专利名称：薄膜光波导和其制造方法以及电子设备装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种薄膜光波导及其制造方法。此外，本发明还涉及使用上述薄膜光波导的电子设备装置。
背景技术：
近年来，可高速进行大容量数据通信的光通信技术的进步非常显著，其光通信网也持续扩大。光通信技术虽然应用在如横穿国土的长距离通信或地域内的中距离通信中，但在通信距离很短的情况下，也应用于设备内部或设备间的光信号传送等。
在移动用设备或小型设备等中，由于各种部件配置密集，因此，必须要曲折地穿过部件间的狭窄的缝隙进行布线。因此，作为电气布线，广泛采用的是柔性印刷电路布线板。同样，为了进行设备内部或设备间等短距离的光信号传送，希望有柔性的薄膜光波导。特别是在移动用小型设备的内部进行光波导布线的情况下，为了节省空间，许多情况下要贴着部件表面进行布线，这就要求具有能以很小的曲率半径进行弯曲的聚合物薄膜光波导。
另一方面，作为具有高弯曲性能、容易变形的材料，可列举出弹性体(elastomer)。所谓弹性体，是在常温下具有橡胶状弹性的高分子材料的总称，一般是指如橡胶类那样的弯曲弹性模量低的材料。这里，对弹性体的弯曲弹性模量低的原因进行说明。弹性体的玻璃转移温度很低，在室温下，其聚合物分子产生布朗运动。即，弹性体呈现流动性。另一方面，由于构成弹性体的聚合物分子其分子链之间化学交联，因此，虽然呈现流动性，但其流动性是局部的。从而，弹性体既是固体，又具有容易弯曲的这一橡胶状的性质。
弹性体通过能量照射使作为其前驱体的单体或低聚物硬化来获得。弹性体大多由单体或低聚物通过亲水基之间的氢键键合交联而成，其前驱体也大多在分子中含有亲水基。由于前驱体的混合物的亲水基之间氢键键合，因此，其流动性变低，呈现高粘度这一性质。另外，该前驱体的混合物当被能量照射而硬化时，就成为弯曲弹性很小的橡胶状的弹性体。
从而，认为如果使用弹性体就可制造能以很小的曲率半径进行弯曲的薄膜光波导。图1(a)～图1(g)是说明现有技术方案的薄膜光波导的制造方法的概略截面图。在该制造方法中，首先，如图1(a)所示，在基板11上滴注包层材料12。该包层材料12是作为低折射率的弹性体的前驱体的单体或低聚物。接着，如图1(b)所示，通过旋转涂布机(spincoater)将基板11上的包层材料12延展得较薄，然后通过能量照射使包层材料12硬化，从而获得下包层13。然后，如图1(c)所示，在下包层13的表面形成图案，形成凹槽14，接着，如图1(d)所示，在凹槽14内充填折射率高于下包层13的芯材料15。该芯材料15是作为折射率高于下包层13的聚合物的前驱体的单体或低聚物。当向该芯材料15照射能量时，如图1(e)所示，芯材料15硬化，在凹槽14内形成了折射率高于下包层13的芯16。接下来，如图1(f)所示，在下包层13和芯16上滴注与下包层13同样的包层材料12(弹性体的前驱体)，通过旋转涂布法将其延展得较薄后，通过向包层材料12照射能量使其硬化，如图1(g)所示，形成了由包层材料12构成的上包层17，从而制造出薄膜光波导18。
作为能够以很小的曲率半径进行弯曲的薄膜光波导，最好使用弯曲弹性模量在1,000MPa以下的弹性体。但是，在这样的弹性体的前驱体中，由于粘度高达1,000cP(＝10Pa·s)左右，当将所述弹性体用于上包层17或下包层13的情况下，通过旋转涂布法获得的包层的膜厚，只能减薄到600μm左右，要得到厚度在1,200μm以下的很薄的薄膜光波导就非常困难。因此，即使采用弯曲弹性模量为1,000MPa以下的弹性体，由于其厚度的原因，不能以很小的曲率半径进行弯曲。
另一方面，如果减小弹性体的前驱体的粘度，则可以减薄通过旋转涂布法获得的包层的膜厚。但是，当减小弹性体的前驱体的粘度时，硬化后的弹性体(包层)的弯曲弹性模量就会变大，最终，很难获得能够以小的曲率半径进行弯曲的薄膜光波导。
因此，在采用旋转涂布法的现有的薄膜光波导的制造方法中，当采用前驱体的粘度较大的弹性体时，不能使包层的膜厚较薄，反之，当采用前驱体的粘度较小的弹性体时，包层的弯曲弹性模量会变大。因此，无论怎样都不能制造出以曲率半径为数mm程度的较小的曲率半径进行弯曲的薄膜光波导。
在这样的制造方法中，如果硬要得到很薄的薄膜光波导18，只有在下包层13硬化后、或上包层17硬化后，通过磨削等来使下包层13和上包层17薄片化的方法，为了获得薄的薄膜光波导，需要很多工序，因而在生产率方面存在问题。
并且，在专利文献1中，作为芯材料公开了使用聚氨酯类紫外线硬化树脂的材料，在该光波导中，一个包层基板的厚度就有1.5mm，不能期待以很小的曲率半径进行弯曲。
专利文献1日本专利公报特开平10-90532号发明内容本发明是鉴于如上所述的技术问题而提出的，其目的在于提供一种能够以很小的曲率半径进行弯曲的薄膜光波导及其制造方法。
本发明涉及的薄膜光波导，其特征在于，由弯曲弹性模量为1,000MPa以下的弹性体，形成下包层和上包层中的至少一个层，所述上包层和下包层的膜厚之和在300μm以下。
对本发明的薄膜光波导，由于其上包层和下包层之中的至少一方由弯曲弹性模量为1,000MPa以下的弹性体形成，并且，上下包层的膜厚之和薄至300μm以下，因此，能够使薄膜光波导以很小的曲率半径(例如，数mm以下)进行弯曲。从而，在移动用小型设备内等，就可以将薄膜光波导沿部件的表面，或者，曲折地穿过部件之间的缝隙进行布线。
在本发明的薄膜光波导的某些实施方式中，也可以在所述下包层和所述上包层之间形成有芯，所述芯由折射率高于所述两包层、且弯曲弹性模量在1,000MPa以下的弹性体形成。当芯由弯曲弹性模量在1,000MPa以下的弹性体形成时，芯也变得容易弯曲，因此，能够使薄膜光波导以更小的曲率半径进行弯曲。
在本发明的薄膜光波导的其它实施方式中，所述芯的弯曲弹性模量大于所述上包层和所述下包层的弯曲弹性模量。在该实施方式中，由于芯的弯曲弹性模量大于上包层和下包层的弯曲弹性模量，因此，即使在薄膜光波导拉伸或扭转时，也能够将芯的变形抑制到很小，从而能够减小在芯内传播的光的损失。
本发明的第一薄膜光波导的制造方法，其特征在于，该第一薄膜光波导的制造方法包括以下工序将在硬化后的弯曲弹性模量为1,000MPa以下的弹性体的、由单体或低聚物构成的前驱体，提供给基板的工序；将压模压靠在所述弹性体的前驱体上，通过压模对弹性体的前驱体施加压力，从而使弹性体的前驱体的膜厚变薄的工序；使所述弹性体的前驱体硬化以形成下包层的工序；在所述下包层上形成芯的工序；以及在所述下包层和芯上形成上包层的工序。并且，基板并不仅限于用于成形下包层的玻璃基板等，也可以是用于成形下包层的装置的模板(定盤)等。最好在最后将该基板从薄膜光波导上除去。
当使用弯曲弹性模量为1,000MPa以下的弹性体时，弹性体的前驱体的粘度比较大，因而难以减小由弹性体形成的包层的厚度。但是，在本发明的第一薄膜光波导的制造方法中，即使采用弯曲弹性模量为1,000MPa以下的弹性体，通过用压模按压弹性体的前驱体以使其变薄，能够获得膜厚很薄(例如，150μm以下的膜厚)的下包层。从而，根据本发明，可以获得弯曲弹性模量为1,000MPa以下、且厚度很薄的下包层，从而可以制造出能以很小的曲率半径进行弯曲的薄膜光波导。
本发明的第二薄膜光波导的制造方法，其特征在于，该第二薄膜光波导的制造方法包括以下工序形成下包层的工序；在所述下包层上形成芯的工序；将在硬化后的弯曲弹性模量为1,000MPa以下的弹性体的、由单体或低聚物构成的前驱体，提供至所述下包层和所述芯上的工序；将压模压靠在所述弹性体的前驱体上，通过压模对弹性体的前驱体施加压力，从而使弹性体的前驱体的膜厚变薄的工序；以及使所述弹性体的前驱体硬化以形成上包层的工序。
在本发明的第二薄膜光波导的制造方法中，即使采用弯曲弹性模量为1,000MPa以下的弹性体，通过用压模按压弹性体的前驱体以使其变薄，能够获得膜厚很薄(例如，150μm以下的膜厚)的上包层。从而，根据本发明，能够获得弯曲弹性模量为1,000MPa以下、并且厚度很薄的上包层，从而可以制造出能以很小的曲率半径进行弯曲的薄膜光波导。
本发明的第三薄膜光波导的制造方法，其特征在于，该第三薄膜光波导的制造方法包括以下工序将在硬化后的弯曲弹性模量为1,000MPa以下的弹性体的、由单体或低聚物构成的前驱体，提供给第一基板的工序；将压模压靠在所述弹性体的前驱体上，通过所述压模来对弹性体的前驱体施加压力，从而使弹性体的前驱体的膜厚变薄的工序；使所述弹性体的前驱体硬化以形成下包层的工序；将在硬化后的弯曲弹性模量为1,000MPa以下的弹性体的、由单体或低聚物构成的前驱体，提供给第二基板的工序；将压模压靠在提供给第二基板的所述弹性体的前驱体上，通过所述压模来对弹性体的前驱体施加压力，从而使弹性体的前驱体的膜厚变薄的工序；使提供给第二基板的所述弹性体的前驱体硬化以形成上包层的工序；以及夹入形成于所述下包层或所述上包层的芯，并将所述下包层和所述上包层粘合起来的工序。另外，基板并不限定于用于成形上包层和下包层的玻璃基板等，也可以是用于成形上包层和下包层的装置的模板等。最好在最后将该基板从薄膜光波导上除去。
在本发明的第三薄膜光波导的制造方法中，即使采用弯曲弹性模量为1,000MPa以下的弹性体，通过用压模按压弹性体的前驱体以使其变薄，能够获得膜厚很薄(例如，150μm以下的膜厚)的上包层和下包层。从而，根据本发明，能够获得弯曲弹性模量为1,000MPa以下、且厚度很薄的上包层和下包层，从而可以制造出能以很小的曲率半径进行弯曲的薄膜光波导。
此外，当成形上包层和下包层时，由于因来自压模的压力而产生的内部应力，上包层和下包层会产生翘曲，根据第三薄膜光波导的制造方法，由于在用压模按压分别成形上包层和下包层之后，使上包层上下翻转地粘合在下包层上，因此，上包层和下包层的翘曲相互抵消，从而能够抑制薄膜光波导产生翘曲。
本发明的第四薄膜光波导的制造方法，其特征在于，该第四薄膜光波导的制造方法包括以下工序将在硬化后的弯曲弹性模量为1,000MPa以下的弹性体的、由单体或低聚物构成的前驱体，提供给第一基板的工序；将压模压靠在所述弹性体的前驱体上，通过所述压模来对弹性体的前驱体施加压力，从而使弹性体的前驱体的膜厚变薄的工序；使所述弹性体的前驱体硬化以形成下包层的工序；将在硬化后的弯曲弹性模量为1,000MPa以下的弹性体的、由单体或低聚物构成的前驱体，提供给第二基板的工序；将压模压靠在提供给第二基板的所述弹性体的前驱体上，通过所述压模来对弹性体的前驱体施加压力，从而使弹性体的前驱体的膜厚变薄的工序；使提供给第二基板的所述弹性体的前驱体硬化以形成上包层的工序；以及用芯材料粘合所述下包层和所述上包层，同时在所述下包层和所述上包层之间由所述芯材料形成芯的工序。
在本发明的第四薄膜光波导的制造方法中，即使采用弯曲弹性模量为1,000MPa以下的弹性体，通过用压模按压弹性体的前驱体以使其变薄，能够获得膜厚很薄(例如，150μm以下的膜厚)的上包层和下包层。从而，根据本发明，可以得到弯曲弹性模量为1,000MPa以下、且厚度很薄的上包层和下包层，从而可以制造出能以很小的曲率半径进行弯曲的薄膜光波导。
此外，根据第四薄膜光波导的制造方法，通过用芯材料粘合下包层和上包层，并同时由芯材料成形芯，因此，能够一次性完成由芯材料成形芯、和由芯材料接合上下包层的作业，从而可以减少薄膜光波导的制造工序，可以使制造工序合理化。
本发明涉及的薄膜光波导模块的特征在于，所述薄膜光波导模块构成为以光学结合的方式配置本发明涉及的薄膜光波导、与投光元件或受光元件，并使它们一体化。
根据本发明涉及的薄膜光波导模块，由于能够获得光波导部分的厚度很薄、而且弯曲性能优秀的薄膜光波导模块，因此，在将该薄膜光波导模块组装到具有如铰链部那样的转动部分的装置内的情况下，即使转动部分反复转动，光波导部分也不易破损，从而可以提高该装置的耐久性。
本发明涉及的第一电子设备装置是通过转动部分将一个部件和另一个部件可自由转动地连接起来的折叠式电子设备装置，其特征在于，将本发明涉及的薄膜光波导以通过所述转动部分的方式布线在所述一个部件与另一个部件之间。
根据本发明涉及的电子设备装置，由于能够获得厚度很薄、而且弯曲性能优秀的薄膜光波导，因此在将该光波导装置应用在具有如铰链部那样的转动部分的电子设备装置的情况下，即使转动部分反复转动，薄膜光波导也不易破损，从而能够提高电子设备装置的耐久性。
本发明涉及的第二光波导装置，其是在设备主体中具有移动部的电子设备装置，其特征在于，使所述移动部和所述设备主体通过本发明第一或第二方面所述的薄膜光波导光学结合。
根据本发明涉及的薄膜光波导，由于可以获得厚度薄且弯曲性能优秀的薄膜光波导，因此，在将所述的光波导装置应用在具有移动部的电子设备装置的情况下，即使薄膜光波导随着移动部的动作反复变形，该薄膜光波导也不易破损，从而能够提高电子设备装置的耐久性。
另外，本发明的以上说明过的结构要素在可能的范围内，可以任意地进行组合。
图1(a)～图1(g)是说明现有示例的薄膜光波导的制造方法的概略截面图。
图2(a)～图2(d)是依次说明本发明实施例1的薄膜光波导的制造工序的概略截面图。
图3(a)～图3(e)是说明继图2(a)～图2(d)之后的工序的概略截面图。
图4是表示用作包层材料的弹性体的前驱体的单体或低聚物中包含的基的一部分的化学式。
图5(a)～图5(d)是表示本发明实施例2中的上包层的制造工序的概略截面图。
图6(a)～图6(e)是说明在本发明实施例2中，通过将形成在基板上的下包层、以及形成在另一基板上的上包层层叠在一起，来制造薄膜光波导的工序的概略截面图。
图7(a)～图7(e)是说明在本发明实施例3中，通过将形成在基板上的下包层、以及形成在另一基板上的上包层层叠在一起，来制造薄膜光波导的工序的概略截面图。
图8是说明本发明的变形例的概略截面图。
图9表示本发明实施例4的单向通信用薄膜光波导模块的平面图。
图10是放大表示图9所示的薄膜光波导模块的一部分的概略截面图。
图11(a)是示意性地表示芯通过拉伸力而变形的薄膜光波导的图，图11(b)是示意性地表示芯因拉伸力引起的变形减小了的薄膜光波导的图。
图12是表示本发明实施例4的双向通信用薄膜光波导模块的平面图。
图13是作为本发明的实施例5的移动电话机的立体图。
图14是表示上述移动电话机的电路结构的概略图。
图15是示意性地表示通过薄膜光波导连接上述移动电话机的显示部侧和操作部侧的状况的立体图。
图16是表示本发明实施例5的另一移动电话机的结构的概略图。
图17(a)是表示移动电话机内的薄膜光波导扭转时的状况的图，图17(b)是放大表示沿图17(a)中的X-X线的截面的图。
图18是表示薄膜光波导的扭转区域的长度αW的说明图。
图19是表示薄膜光波导的扭转区域的长度与薄膜光波导的宽度之比α，与要求的弹性模量的极限值之间的关系的图。
图20(a)和图20(b)是表示本发明实施例5的又一移动电话机的结构的概略图，图20(a)是表示折叠成两折的状态的图，图20(b)是表示打开的状态的图。
图21是作为本发明的实施例6的打印机的立体图。
图22是表示上述打印机的电路结构的概略图。
图23(a)和图23(b)是表示打印机的打印头移动时的薄膜光波导变形的状况的立体图。
图24是作为本发明的实施例7的硬盘装置的立体图。
图25是表示薄膜光波导与电子电路板的连接方式的一例的图。
图26是表示薄膜光波导与电子电路板的连接方式的另一例的图。
图27是表示薄膜光波导与电子电路板的连接方式的又一例的图。
图28是表示本发明涉及的薄膜光波导的其它使用方法的立体图。
图29是表示将本发明涉及的薄膜光波导与柔性印刷电路板重叠起来而形成的柔性复合传输通道的侧视图。
标号说明21基板；22包层材料；23压模；24凸形图案；25凹槽；26下包层；27芯材料；28芯；29压模；30上包层；31薄膜光波导；32基板；33压模；34粘接树脂；35薄膜光波导；36薄膜光波导；37压模；51薄膜光波导。
具体实施例方式
以下，根据附图对本发明的实施例详细进行说明。但是，本发明当然并不仅限于以下的实施例。
实施例1图2和图3是说明本发明实施例1的薄膜光波导的制造方法的概略截面图。当制造本发明涉及的薄膜光波导时，首先准备玻璃基板等具有透光性的平坦的基板21。如图2(a)所示，在该基板21上涂布包层材料22。在该实施例1中所用的包层材料22是包含如图4所示的基的聚氨酯单体和聚氨酯低聚物、与聚合引发剂的混合物，是在硬化后的弯曲弹性模量为1,000MPa以下的弹性体的前驱体。此外，该包层材料22为紫外线硬化型材料。
然后，如图2(b)所示，将压模(成形模具)23从上方压靠在包层材料22上，对压模23施加压力，将包层材料22在基板21与压模23之间延展成较薄，以使包层材料22的膜厚变薄。由于在压模23的下表面形成有用于在下包层形成凹槽的凸形图案24，因此，在由压模23按压的包层材料22的上表面形成凹槽25。接着，如图2(c)所示，通过基板21从下表面对包层材料22照射紫外线能量，以使包层材料22硬化。
在包层材料22硬化而成形了下包层26之后，如图2(d)所示，使压模23从下包层26分离。当分离压模23时，在下包层26的上表面通过凸形图案24成形有凹槽25。
接着，如图3(a)所示，在下包层26的凹槽25内充填芯材料27。该芯材料27是由作为折射率高于下包层26的聚合物的前驱体的、单体或低聚物构成，是紫外线硬化型的聚合物前驱体。当然，作为该芯材料，也可以使用折射率高于下包层26并且在硬化后的弯曲弹性模量为1,000MPa以下的弹性体的前驱体。在凹槽25中充填芯材料27，通过适当的方法使芯材料27的表面均匀平滑后，如图3(b)所示，向芯材料27照射紫外线能量以使芯材料27硬化，从而通过芯材料27在凹槽25内成形芯28。
之后，如图3(c)所示，在下包层26和芯28上涂布与下包层26的情况下所用的材料相同的包层材料22，如图3(d)所示，从包层材料22的上方按压压模29并施加压力，以使包层材料22的膜厚变薄。接着，通过向包层材料22照射紫外线能量，来使包层材料22硬化，从而成形上包层30。然后，将压模29从上包层30分离，同时，将基板21从下包层26剥离使其薄膜化，从而获得如图3(e)所示的薄膜光波导31。
为了减小包层的膜厚，最好使包层材料22的粘度较低。但是，在该薄膜光波导31中，由于下包层26和上包层30的弯曲弹性模量较小，为1,000MPa，因此，该弹性体的前驱体的粘度就变高。但是，在实施例1中，由于用压模23按压包层材料22并加压，因此，可以强制性地使包层材料22的膜厚延展成较薄，即使粘度达到30,000cP的程度，也能够使膜厚在150μm以下。从而，薄膜光波导31的厚度为300μm以下，因而能够以很小的曲率半径弯曲薄膜光波导31。
实际上，在使用弯曲弹性模量为1,000MPa的弹性体的实施例1的薄膜光波导31中，即使在使用前驱体的粘度在30,000cP以下的弹性体的情况下，薄膜光波导31的厚度也可以减小到250mm左右。其结果，薄膜光波导31向其厚度方向弯曲的情况下的最小曲率半径为3mm左右。并且，当以较之更小的曲率半径进行弯曲时，薄膜光波导31会被折曲。
此外，在使用弯曲弹性模量为500MPa以下的弹性体的情况下，所获得的薄膜光波导可以弯曲到使其曲率半径为2mm左右。另外，在使用弯曲弹性模量为200MPa以下的弹性体的情况下，所获得的薄膜光波导可以弯曲到使其曲率半径为1mm左右。
并且，在上述实施例1中，对供给到基板21上的包层材料22和供给到下包层26上的包层材料22，直接通过压模23、29进行按压，但也可以在通过旋转涂布机使所供给的包层材料22变薄后，通过压模23、29进行按压使其变薄。如果并用旋转涂布机的话，由于可以使上下包层30、26的厚度更薄，因此，可以进一步减小薄膜光波导的最小弯曲曲率。
此外，在上述实施例1中，由弹性模量在1,000MPa以下的弹性体形成上包层30和下包层26两者，但也可以仅使上包层30和下包层26中的任一方由弯曲弹性模量在1,000MPa以下的弹性体形成。在此情况下，没有使用弹性体的一侧的包层，可以使用弯曲弹性模量在1,000MPa以下的变性丙烯酸(acrytal)树脂等。
实施例2图5和图6是说明本发明实施例2的薄膜光波导的制造方法的图。图6(a)所示的下包层26是通过与实施例1的图2(a)～图3(b)相同的工序，在基板21上制作的下包层26，在其上表面形成有芯28。
图6(b)所示的上包层30通过图5(a)～图5(d)所示的工序制作在基板32上。即，如图5(a)所示，在玻璃基板等具有透光性的平坦的基板32上涂布包层材料22。该包层材料22是包含如图4所示的基的聚氨酯单体和聚氨酯低聚物、与聚合引发剂的混合物，是在硬化后的弯曲弹性模量为1,000MPa以下的弹性体的前驱体。接着，如图5(b)所示，将平板状的压模33压靠在包层材料22上，并对压模33施加压力，将包层材料22在基板32与压模33之间延展成较薄，以使膜厚变薄。接着，如图5(c)所示，通过基板32向包层材料22照射紫外线能量，以使包层材料22硬化。在包层材料22硬化而成形了上包层30之后，如图2(d)所示，使压模33从上包层30分离。当分离压模33时，在基板32上成形有上表面平坦的上包层30。
然后，如图6(c)所示，在下包层26和芯28上，涂布紫外线硬化型粘接树脂34，该粘接树脂34由作为折射率低于芯材料27的聚合物的前驱体的、单体或低聚物构成，然后与基板32一起使上包层30上下翻转，使其重叠在粘接树脂34上，在下包层26和上包层30之间夹入粘接树脂34，并将该粘接树脂34延展成较薄。
接下来，如图6(d)所示，通过基板21或32，向粘接树脂34照射紫外线能量以使粘接树脂34硬化，从而通过粘接树脂34使上包层30和下包层26接合起来。最后，分别从上包层30、下包层26剥离表面和背面的基板32、21，使其薄膜化，从而获得如图6(e)所示的薄膜光波导35。
在通过压模加压以减小膜厚的如图6(a)所示的下包层26，和如图6(b)所示的上包层30中，由于压力总是从同一方向作用，因此，产生分别如图6(a)和图6(b)中的箭头所表示的内部应力(或者残留力矩)。因此，在下包层26和上包层30中，产生向使图6(a)和图6(b)中的上表面侧成为凹部的方向的翘曲。当如图6(c)所示那样使上包层30上下翻转地对该下包层26和上包层30进行粘合时，由于上包层30中产生的内部应力和下包层26的内部应力相互抵消，因此，在作为粘合体的薄膜光波导35中很难发生翘曲。
实施例3图7是说明本发明的实施例3的薄膜光波导的制造方法的图。图7(a)所示的下包层26是通过与实施例1的图2(a)～图2(d)相同的工序，在基板21上制作的下包层26，在其上表面形成有凹槽25。图7(b)所示的上包层30是通过与实施例2的图5(a)～图5(d)相同的工序，制作在基板32上的上包层30。
在实施例3中，如图7(c)所示，在图7(a)中的下包层26上表面的凹槽25的区域涂布芯材料27。该芯材料27是作为折射率高于下包层26和上包层30的聚合物的前驱体的单体或低聚物，是紫外线硬化型树脂。接着，与基板32一起使上包层30上下翻转，并使上包层30重叠在芯材料27上，在下包层26和上包层30之间夹入芯材料27，使芯材料27充填在凹槽25内，并且将芯材料27在整个上下包层30、26之间延展成较薄。
接下来，如图7(d)所示，通过基板21或32向芯材料27照射紫外线能量，以使芯材料27硬化，从而通过芯材料27在凹槽25内形成芯28，并且使上包层30和下包层26接合起来。最后，分别从上包层30和下包层26剥离表面和背面的基板32、21使其薄膜化，从而获得如图7(e)那样的薄膜光波导36。
根据实施例3，由于能够一次性完成由芯材料27成形芯28，以及由芯材料27接合上包层30和下包层26的作业，因此，能够减少薄膜光波导36的制造工序。从而，根据实施例3，可以使薄膜光波导36的制造工序合理化。
另外，在实施例1～3的情况下，如图8所示，可以在设置于下包层26的凹槽25的至少一侧，设置用于使芯材料27流走的凹坑37。在向下包层26的凹槽25内供给芯材料27后，通过压模38或上包层30来按压芯材料27，以便在凹槽25内成形芯28，在此情况下，凹槽25内的剩余的芯材料27被从凹槽25挤出。此时，若被挤出的芯材料27在下包层26的上表面和压模38等之间形成很厚的树脂膜，则芯28内的光信号会通过该树脂膜泄漏，使得薄膜光波导的可靠性降低。
如图8所示，若在凹槽25附近设置凹坑37，则剩余的芯材料27可以很快地从凹槽25被挤出并流到凹坑37中，因此，通过短时间的加压就能够使下包层26的上表面与压模38之间的树脂膜足够薄，从而能够提高薄膜光波导的可靠性。
并且，用于使芯材料流走的凹坑的设置部位并不仅限于下包层26的上表面，也可以设置在压模38或上包层上。
此外，在上述各实施例中，与由弹性体制作的下包层26通过分界面接触的上包层30或芯28，如果使用包含羟基、羧基、羰基、氨基、亚氨基这样的氢键基团(水素结合基)的变性丙烯酸树脂，则可以提高与下包层26接触的分界面的贴紧力。同样，与由弹性体制作的上包层30通过分界面接触的下包层26或芯28，如果使用包含羟基、羧基、羰基、氨基、亚氨基这样的氢键基团的树脂，则可以提高与上包层30接触的分界面的贴紧力。
实施例4图9是表示本发明实施例4的单向通信用薄膜光波导模块的平面图，图10是放大表示其一部分的概略截面图。该薄膜光波导模块91构成为通过将本发明涉及的薄膜光波导96的两端分别与安装在一块布线电路板92上的投光元件93、和安装在另一块布线电路板94上的受光元件95连接，来通过薄膜光波导96将两块布线电路板92、94之间连接起来。
在发送侧的布线电路板92上安装有驱动用IC 97，以及如VCSEL(垂直腔面发射激光器)那样的面发光式投光元件93。投光元件93的光射出方向为与布线电路板92的上表面大致垂直的方向。如图10所示，薄膜光波导96的一端部被切割成45°的角度，薄膜光波导96的所述一端部固定在支承台98上，并且该一端部与布线电路板92平行，而且切割成45°的面100朝向斜上方。而且，芯28的被切割成45°的面100位于从投光元件93射出的光线的光轴上。
此外，在接收侧的布线电路板94上安装有放大用IC 99和受光元件95。薄膜光波导96的另一端部也被切割成45°的角度，薄膜光波导96的所述另一端部固定在支承台(未图示)上，并且该另一端部与布线电路板94平行，而且切割成45°的面朝向斜上方。受光元件95位于芯28的被切割成45°的面的正下方。
从而，当输入到驱动用IC 97中的电信号转换成光信号(调制光)、并且该光信号从投光元件93射出时，从投光元件93出来的光从薄膜光波导96的下表面进入芯28内。进入芯28内的光信号在芯28的被切割成45°的面上发生全反射，由此，该光信号将其行进方向转向与芯28的长度方向大致平行的方向，从而该光信号与芯28结合。
这样，结合在薄膜光波导96的一端的光信号在芯28内传播并到达薄膜光波导96另一端。到达薄膜光波导96的另一端的光，在芯28的被切割成45°的面上发生全反射，并因此从薄膜光波导96的另一端朝向下方射出，由受光元件95受光。由受光元件95受光后的光信号转换成电信号，电信号通过放大用IC 99放大后，从布线电路板94输出到外部。
在这样的薄膜光波导模块91中，布线电路板92和布线电路板94不必一定要设置在同一平面内，即使布线电路板92和布线电路板94设置在任意的平面内，通过使薄膜光波导96柔软地弯曲，也能够使光信号从布线电路板92侧传播到布线电路板94侧。
但是，当这样分别设置通过薄膜光波导96连接的布线电路板92和布线电路板94时，有时会对薄膜光波导96施加机械拉伸力。在本发明的薄膜光波导模块91中，由于使上下包层30、26的弯曲弹性模量很小、为1,000MPa以下，因此，如图11(a)所示，仅施加很小的拉伸力，薄膜光波导模块91就会伸长，薄膜光波导模块91的宽度就会变窄。此时，若芯28的弯曲弹性模量与上下包层30、26的弯曲弹性系数相等，则芯28也会同样地伸长，其芯径会变细，其芯截面也会变形，因而在芯28中传播的光信号的模式就会变化，使得光信号的传送特性劣化。
因此，在该薄膜光波导模块91中，使芯28的弯曲弹性模量大于上下包层30、26的弯曲弹性模量。即，使上下包层30、26的弯曲弹性模量为1,000MPa以下，并且使芯28的弯曲弹性模量大于上下包层30、26的弯曲弹性模量。其结果，上下包层30、26的刚性低于芯28，而且，由于芯28没有直接固定在布线电路板92、94上，因此，即使在薄膜光波导96上施加机械拉伸力等，如图11(b)所示，拉伸力也会被上下包层30、26吸收。从而，可以减小芯28的变形，可以抑制薄膜光波导96的传送特性的劣化。
此外，在薄膜光波导96扭转的情况下，虽然因芯径或芯截面形状而导致薄膜光波导96的传送特性劣化，但对于该点，将通过与移动电话机的关联关系在后面论述。
另外，在上述实施例中，对单向通信用薄膜光波导模块91进行了说明，但也可以是双向通信用薄膜光波导模块。例如，图12所示的双向通信用薄膜光波导模块101的两块布线电路板92、94都安装有驱动兼放大用IC 102，其具有驱动用IC和放大用IC的功能；投光元件93；以及受光元件95。并且，作为薄膜光波导，使用2芯的薄膜光波导103，通过一个芯28连接布线电路板92的投光元件93和布线电路板94的受光元件95，通过另一个芯连接布线电路板94的投光元件93和布线电路板92的受光元件95。从而，根据该薄膜光波导模块101，输入到任一个布线电路板92或94中的电信号，都可以通过薄膜光波导模块101作为光信号进行传播，并从另一个布线电路板94或92恢复为电信号后输出。
此外，在上述实施例中，对通过薄膜光波导连接发光元件和受光元件的薄膜光波导模块进行了说明，但也可以通过将薄膜光波导的两端连接到安装在电路板上的光连接器上，来连接电路板之间。
实施例5下面，对使用本发明涉及的薄膜光波导的应用例(实施例5)进行说明。以下所用的薄膜光波导51并不仅限于此前图示过的只具有1个芯的薄膜光波导，其可以平行地布线有多个芯，或者也可以是芯分叉的薄膜光波导。图13是表示可折叠为两折的折叠式移动电话机41的立体图，图14是其概略结构图。移动电话机41的结构为通过铰链部48将显示部44和操作部47可自由转动地连接起来，所述显示部44具有液晶显示面板42和数字照相机43；所述操作部47具有数字键盘等键盘面板45和天线46。数字照相机43设置在液晶显示面板42的背面侧。此外，在显示部44内安装有外部存储器49，在操作部47内安装有集成电路(LSI)50，该集成电路50用于执行通信功能或接收来自键盘面板45的输入而执行各功能。
从而，操作部47内的集成电路50与显示部44内的液晶显示面板42、数字照相机43、以及显示部44之间，需要进行信号的发送和接收。在本实施例5的移动电话机41中，如图14所示，为了连接操作部47侧和显示部44侧，使用了本发明涉及的薄膜光波导51。即，通过薄膜光波导51来连接操作部47内的集成电路50与显示部44内的液晶显示面板42、数字照相机43、以及外部存储器49，从而能够以光信号进行发送和接收。
为了实现这样的结构，薄膜光波导51必须通过铰链部48。在本实施例5中，作为为了实现该目的的结构，如图15所示，使用了这样的结构在铰链部48中使薄膜光波导51弯曲为螺旋状。要制作这样的薄膜光波导51，只要在制造出平的薄膜光波导51后，将平的薄膜光波导51卷绕在指示杆等上，使其打卷即可。由于本发明涉及的薄膜光波导51能够以很小的曲率半径弯曲，因此，即使这样对其赋予螺旋状的形状，薄膜光波导51也没有破损的危险。
于是，根据这样的实施例5，在移动电话机41内的有限的空间中，可以实现高速、大容量的通信。此外，由于本发明的薄膜光波导51弯曲性能高，因此，即使反复开闭移动电话机41，薄膜光波导51破损的可能性也很小。而且，由于在铰链部48中使薄膜光波导51形成为螺旋状，因此，即使开闭移动电话机41，在铰链部48中也很难有大的载荷作用于薄膜光波导51，因而，薄膜光波导51的耐久性进一步提高。
并且，移动电话机41并不仅限于显示部44和操作部47为双折叠的电话机，也可以是显示部44在与操作部47平行的面内转动的折叠式电话机。
图16所示的是表示移动电话机111的不同示例的概略图。该移动电话机111为双轴旋转式移动电话机。即，显示部44和操作部47通过铰链部48能够折叠成两折也能够展开。并且，显示部44通过铰链部112能够绕与铰链部48的轴向垂直的轴线方向转动。
在移动电话机111的内部，在容纳在操作部47内的布线电路板113上设置有光连接器114，在容纳在显示部44内的布线电路板115上设置有光连接器116。设置在薄膜光波导51的一端的光连接器117与光连接器114结合，设置在薄膜光波导51的另一端的光连接器118与光连接器116结合，通过薄膜光波导51，操作部47的布线电路板113与显示部44的布线电路板115被连接起来。并且，在打开显示部44和操作部47的状态下，薄膜光波导51大致笔直地连接布线电路板113与布线电路板115之间。
于是，在该移动电话机111中，当将显示部44和操作部47折叠为两折时，使薄膜光波导51弯曲，另外，当通过铰链部112使显示部44转动时，薄膜光波导51扭转。这里，由于薄膜光波导51的上下包层30、26的弯曲弹性模量为1,000MPa以下，因此，薄膜光波导51通过很小的外力就可容易地弯曲或扭转。
但是，由于芯28的弯曲弹性模量大于上下包层30、26的弯曲弹性模量，因此，即使薄膜光波导51被拉伸或扭转，芯径或芯形状也很难发生变化，因而薄膜光波导51的传送特性不易劣化。即，当薄膜光波导51如图17(a)那样扭转时，如图17(b)所示，薄膜光波导51产生变形，芯28也产生变形，因而，薄膜光波导51的传送特性可能劣化。但是，当芯28的弯曲弹性模量大于上下包层30、26的弯曲弹性模量时，即使薄膜光波导51扭转，芯形状也不易发生变化，因此，薄膜光波导51的传送特性不易劣化(有关薄膜光波导51被拉伸的情况下的芯形状变形等引起的传送特性的劣化，与已经进行的说明相同)。
考虑图18所示的扭转了的薄膜光波导51，设薄膜光波导51的宽度为W，设薄膜光波导51的全长之中产生扭转的部分的长度为α×W。当考虑移动电话机111内的布线空间时，α的值最好尽可能地小。但是，当α的值小于大约1时可知扭转的薄膜光波导51的形状产生畸变，其传送特性劣化。因而，最好使α的值尽可能地接近1来减小薄膜光波导51占用的布线空间。
α的值与上下包层30、26要求的弯曲弹性模量的极限值之间，存在图19所示的关系。由此可知为了使α的值接近1，只要使上下包层30、26的弯曲弹性模量在大致250MPa以下即可。
另一方面，当减小α的值时，扭转的反作用力就会变大，由此，两端的连接器117、118被拉伸，可能从布线电路板113的光连接器114和布线电路板115的光连接器116脱开。在通常的光连接器等中，要求不要施加0.5kgf以上的载荷，为此，只要使薄膜光波导51的弯曲弹性模量为250MPa以下就足够了。这样，通过使薄膜光波导51的上下包层30、26的弯曲弹性模量为250MPa以下，能够在不发生光连接器117、118的连接不良的情况下减小α的值使其接近1。
并且，为了减小因光缆的扭转而产生的应力，还有在光缆上设置富余长度部的方法。但是，若设置富余长度部，则在铰链部中需要具有用于容纳该富余长度部的空间，因此，铰链部变大，进而存在妨碍移动电话机小型化的问题。与此相对，如果是该移动电话机111那样的结构，则即使薄膜光波导51在铰链部112内产生扭转，铰链部112也不会变大。
此外，在薄膜光波导51不卷绕成螺旋状，而且不是双轴旋转式的移动电话机的情况下，如图20(a)和图20(b)所示，可以进一步减小铰链部48。在这样的移动电话机中，如图20(b)所示，当处于展开显示部44和操作部47的状态时，薄膜光波导51为没有松弛的自然长度，但如图20(a)所示，当折叠显示部44时，由于薄膜光波导51卷绕在铰链部48上，薄膜光波导51上被施加拉伸力。但是，在该情况下，如果使芯28的弯曲弹性模量小于上下包层30、26的弯曲弹性模量，则如在图11(a)和图11(b)中说明过的那样，可以减小芯28的变形，从而可以减弱薄膜光波导51的传送特性的劣化。
实施例6图21是本发明的实施例6，是打印机61的立体图。在喷墨式打印机或点阵式打印机中，打印头62固定在支承部65上，支承部65沿导杆63左右移动。此外，打印信息从打印机主体64发送至打印头62中。
在该实施例6中，由于从打印机主体64向打印头62发送打印信息，因此，如图22所示，通过本发明涉及的薄膜光波导51将打印机主体64内的控制部66与打印头62连接起来。当打印机的打印质量提高、点阵密度(dpi)变大，而且打印速度为高速时，从打印机主体64发送到打印头62的信号量也急剧增大，但通过使用薄膜光波导51，就可以向打印头62高速地发送大容量的信号。
此外，如图23(a)和图23(b)所示，当打印头62左右高速移动时，伴随该移动，薄膜光波导51折弯的部位也发生移动，会施加很大的载荷，但在本发明的薄膜光波导51中，由于其弯曲性能很高，因此，可以提高薄膜光波导51的耐久性。
实施例7图24是本发明的实施例7，是硬盘装置71的立体图。在该硬盘装置71中，在硬盘72的附近设置有数据读取头驱动装置73，从数据读取头驱动装置73伸出的读取头74的前端与硬盘72的表面对置。此外，在安装有控制电路的电路板75上连接有薄膜光波导51的一端，薄膜光波导51的另一端部通过读取头74的基部并与读取头74的前端的光学元件连接。该薄膜光波导51具有这样的功能当读取存储在硬盘72中的数据时，或者写入时，在电路板75与读取头74之间传送该数据(光信号)。
存储在硬盘装置71中的数据的大容量化正不断发展。另一方面，在作为现有的数据传输通道使用的柔性印刷电路板中，传送密度存在极限，为了应用于大容量化的硬盘装置的数据传输通道，只有增加柔性印刷电路板的块数，或者使其大型化的方法，因此，在弯曲性能或尺寸上存在问题。但是，如果使用薄膜光波导51，则能够实现具有弯曲性、而且小型和大容量的数据传输通道。
实施例8图25～图27所示的是表示薄膜光波导51与电子电路板的连接方式的实施例。即，在图25所示的方式中，使薄膜光波导51弯曲地连接设备81内的各电子电路板82、83之间。此外，在图26所示的方式中，通过薄膜光波导51来将电子电路板82的表面和背面连接起来。在图27所示的方式中，通过薄膜光波导51将电子电路板82和连接器84连接起来。在这些任一种连接方式中，都能够在位于有限的空间内的电子电路板之间实现高速、大容量的通信。
实施例9图28是表示本发明涉及的薄膜光波导51的另一使用方法的实施例。在该实施例9中，在具有凹凸部85的电子电路板86中，例如在安装有电子部件等、并形成有凹凸部85的电子电路板86中，沿凹凸部85的表面设置薄膜光波导51。根据该方式，能够将薄膜光波导51用作在安装有电子部件的电子电路板内进行连接的传输通道等，从而能够实现电子电路板内的高速、大容量的通信。
实施例10图29是表示本发明涉及的薄膜光波导51的又一使用方法的实施例。在该实施例10中，将薄膜光波导51重叠在柔性电子电路板86上。根据这样的方式，薄膜光波导51重叠在柔性电子电路板86上。根据这样的方式，可以实现这样的柔性复合传输通道，其具有由柔性电子电路板86的电力传送和运算的功能，而且具有高速、大容量的通信功能。
权利要求
1.一种薄膜光波导，其特征在于，由弯曲弹性模量为1,000MPa以下的弹性体，形成下包层和上包层中的至少一个层，所述上包层和下包层的膜厚之和在300μm以下。
2.如权利要求1所述的薄膜光波导，其特征在于，在所述下包层和所述上包层之间形成有芯，所述芯由折射率高于所述两包层、且弯曲弹性模量在1,000MPa以下的弹性体形成。
3.如权利要求1所述的薄膜光波导，其特征在于，所述芯的弯曲弹性模量大于所述上包层和所述下包层的弯曲弹性模量。
4.一种薄膜光波导的制造方法，其特征在于，所述薄膜光波导的制造方法包括以下工序将在硬化后的弯曲弹性模量为1,000MPa以下的弹性体的、由单体或低聚物构成的前驱体，提供给基板的工序；将压模压靠在所述弹性体的前驱体上，通过压模来对弹性体的前驱体施加压力，从而使弹性体的前驱体的膜厚变薄的工序；使所述弹性体的前驱体硬化以形成下包层的工序；在所述下包层上形成芯的工序；以及在所述下包层和芯上形成上包层的工序。
5.一种薄膜光波导的制造方法，其特征在于，所述薄膜光波导的制造方法包括以下工序形成下包层的工序；在所述下包层上形成芯的工序；将在硬化后的弯曲弹性模量为1,000MPa以下的弹性体的、由单体或低聚物构成的前驱体，提供至所述下包层和所述芯上的工序；将压模压靠在所述弹性体的前驱体上，通过压模来对弹性体的前驱体施加压力，从而使弹性体的前驱体的膜厚变薄的工序；以及使所述弹性体的前驱体硬化以形成上包层的工序。
6.一种薄膜光波导的制造方法，其特征在于，所述薄膜光波导的制造方法包括以下工序将在硬化后的弯曲弹性模量为1,000MPa以下的弹性体的、由单体或低聚物构成的前驱体，提供给第一基板的工序；将压模压靠在所述弹性体的前驱体上，通过所述压模来对弹性体的前驱体施加压力，从而使弹性体的前驱体的膜厚变薄的工序；使所述弹性体的前驱体硬化以形成下包层的工序；将在硬化后的弯曲弹性模量为1,000MPa以下的弹性体的、由单体或低聚物构成的前驱体，提供给第二基板的工序；将压模压靠在提供给第二基板的所述弹性体的前驱体上，通过所述压模来对弹性体的前驱体施加压力，从而使弹性体的前驱体的膜厚变薄的工序；使提供给第二基板的所述弹性体的前驱体硬化以形成上包层的工序；以及夹入形成于所述下包层或所述上包层的芯，并将所述下包层和所述上包层粘合起来的工序。
7.一种薄膜光波导的制造方法，其特征在于，所述薄膜光波导的制造方法包括以下工序将在硬化后的弯曲弹性模量为1,000MPa以下的弹性体的、由单体或低聚物构成的前驱体，提供给第一基板的工序；将压模压靠在所述弹性体的前驱体上，通过所述压模来对弹性体的前驱体施加压力，从而使弹性体的前驱体的膜厚变薄的工序；使所述弹性体的前驱体硬化以形成下包层的工序；将在硬化后的弯曲弹性模量为1,000MPa以下的弹性体的、由单体或低聚物构成的前驱体，提供给第二基板的工序；将压模压靠在提供给第二基板的所述弹性体的前驱体上，通过所述压模来对弹性体的前驱体施加压力，从而使弹性体的前驱体的膜厚变薄的工序；使提供给第二基板的所述弹性体的前驱体硬化以形成上包层的工序；以及用芯材料粘合所述下包层和所述上包层，同时在所述下包层和所述上包层之间由所述芯材料形成芯的工序。
8.一种薄膜光波导模块，其特征在于，所述薄膜光波导模块构成为以光学结合的方式配置权利要求1至3中的任一项所述的薄膜光波导、与投光元件或受光元件，并使它们一体化。
9.一种电子设备装置，其是通过转动部分将一个部件和另一个部件可自由转动地连接起来的折叠式电子设备装置，其特征在于，将权利要求1至3中的任一项所述的薄膜光波导以通过所述转动部分的方式布线在所述一个部件和另一个部件之间。
10.一种电子设备装置，其是在设备主体中具有移动部的电子设备装置，其特征在于，使所述移动部和所述设备主体通过权利要求1至3中的任一项所述的薄膜光波导光学结合。
全文摘要
本发明提供一种薄膜光波导和其制造方法以及电子设备装置，作为包层材料，使用在硬化后的弯曲弹性模量为1,000MPa以下的弹性体的前驱体，其是包含如图4所示的基的聚氨酯单体和聚氨酯低聚物与聚合引发剂的混合物。在基板上涂布该包层材料，然后从上方用压模按压该包层材料并将其延展成很薄的包层材料。在该包层材料硬化而形成下包层后，在下包层上形成芯。接着，在下包层上涂布上述包层材料，然后从上方用压模按压该包层材料并将其延展成很薄的包层材料，然后使该包层材料硬化，从而获得上包层。最后，除去基板，从而获得能以很小的曲率半径进行弯曲的薄膜光波导。
文档编号G02B6/13GK1973224SQ20058002080
公开日2007年5月30日 申请日期2005年6月27日 优先权日2004年6月25日
发明者石田庆久, 榎并显, 藤崎民雄, 细川速美 申请人:欧姆龙株式会社