CN1307445C - 光波导管元件、光源组件和光学信息处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光波导管元件，它可使所希望的入射光有效地向着光出射侧传播，并从该处发射出去；并可防止不需要的入射光传播。另外还提供了一个使用该光波导管元件的光源组件和光学信息处理装置。该光波导管元件包括一个衬底，一个芯层和覆层的粘接件，可将进入芯层的入射光引向光出射侧。形成防止进入覆层的入射光传播至光出射侧的金属层，其形式为阻断所述覆层的光传输截面平面。

Description

光波导管元件、光源组件和光学信息处理装置

技术领域

本发明涉及一种适用于光源组件(light source module)、光学互连和光学通讯等的，包括一个芯层和覆层的粘接件的光波导管元件；另外还涉及一种诸如显示器的光学信息处理装置。

本文件以2003年11月17日，日本专利局提出的日本优先权文件JP2003-386686为基础。这里引入其全部内容供参考。

背景技术

迄今，主要的电气信号参与在较短距离(一般为单个电子设备的电路板之间和单块电路板上的芯片之间)上的信息传递，其中为了提高集成电路的性能，必需进一步增加信号速度和信号线路的密度。然而，由于该线路的时间常数造成的信号滞后或产生噪声的问题，使得要增加电气信号线路的信号速度及其密度很困难。

作为解决这些问题的一种方法，现在，光学互连正吸引公众的注意。光学互连可以应用在各种场合(例如在电子设备之间，在单个电子设备的电路板之间，和在单块电路板上的芯片之间)。为了进行短距离的信号传输(例如在芯片之间)，可以通过在安装芯片的衬底上形成一个光波导管元件而制造一个光学传输通讯系统，该光波导管元件用作信号调制激光等的传输线路。

另一方面，已知可以使用光波导管元件作为显示器的光源组件。例如，开发了一种头戴式显示器，利用它，使用者可在自己的大屏幕上欣赏电影软件、游戏、计算机屏幕和电影，并可实现一种个人显示器，简单地象太阳镜一样戴上该个人显示器，使用者可在任何时间，任何地点很容易地欣赏高度现实的电影(参见美国专利5467104号)。

该头戴式显示器使用红、绿和蓝色的发光二极管(LED)作为光源。在该光源中，该LED的光缺乏相干性，其照射角度宽，因此难以通过光的三种颜色的聚光进行倍增(multiplexed)。已知一种技术，可倍增通过一个光波导管元件的LED光的三种颜色而产生均匀的白光(日本电子学(NikkeiElectronics)，2003年3月31日出版，127页)。

还已知一种具有图39所示结构的光波导管元件183(参见后述的专利文献1)。

图39A和图39B所示的光波导管元件183的结构使得在由半导体衬底或电介质衬底组成的一个预定厚度的InP衬底101上，形成由InP组成的，厚度为0.5μm的一个覆层102，另外，在该InP衬底101上还形成一个芯层106，它由InGaAs组成，其入射面127侧的宽度为50μm，出射面135侧的宽度为2μm，还具有直的倾斜表面155。

还形成一个通常由InP组成，厚度为1μm的覆层105，以覆盖该覆层102和该芯层106，组成该光波导管元件183。

如图39C所示，当作为一个示例性光源的激光169(可为任何颜色)放置在该覆层102上的该光波导管元件183的入射侧上，而从该激光169射出的光束通过该入射面127进入该芯层106中时，该光束扩展范围变窄，并且根据非常粗的线所示随着该芯层106的宽度的变化而聚光，然后再通过该出射面135发射至外部。

作为另一个通常的例子，还已知一个具有图40所示结构的光波导管元件184(参见后述的专利文献2)。

在这个例子中，光波导管元件184为双层结构，它具有一个光可通过它传播的芯层106和一个覆层143，其中矩形的该芯层106填充设置在该接近矩形的覆层143的顶部表面上的凹部。该覆层143还可作为夹持该芯层106的一个衬底，并包含用于吸收穿过该芯层106传播的光的光吸收剂122和/或光散射阻断剂等。

作为再一个通常的例，已知一个具有图41所示结构的光波导管元件184(参见后述的专利文献3)。

这个例子包括安装在一个光波导管元件组件封装151上的衬底142，一个光波导管元件185，安装在该衬底142上的一个预定位置上的LED 141，在该衬底142上作出一个光纤安装部分150，与该衬底142接触的一个波分复用(WDM)滤光器148；和一个设置在该WDM滤光器148后面的光电二极管安装支座147。该光波导管元件185由一个覆层143和一个芯层106组成，该两个层在该衬底142上作成具有预定的几何形状。另外，该光电二极管安装支座147具有一个光电二极管元件146，而该WDM滤光器148具有真空蒸发的一个金属薄膜149，并且在靠近该滤光器148的中心处作出一个销孔145。

在这种结构的光波导管元件185中，从LED 141射出的光的一部分进入该LED的光波导管元件185，并在该光波导管元件185中传播。在该光波导管元件185中传播的光全部在该WDM滤光器148上被反射，然后通过光纤的该光波导管元件185，进入光纤传输线路(没有示出)中。

从由光纤140组成的传输线路出来的光，从该光纤140进入该光纤的光波导管元件185中，再通过WDM滤光器148的销孔145，并被光电二极管元件146接收。

[专利文献1]：日本专利申请公报(KOKAI)，第HEI 5-173036号(第2页右栏第17行至第3页左栏第8行，图1d、图1e)；

[专利文献2]：日本专利申请公报(KOKAI)，第HEI 2-87102号(第2页，右栏第29行至第3页左栏第40行，图2)；

[专利文献3]：日本专利申请公报(KOKAI)，第2001-305365号(第3页右栏第34行至第4页左栏第22行，图1)。

然而，由于不象激光LED光有扩散的趋向，因此，一般在图39所示的通常的例子中，使用LED(发光二极管)作为光源代替激光169，使得从该光源射出的光不但进入该芯层106而且进入该覆层102、105中；然后光穿过这些层传播，从该芯层106的出射面135上的单个覆层的截面射出。

从该芯层106射出的光与从该覆层102、105射出的光混合，这是不希望的，会使得难以辨认从该芯层106发出的清晰的光，并造成应为点光源的光束直径增大。这对于在光学通讯或显示器中的应用是不可接受的。

在图40所示的光吸收剂122加在该覆层143的整个部分上的通常例子中，进入该芯层106和穿过它传播，同时在与该覆层143的界面上被反射的光恶化光传播的损失。

另外，碳粉等混入该覆层143中可以在该芯层106和该覆层143之间的界面形成折射率不同的区域，因为该光吸收剂不太可能在该覆层143中均匀地分布。这种混合中的不均匀性可以局部地改变波导管184的传播损失等。

图41所示的通常例子为一个组件封装151，它通过使出射光和入射光的波长彼此不相同，而可以同时进行出射和入射的工作。在该例子中，从LED141入射至该光电二极管元件146的光的迂回路线是光纤140产生光噪声的原因，而这会使该组件封装的接收特性恶化。

从LED 141射出的光入射至光波导管元件185中的效率最高为50％，而剩余的没有进入该光波导管元件185中的从LED 141射出的光，作为杂光在空气中或邻近该光波导管元件185的覆层143中传播。

为了防止在穿过WDM滤光器148后，该杂光进入光电二极管元件146中，从而避免接收特性的恶化，在该WDM滤光器148中作出销孔145。

然而，即使在该光波导管元件185的出射侧的端面上，通过设置作出销孔145的WDM滤光器148可以消除在覆层143中的光(杂光)的传播，但该销孔145和芯层106的出射面之间的对准困难和费工会造成未对准。这不但是接收特性恶化的原因，而且可以降低使用WDM滤光器148的组件封装151的生产率。

WDM滤光器148可以阻断作为杂光的主要成分的LED 141射出的光的波长区域，但不能完全阻断以大角度入射的杂光。在WDM滤光器148的光入射侧上形成由CrO等组成的，可以反光和吸收光的金属薄膜149可以为一个可能的对等措施，但会增加生产步骤。

在与光传播方向交叉的方向上，作出具有预定宽度的、在该光波导管元件185，该覆层143和衬底142上延伸的槽，和插入有一个销孔的结构与WDM滤光器148相同的金属板有助于得到利用WDM滤光器148同样的效果，但这些使该光波导管元件185不连续，并造成芯层106的光传播性能的恶化。

发明内容

本发明是在考虑上述情况后提出的，其目的是要提供一种可使所希望的入射光有效地向着光出射侧传播，和从出射侧发出，并且可以防止不必要的入射光传播的光波导管元件；另外还要提供一种使用该光波导管元件的光源组件和光学信息处理装置。

本发明涉及一种光波导管元件，它包括一个芯层和一个覆层的粘接件，并可将进入所述芯层的入射光导向其光出射侧，其特征为：形成光传播阻止装置，用于防止进入所述覆层的入射光向着光出射侧传播，其形式可阻断所述覆层的光传输截面平面。另外，还提供了一种具有该光波导管元件和将光引导至该光波导管元件中的光源的光源组件。还提供了一种具有接收从该光波导管元件射出的光的光接收装置的光学信息处理装置。

因为形成防止入射在覆层上的光向着光出射侧传播的光传播阻止装置的形式，该形式可以阻断覆层的光透射截面平面，因此根据本发明的光波导管元件可以借助光传播阻止装置成功地防止以各种角度进入覆层的入射光的传播，并只允许进入覆层的光向着光出射侧传播，因此从覆层射出的光不会出现在从芯层射出的光中，这就有可能从芯层发射出具有所希望尺寸和能量的清晰的光。

还可以通过提供带有将信号光引入光波导管元件的光源和接收从光波导管元件射出的光的光接收装置的光波导管元件，根据使用具有所希望的光点尺寸的发射光来配置光学信息处理装置。

为了防止进入覆层的入射光向着覆层的光出射侧传播，本发明中，所述光传播阻止装置在所述覆层的宽度方向和厚度方向的相对的边缘之间，或所述覆层的宽度方向和厚度方向上的相对的角度之间的对角线上延伸，以穿过其中。

另外，为了防止进入覆层的入射光向着覆层的光出射侧传播，所述光传播阻止装置部分地设在所述覆层宽度方向和厚度方向的相对边缘之间或在该两个方向上相对角度之间的对角线上。

另外，为了防止进入覆层的入射光向着覆层的光出射侧传播，所述部分设置的光传播阻止装置包括分别地从所述相对边缘或从所述相对的角度延伸的第一个连续层；和在所述相对边缘内的第二个连续层；使所述第一和第二个连续层相对于光传播方向相互重叠。

优选，所述光传播阻止装置埋入所述覆层中，并且大致不在与所述芯层的界面上。

为了保证发射光的从芯层射出的光的颜色平衡，优选形成多个与光强度不同的多个光源相应的芯层，使该芯层可以均匀地倍增在光出射侧上的单个的入射光。

为了防止进入覆层的光向着覆层的光出射侧传播，所述光传播阻止装置至少放置在多个芯层的汇合点的光出射侧上。

为了保持芯层的几何形状，可以在作为支承的覆层上形成芯层。并且，为了保护芯层，可在该芯层上形成另一个覆层。

为了防止进入另一个覆层的入射光向着另一个覆层的光出射侧传播，优选所述另一个覆层带有所述的光传播阻止装置。

优选所述光传播阻止装置由具有光吸收性和/或反光性的金属、半金属或半导体组成，以防止进入覆层的入射光向着覆层的光出射侧传播。

如果与将光引入光波导管元件的光源结合，则上述光波导管元件可以用作一个光源组件。

该光波导管元件还可用于聚合从光源(例如发光二极管、激光等)射出的光。

芯层优选使用光硬化树脂制成。原因是光辐射(特别是紫外光辐射)便于在芯层上作出与曝光图案相应的图案，因此树脂作为制造覆层的材料也是优选的。这种光硬化树脂的例子为聚合物有机材料(例如日本专利申请公报(KOKAI)2000-356720所述的Oxethane树脂)。对于波长为390nm或更短的可见光，这种聚合物有机材料的透射率为90％或更大。制造芯层和覆层的材料不仅是光硬化树脂，也可以为无机材料。

制造光波导管元件的材料可以为由具有Oxethane环的Oxethane化合物组成的Oxethane树脂；或由具有Oxyrane环的Oxyrane化合物组成的polysilane。为了进行此材料的光硬化(聚合)，优选使用含有阳离子聚合引发剂的合成物，它可以根据链式反应开始聚合。

本发明可用于显示器，使光波导管元件可以有效地聚合预定光通量的光和可以从其中射出光；或者可用扫描装置扫描有效地进入光波导管元件的信号光，以便投射出去。或者还可用在光通讯的光学信息处理装置中，以便将所述的光引入下一阶段的电路的光接收元件(光学互连，光电检测器等)中。

附图说明

图1A为沿着图1B的I-I线所取的截面图，图1B为根据本发明的第一个实施例的光波导管元件的平面图，图1C为其后视图；

图2A为沿着图2B中的II-II线所取的截面图，图2B为根据本发明的第一个实施例的光波导管元件的平面图；

图3A～3E为依次说明根据本发明的第一个实施例的光波导管元件的制造步骤的截面图；

图4A和4B为依次说明根据本发明的第一个实施例的光波导管元件的制造步骤的截面图；

图5A和5B为依次说明根据本发明的第一个实施例的光波导管元件的制造步骤的平面图；

图6A和6B为依次说明根据本发明的第一个实施例的光波导管元件的制造步骤的平面图；

图7A和7B为依次说明根据本发明的第一个实施例的光波导管元件的制造步骤的平面图；

图8为依次说明根据本发明的第一个实施例的光波导管元件的制造步骤的截面图；

图9为根据本发明的第一个实施例的另一个光波导管元件的平面图；

图10为根据本发明的第一个实施例的再一个光波导管元件的平面图；

图11A为沿着图11B中的XI-XI线所取的截面图，图11B为根据本发明的第二个实施例的光波导管元件的平面图；

图12A、12B、12C为依次说明根据本发明第二个实施例的同一个光波导管元件的制造步骤的截面图；

图13为根据本发明的第三个实施例的光波导管元件的平面图；

图14A为根据本发明的第三个实施例的另一个光波导管元件的平面图，图14B表示其特性图案；

图15A为根据本发明第三个实施例的再一个光波导管元件的平面图，图15B表示其特征图案；

图16为根据本发明一个实施例的头戴式显示器的示意图；

图17为根据本发明的一个实施例的该头戴式显示器的一个示例性应用的透视图；

图18为根据本发明的一个实施例的头戴式显示器的透视图；

图19A为沿着图19B中的XIX-XIX线所取的截面图，图19B表示根据本发明第三个实施例的另一个例子的光波导管元件的后视图；

图20A和20B为根据本发明的第三个实施例的又一个例子的光波导管元件的截面图；

图21表示根据再一个例子的光波导管元件的截面图；

图22A和22B为根据本发明的第三个实施例的再一个例子的光波导管元件的平面图；

图23A和23B为根据本发明的第三个实施例的再一个例子的光波导管元件的平面图；

图24A和24B为根据本发明的第三个实施例的再一个例子的光波导管元件的平面图；

图25A～25C为金属层的截面图；

图26A～26C为依次说明根据本发明的第三个实施例的又一个例子的光波导管元件的制造步骤的截面图；

图27为依次说明根据本发明的第三个实施例的又一个例子的光波导管元件的制造步骤的截面图；

图28A～28C为依次说明根据本发明的第三个实施例的又一个例子的光波导管元件的制造步骤的截面图；

图29A～29C为依次说明根据本发明的第三个实施例的又一个例子的光波导管元件的制造步骤的截面图；

图30A～30C为依次说明根据本发明的第三个实施例的又一个例子的光波导管元件的制造步骤的截面图；

图31A～31C为依次说明根据本发明的第三个实施例的又一个例子的光波导管元件的制造步骤的截面图；

图32A～32C为依次说明根据本发明的第三个实施例的又一个例子的光波导管元件的制造步骤的截面图；

图33A～33D为依次说明根据本发明的第三个实施例的又一个例子的光波导管元件的制造步骤的截面图；

图34A～34E为依次说明根据本发明的第三个实施例的又一个例子的光波导管元件的制造步骤的截面图；

图35A～35C为依次说明根据本发明的第三个实施例的又一个例子的光波导管元件的制造步骤的截面图；

图36A～36C为根据本发明的第三个实施例的再一些例子的光波导管元件的截面图；

图37A～37C为根据本发明的第三个实施例的再一些例子的光波导管元件的截面图；

图38为根据本发明的第三个实施例的再一个例子的光波导管元件的平面图；

图39A为沿着图39B的XXXIX-XXXIX线所取的透视图；图39B为侧视图；图39C为根据相关技术例子的光波导管元件的侧视图；

图40为根据本发明的另一个相关技术例子的光波导管元件的截面图；

图41为根据本发明的另一个相关技术例子的光波导管元件的透视图；

具体实施方式

下面几段将参照附图具体地说明本发明的优选实施例。

(第一个实施例)

本实施例的光波导管元件的结构如图所示，图1A为沿光波导管元件160的平面图I-I线所取的截面图。图1B为其平面图，图1C为其侧视图。在具有预定厚度和几何形状的衬底1上，按此次序形成分别具有预定厚度的覆层2、覆层5和芯层6；并且在该覆层2上作出的槽部3上和向着该覆层5延伸的两个部分上放置金属层4。图1A为沿着图1B所示的平面图中的I-I线所取的截面图。该光波导管元件为空气脊背式(air-ridge-type)的，其芯层6的一个顶部表面和侧表面暴露在空气中。

作为在该覆层2和5内防止光传播的光传播防止装置，该金属层4的截面为向上开放的近似的U形，其厚度一般为几十个μm，其两个金属层4在与光传播方向垂直的方向上互相平行设置。每一个金属层4是连续地形成的，它从该覆层2和5的一个侧延伸至其另一个侧，并在该两个覆层的厚度方向的整个范围上延伸(这对下面的说明也相同)。芯层6在光波导管元件160的宽度方向的几何形状比衬底1等窄。

在这个结构中，折射率彼此不同的聚合物材料依次堆叠在该衬底1上，形成由作有图案的芯层6和单个的覆层2和5组成的一个堆叠件。应当指出，芯层6的折射率比覆层2和5的折射率大。

下面，如作为沿着光波导管元件160的II-II线所取的截面图的图2A和作为平面图的图2B所示，LED 12作为光源放置在该芯层6，覆层2和5的入射面侧上。图2A为沿着图2B的平面图中的II-II线所取的截面图。

因为该芯层6的折射率比空气和覆层5的折射率大，因此从该LED 12射出的光分量中，从该芯层6的入射面27进入该芯层6的光分量在该芯层6和空气之间的界面上，和在该芯层6和覆层5之间的界面上反射，并作为射出的光从该芯层的出射面35发射出去。虽然在本实施例中只表示了一个芯层6，但在这个实施例的应用在一个显示器的实际模式中，在三个地方设有芯层6，而其他两个地方图中没有示出。

根据本实施例，具有各种从LED 12入射至覆层2和5中的角度的光分量，被埋入该覆层2和5中的金属层4吸收，以阻断光传输的截面平面(这对下面的说明也适用)，或者在与其碰撞后被反射，并可防止光进一步向着覆层2和5的光出射侧传播，使得只有进入芯层6的光分量可通过其中向着光出射侧传播，因此可以从芯层6发出清晰的光。

埋入覆层2和5中的金属层4只在芯层6和覆层5之间的界面上的一个小区域中与芯层6接触，因此可在该界面上保持光反射的较好的均匀性，而不是改变它。这就可以保持进入芯层6的入射光的所希望的光传播性质。

下面几段将参照沿着图1中的I-I线所取的图3A～3E和图4A～4B的截面图和图5A～图8的平面图来说明光波导管元件的制造步骤。

首先，在预定厚度的图3A和图5A所示的，一般由硅或玻璃制成的衬底1上，涂敷由有机材料组成的包覆材料2a，以便在硬化例如30μm左右后调节厚度，从而形成该包覆材料2a的层。

该包覆材料2a的成分优选为可光硬化的树脂。可以使用包括Oxethane树脂，polysilane和阳离子聚合引发剂(cationic polymerizationinitiator)的光硬化树脂成分，在涂层后使该光硬化树脂退火。然而使用例如超高压水银灯，利用紫外线辐射照射该包覆材料2a的整个部分，使由有机材料组成的该包覆材料2a硬化，从而形成折射率为1.51左右的覆层2。包覆材料2a的完全硬化将使折射率增加0.025左右。

其次，如图3C和图6A所示，通过包括作出图案，干腐蚀和切割的处理，在该覆层2的预定的地方作出预定宽度的槽部3，直至衬底1的顶面露出为止。该槽部3在与光传播方向垂直的方向上连续地从该覆层2的一个侧延伸至其另一个侧。为了使制造槽简单，该槽部的宽度大约为几十个μm。

其次，如图3D和图6B所示，利用形成光致抗蚀剂等的方法，在该覆层2的露出表面，衬底1的露出表面和槽部3的内壁表面上形成具有预定厚度的防止光传播的金属材料4a，半导体材料等。

接着，如图3E和图7A所示，利用诸如溅射一类的处理方法，将在上述加工步骤中形成的金属材料4a加工成预定的几何形状。这就在与光传播方向垂直的方向上形成大致为向上开放的U形的金属层4，该金属层4连续地从该覆层2的一个侧延伸至其另一个侧，以防止在该覆层2内的光的传播。

金属层4的上部保留在该覆层2上，这部分可以用磨削除去，以减小该金属层4与覆层5和芯层6之间的界面的接触面积，从而使界面上的折射率均匀和可以保持在芯层6中的光反射率和光传播性能的希望水平。

用于组成防止光在覆层2和5中传播的金属层4的材料包括可吸收光或反射光的材料，例如Al、Ti、Au、Pt、Ni和Cu的金属材料和半导体材料(例如Si)。至少只在覆层2和5中的一个地方形成的金属层4可以完全具有防止光传播的效果，但也允许在两个或多个地方设置金属层4。

其次，如图4A和7B所示，通过沉积至保留在覆层2上的金属层4的顶部的高度，充填包覆材料，从而形成覆层5。这样形成的覆层5可在金属层4的顶部高度水平处使表面变平。

组成覆层5的材料可与覆层2所用的材料相同，但为了保证在芯层6中的光传播性能，优选使用折射率与芯层6的折射率相差较大的材料。如果金属层4的顶部开口的宽度小，也可以填充金属材料。

其次，如图4B和图8所示，在该平面的覆层5和光波导管元件160的中心部分上，形成宽度比衬底1等的宽度窄的条状芯层6。该芯层6是通过将由与上述相同的光硬化树脂成分组成的芯子材料，以预定的厚度涂在该覆层5上，以形成该芯子材料层，和通过利用制作布线图(patterning)方法作成预定的几何图案而形成的。

在一个通常的形成芯层6的方法中，利用通过开口与该芯层的图案相应的光掩模，有选择地紫外线辐射照射该芯子材料。还可使在该光掩模开口的部分中的芯子材料硬化，并形成与上述图案一致的芯层6。然后利用溶解除去没有被照射的该芯子材料的不硬化部分。这也可以形成折射率为1.56左右的芯层6。

这种制造过程步骤可以在覆层2和5上形成芯层6，以形成光波导管元件160。

下面，参照图9来说明在光波导管元件161中光的进入和传播状态。

图9所示的光波导管元件161部分地采用光波导管元件160的结构，但其结构可使该芯层分成三个部分由弯曲的倾斜表面57组成的芯子部分26a、26b和26c。光源9R、9G和9B分别放置在入射面27a、27b和27c一侧上，并且该芯子部分26a和26c分别与在出射面35的这侧上的芯子部分26b汇合，以引导光通过一个公共的芯子部分28，通向该出射面35和从那里发射出去。

单个芯层26a、26b和26c的单个入射面27a、27b和27c在相同的平面上对准。芯子部分26b为直线形，而芯子部分26a和26c具有弯曲的倾斜表面57。

在单个入射面27a、27b和27c和该公共芯子部分28之间还设有一个金属层24a；在公共芯子部分28上设有金属层24b。金属层24a和24b的结构和布置与上述的金属层4相同，因此图9和后述的图10只是简化的表示。金属层24a不是经常必需的。

在单个的入射面27a、27b、27c和芯子部分26a、26b和26c的汇合点(即公共芯子部分28的一端)之间提供金属层24a，对于防止进入在单个入射面27a、27b、27c侧上的覆层5中的光传播，及只允许光通过单个芯子部分26a、26b和26c向着公共芯子部分28传播方面是成功的。

另外，在公共芯子部分28的一端的汇合点和出射面35之间形成金属层24b为成功地防止通常偶然从单个芯子部分26a、26b、26c或从该公共芯子部分28泄漏至覆层5中的光传播，并且只允许由单个芯子部分26a、26b和26c发出的合成光从该出射面35发射出去。

下面，将参照图10来说明光波导管元件162中的光的进入和传播状态。

图10所示的光波导管元件162部分地采用光波导管元件161的结构，但其结构使该芯层分成部分地由弯曲的倾斜表面57组成的三个芯子部分26a、26b和26c，三种颜色光源9R、9G和9B分别设置在入射面27a、27b和27c上，芯子部分26c与出射面35一侧上的芯子部分26b汇合，以形成一个公共的芯子部分38，该公共芯子部分38再与芯子部分26a汇合，以形成公共芯子部分28，将通过该公共芯子部分28的光引向出射面35和使光从那里射出。

芯层26b和26c的单个的入射面27b和27c在相同的平面上对准，而芯子部分26a的入射面27a则在与单个入射面27b和27c对准的平面不同的平面上。芯子部分26b为直线形，而芯子部分26a和26c具有弯曲的倾斜表面57，芯子部分26a的倾斜角度比芯子部分26c的大。

另外，在单个入射面27b、27c和芯子部分26b和26c的汇合点(即公共芯子部分38的一端)之间设置金属层24a。金属层24b设在覆层5上，围绕着公共芯子部分38，在芯子部分26a的入射面27a和芯子部分26与公共芯子部分28的汇合点(即公共芯子部分28的一端)之间设置金属层24c。在这个汇合点和出射面35之间设置金属层24d。

在单个入射面27b、27c和公共芯子部分38的一端之间设置金属层24a可成功地防止从单个入射面27b、27c侧进入覆层的光传播，和只允许通过单个的芯子部分26b和26c的光向着公共芯子部分38传播。

另外，在芯子部分26b、26c的汇合点和芯子部分26a与公共芯子部分28的汇合点之间的一部分上，将金属层24b设在公共芯子部分38上可成功地防止偶然从该公共芯子部分38泄漏至覆层5中的光的传播，并只允许从单个芯子部分26b和26c来的合成光传播。

另外，在入射面27a和芯子部分26a与公共芯子部分28的汇合点之间设置金属层24c可成功地防止从入射面27a进入覆层5的光的传播，并只允许在芯子部分26a中传播的光，向着公共芯子部分28传播。

另外，在芯子部分26a和公共芯子部分38的汇合点与出射面35之间的一个部分上，将金属层24d设在公共芯子部分28上，可成功地防止偶然从该公共芯子部分28泄漏至覆层5中的光的传播；和只允许从单个芯子部分26a、26b和26c来的合成光从出射面35发射出来。

光源9R、9G和9B的光强彼此不同，其光强按绿、蓝和红的次序增加。直接将光从单个的光源引入芯层6中产生淡红色调的合成光。通过在单个芯子部分26a、26b和26c的布局上采取一些措施，和使芯子部分26a和26c的单个弯曲的倾斜表面57彼此不相同(如图10所示)，则可以使向着公共芯子部分28传播的单个入射光的能量相等，并且合成光强平衡较好的发射光。

(第二个实施例)

本实施例除了下述几点以外，与上述的第一个实施例相同：光波导管元件163的结构与上述的光波导管元件160相同，波导管的末端部分切成一个通常45°的倾斜角度，以形成倾斜表面25，并且衬底37由具有光透射性的材料组成，如图11和图12所示那样。

如图11A～11B和图12A～12C所示，光波导管元件163的结构使得将结构与光波导管元件160相同的光波导管元件的末端部分切成45°的倾斜角，形成镜面抛光(mirror-finished)的倾斜表面25，使得衬底37由光透射率大的材料制成，并且使得LED 12放置在倾斜表面25正下方的衬底37的下侧上。该倾斜表面25具有其中露出的覆层2、覆层5和芯层6的一些部分。图11A为沿着图11B中的XI-XI线所取的截面图，图11B为表示第二个实施例的光波导管元件163的平面图。

从LED 12射出的光通过衬底37，进入倾斜角为45°的倾斜表面25，再根据镜面作用被反射，进入覆层2、5和芯层6中。

因为芯层6的折射率比空气和覆层5的折射率大，因此，从LED 12射出的光分量中进入芯层6的入射光，在该芯层6和空气之间界面上，和在芯层6与覆层5之间的界面上被反射，并通过该芯层6传播；并作为发出光从芯层的出射表面发射出去。

另一方面，从LED 12发出，进入覆层2和5的光分量与埋入覆层2和5中的金属层4碰撞，并被吸收或反射，使它不会向着覆层2和5的光反射侧传播越过金属层4。

根据本实施例，还可以将LED 12设置在光波导管元件163的入射面面积较大侧上，以便使射出的光有效地导入芯层6中，结果可以成功地提高光源(例如LED 12)的布置的自由度。

覆层2、5和芯层6中的每一个层的端面是倾斜的，结果使其面积比先前的垂直表面宽，因此每一个层可以从光源接收更大的能量，并可以增加通过芯层6传播的光的能量，和防止进入覆层2和5中的光传播。

下面将参照图12A～12C说明该光波导管元件163的制造步骤。

首先，如图12A所示，制造结构与第一个实施例的上述光波导管元件160相同的光波导管元件。其次，利用切割器从顶部依次切割光波导管元件的芯层6、覆层5、覆层2和衬底1，以形成倾斜角度为45°的镜面抛光的倾斜表面25。

其次，如图12B所示，将衬底1与作出倾斜表面25的光波导管元件分开。

其次，如图12C所示，在预先设置衬底1的位置上设置具有高光透射率的另一个衬底37，以完成本实施例的光波导管元件163。

如果需要，可以不是以45°进行镜面抛光，而以任何其他角度和用切割器进行切割。

本实施例中的其他操作和效果，与上述第一个实施例所述的相同。

(第三个实施例)

本实施例与上述第一个实施例相同，但有几点例外：本实施例的光波导管元件为一个梯形的光波导管元件164，其中芯层6的宽度方向的几何形状从入射面侧向着出射面侧，沿着光传播的方向直线地变窄，并具有直的倾斜表面56。

参照图14来说明本实施例的光进入芯层164和通过其的光传播状态。假设在入射面侧上的芯层6的宽度不宽，可以到达光波导管元件164的两个侧面。

图14A表示光束从单个的LED 9R、9G、9B同时通过入射面27进入光波导管元件164的芯层6并从出射面35发射出去的状态。假设入射面27的宽度为A(μm)，出射面35的宽度为B(μm)，和从入射面27至出射面35的距离为d(mm)。该直线倾斜的表面56使芯层6的宽度从入射面27向着出射面35直线地变窄。该直线倾斜表面56可增加在芯层6和覆层5之间的界面上的总的反射，并可使通过芯层6有效地引导波。

图14B表示从入射面27至出射面35的距离d(mm)与光学损失(dB)的相关性质。条件设定如下：

表1

	入射面宽度A(μm)	出射面宽度B(μm)
			a	200	50
b	300	50
			c	400	50
d	500	50
			c	600	50

从图中可看出，当如图案中的虚线所示，在将光波导管元件164的允许的光学损失设定得不大于2dB，同时将出射面35的宽度B固定为50μm下，入射面的宽度A设定为200μm的条件“a”需要从入射面27至出射面35的距离d的下限大约为0.7mm，以便将光学损失抑制至2dB或更低；而入射面27的宽度A设定为300μm的条件“b”需要从该入射面27至出射面35的距离d的下限大约为1.5mm，以便将光学损失抑制至2dB或更低。与上述相同，比如条件“c”、“d”和“e”所示，按这个次序加宽入射面27的宽度A可将从入射面27至出射面35的距离d的下限分别提高大约3.0mm、6.8mm和15.0mm，以便将光学损失抑制至2dB或更低。

从结果可看出，在出射面35的固定宽度B下使入射面27的宽度A变窄，减小该直线倾斜表面56的倾斜角度，可将光学损失抑制至2dB或更低，并可使从入射面27至出射面35的距离d较短。这表示，优选是规定宽度A，以便肯定地由该直线倾斜表面56改善引导波的效率。

与此对比，图15A所示的光波导管元件165作成使芯层分成分别由弯曲的倾斜表面16组成的三个芯子部分26a、26b和26c。三种颜色的光源9R、9G和9B分别设置在入射面27a、27b和27c侧上，芯子部分26a和26c与在出射面35的这侧的芯子部分26b汇合，因此可引导光通过公共芯子部分15，向着出射面135，并使光从出射面发射出去。假设出射面35的宽度固定为50μm，相邻芯子部分的间距为P(μm)，和从入射面27a、27b和27c至出射面35的距离为d(mm)，从入射面27a、27b、27c至出射面的距离d(mm)与光学损失(dB)的相关性质如图15B所示。条件设定如下：

表2

	芯层间距P(μm)
		a	200
b	400
		c	600

从图中可看出，如图案中的虚线所示，在将光波导管元件165的允许的光学损失设定至不大于2dB，同时将出射面35的宽度B固定为50μm下，相邻的芯子部分的间距P设定为200μm的条件“a”需要从入射面27a、27b和27c至出射面35的距离d大约为6mm或更大。同样，相邻芯子部分的间距P设定为400μm和600μm需要从入射面27a、27b和27c至出射面35的距离分别为大约20mm或更大、和60mm或更大。

从结果可看出，为了将光学损失抑制至2dB或更低，即使相邻的芯子部分的间距P变窄，以减小芯子部分26a和26c的弯曲的倾斜表面16的倾斜角度，但距离d必需增加至大约为6mm这样大。这是因为芯子部分26a和26c的弯曲的倾斜表面16的倾斜角度仍然大，这就不能成功地充分抑制光从芯层6的这些部分泄漏至覆层5中；还因为除非增加上述距离d来减小弯曲的倾斜表面16，光泄漏将不会减小。

与此对比，图14所示的光波导管元件164作成使芯层6具有直的倾斜表面56，使得只要简单地控制其倾斜角度(即入射面27的宽度A)即可成功地增加在芯层6和覆层5之间的界面上的总反射，可以提高通过芯层6的波的引导效率，并缩短光波导管元件的距离d。图15所示的光波导管元件165具有小的入射面，其与入射面相应的单个光源的布置自由度小，并且入射能量有损失；而图14所示的光波导管元件164，其入射面27作在通常供单个光源用的宽度A上，可以成功地便利光源的布置和增加入射光的能量。

在图11所示的光波导管元件163的结构中，控制单个颜色的信号光的光强或颜色平衡可使从光波导管元件163的出射面35射出的光，作为具有所希望的光点尺寸和足够能量的信号光，投射在下一阶段的屏幕上，这就可以得到能再现全部颜色图像的显示器。

图16表示这种显示器的示例性应用——头戴式显示器(HMD)20，图11所示的大量的光波导管元件163(每一个都相当于一个单位象素)在与图纸垂直的方向上排列在一条线上。对于单个单位象素，从红色光源9R，绿色光源9G和蓝色光源9B来的单色的光束倍增，并允许具有收缩光束尺寸的光波导管元件163射出的光190通过扫描的图像平面21，借助光学透镜19等聚焦(产生光束点)在人眼球18的网状物17上。该网状物与扫描的图像平面21为光学共轭关系。

利用单一一条线在网状物17上形成成像点，而由扫描图像平面21在与网状物17上的该线垂直的方向上进行的扫描使得使用者可以个人感觉到现实的电影图像。

当以戴太阳镜的方式放入一个投影器、照相机、计算机、游戏机等中时，该头戴式显示器20可形成一个紧凑的电影装置。

下面，将参照图17说明使用上述的头戴式显示器20的用于显示观察的一种太阳镜式的眼镜48。

该眼镜48包括一个左镜腿50a，一个右镜腿50b，一个左透镜部分49a和一个右透镜部分49b；另外还包括安装在左透镜部分49a的左下部分上的头戴式显示器20，和安装在右透镜部分49b的右下部分上的头戴式显示器20。

这种眼镜48不是必需具有光透性，因为它作成使得使用者可用其左眼和右眼观察从装在单个透镜部分上的单个头戴式显示器20入射的光作为图像。带有光透射性的左透镜部分49a和右透镜部分49b不但可以观察通过单个头戴式显示器20入射的光产生的图像，而且可以观察通过左透镜部分49a和右透镜部分49b入射的正面的光产生的图像。

通过设置一个围绕着左透镜部分49a和右透镜部分49b中每一个的罩，阻断外部光，可以作为更清楚的图像从单个头戴式显示器20观察入射光。

图18所示的头戴式显示器20可允许由红色光源9R、绿色光源9G和蓝色光源9B组成的、并放置在衬底47的凹部中的LED 12发出的单色光的光束进入具有45°镜面抛光的倾斜表面25的光波导管元件163的芯层6中，并允许通过它传播，然后，从出射面44射出的光与反光板40用于扫描的反光表面41碰撞，并反射出去，借助光学透镜等聚焦(形成一个光束点)在人眼42的网状物上，该网状物与反光板40成光学共轭关系。

应注意，由红色光源9R、绿色光源9G和蓝色光源9B组成的LED 12射出的光束表示简化在进入芯层6之前被倍增。还应注意，上述的光波导管元件163作成使从LED射出的光在透过衬底37后进入芯层6中。本实施采用可允许光不穿过衬底等直接进入芯层6中的结构。

下面，参照图19～图21所示的截面图，说明芯层6被一个覆层13覆盖的光波导管元件160的几个例子。下述单个实施例可以产生与从上述第一个实施例得到的相同的操作和效果。

首先，如图19A和19B所示，上述光波导管元件160的芯层6的顶面和侧面被包覆材料覆盖，形成覆层13，从而形成光波导管元件260。图19A为沿着图19B中的XIX-XIX线所取的截面图，图19B为表示该光波导管元件260的后视图。

这可以更容易保护芯层6不受外部冲击等，因此可保持其几何形状。

在作为光波导管元件261的截面图的图20A所示的下一个实施例中，暴露在空气中的芯层6的上表面和侧面被包覆材料覆盖，从而形成覆层13。在覆层13的两个相同的地矩形成几何形状与在覆层2和5中作出的金属层4相同的金属层14。为了防止从LED 12射出的光传播进入覆层13，每一个金属层14具有向上开放的大致U字形状，该U字形状在与光传播方向垂直的方向上形成。

这个实施例可成功地较容易的保护芯层6不受外部冲击等，从而保持其几何形状，另外还可防止从LED 12射出的光传播进入覆层13中。

在作为光波导管元件166的截面图的图20B所示的下一个实施例中，暴露在空气中的芯层6的上表面和侧面被包覆材料覆盖，从而形成覆层13，在覆层13的两个相同的地矩形成几何形状与在覆层2和5中作出的金属层4相同的金属层14。为了防止从LED 12射出的光传播进入覆层13，每一个金属层14具有向下开放的大致U字形状，该U字形状在与光传播方向垂直的方向上形成。

这个实施例可成功地较容易保护芯层6不受外部冲击等，从而保持其几何形状，另外还可防止从LED 12射出的光传播进入覆层13中，还可以通过在界面上使金属层14的接触面积变窄，而进一步稳定在芯层6和覆层13之间的界面上的折射率，从而保证光通过芯层6更有效的传播。

在作为光波导管元件167的截面图的图21所示的下一个实施例中，暴露在空气中的芯层6的上表面和侧面面被包覆材料覆盖，形成覆层13。在与在覆层2和5中形成的金属层4相当的两个地方，在覆层13中形成平板状几何形状的金属层14。为了防止从LED 12射出的光的光传播进入覆层13，在与光传播方向垂直的方向上形成金属层14。

这个实施例可成功地较容易保护芯层6不受外部冲击等，从而保持其几何形状，另外还可防止从LED 12射出的光传播进入覆层13中。也可成功的稳定在芯层6和覆层13之间的界面上的折射率，结果，因为可以使该界面处的金属层14的接触面积变窄，而保证光更有效地通过芯层6传播。由于几何形状较简单，因此该平板形金属层14较容易制造。

(各种变型例子)

下面，将参照图22～图24所示的平面图说明光波导管元件的几个变型例子。

首先，图22A所示的光波导管元件168的结构与图13所示的光波导管元件164的结构相同。在该光波导管元件中芯层6具有直线形的倾斜表面56，而呈现梯形形状，其宽度方向的几何形状直线地从入射面沿着光的传播方向，向着出射面变窄。

在覆层5和2中形成结构与金属层4相同的金属层24a，它在相对于光传播方向，与光传播方向垂直的方向上，从左侧面至右侧面的全长上延伸。在下面的图中，单个金属层的表示将简化。

在本实施例中，通过覆层5和2的入射面的光束由金属层24a防止传播，并不会从覆层5和2的出射面发射出去。

其次，图22B所示的光波导管元件169的结构与图13所示的光波导管元件164的结构相同。在该光波导管元件169中，在覆层5和2中形成在与光传播方向垂直的方向上，相对于光传播方向从覆层5和2的左侧面面向着中心部分延伸的第一个连续层的一部分的金属层24b；作为在相对于光传播方向，在覆层5和2的左侧面面和右侧面面内的范围内，在与光传播方向垂直的方向上延伸的第二个连续层的金属层24c；和作为在相对于光传播方向，在与光传播方向垂直的方向上从覆层5和2的右侧面面向着中心部分延伸的第三个连续层的一部分的金属层24d。该左侧面面和右侧面面在相对的边缘上。

从入射面侧面可看出，首先放置金属层24b，金属层24c放置在金属层24b后面，而金属层24d放置在金属层24c后面。单个金属层在光传播方向上彼此重叠。

在本实施例中，依次放置彼此重叠的金属层24b、24c和24d可成功地防止通过覆层5和2的入射面的光束传播，并不会从覆层5和2的出射面发射出去。

其次，图23A所示的光波导管元件170的结构与图13所示的光波导管元件164的结构相同，在覆层5和2中形成相对于光传播方向，在与光传播方向垂直的方向上，从覆层5和2的左侧面面向着中心部分延伸的金属层24b；在相对于光传播方向，在覆层5和2的左侧面面和右侧面面内的范围内，在与光传播方向垂直的方向上延伸的金属层24c；和在相对于光传播方向，在与光传播方向垂直的方向上从覆层5和2的右侧面面向着中心部分延伸的的金属层24d。

从入射面侧面可看出，首先，将金属层24a和金属层24d放置在相同的高度上，而将金属层24c放在金属层24b和24d后面。单个金属层在光传播方向互相重叠。

在本实施例中，依次放置互相重叠的金属层24b、24d和24c可成功地防止通过覆层5和2的入射面的光束传播，并不会从覆层5和2的出射面发射出去。

其次，图23B所示的光波导管元件171的结构与图13所示的光波导管元件164的结构相同，在该光波导管元件中，在覆层5和2中设置在覆层5和2的左侧面面和右侧面面内的范围内，相对于光传播方向，在与光传播方向垂直的方向上延伸的金属层24c；从覆层5和2的左侧面面，相对于光传播方向，在与光传播方向垂直的方向上向着中心部分延伸的金属层24b；从覆层5和2的右侧面面相对于光传播方向，在与光传播方向垂直的方向上，向着中心部分延伸的金属层24d。

当从入射面看时，首先放置金属层24c，在将金属层24b和24d放置在金属层24c后面的相同高度上。单个金属层在光传播方向上彼此重叠。

在本实施例中，依次放置互相重叠的金属层24c、24b和24d可成功地防止通过覆层5和2的入射面的光束传播，并不会从覆层5和2的出射面发射出去。

图24A所示的光波导管元件172的结构与图13所示的光波导管元件164的结构相同。在覆层5和2中设置相对于光传播方向，在与光传播方向倾斜的方向上，在从左侧面至右侧面的全长上延伸的金属层24a。

倾斜角θ的优选在0°(与光传播方向平行)～±90°的范围内，一般为30°。换句话说，优选该金属层24a在左右两个侧面之间的全长上延伸，而极限位置在连接覆层5和2相对于光传播方向的左侧面贴紧出射面或入射面的拐角部分，与覆层5和2的右侧面贴紧入射面或出射面的拐角部分的对角线上。

图24B所示的光波导管元件173的结构与图13所示的光波导管元件164的结构相同。在覆层5和2中设置金属层24a，它在连接覆层5和2相对于光传播方向的左侧面贴紧出射面的拐角部分，与覆层5和2的右侧面在与光传播方向倾斜的方向上贴紧入射面的拐角部分的对角线上延伸。

相反，在允许金属层24a在连接覆层5和2相对于光传播方向的左侧面贴紧出射面的拐角部分，与覆层5和2的右侧面在与光传播方向倾斜的方向上贴紧入射面的拐角部分的对角线上延伸。

在本实施例中，可由相对于光传播方向、从覆层5和2的左侧面向着其右侧面延伸的金属层24a，成功地防止通过覆层5和2的入射面的光束的传播，并且不会从覆层5和2的出射面发射出去。在与光传播方向倾斜的方向上延伸的金属层24a吸收和反射通过覆层5和2的入射面的入射光的面积较大，这样可以更有效地防止光的传播。

参见图25可看出，金属层4或14的截面结构不但可以为如图25A所示的向上开放的大致的U形状，而且可以如图25B所示为向上开放的倒梯形，或如图25C所示的向上开放的V字形。

图26～27表示光波导管元件的另外的变型例子。

首先，在图26A所示的这个例子中，在预定厚度的衬底1上形成预定厚度的覆层2，再将衬底1的下表面固定在一个支承件52上。然后在两个预定的地方作出槽部11，使它们在与光传播方向垂直的方向上穿过覆层2和衬底1。

其次，如图26B所示，在由槽部11分割的包覆盖2上，形成预定厚度和宽度的芯层6，以可连接地支承覆层2。支承件52与这样分割的衬底1的下表面分开。

其次，如图26C所示，几何形状与槽部11相同的片状金属板10，从衬底1侧插入该槽部11中，以制造图27所示的光波导管元件174。

在这个例子中，利用相对于光传播方向、从其左侧面至右侧面穿过衬底1和覆层2、并在与光传播方向垂直的方向上延伸的金属板10，可以成功地防止通过覆层2的入射面的光传播，并且该光不会从覆层2的出射面发射出去。如果光波导管元件174作成可允许将金属板10插入该槽部11中或从该槽部取出，则可以调整在覆层2中金属板10占据的面积，从而控制覆层2中的防止光传播的性能。

在图28A所示的例子中，在预定厚度的衬底1上形成预定厚度的覆层2，加热该覆层2，并通过从顶部压紧，将相对于光传播方向，从左侧面至右侧面穿过该覆层2，并在与光传播方向垂直的方向上延伸的两个片状金属板10a，在预定的地方压配合到覆层2。

又如图28B所示，在冷却下，固定埋入覆层2中的该片状金属板10a。

其次，如图28B所示，在片状金属板10a埋入其中的覆层2上形成预定厚度和宽度的芯层6，以制造光波导管元件175。

在这个例子中，相对于光传播方向从左侧面至右侧面穿过覆层2，并在与光传播方向垂直的方向上延伸的金属板10，可成功地防止通过覆层2的入射面的光传播，并且该光不会从覆层2的出射面发射出去。这个例子还可省去作出槽部的过程，因为不需在覆层2上作出槽部，可以埋入该金属板10a。

在图29A所示的例子中，在预定厚度的衬底1上形成预定厚度的覆层2，多个这样得出的覆层2和衬底1的粘接件彼此隔开，并在每一个相邻的粘接件之间放置高度分别等于该粘接件的厚度的两个片状金属板10，使它相对于光传播方向从左侧面穿过至右侧面，并在与光传播方向垂直的方向上延伸。

又如图29B所示，利用粘接剂等，将覆层2和衬底1的多个粘接件与该片状金属板10粘接，将它们集成起来。

又如图29C所示，在被多个片状的金属板10粘接的覆层2上，形成预定厚度的芯层6，以制造光波导管元件176。

在这个例子中，利用相对于光传播方向从左侧面至右侧面穿过覆层2，并在与光传播方向垂直的方向上延伸的金属板10，可以防止通过覆层2的入射面的光传播，并且该光不会从覆层2的出射面发射出去。可以省去在衬底1或覆层2上作出埋入金属板10的槽部的制造步骤。

在图30A所示的例子中，在预定厚度的衬底1上形成预定厚度的覆层2，用紫外线辐射局部地照射在相对于光传播方向，从覆层2的左侧面穿过至其右侧面，并在与光传播方向垂直的方向上延伸的范围上的两个地方。制造覆层2的材料应能在紫外线照射时增加折射率。

其次，如图30B所示，紫外线照射的部分使折射率增大的覆层部分2a、2b变性。

其次，如图30C所示，在部分地形成变性的覆层部分2a、2b的覆层2上，形成预定厚度和宽度的芯层6，以形成光波导管元件177。

在这个例子中，利用相对于光传播方向，从左侧面至其右侧面穿过覆层2，并在与光传播方向垂直的方向上延伸的变性的覆层部分2a、2b，可防止通过覆层2的入射面的光传播，并且该光不会从覆层2的出射面发射出去。不需在覆层2上作槽部就可以形成该变性的覆层部分2a、2b，因此可省去作出槽部的加工步骤。

在图31A所示的例子中，形成预定厚度的衬底1，然后部分地除去其上部分至与后述的覆层2的厚度相当的厚度，以形成槽部11，从而在两个地方形成突出部分8。突出部分8作在相对于光传播方向，从覆层2的左侧面穿过至其右侧面，并在与光传播方向垂直的方向上延伸的范围上。制造衬底1和与它连通的突出部分8的材料优选为例如金属。

其次，如图31B所示，将包覆材料充入衬底1上的槽部11中，以得到金属制的突出部分8埋入覆层2中的结构。

其次，如图31C所示，在部分地作出突出部分8的覆层2上形成预定厚度和宽度的芯层6，以制造光波导管元件178。

在这个例子中，利用相对于光传播方向，从左侧面至右侧面穿过覆层2，并在与光传播方向垂直的方向上延伸的金属制突出部分8，可防止通过覆层2的入射面的光传播，并且该光不会从覆层2的出射面发射出去。不需在覆层2上作出槽部，即可以埋入突出部分8，并且可以在与形成衬底1的同时，形成覆层2中的防止光传播的结构，因此可以省去作出槽部等的制造步骤。

在图32A所示的例子，形成预定厚度的衬底1，然后部分地除去其上部达到与后述的覆层2的厚设相当的厚度，以形成槽部11，以便在4个地方形成突出部分8。该突出部分8作在相对于光传播方向，从覆层2的左侧面穿过至其右侧面，并在与光传播方向垂直的方向上延伸的范围上。制造衬底1和与它连通的突出部分8的材料优选为例如金属。

其次，如图32B所示，将包覆材料充入衬底1上的槽部11中，以得到金属制的突出部分8埋入覆层2中的结构。

其次，如图32C所示，在部分地作出突出部分8的覆层2上形成预定厚度和宽度的芯层6，以制造光波导管元件179。

在这个例子中，利用相对于光传播方向，从左侧面至右侧面穿过覆层2，并在与光传播方向垂直的方向上延伸的金属制突出部分8，可防止通过覆层2的入射面的光传播，并且该光不会从覆层2的出射面发射出去。不需在覆层2上作出槽部，即可以埋入突出部分8，并且可以在与形成衬底1的同时，形成覆层2中的防止光传播的结构，因此可以省去作出槽部等的制造步骤。

在图33A所示的例子中，形成预定厚度的衬底1，在其上形成包含光吸收剂的层22，并且还在其上形成预定厚度的覆层2。该包含光吸收剂的层22由包含混入包覆材料中的光吸收剂的材料制成。

其次，如图33B所示，在两个预定的地方作出槽部23，以便相对光传播方向从左侧面至右侧面穿过覆层2，并在与光传播方向垂直的方向上延伸。

其次，如图33C所示，从顶部将几何形状与槽部23相同的片状金属板10a插入槽部23中。

其次，如图33D所示，在插入金属板10a的覆层2上形成预定厚度和宽度的芯层6，以制造光波导管元件180。

在这个例子中，利用在包含光吸收剂的层22中所含有的光吸收剂，吸收通过该包含光吸收剂的层22的入射面的光，以防止其传播，并且，该光不会从包含光吸收剂的层22的出射面发射出去。利用相对于光传播方向，从左侧面至其右侧面穿过覆层2，并在与光传播方向垂直的方向上延伸的金属板10a，可防止通过覆层2的入射面的光传播；并且该光不会从覆层2的出射面发射出去。

在图34A所示的例子中，形成预定厚度的衬底1，在其上形成预定厚度的覆层2，并且在预定的一个地方作出槽部54，以便相对于光传播方向，从左侧面至其右侧面穿过覆层2，并在与光传播方向垂直的方向上延伸。

其次，如图34B所示，从顶部将几何形状与槽部54相同的片状金属板10a插入槽部54中。

又如图34C所示，在将金属板10a插入槽部54中的覆层2上，形成预定厚度的覆层53，并且在预定的一个与槽部54的地方不同的地方作出槽部55，以便相对于光传播方向，从左侧面至其右侧面穿过覆层2，并在与光传播方向垂直的方向上延伸。

其次，如图34D所示，从顶部将几何形状与槽部55相同的片状金属板10a插入该槽部55中。

其次，如图34E所示，在金属板10a插入其中的覆层53上，形成预定厚度和宽度的芯层6，以制造光波导管元件181。

在这个例子中，利用相对于光传播方向从左侧面至右侧面穿过覆层2；并在与光传播方向垂直的方向上延伸的金属板10a，可防止通过覆层2的入射面的光传播，并且该光不会从覆层2的出射面发射出去。另外，利用相对于光传播方向从左侧面至右侧面穿过覆层53，并在与光传播方向垂直的方向上延伸的金属板10a，可防止通过覆层53的入射面的光传播，并且该光不会从覆层2的出射面发射出去。

图35～37表示在覆层2中的防止光传播结构的另一些变型例子。

首先，如图35A所示，在预定厚度的衬底上，形成预定厚度的覆层2。在形成覆层2时，形成覆层2，使其上表面为一个从入射面上的下端向着出射面上的上端升高的倾斜表面65。另外，在倾斜表面65上设置预定厚度的金属板10b。

其次，如图35B所示，在金属板10b上形成覆层43，使这个层的顶部表面水平。

再如图35C所示，在覆层43上形成预定厚度和宽度的芯层6，以制造光波导管元件182。

在这个例子中，利用金属板10b防止通过覆层43的入射面的光传播，并且该光不会从覆层2的出射面发射出去。

由于通过覆层43的入射面的入射光的反射面积增加，因此在相对于光传播方向交叉方向上倾斜延伸的金属板10b可以更有效地防止光传播。因为在界面上大致没有金属板10b(对下面的例子也一样适用)，因此在芯层6和覆层43之间的界面上可以得到更好的反射特性。

在图36A所示的例子中，在预定厚度的衬底1上形成预定厚度的覆层2。在形成覆层2时，使其上表面成为从入射面上的上端至出射面下端的一个倾斜表面65。在该倾斜表面65上形成预定厚度的金属板10b。再在该金属板10b形成覆层43，使其顶部表面水平，并在覆层43上形成预定厚度和宽度的芯层6，以制造光波导管元件183。

在这个例子中，利用金属板10b防止通过覆层2的入射面的光传播，并且该光不会从覆层43的出射面发射出去。由于增加通过覆层2的入射面的入射光的反射面积，因此在相对于光传播方向垂直方向上倾斜延伸的金属板10b可以更有效地防止光传播。

在图36B所示的例子中，在预定厚度的衬底1上形成覆层2，该覆层2的金属板10c在光传播方向上从入射面上的上端向着出射面向下倾斜，而金属板10d在光传播方向上，向着出射面上的下端向下倾斜。

金属板10c和10d在光传播方向上互相重叠，但不互相接触，金属板10c位于金属板10d上面，以制造光波导管元件184。

在这个例子中，利用金属板10c和10d防止通过覆层2的入射面的光传播并且该光不会从覆层2的出射面发射出去。由于反射通过覆层2的入射面的入射光的面积增加，因此在光传播方向倾斜延伸的金属板10c和10d可以更有效地防止光传播。

在图37A所示的例子中，在预定厚度的衬底1上形成覆层2，覆层2的金属板10e相对于光传播方向从入射面上的上端向下朝着出射面倾斜。金属板10f放置在覆层2内而进一步相对于光传播方向向下倾斜；而金属板10g相对于光传播方向，进一步向着出射面的下端倾斜。

金属板10e、10f和10g在光传播方向上互相重叠，但不互相接触。金属板10f位于金属板10e和10g上面，以制造光波导管元件186。

在这个例子中，依次利用金属板10e、10f和10g防止通过覆层2的入射面的光传播，并且该光不会从覆层2的出射面发射出去。由于增大通过覆层2的入射面的入射光的反射面积，因此，相对于光传播方向倾斜的金属板10e、10f和10g可以更有效地防止光传播。

在图37A所示的例子中，在预定厚度的衬底1上形成覆层2，覆层2的金属板10e从入射面上的上端相对于光传播方向向下朝着出射面倾斜。金属板10f放置在覆层2内而进一步相对于光传播方向向下倾斜；而金属板10g相对于光传播方向，进一步向着出射面的下端倾斜。

金属板10e、10f和10g在光传播方向上互相重叠，但不互相接触。金属板10f位于金属板10e和10g下面，以制造光波导管元件186。

在这个例子中，依次利用金属板10e、10f和10g防止通过覆层2的入射面的光传播，并且该光不会从覆层2的出射面发射出去。由于增大通过覆层2的入射面的入射光的反射面积，因此，相对于光传播方向倾斜的金属板10e、10f和10g可以更有效地防止光传播。

在图37B所示的例子中，在预定厚度的衬底1上形成覆层2，覆层2的金属板10e从入射面上的上端相对于光传播方向向下朝着出射面倾斜。金属板10f放置在覆层2内而进一步相对于光传播方向向下倾斜；而金属板10g相对于光传播方向，进一步向着出射面的下端倾斜。

金属板10e、10f和10g在光传播方向上互相重叠，但不互相接触。金属板10f位于金属板10e和10g中间，以制造光波导管元件187。

在这个例子中，依次利用金属板10e、10f和10g防止通过覆层2的入射面的光传播，并且该光不会从覆层2的出射面发射出去。由于增大通过覆层2的入射面的入射光的反射面积，因此，相对于光传播方向倾斜的金属板10e、10f和10g可以更有效地防止光传播。

在图37C所示的例子中，在预定厚度的衬底1上形成覆层2，该覆层2的金属板10c从入射面上的上端相对于光传播方向向着出射面向下倾斜。金属板10h放置在金属板10c后面，并从衬底1延伸至覆层2的中间部分。

金属板10c和10h相对于光传播方向互相重叠，但不互相接触，以制造光波导管元件188。

在这个例子中，依次利用金属板10c和10h防止通过覆层2的入射面的光传播，并且该光不会从覆层2的出射面发射出去。由于增大通过覆层2的入射面的入射光的反射面积，因此，相对于光传播方向倾斜的金属板10c可以更有效地防止光传播。

在图38所示的光波导管元件189中，为了防止光束覆层2和5中传播，金属层24e从覆层2和5的一个侧面，在与光传播方向垂直的方向上向着其另一侧面延伸，同时，向着入射面的拐角部分延伸，从而得到整个为大致的U形形状。

在这个例子中，利用金属层24e防止通过覆层2的入射面的光传播，这可以不但防止在光传播方向，而且在从覆层2向外的方向上防止光传播。如点划线所示，除了芯层6部分以外设置在入射面上的金属板可以直接阻断入射在覆层2上的光。

本实施例的其他工作和效果与上述第一个实施例相同。

根据本发明的技术精神，上述实施例可用各种方法改进。

例如，只要能实现所希望的效果，衬底、单个覆层、单个光源、单个金属层和单个金属板的几何形状、尺寸、沉积的数目和地点、材料，厚度等可用各种方法改变。特别是，金属层的数目可以为1，而其数目、尺寸等可用各种方式改变。

另外，光波导管元件的制造材料和层的结构可用各种方式改进。例如，与上述的芯层相当的芯层可用无机材料(例如铌酸锂)制成，这时，作为在衬底上的芯子件，这种材料的薄膜可用CVD(化学汽相沉积)法形成，然后通过抗蚀性掩模将该薄膜腐蚀成预定的图案。还可以将覆层的几何形状做成与梯形芯层的形状相当。

还允许光波导管元件的芯层的几何形状可以不但是在宽度方向，在端面上具有直线倾斜表面，而且可以是在宽度方向上，在端面上具有弯曲的倾斜表面。

包括上述光波导管元件的光学系统的结构可以改进，例如，采用微镜装置或多边形镜作为扫描装置，或投射在屏幕上。

本发明不但可用在使用LED作光源的显示器中，而且广泛用于光学通讯用的各种光学信息处理装置中，该装置可使使用来自光波导管元件激光的信号光进入下一级电路的光接收元件(光学互连，光电检测器等)中。

Claims (21)

1.一种光波导管元件，它包括一个芯层和一个覆层的粘接件，并可将进入所述芯层的入射光导向其光出射侧，其特征为：

形成光传播阻止装置，其用于防止进入所述覆层的入射光通过所述覆层向着光出射侧传播，形成的形式为可阻断所述覆层的光传输截面平面。

2.如权利要求1所述的光波导管元件，其特征为，所述光传播阻止装置在所述覆层的宽度方向和厚度方向的相对的边缘之间，或所述覆层的宽度方向和厚度方向上的相对的角之间的对角线上延伸，以穿过所述覆层。

3.如权利要求1所述的光波导管元件，其特征为，所述光传播阻止装置部分地设在所述覆层的宽度方向和厚度方向的相对的边缘之间，或所述覆层的宽度方向和厚度方向上的相对的角之间的对角线上。

4.如权利要求3所述的光波导管元件，其特征为，所述光传播阻止装置部分地包括分别从所述相对边缘或从所述相对的角度延伸的第一个连续层；和在所述相对边缘内的第二个连续层，使所述第一和第二个连续层相对于光传播方向相互重叠。

5.如权利要求1所述的光波导管元件，其特征为，多个别所述芯层在光置埋入所述覆层中，并且大致不在所述覆层与所述芯层的界面上。

6.如权利要求1所述的光波导管元件，其特征为，多个所述芯层在光出射侧会聚，使单个的入射光倍增。

7.如权利要求6所述的光波导管元件，其特征为，所述光传播阻止装置至少放置在所述多个芯层的汇合点的光出射侧上。

8.如权利要求1所述的光波导管元件，其特征为，所述芯层在所述覆层上形成。

9.如权利要求1所述的光波导管元件，其特征为，在所述芯层上形成另一个覆层。

10.如权利要求9所述的光波导管元件，其特征为，所述另一个覆层带有用于防止进入所述另一个覆层的入射光通过所述另一个覆层向着光出射侧传播的另一个光传播阻止装置，该装置形成的形式为可阻断所述另一个覆层的光传输截面平面。

11.如权利要求10所述的光波导管元件，其特征为，所述另一个光传播阻止装置在所述另一个覆层的宽度方向和厚度方向的相对的边缘之间，或所述另一个覆层的宽度方向和厚度方向上的相对的角之间的对角线上延伸，以穿过所述另一个覆层。

12.如权利要求10所述的光波导管元件，其特征为，所述另一个光传播阻止装置部分地设在所述另一个覆层的宽度方向和厚度方向的相对的边缘之间，或所述另一个覆层的宽度方向和厚度方向上的相对的角之间的对角线上。

13.如权利要求12所述的光波导管元件，其特征为，所述另一个光传播阻止装置部分地包括分别从所述相对边缘或从所述相对的角度延伸的第一个连续层；和在所述相对边缘内的第二个连续层，使所述第一和第二个连续层相对于光传播方向相互重叠。

14.如权利要求10所述的光波导管元件，其特征为，所述另一个光传播阻止装置埋入所述另一个覆层中，并且大致不在所述另一个覆层与所述芯层的界面上。

15.如权利要求10所述的光波导管元件，其特征为，多个所述芯层在光出射侧会聚，使单个的入射光倍增。

16.如权利要求15所述的光波导管元件，其特征为，所述另一个光传播阻止装置至少放置在所述多个芯层的汇合点的光出射侧上。

17.如权利要求1所述的光波导管元件，其特征为，所述光传播阻止装置由具有光吸收性和/或反光性的金属、半金属或半导体组成。

18.一种光源组件，它具有如权利要求1～17中任何一条所述的光波导管元件和将光引导至所述光波导管元件的光源。

19.如权利要求18所述的光波导管元件，其特征为，所述光源为发光二极管或激光束。

20.一种光学信息处理装置，它具有如权利要求1～17中任何一条所述的光波导管元件，一个将光引导至所述光波导管元件的光源，和接收从所述光波导管元件输出的光的光接收装置。

21.如权利要求20所述的光学信息处理装置，其特征为，它配置为一个显示器，用于使用扫描装置扫描所述射出的光以投射光。

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