JP3959662B2 - 光信号伝送装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は入出力情報を光信号とした光信号伝送基板に係る。特に、電子計算機など高密度実装に適した基板およびそれを利用した光信号伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子計算機などの装置では、回路を構成するために必要な複数の基板をケーブルやワイヤといった導電線による電気配線で相互に接続していた。基板の間で送受信される信号はインターフェース素子が生成する電気信号であった。
【０００３】
一部の装置では、一方の基板上に発光素子を設け他方の基板上に受光素子を設けて相互の素子を光ファイバで連結した光信号伝送も実現されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
導電線による接続では、配線容量と配線抵抗が存在し信号遅延が生ずるため、高速度高密度実装の装置における基板間配線には向かなかった。配線抵抗により発熱を生ずるという不都合もあった。
【０００５】
光ファイバを利用した接続では、バスのような多数配線ではファイバ本数が多くなり、配線工数が膨大なものとなり、かつ、配線に要するコストも上昇せざる得ない。
【０００６】
この不都合に対応するために、本発明は、配線作業に要する工数や配線にかかるコストを無くし、高密度実装であって高速度通信を可能とする光信号伝送基板およびその装置を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の光信号伝送装置は、光信号を他の光信号伝送基板に送信する発光素子と他の光信号伝送基板からの光信号を受信する受光素子との少なくとも一方が、当該基板面に略垂直な方向における光信号を送受信可能に配置された光信号伝送領域を備えていることを特徴とする光信号伝送基板を用いる。
そして光信号を伝送するための光信号伝送基板を備えた光信号伝送装置において、該光信号伝送基板と該光信号伝送基板同士を接着する接着層とが交互に積層された構造を備え、該光信号伝送基板は、光信号を他の光信号伝送基板に送信する発光素子と他の光信号伝送基板からの光信号を受信する受光素子との少なくとも一方が、当該基板面に略垂直な方向における光信号を送受信可能に配置された光信号伝送領域を備え、さらに該基板の両端辺に第１電極及び第２電極を備え、該接着層は、両端辺に第３電極及び第４電極を備え、該光信号伝送基板と該接着層とは各該基板の該光信号伝送領域が重なるように積層されており、該光信号伝送基板の両端辺に設けられた該第１電極及び該第２電極と、該接着層の両端辺に設けられた該第３電極及び該第４電極と、が互いに電気的に接触しており、互いに電気的に接触している一方の該端辺の該第１電極及び該第３電極が共通の電源電極として配線されており、互いに電気的に接触している他方の該端辺の該第２電極及び該第４電極が共通の接地電極として配線されていることを特徴とする。
また本発明の光信号伝送装置の製造方法は、光信号伝送基板の製造方法であって、１）光信号伝送基板の両端辺に第１電極及び第２電極を形成する工程と、２）該光信号伝送基板の片面に樹脂を塗布して、該第１電極と接触する第３電極、該第２電極と接触する第４電極と共に固化させて接着層を形成する工程と、３）該接着層の上に再び他の光信号伝送基板を貼り合せる工程と、４）該貼り合わせられた該光信号伝送基板上に再び他の接着層を形成する工程と、を必要回数繰り返して光信号伝送装置を製造する。
また本発明の他の光信号伝送装置の製造方法は、光信号伝送基板の製造方法であって、１）基台上に剥離層を介して両端辺に第１電極及び第２電極を有する光信号伝送基板を形成する工程と、２）該光信号伝送基板の一方の面に樹脂を塗布して、該第１電極と接触する第３電極、該第２電極と接触する第４電極と共に固化させて接着層を形成する工程と、３）該基台の裏からレーザ光を照射して該剥離層から剥離を生じさせ、該基台から該光信号伝送基板と該接着層とからなる組を分離する工程と、４）分離された該光信号伝送基板及び該接着層の組を複数形成し、該第１電極及び該第３電極、及び、該第２電極及び該第４電極が互いに電気的に接触するようにして積層する工程と、を備える。
【０００８】
他の光信号伝送基板の間に挟まれて使用される場合には、光信号伝送基板の光信号伝送領域は、他の光信号伝送基板の間で伝送される光信号が通過する位置に光透過性のある透過窓を備えるように構成する。
【００１０】
本発明は、上記したような光信号伝送基板を各基板の光信号伝送領域が重なるように複数積層して構成される光信号伝送装置であって、いずれかの光信号伝送基板に設けられた発光素子に対して対向するように、他のいずれかの光信号伝送基板に受光素子が配置されていることを特徴とする光信号伝送装置である。
【００１１】
この光信号伝送装置において、発光素子が設けられた光信号伝送基板と受光素子が配置された光信号伝送基板との間に挟まれる光信号伝送基板において、当該発光素子と当該受光素子との間で伝送される光信号が通過する位置に光透過性のある透過窓を備えていることが好ましい。
【００１２】
高密度通信を可能にするには、一の光信号の光軸上に当該光信号を伝送する発光素子と受光素子とからなる組を複数配置することが好ましい。
【００１４】
次に本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
以下の実施形態１は、本発明の背景となる技術の参考例であり、特許請求の範囲に係る発明については実施形態２において説明する。
（実施形態１）
図１に本実施形態１における光信号伝送装置の構成を説明する斜視図を示す。図２の当該光信号伝送基板の平面図を示す。
【００１５】
本実施形態の光信号伝送装置は、図１に示すように、光信号伝送基板１を各基板の光信号伝送領域１００が平面図上で重なるように複数積層して構成されている。図１では説明を簡単にするまでに５層の積層構造を示してあるが、層の数に限定はない。図１では第１層から第５層迄の各光信号伝送基板１を１１〜１５と符号付けしてある。光信号伝送基板間の距離は、発光素子と受光素子間で光信号の伝送が可能な距離以内であればよい。複数の基板を直接接触させて重ねても間にスペーサを介して重ねても接着層を介して重ねてもよい。
【００１６】
各光信号伝送基板１１〜１５において、いずれかの光信号伝送基板１に設けられた発光素子ＥＸＹに対向して、他のいずれかの光信号伝送基板１の受光素子ＤＸＹが配置されている。ここで「ＥＸＹ」は第Ｘ層の基板から第Ｙ層への光信号伝送をするための発光素子であることを意味する。「ＤＸＹ」は第Ｘ層の基板から第Ｙ層へ伝送される光信号を受信するための受光素子であることを意味する。発光素子ＥＸＹと受光素子ＤＸＹとの組み合わせで一の光信号の送受信を行う経路を「チャネル」と称する。同一チャネルに属する発光素子と受光素子は、いずれかの基板の光信号伝送領域１００において同一の行と列に配置されることになる。以下、行と列で特定される光信号伝送領域の位置を「アドレス」と称する。
【００１７】
具体的には、発光素子ＥＸＹが設けられた光信号伝送基板１と受光素子ＤＸＹが配置された光信号伝送基板１との間において、当該発光素子ＥＸＹと受光素子ＤＸＹとが対向して光信号を送受信可能に配置される。発光素子が設けられる基板と受光素子が設けられる基板との間に光信号伝送基板１が挟まれている場合には、挟まれている光信号伝送基板１は他基板の発光素子ＥＸＹと受光素子ＤＸＹとの間で伝送される光信号が通過する位置に光透過性のある透過窓Ｔを備えるように構成されている。透過窓Ｔは、光信号伝送領域１００において当該発光素子ＥＸＹや受光素子ＤＸＹと同一アドレスに配置されることになる。
【００１８】
図１において、光信号伝送基板１１上の発光素子Ｅ１４（第１層から第４層への光信号伝送）と光信号伝送基板１４上の受光素子Ｄ１４（第１層からの光信号を第４層で受信）とが対向している。両素子の間に挟まれる光信号伝送基板１２と１３には、光軸の通過位置に透過窓Ｔが設けられている。同様に光信号伝送基板１５上の発光素子Ｅ５１と光信号伝送基板１１上の受光素子Ｄ５１とが対向している。両基板間に挟まれる光信号伝送基板１２〜１４には、光軸と基板面との交差位置に透過窓Ｔが設けられている。
【００１９】
本発明では、一の光信号の光軸上に当該光信号を伝送する発光素子と受光素子とからなる組を複数配置することが好ましい。高密度通信を可能にするからである。光信号伝送領域１００の同一の行と列において複数チャネルが存在する場合である。図１では、光信号伝送基板１２上の発光素子Ｅ２１と光信号伝送基板１１上の受光素子Ｄ２１とからなる組と、光信号伝送基板１３上の発光素子Ｅ３５と光信号伝送基板１５上の受光素子Ｄ３５とからなる組とが同一光軸上、つまり光信号伝送領域１００において同一アドレスに配置されている。
【００２０】
光信号伝送装置を構成する個々の光信号伝送基板１は、図２に示すように、回路領域１１０の一部に光信号伝送領域１００を備えて構成されている。光信号伝送領域１００には、光信号を他の光信号伝送基板に送信する発光素子ＥＸＹと、他の光信号伝送基板からの光信号を受信する受光素子ＤＸＹと、の少なくとも一方が、当該基板面に略垂直な方向における光信号を送受信可能に配置ている。さらに光信号伝送基板が他の基板の間に挟まれて使用される場合には、光信号伝送領域１００には、他の光信号伝送基板の間で伝送される光信号が通過する位置に光透過性のある透過窓Ｔが存在するように構成されている。
【００２１】
光信号伝送基板１の材質や厚みに限定はない。ただし基板が積層された場合に基板上に設けられている電子素子が他基板に接触しないように、例えば周囲にバンクやスペーサを設けるなどすることは好ましい。回路領域１１０に設ける回路の形態や形成方法についても限定はない。ただしバンクやスペーサなどで規定される部品の最大高さを超えないように回路の部品が配置される必要がある。具体的には、電子計算機のプロセッサ回路やメモリ回路、ＴＦＴ素子の集積回路など任意の回路を適用可能である。発光素子ＥＸＹは、電流または電圧などの電気信号を光信号に変換可能な素子であり、半導体レーザ(レーザダイオード）、発光ダイオード、有機ＥＬ素子などの任意の発光素子を適用可能である。受光素子ＤＸＹは、受光した光信号を電圧または電流などの電気信号に変換可能な素子であり、フォトトランジスタやフォトダイオードなどの光電変換素子を使用可能である。
【００２２】
光信号伝送領域１００は、発光素子ＥＸＹや受光素子ＤＸＹ、透過窓Ｔが規則的に配置可能な領域である。例えば光信号伝送領域１００は格子状に区分けされ、発光素子ＥＸＹや受光素子ＤＸＹ、透過窓Ｔがその区分けに合わせて配置される。光信号伝送領域１００は、任意の位置に発光素子ＥＸＹや受光素子ＤＸＹを配置可能な程度の強度を備える材料で構成すればよい。
【００２３】
例えば、光信号伝送領域１００を透明樹脂からなる層で形成することが可能である。透明樹脂を基本的な材料として使用し発光素子や受光素子を配置した場合には、素子以外の部分は光透過性を備えることになるので、積極的に透過窓Ｔを設ける必要が無くなる。
【００２４】
光信号伝送領域１００を光透過性のない材料、例えば回路領域１１０と同一材料で形成した場合には、透過窓Ｔに相当する位置を開口させるか、樹脂やガラスで光が透過可能な窓を形成する。
【００２５】
光信号伝送領域１００の格子数（最大チャネル数）は、基板間で必要な信号のチャネル数に対応して定める。光信号伝送領域１００の位置は、基板上の任意の領域でよく、方形である他、直線状、円状等任意の形状で配置されるものでもよい。また、回路領域１１０内に互いに離間させて点状に分散させ、他の回路と混在して配置されていてもよい。回路領域１１０の面積を必要以上に減少させることの無いように光信号伝送領域を妥当な面積に設定する。
【００２６】
図３に、光信号伝送領域１００が縦５×横４の格子による合計２０チャネルで構成される場合の、発光素子ＥＸＹや受光素子ＤＸＹ、透過窓Ｔの配置例を示す。発光素子ＥＸＹ、受光素子ＤＸＹまたは透過窓Ｔのいずれにも該当しない領域は、光透過性があっても無くてもよい領域である。第1層から第5層までの光信号伝送基板１１〜１５に対応する光信号伝送領域をそれぞれ１０１〜１０５と符号付けしてある。矢印は、図左側一列における光信号の伝送経路を示している。図面では、発光素子ＥＸＹからの射出光が理想的な直進性を備えるものとし、受光素子ＤＸＹを隣接して配置してあるが、射出光の直進性があまり良くない発光素子を用いる場合には、発光素子や受光素子が隣接しないように配置したり、各光信号伝送領域の境界部分にクラッドとして機能する層を設けたりすることで、クロストークの発生を防止する必要がある。
【００２７】
上記光信号伝送基板に製造方法には種々のものが適用可能である。
【００２８】
例えば、ガラス等の透明基板上にレーザ光などによりアブレーションを生ずる剥離層を設け、その剥離層上に本発明の光信号伝送基板を所定のパターンで形成する。次いでこの光信号伝送基板を接着剤で他の光信号伝送基板と接着した後、剥離層に透明基板側から光を照射して剥離を生じさせ、透明基板を剥離する。この工程を光信号伝送基板の積層数だけ繰り返していく。
【００２９】
または複数の透明基板上に剥離層を介してこの光信号伝送基板を形成した後、二つの光信号基板を貼り合せる。次いで少なくとも一方の透明基板側からレーザ光を照射して剥離層から透明基板を剥離する。透明基板を剥離した面に他の透明基板上に形成されていた光信号伝送基板を貼り合せ、その透明基板側からレーザ光を照射して透明基板を剥離する。このような工程を光信号伝送基板の積層数だけ繰り返していく。
【００３０】
これらのような製造方法により極めて薄い光信号伝送基板であっても確実に多数積層していくことが可能である。ただしこの製造方法に限定されるものではない。
【００３１】
上記実施形態１によれば、基板の一部に基板面に略垂直方向に光信号を送受信するための光信号伝送領域を設けたので、発光素子や受光素子の配置を適正にして基板を積層するだけの簡単な基板間の信号送受信方法を提供可能である。
【００３２】
上記実施形態１によれば、導電性を用いることが無いので、配線容量や配線抵抗による信号遅延や配線抵抗による発熱を生じることがない。
【００３３】
上記実施形態１によれば、光ファイバで基板間を接続する必要が無いので、接続に要する労力と光ファイバにかかるコストを削減可能である。
【００３４】
上記実施形態1によれば、隣接した多層基板間の信号伝送を容易に多チャンネルで実現できるので、高密度、高速度の電子計算機やＴＦＴを用いた装置の信号伝送方法として最適である。
【００３５】
上記実施形態１によれば、光信号による送受信を用いるので、ノイズに強く、不要輻射を発生しない伝送装置を提供できる。
（実施形態２)
本発明の実施形態２は、実施形態１において電源電極や接地電極をさらに設けた光信号伝送基板および装置に関する。
【００３６】
図４に本実施形態２における光信号伝送装置の構成を説明する斜視図を示す。図５に当該光信号伝送基板の平面図を示す。
【００３７】
本実施形態２の光信号伝送装置は、図４に示すように、光信号伝送基板２を各基板の光信号伝送領域１００が平面図上で重なるように複数積層して構成される。本光信号伝送装置は、基板間に接着層３を備えている点で上記実施形態１と異なる。図４では説明を簡単にするために３層の積層構造を示してあるが、積層の数に限定はない。図４において、第１層から第３層迄の各光信号伝送基板２を２１〜２３と符号付けする。
【００３８】
接着層３は、接着剤３０で対向する第１電極３１と第２電極３２と基板２とを接着固化させて構成される。接着剤３０としては、任意の樹脂、例えば反応性硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤等の光硬化型接着剤、嫌気硬化型接着剤等の各種硬化型接着剤が挙げられ得る。このような接着剤の組成としては、例えば、エポキシ系、アクリレート系、シリコーン系等いかなる接着剤でも適用することが可能である。第１電極３１と第２電極３２としては、アルミや銅、金など任意の金属を使用可能である。接着層３は、第１電極３１や第２電極３２に相当する形状の金属棒を接着剤で固めることで形成される。
【００３９】
本光信号伝送装置を構成する各光信号伝送基板２は、図５に示すように、上記実施形態１と同様の回路領域１１０と光信号伝送領域１００とを備えている。ただし、少なくとも基板の一対の端部に第１電極１２１と第2電極１２２とを備えている点で実施形態１と異なる。第１電極１２１と第2電極１２２とについては、回路領域１１０に使用する配線材料と同一材料でパターン形成するのが便利である。ただし接着層３の間に挟まれる光信号伝送基板である場合には、基板の表裏面間で導電性を有するように電極が成形されていることを要する。
【００４０】
各光信号伝送基板２１〜２３における光信号伝送領域１００内における発光素子ＥＸＹ、受光素子ＤＸＹおよび透過窓Ｔの配置や構成については前記実施形態１と同様である。
【００４１】
図６に本実施形態の光信号伝送装置の側面図を示す。各光信号伝送基板２１〜２３の第１電極１２１と接着層３の第１電極３１とが電気的に接触し、各光信号伝送基板２１〜２３の第２電極１２２と接着層３の第２電極３２とが電気的に接触して構成されている。光信号伝送基板２と接着層３とを交互に積層することで、当該光信号伝送装置は電源電極や接地電極が共通に配線されるようになっている。
【００４２】
本実施形態の光信号伝送装置の製造方法は種々に考えられる。
【００４３】
光信号伝送基板２が十分に厚く可搬性がある場合には、
１）光信号伝送基板２上に第１電極３１および第２電極３２を接続し、上記の樹脂を塗布して接着層３を形成
２）この接着層の上に再び光信号伝送基板２を貼り合せ、その上に再び接着層３を形成
３）これらの工程を必要回数繰り返して光信号伝送装置を構成
という過程で光信号伝送基板を製造可能である。
【００４４】
光信号伝送基板２がごく薄くそれ自体に可搬性がない場合には、
１）ガラス等の基台上に剥離層を形成
２）剥離層の上に光信号伝送基板２に相当する回路形成
３）光信号伝送基板２ができたら接着層３をその上に形成
４）基台の裏からレーザ光などを照射して剥離層から剥離を生じさせ、光信号伝送基板２と接着層３とからなる組み合わせを分離
５）この組み合わせを必要総数重ねて光信号伝送装置を構成
という過程で光信号伝送基板を製造可能である。接着層３を形成する前にレーザ光を照射し、接着層３形成後に力を加えて剥離層から分離させてもよい。
【００４５】
本実施形態２によれば、上記実施形態１と同様の効果を奏する他、基板に電極を共通に設けたので、電源や接地端との接続が容易である。
【００４６】
本実施形態２によれば、基板間を接着層で貼り合せるようにしたので、多層積層構造の形成が容易であり、強固な光信号伝送装置を提供可能である。
（実施形態３）
本発明の実施形態３は、実施形態２における光信号伝送基板の変形例に関する。
【００４７】
図７に本実施形態３における光信号伝送基板の平面図を示す。本実施形態３の光信号伝送基板４は、図７に示すように、第１電極４２１および第２電極４２２が光信号伝送領域４００および回路領域４１０に入り込んだ複雑なパターンをしている。この電極パターンの形成は、光信号伝送基板４における電極パターンを光信号伝送領域４００や回路領域４１０で必要とされる形状にパターニングして通常用いられる配線パターンの形成方法を適用して実施される。
【００４８】
この光信号伝送基板４を用いた光信号伝送装置の構成については、上記実施形態１や２と同様に発光素子ＥＸＹやＤＸＹを配置すればよい。基板の接着に実施形態２の接着層３を用いることも可能である。
【００４９】
本実施形態３によれば、上記実施形態１と同様の効果を奏する他、基板の電極をパターニングしたので、回路素子の電源電極や接地電極との接続が容易となり不要輻射対策としても有効である。
（実施例）
上記実施形態２における実施例として図８の平面図に示すような光信号伝送基板をシミュレーションした。第１電極１２１を電源（Ｖｄｄ）電極とし第２電極１２２を接地（ＧＮＤ）電極にした。光信号伝送領域１００の行方向（Ｘ軸方向）に電源を供給するＸドライバ回路１１１、光信号伝送領域１００の列方向（Ｙ軸方向）を選択するＹドライバ回路１１２を設けた。回路領域には、メモリ回路１１４を備えたロジック回路１１３を設けた。ロジック回路１１３としてはＴＦＴを集積した。実施例の仕様は以下の通りである。
基板の積層数 １０００枚
基板と接着層の厚み 約１０μｍ／組
アドレス数（窓数） １０００枚×約１０６（基板当たりの集積個数）
アドレスの面積 ５０×５０μｍ２＝２．５×１０３μｍ２
光信号伝送領域面積 アドレス面積×集積個数＝２５ｃｍ２
光信号伝送基板外形 ７ｃｍ（縦）×１４ｃｍ（横）＝９８ｃｍ２
面積当たりの製造原価 ￥２０／ｃｍ２
基板当たりの製造原価 ￥２０００
装置の製造原価 ￥２００００００
ＴＦＴ１個の面積 ４μｍ２
基板当たりのＴＦＴ数 約９×１０８個＝１Ｇ個
（その他の変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用が可能である。例えば光信号伝送基板や光信号伝送領域、電極の外形や光信号伝送領域の配置は一例に過ぎない。
【００５０】
光信号伝送装置は、光信号の光軸に垂直な面に平行に重ねた場合に光信号伝送領域が各アドレスを一致させて重なれば十分であり、基板自体が重なっていることを要しない。例えば図９に示すように、各基板で光信号伝送領域の配置が異なっていても、当該領域さえ正しく重なっていれば信号伝送が可能である。
【００５１】
本発明によれば、基板に電極を共通に設けたので、電源や接地端との接続が容易である。また、本発明によれば、基板間を接着層で貼り合わせるようにしたので、多層積層構造の形成が容易であり、強固な光信号電装装置を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１における光信号伝送装置の構成を説明する斜視図である。
【図２】実施形態１における光信号伝送基板の平面図である。
【図３】実施形態１における発光素子と受光素子の組み合わせ説明図である。
【図４】実施形態２における光信号伝送装置の構成を説明する斜視図である。
【図５】実施形態２における光信号伝送基板の平面図である。
【図６】実施形態２における光信号伝送装置の側面図である。
【図７】実施形態３における光信号伝送基板の平面図である。
【図８】実施例の光信号伝送基板の平面図である。
【図９】光信号伝送装置の積層方法の変形例である。
【符号の説明】
Ｅ…発光素子
Ｄ…受光素子
Ｔ…透過窓
１，１１〜１５、２，２１〜２５、４…光信号伝送基板
３…接着層
１００〜１０５…光信号伝送領域
１１０…回路領域
１２１、３１…第１電極
１２２、３２…第２電極
【発明の属する技術分野】
本発明は入出力情報を光信号とした光信号伝送基板に係る。特に、電子計算機など高密度実装に適した基板およびそれを利用した光信号伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子計算機などの装置では、回路を構成するために必要な複数の基板をケーブルやワイヤといった導電線による電気配線で相互に接続していた。基板の間で送受信される信号はインターフェース素子が生成する電気信号であった。
【０００３】
一部の装置では、一方の基板上に発光素子を設け他方の基板上に受光素子を設けて相互の素子を光ファイバで連結した光信号伝送も実現されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
導電線による接続では、配線容量と配線抵抗が存在し信号遅延が生ずるため、高速度高密度実装の装置における基板間配線には向かなかった。配線抵抗により発熱を生ずるという不都合もあった。
【０００５】
光ファイバを利用した接続では、バスのような多数配線ではファイバ本数が多くなり、配線工数が膨大なものとなり、かつ、配線に要するコストも上昇せざる得ない。
【０００６】
この不都合に対応するために、本発明は、配線作業に要する工数や配線にかかるコストを無くし、高密度実装であって高速度通信を可能とする光信号伝送基板およびその装置を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の光信号伝送装置は、光信号を他の光信号伝送基板に送信する発光素子と他の光信号伝送基板からの光信号を受信する受光素子との少なくとも一方が、当該基板面に略垂直な方向における光信号を送受信可能に配置された光信号伝送領域を備えていることを特徴とする光信号伝送基板を用いる。
そして光信号を伝送するための光信号伝送基板を備えた光信号伝送装置において、該光信号伝送基板と該光信号伝送基板同士を接着する接着層とが交互に積層された構造を備え、該光信号伝送基板は、光信号を他の光信号伝送基板に送信する発光素子と他の光信号伝送基板からの光信号を受信する受光素子との少なくとも一方が、当該基板面に略垂直な方向における光信号を送受信可能に配置された光信号伝送領域を備え、さらに該基板の両端辺に第１電極及び第２電極を備え、該接着層は、両端辺に第３電極及び第４電極を備え、該光信号伝送基板と該接着層とは各該基板の該光信号伝送領域が重なるように積層されており、該光信号伝送基板の両端辺に設けられた該第１電極及び該第２電極と、該接着層の両端辺に設けられた該第３電極及び該第４電極と、が互いに電気的に接触しており、互いに電気的に接触している一方の該端辺の該第１電極及び該第３電極が共通の電源電極として配線されており、互いに電気的に接触している他方の該端辺の該第２電極及び該第４電極が共通の接地電極として配線されていることを特徴とする。
また本発明の光信号伝送装置の製造方法は、光信号伝送基板の製造方法であって、１）光信号伝送基板の両端辺に第１電極及び第２電極を形成する工程と、２）該光信号伝送基板の片面に樹脂を塗布して、該第１電極と接触する第３電極、該第２電極と接触する第４電極と共に固化させて接着層を形成する工程と、３）該接着層の上に再び他の光信号伝送基板を貼り合せる工程と、４）該貼り合わせられた該光信号伝送基板上に再び他の接着層を形成する工程と、を必要回数繰り返して光信号伝送装置を製造する。
また本発明の他の光信号伝送装置の製造方法は、光信号伝送基板の製造方法であって、１）基台上に剥離層を介して両端辺に第１電極及び第２電極を有する光信号伝送基板を形成する工程と、２）該光信号伝送基板の一方の面に樹脂を塗布して、該第１電極と接触する第３電極、該第２電極と接触する第４電極と共に固化させて接着層を形成する工程と、３）該基台の裏からレーザ光を照射して該剥離層から剥離を生じさせ、該基台から該光信号伝送基板と該接着層とからなる組を分離する工程と、４）分離された該光信号伝送基板及び該接着層の組を複数形成し、該第１電極及び該第３電極、及び、該第２電極及び該第４電極が互いに電気的に接触するようにして積層する工程と、を備える。
【０００８】
他の光信号伝送基板の間に挟まれて使用される場合には、光信号伝送基板の光信号伝送領域は、他の光信号伝送基板の間で伝送される光信号が通過する位置に光透過性のある透過窓を備えるように構成する。
【００１０】
本発明は、上記したような光信号伝送基板を各基板の光信号伝送領域が重なるように複数積層して構成される光信号伝送装置であって、いずれかの光信号伝送基板に設けられた発光素子に対して対向するように、他のいずれかの光信号伝送基板に受光素子が配置されていることを特徴とする光信号伝送装置である。
【００１１】
この光信号伝送装置において、発光素子が設けられた光信号伝送基板と受光素子が配置された光信号伝送基板との間に挟まれる光信号伝送基板において、当該発光素子と当該受光素子との間で伝送される光信号が通過する位置に光透過性のある透過窓を備えていることが好ましい。
【００１２】
高密度通信を可能にするには、一の光信号の光軸上に当該光信号を伝送する発光素子と受光素子とからなる組を複数配置することが好ましい。
【００１４】
次に本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
以下の実施形態１は、本発明の背景となる技術の参考例であり、特許請求の範囲に係る発明については実施形態２において説明する。
（実施形態１）
図１に本実施形態１における光信号伝送装置の構成を説明する斜視図を示す。図２の当該光信号伝送基板の平面図を示す。
【００１５】
本実施形態の光信号伝送装置は、図１に示すように、光信号伝送基板１を各基板の光信号伝送領域１００が平面図上で重なるように複数積層して構成されている。図１では説明を簡単にするまでに５層の積層構造を示してあるが、層の数に限定はない。図１では第１層から第５層迄の各光信号伝送基板１を１１〜１５と符号付けしてある。光信号伝送基板間の距離は、発光素子と受光素子間で光信号の伝送が可能な距離以内であればよい。複数の基板を直接接触させて重ねても間にスペーサを介して重ねても接着層を介して重ねてもよい。
【００１６】
各光信号伝送基板１１〜１５において、いずれかの光信号伝送基板１に設けられた発光素子ＥＸＹに対向して、他のいずれかの光信号伝送基板１の受光素子ＤＸＹが配置されている。ここで「ＥＸＹ」は第Ｘ層の基板から第Ｙ層への光信号伝送をするための発光素子であることを意味する。「ＤＸＹ」は第Ｘ層の基板から第Ｙ層へ伝送される光信号を受信するための受光素子であることを意味する。発光素子ＥＸＹと受光素子ＤＸＹとの組み合わせで一の光信号の送受信を行う経路を「チャネル」と称する。同一チャネルに属する発光素子と受光素子は、いずれかの基板の光信号伝送領域１００において同一の行と列に配置されることになる。以下、行と列で特定される光信号伝送領域の位置を「アドレス」と称する。
【００１７】
具体的には、発光素子ＥＸＹが設けられた光信号伝送基板１と受光素子ＤＸＹが配置された光信号伝送基板１との間において、当該発光素子ＥＸＹと受光素子ＤＸＹとが対向して光信号を送受信可能に配置される。発光素子が設けられる基板と受光素子が設けられる基板との間に光信号伝送基板１が挟まれている場合には、挟まれている光信号伝送基板１は他基板の発光素子ＥＸＹと受光素子ＤＸＹとの間で伝送される光信号が通過する位置に光透過性のある透過窓Ｔを備えるように構成されている。透過窓Ｔは、光信号伝送領域１００において当該発光素子ＥＸＹや受光素子ＤＸＹと同一アドレスに配置されることになる。
【００１８】
図１において、光信号伝送基板１１上の発光素子Ｅ１４（第１層から第４層への光信号伝送）と光信号伝送基板１４上の受光素子Ｄ１４（第１層からの光信号を第４層で受信）とが対向している。両素子の間に挟まれる光信号伝送基板１２と１３には、光軸の通過位置に透過窓Ｔが設けられている。同様に光信号伝送基板１５上の発光素子Ｅ５１と光信号伝送基板１１上の受光素子Ｄ５１とが対向している。両基板間に挟まれる光信号伝送基板１２〜１４には、光軸と基板面との交差位置に透過窓Ｔが設けられている。
【００１９】
本発明では、一の光信号の光軸上に当該光信号を伝送する発光素子と受光素子とからなる組を複数配置することが好ましい。高密度通信を可能にするからである。光信号伝送領域１００の同一の行と列において複数チャネルが存在する場合である。図１では、光信号伝送基板１２上の発光素子Ｅ２１と光信号伝送基板１１上の受光素子Ｄ２１とからなる組と、光信号伝送基板１３上の発光素子Ｅ３５と光信号伝送基板１５上の受光素子Ｄ３５とからなる組とが同一光軸上、つまり光信号伝送領域１００において同一アドレスに配置されている。
【００２０】
光信号伝送装置を構成する個々の光信号伝送基板１は、図２に示すように、回路領域１１０の一部に光信号伝送領域１００を備えて構成されている。光信号伝送領域１００には、光信号を他の光信号伝送基板に送信する発光素子ＥＸＹと、他の光信号伝送基板からの光信号を受信する受光素子ＤＸＹと、の少なくとも一方が、当該基板面に略垂直な方向における光信号を送受信可能に配置ている。さらに光信号伝送基板が他の基板の間に挟まれて使用される場合には、光信号伝送領域１００には、他の光信号伝送基板の間で伝送される光信号が通過する位置に光透過性のある透過窓Ｔが存在するように構成されている。
【００２１】
光信号伝送基板１の材質や厚みに限定はない。ただし基板が積層された場合に基板上に設けられている電子素子が他基板に接触しないように、例えば周囲にバンクやスペーサを設けるなどすることは好ましい。回路領域１１０に設ける回路の形態や形成方法についても限定はない。ただしバンクやスペーサなどで規定される部品の最大高さを超えないように回路の部品が配置される必要がある。具体的には、電子計算機のプロセッサ回路やメモリ回路、ＴＦＴ素子の集積回路など任意の回路を適用可能である。発光素子ＥＸＹは、電流または電圧などの電気信号を光信号に変換可能な素子であり、半導体レーザ(レーザダイオード）、発光ダイオード、有機ＥＬ素子などの任意の発光素子を適用可能である。受光素子ＤＸＹは、受光した光信号を電圧または電流などの電気信号に変換可能な素子であり、フォトトランジスタやフォトダイオードなどの光電変換素子を使用可能である。
【００２２】
光信号伝送領域１００は、発光素子ＥＸＹや受光素子ＤＸＹ、透過窓Ｔが規則的に配置可能な領域である。例えば光信号伝送領域１００は格子状に区分けされ、発光素子ＥＸＹや受光素子ＤＸＹ、透過窓Ｔがその区分けに合わせて配置される。光信号伝送領域１００は、任意の位置に発光素子ＥＸＹや受光素子ＤＸＹを配置可能な程度の強度を備える材料で構成すればよい。
【００２３】
例えば、光信号伝送領域１００を透明樹脂からなる層で形成することが可能である。透明樹脂を基本的な材料として使用し発光素子や受光素子を配置した場合には、素子以外の部分は光透過性を備えることになるので、積極的に透過窓Ｔを設ける必要が無くなる。
【００２４】
光信号伝送領域１００を光透過性のない材料、例えば回路領域１１０と同一材料で形成した場合には、透過窓Ｔに相当する位置を開口させるか、樹脂やガラスで光が透過可能な窓を形成する。
【００２５】
光信号伝送領域１００の格子数（最大チャネル数）は、基板間で必要な信号のチャネル数に対応して定める。光信号伝送領域１００の位置は、基板上の任意の領域でよく、方形である他、直線状、円状等任意の形状で配置されるものでもよい。また、回路領域１１０内に互いに離間させて点状に分散させ、他の回路と混在して配置されていてもよい。回路領域１１０の面積を必要以上に減少させることの無いように光信号伝送領域を妥当な面積に設定する。
【００２６】
図３に、光信号伝送領域１００が縦５×横４の格子による合計２０チャネルで構成される場合の、発光素子ＥＸＹや受光素子ＤＸＹ、透過窓Ｔの配置例を示す。発光素子ＥＸＹ、受光素子ＤＸＹまたは透過窓Ｔのいずれにも該当しない領域は、光透過性があっても無くてもよい領域である。第1層から第5層までの光信号伝送基板１１〜１５に対応する光信号伝送領域をそれぞれ１０１〜１０５と符号付けしてある。矢印は、図左側一列における光信号の伝送経路を示している。図面では、発光素子ＥＸＹからの射出光が理想的な直進性を備えるものとし、受光素子ＤＸＹを隣接して配置してあるが、射出光の直進性があまり良くない発光素子を用いる場合には、発光素子や受光素子が隣接しないように配置したり、各光信号伝送領域の境界部分にクラッドとして機能する層を設けたりすることで、クロストークの発生を防止する必要がある。
【００２７】
上記光信号伝送基板に製造方法には種々のものが適用可能である。
【００２８】
例えば、ガラス等の透明基板上にレーザ光などによりアブレーションを生ずる剥離層を設け、その剥離層上に本発明の光信号伝送基板を所定のパターンで形成する。次いでこの光信号伝送基板を接着剤で他の光信号伝送基板と接着した後、剥離層に透明基板側から光を照射して剥離を生じさせ、透明基板を剥離する。この工程を光信号伝送基板の積層数だけ繰り返していく。
【００２９】
または複数の透明基板上に剥離層を介してこの光信号伝送基板を形成した後、二つの光信号基板を貼り合せる。次いで少なくとも一方の透明基板側からレーザ光を照射して剥離層から透明基板を剥離する。透明基板を剥離した面に他の透明基板上に形成されていた光信号伝送基板を貼り合せ、その透明基板側からレーザ光を照射して透明基板を剥離する。このような工程を光信号伝送基板の積層数だけ繰り返していく。
【００３０】
これらのような製造方法により極めて薄い光信号伝送基板であっても確実に多数積層していくことが可能である。ただしこの製造方法に限定されるものではない。
【００３１】
上記実施形態１によれば、基板の一部に基板面に略垂直方向に光信号を送受信するための光信号伝送領域を設けたので、発光素子や受光素子の配置を適正にして基板を積層するだけの簡単な基板間の信号送受信方法を提供可能である。
【００３２】
上記実施形態１によれば、導電性を用いることが無いので、配線容量や配線抵抗による信号遅延や配線抵抗による発熱を生じることがない。
【００３３】
上記実施形態１によれば、光ファイバで基板間を接続する必要が無いので、接続に要する労力と光ファイバにかかるコストを削減可能である。
【００３４】
上記実施形態1によれば、隣接した多層基板間の信号伝送を容易に多チャンネルで実現できるので、高密度、高速度の電子計算機やＴＦＴを用いた装置の信号伝送方法として最適である。
【００３５】
上記実施形態１によれば、光信号による送受信を用いるので、ノイズに強く、不要輻射を発生しない伝送装置を提供できる。
（実施形態２)
本発明の実施形態２は、実施形態１において電源電極や接地電極をさらに設けた光信号伝送基板および装置に関する。
【００３６】
図４に本実施形態２における光信号伝送装置の構成を説明する斜視図を示す。図５に当該光信号伝送基板の平面図を示す。
【００３７】
本実施形態２の光信号伝送装置は、図４に示すように、光信号伝送基板２を各基板の光信号伝送領域１００が平面図上で重なるように複数積層して構成される。本光信号伝送装置は、基板間に接着層３を備えている点で上記実施形態１と異なる。図４では説明を簡単にするために３層の積層構造を示してあるが、積層の数に限定はない。図４において、第１層から第３層迄の各光信号伝送基板２を２１〜２３と符号付けする。
【００３８】
接着層３は、接着剤３０で対向する第１電極３１と第２電極３２と基板２とを接着固化させて構成される。接着剤３０としては、任意の樹脂、例えば反応性硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤等の光硬化型接着剤、嫌気硬化型接着剤等の各種硬化型接着剤が挙げられ得る。このような接着剤の組成としては、例えば、エポキシ系、アクリレート系、シリコーン系等いかなる接着剤でも適用することが可能である。第１電極３１と第２電極３２としては、アルミや銅、金など任意の金属を使用可能である。接着層３は、第１電極３１や第２電極３２に相当する形状の金属棒を接着剤で固めることで形成される。
【００３９】
本光信号伝送装置を構成する各光信号伝送基板２は、図５に示すように、上記実施形態１と同様の回路領域１１０と光信号伝送領域１００とを備えている。ただし、少なくとも基板の一対の端部に第１電極１２１と第2電極１２２とを備えている点で実施形態１と異なる。第１電極１２１と第2電極１２２とについては、回路領域１１０に使用する配線材料と同一材料でパターン形成するのが便利である。ただし接着層３の間に挟まれる光信号伝送基板である場合には、基板の表裏面間で導電性を有するように電極が成形されていることを要する。
【００４０】
各光信号伝送基板２１〜２３における光信号伝送領域１００内における発光素子ＥＸＹ、受光素子ＤＸＹおよび透過窓Ｔの配置や構成については前記実施形態１と同様である。
【００４１】
図６に本実施形態の光信号伝送装置の側面図を示す。各光信号伝送基板２１〜２３の第１電極１２１と接着層３の第１電極３１とが電気的に接触し、各光信号伝送基板２１〜２３の第２電極１２２と接着層３の第２電極３２とが電気的に接触して構成されている。光信号伝送基板２と接着層３とを交互に積層することで、当該光信号伝送装置は電源電極や接地電極が共通に配線されるようになっている。
【００４２】
本実施形態の光信号伝送装置の製造方法は種々に考えられる。
【００４３】
光信号伝送基板２が十分に厚く可搬性がある場合には、
１）光信号伝送基板２上に第１電極３１および第２電極３２を接続し、上記の樹脂を塗布して接着層３を形成
２）この接着層の上に再び光信号伝送基板２を貼り合せ、その上に再び接着層３を形成
３）これらの工程を必要回数繰り返して光信号伝送装置を構成
という過程で光信号伝送基板を製造可能である。
【００４４】
光信号伝送基板２がごく薄くそれ自体に可搬性がない場合には、
１）ガラス等の基台上に剥離層を形成
２）剥離層の上に光信号伝送基板２に相当する回路形成
３）光信号伝送基板２ができたら接着層３をその上に形成
４）基台の裏からレーザ光などを照射して剥離層から剥離を生じさせ、光信号伝送基板２と接着層３とからなる組み合わせを分離
５）この組み合わせを必要総数重ねて光信号伝送装置を構成
という過程で光信号伝送基板を製造可能である。接着層３を形成する前にレーザ光を照射し、接着層３形成後に力を加えて剥離層から分離させてもよい。
【００４５】
本実施形態２によれば、上記実施形態１と同様の効果を奏する他、基板に電極を共通に設けたので、電源や接地端との接続が容易である。
【００４６】
本実施形態２によれば、基板間を接着層で貼り合せるようにしたので、多層積層構造の形成が容易であり、強固な光信号伝送装置を提供可能である。
（実施形態３）
本発明の実施形態３は、実施形態２における光信号伝送基板の変形例に関する。
【００４７】
図７に本実施形態３における光信号伝送基板の平面図を示す。本実施形態３の光信号伝送基板４は、図７に示すように、第１電極４２１および第２電極４２２が光信号伝送領域４００および回路領域４１０に入り込んだ複雑なパターンをしている。この電極パターンの形成は、光信号伝送基板４における電極パターンを光信号伝送領域４００や回路領域４１０で必要とされる形状にパターニングして通常用いられる配線パターンの形成方法を適用して実施される。
【００４８】
この光信号伝送基板４を用いた光信号伝送装置の構成については、上記実施形態１や２と同様に発光素子ＥＸＹやＤＸＹを配置すればよい。基板の接着に実施形態２の接着層３を用いることも可能である。
【００４９】
本実施形態３によれば、上記実施形態１と同様の効果を奏する他、基板の電極をパターニングしたので、回路素子の電源電極や接地電極との接続が容易となり不要輻射対策としても有効である。
（実施例）
上記実施形態２における実施例として図８の平面図に示すような光信号伝送基板をシミュレーションした。第１電極１２１を電源（Ｖｄｄ）電極とし第２電極１２２を接地（ＧＮＤ）電極にした。光信号伝送領域１００の行方向（Ｘ軸方向）に電源を供給するＸドライバ回路１１１、光信号伝送領域１００の列方向（Ｙ軸方向）を選択するＹドライバ回路１１２を設けた。回路領域には、メモリ回路１１４を備えたロジック回路１１３を設けた。ロジック回路１１３としてはＴＦＴを集積した。実施例の仕様は以下の通りである。
基板の積層数 １０００枚
基板と接着層の厚み 約１０μｍ／組
アドレス数（窓数） １０００枚×約１０６（基板当たりの集積個数）
アドレスの面積 ５０×５０μｍ２＝２．５×１０３μｍ２
光信号伝送領域面積 アドレス面積×集積個数＝２５ｃｍ２
光信号伝送基板外形 ７ｃｍ（縦）×１４ｃｍ（横）＝９８ｃｍ２
面積当たりの製造原価 ￥２０／ｃｍ２
基板当たりの製造原価 ￥２０００
装置の製造原価 ￥２００００００
ＴＦＴ１個の面積 ４μｍ２
基板当たりのＴＦＴ数 約９×１０８個＝１Ｇ個
（その他の変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用が可能である。例えば光信号伝送基板や光信号伝送領域、電極の外形や光信号伝送領域の配置は一例に過ぎない。
【００５０】
光信号伝送装置は、光信号の光軸に垂直な面に平行に重ねた場合に光信号伝送領域が各アドレスを一致させて重なれば十分であり、基板自体が重なっていることを要しない。例えば図９に示すように、各基板で光信号伝送領域の配置が異なっていても、当該領域さえ正しく重なっていれば信号伝送が可能である。
【００５１】
本発明によれば、基板に電極を共通に設けたので、電源や接地端との接続が容易である。また、本発明によれば、基板間を接着層で貼り合わせるようにしたので、多層積層構造の形成が容易であり、強固な光信号電装装置を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１における光信号伝送装置の構成を説明する斜視図である。
【図２】実施形態１における光信号伝送基板の平面図である。
【図３】実施形態１における発光素子と受光素子の組み合わせ説明図である。
【図４】実施形態２における光信号伝送装置の構成を説明する斜視図である。
【図５】実施形態２における光信号伝送基板の平面図である。
【図６】実施形態２における光信号伝送装置の側面図である。
【図７】実施形態３における光信号伝送基板の平面図である。
【図８】実施例の光信号伝送基板の平面図である。
【図９】光信号伝送装置の積層方法の変形例である。
【符号の説明】
Ｅ…発光素子
Ｄ…受光素子
Ｔ…透過窓
１，１１〜１５、２，２１〜２５、４…光信号伝送基板
３…接着層
１００〜１０５…光信号伝送領域
１１０…回路領域
１２１、３１…第１電極
１２２、３２…第２電極
Claims (7)
- 光信号を伝送するための光信号伝送基板を複数備えた光信号伝送装置であって、
該光信号伝送基板と該光信号伝送基板同士を接着する接着層とが交互に積層された構造を備え、
該光信号伝送基板は、光信号を他の光信号伝送基板に送信する発光素子と他の光信号伝送基板からの光信号を受信する受光素子との少なくとも一方が、当該基板面に略垂直な方向における光信号を送受信可能に配置された光信号伝送領域を備え、さらに該基板の両端辺に第１電極及び第２電極を備え、
該接着層は、両端辺に第３電極及び第４電極を備え、
該光信号伝送基板と該接着層とは各該基板の該光信号伝送領域が重なるように積層されており、
該光信号伝送基板の両端辺に設けられた該第１電極及び該第２電極と、該接着層の両端辺に設けられた該第３電極及び該第４電極と、が互いに電気的に接触しており、
互いに電気的に接触している一方の該端辺の該第１電極及び該第３電極が共通の電源電極として配線されており、
互いに電気的に接触している他方の該端辺の該第２電極及び該第４電極が共通の接地電極として配線されている
ことを特徴とする光信号伝送装置。 - 他の前記光信号伝送基板の間に配置される光信号伝送基板において、
前記光信号伝送領域は、他の前記光信号伝送基板の間で伝送される光信号が通過する位置に光透過性のある透過窓を備えている、請求項１に記載の光信号伝送装置。 - 請求項１または２に記載の光信号伝送装置において、
いずれかの光信号伝送基板に設けられた前記発光素子に対して対向するように、他のいずれかの光信号伝送基板に前記受光素子が配置されていることを特徴とする光信号伝送装置。 - 前記発光素子が設けられた光信号伝送基板と前記受光素子が配置された光信号伝送基板との間に挟まれる光信号伝送基板において、
当該発光素子と当該受光素子との間で伝送される光信号が通過する位置に光透過性のある透過窓を備えている請求項３に記載の光信号伝送装置。 - 一の光信号の光軸上に当該光信号を伝送する前記発光素子と前記受光素子とからなる組が複数配置されている請求項４に記載の光信号伝送装置。
- 光信号伝送基板の製造方法であって、
１）光信号伝送基板の両端辺に第１電極及び第２電極を形成する工程と、
２）該光信号伝送基板の片面に樹脂を塗布して、該第１電極と接触する第３電極及び該第２電極と接触する第４電極を共に固化させて接着層を形成する工程と、
３）該接着層の上に再び他の光信号伝送基板を貼り合せる工程と、
４）該貼り合わせられた該光信号伝送基板上に再び他の接着層を形成する工程と、
を必要回数繰り返して光信号伝送装置を製造する光信号伝送装置の製造方法。 - 光信号伝送基板の製造方法であって、
１）基台上に剥離層を介して両端辺に第１電極及び第２電極を有する光信号伝送基板を形成する工程と、
２）該光信号伝送基板の一方の面に樹脂を塗布して、該第１電極と接触する第３電極及び該第２電極と接触する第４電極を共に固化させて接着層を形成する工程と、
３）該基台の裏からレーザ光を照射して該剥離層から剥離を生じさせ、該基台から該光信号伝送基板と該接着層とからなる組を分離する工程と、
４）分離された該光信号伝送基板及び該接着層の組を複数形成し、該第１電極及び該第３電極、及び、該第２電極及び該第４電極が互いに電気的に接触するようにして積層する工程と、
を備える光信号伝送装置の製造方法。
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