KR20160075599A - 가요성 유리 광 도파관 구조 - Google Patents

가요성 유리 광 도파관 구조 Download PDF

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KR20160075599A
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glass substrate
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신 매튜 가르너
밍-준 리
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

광 도파관 디바이스는 약 0.3 mm보다 크지 않은 두께를 가진 가요성 유리 기판을 포함한 가요성 유리 광 도파관 구조를 포함한다. 상기 가요성 유리 기판은 상기 가요성 유리 기판을 통해 광 신호를 전송하는 적어도 하나의 도파관 특징부를 가진다. 상기 적어도 하나의 도파관 특징부는 상기 가요성 유리 기판을 형성하는 유리 물질로 형성된다. 전기 디바이스는 가요성 유리 기판의 표면 상에 위치된다.

Description

가요성 유리 광 도파관 구조{FLEXIBLE GLASS OPTICAL WAVEGUIDE STRUCTURES}
본 출원은 35 U.S.C.§ 119 하에, 2013년 10월 22일 자로 출원된 미국 가출원 제61/894139호의 우선권 주장 출원이고, 그 개시 내용은 전반적으로 참조로 본원에 병합된다.
본원은 광 도파관에 관한 것으로, 보다 구체적으로 가요성 유리 광 도파관 구조 및 그로부터 형성된 디바이스에 관한 것이다.
마이크로프로세서의 성능이 계속해서 증가할 시에, 프로세서로 나가는, 그리고 프로세서로부터 나오는 데이터 흐름에 대한 전기 인터커넥트 (interconnect)는 점점 전체 시스템 성능에 대한 장애물이 될 수 있다. 전자 인터커넥트를 광 인터커넥터로 교체하는 것은 보다 높은 대역폭-길이 제품 및 보다 높은 밀도를 제공할 수 있다.
가요성 광 도파관 인터커넥트는 광학적으로 연결된 중재 시스템에 대한 광 상호 연결 기술에 중요한 컴포넌트를 제공할 수 있다 (예컨대, 보드-투-보드 또는 칩-투-칩 상호연결). 폴리머-기반 가요성 광 도파관은 단거리 인터커넥트로 제안되어왔다. 그러나, 폴리머는 고온 처리에 적합하지 않을 수 있다. 이에 따라서, 광 인터커넥트 적용에 대한 가요성 도파관 및 디바이스가 필요하다.
광 도파관 인터커넥트를 개선시키기 위한 하나의 기법은 가요성 유리 광 도파관을 제공하는 것에 있다. 가요성 유리 광 도파관은, 인쇄 회로 보드 (printed circuit board, PCB) 처리에 적합한 상대적으로 고온 (예컨대, 250 ℃ 초과)을 지지할 수 있는, 약 0.3 mm 보다 크지 않은 두께를 가진 초박형 가요성 유리로 형성된 기판을 포함한다.
추가적인 특징 및 이점이 다음의 상세한 설명 내에 기재될 것이고, 부분적으로 그 설명으로부터 통상의 기술자에게 용이하게 명백해지거나 기재된 설명 및 첨부된 도면 내에 예시된 것과 같이 본원을 실시함으로써 인식될 것이다. 상술된 일반적인 설명 그리고 다음의 상세한 설명의 양쪽 모두는 단지 본원의 예시일뿐, 청구된 것과 같은 본 발명의 성격 및 특징을 이해하는 것에 대한 개관 또는 개요를 제공하도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다.
첨부 도면은 본원의 원리의 추가의 이해를 제공하도록 포함되고, 본 명세서 내에 병합되어 그 일부를 구성한다. 도면은 하나 이상의 실시예(들)를 도시하고, 그 설명과 함께 예를 들면 본원의 원리 및 동작을 설명하도록 기능한다. 이해되어야 하는 바와 같이, 본 명세서 내에 그리고 도면 내에 개시된 본원의 다양한 특징은 임의의 그리고 모든 조합으로 사용될 수 있다. 비-제한적인 예시에 의해, 본원의 다양한 특징은 다음의 양태에 따라 서로 조합될 수 있다.
제 1 양태에 따라서, 광 도파관 디바이스는:
약 0.3 mm보다 크지 않은 두께를 가진 가요성 유리 기판을 포함한 가요성 유리 광 도파관 구조 - 상기 가요성 유리 기판은 상기 가요성 유리 기판을 통해 광 신호를 전송하는 적어도 하나의 도파관 특징부를 가지며, 상기 적어도 하나의 도파관 특징부는 상기 가요성 유리 기판을 형성하는 유리 물질로 형성됨 -; 및
상기 가요성 유리 기판의 표면 상에 위치된 전기 디바이스를 포함한다.
제 2 양태에 따라서, 양태 1의 광 도파관 디바이스가 제공되고, 중간 기판은 상기 가요성 유리 기판의 표면에 상기 전기 디바이스를 연결시킨다.
제 3 양태에 따라서, 양태 1의 광 도파관 디바이스가 제공되고, 상기 전기 디바이스는 상기 가요성 유리 기판의 표면 상에 직접 형성된다.
제 4 양태에 따라서, 양태 1-3 중 어느 하나의 광 도파관 디바이스가 제공되고, 상기 전기 디바이스는 제 1 디바이스이고, 상기 광 도파관 디바이스는 상기 가요성 유리 기판의 표면 상에 위치된 제 2 디바이스를 더 포함한다.
제 5 양태에 따라서, 양태 4의 광 도파관 디바이스가 제공되고, 상기 제 2 디바이스는 광 디바이스이고, 상기 광 도파관 디바이스는 상기 제 1 디바이스와 상기 제 2 디바이스 사이의 전기 신호를 전송하는 가요성 유리 광 도파관 구조에 의해 갖추어진 전기 연결부를 포함한다.
제 6 양태에 따라서, 양태 1-5 중 어느 하나의 광 도파관 디바이스가 제공되고, 상기 전기 디바이스는 제 1 디바이스이고, 상기 광 도파관 디바이스는 상기 가요성 유리 기판의 마주하는 표면 상에 위치된 제 2 디바이스를 더 포함한다.
제 7 양태에 따라서, 양태 6의 광 도파관 디바이스가 제공되고, 상기 제 2 디바이스는 광 디바이스이고, 상기 광 도파관 디바이스는 상기 제 1 디바이스와 상기 제 2 디바이스 사이의 전기 신호를 전송하는 가요성 유리 광 도파관 구조에 의해 갖추어진 전기 연결부를 포함한다.
제 8 양태에 따라서, 양태 7의 광 도파관 디바이스가 제공되고, 상기 전기 연결부는 상기 가요성 유리 기판을 통해 뻗어나간다.
제 9 양태에 따라서, 양태 1-8 중 어느 하나의 광 도파관 디바이스가 제공되고, 상기 적어도 하나의 도파관 특징부는 상기 가요성 유리 기판의 둘러싼 유리 물질에 의해 적어도 부분적으로 경계를 이룬다.
제 10 양태에 따라서, 양태 1-9 중 어느 하나의 광 도파관 디바이스가 제공되고, 상기 가요성 유리 기판을 통해 광 신호를 전송하는 다수의 도파관 특징부들을 포함한다.
제 11 양태에 따라서, 양태 1-10 중 어느 하나의 광 도파관 디바이스가 제공되고, 상기 적어도 하나의 도파관 특징부는 상기 가요성 유리 기판 내에 적어도 부분적으로 매립된다.
제 12 양태에 따라서, 양태 11의 광 도파관 디바이스가 제공되고, 상기 가요성 유리 기판은 서로 마주하는 넓은 표면들을 가지고, 상기 적어도 하나의 도파관 특징부는 상기 넓은 표면들 중 적어도 하나와 교차한다.
제 13 양태에 따라서, 양태 11의 광 도파관 디바이스가 제공되고, 상기 적어도 하나의 도파관 특징부는 상기 가요성 유리 기판 내에 매립되고, 그 결과 상기 적어도 하나의 도파관 특징부 중 적어도 일 부분은 상기 넓은 표면들 둘 다로부터 이격된다.
제 14 양태에 따라서, 양태 1-13 중 어느 하나의 광 도파관 디바이스가 제공되고, 상기 가요성 유리 기판의 넓은 표면을 코팅하는 폴리머 층을 더 포함한다.
제 15 양태에 따라서, 양태 1-14 중 어느 하나의 광 도파관 디바이스가 제공되고, 상기 적어도 하나의 도파관 특징부는 약 100 μm보다 크기 않은 폭을 가진다.
제 16 양태에 따라서, 디바이스 조립체는:
기판;
상기 기판에 연결된 제 1 디바이스 - 상기 제 1 디바이스는 전기 디바이스임 -;
상기 기판에 연결된 제 2 디바이스; 및
상기 제 1 및 제 2 디바이스들과 광학적으로 연결된 가요성 유리 광 도파관 구조 - 상기 가요성 유리 광 도파관은 약 0.3 mm보다 크지 않은 두께를 가진 가요성 유리 기판을 포함하고, 상기 가요성 유리 기판은 상기 제 1 광 디바이스와 상기 제 2 광 디바이스 사이에서 상기 가요성 유리 기판을 통해 광 신호를 전송하는 적어도 하나의 도파관 특징부를 가지며, 상기 적어도 하나의 도파관 특징부는 상기 가요성 유리 기판을 형성하는 유리 물질로 형성됨 -를 포함한다.
제 17 양태에 따라서, 양태 16의 디바이스 조립체가 제공되고, 상기 제 1 디바이스는 상기 기판의 하나의 넓은 표면 상에 위치되며, 그리고 상기 제 2 디바이스는 상기 기판의 마주하는 표면 상에 위치된다.
제 18 양태에 따라서, 양태 16 또는 17의 디바이스 조립체가 제공되고, 상기 기판은 상기 기판의 두께를 통해 뻗어나간 개구를 가지고, 상기 가요성 유리 광 도파관 구조는 상기 개구를 통해 뻗어나간다.
제 19 양태에 따라서, 양태 16-18 중 어느 하나의 디바이스 조립체가 제공되고, 상기 가요성 유리 광 도파관 구조는 상기 기판과 인접하여 뻗어나가는 일 부분을 가진다.
제 20 양태에 따라서, 양태 16-19 중 어느 하나의 광 구조가 제공되고, 상기 가요성 유리 광 도파관 구조는 상기 기판으로부터 이격된 일 부분을 가진다.
제 21 양태에 따라서, 양태 16-20 중 어느 하나의 광 구조가 제공되고, 상기 제 2 디바이스는 광 디바이스이다.
제 22 양태에 따라서, 양태 16-21 중 어느 하나의 광 구조가 제공되고, 상기 기판은 다수의 층들로 형성되고, 상기 가요성 유리 광 도파관 구조는 상기 기판의 다수의 층들 사이에서 적어도 부분적으로 뻗어나간다.
제 23 양태에 따라서, 광 도파관 디바이스는:
약 0.3 mm보다 크지 않은 두께를 가진 가요성 유리 기판을 포함한 가요성 유리 광 도파관 구조 - 상기 가요성 유리 기판은 상기 가요성 유리 기판을 통해 광 신호를 전송하는 적어도 하나의 도파관 특징부를 가지며, 상기 적어도 하나의 도파관 특징부는 상기 가요성 유리 기판을 형성하는 유리 물질로 형성됨 -; 및
상기 가요성 유리 기판 내에 적어도 부분적으로 매립된 전기 디바이스 및/또는 광 디바이스를 포함한다.
제 24 양태에 따라서, 양태 23의 광 도파관 디바이스가 제공되고, 상기 전기 및/또는 광 디바이스는 제 1 디바이스이고, 상기 전기 및/또는 광 디바이스는 상기 가요성 유리 기판에 의해 갖추어진 제 2 디바이스를 포함한다.
제 25 양태에 따라서, 양태 24의 광 도파관 디바이스가 제공되고, 상기 제 1 디바이스와 제 2 디바이스 사이의 전기 신호를 전송하는 가요성 유리 광 도파관 구조에 의해 갖추어진 전기 연결부를 포함한다.
본원의 이들 및 다른 특징들, 양태들 및 이점들은, 본원의 다음의 상세한 설명을 첨부된 도면을 참조하여 읽을 시에 보다 양호하게 이해되며, 도면에서:
도 1은 본원의 양태들에 따른, 가요성 유리 광 도파관 구조의 실시예를 도시하고;
도 2는 본원의 양태들에 따른, 가요성 유리 광 도파관 구조를 형성하는 공정 및 장치의 실시예를 개략적으로 도시하고;
도 3은 본원의 양태들에 따른, 가요성 유리 광 도파관 구조의 실시예를 도시하고;
도 4는 본원의 양태들에 따른, 가요성 유리 광 도파관 구조의 실시예를 도시하고;
도 5는 본원의 양태들에 따른, 가요성 유리 광 도파관 구조를 포함한 광 도파관 디바이스의 실시예를 도시하고;
도 6은 본원의 양태들에 따른, 가요성 유리 광 도파관 구조를 포함한 광 도파관 디바이스의 또 다른 실시예를 도시하고;
도 7은 본원의 양태들에 따른, 가요성 유리 광 도파관 구조를 포함한 광 도파관 디바이스의 또 다른 실시예를 도시하고;
도 8은 본원의 양태들에 따른, 가요성 유리 광 도파관 구조를 포함한 광 도파관 디바이스의 또 다른 실시예의 동작을 도시하고;
도 9는 본원의 양태들에 따른, 가요성 유리 광 도파관 구조를 포함한 디바이스 조립체의 실시예를 도시하고;
도 10은 본원의 양태들에 따른, 가요성 유리 광 도파관 구조를 포함한 디바이스 조립체의 또 다른 실시예를 도시하고;
도 11은 본원의 양태들에 따른, 가요성 유리 광 도파관 구조를 포함한 디바이스 조립체의 또 다른 실시예를 도시하고;
도 12는 본원의 양태들에 따른, 가요성 유리 광 도파관 구조를 포함한 디바이스 조립체의 또 다른 실시예를 도시하고;
도 13은 본원의 양태들에 따른, 가요성 유리 광 도파관 구조를 포함한 디바이스 조립체의 또 다른 실시예를 도시하고;
도 14는 본원의 양태들에 따른, 가요성 유리 광 도파관 구조를 포함한 디바이스 조립체의 또 다른 실시예를 도시하고;
도 15는 본원의 양태들에 따른, 가요성 유리 광 도파관 구조를 포함한 디바이스 조립체의 또 다른 실시예를 도시하고;
도 16은 본원의 양태들에 따른, 가요성 유리 광 도파관 구조를 포함한 디바이스 조립체의 또 다른 실시예를 도시하고;
도 17은 본원의 양태들에 따른, 가요성 유리 광 도파관 구조에 대한 도파관 특징부의 실시예를 도시하고;
도 18은 본원의 양태들에 따른, 가요성 유리 광 도파관 구조에 대한 도파관 특징부의 또 다른 실시예를 도시하고;
도 19는 본원의 양태들에 따른, 가요성 유리 광 도파관 구조에 대한 도파관 특징부의 또 다른 실시예를 도시하며; 그리고
도 20은 본원의 양태들에 따른, 가요성 유리 광 도파관 구조에 대한 도파관 특징부의 또 다른 실시예를 도시한다.
다음의 상세한 설명에서, 제한이 아닌 설명의 목적을 위해, 특정한 세부 사항을 개시하는 예시 실시예는 본원의 다양한 원리의 철저한 이해를 제공하도록 기술된다. 그러나, 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백한 바와 같이, 본원은 여기에 개시된 특정한 세부 사항으로부터 벗어나는 다른 실시예에서 실시될 수 있다. 게다가, 공지된 디바이스, 방법 및 물질의 설명이 본 발명의 다양한 원리의 설명을 모호하게 하지 않도록 생략될 수 있다. 마지막으로, 적용 가능한 경우에, 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 나타낸다.
범위는 본원에서 "약" 하나의 특정한 수치로부터 및/또는 "약" 또 다른 특정한 수치까지로서 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현될 때에, 또 다른 실시예는 하나의 특정한 수치로부터 및/또는 다른 특정한 수치까지를 포함한다. 이와 유사하게, 수치가 선행사 "약"의 사용에 의해 근사치로서 표현될 때에, 특정한 수치가 또 다른 실시예를 형성한다는 것이 이해될 것이다. 범위의 각각의 종점은 다른 종점과 관련하여 그리고 다른 종점과 독립적으로 양쪽 모두의 측면에서 유효하다는 것이 추가로 이해될 것이다.
본원에서 사용된 바와 같은 방향 용어 - 예를 들면 위, 아래, 좌, 우, 뒤, 상위, 하위 -는 단지 도시된 것과 같은 도면을 참조하여 이루어지고, 절대 배향을 의미하도록 의도되지 않는다.
명확하게 별다른 언급이 없는 한, 본원에서 기재된 임의의 방법은 그 단계가 특정한 순서로 수행될 것을 요구하는 것으로서 해석되도록 의도되지 않는다. 이에 따라서, 방법 청구항이 그 단계에 의해 후속될 순서를 실제로 인용하지 않거나, 단계가 특정한 순서로 제한되어야 하는 것으로 특허청구범위 또는 설명 내에 그렇지 않은 것으로 구체적으로 언급되지 않은 경우에, 임의의 관점에서 순서가 추론되도록 의도되지 않는다. 이는: 단계 또는 동작 흐름의 배열에 대한 논리의 문제; 문법 구성 또는 구두점으로부터 유도되는 명백한 의미; 명세서 내에 설명되는 실시예의 개수 또는 유형을 포함하는 해석을 위한 임의의 있을 수 있는 비명시적인 기준에 대해 유효하다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태의 관사 ("a", "an" 및 "the")는 문맥이 달리 명확하게 지시하지 않는 한, 복수의 지시 대상을 포함한다. 이로써, 예를 들면, "컴포넌트"에 대한 인용은 문맥이 달리 명확하게 지시하지 않는 한, 2 개 이상의 이러한 구성 요소를 갖는 양태를 포함한다.
본원에서 기술된 실시예는 일반적으로 가요성 유리 기판를 사용하여 형성된 가요성 유리 광 도파관 구조들 및 디바이스들에 관한 것이다. 하나 이상의 도파관 특징부들은 가요성 유리 기판에 의해 갖춰질 수 있으며, 그리고 도파관 특징부들은 가요성 유리 기판을 형성하는 유리로 형성될 수 있고 그 결과 그들은 또한 가요성을 가진다. 도파관 특징부들은 가요성 유리 기판의 표면에 노출 (즉, 교차)되거나. 그 근방에 위치될 수 있거나, 또는 상기 도파관 특징부들은 가요성 유리 기판 내에 또는 그의 조합 내에 매립될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도파관 특징부들은 가요성 유리 기판의 표면의 일부를 형성한다. 가요성 유리 기판은 인쇄 회로 보드 (PCB) 처리에 적합한 상대적으로 고온 (예컨대, 250 ℃ 초과)을 지지할 수 있으면서, 가요성 유리 기판의 가요성은 다양한 전기 및/또는 광 컴포넌트의 연겨을 용이하게 한다.
도 1을 참조하면, 가요성 유리 광 도파관 구조 (10)는 폭 (W) 및 길이 (L)를 가지며, 그리고 가요성 유리 기판 (12), 및 광 신호를 전송하기 위해 가요성 유리 기판 (12)의 길이를 따라 뻗어나간 도파관 특징부들 (16)의 어레이 (14)를 포함한다. 도파관 특징부들 (16)은 별개의 형성물들일 수 있고, 이때 상기 형성물들은 가요성 유리 기판 (12)의 둘러싼 유리 물질에 의하여 그들의 주변부들 주위에서 적어도 부분적으로 또는 완전하게 경계를 이룬다 (bounded). 가요성 유리 기판 (12)은 얇을 수 있고 (예컨대, 약 0.5 mm 미만, 예를 들면, 약 0.3 mm 미만), 이는 보다 높은 공정 온도, 거의 제로인 복굴절 (지연에 있어 약 10 nm 미만) 및 중성 색상이라는 점에서 폴리머 기판들에 대해 이점을 가질 수 있다.
가요성 유리 기판 (12)은 임의의 적합한 길이 (L) (예컨대, 약 1 cm 내지 몇 미터), 폭 (W) (예컨대, 약 1 mm 내지 10 cm) 및 예를 들면, 약 0.01-0.05 mm, 약 0.05-0.1 mm, 약 0.1-0.15 mm, 약 0.15-0.3 mm, 0.3, 0.275, 0.25, 0.225, 0.2, 0.19, 0.18, 0.17, 0.16, 0.15, 0.14, 0.13, 0.12, 0.11, 0.10, 0.09, 0.08 0.07, 0.06, 0.05, 0.04, 0.03, 0.02, 또는 0.01 mm의 두께를 포함하지만, 이에 제한되지 않은 약 0.3 mm 이하의 두께를 가질 수 있다. 가요성 유리 기판 (12)은 유리, 유리 세라믹, 세라믹 물질 또는 그의 합성물들로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도파관 특징부들을 포함한 가요성 유리 기판은 적어도 약 100 mm의 굽힘 반경을 가질 수 있다. 고 품질의 가요성 유리 시트들을 형성하는 융합 공정 (예컨대, 하향 인발 공정)은 다양한 디바이스들에서 사용될 수 있으며, 그리고 상기와 같은 하나의 적용은 평탄한 패널 디스플레이들이다. 융합 공정에서 만들어진 유리 시트들은, 다른 방법들에 의해 만들어진 유리 시트들과 비교할 시에, 평탄도 및 평이도가 우수한 표면들을 가진다. 융합 공정은 미국 특허 제3,338,696호 및 제3,682,609호에 기술된다. 다른 적합한 유리 시트 형성 방법들은 플로트 (float) 공정, 상향 인발 및 슬롯 (slot) 인발 방법들을 포함한다.
가요성 유리 광 도파관 구조들 (10)을 제조하는 방법들이 이제 기술된다. 도 2는 달리 지적하지 않는 한, 도시된 단계들이 서로 다른 순서로 실행될 수 있는 이해로 예시 방법들의 단계들을 나타낸다. 게다가, 별다른 언급이 없는 한, 도시되지 않은 추가적인 단계들이 제공될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 방법은 옵션으로 약 300 μm 이하, 예를 들면 약 200 μm 이하, 예를 들면 약 100 μm 이하, 예를 들면 약 50 μm 이하의 두께를 가진 가요성 유리 기판 (104)을 획득하는 단계 (102)로 시작될 수 있다. 가요성 유리 기판 (104)에는 소다 석회 유리, 붕규산염 및 알칼리 토류 붕소-알루미노 규산염 (alkaline earth boro-aluminosilicate)을 포함한 다양한 종류의 유리로부터 선택된 유리가 제공될 수 있지만, 다른 유리 조성물들은 추가 예시들에서 사용될 수 있다. 추가적으로, 가요성 유리 기판은 유리 또는 유리 세라믹 물질의 단일 층 또는 다수의 층들로 형성될 수 있다.
단계 106에서, 가요성 유리 기판 (104)은, 하나 이상의 도파관 특징부들 (도 1)이 가요성 유리 기판 (104)에 형성되는 도파관 형성 스테이션 (108)으로 제공될 수 있다. 도파관 형성 스테이션 (108)은 임의의 적합한 공정, 예를 들면 이온 교환, 레이저 각인 또는 임의의 다른 적합한 공정 또는 공정들의 조합을 사용하여 가요성 유리 기판에 도파관 특징부들을 형성할 수 있다. 이들 특징들은 유리 기판이 연속적인 가요성 유리 웹 (web)의 일부인 동안, 또는 유리 기판이 별개의 섹션들로 절단된 이후에 형성될 수 있다. 도파관 특징들은 단일 모드 또는 다중-모드 (예컨대, 도파관 특징부들의 크기에 적어도 부분적으로 의존함)로 형성될 수 있다. 상대 굴절률 변화는 도파관 특징부들 (즉, 도파관 코어)과 도파관 형성 공정에 의한 둘러싼 유리 클래딩 사이의 굴절률 증가를 기술하기 위해 사용된다:
△ = ((n1 2 - n2 2)/2n2 2)
여기서, n1 및 n2는 도파관 코어 및 클래딩 각각의 굴절률들이다. 도파관 특징부들의 Δ 값은 약 0.1 내지 10 퍼센트일 수 있다. 도파관 특징부들의 굴절률 프로파일은 계단형 프로파일 또는 등급형 (graded) 프로파일일 수 있다. 일부 실시예들에서, 도파관들의 폭 또는 직경은 약 2 μm 내지 100 μm일 수 있다.
도 2는, 예를 들면, 가요성 유리 기판 (104)을 획득하는 2 개의 예시 소스들 (120)을 도시하지만, 그러나 다른 소스들도 제공될 수 있다. 예를 들면, 소스 (120)는 하향 인발 유리 형성 장치 (122)를 포함할 수 있다. 개략적으로 도시된 바와 같이, 하향 인발 유리 형성 장치 (122)는 트러프 (trough) (126)의 바닥에서 형성 웨지 (forming wedge) (124)를 포함할 수 있고, 유리는 형성 웨지 (124)의 서로 마주한 측면들 (128 및 130) 아래로 유동한다. 용융된 유리의 2 개의 시트들은 그 뒤에 형성 웨지 (124)의 루트 (132)에서 인발될 시에 함께 융합된다. 상기와 같이, 가요성 유리 리본의 형태를 한 가요성 유리 기판 (104)은 하향 방향 (136)으로 횡단하여 형성 웨지 (124)의 루트 (132)를 떠나 하향 인발 유리 형성 장치의 다운스트림에 위치된 하향 존 (138)으로 직접 향하기 위해 융합 인발될 수 있다. 형성된 후에, 가요성 유리 기판 (104)은 절단, 트리밍 (trimming) 등과 같은 것에 의해 더 처리될 수 있다. 그 후에, 연속적인 가요성 유리 리본의 형태를 한 가요성 유리 기판 (104)은 도파관 형성 스테이션 (108)으로 제공될 수 있다.
도 3을 참조해 보면, 도파관 특징부들 (110)은 가요성 유리 기판 (104)의 넓은 표면 (112)에서 형성될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 도파관 특징부들 (110)은 반-원형 또는 반-타원형 단면 형상들, 또는 일부 다른 적합한 형상을 가질 수 있다. 도 4를 참조해 보면, 도파관 특징부들 (114)은 양쪽 넓은 표면들 (112 및 116)로부터 이격되어, 가요성 유리 기판 (104) 내에 적어도 부분적으로 매립될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 도파관 특징부들 (114)은 원형 또는 타원형 단면 형상들, 또는 일부 다른 적합한 형상을 가질 수 있다. 추가적으로, 도파관 특징부들이 평행한 것으로 도시되었지만, 이하에서 보다 상세하게 기술될 다른 배치들도 가능하다 (즉, 도파관 특징부들은 길이, 폭 및/또는 두께 방향들 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 뻗어나갈 수 있음). 평행한 도파관 특징부들에 대해서, 도파관 폭 공간 또는 피치 (pitch)는 이웃 도파관 특징부들 사이의 혼선을 줄이기 위해, 약 15 μm 내지 100 μm, 예를 들면 약 20 μm, 30 μm, 40 μm 및 50 μm일 수 있다. 원형 광 섬유와는 달리, 평면 가요성 유리 기판에서의 도파관 특징부들의 수는 폭 치수로 스케일링될 수 있다. 대량의 도파관 특징부들은 단일 가요성 유리 기판에 제공될 수 있다 (예컨대, 4 개 이상, 8 개 이상, 10 개 이상, 16 개 이상, 20 개 이상, 24 개 이상, 48 개 이상, 96 개 이상, 100 개 이상, 124 개 이상, 150 개 이상, 200 개 이상, 300 개 이상 등). 표면 (112)에서 도 3에 의해 도시된 바와 같은 도파관 특징부들을 보호하기 위하여, 코팅 물질 (140)은 단계 (142)에 도포될 수 있다.
가요성 유리 광 도파관 구조들은, 가요성 유리 기판의 단일 층, 또는 다수의 가요성 유리 기판들 및/또는 서로 다른 물질들, 예를 들면 비-유리 물질들을 포함한 다수-층 합성물일 수 있다. 가요성 유리 광 도파관 구조들의 개별적인 층들은 광, 기계 및/또는 전기 기능들을 수행하기 위해 특별하게 선택될 수 있다. 예를 들면, 폴리머 코팅은 광, 기계 및/또는 전기 층들의 역할을 하기 위해 하나 또는 양쪽 표면들 (112 및 116) (도 2 및 3)에 도포될 수 있다.
도 5 및 6을 참조하여 보면, 광 도파관 디바이스들 (144 및 146)의 개략적으로 간략하게 된 도면이 도시되고, 이때 상기 광 도파관 디바이스들은 가요성 유리 광 도파관 구조 (149 및 151)를 포함한다. 광 도파관 디바이스들 (144 및 146) 둘 다는 그들 각각의 가요성 광 도파관 구조들 (149 및 151)의 표면 (154 및 158) 상에 위치된 그들 자신의 전기, 광 및/또는 광-전기 디바이스들 (148, 150 및 152)을 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "광 디바이스"는 광 및 광-전기 디바이스들을 포함한다. 도 5에서, 가요성 유리 기판 (160) 내에 매립된 단일 도파관 특징부 (158)가 도시된다. 도 6에서, 가요성 유리 기판 (162) 내에 매립된 다수의 도파관 특징부들 (158)이 도시된다. 도파관 특징부들 (158)이 가요성 유리 기판 (160) 내에 서로 다른 두께 레벨들로 도시되었지만, 도파관 특징부들 (158)은 가요성 유리 기판 (160) 내에서 서로 다른 폭 위치들에 배치될 수 있다 (도 3 및 4 참조).
도 7을 참조하여 보면, 가요성 유리 광 도파관 구조 (163)를 포함한 광 도파관 디바이스 (161)가 도시된다. 가요성 유리 광 도파관 구조 (163)는 그의 표면 (166) 상에 위치된 디바이스들 (148, 150 및 152)을 가진 가요성 유리 기판 (164)을 포함한다. 이러한 실시예에서, 도파관 특징부 (168)는, 도파관 부분 (172)으로부터 수직 또는 두께 방향으로 분할된 도파관 부분 (170)을 가진 가요성 유리 기판 (164) 내에 매립된다. 상기와 같은 배치는 도파관 특징부 (168) 내에 광 신호들을 분할 (또는 조합)하기 위해 허용될 수 있다.
디바이스들 (148, 150 및 152)은 임의의 적합한 방식으로, 예를 들면 중간 기판 (174)을 사용하여 디바이스 (148)를 표면 (166)에 연결함으로써, 표면 (166) 상으로 통합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 디바이스들 (148, 150 및 152) 중 하나 이상은 파선 (167)에 의해 나타난 바와 같이, 가요성 유리 기판 (164) 내에 적어도 부분적으로 또는 완전하게 매립될 수 있다. 일부 실시예들에서, 디바이스 (150)는 표면 (166) 상에 직접 만들어질 수 있다 (예컨대, 증착 공정에 의함). 예를 들면, 실리콘은 가요성 유리 광 도파관 구조 (163)의 표면 (166) 상에 능동 디바이스를 만드는데 사용될 수 있다. 상기와 같은 배치는 가요성 유리 광 도파관 구조 (163) 상에 레이저들, 광 검출기들 및 광 조절기들의 형성을 허용할 수 있다. 전기 비아들, 전도체 트레이스들 (conductor traces) 또는 전기 컴포넌트들과 같은 전기 컴포넌트들은 가요성 유리 광 도파관 구조 (163) 상에 존재할 수 있다. 예를 들면, 홀 형성 및 금속 충전은 전기 컴포넌트들의 설치 및 사용을 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다. 전도체 트레이스 패턴화 및 선택 장소 (pick-and-place) 특징들은 또한 제공될 수 있다.
도 8은 뻗어나간 도파관 특징부 (186)를 가진 가요성 유리 기판 (184)으로 형성된 가요성 유리 광 도파관 구조 (182)를 포함한 예시 광 도파관 디바이스 (180)의 개략적인 동작을 도시한다. 이러한 예시에서, 전기 및/또는 광-전기 디바이스들 (188 및 190)은 가요성 유리 광 도파관 구조 (182)의 서로 마주한 표면들 (192 및 194) 상에 도시된다. 상기에서 나타난 바와 같이, 디바이스들 (188 및 190)은 별도로 형성되어 가요성 유리 광 도파관 구조 (182)에 부착될 수 있거나, 또는 그들은 표면들 (192 및 194) 또는 그의 일부 조합물 상에 직접 만들어질 수 있다. 가요성 유리 기판 (184)의 사용은 상기 유리 기판 상에 위치된 다양한 디바이스들 사이에서, 그리고 심지어 어느 곳 (예컨대, PCB 근방)에 위치된 별도의 디바이스들에 대해서도 상호 작용을 용이하게 할 수 있다. 예를 들면, 전기 인터커넥트 (196)는 가요성 유리 광 도파관 구조 (182)의 서로 마주하는 표면들 (192 및 194)에서 디바이스들 (188 및 190)과의 통신을 허용하기 위해 디바이스들 (188 및 190) 사이의 전기 연결을 제공할 수 있다. 전기 인터커넥트 (196)가 표면들 (192 및 194)에 대해 일반적으로 수직한 방향으로 가요성 유리 기판 (184)의 두께를 통해 뻗어나가는 것으로 도시되었지만, 전기 인터커넥트 (196)는 두께, 길이 및/또는 폭 방향 주 어느 것으로 뻗어나갈 수 있다. 추가적으로, 가요성 유리 기판 (184)의 광 및 물리적인 속성들은 디바이스들 사이의 광 상호 작용을 용이하게 하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들면, 스루우 홀 (through hole) (200) 또는 다른 통로는 가요성 유리 기판 (184)을 통해 형성될 수 있다. 상기와 같은 홀 (200)은 표면들 (192 및 194) 사이의 전도체 트레이스들 또는 다른 전기 또는 광 연결들의 통로를 허용할 수 있다. 상기와 같은 홀들 (200)은 또한 선택 장소 동작을 용이하게 하기 위해 정렬 특징들의 역할을 할 수 있다. 또 다른 예시로서, 가요성 유리 기판 (184)의 광 속성들은 디바이스 (204)로부터 광 빔 (202)에 의해 나타난 바와 같이, 가요성 유리 기판 (184)을 통해 광 상호 작용을 허용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 디바이스들은 도파관 특징부들에 의해 제공된 광 신호들과 상호 작용할 수 있다.
도 9-15는 하나 이상의 가요성 유리 광 도파관 구조들을 이용한 평행 광 링크들에 대한 예시 인터커넥트 옵션들을 도시한다. 우선, 도 9를 참조하여 보면, 디바이스 조립체 (210)는, 기판 (216) (예컨대, PCB)에 부착된 디바이스들 (212 및 214) (예컨대, 광 또는 전기-광 디바이스들)을 포함한다. 광 커넥터 (218) (예컨대, 페룰 (ferrule))는 예를 들면, 디바이스 조립체 (210)에 광 신호를 전달하는 광 섬유 케이블의 광 섬유들의 어레이와 가요성 유리 광 도파관 구조 (220)를 광학적으로 연결시킨다. 이러한 예시에서, 광 커넥터 (218)는 기판 (216)의 에지 (222)에 연결되며, 그리고 가요성 유리 광 도파관 구조 (220)는 기판 (216)의 표면 (224)을 따라 뻗어나가며, 그리고 상기 표면에 연결될 수 있고, 상기 표면과 인접하여 뻗어나갈 수 있다. 가요성 유리 광 도파관 구조 (220)는 또한 디바이스 (212)에 광학적으로 연결된다. 또 다른 가요성 유리 광 도파관 구조 (226)는 디바이스들 (212 및 214)을 연결시키기 위해, 기판 (216)의 표면 (224)을 따라 뻗어나가며, 그리고 상기 표면에 연결될 수 있고, 상기 표면과 인접하여 뻗어나갈 수 있다. 도 10은 가요성 유리 광 도파관 구조들 (232 및 234)이 기판 (236)으로부터 이격된 위치들에서 디바이스들 (238 및 240)과의 광 연결을 용이하게 하기 위해, 기판 (236)의 온 및 오프 둘 다인 디바이스 조립체 (230)의 대안적인 실시예를 도시한다. 도 11은 가요성 유리 광 도파관 구조 (242)가 디바이스들 (248 및 250)의 기판 대면 표면들 (244 및 246)에 연결된 또 다른 실시예를 도시하고, 이때 여전하게, 가요성 유리 광 도파관 구조 (242)의 중앙 부분 (252)은 기판 (254)으로부터 이격된다. 도 12를 참조하여 보면, 디바이스 조립체 (260)의 또 다른 실시예는 광 커넥터 (262) 및 가요성 유리 광 도파관 구조들 (264 및 266)이 기판 (268)으로부터 이격되고 디바이스들 (270 및 272)에 광학적으로 연결된 오프 (off) 기판 배치를 포함한다.
상술된 가요성 유리 광 도파관 구조들은 기판의 단일 측면 상의 광 연결들을 용이하게 할 뿐만 아니라, 상기 가요성 유리 광 도파관 구조들은 기판의 서로 마주하는 측면들 사이의 광 연결들을 용이하게 할 수도 있다. 예를 들면, 도 13을 참조하여 보면, 디바이스 조립체 (280)의 또 다른 실시예는 렌즈 어레이 (284)에 광 신호를 전달하는 가요성 유리 광 도파관 구조 (282)를 포함하고, 상기 렌즈 어레이는 기판 (286)을 통하여 광 신호를 수신하는 광 디바이스 (288)에 광 신호를 전달하고, 결국 광 신호를 또 다른 가요성 유리 광 도파관 구조 (290)로 전달한다. 볼 수 있는 바와 같이, 가요성 유리 광 도파관 구조 (290)의 가요성은 가요성 유리 광 도파관 구조 (290)가 기판 (286) 내의 개구 (292)를 통해 진행되도록 (routed) 한다. 가요성 유리 광 도파관 구조 (290)는 또한 가요성 유리 광 도파관 구조 (290)로부터 광 신호를 수신하는 광 디바이스 (294)와 광학적으로 연결된다. 도 14는 다수-층 기판 (304) 내에 적어도 부분적으로 봉지화된 가요성 유리 광 도파관 구조 (302)를 가진 디바이스 조립체 (300)의 대안 실시예를 도시한다. 가요성 유리 광 도파관 구조 (302)는, 광 디바이스 (305) 및 표면 (306)으로부터, 단지 층 (310)을 통해 뻗어나간 개구 (308)를 통하여 진행된다. 가요성 유리 광 도파관 구조 (302)는 그 후에 층 (310)과 층 (312) 사이로 진행되고 그 후에, 기판 (304)의 마주한 표면 (318)에 위치된 광 디바이스 (315)와 광 연결을 허용하기 위해, 층 (312)을 단지 통해 뻗어나가는 또 다른 개구 (314)를 통과한다. 가요성 유리 광 도파관 구조들 (320 및 322)은 도 15에 의해 도시된 바와 같이, 비-평행 배치를 가진 기판들 (324 및 326) 사이의 연결을 용이하게 할 수 있으며, 그리고 기판 (326) (및/또는 기판 (324))의 표면들 (328 및 329) 중 어느 하나 또는 둘 다에 액세스를 제공한다.
도 16을 참조하여 보면, 상술된 가요성 유리 광 도파관 구조들은 디바이스들 사이에서 접속 가능한 연결을 용이하게 할 수 있다. 예시적인 접속 가능한 광 보드 상호 연결 시스템 (340)은 도 16에 도시된다. 광 어댑터들 (342 및 344)은, 광 보드 조립체들 (348 및 350) 각각을 해제 가능하게 수용하도록 구성된 백플레인 보드 (backplane board) (346)에 연결될 수 있다. 광 보드 조립체들 (348 및 350)에 의해 갖추어진 도파관들 (354 및 356)에 광학적으로 연결되어 광 통신들을 허용하기 위하여, 광 어댑터들 (342 및 344)에 대해 수직으로 선회하는 백플레인 보드 상에서 또는 상기 백플레인 보드 내에서 뻗어나가는 가요성 유리 광 도파관 구조 (352)가 제공된다.
상술된 다수의 가요성 유리 광 도파관 구조들이 평행 도파관 특징부들 (도 1)을 도시하였지만, 다른 배치들도 가능하다. 예를 들면, 도 17은 하나의 도파관 부분으로부터 다수의 도파관 부분들로 광 신호를 분할시키기 위해, 또는 반대로 사용되는 경우, 다수의 도파관 부분들로부터 하나의 도파관 부분으로 광 신호를 결합시키기 위해 사용될 수 있는 Y-브랜치 (branch) 도파관 특징부 (360)를 도시한다. 도 18은 분할/결합 기능을 수행하기 위한 스타-커플러 도파관 배치 (362)를 도시한다. 도 19는 하나의 도파관 특징 (366)으로부터 또 다른 도파관 특징 (368)으로 광 신호를 커플링하기 위한 지향성 커플러 배치 (364)를 도시한다. 도 20은 신호 프로세싱을 위한 Mach-Zehnder 간섭계 배치 (370)를 도시한다.
상술된 가요성 유리 광 도파관 구조들은 가요성 유리 기판의 가요성으로 인해 서로 다른 광 컴포넌트들의 다양한 연결 배치들을 용이하게 할 수 있다. 다량의 도파관 특징부들 (예컨대, 몇백 개)은 가요성 유리 기판에 형성될 수 있다. 가요성 유리 광 도파관 구조들은, 고온 PCB 처리에 적합한, 섭씨 몇 백도의 온도를 형성하는 디바이스를 지지할 수 있다. 가요성 유리 기판들은 광 컴포넌트와 전기 컴포넌트 사이의 완전한 통합을 가능케 하기 위해, 비아 홀 처리 및 전자 컴포넌트 조립체와 조화될 수 있다. 가요성 유리 광 도파관 구조들은 효율적인 섬유 말단-대면 커플링 (fiber end-face coupling)을 가능케 할 수 있다. 도파관 특징부들은 하나 또는 양쪽 표면들에서 형성될 수 있고, 나아가 가요성 유리 기판 내에 내부적으로 매립될 수 있다. 광 및 전자 능동 컴포넌트들은 가요성 유리 광 도파관 구조들을 사용하여 통합될 수 있다.
강조되어야 하는 바와 같이, 임의의 실시예들을 포함한 본원의 상술된 실시예들은 단지 가능한 구현 예들을 보여줄 뿐이고, 본원의 다양한 원리의 명확한 이해를 위해 단지 기재될 뿐이다. 많은 변화 및 변형이 본원의 기술 사상 및 다양한 원리로부터 실질적으로 벗어남 없이 본원의 상술된 실시예들에 대해 이루어질 수 있다. 상기와 같은 모든 변형 및 변화는 여기에서 본원 및 본 발명의 기술 사상 내에 포함되고 다음 청구항에 의해 보호되어야 하는 것으로 의도된다.

Claims (15)

  1. 약 0.3 mm보다 크지 않은 두께를 가진 가요성 유리 기판을 포함한 가요성 유리 광 도파관 구조 - 상기 가요성 유리 기판은 상기 가요성 유리 기판을 통해 광 신호를 전송하는 적어도 하나의 도파관 특징부를 가지며, 상기 적어도 하나의 도파관 특징부는 상기 가요성 유리 기판을 형성하는 유리 물질로 형성됨 -; 및
    다음 중 적어도 하나를 포함하는, 디바이스.
    (i) 상기 가요성 유리 기판의 표면 상에 위치된 전기 디바이스;
    (ii) 상기 기판에 연결된 제 1 전기 디바이스, 및 상기 기판에 연결된 제 2 디바이스 - 상기 가요성 유리 광 도파관 구조는 광학적으로 상기 제 1 및 제 2 디바이스들과 연결됨; 및
    (iii) 상기 가요성 유리 기판 내에 적어도 부분적으로 매립된 전기 디바이스 및/또는 광 디바이스.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기 디바이스는 제 1 디바이스이고, 상기 광 도파관 디바이스는 상기 가요성 유리 기판의 표면에 위치된 제 2 디바이스를 더 포함하는, 디바이스.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 2 디바이스는 광 디바이스이고, 상기 광 도파관 디바이스는 상기 제 1 디바이스와 상기 제 2 디바이스 사이의 전기 신호를 전송하는 가요성 유리 광 도파관 구조에 의해 갖추어진 전기 연결부를 포함하는, 디바이스.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 디바이스는 제 1 디바이스이고, 상기 광 도파관 디바이스는 상기 가요성 유리 기판의 마주하는 표면 상에 위치된 제 2 디바이스를 더 포함하는, 디바이스.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제 2 디바이스는 광 디바이스이고, 상기 광 도파관 디바이스는 상기 제 1 디바이스와 상기 제 2 디바이스 사이의 전기 신호를 전송하는 가요성 유리 광 도파관 구조에 의해 갖추어진 전기 연결부를 포함하는, 디바이스.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 전기 연결부는 상기 가요성 유리 기판을 통해 뻗어나가는, 디바이스.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 도파관 특징부는 상기 가요성 유리 기판의 둘러싼 유리 물질에 의해 적어도 부분적으로 경계를 이루는, 디바이스.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성 유리 기판을 통하여 광 신호를 전송하는 다수의 도파관 특징부들을 포함하는, 디바이스.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 도파관 특징부는 상기 가요성 유리 기판 내에 적어도 부분적으로 매립되는, 디바이스.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 가요성 유리 기판은 서로 마주하는 넓은 표면들을 가지고, 상기 적어도 하나의 도파관 특징부는 상기 넓은 표면들 중 적어도 하나와 교차하는, 디바이스.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성 유리 기판의 넓은 표면을 코팅하는 폴리머 층을 더 포함하는, 디바이스.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 기판의 두께를 통해 뻗어나가는 개구를 가지고, 상기 가요성 유리 광 도파관 구조는 상기 개구를 통해 뻗어나가는, 디바이스.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성 유리 광 도파관 구조는 상기 기판과 인접하여 뻗어나가는 일 부분을 가지는, 디바이스.
  14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성 유리 광 도파관 구조는 상기 기판으로부터 이격된 일 부분을 가지는, 디바이스.
  15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 다수의 층들로 형성되고, 상기 가요성 유리 광 도파관 구조는 상기 기판의 다수의 층들 사이에서 적어도 부분적으로 뻗어나가는, 디바이스.
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