JP5441617B2 - 光電変換装置及び光電変換モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、光電変換装置及びその光電変換装置を用いる光電変換モジュールに関する。
近年、光電変換素子を有する光電変換装置の開発が進められている。例示的な光電変換装置としては、太陽エネルギーを電力に変換する太陽電池装置がある。特に、発電効率の向上を目的として、集光型の太陽電池装置の開発が進められている。この太陽電池装置の場合、光電変換素子は、太陽エネルギーを電力に変換する太陽電池素子である。集光された太陽光を効率良く太陽電池素子に照射する構造が、例えば、特許文献１に、開示されている。
上記特許文献１で提案されている太陽電池装置は、光電変換する太陽電池素子を搭載する基台と、基台上の太陽電池素子へ太陽光を導光する光学部材と、光学部材を保持する支持金具の固定片と、を含んで構成されている。
ところで、上記特許文献１で提案された太陽電池装置の構造では、光学部材を保持する支持金具の固定片の緩みよって、光学部材の位置ずれが発生し、結果として、集光効率の低下が生じる可能性がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、集光効率に優れた光電変換装置及び光電変換モジュールを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る光電変換装置は、基板と、前記基板に設けられる光電変換素子と、前記基板に前記光電変換素子を取り囲むように設けられる枠体と、前記光電変換素子の上方に設けられ、側方に向かって突出するとともに、前
記枠体に接合される突出部を有した集光部材と、を備え、前記突出部は、前記枠体に接合される箇所が前記枠体上に延在しているとともに、前記枠体に対向する下面に全周にわたって金属層が形成されており、前記枠体に対向する前記突出部の下面と前記光電変換素子に対向する前記集光部材の下面は、同一面となっていることを特徴とする。
記枠体に接合される突出部を有した集光部材と、を備え、前記突出部は、前記枠体に接合される箇所が前記枠体上に延在しているとともに、前記枠体に対向する下面に全周にわたって金属層が形成されており、前記枠体に対向する前記突出部の下面と前記光電変換素子に対向する前記集光部材の下面は、同一面となっていることを特徴とする。
また、本発明の第２の様態に係る光電変換モジュールは、前記光電変換装置と、前記光電変換装置上に設けられ、前記集光部材に光を集める受光部材と、を備えたことを特徴とする。
本発明は、集光効率に優れた光電変換装置及び光電変換モジュールを提供することを目的とする。
以下、本発明の一実施形態に係る光電変換装置及び光電変換モジュールについて、図面を参照しながら説明する。
＜実施形態＞
＜光電変換モジュール及び光電変換装置の構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る光電変換モジュール１の概観斜視図と、その一部を拡大した分解斜視図である。また、図２は、図１に示す光電変換装置２の概観斜視図である。また、図３は、集光部材を取り除いた光電変換装置２の概観斜視図である。また、図４は、光電変換装置２の断面図である。また、図５は、集光部材を取り除いた光電変換装置２の光電変換素子を搭載した状態を示す平面図である。
＜光電変換モジュール及び光電変換装置の構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る光電変換モジュール１の概観斜視図と、その一部を拡大した分解斜視図である。また、図２は、図１に示す光電変換装置２の概観斜視図である。また、図３は、集光部材を取り除いた光電変換装置２の概観斜視図である。また、図４は、光電変換装置２の断面図である。また、図５は、集光部材を取り除いた光電変換装置２の光電変換素子を搭載した状態を示す平面図である。
本実施形態に係る光電変換モジュール１は、太陽光エネルギーを電力に変換する太陽光発電モジュールである。また、本実施形態に係る光電変換装置２は、光エネルギーを電力に変換する光電変換素子９を含んでいる。かかる光電変換素子９は、例えば、太陽光エネルギーを電力に変換する機能を備えている太陽電池素子である。
光電変換モジュール１は、複数の光電変換装置２と、複数の光電変換装置２の上方に設けられた受光部材３と外部基板４を含んで構成される。受光部材３は、外部からの光を受光するとともに、受光した光を集光部材１０に集める機能を備えている。また、受光部材３は、複数個のレンズ部材３ｂが矩形のフレーム部材３ａに固定されることにより構成されている。受光部材３のレンズ部材３ｂは、例えば、ドーム状のフレネルレンズであり、例えば、アクリル樹脂等の光学的特性に優れた樹脂材料からなる。複数の光電変換装置２は、外部基板４に実装されている。受光部材３は、外部基板４に固定されており、複数の光電変換装置２を覆っている。
また、外部基板４は、光電変換装置２から発せられる熱を放散させる機能を備えている。外部基板４は、例えば、アルミニウム、銅、炭素−金属複合材等の金属材料から成る。なお、外部基板４の熱伝導率は、例えば、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。
受光部材３に入射された光は、光電変換装置２の集光部材１０の上端部に集められる。すなわち、集光部材１０は、受光部材３によって集められた光を光電変換素子９に導く機能を備えている。集光部材１０に入射された光は、集光部材１０で反射を繰り返しながら集光部材１０の上端部から下端部へ進み、集光部材１０の下端部から光電変換素子９の上面の受光面に入射される。そして、光電変換素子９は、光エネルギーを電力に変換する。
光電変換装置２は、図４に示すように、基板５と、基板５に設けられる光電変換素子９と、基板５に光電変換素子９を取り囲むように設けられる枠体６と、光電変換素子９の上方に設けられ、側方に向かって突出するとともに、枠体６に接合される突出部１１を有した集光部材１０と、を備えている。
基板５は、図４に示すように、第１主面領域Ｓ１と第２主面領域Ｓ２から構成される段差が設けられている。すなわち、基板５は、第１主面領域Ｓ１の高さ位置が、第２主面領域Ｓ２の高さ位置よりも高い段差が設けられている。
基板５が、第１主面領域Ｓ１の高さ位置が第２主面領域Ｓ２の高さ位置よりも高く設定されることで、第２主面領域Ｓ２よりも高さ位置が高い第１主面領域Ｓ１を介して、基板５と導電パターン７との間に電流が流れる。そして、光電変換素子９の下面と第１主面領域Ｓ１との間で電流が流れるため、電流の経路が基板５と導電パターン７との間で短く設定される。その結果、光電変換素子９で発電した電力のロスを抑制して、外部に電力を取り出すことができる。
基板５は、導電性の基板であって、例えば、銅、銀、金、鉄、アルミニウム、タングステン、モリブデン、クロム、ニッケル又はコバルト等の金属材料或いはこれらの金属材料を含有する合金からなる。なお、導電性の基板５は、第２主面領域Ｓ２が出力端子としての機能を有する。また、基板５は、導電性の優れた材料からなり、基板５の熱伝導率は、例えば、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。また、基板５の熱膨張係数は、６．０（ｐｐｍ／℃）以上２５．０（ｐｐｍ／℃）以下に設定されている。
枠体６は、基板５の第１主面領域Ｓ１を取り囲むように、基板５の第２主面領域Ｓ２上に設けられるとともに、枠体６の第１の枠体６ａの下面１１ｂは、基板５の第２主面領域Ｓ２と接続される。第１主面領域Ｓ１と第２主面領域Ｓ２の間に位置する基板５の側面と枠体６の第１の枠体６ａとの間には空隙Ａ１が設けられている。空隙Ａ１は、例えば、０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されている。
枠体６と導電性の基板５は、熱膨張係数が異なり、基板５の熱膨張係数が枠体６の熱膨張係数よりも大きい。そして、第１の枠体６ａが基板５の第２主面領域Ｓ２上に空隙Ａ１を介して設けられることで、導電性の基板５が熱膨張を起こしても、第１の枠体６ａが、第１主面領域Ｓ１と第２主面領域Ｓ２の間に位置する基板５の側面と当接しにくく、枠体６に応力が加わりにくくなる。結果として、枠体６に応力に起因するクラック等が発生するのを抑制することができる。また、基板５と第１の枠体６ａとの熱膨張係数の差による接合応力の緩和という点で、基板５の厚みは、第１の枠体６ａの厚みよりも薄く設定されることが好ましい。
枠体６は、絶縁性の材料からなり、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体又はガラスセラミック等のセラミックス材料からなる。または、これらの材料のうちの複数の材料を混合した複合系からなる。なお、枠体６は、基板５上に設けられ、光電変換素子９を取り囲む第１の枠体６ａと、第１の枠体６ａ上に設けられ、集光部材１０と接合される第２の枠体６ｂとから構成されている。
また、第１の枠体６ａ又は第２の枠体６ｂの熱膨張係数は、例えば、３．０（ｐｐｍ／℃）以上１０．０（ｐｐｍ／℃）以下に設定されている。なお、第１の枠体６ａ及び第２の枠体６ｂは、光電変換素子が搭載されている基板５の第１主面領域Ｓ１を環状に取り囲むように設けられている。また、基板５、第１の枠体６ａ又は第２の枠体６ｂは、平面透視したときに矩形状に形成された部材である。基板５、第１の枠体６ａ又は第２の枠体６ｂの平面透視したときの形状は、矩形状に限らず、円形状等の形状にすることができる。
第１の枠体６ａ上には、導電パターン７が、第２の枠体６ｂの内外にまで延在されて設けられている。導電パターン７は、例えば、銅、銀、金、鉄、アルミニウム、ニッケル、コバルト、クロム、タングステン、モリブデン又はマンガン等の金属材料、或いはそれらの合金からなり、例えば、スクリーン印刷法によるメタライズ形成技術を用いて形成される。
また、第２の枠体６ｂは、集光部材１０を支持する機能を備えている。すなわち、第２の枠体６ｂの上部は、図４に示すように、集光部材１０の側面１０ｂの一部が外方に向かって突出する突出部１１に接合されている。第２の枠体６ｂが対向する突出部１１の下面１１ｂと、集光部材１０が光電変換素子９と対向する下面とが、同一面となっている。すなわち、集光部材１０の突出部１１の下面１１ｂと、第２の枠体６ｂの上部が接合されているので、光電変換素子９から集光部材１１までの高さは、第２の枠体６ｂの高さによって調整することができる。
また、集光部材１０との接合のために、集光部材１０の突出部１１が対向する第２の枠体６ｂの上部は、メタライズ層が設けられている。メタライズ層としては、例えば、タングステン、モリブデン又はマンガン等の金属材料が、例えば、スクリーン印刷法によるメタライズ形成技術を用いて形成される。なお、集光部材１０の詳細な構成については後述する。
光電変換素子９は、基板５の第１主面領域Ｓ１上に設けられ、導電性の基板５と直接接続される。光電変換素子９が、導電性の基板５の第１主面領域Ｓ１上に直接搭載されることで、光電変換素子９で発生する熱を基板５に効率良く伝導することができる。結果、光電変換素子９の温度上昇を効果的に抑制することができ、光電変換素子９の変換効率を向上することができる。
光電変換素子９は、例えば、III−Ｖ族化合物半導体を含んでいる太陽電池素子である。光電変換素子９は、光起電力効果により、受けた光エネルギーを即時に電力に変換して出力することができる。例えば、太陽電池素子は、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ／Ｇｅ３接合型セルの構造を有している。インジウムガリウムリン（ＩｎＧａＰ）トップセルは、６６０ｎｍ以下の波長領域に含まれる光をエネルギー変換する。ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）ミドルセルは、６６０ｎｍから８９０ｎｍまでの波長領域に含まれる光をエネルギー変換する。ゲルマニウム（Ｇｅ）ボトムセルは、８９０ｎｍから２０００ｎｍまでの波長領域に含まれる光をエネルギー変換する。３つのセルは、トンネル接合を介して直列に接続されている。開放電圧は、３つのセルの起電圧の和である。
また、光電変換素子９の下面には、光電変換素子９の下面電極が形成されている。かかる下面電極は、例えば、銀、アルミニウム等により形成され、低融点半田、導電性エポキシ樹脂等の接合材を介して導電性の基板５と電気的に接続されている。
また、光電変換素子９の上面には、光電変換素子９の上面電極が設けられている。かかる上面電極は、例えば、銀、アルミニウム等により形成され、導電性ワイヤで導電パターン７と電気的に接続されている。なお、上面電極の導電パターン７に対する導電性ワイヤの接続箇所は、１箇所としているが、これに限らず、複数箇所以上としても良い。これにより、導電性ワイヤの１本あたりの電流が低減し、熱の発生を抑制することができる。
更に、導電パターン７は、接合材を介して出力端子８に電気的に接続されている。出力端子８は、例えば、鉄−ニッケル−コバルト（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）合金である。また、接合材としては、例えば、銀−銅ロウ、低融点半田又は導電性エポキシ樹脂等である。
ここで、例えば、導電性の基板５は、正極として機能する。また、出力端子８は、負極として機能する。そして、光電変換素子９は、基板５の第１主面領域Ｓ１及び出力端子８に電気的に接続されており、導電性の基板５の第２主面領域Ｓ２及び出力端子８を介して外部に電気を取り出すことができる。
集光部材１０は、集光部材１０の上部より下部が光電変換素子９に向かうに従って幅狭であり、断面積が小さくなる円錐台形状である。集光部材１０に届いた光は、集光部材１０の内部と外部との界面において繰り返し反射される。集光部材１０は、光電変換素子９に向かう過程で反射によって断面積内の光エネルギーの強度分布を均等化するという機能を備えている。なお、集光部材１０の周囲には、例えば、蒸着法等の薄膜形成技術によって、太陽光を反射する機能を有する反射部材として、金属の薄膜を設けても良い。
また、集光部材１０は、透光性を有しており、受光部材３から届いた光を光電変換素子９に導く機能を備えている。集光部材１０の透光性とは、光電変換素子９が、太陽電池素子である場合は、太陽光の少なくとも一部の波長領域に含まれる光が透過できることをいう。なお、集光部材１０は、例えば、ホウ珪酸ガラス、プラスチック又は透光性樹脂等からなる。
集光部材１０は、第２の枠体６ｂと接合するために集光部材１０の側面１０ｂの一部が外方に向かって突出する突出部１１を有している。突出部１１は、平面透視して、第２の枠体６ｂ上に延在している箇所が第２の枠体６ｂの上部と接合されている。
また、突出部１１は、集光部材１０の側面から外方に向かって突出し、上面１１ａと第２の枠体６ｂと対向する下面１１ｂを有する板体である。また、突出部１１の側面１１ｂから外方へ突出する突出部１１の長さは、平面透視して、突出部１１と第２の枠体６ｂとが接合のために重なる箇所が有れば良い。突出部１１の外形は、図２に示すように、第２の枠体６ｂの外形の形状に合わせて設けられることが好ましい。また、集光部材１０は、図４（Ｃ）に示すように、集光部材１０の上部の側面１０ｂの一部が外方に向かって突出する突出部１１を有する形状としてもよい。
また、集光部材１０の突出部１１は、突出部１１の第２の枠体６ｂと対向する下面１１ｂに全周にわたって金属層が形成される。なお、金属層は、突出部１１の第２の枠体６ｂと対向する下面１１ｂであって、突出部１１と第２の枠体６ｂとの重なり箇所に相当する位置に形成されていれば良い。また、金属層は、蒸着法やスパッタ法等の薄膜形成技術によって形成される。金属層は、例えば、チタン、白金、金、クロム、ニッケル、金、銀、銅、或いはそれらの合金等の金属材料からなる。
集光部材１０の突出部１１の第２の枠体６ｂと対向する下面１１ｂの金属層が、例えば、ロウ材、半田、低融点ガラス又はエポキシ樹脂等からなる接合部材を介して、第２の枠体６ｂの全周にわたって、第２の枠体６ｂの上部で接合される。接合方法としては、例えば、ロウ接合、半田接合又は樹脂接合等の方法である。ロウ材としては、例えば、銀−銅ロウ等である。半田としては、金−錫系、金−ゲルマニウム系、錫−鉛系等である。また、低融点ガラスとは、ガラス転移点が６００℃以下のガラスのことをいう。
集光部材１０は、第２の枠体６ｂの全周にわたって接合されるとともに、光電変換素子９の上方に空間ＳＰを介して設けられる。結果として、光電変換素子９は、基体５、第１の枠体６ａ、第２の枠体６ｂ及び集光部材１０で囲まれる空間ＳＰに設けられ、気密封止される。内部の空間ＳＰに設けられることによって、光電変換素子９を気密封止することができるため、耐湿性が向上し、光電変換素子９を長期にわたって信頼性良く作動させることができる。
また、集光部材１０は、光の反射によって断面積内の光エネルギーの強度分布を均等化する機能を有していればよい。集光部材１０の形状は、集光部材１０の上部から下部へ光電変換素子９に向かうに従って断面積が小さくなる角錐台形状であっても良い。また、集光部材１０の形状は、光電変換素子９の受光面の形状に合わせて形成されることによって、集光効率を向上させることができる。例えば、光電変換素子９の受光面が円状で有れば、集光部材１０の形状は、円錐台形状とすることが好ましく、また、光電変換素子９の受光面が矩形状で有れば、集光部材１０の形状は、角錐台形状とすることが好ましい。なお、第２の枠体６ｂの形状は、集光部材１０の形状に合わせて形成されることが好ましい。
＜光電変換素子収納用パッケージの構成＞
ここで、光電変換素子収納用パッケージについて説明する。光電変換素子収納用パッケージとは、基板５上及び枠体６で構成され、光電変換素子９及び集光部材１０が未搭載の状態である。すなわち、光電変換素子収納用パッケージは、光電変換素子９が搭載される搭載部を有した基板５と、基板５上の搭載部を取り囲むように設けられる枠体６と、を備えている。枠体６には、光電変換素子９の搭載予定位置より上方位置に設けられる予定の集光部材１０が接合される。
ここで、光電変換素子収納用パッケージについて説明する。光電変換素子収納用パッケージとは、基板５上及び枠体６で構成され、光電変換素子９及び集光部材１０が未搭載の状態である。すなわち、光電変換素子収納用パッケージは、光電変換素子９が搭載される搭載部を有した基板５と、基板５上の搭載部を取り囲むように設けられる枠体６と、を備えている。枠体６には、光電変換素子９の搭載予定位置より上方位置に設けられる予定の集光部材１０が接合される。
光電変換素子収納用パッケージの光電変換素子が搭載される基板５上に、例えば、半田や樹脂等の接合材を介して光電変換素子９を搭載し、更に、枠体６に、光電変換素子９の上方に空間を介して集光部材１０が設けられることにより、光電変換素子９及び集光部材１０が設けられた光電変換装置２となる。
＜光電変換装置及び光電変換モジュールの製造方法＞
ここで、図１に示す光電変換モジュール１及び図２に示す光電変換装置２の製造方法を説明する。
ここで、図１に示す光電変換モジュール１及び図２に示す光電変換装置２の製造方法を説明する。
まず、基板５、第１の枠体６ａ及び第２の枠体６ｂをそれぞれ準備する。
まず、基板５を準備する。導電性の基板５は、例えば、銅からなる場合は、基板の鋳型に導電性金属の銅を注入し、それを冷却した後、鋳型から取り出すことで作製することができる。次に、第１の枠体６ａ及び第２の枠体６ｂを準備する。第１の枠体６ａ及び第２の枠体６ｂが、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム及び酸化カルシウム等の原料粉末に、有機バインダー、可塑剤又は溶剤等を添加混合して混合物を得る。そして、第１の枠体６ａ及び第２の枠体６ｂの型枠内に、混合物を充填して乾燥させた後、焼結前の第１の枠体６ａ及び第２の枠体６ｂを取り出すことで作製することができる。
まず、基板５を準備する。導電性の基板５は、例えば、銅からなる場合は、基板の鋳型に導電性金属の銅を注入し、それを冷却した後、鋳型から取り出すことで作製することができる。次に、第１の枠体６ａ及び第２の枠体６ｂを準備する。第１の枠体６ａ及び第２の枠体６ｂが、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム及び酸化カルシウム等の原料粉末に、有機バインダー、可塑剤又は溶剤等を添加混合して混合物を得る。そして、第１の枠体６ａ及び第２の枠体６ｂの型枠内に、混合物を充填して乾燥させた後、焼結前の第１の枠体６ａ及び第２の枠体６ｂを取り出すことで作製することができる。
また、タングステン又はモリブデン等の高融点金属粉末を準備し、この粉末に有機バインダー、可塑剤又は溶剤等を添加混合して金属ペーストを得る。
そして、取り出した焼成前の未硬化の第１の枠体６ａ上に、例えばスクリーン印刷法によるメタライズ形成技術を用いて、金属ペーストを塗って、出力端子８と接合するための導電パターン７を形成する。また、取り出した焼成前の未硬化の第２の枠体６ｂの上部に、例えばスクリーン印刷法によるメタライズ形成技術を用いて、金属ペーストを塗って、集光部材１０の突出部１１と接合するための金属層を形成する。
さらに、導電パターン７が形成された焼成前の未硬化の第１の枠体６ａ上に、焼成前の未硬化の第２の枠体６ｂを載せて圧着して、両者を密着させる。そして、両者を約１６００℃の温度で同時に焼成することにより、焼成後に、第１の枠体６ａ及び第２の枠体６ｂを一体化した枠体６を作製することができる。その後、基板５の第２主面領域Ｓ２上に、ロウ材等を介して、第１の枠体６ａと第２の枠体６ｂとが一体化された枠体６を接合する。
次に、枠体６で取り囲まれる領域であって、導電性の基板５の第１主面領域Ｓ１上に、例えば、導電性エポキシ樹脂で光電変換素子９を搭載する。そして、光電変換素子９の下面電極と導電性の基板５の第１主面領域Ｓ１とを電気的に接続する。また、枠体６で囲まれる導電パターン７上から、光電変換素子７の上面電極に対して、導電性ワイヤを介して電気的に接続する。
集光部材１０は、モールド成形技術によって作製することができる。具体的には、集光部材１０の金型内に、ホウ珪酸ガラスを投入し、加熱、プレスして成形する。さらに、当該成形品を冷却して金型から成形品を取り出すことで、突出部１１を有する集光部材１０を作製することができる。そして、集光部材１０の突出部１１の第２の枠体６ｂと対向する下面１１ｂに全周にわたって、例えば、蒸着法によって、クロムの金属層を形成する。
そして、集光部材１０は、半田等を介して、枠体６の第２の枠体６ｂの上部と集光部材１０の突出部１１を接合する。このようにして、光電変換装置２を作製することができる。
光電変換モジュール１の作製方法について説明する。まず、複数個の光電変換装置２と、外部基板４を準備する。光電変換装置２は、外部基板４に絶縁層を介して固定される。なお、絶縁層としては、例えば、エポキシ樹脂、ガラスエポキシ樹脂又はシリコーン樹脂等の熱伝導性の優れた樹脂、或いは、アルミナ又は窒化アルミニウム等のセラミック材料からなる。また、絶縁層は、光電変換素子から導電性の基板５に伝導する熱を放散する機能を備えている。
ここでは、二つの光電変換装置２の接続方法について説明する。一方の光電変換装置２の基板５の枠体６から外方に延在する第２主面領域Ｓ２と他方の光電変換装置２の出力端子８とが隣り合うように、両者を配置して固定する。そして、配置した二つの光電変換装置２をエポキシ樹脂からなる絶縁層が形成された外部基板４上に設ける。導電性ワイヤを介して、第２主面領域Ｓ２と出力端子８とを電気的に接続し、配置した二つの光電変換装置２を電気的に接続する。その結果、二つの光電変換装置２を外部基板４に対して固定することができる。
このようにして、光電変換装置２を外部基板４に固定することができる。同様にして、複数個の光電変換装置２を外部基板４に配置して固定する。そして、外部基板４に配置した複数個の光電変換装置２上に受光部材３を設けることで、光電変換モジュール１を作製することができる。
本実施形態によれば、集光部材１０の側面１０ｂの一部が外方に向かって突出する突出部１１が、平面透視して、第２の枠体６ｂと重なる箇所で、第２の枠体６ｂの上部に当接されて接合される。また、第２の枠体６ｂと対向する突出部１１の下面１１ｂと集光部材１０の光電変換素子９と対向する下面１１ｂは同一面となっている。突出部１１が第２の枠体６ｂの上部で接合されるので、光電変換素子９から集光部材１０の下面までの高さを予め決められた所定の高さに容易に設定することができる。すなわち、枠体６の高さを予め決められた所定の高さにしておくことで、光電変換素子９から集光部材１０までの高さを容易に設定することができる。結果として、光電変換素子９への照射光の位置ずれを抑制することができ、集光効率を向上することができる。なお、光電変換素子９から集光部材１０までの高さは、集光部材９から光電変換素子９へ入射される照射光を効率良く集光させる点で重要である。
また、集光部材１０が、集光部材１０の突出部１１と第２の枠体６ｂのみで接合されることによって、第２の枠体６ｂから集光部材１０への圧縮応力が低減できる。すなわち、集光部材１０の屈折率が、圧縮応力によって変化することを抑制することができる。結果として、光電変換素子９への照射光の位置ずれを抑制することができ、集光効率を向上することができる。
＜変形例＞
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。以下、本実施形態の変形例について説明する。なお、本実施形態の変形例に係る光電変換装置のうち、本実施形態に係る光電変換装置２と同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。以下、本実施形態の変形例について説明する。なお、本実施形態の変形例に係る光電変換装置のうち、本実施形態に係る光電変換装置２と同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。
＜変形例１＞
上記実施例に係る光電変換装置２は、光電変換素子９が搭載される導電性の基板５、導電パターンが設けられた第１の枠体６ａ及び第２の枠体６ｂで構成されているが、これに限らない。図６に示すように、導電性の基板５に代わって、基板５を絶縁性の材料とし、基板５上に第１の導電パターン７ａ及び第２の導電パターン７ｂを設け、更に、出力端子８ａ及び出力端子８ｂを設け、基板５上に枠体６を配置する構成としてもよい。結果として、光電変換装置２は、絶縁性の材料からなる基板５と枠体６で構成される構造となり、枠体６を複数個使用しないため、製造プロセスを削減することができる。なお、絶縁性の材料は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体又はガラスセラミック等のセラミックス材料からなる。または、これらの材料のうちの複数の材料を混合した複合系からなる。
上記実施例に係る光電変換装置２は、光電変換素子９が搭載される導電性の基板５、導電パターンが設けられた第１の枠体６ａ及び第２の枠体６ｂで構成されているが、これに限らない。図６に示すように、導電性の基板５に代わって、基板５を絶縁性の材料とし、基板５上に第１の導電パターン７ａ及び第２の導電パターン７ｂを設け、更に、出力端子８ａ及び出力端子８ｂを設け、基板５上に枠体６を配置する構成としてもよい。結果として、光電変換装置２は、絶縁性の材料からなる基板５と枠体６で構成される構造となり、枠体６を複数個使用しないため、製造プロセスを削減することができる。なお、絶縁性の材料は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体又はガラスセラミック等のセラミックス材料からなる。または、これらの材料のうちの複数の材料を混合した複合系からなる。
＜変形例２＞
上記実施形態に係る光電変換装置２は、第２の枠体６ｂと対向する突出部１１の下面１１ｂと集光部材１０の光電変換素子９と対向する下面は同一面となるように構成され、突出部１１と第２の枠体６ｂが接合されているが、これに限らない。図７に示すように、集光部材１０の突出部１１より下部の領域１０ａが、枠体６ｂで囲まれた領域内に嵌め込まれる構造としてもよい。すなわち、集光部材１０の側面１０ｂの一部が外方に向かって突出する突出部１１を有し、突出部１１から光電変換素子９に向かう集光部材１０の突出部１１より下部の領域１０ａが、第２の枠体６ｂで囲まれた領域内に配置される。なお、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）には、第２の枠体６ｂと対向する突出部１１の下面１１ｂの位置を一点鎖線で示している。
上記実施形態に係る光電変換装置２は、第２の枠体６ｂと対向する突出部１１の下面１１ｂと集光部材１０の光電変換素子９と対向する下面は同一面となるように構成され、突出部１１と第２の枠体６ｂが接合されているが、これに限らない。図７に示すように、集光部材１０の突出部１１より下部の領域１０ａが、枠体６ｂで囲まれた領域内に嵌め込まれる構造としてもよい。すなわち、集光部材１０の側面１０ｂの一部が外方に向かって突出する突出部１１を有し、突出部１１から光電変換素子９に向かう集光部材１０の突出部１１より下部の領域１０ａが、第２の枠体６ｂで囲まれた領域内に配置される。なお、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）には、第２の枠体６ｂと対向する突出部１１の下面１１ｂの位置を一点鎖線で示している。
図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）に示すように、集光部材１０は、集光部材１０の突出部１１より下部の領域１０ａが、第２の枠体６ｂで囲まれた領域内に配置される構造とすることにより、光電変換素子９に対する集光部材１０の横方向の位置ずれを抑制することができる。また、光電変換素子９から集光部材１０までの高さを予め決められた所定の高さとなるように、集光部材１０の側面１０ｂに突出部１１を設けることで、光電変換素子９から集光部材１０までの高さ方向の位置ずれを抑制することができる。結果として、光電変換素子９への照射光の位置ずれを抑制することができ、集光効率を向上することができる。なお、光電変換素子９から集光部材１０までの高さは、第２の枠体６の高さまたは集光部材１０の側面１０ｂの突出部１１が設けられる位置で調整することもできる。
集光部材１０の突出部１１より下部の領域１０ａの側面１０ｂが、突出部１１の高さ位置で、すなわち、図７（Ｂ）で示す一点鎖線の突出部１１の付け根１０ｃの位置で、第２の枠体６ｂの内壁面６ｃの一部と接することが好ましい。また、集光部材１０の突出部１１より下部の領域１０ａの側面１０ｂが、突出部１１よりも低い位置で、すなわち、図７（Ｃ）で示す一点鎖線の位置よりも低い位置で、第２の枠体６ｂの内壁面６ｃの一部と接しても良い。
＜変形例３＞
上記実施形態に係る光電変換装置２は、第２の枠体６ｂと対向する突出部１１の下面１１ｂと集光部材１０の光電変換素子９と対向する下面は同一面となるように構成され、突出部１１と第２の枠体６ｂが接合されているが、これに限らない。
上記実施形態に係る光電変換装置２は、第２の枠体６ｂと対向する突出部１１の下面１１ｂと集光部材１０の光電変換素子９と対向する下面は同一面となるように構成され、突出部１１と第２の枠体６ｂが接合されているが、これに限らない。
集光部材１０が、図８に示すように、集光部材１０の側面１０ｂの一部が外方に向かって突出する突出部１１を有し、突出部１１から光電変換素子９に向かう集光部材１０の突出部１１より下部の領域１０ａが、第２の枠体６ｂで囲まれた領域内に配置されるとともに、集光部材１０の下部の領域１０ａが凸状となる構造にしてもよい。集光部材１０の下部の領域１０ａの形状を光電変換素子９に向かってと凸状とすることにより、光電変換素子９への照射光を光電変換素子９の受光面に効果的に集光することができ、集光効率を向上することができる。
＜変形例４＞
上記実施形態に係る光電変換装置２は、第２の枠体６ｂと対向する突出部１１の下面１１ｂと集光部材１０の光電変換素子９と対向する下面は同一面となるように構成され、突出部１１と第２の枠体６ｂが接合されているが、これに限らない。
上記実施形態に係る光電変換装置２は、第２の枠体６ｂと対向する突出部１１の下面１１ｂと集光部材１０の光電変換素子９と対向する下面は同一面となるように構成され、突出部１１と第２の枠体６ｂが接合されているが、これに限らない。
集光部材１０が、図９に示すように、集光部材１０の側面１０ｂの一部が外方に向かって突出する突出部１１を有し、突出部１１から光電変換素子９に向かう集光部材１０の突出部１１よりの下部の領域１０ａが、第２の枠体６ｂで囲まれた領域内に配置されるとともに、集光部材１０の下部の領域１０ａが凹状となる構造にしてもよい。集光部材１０の下部１０ａの形状を光電変換素子９に向かって凹状とすることにより、光電変換素子９への照射光を平行光とすることができ、光電変換素子９の受光面に効果的に集光することができ、集光効率を向上することができる。
＜変形例５＞
上記実施形態に係る光電変換装置２は、第２の枠体６ｂと対向する突出部１１の下面１１ｂと集光部材１０の光電変換素子９と対向する下面は同一面となるように構成され、突出部１１と第２の枠体６ｂが接合されているが、これに限らない。
上記実施形態に係る光電変換装置２は、第２の枠体６ｂと対向する突出部１１の下面１１ｂと集光部材１０の光電変換素子９と対向する下面は同一面となるように構成され、突出部１１と第２の枠体６ｂが接合されているが、これに限らない。
集光部材１０が、図１０に示すように、集光部材１０の側面１０ｂの一部が外方に向かって突出する突出部１１を有し、突出部１１から光電変換素子９に向かう集光部材１０の突出部１１より下部の領域１０ａが、第２の枠体６ｂで囲まれた領域内に配置されるとともに、第２の枠体６ｂが突出部１１と対向する第２の枠体６ｂの上部から第２の枠体６ｂの内壁面にかけて切り欠き部１２を有する構造にしてもよい。切り欠き部１２に集光部材１０の突出部１１を配置することにより、光電変換素子９に対する集光部材１０の高さ方向及び横方向の位置ずれを抑制することができ、集光効率を向上することができる。
１ 光電変換モジュール
２ 光電変換装置
３ 受光部材
３ａ フレーム部材
３ｂ レンズ部材
４ 外部基板
５ 基板
６ 枠体
６ａ 第１の枠体
６ｂ 第２の枠体
６ｃ 第１の枠体の内壁面
７ 導電パターン
８ 出力端子
９ 光電変換素子
１０ 集光部材
１０ａ 集光部材の下部領域
１０ｂ 集光部材の側面
１０ｃ 集光部材の突出部の付け根
１１ 突出部
１１ａ 突出部の上面
１１ｂ 突出部の下面
１２ 段差部
ＳＰ 空間
Ａ１ 空隙
Ｓ１ 第１主面領域
Ｓ２ 第２主面領域
２ 光電変換装置
３ 受光部材
３ａ フレーム部材
３ｂ レンズ部材
４ 外部基板
５ 基板
６ 枠体
６ａ 第１の枠体
６ｂ 第２の枠体
６ｃ 第１の枠体の内壁面
７ 導電パターン
８ 出力端子
９ 光電変換素子
１０ 集光部材
１０ａ 集光部材の下部領域
１０ｂ 集光部材の側面
１０ｃ 集光部材の突出部の付け根
１１ 突出部
１１ａ 突出部の上面
１１ｂ 突出部の下面
１２ 段差部
ＳＰ 空間
Ａ１ 空隙
Ｓ１ 第１主面領域
Ｓ２ 第２主面領域
Claims (4)
- 基板と、
前記基板に設けられる光電変換素子と、
前記基板に前記光電変換素子を取り囲むように設けられる枠体と、
前記光電変換素子の上方に設けられ、側方に向かって突出するとともに、前記枠体に接合される突出部を有した集光部材と、を備え、
前記突出部は、前記枠体に接合される箇所が前記枠体上に延在しているとともに、前記枠体に対向する下面に全周にわたって金属層が形成されており、
前記枠体に対向する前記突出部の下面と前記光電変換素子に対向する前記集光部材の下面は、同一面となっていることを特徴とする光電変換装置。 - 請求項１に記載の光電変換装置であって、
前記枠体は、上部から内壁面にかけて切り欠き部を有し、該切り欠き部に前記突出部が配置されていることを特徴とする光電変換装置。 - 請求項１又は請求項２に記載の光電変換装置であって、
前記基板は、第１主面領域と、該第１主面領域の外周に設けられる第２主面領域を有するとともに、前記第１主面領域の高さ位置が前記第２主面領域の高さ位置よりも高く設定されることを特徴とする光電変換装置。 - 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置上に設けられ、前記集光部材に光を集める受光部材と、
を備えたことを特徴とする光電変換モジュール。
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-
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