光導、光導模塊、光傳輸裝置、光導的制造方法

專利名稱：光導、光導模塊、光傳輸裝置、光導的制造方法
技術領域：
本發明涉及光導以及具備光導的光導模塊、光傳輸裝置以及光導的制造方法。
背景技術：
近年來，使用光的通信技術和能量傳輸技術、運算/控制處理技術等正在受到關注。例如，開發出了連接多個通信設備的光纖、連接印刷基板彼此的光互連、用光連接多個電路之間的光電路基板、在電路內使用光進行信息傳輸的光集成電路(光IC、OEIC(Opto Electronics IntegratedCircuit，光電集成電路))等。通過使用光，除了以往的使用電的配線和電路的功能之外，還可以高速傳輸大容量的數據，此外，與以往的使用電的裝置相比可以減少配線數，因此可實現裝置的小型化。
但是，在使用光的通信和能量傳輸中，使用用于對光信號和光能進行引導的光導。一般地，光導在下包層和上包層之間，形成作為折射率比上下包層高的部分的芯部，入射進芯部內的光在各包層和芯部之間的界面全反射而進行傳輸。
以往，在制作這樣的光導時，對于材料利用石英，通過對該石英應用離子注入法、離子交換法等，來形成芯部和包層。
此外，最近正在開展在材料價格方面具有優勢的樹脂制光導的開發。但是，在形成所述的光導時，為了在包層的表面形成芯部結構，而對于每一個形成使用光致抗蝕劑的芯部圖案，之后通過反應性離子蝕刻等進行加工，因此在制造過程中，需要使用昂貴的設備和裝置的半導體工藝，制造成本變高。
此外，正在探討把具有光導的芯部圖案的凸形狀的壓模貼在熔融狀態或者液體狀態的高分子上，并且在該狀態下使高分子固化，轉印(復制)芯部圖案的槽作為下包層的方法。
這樣，使用了高分子的光導，即，在樹脂制光導的制作中，在通過復制制作光導的芯槽時，為了使壓模易于脫模，需要在芯部的截面形狀上形成起模錐度，一般芯部形狀的截面形狀不是矩形而是梯形。作為使用這樣的方法制作出的光導的形狀，例如有在日本公開專利公報特開2003-240991號公報(2003年8月27日公開)中公開的光導形狀。
此外，近年來，正在開發將以往的FPC(flexible Printed Circuit，撓性印刷電路)基板和電氣配線板等置換為作為具有撓曲性的光導的薄膜光導的技術。
但是，在芯部的截面形狀為梯形或矩形的光導中，特別是在芯部一包層界面上，由于芯部一包層之間的熱膨脹率(熱膨脹系數)之差，存在容易產生剝離的問題。
當在芯部一包層之間產生剝離時，在芯部上產生微小的缺口，微小的包層樹脂附著在芯部表面上，在芯部內傳播的光在該微小部分中發生散射，因此產生光損失。此外，在單模光導中，該剝離部分中的芯部和包層的折射率變化，從芯部向包層滲出的光量變化，產生光損失。此外，當在局部產生剝離后，水分進入那里，由于溫度變化而剝離擴大，可靠性更加降低。
此外，在期待替代FPC基板和電氣配線板的薄膜光導中，追求撓曲性，但存在由于反復彎曲而使芯部一包層界面發生剝離的問題。
使用圖9(a)和圖9(b)說明發生該不良的原因。圖9(a)是芯部的截面形狀為梯形的光導以及芯部的截面形狀為矩形的光導的截面圖。如這些圖所示，各光導由下包層101、上包層102以及芯部103構成。在設在下包層101上的槽中，填充折射率及熱膨脹系數與各包層不同的材料而形成芯部103。此外，兩包層的材質可以相同，也可以不同。
這樣，因為芯部103的熱膨脹系數和各包層的熱膨脹系數不同，所以在兩者之間產生剪切力。此外，作為這樣的剪切力所作用的最一般的部分，可以列舉出芯部103和下包層101之間的界面。
圖9(b)是表示在圖9(a)中示出的各光導中用虛線圍起的部分，即，芯部103和下包層101之間的界面的截面圖。如該圖所示，當芯部形狀為梯形或矩形時，由于線膨脹系數(熱膨脹系數)之差引起的雙方的膨脹力的差異，在界面上產生很大的剪切力，由此產生剝離。

發明內容
本發明就是鑒于所述問題而提出的，其目的在于，提供防止剝離、提高了光學特性的可靠性的光導、以及使用該光導的光傳輸裝置、光導的制造方法。
為了解決所述問題，本發明的光導具備將光封閉而使其傳播的芯部和具有包圍所述芯部的槽部的包層，其特征在于，所述芯部為如下形狀與所述芯部內傳播的光的光軸方向垂直的截面的與所述槽部的側面或者底面相接的部分的至少一部分相對于該截面的中心彎曲。
根據所述的結構，芯部和包層之間的界面彎曲，例如由于所述芯部和包層之間的熱膨脹系數之差和所述光導的彎曲等而在所述芯部和所述包層之間的界面上產生的剪切力的作用方向在界面的微小區域中不同，因此可分散、減低界面整體的剪切力。因此，可實現防止在所述芯部和所述包層之間的界面上產生剝離，提高光學特性的可靠性的光導。
此外，所述芯部也可以是所述截面的與所述槽部的側面相接的部分的至少一部分相對于該截面的中心為彎曲的形狀。
根據所述結構，在所述芯部和所述包層上設置的槽部的側面之間的界面上產生的剪切力的作用方向在界面的微小區域中不同，因此可分散、減低界面整體的剪切力。因此，可防止在所述界面上產生剝離。
此外，所述芯部也可以是所述截面的與所述槽部的底面相接的部分的至少一部分相對于該芯部的中心為彎曲的形狀。
在該情況下，在所述芯部和所述包層上設置的槽部的底面之間的界面上、或者在所述芯部和所述槽部的側面和底面之間的界面上產生的剪切力的作用方向在界面的微小區域中不同，因此可分散、減低界面整體的剪切力。因此，可防止在所述界面上產生剝離。
此外，所述光導具有形成為覆蓋所述包層以及所述芯部的第2包層，所述芯部也可以是所述截面的與所述第2包層相接的部分的至少一部分相對于該芯部的中心為彎曲的形狀。
根據所述結構，不僅在所述包層和所述芯部之間的界面上，而且在所述第2包層和所述芯部之間的界面上產生的剪切力的作用方向，也在界面的微小區域中為不同的方向，因此可分散、減低該界面整體的剪切力。因此，可以可靠地防止在所述包層和所述芯部之間的界面以及所述第2包層和所述芯部之間的界面上產生剝離，提高光學特性的可靠性。
此外，所述包層的彎曲彈性模量可以為1000MPa以下。
根據所述結構，在所述光導的制造過程中，可以通過控制施加在所述包層上的按壓力，來控制所述芯部的形狀。例如，在所述槽部中封入形成所述芯部的樹脂，在所述包層的表面上施加按壓力，使得所述包層變形，從而使得填充在所述槽部中的樹脂變形，在該狀態下使該樹脂固化，從而可以形成具有所述截面形狀的芯部。因此，可實現削減了制造成本的廉價的光導。
此外，所述光導可以由總厚度在300μm以下的樹脂層構成。如果所述樹脂層的總厚度在300μm以下，則適合于彎曲使用、或者卷繞在軸等上來使用。此外，可以減少光導的設置空間，因此可以實現具備該光導的設備的小型化。
此外，所述光導的彈性模量可以在20MPa以上且在250MPa以下。
根據所述結構，優選在例如電子設備的驅動部(鉸鏈部、旋轉部等)中設置所述光導。此外，因為可以減少光導的設置空間，因此可實現具備該光導的設備的小型化。此外，如果彈性模量在20MPa以上且在250MPa以下，可以將由于扭曲光導而在該光導的連接部產生的張力減低到不產生連接不良的程度。
本發明的光導模塊的特征在于，具備所述的任一種光導；以及將電信號轉換為光而射出的投光元件，從所述投光元件射出的光入射到所述光導的芯部中。
根據所述結構，從投光元件射出的光可通過所述光導適當地傳播。
此外，本發明的光導模塊也可構成為具備所述的任一種光導；以及將接收到的光轉換為電信號的受光元件，通過所述光導傳播的光入射到所述受光元件中。
根據所述結構，通過所述光導傳播的光可以由所述受光元件適當地接收。
此外，本發明的光導模塊也可以構成為具備所述的任一種光導；將電信號轉換為光而射出的投光元件；以及將接收到的光轉換為電信號的受光元件，從所述投光元件射出的光入射到所述光導的芯部中，該入射的光經由芯部傳播而入射到所述受光元件中。
根據所述結構，從投光元件射出的光可通過所述光導適當地傳播，并且可由所述受光元件適當地接收通過所述光導傳播的光。
為了解決所述問題，本發明的光傳輸裝置的特征在于，具有主體；以及相對于所述主體相對地移動或者旋轉的驅動部，使用由總厚度在300μm以下的樹脂層的層疊體(具有柔軟性的樹脂層的層疊體)構成的光導、或者彈性模量在20MPa以上且在250MPa以下的光導、或者作為總厚度在300μm以下的樹脂層且彈性模量在20MPa以上且在250MPa以下的光導，在所述主體和所述驅動部之間傳輸光信號。
根據所述結構，可以按照考慮了所述驅動部的移動或旋轉的形狀來設置所述光導。此外，即使在隨著所述驅動部的移動或者旋轉而所述光導的彎曲狀態改變的情況下，由于彎曲而在所述芯部和所述包層之間的界面上產生的剪切力的作用方向在界面的微小區域中不同，因此可分散、減低界面整體的剪切力。因此，對剪切力的容許量增加，變得不易產生剝離。
為了解決所述問題，本發明提供了一種光導的制造方法，該光導具有用于將光封閉而使其傳播的芯部和具有包圍所述芯部的槽部的包層，其特征在于，該制造方法包括以下步驟在由第1樹脂構成的所述包層的表面上形成所述槽部的步驟；在所述槽部填充第2樹脂的步驟；通過向所述包層施加按壓力，使得所述槽部的形狀變形，按照所述槽部的形狀變形使得所述第2樹脂變形，并且使該第2樹脂固化，從而形成所述芯部的步驟。
根據所述的制造方法，通過向所述包層施加按壓力，可以將與所述第2樹脂的光軸方向垂直的截面的、與所述槽部的側面或者底面相接的部分的至少一部分變形為相對于該截面的中心彎曲的形狀。然后，通過在該狀態下固化第2樹脂，可形成如下形狀的芯部垂直于光軸方向的截面的與所述槽部的側面或底面相接的部分的至少一部分相對于該截面的中心彎曲。
因此，例如由于所述芯部和包層之間的熱膨脹系數的差或所述光導的彎曲等而在所述芯部和所述包層之間的界面上產生的剪切力的作用方向在界面的微小區域中不同，因此可制造能夠分散、減低界面整體的剪切力的光導。由此，可實現在光導中防止在所述芯部和所述包層之間的界面上產生剝離、且提高了光學特性的可靠性的光導。
此外，在所述槽部的形成步驟中，可以在由所述第1樹脂構成的樹脂層上，壓接具有所述槽部的反轉圖案的壓模，并且使該樹脂層固化，從而形成所述包層。
在該情況下，在通過轉印(復制)壓模的形狀來形成芯部的制造方法中，可在所述芯部的截面上容易地形成彎曲形狀。因此，具備在截面上具有彎曲形狀的芯部，由此可廉價地大量制作防止剝離、提高了光學特性的可靠性的光導。
為了解決所述問題，本發明提供了另一種光導的制造方法，該光導具有將光封閉而使其傳播的芯部和具有包圍所述芯部的槽部的包層，其特征在于，該制造方法包括以下步驟在所述包層上形成側面或者底面的至少一部分具有彎曲部的所述槽部的步驟；以及通過在所述槽部中填充第2樹脂并使其固化，而形成所述芯部的步驟。
根據所述的制造方法，通過在所述包層上，形成側面或者底面的至少一部分具有彎曲部的槽部，在該槽部中填充第2樹脂并使其固化，可形成如下形狀的芯部垂直于光軸方向的截面的與所述槽部的側面或者底面相接的部分的至少一部分相對于該截面的中心彎曲。
因此，在所述芯部和所述包層之間的界面上產生的剪切力的作用方向在界面的微小區域中不同，因此可制造能夠分散、減低界面整體的剪切力的光導。由此，可實現防止在所述芯部和所述包層之間的界面上產生剝離、且提高了光學特性的可靠性的光導。
此外，在所述槽部的形成步驟中，可以通過具有開口部的遮蔽物照射能量束，來形成所述槽部。
在該情況下，例如可以通過改變所述能量束的能量密度，來變更所述槽部的加工形狀，可以形成如下的槽部在所述包層的與光軸方向垂直的截面上，側面或者底面的至少一部分具有彎曲部。
因此，可制造能夠分散、減低在所述芯部和所述包層之間的界面上產生的剪切力的光導。由此，可實現防止在所述芯部和所述包層之間的界面上產生剝離、且提高了光學特性的可靠性的光導。
為了解決所述問題，本發明提供了另一種光導的制造方法，該光導具有將光封閉而使其傳播的芯部和包圍所述芯部的包層，其特征在于，該制造方法包括以下步驟在第1包層上堆積第2樹脂形成芯部層的步驟；通過對所述芯部層實施蝕刻，形成如下形狀的芯部的步驟與所述芯部內傳播的光的光軸方向垂直的截面的輪廓的至少一部分相對于該截面的中心彎曲；以及形成第2包層以覆蓋所述芯部和所述第1包層的步驟。
根據所述的制造方法，可以制造如下的光導，即通過第2包層包圍如下形狀的芯部與光的傳播方向垂直的截面的輪廓的至少一部分相對于該截面的中心彎曲。
因此，在所述芯部和所述第2包層之間的界面上產生的剪切力的作用方向在界面的微小區域不同，因此可制造能夠分散、減低界面整體的剪切力的光導。由此，可實現防止在所述芯部和所述第2包層之間的界面上產生剝離、且提高了光學特性的可靠性的光導。
此外，在所述芯部的形成步驟中，可以通過遮蔽物實施反應性離子蝕刻，來形成所述芯部。
在該情況下，例如通過控制實施反應性離子蝕刻時的氣體流量、室壓、等離子輸出等的參數，或者適當地設定所述遮蔽物的形狀，可形成截面的輪廓相對于中心具有彎曲形狀的芯部。


圖1(a)是本發明的一個實施方式的光導的平面圖。
圖1(b)是圖1(a)中示出的光導的截面圖。
圖1(c)是表示在圖1(b)的芯部與包層的界面上產生的剪切力的放大圖。
圖2(a)是表示本發明的一個實施方式的光導的制造過程的截面圖。
圖2(b)是表示本發明的一個實施方式的光導的制造過程的截面圖。
圖2(c)是表示本發明的一個實施方式的光導的制造過程的截面圖。
圖2(d)是表示本發明的一個實施方式的光導的制造過程的截面圖。
圖2(e)是表示本發明的一個實施方式的光導的制造過程的截面圖。
圖2(f)是表示本發明的一個實施方式的光導的制造過程的截面圖。
圖2(g)是表示本發明的一個實施方式的光導的制造過程的截面圖。
圖3(a)是表示本發明的另一實施方式的光導的制造過程的另一例的截面圖。
圖3(b)是表示本發明的另一實施方式的光導的制造過程的另一例的截面圖。
圖4(a)是表示本發明的另一實施方式的光導的制造過程的另一例的截面圖。
圖4(b)是表示本發明的另一實施方式的光導的制造過程的另一例的截面圖。
圖5是表示本發明的另一實施方式的光導的制造過程的另一例的截面圖。
圖6(a)是表示具有本發明的另一實施方式的光導(薄膜光導)的折疊式便攜電話的外觀的立體圖。
圖6(b)是表示圖6(a)中示出的折疊式便攜電話中的應用了本發明的薄膜光導的部分的方框圖。
圖6(c)是圖6(a)中示出的折疊式便攜電話的鉸鏈部的透視平面圖。
圖7(a)是表示具有本發明的另一實施方式的光導(薄膜光導)的印刷裝置的外觀的立體圖。
圖7(b)是表示圖7(a)中示出的印刷裝置中的應用了本發明的另一實施方式的光導(薄膜光導)的部分的方框圖。
圖7(c)是表示圖7(a)中示出的印刷裝置的本發明的另一實施方式的光導(薄膜光導)的彎曲狀態的立體圖。
圖7(d)是表示圖7(a)中示出的印刷裝置的本發明的另一實施方式的光導(薄膜光導)的彎曲狀態的立體圖。
圖8是表示具有本發明的另一實施方式的光導(薄膜光導)的硬盤記錄再生裝置的外觀的立體圖。
圖9(a)是以往的薄膜光導、即芯部的截面形狀為梯形和矩形的薄膜光導的截面圖。
圖9(b)是表示圖9(a)中示出的各薄膜光導的芯部和下包層之間的界面上產生的剪切力的截面圖。
圖10是表示本發明的一個實施方式的光導模塊的一例的平面圖。
圖11是表示圖10中示出的光導模塊中的光導和基板之間的連接部的概略結構的截面圖。
圖12是表示本發明的一個實施方式的光導模塊的另一例的平面圖。
圖13是表示具有本發明的一個實施方式的光導模塊的便攜電話的結構的截面圖。
圖14是在圖13中示出的便攜電話中具備的光導模塊的平面圖。
圖15是表示在圖14中示出的光導模塊中，用于使作用在接合部上的張力為0.5kgf以下的扭曲部分的長度和光導的彈性模量之間的關系的曲線圖。
具體實施例方式使用

本發明的一個實施方式。圖1(a)是本實施方式的光導10的正視圖，圖1(b)是圖1(a)的D-D’截面的截面圖。
如圖1(b)所示，光導10由基板1、下包層(包層)2、上包層(第2包層)3、芯部4構成。芯部4形成為被設在下包層2上的槽(槽部)包圍，芯部4由折射率比下包層2和上包層3高的材料構成。由此，從芯部4的一個端面入射到芯部4內的光在兩個包層2、3和芯部4之間的界面上全反射而傳輸，從芯部4的另一端面射出。
基板1的材質不特別限定，但在本實施方式中使用了玻璃基板。
下包層2由固化后的彎曲彈性模量為大約1000MPa以下的丙烯酸樹脂(紫外線固化樹脂)構成。
上包層3不特別限定材質，但在本實施方式中使用了與下包層2同樣的材質。
芯部4由折射率比下包層2和上包層2高的紫外線固化樹脂構成。
此外，如圖1(b)所示，在本實施方式的光導10中，芯部4的截面形狀不是梯形或矩形，而是具有楔形的形狀，即梯形或者矩形的各邊向內側凹陷(彎曲)的形狀。圖1(c)是示出在圖1(b)的芯部4與下包層2之間的界面(用虛線圍起的部分)的放大圖。這樣，在本實施方式的光導10中，芯部4和下包層2之間的界面彎曲，因此由于芯部4和下包層2之間的熱膨脹系數之差和光導10的彎曲等而在芯部4和下包層2之間的界面上產生的剪切力的作用方向在界面的微小區域中不相同。因此，可分散、減低界面整體的剪切力。由此，在光導10中，剪切力的容許量(容許值)增加，變得難以產生剝離。
在此，對于光導10的制造方法進行說明。圖2(a)～圖2(g)是表示光導10的制造過程的截面圖。
在光導10的制造過程中，首先，在基板1上涂布(堆積)未固化的紫外線固化樹脂(下包層樹脂)。
然后，利用在表面具有設置了拔模斜度的光導圖案的反轉圖案的壓模(未圖示)來壓接該紫外線固化樹脂的表面，并且在該狀態下照射紫外線使得紫外線固化樹脂固化。
由此，如圖2(a)所示，在基板1上形成轉印了由光導圖案構成的芯槽(槽部)2a的下包層2。此外，在本實施方式中，設芯槽2a的高度(深度)為50μm，底部的寬度為50μm。
接著，在該芯槽2a中，填充折射率比下包層2大的紫外線固化樹脂(芯部樹脂)4a(參照圖2(b))。芯部樹脂4a的材質只要是折射率比下包層2大的樹脂即可，并不特別限定，但在此使用了丙烯酸樹脂。
接著，如圖2(c)所示，利用平坦的壓模5對下包層2和芯部樹脂4a向基板1方向按壓，延展多余的芯部樹脂4a。在此，當加強壓模5的按壓力時，如圖2(d)所示，已經固化成形的具有彈性的下包層2的芯槽2a的側面和底面被壓入芯部樹脂4，芯部形狀開始向內側凹入(開始彎曲)。即，已經形成了芯部4的下包層2發生彎曲，芯部樹脂4a開始凹陷。
然后，當進一步加強壓模5的按壓力時，如圖2(e)所示，下包層2的芯槽2a的側面和底面被進一步壓入芯部樹脂4a，芯部形狀進一步向內側凹入。
接著，在該狀態下照射紫外線，使得芯部樹脂4a固化，剝離壓模5。由此，如圖2(f)所示，可制作在截面上具有楔形部分的芯部4。此外，如該圖所示，對于芯部4的上表面，即之后形成上包層3的面，也為具有向內側凹入(彎曲)的形狀。這是因為芯部樹脂4a固化收縮而引起的。
下面，如圖2(g)所示，在下包層2和芯部4上涂布折射率比芯部4小的紫外線固化樹脂并進行曝光，形成上包層3。由此，完成光導10。
這樣，通過將芯部4的截面形狀設為具有凹入(彎曲)部分的形狀，即具有楔形的形狀，而不是以往的梯形或矩形，從而可提高光導(光通信用部件)的層間貼緊性對溫度的可靠性。
此外，根據本實施方式的方法，可以對于高度50μm、寬度50μm的芯部4，使底面和側面分別向內側凹入最大10μm。這是防止由于芯部4和下包層2之間的界面上產生的剪切力而引起的剝離的充分的變形量。
此外，通過改變壓模對下包層2和芯部樹脂4a的按壓力，或者，通過對壓模的形狀進行研究以成為有意地對已形成的下包層2的芯部形狀的側壁(芯槽2a)側施加期望的壓力的構造，從而在芯部4的側面(芯部側壁)和底面(芯部底面)產生凹陷，并且可以控制其形狀。此外，利用芯部樹脂4a或者下包層2的固化收縮，使得在芯部4的上部、下部、側部產生凹入，并且還可對其進行控制。
此外，優選不僅考慮關于剝離的特性，而且考慮在芯部4內傳播的光的光學特性等來決定芯部4的凹入部分的形狀。在本實施方式的光導10那樣形成為高度50μm、寬度50μm的芯部4的情況下，為了提供足夠的耐剪切力，并且不對光學特性帶來不好的影響，將各面的凹入量設為3μm～5μm左右。
此外，在本實施方式中，形成了向內側凹入的截面形狀的芯部4，但芯部4的形狀并不限于此，只要是使得在芯部4和上下包層2、3之間的界面上作用的剪切力的作用方向在界面的微小區域中不相同，由此可適當地分散、減低界面整體受到的剪切力的形狀即可。
例如，可以形成具有至少一部分向內側凹入的形狀的截面的芯部4。或者，也可形成截面為多邊形的至少一邊向外側凸起(彎曲)的形狀的截面的芯部4。
這樣，通過形成在與光的傳播方向垂直的截面的輪廓上的至少一部分上相對于該截面的中心具有凹凸(彎曲)形狀的芯部4，使得在芯部4和下包層2或者上包層3之間的界面上產生的剪切力的作用方向在界面的微小區域中不相同，由此可適當地分散、減低界面整體受到的剪切力，可防止該界面的剝離。
此外，在本實施方式中，對于下包層2、上包層3、芯部4使用了通過照射紫外線而固化的紫外線固化樹脂，但各部件的材料不限于此。例如，可以是通過熱條件來固化的熱固化樹脂等、通過光照射以外的條件來固化的樹脂。
此外，在本實施方式中，對于在1個光導10中僅形成1根芯部4的例子進行了說明，但不限于此。例如，可以在下包層2上形成多條芯部4，也可以是芯部4分支為Y字狀。
此外，芯部4可以是光的傳播方向呈直線狀延伸的芯部，也可以是彎曲延伸的芯部。此外，芯部4的截面形狀對于光的傳播方向不必固定。
此外，在光導10中，可以在上包層3上設置蓋基板(蓋玻璃)。
此外，在本實施方式中，設有上包層3，但也可以不設置上包層3。
此外，在本實施方式中，把具有光導的芯槽的圖案的壓模按壓到熔融狀態或者液體狀態的紫外線固化樹脂(高分子)上，并且在該狀態下使得高分子固化，在下包層上轉印(復制)芯槽圖案的凹凸形狀。然后，通過在這樣形成的芯槽中填充高分子，利用平坦的壓模對下包層施加按壓力，在芯槽中填充的高分子的截面上產生向芯部的中心方向凹入的凹部。而且，在該狀態下固化芯槽內的高分子，形成芯部。
這樣，在本實施方式中，在使用了高分子的光導、即樹脂光導的制作中，通過復制來制作光導的芯部，因此可以低成本且容易地制作光導。
此外，本實施方式的光導由于將芯部的截面形狀形成為楔形，增長了熱膨脹導致的伸長部分，增大了剪切力的容許量，通過減低剪切力而增大了對熱膨脹引起的剪切力的容許量，變得不易產生剝離。即，本實施方式的光導為了提高對于彎曲的特定方向的耐剝離性，制作在各個界面為提高剪切力而凹入的截面形狀的芯部。
因此，根據本發明，可容易地將芯部的形狀形成為楔形，可廉價地大量制作撓曲性好的光導。
此外，本實施方式的光導10例如可應用于連接多個通信設備的光纖、連接印刷基板彼此的光互連，用光連接多個電路之間的光電路基板，在電路內使用光進行信息傳輸的光集成電路等。
圖10是表示構成為使用光導10、可以通過光信號在兩個基板70、80之間進行信號傳輸的光導模塊(光電路)90的一例的平面圖。
更加詳細地，在基板70上具有集成電路(驅動/放大IC)71、投光元件(VCSEL)72、受光元件(PD)73，在基板80上具有集成電路(驅動/放大IC)81、投光元件82、受光元件83。
集成電路71、81分別驅動投光元件72、82，并且具有放大從受光元件73、83傳輸來的電信號的功能。
投光元件72、82分別將從集成電路71、81傳輸來的電信號轉換為光而射出。受光元件72、82將接收到的光轉換為電信號而分別向集成電路71、81傳輸。
光導10具有2根芯部4，通過各個芯部4，分別在投光元件72和受光元件83之間以及投光元件82和受光元件73之間進行光耦合。
圖11是表示光導10和基板70之間的連接部的概略結構的截面圖。如該圖所示，投光元件72將從集成電路71傳輸來的電信號轉換為光，并將轉換后的光入射到光導10的芯部4中。即，光導10和投光元件72配置為投光元件72射出的光入射進光導10的芯部4中，從而進行光耦合。此外，在圖11中，示出了投光元件72和光導10之間的配置關系，對于投光元件82和光導10之間的配置關系也大致同樣。
此外，對于受光元件73和光導10之間的配置關系以及受光元件83和光導10之間的配置關系，配置為經由光導10的芯部4傳播的光入射進受光元件73、83中。由此，光導10和受光元件73、83實現了光耦合。
此外，本實施方式的光導為多模，本發明并不限于多模光導，也可應用于單模光導中。即，光導10可以構成為具有多根芯部4，或者也可以是僅具有1根光纖4的結構。此外，例如，也可以是僅具備1根芯部4，進行單向通信的結構。
圖12是表示在單向通信中使用了光導10的情況下的光導模塊90的結構例的平面圖。如該圖所示，在單向通信的情況下，可以是在發送側的基板70上不設置受光元件73，集成電路71不具備放大功能的結構。此外，可以是在接收側的基板80上不設置投光元件82，集成電路81不具備向投光元件82傳輸信號的功能(驅動功能)的結構。
此外，光導10可以是對于投光元件和受光元件以光耦合的方式實現一體化的結構，或者可以是以可拆卸的方式安裝。此外，可以是僅光導10的一端側與投光元件和/或受光元件以光耦合的方式實現一體化。
對于本發明的另一實施方式進行說明。此外，為了便于說明，對于具有與實施方式1同樣的功能的部件使用相同的標號，省略其說明。
本實施方式的光導與實施方式1同樣，具有截面形狀的至少一部分具有凹凸的芯部4，由此，起到與實施方式1的光導10大致同樣的效果。
但是，在本實施方式中，關于使用半導體工藝形成芯部4這一點，實施方式1和實施方式2不同。
對于本實施方式的光導的制造方法進行說明。圖3(a)和圖3(b)是表示本實施方式的光導的制造過程的一部分的截面圖。
首先，在基板1上堆積紫外線固化樹脂(包層材料)，通過使其固化而形成下包層2。
之后，在下包層2上堆積紫外線固化樹脂(包層材料)，通過使其固化而形成芯部層4b。此外，對于形成芯部層4b的芯部材料，使用折射率比形成下包層的包層材料高的樹脂。
接著，在芯部層4b的表面涂布抗蝕劑(未圖示)，在抗蝕劑的上面重疊曝光掩模(未圖示)，通過紫外線照射而曝光。曝光后，通過對抗蝕劑進行顯影而形成圖案，由抗蝕劑覆蓋形成芯部4的位置，作為掩模(蝕刻用掩模)61(參照圖3(a))。
然后，如圖3(b)所示，通過反應性離子蝕刻(RIE)，從掩模61上方去除芯部層4b的露出區域以及掩模61的下部的一部分，形成芯部4。此時，通過控制工作參數(氣體流量、室壓、等離子輸出等)，制作出在截面的兩側面上，按照緩坡形狀傾斜的楔形，即兩側面向內側凹入形狀的芯部4。
之后，去除掩模61使得芯部4露出。然后，在芯部4和下包層2上堆積紫外線固化樹脂(包層材料)，使其固化形成上包層。由此，可形成在下包層2和上包層之間嵌入了芯部4的光導。
這樣形成的光導起到與實施方式1的光導10大致相同的效果。此外，本實施方式的光導與后述的實施方式3的薄膜光導20同樣，也可以除去基板1而成為具有撓曲性的薄膜光導。在該情況下，起到與薄膜光導20大致同樣的效果。
此外，在所述的說明中，使用抗蝕劑作為掩模61，但不限于此，例如可以使用由金屬等構成的掩模。
此外，在所述的說明中，通過控制工作參數(氣體流量、室壓、等離子輸出等)，控制芯部4的截面的兩側面的形狀，但控制芯部4的截面形狀的方法不限于此。例如，也可以代替所述的方法，或者在所述方法的基礎上，通過變更掩模61的形狀，使芯部63的截面的上面的形狀成為向內側凹入的形狀。
圖4(a)和圖4(b)是表示這種情況的制造過程的截面圖。在這些圖中示出的例子中，代替圖3(a)所示的掩模61，使用中央部凹入形狀的掩模61a。此外，除掩模形狀不同以外，可以通過與所述方法同樣的方法來形成光導。
由這樣的掩模61a覆蓋待形成芯部4的位置，然后，通過反應性離子蝕刻(RIE)，從掩模61上方去除芯部層4b的露出區域以及掩模61a的下部的一部分，制作出截面的兩側面以及上面向內側凹入的芯部4。
之后，去除掩模61a使得芯部4露出。然后，在芯部4和下包層2上堆積紫外線固化樹脂(包層材料)，使其固化形成上包層。由此，可形成在下包層2和上包層之間嵌入了芯部4的光導。此外，在該情況下，芯部4的上表面為向內側凹入的形狀，因此芯部4一上包層之間的界面的剪切力的作用方向在界面的微小區域中不同，分散、減低了界面整體的剪切力，可防止該界面的剝離。
此外，在所述的說明中，使用反應性離子蝕刻(RIE)來形成芯部4，但不限于此，也可以使用其它的半導體工藝來形成。例如，也可以使用準分子激光來形成芯部4。圖5是表示該情況的制造過程的截面圖。
首先，在基板1上堆積紫外線固化樹脂(包層材料)，通過使其固化來形成下包層2。
接著，如圖5所示，在下包層2上，經由根據待形成的芯部4的形狀而在中央部設有開口部的掩模61b來照射準分子激光，在下包層2上形成芯槽(槽部)2b。此外，此時，可以通過改變準分子激光的能量密度來變更芯槽2b的加工形狀，可制造大致為直線，但截面具有楔形形狀的芯槽2b。
接著，向芯槽2b注入折射率比下包層2大的紫外線固化樹脂(芯部樹脂)，利用玻璃板等按壓而將紫外線固化樹脂填充在芯槽2b內，通過照射紫外線使得紫外線固化樹脂固化，來形成芯部4。
然后，在剝離所述的玻璃板等之后，進行旋涂，使下包層2上面的芯部4薄薄地延展。之后，當涂布折射率比芯部4小、構成上包層3的樹脂并曝光后，即完成光導。
這樣形成的光導具有與截面具有楔形形狀的芯槽2a大致相同形狀的芯部4，因此起到與實施方式1的光導10大致相同的效果。此外，在這樣形成的光導中，也可以除去基板1而作為具有撓曲性的薄膜光導。在該情況下，起到與后述的實施方式3的薄膜光導20大致同樣的效果。
對于本發明的另一實施方式進行說明。此外，為了便于說明，對于具有與實施方式1同樣功能的部件使用相同的標號，省略其說明。
本實施方式的薄膜光導(光導)20是在實施方式1的光導10中，通過將上下包層2、3的厚度作得較薄，并且去除基板(玻璃基板)1，而形成總厚度300μm、具有撓曲性的薄膜波導(薄膜光導)20。即，薄膜光導20由總厚度300μm、具有撓曲性的樹脂層的層疊體構成，設置為可以彎曲使用、卷在軸等上使用、或者允許扭曲。
在薄膜光導20中，通過形成與實施方式1同樣的芯部4，從而即使在彎曲使用的情況下或者扭曲使用的情況下，對于伸縮等引起的剪切力的允許量增加，變得不容易產生剝離。
此外，薄膜光導20可與在實施方式1中說明的光導10同樣地進行使用。即，可應用在連接多個通信設備的光纖、連接印刷基板之間的光互連、利用光來連接多個電路之間的光電路基板、在電路內使用光進行信息傳輸的光集成電路等中。
此外，在本實施方式1說明的光導模塊90中，可以代替光導10而具有薄膜光導20。即，可以使薄膜光導20與投光元件和/或受光元件進行光耦合來構成薄膜光導模塊。
此外，這樣提高了對于彎曲時的剝離的強度的薄膜光導20例如有以下這樣的應用例。
首先，作為第一應用例，可以用于折疊式便攜電話、折疊式PHS(Personal Handyphone System，個人手提移動電話系統)、折疊式PDA(Personal Digital Assistant，個人數字助理)，折疊式筆記本電腦等的折疊式的電子設備(信息處理裝置、光傳輸裝置)的鉸鏈部。
圖6(a)至圖6(c)示出在折疊式便攜電話40中應用薄膜光導20的例子。即，圖6(a)是示出內置有薄膜光導20的折疊式便攜電話40的外觀的立體圖。
圖6(b)是表示在圖6(a)中示出的折疊式便攜電話40中應用本發明的薄膜光導20的部分的方框圖。如該圖所示，設在折疊式便攜電話40的主體40a側的控制部41分別通過薄膜光導20而與主體的一端以鉸鏈部為軸可旋轉的蓋(驅動部)40b側設置的外部存儲器42、照相機部(數字照相機)43、顯示部(液晶顯示器顯示)44等連接。
圖6(c)是圖6(a)中的鉸鏈部(用虛線圍起的部分)的透視平面圖。如該圖所示，薄膜光導20通過卷在鉸鏈部的支持棒上彎曲，而分別與設在主體側的控制部、設在蓋側的外部存儲器42、照相機部43、以及顯示部44連接。
通過在這些折疊式電子設備中應用薄膜光導20，可在有限的空間內實現高速、大容量的通信。因此，例如，特別適合折疊式液晶顯示裝置等的需要高速、大容量的數據通信且追求小型化的設備。
此外，在近年的便攜電話中，例如，如圖14所示，有主體40a和蓋部40b可以以彼此的鄰接方向為軸進行旋轉的類型。此外，例如，在如圖6(a)所示的便攜電話中，蓋40b在垂直于所述旋轉方向(開閉方向)的方向上也可以旋轉的便攜電話等、具有二軸旋轉型結構的便攜電話也正在普及。圖15是示出具有這樣的二軸旋轉型結構的電子設備中具有的光導20的一個結構例的平面圖。
如圖14和圖15所示，在具有驅動部的電子設備中使用的薄膜光導20有時會根據驅動部的旋轉方向(或者移動方向)而以該薄膜光導20的延伸方向的光為軸產生扭曲。
在此，如果考慮配線的空間(薄膜光導20的設置空間)，則優選使得扭曲部分的長度較短。例如，如圖15所示，當設薄膜光導20的寬度(與上下包層2、3的層疊方向垂直的方向的寬度)為W、扭曲部分的長度為H(H＝α·W)時，優選使α盡量小。
但是，如果使扭曲部分的長度太短，由于薄膜光導20的形狀扭曲因而傳輸特性惡化。具體而言，如果α的值小于1，則薄膜光導20的傳輸特性惡化。因此，為了不使傳輸特性惡化而削減薄膜光導20的設置空間，優選使得α的值在1以上且盡量接近1的值。典型地，優選在1以上且在1.5以下。
另一方面，當產生所述這樣的扭曲時，在薄膜光導20和基板之間的接合部(例如設在薄膜光導20上的光連接器21、22和設在基板側的光連接器23、24之間)上，由于扭曲的反作用力而作用張力(參照圖15)，有可能產生連接不良。為了防止這樣的由于作用在接合部上的張力而引起的連接不良，需要抑制在0.5kgf以下。
在此，由于薄膜光導20的扭曲而引起的張力的大小取決于作為所述扭曲部分的長度H和薄膜光導20的寬度W之比的α(α＝H/W)和薄膜光導20的彈性模量。圖16是示出α的值和使得作用在接合部上的張力為0.5kgf以下的彈性模量之間的關系的圖。
如該圖所示，為了使α為1以上1.5以下，且作用在接合部上的張力為0.5kgf以下，可以使彈性模量在20MPa以上250MPa以下。由此，可以防止連接不良并且減小薄膜光導20的設置空間。
此外，在以往的具有“扭曲結構”的電子設備中，根據返回性的問題，使用將多根極細的同軸線纜擰在一起的配線。即，通過捻在一起的狀態下為最細、在未捻在一起的情況下變細的部分舒展開(產生余長)，來實現扭曲結構。但是，在這樣的結構中，存在鉸鏈部的直徑變粗的問題。此外，在這樣的結構中，存在由于扭曲動作(或者彎曲動作)而使配線與框體接觸，因磨損而傳輸特性(高頻特性、EMI特性)惡化的問題。
對此，薄膜光導20可以按配線單體進行扭曲。即，如圖15所示的A-A’截面的截面圖和B-B’截面的截面圖那樣，在構成鉸鏈部的圓筒的內部設置薄膜光導20的情況下，可以僅由配線寬度W來決定鉸鏈部的內徑。由此，不需要以往那樣的多余長度部分，因此可使鉸鏈結構小型化、削減鉸鏈構造的設置空間。
此外，在薄膜光導20中，配線的外層成為不直接參與光的傳播的包層。因此，即使產生配線的磨損，與以往的使用極細同軸纜線的情況相比，也可大幅減低其磨損對傳輸特性的影響。
此外，通過將薄膜光導20的彈性模量設為所述條件，例如，在將扭曲狀態設置為定常狀態的情況下，也可防止由于在兩端的連接部產生的張力而引起連接不良。因此，無需設置用于減低在連接部產生的張力的保持結構等。
作為第2應用例，薄膜光導20可應用于打印裝置的打印頭或硬盤記錄再生裝置的讀取部等的具有驅動部的裝置(光傳輸裝置)。
圖7(a)至圖7(c)示出在打印裝置50中應用了薄膜光導20的例子。圖7(a)是表示打印裝置50的外觀的立體圖。如該圖所示，打印裝置50具有一邊在紙52的寬度方向上移動一邊對紙52進行打印的打印頭51，薄膜光導20的一端與該打印頭51連接。
圖7(b)是打印裝置50中應用了薄膜光導20的部分的方框圖。如該圖所示，薄膜光導20的一端部與打印頭51連接，另一端部與打印裝置50的主體側基板連接。此外，該主體側基板具有控制打印裝置50的各部分的動作的控制單元等。
圖7(c)和圖7(d)是示出打印裝置50的打印頭51移動(驅動)時的、薄膜光導20的彎曲狀態的立體圖。如該圖所示，當在打印頭51這樣的驅動部中應用薄膜光導20的情況下，由于打印頭51的驅動，薄膜光導20的彎曲狀態變化，并且薄膜光導20的各位置反復彎曲，在芯部4和各包層之間反復作用剪切力。
因此，在這些驅動部上連接薄膜光導的情況下，特別需要使用耐剪切力的性能優秀的薄膜光導，本實施方式的薄膜光導20適合于這些驅動部。此外，通過在這些驅動部中應用薄膜光導20，可以實現使用驅動部進行的高速、大容量通信。
圖8表示在硬盤記錄再生裝置(光傳輸裝置)60中應用了薄膜光導20的例子。
如該圖所示，硬盤記錄再生裝置60具有磁盤(硬盤)61、磁頭(讀取、寫入用磁頭)62、基板導入部63、驅動部(驅動電機)64以及薄膜光導20。
驅動部64是沿著磁盤61的半徑方向驅動磁頭62的裝置。磁頭62是讀取記錄在磁盤61上的信息、或者在磁盤61上寫入信息的裝置。此外磁頭62經由薄膜光導20與基板導入部63連接，將從磁盤61讀取的信息作為光信號傳播到基板導入部63，而且，接收從基板導入部63傳播來的、待寫入磁盤61的信息的光信號。
這樣，通過在硬盤記錄再生裝置60的磁頭62這樣的驅動部中應用薄膜光導20，可防止在光導中產生剝離，并且可實現高速、大容量通信。
此外，薄膜光導20的總厚度不特別限定，但優選在可以實現必要的光學特性的范圍內較薄，例如優選在300μm以下。如果總厚度在300μm以下，則適合彎曲使用、或者卷在軸上使用。此外，適合于減小薄膜光導20的設置空間、實現具備薄膜光導20的設備的小型化。
本發明不限于所述的各實施方式，在權利要求所示的范圍內可以有各種的變更，對于適當組合在不同的實施方式中公開的技術手段而得到的實施方式，也包括在本發明的技術范圍內。
產業上的利用可能性本發明可以全面適用于在使用光的通信或者能量傳輸中使用的光導。此外，也可適用于撓曲性好的薄膜光導。在該情況下，特別適宜應用于折疊式便攜電話、折疊式PHS(Personal Handyphone System)、折疊式PDA(Personal Digital Assistant)、折疊式筆記本電腦等的折疊式裝置的鉸鏈部、或者、打印裝置的打印頭或者硬盤的讀取部等的具有驅動部的裝置。此外，特別適合于折疊式的液晶顯示裝置等的需要高速傳輸大容量數據的裝置。
權利要求
1.一種光導，該光導具備用于將光封閉而使其傳播的芯部和具有包圍所述芯部的槽部的包層，其特征在于，所述芯部為如下形狀與所述芯部內傳播的光的光軸方向垂直的截面的與所述槽部的側面或底面相接的部分的至少一部分相對于該截面的中心彎曲。
2.根據權利要求1所述的光導，其特征在于，所述芯部為如下形狀所述截面的與所述槽部的側面相接的部分的至少一部分相對于該截面的中心彎曲。
3.根據權利要求1或2所述的光導，其特征在于，所述芯部為如下形狀所述截面的與所述槽部的底面相接的部分的至少一部分相對于該截面的中心彎曲。
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的光導，其特征在于，該光導具有形成為覆蓋所述包層以及所述芯部的第2包層，所述芯部為如下形狀所述截面的與所述第2包層相接的部分的至少一部分相對于該芯部的中心彎曲。
5.根據權利要求2～4中任意一項所述的光導，其特征在于，所述包層的彎曲彈性模量為1000MPa以下。
6.根據權利要求1～5中任意一項所述的光導，其特征在于，所述光導由總厚度在300μm以下的樹脂層構成。
7.根據權利要求1～6中任意一項所述的光導，其特征在于，所述光導的彈性模量在20MPa以上且在250MPa以下。
8.一種光導模塊，其特征在于，該光導模塊具備權利要求1～6中任意一項所述的光導；以及將電信號轉換為光而射出的投光元件，從所述投光元件射出的光入射到所述光導的芯部中。
9.一種光導模塊，其特征在于，該光導模塊具備權利要求1～6中任意一項所述的光導；以及將接收到的光轉換為電信號的受光元件，通過所述光導傳播的光入射到所述受光元件中。
10.一種光導模塊，其特征在于，該光導模塊具備權利要求1～6中任意一項所述的光導；將電信號轉換為光而射出的投光元件；以及將接收到的光轉換為電信號的受光元件，從所述投光元件射出的光入射到所述光導的芯部中，該入射的光經由芯部傳播而入射到所述受光元件。
11.一種光傳輸裝置，其特征在于，該光傳輸裝置具有主體；以及相對于所述主體相對地移動或者旋轉的驅動部，使用權利要求6或7所述的光導，在所述主體和所述驅動部之間傳輸光信號。
12.一種光導的制造方法，該光導具備用于將光封閉而使其傳播的芯部和具有包圍所述芯部的槽部的包層，其特征在于，該制造方法包括以下步驟在由第1樹脂構成的所述包層的表面上形成所述槽部的步驟；在所述槽部中填充第2樹脂的步驟；通過向所述包層施加按壓力，使得所述槽部的形狀變形，按照所述槽部的形狀變形使得所述第2樹脂變形，并且使該第2樹脂固化，由此來形成所述芯部的步驟。
13.根據權利要求12所述的光導的制造方法，其特征在于，在所述槽部的形成步驟中，通過在由所述第1樹脂構成的樹脂層上壓接具有所述槽部的反轉圖案的壓模，并使該樹脂層固化，來形成所述包層。
14.一種光導的制造方法，該光導具備用于將光封閉而使其傳播的芯部和具有包圍所述芯部的槽部的包層，其特征在于，該制造方法包括以下步驟在所述包層上，形成側面或者底面的至少一部分具有彎曲部的所述槽部的步驟；通過在所述槽部中填充第2樹脂并使其固化，而形成所述芯部的步驟。
15.根據權利要求14所述的光導的制造方法，其特征在于，在所述槽部的形成步驟中，通過具有開口部的遮蔽物照射能量束，來形成所述槽部。
16.一種光導的制造方法，該光導具備用于將光封閉而使其傳播的芯部和包圍所述芯部的包層，其特征在于，該制造方法包括以下步驟在第1包層上堆積第2樹脂而形成芯部層的步驟；通過對所述芯部層實施蝕刻，形成如下形狀的芯部的步驟與所述芯部內傳播的光的光軸方向垂直的截面的輪廓的至少一部分相對于該截面的中心彎曲；以及形成第2包層以覆蓋所述芯部和所述第1包層的步驟。
17.根據權利要求16所述的光導的制造方法，其特征在于，在所述芯部的形成步驟中，通過遮蔽物實施反應性離子蝕刻，來形成所述芯部。
全文摘要
本發明提供一種光導、光導模塊、光傳輸裝置、光導的制造方法。在由基板(1)、下包層(2)、上包層(3)、芯部(4)構成的光導(10)中，被下包層(2)包圍的芯部(4)的與光傳輸方向垂直的截面的輪廓為相對于該截面的中心彎曲的形狀。由此，可以防止光導的剝離，提高光學特性的可靠性。
文檔編號B41J29/00GK1985202SQ2005800218
公開日2007年6月20日 申請日期2005年6月28日 優先權日2004年6月28日
發明者榎并顯, 石田慶久, 藤崎民雄, 細川速美 申請人:歐姆龍株式會社