JP2005173469A - Optical waveguide device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コア層とクラッド層との接合体からなり、光源モジュール、光インターコネクション、光通信等に好適な光導波路を有する光導波路装置、及びこれを用いるディスプレイ等の光情報処理装置に関するものである。 The present invention relates to an optical waveguide device comprising an assembly of a core layer and a clad layer and having an optical waveguide suitable for a light source module, optical interconnection, optical communication, and the like, and an optical information processing device such as a display using the optical waveguide device. It is.
これまで、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、比較的短距離間の情報伝達は、主に電気信号により行われてきたが、集積回路の性能を向上させるためには、信号の高速化や信号配線の高密度化が必要となる。しかし、電気信号配線においては、配線の時定数による信号遅延やノイズの発生等の問題から、電気信号の高速化や電気信号配線の高密度化が困難である。 Until now, information transmission over a relatively short distance, such as between boards in an electronic device or between chips in a board, has been carried out mainly by electrical signals, but in order to improve the performance of integrated circuits, And high-density signal wiring are required. However, in the electric signal wiring, it is difficult to increase the speed of the electric signal and increase the density of the electric signal wiring due to problems such as signal delay and noise generation due to the time constant of the wiring.
こうした問題を解決する光配線(光インターコネクッション)が注目されている。光配線は、電子機器間、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、種々の個所に適用可能であり、例えば、チップ間のような短距離間の信号の伝送には、チップが搭載されている基板上に光導波路を形成し、信号変調されたレーザ光等の伝送路とした光伝送、通信システムを構築することができる。 Optical wiring (optical interconnect cushion) that solves these problems has attracted attention. Optical wiring can be applied to various locations such as between electronic devices, between boards in electronic devices, or between chips in a board. For example, chips are used for transmission of signals over a short distance such as between chips. It is possible to construct an optical transmission and communication system in which an optical waveguide is formed on a substrate on which it is mounted, and a signal modulation laser beam or the like is used as a transmission path.
他方、光導波路をディスプレイの光源モジュールとして用いることも知られている。例えば、映像ソフト、ゲーム、コンピュータ画面、映画等を自分だけのデイ画面で楽しめるヘッドマウントディスプレイ(Head Mounted Display)の開発が成されており、サングラスのように掛けるだけで、臨場感あふれる映像をいつでもどこでも気軽に体感できるパーソナルなディスプレイがある(米国特許第5,467,104号公報参照)。 On the other hand, it is also known to use an optical waveguide as a light source module of a display. For example, the development of a head mounted display that allows you to enjoy video software, games, computer screens, movies, etc. on your own day screen has been developed. There is a personal display that can be easily felt anywhere (see US Pat. No. 5,467,104).
このヘッドマウントディスプレイの光源には、赤色、緑色、青色の発光ダイオード(LED)が使われているがLED光はコヒーレント性が無く、放射角が広く、集光して3色を合波することが難しい。そこで、3種のLED光を光導波路に通して合波し、均一な白色光を作り出す技術が知られている(日経エレクトロニクス2003.3.31号,p127)。 Red, green and blue light emitting diodes (LEDs) are used as the light source for this head mounted display, but the LED light is not coherent, has a wide radiation angle, and is condensed to combine the three colors. Is difficult. Therefore, a technique is known in which three types of LED light are combined through an optical waveguide to create uniform white light (Nikkei Electronics 2003.3.31, p127).
また、図28に示すような構造の光導波路103も知られている(後述の特許文献1参照)。
An
この光導波路103は、図28(A)及び(B)に示すように、半導体基板又は誘電体基板からなる所定厚さのInP基板101上に、例えば、厚さ0.5μmのInPからなるクラッド層102が形成され、この上に、入射面104側での幅が50μm、出射面107側の幅が2μmであって直線状傾斜面105を有するInGaAsからなるコア層106が形成されている。
As shown in FIGS. 28A and 28B, the
そして、クラッド層102及びコア層106を覆うようにして、例えば、厚さ1μmのInPからなるクラッド層108が形成され、光導波路103が構成されている。
Then, for example, a
そして、図28(C)に示すように、この光導波路103のクラッド層102上の入射側に、例えば、光源としてのレーザ109(何色でもよい)を配置し、このレーザ109から発する光ビームを入射面104からコア層106内に入射すると、光ビームは極太線で表すように、コア層106の幅の変化に伴ってその広がりが狭くなるように変化して集光した後に、出射面107から外部に出射する。
Then, as shown in FIG. 28C, for example, a laser 109 (any color) as a light source is disposed on the incident side of the
また、別の従来例として、図29に示すような構造の光導波路113も知られている。 As another conventional example, an optical waveguide 113 having a structure as shown in FIG. 29 is also known.
この光導波路113は、シリコン基板110と、このシリコン基板110上に形成され、片方の端部にミラー状傾斜面114を有する構造である。 The optical waveguide 113 is formed on the silicon substrate 110 and the silicon substrate 110 and has a mirror-like inclined surface 114 at one end.
この光導波路113は、高分子有機化合物光導波路として形成され、それぞれが高分子有機化合物樹脂で形成された、クラッド層112及びコア層111からなる平面型光導波路として構成されている。コア層111は屈折率がクラッド層112より0.1〜3.0%程度大きい高分子有機化合物で形成され、その材質は、オキセタン樹脂である。 The optical waveguide 113 is formed as a polymer organic compound optical waveguide, and is configured as a planar optical waveguide composed of a clad layer 112 and a core layer 111, each formed of a polymer organic compound resin. The core layer 111 is formed of a high molecular organic compound having a refractive index higher by about 0.1 to 3.0% than that of the cladding layer 112, and the material thereof is oxetane resin.
また、クラッド層112及びコア層111の光入射面側の端面は、右肩上がりで45度の斜め形状に加工されてミラー状傾斜面114を構成しており、積層されたクラッド層112及びコア層111の内、下層のコア層111が上層のクラッド層112よりも外側へ突き出している。また、基板110の側面は、ミラー状傾斜面114の下部領域よりも光出射側に位置している。 Further, the end surfaces on the light incident surface side of the clad layer 112 and the core layer 111 are processed into an oblique shape of 45 degrees so as to rise to the right side to form a mirror-like inclined surface 114, and the laminated clad layer 112 and core are laminated. Of the layers 111, the lower core layer 111 protrudes outward from the upper clad layer 112. Further, the side surface of the substrate 110 is located on the light emission side with respect to the lower region of the mirror-like inclined surface 114.
そして、図29に示した従来例による光導波路113においては、ミラー状傾斜面114の下部領域に、例えば、LED(G)12G(その他の色でもよい)を配置し発光する。そして、このLED(G)12Gからの発光光は、クラッド層112及びコア層111の下面及び/又はクラッド層112を透過してミラー状傾斜面114に衝突した後に反射して、それぞれの層内へ入射光として入射し伝搬してからそれぞれの光出射面側から出射する。 In the optical waveguide 113 according to the conventional example shown in FIG. 29, for example, an LED (G) 12G (other colors may be used) is disposed in the lower region of the mirror-like inclined surface 114 to emit light. The emitted light from the LED (G) 12G passes through the lower surface of the clad layer 112 and the core layer 111 and / or the clad layer 112, and is reflected after colliding with the mirror-like inclined surface 114. After entering and propagating as incident light, the light exits from the respective light exit surfaces.
この構造においては、光源としてのLED(G)12Gをコア層111の側面側に配置してコア111層の側面からコア層111に発光光を入射させるよりも、コア層111の側面よりも大きい面積を有するミラー状傾斜面114からコア層111内に発光光を入射させるために、より多くの発光光をコア層111内に入射することができる。 In this structure, it is larger than the side surface of the core layer 111 than the LED (G) 12G as a light source is disposed on the side surface side of the core layer 111 and the emitted light is incident on the core layer 111 from the side surface of the core 111 layer. In order to allow the emitted light to enter the core layer 111 from the mirror-like inclined surface 114 having an area, more emitted light can be incident into the core layer 111.
図28の光導波路103よりも図29の光導波路113の方が、光導波路に対する光源の配置の容易さや入射光量の点では優れているが、両者の光導波路とも、光源と光導波路とのアライメント(位置合わせ)の信頼性はなお不十分であるため、光源からの発光光をより効率及び精度良くコア層内に入射させることが望まれている。
The optical waveguide 113 of FIG. 29 is superior to the
本発明は、上記のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、光源と光導波路との位置合わせを容易かつ正確に行え、かつ光導波路への光入射効率及び精度を向上させることができる光導波路装置、及びこの光導波路装置を用いる光情報処理装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above situation, and its purpose is to easily and accurately align the light source and the optical waveguide, and to improve the light incident efficiency and accuracy to the optical waveguide. It is an object of the present invention to provide an optical waveguide device that can be used, and an optical information processing device using the optical waveguide device.
即ち、本発明は、
光源が固定された支持体と、
コア層とクラッド層との接合体からなり、前記コア層への入射光をその光出射側へ導 くように構成された光導波路と、
前記支持体と前記光導波路とを一定の間隔で保持するスペーサーと
を有し、前記スペーサーを介して前記支持体上に前記光導波路が固定されている、光導波路装置に係るものである。
That is, the present invention
A support with a fixed light source;
An optical waveguide composed of a joined body of a core layer and a clad layer, and configured to guide incident light to the core layer to the light exit side;
The present invention relates to an optical waveguide device having a spacer that holds the support and the optical waveguide at regular intervals, and the optical waveguide is fixed on the support via the spacer.
また、本発明は、本発明の光導波路装置と、この光導波路装置に信号光を入射する光源と、前記光導波路からの出射光を受光する受光手段とを有する光情報処理装置も提供するものである。 The present invention also provides an optical information processing apparatus having the optical waveguide device of the present invention, a light source for inputting signal light to the optical waveguide device, and a light receiving means for receiving light emitted from the optical waveguide. It is.
本発明によれば、前記光源が固定された前記支持体上に、前記光導波路を、これらを一定の間隔で保持するための前記スペーサーを介して固定しているので、共通の前記支持体上に前記光源と前記光導波路とを常に、所望の間隔で(即ち、前記スペーサーによって前記光源と前記光導波路の前記コア層との間隔を最適化して)配置することができる。従って、前記光源と前記光導波路との間の位置決めを比較的容易に行うことができると共に、前記光源から前記コア層に向けて発せられる発光光の前記コア層への光入射を効率及び精度良く行うことができる。 According to the present invention, the optical waveguide is fixed on the support to which the light source is fixed via the spacer for holding them at a constant interval. In addition, the light source and the optical waveguide can always be arranged at a desired interval (that is, the interval between the light source and the core layer of the optical waveguide is optimized by the spacer). Therefore, positioning between the light source and the optical waveguide can be performed relatively easily, and light incident on the core layer of emitted light emitted from the light source toward the core layer can be efficiently and accurately performed. It can be carried out.
本発明においては、前記光導波路(特に、前記コア層)からの反射光が光出射面から迷光として出射されないように、前記コア層からの反射光を吸収するために、前記光導波路と前記支持体との前記間隔を形成する空隙に光吸収性材料(例えば黒色樹脂)が充填されているのが望ましい。 In the present invention, in order to absorb the reflected light from the core layer so that the reflected light from the optical waveguide (in particular, the core layer) is not emitted as stray light from the light emitting surface, the optical waveguide and the support are supported. It is desirable that a light-absorbing material (for example, a black resin) is filled in the gap that forms the gap with the body.
また、前記光導波路と前記光源との間に所望の間隔を設け、かつ前記光源の配置を容易にするために、前記前記支持体上に固定された前記光導波路の光入射部下の前記支持体に凹部が形成され、この凹部の底面に前記光源が固定されているのが望ましい。 Further, in order to provide a desired interval between the optical waveguide and the light source, and to facilitate the arrangement of the light source, the support body under the light incident portion of the optical waveguide fixed on the support body It is desirable that a recess is formed in the recess, and the light source is fixed to the bottom surface of the recess.
また、光源からの発光光を、前記光導波路の下部から前記光導波路の前記コア層内に効率良く入射するために、前記光導波路の前記光入射部の光入射面が前記支持体の固定面に対して傾斜しているのが望ましい。 The light incident surface of the light incident portion of the optical waveguide is a fixed surface of the support so that the light emitted from the light source is efficiently incident into the core layer of the optical waveguide from the lower part of the optical waveguide. It is desirable to be inclined with respect to.
また、前記コア層と前記光源との間に所望の間隔を設けるために、前記光導波路が前記コア層と前記クラッド層とが積層された構造を有し、前記コア層が前記スペーサー上に接合されているのが望ましい。 Further, in order to provide a desired interval between the core layer and the light source, the optical waveguide has a structure in which the core layer and the cladding layer are laminated, and the core layer is bonded onto the spacer. It is desirable that
また、前記クラッド層内に入射し、前記クラッド層と基板との界面に入射する入射光を前記クラッド層外に放出して、前記クラッド層へ再入射させないために、前記クラッド層上にこのクラッド層よりも屈折率の大きい基板が接合されているのが望ましい。 In addition, in order to prevent incident light entering the clad layer and entering the interface between the clad layer and the substrate from being emitted outside the clad layer and re-entering the clad layer, the clad layer is formed on the clad layer. It is desirable that a substrate having a refractive index larger than that of the layer is bonded.
また、前記光導波路が、迷光を減少させるために、リッジ型のコア層を有するエアリッジ型構造を有しているのが望ましい。 The optical waveguide preferably has an air ridge structure having a ridge core layer in order to reduce stray light.
また、前記支持体を固定し、かつ外部からの衝撃等に対応するために、前記支持体がパッケージ部材に固定されているのが望ましい。 Further, it is desirable that the support is fixed to the package member in order to fix the support and cope with an impact from the outside.
また、前記光源と外部ユニットとを電気的に接続するために、前記支持体及び前記パッケージ部材に前記光源用の端子又は/及び外部接続端子が設けられているのが望ましい。 Further, in order to electrically connect the light source and the external unit, it is preferable that the support and the package member are provided with a terminal for the light source and / or an external connection terminal.
また、前記コア層及び前記クラッド層の形成のし易さ及び経済性の向上のために、前記光導波路が高分子有機化合物で形成されているのが望ましい。 Further, it is desirable that the optical waveguide is formed of a polymer organic compound in order to improve the ease of forming the core layer and the clad layer and to improve the economy.
また、前記光源からの発光光をより多く前記コア層内に入射させると共に、この入射した入射光を収束して出射するために、前記光導波路の前記コア層が、その光入射側から光出射側にかけて漸次小さくなる幅を有しているのが望ましい。 In addition, in order to make more emitted light from the light source enter the core layer and to converge and emit the incident light, the core layer of the optical waveguide emits light from the light incident side. It is desirable that the width gradually decreases toward the side.
また、3原色の発光光を収束するために、前記光源が3原色を発光する3種類の発光ダイオード又はレーザであって、前記コア層の光入射面に対向してそれぞれ配置されているのが望ましい。 Further, in order to converge the emitted light of the three primary colors, the light source is three types of light emitting diodes or lasers that emit the three primary colors, and each is disposed to face the light incident surface of the core layer. desirable.
また、前記コア層が光硬化性樹脂によって形成されるのがよい。これは、光(特に紫外線)照射によって露光パターンに対応したコア層にパターン化することが容易となり、またクラッド層の構成材料としても有利なためである。こうした光硬化性樹脂としては、特開2000−356720号公報に記載されたオキセタン樹脂等の高分子有機材料が挙げられる。このような高分子有機材料は、390nm以下の波長の可能可視光を90パーセント以上透過するものがよい。なお、コア材やクラッド材は、光硬化性樹脂以外にも、無機系材料を用いてもよい。 The core layer is preferably formed of a photocurable resin. This is because it is easy to pattern the core layer corresponding to the exposure pattern by irradiation with light (particularly ultraviolet rays), and it is also advantageous as a constituent material of the cladding layer. Examples of such a photocurable resin include high molecular organic materials such as oxetane resins described in JP 2000-356720 A. Such a high molecular weight organic material preferably transmits 90% or more of possible visible light having a wavelength of 390 nm or less. In addition to the photocurable resin, an inorganic material may be used for the core material or the clad material.
また、上記の光導波路材料としては、例えば、オキセタン環を有するオキセタン化合物からなるオキセタン樹脂、又はオキシラン環を有するオキシラン化合物からなるポリシランが使用可能であるが、これらの光硬化(重合)のために連鎖反応による重合を開始させ得るカチオン重合開始剤を含む組成物が用いられるのがよい。 In addition, as the optical waveguide material, for example, an oxetane resin made of an oxetane compound having an oxetane ring or a polysilane made of an oxirane compound having an oxirane ring can be used. A composition containing a cationic polymerization initiator capable of initiating polymerization by a chain reaction is preferably used.
そして、本発明は、上記の光導波路で効率良く所定の光束に集光されて出射し、或いは、上記の光導波路に効率良く入射した後に出射した信号光を走査手段で走査して投影するように構成したディスプレイや、上記の光を次段回路の受光素子(光配線やフォトディテクタ等)に入射させるように構成した光通信等の光情報処理装置等に有効に用いることができる。 In the present invention, the light beam is efficiently condensed into a predetermined light flux and emitted from the optical waveguide, or the signal light emitted after being efficiently incident on the optical waveguide is scanned and projected by the scanning means. The present invention can be effectively used in displays configured as described above, optical information processing apparatuses such as optical communication configured to cause the above-described light to be incident on light receiving elements (optical wiring, photodetectors, etc.) of the next-stage circuit.
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的に説明する。 Next, a preferred embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
第1の実施の形態
本実施の形態による光導波路装置64の構造については、図1(A)の平面図、図1(B)のA−A’線断面図(図1(A)の平面図のA−A’線)、並びに図2(A)の部分平面図に示すように、逆コの字形状の周壁となる凸部3と、この凸部3によって形成された凹部2とを有するパッケージ1を配置する。
First Embodiment Regarding the structure of the
このパッケージ1の凸部3の頂部には複数の電極パッド16が設けられ、この電極パッド16とパッケージ1の側面に設けられた外部接続端子17とは、凸部3に埋設された配線18によって電気的に接続されている。なお、この外部接続端子17は、制御回路部(図示せず)のコネクタに差し込む外部端子として使用する。
A plurality of
次に、図2(B)に示すように、赤色発光用のLED(R)12R、緑色発光用のLED(G)12及び青色発光用のLED(B)12Bを固定するための凹部11が形成され、後述の光導波路9を固定するための一対のバー5が両辺に設けられ、並びに、LED(R)12R、LED(G)12及びLED(B)12Bと電気的に接続するための複数の電極パッド15を有するプラットフォーム4を、図中に矢印で示すようにパッケージ1の凹部2内の所定位置に固定する。
Next, as shown in FIG. 2B, there is a recess 11 for fixing the red light emitting LED (R) 12R, the green light emitting LED (G) 12, and the blue light emitting LED (B) 12B. A pair of
更に、図2(C)に示すように、プラットフォーム4上部には、スペーサーとしてのバー5を介してコア層19、クラッド層6及び基板7がそれぞれ所定形状で順次積層されたエアリッジ型構造の光導波路9を図中に矢印で示すように固定する。なお、コア層19及びクラッド層6の光入射端面は、図1(B)に示すように、水平面に対して右肩上がりで45度傾斜したミラー状傾斜面8となっているので、各LEDからの発光を十分な量で入射させかつコア層19内へ反射させることができる。
Further, as shown in FIG. 2C, an air ridge structure light beam in which a
また、LED(R)12R、LED(G)12及びLED(B)12Bと複数の電極パッド15とがそれぞれ配線13で電気的に接続されており、複数の電極パッド15と複数の電極パッド16とがそれぞれ配線14で電気的に接続されている。
Further, the LED (R) 12R, the LED (G) 12, and the LED (B) 12B and the plurality of
そして、それぞれの発光ダイオードと各電極パッドとをワイヤーボンディング装置にて接続して組み立てた光導波路装置64に電流を流すと、各発光ダイオードが発光し、コア層19の光出射面からは入射光が合波して絞られた様子が確認できる。そして赤色、緑色及び青色の3色を合波すると白色光を得ることができる。
When a current is passed through the
次に、図3(A)のB−B’断面図(図1(A)の平面図のB−B’線)及び図3(B)の右側面図に示すように、光導波路9は、Si基板7の下面にクラッド層6を積層形成して更にこの下面にエアリッジ型にコア層19を形成した構造であり、プラットフォーム4上の2本のバー5によって、コア層19及びこれが設けられたクラッド層6とプラットフォーム4の上面とが一定の間隔(又は空間)20を置いて固定されている。従って、コア層19がプラットフォーム4の上面に接触することなく露出し、コア層19とプラットフォーム4との間に空間20を形成することにより、エアリッジ型の光導波路とすることができる。
Next, as shown in the BB ′ sectional view of FIG. 3A (the BB ′ line in the plan view of FIG. 1A) and the right side view of FIG. The
そして、クラッド層6との接触部以外が露出しているコア層19を有するエアリッジ型とした理由は、クラッド層からの迷光を減少させるためである。また、コア層19を光入射面側から光出射面側にかけて幅が漸次直線的に狭まる形状とした理由は、より大きな面積の光入射面によって発光ダイオード12(R)、12(G)及び12(B)からの発光光を効率良く十分に入射させ、かつこれらを収束しつつ伝搬した後により小さな面積の光出射面から出射して、画素となる小さなスポット光を取り出すためである。
The reason why the air ridge type has the
ここで、所定形状で形成されたコア層19、クラッド層6及び基板7からなる光導波路9においては、屈折率が比較的高い材質からなるコア層19と屈折率が比較的低いクラッド層6とから構成されており、その屈折率差は例えば1.7%である。
Here, in the optical waveguide 9 composed of the
更に、コア層19の光入射面のサイズ(幅)を例えば1.5mmとし、光出射面のサイズ(幅)を50μmとすることができる。また、コア層19の光入射面から光出射面までの長さを例えば10mmとすることができ、光出射面から光入射面までのコア層19の開き角度を例えば8.4度とすることができる。
Furthermore, the size (width) of the light incident surface of the
また、コア層19及びクラッド層6はポリマー系樹脂にて形成することができる。例えば、特開2000−356720号公報に開示されている高分子有機導波路であるオキセタン樹脂(ソニーケミカル社製)を使用することが好適である。また、ポリシラン(商品名グラシア:日本ペイント社製)等でもよく、コア層19やクラッド層6の材質に適した屈折率を有するポリマー系材料をそれぞれに入手することができる。
The
なお、基板7の裏面から研削ブレードを有するダイシング装置(ダイサー)によって、ミラー状傾斜面8を形成してよい。この時のミラー状傾斜面8における損失は例えば、3dB(透過率50%)である。また、例えば、Si基板7の屈折率を3.5とし、クラッド層6の屈折率を1.516とし、コア層19の屈折率を1.543とすることができる。
The mirror-like
そして、LED(G)12Gから発光する場合に、図4において極太の実線で示した入射光(1)である発光ダイオードLED(G)12Gからの発光光の一部は、コア層19の下面を透過してミラー状傾斜面8に入射して反射した後にコア層19内に入射し、光出射側に向かってその幅が徐々に細くなる形状のコア層19の内部で、クラッド層6との界面及び露出面において反射しつつ収束し、光出射面側から出射する。
When light is emitted from the LED (G) 12G, a part of the light emitted from the light-emitting diode LED (G) 12G, which is the incident light (1) indicated by the thick solid line in FIG. , Is incident on the mirror-like
図1〜図3に示すように、例えば、Siからなる部材を接着剤(例えば、製品名エッポテック:理経社より入手)等にて貼り合わせて形成したプラットフォーム4上の所定位置に、赤色、緑色及び青色の3色の発光ダイオードであるLED(R)12R、LED(G)12及びLED(B)12Bを実装し、更にスペーサーとなるバー5を介して光導波路9を実装する。
As shown in FIGS. 1 to 3, for example, red and green are formed at predetermined positions on a
これらの発光ダイオード(LED)においては、ディスプレイ用として、例えば、青色及び緑色用のLED12(B)及び12(G)はGaN系の材質からなり、赤色用のLED12(R)はAlGaInP系の材質からなっていてよい。なお、光通信用として、発光ダイオードの代わりにレーザチップを配置しても構わない。 In these light emitting diodes (LEDs), for example, blue and green LEDs 12 (B) and 12 (G) are made of GaN-based materials, and red LEDs 12 (R) are AlGaInP-based materials. It may consist of For optical communication, a laser chip may be arranged instead of the light emitting diode.
図4に明示するように、迷光(1)である例えば発光ダイオードLED(G)12Gからの発光光の一部は、ミラー状傾斜面8に入射して反射した後にクラッド層6内に入射するが、これは、クラッド層6の屈折率(1.516)よりもSi基板7の屈折率(3.5)が大きいので、クラッド層6とSi基板7との界面では入射光が全反射せずに、Si基板7方向に光の進路を変えることができる。従って、余計な迷光(1)をSi基板7が吸収する。
As clearly shown in FIG. 4, a part of the emitted light from, for example, the light emitting diode LED (G) 12 </ b> G that is the stray light (1) is incident on the mirror-like
本実施の形態の光導波路装置64においては、各LEDが固定されたプラットフォーム4上に、コア層19、クラッド層6及び基板7の接合体からなる光導波路9を、これらを一定の間隔で保持するためのバー5を介して固定するために、共通のプラットフォーム4上に各LEDと光導波路9とを常に所望の位置関係で配置することができ、かつ、バー5によって各LEDと光導波路9のコア層19との間隔を最適化して配置することができる。このため、各LEDと光導波路9との間のアライメント(位置決め)を比較的容易に行うことができると共に、各LEDからコア層19に向けて発せられる発光光のコア層19への光入射を効率良くかつ精度良く行うことができる。
In the
第2の実施の形態
本実施の形態による光導波路装置65の構造については、図5(A)の平面図、図5(B)のA−A’線断面図(図5(A)の平面図のA−A’線)、図6(A)、図6(B)及び図6(C)の部分平面図、並びに、図7(A)のB−B’断面図(図5(A)の平面図のB−B’線)及び図7(B)の右側面図に示すように、パッケージ1の凹部2内に複数の電極パッド15が配置されており、この複数の外部接続端子15とパッケージ1の側面に露出している複数の外部接続端子17とがパッケージ1に埋設された配線18を介して接続されている。また、パッケージ1上に固定されたプラットフォーム4上に凹部21が設けられ、この凹部21に各LED12R、12G及び12Bが固定され、各LEDと複数の電極パッド15とが配線13を介して接続されている以外は、上述の第1の実施の形態と同様である。
Second Embodiment Regarding the structure of the
まず、図6(A)に平面図で示すように、逆コの字形状の周壁としての凸部3と、この凸部3によって形成され、光導波路9を固定したプラットフォーム4を受け入れる凹部2とを有するパッケージ1を作製し、配置する。
First, as shown in a plan view in FIG. 6A, a
次に、図6(B)に示すように、LED(R)12R、LED(G)12及びLED(B)12Bを固定するための凹部21が形成され、後述の光導波路9を固定するための2本のバー5が設けられたプラットフォーム4を、凹部2内の所定の位置に固定する。
Next, as shown in FIG. 6B, a
更に、図2(C)に示すように、プラットフォーム4上部にバー5を介してコア層19、クラッド層6及び基板7がそれぞれ所定形状で順次積層された構造の光導波路9を固定する。
Further, as shown in FIG. 2C, an optical waveguide 9 having a structure in which a
本実施の形態によれば、各配線及び電極パッドがパッケージ凸部3の頂部の高さよりも低い位置に設けられているので、このパッケージ1を基板7側から蓋等によって覆い易い。
According to the present embodiment, since each wiring and electrode pad are provided at a position lower than the height of the top of the
なお、図8(A)の平面図、図8(B)のA−A’線断面図(図8(A)の平面図のA−A’線)に示すように、本実施の形態と同様の構造において、所定厚さでクラッド層6と同じ材質及び屈折率を有するクラッド層22によってコア層19の側面及び下面を覆うこともできる。このように、クラッド層6、コア層19及びクラッド層22が順次積層された光導波路35においては、クラッド層6、コア層19及びクラッド層22の光入射面によって斜め45度の傾斜角を有するミラー状傾斜面66を形成する。
As shown in the plan view of FIG. 8A and the cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 8B (the line AA ′ in the plan view of FIG. 8A), In the same structure, the side surface and the lower surface of the
この構造によって、光入射面及び光出射面を除いてコア層19が大気中に露出せずに各クラッド層によって覆われているために、各クラッド層とコア層19との界面において入射光の反射率が均一化し、比較的安定した光伝搬性能を発揮することができる。
With this structure, since the
その他、本実施の形態においては、上述の第1の実施の形態で述べたのと同様の作用及び効果が得られる。 In addition, in this embodiment, the same operations and effects as described in the first embodiment are obtained.
第3の実施の形態
本実施の形態による光導波路装置68の構造については、図9(A)の平面図、図9(B)のA−A’線断面図(図9(A)の平面図のA−A’線)、図10(A)、図10(B)及び図10(C)の部分平面図、図11(A)の側面図(図9(A)の平面図のB−B’線)並びに図11(B)の側面図に示すように、コア層19の露出面である空間20に光吸収性樹脂材料を充填して、光吸収性樹脂層23を形成する以外は、上述の第1の実施の形態と同様である。
Third Embodiment Regarding the structure of the optical waveguide device 68 according to the present embodiment, FIG. 9A is a plan view, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line AA ′ (the plane of FIG. 9A). AA ′ in the figure), partial plan views of FIGS. 10A, 10B, and 10C, and a side view of FIG. 11A (B in the plan view of FIG. 9A). -B 'line) and as shown in the side view of FIG. 11B, the
本実施の形態においてはまず、図10(A)に示すように、逆コの字形状のパッケージ凸部3と、この凸部3によって形成された凹部2とを有するパッケージ1を配置する。
In the present embodiment, first, as shown in FIG. 10A, a
次に、図10(B)に示すように、LED(R)12R、LED(G)12及びLED(B)12Bを固定するための凹部11が形成され、後述の光導波路9を固定するための2本のバー5が設けられ、並びに、LED(R)12R、LED(G)12及びLED(B)12Bと電気的に接続するための複数の電極パッド15を有するプラットフォーム4を、凹部2内の所定位置に固定する。この時に、プラットフォーム4上で各LEDが固定される凹部11以外の領域で一対のバー5によって挟まれる領域(即ち、上述の空間20)に光吸収性樹脂材料を塗布して光吸収性樹脂層23を形成する。
Next, as shown in FIG. 10B, a recess 11 for fixing the LED (R) 12R, the LED (G) 12, and the LED (B) 12B is formed to fix an optical waveguide 9 described later. And a
更に、図10(C)に示すように、プラットフォーム4上部にバー5を介してコア層19、クラッド層6及び基板7がそれぞれ所定形状で順次積層された構造の光導波路9を光吸収性樹脂層23と密着するように固定する。
Further, as shown in FIG. 10C, an optical waveguide 9 having a structure in which a
本実施の形態においては、例えば、幅が4mmのプラットフォーム4上の両側端に固定された幅が1mmのバー5の間の領域(幅が2mm)に光吸収性黒色樹脂材料23を塗布する。ここで、コア層19への光入射等を阻害しないために、各LEDやコア層19の光入射面及び光出射面にはこの黒色樹脂材料を塗布しないように留意する。次に、バー5の上面に接着剤を塗布してから、光導波路9を上面より被せる様にしてバー5に固定して実装する。この後に、黒色樹脂材料を熱硬化させて光導波路装置68を完成する。
In the present embodiment, for example, the light-absorbing
この光吸収性黒色樹脂材料については、熱硬化前は液体状であり任意の場所に塗布することができると共に、熱を加えると硬化する性質がある。このような材料としては例えば、住友ベークライト株式会社から入手できるCRP−X4478があり、粘度は46.2Pa/sであり、硬化条件は120℃で1時間+165℃で2時間である。また、屈折率はコア層19に使用するコア材料よりも低いものとする。
This light-absorbing black resin material is in a liquid state before thermosetting and can be applied to any place, and has the property of being cured when heat is applied. An example of such a material is CRP-X4478 available from Sumitomo Bakelite Co., Ltd., the viscosity is 46.2 Pa / s, and the curing conditions are 120 ° C. for 1 hour + 165 ° C. for 2 hours. The refractive index is lower than that of the core material used for the
また、この光吸収性樹脂層23の形成方法としては、バー5上に光導波路9を固定した後に光吸収性樹脂材料を空間20内に充填し、その後に熱硬化させて形成することができる。
The light absorbing
次に、図12に示すように、プラットフォーム4上の所定位置に、LED(R)12R、LED(G)12及びLED(B)12Bを実装し、更に、光吸収性樹脂層23及びスペーサーとなるバー5を介して光導波路9を実装する。
Next, as shown in FIG. 12, the LED (R) 12R, the LED (G) 12, and the LED (B) 12B are mounted at predetermined positions on the
そして、LED(G)12Gから発光する場合に、例えば発光ダイオードLED(G)12Gからの発光光は、コア層19内に入射し、光出射側に向かってその幅が徐々に細くなる形状のコア層19の内部で、クラッド層6及び光吸収性樹脂層23の界面において反射しつつ収束し、光出射面側から出射する。
When light is emitted from the LED (G) 12G, for example, light emitted from the light emitting diode LED (G) 12G enters the
また、迷光(1)である例えば発光ダイオードLED(G)12Gからの発光光の一部は、クラッド層6内に入射するが、クラッド層6の屈折率(1.516)よりもSi基板7の屈折率(3.5)が大きいので、クラッド層6とSi基板7との界面では入射光が全反射せずに、Si基板7方向に光の進路を変えることができる。従って、光出射面側でコア層19内を伝搬する入射光を点光源として取り出したい場合に、余計な迷光(1)となるクラッド層6内の光をSi基板7が吸収することができ、所望の点光源を得易くなる。
Further, a part of the light emitted from, for example, the light emitting diode LED (G) 12G which is the stray light (1) is incident on the
また、迷光(2)である例えば発光ダイオードLED(G)12Gからの発光光の一部は、コア層19の下面にて反射した後に光吸収性樹脂層23に入射するが、この光吸収性樹脂層23に吸収されてしまい、光出射面側から出射することはない。
Further, a part of the emitted light from, for example, the light emitting diode LED (G) 12G which is the stray light (2) is reflected by the lower surface of the
本実施の形態によれば、コア層19内を伝搬する入射光のみを光出射面から点光源としてを取り出したい場合に、迷光(1)となるクラッド層6内の光をSi基板7が吸収することができ、かつ迷光(2)となるコア層下の光を光吸収性樹脂層23が吸収することができるので、コア層19からの出射光のみからなる所望の点光源を得ることができる。
According to the present embodiment, when only the incident light propagating in the
その他、本実施の形態においては、上述の第1の実施の形態で述べたのと同様の作用及び効果が得られる。 In addition, in this embodiment, the same operations and effects as described in the first embodiment are obtained.
第4の実施の形態
本実施の形態による光導波路装置69の構造については、図13(A)の平面図、図13(B)のA−A’線断面図(図13(A)の平面図のA−A’線)、図14(A)、図14(B)及び図14(C)の部分平面図、並びに、図15(A)のB−B’断面図(図13(A)の平面図のB−B’線)及び図15(B)の右側面図に示すように、パッケージ1の凹部2内に複数の電極パッド15が配置されており、この複数の電極パッド15とパッケージ1の側面に露出している複数の外部接続端子17とがパッケージ1に埋設された配線18を介して接続されている。また、コア層19の露出面である空間20に光吸収性樹脂材料を塗布して光吸収性樹脂層23を形成する。また、パッケージ1上に固定されたプラットフォーム4上に凹部21が設けられ、この凹部21に各LED12R、12G及び12Bが固定され、各LEDと複数の電極パッド15とが配線13を介して接続する以外は、上述の第1の実施の形態と同様である。
Fourth Embodiment Regarding the structure of the
まず、図14(A)の部分平面図に示すように、逆コの字形状のパッケージ凸部3と、この凸部3によって形成された凹部2とを有するパッケージ1を配置する。
First, as shown in the partial plan view of FIG. 14A, a
このパッケージ1の凹部2には複数の電極パッド15が設けられ、この電極パッド15とパッケージ1の側面に設けられた外部接続端子17とは、パッケージ凸部3に埋設された配線18によって電気的に接続されている。
A plurality of
次に、図14(B)に示すように、LED(R)12R、LED(G)12及びLED(B)12Bを固定するための凹部21が形成され、後述の光導波路9を載置するための2本のバー5が設けられたプラットフォーム4を、凹部2内の所定の位置に固定する。この時に、プラットフォーム4上で各LEDが固定される凹部21以外の領域で一対のバー5によって挟まれる領域に光吸収性樹脂材料を塗布して光吸収性樹脂層23を形成する。
Next, as shown in FIG. 14B, a
更に、図14(C)に示すように、プラットフォーム4上部にバー5を介してコア層19、クラッド層6及び基板7がそれぞれ所定形状で順次積層された構造の光導波路9を光吸収性樹脂層23に密着して固定する。
Further, as shown in FIG. 14C, an optical waveguide 9 having a structure in which a
本実施の形態においては、上述したと同様に、幅が4mmのプラットフォーム4上の両側端に固定された幅が1mmのバー5の間の領域(幅が2mm)に光吸収性黒色樹脂材料を塗布する。ここで、コア層19への光入射等を阻害しないために、各LEDやコア層19の光入射面及び光出射面にはこの黒色樹脂材料を塗布しないように留意する。次に、バー5の上面に接着剤を塗布してから、光導波路9を上面より被せる様にしてバー5に固定して実装する。この後に、黒色樹脂材料を熱硬化させて光導波路装置69を完成する。
In the present embodiment, as described above, the light-absorbing black resin material is applied to the region between the
また、図16(A)の平面図、図16(B)のA−A’線断面図(図16(A)の平面図のA−A’線)に示すように、本実施の形態と同様の構造において、所定厚さでクラッド層6と同じ材質及び屈折率を有するクラッド層22によってコア層19の側面及び下面を覆うことができる。そして、クラッド層6、コア層19及びクラッド層22が順次積層された光導波路35においては、クラッド層6、コア層19及びクラッド層22の光入射面によって斜め45度の傾斜角を有するミラー状傾斜面66を形成する。
Further, as shown in the plan view of FIG. 16A and the AA ′ line cross-sectional view of FIG. 16B (the AA ′ line of the plan view of FIG. 16A), this embodiment and In the same structure, the side surface and the lower surface of the
この構造によって、光入射面及び光出射面を除いてコア層19が大気中に露出せずに各クラッド層によって覆われているために、各クラッド層とコア層19との界面において入射光の反射率が均一化し、安定した光伝搬性能を発揮することができる。
With this structure, since the
次に、図17に示すように、プラットフォーム4上の所定位置に、LED(R)12R、LED(G)12及びLED(B)12Bを実装し、更に、光吸収性樹脂層23及びスペーサーとなるバー5を介して光導波路9を実装する。
Next, as shown in FIG. 17, the LED (R) 12R, LED (G) 12, and LED (B) 12B are mounted at predetermined positions on the
そして、例えば発光ダイオードLED(G)12Gからの発光光の一部は、ミラー状傾斜面8で反射した後にコア層19内に入射し、光出射側に向かってその幅が徐々に細くなる形状のコア層19の内部で、クラッド層6及びクラッド層22との界面において良好に反射しつつ収束し、光出射面側から出射する。
For example, a part of the light emitted from the light emitting diode LED (G) 12G is incident on the
また、迷光(1)である例えば発光ダイオードLED(G)12Gからの発光光の一部は、ミラー状傾斜面8で反射した後にクラッド層6内に入射し、クラッド層6の内部で基板7及びコア層19の界面において反射して光出射面側から出射しようとするが、クラッド層6の屈折率(1.516)よりもSi基板7の屈折率(3.5)が大きいので、クラッド層6とSi基板7との界面では入射光が全反射せずに、Si基板7方向に光の進路を変えることができる。従って、光出射面側でコア層19内を伝搬する入射光を点光源として取り出したい場合に、余計な迷光(1)となるクラッド層6内の光をSi基板7が吸収することができる。
Further, a part of the light emitted from, for example, the light emitting diode LED (G) 12G, which is the stray light (1), is reflected by the mirror-like
また、迷光(2)である例えば発光ダイオードLED(G)12Gからの発光光の一部は、クラッド層22の下面で反射した後に光吸収性樹脂層23に入射してこの層に光が吸収されてしまい、光出射面から出射することはない。
Further, a part of the light emitted from, for example, the light emitting diode LED (G) 12G, which is the stray light (2), is reflected by the lower surface of the clad layer 22 and then enters the light-absorbing
また、迷光(3)である例えば発光ダイオードLED(G)12Gからの発光光の一部は、ミラー状傾斜面8で反射した後にクラッド層22内に入射するが、これは、クラッド層22から光吸収性樹脂層23内に入射するので、光出射面側から出射するのを防止できる。
Further, a part of the light emitted from, for example, the light emitting diode LED (G) 12G which is the stray light (3) is incident on the clad layer 22 after being reflected by the mirror-like
本実施の形態によれば、上述の第3の実施の形態と同様に、光出射面側でコア層19内を伝搬する入射光を点光源として取り出したい場合に、迷光(1)となるクラッド層6内の光をSi基板7が吸収することができ、迷光(2)となる空間内の光を光吸収性樹脂層23で吸収することができ、更にクラッド層22内の迷光(3)も光吸収性樹脂層23で吸収することができるので、コア層19からの出射光からなる所望の点光源を得易くなる。また、コア層19の下面にクラッド層22が存在しているので、コア層19内の上下面でクラッド層6及び22との界面での全反射が得易くなる。
According to the present embodiment, as in the third embodiment described above, the cladding that becomes stray light (1) when it is desired to extract incident light propagating in the
その他、本実施の形態においては、上述の実施の形態で述べたのと同様の作用及び効果が得られる。 In addition, in this embodiment, the same operation and effect as described in the above-described embodiment can be obtained.
図18〜図19には、上述の各実施の形態における光導波路、例えば光導波路9のミラー状傾斜面8の形成方法を示す。
18 to 19 show a method of forming the mirror-like
まず、図18(a)に示すように、所定厚さの基板26上に所定厚さのクラッド層6とコア層19とを順次積層してエアリッジ型の光導波路用の積層体を形成する。
First, as shown in FIG. 18A, a
次に、図18(b)に示すように、円盤状のダイサー24の円周端部に形成され角度が90度のV字型研削面25によって、コア層19側から基板26に向かって矢印の方向へ、コア層19、クラッド層6及び基板26のそれぞれの一部を順次除去するように研削することにより、ミラー状傾斜面8を形成する。
Next, as shown in FIG. 18B, an arrow from the
ダイサー24としては、例えば、粒径が3μmのダイアモンドを砥粒とするV字型研削面25を備えたディスコ社製のダイサーを使用する。このV字型研削面25の寸法は、例えば、厚みが300μmであり中央からそれぞれ150μmの幅で45度に傾斜した傾斜面を有する。このような研削面25としては、例えば、ディスコ社製の型式がMBT−1204であり、SD5000L25MT38、52×0.3×40×45°のサイズのものを用いることができる。 As the dicer 24, for example, a dicer manufactured by Disco Co., Ltd. having a V-shaped grinding surface 25 using diamond having a particle diameter of 3 μm as abrasive grains is used. The dimensions of the V-shaped grinding surface 25 are, for example, an inclined surface having a thickness of 300 μm and an inclination of 45 degrees with a width of 150 μm from the center. As such a grinding surface 25, for example, a model made by DISCO Corporation is MBT-1204, and a size of SD5000L25MT38, 52 × 0.3 × 40 × 45 ° can be used.
そして、例えば、厚さが620μmの基板26上に120μmの厚さの光導波路を形成した後に、30,000rpmの回転速度で研削速度を0.3mm/秒とする条件下で研削する。
Then, for example, after forming an optical waveguide having a thickness of 120 μm on the
次に、図19(c)に示すように、クラッド層6の下面から基板26を剥離する。
Next, as shown in FIG. 19C, the
次に、図19(d)に示すように、コア層19の上面に所定厚さの基板7を貼り付けることにより光導波路9を完成することができる。
Next, as shown in FIG. 19D, the optical waveguide 9 can be completed by attaching a
その他、本実施の形態においては、上述の第1の実施の形態で述べたのと同様の作用及び効果が得られる。 In addition, in this embodiment, the same operations and effects as described in the first embodiment are obtained.
第5の実施の形態
本実施の形態による光導波路装置69の構造については、図20〜図22の断面図に示すように、クラッド層6と基板7との間にクラッド層73が形成され、クラッド層6内に凹凸形状のストライプ状金属層31及びコア層28が埋設された光導波路72を形成する以外は、上述の第1の実施の形態と同様である。
Fifth Embodiment Regarding the structure of the
本実施の形態による光導波路72の形成については、図20(a)に示すように、まず所定厚さの基板7上に所定厚さのクラッド層73を形成し、そのクラッド層73上に、凹部27を複数かつ一定の間隔で有する連続したストライプ状のコア層28を形成する。そして、それを光伝搬方向に対して垂直方向に配置する。
As for the formation of the optical waveguide 72 according to the present embodiment, as shown in FIG. 20A, first, a
次に、図20(b)に示すように、ストライプ状のコア層28の上部に、例えばAlを50nmの厚さで均一に蒸着して、凹部30を有する金属層31を形成する。
Next, as shown in FIG. 20B, for example, Al is uniformly deposited to a thickness of 50 nm on the stripe-shaped
次に、図20(c)に示すように、凹部30内を含む金属層31上にクラッド材料を塗布してクラッド層6を形成しかつこの層の表面を平坦化する。
Next, as shown in FIG. 20C, a clad material is applied on the
これはコア層33の下部に位置するクラッド層6によって生じる下部クラッドモードを除去するために意図的に作製した構造である。このクラッドモードとは、クラッド層6の内部を全反射して光が進み、光出射面において迷光をもたらすモードである。
This is a structure intentionally produced in order to remove the lower clad mode generated by the
このクラッドモード対策のためには、上記の金属層31の形成に加えて、例えば、スピンコート法の回転数にて厚みを制御し、クラッド層73を5.000rpmで形成し、ストライプ状のコア層28を2.500rpmで形成し、クラッド層6を3.000rpmで形成すると、クラッドモードを除去することができる。
In order to cope with this cladding mode, in addition to the formation of the
次に、図21(d)に示すように、クラッド層6上に所定形状及び厚さのコア層33を形成する。
Next, as shown in FIG. 21D, a
次に、図21(e)に示すように、ミラー状傾斜面34を基板7の裏面から研削する裏面ダイシング工程にて形成する。この時の研削条件としては、例えば、研削面であるブレードのハイトを0.08mmとし、1回の研削によってミラー状傾斜面34を形成する。なお、チャックテーブルを新品に交換すると良好に作製することができる。
Next, as shown in FIG. 21 (e), the mirror-like inclined surface 34 is formed by a back surface dicing process for grinding from the back surface of the
この光導波路72については、光源であるLEDからの発光光を点光源に絞るために、例えば、コア層33光入射面の幅を1.5mmとし、光出射面の幅を70μmとし、全体の長さを10mmとする。このサイズにおけるコア層33の形状の広がり角度は8.3度となる。このように発光光を点光源に絞るのに最適な設計を行うことにより、長さが10mmであっても3色を合波することができる小型な光導波路72を実現することができる。
For the optical waveguide 72, in order to focus light emitted from the LED, which is a light source, to a point light source, for example, the width of the light incident surface of the
また、コア層33等の材質にはオキセタン樹脂を使用する。また、上部クラッドモードを除去するために、コア層33の周りが大気中に露出するエアリッジ構造とすることができる。
Further, oxetane resin is used as the material for the
次に、図22に示すように、本実施の形態による光導破路装置71の構造については、例えば、大きさが13mm×4mmのプラットフォーム4上に、3色の各LEDを実装し、その上部にミラー状傾斜面34を有する光導波路72を接着剤であるエポテック(理経社から入手)にて接着する。
Next, as shown in FIG. 22, with respect to the structure of the optical breaker device 71 according to the present embodiment, for example, each LED of three colors is mounted on the
また、図示省略するが、各電極はそれぞれのLEDチップからプラットフォーム4上の電極パッドに配線し、さらにその電極パッドからパッケージに配線している。
Although not shown, each electrode is wired from the respective LED chip to the electrode pad on the
そして、例えばLED(G)12Gから発光する場合に、発光ダイオードLED(G)12Gからの発光光の一部は、ミラー状傾斜面34で反射した後にコア層33内に入射し、光出射側に向かってその幅が徐々に細くなる形状のコア層33の内部で、クラッド層6との界面及び露出面において反射しつつ収束し、光出射面側から出射する。
For example, when light is emitted from the LED (G) 12G, a part of the light emitted from the light-emitting diode LED (G) 12G is reflected by the mirror-like inclined surface 34 and then enters the
また、迷光(1)である例えば発光ダイオードLED(G)12Gからの発光光の一部は、ミラー状傾斜面34で反射した後にクラッド層6内に入射し、クラッド層6の内部でコア層33との界面において反射するが、クラッド層6内に設けられた金属層31の表面に衝突して吸収又は反射されるために、クラッド層6内を伝搬して光出射面側から出射し難くなる。
Further, a part of the light emitted from, for example, the light emitting diode LED (G) 12G which is stray light (1) is reflected by the mirror-like inclined surface 34 and then enters the
本実施の形態においては、光出射面側でコア層33内を伝搬する入射光を点光源として取り出したい場合に、迷光(1)となるクラッド層6内の光を金属層31が吸収又は反射するために、所望の点光源を得易くなる。
In the present embodiment, when the incident light propagating in the
その他、本実施の形態においては、上述の第1の実施の形態で述べたのと同様の作用及び効果が得られる。 In addition, in this embodiment, the same operations and effects as described in the first embodiment are obtained.
次に、上述の各実施の形態について、図23を参照しつつ、光導波路36への光入射と光導波状況とを説明する。なおコア層40の光入射面側の幅は光導波路36の各側面まで到達するように拡大されているものとする。
Next, for each of the above-described embodiments, the light incidence to the
図23(a)は、例えば上述の光導波路9に相当する光導波路36のうち、例えばコア層40について各LED12R、12G、12Bからの光を同時に入射面37から入射し、出射面38から出射する状態を示している。この時に、入射面37の幅をA(μm)、出射面38の幅をB(μm)、及び入射面37から出射面38までの距離をd(mm)とする。そして、コア層40の幅を直線状傾斜面41によって光入射面37から光出射面38へと直線的に小さくしている。この直線状傾斜面41によってコア層40とクラッド層39との界面での全反射が向上し、コア層40内での光導波を効率良く行える。
FIG. 23A shows, for example, the light from each of the
図23(b)には、入射面37から出射面38までの長さd(mm)と光損失(dB)との相関特性を示す。これによれば、出射面38の幅Bを50μmに固定し、光導波路36の許容光損失をグラフ中に破線で示す2dB以下と設定した場合に、入射面の幅Aを200μmとした条件aでは、光損失が2dB以下になるには、入射面37から出射面38までの長さdの下限は約0.7mmとなり、また、入射面37の幅Aを300μmとした条件bでは、光損失が2dB以下になるには、入射面37から出射面38までの長さdの下限は約1.5mmとなる。同様に、入射面37の幅Aを条件c、d、eのように広げていくと、光損失が2dB以下になるには、入射面37から出射面38までの長さdの下限は約3.0mm、約6.8mm、約15.0mmと大きくなる傾向がある。
FIG. 23B shows a correlation characteristic between the length d (mm) from the entrance surface 37 to the exit surface 38 and the optical loss (dB). According to this, when the width B of the exit surface 38 is fixed to 50 μm and the allowable optical loss of the
この結果から、出射面38の幅Bを一定にしたとき、入射面37の幅Aを狭くして直線状傾斜面41の傾斜角を小さくすれば、光損失を2dB以下に抑え、かつ、入射面37から出射面38までの長さdを比較的短くすることができる。従って、直線状傾斜面41による光導波効率を確実に向上させるには、上記の幅Aを規定することが望ましいことが分る。 From this result, when the width B of the exit surface 38 is made constant, if the width A of the entrance surface 37 is narrowed to reduce the tilt angle of the linear inclined surface 41, the optical loss can be suppressed to 2 dB or less and The length d from the surface 37 to the emission surface 38 can be made relatively short. Therefore, it can be seen that it is desirable to define the width A in order to reliably improve the optical waveguide efficiency by the linear inclined surface 41.
これに対し、図24(a)に示す光導波路42では、それぞれが曲線状傾斜面46からなる3種類のコア部分40a、40b及び40cにコア層を分け、これらの光入射面37a、37b及び37c側にそれぞれ光源である12R、12G及び12Bを配置し、光出射面38の前位にてコア部分40a及び40cをそれぞれコア部分40bに合流させ、共通コア部分43を通して出射面38に光を導びいて出射する構造としている。ここで、出射面38の幅を50μmと固定し、隣接するコア部分間のピッチをP(μm)、及び入射面37a、37b及び37cから出射面38までの距離をd(mm)とすると、光入射面37a、37b及び37cから出射面までの長さd(mm)と、光損失(dB)との相関特性は図24(b)のようになる。
On the other hand, in the optical waveguide 42 shown in FIG. 24A, the core layer is divided into three types of core portions 40a, 40b, and 40c each formed of a curved inclined surface 46, and these light incident surfaces 37a, 37b, and The
これによれば、光導波路42の許容光損失を破線で示す2dB以下と設定した場合に、隣接するコア部分間のピッチPを200μmとする条件aでは、入射面37a、37b及び37cから出射面38までの長さdは約6mm以上必要であり、同様に隣接するコア部分間ピッチPを400μm、600μmとすれば、入射面37a、37b及び37cから出射面38までの長さdは約20mm以上、約60mm以上必要となる。 According to this, when the allowable optical loss of the optical waveguide 42 is set to 2 dB or less indicated by a broken line, the condition from the incident surfaces 37a, 37b, and 37c to the output surface under the condition a in which the pitch P between adjacent core portions is 200 μm is set. The length d up to 38 is required to be about 6 mm or more. Similarly, if the pitch P between adjacent core portions is set to 400 μm and 600 μm, the length d from the incident surfaces 37 a, 37 b and 37 c to the output surface 38 is about 20 mm. As described above, about 60 mm or more is required.
この結果から、隣接するコア部分間のピッチPを狭くしてコア部分40a及び40cの曲線状傾斜面46の傾斜角を緩やかにしても、光損失を2dB以下に抑えるには上記の長さdを約6mm以上と大きくする必要がある。これは、コア部分40a及び40cの曲線状傾斜面46の傾斜角がなおも急であるためにそこでのコア層40cからクラッド層39への光漏出を十分に抑制できないため、上記の長さdを大きくしないと、曲線状傾斜面46の傾斜面を緩やかにして上記の光漏出を減らすことができないからである。
From this result, even if the pitch P between the adjacent core portions is narrowed and the inclination angle of the curved inclined surface 46 of the core portions 40a and 40c is moderated, the above-mentioned length d is used to suppress the optical loss to 2 dB or less. Needs to be increased to about 6 mm or more. This is because the leak angle from the core layer 40c to the clad
これに対し、図23に示した光導波路36の場合、コア層40の傾斜面41を直線状としているため、その傾斜角(即ち、入射面37の幅A)をコントロールしさえすれば、コア層40とクラッド層39との界面での全反射が増え、コア層40内での光導波効率が向上し、かつ光導波路長dも小さくすることができる。なお、図24の光導波路42では、光入射面が狭いため、各光源を対応する入射面に配置する自由度が小さく、かつ光入射量のロスも大きいが、図23の光導波路36では、各光源に共通の入射面37を幅Aに亘って形成しているので、光源の配置を容易に行え、入射光量も増加する。
On the other hand, in the case of the
本実施の形態における光導波路の構造においては、各色の信号光の強度やカラーバランスを制御することによって、光導波路の光出射面から出射する出射光は所望のスポットサイズ及び十分な光量の信号光として、次段の例えばスクリーンに投影され、フルカラーの画像の再生が可能なディスプレイを得ることができる。 In the structure of the optical waveguide according to the present embodiment, by controlling the intensity and color balance of the signal light of each color, the output light emitted from the light output surface of the optical waveguide is a signal light with a desired spot size and a sufficient amount of light. As a result, it is possible to obtain a display that can be projected onto the next stage, for example, a screen and can reproduce a full color image.
図25は、こうしたディスプレイをヘッドマウントディスプレイ(HMD)44に適用した例を示すものであって、本実施の形態における光導波路を単位画素相当として、紙面垂直方向に多数個ライン状に配し、赤色光源12R、緑色光源12G及び青色光源12Bからの各色の光を各単位画素毎に合波し、光導波路9からのビーム径の絞られた出射光47を走査板(scanned image plane)45に通した後、この走査板45と光学的に共役関係にある人間の眼球49の網膜50上に光学レンズ48等によって焦点(スポット)を結ばせるように構成している。
FIG. 25 shows an example in which such a display is applied to a head-mounted display (HMD) 44. The optical waveguide according to the present embodiment is equivalent to a unit pixel, and is arranged in a number of lines in the direction perpendicular to the paper surface. The light of each color from the
この結像点は1ライン分、網膜50上に形成されるが、これは走査板45によって網膜50上でラインとは直交する方向に走査されることによって、臨場感あふれる映像をパーソナルに体感することができる。
This image forming point is formed on the
なお、このヘッドマウントディスプレイ44は、サングラスのように装着した状態でプロジェクタやカメラ、コンピュータ、ゲーム機などに組み込むことにより、コンパクトな映像装置を提供することができる。
The head-mounted
次に、図26に示すように、上述のヘッドマウントディスプレイ44を使用したサングラス状のディスプレイ観察用のメガネ51について説明する。
Next, as shown in FIG. 26, sunglasses-like display observation glasses 51 using the above-described head mounted
左蔓部53a、右蔓部53b、左レンズ部52a及び右レンズ部52bからなるメガネ51においては、左レンズ部52aの左下部にヘッドマウントディスプレイ44が設けられ、右レンズ部52bの右下部にヘッドマウントディスプレイ44が設けられている。
In the glasses 51 including the left vine portion 53a, the right vine portion 53b, the left lens portion 52a, and the right lens portion 52b, a head mounted
このメガネ51においては、各レンズ部に設けられた各ヘッドマウントディスプレイ44からの入射光を左眼及び右眼で画像として観察する構造であるために、左レンズ部52a及び右レンズ部52bに光透過性は必要ないが、左レンズ部52a及び右レンズ部52bに光透過性を付与することにより、各ヘッドマウントディスプレイ44からの光入射による画像のみならず、左レンズ部52a及び右レンズ部52bを介して眼前の光を入射させて観察することができる。
Since the glasses 51 have a structure in which incident light from each head mounted
また、左レンズ部52a及び右レンズ部52bの周囲にフードを設けて外光を遮断することにより、各ヘッドマウントディスプレイ44からの入射光をより鮮明な画像として観察することができる。
Further, by providing a hood around the left lens portion 52a and the right lens portion 52b to block outside light, it is possible to observe incident light from each head mounted
次に、図27に示すように、ヘッドマウントディスプレイ44の構成については、赤色光源12R、緑色光源12G及び青色光源12Bからなり、基板54の凹部74に設けられた各LEDからの各色の光(この図では、LED(G)12Gからの光のみを示す。)が、光導波路63の45°傾斜したミラー状傾斜面56を有するコア層61に入射して光伝搬し、出射光として出射面58から出射し、光反射板57の光反射面59に衝突反射した後に、この光反射板57と光学的に共役関係にある人間の眼62の網膜上に入射するように、光学レンズ等によって焦点(スポット)を結ばせるようにしている。
Next, as shown in FIG. 27, the configuration of the head mounted
なお、赤色光源12R、緑色光源12G及び青色光源12Bからの発光光については、コア層61への入射後に合波するものとして図示を簡略化している。また、この構造においては、発光光が基板等を介することなく直接コア層61内に入射する構造である。
In addition, about the emitted light from the
以上に説明した実施の形態は、本発明の技術的思想に基づいて種々に変形が可能である。 The embodiment described above can be variously modified based on the technical idea of the present invention.
例えば、バー5、光吸収性樹脂層23、パッケージ1、各プラットフォーム、各凹部、各基板、各クラッド層、各光源、光吸収性樹脂層23及び金属層31の形状、サイズ、設置個数、設置場所、材質及び厚さ、並びに、各ミラー状傾斜面の傾斜角度及び加工方法等は、所望の効果を実現できるならば、様々に変えてよい。光吸収性樹脂層23は、光導波路のほぼ全域に存在してよいが、図10(B)に仮想線で示すように、光出射側にのみ存在していてもよい。
For example, the shape, size, installation number, and installation of the
また、上述した光導波路の構成材料や層構成も様々に変化させてよい。例えば、ニオブ酸リチウム等の無機系の材料を用い、これをCVD(化学的気相成長法)によって基板上にコア材として成膜し、レジストマスクを用いて所定パターンにエッチングすることによって、上述したコア層と同等のコア層を形成することができる。また、台形状のコア層と同様の形状にクラッド層等を形成してもよい。 Moreover, the constituent material and the layer configuration of the optical waveguide described above may be variously changed. For example, an inorganic material such as lithium niobate is used, formed as a core material on a substrate by CVD (chemical vapor deposition), and etched into a predetermined pattern using a resist mask. A core layer equivalent to the prepared core layer can be formed. Further, a clad layer or the like may be formed in the same shape as the trapezoidal core layer.
また、光導波路のコア形状は、直線状傾斜面を幅方向端面に有するタイプのみならず、曲線状傾斜面を幅方向端面に有するコア層としてもよい。コア層の作製は成形型による成形で行ってもよい。 Further, the core shape of the optical waveguide is not limited to a type having a linear inclined surface at the end surface in the width direction, but may be a core layer having a curved inclined surface at the end surface in the width direction. The core layer may be produced by molding using a mold.
また、上述した光導波路を含む光学系の構成は適宜変更してよく、例えば、走査手段としてマイクロミラーデバイスやポリゴンミラー等を採用してよいし、投影をスクリーン上に行ってもよい。 Further, the configuration of the optical system including the above-described optical waveguide may be appropriately changed. For example, a micromirror device, a polygon mirror, or the like may be employed as a scanning unit, or projection may be performed on a screen.
なお、本発明は、LED又はレーザを用いた光導波路を光源とするディスプレイをはじめ、例えば、レーザを用いた光導波路からの信号光を次段回路の受光素子(光配線やフォトディテクタ等)に入射させる光通信等の如き種々の光情報処理に広く適用可能である。 The present invention includes a display using an optical waveguide using an LED or a laser as a light source, for example, signal light from the optical waveguide using a laser is incident on a light receiving element (optical wiring, photodetector, etc.) of the next stage circuit. It can be widely applied to various optical information processing such as optical communication.
本発明は、光導波路で効率良く所定の光束に集光されて出射し、或いは光導波路に効率良く入射した後に出射した信号光を走査手段で走査して投影するように構成したディスプレイや、上記信号光を次段回路の受光素子(光配線やフォトディテクタ等)に入射させるように構成した光通信等の光情報処理に有効に用いることができる。 The present invention relates to a display configured to scan and project the signal light emitted after being efficiently condensed into a predetermined light beam and emitted from the optical waveguide, or after being efficiently incident on the optical waveguide, The present invention can be effectively used for optical information processing such as optical communication configured to cause signal light to be incident on a light receiving element (such as an optical wiring or a photodetector) of the next stage circuit.
1…パッケージ、2、11、21、27、30、74…凹部、3…パッケージ凸部、
4…プラットフォーム、5…バー、6、22、32、39、55、73…クラッド層、
7、26、54…基板、8、34、56、67…ミラー状傾斜面、
9、35、36、42、63、72…光導破路、10、41…直線状傾斜面、
12R、12G、12B…LED光源、13、14、18…配線、
15、16…電極パッド、17…外部接続端子、
19、28、33、40、40a、40b、40c、61…コア層、20…空間、
23…光吸収性樹脂層、24…ダイサー、25…研削面、29…凸状部、31…金属層、
37、37a、37b、37c、60…入射面、38、58…出射面、
43…共通コア部分、44…ヘッドマウントディスプレイ、45…走査板、
46…曲線状傾斜面、47…出射光、48…光学レンズ、49…眼球、50…網膜、
51…メガネ、52a…左レンズ部、52b…右レンズ部、53a…左蔓部、
53b…右蔓部、57…光反射板、59…光反射面、62…眼、
64、65、66、68、69、70、71…光導波路装置
DESCRIPTION OF
4 ... platform, 5 ... bar, 6, 22, 32, 39, 55, 73 ... cladding layer,
7, 26, 54 ... substrate, 8, 34, 56, 67 ... mirror-like inclined surface,
9, 35, 36, 42, 63, 72 ... optical breakage, 10, 41 ... linear inclined surface,
12R, 12G, 12B ... LED light source, 13, 14, 18 ... wiring,
15, 16 ... electrode pads, 17 ... external connection terminals,
19, 28, 33, 40, 40a, 40b, 40c, 61 ... core layer, 20 ... space,
23 ... Light-absorbing resin layer, 24 ... Dicer, 25 ... Grinding surface, 29 ... Convex part, 31 ... Metal layer,
37, 37a, 37b, 37c, 60 ... entrance surface, 38, 58 ... exit surface,
43 ... Common core part, 44 ... Head mounted display, 45 ... Scanning plate,
46 ... curved inclined surface, 47 ... outgoing light, 48 ... optical lens, 49 ... eyeball, 50 ... retina,
51 ... Glasses, 52a ... Left lens part, 52b ... Right lens part, 53a ... Left vine part,
53b ... right vine, 57 ... light reflecting plate, 59 ... light reflecting surface, 62 ... eye,
64, 65, 66, 68, 69, 70, 71 ... Optical waveguide device
Claims (14)
コア層とクラッド層との接合体からなり、前記コア層への入射光をその光出射側へ導 くように構成された光導波路と、
前記支持体と前記光導波路とを一定の間隔で保持するスペーサーと
を有し、前記スペーサーを介して前記支持体上に前記光導波路が固定されている、光導波路装置。 A support with a fixed light source;
An optical waveguide composed of a joined body of a core layer and a clad layer, and configured to guide incident light to the core layer to the light exit side;
An optical waveguide device, comprising: a spacer that holds the support and the optical waveguide at regular intervals; and the optical waveguide is fixed on the support via the spacer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003416599A JP2005173469A (en) | 2003-12-15 | 2003-12-15 | Optical waveguide device |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009512898A (en) * | 2005-10-24 | 2009-03-26 | アールピーオー・ピーティワイ・リミテッド | Improved optical element for waveguide-based optical touch screens |
JP5120264B2 (en) * | 2007-01-18 | 2013-01-16 | オムロン株式会社 | Optical transmission module and electronic device |
WO2022157820A1 (en) * | 2021-01-19 | 2022-07-28 | 三菱電機株式会社 | Optical waveguide element, light guide plate, and optical axis adjustment method |
-
2003
- 2003-12-15 JP JP2003416599A patent/JP2005173469A/en active Pending
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