专利名称：光波导路设备及其制造方法
光波导路设备及其制造方法
技术区域
本发明涉及在光通信、.光信息处理、其他一般光学中广泛 采用的光波导路设备及其制造方法。
背景技术：
通常，在光波导路设备中，利用光波导路传播自发光元件
发出的光(例如，参照US5914709)。图5示意地表示了该光波 导路设备。图5中，光波导路设备是将由下包层20、芯层30以 及上包层40构成的光波导路形成在基板10上。于是，发光元件 50与该光波导路的一端部侧隔开距离，借助粘接剂A将发光元 件50固定在上述基板10上。自该发光元件50发出的光L从光波 导路的芯层30的一端面射入，通过该芯层30，自该芯层30的另 一端面射出。
但是，在该种光波导路设备中，在粘接上述发光元件50时， 因从上方按压该发光元件50等原因，大多存在粘接剂A会溢出 而隆起，其成为光路的障碍。
发明内容
本发明是鉴于上述问题，以与以往不同的构思做出的，目 的在于提供在发光元件和光波导路之间不存在成为光路的障碍 的物品的光波导路设备以及其制造方法。
为达到上述目的，本发明提供一种光波导路设备，其第l 主旨在于，包括基板、设置于上述基板的上表面中设置发光元 件的区域的发光元件、设置于上述基板的上表面中设置上述发 光元件的区域之外的部分的下包层、以及芯层，其成为上述发
光元件的发光的光路，对上述基板上的上述发光元件以及上述 下包层进行覆盖。
另外，本发明提供一种光波导路设备的制造方法，其第2
主旨在于，其包括以下工序在基板的上表面中设置发光元件 的区域之外的部分形成下包层的工序、在设置上述发光元件的 区域设置发光元件的工序、以覆盖上述发光元件以及上述下包 层的方式在上述基板上形成成为上述发光元件的发光的光路的 芯层的工序。
为了消除在光波导路设备中的发光元件和光波导路之间的 光路的障碍，本发明人反复研究了光波导路设备的构造。在该 研究的过程中，想到以与以往不同的构思，利用成为发光元件 的发光的光路的芯层来覆盖发光元件，从而将发光元件固定， 使自发光元件发出的光直接射入芯层，进而产生了本发明。
本发明的光波导路设备在基板的上表面分别单独设有发光 元件和下包层，芯层对基板上的发光元件和下包层进行覆盖。 因此，将发光元件以由基板和芯层夹持的状态固定。因而，固 定发光元件完全不用粘接剂，或者即使使用粘接剂，也是以在 形成芯层之前将发光元件临时固定在基板的上表面的程度即 可，其量很少就可以，粘接剂不会自发光元件的周边溢出。这 样，在本发明的光波导路设备中，粘接剂不会在发光元件和芯 层之间成为光路的障碍，可以进行适当的光传播。并且，为了 使自发光元件发出的光直接射入芯层，与以往那样使与芯层的 一端面隔开距离设置的发光元件发出的光射入相比，还提高了 光入射以及光传播的可靠性。
特别是在与上述发光元件相对应的芯层的部分形成有使自 发光元件发出的光进行光路变换成沿着光路的状态的反射面
高效地进行光路变换成沿着芯层的光路的状态，因此提高了光 传播效率。
上述反射面由与上述芯层的底面成45度的角度倾斜的、形
在上述发光元件与上述反射面成45。的角度投射时，可以高效地 进行90。的光路变换。
本发明的光波导路设备的制造方法，在基板的上表面中除 了设置发光元件的区域之外的部分形成下包层之后，在设置上 述发光元件的区域设置发光元件，之后，以覆盖上述基板上的 发光元件和下包层的方式形成芯层，因此能够获得可以在发光 元件和芯层之间进行适当的光传播并具有较高可靠性的光入射 以及光传播的本发明的光波导路设备。
上述芯层的部分形成将自上述发光元件发出的光沿着光路进行 光路变换的反射面的工序时，还能够以上述倾斜面对自发光元 件发出的光进行反射，从而能够高效地进行光路变换成沿着芯 层的光路的状态，能够获得光传播效率提高后的光波导路设备。
上述反射面形成工序包括在上述芯层的表面形成具有大致 V字状的底部的凹部，利用以与上述芯层的底面成45度的角度 倾斜的上述凹部的上述底部的底面形成上述反射面的工序，在 定位成上述发光元件发出的光以与该反射面成45。的角度投射 时，能够获得可以高效地进行90。的光路变换的光波导路设备。
另外，在上述凹部形成工序包括沿着上述发光元件的光投 射方向切削上述芯层的 一部分的工序时，可以轻易地将切削时 的刀的定位，并可以更正确且轻易地进行上述反射面的定位形 成。
图l示意地表示本发明的光波导路设备的一实施方式，图l
(a) 是其俯视图，图l (b)是图l (a)的X — X剖视图。
图2 (a) ~图2 (e)是示意地表示本发明的光波导路设备 的制造方法的说明图。
图3是示意地表示上述光波导路设备的制造方法的另 一 实 施方式的说明图。
图4是示意地表示上述光波导路设备的再一实施方式的说 明图。
图5是示意地表示以往的光波导路设备的剖视图。
具体实施例方式
接着，根据附图详细说明本发明的实施方式。 图l(a)、图l (b)表示本发明的光波导路设备的一实施 方式。该实施方式的光波导路设备在基板1的上表面的 一端部 (图l (a)、图l (b)中的左端部)设置有将光L向正上方投射 的发光元件5，在上述基板l的上表面中设置有上述发光元件5 的区域之外的部分形成有下包层2,将成为发光元件5的发光的 光路的芯层3以覆盖上述基板1上的发光元件5以及下包层2的 方式形成为规定图形。在该实施方式中，以覆盖上述芯层3的 状态形成有上包层4。另外，在上述发光元件5的上方的部分中， 沿着与正交于沿着芯层3的光路的方向(长度方向)的方向(图 1 ( a)的箭头Y方向)，使V字状的尖端沿着上述正交方向地形 成有底面呈V字状的长槽(凹部)H。如图1 ( b)所示，将该 长槽H的底面的2个倾斜面定位于芯层3的部分，将构成上述长 槽H的底面的V字状的2个倾斜面中位于光^^侧的倾斜面(图1
(b) 的右侧的倾斜面)定位在发光元件5的正上方(光投射方
作用。将该反射面3a与芯层3的底面所成的角度设定为45。。 另外，图l(a)、图l(b)中，附图标记5a是将上述发光元件5 固定于其一端部的引线框，在其另一端部设有与发光元件5相 连接的端子(配线连接部分)5b,在该实施方式中，将该端子 5b定位于基板l的外侧。
于是，自上述发光元件5投射向正上方的光L自上述芯层3 的底面直接射入芯层3内，以与上述反射面3a呈45。的角度反 射，光路变换为沿着芯层3的光路的状态，之后沿着光路在该 芯层3内前进，自与该芯层3的反射面3a相反的一侧的端面射 出。
对该种光波道路设备的制造方法的 一 个例子进行说明。 首先，准备平板状的基板l (参照图2 ( a))。作为该基板l 没有特别限定，作为其形成材料，例如可以列举出玻璃、石英、 硅、树脂、金属等。另外，基板l的厚度虽没有特别限定，但 通常设定在20ium 5mm的范围内。
接着，如图2 ( a)所示，在上述基板l的上表面中设置有 发光元件5 (参照图2 (b))的区域la之外的规定部分形成下包 层2。作为该下包层2的形成材料，通常采用感光树脂。于是， 下包层2的形成如下所述进行。即，首先，在基板l上涂敷将上 述树脂溶解在溶剂中的清漆。涂敷该清漆采用例如旋涂法、浸 渍法、浇铸法、注射法、喷墨法等。于是，通过50 120。xl0 30 分钟的加热处理使清漆干燥。由此形成下包层2用的未硬化感 光树脂层。
接着，在上述未硬化感光树脂膜的上方配置具有只将发光 元件5 (参照图2 (b))的设置区域la掩蔽的图形的曝光掩模， 利用照射线借助该曝光掩模曝光上述感光树脂层。从而，曝光
后的上述感光树脂层的一部分硬化。上述曝光掩模为与光波导 路内的发光元件5的设置数量 一 致而掩蔽的部分所形成的图 形。作为上述曝光用的照射线，可以采用例如可见光、紫外线、 红外线、X射线、(X射线、p射线、Y射线等。采用紫外线最佳。 在采用紫外线时，照射较大的能量，可以获得较大的硬化速度， 而且照射装置也小型且便宜，能够实现生产成本的降低。作为 紫外线的光源，可以列举出例如低压水银灯、高压水银灯、超
高压水银灯等，紫外线的照射量通常是10 10000mJ/cm2，优 选50 3000mJ/cm2。
在上述曝光之后，为了结束光反应，进行加热处理。该加 ^^处玉里在80 250。C力口^; 10-少~2小日于，^L选在100 200。C力口 5 分钟 1小时。
接着，采用显影液进行显影，从而使上述感光树脂层的未 曝光部分(未硬化部分)溶解而并将其除去。由此，剩余的感 光树脂(硬化部分)变成发光元件5的设置区域la成为窗口而 空出的状态。在此，上述显影可以采用例如浸渍法、喷淋法、 搅动法等。另外，作为显影液，可以采用例如有机系的溶剂、 含有碱系水溶液的有机系的溶剂等。该种显影液以及显影条件 要依据感光树脂组成物的成分的不同进行适当地选择。
在上述显影之后，通过加热处理将感光树脂层中的残留显 影液除去。该加热处理通常在80 120。CxlO 30分钟的范围内 进行。从而，上述感光树脂层成为下包层2。下包层2的厚度通 常设定在5 50pm的范围内。
接着，如图2(b)所示，将发光元件5和引线框5a—起设 置在上述感光树脂层上形成为窗口的、原封不动地留在下包层 2上的上述发光元件5设置区域(窗口部)la上。此时，将设于 与引线框5a的发光元件5相反的一侧的端部的端子(配线连接
部分)5b定位在基板l的端边的外侧。另外，上述发光元件5的 设置可以不用粘接剂直接将其载置，或者也可以是稍微使用一 点儿粘接剂将其临时固定的程度即可。利用在下一工序(参照 图2(c))中形成的芯层3将该发光元件5固定，因此不需用粘 接剂或是只用稍微一点儿的粘接剂临时固定就足够。另外，作 为上述发光元件5，通常采用发光二极管、激光二极管、VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser )等。
上述芯层3的形成与在图2 ( a)中说明的下包层2的形成方 法同样地进行。即，以将发光元件5和下埋包层2覆盖的方式在 基板1上形成成为芯层3 (参照图2 ( c))的感光树脂层之后， 经过加热处理以及显影，如图2 ( c)所示那样形成芯层3。另
上包层4 (参照图2 ( d))的形成材料大的材料。该折射率的调 整可以采用例如对上述下包层2、芯层3、上包层4的各形成材 料的种类的选择和组成比率进行调整来进行。另外，芯层3的 厚度(下包层2上的厚度)通常设定在5 50pm的范围内，其宽 度通常设定在5 50iiim的范围内。
接着，如图2(d)所示，在基板l上以将上述下包层2以及 上述芯层3覆盖的方式形成上包层4。作为该上包层4的形成材 料，可以列举出与上述下包层2同样的材料。其中，该上包层4 的形成材料既可以与上述下包层2的形成材料相同，也可以不 同。另外，上包层4的形成方法也采用与上述下包层2的形成方 法相同的方法。上包层4的厚度(下包层2上的厚度)通常设定 在20 100,的范围内。
并且，还利用引线结合法等将配线6与上述发光元件5的端 子(配线连接部分)5b相连接。
于是，如图2 (e)所示，在使刀尖角度90。 (V字状刀尖)
的圆板状的旋转刀D的旋转轴与沿着芯层3的光路的方向(长度 方向)平行的状态下， 一边使旋转刀D旋转， 一边使上述旋转
层3的厚度的中间部分附近，在该状态下，使旋转刀D在与沿着 芯层3的光路的方向(长度方向)正交的方向滑动。由此，形 成贯通上包层而到达芯层3内的上述长槽H，在芯层3上形成由 上述旋转刀D的刀尖切削的上述长槽H的V字状的底面。构成该 V字状的2个倾斜面中位于芯层3的光路侧的倾斜面成为对自发 光元件5发出的光L (参照图l (b))进行反射的反射面3a。
这样，就可以制造由基板l、发光元件5和层叠有下包层2、 芯层3以及上包层4而形成的光波导路构成的上述光波导路设 备(参照图l (a)、图l (b))。
另外，在上述实施方式中，在将芯层3的一部分切削成反 射面(倾斜面)3a时，如图3所示，也可以使自发光元件5发出 的光L投射向正上方方向，以该投射为记号，沿着该光投射方 向(使光投射方向和旋转刀D的旋转面重叠)使旋转刀D沿箭头 X方向下落。在进行该切削时，使形成的反射面3a的大致中央 与光投射方向重叠地将旋转刀D定位(在图3中，旋转刀D的宽 度中心偏置在光投射方向的左侧)。这样将投射作为记号时，则 能够轻易地进行切削时的旋转刀D的定位，能够更正确且轻易 地定位形成上述反射面3a。
另外，在上述实施方式中，将发光元件5的光投射方向设 成正上方方向，将芯层3的一部分设成45。的倾斜面(反射面3a) 并定位在上述发光元件5的正上方，但是本发明并不限于此， 例如如图4所示，也可以将发光元件5的投射设向斜上方，不使 芯层3的一部分形成倾斜面(参照图l (b))。即，在如图4所示 的光波导路设备中，发光元件5被芯层3覆盖，因此自发光元件 5向斜上方投射的光L自芯层3的底面直接射入到芯层3内， 一边 在芯层3内反复反射， 一边沿着芯层3的光路的方向(长度方向) 前进。另外，在形成上述倾斜面(反射面3a)时，其倾斜角度 若可以使自发光元件5发出的光光路变换成沿着芯层3的光路 的状态即可，没有特别的限定，也可以将上述倾杀牛面(反射面 3a)和芯层3的底面所成的角度设定为45。之外的角度(例如、 10°~80°的范围内的任意角度)。
并且，虽在上述各实施方式(参照图l (a)、图l(b)、图 4)中形成上包层4，但是该上包层4并不是必须的，根据情况 不同也可以不形成上包层4来构成光波导^^设备。
接着，说明实施例。但本发明并非受限于此。 实施例
下包层和上包层的形成材料
将35重量份9，9 - 二[(4 -羟乙氧基)苯基]芴二缩水甘油醚 (成分A)、 40重量份作为脂环式环氧树脂的3，，4，-环氧环己基 曱基-3,4 -环氧环己烷羧酸酯(DAICEL CHEMICAL INDUSTRIES, LTD.生产，Celloxide 2021P )(成分B )、 25 重量份(3，，4，-环氧环己烷)曱基-3，，4，-环氧环己基羧酸酯 (DAICEL CHEMICAL INDUSTRIES, LTD. 生产， Celloxide 2081 )(成分C)、 l重量份4，4，-双[二 ( B-羟基乙 氧基)苯基亚硫酰基]苯基硫化物-双-六氟锑酸酯的50%碳酸 亚丙酯溶液(光致产酸剂，成分D)混合，由此调制下包层和表 面包层的形成材料。 芯层的形成材料
将70重量份上述成分A、 30重量份1， 3， 3-三{4- [2- (3-氧杂环丁 烷基)]丁氧基苯基)丁烷、0. 5重量份上述成分D溶解到28重量份乳酸
乙酯中，由此调制芯层的形成材料。 光波导路设备的制作
首先，利用旋涂法将上述下包层的形成材料涂敷到玻璃基
板(厚度1.0mm )的上表面之后，进行100。Cxl5分钟的干燥处 理，形成感光树脂层。接着，借助合成石英系的曝光掩模，利 用2000mJ/cm2的紫外线照射而曝光之后，进行150。Cx60分钟 的加热处理，该合成石英系的曝光掩模形成有与形成的下包层 的图形相同形状的开口图形。接着，用y - 丁内酯水溶液进行显 影而溶解除去未曝光部分之后，进行100。Cxl5分钟的加热处 理，从而在上述玻璃基板的上表面中设置发光元件的区域之外 的规定部分形成下包层(厚度25pm)。
接着，在上述玻璃基板的上表面中设置发光元件的区域用 些微的紫外线硬化型粘接剂将发光二极管临时固定。
接着，利用旋涂法将上述芯层的形成材料以对发光元件及 下包层进行覆盖的方式涂敷到玻璃基板上之后，进行100。Cxl5 分钟的干燥处理，形成感光树脂层。接着，将形成有与芯层的 图形相同形状的开口图形的合成石英系的曝光掩模配置在该感 光树脂层的上方。于是，在自其上方采用接触式曝光法用 4000mJ/cm2的紫外线照射进行曝光之后，进行120。Cxl5分钟 的加热处理。接着，采用y- 丁内酯水溶液显影而溶解除去未曝 光部分之后，进行12(TCx30分钟的加热处理，从而形成芯层(厚 度50jim,宽度50阿)。
之后，利用旋涂法将上述上包层的形成材料以对芯层以及 下包层进行覆盖的方式涂敷到玻璃基板上之后，进行100。Cxl5 分钟的干燥处理，形成感光树脂层。接着，将形成有与上包层 的图形相同形状的开口图形的合成石英系的曝光掩模定位在该
感光树脂层的上方。于是，在自其上方采用接触式曝光法用
2000mJ/cm2的紫外线照射进行曝光之后，进行150。Cx60分钟 的加热处理。接着，采用y- 丁内酯水溶液显影而溶解除去未曝 光部分之后，进行100。Cxl5分钟的加热处理，从而形成上包层 (厚度25pm)。
接着，利用引线结合法将配线与上述发光二极管的端子相 连接。
于是，使自上述反光二极管发出的光投射向正上方，在该 状态下，采用切割装置(Disco Corp.制、Model 522 )沿着上 述光投射方向使刀尖角度为90。的旋转刀自上包层的正上方下 落，将芯层的一部分切削成与芯层底面成45。角的倾斜面。
这样，就可以制造由上述基板、发光元件、和层叠有下包 层、芯层以及上包层的光波导路构成的光波导路设备。
权利要求
1.一种光波导路设备，其包括基板；发光元件，其设置于上述基板的上表面中设置上述发光元件的区域；下包层，其设置于上述基板的上表面中设置上述发光元件的区域之外的部分；以及芯层，其成为上述发光元件的发光的光路，对上述基板上的上述发光元件以及上述下包层进行覆盖。
2. 根据权利要求l所述的光波导路设备，其特征在于， 在与上述发光元件相对应的芯层的部分形成有将自发光元件发出的光进行光路变换成沿着光路的状态的反射面。
3. 根据权利要求2所述的光波导路设备，其特征在于，上述反射面由以与上述芯层的底面成4 5度的角度倾斜的、 形成于上述芯层的表面上的凹部的大致V字状的底部的底面构 成；自上述发光元件发出的光以与上述反射面成45度的角度投射。
4. 一种光波导路设备制造方法，其包括以下工序 在基板的上表面中设置发光元件的区域之外的部分形成下包层的工序；在设置上述发光元件的区域设置发光元件的工序； 以覆盖上述发光元件以及上述下包层的方式在上述基板上
5. 根据权利要求4所述的光波导路设备制造方法，其特征 上述发光元件发出的光沿着光路进行光路变换的反射面的工 序。
6. 根据权利要求5所述的光波导路设备制造方法，其特征在于，上述反射面形成工序包括在上述芯层的表面形成具有大致V字状的底部的凹部，利用与上述芯层的底面成4 5度的角度 地倾斜的上述凹部的上述底部的底面形成上述反射面的工序， 将上述反射面定位成自上述发光元件发出的光以与上述反射面 成45度的角度进行投射。
7. 根据权利要求6所述的光波导路设备制造方法，其特征 在于，上述凹部形成工序包括沿着上述发光元件的光投射方向切 削上述芯层的 一 部分的工序。
全文摘要
本发明提供一种光波导路设备及其制造方法，在发光元件和光波导路之间不存在成为光路的障碍的物品。其中，在基板(1)的上表面设置有发光元件(5)，在基板(1)的上表面中设置发光元件(5)的区域之外的部分形成有下包层(2)，以覆盖发光元件(5)的状态在基板(1)上的设置发光元件(5)的部分以及下包层(2)的上表面上形成有成为发光元件(5)的发光的光路的芯层(3)，芯层(3)固定发光元件(5)并使自发光元件(5)发出的光直接射入。
文档编号G02B6/13GK101354462SQ20081013423
公开日2009年1月28日 申请日期2008年7月23日 优先权日2007年7月23日
发明者宗和范, 疋田贵巳 申请人:日东电工株式会社