JP2010278317A - Light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LEDチップ(発光ダイオードチップ)を用いた発光装置に関するものである。 The present invention relates to a light emitting device using an LED chip (light emitting diode chip).
従来から、図5に示すように、LEDチップ1と、LEDチップ1を収納するパッケージAとを備え、LEDチップ1から放射される光の一部を受光する受光部4aを有するフォトダイオードからなる光検出素子4がパッケージAに一体に設けられた発光装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
Conventionally, as shown in FIG. 5, the
上述のパッケージAは、LEDチップ1を収納する収納凹所2b’が一表面に形成されLEDチップ1が実装される実装基板2’と、実装基板2’の上記一表面側で収納凹所2b’を閉塞する形で配設された透光性部材8とで構成され、光検出素子4の受光部4aが実装基板2’における収納凹所2b’の周部から内方へ突出する突出部2c’に形成されており、収納凹所2b内がLEDチップ1を封止した透光性封止材(例えば、シリコーン樹脂など)からなる封止部5により充実されている。
In the package A, the housing recess 2b ′ for housing the
ここにおいて、実装基板2’は、シリコン基板20aを用いて形成されLEDチップ1が実装されるベース基板20と、シリコン基板40aを用いて形成され光取出窓41が形成されるとともに光検出素子4が形成された光検出素子形成基板40と、シリコン基板30aを用いて形成されてなり光取出窓41に連通する開口窓31が形成されベース基板20と光検出素子形成基板40との間に介在する配光用基板30とで構成されている。ここで、光検出素子4は、配光用基板30に形成された貫通孔配線34およびベース基板20に形成された貫通孔配線24を介して外部接続用電極27c,27dと電気的に接続されている。なお、LEDチップ1は、ベース基板20に形成された図示しない貫通孔配線を介して図示しない外部接続用電極と電気的に接続されている。
Here, the
上述の図5に示した構成の発光装置では、実装基板2’においてLEDチップ1を収納する収納凹所2b’の周部から内方へ突出する突出部2c’に、LEDチップ1から放射される光の一部を検出する光検出素子4の受光部4aが形成されているので、実装基板2’の上記一表面側において収納凹所2b’の周囲に受光部4aを配置するためのスペースを別途に確保する必要がなく、光検出素子4を実装基板2’に設けながらも平面サイズの小型化が可能になるという利点がある。なお、図5に示した構成の発光装置では、光検出素子形成基板40の基礎となるシリコン基板40aの導電形がn形であり、光検出素子4においてLEDチップ1からの光を受光する受光部4aがp形領域により構成されている。
In the light emitting device having the configuration shown in FIG. 5 described above, the
しかして、例えば、LEDチップ1として赤色LEDチップを採用した発光装置と、LEDチップ1として緑色LEDチップを採用した発光装置と、LEDチップ1として青色LEDチップを採用した発光装置とを同一の回路基板上に近接して配置して、当該回路基板に各発光装置のLEDチップ1を駆動する駆動回路部と、各光検出素子4の出力がそれぞれの目標値に保たれるように駆動回路部から各発光色のLEDチップ1に流れる電流をフィードバック制御する制御回路部などを設けておくことにより、各光検出部4それぞれの出力に基づいて各発光色のLEDチップ1の光出力を各別に制御することができ、各発光色ごとのLEDチップ1の光出力の経時変化の違いなどによらず混色光(ここでは、白色光)の光色や色温度の精度を向上することができる。要するに、所望の混色光を安定して得ることができる。なお、上記特許文献1には、図5に示した構成の発光装置において、透光性部材8に、LEDチップ1から放射される光(例えば、青色光)によって励起されてLEDチップよりも長波長の光(例えば、黄色光)を放射する蛍光体を含有させておくことにより、LEDチップ1からの光と蛍光体からの光との混色光(例えば、白色光)を得ることができることも記載されている。
Thus, for example, a light emitting device employing a red LED chip as the
また、従来から、発光素子から放射される光の一部を検出する光検出素子を備えた光デバイスとして、図6に示すように、シリコン基板120aを用いて形成され一表面側にLDチップからなる発光素子101および光ファイバ62が実装された光学基台120と、発光素子101から放射された光の一部を受光するフォトダイオードチップからなる光検出素子140および光学基台120が搭載された多層ベース基板110とを備えた光モジュールが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
Further, as shown in FIG. 6, as an optical device provided with a photodetecting element that detects a part of light emitted from a light emitting element, a
ここにおいて、光学基台は、多層ベース基板110上の光検出素子140に対応する領域に、シリコン基板120aを厚み方向の両側から異方性エッチングすることにより貫通孔121が形成されており、発光素子から放射された光の一部を光検出素子140の受光面側へ反射するミラー123が、貫通孔121の傾斜した内側面から当該内側面の法線方向に突出する形で固着されている。なお、図6中の矢印は発光素子101から放射された光の光路を示している。
Here, in the optical base, through-
ところで、図5に示した構成の発光装置では、実装基板2’を3枚のシリコン基板(半導体基板)20a,30a,40aを用いて形成する必要があり、構造が複雑になってしまうとともにコストが高くなってしまう。
By the way, in the light emitting device having the configuration shown in FIG. 5, it is necessary to form the
また、図6に示した構成の光モジュールにおいて、発光素子101としてLEDチップを用い、光ファイバ62をなくして発光装置とすることも考えられるが、発光素子101から放射される光の一部を光検出素子140に導くためにミラー123を設ける必要があり、構造が複雑になってしまうとともにコストが高くなってしまう。また、図6に示した構成では、光検出素子140の受光面に外来光が入射しやすく、光検出素子140の検出精度の高精度化が難しい。
In addition, in the optical module having the configuration shown in FIG. 6, it is possible to use an LED chip as the
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チップから放射される光の一部を受光する受光部を有する光検出素子を備えながらも、構造の簡略化を図れるとともに低コスト化を図れる発光装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above reasons, and the object thereof is to simplify the structure while including a light detection element having a light receiving portion for receiving a part of light emitted from an LED chip. Another object is to provide a light emitting device capable of reducing the cost.
請求項1の発明は、LEDチップと、第1の半導体基板を用いて形成され一表面側にLEDチップが実装されたベース基板と、第2の半導体基板を用いて形成されてLEDチップを露出させる開口窓を有しベース基板の上記一表面側に接合された配光用基板とを備え、配光用基板は、開口窓の少なくとも一部がベース基板から離れるにつれて開口面積が徐々に小さくなる逆テーパ状に形成され、LEDチップから放射される光の一部を検出する光検出素子の受光部が開口窓のうち当該逆テーパ状に形成された部位の内側面に沿って形成されてなることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, an LED chip, a base substrate formed using a first semiconductor substrate and mounted on one surface side, and a second semiconductor substrate are used to expose the LED chip. And a light distribution substrate bonded to the one surface side of the base substrate. The light distribution substrate has an opening area that gradually decreases as at least a part of the opening window moves away from the base substrate. The light receiving portion of the light detection element that is formed in a reverse taper shape and detects a part of the light emitted from the LED chip is formed along the inner surface of the portion formed in the reverse taper shape in the opening window. It is characterized by that.
この発明によれば、LEDチップを実装するベース基板が第1の半導体基板を用いて形成され、LEDチップから放射される光の一部を検出する光検出素子の受光部が第2の半導体基板を用いて形成される配光用基板の開口窓のうち逆テーパ状に形成された部位の内側面に沿って形成されているので、LEDチップから放射される光の一部を受光する受光部を有する光検出素子を備えながらも、構造の簡略化を図れるとともに低コスト化を図れる。 According to the present invention, the base substrate on which the LED chip is mounted is formed using the first semiconductor substrate, and the light receiving portion of the light detecting element that detects a part of the light emitted from the LED chip is the second semiconductor substrate. A light receiving portion that receives a part of the light emitted from the LED chip because it is formed along the inner surface of the portion of the opening window of the light distribution substrate formed by using the reversely tapered portion In addition, the structure can be simplified and the cost can be reduced.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記配光用基板の前記開口窓は、前記ベース基板から離れるにつれて開口面積が徐々に小さくなる形状に形成されてなることを特徴とする。
The invention of
この発明によれば、前記配光用基板の前記開口窓を容易に形成することができる。 According to this invention, the opening window of the light distribution substrate can be easily formed.
請求項3の発明は、請求項1の発明において、前記配光用基板の前記開口窓は、前記配光用基板の厚み方向の両側から中間位置に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状に形成されてなることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the opening window of the light distribution substrate has a shape in which the opening area gradually increases as it approaches an intermediate position from both sides in the thickness direction of the light distribution substrate. It is formed.
この発明によれば、請求項2の発明に比べて、前記配光用基板の平面視における前記開口窓の占有面積を縮小でき、前記配光用基板および前記ベース基板の小型化が可能となる。また、この発明によれば、前記配光用基板の前記開口窓を形成する際に前記第2の半導体基板の厚み方向の両側からエッチングすることができるので、エッチング時間の短縮を図れる。
According to this invention, compared with the invention of
請求項4の発明は、請求項1の発明において、前記配光用基板の前記開口窓は、前記配光用基板の厚み方向の両側から中間位置に近づくにつれて開口面積が徐々に小さくなる形状に形成されてなることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the opening window of the light distribution substrate has a shape in which the opening area gradually decreases as it approaches an intermediate position from both sides in the thickness direction of the light distribution substrate. It is formed.
この発明によれば、請求項2の発明に比べて、前記配光用基板の平面視における前記開口窓の占有面積を縮小でき、前記配光用基板および前記ベース基板の小型化が可能となる。また、この発明によれば、前記配光用基板の前記開口窓を形成する際に前記第2の半導体基板の厚み方向の両側からエッチングすることができるので、エッチング時間の短縮を図れる。
According to this invention, compared with the invention of
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、前記第2の半導体基板は、シリコン基板であることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the present invention, the second semiconductor substrate is a silicon substrate.
この発明によれば、前記配光用基板の前記開口窓を、アルカリ系溶液を用いた異方性エッチングにより精度良く形成することができる。 According to this invention, the opening window of the light distribution substrate can be accurately formed by anisotropic etching using an alkaline solution.
請求項6の発明は、請求項1ないし請求項5の発明において、前記光検出素子の前記受光部が前記LEDチップの鉛直上方に位置していることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fifth aspects of the invention, the light receiving portion of the photodetecting element is located vertically above the LED chip.
この発明によれば、前記光検出素子の前記受光部での受光量の増大を図れ、前記光検出素子の検出精度の向上を図れる。 According to this invention, it is possible to increase the amount of light received by the light receiving portion of the light detection element, and to improve the detection accuracy of the light detection element.
請求項1の発明では、LEDチップから放射される光の一部を受光する受光部を有する光検出素子を備えながらも、構造の簡略化を図れるとともに低コスト化を図れるという効果がある。 According to the first aspect of the present invention, there is an effect that the structure can be simplified and the cost can be reduced while including a light detecting element having a light receiving portion for receiving a part of light emitted from the LED chip.
(実施形態1)
以下、本実施形態の発光装置について図1に基づいて説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the light emitting device of this embodiment will be described with reference to FIG.
本実施形態の発光装置は、LEDチップ1と、第1のシリコン基板20aを用いて形成され一表面側にLEDチップ1が実装されたベース基板20と、第2のシリコン基板30aを用いて形成されてLEDチップ1を露出させる開口窓31を有しベース基板10の上記一表面側に接合された配光用基板30と、ベース基板20と配光用基板30とで囲まれた空間に充填された透光性材料(例えば、シリコーン樹脂など)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(図示せず)を封止した封止部5とを備えている。ここにおいて、配光用基板30は、開口窓31が、ベース基板20から離れるにつれて開口面積が徐々に小さくなる逆テーパ状に形成され、LEDチップ1から放射される光の一部を検出する光検出素子4の受光部4aが開口窓31の内側面に沿って形成されている。なお、本実施形態では、第1のシリコン基板20aが第1の半導体基板を構成し、第2のシリコン基板30aが第2の半導体基板を構成している。
The light emitting device of the present embodiment is formed using the
ベース基板20および配光用基板30の外周形状は矩形状であり、配光用基板30はベース基板20と同じ外形寸法に形成されている。
The outer peripheral shapes of the
上述の第1のシリコン基板20aおよび第2のシリコン基板30aとしては、それぞれ、導電形がn形で一表面が(100)面の単結晶シリコン基板を用いており、配光用基板30の開口窓31の内側面が、アルカリ系溶液(例えば、TMAH溶液、KOH溶液など)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いる。
As the
ところで、本実施形態の発光装置では、LEDチップ1として、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チップを用いており、光検出素子4をフォトダイオードにより構成している。なお、LEDチップ1の構造や発光色などは特に限定するものではなく、厚み方向の一面側に両電極が形成されたものでもよいし、紫外線LEDチップでもよい。
By the way, in the light-emitting device of this embodiment, the
ベース基板20は、第1のシリコン基板20aの上記一表面側に、LEDチップ1の厚み方向の一面側(図1における上面側)の電極が電気的に接続される第1の導体パターン(図示せず)と前記厚み方向の他面側(図1における下面側)の電極が電気的に接続される第2の導体パターン25aが形成されるとともに、配光用基板30に形成された2つの貫通孔配線34,34を介して光検出素子4と電気的に接続される第3の導体パターン25cおよび第4の導体パターン25dが形成されている。ここにおいて、ベース基板20は、LEDチップ1に電気的に接続された上記第1の導体パターンおよび第2の導体パターン25aとシリコン基板20aの他表面側に形成された2つの第1の外部接続用電極(図示せず)とがそれぞれ貫通孔配線(図示せず)を介して電気的に接続されており、光検出素子4に電気的に接続された各導体パターン25c,25dとシリコン基板20aの上記他表面側に形成された2つの第2の外部接続用電極27c,27dとがそれぞれ貫通孔配線24,24を介して電気的に接続されている。また、ベース基板20は、シリコン基板20aの上記一表面側に、配光用基板30と接合するための接合用金属層29も形成されている。
The
また、ベース基板20は、LEDチップ1が電気的に接続される第2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図示しない上述の貫通孔配線との接続部位となる引き出し配線部(図示せず)とで構成してある。要するに、LEDチップ1は、第2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上記ボンディングワイヤを介して上記第1の導体パターンと電気的に接続されている。なお、LEDチップ1は、ダイパッド部25aaにAuSnの共晶接合により接合されているが、LEDチップ1とダイパッド部25aaとの接合方法は共晶接合に限らず、例えばAgペーストでもよい。また、LEDチップ1として厚み方向の上記一面側に両電極が形成されたものを用いる場合には、LEDチップ1とダイパッド部25aaとを樹脂により接着してLEDチップ1の両電極と上記第1の導体パターンおよび第2の導体パターン25の上記引き出し配線部とをそれぞれボンディングワイヤで電気的に接続するようにしてもよいが、放熱性の観点から、LEDチップ1とダイパッド部25aaとは熱伝導率の高い材料により接合することが好ましい。
In addition, the
また、ベース基板20は、第1のシリコン基板20aの上記他表面側に、第1のシリコン基板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とが第1のシリコン基板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。
The
ところで、ベース基板20は、第1のシリコン基板20aに、上記第1の導体パターンおよび第2の導体パターン25aそれぞれに電気的に接続される上述の図示しない2つ貫通孔配線それぞれが内側に形成される2つの第1の貫通孔(図示せず)と、第3の導体パターン25cおよび第4の導体パターン25dそれぞれに電気的に接続される2つの貫通孔配線24それぞれが内側に形成される2つの第2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つ第3の貫通孔22bとが厚み方向に貫設され、第1のシリコン基板20aの上記一表面および上記他表面と各第1の貫通孔、各第2の貫通孔22a、各第3の貫通孔22bの内面とに跨って熱酸化膜(シリコン酸化膜)からなる第1の絶縁膜23が形成されており、上記第1の導体パターン、第2の導体パターン25a、第3の導体パターン25c、第4の導体パターン25d、接合用金属層29、上記各第1の外部接続用電極、第2の各外部接続用電極27c,27d、放熱用パッド部28、上記各第1の貫通孔の内側に形成された上記各貫通孔配線、各第2の貫通孔22aの内側に形成された各貫通孔配線24および各第3の貫通孔22bの内側に形成された各サーマルビア26が、第1のシリコン基板20aと電気的に絶縁されている。
By the way, in the
ここにおいて、上記第1の導体パターン、第2の導体パターン25a、第3の導体パターン25c、第4の導体パターン25d、接合用金属層29、上記各第1の外部接続用電極、各第2の外部接続用電極27c,27d、放熱用パッド部28は、第1の絶縁膜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いる。ここで、ベース基板20は、第1のシリコン基板20aの上記一表面側の上記第1の導体パターン、第2の導体パターン25a、第3の導体パターン25c、第4の導体パターン25d、接合用金属層29が同時に形成され、第1のシリコン基板20aの上記他表面側の上記各第1の外部接続用電極、各第2の外部接続用電極27c,27d、放熱用パッド部28が同時に形成されている。なお、本実施形態では、第1の絶縁膜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膜と第1の絶縁膜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、図示しない貫通孔配線、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。
Here, the first conductor pattern, the
配光用基板30は、第2のシリコン基板30aの一表面側に、ベース基板20の第3の導体パターン25cおよび第4の導体パターン25dそれぞれと接合されて電気的に接続される2つの導体パターン35c,35dが形成されるとともに、ベース基板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、配光用基板30は、第2のシリコン基板30aの他表面側に、貫通孔配線34,34を介して上記一表面側の導体パターン35c,35dと電気的に接続される導体パターン37c,37dが形成されている。
The
また、配光用基板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が第2のシリコン基板30aの厚み方向に貫設され、第2のシリコン基板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)からなる第2の絶縁膜33が形成されており、各導体パターン35c,35d,37c,37dおよび接合用金属層36が、第2のシリコン基板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35c,35d,37c,37dおよび接合用金属層36は、第2の絶縁膜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いる。ここで、配光用基板30は、第2のシリコン基板30aの上記一表面側の導体パターン35c,35d、接合用金属層36が同時に形成され、第2のシリコン基板30aの上記他表面側の導体パターン37c,37dが同時に形成されている。なお、本実施形態では、第2の絶縁膜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膜と第2の絶縁膜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。
Further, in the
ところで、配光用基板30は、上述のように、開口窓31が、ベース基板10から離れるにつれて開口面積が徐々に小さくなる逆テーパ状に形成され、LEDチップ1から放射される光の一部を検出するフォトダイオードからなる光検出素子4の受光部4aが開口窓31の内側面に沿って形成されている。ここにおいて、配光用基板30の基礎となる第2のシリコン基板30aとしては、導電形がn形で抵抗率が10Ωcm程度の単結晶シリコン基板を用いており、第2のシリコン基板30aの厚さ寸法は、LEDセンサ1の厚さ寸法よりも大きく設定してある。
By the way, as described above, the
また、光検出素子4は、フォトダイオードの高濃度のp形領域を構成する受光部4aが、第2のシリコン基板30aの上記他表面側に形成された2つの導体パターン37c,37dの一方の導体パターン37cと電気的に接続され、フォトダイオードのn形領域4bを構成する第2のシリコン基板30aが、他方の導体パターン37dと電気的に接続されている。ここにおいて、受光部4aを構成するp形領域は、第2のシリコン基板30aにおける当該p形領域の形成予定領域に第2のシリコン基板30aの上記他表面側からp形不純物(例えば、ボロンなど)のイオン注入を行った後に、酸化炉内でドライブを行うことにより当該p形領域を形成する。ここで、受光部4aを構成するp形領域は、第2のシリコン基板30aの上記他表面側からp形不純物を拡散させるので、配光用基板30の逆テーパ状の開口窓31の内側面における第2のシリコン基板30aの上記他表面の近傍の部位(つまり、第2のシリコン基板30aの開口窓31の周部であって断面が鋭角となっている頂点の近傍部位)に受光面が位置するように設ける。なお、第2のシリコン基板30aの抵抗率の値は一例であって特に限定するものではない。また、第2のシリコン基板30aの導電形をp形として受光部4aの導電形をn形としてもよい。
Further, in the
また、配光用基板30の開口窓31は、第2のシリコン基板30aを上記一表面側から、アルカリ系溶液(例えば、TMAH溶液、KOH溶液など)を用いて異方性エッチングすることにより形成されており、ベース基板20から離れるにつれて開口面積が徐々に小さくなる逆テーパ状に形成されている。ここにおいて、光検出素子4の受光部4aは、第2のシリコン基板30aの上記他表面側で開口窓31の内側面に沿って形成されている。
The opening
また、上述の封止部5の透光性材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどを採用してもよい。
Moreover, the translucent material of the above-mentioned
本実施形態の発光装置の製造にあたっては、LEDチップ1を実装したベース基板20と光検出素子4が形成された配光用基板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接合工程を行った後、封止部5を形成する封止部形成工程を行うようにすればよい。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。また、本実施形態の発光装置の製造にあたっては、上述の接合工程において、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、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、LEDチップに熱ダメージが生じるのを防止することができる。また、接合後にベース基板20および配光用基板30にひずみが発生することを防止することができるので、ベース基板20のひずみに起因した応力がLEDチップ1に発生するのを防止することができる。なお、上述の接合工程で採用している常温接合法では、各接合表面の清浄化・活性化を行ってから、常温下で適宜の荷重を印加しいているが、常温下に限らず、例えば、光検出素子4およびLEDチップ1へ熱ダメージが生じない温度(光検出素子4およびLEDチップ1それぞれ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ない温度)であれば、加熱条件下(例えば、80℃〜100℃程度に加熱した条件下)において適宜の荷重を印加するようにしてもよく、加熱条件下において適宜の荷重を印加して接合することで、接合信頼性をより一層高めることが可能となる。
In manufacturing the light emitting device according to the present embodiment, the
上述の接合工程では、ベース基板20の接合用金属層29と配光用基板30の接合用金属層36とが接合されるとともに、ベース基板20の第3の導体パターン25cおよび第4の導体パターン25dと配光用基板30の導体パターン35c,35dとが接合され電気的に接続される。ここで、ベース基板20側の各導体パターン25c,25dと配光用基板30側の各導体パターン35c,35d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、各導体パターン25c,25dと各導体パターン35c,35d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。
In the bonding step described above, the
ところで、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として、それぞれベース基板20、配光用基板30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、上述の接合工程、封止部形成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発光装置のサイズに分割されている。したがって、ベース基板20と配光用基板30とが同じ外形サイズとなり、小型のチップパッケージを実現できるとともに、製造が容易になる。
By the way, in manufacturing the light emitting device of the present embodiment, a wafer-like one (silicon wafer) capable of forming a large number of
以上説明した本実施形態の発光装置では、LEDチップ1を実装するベース基板20が第1のシリコン基板20aを用いて形成され、LEDチップ1から放射される光の一部を検出する光検出素子4の受光部4aが第2のシリコン基板30aを用いて形成される配光用基板30の開口窓31のうち逆テーパ状に形成された部位(ここでは、全部)の内側面に沿って形成されているので、LEDチップ1から放射される光の一部を受光する受光部4aを有する光検出素子4を備えながらも、構造の簡略化を図れるとともに低コスト化を図れる。また、本実施形態の発光装置では、LEDチップ1から斜め方向(LEDチップ1の光軸とは交差する方向)へ放射された光の一部を開口窓31の内側面で反射させることなく受光部4aへ直接入射させることができるので、光検出素子4の受光量の増大による検出精度の向上を図れる。また、本実施形態の発光装置では、配光用基板30の逆テーパ状の開口窓31の内側面に沿って受光部4aの受光面が形成されているので、受光部4aの受光面が第2のシリコン基板30aの上記他表面に平行な場合(つまり、LEDチップ1の光軸に直交する平面上に受光部4aの受光面がある場合)に比べて、LEDチップ1から斜め方向へ放射された光が受光部4aに入りやすくなり、光検出素子4の検出精度の向上を図れる。
In the light emitting device of this embodiment described above, the
また、本実施形態の発光装置では、配光用基板30の開口窓31が、ベース基板20から離れるにつれて開口面積が徐々に小さくなる形状に形成されているので、配光用基板30の開口窓31を容易に形成することができる。また、本実施形態の発光装置では、配光用基板30の基礎となる第2の半導体基板として第2のシリコン基板30aを用いているので、配光用基板30の開口窓31を、アルカリ系溶液を用いた異方性エッチングにより精度良く形成することができる。つまり、配光用基板30の開口窓31を、エッチング速度の結晶面方位依存性を利用した異方性エッチングにより形成することができる。
Further, in the light emitting device of this embodiment, the opening
また、本実施形態の発光装置は、配光用基板30に光検出素子4が設けられているので、例えば、LEDチップ1として赤色LEDチップを採用した発光装置と、LEDチップ1として緑色LEDチップを採用した発光装置と、LEDチップ1として青色LEDチップを採用した発光装置とを同一の配線基板(回路基板)上に近接して配置して、当該配線基板に各発光装置のLEDチップ1を駆動する駆動回路部と、各光検出素子4の出力がそれぞれの目標値に保たれるように駆動回路部から各発光色のLEDチップ1に流れる電流をフィードバック制御する制御回路部などを設けておくことにより、各光検出素子4それぞれの出力に基づいて各発光色のLEDチップ1の光出力を各別に制御することができ、各発光色ごとのLEDチップ1の光出力の経時変化の違いなどによらず混色光(ここでは、白色光)の光色や色温度の精度を向上することができる。要するに、所望の混色光を安定して得ることができる。
Moreover, since the
(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と略同じであって、図2に示すように、配光用基板30の開口窓31の形状が相違している。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。
(Embodiment 2)
The basic configuration of the light emitting device of this embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and the shape of the opening
本実施形態における配光用基板30の開口窓31は、配光用基板30の厚み方向の両側から中間位置に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状に形成されている。ここにおいて、配光用基板30の開口窓31は、第2の半導体基板である第2のシリコン基板30aを厚み方向の両側から、アルカリ系溶液を用いて異方性エッチングすることにより形成してあり、内側面が(111)により構成されている。
The opening
ここにおいて、配光用基板30の開口窓31は、ベース基板20に近い側が順テーパ状に形成され、ベース基板20から遠い側が逆テーパ状に形成されており、光検出素子4の受光部4aは、配光用基板30の開口窓31のうち当該逆テーパ状に形成された部位の内側面に沿って形成されている。
Here, the opening
しかして、本実施形態の発光装置では、実施形態1に比べて、配光用基板30ベース基板20から遠い側における開口窓31の開口面積を変えることなく、配光用基板30の平面視における開口窓31の占有面積を縮小でき、配光用基板30およびベース基板20の小型化が可能となる。また、本実施形態の発光装置では、配光用基板30の開口窓31を形成する際に第2のシリコン基板30aの厚み方向の両側からエッチングすることができるので、エッチング時間の短縮を図れる。また、本実施形態の発光装置では、配光用基板30の開口窓31のうちベース基板20から遠く且つ逆テーパ状に形成された部位の内側面に沿って受光部4aの受光面が形成されているので、受光部4aの受光面が第2のシリコン基板30aの上記他表面に平行な場合(つまり、LEDチップ1の光軸に直交する平面上に受光部4aの受光面がある場合)に比べて、LEDチップ1から斜め方向へ放射された光が受光部4aに入りやすくなり、光検出素子4の検出精度の向上を図れる。
Therefore, in the light emitting device of the present embodiment, the
(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と略同じであって、図3に示すように、配光用基板30の開口窓31の形状や、光検出素子4の受光部4aの形成位置などが相違する。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。
(Embodiment 3)
The basic configuration of the light emitting device of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. As shown in FIG. 3, the shape of the opening
本実施形態における配光用基板30の開口窓31は、配光用基板30の厚み方向の両側から中間位置に近づくにつれて開口面積が徐々に小さくなる形状に形成されている。ここにおいて、配光用基板30の開口窓31は、第2の半導体基板である第2のシリコン基板30aを厚み方向の両側から、アルカリ系溶液を用いて異方性エッチングすることにより形成してあり、内側面が(111)により構成されている。
The opening
ここにおいて、配光用基板30の開口窓31は、ベース基板20に近い側が逆テーパ状に形成され、ベース基板20から遠い側が順テーパ状に形成されており、光検出素子4の受光部4aは、配光用基板30の開口窓31のうち当該逆テーパ状に形成された部位の内側面に沿って形成されている。
Here, the opening
また、本実施形態における配光用基板30は、実施形態1で説明した貫通孔配線34,34(図1参照)および導体パターン37c,37d(図1参照)を設けておらず、第2のシリコン基板30aの上記一表面側の導体パターン35c,35dを開口窓31の内側面に沿って延長して光検出素子4に電気的に接続してある。
Further, the
しかして、本実施形態の発光装置では、実施形態1に比べて、配光用基板30をベース基板20から遠い側における開口窓31の開口面積を変えることなく、配光用基板30の平面視における開口窓31の占有面積を縮小でき、配光用基板30およびベース基板20の小型化が可能となる。また、本実施形態の発光装置では、配光用基板30の開口窓31を形成する際に第2のシリコン基板30aの厚み方向の両側からエッチングすることができるので、エッチング時間の短縮を図れる。また、本実施形態の発光装置では、配光用基板30の開口窓31のうちベース基板20に近く且つ逆テーパ状に形成された部位の内側面に沿って受光部4aの受光面が形成されているので、受光部4aの受光面が第2のシリコン基板30aの上記他表面に平行な場合(つまり、LEDチップ1の光軸に直交する平面上に受光部4aの受光面がある場合)に比べて、LEDチップ1から斜め方向へ放射された光が受光部4aに入りやすくなり、光検出素子4の検出精度の向上を図れる。
Therefore, in the light emitting device according to the present embodiment, the
(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1と略同じであって、図4に示すように、実施形態1に比べて開口窓31の開口面積が小さく設定されており、光検出素子4の受光部4aがLEDチップ1の鉛直上方に位置している点などが相違する。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。
(Embodiment 4)
The basic configuration of the light emitting device of this embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. As shown in FIG. 4, the opening area of the opening
本実施形態の発光装置では、光検出素子4の受光部4aでの受光量の増大を図れ、光検出素子4の検出精度の向上を図れる。また、本実施形態の発光装置では、実施形態1の発光装置に比べて、狭角配光を得ることができるとともに、小型化を図れる。
In the light emitting device of this embodiment, the amount of light received by the
なお、実施形態2や実施形態3において、光検出素子4の受光部4aがLEDチップ1の鉛直上方に位置するように開口窓31の開口面積を設定してもよい。
In the second and third embodiments, the opening area of the opening
ところで、上記各実施形態の発光装置では、ベース基板20の上記他表面側に上記各第1の外部接続用電極および各第2の外部接続用電極27c,27d、放熱用パッド部28を設けてあるが、これらを設けずに、例えば、ベース基板20の上記一表面側に、LEDチップ1および光検出素子4それぞれと電気的に接続された複数のパッドを設けて、配光用基板30に、各パッドそれぞれを露出させる複数の切欠部を設けるようにしてもよい。
By the way, in the light emitting device of each of the above embodiments, the first external connection electrodes, the second
また、上記各実施形態において、封止部5を、LEDチップ1から放射される光によって励起されてLEDチップ1よりも長波長の光を放射する蛍光体(図示せず)を含有した透光性材料(例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラス、有機成分と無機成分とがnmレベルもしくは分子レベルで混合、結合した有機・無機ハイブリッド材料など)により形成してもよい。例えば、LEDチップ1として青色の光を放射するLEDチップを用い、上述の蛍光体として、LEDチップ1から放射された青色の光によって励起されてブロードな黄色系の光を放射する粒子状の黄色蛍光体を採用すれば、LEDチップ1から放射された青色の光と黄色蛍光体から放射された光とが封止部5から出射されることとなり、白色光を得ることができる。なお、封止部5の透光性材料としてガラスを採用すれば、シリコーン樹脂などの有機材料を採用している場合に比べて、封止部5の熱伝導性が向上するので、蛍光体の温度上昇を抑制できて蛍光体の温度消光による量子効率の低下を抑制することができ、しかも、水蒸気やNOxなど対するガスバリア性や耐透湿性が向上するとともに、蛍光体の吸湿劣化を抑制でき、信頼性および耐久性が向上する。また、封止部5の材料として用いる透光性材料に混合する蛍光体も黄色蛍光体に限らず、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを混合しても白色光を得ることができ、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを用いれば演色性を高めることができる。
Further, in each of the above embodiments, the sealing
1 LEDチップ
4 光検出素子
4a 受光部
20 ベース基板
20a 第1のシリコン基板(第1の半導体基板)
30 配光用基板
30a 第2のシリコン基板(第2の半導体基板)
31 開口窓
DESCRIPTION OF
30
31 Open window
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