JP7096503B2 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

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本開示は、発光装置及びその製造方法に関する。
高輝度な照明光を得るため、あるいは演色性の良好な照明光を得るために、基板上に、LED(発光ダイオード)などの発光素子を複数配置した発光装置が提案されている。
例えば、特許文献1~特許文献3には、基板上に、複数の発光素子を配置する領域を囲む枠体と、当該発光素子の配置領域を複数の領域に区画する仕切り部とを設け、区画した領域を、それぞれ2種類以上の異なる色の発光領域とし、これらの発光領域からの光を混色することで、所望の発光色を発する発光装置が記載されている。
また、特許文献4には、発光素子の上面側に反射部材を設けることで、発光素子の側面から光を取り出し、外側が光反射体で覆われた遮光体を発光素子間に設けて、発光素子の側面からの光を反射させることで、発光装置の上面側から放射される光の光量ムラを低減する照明装置が記載されている。
特開2014-36063号公報 特開2014-229759号公報 国際公開第2013/015058号 特開2015-95488号公報
特許文献1若しくは特許文献2に記載された発光装置、又は特許文献4に記載された照明装置において、色ムラや輝度ムラを更に低減するには、複数の発光素子が配置された発光領域の光出射側の全体を覆うように、更に透光部材や光拡散板を設ける必要がある。
また、特許文献3に記載された発光装置は、光出射面側に凸形状の透光部材を備えているが、発光素子の配置によっては、色ムラや輝度ムラを更に改善する余地がある。
本開示に係る実施形態は、基板上に複数の発光素子が配置された発光装置において、出射光の色ムラや輝度ムラを低減することを課題とする。また、出射光の色ムラや輝度ムラを低減可能な発光装置を簡便に製造することを課題とする。
本開示の実施形態に係る発光装置は、基板と、前記基板上に設けられる環状の第1部材と、前記第1部材の内側に配置される第1発光素子及び第2発光素子と、前記基板上であって前記第1部材の内側に前記第1部材と接するように設けられており、前記第1部材の内側を、少なくとも1つの前記第1発光素子が配置される第1領域と、少なくとも1つの前記第2発光素子が配置される第2領域と、を含む複数の領域に区画し、透光性領域を有する第2部材と、前記第1発光素子及び前記第2発光素子を被覆する封止部材と、を有し、前記第2部材の高さは、前記第1部材の高さよりも高く、前記封止部材は、前記第1部材と前記第2部材とで挟まれた領域において、前記第2部材側の高さが前記第1部材側の高さよりも高いように構成される。
本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法は、基板上に少なくとも1つの第1発光素子及び少なくとも1つの第2発光素子を実装する工程と、前記基板上に前記第1発光素子及び前記第2発光素子を囲む第1部材を形成する工程と、前記基板上であって、前記第1発光素子と前記第2発光素子の間に、前記第1発光素子が配置された第1領域と前記第2発光素子が配置された第2領域とを区画し、透光性領域を有する第2部材を、前記第1部材と接するように形成する工程と、前記第1領域と前記第2領域とに、前記第1発光素子及び前記第2発光素子を被覆するように封止部材を充填する工程と、を有し、前記第2部材の高さが、前記第1部材の高さよりも高くなるように形成し、前記封止部材は、ポッティング法によって未硬化の樹脂材料を充填することで、前記第1部材と前記第2部材とで挟まれた領域において、前記第2部材側の高さが前記第1部材側の高さよりも高くなるように形成する。
本開示の実施形態に係る発光装置によれば、基板上に複数の発光素子が配置された発光装置において、出射光の色ムラや輝度ムラを低減することが可能である。
本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法によれば、出射光の色ムラや輝度ムラが低減可能な発光装置を簡便に製造することができる。
図1Aは、第1実施形態に係る発光装置の構成を示す概略斜視図である。 図1Bは、第1実施形態に係る発光装置の構成を示す概略平面図である。 図1Cは、第1実施形態に係る発光装置において、第1部材及び第2部材と、これらの部材で区画された第1領域及び第2領域との関係を示す概略平面図である。 図1Dは、第1実施形態に係る発光装置の構成を示す概略断面図であり、図1BのID-ID線における断面を示す。 図1Eは、第1実施形態に係る発光装置の構成を示す概略断面図であり、図1BのIE-IE線における断面を示す。 図2は、第1実施形態に係る発光装置に用いられる発光素子の構成を示す概略断面図である。 図3は、第1実施形態に係る発光装置において、光取り出しを説明するための概略断面図である。 図4は、第1実施形態に係る発光装置の製造方法の手順を示すフローチャートである。 図5Aは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法における基板準備工程を示す概略断面図である。 図5Bは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法における発光素子実装工程を示す概略断面図である。 図5Cは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法における第1部材形成工程を示す概略断面図である。 図5Dは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法における第2部材形成工程を示す概略断面図である。 図5Eは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法における第1封止部材形成工程を示す断面図である。 図5Fは、第1実施形態に係る発光装置の製造方法における第2封止部材形成工程を示す概略断面図である。 図6Aは、第2実施形態に係る発光装置の構成を示す概略平面図である。 図6Bは、第2実施形態に係る発光装置の構成を示す概略断面図であり、図6AのVIB-VIB線における断面を示す。 図7Aは、第3実施形態に係る発光装置の構成を示す概略平面図である。 図7Bは、第3実施形態に係る発光装置の構成を示す概略断面図であり、図7AのVIIB-VIIB線における断面を示す。 図8Aは、第4実施形態に係る発光装置の構成を示す概略平面図である。 図8Bは、第4実施形態に係る発光装置の構成を示す概略断面図であり、図8AのVIIIB-VIIIB線における断面を示す。 図9Aは、第5実施形態に係る発光装置においての構成を示す概略平面図である。 図9Bは、第5実施形態に係る発光装置の構成を示す概略断面図であり、図9AのIXB-IXB線における断面を示す。 図10Aは、第6実施形態に係る発光装置の構成を示す概略平面図である。 図10Bは、第6実施形態に係る発光装置の構成を示す概略断面図であり、図10AのXB-XB線における断面を示す。
以下、実施形態に係る発光装置及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、各図面が示す部材の寸法、形状、位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。更に以下の説明において、同一の名称、符号については、原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。以下に記載される実施形態は、各構成等を適宜組み合わせて適用できる。
<第1実施形態>
[発光装置の構成]
第1実施形態に係る発光装置の構成について、図1A~図1Eを参照して説明する。
なお、説明の便宜上、図1Bに示した平面図は、第1部材3及び第2部材4の外形を二点鎖線で示し、第1封止部材5a及び第2封止部材5bの外形を破線で示し、これらの部材を透視して示している。
また、図1Cにおいては、基板2の基体21、第1部材3及び第2部材4を実線で示し、封止部材5を破線で示し、他の部材は省略している。また、第1領域2a及び第2領域2bを、それぞれ右上がりの斜線のハッチング及び左上がりの斜線のハッチングを施して示している。
第1実施形態に係る発光装置100は、図1Bに示されるように、平板状の基板2上に1つ以上の第1発光素子1aと1つ以上の第2発光素子1bとが配置されたCOB(Chip on Board)型の発光装置である。
第1実施形態に係る発光装置100は、平面視において、矩形の基板2上に円環状の第1部材3と、その内側に配置された直線状の第2部材4と、が設けられており、第1部材3で囲まれた領域が透光性領域を有する第2部材4によって2つの領域に区画されている。図1B及び図1Cにおいて、右側の領域である第1領域2a内には、複数の第1発光素子1aが配置されている。また、左側の領域である第2領域2b内には、複数の第2発光素子1bが配置されている。また、図1A及び図1Dに示されるように、第1部材3の内側の領域には、封止部材5が設けられている。より詳細には、第1領域2aには、第1封止部材5aが設けられ、第1発光素子1aが封止されている。第2領域2bには、第2封止部材5bが設けられ、第2発光素子1bが封止されている。
第1実施形態では、第1封止部材5a、第2部材4の透光性領域である第2層42,第3層43、及び第2封止部材5bを合わせた導光部材6が、中央部に向かって高くなる凸形状に構成されている。従って、第1発光素子1a及び第2発光素子1bから発されて導光部材6から出射される光は、中央部方向へ集光される。更に、導光部材6が凸形状であることで、第1発光素子1a及び第2発光素子1bから発された光は、導光部材6内を伝播しながら混光される。以上のように、第1実施形態の発光装置100では、第1発光素子1a及び第2発光素子1bから発された光を効率的に集光、混光できるため、第1封止部材5a及び第2封止部材5b上に更に透光部材や光拡散板等を設けることなく、出射光の色ムラや輝度ムラを低減することができる。
以下、各部材について詳細に説明する。
(第1発光素子、第2発光素子)
第1発光素子1a及び第2発光素子1bとして、例えばLEDチップを用いることができる。図面においては、第1発光素子1aと第2発光素子1bとは、同じ構成を有しているが、互いに異なる形状であってもよく、また、互いに異なる色の光を発光するものであってもよい。
第1実施形態では、第1発光素子1aは、基板2の上面の第1領域2a内に、複数個が略均等な間隔で配置されている。また、第2発光素子1bは、基板2の上面の第2領域2b内に、複数個が略均等な間隔で配置されている。このように、基板の上面に発光素子が略均等な間隔で配置されていることで、発光装置の出射光の輝度ムラを抑えることができる。
第1実施形態では、図1B及び図1Dに示されるように、第1発光素子1a及び第2発光素子1bは、シリコーン樹脂などの絶縁性の接合部材を用いて、電極が設けられる面と反対側の面が基板2の上面に接合されている。また、第1実施形態では、第1発光素子1a及び第2発光素子1bは、ワイヤ8を用いて、基板2の第1配線22と第2配線23との間、及び第3配線24と第4配線25との間に、2組に分かれてそれぞれ直列に電気的に接続されている。このとき、2組の直列回路のそれぞれに含まれる第1発光素子1a及び第2発光素子1bの個数は等しくても、異なっていてもよい。
第1実施形態では、第1発光素子1aの発光強度は、第1配線22と第2配線23との間の電流又は電圧を制御することで変えることができ、第2発光素子1bの発光強度は、第3配線24と第4配線25との間の電流又は電圧を制御することで変えることができるように構成されている。つまり、第1発光素子1aと第2発光素子1bとは、発光強度を互いに独立して調整することができる。第1領域2aの発光色と第2領域2bの発光色が互いに異なるように構成し、更に第1発光素子1aと第2発光素子1bとの発光強度を独立して調整可能に構成することで、発光装置100の発光色を調色可能とすることができる。
なお、第1発光素子1a及び第2発光素子1bの配列、接続態様はこれに限定されず、適宜変更することができる。
なお、第1発光素子1a及び第2発光素子1bの個数は、それぞれ1個以上あればよい。また、第1発光素子1a及び第2発光素子1bの配置間隔は、略均等でなくてもよく、適宜所望の間隔で配置されていてもよい。更に、第1発光素子1a及び第2発光素子1bは基板2にフリップチップ実装されていてもよい。また、第1発光素子1a及び第2発光素子1bの電気的な接続方法は特に限定されず、1組で又は3組以上に分かれて直列接続されてもよく、並列接続又は並列接続と直列接続とを組み合わせて電気的に接続されてもよい。
第1発光素子1aは、第1封止部材5aによって封止され、第1封止部材5aに波長変換物質が含まれている場合は、発光した光の一部又は全部が波長変換物質によって波長変換される。また、第2発光素子1bは、第2封止部材5bによって封止され、第2封止部材5bに波長変換物質が含まれている場合は、発光した光の一部又は全部が波長変換物質によって波長変換される。
第1封止部材5a内を伝播する光の一部及び第2封止部材5b内を伝播する光の一部は、第2部材4の透光性領域を透過して、互いに封止部材5の他方の領域内に伝播する。従って、第1発光素子1aに由来する光と、第2発光素子1bに由来する光とは、封止部材5内で混光し易くなり、それらの光が封止部材5の上面から外部に取り出される。
なお、第1発光素子1aに由来する光には、第1発光素子1aが発光した光と、当該光が第1封止部材5a中に含有されている波長変換物質によって波長変換された後の光と、が含まれる。また、第2発光素子1bに由来する光には、第2発光素子1bが発光した光と、当該光が第2封止部材5b中に含有されている波長変換物質によって波長変換された後の光と、が含まれる。
ここで、第1発光素子1a及び第2発光素子1bの構成例について図2を参照して説明する。なお、前記したように、第1発光素子1aと第2発光素子1bとは、互いに異なる形状、異なる発光色であってもよいが、図2に示した発光素子1を例として、第1発光素子1a及び第2発光素子1bに共通する構成の概略について説明する。
発光素子1は、素子基板11の一方の主面上に、n型半導体層12nと活性層12aとp型半導体層12pとを積層した半導体積層体12を備えるLEDチップである。また、半導体積層体12は、n側電極13及びp側電極15に外部電源を接続して通電することにより発光するようになっている。
半導体積層体12には、p型半導体層12p及び活性層12aが部分的に存在しない領域、つまりn型半導体層12nが半導体積層体12の上面側に露出した領域である露出部12bを有する。露出部12bにはn側電極13が設けられ、n型半導体層12nと電気的に接続されている。なお、露出部12bは、n側電極13及び絶縁膜16で被覆されているが、便宜的に「露出部」と呼ぶ。
p型半導体層12pの上面の略全面には、良好な導電性と良好な透光性とを有する全面電極14が設けられており、更に全面電極14の一部にp側電極15が設けられている。また、半導体積層体12の表面は、n側電極13及びp側電極15の上面を除き、絶縁膜16によって被覆されている。n側電極13及びp側電極15の上面に設けられた絶縁膜16の開口部16n,16pが、ワイヤ8や導電性の接合部材などを用いて外部と接続するための領域である。
半導体積層体12(n型半導体層12n、活性層12a及びp型半導体層12p)は、InAlGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で表される窒化物半導体を好適に用いることができる。また、素子基板11、n側電極13、全面電極14、p側電極15、絶縁膜16は、前記した半導体積層体12とともに、この分野で好適に用いられる材料が適宜に選択される。なお、素子基板11は除去されていてもよい。
(基板)
基板2は、第1発光素子1aや第2発光素子1bなどの電子部品を実装するための基板であり、基体21と、基体21の上面に設けられた配線パターンである第1配線22、第2配線23、第3配線24及び第4配線25と、を備えている。第1実施形態では、図1A及び図1Bに示されるように、基板2は矩形平板状であるが、これに限らない。例えば、基板2の外形は、円形、矩形以外の多角形であってもよい。
基体21は、絶縁性材料を用いることが好ましく、かつ、第1発光素子1a及び第2発光素子1bから放出される光や外光などが透過しにくい材料を用いることが好ましい。また、ある程度の強度を有する材料を用いることが好ましい。具体的には、Al、AlNなどのセラミックス、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、BTレジン(bismaleimide triazine resin)、ポリフタルアミド(PPA)などの樹脂が挙げられる。また、基体21の上面の、少なくとも第1発光素子1a及び第2発光素子1bを実装する領域は、良好な光反射性を有することが好ましく、例えば、Ag、Alなどの金属や、白色顔料を含有した白色樹脂などを用いた光反射層を設けることが好ましい。
第1実施形態では、第1配線22及び第3配線24は正電極(アノード)であり、それぞれ外部電源と接続するためのパッド部22a,24aと、第1発光素子1a、第2発光素子1b及び保護素子7と接続するための配線部22b,24bとを有している。第1実施形態の配線部22b,24bは、図1Bにおいて、それぞれ右上の領域及び左上の領域に設けられたパッド部22a,24aから分岐して、第1部材3の上半分の右側及び左側の部分に沿って四分円弧状に延伸するように設けられている。また、パッド部24a又はパッド部22aの近傍に、正電極(アノード)であることを識別するためのアノードマークAMが設けられていてもよい。
第1実施形態では、第2配線23及び第4配線25は負電極(カソード)であり、それぞれ外部電源と接続するためのパッド部23a,25aと、第1発光素子1a、第2発光素子1b及び保護素子7と接続するための配線部23b,25bとを有している。第1実施形態の配線部23b,25bは、図1Bにおいて、それぞれ右下の領域及び左下の領域に設けられたパッド部23a,25aから分岐して、第1部材3の下半分の右側及び左側の部分に沿って四分円弧状に延伸するように設けられている。
第1実施形態では、配線部22b及び配線部23bは、ワイヤ8を用いて、第1発光素子1aと電気的に接続されている。また、図1Bに示されるように、保護素子7が、配線部22bの一端に半田などの導電性の接合部材を用いて機械的及び電気的に接続されるとともに、ワイヤ8を用いて配線部23bと電気的に接続されていてもよい。配線部22b及び配線部23bと同様に、配線部24b及び配線部25bは、ワイヤ8を用いて、第2発光素子1bと電気的に接続されている。また、保護素子7が、配線部24bと配線部25bとの間に電気的に接続されていてもよい。
第1配線22、第2配線23、第3配線24及び第4配線25としては、例えば、Cu,Au,Ag,Alなどの金属膜を用いることができる。
なお、第1配線22、第2配線23、第3配線24及び第4配線25は、図1Bに示した例に限定されず、第1発光素子1a及び第2発光素子1bの配列の態様や電気的な接続の態様に応じて適宜な配線パターンとすることができる。また、第1発光素子1a及び第2発光素子1bが、フリップチップ型で実装できるように構成することもできる。
(第1部材)
第1部材3は、基板2の上面において、第1発光素子1a及び第2発光素子1bが配置された領域の外側を囲む。第1実施形態では、図1Bに示されるように、第1部材3は、配線部22b,23b,24b,25bの四分円弧状の部分を封止するように、当該配線部22b,23b,24b,25bよりも幅広で、円環状に設けられている。第1部材3は、遮光性を有することが好ましく、更に、第1発光素子1a及び第2発光素子1bの高さよりも高くなるように設けることが好ましい。これにより、第1発光素子1a及び第2発光素子1bの光を上方に反射させることができ、発光装置100の上面から効率的に出射させることができる。
第1部材3が、光反射性を有するように構成する場合は、光吸収性を有するように構成する場合と比べて、封止部材5内を横方向に外側に向かって伝播する光を反射して、封止部材5の上面側から取り出すようにできる。このため、発光装置100の光取り出し効率を高めることができる。
また、第1部材3は、光吸収性を有するように構成する場合は、封止部材5内を横方向に向かって伝播する光を吸収して、封止部材5の上面以外からの光取り出しを抑制することができる。このため、発光面とその他の領域との輝度のコントラストが高い「見切り性」の良好な発光装置100とすることができる。
第1部材3の材料としては、耐久性と形成のし易さの観点から、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂材料を好適に用いることができる。また、樹脂等の母材に、例えば、TiO、Al、SiOなどの光反射性物質の粒子を含有させることで、光反射性を付与することができる。また、樹脂等の母材に、カーボンブラックやグラファイトなどの光吸収性物質の粒子を含有させることで、光吸収性を付与することができる。
(第2部材)
第1実施形態の第2部材4は、図1Bに示すように、基板2の上面において、第1発光素子1aが配置された第1領域2aと第2発光素子1bが配置された第2領域2bとを区画するように、第1発光素子1aと第2発光素子1bとの間に設けられている。第2部材4は、第1発光素子1a及び第2発光素子1bの光が混光可能なように、透光性領域を有する。また、第1実施形態の第2部材4は、その2箇所(すなわち第1実施形態では第2部材4の両端部)がそれぞれ第1部材3と接するように設けられており、当該2箇所の一方から他方に向かって延伸するように線状に設けられている。より詳細には、第1実施形態の第2部材4は、直線状に設けられている。つまり、第1実施形態において、第2部材4は、第1部材3で囲まれた円形領域を、右側の半円領域である第1領域2aと、左側の半円領域である第2領域2bとの2つの領域に区画している。
直線状の第2部材4は、図1Eに示すように、その両端部よりも中央部の方が高くなっており、断面視で略台形状に設けられている。また、直線状の第2部材4の両端部は第1部材3以上の高さで設けられ、中央部は第1部材3よりも高くなるように設けられている。すなわち、第1部材3と第2部材4とからなる枠体は、外側の高さよりも中央部の高さの方が高くなるように設けられている。
第1部材3と第2部材4とで区画される第1領域2a及び第2領域2bには、それぞれ第1封止部材5a及び第2封止部材5bが設けられている。第1封止部材5a及び第2封止部材5bは、第1部材3の頂部3a及び第2部材4の頂部4aの近傍まで被覆するように設けられているが、頂部3a,4aは露出している。
ここで、「頂部」とは、図1Dに示すように、第1部材3、第2部材4のそれぞれの延伸方向に垂直な面による断面における頂点を、それぞれの部材の延伸方向に連結した線のことである。言い換えれば、第1部材3及び第2部材4が、円環状や線状に配置されている場合には、その稜線のことである。また、第1部材3及び第2部材4の断面が矩形や台形のように上端が平坦な場合は、その平坦な領域が頂部3a,4aである。この場合は、平坦な頂部3a,4aの少なくとも一部が露出していればよい。
第1実施形態の第2部材4は、複数の層が積層されてなり、第1層41、第2層42及び第3層43が積層された積層構造を有している。最下層である直線状の第1層41は、その両端部が第1部材3と接し、第1部材3と略同じ高さに設けられている。直線状の第2層42は、第1層41上に重なるように設けられ、第1層41よりも延伸方向の長さが短く、その両端部が第1部材3と離間するように設けられている。直線状の第3層43は、第2層42上に重なり、第2層42よりも長さが短く設けられている。従って、直線状の第2部材4は、上層ほど短くなるように設けられた積層構造を有しており、その両端部よりも中央部の方が高くなるように構成されている。
最下層である第1層41は、遮光性を有することが好ましく、遮光性として特に光反射性を有することが好ましい。また、第1層41の上端は、第1発光素子1a及び第2発光素子1bの上端よりも高くなるように設けることが好ましい。これによって、第1発光素子1aの側面から出射した光と、第2発光素子1bの側面から出射した光とが、互いに他方の発光素子近傍の領域に直接透過しないようにすることができる。特に第1封止部材5aと第2封止部材5bとに、互いに異なる色を発光する波長変換物質を含有し、当該波長変換物質が、第1発光素子1a及び第2発光素子1bの近傍に偏在するように含有されている場合に有用である。第1領域2a及び第2領域2bにおいて、一方の領域で生成された光が、他方の領域の波長変換物質によって波長変換されることを抑制することができるため、例えば、一方の領域の発光素子のみを発光させる場合でも、発光装置100を所望の発光色に調整し易くなる。
また、第1実施形態において、第2部材4の上層部である第2層42及び第3層43は、高い透光性を有することが好ましい。上層部である第2層42及び第3層43を透光性領域とすることによって、第1領域2aの第1封止部材5a内を伝播する光と、第2領域2bの第2封止部材5b内を伝播する光とが、互いに他方の領域に伝播することができる。これによって、第1発光素子1aに由来する光と、第2発光素子1bに由来する光とを、封止部材5全体で混光させ易くなる。
第2部材4の材料としては、前記した第1部材3と同様の材料を用いることができる。なお、光反射性物質や光吸収性物質を含有しない前記の樹脂材料を用いることで、良好な透光性を有する透光性領域(第1実施形態では、第2層42及び第3層43)を形成することができる。
なお、第2部材4は、積層せずに1層のみでもよく、2層や4層以上に積層してもよい。また、第2部材4が積層構造を有する場合において、第1層41が遮光性を有さずに、透光性を有していてもよい。また、第2部材4が1層である場合は、全体が透光性を有するように構成する。
また、前記したように、平面視で、第1部材3は円環状であり、第2部材4は直線状であるが、これに限らず、第1部材3は平面視で矩形環状などの多角形環状や楕円環状などであってもよく、第2部材4は平面視で曲線や折れ線、多角形、円形、楕円などであってもよい。第1領域2a及び第2領域2bの平面形状は、半円の他、第1部材3及び第2部材4の平面形状によって半楕円、又は矩形、台形などの多角形に変更することができる。
また、第1部材3で囲まれた領域を区画する第2部材は、複数個であってもよい。第2部材の他の形態については、第2実施形態~第6実施形態として後記する。
(封止部材)
第1実施形態では、図1B及び図1Cに示されるように、封止部材5は、第1部材3と第2部材4とによって、右側に区画された第1領域2aに設けられる第1封止部材5aと、左側に区画された第2領域2bに設けられる第2封止部材5bとから構成されている。封止部材5は、基板2上の第1領域2a及び第2領域2b内に配置された第1発光素子1a、第2発光素子1b及びワイヤ8を封止して、これらの部材を、塵芥、水分、ガス、外力などから保護するためのものである。
また、封止部材5は、必要に応じて、蛍光体等の波長変換物質の粒子を含有させてもよい。更に、含有させる波長変換物質の発光色は、第1領域2aと第2領域2bとで異なるようにしてもよく、一方の領域にのみ波長変換物質を含有させるようにしてもよい。封止部材5に波長変換物質の粒子を含有させる場合は、当該粒子が封止部材5の底部、すなわち、第1発光素子1a又は第2発光素子1bの表面近傍に偏在して分布するように設けることが好ましい。これによって、波長変換の効率を高めることができる。
前記したように、第1発光素子1aの発光色と、第2発光素子1bの発光色とは同じでもよいし、異なるようにしてもよい。また、第1封止部材5aに含有させる波長変換物質の発光色と、第2封止部材5bに含有させる波長変換物質の発光色とは同じでもよいし、異なるようにしてもよい。更に、波長変換物質を第1封止部材5a又は第2封止部材5bの一方にのみ含有させるようにしてもよい。発光装置100としての発光色は、これらの部材の発光色の組み合わせに応じて、様々な色調を実現することができる。
封止部材5は、第1部材3及び第2部材4で囲まれた領域に設けられ、第1部材3の頂部3a及び第2部材4の頂部4aの近傍の高さまで設けられている。従って、封止部材5は、第1部材3で囲まれた領域の第1部材3側、すなわち外側の高さよりも、第2部材4側、すなわち中央部の高さの方が高くなるように設けられている。
第1封止部材5a及び第2封止部材5bは、第2部材4の透光性領域、すなわち第1実施形態では第2層42及び第3層43と合わせて、凸形状の導光部材6とみなすことができる。導光部材6が凸形状であることで、導光部材6内を伝播する光は効率的に混合される。更に、導光部材6が凸形状であることで、導光部材6の上面から出射される光は、その光軸C方向に集光される。以上のように、第1発光素子1a及び第2発光素子1bの光が効率的に混合及び集光されるので、第1封止部材5a及び第2封止部材5b上に更に透光部材や光拡散板等を設けることなく、発光装置100の色ムラや輝度ムラなどを低減することができる。なお、第1封止部材5a、第2部材4の透光性領域及び第2封止部材5bは、同程度の屈折率を有する材料で構成されることが好ましい。これによって、第1封止部材5a、第2部材4の透光性領域及び第2封止部材5bの間に光学的な界面が形成されないため、第1封止部材5a、第2部材4の透光性領域及び第2封止部材5bの間で光が伝播し易くなる。
更に、第1実施形態では、第1封止部材5a及び第2封止部材5bの上面が、第1部材3側から第2部材4側に高くなる傾斜面又は凹曲面となっている。このような形状とすることで、例えば、上面が凸曲面の第1封止部材及び第2封止部材である場合と比べて、導光部材6の上面から出射される光が中央部方向に集光され易く、色ムラや輝度ムラをより低減した発光装置とすることができる。
また、第1実施形態では、第2部材4の延伸方向に垂直な方向の発光装置100の断面(図1D)と、第2部材4の延伸方向に平行な方向の発光装置100の断面(図1E)と、において、導光部材6の形状が異なる。これは、導光部材6の頂部となる第2部材4を、第1部材の内側で一方向(又は多方向)に延伸するように設けたことによる。第1実施形態において、導光部材6の頂部を所望の位置や領域に設けることで、第2部材4の平面形状を適宜変更することができ、それぞれの方向において配光が異なる発光装置を提供することができる。
封止部材5の材料としては、高い透光性、耐候性及び耐光性を有するものが好ましく、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂などの熱硬化性樹脂を好適に用いることができる。
波長変換物質は、第1封止部材5aに含有させる場合には第1発光素子1aからの光を吸収し、第2封止部材5bに含有させる場合には第2発光素子1bからの光を吸収し、波長変換するものを用いることができる。また、封止部材5に含有させる波長変換物質は、封止部材5に用いられる樹脂材料よりも比重が大きいものが好ましい。波長変換物質の比重が樹脂材料の比重よりも大きいと、製造過程において波長変換物質の粒子を封止部材5中で沈降させて、第1発光素子1a又は第2発光素子1bの表面近傍に偏在するように配置することができる。
波長変換物質として、具体的には、例えば、YAG(YAl12:Ce)やシリケートなどの黄色蛍光体、あるいは、CASN(CaAlSiN:Eu)やKSF(KSiF:Mn)などの赤色蛍光体、量子ドット等を挙げることができる。
また、封止部材5に、その他のフィラーを含有させるようにしてもよい。その他のフィラーとしては、例えば、SiO、TiO、Al、ZrO、MgOなどの粒子を好適に用いることができる。その他、例えば、有機や無機の着色染料や着色顔料を含有させるようにしてもよい。
(保護素子)
保護素子7は、第1発光素子1a及び第2発光素子1bを静電放電から保護するなどの目的で設けられる。
保護素子7としては、例えば、ツェナーダイオード、バリスタ、抵抗、キャパシタなどを用いることができる。なお、保護素子は有していなくてもよい。
(ワイヤ)
ワイヤ8は、第1発光素子1a同士、第2発光素子1b同士、第1発光素子1aと配線部22b及び配線部23bとの間、並びに第2発光素子1bと配線部24b及び配線部25bとの間、を電気的に接続するための配線部材である。また、ワイヤ8は、保護素子7と配線部23b,25bとを電気的に接続するために用いてもよい。ワイヤ8としては、良好な導電性を有するCu,Au,Ag,Alなどの金属又はこれらの金属を主成分とする合金を用いた金属ワイヤを好適に用いることができる。
[発光装置の動作]
次に、第1実施形態に係る発光装置100の動作について、図3を参照して説明する。図3は、図1Dと同じく、図1BのID-ID線における断面を示しているが、ワイヤ8など、一部の部材の記載を省略している。
図3では、第1発光素子1aに由来する光L1~L5の光路が示されている。また、図3に示した断面図において、第1発光素子1a、第2発光素子1b、第1部材3、第2部材4、第1封止部材5a及び第2封止部材5bは、略左右対称に配置されている。このため、第2発光素子1bに由来する光の光路は、第1発光素子1aに由来する光L1~L5と略左右対称となる。従って、図3には、右半分の領域に配置されている第1発光素子1aに由来する光の代表的な光路のみを模式的に示している。
なお、封止部材5及び第2部材4の透光性領域によって構成される凸形状の導光部材6の光軸Cは、前記した各部材が配置された領域の中心軸と一致するように設けられている。
また、第1部材3及び第2部材4の最下層である第1層41は光反射性を有し、第2部材4の上層部である第2層42及び第3層43は透光性を有する。また、第1封止部材5a、第2封止部材5b、第2部材の第2層42及び第3層43は、屈折率が同じであるものとする。
まず、基板2の第1配線22のパッド部22a及び第2配線23のパッド部23a、並びに第3配線24のパッド部24a及び第4配線25のパッド部25aに、それぞれ外部電源を接続することで、配線部22b,23b及びワイヤ8を介して各第1発光素子1aに、配線部24b,25b及びワイヤ8を介して各第2発光素子1bに、それぞれ電力が供給されて発光する。
第1実施形態に係る発光装置100では、第1発光素子1aが発した光は、そのままの波長で、又は第1封止部材5a中の波長変換物質によって波長変換されて、第1封止部材5a内を伝播する。第1封止部材5a内を上方に向かって伝播する光L1,L2は、凸形状の導光部材6の集光作用によって、その光軸Cに近づくように屈折して第1封止部材5aの上面から外部に取り出される。
第1実施形態に係る発光装置100では、第1発光素子1aに由来し、第2領域2bに向かってやや上方に伝播する光L3は、第2部材4の透明な第2層42又は第3層43を透過し、更に第2封止部材5b内に伝播する。第2封止部材5b内に伝播した光L3は、第2封止部材5bの上面から外部に取り出される。また、光L3は、凸形状の導光部材6の集光作用によって、光軸C側に近づくように屈折して外部に取り出される。
第1実施形態に係る発光装置100では、第1発光素子1aに由来し、第2領域2bに向かって水平に近い角度で伝播する光L4は、第2部材4の光反射性を有する第1層41で上方に反射され、第1封止部材5aの上面から外部に取り出される。また、光L4は、凸形状の導光部材6の集光作用によって、光軸C側に近づくように屈折して外部に取り出される。
第1実施形態に係る発光装置100では、第1発光素子1aに由来し、第1領域2aの外側の第1部材3側に向かって水平方向に近い角度で伝播する光L5は、光反射性の第1部材3によって上方に反射され、第1封止部材5aの上面から外部に取り出される。
なお、第2発光素子1bに由来する光も、第1発光素子1aに由来する光と同様にして、外部に取り出される。
第1実施形態に係る発光装置100では、以上のように、第1封止部材5a、第2部材4の透光性領域及び第2封止部材5bによって構成される導光部材6が凸形状であることで、第1発光素子1aに由来する光と、第2発光素子1bに由来する光とが、当該導光部材6内で混光され易くなる。更に、導光部材6が凸形状であることで、出射光は光軸C方向に集光されるため、導光部材6の上面から出射する光は、当該光軸C方向及びその近傍において効果的に混光される。従って、発光面の色ムラや輝度ムラが低減された発光装置100とすることができる。
また、第1封止部材5a及び第2封止部材5bの少なくとも一方が波長変換物質を含有し、当該波長変換物質がそれぞれ対応する領域の第1発光素子1a及び第2発光素子1bの表面近傍に偏在するように分布していることが好ましい。この場合は、第1発光素子1aから出射される直接光と、第2発光素子1bから出射される直接光とが、第2部材4の第1層41によって遮光されることで、互いに他領域に設けられた波長変換物質によって波長変換されないようにすることができる。このため、第1発光素子1aが発した光と、第1封止部材5a中の波長変換物質が発した光と、第2発光素子1bが発した光と、第2封止部材5b中の波長変換物質が発した光とが、所望の割合で混光され易くなる。
なお、第1発光素子1aの発光色と第2発光素子1bの発光色とが同じ、又は、第1封止部材5aに含有される波長変換物質の発光色と第2封止部材5bに含有される波長変換物質の発光色とが同じ、又はそれらの両方の場合であっても、前記したような凸形状の導光部材6による混光、集光作用により、発光素子同士の明るさや微小な色差によるムラ、波長変換物質の分布の偏りなどによって生じるムラも低減することができる。
[発光装置の製造方法]
次に、第1実施形態に係る発光装置の製造方法について、図4~図5Fを参照して説明する。第1実施形態に係る発光装置の製造方法は、図4に示されるように基板準備工程S11と、発光素子実装工程S12と、枠体形成工程S13と、封止部材形成工程S14とが含まれている。
枠体形成工程S13は、第1部材形成工程S131と、第2部材形成工程S132とを含んでいる。また、第1実施形態に係る発光装置の製造方法では、封止部材形成工程S14は、第1封止部材形成工程S141と、第2封止部材形成工程S142とを含んでいる。
基板準備工程S11は、図5Aに示すように、絶縁性の基体21の上面に第1配線22及び第2配線23が形成された基板2を準備する工程である。これらの配線は、例えば、基体21の上面全体に金属膜を形成し、当該金属膜上に配線パターンとして残す領域を被覆するマスクを設け、露出した金属膜をエッチングすることで形成するサブトラクティブ法などで形成することができる。
なお、本明細書において、準備工程とは、基板2を前記のような方法で製造することに限定されず、購入などにより入手することも含むものである。
発光素子実装工程S12は、図5Bに示すように、第1発光素子1a及び第2発光素子1bを、基板2に実装する工程である。この工程において、まず、第1発光素子1a及び第2発光素子1bを、それぞれ基板2の上面の第1領域2a及び第2領域2b内の所定の位置に、半田やダイボンド樹脂などの導電性又は絶縁性の接合部材を用いて接合する。全ての第1発光素子1a及び第2発光素子1bを基板2と接合した後に、第1実施形態の製造方法では、ワイヤ8を用いて、第1発光素子1a及び第2発光素子1b同士、第1発光素子1aと第1配線22の配線部22b及び第2配線23の配線部23bとの間を、それぞれ電気的に接続する。
なお、この工程において、保護素子7も基板2に実装することができる。
枠体形成工程S13は、第1部材3を形成する第1部材形成工程S131と、第2部材4を形成する第2部材形成工程S132とが含まれる。第1部材3及び第2部材4は、熱硬化性樹脂を用いて形成することが好ましい。熱硬化性樹脂を用いることで、金型を用いることなく、所望の形状の枠体を描画等により簡便に形成することができる。
以下、熱硬化性樹脂を用いた第1部材3及び第2部材4の形成方法について説明する。
まず、第1部材形成工程S131において、図5Cに示すように、第1部材3を形成する。この工程において、まず、ディスペンサ91を用いて、第1発光素子1a及び第2発光素子1bを囲むように、好ましくは遮光性物質を含有する液状の樹脂材料を供給する。このとき用いられる液状の樹脂材料は、第1部材3の高さが第1発光素子1aの高さよりも高く形成できるように、且つ、円弧状に設けられた配線を被覆可能な幅で形成できるように、所望の粘度に調整されている。その後、加熱処理を施して樹脂材料を硬化させることで、第1部材3が形成される。
なお、液状の樹脂材料の粘度は、当該樹脂材料に用いられる溶剤量や適宜なフィラーの添加量によって調整することができる。液状の樹脂材料の粘度を調整する方法は、後記する第2部材4、第1封止部材5a及び第2封止部材5bの形成においても同様である。
次に、第2部材形成工程S132において、図5Dに示すように、第2部材4を形成する。第1実施形態の製造方法では、第1層41、第2層42及び第3層43を順次に積層することで、第1部材3の高さよりも高い第2部材4を形成する。
まず、ディスペンサ92を用いて、第1部材3で囲まれた領域内の第1発光素子1aと第2発光素子1bとの間に、好ましくは遮光性物質を含有する液状の樹脂材料を直線状に供給する。このとき、液状の樹脂は、その両端部が第1部材3と接するように、且つ、その上端が第1部材3の上端以下の高さとなるように設けることが好ましい。その後、加熱処理を施して樹脂材料を硬化させることで、最下層の第1層41を形成する。
次に、ディスペンサ92を用いて、第1層41の上に、透光性を有する液状の樹脂材料を、直線状に、且つ、その両端部が第1部材3と離間するように(すなわち、第1層41よりも延伸方向の長さが短くなるように)供給し、加熱処理を施すことで、第2層42を形成する。更に、第2層42と同じ樹脂材料を用いて、同様にして、第2層42上に第2層42よりも長さが短い第3層43を形成することで、透光性領域を形成する。
なお、第1層41、第2層42及び第3層43に施す加熱処理は、熱硬化性樹脂を仮硬化させる条件で行うようにし、第3層43を積層後に、熱硬化性樹脂を本硬化させる条件で加熱処理を施すようにしてもよい。これによって、第1層41、第2層42及び第3層43を強固に接合させることができる。
なお、第2部材4を形成するための液状の樹脂材料の粘度を、第1部材3を形成するための液状の樹脂材料の粘度よりも高くなるように調整することで、第2部材4を1層構成で第1部材3よりも高く形成することもできる。
また、第1部材形成工程S131と、第2部材形成工程S132とは、何れを先に行ってもよいが、高さの低い第1部材3を先に形成することが好ましい。高さの高い第2部材4を先に形成すると、第1部材3を形成するための樹脂材料を供給するディスペンサ91のノズルの移動の際に、ディスペンサ92のノズルと当該第2部材4とが干渉する不具合が生じることがある。第1部材形成工程S131を先に行うことで、このような不具合を回避することができる。
また、第1部材3と第2部材4の第1層41とを、遮光性物質を含有する同じ材料を用いて同時に形成し、その後に、透光性を有する材料を用いて第2部材4の第2層42及び第3層43(透光性領域)を形成するようにしてもよい。これにより、第1部材3と第2部材4とを効率的に形成することができる。
次に、封止部材形成工程S14において、封止部材5を形成する。封止部材形成工程S14には、第1封止部材5aを形成する第1封止部材形成工程S141と、第2封止部材5bを形成する第2封止部材形成工程S142とが含まれる。第1封止部材5a及び第2封止部材5bは、第1部材3及び第2部材4の高さやパターンを適宜変更し、第1部材3と第2部材の間に透光性樹脂を充填することで、所望の形状に形成することができる。従って、金型を用いる成形等に比べ、形状の変更がし易く、比較的簡便に所望の凸形状の導光部材6を形成可能である。例えば、高さが高い第2部材4を形成すれば、単に第1部材の内側に透光性樹脂等を充填して封止部材を形成した場合に比べて、容易に高い凸形状の導光部材6を形成できる。従って、より集光効果が高く、色ムラや輝度ムラが低減可能な発光装置を形成することができる。
以下、熱硬化性樹脂を用いた第1封止部材5a及び第2封止部材5bの形成方法について説明する。
第1実施形態の製造方法では、まず、第1封止部材形成工程S141において、図5Eに示すように、第1部材3と第2部材4とで囲まれた右側の領域である第1領域2aに第1封止部材5aを形成することで、第1発光素子1a及び第1領域2a内に配線されているワイヤ8を封止する。
この工程では、まず、ディスペンサ93を用いて、第1領域2a内に未硬化、すなわち液状の樹脂材料を充填する。このとき用いられる液状の樹脂材料は、必要に応じて波長変換物質の粒子を含有し、適度な粘度に調整されている。ここで、適度な粘度とは、第1部材3の頂部3a及び第2部材4の頂部4aが露出し、かつ、頂部3a,4aの近傍まで樹脂材料を供給した際に、第1部材3と第2部材4とで挟まれた領域内で、第1部材3側から第2部材4側に向かって高くなる傾斜面又は凹曲面を形成可能な粘度である。また、第1部材3と第2部材4との間の距離に応じて、適度な粘度が定められる。
その後、波長変換物質の粒子を含有する場合は、好ましくは当該粒子が沈降するのを待ってから、加熱処理を施して樹脂材料を硬化させることで、第1封止部材5aが形成される。
次に、第2封止部材形成工程S142において、図5Fに示すように、第2部材4の内側の領域である第2領域2bに、第2封止部材5bを形成することで、第2発光素子1b及び第2領域2b内に配線されているワイヤ8を封止する。
この工程では、まず、ディスペンサ94を用いて、第2領域2b内に液状の樹脂材料を充填する。このとき用いられる液状の樹脂材料は、必要に応じて波長変換物質の粒子を含有し、第1封止部材5aと同様に適度な粘度に調整されている。
その後に、波長変換物質の粒子を含有する場合は、好ましくは当該粒子が沈降するのを待ってから、加熱処理を施して樹脂材料を硬化させることで、第2封止部材5bが形成される。
なお、第1封止部材形成工程S141と第2封止部材形成工程S142とは、何れを先に行ってもよく、同時に行うようにしてもよい。
また、第1部材形成工程S131、第2部材形成工程S132、第1封止部材形成工程S141及び第2封止部材形成工程S142において、それぞれ第1部材3、第2部材4、第1封止部材5a及び第2封止部材5bを形成する熱硬化性樹脂を仮硬化させておき、これらの部材が全て形成されてから熱硬化性樹脂を本硬化させるための加熱処理を施すようにしてもよい。これによって、これらの部材を強固に接合させることができる。
以上のように、第1部材3及び第2部材4の形状やパターンを適宜変更することで、所望の凸形状の導光部材6を形成することができるので、出射光の色ムラや輝度ムラが低減可能な発光装置100を比較的簡便に製造することができる。
<第2実施形態>
次に、第2実施形態に係る発光装置について、図6A及び図6Bを参照して説明する。
なお、図6Aの平面図では、基板2の基体21と、第1部材3及び第2部材4Aと、封止部材5Aとを示し、他の部材は記載を省略している。第1発光素子1a及び第2発光素子1bは、それぞれ第2実施形態における第1領域2a及び第2領域2bに配置されるものとする。
後記する第3実施形態から第6実施形態に係る発光装置の構成を示す平面図である図7A、図8A、図9A及び図10Aについても、図6A及び図6Bと同様の態様で図示する。
第2実施形態に係る発光装置100Aは、平面視において、基板2の上面に円環状に設けられた第1部材3で囲まれた領域が、直線状の2つの第2部材4Aによって3つの領域に区画されている。2つの第2部材4Aは、互いに略平行に延伸するように配置されている。第2実施形態に係る発光装置100Aでは、図6Aにおいて、左側の領域と右側の領域とを第1領域2aとし、中央の領域を第2領域2bとする。左右の2つの領域に分かれている第1領域2aには、それぞれ1つ以上の第1発光素子1aが配置され、第1発光素子1aは、それぞれ第1封止部材5Aaによって封止されている。
また、中央の第2領域2bには、1つ以上の第2発光素子1bが配置され、第2発光素子1bは、それぞれ第2封止部材5Abによって封止されている。
また、発光装置100Aの第2部材4Aは、図6Bに示すように、遮光性の第1層41と透光性の第2層42とが積層された2層構造を有しており、第2層42が設けられている中央部が両端部よりも高くなっている。
第1封止部材5Aaは、2つの第1領域2aのそれぞれに設けられており、第1部材3側の高さよりも第2部材4A側の高さの方が高くなるように設けられている。本実施形態の発光装置100Aは、第1部材3及び第2部材4Aからなる枠体が、図6Aに示すように、平面視で左右対称になるように配置されている。図6Bに示す断面において、第2部材4A間に設けられている第2封止部材5Abは、中央部が両端部よりも高くなるように、すなわち、凸形状に設けられている。従って、2つの第1封止部材5Aa、第2封止部材5Ab及び2つの第2部材4Aの透光性領域である第2層42は、1つの凸形状の導光部材6Aを構成している。
なお、第2領域2bにおいて、凸形状の第2封止部材5Abに代えて、図6Bにおいて破線で示した凹形状の第2封止部材5Axを設けるようにしてもよい。この場合は、導光部材6Aは、中央部が凹んだ凸形状となるが、導光部材6Aの上面からの出射光を混光し易くすることが可能である。
第2実施形態に係る発光装置100Aは、2つの第1封止部材5Aa、第2封止部材5Ab及び2つの第2部材4Aの透光性領域である第2層42から構成される導光部材6Aが凸形状であることで、第1発光素子1aに由来する光と、第2発光素子1bに由来する光とが導光部材6A内で伝播し、混光される。そして、導光部材6A内を伝播する光は、光取り出し面である導光部材6Aの上面から外部に取り出される。更に、外部に取り出された光は、導光部材6Aが凸形状であることで、その光軸方向、すなわち第2実施形態では、第2封止部材5Abの頂部を通る軸方向に集光される。従って、出射光の色ムラや輝度ムラが低減された発光装置100Aを提供することができる。
第2実施形態に係る発光装置100Aは、第2部材4A及び第2封止部材5Abを、それぞれ2つずつ備えること以外は、第1実施形態に係る発光装置100と同様である。従って、第1実施形態の製造方法と同様にして、対応する各部材を形成することで第2実施形態に係る発光装置100Aを製造することができるため、詳細な説明は省略する。
<第3実施形態>
次に、第3実施形態に係る発光装置について、図7A及び図7Bを参照して説明する。
第3実施形態に係る発光装置100Bでは、平面視において、基板2の上面に円環状に設けられた第1部材3で囲まれた領域が、互いに異なる方向に延伸し、一点で交差する複数の第2部材4Bによって、複数の領域に区画されている。第3実施形態では、直線状の2つの第2部材4Bが互いに直交することで、第1部材3で囲まれた領域が4つの領域に区画されている。従って、第3実施形態において区画された4つの領域は、何れも、平面視で中心角が90°の扇形である。第3実施形態に係る発光装置100Bは、平面視で、2つの第2部材4Bの交点である中心点周りに、交互に第1領域2aと第2領域2bとが配置されている。
なお、2つの第2部材4Bの交わる角度は、90°に限らず、扇形の中心角が異なる複数の領域に区画するようにしてもよい。
2つの第1領域2aには、それぞれ1つ以上の第1発光素子1aが配置され、第1発光素子1aは、それぞれ第1封止部材5Baによって封止されている。また、2つの第2領域2bには、それぞれ1つ以上の第2発光素子1bが配置され、第2発光素子1bは、それぞれ第2封止部材5Bbによって封止されている。
第2部材4Bは、第1実施形態の第2部材4と同様に、遮光性の第1層41と、透光性の第2層42及び第3層43とが積層された3層構造を有している。また、2つの第2部材4Bは、それぞれ両端部が第1部材3と接しており、両端部よりも中央部が高くなるように設けられている。
また、2つの第1封止部材5Ba、2つの第2封止部材5Bb及び2つの第2部材4Bの透光性領域である第2層42及び第3層43は、1つの凸形状の導光部材6Bを構成している。これにより、第1発光素子1aに由来する光と、第2発光素子1bに由来する光とが導光部材6B内を伝播し、混光される。更に、導光部材6Bが凸形状であることで、導光部材6Bの外部に取り出された光は、その光軸方向、すなわち第3実施形態では、第2部材4B同士の交差点を通る軸方向に集光される。従って、出射光の色ムラや輝度ムラが低減された発光装置100Bを提供することができる。
第2実施形態のように、直線状の2つの第2部材4A同士を離間させて互いに平行に配置する場合に比べて、直線状の2つの第2部材4Bを互いに交差するように配置することで、第1部材3で囲まれた領域内を、より多くの領域に区画することができる。
なお、第1領域2aと第2領域2bとは、中心点周りに交互に配置することに限定されないが、交互に配置することにより、対称性が高くなるため、発光装置100Bの出射光の色ムラや輝度ムラをより低減することができる。
第3実施形態に係る発光装置100Bは、第2部材4B、第1封止部材5Ba、第2封止部材5Bbが、それぞれ2つずつ備えること以外は、第1実施形態に係る発光装置100と同様である。従って、第1実施形態の製造方法と同様にして、対応する各部材を形成することで第3実施形態に係る発光装置100Bを製造することができるため、詳細な説明は省略する。
なお、第2部材形成工程S132において、2つの第2部材4Aの交点では、2つの第2部材4Aを形成するための樹脂材料が重なるように設けてもよいが、交点における樹脂材料の重複を避けて、十字状に樹脂材料を配置するようにしてもよい。
<第4実施形態>
次に、第4実施形態に係る発光装置について、図8A及び図8Bを参照して説明する。
第4実施形態に係る発光装置100Cは、平面視において、基板2の上面に円環状に設けられた第1部材3で囲まれた領域内に、楕円環状の第2部材4Cが設けられている。第2部材4Cは、平面視における外形形状である楕円の長軸の両端部が、それぞれ第1部材3と接するように設けられており、第1部材3で囲まれた領域が3つの領域に区画されている。
本実施形態では、楕円環状に配置された第2部材4Cの内部を第2領域2bとし、第1部材3と第2部材4Cとで囲まれた2つの領域を第1領域2aとしている。
2つの第1領域2aには、それぞれ1つ以上の第1発光素子1aが配置され、第1発光素子1aは、それぞれ第1封止部材5Caによって封止されている。また、第2領域2bには、1つ以上の第2発光素子1bが配置され、第2発光素子1bは、第2封止部材5Cbによって封止されている。
第2部材4Cは、第2実施形態の第2部材4Aと同様に、遮光性の第1層41と、透光性の第2層42とが積層された2層構造を有しており、第1部材3よりも高くなるように設けられている。第2部材4Cは、第1部材3で囲まれた領域の中心に近いほど高くなるように、第2層42を第1部材3で囲まれた領域の中心に近い領域のみに配置するようにしてもよい。また、第2部材4Cを、3層以上の積層構造とし、第1部材3で囲まれた領域の中心に近い領域ほど積層数を増加させて高さを変えるようにしてもよい。
第1封止部材5Caは、2つの第1領域2aのそれぞれに設けられており、第1部材3側の高さよりも第2部材4C側の高さの方が高くなるように設けられている。本実施形態の発光装置100Cは、第1部材3及び第2部材4Cからなる枠体が、図8Aに示すように、平面視で左右対称になるように配置されている。図8Bに示す断面において、第2部材4C間に設けられている第2封止部材5Cbは、中央部が両端部よりも高くなるように、すなわち、凸形状に設けられている。
従って、2つの第1封止部材5Ca、第2封止部材5Cb及び第2部材4Cの透光性領域である第2層42は、1つの凸形状の導光部材6Cを構成している。
なお、第2領域2bにおいて、凸形状の第2封止部材5Cbに代えて、図8Bにおいて破線で示した凹形状の第2封止部材5Cxを設けるようにしてもよい。この場合は、導光部材6Cは、中央部が凹んだ凸形状となるが、導光部材6Cの上面からの出射光を混光し易くすることが可能である。
また、発光装置100Cは、第2部材4Cを楕円環状とすることにより、第2実施形態に係る発光装置100Aよりも、第2封止部材5Cbの頂部の領域を小さく形成することが可能である。従って、導光部材6Cの集光効果を高めることができ、発光装置100Cの色ムラや輝度ムラを低減することが可能である。
第4実施形態に係る発光装置100Cは、2つの第1封止部材5Ca、第2封止部材5Cb及び第2部材4Cの透光性領域である第2層42から構成される導光部材6Cが凸形状であることで、第1発光素子1aに由来する光と、第2発光素子1bに由来する光とが導光部材6C内を伝播し、混光される。更に、導光部材6Cが凸形状であることで、導光部材6Cの外部に取り出された光は、導光部材6Cの光軸方向、すなわち第4実施形態では、第2封止部材5Cbの頂部を通る軸方向に集光される。従って、出射光の色ムラや輝度ムラが低減された発光装置100Cを提供することができる。
第4実施形態に係る発光装置100Cは、第2部材4Cが楕円環状に設けられ、第2封止部材5Cbを2つ備えること以外は、第1実施形態に係る発光装置100と同様である。従って、第1実施形態の製造方法と同様にして、対応する各部材を形成することで第4実施形態に係る発光装置100Cを製造することができるため、詳細な説明は省略する。
<第5実施形態>
次に、第5実施形態に係る発光装置について、図9A及び図9Bを参照して説明する。
第5実施形態に係る発光装置100Dは、平面視において、基板2の上面に円環状に設けられた第1部材3で囲まれた領域が、直線状の4つの第2部材4Dによって、縦方向及び横方向にそれぞれ3分割され、全部で9つの領域に格子状に区画されている。4つの第2部材4Dは、2つずつが互いに略平行に配置されている。また、第2部材4Dの略平行な2つずつの組同士は、互いに略直交するように配置されている。第5実施形態に係る発光装置100Dでは、図9Aにおいて、格子状に区画された9つの領域を、市松模様(チェッカーフラグ模様)となるように第1領域2aと第2領域2bとに区画されている。
4つの第1領域2aには、それぞれ1つ以上の第1発光素子1aが配置され、第1発光素子1aは、それぞれ第1封止部材5Daによって封止されている。また、中央に区画されている領域を含む5つの第2領域2bには、それぞれ1つ以上の第2発光素子1bが配置され、第2発光素子1bは、それぞれ第2封止部材5Dbによって封止されている。
また、発光装置100Dは、図9Bに示すように、第2部材4Dが、遮光性の第1層41と透光性の第2層42とが積層された2層構造を有しており、第2層42が設けられている中央部が両端部よりも高くなるように構成されている。
第1封止部材5Daは、4つの第1領域2aのそれぞれに設けられており、第1部材3と第2部材4Dとで挟まれた領域において、第1部材3側の高さよりも第2部材4D側の高さの方が高くなるように設けられている。
また、第2封止部材5Dbは、中央に区画された領域に設けられているものを除き、第1部材3と第2部材4Dとで挟まれた領域において、第1部材3側の高さよりも第2部材4D側の高さの方が高くなるように設けられている。また、中央に区画された領域に設けられている第2封止部材5Dbは、中央部が周辺部よりも高くなるように、すなわち凸形状に設けられている。
従って、4つの第1封止部材5Da、5つの第2封止部材5Db及び4つの第2部材4Dの透光性領域である第2層42は、1つの凸形状の導光部材6Dを構成している。
なお、中央に区画された第2領域2bにおいて、凸形状の第2封止部材5Dbに代えて、図9Bにおいて破線で示した凹形状の第2封止部材5Dxを設けるようにしてもよい。この場合は、導光部材6Dは、中央部が凹んだ凸形状となるが、導光部材6Cの上面からの出射光を混光し易くすることが可能である。
第5実施形態に係る発光装置100Dは、第1封止部材5Da、第2封止部材5Db及び第2部材4Dの透光性領域である第2層42から構成される導光部材6Dが凸形状であることで、第1発光素子1aに由来する光と、第2発光素子1bに由来する光とが導光部材6D内を伝播し、混光される。更に、導光部材6Dが凸形状であることで、導光部材6Dから外部に取り出された光は、導光部材6Dの光軸方向、すなわち第5実施形態では、中央に配置された第2封止部材5Dbの頂部を通る軸方向に集光される。従って、出射光の色ムラや輝度ムラが低減された発光装置100Dを提供することができる。
第5実施形態に係る発光装置100Dは、第2部材4Dを4つ、第1封止部材5Daを4つ、第2封止部材5Dbを5つ備えること以外は、第1実施形態に係る発光装置100と同様である。従って、第1実施形態の製造方法と同様にして、対応する各部材を形成することで第5実施形態に係る発光装置100Dを製造することができるため、詳細な説明は省略する。
<第6実施形態>
次に、第6実施形態に係る発光装置について、図10A及び図10Bを参照して説明する。
第6実施形態に係る発光装置100Eは、平面視において、基板2の上面に円環状に設けられた第1部材3で囲まれた領域が、その内側に設けられた第1部材3よりも小さな円環状の第2部材4Eによって、2つの領域に区画されている。第6実施形態の第2部材4Eは、平面視で第1部材3の円環に内接するように設けられている。
本実施形態では、円環状に配置された第2部材4Eの内部を第2領域2bとし、第1部材3と第2部材4Cとで囲まれた領域を第1領域2aとしている。
第1領域2aには、1つ以上の第1発光素子1aが配置され、第1発光素子1aは、それぞれ第1封止部材5Eaによって封止されている。また、第2領域2bには、1つ以上の第2発光素子1bが配置され、第2発光素子1bは、第2封止部材5Ebによって封止されている。
第2部材4Eは、遮光性の第1層41と、透光性の第2層42とが積層された2層構造を有しており、第1部材3よりも高くなるように設けられている。第2層42は、第1層41上に、円環状に積層されている。つまり、第2部材4Eは、第1部材3よりも高い一定の高さに設けられている。
なお、第2部材4Eは、第1部材3で囲まれた領域の中心に近いほど高くなるように、第2層42を第1部材3で囲まれた領域の中心に近い領域のみに配置するようにしてもよい。また、第2部材4Eを、3層以上の積層構造とし、第1部材3で囲まれた領域の中心に近い領域ほど積層数を増加させて高さを変えるようにしてもよい。
第1封止部材5Eaは、第1領域2aに設けられており、第1部材3側の高さよりも第2部材4E側の高さの方が高くなるように設けられている。本実施形態の発光装置100Eは、第1部材3及び第2部材4Eからなる枠体が、図10Aに示すように、平面視で上下対称になるように配置されている。図10Bに示す断面において、第2領域2bに設けられている第2封止部材5Ebは、中央部が両端部よりも高くなるように、すなわち、凸形状に設けられている。
従って、第1封止部材5Ea、第2封止部材5Eb及び第2部材4Eの透光性領域である第2層42は、1つの凸形状の導光部材6Eを構成している。
なお、第2領域2bにおいて、凸形状の第2封止部材5Ebに代えて、図10Bにおいて破線で示した凹形状の第2封止部材5Exを設けるようにしてもよい。この場合は、導光部材6Eは、中央部が凹んだ凸形状となるが、封止部材5Cの上面からの出射光を混光し易くすることが可能である。
第6実施形態に係る発光装置100Eは、第1封止部材5Ea、第2封止部材5Eb及び第2部材4Eの透光性領域である第2層42から構成される導光部材6Eが凸形状であることで、第1発光素子1aに由来する光と、第2発光素子1bに由来する光とが導光部材6E内を伝播し、混光される。更に、導光部材6Eが凸形状であることで、導光部材6Eから外部に取り出された光は、導光部材6Eの光軸方向、すなわち第6実施形態では、第2封止部材5Ebの頂部を通る軸方向に集光される。従って、出射光の色ムラや輝度ムラが低減された発光装置100Eを提供することができる。
第6実施形態に係る発光装置100Eは、第2部材4Eが円環状に設けられ、1箇所で第1部材3と接すること以外は、第1実施形態に係る発光装置100と同様である。従って、第1実施形態の製造方法と同様にして、対応する各部材を形成することで第6実施形態に係る発光装置100Eを製造することができるため、詳細な説明は省略する。
(その他の変形例)
第1実施形態~第6実施形態として、第1部材と第2部材とからなる枠体によって発光領域が複数に区画された発光装置の例を示したが、区画の仕方はこれらに限定されるものではない。例えば、第1部材で囲まれる領域は、円形に限らず、楕円形、矩形、その他の多角形などであってもよい。第2部材は、線状や環状であってもよい。また、線状や環状の第2部材を複数用いたり、形状の異なる複数の第2部材を組み合わせて用いたりして、複数の領域に区画するようにしてもよい。また、3以上の領域に区画する場合は、発光色が異なる3種類以上の領域として用いるようにしてもよい。
また、第2部材は、2層構造又は3層構造に限らず、1層や4層以上であってもよい。
以上、本発明に係る発光装置及びその製造方法について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変などしたものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
本開示の実施形態に係る発光装置は、LED電球やスポットライトなどの各種照明器具、液晶ディスプレイのバックライト光源、大型ディスプレイ、広告や行き先案内などの各種表示装置、更には、デジタルビデオカメラ、ファクシミリ、コピー機、スキャナなどにおける画像読取装置、プロジェクタ装置など、種々の光源に利用することができる。
1 発光素子
11 素子基板
12 半導体積層体
12n n型半導体層
12a 活性層
12p p型半導体層
12b 露出部
13 n側電極
14 全面電極
15 p側電極
16 絶縁膜
16n,16p 開口部
1a 第1発光素子
1b 第2発光素子
2 基板
2a 第1領域
2b 第2領域
21 基体
22 第1配線
22a パッド部
22b 配線部
23 第2配線
23a パッド部
23b 配線部
24 第3配線
24a パッド部
24b 配線部
25 第4配線
25a パッド部
25b 配線部
3 第1部材
3a 頂部
4,4A,4B,4C,4D,4E 第2部材
4a,4Aa,4Ba,4Ca,4Da,4Ea 頂部
41 第1層
42 第2層
43 第3層
5,5A,5B,5C,5D,5E 封止部材
5a,5Aa,5Ba,5Ca,5Da,5Ea 第1封止部材
5b,5Ab,5Bb,5Cb,5Db,5Eb 第2封止部材
5Ax,5Cx,5Dx,5Ex 第2封止部材
6,6A,6B,6C,6D,6E 導光部材
7 保護素子
8 ワイヤ
91~94 ディスペンサ
100,100A,100B,100C,100D,100E 発光装置
AM アノードマーク

Claims (22)

  1. 基板と、
    前記基板上に配置される第1発光素子及び第2発光素子と、
    前記基板の上面で前記第1発光素子及び前記第2発光素子の外側を囲む第1部材と、
    前記基板上であって前記第1部材の内側に前記第1部材と接するように設けられており、前記第1部材の内側を、少なくとも1つの前記第1発光素子が配置される第1領域と、少なくとも1つの前記第2発光素子が配置される第2領域と、を含む複数の領域に区画する第2部材と、
    前記第1発光素子及び前記第2発光素子を被覆する封止部材と、を有し、
    前記第2部材は、最下層として設けられる遮光性の第1層と、前記第1層上に設けられる透光性の第2層と、を有する複数の層が積層されてなり、
    前記第1層の上端は、前記第1発光素子の上端及び前記第2発光素子の上端よりも高い、発光装置。
  2. 前記第2部材は、さらに前記第2層の上に透光性の第3層を有する請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記第2部材において積層される前記複数の層は、上層ほど延伸方向の長さが短い、請求項1又は請求項2に記載の発光装置。
  4. 前記第2部材の高さは前記第1部材の高さよりも高い請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の発光装置。
  5. 前記第2部材の高さが前記封止部材の高さよりも高い請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の発光装置。
  6. 前記第1部材及び前記第2部材の頂部が、前記封止部材から露出している請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の発光装置。
  7. 前記第2部材は、平面視で前記第1部材内の2箇所と接する請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の発光装置。
  8. 前記第2部材は、平面視で前記第1部材と接する前記2箇所の一方から他方に向かって延伸するように、線状に設けられている請求項7に記載の発光装置。
  9. 前記線状は、直線状である請求項8に記載の発光装置。
  10. 前記第2部材は、断面視で略台形状である請求項8に記載の発光装置。
  11. 前記第2部材は、前記線状の両端部よりも中央部が高くなるように設けられている請求項8乃至請求項10の何れか一項に記載の発光装置。
  12. 前記第2部材は、頂部が直線状である請求項11に記載の発光装置。
  13. 互いに交差する複数の前記第2部材を備え、前記第1部材の内側を複数の領域に区画する請求項8乃至請求項12の何れか一項に記載の発光装置。
  14. 前記第1発光素子の発光色と、前記第2発光素子の発光色とが異なる請求項1乃至請求項13の何れか一項に記載の発光装置。
  15. 前記封止部材は、前記第1領域に配置される第1封止部材と、前記第2領域に配置される第2封止部材と、を有する請求項1乃至請求項14の何れか一項に記載の発光装置。
  16. 前記第1封止部材と前記第2封止部材には、それぞれ発光色が異なる波長変換物質が含まれている請求項15に記載の発光装置。
  17. 前記第1封止部材と前記第2封止部材の何れか一方にのみ波長変換物質が含まれている請求項15に記載の発光装置。
  18. 前記第1部材は、遮光性である請求項1乃至請求項17の何れか一項に記載の発光装置。
  19. 前記第1部材は、単層である請求項1乃至請求項18の何れか一項に記載の発光装置。
  20. 基板上に少なくとも1つの第1発光素子及び少なくとも1つの第2発光素子を実装する工程と、
    前記基板上に前記第1発光素子及び前記第2発光素子を囲む第1部材を形成する工程と、
    前記基板上であって、前記第1発光素子と前記第2発光素子の間に、前記第1発光素子が配置された第1領域と前記第2発光素子が配置された第2領域とを区画する第2部材を、前記第1部材と接するように複数の層を積層することで形成する工程と、
    前記第1領域と前記第2領域とに、前記第1発光素子及び前記第2発光素子を被覆するように封止部材を充填する工程と、を有し、
    前記第2部材の複数の層は、最下層として設けられる遮光性の第1層と、前記第1層上に設けられる透光性の第2層とを有し、
    前記第1層の上端を前記第1発光素子の上端及び前記第2発光素子の上端よりも高く形成する、発光装置の製造方法。
  21. 前記第1部材を前記第2部材よりも先に形成する請求項20に記載の発光装置の製造方法。
  22. 前記封止部材は、ポッティング法によって未硬化の樹脂材料を充填することで、前記第1部材と前記第2部材とで挟まれた領域において、前記第2部材側の高さが前記第1部材側の高さよりも高くなるように形成する請求項20又は請求項21に記載の発光装置の製造方法。
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