JP7231846B2 - 発光装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、発光装置の製造方法に関する。
発光ダイオード等の発光素子を有する発光装置が知られている。一例として、複数のリードフレーム上に配置され、複数のリードフレームの上面領域のうち所定領域にオープンされた領域を有する反射性の第1胴体と、第1胴体のオープンされた領域に対応する第1開口部を有し、第1胴体の上面の上に配置された透光性の第2胴体と、第2胴体の第1開口部に露出された複数のリードフレームのうち少なくとも1つの上に配置された発光チップと、第2胴体の第1開口部に配置され発光チップをカバーする第1樹脂層とを含む発光装置が挙げられる。このような発光装置には、薄型化が求められている。
特開2013-106047号公報
本開示は、薄型化を可能とする発光装置の製造方法の提供を目的とする。
本開示の一実施形態に係る発光装置の製造方法は、側壁と底面を備える凹部を有する複数の収容部と、隣接する前記収容部の間に位置し、前記凹部の底面を基準として、前記側壁の高さより高さが低い連結部と、を含む支持部材と、前記凹部の底面に載置される光源と、前記凹部に配置され、前記光源を被覆する封止部材と、を有する中間体を準備する工程と、前記収容部及び前記連結部を連続的に被覆する第1透光性部材を形成する工程と、前記第1透光性部材を形成する工程後、前記連結部と、前記連結部を被覆する前記第1透光性部材と、を切断する工程と、を含み、前記第1透光性部材の表面は、前記凹部の底面を基準として、前記収容部上の高さより前記連結部上の高さが低くなる斜面を備える。
本開示の一実施形態によれば、薄型化を可能とする発光装置の製造方法を提供できる。
第1実施形態に係る発光装置を例示する模式平面図である。 第1実施形態に係る発光装置を例示する、図1のII-II線における模式断面図である。 第1実施形態に係る発光装置の製造工程を例示する模式断面図(その1)である。 第1実施形態に係る発光装置の製造工程を例示する模式平面図(その1)である。 第1実施形態に係る発光装置の製造工程を例示する模式断面図(その2)である。 第1実施形態に係る発光装置の製造工程を例示する模式平面図(その2)である。 第1実施形態に係る発光装置の製造工程を例示する模式断面図(その3)である。 第1実施形態に係る発光装置の製造工程を例示する模式断面図(その4)である。 第1実施形態に係る発光装置の製造工程を例示する模式断面図(その5)である。 第1実施形態に係る発光装置の製造工程を例示する模式断面図(その6)である。 発光装置1を用いた面状光源を例示する模式平面図(その1)である。 発光装置1を用いた面状光源を例示する模式平面図(その2)である。 発光装置1を用いた面状光源の具体例を示す模式平面図である。 発光装置1を用いた面状光源の具体例を示す、図13のXIV-XIV線における模式部分断面図である。 第1実施形態の変形例1に係る発光装置を例示する模式断面図(その1)である。 第1実施形態の変形例1に係る発光装置を例示する模式断面図(その2)である。 第1実施形態の変形例1に係る発光装置を例示する模式断面図(その3)である。 第1実施形態の変形例1に係る発光装置を例示する模式断面図(その4)である。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。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」、及びそれらの用語を含む別の用語)を用いるが、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制限されるものではない。又、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置等を例示するものであって、本発明を以下に限定するものではない。又、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。又、一の実施形態において説明する内容は、他の実施形態や変形例にも適用可能である。又、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張している場合がある。さらに、図面が過度に複雑になることを避けるために、一部の要素の図示を省略した模式図を用いたり、断面図として切断面のみを示す端面図を用いたりすることがある。
〈第1実施形態〉
(発光装置1)
図1は、第1実施形態に係る発光装置を例示する模式平面図である。図2は、第1実施形態に係る発光装置を例示する、図1のII-II線における模式断面図である。
図1及び図2に示すように、発光装置1は、基板10と、光源20と、封止部材30と、透光性部材40とを有している。ただし、基板10は、必要に応じて設けられる部材であり、発光装置1の必須の構成要素ではない。
発光装置1において、光源20は、基板10の上面10a側に載置されている。光源20は、上面20a及び側面20cを有する。光源20からの光は、上面20aから出射され、側面20cからも出射される。封止部材30は、基板10の上面10a側に設けられ、光源20の上面20a及び側面20cを被覆する。透光性部材40は、基板10の上面10a側に設けられ、封止部材30を被覆し、光源20の上面20aの上方及び側面20cの側方に位置する。発光装置1において、光源20からの光は、封止部材30及び透光性部材40を通って、透光性部材40の上方向及び横方向に出射される。以下、発光装置1を構成する各要素について詳説する。
[基板10]
基板10は、一対のリード11と、絶縁部材12とを有している。各々のリード11の周囲はほとんどが絶縁部材12で埋められており、一部が絶縁部材12から露出している。また、各々のリード11の上面及び下面は絶縁部材12から露出している。例えば、各々のリード11の上面と絶縁部材12の上面とは同一平面にあり、各々のリード11の下面と絶縁部材12の下面とは同一平面にある。各々のリード11の下面は、例えば、外部接続端子となる。
リード11を構成する母材としては、例えば、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄及びニッケルから選ばれる少なくとも1種の金属、又は、鉄-ニッケル合金、燐青銅などの合金やクラッド材からなる板状体を用いることができる。リード11の表面には、光源20からの光を効率よく取り出すために、銀、アルミニウム、金及びこれらの合金、又は銀からなる金属の膜(例えばめっきによる膜)が形成されていてもよい。リード11の表面に形成される金属の膜は、単層膜でもよく、多層膜でもよい。
絶縁部材12の材質は、光反射性に優れていることが好ましく、例えば、光を反射する添加物である白色粉末、フィラー、拡散剤、反射性物質等を透明樹脂に添加した白色樹脂が挙げられる。絶縁部材12としては、酸化チタン等の無機白色粉末を含有するシリコーン樹脂が好ましい。絶縁部材12が光反射材を含有する樹脂を含むことで、基板側へ光が抜けることが抑制される。絶縁部材12は、光源20から出射される光に対して60%以上の反射率を有することが好ましく、90%以上の反射率を有することがより好ましい。
[光源20]
光源20は、例えば、発光素子である。あるいは、光源20として、発光素子と、他の部材と、を含む発光装置を用いてもよい。本実施形態では、光源20として上面20a及び側面20cを有する発光素子を例示する。光源20は、例えば、平面視で矩形である。
光源20は、例えば、上面20a側に一対の電極20tを有し、光源20の一対の電極20tと基板10の一対のリード11とは金属線25で電気的に接続されている。金属線25の材質としては、金、銀、銅、白金、アルミニウム等の金属、及び、それらの合金が挙げられるが、特に、熱伝導率等に優れた金を用いることが好ましい。金属線25の太さは、目的及び用途に応じて適宜選択できる。
光源20が発光素子である場合、あるいは光源20が発光素子と他の部材とを含む場合、発光素子の典型例は、LED(Light Emitting Diode)である。発光素子は、例えば、サファイア又は窒化ガリウム等の素子基板と、半導体積層体とを含む。半導体積層体は、n型半導体層及びp型半導体層と、これらに挟まれた活性層と、n型半導体層及びp型半導体層と電気的に接続された電極とを含む。半導体積層体は、紫外~可視域の発光が可能な窒化物系半導体(InAlGa1-X-YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)を含んでもよい。
半導体積層体は、上述のような紫外~可視域の光を発光可能な発光層を、少なくとも1つ備えることができる。例えば、半導体積層体は、n型半導体層と、p型半導体層との間に1つの発光色又は発光波長を発光可能な発光層を含むことができる。なお、前記発光層は、ダブルヘテロ接合や単一量子井戸構造(SQW)でもよいし、多重量子井戸構造(MQW)でもよい。
また、半導体積層体は、複数の発光層を含むこともできる。例えば、半導体積層体は、n型半導体層とp型半導体層との間に複数の発光層を含む構造であってもよいし、n型半導体層と発光層とp型半導体層とを順に含む構造が複数回繰り返された構造であってもよい。複数の発光層には、発光色又は発光波長が異なる活性層を含んでいてもよいし、発光色又は発光波長が同じ活性層を含んでいてもよい。なお、同じ発光色とは、使用上同じ発光色とみなせる範囲、例えば、主波長で数nm程度のばらつきがあってもよい。
発光色又は発光波長の組み合わせとしては適宜選択することができる。例えば、半導体積層体に2つの活性層を含む場合、発光色の組み合わせとしては、青色光と青色光、緑色光と緑色光、赤色光と赤色光、紫外光と紫外光、青色光と緑色光、青色光と赤色光、又は緑色光と赤色光などが挙げられる。
[封止部材30]
封止部材30は、平面視で光源20よりも大きな矩形である。封止部材30の中心は、平面視において、光源20の光軸と一致していることが好ましい。ここで、光源20の光軸は、光源20の上面20aの中心を通り、上面20aと垂直に交わる線で定義されるものとする。平面視で、封止部材30の矩形の各頂点は、例えば、光源20の矩形の対角線の延長線上に位置する。すなわち、光源20と封止部材30とは、例えば、相似形である。
封止部材30としては、耐熱性、耐候性、及び耐光性に優れた樹脂を用いることが好ましい。このような樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂もしくはフッ素樹脂、又は、これらの樹脂の2種以上を含む樹脂が挙げられる。
封止部材30には、所定の機能を持たせるため、フィラー、拡散剤、顔料、蛍光物質、反射性物質からなる群から選択される少なくとも1種を混合することができる。拡散剤としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等を好適に用いることができる。また、封止部材30は、所望外の波長をカットする目的で、有機や無機の着色染料や着色顔料を含有してもよい。さらに、封止部材30は、蛍光体を含有してもよい。
封止部材30は、蛍光体を含有する場合、波長変換部材として機能する。波長変換部材は、光源20から出射された光の少なくとも一部を吸収し、光源20からの光の波長とは異なる波長の光を発する。例えば、波長変換部材は、光源20からの青色光の一部を波長変換して黄色光を発する。このような構成によれば、波長変換部材を通過した青色光と、波長変換部材から発せられた黄色光との混色によって、白色光が得られる。
蛍光体は、当該分野で公知の蛍光体のいずれを用いてもよい。例えば、青色発光素子又は紫外線発光素子で励起可能な蛍光体としては、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(YAG:Ce);セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(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蛍光体(CaO-Al-SiO);ユウロピウムで賦活されたシリケート系蛍光体((Sr,Ba)SiO);βサイアロン蛍光体、CASN系蛍光体、SCASN系蛍光体等の窒化物系蛍光体;KSF系蛍光体(KSiF:Mn);硫化物系蛍光体、量子ドット蛍光体などが挙げられる。これらの蛍光体と、青色発光素子又は紫外線発光素子と組み合わせることにより、様々な色の発光装置(例えば、白色系の発光装置)を製造することができる。これらの蛍光体は、1種類又は複数用いることができる。複数用いる場合は、混合して単一層としてもよいし、各蛍光体を含有する層を積層してもよい。また、波長変換部材には、粘度を調整する等の目的で、各種のフィラー等を含有させてもよい。
量子ドット蛍光体としては、II-VI族化合物、III-V族化合物、IV-VI族化合物、及びIV族化合物からなる群より選択される少なくとも1種を含むものが挙げられる。発光効率の観点からは、量子ドット蛍光体は、Cd及びInの少なくとも一方を含む化合物を含むことが好ましい。
II-VI族化合物の具体例としては、CdSe、CdTe、CdS、ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnO、HgS、HgSe、HgTe等が挙げられる。III-V族化合物の具体例としては、GaN、GaP、GaAs、GaSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、InN、InP、InAs、InSb等が挙げられる。IV-VI族化合物の具体例としては、SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、PnTe等が挙げられる。IV族化合物の具体例としては、Si、Ge、SiC、SiGe等が挙げられる。
また、量子ドット蛍光体としては、コアシェル構造を有するものが好ましい。コアを構成する化合物のバンドギャップよりもシェルを構成する化合物のバンドギャップを広くすることで、量子ドット蛍光体の量子収率をより向上させることが可能となる。コア及びシェルの組み合わせ(コア/シェル)としては、CdSe/ZnS、InP/ZnS、PbSe/PbS、CdSe/CdS、CdTe/CdS、CdTe/ZnS等が挙げられる。
封止部材30の平面形状は矩形状、円形状など種々の形状でよいが、矩形状であることが好ましい。封止部材30が蛍光体を含有する場合、光源20の平面形状が矩形状であり、封止部材30の平面形状も、光源の平面形状より大きな矩形状である場合、光源の対角線方向と、それぞれの一辺に垂直な方向との、光が封止部材30を通過する距離をほぼ同じにできる。その結果、蛍光体で波長変換された光の色を対角線方向と一辺に垂直な方向とでほぼ同じになり、発光装置1の色ムラを低減することが可能となる。
[透光性部材40]
透光性部材40としては、耐熱性、耐候性、及び硬度に優れた樹脂を用いることが好ましい。このような樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、ユリア樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、もしくはポリイミド樹脂、又は、これらの樹脂の2種以上を含む樹脂が挙げられる。透光性部材40には、所定の機能を持たせるため、フィラー、拡散剤、顔料、反射性物質からなる群から選択される少なくとも1種を混合することができる。
透光性部材40は、例えば、平面視で四角形である。透光性部材40は、例えば、平面視で正方形である。透光性部材40の中心は、平面視において、光源20の光軸と一致していることが好ましい。平面視で、透光性部材40の四角形の4つの頂点は、例えば、光源20の矩形の対角線及び封止部材30の対角線の延長線上に位置する。すなわち、光源20と封止部材30と透光性部材40は、例えば、相似形である。
例えば、仮に透光性部材40が平面視で円形の場合、各方向の指向性が均等になる。これに対して、本実施形態のように透光性部材40が平面視で四角形の場合、四角形の対角線方向の指向性が向上し、四角形の各辺の中心に垂直な方向等の光の強度に対して対角線方向の光の強度を高くできる。この特性は、例えば、発光装置1の周囲に平面視で矩形のリフレクターを配置する場合に好適である。
すなわち、平面視で矩形のリフレクターの四隅は発光装置1の中心からの距離が他の部分よりも長くなるため、リフレクターの四隅は暗くなりやすい。リフレクターにおいて、四隅が暗くなると、輝度ムラが生じることになる。しかし、発光装置1では透光性部材40を平面視で四角形とすることにより、四角形の対角線方向の指向性を向上し、四角形の各辺の中心に垂直な方向等の光の強度に対して対角線方向の光の強度を高くしている。そのため、平面視で矩形のリフレクターの四隅が暗くなることを抑制可能となり、輝度ムラを低減できる。
なお、透光性部材40は、平面視で四角形には限定されず、四角形にさらに角が追加された多角形でもよい。例えば、図1に示す四角形の各辺の中心が、四角形の外側であって各辺と垂直な方向に均等に移動した八角形が挙げられる。この場合も、平面視で矩形のリフレクターの四隅方向に進む光の強度を高くできるため、リフレクターの四隅が暗くなることを抑制可能となり、輝度ムラを低減できる。
透光性部材40の表面は、光源20の下面を基準として、中央側の高さより外周端側の高さが低くなる斜面40aを備える。斜面40aは、例えば、平面視で封止部材30より外側に環状に設けられる。透光性部材40において、光源20からの光は斜面40aで屈折して横方向に出射する。そのため、バッドウィング配光に代表される広配光を実現できる。斜面40aは、断面視で曲面状に形成されてもよいが、断面視で直線状に形成されることが好ましい。斜面40aは、断面視で直線状に形成されると、断面視で曲線状に形成される場合よりも、横方向に出射する光を増やすことができ、広配光に有利となる。
透光性部材40の表面は、平面視において、封止部材30と重複する領域に、光源20の側に窪む凹部40xを有する。凹部40xは、平面視において中心となる位置に、最深部が位置することが好ましい。凹部40xの側面は、凹部40xの中心を通る中心軸を含む断面において、線対称とすることが好ましい。凹部40xは、例えば、錐体形状又は錐体台形状である。凹部40xは、例えば、平面視で矩形である。凹部40xは、例えば、四角錐又は四角錐台である。凹部40xの中心は、平面視において、光源20の光軸と一致していることが好ましい。
凹部40xは、透光性部材40の内部と外部の環境との界面において光の屈折を利用して光の出射方向を制御する。凹部40xが錐体形状又は錐体台形状のように、傾斜した側面を有する凹みの場合、透光性部材40の内部と外部の環境との界面で反射した光は、透光性部材40中でより広い範囲に拡散して基板10側へ進む。よって、光源20からの光をより効率的に透光性部材40の面内に拡散させることが可能である。すなわち、光源20の上方に凹部40xを配置することで、光源20の上方に出射された光を適度に透過させつつ、下方や横方向に拡散させることができる。その結果、光源20の直上の輝度が他の領域と比較して極端に高くなることを抑制できる。
(発光装置1の製造方法)
図3~図10は、第1実施形態に係る発光装置の製造工程を例示する模式図である。図3~図8に示すように、発光装置1の製造工程は、支持部材100と、光源20と、封止部材30とを有する中間体140を準備する工程を含む。また、発光装置1の製造工程は、図9に示すように、中間体140上に第1透光性部材42を形成する工程を含む。また、発光装置1の製造工程は、図10に示すように、第1透光性部材42を形成する工程後、第2透光性部材41と第1透光性部材42の両方を切断し、複数の発光装置1を作製する工程を含んでもよい。以下、図3~図10に示す各工程について詳説する。
図3~図6は、支持部材100を準備する工程である。支持部材100を準備するには、まず、図3の断面図及び図4の平面図に示すように、一対のリード11と、絶縁部材12とを有する基板10を準備する。基板10は、例えば、インサート成形等により作製できる。基板10には、発光装置1に対応する複数の領域Eが画定される。発光装置1となる複数の領域Eは、図4では平面視で二次元に配列されているが、平面視で一次元に配列されてもよい。なお、図3は、2つの隣接する領域Eを含む断面を示している。また、図4は領域Eの配列のみを示しており、各々の領域E内における基板10の詳細な図示は省略されている。
次に、図5の断面図及び図6の平面図に示すように、基板10上に、貫通孔41xを備えた第2透光性部材41を配置する。基板10上に第2透光性部材41が配置されると、貫通孔41xを規定する第2透光性部材41の側壁と、基板10の上面10aとで凹部110xが規定される。
これにより、側壁と底面を備える凹部110xを有する複数の収容部110と、隣接する収容部110の間に位置する連結部120とを含む支持部材100が形成される。収容部110は、凹部110x内に光源を収容可能な部分である。連結部120は、凹部110xの底面をなす基板10の上面10aを基準として、凹部110xの側壁の高さより高さが低い。例えば、平面視において、凹部110xは矩形状であり、連結部120は格子状である。例えば、連結部120は各々の領域Eの外縁を含むように配置され、凹部110xは各々の領域Eに1つずつ配置される。
第2透光性部材41は樹脂であり、例えば、トランスファーモールドや圧縮成形により形成される。トランスファーモールドで第2透光性部材41を形成する場合は、まず、基板10の上面10a側に、第2透光性部材41の形状に対応した形状の空洞部分を有する上金型を配置する。また、基板10の下面側に下金型を配置する。そして、空洞部分に注入口から未硬化状態の第2透光性部材41を流し込む。圧縮成形で第2透光性部材41を形成する場合は、まず、基板10を下金型上に配置し、未硬化の第2透光性部材41を基板10の上面10a上に配置した後、上金型を型閉して未硬化の第2透光性部材41を圧縮しながら成形する。
第2透光性部材41は、この工程で硬化させてもよいが、この工程では半硬化状態としておき、後述の工程で第1透光性部材42と一緒に硬化させてもよい。第2透光性部材41を半硬化状態にするには、例えば、第2透光性部材41を、第2透光性部材41の硬化温度よりも低い温度で加熱すればよい。なお、半硬化状態とは、第2透光性部材41が変形しない程度の硬化状態である。
第2透光性部材41はトランスファーモールドにより形成されることが好ましい。基板10には個片化の際に切断を容易にするための穴が設けられている場合があるが、第2透光性部材41をトランスファーモールドで形成することで、第2透光性部材41が基板10に設けられた穴を埋めて、穴のない連続的な表面を形成できる。これにより、第1透光性部材42を形成する際に、圧縮成形を用いることが可能となる。なお、第1透光性部材42を圧縮成形で形成する場合、第1透光性部材42の下方に位置する部材に穴があると、樹脂が穴を通って反対面側に流れてしまい好ましくない。
次に、図7の断面図に示すように、支持部材100の各々の凹部110xの底面に光源20を載置する。ここでは、一例として、光源20は、上面20a及び側面20cを有する発光素子である。例えば、光源20の平面形状は矩形状であり、凹部110xの平面形状は光源20よりも大きな矩形状である。例えば、平面視で、凹部110xの矩形の各頂点が、光源20の矩形の対角線の延長線上に位置するように、凹部110xの底面に光源20が配置される。
具体的には、例えば、光源20を準備し、光源20を接着部材で凹部110xの底面に接着する。そして、光源20の一対の電極20tと基板10の一対のリード11とを金属線25で電気的に接続する。
以上の図3~図7に示す工程により、支持部材100と複数の光源20とを有する中間体130が準備される。
次に、図8の断面図に示すように、支持部材100の各々の凹部110x内に光源20を被覆する封止部材30を配置し、中間体140を形成する。つまり、中間体140は、図7に示す中間体130と、凹部110x内に配置される封止部材30とにより構成される。具体的には、まず、封止部材30となる未硬化の樹脂を調製する。そして、必要に応じ、未硬化の樹脂にフィラー、拡散剤、顔料、蛍光物質、反射性物質等を添加し、分散させる。次に、得られた未硬化の樹脂を、ディスペンサー等を用いて凹部110x内に配置する。未硬化の樹脂は凹部110x内に位置する光源20を完全に被覆することが好ましい。次に、未硬化の樹脂を硬化させる。例えば、未硬化の樹脂が熱硬化性である場合には、硬化温度以上の温度で保持することによって、未硬化の樹脂を硬化させることができる。
なお、封止部材30となる未硬化の樹脂が蛍光体の粒子を含有する場合には、封止部材30を配置する工程は、蛍光体の粒子を含有する未硬化の樹脂を凹部110x内に配置する工程と、蛍光体の粒子を凹部110xの底面側に沈降させる工程とを含んでもよい。例えば、未硬化の樹脂よりも比重が大きい蛍光体を選択すると、未硬化の樹脂を硬化させる前に、蛍光体を沈降させることができる。蛍光体を沈降させることで、蛍光体が凹部110xの底面側に偏在するため、個片化後の発光装置1の色むらを効果的に低減できる。
次に、図9に示すように、各々の収容部110及び連結部120を連続的に被覆する第1透光性部材42を形成する。すなわち、第2透光性部材41上に、硬化前の第1透光性部材42を配置し、第1透光性部材42を硬化させ、第2透光性部材41と第1透光性部材42とが一体化した透光性部材40を形成する。図5及び図6に示す工程で、第2透光性部材41を未硬化のままにした場合には、図9に示す工程で、未硬化状態の第2透光性部材41及び未硬化状態の第1透光性部材42を共に硬化させる。第2透光性部材41及び第1透光性部材42は同一の樹脂で形成されることが好ましい。第2透光性部材41及び第1透光性部材42となる未硬化の同一の樹脂を、この工程で共に硬化させることにより、第2透光性部材41と第1透光性部材42との界面が実質的になくなり、界面で光の屈折が生じることを防止できる。
第1透光性部材42は、例えば、トランスファーモールドや圧縮成形により形成される。トランスファーモールドで第1透光性部材42を形成する場合は、まず、第2透光性部材41の上面側に、第1透光性部材42の形状に対応した形状の空洞部分を有する上金型を配置する。つまり、第1透光性部材42の形状が凹部や斜面を有し平面視で四角形である場合には、それに対応した形状の空洞部分を有する上金型を配置する。あるいは、第1透光性部材42の形状が平面視で四角形以外である場合には四角形以外(例えば八角形)に対応した形状の空洞部分を有する上金型を配置する。また、基板10の下面側に下金型を配置する。そして、空洞部分に注入口から未硬化状態の第1透光性部材42を流し込み、硬化させる。圧縮成形で第1透光性部材42を形成する場合は、まず、中間体140を下金型上に配置し、未硬化の第1透光性部材42を中間体140の第2透光性部材41上に充填した後、上金型を型閉して未硬化の第1透光性部材42を圧縮しながら硬化させる。
透光性部材40の表面は、凹部110xの底面をなす基板10の上面10aを基準として、収容部110上の高さより連結部120上の高さが低くなる斜面40aを備えた構造となる。斜面40aは、例えば、断面視で直線状に形成される。透光性部材40において、平面視で凹部110xと重複する領域に光源20側に窪む凹部40xが形成されることが好ましい。凹部40xは、例えば、錐体形状又は錐体台形状に形成される。
この工程では、収容部110及び連結部120を連続的に被覆する第1透光性部材42を形成するが、連結部120は凹部110xの側壁の高さより高さが低い。そのため、凹部110xの側壁と連結部120とで形成される凹凸によるアンカー効果により、第2透光性部材41と第1透光性部材42との密着性を向上できる。
次に、図10に示すように、連結部120と、連結部120を被覆する第1透光性部材42とを切断し、複数の発光装置1に個片化する。例えば、連結部120が図6に示すような格子状である場合には、連結部120に沿って格子状に、連結部120及び第1透光性部材42を切断する。つまり、第2透光性部材41と第1透光性部材42の両方を切断し、複数の発光装置1を作製する。切断する方法としては、例えば、円盤状の回転刃、超音波カッター、レーザ光照射等を用いることができる。
なお、連結部120及び第1透光性部材42を切断する際には、連結部120に沿って格子状に、連結部120の幅方向の少なくとも一部を切断すればよい。すなわち、隣接する収容部110の間隔に対応する部分を連結部120の幅としたときに、図10に示す断面において、連結部120の幅方向の全体を切断してもよいし、連結部120の幅方向の一部を切断してもよい。連結部120の幅方向の少なくとも一部を連結部120に沿って格子状に切断する場合には、例えば、個片化された発光装置1は、平面視で収容部110の周囲に連結部120の残部を有する。
このように、発光装置1の製造方法では、側壁と底面を備える凹部110xを有する収容部110と、隣接する収容部110の間に位置する連結部120とを含む支持部材100を準備する。そして、支持部材100の凹部110xに、光源20を被覆する封止部材30を配置する。これにより、封止部材30の形状を凹部110xの形状で規定できるため、形状ばらつきの少ない封止部材30を容易に形成できる。
また、支持部材100において、連結部120は、凹部110xの底面を基準として、凹部110xの側壁の高さより高さが低く形成される。そして、収容部110、及び凹部110xの側壁の高さより低い連結部120を連続的に被覆する第1透光性部材42を形成する。そのため、第1透光性部材42の表面を、凹部110xの底面を基準として、収容部110上の高さより連結部120上の高さが低くなる斜面40aを備える構造に形成できる。これにより、発光装置1を薄型化しつつ、斜面40aを設けることができる。すなわち、透光性部材40において、光源20からの光は斜面40aで屈折して横方向に出射するため、発光装置1を薄型化しつつ、広配光を実現できる。
特に、第1透光性部材42を形成する工程で、斜面40aにおける凹部110xの底面からの高さが最も低い部分を、収容部110の側壁の高さよりも低く形成することで、発光装置1の一層の薄型化が可能となる。
〈面状光源〉
発光装置1は、単体でも使用可能であるが、複数個配列して面状光源として使用することも可能である。ここでは、発光装置1を用いた面状光源の一例について説明する。
図11は、発光装置1を用いた面状光源を例示する模式平面図(その1)である。図12は、発光装置1を用いた面状光源を例示する模式平面図(その2)である。図11に示す面状光源200は、配線基板210上に一列に配列された複数の発光装置1を有している。図12に示す面状光源200Aは、配線基板210上にマトリクス状に配列された複数の発光装置1を有している。
面状光源200及び200Aにおいて、複数の発光装置1のピッチ(図11のP)は、同じであることが好ましいが、異なっていてもよい。発光装置1のピッチは、発光装置の大きさ、輝度等によって適宜調整できる。発光装置1のピッチは、例えば、5mm~100mmの範囲が挙げられ、8mm~50mmの範囲が好ましい。
以下、図13及び図14を参照しながら、面状光源の具体例を示す。図13は、発光装置1を用いた面状光源の具体例を示する模式平面図である。図14は、発光装置1を用いた面状光源の具体例を示する、図13のXIV-XIV線における模式部分断面図である。但し、図13では、図14に示した区画部材320から下側の部材を図示している。
図13及び図14に示す面状光源300は、発光装置1と、配線基板310と、区画部材320とを有している。配線基板310は、絶縁性の基材311と、基材311上に設けられた配線312とを有しており、必要に応じて配線312の一部を被覆する絶縁性樹脂313を有してもよい。絶縁性樹脂313は、光反射性を有することが好ましい。
区画部材320は、配線基板310の発光装置1と同一側に配置されている。区画部材320は、平面視において格子状に配置された頂部321と、平面視において発光装置1の各々を取り囲む壁部322と、壁部322の下端と繋がる底部323とを含み、発光装置1を取り囲んだ領域を複数有する。区画部材320の壁部322は、例えば、頂部321から配線基板310側に延伸し、断面視において、対向する壁部322で囲まれた領域の幅は配線基板310側ほど狭くなる。発光装置1は、底部323の略中央に設けられた貫通孔内に配置されている。区画部材320は光反射性を有する部材であることが好ましい。
壁部322で囲まれた範囲(つまり、領域及び空間)は、1つの区画300Cとして規定され、区画部材320は、区画300Cを複数備える。例えば、1つの区画300Cに1つの発光装置1が配置される。
このように、配線基板310上に発光装置1の各々を取り囲む壁部322及び底部323を有する区画部材320を配置することにより、発光装置1からの光を壁部322及び底部323で反射させること可能となり、光の取り出し効率を向上できる。又、各区画300Cにおける輝度ムラ、更には、区画300Cの群の単位での輝度ムラを抑制できる。
区画300Cは、平面視で矩形である。区画部材320は、例えば、平面視で矩形の複数の区画300Cを備えたリフレクターである。区画300Cの四隅は発光装置1の中心からの距離が他の部分よりも長くなるため、区画300Cの四隅は暗くなりやすい。各々の区画300Cにおいて、四隅が暗くなると、面状光源300に輝度ムラが生じることになる。しかし、発光装置1では透光性部材40を平面視で四角形とすることにより、四角形の対角線方向の指向性を向上し、四角形の各辺の中心に垂直な方向等の光の強度に対して対角線方向の光の強度を高くしている。そのため、面状光源300において、区画300Cの四隅が暗くなることを抑制可能となり、輝度ムラを低減できる。さらに封止部材30が蛍光体を含有する場合には、各区画300Cにおける輝度ムラを抑制できるとともに、色むらも抑制でき、さらには、区画300Cの群の単位での輝度ムラを抑制できるとともに、色むらも抑制することができる。
面状光源300は、区画部材320の頂部321の上方に光学部材330を有してもよい。光学部材330は、光拡散板331、プリズムシート(第1プリズムシート332及び第2プリズムシート333)、偏光シート334からなる群から選択される少なくとも一種を含むことができる。面状光源300は、光学部材330を有することで、光の均一性を向上できる。
面状光源300は、区画部材320の頂部321の上方に光学部材330を配置し、更にその上に液晶パネルを配置し、直下型バックライト用光源として用いることができる。光学部材330における各部材の積層の順序は任意に設定できる。なお、光学部材330は、区画部材320の頂部321と接していなくてもよい。
(光拡散板331)
光拡散板331は、区画部材320の頂部321に接して、発光装置1の上方に配置されている。光拡散板331は、平坦な板状部材であることが好ましいが、その表面に凹凸が配置されてもよい。光拡散板331は、実質的に配線基板310に対して平行に配置されることが好ましい。
光拡散板331は、例えば、ポリカーボネイト樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂等、可視光に対して光吸収の少ない材料から構成できる。入射した光を拡散させるために、光拡散板331は、その表面に凹凸を設けてもよいし、光拡散板331中に屈折率の異なる材料を分散させてもよい。凹凸は、例えば、0.01mm~0.1mmの大きさとすることができる。屈折率の異なる材料としては、例えば、ポリカーボネイト樹脂、アクリル樹脂等から選択して用いることができる。
光拡散板331の厚み、光拡散の程度は、適宜設定することができ、光拡散シート、ディフューザーフィルム等として市販されている部材を利用できる。例えば、光拡散板331の厚みは、1mm~2mmとすることができる。
(第1プリズムシート332及び第2プリズムシート333)
第1プリズムシート332及び第2プリズムシート333はその表面に、所定の方向に延びる複数のプリズムが配列された形状を有する。例えば、第1プリズムシート332は、シートの平面をX方向とX方向に直角のY方向との2次元に見て、Y方向に延びる複数のプリズムを有し、第2プリズムシート333は、X方向に延びる複数のプリズムを有することができる。第1プリズムシート332及び第2プリズムシート333は、種々の方向から入射する光を、面状光源300に対向する表示パネルへ向かう方向に屈折させることができる。これにより、面状光源300の発光面から出射する光を、主として上面に垂直な方向に出射させ、面状光源300を正面から見た場合の輝度を高めることができる。
(偏光シート334)
偏光シート334は、例えば、液晶表示パネル等の表示パネルのバックライト側に配置された偏光板の偏光方向に一致する偏光方向の光を選択的に透過させ、その偏光方向に垂直な方向の偏光を第1プリズムシート332及び第2プリズムシート333側へ反射させることができる。偏光シート334から戻る偏光の一部は、第1プリズムシート332、第2プリズムシート333、及び光拡散板331で再度反射される。このとき、偏光方向が変化し、例えば、液晶表示パネルの偏光板の偏光方向を有する偏光に変換され、再び偏光シート334に入射し、表示パネルへ出射する。これにより、面状光源300から出射する光の偏光方向を揃え、表示パネルの輝度向上に有効な偏光方向の光を高効率で出射させることができる。偏光シート334、第1プリズムシート332、第2プリズムシート333等は、バックライト用の光学部材として市販されているものを用いることができる。
面状光源300は、例えば、配線基板310上に区画部材320及び発光装置1を載置し、必要に応じ区画部材320上に光学部材330を載置することで作製できる。
〈第1実施形態の変形例1〉
第1実施形態の変形例1では、光源近傍の構造が異なる発光装置の例を示す。図15は、第1実施形態の変形例1に係る発光装置を例示する模式断面図(その1)である。図15に示すように、発光装置1Aにおいて、光源20は、電極20tを基板10側に向けて、基板10の上面10aに載置されている。光源20の一対の電極20tは、例えば、導電性の接合部材を介して、基板10の一対のリード11と電気的に接続されている。
光源20を基板10に載置するには、例えば、第1実施形態の図7の工程で、光源20を、電極20tを凹部110xの底面に向けて基板10上に配置し、一対の電極20tと基板10の一対のリード11とを導電性の接合部材で電気的に接続する。導電性の接合部材としては、例えば、銀、金、パラジウム等の導電性ペーストや、金-錫、錫-銀-銅等の共晶はんだ材料、低融点金属等のろう材、銀または金等を含むバンプ等が挙げられる。
このように、光源20は、図2に示すように電極20tを基板10とは反対側に向けて基板10に載置されてもよいし、図15に示すように電極20tを基板10側に向けて基板10に載置されてもよい。
また、図16~図18に示すように、光源は、発光素子単体ではなく、発光素子に透光性部材や光調整部材等の光学部材を組み合わせた構造を有していてもよい。以下、具体的に説明する。
図16は、第1実施形態の変形例1に係る発光装置を例示する模式断面図(その2)である。図16に示す発光装置1Bにおいて、光源20Bは、発光素子21と、透光性部材22と、被覆部材23とを含む。
発光素子21は、上面21aと、下面21bと、側面21cとを有する。発光素子21は、例えば、LEDである。発光素子の詳細については、第1実施形態で説明した通りである。発光素子21は、下面21bに形成された一対の電極21tを含む。一対の電極21tの一方はp側電極であり、他方はn側電極である。
光源20は、発光素子21の電極21tを基板10側に向けて、基板10の上面10aに載置されている。発光素子21の一対の電極21tは、例えば、導電性の接合部材を介して、基板10の一対のリード11と電気的に接続されている。なお、図16では、発光素子21の一対の電極21t(すなわち、p側電極及びn側電極)をそのまま光源20Bの電極として用いているが、発光素子21のp側電極及びn側電極にそれぞれ接続された外部接続用電極を光源20Bの電極として用いてもよい。
透光性部材22は、発光素子21の上面21a及び側面21cを被覆する。透光性部材22の下面は、例えば、発光素子21の下面21bと同一平面にある。透光性部材22は、光拡散材や波長変換部材を含んでよい。波長変換部材を用いる場合、封止部材30に設ける蛍光体とは異なる種類の波長変換部材を用いることが好ましい。
被覆部材23は、発光素子21の下面21b、電極21tの側面、及び透光性部材22の下面を被覆し、電極21tの下面を露出する。光源20Bの下面は、被覆部材23の下面と、電極21tの下面で構成される。被覆部材23は、光を反射するものであることが好ましい。なお、被覆部材23は、設けなくてもよい。
光源20Bを基板10に載置するには、例えば、第1実施形態の図7の工程で、光源20Bを、発光素子21の電極21tを凹部110xの底面に向けて基板10上に配置し、一対の電極21tと基板10の一対のリード11とを導電性の接合部材で電気的に接続する。
図17は、第1実施形態の変形例1に係る発光装置を例示する模式断面図(その3)である。図17に示す発光装置1Cにおいて、光源20Cは、発光素子21と、透光性部材22と、被覆部材23と、光調整部材24を含む。光調整部材24は、透光性部材22の上面を被覆している。光調整部材24は、透光性部材22の上面の全面を被覆していることが好ましい。光調整部材24は、発光素子21から出射する光の一部を反射し、発光素子21から出射する光の他の一部を透過する。光源20Cは、例えば、光源20Bと同様の方法により、基板10に載置できる。
図18は、第1実施形態の変形例1に係る発光装置を例示する模式断面図(その4)である。図18に示す発光装置1Dは、基板10を有していない。発光素子21の一対の電極21tは、封止部材30の下面側に露出しており、各々の電極21tは外部接続用電極15と電気的に接続されている。外部接続用電極15は、発光装置1Dを下面側から視て、電極21tよりも面積が大きい。
発光装置1Dを作製するには、例えば、第1実施形態の図7の工程で、光源20Bを、発光素子21の電極21tを凹部110xの底面に向けて基板10上に配置する。そして、第1実施形態の図10に示す工程の前又は後で基板10を除去する。その後、スパッタ法やめっき法等により、封止部材30の下面側に、発光素子21の各々の電極21tと電気的に接続する一対の外部接続用電極15を形成する。この場合、基板10として、金属や樹脂等からなる支持板を用いてもよい。
以上、好ましい実施形態等について詳説したが、上述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
1、1A、1B、1C 発光装置
10 基板
10a 上面
11 リード
12 絶縁部材
15 外部接続用電極
20、20B、20C 光源
20a 上面
20c 側面
20t、21t 電極
21 発光素子
22 透光性部材
23 被覆部材
24 光調整部材
25 金属線
30 封止部材
40 透光性部材
40a 斜面
40x 凹部
41 第2透光性部材
41x 貫通孔
42 第1透光性部材
100 支持部材
110 収容部
110x 凹部
120 連結部
130、140 中間体
200、200A、300 面状光源
210、310 配線基板
300C 区画
311 基材
312 配線
313 絶縁性樹脂
320 区画部材
321 頂部
322 壁部
323 底部
330 光学部材
331 光拡散板
332 第1プリズムシート
333 第2プリズムシート
334 偏光シート

Claims (17)

  1. 側壁と底面を備える凹部を有する複数の収容部と、
    隣接する前記収容部の間に位置し、前記凹部の底面を基準として、前記側壁の高さより高さが低い連結部と、
    を含む支持部材と、
    前記凹部の底面に載置される光源と、
    前記凹部に配置され、前記光源を被覆する封止部材と、
    を有する中間体を準備する工程と、
    前記収容部及び前記連結部を連続的に被覆する第1透光性部材を形成する工程と、
    前記第1透光性部材を形成する工程後、前記連結部と、前記連結部を被覆する前記第1透光性部材と、を切断する工程と、
    を含み、
    前記第1透光性部材の表面は、前記凹部の底面を基準として、前記収容部上の高さより前記連結部上の高さが低くなる斜面を備える、発光装置の製造方法。
  2. 前記切断する工程では、前記連結部と、前記連結部を被覆する前記第1透光性部材と、を前記連結部上に位置する前記斜面の位置で切断する、請求項1に記載の発光装置の製造方法。
  3. 前記中間体を準備する工程は、
    前記支持部材と、前記光源と、を有する第2中間体を準備する工程と、
    各々の前記凹部内に前記光源を被覆する前記封止部材を配置する工程と、
    を含む請求項1又は2に記載の発光装置の製造方法。
  4. 前記第2中間体を準備する工程は、
    前記支持部材の各々の前記凹部の底面に光源を載置する工程を含む、請求項3に記載の発光装置の製造方法。
  5. 前記中間体を準備する工程は、
    基板と、貫通孔を備え前記基板上に配置される第2透光性部材と、を含む支持部材を準備する工程を含み、
    前記凹部は、前記貫通孔を規定する前記第2透光性部材の側壁と、前記基板の上面で規定される請求項1から4のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
  6. 前記支持部材を準備する工程は、
    前記基板を準備する工程と、
    前記基板上に、前記第2透光性部材を配置する工程と、
    を含む請求項5に記載の発光装置の製造方法。
  7. 前記第1透光性部材を形成する工程は、
    未硬化状態の前記第2透光性部材と、前記第2透光性部材を被覆する硬化前の前記第1透光性部材とを配置する工程と、
    前記第2透光性部材及び前記第1透光性部材を硬化させる工程と、を有する、請求項5又は6に記載の発光装置の製造方法。
  8. 前記第1透光性部材及び前記第2透光性部材は、同一の樹脂で形成される、請求項5から7のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
  9. 平面視において、前記連結部は格子状である、請求項1から8のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
  10. 前記斜面における前記凹部の底面からの高さが最も低い部分は、前記収容部の側壁の高さよりも低い、請求項1から9のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
  11. 前記封止部材は、蛍光体の粒子を含有する樹脂であり、
    前記封止部材を配置する工程は、前記蛍光体の粒子を含有する未硬化の前記樹脂を前記凹部内に配置する工程と、前記蛍光体の粒子を前記凹部の底面側に沈降させる工程と、を含む、請求項1から10のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
  12. 前記第1透光性部材を形成する工程では、前記斜面は断面視で直線状に形成される、請求項1から11のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
  13. 前記第1透光性部材を形成する工程では、平面視で前記凹部と重複する領域に前記光源側に窪む第2凹部が形成される、請求項1から12のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
  14. 前記第2凹部は、錐体形状又は錐体台形状である、請求項13に記載の発光装置の製造方法。
  15. 前記光源の平面形状は矩形状であり、前記凹部の平面形状は前記光源よりも大きな矩形状である、請求項1から14のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
  16. 前記第1透光性部材は樹脂であり、トランスファーモールドにより形成される、請求項1から15のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
  17. 前記第1透光性部材は樹脂であり、圧縮成形により形成される、請求項1から15のいずれか1項に記載の発光装置の製造方法。
JP2020198901A 2020-11-30 2020-11-30 発光装置の製造方法 Active JP7231846B2 (ja)

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