JP7060819B2 - 発光装置 - Google Patents
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実施形態に係る発光装置の構成の一例を、図1乃至図3を参照しながら説明する。
図1に示すように、発光装置1は、上面を主な光取り出し面とする発光素子10と、発光素子10の上面と接合して設けられ、発光素子10の上面より大きな下面及び下面より小さな上面を有し、発光素子10から出射される光を下面から入射して、上面から外部に放射する透光性部材20と、透光性部材20の上面を露出させて、透光性部材20の側面を被覆する被覆部材30と、基板40と、を備えている。発光装置1は、透光性部材20の側面に、平面視において透光性部材20の上面及び発光素子10の上面より外側で、透光性部材20の上面周縁から下面周縁に連続するフランジ200を有している。さらに、フランジ200は、フランジ200の外縁(つまり透光性部材20の外縁)側よりも肉厚が薄い薄肉部210をフランジ200の外縁側より内側に有する。以下、発光装置1の各構成について説明する。
発光素子10は、公知のものを利用でき、例えば、発光ダイオードやレーザダイオードを用いるのが好ましい。また、発光素子10は、任意の波長のものを選択することができる。例えば、青色、緑色の発光素子としては、窒化物系半導体(InXAlYGa1-X-YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)、GaPを用いたものを用いることができる。さらに、赤色の発光素子としては、窒化物系半導体素子の他にもGaAlAs、AlInGaP等を用いることができる。なお、発光素子10は、前記した以外の材料からなる半導体発光素子を用いることもできる。発光素子10は、組成や発光色、大きさや、個数等は目的に応じて適宜選択することができる。発光素子10は、同一面側に正負一対の電極を有するものが好ましい。これにより、発光素子10を基板40上にフリップチップ実装することができる。この場合、一対の電極が形成された面と対向する面が、発光素子10の主な光取り出し面となる。また、発光素子10を基板40上にフェイスアップ実装する場合は、一対の電極が形成された面が発光素子10の主な光取り出し面となる。発光素子10は、例えば、バンプ等の接合部材を介して基板40と電気的に接続される。
なお、図1に示すように、発光素子群10A及び透光性部材20を発光装置1の一長手方向に偏って配置することで、ツェナーダイオード等の部材を配置することができる。
図2A及び図2Bに示すように、透光性部材20は、発光素子10の上面11と接合して設けられている。透光性部材20は、一枚の板状に形成されており、平面視形状が略矩形状である。透光性部材20は、発光素子10の上面11より大きな下面21と、下面21より小さな上面22と、互いに対向する短辺に形成された2つの第1側面23と、互いに対向する2つの第2側面24を有する。さらに、透光性部材20は、第1側面23及び/又は第2側面24に形成されたフランジ200を有する。フランジ200は、透光性部材20の側面の少なくとも一部において、透光性部材20の上面周縁から下面周縁に連続して形成されている。そして、透光性部材20は、発光素子10から出射される光を下面21から入射して、上面22から外部に放射する。
なお、透光性部材20の肉厚は、例えば、上面22から下面21までの厚みが、50~300μm程度である。
フランジ200は、透光性部材20の側面の少なくとも一部に鍔状に形成されている。本実施形態では、フランジ200は、図3Aに示すように、透光性部材20の互いに対向する2つの第2側面24にそれぞれ形成されている。フランジ200は、平面視において透光性部材20の上面22から側方に突出するように形成されている。フランジ200は、透光性部材20の上面22から下面21に向かって拡がる傾斜面220を有する。フランジ200の下面は、透光性部材20の下面21と同一平面を形成する。
なお、フランジ200の幅、つまり、平面視における上面22のフランジ200側の端から外縁230までの長さは、例えば、75μm程度である。また、薄肉部210の肉厚は50μm~60μm程度であり、外縁230での肉厚は60μm~70μm程度である。
傾斜面220は、透光性部材20の上面22から薄肉部210に向かって広がる曲面を備えている。つまり、フランジ200の厚み(つまり透光性部材20の下面21からフランジ200の上面までの高さ)は、外縁230より内側に薄肉部210が位置するように、フランジ200の外縁230から薄肉部210まで緩やかに小さくなり、薄肉部210から上面22に向かって大きくなる。そして、薄肉部210から上面22に向かう傾斜面220は、薄肉部210から離れる程傾斜が急峻となる。フランジ200の傾斜角度は、上面22との境界付近で上面22に対して略垂直となる。このように、フランジ200が薄肉部210を有する傾斜面220を備えることで、発光素子10からの光を、反射回数を減らして効率よく透光性部材20の上面22に向けて反射することができ、輝度の高い発光装置1とすることができる。また、傾斜面220を有することで、応力集中を緩和して透光性部材20の構造的な強度を向上することができる。
発光素子10と透光性部材20とは接着材50で接合することができる。接着材50は、発光素子10の上面から側面の少なくとも一部に連続すると共に、被覆部材30と発光素子10の側面との間に介在して設けられる。被覆部材30と発光素子10の側面との間に介在する接着材50の上面は、透光性部材20の下面21と接して設けられている。接着材50は、発光素子10からの出射光を透光性部材20に導光することができる透光性材料を用いることが好ましい。接着材50は、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂のような周知の接着材、高屈折率の有機接着材、無機系接着材、低融点ガラスによる接着材等を用いることができる。接着材50は、発光素子10の上面から側面にまで延在し、フィレット51として設けられることが好ましい。フィレット51は、透光性部材20の下面21と発光素子10の側面との双方に接し、被覆部材30側に凹の曲面であることが好ましい。このような形状によって、発光素子10から出射される光は接着材50のフィレット面により反射され、透光性部材20へと導光されやすくなる。
なお、透光性部材20と発光素子10とは、接着材50を用いずに、圧着、焼結、表面活性化接合、原子拡散接合、水酸基接合等により直接接合されてもよい。
被覆部材30は、発光素子10からの光を反射可能な部材により形成することができる。被覆部材30は、透光性部材20の上面22を発光装置1の発光面として露出させて、フランジ200、透光性部材20及び発光素子10並びに基板40の上面の少なくとも一部を覆うように設けられている。被覆部材30は、具体的には、フランジ200の傾斜面220及び側面、透光性部材20の第1側面23、接着材50の側面、発光素子10の側面と下面側、及び、基板40の上面の一部を覆うように設けられている。このように、発光素子10から出射された光は、直接又は被覆部材30により反射されて透光性部材20へと入射し、透光性部材20内を通過し、発光装置1の発光面である透光性部材20の上面22から、外部へと出射される。
基板40は、少なくとも一つ以上の発光素子10を実装し、発光装置1を電気的に外部と接続する。基板40は、平板状の支持部材及び支持部材の表面及び/又は内部に配置された導体配線を備えて構成されている。なお、基板40は、発光素子10の電極の構成、大きさに応じて導体配線の形状、大きさ等の構造が設定される。また、基板40は、下面に、発光素子10とは電気的に独立する放熱用端子を備える構成としてもよい。放熱用端子は、発光装置1が備える全ての発光素子10の上面面積の和よりも大きい面積になるように形成され、発光素子10の直下の領域とオーバーラップするように配置されることが好ましい。このような放熱用端子の構成により、より放熱性に優れた発光装置1とすることができる。
導体配線及び放熱用端子は、例えば、Cu,Ag,Au,Al,Pt,Ti,W,Pd,Fe,Ni等の金属又はこれらを含む合金等を用いて形成することができる。このような導体配線は、電解めっき、無電解めっき、蒸着、スパッタ等によって形成することができる。
次に図4のフローチャートに示す発光装置1の製造方法について、図5A~図5Iを参照しながら説明する。なお、図5Eは透光性部材20の長辺方向の断面を表しており、図5A~図5D及び図5F~図5Iは透光性部材20の短辺方向の断面を表している。
透光性基板60を準備する。透光性基板60は、溝部形成工程S11より以前に準備されていればよい。
透光性基板60は、発光素子10から出射される光を透過して外部に放出することが可能な材料から形成される。透光性基板60は、発光素子10からの光の一部を波長変換する蛍光体を含有させた蛍光体を含有してもよい。また、透光性基板60は、樹脂、ガラス、セラミック等の成形体の表面に蛍光体含有樹脂層を形成したものでもよい。蛍光体含有樹脂層の形成方法としては、印刷法、圧縮成形法、蛍光体電着法、蛍光体シート法等を用いることができる。透光性基板60は、後記する図5の各工程を経てフランジ200を有する透光性部材20として形成される。透光性基板60の下面61は透光性部材20の下面21を、透光性基板60の上面62は透光性部材20の上面22を形成する。
溝部形成工程S11は、透光性基板60において、加工機械等のブレードBr1を用いて、透光性基板60の上面62に溝部Dtを形成する工程である。
本実施形態では、透光性基板60の異なる位置をブレードBr1で2回切削することで、溝部Dtを形成する。例えば、図5Aに示すようにブレードBr1で1回目の切削を行い、図5Bに示すように、ブレードBr1の侵入位置を変えて2回目の切削を行う。1回目と2回目の切削深さを等しくし、1回目と2回目のブレードBr1の切削位置をブレードBr1の刃厚以下の間隔を開けて行うことで、図5Cに示すように、溝部Dtの中央部を厚くすることができる。溝部Dtは、透光性基板60を貫通しない深さとする。この溝部形成工程S11で形成される溝部Dtは、フランジ200の薄肉部210及び傾斜面220を構成することとなる。また、溝部形成工程S11では、溝部Dtにより、透光性基板60の上面62が発光素子10の上面11より小さな面積の矩形となるように加工が行われることが好ましい。
なお、溝部Dtはレーザ加工等、他の公知の方法により形成してもよい。また、べベルカット用のブレードを用いて、傾斜面を有する溝部Dtを形成してもよい。また、溝部Dtは、断面視において曲線として示したが、直線として形成することもできる。
透光性部材形成工程S12は、透光性基板60を分割することで、透光性部材20を得る工程である。図5Dに示すように、透光性部材20の溝部Dtを有する方向では、透光性基板60の溝部Dtを含む位置で分割する。このとき、溝部Dtの略中央部分、つまり、溝部Dtの肉厚が最も厚い部分を切断する。また、図5Eに示すように、透光性基板60の溝部Dtを有さない方向では、透光性部材20の大きさに応じて任意の位置で分割する。この透光性部材形成工程S12では、例えば、溝部Dtを形成したときのブレードBr1より刃厚が薄いブレードBr2を用いて、各透光性部材20に分割するように透光性基板60を切断する。この透光性部材形成工程S12では、図5Fに示すように、透光性部材20の下面21が上面22よりも大きな面積を有する複数の透光性部材20が得られる。このようにして得られた透光性部材20は、フランジ200の外縁230より内側に、外縁230より肉厚が薄い薄肉部210が形成されている。
発光素子10及び基板40をそれぞれ準備する。発光素子10及び基板40は、透光性部材20の接合工程S13より以前に準備されていればよい。
基板40は、平面視矩形状の平板状に形成され、例えば、支持部材に導体配線及び放熱用端子が設けられている。
そして、基板40には、発光素子10が実装される。ここでは、一つの発光装置1につき一つ以上の発光素子10が基板40の導体配線上にバンプ等の接合部材を介して実装される。
接合工程S13は、透光性部材20を発光素子10に接合する工程である。図5Gに示すように、接合工程S13では、透光性部材20の下面21の周縁が発光素子10の上面11の周縁よりも外側に位置するように、透光性部材20の下面21と発光素子10の上面11とを接合する。
発光素子10と透光性部材20とは、例えば、接着材50により接合することができる。接着材50による接合は、まず発光素子10の上面11に接着材50を滴下し、接着材50上に透光性部材20を配置する。滴下された接着材50は、透光性部材20により押圧され、発光素子10の側面まで濡れ広がり、透光性部材20の下面21と発光素子10の側面との間にフィレット51を形成するように設けられる。滴下する接着材50の量及び粘度は、発光素子10の側面にフィレット51が設けられ、かつ接着材50が基板40まで濡れ広がらない程度に適宜調整される。
被覆部材供給工程S14は、図5Hに示すように、発光素子10と透光性部材20と基板40とを覆う被覆部材30を設ける工程である。被覆部材供給工程S14では、発光装置1が、1種類又は2種類以上の被覆部材30を有してもよい。以下は、被覆部材30を2層で形成する場合の一例であるが、被覆部材供給工程S14では、1種類の被覆部材30を供給してもよい。
初めに、発光素子10と基板40との間及び発光素子10と側面の接着材50を覆う高さまで、被覆部材30が供給される。なお、被覆部材30は、発光素子10と基板40との間に配置される場合は、低線膨張の材料を用いることが好ましい。これにより、発光素子10と基板40との接合部における熱応力の緩和が可能となる。
次に、フランジ200を覆う被覆部材30を供給する。被覆部材30は、フランジ200及び透光性部材20の第1側面23を被覆する。この際、透光性部材20の上面22が被覆部材30から露出するように、被覆部材30は透光性部材20から離間した基板40上面に滴下することが好ましい。また、被覆部材30は、先に供給した被覆部材30の表面を覆うように供給される。第2の被覆部材供給工程で用いる被覆部材30は、例えば、シリコーン樹脂に酸化チタンが含有されている樹脂である。
個片化工程S15は、基板40に設けられた発光装置1を個片化する工程である。個片化工程S15では、図5Iに示すように、被覆部材30の形成後に基板40が各発光装置1の単位ごとにレーザ照射あるいはブレード等の工具により切断され、発光装置1が形成される。前記のような各工程により製造された発光装置1は、一つ以上の発光素子10から出る光を、一つ以上の発光素子10の上面面積の和よりも大きな透光性部材20の下面21から入射し、透光性部材20の下面21よりも小さな面積の透光性部材20の上面22から外部に高輝度な光として放出することができる。
発光装置1Aは、図6に示すように、一つの発光素子10を備える構成としてもよい。透光性部材20は、透光性部材20の下面21が一つの発光素子10の領域よりも大きく、透光性部材20の上面22が下面21よりも小さくなるように形成される。このような構成の発光装置1Aにおいても、発光素子10からの光を透光性部材20の下面21から入射し、透光性部材20の下面21よりも小さな上面22から外部に放出することができるので、より高輝度で遠くまで光を照射することができる。
発光装置1Bは、図7に示すように、発光素子10を6つ整列して配置した発光素子群10Bを有してもよい。透光性部材20は、透光性部材20の下面21が、6つの発光素子10を並列させた合計面積となる発光素子群10Bの領域よりも大きく、透光性部材20の上面22が下面21よりも小さくなるように形成される。なお、発光素子群10Bの面積は、隣接する発光素子10の間の領域も発光素子群10Bの上面面積の一部としている。このような構成の発光装置1Bにおいても、発光素子10からの光を透光性部材20の下面21から入射し、透光性部材20の下面21よりも小さな上面22から外部に放出することができるので、より高輝度で遠くまで光を照射することができる。
透光性部材20Aは、図8に示すように、透光性部材20Aの全周囲にフランジ200を形成してもよい。透光性部材20Aは、平面視矩形状の透光性部材20Aの矩形の4辺全てにフランジ200を形成している。これにより発光装置は、透光性部材20Aの全周囲で光漏れを抑制し、より高輝度な光を照射することができる。
なお、フランジは、透光性部材において平面視矩形の少なくとも一辺に一つ形成すればよい。さらに、フランジは任意の他の側面にも形成してもよく、例えば、平面視矩形状の透光性部材の対向する2つの側面、2つの連続する側面、連続する3つの側面等に形成してもよい。
透光性部材20Bは、図9に示すように、第1透光性部材2及び第2透光性部材3を備えてもよい。第1透光性部材2及び第2透光性部材3は、それぞれ上面と下面とを有する。透光性部材20Bは、第1透光性部材2の上面と第2透光性部材3の下面を接合し、フランジ200を第2透光性部材3に形成する。第1透光性部材2は、例えば、蛍光体を含有する樹脂層であり、第2透光性部材3はガラス板又は樹脂体である。第2透光性部材3は、第1透光性部材2の支持体の役割を有している。透光性部材20は、第1透光性部材2の下面より第2透光性部材3の上面の面積が小さい凸形状に形成されおり、第1透光性部材2の側端面は、平面視において第2透光性部材3の側端面と同じになるように形成されている。
また、第1透光性部材2が樹脂材料で形成されている場合には、ガラス材料で形成された第2透光性部材3に比べて柔軟性があり、厚みを薄くしても破損しにくい。このため、第1透光性部材2の上面の面積を第2透光性部材3の下面の面積より大きい構成としても、製造時や使用時における第2透光性部材3の割れ、欠け等の破損を抑えることができる。
さらに、第2透光性部材3がガラス等の無機材料で形成されている場合には、長期使用による発光面の劣化が生じにくくなる。
透光性部材20Cは、図10に示すように、複数の溝が設けられたフランジ200Cを有してもよい。フランジ200Cは、傾斜面220に凹凸を設けるように、外縁230より内側に2つの薄肉部210a,210bを有する。フランジ200Cは、断面視において、2つの薄肉部210a,210bが凹部となり、2つの薄肉部210a,210bの中間が凸部となる。2つの薄肉部210a,210bは、略同一形状及び略同一深さである。このような構成により、被覆部材とフランジ200Cとの密着性が向上する。また、製造時に被覆部材を形成する未硬化の樹脂材料が溝に沿って流動しやすくなる。
なお、薄肉部210の形状や深さは異なってもよく、3以上の薄肉部210をフランジ200の外縁に沿って形成してもよい。
透光性部材20Dは、図11に示すように、平坦な傾斜面状のフランジ200Dを有してもよい。フランジ200Dは、上面22に垂直な側面240Aから、外縁230より内側が低くなるように傾斜した平坦傾斜面240Bを有する。側面240Aは、上面22との接続箇所が直角に形成されている。また、平坦傾斜面240Bが内側に緩やかに傾斜しているので、側面240A及び平坦傾斜面240Bの接続箇所が90度未満となる。従って、フランジ200Dは、外縁230より内側の肉厚が薄くなり、側面240Aと平坦傾斜面240Bとの接続箇所が薄肉部210となる。このような構成により、平面視において薄肉部210が上面22の周縁に略一致するため、発光装置1の発光面(つまり透光性部材20の上面22)と発光面の外周を囲む被覆部材30の上面との境界をより明瞭なものとすることができる。
透光性部材20Eは、図12に示すように、複数の傾斜面を備えるフランジ200Eを有してもよい。フランジ200Eは、上面22に垂直な側面250Aから、外縁230より内側が低くなるように傾斜した平坦傾斜面250Cと、側面250A及び平坦傾斜面250Cに連続する傾斜面250Bとを有する。側面250Aは、上面22との接続箇所が直角に形成されている。傾斜面250Bは、上面22に対して10~60度の角度範囲で傾くように形成されている。従って、フランジ200Eは、外縁230より内側の肉厚が薄くなり、傾斜面250Bと平坦傾斜面250Cとの接続箇所が薄肉部210となる。このような構成により、フランジ200Eからの発光面側への光漏れを抑制することができる。
10 発光素子
10A 発光素子群
11 上面(光取り出し面)
20、20A~20E 透光性部材
21 下面
22 上面
23 第1側面
24 第2側面
30 被覆部材
40 基板
50 接着材
51 フィレット
60 透光性基板
61 下面
62 上面
200、200C~200E フランジ
210、210a、210b 薄肉部
220 傾斜面
230 外縁
240A 側面
240B 平坦傾斜面
250A 側面
250B 傾斜面
250C 平坦傾斜面
Claims (13)
- 上面を光取り出し面とする発光素子と、
前記発光素子の上面と接合して設けられ、前記発光素子の上面より大きな下面及び前記下面より小さな上面を有し、前記発光素子から出射される光を前記下面から入射して、前記上面から外部に放射する透光性部材と、
前記透光性部材の上面を露出させて、前記透光性部材の側面を被覆する被覆部材と、を備え、
前記透光性部材は、その側面に、平面視において前記透光性部材の上面及び前記発光素子の上面より外側で、前記透光性部材の上面周縁から下面周縁に連続するフランジを有し、
前記フランジは、その外縁に沿って配置される第1薄肉部と、平面視において前記第1薄肉部より内側で前記外縁に沿って配置される第2薄肉部とを有し、前記第1薄肉部と前記第2薄肉部との間に凸部を有する発光装置。 - 前記第1薄肉部及び前記第2薄肉部は、それぞれが溝を構成する請求項1に記載の発光装置。
- 前記第1薄肉部と前記第2薄肉部とは同一形状を有する請求項1又は請求項2に記載の発光装置。
- 前記第1薄肉部と前記第2薄肉部とは同一深さを有する請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記フランジは、その表面に凹凸を有する請求項1に記載の発光装置。
- 前記第1薄肉部及び前記第2薄肉部は、平面視において前記透光性部材の上面に沿って形成される請求項1又は請求項2に記載の発光装置。
- 前記フランジは、前記透光性部材の上面方向から下面方向に広がる傾斜面を有する請求項1から請求項6の何れか一項に記載の発光装置。
- 前記傾斜面は、曲面である請求項7に記載の発光装置。
- 前記透光性部材は、平面視において矩形に形成され、前記矩形の少なくとも一辺に前記フランジを有する請求項1から請求項8の何れか一項に記載の発光装置。
- 前記透光性部材は、長辺及び短辺を有し、
前記透光性部材の長辺に前記フランジを有する請求項9に記載の発光装置。 - 前記透光性部材は、前記フランジが形成されていない側面を前記透光性部材の上面と垂直にした請求項1から請求項10の何れか一項に記載の発光装置。
- 前記透光性部材は、蛍光体を含有する請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記透光性部材及び前記発光素子は、接着材を介して接合された請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の発光装置。
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