專利名稱：熒光傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量分析物(analyte)濃度的熒光傳感器，尤其涉及一種具有指示劑(indicator)的突光傳感器,該指示劑通過激勵(lì)光的照射而產(chǎn)生與分析物濃度相應(yīng)的光量的熒光。
背景技術(shù)：
已經(jīng)開發(fā)了多種多樣的用于測(cè)定液體中的分析物即被測(cè)量物質(zhì)的濃度的分析裝置。例如，已知一種熒光傳感器，其向一定容量的透明容器內(nèi)注入由于分析物的存在而性質(zhì)變化并產(chǎn)生熒光的熒光色素和包含分析物的被測(cè)量溶液，并通過照射激勵(lì)光并測(cè)量來自熒光色素的熒光強(qiáng)度來測(cè)量分析物濃度。
此外，小型的熒光傳感器中具有光源、光檢測(cè)器和含有熒光色素的指示劑層。此外，通過向被測(cè)量溶液中的分析物能夠進(jìn)入的指示劑層照射來自光源的激勵(lì)光，從而指示劑層內(nèi)的突光色素產(chǎn)生與被測(cè)量溶液中的分析物濃度相應(yīng)的光量的突光，該突光由光檢測(cè)器受光。光檢測(cè)器是光電轉(zhuǎn)換兀件，輸出與受光的光量相應(yīng)的電信號(hào)。根據(jù)該電信號(hào)測(cè)量被測(cè)量溶液中的分析物濃度。
此外，近年來，為了測(cè)量微量試樣中的分析物，提出了使用半導(dǎo)體制造技術(shù)和微機(jī)械(micromachine)制造技術(shù)制作的突光傳感器。
例如，美國專利第5039490號(hào)說明書中公開了圖I和圖2所示的熒光傳感器110。 圖I是表示熒光傳感器110的簡(jiǎn)要截面結(jié)構(gòu)的圖，圖2是用于說明熒光傳感器110的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的分解圖。而且，以下的圖中，示意性地顯示了分析物2。
如圖I和圖2所示，熒光傳感器110由下述部分構(gòu)成能夠透射激勵(lì)光E的透明支撐基板101、將熒光F轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換元件部103、具有將激勵(lì)光E聚光的聚光功能部105A的光學(xué)板狀部105、通過和分析物2相互作用而由激勵(lì)光E的入射來發(fā)出熒光F 的指示劑層106、遮蓋(cover)層109。
光電轉(zhuǎn)換元件部103例如在由硅構(gòu)成的基板103A上形成了光電轉(zhuǎn)換元件。基板 103A不透射激勵(lì)光E。因此，熒光傳感器110中，在光電轉(zhuǎn)換元件部103的周圍具有能透射激勵(lì)光E的空隙區(qū)域120。
S卩，只有通過空隙區(qū)域120并入射到光學(xué)板狀部105的激勵(lì)光E，由于光學(xué)板狀部 105的作用，聚光到指示劑層106中的、光電轉(zhuǎn)換元件部103的上部附近。通過聚光的激勵(lì)光E2和進(jìn)入指示劑層106內(nèi)部的分析物2的相互作用，產(chǎn)生熒光F。產(chǎn)生的熒光F的一部分入射到光電轉(zhuǎn)換元件部103，并在光電轉(zhuǎn)換元件部103中產(chǎn)生與熒光信號(hào)、即分析物2的濃度成比例的電流或者電壓等信號(hào)。而且，激勵(lì)光E由于光電轉(zhuǎn)換元件部103上形成的濾光器(未圖示)的作用，不入射到光電轉(zhuǎn)換元件部103中。
在熒光傳感器110中，激勵(lì)光E被聚光到指示劑層106的光電轉(zhuǎn)換元件部103的上部附近，因此，聚光處的指示劑的劣化速度快，恐怕會(huì)縮短整個(gè)傳感器的壽命。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種壽命長(zhǎng)的突光傳感器。
實(shí)施方式的熒光傳感器具備主基板，其形成了將熒光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換元件；發(fā)光元件基板，其在第一主面上形成了產(chǎn)生激勵(lì)光的發(fā)光元件；光量均勻化部，其對(duì)從所述發(fā)光元件基板的第二主面放射的所述激勵(lì)光的光量分布進(jìn)行均勻化；以及指示劑， 其接受由所述光量均勻化部均勻化的所述激勵(lì)光，并產(chǎn)生與分析物量相應(yīng)的光量的所述熒光。


圖I是表示現(xiàn)有的熒光傳感器的簡(jiǎn)要截面結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖2是用于說明現(xiàn)有的熒光傳感器的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的分解圖。
圖3是表不第一實(shí)施方式的突光傳感器的簡(jiǎn)要截面結(jié)構(gòu)的不意圖。
圖4是用于說明第一實(shí)施方式的熒光傳感器的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的分解圖。
圖5A是用于說明第一實(shí)施方式的反射膜的說明圖。
圖5B是用于說明第一實(shí)施方式的反射膜的說明圖。
圖5C是用于說明第一實(shí)施方式的反射膜的說明圖。
圖是用于說明第一實(shí)施方式的反射膜的說明圖。
圖6是用于說明第一實(shí)施方式的熒光傳感器中的激勵(lì)光的光路的說明圖。
圖7是用于說明第一實(shí)施方式的反射膜所引起的光量分布變化的說明圖。
圖8是用于說明第一實(shí)施方式的變形例的熒光傳感器中的激勵(lì)光的光路的說明圖。
圖9是用于說明第二實(shí)施方式的遮光膜所引起的光量分布變化的說明圖。
圖10是表示第三實(shí)施方式的熒光傳感器的簡(jiǎn)要截面結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖11是表示第四實(shí)施方式的熒光傳感器的簡(jiǎn)要截面結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施方式
<第一實(shí)施方式>
下面，使用附圖對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的熒光傳感器10進(jìn)行說明。如圖3和圖4 所不，本實(shí)施方式的突光傳感器10具有作為主基板的娃基板11 ;和從娃基板11側(cè)依次層疊了氧化硅膜13、濾光器14、配設(shè)了反射膜20的發(fā)光元件基板(下面稱為“LED基板”)15、 透明樹脂層16、指示劑層17、遮光層18的結(jié)構(gòu)，其中反射膜20為使放射的激勵(lì)光的光量分布均勻化的光量均勻化部。硅基板11上形成了作為光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管元件(下面稱為“ro元件” )12。在透射激勵(lì)光E和熒光F的LED基板15的第一主面15A的大致中央部分，形成了產(chǎn)生激勵(lì)光E的發(fā)光元件即發(fā)光二極管元件(下面稱為“LED元件” )15C。 而且，與H)元件12等連接的布線等沒有圖示。
如后所述，反射膜20是配設(shè)在LED基板15的第二主面15B的大致中央部分的、反射激勵(lì)光E并透射熒光F的電介質(zhì)多層膜。濾光器14遮斷激勵(lì)光E，并透射比其波長(zhǎng)更長(zhǎng)的熒光F。
此外，PD元件12、濾光器14、LED元件15C以及指示劑層17的各自的至少一部分形成在硅基板11上的同一區(qū)域內(nèi)。而且，熒光傳感器10中，優(yōu)選H)元件12、濾光器14、LED 元件15C以及指示劑層17的各自的中央部分形成在硅基板11上的同一區(qū)域內(nèi)。
S卩，熒光傳感器10中，通過使用對(duì)來自指示劑層17的熒光F進(jìn)行透射的LED基板 15，實(shí)現(xiàn)了和已說明的現(xiàn)有熒光傳感器完全不同的結(jié)構(gòu)。
硅基板Ii是在表面上制作了 ro元件12的主基板。在基體表面上形成ro元件12 作為光電轉(zhuǎn)換元件的情況下，作為主基板，優(yōu)選單晶硅基板，但是，根據(jù)PD元件12的制造方法，能夠從玻璃基板等多種的材料中選擇。
PD元件12是將熒光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換元件，作為光電轉(zhuǎn)換元件，能夠從光電導(dǎo)體(Photo Conductor)或光電晶體管(Photo Transistor, PT)等各種光電轉(zhuǎn)換元件中選擇。此外，光電二極管或光電晶體管可以實(shí)現(xiàn)最高靈敏度并且穩(wěn)定性優(yōu)異的熒光檢測(cè)靈敏度，其結(jié)果是，可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)靈敏度和檢測(cè)精度優(yōu)異的熒光傳感器10，因此是特別優(yōu)選的。
氧化硅膜13是第一保護(hù)膜，作為具有例如幾十到幾百nm厚度的第一保護(hù)膜，可以使用氮化硅膜、或者由氧化硅膜和氮化硅膜構(gòu)成的復(fù)合層疊膜。
濾光器14中，例如在比375nm短的激勵(lì)光E的波長(zhǎng)下，其透射率是10_6以下，在 460nm的熒光F的波長(zhǎng)下，其透射率在ICT1以上即10%以上，作為基于波長(zhǎng)的透射率的比例，具有5位以上的透射率選擇性。而且，濾光器14可以是與反射膜20同樣的反射型濾光器，也可以是使用了硅膜或者碳化硅膜等的吸收型濾光器。
LED基板15是能夠形成LED元件15C并透射熒光F的基板，例如是藍(lán)寶石基板。 即，對(duì)藍(lán)寶石基板而言，熒光F的透射率高，并且，能夠形成由氮化鎵類化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的、發(fā)出紫外線的LED元件15C。
LED元件15C形成在LED基板15的第一主面15A的大致中央部分，激勵(lì)光經(jīng)過LED 基板15的內(nèi)部并從第二主面15B放射。這里，從第二主面15B放射的激勵(lì)光E的光量具有在與LED元件15C對(duì)置的中央?yún)^(qū)域強(qiáng)而在周邊區(qū)域弱的規(guī)定分布。
反射膜20是具有交替層疊了高折射率層和具有比高折射率層低的折射率的低折射率層這樣的干涉效果的反射濾光器。而且，反射膜20例如形成在第二主面15B的整個(gè)面上之后，掩蓋所期望的區(qū)域后通過蝕刻等除去不需要的區(qū)域，從而構(gòu)圖成所期望的形狀?；蛘?，也可以在形成所期望的圖形后，配設(shè)在第二主面15B上。
如圖5A 所示，反射膜20根據(jù)光量分布，可以由圓形圖形20A (圖5A)、橢圓形圖形20B(圖5B)、或者矩形圖形20C(圖5C)等的一個(gè)圖形構(gòu)成，也可以由多個(gè)圖形20D(圖 5D)構(gòu)成。
作為透明樹脂層16的環(huán)氧樹脂膜是第二保護(hù)膜。作為第二保護(hù)膜，可以使用例如硅酮樹脂或者透明的非晶型氟樹脂等。
指示劑層17，通過與進(jìn)來的分析物2的相互作用及激勵(lì)光，而產(chǎn)生與分析物2的濃度相應(yīng)的光量的熒光。指示劑層17的層厚被設(shè)定為10 μ m 500 μ m，更優(yōu)選被設(shè)定為 40 μ m 200 μ m左右。指示劑層17由基體材料構(gòu)成，該基體材料包含產(chǎn)生與分析物2的量即試樣中的分析物濃度相應(yīng)的強(qiáng)度的熒光的熒光色素。而且，指示劑層17的基體材料優(yōu)選具有可以良好地透射來自LED元件15C的激勵(lì)光和來自熒光色素的熒光的透明性。這里， 熒光色素也可以是試樣中存在的分析物2本身。而且，指示劑也可以不是層狀或膜狀，而是凝膠狀或液狀。
熒光色素可以根據(jù)分析物2的種類來選擇，只要是按照分析物2的量而產(chǎn)生的熒光光量可逆地變化的熒光色素即可。例如，在測(cè)定生物體內(nèi)的氫離子濃度或二氧化碳的情況下可以使用羥基芘三磺酸衍生物，在測(cè)定糖類的情況下可以使用具有熒光殘基(日本語蛍光殘基)的苯基硼酸衍生物，在測(cè)定鉀離子的情況下可以使用具有熒光殘基的冠醚衍生物等。
此外，在測(cè)定葡萄糖之類的糖類的情況下，作為熒光色素，可以使用釕有機(jī)絡(luò)合物、熒光苯基硼酸衍生物、或與蛋白結(jié)合的熒光素(fluorescein)等與葡萄糖可逆結(jié)合的物質(zhì)。作為釕有機(jī)絡(luò)合物，可以使用釕與2，2' -二吡啶、I，I O-菲咯啉、4，7-聯(lián)苯-1，I O-菲咯啉、4，7- 二甲基1，10-菲咯啉、4，7- 二磺酸化聯(lián)苯-1，10-菲咯啉、2，2'-鉍-2- 二氫噻唑(日本語2，2'-匕' -2-子7 '/丨J > )、2，2' _雙噻唑(日本語2，2'-匕' 子7 '/— ^ )、5_溴-1，10-菲咯啉、5-氯-1，10-菲咯啉等的絡(luò)合物等。并且，可以取代釕有機(jī)絡(luò)合物的釕而使用鋨、銥、銠、錸和鉻等的有機(jī)絡(luò)合物。而且，作為熒光苯基硼酸衍生物，尤其是包含兩個(gè)苯基硼酸和作為熒光殘基的蒽的化合物，其檢測(cè)靈敏度高。
如以上所說明的，本發(fā)明的熒光傳感器10通過熒光色素的選擇，對(duì)應(yīng)于氧傳感器、葡萄糖傳感器、PH傳感器、免 疫傳感器或者微生物傳感器等多種用途。
指示劑層17中，例如，以易含水的水凝膠為基體材料，并使水凝膠內(nèi)包含或結(jié)合著上述熒光色素。作為水凝膠的成分，可以使用將甲基纖維素或者葡聚糖等多糖類、(甲基)丙烯酰胺、羥甲基丙烯酰胺或羥基丙烯酸羥乙酯等單體聚合而制作的丙烯酸類水凝膠、或者由聚乙二醇和二異氰酸酯制作的氨基甲酸乙酯類水凝膠等。
此外，最上層的遮光層18是在指示劑層17的上部表面?zhèn)刃纬傻摹⒑穸葞资?m以下的層。遮光層18在防止激勵(lì)光和熒光泄露到熒光傳感器10的外部的同時(shí)，防止外部光進(jìn)入熒光傳感器10的內(nèi)部。
這里，為了遮斷外部光，遮光層18最好不僅覆蓋指示劑層17，而且覆蓋整個(gè)熒光傳感器10。遮光層18使用不會(huì)妨礙分析物2通過其內(nèi)部而到達(dá)指示劑層17的材料來構(gòu)成。在使用熒光傳感器10分析水溶液中的分析物的情況下，作為遮光層18的材料，優(yōu)選是例如微多孔質(zhì)的金屬或陶瓷、或者在用于指示劑層17的水凝膠中混合了炭黑或碳納米管等不使光通過的微粒的復(fù)合材料。另外，遮光層18也可以是具有大量貫穿孔的硅基板等。
另外，LED基板15、透明樹脂層16和指示劑層17也可以被收容在框架狀(日本語額縁狀)的傳感器框內(nèi)部。通過用硅等遮光性材料構(gòu)成傳感器框，可以防止外部光的進(jìn)入，并且可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)傳感器的機(jī)械強(qiáng)度的提高。
具有上述結(jié)構(gòu)的熒光傳感器10中，來自LED元件15C的激勵(lì)光E被照射到指示劑層17中的突光色素上。突光色素產(chǎn)生的突光F經(jīng)過LED基板15和濾光器14而到達(dá)F1D元件12，并被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
此外，如圖6所示，熒光傳感器10中，LED基板15的第二主面15B中光量大的中央?yún)^(qū)域的激勵(lì)光E3被反射膜20反射，沒有直接入射到指示劑層17。被反射膜20反射的激勵(lì)光E3由LED基板15內(nèi)表面和周圍的部件的表面等進(jìn)一步反射，至少一部分入射到指示劑層17中。
另外，指示劑層17產(chǎn)生的熒光F透射反射膜20和LED基板15而入射到H)元件12中。S卩，由于熒光F3透射反射膜20而入射到H)元件12，因此，反射膜20不會(huì)成為熒光檢測(cè)的妨礙因素。因此，熒光傳感器10即使在熒光F的經(jīng)過路徑中具有反射膜20也不會(huì)降低靈敏度。
如以上所說明的，反射膜20是對(duì)從第二主面15B放射的激勵(lì)光E的光量分布進(jìn)行均勻化的光量均勻化部。這里，圖7是用于說明從第二主面15B放射的激勵(lì)光E的光量分布的圖，其橫軸中央是第二主面15B的中央。如圖7所示，與(A)沒有反射膜的情況相比較， (B)具有反射膜的情況下，中央?yún)^(qū)域的光量減少，但周邊區(qū)域的光量由于被反射膜20反射的光的一部分出射而增加。即，反射膜20是使激勵(lì)光的光量分布平均化的激勵(lì)光擴(kuò)散部。
熒光傳感器10沒有在指示劑層17的中央?yún)^(qū)域集中照射強(qiáng)的激勵(lì)光，因此，指示劑的劣化進(jìn)行速度慢。因此，熒光傳感器在較長(zhǎng)期間內(nèi)不易發(fā)生檢測(cè)靈敏度下降等問題，因此壽命長(zhǎng)。
另外，熒光傳感器10的反射膜20是不僅減少光量大的區(qū)域的激勵(lì)光E、還增加光量弱的區(qū)域的激勵(lì)光E的激勵(lì)光擴(kuò)散部，因此，激勵(lì)光的利用效率高。因此，可以抑制LED 元件15C中流過的電流，因而LED元件15C的發(fā)熱少，熒光傳感器10的特性穩(wěn)定。
<第一實(shí)施方式的變形例>
即使是作為具有反射功能的光量均勻化部、代替熒光傳感器10的反射膜20而具有同時(shí)反射激勵(lì)光和熒光的鋁等金屬膜等的熒光傳感器，也可以得到壽命的改善效果。金屬膜等與多層干涉膜相比，形成容易且廉價(jià)。
另外，也可以使用具有衍射功能、散射功能或者折射功能的光量均勻化部。
具有衍射功能的光量均勻化部具有衍射光柵結(jié)構(gòu)，通過衍射現(xiàn)象使入射的光擴(kuò)散。對(duì)衍射光柵的圖形的布局而言，只要可以引起光的衍射，可以是任意圖形，例如，并排地配置平行線，或者在同心圓上配置圓圖形。
衍射光柵例如可以通過在玻璃板等上形成大量的槽或者折射率不同的圖形的平行線或者同心圓線來構(gòu)成。圖形的間距通過與指示劑層17的距離、以及使用幾次衍射光等條件來設(shè)定，優(yōu)選是O. I μπ 到50μπ 的范圍，更優(yōu)選O. 5μπ 到10 μ m的范圍。
衍射光柵接受從LED兀件15C輸出的激勵(lì)光E時(shí),通過衍射將激勵(lì)光E分散為O 次、I次、2次、更高次的衍射光。越是高次的衍射光，與進(jìn)入衍射光柵前相比，越大地改變并擴(kuò)展角度。由于光擴(kuò)展，進(jìn)入后的激勵(lì)光的光量分布與進(jìn)入衍射光柵前相比變得均勻。而且，為了遮斷O次衍射光而配設(shè)和反射膜20同樣的反射膜等。
接著，具有通過散射現(xiàn)象而將入射的光擴(kuò)散的散射功能的光量均勻化部，是例如包含直徑Inm到ΙΟμπι左右的粒子的樹脂層。粒子可以不透明，并且若具有與樹脂不同的折射率，也可以透明。
作為散射效果，只要是散射光，可以利用瑞利(Rayleigh)散射、米氏散射等任意現(xiàn)象。
接著，具有通過折射現(xiàn)象而將入射的光擴(kuò)散的折射功能的光量均勻化部，例如具有凹透鏡、菲涅耳透鏡、微凹透鏡陣列、或者棱鏡陣列等。上述結(jié)構(gòu)通過用濕式蝕刻等在氧化膜等透明膜上構(gòu)圖、或?qū)⑼该鳂渲庸こ伤谕男螤?、或者加工第二主?5B來形成。
例如，圖8所示的變形例的熒光傳感器IOA中，LED基板15的第二主面15B上形成了凹部。通過在該凹部中埋入與LED基板15折射率不同的透明樹脂層16，來形成具有凹8透鏡功能的激勵(lì)光擴(kuò)散部21。激勵(lì)光擴(kuò)散部21是透明樹脂層16的一部分，也是通過第二主面15B的加工而形成的LED基板15的一部分。當(dāng)然，也可以在LED基板15配設(shè)另外制作的凹透鏡。
LED元件15C產(chǎn)生的激勵(lì)光E4通過具有凹透鏡功能的激勵(lì)光擴(kuò)散部21擴(kuò)散到外周部側(cè)。因此，中央?yún)^(qū)域的光量減少而周邊區(qū)域的光量增加。
另外，例如，菲涅耳透鏡通過折射將從LED元件15C輸出的激勵(lì)光擴(kuò)散為更大角度。通過將菲涅耳透鏡設(shè)計(jì)為越是光量多的中央?yún)^(qū)域折射角越大，可以使進(jìn)入指示劑層17 的激勵(lì)光的光量分布更均勻。
另外，微透鏡陣列接受激勵(lì)光時(shí)，各個(gè)透鏡擴(kuò)散激勵(lì)光。折射的程度依賴于透鏡的焦距，可以單獨(dú)設(shè)定各個(gè)透鏡的焦距，因此，通過擴(kuò)大配設(shè)在光量多的中央?yún)^(qū)域的透鏡的折射角，可以使進(jìn)入指示劑層17的激勵(lì)光的光量分布更均勻。
另外，棱鏡陣列接受激勵(lì)光時(shí)，各個(gè)棱鏡使激勵(lì)光向任意方向擴(kuò)散。通過使光量多的中央?yún)^(qū)域的光以大的角度折射等，可以使進(jìn)入指示劑層17的激勵(lì)光的光量分布更均勻。
上述將光量分布平均化的激勵(lì)光擴(kuò)散部，都可以在制作后配設(shè)在LED基板15的第二主面15B上，也可以通過加工第二主面15B而形成。
<第二實(shí)施方式>
接著，對(duì)第二實(shí)施方式的熒光傳感器IOB進(jìn)行說明。熒光傳感器IOB與熒光傳感器 10類似，因此，對(duì)相同功能的構(gòu)成要件標(biāo)以相同的數(shù)字標(biāo)記，并省略說明。熒光傳感器IOB 的光量均勻化部，是在第二主面15B的至少與LED元件15C對(duì)置的區(qū)域所形成的、具有吸收激勵(lì)光的功能的遮光膜22。遮光膜22是使光量分布的光量大的區(qū)域的光量衰減的激勵(lì)光衰減部。
S卩，如圖9所示，與“㈧沒有遮光膜”的情況相比較，“⑶具有反射膜”的情況下， 中央?yún)^(qū)域的光量減少，而周邊區(qū)域的光量沒有變化。遮光膜22可以僅配設(shè)在激勵(lì)光的光量大、即激勵(lì)光強(qiáng)的區(qū)域，或者也可以是越是激勵(lì)光強(qiáng)的區(qū)域越表現(xiàn)出強(qiáng)效果的結(jié)構(gòu)。例如， 遮光膜22也可以改變厚度，使得中央部吸收最大，而周邊部吸收小。另外，也可以如圖所示的反射膜圖形20D那樣，由多個(gè)圖形構(gòu)成遮光膜22。
例如，遮光膜22可以使用激勵(lì)光的透射率為10 90%左右的不透明樹脂，或者也可以是不透明膜的點(diǎn)狀圖形或條狀圖形。
遮光膜22制作容易，可以通過使激勵(lì)光的發(fā)光強(qiáng)度高的位置的激勵(lì)光衰減，使指示劑層17受光的光量均勻化。因此，熒光傳感器IOB和熒光傳感器10等一樣，壽命長(zhǎng)。
<第三實(shí)施方式>
接著，對(duì)第三實(shí)施方式的熒光傳感器IOC進(jìn)行說明。熒光傳感器IOC與熒光傳感器10類似，因此，對(duì)相同功能的構(gòu)成要件標(biāo)以相同的數(shù)字標(biāo)記，并省略說明。
如圖10所示，熒光傳感器IOC具有具有凹部33的主基板25、配設(shè)了反射膜20的 LED基板15、透明樹脂層16C、指示劑層17C和遮光層18C。LED基板15、透明樹脂層16C、指示劑層17C被配設(shè)在凹部33的內(nèi)部，遮光層18C被配設(shè)為堵住凹部33的開口。
主基板25通過將具有未圖示的各種布線層的布線基板30和中央具有貫穿孔的四棱柱形狀的框狀基板40接合而制作。因此，主基板25中，第一主面32A具有凹部33，該凹部33具有和第一主面32A平行的底面32B。S卩，布線基板30的表面是凹部33的底面32B，9框狀基板40的貫穿孔的內(nèi)壁是凹部33的內(nèi)壁24。而且，熒光傳感器IOC中，框狀基板40 的外形形狀和凹部33的內(nèi)表面形狀均為長(zhǎng)方體，但是，也可以是四棱柱、多棱柱或者圓柱。
PD元件12C形成在框狀基板40的貫穿孔的四個(gè)內(nèi)壁、即主基板25的凹部33的四個(gè)內(nèi)壁24上。而且，為了改善檢測(cè)靈敏度，ro元件12C優(yōu)選形成在包圍指示劑層17C的四個(gè)內(nèi)壁的全部上，但是，只要形成在至少一個(gè)內(nèi)壁的至少一部分上就可以。
為了內(nèi)壁24上形成H)元件12C，在使由硅等半導(dǎo)體構(gòu)成的基板傾斜到5度 30 度的狀態(tài)下，從四個(gè)方向進(jìn)行離子注入處理。例如，注入硼的情況下的條件是，加速電壓 10 IOOkeV,注入量:1 X IO12CnT2 5 X IO15CnT2 左右。
為了覆蓋四個(gè)內(nèi)壁24上形成的H)元件12C而配設(shè)了濾光器14C。濾光器14C遮斷激勵(lì)光E，并透射比其波長(zhǎng)更長(zhǎng)的熒光F。
LED基板15使第二主面15B朝上地配設(shè)在凹部33的底面32B上。指示劑層17C 在覆蓋LED基板15的透明樹脂層16C之上配設(shè)。
與第一實(shí)施方式的熒光傳感器10同樣，反射膜20是具有干涉效果的反射濾光器， 并且是對(duì)從第二主面15B放射的激勵(lì)光E的光量分布進(jìn)行均勻化的光量均勻化部。當(dāng)然， 作為光量均勻化部，也可以使用已說明的各種激勵(lì)光擴(kuò)散部或者各種激勵(lì)光衰減部。
接著，說明熒光傳感器IOC的動(dòng)作。
從LED基板15的第二主面15B放射的激勵(lì)光E通過反射膜20被平均化，并經(jīng)由透明樹脂層16C入射到指示劑層17C。指示劑層17C發(fā)出與分析物量相應(yīng)的強(qiáng)度的熒光F。
指示劑層17C產(chǎn)生的熒光F經(jīng)由濾光器14C入射到內(nèi)壁24上形成的H)元件12C 中。此外，從F1D兀件12C輸出與突光F的強(qiáng)度相應(yīng)的信號(hào)。而且,激勵(lì)光E被濾光器14C 遮斷而沒有入射到H)元件12C。
如以上所說明的，熒光傳感器IOC中，主基板25具有凹部33，該凹部33具有和主面32A平行的底面32B，PD元件12C形成在凹部33的內(nèi)壁24上，LED基板15和指示劑層 17C被配設(shè)在凹部33的內(nèi)部。尤其，熒光傳感器IOC中具有將由硅等半導(dǎo)體構(gòu)成的布線基板30和形成了貫穿孔的框狀基板40接合而成的主基板25。
突光傳感器IOC具有和第一實(shí)施方式的突光傳感器10相同的效果，并且，通過圍繞指示劑層17C的內(nèi)壁24上形成的H)元件12C對(duì)熒光F進(jìn)行檢測(cè)，因此，檢測(cè)靈敏度高。
而且，可以接合具有布線基板30的功能的LED基板15，以覆蓋框狀基板40的貫穿孔的下表面。另外，如后所述，貫穿孔的壁面也可以是錐形形狀。
<第三實(shí)施方式的變形例>
接著，對(duì)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的變形例的熒光傳感器IOD進(jìn)行說明。熒光傳感器IOD與第三實(shí)施方式的熒光傳感器IOC類似，因此，對(duì)相同構(gòu)成要件標(biāo)以相同的數(shù)字標(biāo)記，并省略說明。
如圖11所示，熒光傳感器IOD中，與第三實(shí)施方式的布線基板30和框狀基板40 相當(dāng)?shù)闹骰?5D，由半導(dǎo)體基板例如硅基板一體制作。即，主基板25D的凹部33D是例如通過蝕刻法形成在硅基板的第一主面32C上的矩形的凹部。
作為蝕刻法,最好是使用四甲基氫氧化銨(TMAH)水溶液、氫氧化鉀(KOH)水溶液等的濕式蝕刻，也可以使用反應(yīng)離子蝕刻(RIE)、化學(xué)干式蝕刻(CDE)等干式蝕刻。
例如，主面的面取向?yàn)?100)面的硅基板的情況下，成為(111)面的蝕刻速度比(100)面慢的各向異性蝕刻。因此，凹部33D的內(nèi)壁24D成為(111)面，與(100)面所成的角度Θ1為54.74度。即，開口部及底面32D為矩形的凹部33D的四個(gè)內(nèi)壁24D為錐形形狀。
PD元件12D形成在凹部33D的內(nèi)壁24D上。H)元件12D形成在至少一個(gè)內(nèi)壁的至少一部分上。內(nèi)壁具有錐形的凹部33D與內(nèi)壁24垂直的凹部33相比，不僅形成H)元件的面積大，且容易向內(nèi)壁24D形成H)元件12D。H)元件12D形成后，配設(shè)濾光器14D以覆蓋PD元件12D。
而且，根據(jù)熒光傳感器的規(guī)格，也可以和熒光傳感器IOC—樣，凹部的內(nèi)壁24D垂直于主面。另外，凹部33D的底面32D上也可以形成H)元件并配設(shè)濾光器。
這里，熒光傳感器IOD中，LED基板I 從第二主面15B側(cè)被研磨加工，例如被薄層化到厚度為ΙΟμπι。因此，與配設(shè)了沒有被薄層化的LED基板的情況相比較，相對(duì)于凹部 33D的深度，指示劑層17D所占的厚度較厚，因此產(chǎn)生更多的熒光。因此，熒光傳感器IOD的敏感度高。另外，具有被薄層化的LED基板的熒光傳感器，即使是深度較淺的凹部也可以得到充分的檢測(cè)靈敏度。
LED基板I 的第二主面15B上設(shè)置和第一實(shí)施方式的熒光傳感器10相同的作為光量均勻化部的反射膜20。當(dāng)然，作為光量均勻化部，也可以使用已說明的各種激勵(lì)光擴(kuò)散部或各種激勵(lì)光衰減部。
而且，圖11中，也沒有示出與LED基板I 的第一主面15A上形成的LED元件15C 的電極15M連接的布線等。透明樹脂層16D被配設(shè)到凹部33D以覆蓋LED基板I 之后， 將指示劑層17D配設(shè)到凹部33D內(nèi)部。此后，配設(shè)遮光層18D以堵住凹部33D的開口。
熒光傳感器IOD中，在由半導(dǎo)體構(gòu)成的主基板2 上具有凹部33D，該凹部33D具有與主面32C平行的底面32D，H)元件12D形成在凹部33D的內(nèi)壁24D上，LED基板15D和指示劑層17D被配設(shè)在凹部33D的內(nèi)部。尤其，熒光傳感器IOD中，凹部33D通過蝕刻形成在由硅構(gòu)成的主基板2 上。
熒光傳感器IOD具有熒光傳感器IOC等所具有的效果，并且，容易制造，且適于小型化，并且靈敏度更高。
本發(fā)明并不限于上述的實(shí)施方式和變形例，在不改變本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行各種變更、改變等。
權(quán)利要求
1.一種突光傳感器，其特征在于，具備 主基板，形成有將熒光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換元件； 發(fā)光元件基板，在第一主面上形成有產(chǎn)生激勵(lì)光的發(fā)光元件； 光量均勻化部，對(duì)從所述發(fā)光元件基板的第二主面放射的所述激勵(lì)光的光量分布進(jìn)行均勻化；以及 指示劑，接受由所述光量均勻化部均勻化后的所述激勵(lì)光，并產(chǎn)生與分析物量相應(yīng)的光量的所述熒光。
2.如權(quán)利要求I所述的熒光傳感器，其中， 在所述主基板上具有凹部，該凹部具有與主面平行的底面，所述光電轉(zhuǎn)換元件形成在所述凹部的內(nèi)壁上，所述發(fā)光元件基板和所述指示劑被配設(shè)在所述凹部的內(nèi)部。
3.如權(quán)利要求I所述的熒光傳感器，其中， 所述光量均勻化部是對(duì)所述光量分布進(jìn)行平均化的激勵(lì)光擴(kuò)散部。
4.如權(quán)利要求3所述的熒光傳感器，其中， 所述激勵(lì)光擴(kuò)散部具有衍射功能、散射功能、折射功能或者反射功能。
5.如權(quán)利要求4所述的熒光傳感器，其中， 所述激勵(lì)光擴(kuò)散部是在所述第二主面的至少與所述發(fā)光元件對(duì)置的區(qū)域上形成的反射膜。
6.如權(quán)利要求5所述的突光傳感器,其中， 所述反射膜是反射所述激勵(lì)光并透射所述熒光的多層膜。
7.如權(quán)利要求I所述的熒光傳感器，其中， 所述光量均勻化部是對(duì)激勵(lì)光的光量大的區(qū)域的光量進(jìn)行衰減的激勵(lì)光衰減部。
8.如權(quán)利要求7所述的熒光傳感器，其中， 所述激勵(lì)光衰減部是在所述第二主面的至少與所述發(fā)光元件對(duì)置的區(qū)域上形成的、具有吸收所述激勵(lì)光的功能的遮光膜。
9.如權(quán)利要求2所述的熒光傳感器，其中， 所述光量均勻化部是對(duì)所述光量分布進(jìn)行平均化的激勵(lì)光擴(kuò)散部。
10.如權(quán)利要求9所述的熒光傳感器，其中， 所述激勵(lì)光擴(kuò)散部具有衍射功能、散射功能、折射功能或者反射功能。
11.如權(quán)利要求10所述的熒光傳感器，其中， 所述激勵(lì)光擴(kuò)散部是在所述第二主面的至少與所述發(fā)光元件對(duì)置的區(qū)域上形成的反射膜。
12.如權(quán)利要求11所述的熒光傳感器，其中， 所述反射膜是反射所述激勵(lì)光并透射所述熒光的多層膜。
13.如權(quán)利要求2所述的熒光傳感器，其中， 所述光量均勻化部是對(duì)激勵(lì)光的光量大的區(qū)域的光量進(jìn)行衰減的激勵(lì)光衰減部。
14.如權(quán)利要求13所述的熒光傳感器，其中， 所述激勵(lì)光衰減部是在所述第二主面的至少與所述發(fā)光元件對(duì)置的區(qū)域上形成的、具有吸收所述激勵(lì)光的功能的遮光膜。
15.如權(quán)利要求I所述的熒光傳感器，其中，所述主基板具有貫穿孔，所述光電轉(zhuǎn)換元件形成于所述貫穿孔的內(nèi)壁，所述指示劑被配設(shè)在所述貫穿孔的內(nèi)部。
16.如權(quán)利要求15所述的突光傳感器,其中， 所述光量均勻化部是對(duì)所述光量分布進(jìn)行平均化的激勵(lì)光擴(kuò)散部。
17.如權(quán)利要求16所述的熒光傳感器，其中， 所述激勵(lì)光擴(kuò)散部具有衍射功能、散射功能、折射功能或者反射功能。
18.如權(quán)利要求17所述的熒光傳感器，其中， 所述激勵(lì)光擴(kuò)散部是在所述第二主面的至少與所述發(fā)光元件對(duì)置的區(qū)域上形成的反射膜。
19.如權(quán)利要求18所述的熒光傳感器，其中， 所述反射膜是反射所述激勵(lì)光并透射所述熒光的多層膜。
20.如權(quán)利要求15所述的熒光傳感器，其中， 所述光量均勻化部是遮光膜，該遮光膜對(duì)激勵(lì)光的光量大的區(qū)域的光量進(jìn)行衰減，在所述第二主面的至少與所述發(fā)光元件對(duì)置的區(qū)域上形成，并具有吸收所述激勵(lì)光的功能。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熒光傳感器，該熒光傳感器(10)具備硅基板(11)，其形成了將熒光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的PD元件(12)；LED基板(15)，其在第一主面(15A)上形成了產(chǎn)生激勵(lì)光的LED元件(15C)；反射膜(20)，其對(duì)從LED基板(15)的第二主面(15B)放射的激勵(lì)光的光量分布進(jìn)行平均化；以及指示劑層(17)，其接受由反射膜(20)平均化后的激勵(lì)光，并產(chǎn)生與分析物量相應(yīng)的光量的熒光。
文檔編號(hào)G01N21/77GK102928419SQ20121011907
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月11日
發(fā)明者前江田和也, 松本淳 申請(qǐng)人:奧林巴斯株式會(huì)社, 泰爾茂株式會(huì)社