(57)【要約】      （修正有）【課題】薄型の光電変換モジュールを提供する。【解決手段】光電変換モジュールは、回路基板４３と、回路基板の一の主面に実装された光電変換素子４２４と、光ファイバ３の端面と光電変換素子との間の光路に設けられた光学レンズ４１とを備え、光学レンズの一部は回路基板の主面に形成された凹部４３５に嵌入される。【選択図】図４
2020101735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板と、
前記回路基板の一の主面に実装された光電変換素子と、
光ファイバの端面と前記光電変換素子との間の光路に設けられた光学レンズとを備え、
前記光学レンズの一部は前記回路基板の前記主面に形成された凹部に嵌入されることを特徴とする光電変換モジュール。
【請求項２】
前記光学レンズと前記光電変換素子との間の光路上に設けられた反射鏡をさらに備える請求項１に記載の光電変換モジュール。
【請求項３】
前記反射鏡は前記回路基板の前記主面に対して平行な光信号を前記回路基板の前記主面に対して鉛直な方向に反射させ、
前記光電変換素子の受光面または発光面は前記回路基板の前記主面に平行に配置されることを特徴とする請求項２に記載の光電変換モジュール。
【請求項４】
前記光電変換素子の受光面または発光面は前記回路基板の前記主面に対して鉛直に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換モジュール。
【請求項５】
前記凹部は前記回路基板の前記主面から他の主面へ貫通する貫通孔である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光電変換モジュール。
【請求項６】
前記光学レンズの一部は、前記回路基板の前記他の主面から突出していることを特徴とする請求項５に記載の光電変換モジュール。
【請求項７】
前記凹部は前記回路基板の端部に形成された切り欠き部であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光電変換モジュール。
【請求項８】
前記凹部は前記回路基板の金属層に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光電変換モジュール。
【請求項９】
前記光学レンズはボールレンズであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光電変換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電変換モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、基板間あるいは回路ブロック間において信号伝送を高速で行う光電変換モジュールが用いられている。特許文献１に記載された光電変換モジュールは、基板表面に設けられるソケットと、ソケットに挿入可能な光電変換プラグとを備えている。光電変換プラグは、電気信号を光信号に変換する光電変換素子と、光電変換素子から発せられえた光信号を光ファイバの端部に集光させる光学レンズ部とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２３５８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の光電変換モジュールにおいて、光学レンズ部を含む光電変換プラグは基板上のソケット内に配置されるため、光学レンズ部は基板表面に対してソケットの底壁だけ高い位置に配置されている。このため、基板表面に対して光電変換モジュールも高くなり、さらには光電変換モジュールを用いた装置が大型になってしまうという課題が生じていた。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、薄型の光電変換モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によれば、回路基板と、前記回路基板の一の主面に実装された光電変換素子と、光ファイバの端面と前記光電変換素子との間の光路に設けられた光学レンズとを備え、前記光学レンズの一部は前記回路基板の前記主面に形成された凹部に嵌入されることを特徴とする光電変換モジュールが提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、光学レンズの一部を回路基板の表面よりも低い位置に設置することで、薄型の光電変換モジュールを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態における光電変換モジュールを用いた電子機器の一例を表す図である。
【図２】第１の実施形態におけるフラットパネルディスプレイおよび制御ユニットの一部断面図である。
【図３】第１の実施形態における光電変換モジュールの上面図である。
【図４】第１の実施形態における光電変換モジュールの断面図である。
【図５】第２の実施形態における光電変換モジュールの断面図である。
【図６】第３の実施形態における光電変換モジュールの断面図である。
【図７】第４の実施形態における光電変換モジュールの上面図である。
【図８】第５の実施形態における光電変換モジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。各図面を通じて共通する機能を有する要素には、同一の符号を付し、重複する説明を省略、または簡略化することがある。
【００１０】
［第１実施形態］
図１は、本実施形態における光電変換モジュールを用いた電子機器の一例を表す図である。電子機器は例えば表示装置であって、フラットパネルディスプレイ１と制御ユニット２とを含み得る。フラットパネルディスプレイ１および制御ユニット２は、それぞれ本実施形態における光電変換モジュールを備え、光ファイバ３によって互いに接続される。光ファイバ３は、屈折率の高い石英ガラスまたは樹脂などのコア材と、コア材の周囲を覆うとともに屈折率の低いクラッドとを備える。なお、図１において、フラットパネルディスプレイ１と制御ユニット２とはそれぞれ別の筐体内に設けられているが、同一の筐体内に設けられていてもよい。
【００１１】
フラットパネルディスプレイ１は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイなどの平面型表示装置である。フラットパネルディスプレイ１が液晶ディスプレイから構成される場合、表示パネルは、基板、画素ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、液晶層、偏光板、カラーフィルタ、バックライトなどを備える。画素ＴＦＴはアレイ状に配列され、ゲートライン、データラインに接続される。画素ＴＦＴにはストレージキャパシタ、液晶キャパシタが接続されている。液晶キャパシタはデータラインから供給された信号電圧Ｖと共通電圧との差電圧を保持するとともに、液晶を駆動して光透過率を制御する。ストレージキャパシタは液晶キャパシタに保持された電圧を安定に保持させる。液晶層は、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードなどにより駆動され得る。
【００１２】
また、フラットパネルディスプレイ１が有機ＥＬから構成される場合、フラットパネルディスプレイ１は、基板と、基板上に形成されたバリア層である無機膜と、無機膜上に形成されたＯＬＥＤ層とを備える。基板は典型的にはガラス基板であるが、高分子材料、例えばポリアミドなどの柔軟性を有するフィルム基板であってもよい。無機膜は、無機材料、例えば窒化ケイ素から形成される。ＯＬＥＤ層は陽極、陰極、発光層などの層を有しており、アレイ状に配列された複数のＯＬＥＤ素子を有する。フラットパネルディスプレイ１は、ＯＬＥＤ層で発生した光を基板側に向けて放出するボトムエミッションタイプ、あるいは基板とは逆方向に放出するトップエミッションタイプであってもよい。
【００１３】
フラットパネルディスプレイ１は上述の構成に限定されず、様々な構成をとり得る。例えば、フラットパネルディスプレイ１は折り曲げ可能なフレキシブルディスプレイであってもよい。この場合、フラットパネルディスプレイ１を構成する基板にプラスティックフィルムなど柔軟性を有する材料を用いることが好ましい。また、フラットパネルディスプレイ１の表示面にタッチパネルを設けてもよい。
【００１４】
また、フラットパネルディスプレイ１の側面には接続端子が設けられている。接続端子には光ファイバ３が接続される。光ファイバ３の接続端子は、フラットパネルディスプレイ１の筐体の側面、底面など、フラットパネルディスプレイ１の薄さを阻害しない箇所に設けられうる。
【００１５】
制御ユニット２は、例えばＳＴＢ（Ｓｅｔ  Ｔｏｐ  Ｂｏｘ）のようにフラットパネルディスプレイ１とは独立した据え置き型の装置である。制御ユニット２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、映像処理回路、受信回路などを備える。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されるコンピュータシステムは、タイミングコントローラを含むフラットパネルディスプレイ１の全体の動作を制御する。映像処理回路はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）フレームメモリなどから構成され、ガンマ補正、ノイズリダクション処理などを実行する。
【００１６】
ＣＰＵは、あらかじめ定められたアプリケーションプログラムに従い、制御ユニット２全体の動作を制御する。ＲＯＭは、不揮発メモリなどのように、電源遮断後においても、記憶内容を保持し続ける。ＲＡＭはＣＰＵの動作のためのワークエリアとして用いられる。
【００１７】
受信回路は、電波またはケーブルを介してディジタル放送、ケーブルテレビの放送信号を復調、誤り訂正、復号処理を行うことによって、映像・音声信号に変換する。例えば、復調処理においてＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）復調が用いられる。誤り訂正においてＶｉｔｅｒｂｉ復号が用いられる。復号処理においてＲＳ（Ｒｅｅｄ  Ｓｏｌｏｍｏｎ）復号化が用いられる。
【００１８】
また、光ファイバ３の接続端子は、制御ユニット２の筐体の側面などに設けられうる。光ファイバ３は、この接続端子に接続される。
【００１９】
制御ユニット２は、電波、またはケーブルを介して放送信号を受信すると、復調、誤り訂正、復号処理を行って、放送信号を映像・音声信号に変換する。変換された映像・音声信号は、制御ユニット２に内蔵されている光電変換モジュールによって光信号に変換され、光ファイバ３を介して、フラットパネルディスプレイ１に送信される。
【００２０】
フラットパネルディスプレイ１は、内蔵されている光電変換モジュールによって、制御ユニット２から送信された光信号を映像・音声信号に変換する。そして変換した映像・音声信号のうち、映像信号を表示用画面に表示する。音声信号は、例えば、フラットパネルディスプレイ１に内蔵された音声再生装置、または増幅器を内蔵した据え置き型のスピーカなどを使用して、再生されてもよい。
【００２１】
図２は、フラットパネルディスプレイおよび制御ユニットの一部断面図である。上述したように、フラットパネルディスプレイ１と制御ユニット２とは光ファイバ３を介して接続され得る。
【００２２】
フラットパネルディスプレイ１は筐体１１、回路基板４３を備える。筐体１１には開口部が形成され、開口部にはコネクタハウジング１２が設けられている。筐体１１の内部には回路基板４３が設けられ、回路基板４３には駆動回路、制御回路などの回路部品が実装されている。また、回路基板４３の端部には光電変換モジュール４Ｒが設けられ、光電変換モジュール４Ｒは光学レンズ４１、光電変換部４２を備え、光ファイバ３からの光信号を光電変換し、駆動回路および制御回路に出力する。筐体１１において光電変換モジュール４Ｒに対向する位置には開口部が形成され、開口部にはコネクタハウジング１２が設けられている。コネクタハウジング１２は筒状をなし、コネクタハウジング１２内には光ファイバ３の一方のコネクタ３１が挿入される。ここで、コネクタ３１は、光ファイバ３の端部を保持するとともに、光信号を収束させるコリメータを備えうる。コリメータは、例えばボールレンズから構成される。筐体１１およびコネクタハウジング１２は、例えばプラスチック、またはＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ，  Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ，  Ｓｔｙｒｅｎｅ）樹脂などで構成されうる。
【００２３】
制御ユニット２も同様に筐体２１、回路基板４３を備える。回路基板４３にはフラットパネルディスプレイ１を制御するための回路部品が実装されている。回路基板４３の端部には光電変換モジュール４Ｔが設けられている。光電変換モジュール４Ｔは光学レンズ４１、光電変換部４２を備える。筐体２１において光電変換モジュール４Ｔに対向する位置には開口部が形成され、開口部にはコネクタハウジング２２が設けられ、コネクタハウジング２２には光ファイバ３の他方のコネクタ３１が挿入される。
【００２４】
図３は、本実施形態における光電変換モジュールの上面図であり、図４は、本実施形態における光電変換モジュールの断面図である。図３、図４において、回路基板４３の主面に平行な直交する２方向をＸ方向、Ｙ方向とし、回路基板４３の主面に対して鉛直な方向をＺ方向とする。以下の説明において、フラットパネルディスプレイ１の光電変換モジュール４を例に説明する。光電変換モジュール４は回路基板４３に設けられ、光学レンズ４１、基材４２１、反射鏡４２２、光電変換素子４２４を備える。
【００２５】
回路基板４３は絶縁層４３１と金属層４３２とを含む多層基板であり得る。絶縁層４３１は、例えば、ＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ）であって紙フェノールまたはガラスエポキシなどから構成される。金属層４３２は銅、アルミニウムなどから構成される。なお、回路基板４３はＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）であってもよい。
【００２６】
回路基板４３は円形の開口部である凹部４３５を有し、凹部４３５は回路基板４３の一の主面から他の主面への貫通孔を形成している。凹部４３５には光学レンズ４１が嵌入されている。光学レンズ４１は球状をなし、例えばボールレンズであり得る。光学レンズ４１はガラスまたは樹脂などから構成され得る。光学レンズ４１の直径は凹部４３５の開口径よりも大きい。光学レンズ４１は回路基板４３の一の主面から挿入され、光学レンズ４１の一部は回路基板４３の他の主面から突出している。このため、回路基板４３の一の主面から光学レンズ４１の中心４１１までの高さを低くすることができる。
【００２７】
回路基板４３の一の主面から中心４１１までの高さは、回路基板４３の一の主面から光ファイバ３の端面３２１の中心までの高さと略等しいことが望ましい。この場合、光ファイバ３の端面３２１と光学レンズ４１との間の光路は回路基板４３の一の主面に対して略平行になる。また、光学レンズ４１は、光ファイバ３の端面３２１に接触しない程度に近接していることが望ましい。
【００２８】
基材４２１は樹脂または金属から構成され、台形の断面を有する箱型をなしている。基材４２１の底面は回路基板４３に接合され、基材４２１は回路基板４３に対して所定の角度をなす傾斜面を備え、傾斜面に反射鏡４２２が形成されている。反射鏡４２２と回路基板４３とのなす角度θは例えば４５度である。
【００２９】
反射鏡４２２は、光ファイバ３の端面３２１と対向して設置される。反射鏡４２２は、メッキ加工されたアルミニウム合金などでありうる。反射鏡４２２は、光電変換モジュール４Ｔにおいて光電変換素子４２４Ｔからの光信号５を光学レンズ４１へと反射し、光電変換モジュール４Ｒにおいて光学レンズ４１からの光信号５を光電変換素子４２４Ｒへと反射する。基材４２１および反射鏡４２２は、アルミニウム合金の他、銅、銀、その他の金属であってもよい。また、基材４２１はプリズムから構成されてもよく、反射鏡４２２はプリズムの一の面であってもよい。
【００３０】
基材４２１の上面には金属配線のランド４４が設けられ、光電変換素子４２４は、ハンダによってランド４４に接続されている。光電変換素子４２４は、ランド４４に接続されたパターン配線を介して回路基板４３と電気的に接続される。
【００３１】
光電変換素子４２４は受光面４２５を有し、受光面４２５は回路基板４３に対向するとともに、回路基板４３の主面に対して平行に配置される。光電変換モジュール４がフラットパネルディスプレイ１に設けられる場合、光電変換素子４２４は例えばＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）であり得る。
【００３２】
上述の構成において、光ファイバ３の端面３２１から発せられた光信号５は光学レンズ４１において集光され、反射鏡４２２において上方に反射される。さらに、反射鏡４２２において反射した光は光電変換素子４２４の受光面４２５に入射する。光電変換素子４２４は入射した光の強度に応じた電気信号を出力する。出力された電気信号は図示されていない増幅回路によって増幅される。
【００３３】
また、光電変換モジュール４が制御ユニット２に設けられる場合、光電変換素子４２４は発光素子であって、例えば、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）であり得る。この場合、光電変換素子４２４は、回路基板４３における映像・音声信号を光信号５に変換し、発光面から光信号５を反射鏡４２２に向けて照射する。光信号５は反射鏡４２２において反射され、光学レンズ４１において集光され、光ファイバ３の端面３２１に入射される。
【００３４】
以上述べたように、本実施形態によれば、光学レンズの一部が回路基板に形成された凹部に嵌入されることから、回路基板に対する光学レンズの高さを低くすることができる。この結果、薄型の光電変換モジュールを実現することが可能になる。また、光学レンズは回路基板に形成された凹部に嵌入されることから、回路基板上において光学レンズの位置決めを行う必要がなくなる。回路基板の製造工程において、予め定められた位置および大きさで凹部を形成することにより、光学レンズを回路基板上において正確に配置することが可能となる。
【００３５】
［第２実施形態］
続いて、本実施形態における光電変換モジュールについて説明する。以下の説明において、第１実施形態と異なる構成を中心に説明する。第１実施形態と同様の構成については、その説明を省略する。フラットパネルディスプレイ１の光電変換モジュール４を例に説明する。
【００３６】
図５は、本実施形態における光電変換モジュールの断面図である。回路基板４３の金属層４３２には円形の凹部４３５が形成される。すなわち、金属層４３２の端部と回路基板４３の表面との間には段差が形成され、回路基板４３表面が露出した領域において凹部４３５が形成される。ここで凹部４３５は、金属層４３２をエッチングすることで形成されうる。凹部４３５には光学レンズ４１が嵌入される。凹部４３５は、回路基板４３の一の主面に設けられるが、回路基板４３の他の主面まで貫通しないため、光学レンズ４１は、回路基板４３の他の主面に突出しない。しかしながら、光学レンズ４１を金属層４３２上に配置する場合に比べて、回路基板４３に対する光学レンズ４１の位置を低くすることができる。
【００３７】
以上に述べたように、本実施形態によれば、光学レンズの一部が回路基板に形成された凹部に嵌入されることから、回路基板に対する光学レンズの高さを低くすることができる。また、第１実施形態と比較して、回路基板を加工する必要がないため、光電変換モジュールの製造工程を簡略化することができる。
【００３８】
［第３実施形態］
続いて、本実施形態における光電変換モジュールについて説明する。以下の説明において、第１実施形態と異なる構成を中心に説明する。本実施形態においては、光電変換素子４２４は回路基板４３上に実装されている。第１実施形態と同様の構成については、その説明を省略する。フラットパネルディスプレイ１の光電変換モジュール４を例に説明する。
【００３９】
図６は、本実施形態における光電変換モジュールの断面図である。光電変換素子４２４は、受光面４２５を上方に向けて、回路基板４３に対して例えば平行に設置される。基材４２１は略箱型をなし、台形をなす断面を有している。基材４２１は、受光面４２５に対して所定の角度をなす傾斜面を備え、傾斜面に反射鏡４２２が形成されている。反射鏡４２２と受光面４２５のなす角度θは、例えば４５度である。また、基材４２１の底面は、回路基板４３に固定される。
【００４０】
上述の構成において、光ファイバ３の端面３２１から発せられた光信号５は、光学レンズ４１において集光され、反射鏡４２２において下方に反射される。さらに、反射鏡４２２において反射した光は、光電変換素子４２４の受光面４２５に入射する。
【００４１】
以上に述べたように、本実施形態によれば、光電変換素子は回路基板に直接配線されうる。これによって、光電変換素子と回路基板との配線レイアウトが容易になりうる。
【００４２】
［第４実施形態］
続いて、本実施形態における光電変換モジュールについて説明する。以下の説明において、第１実施形態と異なる構成を中心に説明する。第１実施形態と同様の構成については、その説明を省略する。フラットパネルディスプレイ１の光電変換モジュール４を例に説明する。
【００４３】
図７は、本実施形態における光電変換モジュールの上面図である。回路基板４３には切り欠きである凹部４３５が形成されている。すなわち、回路基板４３の端部は平面視においてＵ字型をなすように加工されている。凹部４３５において、開口部の半円形の部分には、光学レンズ４１が嵌入されている。このとき、光学レンズ４１の直径は、凹部４３５の開口径よりも大きい。
【００４４】
以上に述べたように、本実施形態によれば、凹部は回路基板の端部に切り欠き部によって形成されている。円形の開口部を設ける場合に比べて、凹部の形成が容易になる。
【００４５】
［第５実施形態］
続いて、本実施形態における光電変換モジュールについて説明する。本実施形態における光電変換モジュールは反射鏡を用いずに構成されている。以下の説明において、第１実施形態と異なる構成を中心に説明する。第１実施形態と同様の構成については、その説明を省略する。フラットパネルディスプレイ１の光電変換モジュール４を例に説明する。
【００４６】
図８は、本実施形態における光電変換モジュールの断面図である。基材４４１は略箱型をなす。基材４４１の底面は回路基板４３に接合される。基材４４１の一の側面は、光ファイバ３の端面３２１と対向して設置される。
【００４７】
光電変換素子４２４は、基材４４１の一の側面に設置される。基材４４１の一の側面は光ファイバ３の端面３２１と対向する面である。受光面４２５は光ファイバ３の端面３２１と対向するとともに、回路基板４３に対して例えば鉛直に配置される。
【００４８】
上述の構成において、光ファイバ３の端面３２１から発せられた光信号５は、光学レンズ４１において集光され、光電変換素子４２４の受光面４２５に入射する。
【００４９】
本実施形態においては、反射鏡を用いることなく光電変換モジュールが構成されるため、製造コストと製造工程の削減が可能になる。
【符号の説明】
【００５０】
１  フラットパネルディスプレイ
２  制御ユニット
３  光ファイバ
４  光電変換モジュール
４Ｒ  受信側の光電変換モジュール
４Ｔ  送信側の光電変換モジュール
４１  光学レンズ
４２  光電変換部
４３  回路基板
４２１  基材
４２２  反射鏡
４２４  光電変換素子
４２５  受光面
４３１  絶縁層
４３２  金属層
４３５  凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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