JP2002111072A - 発光装置 - Google Patents
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- JP2002111072A JP2002111072A JP2000298249A JP2000298249A JP2002111072A JP 2002111072 A JP2002111072 A JP 2002111072A JP 2000298249 A JP2000298249 A JP 2000298249A JP 2000298249 A JP2000298249 A JP 2000298249A JP 2002111072 A JP2002111072 A JP 2002111072A
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- light emitting
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- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
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- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
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- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
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- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 III族窒化物系化合物半導体発光素子をマウ
ントした新規な構成の発光装置を提案する。 【構成】 マウントフレームは凹部と該凹部に充填され
た透光性部材とを備え、発光素子のサファイア基板を透
光性部材の表面に固定して、該サファイア基板を透過し
た光が透光性部材を透過して凹部の表面で反射し更に前
記透光性部材を透過して凹部の外部へ放出される構成と
した。
ントした新規な構成の発光装置を提案する。 【構成】 マウントフレームは凹部と該凹部に充填され
た透光性部材とを備え、発光素子のサファイア基板を透
光性部材の表面に固定して、該サファイア基板を透過し
た光が透光性部材を透過して凹部の表面で反射し更に前
記透光性部材を透過して凹部の外部へ放出される構成と
した。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はIII族窒化物系化合物半
導体発光素子をマウントした発光装置の改良に関する。
導体発光素子をマウントした発光装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】III族窒化物系化合物半導体発光素子で
は絶縁性のサファイア基板を使用することから、半導体
層の表面側にp型電極とn型電極とが形成される。これ
らp型電極およびn型電極は半導体層で生じた光を遮蔽
する。そこで、サファイア基板が透明であることに着目
し基板を上側として発光素子をマウントする構成が提案
されている。このようなフリップチップを採用すること
により、発光装置の発光効率が向上する。
は絶縁性のサファイア基板を使用することから、半導体
層の表面側にp型電極とn型電極とが形成される。これ
らp型電極およびn型電極は半導体層で生じた光を遮蔽
する。そこで、サファイア基板が透明であることに着目
し基板を上側として発光素子をマウントする構成が提案
されている。このようなフリップチップを採用すること
により、発光装置の発光効率が向上する。
【0003】かかるフリップチップの場合、図1に示す
ように、発光素子1とマウントフレーム3との間にサブ
マウント5を介在させる。そして、サブマウント5にお
いてp型電極に繋がれた部分とリードフレーム7とが導
電性ワイヤ8で結線される。他方サブマウント5におい
てn型電極に繋がれた部分はマウントフレーム3に電気
的に結合される。発光装置を製造するにあたっては、ま
ず発光素子1をサブマウント5にマウントし、その後マ
ウントフレーム3のカップ状凹部4の底面にサブマウン
ト5を固定する。このように構成された発光装置では、
発光素子1において発生した光は専ら基板2を透過して
外部へ放出されることとなるので、発光素子の電極によ
る光遮蔽の問題が解決される。本発明に関連する発光素
子として反射型LEDがある。特開平11−17714
5号公報等を参照されたい。
ように、発光素子1とマウントフレーム3との間にサブ
マウント5を介在させる。そして、サブマウント5にお
いてp型電極に繋がれた部分とリードフレーム7とが導
電性ワイヤ8で結線される。他方サブマウント5におい
てn型電極に繋がれた部分はマウントフレーム3に電気
的に結合される。発光装置を製造するにあたっては、ま
ず発光素子1をサブマウント5にマウントし、その後マ
ウントフレーム3のカップ状凹部4の底面にサブマウン
ト5を固定する。このように構成された発光装置では、
発光素子1において発生した光は専ら基板2を透過して
外部へ放出されることとなるので、発光素子の電極によ
る光遮蔽の問題が解決される。本発明に関連する発光素
子として反射型LEDがある。特開平11−17714
5号公報等を参照されたい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】フリップチップを用い
る発光装置では上記のようにサブマウントを用いること
が必要となるので、発光素子の基板をマウントフレーム
に直接固定するタイプに比べて製造工数が増大する。
る発光装置では上記のようにサブマウントを用いること
が必要となるので、発光素子の基板をマウントフレーム
に直接固定するタイプに比べて製造工数が増大する。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者はかかる課題を
解決すべく検討を重ねてきた結果、発光素子の透光性基
板を透過した光を専ら外部に放出する新規な構成の発光
装置に想到した。即ち、III族窒化物系化合物半導体発
光素子がマウントフレームにマウントされる発光装置で
あって、前記マウントフレームは反射面と該反射面の実
質的に全面を覆う透光性部材とを備え、該透光性部材の
表面に前記発光素子の基板が固定され、該発光素子から
放出された光が前記基板を透過して前記反射面で反射さ
れる、ことを特徴とする発光装置、である。このように
構成された発光装置によればサブマウントを必要としな
いので、製造工数が簡素化される。したがって、安価な
発光素子を提供できる。
解決すべく検討を重ねてきた結果、発光素子の透光性基
板を透過した光を専ら外部に放出する新規な構成の発光
装置に想到した。即ち、III族窒化物系化合物半導体発
光素子がマウントフレームにマウントされる発光装置で
あって、前記マウントフレームは反射面と該反射面の実
質的に全面を覆う透光性部材とを備え、該透光性部材の
表面に前記発光素子の基板が固定され、該発光素子から
放出された光が前記基板を透過して前記反射面で反射さ
れる、ことを特徴とする発光装置、である。このように
構成された発光装置によればサブマウントを必要としな
いので、製造工数が簡素化される。したがって、安価な
発光素子を提供できる。
【0006】以下、この発明を構成する各要素について
詳細に説明する。 III族窒化物系化合物半導体 この明細書において、III族窒化物系化合物半導体は一
般式としてAlXGa YIn1−X−YN(0≦X≦
1、0≦Y≦1、0≦X+Y≦1)で表され、AlN、
GaN及びInNのいわゆる2元系、AlxGa1−x
N、AlxIn1 −xN及びGaxIn1−xN(以上
において0<x<1)のいわゆる3元系を包含する。II
I族元素の一部をボロン(B)、タリウム(Tl)等で
置換しても良く、また、窒素(N)の一部もリン
(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス
(Bi)等で置換できる。III族窒化物系化合物半導体
層は任意のドーパントを含むものであっても良い。n型
不純物として、Si、Ge、Se、Te、C等を用いる
ことができる。p型不純物として、Mg、Zn、Be、
Ca、Sr、Ba等を用いることができる。なお、p型
不純物をドープした後にIII族窒化物系化合物半導体を
電子線照射、プラズマ照射若しくは炉による加熱にさら
すことも可能である。III族窒化物系化合物半導体層の
形成方法は特に限定されないが、有機金属気相成長法
(MOCVD法)のほか、周知の分子線結晶成長法(M
BE法)、ハライド気相成長法(HVPE法)、スパッ
タ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等によ
っても形成することができる。なお、発光素子の構成と
しては、MIS接合、PIN接合やpn接合を有したも
のや、ホモ構造、ヘテロ構造若しくはダブルへテロ構造
のものを用いることができる。発光層として量子井戸構
造(単一量子井戸構造若しくは多重量子井戸構造)を採
用することもできる。
詳細に説明する。 III族窒化物系化合物半導体 この明細書において、III族窒化物系化合物半導体は一
般式としてAlXGa YIn1−X−YN(0≦X≦
1、0≦Y≦1、0≦X+Y≦1)で表され、AlN、
GaN及びInNのいわゆる2元系、AlxGa1−x
N、AlxIn1 −xN及びGaxIn1−xN(以上
において0<x<1)のいわゆる3元系を包含する。II
I族元素の一部をボロン(B)、タリウム(Tl)等で
置換しても良く、また、窒素(N)の一部もリン
(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス
(Bi)等で置換できる。III族窒化物系化合物半導体
層は任意のドーパントを含むものであっても良い。n型
不純物として、Si、Ge、Se、Te、C等を用いる
ことができる。p型不純物として、Mg、Zn、Be、
Ca、Sr、Ba等を用いることができる。なお、p型
不純物をドープした後にIII族窒化物系化合物半導体を
電子線照射、プラズマ照射若しくは炉による加熱にさら
すことも可能である。III族窒化物系化合物半導体層の
形成方法は特に限定されないが、有機金属気相成長法
(MOCVD法)のほか、周知の分子線結晶成長法(M
BE法)、ハライド気相成長法(HVPE法)、スパッ
タ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等によ
っても形成することができる。なお、発光素子の構成と
しては、MIS接合、PIN接合やpn接合を有したも
のや、ホモ構造、ヘテロ構造若しくはダブルへテロ構造
のものを用いることができる。発光層として量子井戸構
造(単一量子井戸構造若しくは多重量子井戸構造)を採
用することもできる。
【0007】この発明では発光素子の基板が透光性部材
に固定される。発光素子の基板はIII族窒化物系化合物
層を成長させられかつ少なくとも発光層からの光に対し
て透光性のものであれば特に限定されないが、例えば、
サファイア、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、III族窒化
物系化合物半導体単結晶などを基板の材料として挙げる
ことができる。中でも、サファイア基板を用いることが
好ましい。この発明では発光素子において発光層からの
光は専ら基板を透過して外部へ放出される。したがっ
て、p型コンタクト層の上に形成される電極は透光性を
備える必要がない。
に固定される。発光素子の基板はIII族窒化物系化合物
層を成長させられかつ少なくとも発光層からの光に対し
て透光性のものであれば特に限定されないが、例えば、
サファイア、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、III族窒化
物系化合物半導体単結晶などを基板の材料として挙げる
ことができる。中でも、サファイア基板を用いることが
好ましい。この発明では発光素子において発光層からの
光は専ら基板を透過して外部へ放出される。したがっ
て、p型コンタクト層の上に形成される電極は透光性を
備える必要がない。
【0008】マウントフレームの反射面は発光装置に要
求される光学特性に対応して適宜設計されるものであ
る。例えばマウントフレームとして、図3に示すよう
に、従来例のものをそのまま用いることができる。図3
においてカップ状凹部4の表面が反射面となる。また、
図4に示すように、凹部44の形状を回転放物面とする
こともできる。図3及び図4の例ではマウントフレーム
に凹部を設けてその表面を反射面としたが、マウントフ
レームに別体の反射面を立設する構成としてもよい。マ
ウントフレームは導電性の金属材料(例えば鉄)をプレ
ス加工して形成される。発光素子の光を効率良く反射さ
せるため、反射面には研磨を施した後にAgメキ処理す
ることが好ましい。
求される光学特性に対応して適宜設計されるものであ
る。例えばマウントフレームとして、図3に示すよう
に、従来例のものをそのまま用いることができる。図3
においてカップ状凹部4の表面が反射面となる。また、
図4に示すように、凹部44の形状を回転放物面とする
こともできる。図3及び図4の例ではマウントフレーム
に凹部を設けてその表面を反射面としたが、マウントフ
レームに別体の反射面を立設する構成としてもよい。マ
ウントフレームは導電性の金属材料(例えば鉄)をプレ
ス加工して形成される。発光素子の光を効率良く反射さ
せるため、反射面には研磨を施した後にAgメキ処理す
ることが好ましい。
【0009】透光性部材は発光素子からの光を実質的に
透過させる材料で形成される。このような材料としてエ
ポキシ樹脂、尿素樹脂などの透明な樹脂材料や金属アル
コキシド・セラミック前駆体ポリマー(特開平11−2
04838号公報参照)などの透明なガラスを用いるこ
とができる。透光性材料は少なくとも、発光素子からの
光及び後述するように蛍光体を使用するときはその蛍光
体から発せられた光を透過させればよい。透光性材料と
して樹脂材料を用いるときには、補強剤、充填剤、着色
剤、顔料、難燃剤等の添加剤の併用が好ましい。流動性
状態の透光性材料をマウントフレームの凹部(反射面
上)に滴下しこれを硬化して透光性部材を得る。透光性
部材の表面は凹部の開口部(反射面の周縁)より低い位
置(光軸方向手前側)になるようにすることが好まし
い。これにより、発光素子の側面が反射面に対向するこ
とになり、発光素子の側面から放出される光も反射面で
反射され、有効に利用されることになる。
透過させる材料で形成される。このような材料としてエ
ポキシ樹脂、尿素樹脂などの透明な樹脂材料や金属アル
コキシド・セラミック前駆体ポリマー(特開平11−2
04838号公報参照)などの透明なガラスを用いるこ
とができる。透光性材料は少なくとも、発光素子からの
光及び後述するように蛍光体を使用するときはその蛍光
体から発せられた光を透過させればよい。透光性材料と
して樹脂材料を用いるときには、補強剤、充填剤、着色
剤、顔料、難燃剤等の添加剤の併用が好ましい。流動性
状態の透光性材料をマウントフレームの凹部(反射面
上)に滴下しこれを硬化して透光性部材を得る。透光性
部材の表面は凹部の開口部(反射面の周縁)より低い位
置(光軸方向手前側)になるようにすることが好まし
い。これにより、発光素子の側面が反射面に対向するこ
とになり、発光素子の側面から放出される光も反射面で
反射され、有効に利用されることになる。
【0010】透光性部材のなかには蛍光体を分散させる
ことができる。蛍光体を選択することにより、発光層か
ら放出された光を任意の色に変換することができる。蛍
光体として次のものを用いることができる。ZnS:C
u,Au,Al、ZnS:Cu,Al、ZnS:Cu、
ZnS:Mn、ZnS:Eu、YVO4:Eu、YVO
4:Ce、Y2O2S:Eu、及びY2O2S:Ceの
中から選ばれる一又は二以上の蛍光体が用いられる。こ
こで、ZnS:Cu,Au,Alとは、ZnSを母体と
してCu、Au、及びAlで付活したZnS系のフォト
ルミネセンス蛍光体であり、ZnS:Cu,Al、Zn
S:Cu、ZnS:Mn及びZnS:Euとは、同じく
ZnSを母体としてそれぞれCuとAl、Cu、Mn、
及びEuで付活したフォトルミネセンス蛍光体である。
同様に、YVO4:Eu及びYVO4:CeはYVO4
を母体としてそれぞれEu及びCeで付活した蛍光体で
あり、Y2O2S:Eu及びY2O2S:CeはY2O
2を母体としてそれぞれEu及びCeで付活した蛍光体
である。これらの蛍光体は、青色〜緑色の光に対して吸
収スペクトルを有し、励起波長よりも波長の長い光を発
光する。発光素子が青色〜緑色の光を放出する場合、上
記蛍光体の中でも、ZnS:Eu、YVO4:Ce及び
Y2O2S:Ceは、青色〜緑色の励起光に対する発光
波長がその他の蛍光体と比較して長いため、即ち、これ
らの蛍光体からの発光色はより赤色系であって、その結
果、これらの蛍光体から発せられる光と一次光源である
発光素子からの光との混合により得られる光はより白色
に近い色となる。このように、より白色に近い発光色を
得るためには、ZnS:Eu、YVO4:Ce及びY2
O2S:Ceの中から選ばれる一又は二以上を蛍光体と
して選択することが好ましい。また、CaS:Euを蛍
光体として使用することもできる。かかる蛍光体によれ
ば赤色系の蛍光が得られる。更には、特許第29272
79号にあるように、セリウムで付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を使用すること
もできる。セリウムの付活を省略することもできる。イ
ットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体におい
て、イットリウムの一部あるいは全体を、Lu、Sc、
La、Gd及びSmからなる群から選ばれる少なくとも
1つの元素に置換し、あるいは、アルミニウムの一部あ
るいは全体を、GaとInの何れかまたは両方で置換す
ることができる。更に詳しくは、(RE1−xSmx)
3(AlyGa1−y)5O1 2:Ce(但し、0≦x
<1、0≦y≦1、REは、Y、Gdから選択される少
なくとも一種)である。この場合のIII族窒化物系化合
物半導体発光素子から放出された光は400〜530n
mにピーク波長を持つものとすることが好ましい。実施
例では蛍光体としてイットリウム・アルミニウム・ガー
ネット系蛍光体を用いる。ピーク波長が380nm付近
にある発光素子(例えば、豊田合成株式会社の提供する
波長382nmの発光ダイオードなど)に対する蛍光体
としては、イットリウム・アルミニウム・ガーネット:
Ceや、ZnS:Cu,Al、ZnS:Cu、ZnS:
Mn及びZnS:Eu等を採用することが好ましい。か
かる蛍光体は透光性部材中に均等に分散されることが好
ましい。透光性材料中において、蛍光体の分散濃度に傾
斜を設けたり、これを徐変させたり若しくは偏在させる
ことも可能である。
ことができる。蛍光体を選択することにより、発光層か
ら放出された光を任意の色に変換することができる。蛍
光体として次のものを用いることができる。ZnS:C
u,Au,Al、ZnS:Cu,Al、ZnS:Cu、
ZnS:Mn、ZnS:Eu、YVO4:Eu、YVO
4:Ce、Y2O2S:Eu、及びY2O2S:Ceの
中から選ばれる一又は二以上の蛍光体が用いられる。こ
こで、ZnS:Cu,Au,Alとは、ZnSを母体と
してCu、Au、及びAlで付活したZnS系のフォト
ルミネセンス蛍光体であり、ZnS:Cu,Al、Zn
S:Cu、ZnS:Mn及びZnS:Euとは、同じく
ZnSを母体としてそれぞれCuとAl、Cu、Mn、
及びEuで付活したフォトルミネセンス蛍光体である。
同様に、YVO4:Eu及びYVO4:CeはYVO4
を母体としてそれぞれEu及びCeで付活した蛍光体で
あり、Y2O2S:Eu及びY2O2S:CeはY2O
2を母体としてそれぞれEu及びCeで付活した蛍光体
である。これらの蛍光体は、青色〜緑色の光に対して吸
収スペクトルを有し、励起波長よりも波長の長い光を発
光する。発光素子が青色〜緑色の光を放出する場合、上
記蛍光体の中でも、ZnS:Eu、YVO4:Ce及び
Y2O2S:Ceは、青色〜緑色の励起光に対する発光
波長がその他の蛍光体と比較して長いため、即ち、これ
らの蛍光体からの発光色はより赤色系であって、その結
果、これらの蛍光体から発せられる光と一次光源である
発光素子からの光との混合により得られる光はより白色
に近い色となる。このように、より白色に近い発光色を
得るためには、ZnS:Eu、YVO4:Ce及びY2
O2S:Ceの中から選ばれる一又は二以上を蛍光体と
して選択することが好ましい。また、CaS:Euを蛍
光体として使用することもできる。かかる蛍光体によれ
ば赤色系の蛍光が得られる。更には、特許第29272
79号にあるように、セリウムで付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を使用すること
もできる。セリウムの付活を省略することもできる。イ
ットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体におい
て、イットリウムの一部あるいは全体を、Lu、Sc、
La、Gd及びSmからなる群から選ばれる少なくとも
1つの元素に置換し、あるいは、アルミニウムの一部あ
るいは全体を、GaとInの何れかまたは両方で置換す
ることができる。更に詳しくは、(RE1−xSmx)
3(AlyGa1−y)5O1 2:Ce(但し、0≦x
<1、0≦y≦1、REは、Y、Gdから選択される少
なくとも一種)である。この場合のIII族窒化物系化合
物半導体発光素子から放出された光は400〜530n
mにピーク波長を持つものとすることが好ましい。実施
例では蛍光体としてイットリウム・アルミニウム・ガー
ネット系蛍光体を用いる。ピーク波長が380nm付近
にある発光素子(例えば、豊田合成株式会社の提供する
波長382nmの発光ダイオードなど)に対する蛍光体
としては、イットリウム・アルミニウム・ガーネット:
Ceや、ZnS:Cu,Al、ZnS:Cu、ZnS:
Mn及びZnS:Eu等を採用することが好ましい。か
かる蛍光体は透光性部材中に均等に分散されることが好
ましい。透光性材料中において、蛍光体の分散濃度に傾
斜を設けたり、これを徐変させたり若しくは偏在させる
ことも可能である。
【0011】
【実施例】次にこの発明の実施例について説明する。ま
ず、この発明の実施例で使用する発光素子について説明
する。発光素子として図2にその構成を示す発光ダイオ
ード10を採用した。各層のスペックは次の通りであ
る。 層 : 組成:ドーパント (膜厚) 電極材料層19 p型クラッド層(兼コンタクト層)18: p−GaN:Mg (0.3μm) 発光層 17 : 多重量子井戸構造 量子井戸層 : In0.15Ga0.85N (3.5nm) バリア層 : GaN (3.5nm) 量子井戸層とバリア層の繰り返し数:1〜10 n型クラッド層(兼コンタクト層)16: n−GaN:Si (4μm) バッファ層 15 : AlN (15nm) 基板 11 : サファイア(a面) (350μm) 上記において、n型クラッド層16は発光層17側の低
電子濃度n-層とバッファ層15側の高電子濃度n+層
とからなる2層構造とすることができる。後者はn型コ
ンタクト層と呼ばれる。発光層17は多重量子井戸構造
のものに限定されない。発光素子の構成としてはシング
ルへテロ型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のものなど
を用いることができる。発光層として単一量子井戸構造
を用いることもできる。発光層17とp型クラッド層1
8との間にマグネシウム等のアクセプタをドープしたバ
ンドギャップの広いIII族窒化物系化合物半導体層を介
在させることができる。これは発光層17中に注入され
た電子がp型クラッド層18に拡散するのを防止するた
めである。p型クラッド層18を発光層17側の低ホー
ル濃度p−層と電極側の高ホール濃度p+層とからなる
2層構造とすることができる。後者はp型コンタクト層
と呼ばれる。量子井戸層はInN、GaN、InGaN
及びInAlNを含むInGaAlNであれば良く、バ
リア層は量子井戸層よりエネルギーギャップが大きいG
aN、InGaN、InAlN、AlGaNを含むIn
GaAlNであればよい。上記構成の発光ダイオードは
次のようにして製造される。まず、MOCVD装置の反
応装置内へ水素ガスを流通させながら当該サファイア基
板を1130℃まで昇温して表面をクリーニングする。
その後、その基板温度においてTMA及びNH3を導入
してAlN製のバッファ層15をMOCVD法で成長さ
せる。次に基板温度を維持した状態でn型クラッド層1
6を形成し、それ以降の第二のIII族窒化物系化合物半
導体層17、18を常法(MOCVD法)に従い形成す
る。この成長法においては、アンモニアガスとIII族元
素のアルキル化合物ガス、例えばトリメチルガリウム
(TMG)、トリメチルアルミニウム(TMA)やトリ
メチルインジウム(TMI)とを適当な温度に加熱され
た基板上に供給して熱分解反応させ、もって所望の結晶
を基板の上に成長させる。次に、Ti/Niをマスクと
してp型クラッド層18、活性層17及びn型クラッド
層16の一部を反応性イオンエッチングにより除去し、
n型台座電極21を形成すべきn型クラッド層(兼n型
コンタクト層)16を表出させる。半導体表面上にフォ
トレジストを一様に塗布して、フォトリソグラフィによ
り、p型クラッド層18(兼p型コンタクト層)の上の
フォトレジストを除去して、露出させたp型クラッド層
18の上に、Co(コバルト、1.5nm)とAu(金、
6.0nm)を順次蒸着し、電極19を形成する。なお、
この電極は透光性とすることが好ましい。次に、同様に
してp型台座電極20、n型台座電極21を蒸着する。
その後、熱処理を行い、更にウエハからチップを切り分
け、図2に示した発光素子が得られる。
ず、この発明の実施例で使用する発光素子について説明
する。発光素子として図2にその構成を示す発光ダイオ
ード10を採用した。各層のスペックは次の通りであ
る。 層 : 組成:ドーパント (膜厚) 電極材料層19 p型クラッド層(兼コンタクト層)18: p−GaN:Mg (0.3μm) 発光層 17 : 多重量子井戸構造 量子井戸層 : In0.15Ga0.85N (3.5nm) バリア層 : GaN (3.5nm) 量子井戸層とバリア層の繰り返し数:1〜10 n型クラッド層(兼コンタクト層)16: n−GaN:Si (4μm) バッファ層 15 : AlN (15nm) 基板 11 : サファイア(a面) (350μm) 上記において、n型クラッド層16は発光層17側の低
電子濃度n-層とバッファ層15側の高電子濃度n+層
とからなる2層構造とすることができる。後者はn型コ
ンタクト層と呼ばれる。発光層17は多重量子井戸構造
のものに限定されない。発光素子の構成としてはシング
ルへテロ型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のものなど
を用いることができる。発光層として単一量子井戸構造
を用いることもできる。発光層17とp型クラッド層1
8との間にマグネシウム等のアクセプタをドープしたバ
ンドギャップの広いIII族窒化物系化合物半導体層を介
在させることができる。これは発光層17中に注入され
た電子がp型クラッド層18に拡散するのを防止するた
めである。p型クラッド層18を発光層17側の低ホー
ル濃度p−層と電極側の高ホール濃度p+層とからなる
2層構造とすることができる。後者はp型コンタクト層
と呼ばれる。量子井戸層はInN、GaN、InGaN
及びInAlNを含むInGaAlNであれば良く、バ
リア層は量子井戸層よりエネルギーギャップが大きいG
aN、InGaN、InAlN、AlGaNを含むIn
GaAlNであればよい。上記構成の発光ダイオードは
次のようにして製造される。まず、MOCVD装置の反
応装置内へ水素ガスを流通させながら当該サファイア基
板を1130℃まで昇温して表面をクリーニングする。
その後、その基板温度においてTMA及びNH3を導入
してAlN製のバッファ層15をMOCVD法で成長さ
せる。次に基板温度を維持した状態でn型クラッド層1
6を形成し、それ以降の第二のIII族窒化物系化合物半
導体層17、18を常法(MOCVD法)に従い形成す
る。この成長法においては、アンモニアガスとIII族元
素のアルキル化合物ガス、例えばトリメチルガリウム
(TMG)、トリメチルアルミニウム(TMA)やトリ
メチルインジウム(TMI)とを適当な温度に加熱され
た基板上に供給して熱分解反応させ、もって所望の結晶
を基板の上に成長させる。次に、Ti/Niをマスクと
してp型クラッド層18、活性層17及びn型クラッド
層16の一部を反応性イオンエッチングにより除去し、
n型台座電極21を形成すべきn型クラッド層(兼n型
コンタクト層)16を表出させる。半導体表面上にフォ
トレジストを一様に塗布して、フォトリソグラフィによ
り、p型クラッド層18(兼p型コンタクト層)の上の
フォトレジストを除去して、露出させたp型クラッド層
18の上に、Co(コバルト、1.5nm)とAu(金、
6.0nm)を順次蒸着し、電極19を形成する。なお、
この電極は透光性とすることが好ましい。次に、同様に
してp型台座電極20、n型台座電極21を蒸着する。
その後、熱処理を行い、更にウエハからチップを切り分
け、図2に示した発光素子が得られる。
【0012】(第1実施例)この実施例の発光装置30
の構成を図3に示す。この発光装置30では、従来例と
同一のマウントフレーム3及びリードフレーム7を用い
ている。砲弾形のモールド部材35も従来例と同じもの
でよい。この実施例では、マウントフレーム3の凹部4
へ透光性部材31としてエポキシ樹脂を充填し、その表
面に発光素子10のサファイア基板を透明な接着剤で固
定している。発光素子10、凹部4及びモールド部材3
5の中心は同一軸線上にあることが好ましい。モールド
部材35の中心線が発光装置30の光軸となる。モール
ド部材35も透光性部材31と同一のエポキシ樹脂で形
成することができる。発光素子10のp型台座電極20
は導電性ワイヤ33を介してリードフレーム7に結線さ
れる。同じくn台座電極21は導電性ワイヤ34を介し
てマウントフレーム3へ結線される。
の構成を図3に示す。この発光装置30では、従来例と
同一のマウントフレーム3及びリードフレーム7を用い
ている。砲弾形のモールド部材35も従来例と同じもの
でよい。この実施例では、マウントフレーム3の凹部4
へ透光性部材31としてエポキシ樹脂を充填し、その表
面に発光素子10のサファイア基板を透明な接着剤で固
定している。発光素子10、凹部4及びモールド部材3
5の中心は同一軸線上にあることが好ましい。モールド
部材35の中心線が発光装置30の光軸となる。モール
ド部材35も透光性部材31と同一のエポキシ樹脂で形
成することができる。発光素子10のp型台座電極20
は導電性ワイヤ33を介してリードフレーム7に結線さ
れる。同じくn台座電極21は導電性ワイヤ34を介し
てマウントフレーム3へ結線される。
【0013】このように構成された発光装置30によれ
ば、発光層17で生じた光のうちでサファイア基板側に
向う成分はそのままサファイア基板を透過し更に透光性
部材31を透過して凹部4の反射面32で光軸方向に反
射される。反射された光は更に透光性部材31を透過し
て凹部4から放出される。凹部4から放出された光はモ
ールド部材35を進行してその先端半球部で屈折され
る。この先端半球部の曲率を適宜設計することにより所
望の光学特性を得る。発光層17で生じた光のうちで電
極側に向う成分は電極で反射されて基板側に向い、以後
上記と同じ経路をたどる。なお、電極が透光性の場合、
この光は電極を透過してモールド部材35内を進行し、
先端半球部で適宜屈折されることとなる。発光層17で
生じた光のうちで発光素子10の側方へ放出された光は
反射面32において透光性部材31が被覆していない部
分で反射され、モールド部材35内を進行して外部へ放
出される。実施例の発光装置30によれば、発光素子1
0の発光層17から全方位へ放出される光を反射層32
で捕捉できることとなる。
ば、発光層17で生じた光のうちでサファイア基板側に
向う成分はそのままサファイア基板を透過し更に透光性
部材31を透過して凹部4の反射面32で光軸方向に反
射される。反射された光は更に透光性部材31を透過し
て凹部4から放出される。凹部4から放出された光はモ
ールド部材35を進行してその先端半球部で屈折され
る。この先端半球部の曲率を適宜設計することにより所
望の光学特性を得る。発光層17で生じた光のうちで電
極側に向う成分は電極で反射されて基板側に向い、以後
上記と同じ経路をたどる。なお、電極が透光性の場合、
この光は電極を透過してモールド部材35内を進行し、
先端半球部で適宜屈折されることとなる。発光層17で
生じた光のうちで発光素子10の側方へ放出された光は
反射面32において透光性部材31が被覆していない部
分で反射され、モールド部材35内を進行して外部へ放
出される。実施例の発光装置30によれば、発光素子1
0の発光層17から全方位へ放出される光を反射層32
で捕捉できることとなる。
【0014】この実施例では透光性部材31の表面が凹
部4の周縁より低く設定してある。これは発光素子10
から側方へ放出される光を反射面32で捕捉するためで
ある。このためには、少なくとも発光層17より凹部4
の周縁が上になければならない。この実施例では、p型
電極19と凹部4の周縁の高さをほぼ同じとした。
部4の周縁より低く設定してある。これは発光素子10
から側方へ放出される光を反射面32で捕捉するためで
ある。このためには、少なくとも発光層17より凹部4
の周縁が上になければならない。この実施例では、p型
電極19と凹部4の周縁の高さをほぼ同じとした。
【0015】(第2実施例)図4に他の実施例の発光装
置40を示す。図3と同一の要素には同一の符号を付し
てその説明を省略する。この実施例では凹部44の表面
として回転放物面を採用し、そこに透光性部材41を充
填する構成とした。なお、反射面は回転放物面に限定さ
れるものではない。発光装置40に要求される光学特性
に応じて任意形状を採用できる。
置40を示す。図3と同一の要素には同一の符号を付し
てその説明を省略する。この実施例では凹部44の表面
として回転放物面を採用し、そこに透光性部材41を充
填する構成とした。なお、反射面は回転放物面に限定さ
れるものではない。発光装置40に要求される光学特性
に応じて任意形状を採用できる。
【0016】(第3実施例)図5に他の実施例の発光装
置50を示す。なお、図4の実施例と同一の要素には同
一の符号を付してその説明を省略する。この実施例の発
光装置50は図4の例において透光性部材41中にイッ
トリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体が均一に
分散されている。この蛍光体は発光素子10から放出さ
れる青色系の光を吸収して赤〜橙色系の光を放出する。
発光素子10から直に放出される光と蛍光体から放出さ
れる光とが透光性部材41及びモールド部材35内で混
合されると白色系の光が生成される。この実施例のよう
に、蛍光体及び/又は燐光体を適宜選択することによ
り、発光素子から放出される光の色を任意の色に変化さ
せることが出来る。モールド部材35内に蛍光体及び/
又は燐光体を分散させることも可能である。
置50を示す。なお、図4の実施例と同一の要素には同
一の符号を付してその説明を省略する。この実施例の発
光装置50は図4の例において透光性部材41中にイッ
トリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体が均一に
分散されている。この蛍光体は発光素子10から放出さ
れる青色系の光を吸収して赤〜橙色系の光を放出する。
発光素子10から直に放出される光と蛍光体から放出さ
れる光とが透光性部材41及びモールド部材35内で混
合されると白色系の光が生成される。この実施例のよう
に、蛍光体及び/又は燐光体を適宜選択することによ
り、発光素子から放出される光の色を任意の色に変化さ
せることが出来る。モールド部材35内に蛍光体及び/
又は燐光体を分散させることも可能である。
【0017】(第4実施例)図6に他の実施例の発光装
置60を示す。図3と同一の要素には同一の符号を付し
てその説明を省略する。この実施例ではマウントフレー
ム63の凹部64の表面(反射面62)に複数の焦点を
与え、そこに透光性部材61を充填する構成とした。こ
の透光性部材中に、前の実施例と同様にして、蛍光体及
び/又は燐光体を分散させることが可能である。
置60を示す。図3と同一の要素には同一の符号を付し
てその説明を省略する。この実施例ではマウントフレー
ム63の凹部64の表面(反射面62)に複数の焦点を
与え、そこに透光性部材61を充填する構成とした。こ
の透光性部材中に、前の実施例と同様にして、蛍光体及
び/又は燐光体を分散させることが可能である。
【0018】(第5実施例)図7に他の実施例の発光装
置70を示す。図3と同一の要素には同一の符号を付し
てその説明を省略する。この実施例ではマウントフレー
ム73の凹部74の表面(反射面72)の底部を凸面に
形成した。これにより反射光に変化を与えることが出来
る。凹部74には透光性部材71が充填されている。こ
の透光性部材中に、前の実施例と同様にして、蛍光体及
び/又は燐光体を分散させることが可能である。
置70を示す。図3と同一の要素には同一の符号を付し
てその説明を省略する。この実施例ではマウントフレー
ム73の凹部74の表面(反射面72)の底部を凸面に
形成した。これにより反射光に変化を与えることが出来
る。凹部74には透光性部材71が充填されている。こ
の透光性部材中に、前の実施例と同様にして、蛍光体及
び/又は燐光体を分散させることが可能である。
【0019】この発明は、上記発明の実施の形態及び実
施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の
範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲
で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の
範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲
で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【0020】以下、次の事項を開示する。 11 回転放物面の凹部を備える、ことを特徴とするII
I族窒化物系化合物半導体発光素子用のマウントフレー
ム。 21 マウントフレームの凹部に透光性部材を充填して
これを硬化させ、該透光性部材の表面に発光素子の透光
性基板を固定する、ことを特徴とする発光素子のマウン
ト方法。 22 マウントフレームの凹部に透光性部材を充填して
これを硬化させるステップ、及び該透光性部材の表面に
発光素子の透光性基板を固定するステップを含む、発光
装置の製造方法。
I族窒化物系化合物半導体発光素子用のマウントフレー
ム。 21 マウントフレームの凹部に透光性部材を充填して
これを硬化させ、該透光性部材の表面に発光素子の透光
性基板を固定する、ことを特徴とする発光素子のマウン
ト方法。 22 マウントフレームの凹部に透光性部材を充填して
これを硬化させるステップ、及び該透光性部材の表面に
発光素子の透光性基板を固定するステップを含む、発光
装置の製造方法。
【図1】図1は従来例の発光装置の構成を示す図であ
る。
る。
【図2】図2はこの発明の実施例の発光素子の構成を示
す図である。
す図である。
【図3】図3はこの発明の実施例の発光装置の構成を示
す図である。
す図である。
【図4】図4は他の実施例の発光装置の構成を示す図で
ある。
ある。
【図5】図5は他の実施例の発光装置の構成を示す図で
ある。
ある。
【図6】図6は他の実施例の発光装置の構成を示す図で
ある。
ある。
【図7】図7は他の実施例の発光装置の構成を示す図で
ある。
ある。
1、10 発光素子 2、11 サファイア基板 3、43、63,73 マウントフレーム 4、44、64、74 凹部 31、41、61、71 透光性部材 32、42、62、72 反射面 51 蛍光体
Claims (9)
- 【請求項1】 III族窒化物系化合物半導体発光素子が
マウントフレームにマウントされる発光装置であって、 前記マウントフレームは反射面と該反射面を覆う透光性
部材とを備え、該透光性部材の表面に前記発光素子の基
板が固定され、該発光素子から放出された光が前記基板
を透過して前記反射面で反射される、ことを特徴とする
発光装置。 - 【請求項2】 前記マウントフレームには凹部が形成さ
れて該凹部の表面が前記反射面となり、該凹部に前記透
光性部材が充填されている、ことを特徴とする請求項1
に記載の発光装置。 - 【請求項3】 前記凹部の開口部は前記発光装置の光軸
方向に向いている、ことを特徴とする請求項2に記載の
発光装置。 - 【請求項4】 前記反射面は前記発光素子を中心とする
回転放物面である、ことを特徴とする請求項1〜3のい
ずれかに記載の発光装置。 - 【請求項5】 前記発光素子の側面から放出された光が
前記反射面で反射される、ことを特徴とする請求項1〜
4のいずれかに記載の発光装置。 - 【請求項6】 前記反射面の端縁は、発光装置の光軸方
向において、前記発光素子の発光層よりも前方に位置し
ている、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記
載の発光装置。 - 【請求項7】 前記透光性部材の中に蛍光体が分散され
ている、ことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記
載の発光装置。 - 【請求項8】 前記マウントフレームは透光性の封止部
材で被覆され、該封止部材と前記透光性部材とは同一の
材料で形成されている、ことを特徴とする請求項1〜7
のいずれかに記載の発光装置。 - 【請求項9】 III族窒化物系化合物半導体発光素子が
マウントフレームにマウントされる発光装置であって、 前記マウントフレームは凹部と該凹部に充填された透光
性部材とを備え、前記発光素子のサファイア基板を前記
透光性部材の表面に固定して、該サファイア基板を透過
した光が前記透光性部材を透過して前記凹部の表面で反
射し更に前記透光性部材を透過して前記凹部の外部へ放
出される、ことを特徴とする発光装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000298249A JP2002111072A (ja) | 2000-09-29 | 2000-09-29 | 発光装置 |
| US09/953,825 US20020040982A1 (en) | 2000-09-29 | 2001-09-18 | Light emitting unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000298249A JP2002111072A (ja) | 2000-09-29 | 2000-09-29 | 発光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002111072A true JP2002111072A (ja) | 2002-04-12 |
Family
ID=18780234
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000298249A Pending JP2002111072A (ja) | 2000-09-29 | 2000-09-29 | 発光装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020040982A1 (ja) |
| JP (1) | JP2002111072A (ja) |
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| JP2011082568A (ja) * | 2002-06-13 | 2011-04-21 | Cree Inc | 飽和変換材料を有するエミッタパッケージ |
| JP2013093533A (ja) * | 2011-10-27 | 2013-05-16 | Seoul Semiconductor Co Ltd | 発光ダイオード |
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| KR100706473B1 (ko) * | 2003-07-18 | 2007-04-10 | 산요덴키가부시키가이샤 | 발광 다이오드 |
| DE112005003841B4 (de) * | 2004-12-14 | 2016-03-03 | Seoul Viosys Co., Ltd. | Licht emittierendes Bauelement mit einer Mehrzahl Licht emittierender Zellen |
| EP1864339A4 (en) | 2005-03-11 | 2010-12-29 | Seoul Semiconductor Co Ltd | LED CAPSULATION WITH A GROUP IN A SERIES OF SWITCHED LUMINAIRES |
| JP5730521B2 (ja) * | 2010-09-08 | 2015-06-10 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 熱処理装置 |
| US9070851B2 (en) | 2010-09-24 | 2015-06-30 | Seoul Semiconductor Co., Ltd. | Wafer-level light emitting diode package and method of fabricating the same |
| KR20170075966A (ko) * | 2015-12-24 | 2017-07-04 | 삼성전자주식회사 | 광추출 효율이 개선된 발광소자 패키지 |
| CN205944139U (zh) | 2016-03-30 | 2017-02-08 | 首尔伟傲世有限公司 | 紫外线发光二极管封装件以及包含此的发光二极管模块 |
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| US6340824B1 (en) * | 1997-09-01 | 2002-01-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting device including a fluorescent material |
-
2000
- 2000-09-29 JP JP2000298249A patent/JP2002111072A/ja active Pending
-
2001
- 2001-09-18 US US09/953,825 patent/US20020040982A1/en not_active Abandoned
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