発光装置
【課題】ＬＥＤチップから放射される光の一部を検出する光検出部を実装基板に一体に設けた構成を採用しながらも、構造の簡略化を図れ、且つ、光検出部のＳ／Ｎ比の向上を図れる発光装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤチップ１が一表面側に実装され且つＬＥＤチップ１から放射された光を検出する光検出部４が形成された実装基板２と、ＬＥＤチップ１から放射された光の配光を制御するレンズ部３とを備える。実装基板２が１枚のシリコン基板（半導体基板）２０ａを用いて形成され、光検出部４においてＬＥＤチップ１からの光を受光する受光部４ａが実装基板２の上記一表面側においてＬＥＤチップ１の側方に形成されており、実装基板２の上記一表面側においてＬＥＤチップ１の真上でない位置に、ＬＥＤチップ１から放射された光の一部を全反射の繰り返しにより受光部４ａの受光面へ導光する導波路５が設けられている。
【解決手段】ＬＥＤチップ１が一表面側に実装され且つＬＥＤチップ１から放射された光を検出する光検出部４が形成された実装基板２と、ＬＥＤチップ１から放射された光の配光を制御するレンズ部３とを備える。実装基板２が１枚のシリコン基板（半導体基板）２０ａを用いて形成され、光検出部４においてＬＥＤチップ１からの光を受光する受光部４ａが実装基板２の上記一表面側においてＬＥＤチップ１の側方に形成されており、実装基板２の上記一表面側においてＬＥＤチップ１の真上でない位置に、ＬＥＤチップ１から放射された光の一部を全反射の繰り返しにより受光部４ａの受光面へ導光する導波路５が設けられている。
【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）を用いた発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図９に示すように、ＬＥＤチップ１と、ＬＥＤチップ１を収納するパッケージＡとを備え、ＬＥＤチップ１から放射される光を検出するフォトダイオードからなる光検出部４がパッケージＡに一体に設けられた発光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上述のパッケージＡは、ＬＥＤチップ１が収納される収納凹所２ｂが一表面に形成されＬＥＤチップ１が実装される実装基板２ａと、実装基板２ａの上記一表面側で収納凹所２ｂを閉塞する形で配設された透光性部材８とで構成され、光検出部４が実装基板２ａにおける収納凹所２ｂの周部から内方へ突出する突出部２ｃに形成されており、収納凹所２ｂ内がＬＥＤチップ１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９により充実されている。
【０００４】
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ＬＥＤチップ１が実装されるベース基板２０と、シリコン基板４０ａを用いて形成され光取出窓４１が形成されるとともに光検出部４が形成された光検出部形成基板４０と、シリコン基板３０ａを用いて形成されてなり光取出窓４１に連通する開口窓３１が形成されベース基板２０と光検出部形成基板４０との間に介在する配光用基板３０とで構成されており、光検出部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２７ｃ，２７ｄと電気的に接続されている。なお、ＬＥＤチップ１は、ベース基板２０に形成された図示しない貫通孔配線を介して図示しない外部接続用電極と電気的に接続されている。
【０００５】
上述の図９に示した構成の発光装置では、実装基板２ａにおいてＬＥＤチップ１を収納する収納凹所２ｂの周部から内方へ突出する突出部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が形成されているので、実装基板２ａの上記一表面側において収納凹所２ｂの周囲に光検出部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、光検出部４を実装基板２ａに設けながらも平面サイズの小型化が可能になるという利点がある。
【０００６】
しかして、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。
【０００７】
また、従来から、図１０に示すように、リードフレームを用いて形成され、ＬＥＤチップ２０１とフォトダイオードチップ２０４とが実装された実装基板２０２と、ＬＥＤチップ２０１とフォトダイオードチップ２０４と実装基板２０２とを封止した透光性樹脂成形部２０５とを備え、透光性樹脂成形部２０５の表面に、ＬＥＤチップ２０１に光軸が一致しＬＥＤチップ２０１から放射された光を集光する集光レンズ部２０６と、ＬＥＤチップ２０１から放射された光の一部を全反射してフォトダイオード２０４へ入射させる反射部２０７，２０８とが形成されてなる発光装置（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１０中の破線はＬＥＤチップ２０１から放射された光の光路を示し、二点差線ＭはＬＥＤチップ２０１の光軸を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２９４８３４号公報
【特許文献２】特開平１０−３２１９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、図９に示した構成の発光装置では、実装基板２ａを３枚のシリコン基板２０ａ，３０ａ，４０ａを用いて形成する必要があり、構造が複雑になってしまうとともにコストが高くなってしまう。
【００１０】
また、図１０に示した構成の発光装置は、実装基板２０２とは別にフォトダイオードチップ２０４が必要となるので、コストが高くなってしまう。また、図１０に示した構成の発光装置は、ＬＥＤチップ２０１から放射され反射部２０７，２０８で反射された光がフォトダイオードチップ２０４の受光面へ直接入射するように反射部２０７，２０８の形状などを設計してあるので、反射部２０７，２０８で反射された光の光路長が長くなって光減衰量が多くなってしまい、フォトダイオードチップ２０４のＳ／Ｎ比が低くなってしまう。
【００１１】
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の一部を検出する光検出部を実装基板に一体に設けた構成を採用しながらも、構造の簡略化を図れ、且つ、光検出部のＳ／Ｎ比の向上を図れる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】
【００１２】
請求項１の発明は、ＬＥＤチップと、当該ＬＥＤチップが一表面側に実装されるとともにＬＥＤチップから放射された光を検出する光検出部が形成された実装基板とを備え、実装基板が１枚の半導体基板を用いて形成されるとともに、光検出部においてＬＥＤチップからの光を受光する受光部が実装基板の前記一表面側においてＬＥＤチップの側方に形成されてなり、実装基板の前記一表面側においてＬＥＤチップの真上でない位置に、ＬＥＤチップから放射された光の一部を反射の繰り返しにより受光部の受光面へ導光する導波路が設けられてなることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、実装基板が１枚の半導体基板を用いて形成されるとともに、光検出部においてＬＥＤチップからの光を受光する受光部が実装基板の一表面側においてＬＥＤチップの側方に形成されてなり、実装基板の前記一表面側においてＬＥＤチップの真上でない位置に、ＬＥＤチップから放射された光の一部を全反射の繰り返しにより受光部の受光面へ導光する導波路が設けられているので、ＬＥＤチップから放射される光の一部を検出する光検出部を実装基板に一体に設けた構成を採用しながらも、実装基板を１枚の半導体基板を用いて形成できて構造の簡略化を図れ、且つ、ＬＥＤチップから放射される光の一部を反射の繰り返しにより光検出部の受光部へ導光する導波路が設けられていることで、ＬＥＤチップから放射された光を１回の反射で受光部へ入射させる場合に比べて、受光部に到達するまでの光減衰量を低減できて光検出部のＳ／Ｎ比の向上を図れる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記導波路は、前記実装基板の前記一表面側に形成されたコアと、コアにおける前記実装基板側とは反対側に形成され前記ＬＥＤチップから放射される光を反射する光反射材料からなるクラッドとを備えることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、前記導波路が、コアにおける前記実装基板側とは反対側に形成され前記ＬＥＤチップから放射される光を反射する光反射材料からなるクラッドを備えていることにより、当該クラッドにより前記受光部への外乱光を遮光することができ、前記光検出部のＳ／Ｎ比が外乱光の影響で低下するのを抑制することができる。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記導波路は、前記実装基板の前記一表面側において前記クラッドからなる上側クラッドとの間に前記コアを挟む形で形成され前記ＬＥＤチップから放射される光を反射する光反射材料からなる下側クラッドを備えることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、前記導波路が、それぞれ前記ＬＥＤチップから放射される光を反射する光反射材料からなる上側クラッドと下側クラッドとの間に前記コアが挟まれた構造を有しているので、前記コアから上側クラッドおよび下側クラッドそれぞれへ漏れる光量を低減でき、前記光検出部のＳ／Ｎ比の向上を図れる。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項２または請求項３の発明において、前記実装基板の前記一表面側に設けられ前記ＬＥＤチップから放射された光の配光を制御するレンズ部を備え、前記クラッドは、レンズ部の周辺部に形成されてなることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、前記ＬＥＤチップから放射された光の配光をレンズ部により制御でき、また、前記クラッドを容易に形成することができる。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、前記実装基板の前記一表面側に設けられ前記ＬＥＤチップから放射された光の配光を制御するレンズ部を備え、前記導波路は、レンズ部の光入射面の一部もしくは光出射面の一部に設けられてなることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、前記ＬＥＤチップから放射された光の配光をレンズ部により制御でき、また、レンズ部の周部に前記導波路を形成する場合に比べて、前記導波路を容易に形成することが可能となる。
【００２２】
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、前記実装基板の前記一表面側に設けられ前記ＬＥＤチップから放射された光の配光を制御するレンズ部を備え、前記受光部は、平面視においてレンズ部の外側に位置していることを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、前記ＬＥＤチップから放射された光の配光をレンズ部により制御でき、また、前記受光部が平面視においてレンズ部の外側に位置していることにより、レンズ部の小型化を図りながらも前記導波路へ前記ＬＥＤチップから放射された光を入射させやすくなる。
【００２４】
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、前記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、前記実装基板は、前記ＬＥＤチップのカソード電極およびアノード電極それぞれとバンプを介して接合される導体パターンが形成されてなることを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、前記ＬＥＤチップから前記実装基板側へ放射された光の一部を前記実装基板の前記一表面側で反射させることが可能となり、前記ＬＥＤチップからの光が前記導波路へ入射しやすくなる。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１の発明では、ＬＥＤチップから放射される光の一部を検出する光検出部を実装基板に一体に設けた構成を採用しながらも、構造の簡略化を図れ、且つ、光検出部のＳ／Ｎ比の向上を図れるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態１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。
【図２】実施形態２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。
【図３】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。
【図４】参考例の発光装置を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は要部概略平面図である。
【図５】実施形態４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。
【図６】実施形態５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。
【図７】実施形態６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。
【図８】実施形態７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。
【図９】従来例を示す概略断面図である。
【図１０】他の従来例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（実施形態１）
本実施形態の発光装置は、図１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るとともにＬＥＤチップ１から放射された光を検出する光検出部４が形成された実装基板２と、実装基板２の上記一表面側に設けられＬＥＤチップ１から放射された光の配光を制御するレンズ部３とを備えている。ここにおいて、本実施形態の発光装置は、実装基板２が１枚の半導体基板を用いて形成されるとともに、光検出部４においてＬＥＤチップ１からの光を受光する受光部４ａが実装基板２の上記一表面側においてＬＥＤチップ１の側方に形成されてなり、実装基板２の上記一表面側においてＬＥＤチップ１の真上でない位置に、ＬＥＤチップ１から放射された光の一部を反射の繰り返しにより受光部４ａの受光面へ導光する導波路５が設けられている。
【００２９】
上述の実装基板２は、半導体基板として導電形がｎ形で主表面である一表面が（１００）面のシリコン基板２０ａを用いて形成してある。ここにおいて、実装基板２は、シリコン基板２０ａの一表面側に、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，２５ｂが形成されるとともに、光検出部４に電気的に接続された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とシリコン基板２０ａの他表面側（図１（ａ）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。
【００３０】
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、可視光（例えば、赤色光、緑色光、青色光など）を放射するＬＥＤチップである。そこで、実装基板２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，２５ｂ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、ダイパッド部２５ａａ側とは反対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２５ｂと電気的に接続されている。
【００３１】
また、実装基板２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。
【００３２】
ところで、実装基板２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，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ、各外部接続用電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ、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。
【００３３】
ここにおいて、各導体パターン２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ、各外部接続用電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ、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、シリコン基板２０ａの上記一表面側の各導体パターン２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄが同時に形成され、シリコン基板２０ａの上記他表面側の各外部接続用電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ、放熱用パッド部２８が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。
【００３４】
また、実装基板２は、上述の光検出部４としてフォトダイオードが形成されている。ここにおいて、光検出部４は、シリコン基板２０ａの上記一表面側に、上記フォトダイオードのｐ形領域からなる受光部４ａが形成されており、上述の２つの導体パターン２５ｃ，２５ｄのうちの一方の導体パターン２５ｃが、当該受光部４ａに電気的に接続され、他方の導体パターン２５ｄが、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２０ａに電気的に接続されている。なお、各導体パターン２５ｃ，２５ｄは、絶縁膜２３に形成したコンタクトホール２３ｃ，２３ｄを通して光検出部４と電気的に接続されている。
【００３５】
レンズ部３は、透光性材料（例えば、シリコーン樹脂など）により形成され実装基板２の上記一表面側において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を封止した半球状のレンズ状封止部により構成されている。ここにおいて、レンズ部３の透光性材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどを採用してもよい。また、レンズ部３の形状は半球状に限らず、例えば、半楕円球状の形状でもよい。なお、本実施形態では、実装基板２とレンズ部３とでパッケージを構成している。
【００３６】
また、導波路５は、実装基板２の上記一表面側に形成されレンズ部３と同じ透光性材料からなるコア５ａと、コア５ａにおける実装基板２側とは反対側に形成されＬＥＤチップ１から放射される光を反射する光反射材料（例えば、Ａｌ、Ａｇなど）からなるクラッドである上側クラッド６と、実装基板２の上記一表面側において上側クラッド６との間にコア５ａを挟む形で形成されＬＥＤチップ１から放射される光を反射する光反射材料（例えば、Ａｌ、Ａｇなど）からなる下側クラッド２９とを備えている。しかして、導波路５のコア５ａに入射した光の一部がコア５ａと上側クラッド６との界面と、コア５ａと下側クラッド２９との界面とで、交互に反射され受光部４ａに導光される。
【００３７】
本実施形態の発光装置の製造にあたっては、上述のシリコン基板２０ａとして実装基板２を多数形成可能なシリコンウェハを用い、実装基板２にＬＥＤチップ１を実装してからレンズ部３および導波路５を形成し、その後、ダイシング工程により実装基板２のサイズに分割するようにしている。
【００３８】
以上説明した本実施形態の発光装置は、実装基板２が１枚の半導体基板であるシリコン基板２０ａを用いて形成されるとともに、光検出部４においてＬＥＤチップ１からの光を受光する受光部４ａが実装基板２の上記一表面側においてＬＥＤチップ１の側方に形成されており、実装基板２の上記一表面側においてＬＥＤチップ１の真上でない位置に、ＬＥＤチップ１から放射された光の一部を反射の繰り返しにより受光部４ａの受光面へ導光する導波路５が設けられているので、ＬＥＤチップ１から放射される光の一部を検出する光検出部４を実装基板２に一体に設けた構成を採用しながらも、実装基板２を１枚のシリコン基板２０ａを用いて形成できて構造の簡略化を図れ、且つ、ＬＥＤチップ１から放射される光の一部を反射の繰り返しにより光検出部４の受光部４ａへ導光する導波路５が設けられていることで、ＬＥＤチップ１から放射された光を１回の反射で受光部４ａへ入射させる場合に比べて、受光部４ａに到達するまでの光減衰量を低減できて光検出部４のＳ／Ｎ比の向上を図れる。また、本実施形態の発光装置は、上述のレンズ部３を備えているので、ＬＥＤチップ１から放射された光の配光をレンズ部３により制御できる。
【００３９】
ところで、上側クラッド６がコア５ａよりも屈折率の小さな透光性材料により形成されている場合、使用形態によっては外乱光が光検出部４の受光部４ａ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。
【００４０】
また、本実施形態の発光装置では、導波路５が、実装基板２の上記一表面側に形成されたコア５ａと、コア５ａにおける実装基板２側とは反対側に形成されＬＥＤチップ１から放射される光を反射する光反射材料からなる上側クラッド６とを備えているので、上側クラッド６により受光部４ａへの外乱光を遮光することができ、光検出部４のＳ／Ｎ比が外乱光の影響で低下するのを抑制することができ、しかも、コア５ａから上側クラッド６へ漏れる光量を低減でき、光検出部４のＳ／Ｎ比の向上を図れる。
【００４１】
また、本実施形態では、上側クラッド６がレンズ部３の周辺部に形成されているので、上側クラッド６を容易に形成することができる。また、本実施形態の発光装置では、光検出部４の受光部４ａが、平面視においてレンズ部３の外側に位置しているので、レンズ部３の小型化を図りながらも導波路５へＬＥＤチップ１から放射された光を入射させやすくなる。
【００４２】
また、本実施形態の発光装置では、導波路５が、実装基板２の上記一表面側において上側クラッド６との間にコア５ａを挟む形で形成されＬＥＤチップ１から放射される光を反射する光反射材料からなる下側クラッド２９を備えているので、コア５ａから下側クラッド２９へ漏れる光量を低減でき、光検出部４のＳ／Ｎ比の向上を図れる。
【００４３】
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。
【００４４】
（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、実装基板２の上記一表面側に、シリコン基板６０ａを用いて形成され上側クラッド６が設けられた導波路形成用基板６０を接合して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。
【００４５】
導波路形成用基板６０は、主表面である一表面が(１００)面のシリコン基板６０ａにＬＥＤチップ１を露出させる開口窓６２が形成されるとともに、シリコン基板６０ａの一表面側（図２（ａ）の下面側）における開口窓６２の周部に導波路形成用凹部６１が形成されており、導波路形成用凹部６１の内底面に、上述の上側クラッド６が形成されている。
【００４６】
また、シリコン基板６０ａの上記一表面側には、シリコン酸化膜からなる絶縁膜６３が形成されており、当該絶縁膜６３上に、それぞれ導体パターン２５ｃ，２５ｄと接合される導体パターン６５ｃ，６５ｄが形成されている。ここにおいて、各導体パターン６５ｃ，６ｄは、絶縁膜６３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、同時に形成されている。なお、本実施形態では、絶縁膜６３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６３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。
【００４７】
本実施形態の発光装置では、実装基板２と導波路形成用基板６０とを接合してから、レンズ部３を形成する際に上側クラッド６と下側クラッド２９との間に介在するコア５ａを形成している。
【００４８】
実装基板２と導波路形成用基板６０とを接合する接合工程では、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。ここで、導波路形成用基板６０側の導体パターン６５ｃ，６５ｄと実装基板２０側の導体パターン２５ｃ，２５ｄとの接合部位を、貫通孔配線２４に重なる領域からずらしておけば、導体パターン６５ｃ，６５ｄと導体パターン２５ｃ，２５ｄ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。
【００４９】
ところで、図１に示した構成を有する実施形態１の発光装置では、レンズ部３を形成した後で上側クラッド６を形成することとなるので、シャドーマスクなどを利用して蒸着法などにより上側クラッド６を形成する際に、レンズ部３の表面（光出射面）に上側クラッド６の材料である光反射材料が付着してしまい、レンズ部３に付着した不要部が、ＬＥＤチップ１を発光させた場合に影が発生する原因や、光取り出し効率が低下する原因になってしまうことも考えられる。
【００５０】
これに対して、本実施形態の発光装置では、実装基板２の上記一表面側に下側クラッド２９を形成してから、上側クラッド６を形成したシリコン基板６０ａを実装基板２の上記一表面側に接合し、その後、レンズ部３を形成するとともにレンズ部３と連続したコア５ａを形成する製造プロセスを採用することができるので、上側クラッド６の形成時にレンズ部３の表面に上側クラッド６の材料である光反射材料が付着するのを防止することができる。
【００５１】
（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３に示すように、レンズ部３の周部に導波路５が一体に形成されている点などが相違する。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。
【００５２】
本実施形態の発光装置における導波路５は、厚み方向（図３（ａ）における左右方向）の一面側のクラッドが空気により構成され、他面側のクラッドがレンズ部３により構成されている。しかして、本実施形態の発光装置では、導波路５に入射した光の一部が導波路５と空気との界面と、導波路５とレンズ部３との界面とで、交互に反射され光検出部４の受光部４ａに導光される。
【００５３】
以上説明した本実施形態の発光装置は、実施形態１と同様、実装基板２が１枚の半導体基板であるシリコン基板２０ａを用いて形成されるとともに、光検出部４においてＬＥＤチップ１からの光を受光する受光部４ａが実装基板２の上記一表面側においてＬＥＤチップ１の側方に形成されており、実装基板２の上記一表面側においてＬＥＤチップ１の真上でない位置に、ＬＥＤチップ１から放射された光の一部を反射の繰り返しにより受光部４ａの受光面へ導光する導波路５が設けられているので、ＬＥＤチップ１から放射される光の一部を検出する光検出部４を実装基板２に一体に設けた構成を採用しながらも、実装基板２を１枚のシリコン基板２０ａを用いて形成できて構造の簡略化を図れ、且つ、ＬＥＤチップ１から放射される光の一部を反射の繰り返しにより光検出部４の受光部４ａへ導光する導波路５が設けられていることで、ＬＥＤチップ１から放射された光を１回の反射で受光部４ａへ入射させる場合に比べて、受光部４ａに到達するまでの光減衰量を低減できて光検出部４のＳ／Ｎ比の向上を図れる。また、本実施形態の発光装置では、導波路５がレンズ部３の頂部から外周縁部に向かう方向に沿って形成されているので、実施形態１に比べて導波路５への入射光量を増加させることが可能となる。
【００５４】
ところで、本実施形態では、レンズ部３に導波路５を一体に形成してあるが、レンズ部３に導波路５を設けない構成も考えられる。しかしながら、この場合には、レンズ部３の屈折率と受光部４ａ上の絶縁膜２３との屈折率差に起因して受光部４ａの受光効率が低くなってしまうことが考えられる。そこで、図４に示す参考例のように、レンズ部３と絶縁膜２３との中間の屈折率を有する透光性材料からなる蒲鉾状の中間屈折率部７をレンズ部３の周部の全周に亘って設けるようにすれば、受光部４ａの受光効率を向上できる。なお、中間屈折率部７の形状は特に限定するものではない。
【００５５】
（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３と略同じであって、図５に示すように、レンズ部３がドーム状に形成され、レンズ部３の光入射面の一部に導波路５が設けられている点などが相違する。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。
【００５６】
本実施形態の発光装置における導波路５は、厚み方向（図５（ａ）における左右方向）の一面側のクラッドがレンズ部３により構成され、他面側のクラッドがレンズ部３と実装基板２とで囲まれた空間の媒質（例えば、空気など）により構成されている。しかして、本実施形態の発光装置では、導波路５に入射した光の一部が導波路５とレンズ部３との界面と、導波路５と上記媒質との界面とで、交互に反射され光検出部４の受光部４ａに導光される。
【００５７】
ところで、レンズ部３は、上述のようにドーム状に形成されており、実装基板２側の端縁（開口縁）が、ＬＥＤチップ１を実装した実装基板２の上記一表面側に固着されている。しかして、本実施形態の発光装置の製造時には、実装基板２にＬＥＤチップ１を実装した後、あらかじめ導波路５を光入射面の一部に形成したレンズ部３を実装基板２に固着すればよい。
【００５８】
本実施形態の発光装置は、導波路５がレンズ部３の光入射面の一部に設けられているので、実施形態３のようにレンズ部３の周部に導波路５を形成する場合に比べて、導波路５を容易に形成することが可能となる。なお、導波路５は、光ファイバにより構成してもよい。
【００５９】
（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６に示すように、レンズ部３の光出射面の一部に導波路５が設けられている点などが相違する。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。
【００６０】
本実施形態の発光装置は、導波路５がレンズ部３の光出射面の一部に設けられているので、実施形態３のようにレンズ部３の周部に導波路５を形成する場合に比べて、導波路５を容易に形成することが可能となる。
【００６１】
また、本実施形態の発光装置では、実施形態１と同様、光検出部４の受光部４ａが、平面視においてレンズ部３の外側に位置しているので、レンズ部３の小型化を図りながらも導波路５へＬＥＤチップ１から放射された光を入射させやすくなり、しかも、受光部４ａの直上に導波路５が形成されているので、導波路５を導波した光が受光部４ａに入射しやすくなる。また、本実施形態の発光装置では、導波路５がレンズ部３の頂部から外周縁部に向かう方向に沿って形成されているので、実施形態１に比べて導波路５への入射光量を増加させることが可能となるとともに、実装基板２の平面サイズの小型化を図れる。なお、導波路５は、光ファイバにより構成してもよい。
【００６２】
（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１と略同じであって、図７に示すように、導波路５のコア５ａが上側クラッド６と実装基板２の絶縁膜２３との間に介在する形で形成され、コア５ａの材料がレンズ部３とは異なる透光性材料により形成されている点が相違する。要するに、本実施形態では、絶縁膜２３が下側クラッドを兼ねている。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。
【００６３】
本実施形態の発光装置においても、実施形態１と同様、ＬＥＤチップ１から放射される光の一部を検出する光検出部４を実装基板２に一体に設けた構成を採用しながらも、実装基板２を１枚のシリコン基板２０ａを用いて形成できて構造の簡略化を図れ、且つ、ＬＥＤチップ１から放射される光の一部を反射の繰り返しにより光検出部４の受光部４ａへ導光する導波路５が設けられていることで、ＬＥＤチップ１から放射された光を１回の反射で受光部４ａへ入射させる場合に比べて、受光部４ａに到達するまでの光減衰量を低減できて光検出部４のＳ／Ｎ比の向上を図れる。
【００６４】
（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８に示すように、ＬＥＤチップ１の形状や実装基板２への実装構造などが相違する。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。
【００６５】
本実施形態における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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
ここにおいて、導波路５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て反射された光の一部が入射するようにコア５ａの厚み寸法を設定してある。
【００７３】
また、実装基板２は、シリコン基板２０ａの上記一表面側の導体パターン２５ａ，２５ｂそれぞれにＬＥＤチップ１のカソード電極１８、アノード電極１７がバンプ８０を介して接合されて電気的に接続されている。ここにおいて、本実施形態におけるＬＥＤチップ１はカソード電極１８を複数設けてあるので、実装基板２との間の熱抵抗を低減でき、放熱性を向上させることができる。なお、各バンプ８０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。
【００７４】
以上説明した本実施形態の発光装置では、ＬＥＤチップ１として、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側に形成されたものを用い、実装基板２には、ＬＥＤチップ１のカソード電極１８およびアノード電極１７それぞれとバンプ８０，８０を介して接合される導体パターン２５ｂ，２５ａが形成されているので、ＬＥＤチップ１から実装基板２側へ放射された光の一部を実装基板２の上記一表面側で反射させることが可能となり、ＬＥＤチップ１からの光が導波路５へ入射しやすくなる。なお、本実施形態では、ＬＥＤチップ１から実装基板２側へ放射された光が導体パターン２５ａ，２５ｂにより反射されるが、実装基板２の上記一表面側に、ＬＥＤチップ１から放射された光を反射する反射膜を設けてもよい。この場合、上記反射膜の材料として導体パターン２５ａ，２５ｂよりもＬＥＤチップ１からの光に対する反射率の高い材料を採用することによって、光検出部４の受光部４ａの受光量を増加させることが可能となる。
【００７５】
ところで、上記各実施形態の発光装置において、例えば、ＬＥＤチップ１として青色の光を放射するＬＥＤチップを用い、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との間にレンズ部３を囲む形で配置される蛍光体キャップを設けてもよい。ここにおいて、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すれば、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上記蛍光体キャップ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、上記蛍光体キャップ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、上記蛍光体キャップ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、上記蛍光体キャップ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。
【符号の説明】
【００７６】
１ ＬＥＤチップ
２ 実装基板
３ レンズ部
４ 光検出部
４ａ 受光部
５ 導波路
５ａ コア
６ 上側クラッド（クラッド）
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 シリコン基板（半導体基板）
２５ｃ 導体パターン
２５ｄ 導体パターン
２９ 下側クラッド
８０ バンプ
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図９に示すように、ＬＥＤチップ１と、ＬＥＤチップ１を収納するパッケージＡとを備え、ＬＥＤチップ１から放射される光を検出するフォトダイオードからなる光検出部４がパッケージＡに一体に設けられた発光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上述のパッケージＡは、ＬＥＤチップ１が収納される収納凹所２ｂが一表面に形成されＬＥＤチップ１が実装される実装基板２ａと、実装基板２ａの上記一表面側で収納凹所２ｂを閉塞する形で配設された透光性部材８とで構成され、光検出部４が実装基板２ａにおける収納凹所２ｂの周部から内方へ突出する突出部２ｃに形成されており、収納凹所２ｂ内がＬＥＤチップ１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９により充実されている。
【０００４】
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ＬＥＤチップ１が実装されるベース基板２０と、シリコン基板４０ａを用いて形成され光取出窓４１が形成されるとともに光検出部４が形成された光検出部形成基板４０と、シリコン基板３０ａを用いて形成されてなり光取出窓４１に連通する開口窓３１が形成されベース基板２０と光検出部形成基板４０との間に介在する配光用基板３０とで構成されており、光検出部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２７ｃ，２７ｄと電気的に接続されている。なお、ＬＥＤチップ１は、ベース基板２０に形成された図示しない貫通孔配線を介して図示しない外部接続用電極と電気的に接続されている。
【０００５】
上述の図９に示した構成の発光装置では、実装基板２ａにおいてＬＥＤチップ１を収納する収納凹所２ｂの周部から内方へ突出する突出部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が形成されているので、実装基板２ａの上記一表面側において収納凹所２ｂの周囲に光検出部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、光検出部４を実装基板２ａに設けながらも平面サイズの小型化が可能になるという利点がある。
【０００６】
しかして、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。
【０００７】
また、従来から、図１０に示すように、リードフレームを用いて形成され、ＬＥＤチップ２０１とフォトダイオードチップ２０４とが実装された実装基板２０２と、ＬＥＤチップ２０１とフォトダイオードチップ２０４と実装基板２０２とを封止した透光性樹脂成形部２０５とを備え、透光性樹脂成形部２０５の表面に、ＬＥＤチップ２０１に光軸が一致しＬＥＤチップ２０１から放射された光を集光する集光レンズ部２０６と、ＬＥＤチップ２０１から放射された光の一部を全反射してフォトダイオード２０４へ入射させる反射部２０７，２０８とが形成されてなる発光装置（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１０中の破線はＬＥＤチップ２０１から放射された光の光路を示し、二点差線ＭはＬＥＤチップ２０１の光軸を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２９４８３４号公報
【特許文献２】特開平１０−３２１９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、図９に示した構成の発光装置では、実装基板２ａを３枚のシリコン基板２０ａ，３０ａ，４０ａを用いて形成する必要があり、構造が複雑になってしまうとともにコストが高くなってしまう。
【００１０】
また、図１０に示した構成の発光装置は、実装基板２０２とは別にフォトダイオードチップ２０４が必要となるので、コストが高くなってしまう。また、図１０に示した構成の発光装置は、ＬＥＤチップ２０１から放射され反射部２０７，２０８で反射された光がフォトダイオードチップ２０４の受光面へ直接入射するように反射部２０７，２０８の形状などを設計してあるので、反射部２０７，２０８で反射された光の光路長が長くなって光減衰量が多くなってしまい、フォトダイオードチップ２０４のＳ／Ｎ比が低くなってしまう。
【００１１】
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の一部を検出する光検出部を実装基板に一体に設けた構成を採用しながらも、構造の簡略化を図れ、且つ、光検出部のＳ／Ｎ比の向上を図れる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】
【００１２】
請求項１の発明は、ＬＥＤチップと、当該ＬＥＤチップが一表面側に実装されるとともにＬＥＤチップから放射された光を検出する光検出部が形成された実装基板とを備え、実装基板が１枚の半導体基板を用いて形成されるとともに、光検出部においてＬＥＤチップからの光を受光する受光部が実装基板の前記一表面側においてＬＥＤチップの側方に形成されてなり、実装基板の前記一表面側においてＬＥＤチップの真上でない位置に、ＬＥＤチップから放射された光の一部を反射の繰り返しにより受光部の受光面へ導光する導波路が設けられてなることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、実装基板が１枚の半導体基板を用いて形成されるとともに、光検出部においてＬＥＤチップからの光を受光する受光部が実装基板の一表面側においてＬＥＤチップの側方に形成されてなり、実装基板の前記一表面側においてＬＥＤチップの真上でない位置に、ＬＥＤチップから放射された光の一部を全反射の繰り返しにより受光部の受光面へ導光する導波路が設けられているので、ＬＥＤチップから放射される光の一部を検出する光検出部を実装基板に一体に設けた構成を採用しながらも、実装基板を１枚の半導体基板を用いて形成できて構造の簡略化を図れ、且つ、ＬＥＤチップから放射される光の一部を反射の繰り返しにより光検出部の受光部へ導光する導波路が設けられていることで、ＬＥＤチップから放射された光を１回の反射で受光部へ入射させる場合に比べて、受光部に到達するまでの光減衰量を低減できて光検出部のＳ／Ｎ比の向上を図れる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記導波路は、前記実装基板の前記一表面側に形成されたコアと、コアにおける前記実装基板側とは反対側に形成され前記ＬＥＤチップから放射される光を反射する光反射材料からなるクラッドとを備えることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、前記導波路が、コアにおける前記実装基板側とは反対側に形成され前記ＬＥＤチップから放射される光を反射する光反射材料からなるクラッドを備えていることにより、当該クラッドにより前記受光部への外乱光を遮光することができ、前記光検出部のＳ／Ｎ比が外乱光の影響で低下するのを抑制することができる。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記導波路は、前記実装基板の前記一表面側において前記クラッドからなる上側クラッドとの間に前記コアを挟む形で形成され前記ＬＥＤチップから放射される光を反射する光反射材料からなる下側クラッドを備えることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、前記導波路が、それぞれ前記ＬＥＤチップから放射される光を反射する光反射材料からなる上側クラッドと下側クラッドとの間に前記コアが挟まれた構造を有しているので、前記コアから上側クラッドおよび下側クラッドそれぞれへ漏れる光量を低減でき、前記光検出部のＳ／Ｎ比の向上を図れる。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項２または請求項３の発明において、前記実装基板の前記一表面側に設けられ前記ＬＥＤチップから放射された光の配光を制御するレンズ部を備え、前記クラッドは、レンズ部の周辺部に形成されてなることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、前記ＬＥＤチップから放射された光の配光をレンズ部により制御でき、また、前記クラッドを容易に形成することができる。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、前記実装基板の前記一表面側に設けられ前記ＬＥＤチップから放射された光の配光を制御するレンズ部を備え、前記導波路は、レンズ部の光入射面の一部もしくは光出射面の一部に設けられてなることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、前記ＬＥＤチップから放射された光の配光をレンズ部により制御でき、また、レンズ部の周部に前記導波路を形成する場合に比べて、前記導波路を容易に形成することが可能となる。
【００２２】
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、前記実装基板の前記一表面側に設けられ前記ＬＥＤチップから放射された光の配光を制御するレンズ部を備え、前記受光部は、平面視においてレンズ部の外側に位置していることを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、前記ＬＥＤチップから放射された光の配光をレンズ部により制御でき、また、前記受光部が平面視においてレンズ部の外側に位置していることにより、レンズ部の小型化を図りながらも前記導波路へ前記ＬＥＤチップから放射された光を入射させやすくなる。
【００２４】
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、前記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、前記実装基板は、前記ＬＥＤチップのカソード電極およびアノード電極それぞれとバンプを介して接合される導体パターンが形成されてなることを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、前記ＬＥＤチップから前記実装基板側へ放射された光の一部を前記実装基板の前記一表面側で反射させることが可能となり、前記ＬＥＤチップからの光が前記導波路へ入射しやすくなる。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１の発明では、ＬＥＤチップから放射される光の一部を検出する光検出部を実装基板に一体に設けた構成を採用しながらも、構造の簡略化を図れ、且つ、光検出部のＳ／Ｎ比の向上を図れるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態１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。
【図２】実施形態２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。
【図３】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。
【図４】参考例の発光装置を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は要部概略平面図である。
【図５】実施形態４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。
【図６】実施形態５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。
【図７】実施形態６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。
【図８】実施形態７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。
【図９】従来例を示す概略断面図である。
【図１０】他の従来例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（実施形態１）
本実施形態の発光装置は、図１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るとともにＬＥＤチップ１から放射された光を検出する光検出部４が形成された実装基板２と、実装基板２の上記一表面側に設けられＬＥＤチップ１から放射された光の配光を制御するレンズ部３とを備えている。ここにおいて、本実施形態の発光装置は、実装基板２が１枚の半導体基板を用いて形成されるとともに、光検出部４においてＬＥＤチップ１からの光を受光する受光部４ａが実装基板２の上記一表面側においてＬＥＤチップ１の側方に形成されてなり、実装基板２の上記一表面側においてＬＥＤチップ１の真上でない位置に、ＬＥＤチップ１から放射された光の一部を反射の繰り返しにより受光部４ａの受光面へ導光する導波路５が設けられている。
【００２９】
上述の実装基板２は、半導体基板として導電形がｎ形で主表面である一表面が（１００）面のシリコン基板２０ａを用いて形成してある。ここにおいて、実装基板２は、シリコン基板２０ａの一表面側に、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，２５ｂが形成されるとともに、光検出部４に電気的に接続された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とシリコン基板２０ａの他表面側（図１（ａ）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。
【００３０】
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、可視光（例えば、赤色光、緑色光、青色光など）を放射するＬＥＤチップである。そこで、実装基板２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，２５ｂ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、ダイパッド部２５ａａ側とは反対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２５ｂと電気的に接続されている。
【００３１】
また、実装基板２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。
【００３２】
ところで、実装基板２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，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ、各外部接続用電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ、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。
【００３３】
ここにおいて、各導体パターン２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ、各外部接続用電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ、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、シリコン基板２０ａの上記一表面側の各導体パターン２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄが同時に形成され、シリコン基板２０ａの上記他表面側の各外部接続用電極２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ、放熱用パッド部２８が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。
【００３４】
また、実装基板２は、上述の光検出部４としてフォトダイオードが形成されている。ここにおいて、光検出部４は、シリコン基板２０ａの上記一表面側に、上記フォトダイオードのｐ形領域からなる受光部４ａが形成されており、上述の２つの導体パターン２５ｃ，２５ｄのうちの一方の導体パターン２５ｃが、当該受光部４ａに電気的に接続され、他方の導体パターン２５ｄが、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２０ａに電気的に接続されている。なお、各導体パターン２５ｃ，２５ｄは、絶縁膜２３に形成したコンタクトホール２３ｃ，２３ｄを通して光検出部４と電気的に接続されている。
【００３５】
レンズ部３は、透光性材料（例えば、シリコーン樹脂など）により形成され実装基板２の上記一表面側において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を封止した半球状のレンズ状封止部により構成されている。ここにおいて、レンズ部３の透光性材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどを採用してもよい。また、レンズ部３の形状は半球状に限らず、例えば、半楕円球状の形状でもよい。なお、本実施形態では、実装基板２とレンズ部３とでパッケージを構成している。
【００３６】
また、導波路５は、実装基板２の上記一表面側に形成されレンズ部３と同じ透光性材料からなるコア５ａと、コア５ａにおける実装基板２側とは反対側に形成されＬＥＤチップ１から放射される光を反射する光反射材料（例えば、Ａｌ、Ａｇなど）からなるクラッドである上側クラッド６と、実装基板２の上記一表面側において上側クラッド６との間にコア５ａを挟む形で形成されＬＥＤチップ１から放射される光を反射する光反射材料（例えば、Ａｌ、Ａｇなど）からなる下側クラッド２９とを備えている。しかして、導波路５のコア５ａに入射した光の一部がコア５ａと上側クラッド６との界面と、コア５ａと下側クラッド２９との界面とで、交互に反射され受光部４ａに導光される。
【００３７】
本実施形態の発光装置の製造にあたっては、上述のシリコン基板２０ａとして実装基板２を多数形成可能なシリコンウェハを用い、実装基板２にＬＥＤチップ１を実装してからレンズ部３および導波路５を形成し、その後、ダイシング工程により実装基板２のサイズに分割するようにしている。
【００３８】
以上説明した本実施形態の発光装置は、実装基板２が１枚の半導体基板であるシリコン基板２０ａを用いて形成されるとともに、光検出部４においてＬＥＤチップ１からの光を受光する受光部４ａが実装基板２の上記一表面側においてＬＥＤチップ１の側方に形成されており、実装基板２の上記一表面側においてＬＥＤチップ１の真上でない位置に、ＬＥＤチップ１から放射された光の一部を反射の繰り返しにより受光部４ａの受光面へ導光する導波路５が設けられているので、ＬＥＤチップ１から放射される光の一部を検出する光検出部４を実装基板２に一体に設けた構成を採用しながらも、実装基板２を１枚のシリコン基板２０ａを用いて形成できて構造の簡略化を図れ、且つ、ＬＥＤチップ１から放射される光の一部を反射の繰り返しにより光検出部４の受光部４ａへ導光する導波路５が設けられていることで、ＬＥＤチップ１から放射された光を１回の反射で受光部４ａへ入射させる場合に比べて、受光部４ａに到達するまでの光減衰量を低減できて光検出部４のＳ／Ｎ比の向上を図れる。また、本実施形態の発光装置は、上述のレンズ部３を備えているので、ＬＥＤチップ１から放射された光の配光をレンズ部３により制御できる。
【００３９】
ところで、上側クラッド６がコア５ａよりも屈折率の小さな透光性材料により形成されている場合、使用形態によっては外乱光が光検出部４の受光部４ａ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。
【００４０】
また、本実施形態の発光装置では、導波路５が、実装基板２の上記一表面側に形成されたコア５ａと、コア５ａにおける実装基板２側とは反対側に形成されＬＥＤチップ１から放射される光を反射する光反射材料からなる上側クラッド６とを備えているので、上側クラッド６により受光部４ａへの外乱光を遮光することができ、光検出部４のＳ／Ｎ比が外乱光の影響で低下するのを抑制することができ、しかも、コア５ａから上側クラッド６へ漏れる光量を低減でき、光検出部４のＳ／Ｎ比の向上を図れる。
【００４１】
また、本実施形態では、上側クラッド６がレンズ部３の周辺部に形成されているので、上側クラッド６を容易に形成することができる。また、本実施形態の発光装置では、光検出部４の受光部４ａが、平面視においてレンズ部３の外側に位置しているので、レンズ部３の小型化を図りながらも導波路５へＬＥＤチップ１から放射された光を入射させやすくなる。
【００４２】
また、本実施形態の発光装置では、導波路５が、実装基板２の上記一表面側において上側クラッド６との間にコア５ａを挟む形で形成されＬＥＤチップ１から放射される光を反射する光反射材料からなる下側クラッド２９を備えているので、コア５ａから下側クラッド２９へ漏れる光量を低減でき、光検出部４のＳ／Ｎ比の向上を図れる。
【００４３】
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。
【００４４】
（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、実装基板２の上記一表面側に、シリコン基板６０ａを用いて形成され上側クラッド６が設けられた導波路形成用基板６０を接合して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。
【００４５】
導波路形成用基板６０は、主表面である一表面が(１００)面のシリコン基板６０ａにＬＥＤチップ１を露出させる開口窓６２が形成されるとともに、シリコン基板６０ａの一表面側（図２（ａ）の下面側）における開口窓６２の周部に導波路形成用凹部６１が形成されており、導波路形成用凹部６１の内底面に、上述の上側クラッド６が形成されている。
【００４６】
また、シリコン基板６０ａの上記一表面側には、シリコン酸化膜からなる絶縁膜６３が形成されており、当該絶縁膜６３上に、それぞれ導体パターン２５ｃ，２５ｄと接合される導体パターン６５ｃ，６５ｄが形成されている。ここにおいて、各導体パターン６５ｃ，６ｄは、絶縁膜６３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、同時に形成されている。なお、本実施形態では、絶縁膜６３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６３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。
【００４７】
本実施形態の発光装置では、実装基板２と導波路形成用基板６０とを接合してから、レンズ部３を形成する際に上側クラッド６と下側クラッド２９との間に介在するコア５ａを形成している。
【００４８】
実装基板２と導波路形成用基板６０とを接合する接合工程では、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。ここで、導波路形成用基板６０側の導体パターン６５ｃ，６５ｄと実装基板２０側の導体パターン２５ｃ，２５ｄとの接合部位を、貫通孔配線２４に重なる領域からずらしておけば、導体パターン６５ｃ，６５ｄと導体パターン２５ｃ，２５ｄ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。
【００４９】
ところで、図１に示した構成を有する実施形態１の発光装置では、レンズ部３を形成した後で上側クラッド６を形成することとなるので、シャドーマスクなどを利用して蒸着法などにより上側クラッド６を形成する際に、レンズ部３の表面（光出射面）に上側クラッド６の材料である光反射材料が付着してしまい、レンズ部３に付着した不要部が、ＬＥＤチップ１を発光させた場合に影が発生する原因や、光取り出し効率が低下する原因になってしまうことも考えられる。
【００５０】
これに対して、本実施形態の発光装置では、実装基板２の上記一表面側に下側クラッド２９を形成してから、上側クラッド６を形成したシリコン基板６０ａを実装基板２の上記一表面側に接合し、その後、レンズ部３を形成するとともにレンズ部３と連続したコア５ａを形成する製造プロセスを採用することができるので、上側クラッド６の形成時にレンズ部３の表面に上側クラッド６の材料である光反射材料が付着するのを防止することができる。
【００５１】
（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３に示すように、レンズ部３の周部に導波路５が一体に形成されている点などが相違する。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。
【００５２】
本実施形態の発光装置における導波路５は、厚み方向（図３（ａ）における左右方向）の一面側のクラッドが空気により構成され、他面側のクラッドがレンズ部３により構成されている。しかして、本実施形態の発光装置では、導波路５に入射した光の一部が導波路５と空気との界面と、導波路５とレンズ部３との界面とで、交互に反射され光検出部４の受光部４ａに導光される。
【００５３】
以上説明した本実施形態の発光装置は、実施形態１と同様、実装基板２が１枚の半導体基板であるシリコン基板２０ａを用いて形成されるとともに、光検出部４においてＬＥＤチップ１からの光を受光する受光部４ａが実装基板２の上記一表面側においてＬＥＤチップ１の側方に形成されており、実装基板２の上記一表面側においてＬＥＤチップ１の真上でない位置に、ＬＥＤチップ１から放射された光の一部を反射の繰り返しにより受光部４ａの受光面へ導光する導波路５が設けられているので、ＬＥＤチップ１から放射される光の一部を検出する光検出部４を実装基板２に一体に設けた構成を採用しながらも、実装基板２を１枚のシリコン基板２０ａを用いて形成できて構造の簡略化を図れ、且つ、ＬＥＤチップ１から放射される光の一部を反射の繰り返しにより光検出部４の受光部４ａへ導光する導波路５が設けられていることで、ＬＥＤチップ１から放射された光を１回の反射で受光部４ａへ入射させる場合に比べて、受光部４ａに到達するまでの光減衰量を低減できて光検出部４のＳ／Ｎ比の向上を図れる。また、本実施形態の発光装置では、導波路５がレンズ部３の頂部から外周縁部に向かう方向に沿って形成されているので、実施形態１に比べて導波路５への入射光量を増加させることが可能となる。
【００５４】
ところで、本実施形態では、レンズ部３に導波路５を一体に形成してあるが、レンズ部３に導波路５を設けない構成も考えられる。しかしながら、この場合には、レンズ部３の屈折率と受光部４ａ上の絶縁膜２３との屈折率差に起因して受光部４ａの受光効率が低くなってしまうことが考えられる。そこで、図４に示す参考例のように、レンズ部３と絶縁膜２３との中間の屈折率を有する透光性材料からなる蒲鉾状の中間屈折率部７をレンズ部３の周部の全周に亘って設けるようにすれば、受光部４ａの受光効率を向上できる。なお、中間屈折率部７の形状は特に限定するものではない。
【００５５】
（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３と略同じであって、図５に示すように、レンズ部３がドーム状に形成され、レンズ部３の光入射面の一部に導波路５が設けられている点などが相違する。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。
【００５６】
本実施形態の発光装置における導波路５は、厚み方向（図５（ａ）における左右方向）の一面側のクラッドがレンズ部３により構成され、他面側のクラッドがレンズ部３と実装基板２とで囲まれた空間の媒質（例えば、空気など）により構成されている。しかして、本実施形態の発光装置では、導波路５に入射した光の一部が導波路５とレンズ部３との界面と、導波路５と上記媒質との界面とで、交互に反射され光検出部４の受光部４ａに導光される。
【００５７】
ところで、レンズ部３は、上述のようにドーム状に形成されており、実装基板２側の端縁（開口縁）が、ＬＥＤチップ１を実装した実装基板２の上記一表面側に固着されている。しかして、本実施形態の発光装置の製造時には、実装基板２にＬＥＤチップ１を実装した後、あらかじめ導波路５を光入射面の一部に形成したレンズ部３を実装基板２に固着すればよい。
【００５８】
本実施形態の発光装置は、導波路５がレンズ部３の光入射面の一部に設けられているので、実施形態３のようにレンズ部３の周部に導波路５を形成する場合に比べて、導波路５を容易に形成することが可能となる。なお、導波路５は、光ファイバにより構成してもよい。
【００５９】
（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６に示すように、レンズ部３の光出射面の一部に導波路５が設けられている点などが相違する。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。
【００６０】
本実施形態の発光装置は、導波路５がレンズ部３の光出射面の一部に設けられているので、実施形態３のようにレンズ部３の周部に導波路５を形成する場合に比べて、導波路５を容易に形成することが可能となる。
【００６１】
また、本実施形態の発光装置では、実施形態１と同様、光検出部４の受光部４ａが、平面視においてレンズ部３の外側に位置しているので、レンズ部３の小型化を図りながらも導波路５へＬＥＤチップ１から放射された光を入射させやすくなり、しかも、受光部４ａの直上に導波路５が形成されているので、導波路５を導波した光が受光部４ａに入射しやすくなる。また、本実施形態の発光装置では、導波路５がレンズ部３の頂部から外周縁部に向かう方向に沿って形成されているので、実施形態１に比べて導波路５への入射光量を増加させることが可能となるとともに、実装基板２の平面サイズの小型化を図れる。なお、導波路５は、光ファイバにより構成してもよい。
【００６２】
（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１と略同じであって、図７に示すように、導波路５のコア５ａが上側クラッド６と実装基板２の絶縁膜２３との間に介在する形で形成され、コア５ａの材料がレンズ部３とは異なる透光性材料により形成されている点が相違する。要するに、本実施形態では、絶縁膜２３が下側クラッドを兼ねている。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。
【００６３】
本実施形態の発光装置においても、実施形態１と同様、ＬＥＤチップ１から放射される光の一部を検出する光検出部４を実装基板２に一体に設けた構成を採用しながらも、実装基板２を１枚のシリコン基板２０ａを用いて形成できて構造の簡略化を図れ、且つ、ＬＥＤチップ１から放射される光の一部を反射の繰り返しにより光検出部４の受光部４ａへ導光する導波路５が設けられていることで、ＬＥＤチップ１から放射された光を１回の反射で受光部４ａへ入射させる場合に比べて、受光部４ａに到達するまでの光減衰量を低減できて光検出部４のＳ／Ｎ比の向上を図れる。
【００６４】
（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８に示すように、ＬＥＤチップ１の形状や実装基板２への実装構造などが相違する。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。
【００６５】
本実施形態における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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
ここにおいて、導波路５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て反射された光の一部が入射するようにコア５ａの厚み寸法を設定してある。
【００７３】
また、実装基板２は、シリコン基板２０ａの上記一表面側の導体パターン２５ａ，２５ｂそれぞれにＬＥＤチップ１のカソード電極１８、アノード電極１７がバンプ８０を介して接合されて電気的に接続されている。ここにおいて、本実施形態におけるＬＥＤチップ１はカソード電極１８を複数設けてあるので、実装基板２との間の熱抵抗を低減でき、放熱性を向上させることができる。なお、各バンプ８０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。
【００７４】
以上説明した本実施形態の発光装置では、ＬＥＤチップ１として、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側に形成されたものを用い、実装基板２には、ＬＥＤチップ１のカソード電極１８およびアノード電極１７それぞれとバンプ８０，８０を介して接合される導体パターン２５ｂ，２５ａが形成されているので、ＬＥＤチップ１から実装基板２側へ放射された光の一部を実装基板２の上記一表面側で反射させることが可能となり、ＬＥＤチップ１からの光が導波路５へ入射しやすくなる。なお、本実施形態では、ＬＥＤチップ１から実装基板２側へ放射された光が導体パターン２５ａ，２５ｂにより反射されるが、実装基板２の上記一表面側に、ＬＥＤチップ１から放射された光を反射する反射膜を設けてもよい。この場合、上記反射膜の材料として導体パターン２５ａ，２５ｂよりもＬＥＤチップ１からの光に対する反射率の高い材料を採用することによって、光検出部４の受光部４ａの受光量を増加させることが可能となる。
【００７５】
ところで、上記各実施形態の発光装置において、例えば、ＬＥＤチップ１として青色の光を放射するＬＥＤチップを用い、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との間にレンズ部３を囲む形で配置される蛍光体キャップを設けてもよい。ここにおいて、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すれば、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上記蛍光体キャップ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、上記蛍光体キャップ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、上記蛍光体キャップ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、上記蛍光体キャップ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。
【符号の説明】
【００７６】
１ ＬＥＤチップ
２ 実装基板
３ レンズ部
４ 光検出部
４ａ 受光部
５ 導波路
５ａ コア
６ 上側クラッド（クラッド）
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 シリコン基板（半導体基板）
２５ｃ 導体パターン
２５ｄ 導体パターン
２９ 下側クラッド
８０ バンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤチップと、当該ＬＥＤチップが一表面側に実装されるとともにＬＥＤチップから放射された光を検出する光検出部が形成された実装基板とを備え、実装基板が１枚の半導体基板を用いて形成されるとともに、光検出部においてＬＥＤチップからの光を受光する受光部が実装基板の前記一表面側においてＬＥＤチップの側方に形成されてなり、実装基板の前記一表面側においてＬＥＤチップの真上でない位置に、ＬＥＤチップから放射された光の一部を反射の繰り返しにより受光部の受光面へ導光する導波路が設けられてなることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記導波路は、前記実装基板の前記一表面側に形成されたコアと、コアにおける前記実装基板側とは反対側に形成され前記ＬＥＤチップから放射される光を反射する光反射材料からなるクラッドとを備えることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記導波路は、前記実装基板の前記一表面側において前記クラッドからなる上側クラッドとの間に前記コアを挟む形で形成され前記ＬＥＤチップから放射される光を反射する光反射材料からなる下側クラッドを備えることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
【請求項４】
前記実装基板の前記一表面側に設けられ前記ＬＥＤチップから放射された光の配光を制御するレンズ部を備え、前記クラッドは、レンズ部の周辺部に形成されてなることを特徴とする請求項２または請求項３記載の発光装置。
【請求項５】
前記実装基板の前記一表面側に設けられ前記ＬＥＤチップから放射された光の配光を制御するレンズ部を備え、前記導波路は、レンズ部の光入射面の一部もしくは光出射面の一部に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。
【請求項６】
前記実装基板の前記一表面側に設けられ前記ＬＥＤチップから放射された光の配光を制御するレンズ部を備え、前記受光部は、平面視においてレンズ部の外側に位置してい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７】
前記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、前記実装基板は、前記ＬＥＤチップのカソード電極およびアノード電極それぞれとバンプを介して接合される導体パターンが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。
【請求項１】
ＬＥＤチップと、当該ＬＥＤチップが一表面側に実装されるとともにＬＥＤチップから放射された光を検出する光検出部が形成された実装基板とを備え、実装基板が１枚の半導体基板を用いて形成されるとともに、光検出部においてＬＥＤチップからの光を受光する受光部が実装基板の前記一表面側においてＬＥＤチップの側方に形成されてなり、実装基板の前記一表面側においてＬＥＤチップの真上でない位置に、ＬＥＤチップから放射された光の一部を反射の繰り返しにより受光部の受光面へ導光する導波路が設けられてなることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記導波路は、前記実装基板の前記一表面側に形成されたコアと、コアにおける前記実装基板側とは反対側に形成され前記ＬＥＤチップから放射される光を反射する光反射材料からなるクラッドとを備えることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記導波路は、前記実装基板の前記一表面側において前記クラッドからなる上側クラッドとの間に前記コアを挟む形で形成され前記ＬＥＤチップから放射される光を反射する光反射材料からなる下側クラッドを備えることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
【請求項４】
前記実装基板の前記一表面側に設けられ前記ＬＥＤチップから放射された光の配光を制御するレンズ部を備え、前記クラッドは、レンズ部の周辺部に形成されてなることを特徴とする請求項２または請求項３記載の発光装置。
【請求項５】
前記実装基板の前記一表面側に設けられ前記ＬＥＤチップから放射された光の配光を制御するレンズ部を備え、前記導波路は、レンズ部の光入射面の一部もしくは光出射面の一部に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。
【請求項６】
前記実装基板の前記一表面側に設けられ前記ＬＥＤチップから放射された光の配光を制御するレンズ部を備え、前記受光部は、平面視においてレンズ部の外側に位置してい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７】
前記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、前記実装基板は、前記ＬＥＤチップのカソード電極およびアノード電極それぞれとバンプを介して接合される導体パターンが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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２７８３１６（Ｐ２０１０−２７８３１６Ａ）
【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２００９−１３０７８０（Ｐ２００９−１３０７８０）
【出願日】平成２１年５月２９日（２００９．５．２９）
【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２９日（２００９．５．２９）
【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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