JP3867409B2 - Manufacturing method of optical waveguide - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野、光情報処理分野などにおいて用いられる光回路を作成するための光導波路の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
マルチメディア時代を迎え、光通信システムやコンピュータにおける情報処理の大容量化および高速化の要求から、光を伝送媒体とする伝送システムが、公衆通信網、LAN(ローカルエリアネットワーク)、FA(ファクトリーオートメーション)、コンピュータ間のインターコネクト、家庭内配線等に使用されつつある。
光導波路は、例えば映画や動画等の大容量の情報伝達や光コンピュータ等を実現するための光デバイス、光電集積回路(OEIC)、並びに光集積回路(光IC)等における基本構成要素である。そして、この光導波路は、大量の需要があることから、近年、特に高性能で低コストの製品が求められている。
【0003】
従来、光導波路としては、ポリマー系光導波路と石英系光導波路が知られており、ポリマー系光導波路の製造方法としては、例えば特開平6−273631号公報、特開平7−159630号公報に、紫外線硬化樹脂を用いて光導波路を作製する方法が例示されている。このポリマー系光導波路は、石英系光導波路と比較して、フォトリソグラフィー等の手段を用いることにより、簡単にかつ低コストで製造することができるという利点があるが、性能としては、一般に導波路損失が大きくて耐熱性が低いという欠点があり、特に通信に用いられる波長650〜1600nmの光について導波路損失が大きい、という問題があった。
【0004】
一方、石英系導波路の製造方法としては、シリコン基板上に、火炎堆積法(FHD)、CVD法等の手段によりガラス膜よりなる下部クラッド層を形成し、この下部クラッド層上にこれと屈折率の異なる無機質の薄膜を形成し、この薄膜を反応性イオンエッチング法(RIE)を利用してパターニングすることによりコア部分を形成し、その後、更に火炎堆積法によって上部クラッド層を形成する方法が代表的である。
しかしながら、この方法は、各工程の実施が相当に煩雑である上、各構成層を透明ガラス化するために1000℃以上の温度に加熱するガラス化工程が必要であることから、製造に長い時間がかかり、コストが高いものとなる。
【0005】
一方、特開平6−250036号公報には、いわゆるゾル−ゲル法を用いて無機質の薄膜を形成することにより、石英系光導波路を製造する方法が例示されている。この方法では、火炎堆積法に比較すれば、低温で短時間のうちに薄膜を形成することができるが、反応性イオンエッチング等の工程に長時間を要する点は同様であり、結局、コストが高いものとなる。
以上のように、従来の石英系光導波路の製造方法によれば、導波路損失が低くて耐熱性に優れた光導波路を得ることができるが、製造工程が煩雑で、効率が悪く、コストが高い、という問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のような事情を背景としてなされたものであって、可視域から赤外域にわたる光についての導波路損失が低く、しかも耐熱性に優れた光導波路を、短時間でかつ簡単なプロセスで製造することができる方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、下記の製造方法により解決される。
すなわち、本発明の光導波路の製造方法は、基板と、この基板上に形成された下部クラッド層と、この下部クラッド層上に形成されたコア部分と、このコア部分および下部クラッド層上に形成された上部クラッド層とよりなる光導波路の製造方法であって、
下部クラッド層、コア部分および上部クラッド層の少なくとも一つを、下記(A)〜(C)成分を含有する放射線硬化性組成物を塗布して放射線の照射により硬化させることを含む手段により形成することを特徴とする。
(A)一般式(1)で示される加水分解性シラン化合物の加水分解物および当該加水分解物の縮合物からなる群から選ばれる少なくとも1つの化合物
一般式(1) (R1)p Si(X)4-p
〔式中、R1 は炭素数が1〜12である非加水分解性の有機基、Xは加水分解性基、およびpは0〜3の整数である。〕
(B)光酸発生剤
(C)カルボン酸エステル、アセタール類(ケタール類を含む。)およびカルボン酸無水物からなる群から選択される少なくとも一つの化合物であって、常圧における沸点が40〜200℃の範囲である有機化合物よりなる脱水剤
【0008】
以上の方法においては、コア部分を形成するための放射線硬化性組成物を塗布して得られる薄膜に、所定のパターンに従って放射線を照射した後、未露光部を除去することにより、コア部分を形成することが好ましい。
また、コア部分を形成するための放射線硬化性組成物は、これにより形成されるコア部分の屈折率が、下部クラッド層および上部クラッド層の屈折率より高いものとなる放射線硬化性組成物である。
【0009】
上記の方法において、一般式(1)におけるR 1 がラジカル重合性基またはカチオン重合性基を有することが好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について具体的に説明する。
図1は、本発明の方法によって製造される光導波路の基本的構成を示す説明用断面図である。図1に示すように、光導波路10は、紙面に直角な方向に伸びる基板12と、この基板12の表面上に形成された下部クラッド層13と、この下部クラッド層13上に形成された、特定の幅を有するコア部分15と、このコア部分15を含む下部クラッド層13上に積重して形成された上部クラッド層17とにより構成され、コア部分15は、その全体が下部クラッド層13および上部クラッド層17の積重体中に埋設された状態とされている。
【0012】
本発明方法の好適な態様によれば、光導波路10は、次のようにして製造される。すなわち、図2(イ)に示すように、平坦な表面を有する基板12が用意される。この基板12としては、特に制限されるものではないが、シリコン基板、ガラス基板等を用いることができる。
この基板12の表面には、下部クラッド層13が形成される。具体的には、図2(ロ)に示すように、基板12の表面に、後述する放射線硬化性組成物からなる下部クラッド層形成用組成物(以下「下層用組成物」という。)を塗布し、乾燥またはプレベークさせて下層用薄膜を形成し、この下層用薄膜を、これに放射線を照射することにより硬化させて下部クラッド層13を形成する。
【0013】
次に、この下部クラッド層13上に、図2(ハ)に示すように、後述する放射線硬化性組成物からなるコア形成用組成物(以下「コア用組成物」という。)を塗布し、乾燥またはさらにプレベークさせてコア用薄膜14を形成する。その後、図2(ニ)に示すように、コア用薄膜14の上面に対して、所定のパターンに従って、例えば所定のパターンのマスク孔を有するフォトマスク18を介して放射線の照射を行う。これにより、放射線が照射された個所が硬化するので、それ以外の未硬化の部分を除去することにより、図2(ホ)に示すように、下部クラッド層13上に、パターニングされた硬化膜よりなるコア部分15が形成される。
【0014】
このようなコア部分15が形成された下部クラッド層13の表面に、後述する放射線硬化性組成物からなる上部クラッド層形成用組成物(以下「上層用組成物」という。)を塗布し、乾燥またはプレベークさせて上層用薄膜を形成し、この上層用薄膜を、これに放射線を照射して硬化させることにより、図1に示したように上部クラッド層17を形成し、もって光導波路10が製造される。
【0015】
以上のようにして得られる光導波路において、下部クラッド層13、上部クラッド層17およびコア部分15の厚みは特に制限されるものではないが、下部クラッド層13の厚みは3〜50μm、コア部分15の厚みは3〜20μm、上部クラッド層17の厚みは3〜50μmであることが好ましい。コア部分15の幅は特に限定されるものではないが、例えば1〜50μmの範囲である。
コア部分15の屈折率は、下部クラッド層13および上部クラッド層17のいずれの屈折率よりも大きいことが必要であり、実際の光導波路におけるコア部分15の屈折率は、波長1300〜1600nmの光に対して1.450〜1.650、下部クラッド層13および上部クラッド層17の屈折率は1.400〜1.648であることが好ましく、コア部分の屈折率は両方のクラッド層の屈折率よりも0.002〜0.5の範囲で大きいことが好ましい。
【0016】
本発明の具体的な態様においては、下部クラッド層、コア部分および上部クラッド層を、いずれも、それらの層を形成するための放射線硬化性組成物、すなわち下層用組成物、コア用組成物および上層用組成物を塗布し、形成される塗布膜を乾燥させ、あるいは必要に応じてプレベークさせて薄膜とし、この薄膜を放射線の照射によって硬化させる工程を経て、形成することが好ましい。
【0017】
本発明において、下層用組成物、コア用組成物および上層用組成物の少なくとも一つとして、下記(A)〜(C)成分を含有する放射線硬化性組成物が用いられる。
(A)一般式(1)で示される加水分解性シラン化合物の加水分解物および当該加水分解物の縮合物からなる群から選ばれる少なくとも1つの化合物
一般式(1) (R1)p Si(X)4-p
〔式中、R1 は炭素数が1〜12である非加水分解性の有機基、Xは加水分解性基、およびpは0〜3の整数である。〕
(B)光酸発生剤
(C)有機化合物よりなる脱水剤
【0018】
以下、この放射線硬化性組成物について説明する。
(1)(A)成分
(A)成分は当該放射線硬化性組成物の主成分であって、上記の一般式(1)で示される加水分解性シラン化合物の加水分解物および当該加水分解物の縮合物からなる群から選ばれる少なくとも1つの化合物である。
【0019】
ここで、Xで表される加水分解性基は、通常、無触媒、過剰の水の共存下、室温(25℃)〜100℃の温度範囲内で加熱することにより、加水分解されてシラノール基を生成することができる基、もしくはシロキサン縮合物を形成することができる基を指す。また、一般式(1)中の添え字pは0〜3の整数であるが、より好ましくは0〜2の整数であり、特に好ましくは1である。
但し、一般式(1)で示される加水分解性シラン化合物の加水分解物において、一部未加水分解の加水分解性基が残っていてもよく、その場合は、加水分解性シラン化合物と加水分解物との混合物となる。
また、加水分解性シラン化合物の加水分解物というときは、加水分解反応によりアルコキシ基がシラノール基に変わった化合物ばかりでなく、一部のシラノール基同士が縮合した部分縮合物をも意味している。
さらに、加水分解性シラン化合物は、放射線硬化性組成物を配合する時点で加水分解されている必要は必ずしもなく、放射線を照射する段階で、少なくとも一部の加水分解性基が加水分解されていればよい。すなわち、放射線硬化性組成物において、加水分解性シラン化合物を予め加水分解せずに使用した場合には、事前に水を添加して、加水分解性基を加水分解させ、シラノール基を生成することにより、放射線硬化性組成物を放射線硬化させることができる。
【0020】
〔有機基R1
一般式(1)における有機基R1 は、非加水分解性である1価の有機基の中から選ぶことができる。
このような非加水分解性の有機基として、非重合性の有機基および重合性の有機基あるいはいずれか一方の有機基を選ぶことができる。なお、有機基R1 における非加水分解性とは、加水分解性基Xが加水分解される条件において、そのまま安定に存在する性質であることを意味する。
【0021】
ここで、非重合性の有機基R1 としては、アルキル基、アリール基、アラルキル基等が挙げられる。これらは、直鎖状、分岐状、環状あるいはこれらの組み合わせであってもよい。
また、より具体的なアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、および重水素化アルキル基もしくはハロゲン化アルキル基が挙げられる。これらのアルキル基のうち、より好ましくはメチル基である。
【0022】
また、非重合性の有機基R1 における具体的なアリール基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、ビフェニル基、および重水素化アリール基もしくはハロゲン化アリール基が挙げられる。これらのうち、より好ましくはフェニル基である。
さらに、非重合性の有機基R1 における具体的なアラルキル基としては、ベンジル基およびフェニルエチル基が挙げられる。これらのうち、より好ましくはベンジル基である。
【0023】
さらに、非重合性の有機基R1 は、ヘテロ原子を含む構造単位とすることも好ましい。そのような構造単位としては、エーテル、エステル、スルフィド等を例示することができる。また、ヘテロ原子を含む場合、非塩基性であることが好ましい。
【0024】
また、重合性の有機基R1 は、分子中にラジカル重合性の官能基およびカチオン重合性の官能基あるいはいずれか一方の官能基を有する有機基であることが好ましい。このような官能基を導入することにより、ラジカル重合やカチオン重合を併用して、放射線硬化性組成物をより有効に硬化させることができる。
【0025】
また、重合性の有機基R1 におけるラジカル重合性の官能基およびカチオン重合性の官能基のうち、より好ましいのはカチオン重合性の官能基である。光酸発生剤により、シラノール基における硬化反応のみならず、カチオン重合性の官能基における硬化反応を同時に生じさせることができるためである。
【0026】
ラジカル重合性の官能基を有する有機基R1 としては、オレフィン基を有する有機基、(メタ)アクリロキシを有する有機基、スチリル基を有する有機基、ビニルエーテルを有する有機基等が挙げられる。
そして、より具体的なオレフィン基としてはビニル基、プロペニル基、ブタジエニル基等が挙げられる。これらのうち、より好ましくはビニル基である。
また、(メタ)アクリロキシを有する有機基の例を示すと、(メタ)アクリロキシメチルや(メタ)アクリロキシプロピル等が挙げられる。
また、スチリル基を有する有機基の例を示すと、スチリル、スチリルエチル、スチリルプロピル等が挙げられる。
さらに、ビニルエーテルを有する有機基の例を示すと、ビニロキシエチル、ビニロキシプロピル、ビニロキシブチル、ビニロキシオクチル、ビニロキシシクロヘキシル、ビニロキシフェニル等を挙げることができる。
【0027】
また、カチオン重合性の官能基を有する有機基R1 としては、環状エーテル構造を有する有機基、ビニルエーテルを有する有機基等が挙げられる。
そして、より好ましくは、環状エーテル構造を有する有機基である。かかる環状エーテル基としては、直鎖や環状構造を有する3〜6員環の環状エーテル構造、より具体的にはエポキシ基、オキセタン基、テトラヒドロフラン、及びピラン単位を含む構造を挙げることができる。また、これらの環状エーテル基のうち、より好ましいものはエポキシ基、オキセタン基等の4員環以下の環状エーテル構造である。
【0028】
また、環状エーテル構造を有する有機基の具体例を示すと、グリシジルプロピル、エポキシ化シクロヘキシルエチル、メチルオキセタニルメトキシプロピル、エチルオキセタニルメトキシプロピル等を挙げることができる。また、ビニルエーテルを有する有機基としては、ビニロキシエチル、ビニロキシプロピル、ビニロキシブチル、ビニロキシオクチル、ビニロキシシクロヘキシル、ビニロキシフェニル等を挙げることができる。
【0029】
〔加水分解性基X〕
一般式(1)における加水分解性基Xとしては、水素原子、炭素数1〜12のアルコキシ基、ハロゲン原子、アミノ基およびアシルオキシ基等が挙げられる。ここで、好ましい炭素数1〜12のアルコキシ基の具体例を挙げると、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、フェノキシベンジロキシ基、メトキシエトキシ基、アセトキシエトキシ基、2−(メタ)アクリロキシエトキシ基、3−(メタ)アクリロキシプロポキシ基、4−(メタ)アクリロキシブトキシ基、
あるいは、グリシジロキシ基、エポキシ化シクロヘキシルエトキシ基等のエポキシ基含有アルコキシ基、
メチルオキセタンメトキシ、エチルオキセタンメトキシ等のオキセタン基含有アルコキシ基、
オキサシクロヘキシロキシ等の6員環エーテル基を有するアルコキシ基等を挙げることができる。
また、上述した炭素数1〜12のアルコキシ基のうち、メトキシ基およびエトキシ基がより好ましい。これらのアルコキシ基は、容易に加水分解されてシラノール基を生成するため、放射線硬化反応を安定して生じさせることができる。
【0030】
また、好ましいハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等を挙げることができる。
但し、このように加水分解性基としてハロゲン原子を含む加水分解性シラン化合物を用いる場合、放射線硬化性組成物の保存安定性を低下させないように注意を払う必要がある。すなわち、加水分解により生成するハロゲン化水素の量にもよるが、かかるハロゲン化水素を、中和、蒸留等の操作により除去して、放射線硬化性組成物の保存安定性に影響を及ぼさないようにすることが好ましい。
【0031】
また、好ましいアミノ基としては、アミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ブチルアミノ基、ジブチルアミノ基、フェニルアミノ基、ジフェニルアミノ基等を挙げることができる。
但し、このように加水分解性基としてアミノ基を用いた場合、加水分解によりアミン類が生成する。したがって、放射線硬化性組成物の保存安定性に影響を及ぼさないように、放射線硬化性組成物を最終的に調製する前に、かかる副生アミン類を除去することが好ましい。
【0032】
また、好ましいアシルオキシ基としては、アセトキシ基、ブチロイルオキシ基等を挙げることができる。
【0033】
〔加水分解性シラン化合物の具体例〕
次に、式(1)で表される加水分解性シラン化合物(単に、シラン化合物と称する場合がある。)の具体例を説明する。
まず、非重合性の有機基R1 を有するシラン化合物としては、テトラクロロシラン、テトラアミノシラン、テトラアセトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラブトキシシラン、テトラフェノキシシラン、テトラベンジロキシシラン、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン等の4個の加水分解性基で置換されたシラン化合物が挙げられる。
【0034】
また、同様に、メチルトリクロロシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリブトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリイソプロポキシシラン、エチルトリブトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ペンタフルオロフェニルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、d3 −メチルトリメトキシシラン、ノナフルオロブチルエチルトリメトキシシラン、トリフルオロメチルトリメトキシシラン等の3個の加水分解性基で置換されたシラン化合物が挙げられる。
【0035】
また、同様に、ジメチルジクロロシラン、ジメチルジアミノシラン、ジメチルジアセトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジブチルジメトキシシラン等の2個の加水分解性基で置換されたシラン化合物、及びトリメチルクロロシラン、ヘキサメチルジシラザン、トリメチルシラン、トリブチルシラン、トリメチルメトキシシラン、トリブチルエトキシシラン等の1個の加水分解性基で置換されたシラン化合物を挙げることができる。
【0036】
これらの中で、加水分解性シラン化合物としてより好ましい例を挙げると、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン等のメチルアルコキシシラン、あるいはテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等のテトラアルコキシシランである。
【0037】
また、重合性の有機基を有するシラン化合物としては、非加水分解性の有機基R 1 に重合性の有機基を含むシラン化合物、加水分解性の有機基Xに重合性の有機基を有するシラン化合物のいずれかを用いることができる。
【0038】
ここで、非加水分解性の有機基R 1 に重合性の有機基を含むシラン化合物としては(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、(メタ)アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、(メタ)アクリロキシプロピルトリクロロシラン、ビス(メタクリロキシプロピル)ジメトキシシラン等の(メタ)アクリロキシシラン化合物、
ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリエトキシシラン、ジビニルジメトキシシラン、ジビニルジエトキシシラン等のビニルシラン化合物、
グリシジロキシトリメトキシシラン、ビス(グリシジロキシ)ジメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン等のエポキシシラン化合物、
3−(3−メチル−3−オキセタンメトキシ)プロピルトリメトキシシラン、3−(3−エチル−3−オキセタンメトキシ)プロピルトリエトキシシラン等のオキセタンシラン化合物、
オキサシクロヘキシルトリメトキシシラン、オキサシクロヘキシルトリエトキシシラン等の6員環エーテル構造を有するシラン化合物を挙げることができる。これらは、1種単独または2種以上を組み合わせて使用することができる。
【0039】
また、加水分解性の有機基Xに重合性の有機基を含むシラン化合物の例としては、テトラ(メタ)アクリロキシシラン、テトラキス[2−(メタ)アクリロキシエトキシ]シラン、テトラグリシジロキシシラン、テトラキス(2−ビニロキシエトキシ)シラン、テトラキス(2−ビニロキシブトキシ)シラン、テトラキス(3−メチル−3−オキセタンメトキシ)シラン、メチルトリ(メタ)アクリロキシシラン、メチル[2−(メタ)アクリロキシエトキシ]シラン、メチル−トリグリシジロキシシラン、メチルトリス(3−メチル−3−オキセタンメトキシ)シランを挙げることができる。これらは、1種単独または2種以上を組み合わせて使用することができる。
【0040】
また、重合性の有機基を有するシラン化合物の中で、より好ましくは非加水分解性の有機基R 1 に重合性の有機基を含むシラン化合物であり、さらに好ましくは、カチオン重合性の有機基を有するシラン化合物である。
そのような具体例を挙げると、グリシジロキシプロピルトリメトキシシラン、グリシジロキシプロピルトリエトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、3−(3−メチル−3−オキセタンメトキシ)プロピルトリメトキシシラン、3−(3−エチル−3−オキセタンメトキシ)プロピルトリメトキシシラン、3−(3−メチル−3−オキセタンメトキシ)プロピルトリエトキシシラン、3−(3−エチル−3−オキセタンメトキシ)プロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
【0041】
〔加水分解性シラン化合物の入手例〕
以上述べた加水分解性シラン化合物は、公知の方法により合成することができる。例えば、Pure Appl. Chem.,A34(11)、2335頁、1997年、やEur.Polym.J. Vol.33、No.7、1021頁、1997年に記載されているように、オレフィン基を有する化合物に対して、トリアルコキシシランを遷移金属錯体またはラジカル発生剤を触媒とするヒドロシリル化により、種々の官能基を有するアルコキシシラン類を製造することができる。
【0042】
また、これらの加水分解性シラン化合物の一部は、商品として市販されており、容易に入手することができる。例えば、日本ユニカー(株)製のA−151、A−171、A−172、A−174、Y−9936、AZ−6167、AZ−6134、A−186、A−187、MAC−2101、MAC−2301、FZ−3704、AZ−6200、A−162、A−163、AZ−6171、A−137、A−153、A−1230、また、例えば、東レダウコーニングシリコーン(株)製 SZ−6030、SH−6040、SZ−6070、SZ−6072、SZ−6075、SZ−6079、SZ−6300,PRX11、PRX19、PRX24、AY43−154M等を挙げることができる。
【0043】
〔加水分解性シラン化合物の加水分解条件〕
上述したシラン化合物を加水分解または縮合させるための条件は、特に制限されるものではないが、一例として、以下に示す1)〜3)の工程によって実施するのが好ましい。
【0044】
1)一般式(1)に示す加水分解性シラン化合物と、所定量の水とを、撹拌機付の容器内に収容する。
2)次いで、溶液の粘度を調節しながら、有機溶媒を容器内にさらに収容し、混合溶液とする。
3)得られた混合溶液を、空気雰囲気中、0℃から有機溶媒もしくは加水分解性シラン化合物の沸点以下の温度で、1〜24時間の間加熱撹拌する。なお、加熱撹拌中、必要に応じて蒸留によって混合溶液を濃縮したり、あるいは溶剤を置換することも好ましい。
【0045】
(2)光酸発生剤
〔定義〕
放射線硬化性組成物における(B)成分の光酸発生剤は、放射線を照射することにより、(A)成分である加水分解性シラン化合物を放射線硬化(架橋)可能な酸性活性物質を放出することができる化合物と定義される。
【0046】
光酸発生剤を分解させてカチオンを発生させるための放射線としては、可視光、紫外線、赤外線、X線、α線、β線、γ線等を挙げることができるが、一定のエネルギーレベルを有し、大きな硬化速度が得られ、しかも照射装置は比較的安価で小型のものでよい利点があることから、紫外線が好ましい。
【0047】
また、光酸発生剤とともに、後述するラジカル発生剤を併用することも好ましい。中性の活性物質であるラジカルは、シラノール基の縮合反応を促進することはないが、(A)成分中にラジカル重合性の官能基を有する場合に、かかる官能基の重合を推進させることができる。従って、放射線硬化性組成物をより効率的に硬化させることができる。
【0048】
〔光酸発生剤の種類〕
光酸発生剤としては、一般式(2)で表される構造を有するオニウム塩(第1群の化合物)や一般式(3)で表される構造を有するスルフォン酸誘導体(第2群の化合物)を挙げることができる。
【0049】
一般式(2) [R2 a 3 b 4 c 5 d W] +m [MZm+n ] -m
〔式中、カチオンはオニウムイオンであり、WはS、Se、Te、P、As、Sb、Bi、O、I、Br、Clまたは−N≡Nであり、R2 、R3 、R4 およびR5 は同一または異なる有機基であり、a、b、cおよびdはそれぞれ0〜3の整数であって、(a+b+c+d)の値はWの価数に等しい。また、Mはハロゲン化物錯体 [MZm+n ] の中心原子を構成する金属またはメタロイドであり、例えばB、P、As、Sb、Fe、Sn、Bi、Al、Ca、In、Ti、Zn、Sc、V、Cr、Mn、Coである。Zは、例えばF、Cl、Br等のハロゲン原子またはアリール基であり、mはハロゲン化物錯体イオンの正味の電荷であり、nはMの原子価である。]
【0050】
一般式(3) QS −〔S(=O)2−R6 t
〔式中、Qは1価もしくは2価の有機基、R6 は炭素数1〜12の1価の有機基、添え字sは0または1、添え字tは1または2である。〕
【0051】
まず、第1群の化合物であるオニウム塩は、光を受けることにより酸性活性物質を放出することができる化合物である。
ここで、一般式(2)におけるアニオン [MZm+n ] の具体例としては、テトラフルオロボレート(BF4 - )、ヘキサフルオロホスフェート(PF6 - )、ヘキサフルオロアンチモネート(SbF6 - )、ヘキサフルオロアルセネート(AsF6 - )、ヘキサクロルアンチモネート(SbCl6 - )、テトラフェニルボレート、テトラキス(トリフルオロメチルフェニル)ボレート、テトラキス(ペンタフルオロメチルフェニル)ボレート等が挙げられる。
【0052】
また、一般式(2)におけるアニオン [MZm+n ] の代わりに、一般式 [MZn OH- ] で表されるアニオンを使用することも好ましい。さらに、過塩素酸イオン(ClO4 - )、トリフルオロメタンスルフォン酸イオン(CF3 SO3 - )、フルオロスルフォン酸イオン(FSO3 - )、トルエンスルフォン酸イオン、トリニトロベンゼンスルフォン酸アニオン、トリニトロトルエンスルフォン酸アニオン等の他のアニオンを有するオニウム塩を使用することもできる。
【0053】
また、第1群の化合物の市販品例を示すと、サンエイドSI−60、SI−80、SI−100、SI−60L、SI−80L、SI−100L、SI−L145、SI−L150、SI−L160、SI−L110、SI−L147(以上、三新化学工業(株)製)、UVI−6950、UVI−6970、UVI−6974、UVI−6990(以上、ユニオンカーバイド社製)、アデカオプトマーSP−150、SP−151、SP−170、SP−171(以上、旭電化工業(株)製)、Irgacure 261(チバスペシャルティケミカルズ(株)製)、CI−2481、CI−2624、CI−2639、CI−2064(以上、日本曹達(株)製)、CD−1010、CD−1011、CD−1012(以上、サートマー社製)、DS−100、DS−101、DAM−101、DAM−102、DAM−105、DAM−201、DSM−301、NAI−100、NAI−101、NAI−105、NAI−106、SI−100、SI−101、SI−105、SI−106、PI−105、NDI−105、BENZOIN TOSYLATE、MBZ−101、MBZ−301、PYR−100、PYR−200、DNB−101、NB−101、NB−201、BBI−101、BBI−102、BBI−103、BBI−109(以上、ミドリ化学(株)製)、PCI−061T、PCI−062T、PCI−020T、PCI−022T(以上、日本化薬(株)製)、IBPF、IBCF(三和ケミカル(株)製)等を挙げることができる。
【0054】
また、上述した第1群の化合物のうち、より有効なオニウム塩は芳香族オニウム塩であり、特に好ましくは下記一般式(4)で表されるジアリールヨードニウム塩である。
一般式(4) [R7 −Ar1 −I+ −Ar2 −R8 ][Y-
〔式中、R7 およびR8 は、それぞれ1価の有機基であり、同一でも異なっていてもよく、R7 およびR8 の少なくとも一方は炭素数が4以上のアルキル基を有しており、Ar1 およびAr2 はそれぞれ芳香族基であり、同一でも異なっていてもよく、Y- は1価の陰イオンであり、周期律表3族、5族のフッ化物陰イオンもしくは、ClO4 - 、CF3 −SO3 - から選ばれる陰イオンである。]
【0055】
このようなジアリールヨードニウム塩としては、具体的に、(4−n−デシロキシフェニル)フェニルヨードニウム ヘキサフルオロアンチモネート、〔4−(2−ヒドロキシ−n−テトラデシロキシ)フェニル〕フェニルヨードニウム
ヘキサフルオロアンチモネート、〔4−(2−ヒドロキシ−n−テトラデシロキシ)フェニル〕フェニルヨードニウム トリフルオロスルホネート、〔4−(2−ヒドロキシ−n−テトラデシロキシ)フェニル〕フェニルヨードニウム ヘキサフルオロホスフェート、〔4−(2−ヒドロキシ−n−テトラデシロキシ)フェニル〕フェニルヨードニウム テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム ヘキサフルオロアンチモネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム ヘキサフルオロフォスフェート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム トリフルオロスルホネート、ビス(4−t−ブチルフェニル)ヨードニウム テトラフルオロボレート、ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウム ヘキサフルオロアンチモネート、ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウム テトラフルオロボレート、ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウム ヘキサフルオロフォスフェート、ビス(ドデシルフェニル)ヨードニウム トリフルオロメチルスルフォネート等の1種または2種以上の組み合わせを挙げることができる。
【0056】
また、ジアリールヨードニウム塩の市販品としては、例えば、サートマー社製のCD1012、三和ケミカル(株)製のIBPF、IBCF、ミドリ化学(株)製のBBI−101、BBI−102、BBI−103、BBI−109等を挙げることができる。
【0057】
さらに、一般式(4)で表されるジアリールヨードニウム塩の製造方法は、特に制限されるものではないが、例えば、J. Polymer Science:Part A:polymer Chemistry,Vol.31, 1473-1482(1993), J. Polymer Science:Part A:polymer Chemistry,Vol.31, 1483-1491(1993)において記述されている方法により製造することができる。
【0058】
次に、第2群の化合物について説明する。一般式(3)で表されるスルフォン酸誘導体の例を示すと、ジスルホン類、ジスルホニルジアゾメタン類、ジスルホニルメタン類、スルホニルベンゾイルメタン類、イミドスルホネート類、ベンゾインスルホネート類、1−オキシ−2−ヒドロキシ−3−プロピルアルコールのスルホネート類、ピロガロールトリスルホネート類、ベンジルスルホネート類を挙げることができる。
また、一般式(3)の中でより好ましくはイミドスルホネート類であり、さらに好ましくはイミドスルホネートのうち、トリフルオロメチルスルホネート誘導体である。
【0059】
また、このようなスルホネート類の具体例を挙げると、ジフェニルジスルホン、ジトシルジスルホン、ビス(フェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(クロルフェニルスルホニル)ジアゾメタン、ビス(キシリルスルホニル)ジアゾメタン、フェニルスルホニルベンゾイルジアゾメタン、ビス(シクロヘキシルスルホニル)メタン、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミド メチルスルホネート、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミド トシルスルホネート、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミド トリフルオロメチルスルホネート、1,8−ナフタレンジカルボン酸イミド カンファースルホネート、コハク酸イミド フェニルスルホネート、コハク酸イミド トシルスルホネート、コハク酸イミド トリフルオロメチルスルホネート、コハク酸イミド カンファースルフォネート、フタル酸イミド トリフルオロスルホネート、シス−5−ノルボルネン−エンド−2,3−ジカルボン酸イミド トリフルオロメチルスルホネート、ベンゾイントシラート、1,2−ジフェニル−2−ヒドロキシプロピル トシラート、1,2−ジ(4−メチルメルカプトフェニル)−2−ヒドロキシプロピル トシラート、ピロガロール メチルスルホネート、ピロガロール エチルスルホネート、2,6−ジニトロフェニルメチル トシラート、オルト−ニトロフェニルメチル トシラート、パラ−ニトロフェニル トシラートを挙げることができる。
【0060】
〔光酸発生剤の添加量〕
放射線硬化性組成物における光酸発生剤の含有割合は、特に制限されるものではないが、(A)成分100重量部に対して、通常0.1〜15重量部の範囲内の値とするのが好ましい。光酸発生剤の添加量が0.1重量部未満となると、放射線硬化性が低下し、十分な硬化速度が得られない傾向がある。一方、光酸発生剤の添加量が15重量部を超えると、得られる硬化物の耐候性や耐熱性が低下する傾向がある。
したがって、放射線硬化性と得られる硬化物の耐候性等とのバランスがより良好な観点から、光酸発生剤の添加量を、(A)成分100重量部に対して1〜10重量部の範囲内の値とすることがより好ましい。
【0061】
(3)脱水剤
〔定義〕
放射線硬化性組成物における脱水剤は、化学反応により水以外の物質に変換する化合物、物理吸着または包接により、放射線硬化性および保存安定性に影響を与えなくする化合物と定義される。
すなわち、このような脱水剤を含有することにより、放射線硬化性組成物の耐候性や耐熱性を損なうことなく、保存安定性や放射線硬化性という相反する特性を向上させることができる。この理由は必ずしも明確でないが、外部から侵入してくる水を、脱水剤が有効に吸収するために放射線硬化性組成物の保存安定性が向上し、一方、放射線硬化反応である縮合反応においては、生成した水を順次に脱水剤が有効に吸収するために放射線硬化性組成物の放射線硬化性が向上するものと考えられる。
【0062】
〔脱水剤の種類〕
脱水剤は、カルボン酸エステル、アセタール類(ケタール類を含む。)、およびカルボン酸無水物からなる群から選択される少なくとも一つの有機化合物である。これらの脱水剤は、優れた脱水効果を示し、少量の添加で脱水剤の機能を効率的に発揮することができる。
【0063】
また、脱水剤としてのカルボン酸エステルは、カルボン酸オルトエステルやカルボン酸シリルエステル等の中から選ばれる。
ここで、好ましいカルボン酸オルトエステルとしては、オルト蟻酸メチル、オルト蟻酸エチル、オルト蟻酸プロピル、オルト蟻酸ブチル、オルト酢酸メチル、オルト酢酸エチル、オルト酢酸プロピル、オルト酢酸ブチル、オルトプロピオン酸メチルおよびオルトプロピオン酸エチル等が挙げられる。また、これらのカルボン酸オルトエステルのうち、より優れた脱水効果を示し、保存安定性や放射線硬化性をより向上させることができる観点から、オルト蟻酸エステルが脱水剤として特に好ましい。
また、好ましいカルボン酸シリルエステルとしては、酢酸トリメチルシリル、酢酸トリブチルシリル、蟻酸トリメチルシリル、シュウ酸トリメチルシリル等が挙げられる。
【0064】
なお、カルボン酸エステルのうち、カルボン酸オルトエステルを使用することがより好ましい。カルボン酸オルトエステルは、効率的に水を吸収し、自身で加水分解することができる。また、カルボン酸オルトエステルが加水分解して生成する化合物は中性である。したがって、カルボン酸オルトエステルは、優れた脱水効果を示し、保存安定性や放射線硬化性をより向上させることができる。
【0065】
また、好ましいアセタール類としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ベンズアルデヒド等のケトン類と、1価アルコールとの反応物であるジメチルアセタール、ジエチルアセタールおよびジプロピルアセタール、あるいは、エチレングリコール等の2価アルコールとケトン類とからなるアセタールおよびカルボン酸エステルのシリル化反応により製造されるケテンシリルアセタール類を挙げることができる。
【0066】
そして、これらのアセタール類のうち、アセトンジメチルアセタール、アセトンジエチルアセタール、メチルエチルケトンジメチルアセタール、メチルエチルケトンジエチルアセタール、シクロヘキサノンジメチルアセタールおよびシクロヘキサノンジエチルアセタールは、特に優れた脱水効果を示し、保存安定性や放射線硬化性をより向上させることができる観点から本発明における脱水剤としての使用に好ましい。
【0067】
また、好ましいカルボン酸無水物としては、例えば、蟻酸無水物、無水酢酸、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、安息香酸無水物、酢酸安息香酸無水物等が挙げられる。特に、無水酢酸および無水コハク酸は、脱水効果に特に優れており、好ましい。
【0069】
〔脱水剤の性状〕
次に、脱水剤の性状について説明する。まず、脱水剤は、常温、常圧条件において、固体もしくは液体であり、放射線硬化性組成物中に溶解または分散して、脱水効果を発揮する化合物から選ばれる。
また、有機化合物よりなる脱水剤は、その沸点(常圧条件下)が40〜200℃の範囲内の値のものである。沸点がこのような範囲内の値であれば、室温(25℃)〜200℃の乾燥条件で効率的に揮発させることができる。したがって、脱水剤を除去することが容易である。
【0070】
〔脱水剤の添加量〕
放射線硬化性組成物における脱水剤の含有割合は特に制限されるものではないが、(A)成分100重量部に対して、通常、0.1〜100重量部の範囲内の値とするのが好ましい。脱水剤の添加量が0.1重量部未満となると、添加効果の発現に乏しい傾向があり、また、保存安定性や放射線硬化性の向上効果が低い傾向がある。一方、脱水剤の添加量が100重量部を超えると、保存安定性や放射線硬化性の向上効果が飽和する傾向がある。
したがって、より好ましくは、脱水剤の添加量は(A)成分100重量部に対して0.5〜50重量部の範囲内の値であり、さらに好ましくは、1〜10重量部の範囲内の値である。
【0071】
(4)添加剤等
本発明で使用される放射線硬化性組成物には、本発明の目的や効果を損なわない範囲において、ラジカル性光重合開始剤、光増感剤、反応性希釈剤、シリカ粒子、有機溶剤等の添加剤等を更に含有させることができる。
【0072】
〔ラジカル性光重合開始剤〕
本発明で使用される放射線硬化性組成物において、光酸発生剤と併用してラジカル性光重合開始剤(ラジカル発生剤)を配合してもよい。ラジカル発生剤は、紫外線等の放射線を受けることにより分解してラジカルを発生させ、このラジカルによってラジカル重合性基を重合反応させる化合物である。
【0073】
このようなラジカル発生剤としては、例えばアセトフェノン、アセトフェノンベンジルケタール、アントラキノン、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、カルバゾール、キサントン、4−クロロベンゾフェノン、4,4' −ジアミノベンゾフェノン、1,1−ジメトキシデオキシベンゾイン、3,3' −ジメチル−4−メトキシベンゾフェノン、チオキサントン系化合物、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノ−プロパン−2−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−オン、トリフェニルアミン、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリ−メチルペンチルフォスフィンオキサイド、ベンジルジメチルケタール、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、フルオレノン、フルオレン、ベンズアルデヒド、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインプロピルエーテル、ベンゾフェノン、ベンゾフェノン誘導体、ミヒラーケトン、3−メチルアセトフェノン、3,3',4,4' −テトラ(t−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン(BTTB)等が挙げられる。なお、かかるラジカル発生剤は、1種を単独で使用することもできるし、あるいは2種以上を組み合わせて使用することができる。
【0074】
〔光増感剤〕
本発明で使用される放射線硬化性組成物において、光酸発生剤と併用して光増感剤を配合してもよい。光増感剤は、光等のエネルギー線を吸収し、光酸発生剤の感度を向上させる化合物である。
【0075】
このような光増感剤としては、チオキサントン、ジエチルチオキサントンおよびチオキサントンの誘導体;アントラキノン、ブロムアントラキノンおよびアントラキノンの誘導体;アントラセン、ブロムアントラセンおよびアントラセン誘導体;ペリレンおよびペリレンの誘導体;キサンテン、チオキサンテンおよびチオキサンテンの誘導体;クマリンおよびケトクマリン等を挙げることができる。また、これらの光増感剤中で、より好ましい化合物はジエチルチオキサントンおよびブロムアントラセンである。
【0076】
〔反応性希釈剤〕
本発明で使用される放射線硬化性組成物に、反応性希釈剤を添加(配合)することにより、得られる硬化膜の硬化収縮を低減したり、硬化膜の機械的強度を制御することができる。さらに、ラジカル重合性の反応性希釈剤を用いた場合には、さらにラジカル発生剤を添加することにより、放射線硬化性組成物の光反応性を調節することができる。また、カチオン重合性の反応性希釈剤を用いた場合には、光反応性や機械的特性を調節することができる。
【0077】
〔反応性希釈剤の種類〕
反応性希釈剤としては、カチオン重合性モノマーおよびエチレン性不飽和モノマーあるいはいずれか一方のモノマーを配合することが好ましい。
ここで、反応性希釈剤であるカチオン重合性モノマーとは光酸発生剤の存在下で光照射することにより重合反応や架橋反応を起こす有機化合物と定義される。したがって、例えば、エポキシ化合物、オキセタン化合物、オキソラン化合物、環状アセタール化合物、環状ラクトン化合物、チイラン化合物、チエタン化合物、ビニルエーテル化合物、エポキシ化合物とラクトンとの反応生成物であるスピロオルソエステル化合物、エチレン性不飽和化合物、環状エーテル化合物、環状チオエーテル化合物、ビニル化合物等を挙げることができる。これらのカチオン重合性モノマーは、1種を単独で使用することもできるし、あるいは2種以上を組み合わせて使用することもできる。
【0078】
また、上述したカチオン重合性モノマーとしてのエポキシ化合物は、例えばビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、ビスフェノールSジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールAジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールFジグリシジルエーテル、臭素化ビスフェノールSジグリシジルエーテル、エポキシノボラック樹脂、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールFジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールSジグリシジルエーテル、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3',4' −エポキシシクロヘキサンカルボキシルレート、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル−5,5−スピロ−3,4−エポキシ)シクロヘキサン−メタ−ジオキサン、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、ビニルシクロヘキセンオキサイド、4−ビニルエポキシシクロヘキサン、ビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)アジペート、3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシル−3',4' −エポキシ−6' −メチルシクロヘキサンカルボキシルレート、メチレンビス(3,4−エポキシシクロヘキサン)、ジシクロペンタジエンジエポキサイド、エチレングリコールのジ(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)エーテル、エチレンビス(3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシルレート)、エポキシヘキサヒドロフタル酸ジオクチル、エポキシヘキサヒドロフタル酸ジ−2−エチルヘキシル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル類;エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン等の脂肪族多価アルコールに1種または2種以上のアルキレンオキサイドを付加することにより得られるポリエーテルポリオールのポリグリシジルエーテル類;脂肪族長鎖二塩基酸のジグリシジルエステル類;脂肪族高級アルコールのモノグリシジルエーテル類;フェノール、クレゾール、ブチルフェノールまたはこれらにアルキレンオキサイドを付加して得られるポリエーテルアルコールのモノグリシジルエーテル類;高級脂肪酸のグリシジルエステル類;エポキシ化大豆油;エポキシステアリン酸ブチル;エポキシステアリン酸オクチル;エポキシ化アマニ油;エポキシ化ポリブタジエン等を例示することができる。
【0079】
また、他のカチオン重合性モノマーとしては、トリメチレンオキシド、3,3−ジメチルオキセタン、3,3−ジクロロメチルオキセタン、3−エチル−3−フェノキシメチルオキセタン、ビス(3−エチル−3−メチルオキシ)ブタン等のオキセタン類;テトラヒドロフラン、2,3−ジメチルテトラヒドロフラン等のオキソラン類;トリオキサン、1,3−ジオキソラン、1,3,6−トリオキサンシクロオクタン等の環状アセタール類;β−プロピオラクトン、ε−カプロラクトン等の環状ラクトン類;エチレンスルフィド、1,2−プロピレンスルフィド、チオエピクロロヒドリン等のチイラン類;3,3−ジメチルチエタン等のチエタン類;エチレングリコールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル等のビニルエーテル類;エポキシ化合物とラクトンとの反応によって得られるスピロオルソエステル類;ビニルシクロヘキサン、イソブチレン、ポリブタジエン等のエチレン性不飽和化合物類;上記の各化合物の誘導体等を例示することができる。
【0080】
また、上述したカチオン重合性モノマーのうち、水添ビスフェノールAジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールFジグリシジルエーテル、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3',4' −エポキシシクロヘキサンカルボキシルレート、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルが好ましい。
【0081】
また、特に好ましいカチオン重合性モノマーは、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3',4' −エポキシシクロヘキサンカルボキシルレート、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシルメチル)アジペート等、1分子中に2個以上の脂環式エポキシ基を有するエポキシ化合物である。
【0082】
なお、上述したカチオン重合性モノマーは、UVR−6100、UVR−6105、UVR−6110、UVR−6128、UVR−6200、UVR−6216(以上、ユニオンカーバイド社製)、セロキサイド2021、セロキサイド2021P、セロキサイド2081、セロキサイド2083、セロキサイド2085、セロキサイド2000、セロキサイド3000、グリシドール、AOEX24、サイクロマーA200、サイクロマーM100、エポリードGT−300、エポリードGT−301、エポリードGT−302、エポリードGT−400、エポリード401、エポリード403(以上、ダイセル化学工業(株)製)、エピコート828、エピコート812、エピコート1031、エピコート872、エピコートCT508(以上、油化シェル(株)製)、KRM−2100、KRM−2110、KRM−2199、KRM−2400、KRM−2410、KRM−2408、KRM−2490、KRM−2200、KRM−2720、KRM−2750(以上、旭電化工業(株)製),Rapi−Cure DVE−3、CHVE、PEPC(以上、ISP社製)、VECTOMER 2010、2020、4010、4020(以上、アライドシグナル社製)等の市販品として容易に入手することができる。
【0083】
次に、反応性希釈剤としてのエチレン性不飽和モノマーを説明する。ここで、エチレン性不飽和モノマーとはエチレン性不飽和結合(C=C)を分子中に有する化合物であり、1分子中に1個のエチレン性不飽和結合を有する単官能モノマー、および1分子中に2個以上のエチレン性不飽和結合を有する多官能モノマーと定義することができる。
【0084】
したがって、エチレン性不飽和モノマーである単官能性モノマーとしては、例えば(メタ)アクリロイルモルホリン、7−アミノ−3,7−ジメチルオクチル(メタ)アクリレート、イソブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、イソボルニルオキシエチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、エチルジエチレングリコール(メタ)アクリレート、t−オクチル(メタ)アクリルアミド、ジアセトン(メタ)アクリルアミド、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタジエン(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミドテトラクロロフェニル(メタ)アクリレート、2−テトラクロロフェノキシエチル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、テトラブロモフェニル(メタ)アクリレート、2−テトラブロモフェノキシエチル(メタ)アクリレート、2−トリクロロフェノキシエチル(メタ)アクリレート、トリブロモフェニル(メタ)アクリレート、2−トリブロモフェノキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ビニルカプロラクタム、N−ビニルピロリドン、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、ペンタクロロフェニル(メタ)アクリレート、ペンタブロモフェニル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ボルニル(メタ)アクリレート、メチルトリエチレンジグリコール(メタ)アクリレートを例示することができる。
【0085】
また、これらのアクリレートのうちで、放射線硬化性を低下させない観点からアミドやアミン構造を含まないアクリレートが好ましく、さらには、耐候性を確保する目的で芳香環を含有しないアクリレートが好ましい。
これらのアクリレートとしては、例えば、イソボルニル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ボルニル(メタ)アクリレート、メチルトリエチレンジグリコール(メタ)アクリレートを挙げることができる。
【0086】
また、これらのエチレン性不飽和モノマーである単官能性モノマーとしては、例えばアロニックスM−101、M−102、M−111、M−113、M−117、M−152、TO−1210(以上、東亞合成(株)製)、カヤラッド
TC−110S、R−564、R−128H(以上、日本化薬(株))、ビスコート192、ビスコート220、ビスコート2311HP、ビスコート2000、ビスコート2100、ビスコート2150、ビスコート8F、ビスコート17F(以上、大阪有機化学工業(株)製)等の市販品として、容易に入手することができる。
【0087】
また、エチレン性不飽和モノマーである多官能性モノマーとしては、例えばエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジイルジメチレンジ(メタ)アクリレート、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートジ(メタ)アクリレート、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド(以下「EO」という。)変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、プロピレンオキシド(以下「PO」という。)変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAジグリシジルエーテルの両末端(メタ)アクリル酸付加物、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ポリエステルジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、EO変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、PO変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、EO変性水添ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、PO変性水添ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、EO変性ビスフェノールFジ(メタ)アクリレート、フェノールノボラックポリグリシジルエーテルの(メタ)アクリレート等を例示することができる。
【0088】
これらのアクリレート等の中でも、放射線硬化性を低下させない観点からアミドやアミン構造を含まないアクリレートが好ましく、また、耐候性を確保する目的で芳香環を含有しないアクリレートが好ましい。したがって、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジイルジメチレンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート等を挙げることができる。
【0089】
これらのエチレン性不飽和モノマーである多官能性モノマーは、例えばSA1002(三菱化学(株)製)、ビスコート195、ビスコート230、ビスコート260、ビスコート215、ビスコート310、ビスコート214HP、ビスコート295、ビスコート300、ビスコート360、ビスコートGPT、ビスコート400、ビスコート700、ビスコート540、ビスコート3000、ビスコート3700(以上、大阪有機化学工業(株)製)、カヤラッドR−526、HDDA、NPGDA、TPGDA、MANDA、R−551、R−712、R−604、R−684、PET−30、GPO−303、TMPTA、THE−330、DPHA、DPHA−2H、DPHA−2C、DPHA−2I、D−310、D−330、DPCA−20、DPCA−30、DPCA−60、DPCA−120、DN−0075、DN−2475、T−1420、T−2020、T−2040、TPA−320、TPA−330、RP−1040、RP−2040、R−011、R−300、R−205(以上、日本化薬(株)製)、アロニックスM−210、M−220、M−233、M−240、M−215、M−305、M−309、M−310、M−315、M−325、M−400、M−6200、M−6400(以上、東亞合成(株)製)、ライトアクリレートBP−4EA、BP−4PA、BP−2EA、BP−2PA、DCP−A(以上、共栄社化学(株)製)、ニューフロンティアBPE−4、BR−42M、GX−8345(以上、第一工業製薬(株)製)、ASF−400(以上、新日鐵化学(株)製)、リポキシSP−1506、SP−1507、SP−1509、VR−77、SP−4010、SP−4060(以上、昭和高分子(株)製)、NKエステルA−BPE−4(以上、新中村化学工業(株)製)等の市販品として、容易に入手することができる。
【0090】
また、エチレン性不飽和モノマーである単官能モノマーおよび多官能モノマーは、各々1種単独でまたは2種以上組み合わせるか、あるいは単官能モノマーの少なくとも1種と多官能モノマーの少なくとも1種とを組み合わせて構成することが好ましい。
このような重合性基が3官能以上の多官能モノマーとしては、上記に例示されたトリ(メタ)アクリレート化合物、テトラ(メタ)アクリレート化合物、ペンタ(メタ)アクリレート化合物、ヘキサ(メタ)アクリレート化合物の中から選択することができる。これらのうち、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、EO変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレートが特に好ましい。
【0091】
〔シリカ粒子〕
本発明で使用される放射線硬化性組成物に、シリカ粒子を添加(配合)することにより、得られる硬化膜の硬化収縮を低減することができる。ここに、シリカ粒子の添加量は、特に制限されるものではないが、例えば(A)成分100重量部に対して10〜250重量部の範囲内とすることが好ましく、特に20〜200重量部、更に30〜150重量部であることが好ましい。
【0092】
シリカ粒子の種類
使用するシリカ粒子は、シリカを主成分とする粒子であればよく、シリカ以外の他の成分を含んでいてもよい。そのようなシリカ以外の成分としてはアルカリ金属酸化物、アルカリ土類酸化物、およびTi、Zr、Al、B、Sn、P等の酸化物を挙げることができる。
また、シリカ粒子の平均粒子径は0.001〜20μmの範囲内の値とするのが好ましいが、特に透明な硬化膜が形成される点から、平均粒子径を0.001〜0.2μmの範囲内の値とするのが好ましく、より好ましくは0.001〜0.01μmの範囲内の値とすることである。
【0093】
また、シリカ粒子の屈折率(温度25℃、Na−D線、以下、同様)と、放射線硬化性組成物の屈折率との差を、0.02(−)以下とするように、シリカ粒子を選択することが好ましい。屈折率差を、このような値とすることにより、硬化膜の透明性をより高めることができる。
また、シリカ粒子の比表面積を、0.1〜3000m2 /gの範囲内の値とするのが好ましく、より好ましくは10〜1500m2 /gの範囲内の値とすることである。
さらに、シリカ粒子の形状も特に制限されるものではないが、球状、中空状、多孔質状、棒状、板状、繊維状もしくは不定形状の群から選ばれる少なくとも一つの形状であることが好ましい。但し、分散性がより良好な観点から、球状のシリカ粒子を使用することがより好ましい。
シリカ粒子の使用方法は特に制限されるものではないが、例えば、乾燥状態で使用することができるし、あるいは水もしくは有機溶剤に分散した状態で使用することもできる。
【0094】
また、コロイダルシリカとして業界に知られている微粒子状のシリカ粒子の分散液を直接用いることもできる。そして、特に高い透明性が得られることから、コロイダルシリカの使用が好ましい。
ここで、コロイダルシリカの分散溶媒が水の場合、その水素イオン濃度はpH値として2〜13の範囲内の値であることが好ましく、3〜7の範囲内の値であることがより好ましい。
また、コロイダルシリカの分散溶媒が有機溶剤の場合、有機溶剤としてメタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、ブタノール、エチレングリコールモノプロピルエーテル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、キシレン、ジメチルホルムアミド等を使用することができ、もしくくはこれらと相溶する有機溶剤または水との混合物として用いてもよい。好ましい分散溶剤としてはメタノール、イソプロピルアルコール、メチルエチルケトン、キシレン等である。
【0095】
シリカ粒子として市販されている商品としては、例えばコロイダルシリカとしては、メタノールシリカゾル、IPA−ST、MEK−ST、NBA−ST、XBA−ST、DMAC−ST、ST−UP、ST−OUP、ST−20、ST−40、ST−C、ST−N、ST−O、ST−50、ST−OL(以上、日産化学工業(株)製)等を挙げることができる。また粉体シリカとしては、AEROSIL130、AEROSIL300、AEROSIL380、AEROSILTT600、AEROSILOX50(以上、日本アエロジル(株)製)、シルデックスH31、H32、H51、H52、H121、H122(以上、旭硝子(株)製)、E220A、E220(以上、日本シリカ工業(株)製)、SYLYSIA470(富士シリシア(株)製)、SGフレーク(日本板硝子(株)製)等を挙げることができる。
【0096】
〔有機溶媒〕
本発明で使用される放射線硬化性組成物には、必要に応じて有機溶媒を配合することができる。かかる有機溶媒は(A)成分の加水分解性シラン化合物の加水分解物又は縮合物を製造する際に添加してもよく、あるいは、(A)成分〜(C)成分を配合する際に加えてもよい。
【0097】
このような有機溶媒としては、本発明の目的、効果を損なわない範囲で選ぶことができるが、通常、大気圧下での沸点が50〜200℃の範囲内の値を有する有機化合物であり、各成分を均一に溶解させる有機化合物が好ましい。
好ましい有機溶媒を示すと、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類、ジブチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルアミルケトン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル、乳酸エチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチル、γ−ブチロラクトン等のエステル類、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類が挙げられる。これらは1種単独または2種以上を組み合わせて用いることが可能である。
これらの中で、より好ましい有機溶媒を示すと、アルコール類、エーテル類、ケトン類を挙げることができる。さらに好ましくは、アルコール類、ケトン類である。
【0098】
特に本発明においては、放射線硬化性組成物を塗布するためにスピンコート法を用いることが好ましいが、スピンコートに適した塗布液が得られる観点からは、有機溶媒として、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどのグリコールエーテル類;エチルセロソルブアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテートなどのエチレングリコールアルキルエーテルアセテート類;乳酸エチル、2−ヒドロキシプロピオン酸エチルなどのエステル類;ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテルなどのジエチレングリコール類;メチルイソブチルケトン、2−ヘプタノン、シクロヘキサノン、メチルアミルケトンなどのケトン類を用いることが好ましく、特にエチルセロソルブアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、乳酸エチル、メチルイソブチルケトンおよびメチルアミルケトンが好ましい。
【0099】
〔その他〕
本発明で使用される放射線硬化性組成物には、さらに必要に応じて各種の添加剤を含有することができる。
このような添加剤としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリクロロプレン樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、石油樹脂、キシレン樹脂、ケトン樹脂、セルロース樹脂、フッ素系ポリマー、シリコーン系ポリマー、ポリスルフィド系ポリマー等の有機樹脂(ポリマー)あるいはオリゴマー、もしくはこれらの有機樹脂あるいはオリゴマーが加水分解性シリル基で置換された化合物が挙げられる。
また、その他の添加剤として、フェノチアジン、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール等の重合禁止剤;重合開始助剤;レベリング剤;濡れ性改良剤;界面活性剤;可塑剤;紫外線吸収剤;酸化防止剤;帯電防止剤;シランカップリング剤;無機充填剤等を挙げることもできる。
【0100】
〔放射線硬化性組成物の調製および性状〕
光導波路を構成する下部クラッド層、コア部分および上部クラッド層を形成するための放射線硬化性組成物、すなわち下層用組成物、コア用組成物および上層用組成物は、それぞれ、上述した加水分解性シラン化合物や脱水剤等を、常法にしたがって混合撹拌することにより、製造することができる。
下層用組成物、コア用組成物および上層用組成物としては、それぞれ、最終的に得られる各部の屈折率の関係が、光導波路に要求される条件を満足することとなるよう、互いに異なる放射線硬化性組成物を用いることができるが、下層用組成物と上層用組成物とは同一の放射線硬化性組成物であってもよく、通常は同一の組成物であることが種々の点から好ましい。
【0101】
上述の放射線硬化性組成物は、その(A)成分である加水分解性シラン化合物および/またはその加水分解物の種類を選ぶことにより、異なる屈折率を有する硬化膜を形成するものとなる。従って、屈折率の差が適宜の大きさとなるような2種または3種の放射線硬化性組成物を用い、最も高い屈折率の硬化膜を与える放射線硬化性組成物をコア用組成物とし、他の放射線硬化性組成物を下層用組成物および上層用組成物として用いればよい。
【0102】
各放射線硬化性組成物の粘度は、5〜10000cps(25℃)の範囲内の値であることが好ましい。粘度がこれらの範囲を超えると、均一な塗膜を形成することが困難となる傾向がある。なお、放射線硬化性組成物の粘度は、反応性希釈剤や有機溶媒の配合量によって、適宜調整することができる。
【0103】
既述のように、本発明においては、基板上に下部クラッド層が形成され、その上にコア部分が形成され、更に上部クラッド層が形成されることにより、目的とする光導波路が製造されるが、各クラッド層およびコア部分の形成においては、放射線硬化性組成物の塗布および乾燥による薄膜の形成、並びにこの薄膜に対する放射線の照射による硬化が行われる点で共通である。但し、コア部分の形成では、薄膜に対する放射線の照射が所定のパターンに従って行われ、未硬化の部分が除去される操作が行われる点で異なる。
【0104】
放射線硬化性組成物の塗布する手段としては、スピンコート法、ディッピング法、スプレー法、バーコート法、ロールコート法、カーテンコート法、グラビア印刷法、シルクスクリーン法、またはインクジェット法等の方法を用いることができる。このうち、特にスピンコート法が好ましい。
また、放射線硬化性組成物のレオロジー特性を、実際の塗布手段に適したものとするために、各種レベリング剤、チクソ付与剤、フィラー、有機溶媒、界面活性剤等を、必要に応じて配合することができる。
【0105】
放射線硬化性組成物の塗布により形成された塗布膜は、50〜90℃の温度で乾燥させ、あるいは必要に応じてさらに60〜120℃に加熱してプレベークすることにより、薄膜が形成される。プレベークのための加熱の条件は、用いる放射線硬化性組成物の各成分の種類、配合割合などによっても異なるが、通常60〜120℃で10〜600秒間程度である。
【0106】
形成された薄膜は、これに放射線が照射されることにより、硬化される。下部クラッド層および上部クラッド層の形成では、薄膜の全面に放射線が照射され、その全体が硬化される。
ここに、放射線としては、可視光、紫外線、赤外線、X線、α線、β線、γ線等を用いることができるが、既述のように、特に紫外線が好ましい。そして、紫外線を照射する手段としては、特に制限されるものではなく、種々の手段を利用することができる。例えば、光源としては、高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、エキシマランプ等の紫外線光源ランプを用いることができる。
薄膜に照射される放射線は、波長200〜390nm、照度が1〜500mW/cm2 のものを所定時間照射することにより照射量が10〜5000mJ/cm2 となるようにすることが好ましい。
【0107】
コア部分を形成するためのコア用薄膜に対する放射線の照射は、所定のパターンに従って行われ、その後、現像液により現像することにより、未硬化の不要な部分が除去され、これによってコア部分が形成される。
所定のパターンに従って放射線の照射を行う方法としては、所定のパターンのマスク孔を有するフォトマスクを用いる方法に限られず、例えば液晶表示装置と同様の原理を利用した、所定のパターンに従って放射線透過領域と放射線不透過領域とよりなるマスク像を電気光学的に形成する手段を利用する方法、多数の光ファイバーを束ねてなる導光部材を用い、この導光部材における所定のパターンに対応する光ファイバーを介して放射線を照射する方法、レーザ光、あるいはレンズ、ミラー等の集光性光学系により得られる収束性放射線を走査させながら放射線硬化性組成物に照射する方法を用いることもできる。
【0108】
このようにして所定のパターンに従って選択的に硬化させた薄膜に対しては、硬化部分と未硬化部分との溶解性の差異を利用して、適宜の有機溶媒あるいはアルカリ現像液によって現像処理することにより、未硬化部分を除去し硬化部分を残存させることができ、これにより、コア部分が形成される。
【0109】
ここに、現像液としては、放射線硬化性組成物の調製に用いられるものとして前述した有機溶媒、あるいは水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、アンモニア、エチルアミン、n−プロピルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリエチルアミン、メチルジエチルアミン、N−メチルピロリドン、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、コリン、ピロール、ピペリジン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]−5−ノナンなどのアルカリ類からなるアルカリ水溶液を用いることができる。このアルカリ水溶性の濃度は、通常0.1〜2.5重量%、好ましくは0.2〜0.5重量%である。また上記アルカリ水溶液に、メタノール、エタノールなどの水溶性有機溶媒、界面活性剤などを適当量添加した水溶液を現像液として使用することもできる。
【0110】
現像時間は、通常30〜180秒間であり、また現像方法は液盛り法、ディッピング法などのいずれでもよい。現像液として有機溶媒を用いた場合はそのまま風乾することにより、また、アルカリ水溶液を用いた場合には流水洗浄を30〜90秒間行い、圧縮空気や圧縮窒素で風乾させることによって表面上の水分を除去することにより、パターン状被膜が形成される。続いてホットプレート、オーブンなどの加熱装置により、所定温度、例えば150〜250℃で、所定時間、例えばホットプレート上で5〜30分間、オーブン中では30〜90分間加熱処理することによって、パターニングされた架橋被膜よりなるコア部分が形成される。
【0111】
また、放射線の照射によって得られる硬化膜は、必要に応じて、さらに加熱することができる。この場合の加熱は、通常、室温から基板や薄膜の分解開始温度以下の温度で、例えば5分間〜72時間、行えばよい。このように、放射線硬化後にさらに加熱することにより、硬度および耐熱性に優れたコア部分を得ることができる。この後加熱は、下部クラッド層および上部クラッド層の形成においても行うことができる。
以上のようにして、微細にパターン化されたコア部分が、下部クラッド層とこれに積重された上部クラッド層との内部に埋設された状態で形成され、これにより光導波路が得られる。
【0112】
而して、本発明によれば、コア部分を形成するために、特定の加水分解性シラン化合物および/またはその加水分解物を含有してなる放射線硬化性組成物を用いるため、所定のパターンに従う放射線の照射により、きわめて容易にかつ短時間の処理でコア部分を形成することができると共に、得られるコア部分はポリシロキサンを主成分とするものであるために高い透明性を有するものとなり、得られる光導波路は、導波路損失が小さく、しかも大きな耐熱性を有するものとなる。
【0113】
更に、下部クラッド層および上部クラッド層も、上記のコア部分のための組成物と同様の組成成分による放射線硬化性組成物によって形成することができ、この場合には、必要とされる操作は、当該放射線硬化性組成物の塗布および放射線の照射のみであるため、塗布装置および放射線照射装置、その他の処理装置として、コア部分の形成に供したものをそのまま共通に使用することができ、その結果、全体として、きわめて簡単に、非常に低いコストで目的とする光導波路を製造することができる。
【0114】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
〔ポリシロキサン溶液の調製〕
ポリシロキサン溶液1
撹拌機付の容器内に、フェニルトリメトキシシラン(23.3g、0.12モル)と、メチルトリメトキシシラン(61.6g、0.43モル)と、電気伝導率が8×10-5S・cm-1のイオン交換水(15.7g、0.87モル)とを収容した後、温度60℃、6時間の条件で加熱撹拌することにより、フェニルトリメトキシシランとメチルトリメトキシシランの加水分解を行った。次いで、メチルイソブチルケトン(MIBK)を滴下しながら、加水分解により副生したメタノールを蒸留除去した。そして、最終的に固形分を40重量%に調整したポリシロキサンを含有するメチルイソブチルケトン溶液を得た。これを「ポリシロキサン溶液1」とする。
【0115】
ポリシロキサン溶液2
撹拌機付の容器内に、メチルトリメトキシシラン(80.0g、0.558モル)と、電気伝導率が8×10-5S・cm-1のイオン交換水(16.0g、0.889モル)とを収容した後、温度60℃、6時間の条件で加熱撹拌することにより、メチルトリメトキシシランの加水分解を行った。MIBKを滴下しながら、加水分解により副生したメタノールを蒸留除去した。そして、最終的に固形分を40重量%に調整したポリシロキサンを含有するメチルイソブチルケトン溶液を得た。これを「ポリシロキサン溶液2」とする。
【0116】
〔放射線硬化性組成物の調製〕
放射線硬化性組成物A(コア用組成物)
ポリシロキサン溶液1(固形分および溶剤)100重量部に対し、光酸発生剤(サートマー社製、CD1012)を1.0重量部、脱水剤としてオルト蟻酸メチル3.0重量部をそれぞれ添加し、均一に混合することにより、放射線硬化性組成物Aを得た。
放射線硬化性組成物B(下層用組成物および上層用組成物)
ポリシロキサン溶液2(固形分および溶剤)100重量部に対し、光酸発生剤(サートマー社製、CD1012)を1.0重量部、脱水剤としてオルト蟻酸メチル3.0重量部をそれぞれ添加し、均一に混合することにより、放射線硬化性組成物Bを得た。
【0117】
〔実施例1〕
放射線硬化性組成物Bをシリコン基板の表面上にスピンコータで塗布し、70℃で10分間乾燥させた後、波長365nm、照度200mW/cm2 の紫外線を5秒間照射することにより、厚み10μmの下部クラッド層を形成した。この下部クラッド層の波長1550nmの光の屈折率は1.423であった。
次に、放射線硬化性組成物Aを下部クラッド層の上にスピンコータで塗布し、70℃で10分間乾燥させた後、幅4〜20μmの光導波路パターンを刻んだフォトマスクを用いて、波長365nm、照度200mW/cm2 の紫外線を5秒間照射することにより、露光を行った。その後、この基板をエタノールよりなる現像液中に浸漬して未露光部を溶解し、厚み7μmのコア部分を形成した。このコア部分の波長1550nmの光の屈折率は1.452であった。
さらに、このコア部分を有する下部クラッド層の上面に、放射線硬化性組成物Bをスピンコータで塗布し、70℃で10分間乾燥させた後、波長365nm、照度200mW/cm2 の紫外線を5秒間照射することにより、厚み15μmの上部クラッド層を形成し、これにより、光導波路を製造した。形成された上部クラッド層の波長1550nmの光の屈折率は1.423であった。
【0118】
このようにして得られた光導波路について、波長1300nmの光を導波路の一端から入射させたときに他端から出射する光量を測定することにより、導波路損失を求めたところ、0.1dB/cm以下であった。
また、得られた光導波路を150℃で5000時間加熱した後、上記と同様にして導波路損失を測定したところ0.1dB/cm以下であり、熱劣化は認められず、優れた耐熱性を有することが確認された。
【0119】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、可視域から赤外域にわたる光についての導波路損失が低く、しかも耐熱性に優れた光導波路を、短時間でかつ簡単なプロセスで製造することができる方法を提供することができ、また、当該方法で製造された、光通信システムなどに好適な光導波路が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法によって製造される光導波路の基本的構成を示す説明用断面図である。
【図2】(イ)〜(ホ)は、本発明の光導波路の製造方法の一例を工程順に示す説明用断面図である。
【符号の説明】
10 光導波路
12 基板
13 下部クラッド層
15 コア部分
14 コア用薄膜
17 上部クラッド層
18 フォトマスク
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention provides an optical circuit used in the fields of optical communication, optical information processing, and the like.Manufacturing method of optical waveguideAbout.
[0002]
[Prior art]
In the multimedia era, transmission systems that use light as a transmission medium have become public communication networks, LANs (local area networks), and FAs (factory automation) in response to demands for large capacity and high speed information processing in optical communication systems and computers. ), Being used for interconnects between computers, home wiring, and the like.
An optical waveguide is a basic component in optical devices, an optical integrated circuit (OEIC), an optical integrated circuit (optical IC), and the like for realizing large-capacity information transmission such as movies and moving images, optical computers, and the like. And since this optical waveguide has a great demand, in recent years, a product with particularly high performance and low cost has been demanded.
[0003]
Conventionally, polymer-based optical waveguides and quartz-based optical waveguides are known as optical waveguides. Examples of methods for producing polymer-based optical waveguides include, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 6-273363 and 7-159630. A method for producing an optical waveguide using an ultraviolet curable resin is exemplified. This polymer-based optical waveguide has an advantage that it can be manufactured easily and at low cost by using means such as photolithography, compared with a quartz-based optical waveguide. There is a drawback that the loss is large and the heat resistance is low, and there is a problem that the waveguide loss is large especially for light with a wavelength of 650 to 1600 nm used for communication.
[0004]
On the other hand, as a method for manufacturing a quartz-based waveguide, a lower clad layer made of a glass film is formed on a silicon substrate by means of a flame deposition method (FHD), a CVD method or the like, and the lower clad layer is refracted on the lower clad layer. There is a method in which inorganic thin films having different rates are formed, a core portion is formed by patterning the thin film using reactive ion etching (RIE), and then an upper cladding layer is formed by flame deposition. Representative.
However, this method requires a long time for manufacturing because the implementation of each step is considerably complicated and a vitrification step of heating to a temperature of 1000 ° C. or higher is necessary to transparentize each constituent layer. Cost and high cost.
[0005]
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-250036 exemplifies a method of manufacturing a silica-based optical waveguide by forming an inorganic thin film using a so-called sol-gel method. In this method, a thin film can be formed in a short time at a low temperature as compared with the flame deposition method, but the point that a long time is required for a process such as reactive ion etching is the same. It will be expensive.
As described above, according to the conventional method for producing a silica-based optical waveguide, an optical waveguide having low waveguide loss and excellent heat resistance can be obtained, but the production process is complicated, inefficient, and costly. There was a problem that it was expensive.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
  The present invention has been made in the background as described above. An optical waveguide having a low waveguide loss with respect to light ranging from the visible region to the infrared region and excellent in heat resistance can be obtained in a short time and with a simple process. Can be manufactured inThe purpose is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  Said subject is solved by the following manufacturing method.
  That is, the optical waveguide manufacturing method of the present invention includes a substrate, a lower clad layer formed on the substrate, a core portion formed on the lower clad layer, and formed on the core portion and the lower clad layer. A method of manufacturing an optical waveguide comprising an upper clad layer formed,
  At least one of the lower clad layer, the core portion, and the upper clad layer is formed by means including applying a radiation curable composition containing the following components (A) to (C) and curing the composition by irradiation with radiation. It is characterized by that.
(A) At least one compound selected from the group consisting of a hydrolyzate of a hydrolyzable silane compound represented by the general formula (1) and a condensate of the hydrolyzate
  General formula (1) (R1)pSi (X)4-p
[In the formula, R1Is a non-hydrolyzable organic group having 1 to 12 carbon atoms, X is a hydrolyzable group, and p is an integer of 0 to 3. ]
(B) Photoacid generator
(C)It is at least one compound selected from the group consisting of carboxylic acid esters, acetals (including ketals) and carboxylic anhydrides, and has a boiling point in the range of 40 to 200 ° C. at normal pressure.Dehydrating agent made of organic compounds
[0008]
In the above method, the core portion is formed by irradiating the thin film obtained by applying the radiation curable composition for forming the core portion according to a predetermined pattern and then removing the unexposed portion. It is preferable to do.
Further, the radiation curable composition for forming the core portion is a radiation curable composition in which the refractive index of the core portion formed thereby is higher than the refractive indexes of the lower cladding layer and the upper cladding layer. .
[0009]
  In the above method,R in the general formula (1) 1 Preferably has a radically polymerizable group or a cationically polymerizable group.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be specifically described.
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the basic structure of an optical waveguide manufactured by the method of the present invention. As shown in FIG. 1, the optical waveguide 10 includes a substrate 12 extending in a direction perpendicular to the paper surface, a lower cladding layer 13 formed on the surface of the substrate 12, and a lower cladding layer 13 formed on the lower cladding layer 13. A core portion 15 having a specific width and an upper clad layer 17 formed on the lower clad layer 13 including the core portion 15 are formed. The core portion 15 is entirely formed of the lower clad layer 13. The upper cladding layer 17 is buried in the stack.
[0012]
According to a preferred embodiment of the method of the present invention, the optical waveguide 10 is manufactured as follows. That is, as shown in FIG. 2A, a substrate 12 having a flat surface is prepared. The substrate 12 is not particularly limited, and a silicon substrate, a glass substrate, or the like can be used.
A lower clad layer 13 is formed on the surface of the substrate 12. Specifically, as shown in FIG. 2 (b), a lower clad layer forming composition (hereinafter referred to as “lower layer composition”) made of a radiation curable composition described later is applied to the surface of the substrate 12. The lower layer thin film is formed by drying or pre-baking, and the lower layer thin film is cured by irradiating the lower layer thin film to form the lower cladding layer 13.
[0013]
Next, as shown in FIG. 2C, a core-forming composition (hereinafter referred to as “core composition”) made of a radiation-curable composition, which will be described later, is applied onto the lower cladding layer 13. The core thin film 14 is formed by drying or further pre-baking. After that, as shown in FIG. 2 (d), the upper surface of the core thin film 14 is irradiated with radiation according to a predetermined pattern, for example, through a photomask 18 having a mask hole of a predetermined pattern. As a result, the portion irradiated with the radiation is cured. By removing other uncured portions, as shown in FIG. 2 (e), a patterned cured film is formed on the lower cladding layer 13. A core portion 15 is formed.
[0014]
An upper clad layer forming composition (hereinafter referred to as “upper layer composition”) made of a radiation curable composition described later is applied to the surface of the lower clad layer 13 on which the core portion 15 is formed, and dried. Alternatively, an upper thin film is formed by pre-baking, and the upper thin film is irradiated with radiation to be cured, thereby forming the upper clad layer 17 as shown in FIG. Is done.
[0015]
In the optical waveguide obtained as described above, the thicknesses of the lower cladding layer 13, the upper cladding layer 17 and the core portion 15 are not particularly limited, but the thickness of the lower cladding layer 13 is 3 to 50 μm, and the core portion 15 Is preferably 3 to 20 μm, and the upper cladding layer 17 is preferably 3 to 50 μm in thickness. Although the width | variety of the core part 15 is not specifically limited, For example, it is the range of 1-50 micrometers.
The refractive index of the core portion 15 needs to be higher than the refractive indexes of the lower cladding layer 13 and the upper cladding layer 17, and the refractive index of the core portion 15 in the actual optical waveguide is light with a wavelength of 1300 to 1600 nm. The refractive index of the lower cladding layer 13 and the upper cladding layer 17 is preferably 1.400 to 1.648, and the refractive index of the core portion is the refractive index of both cladding layers. Is preferably larger in the range of 0.002 to 0.5.
[0016]
In a specific embodiment of the present invention, the lower clad layer, the core portion, and the upper clad layer are all radiation curable compositions for forming these layers, that is, a lower layer composition, a core composition, and The upper layer composition is applied, and the formed coating film is preferably dried or prebaked as necessary to form a thin film, and the thin film is preferably cured through irradiation.
[0017]
  In the present invention, the composition for the lower layer, the composition for the core, and the composition for the upper layerAs at least one ofA radiation curable composition containing the following components (A) to (C):Used.
(A) represented by general formula (1)Hydrolyzate of hydrolyzable silane compound and hydrolyzateAt least one compound selected from the group consisting of condensates of
  General formula (1) (R1)pSi (X)4-p
[In the formula, R1Is a non-hydrolyzable organic group having 1 to 12 carbon atoms, X is a hydrolyzable group, and p is an integer of 0 to 3. ]
(B) Photoacid generator
(C)Made of organic compoundsDehydrating agent
[0018]
  Hereinafter, this radiation-curable composition will be described.
(1) (A) component
  The component (A) is a main component of the radiation curable composition and is represented by the general formula (1).Hydrolyzate of hydrolyzable silane compound and hydrolyzateAt least one compound selected from the group consisting of condensates of
[0019]
Here, the hydrolyzable group represented by X is usually hydrolyzed by heating within the temperature range of room temperature (25 ° C.) to 100 ° C. in the presence of non-catalyst and excess water, thereby producing a silanol group. Or a group capable of forming a siloxane condensate. The subscript p in the general formula (1) is an integer of 0 to 3, more preferably an integer of 0 to 2, and particularly preferably 1.
However, in the hydrolyzate of the hydrolyzable silane compound represented by the general formula (1), a partially unhydrolyzed hydrolyzable group may remain. In that case, the hydrolyzable silane compound and the hydrolyzate It becomes a mixture with things.
The hydrolyzate of a hydrolyzable silane compound means not only a compound in which an alkoxy group is changed to a silanol group by a hydrolysis reaction, but also a partial condensate in which some silanol groups are condensed with each other. .
Furthermore, the hydrolyzable silane compound is not necessarily hydrolyzed at the time of blending the radiation curable composition, and at least a part of the hydrolyzable group is hydrolyzed at the stage of irradiation with radiation. That's fine. That is, in the radiation curable composition, when the hydrolyzable silane compound is used without being previously hydrolyzed, water is added in advance to hydrolyze the hydrolyzable group, thereby generating a silanol group. Thus, the radiation curable composition can be radiation cured.
[0020]
[Organic group R1]
Organic group R in general formula (1)1Can be selected from monovalent organic groups that are non-hydrolyzable.
As such a non-hydrolyzable organic group, a non-polymerizable organic group and / or a polymerizable organic group can be selected. Organic group R1The non-hydrolyzable in means that it is a property that exists stably as it is under the condition that the hydrolyzable group X is hydrolyzed.
[0021]
Here, non-polymerizable organic group R1Examples thereof include an alkyl group, an aryl group, and an aralkyl group. These may be linear, branched, cyclic, or combinations thereof.
More specific examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a hexyl group, a cyclohexyl group, an octyl group, and a deuterated alkyl group or a halogenated alkyl group. Of these alkyl groups, a methyl group is more preferred.
[0022]
Non-polymerizable organic group R1Specific examples of the aryl group include a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, a naphthyl group, a biphenyl group, and a deuterated aryl group or a halogenated aryl group. Of these, more preferred is a phenyl group.
Further, non-polymerizable organic group R1Specific examples of the aralkyl group in include a benzyl group and a phenylethyl group. Of these, a benzyl group is more preferable.
[0023]
Further, non-polymerizable organic group R1Is preferably a structural unit containing a heteroatom. Examples of such a structural unit include ether, ester, sulfide and the like. Moreover, when it contains a hetero atom, it is preferable that it is non-basic.
[0024]
In addition, polymerizable organic group R1Is preferably an organic group having a radical polymerizable functional group and / or a cationic polymerizable functional group in the molecule. By introducing such a functional group, the radiation curable composition can be cured more effectively by using radical polymerization or cationic polymerization together.
[0025]
In addition, polymerizable organic group R1Of the radical polymerizable functional group and the cationic polymerizable functional group, a cationic polymerizable functional group is more preferable. This is because the photoacid generator can cause not only a curing reaction in a silanol group but also a curing reaction in a cationic polymerizable functional group at the same time.
[0026]
Organic group R having a radical polymerizable functional group1Examples of the organic group include an organic group having an olefin group, an organic group having (meth) acryloxy, an organic group having a styryl group, and an organic group having a vinyl ether.
And as a more specific olefin group, a vinyl group, a propenyl group, a butadienyl group, etc. are mentioned. Of these, a vinyl group is more preferable.
Examples of organic groups having (meth) acryloxy include (meth) acryloxymethyl and (meth) acryloxypropyl.
Examples of the organic group having a styryl group include styryl, styrylethyl, styrylpropyl, and the like.
Furthermore, examples of the organic group having vinyl ether include vinyloxyethyl, vinyloxypropyl, vinyloxybutyl, vinyloxyoctyl, vinyloxycyclohexyl, vinyloxyphenyl and the like.
[0027]
Further, an organic group R having a cationic polymerizable functional group1Examples thereof include an organic group having a cyclic ether structure and an organic group having a vinyl ether.
More preferably, it is an organic group having a cyclic ether structure. Examples of such a cyclic ether group include a 3- to 6-membered cyclic ether structure having a linear or cyclic structure, and more specifically a structure containing an epoxy group, an oxetane group, tetrahydrofuran, and a pyran unit. Of these cyclic ether groups, more preferred are cyclic ether structures having a 4-membered ring or less such as an epoxy group and an oxetane group.
[0028]
Specific examples of the organic group having a cyclic ether structure include glycidylpropyl, epoxidized cyclohexylethyl, methyl oxetanyl methoxypropyl, ethyl oxetanyl methoxypropyl, and the like. Examples of the organic group having vinyl ether include vinyloxyethyl, vinyloxypropyl, vinyloxybutyl, vinyloxyoctyl, vinyloxycyclohexyl, vinyloxyphenyl and the like.
[0029]
[Hydrolyzable group X]
As hydrolyzable group X in General formula (1), a hydrogen atom, a C1-C12 alkoxy group, a halogen atom, an amino group, an acyloxy group, etc. are mentioned. Here, specific examples of the preferable alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms include methoxy group, ethoxy group, propoxy group, butoxy group, phenoxybenzyloxy group, methoxyethoxy group, acetoxyethoxy group, 2- (meth) acrylic group. Loxyethoxy group, 3- (meth) acryloxypropoxy group, 4- (meth) acryloxybutoxy group,
Alternatively, an epoxy group-containing alkoxy group such as a glycidyloxy group or an epoxidized cyclohexylethoxy group,
Oxetane group-containing alkoxy groups such as methyl oxetane methoxy and ethyl oxetane methoxy,
Examples include an alkoxy group having a 6-membered ring ether group such as oxacyclohexyloxy.
Moreover, a methoxy group and an ethoxy group are more preferable among the C1-C12 alkoxy groups mentioned above. Since these alkoxy groups are easily hydrolyzed to form silanol groups, a radiation curing reaction can be caused stably.
[0030]
Preferred halogen atoms include fluorine, chlorine, bromine and iodine.
However, when using a hydrolyzable silane compound containing a halogen atom as a hydrolyzable group in this way, care must be taken not to reduce the storage stability of the radiation curable composition. That is, depending on the amount of hydrogen halide produced by hydrolysis, such hydrogen halide is removed by operations such as neutralization and distillation so as not to affect the storage stability of the radiation-curable composition. It is preferable to make it.
[0031]
Preferred amino groups include amino group, dimethylamino group, diethylamino group, butylamino group, dibutylamino group, phenylamino group, diphenylamino group and the like.
However, when an amino group is used as the hydrolyzable group, amines are generated by hydrolysis. Therefore, it is preferable to remove such by-product amines before final preparation of the radiation curable composition so as not to affect the storage stability of the radiation curable composition.
[0032]
Moreover, as a preferable acyloxy group, an acetoxy group, a butyroyloxy group, etc. can be mentioned.
[0033]
[Specific examples of hydrolyzable silane compounds]
Next, a specific example of the hydrolyzable silane compound represented by the formula (1) (sometimes simply referred to as a silane compound) will be described.
First, non-polymerizable organic group R1As the silane compound having, there are four types such as tetrachlorosilane, tetraaminosilane, tetraacetoxysilane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrabutoxysilane, tetraphenoxysilane, tetrabenzyloxysilane, trimethoxysilane, triethoxysilane, etc. Examples thereof include silane compounds substituted with a hydrolyzable group.
[0034]
Similarly, methyltrichlorosilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltributoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriisopropoxysilane, ethyltributoxysilane, butyltrimethoxysilane, pentafluorophenyltrimethoxy Silane, phenyltrimethoxysilane, dThreeExamples include silane compounds substituted with three hydrolyzable groups such as methyltrimethoxysilane, nonafluorobutylethyltrimethoxysilane, and trifluoromethyltrimethoxysilane.
[0035]
Similarly, silane compounds substituted with two hydrolyzable groups such as dimethyldichlorosilane, dimethyldiaminosilane, dimethyldiacetoxysilane, dimethyldimethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, dibutyldimethoxysilane, and the like, and trimethylchlorosilane, hexa Mention may be made of silane compounds substituted with one hydrolyzable group such as methyldisilazane, trimethylsilane, tributylsilane, trimethylmethoxysilane, tributylethoxysilane.
[0036]
Among these, preferable examples of the hydrolyzable silane compound include methylalkoxysilanes such as methyltrimethoxysilane and methyltriethoxysilane, and tetraalkoxysilanes such as tetramethoxysilane and tetraethoxysilane.
[0037]
  Also,Polymerizable organic groupAs a silane compound havingNon-hydrolyzable organic group R 1 Polymerizable organic groupA silane compound containing,Hydrolyzable organic group X and polymerizable organic groupAny of the silane compounds having can be used.
[0038]
  here,Non-hydrolyzable organic group R 1 Polymerizable organic groupExamples of silane compounds containing methacrylic acid include (meth) acryloxypropyltrimethoxysilane, (meth) acryloxypropyltriethoxysilane, (meth) acryloxypropylmethyldimethoxysilane, (meth) acryloxypropyltrichlorosilane, bis (methacryloxypropyl) ) (Meth) acryloxysilane compounds such as dimethoxysilane,
Vinylsilane compounds such as vinyltrimethoxysilane, vinyltrichlorosilane, vinyltriethoxysilane, divinyldimethoxysilane, divinyldiethoxysilane,
Epoxy silane compounds such as glycidyloxytrimethoxysilane, bis (glycidyloxy) dimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltriethoxysilane,
Oxetanesilane compounds such as 3- (3-methyl-3-oxetanemethoxy) propyltrimethoxysilane and 3- (3-ethyl-3-oxetanemethoxy) propyltriethoxysilane;
Examples thereof include silane compounds having a 6-membered ring ether structure such as oxacyclohexyltrimethoxysilane and oxacyclohexyltriethoxysilane. These can be used alone or in combination of two or more.
[0039]
  Also,Hydrolyzable organic group X and polymerizable organic groupExamples of silane compounds that contain tetra (meth) acryloxysilane, tetrakis [2- (meth) acryloxyethoxy] silane, tetraglycidyloxysilane, tetrakis (2-vinyloxyethoxy) silane, tetrakis (2- Vinyloxybutoxy) silane, tetrakis (3-methyl-3-oxetanemethoxy) silane, methyltri (meth) acryloxysilane, methyl [2- (meth) acryloxyethoxy] silane, methyl-triglycidyloxysilane, methyltris (3 -Methyl-3-oxetanemethoxy) silane. These can be used alone or in combination of two or more.
[0040]
  Also,Polymerizable organic groupOf the silane compounds havingNon-hydrolyzable organic group R 1 Polymerizable organic groupA silane compound having a cationically polymerizable organic group is more preferable.
  Specific examples include glycidyloxypropyltrimethoxysilane, glycidyloxypropyltriethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl). Ethyltriethoxysilane, 3- (3-methyl-3-oxetanemethoxy) propyltrimethoxysilane, 3- (3-ethyl-3-oxetanemethoxy) propyltrimethoxysilane, 3- (3-methyl-3-oxetanemethoxy) ) Propyltriethoxysilane, 3- (3-ethyl-3-oxetanemethoxy) propyltrimethoxysilane, and the like.
[0041]
[Examples of obtaining hydrolyzable silane compounds]
The hydrolyzable silane compound described above can be synthesized by a known method. For example, Pure Appl. Chem. A34 (11), 2335, 1997, Eur. Polym. J. et al. Vol. 33, no. 7, 1021, 1997, a compound having an olefin group is subjected to hydrosilylation using a trialkoxysilane as a transition metal complex or a radical generator as a catalyst to thereby generate alkoxy having various functional groups. Silanes can be produced.
[0042]
Some of these hydrolyzable silane compounds are commercially available and can be easily obtained. For example, Nippon Unicar Co., Ltd. A-151, A-171, A-172, A-174, Y-9936, AZ-6167, AZ-6134, A-186, A-187, MAC-2101, MAC -2301, FZ-3704, AZ-6200, A-162, A-163, AZ-6171, A-137, A-153, A-1230, and, for example, SZ-6030 manufactured by Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd. SH-6040, SZ-6070, SZ-6072, SZ-6075, SZ-6079, SZ-6300, PRX11, PRX19, PRX24, AY43-154M and the like.
[0043]
[Hydrolysis conditions of hydrolyzable silane compound]
The conditions for hydrolyzing or condensing the above-mentioned silane compound are not particularly limited, but it is preferable to carry out the steps 1) to 3) shown below as an example.
[0044]
1) A hydrolyzable silane compound represented by the general formula (1) and a predetermined amount of water are accommodated in a container equipped with a stirrer.
2) Next, the organic solvent is further accommodated in the container while adjusting the viscosity of the solution to obtain a mixed solution.
3) The obtained mixed solution is heated and stirred for 1 to 24 hours in an air atmosphere at a temperature from 0 ° C. to the boiling point of the organic solvent or hydrolyzable silane compound. During heating and stirring, it is also preferable to concentrate the mixed solution by distillation or replace the solvent as necessary.
[0045]
(2) Photoacid generator
[Definition]
The photoacid generator of component (B) in the radiation curable composition releases an acidic active substance capable of radiation curing (crosslinking) the hydrolyzable silane compound as component (A) by irradiating with radiation. Is defined as a compound capable of
[0046]
Examples of radiation for decomposing the photoacid generator to generate cations include visible light, ultraviolet light, infrared light, X-rays, α-rays, β-rays, γ-rays, etc., but have a certain energy level. In addition, ultraviolet rays are preferable because a high curing rate can be obtained and the irradiation apparatus is relatively inexpensive and may be small.
[0047]
Moreover, it is also preferable to use together the radical generator mentioned later with a photo-acid generator. The radical which is a neutral active substance does not promote the condensation reaction of the silanol group, but when the radical (A) component has a radical polymerizable functional group, the polymerization of the functional group may be promoted. it can. Therefore, the radiation curable composition can be cured more efficiently.
[0048]
[Types of photoacid generator]
Photoacid generators include onium salts having a structure represented by the general formula (2) (first group of compounds) and sulfonic acid derivatives having a structure represented by the general formula (3) (second group of compounds). ).
[0049]
General formula (2) [R2 aRThree bRFour cRFive dW]+ m [MZm + n]-m
[Wherein the cation is an onium ion, W is S, Se, Te, P, As, Sb, Bi, O, I, Br, Cl, or —N≡N, and R2, RThree, RFourAnd RFiveAre the same or different organic groups, a, b, c and d are each an integer of 0 to 3, and the value of (a + b + c + d) is equal to the valence of W. M is a halide complex [MZm + n], For example, B, P, As, Sb, Fe, Sn, Bi, Al, Ca, In, Ti, Zn, Sc, V, Cr, Mn, and Co. Z is, for example, a halogen atom or an aryl group such as F, Cl, Br, etc., m is the net charge of the halide complex ion, and n is the valence of M. ]
[0050]
General formula (3) QS-[S (= O)2-R6]t
[Wherein Q is a monovalent or divalent organic group, R6Is a monovalent organic group having 1 to 12 carbon atoms, the subscript s is 0 or 1, and the subscript t is 1 or 2. ]
[0051]
First, an onium salt that is a compound of the first group is a compound that can release an acidic active substance by receiving light.
Here, the anion [MZ in the general formula (2)m + nAs a specific example of tetrafluoroborate (BFFour -), Hexafluorophosphate (PF)6 -), Hexafluoroantimonate (SbF)6 -), Hexafluoroarsenate (AsF)6 -), Hexachloroantimonate (SbCl6 -), Tetraphenylborate, tetrakis (trifluoromethylphenyl) borate, tetrakis (pentafluoromethylphenyl) borate and the like.
[0052]
In addition, the anion [MZ in the general formula (2)m + n] Instead of the general formula [MZnOH-It is also preferable to use an anion represented by In addition, perchlorate ions (ClOFour -), Trifluoromethanesulfonate ion (CFThreeSOThree -), Fluorosulfonate ion (FSO)Three -), Onium salts having other anions such as toluenesulfonate ion, trinitrobenzenesulfonate anion, trinitrotoluenesulfonate anion, and the like.
[0053]
Moreover, when the example of a commercial item of the compound of 1st group is shown, Sun-Aid SI-60, SI-80, SI-100, SI-60L, SI-80L, SI-100L, SI-L145, SI-L150, SI- L160, SI-L110, SI-L147 (above, Sanshin Chemical Industry Co., Ltd.), UVI-6950, UVI-6970, UVI-6974, UVI-6990 (above, Union Carbide), Adeka optomer SP -150, SP-151, SP-170, SP-171 (manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.), Irgacure 261 (Ciba Specialty Chemicals Co., Ltd.), CI-2481, CI-2624, CI-2623, CI-2064 (above, manufactured by Nippon Soda Co., Ltd.), CD-1010, CD-1011, CD-1012 (above, Sartomer Manufactured), DS-100, DS-101, DAM-101, DAM-102, DAM-105, DAM-201, DSM-301, NAI-100, NAI-101, NAI-105, NAI-106, SI-100 SI-101, SI-105, SI-106, PI-105, NDI-105, BENZOIN TOSYLATE, MBZ-101, MBZ-301, PYR-100, PYR-200, DNB-101, NB-101, NB- 201, BBI-101, BBI-102, BBI-103, BBI-109 (above, manufactured by Midori Chemical Co., Ltd.), PCI-061T, PCI-062T, PCI-020T, PCI-022T (above, Nippon Kayaku ( Co., Ltd.), IBPF, IBCF (manufactured by Sanwa Chemical Co., Ltd.) and the like.
[0054]
Of the compounds of the first group described above, more effective onium salts are aromatic onium salts, and particularly preferably diaryl iodonium salts represented by the following general formula (4).
Formula (4) [R7-Ar1-I+-Ar2-R8] [Y-]
[In the formula, R7And R8Are each a monovalent organic group, which may be the same or different, and R7And R8At least one of them has an alkyl group having 4 or more carbon atoms, Ar1And Ar2Are each an aromatic group, which may be the same or different, Y-Is a monovalent anion and is a group 3 or 5 fluoride anion of the periodic table or ClOFour -, CFThree-SOThree -An anion selected from ]
[0055]
Specific examples of such diaryliodonium salts include (4-n-decyloxyphenyl) phenyliodonium hexafluoroantimonate, [4- (2-hydroxy-n-tetradecyloxy) phenyl] phenyliodonium.
Hexafluoroantimonate, [4- (2-hydroxy-n-tetradecyloxy) phenyl] phenyliodonium trifluorosulfonate, [4- (2-hydroxy-n-tetradecyloxy) phenyl] phenyliodonium hexafluorophosphate, [ 4- (2-hydroxy-n-tetradecyloxy) phenyl] phenyliodonium tetrakis (pentafluorophenyl) borate, bis (4-t-butylphenyl) iodonium hexafluoroantimonate, bis (4-t-butylphenyl) iodonium Hexafluorophosphate, bis (4-t-butylphenyl) iodonium trifluorosulfonate, bis (4-t-butylphenyl) iodonium tetrafluoroborate, bis (dodecylpheny) ) One or a combination of two or more of iodonium hexafluoroantimonate, bis (dodecylphenyl) iodonium tetrafluoroborate, bis (dodecylphenyl) iodonium hexafluorophosphate, bis (dodecylphenyl) iodonium trifluoromethylsulfonate, etc. Can be mentioned.
[0056]
Moreover, as a commercial item of diaryliodonium salt, for example, CD1012, manufactured by Sartomer, IBPF, IBCF, manufactured by Sanwa Chemical Co., Ltd., BBI-101, BBI-102, BBI-103 manufactured by Midori Chemical Co., Ltd., And BBI-109.
[0057]
Furthermore, the production method of the diaryl iodonium salt represented by the general formula (4) is not particularly limited. For example, J. Polymer Science: Part A: polymer Chemistry, Vol. 31, 1473-1482 (1993) ), J. Polymer Science: Part A: polymer Chemistry, Vol. 31, 1483-1491 (1993).
[0058]
Next, the second group of compounds will be described. Examples of the sulfonic acid derivative represented by the general formula (3) are disulfones, disulfonyldiazomethanes, disulfonylmethanes, sulfonylbenzoylmethanes, imidosulfonates, benzoinsulfonates, 1-oxy-2-sulfonate Examples include hydroxy-3-propyl alcohol sulfonates, pyrogallol trisulfonates, and benzyl sulfonates.
In general formula (3), imide sulfonates are more preferable, and among imide sulfonates, trifluoromethyl sulfonate derivatives are more preferable.
[0059]
Specific examples of such sulfonates include diphenyl disulfone, ditosyl disulfone, bis (phenylsulfonyl) diazomethane, bis (chlorophenylsulfonyl) diazomethane, bis (xylylsulfonyl) diazomethane, phenylsulfonylbenzoyldiazomethane, bis (Cyclohexylsulfonyl) methane, 1,8-naphthalenedicarboxylic acid imide methyl sulfonate, 1,8-naphthalenedicarboxylic acid imide Tosyl sulfonate, 1,8-naphthalenedicarboxylic acid imide trifluoromethyl sulfonate, 1,8-naphthalenedicarboxylic acid imide Camphor Sulfonate, succinimide phenyl sulfonate, succinimide tosyl sulfonate, succinimide trifluoromethyl sulfonate, Succinimide camphorsulfonate, phthalimide trifluorosulfonate, cis-5-norbornene-endo-2,3-dicarboxylic acid trifluoromethylsulfonate, benzoin tosylate, 1,2-diphenyl-2-hydroxypropyl tosylate 1,2-di (4-methylmercaptophenyl) -2-hydroxypropyl tosylate, pyrogallol methylsulfonate, pyrogallol ethylsulfonate, 2,6-dinitrophenylmethyl tosylate, ortho-nitrophenylmethyl tosylate, para-nitrophenyl tosylate Can be mentioned.
[0060]
[Amount of photoacid generator added]
The content ratio of the photoacid generator in the radiation curable composition is not particularly limited, but is usually within a range of 0.1 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of component (A). Is preferred. When the addition amount of the photoacid generator is less than 0.1 parts by weight, the radiation curability tends to be lowered and a sufficient curing rate tends not to be obtained. On the other hand, when the addition amount of a photo-acid generator exceeds 15 weight part, there exists a tendency for the weather resistance and heat resistance of the hardened | cured material obtained to fall.
Therefore, from the viewpoint of better balance between radiation curability and the weather resistance of the resulting cured product, the amount of photoacid generator added is in the range of 1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of component (A). It is more preferable to set the value within the range.
[0061]
(3) Dehydrating agent
[Definition]
The dehydrating agent in the radiation curable composition is defined as a compound that is converted into a substance other than water by a chemical reaction, or a compound that does not affect the radiation curable property and storage stability by physical adsorption or inclusion.
That is, by containing such a dehydrating agent, the conflicting characteristics of storage stability and radiation curability can be improved without impairing the weather resistance and heat resistance of the radiation curable composition. The reason for this is not necessarily clear, but the storage stability of the radiation-curable composition is improved because the dehydrating agent effectively absorbs water entering from the outside, while in the condensation reaction that is a radiation-curable reaction. It is considered that the radiation curability of the radiation curable composition is improved because the dehydrating agent effectively absorbs the generated water sequentially.
[0062]
[Types of dehydrating agents]
  Dehydrating agentAt least one selected from the group consisting of carboxylic acid esters, acetals (including ketals), and carboxylic anhydridesIt is an organic compound.These dehydrating agents exhibit an excellent dehydrating effect, and can effectively exhibit the function of the dehydrating agent with a small amount of addition.
[0063]
The carboxylic acid ester as the dehydrating agent is selected from carboxylic acid ortho ester, carboxylic acid silyl ester, and the like.
Here, preferable examples of the carboxylic acid orthoester include methyl orthoformate, ethyl orthoformate, propyl orthoformate, butyl orthoformate, methyl orthoacetate, ethyl orthoacetate, propyl orthoacetate, butyl orthoacetate, methyl orthopropionate and orthopropion. Examples include ethyl acid. Of these carboxylic acid orthoesters, orthoformate esters are particularly preferred as the dehydrating agent from the viewpoint of exhibiting a more excellent dehydrating effect and further improving storage stability and radiation curability.
Preferred carboxylic acid silyl esters include trimethylsilyl acetate, tributylsilyl acetate, trimethylsilyl formate, trimethylsilyl oxalate and the like.
[0064]
Of the carboxylic acid esters, it is more preferable to use a carboxylic acid ortho ester. Carboxylic acid orthoesters can efficiently absorb water and hydrolyze themselves. Further, the compound formed by hydrolysis of the carboxylic acid ortho ester is neutral. Therefore, the carboxylic acid ortho ester exhibits an excellent dehydration effect and can further improve storage stability and radiation curability.
[0065]
Preferred acetals include, for example, dimethyl acetal, diethyl acetal, which is a reaction product of ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, acetaldehyde, propionaldehyde, benzaldehyde and a monohydric alcohol. Examples thereof include dipropyl acetal, or acetal composed of a dihydric alcohol such as ethylene glycol and a ketone, and a ketene silyl acetal produced by a silylation reaction of a carboxylic acid ester.
[0066]
Of these acetals, acetone dimethyl acetal, acetone diethyl acetal, methyl ethyl ketone dimethyl acetal, methyl ethyl ketone diethyl acetal, cyclohexanone dimethyl acetal, and cyclohexanone diethyl acetal exhibit particularly excellent dehydration effects, and exhibit storage stability and radiation curability. From the viewpoint of further improvement, it is preferable for use as a dehydrating agent in the present invention.
[0067]
Examples of preferable carboxylic acid anhydrides include formic anhydride, acetic anhydride, succinic anhydride, maleic anhydride, phthalic anhydride, benzoic anhydride, and acetic acid benzoic anhydride. In particular, acetic anhydride and succinic anhydride are preferable because they are particularly excellent in dehydrating effect.
[0069]
[Properties of dehydrating agent]
  Next, the properties of the dehydrating agent will be described. First, the dehydrating agent is solid or liquid at normal temperature and normal pressure, and is selected from compounds that dissolve or disperse in the radiation curable composition and exhibit a dehydrating effect.
  In addition, the dehydrating agent made of an organic compound has a boiling point (under normal pressure) in the range of 40 to 200 ° C.Is.If the boiling point is a value within such a range, it can be efficiently volatilized under drying conditions of room temperature (25 ° C.) to 200 ° C. Therefore, it is easy to remove the dehydrating agent.
[0070]
[Addition amount of dehydrating agent]
Although the content rate of the dehydrating agent in the radiation curable composition is not particularly limited, it is usually set to a value in the range of 0.1 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of component (A). preferable. When the addition amount of the dehydrating agent is less than 0.1 parts by weight, the addition effect tends to be poor and the effect of improving storage stability and radiation curability tends to be low. On the other hand, when the addition amount of the dehydrating agent exceeds 100 parts by weight, the effect of improving storage stability and radiation curability tends to be saturated.
Therefore, more preferably, the addition amount of the dehydrating agent is a value within a range of 0.5 to 50 parts by weight, and more preferably within a range of 1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the component (A). Value.
[0071]
(4) Additives
The radiation curable composition used in the present invention includes a radical photopolymerization initiator, a photosensitizer, a reactive diluent, silica particles, an organic solvent, and the like, as long as the purpose and effect of the present invention are not impaired. Additives and the like can be further contained.
[0072]
[Radical photopolymerization initiator]
In the radiation curable composition used in the present invention, a radical photopolymerization initiator (radical generator) may be blended in combination with a photoacid generator. A radical generator is a compound that decomposes by receiving radiation such as ultraviolet rays to generate radicals, and causes radical polymerization groups to polymerize by the radicals.
[0073]
Examples of such a radical generator include acetophenone, acetophenone benzyl ketal, anthraquinone, 1- (4-isopropylphenyl) -2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, carbazole, xanthone, 4-chlorobenzophenone, 4 , 4′-diaminobenzophenone, 1,1-dimethoxydeoxybenzoin, 3,3′-dimethyl-4-methoxybenzophenone, thioxanthone compound, 2-methyl-1- [4- (methylthio) phenyl] -2-morpholino- Propan-2-one, 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butan-1-one, triphenylamine, 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide, bis (2 , 6-Dimethoxybenzoy ) -2,4,4-tri-methylpentylphosphine oxide, benzyldimethyl ketal, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one, fluorenone, fluorene, benzaldehyde Benzoin ethyl ether, benzoin propyl ether, benzophenone, benzophenone derivatives, Michler ketone, 3-methylacetophenone, 3,3 ′, 4,4′-tetra (t-butylperoxycarbonyl) benzophenone (BTTB), and the like. In addition, this radical generator can also be used individually by 1 type, or can be used in combination of 2 or more type.
[0074]
[Photosensitizer]
In the radiation curable composition used in the present invention, a photosensitizer may be blended in combination with a photoacid generator. A photosensitizer is a compound that absorbs energy rays such as light and improves the sensitivity of the photoacid generator.
[0075]
Such photosensitizers include thioxanthone, diethylthioxanthone and thioxanthone derivatives; anthraquinone, bromoanthraquinone and anthraquinone derivatives; anthracene, bromoanthracene and anthracene derivatives; perylene and perylene derivatives; xanthene, thioxanthene and thioxanthene derivatives. Derivatives such as coumarin and ketocoumarin. Among these photosensitizers, more preferred compounds are diethylthioxanthone and bromoanthracene.
[0076]
(Reactive diluent)
By adding (compounding) a reactive diluent to the radiation curable composition used in the present invention, curing shrinkage of the resulting cured film can be reduced, or the mechanical strength of the cured film can be controlled. . Further, when a radical polymerizable reactive diluent is used, the photoreactivity of the radiation curable composition can be adjusted by further adding a radical generator. In addition, when a cationic polymerizable reactive diluent is used, photoreactivity and mechanical properties can be adjusted.
[0077]
[Types of reactive diluents]
As the reactive diluent, it is preferable to blend a cationically polymerizable monomer and / or an ethylenically unsaturated monomer.
Here, the cationic polymerizable monomer that is a reactive diluent is defined as an organic compound that undergoes a polymerization reaction or a crosslinking reaction when irradiated with light in the presence of a photoacid generator. Therefore, for example, epoxy compounds, oxetane compounds, oxolane compounds, cyclic acetal compounds, cyclic lactone compounds, thiirane compounds, thietane compounds, vinyl ether compounds, spiro orthoester compounds that are reaction products of epoxy compounds and lactones, ethylenically unsaturated Examples thereof include a compound, a cyclic ether compound, a cyclic thioether compound, and a vinyl compound. These cationic polymerizable monomers can be used singly or in combination of two or more.
[0078]
Moreover, the epoxy compound as the above-mentioned cationic polymerizable monomer includes, for example, bisphenol A diglycidyl ether, bisphenol F diglycidyl ether, bisphenol S diglycidyl ether, brominated bisphenol A diglycidyl ether, brominated bisphenol F diglycidyl ether, bromine Bisphenol S diglycidyl ether, epoxy novolac resin, hydrogenated bisphenol A diglycidyl ether, hydrogenated bisphenol F diglycidyl ether, hydrogenated bisphenol S diglycidyl ether, 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3 ', 4'-epoxy Cyclohexane carboxylate, 2- (3,4-epoxycyclohexyl-5,5-spiro-3,4-epoxy) cyclohexane-meta-dioxane, bis (3 , 4-epoxycyclohexylmethyl) adipate, vinylcyclohexylene oxide, 4-vinylepoxycyclohexane, bis (3,4-epoxy-6-methylcyclohexylmethyl) adipate, 3,4-epoxy-6-methylcyclohexyl-3 ′, 4 '-Epoxy-6'-methylcyclohexanecarboxylate, methylenebis (3,4-epoxycyclohexane), dicyclopentadiene diepoxide, ethylene glycol di (3,4-epoxycyclohexylmethyl) ether, ethylene bis (3,4- Epoxycyclohexanecarboxylate), dioctyl epoxyhexahydrophthalate, di-2-ethylhexyl epoxyhexahydrophthalate, 1,4-butanediol diglycidyl ether, 1,6-hexanedi Diglycidyl ether, glycerin triglycidyl ether, trimethylolpropane triglycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ether, polypropylene glycol diglycidyl ether; one or two aliphatic polyhydric alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol and glycerin Polyglycidyl ethers of polyether polyols obtained by adding the above alkylene oxides; diglycidyl esters of aliphatic long-chain dibasic acids; monoglycidyl ethers of higher aliphatic alcohols; phenol, cresol, butylphenol or the like Monoglycidyl ethers of polyether alcohols obtained by adding alkylene oxides; glycidyl esters of higher fatty acids; Carboxymethyl soybean oil; butyl epoxy stearate, epoxy stearic octyl, epoxidized linseed oil; can be exemplified epoxidated polybutadiene.
[0079]
Other cationic polymerizable monomers include trimethylene oxide, 3,3-dimethyloxetane, 3,3-dichloromethyloxetane, 3-ethyl-3-phenoxymethyloxetane, bis (3-ethyl-3-methyloxy). ) Oxetanes such as butane; oxolanes such as tetrahydrofuran and 2,3-dimethyltetrahydrofuran; cyclic acetals such as trioxane, 1,3-dioxolane and 1,3,6-trioxanecyclooctane; β-propiolactone, ε -Cyclic lactones such as caprolactone; thiiranes such as ethylene sulfide, 1,2-propylene sulfide, thioepichlorohydrin; thietanes such as 3,3-dimethylthietane; ethylene glycol divinyl ether, triethylene glycol divinyl ether , Trime Vinyl ethers such as tyrolpropane trivinyl ether; spiro orthoesters obtained by reaction of an epoxy compound with a lactone; ethylenically unsaturated compounds such as vinylcyclohexane, isobutylene, polybutadiene; and derivatives of the above compounds Can do.
[0080]
Among the cationic polymerizable monomers described above, hydrogenated bisphenol A diglycidyl ether, hydrogenated bisphenol F diglycidyl ether, 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3 ′, 4′-epoxycyclohexanecarboxylate, bis (3,3 4-epoxycyclohexylmethyl) adipate, 1,4-butanediol diglycidyl ether, 1,6-hexanediol diglycidyl ether, glycerin triglycidyl ether, trimethylolpropane triglycidyl ether, neopentyl glycol diglycidyl ether, polyethylene glycol di Glycidyl ether and polypropylene glycol diglycidyl ether are preferred.
[0081]
Particularly preferred cationically polymerizable monomers include 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3 ′, 4′-epoxycyclohexanecarboxylate, bis (3,4-epoxycyclohexylmethyl) adipate, and two or more per molecule. An epoxy compound having an alicyclic epoxy group.
[0082]
The cationic polymerizable monomers described above are UVR-6100, UVR-6105, UVR-6110, UVR-6128, UVR-6200, UVR-6216 (manufactured by Union Carbide), Celoxide 2021, Celoxide 2021P, Celoxide 2081. , Celoxide 2083, Celoxide 2085, Celoxide 2000, Celoxide 3000, Glycidol, AOEX24, Cyclomer A200, Cyclomer M100, Epolide GT-300, Epolide GT-301, Epolide GT-302, Epolide GT-400, Epolide 401, Epolide 403 (Daicel Chemical Industries, Ltd.), Epicoat 828, Epicoat 812, Epicoat 1031, Epicoat 872, Epicoat CT50 (Made by Yuka Shell Co., Ltd.), KRM-2100, KRM-2110, KRM-2199, KRM-2400, KRM-2410, KRM-2408, KRM-2490, KRM-2200, KRM-2720, KRM- 2750 (above, manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.), Rapi-Cure DVE-3, CHVE, PEPC (above, made by ISP), VECTOMER 2010, 2020, 4010, 4020 (above, made by Allied Signal), etc. It can be easily obtained as a product.
[0083]
Next, the ethylenically unsaturated monomer as the reactive diluent will be described. Here, the ethylenically unsaturated monomer is a compound having an ethylenically unsaturated bond (C = C) in the molecule, a monofunctional monomer having one ethylenically unsaturated bond in one molecule, and one molecule It can be defined as a polyfunctional monomer having two or more ethylenically unsaturated bonds therein.
[0084]
Therefore, examples of the monofunctional monomer that is an ethylenically unsaturated monomer include (meth) acryloylmorpholine, 7-amino-3,7-dimethyloctyl (meth) acrylate, isobutoxymethyl (meth) acrylamide, and isobornyloxy. Ethyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, ethyl diethylene glycol (meth) acrylate, t-octyl (meth) acrylamide, diacetone (meth) acrylamide, dimethylaminoethyl (meth) acrylate, diethylamino Ethyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, dicyclopentadiene (meth) acrylate, dicyclopentenyloxyethyl (meth) acrylate, dicyclopente (Meth) acrylate, N, N-dimethyl (meth) acrylamide tetrachlorophenyl (meth) acrylate, 2-tetrachlorophenoxyethyl (meth) acrylate, tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate, tetrabromophenyl (meth) acrylate, 2 -Tetrabromophenoxyethyl (meth) acrylate, 2-trichlorophenoxyethyl (meth) acrylate, tribromophenyl (meth) acrylate, 2-tribromophenoxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2- Hydroxypropyl (meth) acrylate, vinylcaprolactam, N-vinylpyrrolidone, phenoxyethyl (meth) acrylate, butoxyethyl (meth) acrylate, pentachloropheny Examples include (meth) acrylate, pentabromophenyl (meth) acrylate, polyethylene glycol mono (meth) acrylate, polypropylene glycol mono (meth) acrylate, bornyl (meth) acrylate, and methyltriethylene diglycol (meth) acrylate. .
[0085]
Among these acrylates, acrylates that do not contain an amide or amine structure are preferable from the viewpoint of not reducing radiation curability, and acrylates that do not contain an aromatic ring are preferable for the purpose of ensuring weather resistance.
Examples of these acrylates include isobornyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, butoxyethyl (meth) acrylate, polyethylene glycol mono (meth) acrylate, bornyl (meth) acrylate, and methyltriethylene diglycol (meth) acrylate. Can be mentioned.
[0086]
Moreover, as a monofunctional monomer which is these ethylenically unsaturated monomers, for example, Aronix M-101, M-102, M-111, M-113, M-117, M-152, TO-1210 (above, Toagosei Co., Ltd.), Kayalad
TC-110S, R-564, R-128H (above, Nippon Kayaku Co., Ltd.), Biscote 192, Biscote 220, Biscote 2311HP, Biscote 2000, Biscote 2100, Biscote 2150, Biscote 8F, Biscote 17F (above, Osaka Organic) It can be easily obtained as a commercial product such as Chemical Industry Co., Ltd.).
[0087]
Examples of the polyfunctional monomer that is an ethylenically unsaturated monomer include ethylene glycol di (meth) acrylate, dicyclopentenyl di (meth) acrylate, triethylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol di (meth) acrylate, Cyclodecanediyldimethylene di (meth) acrylate, tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate di (meth) acrylate, tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate tri (meth) acrylate, caprolactone-modified tris (2-hydroxyethyl) isocyanate Nurate tri (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, ethylene oxide (hereinafter referred to as “EO”) modified trimethylolpropane tri (meth) acrylate, Lopylene oxide (hereinafter referred to as “PO”) modified trimethylolpropane tri (meth) acrylate, tripropylene glycol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, both ends (meth) acrylic of bisphenol A diglycidyl ether Acid adduct, 1,4-butanediol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, polyester di (meth) acrylate , Polyethylene glycol di (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, dipentaerythritol penta (meth) acrylate, dipentaerythritol tetra (meth) a Relate, caprolactone modified dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, caprolactone modified dipentaerythritol penta (meth) acrylate, ditrimethylolpropane tetra (meth) acrylate, EO modified bisphenol A di (meth) acrylate, PO modified bisphenol A di (meta) ) Acrylate, EO-modified hydrogenated bisphenol A di (meth) acrylate, PO-modified hydrogenated bisphenol A di (meth) acrylate, EO-modified bisphenol F di (meth) acrylate, (meth) acrylate of phenol novolac polyglycidyl ether, etc. can do.
[0088]
Among these acrylates, acrylates that do not contain an amide or amine structure are preferable from the viewpoint of not reducing radiation curability, and acrylates that do not contain an aromatic ring are preferable for the purpose of ensuring weather resistance. Thus, for example, ethylene glycol di (meth) acrylate, dicyclopentenyl di (meth) acrylate, triethylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol di (meth) acrylate, tricyclodecanediyldimethylene di (meth) acrylate, trimethylolpropane Examples thereof include tri (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, dipentaerythritol penta (meth) acrylate, dipentaerythritol tetra (meth) acrylate, and the like.
[0089]
These multifunctional monomers that are ethylenically unsaturated monomers include, for example, SA1002 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), biscoat 195, biscoat 230, biscoat 260, biscoat 215, biscoat 310, biscoat 214HP, biscoat 295, biscoat 300, Biscoat 360, Biscoat GPT, Biscoat 400, Biscoat 700, Biscoat 540, Biscoat 3000, Biscoat 3700 (manufactured by Osaka Organic Chemical Industry Co., Ltd.), Kayarad R-526, HDDA, NPGDA, TPGDA, MANDA, R-551, R-712, R-604, R-684, PET-30, GPO-303, TMPTA, THE-330, DPHA, DPHA-2H, DPHA-2C, DPHA-2I, D-310, D-330, PCA-20, DPCA-30, DPCA-60, DPCA-120, DN-0075, DN-2475, T-1420, T-2020, T-2040, TPA-320, TPA-330, RP-1040, RP- 2040, R-011, R-300, R-205 (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), Aronix M-210, M-220, M-233, M-240, M-215, M-305, M-309, M-310, M-315, M-325, M-400, M-6200, M-6400 (above, manufactured by Toagosei Co., Ltd.), light acrylate BP-4EA, BP-4PA, BP- 2EA, BP-2PA, DCP-A (above, Kyoeisha Chemical Co., Ltd.), New Frontier BPE-4, BR-42M, GX-8345 (above, Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) ASF-400 (above, manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd.), Lipoxy SP-1506, SP-1507, SP-1509, VR-77, SP-4010, SP-4060 (above, Showa Polymer Co., Ltd.) ), NK ester A-BPE-4 (above, Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.) and other commercial products can be easily obtained.
[0090]
In addition, the monofunctional monomer and the polyfunctional monomer which are ethylenically unsaturated monomers may be used singly or in combination of two or more, or a combination of at least one monofunctional monomer and at least one polyfunctional monomer. It is preferable to configure.
Examples of such a polyfunctional monomer having a polymerizable group having three or more functional groups include tri (meth) acrylate compounds, tetra (meth) acrylate compounds, penta (meth) acrylate compounds, and hexa (meth) acrylate compounds exemplified above. You can choose from. Among these, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, EO-modified trimethylolpropane tri (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, dipentaerythritol penta (meth) acrylate, ditrimethylolpropane tetra (meth) acrylate Is particularly preferred.
[0091]
[Silica particles]
By adding (compounding) silica particles to the radiation curable composition used in the present invention, curing shrinkage of the resulting cured film can be reduced. Here, the addition amount of the silica particles is not particularly limited, but is preferably in the range of 10 to 250 parts by weight, for example, 20 to 200 parts by weight with respect to 100 parts by weight of component (A). Furthermore, it is preferable that it is 30-150 weight part.
[0092]
Types of silica particles
The silica particles to be used may be particles having silica as a main component, and may contain other components other than silica. Examples of such components other than silica include alkali metal oxides, alkaline earth oxides, and oxides such as Ti, Zr, Al, B, Sn, and P.
The average particle diameter of the silica particles is preferably set to a value in the range of 0.001 to 20 μm, but the average particle diameter is preferably 0.001 to 0.2 μm from the point that a transparent cured film is formed. A value within the range is preferable, and a value within the range of 0.001 to 0.01 μm is more preferable.
[0093]
Further, the silica particles are set so that the difference between the refractive index of the silica particles (temperature 25 ° C., Na-D line, the same applies hereinafter) and the refractive index of the radiation curable composition is 0.02 (−) or less. Is preferably selected. By setting the difference in refractive index to such a value, the transparency of the cured film can be further increased.
The specific surface area of the silica particles is 0.1 to 3000 m.2/ G is preferably within a range of 10 to 1500 m.2A value within the range of / g.
Further, the shape of the silica particles is not particularly limited, but is preferably at least one shape selected from the group consisting of a spherical shape, a hollow shape, a porous shape, a rod shape, a plate shape, a fiber shape, and an indefinite shape. However, it is more preferable to use spherical silica particles from the viewpoint of better dispersibility.
The method of using the silica particles is not particularly limited, and for example, the silica particles can be used in a dry state, or can be used in a state dispersed in water or an organic solvent.
[0094]
Further, a dispersion of finely divided silica particles known in the industry as colloidal silica can also be used directly. And since especially high transparency is acquired, use of colloidal silica is preferable.
Here, when the dispersion solvent of colloidal silica is water, the hydrogen ion concentration is preferably a pH value in the range of 2 to 13, more preferably a value in the range of 3 to 7.
When the colloidal silica dispersion solvent is an organic solvent, methanol, isopropyl alcohol, ethylene glycol, butanol, ethylene glycol monopropyl ether, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, toluene, xylene, dimethylformamide, etc. may be used as the organic solvent. Or may be used as a mixture with an organic solvent or water compatible with these. Preferred dispersing solvents are methanol, isopropyl alcohol, methyl ethyl ketone, xylene and the like.
[0095]
Examples of commercially available silica particles include colloidal silica such as methanol silica sol, IPA-ST, MEK-ST, NBA-ST, XBA-ST, DMAC-ST, ST-UP, ST-OUP, ST- 20, ST-40, ST-C, ST-N, ST-O, ST-50, ST-OL (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) and the like. Examples of the powder silica include AEROSIL 130, AEROSIL 300, AEROSIL 380, AEROSILTT 600, AEROSILOX 50 (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.), Sildex H31, H32, H51, H52, H121, H122 (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), E220A, E220 (manufactured by Nippon Silica Kogyo Co., Ltd.), SYLYSIA470 (manufactured by Fuji Silysia Co., Ltd.), SG flake (manufactured by Nippon Sheet Glass Co., Ltd.) and the like can be mentioned.
[0096]
[Organic solvent]
An organic solvent can be mix | blended with the radiation-curable composition used by this invention as needed. Such an organic solvent may be added when producing a hydrolyzate or condensate of the hydrolyzable silane compound of component (A), or may be added when blending components (A) to (C). Also good.
[0097]
Such an organic solvent can be selected within a range that does not impair the object and effect of the present invention, but is usually an organic compound having a boiling point in the range of 50 to 200 ° C. under atmospheric pressure, Organic compounds that uniformly dissolve each component are preferred.
Preferred organic solvents include alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol, dibutyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol methyl ether acetate, propylene glycol ethyl ether acetate, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether. , Ethers such as diethylene glycol ethyl methyl ether, tetrahydrofuran and dioxane, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone and methyl amyl ketone, ethyl acetate, butyl acetate, amyl acetate, ethyl lactate, ethyl 2-hydroxypropionate , Esters such as γ-butyrolactone, Emissions, toluene, aromatic hydrocarbons such as xylene. These can be used alone or in combination of two or more.
Among these, alcohols, ethers, and ketones can be mentioned as preferred organic solvents. More preferred are alcohols and ketones.
[0098]
In particular, in the present invention, it is preferable to use a spin coating method for applying the radiation curable composition, but from the viewpoint of obtaining a coating solution suitable for spin coating, an organic solvent such as ethylene glycol monoethyl ether, Glycol ethers such as propylene glycol monomethyl ether; ethylene glycol alkyl ether acetates such as ethyl cellosolve acetate, propylene glycol methyl ether acetate and propylene glycol ethyl ether acetate; esters such as ethyl lactate and ethyl 2-hydroxypropionate; diethylene glycol monomethyl Diethylene glycols such as ether, diethylene glycol dimethyl ether and diethylene glycol ethyl methyl ether; methyl isobutyl keto , 2-heptanone, cyclohexanone, it is preferable to use ketones such as methyl amyl ketone, particularly ethyl cellosolve acetate, propylene glycol methyl ether acetate, ethyl lactate, methyl isobutyl ketone and methyl amyl ketone preferred.
[0099]
[Others]
The radiation curable composition used in the present invention may further contain various additives as necessary.
Such additives include epoxy resins, acrylic resins, polyamide resins, polyamideimide resins, polyurethane resins, polybutadiene resins, polychloroprene resins, polyether resins, polyester resins, styrene-butadiene block copolymers, petroleum resins, xylenes. Examples include resins, ketone resins, cellulose resins, fluoropolymers, silicone polymers, polysulfide polymers, and other organic resins (polymers) or oligomers, or compounds in which these organic resins or oligomers are substituted with hydrolyzable silyl groups. .
Further, as other additives, polymerization inhibitors such as phenothiazine and 2,6-di-t-butyl-4-methylphenol; polymerization initiation assistants; leveling agents; wettability improvers; surfactants; Examples include ultraviolet absorbers; antioxidants; antistatic agents; silane coupling agents; inorganic fillers.
[0100]
[Preparation and properties of radiation curable composition]
The radiation curable composition for forming the lower clad layer, the core portion and the upper clad layer constituting the optical waveguide, that is, the lower layer composition, the core composition and the upper layer composition are each hydrolyzable as described above. A silane compound, a dehydrating agent, etc. can be manufactured by mixing and stirring according to a conventional method.
The lower layer composition, the core composition, and the upper layer composition are different from each other so that the refractive index relationship of each part finally obtained satisfies the conditions required for the optical waveguide. Although the curable composition can be used, the lower layer composition and the upper layer composition may be the same radiation-curable composition, and are usually preferably the same composition from various points of view. .
[0101]
The above-mentioned radiation curable composition forms a cured film having a different refractive index by selecting the type of the hydrolyzable silane compound and / or the hydrolyzate thereof as the component (A). Therefore, two or three types of radiation curable compositions having a difference in refractive index of an appropriate size are used, and the radiation curable composition that gives the cured film with the highest refractive index is used as the core composition. The radiation curable composition may be used as the lower layer composition and the upper layer composition.
[0102]
The viscosity of each radiation curable composition is preferably a value within the range of 5 to 10,000 cps (25 ° C.). When the viscosity exceeds these ranges, it tends to be difficult to form a uniform coating film. In addition, the viscosity of a radiation curable composition can be suitably adjusted with the compounding quantity of a reactive diluent or an organic solvent.
[0103]
As described above, in the present invention, the lower clad layer is formed on the substrate, the core portion is formed thereon, and the upper clad layer is further formed, whereby the target optical waveguide is manufactured. However, the formation of each cladding layer and core portion is common in that a thin film is formed by applying and drying the radiation curable composition, and the thin film is cured by irradiation with radiation. However, the formation of the core part is different in that the irradiation of the radiation to the thin film is performed according to a predetermined pattern, and the operation of removing the uncured part is performed.
[0104]
As a means for applying the radiation curable composition, a spin coating method, a dipping method, a spray method, a bar coating method, a roll coating method, a curtain coating method, a gravure printing method, a silk screen method, an ink jet method or the like is used. be able to. Of these, the spin coating method is particularly preferable.
In addition, various leveling agents, thixotropic agents, fillers, organic solvents, surfactants, and the like are blended as necessary in order to make the rheological properties of the radiation curable composition suitable for actual application means. be able to.
[0105]
The coating film formed by application of the radiation curable composition is dried at a temperature of 50 to 90 ° C, or further heated to 60 to 120 ° C and prebaked as necessary to form a thin film. The heating conditions for pre-baking vary depending on the type of each component of the radiation curable composition to be used, the blending ratio, and the like, but are usually about 60 to 120 ° C. for about 10 to 600 seconds.
[0106]
The formed thin film is cured by being irradiated with radiation. In the formation of the lower clad layer and the upper clad layer, the entire surface of the thin film is irradiated with radiation, and the whole is cured.
Here, visible light, ultraviolet light, infrared light, X-rays, α-rays, β-rays, γ-rays, etc. can be used as radiation, but as described above, ultraviolet rays are particularly preferable. The means for irradiating ultraviolet rays is not particularly limited, and various means can be used. For example, an ultraviolet light source lamp such as a high pressure mercury lamp, a low pressure mercury lamp, a metal halide lamp, or an excimer lamp can be used as the light source.
The radiation applied to the thin film has a wavelength of 200 to 390 nm and an illuminance of 1 to 500 mW / cm.2The amount of irradiation is 10 to 5000 mJ / cm2It is preferable that
[0107]
Irradiation of the core thin film to form the core portion is performed according to a predetermined pattern, and then development with a developer removes unnecessary uncured portions, thereby forming the core portion. The
The method of irradiating radiation according to a predetermined pattern is not limited to a method using a photomask having a mask hole of a predetermined pattern. For example, a radiation transmission region and a radiation transmitting region according to a predetermined pattern using the same principle as a liquid crystal display device are used. A method using a means for electro-optically forming a mask image including a radiopaque region, a light guide member in which a large number of optical fibers are bundled, and an optical fiber corresponding to a predetermined pattern in the light guide member It is also possible to use a method of irradiating a radiation curable composition while scanning a convergent radiation obtained by a method of irradiating radiation, laser light or a condensing optical system such as a lens or a mirror.
[0108]
The thin film selectively cured in accordance with a predetermined pattern in this manner is developed with an appropriate organic solvent or an alkali developer using the difference in solubility between the cured portion and the uncured portion. Thus, the uncured portion can be removed and the cured portion can be left, whereby the core portion is formed.
[0109]
Here, as the developer, the organic solvent described above as used for the preparation of the radiation curable composition, or sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate, sodium metasilicate, ammonia, ethylamine, n -Propylamine, diethylamine, di-n-propylamine, triethylamine, methyldiethylamine, N-methylpyrrolidone, dimethylethanolamine, triethanolamine, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, choline, pyrrole, piperidine, 1, An aqueous alkali solution composed of alkalis such as 8-diazabicyclo [5.4.0] -7-undecene and 1,5-diazabicyclo [4.3.0] -5-nonane can be used. The alkali water-soluble concentration is usually 0.1 to 2.5% by weight, preferably 0.2 to 0.5% by weight. In addition, an aqueous solution obtained by adding an appropriate amount of a water-soluble organic solvent such as methanol or ethanol, a surfactant or the like to the alkaline aqueous solution can also be used as a developer.
[0110]
The developing time is usually 30 to 180 seconds, and the developing method may be any of a liquid piling method and a dipping method. When an organic solvent is used as the developer, it is air-dried as it is, and when an alkaline aqueous solution is used, it is washed with running water for 30 to 90 seconds and air-dried with compressed air or compressed nitrogen to remove moisture on the surface. By removing, a patterned film is formed. Subsequently, patterning is performed by a heating device such as a hot plate or an oven at a predetermined temperature, for example, 150 to 250 ° C., for a predetermined time, for example, 5 to 30 minutes on the hot plate, and 30 to 90 minutes in the oven. A core portion made of a cross-linked coating is formed.
[0111]
Moreover, the cured film obtained by irradiation with radiation can be further heated as necessary. In this case, the heating is usually performed at a temperature from room temperature to a decomposition start temperature of the substrate or thin film, for example, for 5 minutes to 72 hours. Thus, the core part excellent in hardness and heat resistance can be obtained by further heating after radiation curing. This post-heating can also be performed in forming the lower cladding layer and the upper cladding layer.
As described above, the finely patterned core portion is formed in a state of being embedded in the lower clad layer and the upper clad layer stacked thereon, thereby obtaining an optical waveguide.
[0112]
Thus, according to the present invention, a specific hydrolyzable silane compound and / or a radiation curable composition containing the hydrolyzate thereof is used to form the core portion, and thus follows a predetermined pattern. By irradiating with radiation, the core part can be formed very easily and in a short time, and the obtained core part is mainly composed of polysiloxane, so that it has high transparency. The obtained optical waveguide has a small waveguide loss and a large heat resistance.
[0113]
Furthermore, the lower clad layer and the upper clad layer can also be formed by a radiation curable composition having the same composition as the composition for the core portion described above, in which case the required operation is: Since only the application of the radiation curable composition and the irradiation of radiation, as a coating apparatus, a radiation irradiation apparatus, and other processing apparatuses, those used for forming the core portion can be used as they are, and as a result, Overall, the desired optical waveguide can be manufactured very easily and at a very low cost.
[0114]
【Example】
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
(Preparation of polysiloxane solution)
Polysiloxane solution 1
In a vessel equipped with a stirrer, phenyltrimethoxysilane (23.3 g, 0.12 mol), methyltrimethoxysilane (61.6 g, 0.43 mol), and an electric conductivity of 8 × 10-FiveS · cm-1Of ion-exchanged water (15.7 g, 0.87 mol), and then hydrolyzed phenyltrimethoxysilane and methyltrimethoxysilane by heating and stirring at 60 ° C. for 6 hours. . Subsequently, methanol by-produced by hydrolysis was distilled off while adding methyl isobutyl ketone (MIBK) dropwise. And the methyl isobutyl ketone solution containing the polysiloxane which finally adjusted solid content to 40 weight% was obtained. This is designated as “polysiloxane solution 1”.
[0115]
Polysiloxane solution 2
In a vessel equipped with a stirrer, methyltrimethoxysilane (80.0 g, 0.558 mol) and an electric conductivity of 8 × 10-FiveS · cm-1Of ion-exchanged water (16.0 g, 0.889 mol), methyltrimethoxysilane was hydrolyzed by heating and stirring at a temperature of 60 ° C. for 6 hours. While MIBK was added dropwise, methanol by-produced by hydrolysis was distilled off. And the methyl isobutyl ketone solution containing the polysiloxane which finally adjusted solid content to 40 weight% was obtained. This is designated as “polysiloxane solution 2”.
[0116]
(Preparation of radiation curable composition)
Radiation curable composition A (core composition)
To 100 parts by weight of the polysiloxane solution 1 (solid content and solvent), 1.0 part by weight of a photoacid generator (manufactured by Sartomer, CD1012) and 3.0 parts by weight of methyl orthoformate as a dehydrating agent were added. By uniformly mixing, a radiation curable composition A was obtained.
Radiation curable composition B (lower layer composition and upper layer composition)
To 100 parts by weight of polysiloxane solution 2 (solid content and solvent), 1.0 part by weight of photoacid generator (Sartomer, CD1012) and 3.0 parts by weight of methyl orthoformate as a dehydrating agent were added, respectively. By uniformly mixing, a radiation curable composition B was obtained.
[0117]
[Example 1]
The radiation curable composition B was applied onto the surface of a silicon substrate with a spin coater and dried at 70 ° C. for 10 minutes, and then the wavelength was 365 nm and the illuminance was 200 mW / cm.2Was irradiated for 5 seconds to form a lower clad layer having a thickness of 10 μm. The refractive index of light with a wavelength of 1550 nm of this lower cladding layer was 1.423.
Next, the radiation curable composition A was applied onto the lower clad layer with a spin coater, dried at 70 ° C. for 10 minutes, and then a wavelength of 365 nm using a photomask engraved with an optical waveguide pattern having a width of 4 to 20 μm. , Illuminance 200mW / cm2The exposure was performed by irradiating the ultraviolet rays of 5 seconds. Then, this board | substrate was immersed in the developing solution which consists of ethanol, the unexposed part was melt | dissolved, and the 7-micrometer-thick core part was formed. The refractive index of light having a wavelength of 1550 nm in this core portion was 1.452.
Further, the radiation curable composition B was applied to the upper surface of the lower clad layer having the core portion with a spin coater and dried at 70 ° C. for 10 minutes, and then a wavelength of 365 nm and an illuminance of 200 mW / cm.2Was irradiated for 5 seconds to form an upper cladding layer having a thickness of 15 μm, thereby producing an optical waveguide. The refractive index of light having a wavelength of 1550 nm of the formed upper cladding layer was 1.423.
[0118]
With respect to the optical waveguide thus obtained, the waveguide loss was determined by measuring the amount of light emitted from the other end when light having a wavelength of 1300 nm was incident from one end of the waveguide. cm or less.
Further, after heating the obtained optical waveguide at 150 ° C. for 5000 hours and measuring the waveguide loss in the same manner as described above, it was 0.1 dB / cm or less, no thermal deterioration was observed, and excellent heat resistance was obtained. It was confirmed to have.
[0119]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a method for producing an optical waveguide having a low waveguide loss for light ranging from the visible region to the infrared region and excellent in heat resistance in a short time and with a simple process. In addition, an optical waveguide suitable for an optical communication system manufactured by the method is provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the basic configuration of an optical waveguide manufactured by the method of the present invention.
FIGS. 2A to 2E are cross-sectional views for explaining an example of a method of manufacturing an optical waveguide according to the present invention in the order of steps.
[Explanation of symbols]
10 Optical waveguide
12 Substrate
13 Lower cladding layer
15 Core part
14 Thin film for core
17 Upper cladding layer
18 Photomask

Claims (4)

基板と、この基板上に形成された下部クラッド層と、この下部クラッド層上に形成されたコア部分と、このコア部分および下部クラッド層上に形成された上部クラッド層とよりなる光導波路の製造方法であって、
下部クラッド層、コア部分および上部クラッド層の少なくとも一つを、下記(A)〜(C)成分を含有する放射線硬化性組成物を塗布して放射線の照射により硬化させることを含む手段により形成することを特徴とする光導波路の製造方法。
(A)一般式(1)で示される加水分解性シラン化合物の加水分解物および当該加水分解物の縮合物からなる群から選ばれる少なくとも1つの化合物
一般式(1) (R1)p Si(X)4-p
〔式中、R1 は炭素数が1〜12である非加水分解性の有機基、Xは加水分解性基、およびpは0〜3の整数である。〕
(B)光酸発生剤
(C)カルボン酸エステル、アセタール類(ケタール類を含む。)およびカルボン酸無水物からなる群から選択される少なくとも一つの化合物であって、常圧における沸点が40〜200℃の範囲である有機化合物よりなる脱水剤
Production of an optical waveguide comprising a substrate, a lower clad layer formed on the substrate, a core portion formed on the lower clad layer, and an upper clad layer formed on the core portion and the lower clad layer A method,
At least one of the lower clad layer, the core portion, and the upper clad layer is formed by means including applying a radiation curable composition containing the following components (A) to (C) and curing the composition by irradiation with radiation. An optical waveguide manufacturing method characterized by the above.
(A) At least one compound selected from the group consisting of a hydrolyzate of a hydrolyzable silane compound represented by general formula (1) and a condensate of the hydrolyzate General formula (1) (R 1 ) p Si ( X) 4-p
[Wherein, R 1 is a non-hydrolyzable organic group having 1 to 12 carbon atoms, X is a hydrolyzable group, and p is an integer of 0 to 3. ]
(B) Photoacid generator (C) At least one compound selected from the group consisting of carboxylic acid esters, acetals (including ketals) and carboxylic anhydrides, and having a boiling point of 40 to 40 at normal pressure A dehydrating agent comprising an organic compound in the range of 200 ° C.
コア部分を形成するための放射線硬化性組成物を塗布して得られる薄膜に、所定のパターンに従って放射線を照射した後、未露光部を除去することにより、コア部分を形成す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。  A thin film obtained by applying a radiation curable composition for forming a core part is irradiated with radiation according to a predetermined pattern, and then the unexposed part is removed to form the core part. The manufacturing method of the optical waveguide of Claim 1. コア部分を形成するための放射線硬化性組成物は、これにより形成されるコア部分の屈折率が、下部クラッド層および上部クラッド層の屈折率より高いものとなる放射線硬化性組成物であることを特徴とする請求項1または2に記載の光導波路の製造方法。  The radiation curable composition for forming the core portion is a radiation curable composition in which the refractive index of the core portion formed thereby is higher than the refractive indexes of the lower cladding layer and the upper cladding layer. The method for manufacturing an optical waveguide according to claim 1, wherein the optical waveguide is manufactured according to claim 1. 一般式(1)におけるR1 がラジカル重合性基またはカチオン重合性基を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光導波路の製造方法。The method for producing an optical waveguide according to claim 1, wherein R 1 in the general formula (1) has a radical polymerizable group or a cationic polymerizable group.
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