JP2021026022A - 光導波路モジュール及び光源モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子の実装位置精度を向上する。【解決手段】下地基板１と、下地基板上に位置する光導波路と、発光素子３０１を実装する発光素子実装部３０１Ｍと、を備えており、光導波路は、下地基板から順に第１の下部クラッド層、入射端面２０ａを有したコア２０及び上部クラッド層３０が積層された積層部５０と、下地基板上に位置する第２の下部クラッド層を有しているとともに、積層部の側面５１から積層面方向に延び出して位置する延出部１１ａと、を有しており、積層部の側面は、入射端面を含み、発光素子実装部は、発光素子に当接する搭載面１１ｂを有しており、搭載面は、延出部の上面の全部又は一部に位置している。【選択図】図１１

Description

本開示は、光導波路モジュール及び光源モジュールに関するものである。

従来、下地基板上に光導波路と発光素子実装部とが設けられた光導波路モジュール、これに発光素子を実装した光源モジュールが利用されている。
特許文献１−３には、基板上に配置された２つの光学素子の光路が接続するように工夫された発明が記載されている。

特開２００７−１３３０１１号公報 特開２００１−２９８１９９号公報 特許第６１９６５８３号公報

下地基板上に積層された光導波路のコアの入射端面に、同下地基板上に実装される発光素子の光路を接続することを考える。このとき、コアの入射端面に発光素子の発光部の高さ等の位置を合わせる必要がある。
その際、発光素子実装部は、特別な材料や複雑な構造を新たに導入することなく構成することが望まれる。
また、難しい位置調整作業を要することなく容易に、発光素子を安定して位置精度よく実装することができることが望まれる。

本開示の１つの態様の光導波路モジュールは、下地基板と、前記下地基板上に位置する光導波路と、発光素子を実装する発光素子実装部と、を備えており、前記光導波路は、前記下地基板から順に第１の下部クラッド層、入射端面を有したコア及び上部クラッド層が積層された積層部と、前記下地基板上に位置する第２の下部クラッド層を有しているとともに、前記積層部の側面から積層面方向に延び出して位置する延出部と、を有しており、前記積層部の側面は、前記入射端面を含み、前記発光素子実装部は、前記発光素子に当接する搭載面を有しており、前記搭載面は、前記延出部の上面の全部又は一部に位置している。

本開示の１つの態様の光源モジュールは、上記光導波路モジュールと、下面と光路とを有する発光素子とを備え、前記積層方向において、前記発光素子の前記下面から当該発光素子の発光部までの距離が、前記搭載面から前記コアの入射端面までの距離以下とされ、前記発光素子は、前記下面が前記搭載面に当接されるとともに前記コアの入射端面に前記光路を接続して前記発光素子実装部に実装されている。

本開示の光導波路モジュールによれば、下部クラッド層により発光素子の位置規制構造を構成できるので、特別な材料や複雑な構造を新たに導入することなく、また難しい位置調整作業を要することなく容易に、発光素子を安定して位置精度よく実装することができる。

本開示の光源モジュールによれば、低コストに高伝搬効率の光源モジュールを実現できる。

本開示の第１実施形態に係る光源モジュールの断面図である。 本開示の第１実施形態に係る光源モジュールの平面図である。 本開示の第２実施形態に係る光源モジュールの断面図である。 本開示の第２実施形態に係る光源モジュールの平面図である。 本開示の第３実施形態に係る光源モジュールの断面図である。 本開示の第３実施形態に係る光源モジュールの平面図である。 本開示の第４実施形態に係る光源モジュールの断面図である。 本開示の第４実施形態に係る光源モジュールの平面図である。 本開示の第５実施形態に係る光源モジュールの断面図である。 本開示の第５実施形態に係る光源モジュールの平面図である。 発光素子搭載部に関する補足図面である。

図面を参照して本開示の実施形態につき説明する。なお、「上面」「下面」等の上下を指す文言は、単に下地基板側を下とした文言に過ぎず、下記モジュールを使用する際の配置を特定するものではない。

〔第１実施形態〕
まず、本開示の第１実施形態の光導波路モジュール２０１及び該光導波路モジュール２０１を具備するＲＧＢ光源モジュール１０１について説明する。
図１、図２及び図１１に示すように本実施形態のＲＧＢ光源モジュール１０１は、光導波路モジュール２０１と、発光素子３０１−３０３とを備える。
光導波路モジュール２０１は、下地基板１と、下地基板１上に位置する光導波路１００と、発光素子３０１−３０３を実装する発光素子実装部３０１Ｍ−３０３Ｍとを備えている。光導波路１００は、下地基板１から順に、積層された下部クラッド層１０と、下部クラッド層１０（第１の下部クラッド層１１１）上の一部領域に積層されたコア２０と、下部クラッド層１０（第１の下部クラッド層１１１））及びコア２０上に積層された上部クラッド層３０とを有する積層部５０と、コア２０は、光を入射する入射端面２０ａを含んでいる。下部クラッド層１０は、第１の下部クラッド層１１１および第２の下部クラッド層１１２を有している。また、積層部５０の第１の下部クラッド層１１１は、下地基板１から順に積層された第１層（下部クラッド層の下部１１の一部）及び第２層（下部クラッド層の上部１２）を有しており、後述する延出部１１ａの第２の下部クラッド層１１２は、第１の下部クラッド層１１１の第１層と繋がっていてもよい。また、延出部１１ａの第２の下部クラッド層１１２の厚みは、第１層の厚みと略同じであってもよい。また、延出部１１ａの第２の下部クラッド層１１２の厚みは、第１の下部クラッド層１１１の厚みと略同じであってもよい。なお、以下、第１の下部クラッド層１１１および第２の下部クラッド層１１２はまとめて下部クラッド層１０として説明する。
ＲＧＢ光源モジュール１０１は、赤色（Ｒ）光の発光素子３０１、緑色（Ｇ）光の発光素子３０２及び青色（Ｂ）光の発光素子３０３と、出射光学系４０１とを備える。
発光素子３０１，３０２，３０３は、端面発光型の発光素子であってもよく例えば、ＬＤ（Laser Diode）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等である。

また、光導波路モジュール２０１は、下地基板１上の敷設された配線材４１を備える。
図には、発光素子３０１−３０３が発光素子実装部３０１Ｍ−３０３Ｍに実装されたものが示されている。発光素子３０１−３０３が、半田等の接合材４２を介して配線材４１の上面に接合されている。

下部クラッド層１０は延出部１１ａを有する。当該延出部１１ａは、当該延出部１１ａより積層方向の上方に位置した積層部５０の側面５１より積層面方向に延び出しており、当該側面５１は、コア２０の入射端面２０ａを含む。なお、積層方向はＺ方向であり、積層面方向はＸ，Ｙ方向である。
発光素子実装部３０１Ｍ−３０３Ｍにおいて、発光素子３０１−３０３の下面に当接して積層方向の位置を規制する搭載面１１ｂが、延出部１１ａの上面の全部又は一部とされている。本実施形態では、搭載面１１ｂは延出部１１ａの上面の一部とされている。
コア２０の入射端面２０ａが搭載面１１ｂより所定の高さに配置されている。
本実施形態では延出部１１ａは、下部クラッド層１０を、積層方向の所定位置で上部１２と下部１１に分けたときの下部１１である。

光導波路モジュール２０１は、延出部１１ａの上面に開口する溝部１１ｃを有する。搭載面１１ｂは、溝部１１ｃの開口周囲の上面の全部又は一部とされている。
配線材４１は、発光素子３０１−３０３の下面の電極と接合材４２を介して接合する。これにより、発光素子３０１−３０３は、光導波路モジュール２０１に対して機械的に固定されるとともに、電気的に接続する。
この配線材４１が、溝部１１ｃの底に配置されている。

発光素子３０１−３０３の下面から当該発光素子３０１−３０３の発光部６１までの高さの範囲が、搭載面１１ｂからコア２０の入射端面２０ａの高さの範囲内とされている。つまり、積層方向において、発光素子３０１−３０３の下面から発光素子３０１−３０３の発光部６１までの距離が、搭載面１１ｂからコア２０の入射端面２０ａまでの距離以下となっている。
発光素子３０１−３０３は、下面が搭載面１１ｂに当接して固定されるとともにコア２０の入射端面２０ａに光路を接続して発光素子実装部３０１Ｍ−３０３Ｍに実装されている。
そして、発光素子３０１−３０３の下面の電極と配線材４１とが、搭載面１１ｂと配線材４１の上面との落差により生じている隙間に配置された接合材４２を介して接合されている。
なお、図２に示すように、発光素子３０１−３０３の上面の電極には、配線３０１ａ−３０３ａが接続される。発光素子３０１−３０３の下面の電極は、配線材４１を介して、配線３０１ｂ−３０３ｂにより引き出されている。配線３０１ａ−３０３ａ、配線３０１ｂ−３０３ｂが図示しない駆動回路に接続され、発光素子３０１−３０３は発光駆動可能にされる。

搭載面１１ｂの平坦性が下地基板１の平坦性より高い。これは、ＣＶＤや火炎堆積法等でクラッド層１０，３０、コア２０を成膜することにより、自ずと達成されるので容易に実施可能である。下地基板１の上面の凹凸を吸収して下部クラッド層１０の構成素材が堆積することで、搭載面１１ｂの平坦性が下地基板１の平坦性より高くなる。
下部クラッド層１０のうち下部１１までを成膜後、延出部１１ａの以外の領域上に上部１２を成膜することで、搭載面１１ｂの平坦性を実現してもよい。また、下部クラッド層１０の成膜後、上部１２をエッチングバックすることで搭載面１１ｂを形成し、搭載面１１ｂの平坦性を実現してもよい。

以上の構成によれば、接合材４２の量的なバラつきによらず、発光素子３０１−３０３の下面の高さ位置が、搭載面１１ｂにより決定する。すなわち、下部クラッド層１０により発光素子３０１−３０３の位置規制構造を構成できるので、特別な材料や複雑な構造を新たに導入することなく、また難しい位置調整作業を要することなく容易に、発光素子３０１−３０３を安定して位置精度よく実装することができる。そのため、発光素子３０１−３０３とコア２０との接続における光損失を低減することができ、低コストに高伝搬効率の光源モジュールを構成することができる。
なお、発光素子の側面に電極を配置する場合等においては、溝部１１ｃを設けなくてもよい。その場合でも、発光素子３０１−３０３の下面を搭載面１１ｂに当接して位置規制することで、発光素子３０１−３０３の下面の高さ位置が、搭載面１１ｂにより決定し、同様の効果が得られる。

また以上の構成によれば、搭載面１１ｂの平坦性が下地基板１の平坦性より高いので、発光素子３０１−３０３の実装時の傾きのバラつきを精度よく抑制することができる。

また以上の構成によれば、延出部１１ａは、下部クラッド層１０を積層方向の所定位置で上部１２と下部１１に分けたときの下部１１であるので、搭載面１１ｂの下地基板１に対する高さを任意に選択することができ、発光素子３０１−３０３の発光部６１をコア２０の入射端面２０ａに位置整合させる対応力が大きい。

発光素子３０１−３０３の発光部６１を有する前面を、積層部５０の側面５１に突き当てることで、光軸方向（Ｘ）の方向の実装位置を決めることができる。すなわち、コア２０の入射端面２０ａを含むこの側面５１により、発光素子３０１−３０３の発光部６１を有する面に当接して積層面方向（Ｘ）の位置を規制する前方規制面が構成されている。

その他の部分の説明は以下の通りである。
光導波路（１０，２０，３０）の構成素材は、例えば、石英などのガラス、樹脂等であってもよい。コア２０と、クラッド１０，３０を構成する材料は、どちらもガラスあるいは樹脂であってもよいし、一方がガラスで一方が樹脂であってもよい。この場合には、コア２０と、クラッド１０，３０の屈折率が異なっており、コア２０は、クラッド１０，３０よりも屈折率が高いのがよい。この屈折率の違いを利用して、光の全反射をさせる。つまり、屈折率の高い材料で路を作り、周りを屈折率の低い材料で囲んでおくと、光は屈折率の高い路に閉じ込めることができる。
コア２０は、複数の入射端面２０ａ，２０ａ，２０ａと一つの出射端面２０ｂとの間を、入射端面２０ａを一端とする複数の分割路と、当該複数の分割路が会合する合波部と、出射端面２０ｂを一端とする統合路とを介して繋ぐ合波路を形成している。
以上の合波路の構成、３色の発光素子の適用等は説明上の具体的一例に過ぎず、本開示の光導波路モジュール及び光源モジュールは、これに限定されるものではない。

〔第２実施形態〕
次に本開示の第２実施形態の光導波路モジュール２０２及び該光導波路モジュール２０２を具備するＲＧＢ光源モジュール１０２について説明する。本実施形態は以下の点で上記第１実施形態と異なり、その他は上記第１実施形態と同様に実施する。
図３及び図４に示すように本実施形態の光導波路モジュール２０２にあっては、延出部１１ａの層厚は、下部クラッド層１０の層厚の全部である。
このように、延出部１１ａの層厚として、下部クラッド層１０の層厚の全部を選択して実施してもよい。したがって、下部クラッド層１０を２段に分けて形成する必要が無く、構造が単純化し、形成工程が簡単である。
また本実施形態では、発光素子３０１−３０３の発光部６１は、当該発光素子の上面より当該発光素子の下面に近い。これにより、発光部６１の搭載面１１ｂからの高さのバラつきを抑制することができる。

〔第３実施形態〕
次に本開示の第３実施形態の光導波路モジュール２０３及び該光導波路モジュール２０３を具備するＲＧＢ光源モジュール１０３について説明する。本実施形態は以下の点で上記第１実施形態と異なり、その他は上記第１実施形態と同様に実施する。
図５及び図６に示すように本実施形態の光導波路モジュール２０３にあっては、発光素子実装部３０１Ｍ−３０３Ｍは、発光素子３０１−３０３の発光部６１を有する面の反対面に当接して積層面方向（Ｘ）の位置を規制する後方規制面７１を有する。後方規制面７１は、積層部７０の側面のうち積層面方向に略垂直な面領域に位置し延出部１１ａより積層方向上位の積層部７０の側面（７１）で構成されている。
上記第１及び第２実施形態にあっては、Ｘ方向に発光素子３０１−３０３を規制する面としては、前方規制面５１しかなかった。これに対し本実施形態によれば、前方規制面５１及び後方規制面７１があるので、この２面５１，７１により発光素子３０１−３０３をＸ方向に挟み込むように位置規制できる。したがって、発光素子３０１−３０３のＸ方向の位置決めが容易であり、発光素子３０１−３０３のＸ方向及びＺ方向の位置を安定させた状態で、接合材４２による接合工程を実施することができる。これにより、発光素子３０１−３０３の実装位置精度が向上する。
なお、延出部１１ａとして下部クラッド層の層厚の全部を適用するか、一部を適用するかは任意である（第４、第５実施形態についても同じ）。

〔第４実施形態〕
次に本開示の第４実施形態の光導波路モジュール２０４及び該光導波路モジュール２０４を具備するＲＧＢ光源モジュール１０４について説明する。本実施形態は以下の点で上記第３実施形態と異なり、その他は上記第３実施形態と同様に実施する。
図７及び図８に示すように本実施形態の光導波路モジュール２０４にあっては、発光素子実装部３０１Ｍ−３０３Ｍは、発光素子３０１−３０３の発光部６１を有する面に隣接した側面に当接して積層方向（Ｚ）及び発光素子の光軸方向Ｘに垂直な方向（Ｙ）の位置を規制する側方規制面７２を有する。側方規制面７２は、積層部７０の側面のうち積層方向及び発光素子３０１−３０３の光軸方向に略平行な面領域に位置しており、延出部１１ａより積層方向上位の積層部７０の側面（７２）で構成されている。
上記第３実施形態にあっては、Ｙ方向に発光素子３０１−３０３を位置規制する面を有さない。これに対し本実施形態によれば、前方規制面５１及び後方規制面７１に加え、発光素子３０１−３０３をＹ方向に挟み込むように位置規制する一対の側方規制面７２，７２を有する。この２面７２，７２により発光素子３０１−３０３をＹ方向に挟み込むように位置規制できる。したがって、発光素子３０１−３０３のＸ方向及びＹ方向の位置決めが容易であり、発光素子３０１−３０３のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の位置を安定させた状態で、接合材４２による接合工程を実施することができる。これにより、発光素子３０１−３０３の実装位置精度が向上する。

〔第５実施形態〕
次に本開示の第５実施形態の光導波路モジュール２０５及び該光導波路モジュール２０５を具備するＲＧＢ光源モジュール１０５について説明する。本実施形態は以下の点で上記第４実施形態と異なり、その他は上記第４実施形態と同様に実施する。
図９及び図１０に示すように本実施形態の光導波路モジュール２０５にあっては、発光素子実装部３０１Ｍ−３０３Ｍは、側方規制面７２に加え、側方規制面５２を有する。
ここで、側方規制面７２は、発光素子３０１−３０３の後端部において側面を規制する。本実施形態で加えられた側方規制面５２は、発光素子３０１−３０３の前端部において側面を規制する。
なお、側方規制面５２は、延出部１１ａより積層方向に上方に位置した積層部５０の側面（５２）で構成されている。
本実施形態によれば、上記第４実施形態に比較してもさらに発光素子３０１−３０３のＹ方向の位置精度、その安定性が向上する。

以上本開示の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として示したものであり、この他の様々な形態で実施が可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の省略、置き換え、変更を行うことができる。
以上の前方規制面５１、後方規制面７１、側方規制面５２及び側方規制面７２のうち、いずれか１つ又は２以上を選択して、任意の組み合わせを実施することができる。
上記実施形態では側方規制面５２と側方規制面７２とは別れているが、側方規制面５２と側方規制面７２とを連続した一面で構成してもよい。
上記延出部１１ａは、積層方向に上方に位置した積層部（５０、７０）に対して積層面方向に飛び出した部分であり、延出部１１ａは一体に繋がっていてもよいし、複数の部分に分離していてもよい。下地基板１上の配線材４１に接続するための開口を確保できれば、延出部１１ａは一体に繋がっていてもよい。また、発光素子３０１−３０３への配線接続構造が下地基板１上の配線材を経由するものでなければ、延出部１１ａは一体に繋がっていてもよいし、さらには開口のないものであってもよい。

１ 下地基板
１０ 下部クラッド層
１１ 下部クラッド層の下部
１１１ 第１の下部クラッド層
１１２ 第２の下部クラッド層
１１ａ 延出部
１１ｂ 搭載面
１１ｃ 溝部
１２ 下部クラッド層の上部
２０ コア
２０ａ 入射端面
２０ｂ 出射端面
３０ 上部クラッド層
４１ 配線材
４２ 接合材
５０ 積層部
５１ 側面（前方規制面）
５２ 側方規制面
６１ 発光部
７０ 積層部
７１ 後方規制面
７２ 側方規制面
１００ 光導波路
１０１ ＲＧＢ光源モジュール
１０２ ＲＧＢ光源モジュール
１０３ ＲＧＢ光源モジュール
１０４ ＲＧＢ光源モジュール
１０５ ＲＧＢ光源モジュール
２０１ 光導波路モジュール
２０２ 光導波路モジュール
２０３ 光導波路モジュール
２０４ 光導波路モジュール
２０５ 光導波路モジュール
３０１，３０２，３０３ 発光素子
３０１Ｍ−３０３Ｍ 発光素子実装部

Claims (11)

1. 下地基板と、
   前記下地基板上に位置する光導波路と、
   発光素子を実装する発光素子実装部と、を備えており、
   前記光導波路は、
   前記下地基板から順に第１の下部クラッド層、入射端面を有したコア及び上部クラッド層が積層された積層部と、
   前記下地基板上に位置する第２の下部クラッド層を有しているとともに、前記積層部の側面から積層面方向に延び出して位置する延出部と、を有しており、
   前記積層部の側面は、前記入射端面を含み、
   前記発光素子実装部は、前記発光素子に当接する搭載面を有しており、
   前記搭載面は、前記延出部の上面の全部又は一部に位置している光導波路モジュール。
2. 前記発光素子の電極と接合する配線材を更に備えており、
   前記延出部は、前記上面に開口する溝部を有し、
   前記搭載面は、前記延出部の前記上面のうち前記溝部の開口周囲の全部又は一部に位置し、
   前記配線材が、前記溝部の底に配置されている請求項１に記載の光導波路モジュール。
3. 前記積層部の前記第１の下部クラッド層は、前記下地基板から順に積層された第１層及び第２層を有しており、
   前記延出部の前記第２の下部クラッド層は、前記第１の下部クラッド層の前記第１層と繋がっており、
   前記延出部の前記第２の下部クラッド層の厚みは、前記第１層の厚みと略同じである請求項１又は請求項２に記載の光導波路モジュール。
4. 前記延出部の前記第２の下部クラッド層の厚みは、前記第１の下部クラッド層の厚みと略同じである請求項１又は請求項２に記載の光導波路モジュール。
5. 前記発光素子実装部は、前記発光素子の発光部を有する面に当接する前方規制面を更に有しており、
   当該前方規制面は、前記コアの入射端面を含む前記側面に位置している請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の光導波路モジュール。
6. 前記発光素子実装部は、前記発光素子の発光部を有する面の反対面に当接する後方規制面を更に有しており、
   当該後方規制面は、前記積層部の側面のうち前記積層面方向に略垂直な面領域に位置している請求項１から請求項５のうちいずれか一に記載の光導波路モジュール。
7. 前記発光素子実装部は、前記発光素子の発光部を有する面に隣接した側面に当接する側方規制面を更に有しており、
   当該側方規制面は、前記積層部の側面のうち前記積層方向及び前記発光素子の光軸方向に略平行な面領域に位置している請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載の光導波路モジュール。
8. 前記搭載面の平坦性が前記下地基板の平坦性より高い請求項１から請求項７のうちいずれか一に記載の光導波路モジュール。
9. 請求項１から請求項８のうちいずれか一に記載の光導波路モジュールと、下面と光路とを有する発光素子とを備え、
   前記積層方向において、前記発光素子の前記下面から当該発光素子の発光部までの距離が、前記搭載面から前記コアの入射端面までの距離以下とされ、
   前記発光素子は、前記下面が前記搭載面に当接されるとともに前記コアの入射端面に前記光路を接続して前記発光素子実装部に実装された光源モジュール。
10. 請求項２に記載の光導波路モジュールと、上面、下面、光路及び前記下面に位置する電極とを有する発光素子とを備え、
    前記積層方向において、前記発光素子の前記下面から当該発光素子の発光部までの距離が、前記搭載面から前記コアの入射端面までの距離以下とされ、
    前記発光素子は、前記下面が前記搭載面に当接されるとともに前記コアの入射端面に前記光路を接続して前記発光素子実装部に実装され、
    前記発光素子の前記電極と前記配線材とが、前記搭載面と前記配線材の上面との間に配置された接合材を介して接合されている光源モジュール。
11. 前記発光素子の発光部は、当該発光素子の前記上面より当該発光素子の前記下面に近く位置しており、
    当該下面が前記搭載面に当接している請求項９又は請求項１０に記載の光源モジュール。

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