专利名称：用于光学传感器滤波器的透明树脂组合物、光学传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及光学传感器及其制造方法。更具体地说，本发明涉及用于开和关之间转换或例如个人数字助理的液晶显示器的背光光量调节的表面安装型光学传感器，和制造该光学传感器的方法。
背景技术：
近年来，在显示器部分中使用TFT彩色液晶显示器的包括移动电话的个人数字助理的数量迅速增加，且它们的能耗相应提高。为了增加当不需要背光时(阳光下的户外或光照明亮的室内)关闭或减弱背光源的功能的目的，在红外波长下具有最大感光度的表面安装型光学传感器通常用作用于检测室内或户外光的组件。
作为这样的光学传感器，例如，如图24和25所示，已知光学传感器包括，例如，基底101；连接到装配在基底101背面上的端电极104中的一个的第一金属垫103；连接到基底101背面上的其他端电极104的第二金属垫103；通过导电粘合剂105安装到第一金属垫103上的光检测器102；用于将光检测器102和第二金属垫103电连接到一起的小-规(small-gage)金属线106；和由光透射树脂制造的基本为长方体的形状对光检测器102和小-规金属线106进行覆盖的树脂封装部分107(参见日本未审实用新型No.Sho 61(1986)-156250)。然而，这种类型的光学传感器具有不正常工作的问题由于某些原因，在夜间或光照弱的室内存在不可见的红外线，该光学传感器可能检测到红外线，判断环境为光亮的。
因此，越来越多的光学传感器具有分别配置在其光接收部分的上部的红外阻挡滤波器。作为具有阻挡红外线功能的光学传感器，已知具有安装在一个芯片或分开的芯片上的两个光电二极管的光学传感器，其中一个光电二极管在可见光区的波长下具有最大感光度且另一个光电二极管在红外区的波长下具有最大感光度，且其中，基于通过各自的光电二极管的光检测结果，进行计算并判断光是否在红外区中，且如果光在红外区中，停止检测器的输出(参见日本未审专利公开No.2001-264161)。然而，在这种情况下，需要在光电二极管中加入计算或放大功能，从而使该光电二极管变得结构复杂且昂贵，而且取决于计算算法，可能存在红外线未得到适当阻挡的情况。
作为用于仅检测可见光的可见光传感器，在日本未审专利公开No.Hei01(1989)-266751和Hei 10(1998)-229206中公开了具有封装在树脂中的光检测器的光学传感器。在日本未审专利公开No.Hei 01(1989)-266751的可见光传感器中，透明树脂含有吸收红外线的玻璃粉末。然而，在这种情况下，由于玻璃和树脂在线膨胀系数上的显著差异，在树脂模塑下进行的例如加热或冷却的步骤中，玻璃粉末和树脂彼此之间形成空隙，表明该传感器不适于批量生产。另一方面，在用于日本未审专利公开No.Hei10(1998)-229206的可见光传感器的阻挡红外线的树脂(树脂由Dai Nippon Toryo Co.，Ltd.制造)，与峰值透射率相比，其在高于700nm的近红外波长范围内的透射率并非足够小，如图26所示。例如，在厚2um的树脂A(丙烯酸酯类树脂)中，甚至其在800nm波长下的透射率高至峰值透射率的约三分之一，然而甚至在厚300um的树脂B(环氧树脂)中，其在850nm波长下的透射率为峰值透射率的约四分之一。
图5显示了说明两种类型光电晶体管(Si)的不同光谱响应特性的图。在图5(a)中显示的光电晶体管在900nm的波长下具有最大感光度，然而在图5(b)中显示的光电晶体管在650nm的波长下具有最大感光度。当阻挡红外线的树脂中的一种(树脂A或B)与图5(a)所示在900nm的波长下具有峰值透射率的光电晶体管相结合以生产可见光传感器时，该可见光传感器的灵敏度在波长800nm-900nm的近红外区中。即使当阻挡红外线的树脂中的一种(树脂A或B)与图5(b)所示在波长650nm下具有峰值透射率的光电晶体管相结合以生产可见光传感器时，在高于700nm的近红外波长范围内的可见光传感器的灵敏度并非足够低。因而，这些可见光传感器的应用是不切实际的。
发明内容
在这些环境下，根据本发明，提供了一种光学传感器(A)，其含有具有电极的基底；电连接到电极上的光检测器；和在基底上用于封装该光检测器的光透射树脂封装部分，该光学传感器的特征在于，进一步包括在光透射树脂封装部分的内部或在光透射树脂封装部分的外表面上用于阻挡来自外部的红外线到达光检测器的红外阻挡层。
而且，根据本发明，提供了一种光学传感器(B)，其含有具有电极的基底；电连接到电极上的光检测器；和在基底上用于封装该光检测器的光透射树脂封装部分，该光学传感器的特征在于，该光透射树脂封装部分含有红外吸收物质。即，该光透射树脂封装部分由含有红外吸收物质的光透射树脂形成，从而该光透射树脂封装部分自身具有吸收红外线的功能。
这样构成的光学传感器(A)和(B)具有其中结合的吸收或反射在红外区中的光的功能，而不增加组件数量且具有简单的构造。因而，可以节约用于将独立于光学传感器的红外阻挡滤波器引入例如个人数字助理的电子装置中的时间和努力，从而能够以低成本制造电子装置，而不增加组装步骤的数量。此外，根据光学传感器(B)，可以通过一个模塑步骤形成具有吸收红外线功能的光透射树脂封装部分，导致有效地制造光学传感器，而不增加制造步骤的数量。
图1为显示本发明实施方式1的光学传感器的透视图；图2为显示实施方式1的光学传感器的剖面正视图；图3(a)-(e)为显示红外吸收染料所具有的吸收峰灵敏度和光谱透射率之间的关系的图；图4(a)和(b)为显示当混合红外吸收染料时的模拟结果的图；图5(a)和(b)为显示两种类型的Si光电晶体管的不同光谱响应特性的图；图6(a)和(b)为显示光电晶体管的光谱响应和红外吸收染料模拟的图；图7(a)-(g)为显示实施方式1的光学传感器的制造中，形成树脂封装部分的步骤的流程图；图8为显示用于实施方式1的光学传感器的生产中的电极图样的一个实例的部分俯视图；图9为显示本发明实施方式2的光学传感器的透视图；图10为显示实施方式2的光学传感器的剖面正视图；图11(a)-(d)为显示实施方式2的光学传感器的制造中，形成树脂封装部分的步骤的流程图；图12(a)-(d)为显示实施方式3的光学传感器的制造中，形成树脂封装部分的步骤的流程图，；
图13为显示本发明实施方式4的光学传感器的剖面正视图；图14(a)-(d)为显示实施方式4的光学传感器的制造中，形成树脂封装部分的步骤的流程图；图15为显示本发明实施方式5的光学传感器的剖面正视图，；图16(a)-(d)为显示实施方式5的光学传感器的制造中，形成树脂封装部分的步骤的流程图；图17为显示本发明实施方式6的光学传感器的剖面正视图；图18(a)-(e)为显示实施方式6的光学传感器的制造中，形成树脂封装部分的步骤的流程图；图19为显示本发明实施方式7的光学传感器的剖面正视图，；图20(a)-(c)为显示实施方式7的光学传感器的制造中，形成树脂封装部分的步骤的流程图；图21为显示本发明实施方式8的光学传感器的剖面正视图，；图22(a)-(c)为显示实施方式8的光学传感器的制造中，形成树脂封装部分的步骤的流程图；图23(a)-(d)为显示实施方式8的制造光学传感器的另一种方法中，形成树脂封装部分的步骤的流程图；图24为显示常规光学传感器的透视图；图25为显示常规光学传感器的剖面正视图，；和图26为显示阻挡红外线的及用于其它常规光学传感器的树脂特性的图。
具体实施例方式
在本发明光学传感器(A)中，红外阻挡层为允许可见光区中(约380nm-800nm)的光透射通过且允许吸收或反射红外区中(约800nm-10000nm)的光的层。更具体地说，红外阻挡层由含有红外吸收物质的红外吸收层或含有红外反射物质的红外反射层制成。
该含有红外吸收物质的红外吸收层可为含有红外吸收物质的透明树脂的红外吸收膜或含有红外吸收物质的透明树脂层。该红外吸收物质适宜地为公开在日本未审专利公开No.2001-106689中的酞菁化合物，其由通式(I)表示
其中Zi(i＝1-16)为SR1、OR2、NHR3或卤素原子，其中R1、R2和R3为可具有取代基的苯基、可具有取代基的芳烷基或可具有取代基的C1-C20烷基；且M为非金属、金属、金属氧化物或金属卤化物。优选，将两种或多种具有不同特性的红外吸收染料以最佳组合进行使用以获得在宽范围内的阻挡红外线的目标特性，产生改善的光学传感器可靠性。在这种情况下，取决于阻挡红外线的目标特性，相对于100重量％透明树脂，红外吸收染料的加入量为0.1重量％-1.0重量％。当相对于100重量％透明树脂，红外吸收染料的加入量小于0.1重量％时，灵敏度提高但红外阻挡效果降低。另一方面，当红外线染料的加入量大于1.0重量％时，红外阻挡效果改善但灵敏度减小。
含有红外反射物质的红外反射层可为其中利用波长之间相位差的红外反射多层膜或透明树脂层或含有红外反射物质的膜。红外反射物质的实例包括二氧化钛、二氧化硅等。优选，以最佳组合使用两种或多种红外反射物质。
在本发明光学传感器(A)中，光透射树脂封装部分可具有用于封装光检测器的内树脂部分和用于覆盖内树脂部分的外树脂部分。红外阻挡层可由含有红外吸收物质的红外吸收层或含有红外反射物质的红外反射层制得，其插入到内树脂部分和外树脂部分之间。当在具有双层结构的透明树脂封装部分的内部形成红外阻挡层时，红外阻挡层可以容易地完全覆盖光检测器，产生改善的阻挡红外线的特性。
在本发明传感器(B)中，红外吸收物质适宜地为通式(I)的酞菁化合物。更具体地说，两种或多种具有不同特性的红外吸收染料优选以最佳组合进行使用，以获得在宽范围内的阻挡红外线的目标特性，产生极大改善的光学传感器可靠性。在这种情况下，取决于阻挡红外线的目标特性，相对于100重量％透明树脂，红外吸收染料的加入量为0.1重量％-1.0重量％。当相对于100重量％透明树脂，红外吸收染料的加入量小于0.1重量％时，灵敏度提高但红外阻挡效果降低。另一方面，当红外吸收染料的加入量大于1.0重量％时，红外阻挡效果改善但灵敏度减小。
如上所述，当由通式(I)表示的作为有机材料的酞菁-基染料为用作红外吸收材料时，可以通过普通树脂模塑技术形成光透射树脂封装部分，而不管光透射树脂(模制树脂)含有红外吸收材料的事实。因而，本发明可以实现能够降低尺寸和易于批量生产的可见光传感器。
可以通过日本未审专利公开No.2001-106689中公开的方法制备酞菁化合物。在该制备中，可以改变上述通式(I)中的M或Z，以便于调节酞菁化合物具有吸收峰的波长。
在由通式(I)表示的酞菁化合物中，任选地包含在苯基或芳烷基中的取代基的实例，包括卤素原子、酰基、烷基、苯基、烷氧基、卤代烷基、卤代烷氧基、硝基、氨基、烷氨基、烷基羰基氨基、芳氨基、芳基羰基氨基、羰基、烷氧羰基、烷基氨基羰基、烷氧基磺酰基、烷基硫代、氨基甲酰基、芳氧基羰基、氧化烷基(oxyalkyl)醚和氰基等。取代基的数量适宜地为一至三。
在由通式(I)表示的酞菁化合物中，未取代C1-20烷基的实例包括线性、支链和环状烷基，其中优选线性、支化和环状C1-8烷基。未取代C1-8烷基的具体实例包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基和新戊基等，其中优选甲基、乙基、正丙基、异丙基和正丁基。任选地包含在C1-20烷基中的取代基的实例包括卤素原子、烷氧基、羟基烷氧基、烷氧烷氧基(alkoxyalkoxyl)、卤代烷氧基、硝基、氨基和烷氨基等。取代基的数量适宜地为一至二。
在由通式(I)表示的酞菁中，卤素原子的实例包括氟、氯、溴和碘原子，其中优选氯原子。
在由通式(I)表示的酞菁化合物中，非金属为除金属原子以外的任何原子且可以为两个氢原子。金属的实例包括铁、镁、镍、钴、铜、钯、锌、钒、钛、铟、锡等。金属氧化物的实例包括钛氧基、氧钒基等。金属卤化物的实例包括氯化铝、氯化铟、氯化锗、氯化锡(II)、氯化锡(IV)、氯化硅等。优选，采用金属、金属氧化物或金属卤化物。具体实例包括铜、锌、钴、镍、铁、氧钒基、钛氧基、氯化铟和氯化锡(II)，其中优选铜、氧钒基和锌。
根据本发明，由通式(I)表示的酞菁化合物优选为在750nm-1000nm波长范围内具有吸收峰的酞菁化合物。更具体地说，优选选自分别在750nm、800nm、900nm、950nm和1000nm附近波长具有吸收峰的五种酞菁化合物的两种或多种的组合。在实际应用中，为了实现阻挡位于红外区的光的目的，优选在800nm及以上波长范围内具有吸收峰的约四种酞菁化合物的组合。也为了实现阻挡位于近红外区光的目的，更优选包括在750nm波长具有吸收峰的一种酞菁化合物约五种酞菁化合物的组合。不特别限定每个酞菁化合物的比例。当用于均匀阻挡在红外区中的光时，可以相等的量使用酞菁化合物，然而当用于阻挡具有特定波长的光时，可以增加的量在其中包括在该特定波长下具有吸收峰的酞菁化合物。
本发明光学传感器(A)和(B)可以进一步包括光屏蔽框架，其覆盖光透射树脂封装部分的全部外表面，只是未覆盖位于光检测器的光接收面一侧上的外表面。对于上述构造的本发明，光屏蔽框架覆盖除了其光接收面之外的光检测器的所有侧面，以使所有进入该光检测器的光通过红外吸收层，产生改善的阻挡红外线的特性。
光透射树脂封装部分在可见光区中的透射率在蓝光(450nm)至红光(650nm)的范围内基本上恒定。如上所述进行构造，本发明可以实现显示波长依赖性的光学传感器。
而且，在光学传感器(A)和(B)中，如上所述，优选使用两种或多种在不同波长下具有吸收峰的红外吸收物质，以在可见光区中获得基本均匀的透射率特性。更具体地说，当使用在750nm-1000nm波长范围内具有吸收峰的酞菁化合物时，本发明可以提供具有更接近于人眼可见度的光学传感器。
当在不同波长下具有吸收峰的多个酞菁染料与光电晶体管(光检测器)的灵敏度特性相结合使用时，本发明可以实现具有更接近于人眼可见度的光学传感器。这种光学传感器具有下列优势。而且其可用于，例如，监控液晶背光器件的白光源的亮度和色泽等目的。更具体地说，当半导体发光器件用作光源时，发光效率随时间而改变，且需要监测来自发光器件的输出以调整其驱动电压。更具体地说，当如在液晶背光器件中使用红色半导体发光器件、绿色半导体发光器件和蓝色半导体发光器件以进行全彩显示时，出现了这样的问题，即色泽由其初始状态随发光强度改变而改变。当如上所述的可见光传感器用作光学传感器时，在人可看见的状态下可以对色调的改变进行监测。
在本发明的光学传感器中，不特别限定光检测器且可以为，例如，光电晶体管、光电二极管等。更具体地说，优选对在可见光区中的光具有最大感光度的光检测器，且例如，优选Si光电晶体管。如上所述，本发明的光学传感器具有更接近于人眼的优势，其中，该光学传感器具有接近于人眼可见度的特性。
根据本发明，提供了光学传感器(A)的生产方法，其包括下列步骤将光检测器电连接到配置在基底上的电极上；并在基底上形成光透射树脂封装部分，以使该光检测器完全封装在光透射树脂封装部分中，其中形成光透射树脂封装部分的步骤包括在光透射树脂封装部分的内部或在光透射树脂封装部分的外表面上形成用于阻挡来自外部的红外线到达光检测器的红外阻挡层的步骤。
根据本发明，提供了光学传感器(B)的生产方法，其包括下列步骤将光检测器电连接到配置在基底上的电极上；并在基底上形成光透射树脂封装部分，以使该光检测器完全封装在光透射树脂封装部分中，其中在形成光透射树脂封装部分的步骤中，光透射树脂封装部分由含有红外吸收物质的透明树脂形成。
根据本发明光学传感器(A)的生产方法和光学传感器(B)的生产方法，可以容易地以低成本生产具有改善特性的光学传感器(A)和(B)。
在光学传感器(A)的生产方法中，形成红外阻挡层的步骤可以包括在光透射树脂封装部分的外表面上形成含有红外吸收物质的红外吸收层或含有红外反射物质的红外反射层。以这种排列，可以在形成光透射树脂封装部分后，容易地形成红外反射层。
而且，在光学传感器(A)的生产方法中，形成树脂封装部分的步骤可以包括下列步骤形成用于封装光检测器的内树脂部分；以含有红外吸收物质的红外吸收层或含有红外反射物质的红外反射层，形成用于覆盖内树脂部分的外表面的红外阻挡层；和形成用于覆盖红外吸收层或红外反射层的外表面的外树脂部分。
以这种排列，红外吸收层或红外反射层不仅覆盖光检测器的光接收面(上表面)而且覆盖其侧面，从而可以阻挡来自透明树脂封装部分侧面的红外线，产生改善的阻挡红外线的特性。
根据本发明光学传感器(A)的生产方法和光学传感器(B)的生产方法，可以进一步包括形成用于覆盖光透射树脂封装部分的全部外表面的光屏蔽框架的步骤，只是未覆盖位于光检测器的光接收面侧上的其外表面，在形成树脂封装部分的步骤之前，进行形成光屏蔽框架的步骤。以这种排列，光屏蔽框架使光无法到达除光接收面以外的所有光检测器表面，以使所有进入光检测器的光受到红外线吸收层或红外线反射层的阻挡，产生改善的阻挡红外线的特性。
而且，形成树脂封装部分的步骤可以包括在上模和下模之间保持基底，该基底具有安装在其上的多个所述光检测器，该上模具有与光检测器相对应的用于光透射树脂封装部分的形成的多个凹槽；将光透射树脂注入该模内的凹槽中；然后固化该树脂从而形成树脂封装部分。以这种排列，可以批量生产具有优异红外线阻挡特性的光学传感器。
另一方面，本发明提供一种既用于光学传感器滤波器又用于封装光学传感器的光检测器的光透射树脂组合物，该光透射树脂组合物通过向光透射树脂添加多个酞菁染料作为红外吸收物质而获得的红外线阻挡功能。
在下文中，将参考附图对本发明的具体实施方式
进行详细描述。然而，本发明不限于这些实施方式。
图1为显示本发明实施方式1的光学传感器的透视图，；且图2为显示实施方式1的光学传感器的剖面正视图。
实施方式1的光学传感器10包括在其安装面上具有相反极性的一对电极(金属垫部分)3的基底1；在基底1上电连接到电极3的光检测器2；和在基底1上用于封装光检测器2的光透射树脂封装部分11；和形成在光透射树脂封装部分11的外表面上的红外吸收层12，该红外吸收层12即作为红外阻挡层。
基底1由，例如，玻璃或环氧树脂制得，并成型为长方形板。这对电极3，3极性相反并形成在基底1的安装面的相对侧。在基底1上，也形成分别连接到这对电极3，3的一对端电极4，4，该对端电极沿着基底1的相对侧面且进一步沿着其背面进行延伸。
光检测器2成型为长方形块且为，例如，光电晶体管、光电二极管等。光检测器2具有在光接收面2a侧上的电极部分和在光接收面2a的相对侧上的其它电极部分。在光接收面2a的相对侧上的电极部分通过导电粘合剂5电连接到基底1上的电极3中的一个。在光接收面2a侧上的电极部分通过小-规金属线6电连接到基底1上的电极3中的另一个。
不特别限定用于本发明的光检测器2，其可以为如上所述的光电晶体管、光电二极管等，且优选为，在可见光区中具有最大感光度的Si光电晶体管、Si光电二极管等。这将在后面进行说明。
光透射树脂封装部分11由，例如，具有绝缘、光透射和热固性的环氧树脂制得，基本上成型为长方体，且覆盖光检测器2和小-规金属线6。
用于阻挡来自外部的红外线到达光检测器的红外吸收层12由红外吸收膜制得并通过透明粘合剂粘结到光透射树脂封装部分11的上表面。通过使含有例如红外吸收物质的透明树脂(例如，环氧树脂)形成厚20um-100um的膜来获得红外吸收膜。
作为红外吸收物质，由于仅通过使用一种红外吸收染料难以在宽范围内阻挡(吸收)红外线，将两种或多种具有不同吸收峰灵敏度和光谱透射率的红外吸收染料组合使用。通过许多具有不同吸收峰灵敏度和光谱透射率的红外吸收染料的最佳使用，可以获得在宽范围内阻挡红外线的目标特性。
将采用，例如，在不同波长下具有吸收峰的四种红外吸收染料进行说明。
图3为显示红外吸收染料所具有的吸收峰灵敏度和光谱透射率之间的关系的图。图3(a)为红外吸收染料A的曲线图；图3(b)为红外吸收染料B的曲线图；图3(c)为红外吸收染料C的曲线图；和图3(d)为红外吸收染料D的曲线图。这些曲线图显示红外吸收染料A、B、C和D分别在邻近800nm、900nm、950nm、1000nm的波长下具有吸收峰。
例如，当用于阻挡波长大于800nm的红外线时，以最佳比例将红外吸收染料A、B、C和D一起使用，从而使透射率在450nm-650nm的波长范围内基本上恒定，如图4(a)中模拟结果所示。当含有这些红外吸收物质的光透射树脂用于封装由具有图5(a)和5(b)所示光电晶体管光谱响应特性的Si光电晶体管制得的光检测器时，可以获得显示如图6(a)和6(b)所示的灵敏度对波长的依赖性的光学传感器。即，当使用图5(a)的常规光检测器时，获得的模拟结果如图6(a)所示。最大感光度波长为650nm且因而稍长于可见度峰值555nm波长，虽然在800nm波长下的灵敏度小于在峰值波长下的灵敏度的30％，这意味着图6(a)的光学传感器在某种程度上可以阻挡红外线。而且，图6(a)的光学传感器显示了在1000nm及以上的波长范围内透射率的提高(在1050nm下具有灵敏度的小峰)，该光学传感器使用图5(a)的在900nm波长下具有最大感光度的光电晶体管。然而，由于对于上述波长范围内的光，Si光电晶体管不具有任何灵敏度，因而在光学传感器的实际应用中，该提高不构成任何问题。另一方面，在图6(b)的光学传感器中，800nm波长下的灵敏度更低，即，小于峰值波长下的灵敏度的10％，这意味着图6(b)的光学传感器可以以增加的比率阻挡800nm及以上波长范围内的红外线。
图6(e)显示了另一种情况。图6(e)为在750nm波长下具有吸收峰的红外吸收染料E的曲线图。当以最佳比例将红外吸收染料A-E一起使用时，可以获得图4(b)所示的模拟结果。
图4(a)和4(b)的模拟结果之间的比较表明，在两个模拟结果中，在450nm-650nm的波长范围内的透射率基本上恒定。另一方面，在图4(b)的模拟结果中，波长大于750nm的红外线的透射率基本上为峰值的20％或更小，这意味着当以最佳比例将红外吸收染料A-E一起使用时，该光学传感器具有更接近于人眼的可见度。
实施方式1的光学传感器使用作为有机染料的酞菁-基染料作为红外吸收物质，从而确保含有酞菁-基染料并构成红外吸收层12的光透射树脂的线膨胀系数与构成光透射树脂封装部分11的模塑树脂的线膨胀系数基本上相同。因此，可以在实施方式1的光学传感器的生产中使用常规树脂模塑技术。
然后，将对光检测器2的最大感光度进行解释。图5为显示两种Si光电晶体管的不同光谱响应特性的图。当实施方式1的光学传感器的最大感光度和光谱响应特性接近于可见光特性，尤其是人眼可见度特性，且因而光学传感器的视觉接近于人的视觉时，光学传感器成为阻挡红外线的有效器件。由于一般光检测器与红外线相结合使用(红外LED)，因而很多在约900nm的波长下具有最大感光度。一个实例为在图5(a)中所示的具有光谱响应特性的光检测器(光电晶体管。这种类型的检测环境光的光学传感器是对可见光(约380nm-800nm)具有灵敏度的适宜的光检测器，其中，环境光例如，太阳辐射和来自如荧光灯和电灯泡的照明器材的光。一个优选实例为具有光谱响应特性的光检测器(光电晶体管)最大感光度在约650nm的波长下，如图5(b)所示。适于阻挡红外线的光检测器也是在可见光区中具有最大感光度的光检测器。当使用如图6(b)中光谱响应特性的模拟结果所示的在约650nm的波长下具有最大感光度的光检测器时，光学传感器具有改善的阻挡红外线的特性。
众所周知，通过改变由在n-型Si半导体基底中扩散B(硼)等而产生的pn结的深度可以实现如上所述的光电晶体管。当扩散的深度充分大时，获得的光检测器具有波长灵敏度，如图5(a)所示，由该波长灵敏度反映Si的吸收特性。随着扩散的深度变浅，获得的光检测器具有向可见光区偏移的最大感光度，如图5(b)所示。然而，当扩散的深度太浅时，耐受电压降低，从而使光学传感器的使用不切实际。普遍地，最大感光度波长的限度为约650nm，如图5(b)所示。
然后，参考图7和8，将对实施方式1的光学传感器10的生产方法进行说明，已经参考图1和2对实施方式1进行了解释。图7为显示实施方式1的光学传感器的制造中，形成树脂封装部分的步骤的流程图；且图8为显示用于实施方式1的光学传感器的生产中的电极(金属线路)图样的一个实例的部分俯视图。
实施方式1的光学传感器的生产方法包括下列步骤将光检测器2电连接到装配在基底1上的电极3；和在基底1上形成光透射树脂封装部分11，以使光透射树脂封装部分11完全封装光检测器2。在将光检测器电连接到电极上的步骤中，通过导电粘合剂5，将多个所述光检测器2安装在以如图8所示的电极图样7进行排列的电极3上，并电连接到电极3上。由于通过与常规使用的已知技术相同的方法进行该步骤，因此省略详细描述。图8所示的电极图样7仅为实例，且可以任意设计布线图，以使其不干扰后面将进行的步骤。
图7(a)显示了一种状态，其中在基底1上，多个光检测器2安装在电极上并电连接到那里。在形成光透射树脂封装部分的步骤中，首先，如图7(b)所示，将具有多个安装在其上的光检测器2的基底1嵌入下模8，然后如图7(c)所示，在没有树脂泄漏、基底破裂等将发生的条件下在上模9和下模8之间保持和固定基底1，且树脂在约150℃加热下进行传递模塑。上模9在其下表面中具有用于形成封装部分的基本长方形凹槽。然而，由于凹槽的形状决定封装部分的形状，可以任意设计凹槽，只要凹槽让封装部分具有平坦的上表面。在树脂固化后，当模相互分隔时，发现如图7(d)所示，在基底1上光检测器2和小-规金属线6封装在透明树脂封装部分11中。
然后，在形成树脂封装部分的步骤中，用于阻挡来自外部的红外线到达光检测器2的红外吸收层12形成在光透射树脂封装部分11的外表面上。更具体地说，如图7(e)所示，通过使用分配器13等将光透射粘合剂14涂覆到透明树脂封装部分11的上表面上，然后，如图7(f)所示，作为红外吸收层12的红外吸收膜粘结到透明树脂封装部分的上表面上。因而，在光透射树脂封装部分11的上表面上获得具有红外吸收层12的模制树脂部件。此后，在连续生产的基础上，使用切割刀片等分割基底以使模制树脂部件彼此分隔。从而，完成单独的光学传感器作为制品。
在实施方式1的光学传感器10中，产品具有结合在其中的吸收红外线的功能，从而可以节约用于引入独立于光学传感器的红外阻挡滤波器的时间和努力。而且，通过使用在可见光区中具有最大感光度的光检测器2，能够以更接近于人眼的使用的标准来进行控制。而且，在本发明光学传感器10的生产方法中，仅通过增加将用作红外吸收层12的红外吸收膜粘结到透明树脂封装部分11的上表面的步骤，可以容易地生产具有红外线阻挡功能的光学传感器。
图9为本发明实施方式2的光学传感器的透视图；且图10为显示实施方式2的光学传感器的剖面正视图。
在实施方式2的光学传感器20中，光透射树脂封装部分21具有内树脂部分22和外树脂部分23，内树脂部分22封装光检测器2，外树脂部分23覆盖内树脂部分22。红外吸收层12由安置于内树脂部分22和外树脂部分23之间的红外吸收膜制得。相同标号表示跟实施方式1中相同部件且对其的说明省略。
内树脂部分22由，例如，具有绝缘、光透射和热固性的环氧树脂制得。外树脂部分23由，例如，具有光透射和热固性的环氧树脂制得。内树脂部分22和外树脂部分23可以由相同或不同的树脂制得。
参考图11的流程图，对实施方式2的光学传感器20的生产方法进行了描述，图11显示在光学传感器的制造中，形成树脂封装部分的步骤。
在实施方式2的形成树脂封装部分的步骤中，首先，如图11(a)所示进行在其上安装有多个光检测器2的基底1上形成内树脂部分的步骤，从而使内树脂部分22分别覆盖光检测器2。以图7(a)-7(c)所示的与实施方式1相同的方式进行形成内树脂部分的步骤。然后，如图11(b)所示，将基底1嵌入下模91中，然后在基底1上，将红外吸收层形成膜12’置于内树脂部分22上，然后将B阶型的片树脂23’置于红外吸收层形成膜12’上，B阶型为具有高透光率和中间固化的树脂类型。此后，进行上模92和下模91的热压，如图11(c)所示。从而，获得模制树脂部件，其中红外吸收层12覆盖每个内树脂部分22的全部外表面且其中外树脂部分23覆盖红外吸收层12的全部外表面，如图11(d)所示。此后，在连续生产的基础上，使用切割刀片等分割基底以使模制树脂部件彼此分隔。从而，完成单独的光学传感器20作为制品。
在实施方式2的光学传感器20中，不仅光检测器2的光接收面(上表面)而且其侧面由红外吸收层12覆盖，从而也使从其侧面进入透明树脂封装部分21的红外线受到阻挡。因而，除了获得与实施方式1相同的效果外，光学传感器具有改善的阻挡红外线的特性。在生产光学传感器20的过程中，可以在一个步骤中有效地形成红外吸收层12和外树脂部分23。
图12为显示本发明实施方式3的光学传感器的制造中，形成树脂封装部分的步骤的流程图。
在实施方式3的光学传感器中，将透明粘合剂层24插入实施方式2的透明树脂封装部分21和红外吸收层12之间。下面将对实施方式3的光学传感器的生产方法进行描述。在形成树脂封装部分的步骤中，如图12(a)所示，在基底1上安装内树脂部分22以分别覆盖多个光检测器2，将该基底1嵌入下模91中，如图12(b)所示。然后，在基底1上，将具有耐热性的透明粘合剂层形成膜24’置于内树脂部分22上，然后将红外吸收层形成膜12’置于具有耐热性的透明粘合剂层形成膜24’上，且将B阶型的片树脂23’置于红外吸收层形成膜12’上，B阶型为具有高透光率和中间固化的树脂类型。此后，进行上模92和下模91的热压，如图12(c)所示。从而，获得模制树脂部件，其中红外吸收层12覆盖内树脂部分22的所有外表面且其中外树脂部分23覆盖红外吸收层12的所有外表面，如图12(d)所示。此后，以如上所述的相同方法，使用切割刀片等分割基底。从而，完成单独的光学传感器作为制品。
具有如上构造的光学传感器，在内树脂部分22和红外吸收层12之间建立了改善的接触。
图13为本发明实施方式4的光学传感器的剖视正视图；且图14为显示实施方式4的光学传感器的制造中，形成树脂封装部分的步骤的流程图。
在实施方式4的光学传感器中，光透射树脂封装部分41含有红外吸收物质。相同标号表示与实施方式1中相同部件且对其的说明省略。
光透射树脂封装部分31含有两种或多种红外吸收染料和具有绝缘、光透射和热固性的树脂(例如，环氧树脂)的预定量的混合物。
将对具有吸收红外线功能的透明树脂封装部分41进行说明。
表1显示对光学传感器的特性的测量结果，该光学传感器通过在0重量％-0.1重量％的范围内，分阶段变化红外吸收染料对透明树脂的比例而获得。表1中的结果为根据大尺寸(3.5mm×2.8mm×1.9mm(厚))制品获得的实验结果。根据制品尺寸，有必要对该比例进行变化。在仅使用一种红外吸收染料的情况下，该比例是指该红外吸收染料对光透射树脂的比例，而在使用多种染料的情况下，该比例是指所有染料对透明树脂的比例。
红外吸收染料的加入量和光学传感器特性之间的关系
如表1所示，随着红外吸收染料的比例提高(染料的加入量增加)，透射率降低，由光学传感器的光电流输出减小，且光学传感器的光接收灵敏度减小。另一方面，随着红外吸收染料的比例提高，对稍低于800nm的波长为770nm的红外线的阻挡率提高。这表明在上述比例范围内，染料的吸收未饱和。而且，透射率稍有改变。随着加入的染料的比例提高，光接收灵敏度峰值波长变短，即，峰值向550nm波长偏移，550nm为期望的峰值波长。
因此，当对红外吸收染料对树脂的比例进行调节时，可以获得具有如图4(a)和4(b)所示的期望特性的光学传感器。
然后，将参考图14，对实施方式4的光学传感器40的生产方法进行描述。
在实施方式4的形成光透射树脂封装部分的步骤中，将如图14(a)所示在其上安装有多个光检测器2的基底1嵌入下模93中，如图14(b)所示。然后，在没有树脂泄漏、基底破裂等发生的条件下，在上模94和下模93之间保持并固定基底1，并对含有红外吸收染料的透明树脂进行传递模塑。树脂固化后，当模相互分隔时，发现在基底1上的光检测器21和小-规金属线6被封装在也用作红外阻挡层的透明树脂封装部分31中，如图14(d)所示。此后，以与如上所述相同的方法，对基底进行分割。从而，完成单独的光学传感器作为制品。
在实施方式4的光学传感器40中，光检测器2完全封装在具有吸收红外线功能的透明树脂封装部分31中，从而使从每个角度进入透明树脂封装部分31的红外线受到阻挡。从而，除了获得与实施方式1相同的效果外，光学传感器具有改善的阻挡红外线的特性。在光学传感器40的生产方法中，可以在一个步骤中形成透明树脂封装部分31和红外吸收层，而无需增加制造步骤的数量。
图15为本发明实施方式5的光学传感器的剖面正视图；且图16为显示实施方式5的光学传感器的制造中，形成树脂封装部分的步骤的流程图。
在实施方式5的光学传感器50中，红外吸收层53形成在光透射树脂封装部分51的外表面上并且还用作外树脂部分。光透射树脂封装部分51包括内树脂部分52和外树脂部分。内树脂部分52封装光检测器并由具有绝缘、光透射和热固性的树脂制得。外树脂部分覆盖内树脂部分52。外树脂部分由两种或多种红外吸收染料和具有光透射和热固性的树脂的混合物制得且具有吸收红外线的功能。相同标号表示与在实施方式1中相同部件且对其的说明省略。
然后，参考图16的流程图，将对实施方式5的光学传感器50的生产方法进行描述。
在实施方式5的形成光透射树脂封装部分的步骤中，如图16(a)所示，在基底1上安装内树脂部分22以分别覆盖多个光检测器2，如图16(b)所示将该基底1嵌入下模91中。然后，将含有两种或多种红外吸收染料的B阶型片树脂53’置于基底1上的内树脂部分52上，B阶型为具有高透光率和中间固化的树脂类型。此后，进行上模92和下模91的热压，如图16(c)所示。从而，如图16(d)所示，获得模制树脂部件，其中红外吸收层53覆盖内树脂部分52的所有外表面。然后，对基底进行分割以完成单独的光学传感器20作为制品。
在实施方式5的光学传感器50中，也作为红外吸收层53的外树脂部分完全覆盖光检测器2，从而使从每个角度进入外树脂部分(红外吸收层53)的红外线受到阻挡。从而，除了获得与实施方式1相同的效果外，光学传感器具有改善的阻挡红外线的特性。在生产光学传感器50的过程中，可以在一个步骤中有效地同时形成红外吸收层53和外树脂部分。
图17为本发明实施方式6的光学传感器的剖面正视图；且图18为显示实施方式6的光学传感器的制造中，形成树脂封装部分的步骤的流程图。
实施方式5的光学传感器60包括，除了实施方式1中列举的组件外，具有光屏蔽性的光屏蔽框架62。光屏蔽框架62覆盖光透射树脂封装部分11的所有外表面，只是未覆盖位于光检测器2的光接收面2a侧上的外表面。光屏蔽部分62由，例如，黑色树脂制得，当从顶部看时，形状为为空心正方形，且形成在基底1上，与光透射树脂封装部分11的四个外表面紧密接触。相同标号表示与在实施方式1中相同部件且对其的说明省略。
参考图18的流程图，将对生产实施方式6的光学传感器60的方法进行描述。
图18(a)显示了具有分别配置在多个光检测器2周围的光屏蔽框架62的基底1。将光检测器2安装在按照图8的电极图样7排列的电极3上。在电极3之前对光屏蔽框架62进行粘结。在实施方式6的形成光透射树脂封装部分的步骤中，将具有光屏蔽部分62的基底1嵌入下模95，然后通过使用分配器63将光透射树脂封装部分形成树脂11’注入每个光屏蔽框架62直到边缘为止，如图18(b)所示。此后，如图18(c)所示，将作为红外阻挡层12的红外吸收膜置于光屏蔽框架62上。然后，如图18(d)所示，在没有树脂泄漏、基底破裂等发生的条件下，在上平面模96和下模95之间保持和固定基底1。然后，通过烘箱等进行热固化以获得如图18(e)所示的模制树脂部件。然后，对基底进行分割以完成单独的光学传感器60作为制品。
在实施方式6的光学传感器60中，光屏蔽框架62覆盖除了光接收面2a以外的所有光检测器2侧面，以使所有进入光检测器2的光通过红外吸收层12，确保除了获得与实施方式1相同的效果外，光学传感器具有改善的阻挡红外线的特性。在生产光学传感器60的过程中，光屏蔽框架62用作用于形成透明树脂封装部分11的框架，从而不需要使用在实施方式1的图7中所述的上模。
图19为本发明实施方式7的光学传感器的剖面正视图；且图20为显示实施方式7的光学传感器的制造中，形成树脂封装部分的步骤的流程图。
在实施方式7中，以作为含有红外吸收染料的透明树脂层的红外吸收层71取代在实施方式6中作为红外吸收膜的红外吸收层12。相同标号表示与在实施方式1中相同部件且对其的说明省略。
实施方式7的光学传感器70的生产方法如下。首先，以与实施方式6如图18(b)所示的相同的方法，将具有热固化性的透明树脂11’注入光屏蔽框架62中。然后，如图20(a)所示，将基底1嵌入印刷台(printing stage)97；将具有孔的金属掩模98嵌入光屏蔽框架62；和将许多具有热固化性的光透射树脂71’放在金属掩模98的一侧上。树脂71’为凝胶形式且含有红外吸收染料。此后，如图20(b)所示，移动刮刀99以使树脂71’注入金属掩模98的孔中。然后，如图20(c)所示，不使用掩模98，通过烘箱对树脂71’进行热固化以形成透明树脂封装部分11和红外吸收层71。然后，对基底进行分割以完成单独的光学传感器70作为产品。
在实施方式7的光学传感器70中，光屏蔽框架62覆盖除光接收面2a以外的所有光检测器2的侧面，以使所有进入光检测器2的光通过红外吸收层12，确保除了获得与实施方式1相同的效果外，光学传感器具有改善的阻挡红外线的特性。在生产光学传感器70的方法中，光屏蔽框架62用作用于形成透明树脂封装部分11的框架。因此，不需要使用在实施方式1的图7中所述的上模且不需要使用在实施方式6中将红外吸收膜推向基底1的上平面模96和下模95。
图21为本发明实施方式8的光学传感器的剖面正视图；且图22为显示实施方式8的光学传感器的制造中，形成树脂封装部分的步骤的流程图。
在实施方式8中，在透明树脂封装部分81含有红外吸收物质(如图13显示的实施方式4的情况)和光屏蔽框架62分别配置透明树脂封装部分81周围。相同标号表示与在实施方式1中相同部件且对其的说明省略。
实施方式8的光学传感器80的生产方法如下。在形成树脂封装部分的步骤中，通过分配器82将含有红外吸收染料的光透射-树脂-封装-部分形成树脂81’注入在基底1上的每个光屏蔽框架62直到边缘为止，如图22(a)和图22(b)所示。当树脂81’固化时，该步骤结束。然后，对基底进行分割以完成单独的光学传感器70作为制品。
在实施方式8的光学传感器70中，光屏蔽框架62覆盖除光接收面2a以外的所有光检测器2的侧面，以使所有进入光检测器2的光通过红外吸收层12，确保除了获得与实施方式1相同的效果外，光学传感器具有改善的阻挡红外线的特性。在生产光学传感器80的方法中，光屏蔽框架62用作用于形成透明树脂封装部分11的框架。因此，不需要使用在实施方式1的图7中所述的上模，且可以在同一步骤中形成透明树脂封装部分81和红外吸收层。
同时，在实施方式8中，可以如图23所示形成树脂封装部分。首先，将具有如图23(a)所示的光屏蔽部分62的基底1嵌入如图23(b)所示的下模95。然后，将含有两种或多种红外吸收染料的B阶型片树脂811置于光屏蔽框架62上，B阶型为中间固化的透明树脂类型。此后，如图23(c)所示进行上模96和下模95的热压，以获得如图23(d)所示的模制树脂部件。然后，对基底进行分割以完成单独的传感器70作为制品。
1.低压模塑法可以取代实施方式1和4的生产方法中的传递模塑法。更具体地说，形成树脂封装部分的步骤可以包括在上模和下模之间插入具有在其上安装有多个光检测器的基底，该上模具有与光检测器相对应用于形成光透射树脂封装部分的多个凹槽；使用分配器通过形成在其中一个模上的一个注入口，注入具有低粘度的光透射树脂，以使树脂流过分支的树脂通道进入模内部的每个凹槽中；然后让树脂固化由此形成树脂封装部分(参见图7(a)至7(d))。由于树脂选择范围宽和模的低成本，在生产小批量的多种制品时，这类成型步骤是有效的。
2.红外反射层(红外线反射膜)可以取代在实施方式1、2、3和6中用作红外阻挡层的红外吸收层(红外吸收膜)。
3.在实施方式2和5中使用外树脂部分完全覆盖内树脂部分的光透射树脂封装部分的双层结构可以是这样，以使内树脂部分的侧面暴露于外部。
根据本发明，吸收或反射在红外区中光的功能可以结合进光学传感器中，而无需增加组件的数量，从而可以节约将独立于光学传感器的红外阻挡滤波器引入例如个人数字助理的电子装置中的时间和努力，能够以低成本制造电子装置，而不增加组装步骤的数量。而且，通过使用在可见光区中具有最大感光度的光检测器，能够以更接近于人眼的使用的标准来进行控制。
权利要求
1.一种光学传感器，其包括具有电极的基底；电连接到电极上的光检测器；和在基底上用于封装该光检测器的光透射树脂封装部分，该光学传感器的特征在于，在光透射树脂封装部分的内部或在光透射树脂封装部分的外表面上进一步包括用于阻挡来自外部的红外线到达光检测器的红外阻挡层。
2.一种光学传感器，其包括具有电极的基底；电连接到电极上的光检测器；和在基底上用于封装该光检测器的光透射树脂封装部分，该光学传感器的特征在于，该光透射树脂封装部分含有红外吸收物质。
3.权利要求1的光学传感器，其中该红外阻挡层形成在光透射树脂封装部分的外表面上且为含有红外吸收物质的红外吸收层或含有红外反射物质的红外反射层。
4.权利要求1的光学传感器，其中该光透射树脂封装部分具有用于封装该光检测器的内树脂部分和用于覆盖内树脂部分的外树脂部分，且其中该红外阻挡层插入到内树脂部分和外树脂部分之间且为含有红外吸收物质的红外吸收层或含有红外反射物质的红外反射层。
5.权利要求2-4中任一项的光学传感器，其中该红外吸收物质为由通式(I)表示的酞菁化合物 其中Zi(i＝1-16)为SR1、OR2、NHR3或卤素原子，其中R1、R2和R3为可具有取代基的苯基、可具有取代基的芳烷基或可具有取代基的C1-C20烷基；且M为非金属、金属、金属氧化物或金属卤化物。
6.权利要求1-5中任一项的光学传感器，进一步包括用于覆盖光透射树脂封装部分的全部外表面的光屏蔽框架，只是未覆盖位于光检测器的光接收面侧上的其外表面。
7.权利要求1-6中任一项的光学传感器，其中在可见光区中，光透射树脂封装部分的透射率在蓝光(450nm)至红光(650nm)的范围内基本上恒定。
8.权利要求2-7中任一项的光学传感器，其含有两种或多种不同的红外吸收物质。
9.权利要求8的光学传感器，其中该两种或多种不同的红外吸收物质为在不同红外波长上具有吸收峰的酞菁化合物。
10.权利要求9的光学传感器，其中该红外吸收物质为在750nm-1000nm的波长范围内具有吸收峰的酞菁化合物。
11.权利要求1-10中任一项的光学传感器，其中该光检测器为Si光电晶体管。
12.一种制造光学传感器的方法，其包括下列步骤将光检测器电连接到配置在基底上的电极上；并在基底上形成光透射树脂封装部分，以使该光检测器完全封装在光透射树脂封装部分中，该方法的特征在于，形成光透射树脂封装部分的步骤包括在光透射树脂封装部分的内部或在光透射树脂封装部分的外表面上形成用于阻挡来自外部的红外线到达光检测器的红外阻挡层的步骤。
13.一种制造光学传感器的方法，其包括下列步骤将光检测器电连接到配置在基底上的电极上；并在基底上形成光透射树脂封装部分，以使该光检测器完全封装在光透射树脂封装部分中，该方法的特征在于，在形成光透射树脂封装部分的步骤中，光透射树脂封装部分由含有红外吸收物质的透明树脂形成。
14.权利要求12的制造光学传感器的方法，其中形成该红外阻挡层的步骤包括，在光透射树脂封装部分的外表面上，形成含有红外吸收物质的红外吸收层或含有红外反射物质的红外反射层。
15.权利要求12的制造光学传感器的方法，其中形成该树脂封装部分的步骤包括下列步骤形成用于封装光检测器的内树脂部分；以含有红外吸收物质的红外吸收层或含有红外反射物质的红外反射层，形成用于覆盖内树脂部分的外表面的红外阻挡层；和形成用于覆盖红外吸收层或红外反射层的外表面的外树脂部分。
16.权利要求12-15中任一项的制造光学传感器的方法，其进一步包括形成用于覆盖光透射树脂封装部分的全部外表面的光屏蔽框架的步骤，只是未覆盖位于光检测器的光接收面侧上的其外表面，在形成树脂封装部分的步骤之前进行形成光屏蔽框架的步骤。
17.权利要求12-16中任一项的制造光学传感器的方法，其中形成该树脂封装部分的步骤包括在上模和下模之间保持基底，该基底具有安装在其上的多个所述光检测器，该上模具有与该光检测器相对应的用于形成光透射树脂封装部分的多个凹槽；将光透射树脂注入该模内的凹槽中；然后固化该树脂从而形成树脂封装部分。
18.一种光透射树脂组合物，其既用于光学传感器滤波器又用于封装光学传感器的光检测器，该光透射树脂组合物具有通过向光透射树脂中添加作为红外吸收物质的多个酞菁染料而提供的红外线阻挡功能。
全文摘要
一种高可靠性光学传感器及其制造方法，该光学传感器具有优异的红外切割滤波器特性并能够以低成本进行生产，而无需增加用于组装电子设备的工时。该光学传感器包括具有电极(3)的基底(1)、与电极(3)电连接的光接收元件(2)和在基底(1)上用于密封光接收元件(2)的半透明树脂密封单元(11)，该光学传感器进一步包括配置在半透明树脂密封单元(11)的内表面或外表面上的红外阻挡层，其用以阻挡来自外部的红外线到达该光接收元件。
文档编号C09K3/00GK1735973SQ20048000212
公开日2006年2月15日 申请日期2004年1月16日 优先权日2003年1月20日
发明者鸭下昌一 申请人:夏普株式会社