JP5192666B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた発光装置に関するものである。

従来から、ＬＥＤと、ＬＥＤを駆動する駆動回路部と、ＬＥＤの光出力を検出する光検出素子と、光検出素子の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からＬＥＤへ流れる電流をフィードバック制御する制御回路部とを備えた照明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、発光色の異なる複数種のＬＥＤ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを実装基板（ベース部材）１０２の一表面に形成した収納凹所１０２ａの内底面に実装するとともに、実装基板１０２の上記一表面側に各ＬＥＤ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを覆う形で各ＬＥＤ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを封止する透明樹脂層１０３を設け、透明樹脂層１０３の側方に各ＬＥＤ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃから放射された光を検出するフォトダイオードからなる光検出素子１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃが形成された光検出素子形成基板１０６を配置した発光装置が開示されている。

図１６に示した構成の発光装置では、透明樹脂層１０３が、各ＬＥＤ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃから放射された光の一部を光検出素子１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ側へ導光する機能を有するように透明樹脂層１０３の厚さ寸法を設定してある。また、図１６に示した構成の発光装置では、各ＬＥＤ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃそれぞれの発光色の波長域の光を選択的に透過させる３つの分光フィルタ１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃを各光検出素子１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃの受光面側に択一的に設けてあり、各ＬＥＤ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃそれぞれの発光色の波長域の光を３つの光検出素子１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃで同時かつ各別に検出することができるようになっている。したがって、図１６に示した構成の発光装置を備えた照明装置では、制御回路部によって駆動回路部から各ＬＥＤ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃへ流れる電流それぞれをフィードバック制御することにより、各発光色ごとのＬＥＤ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの光出力の経時変化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、ＬＥＤ１０１ａの発光色が赤色、ＬＥＤ１０１ｂの発光色が緑色、ＬＥＤ１０１ｃの発光色が青色であれば、白色光）を得ることができる。

また、上記特許文献１には、ＬＥＤ１０１ａが発光する期間とＬＥＤ１０１ｂが発光する期間とＬＥＤ１０１ｃが発光する期間とが時系列的に現れるように、制御回路部によって駆動回路部を制御することにより、発光色の異なる複数種のＬＥＤ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの光出力を１つの光検出素子により各別に検出する技術も開示されている。

また、上記特許文献１には、図１７に示すように、実装基板１０２の一表面に形成された各収納凹所１０２ａの内底面に発光色が同じＬＥＤ１０１を実装するとともに、実装基板１０２の上記一表面に光検出素子１０４を実装し、透明樹脂層１０３によって各ＬＥＤ１０１および光検出素子１０４を覆った構成の発光装置も提案されている。
特開２００２−３４４０３１号公報

しかしながら、図１７のように、一表面にＬＥＤ１０１を収納する収納凹所１０２ａが形成された実装基板１０２の上記一表面上に光検出素子１０４を実装し、透明樹脂層１０３によってＬＥＤ１０１および光検出素子１０４を覆うようにした構成の発光装置では、実装基板１０２の上記一表面に光検出素子１０４を配置するためのスペースを別途に確保する必要があり、実装基板１０２の平面サイズが大きくなってしまい、プリント基板などの回路基板への実装面積が大きくなってしまう。

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、光検出素子を実装基板に設けながらも小型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と、ＬＥＤを収納する収納凹所が一表面に形成され当該収納凹所の内底面にＬＥＤが実装される実装基板とを備え、実装基板が収納凹所の周部から内方へ突出する突出部を有し、当該突出部にＬＥＤから放射された光を検出する光検出素子が設けられてなるものであり、実装基板は、ＬＥＤチップが一表面側に搭載されるＬＥＤ搭載用基板と、ＬＥＤ搭載用基板の上記一表面側に対向配置され光取出窓が形成されるとともに光検出素子が形成された光検出素子形成基板と、ＬＥＤ搭載用基板と光検出素子形成基板との間に介在し光取出窓に連通する開口窓が形成された中間層基板とで構成され、光検出素子形成基板において中間層基板の開口窓上に張り出した部位が、突出部を構成しており、突出部におけるＬＥＤ搭載用基板との対向面側に光検出素子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を収納する収納凹所が一表面に形成され当該収納凹所の内底面にＬＥＤが実装される実装基板が、収納凹所の周部から内方へ突出する突出部を有し、当該突出部にＬＥＤから放射された光を検出する光検出素子が設けられているので、実装基板の一表面側において収納凹所の周囲に光検出素子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、光検出素子を実装基板に設けながらも小型化が可能になる。また、この発明によれば、光検出素子へ外乱光が入射するのを防止することができ、光検出素子の出力の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、発光色の異なる複数のＬＥＤが実装基板における収納凹所の内底面に実装されてなり、突出部には、各発光色のＬＥＤ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素子が設けられてなることを特徴とする。

この発明によれば、各光検出素子それぞれの出力に基づいて各発光色のＬＥＤ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。

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、他表面側の外部接続用電極とＬＥＤとを電気的に接続する貫通孔配線、他表面側の別の外部接続用電極と光検出素子とを電気的に接続する別の貫通孔配線が形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、実装基板の一表面側においてＬＥＤと電気的に接続される配線を引き回す場合に比べて、実装基板の小型化を図れる。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、実装基板は、ＬＥＤ搭載用基板、中間層基板、光検出素子形成基板がそれぞれシリコン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、フォトダイオードのような光検出素子を実装基板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。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、実装基板は、ＬＥＤ搭載用基板、中間層基板、光検出素子形成基板がそれぞれシリコンカーバイド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、耐熱性を向上させることができる。

請求項６の発明は、ＬＥＤを駆動する駆動回路部と、光検出素子により検出された光強度が予め設定された目標値に保たれるように駆動回路部からＬＥＤへ供給される電流を制御する制御回路部とが実装基板に集積化されてなることを特徴とする。

この発明によれば、実装基板とは別の基板に駆動回路部および制御回路部を設ける場合に比べて、駆動回路部および制御回路部を含めた発光装置の小型化を図ることができる。

請求項１の発明では、光検出素子を実装基板に設けながらも小型化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１０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（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の周部から内方へ突出した庇状の突出部２ｃを有しており、当該突出部２ｃに光検出素子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。

実装基板２は、図１〜図３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。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。

本実施形態では、ＬＥＤチップ１がＬＥＤを構成し、ＬＥＤ搭載用基板２０が、ＬＥＤが実装されるＬＥＤ実装部を構成し、中間層基板３０と光検出素子形成基板４０とが、ＬＥＤ実装部においてＬＥＤが実装される領域の周部に設けられた壁部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、壁部２ｂの先端部から内方へ突出する突出部２ｃを構成している。

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１から放射された光を前方へ反射するミラー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ＬＥＤチップ１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、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、中間層基板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搭載用基板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搭載用基板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。

中間層基板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、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。

光検出素子形成基板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、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。ここにおいて、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つの導体パターン４７ａ，４７ｂの一方の導体パターン４７ａ（図９における上側の導体パターン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（図９における下側の導体パターン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４７ｂが絶縁膜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、例えば図１０に示すように、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、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１から側方へ放射された光がミラー２ｄにより反射されて光検出素子４へ導かれる。

以上説明した本実施形態の発光装置では、ＬＥＤチップ１を収納する収納凹所２ａが一表面に形成され当該収納凹所２ａの内底面にＬＥＤチップ１が実装される実装基板２が、収納凹所２ａの周部から内方へ突出する突出部２ｃを有し、当該突出部２ｃにＬＥＤチップ１から放射された光を検出する光検出素子４が設けられているので、実装基板２の一表面側において収納凹所２ａの周囲に光検出素子４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に設けながらも小型化が可能になる。

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貫通孔配線２４が形成されているので、実装基板２の一表面側において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，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検出素子４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、実装基板２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。

また、本実施形態の発光装置では、光検出素子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、光検出素子４の出力のＳ／Ｎ比をより高めることが可能になる。

また、図１７に示した従来構成では、透明樹脂層１０３と空気との界面でＬＥＤ１０１からの光の一部を全反射させる必要があるのに対して、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。

また、本実施形態の発光装置では、実装基板２のＬＥＤ搭載用基板２０にＬＥＤチップ１と熱結合するサーマルビア２６を設けてあるので、ＬＥＤチップ１で発生した熱を効率よく外部へ逃がすことができ、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。

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。

（実施形態２）
以下、本実施形態の発光装置について図１１〜図１４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、４つ）のＬＥＤチップ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが実装され、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複数の光検出素子４（図示例では、４つ）が設けられている点などが相違する。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、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、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するために、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｄそれぞれから放射される光の放射範囲を制限する十字状の遮光壁３９を中間層基板３０に連続一体に形成してある。要するに、本実施形態の発光装置では、中間層基板３０の開口窓３１が遮光壁３９によって４つの小空間３１ａに分けられている。ここにおいて、本実施形態では、中間層基板３０における遮光壁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、遮光壁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、遮光壁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。

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〜１ｄから同時に放射された光を各光検出素子４にて各別に精度良く検出することができ、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〜１ｄを駆動する駆動回路部、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，１ｂ，１ｃ，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。

（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１５に示すように、互いに発光色の異なる複数（図示例では、３つ）のＬＥＤチップ１ａ，１ｂ，１ｃが実装基板（ベース部材）２の収納凹所２ａの内底面に実装されている点などが相違する。ここにおいて、本実施形態では、ＬＥＤチップ１ａ，１ｂ，１ｃとして、それぞれ、赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ、青色ＬＥＤチップを採用しており、赤色光と緑色光と青色光と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〜１ｃ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。また、実施形態１では、ＬＥＤチップ１がフェースアップで実装されているが、本実施形態では、各ＬＥＤチップ１ａ，１ｂ，１ｃがフェースダウンで実装されて各導体パターン２５ａ，２５ａと電気的に接続されている。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。

本実施形態の発光装置は、光検出素子形成基板４０に、各ＬＥＤチップ１ａ，１ｂ，１ｃそれぞれから放射された光を各別に検出する複数（ここでは、３つ）の光検出素子４を設けてあり（ただし、図１５では、光検出素子４は１つしか図示されていない）、各ＬＥＤチップ１ａ，１ｂ，１ｃそれぞれの発光色の波長域の光を選択的に透過させる３つの分光フィルタ（図示せず）を各光検出素子４の受光面側に択一的に設けてあり、各ＬＥＤチップ１ａ，１ｂ，１ｃそれぞれの発光色の波長域の光を３つの光検出素子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。

また、本実施形態の発光装置は、実施形態１にて形成した中間層基板３０を設ける代わりに、シリコン基板２０ａ’を用いて形成するＬＥＤ搭載用基板２０に、ＬＥＤチップ１ａ〜１ｃを収納する凹部２１を設けてあり、ＬＥＤ搭載用基板２０に形成された凹部２１と、光検出素子形成基板４０に形成された光取出窓４１とで実装基板２の収納凹所２ａを構成している。なお、本実施形態の発光装置は、収納凹所２ａ内にＬＥＤチップ１ａ〜１ｃを封止する封止樹脂からなる封止部５を設けてあるが、封止部５は必ずしも設ける必要はない。

また、本実施形態の発光装置では、透光性部材３の光取り出し面に複数の半球状の凸部３ｃを２次元アレイ状に設けることにより上記微細凹凸構造を形成してある。

また、本実施形態の発光装置は、光検出素子形成基板４０に、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｃを駆動する駆動回路部（電流供給部）６と、各光検出素子４の出力が目標値に保たれるように駆動回路部６から各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｃ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（制御部）７とを設けてあり、制御回路部７と各光検出素子４および駆動回路部６とが電気的に接続され、駆動回路部６と各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｃとが電気的に接続されている。なお、駆動回路部６および制御回路部７は、ＬＥＤ搭載用基板２０の貫通孔配線２４を介して電気的に接続した外部接続用電極２７ｃ，２７ｄを通して外部から電源供給されるようになっている。

制御回路部７は、目標の混色光に対応した赤色光、緑色光、青色光それぞれの光出力の目標値（例えば、基準値±１０％の規定範囲）を記憶するメモリからなる記憶部（図示せず）と、各光検出素子４の出力を記憶部に記憶されている目標値と比較する比較部（図示せず）と、比較部の比較結果に基づいて各光検出素子４の出力を各別の目標値に保つための各発光色ごとの調整信号を駆動回路部６へ出力する調整部（図示せず）とを備えている。これに対して、駆動回路部６は、各発光色のＬＥＤチップ１ａ〜１ｃそれぞれへ供給する電流をＰＷＭ変調して供給するように構成されており、制御回路部７の調整部から光強度の増加を指示する調整信号が入力された場合には、パルス幅を広くし、調整部から光強度の減少を指示する調整信号が入力された場合には、パルス幅を狭くする。したがって、本実施形態の発光装置では、駆動回路部６から各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｃへ供給する電流の大きさを変化させることなくパルス幅の変更のみで各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｃの光出力を調整することができるので、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｃでの電流負荷が大きくなるのを防止することができ、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｃの長寿命化を図れる。

なお、本実施形態では、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｃの発光色が異なっているが、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｃの発光色を同じとして（例えば、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｃの発光色を赤色、青色、緑色のいずれか１色にして）、光検出素子４を１つだけ設けるようにしてもよい（この場合、光検出素子４の受光面側のフィルタが不要となることは勿論である）。

（実施形態４）
本実施形態の発光装置の基本構成は図１５に示した実施形態３と略同じなので図示を省略する。

本実施形態の発光装置は、各ＬＥＤチップ１ａ，１ｂ，１ｃとして青色ＬＥＤチップを採用するとともに、透光性部材３に、ＬＥＤチップ１ａ〜１ｃから放射された青色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添加してあり、光検出素子４を１つだけ設けて青色光を検出するようにしている点などが実施形態３と相違する。なお、黄色蛍光体としては、例えば、ＹＡＧ系の蛍光体、Ｂａ_２ＳｉＯ_４などのアルカリ土類珪酸塩系の蛍光体、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２などのアルミネート系の蛍光体、Ｃａ_２ＢＯ_３Ｃｌ_２などのファロボレート系の蛍光体などを採用すればよい。

しかして、本実施形態の発光装置では、各ＬＥＤチップ１ａ〜１ｃから放射された青色光と黄色蛍光体から放射された黄色光との混色光からなる白色光を得ることができる。なお、透光性部材３に添加する蛍光体は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添加しても、白色光を得ることができる。

（実施形態５）
本実施形態の発光装置の基本構成は図１５に示した実施形態３と略同じなので図示を省略する。

実施形態３では、ＬＥＤチップ１ａ，１ｂ，１ｃとして、それぞれ、赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ、青色ＬＥＤチップを採用していたのに対し、本実施形態では、ＬＥＤチップ１ｂとして緑色ＬＥＤチップに代えて青色ＬＥＤチップを採用するとともに、透光性部材３において、ＬＥＤチップ１ｂに対応する部位の光入射面側に、ＬＥＤチップ１ｂから放射された青色光によって励起されてブロードな緑色系の光を放射する緑色蛍光体からなる蛍光体層が形成されている点、光検出素子４を２つだけ設けて青色光と赤色光とを各別に検出するようにしている点などが相違する。なお、蛍光体層の形成にあたっては、例えば、スパッタ法や蒸着法などにより形成してもよいし、蛍光体を添加した透光性材料（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など）を途布するようにしてもよいし、蛍光体を添加した透光性材料をシート状に成形して固着するようにしてもよい。

しかして、本実施形態の発光装置では、ＬＥＤチップ１ａから放射される赤色光とＬＥＤチップ１ｂ，１ｃから放射される青色光と緑色蛍光体から放射される緑色光との混色光からなる白色光を得ることができ、実施形態４の発光装置に比べて演色性の高い白色光を得ることが可能となる。なお、本実施形態では、蛍光体層を透光性部材３における光入射面側に設けてあるが、透光性部材３における光出射面側に設けるようにしてもよい。また、蛍光体層を設ける代わりに、透光性部材３においてＬＥＤチップ１ｂに対応する部位に選択的に緑色蛍光体を添加するようにしてもよい。

なお、実施形態４，５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１〜５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、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、実装基板２の放熱性を高めることができる。

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搭載用基板を示し、（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搭載用基板の概略下面図である。 同上における中間層基板を示し、（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。 同上における中間層基板の概略下面図である。 同上における光検出素子形成基板を示し、（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。 同上における光検出素子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。 実施形態２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。 同上の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。 実施形態３の発光装置の概略断面図である。 従来例を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’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（ＬＥＤ）
１ａ〜１ｄ ＬＥＤチップ（ＬＥＤ）
２ 実装基板
２ａ 収納凹所
２ｂ 壁部
２ｃ 突出部
４ 光検出素子
５ 封止部
６ 駆動回路部
７ 制御回路部
２０ ＬＥＤ搭載用基板
２４ 貫通孔配線
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ 外部接続用電極
３０ 中間層基板
３４ 貫通孔配線
４０ 光検出素子形成基板

Claims (6)

1. ＬＥＤと、ＬＥＤを収納する収納凹所が一表面に形成され当該収納凹所の内底面にＬＥＤが実装される実装基板とを備え、実装基板が収納凹所の周部から内方へ突出する突出部を有し、当該突出部にＬＥＤから放射された光を検出する光検出素子が設けられてなるものであり、実装基板は、ＬＥＤチップが一表面側に搭載されるＬＥＤ搭載用基板と、ＬＥＤ搭載用基板の上記一表面側に対向配置され光取出窓が形成されるとともに光検出素子が形成された光検出素子形成基板と、ＬＥＤ搭載用基板と光検出素子形成基板との間に介在し光取出窓に連通する開口窓が形成された中間層基板とで構成され、光検出素子形成基板において中間層基板の開口窓上に張り出した部位が、突出部を構成しており、突出部におけるＬＥＤ搭載用基板との対向面側に光検出素子が形成されてなることを特徴とする発光装置。
2. 発光色の異なる複数のＬＥＤが実装基板における収納凹所の内底面に実装されてなり、突出部には、各発光色のＬＥＤ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素子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。
3. 実装基板は、他表面側の外部接続用電極とＬＥＤとを電気的に接続する貫通孔配線、他表面側の別の外部接続用電極と光検出素子とを電気的に接続する別の貫通孔配線が形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発光装置。
4. 実装基板は、ＬＥＤ搭載用基板、中間層基板、光検出素子形成基板がそれぞれシリコン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３のいずれか１項に記載の発光装置。
5. 実装基板は、ＬＥＤ搭載用基板、中間層基板、光検出素子形成基板がそれぞれシリコンカーバイド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３のいずれか１項に記載の発光装置。
6. ＬＥＤを駆動する駆動回路部と、光検出素子により検出された光強度が予め設定された目標値に保たれるように駆動回路部からＬＥＤへ供給される電流を制御する制御回路部とが実装基板に集積化されてなることを特徴とする請求項４または請求項５記載の発光装置。

Images