光波導的制備和使用

光波導的制備和使用
【專利摘要】無反射鏡光波導可以包括包層和芯。該芯可包括平行于表面平面的縱長段。該芯可進一步包括朝向表面平面彎曲的兩個彎曲端部。表面平面可平行于襯底。包層可具有由丙烯酸和/或聚氨酯制成的納米顆粒。芯可以具有類似的丙烯酸和/或聚氨酯的納米顆粒以及諸如氧化鋯的具有高折射率的納米顆粒。無反射鏡光波導能夠通過噴墨印刷來形成。
【專利說明】光波導的制備和使用
【背景技術】
[0001]光波導是能夠用于在光電子電路中引導電磁波(例如，光）的結構。反射鏡可用于 使光進出光波導。然而，在反射鏡處的反射會導致光損耗。另外，反射鏡會增加制造過程的 成本和時間。
[0002] 概述
[0003] 前面的概述僅僅是示例性的，而不意在以任何方式進行限制。通過參考附圖以及 下面的詳細說明，除了上文所描述的示例性的方面、實施例和特征之外，另外的方面、實施 例和特征將變得清楚。
[0004] 在一些實施例中，無反射鏡光波導可以包括:芯結構，其包括第一端部、第二端部 以及在第一端部與第二端部之間的縱長段，其中所述縱長段基本上平行于表面平面，并且 其中所述第一端部和第二端部是彎曲的從縱長段延伸到表面平面；以及包層結構，其至少 部分地圍繞所述芯結構，其中所述芯結構的折射率比所述包層結構的折射率高。
[0005] 在一些實施例中，制作無反射鏡光波導的方法可以包括:將多個層依次沉積到襯 底上，每層包括形成芯結構部的第一墨以及形成包層結構部的第二墨；其中一層中的芯結 構部被構造為相對于相鄰層中的芯結構部偏移，使得當多個二維層被沉積時，第一墨部形 成具有朝向光波導的表面延伸的彎曲端部的三維芯結構，并且所述第二墨部形成至少部分 地圍繞所述芯結構的三維包層結構。
[0006] 在一些實施例中，使用無反射鏡光波導的方法可以包括提供光波導，該光波導包 括芯結構和至少部分地圍繞芯結構的包層結構，所述芯結構包括第一端部、第二端部以及 在第一端部與第二端部之間的縱長段，所述縱長段基本上平行于表面平面，所述第一端部 和第二端部是彎曲的且從縱長段延伸到表面平面，并且芯結構具有比包層結構高的折射 率；以及通過將光發射到第一端部上來引導光通過芯結構，使得光從第一端部朝向縱長段 傳播且從第二端部出射。
[0007] 在一些實施例中，光電子設備可以包括無反射鏡光波導，該無反射鏡光波導包括 芯結構和至少部分地圍繞芯結構的包層結構，芯結構包括第一端部、第二端部以及在第一 端部與第二端部之間的縱長段，所述縱長段基本上平行于表面平面，第一端部和第二端部 是彎曲的且從縱長段延伸到表面平面，并且芯結構具有比包層結構高的折射率;光源，其將 光照射到第一端部上，使得光從第一端部朝向縱長段傳播且從第二端部出射；以及接收器 組件，其接收從第二端部出射的光。
【附圖說明】
[0008] 通過下面結合附圖給出的詳細說明和隨附的權利要求，本公開的前述特征以及其 它特征將變得更加清楚。應理解的是，這些附圖僅描繪了依照本公開的若干實施例，因此， 不應視為對范圍的限制，將通過利用附圖結合附加的具體描述和細節對本公開進行說明。
[0009] 圖1示出了常規的具有反射鏡的波導的側剖視圖。
[0010]圖2示出了根據一個實施例的無反射鏡光波導的側剖視圖。
[0011] 圖3示出了光進入無反射鏡光波導的一端且從波導的另一端出射。
[0012] 圖4示出了圖2所示的無反射鏡波導的部分俯視立體圖。
[0013] 圖5A_f5D示出了用于制造無反射鏡光波導的3維印刷過程中的漸進階段。
[0014]圖6是無反射鏡光波導的一層的一部分沉積的立體圖，該層具有圍繞芯結構部的 包層結構部。
[0015] 圖7示出了根據一個實施例在制造過程的一個步驟中部分地形成的無反射鏡光波 導。
[0016] 圖8示出了完整的無反射鏡光波導，其中襯底的部分被去除以露出芯結構的端部。
[0017] 圖9示出了根據一個實施例制備包層墨的方法。
[0018] 圖10示出了根據一個實施例來制備芯墨的方法。
[0019] 圖11示出了根據替選實施例來制備芯墨的方法。
[0020]圖12是描繪芯結構中的納米顆粒的濃度與芯結構的折射率之間的關系的曲線圖。 X軸表示作為芯結構的重量百分比的納米顆粒濃度。y軸表示芯結構的折射率。
【具體實施方式】
[0021] 在光電子電路中，光波導可用于將光從光源（例如，垂直腔表面發射激光器）引導 到光接收器組件(例如，光電二極管）中。入射到光波導的一端的光可以通過光波導傳播且 進入光接收器(例如，光電二極管）。常規的波導可包括反射鏡以引導光路進出光波導。相 反，本文公開的實施例將該反射鏡從波導省略。省略反射鏡能夠有助于防止由反射鏡處的 反射導致的光損耗。此外，省略反射鏡能夠降低制造成本和時間。
[0022] 噴墨印刷能夠用于制作根據本文公開的實施例的無反射鏡光波導。在一些實施例 中，無反射鏡光波導可以是具有芯結構以及至少部分地圍繞芯結構的包層結構的三維結 構。包層結構能夠由包括聚氨酯、丙烯酸或兩者的納米顆粒的墨制成。用于形成芯結構的墨 可以具有類似的聚氨酯、丙烯酸或兩者的納米顆粒，以及具有高折射率的附加納米顆粒(諸 如氧化鋯）。在一些實施例中，芯結構具有縱長段以及從縱長段延伸出且朝向表面平面彎曲 的兩個彎曲端部。
[0023] 圖1示出了在具有光源110、光接收器120和襯底210的光電子電路中使用的常規的 波導100的側剖視圖。如圖1所示，波導100可以包括芯結構240以及至少部分地圍繞芯結構 的包層結構250。波導100可進一步布置在光源110和光接收器120的下方。圖1還示出了光源 110和光接收器120的下方的波導100的相對端處布置的反射鏡142、144。反射鏡142、144可 以以關于芯240的軸線傾斜的角度定位。光源110下方的反射鏡142可以如下角度定位:使得 入射到該反射鏡142上的、從光源110發射的光可以被引入240且引向波導200的相對端。光 接收器120下方的反射鏡144可以如下角度定位:使得入射到該反射鏡144上的光能夠被引 出芯240且引入光接收器120。
[0024] 圖2示出了形成在襯底210上的無反射鏡光波導200的一個實施例的側剖視圖。在 一些實施例中，襯底210是硅襯底。光波導200可以包括芯結構240以及圍繞芯結構的包層結 構250。圖3示出了在示例性的光電子設備中進入光波導200的一端且傳播通過波導200的光 的示例說明。根據本文所描述的方法所形成的波導200的形狀和結構以及包層結構250與芯 結構240的折射率之差，允許光進入波導200且傳播通過波導200，而無需使用諸如圖1的常 規波導中所描繪的反射鏡142、144的反射鏡。
[0025]參考圖2,無反射鏡光波導200的一些實施例包括芯結構240,芯結構240具有縱長 段230以及在縱長段230的相對端處的兩個彎曲端部222、224。縱長段230可以基本平行于襯 底210。彎曲端部222、224中的每一個可以從縱長段230延伸并向平行于襯底210的表面平面 260彎曲。因此，根據一些實施例，芯結構240能夠限定大致"U"形。每個彎曲端部可終止于表 面平面中的開口 272、274。在一些實施例中，一個開口 272可以是入口，該入口接收從光源 110發射的光。另外，另一個開口272可以是出口，光通過該出口出射而進入光檢測器120。在 一些實施例中，除了開口272、274周圍之外，包層結構250完全地圍繞芯結構240。
[0026] 參考圖2，在一些實施例中，彎曲端部222、224能夠限定曲率半徑，該曲率半徑可從 縱長段230朝向表面平面260增大。因此，彎曲端部222、224可以朝向表面平面260向上彎曲。 另外，曲線的陡度可以是越靠近表面平面250越大。在一些實施例中，曲率半徑可以大于或 等于約4mm。在一些實施例中，曲率半徑可以大于或等于約5mm。其它曲率半徑也是可能的。 根據一些實施例，兩個端部222、224的曲率半徑可以相同。根據一些實施例，兩個端部222、 224的曲率半徑還可以不同。另外，在一些實施例中，一個彎曲端部222的曲率半徑可獨立于 另一彎曲端部224的曲率半徑。因此，彎曲端部222、224能夠獨立地限定曲率半徑。
[0027] 在一些實施例中，如圖2所示，彎曲端部222、224能夠遠離襯底210但是朝向平行于 襯底210的表面平面260而彎曲。在其它實施例中，如圖3所示，彎曲端部222、224能夠朝向襯 底210以及朝向平行于襯底210的表面平面260彎曲。在這些實施例中，襯底210的覆蓋彎曲 端部222、224的開口 272、274的部分能夠被去除以允許例如來自光電二極管210的光進入波 導200,而且還允許光從波導200出射到例如光檢測器120,如圖3所示。
[0028]芯結構240的截面形狀可以為正方形，如圖4所示，該圖描繪了圖2所示的波導200 的部分俯視立體圖。芯結構240的截面區域可以是任何幾何形狀，而無需限于正方形。在一 些實施例中，芯結構240的截面形狀是矩形。在其它實施例中，芯結構240的截面形狀是橢圓 形。其它截面形狀也是可能的。芯結構的尺度不特別限定，一般可以是任何尺度。芯結構240 的截面可以具有范圍從約30μπι χ30μπι至約200μπι χ200μπι的長度和寬度。例如，芯結構240的 截面可以具有約30μηι X 30μηι、50μηι X 50μηι、70μηι X 70μηι、90μηι X 90μηι、110μηι X ΙΙΟμπι、 130μηι χ 130μηι、150μηι χ 150μηι、170μηι χ 170μηι、190μηι χ 190μηι、200μηι χ 200μηι的長度和 寬度，或者這些值中的任意值之間的長度和寬度。芯結構240的截面積可以為約900pm2至約 40nm 2。例如，芯結構 240 的截面積可以為約 900pm2、1000pm2、2500pm2、4900pm2、8100pm 2、12.1 μπι2、16.9μπι2、22.5μπι2、28.9μπι 2、36. Ιμπι2、40μπι2，或這些值中的任意值之間的面積。在一些實 施例中，芯結構240的截面積可以為約2500pm 2。
[0029]包層結構250的材料可以包括丙烯酸、聚氨酯或兩者的組合的納米顆粒。在一些實 施例中，包層納米顆粒具有丙烯酸內層和聚氨酯外層。芯結構240的材料可以包括類似的丙 烯酸、聚氨酯或兩者的納米顆粒，以及提高芯結構240的折射率的芯納米顆粒。這些芯納米 顆粒可由具有高折射率的材料(諸如氧化錫、氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈦或者它們的任意組 合）制成。例如，芯納米顆粒可由氧化鋯制成。在一些實施例中，芯納米顆粒可以約40%至 80 %的量存在于芯結構240中。例如，芯納米顆粒可以40 %、50 %，、60 %、70 %、80 %的量或 者這些值中的任意值之間的量存在于芯結構240中。例如，芯納米顆粒可以約50%的量存在 于芯中。在一些實施例中，芯納米顆粒具有等于或小于約20nm的平均直徑。例如，芯納米顆 粒的平均直徑可以為約20nm、約16nm、約12nm、約8nm、約4nm、約2nm或這些值中的任意值之 間的平均直徑。
[0030] 在一些實施例中，芯240的折射率可以高于包層結構250的折射率。折射率之差能 夠允許光在沿著芯240結構的形狀的路徑中穿過芯結構240。另外，由于芯結構240可包括朝 向表面平面260彎曲的兩個彎曲端部222、224,所以光能夠行進進入波導200以及離開波導 200,而無需使用反射鏡。包層結構250的折射率可以為約1.490至約1.520。例如，包層結構 250的折射率可以為約1.490、1.500、1.510、1.520，或者這些值中的任意值之間的折射率。 芯結構240的折射率可為約1.502至約1.551。例如，芯結構240的折射率可以為約1.502、 1.510、1.520、1.530、1.540、1.551，或者這些值中的任意值之間的折射率。在一些實施例 中，包層結構250可以具有約1.490的折射率，并且芯結構240可具有約1.551的折射率。在一 些實施例中，相對折射率差大于〇. 75 %。相對折射率差由下面的公式(1)來表示：
>0.75%
[0031] (1)
[0032] 其中m代表芯結構240的折射率，n2代表包層結構250的折射率。因此，例如，在一些 實施例中，芯結構240可具有1.502的折射率，包層結構250可具有1.49的折射率。作為另一 示例，在一些實施例中，芯240可具有1.532的折射率，包層結構250可具有1.52的折射率。在 一些實施例中，提高芯結構240的折射率能夠允許彎曲端部222、224由于相對大的臨界角而 具有較小的曲率半徑。
[0033]參考圖5-8,示出了制作無反射鏡光波導200的方法。圖5A-5D以及圖7-8示出了根 據制造過程中的不同步驟而部分地形成的無反射鏡光波導。利用任何適合的方法(諸如噴 墨印刷），多個層510能夠順序地沉積到襯底210上。每層可以包括利用芯墨沉積的芯結構部 以及利用包層墨沉積的包層結構部。例如，圖6示出了具有芯結構部910和包層結構部920的 層的一個示例。在一些實施例中，一些層僅具有包層結構部920,而沒有芯結構部910。在一 些實施例中，每層中的芯結構部910以及包層結構部920可同時沉積。在其它實施例中，芯結 構部910和包層結構部920能夠依次沉積在每層中。例如，在芯結構部910沉積在一層中之 后，包層結構部920然后可以沉積在該同一層中。
[0034] 在一些實施例中，制作無反射鏡光波導200的方法包括噴墨印刷。在這些實施例 中，噴墨印刷可以包括將液滴沉積到襯底210上。根據一些實施例，液滴可以具有約Ipl至約 I Op 1的體積。例如，液滴可具有約IPI、2p I、4p I、6p I、8p I、I Op 1的體積，或者在這些值中的任 意值之間的體積。一旦液滴印刷到襯底210上，液滴可以形成直徑為約12μπι至約40μπι的圓。 例如，液滴可以形成直徑為約12μL?、15μπ?、20μπ?、25μπ?、30μπ?、35μπ?、40μπ?或者在這些值中的任 意值之間的直徑的圓。
[0035] 在一些實施例中，每層可以在后一層沉積到其上之前進行干燥。每層的厚度可以 為約0. Ιμπι至約 1.6μηι。例如，每層的厚度可以為約0.1μπι、0.2μηι、0.4μηι、0.6μηι、0.8μηι、1.0μ πι、1.2μπι、1.4μπι、1.6μπι，或者這些值中的任意值之間的厚度。根據一些實施例，每層的厚度 可為0.83μπι。在一些實施例中，約50至約6000層能夠印刷到襯底210上，從而得到高度為約 90μπι至約600μπι的光波導200。例如，一百八十（180)層能夠印刷到襯底210上，從而得到高度 為約150μπι的光波導200。層數和光波導200的高度能夠變化。
[0036]參考圖5A-D，層能夠依次沉積到襯底210上，使得一層中的芯結構部910相對于相 鄰層中的芯結構部910偏移。例如，兩個相鄰層可以具有部分交疊的芯結構部910。每層中的 芯結構部910和包層結構部920的布局和尺度能夠設計成使得當多個層被沉積時，芯結構部 910形成三維芯結構240。參考圖5D，在一些實施例中，三維芯結構240具有兩個彎曲端部 222、224以及在它們之間的縱長段230。另外，在一些實施例中，兩個彎曲端部222、224限定 了曲率半徑且朝向表面平面260彎曲，其中彎曲端部222、224均終止于開口 272、274。類似 地，每層中芯結構部910和包層結構部920的布局可設計成使得當多個層被沉積時，包層結 構部910形成圍繞芯結構240的三維包層結構250。在一些實施例中，包層結構250不圍繞彎 曲端部 222、224 的開口 272、274。
[0037]參考圖5A，在一些實施例中，制作無反射鏡光波導200的方法可以將包層510沉積 到襯底210上而開始。包層可僅具有包層結構部920,而沒有芯結構部910。接著，參考圖5B， 具有一個芯結構部910的多個層能夠沉積到先前沉積的層上。具有一個芯結構部910的層能 夠形成三維芯結構240的縱長段230。接著，參考圖5C，具有兩個芯結構部910的多個層能夠 沉積到先前沉積的層上。具有兩個芯結構部910的層最終能夠形成三維芯240的兩個彎曲端 部222、224。在一些實施例中，兩個彎曲端部222、224終止于與包層510相對的表面。每層中 芯結構部910和包層結構部920的布局和尺度能夠設計成使得當沉積多個層時，多個層形成 圖所示的三維芯結構240以及包層結構250。
[0038]圖5A-D示出了制作具有遠離襯底210彎曲的彎曲端部222、224的無反射鏡光波導 的方法。為了制作具有朝向襯底210彎曲的彎曲端部的無反射鏡波導（在圖7中描繪了其示 例），能夠采用類似圖5A-D的方法。例如，圖7中沉積的層的順序與圖中沉積的層的順序相 比是相反的。例如，包層510可以最后沉積而不是首先沉積。參考圖8,在全部的層沉積到襯 底210上之后，襯底210的與兩個彎曲端部222、224的開口 272、274相鄰的部分可被去除，從 而允許進出芯240。
[0039]圖9示出了制備能夠用于形成無反射鏡光波導200的包層結構250的包層墨的方 法。在步驟1210中，能夠提供包層納米顆粒的復合乳液(emulsion composite)。納米顆粒的 材料可以是丙烯酸、聚氨酯或兩者。在一些實施例中，納米顆粒可具有丙烯酸內層以及聚氨 酯外層。因此，復合乳液可具有丙烯酸(例如，膜形成簡易、光澤、耐氣候性、硬度、顏料可擴 散性）以及聚氨酯(例如穩固性、附著性以及耐摩擦性)兩者的優點。
[0040] 接著，在步驟1220中，水基溶劑能夠用于稀釋復合乳液。水基溶劑的水重量比的范 圍可從約20:80至約80 :20。例如，水基溶劑的水重量比可以為約20:80、30:70、40:60、50: 50、60:40、70:30、80:20，或者在這些值中的任意值之間的比值。在一些實施例中，水重量比 是80:20。在用水基溶劑稀釋了復合乳液之后，包層納米顆粒的濃度的范圍可從約1%至約 20%。例如，包層納米顆粒的濃度可以為約1%、2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%、16%、 18 %、20 %，或者在這些值中的任意值之間的濃度。例如，稀釋的乳液中包層納米顆粒的濃 度按重量計可為約10%。包含稀釋的納米顆粒復合乳液的組合物能夠充當用于包層結構 250的墨。
[0041] 在一些實施例中，用以稀釋納米顆粒復合乳液的水基溶劑具有高的沸騰溫度。高 的沸騰溫度能夠防止墨過快干燥。墨干燥過快會由于過大的表面張力或噴嘴阻塞而妨礙噴 墨印刷。水基溶劑可具有從約IOO tC至約320°C的范圍的沸騰溫度。例如，水基溶劑可具有約 100cC、120cC、140cC、160cC、180 cC、200cC、220cC、240cC、260 cC、280cC、300cC、320cC 的沸騰 溫度，或者在這些值中的任意值之間的沸騰溫度。在一些實施例中，水基溶劑包含了水以及 如下中的一種或多種：甲基異丁基酮、雙丙酮醇、環己酮、3,5,5_三甲基-2-環己烯-1-酮、丙 二醇一甲基醚、乙二醇一乙基醚、乙二醇一丁基醚、二甘醇一乙基醚、二甘醇一丁基醚、丙二 醇一丁基醚醋酸酯、乙二醇一乙基醚醋酸酯、乙二醇一丁基醋酸酯、二甘醇一乙基醚醋酸 酯、1，3_ 丁二醇、1，4_ 丁二醇、1，5_戊二醇、2-甲基-1，3-丙二醇、四甘醇、和四甘醇二甲醚。
[0042]在選擇水基溶劑時，可以考慮到諸如揮發性、與水可混性、透明度以及保持用戶安 全的可容許環境濃度等參數。在一些實施例中，水基溶劑包含水和四甘醇。
[0043]圖10示出了制備能夠用于形成無反射鏡光波導200的芯結構240的芯墨的方法。在 步驟1310中，能夠提供以如圖9中的相同的方式制備的包層墨。接著，在步驟1320中，芯納米 顆粒的懸浮液能夠添加到包層墨中，從而產生在復合乳液中具有芯納米顆粒和包層納米顆 粒的組合物。在一些實施例中，芯納米顆粒能夠以如下量添加:使得納米顆粒與包層納米顆 粒之比的范圍從約40:60至約90:10。例如，芯納米顆粒與包層納米顆粒之比可以為約40: 60、50 :50、60:40、70:3、80:20、90:10,或者這些值中的任意值之間的比。在一些實施例中， 芯納米顆粒與包層納米顆粒之比為約50:50。在一些實施例中，芯納米顆粒可以是氧化錫、 氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈦或它們的組合。
[0044] 芯納米顆粒能夠用于提高組合物的折射率。因此，在一些實施例中，芯納米顆粒能 夠由具有高折射率的材料制成。例如，芯納米顆粒能夠由氧化錫、氧化鋁、氧化鋯和/或二氧 化鈦制成。在一些實施例中，芯納米顆粒能夠由具有約1.95的折射率的氧化鋯制成。芯納米 顆粒可以具有等于或小于約20nm的平均直徑。例如，芯納米顆粒的平均直徑可以為約20nm、 約16 nm、約12 nm、約8nm、約4nm、約2nm或者這些值中的任意值之間的平均直徑。控制添加到 包層墨中的芯納米顆粒的量能夠控制組合物的折射率。一般地，增大組合物中芯納米顆粒 的量可以提高組合物的折射率。
[0045] 在芯納米顆粒添加到包層墨之后，在步驟1330中可利用水基溶劑來稀釋組合物， 從而產生芯墨。水基溶劑可以與用于制備包層墨的水基溶劑相同。在一些實施例中，在稀釋 步驟完成之后，納米顆粒(包層納米顆粒和芯納米顆粒一起）的濃度可為按重量計約1%至 約20%。例如，納米顆粒的濃度可以為按重量計約1%、2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%、 16 %、18 %、20 %，或者這些值中的任意值之間的濃度。例如，包層墨中的納米顆粒的濃度為 按重量計約10%。在芯墨和包層墨干燥之后，存在于芯結構240中的芯納米顆粒的量可與芯 納米顆粒與包層納米顆粒之比相同。例如，如果芯納米顆粒與包層納米顆粒之比為40:60， 則存在于芯結構240中的芯納米顆粒的量將為40%。
[0046] 圖11示出了制備芯墨的另一方法。在步驟1410中，能夠提供包層納米顆粒的復合 乳液。包層納米顆粒的材料可以是丙烯酸、聚氨酯或兩者。接著，在步驟1430中，芯納米顆粒 的懸浮液添加到復合乳液中。接著，在步驟1430中，包層納米顆粒和芯納米顆粒的混合物能 夠利用水基溶劑來稀釋，使得納米顆粒(包層納米顆粒以及芯納米顆粒一起）的濃度為約 1 %至約20 %。例如，納米顆粒的濃度可以為按重量計約1 %、約2 %、約4 %、約6 %、約8 %、約 10%、約12%、約14%、約16%、約18%、約20%，或者在這些值中的任意值之間的濃度。例 如，固體含量可以是按重量計約10%。水基溶劑可以與上文結合圖12所描述的水基溶劑相 同。
[0047] 因此，與圖10所示的方法相比，圖11示出了芯納米顆粒的懸浮液添加到包層納米 顆粒而不是包層墨的復合乳液中的方法。因此，芯納米顆粒能夠直接添加到包層納米顆粒 的復合乳液中，而不首先稀釋包層納米顆粒的復合乳液。在其他實施例中，水基溶劑添加到 包層納米顆粒的復合乳液中，隨后添加芯納米顆粒、水基溶劑或兩者。
[0048] 本公開不限于本文所描述的特定實施例，這些實施例意在各方面的示例。能夠在 不偏離其精神和范圍的情況下做出多種改進和變型，這對于本領域技術人員而言是顯而易 見的。通過前面的說明，除了本文所列舉的那些之外，在本公開的范圍內的功能上等同的方 法和裝置對于本領域技術人員而言將是顯而易見的。旨在使這些改進和變型落在所附權利 要求書的范圍內。本公開僅受所附權利要求書以及這些權利要是所給予權利的等同方案的 整個范圍所限制。應當理解的是，本公開不限于特定的方法、試劑、化合物、組合物或生物系 統，當然這些會變化。還應理解的是，本文所使用的術語是僅僅是為了描述特定實施例的目 的，而不意在限制。
[0049]關于本文中基本上任何復數和/或單數術語的使用，本領域技術人員能夠根據上 下文和/或應用適當地從復數變換成單數和/或從單數變換成復數。為了清晰的目的，本文 中明確地闡明了各單數/復數的置換。
[0050] 示例1制備用于包層結構的墨
[0051 ] 提供具有納米顆粒的復合乳液。（來自日本Taisei Fine Chemical公司的WEM-3008)。復合乳液具有IOOnm的平均直徑的納米顆粒。納米顆粒具有丙烯酸內層以及聚氨酯 外層。復合乳液中納米顆粒的濃度為按重量計32%。接著，水基溶劑，具體為四甘醇(沸點為 328°C，水重量比是80:20)，添加到納米顆粒復合乳液中，使得復合乳液中的納米顆粒的濃 度變成按重量計10%。得到的組合物被用作包層結構的墨。墨組合物被涂覆到玻璃襯底上， 從而形成膜。膜厚度測量裝置(加利福尼亞的圣地牙哥F20Film etriCS公司）用于確定墨膜 的折射率。墨的折射率是1.490。
[0052] 示例2制備用于芯的墨
[0053]以與示例1相同的方式來制備包層墨組合物。氧化錯納米顆粒(NanoUse ZR-30BF, 比重是1.37，pH值是7.1，折射率是1.95，以及按重量計30 %納米顆粒濃度，日本的Nissan Chemical Industries ,Ltd.)添加到包層墨組合物中以形成用于芯結構的墨。制備多種不 同的混合物，每種具有不同的氧化鋯納米顆粒的量。包層墨中氧化鋯納米顆粒的量與總納 米顆粒量之比是 ：〇:1〇〇、40:60、50:50、60:40、70:30、80:20、90:10和100:0。每種得到的具 有不同氧化鋯納米顆粒的量的墨組合物涂覆到玻璃襯底上，從而形成膜。墨的膜的折射率 是利用膜厚度測量裝置(加利福尼亞的圣地亞哥的F20Film etriCS公司）來測量的。圖12示 出了具有不同的氧化鋯納米顆粒的量的每種墨組合物的折射率。下面的表1示出了具有不 同的氧化鋯納米顆粒的量的每種墨組合物的折射率的值。因此，芯結構的折射率能夠基于 引入起始墨組合物的氧化鋯納米顆粒的量來調整。
[0054]表 1

[0057] 示例3制作無反射鏡光波導
[0058] 以與示例1相同的方式制備包層墨。以與示例2相同的方式制備芯墨。利用包層墨， 利用噴墨印刷將多個包層沉積到硅襯底上。接著，分別利用包層墨和芯墨將具有包層結構 部和芯結構部的層沉積到先前沉積的層上。因此，由包層墨印刷包層結構部，并且由芯墨來 印刷芯結構部。接著，具有包層結構部和一個芯結構部的另一層沉積到先前沉積的層上。在 該層中的芯結構部和前一層中的芯結構部彼此偏移。具有包層結構部和一個芯結構部的多 個層依次沉積到先前沉積的層上，每個芯結構部相對于相鄰層中的芯結構部偏移。接著，多 個層依次沉積到先前沉積的層上，每層具有包層結構部和兩個芯結構部。一層中的兩個芯 結構部中的每一個相對于相鄰層中的兩個芯結構部中的每一個偏移。
[0059] 在全部層沉積之后，芯結構部形成三維芯結構，該三維芯結構具有縱長段以及從 縱長段延伸且朝向表面平面遠離襯底彎曲的兩個彎曲端部。每個彎曲端部在表面平面中形 成開口。另外，包層結構部形成除了開口之外完全地圍繞芯的三維包層結構。
[0060] 示例4制作和使用光電子電路
[0061] 以與示例3相同的方式來制備無反射鏡光波導。光源(垂直腔表面發射激光器)位 于波導芯結構的一個彎曲端部的開口上方。檢測器(光電二極管)位于波導芯結構的另一彎 曲端部的開口上方。光從光源發射到一個彎曲端部的開口中。光傳播通過波導芯結構，從另 一彎曲端部的開口出射，并且由檢測器接收。因此，能夠表明，根據公開的實施例的光波導 不需要用于光傳播的反射鏡，并且因此能夠減輕或避免由于使用反射鏡導致的光損耗。
[0062] 本領域技術人員將理解，一般地，本文所使用的術語，尤其是隨附權利要求(例如， 隨附權利要求的主體）中所使用的術語，通常意在為"開放式"術語(例如，術語"包括"應當 解釋為"包括但不限于"，術語"具有"應解釋為"至少具有"，術語"包括"應解釋為"包括但不 限于"，等等）。本領域技術人員還理解，如果意圖表達引導性權利要求記述項的具體數量， 該意圖將明確地記述在權利要求中，并且在不存在這種記述的情況下，不存在這樣的意圖。 例如，為輔助理解，下面的隨附權利要求可能包含了引導性短語"至少一個"和"一個或多 個"的使用以引導權利要求記述項。然而，這種短語的使用不應解釋為暗指不定冠詞"一"或 "一個"引導權利要求記述項將包含該所引導的權利要求記述項的任何特定權利要求局限 于僅包含一個該記述項的實施例，即使當同一權利要求包括了引導性短語"一個或多個"或 "至少一個"以及諸如"一"或"一個"的不定冠詞（例如，"一"和/或"一個"應當解釋為表示 "至少一個"或"一個或多個"）；這同樣適用于對于用于引導權利要求記述項的定冠詞的使 用。另外，即使明確地記述了被引導的權利要求記述項的具體數量，本領域技術人員將理解 到這些記述項應當解釋為至少表示所記述的數量(例如，沒有其它修飾語的裸記述"兩個記 述項"表示至少兩個記述項或兩個以上的記述項）。此外，在使用類似于"A、B和C等中的至少 一個"的慣用法的這些實例中，通常這樣的構造旨在表達本領域技術人員理解該慣用法的 含義(例如，"具有A、B和C中的至少一個的系統"將包括但不限于僅具有A、僅具有B、僅具有 C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B和C等等的系統）。在使用類似于"A、B或C等 中的至少一個"的慣用法的這些實例中，通常這樣的構造旨在表達本領域技術人員理解該 慣用法的含義(例如，"具有A、B或C中的至少一個的系統"將包括但不限于僅具有A、僅具有 B、僅具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B和C等等的系統）。本領域技術人 員將進一步理解，呈現兩個以上可選項的幾乎任何分隔詞和/或短語，無論是在說明書、權 利要求或附圖中，都應理解為設想包括一項、任一項或兩項的可能性。例如，術語"A或B"將 理解為包括"A"或"B"或"A和B"的可能性。
[0063]本領域技術人員將理解的是，為了任何以及全部的目的，諸如在提供所撰寫的說 明書方面，本文所公開的全部范圍也涵蓋了任何和全部的可能的子范圍及其子范圍的組 合。能夠容易地認識到任何所列范圍都充分地描述了同一范圍并且使同一范圍分解成至少 均等的一半、三分之一、四分之一、五分之一、十分之一等等。作為非限制示例，本文所論述 的每個范圍能夠容易地分解成下三分之一、中三分之一和上三分之一，等等。本領域技術人 員還將理解的是，諸如"多達"、"至少"等所有的語言包括所記述的數量并且是指如上文所 論述的隨后能夠分解成子范圍的范圍。最后，本領域技術人員將理解的是，范圍包括每個獨 立的成員。因此，例如，具有1-3個單元的組是指具有1個、2個或3個單元的組。類似地，具有 1-5個單元的組是指具有1個、2個、3個、4個、或5個單元的組，等等。
[0064] 通過前面的論述，將理解到本文已經為了示例的目的描述了本公開的各實施例， 并且可以在不偏離本公開的范圍和精神的情況下進行各種改進。因此，本文所公開的各個 實施例不意在限制，真正的范圍和精神是通過隨附的權利要求表示的。
【主權項】
1. 一種無反射鏡光波導，包括： 芯結構，其包括第一端部、第二端部以及在所述第一端部與所述第二端部之間的縱長 段，其中所述縱長段基本上平行于表面平面，并且其中所述第一端部和所述第二端部是彎 曲的且從所述縱長段延伸到所述表面平面；以及 包層結構，其至少部分地圍繞所述芯結構，其中所述芯結構的折射率高于所述包層結 構的折射率。2. 根據權利要求1所述的無反射鏡光波導，其中所述第一端部和所述第二端部獨立地 限定曲率半徑。3. 根據權利要求2所述的無反射鏡光波導，其中所述曲率半徑從所述縱長段朝向所述 表面平面增大。4. 根據權利要求3所述的無反射鏡光波導，其中所述曲率半徑大于或等于約4mm。5. 根據權利要求1-4中任一項所述的無反射鏡光波導，其中所述芯結構的截面積為約 900pm2 至約40nm2。6. 根據權利要求1-5中任一項所述的無反射鏡光波導，其中所述包層結構包括丙烯酸 樹脂、聚氨酯樹脂、或兩者的組合。7. 根據權利要求1-6中任一項所述的無反射鏡光波導，其中所述包層結構具有約1.490 至約1.520的折射率。8. 根據權利要求1-7中任一項所述的無反射鏡光波導，其中所述芯結構具有約1.502至 約1.551的折射率。9. 根據權利要求1-8中任一項所述的無反射鏡光波導，其中所述包層結構包括包層納 米顆粒。10. 根據權利要求1-9中任一項所述的無反射鏡光波導， 其中所述芯結構包括： 包層納米顆粒；以及 芯納米顆粒。11. 根據權利要求9-10中任一項所述的無反射鏡光波導，其中所述包層納米顆粒包括 丙烯酸內層以及聚氨酯外層。12. 根據權利要求10-11中任一項所述的無反射鏡光波導，其中所述芯納米顆粒包括氧 化錫、氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈦、或它們的組合。13. 根據權利要求10-12中任一項所述的無反射鏡光波導，其中所述芯納米顆粒具有等 于或小于約20nm的平均直徑。14. 根據權利要求10-13中任一項所述的無反射鏡光波導，其中所述芯納米顆粒以約 40 %至約80 %的量存在于所述芯中。15. 根據權利要求10-13中任一項所述的無反射鏡光波導，其中所述芯納米顆粒以約 50%的量存在于所述芯中。16. -種制作無反射鏡光波導的方法，所述方法包括： 將多個層依次沉積到襯底上，每個層包括形成芯結構部的第一墨以及形成包層結構部 的第二墨； 其中一層中的所述芯結構部被構造為相對于相鄰層中的所述芯結構部偏移，使得當多 個二維層沉積時，第一墨部形成具有朝向所述光波導的表面延伸的彎曲端部的三維芯結 構，并且所述第二墨部形成至少部分地圍繞所述芯結構的三維包層結構。17. 根據權利要求16所述的方法，其中沉積包括噴墨印刷。18. 根據權利要求16-17中任一項所述的方法，進一步包括將一個或多個包層沉積到與 所述彎曲端部相對的表面上，其中每個包層包括所述第二墨。19. 根據權利要求16-18中任一項所述的方法，進一步包括： 通過如下步驟來形成所述第一墨： 提供具有包層納米顆粒的復合乳液； 將芯納米顆粒添加到所述復合乳液中，從而產生混合物；以及 將水基溶劑添加到所述復合乳液或所述混合物中。20. 根據權利要求19所述的方法，其中所述包層納米顆粒和所述芯納米顆粒一起以從 按重量計約1 %至約20 %的范圍的量存在于所述第一墨中。21. 根據權利要求19-20中任一項所述的方法，其中所述包層納米和所述芯納米顆粒一 起以按重量計約10 %的量存在于所述第一墨中。22. 根據權利要求19-21中任一項所述的方法，其中所述芯納米顆粒具有等于或小于約 20nm的平均直徑。23. 根據權利要求19-22中任一項所述的方法，其中所述芯納米顆粒包括氧化錫、氧化 鋁、氧化鋯、二氧化鈦、或它們的組合。24. 根據權利要求19-23中任一項所述的方法，其中所述芯納米顆粒包括氧化鋯。25. 根據權利要求24所述的方法，其中所述氧化鋯納米顆粒與所述包層納米顆粒之比 的范圍從約40:60到約90:10。26. 根據權利要求24-25中任一項所述的方法，其中所述氧化鋯納米顆粒與所述包層納 米顆粒之比為約50:50。27. 根據權利要求24-26中任一項所述的方法，其中所述氧化鋯納米顆粒具有1.95的折 射率。28. 根據權利要求16-27中任一項所述的方法，進一步包括： 通過如下步驟來形成所述第二墨： 提供具有包層納米顆粒的復合乳液；以及 將水基溶劑添加到所述復合乳液中。29. 根據權利要求16-28中任一項所述的方法，其中所述水基溶劑包括四甘醇、正甲基-2_吡咯烷酮、2-甲基-1，3-丙二醇、二甘醇一丁基醚、1，5_戊二醇、四甘醇二甲基醚、或它們 的組合的有機溶劑。30. 根據權利要求31所述的方法，其中所述水基溶劑的有機溶劑具有約100 °C至約320 °C的沸騰溫度。31. 根據權利要求16-30中任一項所述的方法，其中所述水基溶劑的水重量比在約20: 80至約80:20之間。32. 根據權利要求16-31中任一項所述的方法，其中所述水基溶劑的水重量比為約80: 20 〇33. 根據權利要求16-32中任一項所述的方法，其中所述水基溶劑包括四甘醇和水，其 中所述水基溶劑的重量比為約80:20。34. 根據權利要求28所述的方法，其中所述包層納米顆粒包括丙烯酸內層和聚氨酯外 層。35. 根據權利要求34所述的方法，其中所述包層納米顆粒以按重量計約1%至按重量計 約20 %的量存在于所述第二墨中。36. 根據權利要求34-35中任一項所述的方法，其中所述包層納米顆粒以按重量計約 10%的量存在于所述第二墨中。37. 根據權利要求16-18中任一項所述的方法，進一步包括:通過將芯納米顆粒的懸浮 液與所述第二墨混合來形成所述第一墨；以及將水基溶劑添加到芯納米顆粒與所述第二墨 的混合物中。38. 根據權利要求37所述的方法，其中所述水基溶劑包括四甘醇和水，其中所述水基溶 劑的水重量比為約80:20。39. 根據權利要求37-38中任一項所述的方法，其中所述第二墨中的所述芯納米顆粒與 包層納米顆粒之比的范圍從約40:60至約80:20。40. 根據權利要求37-39中任一項所述的方法，其中所述第二墨的所述芯納米顆粒與固 態含量之比為約50:50。41. 根據權利要求16所述的方法，其中所述襯底是硅襯底。42. 根據權利要求16所述的方法，其中所述沉積包括印刷所述第一墨的液滴以形成所 述芯結構部，以及印刷所述第二墨的液滴以形成所述包層結構部，其中所述第一墨的印刷 和所述第二墨的印刷能夠同時地或者依次執行。43. 根據權利要求16所述的方法，其中所述沉積包括:針對所述多個二維層中的每一個 協調所述第一墨的印刷和所述第二墨的印刷，使得一層中的所述芯結構部被構造為相對于 相鄰層中的所述芯結構部偏移。44. 根據權利要求16所述的方法，進一步包括:在將相鄰層沉積到每個層上之前，對每 個層進行干燥。45. 根據權利要求44所述的方法，其中所述芯結構部包括在干燥之后按重量計約40% 至約80%的芯納米顆粒。46. -種使用無反射鏡光波導的方法，所述方法包括： 提供包括芯結構和至少部分地圍繞所述芯結構的包層結構的光波導，所述芯結構包括 第一端部、第二端部以及在所述第一端部與所述第二端部之間的縱長段，所述縱長段基本 上平行于表面平面，所述第一端部和所述第二端部是彎曲的且從所述縱長段延伸到所述表 面平面，并且所述芯結構具有比所述包層結構高的折射率；以及 通過將光發射到所述第一端部上來引導該光通過所述芯結構，使得該光從所述第一端 部朝向所述縱長段傳播且從所述第二端部出射。47. 根據權利要求46所述的方法，其中引導光包括將來自光源的光發射到所述第一端 部上。48. 根據權利要求47所述的方法，其中所述光源是垂直腔表面發射激光器(VCSEL)。49. 根據權利要求46所述的方法，進一步包括利用接收器組件接收從所述第二端部出 射的光。50. 根據權利要求49所述的方法，其中所述接收器組件是光電二極管。51. -種光電子設備，包括： 無反射鏡光波導，其包括芯結構和至少部分地圍繞所述芯結構的包層結構，所述芯結 構包括第一端部、第二端部以及在所述第一端部與所述第二端部之間的縱長段，所述縱長 段基本上平行于表面平面，所述第一端部和所述第二端部是彎曲的且從所述縱長段延伸到 表面平面，并且所述芯結構具有比所述包層結構高的折射率； 光源，其將光照射到所述第一端部上，使得該光從所述第一端部朝向所述縱長段傳播 且從所述第二端部出射；以及 接收器組件，其接收從所述第二端部出射的光。52. 根據權利要求51所述的設備，其中所述光源是垂直腔表面發射激光器(VCSEL)。53. 根據權利要求51所述的設備，其中所述接收器組件是光電二極管。
【文檔編號】G02B6/42GK105849610SQ201380081601
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2013年12月11日
【發明人】羽山秀和
【申請人】英派爾科技開發有限公司