JPH1019665A - 光検出素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フォトダイオードの光束入射面側に、遮光膜
と接着剤層を介して分光フィルターを配設してなる光検
出素子において、接着剤層中の残留応力を極力低減緩和
し、不均一な膜厚でも剥離が生じず、高接着力を有し高
透明性を維持しながら高耐久化を図る。 【解決手段】 フォトダイオード１上に遮光膜２を設
け、フォトダイオード１と遮光膜２上に、可視光域から
紫外光域までに渡って良好な透明性を有し、常温近辺の
低温度下で硬化でき硬化物がゴム弾性を有し接着耐久性
の優れた、フィラーを含まない縮合型シリコーンゴム系
なる接着剤層３を介して、フィルター４を接着固定し、
光検出素子を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、血液分析等分光
式の分析機に利用される光検出素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、例えば血液分析などにおいて
は、図４に示すような手法が用いられている。すなわち
検体101 を各種試薬類102 で処理した後に、可視光や紫
外光103を照射して、その特定波長域の減衰度合いを、
フィルター104 を介したフォトダイオード105 で検出
し、これを増幅して定量分析を行って、検体が正常か否
かを判別する手法が取られる。そして、このフィルター
104 とフォトダイオード105間には、迷光を防止するた
めの遮光膜106 と、フィルター104 とフォトダイオード
105 を接着固定するための接着剤層107 が設けられてい
る。このフィルター104 からフォトダイオード105 へ至
る光路には、検体のわずかな異常性を検知することがで
きるか否かの重要な役割があり、この部分の感度によっ
ては、誤った診断判定をはじき出してしまうこともあり
得るため、その品質には細心の注意が払われている。

【０００３】上記フィルターとフォトダイオードからな
る光検出素子で使用される接着剤層107 を形成する物質
は、検体101 やフィルター104 を透過してきた光を減衰
させることなくフォトダイオード105 へ導くために、可
視光や紫外光に対して透明な材料である必要がある。ま
た、フィルター104 やフォトダイオード105 に加わる種
々の応力に耐えて相互を固定し合うだけの接着強度も必
要とされる。例えば、特開平６−８２６１３号公報で
は、図５に示すようなフォトセンサー201 と検光子202
との接着において、紫外線硬化樹脂やエポキシ樹脂やバ
ルサム等の透明樹脂203 を用いている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な光検出素子において、フィルター104 とフォトダイオ
ード105 との接着固定に際して、特開平６−８２６１３
号公報に開示されているように、透明な接着剤層107 に
紫外線硬化樹脂やエポキシ樹脂やバルサムを用いた場
合、種々の問題が生ずる。例えば、紫外線硬化樹脂を用
いると、可視光域から紫外光域にかけて、この樹脂自身
が強い吸収を有するため、可視光域より紫外光域に渡る
分光は信号減衰が著しく使えない。また、バルサムは熱
可塑性樹脂である上に、黄変性を有し接着耐久性も乏し
い。したがって、通常は透明性に優れ、ＬＥＤ封止等に
用いる、酸無水物系化合物を硬化剤とする透明なエポキ
シ樹脂を用いるのが一般的である。

【０００５】しかし、このエポキシ樹脂系は、通常 150
℃近辺の高温で10時間近くも加熱硬化しなくてはなら
ず、また、硬化物が硬いということもあって、この際の
硬化収縮が熱応力と共に接着剤層107 に残留しやすい。
更に、フィルター104 とフォトダイオード105 間に遮光
膜106 が介在して接着される部分と、遮光膜106 が介在
しないで接着される部分が混在するため、接着剤層107
は均一な膜厚ではなく、また、フィルター104 の材質の
中には、あまり接着性の良くないものも存在する。その
結果、接着剤層107 中で部分的に剥離が生じたり、時に
はフォトダイオード105 から遮光膜106 を剥離させたり
もする。この遮光膜の剥離が生ずると、フォトダイオー
ドへの光が分散してしまい、極度に信号量が低下する。

【０００６】本発明は、従来の光検出素子における上記
問題点を解消するためになされたもので、請求項１記載
の発明は、接着剤層中の残留応力を極力低減緩和し、不
均一な膜厚を有する接着剤層であっても剥離を生じず、
高接着力を発現しながらも高透明性をも維持できるよう
にした光電変換効率の優れた高耐久性の光検出素子を提
供することを目的とする。また請求項２記載の発明は、
使用環境中に大きな応力が働いてもこれを緩和し、不均
一な膜厚を有する接着剤層であっても剥離を生じず、高
接着力を発現しながらも高透明性をも維持できるように
した光電変換効率の優れた高耐久性の光検出素子を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１記載の発明は、フォトダイオードの光束入
射面側に、遮光膜と接着剤層を介して分光フィルターを
配設してなる光検出素子において、前記接着剤層をフィ
ラーを含まない縮合型シリコーンゴム系接着剤を用いて
形成することを特徴とするものである。このように、可
視光域から紫外光域までに渡って良好な透明性を有し、
常温近辺の低温度下で硬化でき、硬化物がゴム弾性を有
し、接着耐久性にも優れる、フィラーを含まない縮合型
シリコーンゴム系からなる接着剤を用いることにより、
接着剤層中の残留応力を極力低減緩和し、不均一な膜厚
を有する接着剤層であっても剥離を生じず、高接着力を
発現しながらも高透明性をも維持できるようにした光検
出素子を実現することができる。

【０００８】また請求項２記載の発明は、フォトダイオ
ードの光束入射面側に、遮光膜と接着剤層を介して分光
フィルターを配設してなる光検出素子において、前記接
着剤層がフィラーを含まない付加型シリコーンゲルで形
成されており、且つ接着剤層側面をフォトダイオード側
面と分光フィルター側面とに渡り縮合型シリコーンゴム
系接着剤を接着して封止することを特徴とするものであ
る。このように構成することにより、使用環境中に大き
な応力が働いてもこれを緩和し、不均一な膜厚を有する
接着剤層であっても剥離を生じず、高接着力を発現しな
がらも高透明性をも維持できる光検出素子を実現するこ
とができる。すなわち、可視光域から紫外光域までに渡
って良好な透明性を有し、硬化物がゴム弾性体より更に
応力緩和性に優れている、フィラーを含まない付加型シ
リコーンゲルは、それ自体の凝集力があまり強くないた
めに、接着剤層の付加型シリコーンゲルだけでは十分な
接着強度を確保することは困難であり、これを補うため
に、接着剤層側面をフォトダイオード側面と分光フィル
ター側面に渡り、縮合型シリコーンゴム系接着剤層で接
着して封止し、接着強度を確保するものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、実施の形態について説明す
る。図１は本発明に係わる光検出素子の第１の実施の形
態の一部を示す断面図である。図において、１はシリコ
ン基板上に半導体技術で製作されたフォトダイオードで
あり、このフォトダイオード１上には、迷光を防止する
ために設けられたカーボンブラック入りの樹脂を焼き付
けて形成した遮光膜２が設けられている。これらフォト
ダイオード１や遮光膜２には、縮合型シリコーンゴム系
接着剤層３を介して、特殊ガラス製のフィルター４が接
着固定されて光検出素子が構成される。そして、このよ
うに構成された光検出素子のフィルター４側から、検体
と試薬とを反応させたものを透過してきた光線が入射
し、フィルター４で余計な波長域をカットした後、遮光
膜２で覆われていないフォトダイオード１へと達し、電
気信号に変換される。この電気信号を増幅し、本来の光
線に対してどのくらい弱まっているかを算出することに
よって、検体中の成分を定量できるようになっている。

【００１０】次に、図２の（Ａ），（Ｂ）の製造工程図
に基づいて、図１に示した第１の実施の形態の光検出素
子の製造方法について説明する。図２の（Ａ）におい
て、11はシリコン基板上にｐ−ｎ接合を成膜して作製し
たフォトダイオードで、この光束入射面表面に、所定の
領域のみに窓が開くように、遮光膜12を設ける。遮光膜
12はカーボンブラックを分散させたアクリル樹脂系塗料
で、フォトダイオード11の表面に薄く塗布し、加熱硬化
して形成する。この上に、図２の（Ｂ）に示すように特
殊ガラス系のフィルター13を接着剤層14で貼り付ける。
接着剤層14に用いる接着剤は、フィラーを含まず低粘度
で縮合型の透明シリコーンゴム系接着剤、例えば、ＸＥ
１１−Ｂ１００２（東芝シリコーン製）である。これ
は、一成分脱アルコール型速硬化タイプのもので、粘度
は1000cps 程度で硬化後の強度は、ＪＩＳ Ａ２５であ
る。なお、硬化は常温で約３日掛けて行う。

【００１１】このようにして製作した光検出素子は、接
着剤層の残留応力を緩和して、フィルターとフォトダイ
オードとが強固に接着できる上、透明性に優れ、高感度
で高耐久性を備えている。なお、接着剤層中に気泡が入
りやすいような場合には、更に低粘度のＸＥ１１−Ｂ１
００３（東芝シリコーン製）（粘度 300cps ）を用いる
とよい。

【００１２】次に、第２の実施の形態について説明す
る。この実施の形態においては、第１の実施の形態にお
いて接着剤としてフィラーを含まない透明な縮合型シリ
コーンゴム系のものを用いている代わりに、付加型シリ
コーンゲルを用い、且つ、このゲルの硬化後に、接着剤
層側面をフォトダイオード側面とフィルター側面とに渡
り、縮合型シリコーンゴム系接着剤層で封止接着するよ
うにしたものである。次に、図３の（Ａ），（Ｂ）の製
造工程図を用いて、第２の実施の形態の光検出素子及び
その製造方法について説明する。まず図３の（Ａ）に示
すように、第１の実施の形態と同様に、フォトダイオー
ド11の光束入射面に遮光膜12を設け、この上に付加型シ
リコーンゲルからなる接着剤層21でフィルター13を貼り
付ける。ここで用いる付加型シリコーンゲルとしては、
透明で粘度1100cps のＳＥ１８８７（東レ・ダウコーニ
ング・シリコーン製）を用いる。硬化は50℃で２時間加
熱して接着する。

【００１３】次いで、室温にさましてから、図３の
（Ｂ）に示すように、接着剤層21の側面を、フィルター
13の側面とフォトダイオード11の側面に渡って、縮合型
シリコーンゴム系接着剤層22で封止接着する。ここで縮
合型シリコーンゴム系接着剤としては、一成分脱アルコ
ール型で非流動タイプのＳＥ９１７５（東レ・ダウコー
ニング・シリコーン製）を用いる。この接着剤の硬化に
は、常温で約３時間程度であるが、完全硬化には約３日
程度要する。なお、接着剤層21が完全硬化する前に縮合
型シリコーンゴム系接着剤層22を塗布形成してしまう
と、接着剤層21が硬化阻害を起こして硬化しなくなって
しまうので、十分に注意する必要がある。

【００１４】このようにして製作した光検出素子は、第
１の実施の形態と同様に、接着剤層の残留応力を緩和し
て、フィルターとフォトダイオードとが強固に接着でき
る上、透明性に優れ、高感度で高耐久性を備えている。
また、第１の実施の形態よりも、接着剤層21内の残留応
力が働く場合にでも、この応力緩和性に優れているた
め、使用環境中に応力が掛かるような場合にも適用でき
るものとすることができる。

【００１５】

【発明の効果】以上実施の形態に基づいて説明したよう
に、請求項１記載の発明によれば、接着剤層を、フィラ
ーを含まない縮合型シリコーンゴム系からなる接着剤を
用いて形成したので、接着剤層中の残留応力を極力低減
緩和し、不均一な膜厚を有する接着剤層であっても剥離
を生じず、高接着力を発現しながらも高透明性をも維持
できる、光電変換効率の優れた高耐久性の光検出素子を
提供することができる。また請求項２記載の発明によれ
ば、接着剤層を、ゴム弾性体より更に応力緩和性に優れ
た、フィラーを含まない付加型シリコーンゲルからなる
接着剤を用いて形成し、且つ接着剤層側面をフォトダイ
オード側面と分光フィルター側面に渡り、縮合型シリコ
ーンゴム系接着剤層で封止接着しているので、使用環境
中に大きな応力が働いてもこれを緩和し、不均一な膜厚
を有する接着剤層であっても剥離を生じず、高接着力を
発現しながらも高透明性をも維持できる、光電変換効率
の優れた高耐久性の光検出素子を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光検出素子の第１の実施の形態を
示す図である。

【図２】図１に示した第１の実施の形態の製造方法を説
明するための製造工程を示す図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係る光検出素子及
びその製造方法を説明するための製造工程を示す図であ
る。

【図４】従来の光検出素子の構成例を示す図である。

【図５】従来の光検出素子の他の構成例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ フォトダイオード ２ 遮光膜 ３ 縮合型シリコーンゴム系接着剤層 ４ フィルター 11 フォトダイオード 12 遮光膜 13 フィルター 14 縮合型シリコーンゴム系接着剤層 21 付加型シリコーンゲル接着剤層 22 縮合型シリコーンゴム系接着剤層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フォトダイオードの光束入射面側に、遮
   光膜と接着剤層を介して分光フィルターを配設してなる
   光検出素子において、前記接着剤層がフィラーを含まな
   い縮合型シリコーンゴム系接着剤を用いて形成されてい
   ることを特徴とする光検出素子。
2. 【請求項２】 フォトダイオードの光束入射面側に、遮
   光膜と接着剤層を介して分光フィルターを配設してなる
   光検出素子において、前記接着剤層がフィラーを含まな
   い付加型シリコーンゲルで形成されており、且つ前記接
   着剤層側面がフォトダイオード側面と分光フィルター側
   面とに渡り縮合型シリコーンゴム系接着剤層を接着して
   封止されていることを特徴とする光検出素子。