JPH0697487A - フォトカプラ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】製作が簡単で、かつ光結合効率の高いフォトカ
プラ装置を提供する。 【構成】フォトダイオードアレイ２３の受光側表面には
透光性絶縁膜１２を介して発光素子１３が設けられてい
る。発光素子１３は、透光性絶縁膜１２の上に設けられ
た透光性電極３１と、この透光性電極３１の上に設けら
れた発光性ポリマーフイルム３２と、この発光性ポリマ
ーフイルム３２の上に設けられるとともに光反射要素を
兼ねた金属電極３３とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光素子と受光素子と
を備えたフォトカプラ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、フォトカプラ装置は、電
気的な絶縁を確保した状態で信号の授受を行う場合に多
用されている。

【０００３】ところで、フォトカプラ装置は、通常、図
６に示すように構成されている。すなわち、別々に製作
された発光素子１と受光素子２とをそれぞれ別々のステ
ム３，４にマウントするとともに、発光素子１と受光素
子２とを対向させるようにして両素子間を透明な樹脂５
で光学的に結合させ、これを不透明な樹脂６でモールド
したものとなっている。

【０００４】しかしながら、上記のように構成されるフ
ォトカプラ装置にあっては、複雑な製造工程を必要とす
るため、高価になる問題があった。また、発光素子１か
ら放射された光が分散し易いため、受光素子２に入射す
る光量が少なく、光結合効率が低いという問題もあっ
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のフ
ォトカプラ装置にあっては、複雑な製造工程を必要とす
るために高価になるばかりか、光結合効率が低いという
問題があった。

【０００６】そこで本発明は、上述した不具合の全てを
解消できるフォトカプラ装置を提供することを目的とし
ている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るフォトカプラ装置では、半導体受光素
子と、この半導体受光素子の表面に透光性絶縁膜を介し
て設けられ、通電に伴なって発光する発光膜および上記
発光膜から放射された光のうちの反半導体受光素子側に
放射された光を上記半導体受光素子側へ向わせる光反射
要素を備えた発光素子とを具備している。

【０００８】発光膜としては、発光性ポリマー，可発光
化処理の施されたポーラスシリコン，炭化シリコンが用
いられる。

【０００９】

【作用】発光体として発光膜を使用しているので、この
発光膜を半導体受光素子の表面に透光性絶縁膜を介して
直接取付けることができ、半導体製造工程と同様な一貫
した製造プロセスを採用できる。したがって、低価格化
に寄与できる。また、発光膜を半導体受光素子の表面に
透光性絶縁膜を介して直接取付けていることと光反射要
素を設けていることとが相俟って光結合効率の向上に寄
与できる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。

【００１１】図１には本発明の第１の実施例に係るフォ
トカプラ装置が示されている。

【００１２】このフォトカプラ装置は、半導体受光素子
１１と、この半導体受光素子１１の受光側表面に透光性
絶縁膜１２を介して設けられた発光素子１３とで構成さ
れている。

【００１３】半導体受光素子１１は、この実施例の場
合、複数のフォトダイオード２１が誘電体２２で分離さ
れて二次元配置されるとともに、これらフォトダイオー
ド２１が直列に接続されてなるフォトダイオードアレイ
２３で構成されている。

【００１４】透光性絶縁膜１２は、二酸化シリコン等の
膜で構成され、ＣＶＤ法などによってフォトダイオード
アレイ２３の表面に形成されている。

【００１５】発光素子１３は次のように構成されてい
る。すなわち、透光性絶縁膜１２の表面に酸化錫等から
なる透光性電極３１を設け、この透光性電極３１の表面
に発光膜としての発光性ポリマーフィルム３２を設けて
いる。この発光性ポリマーフィルム３２は、発光性ポリ
マーの溶液を透光性電極３１の上に滴下しスピンコート
することによって形成されている。そして、発光性ポリ
マーフィルム３２の上面には光反射部材を兼ねた金属電
極３３が形成されている。この金属電極３３の形成に際
しては、まず発光性ポリマーフイルム３２の余分な領域
を選択的に除去した後、フォトダイオードアレイ２３の
出力を得るために透光性絶縁膜１２にコンタクトホール
を設け、その後に全面に金属電極を形成し、この金属電
極をパターニングする手法が採用されている。

【００１６】なお、図中３４ａ，３４ｂはフォトダイオ
ードアレイ２３の出力端子を示し、３５ａ，３５ｂは発
光素子１３の駆動端子を示している。

【００１７】このフォトカプラ装置は次のように動作す
る。すなわち、端子３５ａ，３５ｂ間に電圧を印加する
と、発光性ポリマーフィルム３２に電流が流れ、発光性
ポリマーフィルム３２が発光する。この発光光のうち、
フォトダイオードアレイ２３の方向に放射された光は、
そのまま透光性電極３１と透光性絶縁膜１２とを透過し
てフォトダイオードアレイ２３に照射される。また、フ
ォトダイオードアレイ２３とは反対側に向けて放射され
た光は、発光性ポリマーフイルム３２の表面に設けられ
た金属電極３３によって反射され、フォトダイオードア
レイ２３に向けて照射される。

【００１８】フォトダイオードアレイ２３に光が照射さ
れると、各フォトダイオード２１のＰＮ接合部に光起電
力が発生し、この光起電力が端子３４ａ，３４ｂ間から
出力され、ここにフォトカプラ装置としての機能が発揮
される。この場合、発光素子１３と半導体受光素子１１
との間、つまり発光素子１３とフォトダイオードアレイ
２３との間の電気的な絶縁は、透光性絶縁膜１２によっ
て確保される。

【００１９】このように、発光体として発光性ポリマー
フイルム３２を使用しているので、この発光性ポリマー
フイルム３２を半導体受光素子１１の表面に透光性絶縁
膜１２を介して直接取付けることができる。したがっ
て、半導体製造工程と同様な一貫した製造プロセスを採
用でき、複雑なアッセンブリ工程を不要化できるので、
低価格化に寄与できる。また、発光性ポリマーフイルム
３２を半導体受光素子１１の表面に透光性絶縁膜１２を
介して直接取付けていることと金属電極３３の光反射機
能とが相俟って発光素子１３と半導体受光素子１１との
間の光結合効率を向上させることができる。

【００２０】図２には本発明の第２の実施例に係るフォ
トカプラ装置が示されている。

【００２１】この図では図１と同一部分が同一符号で示
されている。したがって、重複する部分の詳しい説明は
省略する。

【００２２】この実施例に係るフォトカプラ装置が図１
に示すものと異なる点は、発光素子１３ａの構成にあ
る。すなわち、発光素子１３ａは、透光性電極３１ａと
発光性ポリマーフィルム３２ａと金属電極３３ａとから
なる単位発光素子３６を透光性絶縁膜１２の表面に沿っ
て複数配置するとともに、これら単位発光素子３６を直
列に接続して構成されている。

【００２３】このような構成であると、前記実施例と同
様な効果を期待できることは勿論のこと、次のような効
果も得られる。すなわち、発光素子１３ａを分割構造に
形成しているので、各単位発光素子３６における発光性
ポリマーフイルム３２ａの面積を狭くできる。したがっ
て、広い面積の発光性ポリマーフィルムに一対の電極で
電流を流す構成を採用した場合とは違って、電流のアン
バランスが原因で発光強度に面内分布の生じる虞がな
く、面内の均一な発光強度を得ることができる。

【００２４】図３には本発明の第３の実施例に係るフォ
トカプラ装置が示されている。

【００２５】この図においても図１と同一部分が同一符
号で示されている。したがって、重複する部分の詳しい
説明は省略する。

【００２６】この実施例に係るフォトカプラ装置が図１
および図２に示すものと異なる点は、発光素子１３ｂの
構成にある。すなわち、発光素子１３ｂは、透光性絶縁
膜１２の上面に櫛状に形成された低抵抗の金属電極３７
を配置するとともに、この金属電極３７を覆うように発
光性ポリマーフイルム３２ｂを配置し、この発光性ポリ
マーフイルム３２ｂの上面に光反射機能を備えた金属電
極３３を配置したものとなっている。

【００２７】このような構成であると、図１に示すもの
と同様の効果が得られるとともに次のような効果が得ら
れる。すなわち、透光性絶縁膜１２の側に位置する電極
を透光性電極で構成した場合には、光の透過率を上げる
ために、その厚さを薄くする必要がある。このため、電
気抵抗が大きくなり、この電極での損失が大きくなる。
しかし、この実施例のように透光性絶縁膜１２の側に位
置する電極を櫛状に形成された低抵抗の金属電極３７で
構成すると、光の透過率を損なうことなく、損失を抑え
ることができる。

【００２８】図４には本発明の第４の実施例に係るフォ
トカプラ装置が示されている。

【００２９】この図では図３と同一部分が同一符号で示
されている。したがって、重複する部分の詳しい説明は
省略する。

【００３０】この実施例に係るフォトカプラ装置が図３
に示すものと異なる点は、発光素子１３ｃの構成にあ
る。すなわち、発光素子１３ｃは、透光性絶縁膜１２の
上面に櫛状に形成された低抵抗の金属電極３７ａ，３７
ｂを互いの歯が所定の距離をあけて噛み合うように配置
するとともに、これら金属電極３７ａ，３７ｂを覆うよ
うに発光性ポリマーフイルム３２ｂを配置し、この発光
性ポリマーフイルム３２ｂの上面に光反射機能を備えた
金属電極３３を配置したものとなっている。そして、一
方の金属電極３７ｂは金属電極３３に接続されている。

【００３１】このような構成であると、発光素子１３ｃ
を駆動すると、互いの歯が噛み合うように配置された金
属電極３７ａ，３７ｂの隣接する歯同志間に電位差が生
じる。したがって、駆動時に発光性ポリマーフィルム３
２ｂに流れる電流は、金属電極３３と金属電極３７ａと
の間のルートと、金属電極３７ａと金属電極３７ｂとの
間のルートとの２系統を流れることになる。このため、
金属電極３７ａ，３７ｂの存在によって遮られる光量低
下分を金属電極３７ａと金属電極３７ｂとの間のルート
を流れる電流による発光光で補うことができる。したが
って、透光性絶縁膜１２の側に位置する電極を金属電極
で形成したときに起り易い照射光量低下を防止でき、フ
ォトダイオードアレイ２３に効果的に光を照射すること
ができる。

【００３２】図５には本発明の第５の実施例に係るフォ
トカプラ装置が示されている。

【００３３】この図では図１と同一部分が同一符号で示
されている。したがって、重複する部分の詳しい説明は
省略する。

【００３４】この実施例に係るフォトカプラ装置が図１
に示すものと異なる点は、発光素子１３ｄの構成にあ
る。すなわち、発光素子１３ｄは、発光性ポリマーフィ
ルム３２が透光性絶縁膜１２の膜面に沿った方向に複数
に仕切られ、かつ駆動時に隣接するもの同志間に電位差
が生じるように櫛状あるいは点状の電極３８，３９を設
けるとともに、これらの上面に透光性絶縁膜４０を介し
て光反射膜４１を形成したものとなっている。

【００３５】このように構成しても前記各実施例と同様
な効果が期待できる。この実施例において、光反射膜４
１が絶縁性のものである場合には、透光性絶縁膜４０を
省くことができる。また、光反射膜４１として発光性ポ
リマーフィルム３２の屈折率より大きな屈折率の物質を
用いてもよい。

【００３６】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。すなわち、上述した各実施例では、半
導体受光素子１１がフォトダイオードアレイ２３で構成
されているが、たとえばフォトトランジスタ、フォトサ
イリスタなどの光に反応して電気的特性の変化する素子
であればよい。また、上述した各実施例では、発光膜と
して発光性ポリマーフィルムを使用しているが、可発光
化処理の施されたポーラスシリコンや炭化シリコンで発
光膜を形成してもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、複
雑な工程を伴なわずに製造でき、しかも本来の機能を損
なうことなく光結合効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るフォトカプラ装置
の断面図

【図２】本発明の第２の実施例に係るフォトカプラ装置
の断面図

【図３】本発明の第３の実施例に係るフォトカプラ装置
の断面図

【図４】本発明の第４の実施例に係るフォトカプラ装置
の断面図

【図５】本発明の第５の実施例に係るフォトカプラ装置
の断面図

【図６】従来のフォトカプラ装置の断面図

【符号の説明】

１１…半導体受光素子 １２…透光性絶縁
膜 １３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ…発光素子 ２３…フォトダイオードアレイ ３１，３１ａ…透
光性電極 ３２，３２ａ…発光性ポリマーフイルム ３３，３７，３７ａ，３７ｂ，３８，３９…金属電極 ４１…光反射膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体受光素子と、この半導体受光素子の
   表面に透光性絶縁膜を介して設けられ、通電に伴なって
   発光する発光膜および上記発光膜から放射された光のう
   ちの反半導体受光素子側に放射された光を上記半導体受
   光素子側へ向わせる光反射要素を備えた発光素子とを具
   備してなることを特徴とするフォトカプラ装置。
2. 【請求項２】前記発光膜は、発光性ポリマー，可発光化
   処理の施されたポーラスシリコン，ＳｉＣの中から選ば
   れた１種で形成されていることを特徴とすると請求項１
   に記載のフォトカプラ装置。