JPWO2021014680A1 - 光導波路、接着層付き光導波路、光配線部品および電子機器 - Google Patents

光導波路、接着層付き光導波路、光配線部品および電子機器 Download PDF

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Abstract

本発明の光導波路は、互いに表裏の関係を有する第1面および第2面、コア軸に沿って延在するコア部、ならびに、側面クラッド部、を備えるコア層と、第1面上に設けられ、コア層とは反対側の面である接着面を有する第1カバー層と、第2面上に設けられ、コア層とは反対側の面である反対面を有する第2カバー層と、を備え、シート状をなし、接着面に開口する第1凹部を有し、接着面を平面視したとき、第1凹部は、コア軸と交差する第1軸に沿って延在する第1溝を含み、接着面に接する接着層を介して被着体に接着して用いられる。

Description

本発明は、光導波路、接着層付き光導波路、光配線部品および電子機器に関するものである。
光導波路は、接着剤を介して任意の被着体に貼り付けられた状態で用いられることがある。例えば、特許文献1では、接着剤を介して電気回路ユニットに光導波路ユニットを接着している。これにより、電気回路基板に対して光配線の表面実装が可能になる。その結果、例えば、光伝送が可能で、かつ低背化が図られたデバイスを構築することができる。
特開2012−194401号公報
しかしながら、シート状をなす光導波路は、接着面積が大きくなる分、被着体に追従させて貼り付けることが難しい。例えば、被着体の表面が曲面を含む場合、光導波路の形状追従性が低いと、被着体と光導波路との間に隙間が生じやすい。この隙間は、接着強度を低下させる原因となる。
本発明の目的は、被着体に対して密着性よく貼り付けることができる光導波路、接着層付き光導波路および光配線部品、ならびに、信頼性の高い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)〜(12)の本発明により達成される。
(1) 互いに表裏の関係を有する第1面および第2面を有し、コア軸に沿って延在するコア部、ならびに、側面クラッド部、を備えるコア層と、
前記第1面上に設けられ、前記コア層とは反対側の面である接着面を有する第1カバー層と、
前記第2面上に設けられ、前記コア層とは反対側の面である反対面を有する第2カバー層と、
を備え、
シート状をなし、
前記接着面に開口する第1凹部を有し、
前記接着面を平面視したとき、前記第1凹部は、前記コア軸と交差する第1軸に沿って延在する第1溝を含み、
前記接着面に接する接着層を介して被着体に接着して用いられることを特徴とする光導波路。
(2) 前記第1凹部の底は、前記第1カバー層の内部に位置している上記(1)に記載の光導波路。
(3) 前記第1溝の深さは、前記第1カバー層の厚さの20〜80%である上記(1)または(2)に記載の光導波路。
(4) 前記第1溝の幅は、前記第1溝の深さの0.2〜5.0倍である上記(3)に記載の光導波路。
(5) 前記接着面を平面視したとき、前記第1凹部は、前記第1軸と交差する第2軸に沿って延在する第2溝をさらに含む上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の光導波路。
(6) 前記光導波路は、前記第2カバー層の前記反対面に開口する第2凹部をさらに有する上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の光導波路。
(7) 前記第1カバー層および前記第2カバー層の弾性率は、前記コア層の弾性率より大きい上記(1)ないし(6)のいずれかに記載の光導波路。
(8) 前記コア層と前記第1カバー層との間に設けられている第1クラッド層と、
前記コア層と前記第2カバー層との間に設けられている第2クラッド層と、
を有する上記(1)ないし(7)のいずれかに記載の光導波路。
(9) 上記(1)ないし(8)のいずれかに記載の光導波路と、
前記光導波路の前記接着面に設けられている未硬化の接着層と、
を有することを特徴とする接着層付き光導波路。
(10) 前記光導波路の前記第1凹部が、空隙を形成する上記(9)に記載の接着層付き光導波路。
(11) 上記(1)ないし(8)のいずれかに記載の光導波路を備えることを特徴とする光配線部品。
(12) 被着体と、
上記(1)ないし(8)のいずれかに記載の光導波路と、
前記被着体と前記光導波路の前記接着面との間に設けられている接着層と、
を有することを特徴とする電子機器。
本発明によれば、被着体に対して密着性よく貼り付けることができる光導波路、接着層付き光導波路および光配線部品が得られる。
また、本発明によれば、信頼性の高い電子機器が得られる。
図1は、第1実施形態に係る光導波路を示す平面図である。 図2は、図1に示す光導波路の部分拡大斜視図である。 図3は、図1に示す光導波路のA−A線断面図および光導波路の使用方法を説明するための図である。 図4は、図3に示す使用方法により光導波路を被着体に貼り合わせた状態を示す図である。 図5は、図3に示す使用方法により光導波路を被着体に貼り合わせた状態を示す図である。 図6は、第1実施形態の第1変形例に係る光導波路の断面図である。 図7は、第1実施形態の第2変形例に係る接着層付き光導波路の断面図である。 図8は、第1実施形態の第3変形例に係る光導波路の断面図である。 図9は、第1実施形態の第4変形例に係る光導波路の断面図である。 図10は、第1実施形態の第5変形例に係る光導波路の断面図である。 図11は、第2実施形態に係る光導波路の部分拡大斜視図である。 図12は、第3実施形態に係る光導波路の断面図である。
以下、本発明の光導波路、接着層付き光導波路、光配線部品および電子機器について添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
1.第1実施形態
まず、第1実施形態に係る光導波路について説明する。
図1は、第1実施形態に係る光導波路を示す平面図である。図2は、図1に示す光導波路の部分拡大斜視図である。図3は、図1に示す光導波路のA−A線断面図および光導波路の使用方法を説明するための図である。図4および図5は、それぞれ図3に示す使用方法により光導波路を被着体に貼り合わせた状態を示す図である。なお、図1では、複数の層が積層されてなる光導波路の各層を透視して図示している。また、以下の説明では、説明の便宜上、図3の下方を「下」、上方を「上」として説明している。
本実施形態に係る光導波路1は、図2の下側から、第1カバー層17、クラッド層11、コア層13、クラッド層12、および第2カバー層18がこの順で積層されたシート状をなす積層体である。このうち、コア層13中には、図1に示すように、長尺状の4本のコア部14と、コア部14の側面に隣接して設けられた側面クラッド部15と、が形成されている。なお、本願の各図では、シート状をなす光導波路1が広がっている面をX−Y面とし、コア部14が延在するコア軸をY軸とし、Y軸に直交する軸をX軸とし、X軸およびY軸の双方に直交する軸をZ軸とする。
光導波路1の平面視形状は、特に限定されず、正方形、六角形のような多角形、真円、楕円、長円のような円形、その他の形状であってもよいが、図1では長方形である。そして、前述したコア層13のうち、X軸に平行な2つの短辺に対応する側面に、コア部14の端面が露出している。
このような光導波路1は、図3に示すように、第1カバー層17の下面を接着面101として、被着体9に接着するように用いられる。接着面101と被着体9との間には、接着層2を介在させる。接着層2の接着性を利用して、光導波路1を被着体9に接着することができる。一方、第2カバー層18の上面は、反対面102とする。
ここで、本実施形態に係る光導波路1は、接着面101に開口する第1凹部171を有している。光導波路1にこのような第1凹部171を設けることにより、第1凹部171が設けられている部分では、第1カバー層17の機械的強度が低下することになる。このため、第1カバー層17をその厚さ方向に曲げるとき、曲げ剛性を低下させることができる。これにより、光導波路1全体においても、厚さ方向に曲げやすくなる。その結果、例えば図3に示すようにして光導波路1を被着体9に貼り付けるとき、光導波路1の形状追従性を高めることができる。これにより、光導波路1と被着体9との間に隙間や剥離等が生じにくくなり、接着強度を高めることができる。
以下、光導波路1の各部についてさらに詳述する。
1.1 コア層
図1に示すコア層13中に形成されているコア部14は、図2に示すように、その側面が、側面クラッド部15およびクラッド層11、12で囲まれている。そして、コア部14の屈折率は、側面クラッド部15やクラッド層11、12の屈折率よりも高くなっている。これにより、コア部14に光を閉じ込めて伝搬させることができる。
コア層13において、コア部14の光路に直交する面内における屈折率分布は、いかなる分布であってもよく、例えば屈折率が不連続的に変化した、いわゆるステップインデックス(SI)型の分布であってもよく、屈折率が連続的に変化した、いわゆるグレーデッドインデックス(GI)型の分布であってもよい。
また、コア部14の光路に直交する面によるコア部14の断面形状は、特に限定されず、真円、楕円形、長円形等の円形、三角形、四角形、五角形、六角形等の多角形、その他の異形状であってもよい。
コア層13の平均厚さは、特に限定されないが、1〜200μm程度であることが好ましく、5〜100μm程度であることがより好ましく、10〜70μm程度であることがさらに好ましい。これにより、コア部14に必要とされる光学的特性および機械的強度が確保される。
コア層13の構成材料(主材料)としては、例えば、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、エポキシ系樹脂やオキセタン系樹脂のような環状エーテル系樹脂、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、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリウレタン、ポリオレフィン系樹脂、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、PETやPBTのようなポリエステル、ポリエチレンサクシネート、ポリサルフォン、ポリエーテル、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等が挙げられる。なお、樹脂材料には、異なる組成のものを組み合わせた複合材料も用いられる。また、本明細書において「主材料」とは、構成材料の50質量%以上を占める材料のことをいい、好ましくは70質量%以上を占める材料のことをいう。
1.2 クラッド層
クラッド層11、12の平均厚さは、それぞれ1〜200μm程度であることが好ましく、3〜100μm程度であることがより好ましく、5〜60μm程度であることがさらに好ましい。これにより、クラッド層11、12に必要とされる光学的特性および機械的強度が確保される。
また、クラッド層11、12の主材料としては、例えば、前述したコア層13の構成材料と同様の材料を用いることができる。
なお、クラッド層11、12は、必要に応じて設けられればよく、省略されてもよい。このとき、例えばコア層13が外気(空気)に曝されていれば、その外気がクラッド層11、12として機能する。
一方、本実施形態に係る光導波路1は、コア層13と第1カバー層17との間に設けられているクラッド層11(第1クラッド層)と、コア層13と第2カバー層18との間に設けられているクラッド層12(第2クラッド層)と、を有している。
このようなクラッド層11、12を設けることにより、コア部14とその外部との間で、安定した屈折率差が生じ、その屈折率差を維持することができる。このため、コア部14の伝送効率をより高めることができる。
また、クラッド層11、12のいずれか一方または双方は、前述したコア層13中の側面クラッド部15と一体化していてもよい。
1.3 カバー層
図3に示す光導波路1では、コア層13が、互いに表裏の関係を有する第1面131および第2面132を有している。第1カバー層17は、クラッド層11を介して第1面131上に設けられている。また、第2カバー層18は、クラッド層12を介して第2面132上に設けられている。このような第1カバー層17および第2カバー層18を設けることにより、コア層13やクラッド層11、12を保護し、外部環境等に起因したコア部14の伝送効率の低下を抑制することができる。なお、本明細書における「面上に設けられる」とは、面に直接設けられる状態と、介在物を介して間接的に設けられる状態の双方を指す。
第1カバー層17および第2カバー層18の平均厚さは、特に限定されないが、1〜200μm程度であることが好ましく、3〜100μm程度であることがより好ましく、5〜50μm程度であることがさらに好ましい。
また、第1カバー層17および第2カバー層18は、互いに同じ構成であっても互いに異なる構成であってもよい。例えば、第1カバー層17および第2カバー層18は、平均厚さが互いに同じでもよいし、互いに異なっていてもよい。なお、本実施形態における第2カバー層18は、必要に応じて設けられればよく、省略されていてもよい。
第1カバー層17および第2カバー層18の主材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド等の各種樹脂を含む材料が挙げられる。
このうち、第1カバー層17および第2カバー層18の主材料は、それぞれポリイミド系樹脂であることが好ましい。ポリイミド系樹脂は、弾性率が比較的大きく、熱分解温度も高いことから、外力や外部環境に対する十分な耐久性を有している。
なお、第1カバー層17および第2カバー層18の構成材料には、必要に応じて、フィラー、酸化防止剤、紫外線吸収剤、着色剤、保存安定剤、可塑剤、滑剤、劣化防止剤、帯電防止剤等が添加されていてもよい。このうち、フィラーを添加することにより、第1カバー層17および第2カバー層18の熱膨張係数を調整することができる。
第1カバー層17および第2カバー層18の引張強さは、200〜800MPa程度であることが好ましく、250〜750MPa程度であることがより好ましい。第1カバー層17および第2カバー層18の引張強さを前記範囲内に設定することにより、十分な耐久性を有する光導波路1が得られる。
第1カバー層17および第2カバー層18の引張強さは、JIS K 7127:1999(ASTM D882)に規定された引張特性の試験方法に準拠して測定される。また、上記引張強さは、平均厚さ25μmの試験片についての25℃における測定値である。
第1カバー層17および第2カバー層18の弾性率は、3000〜12000MPa程度であることが好ましく、4000〜11000MPa程度であることがより好ましい。第1カバー層17および第2カバー層18の弾性率を前記範囲内に設定することにより、第1カバー層17に第1凹部171を形成したとしても、第1カバー層17の機械的強度を十分に確保することができる。これにより、第1凹部171を設けたことによる曲げやすさの向上と、第1カバー層17の機械的強度に基づくコア部14等の保護能力と、を両立させることができる。また、第1カバー層17と同様、後述するように第2カバー層18に凹部を形成したときにも、上記と同様の効果が得られる。
なお、第1カバー層17および第2カバー層18の弾性率は、JIS K 7127:1999(ASTM D882)に規定された引張特性の試験方法に準拠して測定される。また、上記引張強さは、平均厚さ25μmの試験片についての25℃における測定値である。
また、第1カバー層17および第2カバー層18は、その弾性率が、コア層13の弾性率より大きいことが好ましい。このような弾性率の差を設定することにより、第1カバー層17および第2カバー層18によって、コア層13を保護する能力をより高めることができる。その結果、光導波路1に負荷が加わっても、伝送効率が低下しにくいため、信頼性を高めることができる。
第1カバー層17および第2カバー層18の弾性率と、コア層13の弾性率と、の差は、特に限定されないが、好ましくは50MPa以上とされ、より好ましくは100MPa以上1000MPa以下とされる。弾性率の差を前記範囲内に設定することにより、光導波路1の可撓性を損なうことなく、保護能力を十分に高めることができる。
なお、この比較における、第1カバー層17、第2カバー層18およびコア層13の各弾性率は、以下のような測定方法により測定される。
まず、第1カバー層17、第2カバー層18およびコア層13の各構成材料により、試験片を作製する。試験片のサイズは、縦20mm、横5mm、厚さ0.025mmとする。そして、この試験片を動的粘弾性測定装置にセットし、測定温度20℃から200℃、引っ張りモード、周波数10Hz、自動静荷重の各条件で貯蔵弾性率E’を測定する。その上で50℃における測定結果を、各部の弾性率とする。
第1カバー層17および第2カバー層18の熱膨張係数は、特に限定されないが、線膨張係数が5〜25ppm/℃程度であることが好ましく、7〜20ppm/℃程度であることがより好ましい。これにより、熱変形が比較的少ない光導波路1が得られる。
なお、第1カバー層17の熱膨張係数および第2カバー層18の熱膨張係数は、互いに同程度であることが好ましい。同程度とは、両者の差が2ppm/℃以下であることをいう。これにより、第1カバー層17および第2カバー層18との間に熱膨張差が特に生じにくくなるため、光導波路1の反りが抑えられ、この反りに伴って接着後の光導波路1が被着体9から剥がれてしまうことを抑制することができる。
1.4 凹部
光導波路1は、図2および図3に示すように、接着面101に開口する第1凹部171を有している。この第1凹部171は、図1に示すように、X軸に沿って延在するとともにY軸に沿って並んでいる複数の第1凹部171Xと、Y軸に沿って延在するとともにX軸に沿って並んでいる複数の第1凹部171Yと、を備えている。複数の第1凹部171Xと複数の第1凹部171Yとは、互いに交差している。これにより、第1凹部171は、接着面101を平面視したとき、格子状をなしている。
このような第1凹部171を設けることにより、第1カバー層17では、第1凹部171が設けられている部分において、機械的強度が低下する。このため、第1カバー層17をその厚さ方向に曲げるとき、曲げ剛性を低下させることができる。これにより、例えば図3に示すようにして光導波路1を被着体9に貼り付けるとき、光導波路1の形状追従性を高めることができる。このため、光導波路1と被着体9との間に隙間や剥離等が生じにくくなり、接着強度を高めることができる。
なお、本実施形態に係る第1凹部171Xは、X軸(第1軸)に沿って延在する第1溝であり、同様に、第1凹部171Yは、Y軸(第2軸)に沿って延在する第2溝である。このように第1凹部171が溝であることにより、これらの溝と直交する方向に光導波路1を曲げる際の曲げ剛性を特に低下させることができる。したがって、本実施形態のように、互いに交差する第1凹部171Xおよび第1凹部171Yを設けることで、曲げやすさの等方性を高めることができ、被着体9の形状によらず、形状追従性に富んだ光導波路1を実現することができる。
また、本実施形態では、第2溝である第1凹部171Yと、コア部14が延在するコア軸と、が平行であるが、これらは非平行であってもよい。同様に、第1溝である第1凹部171Xと、コア部14が延在するコア軸と、が直交しているが、これらは垂直以外の角度で交差していてもよい。なお、図1における第1凹部171Xが沿うX軸とコア部14が沿うコア軸との交差角度は90°であるが、交差角度はこれに限定されず、例えば10〜90°であればよく、好ましくは60〜90°とされる。第1凹部171X(第1溝)とコア軸との交差角度が上記範囲内であれば、いずれの交差角度においても、優れた形状追従性を備えた光導波路1を実現することができる。
さらに、図1における第1凹部171Xと第1凹部171Yとの交差角度は90°であるが、交差角度はこれに限定されず、例えば10〜90°であればよく、好ましくは60〜90°とされる。交差角度がこの範囲内であれば、曲げやすさの等方性を十分に確保することができ、形状追従性を十分に高めた光導波路1を実現することができる。
また、硬化前の接着層2が、固形または半固形の接着シートから形成されている場合、接着層2は、図4に示すように、第1凹部171にほとんど入り込むことなく硬化する可能性が高い。そうすると、光導波路1と接着層2との間には、第1凹部171に伴う空間が残存することになる。言い換えれば、後述する接着層付き光導波路3において、第1凹部171が、空隙を形成する。このような空間は、第1カバー層17の厚さ全体のうち、第1凹部171が設けられている部分17bの平均の弾性率を、第1凹部171が設けられていない部分17aの弾性率に比べて低下させるように作用する。つまり、第1凹部171が設けられることにより、部分17bの弾性率の平均値を、材料の弾性率よりも引き下げることができる。これにより、部分17bを、応力を緩和する緩衝層のように作用させることができる。その結果、例えば光導波路1と被着体9との間で熱膨張係数の大きな差がある場合でも、その差に基づく熱応力を、部分17bによって緩和することができる。これにより、熱応力に伴ってコア部14の伝送効率が低下するのを抑制することができる。
一方、光導波路1を被着体9に接着する際に用いる硬化前の接着層2が、液状の接着剤から形成されている場合、接着層2は、図5に示すように、第1凹部171に入り込んで硬化する可能性が高い。そうすると、光導波路1と被着体9との間では、アンカー効果による接着力の増強を図ることができる。併せて、液状の接着剤が第1凹部171に入り込むと、毛細管現象に伴って浸透しやすくなるため、接着剤のムラが発生しにくいという利点もある。
なお、接着シートから形成された接着層2が第1凹部171に入り込んでいてもよく、液状の接着剤から形成された接着層2が第1凹部171に入り込んでいなくてもよい。
また、第1凹部171が溝である場合、光導波路1を被着体9に接着する際、接着面101と接着層2との間に残存した空気を、溝を介して抜くことができる。このため、接着面101と接着層2との間に気泡が生じにくく、気泡に伴う接着強度の低下を抑制することができる。
以上のように、本実施形態に係る光導波路1は、互いに表裏の関係を有する第1面131および第2面132を有し、Y軸(コア軸)に沿って延在するコア部14、ならびに、側面クラッド部15を備えるコア層13と、第1面131上に設けられ、コア層13とは反対側の面である接着面101を有する第1カバー層17と、第2面132上に設けられ、コア層13とは反対側の面である反対面102を有する第2カバー層18と、を備えている。そして、光導波路1は、シート状をなしており、接着面101に開口する第1凹部171を有している。また、このような光導波路1は、接着面101に接する接着層2を介して被着体9に接着して用いられる。
このような光導波路1は、前述したようにして被着体9に貼り付けて使用される際、被着体9の形状に対して追従しやすいという特長を備える。このため、貼り付ける際、または貼り付けた後、光導波路1と被着体9との間に隙間や剥離等が生じにくくなる。その結果、接着強度を高めることができる。特に、被着体9の表面が曲面を含んでいる場合でも、光導波路1を追従させやすいという点で、光導波路1は有用である。
また、第1凹部171は、接着面101を平面視した際の形状が、等方的な形状、例えば正方形、真円等であってもよいが、図1では異方性が大きい形状である線状をなしている。すなわち、第1凹部171は、X軸(第1軸)に沿って延在する第1凹部171X(第1溝)、および、X軸と交差するY軸(第2軸)に沿って延在する第1凹部171Y(第2溝)を含んでいる。第1凹部171がこのような溝を含むことにより、光導波路1を厚さ方向に曲げる際の曲げ剛性を特に低下させることができる。また、第1凹部171が溝を含むことにより、第1凹部171を介して空気が抜けやすくなるので、接着面101と接着層2との間に気泡が残留しにくくなるという利点がある。さらには、このような形状であれば、ダイシングブレード等の機械的方法により、比較的簡単に第1凹部171を形成することができるので、第1凹部171Xおよび第1凹部171Yを含む第1凹部171は、その点でも有用である。
加えて、第1凹部171が、互いに交差する第1凹部171Xおよび第1凹部171Yの双方を含むことにより、曲げやすさの等方性を高めることができ、被着体9の形状によらず、形状追従性に富んだ光導波路1を実現することができる。
なお、第1凹部171は、第1凹部171Xおよび第1凹部171Yのいずれか一方は、省略されてもよい。
また、図3に示す第1凹部171の底は、第1カバー層17の内部に位置している。換言すれば、第1凹部171は、第1カバー層17を貫通していない。これにより、コア層13やクラッド層11、12を保護するという第1カバー層17の機能が損なわれにくくなる。このため、曲げやすさを確保しつつ、信頼性の高い光導波路1を実現することができる。
第1凹部171は、複数の第1凹部171Xを備えているが、これらの深さは互いに同じでも、互いに異なっていてもよい。同様に、第1凹部171は、複数の第1凹部171Yを備えているが、これらの深さは互いに同じでも、互いに異なっていてもよい。また、第1凹部171Xの深さおよび第1凹部171Yの深さも、互いに同じでも、互いに異なっていてもよい。
第1凹部171の深さ、すなわち、部分17bの厚さは、第1カバー層17の厚さ未満であれば、特に限定されないが、第1カバー層17の厚さの1〜90%であることが好ましく、20〜80%であることがより好ましく、40〜75%であることがさらに好ましい。第1凹部171の深さを前記範囲内に設定することにより、光導波路1の形状追従性と第1カバー層17による保護能力との両立を図ることができる。
なお、第1凹部171の深さが前記下限値を下回ると、第1凹部171が浅くなりすぎるため、光導波路1の形状追従性を十分に高めることができないおそれがある。一方、第1凹部171の深さが前記上限値を上回ると、第1凹部171が深くなりすぎて、部分17aの厚さが薄くなりすぎるおそれがある。このため、負荷が加わった際に、第1凹部171が貫通し、さらに進展してしまうなどして、保護能力が低下するおそれがある。
第1凹部171Xの幅WXおよび第1凹部171Yの幅WYは、それぞれ、光導波路1の厚さや大きさ等に応じて適宜設定されるが、一例として、50μm以上5mm以下であることが好ましく、100μm以上3mm以下であることがより好ましい。これにより、光導波路1の形状追従性を特に高めることができる。
なお、第1凹部171Xの幅WXおよび第1凹部171Yの幅WYは、第1凹部171の深さの0.2〜5.0倍程度であることが好ましく、0.5〜3.0倍程度であることがより好ましい。これにより、第1カバー層17の機械的強度を低下させることなく、形状追従性を特に高めることができる。
第1凹部171X同士のピッチPXおよび第1凹部171YのピッチPYは、それぞれ、幅WX、WYや光導波路1の厚さ、大きさ等に応じて適宜設定されるが、一例として、100μm以上100mm以下であることが好ましく、300μm以上50mm以下であることがより好ましい。これにより、光導波路1の形状追従性を特に高めることができる。
複数の第1凹部171Xは、これらの幅が互いに同じでも、互いに異なっていてもよい。同様に、複数の第1凹部171Yは、これらの幅が互いに同じでも、互いに異なっていてもよい。さらに、第1凹部171Xの幅および第1凹部171Yの幅も、互いに同じでも、互いに異なっていてもよい。
なお、第1凹部171Xおよび第1凹部171Yは、それぞれ、途中で深さまたは幅が変化していてもよい。また、第1凹部171XがY軸に沿って並ぶときのピッチ、および、第1凹部171YがX軸に沿って並ぶときのピッチは、それぞれ一定であっても途中で変化していてもよい。さらに、本実施形態に係る第1凹部171Xおよび第1凹部171Yは、いずれも線状に延びているが、この線形は、曲線のみで構成されていてもよいし、直線および曲線で構成されていてもよい。
図1に示す第1凹部171Xの延在方向の端部は、第1カバー層17の端面に露出しているが、端面に至る手前に位置していてもよい。同様に、図1に示す第1凹部171Yの延在方向の端部は、第1カバー層17の端面に至る手前に位置しているが、端面に露出していてもよい。
第1凹部171Xおよび第1凹部171Yの断面形状は、特に限定されず、図示した四角形であっても、それ以外の形状、例えば半円形、三角形、五角形等であってもよい。
また、図1に示す第1凹部171X(第1溝)は、X軸(第1軸)に沿って延在しているが、このX軸は、接着面101を平面視したとき、コア軸(Y軸)と交差している。つまり、第1溝である第1凹部171Xは、平面視において、コア部14と交差するように設けられている。このような配置を採用することにより、平面視において、第1凹部171とコア部14とが重なる面積を小さくすることができる。第1凹部171とコア部14とが重なる領域では、第1凹部171に接着層2が入り込んだ場合、接着層2の組成や物性等によっては、第1凹部171の周辺に応力が発生し、コア部14の伝送効率が低下することが懸念される。これに対し、本実施形態では、この領域の面積を最小限に抑えることによって、かかる懸念についても最小化することができる。その結果、被着体9に接着した後の光導波路1の信頼性をより高めることができる。
一方、図1に示す第1凹部171Y(第2溝)は、Y軸(第2軸)に沿って延在しているが、このY軸は、接着面101を平面視したとき、コア軸と平行である。そして、第1凹部171Yは、コア部14と重ならないように、互いにずれている。これらが仮に重なっていると、長い距離にわたって重なる領域が発生するため、第1凹部171Yの周辺に応力が発生した際、コア部14の伝送効率の低下が懸念される。これに対し、本実施形態では、第1凹部171Yとコア部14とが互いにずれていることにより、かかる懸念を最小化することができる。その結果、被着体9に接着した後の光導波路1の信頼性をより高めることができる。
1.5 接着層
図3に示す接着層2は、光導波路1を被着体9に接着するとき、双方の間に介在していればよいが、あらかじめ光導波路1側に設けておくようにしてもよい。つまり、光導波路1と、接着面101に設けられた未硬化の接着層2と、により、接着層付き光導波路3を構築することができる。
このように、本実施形態に係る接着層付き光導波路3は、光導波路1と未硬化の接着層2とを有しているので、任意の被着体9に容易に貼り付けることができる。したがって、接着層付き光導波路3は、取り扱い性が良好という点で有用である。
接着層2を構成する接着剤としては、例えば、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤、シリコーン系接着剤、エポキシ系接着剤の他、ポリエステル系、変性オレフィン系の各種ホットメルト接着剤等が挙げられる。
未硬化の接着層2は、未硬化の状態が液状であっても、固形または半固形であってもよく、硬化反応が一部進行している状態であってもよい。また、接着層2の硬化原理は、熱硬化性であっても、光硬化性であってもよい。
なお、未硬化の接着層2は、接着面101の全体に設けられていてもよいし、一部に設けられていてもよい。
硬化後の接着層2の厚さは、特に限定されないが、1〜100μmであることが好ましく、5〜60μmであることがより好ましい。
2.第1実施形態の第1変形例
次に、第1実施形態の第1変形例に係る光導波路について説明する。
図6は、第1実施形態の第1変形例に係る光導波路の断面図である。
以下、第1実施形態の第1変形例について説明するが、以下の説明では、第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図6において第1実施形態と同様の構成部分については、先に説明したのと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
第1変形例は、第1凹部171の構成が異なる以外、第1実施形態と同様である。
図6では、複数の第1凹部171のうち、一部の第1凹部171が第1カバー層17を貫通している。そして、この第1凹部171の底は、クラッド層11の内部に位置している。
このように、第1凹部171は、その一部または全部が第1カバー層17を貫通していてもよい。すなわち、本願における「凹部」は、貫通孔を含む概念である。
以上のような第1変形例においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
3.第1実施形態の第2変形例
次に、第1実施形態の第2変形例に係る接着層付き光導波路について説明する。
図7は、第1実施形態の第2変形例に係る接着層付き光導波路の断面図である。
以下、第1実施形態の第2変形例について説明するが、以下の説明では、第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図7において第1実施形態と同様の構成部分については、先に説明したのと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
第2変形例は、第1凹部171の構成が異なる以外、第1実施形態と同様である。
図7に示す接着層2は、第1凹部171に対応する位置に設けられた貫通孔21を有している。このような貫通孔21を設けることにより、接着後の光導波路1と被着体9との間には、第1凹部171と貫通孔21とが連結してなる空間が形成される。かかる空間は、図4よりも体積が大きいため、その分、応力を緩和する緩衝層としての機能を高めることができる。
以上のような第2変形例においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
4.第1実施形態の第3変形例
次に、第1実施形態の第3変形例に係る光導波路について説明する。
図8は、第1実施形態の第3変形例に係る光導波路の断面図である。
以下、第1実施形態の第3変形例について説明するが、以下の説明では、第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図8において第1実施形態と同様の構成部分については、先に説明したのと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
第3変形例は、第1カバー層17および第2カバー層18の構成が異なる以外、第1実施形態と同様である。
前述した第1実施形態では、光導波路1がクラッド層11、12を有しているのに対し、本第3変形例では、クラッド層11、12が省略されている。そして、第1カバー層17がクラッド層11の機能を有し、第2カバー層18がクラッド層12の機能を有している。
以上のような第3変形例においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
5.第1実施形態の第4変形例
次に、第1実施形態の第4変形例に係る光導波路について説明する。
図9は、第1実施形態の第4変形例に係る光導波路の断面図である。
以下、第1実施形態の第4変形例について説明するが、以下の説明では、第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図9において第1実施形態と同様の構成部分については、先に説明したのと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
第4変形例は、第1凹部171の構成が異なる以外、第1実施形態と同様である。
前述した第1実施形態では、第1凹部171は、X軸に沿って延在するとともにY軸に沿って並んでいる複数の第1凹部171Xと、Y軸に沿って延在するとともにX軸に沿って並んでいる複数の第1凹部171Yと、を備え、格子状をなしている。これに対し、本第4変形例では、第1凹部171が、格子状をなしているものの、第1実施形態に対してZ軸まわりに45°回転している。これにより、第1凹部171Xおよび第1凹部171Yの双方が、コア部14に対して45°の交差角度で交差している。また、本第4変形例では、第1凹部171が格子状をなしているものの、第1凹部171とコア部14との位置関係によらず、第1凹部171とコア部14とが重なる面積は一定である。このため、コア部14の伝送効率にムラが生じにくいという利点がある。
以上のような第4変形例においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
なお、本第4変形例では、第1実施形態に対して、第1凹部171をZ軸まわりに45°回転させているが、この回転角度は、特に限定されず、何度であってもよい。一例として、10〜80°程度であれば、上記効果が生じやすいという点で有用である。
6.第1実施形態の第5変形例
次に、第1実施形態の第5変形例に係る光導波路について説明する。
図10は、第1実施形態の第5変形例に係る光導波路の断面図である。
以下、第1実施形態の第5変形例について説明するが、以下の説明では、第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図10において第1実施形態と同様の構成部分については、先に説明したのと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
第5変形例は、第1凹部171の構成が異なる以外、第1実施形態と同様である。
前述した第1実施形態では、第1凹部171は、複数の第1凹部171Xと、複数の第1凹部171Yと、を備え、格子状をなしている。これに対し、本第5変形例では、第1凹部171が、複数の第1凹部171Xのみを備えている。本第5変形例では、第1凹部171とコア部14との位置関係によらず、第1凹部171とコア部14とが重なる面積は一定である。このため、コア部14の伝送効率にムラが生じにくいという利点がある。
以上のような第5変形例においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
7.第2実施形態
次に、第2実施形態に係る光導波路について説明する。
図11は、第2実施形態に係る光導波路の部分拡大斜視図である。
以下、第2実施形態について説明するが、以下の説明では、第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図11において第1実施形態と同様の構成部分については、先に説明したのと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
第2実施形態は、第2カバー層18が第2凹部181を備えている以外、第1実施形態と同様である。
図11に示す光導波路1は、第2カバー層18の上面である反対面102に開口する第2凹部181を有している。すなわち、本実施形態に係る光導波路1は、第1凹部171および第2凹部181の双方を有する。この第2凹部181は、X軸に沿って延在するとともにY軸に沿って並んでいる複数の第2凹部181Xと、Y軸に沿って延在するとともにX軸に沿って並んでいる複数の第2凹部181Yと、を備えている。
このような第2凹部181は、形成位置が異なる以外は、第1凹部171と同様である。第2凹部181を設けることにより、光導波路1の形状追従性をさらに高めることができる。これにより、例えば被着体9の表面がうねっているような場合でも、光導波路1を密着性よく貼り付けることができる。
なお、反対面102を平面視したとき、第1凹部171および第2凹部181は、互いに重なっているのが好ましい。これにより、第1凹部171が内側に位置するように光導波路1を曲げた場合と、第2凹部181が内側に位置するように光導波路1を曲げた場合とで、光導波路1の形状追従性を同等にすることができる。したがって、被着体9の表面形状によらず、光導波路1を密着させることができ、接着後の隙間や剥離等が生じるのを抑制することができる。
なお、互いに重なるとは、第1凹部171および第2凹部181がそれぞれ溝である場合、溝の幅の少なくとも一部において重なっている状態を指す。
また、接着面101を平面視したときの第1凹部171が占める面積と、反対面102を平面視したときの第2凹部181が占める面積と、が互いに等しいことが好ましい。これにより、第1凹部171が内側に位置するように光導波路1を曲げた場合と、第2凹部181が内側に位置するように光導波路1を曲げた場合とで、光導波路1の形状追従性を同等にすることができる。
以上のような第2実施形態においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
また、第1凹部171の構成および第2凹部181の構成は、互いに同じであっても異なっていてもよい。例えば、第1凹部171の幅や深さおよび第2凹部181の幅や深さは、それぞれ互いに同じであっても異なっていてもよい。
8.第3実施形態
次に、第3実施形態に係る光導波路について説明する。
図12は、第3実施形態に係る光導波路の断面図である。
以下、第3実施形態について説明するが、以下の説明では、第2実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図12において第2実施形態と同様の構成部分については、先に説明したのと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
第3実施形態は、第1凹部171が省略されている以外、第2実施形態と同様である。したがって、図12に示す接着面101は、第1凹部171が存在しておらず、平坦面になっている。一方、図12に示す第2カバー層18は、反対面102に開口する第2凹部181を有している。第1凹部171が省略されても、第2凹部181が設けられているため、光導波路1は、形状追従性を有するものとなる。
以上のような第3実施形態においても、第2実施形態と同様の効果が得られる。
9.光配線部品
上述したような光導波路1は、任意の部品と組み合わせて光配線部品を構成する。すなわち、本実施形態に係る光配線部品は、光導波路1と任意の部品とを備える。かかる光配線部品も、被着体に対して密着性よく貼り付けて用いられる。このため、実装が容易な光配線部品を実現することができる。任意の部品としては、例えば、コネクター、ミラー、レンズ、フィルター等が挙げられる。
コネクターは、光導波路1の端部に装着され、他の光学部品と光導波路1との接続を担う。コネクターは、光接続用の規格に準じた形状を有していてもよい。かかる規格としては、例えばMT等が挙げられる。
ミラーは、光導波路1の内部に設けられてもよいし、外部に設けられてもよい。内部に設けた場合、光導波路1のコア部14を伝搬する光路を変換することができる。外部に設けた場合、光導波路1に入射する光の光路、または、光導波路1から出射する光の光路を変換することができる。
レンズも、光導波路1の内部に設けられていてもよいし、外部に設けられていてもよい。内部に設けた場合、光導波路1のコア部14を伝搬する光を集束または発散させることができる。外部に設けた場合、光導波路1に入射する光、または、光導波路1から出射する光を集束または発散させる。
フィルターも、光導波路1の内部に設けられていてもよいし、外部に設けられていてもよい。内部に設けた場合、光導波路1のコア部14を伝搬する光の波長、位相等を変換することができる。外部に設けた場合、光導波路1に入射する光、または、光導波路1から出射する光の波長、位相等を変換することができる。
10.電子機器
上述したような光導波路1は、被着体9に対して隙間を抑制しつつ貼り付けることができ、かつ、貼り付け後も剥離等の不具合を発生させにくい。このため、かかる被着体9と、光導波路1と、被着体9と光導波路1の接着面101との間に設けられてる接着層2と、を有することにより、信頼性の高い電子機器を実現することができる。
電子機器としては、例えば、スマートフォン、タブレット端末、携帯電話、ゲーム機、ルーター装置、WDM装置、パソコン、テレビ、サーバー、スーパーコンピューター等の情報通信機器類や、医療用機器、センサー機器の他、車両、航空機、船舶の計器類、自動車制御機器、航空機制御機器、鉄道車両制御機器、船舶制御機器、宇宙船制御機器、ロケット制御機器のような移動体制御機器類、発電所、製油所、製鉄所、化学コンビナートのようなプラントを制御するプラント制御機器類等が挙げられる。
以上、本発明の光導波路、接着層付き光導波路、光配線部品および電子機器を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されない。
例えば、接着層付き光導波路は、接着層を覆う保護層をさらに有していてもよい。この保護層は、接着層付き光導波路を被着体に接着する直前に剥がされることで、清浄な接着面を容易に準備することを可能にする。その結果、異物の巻き込みを抑えることができ、より密着性の高い接着を行うことができる。
また、コア部の線形は、特に限定されず、直線であっても、曲線を含んでいてもよい。
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
11.光導波路と被着体との接着体の製造
(実施例1)
まず、図1および図2に示す光導波路を用意した。この光導波路の製造条件は、表1に示す通りである。また、接着層として、エポキシ接着剤で構成された接着シートを使用した。
次に、この光導波路をガラス製の被着体に、接着層(接着シート)を介して貼り付けた。また、被着体は、凹曲面を有するガラス板であり、この凹曲面に光導波路を貼り付けるようにした。
以上のようにして光導波路と被着体との接着体を得た。
なお、平面視において、第1カバー層に設けた第1凹部と、第2カバー層に設けた第2凹部とが、重なるように互いの位置を設定した。
一方、平面視において、第1凹部および第2凹部のうち、Y軸に沿って延在する凹部と、コア部とが、重ならないように互いの位置を設定した。
また、本例では、接着シートを使用したため、凹部に伴う空隙が生じていることが確認できた。
(実施例2、3)
製造条件を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして接着体を得た。
(実施例4)
第2凹部の形成を省略した以外は、実施例1と同様にして接着体を得た。
(実施例5)
第1凹部のうち、Y軸に沿って延在する溝を省略した以外は、実施例4と同様にして接着体を得た。なお、第1凹部のうち、Y軸に沿って延在する溝を省略すると、X軸に沿って延在する溝のみが残るため、第1凹部の平面視形状は、縞状であった。
(実施例6)
第1凹部の形成を省略した以外は、実施例1と同様にして接着体を得た。
(実施例7、8)
製造条件を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして接着体を得た。
(実施例9)
平面視において、第1凹部と第2凹部とが重ならないように互いの位置を設定した以外は、実施例1と同様にして接着体を得た。
(実施例10)
平面視において、第1凹部および第2凹部と、コア部とが、重なるように互いの位置を設定した以外は、実施例1と同様にして接着体を得た。
(実施例11)
接着シートに代えて液状の接着剤を使用した以外は、実施例1と同様にして接着体を得た。液状の接着剤を使用したため、凹部が接着剤で埋まっていることが確認できた。
(実施例12〜18)
製造条件を表2に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして接着体を得た。
(比較例)
第1凹部および第2凹部の双方を省略した以外は、実施例1と同様にして接着体を得た。
12.接着体の評価結果
12.1 密着性の評価
まず、接着体について、ガラス板側から目視で観察した。そして、被着体と光導波路との間の剥離の有無を確認し、剥離があった場合には、その面積を計測した。
次に、各接着体について、剥離の面積の合計を算出した。そして、比較例の接着体における剥離の面積の合計を1としたとき、各実施例の接着体における剥離の面積の合計の相対値を算出した。
次に、得られた相対値を以下の評価基準に照らし、評価した。
<密着性の評価基準>
A:剥離の面積の相対値が0.50未満
B:剥離の面積の相対値が0.50以上0.75未満
C:剥離の面積の相対値が0.75以上1.00未満
D:剥離の面積の相対値が1.00以上
以上の評価結果を表1および表2に示す。
12.2 伝送損失の評価
得られた接着体を、温度サイクル試験(−10℃〜60℃、500サイクル)に供した。
次に、試験後の接着体について、「高分子光導波路の試験方法(JPCA−PE02−05−01S−2008)」の4.6.2.1カットバック方法に準拠して、伝搬損失を求めた。なお、測定には、波長850nmの光を用いた。
そして、求めた伝搬損失を、以下の評価基準に照らして評価した。
<伝搬損失の評価基準>
A:伝搬損失が小さい(0.05[dB/cm]未満である)
B:伝搬損失がやや小さい(0.05[dB/cm]以上0.1[dB/cm]未満である)
C:伝搬損失がやや大きい(0.1[dB/cm]以上0.2[dB/cm]未満である)
D:伝搬損失が大きい(0.2[dB/cm]以上である)
以上の評価結果を表1および表2に示す。
Figure 2021014680
Figure 2021014680
表1および表2に示すように、各実施例で得られた接着体では、光導波路と被着体との密着性が良好であった。
また、各実施例で得られた接着体では、温度サイクル試験を経た後でも、伝送損失が小さい状態が維持されていた。特に、凹部に伴う空隙がある場合には、その傾向が顕著であった。
本発明の光導波路は、接着層を介して被着体に接着して用いられ、互いに表裏の関係を有する第1面および第2面を有し、コア軸に沿って延在するコア部を備えるコア層と、第1面上に設けられ、コア層とは反対側の面である接着面を有する第1カバー層と、第2面上に設けられ、コア層とは反対側の面である反対面を有する第2カバー層とを備えている。この第1カバー層の接着面には、その平面視において、コア軸と交差する第1軸に沿って延在する第1溝を含む第1凹部が設けられている。このような第1凹部を設けることにより、第1カバー層では、第1凹部が設けられている部分において、機械的強度が低下する。このため、第1カバー層をその厚さ方向に曲げるとき、曲げ剛性を低下させることができる。これにより、光導波路を被着体に貼り付けるとき、光導波路の形状追従性を高めることができる。このため、光導波路と被着体との間に隙間や剥離等が生じにくくなり、接着強度を高めることができる。したがって、本発明は、産業上の利用可能性を有する。

Claims (12)

  1. 互いに表裏の関係を有する第1面および第2面を有し、コア軸に沿って延在するコア部、ならびに、側面クラッド部、を備えるコア層と、
    前記第1面上に設けられ、前記コア層とは反対側の面である接着面を有する第1カバー層と、
    前記第2面上に設けられ、前記コア層とは反対側の面である反対面を有する第2カバー層と、
    を備え、
    シート状をなし、
    前記接着面に開口する第1凹部を有し、
    前記接着面を平面視したとき、前記第1凹部は、前記コア軸と交差する第1軸に沿って延在する第1溝を含み、 前記接着面に接する接着層を介して被着体に接着して用いられることを特徴とする光導波路。
  2. 前記第1凹部の底は、前記第1カバー層の内部に位置している請求項1に記載の光導波路。
  3. 前記第1溝の深さは、前記第1カバー層の厚さの20〜80%である請求項1または2に記載の光導波路。
  4. 前記第1溝の幅は、前記第1溝の深さの0.2〜5.0倍である請求項3に記載の光導波路。
  5. 前記接着面を平面視したとき、前記第1凹部は、前記第1軸と交差する第2軸に沿って延在する第2溝をさらに含む請求項1ないし4のいずれか1項に記載の光導波路。
  6. 前記光導波路は、前記第2カバー層の前記反対面に開口する第2凹部をさらに有する請求項1ないし5のいずれか1項に記載の光導波路。
  7. 前記第1カバー層および前記第2カバー層の弾性率は、前記コア層の弾性率より大きい請求項1ないし6のいずれか1項に記載の光導波路。
  8. 前記コア層と前記第1カバー層との間に設けられている第1クラッド層と、
    前記コア層と前記第2カバー層との間に設けられている第2クラッド層と、
    を有する請求項1ないし7のいずれか1項に記載の光導波路。
  9. 請求項1ないし8のいずれか1項に記載の光導波路と、
    前記光導波路の前記接着面に設けられている未硬化の接着層と、
    を有することを特徴とする接着層付き光導波路。
  10. 前記光導波路の前記第1凹部が、空隙を形成する請求項9に記載の接着層付き光導波路。
  11. 請求項1ないし8のいずれか1項に記載の光導波路を備えることを特徴とする光配線部品。
  12. 被着体と、
    請求項1ないし8のいずれか1項に記載の光導波路と、
    前記被着体と前記光導波路の前記接着面との間に設けられている接着層と、
    を有することを特徴とする電子機器。
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