JP4720665B2

JP4720665B2 - Ｌｅｄ照明器具

Info

Publication number: JP4720665B2
Application number: JP2006208839A
Authority: JP
Inventors: 和司吉田; 將有鎌倉; 昌男桐原; 威中筋; 健一郎田中
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2026-07-31
Also published as: JP2008034315A

Description

本発明は、発光色の異なる複数種のＬＥＤチップを用いて所望の混色光を得るようにしたＬＥＤ照明器具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（例えば、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ）を実装した回路基板と、回路基板などが収納される器具本体と、回路基板における各ＬＥＤ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、上記特許文献１に開示されたＬＥＤ照明器具は、各発光色ごとのＬＥＤ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ＬＥＤの光出力を検出するフォトダイオードなどからなる光検出装置と、各ＬＥＤから放射された光を光検出装置へ導光するための光ファイバと、光検出装置により検出された各発光色ごとのＬＥＤ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を介して各発光色ごとにＬＥＤ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ＬＥＤ群の光出力と緑色ＬＥＤ群の光出力と青色ＬＥＤ群の光出力とを１つの光検出装置により各別に測定するために、赤色ＬＥＤ群のみが点灯する期間と緑色ＬＥＤ群のみが点灯する期間と青色ＬＥＤ群のみが点灯する期間とが時系列的に現れるように、制御部が駆動回路部を制御するようになっている。
特表２００２−５３３８７０号公報

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ＬＥＤから放射された光を１本の光ファイバを介して伝搬させるように構成されているので、全てのＬＥＤの光を光検出装置により安定して検出することが難しく、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。また、上記特許文献１に開示されたＬＥＤ照明器具では、ＬＥＤチップおよび当該ＬＥＤチップを収納した砲弾型のパッケージとからなる発光装置とは別に、発光装置から出射された光の一部を光検出装置へ導光させる光ファイバのような導光部材を別途に設ける必要があり、器具本体内に導光部材を収納するためのスペースを確保する必要があり、器具本体の薄型化が難しかった。

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、発光装置とは別途に導光部材を設ける必要がなく、器具全体として得られる混色光の光色や色温度の精度を向上することができるＬＥＤ照明器具を提供することにある。

請求項１の発明は、発光色の異なる複数種のＬＥＤチップを用いて所望の混色光を得るようにしたＬＥＤ照明器具であって、器具本体と、ＬＥＤチップを収納したパッケージに当該パッケージ内のＬＥＤチップから放射される光を検出する光検出素子が設けられ器具本体に保持された複数の発光装置と、光検出素子の出力に基づいて当該光検出素子が設けられているパッケージ内のＬＥＤチップの光出力を制御する制御部とを備え、パッケージは、ＬＥＤチップが搭載されるベース基板部と、ＬＥＤチップを囲む形でベース基板部から突設された壁部と、壁部の先端部から内方へ突出した張出部とを具備する実装基板を有し、張出部におけるベース基板部との対向面側に光検出素子が配置されてなることを特徴とする。

この発明によれば、各発光装置が、ＬＥＤチップを収納したパッケージに当該パッケージ内のＬＥＤチップから放射される光を検出する光検出素子を備え、パッケージは、ＬＥＤチップが搭載されるベース基板部と、ＬＥＤチップを囲む形でベース基板部から突設された壁部と、壁部の先端部から内方へ突出した張出部とを具備する実装基板を有し、張出部におけるベース基板部との対向面側に光検出素子が配置されているので、発光装置とは別途に導光部材を設ける必要がなく、発光装置の配置設計によらずＬＥＤチップから放射される光を当該ＬＥＤチップが収納されたパッケージに設けられた光検出素子により安定して精度良く検出することができ、器具全体として得られる混色光の光色や色温度の精度を向上することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、発光装置は、発光色の異なる複数種のＬＥＤチップがパッケージ内に収納されるとともに、各発光色のＬＥＤチップから放射される光を各別に検出する複数の光検出素子が実装基板の張出部に設けられてなることを特徴とする。

この発明によれば、各発光装置それぞれにおいて発光色の異なる複数種のＬＥＤチップから放射される光を各別に検出でき、各発光装置ごとに混色光の光色および色温度を制御することができるので、発光装置の配置設計の自由度が高くなる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、実装基板は、３枚のシリコン基板を用いて形成され、制御部は、各発光装置それぞれのパッケージに集積化して設けられてなることを特徴とする。

この発明によれば、各発光装置とは別に制御部を設ける必要がないので、回路基板などへの各発光装置の配置設計が容易になる。

請求項１の発明では、発光装置とは別途に導光部材を設ける必要がなく、器具全体として得られる混色光の光色や色温度の精度を向上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ＬＥＤ照明器具について図１〜図９を参照しながら説明する。

本実施形態のＬＥＤ照明器具は、シーリングライトであり、天井材のような造営材２００に取り付けられる円盤状の器具本体１１０（図１（ａ）、図２、図６参照）を備えている。器具本体１１０は、造営材２００側とは反対側の一面（図１（ａ）の下面）に円形状に開口した凹所１１１が形成され、さらに凹所１１１の内底面に、複数個（本実施形態では、８個）の発光装置Ａを実装した円板状のプリント配線板からなる回路基板１３０を収納する収納凹所１１２が形成されている。

ここにおいて、本実施形態のＬＥＤ照明器具では、回路基板１３０を器具本体１１０に取り付けることにより、各発光装置Ａが器具本体１１０に保持されている。本実施形態では、回路基板１３０を器具本体１１０に取り付けるにあたって、シリカやアルミナなどのフィラーからなる充填材を含有し且つ加熱時に低粘度化する樹脂シート（例えば、溶融シリカを高充填したエポキシ樹脂シートのような有機グリーンシート）からなるシート状の接合用部材（図示せず）を回路基板１３０と器具本体１１０の収納凹所１１２の内底面との間に介在させて両者を接合しているが、ねじなどの固定具を用いて回路基板１３０を器具本体１１０に取り付けるようにしてもよい。なお、器具本体１１０は、例えば、Ａｌ、Ｃｕなどの熱伝導率の高い金属材料により形成されている。

器具本体１１０の他面（図１（ａ）の上面）の中央部には造営材２００に形成された円形状の取付孔２０１に挿入される円柱状の埋込部１１３が突設されており、器具本体１１０は、回路基板１３０への給電用の２本の電線１９６を収納凹所１１２内へ導入するための電線挿通孔１１４が、埋込部１１３の先端面と収納凹所１１２の内底面の中央部との間の部位に貫設されている。要するに、器具本体１１０は、収納凹所１１２の底部に電線挿通孔１１４が貫設されている。なお、各電線１９６における回路基板１３０に接続される一端側とは反対の他端側には、別置の電源ユニット（図示せず）の出力用の第１のコネクタ（図示せず）に着脱自在に接続される第２のコネクタ１９７が設けられている。

また、上述の器具本体１１０には、当該器具本体１１０を造営材２００に取り付けるための複数（本実施形態では、２つ）の取付ねじ１１８それぞれを上記一面側から挿通する複数（本実施形態では、２つ）のねじ挿通孔１１５が凹所１１１の内底面と器具本体１１０の上記他面との間の部位に貫設されている。したがって、天井材などの造営材２００に取付ねじ１１８を用いて器具本体１１０を取り付けることができる。

また、本実施形態のＬＥＤ照明器具は、回路基板１３０の一表面側（図１（ａ）の下面側）に配置される透光性カバー１４０と、器具本体１１０の上記一面側において収納凹所１１２の周部および各取付ねじ１１８を覆う形で器具本体１１０に取着される枠状の化粧カバー１５０を備えている。

透光性カバー１４０（図１（ａ）、図２、図７参照）は、回路基板１３０の上記一表面側において回路基板１３０から離間して配置される前板部１４０ａと、前板部１４０ａの周縁から器具本体１１０の収納凹所１１１の内底面側へ連続一体に突出した円環状の側板部１４０ｂとを備えている。ここで、器具本体１１０には、透光性カバー１４０を固定するための固定ねじ１１９を挿通する２つのねじ挿通孔１１７が形成されており、透光性カバー１４０には、器具本体１１０の上記他面側から器具本体１１０のねじ挿通孔１１７に挿通された固定ねじ１１９の先端部が螺合するねじ孔１４０ｄを有する２つのボス部１４０ｃが連続一体に形成されている。なお、回路基板１３０の周部において各ボス部１４０ｃそれぞれに対応する部位には、切欠部が形成されている。

また、化粧カバー１５０（図１（ａ）、図２、図８、図９参照）は、弾性を有する合成樹脂（例えば、ＰＢＴ、ＡＢＳなど）を用いて形成されており、器具本体１１０に形成された複数の係合孔１１６（図６参照）それぞれに係合する複数の係止突起１５２が器具本体１１０との対向面から突設されている。すなわち、化粧カバー１５０は、各係止突起１５２それぞれを器具本体１１０の各係合孔１１６それぞれに挿入して各係合孔１１６の周部に係合させることにより器具本体１１０に取着される。ここにおいて、上述の透光性カバー１４０は、化粧カバー１５０の円形状の開口窓１５１を通して露出するようになっている。したがって、器具本体１１０を取付ねじ１１８を用いて造営材２００に取り付けた後で、器具本体１１０に化粧カバー１５０を取り付ければ、器具本体１１０の上記一面側から取付ねじ１１８が見えなくなるので、見栄えを良くすることができる。なお、上述の化粧カバー１５０は合成樹脂の成形品により構成されているが、化粧カバー１５０を金属により形成すれば、化粧カバー１５０が合成樹脂により形成されている場合に比べて、各発光装置Ａで発生した熱をより効果的に放熱させることができる。ここで、化粧カバー１５０を金属により形成する場合には、例えば、板ばねを利用して器具本体１１０に取り付けるような構造を採用することで器具本体１１０に対して着脱自在としてもよいし、器具本体１１０にねじ込んで取り付けるような構造を採用して器具本体１１０に対して着脱自在としてもよい。

また、各発光装置Ａは、後述のように発光色の異なる複数種のＬＥＤチップ１がパッケージＢに収納されるとともにパッケージＢに各発光色のＬＥＤチップ１から放射された光を各別に検出するフォトダイオードよりなる光検出素子４が設けられており、上述の回路基板１３０には、各発光装置Ａの他に、各発光装置Ａの各ＬＥＤチップ１それぞれを駆動する駆動回路部（図示せず）と、光検出素子４の出力に基づいて当該光検出素子４が設けられているパッケージＢ内のＬＥＤチップ１の光出力を制御するマイクロコンピュータなどからなる制御部１６０とが実装されている。ここにおいて、制御部１６０は、各光検出素子４の出力が所望の混色光に応じて予め設定された目標値となるように駆動回路部を介して各発光装置Ａの各ＬＥＤチップ１それぞれへの順方向電流の通電量をフィードバック制御する。

以下、上述の発光装置Ａについて図１〜図５に基づいて説明する。

発光装置Ａは、互いに発光色の異なる複数（本実施形態では、４つ）のＬＥＤチップ１と、各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の内底面に各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に設けられ各発光色のＬＥＤチップ１から放射された光を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）からなり各ＬＥＤチップ１および各ＬＥＤチップ１それぞれ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と備えている。また、実装基板２は、上記一表面側において収納凹所２ａの周部から内方へ突出した庇状の張出部２ｃを有しており、当該張出部２ｃに各光検出素子４が設けられている。なお、本実施形態では、実装基板２と透光性部材３とでパッケージＢを構成しているが、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。

本実施形態における発光装置Ａでは、４つのＬＥＤチップ１として、発光色が赤色のＬＥＤチップ１ａと、発光色が緑色のＬＥＤチップ１ｂと、発光色が青色のＬＥＤチップ１ｃと、発光色が黄色のＬＥＤチップ１ｄとを採用しており、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１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。

実装基板２は、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄが一表面側に搭載される矩形板状のＬＥＤ搭載用基板２０と、ＬＥＤ搭載用基板２０の上記一表面側に対向配置され円形状の光取出窓４１が形成されるとともに各光検出素子４が形成された光検出素子形成基板４０と、ＬＥＤ搭載用基板２０と光検出素子形成基板４０との間に介在し光取出窓４１に連通する矩形状の開口窓３１が形成された中間層基板３０とで構成されており、ＬＥＤ搭載用基板２０と中間層基板３０と光検出素子形成基板４０とで囲まれた空間が上記収納凹所２ａを構成している。ここにおいて、ＬＥＤ搭載用基板２０および中間層基板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、中間層基板３０および光検出素子形成基板４０はＬＥＤ搭載用基板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ＬＥＤ搭載用基板２０および中間層基板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、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄが搭載されるベース基板部を構成し、中間層基板３０と光検出素子形成基板４０とで、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄ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、光検出素子形成基板４０において中間層基板３０の開口窓３１上に張り出した部位が、上述の張出部２ｃを構成している。要するに、張出部２ｃは、壁部２ｂの先端部から内方へ突出している。

上述のＬＥＤ搭載用基板２０、中間層基板３０、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、中間層基板３０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おり（つまり、中間層基板３０は、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っており）、ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄから側方（壁部２ｂ側）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、中間層基板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枠状のリフレクタを兼ねている。

ＬＥＤ搭載用基板２０は、シリコン基板２０ａの一表面側（図１（ｂ）における下面側）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、中間層基板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１（ｂ）における上面側）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、ＬＥＤ搭載用基板２０は、シリコン基板２０ａの上記一表面側に、中間層基板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チップであり、ＬＥＤ搭載用基板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。ここで、本実施形態では、ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄおよびダイパッド部２５ａａの平面視における外周形状を矩形状（図示例では、正方形状）としてあり、ダイパッド部２５ａａの平面サイズをＬＥＤチップ１ａ〜１ｄの平面サイズよりもやや大きく設定してある。

また、ＬＥＤ搭載用基板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（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搭載用基板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。なお、本実施形態では、各サーマルビア２６用の貫通孔２２ｂの開口形状および各貫通孔配線２４用の貫通孔２２ａの開口形状を円形状としてあるが、サーマルビア２６用の貫通孔２２ｂの内径寸法を貫通孔配線２４用の貫通孔２２ａの内径よりも大きく設定してあり、シリコン基板２０ａの厚み方向に直交する断面におけるサーマルビア２６の断面積が貫通孔配線２４の断面積よりも大きくなっている。

また、ＬＥＤ搭載用基板２０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、各導体パターン２５ａ，２５ａ，２５ｂ，２５ｂと接合用金属層２９とが同時に形成され、各外部接続用電極２７ａ，２７ａ，２７ｂ，２７ｂと各放熱用パッド部２８とが同時に形成されている。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。

中間層基板３０は、シリコン基板３０ａの一表面側（図１（ｂ）における上面側）に、ＬＥＤ搭載用基板２０の各組の導体パターン２７ｂ，２７ｂ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、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、中間層基板３０は、シリコン基板３０ａの他表面側（図１（ｂ）における下面側）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、中間層基板３０は、シリコン基板３０ａの厚み方向に貫通する複数の貫通孔３２が貫設され、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、上記一表面側の各導体パターンと接合用金属層３６とが同時に形成され、上記表面側の各導体パターン３７，３７と接合用金属層３８とが同時に形成されている。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。

光検出素子形成基板４０は、シリコン基板４０ａの一表面側（図１（ｂ）における上面側）に、中間層基板３０の各組の導体パターン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（図５参照）が４組形成されるとともに、中間層基板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４３ａ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。

上述の実装基板２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が形成されたシリコン基板４０ａと中間層基板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検出素子形成基板４０を完成させてから、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄが実装され各ボンディングワイヤ１４の結線が行われたＬＥＤ搭載用基板２０と中間層基板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と中間層基板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と中間層基板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、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搭載用基板２０の接合用金属層２９と中間層基板３０の接合用金属層３６とが接合されるとともに、ＬＥＤ搭載用基板２０の導体パターン２５ｂ，２５ｂと中間層基板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、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。

上述の発光装置Ａ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搭載用基板２０、中間層基板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、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搭載用基板２０と中間層基板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Ｂを実現できるとともに、製造が容易になる。また、中間層基板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、発光装置Ａ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、ベース基板部であるＬＥＤ搭載用基板２０と壁部２ｂとで囲まれた内部空間（つまり、実装基板２における収納凹所２ａ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、中間層基板３０に連続一体に形成されている。すなわち、本実施形態における発光装置Ａでは、中間層基板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、中間層基板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Ａでは、ＬＥＤ搭載用基板２０からの遮光部３９の突出高さが壁部２ｂの突出高さよりも低くなっており、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ＬＥＤ照明器具では、ＬＥＤチップ１を収納したパッケージＢに当該パッケージＢ内のＬＥＤチップ１から放射される光を検出する光検出素子４が設けられ器具本体１１０に保持された複数の発光装置Ａと、光検出素子４の出力に基づいて当該光検出素子４が設けられているパッケージＢ内のＬＥＤチップ１の光出力を制御する制御部１６０とを備えているので、発光装置Ａとは別途に光ファイバのような導光部材を器具本体１１０内に設ける必要がなく、発光装置Ａの配置設計によらずＬＥＤチップ１から放射される光を当該ＬＥＤチップ１が収納されたパッケージＢに設けられた光検出素子４により安定して精度良く検出することができ、器具全体として得られる混色光の光色や色温度の精度を向上することができる。

ここにおいて、本実施形態のＬＥＤ照明器具では発光装置Ａごとに、発光色の異なる複数種のＬＥＤチップ１ａ〜１ｄが１つのパッケージＢ内に収納されるとともに、各発光色のＬＥＤチップ１ａ〜１ｄから放射される光を各別に検出する複数の光検出素子４がパッケージＢに設けられているので、各発光装置Ａそれぞれにおいて発光色の異なる複数種のＬＥＤチップ１ａ〜１ｄから放射される光を各別に検出でき、各発光装置Ａごとに混色光の光色および色温度を制御することができるから、発光装置Ａの配置設計の自由度が高くなる。

（実施形態２）
本実施形態のＬＥＤ照明器具の基本構成は実施形態１と同じであり、実施形態１では発光装置Ａが発光色の異なる複数種のＬＥＤチップ１ａ〜１ｄを備えていたのに対して、図１０に示すように、発光装置Ａが１つのＬＥＤチップ１のみを備えており、ＬＥＤチップ１として赤色ＬＥＤチップを採用した発光装置Ａ（Ａａ）と、ＬＥＤチップ１として緑色ＬＥＤチップを採用した発光装置Ａ（Ａｂ）と、ＬＥＤチップ１として青色ＬＥＤチップを採用した発光装置Ａ（Ａｃ）との組が回路基板１３０上に所定数だけ実装されるとともに、当該回路基板１３０に各発光装置ＡのＬＥＤチップ１を駆動する駆動回路部（図示せず）と、各光検出素子４の出力に基づいて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部１６０とが設けられている点などが相違する。なお、本実施形態のＬＥＤ照明器具では、回路基板１３０における各発光装置Ａが実装されている一表面側に、発光装置Ａａ，Ａｂ，Ａｃの組ごとに発光装置Ａａ，Ａｂ，Ａｃを覆う透光性材料（例えば、シリコーン、アクリル樹脂など）からなるレンズ部（図示せず）を設けるとともに、当該レンズ部に、上記透光性材料とは屈折率の異なる材料（例えば、ガラスなど）からなる多数の小球状の光拡散材を添加しておくことにより、器具本体１１０の薄型化を図りながらも所望の混色光が得られるようにしてあるが、レンズ部に光各散材を添加しなくてもレンズ部の形状を適宜設計することで所望の混色光が得られるようにしてもよい。なお、その他の構成は実施形態１と同じなので図示および説明を省略する。また、組をなす複数の発光装置Ａａ，Ａｂ，Ａｃそれぞれの発光色の組み合わせは、所望の混色光に応じて適宜選択すればよく、組をなす発光装置Ａの数も３つに限定するものではなく、複数であればよい。

以下、本実施形態における発光装置Ａについて図１０〜図１８に基づいて説明するが、実施形態１における発光装置Ａと同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。

本実施形態における発光装置Ａの基本構成は実施形態１と略同じであって、可視光（例えば、赤色光、緑色光、青色光など）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から放射された光を検出する光検出素子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１１参照）を封止した封止部５と備えている。

実装基板２は、図１０〜図１２に示すように、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、ＬＥＤ搭載用基板２０の上記一表面側に対向配置され円形状の光取出窓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、ＬＥＤ搭載用基板２０と光検出素子形成基板４０との間に介在し光取出窓４１に連通する矩形状の開口窓３１が形成された中間層基板３０とで構成されており、ＬＥＤ搭載用基板２０と中間層基板３０と光検出素子形成基板４０とで囲まれた空間が上記収納凹所２ａを構成している。

ＬＥＤ搭載用基板２０は、図１３および図１４に示すように、シリコン基板２０ａの一表面側（図１３（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、中間層基板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１３（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搭載用基板２０は、シリコン基板２０ａの上記一表面側に、中間層基板３０と接合するための接合用金属層２９も形成されている。

中間層基板３０は、図１５および図１６に示すように、シリコン基板３０ａの一表面側（図１５（ｃ）における右面側）に、ＬＥＤ搭載用基板２０の２つの導体パターン２７ｂ，２７ｂ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、中間層基板３０は、シリコン基板３０ａの他表面側（図１５（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。

光検出素子形成基板４０は、図１７および図１８に示すように、シリコン基板４０ａの一表面側（図１７（ｃ）における右面側）に、中間層基板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４７ａ，４７ｂが形成されるとともに、中間層基板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。なお、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に形成したコンタクトホール４３ａを通して光検出素子４を構成するフォトダイオードの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４７ｂが絶縁膜４３に形成したコンタクトホール４３ｂを通して上記フォトダイオードのｎ形領域４ｂと電気的に接続されている。

以上説明した本実施形態のＬＥＤ照明器具は、実施形態１と同様、ＬＥＤチップ１を収納したパッケージＢに当該パッケージＢ内のＬＥＤチップ１から放射される光を検出する光検出素子４が設けられ器具本体１１０に保持された複数の発光装置Ａと、光検出素子４の出力に基づいて当該光検出素子４が設けられているパッケージＢ内のＬＥＤチップ１の光出力を制御する制御部１６０とを備えているので、発光装置Ａとは別途に光ファイバのような導光部材を器具本体１１０内に設ける必要がなく、発光装置Ａの配置設計によらずＬＥＤチップ１から放射される光を当該ＬＥＤチップ１が収納されたパッケージＢに設けられた光検出素子４により安定して精度良く検出することができ、器具全体として得られる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、本実施形態では、実装基板２の収納凹所２ａの内底面に１つのＬＥＤチップ１を実装してあるが、ＬＥＤチップ１の数は特に限定するものではなく、発光色が同じ複数のＬＥＤチップ１を収納凹所２ａの内底面に実装するようにしてもよい。また、本実施形態では、回路基板１３０の上記一表面側に上記レンズ部を設けてあるが、上記レンズ部は回路基板１３０ではなく透光性カバー１４０に一体に設けてもよいし、組をなす複数の発光装置Ａをより近接して配置することで上記レンズ部をなくしてもよいし、発光装置Ａの透光性部材３０をレンズ状の形状とすることで上記レンズ部をなくしてもよい。

ところで、上記各実施形態では、制御部１６０を発光装置Ａとは別に設けてあるが、制御部１６０を各発光装置ＡそれぞれのパッケージＢに集積化して設けるようにすれば、各発光装置Ａとは別に制御部１６０を設ける必要がないので、回路基板１３０などへの各発光装置Ａの配置設計が容易になる。

実施形態１を示し、（ａ）は一部破断した概略正面図、（ｂ）は発光装置の概略断面図である。同上を示す概略下面図である。同上における発光装置の概略分解斜視図である。同上における発光装置の要部概略平面図である。同上における光検出素子形成基板の概略下面図である。同上における器具本体の概略斜視図である。同上における透光性カバーを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。同上における化粧カバーを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’断面図である。同上における化粧カバーの斜視図である。実施形態２を示し、（ａ）は要部概略斜視図、（ｂ）は発光装置の概略断面図である。同上における発光装置の概略分解斜視図である。同上における発光装置の実装基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’概略断面図である。同上における発光装置のＬＥＤ搭載用基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’概略断面図である。同上における発光装置のＬＥＤ搭載用基板の概略下面図である。同上における発光装置の中間層基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’概略断面図である。同上における発光装置の中間層基板の概略下面図である。同上における発光装置の光検出素子形成基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ’概略断面図である。同上における発光装置の光検出素子形成基板の概略下面図である。

符号の説明

Ａ発光装置
Ｂパッケージ
１ＬＥＤチップ
４光検出素子
１１０器具本体
１３０回路基板
１６０制御部

Claims

発光色の異なる複数種のＬＥＤチップを用いて所望の混色光を得るようにしたＬＥＤ照明器具であって、器具本体と、ＬＥＤチップを収納したパッケージに当該パッケージ内のＬＥＤチップから放射される光を検出する光検出素子が設けられ器具本体に保持された複数の発光装置と、光検出素子の出力に基づいて当該光検出素子が設けられているパッケージ内のＬＥＤチップの光出力を制御する制御部とを備え、パッケージは、ＬＥＤチップが搭載されるベース基板部と、ＬＥＤチップを囲む形でベース基板部から突設された壁部と、壁部の先端部から内方へ突出した張出部とを具備する実装基板を有し、張出部におけるベース基板部との対向面側に光検出素子が配置されてなることを特徴とするＬＥＤ照明器具。
発光装置は、発光色の異なる複数種のＬＥＤチップがパッケージ内に収納されるとともに、各発光色のＬＥＤチップから放射される光を各別に検出する複数の光検出素子が実装基板の張出部に設けられてなることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明器具。
実装基板は、３枚のシリコン基板を用いて形成され、制御部は、各発光装置それぞれのパッケージに集積化して設けられてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＬＥＤ照明器具。