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JP2009500668A - ロール掛けによって溝をエンボス加工することによる光導波路の製造 - Google Patents

ロール掛けによって溝をエンボス加工することによる光導波路の製造 Download PDF

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JP2009500668A JP2008520013A JP2008520013A JP2009500668A JP 2009500668 A JP2009500668 A JP 2009500668A JP 2008520013 A JP2008520013 A JP 2008520013A JP 2008520013 A JP2008520013 A JP 2008520013A JP 2009500668 A JP2009500668 A JP 2009500668A
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Abstract

光導波路と、ロール掛けによって少なくとも1つの溝(304a−d)を第1の基板(204)の中にエンボス加工することと、少なくとも第2の基板(306a−d)を溝の中に付着させることと、溝が光信号伝送のための光導波路を構成するように第3の基板(212)によって少なくとも溝を覆うこととを含む光導波路の製造。

Description

本特許出願は、一般的に、エンボス加工によって光導波路を製造することに関する。
当業においては、光ファイバを使用して信号伝送を実現することが公知である。しかし、小型の一般消費者向け装置では、光データ伝送は、典型的な光ファイバの使用分野ではない。しかし、こうした装置におけるフォームファクタのために、光リンクが電気配線よりもより適しているだろう。
このような光ファイバは取り扱いが面倒であり、および、したがって、移動電話のような一般消費者向け電子装置で未だ使用されていない。
したがって、特に移動通信装置において光信号伝送が可能である光導波路を提供することが、本出願の目的である。実現が容易であり、かつ、製造が容易である、光信号伝送のための光導波路を提供することが、本出願の別の目的である。
これらの目的と他の目的とが、本出願の第1の側面によって、ロール掛け(rolling)によって少なくとも1つの溝を第1の基板の中にエンボス加工することと、少なくとも第2の基板をその溝の中に付着させることと、その溝が光信号伝送のための光導波路を構成するように第3の基板によって少なくともその溝を覆うこととを含む、光導波路を製造する方法によって解決される。
ロール掛けによって溝を第1の基板の中にエンボス加工することによって、光導波路の製造が容易かつ低コストである。このロール掛けは連続的な製造プロセスを可能にし、これによって様々なエンボス加工技術が可能である。
このエンボス加工は、ロールツーロール(Roll−to−Roll)方式、または、リールツーリール(Reel−to−Reel)(R2R)方式によって行われることが可能である。ロールツーロール製造で使用される第1の基板は可とう性プラスチック基板または箔である。ロールツーロール方式の場合には、互いに異なる箔を単一のプロセスで一体状に積層することが可能である。典型的なロールツーロール方式は、輪転グラビア印刷、オフセット印刷、フレキシブル印刷等である。ロールツーロール方式は、低コストの製造プロセスで溝を製造することが可能であるという利点を提供する。
溝のエンボス加工は、例えば、例えば熱エンボス加工プロセスを行うことによって行われることが可能である。これに加えて、2つのシリンダの間で適切な圧力を使用することが可能であり、この場合に、シリンダの1つの表面パターンが、エンボス加工されることが望まれている溝に対応することが可能である。さらに、その基板および/またはシリンダを加熱することも可能である。
溝のサイズは、例えば10μmから数100μmまで様々であってよく、したがって、シングルモードおよび/またはマルチモードの光導波路を実現することが可能である。この溝の深さが、この溝の幅よりもあまり大きくはないことが必要であり、および、幅と深さのアスペクト比が約1であることが好ましい。説明を容易にするために、50μmの深さと50μmの幅とを有する長方形の溝が好ましい。しかし、0.5から10までのアスペクト比も好ましい。
溝をエンボス加工するためのシリンダの表面は、例えば直線状および/または曲線状のような任意の形状の溝であることが可能であるような表面である。湾曲した溝の場合には、この湾曲の半径は、その湾曲部における光の漏洩を最小限にするために、湾曲した光ファイバの光学的原理に従う必要がある。これと同じことが、光導波路の最小の捻れ半径(twisting radius)または曲げ半径にも当てはまる。
光データ伝送および電気データ伝送を実現するために、実施態様が、ロール掛けによって少なくとも1つの電気導体を第1の基板の中にエンボス加工することを可能にする。これは、例えば電力が搬送されることが必要であり、かつ、電気導体が導波路の中に組み入れられなければならない場合に有益だろう。この電気導体は、例えば圧力および/または熱を使用することによって、第1の基板の中に押し込まれることが可能である。この電気導体は、好みに応じて、単純な金属ワイヤから導電性インク/ペーストまでの範囲の任意の適切な導体であってよい。金属ワイヤは、さらに、非常に薄い同軸ワイヤのようなより複雑な導体であってもよい。1つまたは複数の導体が、第3の基板が付着させられ終わった後に、最終段階として光学ライトガイドシステムの中に押し込まれてもよい。すなわち、この導体は、第3の基板の最上部上に付着させられてもよく、または、第1の基板の底部上に付着させられてもよい。
光路を提供するために、第2の基板が、スクリーン印刷、インクジェット印刷、および/または、噴霧の少なくとも1つによって、溝の中に付着させられることが好ましい。この第2の基板は液体であることが可能であり、および、溝の中に付着させられる。この第2の基板は第1の基板の表面全体に付着させられることが可能であり、および、例えば「ドクターブレード」を使用して、例えば削り取り、擦り落し、引っ掻き等によって、余分の材料を取り除くことが可能である。
第2の基板が液体である場合には、実施態様が、溝の中への付着の後に第2の基板の乾燥および/または重合による硬化を実現する。重合は、UVランプを使用して行われることが可能である。固体状態にあるこの第2の基板が、第1の基板の光屈折率よりも高い光屈折率を有することが好ましい。
実施態様が、スクリーン印刷、インクジェット印刷、噴霧、または、積層によって、第3の基板で少なくとも溝を被覆することを可能にする。この第3の基板の光屈折率が第1の基板の屈折率と同一であることが好ましい。
第3の基板が液体である場合には、実施態様が、溝を被覆した後に、第3の基板の乾燥および/または重合による硬化を可能にする。この第3の基板は、実施態様にしたがって、溝だけを覆うか、または、第1の基板全体を覆うか、または、第1の基板の一部分だけを覆うだろう。
本出願にしたがって、この光導波路は、適切な光導波路の連続ウェブを提供する連続プロセスにおいて形成される。溝内に光路を有する基板を有しかつおそらくは電気配線さえも有する個別の光ファイバシステムが、連続ウェブから適切な長さの形に切断されるだろう。しかし、この切断は剪断力を生じさせ、および、「剪断平面」が最良の「光学的品質」ではないという危険性があるので、例えば、損失なしに光信号をカップリングイン(coupling−in)および/またはカップリングアウト(coupling−out)することを可能にしない危険性があるので、切断は、第2の基板を有する溝の区域が増大させられている位置において行われることが可能である。
第1の基板の材料を切断する際には、または、第3の基板が切断平面において第2の基板の区域に剪断されることがあり、したがって、これらの区域において光学特性を低減させる。第2の基板の表面においてより良好な光結合を実現するために、実施態様が、これらの位置において溝のサイズを増大させることによって第2の基板の区域が増大させられることを可能にする。インカップリング(in−coupling)とアウトカップリング(out−coupling)とがより適切になり、および、切断平面における光の散乱が減少させられるだろう。
特に小型の一般消費者向け装置の場合に、光導波路のサイズが小さいことが多い。したがって、この導波路の寸法要件は厳格である。幾つかの光路が、互いに近接していることが必要とされるだろう。光路を実現する互いに近接している2つ以上の溝を有する場合には、クロストークの危険性がある。クロストークの危険性を減少させるために、実施態様が、少なくとも2つの溝の間に少なくとも1つの非案内溝(non−guiding groove)をエンボス加工することを可能にする。この非案内溝すなわち「空の(empty)」溝は、第2の基板を溝に充填しないことによって、または、非案内溝の中で非案内性の第2の基板を使用することによって、または、第3の基板と第1の基板とを通過する形で「空の」溝をエンボス加工する第2のエンボス加工段階を行うことによって、実現されることが可能である。
本出願の別の側面が、ロール掛けによって作られておりかつ第2の基板を充填されている少なくとも1つのエンボス加工された溝を備える第1の基板と、この溝が光信号伝送のための光導波路を構成するように少なくともこの溝を覆う第3の基板とを備える光導波路である。
本出願のさらに別の側面が、第1の基板の中に少なくとも1つの溝をエンボス加工するように構成されているエンボス加工ローラと、少なくとも第2の基板をその溝の中に付着させるように構成されている第1の付着ユニットと、その溝が光信号伝送のための光導波路を構成するように少なくともその溝を第3の基板で覆うように構成されている第2の付着ユニットとを備える、光導波路を製造するために構成されているシステムである。
本出願のさらに別の側面が、データ伝送のためのこのような光導波路を備える移動通信装置と、データ伝送のための一般消費者向け電子装置における、特に移動通信装置における、上述の光導波路の使用とである。
さらに別の利点が従属特許請求項から見出されるだろう。
以下では、本出願の実施形態が、添付図面に関連付けてさらに詳細に説明される。
図面の詳細な説明
図1は、実施形態による方法100の流れ図を示す。
図2は、実施形態による光導波路を製造するためのシステム200を示す。このシステム200は、第1の基板(材料)を提供するための輪202と、この第1の基板204の中に溝および/または電気ワイヤをエンボス加工するためのローラを有するエンボス加工ユニット206と、第2の基板を付着させるための第1の付着ユニット208と、第3の基板212を供給するための第2の輪210と、実施形態による光導波路(光ファイバ、光学ライトガイド)216を提供するために第3の基板212を付着させるための第2の付着ユニット214とを備える。
図1に示されている方法100は、最初に、輪202からの第1の基板204をエンボス加工ユニット206に供給する(102)。ステップ102において輪202から提供される第1の基板の断面図が図3aに示されている。
エンボス加工ユニット206内では、2つのエンボス加工ローラが第1の基板204の中に溝をエンボス加工する(104)。エンボス加工ユニット206は2つのエンボス加工ローラから構成されることが可能であり、および、第1のエンボス加工ローラは、付与されるべき溝にしたがったリリーフを有し、および、第2のローラは平らな表面を有する。エンボス加工ローラは、第1の基板の中に溝をエンボス加工するために第1の基板204上に熱と圧力とを加えるように構成されることが可能である。エンボス加工ユニット206によって第1の基板204の中に溝をエンボス加工することの結果が、図3bに示されている。図3bは、溝306a−dを有する第1の基板204の断面図を示す。これらの溝の位置とサイズは、光導波路の必要条件に応じて選択されることが可能である。
溝をエンボス加工した(104)後に、電気ワイヤもエンボス加工されることが可能である(106)。電気ワイヤのエンボス加工(106)はエンボス加工ユニット206内で1つのステップで行われることが可能であり、および、溝と電気ワイヤとをエンボス加工するためのエンボス加工ユニット206は、図4に示されている。
図4に示されている第1の基板は、第1の輪202からエンボス加工ユニット206に供給される。これに加えて、電気ワイヤ404が輪402からエンボス加工ユニット206に供給される。エンボス加工ユニット206は、図示されている表面408を有するだろう。エンボス加工ローラからの表面408は、電気ワイヤ404が位置決め手段410によって所定位置に保持されるような表面だろう。これに加えて、溝304をエンボス加工するために、突起部412が備えられている。エンボス加工ユニット206内で溝と電気ワイヤ404とをエンボス加工した後に、第1の基板204は、図5に示されている断面図を有する。溝304に加えて、電気ワイヤ404が第1の基板204の中にエンボス加工されている。
ステップ104、106において溝および/または電気ワイヤをエンボス加工し終わった後に、その溝が、第1の付着ユニット208内で第2の基板(材料)で充填される(108)。第1の付着ユニット208内で第2の基板(材料)で溝を充填することが、噴霧、インクジェット印刷、または、任意の他の付着プロセスによって行われることが可能である。第2の基板は液体であることが可能であり、この第2の基板は第1の基板204の表面全体に広がり、したがって溝304の中にも広がる。溝304が第2の基板で充填された後に、第2の基板の過剰分が、第1の付着ユニット208内で第1の基板204の表面から除去される。
結果的に得られる中間製品の断面図が図3cに示されている。この場合に、図3cに見てとれるように、第1の基板204は、充填された溝306を有する。この溝を彫られたものは第2の基板で充填されており、この第2の基板は、乾燥または重合によって、例えば、第1の付着ユニット208内でUVランプを使用することによって、硬化させられることが可能である。充填された溝306内の第2の基板の光屈折率は、第1の基板204の光屈折率よりも高い。
第3の基板(材料)は、溝を充填し終わった(108)後に、その充填された溝306を有する第1の基板204上に積層される(110)。したがって、第2の輪210から、第3の基板212が供給され、および、第2の付着ユニット214内で第1の基板204上に付着させられる。この第3の基板212は、第1の基板204の光屈折率と同じ光屈折率を有するだろう。第2の付着ユニット214の生産品が、連続ウェブの形の光導波路(光ファイバ、光学ライトガイド)である。
この光導波路216の断面図が図3bに示されている。この図から見てとれるように、第1の基板204は、その表面全体に沿って第3の基板212と積層されている。充填された溝306は、さらに、第3の基板212によって覆われている。
例えば光導波路216の湾曲または溝内の湾曲部を原因とする、充填された溝306内の光路の間のクロストークを防止するために、空の溝も光導波路216の中にエンボス加工されることが可能である(112)。さらに、導波路内でのデータ伝送のために使用される光の波長に対して少なくとも不透明である材料によって、この溝を充填することも可能である。
第1の付着ユニット208内では特定の溝だけが第2の基板で満たされ、かつ、他の溝が充填されないように、エンボス加工(112)がエンボス加工ユニット206内で行われることが可能である。図6aは、このような空の溝600を示す。図6aに示されているように、空の溝600は、第1の基板204が第3の基板212と積層される以前に、第1の基板204の中にエンボス加工される。このことは、第1の付着ユニット208内において、空の溝600に充填することを防止することによって、第2の基板が溝306の中に充填されることを意味する。
図1に示されている方法100では、第3の基板が第1の基板上に積層された(110)後に、空の溝がエンボス加工される。このような溝の形状構成が図6bと図6cとに示されている。図6bに示されているように、空の溝600は第3の基板212と第1の基板204とを通してエンボス加工される。
さらに、2つの空の溝600a、600bが2つの充填された溝306の間にエンボス加工されることが可能である。
空の溝をエンボス加工し終わった(112)後に、現在の必要条件にしたがって光導波路を得るために、光導波路が切断される(114)。
図7aは、連続した導波路216の平面図であり、この平面図では、2つの充填された溝306a、306bがエンボス加工されている。この図から見てとれるように、充填された溝306bの幅は変化する。切断線xにおいて、光導波路216は断片の形に切断される。図7aから見てとれるように、この切断線xは、充填された溝306bの幅が通常よりも大きい位置に存在する。
図7bは、充填された溝306の深さも切断線xにおいて増大させられていることを示す光導波路216の側面図を示す。切断線xにおける充填された溝306の幅と深さの増大が、光導波路216を断片の形に切断する時に切断線x上に加えられる剪断力を原因とする歪みが最小化されること、すなわち、光をカップリングイン/カップリングアウトするための第2の基板の表面上の剪断力の影響が低減させられることを可能にする。光の光学的カップリングインおよび光学的カップリングアウトが、幅と深さが増大している位置において改善される。
本出願は、取り扱いが容易でかつ低コストな方法で光導波路を製造することを可能にする。この光導波路は、例えば移動電話のような一般消費者向け電子装置の形で具体化されるように、現在の必要性に適合化させられることが可能である。本出願による光導波路は、容易な方法で光データ伝送を可能にする。例えば、クラムシェル型の移動電話においては、本出願による光導波路がヒンジ内に備えられることが可能である。このことが、移動通信装置の主プロセッサからTFTディスプレイのような表示装置にデータを伝送することを可能にする。
図1は、実施形態による方法の流れ図を示す。 図2は、実施形態による光導波路を提供するためのシステムを示す。 図3aは、異なる加工処理ステップの後の光導波路の断面図を示す。 図3bは、異なる加工処理ステップの後の光導波路の断面図を示す。 図3cは、異なる加工処理ステップの後の光導波路の断面図を示す。 図3dは、異なる加工処理ステップの後の光導波路の断面図を示す。 図4は、実施形態による第1の基板の中に電気ワイヤをエンボス加工することを示す。 図5は、エンボス加工された電気ワイヤを伴う第1の基板の断面図を示す。 図6aは、実施形態による非案内溝を伴う光導波路の断面図を示す。 図6bは、実施形態による非案内溝を伴う光導波路の断面図を示す。 図6cは、実施形態による非案内溝を伴う光導波路の断面図を示す。 図7aは、実施形態による光導波路の平面図を示す。 図7bは、実施形態による光導波路の側面図を示す。

Claims (43)

  1. 光導波路を製造する方法であって、
    ロール掛けによって少なくとも1つの溝を第1の基板の中にエンボス加工することと、
    少なくとも第2の基板を前記溝の中に付着させることと、
    前記溝が光信号伝送のための光導波路を構成するように、第3の基板によって少なくとも前記溝を覆うことと、
    を含む方法。
  2. 前記溝をエンボス加工することは、前記第1の基板の中に前記溝を連続的にロール掛けすることを特徴とする含む請求項1に記載の方法。
  3. 前記溝をエンボス加工することは、ロールツーロール方式によって前記溝を前記第1の基板の中にロール掛けすることを含む請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記溝をエンボス加工することは、前記第1の基板上に熱を加えることを含む請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記溝をエンボス加工することは、前記溝の幅および/または深さを変化させることを含む請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記溝の幅/深さ比は0.5から10までである請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記溝の幅および/または深さは10μm以上である請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記溝の幅および/または深さは、シングルモードおよび/またはマルチモード光導波路を実現するように選択される請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記溝をエンボス加工することは、直線状および/または曲線状の溝を実現することを含む請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
  10. ロール掛けによって前記第1の基板の中に少なくとも1つの電気導体をエンボス加工することをさらに含む請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記第2の基板を付着させることは、
    A)スクリーン印刷、
    B)インクジェット印刷、
    C)噴霧
    の少なくとも1つを含む請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
  12. 噴霧後に第2の基板の過剰分を除去することをさらに含む請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記溝の中への付着の後に、前記第2の基板を乾燥させること、および/または、前記第2の基板を重合によって硬化させることをさらに含む請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
  14. 第3の基板で少なくとも前記溝を覆うことは、
    A)スクリーン印刷、
    B)インクジェット印刷、
    C)噴霧
    D)積層
    の少なくとも1つを含む請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記溝を被覆した後に、前記第3の基板を乾燥させること、および/または、前記第3の基板を重合によって硬化させることをさらに含む請求項1から14のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記第3の基板で少なくとも前記溝を被覆することは、前記第1の基板全体を被覆することを含む請求項1から15のいずれか一項に記載の方法。
  17. 前記少なくとも1つの溝を被覆した後に、前記光導波路を断片の形に切断することをさらに含む請求項1から16のいずれか一項に記載の方法。
  18. 前記光導波路を切断することは、前記溝の増大した幅および/または深さを有する位置において前記光導波路を切断することを含む請求項1から17のいずれか一項に記載の方法。
  19. 光信号伝送のための少なくとも2つの溝を前記第1の基板の中にエンボス加工することと、前記少なくとも2つの溝の間の信号のクロストークが低減されるように、前記少なくとも2つの溝の間に少なくとも1つの非案内溝をエンボス加工することとをさらに含む請求項1から18のいずれか一項に記載の方法。
  20. 前記少なくとも2つの溝の間に前記少なくとも1つの非案内溝をエンボス加工することは、前記第3の基板が付着させられた後に行われる請求項19に記載の方法。
  21. 光導波路であって、
    ロール掛けによって形成された少なくとも1つのエンボス加工された溝を有する第1の基板と、
    第2の基板を充填された前記溝と、
    前記溝が光信号伝送のための光導波路を構成するように、少なくとも前記溝を被覆する第3の基板
    とを備える光導波路。
  22. 前記溝は前記第1の基板の中の連続した溝である請求項21に記載の光導波路。
  23. 前記溝は、変化する幅および/または深さを有する請求項21または22に記載の光導波路。
  24. 前記溝の幅/深さ比は0.5から10までである請求項21から23に記載の光導波路。
  25. 前記溝の幅および/または深さは10μm以上である請求項21から24に記載の光導波路。
  26. 前記幅および/または深さは、シングルモードおよび/またはマルチモード光導波路を実現するように選択される請求項21から25に記載の光導波路。
  27. 前記溝は直線状および/または曲線状である請求項21から26に記載の光導波路。
  28. ロール掛けによって前記第1の基板の中にエンボス加工された少なくとも1つの電気導体をさらに含む請求項21から27に記載の光導波路。
  29. 前記第1の基板は、透明および/または熱可塑性である材料である請求項21から28に記載の光導波路。
  30. 前記第1の基板は、厚さが0.1mmから0.5mmの箔である請求項21から29に記載の光導波路。
  31. 前記第1の基板は、ポリメチルメタクリラート、ポリカーボネート、ポリエチレン、または、ポリスチレン、または、これらの任意の誘導体である請求項21から30に記載の光導波路。
  32. 前記第2の基板は、透明であり、および/または、有機または無機の材料である請求項21から31に記載の光導波路。
  33. 前記第2の基板は、乾燥および/または重合による硬化が可能である流体である請求項21から32に記載の光導波路。
  34. 前記第2の基板を乾燥させ、および/または、重合によって硬化させた後に、前記第2の基板は、前記第1の基板の光屈折率η1よりも高い光屈折率η2を有する請求項21から33に記載の光導波路。
  35. 前記第3の基板は、前記第1の基板の光屈折率η1に等しい光屈折率η3を有する請求項21から34に記載の光導波路。
  36. 前記第3の基板は前記第1の基板全体を覆う請求項21から35に記載の光導波路。
  37. 前記第1の基板内の光信号伝送のための少なくとも2つの溝は、前記少なくとも2つの溝の間の信号のクロストークが低減させられるように、前記少なくとも2つの溝の間の1つの非案内溝によって互いに隔離されている請求項21から36に記載の光導波路。
  38. 前記少なくとも1つの非案内溝は前記第3の基板と前記第1の基板との中にエンボス加工されている請求項21から37に記載の光導波路。
  39. 特に請求項21から38のいずれか一項に記載の光導波路を製造するように構成されているシステムであって、
    第1の基板の中に少なくとも1つの溝をエンボス加工するように構成されているエンボス加工ローラと、
    少なくとも第2の基板を前記溝の中に付着させるように構成されている第1の付着ユニットと、
    前記溝が光信号伝送のための光導波路を構成するように、少なくとも前記溝を第3の基板で覆うように構成されている第2の付着ユニット
    を備えるシステム。
  40. データ伝送のための請求項21から38のいずれか一項に記載の光導波路を備える移動通信装置。
  41. 前記光導波路は、少なくともクラムシェルのヒンジ内に、データを伝送するために配置されている請求項40に記載の移動通信装置。
  42. データ伝送のための一般消費者向け電子装置における、特に、移動通信装置における、請求項21から38のいずれか一項に記載の光導波路の使用。
  43. 前記光導波路は、データを伝送するために、少なくともクラムシェル型移動通信装置のヒンジ内に配置されている請求項42に記載の使用。
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