JP2008034486A

JP2008034486A - 発光装置

Info

Publication number: JP2008034486A
Application number: JP2006203962A
Authority: JP
Inventors: Masanao Kamakura; 將有鎌倉; Kenichiro Tanaka; 健一郎田中; Kazuji Yoshida; 和司吉田; Masao Kirihara; 昌男桐原; Takeshi Nakasuji; 威中筋
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2026-07-26
Also published as: JP5192667B2

Abstract

【課題】ＬＥＤチップおよびＬＥＤチップから放射される光の一部を光電変換する光センサを備えた構成において光センサの出力のＳ／Ｎ比を高めることが可能な発光装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤチップ１と、ＬＥＤチップ１が実装されるベース基板部たるＬＥＤ実装用基板２０およびＬＥＤチップ１を囲む形でＬＥＤ実装用基板２０から突設された壁部２ｂを有する実装基板２とを備える。実装基板２は、壁部２ｂの先端部から内方へ張り出した張出部たる庇部２ｃを有し、当該庇部２ｃにおけるＬＥＤ実装用基板２０側にＬＥＤチップ１から放射される光の一部を光電変換する光センサ４が設けられ、壁部２ｂに、ＬＥＤチップ１から放射された光の一部を光センサ４へ反射により導くミラー２ｄが形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤチップおよびＬＥＤチップから放射される光の一部を光電変換する光センサを備えた発光装置に関するものである。

従来から、発光色の異なる複数種のＬＥＤチップ（例えば、赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ、青色ＬＥＤチップ）と、各ＬＥＤチップへ各別に駆動電流を供給する複数の駆動回路と、各ＬＥＤチップから放射される光の一部を光電変換する光電変換素子からなる光センサと、光センサの出力が基準値に保たれるように各駆動回路から各ＬＥＤチップへ供給する駆動電流をフィードバック制御する制御回路とを備え、各発光色ごとのＬＥＤチップの温度特性や寿命特性の違いによらず所望の光色や色温度の混色光（例えば、白色光）が得られるようにした表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ここにおいて、上記特許文献１には、図１６に示すように、互いに発光色の異なる複数個のＬＥＤチップ１００と、当該複数個のＬＥＤチップ１００が一表面側に実装されたベース基板２２１と、ベース基板２２１の上記一表面から突出する形で配設され各ＬＥＤチップ１００から側方へ放射された光をベース基板２２１に対向配置された光拡散板２３０側へ反射させる反射枠２２２とを備え、反射枠２２２の内側面に光センサ４００を配設した発光装置が開示されている。
特開平１０−４９０７４号公報（段落〔００２５〕および図１１）

ところで、図１６に示した構成の発光装置は、光センサ４００をベース基板２２１の上記一表面上においてＬＥＤチップ１００と並設した構成に比べて小型化でき、回路基板などへの実装面積を小さくすることができるが、光センサ４００が反射枠２２０の内側面に配設されているので、ＬＥＤチップ１００から放射されて光センサ４００へ入射する光の量が少なく、しかも、ＬＥＤチップ１００の側面から放射されて光センサ１００の表面へ入射した光が反射されやすいから、光センサ４００の出力のＳ／Ｎ比が低くなってしまう。また、図１６に示した構成の発光装置は、光センサ４００の受光面へ光拡散板２３０を通して外乱光が入射してしまい、Ｓ／Ｎ比が低くなってしまう。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、ＬＥＤチップおよびＬＥＤチップから放射される光の一部を光電変換する光センサを備えた構成において光センサの出力のＳ／Ｎ比を高めることが可能な発光装置を提供することにある。

請求項１の発明は、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが実装されるベース基板部およびＬＥＤチップを囲む形でベース基板部から突設された壁部を有する実装基板とを備え、実装基板は、壁部の先端部から内方へ張り出した張出部を有し、当該張出部におけるベース基板部側にＬＥＤチップから放射される光の一部を光電変換する光センサが設けられ、壁部に、ＬＥＤチップから放射された光の一部を光センサへ反射により導くミラーが形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、ＬＥＤチップが実装されるベース基板部およびＬＥＤチップを囲む形でベース基板部から突設された壁部の先端部から内方へ張り出した張出部を有し、当該張出部におけるベース基板部側にＬＥＤチップから放射される光の一部を光電変換する光センサが設けられ、壁部に、ＬＥＤチップから放射された光の一部を光センサへ反射により導くミラーが形成されているので、光センサへの集光効率を高めることができるとともに、光センサの受光面へ外乱光が入射するのを防止することができ、光センサの出力のＳ／Ｎ比をより高めることが可能になる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記実装基板は、前記ベース基板部が第１のシリコン基板を用いて形成されるとともに、前記壁部が第２のシリコン基板と第３のシリコン基板とを用いて形成されてなり、第２のシリコン基板に前記ミラーが形成され第３のシリコン基板において前記張出部となる部分に前記光センサが設けられてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記実装基板として多層セラミック基板からなる実装基板を用いる場合に比べて、前記ミラーの表面粗さを小さくすることが可能であり、前記ミラーでの乱反射を抑制することができ、前記ミラーによる前記光センサへの集光効率を高めることができるので、前記光センサの出力のＳ／Ｎ比をより一層高めることが可能になる。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記第２のシリコン基板の主表面が（１００）面であり、前記壁部のうち前記第２のシリコン基板を用いて形成された部分の内側面が、アルカリ系溶液を用いた異方性エッチングにより形成された（１１１）面からなることを特徴とする。

この発明によれば、前記壁部のうち前記第２のシリコン基板を用いて形成された部分の内側面と前記ベース基板部における前記ＬＥＤチップの実装面とのなす角度および前記内側面の表面状態の再現性を高めることができるので、前記内側面を前記ミラーとして利用することができる。

請求項４の発明は、請求項２の発明において、前記壁部のうち前記第２のシリコン基板を用いて形成された部分の内側面が、等方性エッチングにより形成された滑らかに連続する曲面からなることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記ミラーは、前記壁部の内側面に被着された金属膜の表面からなることを特徴とする。

この発明によれば、前記壁部の内側面に被着する金属膜の材料を前記ＬＥＤチップの発光波長に応じて適宜選択する（つまり、前記ＬＥＤチップの発光波長域における反射率の高い材料を選択する）ことにより前記ミラーの反射効率を高めることができるので、前記光センサへの集光効率を高めることができ、前記光センサの出力のＳ／Ｎ比を更に高めることができる。

請求項１の発明では、光センサへの集光効率を高めることができるとともに、光センサの受光面へ外乱光が入射するのを防止することができ、光センサの出力のＳ／Ｎ比をより高めることが可能になるという効果がある。

（実施形態１）
以下、本実施形態の発光装置について図１〜図１１を参照しながら説明する。

本実施形態の発光装置は、可視光（例えば、赤色光、緑色光、青色光など）を放射する１つのＬＥＤチップ１と、ＬＥＤチップ１を収納する収納凹所２ａが一表面に形成され収納凹所２ａの内底面にＬＥＤチップ１が実装された実装基板２と、実装基板２の上記一表面側において収納凹所２ａを閉塞する形で実装基板２に固着された透光性部材３と、実装基板２に設けられＬＥＤチップ１から放射された光の一部を光電変換する光センサ４と、実装基板２の収納凹所２ａに充填された透光性の封止樹脂（例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂など）からなりＬＥＤチップ１および当該ＬＥＤチップ１に接続されたボンディングワイヤ１４（図２参照）を封止した封止部５と備えており、実装基板２と透光性部材３とでパッケージを構成している。ここで、実装基板２は、上記一表面側において収納凹所２ａの周部から内方へ張り出した庇部２ｃを有しており、庇部２ｃに上述の光センサ４が設けられている。

実装基板２は、図１〜図３に示すように、ＬＥＤチップ１が実装される矩形板状のＬＥＤ実装用基板２０と、ＬＥＤ実装用基板２０におけるＬＥＤチップ１の実装面側に配置され当該実装面から離れるにつれて開口面積が大きくなる開口窓３１が形成されたリフレクタ用基板３０と、リフレクタ用基板３０におけるＬＥＤ実装用基板２０側とは反対側に配置され開口窓３１に連通する光取出窓４１が形成されるとともに光センサ４が形成された光センサ形成基板４０とで構成されており、ＬＥＤ実装用基板２０とリフレクタ用基板３０と光センサ形成基板４０とで囲まれた空間が上記収納凹所２ａを構成し、光センサ形成基板４０においてリフレクタ用基板３０の開口窓３１上に張り出した部位が庇部２ｃを構成している。ここにおいて、ＬＥＤ実装用基板２０およびリフレクタ用基板３０および光センサ形成基板４０の外周形状は矩形状であり、リフレクタ用基板３０および光センサ形成基板４０はＬＥＤ実装用基板２０と同じ外形寸法に形成されている。また、光センサ形成基板４０の厚み寸法はＬＥＤ実装用基板２０およびリフレクタ用基板３０の厚み寸法に比べて小さく設定されている。なお、本実施形態では、ＬＥＤ実装用基板２０が、ＬＥＤチップ１が実装されるベース基板部を構成し、リフレクタ用基板３０と光センサ形成基板４０とで、ＬＥＤチップ１を囲む形でベース基板部から突設された壁部２ｂを構成し、光センサ形成基板４０の一部からなる庇部２ｃが、壁部２ｂの先端部から内方へ張り出した張出部を構成している。

上述のＬＥＤ実装用基板２０、リフレクタ用基板３０、光センサ形成基板４０は、それぞれ、導電形がｎ形で主表面が（１００）面のシリコン基板２０ａ，３０ａ，４０ａを用いて形成してあり、リフレクタ用基板３０の内側面が、アルカリ系溶液を用いた異方性エッチングにより形成された（１１１）面により構成されており、ＬＥＤチップ１から放射された光の一部を光センサ４へ反射により導くミラー２ｄを構成している。つまり、壁部２ｂのうちシリコン基板３０ａを用いて形成された部分の内側面が、アルカリ系溶液を用いた異方性エッチングにより形成された（１１１）面からなり、当該（１１１）面がミラー２ｄを構成している。なお、本実施形態では、ＬＥＤ実装用基板２０の基礎となるシリコン基板２０ａが第１のシリコン基板を構成し、リフレクタ用基板３０の基礎となるシリコン基板３０ａが第２のシリコン基板を構成し、光センサ形成基板４０の基礎となるシリコン基板４０ａが第３のシリコン基板を構成している。

ＬＥＤ実装用基板２０は、図４および図５に示すように、シリコン基板２０ａの一表面側（図４（ｃ）における左面側）に、ＬＥＤチップ１の両電極それぞれと電気的に接続される２つの導体パターン２５ａ，２５ａが形成されるとともに、リフレクタ用基板３０に形成された後述の２つの貫通孔配線３４，３４を介して光センサ４と電気的に接続される２つの導体パターン２５ｂ，２５ｂが形成されており、各導体パターン２５ａ，２５ａ，２５ｂ，２５ｂとシリコン基板２０ａの他表面側（図４（ｃ）における右面側）に形成された４つの外部接続用電極２７ａ，２７ａ，２７ｂ，２７ｂとがそれぞれ貫通孔配線２４を介して電気的に接続されている。また、ＬＥＤ実装用基板２０は、シリコン基板２０ａの上記一表面側に、リフレクタ用基板３０と接合するための接合用金属層２９も形成されている。

ＬＥＤチップ１は、結晶成長用基板として導電性基板を用い厚み方向の両面に電極（図示せず）が形成された可視光ＬＥＤチップである。そこで、ＬＥＤ実装用基板２０は、ＬＥＤチップ１が電気的に接続される２つの導体パターン２５ａ，２５ａのうちの一方の導体パターン２５ａを、ＬＥＤチップ１がダイボンディングされる矩形状のダイパッド部２５ａａと、ダイパッド部２５ａａに連続一体に形成され貫通孔配線２４との接続部位となる引き出し配線部２５ａｂとで構成してある。要するに、ＬＥＤチップ１は、上記一方の導体パターン２５ａのダイパッド部２５ａａにダイボンディングされており、ダイパッド部２５ａａ側の電極がダイパッド部２５ａａに接合されて電気的に接続され、光取り出し面側の電極がボンディングワイヤ１４を介して他方の導体パターン２５ａと電気的に接続されている。

また、ＬＥＤ実装用基板２０は、シリコン基板２０ａの上記他表面側に、シリコン基板２０ａよりも熱伝導率の高い金属材料からなる矩形状の放熱用パッド部２８が形成されており、ダイパッド部２５ａａと放熱用パッド部２８とがシリコン基板２０ａよりも熱伝導率の高い金属材料（例えば、Ｃｕなど）からなる複数（本実施形態では、９つ）の円柱状のサーマルビア２６を介して熱的に結合されており、ＬＥＤチップ１で発生した熱が各サーマルビア２６および放熱用パッド部２８を介して放熱されるようになっている。

ところで、ＬＥＤ実装用基板２０は、シリコン基板２０ａに、上述の４つの貫通孔配線２４それぞれが内側に形成される４つの貫通孔２２ａと、上述の９つのサーマルビア２６それぞれが内側に形成される９つの貫通孔２２ｂとが厚み方向に貫設され、シリコン基板２０ａの上記一表面および上記他表面と各貫通孔２２ａ，２２ｂの内面とに跨って熱酸化膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜２３が形成されており、各導体パターン２５ａ，２５ａ，２５ｂ，２５ｂ、接合用金属層２９、各外部接続用電極２７ａ，２７ａ，２７ｂ，２７ｂ、放熱用パッド部２８、各貫通孔配線２４および各サーマルビア２６がシリコン基板２０ａと電気的に絶縁されている。

ここにおいて、各導体パターン２５ａ，２５ａ，２５ｂ，２５ｂ、接合用金属層２９、各外部接続用電極２７ａ，２７ａ，２７ｂ，２７ｂ、放熱用パッド部２８は、絶縁膜２３上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により構成されており、同時に形成してある。なお、本実施形態では、絶縁膜２３上のＴｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ｔｉ膜上のＡｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、各Ａｕ膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、各Ａｕ膜と絶縁膜２３との間に密着性改善用の密着層としてＴｉ膜を介在させてあるが、密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。また、貫通孔配線２４およびサーマルビア２６の材料としては、Ｃｕを採用しているが、Ｃｕに限らず、例えば、Ｎｉなどを採用してもよい。

リフレクタ用基板３０は、図６および図７に示すように、シリコン基板３０ａの一表面側（図６（ｃ）における右面側）に、ＬＥＤ実装用基板２０の２つの導体パターン２５ｂ，２５ｂと接合されて電気的に接続される２つの導体パターン３５，３５が形成されるとともに、ＬＥＤ実装用基板２０の接合用金属層２９と接合される接合用金属層３６が形成されている。また、リフレクタ用基板３０は、シリコン基板３０ａの他表面側（図６（ｃ）における左面側）に、貫通孔配線３４，３４を介して導体パターン３５，３５と電気的に接続される導体パターン３７，３７が形成されるとともに、光センサ形成基板４０と接合するための接合用金属層３８が形成されている。

また、リフレクタ用基板３０は、上述の２つの貫通孔配線３４それぞれが内側に形成される２つの貫通孔３２がシリコン基板３０ａの厚み方向に貫設され、シリコン基板３０ａの上記一表面および上記他表面と各貫通孔３２の内面とに跨って熱酸化膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜３３が形成されており、各導体パターン３５，３５，３７，３７および各接合用金属層３６，３８がシリコン基板３０ａと電気的に絶縁されている。ここにおいて、各導体パターン３５，３５，３７，３７および各接合用金属層３６，３８は、絶縁膜３３上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により構成されており、同時に形成してある。なお、本実施形態では、絶縁膜３３上のＴｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ｔｉ膜上のＡｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。ここにおいて、各Ａｕ膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、各Ａｕ膜と絶縁膜３３との間に密着性改善用の密着層としてＴｉ膜を介在させてあるが、密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。また、貫通孔配線３４の材料としては、Ｃｕを採用しているが、Ｃｕに限らず、例えば、Ｎｉなどを採用してもよい。

光センサ形成基板４０は、図８および図９に示すように、シリコン基板４０ａの一表面側（図８（ｃ）における右面側）に、リフレクタ用基板３０の２つの導体パターン３７，３７と接合されて電気的に接続される２つの導体パターン４７，４７が形成されるとともに、リフレクタ用基板３０の接合用金属層３８と接合される接合用金属層４８が形成されている。ここにおいて、光センサ４は、フォトダイオードにより構成されており、光センサ形成基板４０に形成された２つの導体パターン４７，４７の一方の導体パターン４７（図９における上側の導体パターン４７）は、光センサ４を構成するフォトダイオードのｐ形領域４ａに電気的に接続され、他方の導体パターン４７（図９における下側の導体パターン４７）は、上記フォトダイオードのｎ形領域４ｂを構成するシリコン基板４０ａに電気的に接続されている。

また、光センサ形成基板４０は、シリコン基板４０ａの上記一表面側に誘電体薄膜（本実施形態では、シリコン酸化膜）からなる反射防止膜４３が形成されており、上記一方の導体パターン４７が、反射防止膜４３に形成したコンタクトホール４３ａを通してｐ形領域４３ａと電気的に接続され、上記他方の導体パターン４７が反射防止膜４３に形成したコンタクトホール４３ｂを通してｎ形領域４ｂと電気的に接続されている。ここにおいて、各導体パターン４７，４７および接合用金属層４８は、反射防止膜４３上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により構成されており、同時に形成してある。なお、本実施形態では、反射防止膜４３上のＴｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ｔｉ膜上のＡｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。ここにおいて、各Ａｕ膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、各Ａｕ膜と反射防止膜４３との間に密着性改善用の密着層としてＴｉ膜を介在させてあるが、密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。

上述の実装基板２の形成にあたっては、図１０に示すように、光センサ４、反射防止膜４３、各導体パターン４７，４７、および接合用金属層４８が形成されたシリコン基板４０ａとリフレクタ用基板３０とを低温での直接接合が可能な常温接合法などにより接合する第１の接合工程を行った後、シリコン基板４０ａを所望の厚みまで研磨する研磨工程を行い、その後、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置などを用いてシリコン基板４０ａに光取出窓４１を形成する光取出窓形成工程を行うことで光センサ形成基板４０を完成させてから、ＬＥＤチップ１が実装されボンディングワイヤ１４の結線が行われたＬＥＤ実装用基板２０とリフレクタ用基板３０とを常温接合法などにより接合する第２の接合工程を行うようにすればよい。なお、常温接合法では、接合前に互いの接合表面へアルゴンのプラズマ若しくはイオンビーム若しくは原子ビームを真空中で照射して各接合表面の清浄化・活性化を行ってから、接合表面同士を接触させ、常温下で直接接合する。

上述の第１の接合工程では、シリコン基板４０ａの接合用金属層４８とリフレクタ用基板３０の接合用金属層３８とが接合されるとともに、シリコン基板４０ａの導体パターン４７，４７とリフレクタ用基板３０の導体パターン３７，３７とが接合され電気的に接続される。ここで、導体パターン４７，４７と導体パターン３７，３７との接合部位は、貫通孔配線３４に重なる領域からずらしてあるので、導体パターン４７，４７と導体パターン３７，３７との互いの接合面の平坦度を高めることができ、接合歩留まりを高めることができるとともに接合信頼性を高めることができる。また、第２の接合工程では、ＬＥＤ実装用基板２０の接合用金属層２９とリフレクタ用基板３０の接合用金属層３６とが接合されるとともに、ＬＥＤ実装用基板２０の導体パターン２５ｂ，２５ｂとリフレクタ用基板３０の導体パターン３５，３５とが接合され電気的に接続される。ここで、導体パターン２５ｂ，２５ｂと導体パターン３５，３５との接合部位は、貫通孔配線２４に重なる領域および貫通孔配線３４に重なる領域からずらしてあるので、導体パターン２５ｂ，２５ｂと導体パターン３５，３５との互いの接合面の平坦度を高めることができ、接合歩留まりを高めることができるとともに接合信頼性を高めることができる。

また、リフレクタ用基板３０に開口窓３１を形成するにあたっては、図１１（ａ）に示すようにシリコン基板３０ａに絶縁膜３３を熱酸化法により形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン基板３０ａの上記他表面側において絶縁膜３３のうち開口窓３１に対応する部位に図１１（ｂ）に示すように開孔部３３ａを形成し、その後、開孔部３３ａの形成時に利用したレジスト層（図示せず）を再びマスクとしてアルカリ系溶液（例えば、ＴＭＡＨ溶液、ＫＯＨ溶液など）を用いてシリコン基板３０ａを異方性エッチングすることでミラー２ｄを構成する（１１１）面を露出させてから、シリコン基板３０ａの上記一表面側において絶縁膜３３のうち開口窓３１に対応する部位をエッチング除去して開孔部３３ｂを形成することで開口窓３１を形成することにより図１１（ｃ）に示す構造を得るようにすればよい。

また、上述の透光性部材３は、透光性材料（例えば、シリコーン、アクリル樹脂、ガラスなど）からなる透光性基板を用いて形成してある。ここで、透光性部材３は、実装基板２と同じ外周形状の矩形板状に形成されており、実装基板２側とは反対の光取り出し面に、ＬＥＤチップ１から放射された光の全反射を抑制する微細凹凸構造が形成されている。ここにおいて、透光性部材３の光取り出し面に形成する微細凹凸構造は、多数の微細な凹部が２次元周期構造を有するように形成されている。なお、上述の微細凹凸構造は、例えば、レーザ加工技術やエッチング技術やインプリントリソグラフィ技術などを利用して形成すればよい。また、微細凹凸構造の周期は、ＬＥＤチップ１の発光ピーク波長の１／４〜１００倍程度の範囲で適宜設定すればよい。

本実施形態の発光装置の製造にあたっては、上述の各シリコン基板２０ａ，３０ａ，４０ａとして、それぞれＬＥＤ実装用基板２０、リフレクタ用基板３０、光センサ形成基板４０を多数形成可能なウェハ状のもの（シリコンウェハ）を用いるとともに、上述の透光性基板として透光性部材３を多数形成可能なウェハ状のもの（透光性ウェハ）を用い、上述の第１の接合工程、研磨工程、第２の接合工程、光取出窓形成工程、第２の接合工程、実装基板２の収納凹所２ａに封止樹脂を充填して封止部５を形成する封止部形成工程、封止部形成工程の後で実装基板２と透光性部材３とを接合する第３の接合工程などの各工程をウェハレベルで行うことでウェハレベルパッケージ構造体を形成してから、ダイシング工程により実装基板２のサイズに分割されている。したがって、ＬＥＤ実装用基板２０とリフレクタ用基板３０と光センサ形成基板４０と透光性部材３とが同じ外形サイズとなり、小型のパッケージを実現できるとともに、製造が容易になり、また、リフレクタ用基板３０におけるミラー２ｄと光センサ形成基板４０における光センサ４との相対的な位置精度を高めることができる。

以上説明した本実施形態の発光装置では、ＬＥＤチップ１が実装されるＬＥＤ実装用基板２０およびＬＥＤチップ１を囲む形でＬＥＤ実装用基板２０から突設された壁部２ｂの先端部から内方へ張り出した庇部２ｃを有し、当該庇部２ｃにおけるＬＥＤ実装用基板２０側にＬＥＤチップ１から放射される光の一部を光電変換する光センサ４が設けられ、壁部２ｂに、ＬＥＤチップ１から放射された光の一部を光センサ４へ反射により導くミラー２ｄが形成されているので、光センサ４への集光効率を高めることができるとともに、光センサ４の受光面へ外乱光が入射するのを防止することができ、光センサ４の出力のＳ／Ｎ比をより高めることが可能になる。

また、本実施形態の発光装置では、上述のシリコン基板３０ａを用いて形成するリフレクタ用基板３０にミラー２ｄが形成されているので、実装基板として多層セラミック基板からなる実装基板を用いる場合に比べて、ミラー２ｄの表面粗さを小さくすることが可能であり、ミラー２ｄでの乱反射を抑制することができ、ミラー２ｄによる光センサ４への集光効率を高めることができるから、光センサ４の出力のＳ／Ｎ比をより一層高めることが可能になる。ここにおいて、シリコン基板３０ａの主表面が（１００）面であり、シリコン基板３０ａを用いて形成された部分の内側面が、アルカリ系溶液を用いた異方性エッチングにより形成された（１１１）面からなるので、壁部２ｂのうちシリコン基板３０ａを用いて形成された部分の内側面とＬＥＤ実装用基板２０におけるＬＥＤチップ１の実装面とのなす角度および上記内側面の表面状態の再現性を高めることができ、上記内側面をミラー２ｄとして利用することができる。

また、本実施形態の発光装置では、透光性部材３の光取り出し面に、ＬＥＤチップ１から放射された光の全反射を抑制する微細凹凸構造が形成されているので、透光性部材３における実装基板２側とは反対に存在する媒質（空気）と透光性部材３との屈折率差に起因した光の全反射を抑制することができ、光取り出し効率を高めることができる。

また、本実施形態では、実装基板２の形成にあたって上述の各接合工程において、低温での直接接合が可能な常温接合法を採用しているので、各接合工程でＬＥＤチップ１のジャンクション温度が最大ジャンクション温度を超えるのを防止することができる。

（実施形態２）
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、図１２に示すように、リフレクタ用基板３０の内側面に、ＬＥＤチップ１から放射された光を反射する金属材料（例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる金属膜３９が形成されており、当該金属膜３９の表面がＬＥＤチップ１から放射された光を反射により光センサ４へ導くミラー２ｄを構成している点が相違するだけである。ここで、金属膜３９は、例えばスパッタ法とリフトオフ法とを利用して形成すればよい。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態の発光装置では、壁部２ｂの内側面に被着する金属膜３９の材料をＬＥＤチップ１の発光波長に応じて適宜選択する（つまり、ＬＥＤチップ１の発光波長域における反射率の高い材料を選択する）ことによりミラー２ｄの反射効率を高めることができるので、光センサ４への集光効率を高めることができ、光センサ４の出力のＳ／Ｎ比を更に高めることができる。

（実施形態３）
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、図１３に示すように、リフレクタ用基板３０の内側面が、シリコン基板３０ａの等方性エッチングが可能なエッチング液（例えば、フッ酸と硝酸との混合液など）あるいはＩＣＰ型のドライエッチング装置を用いた等方性エッチングにより形成された滑らかに連続する曲面からなる点が相違するだけである。ここで、ＩＣＰ型のドライエッチング装置は、一般的に、エッチング対象をエッチングするエッチングモードと被エッチング面へ有機物を堆積させるデポジションモードとを交互に繰り返すエッチング条件の設定が可能となっており、エッチングモードの時間をデポジションモードの時間に比べて比較的長く設定してエッチングモードとデポジションモードとを交互に繰り返すことにより略垂直なエッチングが可能となるが、エッチングガスとして例えばＳＦ_６ガスを採用し、デポジションモードの時間をゼロとするようにエッチング条件を設定すれば、等方性エッチングを行うことが可能となる。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態におけるリフレクタ用基板３０の形成にあたっては、図１４（ａ）に示すようにシリコン基板３０ａに絶縁膜３３を熱酸化法により形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン基板３０ａの上記他表面側において絶縁膜３３のうち開口窓３１に対応する部位に図１４（ｂ）に示すように開孔部３３ａを形成し、その後、開孔部３３ａの形成時に利用したレジスト層（図示せず）を再びマスクとしてシリコン基板３０ａを等方性エッチングすることでミラー２ｄを構成する曲面を形成してから、シリコン基板３０ａの上記一表面側において絶縁膜３３のうち開口窓３１に対応する部位をエッチング除去して開孔部３３ｂを形成することで開口窓３１を形成することにより図１４（ｃ）に示す構造を得るようにすればよい。

しかして、本実施形態の発光装置においても、壁部２ｂのうちシリコン基板３０ａを用いて形成された部分の内側面とＬＥＤ実装用基板２０におけるＬＥＤチップ１の実装面とのなす角度および上記内側面の表面状態の再現性を高めることができるので、上記内側面をミラー２ｄとして利用することができる。

（実施形態４）
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態３と略同じであり、図１５に示すように、リフレクタ用基板３０の内側面に、ＬＥＤチップ１から放射された光を反射する金属材料（例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる金属膜３９が形成されており、当該金属膜３９の表面がＬＥＤチップ１から放射された光を反射により光センサ４へ導くミラー２ｄを構成している点が相違するだけである。ここで、金属膜３９は、例えばスパッタ法とリフトオフ法とを利用して形成すればよい。なお、実施形態３と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

ところで、上述の各実施形態の発光装置は、ＬＥＤチップ１から放射された光の一部を光電変換する光センサ４を備えているので、例えば、ＬＥＤチップ１として赤色光を放射する赤色ＬＥＤチップを用いた発光装置と、ＬＥＤチップ１として緑色光を放射する緑色ＬＥＤチップを用いた発光装置と、ＬＥＤチップ１として青色光を放射する青色ＬＥＤチップを用いた発光装置とを同一の回路基板上に実装するとともに、当該回路基板に各発光装置のＬＥＤチップ１へ駆動電流を供給する駆動回路部と、各光センサ４の出力が目標値に保たれるように駆動回路部から各発光装置へ供給する駆動電流を制御する制御回路部とを設けた照明装置を構成すれば、各発光色ごとのＬＥＤチップ１の温度特性や寿命特性の違いによらず所望の光色や色温度の白色光を得ることが可能となる。

また、上記各実施形態では、１つの実装基板２に１つのＬＥＤチップ１を実装してあるが、１つの実装基板２に発光色が同じ複数のＬＥＤチップ１を実装するようにしてもよい。また、１つの実装基板２に互いに発光色の異なる複数種のＬＥＤチップ１を実装するとともに、光センサ形成基板４０に各発光色のＬＥＤチップ１それぞれからの光を光電変換する複数種の光センサ４を設けて各発光色のＬＥＤチップ１の光を同時かつ且つ各別に検出するようにし、各光センサ４それぞれの出力が目標値に近づくように制御回路部が駆動回路部を制御するようにしてもよい。この場合の光センサ４は、例えば、可視光域全域に分光感度を有するフォトダイオードとＬＥＤチップ１の発光色の波長域の光を選択的に透過させるフィルタとで構成するようにすればよい。なお、この種のフィルタとしては、例えば、屈折率が互いに異なる２種類の誘電体膜（例えば、ＴｉＯ_２膜とＳｉＯ_２膜）が周期的に積層された構造を採用すればよい。また、発光色が異なる複数種のＬＥＤチップ１に対して光センサ４を１つだけ設け、各発光色のＬＥＤチップ１をサイクリックに点灯するように制御回路部が駆動回路部を制御するようにすれば、発光色の異なる複数種のＬＥＤチップ１の光を１つの光センサ４により各別に検出することもできる。

実施形態１の発光装置の概略断面図である。同上の発光装置の概略分解斜視図である。同上における実装基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’概略断面図である。同上におけるＬＥＤ実装用基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’概略断面図である。同上におけるＬＥＤ実装用基板の概略下面図である。同上におけるリフレクタ用基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’概略断面図である。同上におけるリフレクタ用基板の概略下面図である。同上における光センサ形成基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’概略断面図である。同上における光センサ形成基板の概略下面図である。同上における実装基板の形成方法の説明図である。同上におけるリフレクタ用基板の形成方法の説明図である。実施形態２の発光装置の概略断面図である。実施形態３の発光装置の概略断面図である。同上におけるリフレクタ用基板の形成方法の説明図である。実施形態４の発光装置の概略断面図である。従来例の発光装置の概略断面図である。

符号の説明

１ＬＥＤチップ
２実装基板
２ｂ壁部
２ｃ庇部（張出部）
２ｄミラー
３透光性部材
４光センサ
５封止部
２０ＬＥＤ実装用基板（ベース基板部）
２０ａシリコン基板（第１のシリコン基板）
３０リフレクタ用基板
３０ａシリコン基板（第２のシリコン基板）
３９金属膜
４０光センサ形成基板
４０ａシリコン基板（第３のシリコン基板）

Claims

ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが実装されるベース基板部およびＬＥＤチップを囲む形でベース基板部から突設された壁部を有する実装基板とを備え、実装基板は、壁部の先端部から内方へ張り出した張出部を有し、当該張出部におけるベース基板部側にＬＥＤチップから放射される光の一部を光電変換する光センサが設けられ、壁部に、ＬＥＤチップから放射された光の一部を光センサへ反射により導くミラーが形成されてなることを特徴とする発光装置。
前記実装基板は、前記ベース基板部が第１のシリコン基板を用いて形成されるとともに、前記壁部が第２のシリコン基板と第３のシリコン基板とを用いて形成されてなり、第２のシリコン基板に前記ミラーが形成され第３のシリコン基板において前記張出部となる部分に前記光センサが設けられてなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記第２のシリコン基板の主表面が（１００）面であり、前記壁部のうち前記第２のシリコン基板を用いて形成された部分の内側面が、アルカリ系溶液を用いた異方性エッチングにより形成された（１１１）面からなることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
前記壁部のうち前記第２のシリコン基板を用いて形成された部分の内側面が、等方性エッチングにより形成された滑らかに連続する曲面からなることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
前記ミラーは、前記壁部の内側面に被着された金属膜の表面からなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発光装置。