专利名称：光导、光导模块、光传输装置、光导的制造方法
技术领域：
本发明涉及光导以及具备光导的光导模块、光传输装置以及光导的制造方法。
背景技术：
近年来，使用光的通信技术和能量传输技术、运算/控制处理技术等正在受到关注。例如，开发出了连接多个通信设备的光纤、连接印刷基板彼此的光互连、用光连接多个电路之间的光电路基板、在电路内使用光进行信息传输的光集成电路(光IC、OEIC(Opto Electronics IntegratedCircuit，光电集成电路))等。通过使用光，除了以往的使用电的配线和电路的功能之外，还可以高速传输大容量的数据，此外，与以往的使用电的装置相比可以减少配线数，因此可实现装置的小型化。
但是，在使用光的通信和能量传输中，使用用于对光信号和光能进行引导的光导。一般地，光导在下包层和上包层之间，形成作为折射率比上下包层高的部分的芯部，入射进芯部内的光在各包层和芯部之间的界面全反射而进行传输。
以往，在制作这样的光导时，对于材料利用石英，通过对该石英应用离子注入法、离子交换法等，来形成芯部和包层。
此外，最近正在开展在材料价格方面具有优势的树脂制光导的开发。但是，在形成所述的光导时，为了在包层的表面形成芯部结构，而对于每一个形成使用光致抗蚀剂的芯部图案，之后通过反应性离子蚀刻等进行加工，因此在制造过程中，需要使用昂贵的设备和装置的半导体工艺，制造成本变高。
此外，正在探讨把具有光导的芯部图案的凸形状的压模贴在熔融状态或者液体状态的高分子上，并且在该状态下使高分子固化，转印(复制)芯部图案的槽作为下包层的方法。
这样，使用了高分子的光导，即，在树脂制光导的制作中，在通过复制制作光导的芯槽时，为了使压模易于脱模，需要在芯部的截面形状上形成起模锥度，一般芯部形状的截面形状不是矩形而是梯形。作为使用这样的方法制作出的光导的形状，例如有在日本公开专利公报特开2003-240991号公报(2003年8月27日公开)中公开的光导形状。
此外，近年来，正在开发将以往的FPC(flexible Printed Circuit，挠性印刷电路)基板和电气配线板等置换为作为具有挠曲性的光导的薄膜光导的技术。
但是，在芯部的截面形状为梯形或矩形的光导中，特别是在芯部一包层界面上，由于芯部一包层之间的热膨胀率(热膨胀系数)之差，存在容易产生剥离的问题。
当在芯部一包层之间产生剥离时，在芯部上产生微小的缺口，微小的包层树脂附着在芯部表面上，在芯部内传播的光在该微小部分中发生散射，因此产生光损失。此外，在单模光导中，该剥离部分中的芯部和包层的折射率变化，从芯部向包层渗出的光量变化，产生光损失。此外，当在局部产生剥离后，水分进入那里，由于温度变化而剥离扩大，可靠性更加降低。
此外，在期待替代FPC基板和电气配线板的薄膜光导中，追求挠曲性，但存在由于反复弯曲而使芯部一包层界面发生剥离的问题。
使用图9(a)和图9(b)说明发生该不良的原因。图9(a)是芯部的截面形状为梯形的光导以及芯部的截面形状为矩形的光导的截面图。如这些图所示，各光导由下包层101、上包层102以及芯部103构成。在设在下包层101上的槽中，填充折射率及热膨胀系数与各包层不同的材料而形成芯部103。此外，两包层的材质可以相同，也可以不同。
这样，因为芯部103的热膨胀系数和各包层的热膨胀系数不同，所以在两者之间产生剪切力。此外，作为这样的剪切力所作用的最一般的部分，可以列举出芯部103和下包层101之间的界面。
图9(b)是表示在图9(a)中示出的各光导中用虚线围起的部分，即，芯部103和下包层101之间的界面的截面图。如该图所示，当芯部形状为梯形或矩形时，由于线膨胀系数(热膨胀系数)之差引起的双方的膨胀力的差异，在界面上产生很大的剪切力，由此产生剥离。
发明内容
本发明就是鉴于所述问题而提出的，其目的在于，提供防止剥离、提高了光学特性的可靠性的光导、以及使用该光导的光传输装置、光导的制造方法。
为了解决所述问题，本发明的光导具备将光封闭而使其传播的芯部和具有包围所述芯部的槽部的包层，其特征在于，所述芯部为如下形状与所述芯部内传播的光的光轴方向垂直的截面的与所述槽部的侧面或者底面相接的部分的至少一部分相对于该截面的中心弯曲。
根据所述的结构，芯部和包层之间的界面弯曲，例如由于所述芯部和包层之间的热膨胀系数之差和所述光导的弯曲等而在所述芯部和所述包层之间的界面上产生的剪切力的作用方向在界面的微小区域中不同，因此可分散、减低界面整体的剪切力。因此，可实现防止在所述芯部和所述包层之间的界面上产生剥离，提高光学特性的可靠性的光导。
此外，所述芯部也可以是所述截面的与所述槽部的侧面相接的部分的至少一部分相对于该截面的中心为弯曲的形状。
根据所述结构，在所述芯部和所述包层上设置的槽部的侧面之间的界面上产生的剪切力的作用方向在界面的微小区域中不同，因此可分散、减低界面整体的剪切力。因此，可防止在所述界面上产生剥离。
此外，所述芯部也可以是所述截面的与所述槽部的底面相接的部分的至少一部分相对于该芯部的中心为弯曲的形状。
在该情况下，在所述芯部和所述包层上设置的槽部的底面之间的界面上、或者在所述芯部和所述槽部的侧面和底面之间的界面上产生的剪切力的作用方向在界面的微小区域中不同，因此可分散、减低界面整体的剪切力。因此，可防止在所述界面上产生剥离。
此外，所述光导具有形成为覆盖所述包层以及所述芯部的第2包层，所述芯部也可以是所述截面的与所述第2包层相接的部分的至少一部分相对于该芯部的中心为弯曲的形状。
根据所述结构，不仅在所述包层和所述芯部之间的界面上，而且在所述第2包层和所述芯部之间的界面上产生的剪切力的作用方向，也在界面的微小区域中为不同的方向，因此可分散、减低该界面整体的剪切力。因此，可以可靠地防止在所述包层和所述芯部之间的界面以及所述第2包层和所述芯部之间的界面上产生剥离，提高光学特性的可靠性。
此外，所述包层的弯曲弹性模量可以为1000MPa以下。
根据所述结构，在所述光导的制造过程中，可以通过控制施加在所述包层上的按压力，来控制所述芯部的形状。例如，在所述槽部中封入形成所述芯部的树脂，在所述包层的表面上施加按压力，使得所述包层变形，从而使得填充在所述槽部中的树脂变形，在该状态下使该树脂固化，从而可以形成具有所述截面形状的芯部。因此，可实现削减了制造成本的廉价的光导。
此外，所述光导可以由总厚度在300μm以下的树脂层构成。如果所述树脂层的总厚度在300μm以下，则适合于弯曲使用、或者卷绕在轴等上来使用。此外，可以减少光导的设置空间，因此可以实现具备该光导的设备的小型化。
此外，所述光导的弹性模量可以在20MPa以上且在250MPa以下。
根据所述结构，优选在例如电子设备的驱动部(铰链部、旋转部等)中设置所述光导。此外，因为可以减少光导的设置空间，因此可实现具备该光导的设备的小型化。此外，如果弹性模量在20MPa以上且在250MPa以下，可以将由于扭曲光导而在该光导的连接部产生的张力减低到不产生连接不良的程度。
本发明的光导模块的特征在于，具备所述的任一种光导；以及将电信号转换为光而射出的投光元件，从所述投光元件射出的光入射到所述光导的芯部中。
根据所述结构，从投光元件射出的光可通过所述光导适当地传播。
此外，本发明的光导模块也可构成为具备所述的任一种光导；以及将接收到的光转换为电信号的受光元件，通过所述光导传播的光入射到所述受光元件中。
根据所述结构，通过所述光导传播的光可以由所述受光元件适当地接收。
此外，本发明的光导模块也可以构成为具备所述的任一种光导；将电信号转换为光而射出的投光元件；以及将接收到的光转换为电信号的受光元件，从所述投光元件射出的光入射到所述光导的芯部中，该入射的光经由芯部传播而入射到所述受光元件中。
根据所述结构，从投光元件射出的光可通过所述光导适当地传播，并且可由所述受光元件适当地接收通过所述光导传播的光。
为了解决所述问题，本发明的光传输装置的特征在于，具有主体；以及相对于所述主体相对地移动或者旋转的驱动部，使用由总厚度在300μm以下的树脂层的层叠体(具有柔软性的树脂层的层叠体)构成的光导、或者弹性模量在20MPa以上且在250MPa以下的光导、或者作为总厚度在300μm以下的树脂层且弹性模量在20MPa以上且在250MPa以下的光导，在所述主体和所述驱动部之间传输光信号。
根据所述结构，可以按照考虑了所述驱动部的移动或旋转的形状来设置所述光导。此外，即使在随着所述驱动部的移动或者旋转而所述光导的弯曲状态改变的情况下，由于弯曲而在所述芯部和所述包层之间的界面上产生的剪切力的作用方向在界面的微小区域中不同，因此可分散、减低界面整体的剪切力。因此，对剪切力的容许量增加，变得不易产生剥离。
为了解决所述问题，本发明提供了一种光导的制造方法，该光导具有用于将光封闭而使其传播的芯部和具有包围所述芯部的槽部的包层，其特征在于，该制造方法包括以下步骤在由第1树脂构成的所述包层的表面上形成所述槽部的步骤；在所述槽部填充第2树脂的步骤；通过向所述包层施加按压力，使得所述槽部的形状变形，按照所述槽部的形状变形使得所述第2树脂变形，并且使该第2树脂固化，从而形成所述芯部的步骤。
根据所述的制造方法，通过向所述包层施加按压力，可以将与所述第2树脂的光轴方向垂直的截面的、与所述槽部的侧面或者底面相接的部分的至少一部分变形为相对于该截面的中心弯曲的形状。然后，通过在该状态下固化第2树脂，可形成如下形状的芯部垂直于光轴方向的截面的与所述槽部的侧面或底面相接的部分的至少一部分相对于该截面的中心弯曲。
因此，例如由于所述芯部和包层之间的热膨胀系数的差或所述光导的弯曲等而在所述芯部和所述包层之间的界面上产生的剪切力的作用方向在界面的微小区域中不同，因此可制造能够分散、减低界面整体的剪切力的光导。由此，可实现在光导中防止在所述芯部和所述包层之间的界面上产生剥离、且提高了光学特性的可靠性的光导。
此外，在所述槽部的形成步骤中，可以在由所述第1树脂构成的树脂层上，压接具有所述槽部的反转图案的压模，并且使该树脂层固化，从而形成所述包层。
在该情况下，在通过转印(复制)压模的形状来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弯曲形状。因此，具备在截面上具有弯曲形状的芯部，由此可廉价地大量制作防止剥离、提高了光学特性的可靠性的光导。
为了解决所述问题，本发明提供了另一种光导的制造方法，该光导具有将光封闭而使其传播的芯部和具有包围所述芯部的槽部的包层，其特征在于，该制造方法包括以下步骤在所述包层上形成侧面或者底面的至少一部分具有弯曲部的所述槽部的步骤；以及通过在所述槽部中填充第2树脂并使其固化，而形成所述芯部的步骤。
根据所述的制造方法，通过在所述包层上，形成侧面或者底面的至少一部分具有弯曲部的槽部，在该槽部中填充第2树脂并使其固化，可形成如下形状的芯部垂直于光轴方向的截面的与所述槽部的侧面或者底面相接的部分的至少一部分相对于该截面的中心弯曲。
因此，在所述芯部和所述包层之间的界面上产生的剪切力的作用方向在界面的微小区域中不同，因此可制造能够分散、减低界面整体的剪切力的光导。由此，可实现防止在所述芯部和所述包层之间的界面上产生剥离、且提高了光学特性的可靠性的光导。
此外，在所述槽部的形成步骤中，可以通过具有开口部的遮蔽物照射能量束，来形成所述槽部。
在该情况下，例如可以通过改变所述能量束的能量密度，来变更所述槽部的加工形状，可以形成如下的槽部在所述包层的与光轴方向垂直的截面上，侧面或者底面的至少一部分具有弯曲部。
因此，可制造能够分散、减低在所述芯部和所述包层之间的界面上产生的剪切力的光导。由此，可实现防止在所述芯部和所述包层之间的界面上产生剥离、且提高了光学特性的可靠性的光导。
为了解决所述问题，本发明提供了另一种光导的制造方法，该光导具有将光封闭而使其传播的芯部和包围所述芯部的包层，其特征在于，该制造方法包括以下步骤在第1包层上堆积第2树脂形成芯部层的步骤；通过对所述芯部层实施蚀刻，形成如下形状的芯部的步骤与所述芯部内传播的光的光轴方向垂直的截面的轮廓的至少一部分相对于该截面的中心弯曲；以及形成第2包层以覆盖所述芯部和所述第1包层的步骤。
根据所述的制造方法，可以制造如下的光导，即通过第2包层包围如下形状的芯部与光的传播方向垂直的截面的轮廓的至少一部分相对于该截面的中心弯曲。
因此，在所述芯部和所述第2包层之间的界面上产生的剪切力的作用方向在界面的微小区域不同，因此可制造能够分散、减低界面整体的剪切力的光导。由此，可实现防止在所述芯部和所述第2包层之间的界面上产生剥离、且提高了光学特性的可靠性的光导。
此外，在所述芯部的形成步骤中，可以通过遮蔽物实施反应性离子蚀刻，来形成所述芯部。
在该情况下，例如通过控制实施反应性离子蚀刻时的气体流量、室压、等离子输出等的参数，或者适当地设定所述遮蔽物的形状，可形成截面的轮廓相对于中心具有弯曲形状的芯部。
图1(a)是本发明的一个实施方式的光导的平面图。
图1(b)是图1(a)中示出的光导的截面图。
图1(c)是表示在图1(b)的芯部与包层的界面上产生的剪切力的放大图。
图2(a)是表示本发明的一个实施方式的光导的制造过程的截面图。
图2(b)是表示本发明的一个实施方式的光导的制造过程的截面图。
图2(c)是表示本发明的一个实施方式的光导的制造过程的截面图。
图2(d)是表示本发明的一个实施方式的光导的制造过程的截面图。
图2(e)是表示本发明的一个实施方式的光导的制造过程的截面图。
图2(f)是表示本发明的一个实施方式的光导的制造过程的截面图。
图2(g)是表示本发明的一个实施方式的光导的制造过程的截面图。
图3(a)是表示本发明的另一实施方式的光导的制造过程的另一例的截面图。
图3(b)是表示本发明的另一实施方式的光导的制造过程的另一例的截面图。
图4(a)是表示本发明的另一实施方式的光导的制造过程的另一例的截面图。
图4(b)是表示本发明的另一实施方式的光导的制造过程的另一例的截面图。
图5是表示本发明的另一实施方式的光导的制造过程的另一例的截面图。
图6(a)是表示具有本发明的另一实施方式的光导(薄膜光导)的折叠式便携电话的外观的立体图。
图6(b)是表示图6(a)中示出的折叠式便携电话中的应用了本发明的薄膜光导的部分的方框图。
图6(c)是图6(a)中示出的折叠式便携电话的铰链部的透视平面图。
图7(a)是表示具有本发明的另一实施方式的光导(薄膜光导)的印刷装置的外观的立体图。
图7(b)是表示图7(a)中示出的印刷装置中的应用了本发明的另一实施方式的光导(薄膜光导)的部分的方框图。
图7(c)是表示图7(a)中示出的印刷装置的本发明的另一实施方式的光导(薄膜光导)的弯曲状态的立体图。
图7(d)是表示图7(a)中示出的印刷装置的本发明的另一实施方式的光导(薄膜光导)的弯曲状态的立体图。
图8是表示具有本发明的另一实施方式的光导(薄膜光导)的硬盘记录再生装置的外观的立体图。
图9(a)是以往的薄膜光导、即芯部的截面形状为梯形和矩形的薄膜光导的截面图。
图9(b)是表示图9(a)中示出的各薄膜光导的芯部和下包层之间的界面上产生的剪切力的截面图。
图10是表示本发明的一个实施方式的光导模块的一例的平面图。
图11是表示图10中示出的光导模块中的光导和基板之间的连接部的概略结构的截面图。
图12是表示本发明的一个实施方式的光导模块的另一例的平面图。
图13是表示具有本发明的一个实施方式的光导模块的便携电话的结构的截面图。
图14是在图13中示出的便携电话中具备的光导模块的平面图。
图15是表示在图14中示出的光导模块中，用于使作用在接合部上的张力为0.5kgf以下的扭曲部分的长度和光导的弹性模量之间的关系的曲线图。
具体实施例方式使用
本发明的一个实施方式。图1(a)是本实施方式的光导10的正视图，图1(b)是图1(a)的D-D’截面的截面图。
如图1(b)所示，光导10由基板1、下包层(包层)2、上包层(第2包层)3、芯部4构成。芯部4形成为被设在下包层2上的槽(槽部)包围，芯部4由折射率比下包层2和上包层3高的材料构成。由此，从芯部4的一个端面入射到芯部4内的光在两个包层2、3和芯部4之间的界面上全反射而传输，从芯部4的另一端面射出。
基板1的材质不特别限定，但在本实施方式中使用了玻璃基板。
下包层2由固化后的弯曲弹性模量为大约1000MPa以下的丙烯酸树脂(紫外线固化树脂)构成。
上包层3不特别限定材质，但在本实施方式中使用了与下包层2同样的材质。
芯部4由折射率比下包层2和上包层2高的紫外线固化树脂构成。
此外，如图1(b)所示，在本实施方式的光导10中，芯部4的截面形状不是梯形或矩形，而是具有楔形的形状，即梯形或者矩形的各边向内侧凹陷(弯曲)的形状。图1(c)是示出在图1(b)的芯部4与下包层2之间的界面(用虚线围起的部分)的放大图。这样，在本实施方式的光导10中，芯部4和下包层2之间的界面弯曲，因此由于芯部4和下包层2之间的热膨胀系数之差和光导10的弯曲等而在芯部4和下包层2之间的界面上产生的剪切力的作用方向在界面的微小区域中不相同。因此，可分散、减低界面整体的剪切力。由此，在光导10中，剪切力的容许量(容许值)增加，变得难以产生剥离。
在此，对于光导10的制造方法进行说明。图2(a)～图2(g)是表示光导10的制造过程的截面图。
在光导10的制造过程中，首先，在基板1上涂布(堆积)未固化的紫外线固化树脂(下包层树脂)。
然后，利用在表面具有设置了拔模斜度的光导图案的反转图案的压模(未图示)来压接该紫外线固化树脂的表面，并且在该状态下照射紫外线使得紫外线固化树脂固化。
由此，如图2(a)所示，在基板1上形成转印了由光导图案构成的芯槽(槽部)2a的下包层2。此外，在本实施方式中，设芯槽2a的高度(深度)为50μm，底部的宽度为50μm。
接着，在该芯槽2a中，填充折射率比下包层2大的紫外线固化树脂(芯部树脂)4a(参照图2(b))。芯部树脂4a的材质只要是折射率比下包层2大的树脂即可，并不特别限定，但在此使用了丙烯酸树脂。
接着，如图2(c)所示，利用平坦的压模5对下包层2和芯部树脂4a向基板1方向按压，延展多余的芯部树脂4a。在此，当加强压模5的按压力时，如图2(d)所示，已经固化成形的具有弹性的下包层2的芯槽2a的侧面和底面被压入芯部树脂4，芯部形状开始向内侧凹入(开始弯曲)。即，已经形成了芯部4的下包层2发生弯曲，芯部树脂4a开始凹陷。
然后，当进一步加强压模5的按压力时，如图2(e)所示，下包层2的芯槽2a的侧面和底面被进一步压入芯部树脂4a，芯部形状进一步向内侧凹入。
接着，在该状态下照射紫外线，使得芯部树脂4a固化，剥离压模5。由此，如图2(f)所示，可制作在截面上具有楔形部分的芯部4。此外，如该图所示，对于芯部4的上表面，即之后形成上包层3的面，也为具有向内侧凹入(弯曲)的形状。这是因为芯部树脂4a固化收缩而引起的。
下面，如图2(g)所示，在下包层2和芯部4上涂布折射率比芯部4小的紫外线固化树脂并进行曝光，形成上包层3。由此，完成光导10。
这样，通过将芯部4的截面形状设为具有凹入(弯曲)部分的形状，即具有楔形的形状，而不是以往的梯形或矩形，从而可提高光导(光通信用部件)的层间贴紧性对温度的可靠性。
此外，根据本实施方式的方法，可以对于高度50μm、宽度50μm的芯部4，使底面和侧面分别向内侧凹入最大10μm。这是防止由于芯部4和下包层2之间的界面上产生的剪切力而引起的剥离的充分的变形量。
此外，通过改变压模对下包层2和芯部树脂4a的按压力，或者，通过对压模的形状进行研究以成为有意地对已形成的下包层2的芯部形状的侧壁(芯槽2a)侧施加期望的压力的构造，从而在芯部4的侧面(芯部侧壁)和底面(芯部底面)产生凹陷，并且可以控制其形状。此外，利用芯部树脂4a或者下包层2的固化收缩，使得在芯部4的上部、下部、侧部产生凹入，并且还可对其进行控制。
此外，优选不仅考虑关于剥离的特性，而且考虑在芯部4内传播的光的光学特性等来决定芯部4的凹入部分的形状。在本实施方式的光导10那样形成为高度50μm、宽度50μm的芯部4的情况下，为了提供足够的耐剪切力，并且不对光学特性带来不好的影响，将各面的凹入量设为3μm～5μm左右。
此外，在本实施方式中，形成了向内侧凹入的截面形状的芯部4，但芯部4的形状并不限于此，只要是使得在芯部4和上下包层2、3之间的界面上作用的剪切力的作用方向在界面的微小区域中不相同，由此可适当地分散、减低界面整体受到的剪切力的形状即可。
例如，可以形成具有至少一部分向内侧凹入的形状的截面的芯部4。或者，也可形成截面为多边形的至少一边向外侧凸起(弯曲)的形状的截面的芯部4。
这样，通过形成在与光的传播方向垂直的截面的轮廓上的至少一部分上相对于该截面的中心具有凹凸(弯曲)形状的芯部4，使得在芯部4和下包层2或者上包层3之间的界面上产生的剪切力的作用方向在界面的微小区域中不相同，由此可适当地分散、减低界面整体受到的剪切力，可防止该界面的剥离。
此外，在本实施方式中，对于下包层2、上包层3、芯部4使用了通过照射紫外线而固化的紫外线固化树脂，但各部件的材料不限于此。例如，可以是通过热条件来固化的热固化树脂等、通过光照射以外的条件来固化的树脂。
此外，在本实施方式中，对于在1个光导10中仅形成1根芯部4的例子进行了说明，但不限于此。例如，可以在下包层2上形成多条芯部4，也可以是芯部4分支为Y字状。
此外，芯部4可以是光的传播方向呈直线状延伸的芯部，也可以是弯曲延伸的芯部。此外，芯部4的截面形状对于光的传播方向不必固定。
此外，在光导10中，可以在上包层3上设置盖基板(盖玻璃)。
此外，在本实施方式中，设有上包层3，但也可以不设置上包层3。
此外，在本实施方式中，把具有光导的芯槽的图案的压模按压到熔融状态或者液体状态的紫外线固化树脂(高分子)上，并且在该状态下使得高分子固化，在下包层上转印(复制)芯槽图案的凹凸形状。然后，通过在这样形成的芯槽中填充高分子，利用平坦的压模对下包层施加按压力，在芯槽中填充的高分子的截面上产生向芯部的中心方向凹入的凹部。而且，在该状态下固化芯槽内的高分子，形成芯部。
这样，在本实施方式中，在使用了高分子的光导、即树脂光导的制作中，通过复制来制作光导的芯部，因此可以低成本且容易地制作光导。
此外，本实施方式的光导由于将芯部的截面形状形成为楔形，增长了热膨胀导致的伸长部分，增大了剪切力的容许量，通过减低剪切力而增大了对热膨胀引起的剪切力的容许量，变得不易产生剥离。即，本实施方式的光导为了提高对于弯曲的特定方向的耐剥离性，制作在各个界面为提高剪切力而凹入的截面形状的芯部。
因此，根据本发明，可容易地将芯部的形状形成为楔形，可廉价地大量制作挠曲性好的光导。
此外，本实施方式的光导10例如可应用于连接多个通信设备的光纤、连接印刷基板彼此的光互连，用光连接多个电路之间的光电路基板，在电路内使用光进行信息传输的光集成电路等。
图10是表示构成为使用光导10、可以通过光信号在两个基板70、80之间进行信号传输的光导模块(光电路)90的一例的平面图。
更加详细地，在基板70上具有集成电路(驱动/放大IC)71、投光元件(VCSEL)72、受光元件(PD)73，在基板80上具有集成电路(驱动/放大IC)81、投光元件82、受光元件83。
集成电路71、81分别驱动投光元件72、82，并且具有放大从受光元件73、83传输来的电信号的功能。
投光元件72、82分别将从集成电路71、81传输来的电信号转换为光而射出。受光元件72、82将接收到的光转换为电信号而分别向集成电路71、81传输。
光导10具有2根芯部4，通过各个芯部4，分别在投光元件72和受光元件83之间以及投光元件82和受光元件73之间进行光耦合。
图11是表示光导10和基板70之间的连接部的概略结构的截面图。如该图所示，投光元件72将从集成电路71传输来的电信号转换为光，并将转换后的光入射到光导10的芯部4中。即，光导10和投光元件72配置为投光元件72射出的光入射进光导10的芯部4中，从而进行光耦合。此外，在图11中，示出了投光元件72和光导10之间的配置关系，对于投光元件82和光导10之间的配置关系也大致同样。
此外，对于受光元件73和光导10之间的配置关系以及受光元件83和光导10之间的配置关系，配置为经由光导10的芯部4传播的光入射进受光元件73、83中。由此，光导10和受光元件73、83实现了光耦合。
此外，本实施方式的光导为多模，本发明并不限于多模光导，也可应用于单模光导中。即，光导10可以构成为具有多根芯部4，或者也可以是仅具有1根光纤4的结构。此外，例如，也可以是仅具备1根芯部4，进行单向通信的结构。
图12是表示在单向通信中使用了光导10的情况下的光导模块90的结构例的平面图。如该图所示，在单向通信的情况下，可以是在发送侧的基板70上不设置受光元件73，集成电路71不具备放大功能的结构。此外，可以是在接收侧的基板80上不设置投光元件82，集成电路81不具备向投光元件82传输信号的功能(驱动功能)的结构。
此外，光导10可以是对于投光元件和受光元件以光耦合的方式实现一体化的结构，或者可以是以可拆卸的方式安装。此外，可以是仅光导10的一端侧与投光元件和/或受光元件以光耦合的方式实现一体化。
对于本发明的另一实施方式进行说明。此外，为了便于说明，对于具有与实施方式1同样的功能的部件使用相同的标号，省略其说明。
本实施方式的光导与实施方式1同样，具有截面形状的至少一部分具有凹凸的芯部4，由此，起到与实施方式1的光导10大致同样的效果。
但是，在本实施方式中，关于使用半导体工艺形成芯部4这一点，实施方式1和实施方式2不同。
对于本实施方式的光导的制造方法进行说明。图3(a)和图3(b)是表示本实施方式的光导的制造过程的一部分的截面图。
首先，在基板1上堆积紫外线固化树脂(包层材料)，通过使其固化而形成下包层2。
之后，在下包层2上堆积紫外线固化树脂(包层材料)，通过使其固化而形成芯部层4b。此外，对于形成芯部层4b的芯部材料，使用折射率比形成下包层的包层材料高的树脂。
接着，在芯部层4b的表面涂布抗蚀剂(未图示)，在抗蚀剂的上面重叠曝光掩模(未图示)，通过紫外线照射而曝光。曝光后，通过对抗蚀剂进行显影而形成图案，由抗蚀剂覆盖形成芯部4的位置，作为掩模(蚀刻用掩模)61(参照图3(a))。
然后，如图3(b)所示，通过反应性离子蚀刻(RIE)，从掩模61上方去除芯部层4b的露出区域以及掩模61的下部的一部分，形成芯部4。此时，通过控制工作参数(气体流量、室压、等离子输出等)，制作出在截面的两侧面上，按照缓坡形状倾斜的楔形，即两侧面向内侧凹入形状的芯部4。
之后，去除掩模61使得芯部4露出。然后，在芯部4和下包层2上堆积紫外线固化树脂(包层材料)，使其固化形成上包层。由此，可形成在下包层2和上包层之间嵌入了芯部4的光导。
这样形成的光导起到与实施方式1的光导10大致相同的效果。此外，本实施方式的光导与后述的实施方式3的薄膜光导20同样，也可以除去基板1而成为具有挠曲性的薄膜光导。在该情况下，起到与薄膜光导20大致同样的效果。
此外，在所述的说明中，使用抗蚀剂作为掩模61，但不限于此，例如可以使用由金属等构成的掩模。
此外，在所述的说明中，通过控制工作参数(气体流量、室压、等离子输出等)，控制芯部4的截面的两侧面的形状，但控制芯部4的截面形状的方法不限于此。例如，也可以代替所述的方法，或者在所述方法的基础上，通过变更掩模61的形状，使芯部63的截面的上面的形状成为向内侧凹入的形状。
图4(a)和图4(b)是表示这种情况的制造过程的截面图。在这些图中示出的例子中，代替图3(a)所示的掩模61，使用中央部凹入形状的掩模61a。此外，除掩模形状不同以外，可以通过与所述方法同样的方法来形成光导。
由这样的掩模61a覆盖待形成芯部4的位置，然后，通过反应性离子蚀刻(RIE)，从掩模61上方去除芯部层4b的露出区域以及掩模61a的下部的一部分，制作出截面的两侧面以及上面向内侧凹入的芯部4。
之后，去除掩模61a使得芯部4露出。然后，在芯部4和下包层2上堆积紫外线固化树脂(包层材料)，使其固化形成上包层。由此，可形成在下包层2和上包层之间嵌入了芯部4的光导。此外，在该情况下，芯部4的上表面为向内侧凹入的形状，因此芯部4一上包层之间的界面的剪切力的作用方向在界面的微小区域中不同，分散、减低了界面整体的剪切力，可防止该界面的剥离。
此外，在所述的说明中，使用反应性离子蚀刻(RIE)来形成芯部4，但不限于此，也可以使用其它的半导体工艺来形成。例如，也可以使用准分子激光来形成芯部4。图5是表示该情况的制造过程的截面图。
首先，在基板1上堆积紫外线固化树脂(包层材料)，通过使其固化来形成下包层2。
接着，如图5所示，在下包层2上，经由根据待形成的芯部4的形状而在中央部设有开口部的掩模61b来照射准分子激光，在下包层2上形成芯槽(槽部)2b。此外，此时，可以通过改变准分子激光的能量密度来变更芯槽2b的加工形状，可制造大致为直线，但截面具有楔形形状的芯槽2b。
接着，向芯槽2b注入折射率比下包层2大的紫外线固化树脂(芯部树脂)，利用玻璃板等按压而将紫外线固化树脂填充在芯槽2b内，通过照射紫外线使得紫外线固化树脂固化，来形成芯部4。
然后，在剥离所述的玻璃板等之后，进行旋涂，使下包层2上面的芯部4薄薄地延展。之后，当涂布折射率比芯部4小、构成上包层3的树脂并曝光后，即完成光导。
这样形成的光导具有与截面具有楔形形状的芯槽2a大致相同形状的芯部4，因此起到与实施方式1的光导10大致相同的效果。此外，在这样形成的光导中，也可以除去基板1而作为具有挠曲性的薄膜光导。在该情况下，起到与后述的实施方式3的薄膜光导20大致同样的效果。
对于本发明的另一实施方式进行说明。此外，为了便于说明，对于具有与实施方式1同样功能的部件使用相同的标号，省略其说明。
本实施方式的薄膜光导(光导)20是在实施方式1的光导10中，通过将上下包层2、3的厚度作得较薄，并且去除基板(玻璃基板)1，而形成总厚度300μm、具有挠曲性的薄膜波导(薄膜光导)20。即，薄膜光导20由总厚度300μm、具有挠曲性的树脂层的层叠体构成，设置为可以弯曲使用、卷在轴等上使用、或者允许扭曲。
在薄膜光导20中，通过形成与实施方式1同样的芯部4，从而即使在弯曲使用的情况下或者扭曲使用的情况下，对于伸缩等引起的剪切力的允许量增加，变得不容易产生剥离。
此外，薄膜光导20可与在实施方式1中说明的光导10同样地进行使用。即，可应用在连接多个通信设备的光纤、连接印刷基板之间的光互连、利用光来连接多个电路之间的光电路基板、在电路内使用光进行信息传输的光集成电路等中。
此外，在本实施方式1说明的光导模块90中，可以代替光导10而具有薄膜光导20。即，可以使薄膜光导20与投光元件和/或受光元件进行光耦合来构成薄膜光导模块。
此外，这样提高了对于弯曲时的剥离的强度的薄膜光导20例如有以下这样的应用例。
首先，作为第一应用例，可以用于折叠式便携电话、折叠式PHS(Personal Handyphone System，个人手提移动电话系统)、折叠式PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理)，折叠式笔记本电脑等的折叠式的电子设备(信息处理装置、光传输装置)的铰链部。
图6(a)至图6(c)示出在折叠式便携电话40中应用薄膜光导20的例子。即，图6(a)是示出内置有薄膜光导20的折叠式便携电话40的外观的立体图。
图6(b)是表示在图6(a)中示出的折叠式便携电话40中应用本发明的薄膜光导20的部分的方框图。如该图所示，设在折叠式便携电话40的主体40a侧的控制部41分别通过薄膜光导20而与主体的一端以铰链部为轴可旋转的盖(驱动部)40b侧设置的外部存储器42、照相机部(数字照相机)43、显示部(液晶显示器显示)44等连接。
图6(c)是图6(a)中的铰链部(用虚线围起的部分)的透视平面图。如该图所示，薄膜光导20通过卷在铰链部的支持棒上弯曲，而分别与设在主体侧的控制部、设在盖侧的外部存储器42、照相机部43、以及显示部44连接。
通过在这些折叠式电子设备中应用薄膜光导20，可在有限的空间内实现高速、大容量的通信。因此，例如，特别适合折叠式液晶显示装置等的需要高速、大容量的数据通信且追求小型化的设备。
此外，在近年的便携电话中，例如，如图14所示，有主体40a和盖部40b可以以彼此的邻接方向为轴进行旋转的类型。此外，例如，在如图6(a)所示的便携电话中，盖40b在垂直于所述旋转方向(开闭方向)的方向上也可以旋转的便携电话等、具有二轴旋转型结构的便携电话也正在普及。图15是示出具有这样的二轴旋转型结构的电子设备中具有的光导20的一个结构例的平面图。
如图14和图15所示，在具有驱动部的电子设备中使用的薄膜光导20有时会根据驱动部的旋转方向(或者移动方向)而以该薄膜光导20的延伸方向的光为轴产生扭曲。
在此，如果考虑配线的空间(薄膜光导20的设置空间)，则优选使得扭曲部分的长度较短。例如，如图15所示，当设薄膜光导20的宽度(与上下包层2、3的层叠方向垂直的方向的宽度)为W、扭曲部分的长度为H(H＝α·W)时，优选使α尽量小。
但是，如果使扭曲部分的长度太短，由于薄膜光导20的形状扭曲因而传输特性恶化。具体而言，如果α的值小于1，则薄膜光导20的传输特性恶化。因此，为了不使传输特性恶化而削减薄膜光导20的设置空间，优选使得α的值在1以上且尽量接近1的值。典型地，优选在1以上且在1.5以下。
另一方面，当产生所述这样的扭曲时，在薄膜光导20和基板之间的接合部(例如设在薄膜光导20上的光连接器21、22和设在基板侧的光连接器23、24之间)上，由于扭曲的反作用力而作用张力(参照图15)，有可能产生连接不良。为了防止这样的由于作用在接合部上的张力而引起的连接不良，需要抑制在0.5kgf以下。
在此，由于薄膜光导20的扭曲而引起的张力的大小取决于作为所述扭曲部分的长度H和薄膜光导20的宽度W之比的α(α＝H/W)和薄膜光导20的弹性模量。图16是示出α的值和使得作用在接合部上的张力为0.5kgf以下的弹性模量之间的关系的图。
如该图所示，为了使α为1以上1.5以下，且作用在接合部上的张力为0.5kgf以下，可以使弹性模量在20MPa以上250MPa以下。由此，可以防止连接不良并且减小薄膜光导20的设置空间。
此外，在以往的具有“扭曲结构”的电子设备中，根据返回性的问题，使用将多根极细的同轴线缆拧在一起的配线。即，通过捻在一起的状态下为最细、在未捻在一起的情况下变细的部分舒展开(产生余长)，来实现扭曲结构。但是，在这样的结构中，存在铰链部的直径变粗的问题。此外，在这样的结构中，存在由于扭曲动作(或者弯曲动作)而使配线与框体接触，因磨损而传输特性(高频特性、EMI特性)恶化的问题。
对此，薄膜光导20可以按配线单体进行扭曲。即，如图15所示的A-A’截面的截面图和B-B’截面的截面图那样，在构成铰链部的圆筒的内部设置薄膜光导20的情况下，可以仅由配线宽度W来决定铰链部的内径。由此，不需要以往那样的多余长度部分，因此可使铰链结构小型化、削减铰链构造的设置空间。
此外，在薄膜光导20中，配线的外层成为不直接参与光的传播的包层。因此，即使产生配线的磨损，与以往的使用极细同轴缆线的情况相比，也可大幅减低其磨损对传输特性的影响。
此外，通过将薄膜光导20的弹性模量设为所述条件，例如，在将扭曲状态设置为定常状态的情况下，也可防止由于在两端的连接部产生的张力而引起连接不良。因此，无需设置用于减低在连接部产生的张力的保持结构等。
作为第2应用例，薄膜光导20可应用于打印装置的打印头或硬盘记录再生装置的读取部等的具有驱动部的装置(光传输装置)。
图7(a)至图7(c)示出在打印装置50中应用了薄膜光导20的例子。图7(a)是表示打印装置50的外观的立体图。如该图所示，打印装置50具有一边在纸52的宽度方向上移动一边对纸52进行打印的打印头51，薄膜光导20的一端与该打印头51连接。
图7(b)是打印装置50中应用了薄膜光导20的部分的方框图。如该图所示，薄膜光导20的一端部与打印头51连接，另一端部与打印装置50的主体侧基板连接。此外，该主体侧基板具有控制打印装置50的各部分的动作的控制单元等。
图7(c)和图7(d)是示出打印装置50的打印头51移动(驱动)时的、薄膜光导20的弯曲状态的立体图。如该图所示，当在打印头51这样的驱动部中应用薄膜光导20的情况下，由于打印头51的驱动，薄膜光导20的弯曲状态变化，并且薄膜光导20的各位置反复弯曲，在芯部4和各包层之间反复作用剪切力。
因此，在这些驱动部上连接薄膜光导的情况下，特别需要使用耐剪切力的性能优秀的薄膜光导，本实施方式的薄膜光导20适合于这些驱动部。此外，通过在这些驱动部中应用薄膜光导20，可以实现使用驱动部进行的高速、大容量通信。
图8表示在硬盘记录再生装置(光传输装置)60中应用了薄膜光导20的例子。
如该图所示，硬盘记录再生装置60具有磁盘(硬盘)61、磁头(读取、写入用磁头)62、基板导入部63、驱动部(驱动电机)64以及薄膜光导20。
驱动部64是沿着磁盘61的半径方向驱动磁头62的装置。磁头62是读取记录在磁盘61上的信息、或者在磁盘61上写入信息的装置。此外磁头62经由薄膜光导20与基板导入部63连接，将从磁盘61读取的信息作为光信号传播到基板导入部63，而且，接收从基板导入部63传播来的、待写入磁盘61的信息的光信号。
这样，通过在硬盘记录再生装置60的磁头62这样的驱动部中应用薄膜光导20，可防止在光导中产生剥离，并且可实现高速、大容量通信。
此外，薄膜光导20的总厚度不特别限定，但优选在可以实现必要的光学特性的范围内较薄，例如优选在300μm以下。如果总厚度在300μm以下，则适合弯曲使用、或者卷在轴上使用。此外，适合于减小薄膜光导20的设置空间、实现具备薄膜光导20的设备的小型化。
本发明不限于所述的各实施方式，在权利要求所示的范围内可以有各种的变更，对于适当组合在不同的实施方式中公开的技术手段而得到的实施方式，也包括在本发明的技术范围内。
产业上的利用可能性本发明可以全面适用于在使用光的通信或者能量传输中使用的光导。此外，也可适用于挠曲性好的薄膜光导。在该情况下，特别适宜应用于折叠式便携电话、折叠式PHS(Personal Handyphone System)、折叠式PDA(Personal Digital Assistant)、折叠式笔记本电脑等的折叠式装置的铰链部、或者、打印装置的打印头或者硬盘的读取部等的具有驱动部的装置。此外，特别适合于折叠式的液晶显示装置等的需要高速传输大容量数据的装置。
权利要求
1.一种光导，该光导具备用于将光封闭而使其传播的芯部和具有包围所述芯部的槽部的包层，其特征在于，所述芯部为如下形状与所述芯部内传播的光的光轴方向垂直的截面的与所述槽部的侧面或底面相接的部分的至少一部分相对于该截面的中心弯曲。
2.根据权利要求1所述的光导，其特征在于，所述芯部为如下形状所述截面的与所述槽部的侧面相接的部分的至少一部分相对于该截面的中心弯曲。
3.根据权利要求1或2所述的光导，其特征在于，所述芯部为如下形状所述截面的与所述槽部的底面相接的部分的至少一部分相对于该截面的中心弯曲。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的光导，其特征在于，该光导具有形成为覆盖所述包层以及所述芯部的第2包层，所述芯部为如下形状所述截面的与所述第2包层相接的部分的至少一部分相对于该芯部的中心弯曲。
5.根据权利要求2～4中任意一项所述的光导，其特征在于，所述包层的弯曲弹性模量为1000MPa以下。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的光导，其特征在于，所述光导由总厚度在300μm以下的树脂层构成。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的光导，其特征在于，所述光导的弹性模量在20MPa以上且在250MPa以下。
8.一种光导模块，其特征在于，该光导模块具备权利要求1～6中任意一项所述的光导；以及将电信号转换为光而射出的投光元件，从所述投光元件射出的光入射到所述光导的芯部中。
9.一种光导模块，其特征在于，该光导模块具备权利要求1～6中任意一项所述的光导；以及将接收到的光转换为电信号的受光元件，通过所述光导传播的光入射到所述受光元件中。
10.一种光导模块，其特征在于，该光导模块具备权利要求1～6中任意一项所述的光导；将电信号转换为光而射出的投光元件；以及将接收到的光转换为电信号的受光元件，从所述投光元件射出的光入射到所述光导的芯部中，该入射的光经由芯部传播而入射到所述受光元件。
11.一种光传输装置，其特征在于，该光传输装置具有主体；以及相对于所述主体相对地移动或者旋转的驱动部，使用权利要求6或7所述的光导，在所述主体和所述驱动部之间传输光信号。
12.一种光导的制造方法，该光导具备用于将光封闭而使其传播的芯部和具有包围所述芯部的槽部的包层，其特征在于，该制造方法包括以下步骤在由第1树脂构成的所述包层的表面上形成所述槽部的步骤；在所述槽部中填充第2树脂的步骤；通过向所述包层施加按压力，使得所述槽部的形状变形，按照所述槽部的形状变形使得所述第2树脂变形，并且使该第2树脂固化，由此来形成所述芯部的步骤。
13.根据权利要求12所述的光导的制造方法，其特征在于，在所述槽部的形成步骤中，通过在由所述第1树脂构成的树脂层上压接具有所述槽部的反转图案的压模，并使该树脂层固化，来形成所述包层。
14.一种光导的制造方法，该光导具备用于将光封闭而使其传播的芯部和具有包围所述芯部的槽部的包层，其特征在于，该制造方法包括以下步骤在所述包层上，形成侧面或者底面的至少一部分具有弯曲部的所述槽部的步骤；通过在所述槽部中填充第2树脂并使其固化，而形成所述芯部的步骤。
15.根据权利要求14所述的光导的制造方法，其特征在于，在所述槽部的形成步骤中，通过具有开口部的遮蔽物照射能量束，来形成所述槽部。
16.一种光导的制造方法，该光导具备用于将光封闭而使其传播的芯部和包围所述芯部的包层，其特征在于，该制造方法包括以下步骤在第1包层上堆积第2树脂而形成芯部层的步骤；通过对所述芯部层实施蚀刻，形成如下形状的芯部的步骤与所述芯部内传播的光的光轴方向垂直的截面的轮廓的至少一部分相对于该截面的中心弯曲；以及形成第2包层以覆盖所述芯部和所述第1包层的步骤。
17.根据权利要求16所述的光导的制造方法，其特征在于，在所述芯部的形成步骤中，通过遮蔽物实施反应性离子蚀刻，来形成所述芯部。
全文摘要
本发明提供一种光导、光导模块、光传输装置、光导的制造方法。在由基板(1)、下包层(2)、上包层(3)、芯部(4)构成的光导(10)中，被下包层(2)包围的芯部(4)的与光传输方向垂直的截面的轮廓为相对于该截面的中心弯曲的形状。由此，可以防止光导的剥离，提高光学特性的可靠性。
文档编号B41J29/00GK1985202SQ2005800218
公开日2007年6月20日 申请日期2005年6月28日 优先权日2004年6月28日
发明者榎并显, 石田庆久, 藤崎民雄, 细川速美 申请人:欧姆龙株式会社