CN100568030C - 通过滚压模压槽制造光波导 - Google Patents
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Abstract
光波导和光波导的制造包括通过滚压在第一衬底中(204)模压至少一个槽(304a-d)，在槽中施加至少第二衬底(306a-d)并且使用第三衬底(212)覆盖至少所述槽，以便槽构成用于光信号传输的光波导。
Description
技术领域
本专利申请总体上涉及通过模压(emboss)制造光波导。
背景技术
在本领域中，使用光纤提供信号传输是众所周知的。然而，在小型消费者设备中的光数据传输不是使用光纤的典型领域。然而，由于这些设备中的形式因素，光链路可能比电线更合适。
在处理中，光纤同样是复杂的，并且因此还没有在诸如移动电话的消费者电子设备中使用。
因此，本申请的目的是提供能够进行光信号传输的光波导，尤其在移动通信设备中。本申请的另一个目的是提供容易实现并且容易制造的用于光信号传输的光波导。
发明内容
这些和其他目标由用于制造光波导的方法实现，该方法包括通过滚压在第一衬底中模压至少一个槽，向该槽中施加至少第二衬底，并且使用第三衬底覆盖至少该槽，以便该槽构成根据本申请的第一方面的用于光信号传输的光波导。
通过滚压在第一衬底中模压槽，光波导的制造是容易并且价格低廉的。滚压允许连续的制造过程，从而各种模压技术是可能的。
可以在卷式(Roll to Roll)或卷轮(盘)式(Reel to Reel)连续运转(R2R)过程中执行模压。在卷式制造中使用的第一衬底可以是柔性可塑衬底或箔。如果进行卷式连续运转过程，可能在一个单独过程中一起层压不同的箔。通常卷式连续运转技术是轮转凹版印刷、平板印刷、柔性印刷等。卷式连续运转过程提供能够以价格低廉的制造过程制造槽的优势。
可以例如通过提供热模压过程执行槽的模压。另外，可能在两个圆柱之间使用合适的压力，其中圆柱的一个表面图案可以对应于希望模压的槽。还可能加热衬底和/或圆柱。
槽的尺寸可以改变，例如在10μm到数百μm之间，因此可能提供单模和/或多模光波导。槽的深度应该不显著大于槽的宽度，并且优选的，宽度和深度之间的宽深比大约是1。出于简化的原因，具有50μm深度和50μm宽度的矩形槽是优选的。然而，宽深比在0.5到10之间也是优选的。
用于模压槽的圆柱的表面可以是可能的任何槽的形状，例如直线的和/或曲线的。如果是曲线槽，曲线的半径需要符合弯曲光纤的光学原理，从而使弯曲处的漏光最小。同样的原则应用于光波导的最小扭曲或弯曲半径。
为了提供光和电数据传输，实施例提供通过滚压在第一衬底中模压至少一个电导体。如果，例如需要传输电能则这个实施例是有益的，并且电导体应该并入波导中。例如，可以通过使用压力和/或热量将电导体压入第一衬底中。如果是优选的，导体可以是从简单的金属线到导电墨水/粘合剂范围中的任何合适的导体。金属线也可以是更复杂的导体，诸如非常细的同轴线等。在已经施加了第三衬底之后，作为最终的步骤，也可以将一个或多个导体压入光学光波导系统中。即，可以在第三衬底的顶部或在第一衬底的底部施加导体。
为了提供光路，优选地通过丝网印刷、喷墨印刷和/或喷涂中的至少一个在槽中施加第二衬底。第二衬底可以是液体，其被施加于槽中。第二衬底可以施加于第一衬底的整个表面，并且可能例如通过摩擦、锉磨、刮擦等或使用“刮墨刀”来清除多余的材料。
如果第二衬底是液体的，则实施例在第二衬底施加于槽之后，提供通过聚合对第二衬底进行干燥和/或硬化。可以使用UV灯执行聚合。优选地，第二衬底在其固态时具有比第一衬底光折射率高的光折射率。
实施例提供通过丝网印刷、喷墨印刷、喷涂或层压利用第三衬底至少覆盖槽。第三衬底的光折射率优选地与第一衬底的光折射率相同。
如果第三衬底是液体的，则实施例在第三衬底覆盖槽之后，提供通过聚合对第三衬底进行干燥和/或硬化。根据实施例，第三衬底可以仅覆盖槽，或整个第一衬底或第一衬底的一部分。
根据本申请，在提供合适的光波导的连续网状物(web)的连续过程中形成光波导。带有具有在槽内的光路的，以及甚至可能是电线的衬底的独立光纤系统，可以然后从连续的网状物切割成合适的长度。然而，由于切割可能引起剪力并且存在“剪断面”没有最好的“光质量”的风险，例如不允许无损伤的光信号耦合输入/耦合输出，可以在具有第二衬底的槽的增大面积的位置处提供切割。
在切割期间，第一衬底或者第三衬底的材料可以在切割面处被剪成到第二衬底的区域，因此在这些区域降低光学性能。为了在第二衬底的表面提供更好的光学耦合，实施例提供通过在这些位置增大槽的尺寸增大第二衬底的区域。输入耦合和输出耦合可以变得更好并且剪断面的光散射降低。
通常，光波导的尺寸很小，特别是在提供用于小型消费者电子设备时。因此，波导的尺寸要求是紧凑的。在彼此靠近的地方可能需要若干光路。使彼此靠近的地方中的多于一个的槽提供光路，存在串扰的风险。为了降低串扰的风险，实施例提供在至少两个槽之间模压至少一个非导(non-guiding)槽。可以通过不使用第二衬底填充槽、在非导槽内使用非导第二衬底、或提供穿过第三衬底和第一衬底模压“空”槽的第二模压步骤来实现非导槽或“空”槽。
本申请的另一个方面是一种光波导，该光波导包括具有至少一个通过滚压制造的模压槽的第一衬底、使用第二衬底填充的槽以及至少覆盖槽的第三衬底，以便槽构成用于光信号传输的光波导。
本申请的其他方面是安排用于制造光波导的系统，包括安排用于在第一衬底中模压至少一个槽的模压辊、安排用于在槽中施加至少第二衬底的第一施加单元以及安排用于使用第三衬底至少覆盖槽的第二施加单元，以便槽构成用于光信号传输的光波导。
本申请的其他方面是移动通信设备，该移动通信设备包括用于数据传输的这样的光波导，以及在用于数据传输的消费者电子设备，尤其是移动通信设备中如上所述的光波导的用途。
其他优势可以来自于从属权利要求。
下面，关于附图更详细地描述本申请的实施例。
附图说明
图1示出了根据实施例的方法的流程图；
图2示出了用于制造根据实施例的光波导的系统；
图3a-d示出了不同处理步骤之后的光波导的截面图；
图4示出了根据实施例在第一衬底中模压电线；
图5示出了具有模压的电线的第一衬底的截面图；
图6a-c示出了具有根据实施例的非导槽的光波导的截面图；
图7a示出了根据实施例的光波导的俯视图；
图7b示出了根据实施例的光波导的侧视图。
具体实施方式
图1示出了根据实施例的方法100的流程图。
图2示出了用于制造根据实施例的光波导的系统200。系统200包括用于提供第一衬底(材料)204的盘卷202、用于利用辊在第一衬底204中模压槽和/或电线的模压单元206、用于施加第二衬底的第一施加单元208、用于施加第三衬底212的第二盘卷210以及用于施加第三衬底212的第二施加单元214，以提供根据实施例的光波导(光纤、光学光波导)216。
图1中示出的方法100首先从盘卷202项模压单元206提供(102)第一衬底204。图3a中示出了步骤102中从盘卷202提供的第一衬底204的截面图。
在模压单元206内，两个模压辊在第一衬底204中模压(104)槽。模压单元206可以包括两个模压辊，其中第一模压辊具有根据将要施加的槽的凸版，并且第二辊具有平表面。可以安排模压辊以便在第一衬底204上施加热和压力以在第一衬底中模压槽。模压单元206在第一衬底204中模压槽的结果在图3b中示出。图3b示出了具有槽306a-d的第一衬底204的截面图。可以根据光波导的需要选择槽的位置和大小。
在模压了槽(104)之后，可以也对电线(106)进行模压。可以在模压单元206中以一个步骤完成电线的模压(106)，其中用于模压槽以及电线的模压单元206在图4中示出。
如图4所示出的，将的第一衬底从第一盘卷202提供到模压单元206。另外，从盘卷402项模压单元206提供电线404。模压单元206可以具有所示的表面408。来自于模压辊的表面408可以使得电线404由定位装置410夹持。另外，为了模压槽304，提供突出部412。在模压单元206中模压槽和电线404之后，第一衬底204具有如图5中示出的截面图。除了槽304，将电线404模压在第一衬底204中。
在步骤104、106中模压了槽和/或导线之后，在第一施加单元208中使用第二衬底(材料)填充槽(108)。在第一施加单元208中使用第二衬底填充槽可以通过喷涂、喷墨印刷或任何其他施加过程执行。第二衬底可能是液体的，其涂覆在第一衬底204的整个表面上，并且因此进入槽304。在使用第二衬底填充了槽304之后，在第一施加单元208中从第一衬底204的表面上清除多余的第二衬底。
所得中间产品的截面图在图3c中示出。如可以在图3c中看到的，第一衬底204现在具有已填充的槽306.利用第二衬底填充槽，其可以通过干燥或聚合来硬化，例如通过在第一施加单元208内使用UV灯。已填充槽306中的第二衬底的光折射率高于第一衬底204的光折射率。
在填充了槽(108)之后，将第三衬底(材料)层压(110)到具有已填充槽306的第一衬底204上。因此，从第二盘卷210提供第三衬底212，并且将第三衬底212在第二施加单元214内施加在第一衬底204上。第三衬底212可以具有与第一衬底204相同的光折射率。第二施加单元214的输出是为连续网状物中的光波导(光纤、光学光波导)216。
图3b中示出了这样光波导216的截面图。如图所示，沿着整个表面，将第一衬底204与第三衬底212层压在一起。已填充槽306也由第三衬底212覆盖。
为了防止已填充槽306内光路之间的例如由光波导216的弯曲或槽内的弯曲引起的串扰，也可以将空槽模压(112)在光波导216中。也可能使用材料填充这样的槽，其至少对于在波导内用于数据传输的光的波长是不透明的。
可以在模压单元206中完成模压(112)，以便在第一施加单元208中仅使用第二衬底填充特定的槽，并且不填充其他的槽。图6a示出了这样的空槽600。如图6a中示出的，在将第一衬底204与第三衬底212层压在一起之前，将空槽600模压在第一衬底204中。这需要在第一施加单元208中，将第二衬底填充到槽306中，并防止填充空槽600。
根据图1示出的方法100，在将第三衬底层压(110)到第三衬底上之后，模压空槽(112)。图6b、图6c中示出了这样的槽配置。如在图6b中示出的，空槽600模压穿过第三衬底212以及第一衬底204。
还可能在两个已填充的槽306之间模压空槽600a、600b。
在模压(112)了空槽之后，切割(114)光波导以获得根据当前需要的光波导系统。
图7a示出了连续光波导216的俯视图，其中模压了两个已填充槽306a、306b。如所看到的，已填充槽306b改变了宽度。在切割线x处，光波导216被切割成小片。如图7a所示，切割线x位于已填充槽306b的宽度大于通常的宽度的位置。
图7b示出了根据光波导216的侧视图，示出了已填充槽306b的深度也在切割线x处增大。已填充槽306b的宽度和深度在切割线x处的增加使得当将光波导216切割成小片时，由施加在切割线x上的剪切力所造成的变形最小，即第二衬底表面上的剪切力对于耦合输入/耦合输出光的影响减小。光的光学输入耦合和输出耦合在具有增大的宽度和深度的位置处得以改善。
本申请提供了制造光波导的容易以及价格低廉的方式。可以按照当前需要裁剪光波导，例如，将要在诸如移动电话的消费者电子设备中实现的需要。根据本申请的光波导允许以容易的方式进行光数据传输。例如，在翻盖移动电话中，可以在铰链内提供根据本申请的光波导。这允许从移动通信设备的主处理器项诸如TFT显示器的显示器传输数据。
Claims (42)
1.一种用于制造光波导的方法，包括以下步骤：
-通过滚压在第一衬底中模压至少一个槽和至少一个电导体；
-在所述槽中施加至少一个第二衬底；以及
-使用第三衬底覆盖至少一个所述槽；
-使得所述槽构成用于光信号传输的光波导。
2.根据权利要求1所述的方法，其中模压所述槽包括连续地在所述第一衬底中滚压出所述槽。
3.根据权利要求1所述的方法，其中模压所述槽包括通过卷式连续运转过程在所述第一衬底中滚压出所述槽。
4.根据权利要求1所述的方法，其中模压所述槽包括在所述第一衬底上施加热量。
5.根据权利要求1所述的方法，其中模压所述槽包括改变所述槽的宽度和/或深度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述槽的宽-深比处于0.5-10之间。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述槽的宽度和/或深度至少是10μm。
8.根据权利要求1所述的方法，其中选择所述槽的宽度和/或深度以提供单模和/或多模光波导。
9.根据权利要求1所述的方法，其中模压所述槽包括提供直线和/或曲线槽。
10.根据权利要求1所述的方法，其中施加所述第二衬底包括至少一项以下内容：
A)丝网印刷；
B)喷墨打印；以及
C)喷涂。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括在喷涂后清除多余的第二衬底。
12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述槽中施加所述第二衬底之后，通过聚合干燥和/或硬化所述第二衬底。
13.根据权利要求1所述的方法，其中使用第三衬底覆盖至少一个所述槽包括至少一项以下内容：
A)丝网印刷；
B)喷墨打印；以及
C)喷涂，以及
D)层压。
14.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述第三衬底覆盖所述槽之后，通过聚合干燥和/或硬化所述第三衬底。
15.根据权利要求1所述的方法，使用第三衬底覆盖至少一个所述槽包括覆盖所述整个第一衬底。
16.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在覆盖所述至少一个槽之后将所述光波导切割成小片。
17.根据权利要求16所述的方法，其中切割所述光波导包括在具有增加的所述槽的宽度和/或深度的位置切割所述波导。
18.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述第一衬底中模压至少两个用于光信号传输的槽，并且在所述至少两个槽之间模压至少一个非导槽，以便减少所述至少两个槽之间的信号串扰。
19.根据权利要求18所述的方法，其中在施加所述第三衬底之后完成在所述至少两个槽之间模压所述至少一个非导槽。
20.一种光波导，包括：
-具有通过滚压制造的至少一个模压槽和至少一个模压电导体的第一衬底；
-使用第二衬底填充的所述槽；以及
-第三衬底，至少覆盖所述槽；
-使得所述槽构成用于光信号传输的光波导。
21.根据权利要求20所述的光波导，其中所述槽是所述第一衬底内的连续槽。
22.根据权利要求20所述的光波导，其中所述槽具有可变的宽度和/或深度。
23.根据权利要求20所述的光波导，其中所述槽的宽-深比处于0.5-10之间。
24.根据权利要求20所述的光波导，其中所述槽的宽度和/或深度至少是10μm。
25.根据权利要求20所述的光波导，其中选择所述槽的宽度和/或深度以提供单模和/或多模光波导。
26.根据权利要求20所述的光波导，其中所述槽是直线的和/或弯曲的。
27.根据权利要求20所述的光波导，其中所述第一衬底是透明的和/或热塑性材料。
28.根据权利要求20所述的光波导，其中所述第一衬底是具有0.1-5mm厚度的箔。
29.根据权利要求20所述的光波导，其中所述第一衬底是聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚乙烯或聚苯乙烯，或其任何的衍生物。
30.根据权利要求20所述的光波导，其中所述第二衬底是透明的和/或有机或无机材料。
31.根据权利要求20所述的光波导，其中所述第二衬底是能够通过聚合干燥和/或硬化的流体。
32.根据权利要求20所述的光波导，其中所述第二衬底在通过聚合干燥和/或硬化之后，所述第二衬底具有高于所述第一衬底的光折射率η1的光折射率η2。
33.根据权利要求20所述的光波导，其中所述第三衬底具有等于所述第一衬底的所述光折射率η1的光折射率η3。
34.根据权利要求20所述的光波导，其中所述第三衬底覆盖所述整个第一衬底。
35.根据权利要求20所述的光波导，其中所述第一衬底内的用于光信号传输的至少两个槽通过一个位于所述至少两个槽之间的非导槽彼此分离开来，以便减少所述至少两个槽之间的所述信号串扰。
36.根据权利要求35所述的光波导，其中所述至少一个非导槽被模压于所述第三衬底和所述第一衬底中。
37.一种安排用于制造根据权利要求20所述的光波导的系统，包括：
-安排用于在第一衬底中模压至少一个槽和至少一个电导体的模压辊；
-安排用于在所述槽中施加至少第二衬底的第一施加单元；以及
-安排用于使用第三衬底至少覆盖所述槽的第二施加单元；
-使得所述槽构成用于光信号传输的光波导。
38.一种移动通信设备，包括根据权利要求20所述的用于数据传输的光波导。
39.根据权利要求38所述的移动通信设备，其中安排所述光波导至少在翻盖的铰链内传输数据。
40.一种根据权利要求20所述的光波导在用于传输数据的消费者电子设备中的用途。
41.根据权利要求40所述的用途，其中所述消费者电子设备是移动通信设备。
42.根据权利要求40所述的用途，其中安排所述光波导至少在翻盖移动通信设备的铰链内传输数据。
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