発光装置
【課題】ＬＥＤチップから放射される光を検出する光検出部が実装基板に一体に設けられた構成を採用しながらも、光取り出し効率の向上を図れ且つ光検出部のＳ／Ｎ比を向上させることが可能な発光装置を提供する。
【解決手段】発光部を構成するＬＥＤチップ１は、ｎ形窒化物半導体層１４とｐ形窒化物半導体層１６とを有するＬＥＤ薄膜部１２、カソード電極１８およびアノード電極１７がＺｎＯ結晶からなる六角錘状の錐体１１の下面１１ａ側に形成され、当該錐体１１よりもＬＥＤ薄膜部１２が実装基板２の一表面に近くなる形で実装基板２に実装されている。実装基板２は、上記一表面からＬＥＤチップ１のＬＥＤ薄膜部１２および錐体１１の下部を囲む形で突出した壁部２ｂから錐体１１の下部へ向かって張り出した庇部２ｃを有し、該庇部２ｃに、ＬＥＤチップ１から放射される光を検出する光検出部４を設けてある。
【解決手段】発光部を構成するＬＥＤチップ１は、ｎ形窒化物半導体層１４とｐ形窒化物半導体層１６とを有するＬＥＤ薄膜部１２、カソード電極１８およびアノード電極１７がＺｎＯ結晶からなる六角錘状の錐体１１の下面１１ａ側に形成され、当該錐体１１よりもＬＥＤ薄膜部１２が実装基板２の一表面に近くなる形で実装基板２に実装されている。実装基板２は、上記一表面からＬＥＤチップ１のＬＥＤ薄膜部１２および錐体１１の下部を囲む形で突出した壁部２ｂから錐体１１の下部へ向かって張り出した庇部２ｃを有し、該庇部２ｃに、ＬＥＤチップ１から放射される光を検出する光検出部４を設けてある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）を利用した発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図８に示すように、ＬＥＤチップ１’と、当該ＬＥＤチップ１’が一表面側に実装された実装基板２’とを備え、実装基板２’に、ＬＥＤチップ１’から放射される光を検出する光検出部４’を設けてなる発光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここにおいて、実装基板２’は、上記一表面からＬＥＤチップ１’を囲む形で突出した枠状の壁部２ｂ’の上端部からＬＥＤチップ１’の斜め上方の位置まで張り出した庇部２ｃ’を有し、該庇部２ｃ’においてＬＥＤチップ１’に臨む面側に光検出部４’の受光面が形成されている。また、図８に示した構成の発光装置は、壁部２ｂ’に、ＬＥＤチップ１’から放射された光の一部を光検出部４’の受光面へ反射により導くミラー２ｄ’が形成されている。
【０００４】
なお、図８に示した構成の発光装置では、実装基板２’に実装された１個のＬＥＤチップ１’が発光部を構成しているが、上記特許文献１には、発光色の異なる複数種のＬＥＤチップを発光部として１つの実装基板に実装するとともに、当該実装基板に、各ＬＥＤチップそれぞれからの光を各別に検出する複数の光検出部を設けた発光装置も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２９４８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、図８に示した構成の発光装置では、実装基板２’が、ＬＥＤチップ１’を囲む形で突出した枠状の壁部２ｂ’の上端部からＬＥＤチップ１’の斜め上方の位置まで張り出した庇部２ｃ’を有し、該庇部２ｃ’においてＬＥＤチップ１’に臨む面側に光検出部４’の受光面が形成されているので、庇部２ｃ’が設けられていない場合に比べて、ＬＥＤチップ１’から斜め上方へ放射された光やＬＥＤチップ１’から側方へ放射されてミラー２ｄ’で反射された光が庇部２ｃ’に遮られ、光取り出し効率が低下してしまう。
【０００７】
また、図８に示した構成の発光装置では、実装基板２’における壁部２ｂ’の突出高さがＬＥＤチップ１’の厚み寸法よりも大きく、ＬＥＤチップ１’の斜め上方に光検出部４’の受光面が位置しているので、光検出部４’の受光面に、ミラー２ｄ’で反射された外乱光（例えば、太陽光や照明光など）が入射して光検出部４’のＳ／Ｎ比が低下してしまうことがあった。
【０００８】
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する光検出部が実装基板に一体に設けられた構成を採用しながらも、光取り出し効率の向上を図れ且つ光検出部のＳ／Ｎ比を向上させることが可能な発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、少なくとも１個のＬＥＤチップからなる発光部と、当該発光部が一表面側に実装された実装基板とを備え、ＬＥＤチップは、ｎ形窒化物半導体層とｐ形窒化物半導体層とを有するＬＥＤ薄膜部、ｎ形窒化物半導体層に電気的に接続されたカソード電極およびｐ形窒化物半導体層に電気的に接続されたアノード電極がＺｎＯ結晶からなる六角錘状の錐体の下面側に形成されてなり、当該錐体よりもＬＥＤ薄膜部が実装基板の前記一表面に近くなる形で実装基板に実装されてなり、実装基板は、前記一表面からＬＥＤチップのＬＥＤ薄膜部および錐体の下部を囲む形で突出した壁部から錐体の下部へ向かって張り出した庇部を有し、該庇部に、ＬＥＤチップから放射される光を検出する光検出部が設けられてなることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、ＬＥＤチップは、ｎ形窒化物半導体層とｐ形窒化物半導体層とを有するＬＥＤ薄膜部、ｎ形窒化物半導体層に電気的に接続されたカソード電極およびｐ形窒化物半導体層に電気的に接続されたアノード電極がＺｎＯ結晶からなる六角錘状の錐体の下面側に形成されてなり、当該錐体よりもＬＥＤ薄膜部が実装基板の一表面に近くなる形で実装基板に実装されてなり、実装基板は、ＬＥＤチップが実装される前記一表面からＬＥＤチップのＬＥＤ薄膜部および錐体の下部を囲む形で突出した壁部から錐体の下部へ向かって張り出した庇部を有し、該庇部に、ＬＥＤチップから放射される光を検出する光検出部が設けられているので、ＬＥＤチップから放射される光を検出する光検出部が実装基板に一体に設けられた構成を採用しながらも、光取り出し効率の向上を図れ且つ光検出部のＳ／Ｎ比を向上させることが可能になる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記実装基板は、前記一表面側とは反対の他表面側の複数の外部接続用電極と前記ＬＥＤチップおよび前記光検出部それぞれとを電気的に接続する複数の貫通孔配線が形成されてなることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、前記実装基板の前記一表面側に、前記ＬＥＤチップおよび前記光検出部それぞれと電気的に接続される複数の外部接続用電極を設ける場合に比べて、前記実装基板の平面サイズの小型化を図れる。
【００１３】
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、前記実装基板は、複数のシリコン基板を用いて形成され、前記光検出部がフォトダイオードからなることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、前記光検出部を前記実装基板に容易に形成することが可能となる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記ＬＥＤチップを駆動する駆動回路部と、前記光検出部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前記ＬＥＤチップ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。
【００１６】
この発明によれば、前記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て当該別の基板を実装基板に並設する場合に比べて、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。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記ＬＥＤチップから放射される光によって励起されて前記ＬＥＤチップよりも長波長の光を放射する蛍光体を含有した透光性材料により形成され前記実装基板との間に前記ＬＥＤチップを囲む形で配置された蛍光体キャップを備え、蛍光体キャップは、下面開口した六角錘状の形状に形成されてなることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、前記ＬＥＤチップの前記錐体から放射された光が蛍光体キャップの光入射面で全反射されるのを抑制できて前記ＬＥＤチップからの光を蛍光体キャップで効率良く色変換（波長変換）することができ、また、蛍光体キャップの光入射面への前記ＬＥＤチップからの光の入射光強度の均一化を図れ、蛍光体キャップの局所的な温度上昇をより抑制することができ、蛍光体の量子効率の向上を図れる。また、蛍光体キャップを通る光の光路長差を低減でき、色むらを低減できる。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記発光部は、発光色が異なる複数種の前記ＬＥＤチップからなり、前記光検出部は、各発光色の前記ＬＥＤチップそれぞれから放射される光を各別に検出するように複数設けられてなることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、前記発光部が、発光色が異なる複数種の前記ＬＥＤチップから構成されているので、前記各ＬＥＤチップそれぞれの発光色とは異なる色の混色光を得ることができ、また、前記光検出部が、各発光色の前記ＬＥＤチップそれぞれから放射される光を各別に検出するように複数設けられているので、前記各光検出部それぞれの出力に基づいて前記各ＬＥＤチップそれぞれ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。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明では、ＬＥＤチップから放射される光を検出する光検出部が実装基板に一体に設けられた構成を採用しながらも、光取り出し効率の向上を図れ且つ光検出部のＳ／Ｎ比を向上させることが可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態１の発光装置を示す概略断面図である。
【図２】同上の発光装置の製造方法の説明図である。
【図３】実施形態２の発光装置の概略断面図である。
【図４】実施形態３の発光装置の概略断面図である。
【図５】実施形態４の発光装置の概略断面図である。
【図６】同上の発光装置の要部概略平面図である。
【図７】実施形態５の発光装置の概略断面図である。
【図８】従来例の発光装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（実施形態１）
以下、本実施形態の発光装置について図１および図２に基づいて説明する。
【００２４】
本実施形態の発光装置は、ＬＥＤチップ１と、当該ＬＥＤチップ１が一表面側に実装された実装基板２とを備えている。なお、本実施形態では、１個のＬＥＤチップ１により発光部を構成している。
【００２５】
ＬＥＤチップ１は、青色光を放射するＧａＮ系の青色ＬＥＤチップであり、それぞれ窒化物半導体材料により形成されたｎ形窒化物半導体層１４と発光層１５とｐ形窒化物半導体層１６との積層構造を有するＬＥＤ薄膜部１２、ｎ形窒化物半導体層１４に電気的に接続されたカソード電極１８およびｐ形窒化物半導体層１６に電気的に接続されたアノード電極１７がｎ形のＺｎＯ結晶からなる六角錘状の錐体１１の下面１１ａ側に形成されている。
【００２６】
ＬＥＤチップ１のＬＥＤ薄膜部１２は、ｎ形窒化物半導体層１４をｎ形ＧａＮ層により構成し、発光層１５をＩｎＧａＮ層により構成し、ｐ形窒化物半導体層１６を発光層１５側のｐ形ＡｌＧａＮ層と当該ｐ形ＡｌＧａＮ層における発光層１５側とは反対側のｐ形ＧａＮ層とで構成してあるが、ＬＥＤ薄膜部１２の積層構造は特に限定するものではなく、発光層１５は単層構造に限らず、多重量子井戸構造ないし単一量子井戸構造でもよい。
【００２７】
また、ＬＥＤチップ１は、ＬＥＤ薄膜部１２の平面視形状を錐体１１の下面１１ａよりもやや小さな正六角形状の形状に形成してあり、カソード電極１８が、ＬＥＤ薄膜部１２のｎ形窒化物半導体層１４に接する形で形成されて当該ｎ形窒化物半導体層１４と電気的に接続され、アノード電極１７が錐体１１の下面１１ａに接する形で形成され当該錐体１１を介してｐ形窒化物半導体層１６と電気的に接続されている。したがって、ｎ形窒化物半導体層１４と発光層１５とｐ形窒化物半導体層１６との平面サイズを同じにすることができる。ここで、ＬＥＤチップ１のアノード電極１７およびカソード電極１８は、下層側のＴｉ膜と上層側のＡｕ膜との積層膜により構成されている。ただし、アノード電極１７およびカソード電極１８それぞれの形状、サイズ、個数および配置は特に限定するものではない。
【００２８】
上述のＬＥＤチップ１は、主表面がｃ面のサファイアウェハの主表面側に上記積層構造を有するＬＥＤ薄膜部１２をエピタキシャル成長法（例えば、ＭＯＶＰＥ法など）により成長し、その後、ＬＥＤ薄膜部１２を錐体１１の基礎となるｎ形ＺｎＯウェハに接合してから、サファイアウェハを除去し、続いて、塩酸系のエッチング液（例えば、塩酸水溶液など）を用いてエッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングを行うことによりｎ形ＺｎＯウェハの一部からなる六角錘状の錐体１１を形成している。なお、ｎ形ＺｎＯウェハとしては、水熱合成法を利用して製造したものを用いている。六角錘状の錐体１１の高さは、ｎ形ＺｎＯウェハの厚さで規定することができ、本実施形態では、ｎ形ＺｎＯウェハとして厚さが５００μｍのものを用いているので、錐体１１の高さは５００μｍとなっているが、ｎ形ＺｎＯウェハの厚さは特に限定するものではない。また、錐体１１の下面１１ａに対する各斜面１１ｂそれぞれの傾斜角は、ｎ形ＺｎＯウェハの結晶軸方向で規定され、ｎ形ＺｎＯウェハにおいて錐体１１の下面１１ａとなるＺｎ極性面である（０００１）面とは反対側のＯ極性面である（０００−１）面に適宜パターニングされたマスクを設けてｎ形ＺｎＯウェハをＯ極性面側から異方性エッチングすることにより錐体１１を形成しているので、下面１１ａに対する各斜面１１ｂそれぞれの傾斜角が６０°となっている。また、上記マスクのサイズを適宜設定すれば、錐体１１を、六角錘の頂部を切り欠いた六角錘状の形状（六角錘台状の形状）とすることもできる。
【００２９】
また、ＬＥＤチップ１は、ＬＥＤ薄膜部１２における錐体１１側とは反対側の表面（ここでは、ｎ形窒化物半導体層１４の表面）に光取り出し効率向上用の微細凹凸構造を形成してもよい。このような微細凹凸構造を形成すれば、ＬＥＤチップ１においてＬＥＤ薄膜部１２から錐体１１側とは反対側に放射される光（ここでは、発光層１５からｎ形窒化物半導体層１４側へ放射される光）がＬＥＤ薄膜部１２の表面で反射されるのを抑制して効率良く取り出すことができ、光取り出し効率の向上を図れる。
【００３０】
上述のＬＥＤチップ１は、アノード電極１７とカソード電極１８との間に順方向バイアス電圧を印加することにより、トンネル電流注入によりアノード電極１７からｐ形窒化物半導体層１６へホールが注入されるとともに、カソード電極１８からｎ形窒化物半導体層１４へ電子が注入され、発光層１５に注入された電子とホールとが再結合することで発光し、錐体１１の各斜面１１ｂおよびＬＥＤ薄膜部１２におけるｎ形窒化物半導体層１４の錐体１１側とは反対側の表面から光が放射される。なお、波長が４５０ｎｍの光に対するＺｎＯの屈折率は２．１、ＧａＮの屈折率は２．４である。
【００３１】
以上説明したＬＥＤチップ１は、錐体１１よりもＬＥＤ薄膜部１２が実装基板２の上記一表面に近くなる形で実装基板２に実装されている。
【００３２】
実装基板２は、上記一表面からＬＥＤチップ１のＬＥＤ薄膜部１２および錐体１１の下部を囲む形で突出した壁部２ｂから錐体１１の下部へ向かって張り出した庇部２ｃを有し、該庇部２ｃに、ＬＥＤチップ１から放射される光を検出する光検出部４が設けられている。なお、光検出部４は、ＬＥＤチップ１における錐体１１の斜面１１ｂから放射される光の一部や、ＬＥＤ薄膜部１２から実装基板２の上記一表面側へ放射される光の一部が入射する。
【００３３】
ここにおいて、実装基板２は、半導体材料であるシリコンからなる第１のシリコン基板２０ａを用いて形成されＬＥＤチップ１が一表面側に実装されるベース基板２０と、第２のシリコン基板３０ａを用いて形成されてベース基板２０に接合された中間層基板３０と、第３のシリコン基板４０ａを用いて形成されて中間層基板３０に接合され光検出部４が設けられた光検出部形成基板４０とを有している。要するに、実装基板２は、半導体材料であるシリコンにより形成されている。なお、本実施形態では、中間層基板３０と光検出部形成基板４０の周部とで、上述の壁部２ｂが構成され、光検出部形成基板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、上述の庇部２ｃが構成されている。
【００３４】
実装基板２は、ベース基板２０、中間層基板３０および光検出部形成基板４０それぞれの外周形状が矩形状であり、中間層基板３０の中央部に六角形状の開口窓３１が形成され、光検出部形成基板４０の中央部に六角形状の光取出窓４１が形成されるとともに光取出窓４１の周部に光検出部４が形成されており、ベース基板２０と中間層基板３０と光検出部形成基板４０とで囲まれた空間にＬＥＤチップ１の一部が収納されている。なお、開口窓３１および光取出窓４１の開口形状は六角形状に限らず、例えば、円形状でもよい。
【００３５】
ベース基板２０と中間層基板３０と光検出部形成基板４０とで囲まれた上記空間におけるＬＥＤチップ１と実装基板２との間の隙間には、透光性の封止材（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）からなり、ＬＥＤチップ１の一部や、光検出部４、ＬＥＤチップ１と実装基板２とを接合し且つ電気的に接続している各バンプ５０などを封止した封止部５が形成されている。要するに、封止部５の一部がアンダーフィル部を構成している。
【００３６】
また、本実施形態の発光装置は、ＬＥＤチップ１から放射される光によって励起されてＬＥＤチップ１よりも長波長の光を放射する蛍光体を含有した透光性材料（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、有機成分と無機成分とがｎｍレベルもしくは分子レベルで混合、結合した有機・無機ハイブリッド材料など）により形成され実装基板２との間にＬＥＤチップ１を囲む形で配置された蛍光体キャップ６を備えている。ここにおいて、蛍光体キャップ６は、実装基板２の上記一表面側において、ＬＥＤチップ１のうち光検出部形成基板４０から突出した部分を実装基板２との間で覆う形で形成されている。また、蛍光体キャップ６は、半楕円球状の形状に形成されているが、半球状の形状でもよい。また、蛍光体キャップ６をドーム状の形状として、蛍光体キャップ６とＬＥＤチップ１との間にゲル状のポリマーを充填してもよい。
【００３７】
本実施形態の発光装置では、上述の蛍光体として、ＬＥＤチップ１から放射された青色の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採用しているので、ＬＥＤチップ１から放射された青色の光と黄色蛍光体から放射された光とが蛍光体キャップ６から出射されることとなり、白色光を得ることができる。なお、蛍光体キャップ６の透光性材料としてガラスを採用すれば、シリコーン樹脂などの有機材料を採用している場合に比べて、蛍光体キャップ６の熱伝導性が向上するので、蛍光体の温度上昇を抑制できて光束を向上させることができ、しかも、水蒸気やＮＯｘなど対するガスバリア性や耐透湿性が向上するとともに、蛍光体の吸湿劣化を抑制でき、信頼性および耐久性が向上する。また、蛍光体キャップ６の材料として用いる透光性材料に混合する蛍光体も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混合しても白色光を得ることができ、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを用いれば演色性を高めることができる。
【００３８】
上述の中間層基板３０および光検出部形成基板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、光検出部形成基板４０の厚み寸法と中間層基板３０の厚み寸法との合計寸法は、ＬＥＤチップ１の錐体１１の高さ寸法よりも小さく設定されている。
【００３９】
上述のベース基板２０、中間層基板３０、光検出部形成基板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る。
【００４０】
ベース基板２０は、第１のシリコン基板２０ａの一表面側（図１における上面側）に、ＬＥＤチップ１のアノード電極１７およびカソード電極１８それぞれとバンプ５０，５０を介して接合され電気的に接続される導体パターン２５ａ，２５ｂ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を介して光検出部４と電気的に接続される２つの導体パターン２５ｃ，２５ｄが形成されており、各導体パターン２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄと第１のシリコン基板２０ａの他表面側（図１における下面側）に形成された４つの外部接続用電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ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。なお、各バンプ５０の材料としてはＡｕを採用しているが、これに限らず、例えば、半田を採用してもよい。
【００４１】
また、ベース基板２０は、第１のシリコン基板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。なお、複数の貫通孔配線２４のうち、ＬＥＤチップ１に電気的に接続される貫通孔配線２４は、ＬＥＤチップ１で発生した熱を放熱させるサーマルビアを兼ねている。
【００４２】
また、ベース基板２０は、第１のシリコン基板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２２が厚み方向に貫設され、第１のシリコン基板２０ａの上記一表面および上記他表面と各貫通孔２２の内面とに跨って熱酸化膜（シリコン酸化膜）からなる第１の絶縁膜２３が形成されており、各導体パターン２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ、接合用金属層２９、各外部接続用電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄおよび各貫通孔配線２４が第１のシリコン基板２０ａと電気的に絶縁されている。
【００４３】
ここにおいて、各導体パターン２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ、接合用金属層２９、および各外部接続用電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄは、第１の絶縁膜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，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄと接合用金属層２９とを同時に形成し、各外部接続用電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄを同時に形成してある。なお、本実施形態では、第１の絶縁膜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膜と第１の絶縁膜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。
【００４４】
中間層基板３０は、第２のシリコン基板３０ａの一表面側（図１における下面側）に、ベース基板２０の２つの導体パターン２７ｃ，２７ｄと接合されて電気的に接続される２つの導体パターン３５ｃ，３５ｄが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、中間層基板３０は、第２のシリコン基板３０ａの他表面側（図１における上面側）に、貫通孔配線３４，３４を介して導体パターン３５ｃ，３５ｄと電気的に接続される導体パターン３７ｃ，３７ｄが形成されるとともに、光検出部形成基板４０と接合するための接合用金属層３８が形成されている。
【００４５】
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が第２のシリコン基板３０ａの厚み方向に貫設され、第２のシリコン基板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）からなる第２の絶縁膜３３が形成されており、各導体パターン３５ｃ，３５ｄ，３７ｃ，３７ｄおよび各接合用金属層３６，３８が第２のシリコン基板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３５ｃ，３５ｄ，３７ｃ，３７ｄ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、導体パターン３５ｃ，３５ｄと接合用金属層３６とを同時に形成し、導体パターン３７ｃ，３７ｄと接合用金属層３８とを同時に形成してある。なお、本実施形態では、第２の絶縁膜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膜と第２の絶縁膜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。
【００４６】
光検出部形成基板４０は、第３のシリコン基板４０ａの一表面側（図１における下面側）に、中間層基板３０の２つの導体パターン３７ｃ，３７ｄと接合されて電気的に接続される２つの導体パターン４７ｃ，４７ｄ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、光検出部４は、上述のようにフォトダイオードにより構成されており、光検出部形成基板４０に形成された２つの導体パターン４７ｃ，４７ｄの一方の導体パターン４７ｃが、光検出部４を構成するフォトダイオードのｐ形領域４ｃに電気的に接続され、他方の導体パターン４７ｄが、上記フォトダイオードのｎ形領域４ｄを構成する第３のシリコン基板４０ａに電気的に接続されている。なお、光検出部４は、ｐ形領域４ｃの表面が受光面を構成している。
【００４７】
また、光検出部形成基板４０は、第３のシリコン基板４０ａの上記一表面側にシリコン酸化膜からなる第３の絶縁膜４３が形成されており、当該第３の絶縁膜４３がフォトダイオードの反射防止膜を兼ねている。また、光検出部形成基板４０は、上記一方の導体パターン４７ｃが、第３の絶縁膜４３に形成したコンタクトホール４３ｃを通してｐ形領域４ｃと電気的に接続され、上記他方の導体パターン４７ｄが第３の絶縁膜４３に形成したコンタクトホール４３ｄを通してｎ形領域４ｄ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４７ｃ，４７ｄおよび接合用金属層４８は、第３の絶縁膜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、第３の絶縁膜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膜と第３の絶縁膜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。
【００４８】
上述の発光装置の製造にあたっては、例えば、図２に示すように、光検出部４、第３の絶縁膜４３、各導体パターン４７ｃ，４７ｄ、および接合用金属層４８が形成された第３のシリコン基板４０ａと中間層形成基板３０とを接合する第１の接合工程を行った後、第３のシリコン基板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第３のシリコン基板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部形成基板４０を完成させてから、ＬＥＤチップ１が実装されたベース基板２０と中間層基板３０とを接合する第２の接合工程を行うことにより実装基板２を完成させ、続いて、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蛍光体キャップ６を配設する蛍光体キャップ配設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、加熱圧接法や、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。
【００４９】
上述の第１の接合工程では、第３のシリコン基板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、第３のシリコン基板４０ａの導体パターン４７ｃ，４７ｄと中間層基板３０の導体パターン３７ｃ，３７ｄとが接合され電気的に接続される。ここで、第３のシリコン基板４０ａ側の導体パターン４７ｃ，４７ｄと中間層基板３０側の導体パターン３７ｃ，３７ｄとの接合部位を、貫通孔配線３４に重なる領域からずらしておけば、導体パターン４７ｃ，４７ｄと導体パターン３７ｃ，３７ｄ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、ベース基板２０の導体パターン２５ｃ，２５ｄと中間層基板３０の導体パターン３５ｃ，３５ｄとが接合され電気的に接続される。ここで、ベース基板２０の導体パターン２５ｃ，２５ｄと中間層基板３０の導体パターン３５ｃ，３５ｄとの接合部位を、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おけば、導体パターン２５ｃ，２５ｄと導体パターン３５ｃ，３５ｄ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。
【００５０】
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、中間層基板３０、光検出部形成基板４０を多数形成可能なシリコンウェハを用い、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、封止部形成工程、蛍光体キャップ配設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。ここで、実装基板２と蛍光体キャップ６とでパッケージを構成している。したがって、ベース基板２０と中間層基板３０と光検出部形成基板４０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。
【００５１】
以上説明した本実施形態の発光装置によれば、ＬＥＤチップ１のＬＥＤ薄膜部１２、カソード電極１８およびアノード電極１７がＺｎＯ結晶からなる六角錘状の錐体１１の下面１１ａ側に形成され、当該錐体１１よりもＬＥＤ薄膜部１２が実装基板２の上記一表面に近くなる形で実装基板２に実装されており、実装基板２が、ＬＥＤチップ１が実装される上記一表面からＬＥＤチップ１のＬＥＤ薄膜部１２および錐体１１の下部を囲む形で突出した壁部２ｂから錐体１１の下部へ向かって張り出した庇部２ｃを有し、該庇部２ｃに、ＬＥＤチップ１から放射される光を検出する光検出部４が設けられているので、ＬＥＤチップ１から放射される光を検出する光検出部４が実装基板２に一体に設けられた構成を採用しながらも、光取り出し効率の向上を図れ、且つ、外乱光に起因した光検出部４の出力のノイズを低減でき、光検出部４のＳ／Ｎ比を向上させることが可能になる。なお、ベース基板２０の上記一表面側には、ＬＥＤチップ１からの光を反射する反射膜（図示せず）を設けることが好ましい。また、サーマルビアを兼ねる貫通孔配線２４については、ベース基板２０の厚み方向に直交する断面の面積を大きくすることが放熱性を向上させる観点から望ましい。
【００５２】
また、本実施形態の発光装置では、実装基板２における上記一表面側とは反対の他表面側の外部接続用電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄとＬＥＤチップ１および光検出部４とを電気的に接続する貫通孔配線２４，２４，２４，２４，３４，３４が形成されているので、実装基板２の上記一表面側に、ＬＥＤチップ１と電気的に接続される外部接続用電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄを設ける場合に比べて、実装基板２の平面サイズの小型化を図れる。
【００５３】
また、本実施形態の発光装置では、実装基板２が複数のシリコン基板２０ａ，３０ａ，４０ａを用いて形成され、光検出部４がフォトダイオードにより構成されているので、光検出部４を実装基板２に容易に形成することが可能となる。
【００５４】
また、本実施形態の発光装置は、実装基板２に光検出部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、各光検出部４の出力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。
【００５５】
（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と略同じであり、実施形態１にて説明したベース基板２０と中間層基板３０との積層体に対応する部分が、図３に示すように１枚のシリコン基板２０ａを用いて形成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。
【００５６】
本実施形態では、ベース基板２０の上記一表面の周部から突出した部分が実施形態１にて説明した中間層基板３０に対応しており、ベース基板２０の厚肉部において外部接続用電極２７ｃ，２７ｄに電気的に接続された導体パターン２５ｃ，２５ｄが、光検出部形成基板３０の導体パターン４７ｃ，４７ｄと接合されて電気的に接続されている。
【００５７】
しかして、本実施形態の発光装置では、実装基板２が２枚のシリコン基板２０ａ，４０ａを用いて形成されているので、実施形態１の発光装置に比べて低コスト化を図れる。
【００５８】
（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と略同じであって、図４に示すように、蛍光体キャップ６が、下面開口した六角錘状の形状に形成されている点が相違する。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。
【００５９】
しかして、本実施形態の発光装置では、蛍光体キャップ６を光入射面が楕円球面の一部により構成されるドーム状に形成してある場合に比べて、ＬＥＤチップ１の錐体１１から放射された光が蛍光体キャップ６の光入射面で全反射されるのを抑制できてＬＥＤチップ１からの光を蛍光体キャップ６で効率良く色変換（波長変換）することができ、また、蛍光体キャップ６の光入射面へのＬＥＤチップ１からの光の入射光強度の均一化を図れ、蛍光体キャップ６の局所的な温度上昇をより抑制することができ、蛍光体の量子効率の向上を図れる。
【００６０】
また、本実施形態の発光装置では、蛍光体キャップ６が、当該蛍光体キャップ６の６つの内側面が錐体１１の６つの斜面１１ｂそれぞれに接する大きさに形成されているので、発光装置全体の小型化を図れるとともに、蛍光体キャップ６の蛍光体で発生した熱をＬＥＤチップ１を通して放熱させることができて、蛍光体の温度上昇をより抑制できて、量子効率のより一層の向上を図れる。また、蛍光体キャップ６を通る光の光路長差を低減でき、色むらを低減できる。
【００６１】
なお、蛍光体キャップ６が、ＬＥＤチップ１との間に空気層が形成される形で実装基板２に固着されるようにすれば、ＬＥＤチップ１から放射されて蛍光体キャップ６に入射し蛍光体キャップ６の蛍光体により散乱された光のうちＬＥＤチップ１側へ散乱されてＬＥＤチップ１に吸収される光の光量を低減できて外部への光取り出し効率を向上できる。また、実施形態２において、蛍光体キャップ６の形状を本実施形態と同様の形状としてもよい。
【００６２】
（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１と略同じであって、図５および図６に示すように、実装基板２に発光色が互いに異なる複数種（ここでは、４種類）のＬＥＤチップ１が実装されて当該複数種のＬＥＤチップ１により発光部が構成されており、光検出部形成基板４０の光検出部４が、各ＬＥＤチップ１から放射される光を各別に検出できるようにＬＥＤチップ１と同じ数だけ設けられている点（つまり、ＬＥＤチップ１と光検出部４との組が複数組ある点）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。
【００６３】
本実施形態では、４種類のＬＥＤチップ１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設定すればよい。
【００６４】
また、本実施形態の発光装置は、光検出部形成基板４０における中間層基板３０側とは反対側にリフレクタ部８０が設けられている点が相違する。リフレクタ部８０は、光検出部形成基板４０と連続一体に形成してもよいし（つまり、第３のシリコン基板４０ａの一部により構成してもよいし、第３のシリコン基板４０ａとは別にシリコン基板を用いて形成してもよい。ここで、リフレクタ部８０は、光検出部形成基板４０から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなっている。なお、リフレクタ８０の内側面には、ＬＥＤチップ１から放射される光を反射する反射膜（図示せず）を被着しておくことが好ましい。
【００６５】
しかして、本実施形態の発光装置では、リフレクタ部８０を設けてあるので、混色性が向上し、色むらを抑制することができる。
【００６６】
（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３と略同じであって、図７に示すように、ＬＥＤチップ１を駆動する駆動回路部８と、光検出部４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８からＬＥＤチップ１へ供給される電流を制御する制御回路部９とが実装基板２に集積化されている点が相違する。なお、実施形態３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。
【００６７】
実装基板２は、第４のシリコン基板７０ａを用いて形成され駆動回路部８および制御回路部９が形成された回路形成基板７０がベース基板２０における中間層基板３０側とは反対側に接合されている。ここにおいて、回路形成基板７０は、第４のシリコン基板７０ａの一表面側に駆動回路部８と外部接続用電極２７ａ，２７ｂとを電気的に接続する導体パターン７１ａ，７１ｂが形成されるとともに、制御回路部９と外部接続用電極２７ｃ，２７ｄとを電気的に接続する導体パターン７１ｃ，７１ｄが形成され、駆動回路部８と制御回路部９とを電気的に接続する配線（図示せず）が形成されている。また、回路形成基板７０は、第４のシリコン基板７０ａの他表面側に、駆動回路部８および制御回路部９それぞれと貫通孔配線７４を介して電気的に接続される複数の外部接続用電極７５が形成されている。また、回路形成基板７０には、導体パターン７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ、各貫通孔配線７４および各外部接続用電極７５を電気的に絶縁する第４の絶縁膜７３が形成されている。また、回路形成基板７０は、第４のシリコン基板７０ａの上記他表面側に、外部接続用電極７５と同じ材料により同一厚さに形成された放熱用パッド７６を備えている。
【００６８】
しかして、本実施形態の発光装置では、実装基板２とは別の基板に駆動回路部８および制御回路部９を設けて当該別の基板を実装基板２に並設する場合に比べて、駆動回路部８および制御回路部９を含めた発光装置の小型化を図ることができるとともに、ＬＥＤチップ１で発生した熱をベース基板２０および回路形成基板７０を通して効率良く放熱させることが可能となる。
【００６９】
なお、実施形態１〜３，５において、蛍光体キャップ６は必ずしも設ける必要はなく、蛍光体キャップ６を設けない場合には、ＬＥＤチップ１の発光色が発光装置の発光色に等しくなる。
【符号の説明】
【００７０】
１ ＬＥＤチップ
２ 実装基板
２ｂ 壁部
２ｃ 庇部
４ 光検出部
６ 蛍光体キャップ
８ 駆動回路部
９ 制御回路部
１１ 錐体
１１ａ 下面
１２ ＬＥＤ薄膜部
１４ ｎ形窒化物半導体層
１５ 発光層
１６ ｐ形窒化物半導体層
１７ アノード電極
１８ カソード電極
２０ａ 第１のシリコン基板
２４ 貫通孔配線
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ 外部接続用電極
３０ａ 第２のシリコン基板
３４ 貫通孔配線
４０ａ 第３のシリコン基板
７０ａ 第４のシリコン基板
７４ 貫通孔配線
７５ 外部接続用電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）を利用した発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図８に示すように、ＬＥＤチップ１’と、当該ＬＥＤチップ１’が一表面側に実装された実装基板２’とを備え、実装基板２’に、ＬＥＤチップ１’から放射される光を検出する光検出部４’を設けてなる発光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここにおいて、実装基板２’は、上記一表面からＬＥＤチップ１’を囲む形で突出した枠状の壁部２ｂ’の上端部からＬＥＤチップ１’の斜め上方の位置まで張り出した庇部２ｃ’を有し、該庇部２ｃ’においてＬＥＤチップ１’に臨む面側に光検出部４’の受光面が形成されている。また、図８に示した構成の発光装置は、壁部２ｂ’に、ＬＥＤチップ１’から放射された光の一部を光検出部４’の受光面へ反射により導くミラー２ｄ’が形成されている。
【０００４】
なお、図８に示した構成の発光装置では、実装基板２’に実装された１個のＬＥＤチップ１’が発光部を構成しているが、上記特許文献１には、発光色の異なる複数種のＬＥＤチップを発光部として１つの実装基板に実装するとともに、当該実装基板に、各ＬＥＤチップそれぞれからの光を各別に検出する複数の光検出部を設けた発光装置も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２９４８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、図８に示した構成の発光装置では、実装基板２’が、ＬＥＤチップ１’を囲む形で突出した枠状の壁部２ｂ’の上端部からＬＥＤチップ１’の斜め上方の位置まで張り出した庇部２ｃ’を有し、該庇部２ｃ’においてＬＥＤチップ１’に臨む面側に光検出部４’の受光面が形成されているので、庇部２ｃ’が設けられていない場合に比べて、ＬＥＤチップ１’から斜め上方へ放射された光やＬＥＤチップ１’から側方へ放射されてミラー２ｄ’で反射された光が庇部２ｃ’に遮られ、光取り出し効率が低下してしまう。
【０００７】
また、図８に示した構成の発光装置では、実装基板２’における壁部２ｂ’の突出高さがＬＥＤチップ１’の厚み寸法よりも大きく、ＬＥＤチップ１’の斜め上方に光検出部４’の受光面が位置しているので、光検出部４’の受光面に、ミラー２ｄ’で反射された外乱光（例えば、太陽光や照明光など）が入射して光検出部４’のＳ／Ｎ比が低下してしまうことがあった。
【０００８】
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する光検出部が実装基板に一体に設けられた構成を採用しながらも、光取り出し効率の向上を図れ且つ光検出部のＳ／Ｎ比を向上させることが可能な発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、少なくとも１個のＬＥＤチップからなる発光部と、当該発光部が一表面側に実装された実装基板とを備え、ＬＥＤチップは、ｎ形窒化物半導体層とｐ形窒化物半導体層とを有するＬＥＤ薄膜部、ｎ形窒化物半導体層に電気的に接続されたカソード電極およびｐ形窒化物半導体層に電気的に接続されたアノード電極がＺｎＯ結晶からなる六角錘状の錐体の下面側に形成されてなり、当該錐体よりもＬＥＤ薄膜部が実装基板の前記一表面に近くなる形で実装基板に実装されてなり、実装基板は、前記一表面からＬＥＤチップのＬＥＤ薄膜部および錐体の下部を囲む形で突出した壁部から錐体の下部へ向かって張り出した庇部を有し、該庇部に、ＬＥＤチップから放射される光を検出する光検出部が設けられてなることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、ＬＥＤチップは、ｎ形窒化物半導体層とｐ形窒化物半導体層とを有するＬＥＤ薄膜部、ｎ形窒化物半導体層に電気的に接続されたカソード電極およびｐ形窒化物半導体層に電気的に接続されたアノード電極がＺｎＯ結晶からなる六角錘状の錐体の下面側に形成されてなり、当該錐体よりもＬＥＤ薄膜部が実装基板の一表面に近くなる形で実装基板に実装されてなり、実装基板は、ＬＥＤチップが実装される前記一表面からＬＥＤチップのＬＥＤ薄膜部および錐体の下部を囲む形で突出した壁部から錐体の下部へ向かって張り出した庇部を有し、該庇部に、ＬＥＤチップから放射される光を検出する光検出部が設けられているので、ＬＥＤチップから放射される光を検出する光検出部が実装基板に一体に設けられた構成を採用しながらも、光取り出し効率の向上を図れ且つ光検出部のＳ／Ｎ比を向上させることが可能になる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記実装基板は、前記一表面側とは反対の他表面側の複数の外部接続用電極と前記ＬＥＤチップおよび前記光検出部それぞれとを電気的に接続する複数の貫通孔配線が形成されてなることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、前記実装基板の前記一表面側に、前記ＬＥＤチップおよび前記光検出部それぞれと電気的に接続される複数の外部接続用電極を設ける場合に比べて、前記実装基板の平面サイズの小型化を図れる。
【００１３】
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、前記実装基板は、複数のシリコン基板を用いて形成され、前記光検出部がフォトダイオードからなることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、前記光検出部を前記実装基板に容易に形成することが可能となる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記ＬＥＤチップを駆動する駆動回路部と、前記光検出部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前記ＬＥＤチップ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。
【００１６】
この発明によれば、前記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て当該別の基板を実装基板に並設する場合に比べて、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。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記ＬＥＤチップから放射される光によって励起されて前記ＬＥＤチップよりも長波長の光を放射する蛍光体を含有した透光性材料により形成され前記実装基板との間に前記ＬＥＤチップを囲む形で配置された蛍光体キャップを備え、蛍光体キャップは、下面開口した六角錘状の形状に形成されてなることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、前記ＬＥＤチップの前記錐体から放射された光が蛍光体キャップの光入射面で全反射されるのを抑制できて前記ＬＥＤチップからの光を蛍光体キャップで効率良く色変換（波長変換）することができ、また、蛍光体キャップの光入射面への前記ＬＥＤチップからの光の入射光強度の均一化を図れ、蛍光体キャップの局所的な温度上昇をより抑制することができ、蛍光体の量子効率の向上を図れる。また、蛍光体キャップを通る光の光路長差を低減でき、色むらを低減できる。
【００１９】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記発光部は、発光色が異なる複数種の前記ＬＥＤチップからなり、前記光検出部は、各発光色の前記ＬＥＤチップそれぞれから放射される光を各別に検出するように複数設けられてなることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、前記発光部が、発光色が異なる複数種の前記ＬＥＤチップから構成されているので、前記各ＬＥＤチップそれぞれの発光色とは異なる色の混色光を得ることができ、また、前記光検出部が、各発光色の前記ＬＥＤチップそれぞれから放射される光を各別に検出するように複数設けられているので、前記各光検出部それぞれの出力に基づいて前記各ＬＥＤチップそれぞれ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。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明では、ＬＥＤチップから放射される光を検出する光検出部が実装基板に一体に設けられた構成を採用しながらも、光取り出し効率の向上を図れ且つ光検出部のＳ／Ｎ比を向上させることが可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態１の発光装置を示す概略断面図である。
【図２】同上の発光装置の製造方法の説明図である。
【図３】実施形態２の発光装置の概略断面図である。
【図４】実施形態３の発光装置の概略断面図である。
【図５】実施形態４の発光装置の概略断面図である。
【図６】同上の発光装置の要部概略平面図である。
【図７】実施形態５の発光装置の概略断面図である。
【図８】従来例の発光装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（実施形態１）
以下、本実施形態の発光装置について図１および図２に基づいて説明する。
【００２４】
本実施形態の発光装置は、ＬＥＤチップ１と、当該ＬＥＤチップ１が一表面側に実装された実装基板２とを備えている。なお、本実施形態では、１個のＬＥＤチップ１により発光部を構成している。
【００２５】
ＬＥＤチップ１は、青色光を放射するＧａＮ系の青色ＬＥＤチップであり、それぞれ窒化物半導体材料により形成されたｎ形窒化物半導体層１４と発光層１５とｐ形窒化物半導体層１６との積層構造を有するＬＥＤ薄膜部１２、ｎ形窒化物半導体層１４に電気的に接続されたカソード電極１８およびｐ形窒化物半導体層１６に電気的に接続されたアノード電極１７がｎ形のＺｎＯ結晶からなる六角錘状の錐体１１の下面１１ａ側に形成されている。
【００２６】
ＬＥＤチップ１のＬＥＤ薄膜部１２は、ｎ形窒化物半導体層１４をｎ形ＧａＮ層により構成し、発光層１５をＩｎＧａＮ層により構成し、ｐ形窒化物半導体層１６を発光層１５側のｐ形ＡｌＧａＮ層と当該ｐ形ＡｌＧａＮ層における発光層１５側とは反対側のｐ形ＧａＮ層とで構成してあるが、ＬＥＤ薄膜部１２の積層構造は特に限定するものではなく、発光層１５は単層構造に限らず、多重量子井戸構造ないし単一量子井戸構造でもよい。
【００２７】
また、ＬＥＤチップ１は、ＬＥＤ薄膜部１２の平面視形状を錐体１１の下面１１ａよりもやや小さな正六角形状の形状に形成してあり、カソード電極１８が、ＬＥＤ薄膜部１２のｎ形窒化物半導体層１４に接する形で形成されて当該ｎ形窒化物半導体層１４と電気的に接続され、アノード電極１７が錐体１１の下面１１ａに接する形で形成され当該錐体１１を介してｐ形窒化物半導体層１６と電気的に接続されている。したがって、ｎ形窒化物半導体層１４と発光層１５とｐ形窒化物半導体層１６との平面サイズを同じにすることができる。ここで、ＬＥＤチップ１のアノード電極１７およびカソード電極１８は、下層側のＴｉ膜と上層側のＡｕ膜との積層膜により構成されている。ただし、アノード電極１７およびカソード電極１８それぞれの形状、サイズ、個数および配置は特に限定するものではない。
【００２８】
上述のＬＥＤチップ１は、主表面がｃ面のサファイアウェハの主表面側に上記積層構造を有するＬＥＤ薄膜部１２をエピタキシャル成長法（例えば、ＭＯＶＰＥ法など）により成長し、その後、ＬＥＤ薄膜部１２を錐体１１の基礎となるｎ形ＺｎＯウェハに接合してから、サファイアウェハを除去し、続いて、塩酸系のエッチング液（例えば、塩酸水溶液など）を用いてエッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングを行うことによりｎ形ＺｎＯウェハの一部からなる六角錘状の錐体１１を形成している。なお、ｎ形ＺｎＯウェハとしては、水熱合成法を利用して製造したものを用いている。六角錘状の錐体１１の高さは、ｎ形ＺｎＯウェハの厚さで規定することができ、本実施形態では、ｎ形ＺｎＯウェハとして厚さが５００μｍのものを用いているので、錐体１１の高さは５００μｍとなっているが、ｎ形ＺｎＯウェハの厚さは特に限定するものではない。また、錐体１１の下面１１ａに対する各斜面１１ｂそれぞれの傾斜角は、ｎ形ＺｎＯウェハの結晶軸方向で規定され、ｎ形ＺｎＯウェハにおいて錐体１１の下面１１ａとなるＺｎ極性面である（０００１）面とは反対側のＯ極性面である（０００−１）面に適宜パターニングされたマスクを設けてｎ形ＺｎＯウェハをＯ極性面側から異方性エッチングすることにより錐体１１を形成しているので、下面１１ａに対する各斜面１１ｂそれぞれの傾斜角が６０°となっている。また、上記マスクのサイズを適宜設定すれば、錐体１１を、六角錘の頂部を切り欠いた六角錘状の形状（六角錘台状の形状）とすることもできる。
【００２９】
また、ＬＥＤチップ１は、ＬＥＤ薄膜部１２における錐体１１側とは反対側の表面（ここでは、ｎ形窒化物半導体層１４の表面）に光取り出し効率向上用の微細凹凸構造を形成してもよい。このような微細凹凸構造を形成すれば、ＬＥＤチップ１においてＬＥＤ薄膜部１２から錐体１１側とは反対側に放射される光（ここでは、発光層１５からｎ形窒化物半導体層１４側へ放射される光）がＬＥＤ薄膜部１２の表面で反射されるのを抑制して効率良く取り出すことができ、光取り出し効率の向上を図れる。
【００３０】
上述のＬＥＤチップ１は、アノード電極１７とカソード電極１８との間に順方向バイアス電圧を印加することにより、トンネル電流注入によりアノード電極１７からｐ形窒化物半導体層１６へホールが注入されるとともに、カソード電極１８からｎ形窒化物半導体層１４へ電子が注入され、発光層１５に注入された電子とホールとが再結合することで発光し、錐体１１の各斜面１１ｂおよびＬＥＤ薄膜部１２におけるｎ形窒化物半導体層１４の錐体１１側とは反対側の表面から光が放射される。なお、波長が４５０ｎｍの光に対するＺｎＯの屈折率は２．１、ＧａＮの屈折率は２．４である。
【００３１】
以上説明したＬＥＤチップ１は、錐体１１よりもＬＥＤ薄膜部１２が実装基板２の上記一表面に近くなる形で実装基板２に実装されている。
【００３２】
実装基板２は、上記一表面からＬＥＤチップ１のＬＥＤ薄膜部１２および錐体１１の下部を囲む形で突出した壁部２ｂから錐体１１の下部へ向かって張り出した庇部２ｃを有し、該庇部２ｃに、ＬＥＤチップ１から放射される光を検出する光検出部４が設けられている。なお、光検出部４は、ＬＥＤチップ１における錐体１１の斜面１１ｂから放射される光の一部や、ＬＥＤ薄膜部１２から実装基板２の上記一表面側へ放射される光の一部が入射する。
【００３３】
ここにおいて、実装基板２は、半導体材料であるシリコンからなる第１のシリコン基板２０ａを用いて形成されＬＥＤチップ１が一表面側に実装されるベース基板２０と、第２のシリコン基板３０ａを用いて形成されてベース基板２０に接合された中間層基板３０と、第３のシリコン基板４０ａを用いて形成されて中間層基板３０に接合され光検出部４が設けられた光検出部形成基板４０とを有している。要するに、実装基板２は、半導体材料であるシリコンにより形成されている。なお、本実施形態では、中間層基板３０と光検出部形成基板４０の周部とで、上述の壁部２ｂが構成され、光検出部形成基板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、上述の庇部２ｃが構成されている。
【００３４】
実装基板２は、ベース基板２０、中間層基板３０および光検出部形成基板４０それぞれの外周形状が矩形状であり、中間層基板３０の中央部に六角形状の開口窓３１が形成され、光検出部形成基板４０の中央部に六角形状の光取出窓４１が形成されるとともに光取出窓４１の周部に光検出部４が形成されており、ベース基板２０と中間層基板３０と光検出部形成基板４０とで囲まれた空間にＬＥＤチップ１の一部が収納されている。なお、開口窓３１および光取出窓４１の開口形状は六角形状に限らず、例えば、円形状でもよい。
【００３５】
ベース基板２０と中間層基板３０と光検出部形成基板４０とで囲まれた上記空間におけるＬＥＤチップ１と実装基板２との間の隙間には、透光性の封止材（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）からなり、ＬＥＤチップ１の一部や、光検出部４、ＬＥＤチップ１と実装基板２とを接合し且つ電気的に接続している各バンプ５０などを封止した封止部５が形成されている。要するに、封止部５の一部がアンダーフィル部を構成している。
【００３６】
また、本実施形態の発光装置は、ＬＥＤチップ１から放射される光によって励起されてＬＥＤチップ１よりも長波長の光を放射する蛍光体を含有した透光性材料（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、有機成分と無機成分とがｎｍレベルもしくは分子レベルで混合、結合した有機・無機ハイブリッド材料など）により形成され実装基板２との間にＬＥＤチップ１を囲む形で配置された蛍光体キャップ６を備えている。ここにおいて、蛍光体キャップ６は、実装基板２の上記一表面側において、ＬＥＤチップ１のうち光検出部形成基板４０から突出した部分を実装基板２との間で覆う形で形成されている。また、蛍光体キャップ６は、半楕円球状の形状に形成されているが、半球状の形状でもよい。また、蛍光体キャップ６をドーム状の形状として、蛍光体キャップ６とＬＥＤチップ１との間にゲル状のポリマーを充填してもよい。
【００３７】
本実施形態の発光装置では、上述の蛍光体として、ＬＥＤチップ１から放射された青色の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採用しているので、ＬＥＤチップ１から放射された青色の光と黄色蛍光体から放射された光とが蛍光体キャップ６から出射されることとなり、白色光を得ることができる。なお、蛍光体キャップ６の透光性材料としてガラスを採用すれば、シリコーン樹脂などの有機材料を採用している場合に比べて、蛍光体キャップ６の熱伝導性が向上するので、蛍光体の温度上昇を抑制できて光束を向上させることができ、しかも、水蒸気やＮＯｘなど対するガスバリア性や耐透湿性が向上するとともに、蛍光体の吸湿劣化を抑制でき、信頼性および耐久性が向上する。また、蛍光体キャップ６の材料として用いる透光性材料に混合する蛍光体も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混合しても白色光を得ることができ、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを用いれば演色性を高めることができる。
【００３８】
上述の中間層基板３０および光検出部形成基板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、光検出部形成基板４０の厚み寸法と中間層基板３０の厚み寸法との合計寸法は、ＬＥＤチップ１の錐体１１の高さ寸法よりも小さく設定されている。
【００３９】
上述のベース基板２０、中間層基板３０、光検出部形成基板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る。
【００４０】
ベース基板２０は、第１のシリコン基板２０ａの一表面側（図１における上面側）に、ＬＥＤチップ１のアノード電極１７およびカソード電極１８それぞれとバンプ５０，５０を介して接合され電気的に接続される導体パターン２５ａ，２５ｂ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を介して光検出部４と電気的に接続される２つの導体パターン２５ｃ，２５ｄが形成されており、各導体パターン２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄと第１のシリコン基板２０ａの他表面側（図１における下面側）に形成された４つの外部接続用電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ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。なお、各バンプ５０の材料としてはＡｕを採用しているが、これに限らず、例えば、半田を採用してもよい。
【００４１】
また、ベース基板２０は、第１のシリコン基板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。なお、複数の貫通孔配線２４のうち、ＬＥＤチップ１に電気的に接続される貫通孔配線２４は、ＬＥＤチップ１で発生した熱を放熱させるサーマルビアを兼ねている。
【００４２】
また、ベース基板２０は、第１のシリコン基板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２２が厚み方向に貫設され、第１のシリコン基板２０ａの上記一表面および上記他表面と各貫通孔２２の内面とに跨って熱酸化膜（シリコン酸化膜）からなる第１の絶縁膜２３が形成されており、各導体パターン２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ、接合用金属層２９、各外部接続用電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄおよび各貫通孔配線２４が第１のシリコン基板２０ａと電気的に絶縁されている。
【００４３】
ここにおいて、各導体パターン２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ、接合用金属層２９、および各外部接続用電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄは、第１の絶縁膜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，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄと接合用金属層２９とを同時に形成し、各外部接続用電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄを同時に形成してある。なお、本実施形態では、第１の絶縁膜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膜と第１の絶縁膜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。
【００４４】
中間層基板３０は、第２のシリコン基板３０ａの一表面側（図１における下面側）に、ベース基板２０の２つの導体パターン２７ｃ，２７ｄと接合されて電気的に接続される２つの導体パターン３５ｃ，３５ｄが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、中間層基板３０は、第２のシリコン基板３０ａの他表面側（図１における上面側）に、貫通孔配線３４，３４を介して導体パターン３５ｃ，３５ｄと電気的に接続される導体パターン３７ｃ，３７ｄが形成されるとともに、光検出部形成基板４０と接合するための接合用金属層３８が形成されている。
【００４５】
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が第２のシリコン基板３０ａの厚み方向に貫設され、第２のシリコン基板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）からなる第２の絶縁膜３３が形成されており、各導体パターン３５ｃ，３５ｄ，３７ｃ，３７ｄおよび各接合用金属層３６，３８が第２のシリコン基板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３５ｃ，３５ｄ，３７ｃ，３７ｄ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、導体パターン３５ｃ，３５ｄと接合用金属層３６とを同時に形成し、導体パターン３７ｃ，３７ｄと接合用金属層３８とを同時に形成してある。なお、本実施形態では、第２の絶縁膜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膜と第２の絶縁膜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。
【００４６】
光検出部形成基板４０は、第３のシリコン基板４０ａの一表面側（図１における下面側）に、中間層基板３０の２つの導体パターン３７ｃ，３７ｄと接合されて電気的に接続される２つの導体パターン４７ｃ，４７ｄ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、光検出部４は、上述のようにフォトダイオードにより構成されており、光検出部形成基板４０に形成された２つの導体パターン４７ｃ，４７ｄの一方の導体パターン４７ｃが、光検出部４を構成するフォトダイオードのｐ形領域４ｃに電気的に接続され、他方の導体パターン４７ｄが、上記フォトダイオードのｎ形領域４ｄを構成する第３のシリコン基板４０ａに電気的に接続されている。なお、光検出部４は、ｐ形領域４ｃの表面が受光面を構成している。
【００４７】
また、光検出部形成基板４０は、第３のシリコン基板４０ａの上記一表面側にシリコン酸化膜からなる第３の絶縁膜４３が形成されており、当該第３の絶縁膜４３がフォトダイオードの反射防止膜を兼ねている。また、光検出部形成基板４０は、上記一方の導体パターン４７ｃが、第３の絶縁膜４３に形成したコンタクトホール４３ｃを通してｐ形領域４ｃと電気的に接続され、上記他方の導体パターン４７ｄが第３の絶縁膜４３に形成したコンタクトホール４３ｄを通してｎ形領域４ｄ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４７ｃ，４７ｄおよび接合用金属層４８は、第３の絶縁膜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、第３の絶縁膜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膜と第３の絶縁膜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。
【００４８】
上述の発光装置の製造にあたっては、例えば、図２に示すように、光検出部４、第３の絶縁膜４３、各導体パターン４７ｃ，４７ｄ、および接合用金属層４８が形成された第３のシリコン基板４０ａと中間層形成基板３０とを接合する第１の接合工程を行った後、第３のシリコン基板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第３のシリコン基板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部形成基板４０を完成させてから、ＬＥＤチップ１が実装されたベース基板２０と中間層基板３０とを接合する第２の接合工程を行うことにより実装基板２を完成させ、続いて、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蛍光体キャップ６を配設する蛍光体キャップ配設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、加熱圧接法や、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。
【００４９】
上述の第１の接合工程では、第３のシリコン基板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、第３のシリコン基板４０ａの導体パターン４７ｃ，４７ｄと中間層基板３０の導体パターン３７ｃ，３７ｄとが接合され電気的に接続される。ここで、第３のシリコン基板４０ａ側の導体パターン４７ｃ，４７ｄと中間層基板３０側の導体パターン３７ｃ，３７ｄとの接合部位を、貫通孔配線３４に重なる領域からずらしておけば、導体パターン４７ｃ，４７ｄと導体パターン３７ｃ，３７ｄ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、ベース基板２０の導体パターン２５ｃ，２５ｄと中間層基板３０の導体パターン３５ｃ，３５ｄとが接合され電気的に接続される。ここで、ベース基板２０の導体パターン２５ｃ，２５ｄと中間層基板３０の導体パターン３５ｃ，３５ｄとの接合部位を、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おけば、導体パターン２５ｃ，２５ｄと導体パターン３５ｃ，３５ｄ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。
【００５０】
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、中間層基板３０、光検出部形成基板４０を多数形成可能なシリコンウェハを用い、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、封止部形成工程、蛍光体キャップ配設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。ここで、実装基板２と蛍光体キャップ６とでパッケージを構成している。したがって、ベース基板２０と中間層基板３０と光検出部形成基板４０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。
【００５１】
以上説明した本実施形態の発光装置によれば、ＬＥＤチップ１のＬＥＤ薄膜部１２、カソード電極１８およびアノード電極１７がＺｎＯ結晶からなる六角錘状の錐体１１の下面１１ａ側に形成され、当該錐体１１よりもＬＥＤ薄膜部１２が実装基板２の上記一表面に近くなる形で実装基板２に実装されており、実装基板２が、ＬＥＤチップ１が実装される上記一表面からＬＥＤチップ１のＬＥＤ薄膜部１２および錐体１１の下部を囲む形で突出した壁部２ｂから錐体１１の下部へ向かって張り出した庇部２ｃを有し、該庇部２ｃに、ＬＥＤチップ１から放射される光を検出する光検出部４が設けられているので、ＬＥＤチップ１から放射される光を検出する光検出部４が実装基板２に一体に設けられた構成を採用しながらも、光取り出し効率の向上を図れ、且つ、外乱光に起因した光検出部４の出力のノイズを低減でき、光検出部４のＳ／Ｎ比を向上させることが可能になる。なお、ベース基板２０の上記一表面側には、ＬＥＤチップ１からの光を反射する反射膜（図示せず）を設けることが好ましい。また、サーマルビアを兼ねる貫通孔配線２４については、ベース基板２０の厚み方向に直交する断面の面積を大きくすることが放熱性を向上させる観点から望ましい。
【００５２】
また、本実施形態の発光装置では、実装基板２における上記一表面側とは反対の他表面側の外部接続用電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄとＬＥＤチップ１および光検出部４とを電気的に接続する貫通孔配線２４，２４，２４，２４，３４，３４が形成されているので、実装基板２の上記一表面側に、ＬＥＤチップ１と電気的に接続される外部接続用電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄを設ける場合に比べて、実装基板２の平面サイズの小型化を図れる。
【００５３】
また、本実施形態の発光装置では、実装基板２が複数のシリコン基板２０ａ，３０ａ，４０ａを用いて形成され、光検出部４がフォトダイオードにより構成されているので、光検出部４を実装基板２に容易に形成することが可能となる。
【００５４】
また、本実施形態の発光装置は、実装基板２に光検出部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、各光検出部４の出力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。
【００５５】
（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と略同じであり、実施形態１にて説明したベース基板２０と中間層基板３０との積層体に対応する部分が、図３に示すように１枚のシリコン基板２０ａを用いて形成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。
【００５６】
本実施形態では、ベース基板２０の上記一表面の周部から突出した部分が実施形態１にて説明した中間層基板３０に対応しており、ベース基板２０の厚肉部において外部接続用電極２７ｃ，２７ｄに電気的に接続された導体パターン２５ｃ，２５ｄが、光検出部形成基板３０の導体パターン４７ｃ，４７ｄと接合されて電気的に接続されている。
【００５７】
しかして、本実施形態の発光装置では、実装基板２が２枚のシリコン基板２０ａ，４０ａを用いて形成されているので、実施形態１の発光装置に比べて低コスト化を図れる。
【００５８】
（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と略同じであって、図４に示すように、蛍光体キャップ６が、下面開口した六角錘状の形状に形成されている点が相違する。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。
【００５９】
しかして、本実施形態の発光装置では、蛍光体キャップ６を光入射面が楕円球面の一部により構成されるドーム状に形成してある場合に比べて、ＬＥＤチップ１の錐体１１から放射された光が蛍光体キャップ６の光入射面で全反射されるのを抑制できてＬＥＤチップ１からの光を蛍光体キャップ６で効率良く色変換（波長変換）することができ、また、蛍光体キャップ６の光入射面へのＬＥＤチップ１からの光の入射光強度の均一化を図れ、蛍光体キャップ６の局所的な温度上昇をより抑制することができ、蛍光体の量子効率の向上を図れる。
【００６０】
また、本実施形態の発光装置では、蛍光体キャップ６が、当該蛍光体キャップ６の６つの内側面が錐体１１の６つの斜面１１ｂそれぞれに接する大きさに形成されているので、発光装置全体の小型化を図れるとともに、蛍光体キャップ６の蛍光体で発生した熱をＬＥＤチップ１を通して放熱させることができて、蛍光体の温度上昇をより抑制できて、量子効率のより一層の向上を図れる。また、蛍光体キャップ６を通る光の光路長差を低減でき、色むらを低減できる。
【００６１】
なお、蛍光体キャップ６が、ＬＥＤチップ１との間に空気層が形成される形で実装基板２に固着されるようにすれば、ＬＥＤチップ１から放射されて蛍光体キャップ６に入射し蛍光体キャップ６の蛍光体により散乱された光のうちＬＥＤチップ１側へ散乱されてＬＥＤチップ１に吸収される光の光量を低減できて外部への光取り出し効率を向上できる。また、実施形態２において、蛍光体キャップ６の形状を本実施形態と同様の形状としてもよい。
【００６２】
（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１と略同じであって、図５および図６に示すように、実装基板２に発光色が互いに異なる複数種（ここでは、４種類）のＬＥＤチップ１が実装されて当該複数種のＬＥＤチップ１により発光部が構成されており、光検出部形成基板４０の光検出部４が、各ＬＥＤチップ１から放射される光を各別に検出できるようにＬＥＤチップ１と同じ数だけ設けられている点（つまり、ＬＥＤチップ１と光検出部４との組が複数組ある点）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。
【００６３】
本実施形態では、４種類のＬＥＤチップ１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設定すればよい。
【００６４】
また、本実施形態の発光装置は、光検出部形成基板４０における中間層基板３０側とは反対側にリフレクタ部８０が設けられている点が相違する。リフレクタ部８０は、光検出部形成基板４０と連続一体に形成してもよいし（つまり、第３のシリコン基板４０ａの一部により構成してもよいし、第３のシリコン基板４０ａとは別にシリコン基板を用いて形成してもよい。ここで、リフレクタ部８０は、光検出部形成基板４０から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなっている。なお、リフレクタ８０の内側面には、ＬＥＤチップ１から放射される光を反射する反射膜（図示せず）を被着しておくことが好ましい。
【００６５】
しかして、本実施形態の発光装置では、リフレクタ部８０を設けてあるので、混色性が向上し、色むらを抑制することができる。
【００６６】
（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３と略同じであって、図７に示すように、ＬＥＤチップ１を駆動する駆動回路部８と、光検出部４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８からＬＥＤチップ１へ供給される電流を制御する制御回路部９とが実装基板２に集積化されている点が相違する。なお、実施形態３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。
【００６７】
実装基板２は、第４のシリコン基板７０ａを用いて形成され駆動回路部８および制御回路部９が形成された回路形成基板７０がベース基板２０における中間層基板３０側とは反対側に接合されている。ここにおいて、回路形成基板７０は、第４のシリコン基板７０ａの一表面側に駆動回路部８と外部接続用電極２７ａ，２７ｂとを電気的に接続する導体パターン７１ａ，７１ｂが形成されるとともに、制御回路部９と外部接続用電極２７ｃ，２７ｄとを電気的に接続する導体パターン７１ｃ，７１ｄが形成され、駆動回路部８と制御回路部９とを電気的に接続する配線（図示せず）が形成されている。また、回路形成基板７０は、第４のシリコン基板７０ａの他表面側に、駆動回路部８および制御回路部９それぞれと貫通孔配線７４を介して電気的に接続される複数の外部接続用電極７５が形成されている。また、回路形成基板７０には、導体パターン７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ、各貫通孔配線７４および各外部接続用電極７５を電気的に絶縁する第４の絶縁膜７３が形成されている。また、回路形成基板７０は、第４のシリコン基板７０ａの上記他表面側に、外部接続用電極７５と同じ材料により同一厚さに形成された放熱用パッド７６を備えている。
【００６８】
しかして、本実施形態の発光装置では、実装基板２とは別の基板に駆動回路部８および制御回路部９を設けて当該別の基板を実装基板２に並設する場合に比べて、駆動回路部８および制御回路部９を含めた発光装置の小型化を図ることができるとともに、ＬＥＤチップ１で発生した熱をベース基板２０および回路形成基板７０を通して効率良く放熱させることが可能となる。
【００６９】
なお、実施形態１〜３，５において、蛍光体キャップ６は必ずしも設ける必要はなく、蛍光体キャップ６を設けない場合には、ＬＥＤチップ１の発光色が発光装置の発光色に等しくなる。
【符号の説明】
【００７０】
１ ＬＥＤチップ
２ 実装基板
２ｂ 壁部
２ｃ 庇部
４ 光検出部
６ 蛍光体キャップ
８ 駆動回路部
９ 制御回路部
１１ 錐体
１１ａ 下面
１２ ＬＥＤ薄膜部
１４ ｎ形窒化物半導体層
１５ 発光層
１６ ｐ形窒化物半導体層
１７ アノード電極
１８ カソード電極
２０ａ 第１のシリコン基板
２４ 貫通孔配線
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ 外部接続用電極
３０ａ 第２のシリコン基板
３４ 貫通孔配線
４０ａ 第３のシリコン基板
７０ａ 第４のシリコン基板
７４ 貫通孔配線
７５ 外部接続用電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１個のＬＥＤチップからなる発光部と、当該発光部が一表面側に実装された実装基板とを備え、ＬＥＤチップは、ｎ形窒化物半導体層とｐ形窒化物半導体層とを有するＬＥＤ薄膜部、ｎ形窒化物半導体層に電気的に接続されたカソード電極およびｐ形窒化物半導体層に電気的に接続されたアノード電極がＺｎＯ結晶からなる六角錘状の錐体の下面側に形成されてなり、当該錐体よりもＬＥＤ薄膜部が実装基板の前記一表面に近くなる形で実装基板に実装されてなり、実装基板は、前記一表面からＬＥＤチップのＬＥＤ薄膜部および錐体の下部を囲む形で突出した壁部から錐体の下部へ向かって張り出した庇部を有し、該庇部に、ＬＥＤチップから放射される光を検出する光検出部が設けられてなることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記実装基板は、前記一表面側とは反対の他表面側の複数の外部接続用電極と前記ＬＥＤチップおよび前記光検出部それぞれとを電気的に接続する複数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記載の発光装置。
【請求項３】
前記実装基板は、複数のシリコン基板を用いて形成され、前記光検出部がフォトダイオードから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。
【請求項４】
前記ＬＥＤチップを駆動する駆動回路部と、前記光検出部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前記ＬＥＤチップ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３記載の発光装置。
【請求項５】
前記ＬＥＤチップから放射される光によって励起されて前記ＬＥＤチップよりも長波長の光を放射する蛍光体を含有した透光性材料により形成され前記実装基板との間に前記ＬＥＤチップを囲む形で配置された蛍光体キャップを備え、蛍光体キャップは、下面開口した六角錘状の形状に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４のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項６】
前記発光部は、発光色が異なる複数種の前記ＬＥＤチップからなり、前記光検出部は、各発光色の前記ＬＥＤチップそれぞれから放射される光を各別に検出するように複数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４のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１】
少なくとも１個のＬＥＤチップからなる発光部と、当該発光部が一表面側に実装された実装基板とを備え、ＬＥＤチップは、ｎ形窒化物半導体層とｐ形窒化物半導体層とを有するＬＥＤ薄膜部、ｎ形窒化物半導体層に電気的に接続されたカソード電極およびｐ形窒化物半導体層に電気的に接続されたアノード電極がＺｎＯ結晶からなる六角錘状の錐体の下面側に形成されてなり、当該錐体よりもＬＥＤ薄膜部が実装基板の前記一表面に近くなる形で実装基板に実装されてなり、実装基板は、前記一表面からＬＥＤチップのＬＥＤ薄膜部および錐体の下部を囲む形で突出した壁部から錐体の下部へ向かって張り出した庇部を有し、該庇部に、ＬＥＤチップから放射される光を検出する光検出部が設けられてなることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記実装基板は、前記一表面側とは反対の他表面側の複数の外部接続用電極と前記ＬＥＤチップおよび前記光検出部それぞれとを電気的に接続する複数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記載の発光装置。
【請求項３】
前記実装基板は、複数のシリコン基板を用いて形成され、前記光検出部がフォトダイオードから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。
【請求項４】
前記ＬＥＤチップを駆動する駆動回路部と、前記光検出部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前記ＬＥＤチップ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３記載の発光装置。
【請求項５】
前記ＬＥＤチップから放射される光によって励起されて前記ＬＥＤチップよりも長波長の光を放射する蛍光体を含有した透光性材料により形成され前記実装基板との間に前記ＬＥＤチップを囲む形で配置された蛍光体キャップを備え、蛍光体キャップは、下面開口した六角錘状の形状に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４のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項６】
前記発光部は、発光色が異なる複数種の前記ＬＥＤチップからなり、前記光検出部は、各発光色の前記ＬＥＤチップそれぞれから放射される光を各別に検出するように複数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４のいずれか１項に記載の発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２７８１５１（Ｐ２０１０−２７８１５１Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２８０９６（Ｐ２００９−１２８０９６）
【出願日】平成２１年５月２７日（２００９．５．２７）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２７日（２００９．５．２７）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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