專利名稱：光敏器件用的發(fā)光二極管和使用它的光敏器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及一種用于光敏器件的發(fā)光二極管，具體地說，涉及一種用于光敏器件的改進(jìn)了的發(fā)光二極管，它能夠校正發(fā)光元件的光量隨環(huán)境溫度改變而發(fā)生的變化。本發(fā)明還涉及一種使用這樣發(fā)光二極管的光敏器件。
公知的常規(guī)裝置是使光從指尖一側(cè)發(fā)射到另一側(cè)，并檢測(cè)所發(fā)光的透射率(反射率)的變化，用以分析流在手指中的血液量，并對(duì)已檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行處理，然后通過計(jì)算求出脈搏、血壓和類似參數(shù)。例如，日本實(shí)用新型公開號(hào)No.60-158803中就披露了在這樣裝置中使用的光敏器件。


圖1是常規(guī)光敏元件的投影圖，圖2是圖1中的光敏器件縛到手指后的截面圖。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1對(duì)常規(guī)的光敏器件8進(jìn)行說明。光敏器件8用以使光從手指一側(cè)射向另一側(cè)，以檢測(cè)光的透射率變化。發(fā)光元件2和受光元件3按手指尺寸以予定間隔設(shè)置在易彎曲的薄膜基片1上。透光的和易彎曲的透光膜6放置或貼附在薄膜基片1上以蓋住發(fā)光元件2和受光元件3。
下面將參照?qǐng)D2說明光敏器件8的使用方法。將光敏器件8環(huán)繞手指7系縛，并使手指7的指尖夾在發(fā)光元件2和受光元件3之間。一固定帶30(即所謂魔帶)繞著環(huán)繞在手指7上的光敏器件8系縛。光敏器件8通過纏繞固定帶30和使固定帶30一端的表面與其另一端的反面搭接而牢固地固定在手指7上。當(dāng)把來自信號(hào)處理裝置主體(圖中未繪出)的電源通過連接器5加至引線4上時(shí)，發(fā)光元件2就發(fā)光。所發(fā)的光透過手指7并射到受光元件3上。受光元件3接收此光，并把所得到的信號(hào)通過引線4和連接器5傳輸?shù)叫盘?hào)處理裝置的主體上。信號(hào)處理單元檢測(cè)出此時(shí)光透射率的變化，并對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行處理，然后，通過計(jì)算求出脈搏和血壓。
通常，發(fā)光二極管用作上述光敏器件8中使用的發(fā)光元件2。然而此發(fā)光二極管有一種不希望的特性，即其輸出功率和光的波長隨環(huán)境溫度的不同而改變。如果光敏器件8貼附到活體上，例如貼附到手指7上，則手指7就變得局部缺血或瘀血，導(dǎo)致手指7的體溫下降，或者由于血壓增加而使其體溫增加。這樣，發(fā)光元件2的環(huán)境溫度改變了，其輸出功率和被測(cè)光的波長也發(fā)生變化。但人們希望發(fā)光元件2的輸出功率和它發(fā)的光的波長保持恒定以便精確地測(cè)量脈搏值或血壓值。
本發(fā)明者們提出了能滿足上述要求的發(fā)光二極管，如圖3A和3B所示(日本專利申請(qǐng)?zhí)朜o.1-116757)。圖3A是所提出的發(fā)光二極管的平面圖，圖3B是圖3A所示的二極管的側(cè)視圖。參照?qǐng)D3A和3B，發(fā)光二極管10包括兩個(gè)設(shè)置在基片12上的發(fā)光二極管(LED)芯片LED1和LED2，在發(fā)光二極管芯片LED1和LED2附近設(shè)置有一光敏二極管PD。光敏二極管PD直接接收由發(fā)光二極管芯片LED1和LED2發(fā)的光。
光敏二極管PD用以檢測(cè)發(fā)光二極管芯片LED1和LED2所發(fā)的光隨環(huán)境溫度改變而產(chǎn)生的變化。一透明的環(huán)氧樹脂13敷在基片12上以蓋住發(fā)光二極管芯片LED1和LED2以及光敏二極管PD。
現(xiàn)在對(duì)其工作進(jìn)行說明。光敏二極管PD(它是一像圖1的受光元件那樣特別設(shè)置的受光元件)設(shè)置在發(fā)光二極管芯片LED1和LED2附近。光敏二極管PD檢測(cè)發(fā)光二極管的光量隨環(huán)境溫度改變而產(chǎn)生的變化?？刂屏鬟^發(fā)光二極管芯片LED1和LED2的電流以校正光量的變化。這就能使發(fā)光二極管芯片LED1和LED2所發(fā)射光的輸出功率和波長保持恒定，從而可得到生命體的精確的信息。
然而，這種結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管有如下缺點(diǎn)參照?qǐng)D4，由于發(fā)光二極管10與活體20接觸，就存在三種形式的光束一種用虛線①表示的光束，它是由發(fā)光二極管芯片LED2發(fā)射并直接射在光敏二極管PD上;一種用虛線②表示的光束，它被環(huán)氧樹脂13的內(nèi)表面全反射并射入光敏二極管PD;一種用虛線③表示的光束，它射入活體20，隨之被活體20散射或反射后進(jìn)入光敏二極管PD。用虛線③指示的散射光或反射光的量不是恒定的。因此，在這用以監(jiān)測(cè)從發(fā)光二極管芯片LED1和LED2所發(fā)射的光量以維持一恒定光量的反饋裝置中發(fā)生了誤差。這樣以來就不可能進(jìn)行精確地反饋。因而，存在這樣一種缺點(diǎn)，即，來自發(fā)光二極管芯片也就是發(fā)光元件的光量不能精確地保持恒定。
因此，本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種光敏器件用的改進(jìn)的發(fā)光二極管，它不受溫度漂移的影響。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種光敏器件用的改進(jìn)的發(fā)光二極管，它能使發(fā)光元件的光量精確地保持恒定。
本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種光敏器件用的改進(jìn)的發(fā)光二極管，它能對(duì)發(fā)光元件的光量精密監(jiān)測(cè)。
本發(fā)明的第四個(gè)目的是提供一種光敏器件用的易于加工制造的發(fā)光二極管。
本發(fā)明的第五個(gè)目的是提供一種光敏器件，此光敏器件包括一種不受溫度漂移影響的改進(jìn)的發(fā)光二極管。
為達(dá)到上述目的，按照本發(fā)明的光敏器件用的發(fā)光二極管包括一基片和一設(shè)置在此基片上的發(fā)光元件。一受光元件設(shè)置在基片上并位于發(fā)光元件附近，此受光元件用以接收發(fā)光元件發(fā)射的光以檢測(cè)發(fā)光元件的光量隨環(huán)境溫度改變而發(fā)生的變化。在基片上形成第一透光層以蓋在發(fā)光元件和受光元件上。在第一透光層上再形成第二透光層。
最好是第一和第二透光層中至少一層是由能阻斷與發(fā)光元件所發(fā)射光譜的波長不同的光的材料形成。
最好使第一和第二透光層之間的界面應(yīng)為半球形的。
按照本發(fā)明第二方面的光敏器件用的發(fā)光二極管包括一基片和設(shè)置在此基片上的發(fā)光元件。受光元件設(shè)置在基片上的發(fā)光元件附近，此受光元件接收發(fā)光元件發(fā)射的光以便檢測(cè)發(fā)光元件的光量隨環(huán)境溫度的變化而產(chǎn)生的變化。在基片上形成第一透光層以覆蓋發(fā)光元件和受光元件。在第一透光層上形成第二透光層。第一透光層的折射系數(shù)n1和第二透光層的折射系數(shù)n2滿足下列不等式n1≥n2。
按照本發(fā)明第二方面的光敏器件包括一具有上述特征的光敏器件用的發(fā)光二極管。
與按照本發(fā)明的光敏器件用的發(fā)光二極管相應(yīng)，在第一透光層上形成第二透光層。這樣以來，當(dāng)在第一透光層上形成第二透光層時(shí)，在第一和第二透光層之間的界面上形成一非常薄的空氣層?？諝鈱拥恼凵湎禂?shù)比第一和第二透光層的折射系數(shù)小。從發(fā)光元件上發(fā)射的、后經(jīng)第一透光層的內(nèi)表面全反射并入射到受光元件上的光的光路數(shù)增加。這就使進(jìn)入活體然后從其中反射的光量能夠相對(duì)忽略不計(jì)。結(jié)果，從發(fā)光元件發(fā)射、直接被受光元件接收的發(fā)光量增加。
與按照本發(fā)明又另一方面的光敏器件用的發(fā)光二極管相應(yīng)，第一透光層的折射系數(shù)n1大于第二透光層的折射系數(shù)n2。因而，由發(fā)光元件發(fā)射，在第一和第二透光層之間的界面上全反射后進(jìn)入受光元件的光，其光路數(shù)增加。這就使進(jìn)入活體然后從其中反射的光量相對(duì)可以忽略不計(jì)。因此，由發(fā)光元件發(fā)射、直接被受光元件接收的發(fā)光量增加。
與按照本發(fā)明的再一方面的光敏器件相應(yīng)，由于此光敏器件包括一具有上述特征的發(fā)光二極管，就能用此光敏器件進(jìn)行不受溫度漂移影響的精確的測(cè)量。
通過以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)討論，本發(fā)明上述的和其它的目的、特征、觀點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。
圖1是傳統(tǒng)光敏器件的透視圖。
圖2是圖1所示貼縛在手指上的光敏器件的截面圖。
圖3A示出一個(gè)傳統(tǒng)發(fā)光二極管實(shí)例的平面圖，圖3B是圖3A所示發(fā)光二極管的側(cè)視圖。
圖4是一用來說明傳統(tǒng)發(fā)光二極管缺陷的圖。
圖5是按照本發(fā)明一實(shí)施例的光敏器件用的發(fā)光二極管的側(cè)視圖。
圖6是一用來按照一個(gè)實(shí)施例來說明光敏器件用發(fā)光二極管工作的側(cè)視圖。
圖7是一表示本發(fā)明中所用的波長范圍受限類型的環(huán)氧樹脂透光特性的圖。
圖8是一按照本發(fā)明另一實(shí)施例的光敏器件用發(fā)光二極管的側(cè)視圖。
圖9是一用來說明圖8所示的光敏器件用發(fā)光二極管工作的側(cè)視圖。
現(xiàn)在將參照附圖結(jié)合本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說明。
圖5是一按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的光敏器件用發(fā)光二極管的側(cè)視圖。光敏器件用發(fā)光二極管包括一基片12。用作發(fā)光元件的發(fā)光二極管芯片LED1(圖中未繪出)和LED2設(shè)置在基片12上。用作受光元件的光敏二極管PD設(shè)置在基片12上的發(fā)光二極管芯片附近，它用來接收發(fā)光二極管芯片LED1和LED2發(fā)射的光，從而檢測(cè)這些發(fā)光二極管芯片的光量隨環(huán)境溫度的變化而產(chǎn)生的變化。在基片12上加工上一層半球形透光模壓材料，例如玻璃環(huán)氧片或類似材料，作為第一透光層21，用以覆蓋發(fā)光二極管芯片LED1、LED2和光敏二極管PD。在第一透光層21上再加工上一層半球形透光模壓材料，例如玻璃環(huán)氧片或類似材料，用作第二透光層22。最好至少第一和第二透光層21和22中的一層是由可阻斷與發(fā)光二極管芯片LED1和LED2所發(fā)射光的波長不同的光的材料組成。在此實(shí)施例中，第一透光層21使用圖7所示的波長范圍受限的有透光特性型的環(huán)氧樹脂。參看圖7，曲線(1)顯示出在所限定的波長范圍內(nèi)環(huán)氧樹脂的透光特性;λ1代表LED1所發(fā)射的光譜的波長;λ2代表LED2所發(fā)射的光譜的波長。以上所用的環(huán)氧樹脂可適當(dāng)?shù)貜囊恍渲羞x出，例如，從Toray Hysol THL-5000A/B，HL3000(S)，EX-012/HX-021-3或者Toray Hysol有限公司所制造的類似產(chǎn)品中選出。
在第一透光層21上形成第二透光層22時(shí)，在第一和第二透光層21和22之間的界面上形成一非常薄的空氣層，這在圖5中未繪出。此空氣層的折射系數(shù)比第一和第二透光層21和22這兩者的折射系數(shù)都小。
下面將說明其工作情況。
參看圖6，使光敏器件用發(fā)光二極管同活體20接觸。由于在第一和第二透光層21和22之間的界面200上形成一具有小折射系數(shù)的空氣層，發(fā)光二極管芯片LED1和LED2所發(fā)射的光的一部分在界面200上全反射后達(dá)到光敏二極管PD，如虛線⑤所示。在本實(shí)施例中，由于被全反射的光量增加，由發(fā)光二極管芯片LED1和LED2發(fā)射并直接被光敏二極管PD接收的發(fā)光量增加。
由發(fā)光二極管芯片LED1和LED2發(fā)出后進(jìn)入活體20并被活體20散射或反射的光，如虛線⑥所示，此光被第一和第二透光層21和22之間的界面200全反射，因而不能到達(dá)光敏二極管PD。此外，由于第一透光層21應(yīng)用了有圖7所示透光特性并限定了波長的環(huán)氧樹脂，與發(fā)光二極管芯片LED1和LED2發(fā)射的光的波長不同的以實(shí)線⑦表示的其它光不能射到第一透光層21上，在界面200處被阻擋。
由于按照本實(shí)施例的光敏器件用發(fā)光二極管被如此構(gòu)成，使發(fā)光二極管芯片發(fā)射的并直接入射到光敏二極管上的光量增加，以使從活體上反射并射進(jìn)光敏二極管的光量能夠被忽略。這就能進(jìn)行精確地反饋，從而能進(jìn)行不受溫度漂移影響的精確的測(cè)量。
雖然在上述實(shí)施例中例舉出在第一和第二透光層21和22使用環(huán)氧樹脂的情況，但本發(fā)明不限于這些以及任何透光體，例如，玻璃或合成橡膠也是可以使用的。
盡管對(duì)空氣層的厚度未特別進(jìn)行說明，但此空氣層可以在把第二透光層模壓在第一透光層上時(shí)有一自然產(chǎn)生的厚度。更具體地說，此空氣層的厚度可僅大于發(fā)光二極管芯片所發(fā)射的光的波長。
而且，盡管在上述實(shí)施例中給出了把第一和第二透光層21和22加工成半球形的例子，但本發(fā)明并不限于此。將透光層21和22做成半球形這樣的形狀，使這樣的透光層有易于加工的優(yōu)點(diǎn)。
圖8是按照本發(fā)明另一實(shí)施例的光敏器件用發(fā)光二極管的側(cè)視圖。光敏器件用發(fā)光二極管包括一基片12。用作發(fā)光元件的發(fā)光二極管芯片LED1(圖中未繪出)和LED2設(shè)置在基片12上。一光敏二極管PD設(shè)置在基片12上并靠近發(fā)光二極管芯片，此光敏二極管接收發(fā)光二極管芯片LED1和LED2發(fā)射的光從而能檢測(cè)出發(fā)光二極管芯片的光量隨環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生的變化。將一層半球形透光模壓材料，例如玻璃環(huán)氧片或類似材料加工在基片12上，用作第一透光層21，以覆蓋發(fā)光二極管芯片LED1、LED2和光敏二極管PD。在第一透光層21上再形成一層半球形透光模壓材料，例如玻璃環(huán)氧片或類似材料，作為第二透光層22。第一透光層的折射系數(shù)n1比第二透光層的折射系數(shù)n2大。所用的上述透明環(huán)氧樹脂可適當(dāng)?shù)貜囊恍渲羞x擇，例如從Toray Hysol THL-5000A/B、HL3000(S)和Toray Hysol有限公司所制造的EX-012/HX-021-3中選定。反射系數(shù)可通過改變這些樹脂的成分或改變這些樹脂的混合比率來調(diào)整。對(duì)于制作方法，采用先硬化由透明環(huán)氧樹脂組成的第一透光層21，然后再使也是由透明環(huán)氧樹脂組成的第二透光層22硬化。
當(dāng)實(shí)施在第一透光層21上形成第二透光層22這一步驟時(shí)，在第一和第二透光層21和22之間的界面200上形成一層很薄的，圖8中未繪出的空氣層。
現(xiàn)在對(duì)其工作進(jìn)行討論。
參看圖9，光敏器件用發(fā)光二極管與活體20接觸。由于第一透光層21的折射系數(shù)n1比第二透光層22的折射系數(shù)n2大，發(fā)光二極管芯片LED1和LED2發(fā)射的光的一部分被界面200全反射并到達(dá)光敏二極管PD，如虛線⑤所示。在此實(shí)施例中，由于被全反射的光量增加，發(fā)光二極管芯片發(fā)射的并直接由光敏二極管PD接收的光量增加。
由發(fā)光二極管芯片LED1和LED2發(fā)射后射到活體20，并被活體20散射或反射的光，如虛線⑥所示，此光在第一和第二透光層21和22之間的界面200上被全反射，因而不能到達(dá)光敏二極管PD。
如上所述，由于按照本發(fā)明的光敏器件用發(fā)光二極管具有這樣結(jié)構(gòu)，使發(fā)光元件發(fā)射的并直接被光敏二極管接收的光量增加，因而可忽略從活體反射的光量。這就能使光量保持恒定，并能進(jìn)行精確的反饋，從而能在沒有溫度漂移影響的情況下進(jìn)行精確的測(cè)量。
而且，包括上述發(fā)光二極管的光敏元件能不受溫度漂移的影響精確地進(jìn)行測(cè)量。
雖然已對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)地討論和說明，應(yīng)當(dāng)理解，這僅作為說明和示例，而不是用于限定，本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍只由所附的權(quán)利要求書中的條款來限定。
權(quán)利要求
1.一種光敏器件用發(fā)光二極管，包括基片(12)；設(shè)置在所說的基片(12)上的發(fā)光元件(LED2)；設(shè)置在所說基片(12)上并位于發(fā)光元件(LED2)附近的受光元件(PD)，此受光元件接收所說發(fā)光元件(LED2)發(fā)射的光，以檢測(cè)所說發(fā)光元件(LED2)的光量隨環(huán)境溫度變化而發(fā)生的變化；設(shè)置在所說基片(12)上的第一透光層(21)，用以覆蓋所說的發(fā)光元件(LED2)和所說的受光元件(PD)；和設(shè)置在所說的第一透光層(21)上的第二透光層(22)。
2.按照權(quán)利要求1所說的發(fā)光二極管，其特征在于在所說的第一透光層(21)和所說的第二透光層(22)之間插入一空氣層。
3.按照權(quán)利要求2所說的發(fā)光二極管，其特征在于所說的空氣層的厚度大于所說的發(fā)光元件(LED2)發(fā)射的光的波長。
4.按照權(quán)利要求1所說的發(fā)光二極管，其特征在于所說的第一和第二透光層(21，22)之間的界面是半球形的。
5.按照權(quán)利要求4所說的發(fā)光二極管，其特征在于所說的第二透光層(22)的表面是半球形的。
6.按照權(quán)利要求1所說的發(fā)光二極管，其特征在于所說的第一透光層(21)是由能阻斷與所說的發(fā)光元件(LED2)發(fā)射的光譜波長不同的光的材料組成。
7.按照權(quán)利要求1所說的發(fā)光二極管，其特征在于所說的第一透光層(21)是由限定波長范圍的透光體組成。
8.按照權(quán)利要求7所說的發(fā)光二極管，其特征在于所說的限定波長范圍的透光體包括環(huán)氧樹脂。
9.一種光敏器件用發(fā)光二極管，包括基片(12);設(shè)置在所說的基片(12)上的發(fā)光元件(LED2);設(shè)置在所說的基片(12)上并位于所說的發(fā)光元件(LED2)附近的受光元件(PD)用以接收所說的發(fā)光元件(LED2)發(fā)射的光，以便檢測(cè)所說的發(fā)光元件(LED2)發(fā)射的光量隨環(huán)境溫度的變化而發(fā)生的變化;設(shè)置在所說的基片(12)上的第一透光層(21)覆蓋所說的發(fā)光元件(LED2)和所說的受光元件(PD);和設(shè)置在所說的第一透光元件(21)上的第二透光元件(22)，其中所說的第一透光層(21)的折射系數(shù)n1和所說第二透光層(22)的折射系數(shù)n2滿足不等式n1≥n2。
10.一種在權(quán)利要求1中所列舉的，包括光敏器件用發(fā)光二極管的光敏器件。
11.一種在權(quán)利要求9中所列舉的，包括光敏器件用發(fā)光二極管的光敏器件。
全文摘要
一種改進(jìn)的光敏器件用發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管能校正發(fā)光元件的光量隨環(huán)境溫度變化而發(fā)生的變化。此光敏器件用發(fā)光二極管包括一基片和設(shè)于其上的發(fā)光元件。受光元件設(shè)置在基片上并靠近發(fā)光元件，此受光元件接收發(fā)光元件發(fā)的光，從而能檢測(cè)出發(fā)光元件的光量隨環(huán)境溫度的變化而發(fā)生的變化。第一透光層設(shè)在基片上以覆蓋發(fā)光元件和受光元件。第二透光層設(shè)置在第一透光層上。在第一和第二透光層之間夾有一層很薄的空氣層。
文檔編號(hào)H01L31/173GK1059271SQ91105988
公開日1992年3月11日 申請(qǐng)日期1991年8月27日 優(yōu)先權(quán)日1990年8月27日
發(fā)明者大澤昌彥 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社