(57)【要約】【課題】更なる小型化が可能な光半導体素子、光半導体装置および携帯電話機を提供する。【解決手段】受光して電流信号を出力するフォトダイオードＰＤ１およびフォトダイオードＰＤ２とを有する受光部１１と、受光部１１からの電流信号を入力電流信号として増幅する第１カレントミラー回路１２１および第２カレントミラー回路１２２とを有する電流増幅部１２と、電流増幅部１２の第１カレントミラー回路１２１および第２カレントミラー回路１２２に電源を外部から供給する電源端子Ｖｃｃと、電流増幅部１２からの出力電流信号を外部に出力する出力端子Ｉｏｕｔとを備え、第１カレントミラー回路１２１および第２カレントミラー回路１２２の接地線Ｃが出力端子Ｉｏｕｔに接続されている光半導体素子１０とした。【選択図】図１
2008078433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光して電流信号を出力する受光部と、
前記受光部からの電流信号を入力電流信号として増幅する電流増幅部と、
前記電流増幅部に電源を外部から供給する電源端子と、
前記電流増幅部からの出力電流信号を外部に出力する出力端子とを備え、
前記電流増幅部の接地線が前記出力端子に接続されていることを特徴とする光半導体素子。
【請求項２】
前記電流増幅部は、入力電流信号を増幅する第１カレントミラー回路と、前記第１カレントミラー回路からの電流信号を増幅して出力電流信号とする第２カレントミラー回路とを有する電流増幅回路を１以上備えていることを特徴とする請求項１記載の光半導体素子。
【請求項３】
前記第１カレントミラー回路から前記第２カレントミラー回路への電流信号を制限する電流制限部を備えていることを特徴とする請求項２記載の光半導体素子。
【請求項４】
前記電流制限部は、抵抗としたことを特徴とする請求項３記載の光半導体素子。
【請求項５】
前記請求項１から４のいずれかの項に記載の光半導体素子が基板に搭載され、前記基板には前記光半導体素子に電源を供給する電源電極と前記光半導体素子からの出力電流信号を出力する出力電極とが設けられていることを特徴とする光半導体装置。
【請求項６】
前記請求項５記載の光半導体装置を、光検知センサとして用いたことを特徴とする携帯電話機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を検知して電気信号を発生する受光部と、この電気信号を増幅する増幅部とを備えた光半導体素子、光半導体装置および携帯電話機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光半導体素子は、光を検知して電気信号を出力するものである。例えば、折り畳み式の携帯電話機では、開いて使用しているときに表示パネルのバックライトの輝度を、周囲が明るいと向上させ、暗いと低下させるよう制御するために、光半導体装置が、光検知センサとして設けられている。
【０００３】
このような光半導体装置が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の光検知装置では、受光することで受光部に流れる電流を増幅するトランジスタが設けられ、電源端子とグランド端子と出力端子との３端子が設けられたものである。
【０００４】
３端子を有する従来の光半導体素子を搭載した従来の光半導体装置を図６に示す。図６（Ａ）〜同図（Ｃ）に示すように、従来の光半導体装置１００は、基板１０１に従来の光半導体素子１０２が搭載され、基板１０１の両側部に電源電極１０３とグランド電極１０４と出力電極１０５との３電極とそれぞれ導通する配線パターン１０６にワイヤ１０８でそれぞれ接続されている。
【特許文献１】特開平８−３３５７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
携帯電話機では小型化、薄型化が益々進んでいるため、実装される部品にも更なる小型化、薄型化が要求されている。しかし、電源電極１０３とグランド電極１０４と出力電極１０５との３電極が設けられた図６（Ａ）〜同図（Ｃ）に示す従来の光半導体装置１００では、基板１０１の大きさとして、従来の光半導体素子１０２を搭載する領域の他に、３本のワイヤ１０８を接続するための配線パターン１０６の領域、および電源電極１０３とグランド電極１０４と出力電極１０５との各電極を両側部に形成する領域などを確保する必要があるため、小型化には限界がある。
【０００６】
そこで本発明は、更なる小型化が可能な光半導体素子、光半導体装置および携帯電話機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光半導体素子は、受光して電流信号を出力する受光部と、前記受光部からの電流信号を入力電流信号として増幅する電流増幅部と、前記電流増幅部に電源を外部から供給する電源端子と、前記電流増幅部からの出力電流信号を外部に出力する出力端子とを備え、前記電流増幅部の接地線が前記出力端子に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の光半導体素子は、電源端子、出力端子の２端子のみとすることができるので、更に小型化を向上させることができる。また出力端子には、電流増幅部からの出力電流信号と、電流増幅部の接地線からの電流との和の電流が出力されるため、増幅度を向上させることができるので、同じ増幅度を有する従来の光半導体素子と比較すれば回路規模を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本願の第１の発明は、受光して電流信号を出力する受光部と、受光部からの電流信号を入力電流信号として増幅する電流増幅部と、電流増幅部に電源を外部から供給する電源端子と、電流増幅部からの出力電流信号を外部に出力する出力端子とを備え、電流増幅部の接地線が出力端子に接続されていることを特徴としたものである。
【００１０】
本発明の光半導体素子は、受光部からの電流信号を増幅して出力電流信号として出力する電流増幅部を備えている。そしてこの光半導体素子は、電流増幅部の接地線が、電流増幅部から出力電流信号を外部に出力する出力端子に接続されているので、電源端子、出力端子の２端子のみとすることができる。従って、小型化を向上させることができる。また出力端子には、電流増幅部からの出力電流信号と、電流増幅部の接地線からの電流との和の電流が出力されるため、増幅度を向上させることができる。
【００１１】
本願の第２の発明は、電流増幅部は、入力電流信号を増幅する第１カレントミラー回路と、第１カレントミラー回路からの電流信号を増幅して出力電流信号とする第２カレントミラー回路とを有する電流増幅回路を１以上備えていることを特徴としたものである。
【００１２】
電流増幅部を、第１カレントミラー回路と第２カレントミラー回路とを有する電流増幅回路とすることで、電流増幅部を容易な回路で構成することができる。また電流増幅回路を１以上備えることで、所望とする増幅度を得ることができる。
【００１３】
本願の第３の発明は、第１カレントミラー回路から第２カレントミラー回路への電流信号を制限する電流制限部を備えていることを特徴としたものである。
【００１４】
電流制限部を設けることで、過大な光量を受光したときに、第２カレントミラー回路に過大な電流が流れないようにすることができる。
【００１５】
本願の第４の発明は、電流制限部は、抵抗としたことを特徴としたものである。
【００１６】
電流制限部を抵抗とすることで、容易な回路構成で電流を制限することができる。
【００１７】
本願の第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明の光半導体素子が基板に搭載され、基板には光半導体素子に電源を供給する電源電極と光半導体素子からの出力電流信号を出力する出力電極とが設けられている光半導体装置としたものである。
【００１８】
本発明の光半導体素子を搭載する基板には、電源電極と出力電極との２電極が設けられているので、従来の光半導体装置と比較して１電極少なくすることができる。従って、小型化を実現することができる。
【００１９】
本願の第６の発明は、本発明の光半導体装置を、光検知センサとして用いた携帯電話機としたものである。
【００２０】
携帯電話機に本発明の光半導体装置を用いることで、携帯電話装置の小型化を促進させることができる。
【００２１】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る光半導体素子、光半導体装置および携帯電話機を図面に基づいて説明する。まずは、光半導体素子の構成を図１に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る光半導体素子の回路構成を示す図である。
【００２２】
図１に示すように、光半導体素子１０は、受光して電流信号を出力する受光部１１と、受光部１１からの電流信号を入力電流信号として増幅する電流増幅部１２とを備えている。この光半導体素子１０は、外部から電源を供給する電源端子Ｖｃｃと、電流増幅部１２からの出力電流信号を出力する出力端子Ｉｏｕｔとを備えている。
【００２３】
受光部１１は、半導体基板上に接合深さを異ならせることで、可視光から赤外光まで感度を有するフォトダイオードＰＤ１と、赤外光について感度を有するフォトダイオードＰＤ２とが形成されている。
【００２４】
フォトダイオードＰＤ１は、カソードが電源端子Ｖｃｃに接続され、アノードがフォトダイオードＰＤ２のカソードに接続されている。フォトダイオードＰＤ２のアノードは、接地線Ｃに接続されている。
【００２５】
電流増幅部１２は、第１カレントミラー回路１２１と、第２カレントミラー回路１２２とを備えている。
【００２６】
第１カレントミラー回路１２１は、ＮＰＮ型のトランジスタＱ１，Ｑ２を備えている。トランジスタＱ１のコレクタは、フォトダイオードＰＤ１のアノードとフォトダイオードＰＤ２のカソードと接続されていると共に、トランジスタＱ１，Ｑ２のそれぞれのベースに接続されている。そして、トランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタは、接地線Ｃに接続されている。第１カレントミラー回路１２１は、トランジスタＱ２の増幅率を、トランジスタＱ１の増幅率のＮ倍としており、受光部１１からの電流信号をＮ倍に増幅する。
【００２７】
第２カレントミラー回路１２２は、ＰＮＰ型のトランジスタＱ３，Ｑ４を備えている。トランジスタＱ３，Ｑ４のエミッタは、電源端子Ｖｃｃに接続されている。また、トランジスタＱ２のコレクタは、トランジスタＱ３のコレクタが接続されると共に、トランジスタＱ３，Ｑ４のそれぞれのベースに接続されている。そして、トランジスタＱ４のコレクタは、出力端子Ｉｏｕｔに接続されている。第２カレントミラー回路１２２は、トランジスタＱ４の増幅率を、トランジスタＱ３の増幅率のＭ倍としており、第１カレントミラー回路１２１からの電流信号をＭ倍に増幅する。
【００２８】
次に、光半導体素子１０を用いた本発明の実施の形態１に係る光半導体装置２０の構成を、図２に基づいて説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係る光半導体装置２０を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は底面図である。
【００２９】
光半導体装置２０は、光半導体素子１０を搭載する基板２１と、光半導体素子１０を封止する樹脂封止部２２とを備えている。
【００３０】
基板２１は、平面視して矩形状で、縦１．６ｍｍ、横１．６ｍｍに形成されている。基板２１には、光半導体素子１０の端子とワイヤ２３を介して導通接続する配線パターン２４が形成されている。またこの光半導体装置２０を実装する実装基板と接続する電極２５が、基板２１の両側部に垂直断面コ字状となるように形成されている。
【００３１】
電極２５は、光半導体素子１０の電源端子Ｖｃｃに電源を供給する電源電極２５１と、光半導体素子１０の出力端子Ｉｏｕｔからの出力電流信号が出力される出力電極２５２とが形成されている。
【００３２】
樹脂封止部２２は、赤外光から可視光までを透過する樹脂を用いてトランスファー成型法で形成されている。
【００３３】
樹脂封止部２２をトランスファー成型法で形成する際に、型締めした金型の隙間から樹脂が漏れ出ないように、電極２５にはレジスト膜２６が設けられている。
【００３４】
また、基板２１の底面の中央部には、レジスト膜２７が形成されている。このレジスト膜２７は、金型に対してのクッションの役割をすると共に、三角形状の切り欠きを施すことで極性表示として機能する。
【００３５】
次に、この光半導体装置２０を用いた本発明の実施の形態１に係る携帯電話機の構成を図３および図４に基づいて説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係る携帯電話機を示す外観斜視図である。図４は、携帯電話機の構成を示す概略説明図である。なお、図４においては便宜上、光半導体素子１０からの接続を図示しており、電気的に介在するワイヤ２３や電極２５は省略している。
【００３６】
図３に示すように、携帯電話機３０は、折り畳み式で、内側となる面の一方に表示部である液晶表示パネル（以下、ＬＣＤと称す。）３１が、他方に数字キーや機能キーなどの操作部３２が設けられている。光半導体装置２０は、ＬＣＤ３１側の下部に光半導体素子１０の受光部１１が露出するように設けられている。
【００３７】
図４に示すように、光半導体素子１０の出力端子Ｉｏｕｔには、グランドＧに接地された抵抗ＲＬが接続されると共に、Ａ／Ｄコンバータ３３が接続されている。
【００３８】
Ａ／Ｄコンバータ３３の出力は、それぞれＬＣＤ輝度調整部３４と、テンキーＬＥＤオン／オフ部３５とに接続されている。
【００３９】
次に、以上のように構成される本発明の実施の形態１に係る光半導体素子１０の動作と、携帯電話機３０の動作を図１から図４に基づいて説明する。
【００４０】
使用者が、図３に示す携帯電話機３０を、例えばカバンやポケットから取り出して、折り畳んでいる状態から開くことで、光半導体素子１０に光が照射される。
【００４１】
光が照射されると、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２に、その受光特性に応じて電流信号として電流Ｉ1および電流Ｉ2が流れる。電流Ｉ1および電流Ｉ2が流れることで、差電流Ｉ1−Ｉ2がトランジスタＱ１のコレクタに入力電流信号として流れる。従って、赤外光を受光したときには、フォトダイオードＰＤ１による電流Ｉ1とフォトダイオードＰＤ２による電流Ｉ2とがほぼ等しくなるので、入力電流信号である差電流Ｉ1−Ｉ2は、ほとんど流れず、可視光を受光したときには、フォトダイオードＰＤ１による電流Ｉ1が入力電流信号となる。つまり、フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２を電源と接地線Ｃとの間に直列に接続することで、受光感度として人間の目に近いヒューマンズアイを実現している。
【００４２】
第１カレントミラー回路１２１では、入力電流信号によってトランジスタＱ１のコレクタからエミッタに電流が流れる共にトランジスタＱ２をオンする。トランジスタＱ２がオンすると、トランジスタＱ２のコレクタに接続された第２カレントミラー回路１２２のトランジスタＱ３のベース電圧が下がりトランジスタＱ３がオンとなる。
【００４３】
トランジスタＱ３がオンすることで、トランジスタＱ２のコレクタ−エミッタ間に、トランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間のＮ倍の電流が電源端子Ｖｃｃから流れる。
【００４４】
そして、第２カレントミラー回路１２２のトランジスタＱ３がオンすると共に、トランジスタＱ４がオンとなるので、トランジスタＱ４のコレクタ−エミッタ間には、トランジスタＱ３のコレクタ−エミッタ間に流れるＭ倍の電流が電源端子Ｖｃｃから流れる。従って、トランジスタＱ４のコレクタ−エミッタ間には、トランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間に流れる電流のＮ倍×Ｍ倍の電流が流れることになる。
【００４５】
従って、フォトダイオードＰＤ２に流れる電流が微弱で考慮せず、かつトランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間に流れる電流を基準とすると、出力端子Ｉｏｕｔには、第１カレントミラー回路１２１により増幅されたＮ倍の電流と、第２カレントミラー回路１２２により増幅されたＮ倍×Ｍ倍の電流との合計が、出力電流信号として流れることになる。
【００４６】
図４に示すように、光半導体素子１０の出力端子Ｉｏｕｔから出力された出力電流信号が抵抗ＲＬを介してグランドＧに流れることで、抵抗ＲＬには出力電流信号に応じた電圧が発生する。つまり抵抗ＲＬにより電流・電圧変換を行う。Ａ／Ｄコンバータ３３により電圧に応じたデジタル信号を生成して、ＬＣＤ輝度調整部３４とテンキーＬＥＤオン／オフ部３５とへ出力する。
【００４７】
ＬＣＤ輝度調整部３４では、入力したデジタル信号に応じてＬＣＤ３１のバックライトの輝度を調整する。また、テンキーＬＥＤオン／オフ部３５では、入力したデジタル信号が所定値より小さい場合には操作部３２のバックライトをオンとし、大きい場合にはオフとする。
【００４８】
このように、出力電流信号として光半導体素子１０の出力端子Ｉｏｕｔから、受光部１１の電流信号に応じて増幅された出力電流信号が出力されるので、光半導体素子１０としてグランド端子を省略することができる。これにより、光半導体素子１０を搭載する基板２１に、グランド端子から配線される配線パターンの領域を確保したり、実装基板と接続するためのグランド電極の領域を確保したりする必要がないので、基板２１の面積を小さくすることができる。従って、光半導体装置２０全体を小型化することが可能である。
【００４９】
また、出力電流信号としては、第１カレントミラー回路１２１により増幅されたＮ倍の電流と、第２カレントミラー回路１２２による増幅されたＮ倍×Ｍ倍の電流との合計が出力されるので、最終段の電流増幅部からの出力のみを出力電流信号とした従来の光半導体素子と比較すれば、回路規模を小さくすることができる。
【００５０】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る光半導体素子を図５に示す。図５は、本発明の実施の形態２に係る光半導体素子の構成を示す図である。なお図５においては、図１と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
【００５１】
図５に示すように、光半導体素子４０は、第１カレントミラー回路１２１から第２カレントミラー回路１２２への電流信号を制限する電流制限部として抵抗Ｒ１を備えている。
【００５２】
抵抗Ｒ１は、第１カレントミラー回路１２１のトランジスタＱ２のコレクタと、第２カレントミラー回路１２２のトランジスタＱ３のコレクタとの間に挿入するように設けられている。
【００５３】
この抵抗Ｒ１を、トランジスタＱ２のコレクタとトランジスタＱ３のコレクタとの間に設けることで、トランジスタＱ３のコレクタ−エミッタ間からトランジスタＱ２のコレクタ−エミッタ間へ流れる電流が定まるので、第２カレントミラー回路１２２による増幅が所定以上行われないように制限することができる。
【００５４】
例えば、携帯電話機を開いたときに、太陽光が光半導体素子４０の受光部１１に直接照射されると、受光部１１に過大な電流が流れるだけでなく、抵抗Ｒ１がなければ、第１カレントミラー回路１２１および第２カレントミラー回路１２２により更に電流増幅されてしまって出力電流信号が出力端子Ｉｏｕｔから出力されるので、過大な電流が無駄に消費され、携帯電話機に設けられたバッテリの放電期間を短くしてしまう。
【００５５】
光半導体素子４０に電流制限部として抵抗Ｒ１を設けることで、トランジスタＱ３のコレクタ−エミッタ間を流れる所定の電流に制限するので、出力端子Ｉｏｕｔから出力される出力電流信号を制限することができる。従って、太陽光が直接受光部１１に照射されて過大な電流が受光部１１を流れても、携帯電話機のバッテリを長持ちさせることができる。
【００５６】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。本実施の形態では、第１カレントミラー回路１２１と第２カレントミラー回路１２２とで構成された電流増幅部１２としているが、増幅度が不足する場合には、更に電流増幅可能なカレントミラー回路を追加してもよい。カレントミラー回路を追加する場合には、図１に示す第２カレントミラー回路１２２からの出力電流信号（つまりトランジスタＱ４のコレクタ電流）を入力電流信号とした第１カレントミラー回路と、この第１カレントミラー回路からの電流信号を増幅する第２カレントミラー回路との組み合わせを１単位として増加させることで可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、更なる小型化が可能なので、光を検知して電気信号を発生する受光部と、この電気信号を増幅する増幅部とを備えた光半導体素子、光半導体装置および携帯電話機に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光半導体素子の回路構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１に係る光半導体装置を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は底面図
【図３】本発明の実施の形態１に係る携帯電話機を示す外観斜視図
【図４】携帯電話機の構成を示す概略説明図
【図５】本発明の実施の形態２に係る光半導体素子の構成を示す図
【図６】従来の光半導体装置を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は底面図
【符号の説明】
【００５９】
１０，４０  光半導体素子
１１  受光部
１２  電流増幅部
２０  光半導体装置
２１  基板
２２  樹脂封止部
２３  ワイヤ
２４  配線パターン
２５  電極
２６，２７  レジスト膜
３０  携帯電話機
３１  液晶表示パネル（ＬＣＤ）
３２  操作部
３３  Ａ／Ｄコンバータ
３４  ＬＣＤ輝度調整部
３５  テンキーＬＥＤオン／オフ部
１２１  第１カレントミラー回路
１２２  第２カレントミラー回路
２５１  電源電極
２５２  出力電極
Ｃ  接地線
Ｇ  グランド
Ｉ1，Ｉ2  電流
ＰＤ１，ＰＤ２  フォトダイオード
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４  トランジスタ
Ｒ１  抵抗
ＲＬ  抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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