JP2009010048A - 発光装置 - Google Patents

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昌男 桐原
Takeshi Nakasuji
威 中筋
Hisatoku Shiroishi
久徳 城石
Takumi Taura
巧 田浦
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【課題】LEDチップから放射される光を検出でき且つ外部への光取り出し効率の高効率化が可能な発光装置を提供する。
【解決手段】可視光を放射する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が搭載された実装基板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4と、実装基板2の上記一表面側において収納凹所2aの周部にLEDチップから放射された光を受光する受光部が形成された光検出部3とを備えている。透光性部材4は、LEDチップ1から放射された光が屈折して空気中に放出される光取り出し面41と、LEDチップ1から放射された光を屈折率差による全反射により受光部の受光面へ導く反射部42とが設けられている。
【選択図】 図1

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。
従来から、図8に示すように、発光色の異なる複数種のLED(例えば、赤色LED、緑色LED、青色LED)100a,100b,100cを実装した配線基板110と、一面開口した箱状に形成され配線基板110などが収納された器具本体120と、器具本体120の開口面を閉塞する形で配設された平板状の光拡散部材130と、配線基板110における各LED100a,100b,100cの実装面側に配置される光学部材とを備えたLED照明器具が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
ここにおいて、図8に示した構成のLED照明器具は、各発光色ごとのLED100a,100b,100cの光出力の経時変化や温度依存性の違いなどによらず所望の光色や色温度の混色光(例えば、白色光)を維持するために、全てのLED100a,100b,100cの光出力を検出するフォトダイオード140と、各LED100a,100b,100cから放射された光をフォトダイオード140の受光面へ導光するための光ファイバ150と、フォトダイオード140により検出された各発光色ごとのLED100a,100b,100cの光出力が予め設定された目標値に保たれるように駆動回路部(図示せず)を介して各発光色ごとにLED100a,100b,100cへの順方向電流の通電量をフィードバック制御する制御部160とを備えている。なお、上記特許文献1に開示されたLED照明器具では、赤色LED100a群の光出力と緑色LED100b群の光出力と青色LED100c群の光出力とを1つのフォトダイオード140により各別に測定するために、赤色LED100a群のみが点灯する期間と緑色LED100b群のみを点灯させる期間と青色LED100c群のみを点灯させる期間とが時系列的に現れるように、制御部160が上記駆動回路部を制御するようになっている。
しかしながら、上記特許文献1に開示されたLED照明器具では、各LED100a,100b,100cから放射された光を1本の光ファイバ150を介して伝搬させるように構成されているので、全てのLED100a,100b,100cの光をフォトダイオード140により安定して検出することが難しく、照明器具全体として得られる混色光の光色や色温度の精度が低くなってしまう。
これに対して、図9に示すように、平板状の実装基板202と、実装基板202の一表面上に実装されたLEDチップ201と、LEDチップ201に近接して設けられ実装基板202の上記一表面上に実装されたフォトダイオードチップ204と、LEDチップ201およびフォトダイオードチップ204を封止した透光性樹脂層205とを備え、LEDチップ201から放射された光L0のうち透光性樹脂層205の表面からなる光取り出し面(透光性樹脂層205と空気との境界面)で反射された反射光L2がフォトダイオードチップ204で受光されるように透光性樹脂層205の屈折率を設定してなる発光装置(光モジュール)が提案されている(例えば、特許文献2参照)。なお、図9に示した構成の発光装置では、LEDチップ201およびフォトダイオードチップ204が、フォトダイオードチップ204の出力に基づいてLEDチップ201の光出力を制御する制御回路(図示せず)に接続されている。
ところで、図9に示した構成の発光装置を図8に示したLED照明器具における各LED100a,100b,100cのような砲弾型LEDの代わりに採用すれば、上述のような光ファイバ150が不要となり、各LEDチップ201から放射された光を発光装置ごとで検出することができ、混色光の均一性を高めることが可能となる。
特表2002−533870号公報 特開2005−189757号公報
しかしながら、図9に示した構成の発光装置は、LEDチップ201から放射された光L0が光取り出し面で屈折光L1と反射光L2とに分かれ、反射光L2がフォトダイオードチップ204の受光面へ入射して受光されるように透光性樹脂層205の屈折率を設定したものなので、光取り出し面で反射された反射光L2がフォトダイオードチップ204で吸収されることとなり吸収損失が生じるから、光取り出し面から外部への光取り出し効率が低下してしまうという問題があった。
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を検出でき且つ外部への光取り出し効率の高効率化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チップを収納する収納凹所が一表面に形成され収納凹所の内底面にLEDチップが搭載された実装基板と、実装基板の前記一表面側において収納凹所を閉塞する形で実装基板に固着された透光性部材と、実装基板の前記一表面側において収納凹所の周部にLEDチップから放射された光を受光する受光部が形成された光検出部とを備え、透光性部材は、LEDチップから放射された光が屈折して空気中に放出される光取り出し面と、LEDチップから放射された光を屈折率差による全反射により受光部の受光面へ導く反射部とが設けられてなることを特徴とする。
この発明によれば、光検出部においてLEDチップから放射された光を受光する受光部が、実装基板の一表面側において収納凹所の周部に形成され、透光性部材には、LEDチップから放射された光が屈折して空気中に放出される光取り出し面と、LEDチップから放射された光を受光部の受光面へ導く反射部とが別々に設けられており、しかも、反射部では、LEDチップから放射された光を屈折率差による全反射により受光部の受光面へ導くので、LEDチップから放射される光を検出でき且つ外部への光取り出し効率の高効率化が可能となる。
請求項2の発明は、請求項1の発明において、反射部は、透光性部材と金属膜との境界面により構成されてなることを特徴とする。
この発明によれば、外光が金属膜により反射されるので、光検出部の検出精度の高精度化を図れる。
請求項3の発明は、請求項1の発明において、反射部は、透光性部材に形成された回折格子により構成されてなることを特徴とする。
この発明によれば、反射部により受光部側へ全反射する光の割合を調整することができ、外部への光取り出し効率を向上できる。
請求項4の発明は、請求項3の発明において、透光性部材は、光取り出し面が、反射部を構成する回折格子である第1の回折格子とは別の第2の回折格子により構成されてなることを特徴とする。
この発明によれば、外部への光取り出し効率の高効率化が可能となる。
請求項5の発明は、請求項1の発明において、透光性部材は、光取り出し面が凸曲面状に形成され、反射部となる空気との境界面が平面状に形成されてなることを特徴とする。
この発明によれば、光取り出し面と反射部との境界を明確にできるとともに、外部への光取り出し効率の高効率化を図りつつLEDチップからの光の一部を光検出部により検出することができる。
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、LEDチップへの給電用配線パターンであってLEDチップの光取り出し方向に位置する給電用配線パターンが透明導電膜からなることを特徴とする。
この発明によれば、LEDチップの光取り出し方向に位置する給電用配線パターンでの反射損失を低減でき、外部への光取り出し効率を向上できる。
請求項7の発明は、請求項1ないし請求項6の発明において、実装基板は、Si、SiC、AlN、SiNの群から選択される材料よりなる基板を用いて形成されてなることを特徴とする。
この発明によれば、実装基板の材料が例えばガラスエポキシ樹脂などの有機材料である場合に比べてLEDチップで発生した熱を実装基板へ伝熱させて効率的に放熱させることができるから、放熱性が向上し、LEDチップへの投入電力の増大による光出力の高出力化が可能となる。
請求項8の発明は、請求項1ないし請求項7の発明において、実装基板の収納凹所の内底面には、発光色の異なる複数個のLEDチップが搭載されてなり、実装基板は、各発光色のLEDチップそれぞれから放射された光を各別に受光する受光部を有する複数の光検出部が形成され、各受光部それぞれに対応する複数の反射部が設けられてなることを特徴とする。
この発明によれば、発光色の異なる複数個のLEDチップそれぞれの光を同時かつ各別に検出することができる。
請求項1の発明では、LEDチップから放射される光を検出でき且つ外部への光取り出し効率の高効率化が可能と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に基づいて説明する。
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が搭載された実装基板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4と、実装基板2の上記一表面側において収納凹所2aの周部にLEDチップ1から放射された光を受光する受光部が形成された光検出部3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を封止した封止部5とを備えている。なお、本実施形態では、実装基板2と透光性部材4とでパッケージを構成している。
実装基板2は、LEDチップ1が一表面側に搭載される矩形板状のLED搭載用基板20と、厚み方向に貫通する矩形状の開口窓31が形成されるとともに一表面側に光検出部3が形成されLED搭載用基板20に接合された光検出部形成基板30とで構成されており、LED搭載用基板20と光検出部形成基板30とで囲まれた空間が上述の収納凹所2aを構成している。ここにおいて、LED搭載用基板20および光検出部形成基板30の外周形状は矩形状であり、光検出部形成基板30はLED搭載用基板20と同じ外形寸法に形成されている。なお、本実施形態では、LED搭載用基板20が、LEDチップ1が実装されるLED実装部を構成し、光検出部形成基板30が、LED実装部においてLEDチップ1が実装される領域の周部に設けられた壁部を構成している。
上述のLED搭載用基板20、光検出部形成基板30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を用いて形成してある。なお、本実施形態では、LEDチップ1として、側面から放射される光が殆どないLEDチップを用いているので、光検出部形成基板30における開口窓31の開口面積を厚み方向によらず一様としてあるが、LEDチップ1として、側面からも光が放射されるLEDチップを採用する場合には、開口窓31をアルカリ系溶液(例えば、TMAH水溶液、KOH水溶液など)を用いた異方性エッチングにより形成することで、開口窓31の内側面を(111)面により構成し(つまり、開口窓31の開口面積がLED搭載用基板20から離れるにつれて徐々に大きくなるようにし)、当該開口窓31の内側面が、LEDチップ1から側方へ放射された光を前方へ反射するミラーを兼ねるようにすることが望ましい。
LED搭載用基板20は、シリコン基板20aの一表面側に、LEDチップ1の両電極11,11それぞれと電気的に接続される2つの導体パターン(以下、第1の導体パターンと称す)25a,25aが形成されており、各導体パターン25a,25aとシリコン基板20aの他表面側に形成された2つの外部接続用電極(以下、第1の外部接続用電極と称す)27a,27aとがそれぞれ貫通孔配線(以下、第1の貫通孔配線と称す)24a,24aを介して電気的に接続されている。
また、LED搭載用基板20は、シリコン基板20aの上記一表面側に、光検出部形成基板30に形成された2つの貫通孔配線(図示せず)を介して光検出部3と電気的に接続される2つの第2の導体パターン(図示せず)が形成されており、各第2の導体パターンとシリコン基板20aの他表面側に形成された各第2の外部接続用電極とが当該シリコン基板20aに形成された各第2の貫通孔配線(図示せず)を介して電気的に接続されている。また、LED搭載用基板20は、シリコン基板20aの上記一表面側に、光検出部形成基板30と接合するための接合用金属層29も形成されている。
本実施形態における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11,11が形成された可視光LEDチップである。そこで、LED搭載用基板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が、LEDチップ1をダイボンディングするダイパッド部として兼用している。要するに、LEDチップ1は、上記一方の導体パターン25aにダイボンディングされており、上記一方の導体パターン25a側の電極11が上記一方の導体パターン25aに接合されて電気的に接続され、反対側の電極11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。
ところで、LED搭載用基板20は、シリコン基板20aに、上述の2つの第1の貫通孔配線24それぞれが内側に形成される2つの第1の貫通孔22aと、上述の2つの第2の貫通孔配線それぞれが内側に形成される2つの第2の貫通孔(図示せず)とが厚み方向に貫設され、シリコン基板20aの上記一表面と上記他表面と第1の貫通孔22a,22aの内面と第2の貫通孔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、各第1の導体パターン25a,25a、各第2の導体パターン、接合用金属層29、各第1の外部接続用電極27a,27a、各第2の外部接続用電極、各第1の貫通孔配線24,24および各第2の貫通孔配線がシリコン基板20aと電気的に絶縁されている。
ここにおいて、各第1の導体パターン25a,25a、各第2の導体パターン、接合用金属層29、各第1の外部接続用電極27a,27aおよび各第2の外部接続用電極は、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、各第1の導体パターン25a,25aと各第2の導体パターンと接合用金属層29とが同一レベル面上に同一厚さで同時に形成してあり、各第1の外部接続用電極27a,27aと各第2の外部接続用電極とが同一レベル面上に同一厚さで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、第1の貫通孔配線24および第2の貫通孔配線の材料としては、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。
光検出部形成基板30は、上述の光検出部3としてフォトダイオードが形成されており、シリコン基板30aの一表面側に、上記フォトダイオードのp形領域3aが上記受光部として形成されるとともに、当該p形領域3aに電気的に接続された1つの連絡用導体パターン(図示せず)が形成される一方で、シリコン基板30aの他表面側に、上記フォトダイオードのn形領域3bを構成するシリコン基板30aおよび上記p形領域3aそれぞれに電気的に接続されLED搭載用基板20の各第2の導体パターンと接合されて電気的に接続される2つの出力用パターン(図示せず)が形成されるとともに、LED搭載用基板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、光検出部形成基板30は、上述の連絡用導体パターンと出力用導体パターンとを電気的に接続する貫通孔配線が内側に形成される1つの貫通孔(図示せず)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の上記一表面と上記他表面と各貫通孔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、連絡用導体パターン、各出力用導体パターンおよび接合用金属層36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、連絡用導体パターン、各出力用導体パターンおよび接合用金属層36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、各出力用導体パターンと接合用金属層36とが同一レベル面上に同一厚さで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。ここで、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。
また、光検出部形成基板30は、上述の絶縁膜33が光検出部3であるフォトダイオードの反射防止膜を兼ねている。なお、光検出部形成基板30は、上述の出力用導体パターンが絶縁膜33に形成したコンタクトホール(図示せず)を通して光検出部3と電気的に接続されている。
上述の実装基板2の形成にあたっては、例えば、LED搭載用基板20と光検出部形成基板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えばよい。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。ここで、接合工程では、上述の常温接合法により、常温下で適宜の荷重を印加して、LED搭載用基板20の接合用金属層29と光検出部形成基板30の接合用金属層36とを接合するとともに、LED搭載用基板20の第2の導体パターン(電気接続用金属層)と光検出部形成基板30の連絡用導体パターン(電気接続用金属層)とを接合し電気的に接続している。ここで、本実施形態では、第2の導体パターンと連絡用導体パターンとの接合部位を、LED搭載用基板20の第2の貫通孔配線に重なる領域および光検出部形成基板30の貫通孔配線に重なる領域からずらすようにすれば、第2の導体パターンと連絡用導体パターンとの互いの接合表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、上述のように常温接合法では、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、LEDチップ1へ熱ダメージが生じない温度(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。
また、上述の透光性部材4は、透光性材料(例えば、ガラス、ポリマーなど)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4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側とは反対側に、LEDチップ1から放射された光が屈折して空気中に放出される光取り出し面41と、LEDチップ1から放射された光を屈折率差(本実施形態では、透光性部材4と空気との屈折率差)による全反射により光検出部3の受光面へ導く反射部42とが設けられている。ここにおいて、光取り出し面41は、透光性部材4と空気との境界面(透光性部材4の表面)のうちLEDチップ1から上方ないし斜め上方へ放射された光が臨界角(全反射角)θ以下の入射角で入射する領域により構成され、反射部42は、LEDチップ1から斜め上方へ放射された光が臨界角θを越える入射角で入射する領域の一部により構成されている。したがって、光検出部3を、臨界角θにおいて境界面上に立てた法線の位置よりも遠い位置に配置することにより、反射部42で反射された光を効率良く検出することが可能となる。なお、空気の屈折率は1なので、透光性部材4の屈折率が例えば1.4の場合の臨界角θは、45.6°となる。
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LED搭載用基板20、光検出部形成基板30を多数形成可能な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4を多数形成可能なウェハ状のもの(透光性ウェハ)を用い、LED搭載用基板20と光検出部形成基板30とを接合することで実装基板2を形成する上述の接合工程(以下、第1の接合工程と称す)、第1の接合工程の後に実装基板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に実装基板2と透光性部材4とを接合する第2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搭載用基板20と光検出部形成基板30と透光性部材4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、製造が容易になる。なお、本実施形態では、第1の接合工程の前にLEDチップ1をLED搭載用基板20に搭載し、ボンディングワイヤ14の結線を行っているが、第1の接合工程の後であって封止部形成工程の前に、LEDチップ1をLED搭載用基板20に搭載し、ボンディングワイヤ14の結線を行うようにしてもよい。
以上説明した本実施形態の発光装置では、光検出部3においてLEDチップ1から放射された光を受光する受光部であるp形領域3aが、実装基板2の上記一表面側において収納凹所2aの周部に形成され、透光性部材4には、LEDチップ1から放射された光が屈折して空気中に放出される光取り出し面41と、LEDチップ1から放射された光を受光部の受光面へ導く反射部42とが別々に設けられており、しかも、反射部42では、LEDチップ1から放射された光を屈折率差による全反射により光検出部3の受光部の受光面へ導くので、LEDチップ1から放射される光を検出でき且つ外部への光取り出し効率の高効率化が可能となる。なお、図1中の矢印はLEDチップ1から放射された光の光路を示している。
また、本実施形態の発光装置では、実装基板2に、当該実装基板2の上記他表面側の外部接続用電極27aとLEDチップ1とを電気的に接続する第1の貫通孔配線24a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LEDチップ1と電気的に接続される配線を引き回す場合に比べて、実装基板2の小型化を図れる。また、本実施形態では、実装基板2を複数のシリコン基板20a,30aを用いて形成しているので、フォトダイオードのような光検出部3を実装基板2中に容易に形成することが可能となり、低コスト化を図れる。
また、本実施形態の発光装置は、上記パッケージに光検出部3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、各光検出部3により検出される光強度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3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。
(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、透光性部材4におけるLEDチップ1との対向面側に当該LEDチップ1の一方の電極11と接合されて電気的に接続される給電用配線パターン45が形成されている点、当該給電用配線パターン45が光検出部形成基板30に形成された貫通孔配線34a、LED搭載用基板20に形成された第1の貫通孔配線24aなどを介して外部接続用電極27aと電気的に接続され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。
上述のLED搭載用基板20の貫通孔配線24aと光検出部形成基板30の貫通孔配線34aとは、LED搭載用基板20の一表面側において貫通孔配線24aに電気的に接続された導体パターン26aと、光検出部形成基板30におけるLED搭載用基板20側において貫通孔配線34aに電気的に接続された導体パターン37aとを接合することで電気的に接続することにより、電気的に接続されている。なお、LED搭載用基板20の導体パターン26aは、接合用金属層29と同一レベル面上に同一厚さで形成され、光検出部形成基板30の導体パターン37aは、接合用金属層36と同一レベル面上に同一厚さで形成されている。
しかして、本実施形態の発光装置では、LEDチップ1における透光性部材4側の電極11にボンディングワイヤ14(図1参照)を接続する必要がないので、実施形態1に比べて、実装基板2の薄型化および平面サイズの小型化を図れ、しかも、LEDチップ1と透光性部材4との間の距離の高精度化を図れる。
ところで、本実施形態の発光装置では、LEDチップ1の光取り出し方向に位置する上述の給電用配線パターン45が透明導電膜(例えば、ITO膜、ZnO膜など)により構成されており、給電用配線パターン45での反射損失を低減できるので、外部への光取り出し効率を向上できる。
(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2と略同じであって、図3に示すように、反射部42が、透光性部材4と金属膜46との境界面により構成されている点が相違する。なお、実施形態2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、実施形態1や実施形態2の発光装置では、使用形態によっては外光が光検出部3の受光部の受光面へ入射してしまい、LEDチップ1からの光を精度良く検出することが難しくなる。
これに対して、本実施形態の発光装置では、外光が金属膜46により反射されるので、光検出部3の検出精度の高精度化を図れる。要するに、光検出部3の受光部(p形領域3a)の受光面へ外光(外乱光)が入射するのを防止することができ、光検出部3の出力のS/N比をより高めることが可能になる。なお、本実施形態における反射部42を実施形態1に採用してもよい。
(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2と略同じであって、図4に示すように、光取り出し面41および反射部42それぞれが、透光性部材4に形成された回折格子により構成されている点が相違する。なお、実施形態2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。
ここにおいて、透光性部材4の光取り出し面41および反射部42を構成する回折格子は、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透光性部材4の一表面側に微細凹凸構造を形成することにより形成すればよい。なお、本実施形態では、光取り出し面41と反射部42とで回折格子の周期(ピッチ)を同じに設定してあるので、透光性部材4に光取り出し面41および反射部42を容易に形成することができる。
ところで、実施形態1〜3では、反射部42で全反射した光が損失となるが、特に透光性部材4の屈折率が高くなるほど損失が大きくなる。これに対して、本実施形態の発光装置では、微細凹凸構造の周期を適宜調整することにより回折反射光の割合を変化させることができるから、反射部42により光検出部3の受光部側へ全反射する光の割合を調整することができ(つまり、反射部42により光検出部3側へ全反射する光の量を低減でき)、外部への光取り出し効率を向上できて、LEDチップ1から放射される光をより有効に利用することができる。
(実施形態5)
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態4と略同じであって、図5に示すように、透光性部材4の光取り出し面41が、反射部42を構成する回折格子である第1の回折格子とは別の第2の回折格子により構成されている点が相違する。なお、実施形態4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。
ここにおいて、光取り出し面41を構成する第2の回折格子では、LEDチップ1からの光を反射させる必要がないので、微細凹凸構造の周期を例えば200nmに設定することで、透過型回折格子としてある。なお、第2の回折格子の微細凹凸構造の周期は200nmに限定するものではなく、200nm以下であればよい。
しかして、本実施形態の発光装置では、実施形態4に比べて、光取り出し面41から外部へ取り出される光の量を増加させることが可能となり、外部への光取り出し効率の高効率化が可能となる。
(実施形態6)
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態2と略同じであって、図6に示すように、透光性部材4において、光取り出し面41が凸曲面状に形成され、反射部42となる空気との境界面が平面状に形成されている点に特徴がある。なお、実施形態2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。
ここにおいて、透光性部材4の光取り出し面41では、LEDチップ1からの光を反射させる必要がないので、LEDチップ1から斜め方向へ放射された光についてもできる限り取り出すことで高効率な発光装置を実現することが可能となる。そこで、本実施形態の発光装置では、光取り出し面41で全反射しないように、光取り出し面41を、LEDチップ1の対角の端を焦点とする楕球面の一部により形成してある。
しかして、本実施形態の発光装置では、光取り出し面41と反射部42との境界を明確にできるとともに、外部への光取り出し効率の高効率化を図りつつLEDチップ1からの光の一部を光検出部3により検出することができる。なお、本実施形態の発光装置において、反射部42を実施形態4,5と同様の回折格子により構成すれば、外部への光取り出し効率を更に向上させることができる。
(実施形態7)
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態6と略同じであり、図7に示すように、実装基板2の収納凹所2aの内底面に互いに発光色の異なる複数(図示例では、2つ)のLEDチップ1(1A),1(1B)が搭載され、光検出部形成基板30に、各発光色のLEDチップ1A,1Bそれぞれから放射された光を各別に検出する複数の光検出部3(図示例では、2つ)が設けられている点などが相違する。なお、実施形態6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。
本実施形態の発光装置は、各光検出部3の受光部において対応するLEDチップ1A,1Bから放射された光のみ(つまり、単色光のみ)を選択的に検出可能とするように光検出部3の受光部の位置を設定し(つまり、LEDチップ1A,1Bのいずれか1つのみからの光が入射する位置に光検出部3の受光部を配置し)、且つ、光検出部3間を絶縁分離部(図示せず)により電気的に絶縁してある。
しかして、本実施形態の発光装置では、各発光色のLEDチップ1A,1Bから同時に放射された光を各光検出部3,3にて各別に精度良く検出することができ、各光検出部3,3それぞれの出力に基づいて各発光色のLEDチップ1A,1Bの光出力を各別に制御することが可能となり、所望の混色光を安定して得ることが可能となる。すなわち、本実施形態の発光装置を実装する回路基板などに、各LEDチップ1A,1Bを駆動する駆動回路部、各光検出部3,3により検出される光強度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LEDチップ1A,1B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3,3それぞれの出力に基づいて各発光色のLEDチップ1A,1B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1A,1Bの光出力の経時変化の違いなどによらず混色光の光色や色温度の精度を向上することができる。
なお、実装基板2の収納凹所2aの内底面に搭載するLEDチップ1の数は2つに限らず、複数であればよく、例えば、LEDチップ1の数を3つとして、それぞれの発光色を、赤色、緑色、青色とすれば、混色光として白色光を得ることができる。また、本実施形態の発光装置において、反射部42を実施形態4,5と同様の回折格子により構成すれば、外部への光取り出し効率を更に向上させることができる。また、実装基板2に、各LEDチップ1A,1Bを駆動する駆動回路部と、各光検出部3,3の出力が目標値に保たれるように駆動回路部から各LEDチップ1A,1Bそれぞれへ流す電流を制御する集積回路からなる制御回路部を設けてもよい。
また、上記各実施形態1〜7では、実装基板2が複数のシリコン基板(Si基板)を用いて形成されているが、SiC基板やAlN基板やSiN基板を用いて実装基板2のLED搭載用基板20を形成すれば、LEDチップ1で発生した熱をより効率的に放熱させることが可能となり、LEDチップ1のジャンクション温度の温度上昇を抑制できるから、入力電力を大きくでき、光出力の高出力化を図れる。
実施形態1を示す概略断面図である。 実施形態2を示す概略断面図である。 実施形態3を示す概略断面図である。 実施形態4を示す概略断面図である。 実施形態5を示す概略断面図である。 実施形態6を示す概略断面図である。 実施形態7を示す概略断面図である。 従来例を示す概略断面図である。 他の従来例を示す概略断面図である。
符号の説明
1 LEDチップ
2 実装基板
2a 収納凹所
3 光検出部
3a p形領域
3b n形領域
4 透光性部材
41 光取り出し面
42 反射部

Claims (8)

  1. LEDチップと、LEDチップを収納する収納凹所が一表面に形成され収納凹所の内底面にLEDチップが搭載された実装基板と、実装基板の前記一表面側において収納凹所を閉塞する形で実装基板に固着された透光性部材と、実装基板の前記一表面側において収納凹所の周部にLEDチップから放射された光を受光する受光部が形成された光検出部とを備え、透光性部材は、LEDチップから放射された光が屈折して空気中に放出される光取り出し面と、LEDチップから放射された光を屈折率差による全反射により受光部の受光面へ導く反射部とが設けられてなることを特徴とする発光装置。
  2. 反射部は、透光性部材と金属膜との境界面により構成されてなることを特徴とする請求項1記載の発光装置。
  3. 反射部は、透光性部材に形成された回折格子により構成されてなることを特徴とする請求項1記載の発光装置。
  4. 透光性部材は、光取り出し面が、反射部を構成する回折格子である第1の回折格子とは別の第2の回折格子により構成されてなることを特徴とする請求項3記載の発光装置。
  5. 透光性部材は、光取り出し面が凸曲面状に形成され、反射部となる空気との境界面が平面状に形成されてなることを特徴とする請求項1記載の発光装置。
  6. LEDチップへの給電用配線パターンであってLEDチップの光取り出し方向に位置する給電用配線パターンが透明導電膜からなることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の発光装置。
  7. 実装基板は、Si、SiC、AlN、SiNの群から選択される材料よりなる基板を用いて形成されてなることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の発光装置。
  8. 実装基板の収納凹所の内底面には、発光色の異なる複数個のLEDチップが搭載されてなり、実装基板は、各発光色のLEDチップそれぞれから放射された光を各別に受光する受光部を有する複数の光検出部が形成され、各受光部それぞれに対応する複数の反射部が設けられてなることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の発光装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009027088A (ja) * 2007-07-23 2009-02-05 Fuji Xerox Co Ltd 半導体発光装置
JP2010278316A (ja) * 2009-05-29 2010-12-09 Panasonic Electric Works Co Ltd 発光装置
JP2010278315A (ja) * 2009-05-29 2010-12-09 Panasonic Electric Works Co Ltd 発光装置
JP2020537818A (ja) * 2017-10-18 2020-12-24 オスラム オーエルイーディー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングOSRAM OLED GmbH 半導体デバイス

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6316682A (ja) * 1986-07-08 1988-01-23 Nec Corp 樹脂封止型発光モジユ−ル
JPH10223980A (ja) * 1997-02-03 1998-08-21 Mitsubishi Electric Corp 光半導体装置、及び光半導体装置の製造方法
JPH11161197A (ja) * 1997-11-25 1999-06-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 画像表示装置
JP2003060299A (ja) * 2001-06-07 2003-02-28 Ricoh Opt Ind Co Ltd 光出力素子・光出力素子アレイおよびレンズ素子・レンズ素子アレイ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6316682A (ja) * 1986-07-08 1988-01-23 Nec Corp 樹脂封止型発光モジユ−ル
JPH10223980A (ja) * 1997-02-03 1998-08-21 Mitsubishi Electric Corp 光半導体装置、及び光半導体装置の製造方法
JPH11161197A (ja) * 1997-11-25 1999-06-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 画像表示装置
JP2003060299A (ja) * 2001-06-07 2003-02-28 Ricoh Opt Ind Co Ltd 光出力素子・光出力素子アレイおよびレンズ素子・レンズ素子アレイ

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009027088A (ja) * 2007-07-23 2009-02-05 Fuji Xerox Co Ltd 半導体発光装置
JP2010278316A (ja) * 2009-05-29 2010-12-09 Panasonic Electric Works Co Ltd 発光装置
JP2010278315A (ja) * 2009-05-29 2010-12-09 Panasonic Electric Works Co Ltd 発光装置
JP2020537818A (ja) * 2017-10-18 2020-12-24 オスラム オーエルイーディー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングOSRAM OLED GmbH 半導体デバイス
US11735682B2 (en) 2017-10-18 2023-08-22 Osram Oled Gmbh Semiconductor device

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