−V族化合物半導体、II−VI族化合物半導体等の半導体材料が挙げられる。具体的には、InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)等の窒化物系の半導体材料を用いることができる。発光素子は、同一面側に一対の電極を有する形態でもよいし、異なる面側に一対の電極を備える形態でもよい。一対の電極は、電気良導体を用いることが好ましく、例えば、Au、Cu等の金属が挙げられる。
この実施形態の発光装置を構成する発光素子の波長は、得ようとする発光装置の特性に応じて適宜決定することができ、例えば、400nmから700nmの範囲が挙げられる。発光素子は、1つの発光装置に1つのみ用いてもよいし、複数用いてもよい。
(リード14)
リード14は、上述したように、発光装置の一対の外部端子として機能を有し、その一面(つまり、上面)に、発光素子11を載置し及び/又は発光素子11の一対の電極と、それぞれ接続されている。発光素子は、リード14に対して、フェイスアップ実装及びフリップチップ実装等のいずれによって搭載されていてもよい。リード14は、第1被覆部13a及び第2被覆部13bと、第3被覆部13cとによって挟持されており、第1被覆部13a及び第2被覆部13bで被覆された封止部材12の底面と一部接触している。また、封止部材12の一部が反射物質を含む場合、反射物質を含む封止部材が、発光素子の下方、任意にその周辺においてリード14を被覆していることが好ましい。これによって、発光素子から下方に出射される光を効率的に反射させて、光の取り出し効率を向上させることができる。
リード14は、発光装置を構成するために用いられる公知のリードフレームによって形成されている。また、発光装置を構成するための機能を果たす厚みを有していればよい。
実施形態1の変形例
図1Dに示す発光装置10Aは、実施形態1に係る発光装置10と比較して、第1被覆部13aa及び第2被覆部13bbがそれぞれ延長して重なる部位に、第2被覆部13bbが配置されている点が相違する。その他の点については、実施形態1に係る発光装置10と同様の構成を有する。
この発光装置10Aは、発光装置10と同様の効果を奏する。
実施形態2
この実施形態の発光装置20は、図2に示したように、被覆部材23は、長手方向に延長する第1被覆部23aと、短手方向に延長する第2被覆部23bとにより構成されている。第1被覆部23aは、第1透光性部材23a1と、この第1透光性部材23a1の外側に位置する反射性部材23a2との2層構造によって構成されている。第2被覆部23bは、第2透光性部材のみによって構成されている。被覆部材23が、第1透光性部材及び第2透光性部材を備える場合には、発光装置の光取り出し面は、封止部材12、第1透光性部材及び第2透光性部材を合わせた面になる。
発光素子の上側及び/又は下側(Y方向)に位置する第1透光性部材23a1の短手方向における幅W1は、発光素子の上側及び/又は下側(Y方向)に位置する短手方向における反射性部材23a2の幅W2よりも長い。このようにすることで、反射性部材23a2の幅が長い場合よりも発光装置の光取り出し面を大きくすることができるので発光装置の光取り出し効率が向上する。短手方向における第1透光性部材23a1の幅は、例えば50〜200μmが好ましく、短手方向における反射性部材23a2の幅は、例えば30〜100μmが好ましい。
なお、第1被覆部23aにおける反射性部材23a2の内側に位置する第1透光性部材23a1は、第2被覆部23bを構成する第2透光性部材と、一体的に、封止部材12の全側面を被覆するように配置されていることが好ましい。このようにすることで、第1透光性部材23a1と、第2透光性部材と、が別体で構成される場合よりも被覆部材の強度を向上させることができる。また。第1被覆部23aの第1透光性部材23a1と、第2被覆部23bの製造が容易になる。
上記以外の発光装置20の構成は、実質的に発光装置10と同様である。
これにより、発光装置10と同様の効果を有する。
上述した第1被覆部23a及び第2被覆部23bは、いずれも積層構造によって形成されていてもよい。例えば、第1被覆部23aは、透光性の層と反射性の層とを1層ずつ含んでいてもよいし、透光性の層及び/又は反射性の層を2層以上含んでいてもよい。また、透光性の層と反射性の層は任意の積層順序で配置されていてもよい。第2被覆部23bは、単層構造でもよいし、例えば、材料が異なる2層以上の透光性部材によって構成されていてもよい。第1被覆部23aは、1層の反射性部材を含む限り、さらに1層以上の反射性部材及び1層以上の透光性部材を含んでいてもよい。また、第2被覆部23bは、透光性を示す限り、さらに1層以上の透光性部材を含んでいてもよい。
実施形態3
この実施形態の発光装置30は、図3に示したように、被覆部材33は、長手方向に延長する第1被覆部33aと、短手方向に延長する第2被覆部33bとにより構成されている。第1被覆部33aは、第1透光性部材33a1と、この第1透光性部材33a1の内側に位置する反射性部材33a2との2層構造によって構成されている。第2被覆部33bは、第2透光性部材のみによって構成されている。
発光素子の上側及び/又は下側(Y方向)に位置する第1透光性部材33a1の幅W3は、発光素子の上側及び/又は下側(Y方向)に位置する短手方向における反射性部材33a2の幅W4よりも長い。このようにすることで、反射性部材23a2の幅が長い場合よりも発光装置の光取り出し面を大きくすることができるので発光装置の光取り出し効率が向上する。
なお、第1被覆部33aにおける反射性部材23a2の外側に位置する第1透光性部材33a1は、第2被覆部33bを構成する第2透光性部材と、一体的に、封止部材12及び反射性部材23a2の全側面を被覆するように配置されていることが好ましい。このようにすることで、第1透光性部材23a1と、第2透光性部材と、が別体で構成される場合よりも被覆部材の強度を向上させることができる。また、第1被覆部23aの第1透光性部材23a1と、第2被覆部23bの製造が容易になる。
上記以外の発光装置30の構成は、実質的に発光装置10、20と同様である。
これにより、発光装置10、20と同様の効果を有する。
本発明の発光装置は、発光素子として、例えば、発光ダイオードチップを搭載することにより、パッケージの側面から側面方向に光を放出するタイプの表面実装型発光装置として、ファクシミリ、コピー機、ハンドスキャナ等における画像読取装置に利用される照明装置のみならず、照明用光源、LEDディスプレイ、携帯電話機等のバックライト光源、信号機、照明式スイッチ、車載用ストップランプ、各種センサおよび各種インジケータ等の種々の照明装置に好適に利用することができる。
10 発光装置
10A 発光装置
11 発光素子
12 封止部材
12a 側面
12b 側面
13 被覆部材
13x 凸部
13a 第1被覆部
13aa 第1被覆部
13b 第2被覆部
13bb 第2被覆部
13c 第3被覆部
14 リード
20 発光装置
23 被覆部材
23a 第1被覆部
23a1 第1透光性部材
23a2 反射性部材
23b 第2被覆部
30 発光装置
33 被覆部材
33a 第1被覆部
33a1 第1透光性部材
33a2 反射性部材
33b 第2被覆部

Claims (10)

  1. 発光素子と、
    波長変換物質を含有し、長手方向及び短手方向に沿って設けられ、2対の側面を有し、前記発光素子を封止する封止部材と、
    前記封止部材の2対の側面を被覆する被覆部材と、を有し、
    前記被覆部材は、前記封止部材の前記長手方向に沿って対向する1対の側面側に配置される第1被覆部と、前記封止部材の前記短手方向に沿って対向する他の1対の側面側に配置される第2被覆部と、を備えており、
    前記短手方向における前記第1被覆部の幅は、前記長手方向における前記第2被覆部の幅よりも短く、
    前記第1被覆部における前記発光素子からの光の透過率が前記第2被覆部における前記発光素子からの光の透過率よりも低く、前記第2被覆部の屈折率が、前記封止部材の屈折率よりも低く、
    前記第2被覆部の外側面が、少なくとも1つの凸部を備える発光装置。
  2. 前記被覆部材が透光性部材及び反射性部材から構成される請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記第1被覆部が反射性部材から構成され、前記第2被覆部が透光性部材により構成される請求項1に記載の発光装置。
  4. 前記第1被覆部は、透光性部材と、該透光性部材の外側に位置する反射性部材とによって構成される請求項3に記載の発光装置。
  5. 前記第1被覆部は、透光性部材と、該透光性部材の内側に位置する反射性部材とによって構成される請求項3に記載の発光装置。
  6. 前記発光素子が載置される一対のリードを備える請求項1〜のいずれか1つに記載の発光装置。
  7. 前記封止部材において、前記発光素子側に前記波長変換物質が偏在する請求項1〜のいずれか1つに記載の発光装置。
  8. 前記被覆部材の硬度が前記封止部材の硬度よりも高い請求項1〜のいずれか1つに記載の発光装置。
  9. 前記第1被覆部及び前記第2被覆部はリードからの高さが同じである請求項1〜のいずれか1つに記載の発光装置。
  10. 前記第1被覆部と前記第2被覆部とが接する面に凹凸形状を備える請求項1〜9のいずれか1つに記載の発光装置。

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