JP2010019895A - 光電気複合配線 - Google Patents

Abstract

【課題】伝送特性と可撓性に優れた光電気複合配線を提供する。
【解決手段】面に沿わせた電気配線２を有し一部が厚み方向に湾曲可能なフレキシブル基板３と、該フレキシブル基板３の片面に搭載されて反対面に向けて光を出射する発光素子４と、上記フレキシブル基板３の上記片面に搭載されて反対面からの光を受光する受光素子５と、上記フレキシブル基板３の反対面に上記発光素子４に臨ませて搭載されたミラー６と、上記フレキシブル基板３の反対面に上記受光素子５に臨ませて搭載されたミラー７と、これら２つのミラー６、７に両端が接続された光ファイバ８とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、伝送特性と可撓性に優れた光電気複合配線に関する。

電気配線として利用されるフレキシブル基板にポリマ導波路等の可撓性を有する光導波路を重ね合わせることにより、光配線と電気配線とを一体の部材で実現し、しかも可撓性を有する光電気複合配線を構成することができる。

携帯電話機、ノートパソコンなどの情報機器において、例えば、操作盤部分と表示盤部分とをヒンジなどで連結して開閉自在に構成する場合に、操作盤部分と表示盤部分とを光電気複合配線で繋ぐことにより、光信号と電気信号の両方を用いて信号伝送を行うことができる。光信号は電気信号よりも高速・大容量かつ低ノイズであり、電気信号は光信号よりもエネルギ伝送に優れるので、情報機器に光電気複合配線を用いることは有用である。

特開昭６３−２２８５２８号公報

光伝送の媒体として光導波路の他に光ファイバがある。光導波路と光ファイバを比較すると、光導波路よりも光ファイバのほうが伝送特性は良い。

また、フレキシブル基板とポリマ材などから製造されるフレキシブルな光導波路とを重ね合わせた光電気複合配線は、可撓性を有するが、フレキシブル基板単独の場合に比べて可撓性が劣るのは否めない。

本発明者は、光電気複合配線の伝送特性を向上するために、光導波路に代えて光ファイバをフレキシブル基板と組み合わせることに思い至った。

しかし、特許文献１の光電気複合配線のようにフレキシブル基板中に光ファイバを埋設してしまうと、フレキシブル基板の厚さが増すので、フレキシブル基板の可撓性が悪くなる。

また、フレキシブル基板の曲げ特性と光ファイバの曲げ特性には差異があり、フレキシブル基板の方が曲げ特性が良く、単にフレキシブル基板と光ファイバを組み合わせただけでは、光電気複合配線の曲げ特性が、より劣る光ファイバの曲げ特性に依存することになる。

さらに、特許文献１の光電気複合配線は占有空間を狭くすることを目的としているが、フレキシブル基板が全幅にわたり光ファイバの径より厚くなっており、このフレキシブル基板の断面積×長さの空間が占有されることを考えると、占有空間を狭める効果は低い。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、伝送特性と可撓性に優れた光電気複合配線を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、面に沿わせた電気配線を有し一部が厚み方向に湾曲可能なフレキシブル基板と、該フレキシブル基板の片面に搭載されて反対面に向けて光を出射する発光素子と、上記フレキシブル基板の上記片面に搭載されて反対面からの光を受光する受光素子と、上記フレキシブル基板の反対面に上記発光素子に臨ませて搭載されたミラーと、上記フレキシブル基板の反対面に上記受光素子に臨ませて搭載されたミラーと、これら２つのミラーに両端が接続された光ファイバとを備えたものである。

上記フレキシブル基板に対する上記光ファイバの固定箇所が上記光ファイバと上記ミラーとの接続箇所のみであってもよい。

上記フレキシブル基板は、上記２つのミラー間に上記光ファイバと上記フレキシブル基板との重なりを回避する逃げ穴部を有してもよい。

上記光ファイバの長さが上記２つのミラー間の上記フレキシブル基板面上距離より長くてもよい。

上記フレキシブル基板に対して上記光ファイバの全体が弾性率１０００ＭＰａ以下の接着剤で固定されていてもよい。

上記光ファイバが複数の光ファイバ線を複合したテープ光ファイバであり、上記発光素子、上記受光素子及び上記ミラーが個々の光ファイバ線に対応してそれぞれ複数並べられていてもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）従来より伝送特性に優れる。

（２）従来より可撓性に優れる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１（ａ）〜図１（ｃ）に示されるように、本発明に係る光電気複合配線１は、片面又は両面に沿わせた電気配線２を有し一部（図示左右方向中央部分）が厚み方向に湾曲可能なフレキシブル基板３と、このフレキシブル基板３の片面（図示下面）に搭載されて反対面（図示上面）に向けて光を出射する発光素子４と、フレキシブル基板３の上記片面に搭載されて反対面からの光を受光する受光素子５と、フレキシブル基板３の反対面に発光素子４に臨ませて搭載されたミラー６と、フレキシブル基板３の反対面に受光素子５に臨ませて搭載されたミラー７と、これら２つのミラー６、７に両端が接続された光ファイバ８とを備えたものである。

フレキシブル基板３は、ここでは上面視でほぼ矩形に形成されており、その長辺とほぼ平行にその長辺よりやや短い長さの光ファイバ８が配線され、短辺の近傍にミラー６、７が設けられている。ただし、フレキシブル基板３の形状や長さ（図示左右方向）、幅（図１（ｂ）上下方向）はどのような形状、寸法でも任意であり、ミラー６、７の配置も任意である。フレキシブル基板３が膨らむか凹むように湾曲する箇所を挟んで片側の任意箇所にミラー６が配置され、反対側の任意箇所にミラー７が配置され、そのミラー６、７間が光ファイバ８で接続されていればよい。

本発明に係る光電気複合配線１は、フレキシブル基板３に対する光ファイバ８の固定箇所が光ファイバ８とミラー６、７との接続箇所のみである。すなわち、基本的に光ファイバ８は、これらミラー６、７との接続箇所以外はフレキシブル基板３に固定されていないが、光ファイバ８への曲げの応力が加わらない範囲内で、フレキシブル基板３に固定されていても良い。

本発明に係る光電気複合配線１は、フレキシブル基板３が２つのミラー６、７間に光ファイバ８とフレキシブル基板３との重なりを回避する逃げ穴部９を有する。ここでは、逃げ穴部９は、フレキシブル基板３の片側の長辺から反対側の長辺に向けて光ファイバ８を越すところまで矩形状に切り欠きを設けることで形成されている。逃げ穴部９は、フレキシブル基板３の一辺からの切り欠きである必要はなく、フレキシブル基板３の光ファイバ８と重なり得る部分が穴になっていればよい。

本発明に係る光電気複合配線１は、光ファイバ８の長さが２つのミラー６、７間のフレキシブル基板面上距離と同じでもよいが、光ファイバ８の長さが２つのミラー６、７間のフレキシブル基板面上距離より長いのが好ましい。フレキシブル基板面上距離とは、フレキシブル基板３の面に沿って測った距離であり、図示のようにフレキシブル基板３がまっすぐな状態ではミラー６、７間の直線距離である。光ファイバ８の長さは、ミラー６、７間のフレキシブル基板面上距離よりも該距離の数％〜数十％長いのがよく、光ファイバ８の長さが過度に長いと光ファイバ８が占有するスペースが大きくなる。図１（ａ）では、光ファイバ８が上に弛んでいる様子を誇張して示してある。

フレキシブル基板３には、発光素子４を駆動するドライバＩＣ１０、受光素子５の出力を増幅するアンプＩＣ１１が搭載されている。発光素子４、受光素子５は、それぞれ光の出射と受光が可能な受発光素子でもよく、光ファイバ８を介して双方向に光伝送を行う形態も本発明に含まれる。フレキシブル基板３には、発光素子４、受光素子５、ドライバＩＣ１０、アンプＩＣ１１以外の電気素子（能動素子、受動素子）が搭載されてもよい。また、これら電気素子は、フレキシブル基板３の片面のみでも片面と反対面の両面に搭載されていてもよい。

フレキシブル基板３の電気配線２は、発光素子４、受光素子５、ドライバＩＣ１０、アンプＩＣ１１やその他の電気素子のための電源ライン、信号ラインなどであり、また、フレキシブル基板３の左右端間で電源、電気信号を伝送する電源ライン、信号ラインなどである。低速の信号であれば、電気配線２を用いて伝送することが可能である。

光ファイバ８は、１本に限らず、何本あってもよい。発光素子４、受光素子５及びミラー６、７は光ファイバ８の本数に対応して設けられるとよい。例えば、光ファイバ８が複数の光ファイバ線を複合したテープ光ファイバであり、発光素子４、受光素子５及びミラー６、７が個々の光ファイバ線に対応してそれぞれ複数並べられていてもよい。また、フレキシブル基板３の分散した複数箇所に、それぞれ発光素子４、受光素子５及びミラー６、７と光ファイバ８、さらには逃げ穴部９が設けられてもよい。

光ファイバ８の種類は、特に限定しないが、例えば、光ファイバ８の比屈折率差が２％以上、直径が８０μｍ以下の光ファイバ８を用いる。

ミラー６、７は、光信号を透過するポリマ等の樹脂からなるブロックにフレキシブル基板３に対して傾斜した斜面が形成された９０°光路変換ミラーである。ミラー６、７は、光ファイバ８を案内すると共に位置合わせする固定溝（図示せず）が形成された従来慣用のものである。光ファイバ８は、このミラー６、７の固定溝に接着剤などで固定される。また、ミラー６、７には、光ファイバ８を固定する固定カバーがあってもよい。

また、樹脂などで作られる光ファイバ固定用溝に光ファイバ８を配置し、接着剤などで固定し、ミラー６、７を要する位置で光ファイバ８と光ファイバ固定用溝の両方を同時に９０°Ｖ字のダイシングブレードで切削することでミラー６、７を作成することができる。

以下、本発明に係る光電気複合配線１の動作及び作用効果を説明する。

まず、信号伝送について説明すると、図示しない信号源からの電気信号に基づいてドライバＩＣ１０によって発光素子４が駆動される。発光素子４からフレキシブル基板３の上面に向けて出射された光信号は、フレキシブル基板３を透過してミラー６に入り、反射されて光ファイバ８に入射され、図１（ａ）の右方向に光ファイバ８を伝搬する。光ファイバ８から出射された光信号は、ミラー７で反射され、フレキシブル基板３を透過して受光素子５に入射する。受光素子５の受光信号はアンプＩＣ１１で増幅されて図示しない受信先へと伝送される。

このように本発明に係る光電気複合配線１は、光信号の伝送を光ファイバ８によって行うので、フレキシブル基板に光導波路を重ね合わせた光電気複合配線よりも光信号の伝送特性が優れる。また、光導波路よりも光ファイバ８は特性のばらつきが小さいので、本発明の光電気複合配線１は量産したとき品質が安定し、歩留まりが高い。

次に、光電気複合配線１に曲げる力を加えたとする。フレキシブル基板３の一部が厚み方向に膨らむか凹むようにフレキシブル基板３が湾曲する。光ファイバ８は、フレキシブル基板３に対してミラー６、７との接続箇所のみ固定されているだけで、それ以外のほぼ全長にわたりフレキシブル基板３から自由である。このため、フレキシブル基板３が湾曲しても光ファイバ８はそれと同程度に曲がることはない。光電気複合配線１に加えた曲げの力は、光ファイバ８に伝わらない。よって、光電気複合配線１を曲げるために必要な力はフレキシブル基板３を湾曲させる力のみである。このように、本発明の光電気複合配線１は可撓性に優れる。

しかも、光ファイバ８はフレキシブル基板３より可撓性は劣るが、光ファイバ８が２箇所の接続箇所以外フレキシブル基板３から自由であるため、曲げに対する光ファイバ８の信頼性が向上する。

本発明の光電気複合配線１は、曲げの抵抗になるのがフレキシブル基板３のみであるから、フレキシブル基板中に光ファイバを埋設した光電気複合配線よりも可撓性に優れる。

図２（ａ）〜図２（ｃ）に示した光電気複合配線２１は、光ファイバ８全体をフレキシブル基板３に固定したものである。光ファイバ８には、余長がない。また、フレキシブル基板３には、逃げ穴部９がない。

このように、光ファイバ８全体をフレキシブル基板３に固定する場合においては、接着剤に１０００ＭＰａ以下の弾性率の材料を用いることで、光ファイバ８への曲げの応力を緩和することができ、光電気複合配線２１の可撓性を向上させることができる。接着剤の弾性率は、より好ましくは１００ＭＰａ以下である。

図３（ａ）〜図３（ｃ）に示した光電気複合配線３１は、光ファイバ８の長さが２つのミラー６、７間のフレキシブル基板面上距離より長く、余長を有する。この点では光電気複合配線１と同じであるが、フレキシブル基板３に逃げ穴部９がない。

このように、フレキシブル基板３に逃げ穴部９がない場合でも、光ファイバ８に余長があれば、フレキシブル基板３が膨らむように、または凹むように湾曲したとき光ファイバ８に負荷はかからない。また、光ファイバ８に余長があることにより、光ファイバ８をミラー６、７に接続固定する作業が容易になる。

なお、フレキシブル基板３に対して光ファイバ８の余長がほとんどなく、フレキシブル基板３と光ファイバ８とがぴったり重なる場合であって、かつ、逃げ穴部９が形成されない場合、フレキシブル基板３と光ファイバ８との総厚がより大きくなるため、曲げ応力が大きくなる。

その点、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示した光電気複合配線４１は、光ファイバ８に余長がなくとも、フレキシブル基板３が逃げ穴部９を有するので、光ファイバ８とフレキシブル基板３との重なりが回避されている。このため、フレキシブル基板３が膨らむように湾曲する場合も、フレキシブル基板３が凹むように湾曲する場合も、光ファイバ８がフレキシブル基板３に接することがなくなる。この結果、フレキシブル基板３が光ファイバ８に制約され難いため任意に曲げられる。

光ファイバ８の比屈折率差が２％以上、直径が８０μｍ以下のとき、光ファイバ８が曲げられた際の漏れ光を抑えることができる。

本発明の光電気複合配線１、２１、３１、４１は、携帯電話機、ノートパソコンなどの情報機器において、操作盤部分と表示盤部分とを開閉自在に構成する場合に、操作盤部分と表示盤部分とを繋ぐ部品として用いられる。これにより、操作盤部分と表示盤部分との間で電気信号と光信号の両方を用いて情報を伝送することができる。その際に、本発明の光電気複合配線１、２１、３１、４１は、光ファイバを用いているので伝送特性が優れると共に、可撓性の弱い光ファイバ８でも、情報機器の繰り返し開閉に対する耐性を向上させた構造となっている。また、本発明の光電気複合配線１、２１、３１、４１は、フレキシブル基板３の厚さが増えないので、占有空間を狭くすることができる。

本発明の一実施形態を示す光電気複合配線の図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は上面から見た電気配線図である。 本発明の一実施形態を示す光電気複合配線の図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は上面から見た電気配線図である。 本発明の一実施形態を示す光電気複合配線の図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は上面から見た電気配線図である。 本発明の一実施形態を示す光電気複合配線の図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は上面から見た電気配線図である。

符号の説明

１、２１、３１、４１ 光電気複合配線
２ 電気配線
３ フレキシブル基板
４ 発光素子
５ 受光素子
６、７ ミラー
８ 光ファイバ
９ 逃げ穴部

Claims (6)

1. 面に沿わせた電気配線を有し一部が厚み方向に湾曲可能なフレキシブル基板と、該フレキシブル基板の片面に搭載されて反対面に向けて光を出射する発光素子と、上記フレキシブル基板の上記片面に搭載されて反対面からの光を受光する受光素子と、上記フレキシブル基板の反対面に上記発光素子に臨ませて搭載されたミラーと、上記フレキシブル基板の反対面に上記受光素子に臨ませて搭載されたミラーと、これら２つのミラーに両端が接続された光ファイバとを備えたことを特徴とする光電気複合配線。
2. 上記フレキシブル基板に対する上記光ファイバの固定箇所が上記光ファイバと上記ミラーとの接続箇所のみであることを特徴とする請求項１記載の光電気複合配線。
3. 上記フレキシブル基板は、上記２つのミラー間に上記光ファイバと上記フレキシブル基板との重なりを回避する逃げ穴部を有することを特徴とする請求項１又は２記載の光電気複合配線。
4. 上記光ファイバの長さが上記２つのミラー間の上記フレキシブル基板面上距離より長いことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の光電気複合配線。
5. 上記フレキシブル基板に対して上記光ファイバの全体が弾性率１０００ＭＰａ以下の接着剤で固定されていることを特徴とする請求項１記載の光電気複合配線。
6. 上記光ファイバが複数の光ファイバ線を複合したテープ光ファイバであり、上記発光素子、上記受光素子及び上記ミラーが個々の光ファイバ線に対応してそれぞれ複数並べられていることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の光電気複合配線。

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