JP4200436B2 - 高分子光導波路 - Google Patents

Description

本発明は、高分子光導波路に関し、更に詳細には、光インタコネクションや光通信に用いられ、簡易な構成で良好なクラッドモード抑制の効果を有する高分子光導波路に関するものである。更に、本発明は、高分子光導波路の入射端部で、それぞれ、相互に波長の異なる導波光、例えば赤色光、緑色光、及び青色光を入射させ、高分子光導波路の出射端部から赤色光、緑色光、及び青色光の合波光を出射させることができ、しかもクラッドモードを抑制した高分子光導波路に関するものである。

光インタコネクションや光通信の機器では、光素子又は光学部品と光導波路との光結合効率を高めることが重要である。そのためには、光源からの光をできるだけ光導波路のコア層のみに入射させるように、光源からの光をレンズなどで十分に精度良く絞り、高い光結合効率を示すように光導波路と光源とを配置することが必要である。光源からの光をコア層にのみ入射させるには、高精度の技術が要求されるので、実際には実現困難であり、光がコア層だけでなくクラッド層にも漏れて入射されることがある。
クラッド層に漏れて入射された光は、クラッドモードとして光導波路中を伝播し、不要光として出射端から取り出される。この不要光は所望の信号を得る上でのノイズとなるため、クラッドモードを抑制する光導波路が必要とされている。

特に、複数本の光導波路が並列して配置される並列光導波路などでは、入射させるビームの数が多いため、レンズなどの多くの光学部品が必要となり、光学部品のアライメントが容易ではない。このため、クラッド層への光の漏れは多少容認し、部品点数を増加させない簡易な構成でクラッドモードを抑制することにより、コストアップを招かないようにする必要がある。

このような要求に応ずるべく、特開平４−６７１０３号公報は、例えば、添加剤として近赤外吸収剤であるＳＩＲ−１１４（三井東圧染料株式会社製）が添加されたクラッド層を採用し、クラッドモードを吸収又は散乱させることにより、クラッドモードを抑制する光導波路を開示している。

ここで、図９を参照して、前掲公報に開示されている光導波路の構成を説明する。図９は、前掲公報に開示されている光導波路の構成を示す断面図である。
前掲公報によれば、光導波路６０は、溝形状を有するクラッド６１と、溝形状内に充填され、クラッド６１より大きな屈折率を有するコア６２と、クラッド６１及びコア６２上に形成され、クラッド６１と同じ材料からなるクラッド被覆材６３から構成される。
クラッド６１及びクラッド被覆材６３は、ＳＩＲ−１１４である添加剤６４が材料中に一様に分散されている。
同公報では、上述のような構成により、クラッドモードを排除する効果が得られるものとしている。
特開平４−６７１０３号公報（第２−３頁）

しかし、特開平４−６７１０３号公報に開示された光導波路では、クラッドモード抑制の効果が十分でないという問題があった。光インタコネクション及び光配線に用いられる光導波路でノイズを減少させ、光導波路の性能を高めるためには、より良好なクラッドモードの抑制の効果を有する光導波路が望まれる。

そこで、本発明の目的は、簡易な構成で良好なクラッドモード抑制の効果を有する高分子光導波路を提供することを目的とする。

本発明者は、上記問題を解決するために検討を行い、可視光領域で高い吸収係数を有する特定の黒色有機物色素がクラッド層の添加剤として好適な性質を有することに着目した。
即ち、特定の黒色有機物色素をクラッド層中に一様に分散させ、高い吸収係数を有するクラッド層を形成し、クラッド層に入射した光を効果的に吸収させることにより、良好なクラッドモード抑制の効果を得ることを着想し、本発明を完成するに至った。

そこで、上記目的を達成するために、上述の知見に基づいて、本発明に係る高分子光導波路（以下、第１発明と言う）は、それぞれ、高分子有機化合物からなる、下部クラッド層、下部クラッド層上に形成された帯状のコア層、及びコア層を囲んで下部クラッド層上に成膜された上部クラッド層を備えた平面型高分子光導波路において、
下記の特定の黒色有機物色素が、下部クラッド層及び上部クラッド層中に一様に添加、分散され、下部クラッド層及び上部クラッド層が黒色を呈していることを特徴としている。

この黒色有機物色素は、可視光領域で高い吸収係数を有するため、下部クラッド層及び上部クラッド層中に添加されて一様に分散されることにより、高い吸収係数を有するクラッド層を形成し、クラッド層を伝搬する光、即ちクラッドモードを効果的に抑制することができる。
従って、光導波路の出射端から取り出される信号に混在するノイズや、隣接する光導波路とのクロストークを減少させることができるので、高性能の光導波路を実現することができる。

第１発明では、黒色有機物色素が、スルホン酸基を有する下記化学式［化１］で規定される黒色有機物色素（以下、特定黒色色素と言う）である。

黒色有機物色素である特定黒色色素は、良好な上記第１発明の効果を得ることができる。
また、高分子有機化合物と混ざり易いため、特定黒色色素を高分子有機化合物からなる下部クラッド層及び上部クラッド層中により一様に分散させることができる。

第１発明の好適な実施態様では、特定黒色色素が、下部クラッド層及び上部クラッド層中に０．０１重量％以上、１０重量％以下の添加率で添加される。下部クラッド層及び上部クラッド層中に添加される特定黒色色素の添加率が０．０１重量％未満の添加率だと、クラッドモード抑制の効果が小さいからである。また、１０重量％以下の添加率で十分なクラッドモード抑制の効果を得ることができるからである。

第１発明の好適な実施態様では、コア層が、下部クラッド層上に相互に平行に形成された複数本のコア層であることにより、光導波路の高密度化を実現できる。

本発明に係る別の高分子光導波路（以下、第２発明と言う）は、三次元配列で延在する複数本のコア層と、
コア層に沿ってコア層の周りに延在するクラッド層とを有する三次元高分子光導波路であって、
下記の特定の黒色有機物色素が、クラッド層中に一様に添加、分散され、クラッド層が黒色を呈していることを特徴としている。

これにより、第１発明に係る高分子光導波路と同様の効果を得ることができるとともに、光導波路の更なる高密度化を実現できる。
第２発明では、黒色有機物色素が、スルホン酸基を有する下記化学式［化１］で規定される黒色有機物色素（以下、特定黒色色素と言う）である。

第２発明の好適な実施態様では、特定黒色色素が、クラッド層中に０．０１重量％以上、１０重量％以下の添加率で添加される。

第１発明及び第２発明では、例えば、下部クラッド層、コア層、及び上部クラッド層、並びにクラッド層に、オキセタン樹脂（ソニーケミカル株式会社製）を採用することができる。この場合、コア層のオキセタン樹脂には、クラッド層のオキセタン樹脂より、０．２から２．０％程度大きな屈折率を有するオキセタン樹脂を採用する。

本発明に係る更に別の高分子光導波路（以下、第３発明と言う）は、それぞれ、高分子有機化合物からなる、下部クラッド層、下部クラッド層上に成膜された中間クラッド層、中間クラッド層内に帯状に形成されているコア層、中間クラッド層及びコア層上に成膜された上部クラッド層を備えた平面型高分子光導波路において、
中間クラッド層が、コア層と同じ組成の高分子有機化合物であって、紫外線照射によりコア層の屈折率より小さな屈折率を有するように変性させた高分子有機化合物で成膜され、
下記の特定の黒色有機物色素が、下部クラッド層及び上部クラッド層中に一様に添加、分散され、下部クラッド層及び上部クラッド層が黒色を呈していることを特徴としている。

第３発明では、第１発明と同様の効果を奏する。
また、フォトマスクを用いて所定の高分子有機化合物に紫外線を照射し、照射部分の屈折率を下げることにより、コア層及びコア層の屈折率より小さな屈折率を有する中間クラッド層を形成するので、作製が容易な高分子光導波路を実現している。
更に、中間クラッド層がコア層の屈折率より小さな屈折率を有するため、良好な横方向の光閉じ込め効果を得ることができる。

第３発明では、横方向に反射して伝播するクラッドモードに対して、中間クラッド層中には特定黒色色素が添加されていないため、吸収が少ないものの、上記構成により光導波路の出射端から取り出される信号に混在するノイズを十分に減少させることができる。
第３発明では、黒色有機物色素が、スルホン酸基を有する下記化学式［化１］で規定される黒色有機物色素（以下、特定黒色色素と言う）である。

第３発明の好適な実施態様では、特定黒色色素が、下部クラッド層及び上部クラッド層中に０．０１重量％以上、１０重量％以下の添加率で添加される。

本発明に係る更に別の高分子光導波路（以下、第４発明と言う）は、下部クラッド層と、下部クラッド層上に成膜された第１の中間クラッド層と、第１の中間クラッド層内に相互に平行に形成された複数本の帯状の第１のコア層と、第１の中間クラッド層及び第１のコア層上に成膜された第１の上部クラッド層とを有する１段目の平面型光導波路と、
下段の平面型光導波路の上部クラッド層上に成膜された第２の中間クラッド層と、第２の中間クラッド層内に相互に平行に形成された複数本の帯状の第２のコア層と、第２の中間クラッド層及び第２のコア層上に成膜された第２の上部クラッド層とを有する上段平面型光導波路を１段目の平面型光導波路上に少なくとも一段備え、
下部クラッド層、第１の中間クラッド層、第２の中間クラッド層、第１のコア層、第２のコア層、第１の上部クラッド層、及び第２の上部クラッド層が、それぞれ高分子有機化合物からなり、
第１の中間クラッド層及び第２の中間クラッド層が、第１のコア層及び第２のコア層と同じ組成の高分子有機化合物であって、紫外線照射により第１のコア層及び第２のコア層の屈折率より小さな屈折率を有するように変性させた高分子有機化合物で成膜され、
下記の特定の黒色有機物色素が、下部クラッド層、第１の上部クラッド層、及び第２の上部クラッド層中に一様に添加、分散され、下部クラッド層、第１の上部クラッド層、及び第２の上部クラッド層が黒色を呈していることを特徴としている。

これにより、第３発明に係る高分子光導波路と同様の効果を得ることができるとともに、光導波路の高密度化を実現できる。
第４発明では、黒色有機物色素が、スルホン酸基を有する下記化学式［化１］で規定される黒色有機物色素（以下、特定黒色色素と言う）である。

第４発明の好適な実施態様では、特定黒色色素が、第１の下部クラッド層、第２の下部クラッド層、第１の上部クラッド層、及び第２の上部クラッド層中に０．０１重量％以上、１０重量％以下の添加率で添加される。

第３発明及び第４発明では、例えば、波長が８５０ｎｍ付近の導波光に対し、コア層及び中間クラッド層にグラシア（ポリシラン）（日本ペイント株式会社製）を、下部クラッド層及び上部クラッド層にフッ素化ポリイミド（ＮＴＴアドバンステクノロジ株式会社製、日立化成工業株式会社製）を採用することができる。グラシアは、波長が８５０ｎｍ付近の導波光に対し、フッ素化ポリイミドより大きな屈折率を有し、かつ紫外線照射により屈折率が低下する性質を有するので、第３発明及び第４発明に好適に適用できる。

ところで、複数本の光導波路が並列して配置される並列光導波路などでは、入射させるビームの数が多いため、レンズなどの多くの光学部品が必要となり、光学部品のアライメントが容易ではない。このため、クラッド層への光の漏れは多少容認し、部品点数を増加させない簡易な構成でクラッドモードを抑制することにより、コストアップを招かないようにする必要がある。
これに関連して、特に、高分子光導波路の入射端部で、それぞれ、相互に波長の異なる導波光、例えば赤色光、緑色光、及び青色光を入射させ、高分子光導波路の出射端部から赤色光、緑色光、及び青色光の合波光を出射させることができ、しかもクラッドモードを抑制した高分子光導波路が求められている。
そこで、次に説明する第５から第７の発明が、そのような高分子光導波路を提供している。第５から第７の発明は、高分子光導波路に関し、更に詳細には、光インタコネクションや光通信に用いられ、簡易な構成で良好なクラッドモード抑制の効果を有する高分子光導波路に関するものである。

本発明に係る更に別の高分子光導波路（以下、第５発明と言う）は、それぞれ、高分子有機化合物からなる、下部クラッド層、前記下部クラッド層上に形成された帯状のコア層、及び前記コア層を囲んで前記下部クラッド層上に成膜された上部クラッド層を備えた高分子光導波路において、
前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層は、下記の特定の黒色有機物色素が層内に一様に添加、分散されて黒色を呈し、
前記コア層は、複数本の光入射コア層が導波光の入射端部から相互に離隔して導波光の進行方向に合流部に向かって直線状で又は曲線状で延在しつつ集束し、次いで合流部で１本の光出射コア層に集合して出射端部まで延在することを特徴としている。

光入射コア層の本数には制約はない。例えば、複数本の光入射コア層が、直線状に延在する第１の光入射コア層と、第１の光入射コア層の両側にそれぞれ延在する第２及び第３の光入射コア層との３本の光入射コア層で構成され、
第２及び第３の光入射コア層は、それぞれ、第１の光入射コア層の外方に凸の第１の湾曲部と第１の湾曲部に連続して第１の光入射コア層に向かって凸の第２の湾曲部とを備えた略Ｓ字状カーブの形状を有する。

第５発明に係る高分子光導波路を適用することにより、第１の光入射コア層、第２の光入射コア層、及び第３の光入射コア層に、導波光として、それぞれ、赤色光、緑色光、及び青色光を入射させ、光出射コア層から赤色光、緑色光、及び青色光の合波光を出射させることができる。

本発明に係る更に別の高分子光導波路（以下、第６発明と言う）は、それぞれ、高分子有機化合物からなる、下部クラッド層、前記下部クラッド層上に形成された帯状のコア層、及び前記コア層を囲んで前記下部クラッド層上に成膜された上部クラッド層を備えた高分子光導波路において、
前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層は、下記の特定の黒色有機物色素が層内に一様に添加、分散されて黒色を呈し、
前記コア層は、帯状の層幅が導波光の入射端部から出射端部まで導波光の進行方向に連続的に縮小していることを特徴としている。

第６発明に係る高分子光導波路を適用することにより、前記コア層の前記入射端部の層幅方向に相互に離隔した位置から、導波光として、それぞれ、赤色光、緑色光、及び青色光を入射させ、前記コア層の出射端部から赤色光、緑色光、及び青色光の合波光を出射させることができる。

本発明に係る更に別の高分子光導波路（以下、第７発明と言う）は、それぞれ、高分子有機化合物からなる、下部クラッド層、及び前記下部クラッド層上に形成され、外気に露出している帯状のコア層を備えた高分子光導波路において、
前記下部クラッド層は、下記の特定の黒色有機物色素が層内に一様に添加、分散されて黒色を呈し、
前記コア層は、帯状の層幅が導波光の入射端部から出射端部まで導波光の進行方向に連続的に縮小していることを特徴としている。

第７発明に係る高分子光導波路を適用することにより、前記コア層の前記入射端部の層幅方向に相互に離隔した位置から、導波光として、それぞれ、赤色光、緑色光、及び青色光を入射させ、前記コア層の出射端部から赤色光、緑色光、及び青色光の合波光を出射させることができる。

第５から第７の発明では、第１発明と同様に、前記黒色有機物色素が、スルホン酸基を有する下記化学式［化１］で規定される黒色有機物色素（以下、特定黒色色素と言う）である。

前記特定黒色色素が、前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層、又は前記下部クラッド層中に０．０１重量％以上、１０重量％以下の添加率で添加されているのがよい。また、コア層とクラッド層との比屈折率差は、０．１〜４．０％であるのがよい。

第１から第７の発明は、シングルモード伝送、及びマルチモード伝送のいずれにも用いることができる。
また、第５から第７の発明は、平面型高分子光導波路のみならず、第５から第７の発明に係る平面型高分子光導波路を積層した３次元高分子光導波路にも適用できる。

本発明の第１発明及び第２発明の高分子光導波路によれば、上記した特定の黒色有機物色素が下部クラッド層及び上部クラッド層中に一様に添加、分散されることにより、高い吸収係数を有する下部クラッド層及び上部クラッド層を形成し、下部クラッド層及び上部クラッド層に入射する光を効果的に吸収し、良好なクラッドモード抑制の効果を得ることができる。
本発明の第３発明及び第４発明の高分子光導波路では、本発明の第１発明の効果を得ることができると共に、作製が容易な高分子光導波路を実現している。
従って、本発明では、光導波路の出射端から取り出される信号に混在するノイズや、隣接する光導波路とのクロストークを効果的に減少させることができるので、高性能の高分子光導波路を実現することができる。
また、本発明では、簡易な構成により、良好なクラッドモード抑制の効果を得る高分子光導波路を提供するため、コストダウンを図ることができる。
第５から第７の発明によれば、以上説明したように、黒色のクラッド層を有する構造により、クラッドモードの不要光を効果的に除去できる高分子光導波路であって、放射角の広い発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）等の光源から入射した光をコア層の出射端部からクラッドモードを排除した光を効率的に取り出すことができる。
そして、第５から第７の発明は、三分岐型光導波路やコア層の層幅が導波光の進行方向に連続的に縮小するテーパ型光導波路を有することにより、赤色、緑色、及び青色の三色光を効率よく合波することができ、光結合のための合波器及びアライメントが不要となる。
このように、第５から第７の発明に係る高分子光導波路は、光源とのアライメント精度をそれ程留意することなく、クラッドモードを除去した合波光を出射端部から取り出すことができる。

以下に、添付図面を参照して、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。

本実施例は、第１発明に係る高分子光導波路の実施例の一例である。図１は、本実施例に係る高分子光導波路の構成を示す断面図であり、図２は、図１に示す高分子光導波路の導波方向に平行な縦方向の断面を示す断面図である。
本実施例の高分子光導波路１０は、導波光の波長が８５０ｎｍ付近に設定された平面型の高分子光導波路であって、図１及び図２に示すように、それぞれ、高分子有機化合物からなる、下部クラッド層１１、下部クラッド層１１上に形成された帯状のコア層１２、コア層１２を囲んで下部クラッド層１１上に成膜された上部クラッド層１３を備えた高分子光導波路である。

本実施例では、下部クラッド層１１、コア層１２、及び上部クラッド層１３はオキセタン樹脂からなる。
下部クラッド層１１及び上部クラッド層１３を構成するオキセタン樹脂は、コア層１２に採用されるオキセタン樹脂より０．２から２．０％程度低い屈折率を有する。
このため、コア層１２への入射光は、コア層１２の境界面を全反射して進行する。

本実施例では、下部クラッド層１１及び上部クラッド層１３を構成するオキセタン樹脂には、添加率が１．０重量％になるように、スルホン酸基を有する化学式［化１］で規定される黒色有機物色素（以下、特定黒色色素と言う）が添加され、一様に分散されている。本実施例では、特定黒色色素として、ブラックＢ（ＣＩ−-リアクティブブラック５）（住友化学工業社製）を使用した。ブラックＢは、例えば住化ケムテック社からの購入により入手できる。

本実施例の高分子光導波路１０の作製方法を、図３（ａ）から（ｃ）を参照して説明する。図３（ａ）から（ｃ）は、それぞれ高分子光導波路の各作製工程を示す断面図である。
まず、図３（ａ）に示すように、ポリイミド、ガラス、石英、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、又はＳＯＩ（Silicon on Insulator）などからなる基板１４上に、添加率が１．０重量％になるように特定黒色色素が添加され、一様に分散されたオキセタン樹脂をスピンコート法で塗布して、オキセタン樹脂膜を成膜する。
次いで、オキセタン樹脂膜を紫外線照射及びポストベークにより硬化させ、下部クラッド層１１とする。
続いて、下部クラッド層１１上に、下部クラッド層１１を構成するオキセタン樹脂よりも０．２から２．０％程度高い屈折率を有するオキセタン樹脂を、スピンコート法で塗布して、オキセタン樹脂膜を成膜し、コア形成層１２ａとする。

次いで、図３（ｂ）に示すように、コア形成層１２ａ上に、紫外線に対して透明な領域１５ａと不透明な領域１５ｂからなる帯状のパターンを有するフォトマスク１５を載せ、照度２５０Ｗ、照射量３分の紫外線照射を行う。紫外線照射により、コア形成層１２ａ中で、紫外線が照射された領域１５ａの下部のみが硬化してコア層１２となる。
続いて、フォトマスク１５を除去した後、アセトンでコア形成層１２ａの未硬化部分を洗浄除去する。

次いで、図３（ｃ）に示すように、下部クラッド層１１及びコア層１２上に、添加率が１．０重量％になるように特定黒色色素が添加され、一様に分散されたオキセタン樹脂をスピンコート法で塗布して、オキセタン樹脂膜を成膜する。
続いて、オキセタン樹脂膜を紫外線照射及びポストベークにより硬化させ、上部クラッド層１３とする。
続いて、基板１４を除去する等の工程を経ることにより、図１及び図２に示した高分子光導波路１０を作製することができる。なお、基板１４は、除去せずに取り付けたままにしてもよい。

上述の作製方法で、特定黒色色素を下部クラッド層１１及び上部クラッド層１３を構成するオキセタン樹脂に添付し、一様に分散させる際には、１分以上攪拌する。

本実施例の高分子光導波路１０によれば、下部クラッド層１１及び上部クラッド層１４を構成するオキセタン樹脂中に、添加率が１．０重量％になるように特定黒色色素が添加され、一様に分散されることにより、高い吸収係数を有する下部クラッド層１１及び上部クラッド層１４を形成し、下部クラッド層１１及び上部クラッド層１４に入射した光を効果的に吸収し、良好なクラッドモード抑制の効果を得ることができる。
本実施例の高分子光導波路１０の作製方法によれば、オキセタン樹脂からなるコア形成層１２ａを成膜し、フォトマスク１５を用いてコア形成層１２ａに紫外線を照射し、照射部分のオキセタン樹脂を硬化させることにより、コア層１２を形成することができるので、本実施例に係る高分子光導波路１０を容易に作製することができる。
本実施例の高分子光導波路１０は、シングルモード及びマルチモードの何れにも適用することができる。

図１０に、出射端５２付近でＳ字状にカーブしている光導波路５１を示す。従来、光導波路５１から漏れ出した光５３の一部は、クラッド層５４中を伝搬し、出射端５２から取り出され、ノイズとなっていた。このような形状の光導波路５１に、本実施例の高分子光導波路１０を適用することにより、クラッド層５４を伝搬するノイズ光５３を減衰させ、ノイズを減らすことができる。

本実施例は、第１発明に係る高分子光導波路の実施例の一例である。図４は本実施例の高分子光導波路の構成を示す断面図である。
本実施例の高分子光導波路２０は、導波光の波長が８５０ｎｍ付近に設定された平面型の高分子光導波路であって、図４に示すように、３本の帯状のコア層２２が下部クラッド層２１上に相互に平行に形成されることを除いては、実施例１の高分子光導波路１０と同様の構成を有する。
本実施例の高分子光導波路２０によれば、高分子光導波路の高密度化を実現でき、光インタコネクションの並列伝送配線などに適用することができる。

本実施例の高分子光導波路２０の作製方法は、３本の帯状のコア層２２を下部クラッド層２１上に相互に平行に形成することを除いては、実施例１の高分子光導波路１０の作製方法と同様である。
即ち、図３（ｂ）で、コア形成層１２ａをエッチングしてコア層１２に加工する際に、コア形成層１２ａ上に所定のコア層パターンを有するフォトマスク１５を載せて紫外線照射を行う。

本実施例は、第１発明に係る高分子光導波路の実施例の一例である。図５は本実施例の高分子光導波路の構成を示す断面図である。
本実施例の高分子光導波路２４は、導波光の波長が８５０ｎｍ付近に設定された三次元の高分子光導波路であって、図５に示すように、第１積層２５、第２積層２６、及び第３積層２７を備える。
第１積層２５は、実施例２の高分子光導波路２０と同様の構成を有し、下部クラッド層２１Ａと、下部クラッド層２１Ａ上に相互に平行に形成された３本の帯状の第１コア層２２Ａと、第１コア層２２Ａを囲んで下部クラッド層２１上に成膜された第１上部クラッド層２３Ａとを有する。
第２積層２６は、実施例２に示したコア層２２及び上部クラッド層２３と同様の構成を有し、第１積層２５の第１上部クラッド層２３Ａ上に相互に平行に形成された３本の帯状の第２コア層２２Ｂと、第２コア層２２Ｂを囲んで第１上部クラッド層２３Ａ上に成膜された第２上部クラッド層２３Ｂとを有する。
第３積層２７は、実施例２に示したコア層２２及び上部クラッド層２３と同様の構成を有し、第２積層２６の第２上部クラッド層２３Ｂ上に相互に平行に形成された３本の帯状の第３コア層２２Ｃと、第３コア層２２Ｃを囲んで第２上部クラッド層２３Ｂ上に成膜された第３上部クラッド層２３Ｃとを有する。

本実施例の高分子光導波路２４によれば、実施例２の高分子光導波路２０と比較して、高分子光導波路の更なる高密度化を実現でき、光インタコネクションの大容量配線や、入力側のイメージ画像を出力側に伝送するイメージファイバなどに適用することができる。

本実施例の高分子光導波路２４の作製方法は、まず、実施例２の高分子光導波路２０を作製し、下部クラッド層２１Ａ、第１コア層２２Ａ、及び第１上部クラッド層２３Ａを有する第１積層２５とする。
次いで、第１積層２５の第１上部クラッド層２３Ａ上に、実施例２で説明した、コア層２１及び上部クラッド層２２の形成方法と同様の形成方法を用いて、第２コア層２１Ｂ及び第２上部クラッド層２２Ｂを有する第２積層２６を形成する。
続いて、第２積層２６の第２上部クラッド層２３Ｂ上に、実施例２で説明した、コア層２１及び上部クラッド層２２の形成方法と同様の形成方法を用いて、第３コア層２１Ｃ及び第３上部クラッド層２２Ｃを有する第３積層２７を形成することによって、図５に示した高分子光導波路２４を作製することができる。

本実施例は、第３発明に係る高分子光導波路の実施例の一例である。図６は、本実施例に係る高分子光導波路の構成を示す断面図である。
本実施例の高分子光導波路３０は、導波光の波長が８５０ｎｍ付近に設定された平面型の高分子光導波路であって、図６に示すように、それぞれ、高分子有機化合物からなる、下部クラッド層３１、下部クラッド層３１上に成膜された中間クラッド層３２、中間クラッド層３２内に帯状に形成されている３本のコア層３３、中間クラッド層３２及びコア層３３上に成膜された上部クラッド層３４を備えた高分子光導波路である。３本のコア層３３は、相互に平行に形成されている。

本実施例では、中間クラッド層３２及びコア層３３はグラシアからなり、下部クラッド層３１及び上部クラッド層３４はフッ素化ポリイミドからなる。コア層３３の屈折率は、下部クラッド層３１及び上部クラッド層３４の屈折率より３．８％大きい。中間クラッド層３２の屈折率は、紫外線照射によりコア層３３の屈折率よりも１．０％小さい。このため、コア層３３への入射光は、コア層３３の境界面を全反射して進行する。
また、本実施例では、下部クラッド層３１及び上部クラッド層３４を構成するフッ素化ポリイミド中に、添加率が１．０重量％になるように、化学式［化１］で規定される特定黒色色素が添加され、一様に分散されている。本実施例では、特定黒色色素として、ブラックＢ（ＣＩ−リアクティブブラック５）（住友化学工業社製）を使用した。

本実施例の高分子光導波路３０の作製方法を、図７（ａ）から（ｃ）を参照して説明する。図７（ａ）から（ｃ）は、それぞれ本実施例の高分子光導波路３０の一作製工程を示す断面図である。
まず、図７（ａ）に示すように、ポリイミド、ガラス、石英、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、又はＳＯＩ（Silicon on Insulator）などからなる基板３５上に、添加率が１．０重量％になるように特定黒色色素が添加され、一様に分散されたフッ素化ポリイミドをスピンコート法で塗布し、フッ素化ポリイミド膜を成膜する。
次いで、フッ素化ポリイミド膜を紫外線照射及びポストベークにより硬化させ、下部クラッド層３１とする。
続いて、下部クラッド層３１上に、グラシアを塗布してグラシア膜を成膜し、コア形成層３３ａとする。

次いで、図７（ｂ）に示すように、コア形成層３３ａ上に、紫外線に対して透明な領域３６ａと不透明な領域３６ｂからなる帯状のパターンを有するフォトマスク３６を載せ、照度２５０Ｗ、照射量３０分の紫外線照射を行う。紫外線照射により、コア形成層３３ａ中で紫外線が照射された領域３６ａの下部は、屈折率が下がって中間クラッド層３２となり、紫外線が照射されなかった領域３６ｂの下部はコア層３２となる。
続いて、ポストベークを行う。

次いで、図７（ｃ）に示すように、フォトマスク３６を除去し、コア層３２及び中間クラッド層３３上に、添加率が１．０重量％になるように特定黒色色素が
添加され、一様に分散されたフッ素化ポリイミドをスピンコート法で塗布してフッ素化ポリイミド膜を成膜する。
続いて、フッ素化ポリイミド膜を紫外線照射及びポストベークにより硬化させ、上部クラッド層３４とする。
続いて、基板３５を除去する等の工程を経ることにより、図６に示した本実施例の高分子光導波路３０を完成することができる。なお、基板３５は除去せずに取り付けたままにしてもよい。

本実施例の高分子光導波路３０によれば、下部クラッド層３１及び上部クラッド層３４を構成するフッ素化ポリイミド中に、添加率が１．０重量％になる
ように特定黒色色素が添加され、一様に分散されていることにより、高い吸収係数を有する下部クラッド層３１及び上部クラッド層３４を形成し、下部クラッド層３１及び上部クラッド層３４に入射した光を効果的に吸収し、良好なクラッドモード抑制の効果を得ることができる。
また、中間クラッド層３２がコア層３３の屈折率より小さな屈折率を有するため、良好な横方向の光閉じ込め効果を得ることができる。
更に、高分子光導波路の高密度化を実現でき、光インタコネクションの並列伝送配線などに適用することができる。

本実施例の高分子光導波路３０では、横方向に反射して伝播するクラッドモードに対して、中間クラッド層３２中には特定黒色色素が添加されていないため、吸収が少ないものの、本実施例の高分子光導波路３０の構成により光導波路の出射端から取り出される信号に混在するノイズを十分に減少させることができる。
本実施例の高分子光導波路３０の作製方法によれば、グラシアからなるコア形成層３３ａを成膜し、フォトマスク３６を用いてコア形成層３３ａに紫外線を照射し、照射部分のグラシアの屈折率を下げることにより、コア層３２及びコア層３２より小さな屈折率を有する中間クラッド層３３を形成することができるので、本実施例に係る高分子光導波路３０を容易に作製することができる。

上述の作製方法で、特定黒色色素を下部クラッド層３１及び上部クラッド層３４を構成するオキセタン樹脂に添付し、一様に分散させる際には、１分以上攪拌する。

本実施例は、第４発明に係る高分子光導波路の実施例の一例である。図８は本実施例の高分子光導波路の構成を示す断面図である。
本実施例の高分子光導波路３７は、導波光の波長が８５０ｎｍ付近に設定された三次元の高分子光導波路であって、図８に示すように、第１積層３８、第２積層３９、及び第３積層４０を備える。
第１積層３８は、実施例４の高分子光導波路３０と同様の構成を有し、下部クラッド層３１Ａと、下部クラッド層３１Ａ上に成膜された第１中間クラッド層３２Ａと、第１中間クラッド層３２Ａ内に相互に平行に形成された３本の帯状の第１コア層３３Ａと、第１中間クラッド層３２Ａ及び第１コア層３３Ａ上に成膜された第１上部クラッド層３４Ａとを有する。
第２積層３９は、実施例４に示した中間クラッド層３２、コア層３３、及び上部クラッド層３４と同様の構成を有し、第１積層３８の第１上部クラッド層３４Ａ上に成膜された第２中間クラッド層３２Ｂと、第２中間クラッド層３２Ｂ内に相互に平行に形成された３本の帯状の第２コア層３３Ｂと、第２中間クラッド層３２Ｂ及び第２コア層３３Ｂ上に成膜された第２上部クラッド層３４Ｂとを有する。
第３積層４０は、実施例４に示した中間クラッド層３２、コア層３３、及び上部クラッド層３４と同様の構成を有し、第２積層３９の第１上部クラッド層３４Ｂ上に成膜された第３中間クラッド層３２Ｃと、第３中間クラッド層３２Ｃ内に相互に平行に形成された３本の帯状の第３コア層３３Ｃと、第３中間クラッド層３２Ｃ及び第３コア層３３Ｃ上に成膜された第３上部クラッド層３４Ｃとを有する。
本実施例の高分子光導波路３７によれば、実施例４の高分子光導波路３０と比較して、高分子光導波路の高密度化を実現でき、光インタコネクションの大容量配線や、入力側のイメージ画像を出力側に伝送するイメージファイバなどに適用することができる。

本実施例の高分子光導波路３７の作製方法は、まず、実施例４の高分子光導波路３０を作製し、第１下部クラッド層３１Ａ、第１中間クラッド層３２Ａ、第１コア層３３Ａ、及び第１上部クラッド層３４Ａを有する第１積層３８とする。
次いで、第１積層３８の第１上部クラッド層３４Ａ上に、実施例４で説明した、中間クラッド層３２、コア層３３、及び上部クラッド層３４の形成方法と同様の形成方法を用いて、第２中間クラッド層３２Ｂ、第２コア層３３Ｂ、及び第２上部クラッド層３４Ｂを有する第２積層３９を形成する。
続いて、第２積層３９の第２上部クラッド層３４Ｂ上に、実施例４で説明した、中間クラッド層３２、コア層３３、及び上部クラッド層３４の形成方法と同様の形成方法を用いて、第３中間クラッド層３２Ｃ、第３コア層３３Ｃ、及び第３上部クラッド層３４Ｃを有する第３積層４０を形成することによって、図８に示した高分子光導波路３７を作製することができる。

なお、実施例１から５の高分子光導波路では、所定形状のマスクパターンを有するフォトマスクを用い、コア形成層の所定領域のみに紫外線を照射し硬化させ、或いは屈折率を低下させることにより、Ｙ分岐やＳ字カーブなどの複雑な形状の光導波路を作製することもできる。

本実施例は、第５発明に係る高分子光導波路の実施例の一例である。図１１（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は、それぞれ、本実施例に係る高分子光導波路の構成を示す断面図である。図１１（ａ）は、導波光の進行方向に平行な面でのコア層の平面図、図１１（ｂ）及び（ｃ）は、図１１（ａ）の線Ｉ−Ｉ及びＩＩ−ＩＩでの高分子光導波路の断面図である。
本実施例の高分子光導波路７０は、三分岐型の平面型高分子光導波路であって、図１１に示すように、下部クラッド層７２と、下部クラッド層７２上に形成され、下部クラッド層７２に対する比屈折率差が１．７％と、下部クラッド層７２より屈折率が高いコア層７４と、コア層７４を囲んで下部クラッド層７２上に成膜された上部クラッド層７６とを備えた平面型高分子光導波路である。

コア層７４は、三分岐型光導波路構造であって、導波光の入射端部から導波光の光の進行方向に延在する３本の光入射コア層７８Ａ〜Ｃと、光入射コア層７８Ａ〜Ｃが合流部８０で合流して１本のコア層となった光出射コア層８２とから構成されている。

各光入射コア層７８Ａ〜Ｃは、それぞれ、高さが４０μｍ、幅が５０μｍである。３本の光入射コア層７８Ａ〜Ｃのうち、中央の光入射コア層７８Ｂは入射端部からほぼ直線状の平面形状で平面型高分子光導波路７０の長手方向中央に延在している。光入射コア層７８Ａ及びＣは、光入射コア層７８Ｂの両側に位置し、短い直線状の入射端部コア層８３に続いて中央の光入射コア層７８Ｂの外方に僅かに凸の第１湾曲部８４と、第１湾曲部と合流部８０との間にあって中央の光入射コア層７８Ｂに向かって僅かに凸の第２湾曲部８６のＳ字状カーブの形状の平面形状で延在している。第１湾曲部８４の曲率半径は３０μｍ、第２湾曲部８６の曲率半径は３０μｍである。
光出射コア層８２は、合流部８０から光入射コア層７８Ｂの延長方向に出射端部８７まで延在している。光出射コア層８２は、高さが４０μｍ、幅が５０μｍである。

下部クラッド層７２、コア層７４、及び上部クラッド層７６は、 それぞれ、実施例１と同様に、ポリマー系樹脂等の高分子有機化合物、例えばオキセタン樹脂（ソニーケミカル社製）を使用する。また、ポリシラン（商品名グラシア、日本ペイント社製）などを使用しても良い。
下部クラッド層７２及び上部クラッド層７６は、コア層７４より屈折率が低く、黒色色素が添加されたオキセタン樹脂層として構成されている。本実施例の下部クラッド層７２及び上部クラッド層７６を構成するオキセタン樹脂には、添加率が１．０重量％になるように、スルホン酸基を有する化学式［化１］で規定される特定黒色色素が添加され、一様に分散されている。本実施例では、特定黒色色素として、ブラックＢ（ＣＩ−リアクティブブラック５）（住友化学工業社製）を使用している。ブラックＢは、例えば住化ケムテック社からの購入により入手できる。

光入射コア層７８Ａ〜Ｃは、それぞれ、波長の相互に異なる光、例えば波長が６４０ｎｍ付近の赤色光と、波長が５２２ｎｍ付近の緑色光と、波長が４６０ｎｍ付近の青色光を導波し、光出射コア層８２は、光入射コア層７８Ａ〜Ｃからそれぞれ導波された赤色光、緑色光、及び青色光が合波した合波光を導波して、出射端部から出射する。
図１２に示すように、それぞれ、赤色光、緑色光、及び青色光を出射する発光ダイオード（以下、ＬＥＤと言う）８８Ａ〜ＣをＲＧＢ三光源として平面型高分子光導波路７０の光入射コア層７８Ａ〜Ｃの入射端部８３に設け、ＬＥＤ８８Ａ〜Ｃから各光入射コア層７８Ａ〜Ｃにそれぞれ赤色光、緑色光、及び青色光を入射させると、光は光入射コア層７８Ａ〜Ｃを経て合流部８０で合波して白色光となり光出射コア層８２の出射端部８７から白色光として取り出される。尚、図１２は平面型高分子光導波路７０に対するＬＥＤ８８の配置図である。

ＬＥＤ８８から出射される光は放射角が広いので、ＬＥＤ８８からの光は入射端部８３では光入射コア層７８Ａ〜Ｃに加えて下部クラッド層７２及び上部クラッド層７６にも入射する。光入射コア層７８Ａ〜Ｃに入射した光は全反射しつつ伝搬するが、黒色色素が添加されている下部クラッド層７２及び上部クラッド層７６に入射した光は、それぞれ、下部クラッド層７２及び上部クラッド層７６の内部で光吸収されて伝搬することができない。
よって、光出射コア層８２の出射端部８７では、クラッドモードが効果的に除去されたスポットサイズの小さい白色光を取り出すことができる。

図１０に示す、出射端５２付近でＳ字状にカーブしている従来の光導波路５１では、光導波路５１から漏れ出した光５３の一部は、クラッド層５４中を伝搬し、出射端５２から取り出され、ノイズとなっていた。
一方、本実施例の高分子光導波路７０によれば、下部クラッド層７２及び上部クラッド層１４を構成するオキセタン樹脂中に、添加率が１．０重量％になるように特定黒色色素が添加され、一様に分散されることにより、高い吸収係数を有する下部クラッド層７２及び上部クラッド層７６を形成し、下部クラッド層７２及び上部クラッド層７６に入射した光を効果的に吸収し、良好なクラッドモード抑制の効果を得ることができる。本実施例の平面型高分子光導波路７０は、シングルモード及びマルチモードの何れにも適用することができる。

本実施例の平面型高分子光導波路７０の作製方法を、図１３（ａ）から（ｃ）を参照して説明する。図１３（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、本実施例の平面型高分子光導波路の各作製工程を示す断面図である。
まず、図３（ａ）に示すように、ポリイミド、ガラス、石英、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、又はＳＯＩ（Silicon on Insulator）などからなる基板７１上に、添加率が１．０重量％になるように特定黒色色素が添加され、一様に分散されたオキセタン樹脂をスピンコート法で塗布して、オキセタン樹脂膜を成膜する。
次いで、オキセタン樹脂膜を紫外線照射及びポストベークにより硬化させ、下部クラッド層７２とする。
続いて、下部クラッド層７２上に、下部クラッド層７２を構成するオキセタン樹脂に対する比屈折率差が１．７％程度の高い屈折率を有するオキセタン樹脂を、スピンコート法で塗布して、オキセタン樹脂膜を成膜し、コア形成層７４ａとする。

次いで、図１３（ｂ）に示すように、コア形成層７４ａ上に、紫外線に対して透明な領域７５ａと不透明な領域７５ｂからなるツリー状（三分岐型）のパターンを有するフォトマスク７５を載せ、照度２５０Ｗ、照射量３分の紫外線照射を行う。紫外線照射により、コア形成層７４ａのうち紫外線が照射された領域７５ａの下部のみが硬化してコア層７４となる。尚、図１３（ｂ）及び（ｃ）は、便宜上、図１１（ｂ）に対応する断面である。
続いて、フォトマスク７５を除去した後、アセトンでコア形成層７４ａの未硬化部分を洗浄除去する。

次いで、図１３（ｃ）に示すように、下部クラッド層７２及びコア層７４上に、添加率が１．０重量％になるように特定黒色色素が添加され、一様に分散されたオキセタン樹脂をスピンコート法で塗布して、オキセタン樹脂膜を成膜する。
続いて、オキセタン樹脂膜を紫外線照射及びポストベークにより硬化させ、上部クラッド層７６とする。
続いて、基板７１を除去する等の工程を経ることにより、図１１に示した高分子光導波路７０を作製することができる。なお、基板７１は、除去せずに取り付けたままにしてもよい。

上述の作製方法で、特定黒色色素を下部クラッド層７２及び上部クラッド層７６を構成するオキセタン樹脂に添付し、一様に分散させる際には、１分以上攪拌する。
本実施例の平面型高分子光導波路７０の作製方法によれば、オキセタン樹脂からなるコア形成層７４ａを成膜し、フォトマスク１５を用いてコア形成層７４ａに紫外線を照射し、照射部分のオキセタン樹脂を硬化させることにより、コア層７４を形成することができるので、本実施例に係る高分子光導波路７０を容易に作製することができる。

本実施例は、第６発明に係る高分子光導波路の実施例の一例である。図１４（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は、それぞれ、本実施例に係る高分子光導波路の構成を示す断面図である。図１４（ａ）は、導波光の進行方向に平行な面でのコア層の平面図、図１４（ｂ）及び（ｃ）は、図１４（ａ）の線ＩＩＩ−ＩＩＩ及びＩＶ−ＩＶでの平面型高分子光導波路の断面図である。
本実施例の高分子光導波路９０は、ＲＧＢ光源同時入射型の平面型高分子光導波路であって、図１４に示すように、下部クラッド層９２と、下部クラッド層９２上に形成され、下部クラッド層９２に対する比屈折率差が１．７％と、下部クラッド層９２より屈折率が高いコア層９４と、コア層９４を囲んで下部クラッド層９２上に成膜された上部クラッド層９６とを備えた平面型高分子光導波路である。

コア層９４は、平面形状が長さ５ｍｍのテーパ型の構造であって、光の入射端部９４ａで４００μｍのコア幅が導波光の光の進行方向に２等辺三角形状に連続的に縮小し、出射端部９４ｂで５０μｍになっている。

下部クラッド層９２、コア層９４、及び上部クラッド層９６は、 それぞれ、実施例１と同様に、ポリマー系樹脂等の高分子有機化合物、例えばオキセタン樹脂（ソニーケミカル社製）を使用する。また、ポリシラン（商品名グラシア、日本ペイント社製）などを使用しても良い。
下部クラッド層９２及び上部クラッド層９６は、コア層９４より屈折率が低く、黒色色素が添加されたオキセタン樹脂層として構成されている。本実施例の下部クラッド層９２及び上部クラッド層９６を構成するオキセタン樹脂には、添加率が１．０重量％になるように、スルホン酸基を有する化学式［化１］で規定される特定黒色色素が添加され、一様に分散されている。本実施例では、特定黒色色素として、ブラックＢ（ＣＩ−リアクティブブラック５）（住友化学工業社製）を使用している。ブラックＢは、例えば住化ケムテック社からの購入により入手できる。

図１５に示すように、ＲＧＢ三光源として赤色光、緑色光、及び青色光を出射するＬＥＤ９８Ａ〜Ｃを入射端部９４ａに配置し、各ＬＥＤ９８Ａ〜Ｃからコア層９４に赤色光、緑色光、及び青色光を入射させると、各光はコア層９４を伝播しつつテーパ状平面形状の側壁面反射性により集束、合波して白色光となるので、コア層９４の出射端部９４ｂから白色光を取り出すことができる。図１５は実施例７の平面型高分子光導波路９０に対するＬＥＤ９８の配置図である。
ＬＥＤ９８Ａは入射端部９４ａの一方の隅から５０μｍ離隔した位置に、ＬＥＤ９８Ｃは入射端部９４ａの他方の隅から５０μｍ離隔した位置に配置され、かつＬＥＤ９８Ａ〜Ｃはそれぞれ４００μｍの間隔で等間隔に配置されている。

ＬＥＤ９８Ａ〜Ｃから出射される光は放射角が広いので、ＬＥＤ９８Ａ〜Ｃからの光は入射端部９４ａではコア層９４に加えて下部クラッド層９２及び上部クラッド層９６にも入射する。コア層９４に入射した光は全反射しつつ伝搬するが、黒色色素が添加されている下部クラッド層９２及び上部クラッド層９６に入射した光は、それぞれ、下部クラッド層９２及び上部クラッド層９６の内部で光吸収されて伝搬することができない。
よって、コア層９２の出射端部９４ｂでは、クラッドモードが効果的に除去されたスポットサイズの小さい白色光を取り出すことができる。

図１０に示す、出射端５２付近でＳ字状にカーブしている従来の光導波路５１では、光導波路５１から漏れ出した光５３の一部は、クラッド層５４中を伝搬し、出射端５２から取り出され、ノイズとなっていた。
一方、本実施例の平面型高分子光導波路９０によれば、下部クラッド層９２及び上部クラッド層１４を構成するオキセタン樹脂中に、添加率が１．０重量％になるように特定黒色色素が添加され、一様に分散されることにより、高い吸収係数を有する下部クラッド層９２及び上部クラッド層９６を形成し、下部クラッド層９２及び上部クラッド層９６に入射した光を効果的に吸収し、良好なクラッドモード抑制の効果を得ることができる。

本実施例に対するシミュレーション計算の結果によると、入射端部９４ａから出射端部９４ｂへの長さ５ｍｍのテーパ型コア層９４の放射損失は、１ｄＢである。黒色クラッド層へ入射したＬＥＤ光は伝搬されないので、出射端部９４ｂでは、クラッドモードを除去したコア層９４のみから出射したスポットサイズの小さい光を取り出すことができる。
本実施例のテーパ型の平面型高分子光導波路９０を適用すると、ＲＧＢ三色の光を効率よく合波することができるので、光結合のための合波器及びアライメントは不要となる。

テーパ型コア層では、図１６に示すような、コア層９４の導波方向の中心線に対するテーパの勾配θが大きくなると、上部クラッド層９６に光が漏れ出す。計算によれば、θが２．５°〜３．５°になると、光が漏れ出すので、テーパの勾配θは０．１°から３．５°の範囲が望ましい。上述の計算では、コア層及びクラッド層ともソニーケミカル社製のオキセタン樹脂を使い、コア層９４の屈折率ｎ₁ をｎ₁＝１．５４３とし、上部クラッド層９６の屈折率ｎ ₂をｎ ₂＝１．５１６としている。本実施例の平面型高分子光導波路９０のコア層９４の勾配は、上述の範囲に収まっている。

本実施例の平面型高分子光導波路９０の作製方法は、コア層９４をパターニングするマスクの形成工程が異なることを除いて実施例６の平面型高分子光導波路７０の作製工程と同じである。図１７（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、本実施例の平面型高分子光導波路の各作製工程を示す断面図である。
つまり、実施例６と同じ基板７１上に、添加率が１．０重量％になるように特定黒色色素が添加され、一様に分散されたオキセタン樹脂をスピンコート法で塗布して、オキセタン樹脂膜を成膜する。
次いで、オキセタン樹脂膜を紫外線照射及びポストベークにより硬化させ、下部クラッド層９２を形成する。
続いて、下部クラッド層９２上に、下部クラッド層９２を構成するオキセタン樹脂に対する比屈折率差が１．７％の高い屈折率を有するオキセタン樹脂を、スピンコート法で塗布して、オキセタン樹脂膜を成膜し、図１７（ａ）に示すように、コア形成層９４ａとする。

次いで、図１７（ｂ）に示すように、コア形成層９４ａ上に、紫外線に対して透明な領域９５ａと不透明な領域９５ｂからなるテーパ状のパターンを有するフォトマスク９５を載せ、照度２５０Ｗ、照射量３分の紫外線照射を行う。紫外線照射により、コア形成層９４ａ中で、紫外線が照射された領域９５ａの下部のみが硬化してコア層９４となる。尚、図１７（ｂ）及び（ｃ）は、便宜上、図１４（ｂ）に対応する断面である。
続いて、フォトマスク９５を除去した後、アセトンでコア形成層９４ａの未硬化部分を洗浄除去する。

次いで、図１７（ｃ）に示すように、下部クラッド層９２及びコア層９４上に、添加率が１．０重量％になるように特定黒色色素が添加され、一様に分散されたオキセタン樹脂をスピンコート法で塗布して、オキセタン樹脂膜を成膜する。
続いて、オキセタン樹脂膜を紫外線照射及びポストベークにより硬化させ、上部クラッド層９６とする。
続いて、基板７１を除去する等の工程を経ることにより、図１４に示した平面型高分子光導波路９０を作製することができる。なお、基板７１は、除去せずに取り付けたままにしてもよい。

本実施例は、第７発明に係る高分子光導波路の実施例の一例である。図１８（ａ）は、導波光の進行方向に平行な面での本実施例の高分子光導波路の平面図、図１８（ｂ）及び（ｃ）は、図１８（ａ）の線Ｖ−Ｖ及びＶＩ−ＶＩでの平面型高分子光導波路の断面図である。
本実施例の高分子光導波路１００は、コア層９４を覆う上部クラッド層９２を有しないエアリッジ型であることを除いて、実施例７の高分子光導波路９０と同じ構成のＲＧＢ光源同時入射型の平面型高分子光導波路であって、図１８に示すように、下部クラッド層１０２と、下部クラッド層１０２上に形成され、下部クラッド層１０２に対する比屈折率差が１．７％と、下部クラッド層１０２より屈折率が高いコア層１０４とを備えた平面型高分子光導波路である。

下部クラッド層１０２及びコア層１０４は、コア層１０４のテーパの勾配を除いて実施例７の下部クラッド層９２及びコア層９４と同じ構成である。

本実施例は、上部クラッド層が無く、コア層１０４が外気（空気層）に露出しているエアリッジ構造であるから、クラッドの屈折率ｎ ₂はｎ ₂＝１．０であり、コア層１０４の屈折率ｎ₁ はｎ₁＝１．５４３である。導波光は、コア層１０４と空気層の臨界角φを上限としてテーパ状コア層１０４を進行する。
臨界角φは次の式で表される。
Ｓｉｎφ＝ｎ ₂／ｎ₁＝１／ｎ₁
よって、コア層１０４の屈折率ｎ₁ がｎ₁＝１．５４３のとき、φ＝４０．４°である。
また、クラッドが空気層であるエアリッジ型テーパ型光導波路では、φ＝３０°以上になると、テーパ型光導波路コア内部の壁面にて反射した光が光路を変え、次に壁面に光が反射したときには、進行方向とは逆に進んでしまうという問題が生じる。よって、エアリッジ型テーパ型光導波路では、φは３０°未満であることが望ましい。

エアリッジ型の光導波路構造であるから多少光の閉じ込め性が劣るものの、コア層１０４に入射した光は、コア層１０４の境界面で外側の空気層に多少光を放散させつつコア層１０４を伝播して進行する。

図１９に示すように、ＲＧＢ三光源として赤色光、緑色光、及び青色光を出射するＬＥＤ１０６Ａ〜Ｃをコア層１０４の入射端部１０４ａに配置し、各ＬＥＤ１０６Ａ〜Ｃからコア層１０４に赤色光、緑色光、及び青色光を入射させると、各光はコア層１０４を伝播しつつテーパ状平面形状の側壁面反射性により集束、合波して白色光となりコア層１０４の出射端部１０４ｂから白色光を取り出すことができる。尚、コア層１０４の入射端部で空気中に放射された光は減衰して出射端部１０４ｂには到達しない。
ＬＥＤ１０６Ａは入射端部１０４ａの一方の隅から５０μｍ離隔した位置に、ＬＥＤ１０６Ｃは入射端部１０４ａの他方の隅から５０μｍ離隔した位置に配置され、かつＬＥＤ１０６Ａ〜Ｃはそれぞれ４００μｍの間隔で等間隔に配置されている。

ＬＥＤ１０６Ａ〜Ｃから出射される光は放射角が広いので、ＬＥＤ１０６Ａ〜Ｃからの光は入射端部１０４ａではコア層１０４に加えて下部クラッド層１０２にも入射する。コア層１０４に入射した光は全反射しつつ伝搬するが、黒色色素が添加されている下部クラッド層１０２に入射した光は、それぞれ、下部クラッド層１０２の内部で光吸収されて伝搬することができない。
よって、コア層１０２の出射端部１０２ｂでは、クラッドモードが効果的に除去されたスポットサイズの小さい白色光を取り出すことができる。

本実施例の高分子光導波路１００の作製方法は、上部クラッド層を形成しないことを除いて実施例７の高分子光導波路９０の作製工程と同じである。

実施例６から実施例８では、平面型高分子光導波路を例にあげて第５から第７の発明を説明したが、第５から第７の発明は、平面型高分子光導波路に限らず、３次元の高分子光導波路にも適用できる。

本発明は、高分子光導波路単体のみならず、本発明に係る高分子光導波路と半導体レーザ素子又はＬＥＤ等の光源とを組み合わせることにより光システムを実現することができる。

実施例１に係る高分子光導波路の構成を示す断面図である。 実施例１に係る高分子光導波路の導波方向に平行な縦方向の断面を示す断面図である。 図３（ａ）から（ｃ）は、それぞれ実施例１に係る高分子光導波路の一作製工程を示す断面図である。 実施例２に係る高分子光導波路の構成を示す断面図である。 実施例３に係る高分子光導波路の構成を示す断面図である。 実施例４に係る高分子光導波路の構成を示す断面図である。 図７（ａ）から（ｃ）は、それぞれ実施例４に係る高分子光導波路の一作製工程を示す断面図である。 実施例５に係る高分子光導波路の構成を示す断面図である。 特開平４−６７１０３号公報に記載の光導波路の構成を示す断面図である。 実施例１で説明する光導波路の光出射端付近を示す断面図である。 図１１（ａ）は、導波光の進行方向に平行な面でのコア層の平面図、図１１（ｂ）及び（ｃ）は、図１１（ａ）の線Ｉ−Ｉ及びＩＩ−ＩＩでの平面型高分子光導波路の断面図である。 実施例６の平面型高分子光導波路に対するＬＥＤの配置図である。 図１３（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、実施例６の平面型高分子光導波路の各作製工程を示す断面図である。 図１４（ａ）は、導波光の進行方向に平行な面でのコア層の平面図、図１４（ｂ）及び（ｃ）は、図１４（ａ）の線ＩＩＩ−ＩＩＩ及びＩＶ−ＩＶでの平面型高分子光導波路の断面図である。 実施例７の平面型高分子光導波路に対するＬＥＤの配置図である。 コア層の勾配を説明する模式図である。 図１７（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、実施例７の平面型高分子光導波路の各作製工程を示す断面図である。 図１８（ａ）は、導波光の進行方向に平行な面での平面型高分子光導波路の平面図、図１８（ｂ）及び（ｃ）は、図１８（ａ）の線Ｖ−Ｖ及びＶＩ−ＶＩでの平面型高分子光導波路の断面図である。 実施例８の平面型高分子光導波路に対するＬＥＤの配置図である。 コア層の勾配を説明する模式図である。

符号の説明

１０……実施例１の高分子光導波路、１１……下部クラッド層、１２……コア層、１２ａ……コア形成層、１３……上部クラッド層、１４……基板、１５……フォトマスク、１５ａ……紫外線に対して透明な領域、１５ｂ……紫外線に対して不透明な領域、２０……実施例２の高分子光導波路、２１……下部クラッド層、２１Ａ……第１下部クラッド層、２１Ｂ……第２下部クラッド層、２１Ｃ……第３下部クラッド層、２２……コア層、２２Ａ……第１コア層、２２Ｂ……第２コア層、２２Ｃ……第３コア層、２３……上部クラッド層、２３Ａ……第１上部クラッド層、２３Ｂ……第２上部クラッド層、２３Ｃ……第３上部クラッド層、２４……実施例３の高分子光導波路、２５……第１積層、２６……第２積層、２７……第３積層、３０……実施例４の高分子光導波路、３１……下部クラッド層、３１Ａ……第１下部クラッド層、３１Ｂ……第２下部クラッド層、３１Ｃ……第３下部クラッド層、３２……中間クラッド層、３２Ａ……第１中間クラッド層、３２Ｂ……第２中間クラッド層、３２Ｃ……第３中間クラッド層、３３……コア層、３３Ａ……第１コア層、３３Ｂ……第２コア層、３３Ｃ……第３コア層、３３ａ……コア形成層、３４……上部クラッド層、３４Ａ……第１上部クラッド層、３４Ｂ……第２上部クラッド層、３４Ｃ……第３上部クラッド層、３５……基板、３６……フォトマスク、３６ａ……紫外線に対して透明な領域、３６ｂ……紫外線に対して不透明な領域、３７……実施例５の高分子光導波路、３８……第１積層、３９……第２積層、４０……第３積層、５１……光導波路（コア層）、５２……光出射端、５３……光導波路から漏れ出した（ノイズ）光、５４……クラッド層、６０……特開平４−６７１０３号公報に記載の光導波路、６１……クラッド、６２……コア、６３……クラッド被覆部、６４……ＳＩＲ−１１４（添加剤）、７０……実施例６の高分子光導波路、７１……基板、７２……下部クラッド層、７４……コア層、７６……上部クラッド層、７８Ａ〜Ｃ……光入射コア層、８０……合流部、８２……光出射コア層、８４……第１湾曲部、８６……第２湾曲部、８８……ＬＥＤ、９０……実施例７の高分子光導波路、９２……下部クラッド層、９４……コア層、９６……上部クラッド層、９８……ＬＥＤ、１００……実施例８の高分子光導波路、１０２……下部クラッド層、１０４……コア層、１０６……ＬＥＤ。

Claims (19)

1. それぞれ、高分子有機化合物からなる、下部クラッド層、前記下部クラッド層上に形成された帯状のコア層、及び前記コア層を囲んで前記下部クラッド層上に成膜された上部クラッド層を備え、黒色有機物色素が、前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層中に一様に添加、分散され、前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層が黒色を呈している平面型高分子光導波路であって、
   前記黒色有機物色素が、スルホン酸基を有する下記化学式［化１］で規定される黒色 有機物色素（以下、特定黒色色素と言う）である
   ことを特徴とする平面型高分子光導波路。
   

   
2. 前記特定黒色色素が、前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層中に０．０１重量％以上、１０重量％以下の添加率で添加されている、請求項１に記載の平面型高分子光導波路。
3. 前記コア層が、前記下部クラッド層上に相互に平行に形成された複数本のコア層である、請求項１又は２に記載の平面型高分子光導波路。
4. 三次元配列で延在する複数本のコア層と、前記コア層に沿って前記コア層の周りに延在するクラッド層とを有し、黒色有機物色素が、前記クラッド層中に一様に添加、分散され、前記クラッド層が黒色を呈している三次元高分子光導波路であって、
   前記黒色有機物色素が、スルホン酸基を有する下記化学式［化１］で規定される黒色 有機物色素（以下、特定黒色色素と言う）である
   ことを特徴とする三次元高分子光導波路。
   

   
5. 前記特定黒色色素が、前記クラッド層中に０．０１重量％以上、１０重量％以下の添加率で添加されている、請求項４に記載の三次元高分子光導波路。
6. それぞれ、高分子有機化合物からなる、下部クラッド層、前記下部クラッド層上に成膜された中間クラッド層、前記中間クラッド層内に帯状に形成されているコア層、前記中間クラッド層及び前記コア層上に成膜された上部クラッド層を備え、前記中間クラッド層が、前記コア層と同じ組成の高分子有機化合物であって紫外線照射により前記コア層の屈折率より小さな屈折率を有するように変性させた高分子有機化合物で成膜され、黒色有機物色素が、前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層中に一様に添加、分散され、前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層が黒色を呈している平面型高分子光導波路であって、
   前記黒色有機物色素が、スルホン酸基を有する下記化学式［化１］で規定される黒色 有機物色素（以下、特定黒色色素と言う）である
   ことを特徴とする平面型高分子光導波路。
   

   
7. 前記特定黒色色素が、前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層中に０．０１重量％以上、１０重量％以下の添加率で添加されている、請求項６に記載の平面型高分子光導波路。
8. 下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に成膜された第１の中間クラッド層と、前 記第１の中間クラッド層内に相互に平行に形成された複数本の帯状の第１のコア層と、 前記第１の中間クラッド層及び前記第１のコア層上に成膜された第１の上部クラッド層 とを有する１段目の平面型光導波路と、
   下段の平面型光導波路の上部クラッド層上に成膜された第２の中間クラッド層と、前 記第２の中間クラッド層内に相互に平行に形成された複数本の帯状の第２のコア層と、 前記第２の中間クラッド層及び前記第２のコア層上に成膜された第２の上部クラッド層 とを有する上段平面型光導波路を１段目の平面型光導波路上に少なくとも一段備え、
   前記下部クラッド層、前記第１の中間クラッド層、前記第２の中間クラッド層、前記 第１のコア層、前記第２のコア層、前記第１の上部クラッド層、及び前記第２の上部ク ラッド層が、それぞれ高分子有機化合物からなり、
   前記第１の中間クラッド層及び前記第２の中間クラッド層が、前記第１のコア層及び 前記第２のコア層と同じ組成の高分子有機化合物であって、紫外線照射により前記第１ のコア層及び前記第２のコア層の屈折率より小さな屈折率を有するように変性させた高 分子有機化合物で成膜され、
   黒色有機物色素が、前記下部クラッド層、前記第１の上部クラッド層、及び前記第２ の上部クラッド層中に一様に添加、分散され、前記下部クラッド層、前記第１の上部ク ラッド層、及び前記第２の上部クラッド層が黒色を呈している
   三次元高分子光導波路であって、
   前記黒色有機物色素が、スルホン酸基を有する下記化学式［化１］で規定される黒色 有機物色素（以下、特定黒色色素と言う）である
   ことを特徴とする三次元高分子光導波路。
   

   
9. 前記特定黒色色素が、前記第１の下部クラッド層、前記第２の下部クラッド層、前記第１の上部クラッド層、及び前記第２の上部クラッド層中に０．０１重量％以上、１０重量％以下の添加率で添加されている、請求項８に記載の三次元高分子光導波路。
10. それぞれ、高分子有機化合物からなる、下部クラッド層、前記下部クラッド層上に形成された帯状のコア層、及び前記コア層を囲んで前記下部クラッド層上に成膜された上部クラッド層を備え、前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層は、黒色有機物色素が層内に一様に添加、分散されて黒色を呈し、前記コア層は、複数本の光入射コア層が導波光の入射端部から相互に離隔して導波光の進行方向に合流部に向かって直線状で又は曲線状で延在しつつ集束し、次いで合流部で１本の光出射コア層に集合して出射端部まで延在する高分子光導波路であって、
    前記黒色有機物色素が、スルホン酸基を有する下記化学式［化１］で規定される黒色 有機物色素（以下、特定黒色色素と言う）である
    ことを特徴とする平面型高分子光導波路。
    

    
11. 前記特定黒色色素が、前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層中に０．０１重量％以上、１０重量％以下の添加率で添加されている、請求項１０に記載の高分子光導波路。
12. 複数本の光入射コア層が、直線状に延在する第１の光入射コア層と、第１の光入射コア層の両側にそれぞれ延在する第２及び第３の光入射コア層との３本の光入射コア層で構成され、第２及び第３の光入射コア層は、それぞれ、第１の光入射コア層の外方に凸の第１の湾曲部と第１の湾曲部に連続して第１の光入射コア層に向かって凸の第２の湾曲部とを備えた略Ｓ字状カーブの形状を有する、請求項１０に記載の高分子光導波路。
13. 第１の光入射コア層、第２の光入射コア層、及び第３の光入射コア層に、導波光として、それぞれ、赤色光、緑色光、及び青色光を入射させ、光出射コア層から赤色光、緑色光、及び青色光の合波光を出射させるようにした、請求項１２に記載の高分子光導波路。
14. それぞれ、高分子有機化合物からなる、下部クラッド層、前記下部クラッド層上に形成された帯状のコア層、及び前記コア層を囲んで前記下部クラッド層上に成膜された上部クラッド層を備え、前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層は、黒色有機物色素が層内に一様に添加、分散されて黒色を呈し、前記コア層は、帯状の層幅が導波光の入射端部から出射端部まで導波光の進行方向に連続的に縮小している高分子光導波路であって、
    前記黒色有機物色素が、スルホン酸基を有する下記化学式［化１］で規定される黒色 有機物色素（以下、特定黒色色素と言う）である
    ことを特徴とする高分子光導波路。
    

    
15. 前記特定黒色色素が、前記下部クラッド層及び前記上部クラッド層中に０．０１重量％以上、１０重量％以下の添加率で添加されている、請求項１４に記載の高分子光導波路。
16. 前記コア層の前記入射端部の層幅方向に相互に離隔した位置から、導波光として、それぞれ、赤色光、緑色光、及び青色光を入射させ、前記コア層の出射端部から赤色光、緑色光、及び青色光の合波光を出射させるようにした、請求項１４に記載の高分子光導波路。
17. それぞれ、高分子有機化合物からなる、下部クラッド層、及び前記下部クラッド層上に形成され、外気に露出している帯状のコア層を備え、前記下部クラッド層は、黒色有機物色素が層内に一様に添加、分散されて黒色を呈し、前記コア層は、帯状の層幅が導波光の入射端部から出射端部まで導波光の進行方向に連続的に縮小している高分子光導波路であって、
    前記黒色有機物色素が、スルホン酸基を有する下記化学式［化１］で規定される黒色 有機物色素（以下、特定黒色色素と言う）である
    ことを特徴とする平面型高分子光導波路。
    

    
18. 前記特定黒色色素が、前記下部クラッド層中に０．０１重量％以上、１０重量％以下の添加率で添加されている、請求項１７に記載の高分子光導波路。
19. 前記コア層の前記入射端部の層幅方向に相互に離隔した位置から、導波光として、それぞれ、赤色光、緑色光、及び青色光を入射させ、前記コア層の出射端部から赤色光、緑色光、及び青色光の合波光を出射させるようにした、請求項１７に記載の高分子光導波路。

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