JP2009177099A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数個の発光素子それぞれから放射される光を１対１で各別に検出する複数の光検出素子がパッケージに一体に形成された構成を有し、光検出素子間のリーク電流に起因して各光検出素子の検出精度が低下するのを防止することができる発光装置を提供する。
【解決手段】パッケージ２は、複数個のＬＥＤチップ（発光素子）１ａ〜１ｄが収納される収納凹所２ｂが一表面に形成された実装基板２ａと、シリコン基板（半導体基板）４０ａを用いて形成され実装基板２ａの上記一表面側に接合された光検出素子形成基板４０とを備える。光検出素子形成基板４０は、収納凹所２ｂに連通する光取出孔４１が形成されるとともに光取出孔４１の周部において収納凹所２ｂに臨む表面側に複数の光検出素子それぞれの受光面が形成され、光取出孔４１の周方向に離間して形成された複数の分離用スリット４９により光検出素子が１つずつ形成された小片４２に分離されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）などの発光素子を利用した発光装置に関するものである。

従来から、図１０および図１１に示すように、発光色の異なる４個のＬＥＤチップ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄを収納するパッケージ２とを備え、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄから放射される光を１対１で各別に検出するフォトダイオードからなる４つの光検出素子４がパッケージ２に一体に形成された発光装置が提案されている（特許文献１）。

上述のパッケージ２は、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄが収納される収納凹所２ｂが一表面に形成され各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄが実装される実装基板２ａと、ｎ形のシリコン基板４０ａを用いて形成されて実装基板２ａの上記一表面側に接合されたものであって実装基板２ａの収納凹所２ｂに連通する光取出孔４１が形成されるとともに光取出孔４１の周部において収納凹所２ｂに臨む表面側に複数の光検出素子４それぞれの受光面が形成された光検出素子形成基板４０とで構成され、収納凹所２ｂ内および光取出孔４１内が各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄ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、光検出素子形成基板４０における実装基板２ａ側とは反対側に、透光性部材３が接合されている。なお、光検出素子４は、シリコン基板４０ａの適宜位置に形成されたｐ形領域４ａの表面が受光面を構成している。

ここにおいて、実装基板２ａは、シリコン基板２０ａを用いて形成され各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄが実装されるベース基板２０と、シリコン基板３０ａを用いて形成され収納凹所２ｂ形成用の開口窓３１を有する配光用基板３０とを接合して構成されており、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄはベース基板２０に形成された貫通孔配線２４を介して外部接続用電極２７ａ，２７ａと電気的に接続され、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２７ｂ，２７ｂと電気的に接続されている。
特開２００７−２９４８３４号公報

ところで、図１０および図１１に示した構成の発光装置では、光検出素子形成基板４０が、シリコン基板４０ａを用いて形成されており、フォトダイオードからなる４つの光検出素子４が形成されているが、隣り合う光検出素子４間にｐ形の分離拡散領域を形成することで隣り合う光検出素子４同士を電気的に絶縁しても、リーク電流などの影響により、光検出素子４の検出精度が低下してしまう懸念がある。また、上述の構成の発光装置では、際に光検出素子形成基板４０において実装基板２ａの収納凹所２ｂの投影領域へ張り出した張出部２ｃに光検出素子４の受光面が形成されているが、製造時に、パッケージ２に透光性封止材を充填する際に張出部２ｃ直下付近から気泡が抜けにくく、封止部５内にボイドが発生して光検出素子４の受光効率が低下して検出精度が低下する懸念がある。

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、複数個の発光素子それぞれから放射される光を１対１で各別に検出する複数の光検出素子がパッケージに一体に形成された構成を採用しながらも、光検出素子間のリーク電流に起因して各光検出素子の検出精度が低下するのを防止することができる発光装置を提供することにある。

請求項１の発明は、発光色が互いに異なる複数個の発光素子と、当該複数個の発光素子を収納するパッケージとを備え、各発光素子から放射される光を１対１で各別に検出する複数の光検出素子がパッケージに形成された発光装置であって、パッケージは、各発光素子が収納される収納凹所が一表面に形成され各発光素子が実装される実装基板と、半導体基板を用いて形成されて実装基板の前記一表面側に接合されたものであって実装基板の収納凹所に連通する光取出孔が形成されるとともに光取出孔の周部において収納凹所に臨む表面側に複数の光検出素子それぞれの受光面が形成された光検出素子形成基板とを備え、光検出素子形成基板が、光取出孔の周方向に離間して形成された複数の分離用スリットにより光検出素子が１つずつ形成された小片に分離されてなることを特徴とする。

この発明によれば、パッケージが、発光色が互いに異なる各発光素子が収納される収納凹所が一表面に形成され各発光素子が実装される実装基板と、半導体基板を用いて形成されて実装基板の前記一表面側に接合されたものであって実装基板の収納凹所に連通する光取出孔が形成されるとともに光取出孔の周部において収納凹所に臨む表面側に複数の光検出素子それぞれの受光面が形成された光検出素子形成基板とを備え、光検出素子形成基板が、光取出孔の周方向に離間して形成された複数の分離用スリットにより光検出素子が１つずつ形成された小片に分離されているので、複数個の発光素子それぞれから放射される光を１対１で各別に検出する複数の光検出素子がパッケージに一体に形成された構成を採用しながらも、光検出素子間のリーク電流に起因して各光検出素子の検出精度が低下するのを防止することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記実装基板の前記収納凹所に充填され前記各発光素子を封止した透光性封止材からなる封止部を備え、前記光検出素子形成基板は、前記実装基板の前記収納凹所の投影領域へ張り出した張出部に前記各分離用スリットそれぞれの一部が形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記光検出素子形成基板の前記各分離用スリットそれぞれの一部が、前記実装基板の前記収納凹所の投影領域へ張り出した張出部に形成されているので、封止部となる透光性封止材を前記実装基板の前記収納凹所に充填する際に張出部直下付近から気泡が前記各分離用スリットを通して抜けやすくなり、封止部にボイドが発生するのを抑制でき、前記各光検出素子の受光効率を向上できて前記各光検出素子の検出精度を向上できる。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記実装基板の平面視における外周形状が正方形状であって、前記収納凹所の開口形状が正方形状であり、前記光検出素子形成基板は、前記光取出孔の開口形状が円形状であり、平面視において前記実装基板の各辺それぞれの中点に直交する方向に沿って前記各分離用スリットが形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記収納凹所の開口形状が正方形状である一方で前記光取出孔の開口形状が円形状であり、平面視において外周形状が正方形状の前記実装基板の各辺それぞれの中点に直交する方向に沿って前記各分離用スリットが形成されているので、前記各光検出素子それぞれの受光面の面積を大きくでき、前記各光検出素子の検出精度を向上できる。

請求項４の発明は、請求項２の発明において、前記実装基板の平面視における外周形状が正方形状であって、前記収納凹所の開口形状が正方形状であり、前記光検出素子形成基板は、前記光取出孔の開口形状が円形状であり、平面視において前記実装基板の対角線に沿って前記各分離用スリットが形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記収納凹所の開口形状が正方形状である一方で前記光取出孔の開口形状が円形状であり、平面視において外周形状が正方形状の前記実装基板の対角線に沿って前記各分離用スリットが形成されているので、前記透光性封止材を前記実装基板の前記収納凹所に充填する際に張出部直下付近から気泡が前記各分離用スリットを通してより抜けやすくなり、前記封止部にボイドが発生するのをより抑制でき、前記各光検出素子の受光効率を向上できて前記各光検出素子の検出精度を向上できる。

請求項５の発明は、請求項２ないし請求項４の発明において、前記実装基板は、前記収納凹所の内部空間を各発光色の前記発光素子それぞれの収納空間に区画し前記各発光素子それぞれから放射された光が２つ以上の前記光検出素子の受光面へ入射するのを阻止する遮光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、前記実装基板に、前記収納凹所の内部空間を各発光色の前記発光素子それぞれの収納空間に区画し前記各発光素子それぞれから放射された光が２つ以上の前記光検出素子の受光面へ入射するのを阻止する遮光部が設けられているので、各発光色の前記各発光素子それぞれから放射された光を対応する前記各光検出素子でより精度良く検出することができる。

請求項６の発明は、請求項３の発明において、前記光検出素子は、フォトダイオードとカラーフィルタとで構成されるカラーセンサであることを特徴とする。

この発明によれば、請求項５の発明のような遮光部を設ける必要がなくて前記実装基板の小型化を図れて発光装置全体の小型化を図れ、しかも、色ずれを少なくすることが可能となる。

請求項１の発明では、複数個の発光素子それぞれから放射される光を１対１で各別に検出する複数の光検出素子がパッケージに一体に形成された構成を採用しながらも、光検出素子間のリーク電流に起因して各光検出素子の検出精度が低下するのを防止することができ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５に基づいて説明する。

本実施形態の発光装置は、発光色が互いに異なる複数個（本実施形態では、４個）のＬＥＤチップ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄを収納するパッケージ２とを備え、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄから放射される光を１対１で各別に検出する複数（本実施形態では、４つ）の光検出素子４がパッケージ２に形成されている。ここにおいて、本実施形態では、ＬＥＤチップ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄとして、それぞれ、赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ、青色ＬＥＤチップ、黄色ＬＥＤチップを採用しており、赤色光と緑色光と青色光と黄色光の混色光として白色光を得ることができる。ただし、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄの発光色は特に限定するものではなく、所望の混色光に応じて適宜選択すればよい。なお、本実施形態では、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄそれぞれが発光素子を構成している。

パッケージ２は、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄが収納される収納凹所２ｂが一表面に形成され各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄが実装される実装基板２ａと、シリコン基板４０ａを用いて形成されて実装基板２ａの上記一表面側に接合されたものであって実装基板２ａの収納凹所２ｂに連通する円形状の光取出孔４１が形成されるとともに光取出孔４１の周部において収納凹所２ｂに臨む表面側に複数の光検出素子４それぞれの受光面が形成された光検出素子形成基板４０とで構成され、収納凹所２ｂ内および光取出孔４１内が各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄ、各ボンディングワイヤ１４などを封止した透光性封止材（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、ガラスなど）からなる封止部５により充実され、光検出素子形成基板４０における実装基板２ａ側とは反対側に、透光性部材３が接合されている。なお、透光性部材３は、必ずしも設けなくてもよく、必要に応じて適宜設ければよい。

実装基板２ａは、シリコン基板２０ａを用いて形成され各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄが実装される矩形板状のベース基板２０と、シリコン基板３０ａを用いて形成され収納凹所２ｂ形成用の矩形状の開口窓３１を有する配光用基板３０とを接合して構成されており、ベース基板２０と配光用基板３０とで囲まれた空間が上記収納凹所２ｂを構成している。また、光検出素子形成基板４０は、実装基板２ａの収納凹所２ｂの投影領域へ張り出した張出部２ｃ（つまり、張出部２ｃは、光検出素子形成基板４０において配光用基板３０の開口窓３１上に張り出した部位により構成されている）に各光検出素子４が設けられている。

ここにおいて、ベース基板２０、配光用基板３０および光検出素子形成基板４０の外周形状は矩形状であり、配光用基板３０および光検出素子形成基板４０はベース基板２０と同じ外形寸法に形成されている。また、光検出素子形成基板４０の厚み寸法はベース基板２０および配光用基板３０の厚み寸法に比べて小さく設定されている。

上述のベース基板２０、配光用基板３０、および光検出素子形成基板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、配光用基板３０の内側面が、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された（１１１）面により構成されており（つまり、配光用基板３０は、開口窓３１の開口面積がベース基板２０から離れるにつれて徐々に大きくなっており）、ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄから側方へ放射された光を前方（張出部２ｃ側）へ反射するミラー２ｄを構成している。要するに、本実施形態では、配光用基板３０が各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄから側方へ放射された光を前方へ反射させるリフレクタを兼ねている。

ベース基板２０は、シリコン基板２０ａの一表面側（図２における上面側）に、ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄの両電極それぞれと電気的に接続される２つ１組の導体パターン２５ａ，２５ａが４組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２つ１組の導体パターン２５ｂ，２５ｂが４組形成されており、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２における下面側）に形成された各外部接続用電極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、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。

本実施形態におけるＬＥＤチップ１ａ〜１ｄ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、ベース基板２０は、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄ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１ａ〜１ｄ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１ａ〜１ｄ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、ベース基板２０は、シリコン基板２０ａの上記他表面側における各ダイパッド部２５ａａそれぞれの投影領域に、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、シリコン基板２０ａの厚み方向において重なるダイパッド部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１ａ〜１ｄ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、ベース基板２０は、シリコン基板２０ａに、上述の各貫通孔配線２４それぞれが内側に形成される複数の貫通孔２２ａと、上述の各サーマルビア２６それぞれが内側に形成される複数の貫通孔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、各放熱用パッド部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、各放熱用パッド部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、Ａｌなどを採用してもよい。

配光用基板３０は、シリコン基板３０ａの一表面側（図２における下面側）に、ベース基板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１組の導体パターン（図示せず）が４組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、シリコン基板３０ａの他表面側（図２における上面側）に、貫通孔配線３４，３４を介して上記一表面側の２つ１組の導体パターンと電気的に接続される２つ１組の導体パターン３７，３７が４組形成されるとともに、光検出素子形成基板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、配光用基板３０は、上述の複数の貫通孔配線３４それぞれが内側に形成される複数の貫通孔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、上記一表面側の各導体パターンおよび上記他表面側の各導体パターン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、上記一表面側の各導体パターンおよび上記他表面側の各導体パターン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、Ａｌなどを採用してもよい。

光検出素子形成基板４０は、シリコン基板４０ａの一表面側（図２における下面側）に、配光用基板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１組の導体パターン４７ａ，４７ｂが４組形成されるとともに、配光用基板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、各光検出素子４は、フォトダイオードにより構成されており、光検出素子形成基板４０に形成された２つ１組の導体パターン４７ａ，４７ｂの一方の導体パターン４７ａは、光検出素子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４７ｂ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、光検出素子形成基板４０は、シリコン基板４０ａの上記一表面側にシリコン酸化膜からなる絶縁膜４３が形成されており、当該絶縁膜４３がフォトダイオードの反射防止膜を兼ねている。また、光検出素子形成基板４０は、上記一方の導体パターン４７ａが、絶縁膜４３に形成した第１のコンタクトホール（図示せず）を通してｐ形領域４ａと電気的に接続され、上記他方の導体パターン４７ｂが絶縁膜４３に形成した第２のコンタクトホール（図示せず）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４７ａ，４７ｂおよび接合用金属層４８は、絶縁膜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、絶縁膜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膜と絶縁膜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。

ところで、上述の光検出素子形成基板４０は、光取出孔４１の周部において収納凹所２ｂに臨む表面側に複数の光検出素子４それぞれの受光面が形成されているが、光取出孔４１の周方向に離間して形成された複数（本実施形態では、４つ）の分離用スリット４９により光検出素子４が１つずつ形成された小片４２に分離されている。ここにおいて、光検出素子形成基板４０は、実装基板２ａの収納凹所２ｂの投影領域へ張り出した張出部２ｃに各分離用スリット４９それぞれの一部が形成されている。より具体的に説明すれば、実装基板２ａの平面視における外周形状が正方形状であって、収納凹所２ｂの開口形状が正方形状であり、光検出素子形成基板４０は、光取出孔４１の開口形状が円形状であり、平面視において実装基板２ａの外周線の各辺それぞれの中点に直交する方向に沿って各分離用スリット４９が形成されている。

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、パッケージ２と同じ外周形状の矩形板状に形成されており、パッケージ２側とは反対の光取り出し面に、ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄ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１ａ〜１ｄ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。

上述の発光装置の形成にあたっては、各光検出素子４、絶縁膜４３、各導体パターン４７ａ，４７ｂ、および接合用金属層４８が形成され且つ光取出孔４１および各分離用スリット４９が形成されていないシリコン基板４０ａ（図５（ｂ）参照）と配光用基板３０とを接合する第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に光取出孔４１を形成するのと同時に各分離用スリット４２を形成する光取出孔形成工程を行うことで光検出素子形成基板４０（図５（ａ）参照）を完成させてから、ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄが搭載され各ボンディングワイヤ１４の結線が行われたベース基板２０（つまり、ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄが実装されたベース基板２０）と配光用基板３０とを接合する第２の接合工程を行うことによりパッケージ２を完成させ、続いて、パッケージ２における実装基板２ａの収納凹所２ｂ内および光検出素子形成基板４０の光取出孔４１内に透光性封止材（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、ガラスなど）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パッケージ２と透光性部材３とを接合する第３の接合工程を行うようにすればよい。ここにおいて、第１の接合工程、第２の接合工程では、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常温接合法を採用しているが、常温接合法に限らず、ＡｕＳｎや半田などの低融点共晶材料を用いた接合法を採用してもよい。

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と配光用基板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４７ａ，４７ｂと配光用基板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４７ａ，４７ｂ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４７ａ，４７ｂ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、特に常温接合法により接合する際の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、上述の第２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の導体パターン２５ｂ，２５ｂと配光用基板３０の導体パターン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と導体パターンとの互いの接合面の平坦度を高めることができ、特に常温接合法により接合する際の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、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、それぞれベース基板２０、配光用基板３０、光検出素子形成基板４０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、光取出孔形成工程、第２の接合工程、封止部形成工程、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パッケージ２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と光検出素子形成基板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２を実現できるとともに、製造が容易になる。また、配光用基板３０におけるミラー２ｄと光検出素子形成基板４０における光検出素子４との相対的な位置精度を高めることができ、ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄから側方へ放射された光がミラー２ｄにより反射されて各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄに対応する光検出素子４へ導かれる。

ところで、本実施形態の発光装置は、上述のように、光検出素子形成基板４０に各発光色のＬＥＤチップ１ａ〜１ｄそれぞれから放射された光を各別に検出する４つの光検出素子４が設けられており、４つの光検出素子４と互いに発光色の異なる４つのＬＥＤチップ１ａ〜１ｄとを１対１で対応させるために、実装基板２ａにおける収納凹所２ｂの内部空間（つまり、ベース基板２０と配光用基板３０とで囲まれた内部空間）を各発光色のＬＥＤチップ１ａ〜１ｄそれぞれの収納空間に区画し各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄそれぞれから放射された光が２つ以上の光検出素子４の受光面へ入射するのを阻止する十字状の遮光部３９が、配光用基板３０に連続一体に形成されている。見方を変えれば、本実施形態の発光装置では、遮光部３９が、ベース基板２０から突設され上記内部空間を上記各収納空間に区画する十字状の仕切壁により構成されている。ここで、本実施形態の発光装置では、配光用基板３０の開口窓３１が遮光部３９によって４つの小空間３１ａに区画されており、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄそれぞれから放射される光の放射範囲が遮光部３９により制限される。ここにおいて、本実施形態では、配光用基板３０における遮光部３９がアルカリ系溶液を用いた異方性エッチングにより開口窓３１と同時に形成されており、遮光部３９の各側面が開口窓３１の内側面と同様に（１１１）面となっているので、遮光部３９の各側面がＬＥＤチップ１ａ〜１ｄから放射された光を前方へ反射するミラーとして機能する。なお、本実施形態の発光装置では、遮光部３９の先端面と透光性部材３とが離間しているので、遮光部３９に起因して影（暗部）が生じるのを防止することができる。

以上説明した本実施形態の発光装置では、パッケージ２が、発光色が互いに異なる複数個のＬＥＤチップ１ａ〜１ｄが収納される収納凹所２ｂが上記一表面に形成され各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄが実装される実装基板２ａと、シリコン基板４０ａを用いて形成されて実装基板２ａの上記一表面側に接合されたものであって実装基板２ａの収納凹所２ｂに連通する光取出孔４１が形成されるとともに光取出孔４１の周部において収納凹所２ｂに臨む表面側に複数の光検出素子４それぞれの受光面が形成された光検出素子形成基板４０とを備え、光検出素子形成基板４０が、光取出孔４１の周方向に離間して形成された複数の分離用スリット４９により光検出素子４が１つずつ形成された小片４２に分離されているので、複数個のＬＥＤチップ１ａ〜１ｄそれぞれから放射される光を１対１で各別に検出する複数の光検出素子４がパッケージ２に一体に形成された構成を採用しながらも、光検出素子４間のリーク電流に起因して各光検出素子４の検出精度が低下するのを防止することができる。なお、本実施形態では、ベース基板２０、配光用基板３０、光検出素子形成基板４０それぞれをシリコン基板２０ａ，３０ａ，４０ａを用いて形成してあるが、シリコン基板２０ａ，３０ａ，４０ａに限らず、半導体基板であればよく、例えば、シリコンカーバイド基板（ＳｉＣ基板）を用いて形成してもよい。また、少なくとも光検出素子形成基板４０は、シリコン基板４０ａなどの半導体基板を用いて形成する必要があるが、ベース基板２０および配光用基板３０については、必ずしも半導体基板により形成する必要はなく、例えば、金属板などを用いて形成してもよい。

また、本実施形態の発光装置では、光検出素子形成基板４０の各分離用スリット４９それぞれの一部が、実装基板２ａの収納凹所２ｂの投影領域へ張り出した張出部２ｃに形成されているので、各分離用スリット４９の幅を遮光部３９の幅よりも広く設定しておけば、封止部５となる透光性封止材を実装基板２ａの収納凹所２ｂに充填する際に張出部２ｃ直下付近から気泡が各分離用スリット４９を通して抜けやすくなり、封止部５にボイドが発生するのを抑制でき、各光検出素子４の受光効率を向上できて各光検出素子４の検出精度を向上できる。また、本実施形態の発光装置では、実装基板２ａの収納凹所２ｂの開口形状が正方形状である一方で光検出素子形成基板４０の光取出孔４１の開口形状が円形状であり、平面視において外周形状が正方形状の実装基板２ａの各辺それぞれの中点に直交する方向に沿って各分離用スリット４９が形成されているので、各光検出素子４それぞれの受光面の面積を大きくでき、各光検出素子４の検出精度を向上できる。

また、本実施形態の発光装置では、実装基板２ａにおける収納凹所２ｂの内部空間を各発光色のＬＥＤチップ１ａ〜１ｄそれぞれの収納空間に区画し各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄそれぞれから放射された光が２つ以上の光検出素子４の受光面へ入射するのを阻止する十字状の遮光部３９が実装基板２ａに形成されているので、各発光色のＬＥＤチップ１ａ〜１ｄと各光検出素子４とを１対１で対応させることができ、各光検出素子４において対応するＬＥＤチップ１ａ〜１ｄから放射された光のみを選択的に検出可能となり、各発光色のＬＥＤチップ１ａ〜１ｄから放射された光を対応する光検出素子４で精度良く検出することができ、しかも、各光検出素子４それぞれに透過特性の異なるフィルタを設ける必要がないから、低コスト化が可能となる。また、本実施形態の発光装置では、パッケージ２を複数のシリコン基板２０ａ，３０ａ，４０ａ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電変換素子からなる光検出素子４を一般的な半導体製造プロセスによってパッケージ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、上述の発光装置の製造方法では、パッケージ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１ａ〜１ｄ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。

また、本実施形態の発光装置を例えば回路基板などに実装して照明装置を構成する場合、当該回路基板に各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄを駆動する駆動回路部と、各光検出素子４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１ａ〜１ｄ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１ａ〜１ｄ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〜１ｄ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）
以下、本実施形態の発光装置について図６および図７に基づいて説明する。

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、光検出素子形成基板４０における各分離用スリット４９の形成位置などが相違する。ここにおいて、本実施形態における光検出素子形成基板４０は、光取出孔４１の開口形状が円形状であり、平面視において実装基板２ａの対角線に沿って各分離用スリット４９が形成されている。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。また、本実施形態では、光検出素子形成基板４０における各分離用スリット４９の形成位置の変更に伴って貫通孔配線２４，３４などの形成位置も適宜変更してある。

しかして、本実施形態の発光装置では、実装基板２ａの収納凹所２ｂの開口形状が正方形状である一方で光取出孔４１の開口形状が円形状であり、平面視において外周形状が正方形状の実装基板２ａの対角線に沿って各分離用スリット４９が形成されているので、透光性封止材を実装基板２ａの収納凹所２ｂに充填する際に張出部２ｃ直下付近から気泡が各分離用スリット４９を通してより抜けやすくなり、封止部５にボイドが発生するのをより抑制でき、各光検出素子４の受光効率を向上できて各光検出素子４の検出精度を向上できる。

（実施形態３）
本実施形態の発光装置について図８および図９に基づいて説明する。

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、実施形態１にて説明した遮光部３９を設けていない点などが相違する。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。

本実施形態の発光装置は、光検出素子形成基板４０における光検出素子４をフォトダイオードとフォトダイオードの受光面側に形成されたカラーフィルタとで構成されるカラーセンサにより構成してあり、各カラーフィルタを各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄそれぞれの発光色を選択的に透過させるように設計することにより、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄそれぞれの発光色の波長域の光を各光検出素子４で同時かつ各別に精度良く検出することができるようになっている。

しかして、本実施形態の発光装置では、実施形態１で説明した遮光部３９を設ける必要がなくて実装基板２ａの小型化を図れて発光装置全体の小型化を図れ、しかも、色ずれを少なくすることが可能となる。

なお、上記各実施形態１〜３における各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｃの発光色と蛍光体の発光色との組み合わせは上述の組み合わせに限らず、所望の混色光に応じて適宜選択すればよい。

また、上記各実施形態１〜３では、パッケージ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、各シリコン基板の代わりにシリコンカーバイド基板（ＳｉＣ基板）を用いれば、耐熱性を向上させることができる。また、ＳｉＣの方がＳｉに比べて熱伝導率が高いので、パッケージ２の放熱性を高めることができる。また、上記各実施形態１〜３では、実装基板２ａを２枚のシリコン基板２０ａ，３０ａを用いて形成してあるが、１枚のシリコン基板を用いて形成してもよい。また、実装基板２ａにおけるシリコン基板２０ａの代わりに、金属板を用いてもよく、この場合には、放熱性を高めることが可能となる。また、上記各実施形態１〜３におけるＬＥＤチップ１ａ〜１ｄとしては、例えば、結晶成長用基板の主表面側に発光部などをエピタキシャル成長した後に発光部を支持する導電性基板（例えば、Ｓｉ基板など）を発光部に固着してから、結晶成長用基板などを除去したものを用いてもよい。

実施形態１の発光装置を示す概略分解斜視図である。 同上の発光装置の概略断面図である。 同上の発光装置の要部概略平面図である。 同上の発光装置の要部概略斜視図である。 同上の発光装置の製造方法の説明図である。 実施形態２の発光装置を示す概略分解斜視図である。 同上の発光装置の要部概略下面図である。 実施形態３の発光装置を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は要部概略平面図である。 同上の発光装置の概略分解斜視図である。 従来例の発光装置を示す概略断面図である。 同上の発光装置の概略分解斜視図である。

符号の説明

１ａ〜１ｄ ＬＥＤチップ（発光素子）
２ パッケージ
２ａ 実装基板
２ｂ 収納凹所
２ｃ 張出部
４ 光検出素子
２０ ベース基板
２０ａ シリコン基板
２４ 貫通孔配線
３０ 配光用基板
３０ａ シリコン基板
３４ 貫通孔配線
３９ 遮光部
４０ 光検出素子形成基板
４０ａ シリコン基板（半導体基板）
４２ 小片
４９ 分離用スリット

Claims (6)

1. 発光色が互いに異なる複数個の発光素子と、当該複数個の発光素子を収納するパッケージとを備え、各発光素子から放射される光を１対１で各別に検出する複数の光検出素子がパッケージに形成された発光装置であって、パッケージは、各発光素子が収納される収納凹所が一表面に形成され各発光素子が実装される実装基板と、半導体基板を用いて形成されて実装基板の前記一表面側に接合されたものであって実装基板の収納凹所に連通する光取出孔が形成されるとともに光取出孔の周部において収納凹所に臨む表面側に複数の光検出素子それぞれの受光面が形成された光検出素子形成基板とを備え、光検出素子形成基板が、光取出孔の周方向に離間して形成された複数の分離用スリットにより光検出素子が１つずつ形成された小片に分離されてなることを特徴とする発光装置。
2. 前記実装基板の前記収納凹所に充填され前記各発光素子を封止した透光性封止材からなる封止部を備え、前記光検出素子形成基板は、前記実装基板の前記収納凹所の投影領域へ張り出した張出部に前記各分離用スリットそれぞれの一部が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。
3. 前記実装基板の平面視における外周形状が正方形状であって、前記収納凹所の開口形状が正方形状であり、前記光検出素子形成基板は、前記光取出孔の開口形状が円形状であり、平面視において前記実装基板の各辺それぞれの中点に直交する方向に沿って前記各分離用スリットが形成されてなることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
4. 前記実装基板の平面視における外周形状が正方形状であって、前記収納凹所の開口形状が正方形状であり、前記光検出素子形成基板は、前記光取出孔の開口形状が円形状であり、平面視において前記実装基板の対角線に沿って前記各分離用スリットが形成されてなることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
5. 前記実装基板は、前記収納凹所の内部空間を各発光色の前記発光素子それぞれの収納空間に区画し前記各発光素子それぞれから放射された光が２つ以上の前記光検出素子の受光面へ入射するのを阻止する遮光部が設けられてなることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の発光装置。
6. 前記光検出素子は、フォトダイオードとカラーフィルタとで構成されるカラーセンサであることを特徴とする請求項３記載の発光装置。

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