特開 2022-13562 フォトカプラ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022013562

(43)【公開日】2022-01-18

(54)【発明の名称】フォトカプラ装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/12 20060101AFI20220111BHJP

【ＦＩ】

H01L31/12 D

【審査請求】有

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020180642

(22)【出願日】2020-10-28

(31)【優先権主張番号】202010616266.4

(32)【優先日】2020-06-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(71)【出願人】

【識別番号】520422186

【氏名又は名称】ニンボ チュンシン マイクロ－エレクトロニクス カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100130513

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 直也

(74)【代理人】

【識別番号】100074206

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 文二

(74)【代理人】

【識別番号】100130177

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 弥一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100161746

【弁理士】

【氏名又は名称】地代 信幸

(72)【発明者】

【氏名】チャオ ヤン

【テーマコード（参考）】

5F889

【Ｆターム（参考）】

5F889AA01

5F889AB03

5F889AC02

5F889AC05

5F889AC13

5F889AC17

5F889CA03

5F889CA05

5F889CA12

5F889DA06

5F889DA14

(57)【要約】      （修正有）

【課題】動作周波数の上限を向上させ高速なデータ伝送を実現するフォトカプラ装置を提供する。
【解決手段】単色光を発するための単色光光源１１と、単色光を受信するための単色光検出器１３と、少なくとも一部が単色光光源１１と単色光検出器１３との間にある単色光伝送媒体１２とを備え、単色光は単色光伝送媒体１２を介して単色光検出器１３に伝送され、単色光の波長が赤外線の波長より小さい、青色または紫外線の波長領域である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

フォトカプラ装置であって、
単色光を発するための単色光光源と、
前記単色光を受信するための単色光検出器と、
少なくとも一部が前記単色光光源と前記単色光検出器との間にある単色光伝送媒体とを備え、
前記単色光が前記単色光伝送媒体を介して前記単色光検出器に伝送され、
前記単色光の波長が赤外線の波長より小さいことを特徴とするフォトカプラ装置。

【請求項2】

前記単色光は青色光であり、前記単色光光源は青色光光源であることを特徴とする請求項１に記載のフォトカプラ装置。

【請求項3】

前記単色光検出器は、窒化ガリウム系の青色光検出器、炭化ケイ素系の青色光検出器、及び窒化アルミニウムガリウム系の青色光検出器から選択されることを特徴とする請求項２に記載のフォトカプラ装置。

【請求項4】

前記単色光の前記単色光伝送媒体における光透過率は、所定の光透過率閾値以上であり、
前記単色光光源の発光面から、前記単色光検出器の受光面までの少なくとも１本の光路は完全に前記単色光伝送媒体に位置することを特徴とする請求項１に記載のフォトカプラ装置。

【請求項5】

前記単色光伝送媒体の誘電率は、第１所定の誘電率閾値以上であることを特徴とする請求項１に記載のフォトカプラ装置。

【請求項6】

前記単色光伝送媒体の長さと直径との比が大きいほど、前記第１所定の誘電率閾値が小さくなることを特徴とする請求項５に記載のフォトカプラ装置。

【請求項7】

さらに、
前記単色光伝送媒体の少なくとも一部の外面を取り囲む反射材料を備え、
前記反射材料の前記単色光に対する反射係数は、所定の反射係数閾値より高いことを特徴とする請求項１に記載のフォトカプラ装置。

【請求項8】

さらに、
開口のサイズが底部のサイズより大きい凹み部を有するフレームアイランドを備え、
前記単色光光源は前記凹み部の底部に設けられ、前記単色光光源の発光面が前記凹み部の開口に向かうことを特徴とする請求項１に記載のフォトカプラ装置。

【請求項9】

前記凹み部の内面は、金属反射材料から形成されることを特徴とする請求項８に記載のフォトカプラ装置。

【請求項10】

前記単色光光源は、単色光ＬＥＤ、または単色光ＬＤであることを特徴とする請求項１に記載のフォトカプラ装置。

【請求項11】

前記単色光は紫外線であり、前記単色光光源は紫外線光源であり、または、前記単色光は紫色光であり、前記単色光光源は紫色光光源であることを特徴とする請求項１に記載のフォトカプラ装置。

【請求項12】

前記単色光が紫外線であれば、前記単色光検出器は、窒化ガリウム系の紫外線検出器、炭化ケイ素系の紫外線検出器、及び窒化アルミニウムガリウム系の紫外線検出器から選択され、
前記単色光が紫色光であれば、前記単色光検出器は、窒化ガリウム系の紫色光検出器、炭化ケイ素系の紫色光検出器、及び窒化アルミニウムガリウム系の紫色光検出器から選択されることを特徴とする請求項１１に記載のフォトカプラ装置。

【請求項13】

前記単色光検出器は、前記単色光を受信するための量子ドット単色光検出器であることを特徴とする請求項１に記載のフォトカプラ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光電技術分野に関わり、特にフォトカプラ装置に関わる。

【背景技術】

【0002】

フォトカプラ装置は、光を媒介とし、電気信号を伝送する。フォトカプラ装置は電気信号の入力、出力に対して優れた隔離作用を有するから、各種回路において幅広く利用されている。現在、種類が最も多く、用途が最も広い光電デバイスの１つになっている。

【0003】

従来のフォトカプラ装置は一般的に、光を発射するための光源、光伝送媒体、光の受信及び信号増幅デバイスという３つの部分からなる。入力された電気信号は光信号に変換されることで、前記光源に一定の波長の光を発させ、光検出器により受信され、光電流を発生し、さらに増幅された後、出力され、電－光－電という変換を完成し、入力、出力、隔離という作用を果たす。フォトカプラ装置の入力と出力との間は互いに隔離されるから、電気信号の伝送は一方向性などの特点を有するため、優れた電気絶縁能力及び抗干渉能力を具備する。

【0004】

従来技術の具体的な実施形態において、一般的に、赤外線を信号伝送の媒介担体とし、赤外線光源を利用して赤外線を発射し、赤外線検出器を利用して受信し、出力端の電気信号に変換する。

【0005】

しかし、従来の、赤外線によるフォトカプラ装置には、動作周波数の上限が低いという問題が存在し、産業用インターネットなどの、データ伝送速度に対する要求がますます速くなることに連れて、ますます需求を満たし難くなる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明が解決しようとする技術問題は、高い動作周波数の上限を有しており、ユーザの高速データ伝送という需求をよりよく満たすとともに、そして、フォトカプラ装置の光電変換機能をより効果的に実現するフォトカプラ装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記技術問題を解決するために、本発明の実施例はフォトカプラ装置を提供し、単色光を発するための単色光光源と、前記単色光を受信するための単色光検出器と、少なくとも一部が前記単色光光源と前記単色光検出器との間にある単色光伝送媒体と、を備え、前記単色光は前記単色光伝送媒体を介して前記単色光検出器に伝送され、前記単色光の波長が赤外線の波長より小さい。

【0008】

好ましくは、前記単色光は青色光であり、前記単色光光源は青色光光源である。

【0009】

好ましくは、前記単色光検出器は、窒化ガリウム系の青色光検出器、炭化ケイ素系の青色光検出器、及び窒化アルミニウムガリウム系の青色光検出器から選択される。

【0010】

好ましくは、前記単色光の前記単色光伝送媒体における光透過率は、所定の光透過率閾値以上であり、前記単色光光源の発光面から前記単色光検出器の受光面までの少なくとも１本の光路は完全に前記単色光伝送媒体に位置する。

【0011】

好ましくは、前記単色光伝送媒体の誘電率は第１所定の誘電率閾値以上である。

【0012】

好ましくは、前記単色光伝送媒体の長さと直径との比が大きいほど、前記第１所定の誘電率閾値が小さくなる。

【0013】

好ましくは、前記フォトカプラ装置はさらに、前記単色光伝送媒体の少なくとも一部の外面を取り囲む反射材料を備え、前記反射材料の前記単色光に対する反射係数は、所定の反射係数閾値より高い。

【0014】

好ましくは、前記フォトカプラ装置はさらに、開口のサイズが底部のサイズより大きい凹み部を有するフレームアイランドを備え、前記単色光光源は前記凹み部の底部に設けられ、前記単色光光源の発光面が前記凹み部の開口に向かう。

【0015】

好ましくは、前記凹み部の内面は金属反射材料から形成される。

【0016】

好ましくは、前記単色光光源は単色光ＬＥＤ、または単色光ＬＤである。

【0017】

好ましくは、前記単色光は紫外線であり、前記単色光光源は紫外線光源であり、または、前記単色光は紫色光であり、前記単色光光源は紫色光光源である。

【0018】

好ましくは、前記単色光が紫外線であれば、前記単色光検出器は、窒化ガリウム系の紫外線検出器、炭化ケイ素系の紫外線検出器、及び窒化アルミニウムガリウム系の紫外線検出器から選択され、前記単色光が紫色光であれば、前記単色光検出器は、窒化ガリウム系の紫色光検出器、炭化ケイ素系の紫色光検出器、及び窒化アルミニウムガリウム系の紫色光検出器から選択される。

【0019】

好ましくは、前記単色光検出器は、前記単色光を受信するための量子ドット単色光検出器である。

【発明の効果】

【0020】

従来技術に比べると、本発明の実施例の技術案は以下のような有益な効果を具備する。

【0021】

本発明の実施例において、単色光光源、単色光検出器、単色光伝送媒体を配置し、前記単色光の波長が赤外線の波長より小さくなるように配置されることで、波長が小さいほど、フォトンエネルギーが大きくなるため、赤外線に比べると、単色光検出器の材料障壁をより容易に乗り越えて、該単色光による検出器は、高い動作周波数の上限を取得する可能性があり、ユーザの要求をよりよく満たす。

【0022】

さらに、前記単色光は青色光であり、前記単色光光源は青色光光源であるように配置されることで、バンドギャップが青色光の波長に適応する半導体材料を選択して青色光検出器を製造し、効果的に光電変換を実現し、その変換感度を向上させる。

【0023】

さらに、前記単色光検出器は、窒化ガリウム系の青色光検出器、炭化ケイ素系の青色光検出器、及び窒化アルミニウムガリウム系の青色光検出器から選択され、窒化ガリウム、炭化ケイ素、窒化アルミニウムガリウムなどの半導体材料の広いバンドギャップが、青色光の波長に適応するという特点、及び高い電子飽和ドリフト速度、高い電子移動度を具備するという特点を利用して、より低い時間遅延及びより高い動作周波数を提供できる。青色光の他の検出器を選択することに比べると、窒化ガリウム系の青色光検出器、炭化ケイ素系の青色光検出器、及び窒化アルミニウムガリウム系の青色光検出器はより成熟の製造工程、及びより高い品質を有するから、ユーザの要求をよりよく満たす。

【0024】

さらに、前記単色光の前記単色光伝送媒体における光線透過率は、所定の光線透過率閾値の以上であり、及び前記単色光光源の発光面から前記単色光検出器の受光面までの少なくとも１本の光路は完全に前記単色光伝送媒体に位置するように配置されることで、単色光の、単色光伝送媒体における効果的な伝送を実現し、単色光検出器が受信した少なくとも１本の光路の光線は完全に単色光伝送媒体を介して伝送され、このように、前記単色光によるフォトカプラ装置を実現する。

【0025】

さらに、前記単色光伝送媒体の誘電率は第１所定の誘電率閾値以上とすることで、前記単色光の伝送の際の電気絶縁機能を実現し、フォトカプラ装置の耐電圧機能をより効果的に実現する。

【0026】

さらに、前記単色光伝送媒体の長さと直径との比の値が大きいほど、前記第１所定の誘電率閾値が小さくなるようにすることで、前記フォトカプラ装置は光ファイバシステムなどの、長さが長い応用に適用される場合、媒体が細く長いほど、絶縁性がよりよくなるという特点を効果的に利用して、具体的な媒体の絶縁特性に対する要求を低減させ、つまり、光ファイバシステムに適用される場合、より多い材料から、前記単色光伝送媒体として、適切な材料を選択でき、製造コスト及び研究開発の複雑性の低減に寄与する。

【0027】

さらに、前記単色光伝送媒体の少なくとも一部の外面を取り囲む反射材料を配置することで、反射という方式で、単色光光源から直接的に単色光検出器に発しない光線を単色光検出器に伝送する。さらに、反射材料の前記単色光に対する反射係数が大きくなるようにすることで、光強度の損失を効果的に避け、及び光の伝送効率を向上させる。

【0028】

さらに、開口のサイズが底部のサイズより大きい凹み部を有するフレームアイランドを配置することで、前記単色光の発光方向を集中させ、前記単色光の単色光検出器に達する有効光強度を向上させ、製品のＣＴＲ、及びその集中度を向上させる。

【0029】

さらに、単色光光源として単色光ＬＥＤを用いることで、ＬＥＤの冷光源として光電変換効率が優れるという特性を利用して、フォトカプラ装置の品質を向上させる。

【0030】

さらに、単色光光源として単色光ＬＤを用いることで、ＬＤのレーザとして方向性が優れるという特性を利用して、光の発散による有効光強度の損失を低減させ、前記単色光の単色光検出器に達する有効光強度を向上させ、フォトカプラ装置の品質を向上させる。

【0031】

さらに、赤外線より単色光はより小さい波長、より大きいフォトンエネルギーを有することで、量子ドット単色光検出器は量子ドットにおける電子の光遷移性質に基づき製造されるから、フォトンエネルギーが大きく、障壁をより容易に乗り越える光に対して、量子ドット単色光検出器において、波長が小さい光であるほど、配置された量子ドットのサイズが小さく、配置された量子ドットの光吸収層がより薄くなるという特点を利用して、時間の遅延を低減させ、より高い動作周波数の上限を提供し、即ち、該量子ドット単色光検出器によるフォトカプラ装置は、より高い動作周波数の上限を有する。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】本発明の実施例における１つのフォトカプラ装置の構成模式図である。

【図2】本発明の実施例における他のフォトカプラ装置の構成模式図である。

【図3】本発明の実施例における他のフォトカプラ装置の構成模式図である。

【図4】本発明の実施例における１つのフレームアイランドの構成模式図である。

【図5】本発明の実施例における他のフレームアイランドの構成模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

前記のように、従来のフォトカプラ装置は一般的に、光を発射するための光源、光伝送媒体、光の受信及び信号増幅デバイスという３つの部分を含む。従来技術において、一般的に赤外線を信号伝送の媒介担体とし、赤外線光源を利用して赤外線を発射し、赤外線検出器を利用して受信し、出力端の電気信号に変換する。ただし、従来の赤外線によるフォトカプラ装置は、ますます需求を満たし難くなる。

【0034】

本発明の発明者は研究により、従来技術において、赤外線によるフォトカプラ装置は材料、工程などの条件に制限されるから、その動作周波数の上限は５０ＭＨｚであり、動作周波数の上限が低いという問題が存在し、産業用インターネットなどの、データ伝送速度に対する要求がますます速くなることに連れて、より高い動作周波数の上限を有し、ユーザの要求を満たすフォトカプラ装置を必要とすることを発見した。

【0035】

本発明の発明者は、研究によりさらに、可視光及び紫外線に比べると、赤外線は波長が長く、フォトンエネルギーが小さいという特性を有し、赤外線に応答する検出器は、前記赤外線が障壁を乗り越えるように、バンドギャップが小さい半導体材料から製造される必要があるから、選択可能な材料は制限される。ただし、バンドギャップが小さい半導体材料（例えば、インジウムガリウムヒ素、硫化鉛など）から製造された検出器は、一般的に、応答時間が長く、動作周波数の上限が低くて、需求を満たすことができないことを発見した。

【0036】

本発明の実施例において、単色光光源、単色光検出器、単色光伝送媒体を配置し、前記単色光の波長が赤外線の波長より小さくなるようにし、波長が小さいほど、フォトンエネルギーが大きくなるため、赤外線に比べると、障壁をより容易に乗り越えて、時間の遅延が低い半導体材料を選択して検出器を製造することが可能であり、該単色光による検出器は、高い動作周波数の上限を取得することが可能であり、ユーザの要求をよりよく満たす。

【0037】

本発明の前記目的、特徴及び有益な効果をより分かりやすくするために、以下は図面を用いて、本発明の具体的な実施例を詳しく説明する。

【0038】

図１を参照し、図１は本発明の実施例における１つのフォトカプラ装置の構成模式図である。前記フォトカプラ装置は単色光光源１１と、単色光検出器１３と、単色光伝送媒体１２とを有する。

【0039】

前記単色光光源１１は単色光を発して、前記単色光検出器１３は前記単色光を受信し、前記単色光伝送媒体１２の少なくとも一部は前記単色光光源１１と前記単色光検出器１３との間にあり、前記単色光を単色光伝送媒体１２を介して前記単色光検出器１３に伝送させる。

【0040】

前記単色光の波長は赤外線の波長より小さく、例えば、赤色光、橙色光、黄色光、緑色光、青緑色光、青色光、紫色光のような可視光であってもよいし、さらに、紫外線などのような他の適切な光線であってもよい。

【0041】

なお、異なる単色光に基づき、それぞれの単色光光源（例えば、青色光に対して青色光光源を配置する）及び単色光検出器（例えば、青色光に対して、青色光検出器を配置する）を配置する必要があり、即ち、単色光光源、単色光伝送媒体、単色光検出器のタイプはいずれも相応的な光の波長にマッチしなければならない。

【0042】

さらに、前記単色光光源１１は、単色光発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）、またはレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ、ＬＤ）であってもよい。

【0043】

さらに、前記単色光は青色光であってもよく、前記単色光ＬＥＤは第三世代ワイドバンドギャップ半導体材料の青色光ＬＥＤであってもよく、前記第三世代ワイドバンドギャップ半導体材料は、例えば、窒化ガリウム系、炭化ケイ素系、窒化アルミニウムガリウム系などであってもよく、前記青色光ＬＥＤは周波数特性がより高いという特点を有し、フォトカプラ装置の動作周波数の向上に寄与する。

【0044】

さらに、前記単色光は青色光であってもよく、前記単色光光源はレーザダイオードＬＤ、第三世代ワイドバンドギャップ半導体材料の青色光レーザダイオードＬＤであってもよく、前記第三世代ワイドバンドギャップ半導体材料は、例えば、窒化ガリウム系、炭化ケイ素系、窒化アルミニウムガリウム系などであってもよく、前記青色光レーザダイオードＬＤは周波数特性がより高いという特点を有し、フォトカプラ装置の動作周波数の向上に寄与する。本発明の実施例において、単色光光源１１に単色光ＬＥＤ、ＬＤを用いることで、ＬＥＤの冷光源として光電変換効率が優れるという特性、及び、ＬＤの方向性が優れるという特性を利用し、フォトカプラ装置の品質を向上させる。

【0045】

前記単色光検出器１３は前記単色光を受信し、電気信号に変換することができる。

【0046】

本発明の発明者はさらなる研究を介して以下のことを発見し、単色光光源を利用して発する光の波長は、単色光検出器が利用する半導体材料のバンドギャップに適応すべきであり、具体的には、本発明の実施例において、単色光の波長が赤外線の波長より小さく、相応的に、単色光検出器が利用する半導体材料のバンドギャップは、該単色光の波長に適応すべきであり、即ち、単色光検出器が利用する半導体材料は、波長が赤外線の波長より小さい単色光に応答すべきであり、このように、単色光検出器は該波長範囲にある単色光と協力し動作することができる。それと同時に、高い電子飽和ドリフト速度、高い電子移動度を原則として、適切な半導体材料から製造された検出器を選択することで、低い時間遅延、及び高い動作周波数の上限を有するフォトカプラ装置を実現する。

【0047】

本発明の実施例において、前記単色光は青色光であり、前記単色光光源として青色光光源を用いることで、バンドギャップが青色光の波長に適応し、高い電子飽和ドリフト速度、高い電子移動度を有する半導体材料を選択し、青色光検出器を製造でき、光電変換を効果的に実現し、低い時間遅延、及び高い動作周波数の上限を有するフォトカプラ装置を実現する。

【0048】

さらに、本発明の実施例の第１の具体的な実施形態において、前記単色光は青色光であってもよく、前記単色光検出器１３は、窒化ガリウム系（ＧａＮ）の青色光検出器、炭化ケイ素系（ＳｉＣ）の青色光検出器、及び窒化アルミニウムガリウム系（ＡｌＧａＮ）の青色光検出器から選択される。

【0049】

本発明の実施例において、単色光は青色光であることに基づき、前記多種の単色光検出器から、適切な単色光検出器を選択でき、前記単色光検出器はいずれも動作周波数が高いという特点を有するから、フォトカプラ装置の動作周波数の向上に寄与する。具体的には、前記単色光検出器は、窒化ガリウム系の青色光検出器、炭化ケイ素系の青色光検出器、及び窒化アルミニウムガリウム系の青色光検出器から選択され、窒化ガリウム、炭化ケイ素、窒化アルミニウムガリウムなどの半導体材料のバンドギャップが、青色光の波長に適応し、且つ高い電子飽和ドリフト速度、高い電子移動度を有するという特点を利用して、低い時間遅延を実現するとともに、より高い動作周波数を提供する。青色光より長波長の検出器を選択することに比べると、窒化ガリウム系の青色光検出器、炭化ケイ素系の青色光検出器、及び窒化アルミニウムガリウム系の青色光検出器は、より成熟の製造工程、及びより高い品質を有するから、ユーザの要求をよりよく満たす。

【0050】

さらに、本発明の実施例の第２の具体的な実施形態において、前記単色光は紫外線で、前記単色光光源１１は紫外線光源で、または前記単色光は紫色光で、前記単色光光源１１は紫色光光源であってもよい。

【0051】

さらに、前記単色光が紫外線であれば、前記単色光検出器１３は、窒化ガリウム系の紫外線検出器、炭化ケイ素系の紫外線検出器、及び窒化アルミニウムガリウム系の紫外線検出器から選択され、前記単色光が紫色光であれば、前記単色光検出器１３は、窒化ガリウム系の紫色光検出器、炭化ケイ素系の紫色光検出器、及び窒化アルミニウムガリウム系の紫色光検出器から選択される。

【0052】

本発明の実施例において、単色光は紫外線または紫色光であることに基づき、前記多種の単色光検出器から、適切な単色光検出器を選択でき、前記単色光検出器はいずれも動作周波数が高いという特点を有するから、フォトカプラ装置の動作周波数の向上に寄与する。具体的には、前記単色光検出器の選択過程において、窒化ガリウム、炭化ケイ素、窒化アルミニウムガリウムなどの半導体材料の広いバンドギャップが、紫外線または紫色光の波長に適応し、且つ高い電子飽和ドリフト速度、高い電子移動度を有するという特点を利用して、低い時間遅延を実現するとともに、より高い動作周波数を提供する。紫外線の他の検出器を選択することに比べると、窒化ガリウム系の紫外線検出器、炭化ケイ素系の紫外線検出器、及び窒化アルミニウムガリウム系の紫外線検出器はより成熟の製造工程、及びより高い品質を有するから、ユーザの要求をよりよく満たし、同じように、紫色光の他の検出器を選択することに比べると、窒化ガリウム系の紫色光検出器、炭化ケイ素系の紫色光検出器、及び窒化アルミニウムガリウム系の紫色光検出器はより成熟の製造工程、及びより高い品質を有するから、ユーザの要求をよりよく満たす。

【0053】

さらに、本発明の実施例の第３の具体的な実施形態において、前記単色光検出器１３は前記単色可視光を受信するための量子ドット単色光検出器であってもよい。

【0054】

前記量子ドット単色光検出器として、カドミウム・亜鉛・セレン・硫黄（ＣｄＳｅ／ＺｎＳ）単色光検出器を使用してもよく、非カドミウム系の他の適切な材料による単色光検出器を使用してもよい。

【0055】

具体的には、青色光光源による量子ドット青色光検出器に対して、カドミウム・亜鉛・セレン・硫黄（ＣｄＳｅ／ＺｎＳ）の青色光検出器を使用してもよく、非カドミウム系の他の適切な材料による青色光検出器を使用してもよく、紫色光光源による量子ドット紫色光検出器として、カドミウム・亜鉛・セレン・硫黄（ＣｄＳｅ／ＺｎＳ）の紫色光検出器を使用してもよく、非カドミウム系の他の適切な材料による紫色光検出器を使用してもよい。

【0056】

理解できるのは、前記量子ドット単色光検出器は、選択された単色光に適応する必要があり、例えば、前記単色光が赤色光であれば、前記量子ドット単色光検出器は量子ドット赤色光検出器である。

【0057】

本発明の実施例において、赤外線より単色光がより小さい波長、より大きいフォトンエネルギーを有するように配置されることで、量子ドット単色光検出器は量子ドットにおける電子の光遷移性質に基づき製造されるから、フォトンエネルギーが大きく、障壁をより容易に乗り越える光に対して、量子ドット単色光検出器において、波長が小さい光であるほど、配置の量子ドットのサイズが小さく、配置の量子ドットの光吸収層がより薄くなるという特点を利用して、時間の遅延を低減させ、より高い動作周波数の上限を提供し、即ち、該量子ドット単色光検出器によるフォトカプラ装置は、より高い動作周波数の上限を有する。

【0058】

具体的な実施において、前記単色光伝送媒体１２は、光の伝播に作用する物質を示し、例えば、実体を有する伝送材料または真空であってもよく、空気などの適切な気体を含んでもよい。

【0059】

本発明の実施例の具体的な実施形態において、前記単色光に対して透明性を有してもよい。

【0060】

さらに、前記単色光の前記単色光伝送媒体１２における光透過率は、所定の光透過率閾値以上であってもよく、前記単色光光源１１の発光面から、前記単色光検出器１３の受光面までの少なくとも１本の光路は完全に前記単色光伝送媒体１２に位置する。

【0061】

なお、異なる単色光に基づき、それぞれの光線透過率閾値を設定できる。このように、前記単色光伝送媒体１２は該単色光の波長にマッチし、有効光強度を強化させ、信号エネルギーの伝送効率を向上させ、信号伝播の遅延時間を低減させ、より高い動作周波数を有する。

【0062】

本発明の実施例において、前記単色光の前記単色光伝送媒体１２における光透過率は所定の光透過率閾値以上であり、前記単色光光源１１の発光面から、前記単色光検出器１３の受光面までの少なくとも１本の光路は完全に前記単色光伝送媒体１２に位置するように配置されることで、単色光の、単色光伝送媒体１２における効果的な伝送を実現し、単色光検出器１３が受信した少なくとも１本の光路の光線が完全に単色光伝送媒体１２を介して伝送され、このように、前記単色光によるフォトカプラ装置を実現する。

【0063】

図１に示すように、前記単色光伝送媒体１２は前記単色光光源１１及び単色光検出器１３を包み、即ち、前記単色光光源１１の発光面から、前記単色光検出器１３の受光面までの複数本の光路は、いずれも前記単色光伝送媒体１２内に位置する。

【0064】

破線に示すように、前記単色光光源１１から前記単色光検出器１３までの複数本の光路があり、該複数本の光路はいずれも完全に前記単色光伝送媒体１２に位置する。

【0065】

図２を参照し、図２は本発明の実施例における他のフォトカプラ装置の構成模式図である。

【0066】

前記単色光伝送媒体２２は、前記単色光光源１１と前記単色光検出器１３との間の一部の間隔を充填し、破線に示すように、前記単色光光源から前記単色光検出器までの１本の光路があり、該光路は完全に前記単色光伝送媒体に位置する。

【0067】

理解できるのは図２に示す単色光伝送媒体２２は前記単色光光源１１の少なくとも１つの発光面、及び前記単色光検出器１３の受光面を包み、前記発光面と前記受光面とは逐一対応の関係を有する。このように、前記単色光光源１１の発光面から前記単色光検出器１３の受光面までの間の光路は、完全に前記単色光伝送媒体２２に位置する。

【0068】

さらに、図１及び図２に示す前記単色光伝送媒体１２（２２）の誘電率は、第１所定の誘電率閾値以上であってもよい。

【0069】

本発明の実施例において、前記単色光伝送媒体１２（２２）の誘電率は第１所定の誘電率閾値以上に配置することで、前記単色光の伝送の際の電気絶縁機能を実現し、フォトカプラ装置の耐電圧機能をより効果的に実現する。

【0070】

さらに、図１及び図２に示した前記単色光伝送媒体１２（２２）の長さと直径との比は大きいほど、前記第１所定の誘電率閾値が小さくなる。

【0071】

本発明の実施例において、前記単色光伝送媒体１２（２２）の長さと直径との比が大きいほど、前記第１所定の誘電率閾値が小さくなることで、前記フォトカプラ装置が光ファイバシステムなどの長さが長い応用に適用される場合、長さが長いほど、絶縁性はよりよくなるという特点を効果的に利用して、具体的な材料の絶縁特性に対する要求を低減させ、即ち、光ファイバシステムに適用される場合、より多い材料から、前記単色光伝送媒体１２（２２）として適切な材料を選択でき、製造コスト及び研究開発の複雑性の低減に寄与する。

【0072】

さらに、本発明の実施例において、さらに媒体光ファイバシステムを提供し、前記媒体光ファイバシステムは前記フォトカプラ装置に基づき形成され、前記単色光伝送媒体の長さは所定の長さの以上である。

【0073】

非制限的な例として、前記所定の長さを１０メートルにする。

【0074】

具体的な実施において、前記フォトカプラ装置の長さが非常に短い場合、例えば０.１ミリ～１ミリに配置され、フォトカプラのデバイスの製造に用いられる。さらに、前記フォトカプラ装置の長さが適度な場合、例えば、１ミリ～１０メートルに配置される。さらに、前記フォトカプラ装置の長さが非常に長い場合、例えば１０メートル～１０００メートルに配置され、光ファイバシステム、例えば、プラスチック光ファイバシステムに用いられる。従来技術における、銅線ケーブルに基づき製造されたイーサネットの、一般的に１００メートルの有効距離に対して、本出願の実施例におけるプラスチック光ファイバシステム技術案を採用すれば、高速、大容量、長距離の産業用インターネット、及び、通常のガラス光ファイバの後の、最後の１キロメートルの「ファイバ・トゥ・ザ・ホーム」の高速データ伝送回路を実現し、このように、ガラス光ファイバシステムに対して、コストを低減させる。ファイバ・トゥ・ザ・ホームはユーザに、豊かな帯域幅を提供できるから、理想のアクセス方式と認められ、情報社会の実現に対して重要な作用を有し、大規模の建設を必要とするかもしれない。ファイバ・トゥ・ザ・ホームの必要な光ファイバの数量は、従来の敷設された光ファイバの２～３倍であるかもしれないから、コストが低いプラスチック光ファイバシステムを採用することは、必要且つ意義がある。

【0075】

例えば、本発明の実施例の具体的な応用において、前記媒体光ファイバシステムは、広い単一モード波長範囲を有する全反射フォトニック結晶光ファイバを採用し、波長範囲は少なくとも４５７．９～１５５０ｎｍの間にあり、そのコア層材料はポリスチレン（ＰＳ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などのような高透明ポリマであってもよく、スキン層材料はＰＭＭＡ、フッ素樹脂などであってもよい。

【0076】

さらに、前記フォトカプラ装置はさらに、前記単色光伝送媒体の少なくとも一部の外面を取り囲む反射材料を備え、前記反射材料の前記単色光に対する反射係数は、所定の反射係数閾値より高い。

【0077】

例えば、図２に示す本発明の実施例において、反射材料は前記単色光伝送媒体の外面を取り囲むように配置される。

【0078】

図３を参照し、図３は本発明の実施例における他のフォトカプラ装置の構成模式図である。前記図３は図１に示したフォトカプラ装置に対するさらなる改良であり、以下は主に図１と異なる部分に対して説明する。

【0079】

図３に示すように、前記フォトカプラ装置は単色光光源１１と、単色光検出器１３と、単色光伝送媒体１２と、反射材料３４とを有する。

【0080】

図３に示す前記反射材料３４は、前記単色光光源１１、前記単色光伝送媒体１２、及び前記単色光検出器１３を取り囲み、即ち、前記単色光伝送媒体１２の全ての外面を取り囲む。

【0081】

本発明の実施例の他の具体的な実施形態において、前記反射材料３４はさらに、前記単色光光源１１の発光面、前記単色光伝送媒体１２、及び前記単色光検出器１３の受光面を取り囲み、即ち、前記単色光伝送媒体１２の一部の外面を取り囲む。

【0082】

本発明の実施例の他の具体的な実施形態において、前記反射材料３４はさらに、図３に示す単色光光源１１と単色光検出器１３との間の領域の上方及び下方のみに設けられることで、単色光光源１１から発する一部の光線を反射してもよい。

【0083】

指摘すべきことは、図３に示されるフォトカプラ装置において、前記単色光光源１１の発光面は、単色光検出器１３の受光面と対向する方向に設けられ、例えば、単色光光源１１の発光面は単色光光源１１の右面に設けられ、単色光検出器１３の受光面は単色光検出器１３の左面に設けられることで、図１に示した光の伝送方向を実現する。

【0084】

図３に示すフォトカプラ装置において、前記単色光光源１１の発光面はさらに、単色光検出器１３の受光面と対向しない方向に設けられてもよく、例えば、単色光光源１１の発光面は単色光光源１１の上面に設けられ、単色光検出器１３の受光面も単色光検出器１３の上面に設けられ、図３の破線に示す光の伝送方向により反射を介して伝送される。なお、このような方式は、単色光光源１１と単色光検出器１３とが、いずれも同一の平面に設けられ、同一の方向に向かうように配置されることを実現し、伝送効果を実現するとともに、フレームの実装コストを低減させる。

【0085】

具体的な実施において、前記反射材料３４は前記単色光に対して反射性及び電気絶縁性を有してもよい。

【0086】

具体的には、前記反射材料３４の前記単色光に対する反射係数は所定の反射係数閾値より高い。なお、異なる単色光に基づき、それぞれの所定の反射係数閾値を配置できる。このように、前記反射材料３４を該単色光の波長にマッチさせ、信号エネルギーの伝送効率を向上させ、有効光強度の損失を低減させる。

【0087】

さらに、前記反射材料３４の誘電率は第２所定の誘電率閾値以上に配置される。

【0088】

なお、異なる単色光に基づき、それぞれの第２所定の誘電率閾値を設定できる。このように、前記反射材料３４を該単色光の波長にマッチさせ、伝送過程における消耗、及び入力端と出力端との間に生成されたコンデンサを低減させ、つまり、電気的クロストークという問題を避け、信号エネルギーの伝送効率を向上させ、信号伝播の遅延時間を低減させる。

【0089】

本発明の実施例において、反射材料は前記単色光伝送媒体の少なくとも一部の外面を取り囲むように配置することで、反射という方式で、単色光光源から直接的に単色光検出器に発していない光線を単色光検出器に伝送する。さらに、反射材料の前記単色光に対する反射係数が大きくなるように配置することで、光伝送過程におけるエネルギー損失を効果的に避け、フォトカプラ装置の品質を向上させる。

【0090】

さらに、前記フォトカプラ装置はさらに、開口のサイズが底部のサイズより大きい凹み部を有するフレームアイランドを備え、前記単色光光源は前記凹み部の底部に設けられ、前記単色光光源の発光面が前記凹み部の開口に向かう。

【0091】

図４を参照し、図４は本発明の実施例における１つのフレームアイランドの構成模式図である。前記フレームアイランド４１は、開口のサイズＤ１が底部のサイズＤ２より大きい凹み部を有してもよく、前記単色光光源１１は前記凹み部の底部に設けられるとともに、前記凹み部の開口に向かう。

【0092】

図４の破線は、フレームアイランド４１が使用された光路を示し、その発光方向はより集中になる。

【0093】

さらに、前記凹み部の内面は金属反射材料から形成され、例えば、パラジウム、チタン、アルミニウム、銅、銀、金及びその化合物などであってもよく、さらに、単色光の単色光検出器に達する有効光強度を向上させ、さらに、光伝送過程におけるエネルギー損失を避け、フォトカプラ装置の品質を向上させる。例えば、図４に示すフレームアイランドにおいて、凹み部の内面は金属反射層４２を有するように配置されてもよい。

【0094】

本発明の実施例において、開口のサイズが底部のサイズより大きい凹み部を有するフレームアイランド４１を配置することで、前記単色光の発光方向を集中させ、前記単色光の単色光検出器に達する有効光強度を向上させ、製品のＣＴＲ、及びその集中度を向上させる。

【0095】

なお、図４に示す前記凹み部の断面形状は台形であり、つまり、凹み部の側壁の断面形状は直線であり、具体的な実施において、図５に示すように、さらに、前記凹み部の側壁断面形状は曲線になるように配置されてもよい。

【0096】

図５を参照し、図５は本発明の実施例における他のフレームアイランドの構成模式図である。前記フレームアイランド５１は、開口のサイズが底部のサイズより大きい凹み部を有してもよく、前記単色光光源１１は前記凹み部の底部に設けられるとともに、前記凹み部の開口に向かう。

【0097】

図５の破線は、フレームアイランド５１が使用された光路を示し、その発光方向はより集中になる。

【0098】

さらに、前記凹み部の内面は金属反射材料から形成されてもよく、例えば、パラジウム、チタン、アルミニウム、銅、銀、金及びその化合物などであってもよく、さらに、単色光の単色光検出器に達する有効光強度を向上させ、さらに、光伝送過程におけるエネルギー損失を避け、フォトカプラ装置の品質を向上させる。例えば、図５に示されるフレームアイランドにおいて、凹み部の内面は金属反射層５２を有するように配置されてもよい。

【0099】

本発明の実施例において、開口のサイズが底部のサイズより大きい凹み部を有するフレームアイランド５１を配置することで、前記単色光の発光方向を集中させ、前記単色光の単色光検出器に達する有効光強度を向上させ、製品のＣＴＲ、及びその集中度を向上させる。

【0100】

本発明は以上のように開示したが、本発明はこれに限定されない。本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、様々な変更及び補正を行うことができるから、本発明の保護範囲は請求項に限定される範囲を基準とする。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】