JP2007127934A - 通信用発光装置及びその製造方法並びに通信システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光ファイバ2の端部側面をフィルムで覆うことで長手方向に延びた筒状の空洞部の中に第一樹脂を滴下し、光ファイバ2の長手方向を軸として該光ファイバ2を回転し、第一樹脂に略半球状の凹面を形成しながら当該第一樹脂を硬化して上面に凹部をなす第一領域11を形成する。次に、第一領域11の中に、第一樹脂より屈折率が高い第二樹脂を滴下し、硬化して下面に凸部をなす第二領域12を形成する。そして、フィルムの除去後、レンズ部3を構成する第二領域12の上に、透明導電膜からなる陽極13、発光層14、陰極15を順に重ねて構成するEL素子部4を形成し、通信用発光装置1とする。
【選択図】図1
Description
また、半導体レーザでは、発光材料が限定されるため、発光波長も限定される。ところが、通信システムで用いられる光ファイバなどの光導波路材料は、石英ガラスやポリイミドなど多種多様であり、それぞれの材料で、もっとも透過率の良い波長で通信することが望ましく、ある程度任意の波長で発光できる通信用発光装置が望まれている。
有機EL素子が通信用途として十分な機能を有していることは、たとえば、光導波路の一端に形成された45度全反射マイクロミラーの上に有機EL素子を形成し、青、緑、黄、赤の4波長での有機EL素子の応答特性の評価を行った結果から明らかである(非特許文献1参照)。
また、有機EL素子を用いた発光装置としては、コア層およびクラッド層とを備える光ファイバの端面に、前記コア層および前記クラッド層の少なくとも一方と連続的に有機EL素子部を設けた通信用の発光装置に関する発明が説明されている(特許文献1参照)。
ところが従来の技術において、あらかじめレンズを作製し、それを有機EL素子と光ファイバ端面の間に実装することで作製する通信用発光装置では、光ファイバ端面に、レンズと有機EL素子とを精度良く位置合わせをした後、固定しなければならず、複雑な工程が必要になってしまう。そのため、安価な通信用発光装置をつくることは困難であった。
また、本発明は、光ファイバ端面にレンズとEL素子とが精度良く備えられた通信用発光装置を、複雑な工程を要することなく、容易かつ安価に製造することができる方法を提供することを目的とする。
図1及び図2は、共に本実施形態の通信用発光装置を示す断面図である。
まず、図1及び図2に示すとおり、本実施形態における通信用発光装置1(1A,1B)は、光ファイバ2と、当該光ファイバ2の端面2aに重ねて配置されたレンズ部3と、当該レンズ部3の端面3aに順に重ねて配置されたEL素子部4(4A,4B)から構成される。
また、光の伝送特性を向上させるために、中心部のコアと、その周囲を覆うクラッドの二重構造から構成される、コア・クラッド構造を有する光ファイバを用いることもできる。この場合、クラッドはコアに比べて屈折率の低い材料で構成される。たとえば石英ガラスからなる光ファイバでは、コア部分にGe等の元素を添加してコア部分の屈折率高めることで、相対的にクラッドを構成する石英ガラスの屈折率を低くすることができる。光ファイバ2は、光信号の伝送速度が1〜300Mbpsの範囲で使用される。
また、ポリエチレンメタクリエートからなるプラスチック光ファイバでは、ポリエチレンメタクリエートより屈折率の低いフッ化ビニリデン、パーフルオロメタクリレート等の材料をクラッドに用いる。
これによりレンズ部3は、EL素子部4から出射した光信号を前記第二領域32にて効率良く集光して光ファイバ2端面へ入射する光量を増加させ、EL素子部4と光ファイバ2との光結合効率を向上させることを可能とする。
EL素子部4(4A,4B)は、レンズ部3の第二領域12側から順に、透明電極(陽極)13、発光層14、陰極15という構成になっている。
透明電極13は、高導電性と高透過性からITO(スズ添加酸化インジウム)、IZO(亜鉛添加酸化インジウム)、AZO(アルミニウム添加酸化亜鉛)などの材料を用いることができる。
透明電極13の製造方法としては特に制限はされないが、スパッタ法、インクジェット法、スピンコート法などを用いることができる。インクジェット法、スピンコート法では、透明電極材料の微粒子をバインダーに分散し、塗布後に加熱して脱脂することで透明電極13を形成することができる。また、たとえばITO膜を形成する場合、塩化インジウムと塩化スズのエタノール溶液を塗布し、加熱することでも透明電極13を形成することができる。この透明電極13は、優れた導電性および透過性を兼ね備える厚さ、すなわち、150nm〜300nm程度の薄膜が好ましい形態である。
陰極15を形成する製造方法は特に制限されないが、蒸着法、スパッタ法を用いることで、発光層14への接着性、導電性に優れる電極を形成することができる。
まず、図3に示すように、平坦な端面2aをもつ光ファイバ2を準備する。図3は、通信用発光装置1で用いる光ファイバ2を示す(A)平面図と、(B)この平面図に示すI−I線断面図である。
次に、図4に示
すように、光ファイバ2の端部側面をフィルム5で覆って長手方向に筒状の空洞部6を形成する。図4は、光ファイバ2の端部をフィルム5で覆った状態を示す(A)平面図と、(B)この平面図に示すII−II線断面図である。筒状の空洞部6は、光ファイバ2の端部側面にフィルム5を筒状に巻き付けるたり、予め筒状に形成されたフィルム(キャップ)5を光ファイバ2の端部に取り付けたりすることにより形成できる。
また、第一樹脂7の硬化方法は、特に制限されない。たとえば熱をかけることで硬化する熱硬化性樹脂や、紫外線を照射することで硬化するUV硬化樹脂、空気中の水分と反応して硬化するタイプの硬化型樹脂を用いることができる。
そして、このように回転した状態で前記第一樹脂7を硬化し、上面に凹部をなす第一領域11を形成する。第一樹脂7の硬化は、たとえばUV硬化型樹脂を用いた場合であれば、上部から所定の強度の紫外光を照射し、表面を半球状の凹面状に硬化する。
また、光ファイバ2を回転させ、第一樹脂7の表面を遠心力で凹面状に保持する際、光ファイバ2の回転数を制御することで、凹面部31の形状をコントロールし、レンズ形状を変えることができる。ゆえに、上述した第一領域11と、後述する第二領域12とによって構成されるレンズ部3は、有機EL素子部4と光ファイバ2との光結合効率を制御する機能をもつ。有機EL素子部4と光ファイバ2との光結合効率としては、例えば、直径500mmの光ファイバの場合、約50%〜90%の範囲が好ましい。
また、第二樹脂8の硬化方法は、特に制限されない。たとえば熱をかけることで硬化する熱硬化性樹脂や、紫外線を照射することで硬化するUV硬化樹脂、空気中の水分と反応して硬化するタイプの硬化型樹脂を用いることができる。
なお、フィルム5の除去後、必要に応じて、第二樹脂8からなる第二領域12の表面12aを研磨しても良い。
以上によって、光ファイバ2の端面2aに、レンズ部3と、有機EL素子部4を備えた通信用発光素子1を、精度良く、安価に作製することができる。
以上の工程で、プラスチックファイバの端面に、レンズ部と有機EL素子部を備えた通信用発光装置を作製した。
検討の結果、有機EL素子部に直流電流9.8mAを印加して発光させた際の有機EL素子部とプラスチックファイバとの光結合効率は72%であり、非常に高効率で結合させることができた。
まず、コア部がポリエチレンメタクリエートであり、クラッド部がパーフルオロメタクリレートからなる、コア・クラッド構造を有する直径500μmのプラスチックファイバを準備した。次いで、このプラスチックファイバの両端面を、#3000、#7500、#15000の粗さの回転式研磨盤を順次用いてそれぞれ研磨した。研磨後のプラスチックファイバの長さは、200mmであった。そして、このプラスチックファイバの片方の先端をフィルムで覆い、当該プラスチックファイバの長手方向に筒状の空洞部を形成した。
以上の工程で、プラスチックファイバの端面に、有機EL素子部を備えた通信用発光装置を作製した。
その結果、有機EL素子部に直流電流9.8mAを印加して発光させた際の有機EL素子部とプラスチックファイバとの光結合効率は24%であり、高い結合効率を得ることができなかった。
Claims (11)
- 光ファイバの端面にレンズ部とEL素子部を順に重ねて配置してなる通信用発光装置であって、
前記レンズ部は、前記光ファイバと同じ外径を有する円筒形をなしており、略半球状の界面により区分される、前記光ファイバ側に位置して該界面において凹部をなす第一領域と前記EL素子部側に位置して該界面において凸部をなす第二領域とから構成され、前記第二領域が前記第一領域より高い屈折率をもつことを特徴とする通信用発光装置。 - 前記EL素子部は、前記レンズ部側に透明導電膜からなる陽極を配し、さらに該陽極の上に単層膜又は積層膜からなる発光層と、陰極とを順に重ねた構成であることを特徴とする請求項1に記載の通信用発光装置。
- 前記光ファイバは、コア・クラッド構造を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の通信用発光装置。
- 前記光ファイバは、石英ガラス、ポリエチレンメタクリエート、メチルメタアクリレートから選択される材料であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の通信用発光装置。
- 前記第一領域は、フッ素元素を含む硬化型樹脂からなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の通信用発光装置。
- 前記第一領域は、屈折率が1.3〜1.4であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の通信用発光装置。
- 前記第二領域は、屈折率が1.4〜1.7であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の通信用発光装置。
- 前記レンズ部は、前記光ファイバと前記EL素子部の間の光結合効率を制御する機能をもつことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の通信用発光装置。
- 光信号の伝送速度が1〜300Mbpsの範囲で使用されることを特徴とする請求項8に記載の通信用発光装置。
- 光ファイバの端部側面をフィルムで覆って長手方向に筒状の空洞部を形成する工程と、
前記空洞部の中に第一樹脂を滴下し、前記光ファイバの長手方向を軸として当該光ファイバを回転させ、前記第一樹脂に略半球状の凹面を形成しながら当該第一樹脂を硬化させて上面に凹部をなす第一領域を形成する工程と、
前記第一領域の中に、前記第一樹脂より屈折率が高い第二樹脂を滴下し、硬化させて下面に凸部をなす第二領域を形成する工程と、
前記フィルムを取り除いた後、レンズ部を構成する前記第二領域の上に、透明導電膜からなる陽極、単層膜又は積層膜からなる発光層と、陰極とを順に重ねて構成するEL素子部を形成する工程と、
を少なくとも有することを特徴とする通信用発光装置の製造方法。 - 光ファイバの端面にレンズ部とEL素子部を順に重ねて配置してなる通信用発光装置であって、前記レンズ部は、前記光ファイバと同じ外径を有する円筒形をなしており、略半球状の界面により区分される、前記光ファイバ側に位置して該界面において凹部をなす第一領域と前記EL素子部側に位置して該界面において凸部をなす第二領域とから構成され、前記第二領域が前記第一領域より高い屈折率をもつ通信用発光装置を用いたことを特徴とする通信システム。
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