JP5262977B2 - 光導波路組立体および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、光導波路組立体および電子機器に関する。

近年、情報化の波とともに、大容量の情報を高速でやりとりできる広帯域回線（ブロードバンド）の普及が進んでいる。また、これらの広帯域回線に情報を伝送する装置として、ルータ装置、ＷＤＭ(Wavelength Division Multiplexing)装置等の伝送装置が用いられている。これらの伝送装置内には、ＬＳＩのような演算素子、メモリーのような記憶素子等が組み合わされた信号処理基板が多数設置されており、各回線の相互接続を担っている。

各信号処理基板には、演算素子や記憶素子等が電気配線で接続された回路が構築されているが、近年、処理する情報量の増大に伴って、各基板では、極めて高いスループットで情報を伝送することが要求されている。しかしながら、情報伝送の高速化に伴い、クロストークや高周波ノイズの発生、電気信号の劣化、特性インピーダンスの不整合等の問題が顕在化しつつある。このため、電気配線がボトルネックとなって、信号処理基板のスループットの向上が困難になっている。

一方、光信号を使用してデータを移送する光通信技術が開発され、近年、この光信号を一地点から他地点に導くための手段としての光配線を有する構造体が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の構造体は、光配線の他に、電気配線も有している。この構造体では、光配線と電気配線とが重なっており、例えば、これらを折り曲げて湾曲した状態で使用される場合がある。この場合、使用される場所によっては、湾曲の程度が極めて大きくなる（例えば曲率半径が１ｍｍ）。

ところで、光配線と電気配線との曲げ応力に対する耐久性を比較すると、一般的に、光配線の方が電気配線よりも耐久性が低い。このため、光配線は、湾曲の程度が極めて大きい状態では過剰な曲げ応力が生じ、電気配線よりも厳しい条件下で使用されることとなるという問題があった。

特開２００８−１５８０００号公報

本発明の目的は、折り曲げられたフレキシブル基板の内側に、光導波路を折り曲げるように湾曲した状態で設置した際に、当該光導波路に過剰な曲げ応力が生じるのが防止された光導波路組立体および電子機器を提供することにある。

このような目的は、下記（１）〜（１０）の本発明により達成される。
（１） 可撓性を有する板状の部材で構成され、その途中が折り曲げられるように湾曲した外側湾曲部を有するフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板の前記外側湾曲部の内側に、湾曲した状態で設置され、少なくとも１本のコア部を有する帯板状の光導波路とを備え、
前記光導波路は、その途中が折り曲げられるように湾曲した内側湾曲部を有し、さらに、前記光導波路の表裏が反転するように捩られており、これにより、前記内側湾曲部は、前記外側湾曲部よりも緩やかに湾曲したものとなることを特徴とする光導波路組立体。

（２） 前記内側湾曲部は、前記外側湾曲部に対し異なる方向に湾曲している上記（１）に記載の光導波路組立体。

（３） 前記光導波路は、その両端部がそれぞれ前記フレキシブル基板の両端側に支持されており、
前記光導波路の各端部同士が前記フレキシブル基板の幅方向に関して同じ位置に配置されている上記（１）または（２）に記載の光導波路組立体。

（４） 前記光導波路は、その両端部がそれぞれ前記フレキシブル基板の両端部に支持されており、
前記光導波路の各端部同士が前記フレキシブル基板の幅方向にズレた位置に配置されている上記（１）または（２）に記載の光導波路組立体。

（５） 前記光導波路は、その長手方向の途中の幅が、両端部の幅よりも小さい部分を有する上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の光導波路組立体。

（６） 前記内側湾曲部と前記外側湾曲部とは、互いに離間している上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の光導波路組立体。

（７） 前記フレキシブル基板は、その前記外側湾曲部を形成する部分が長手方向に沿って移動可能であり、その移動に伴って、前記光導波路の前記内側湾曲部を形成する部分も移動する上記（１）ないし（６）のいずれかに記載の光導波路組立体。

（８） 前記光導波路は、その幅が前記フレキシブル基板の幅よりも小さいものである上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の光導波路組立体。

（９） 前記フレキシブル基板は、導体回路を有する回路基板である上記（１）ないし（８）のいずれかに記載の光導波路組立体。

（１０） 上記（１）ないし（９）のいずれかに記載の光導波路組立体を有することを特徴とする電子機器。

本発明によれば、折り曲げられたフレキシブル基板の内側に、光導波路を折り曲げるように湾曲した状態で設置した際には、光導波路にはフレキシブル基板の外側湾曲部よりも緩やかに湾曲した内側湾曲部が形成されるため、当該光導波路に過剰な曲げ応力が生じるのが確実に防止される。

また、光導波路がその表裏が反転するように捩られ、光導波路の各端部同士がフレキシブル基板の幅方向にズレた位置に配置されている場合には、内側湾曲部がより大きく湾曲することとなり、よって、光導波路に過剰な曲げ応力が生じるのがより確実に防止される。

本発明の光導波路組立体の第１実施形態を示す斜視図である。 図１に示す光導波路組立体の展開図である。 図１に示す光導波路組立体の平面図（ａ）および側面図（ｂ）（（ａ）は図１中の矢印Ａ方向から見た図、（ｂ）は図１中の矢印Ｂ方向から見た図）である。 図１に示す光導波路組立体が備える光導波路の横断面斜視図である。 本発明の光導波路組立体の第２実施形態を示す展開図である。 本発明の光導波路組立体の第３実施形態を示す展開図である。 本発明の光導波路組立体の第４実施形態を示す展開図である。

以下、本発明の光導波路組立体および電子機器を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の光導波路組立体の第１実施形態を示す斜視図、図２は、図１に示す光導波路組立体の展開図、図３は、図１に示す光導波路組立体の平面図（ａ）および側面図（ｂ）（（ａ）は図１中の矢印Ａ方向から見た図、（ｂ）は図１中の矢印Ｂ方向から見た図）、図４は、図１に示す光導波路組立体が備える光導波路の横断面斜視図である。

図１に示す光導波路組立体１は可撓性を有し、途中が折り曲げられたフレキシブル基板２と、フレキシブル基板２の両端部にそれぞれ設置された第１のリジッド基板３ａおよび第２のリジッド基板３ｂと、フレキシブル基板２の内側に湾曲した状態で設置された光導波路４とを備えている。この光導波路組立体１は、例えば、スライド式や折り畳み式の携帯電話機等のような可動部を有する電子機器に内蔵（搭載）可能である。

フレキシブル基板２は、可撓性を有する回路基板である。このフレキシブル基板２は、基板本体２１と、基板本体２１上に形成された配線パターン（導体回路）２９とで構成されている。

基板本体２１は、長尺な板状の部材であり、絶縁性を有する材料で構成されている。かかる材料としては、例えば、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル系樹脂等の各種樹脂材料が挙げられるが、なかでもポリイミド系樹脂を主材料とするものが好ましく用いられる。ポリイミド系樹脂は、耐熱性が高く、優れた可撓性を有していることから、折り曲げられる基板本体２１（フレキシブル基板２）の構成材料として特に好適である。

基板本体２１には、折り曲げた際に内側となる面（内面２２）にあらかじめ導電膜（銅張りフィルム等）が形成されている。この導電膜をフォトリソグラフィ法およびエッチング法により、所望の形状にパターニングすることにより、配線パターン２９が形成されている。なお、配線パターン２９の構成材料としては、導電性を有する材料であれば、特に限定されず、例えば、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ等が挙げられる。

また、基板本体２１には、光を発光する発光素子（発光ダイオード）２８１と、発光素子２８１からの光を受光する受光素子（フォトダイオード）２８２とが搭載されている。発光素子２８１は、基板本体２１の一端部２１１に配置され、受光素子２８２は、基板本体２１の他端部２１２に配置されている。そして、発光素子２８１と受光素子２８２とは、光導波路４を介して、光学的に接続されている。これにより、発光素子２８１から発光された光は、光導波路４を通過し、受光素子２８２に至る。

また、基板本体２１には、例えばドライバＩＣとトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）とリミッティングアンプ（ＬＡ）とのコンビネーションＩＣとで構成された電気素子（図示せず）が搭載されている。この電気素子は、発光素子２８１および受光素子２８２を駆動するものであり、各素子と配線パターン２９を介して電気的に接続されている。

フレキシブル基板２は、図２に示す展開状態から、その一端部２１１側（図２中左側）に向かって他端部２１２側（図２中右側）を図２中の矢印方向に接近させることにより、途中が「Ｕ」字状に折り曲げられるように湾曲する。そして、図１に示すように、このフレキシブル基板２には、湾曲した外側湾曲部２４が形成される。

なお、フレキシブル基板２の厚さｔ１は、例えばフレキシブル基板２が折り曲げられる程度に十分な可撓性を有することと、後述するように随時変形するのに対する耐久性を有すること等の観点から、３〜５０μｍであるのが好ましく、７〜３０μｍであるのがより好ましい。

フレキシブル基板２の外面２７には、その一端部２１１に第１のリジッド基板３ａが接続され、他端部２１２に第２のリジッド基板３ｂが接続されている。第１のリジッド基板３ａおよび第２のリジッド基板３ｂは、それぞれ、フレキシブル基板２よりも高い剛性を有するとともに絶縁性を有する材料で構成された基板である。かかる材料としては、例えば、紙、ガラス繊維、ガラス布、樹脂フィルム等を基材とし、この基材に、フェノール系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、シアネート樹脂、ポリイミド系樹脂、フッ素系樹脂等の樹脂材料を含浸させたものが挙げられる。また、第１のリジッド基板３ａおよび第２のリジッド基板３ｂは、それぞれ、その幅がフレキシブル基板２よりも大きいものである。

図１、図３（ｂ）に示すように、第１のリジッド基板３ａと第２のリジッド基板３ｂとは、互いに離間している。第１のリジッド基板３ａは、光導波路組立体１が搭載された構造体に固定、支持されている。第２のリジッド基板３ｂは、当該構造体が有する移動機構（図示せず）により、図３（ｂ）中左右方向に沿って移動可能に支持されている。

図３（ｂ）に示すように、第２のリジッド基板３ｂが図中左右方向に移動する（往復動する）ことにより、フレキシブル基板２は、その外側湾曲部２４を形成する部分が長手方向に沿って移動して、全体として随時変形することとなる。

図１、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、フレキシブル基板２の内側には、間隙２３が形成されており、この間隙２３に、湾曲した状態の光導波路４が設置されている。また、光導波路４は、その一端部４２がフレキシブル基板２の一端部２１１に固定、支持されており、他端部４３がフレキシブル基板２の他端部２１２に固定、支持されている。

光導波路４は、光を伝播する帯板状の部材である。光導波路４は、複数本（または１本）の線状のコア部４４と、各コア部４４の周囲を囲むように設けられたクラッド部４５ａ、４５ｂとを有している。この光導波路４では、発光素子２８１から各コア部４４の一端に入射された光をコア部４４とクラッド部４５ａ、４５ｂとの界面で全反射させ、他端に伝搬して、受光素子２８２で受光することができる。

コア部４４とクラッド部４５ａ、４５ｂとは、互いに光の屈折率が異なり、その屈折率の差は、０．５％以上であるのが好ましく、０．８％以上であるのがより好ましい。一方、上限値は、特に設定されなくてもよいが、好ましくは５．５％程度とされる。屈折率の差が前記下限値未満であると光を伝達する効果が低下する場合があり、前記上限値を超えても、光の伝送効率のそれ以上の増大は期待できない。ここで、前記屈折率差とは、コア部４４の屈折率をＡ、クラッド部４５ａ、４５ｂの屈折率をＢとしたとき、次式で表される。
屈折率差（％）＝｜Ａ／Ｂ−１｜×１００
コア部４４、クラッド部４５ａ、４５ｂの各構成材料は、それぞれ上記の屈折率差が生じる材料であれば特に限定されないが、具体的には、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、エポキシ樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリシラン、ポリシラザン、また、ベンゾシクロブテン系樹脂やノルボルネン系樹脂等の環状オレフィン系樹脂のような各種樹脂材料を用いることができる。

光導波路組立体１では、光導波路４は、「Ｕ」字状に折り返される（折り曲げられる）ように湾曲した状態となっており、このため、途中に湾曲した内側湾曲部４１が形成される。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、内側湾曲部４１は、その湾曲の程度がフレキシブル基板２の外側湾曲部２４の湾曲の程度よりも小さくなっている、すなわち、外側湾曲部２４よりも緩やかに湾曲している。

このような内側湾曲部４１は、図２に示す展開状態で光導波路４をフレキシブル基板２に次のように設置することにより形成される。

図２に示す展開状態では、光導波路４は、その一端部４２がフレキシブル基板２の一端部２１１の幅方向の中央部に配置されており、他端部４３がフレキシブル基板２の他端部２１２の幅方向の中央部に配置されている。すなわち、図２に示す展開状態では、光導波路４は、その一端部４２、他端部４３がフレキシブル基板２の幅方向に関して同じ位置に配置されている。

また、光導波路４は、その表裏が反転するように捩られている。すなわち、光導波路４は、その中心軸回りに一端部４２を他端部４３に対し半回転したものとなっている。

このように設置された展開状態の光導波路４を、一端部２１１側（図２中左側）に向かって他端部２１２側（図２中右側）を図２中の矢印方向に接近させる。この際、光導波路４は、前述したように捩られていることにより、その途中（内側湾曲部４１となる部分）がフレキシブル基板２の外側湾曲部２４に対し異なる方向（図３に示す構成ではフレキシブル基板２の幅方向）に湾曲する。これにより、図１、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、光導波路４には、外側湾曲部２４よりも緩やかに湾曲した内側湾曲部４１が形成される。

このように光導波路組立体１では、折り曲げられたフレキシブル基板２の内側に、光導波路４が折り曲げるように湾曲した状態で設置されている。そして、この設置された光導波路４には、外側湾曲部２４よりも緩やかに湾曲した内側湾曲部４１が形成され、これにより、過剰な曲げ応力が生じる（応力が過剰に集中する）のが確実に防止される。なお、光導波路４では、内側湾曲部４１以外の部分は、内側湾曲部４１よりも著しく緩やかに湾曲しているかまたはほぼ平坦となっている（図３（ａ）、（ｂ）参照）。

また、前述したように、フレキシブル基板２は、移動機構により、外側湾曲部２４を形成する部分が長手方向に沿って移動して、全体として随時変形する（図３（ｂ）参照）。これに伴い、光導波路４も、その内側湾曲部４１を形成する部分が長手方向に沿って移動するが、当該部分に関わらず、形成される内側湾曲部４１は、外側湾曲部２４よりも緩やかに湾曲したものとなる。このように、光導波路４は、内側湾曲部４１を形成する部分が長手方向に沿って移動して、全体として随時変形しても、緩やかに湾曲した内側湾曲部４１が確実に形成され、よって、光導波路４に過剰な曲げ応力が生じるのが防止される。

図３（ｂ）に示すように、光導波路４の内側湾曲部４１とフレキシブル基板２の外側湾曲部２４とは、互いに離間している。これにより、前記移動機構が作動した際に、内側湾曲部４１と外側湾曲部２４との間に摩擦が生じて、これらが摩耗するのを防止することができる。なお、内側湾曲部４１と外側湾曲部２４とを互いに離間させるには、例えば、フレキシブル基板２の長さに対する光導波路４の長さを適宜設定することによりなされる。

図２、図３（ａ）に示すように、光導波路４は、その幅ｗ２がフレキシブル基板２の幅ｗ１よりも小さいものである。これにより、光導波路４がフレキシブル基板２の幅内に収まり、よって、光導波路４をフレキシブル基板２で保護することができる。

＜第２実施形態＞
図５は、本発明の光導波路組立体の第２実施形態を示す展開図である。
以下、この図を参照して本発明の光導波路組立体および電子機器の第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

本実施形態は、フレキシブル基板に対する光導波路の設置状態が異なること以外は前記第１実施形態と同様である。

図５に示す光導波路組立体１Ａでは、光導波路４Ａは、その一端部４２がフレキシブル基板２の一端部２１１の幅方向の一方側（図５中の上側）に配置されており、他端部４３がフレキシブル基板２の他端部２１２の幅方向の他方側（図５中の下側）に配置されている。すなわち、光導波路４Ａは、その一端部４２、他端部４３がフレキシブル基板２の幅方向にズレた位置に配置されている。また、光導波路４Ａは、その表裏が反転するように捩られている。

このように設置された光導波路４Ａは、一端部４２、他端部４３がフレキシブル基板２の幅方向にズレた位置に配置されていることと、捩られていることとによる相乗効果で、内側湾曲部４１が前記第１実施形態の光導波路４の内側湾曲部４１よりもさらに緩やかに湾曲した（湾曲の程度がより大きい）ものとなる。これにより、光導波路４Ａに過剰な曲げ応力が生じるのがより確実に防止される。

＜第３実施形態＞
図６は、本発明の光導波路組立体の第３実施形態を示す展開図である。
以下、この図を参照して本発明の光導波路組立体および電子機器の第３実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

本実施形態は、フレキシブル基板に対する光導波路の設置状態が異なること以外は前記第２実施形態と同様である。

図６に示す光導波路組立体１Ｂでは、光導波路４Ｂは、その表裏が反転するように捩られてはいない。また、光導波路４Ｂは、その一端部４２、他端部４３がフレキシブル基板２の幅方向にズレた位置に配置されている。

このように設置された光導波路４Ｂは、一端部４２、他端部４３がフレキシブル基板２の幅方向にズレた位置に配置されていることにより、内側湾曲部４１が前記第１実施形態の光導波路４の内側湾曲部４１とほぼ同程度に湾曲したものとなる。これにより、光導波路４Ｂに過剰な曲げ応力が生じるのが確実に防止される。

＜第４実施形態＞
図７は、本発明の光導波路組立体の第４実施形態を示す展開図である。
以下、この図を参照して本発明の光導波路組立体および電子機器の第４実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

本実施形態は、光導波路の形状が異なること以外は前記第３実施形態と同様である。
図７に示す光導波路組立体１Ｃでは、光導波路４Ｃは、その長手方向の途中（中央部４６）の幅が、一端部４２および他端部４３の幅よりも小さいものとなっている。これにより、光導波路４Ｃの中央部４６は、その幅が小さく（細く）なった分、湾曲し易くなる。これにより、内側湾曲部４１がより緩やかに湾曲した（湾曲の程度がより大きい）ものとなる。これにより、光導波路４Ｃに過剰な曲げ応力が生じるのがより確実に防止される。
なお、光導波路４Ｃは、その表裏が反転するように捩られてもよい。

以上、本発明の光導波路組立体および電子機器を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、光導波路組立体および電子機器を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。

また、光導波路組立体は、移動機構によりリジッド基板同士のうちの一方のリジッド基板が他方のリジッド基板に対しその面方向に移動して互いに接近・離間するものに限定されず、例えば、リジッド基板同士がフレキシブル基板を回動支持部として、互いに接近・離間するように回動するものであってもよい。

また、光導波路組立体では、光導波路の両端部は、図示の構成ではそれぞれフレキシブル基板の両端部に支持されているが、これに限定されず、例えば、フレキシブル基板の両端部にそれぞれ接続された第１のリジッド基板および第２のリジッド基板に支持されていてもよい。

また、光導波路組立体では、光導波路の両端部は、図示の構成ではそれぞれフレキシブル基板の両端部に直接的に接続されているが、これに限定されず、例えば、コネクタを介して接続されていてもよい。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 光導波路組立体
２ フレキシブル基板
２１ 基板本体
２１１ 一端部
２１２ 他端部
２２ 内面
２３ 間隙
２４ 外側湾曲部
２７ 外面
２８１ 発光素子（発光ダイオード）
２８２ 受光素子（フォトダイオード）
２９ 配線パターン（導体回路）
３ａ 第１のリジッド基板
３ｂ 第２のリジッド基板
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ 光導波路
４１ 内側湾曲部
４２ 一端部
４３ 他端部
４４ コア部
４５ａ、４５ｂ クラッド部
４６ 中央部
Ｒ 曲率半径
ｔ１ 厚さ
ｗ１、ｗ２ 幅

Claims (10)

1. 可撓性を有する板状の部材で構成され、その途中が折り曲げられるように湾曲した外側湾曲部を有するフレキシブル基板と、
   前記フレキシブル基板の前記外側湾曲部の内側に、湾曲した状態で設置され、少なくとも１本のコア部を有する帯板状の光導波路とを備え、
   前記光導波路は、その途中が折り曲げられるように湾曲した内側湾曲部を有し、さらに、前記光導波路の表裏が反転するように捩られており、これにより、前記内側湾曲部は、前記外側湾曲部よりも緩やかに湾曲したものとなることを特徴とする光導波路組立体。
2. 前記内側湾曲部は、前記外側湾曲部に対し異なる方向に湾曲している請求項１に記載の光導波路組立体。
3. 前記光導波路は、その両端部がそれぞれ前記フレキシブル基板の両端側に支持されており、
   前記光導波路の各端部同士が前記フレキシブル基板の幅方向に関して同じ位置に配置されている請求項１または２に記載の光導波路組立体。
4. 前記光導波路は、その両端部がそれぞれ前記フレキシブル基板の両端部に支持されており、
   前記光導波路の各端部同士が前記フレキシブル基板の幅方向にズレた位置に配置されている請求項１または２に記載の光導波路組立体。
5. 前記光導波路は、その長手方向の途中の幅が、両端部の幅よりも小さい部分を有する請求項１ないし４のいずれかに記載の光導波路組立体。
6. 前記内側湾曲部と前記外側湾曲部とは、互いに離間している請求項１ないし５のいずれかに記載の光導波路組立体。
7. 前記フレキシブル基板は、その前記外側湾曲部を形成する部分が長手方向に沿って移動可能であり、その移動に伴って、前記光導波路の前記内側湾曲部を形成する部分も移動する請求項１ないし６のいずれかに記載の光導波路組立体。
8. 前記光導波路は、その幅が前記フレキシブル基板の幅よりも小さいものである請求項１ないし７のいずれかに記載の光導波路組立体。
9. 前記フレキシブル基板は、導体回路を有する回路基板である請求項１ないし８のいずれかに記載の光導波路組立体。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の光導波路組立体を有することを特徴とする電子機器。

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