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JP2012060058A - 発光装置、該発光装置を備えた液晶プロジェクタおよび該発光装置の製造方法 - Google Patents

発光装置、該発光装置を備えた液晶プロジェクタおよび該発光装置の製造方法 Download PDF

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JP2012060058A
JP2012060058A JP2010204290A JP2010204290A JP2012060058A JP 2012060058 A JP2012060058 A JP 2012060058A JP 2010204290 A JP2010204290 A JP 2010204290A JP 2010204290 A JP2010204290 A JP 2010204290A JP 2012060058 A JP2012060058 A JP 2012060058A
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Mitsuru Kurihara
充 栗原
Takafumi Suzuki
尚文 鈴木
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Abstract

【課題】
本発明は、輝度ムラのない光線を出射できると共に、光源から出射された光線を効率よく出射させることができる発光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
本発明に係る発光装置10は、光源配置領域11aと光源配置外領域11bとを備える基板11と、基板11上の光源配置領域11a内に配置され、少なくとも上面から光線を出射する光源12と、光源12の上方に配置され、光源12から出射された光線を所定の照射領域13aから透過させる透過部材13と、基板11と透過部材13との間の空間に配置され、光線を反射し、基板11と透過部材13との間の空間の一部に、上面端部が透過部材13の照射領域13aの周囲に位置決めされた状態で充填される反射部材14と、を備える。ここで、透過部材13の照射領域13aは、基板11の光源配置領域11aと対向する領域に含まれる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、光線を出射する発光装置に関し、特に、LED(Light Emitting Diode)光源から出射された光線を波長板や偏光子を介して出射する発光装置に関する。
液晶プロジェクタ等を用途とする光源には、一般的に、高輝度のLED光源が使用される。例えば、液晶プロジェクタにおいて、LED光源から出射された光は、反射式偏光子に入射されて、特定偏光のみ透過され、他の特定偏光は反射される。そして、反射式偏光子を透過した光線のみが画像表示用に使用される。
しかし、反射式偏光子から反射された光線は画像表示用に使用されない場合、光線の利用効率が悪い。そこで、LED光源から出射された光線を効率よく照射面から出射させる技術が、例えば、特許文献1−3に開示されている。特許文献1の発光装置の断面図を図9(a)に、特許文献2の発光装置の断面図を図9(b)に、特許文献3の発光装置の断面図を図9(c)に示す。
図9(a)において、特許文献1の発光装置90Aは、LED光源91Aから出射され、反射式偏光子93Aから反射された光線を、波長板92Aを介することによって偏光し、再度、反射式偏光子93Aへ入射させて反射式偏光子93Aから出射させる。
図9(b)において、特許文献2の発光装置90Bは、波長板92Bおよび反射式偏光子93Bの他、LED光源91Bの発光面上にフォトニクス結晶体94Bを配置する。そして、反射式偏光子93Bから反射された光線をフォトニクス結晶体94Bにおいて位相を180度回転させ、再び、反射式偏光子93Bへ入射させて透過させる。
図9(c)において、特許文献3の発光装置90Cは、LED光源91Cの側方に上方に向かって広がる円弧状の蛍光部材95Cを配置し、LED光源91Cの側方に出射された光線を蛍光部材95Cに入射させ、着色光を発光装置90Cの上面側から出射させる。
特開2005−079104号公報 特開2007−034012号公報 特開2003−142737号公報
ここで、発光装置の照射面から出射される光線は、LED光源の真上とその周囲とでその明るさが異なり、LED光源の真上である中心領域が明るく、その周辺では暗い。特許文献1−3の発光装置90A〜90Cを、例えば、液晶プロジェクタ用の光源として使用する場合、いずれの発光装置90A〜90Cも、照射面から出射される光線において利用できるのは、実質的に中心領域の光線のみであり、その周囲領域の光線は無駄になる。
本発明の目的は、上述した問題点を解決することであって、輝度ムラのない光線を出射できると共に、光源から出射された光線を効率よく出射させることができる、発光装置、該発光装置を備えた液晶プロジェクタおよび該発光装置の製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明に係る発光装置は、光源配置領域と光源配置外領域とを備える基板と、基板上の光源配置領域内に配置され、少なくとも上面から光線を出射する光源と、光源の上方に配置され、光源から出射された光線を所定の照射領域から透過させる透過部材と、光線を反射し、基板と透過部材との間の空間の一部に、上面端部が透過部材の照射領域の周囲に位置決めされた状態で充填される反射部材と、を備える。ここで、透過部材の照射領域は、基板の光源配置領域と対向する領域に含まれる。
上記目的を達成するために本発明に係る液晶プロジェクタは、上記の発光装置を備える。
上記目的を達成するために本発明に係る発光装置の製造方法は、基板上の光源配置領域内に、少なくとも上面から光線を出射する光源を配置し、光線を反射する反射部材を、上面端部が透過部材の照射領域の周囲に位置決めされるように、基板上の光源の周囲に配置し、反射部材の上に、光源から出射された光線を照射領域から透過させる透過部材を配置する。ここで、透過部材の照射領域は、基板の光源配置領域と対向する領域に含まれる。
本発明によれば、輝度ムラのない光線を出射できると共に、光源から出射された光線を効率よく出射させることができる発光装置、該発光装置を備えた液晶プロジェクタおよび該発光装置の製造方法を提供することができる。
本発明の第1の実施形態に係る発光装置10の断面図の一例である。 本発明の第1の実施形態に係る発光装置10の平面配置図の一例である。 本発明の第2の実施形態に係る発光装置100の断面図の一例である。 本発明の第2の実施形態に係る発光装置100の平面配置図の一例である。 本発明の第2の実施形態に係る発光装置100の製造工程を示す図である。 本発明の第3の実施形態に係る発光装置100Bの断面図の一例である。 本発明の第4の実施形態に係る発光装置100Cの断面図の一例である。 本発明の第5の実施形態に係る発光装置100Dの断面図の一例である。 関連技術の、(a)発光装置90Aの断面図の一例、(b)発光装置90Bの断面図の一例、(c)発光装置90Cの断面図の一例である。
(第1の実施形態)
第1の実施形態について説明する。本実施形態に係る発光装置の断面図の一例を図1に、平面配置図の一例を図2に示す。図1および図2において、発光装置10は、基板11、光源12、透過部材13および反射部材14を備える。
基板11は、光源12を配置するための光源配置領域11aと、それ以外の光源配置外領域11bとに区分される。
光源12は、基板11上の光源配置領域11a内に配置され、少なくとも上面から上側方向に光線を出射する。
透過部材13は、光源12の上方に配置され、光源12から出射された光線を照射領域13aから透過させる。また、図1において、透過部材13は、反射部材14に支持されることにより、基板11と一定の距離を保った位置に保持される。本実施形態において、光源12から出射された光線は、透過部材13の照射領域13aからのみ、発光装置10の外部へ出射される。
反射部材14は、入射した光線を反射する。本実施形態において、反射部材14は、基板11と透過部材13との間の空間の一部に充填される。そして、充填された反射部材14の上面端部が透過部材13の所定位置に位置決めされることにより、透過部材13の照射領域13aが形成される。ここで、図1および図2に示すように、透過部材13の照射領域13aは、基板11の光源配置領域11aの内部に含まれる。
上記のように構成された発光装置10において、光源12の上面から出射された光線の大部分は、そのまま上方に進み、透過部材13の照射領域13aから発光装置10の外部へ出射される。また、光源12の上面から出射された光線の一部分は、斜め方向に進み、反射部材14で反射された後、照射領域13aから発光装置10の外部へ出射される。
ここで、反射部材14で反射された後、照射領域13aから出射された光線は、上方に進んでそのまま照射領域13aから出射された光線よりも、輝度が低い。本実施形態に係る発光装置10は、照射領域13aを光源配置領域11aの内部に含ませることにより、照射領域13aにおいて、光源12の上面からそのまま上方に進んだ輝度の高い光線があまり含まれない領域が形成されない。従って、輝度ムラのない光線を照射領域13aから出射させることができる。
また、光源12の上面から出射され、斜め方向に進んだ光線は、反射部材14で反射されて、照射領域13aから外部へ出射する。従って、光源12から出射された光線を効率よく出射させることができる。
なお、本実施形態では、図1および図2に示すように、透過部材13の照射領域13aを基板11の光源配置領域11aとほぼ同じ大きさに形成した。しかし、透過部材13の照射領域は、基板11の光源配置領域11aと対応する領域に実質的に含まれればよく、透過部材13の照射領域が基板11の光源配置領域11aよりも物理的に小さいことを条件とするものではない。
一方、透過部材13の照射領域を透過部材13の光源配置領域11aより小さくすることもできる。この場合、照射領域から出射される光線の輝度が高くなる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態について説明する。本実施形態では、主に、液晶プロジェクタに用いることを目的とした発光装置について説明する。本実施形態に係る発光装置の断面図の一例を図3に示す。図3において、本実施形態に係る発光装置100は、基板110、電極120、LEDチップ130、支持枠140、波長板150、偏光子160、反射樹脂170および金ワイヤ180を備える。
基板110の上には電気配線用の複数の電極120が形成されている。光源配置外領域(不図示)の電極120の上には支持枠140が配置されている。
LEDチップ130は、所定の波長の光線を上面の発光領域から出射する。図3において、LEDチップ130は、光源配置領域(不図示)の電極120の上に配置され、光源配置外領域の電極120と金ワイヤ180を介して電気的に接続されている。
支持枠140は、基板110上の端部領域に配置され、波長板150および偏光子160を支持する。
波長板150は、支持枠140の上に配置され、LEDチップ130の上方を覆う。本実施形態において、波長板150は、LEDチップ130から出射された光線を2回透過させることによって、光線の偏光状態を90度回転させる。
偏光子160は、波長板150の上に配置され、特定偏光のみを透過させ、他の特定偏光を反射する。偏光子160から反射された他の特定偏光は、波長板150を2回透過することにより特定偏光に変換され、偏光子160から透過する。
反射樹脂170は、透明エポキシ樹脂もしくは透明シリコーン樹脂に光拡散剤、例えば、硫酸バリウム、酸化アルミニウム、酸化チタンなどを適量混合したペースト状の樹脂である。反射樹脂170は、偏光子160の特定偏光の出射領域(発光装置100の照射面)とLEDチップ130の配置領域とがほぼ一致するように、基板110上と波長板150との隙間に充填される。また、反射樹脂170は、図3に示すように、LEDチップ130の上面の縁と接触し、且つ、LEDチップ130の上面の発光領域には被らないように配置される。本実施形態において、反射樹脂170はさらに、LEDチップ130間の側面と側面との間に配置される。
反射樹脂170が配置される領域について、図4を用いて説明する。図4において、基板110上には8つの電極120a〜120hが形成され、4つのLEDチップ130a〜130dがそれぞれ、電極120a〜120d上に配置されている。そして、LEDチップ130a〜130dは、電極120e〜120hと、金ワイヤ180a〜180dを介してそれぞれ電気的に接続されている。
そして、反射樹脂170aは、支持枠140の内側のLEDチップ130が配置されていない領域において、反射樹脂170a(点描写)の上面端部がLEDチップ130(斜線描写)の配置領域の端部に位置するように、基板110から波長板150まで充填される。反射樹脂170aの上面端部で囲まれた領域が、偏光子160の出射領域となる。さらに、反射樹脂170bは、LEDチップ130a〜130dの側面と側面との間に配置される。
上記のように構成した発光装置100は、偏光子160の出射領域がLEDチップ130の配置領域とほぼ一致するように反射樹脂170aが充填されていることから、発光装置100の照射面から出射される特定偏光の輝度が一律になると共に、偏光子160の出射領域に特定偏光を収束して出射することができる。
また、反射樹脂170aがLEDチップ130の上面の縁に接し、かつ、LEDチップ130の上面の発光領域には被らないように塗布されていることから、LEDチップ130の直近で光線を反射させ、LEDチップ130から出射された光線の特定偏光を効率よく偏光子160の出射領域から出射させることができる。さらに、LEDチップ130の側面と側面との間に反射樹脂170bを充填させることにより、さらに効率よく特定偏光を出射させることができる。
次に、本実施形態に係る発光装置100の製造方法について説明する。図5に、発光装置100の製造工程図の一例を示す。
まず、図5(a)において、基板110の上にプリント等により、電極120を形成する。さらに、電極120の上にLEDチップ130を銀ペーストもしくはAuSnはんだなどのロウ材で実装する。一般的なLEDチップ130は表面と裏面が電極となっており、本実施形態では、LEDチップ130の表面側電極を、基板110の電極120に、金ワイヤ180を用いて電気的に接続する。さらに、LEDチップ130の周囲に、波長板150および偏光子160を支持するための支持枠140を、基板110上の端部領域に配置する。
なお、LEDチップ130として大型のLEDチップを1つだけ用いることもできるが、大型のLEDチップは品質が安定しない場合があり、さらに、単価が高い。従って、複数のLEDチップを直線上もしくは格子状に並べて配置することが望ましい。
次に、図5(b)において、LEDチップ130の側面と側面との間に、ディスペンサ等を用いて、反射樹脂170bを塗布する。さらに、上面端部がLEDチップ130の配置領域の端部の対応位置に位置決めされるように、LEDチップ130と支持枠140との間に反射樹脂170aを塗布する。この時、LEDチップ130の上面の縁に接し、かつ、LEDチップ130の上面の発光領域には被らないように、反射樹脂170aを塗布する。なお、反射樹脂170aとしてペースト状の樹脂を用いることから、反射樹脂170aを金ワイヤ180の上から塗布することができる。
さらに、図5(c)において、波長板150を支持枠140および反射樹脂170a上に配置し、この状態で反射樹脂170a、170bを硬化させ、波長板150を接着固定する。なお、反射樹脂170aと波長板150との接着力だけでは接合強度が不足する場合、支持枠140と波長板150の間に接着剤を塗布して接着固定する。本実施形態では、発光装置100を加熱して、反射樹脂170a、170bおよび接着剤を熱硬化させる。その後、波長板150上に、偏光子160を貼り付ける。
なお、予め偏光子160が貼り付けられた波長板150を支持枠140および反射樹脂170a上に固定してもよい。また、波長板150と偏光子160とを貼り付けずに、所定の距離を保った状態で保持することもできる。
以上のように形成した発光装置100において、LEDチップ130から出射された光線は、波長板150を透過し、偏光子160に入射する。偏光子160に入射した光線は、特定偏光が偏光子160から透過し、他の特定偏光は偏光子160から反射される。そして、偏光子160から反射された他の特定偏光は、波長板150を2回透過することにより特定偏光に変換され、偏光子160から透過する。
ここで、LEDチップ130の配置領域の端部の対応位置に上面端部を位置決めして反射樹脂170aを配置したことから、偏光子160の出射領域がLEDチップ130の配置領域にほぼ一致する。従って、発光装置100の照射面から出射される特定偏光の輝度が一律になると共に、発光装置100の照射面の範囲に特定偏光を収束して出射することができる。発光装置100の照射面の範囲に特定偏光を収束して出射する場合、高輝度かつ均一の光量が要求される液晶プロジェクタ用の光源として最適な発光装置を提供することができる。
また、反射樹脂170aを、LEDチップ130の上面の縁に接し、かつ、LEDチップ130の上面の発光領域には被らないように塗布することにより、LEDチップ130の直近で光線を反射させて、光線の特定偏光を効率よく出射させることができる。さらに、LEDチップ130の側面と側面との間に反射樹脂170bを配置することにより、いっそう効率よく特定偏光を出射することができる。
なお、本実施形態に係る発光装置100は、特定偏光を出射する発光装置に限定されない。この場合、波長板150や偏光子160を省略することができる。また、十分な照度が得られる場合、LEDチップ130の側面と側面との間に反射樹脂170bを省略することができる。反射樹脂170bの塗布を省略する場合、製造コストが低い発光装置100を提供することができる。
また、本実施形態では、偏光子160の出射領域がLEDチップ130の配置領域にほぼ一致するように反射樹脂170aを配置したが、必ずしもLEDチップ130の配置領域に一致させる必要はない。偏光子160の出射領域を、LEDチップ130の配置領域と同等、もしくは、LEDチップ130の配置領域より小さな領域とすることにより、発光装置100の照射面から出射される特定偏光の輝度が一律になると共に、最適範囲に特定偏光を収束して出射することができる。
また、本実施形態に係る発光装置100は、液晶プロジェクタの他、液晶表示装置や画像読取装置などの輝度ムラのない光線を適用することが望ましい各種装置に適用することができる。
(第3の実施形態)
第3の実施形態について説明する。本実施形態に係る発光装置は、図3に示した第2の実施形態の発光装置100から支持枠140を除いたものである。第3の実施形態に係る発光装置の断面図の一例を図6に示す。図6において、波長板150は反射樹脂170のみでLEDチップ130の上方に支持されている。
本実施例形態に係る発光装置100Bは、支持枠140を用いないことにより、図3の発光装置100よりも装置サイズを小さくすることができ、コストも下がる。
(第4の実施形態)
第4の実施形態について説明する。第4の実施形態に係る発光装置の断面図の一例を図7に示す。図7に示した発光装置100Cにおいて、波長板150と偏光子160とは、所定の距離を保った状態に保持されている。
本実施形態に係る発光装置100Cは、波長板150を反射樹脂170a上に接着固定したあと、さらに、波長板150の端部にかかるように反射樹脂170aの上に、反射樹脂170cを重ねて塗布する。この時、波長板150の端部において、偏光子160の出射領域がLEDチップ130の配置領域とほぼ一致する範囲に、反射樹脂170cを所望の高さまで盛る。
そして、所望の高さまで盛られた反射樹脂170cの上に偏光子160を配置した後、反射樹脂170a〜170cを熱硬化させる。反射樹脂170a〜170cが熱硬化することにより、波長板150と偏光子160とが所定の距離を保った状態に保持される。
図7に示した発光装置100Cの場合、偏光子160と波長板150の間で横方向に向かう光線も、偏光子160のLEDチップ130の配置領域と対応する領域内に収束され、偏光子160の出射領域から出射される。
(第5の実施形態)
第5の実施形態について説明する。本実施形態に係る発光装置の断面図の一例を図8に示す。本実施形態に係る発光装置100Dは、ペースト状の反射樹脂の代わりに、光線が通過する空間が上方に向かって狭くなるように成形された反射樹脂170dと、LEDチップ130間の隙間を埋めるように成形された反射樹脂170eとを用いる。
本実施形態において、反射樹脂170dとして、上方に向かって断面積が大きくなる四角錐台状の固体状樹脂を用いると共に、反射樹脂170eとして、LEDチップ130の側面と側面との間にすっぽり嵌る四角柱状の固体樹脂を用いる。さらに、本実施形態において、反射樹脂170dには、金ワイヤ180を収納するための凹部を形成する。図8において、LEDチップ130の外側領域に上述の反射樹脂170dを配置することにより、基板110側から波長板150側に向かって光線が通過する空間が狭くなる。
本実施形態に係る発光装置100Dは、次のように製造される。すなわち、基板110上にLEDチップ130を配置し、金ワイヤ180を介してLEDチップ130を電極120と電気的に接続させる。
この状態で、基板110上のLEDチップ130間に反射樹脂170eを配置し、接着固定する。さらに、基板110上のLEDチップ130の外側領域に、凹部に金ワイヤ180を収納させた状態で反射樹脂170dを配置し、接着固定する。この時、反射樹脂170dの上面端部は、LEDチップ130の配置領域の端部の対応位置に位置する。基板110上に反射樹脂170dおよび反射樹脂170eを接着固定した後、反射樹脂170dの上に波長板150および偏光子160を固定する。
本実施形態に係る発光装置100Dは、LEDチップ130からLEDチップ130の配置領域外方向に出射される光線については直近で反射されないものの、発光装置100Dの照射面がLEDチップ130の配置領域にほぼ対応することから、輝度ムラのない特定偏光を出射することができると共に、特定偏光を最適範囲に収束して出射することができる。
また、ペースト状の反射樹脂の代わりに所定の形状に予め成形された反射樹脂170d、170eを用いることにより、反射樹脂170d、170eの配置が容易になり、コストを低くすることができる。さらに、反射樹脂170dを四角錐台に成形してLEDチップ130に直接接しないように配置する場合、LEDチップ130から熱が直接伝わることを避けることができる。従って、反射樹脂170dの材料として、耐熱性のやや低い材料を適用することができる。
なお、本実施形態では、予め金ワイヤ180を収納するための凹部が形成された反射樹脂170dを用いたが、反射樹脂170dを金ワイヤ180の外側に配置する場合は、反射樹脂170dに凹部を形成しなくても良い。
10 発光装置
11 基板
12 光源
13 透過部材
14 反射部材
100、100B、100C、100D 発光装置
110 基板
120 電極
130 LEDチップ
140 支持枠
150 波長板
160 偏光子
170 反射樹脂
180 金ワイヤ

Claims (10)

  1. 光源配置領域と光源配置外領域とを備える基板と、
    前記基板上の前記光源配置領域内に配置され、少なくとも上面から光線を出射する光源と、
    前記光源の上方に配置され、前記光源から出射された光線を所定の照射領域から透過させる透過部材と、
    前記光線を反射し、前記基板と前記透過部材との間の空間の一部に、上面端部が前記透過部材の前記照射領域の周囲に位置決めされた状態で充填される反射部材と、
    を備え、
    前記透過部材の照射領域は、前記基板の光源配置領域と対向する領域に含まれることを特徴とする発光装置。
  2. 前記反射部材の光源側の側面は、前記光源の前記上面の端部と接触する、請求項1記載の発光装置。
  3. 前記光源は2以上あると共に、
    前記2以上の光源の側面間に充填され、前記光線を反射する第2の反射部材をさらに備える、請求項1または2記載の発光装置。
  4. 前記透過部材は、所定の偏光のみを透過させ、他の偏光を反射する偏光子である、請求項1乃至3のいずれか1項記載の発光装置。
  5. 前記偏光子と前記光源との間に配置され、前記光線の位相を変化させる波長板をさらに備える、請求項4記載の発光装置。
  6. 前記反射部材は、
    上面端部が前記照射領域の周囲に位置決めされた状態で、前記基板と前記波長板との間の空間の一部に充填される第3の反射部材と、
    上面端部が前記照射領域の周囲に位置決めされた状態で、前記波長板と前記第3の反射部材の上から前記偏光子まで充填される第4の反射部材と、
    を備える、請求項5記載の発光装置。
  7. 前記反射部材は、透明樹脂に光拡散剤を混合したものである、請求項1乃至6のいずれか1項記載の発光装置。
  8. 前記光源はLED光源である、請求項1乃至7のいずれか1項記載の発光装置。
  9. 請求項1乃至8のいずれか1項記載の発光装置を備える液晶プロジェクタ。
  10. 基板上の光源配置領域内に、少なくとも上面から光線を出射する光源を配置し、
    前記光線を反射する反射部材を、上面端部が透過部材の照射領域の周囲に位置決めされるように、前記基板上の前記光源の周囲に配置し、
    前記反射部材の上に、前記光源から出射された光線を前記照射領域から透過させる透過部材を配置する、
    発光装置の製造方法であって、
    前記透過部材の照射領域は、前記基板の光源配置領域と対向する領域に含まれることを特徴とする発光装置の製造方法。
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