JPH11150292A - 受発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型の受発光素子を提供することを課題とす
る。 【解決手段】 受光素子２と発光素子３を平面的な重な
りを持って配置した受発光素子１であって、発光素子３
の周囲を受光素子２の受光領域４が囲むように発光素子
３と受光素子２を配置した。また、受光領域の中央にカ
ップ状のくぼみを形成し、このくぼみの中に発光素子を
配置することもできるし、受光領域の中央に上下に貫通
したカップ状の貫通孔を形成し、この貫通孔の中に発光
素子を配置することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、データ通信に適し
た受発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＩｒＤＡ（Infrared Data Asocia
tion）規格等に代表される光（赤外線）データ通信が、
各種の機器において採用されている。そして、このよう
な光データ通信を行うための受発光素子は、適用機器の
小型化に伴って、より一層の小型化が求められている。

【０００３】従来の受発光素子は、別々のリードフレー
ムに発光素子と受光素子を載置し、それらを別々にレン
ズ付きの樹脂によってモ−ルドした構成となっていた
（例えば、実開昭５４−１０３７６３号公報等）。しか
しながら、上述の構成では、発光素子と受光素子のそれ
ぞれに対応してレンズを設ける必要があるので、形状の
小型化が困難であった。

【０００４】そこで、このような問題を考慮し、別々の
リードフレームに載置した発光素子と受光素子を１つの
レンズに対応させて樹脂モールドする構造も知られてい
る（例えば、実開昭５４−１１１６８号公報等）が、こ
のように発光素子と受光素子を別々のリードフレームに
載置する構成とすると、発光素子と受光素子の光軸に適
合させるためのレンズ設計が難しく、また、レンズの形
状も大型化するという課題が残る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上
記の点を考慮し、小型の受発光素子を提供することを課
題の１つとする。また、受発光素子の構造の簡素化を図
ることを課題の１つとする。また、受発光素子の発光効
率の向上を図ることを課題の１つとする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の受発光素子は、
受光素子と発光素子を平面的な重なりを持って配置した
受発光素子であって、前記発光素子の周囲を前記受光素
子の受光領域が囲むように前記発光素子と前記受光素子
を配置したことを特徴とする。

【０００７】本発明の受発光素子は、受光素子と発光素
子を平面的な重なりを持って配置した受発光素子であっ
て、前記受光素子の受光領域の中央にカップ状のくぼみ
を形成し、このくぼみの中に前記発光素子を配置したこ
とを特徴とする。

【０００８】本発明の受発光素子は、受光素子と発光素
子を平面的な重なりを持って配置した受発光素子であっ
て、前記受光素子の受光領域の中央に上下に貫通したカ
ップ状の貫通孔を形成し、この貫通孔の中に前記発光素
子を配置したことを特徴とする。

【０００９】また、前記カップ状のくぼみあるいは貫通
孔の側面に反射領域を形成してもよいし、前記受光素子
と発光素子をレンズ付きの透光性樹脂によってモ−ルド
してもよい。

【００１０】そしてまた、本発明の受発光素子は、受光
素子と発光素子をレンズ付きの透光性樹脂によってモ−
ルドした受発光素子において、前記受光素子は、その中
央に前記発光素子を配置するための領域を設け、この配
置領域を囲むように受光領域を形成するとともに、前記
配置領域が前記レンズの光軸とほぼ一致するように配置
したことを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を図面を参照
して説明する。まず、本発明の受発光素子の第１の実施
例を図１を参照して説明する。図１（ａ）は受発光素子
の平面図、同図（ｂ）は、そのＩ−Ｉ断面図である。

【００１２】この受発光素子１は、受光素子２ａと発光
素子３を平面的な重なりを持って配置し、発光素子３の
周囲を受光素子２ａの受光領域４が囲むように発光素子
３と受光素子２ａを配置したことを基本構成としてい
る。

【００１３】受光素子２ａは、フォトダイオード、フォ
トトランジスタ等によって構成することができ、ここで
は、シリコン（Ｎ^-型Ｓｉ）を主材料とし、図１（ｂ）
に断面図を示すように、Ｐ層５とＮ層６の間にＩ層７を
介在したＰＩＮフォトダイオードによって構成した例を
示している。

【００１４】受光素子２ａは、ＰＮ層形成後のシリコン
材料の表面に、窒化シリコン、酸化シリコン等の透明で
絶縁性の保護膜８を形成し、受光信号を取り出すための
電極９を、この保護膜８に形成した孔を介して前記Ｐ層
５に接続して配置しており、シリコン材料の裏面には、
裏面電極１０をＮ層６に接続して配置している。この受
光素子２ａの平面形状は、一辺が約２．５ｍｍの四角形
状を成している。

【００１５】受光素子２ａの表面には、前記保護膜８の
上に位置させて金、アルミニウム等の光反射性のよい導
電性材料からなるパターン１１を形成している。このパ
ターン１１は、前記発光素子３に対する配線を構成する
もので、発光素子３を配置するための発光素子配置領域
１２と、この配置領域１２から延出したワイヤボンド領
域を１３備えている。

【００１６】配置領域１２は、発光素子３と受光素子２
ａの中心（光軸）をほぼ一致させるために、受光素子２
ａの受光領域４の中央部に配置している。受光領域４と
なるＰ層５は、受光素子２ａの表面のほぼ全面に形成す
ることもできるが、パターン１１が光を遮断するので、
この例では、パターン１１直下を除く受光素子２ａの表
面のほぼ全面に形成している。このように、受光領域４
が受光素子２ａのほぼ全面にわたって形成されているの
で、配置領域１２は、受光素子２ａの表面中央に位置す
ることになる。そしてまた、配置領域１２は、発光素子
３の面積よりも若干広く形成し、その面積が受光素子２
ａ表面（受光領域４）の面積よりも十分に小さくなるよ
うに設定しているので、その周囲に受光素子２ａの受光
領域４を広く確保することができる。

【００１７】尚、受光素子２ａは、ＰＩＮフォトダイオ
ードを用いているが、これに限定されるものではなく、
ＰＮフォトダイオードなど他の構造を備える受光素子を
用いてもよい。

【００１８】発光素子３は、発光ＬＥＤチップを用いる
ことができ、ここでは、赤外線通信を行うために、ガリ
ウムアルミヒ素（GaAlAs）を主材料とした赤外ＬＥＤチ
ップを用いて構成した例を示している。この発光素子３
の平面形状は、受光素子２ａ表面（受光領域４）よりも
十分に小さく、一辺が約０．３ｍｍの四角形状を成して
いる。

【００１９】そして、発光素子３を配置領域１２の上に
配置し、導電性接着剤によって固定することによって、
発光素子３の周囲を受光素子２ａの受光領域４が囲む状
態で、受光素子２ａと発光素子３を積層配置することが
できる。

【００２０】このような受発光素子１は、その応用例と
して、例えば、図４に示すような樹脂封止型の受発光素
子２０を構成する上で有用となる。すなわち、リードフ
レーム２１の所定位置に受光素子２として受光素子２ａ
を配置し、これに発光素子３を、図１に示すような状態
で積層配置し、ワイヤボンド接続を行った後、図４に示
すように、受光素子２と発光素子３共通のレンズ２２の
光軸２３が、この積層体近傍、特に発光素子３の近傍を
通過するように、透光性樹脂２４をモ−ルドすることに
よって、図１に示す受発光素子１を、図４に示すような
樹脂封止型の受発光素子２０に応用することが可能とな
る。

【００２１】そして、第１実施例の受発光素子１を応用
した樹脂封止型の受発光素子２０によれば、発光素子３
から出射する光を共通レンズ２２によって効率よく集光
して外部に出射することができ、発光素子３から出射す
る光のロスを少なくすることができる。そしてまた、外
部から与えられる光は、共通レンズ２２によって効率よ
く集光して受光素子２の受光領域４に入射させることが
できる。ここで、外部の光源が、共通レンズ２２の光軸
２３上に正確に位置することは少ないので、レンズ２２
を介して入る光が発光素子配置領域１２によって遮られ
る割合は比較的少ない。また、発光素子配置領域１２を
外れた入射光は、その周囲の受光領域４に入射すること
になる。

【００２２】このように、発光素子３の周囲を受光素子
２の受光領域４が囲むようにしたことにより、受光素子
２と発光素子３の光軸を揃えることが容易になり、共通
レンズ２２の設計も容易になる。

【００２３】次に、本発明の受発光素子１の第２の実施
例を図２を参照して説明する。図２（ａ）は受発光素子
１の平面図、同図（ｂ）は、そのII−II断面図である。

【００２４】この受発光素子１も、受光素子２ｂと発光
素子３を平面的な重なりを持って配置し、発光素子３の
周囲を受光素子２ｂの受光領域４が囲むように発光素子
３と受光素子２ｂを配置したことを基本構成としてい
る。

【００２５】ここで、第２実施例は、図１に示した第１
実施例と基本的な構造は同じであり、配置領域１２の構
造が相違するので、基本構成が同じ個所には図１の符号
と同一符号を示し、その相違点を中心に説明する。

【００２６】第１実施例においては、配置領域１２が受
光面とほぼ同一の高さになるように形成されていたが、
この第２実施例では、配置領域１４が受光面よりも低位
置になるように形成されている。すなわち、配置領域１
４を形成するために、シリコン材料にカップ状（逆円錐
台形状）のくぼみ１５を形成し、このくぼみ１５の底面
に発光素子３を配置するようにしている。導電材料製の
パターン１１は、くぼみ１５の底面のみならず、側面に
も環状に形成している。くぼみ１５底面のパターンは、
素子配置領域１４として機能し、くぼみ１５側面の環状
パターンは、発光素子３の光を上向きに反射する反射領
域１６として機能する。このように、素子配置領域１４
を受光面よりも低位置のくぼみ１５内に形成したことに
より、くぼみ１５の側面のパターン１１を環状の反射材
として有効に利用して発光素子３の光取り出し効率を高
めることができる。

【００２７】次に、本発明の受発光素子１の第３の実施
例を図３を参照して説明する。図３（ａ）は受発光素子
１の平面図、同図（ｂ）は、そのIII−III断面図であ
る。

【００２８】この受発光素子１も、受光素子２ｃと発光
素子３を平面的な重なりを持って配置し、発光素子３の
周囲を受光素子２ｃの受光領域４が囲むように発光素子
３と受光素子２ｃを配置したことを基本構成としてい
る。

【００２９】ここで、第３実施例は、図１，２に示した
第１，２実施例と基本的な構造は同じであり、配置領域
１７の構造が相違するので、基本構成が同じ個所には図
１，２の符号と同一符号を示し、その相違点を中心に説
明する。

【００３０】第１，２の実施例においては、発光素子３
を受光素子２の上面に載置していたが、この第３の実施
例では、受光素子２ｃの中央に上下に貫通するカップ状
の貫通孔１８を形成し、この貫通孔１８の底部に配置さ
れるリードフレーム２１の上に発光素子３を載置するこ
とができるようにした点で第１，第２実施例と基本的に
相違する。この貫通孔１８によって発光素子３の配置領
域１７を確保し、発光素子３の配置はリードフレーム２
１を利用して行なわれる。発光素子３の配線としてリー
ドフレーム２１を利用可能とすることによって、第１，
第２実施例のような受光領域４を横切る配線パターン１
１を設ける必要がなくなる。そのため、第１，第２実施
例に比べて、受光領域４を広く確保することができる。
尚、貫通孔１８の側面には、第２実施例と同様に、光反
射性の良いパターンを環状に形成して反射領域１９形成
しておくことにより、発光素子から出射する光を効果的
に反射して光取り出し効率を高めることができる。

【００３１】第２、第３実施例に示された受発光素子１
も、その応用例として、例えば、図４に示すような樹脂
封止型の受発光素子２０を構成する上で有用となる。す
なわち、リードフレーム２１の所定位置に受光素子２を
配置し、その後、発光素子３を、図２、３に示すような
状態で配置し、ワイヤボンド接続を行った後、図４に示
すように、受光素子２と発光素子３共通のレンズ２２の
光軸２３が、これら受光素子２と発光素子３の組合構造
近傍を通過、特に発光素子３の近傍を通過するように、
透光性樹脂２４をモ−ルドすることによって、図２、３
に示す受発光素子を、図４に示すような樹脂封止型の受
発光素子２０に応用することが可能となる。

【００３２】そして、第１実施例の場合と同様に、第
２、第３実施例の受発光素子１を応用した図４に示す樹
脂封止型の受発光素子２０においても、発光素子３から
出射する光を共通レンズ２２によって効率よく集光して
外部に出射することができ、発光素子３から出射する光
のロスを少なくすることができる。加えて、くぼみ１５
や貫通孔１８の側面に光反射性の良いパターンを、光軸
２３を中心に環状に形成して反射領域１６や１９を配置
することにより、発光素子３から出射する光をより効果
的に共通レンズ２２に集光することができる。そしてま
た、外部から与えられる光は、共通レンズ２２によって
効率よく集光して受光素子２の受光領域４に与えること
ができる。ここで、外部の光源が、共通レンズ２２の光
軸２３上に正確に位置することは少ないので、レンズ２
２を介して入る光が配置領域１４や１７に入り込む割合
は比較的少ない。また、配置領域１４や１７を外れた入
射光は、その周囲の受光領域４に入射することになる。

【００３３】このように、発光素子３の周囲を受光素子
２の受光領域４が囲むようにしたことにより、受光素子
２と発光素子３の光軸を揃えることが容易になり、共通
レンズ２２の設計も容易になる。

【００３４】尚、応用実施例として図４に示す樹脂封止
型の受発光素子２０を用いる場合の回路構成例を図５に
示している。この回路例において示された増幅回路３
１、バンドパスフィルター３２、波形整形回路３３、Ｌ
ＥＤ駆動回路３４等は、信号処理回路３０としてＩＣ化
して構成することができる。この信号処理回路３０を受
光素子２と一体化して形成することもでき、この場合
は、受光素子２を、図１〜３に示す受光領域４と、それ
に隣接したＩＣ領域とを備える形状とし、このＩＣ領域
に前記信号処理回路３０を組み込んで構成し、ＩＣ内蔵
型受光素子（若しくは受光素子内蔵型ＩＣ）とすればよ
い。

【００３５】受光素子２と信号処理回路３０を別々に構
成する場合は、図４にＩＣとして示すように、リードフ
レーム２１の適所にＩＣ化した信号処理回路３０を配置
固定し、受光素子２や発光素子３とともに透光性樹脂２
４によってモールドすることができる。

【００３６】第１〜３実施例に示された受発光素子１を
図４に示す応用例のように構成したものをそれぞれ２組
用意し、図５に示す回路を用いてＩｒＤＡ１．０規格に
対応した通信実験を行ったところ、いずれも１ｍ以上の
距離においてデータ通信を行うことができた。ここで、
発光素子３に流す電流は約４００ｍＡであった。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、素子配置
スペースを小さくすることができ受発光素子の小型化を
行うことができる。また、発光素子と受光素子に対する
レンズを共用することができ、レンズ設計の容易化、レ
ンズの小型化を図って受発光素子の小型化を行うことが
できる。また、発光素子を受光素子のくぼみに配置する
ことによって、発光素子の光取出効率を向上させ、レン
ズの小型化あるいは通信距離の拡大を図ることが可能と
なる。また、発光素子を受光素子の貫通孔に配置するこ
とによって、発光素子の配線に受光素子のリードフレー
ムを共用することができ、受光領域上のパターン省略に
よるコストダウンと受光素子の受光領域拡大を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示し、（ａ）は受発光素子
１の平面図、同図（ｂ）は、そのＩ−Ｉ断面図である。

【図２】本発明の他実施例を示し、（ａ）は受発光素子
１の平面図、同図（ｂ）は、そのII−II断面図である。

【図３】本発明の他実施例を示し、（ａ）は受発光素子
１の平面図、同図（ｂ）は、そのIII−III断面図であ
る。

【図４】本発明の応用実施例を示し、（ａ）は受発光素
子２０の平面図、同図（ｂ）は、その側面図である。

【図５】本発明の応用実施例に適用する回路図である。

【符号の説明】

１ 受発光素子 ２ 受光素子 ３ 発光素子 ４ 受光領域 １２ 素子配置領域 １４ 素子配置領域 １５ くぼみ １６ 反射領域 １７ 素子配置領域 １８ 貫通孔 １９ 反射領域 ２０ 樹脂封止型の受発光素子 ２１ リードフレーム ２２ レンズ ２３ 光軸 ２４ 透光性樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 晋 鳥取県鳥取市南吉方３丁目201番地 鳥取 三洋電機株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受光素子と発光素子を平面的な重なりを
   持って配置した受発光素子であって、前記発光素子の周
   囲を前記受光素子の受光領域が囲むように前記発光素子
   と前記受光素子を配置したことを特徴とする受発光素
   子。
2. 【請求項２】 受光素子と発光素子を平面的な重なりを
   持って配置した受発光素子であって、前記受光素子の受
   光領域の中央にカップ状のくぼみを形成し、このくぼみ
   の中に前記発光素子を配置したことを特徴とする受発光
   素子。
3. 【請求項３】 受光素子と発光素子を平面的な重なりを
   持って配置した受発光素子であって、前記受光素子の受
   光領域の中央に上下に貫通したカップ状の貫通孔を形成
   し、この貫通孔の中に前記発光素子を配置したことを特
   徴とする受発光素子。
4. 【請求項４】 前記カップ状のくぼみあるいは貫通孔の
   側面に反射領域を形成した請求項２あるいは３記載の受
   発光素子。
5. 【請求項５】 受光素子と発光素子をレンズ付きの透光
   性樹脂によってモ−ルドしたことを特徴とする請求項１
   〜３記載の受発光素子。
6. 【請求項６】 受光素子と発光素子をレンズ付きの透光
   性樹脂によってモ−ルドした受発光素子において、前記
   受光素子は、その中央に前記発光素子を配置するための
   領域を設け、この配置領域を囲むように受光領域を形成
   するとともに、前記配置領域が前記レンズの光軸とほぼ
   一致するように配置したことを特徴とする受発光素子。
7. 【請求項７】 前記配置領域の周囲に、環状の反射領域
   を形成したことを特徴とする請求項６記載の受発光素
   子。
8. 【請求項８】 前記配置領域の周囲に、前記レンズの光
   軸を中心とする環状の反射領域を形成したことを特徴と
   する請求項６記載の受発光素子。