JP2009010048A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【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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