JP2005297241A - Light irradiation optical device functioning as light emitting source and its manufacturing method - Google Patents

Light irradiation optical device functioning as light emitting source and its manufacturing method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-luminance line type light irradiation optical device, and to provide a method of manufacturing a light irradiation optical device inexpensively. <P>SOLUTION: An optical waveguide array structure to be a start structure is made by polishing a cover 22. The polishing can be carried out by the CMP method. The polishing removes the cover 22 all by polishing and polishes to near the center of an optical fiber structure 6. Thereafter, an organic EL structure to be a light emitting layer 14 is formed via a refractive index adjustment layer 12 on a polished flat face by a size to agree with a pitch of the optical fiber structure 6. A driving circuit 16 is formed between the light emitting layers 14. A transparent conductive film 18 and a cap layer 20 are formed on the light emitting layers 14 and the driving circuits 16. Then, the optical waveguide array structure is cut to a desired length, and both end faces of the optical waveguide array structure are polished by the CMP method. One end face is made to be a light emission face. An aluminum film is formed to the other end face by the vapor deposition method, so that the other end face is made to be a reflecting face. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光プリンター用ヘッドなど、発光源として光を供給するための光照射光学装置とその製造方法に関する。   The present invention relates to a light irradiation optical apparatus for supplying light as a light source, such as an optical printer head, and a method for manufacturing the same.

光プリンター用ヘッドとしては、ベース基板の表面に複数の光導波路が一定間隔で互いに平行に配列された光導波路アレイ構造体を用いて光源からの光を導くようにしたものが使用されている。
そのような光導波路アレイ構造体としては、基板上に形成されたクラッド層中に断面が矩形でクラッド層よりも屈折率の高いコア部が埋め込まれたものが提案されている（特許文献１〜４参照。）。
特開平８−４３６５３号公報 特開平６−３３１８４４号公報 特開平５−３２３１３６号公報 特開２００１−２５５４２９号公報 As the head for an optical printer, a head in which light from a light source is guided using an optical waveguide array structure in which a plurality of optical waveguides are arranged in parallel with each other on a surface of a base substrate is used.
As such an optical waveguide array structure, a structure in which a core part having a rectangular cross section and a higher refractive index than the cladding layer is embedded in a cladding layer formed on a substrate has been proposed (Patent Documents 1 to 3). 4).
JP-A-8-43653 JP-A-6-331844 Japanese Patent Laid-Open No. 5-323136 JP 2001-255429 A

しかし、光導波路の一端面から光を入射させる光プリンター用ヘッドでは、光入射面積が小さいため出射される光量も制約をうけ、高い光量を得ることが困難となる。その結果、例えば、プリンターの感光体材料に光導波路の端面形状に対応したドットのデジタル光情報の書込みを行なおうとしても光量が不足して十分な書込みを行なうのが困難になる。
本発明の第１の目的は、高輝度なライン型光照射光学装置を提供することである。
本発明の第２の目的は、そのような光照射光学装置を安価に製造する方法を提供することである。 However, in an optical printer head in which light is incident from one end face of the optical waveguide, since the light incident area is small, the amount of emitted light is also limited, and it is difficult to obtain a high amount of light. As a result, for example, even if digital light information of dots corresponding to the end face shape of the optical waveguide is written on the photosensitive material of the printer, the amount of light is insufficient and it becomes difficult to perform sufficient writing.
A first object of the present invention is to provide a line-type light irradiation optical device having high luminance.
A second object of the present invention is to provide a method for manufacturing such a light irradiation optical device at low cost.

本発明の光照射光学装置は、光導波路部と発光素子とが一体化されたものである。光導波路部は、円柱を軸に沿って切断して平坦面を形成した形状を有する複数の光導波路が、ベース基板に一定間隔で互いに平行に、かつそれぞれの前記平坦面が同一平面内にあるように配置されており、その光導波路は端面に光出射面をもち、前記平坦面から導入された光をその光出射面から出射するものとなっている。発光素子は発光層を有し、前記平坦面から光導波路に光を導入するものであり、光導波路の前記平坦面上に直接又は他の層を介して配置され一体化されている。   In the light irradiation optical device of the present invention, the optical waveguide portion and the light emitting element are integrated. The optical waveguide portion includes a plurality of optical waveguides having a shape obtained by cutting a cylinder along an axis to form a flat surface, parallel to each other at a constant interval on the base substrate, and each of the flat surfaces being in the same plane. The optical waveguide has a light exit surface at the end face, and emits light introduced from the flat surface from the light exit surface. The light emitting element has a light emitting layer and introduces light into the optical waveguide from the flat surface. The light emitting element is arranged directly on the flat surface of the optical waveguide or via another layer and integrated therewith.

光導波路は発光素子から平坦面を経て導入された光を側面から放出することなく出射用の端面まで導くものである。そのような光導波路の一例は、周辺部に中心部領域よりも相対的に低屈折率の領域をもち、中心部領域が前記平坦面に露出しているものである。そのような構造の光導波路は、一般に光ファイバ構造体と呼ばれているものである。屈折率は中心部領域と周辺部領域とで急峻に変化していてもよく、なだらかに変化していてもよい。具体的な一例は、光導波路の中心部領域は所定の屈折率をもつコア層を形成し、周辺部領域はそれよりも低屈折率のクラッド層を形成している光ファイバ構造体である。その場合、コア層とクラッド層との間の屈折率差が０．１５以上であることが好ましい。   The optical waveguide guides the light introduced from the light emitting element through the flat surface to the end surface for emission without emitting from the side surface. An example of such an optical waveguide has a region having a refractive index relatively lower than that of the central region in the peripheral portion, and the central region is exposed on the flat surface. The optical waveguide having such a structure is generally called an optical fiber structure. The refractive index may change steeply between the central region and the peripheral region, or may change gently. A specific example is an optical fiber structure in which a core layer having a predetermined refractive index is formed in the central region of the optical waveguide, and a cladding layer having a lower refractive index is formed in the peripheral region. In that case, the refractive index difference between the core layer and the cladding layer is preferably 0.15 or more.

光導波路の他の例は均一な屈折率をもつものである。その場合、導入された光が側面から放出されることなく端面まで導かれるようにするために、光導波路は前記平坦面を除いて光導波路よりも相対的に低屈折率の樹脂層によりベース基板に固定されているものとすることができる。その場合も、光導波路と樹脂層との間の屈折率差が０．１５以上であることが好ましい。
光導波路の材質としては、石英ガラス、多成分系ガラス、Ｓ−ＴＩＭ３５やＢＫ７などの光学ガラス材料のほか、光透過性の単結晶材料やプラスチック材料も使用することができる。ここで、多成分系ガラスとは石英母材に所望の微小屈折率変化を与える微量のドーパント（ＧｅＯ2、Ｂ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、Ｅｒなど）が加えられたものを意味する。
光導波路と発光素子との間の屈折率差が大きい場合には、その界面で光が反射して発光素子から光導波路への光の導入の障害となることがある。そのような事態を避けるために、光導波路と発光素子との間に両者の屈折率の間の大きさの屈折率をもつ屈折率調整層が設けられていることが好ましい。そのような屈折率調整層においては、屈折率は光導波路から発光素子方向に徐々に高くなっているように設定されているのが好ましい。 Another example of the optical waveguide is one having a uniform refractive index. In that case, in order to guide the introduced light to the end face without being emitted from the side surface, the optical waveguide is formed of a resin layer having a relatively lower refractive index than the optical waveguide except for the flat surface. It can be fixed to. Also in that case, it is preferable that the refractive index difference between the optical waveguide and the resin layer is 0.15 or more.
As the material of the optical waveguide, optical glass materials such as quartz glass, multi-component glass, S-TIM 35 and BK7, as well as light transmissive single crystal materials and plastic materials can be used. Here, the multi-component glass means a glass in which a trace amount of dopant (GeO 2 , B 2 O 3 , P 2 O 5 , Er, etc.) that gives a desired minute refractive index change is added to the quartz base material.
When the difference in refractive index between the optical waveguide and the light emitting element is large, light may be reflected at the interface to hinder the introduction of light from the light emitting element to the optical waveguide. In order to avoid such a situation, it is preferable that a refractive index adjustment layer having a refractive index having a magnitude between the refractive indexes of the two is provided between the optical waveguide and the light emitting element. In such a refractive index adjustment layer, the refractive index is preferably set so as to gradually increase from the optical waveguide toward the light emitting element.

屈折率調整層としては屈折率の大きい材質が要求され、無機材料が好ましい。また、屈折率調整層で屈折率を変化させる必要があることから、折率調整層の膜厚は１００ｎｍ以上であることが好ましい。
各光導波路からそれぞれ個別に光を供給することを目的とするときは、発光素子は光導波路に対して１対１の関係で配置されているようにする。 As the refractive index adjusting layer, a material having a large refractive index is required, and an inorganic material is preferable. Moreover, since it is necessary to change a refractive index with a refractive index adjustment layer, it is preferable that the film thickness of a refractive index adjustment layer is 100 nm or more.
When the purpose is to individually supply light from each optical waveguide, the light emitting elements are arranged in a one-to-one relationship with the optical waveguide.

発光素子としては有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）素子を使用することができる。有機ＥＬ素子は、発光材料に応じて発光波長を容易に変更できるため、プリンター感光材料の感光波長や感度に応じて、設計の自由度が高い。
光導波路は両端面をもっているが、そのうちの一方は光の出射端面である。光の出射端面は光学平面であり、他方の端面はアルミニウム膜蒸着や誘電体多層膜などにより光反射面となっていることが好ましい。光学平面とは表面粗さが２０ｎｍ以下の表面を意味する。 An organic EL (electroluminescence) element can be used as the light emitting element. Since the organic EL element can easily change the emission wavelength according to the light emitting material, the degree of freedom in design is high according to the photosensitive wavelength and sensitivity of the printer photosensitive material.
The optical waveguide has both end faces, one of which is a light exit end face. The light exit end face is an optical plane, and the other end face is preferably a light reflecting face by aluminum film deposition or dielectric multilayer film. An optical plane means a surface having a surface roughness of 20 nm or less.

本発明の製造方法は、ベース基板に複数の円柱状光導波路が一定間隔で互いに平行に、かつそれぞれ同一高さに配置されて固定された光導波路アレイ構造体を用意し、すべての前記光導波路に対して同一高さを維持しながら研磨してそれぞれの光導波路に軸方向に延びる平坦面を形成するステップと、前記平坦面上に直接又は他の層を介して、発光層を有する発光素子を形成するステップとを備えている。   The manufacturing method of the present invention provides an optical waveguide array structure in which a plurality of cylindrical optical waveguides are arranged on a base substrate in parallel with each other at regular intervals and fixed at the same height, and all the optical waveguides are prepared. A flat surface extending in the axial direction in each optical waveguide by polishing while maintaining the same height, and a light emitting element having a light emitting layer directly on the flat surface or via another layer Forming a step.

本発明の光照射光学装置では、複数配置された光導波路の軸に沿って形成された平坦面から発光素子により光を導入するので、従来のように光導波路の長手方向の端面のみから光入射させる方法に比べると、コア部の上面の面積は格段に広いため、光入射面積が例えば３桁以上というように桁違いに大きくなり、それにもとなって出射される光量も格段に多くなる。高い光量が得られると、例えば、プリンターの感光体材料に光導波路の端面形状に対応したドットのデジタル光情報の書込みが可能になる。   In the light irradiation optical device according to the present invention, light is introduced from a flat surface formed along the axis of a plurality of optical waveguides, so that light is incident only from the end surface in the longitudinal direction of the optical waveguide as in the past. Compared with this method, the area of the upper surface of the core portion is remarkably large, so that the light incident area is remarkably large, for example, 3 digits or more, and the amount of light emitted is also remarkably increased. When a high amount of light is obtained, for example, it becomes possible to write digital optical information of dots corresponding to the shape of the end face of the optical waveguide on the photosensitive material of the printer.

本発明の製造方法は、光導波路アレイ構造体を加工するので、既に安価に市販されている光ファイバアレイ構造体（セルフォックレンズ（登録商標）を含む）などを出発材料とすることができ、光ファイバアレイ構造体などの光導波路の上層部を研摩加工することで容易に製作することができるので、安価に量産製品を供給できる。
また、そのような光ファイバアレイ構造体を幅方向に複数個並べることによって光照射幅を広げることができるので、その場合には広幅の光照射光学装置を実現することができる。 Since the manufacturing method of the present invention processes an optical waveguide array structure, an optical fiber array structure (including a SELFOC lens (registered trademark)) that is already commercially available at a low cost can be used as a starting material. Since it can be easily manufactured by polishing the upper layer portion of the optical waveguide such as an optical fiber array structure, a mass-produced product can be supplied at low cost.
In addition, since the light irradiation width can be increased by arranging a plurality of such optical fiber array structures in the width direction, a wide light irradiation optical device can be realized in that case.

また、光ファイバアレイ構造を使用すれば、位置決め用Ｖ溝、高屈折率線状材料と低屈折率材料が３次元構造を構成するため、材料（屈折率）の選定範囲が広く、かつ位置決め精度も高い。材料（屈折率）の選定範囲が広いことから、例えば発光素子として有機ＥＬ素子を形成する場合には、有機ＥＬ層の屈折率に合わせてコア材料の屈折率を選択できるので、光の利用効率が高い。   Also, if an optical fiber array structure is used, the positioning V-groove, the high refractive index linear material and the low refractive index material form a three-dimensional structure, so the selection range of materials (refractive index) is wide and positioning accuracy is high. Is also expensive. Since the selection range of the material (refractive index) is wide, for example, when an organic EL element is formed as a light emitting element, the refractive index of the core material can be selected in accordance with the refractive index of the organic EL layer. Is expensive.

光ファイバアレイ構造は高密度配列のものを入手するのも容易である。そのため、例えば、光ファイバアレイ構造として配列ピッチ約１０μｍのものを使用すれば２５００ｄｐｉ、配列ピッチ約４２μｍのものでは６００ｄｐｉのヘッドとなり、高密度光プリンター用ヘッドが容易に供給できる。各種印刷密度に応じて、所望のピッチのヘッドを製作するのが容易である。   It is easy to obtain an optical fiber array structure having a high density array. Therefore, for example, if an optical fiber array structure having an arrangement pitch of about 10 μm is used, a head having a resolution of 2500 dpi and an arrangement pitch of about 42 μm will be 600 dpi, and a head for a high-density optical printer can be easily supplied. It is easy to manufacture a head having a desired pitch according to various printing densities.

図１に一実施例の光照射光学装置である光プリンタヘッドを示す。
２はベース基板であり、紙面垂直方向に延びる板状の部材である。ベース基板２の表面には光ファイバ構造体を固定するための断面形状がＶ字形のＶ溝４が、一定の間隔で、複数個紙面垂直方向に延びて形成されている。基板２としては石英、ガラス基板、シリコン基板などを用いることができる。Ｖ溝４の配列ピッチは例えば１００μｍ、４２μｍ、１０μｍなどである。本発明で使用するＶ溝は、その加工プロセスからピッチ及び斜面角度は高精度に製作可能である。具体的には、ピッチは±０.２μｍ、斜面角度は±０.０１°程度に加工された製品が市販されている。このため、そのようなＶ溝製品を固定用基材として使用すれば、光ファイバ構造体の中心位置精度は中心±０.２μｍの高精度に位置決めすることが可能である。この位置精度は、コア部とクラッド部からなる、いわゆる市販光ファイバでも、コア部を構成する光ファイバ構造体であっても、いずれのタイプであってもＶ溝に固定することで高精度位置決めが可能となる。 FIG. 1 shows an optical printer head which is a light irradiation optical apparatus according to an embodiment.
Reference numeral 2 denotes a base substrate, which is a plate-like member extending in the direction perpendicular to the paper surface. On the surface of the base substrate 2, a plurality of V-shaped grooves 4 having a V-shaped cross-section for fixing the optical fiber structure are formed at regular intervals extending in the direction perpendicular to the paper surface. As the substrate 2, quartz, a glass substrate, a silicon substrate, or the like can be used. The arrangement pitch of the V grooves 4 is, for example, 100 μm, 42 μm, 10 μm, or the like. The V-groove used in the present invention can be manufactured with high accuracy in terms of pitch and slope angle from the processing process. Specifically, products with a pitch of ± 0.2 μm and a slope angle of about ± 0.01 ° are commercially available. For this reason, if such a V-groove product is used as a base material for fixing, the center position accuracy of the optical fiber structure can be positioned with a high accuracy of the center ± 0.2 μm. This positional accuracy is high-precision positioning by fixing it to the V-groove regardless of what type of optical fiber structure is a so-called commercial optical fiber consisting of a core part and a clad part, or an optical fiber structure constituting the core part. Is possible.

各Ｖ溝４には１個ずつの光ファイバ構造体６が配置され、光ファイバ構造体６は低屈折率の樹脂８によりＶ溝４内に固定されている。隣接する光ファイバ構造体６間にも低屈折率の樹脂８が充填されている。光ファイバ構造体６は中心部（コア部）の屈折率が１.６９のＳ−ＴＩＭ３５材料にてなり、周辺部がそれより屈折率の低いクラッド層となっている。樹脂８としては、例えば紫外線硬化型樹脂を用いることができる。   One optical fiber structure 6 is disposed in each V-groove 4, and the optical fiber structure 6 is fixed in the V-groove 4 by a resin 8 having a low refractive index. A resin 8 having a low refractive index is also filled between adjacent optical fiber structures 6. The optical fiber structure 6 is made of an S-TIM 35 material having a refractive index of 1.69 at the central portion (core portion), and a cladding layer having a lower refractive index at the peripheral portion. As the resin 8, for example, an ultraviolet curable resin can be used.

光ファイバ構造体６はその円柱の一部が軸方向に沿って切断された形状に形成されており、それぞれの光ファイバ構造体６の平坦面１０が同一平面になるように配置されている。光ファイバ構造体６ではコア部が平坦面１０に露出している。光ファイバ構造体６間の樹脂８も光ファイバ構造体６の平坦面１０と同一平面になるように高さが揃えられて、平坦面１０と樹脂８の表面により１つの平坦面を形成している。   The optical fiber structures 6 are formed in a shape in which a part of the cylinder is cut along the axial direction, and the flat surfaces 10 of the respective optical fiber structures 6 are arranged so as to be on the same plane. In the optical fiber structure 6, the core portion is exposed on the flat surface 10. The height of the resin 8 between the optical fiber structures 6 is also made to be flush with the flat surface 10 of the optical fiber structure 6, and one flat surface is formed by the flat surface 10 and the surface of the resin 8. Yes.

光ファイバ構造体６の平坦面１０上には屈折率調整層１２を介して発光層１４が形成されている。発光層１４は有機ＥＬ発光層である。発光層１４から発生した光は屈折率調整層１２を介してそれぞれの光ファイバ構造体６のコア部に導かれる。   A light emitting layer 14 is formed on the flat surface 10 of the optical fiber structure 6 via a refractive index adjustment layer 12. The light emitting layer 14 is an organic EL light emitting layer. Light generated from the light emitting layer 14 is guided to the core portion of each optical fiber structure 6 through the refractive index adjustment layer 12.

発光層１４の屈折率が光ファイバ構造体６のコア部の屈折率と同じ場合は、屈折率調整層１２は不要である。例えば、中心部（コア部）の屈折率が１.９２のＳ−ＮＰＨ２材料にてなる場合は、屈折率調整層は形成する必要がなく、研磨された中心部（コア部）上に発光層を直接形成することができる。すなわち、導波路の屈折率が１.９２、その上の発光層の屈折率が１.９２から１.９４である。
光ファイバ構造体６のコア部の屈折率が発光層１４の屈折率よりも低い場合は、両者間に介在している中間屈折率を有する屈折率調整層１２は１００ｎｍ以上の膜厚を有し、光ファイバ構造体６から発光層１４の方向に向かって、光ファイバ構造体６のコアの屈折率に近い屈折率から発光層１４の屈折率に近い屈折率となるように徐々に屈折率が変化するように、膜厚方向に屈折率の分布をもっている。 When the refractive index of the light emitting layer 14 is the same as the refractive index of the core portion of the optical fiber structure 6, the refractive index adjustment layer 12 is not necessary. For example, in the case where the refractive index of the central portion (core portion) is made of S-NPH2 material having a refractive index of 1.92, it is not necessary to form a refractive index adjusting layer, and the light emitting layer is formed on the polished central portion (core portion). Can be formed directly. That is, the refractive index of the waveguide is 1.92, and the refractive index of the light emitting layer thereon is 1.92 to 1.94.
When the refractive index of the core portion of the optical fiber structure 6 is lower than the refractive index of the light emitting layer 14, the refractive index adjustment layer 12 having an intermediate refractive index interposed therebetween has a thickness of 100 nm or more. From the optical fiber structure 6 toward the light emitting layer 14, the refractive index gradually increases from the refractive index close to the refractive index of the core of the optical fiber structure 6 to the refractive index close to the refractive index of the light emitting layer 14. As it changes, it has a refractive index distribution in the film thickness direction.

屈折率調整層１２としては無機材料を使用する。そのような無機材料の一例は、シリコン酸化物と金属酸化物とを交互に繰り返して製膜した積層体のように複数原材料の繰返しによって得られる中間屈折率材料からなるものであり、原材料の繰返し成膜回数と酸化度合いによって屈折率が変更可能なものである。そのような無機材料層は、例えば、ＳｉＯ2の成膜時に微量に屈折率変更材料、例えばＴｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5などの単体又は複合材料、を混合することによって形成することができる。無機材料層は膜厚方向に屈折率が徐々に変化する層構造とすることも、また互いに屈折率の異なる複数層が積層されたものとすることできる。 An inorganic material is used as the refractive index adjustment layer 12. An example of such an inorganic material is an intermediate refractive index material obtained by repeating a plurality of raw materials, such as a laminate in which silicon oxide and metal oxide are alternately and repeatedly formed. The refractive index can be changed according to the number of times of film formation and the degree of oxidation. Such an inorganic material layer can be formed, for example, by mixing a small amount of a refractive index changing material, for example, a single material or a composite material such as TiO 2 and Ta 2 O 5 during the formation of SiO 2 . The inorganic material layer may have a layer structure in which the refractive index gradually changes in the film thickness direction, or a plurality of layers having different refractive indexes may be laminated.

膜厚方向に屈折率が徐々に変化する層構造は、膜厚方向に対して混合する材料成分を徐々に増加又は減少させるように濃度分布をもたせることによって形成することができる。
また、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｔａの酸化度を変更することでも、屈折率変化構造を形成することができる。すなわち、例えば、ＴｉＯｎ（ｎは２以下の実数：すなわち、Ｔｉ〜ＴｉＯ2までの酸化の程度）を制御することで、屈折率を変更することができる。ＴｉＯｎの場合はｎが大きくなると屈折率は小さくなる。
屈折率の異なる複数層が積層された無機材料層を形成する１つの方法は、膜厚方向に対して、例えば２段階、３段階というように段階的に分けて材料成分濃度を変更して段階的屈折率分布をもたせる方法である。例えば、１層目から３層目までの各層はＳｉＯ2とＮｂ2Ｏ3の混合膜で、上に行くに従ってＮｂ2Ｏ3濃度が高くなるように形成されたものである。具体的には、１層目に導波路構造体に最も近い（直上の）膜で、Ｎｂ2Ｏ3を２８％、ＳｉＯ2を７２％含む膜を成膜し、２層目にＮｂ2Ｏ3を３５％、ＳｉＯ2を６５％含む膜を成膜し、３層目にＮｂ2Ｏ3を４７％、ＳｉＯ2を５３％含む膜を成膜する。すなわち、導波路の屈折率が１.６９、その上の１層目の膜の屈折率が１.７４、２層目の膜の屈折率が１.８３、３層目の膜の屈折率が１.８９である。 A layer structure in which the refractive index gradually changes in the film thickness direction can be formed by providing a concentration distribution so that the material components mixed in the film thickness direction are gradually increased or decreased.
Also, the refractive index changing structure can be formed by changing the oxidation degree of Nb, Ti, and Ta. That is, for example, TiON (n is 2 or less real: namely, Ti～TiO degree of oxidation to 2) by controlling the can change the refractive index. In the case of TiOn, the refractive index decreases as n increases.
One method of forming an inorganic material layer in which a plurality of layers having different refractive indexes is laminated is by changing the concentration of material components in stages, for example, in two stages or three stages in the film thickness direction. This is a method for providing a refractive index distribution. For example, each layer from the first layer to the third layer is a mixed film of SiO 2 and Nb 2 O 3 and is formed so that the Nb 2 O 3 concentration increases as it goes upward. Specifically, the closest (immediately above) film waveguide structure in the first layer, Nb 2 O 3 28%, by forming a film containing SiO 2 72% 2-layer Nb 2 O A film containing 35% 3 and 65% SiO 2 is formed, and a film containing 47% Nb 2 O 3 and 53% SiO 2 is formed as the third layer. That is, the refractive index of the waveguide is 1.69, the refractive index of the first layer film is 1.74, the refractive index of the second layer film is 1.83, and the refractive index of the third layer film is 1.89.

屈折率の異なる複数層が積層された無機材料層を形成する他の方法は、膜厚方向に対して、例えば２段階、３段階というように段階的に分けて材料成分の組合わせを変更して段階的屈折率分布をもたせる方法である。例えば、１層目がＳｉＯ2とＴａ2Ｏ3の混合膜、２層目がＳｉＯ2とＴｉＯ2の混合膜、３層目がＳｉＯ2層となっているような構成のものである。 Another method for forming an inorganic material layer in which a plurality of layers having different refractive indexes is laminated is to change the combination of material components in stages, for example, in two steps or three steps in the film thickness direction. This is a method of providing a graded refractive index distribution. For example, the first layer is a mixed film of SiO 2 and Ta 2 O 3 , the second layer is a mixed film of SiO 2 and TiO 2 , and the third layer is a SiO 2 layer.

発光層１４は膜厚が約０．１μｍの有機ＥＬ発光層であり、各ラインの光ファイバ構造体６ごとに分離して形成されている。隣接する発光層１４間には、図１では便宜上詳細の説明を割愛しているが、駆動用回路１６が形成されている。
The light emitting layer 14 is an organic EL light emitting layer having a thickness of about 0.1 μm, and is formed separately for each optical fiber structure 6 of each line. A driving circuit 16 is formed between the adjacent light emitting layers 14 although the detailed description is omitted in FIG. 1 for convenience.

発光層１４と駆動回路１６上には各発光層１４に共通の電極となるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）や酸化スズ（ＳｎＯ2）などの透明導電膜（透明電極）１８が形成されている。透明導電膜１８上にはキャップ層（メタルカソード（金属電極からなる陰極））２０となる薄膜が形成されている。キャップ層２０はマグネシウムやアルミニウムなどのアルカリ金属やアルカリ金属酸化物からなり、カソード（陰極）の作用をするものである。 On the light emitting layer 14 and the drive circuit 16, a transparent conductive film (transparent electrode) 18 such as ITO (Indium Tin Oxide) or tin oxide (SnO 2 ), which is a common electrode for each light emitting layer 14, is formed. A thin film that becomes a cap layer (metal cathode (cathode made of a metal electrode)) 20 is formed on the transparent conductive film 18. The cap layer 20 is made of an alkali metal such as magnesium or aluminum, or an alkali metal oxide, and functions as a cathode (cathode).

図示は省略されているが、発光層１４を挟んでＥＬ発光素子を形成するために、発光層１４と屈折率調整層１２の間にもＩＴＯや酸化スズなど透明電極が形成されており、発光層１４の間の領域には、各発光素子を駆動するための駆動回路が形成されている。   Although not shown, a transparent electrode such as ITO or tin oxide is formed between the light emitting layer 14 and the refractive index adjusting layer 12 in order to form an EL light emitting element with the light emitting layer 14 interposed therebetween. A drive circuit for driving each light emitting element is formed in a region between the layers 14.

次に図２を参照してこの実施例の光照射光学装置を製造する方法について説明する。
同図（Ａ）は、この製造工程のスタート構造となる光導波路アレイ構造体を示したものである。ベース基板２の表面に形成されたＶ溝４のそれぞれに１本ずつの光ファイバ構造体６が配置され、低屈折率の樹脂８により固定されている。光ファイバ構造体６をベース基板２の反対側から固定するために光ファイバカバー２２が低屈折率樹脂８により光ファイバ構造体６上に固着されている。このような光導波路アレイ構造体は光ファイバコネクタなどとして市販されており、種々のピッチのものを入手することも製造することもできる。 Next, a method for manufacturing the light irradiation optical device of this embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 2A shows an optical waveguide array structure which is the starting structure of this manufacturing process. One optical fiber structure 6 is disposed in each of the V-grooves 4 formed on the surface of the base substrate 2 and is fixed by a resin 8 having a low refractive index. In order to fix the optical fiber structure 6 from the opposite side of the base substrate 2, an optical fiber cover 22 is fixed on the optical fiber structure 6 with a low refractive index resin 8. Such an optical waveguide array structure is commercially available as an optical fiber connector or the like, and can be obtained or manufactured in various pitches.

同図（Ｂ）に示されるように、光導波路アレイ構造体のカバー２２から研磨をしていく。研磨はＣＭＰ（化学的機械的研磨）法により実行することができる。研磨はカバー２２を全て研磨により除去し、ａ→ｂ→ｃと光ファイバ構造体６の中心付近まで研磨していく。光ファイバ構造体６の研磨と同時に樹脂８も研磨されていき、光ファイバ構造体６の平坦面と樹脂８の平坦面が同一平面を形成しながら徐々に研磨されていく。同図（Ｂ）の太い鎖線ｃで示されるレベル、すなわち光ファイバ構造体６の中心付近、まで研磨を行なったところで、研磨工程を終了する。   As shown in FIG. 5B, polishing is performed from the cover 22 of the optical waveguide array structure. Polishing can be performed by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. For polishing, the cover 22 is entirely removed by polishing, and polishing is performed up to the center of the optical fiber structure 6 such as a → b → c. The resin 8 is also polished simultaneously with the polishing of the optical fiber structure 6, and the flat surface of the optical fiber structure 6 and the flat surface of the resin 8 are gradually polished while forming the same plane. When the polishing is performed up to the level indicated by the thick chain line c in FIG. 5B, that is, the vicinity of the center of the optical fiber structure 6, the polishing process is finished.

その後、研磨された平坦面上に屈折率調整層１２をスパッタリング法などにより形成し、その上に図１に示されるように発光層１４となる有機ＥＬ構造を光ファイバ構造体６のピッチに合致する寸法で形成し、発光層１４間に駆動回路１６を形成し、発光層１４と駆動回路１６上に透明導電膜１８及びキャップ（メタルカソード）層２０をスパッタリング法や蒸着法により形成する。   After that, the refractive index adjusting layer 12 is formed on the polished flat surface by sputtering or the like, and the organic EL structure that becomes the light emitting layer 14 matches the pitch of the optical fiber structure 6 as shown in FIG. The driving circuit 16 is formed between the light emitting layers 14 and the transparent conductive film 18 and the cap (metal cathode) layer 20 are formed on the light emitting layer 14 and the driving circuit 16 by a sputtering method or a vapor deposition method.

その後、その光導波路アレイ構造体を所望の長さに切断し、光導波路アレイ構造体の両端面をＣＭＰ法により研磨する。一方の端面は光の出射面となる。他方の端面にはアルミニウム膜を蒸着法により形成して反射面とする。
このようにして、図１の実施例の光照射光学装置が得られる。 Thereafter, the optical waveguide array structure is cut to a desired length, and both end faces of the optical waveguide array structure are polished by CMP. One end surface serves as a light exit surface. On the other end face, an aluminum film is formed by vapor deposition to form a reflecting face.
In this way, the light irradiation optical device of the embodiment of FIG. 1 is obtained.

実施例では、説明を簡単にするために光導波路として光ファイバ構造体の例を挙げている。しかし本発明は、加工初期構造の光導波路は光ファイバ構造体に限定されるものではない。例えば、「高屈折率の線状材料をＶ溝上に低屈折率材料で固定する方法で得られる構造」や位置合わせされた一次元或いは二次元形「屈折率分布型光伝播光学部品」（日本板硝子製：セルフォックレンス゛に代表される）でも同様の効果が得られる。   In the embodiment, an example of an optical fiber structure is given as an optical waveguide for easy explanation. However, in the present invention, the optical waveguide having the initial structure is not limited to the optical fiber structure. For example, “a structure obtained by fixing a high-refractive-index linear material on a V-groove with a low-refractive-index material” or an aligned one-dimensional or two-dimensional “index-distributed light-propagating optical component” (Japan) The same effect can be obtained with plate glass (represented by SELFOCENCE).

本発明の光照射光学装置は、光プリンター用ヘッドなどとして利用することができる。   The light irradiation optical device of the present invention can be used as an optical printer head or the like.

一実施例の光プリンター用ヘッドを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the head for optical printers of one Example. 同実施例の光プリンター用ヘッドを製作する方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the method of manufacturing the head for optical printers of the Example.

符号の説明Explanation of symbols

２ ベース基板
４ Ｖ溝
６ 光ファイバ構造体
８ 低屈折率の樹脂
１０ 光ファイバ構造体の平坦面
１２ 屈折率調整層
１４ 発光層
１６ 駆動回路
１８ 透明導電膜
２０ キャップ層
2 Base substrate 4 V groove 6 Optical fiber structure 8 Low refractive index resin 10 Flat surface of optical fiber structure 12 Refractive index adjustment layer 14 Light emitting layer 16 Drive circuit 18 Transparent conductive film 20 Cap layer

Claims (12)

円柱を軸に沿って切断して平坦面を形成した形状を有する複数の光導波路が、ベース基板に一定間隔で互いに平行に、かつそれぞれの前記平坦面が同一平面内にあるように配置されており、該光導波路は端面に光出射面をもち、前記平坦面から導入された光をその光出射面から出射するものとなっている光導波路部と、
前記平坦面上に直接又は他の層を介して配置されて一体化され、前記平坦面から前記光導波路に光を導入するための発光層を有する発光素子と、を備えていることを特徴とする光照射光学装置。 A plurality of optical waveguides having a shape in which a flat surface is formed by cutting a cylinder along an axis are arranged in parallel to each other at a constant interval on the base substrate, and each of the flat surfaces is in the same plane. The optical waveguide has a light exit surface at an end surface, and an optical waveguide portion configured to emit light introduced from the flat surface from the light exit surface;
A light-emitting element that is disposed on and integrated with the flat surface directly or via another layer and has a light-emitting layer for introducing light from the flat surface into the optical waveguide. Light irradiation optical device. 前記光導波路は周辺部に中心部領域よりも相対的に低屈折率の領域をもち、前記中心部領域が前記平坦面に露出している請求項１に記載の光照射光学装置。 2. The light irradiation optical device according to claim 1, wherein the optical waveguide has a region having a refractive index relatively lower than that of a central region in a peripheral portion, and the central region is exposed on the flat surface. 前記光導波路の中心部領域は所定の屈折率をもつコア層を形成し、前記周辺部領域はそれよりも低屈折率のクラッド層を形成しており、前記コア層とクラッド層との間の屈折率差が０．１５以上である請求項２に記載の光照射光学装置。 The central region of the optical waveguide forms a core layer having a predetermined refractive index, and the peripheral region forms a clad layer having a lower refractive index than the core layer. The light irradiation optical apparatus according to claim 2, wherein the difference in refractive index is 0.15 or more. 前記光導波路は均一な屈折率をもち、前記平坦面を除いて前記光導波路よりも相対的に低屈折率の樹脂層により前記ベース基板に固定されている請求項１に記載の光照射光学装置。 The light irradiation optical apparatus according to claim 1, wherein the optical waveguide has a uniform refractive index and is fixed to the base substrate by a resin layer having a refractive index relatively lower than that of the optical waveguide except for the flat surface. . 前記光導波路と前記樹脂層との間の屈折率差が０．１５以上である請求項４に記載の光照射光学装置。 The light irradiation optical apparatus according to claim 4, wherein a refractive index difference between the optical waveguide and the resin layer is 0.15 or more. 前記光導波路と発光素子との間には両者の屈折率の間の大きさの屈折率をもつ屈折率調整層が設けられている請求項１から５のいずれかに記載の光照射光学装置。 The light irradiation optical device according to claim 1, wherein a refractive index adjustment layer having a refractive index between the refractive indexes of the two is provided between the optical waveguide and the light emitting element. 前記屈折率調整層の屈折率は前記光導波路から発光素子方向に徐々に高くなっている請求項６に記載の光照射光学装置。 The light irradiation optical apparatus according to claim 6, wherein a refractive index of the refractive index adjustment layer is gradually increased from the optical waveguide toward a light emitting element. 前記屈折率調整層は無機材料で構成され１００ｎｍ以上の膜厚を有する請求項６又は７に記載の光照射光学装置。 The light irradiation optical device according to claim 6 or 7, wherein the refractive index adjustment layer is made of an inorganic material and has a thickness of 100 nm or more. 前記発光素子は前記光導波路に対して１対１の関係で配置されている請求項１から８のいずれかに記載の光照射光学装置。 The light emitting optical device according to claim 1, wherein the light emitting elements are arranged in a one-to-one relationship with the optical waveguide. 前記発光素子は有機ＥＬ素子である請求項１から９のいずれかに記載の光照射光学装置。 The light emitting optical device according to claim 1, wherein the light emitting element is an organic EL element. 前記光導波路の両端面のうち、光が出射する端面は光学平面であり、他方の端面は光反射面となっている請求項１から１０のいずれかに記載の光照射光学装置。 The light irradiation optical device according to any one of claims 1 to 10, wherein, of both end faces of the optical waveguide, an end face from which light is emitted is an optical plane, and the other end face is a light reflecting surface. ベース基板に複数の円柱状光導波路が一定間隔で互いに平行に、かつそれぞれ同一高さに配置されて固定された光導波路アレイ構造体を用意し、
すべての前記光導波路に対して同一高さを維持しながら研磨してそれぞれの光導波路に軸方向に延びる平坦面を形成するステップと、
前記平坦面上に直接又は他の層を介して、発光層を有する発光素子を形成するステップと、を備えたことを特徴とする光照射光学装置の製造方法。
An optical waveguide array structure is prepared in which a plurality of cylindrical optical waveguides are arranged on a base substrate in parallel with each other at regular intervals and fixed at the same height,
Polishing while maintaining the same height for all the optical waveguides to form axially extending flat surfaces in the respective optical waveguides;
Forming a light-emitting element having a light-emitting layer directly on the flat surface or via another layer.
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