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JP2011029665A - 発光チップ、ledパッケージ、液晶ディスプレイ用バックライト、液晶ディスプレイおよび照明 - Google Patents

発光チップ、ledパッケージ、液晶ディスプレイ用バックライト、液晶ディスプレイおよび照明 Download PDF

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JP2011029665A JP2010240608A JP2010240608A JP2011029665A JP 2011029665 A JP2011029665 A JP 2011029665A JP 2010240608 A JP2010240608 A JP 2010240608A JP 2010240608 A JP2010240608 A JP 2010240608A JP 2011029665 A JP2011029665 A JP 2011029665A
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タエ ハン、キョン
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Abstract

【課題】チップコーティング型LEDパッケージが提供される。
【解決手段】本発明は、サブマウント上にダイアタッチングされたチップダイと、その外部面を均一に覆う樹脂層から成る発光チップと、上記樹脂層の上部面を通じて外部へ露出されるよう上記チップダイ上に設けられる少なくとも一つのバンプボールと金属ワイヤを媒介に電気的に連結される電極部と、上記電極部を具備し上記発光チップが搭載されるパッケージ本体と、を含む。本発明によると、照射角度による色温度差を防いで光効率を向上させることが可能で、工程歩留まりを高めることが出来る。また、パッケージの大きさをより小型化することができ、大量生産を図ることが出来る。
【選択図】図3

Description

本発明は、チップコーティング型LEDパッケージ及びその製造方法に関するものであって、より詳細には光抽出効率を増大させ、製品の小型化を図り、製造原価を低減することが出来るチップコーティング型LEDパッケージ及びその製造方法に関する。
一般的に、発光ダイオード(Light Emitting Diode、以下、LEDと称する)は、半導体のp−n接合構造を用いて注入された少数キャリア(電子または正孔)を作り出し、これらの再結合によって電気エネルギーを光エネルギーに変えて発光させる電子部品である。即ち、特定元素の半導体に順方向の電圧を加えると、陽極と陰極の接合部分を通じて電子と正孔が移動しながら相互再結合するが、電子と正孔が離れている時より小さいエネルギーになるため、この際発生するエネルギー差によって光を放出する。
上記LEDから出る光の領域は、レッド(630nm〜780nm)からブルー−紫外線(Ultra Violet)(350nm)までであって、ブルー、グリーン及びホワイトまでも含んでおり、LEDは白熱電球と蛍光灯のような従来の光源に比べ低電力消費、高効率、長時間動作寿命などの長所を有しており、その需要が持続的に増加している実情である。
このようなLEDは、最近モバイル端末機の小型照明から室内外の一般照明、自動車照明、大型LCD(Liquid Crystal Display)用バックライト(Backlight)までその適用範囲が拡大されつつある。
図1は従来のLEDパッケージを図示した縦断面図であって、図示した通り、従来のLEDパッケージ10は、上部に開放されたキャビティを具備するパッケージ本体11と、上記パッケージ本体11の構成時これに一体で設けられるリードフレーム12と、上記リードフレーム12と電気的に連結されるよう複数個の金属ワイヤ15を媒介にワイヤボンディングされ電源印加時光を発生させる発光源である発光チップ14、及び上記発光チップ14と金属ワイヤ15を外部環境から保護するよう上記キャビティ内に満たされる透明樹脂部17を含んで構成される。
上記透明樹脂部17は、上記発光チップ14から発生した光を外部へそのまま通過させるようエポキシのような透明性樹脂剤から成る。
一方、上記発光チップ14が青色光を発生させる青色発光素子で設けられる場合、所望の白色光を得るため上記透明樹脂部17に蛍光物質が含まれる。
このような蛍光物質は、上記発光チップ14から発光される1次波長である青色光を2次波長である白色光に変換されるよう波長を変換させる波長変換手段で、これはYAG(イットリウム−アルミニウム−ガーネット系)またはTAG(テルビウム−アルミニウム−ガーネット系)またはシリケート(Silicate)系などを含む粉末から成って主剤の透明性樹脂に含まれ、イエロー(Yellow)またはレッド(Red)を混合した形態を全て含む。
しかし、上記発光チップ14から発生した青色光を白色光に変換させて外部へ照射する過程で、上記青色光が白色光に変換する経路が蛍光物質を含む透明樹脂部17の構造上、光の照射角度によって長かったり短かったりするため、白色光の照射角度によって色温度が一定でなく照射角度によって温度差が発生する問題点があった。
また、上記発光チップ14と金属ワイヤ15は、透明樹脂部17に含まれたYAG系、TAG系、Silicate系蛍光物質と接触することになるが、上記YAG系、TAG系、シリケート(Silicate)系蛍光物質は、電気的伝導性を有する重金属系列の粉末から成っているため、発光時発光チップ14の光効率を低下させる漏れ電流を発生させ、パッケージの信頼性を低下させる。
また、上記透明性樹脂部に含まれた蛍光物質と金属ワイヤ15との接触による漏れ電流を防ぐための構造として、上記発光チップ14をサブマウント(未図示)上の複数個のバンプボールを媒介にフリップチップボンディングし、上記サブマウントをパッケージ本体11のリードフレーム12上に搭載した後、上記サブマウントとリードフレーム12とを相互電気的に連結するよう金属ワイヤを媒介にワイヤボンディングする構造がある。
このような状態で、上記蛍光物質を含む透明性樹脂が上記パッケージ本体11のキャビティ内に満たされたり、サブマウント上にフリップチップボンディングされた発光チップ14のみを覆ってこれを保護する透明性樹脂部17を構成した。
しかし、上記発光チップ14が搭載されるサブマウントとリードフレーム12との間をワイヤボンディングする構造では、金属ワイヤの一端部がボンディング連結されるサブマウントの大きさを十分確保すべきであるため、パッケージの大きさを小型化するに限界があり、その製造工程が複雑で製造原価を上昇させる要因として作用した。
本発明は、上記のような従来の問題点を解消するためのものであって、その目的は、照射角度による色温度差を防いで光効率を向上させることができ、工程歩留まりを高めることができ、パッケージの大きさをより小型化することができ、大量生産を図ることが出来るチップコーティング型LEDパッケージ及びその製造方法を提供することにある。
上記のような目的を達成すべく、本発明は、サブマウント上にダイアタッチングされたチップダイと、その外部面を均一に覆う樹脂層から成る発光チップと、上記樹脂層の上部面を通じて外部へ露出されるよう上記チップダイ上に設けられる少なくとも一つのバンプボールと金属ワイヤを媒介に電気的に連結される電極部と、上記電極部を具備し上記発光チップが搭載されるパッケージ本体と、を含むチップコーティング型LEDパッケージを提供する。
好ましく、上記樹脂層にはチップダイから発生した光を変換させる蛍光物質がさらに含まれる。
好ましく、上記電極部は上記パッケージ本体に一体で設けられるリードフレームで具備される。
好ましく、上記パッケージ本体は上記発光チップが搭載される電極部が外部へ露出されるキャビティを具備するよう樹脂物で射出成形される樹脂構造物である。
より好ましく、上記キャビティの内部面には上記発光チップから発生した光を反射させる反射部をさらに含む。
より好ましく、上記キャビティには透明な樹脂材から成る充填剤が満たされ、上記パッケージ本体の上部にはレンズをさらに含む。
好ましく、上記パッケージ本体は、上記発光チップが搭載される金属シャシーが外部へ露出される配置孔を具備し、上記電極部が上部面にパターン印刷された基板で具備される。
より好ましく、上記配置孔の内部面には上記発光チップから発生した光を反射させる反射部をさらに含む。
より好ましく、上記配置孔には透明な樹脂材から成る充填剤が満たされ、上記パッケージ本体の上部にはレンズをさらに含む。
また、本発明は、a)複数個のチップダイがウェーハ上にダイアタッチングされる段階と、b)上記チップダイの上部面に少なくとも一つのバンプボールを具備する段階と、c)上記バンプボールを含むチップダイが樹脂材で覆われるよう上記ウェーハ上に樹脂層を形成する段階と、d)上記バンプボールが外部へ露出されるよう上記樹脂層の上部面を研磨する段階と、e)上記チップダイと隣接するチップダイとの間を切断する段階と、を含むチップコーティング型LEDパッケージの製造方法を提供する。
好ましく、上記c)段階は、上記ウェーハ上に樹脂材をプリンティングする方式によって樹脂層を形成し、上記バンプボールを含むチップダイを覆うようプリンティングされた樹脂層を熱硬化する。
好ましく、上記樹脂層は、チップダイから発生した光の波長を変換させる蛍光物質がさらに含まれた樹脂材で構成される。
好ましく、上記e)段階から切断されサブマウント上に搭載されたチップダイと、その外部面を覆う樹脂層から成る発光チップを、上部に開放されたキャビティを形成するよう射出成形されたパッケージ本体の電極部に搭載し、リードフレームから成る電極部と金属ワイヤを媒介にワイヤボンディングする段階をさらに含む。
好ましく、上記e)段階から切断されサブマウント上に搭載されたチップダイと、その外部面を覆う樹脂層から成る発光チップを金属シャシーの上部面に搭載し、上記発光チップが配置される配置孔を貫通形成したパッケージ本体の上部面に電極パターンから成る電極部と金属ワイヤを媒介にワイヤボンディングする段階をさらに含む。
本発明によると、電源印加時、光を発生させるチップダイの外部面に蛍光物質を含む樹脂層を均一な厚さで具備し、樹脂層を通じて外部露出されるバンプボールが金属ワイヤを媒介に電極部と電気的に連結されることにより、発生した光が樹脂層を通過する経路は照射角度に関係なく一定なため、従来のような照射角度による色温度差を防いで光効率を向上させることが出来る。
また、電気伝導性を有する蛍光物質と金属ワイヤとの接触を根本的に防ぐことが出来るため、従来のような漏れ電流を予防して製品の信頼性を向上させることが出来る。
また、パッケージの大きさを減らして製品の小型化を図ることができ、製造工程が単純でパッケージを大量に生産し、これによって製造原価を低減することが出来る。
以下、本発明を添付の図面を参照してさらに詳細に説明する。
図2(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)は、本発明によるチップコーティング型LEDパッケージを図示した製造工程図で、図3は本発明によるチップコーティング型LEDパッケージの第1実施例を図示した斜視図である。
本発明のLEDパッケージ100は、発光チップ110、電極部120及びパッケージ本体130を含んで構成される。
上記発光チップ110は、チップダイ101、バンプボール102、樹脂層103及びサブマウント104から成り、上記チップダイ101はサブマウント104上にダイアタッチング(die attaching)されて搭載され、電源印加時光を発生させる発光源である。
ここで、上記チップダイ101は、電源印加時近紫外線光や青色光を発生させる発光源であり、このようなチップダイ101は、高出力、高輝度の青色光を発生させる窒化ガリウム系発光ダイオードチップが好ましく、これはP極、N極が上部面に形成された水平型構造やP極、N極が上下部面にそれぞれ形成された垂直型構造の何れも採用することが出来る。
そして、上記窒化ガリウム系発光チップは、公知の半導体素子であるため、これに関する具体的な構成については説明を省略する。
上記サブマウント104上に搭載されたチップダイ101の上部面には、上記電極部120と電気的に連結されるバンプボール102を具備し、このようなバンプボール102は上記チップダイ101の構造によって単独または2個で具備されることが出来る。
即ち、上記バンプボール102は、上記チップダイ101の構造によってその形成個数が変更され、上記チップダイ101のP極、N極が上下部面にそれぞれ形成された垂直型構造で設けられる場合、上記バンプボール102は上記チップダイ101の上部面に形成されたP極と電気的に連結されるよう単独で具備される。
上記チップダイ101のP極、N極が両方とも上部面に形成された水平型構造で設けられる場合、上記バンプボール102は上記チップダイ101の上部面に形成されたP極とN極とがそれぞれ電気的に連結するよう2個で具備される。
また、上記樹脂層103は、上記サブマウント104上にダイアタッチングされたチップダイ101の外部面を一定に覆うよう、エポキシ、シリコン及びレジン等のような透明な樹脂材から成る。
ここで、上記樹脂層103には、上記チップダイから発生した光を白色光に変換できるYAG系、TAG系、Silicate系のうち何れか一つの波長変換手段である蛍光物質が含まれる。
そして、上記電極部120は、上記樹脂層103の上部面を通じて外部露出される少なくとも一つのバンプボール102と金属ワイヤ125を媒介に電気的に連結される。
このような電極部120は、図3に図示した通り、射出成形される樹脂構造物であるパッケージ本体130の内部に一体で具備され、上記バンプボール102に一端がワイヤボンディングされた金属ワイヤ125の他端がワイヤボンディングされるリードフレーム121で具備されることも出来るが、これに限定されるのでなく、図4に図示した通り、基板131として設けられるパッケージ本体130の上部面に印刷される電極パターン122で具備されることも出来る。
また、上記電極部120と電気的に連結される発光チップ110が設けられるパッケージ本体130は、図3に図示した通り、上記発光チップ110が搭載される電極部120をリードフレーム121で具備して、これを外部へ露出するキャビティ(C)を具備するよう樹脂物で射出成形される樹脂構造物である。
このようなキャビティ(C)は、内部面に上記発光チップ110から発生した光を反射させる反射部135をさらに含み、このような反射部135は、上記キャビティ(C)の傾斜した内部面全体に光反射率の高いアルミニウム(Al)、銀(Ag)、白金(Pt)、チタン(Ti)、クロム(Cr)及び銅(Cu)のうち何れか一つから成る反射物質を満遍なくコーティングまたは蒸着して具備できるが、これに限定されるのではなく、光反射率の高いアルミニウム(Al)、銀(Ag)、白金(Pt)、チタン(Ti)、クロム(Cr) 及び銅(Cu)のうち何れか一つから成る板材を別途で接着して具備することも出来る。
また、上記パッケージ本体130の上部には、上記発光チップ110から発生した光の指向角を広げたり、光効率を高めることが出来るようレンズ(L)を具備することができ、上記レンズ(L)によって覆われるキャビティ(C)には、上記発光チップ110と金属ワイヤ125を外部環境から保護するよう透明な樹脂材から成る充填剤が満たされることが出来る。
一方、図4は本発明によるチップコーティング型LEDパッケージの第2実施例を図示したものであって、このようなLEDパッケージ100aのパッケージ本体130は、上記発光チップ110が搭載される金属シャシー132と、これを外部へ露出できるよう一定大きさの配置孔133を貫通形成し、上記電極部120が上部面にパターン印刷される基板131で具備されることも出来る。
ここで、上記配置孔133の内部面にも上記と同様に上記発光チップ110から発生した光を反射させる反射部135を具備することが出来る。
そして、上記基板形態で設けられるパッケージ本体130の上部にも、上記発光チップ110から発生した光の指向角を広げたり光効率を高めるようレンズ(L)を具備することができ、上記レンズ(L)によって覆われる配置孔133とレンズとの間には透明な樹脂材から成る充填剤が満たされる。
上記構成のLEDパッケージを製造する工程は、図2(a)に図示した通り、半導体の製造工程によって製造されたチップダイ101をウェーハ(W)上に一定間隔を置いて複数個ダイアタッチ(Die Attach)方式で搭載する。
ここで、上記ウェーハ(W)は、上記チップダイ101に設けられるP極、N極の配置形態によって、非伝導性または伝導性素材のうち何れか一つに選択して構成されることが出来る。
そして、上記ウェーハ(W)上にダイアタッチングされたチップダイ101の上部面には、図2(b)に図示した通り、少なくとも一つのバンプボール102をそれぞれ具備する。
このようなバンプボール102は、上記チップダイ101に設けられるP、N極の配置形態(垂直型または水平型)によって単独または2個ずつ具備される。
上記バンプボール102は、Au、Al、Cuなどのように熱伝導性、電気伝導性に優れた金属材で構成されるのが好ましい。
次いで、上記ウェーハ(W)上に樹脂層103を形成する段階は、図2(c)に図示した通り、上部面に上記バンプボール102を形成した複数個のチップダイ101が樹脂材で覆われるよう上記ウェーハ(W)上にシリコン、エポキシなどのような透明性樹脂を一定厚さでプリンティングする方式でプリンティングして具備する。
この際、上記透明性樹脂は、上記バンプボール102の直径サイズを考慮して300μm以下の厚さを有するよう覆われる。
そして、上記バンプボール102を含むチップダイ101を覆うよう上記ウェーハ(W)上にプリンティングされた樹脂層103は、人為的に提供される熱によって熱硬化される。
ここで上記樹脂層103には、上記チップダイ101の発光色に応じて白色光に変換できるようチップダイ101の発光色を波長変化させる光波長変換手段である蛍光物質を含む。
また、図2(d)に図示した通り、上記ウェーハ(W)上に具備された樹脂層103は、未図示の研磨手段によって上記チップダイ101上に具備されたバンプボール102を外部へ露出させるよう上部面が研磨され、研磨方法においてはグラインダーを用いた研磨方法やフライカッター(Fly Cutter)を用いたカット方法で均一な面を得ることができ、これは精密性と生産性を考慮して選択する。
この際、上記研磨手段によって研磨される樹脂層103は、上部面が上記ウェーハ(W)と並んで層の厚さが一定になるよう研磨すべきである。
次いで、図2(e)に図示した通り、上記バンプボール102が外部へ露出されるよう樹脂層103が研磨されたチップダイ101は、隣接するチップダイ101との間に形成された縦、横の切断線に沿って切断されることによって、電源印加時光を発生させる発光チップ110として製造される。
このような発光チップ110は、ウェーハ(W)が切断されたサブマウント104上にダイアタッチングされたチップダイ101と、上記チップダイ101の上部面に設けられる少なくとも一つのバンプボール102及び上記バンプボール102を外部へ露出させながら上記チップダイ101の外部面を均一に覆う樹脂層103で構成される。
上記構成の発光チップ110は、図2(f)に図示した通り、リードフレーム121で設けられる電極部120の上部面に搭載され、上記電極部120は上記発光チップ110のバンプボール102に一端がボンディングされた金属ワイヤ125の他端とワイヤボンディングされる。
ここで、上記電極部120は、上部に開放されたキャビティ(C)を形成するよう樹脂材で射出成形されるパッケージ本体130のキャビティ(C)を通じて外部へ露出される金属部材である。
上記の構造を有するLEDパッケージ100、100aに順方向の電流が印加される場合、この電流は上記電極部120を通じて発光チップ110に供給されることにより、上記発光チップ110のチップダイ101は、これを構成する半導体素材の差によってR、G、Bのうち何れか一つの色を有する光を発生することになる。
そして、上記チップダイ101から発生した光は、その外部面を均一に覆うよう具備された樹脂層103を通過して外部へ放射される。
この際、上記樹脂層103に蛍光物質が含まれている場合、上記チップダイから発生した青色光の1次波長は、蛍光物質に2次波長である白色光を転換して上記発光チップ110は白色光を発生させることに成る。
ここで、上記蛍光物質が含む樹脂層103は、チップダイの外部面に一定の厚さで均一に具備され、電源印加時チップダイ101から発生した光が上記樹脂層103を通過する経路が照射角度によって一定なため、照射角度による色温度差を防ぐことが出来る。
また、上記金属ワイヤ125が電気的伝導性を有する重金属系列から成る蛍光物質との接触を根本的に防いで漏れ電流が発生することを予防することができるため、上記発光チップ110の光効率を向上させることができ、劣化特性が悪化することを防いで製品の信頼性を高めることが出来る。
続いて、上記発光チップ110から発生した光は、キャビティ(C)または配置孔133の傾斜した内部面に具備された反射部135へ反射され、より広い角度で外部放射される。
本発明は、特定の実施例に関して図示し説明したが、添付の特許請求範囲によって備えられる本発明の精神や分野を外れない範囲内で本発明が多様に改造及び変化できることは、当業界で通常の知識を有している者は容易に分かることを明らかにする。
従来のLEDパッケージを図示した縦断面図である。 本発明によるチップコーティング型LEDパッケージの製造工程図である。 本発明によるチップコーティング型LEDパッケージの第1実施例を図示した斜視図である。 本発明によるチップコーティング型LEDパッケージの第2実施例を図示した断面図である。
10、100、100a LEDパッケージ
11、130 パッケージ本体
12、121 リードフレーム
15、125 金属ワイヤ
14、110 発光チップ
17 透明樹脂部
101 チップダイ
102 バンプボール
103 樹脂層
104 サブマウント
120 電極部
122 電極パターン
131 基板
132 金属シャシー
133 配置孔
135 反射部
C キャビティ
L レンズ
W ウェーハ

Claims (14)

  1. サブマウント上にダイアタッチングされたチップダイと、その外部面を均一に覆う樹脂層から成る発光チップと、
    前記樹脂層の上部面を通じて外部へ露出されるよう前記チップダイ上に設けられる少なくとも一つのバンプボールと金属ワイヤを媒介に電気的に連結される電極部と、
    前記電極部を具備し、前記発光チップが搭載されるパッケージ本体と、を含むチップコーティング型LEDパッケージ。
  2. 前記樹脂層には、チップダイから発生した光を変換させる蛍光物質がさらに含まれることを特徴とする請求項1に記載のチップコーティング型LEDパッケージ。
  3. 前記電極部は、前記パッケージ本体に一体で設けられるリードフレームで具備されることを特徴とする請求項1に記載のチップコーティング型LEDパッケージ。
  4. 前記パッケージ本体は、前記発光チップが搭載される電極部が外部へ露出されるキャビティを具備するよう樹脂物で射出成形される樹脂構造物であることを特徴とする請求項1に記載のチップコーティング型LEDパッケージ。
  5. 前記キャビティの内部面には、前記発光チップから発生した光を反射させる反射部をさらに含むことを特徴とする請求項4に記載のチップコーティング型LEDパッケージ。
  6. 前記キャビティには透明な樹脂材から成る充填剤が満たされ、前記パッケージ本体の上部にはレンズをさらに含むことを特徴とする請求項4に記載のチップコーティング型LEDパッケージ。
  7. 前記パッケージ本体は、前記発光チップが搭載される金属シャシーが外部へ露出される配置孔を具備し、前記電極部が上部面にパターン印刷された基板で具備されることを特徴とする請求項1に記載のチップコーティング型LEDパッケージ。
  8. 前記配置孔の内部面には、前記発光チップから発生した光を反射させる反射部をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載のチップコーティング型LEDパッケージ。
  9. 前記配置孔には透明な樹脂材から成る充填剤が満たされ、前記パッケージ本体の上部にはレンズをさらに含むことを特徴とする請求項7に記載のチップコーティング型LEDパッケージ。
  10. a)複数個のチップダイがウェーハ上にダイアタッチングされる段階と、
    b)前記チップダイの上部面に少なくとも一つのバンプボールを具備する段階と、
    c)前記バンプボールを含むチップダイが樹脂材で覆われるよう前記ウェーハ上に樹脂層を形成する段階と、
    d)前記バンプボールが外部へ露出されるよう前記樹脂層の上部面を研磨する段階と、
    e)前記チップダイと隣接するチップダイとの間を切断する段階と、を含むチップコーティング型LEDパッケージの製造方法。
  11. 前記c)段階は、前記ウェーハ上に樹脂材をプリンティングする方式によって樹脂層を形成し、前記バンプボールを含むチップダイを覆うようプリンティングされた樹脂層を熱硬化することを特徴とする請求項10に記載のチップコーティング型LEDパッケージの製造方法。
  12. 前記樹脂層は、チップダイから発生した光の波長を変換させる蛍光物質がさらに含まれた樹脂材で構成されることを特徴とする請求項10に記載のチップコーティング型LEDパッケージの製造方法。
  13. 前記e)段階から切断されサブマウント上に搭載されたチップダイと、その外部面を覆う樹脂層から成る発光チップを、上部に開放されたキャビティを形成するよう射出成形されたパッケージ本体の電極部に搭載し、リードフレームから成る電極部と金属ワイヤを媒介にワイヤボンディングする段階をさらに含むことを特徴とする請求項10に記載のチップコーティング型LEDパッケージの製造方法。
  14. 前記e)段階から切断されサブマウント上に搭載されたチップダイと、その外部面を覆う樹脂層から成る発光チップを金属シャシーの上部面に搭載し、前記発光チップが配置される配置孔を貫通形成したパッケージ本体の上部面に電極パターンから成る電極部と金属ワイヤを媒介にワイヤボンディングする段階をさらに含むことを特徴とする請求項10に記載のチップコーティング型LEDパッケージの製造方法。
JP2010240608A 2006-01-10 2010-10-27 発光チップ、ledパッケージ、液晶ディスプレイ用バックライト、液晶ディスプレイおよび照明 Active JP5698496B2 (ja)

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