JP2010266475A - 光導波路の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オーバークラッド層が厚く（５００μｍ以上）ても、コア周辺に気泡が付着しない、品質の良いオーバークラッド層が得られるようにする。
【解決手段】アンダークラッド層１１上に液状樹脂１４を滴下して液状樹脂塊１６を形成する工程Ａと、液状樹脂塊にモールドを押圧してアンダークラッド層上に塗れ広がらせ、コア１２を覆う液状樹脂層１８を形成する工程Ｂと、液状樹脂層を硬化させた後、モールド１７を剥離する工程Ｃとを含み、滴下する液状樹脂の粘度が、５００ｍＰａ・ｓ〜２０００ｍＰａ・ｓであり、液状樹脂の塗れ広がり速度が、１０ｍｍ／ｓ〜５０ｍｍ／ｓである。
【選択図】図１

Description

本発明は、光伝送効率の高い光導波路の製造方法に関する。

従来から、コア上に硬化性の液状樹脂を塗布し、その液状樹脂を紫外線あるいは熱により硬化させて、オーバークラッド層を形成する製造方法が知られている（例えば、特許文献１）。

従来の製造方法では、オーバークラッド層が薄いときは、低粘度の液状樹脂を用い、厚いときは高粘度の液状樹脂を用いる。オーバークラッド層が薄いとは、典型的には、オーバークラッド層の厚みが１００μｍ未満のことをいう。オーバークラッド層が厚いとは、典型的には、オーバークラッド層の最大厚み（最も厚みの大きい部分の厚み）が、５００μｍ以上のことをいう。

従来の製造方法は、オーバークラッド層が薄いときは生産性が良いが、厚いときは生産性が悪い。その理由は、オーバークラッド層が厚いときは、高粘度の液状樹脂を用いるため、コア周辺に気泡が付着し、光導波路の光伝送効率が低くなるためである。

従来の製造方法においても、低粘度の液状樹脂を用いれば、気泡の少ないオーバークラッド層が得られる。しかしその場合、厚いオーバークラッド層を得るのは難しい。

特開２００２−３１７３２号公報

従来から、コア上に、硬化性の液状樹脂を塗布し、その液状樹脂を紫外線あるいは熱により硬化させて、オーバークラッド層を形成する製造方法が知られている。

従来の製造方法は、オーバークラッド層が薄いときは生産性が良い。しかし、オーバークラッド層が厚いときは、高粘度の液状樹脂を用いるため、コア周辺に気泡が付着しやすく、品質の良いオーバークラッド層が得られ難い。

本発明の要旨は以下の通りである。
（１）本発明の製造方法は、アンダークラッド層と、アンダークラッド層上に形成されたコアと、コアを覆うように、アンダークラッド層上に形成された、最大厚み５００μｍ以上の樹脂硬化層からなるオーバークラッド層とを有する光導波路の製造方法である。本発明の製造方法は、アンダークラッド層上に、オーバークラッド層を形成し得る硬化性の液状樹脂を滴下して、液状樹脂塊を形成する工程Ａと、液状樹脂塊にモールドを押圧して、液状樹脂をアンダークラッド層上に塗れ広がらせ、コアを覆う液状樹脂層を形成する工程Ｂと、液状樹脂層を硬化させて、その後にモールドを剥離する工程Ｃとを含む。本発明の製造方法は、工程Ａにおいて、滴下する液状樹脂の粘度が、５００ｍＰａ・ｓ〜２０００ｍＰａ・ｓであり、工程Ｂにおいて、液状樹脂の塗れ広がり速度が、１０ｍｍ／ｓ〜５０ｍｍ／ｓである。
（２）本発明の製造方法は、オーバークラッド層を形成し得る硬化性の液状樹脂が、紫外線硬化樹脂である。

本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、滴下する液状樹脂の粘度と、塗れ広がり速度が、それぞれ特定範囲であるとき、コア周辺の気泡を容易に除去することができ、光伝送効率の優れた光導波路が得られることを見出した。

オーバークラッド層の最大厚みを５００μｍ以上とするために、滴下する液状樹脂の粘度が５００ｍＰａ・ｓ〜２０００ｍＰａ・ｓであることが好ましい。液状樹脂の粘度が５００ｍＰａ・ｓより低いと、オーバークラッド層の最大厚みが５００μｍに達しないことがある。液状樹脂の粘度が２０００ｍＰａ・ｓを超えると、コア周辺に付着する気泡を除去することが難しくなる。

液状樹脂の粘度が上記の範囲にあるとき、コア周辺に付着する気泡を除去するために、液状樹脂の塗れ広がり速度を１０ｍｍ／ｓ〜５０ｍｍ／ｓとすることが好ましい。この塗れ広がり速度は、液状樹脂が自然に塗れ広がる速度より速い。液状樹脂にモールドを適当な圧力で押圧することにより、この範囲の塗れ広がり速度を得ることができる。

液状樹脂の粘度を５００ｍＰａ・ｓ〜２０００ｍＰａ・ｓとし、塗れ広がり速度を１０ｍｍ／ｓ〜５０ｍｍ／ｓとすることにより、モールドが閉じる前に気泡を除去することができる。それによって、光伝送効率の優れた光導波路を得ることができる。

本発明の製造方法によれば、気泡がコア周辺に付着していなくて、かつ最大厚みが５００μｍ以上のオーバークラッド層を得ることができる。そのため、本発明の光導波路は、コアの光伝送効率が従来のものに比較して、例えば６０％以上高い。

本発明の製造工程を示す模式図 本発明の製造方法による光導波路の模式図 本発明の製造方法による光導波路を用いた座標入力装置の模式図

［本発明の製造方法］
本発明の製造方法は、（ア）アンダークラッド層と、（イ）アンダークラッド層上に形成されたコアと、（ウ）コアを覆うように、アンダークラッド層上に形成された、最大厚み５００μｍ以上の樹脂硬化層からなるオーバークラッド層を有する光導波路の製造方法である。

本発明の製造方法は、後述する工程Ａ〜工程Ｃを、この順に含む。各工程の間には、任意の工程を含んでいてもよい。

本明細書において、オーバークラッド層の最大厚みとは、オーバークラッド層の厚みが均一な場合は、その厚みをいう。また、オーバークラッド層の厚みが場所により異なる場合は、最も厚い部分の厚みをいう。以下、図１を参照しながら、各工程を説明する。

［工程Ａ］
図１（ａ）は、工程Ａを施す直前の、アンダークラッド層１１とコア１２である。

本発明の製造方法中の工程Ａは、図１（ｂ）、図１（ｃ）に示すように、アンダークラッド層１１上に、オーバークラッド層１３を形成し得る硬化性の液状樹脂１４を滴下ノズル１５から滴下して、液状樹脂塊１６を形成する工程である。

アンダークラッド層１１は、コア１２より屈折率の低い任意の材料から形成される。アンダークラッド層１１は、後述するオーバークラッド層１３と同一材料から形成されていてもよい。アンダークラッド層１１の厚みは、例えば、１０μｍ〜１００μｍである。

オーバークラッド層１３を形成するための硬化性の液状樹脂１４としては、代表的には、触媒作用、加熱、光照射などのエネルギーにより、不溶不融化、または難溶難融化するものが用いられる。

液状樹脂１４は、好ましくは、紫外線硬化樹脂である。紫外線硬化樹脂は、通常、光化学的作用により重合する光重合性プレポリマーを含み、任意で、反応性希釈剤、光重合開始剤、溶剤、レベリング剤などを含む。

液状樹脂１４の粘度は、オーバークラッド層１３の最大厚みを５００μｍ以上とするため、５００ｍＰａ・ｓ〜２０００ｍＰａ・ｓであることが好ましい。液状樹脂１４の粘度は、さらに好ましくは、８００ｍＰａ・ｓ〜１５００ｍＰａ・ｓである。液状樹脂１４の粘度は、例えば、溶媒で液状樹脂１４を希釈することにより、適宜調整することができる。

液状樹脂１４は、例えば、滴下ノズル１５を用いて、滴下することができる。液状樹脂１４の滴下量は、光導波路１０の面積に応じて、適宜設定される。液状樹脂１４を滴下して得られる液状樹脂塊１６の形状は、液状樹脂の粘度やチクソ性に応じて自然に形成される。液状樹脂塊１６は、アンダークラッド層１１上に複数個設けてもよい。

［工程Ｂ］
本発明の製造方法中の工程Ｂは、図１（ｄ）に示すように、工程Ａにより得られた液状樹脂塊１６にモールド１７を押圧して、液状樹脂塊１６をアンダークラッド層１１上に塗りながら広げ、コア１２を覆う液状樹脂層１８を形成する工程である。工程Ｂにおいて、コア１２の周辺に付着した気泡１９を効率的に除去するため、液状樹脂塊１６が１０ｍｍ／ｓ〜５０ｍｍ／ｓの速度で塗れ広がるように、モールド１７を押圧する。液状樹脂塊１６の塗れ広がり速度は、好ましくは、２０ｍｍ／ｓ〜４０ｍｍ／ｓである。

液状樹脂塊１６の塗れ広がり速度は、液状樹脂１４がアンダークラッド層１１上に滴下されてから、液状樹脂層１８を形成するまでのプロセスの一部において、上記範囲にあればよい。というのは、その間に気泡１９を除去できるからである。液状樹脂塊１６の塗れ広がり速度は、液状樹脂塊１６の粘度やモールド１７の押圧速度を適宜調整することにより、制御することができる。

コア１２は、アンダークラッド層１１およびオーバークラッド層１３よりも屈折率が高く、伝播する光の波長で透明性の高い、任意の材料から形成される。コア１２を形成する材料は、好ましくは、アンダークラッド層１１およびオーバークラッド層１３よりも屈折率が高い紫外線硬化樹脂である。

コア１２とアンダークラッド層１１およびオーバークラッド層１３との最大屈折率差は、好ましくは、０．０２〜０．２である。コア１２の幅は、例えば、１０μｍ〜５００μｍであり、コア１２の高さは、例えば、１０μｍ〜１００μｍである。

モールド１７を形成する材料は、例えば、石英、ニッケル合成金属、グラシーカーボンなどである。モールド１７は、気泡１９を排出するための貫通孔を有していてもよい。また、モールド１７の内面は、離型剤で処理されていてもよい。モールド１７を押圧する条件は、液状樹脂の種類や粘度に応じて、適宜決定される。

液状樹脂層１８は、コア１２を覆うようにアンダークラッド層１１上に形成され、硬化後、オーバークラッド層１３となる。

［工程Ｃ］
本発明の製造方法中の工程Ｃは、図１（ｅ）、図１（ｆ）に示すように、工程Ｂにより得られた液状樹脂層１８を硬化させて、その後にモールド１７を剥離する工程である。

液状樹脂１４として紫外線硬化樹脂を用いた場合、液状樹脂層１８は、紫外線照射により硬化する。紫外線は、モールド１７の表面（外側）から照射されることが好ましい。モールド１７は、照射する光に対して透明である。紫外線の照射量は、好ましくは、１００ｍＪ／ｃｍ^２〜８０００ｍＪ／ｃｍ^２である。

モールド１７は、液状樹脂層１８の形状が維持された状態で、剥離される。モールド１７を剥離する場合、液状樹脂層１８は、完全硬化状態でもよいし、半硬化状態でもよい。液状樹脂層１８が半硬化状態である場合、モールド１７剥離後、液状樹脂層１８は追加の硬化処理が行なわれる。

［光導波路］
図２に示すように、本発明の製造方法による光導波路１０は、アンダークラッド層１１と、アンダークラッド層１１上のコア１２と、コア１２を覆う、最大厚み５００μｍ以上のオーバークラッド層１３とを有する。

光導波路１０は、例えば、短辺側側面１０ａに配置されたコア１２の端部１２ａから光線を受光し、長辺側側面１０ｂに配置されたコア１２の端部１２ｂへ光を伝送することができる。

光導波路１０は、プラズマを用いたドライエッチング法、転写法、露光現像法、フォトブリーチ法などの任意の方法により作製される。

光導波路１０の用途に制限はないが、例えば、光配線板、光コネクタ、光電気混載基板、光学式タッチパネルの座標入力装置などに用いられる。

［実施例１］
［クラッド層形成用液状樹脂の調製］
・（成分Ａ）脂環骨格を有する、エポキシ系紫外線硬化樹脂（アデカ社製ＥＰ４０８０Ｅ） １００重量部
・（成分Ｂ）光酸発生剤（サンアプロ社製ＣＰＩ−２００Ｋ） ２重量部
以上を混合して、クラッド層形成用液状樹脂を調製した。

［コア形成用液状樹脂の調製］
・（成分Ｃ）フルオレン骨格を含む、エポキシ系紫外線硬化樹脂（大阪ガスケミカル社製オグソールＥＧ） ４０重量部
・（成分Ｄ）フルオレン骨格を含む、エポキシ系紫外線硬化樹脂（ナガセケムテックス社製ＥＸ−１０４０） ３０重量部
・（成分Ｅ）１，３，３−トリス（４−（２−（３−オキセタニル））ブトキシフェニル）ブタン（特開２００７−０７０３２０、実施例２に準じて合成） ３０重量部
・上記成分Ｂ １重量部
・乳酸エチル ４１重量部
以上を混合して、コア形成用液状樹脂を調製した。

［光導波路の作製］
厚み１８８μｍのポリエチレンナフタレートフィルムの表面に、クラッド層形成用液状樹脂を塗布し、紫外線を１０００ｍＪ／ｃｍ^２照射した後、８０℃で５分間加熱処理して、厚み２０μｍのアンダークラッド層を形成した。アンダークラッド層の、波長８３０ｎｍにおける屈折率は、１．５１０であった。

アンダークラッド層の表面に、コア形成用液状樹脂を塗布し、１００℃で５分間加熱処理して、コア層を形成した後、コア層にフォトマスクを被せて、紫外線を２５００ｍＪ／ｃｍ^２照射し、さらに１００℃で１０分間加熱処理した。コア層とフォトマスクのギャップは、１００μｍであった。

コア層の紫外線未照射部分を、γ−ブチロラクトン水溶液で溶解除去し、１２０℃で５分間加熱処理して、幅２０μｍ、高さ５０μｍのコアを複数本形成した。コアの、波長８３０ｎｍにおける屈折率は、１．５９２であった。

コアの全体を覆うように、粘度が１０００ｍＰａ・ｓであるクラッド層形成用液状樹脂を滴下し、液状樹脂塊を形成した。次に、液状樹脂塊にモールドを押圧して、塗れ広がり速度が３０ｍｍ／ｓとなるように液状樹脂を押し広げて、厚み５００μｍの液状樹脂層を形成した。

モールドの表面から、紫外線を６０００ｍＪ／ｃｍ^２照射し、８０℃で２分間加熱処理して、液状樹脂層を硬化させた。

モールドを剥離して、厚み５００μｍのオーバークラッド層を成形した。オーバークラッド層の、波長８３０ｎｍにおける屈折率は、１．５１０であった。

［比較例１］
ドクターブレードを用いた塗布により、液状樹脂層を形成した以外は、実施例１と同様にして光導波路を作製した。

［比較例２］
液状樹脂の粘度を３０ｍＰａ・ｓとした以外は、実施例１と同様にして光導波路を作製した。液状樹脂の粘度は、希釈剤として乳酸エチルを混合して調整した。

［評価］
実施例１および比較例１、２の光導波路を、それぞれ２つずつ用意した。図３に示すように、一方の光導波路３１の末端３１ａには、波長８５０ｎｍの赤外光を出射する発光素子３２を、光学的に結合した。発光素子３２は、オプトウエル社製ＶＣＳＥＬである。

他方の光導波路３３の末端３３ａには、受光素子３４を光学的に結合した。受光素子３４は、ＴＡＯＳ社製ＣＭＯＳリニアセンサーアレイである。

各光導波路３１、３３を、座標入力領域３５を挟んで対向するように配置し、図３に示すような、対角３インチの座標入力装置３０を作製した。

表１は、強度５ｍＷの光を発光素子３２から出射した際に、受光素子３４が受ける光の強度をパーセントで示したものである。実施例の光導波路は、比較例の光導波路よりも、光伝送効率が優れていることが分かる。

［測定方法］
［液状樹脂の粘度］
液状樹脂の粘度は、粘度計（Ｔｈｅｒｍｏ ＨＡＡＫＥ社製ＨＡＡＫＥ Ｒｈｅｏ Ｓｔｒｅｓｓ６００）を用いて、２５℃で測定した。

［塗れ広がり速度］
所定長さのアンダークラッド層上に、オーバークラッド層を形成する液状樹脂層が流延される時間を、ストップウォッチを用いて手動計測し、流延距離と時間から、塗れ広がり速度を計算した。

本発明の方法により製造される光導波路の用途に制限はないが、例えば、光配線板、光コネクタ、光電気混載基板、光学式タッチパネルなどに好適に用いられる。

１０ 光導波路
１０ａ 光導波路の短辺側側面
１０ｂ 光導波路の長辺側側面
１１ アンダークラッド層
１２ コア
１２ａ コアの端部
１２ｂ コアの端部
１３ オーバークラッド層
１４ 液状樹脂
１５ 滴下ノズル
１６ 液状樹脂塊
１７ モールド
１８ 液状樹脂層
１９ 気泡
３０ 座標入力装置
３１ 光導波路
３１ａ 光導波路の末端
３２ 発光素子
３３ 光導波路
３３ａ 光導波路の末端
３４ 受光素子
３５ 座標入力領域

Claims (2)

1. アンダークラッド層と、
   前記アンダークラッド層上に形成されたコアと、
   前記コアを覆うように、前記アンダークラッド層上に形成された、最大厚み５００μｍ以上の樹脂硬化層からなるオーバークラッド層とを有する光導波路の製造方法であって、
   前記アンダークラッド層上に、前記オーバークラッド層を形成し得る硬化性の液状樹脂を滴下して、液状樹脂塊を形成する工程Ａと、
   前記液状樹脂塊にモールドを押圧して、前記液状樹脂を前記アンダークラッド層上に塗れ広がらせ、前記コアを覆う液状樹脂層を形成する工程Ｂと、
   前記液状樹脂層を硬化させて、その後に前記モールドを剥離する工程Ｃとを含み、
   前記工程Ａにおいて、滴下する前記液状樹脂の粘度が、５００ｍＰａ・ｓ〜２０００ｍＰａ・ｓであり、
   前記工程Ｂにおいて、前記液状樹脂の塗れ広がり速度が、１０ｍｍ／ｓ〜５０ｍｍ／ｓであることを特徴とする、光導波路の製造方法。
2. 前記オーバークラッド層を形成し得る硬化性の液状樹脂が、紫外線硬化樹脂であることを特徴とする、請求項１に記載の光導波路の製造方法。

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