JPH05134151A - 光結合光学装置 - Google Patents
光結合光学装置Info
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- JPH05134151A JPH05134151A JP30042991A JP30042991A JPH05134151A JP H05134151 A JPH05134151 A JP H05134151A JP 30042991 A JP30042991 A JP 30042991A JP 30042991 A JP30042991 A JP 30042991A JP H05134151 A JPH05134151 A JP H05134151A
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- light emitting
- emitting element
- optical waveguide
- optical
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- H10W72/5522—Materials of bond wires comprising metals or metalloids, e.g. silver comprising gold [Au]
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- H10W90/701—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
- H10W90/751—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires
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- Light Receiving Elements (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Led Device Packages (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 発光素子からの光を効率良く光導波路に入射
させることができると共に、コンパクト化及びアレイ化
を容易に実現できる光結合光学装置を提供する。 【構成】 11はガラス基板、12はガラス基板11上に形成
された光導波路である。Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（組成比ｘ
は0.27）から成る発光素子13は、ＭＢＥ（分子線エピタ
キシ）法により、厚みが約1 ｍｍのＧａＡｓ（００１）
結晶低抵抗基板15の上に形成されている。ガラス基板11
とＧａＡｓ（００１）基板15との接合は、発光素子13と
光導波路12とを発光素子側に設けた所定のガイドに従っ
てアラインメントし、接着剤34によって基板同士を固定
することにより行う。発光素子13の発光層の光出射端は
光導波路12の光入射面に直接接触しているので、発光素
子からの光を効率良く光導波路に導入でき、又コンパク
ト化及びアレイ化も容易となる。
させることができると共に、コンパクト化及びアレイ化
を容易に実現できる光結合光学装置を提供する。 【構成】 11はガラス基板、12はガラス基板11上に形成
された光導波路である。Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（組成比ｘ
は0.27）から成る発光素子13は、ＭＢＥ（分子線エピタ
キシ）法により、厚みが約1 ｍｍのＧａＡｓ（００１）
結晶低抵抗基板15の上に形成されている。ガラス基板11
とＧａＡｓ（００１）基板15との接合は、発光素子13と
光導波路12とを発光素子側に設けた所定のガイドに従っ
てアラインメントし、接着剤34によって基板同士を固定
することにより行う。発光素子13の発光層の光出射端は
光導波路12の光入射面に直接接触しているので、発光素
子からの光を効率良く光導波路に導入でき、又コンパク
ト化及びアレイ化も容易となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光源と、その光源から
の光が入射する光伝播媒体とを備えた光結合光学装置に
関する。
の光が入射する光伝播媒体とを備えた光結合光学装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光導波路と、ＬＥＤ（発光ダイオ
ード）、ＬＤ（レーザダイオード）等の発光素子やＰＤ
（フォトダイオード）等の受光素子とを光学的に結合す
る場合には、光通信の導波路型フォトカプラに見られる
ように、マイクロレンズ等の集光系によって光を光導波
路である光ファイバに導く構造とし、レンズと光ファイ
バの入射端とは紫外線硬化樹脂等の接着剤により接続し
ていた（公開特許公報：特開昭61−93419 号参照）。
ード）、ＬＤ（レーザダイオード）等の発光素子やＰＤ
（フォトダイオード）等の受光素子とを光学的に結合す
る場合には、光通信の導波路型フォトカプラに見られる
ように、マイクロレンズ等の集光系によって光を光導波
路である光ファイバに導く構造とし、レンズと光ファイ
バの入射端とは紫外線硬化樹脂等の接着剤により接続し
ていた（公開特許公報：特開昭61−93419 号参照）。
【０００３】一方、光導波路と、発光素子や受光素子と
をレンズ等の光学系を用いないで結合する方法として、
次のようなものが知られている。
をレンズ等の光学系を用いないで結合する方法として、
次のようなものが知られている。
【０００４】第１の方法は、半導体レーザと光ファイバ
とを直接結合するという方法であり、先ず、光ファイバ
のコアの中心と半導体レーザチップの発光点の中心とを
一致させるように光ファイバの先端を切断し、チップボ
ンディングを行えるように外殻フェノールをＬ字型に切
り欠き、その部分に半導体レーザチップをアラインメン
トし、光ファイバと半導体レーザとを密着させる（公開
特許公報：特開昭63−253315）。
とを直接結合するという方法であり、先ず、光ファイバ
のコアの中心と半導体レーザチップの発光点の中心とを
一致させるように光ファイバの先端を切断し、チップボ
ンディングを行えるように外殻フェノールをＬ字型に切
り欠き、その部分に半導体レーザチップをアラインメン
トし、光ファイバと半導体レーザとを密着させる（公開
特許公報：特開昭63−253315）。
【０００５】又、第２の方法は、半導体レーザチップと
光導波路とを直接光結合するという方法であり、半導体
レーザの活性層端面又は光導波路端面に設けた隙間を挟
んで半導体レーザの活性層端面と光導波路端面とをつき
合わせることにより、活性層端面及び光導波路端面を保
護しながら半導体レーザチップからの光を直接光導波路
に光結合する（公開特許公報：特開平3 −39913 ）。
光導波路とを直接光結合するという方法であり、半導体
レーザの活性層端面又は光導波路端面に設けた隙間を挟
んで半導体レーザの活性層端面と光導波路端面とをつき
合わせることにより、活性層端面及び光導波路端面を保
護しながら半導体レーザチップからの光を直接光導波路
に光結合する（公開特許公報：特開平3 −39913 ）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の光結
合方法では、いずれの方法においても、発光素子の発光
面と光導波路との間に光学距離が生じるため、又、発光
素子と光導波路との間に種々の光学系を設けたりするた
め、発光素子からの光を効率良く光導波路に入射させる
ことが難しく、又、コンパクト化やアレイ化も困難であ
るという問題点がある。
合方法では、いずれの方法においても、発光素子の発光
面と光導波路との間に光学距離が生じるため、又、発光
素子と光導波路との間に種々の光学系を設けたりするた
め、発光素子からの光を効率良く光導波路に入射させる
ことが難しく、又、コンパクト化やアレイ化も困難であ
るという問題点がある。
【０００７】従って、本発明は、発光素子からの光を効
率良く光導波路に入射させることができると共に、コン
パクト化及びアレイ化を容易に実現できる光結合光学装
置を提供するものである。
率良く光導波路に入射させることができると共に、コン
パクト化及びアレイ化を容易に実現できる光結合光学装
置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】発光素子と、発光素子か
らの光が入射する光伝播媒体とを備えた光結合光学装置
であって、発光素子は発光素子に含まれている発光層の
光出射端が光伝播媒体の光入射面に直接接触するように
設けられている。
らの光が入射する光伝播媒体とを備えた光結合光学装置
であって、発光素子は発光素子に含まれている発光層の
光出射端が光伝播媒体の光入射面に直接接触するように
設けられている。
【０００９】
【作用】光源として用いられる発光素子は、その発光層
の光出射端が光伝播媒体の光入射面に直接接触するよう
に設けられている。従って、発光素子の発光層と光伝播
媒体との間に光学距離はなく、発光素子からの光を極め
て効率良く光伝播媒体に入射させることができる。又、
光学系は不要であるから、集積度を上げてコンパクト化
を図ることが極めて容易であり、更に発光素子と光伝播
媒体とのアラインメント性が高いので、発光素子及び光
伝播媒体の大規模なアレイ化も低コストで、且つ高い生
産性で実現することができる。
の光出射端が光伝播媒体の光入射面に直接接触するよう
に設けられている。従って、発光素子の発光層と光伝播
媒体との間に光学距離はなく、発光素子からの光を極め
て効率良く光伝播媒体に入射させることができる。又、
光学系は不要であるから、集積度を上げてコンパクト化
を図ることが極めて容易であり、更に発光素子と光伝播
媒体とのアラインメント性が高いので、発光素子及び光
伝播媒体の大規模なアレイ化も低コストで、且つ高い生
産性で実現することができる。
【００１０】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
する。
【００１１】図１は本発明に係る光結合光学装置の一実
施例の構成を示す断面図であり、図２は本発明に係る光
結合光学装置の一実施例の平面図である。
施例の構成を示す断面図であり、図２は本発明に係る光
結合光学装置の一実施例の平面図である。
【００１２】これらの図に示すように、11はガラス基
板、12はガラス基板11上にアレイ状に多数形成された光
導波路である。
板、12はガラス基板11上にアレイ状に多数形成された光
導波路である。
【００１３】例えばＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（組成比ｘは0.
27）から成るアレイ状の発光素子13は、ＭＢＥ（分子線
エピタキシ）法により、厚みが約1 ｍｍのＧａＡｓ（０
０１）結晶低抵抗基板15の上に形成されている。
27）から成るアレイ状の発光素子13は、ＭＢＥ（分子線
エピタキシ）法により、厚みが約1 ｍｍのＧａＡｓ（０
０１）結晶低抵抗基板15の上に形成されている。
【００１４】その際、先ずＧａＡｓ（００１）基板15の
清浄表面を得る必要があるが、その方法としては次の２
つのものがある。
清浄表面を得る必要があるが、その方法としては次の２
つのものがある。
【００１５】第１の方法は、有機溶媒（アセトン、トリ
クロロエチレン、メタノール）で脱脂した後、硫酸（Ｇ
ａＡｓ（００１）表面をエッチングし、硫酸系エッチャ
ント（Ｈ2 ＳＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝ｎ：１：１、望
ましくはｎ＝3 〜5 ））によりＧａＡｓ（００１）基板
15の表面に酸化膜を形成する方法である。
クロロエチレン、メタノール）で脱脂した後、硫酸（Ｇ
ａＡｓ（００１）表面をエッチングし、硫酸系エッチャ
ント（Ｈ2 ＳＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝ｎ：１：１、望
ましくはｎ＝3 〜5 ））によりＧａＡｓ（００１）基板
15の表面に酸化膜を形成する方法である。
【００１６】第２の方法は、硫化アンモニウムによりＧ
ａＡｓ（００１）基板15の表面に硫黄のパッシベーショ
ン膜を形成する方法である。
ａＡｓ（００１）基板15の表面に硫黄のパッシベーショ
ン膜を形成する方法である。
【００１７】これら第１又は第２のいずれかの方法によ
り、ＧａＡｓ（００１）基板15の清浄表面を得ることが
できる。
り、ＧａＡｓ（００１）基板15の清浄表面を得ることが
できる。
【００１８】次に、ＧａＡｓ（００１）基板15上に形成
された膜を熱クリーニングにより除去する。上述の酸化
膜を除去する場合には基板温度580 〜630 ℃で5 〜20分
程度、硫黄パッシベーション膜を除去する場合には基板
温度300 〜450 ℃で2 〜15分程度熱処理することによ
り、完全な清浄表面を得ることができる。完全な清浄表
面が得られたか否かは、熱クリーニング中に、ＲＨＥＥ
Ｄ（反射型高速電子線回折）法により、ＧａＡｓ（００
１）基板の清浄表面特有の表面再構築構造によって現れ
るサブストリークパターンを観察することにより判断で
きる。
された膜を熱クリーニングにより除去する。上述の酸化
膜を除去する場合には基板温度580 〜630 ℃で5 〜20分
程度、硫黄パッシベーション膜を除去する場合には基板
温度300 〜450 ℃で2 〜15分程度熱処理することによ
り、完全な清浄表面を得ることができる。完全な清浄表
面が得られたか否かは、熱クリーニング中に、ＲＨＥＥ
Ｄ（反射型高速電子線回折）法により、ＧａＡｓ（００
１）基板の清浄表面特有の表面再構築構造によって現れ
るサブストリークパターンを観察することにより判断で
きる。
【００１９】次に、ＧａＡｓ（００１）基板15の清浄表
面に、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（組成比ｘは0.27）のエ
ピタキシャル膜をＭＢＥ法により成長させる。
面に、ｎ型Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（組成比ｘは0.27）のエ
ピタキシャル膜をＭＢＥ法により成長させる。
【００２０】このときの成長条件としては、成長温度は
650 ℃、分子線強度比は通常のＫ−セルならばＡｓ4 ／
（Ａｌ＋Ｇａ）＝10〜20、熱クラッキングＫ−セルなら
ばＡｓ2 ／（Ａｌ＋Ｇａ）＝2 〜10とし、成長速度は0.
1 〜2 μｍ／時間、発光波長は670 ｎｍとする。尚、成
長条件により、組成比はｘ＝0.01〜0.30の範囲の値で成
膜することも可能である。
650 ℃、分子線強度比は通常のＫ−セルならばＡｓ4 ／
（Ａｌ＋Ｇａ）＝10〜20、熱クラッキングＫ−セルなら
ばＡｓ2 ／（Ａｌ＋Ｇａ）＝2 〜10とし、成長速度は0.
1 〜2 μｍ／時間、発光波長は670 ｎｍとする。尚、成
長条件により、組成比はｘ＝0.01〜0.30の範囲の値で成
膜することも可能である。
【００２１】ｎ型ドーパントとしてはケイ素（Ｓｉ）を
用い、ｐ型ドーパントとしてはベリリウム（Ｂｅ）を用
いる。但し、ｎ型ドーパントとしてゲルマニウム（Ｇ
ｅ）、スズ（Ｓｎ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テ
ルル（Ｔｅ）等を用い、ｐ型ドーパントとしてケイ素
（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、炭素（Ｃ）、マグネ
シウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、マンガン（Ｍｎ）等を
用いることも可能である。
用い、ｐ型ドーパントとしてはベリリウム（Ｂｅ）を用
いる。但し、ｎ型ドーパントとしてゲルマニウム（Ｇ
ｅ）、スズ（Ｓｎ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テ
ルル（Ｔｅ）等を用い、ｐ型ドーパントとしてケイ素
（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、炭素（Ｃ）、マグネ
シウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、マンガン（Ｍｎ）等を
用いることも可能である。
【００２２】この実施例では、ｎ＋層Ａｌx Ｇａ1-x Ａ
ｓ24のエピタキシャル膜厚は約50μｍ、ｎ層Ａｌx Ｇａ
1-x Ａｓ25の膜厚は約2 μｍ、ｐ層Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ
26の膜厚は約2 μｍ、及びｐ＋層Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ27
の膜厚は約5 μｍとした。
ｓ24のエピタキシャル膜厚は約50μｍ、ｎ層Ａｌx Ｇａ
1-x Ａｓ25の膜厚は約2 μｍ、ｐ層Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ
26の膜厚は約2 μｍ、及びｐ＋層Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ27
の膜厚は約5 μｍとした。
【００２３】発光素子13から放出される光ビーム35を効
率良く光導波路12に導くためには、発光素子13の光出端
部を光導波路12の中心部に位置させる必要がある。従っ
て、ｎ＋Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ24のエピタキシャル層の膜
厚は従来の発光素子の場合より厚く積層することが重要
であり、3 〜50μｍとするのが適当である。
率良く光導波路12に導くためには、発光素子13の光出端
部を光導波路12の中心部に位置させる必要がある。従っ
て、ｎ＋Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ24のエピタキシャル層の膜
厚は従来の発光素子の場合より厚く積層することが重要
であり、3 〜50μｍとするのが適当である。
【００２４】例えば、光導波路12の厚さが100 μｍの場
合、光の入射効率の観点から理想的には光導波路12の中
心部、従って、下部又は上部から50μｍの位置に発光素
子13の活性層が位置するようにすることが望ましい。但
し、実際には必ずしもそのような位置に限定する必要は
ない。
合、光の入射効率の観点から理想的には光導波路12の中
心部、従って、下部又は上部から50μｍの位置に発光素
子13の活性層が位置するようにすることが望ましい。但
し、実際には必ずしもそのような位置に限定する必要は
ない。
【００２５】膜成長後、リアクティブイオンエッチング
（ＲＩＥ）技術により発光素子13とガイド14とを残す。
この実施例では、発光素子13とガイド14とを精度良く残
すために、異方性エッチング法を用い、反応性ガスとし
ては塩素ガス（Ｃｌ2 ）を用いる。尚、反応性ガスとし
てはこの他に、ＣＣｌ4 、ＣＣｌ2 Ｆ2 、ＣＣｌ4 ／Ｈ
2 等を用いることも可能である。
（ＲＩＥ）技術により発光素子13とガイド14とを残す。
この実施例では、発光素子13とガイド14とを精度良く残
すために、異方性エッチング法を用い、反応性ガスとし
ては塩素ガス（Ｃｌ2 ）を用いる。尚、反応性ガスとし
てはこの他に、ＣＣｌ4 、ＣＣｌ2 Ｆ2 、ＣＣｌ4 ／Ｈ
2 等を用いることも可能である。
【００２６】更に、発光素子13上の電極28、ＧａＡｓ
（００１）基板15上の電極16、及びＧａＡｓ（００１）
基板15の裏側のカソード電極32を真空蒸着法によりマス
ク蒸着する。そして、電極28と電極16との間をＡｕ
（金）ワイヤ31でボンディングする。
（００１）基板15上の電極16、及びＧａＡｓ（００１）
基板15の裏側のカソード電極32を真空蒸着法によりマス
ク蒸着する。そして、電極28と電極16との間をＡｕ
（金）ワイヤ31でボンディングする。
【００２７】ガラス基板11に形成された光導波路12の発
光素子13側の端面は予め鏡面研磨した後、反射防止膜20
を付着させておく。尚、アラインメント中の保護と光散
乱防止のため、更に薄く透明樹脂をコートしておくこと
が望ましい。
光素子13側の端面は予め鏡面研磨した後、反射防止膜20
を付着させておく。尚、アラインメント中の保護と光散
乱防止のため、更に薄く透明樹脂をコートしておくこと
が望ましい。
【００２８】次に、発光素子13と光導波路12とを発光素
子側に設けたガイド14に従ってアラインメントし、接着
剤34によってガラス基板11及びＧａＡｓ（００１）基板
15同士を固定することにより、発光素子13と光導波路12
とを直接接触させて結合する。
子側に設けたガイド14に従ってアラインメントし、接着
剤34によってガラス基板11及びＧａＡｓ（００１）基板
15同士を固定することにより、発光素子13と光導波路12
とを直接接触させて結合する。
【００２９】発光素子13から他の光導波路12への光の侵
入を防止し、且つ発光素子13の長寿命化を図るために、
カーボン系絶縁性保護膜29を発光素子13に被着させ、
又、Ａｕワイヤ31を保護し、且つ発光素子13と光導波路
12の光入射面とを固定するために、ガラス基板11と発光
素子13との接続部を絶縁性樹脂33でコートする。
入を防止し、且つ発光素子13の長寿命化を図るために、
カーボン系絶縁性保護膜29を発光素子13に被着させ、
又、Ａｕワイヤ31を保護し、且つ発光素子13と光導波路
12の光入射面とを固定するために、ガラス基板11と発光
素子13との接続部を絶縁性樹脂33でコートする。
【００３０】光導波路12は本発明の光伝播媒体の一実施
例である。発光素子13は本発明の発光素子の一実施例で
ある。
例である。発光素子13は本発明の発光素子の一実施例で
ある。
【００３１】この実施例の光結合光学装置によれば、発
光素子13の発光層と、光導波路12の光入射面とが直接接
触しているので、発光素子13からの光を極めて効率良く
光導波路12に入射させることができ、光導入効率の大幅
な改善が実現できる。又、光学系は不要であるから、集
積度を上げてコンパクト化を図ることが極めて容易であ
る。
光素子13の発光層と、光導波路12の光入射面とが直接接
触しているので、発光素子13からの光を極めて効率良く
光導波路12に入射させることができ、光導入効率の大幅
な改善が実現できる。又、光学系は不要であるから、集
積度を上げてコンパクト化を図ることが極めて容易であ
る。
【００３２】更に、従来光結合のために光導波路や光フ
ァイバを機械的に加工していたので、光導波路と発光素
子との高精度な位置合わせが困難であったが、この実施
例によれば、光導波路12のピッチ、発光素子13のピッチ
及びガイド14の位置は、マスクの精度で正確に設定され
ているので、光導波路12と発光素子13とのアラインメン
トを一方向の調整だけで完了することができる。従っ
て、光導波路12と発光素子13とのアラインメント性が向
上し、発光素子及び光伝播媒体である光導波路の大規模
なアレイ化や高集積化も、低コストで且つ高い生産性で
実現することができる。
ァイバを機械的に加工していたので、光導波路と発光素
子との高精度な位置合わせが困難であったが、この実施
例によれば、光導波路12のピッチ、発光素子13のピッチ
及びガイド14の位置は、マスクの精度で正確に設定され
ているので、光導波路12と発光素子13とのアラインメン
トを一方向の調整だけで完了することができる。従っ
て、光導波路12と発光素子13とのアラインメント性が向
上し、発光素子及び光伝播媒体である光導波路の大規模
なアレイ化や高集積化も、低コストで且つ高い生産性で
実現することができる。
【００３３】尚、この実施例では、発光素子としてＬＥ
Ｄを用いた例を説明したが、ＬＥＤの代わりにＬＤ（レ
ーザダイオード）やＳＱＷＬＤ（単一量子井戸レーザダ
イオード）及びＭＱＷＬＤ（多重量子井戸レーザダイオ
ード）を用いることも可能である。
Ｄを用いた例を説明したが、ＬＥＤの代わりにＬＤ（レ
ーザダイオード）やＳＱＷＬＤ（単一量子井戸レーザダ
イオード）及びＭＱＷＬＤ（多重量子井戸レーザダイオ
ード）を用いることも可能である。
【００３４】又、発光素子13の製造方法として、ＭＢＥ
法を用いる例を説明したが、必要とする光の波長によっ
て用いる材料は異なり、それに伴って用いるべき成長法
も異なってくる。従って、成長法としては、ＭＯＣＶＤ
法（有機金属気相成長法）、ＯＭＶＰＥ、ＭＯＶＰＥ法
（有機金属気相エピタキシ法）、ＯＭＣＶＤ法（有機金
属化学堆積法）、ＭＯＭＢＥ法（有機金属分子線エピタ
キシ法）、ＣＢＥ法（化学ビームエピタキシ法）、及び
ＬＰＥ法（液相エピタキシ法）等を必要に応じて使い分
けることになる。しかしながら、これらのどのような成
長法を用いて発光素子を製造したとしても、リアクティ
ブイオンエッチング技術の範囲で光導波路12に光を直接
導入するようにすることができる。
法を用いる例を説明したが、必要とする光の波長によっ
て用いる材料は異なり、それに伴って用いるべき成長法
も異なってくる。従って、成長法としては、ＭＯＣＶＤ
法（有機金属気相成長法）、ＯＭＶＰＥ、ＭＯＶＰＥ法
（有機金属気相エピタキシ法）、ＯＭＣＶＤ法（有機金
属化学堆積法）、ＭＯＭＢＥ法（有機金属分子線エピタ
キシ法）、ＣＢＥ法（化学ビームエピタキシ法）、及び
ＬＰＥ法（液相エピタキシ法）等を必要に応じて使い分
けることになる。しかしながら、これらのどのような成
長法を用いて発光素子を製造したとしても、リアクティ
ブイオンエッチング技術の範囲で光導波路12に光を直接
導入するようにすることができる。
【００３５】又、発光素子13としては、非晶質水素化ケ
イ素（ａ−Ｓｉ：Ｈ）、非晶質水素化シリコンカーバイ
ド（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）等の非晶質半導体を用いることも
できる。
イ素（ａ−Ｓｉ：Ｈ）、非晶質水素化シリコンカーバイ
ド（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）等の非晶質半導体を用いることも
できる。
【００３６】以上、発光素子からの光を光導波路に導く
場合を一例として説明したが、発光素子13を受光素子で
あるフォトダイオードで置き換えることにより、光導波
路12からの光を受光素子に入射させる光結合光学装置を
実現することもできる。この場合にも、光導波路からの
光を極めて効率良く受光素子に入射させることができ、
又、発光素子の場合と同様に、コンパクト化及びアレイ
化を容易に行うことが可能となる。
場合を一例として説明したが、発光素子13を受光素子で
あるフォトダイオードで置き換えることにより、光導波
路12からの光を受光素子に入射させる光結合光学装置を
実現することもできる。この場合にも、光導波路からの
光を極めて効率良く受光素子に入射させることができ、
又、発光素子の場合と同様に、コンパクト化及びアレイ
化を容易に行うことが可能となる。
【００３７】尚、この受光素子としては、ａ−Ｓｉ：
Ｈ、ａ−ＳｉＣ：Ｈ等の非晶質半導体を用いることがで
きる。
Ｈ、ａ−ＳｉＣ：Ｈ等の非晶質半導体を用いることがで
きる。
【００３８】次に、本発明に係る光結合光学装置の他の
実施例として、光結合光学装置を液晶表示装置に適用し
た例を説明する。
実施例として、光結合光学装置を液晶表示装置に適用し
た例を説明する。
【００３９】ＸＹマトリクス電極構成を用いた駆動方式
の従来の液晶表示装置は、走査電極Ｘと信号電極Ｙとを
備えており、走査電極Ｘと信号電極Ｙとに電気配線を通
じて信号を送信することにより、画像を表示するように
構成されている。
の従来の液晶表示装置は、走査電極Ｘと信号電極Ｙとを
備えており、走査電極Ｘと信号電極Ｙとに電気配線を通
じて信号を送信することにより、画像を表示するように
構成されている。
【００４０】一般に電気配線により高密度の信号を送信
する場合、配線抵抗とキャパシタンスとによって信号波
形に遅延が生じ、大型の装置や高密度の装置を実現する
ことは困難であるという問題点がある。
する場合、配線抵抗とキャパシタンスとによって信号波
形に遅延が生じ、大型の装置や高密度の装置を実現する
ことは困難であるという問題点がある。
【００４１】この問題点は、液晶表示装置においては走
査信号の送信に光導波路を用い、光照射量によってイン
ピーダンスが変化する光導電体を用いることによって解
決することができ、そのような液晶表示装置は光走査型
液晶表示装置として知られている。
査信号の送信に光導波路を用い、光照射量によってイン
ピーダンスが変化する光導電体を用いることによって解
決することができ、そのような液晶表示装置は光走査型
液晶表示装置として知られている。
【００４２】ところで、光走査型液晶表示装置では、十
分な光量で光導電体に光を照射するほど光導電体のイン
ピーダンス変化は大きくなり、その結果、光走査型液晶
表示装置の基本性能、即ち、コントラストや階調性を高
めることができる。このような考えに基づく液晶表示装
置について、いくつかの提案がなされているが（公開特
許公報：特開平2 −134617）、発光素子からの光を効率
良く光導波路に導入できず、従って、光導電体に十分な
光量の光を照射できないという問題点がある。
分な光量で光導電体に光を照射するほど光導電体のイン
ピーダンス変化は大きくなり、その結果、光走査型液晶
表示装置の基本性能、即ち、コントラストや階調性を高
めることができる。このような考えに基づく液晶表示装
置について、いくつかの提案がなされているが（公開特
許公報：特開平2 −134617）、発光素子からの光を効率
良く光導波路に導入できず、従って、光導電体に十分な
光量の光を照射できないという問題点がある。
【００４３】このような問題点は本発明によって解決す
ることができる。
ることができる。
【００４４】図３は本発明に係る光結合光学装置を液晶
表示装置に適用した場合の光走査型液晶表示装置の構成
の一例を示す断面図である。図３では、発光素子90が発
した光を光導波路51に入射させる部分が拡大して示され
ている。
表示装置に適用した場合の光走査型液晶表示装置の構成
の一例を示す断面図である。図３では、発光素子90が発
した光を光導波路51に入射させる部分が拡大して示され
ている。
【００４５】同図に示すように、ガラス基板52には従来
の走査信号を伝達するための配線に代わる光導波路51が
形成されており、このガラス基板52には、発光素子90の
形成されたＧａＡｓ（００１）結晶低抵抗基板75が取り
付けられている。
の走査信号を伝達するための配線に代わる光導波路51が
形成されており、このガラス基板52には、発光素子90の
形成されたＧａＡｓ（００１）結晶低抵抗基板75が取り
付けられている。
【００４６】発光素子90の製造方法及び構成は、図１及
び図２に示す実施例の発光素子13と同様である。
び図２に示す実施例の発光素子13と同様である。
【００４７】ＧａＡｓ（００１）基板75の取り付けは、
次のようにして行う。
次のようにして行う。
【００４８】ＧａＡｓ（００１）基板75に形成した図示
していないガイド（図２に示すガイド14に対応するガイ
ド）をガラス基板52の端面に接触させ、位置合わせの
後、液晶パネルのシール72とＧａＡｓ（００１）基板75
との間に接着剤74を流し込み、両者を固定する。
していないガイド（図２に示すガイド14に対応するガイ
ド）をガラス基板52の端面に接触させ、位置合わせの
後、液晶パネルのシール72とＧａＡｓ（００１）基板75
との間に接着剤74を流し込み、両者を固定する。
【００４９】発光素子90から他の光導波路51への光の侵
入を防止し、且つ発光素子90の長寿命化を図るために、
カーボン系絶縁性保護膜79を発光素子90に被着させ、更
に、Ａｕワイヤ81を保護し、且つ発光素子90と光導波路
51の光入射面とを固定するために、ガラス基板52と発光
素子90との接続部を絶縁性樹脂83でコートする。
入を防止し、且つ発光素子90の長寿命化を図るために、
カーボン系絶縁性保護膜79を発光素子90に被着させ、更
に、Ａｕワイヤ81を保護し、且つ発光素子90と光導波路
51の光入射面とを固定するために、ガラス基板52と発光
素子90との接続部を絶縁性樹脂83でコートする。
【００５０】又、光導波路51の反対側の端部には、光の
損失を防ぐための反射鏡71を被着させる。反射鏡71の材
料としてはアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）等を用
い、それを真空蒸着法で光導波路51の端部に蒸着させ
る。尚、反射鏡としては屈折率の異なる誘電体膜を交互
に積層した誘電体ミラーを用いてもよい。
損失を防ぐための反射鏡71を被着させる。反射鏡71の材
料としてはアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）等を用
い、それを真空蒸着法で光導波路51の端部に蒸着させ
る。尚、反射鏡としては屈折率の異なる誘電体膜を交互
に積層した誘電体ミラーを用いてもよい。
【００５１】発光素子90上の電極88、ＧａＡｓ（００
１）基板75上の電極86、及びＧａＡｓ（００１）基板75
の裏側のカソード電極82は、真空蒸着法によりマスク蒸
着して形成されている。電極88と電極86とはＡｕワイヤ
81によってボンディングされている。
１）基板75上の電極86、及びＧａＡｓ（００１）基板75
の裏側のカソード電極82は、真空蒸着法によりマスク蒸
着して形成されている。電極88と電極86とはＡｕワイヤ
81によってボンディングされている。
【００５２】ガラス基板52に形成された光導波路51の発
光素子90側の端面は予め鏡面研磨した後、反射防止膜80
が付着されている。尚、アラインメント中の保護と光散
乱防止のため、更に薄く透明樹脂をコートしておくこと
が望ましい。
光素子90側の端面は予め鏡面研磨した後、反射防止膜80
が付着されている。尚、アラインメント中の保護と光散
乱防止のため、更に薄く透明樹脂をコートしておくこと
が望ましい。
【００５３】図４は図３のＡ−Ａ線断面図である。同図
には、この実施例の光走査型液晶表示装置に含まれてお
り、例えば投射型画像表示装置において使用される液晶
ライトバルブの構成が示されている。
には、この実施例の光走査型液晶表示装置に含まれてお
り、例えば投射型画像表示装置において使用される液晶
ライトバルブの構成が示されている。
【００５４】同図に示すように、この実施例の液晶ライ
トバルブは、光導波路51、ガラス基板52及び59、透明電
極53、クラッド層54、金属膜55、光導電体層56、誘電体
ミラー57、電極60並びにポリイミド膜61を備えている。
トバルブは、光導波路51、ガラス基板52及び59、透明電
極53、クラッド層54、金属膜55、光導電体層56、誘電体
ミラー57、電極60並びにポリイミド膜61を備えている。
【００５５】走査用の光信号は光導波路51に沿って伝達
される。光導波路51は熱及び電界によるイオン交換法を
用いて、ガラス基板52上にストライプ状に形成されてい
る。
される。光導波路51は熱及び電界によるイオン交換法を
用いて、ガラス基板52上にストライプ状に形成されてい
る。
【００５６】この実施例では、発光素子等の指向性の悪
い光に対しても導光できるように、光導波路51として、
マルチモードのタリウム（Ｔｌ）イオン交換導波路を用
いているが、Ａｇイオン等を用いてもよい。
い光に対しても導光できるように、光導波路51として、
マルチモードのタリウム（Ｔｌ）イオン交換導波路を用
いているが、Ａｇイオン等を用いてもよい。
【００５７】光導波路51及びガラス基板52の上に透明電
極53を設ける場合、透明電極53を成しているスズをドー
プした酸化インジウム（ＩＴＯ）の屈折率が光導波路51
の屈折率より大きいため、クラッド層54を設ける必要が
ある。クラッド層54の材料としては、低屈折率誘電体で
ある二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）が適しており、スパッタ
法によりガラス基板52上に蒸着させることにより、クラ
ッド層54は形成される。その際、ＳｉＯ2 の膜厚は光導
波路51が発光源として適当な光漏れを生じるように設定
する必要があり、500 オングストローム〜5000オングス
トロームの範囲の値が適当である。この実施例では例え
ば、ＳｉＯ2 の膜厚は3000オングストロームである。
極53を設ける場合、透明電極53を成しているスズをドー
プした酸化インジウム（ＩＴＯ）の屈折率が光導波路51
の屈折率より大きいため、クラッド層54を設ける必要が
ある。クラッド層54の材料としては、低屈折率誘電体で
ある二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）が適しており、スパッタ
法によりガラス基板52上に蒸着させることにより、クラ
ッド層54は形成される。その際、ＳｉＯ2 の膜厚は光導
波路51が発光源として適当な光漏れを生じるように設定
する必要があり、500 オングストローム〜5000オングス
トロームの範囲の値が適当である。この実施例では例え
ば、ＳｉＯ2 の膜厚は3000オングストロームである。
【００５８】透明電極53はスパッタ法によりクラッド層
54上に形成されている。光導波路51上の透明電極53は、
光導波路51と重なるようにストライプ状にパターニング
してもよい。
54上に形成されている。光導波路51上の透明電極53は、
光導波路51と重なるようにストライプ状にパターニング
してもよい。
【００５９】光導波路51以外からの光を遮るために、ガ
ラス基板52の裏面、即ち光導波路51が形成されている面
と反対側の面には、金属膜55が設けられている。金属膜
55はＡｇ、Ａｌ及びモリブデン（Ｍｏ）等から形成する
ことができる。又、液晶パネルのカラーフィルタ等に使
用されている顔料分散タイプの遮光膜を用いることも可
能である。
ラス基板52の裏面、即ち光導波路51が形成されている面
と反対側の面には、金属膜55が設けられている。金属膜
55はＡｇ、Ａｌ及びモリブデン（Ｍｏ）等から形成する
ことができる。又、液晶パネルのカラーフィルタ等に使
用されている顔料分散タイプの遮光膜を用いることも可
能である。
【００６０】次に、透明電極53上に、光導波路51からの
光を受ける光導電体層56としてプラズマＣＶＤ法（プラ
ズマ化学蒸着法）によりａ−Ｓｉ：Ｈを形成する。光導
電体層56にはａ−Ｓｉ：Ｈの他に、光の照射量に対応し
てインピーダンスが変化する特性を有しているものであ
れば、ケイ酸ビスマス（Ｂｉ12ＳｉＯ20）、硫化カドミ
ウム（ＣｄＳ）、ａ−ＳｉＣ：Ｈ、非晶質水素化酸化ケ
イ素（ａ−ＳｉＯ：Ｈ）、及び非晶質水素化窒化ケイ素
（ａ−ＳｉＮ：Ｈ）等を使用してもよい。
光を受ける光導電体層56としてプラズマＣＶＤ法（プラ
ズマ化学蒸着法）によりａ−Ｓｉ：Ｈを形成する。光導
電体層56にはａ−Ｓｉ：Ｈの他に、光の照射量に対応し
てインピーダンスが変化する特性を有しているものであ
れば、ケイ酸ビスマス（Ｂｉ12ＳｉＯ20）、硫化カドミ
ウム（ＣｄＳ）、ａ−ＳｉＣ：Ｈ、非晶質水素化酸化ケ
イ素（ａ−ＳｉＯ：Ｈ）、及び非晶質水素化窒化ケイ素
（ａ−ＳｉＮ：Ｈ）等を使用してもよい。
【００６１】次に、光導電体層56の上に、二酸化チタン
（ＴｉＯ2 ）とＳｉＯ2 とを交互に積層した多層膜から
成る誘電体ミラー57を電子ビーム蒸着法により形成す
る。
（ＴｉＯ2 ）とＳｉＯ2 とを交互に積層した多層膜から
成る誘電体ミラー57を電子ビーム蒸着法により形成す
る。
【００６２】尚、誘電体ミラー57を通じて光導電体層56
に読み出し光が漏れることを防ぐために、誘電体ミラー
57と光導電体層56との間に遮光層を設けてもよい。この
遮光層としては、カーボン分散型有機薄膜やテルル化カ
ドミウム（ＣｄＴｅ）又はＡｇを無電界メッキした酸化
アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）膜を用いることができる。
に読み出し光が漏れることを防ぐために、誘電体ミラー
57と光導電体層56との間に遮光層を設けてもよい。この
遮光層としては、カーボン分散型有機薄膜やテルル化カ
ドミウム（ＣｄＴｅ）又はＡｇを無電界メッキした酸化
アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）膜を用いることができる。
【００６３】ガラス基板52に対向するガラス基板59に
は、データ送信用の電極60が設けられており、電極60は
スパッタ法によりＩＴＯを蒸着しストライプ状にパター
ニングすることにより形成される。
は、データ送信用の電極60が設けられており、電極60は
スパッタ法によりＩＴＯを蒸着しストライプ状にパター
ニングすることにより形成される。
【００６４】電極60と誘電体ミラー57とには、配向膜と
してポリイミド膜61をスピンコートした後、ラビングし
て配向処理を施す。
してポリイミド膜61をスピンコートした後、ラビングし
て配向処理を施す。
【００６５】データ送信用の電極60と走査用の光導波路
51とが垂直に交わる位置関係となるように、ガラス基板
52とガラス基板59とを図示していないスペーサを介して
貼り合わせ、両基板間に液晶を注入することにより液晶
層62を形成する。
51とが垂直に交わる位置関係となるように、ガラス基板
52とガラス基板59とを図示していないスペーサを介して
貼り合わせ、両基板間に液晶を注入することにより液晶
層62を形成する。
【００６６】液晶層62を形成する液晶としては、そのイ
ンピーダンスが光照射により走査ラインとして選択され
た光導電体層56のインピーダンスに比べて大きく、且つ
選択されない光導電体層56のインピーダンスに比べて小
さくなるような液晶を選ぶ。
ンピーダンスが光照射により走査ラインとして選択され
た光導電体層56のインピーダンスに比べて大きく、且つ
選択されない光導電体層56のインピーダンスに比べて小
さくなるような液晶を選ぶ。
【００６７】従って、液晶層62のインピーダンスは、光
照射により走査ラインとして選択された光導電体層56の
インピーダンスに比べてはるかに大きいため、電極間に
印加されたデータ信号はその大部分が液晶層62に印加さ
れる。しかしながら、光照射されない光導電体層56のイ
ンピーダンスは液晶層62のインピーダンスより大きくな
るため、データ信号は液晶層62に印加されない。
照射により走査ラインとして選択された光導電体層56の
インピーダンスに比べてはるかに大きいため、電極間に
印加されたデータ信号はその大部分が液晶層62に印加さ
れる。しかしながら、光照射されない光導電体層56のイ
ンピーダンスは液晶層62のインピーダンスより大きくな
るため、データ信号は液晶層62に印加されない。
【００６８】このため、電気配線によって走査信号を伝
送する従来のＸＹ単純マトリクス駆動方式に比べ、非選
択部の液晶に常時データ信号が印加されなくなり、通
常、走査線数で限定される電圧平均化法における動作電
圧のマージンが大きくなり、高コントラストを得ること
が可能となる。又、データ信号の波形を変調することに
より、階調表示も可能となる。
送する従来のＸＹ単純マトリクス駆動方式に比べ、非選
択部の液晶に常時データ信号が印加されなくなり、通
常、走査線数で限定される電圧平均化法における動作電
圧のマージンが大きくなり、高コントラストを得ること
が可能となる。又、データ信号の波形を変調することに
より、階調表示も可能となる。
【００６９】尚、上述の光走査型液晶表示装置について
は、公開特許公報：特開平3 −20558 に詳しく説明され
ている。
は、公開特許公報：特開平3 −20558 に詳しく説明され
ている。
【００７０】光導波路51は本発明の光伝播媒体の一実施
例である。発光素子90は本発明の発光素子の一実施例で
ある。
例である。発光素子90は本発明の発光素子の一実施例で
ある。
【００７１】上述の実施例によれば、走査用の光導波路
に高効率で光信号を導入でき、光導電体のインピーダン
ス変化を大きくとることができるので、表示装置の基本
的性能であるコントラストや階調性を大幅に改善するこ
とができる。
に高効率で光信号を導入でき、光導電体のインピーダン
ス変化を大きくとることができるので、表示装置の基本
的性能であるコントラストや階調性を大幅に改善するこ
とができる。
【００７２】又、発光素子と光導波路とが直接接触する
ことにより結合しているという構造的な特徴から、装置
の高集積化及び大規模化も可能となる。
ことにより結合しているという構造的な特徴から、装置
の高集積化及び大規模化も可能となる。
【００７３】更に、各種発光ダイオードを初め、様々な
半導体レーザや量子井戸（多重量子井戸レーザ）を光源
として用いることができるので、光走査型液晶表示装置
の駆動の基礎となる光導波路から光導電体への光の垂直
方向の取出効率を高めることができ、且つ光源を選択す
る際の自由度が高まったことにより光導電体の材料の選
択においても高い自由度が得られる。従って、これらの
点からも光導電体への光照射量を大きくして光導電体の
インピーダンス変化を大きくすることが可能となる。
半導体レーザや量子井戸（多重量子井戸レーザ）を光源
として用いることができるので、光走査型液晶表示装置
の駆動の基礎となる光導波路から光導電体への光の垂直
方向の取出効率を高めることができ、且つ光源を選択す
る際の自由度が高まったことにより光導電体の材料の選
択においても高い自由度が得られる。従って、これらの
点からも光導電体への光照射量を大きくして光導電体の
インピーダンス変化を大きくすることが可能となる。
【００７４】以上、本発明に係る光結合光学装置を液晶
表示装置に適用した例について説明したが、本発明は液
晶表示装置に限らず、光通信用の導波路型フォトカプ
ラ、光回路デバイス、導波型光モジュール、半導体レー
ザモジュール、光素子光ファイバ結合装置等の各種光回
路素子、光モジュール等にも適用することができる。
表示装置に適用した例について説明したが、本発明は液
晶表示装置に限らず、光通信用の導波路型フォトカプ
ラ、光回路デバイス、導波型光モジュール、半導体レー
ザモジュール、光素子光ファイバ結合装置等の各種光回
路素子、光モジュール等にも適用することができる。
【００７５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、発光素
子と、発光素子からの光が入射する光伝播媒体とを備え
た光結合光学装置であって、発光素子は発光素子に含ま
れている発光層の光出射端が光伝播媒体の光入射面に直
接接触するように設けられている。従って、発光素子か
らの光を効率良く光伝播媒体に入射させることができる
と共に、コンパクト化及びアレイ化を容易に実現するこ
とができる。
子と、発光素子からの光が入射する光伝播媒体とを備え
た光結合光学装置であって、発光素子は発光素子に含ま
れている発光層の光出射端が光伝播媒体の光入射面に直
接接触するように設けられている。従って、発光素子か
らの光を効率良く光伝播媒体に入射させることができる
と共に、コンパクト化及びアレイ化を容易に実現するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光結合光学装置の一実施例の構成
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図２】本発明に係る光結合光学装置の一実施例の平面
図である。
図である。
【図３】本発明に係る光結合光学装置を液晶表示装置に
適用した場合の光走査型液晶表示装置の構成の一例を示
す断面図である。
適用した場合の光走査型液晶表示装置の構成の一例を示
す断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
11、52、59 ガラス基板 12、51 光導波路 13、90 発光素子 24 ｎ＋層Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ 25 ｎ層Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ 26 ｐ層Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ 27 ｐ＋層Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ 34、74 接着剤 53 透明電極 56 光導電体層 62 液晶層
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/02
Claims (1)
- 【請求項１】 発光素子と、該発光素子からの光が入射
する光伝播媒体とを備えた光結合光学装置であって、前
記発光素子は該発光素子に含まれている発光層の光出射
端が前記光伝播媒体の光入射面に直接接触するように設
けられていることを特徴とする光結合光学装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3300429A JP3021137B2 (ja) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | 液晶表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3300429A JP3021137B2 (ja) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | 液晶表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05134151A true JPH05134151A (ja) | 1993-05-28 |
| JP3021137B2 JP3021137B2 (ja) | 2000-03-15 |
Family
ID=17884700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3300429A Expired - Lifetime JP3021137B2 (ja) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | 液晶表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3021137B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5452385A (en) * | 1993-03-09 | 1995-09-19 | Sharp Kabushiki Kaisha | Optical scanning device an optical scanning type display and an image data input/output device |
| US6345139B1 (en) | 2000-04-04 | 2002-02-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting element coupled with optical fiber |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63253315A (ja) * | 1987-04-09 | 1988-10-20 | Mitsubishi Electric Corp | 光フアイバモジユ−ル装置 |
| JPH01288802A (ja) * | 1988-05-17 | 1989-11-21 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光導波路及びその製造方法 |
| JPH0339913A (ja) * | 1989-07-07 | 1991-02-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光波長変換装置 |
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1991
- 1991-11-15 JP JP3300429A patent/JP3021137B2/ja not_active Expired - Lifetime
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