JP4474857B2 - Manufacturing method of optical waveguide - Google Patents

Manufacturing method of optical waveguide Download PDF

Info

Publication number
JP4474857B2
JP4474857B2 JP2003192765A JP2003192765A JP4474857B2 JP 4474857 B2 JP4474857 B2 JP 4474857B2 JP 2003192765 A JP2003192765 A JP 2003192765A JP 2003192765 A JP2003192765 A JP 2003192765A JP 4474857 B2 JP4474857 B2 JP 4474857B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrodeposition
optical waveguide
film
polymer material
monomer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003192765A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004162016A (en
Inventor
英一 圷
茂実 大津
敬司 清水
和敏 谷田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Xerox Co Ltd, Fujifilm Business Innovation Corp filed Critical Fuji Xerox Co Ltd
Priority to JP2003192765A priority Critical patent/JP4474857B2/en
Publication of JP2004162016A publication Critical patent/JP2004162016A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4474857B2 publication Critical patent/JP4474857B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Optical Filters (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
光学回路用の光導波路を形成するために用いられる材料としては、石英材、各種ガラス材、光透過性の酸化物強誘電体等からなる無機材料や各種高分子材料などが用いられている。これらの材料の中でも高分子材料は無機材料に比較して、スピンコート法やディップ法等を用いた薄膜の形成が容易であり、柔軟性があり面積の大きい光導波路を作製するのに適している。
また、このような高分子材料を用いた薄膜形成法においては、石英のような無機材料を用いた薄膜形成法と比較して、膜形成に際して高温での熱処理工程を含まないので、半導体基板やプラスチック基板等の高温での熱処理が困難な基板上にも光導波路を作製できるという利点がある。
さらに、高分子材料の柔軟性や強靭性を活かしたフレキシブルな光導波路の作製も可能である。こうしたことから、光通信の分野で用いられる光集積回路や、光情報処理の分野で用いられる光配線板等の光導波路部品を、光学用高分子材料を用いて大量・安価に製造することが期待されている。
【0003】
このような光学用高分子材料は、従来、耐熱性や耐湿性等の耐環境性・耐候性の点で劣るため、光学特性の安定性を維持する上で課題があるとされてきたが、近年は改善が進んでいる。また、光学用高分子材料として感光性高分子材料を用いた場合、形成・加工等の製造が非常に容易で、量産性にも優れている。
しかし従来用いられてきた感光性高分子材料は、室温で固体の高分子材料であり、このような高分子材料を用いて厚膜を形成すると、紫外領域や可視領域における散乱が多くなって光透過性が劣化すると共に、光導波路のようなパターンをフォトリソグラフィー法等を用いて形成する場合においても、前記高分子材料を硬化させた際の解像度が悪くなるため、設計した通りのパターンを十分に再現することができず、作製された光導波路の透過損失にも悪影響を与えていた。
【0004】
さらに、上記したような従来用いられてきた感光性高分子材料は、情報伝送に利用される波長域の透過損失の低減等、光学材料として必要な特性についての配慮が不充分であるため、光導波路損失も高いという欠点を有していた。それゆえ、このような感光性高分子材料を用いて作製された光導波路等の光学部品は実用性や耐久性の面から不十分なものであった。
【0005】
上記したような問題を解決する手段として、室温で固体の高分子材料ではなく液状の光硬化性樹脂を用いて光導波路等のパターンを形成する方法が考えられた。しかし、この光硬化性樹脂は流動性があるため、前記光硬化性樹脂を塗布した後に塗布膜厚が変化したりして、光導波路等のパターンを再現性よく、且つ、制御性よく形成することができなかった。
また、従来の感光性材料を用いてパターン形成を行う場合には、エッチング処理等が必要であり、有害なアルカリ廃液が大量に発生するなど、工程数がかさむため製造コストの増大や製造ラインの複雑・長大化等の難点があった。
【0006】
一方、現在、長距離での大量の情報伝送手段として用いられている光通信に利用される波長域は、一般にこのような光通信に用いられる主要光導波路部分材料である石英材料での減衰性を抑える為に1.3μm〜1.5μmの波長域の赤外線を用いている。また、今後、光を情報伝送媒体として利用することによる大量の情報伝送のニーズに応えるために、従来のような長距離のみならず、一般家庭内やオフィイス内などのローカルなエリア(短距離)における情報伝送・処理でも急速に拡大することが予想されている。
【0007】
このようなローカルエリアでの大量の情報伝送・処理で用いられる光学材料は、長距離通信のように主にファイバーのみの形態で利用されるものではなく、ファイバー以外に、コネクタや、光導波路等の種々の光学回路等のように、複雑な形態に加工・形成されることや、接続等の簡便さ、その他各種高次の機能が要求される。しかし、石英材料は、透過損失の点では全く問題ないものの、脆性材料であるために加工・形成性が悪く、取り扱いや複雑なパターンの形成が困難である。従って、石英材料を、ローカルエリア用の光学材料として用いることは技術的に困難である。
【0008】
このため、加工・形成性や、取り扱いの容易さの点で、ローカルエリア内の情報伝送用の光学材料として樹脂材料がクローズアップされている。この樹脂材料は、石英材料と比較すると、透過損失および光通信で利用される赤外域での透過性の点で劣る。しかし、透過損失については、伝送距離が短距離であるために、石英材料のような透過損失は要求されず、樹脂材料でも十分に利用できる可能性がある。
【0009】
また、赤外域での透過性については、従来の樹脂材料では、その構造中に多くの水素原子を含んでいるため、赤外域の透過性については今後要求される光通信には不充分であった。しかし、長距離通信に利用される1.3〜1.5μmの波長の光を、850nm程度のより短波長の光に変換してからローカルエリア内へ分配することが検討されている。このような850nm程度の短波長の赤外線であれば、樹脂材料でも実用レベルで十分に対応できるものと考えられる。
【0010】
例えば、樹脂材料中の水素原子を他の原子に置換することにより、実用化には至っていないものの赤外域における光通信にも対応できる可能性が見出されている(非特許文献1参照)。
また、赤外透過性の樹脂材料を用いた光学部品として、例えば、波長780nmにおける初期伝送損失が0.4dB以下であるコア部を形成する有機重合体の水素原子を重水素原子やフッ素原子で置換した光伝送体(特許文献1参照)や、重水素化若しくはハロゲン化された、ポリアクリレート、ポリシロキサン、又は、ポリスチレンを用いた平板型プラスチック光導波路(特許文献2参照)が提案されている。
【0011】
一方、樹脂材料を用いた各種の光学部品は、例えば、光ファイバーを作製する場合には、紡糸形成により作製される。また、光導波路を作製する場合には、例えば、コア部を射出成形し、クラッド部を注型形成することにより作製する方法(例えば、特許文献3参照)や、フォトリソグラフィ−およびドライエッチングを組み合わせて作製する方法(例えば、特許文献4参照)などが挙げられる。
【0012】
しかしながら、紡糸形成では、ファイバー状のものしか作製できず、ファイバー以外の、コネクタや、光導波路等の複雑な形状を有する光学部品は作製できない。また、射出形成や、注型形成では、さまざまな形状のものを作製できるが、微細で精緻なパターンを持つ光学部品を作製することは困難である。
一方、フォトリソグラフィーにドライエッチングやウエットエッチングを組み合わせた方法では、微細で精緻なパターンを持つ光学部品を作製することが可能であるものの、▲1▼製造工程が複雑で生産性に劣る、▲2▼一連の製造プロセスにおける廃棄物(レジスト、アルカリ廃液等)が有害且つ多量に発生する為、環境への負荷が大きい/廃棄物処理コストが高い、▲3▼前記▲1▼および▲2▼により製造コストが高い、等の問題がある。
【0013】
一方、本発明者等は、先に着色材を含む電着材料を用い、低電圧印加で電着あるいは光電着させることにより、解像度に優れた画像形成方法およびカラーフィルターの製造方法を提供した(例えば、特許文献5〜10参照)。これらの画像形成方法およびカラーフィルターの製造方法は、簡易な方法で着色膜を解像度よく形成することを特長とするが、主として、液晶表示装置等の表示装置の分野において応用されている技術である。
【0014】
上記したような電着法は、フォトリソグラフィ−にドライあるいはウエットエッチングを組み合わせた方法と比較すると微細パターンの形成が簡易で生産性が高く、また、有害廃液が少ない。しかしながら、光導波路等の光学部品を電着法により作製しようとする試みはなされていないのが現状である。
さらに、従来の電着法に用いられる電着性高分子材料は、水素原子を多く含んでいるため、光通信で利用される波長域、特にローカルエリア内の短距離通信で必要になると予想される700nm〜1.35μmの波長域での光透過性が不充分である。
【0015】
【特許文献1】
特許第2854669号公報
【特許文献2】
特許第2599497号公報
【特許文献3】
特許第2854669号公報
【特許文献4】
特許第2599497号公報
【特許文献5】
特開平10−119414号公報
【特許文献6】
特開平11−189899号公報
【特許文献7】
特開平11−15418号公報
【特許文献8】
特開平11−174790号公報
【特許文献9】
特開平11−133224号公報
【特許文献10】
特開平11−335894号公報
【非特許文献1】
丸野、電子情報通信学会誌、Vol.84、No.9、pp656−662、2001
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決することを課題とする。すなわち、本発明の目的は、微細パターン形成を簡易に行なえ、有害廃液が少ない、電着法または光電着法を用いることにより、透過損失が小さく精度のよい形状の光導波路を簡易且つ量産性よく作製することが可能な光導波路の製造方法を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、光導波路の製造方法を提供することにより解決される。
<1> 少なくとも波長700nm〜1350nmの波長域の光を利用して情報を伝送する光導波路の製造方法であって、
電着材料として少なくとも電着性高分子材料を含み、前記電着性高分子材料を構成する水素原子の10%〜90%が重水素原子で置換され、且つ、前記電着材料から形成される電着膜の波長700nm〜1350nmの波長域の光に対する透過損失が1dB/cm以下である電着液を用いた電着形成により、乾燥させることなく、第1クラッド層、コア層及び第2クラッド層を積層すること特徴とする光導波路の製造方法。
【0018】
<2> 前記電着性高分子材料が、少なくとも、アルケン、ジエン、スチレン、及びこれらの誘導体から選択される1種の疎水性モノマーと、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、桂皮酸、フタル酸、及びこれらの誘導体から選択される1種の親水性モノマーと、を重合してなる共重合体を含有することを特徴とする<1>に記載の光導波路の製造方法
【0019】
<3>
前記電着性高分子材料が、少なくとも、アルケン、ジエン、スチレン、及びこれらの誘導体から選択される1種の疎水性モノマーと、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、桂皮酸、フタル酸、及びこれらの誘導体から選択される1種の親水性モノマーとメタクリル酸エステル類、アクリル酸エステル類、無水マレイン酸エステル類、及びこれらの誘導体から選択される1種の可塑性モノマーと、を重合してなる共重合体を含有することを特徴とする<1>に記載の光導波路の製造方法。
【0020】
<4> 前記電着性高分子材料が、モノマーを構成する水素原子の少なくとも一部が重水素原子に置換された少なくとも1種類以上のモノマーを用いて重合された共重合体を含有することを特徴とする<1>に記載の光導波路の製造方法。
【0021】
<5> 前記第1クラッド層、コア層及び第2クラッド層を剥離層上に形成した後、当該第1クラッド層、コア層及び第2クラッド層を基板に転写することを特徴とする1>に記載の光導波路の製造方法。
【0022】
<6> 前記光が、波長850nmのレーザー光であることを特徴とする1>に記載の光導波路の製造方法。
【0023】
<7> 前記電着性高分子材料を構成する水素原子の20%〜60%が重水素原子で置換されたことを特徴とする1>に記載の光導波路の製造方法。
【0024】
<8> 前記電着液が、屈折率調整用の微粒子を含むことを特徴とする1>に記載の光導波路の製造方法。
【0025】
<9> 前記電着性高分子材料が、少なくともスチレンモノマーとアクリル酸モノマーとから重合された共重合体であり、重合前の前記スチレンモノマーおよび/または前記アクリル酸モノマーの水素原子の少なくとも一部が重水素原子で置換され、且つ、前記光が、波長850nmのレーザー光であることを特徴とする1>に記載の光導波路の製造方法。
【0026】
<10> 前記電着性高分子材料を電着材料として含む水系の電着液から、前記電着性高分子材料を析出させて潤湿状態の前記第1クラッド層、コア層及び第2クラッド層を形成する電着膜析出・形成工程と、前記潤湿状態の第1クラッド層、コア層及び第2クラッド層を加熱処理することにより乾燥させる乾燥工程と、を少なくとも含む1>に記載の光導波路の製造方法であって、
前記加熱処理の温度が、前記電着性高分子材料のガラス転移点(Tg)の±15℃の範囲内であることを特徴とする光導波路の製造方法
【0027】
<11> 前記電着性高分子材料を電着材料として含む水系の電着液から、前記電着性高分子材料を析出させて潤湿状態の前記第1クラッド層、コア層及び第2クラッド層を形成する電着膜析出・形成工程と、前記潤湿状態の第1クラッド層、コア層及び第2クラッド層を加熱処理することにより乾燥させる乾燥工程と、を少なくとも含む1>に記載の光導波路の製造方法であって、
前記加熱処理の温度が、60〜200℃の範囲内であることを特徴とする光導波路の製造方法。
【0039】
【発明の実施の形態】
以下に、光導波路等の光学部品の形成に用いられる本発明の電着液、電着法、光導波路等の光学部品およびその作製方法、の順に大きくわけて説明する。
【0040】
(電着液)
まず、本発明の電着液を用いて形成される電着膜の光学的特性に関係する部分について主に説明し、その後、電着液およびこれを用いて形成される電着膜の光学特性以外に関係する部分について主に説明する。
【0041】
すなわち、本発明は、基板上に、電着性高分子材料を含む電着材料よりなる電着膜を析出形成し得る電着液であって、前記電着性高分子材料を構成する水素原子の、10%〜90%が、重水素原子で置換され、且つ、前記電着膜の、波長700nm〜1350nmの波長域の光に対する透過損失が、1dB/cm以下であることを特徴とする。
但し、本発明では、当該電着液を用いた電着形成により、乾燥させることなく、第1クラッド層、コア層及び第2クラッド層を積層する光導波路の製造方法が採用される
【0042】
本発明の電着液は、微細パターン形成を簡易に行なえ、有害廃液が少ない、電着法または光電着法を用いることにより、透過損失が小さく精度のよい形状の光導波路等の光学部品を簡易且つ量産性よく作製することが可能である。
【0043】
電着性高分子材料を構成する水素原子の、10%〜90%が、重水素原子で置換されることにより、水素原子に起因した赤外域の光の吸収率が低下することにより、前記電着性高分子材料を含む電着材料よりなる電着膜の、波長700nm〜1350nmの波長域の光に対する透過損失が、1dB/cm以下に抑えられる。
【0044】
上記の透過損失は、光がレーザー光のような狭い波長帯に限定される場合には、波長700nm〜1350nmの波長域全てにおいて1dB/cm以下であることを必ずしも意味するものではない。本発明において、利用される光がレーザー光である場合には、少なくとも、前記波長域において、ある中心波長λnmに対し、好ましくは上下5nm、より好ましくは上下10nmの範囲内の波長帯において透過損失が、1dB/cm以下であればよい。
【0045】
なお、波長700nm〜1350nmの範囲内において、前記中心波長λとしては、好ましくは現在利用されている波長1300nmや1350nm挙げられる。また、近い将来、有機物からなる光学材料での利用に適していると考えられている800nm〜900nm波長域も好ましく利用することができる。
【0046】
このような光学特性を達成するためには、電着性高分子材料を構成する水素原子の、10%〜90%が、重水素原子で置換されることが必要である(以下、電着性高分子材料等の分子を構成する水素原子の、重水素原子による置換を「重水素置換」、その置換率を「重水素原子置換率」と略す場合がある)。なお、重水素原子置換率とは、重水素置換されない状態の電着性高分子材料を構成する個々の高分子を構成する全ての水素原子に対する置換重水素原子のモル比率(%)で表される。
【0047】
電着性高分子材料を構成する水素原子の、重水素原子置換率が、10%よりも小さい場合には、上記したような光学特性を達成することができない。
一方、重水素原子置換率が、90%よりも大きい場合には、電着膜の加工・形成性や、電着膜の光学特性以外の諸特性に問題が発生する。また、このような重水素原子置換率を有する電着性高分子材料を作製することも困難になる場合がある。
【0048】
重水素原子置換率は、上記したような電着膜の光学特性、光学特性以外の諸特性、さらに電着膜の加工・形成性の観点から、20%〜60%がより好ましく、30%〜40%がさらに好ましい。
【0049】
既述したような光学特性を有する電着膜を電着法により容易に析出形成するためには、前記電着性高分子材料は、pHの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する材料であることが好ましい。このような条件を満たすためには、前記電着性高分子材料が、少なくとも疎水性モノマーと親水性モノマーとを重合させた共重合体を含有することが好ましい。なお、電着性高分子材料として、前記した条件のより詳細且つ望ましい条件については後述する。
【0050】
さらに、形成された電着膜の成膜性(基板上への接着性)や、温湿度の変化等に起因したクラックの発生のような電着膜形成後の膜質劣化を抑えるために、前記電着性高分子材料が、少なくとも疎水性モノマーと親水性モノマーと可塑性モノマーとを重合させた共重合体を含有することが好ましい。
なお、上記したような疎水性モノマー、親水性モノマー、および、可塑性モノマーの具体例やその他の好ましい特性については後述する。
【0051】
本発明に用いられる電着性高分子材料は、既述したように重水素置換されたものであれば特に限定されないが、前記電着性高分子材料が、モノマーを構成する水素原子の少なくとも一部が重水素置換された少なくとも1種類以上のモノマーを用いて重合された共重合体を含有することが好ましい。
【0052】
すなわち、出発原料であるモノマーの合成あるいは準備と、このモノマーを用いた重合と、からなる一連の電着性高分子材料の合成プロセスにおいて、予め重水素置換されたモノマーを用いて、電着性高分子材料を作製することができる。
【0053】
なお、上記したような方法により電着性高分子材料を合成する場合には、使用するモノマーに占める予め重水素置換されたモノマーの割合、および、重水素置換されたモノマーの重水素原子置換率、については特に限定されない。
しかし、モノマーを構成する水素原子の少なくとも一部が重水素置換された少なくとも1種類以上のモノマーを用いて重合された共重合体を含有してなる電着性高分子材料の重水素原子置換率が、10%〜90%の範囲内になるように両者が選択されることが必要であり、25%〜60%の範囲内になるように両者が選択されることが好ましい。
重水素置換率が60%を超える場合には電着性高分子材料を合成することが困難になり、出発原料からの新規合成工程が必要となり、合成工程数が大きく増加し、製造時間の増大、生産性の低下、製造コストの増大を招く場合がある。一方、重水素置換率が10%よりも低い場合には、光透過損失改善効果が低くなる。
【0054】
なお、上記の合成プロセス以外にも、重水素置換されないモノマーのみを用いて重合した共重合体を重水素置換する合成プロセスを経ることにより、本発明に用いられる電着性高分子材料を得ることも勿論可能である。前者の合成プロセスを用いるか、後者の合成プロセスを用いるかは、重水素原子置換率の制御性や、重合の容易さ、合成コスト等、種々の要因を考慮した上で必要に応じて選択することができる。
【0055】
なお、最終的に合成される電着性高分子材料の重水素置換率の制御性や、重水素置換率の把握の容易さという観点からは、前者の合成プロセスを用いることが好ましい。
これは、前者の合成プロセスにおいては、モノマー中の重水素の割合が既知である重水素置換されたモノマー(以下、「重水素置換モノマー」と略す場合がある)を用いるためである。このため、重水素置換モノマーの重水素置換率と、合成に用いた全モノマー中の重水素置換モノマーの割合と、から電着性高分子材料の重水素置換率が容易に算出でき、また、両者の値を調整することにより重水素置換率を容易に制御することができる。
【0056】
重水素置換された電着性高分子材料(以下、「置換電着材料」と略す場合がある)は、全く重水素置換されない電着性高分子材料(以下、「未置換電着材料」と略す場合がある)と比べた場合、両者の分子構造が実質的に同一である場合には、透過損失以外のその他の特性がほぼ同一あるいは近い傾向にある。
一方、従来の光導波路等の光学部品の設計においては、コア層およびクラッド層に用いる材料の選定に際して、光学特性と光学特性以外の諸特性とを考慮した上で、材料の組み合わせを決定する必要があった。例えば、熱衝撃や温度変化によるクラックの発生を防止するためには、コア層およびクラッド層に用いる材料の熱膨張係数の差が小さいことが必要である。すなわち、従来の光学部品の設計においては、必要とされる光学特性と、光学特性以外の諸特性とを両立させることが困難な場合があった。
【0057】
しかし、分子構造が実質的に同一である置換電着材料と未置換電着材料とを用い、前者をコア層、後者をクラッド層として光導波路等の光学部品を作製した場合には、例えば、熱膨張係数差が殆どないために、クラックの発生を考慮しなくてもよい。
このように、置換電着材料と未置換電着材料とを組み合わせて光学部品を設計する場合には、使用する光学材料同士の透過損失以外の諸特性のミスマッチやトレードオフの関係が少なくなるため、従来よりも光学部品の設計・最適化が容易である。
【0058】
また、分子構造が同一あるいは類似している置換電着材料と、未置換電着材料とを組み合わせて用いる場合には、両者の透過損失以外の特性が近いために、電着膜の耐久性をより向上させることができ、これを用いて作製される光導波路等の光学部品の耐久性を向上させることがでる。また、置換電着材料を用いて形成された電着膜の屈折率をより向上させることができるため、光学部品を作製する際に利用する光学部材として、より他用途・多目的での利用が可能となる。さらに、置換電着材料を用いることにより光導波路等の光学部品の微細パターンをより高精度に形成することが可能であり、光学特性に優れ集積度の高い光学部品を提供することができる。すなわち、微細パターンを、より高精度に形成することができるため、光学部品をより小型化することができたり、形成された微細パターンの精度に起因する透過損失をより小さくすることができる。
【0059】
なお、微細なパターンを精度よく形成したり、電着膜の表面にさらに他の層を形成したりするためには、電着膜の表面エネルギーは、大きすぎても小さすぎても好ましくなく、概ね27〜53dyn/cmの範囲内にあることが好ましい。これは電着膜の表面エネルギーが、27dyn/cm未満である場合にはパターニング精度が低下したり、電着膜の表面に積層される膜との間の接着性の低下や、電着膜表面のムラを生じやすくなる等の問題が発生する場合があり、また、53dyn/cmよりも大きい場合にも、パターニング精度が低下する場合があり得るためである。
しかしながら、本発明の電着液を用いて作製した電着膜では、その表面エネルギーが、小さくなり過ぎたり大きくなり過ぎたりすることが無く、容易に27〜53dyn/cmの範囲内とすることが可能であるため、上記したような問題を回避することができる。
【0060】
次に、電着液およびこれを用いて形成される電着膜の光学特性以外に関係する部分について主に説明する。
既述したように、電着法による電着膜の形成を容易なものとするには、前記電着性高分子材料は、pHの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する材料であることが好ましい。
【0061】
本発明においては、電着性高分子材料として、既述したように、互いに異なる性質を有するモノマー、すなわち、少なくとも親水性モノマーと疎水性モノマーとを重合してなる共重合体を含有することが重要であり、前2者のモノマーに、さらに望ましくは可塑性モノマーも加えて、少なくとも親水性モノマーと疎水性モノマーと可塑性モノマーとを重合してなる共重合体を含有する共重合体を含有することがより望ましい。
【0062】
前記電着性高分子材料が、このような共重合体を含むことによって、第一に、親水性モノマー単位の作用により、水系媒体に対する易溶性を確保でき、第二に、疎水性モノマー単位の作用により、強い凝集力により耐水性に優れた電着膜を迅速に形成することができ、第三に、可塑性モノマー単位の作用により、被電着材への成膜性(接着性)が向上し、低電位の電圧印加によって均一な膜厚及び着色濃度を有し表面平滑な膜形成が可能で、しかも膜形成(乾燥)後にクラック等の膜質の低下を回避することができる。
【0063】
電着性高分子材料が、少なくとも親水性モノマーと疎水性モノマーとを重合してなる共重合体を含有する場合には、前記共重合体において、共重合する親水性モノマー、あるいは、疎水性モノマーの構成比(共重合に用いた全モノマー数に対する、親水性モノマー、あるいは、疎水性モノマーの数の比率(%))としては、pH変化による析出効率が特に高く、付着しやすく低電位でも成膜でき、電着液の液性も安定とし得る点で、以下に示す範囲が好ましい。
【0064】
共重合する親水性モノマーの構成比としては、水系液体(pH調整を行った水系液体を含む)に対して十分な溶解性若しくは分散性を確保する点で、10〜
〜70%が好ましく、15〜45%がより好ましい。
前記親水性モノマーの構成比が、10%未満であると、水に対する溶解度が低下しすぎ、水に溶けなくなることがあり、70%を超えると、pHの変化により水溶性から非水溶性、或いは、この逆に可逆的に変化しやすくなりすぎて、再溶解しやすくなることがある。
【0065】
共重合する疎水性モノマーの構成比としては、25〜70%が好ましく、30〜60%がより好ましい。
前記疎水性モノマーの構成比が、25%未満であると、電着膜の耐水性や膜強度が不十分となることがあり、70%を超えると、共重合体の水系溶媒に対する親和性が低下して適量を溶解できなかったり、沈殿を生じたり、或いは、電着液の粘度が高くなりすぎて均一な膜を形成できないことがある。
一方、疎水性モノマーの構成比が前記範囲内にあると、水系溶媒との親和性も高く、電着液の液性が安定化するとともに、電着効率も高いので好ましい。
【0066】
以上より、pH変化による状態変化が急峻で、親水性も高い観点からは、共重合体を構成するモノマーとして、スチレン及びその誘導体と、(メタ)アクリル酸及びその誘導体とを共重合成分に含む共重合体が特に好ましい。
【0067】
電着性高分子材料が、少なくとも親水性モノマーと疎水性モノマーと可塑性モノマーとを重合してなる共重合体を含有する場合には、前記共重合体において、共重合する親水性モノマー、疎水性モノマー、及び可塑性モノマーの構成比(共重合に用いた全モノマー数に対する、親水性モノマー、疎水性モノマー、あるいは、可塑性モノマーの数の比率(%))としては、pH変化による析出効率が特に高く、付着しやすく低電位でも成膜でき、かつ均一膜を形成し得る着膜(ヒステリシス)特性を示し、電着液の液性も安定で、クラック等を生じ難い良好な膜質とし得る点で、以下に示す範囲が好ましい。
【0068】
共重合する親水性モノマーの構成比としては、水系液体(pH調整を行った水系液体を含む)に対して十分な溶解性若しくは分散性を確保する点で、10〜30%が好ましく、13〜20%がより好ましい。
前記親水性モノマーの構成比が、10%未満であると、水に対する溶解度が低下しすぎ、水に溶けなくなることがあり、30%を超えると、pHの変化により水溶性から非水溶性、或いは、この逆に可逆的に変化しやすくなりすぎて、再溶解しやすくなることがある。
【0069】
共重合する疎水性モノマーの構成比としては、15〜45%が好ましく、25〜39%がより好ましい。
前記疎水性モノマーの構成比が、15%未満であると、電着膜の耐水性や膜強度が不十分となることがあり、45%を超えると、共重合体の水系溶媒に対する親和性が低下して適量を溶解できなかったり、沈殿を生じたり、或いは、電着液の粘度が高くなりすぎて均一な膜を形成できないことがある。
一方、疎水性モノマーの構成比が前記範囲内にあると、水系溶媒との親和性も高く、電着液の液性が安定化するとともに、電着効率も高いので好ましい。
【0070】
更に、可塑性モノマーの構成比は、形成された電着膜のクラック(ひび割れ等)の発生に影響するので、被電着材への付着性、接着性を高め成膜性を向上させ、かつ乾燥後の膜質を改善(柔軟化)する点で、30〜70%が好ましく、40〜58%がより好ましい。
前記可塑性モノマーの構成比が、30%未満であると、成膜性が低下して低電位で均一な膜が形成できなかったり、膜形成(乾燥)後、クラック(膜のひび割れ)等を生じて膜質が劣化することがあり、70%を超えると、膜の機械強度が不足したり、エッジ部の形成がなまったりすることがある。
【0071】
上記したように、電着膜に軟性を付与し、膜形成(乾燥)後のクラック(ひび割れ)等を回避する点で、前記共重合体のガラス転移点(Tg)は、5〜150℃が好ましく、35〜70℃がより好ましい。
なお、前記Tgの値は、可塑性モノマーの融点及び共重合比を相互に変えることにより調整することができる。例えば、分子量に応じて、可塑性モノマーの共重合比を変えてもよい。
【0072】
前記Tg値が、5℃未満であると、膜の機械強度、耐熱性が不足したり、エッジ部の形成不良が発生することがあり、150℃を超えると、容易にクラックを生じて、一定の膜質を保持できないことがある。
【0073】
前記共重合体の重量平均分子量としては、膜性(膜厚、表面平滑性等)及び膜の接着強度が良化する点で、6000〜30000が好ましく、13000〜22000がより好ましい。
前記重量平均分子量が、6000未満であると、電着材料の析出量が少なく、再溶解し易くなって膜が不均一となることがあり、30000を超えると、電着膜中にクラック(ひび割れ等)が発生したり、電着膜が粉末化して膜質堅牢性の高い電着膜が得られないことがある。
【0074】
また、前記共重合体は、流動開始点が180℃以下であり、分解点が150
℃以上、好ましくは220℃以上であると、基板上に形成された電着膜の膜性が良好になり、その後の電着による劣化を招き難くなる点で好ましい。
さらに、前記共重合体は耐熱性を有していることが好ましく、具体的には、200℃で30分間熱処理した後の重量減少率が10%以内であることが好ましく、250℃で30分間熱処理した後の重量減少率が5%以内であることがより好ましい。
【0075】
共重合体に要求される疎水性と親水性のバランスは、例えば、共重合する疎水性モノマーの数と親水性モノマーの数とにより表すことができるが、共重合体がアニオン性高分子の場合は、酸価で表すこともできる。
共重合体の酸価としては、電着特性が良好となる点で、60〜160が好ましく、90〜145がより好ましい。前記酸価が、60未満であると、水系溶媒への親和性が低くなり沈殿したり、電着液の粘度が高くなりすぎて、均一な電着膜が形成できないことがあり、160を超えると、形成された電着膜の耐水性が低下したり、電着効率が低下することがある。
【0076】
本発明に係る共重合体は、陰イオン解離性基(例えば、カルボキシル基等)を有するアニオン性分子であってもよいし、陽イオン解離性基(例えば、アミノ基、イミノ基等)を有するカチオン性分子であってもよい。いずれを選択するかは、電着性高分子材料が有するpHの変化に対応した溶解度の変化特性を目安にすることができる。
【0077】
前記共重合体の中でも、カルボキシル基を含む親水性モノマーを用いて共重合したものが好ましい。
例えば、カルボキシル基を有する電着性高分子材料の場合、pHがアルカリ性領域においてはカルボキシル基が解離状態になって水性液体に溶解し、酸性領域においては解離状態が消失し溶解度が低下し析出する。また、疎水性モノマー単位の存在は、前記のようなpHの変化によってイオン解離している基がイオン性を失うこととあいまって、瞬時に膜を析出させるという機能を電着性高分子材料に付与している。
【0078】
本発明に係る共重合体は、ブロック共重合体、ランダム共重合体、グラフト共重合体、および、これらの混合物のいずれであってもよいが、より好ましくはランダム共重合体またはブロック共重合体が好ましい。
【0079】
共重合体を構成する親水性モノマーとしては、水系液体(pH調整を行った水系液体を含む。)中でイオン解離し、十分な溶解性あるいは分散性を示す性質を有するものであり、分子内に少なくとも必ずイオン解離可能な親水基を有し、モノマー全体として親水性を示すモノマーであること好ましい。
【0080】
また、親水性モノマーの分子構造面での具体的な特徴としては、分子内にイオン解離可能な親水基を必ず有することであるが、このような親水基としては、カルボキシル基、ヒドロキシル基、スルホン酸基等が挙げられる
【0081】
親水性モノマーの具体例としては、炭素数が、好ましくは2〜15、より好ましくは3〜8のアクリル酸及びその誘導体、メタクリル酸及びその誘導体、無水マレイン酸及びその誘導体、フマル酸及びその誘導体、クロトン酸及びその誘導体、桂皮酸及びその誘導体、フタル酸およびその誘導体等が好適に挙げられる。共重合体中、前記親水性モノマーの少なくとも一種が共重合していればよく、二種以上が共重合していてもよい。
【0082】
より具体的には、陰イオン性解離基を有する親水性モノマーとして、例えば、メタクリル酸、アクリル酸、無水マレイン酸、プロピオル酸、フマル酸、イタコン酸等のカルボキシル基を有するモノマー、及びこれらの誘導体が挙げられる。
中でも、メタクリル酸、アクリル酸及びこれらの誘導体が、これらをモノマーとするイオン性分子は、pHの変化により状態変化が急峻であるとともに、水系液体への親水性も高い点で好ましい。
【0083】
なお、これらの親水性モノマーは、既述したように、その分子内の少なくとも一部の水素原子を重水素原子で置換したものでもよい。
【0084】
共重合体を構成する疎水性モノマーとしては、水素イオン濃度(pH)の変化により溶解度が変化し非水溶性を示す性質を有するものであり、分子内に少なくとも必ず疎水基を有し、モノマー全体として疎水性を示すモノマーであることが好ましい。
【0085】
また、疎水性モノマーの分子構造面での具体的な特徴としては、分子内に疎水性基を必ず有することであるが、このような疎水基としては、疎水性を示すものであれば特に限定されるものではないが、例えば鎖状炭化水素基、芳香族炭化水素基等の無極性あるいは極性の小さい原子団からなる基などがあげられる。
【0086】
疎水性モノマーとしては、重合性二重結合を有する脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素が挙げられ、炭素数が、好ましくは4〜20、より好ましくは5〜10である、アルケン、ジエン、スチレン及びその誘導体等が好適に挙げられる。共重合体中、前記疎水性モノマーの少なくとも一種が共重合していればよく、二種以上が共重合していてもよい。
より具体的には、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、α−エチルスチレン等が好適に挙げられる。中でも、疎水化効率が高く析出効率が良好である点、親水性モノマーと共重合する際の制御性に優れる点で、スチレン、α−メチルスチレン及びこれらの誘導体が好ましい。
【0087】
なお、これらの疎水性モノマーは、既述したように、その分子内の少なくとも一部の水素原子を重水素原子で置換したものでもよい。また、少なくとも親水性モノマーと疎水性モノマーとを重合してなる共重合体としては、モノマーとして少なくともスチレン又はその誘導体と(メタ)アクリル酸とを重合してなる共重合体であることが好ましい。
【0088】
共重合体を構成する可塑性モノマーとしては、既述したような電着膜の成膜性や、電着膜形成後の膜質劣化を抑制する性質を有するものであり、分子内に少なくとも必ず可塑性基を有するものである。
【0089】
可塑性モノマーは、これを用いてホモポリマー状態とした時のガラス転移点が−125℃〜50℃の範囲にあるものが好ましく、電着膜に適度な剛性を付与し、電着膜にクラックを生じ難い可塑性を付与しうる点で、前記ガラス転移点は、−80℃〜25℃の範囲にあるものがより好ましい。
前記ガラス転移点が、−125℃未満である場合には、電着膜が柔らかくなりすぎ、50℃を超えると、この可塑性モノマーを用いて共重合体して得られた電着性高分子材料を含んでなる電着膜にクラックを生じ易くなることがある。
可塑性モノマーの分子構造面での具体的な特徴としては、分子内にエステル基を有するものであることが好ましいが、これに限定されるものでなく、上記のような特徴を有するものであれば特に限定されない。
【0090】
可塑性モノマーの具体例としては、例えば、上記したようなエステル基を含むモノマーが挙げられ、例えば、メタクリル酸エステル類、アクリル酸エステル類、無水マレイン酸エステル類、及びこれらの誘導体等が好適に挙げられる。特に、可塑性モノマーが、メタクリル酸エステル類からなる場合には、エステルの炭素数は、1〜20が好ましく、2〜10がより好ましく、アクリル酸エステル類からなる場合には、エステルの炭素数は、1〜20が好ましく、2〜9がより好ましい。また、共重合体中、前記疎水性モノマーの少なくとも一種が共重合していればよく、二種以上が共重合していてもよい。
【0091】
前記メタクリル酸エステル類及びその誘導体としては、例えば、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル等が挙げられ、アクリル酸エステル類及びその誘導体としては、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸−n−へキシル、アクリル酸−2−エチルヘキシル等が挙げられ、無水マレイン酸エステル類及びその誘導体としては、例えば、無水マレイン酸メチル、無水マレイン酸エチル等が挙げられる。
【0092】
なお、これらの可塑性モノマーは、既述したように、その分子内の少なくとも一部の水素原子を重水素原子で置換したものでもよい。
【0093】
以上より、pH変化による状態変化が急峻で、親水性も高い観点からは、共重合体を構成するモノマーとして、スチレン及びその誘導体と、(メタ)アクリル酸及びその誘導体、エステル基含有モノマー類とを共重合成分に含む共重合体が特に好ましい。
【0094】
なお、上記の2種又は3種のモノマーに、さらにその他のモノマーを加えて重合してなる共重合体とすることもできる。
このようなモノマーとして、架橋性基を有するモノマーが挙げられる。このような架橋性基を有するモノマーも用いて重合してなる共重合体は、電着膜を形成後に熱処理を行うことにより、個々の電着性高分子間を架橋することができるため、形成された電着膜の機械的強度や耐熱性を向上させることができる。
【0095】
前記架橋性基としてはエポキシ基、ブロックイソシアネート基(イソシアネート基に変化しうる基を含む)、シクロカーボネート基、メラミン基等が挙げられる。
また、前記架橋性基を有するモノマーとしては、たとえばグリシジル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸アジド、メタクリル酸2−(O−〔1’−メチルプロピリデンアミノ〕カルボキシアミノ)エチル(昭和電工(株)製、商品名:カレンズMO1−BN)、4−((メタ)アクリロイルオキシメチル)エチレンカーボネート、(メタ)アクリロイルメラミン等が挙げられる。これらの架橋性モノマーは、用いるモノマーの種類によっても異なるが、一般的に電着性高分子材料を共重合する際に用いられる全モノマーの内、1〜20モル%の割合で含まれることが好ましい。
【0096】
また、前記架橋性基を有するモノマー以外にも、例えば、電着膜の可塑性を調整するために、メタクリル酸メチル等のように可塑性を低下させるモノマーを必要に応じて少量用いてもよい。なお、その他のモノマーとしては、これらの例に限定されるものではなく、必要に応じて、既述した以外のモノマーを用いることが可能である。
【0097】
既述したような共重合体を含む重水素置換した電着性高分子材料の屈折率は
、通常の高分子材料と同様に約1.4〜1.6の範囲であり、必要に応じて、前記電着性高分子材料の組成を制御したり、前記電着性高分子材料に屈折率を制御するための微粒子を添加することにより所望の屈折率に調整することができる。
【0098】
上記のごとき特性を有する電着性高分子材料は、親水基、疎水基および可塑性基の種類、親水基および疎水基のバランス、酸価、分子量等を適宜、調節することにより得られる。本発明の電着液に含まれる電着性高分子材料は、薄膜の形成効果を損なわない限りにおいて、上で述べたような材料を任意に組み合わせることができ、2種類以上のアニオン性分子の混合物のような同極性分子の混合物、あるいはアニオン性分子とカチオン性分子の混合物のような異極性分子の混合物が挙げられる。
【0099】
次に、電着液に含まれる各成分の含有量について説明する。電着液を構成する成分は概ね、上記に説明したような電着性高分子材料、これ以外の各種添加剤、および、溶媒の3種類に分類でき、以下に、電着液中に含まれる電着性高分子材料および溶媒の含有量について説明する。なお、各種添加剤の含有量(あるいは添加量)については、後述する。
電着液に含まれる電着性高分子材料の含有量は、0.3〜25質量%が好ましく、1.2〜12質量%がより好ましい。前記含有量が、0.3質量%未満であると、膜形成性が低下し不安定となり、膜性が劣ることがあり、25質量%を超えると、電着液の粘度が高くなり、液補給性等の製造上の問題を生ずることがある。
【0100】
溶媒としては、水、および/または、水溶性の溶媒(以下、「水溶性溶媒」と略す場合がある)が1種以上用いられ、電着液中に含まれるこれら溶媒の含有量は、60〜98質量%であることが好ましく、75〜95質量%であることがより好ましい。
但し、前記範囲内において、電着液中に含まれる水の含有量は、25〜83質量%であることが好ましく、55〜75質量%であることがより好ましい。また、電着液中に含まれる水溶性溶媒の含有量は、0.5〜25質量%であることが好ましく、2.2〜7質量%の範囲内であることが好ましい。
【0101】
なお、当該水溶性溶媒とは、沸点が110℃以上であり、且つ、室温(20℃)における蒸気圧が100mHg(13.33KPa)以下である水に可溶な液体のことを意味する。なお、より好ましくは、沸点が150℃以上で室温(20℃)における蒸気圧が60mHg(8.0KPa)以下である。
このような水溶性溶媒としては、上記の条件を満たすものであれば特に限定されないが、例えば、ジメチルアミノエタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン、エチルセルソルブ、メチルセルソルブ、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル等が挙げられる。
【0102】
電着性高分子材料は、それが溶解している電着液のpH値の変化に応じて、溶解状態あるいは分散状態から上澄みを発生して沈殿を生じる液性変化が、pH範囲領域2.9以内で生じることが好ましく、1.5以内で生じることがより好ましい。
前記のpH範囲領域が2.9以内であると、通電による急峻なpH変化に対しても瞬時に膜の析出が可能となり、また析出する膜の凝集力が高く、電着液への再溶解速度が低減するなどの効果が優れている。前記pH範囲領域が2.9を超えると、十分な厚みの膜を得るための着膜速度の低下や、膜の耐水性の欠如などが起こりやすい。
【0103】
さらに、前記電着性高分子材料が溶解した状態の電着液は、pH値の変化に対して沈殿を生じる状態変化が急峻に生じることの他に、更に再溶解しにくいという特性を有していることが好ましい。この特性はいわゆるヒステリシス特性といわれるもので、例えばアニオン性の電着材料の場合、pHが低下することにより急激に析出が起こるが、pHが上昇しても(例えば電着終了時、すなわち電圧印加が0になった場合等)再溶解が急激に起こらず、析出状態が一定時間保持されることを意味する。一方、ヒステリシス特性を示さないものは、pHがわずかに上昇しても溶解度が上昇し、析出膜が再溶解しやすい。
【0104】
また、薄膜形成前には電着性高分子の溶解度が飽和するような条件で電着を行えば薄膜形成後には再溶解しにくい。ところが、後述する光電着法においては、未飽和状態の溶液のpHで膜の形成を行うと、薄膜が形成されても、光照射をやめた途端に膜が再溶解し始める。従って、溶解度が飽和するような溶液のpHで薄膜の形成を行うほうが望ましいことから、所望のpHに酸やアルカリを用いて電着液を調整する必要がある。
【0105】
電着液のpHを調整するpH調整剤は、電着に用いる基板上に薄膜トランジスタ等のシリコン系の電子部品が存在する場合もあるために、無機アルカリ剤―例えば水溶性のナトリウム化合物、リチウム化合物又はカリウム化合物などはシリコン材料と反応し電子素子特性を損なう為に使用することは難しい。
そこで、このような場合には、第4級アンモニウム化合物やテトラアルキルアンモニウム化合物等のアンモニウム系の化合物や、飽和又は不飽和のアミン類を用いることが好ましい。このような化合物は電着液中に存在しても、薄膜トランジスタ等のシリコン系の電子部品の特性に悪影響を及ぼさない。
【0106】
なお、前記アンモニウム系化合物としては、例えば、アンモニア水、テトラエチルアンモニウムパークロレート、テトラメチルアンモニウムパークロレート、テトラプロピルアンモニウムパークロレート、トリエチルプロピルアンモニウムパークロレート、メチルトリエチルアンモニウムヒドロキシ、テトラメチルアンモニウムヒドロキシ、テトラエチルアンモニウムヒドロキシ等を挙げることができる。また、前記アミン類としては、例えば、メチルアミノエタノール、ジメチルアミノエタノール、エチルアミノエタノール、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン等を挙げることができる。これらのpH調整剤は1種類のみを用いてもよいが、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
【0107】
また、成膜後に、付着して残留した液の濃縮で材料系に悪影響を与える可能性があるために、作製工程が終了する前に事後処理としてpH調整剤を除去する事が好ましい。そのために、沸点が200℃以下のpH調整剤を用いる事で、簡易な加熱処理により除去効率が高く、容易にpH調整剤を除去できる。そのために、pH調整剤の有機材料は、例えばアンモニウム系化合物、アミン系化合物、第4級アンモニウム化合物などがあり、具体例としては、有機pH調整剤であり、しかも沸点が200℃以下、好ましくは50℃から160℃の範囲の材料を用いることが好ましい。50℃以下の物は液から常時気体状態で蒸発する確立が高く電着液のpHの安定性に問題を生じ、また200℃より沸点が高いものは、作製後のpH調整剤の除去処理の困難性が増し、電着膜内から除去効率が低下し、また熱処理温度が高くなり、除去工程において大きなリスクを生じる事となる。
【0108】
また、電着液に含まれる上記pH調整剤の濃度は、5ミリモル/リットルから50モル/リットルの範囲内が好ましく、20ミリモル/リットルから5モル/リットルの範囲内がより好ましく、50ミリモル/リットルから0.5モル/リットルの範囲内が特に好ましい。
【0109】
次に電着液の導電率について説明する。導電率は、単位時間当りの電着量(電着膜形成速度)に関連しており、導電率が高くなればなるほど一定時間に付着する電着膜の膜厚が厚くなり、電着量は約1mS/cm以下で飽和する傾向にある。
電着膜形成速度と電着膜形成時の制御性とのバランスを考慮した場合、電着液の導電率は、0.1mS/cm〜100mS/cmの範囲内が好ましく、1mS/cm〜15mS/cmの範囲内がより好ましい。電着液の導電率が、0.1mS/cm以下よりも小さい場合には、十分な電流が得られないために、電着膜形成速度が小さくなり過ぎ、所望の膜厚の電着膜の形成するのに時間を要する場合がある。また、100mS/cmよりも大きい場合では、電着量の制御性が悪くなる場合がある。
【0110】
なお、電着液の導電率が足りない場合には、電着に影響を与えないイオン、例えばNH4+イオンやCl−イオンを電着液に加えてやることで電着膜形成速度をコントロールすることができる。通常、電着液は、支持塩を加えて導電率を高める。電気化学で、一般的に使われる支持塩はNaCl、やKCl等のアルカリ金属塩や、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム、テトラエチルアンモニウムパークロレート(Et4NClO4)等のテトラアルキルアンモニウム塩が用いられる。本発明でもこれらの支持塩を使用できる。
【0111】
以上において説明した電着性高分子材料は、既述したような光学特性を有するために、光導波路等の光学部品を形成する材料として好適である。
また電着液として水に溶解した状態でも紫外線を吸収しないため、電着液を通して光半導体に対してパターン紫外線を照射できる。さらに低電位で電着できるため、着膜時発生する酸素ガスが少量に成りその為に発生酸素が溶存したりし、大きなバブリング現象とならずに成膜した膜面の平滑性を維持しながら光半導体による光起電力により電着パターンを形成することが可能となる。
なお、電着時の電位は、特に限定されないが、9V以下であることが好ましく4V以下であることがより好ましい。
【0112】
なお、電着に用いる被着膜材料は、導電性材料であること、あるいは、前記被着膜材料の電着膜が形成される面に導電性材料からなる層が設けられていることが好ましく、さらに前記導電性材料が陽極電極を兼ねていることがより好ましい。
このような導電性材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されないが、例えば、鉄およびその化合物材料、ニッケル及びその化合物材料、亜鉛及びその化合物材料、銅およびその化合物材料、チタン及びその化合物材料、クロム及びその化合物等を用いることができ、これらの材料を1種含むものの他に、2種以上含むものを用いることができる。
【0113】
次に、電着性高分子材料を用いてコア層とクラッド層とを形成する場合について説明する。この場合、コア層とクラッド層との屈折率に差を生じさせる方法は以下のとおりである。
▲1▼クラッド層用電着液として、前記のごとき電着性高分子を含むものを用い、一方、コア形成用電着液として、前記電着性高分子に加えて、前記電着性高分子より屈折率が高い微粒子を分散させたものを用いる。
▲2▼コア層用電着液として、前記のごとき電着性高分子を含むものを用い、一方、クラッド形成用電着液として、前記電着性高分子に加えて、前記電着性高分子より屈折率が低い微粒子を分散させたものを用いる。
▲3▼コア層用電着液として、前記のごとき電着性高分子に加えて、前記電着性高分子より屈折率が高い微粒子を分散させたものを用い、かつクラッド層用電着液として、前記電着性高分子に加えて、前記電着性高分子より屈折率が低い微粒子を分散させたものを用いる。
▲4▼クラッド層用電着液として、前記のごとき電着性高分子を含むものを用い、一方、コア形成用電着液として、前記電着性高分子より屈折率が高い電着性高分子を分散させたものを用いる。
【0114】
上記に説明したようなコア層およびクラッド層の屈折率差は、屈折率が異なる電着性高分子材料を2種類用いる、および/または、屈折率調整用の微粒子添加した電着性高分子材料を適宜用いることにより、調整することが可能である。
次に、電着液に加える、コア層および/またはクラッド層の屈折率調整のための微粒子について説明する。前記微粒子の数平均粒子径としては、電着液への分散性及び電着膜の透明性の観点から、0.2〜150nmが好ましく、20〜85nmがより好ましい。前記数平均粒子径が、0.2nm未満であると、製造時のコストが高くなると共に、安定した品質が得られない場合があり、150nm(すなわち通信で使用される波長域の内、最も長波長帯である1.5μmの1/10)を超えると、使用する波長帯によっては、透明性の低下や内部の乱反射を招き、内部損失が増大する場合がある。
【0115】
これら微粒子の電着液に対する添加量は、0.5〜25質量%の範囲内が好ましく、1.2〜6質量%の範囲内であることがより好ましい。添加量が0.5質量%未満の場合には、コア層とクラッド層との屈折率差が得られない場合がある。また25質量%よりも多い場合には、微粒子を分散させた電着液の粘度が上昇し、且つ、チキソ性が大きくなり、電着時の電着液の搬送や供給において、電着液の攪拌性や均一性、流路抵抗等の面で問題が生じる場合がある。
【0116】
コア層用電着液に加える高屈折率の微粒子としては酸化チタンや酸化亜鉛などが挙げられ、クラッド層用電着液に加える低屈折率の微粒子としては弗化マグネシウムに代表されるフッ素化合物などの材料が挙げられる。
【0117】
次に、電着後の電着基板上の不要電着液の除去についてであるが、電着直後は電着基板上の各所に不要な電着液が付着している。その不要な電着液の完全性の高い除去のために、有効な手段として液体洗浄による洗い落しがある。特に、透明で安全性の高い不活性な液体での洗浄が有効である。しかし、電着後すぐであるために、出来て間も無い電着膜は物理的にも化学的にも強度が不足している。
【0118】
そのために、電着固形化した膜が不要液の洗浄除去と共により固形化が促進される洗浄液体での洗い落しが有効な方法になる。その効果を有する液体として、pH値が電着液の析出開始pH値より析出し易い値のpHの水系液体、即ち電着膜自体はこの液体に接触する事で固形化が促進され、そして不要な電着液の色材成分が凝集して付着性を失い、洗い落とされ易くなる。この現象を用いた洗浄液はこの後処理工程には大変有効な手段となる。これにより、電着膜内部のpH値も電着時より低下し、勿論電着膜は電着液の析出開始点pH値より析出側となり、より堅牢性も増し解像性も高く、より微細なパターンの形成が可能となる。この洗浄液の洗浄と膜の硬質化の効果をより高めるためには、pH値が電着液の析出開始点pH値より、0.3以上析出し易い値に設定する事が好ましい。また、1.5以上大きい値では、着膜した膜の再溶解が著しく生じる。
【0119】
(電着法)
既述したような本発明の電着液を用い、特開平10−119414号公報、特開平11−189899号公報、特開平11−15418号公報、特開平11−174790号公報、特開平11−133224号公報、特開平11−335894号公報等に記載の電着法あるいは光電着法を利用して、基板上に電着膜を形成することができる。よって、所望の光学特性を有する光導波路等の光学部品を作成することが可能である。
【0120】
前記電着法とは、基本的に、絶縁性基板上にパターン状の導電性薄膜を設けたものに、水の電気分解によりpH値が変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系の電着液に、少なくとも前記導電体薄膜が電着液に接触するように配置した状態で、前記導電性薄膜と対向電極の間に電圧を印加し、前記導電性薄膜の上に前記材料を析出させる方法である。
【0121】
また、光電着法は、光半導体薄膜に生ずる光起電力を利用するもので、絶縁性基板上に導電性薄膜および光半導体薄膜をこの順に積層したものを、pHが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系の電着液に、少なくとも前記光半導体薄膜が電着液に接触するように配置した状態で、前記光半導体薄膜の選択領域に光を照射することにより選択領域の光半導体薄膜と対向電極の間に電圧を印加し、前記半導体薄膜の選択領域に前記材料を析出させる方法である。
【0122】
これら各種電着法および光電着法を用いることにより、9Vよりも大きい電圧を印加することなく、4.5V以下好ましくは3.5V以下の低電位で電着する事ができ、その薄膜を形成する事は通電電流が少ない為、発生した酸素気体は電着駅中にほどんとが溶解して、電着時の発泡による薄膜表面の発泡痕を生ぜずに良好な高度な膜性を得る事が出来る。それにより、微細なパターンを精度よく形成することができる。
【0123】
また、従来の感光性樹脂を用いるパターン形成方法では、基板に感光性樹脂の膜厚を精度よく制御して一面に塗布し、その後露光工程を経て、アルカリ系の溶液からなる現像液を大量に用いて現像を行う工程を経ることにより光導波路のパターンが形成される。しかし、現像の際に用いられたアルカリ溶液は全て廃液となるため環境への負荷が大きく、パターン精度、工程が複雑・長大化するなど、環境、技術、コスト面で問題があった。
しかし、光照射時間または電圧印加時間を調節することによって膜厚が容易に制御でき、また、パターン形成のための現像剤を用いたエッチング処理も不用で環境に対する負荷も小さく、従来技術と比較すると、環境、技術、コスト面のいずれにおいても優れている。
【0124】
一方、基板上に電子回路と光学回路とを混載した素子を作製する試みがなされているが、従来の方法では、どちらか先に形成した回路が、次に形成する回路のパターニング時のエッチングにより傷む恐れがあった。しかし、光電着法によるパターン形成方法においてはエッチング工程がないのでこのような問題も避けられる。
このように、本発明の電着液を用い、既述した電着法あるいは光電着法により微細パターンを形成する方法は簡易な方法でありまた環境負荷が低い方法である。このため、高精度、高い生産性が要求される一般光学や微小光学分野、光通信や光情報処理の分野で用いられる種々の光導波路、光集積回路、光配線板等の光学部品の製造に有利である。
【0125】
なお、基板上に電子回路および光学回路の両方を設けた素子を作製する場合に用いられる基板としては、特に限定されないが、少なくとも電着膜が形成される側の面に、予め半導体等を加工して形成された各種の電子回路が設けられていてもよい。あるいは、少なくとも電着膜が形成される側の面が、結晶系、微結晶系あるいはアモルファス系等のシリコン材料のような半導体材料や、金属材料等、電子回路の形成が可能な材料で覆われているものであってもよい。
【0126】
次に、本発明の電着液を用いて、光電着法により電着膜を形成する場合について、基板上に電着膜を形成することにより光導波路を作製する場合を例に説明する。
前光電着法で用いる光導波路作製用の基板(以下、「光導波路作製基板」と称す)としては、絶縁性基板上に導電性薄膜および光半導体薄膜をこの順に積層したもので、該絶縁性基板としては、ガラス板、石英板、プラスチックフィルム、エポキシ基板等が、前記導電性薄膜としてはITO、酸化インジウム、ニッケル、アルミニウム等が、また、前記光半導体薄膜としては、後に詳しく説明するが、例えば酸化チタン薄膜等が用いられる。なお、絶縁性基板を通して光半導体薄膜に光照射する場合には、絶縁性基板および導電性薄膜は光透過性であることが必要である。ただし、電着液を通して光照射する場合はこの限りでない。
【0127】
なお既述した「選択領域」とは、本発明の電着液を用いて、光電着法により光導波路を作製する場合において、光導波路作製基板の部分的領域だけでなく、全面領域をさすことがあり、例えばクラッド層を前記基板に対し全面に形成する場合には、全面に光照射する又は全面に均一なバイアス電圧を印加することを意味する。このような方法によりコア層および/またはクラッド層を作製することができる。
【0128】
本発明の電着液を用いて基板上に、クラッド層およびコア層を重ねて形成する場合には、クラッド形成用電着液を用い、クラッド層を形成した後、形成したクラッド層を乾燥させることなく、コア形成用電着液を用い、コア層を形成することができる。また、逆の場合もあることは勿論である。
さらに、クラッド層−コア層−クラッド層の積層体にする場合には、前記のようにして形成したクラッド層およびコア層を乾燥させることなく、クラッド形成用電着液を用い、コア層の上にさらにクラッド層を形成することができる。
【0129】
光電着後、水分を除去して乾燥すると、クラッド層あるいはコア層は絶縁性であるため、その上に光電着法によりコア層あるいはクラッド層を重ねることができないが、前記のようにすることにより電着膜の導電性を維持することが可能となり、コア層あるいはクラッド層の上に他の層を積層することができる。
【0130】
本発明の方法により、クラッド層およびコア層を積層して作製する場合であって、かつクラッド層を全面に形成するには、まず、クラッド形成用電着液を用い、前記光導波路作製基板または着膜基板の選択領域(全面)に光照射することにより、クラッド層を形成した後、形成したクラッド層を乾燥させることなく、コア形成用電着液を用い、選択領域(コア形成領域)に光照射することによりコア層を形成することができる。
【0131】
また、このようにして形成した、クラッド層およびコア層を乾燥させることなく、クラッド形成用電着液を用い、全面に光照射するまたは全面にバイアス電圧を印可することにより、コア層の上にさらにクラッド層を形成することもできる(下部クラッド層/コア層/上部クラッド層構造)。
さらに、前記のクラッド層を形成する場合、光照射することなく、光導波路作製基板の光半導体薄膜がもつショットキーバリアーを超える電圧を印加することによって、クラッド層を電着形成することも可能である。この方法では露光工程を省くことができ、より簡易な方法となる。
【0132】
次に、光電着法に用いられる光半導体薄膜について説明する。光電着法に用いられる光半導体薄膜としては、基本的には、光照射により起電力を発生する透明薄膜半導体であれば全て使用できる。
具体的には、前記半導体としてGaN、ダイヤモンド、c−BN、SiC、ZnSe、TiO2、ZnOなどの1種類以上が含有している。中でも酸化チタンは吸収が400nm以下にしかないので、好ましく用いられる。
【0133】
基板に酸化チタン半導体薄膜を設ける方法としては、熱酸化法、スッパタリング法、電子ビーム蒸着法(EB法)、イオンプレーティング法、ゾルゲル法、などの方法があり、これらの方法によりn型半導体として特性の良いものが得られる。
ただし、基板が耐熱性の低いもの、たとえば、プラスチックフィルムの場合や、TFTを設けた基板に重ねて光導波路を形成する場合には、プラスチックフィルムやTFTに悪影響を与えない成膜法を選択する必要がある。ゾル・ゲル法は、光半導体として光学活性が高い酸化チタンを形成できるが、500度前後で焼結させる必要があるため200℃程度の耐熱性しかもたないプラスチックフイルム基板を用いる場合や、250℃以上に加熱することができないTFTを設けた基板上に酸化チタン膜を作製することは困難である。
【0134】
しかし、プラスチックフイルム基板を用いる場合には、なるべく低温でできれば200度以下で成膜することが可能であり、また比較的基板に対するダメージが小さい成膜方法であるスパッタリング法、特にRFスパッタチング法が好ましく用いられる。TFTを設けた基板を用いる場合には、レーザーアニ−ル法や電子ビーム加熱法を用いたり、あるいは光触媒酸化チタン微粒子を分散させた薄膜形成用の塗布液(TOTO(株)や日本曹達(株)など)を使用して(フォトレジストを用いるリフトオフ法など)、低温で酸化チタン薄膜を形成する方法が適用される。
【0135】
また、光学活性の高いアナターゼ型の酸化チタン薄膜を形成するにはRFスパッタリング法を用いるのが好ましく、その方法は、比較的高い光起電力が得られ易い。
光半導体薄膜の厚みは、0.05μm〜3μmの範囲が良好な特性が得られる範囲である。0.05μm未満では光の吸収が不充分となりやすく十分な光電流が得られない。また3μmを超えると膜にクラックが生ずるなどの成膜性が悪くなりやすいので、前記範囲が適切である。光半導体薄膜が酸化チタンや酸化亜鉛の場合には、前記のごとくチタンあるいは亜鉛の板を酸化することにより表面に光半導体薄膜を設けた基板を作製することができる。
【0136】
次に、電着法を用いて光導波路を作製する方法について説明する。この方法においては、絶縁性基板上に導電性薄膜またはパターン状の導電性薄膜を設けた光導波路作製基板を用い、これを、pHが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系の電着液に、少なくとも前記導電性薄膜が電着液に接触するように配置した状態で、前記導電性薄膜と対向電極の間に電圧を印加し、前記導電性薄膜の上に前記材料を析出させるものである。絶縁性基板としては光電着法の場合と同様のものが使用できる。また、パターン状の導電性薄膜は、導電性薄膜を常法によりパターン化するか、または、導電性基板に必要な部分だけ残して絶縁膜を塗布してパターン状の導電部分を露出される方法を用いてもよい。これらの基板を用いて、電着法によりクラッド層またはコア層を作製することができる。
【0137】
次に、光電着法および電着法により作製する際に用いられる電着装置について説明する。
光電着法において、光半導体薄膜に選択的に光を照射する方法は特に限定されるものではなく、フォトマスクを用いる方法の他、レーザ露光が挙げられるが、精度と取り扱いの点からみて、フォトマスクを用いることが好ましい。
【0138】
図1は、光導波路を作製する際に使用される、プロジェクション露光装置を用いる電着装置の一例を示す概念図である。図1の電着装置はフォトマスクを用い、光電着法により光導波路を形成するものである。図1で示す電着装置は、紫外線を照射するための光源(図示せず)、第一の結像光学レンズ72と、第二の結像光学レンズ73を有する結像光学系、第一の結像光学レンズと第二の結像光学レンズの間に挿入したフォトマスク71、電着液を収納した電着槽80、ポテンショスタットのごとき電圧印加のための手段90、対向電極91、飽和カロメル電極のごときリファレンス電極92を備えている。
【0139】
また、前記の電着装置において前記結像光学系に代え、ミラー反射光学系を使用することも可能である。そして、図1で示すように、前記電着装置に光導波路作製基板を、電着槽に配置させて使用する。前記のごとき投影光学系を用いることにより、光半導体薄膜にパターン露光を結像させることができ、短い露光時間で光導波路の解像度を向上させることができる
【0140】
また、前記結像光学系の結像光学レンズと光透過性の基板面との距離を1mm〜50cmにすることが取り扱いの点からみて好ましく、結像光学系の焦点深度は±10〜±100μmの範囲であることが精度と取り扱いの点から好ましい。
【0141】
また、フォトマスクと光半導体薄膜とが近接している場合、前記のごとき結像光学系やミラー反射光学系を有する露光装置を備えた装置を用いる必要はなく、平行光あるいは密着型の露光装置により光照射をすることができる。照射光源としてはたとえば、Hg−Xeの均一照射光源を用いることができる。
図2は、光導波路を作製する際に使用される、近接型露光装置を用いる電着装置の一例を示す概念図である。図2に示す電着装置ではHg−Xe均一照射光源75を用い、フォトマスク71を液面に極く近接して置き、光導波路作製基板を前記フォトマスクの近くに配置することにより微細なパターン形成が可能となる。この場合、光導波路作製基板上の電着液の水深はなるべく浅いことが望ましい。
【0142】
この他に、絶縁性基板を通して光半導体薄膜に露光する場合には、絶縁性基板を0.2mm以下にして光の回折を防ぎ、また、該基板にフォトマスクを密着させて露光することにより、解像度に優れたパターンが得られる。0.2mm以下の絶縁性基板としてはプラスチックフィルムが好適に用いられる。
【0143】
もちろん、露光時間が長時間でもかまわないならば安価な走査型レーザー書き込み装置によっても光照射は可能である。
図3は、光導波路を作製する際に使用される、走査型レーザー露光装置を用いる電着装置の一例を示す概念図である。図3の電着装置は、レーザ光により選択領域に光照射することが可能である。He−Cdレーザ等のレーザ光照射のための走査型レーザー書き込み装置78、電着液を収納した電着槽80、ポテンショスタットのごとき電圧印加のための手段90、対向電極91、飽和カロメル電極のごときリファレンス電極92を備えている。
この他に、パターン解像度の許す範囲ならばより安価なプロキシミティ型露光装置も使用可能である。
【0144】
光電着法において、露光は、光導波路作製基板または着膜基板の絶縁性基板側からでも、光半導体薄膜側からでもよい。光半導体薄膜側から露光する場合には、前記基板は電着液中に浸漬されることになるが、本発明において用いられる電着液は、照射光として用いられる紫外線を吸収しないため、電着液を通して光半導体薄膜に露光することができる。図1は、露光を絶縁性基板側から行なう場合を、図2および図3は光半導体薄膜側から行なう場合を示す。
また、光電着法において、光半導体により電着に充分な起電力が得られる場合には、電圧印加装置によりバイアス電圧を印加する必要はない。
【0145】
さらに、図4は、電着法により光導波路を作製する装置の概念図を示し、この装置は、電着液を収納した電着槽80、ポテンショスタットのごとき電圧印加のための手段90、対向電極91、飽和カロメル電極のごときリファレンス電極92を備えている。この図は、導電性の膜を基板に対し全面に設け、クラッド層を形成することを示している。
前記図1ないし図4において、電圧印加装置を導電性薄膜に連結しているが、光電着法においては、光半導体薄膜が作用電極として機能している。
【0146】
(光導波路等の光学部品およびその製造方法)
次に、既述した本発明の電着液を用いて、電着法あるいは光電着法により作製される光導波路等の光学部品およびその製造方法について説明する。
すなわち、本発明は、少なくとも波長700nm〜1350nmの波長域の光を利用して情報を伝送する光学部品およびその製造方法であって、前記光学部品の、光伝送部分の少なくとも一部が、本発明の電着液を用いて作製されることを特徴とする。さらに、本発明の電着液を用いて光学部品を形成する場合には、前記光学部品が光導波路であることがより好ましい。また、前記光学部品がレンズであることが好ましい。
【0147】
なお、当該光伝送部分とは、光が直接伝送する部分のみを意味し、光伝送に関して間接的に寄与する部分、例えば、クラッド層のように、コア層を伝送する光の漏れを防止するような機能を有する部分を意味するものではない。しかし、本発明により得られる光学部品は、光伝送部分の少なくとも一部が本発明の電着液により形成されているものであれば、これ以外の部分も本発明の電着液を用いて形成されていてもよい。また、本発明により得られる光学部品は、半導体回路やレーザーダイオード等の電気部品および/または光電変換部品等と組合されてなるものであってもよい。
従って、本発明により得られる光導波路等の光学部品は、本発明の電着液を用いて形成された部分が既述したような光学特性を有するために、特に赤外域の光を用いた情報伝送に用いることができる。
【0148】
次に、本発明により得られる光学部品、およびその作製方法について、光導波路を例として、光電着法により作製する場合について説明する。但し、本発明は以下の例に限定されるもではない。
【0149】
図5は、本発明により作製される光導波路およびその形成過程の一例を示す模式断面図であり、図5(A)ないし図5(D)は、クラッド層を基板の全面に形成する場合の光導波路の形成過程を示している。図5(A)は光導波路作製基板の一例を示し、10は絶縁性基板、12は導電性膜、14は光半導体薄膜をそれぞれ示す。図5(B)は、光半導体薄膜の上にクラッド層用電着液を用い、全面光照射するか、あるいは光照射することなく前記光半導体薄膜がもつショットキーバリアーを超える電圧を印加することによってクラッド層16(未乾燥状態)を形成した状態を示す図である。
【0150】
図5(C)は、未乾燥状態にあるクラッド層の上に、コア層用電着液を用い、選択領域に光照射することにより、選択領域にコア層18を形成した状態を示す。また、図5(D)は、未乾燥状態のコア層18の上に、クラッド層用電着液を用い、全面光照射するか、あるいは光照射することなく前記光半導体薄膜がもつショットキーバリアーを超える電圧を印加することによってクラッド層20(未乾燥状態)を形成した状態を示す図である。この後、各層を乾燥させ光導波路とする。このようにして、図5(D)に示すように光導波路を作製することができる。
【0151】
次に、クラッド層を光導波路作製基板に対し全面に形成しない場合の、本発明により作製される他の光導波路、およびその形成過程について図を用いて説明する。
図6は、本発明により作製される光導波路およびその形成過程の他の例を示す模式断面図であり、図6(A)ないし図6(E)は、クラッド層が基板に対し全面に設けられていない場合の光導波路の形成過程を示す。図6(A)は、図5(A)と同様の光導波路作製基板を示す。図6(B)は、光半導体薄膜の上にクラッド層用電着液を用い、選択領域に光照射することによって下部クラッド層16(未乾燥状態)を形成した状態を示す図である。
【0152】
図6(C)は、未乾燥状態にある下部クラッド層16の上に、コア層用電着液を用い、選択領域に光照射することにより、選択領域にコア層18を形成した状態を示す。また、図6(D)は、未乾燥状態のコア層18の側面に、クラッド層用電着液を用い、選択領域に光照射することにより側部クラッド層17を形成した図を示す。さらに、図6(E)は、未乾燥状態のクラッド層17およびコア層18の上に、クラッド層用電着液を用い、選択領域に光照射することにより上部クラッド層20を形成した図である。このようにして、図6(E)に示されるような、光導波路を得ることができる。
【0153】
この態様においては、光導波路作製基板に対しクラッド層が存在しない部分には、さらに同様の光電着プロセスを行うことによって光導波路やマイクロレンズアレイなどの光機能部品を形成することが可能である。さらに、得られる光導波路は精度が良くかつ光導波路上部が平坦になるため、精度が良い光導波路の上部に、別プロセスにより光機能部品を設けることが容易となる。
【0154】
また、前記光電着法において、光導波路作製基板として、導電性基板の上に光半導体薄膜を設けたものを用いてもよい。導電性基板の材料としては、鉄及びその化合物、ニッケル及びその化合物、亜鉛及びその化合物、銅及びその化合物、チタン及びその化合物、及びこれらの混合材料より選択される少なくとも一種を用いることができる。導電性基板としては、このほかに導電性プラスチックフィルムを用いることもできる。
【0155】
また、光半導体が酸化チタンあるいは酸化亜鉛の場合、後述のような方法で形成される他、金属チタンあるいは金属亜鉛の板の表面を酸化処理することによって板の表面に光半導体薄膜を形成することができる。この場合、光導波路作製基板あるいは着膜基板は、導電性基板およびその上の光半導体薄膜から構成されることになる。
【0156】
酸化処理は、空気中での高温加熱処理、陽極酸化処理などの安価な方法を用いることができ、高価なスパッタリング法を用いることなく光透過性半導体薄膜を形成することが可能となる。なお、下地金属基板の酸化処理を行っていない部分は不要な電着膜形成を避けるため絶縁膜処理を行うことが望ましい。
【0157】
次に、電着法を用いて光導波路を作製する方法について説明する。この方法においては、絶縁性基板上に導電性薄膜またはパターン状の導電性薄膜を設けた光導波路作製基板を用い、これを、pHが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成材料を含む水系の電着液に、少なくとも前記導電性薄膜が電着液に接触するように配置した状態で、前記導電性薄膜と対向電極の間に電圧を印加し、前記導電性薄膜の上に前記材料を析出させるものである。
【0158】
絶縁性基板としては光電着法の場合と同様のものが使用できる。また、パターン状の導電性薄膜は、導電性薄膜を常法によりパターン化するか、または、導電性基板に必要な部分だけ残して絶縁膜を塗布してパターン状の導電部分を露出される方法を用いてもよい。これらの基板を用いて、電着法によりクラッド層またはコア層を作製することができる。
【0159】
なお、電着液から析出された潤湿状態の電着膜には、その表面にミスト状の水分が吸着していたり、膜中に水分が含有されている。このような残留水分は光学部品の光透過性を低下させる原因となるため、その吸着や含有水分が加熱処理により除去されることが実用上好ましい。
また、析出後の電着膜表面に付着したミストが残留したまま乾燥を行なった場合、乾燥後の電着膜表面の平滑性を損なうことになるため、水洗やエアブロー等を利用して電着膜表面からミストを除去した後に、加熱処理を行なうことが実用上好ましい。
【0160】
なお、潤湿状態の電着膜を加熱処理により乾燥させる乾燥工程は、単に不要な残留水分を除去することが主な目的であり、形成された電着膜の形状が変形したり、変質することは極力避ける必要がある。すなわち、電着膜を形成する材料の分解点や大きな変形、変質等を生じない温度域で加熱処理を行なうことが必要である。
この点で、加熱処理温度は、電着膜の主要な構成成分である電着性高分子材料であるガラス転移点(Tg)の±15℃の範囲内で行なうことが望ましい。電着性高分子材料のガラス転移点+15℃よりも大きい温度で加熱処理した場合には、乾燥後に電着膜が変形したり変質したりする場合がある。一方、ガラス転移点−15℃よりも小さい温度では乾燥に要する時間が必要以上に長くなってしまう場合がある。また、潤湿状態の電着膜には微細孔が存在する場合があるが、ガラス転移点(Tg)の±15℃の範囲内で加熱処理を行うことによりこのような微細孔を消失させることが可能である。
【0161】
なお、電着膜の主要な構成成分である電着性高分子材料が明確なガラス転移点を持たない場合や、ガラス転移点の異なる2種以上の異なる電着性高分子材料が電着膜に含まれる場合等では、好ましくは60〜200℃の範囲内、より好ましくは80〜120℃の範囲内で、電着膜の形状が変形したり変質することが無いように加熱処理温度を選択することが好ましい。
200℃を超える場合には、殆どの電着性高分子材料において変形や変質を来してしまう場合があるため、結果として乾燥後に電着膜が変形したり変質したりする場合がある。また、光学部品の通常の使用環境下でも5,60℃近くに達する可能性があるため、60℃よりも小さい温度で加熱処理することあまり好ましくない。但し、比較的低温でしか加熱処理することができない場合には低温で減圧乾燥させたり、長時間乾燥させる方法を利用することができる。
【0162】
また、電着液として共沸点を有する高沸点親水性溶剤を利用している場合には、勿論、上記に説明したように電着膜の変形等が起こらないように加熱処理時の温度を選択する必要があるが、析出後の電着膜の加熱処理に際して比較的高い温度で長時間加熱することが有効である。
【0163】
次に、前記のようにして形成した光導波路を他の基板に転写する方法について説明する。
まず、前記のごとき光電着法により作製した光導波路を光導波路用基板に転写する方法について説明する。光電着法により作製した光導波路、またはコア層単独あるいはクラッド層単独、あるいはクラッド層およびコア層を他の基板に転写することができる。この基板としてクラッド層としても機能する基板を用いることができる。
【0164】
このようにすることにより電着工程を含む全工程数を減らすことができる。ただし、コア層とクラッド層を別々に電着で作成し、転写を繰り返すことによって光導波路を形成する場合は、転写を繰り返すことになるので、コア層とクラッド層の界面の損失および光導波路形状が崩れる可能性は若干増大する。
【0165】
光導波路用基板としては、通常用いられるガラス基板やエポキシ基板を用いることができ、また、クラッド層としても機能する光導波路用基板としては、ポリエチレン等のポリオレフィンフィルム、ポリエステルフィルム、ポリカーボネートフィルム、アクリル樹脂フィルム、フッ素化ポリマーフィルム等を用いることができる。
【0166】
次に、このような形成した光導波路を他の基板に転写する方法により作製される場合における、本発明により作製される他の光導波路、およびその形成過程について図を用いて説明する。
図7は、本発明により作製される光導波路およびその形成過程の他の例を示す模式断面図であり、図7(A)ないし(F)は、一旦形成した光導波路を他の基板に転写することにより光導波路を作製する形成工程について示したものである。
図7(A)は着膜基板の一例を示し、10は絶縁性基板、12は導電性薄膜、14は光半導体薄膜、13は剥離層をそれぞれ示す。この着膜基板を用い、図6(B)ないし(E)について説明したように、下部クラッド層16、コア層18、側部クラッド層17および上部クラッド層20を形成し(図7(B)ないし(E)参照)、次いで、基板30を上部クラッド層20の上に重ねて載せ、加熱加圧処理をする。その後、剥離層と下部クラッド層の間で剥離して光導波路とする(図7(F)参照)。このようにして、図7(F)に示されるような、光導波路を作製することができる。
【0167】
また、電着法により作製したクラッド層またはコア層を他の基板に転写することもでき、この際、該基板としてクラッド層の機能をもつものを用いることが有利である。
次に、電着法によりコア層を形成し、これをクラッド層としても機能する基板上に転写した場合について図を用いて説明する。
図8は、本発明により作製される光導波路およびその形成過程の他の例を示す模式断面図であり、図8(A)ないし(D)は、電着法によりコア層を形成し、これをクラッド層としても機能する基板上に転写することにより光導波路を形成する過程について示したものである。
【0168】
図8(A)中、10は絶縁性基板、12はパターン状の導電性薄膜、13は剥離層をそれぞれ示す。次に、上記のようにしてパターン状の導電性薄膜12の上にコア層18を形成し(図8(B)参照)、クラッド層としても機能する基板32を得られたコア層の上に重ね、加熱加圧処理を行ない、その後、剥離層とコア層の間で剥離する(図8(C)参照)。その後、もう1枚のクラッド層としても機能する基板34をコア層18の表面に重ね同様に加熱加圧処理を行ない光導波路とする(図8(D)参照)。このようにして、図8(D)に示されるような、光導波路を作製することができる。
【0169】
前記光電着法および電着法において、着膜基板に剥離層を設けているため、光導波路等を基板に転写する際、大きな熱や圧力を加える必要がなく、基板、光導波路等を損傷させることがない。
剥離層は、臨界表面張力が30dyne/cm以下で、かつ電着電流に影響を与えないものが好ましい。具体的には、市販の防水用フッ素樹脂スプレー等が使用できる。またシリコン樹脂やシリコンオイルも使用できる。さらにオレイン酸などの不飽和脂肪酸などの薄膜も好適である。
【0170】
また、前記光電着法および電着法において、クラッド層およびコア層の屈折率の調節は、前記膜形成材料として異なる屈折率のものを用いる他、屈折率調節用の微粒子を電着液に添加する、あるいはこれらを組合わせることなどにより行なうことができる。
【0171】
【実施例】
以下に本発明を実施例を挙げてより具体的に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【0172】
(実施例1)
この例では、クラッド層を形成する場合には光照射をせず、光半導体のショットキーバリアーを超す電圧を印加することにより、図5(D)に示すような構造を有する光導波路およびその形成過程を示す。
【0173】
(1)コア形成用電着液の調製
電着性高分子材料として、分子量11000、重合に用いた全モノマーに対するスチレンモノマーのモル比36%、酸価120、重水素置換率33%のスチレン−アクリル酸共重合体(以下、「電着性高分子材料D1」と称する)を用いた。なお、電着性高分子材料D1は、スチレンモノマーの、ベンゼン環部分に結合している水素原子を重水素原子に置換したモノマーを用いて重合した。
次に、純水100gに、電着性高分子材料D1:7.0gと、直径10nmの酸化チタン0.1gを分散混合し、さらに180mmol/lの割合でジメチルアミノエタノール(水可溶で、沸点110℃以上かつ蒸気圧100mHg以下の液体)を加え、更にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドおよび塩化アンモニウムを用いてpH7.8、導電率15mS/cmになるように調整し、これをコア形成用電着液とした。
【0174】
(2)クラッド形成用電着液の調製
電着性高分子材料として、分子量11000、重合に用いた全モノマーに対するスチレンモノマーのモル比21%、酸価120、重水素置換率15%のスチレン−アクリル酸共重合体(以下、「電着性高分子材料D2」と称する)を用いた。なお、電着性高分子材料D2は、スチレンモノマーの、ベンゼン環部分に結合している水素原子を重水素原子に置換したモノマーを用いて重合した。
次に、前記(1)と同様に、純水100gに前記電着性高分子材料D2:7.0gを分散混合し、さらに180mmol/lの割合でジメチルアミノエタノールを加え、更にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドおよび塩化アンモニウムを用いてpH7.8、導電率15mS/cmになるように調整し、これをクラッド形成用電着液とした。
【0175】
(3)光導波路作製基板の作製
厚さ0.5mmの無アルカリガラス基板(コーニング社製、7059ガラス)片面に、膜厚150nmのITO(インジウム錫酸化物)からなる透明導電膜をスパッタリング法により成膜し、さらにその表面に、膜厚200nmのTiO2膜をRFスパッタリング法で成膜した。
【0176】
(4)光導波路の作製
図4で示すような電気化学で一般的な三極式の配置において、クラッド形成用電着液を電着液とし、飽和カロメル電極に対しTiO2膜を作用電極として利用し、作用電極に印可するバイアス電圧を2.3Vとして20秒間印加したところ、TiO2膜形成面の全面に厚み5μmの下部クラッド層が形成された。
次にこのクラッド層を乾燥することなく、電着液をコア形成用電着液に入れ替えて、図2に示すような山下電装製近接型露光装置(波長365nmの光強度50mW/cm2)とコア用フォトマスクを用い、作用電極に印可するバイアス電圧を1.8Vにした状態で基板上側から電着液を通して紫外線を70秒間照射すると、TiO2膜形成面の光が照射された領域だけに厚み21μm、幅20μmのコア層が形成された。
次にクラッド層およびコア層を乾燥することなく、電着液をクラッド形成用電着液に入れ替えて、作用電極に印可するバイアス電圧を6Vとして40秒間印加したところ、TiO2膜形成面の全面に厚み20μmの上部クラッド層が形成された。このようにしてコア層およびクラッド層が形成された基板を液槽から取り出し、純水で洗浄後クリーンエアーで乾燥させて、光導波路基板を完成させ、実施例1の光導波路を得た。
【0177】
製作された光導波路を、ダイシングソーによって40mmの長さに切り出し挿入損失を測定したところ、波長0.85μmで0.91dB/cm程度の透過損失であることがわかった。
【0178】
(実施例2)
(1)コア形成用電着液の調製
電着性高分子材料として、分子量6000、重合に用いた全モノマーに対するスチレンモノマーのモル比38%、酸価113、重水素置換率42%のスチレン−アクリル酸共重合体(以下、「電着性高分子材料D3」と称する)を用いた。なお、電着性高分子材料D3は、スチレンモノマーおよびアクリル酸モノマーの、水素原子を重水素原子に置換したモノマーを用いて重合した。
次に、純水100gに、電着性高分子材料D3:7.0gと、直径10nmの酸化チタン0.5gを分散混合し、さらに180mmol/lの割合でジメチルアミノエタノール(水可溶で、沸点110℃以上かつ蒸気圧100mHg以下の液体)を加え、更にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドおよび塩化アンモニウムを用いてpH7.8、導電率35mS/cmになるように調整し、これをコア形成用電着液とした。
【0179】
(2)クラッド形成用電着液の調製
前記(1)と同様に、純水100gに前記電着性高分子材料D3:7.0gを分散混合しさらに180mmol/lの割合でジメチルアミノエタノールを加え、更にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドおよび塩化アンモニウムを用いてpH7.8、導電率45mS/cmになるように調整し、これをクラッド形成用電着液とした。
(3)光導波路作製基板の作製
光導波路作製基板としては、実施例1と同様のものを作製した。
【0180】
(4)光導波路の作製
図1に示すような電気化学で一般的な三極式の配置において、クラッド形成用電着液を電着液とし飽和カロメル電極に対しTiO2電極を作用電極として利用し、作用電極に印可するバイアス電圧を1.8Vにして基板の裏側から紫外線を照射する。紫外線は、ウシオ電気製のプロジェクション型露光装置(波長365nmの光強度50mW/cm2)を使用した。プロジェクション型露光装置は、下部クラッド用フォトマスクに一旦結像し、更に光学レンズを介して基板の裏面である酸化チタン表面に結像するように調節した。この装置で35秒間露光したところ、TiO2膜形成面の光が照射された領域だけ厚み15μm、幅25μmの下部クラッド層が形成された(図6(B)参照)。
【0181】
次にクラッド層を乾燥することなく、電着液をコア形成用電着液に入れ替えて、フォトマスクをコア用のものに代えて、作用電極に印可するバイアス電圧を2.8Vにして基板の裏側から紫外線を5秒間照射すると、TiO2膜形成面の光が照射された領域だけ厚み5μm、幅18μmのコア層が形成された(図6(C)参照)。
次にクラッド層およびコア層を乾燥することなく、電着液をクラッド形成用電着液に入れ替えて、フォトマスクを側面クラッド形成用のものに代えて、作用電極に印可するバイアス電圧を1.8Vにして基板の裏側から紫外線を25秒間照射すると、TiO2膜形成面の光が照射された領域だけ厚み5μmの側面クラッド層が形成された(図6(D)参照)。
【0182】
次にクラッド層およびコア層を乾燥することなく、電着液をクラッド形成用電着液に入れ替えて、フォトマスクを上部クラッド用のものに代えて、作用電極に印可するバイアス電圧を1.8Vにして基板の裏側から紫外線を40秒間照射すると、TiO2膜形成面の光が照射された領域だけ厚み17μmの上部クラッド層が形成された(図6(E)参照)。
このようにしてコア層およびクラッド層が形成された基板を液槽から取り出し、純水で洗浄後クリーンエアーで乾燥させて、光導波路基板を完成させ、実施例2の光導波路を得た。
【0183】
作製された光導波路を、ダイシングソーによって30mmの長さに切り出し挿入損失を測定したところ、波長0.85μmで0.81dB/cm程度の透過損失であることがわかった。
作製された光導波路は、形状精度が良くまたその上部は平坦であった。クラッド層が存在しない部分には、さらに同様の光電着プロセスを行うことによって光導波路やマイクロレンズアレイなどの光機能部品を形成することが可能であった。さらに光導波路上部が平坦になるため、別プロセスにより、光導波路上部に光機能部品を形成することも容易であった。
【0184】
(実施例3)
この例では、光半導体薄膜である酸化チタンをチタンの酸化処理により形成し図5(D)に示す構造と同様の構造を有する光導波路を作製する例を示す。
【0185】
(1)クラッド形成用電着液の調製
純水100gに、電着性高分子材料D3:5gと、直径10nmの弗化マグネシウム微粒子(屈折率1.38)1gを分散混合し、さらに180mmol/lの割合でジメチルアミノエタノールを加え、更に水酸化ナトリウムおよび塩化ナトリウムを用いてpH7.8、導電率32mS/cmになるように調整し、これをクラッド形成用電着液とした。
【0186】
(2)コア形成用電着液の調製
純水100gに、電着性高分子材料D1:5gを分散混合し、これに180mmol/lの割合でジメチルアミノエタノールを加え、更に水酸化ナトリウムおよび塩化ナトリウムを用いてpH7.8、導電率52mS/cmになるように調整し、これをコア形成用電着液とした。
【0187】
(3)光導波路作製基板の作製
厚さ0.5mmの金属チタン板の表面を高熱処理することにより酸化し、該表面に厚さ1000nmの酸化チタン層を形成し、これを光導波路作製基板とした。また、金属チタン板表面の酸化チタン層が形成された以外の部分をエポキシ樹脂で被覆することにより絶縁した。
【0188】
(4)光導波路の作製
図4に示すような電気化学で一般的な三極式の配置において、クラッド形成用電着液を電着液とし飽和カロメル電極に対しTiO2層を作用電極として利用し、作用電極に印可するバイアス電圧を3Vとして40秒間印加したところ、TiO2層表面全面に厚み25μmの下部クラッド層が形成された。
次にクラッド層を乾燥することなく、電着液をコア形成用電着液に入れ替えて、図2に示すような山下電装製近接型露光装置(波長365nmの光強度90mW/cm2)とコア用フォトマスクを用い、作用電極に印可するバイアス電圧を2.5Vにした状態で基板上側から電着液を通して紫外線を21秒間照射すると、TiO2層形成面の光が照射された領域だけ厚み12μmのコア層が形成された。
【0189】
次にクラッド層とコア層を乾燥することなく、電着液をクラッド形成用電着液に入れ替えて、図4に示すような装置で作用電極に印可するバイアス電圧を3Vとして20秒間印加したところ、TiO2層表面全面に厚み20μmの上部クラッド層が形成された。
このようにコア層およびクラッド層が形成された基板を液槽から取り出し、純水で洗浄後クリーンエアーで乾燥させて、光導波路基板を完成させ、実施例3の光導波路を得た。
得られた光導波路を、ダイシングソーによって20mmの長さに切り出し挿入損失を測定したところ、波長0.85μmで0.94dB/cm程度の透過損失であることがわかった。
【0190】
(実施例4)
この例では、光半導体薄膜である酸化亜鉛を亜鉛の陽極酸化処理により形成し、図5(D)に示す構造と同様の構造を有する光導波路を作製する例を示す。
【0191】
(1)クラッド形成用電着液の調製
純水100gに、電着性高分子材料D1:10gと、直径10nmの弗化マグネシウム微粒子(屈折率1.38)0.3gを分散混合し、これに180mmol/lの割合でジメチルアミノエタノールを加え、更に水酸化ナトリウムおよび塩化ナトリウムを用いてpH7.8、導電率52mS/cmになるように調整し、これをクラッド形成用電着液とした。
【0192】
(2)コア形成用電着液の調製
純水100gに、電着性高分子材料D3:5gと、直径10nmの酸化チタン微粒子(屈折率2.3)0.25gを分散混合し、これに180mmol/lの割合でジメチルアミノエタノールを加え、更に水酸化ナトリウムおよび塩化ナトリウムを用いてpH7.8、導電率32mS/cmになるように調整し、これをコア形成用電着液とした。
【0193】
(3)光導波路作製基板の作製
厚さ2mmの亜鉛板の表面を陽極酸化処理することにより酸化し、該表面に厚さ1000nmの酸化亜鉛層を形成し、これを光導波路作製基板とした。また、亜鉛板表面の酸化亜鉛層が形成された以外の部分をエポキシ樹脂で被覆することにより絶縁した。
【0194】
(4)光導波路の作製
図4に示す電気化学で一般的な三極式の配置において、クラッド形成用電着液を電解液とし飽和カロメル電極に対し酸化亜鉛層を作用電極として利用し、作用電極に印可するバイアス電圧を3Vとして30秒間印加したところ、酸化亜鉛表面全面に厚み20μmの下部クラッド層が形成された。
次にクラッド層を乾燥することなく、電着液をコア形成用電着液に入れ替えて、図3に示すような走査ステージにより走査可能なHe−Cdレーザー(波長331nmの光強度10mW/cm2)を用い、作用電極に印可するバイアス電圧を1.8Vにした状態で基板上側から電着液を通してHe−Cdレーザーを0.3mm/sの速度で走査すると、酸化亜鉛層表面に光が照射された領域のみに厚み15μmのコア層が形成された。
次にクラッド層およびコア層を乾燥することなく、電着液をクラッド形成用電着液に入れ替えて、作用電極に印可するバイアス電圧を3Vとして90秒間印加したところ、クラッド層およびコア層の表面全面に厚み20μmの上部クラッド層が形成された。
このようにしてコア層およびクラッド層が形成された基板を液槽から取り出し、純水で洗浄後クリーンエアーで乾燥させて、光導波路基板を完成させ、実施例4の光導波路を得た。
【0195】
得られた光導波路を、ダイシングソーによって50mmの長さに切り出し挿入損失を測定したところ、波長0.85μmで0.92dB/cm程度の透過損失であることがわかった。
【0196】
(実施例5)
この例では、光電着・転写法を用いて、図7(F)と同様の構造を有する光導波路を作製する例を示す。
【0197】
(1)着膜基板の作製
厚さ1mmの無アルカリガラス板(コーニング社製)の片面に、膜厚220nmのITOからなる透明導電膜をスパッタリング法により成膜し、さらにその表面に、膜厚300nmのTiO2膜をRFスパッタリング法で成膜した。次に、このTiO2膜が形成された面に、オレイン酸1%溶液(酢酸エチル溶媒)を4000rpmで30秒、スピンコートすることによって、剥離層を形成した。
【0198】
(2)クラッド層用およびコア層用電着液
実施例4で用いた電着液と同じ組成のものを用いた。
(3)クラッド層およびコア層の形成
実施例2と同様にして剥離層の上に、下部クラッド層−コア層−側部クラッド層−上部クラッド層を形成し(図7(B)ないし(E)参照)、基板を液槽から取り出し、純水で洗浄後クリーンエアーで乾燥を行い、光導波路を作製した。
【0199】
(4)光導波路の転写
150℃に熱した0.5mm厚のポリエステルフィルムを前記光導波路表面に載せて、これらを400g/cmの線加圧状態の2本のロールの間を線速度10mm/secで加熱加圧処理を行い、その後前記剥離層と光導波路との間で剥離し、作製した光導波路をポリエステルフィルム上に転写させ、ポリエステルフィルム表面に光導波路が形成された実施例5の光導波路を得た。
得られた光導波路の50mmの直線部分を切り出し挿入損失を測定したところ、波長0.85μmで0.96dB/cm程度の透過損失であることがわかった。
【0200】
(実施例6)
(1)コア形成用電着液の調製
電着性高分子材料として、分子量18000、重合に用いたスチレンモノマーと、アクリル酸モノマーと、アクリル酸ブチルモノマーとのモル比(%)が35:15:50、酸価120、重水素置換率52%のスチレン−アクリル酸−アクリル酸ブチル共重合体(以下、「電着性高分子材料D4」と称する)を用いた。なお、電着性高分子材料D4は、スチレンモノマーの、ベンゼン環部分に結合している水素原子を重水素原子に置換したモノマーを用いて重合した。
【0201】
次に、純水100gに、電着性高分子材料D4:7.0gと、直径10nmの酸化チタン0.5gを分散混合し、さらに180mmol/lの割合でジメチルアミノエタノール(水可溶で、沸点110℃以上かつ蒸気圧100mHg以下の液体)を加え、更にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドおよび塩化アンモニウムを用いてpH7.8、導電率55mS/cmになるように調整し、これをコア形成用電着液とした。
(2)クラッド形成用電着液の調製
前記(1)と同様に、純水100gに前記電着性高分子材料D4:7.0gを分散混合しさらに180mmol/lの割合でジメチルアミノエタノールを加え、更にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドおよび塩化アンモニウムを用いてpH7.8、導電率75mS/cmになるように調整し、これをクラッド形成用電着液とした。
(3)光導波路作製基板の作製
光導波路作製基板としては、実施例1と同様のものを作製した。
【0202】
(4)光導波路の作製
図1に示すような電気化学で一般的な三極式の配置において、クラッド形成用電着液を電着液とし飽和カロメル電極に対しTiO2電極を作用電極として利用し、作用電極に印可するバイアス電圧を1.8Vにして基板の裏側から紫外線を照射する。紫外線は、ウシオ電気製のプロジェクション型露光装置(波長365nmの光強度80mW/cm2)を使用した。プロジェクション型露光装置は、下部クラッド用フォトマスクに一旦結像し、更に光学レンズを介して基板の裏面である酸化チタン表面に結像するように調節した。この装置で25秒間露光したところ、TiO2膜形成面の光が照射された領域だけ厚み10μm、幅25μmの下部クラッド層が形成された(図6(B)参照)。
【0203】
次にクラッド層を乾燥することなく、電着液をコア形成用電着液に入れ替えて、フォトマスクをコア用のものに代えて、作用電極に印可するバイアス電圧を1.8Vにして基板の裏側から紫外線を75秒間照射すると、TiO2膜形成面の光が照射された領域だけ厚み21μm、幅45μmのコア層が形成された(図6(C)参照)。
次にクラッド層およびコア層を乾燥することなく、電着液をクラッド形成用電着液に入れ替えて、フォトマスクを側面クラッド形成用のものに代えて、作用電極に印可するバイアス電圧を1.8Vにして基板の裏側から紫外線を25秒間照射すると、TiO2膜形成面の光が照射された領域だけ厚み55μmの側面クラッド層が形成された(図6(D)参照)。
【0204】
次にクラッド層およびコア層を乾燥することなく、電着液をクラッド形成用電着液に入れ替えて、フォトマスクを上部クラッド用のものに代えて、作用電極に印可するバイアス電圧を2.8Vにして基板の裏側から紫外線を40秒間照射すると、TiO2膜形成面の光が照射された領域だけ厚み15μmの上部クラッド層が形成された(図6(E)参照)。
このようにしてコア層およびクラッド層が形成された基板を液槽から取り出し、純水で洗浄後クリーンエアーで乾燥させて、光導波路基板を完成させ、実施例2の光導波路を得た。
【0205】
作製された光導波路を、ダイシングソーによって50mmの長さに切り出し挿入損失を測定したところ、波長0.85μmで0.95dB/cm程度の透過損失であることがわかった。
【0206】
(実施例7)
この例では、クラッド層を形成する場合には光照射をせず、光半導体のショットキーバリアーを超す電圧を印加することにより、図5(D)に示すような構造を有する光導波路およびその形成過程を示す。
【0207】
(1)コア形成用電着液の調製
電着性高分子材料として、分子量11000、重合に用いた全モノマーに対するスチレンモノマーのモル比36%、酸価120、ガラス転移点75℃、重水素置換率33%のスチレン−アクリル酸共重合体(電着性高分子材料D1)を用いた。なお、電着性高分子材料D1は、スチレンモノマーの、ベンゼン環部分に結合している水素原子を重水素原子に置換したモノマーを用いて重合した。
次に、純水100gに、電着性高分子材料D1:7.0gと、直径10nmの酸化チタン0.1gを分散混合し、さらに180mmol/lの割合でジメチルアミノエタノール(水可溶で、沸点110℃以上かつ蒸気圧100mHg以下の液体)を加え、更にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドおよび塩化アンモニウムを用いてpH7.8、導電率15mS/cmになるように調整し、これをコア形成用電着液とした。
【0208】
(2)クラッド形成用電着液の調製
電着性高分子材料として、分子量11000、重合に用いた全モノマーに対するスチレンモノマーのモル比21%、酸価120、重水素置換率15%のスチレン−アクリル酸共重合体(電着性高分子材料D2)を用いた。なお、電着性高分子材料D2は、スチレンモノマーの、ベンゼン環部分に結合している水素原子を重水素原子に置換したモノマーを用いて重合した。
次に、前記(1)と同様に、純水100gに前記電着性高分子材料D2:7.0gを分散混合し、さらに180mmol/lの割合でジメチルアミノエタノールを加え、更にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドおよび塩化アンモニウムを用いてpH7.8、導電率15mS/cmになるように調整し、これをクラッド形成用電着液とした。
【0209】
(3)光導波路作製基板の作製
厚さ0.5mmの無アルカリガラス基板(コーニング社製、7059ガラス)片面に、膜厚150nmのITO(インジウム錫酸化物)からなる透明導電膜をスパッタリング法により成膜し、さらにその表面に、膜厚200nmのTiO2膜をRFスパッタリング法で成膜した。
【0210】
(4)光導波路の作製
図4で示すような電気化学で一般的な三極式の配置において、クラッド形成用電着液を電着液とし、飽和カロメル電極に対しTiO2膜を作用電極として利用し、作用電極に印可するバイアス電圧を2.3Vとして20秒間印加したところ、TiO2膜形成面の全面に厚み5μmの下部クラッド層が形成された。
次にこのクラッド層を乾燥することなく、電着液をコア形成用電着液に入れ替えて、図2に示すような山下電装製近接型露光装置(波長365nmの光強度50mW/cm2)とコア用フォトマスクを用い、作用電極に印可するバイアス電圧を1.8Vにした状態で基板上側から電着液を通して紫外線を70秒間照射すると、TiO2膜形成面の光が照射された領域だけに厚み21μm、幅20μmのコア層が形成された。
次にクラッド層およびコア層を乾燥することなく、電着液をクラッド形成用電着液に入れ替えて、作用電極に印可するバイアス電圧を6Vとして40秒間印加したところ、TiO2膜形成面の全面に厚み20μmの上部クラッド層が形成された。このようにしてコア層およびクラッド層が形成された基板を液槽から取り出し、純水で洗浄後、72℃に保たれたクリーンオーブン中で30分間乾燥させて、光導波路基板を完成させ、実施例7の光導波路を得た。
【0211】
製作された光導波路を、ダイシングソーによって40mmの長さに切り出し挿入損失を測定したところ、波長0.85μmで0.78dB/cm程度の透過損失であることがわかった。
【0212】
(実施例8)
(1)コア形成用電着液の調製
電着性高分子材料として、分子量6000、重合に用いた全モノマーに対するスチレンモノマーのモル比38%、酸価113、ガラス転移点97℃、重水素置換率42%のスチレン−アクリル酸共重合体(電着性高分子材料D3)を用いた。なお、電着性高分子材料D3は、スチレンモノマーおよびアクリル酸モノマーの、水素原子を重水素原子に置換したモノマーを用いて重合した。
次に、純水100gに、電着性高分子材料D3:7.0gと、直径10nmの酸化チタン0.5gを分散混合し、さらに180mmol/lの割合でジメチルアミノエタノール(水可溶で、沸点110℃以上かつ蒸気圧100mHg以下の液体)を加え、更にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドおよび塩化アンモニウムを用いてpH7.8、導電率35mS/cmになるように調整し、これをコア形成用電着液とした。
【0213】
(2)クラッド形成用電着液の調製
前記(1)と同様に、純水100gに前記電着性高分子材料D3:7.0gを分散混合しさらに180mmol/lの割合でジメチルアミノエタノールを加え、更にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドおよび塩化アンモニウムを用いてpH7.8、導電率45mS/cmになるように調整し、これをクラッド形成用電着液とした。
(3)光導波路作製基板の作製
光導波路作製基板としては、実施例1と同様のものを作製した。
【0214】
(4)光導波路の作製
図1に示すような電気化学で一般的な三極式の配置において、クラッド形成用電着液を電着液とし飽和カロメル電極に対しTiO2電極を作用電極として利用し、作用電極に印可するバイアス電圧を1.8Vにして基板の裏側から紫外線を照射する。紫外線は、ウシオ電気製のプロジェクション型露光装置(波長365nmの光強度50mW/cm2)を使用した。プロジェクション型露光装置は、下部クラッド用フォトマスクに一旦結像し、更に光学レンズを介して基板の裏面である酸化チタン表面に結像するように調節した。この装置で35秒間露光したところ、TiO2膜形成面の光が照射された領域だけ厚み15μm、幅25μmの下部クラッド層が形成された(図6(B)参照)。
【0215】
次にクラッド層を乾燥することなく、電着液をコア形成用電着液に入れ替えて、フォトマスクをコア用のものに代えて、作用電極に印可するバイアス電圧を2.8Vにして基板の裏側から紫外線を5秒間照射すると、TiO2膜形成面の光が照射された領域だけ厚み5μm、幅18μmのコア層が形成された(図6(C)参照)。
次にクラッド層およびコア層を乾燥することなく、電着液をクラッド形成用電着液に入れ替えて、フォトマスクを側面クラッド形成用のものに代えて、作用電極に印可するバイアス電圧を1.8Vにして基板の裏側から紫外線を25秒間照射すると、TiO2膜形成面の光が照射された領域だけ厚み5μmの側面クラッド層が形成された(図6(D)参照)。
【0216】
次にクラッド層およびコア層を乾燥することなく、電着液をクラッド形成用電着液に入れ替えて、フォトマスクを上部クラッド用のものに代えて、作用電極に印可するバイアス電圧を1.8Vにして基板の裏側から紫外線を40秒間照射すると、TiO2膜形成面の光が照射された領域だけ厚み17μmの上部クラッド層が形成された(図6(E)参照)。
このようにしてコア層およびクラッド層が形成された基板を液槽から取り出し、純水で洗浄後、99℃に保たれたクリーンオーブン中で1時間乾燥させて、光導波路基板を完成させ、実施例8の光導波路を得た。
【0217】
作製された光導波路を、ダイシングソーによって30mmの長さに切り出し挿入損失を測定したところ、波長0.85μmで0.71dB/cm程度の透過損失であることがわかった。
【0218】
(比較例1)
電着性高分子材料として、実施例1において用いた重水素置換された電着性高分子材料D1の代わりに、この電着性高分子材料D1を全く重水素置換していない電着性高分子材料(以下、「電着性高分子材料D01」と称する)を用いた。なお、電着性高分子材料D01の重合に際しては、電着性高分子材料D1を重合する際に用いたモノマーと同様のものを用いたが、重水素置換されていないモノマーを用いた。
用いた電着性高分子材料が異なる以外は、実施例1と同様にして、比較例1の光導波路を作製し、評価した。その結果、波長0.85μmで1.42dB/cm程度の透過損失であることがわかった。
【0219】
(比較例2)
電着性高分子材料として、実施例2において用いた重水素置換された電着性高分子材料D3の代わりに、この電着性高分子材料D3を全く重水素置換していない電着性高分子材料(以下、「電着性高分子材料D03」と称する)を用いた。なお、電着性高分子材料D03の重合に際しては、電着性高分子材料D3を重合する際に用いたモノマーと同様のものを用いたが、重水素置換されていないモノマーを用いた。
用いた電着性高分子材料が異なる以外は、実施例2と同様にして、比較例2の光導波路を作製し、評価した。その結果、波長0.85μmで1.41dB/cm程度の透過損失であることがわかった。
【0220】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、微細パターン形成を簡易に行なえ、有害廃液が少ない、電着法または光電着法を用いることにより、透過損失が小さく精度のよい形状の光導波路を簡易且つ量産性よく作製することが可能な光導波路の製造方法を提供することができる。
さらに、前記微細パターンをより高精度に形成することが出来る光導波路の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 光導波路を作製する際に使用される、プロジェクション露光装置を用いる電着装置の一例を示す概念図である。
【図2】 光導波路を作製する際に使用される、近接型露光装置を用いる電着装置の一例を示す概念図である。
【図3】 光導波路を作製する際に使用される、走査型レーザー露光装置を用いる電着装置の一例を示す概念図である。
【図4】 光導波路を電着法により作製する際に使用される、電着装置の一例を示す概念図である。
【図5】 光導波路およびその形成過程の一例を示す図である。
【図6】 光導波路およびその形成過程の他の例を示す図である。
【図7】 光導波路およびその形成過程の他の例を示す図である。
【図8】 光導波路およびその形成過程の他の例を示す図である。
【符号の説明】
10 絶縁性基板
12 導電性薄膜
13 剥離層
14、32 光半導体薄膜
16、17、20 クラッド層
18 コア層
30、32、34 光導波路用基板
71 フォトマスク
72、73 結像光学レンズ
75 Hg−Xe均一照射光源
78 走査型レーザー書き込み装置
80 電着槽
90 ポテンショスタットのごとき電圧印加のための手段
91 対向電極
92 飽和カロメル電極のごときリファレンス電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present inventionManufacturing method of optical waveguideAbout.
[0002]
[Prior art]
As materials used for forming an optical waveguide for an optical circuit, inorganic materials such as quartz materials, various glass materials, light-transmitting oxide ferroelectrics, and various polymer materials are used. Among these materials, polymer materials are easier to form thin films using spin coating, dipping, etc. than inorganic materials, and are suitable for producing flexible and large-area optical waveguides. Yes.
In addition, the thin film formation method using such a polymer material does not include a heat treatment step at a high temperature when forming a film, as compared with a thin film formation method using an inorganic material such as quartz. There is an advantage that an optical waveguide can be manufactured even on a substrate that is difficult to heat-treat at a high temperature such as a plastic substrate.
Furthermore, it is possible to produce a flexible optical waveguide utilizing the flexibility and toughness of the polymer material. For this reason, optical waveguide components such as optical integrated circuits used in the field of optical communications and optical wiring boards used in the field of optical information processing can be manufactured in large quantities and at low cost using optical polymer materials. Expected.
[0003]
Conventionally, such optical polymer materials are inferior in terms of environmental resistance and weather resistance such as heat resistance and moisture resistance, and thus have been considered to have problems in maintaining the stability of optical properties. In recent years, improvements have been made. In addition, when a photosensitive polymer material is used as the optical polymer material, production such as formation and processing is very easy, and mass productivity is excellent.
However, conventionally used photosensitive polymer materials are polymer materials that are solid at room temperature. When a thick film is formed using such a polymer material, scattering in the ultraviolet region and visible region increases, resulting in light. The transparency deteriorates and the resolution when the polymer material is cured deteriorates even when a pattern such as an optical waveguide is formed using a photolithographic method. It was not possible to reproduce the above, and the transmission loss of the manufactured optical waveguide was also adversely affected.
[0004]
Furthermore, the photosensitive polymer materials conventionally used as described above are insufficient in consideration of characteristics required as an optical material such as a reduction in transmission loss in a wavelength region used for information transmission. It has the disadvantage of high waveguide loss. Therefore, an optical component such as an optical waveguide manufactured using such a photosensitive polymer material is insufficient from the viewpoint of practicality and durability.
[0005]
As a means for solving the above problems, a method of forming a pattern such as an optical waveguide using a liquid photocurable resin instead of a solid polymer material at room temperature has been considered. However, since this photocurable resin has fluidity, the coating film thickness changes after the photocurable resin is applied, thereby forming a pattern such as an optical waveguide with good reproducibility and controllability. I couldn't.
In addition, when pattern formation is performed using a conventional photosensitive material, an etching process or the like is necessary, and a large amount of harmful alkaline waste liquid is generated. There were difficulties such as complexity and lengthening.
[0006]
On the other hand, the wavelength range used for optical communication that is currently used as a large amount of information transmission means over long distances is generally the attenuation of quartz material, which is the main optical waveguide partial material used for such optical communication. In order to suppress this, infrared rays having a wavelength range of 1.3 μm to 1.5 μm are used. In addition, in order to meet the needs of large-scale information transmission by using light as an information transmission medium in the future, not only long distances as in the past, but also local areas (short distances) such as in homes and offices. Information transmission and processing in Japan is expected to expand rapidly.
[0007]
Optical materials used in such a large amount of information transmission and processing in a local area are not mainly used in the form of fibers only as in long-distance communication. In addition to fibers, connectors, optical waveguides, etc. Such various optical circuits are required to be processed and formed into a complicated form, to be easily connected, and to other various high-order functions. However, although the quartz material has no problem in terms of transmission loss, it is a brittle material, so its processing / formability is poor and it is difficult to handle and form a complicated pattern. Therefore, it is technically difficult to use a quartz material as an optical material for a local area.
[0008]
For this reason, resin materials have been highlighted as optical materials for information transmission in the local area in terms of processing / formability and ease of handling. This resin material is inferior in terms of transmission loss and transparency in the infrared region used in optical communication as compared with quartz material. However, regarding the transmission loss, since the transmission distance is short, a transmission loss like a quartz material is not required, and there is a possibility that a resin material can be used sufficiently.
[0009]
In addition, regarding the transparency in the infrared region, the conventional resin material contains many hydrogen atoms in its structure, so the transparency in the infrared region is insufficient for optical communication that will be required in the future. It was. However, it has been studied that light having a wavelength of 1.3 to 1.5 μm used for long-distance communication is converted into light having a shorter wavelength of about 850 nm and then distributed into the local area. Such an infrared ray having a short wavelength of about 850 nm is considered to be able to sufficiently cope with a resin material at a practical level.
[0010]
For example, by substituting hydrogen atoms in the resin material with other atoms, it has been found that there is a possibility that it can cope with optical communication in the infrared region although it has not been put into practical use (see Non-Patent Document 1).
In addition, as an optical component using an infrared transmitting resin material, for example, deuterium atoms or fluorine atoms are used as the hydrogen atoms of the organic polymer that forms the core portion having an initial transmission loss of 0.4 dB or less at a wavelength of 780 nm. Substituted optical transmission bodies (see Patent Document 1) and flat plastic optical waveguides (see Patent Document 2) using deuterated or halogenated polyacrylate, polysiloxane, or polystyrene have been proposed. .
[0011]
On the other hand, various optical components using a resin material are produced by spinning formation, for example, when producing an optical fiber. In the case of producing an optical waveguide, for example, a method of producing a core part by injection molding and a clad part by casting (see, for example, Patent Document 3), photolithography and dry etching are combined. (For example, refer to Patent Document 4).
[0012]
However, in the spinning formation, only fiber-like materials can be produced, and optical components having complicated shapes such as connectors and optical waveguides other than fibers cannot be produced. In addition, in injection molding and casting molding, various shapes can be manufactured, but it is difficult to manufacture an optical component having a fine and precise pattern.
On the other hand, the method combining dry etching and wet etching with photolithography can produce an optical component having a fine and precise pattern, but (1) the manufacturing process is complicated and the productivity is inferior. (2) ▼ Waste (resist, alkaline waste liquid, etc.) in a series of manufacturing processes is harmful and abundantly generated, so the burden on the environment is large / waste disposal cost is high. There are problems such as high manufacturing costs.
[0013]
On the other hand, the inventors of the present invention provided an image forming method and a color filter manufacturing method excellent in resolution by using an electrodeposition material containing a coloring material in advance and performing electrodeposition or photoelectrodeposition by applying a low voltage ( For example, see Patent Documents 5 to 10). These image forming methods and color filter manufacturing methods are characterized by forming colored films with high resolution by a simple method, but are mainly applied in the field of display devices such as liquid crystal display devices. .
[0014]
The electrodeposition method as described above is easy to form a fine pattern and has high productivity and less harmful waste liquid compared with a method in which dry or wet etching is combined with photolithography. However, at present, no attempt has been made to produce optical parts such as optical waveguides by electrodeposition.
Furthermore, since the electrodepositable polymer material used in the conventional electrodeposition method contains a lot of hydrogen atoms, it is expected to be necessary for short-range communication in the wavelength range used in optical communication, particularly in the local area. The light transmittance in the wavelength range of 700 nm to 1.35 μm is insufficient.
[0015]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2854669
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 2599497
[Patent Document 3]
Japanese Patent No. 2854669
[Patent Document 4]
Japanese Patent No. 2599497
[Patent Document 5]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-119414
[Patent Document 6]
JP 11-189899 A
[Patent Document 7]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-15418
[Patent Document 8]
JP-A-11-174790
[Patent Document 9]
JP-A-11-133224
[Patent Document 10]
JP-A-11-335894
[Non-Patent Document 1]
Maruno, IEICE Journal, Vol. 84, no. 9, pp 656-662, 2001
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
  An object of the present invention is to solve the above problems. That is, the object of the present invention is to provide an optical waveguide having a small transmission loss and high accuracy by using an electrodeposition method or a photo-deposition method, which can easily form a fine pattern and has little harmful waste liquid.The roadSimple and can be manufactured with high productivityManufacturing method of optical waveguideIs to provide.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
  The problem isManufacturing method of optical waveguideIt is solved by providing.
<1> A method of manufacturing an optical waveguide that transmits information using light in a wavelength range of at least a wavelength of 700 nm to 1350 nm,
The electrodeposition material includes at least an electrodeposition polymer material, 10% to 90% of hydrogen atoms constituting the electrodeposition polymer material are substituted with deuterium atoms, and the electrodeposition material is formed from the electrodeposition material. The first cladding layer, the core layer, and the second cladding are not dried by electrodeposition using an electrodeposition solution having a transmission loss of 1 dB / cm or less for light in the wavelength range of 700 nm to 1350 nm. Laminate layersCharacteristicOptical waveguideManufacturing method.
[0018]
  <2> The electrodepositable polymer material is at leastOne selected from alkenes, dienes, styrene, and derivatives thereofWith hydrophobic monomers, One selected from acrylic acid, methacrylic acid, maleic anhydride, fumaric acid, crotonic acid, cinnamic acid, phthalic acid, and derivatives thereof<1> characterized by containing a copolymer obtained by polymerizing a hydrophilic monomer.Manufacturing method of optical waveguide.
[0019]
  <3>
  The electrodepositable polymer material is at leastOne selected from alkenes, dienes, styrene, and derivatives thereofWith hydrophobic monomers, Acrylic acid, methacrylic acid, maleic anhydride, fumaric acid, crotonic acid, cinnamic acid, phthalic acid, and derivatives thereofWith hydrophilic monomers,<1> characterized by containing a copolymer obtained by polymerizing methacrylic acid esters, acrylic acid esters, maleic anhydride esters, and one kind of plastic monomer selected from these derivatives. Described inManufacturing method of optical waveguide.
[0020]
  <4> The electrodepositable polymer material contains a copolymer polymerized using at least one kind of monomer in which at least a part of hydrogen atoms constituting the monomer is substituted with deuterium atoms. As described in <1>Manufacturing method of optical waveguide.
[0021]
  <5> saidThe first clad layer, the core layer, and the second clad layer are formed on the release layer, and then the first clad layer, the core layer, and the second clad layer are transferred to the substrate.<The manufacturing method of the optical waveguide as described in 1>.
[0022]
  <6>The light is laser light having a wavelength of 850 nm.<The manufacturing method of the optical waveguide as described in 1>.
[0023]
  <7>20% to 60% of hydrogen atoms constituting the electrodepositable polymer material are substituted with deuterium atoms<The manufacturing method of the optical waveguide as described in 1>.
[0024]
  <8>The electrodeposition liquid contains fine particles for adjusting the refractive index.<The manufacturing method of the optical waveguide as described in 1>.
[0025]
  <9>The electrodepositable polymer material is a copolymer obtained by polymerizing at least a styrene monomer and an acrylic acid monomer, and at least a part of hydrogen atoms of the styrene monomer and / or the acrylic acid monomer before polymerization is deuterium. It is substituted with atoms, and the light is a laser beam having a wavelength of 850 nm<The manufacturing method of the optical waveguide as described in 1>.
[0026]
  <10>From the aqueous electrodeposition liquid containing the electrodepositable polymer material as an electrodeposition material, the electrodepositable polymer material is deposited to form the first clad layer, the core layer, and the second clad layer in a wet state. An electrodeposition film deposition / formation step and a drying step of drying the heat-treated first clad layer, core layer, and second clad layer in the moist state.<1>, a method of manufacturing an optical waveguide according to
The temperature of the heat treatment is within a range of ± 15 ° C. of the glass transition point (Tg) of the electrodepositable polymer material..
[0027]
  <11>From the aqueous electrodeposition liquid containing the electrodepositable polymer material as an electrodeposition material, the electrodepositable polymer material is deposited to form the first clad layer, the core layer, and the second clad layer in a wet state. An electrodeposition film deposition / formation step and a drying step of drying the heat-treated first clad layer, core layer, and second clad layer in the moist state.<1>, a method of manufacturing an optical waveguide according to
The method of manufacturing an optical waveguide, wherein the temperature of the heat treatment is in a range of 60 to 200 ° C.
[0039]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the electrodeposition liquid of the present invention used for the formation of optical components such as optical waveguides, the electrodeposition method, the optical components such as optical waveguides, and the production method thereof will be roughly divided into the following.
[0040]
(Electrodeposition liquid)
First, the portion related to the optical characteristics of the electrodeposition film formed using the electrodeposition liquid of the present invention will be mainly described, and then the electrodeposition liquid and the optical characteristics of the electrodeposition film formed using the electrodeposition liquid will be described. The part related to other than will be mainly described.
[0041]
  That is, the present invention is an electrodeposition liquid capable of depositing an electrodeposition film made of an electrodeposition material containing an electrodeposition polymer material on a substrate, and comprising hydrogen atoms constituting the electrodeposition polymer material 10% to 90% are substituted with deuterium atoms, and the electrodeposition film has a transmission loss of 1 dB / cm or less with respect to light in a wavelength range of 700 nm to 1350 nm.
  However, in the present invention,A method of manufacturing an optical waveguide in which the first cladding layer, the core layer, and the second cladding layer are stacked without being dried by electrodeposition formation using an electrodeposition solution is employed..
[0042]
The electrodeposition liquid of the present invention can easily form a fine pattern, and by using an electrodeposition method or a photoelectrodeposition method with little harmful waste liquid, it is easy to make optical parts such as optical waveguides with a small transmission loss and a high accuracy. In addition, it can be manufactured with high productivity.
[0043]
When 10% to 90% of the hydrogen atoms constituting the electrodepositable polymer material are replaced with deuterium atoms, the light absorption rate in the infrared region due to the hydrogen atoms decreases, and thus The transmission loss of the electrodeposition film made of the electrodeposition material including the electrodeposition polymer material with respect to light in the wavelength range of 700 nm to 1350 nm can be suppressed to 1 dB / cm or less.
[0044]
The above transmission loss does not necessarily mean that the light is 1 dB / cm or less in the entire wavelength range of 700 nm to 1350 nm when the light is limited to a narrow wavelength band such as laser light. In the present invention, when the light used is laser light, at least in the wavelength range, the transmission loss is preferably in the wavelength band within the upper and lower ranges of 5 nm, more preferably in the upper and lower ranges of 10 nm with respect to a certain central wavelength λ nm May be 1 dB / cm or less.
[0045]
In the wavelength range of 700 nm to 1350 nm, the center wavelength λ is preferably a wavelength of 1300 nm or 1350 nm currently used. Further, in the near future, a wavelength range of 800 nm to 900 nm which is considered to be suitable for use in an optical material made of an organic material can be preferably used.
[0046]
In order to achieve such optical properties, it is necessary that 10% to 90% of the hydrogen atoms constituting the electrodepositable polymer material be replaced with deuterium atoms (hereinafter referred to as electrodeposition properties). The substitution of hydrogen atoms constituting molecules such as polymer materials with deuterium atoms may be abbreviated as “deuterium substitution”, and the substitution rate may be abbreviated as “deuterium atom substitution rate”). The deuterium atom substitution rate is represented by the molar ratio (%) of substituted deuterium atoms to all the hydrogen atoms constituting each polymer constituting the electrodepositable polymer material that is not deuterium substituted. The
[0047]
When the hydrogen atom constituting the electrodepositable polymer material has a deuterium atom substitution rate of less than 10%, the optical characteristics as described above cannot be achieved.
On the other hand, when the deuterium atom substitution rate is larger than 90%, problems occur in various characteristics other than the processing / formability of the electrodeposited film and the optical characteristics of the electrodeposited film. In addition, it may be difficult to produce an electrodepositable polymer material having such a deuterium atom substitution rate.
[0048]
The deuterium atom substitution rate is more preferably 20% to 60%, more preferably 30% to 60% from the viewpoints of the optical characteristics of the electrodeposited film as described above, various characteristics other than the optical characteristics, and the processing / formability of the electrodeposited film. 40% is more preferable.
[0049]
In order to easily deposit and form an electrodeposition film having optical characteristics as described above by electrodeposition, the electrodeposition polymer material has reduced solubility or dispersibility in an aqueous liquid due to pH change. A material is preferred. In order to satisfy such a condition, it is preferable that the electrodepositable polymer material contains a copolymer obtained by polymerizing at least a hydrophobic monomer and a hydrophilic monomer. Note that more detailed and desirable conditions for the electrodepositable polymer material will be described later.
[0050]
Furthermore, in order to suppress film quality deterioration after electrodeposition film formation such as film formation (adhesiveness on the substrate) of the formed electrodeposition film and generation of cracks due to changes in temperature and humidity, etc. The electrodepositable polymer material preferably contains a copolymer obtained by polymerizing at least a hydrophobic monomer, a hydrophilic monomer, and a plastic monomer.
Specific examples of the hydrophobic monomer, hydrophilic monomer, and plastic monomer as described above and other preferable characteristics will be described later.
[0051]
The electrodepositable polymer material used in the present invention is not particularly limited as long as it is deuterium substituted as described above, but the electrodepositable polymer material is at least one of hydrogen atoms constituting the monomer. It is preferable to contain a copolymer polymerized using at least one type of monomer in which part is deuterium substituted.
[0052]
That is, in a series of processes for synthesizing an electrodepositable polymer material comprising synthesis or preparation of a monomer as a starting material and polymerization using this monomer, an electrodeposition property is obtained using a monomer deuterated in advance. A polymeric material can be made.
[0053]
In addition, when synthesizing the electrodepositable polymer material by the method as described above, the ratio of the deuterium-substituted monomer in the monomer used and the deuterium atom substitution ratio of the deuterium-substituted monomer , Is not particularly limited.
However, the deuterium atom substitution rate of an electrodepositable polymer material comprising a copolymer polymerized using at least one monomer in which at least a part of hydrogen atoms constituting the monomer is substituted with deuterium However, it is necessary that both be selected so as to be within a range of 10% to 90%, and it is preferable that both be selected so as to be within a range of 25% to 60%.
When the deuterium substitution rate exceeds 60%, it becomes difficult to synthesize an electrodepositable polymer material, which requires a new synthesis step from the starting material, greatly increases the number of synthesis steps, and increases the production time. In some cases, the productivity is lowered and the manufacturing cost is increased. On the other hand, when the deuterium substitution rate is lower than 10%, the light transmission loss improving effect is lowered.
[0054]
In addition to the synthesis process described above, the electrodepositable polymer material used in the present invention is obtained through a synthesis process of deuterating a copolymer polymerized using only a monomer that is not deuterated. Of course it is possible. Whether the former synthesis process or the latter synthesis process is used is selected as necessary in consideration of various factors such as controllability of deuterium atom substitution rate, ease of polymerization, synthesis cost, etc. be able to.
[0055]
The former synthesis process is preferably used from the viewpoint of controllability of the deuterium substitution rate of the electrodepositable polymer material to be finally synthesized and ease of grasping the deuterium substitution rate.
This is because, in the former synthesis process, a deuterium-substituted monomer having a known deuterium ratio in the monomer (hereinafter sometimes abbreviated as “deuterium-substituted monomer”) is used. Therefore, the deuterium substitution rate of the electrodepositable polymer material can be easily calculated from the deuterium substitution rate of the deuterium substitution monomer and the ratio of the deuterium substitution monomer in the total monomers used in the synthesis, The deuterium substitution rate can be easily controlled by adjusting both values.
[0056]
An electrodepositable polymer material substituted with deuterium (hereinafter sometimes abbreviated as “substituted electrodeposition material”) is an electrodepositable polymer material that is not deuterated at all (hereinafter referred to as “unsubstituted electrodeposition material”). When the molecular structures of the two are substantially the same, other characteristics other than the transmission loss tend to be almost the same or close to each other.
On the other hand, in the design of conventional optical components such as optical waveguides, when selecting materials for the core layer and the cladding layer, it is necessary to determine the combination of materials in consideration of optical characteristics and various characteristics other than optical characteristics. was there. For example, in order to prevent the occurrence of cracks due to thermal shock or temperature change, it is necessary that the difference in the thermal expansion coefficients of the materials used for the core layer and the clad layer is small. That is, in the design of conventional optical components, it may be difficult to achieve both required optical characteristics and various characteristics other than the optical characteristics.
[0057]
However, when an optical component such as an optical waveguide is manufactured using a substituted electrodeposition material and a unsubstituted electrodeposition material having substantially the same molecular structure, with the former as a core layer and the latter as a cladding layer, for example, Since there is almost no difference in thermal expansion coefficient, it is not necessary to consider the occurrence of cracks.
As described above, when designing an optical component by combining a substituted electrodeposition material and an unsubstituted electrodeposition material, there are fewer mismatches and trade-offs between various characteristics other than transmission loss between optical materials used. Therefore, it is easier to design and optimize optical components than before.
[0058]
In addition, when a substituted electrodeposition material having the same or similar molecular structure is used in combination with an unsubstituted electrodeposition material, the durability of the electrodeposition film is reduced because the characteristics other than the transmission loss of both are close. This can be further improved, and the durability of optical components such as an optical waveguide manufactured using the same can be improved. In addition, since the refractive index of the electrodeposition film formed using the replacement electrodeposition material can be further improved, it can be used for other purposes and for various purposes as an optical member used when producing optical components. It becomes. Furthermore, by using a substitution electrodeposition material, a fine pattern of an optical component such as an optical waveguide can be formed with higher accuracy, and an optical component having excellent optical characteristics and a high degree of integration can be provided. That is, since the fine pattern can be formed with higher accuracy, the optical component can be further downsized, and the transmission loss due to the accuracy of the formed fine pattern can be further reduced.
[0059]
In addition, in order to form a fine pattern accurately or to form another layer on the surface of the electrodeposited film, the surface energy of the electrodeposited film is not preferable whether it is too large or too small. It is preferably in the range of approximately 27 to 53 dyn / cm. This is because, when the surface energy of the electrodeposition film is less than 27 dyn / cm, the patterning accuracy decreases, the adhesiveness with the film laminated on the surface of the electrodeposition film, This is because there is a case where a problem such as non-uniformity is likely to occur, and the patterning accuracy may be lowered even when it is larger than 53 dyn / cm.
However, in the electrodeposition film produced using the electrodeposition liquid of the present invention, the surface energy does not become too small or too large and can easily be within the range of 27 to 53 dyn / cm. Since it is possible, the above problems can be avoided.
[0060]
Next, the portions related to the electrodeposition liquid and other than the optical characteristics of the electrodeposition film formed using the same will be mainly described.
As described above, in order to facilitate the formation of an electrodeposited film by an electrodeposition method, the electrodepositable polymer material is a material whose solubility or dispersibility in an aqueous liquid decreases due to a change in pH. Preferably there is.
[0061]
In the present invention, as described above, the electrodepositable polymer material may contain a monomer having different properties, that is, a copolymer obtained by polymerizing at least a hydrophilic monomer and a hydrophobic monomer. It is important that the copolymer contains at least a copolymer obtained by polymerizing at least a hydrophilic monomer, a hydrophobic monomer, and a plastic monomer in addition to the former two monomers, and more desirably a plastic monomer. Is more desirable.
[0062]
When the electrodepositable polymer material contains such a copolymer, firstly, due to the action of the hydrophilic monomer unit, easy solubility in an aqueous medium can be secured, and second, the hydrophobic monomer unit. Due to the action, it is possible to quickly form an electrodeposition film with excellent water resistance due to its strong cohesive force. Third, the film formability (adhesiveness) on the electrodeposition material is improved by the action of the plastic monomer unit. In addition, by applying a low potential voltage, it is possible to form a film having a uniform film thickness and color density and having a smooth surface, and it is possible to avoid deterioration of film quality such as cracks after film formation (drying).
[0063]
In the case where the electrodepositable polymer material contains a copolymer obtained by polymerizing at least a hydrophilic monomer and a hydrophobic monomer, in the copolymer, the hydrophilic monomer to be copolymerized or the hydrophobic monomer The composition ratio (ratio of the number of hydrophilic monomers or hydrophobic monomers to the total number of monomers used for copolymerization (%)) is particularly high in precipitation efficiency due to pH change, and easily adheres, even at low potential. The following ranges are preferable in that a film can be formed and the liquid property of the electrodeposition solution can be stabilized.
[0064]
The composition ratio of the hydrophilic monomer to be copolymerized is 10 to 10 in that sufficient solubility or dispersibility is ensured with respect to the aqueous liquid (including the aqueous liquid subjected to pH adjustment).
-70% is preferable and 15-45% is more preferable.
If the composition ratio of the hydrophilic monomer is less than 10%, the solubility in water may be too low and may not be soluble in water, and if it exceeds 70%, it may be water-soluble to water-insoluble due to a change in pH, or On the other hand, it may be reversible and re-dissolved easily.
[0065]
The composition ratio of the hydrophobic monomer to be copolymerized is preferably 25 to 70%, more preferably 30 to 60%.
If the composition ratio of the hydrophobic monomer is less than 25%, the water resistance and film strength of the electrodeposition film may be insufficient. If the composition ratio exceeds 70%, the copolymer has an affinity for an aqueous solvent. The appropriate amount may not be dissolved due to the decrease, precipitation may occur, or the viscosity of the electrodeposition solution may become too high to form a uniform film.
On the other hand, it is preferable that the composition ratio of the hydrophobic monomer is within the above range because the affinity with the aqueous solvent is high, the liquidity of the electrodeposition liquid is stabilized, and the electrodeposition efficiency is high.
[0066]
From the above, from the viewpoint of steep change in state due to pH change and high hydrophilicity, styrene and its derivatives and (meth) acrylic acid and its derivatives are included in the copolymer component as monomers constituting the copolymer. A copolymer is particularly preferred.
[0067]
In the case where the electrodepositable polymer material contains a copolymer obtained by polymerizing at least a hydrophilic monomer, a hydrophobic monomer, and a plastic monomer, in the copolymer, a hydrophilic monomer to be copolymerized, a hydrophobic property The composition ratio of monomers and plastic monomers (ratio of the number of hydrophilic monomers, hydrophobic monomers, or plastic monomers to the total number of monomers used for copolymerization (%)) is particularly high in precipitation efficiency due to pH change. It is easy to adhere, can be formed even at a low potential, and exhibits a film-forming (hysteresis) characteristic that can form a uniform film, the liquid property of the electrodeposition liquid is stable, and it can be made a good film quality that hardly causes cracks, The ranges shown below are preferred.
[0068]
The composition ratio of the hydrophilic monomer to be copolymerized is preferably 10 to 30% from the viewpoint of ensuring sufficient solubility or dispersibility with respect to the aqueous liquid (including the aqueous liquid whose pH has been adjusted). 20% is more preferable.
If the composition ratio of the hydrophilic monomer is less than 10%, the solubility in water may be too low and may not be soluble in water. If it exceeds 30%, the water content may be insoluble due to a change in pH, or On the other hand, it may be reversible and re-dissolved easily.
[0069]
The composition ratio of the hydrophobic monomer to be copolymerized is preferably 15 to 45%, more preferably 25 to 39%.
When the composition ratio of the hydrophobic monomer is less than 15%, the water resistance and film strength of the electrodeposition film may be insufficient, and when it exceeds 45%, the copolymer has an affinity for an aqueous solvent. The appropriate amount may not be dissolved due to the decrease, precipitation may occur, or the viscosity of the electrodeposition solution may become too high to form a uniform film.
On the other hand, it is preferable that the composition ratio of the hydrophobic monomer is within the above range because the affinity with the aqueous solvent is high, the liquidity of the electrodeposition liquid is stabilized, and the electrodeposition efficiency is high.
[0070]
Furthermore, since the composition ratio of the plastic monomer affects the occurrence of cracks (cracks, etc.) in the formed electrodeposition film, it improves adhesion and adhesion to the electrodeposited material, improves film formability, and is dry. 30 to 70% is preferable and 40 to 58% is more preferable in terms of improving (softening) the later film quality.
If the composition ratio of the plastic monomer is less than 30%, the film formability deteriorates and a uniform film cannot be formed at a low potential, or cracks (film cracks) occur after film formation (drying). The film quality may deteriorate, and if it exceeds 70%, the mechanical strength of the film may be insufficient, or the formation of the edge portion may be lost.
[0071]
As described above, the glass transition point (Tg) of the copolymer is 5 to 150 ° C. in terms of imparting flexibility to the electrodeposition film and avoiding cracks (cracking) after film formation (drying). Preferably, 35-70 degreeC is more preferable.
The Tg value can be adjusted by changing the melting point and copolymerization ratio of the plastic monomer. For example, the copolymerization ratio of the plastic monomer may be changed according to the molecular weight.
[0072]
When the Tg value is less than 5 ° C., the mechanical strength and heat resistance of the film may be insufficient, or the formation of an edge may be poor. The film quality may not be maintained.
[0073]
The weight average molecular weight of the copolymer is preferably from 6000 to 30000, and more preferably from 13000 to 22000, from the viewpoint that the film properties (film thickness, surface smoothness, etc.) and the adhesive strength of the film are improved.
When the weight average molecular weight is less than 6000, the deposition amount of the electrodeposition material is small and the film is likely to be redissolved and the film may become non-uniform. When it exceeds 30000, cracks (cracks) occur in the electrodeposition film. Etc.) or the electrodeposited film may be pulverized and an electrodeposited film having high film quality fastness may not be obtained.
[0074]
The copolymer has a flow starting point of 180 ° C. or lower and a decomposition point of 150 ° C.
It is preferable that the temperature is higher than or equal to 220 ° C., preferably higher than or equal to 220 ° C., since the film properties of the electrodeposition film formed on the substrate are improved and deterioration due to subsequent electrodeposition is less likely to occur.
Further, the copolymer preferably has heat resistance. Specifically, the weight loss rate after heat treatment at 200 ° C. for 30 minutes is preferably within 10%, and at 250 ° C. for 30 minutes. More preferably, the weight loss rate after the heat treatment is within 5%.
[0075]
The balance between hydrophobicity and hydrophilicity required for a copolymer can be expressed, for example, by the number of hydrophobic monomers to be copolymerized and the number of hydrophilic monomers, but when the copolymer is an anionic polymer. Can also be represented by an acid value.
The acid value of the copolymer is preferably from 60 to 160, more preferably from 90 to 145, in view of good electrodeposition characteristics. If the acid value is less than 60, the affinity for an aqueous solvent may be lowered and precipitation may occur, or the viscosity of the electrodeposition solution may be too high, and a uniform electrodeposition film may not be formed, and exceeds 160. In such a case, the water resistance of the formed electrodeposition film may decrease, and the electrodeposition efficiency may decrease.
[0076]
The copolymer according to the present invention may be an anionic molecule having an anion dissociable group (for example, a carboxyl group) or a cation dissociable group (for example, an amino group, an imino group, etc.). It may be a cationic molecule. Which one is selected can be based on the solubility change characteristic corresponding to the change in pH of the electrodepositable polymer material.
[0077]
Among the copolymers, those copolymerized using a hydrophilic monomer containing a carboxyl group are preferable.
For example, in the case of an electrodepositable polymer material having a carboxyl group, the carboxyl group becomes dissociated and dissolves in an aqueous liquid when the pH is alkaline, and the dissociated state disappears and the solubility is reduced and precipitates in an acidic region. . In addition, the presence of the hydrophobic monomer unit, combined with the fact that the ion-dissociated group loses ionicity due to the change in pH as described above, provides the electrodepositable polymer material with a function of instantly depositing a film. Has been granted.
[0078]
The copolymer according to the present invention may be any of a block copolymer, a random copolymer, a graft copolymer, and a mixture thereof, more preferably a random copolymer or a block copolymer. Is preferred.
[0079]
The hydrophilic monomer constituting the copolymer has a property of being ionically dissociated in an aqueous liquid (including an aqueous liquid whose pH has been adjusted) and exhibiting sufficient solubility or dispersibility. The monomer preferably has a hydrophilic group capable of ion dissociation at least and exhibits hydrophilicity as a whole monomer.
[0080]
In addition, a specific characteristic of the hydrophilic monomer in terms of the molecular structure is that it always has an ion-dissociable hydrophilic group in the molecule. Examples of such a hydrophilic group include a carboxyl group, a hydroxyl group, and a sulfone group. Examples include acid groups
[0081]
Specific examples of the hydrophilic monomer include acrylic acid having 2 to 15 carbon atoms, more preferably 3 to 8 carbon atoms, derivatives thereof, methacrylic acid and derivatives thereof, maleic anhydride and derivatives thereof, fumaric acid and derivatives thereof. Preferred examples include crotonic acid and derivatives thereof, cinnamic acid and derivatives thereof, phthalic acid and derivatives thereof, and the like. In the copolymer, it suffices that at least one of the hydrophilic monomers is copolymerized, and two or more of them may be copolymerized.
[0082]
More specifically, as a hydrophilic monomer having an anionic dissociation group, for example, a monomer having a carboxyl group such as methacrylic acid, acrylic acid, maleic anhydride, propiolic acid, fumaric acid, itaconic acid, and derivatives thereof Is mentioned.
Among these, methacrylic acid, acrylic acid, and derivatives thereof are preferable because ionic molecules using these as monomers are steep in change in state due to change in pH and high in hydrophilicity to aqueous liquids.
[0083]
These hydrophilic monomers may be those obtained by substituting at least a part of hydrogen atoms in the molecule with deuterium atoms, as described above.
[0084]
The hydrophobic monomer that constitutes the copolymer has the property that its solubility changes due to changes in the hydrogen ion concentration (pH) and exhibits water insolubility. The monomer is preferably hydrophobic.
[0085]
In addition, a specific characteristic of the hydrophobic monomer in terms of the molecular structure is that it always has a hydrophobic group in the molecule. Such a hydrophobic group is not particularly limited as long as it exhibits hydrophobicity. Although not necessarily mentioned, for example, groups composed of nonpolar or small polar atomic groups such as chain hydrocarbon groups and aromatic hydrocarbon groups can be mentioned.
[0086]
Examples of the hydrophobic monomer include aliphatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbons having a polymerizable double bond. The alkene, diene or styrene having a carbon number of preferably 4 to 20, more preferably 5 to 10. And derivatives thereof. In the copolymer, at least one of the hydrophobic monomers may be copolymerized, and two or more of them may be copolymerized.
More specifically, for example, styrene, α-methylstyrene, α-ethylstyrene, and the like are preferable. Of these, styrene, α-methylstyrene, and derivatives thereof are preferable because they have high hydrophobization efficiency and good precipitation efficiency, and excellent controllability when copolymerizing with a hydrophilic monomer.
[0087]
These hydrophobic monomers may be those obtained by substituting at least some of the hydrogen atoms in the molecule with deuterium atoms, as described above. The copolymer obtained by polymerizing at least a hydrophilic monomer and a hydrophobic monomer is preferably a copolymer obtained by polymerizing at least styrene or a derivative thereof and (meth) acrylic acid as a monomer.
[0088]
The plastic monomer constituting the copolymer has the properties of electrodeposition film formation as described above and the property of suppressing film quality deterioration after the electrodeposition film formation, and at least the plastic group is necessarily present in the molecule. It is what has.
[0089]
The plastic monomer preferably has a glass transition point in the range of −125 ° C. to 50 ° C. when it is made into a homopolymer state, imparts appropriate rigidity to the electrodeposition film, and cracks the electrodeposition film. The glass transition point is more preferably in the range of −80 ° C. to 25 ° C. in terms of imparting plasticity that is difficult to occur.
When the glass transition point is less than −125 ° C., the electrodeposition film becomes too soft, and when it exceeds 50 ° C., an electrodepositable polymer material obtained by copolymerization using this plastic monomer. In some cases, cracks are likely to occur in the electrodeposited film comprising.
Specific characteristics of the plastic monomer in terms of the molecular structure are preferably those having an ester group in the molecule, but are not limited thereto, and may have any of the above characteristics. There is no particular limitation.
[0090]
Specific examples of the plastic monomer include monomers containing an ester group as described above, and preferred examples include methacrylic acid esters, acrylic acid esters, maleic anhydride esters, and derivatives thereof. It is done. In particular, when the plastic monomer is composed of methacrylic acid esters, the ester has preferably 1 to 20 carbon atoms, more preferably 2 to 10 carbon atoms. When the plastic monomer is composed of acrylic acid esters, the ester carbon number is 1-20 are preferable, and 2-9 are more preferable. Further, in the copolymer, at least one of the hydrophobic monomers may be copolymerized, and two or more of them may be copolymerized.
[0091]
Examples of the methacrylic acid esters and derivatives thereof include ethyl methacrylate and butyl methacrylate. Examples of the acrylate esters and derivatives thereof include methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, and acrylic. Examples include acid-n-hexyl and 2-ethylhexyl acrylate. Examples of maleic anhydride esters and derivatives thereof include methyl maleic anhydride and ethyl maleic anhydride.
[0092]
In addition, as described above, these plastic monomers may be those in which at least a part of hydrogen atoms in the molecule is substituted with deuterium atoms.
[0093]
From the above, from the viewpoint of steep change in state due to pH change and high hydrophilicity, as monomers constituting the copolymer, styrene and its derivatives, (meth) acrylic acid and its derivatives, and ester group-containing monomers Is particularly preferred as a copolymer component.
[0094]
In addition, it can also be set as the copolymer formed by superposing | polymerizing by adding another monomer to said 2 type or 3 types of monomer.
Examples of such a monomer include a monomer having a crosslinkable group. A copolymer obtained by polymerization using a monomer having such a crosslinkable group can be formed by cross-linking individual electrodepositable polymers by performing a heat treatment after forming an electrodeposition film. The mechanical strength and heat resistance of the deposited electrodeposition film can be improved.
[0095]
Examples of the crosslinkable group include an epoxy group, a blocked isocyanate group (including a group that can be changed to an isocyanate group), a cyclocarbonate group, and a melamine group.
Examples of the monomer having a crosslinkable group include glycidyl (meth) acrylate, (meth) acrylic acid azide, 2- (O- [1′-methylpropylideneamino] carboxyamino) ethyl methacrylate (Showa Denko ( Product name: Karenz MO1-BN), 4-((meth) acryloyloxymethyl) ethylene carbonate, (meth) acryloylmelamine, and the like. These crosslinkable monomers may vary depending on the type of monomer used, but are generally included in a proportion of 1 to 20 mol% of all monomers used when copolymerizing the electrodepositable polymer material. preferable.
[0096]
In addition to the monomer having a crosslinkable group, for example, in order to adjust the plasticity of the electrodeposited film, a small amount of a monomer that lowers the plasticity such as methyl methacrylate may be used as necessary. The other monomers are not limited to these examples, and monomers other than those described above can be used as necessary.
[0097]
The refractive index of the deuterium-substituted electrodepositable polymer material containing the copolymer as described above is
The range of about 1.4 to 1.6 is the same as that of ordinary polymer materials, and the composition of the electrodepositable polymer material is controlled or refracted to the electrodepositable polymer material as necessary. The desired refractive index can be adjusted by adding fine particles for controlling the refractive index.
[0098]
The electrodepositable polymer material having the characteristics as described above can be obtained by appropriately adjusting the types of hydrophilic group, hydrophobic group and plastic group, the balance of hydrophilic group and hydrophobic group, acid value, molecular weight and the like. As long as the electrodeposition polymer material contained in the electrodeposition liquid of the present invention does not impair the formation effect of the thin film, any of the materials described above can be arbitrarily combined, and two or more types of anionic molecules can be combined. A mixture of homopolar molecules, such as a mixture, or a mixture of heteropolar molecules, such as a mixture of anionic and cationic molecules.
[0099]
Next, the content of each component contained in the electrodeposition liquid will be described. The components constituting the electrodeposition liquid can be roughly classified into three types: electrodepositable polymer materials as described above, various other additives, and solvents, and are included in the electrodeposition liquid below. The contents of the electrodepositable polymer material and the solvent will be described. In addition, content (or addition amount) of various additives is mentioned later.
The content of the electrodepositable polymer material contained in the electrodeposition liquid is preferably 0.3 to 25% by mass, and more preferably 1.2 to 12% by mass. When the content is less than 0.3% by mass, the film formability is lowered and becomes unstable, and the film property may be inferior. When the content exceeds 25% by mass, the viscosity of the electrodeposition liquid increases. May cause manufacturing problems such as replenishment.
[0100]
As the solvent, at least one kind of water and / or a water-soluble solvent (hereinafter sometimes abbreviated as “water-soluble solvent”) is used, and the content of these solvents contained in the electrodeposition liquid is 60 It is preferable that it is -98 mass%, and it is more preferable that it is 75-95 mass%.
However, in the said range, it is preferable that content of the water contained in an electrodeposition liquid is 25-83 mass%, and it is more preferable that it is 55-75 mass%. Moreover, it is preferable that content of the water-soluble solvent contained in an electrodeposition liquid is 0.5-25 mass%, and it is preferable to exist in the range of 2.2-7 mass%.
[0101]
The water-soluble solvent means a water-soluble liquid having a boiling point of 110 ° C. or higher and a vapor pressure of 100 mHg (13.33 KPa) or lower at room temperature (20 ° C.). More preferably, the boiling point is 150 ° C. or higher and the vapor pressure at room temperature (20 ° C.) is 60 mHg (8.0 KPa) or lower.
Such a water-soluble solvent is not particularly limited as long as it satisfies the above conditions. For example, dimethylaminoethanol, ethylene glycol, diethylene glycol, polyethylene glycol, glycerin, ethyl cellosolve, methyl cellosolve, ethylene glycol mono Examples include ethyl ether and ethylene glycol dimethyl ether.
[0102]
The electrodeposition high molecular material has a liquidity change that causes precipitation by generating a supernatant from a dissolved state or a dispersed state in accordance with a change in pH value of an electrodeposition solution in which the electrodepositable polymer material is dissolved. It preferably occurs within 9, more preferably within 1.5.
When the pH range is within 2.9, the film can be deposited instantly even when a sharp pH change is caused by energization, and the cohesive strength of the deposited film is high, so that the film is re-dissolved in the electrodeposition liquid. The effect of reducing the speed is excellent. When the pH range exceeds 2.9, the film deposition rate for obtaining a film having a sufficient thickness is likely to decrease, or the water resistance of the film is lacking.
[0103]
Furthermore, the electrodeposition liquid in a state where the electrodepositable polymer material is dissolved has characteristics that it is difficult to re-dissolve in addition to a sharp change in state that causes precipitation with respect to a change in pH value. It is preferable. This characteristic is a so-called hysteresis characteristic. For example, in the case of an anionic electrodeposition material, precipitation occurs rapidly due to a decrease in pH, but even if the pH increases (for example, at the end of electrodeposition, that is, voltage application). It means that re-dissolution does not occur abruptly and the precipitation state is maintained for a certain period of time. On the other hand, those that do not exhibit hysteresis characteristics have increased solubility even when the pH is slightly increased, and the deposited film tends to be redissolved.
[0104]
Also, if electrodeposition is performed under conditions such that the solubility of the electrodepositable polymer is saturated before the thin film is formed, it is difficult to redissolve after the thin film is formed. However, in the photodeposition method described later, when a film is formed at the pH of an unsaturated solution, the film starts to dissolve again as soon as light irradiation is stopped, even if a thin film is formed. Therefore, it is desirable to form the thin film at a pH of the solution that saturates the solubility, and therefore it is necessary to adjust the electrodeposition solution using acid or alkali at the desired pH.
[0105]
The pH adjusting agent that adjusts the pH of the electrodeposition liquid is an inorganic alkali agent--for example, a water-soluble sodium compound or lithium compound, because silicon-based electronic components such as thin film transistors may exist on the substrate used for electrodeposition. Alternatively, potassium compounds and the like are difficult to use because they react with the silicon material and impair electronic device characteristics.
Therefore, in such a case, it is preferable to use ammonium compounds such as quaternary ammonium compounds and tetraalkylammonium compounds, and saturated or unsaturated amines. Even if such a compound is present in the electrodeposition liquid, it does not adversely affect the characteristics of silicon-based electronic components such as thin film transistors.
[0106]
Examples of the ammonium compound include ammonia water, tetraethylammonium perchlorate, tetramethylammonium perchlorate, tetrapropylammonium perchlorate, triethylpropylammonium perchlorate, methyltriethylammonium hydroxy, tetramethylammonium hydroxy, tetraethylammonium hydroxy. Etc. Examples of the amines include methylaminoethanol, dimethylaminoethanol, ethylaminoethanol, ethylenediamine, propylenediamine, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, monoethylamine, diethylamine, triethylamine, propylamine, dipropylamine, and butylamine. And pentylamine. These pH adjusters may be used alone or in combination of two or more.
[0107]
In addition, since there is a possibility that the material system may be adversely affected by concentration of the liquid that remains attached after film formation, it is preferable to remove the pH adjuster as a post-treatment before the manufacturing process is completed. Therefore, by using a pH adjuster having a boiling point of 200 ° C. or less, the removal efficiency is high by simple heat treatment, and the pH adjuster can be easily removed. Therefore, the organic material of the pH adjuster includes, for example, an ammonium compound, an amine compound, a quaternary ammonium compound, and the specific examples are organic pH adjusters and have a boiling point of 200 ° C. or less, preferably It is preferable to use a material in the range of 50 ° C to 160 ° C. Those having a temperature of 50 ° C. or less are highly likely to evaporate from the liquid in a gas state at all times, causing a problem in the stability of the pH of the electrodeposition solution, and those having a boiling point higher than 200 ° C. The difficulty increases, the efficiency of removal from the electrodeposition film decreases, and the heat treatment temperature increases, resulting in a large risk in the removal process.
[0108]
The concentration of the pH adjusting agent contained in the electrodeposition liquid is preferably in the range of 5 mmol / liter to 50 mol / liter, more preferably in the range of 20 mmol / liter to 5 mol / liter, and 50 mmol / liter. A range of from 1 to 0.5 mol / liter is particularly preferred.
[0109]
Next, the conductivity of the electrodeposition liquid will be described. The conductivity is related to the amount of electrodeposition per unit time (electrodeposition film formation rate). The higher the conductivity, the thicker the electrodeposition film deposited in a certain time, and the amount of electrodeposition is It tends to saturate at about 1 mS / cm or less.
In consideration of the balance between the electrodeposition film formation speed and the controllability at the time of electrodeposition film formation, the conductivity of the electrodeposition liquid is preferably within the range of 0.1 mS / cm to 100 mS / cm, and 1 mS / cm to 15 mS. More preferably within the range of / cm. When the conductivity of the electrodeposition liquid is less than 0.1 mS / cm or less, a sufficient current cannot be obtained, so the electrodeposition film formation rate becomes too low, and the electrodeposition film having a desired film thickness is not obtained. It may take time to form. Moreover, when it is larger than 100 mS / cm, the controllability of the electrodeposition amount may be deteriorated.
[0110]
If the conductivity of the electrodeposition liquid is insufficient, ions that do not affect electrodeposition, such as NH4+The rate of electrodeposition film formation can be controlled by adding ions or Cl- ions to the electrodeposition solution. Usually, the electrodeposition liquid increases the conductivity by adding a supporting salt. Commonly used supporting salts in electrochemistry are alkali metal salts such as NaCl and KCl, ammonium chloride, ammonium nitrate, tetraethylammonium perchlorate (EtFourNClOFour) And the like are used. These supporting salts can also be used in the present invention.
[0111]
Since the electrodepositable polymer material described above has the optical characteristics as described above, it is suitable as a material for forming an optical component such as an optical waveguide.
In addition, ultraviolet rays are not absorbed even when dissolved in water as an electrodeposition solution, so that the patterned semiconductor can be irradiated with pattern ultraviolet rays through the electrodeposition solution. Furthermore, since it can be electrodeposited at a low potential, the amount of oxygen gas generated at the time of film formation is small, so that the generated oxygen dissolves and the film surface is maintained smooth without causing a large bubbling phenomenon. An electrodeposition pattern can be formed by photovoltaic power generated by an optical semiconductor.
The potential at the time of electrodeposition is not particularly limited, but is preferably 9 V or less, and more preferably 4 V or less.
[0112]
The deposition film material used for electrodeposition is preferably a conductive material, or a layer made of a conductive material is preferably provided on the surface of the deposition film material on which the electrodeposition film is formed. Further, it is more preferable that the conductive material also serves as an anode electrode.
Such a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity. For example, iron and its compound material, nickel and its compound material, zinc and its compound material, copper and its compound material, titanium and The compound material, chromium, its compound, etc. can be used, and what contains 2 or more types other than what contains 1 type of these materials can be used.
[0113]
Next, the case where a core layer and a clad layer are formed using an electrodepositable polymer material will be described. In this case, a method for causing a difference in refractive index between the core layer and the clad layer is as follows.
(1) As the electrodeposition liquid for the clad layer, the one containing the electrodeposition polymer as described above is used. On the other hand, as the electrodeposition liquid for core formation, in addition to the electrodeposition polymer, the electrodeposition high Use is made by dispersing fine particles having a higher refractive index than molecules.
(2) An electrodeposition liquid containing the above-mentioned electrodeposition polymer is used as the core layer electrodeposition liquid. On the other hand, as the electrodeposition liquid for clad formation, in addition to the electrodeposition polymer, the electrodeposition high Use is made by dispersing fine particles having a lower refractive index than molecules.
(3) The core layer electrodeposition liquid is obtained by dispersing fine particles having a refractive index higher than that of the electrodepositable polymer in addition to the above electrodepositable polymer, and the clad layer electrodeposition liquid. In addition to the electrodepositable polymer, a dispersion in which fine particles having a refractive index lower than that of the electrodepositable polymer is used.
(4) As the electrodeposition liquid for the clad layer, the one containing the electrodeposition polymer as described above is used. On the other hand, as the electrodeposition liquid for core formation, the electrodeposition liquid having a higher refractive index than the electrodeposition polymer is used. Uses dispersed molecules.
[0114]
The difference in refractive index between the core layer and the cladding layer as described above uses two types of electrodepositable polymer materials having different refractive indexes and / or electrodeposited polymer materials to which fine particles for adjusting the refractive index are added. It is possible to adjust by using as appropriate.
Next, the fine particles for adjusting the refractive index of the core layer and / or the clad layer added to the electrodeposition solution will be described. The number average particle diameter of the fine particles is preferably 0.2 to 150 nm, more preferably 20 to 85 nm, from the viewpoint of dispersibility in the electrodeposition liquid and transparency of the electrodeposition film. If the number average particle diameter is less than 0.2 nm, the cost during production increases, and stable quality may not be obtained. 150 nm (that is, the longest in the wavelength range used for communication). If it exceeds 1/10 of the wavelength band of 1.5 μm, depending on the wavelength band to be used, transparency may be deteriorated and internal irregular reflection may be caused, and internal loss may increase.
[0115]
The addition amount of these fine particles to the electrodeposition liquid is preferably in the range of 0.5 to 25% by mass, and more preferably in the range of 1.2 to 6% by mass. When the addition amount is less than 0.5% by mass, a difference in refractive index between the core layer and the clad layer may not be obtained. On the other hand, when the amount is more than 25% by mass, the viscosity of the electrodeposition liquid in which the fine particles are dispersed increases and the thixotropy increases, and the electrodeposition liquid is transported and supplied during electrodeposition. Problems may occur in terms of agitation, uniformity, flow path resistance, and the like.
[0116]
Examples of the high refractive index fine particles added to the core layer electrodeposition liquid include titanium oxide and zinc oxide. Examples of the low refractive index fine particles added to the clad layer electrodeposition liquid include fluorine compounds such as magnesium fluoride. Materials.
[0117]
Next, regarding the removal of the unnecessary electrodeposition liquid on the electrodeposition substrate after electrodeposition, an unnecessary electrodeposition liquid adheres to various places on the electrodeposition substrate immediately after electrodeposition. In order to remove the unnecessary electrodeposition liquid with high integrity, washing off by liquid washing is an effective means. In particular, cleaning with an inert liquid that is transparent and highly safe is effective. However, since it is immediately after electrodeposition, the electrodeposited film is short of strength both physically and chemically.
[0118]
For this reason, it becomes an effective method to wash off the electrodeposited film with a cleaning liquid in which solidification is further promoted while cleaning and removing unnecessary liquid. As an effective liquid, an aqueous liquid having a pH value that is more likely to precipitate than the deposition start pH value of the electrodeposition liquid, that is, the electrodeposition film itself is brought into contact with this liquid, so that solidification is promoted and unnecessary. The colorant components of the electrodeposition liquid aggregate and lose adhesion, and are easily washed off. A cleaning solution using this phenomenon is a very effective means for this post-processing step. As a result, the pH value inside the electrodeposition film is also lower than that during electrodeposition. Of course, the electrodeposition film is on the deposition side from the deposition starting pH value of the electrodeposition liquid, and it is more robust and has higher resolution and finer. A simple pattern can be formed. In order to further enhance the effects of cleaning of the cleaning liquid and hardening of the film, it is preferable to set the pH value to a value at which it is more likely to precipitate 0.3 or more than the deposition starting point pH value of the electrodeposition liquid. On the other hand, when the value is 1.5 or more, re-dissolution of the deposited film occurs remarkably.
[0119]
(Electrodeposition method)
Using the electrodeposition liquid of the present invention as described above, JP-A-10-119414, JP-A-11-189899, JP-A-11-15418, JP-A-11-174790, JP-A-11- An electrodeposition film can be formed on a substrate by using an electrodeposition method or a photoelectrodeposition method described in JP-A No. 133224, JP-A No. 11-335894, or the like. Therefore, it is possible to create an optical component such as an optical waveguide having desired optical characteristics.
[0120]
Basically, the electrodeposition method is a method in which a patterned conductive thin film is provided on an insulating substrate, and the solubility or dispersibility in an aqueous liquid is reduced by changing the pH value by electrolysis of water. A voltage is applied between the conductive thin film and the counter electrode in an aqueous electrodeposition liquid containing a film-forming material to be disposed so that at least the conductor thin film is in contact with the electrodeposition liquid, and the conductive In this method, the material is deposited on a thin film.
[0121]
In addition, the photo-deposition method uses a photovoltaic force generated in a photo-semiconductor thin film, and a conductive thin film and a photo-semiconductor thin film stacked in this order on an insulating substrate are subjected to an aqueous liquid by changing pH. Irradiating a selected region of the optical semiconductor thin film with a water-based electrodeposition liquid containing a film forming material whose solubility or dispersibility is lowered, with at least the optical semiconductor thin film being in contact with the electrodeposition liquid. Thus, a voltage is applied between the photo-semiconductor thin film and the counter electrode in the selected region, and the material is deposited in the selected region of the semiconductor thin film.
[0122]
By using these various electrodeposition methods and photodeposition methods, electrodeposition can be performed at a low potential of 4.5 V or less, preferably 3.5 V or less without applying a voltage higher than 9 V, and a thin film is formed. Because there is little energizing current, the generated oxygen gas dissolves almost in the electrodeposition station, and good high film properties are obtained without producing foam marks on the surface of the thin film due to foaming during electrodeposition. I can do it. Thereby, a fine pattern can be formed with high accuracy.
[0123]
Moreover, in the conventional pattern forming method using a photosensitive resin, the film thickness of the photosensitive resin is accurately controlled on the substrate and applied to one surface, and then a large amount of an alkaline solution is developed through an exposure process. The pattern of the optical waveguide is formed through a step of using and developing. However, since the alkaline solution used for development is all a waste solution, there is a problem in the environment, technology, and cost, such as a large burden on the environment and a complicated and long pattern accuracy and process.
However, the film thickness can be easily controlled by adjusting the light irradiation time or voltage application time, and the etching process using a developer for pattern formation is unnecessary and the load on the environment is small. In terms of environment, technology and cost.
[0124]
On the other hand, an attempt has been made to fabricate an element in which an electronic circuit and an optical circuit are mixedly mounted on a substrate. However, in the conventional method, a circuit formed first is etched by patterning of a circuit to be formed next. There was a risk of injury. However, such a problem can be avoided because there is no etching process in the pattern forming method by the photo-deposition method.
As described above, the method for forming a fine pattern by the electrodeposition method or the photo-deposition method described above using the electrodeposition liquid of the present invention is a simple method and a method with a low environmental load. For this reason, for the production of optical components such as various optical waveguides, optical integrated circuits, and optical wiring boards used in the fields of general optics and micro-optics that require high precision and high productivity, and the fields of optical communication and optical information processing. It is advantageous.
[0125]
Note that the substrate used for manufacturing an element provided with both an electronic circuit and an optical circuit on the substrate is not particularly limited, but a semiconductor or the like is processed in advance on at least the surface on which the electrodeposition film is formed. Various electronic circuits formed in this manner may be provided. Alternatively, at least the surface on which the electrodeposited film is formed is covered with a material capable of forming an electronic circuit, such as a semiconductor material such as a crystalline, microcrystalline, or amorphous silicon material, or a metal material. It may be.
[0126]
Next, a case where an electrodeposition film is formed by a photodeposition method using the electrodeposition liquid of the present invention will be described by taking as an example a case where an optical waveguide is formed by forming an electrodeposition film on a substrate.
The substrate for optical waveguide fabrication used in the pre-photodeposition method (hereinafter referred to as “optical waveguide fabrication substrate”) is obtained by laminating a conductive thin film and an optical semiconductor thin film in this order on an insulating substrate. As the substrate, a glass plate, a quartz plate, a plastic film, an epoxy substrate, etc., the conductive thin film is ITO, indium oxide, nickel, aluminum, etc., and the optical semiconductor thin film will be described in detail later, For example, a titanium oxide thin film is used. In the case where light is applied to the optical semiconductor thin film through the insulating substrate, the insulating substrate and the conductive thin film must be light transmissive. However, this does not apply when light is irradiated through the electrodeposition solution.
[0127]
The “selection region” described above refers to not only a partial region of the optical waveguide production substrate but also a whole region when an optical waveguide is produced by the photo-deposition method using the electrodeposition liquid of the present invention. For example, when the clad layer is formed on the entire surface of the substrate, it means that the entire surface is irradiated with light or a uniform bias voltage is applied to the entire surface. A core layer and / or a clad layer can be produced by such a method.
[0128]
When the clad layer and the core layer are formed on the substrate by using the electrodeposition liquid of the present invention, the clad layer is formed using the clad forming electrodeposition liquid, and then the formed clad layer is dried. Instead, the core layer can be formed using the electrodeposition liquid for core formation. Of course, the reverse is also true.
Further, when a clad layer-core layer-cladding layer laminate is formed, the clad forming electrodeposition solution is used to dry the clad layer and core layer formed as described above without drying them. Further, a cladding layer can be formed.
[0129]
When moisture is removed after drying, the clad layer or core layer is insulative, so that the core layer or clad layer cannot be overlaid by the photo-deposition method. The conductivity of the electrodeposition film can be maintained, and another layer can be laminated on the core layer or the clad layer.
[0130]
When the clad layer and the core layer are laminated by the method of the present invention and the clad layer is formed on the entire surface, first, the clad forming electrodeposition solution is used, and the optical waveguide production substrate or After the clad layer is formed by irradiating light onto the selected region (entire surface) of the deposition substrate, the core forming electrodeposition solution is used to dry the clad layer without drying the formed clad layer. A core layer can be formed by light irradiation.
[0131]
Further, without drying the clad layer and the core layer formed as described above, the clad forming electrodeposition solution is used to irradiate the entire surface with light or apply a bias voltage to the entire surface of the core layer. Furthermore, a clad layer can also be formed (lower clad layer / core layer / upper clad layer structure).
Furthermore, when forming the cladding layer, it is possible to electrodeposit the cladding layer by applying a voltage exceeding the Schottky barrier of the optical semiconductor thin film of the optical waveguide fabrication substrate without irradiating light. is there. In this method, the exposure process can be omitted, and the method becomes simpler.
[0132]
Next, an optical semiconductor thin film used for the photo-deposition method will be described. As the optical semiconductor thin film used for the photo-deposition method, basically, any transparent thin film semiconductor that generates an electromotive force by light irradiation can be used.
Specifically, the semiconductor includes GaN, diamond, c-BN, SiC, ZnSe, TiO.2One or more types such as ZnO are contained. Of these, titanium oxide is preferably used because its absorption is only 400 nm or less.
[0133]
As a method of providing a titanium oxide semiconductor thin film on a substrate, there are a thermal oxidation method, a sputtering method, an electron beam evaporation method (EB method), an ion plating method, a sol-gel method, and the like. As a result, a product with good characteristics can be obtained.
However, when the substrate has a low heat resistance, for example, a plastic film, or when an optical waveguide is formed on a substrate provided with TFTs, a film forming method that does not adversely affect the plastic film or TFT is selected. There is a need. The sol-gel method can form titanium oxide having high optical activity as an optical semiconductor. However, since it is necessary to sinter at around 500 ° C., when using a plastic film substrate having only heat resistance of about 200 ° C., or 250 ° C. It is difficult to produce a titanium oxide film on a substrate provided with a TFT that cannot be heated as described above.
[0134]
However, in the case of using a plastic film substrate, it is possible to form a film at 200 ° C. or less if possible at a temperature as low as possible, and a sputtering method, particularly an RF sputtering method, which is a film forming method with relatively little damage to the substrate. Preferably used. When using a substrate provided with a TFT, a laser annealing method, an electron beam heating method, or a coating solution for forming a thin film in which photocatalytic titanium oxide fine particles are dispersed (TOTO Corporation or Nippon Soda Co., Ltd.) Etc.) (e.g., lift-off method using a photoresist), and a method of forming a titanium oxide thin film at a low temperature is applied.
[0135]
In order to form an anatase-type titanium oxide thin film with high optical activity, it is preferable to use an RF sputtering method, and this method is easy to obtain a relatively high photovoltaic power.
The thickness of the optical semiconductor thin film is in the range of 0.05 μm to 3 μm in which good characteristics are obtained. If the thickness is less than 0.05 μm, light absorption tends to be insufficient, and a sufficient photocurrent cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 3 μm, the film forming property such as cracks in the film tends to be deteriorated, so the above range is appropriate. When the optical semiconductor thin film is titanium oxide or zinc oxide, a substrate having the optical semiconductor thin film on the surface can be produced by oxidizing the titanium or zinc plate as described above.
[0136]
Next, a method for producing an optical waveguide using an electrodeposition method will be described. In this method, a substrate for producing an optical waveguide in which a conductive thin film or a patterned conductive thin film is provided on an insulating substrate is used, and the solubility or dispersibility in an aqueous liquid is lowered by changing the pH. A voltage is applied between the conductive thin film and the counter electrode in an aqueous electrodeposition liquid containing a film forming material so that at least the conductive thin film is in contact with the electrodeposition liquid, and the conductive thin film The material is deposited on the substrate. As the insulating substrate, the same one as in the case of the photo-deposition method can be used. The patterned conductive thin film is formed by patterning the conductive thin film by a conventional method, or by applying an insulating film leaving only a necessary portion on the conductive substrate and exposing the patterned conductive portion. May be used. Using these substrates, a clad layer or a core layer can be produced by an electrodeposition method.
[0137]
Next, the electrodeposition apparatus used when producing by the photo-deposition method and the electrodeposition method will be described.
In the photo-deposition method, the method of selectively irradiating light to the optical semiconductor thin film is not particularly limited. In addition to the method using a photomask, laser exposure may be mentioned. It is preferable to use a mask.
[0138]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of an electrodeposition apparatus using a projection exposure apparatus, which is used when manufacturing an optical waveguide. The electrodeposition apparatus of FIG. 1 uses a photomask and forms an optical waveguide by a photo-deposition method. The electrodeposition apparatus shown in FIG. 1 includes a light source (not shown) for irradiating ultraviolet rays, an imaging optical system having a first imaging optical lens 72 and a second imaging optical lens 73, a first A photomask 71 inserted between the imaging optical lens and the second imaging optical lens, an electrodeposition tank 80 containing an electrodeposition solution, a means 90 for applying voltage such as a potentiostat, a counter electrode 91, a saturated calomel A reference electrode 92 such as an electrode is provided.
[0139]
In the electrodeposition apparatus, a mirror reflection optical system can be used instead of the imaging optical system. And as shown in FIG. 1, the optical waveguide production board | substrate is arrange | positioned and used for the said electrodeposition apparatus in an electrodeposition tank. By using the projection optical system as described above, pattern exposure can be imaged on the optical semiconductor thin film, and the resolution of the optical waveguide can be improved in a short exposure time.
[0140]
The distance between the imaging optical lens of the imaging optical system and the light-transmitting substrate surface is preferably 1 mm to 50 cm from the viewpoint of handling, and the focal depth of the imaging optical system is ± 10 to ± 100 μm. This range is preferable from the viewpoint of accuracy and handling.
[0141]
In addition, when the photomask and the optical semiconductor thin film are close to each other, it is not necessary to use an apparatus having an exposure apparatus having an imaging optical system or a mirror reflection optical system as described above, but a parallel light or contact type exposure apparatus. Can be irradiated with light. As the irradiation light source, for example, a uniform irradiation light source of Hg—Xe can be used.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example of an electrodeposition apparatus using a proximity exposure apparatus used when manufacturing an optical waveguide. In the electrodeposition apparatus shown in FIG. 2, the Hg—Xe uniform irradiation light source 75 is used, the photomask 71 is placed in close proximity to the liquid surface, and the optical waveguide fabrication substrate is placed near the photomask to form a fine pattern. Formation is possible. In this case, it is desirable that the water depth of the electrodeposition liquid on the optical waveguide substrate is as shallow as possible.
[0142]
In addition to this, when exposing an optical semiconductor thin film through an insulating substrate, the insulating substrate is made 0.2 mm or less to prevent light diffraction, and by exposing a photomask in close contact with the substrate, A pattern with excellent resolution can be obtained. A plastic film is suitably used as the insulating substrate of 0.2 mm or less.
[0143]
Of course, if the exposure time may be long, light irradiation can be performed by an inexpensive scanning laser writing apparatus.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing an example of an electrodeposition apparatus using a scanning laser exposure apparatus, which is used when manufacturing an optical waveguide. The electrodeposition apparatus in FIG. 3 can irradiate a selected region with laser light. A scanning laser writing device 78 for irradiating a laser beam such as a He-Cd laser, an electrodeposition bath 80 containing an electrodeposition solution, a means 90 for applying voltage such as a potentiostat, a counter electrode 91, a saturated calomel electrode A reference electrode 92 is provided.
In addition to this, a cheaper proximity type exposure apparatus can be used as long as the pattern resolution allows.
[0144]
In the photo-deposition method, the exposure may be performed from the insulating substrate side of the optical waveguide fabrication substrate or the deposition substrate or from the optical semiconductor thin film side. In the case of exposure from the optical semiconductor thin film side, the substrate is immersed in an electrodeposition solution, but the electrodeposition solution used in the present invention does not absorb ultraviolet rays used as irradiation light. An optical semiconductor thin film can be exposed through a liquid. FIG. 1 shows the case where exposure is performed from the insulating substrate side, and FIGS. 2 and 3 show the case where exposure is performed from the optical semiconductor thin film side.
In the photo-deposition method, when an electromotive force sufficient for electrodeposition can be obtained by an optical semiconductor, it is not necessary to apply a bias voltage by a voltage application device.
[0145]
Further, FIG. 4 shows a conceptual diagram of an apparatus for producing an optical waveguide by an electrodeposition method. This apparatus includes an electrodeposition tank 80 containing an electrodeposition liquid, a means 90 for applying a voltage such as a potentiostat, and a counter electrode. A reference electrode 92 such as an electrode 91 and a saturated calomel electrode is provided. This figure shows that a conductive film is provided on the entire surface of the substrate to form a cladding layer.
In FIG. 1 to FIG. 4, the voltage application device is connected to the conductive thin film. In the photo-deposition method, the photo semiconductor thin film functions as a working electrode.
[0146]
(Optical components such as optical waveguides and manufacturing methods thereof)
Next, an optical component such as an optical waveguide produced by an electrodeposition method or a photo-deposition method using the electrodeposition liquid of the present invention described above and a method for producing the same will be described.
That is, the present invention is an optical component that transmits information using light in a wavelength range of at least 700 nm to 1350 nm and a method for manufacturing the same, and at least a part of the optical transmission portion of the optical component is the present invention. It is produced using the electrodeposition liquid. Furthermore, when forming an optical component using the electrodeposition liquid of the present invention, the optical component is more preferably an optical waveguide. The optical component is preferably a lens.
[0147]
The light transmission portion means only a portion where light is directly transmitted, and a portion that indirectly contributes to light transmission, for example, a cladding layer to prevent leakage of light transmitted through the core layer. It does not mean a part having a special function. However, the optical component obtained by the present invention is formed by using the electrodeposition liquid of the present invention as long as at least a part of the light transmission part is formed by the electrodeposition liquid of the present invention. May be. The optical component obtained by the present invention may be combined with an electrical component such as a semiconductor circuit or a laser diode and / or a photoelectric conversion component.
Accordingly, the optical component such as an optical waveguide obtained by the present invention has the optical characteristics as described above, particularly the information using infrared light because the portion formed using the electrodeposition liquid of the present invention has the optical characteristics as described above. Can be used for transmission.
[0148]
Next, an optical component obtained by the present invention and a manufacturing method thereof will be described with respect to a case where the optical component is manufactured by a photo-deposition method using an optical waveguide as an example. However, the present invention is not limited to the following examples.
[0149]
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of an optical waveguide manufactured according to the present invention and a process for forming the same. FIGS. 5A to 5D show a case where a cladding layer is formed on the entire surface of a substrate. The formation process of an optical waveguide is shown. FIG. 5A shows an example of an optical waveguide manufacturing substrate, 10 is an insulating substrate, 12 is a conductive film, and 14 is an optical semiconductor thin film. In FIG. 5B, the electrodeposition liquid for the clad layer is used on the optical semiconductor thin film, and the entire surface is irradiated with light, or a voltage exceeding the Schottky barrier of the optical semiconductor thin film is applied without light irradiation. It is a figure which shows the state which formed the clad layer 16 (undried state) by.
[0150]
FIG. 5C shows a state in which the core layer 18 is formed in the selected region by irradiating the selected region with light using the core layer electrodeposition liquid on the clad layer in an undried state. FIG. 5D shows a Schottky barrier that the photo semiconductor thin film has on the undried core layer 18 by using a clad layer electrodeposition solution or with or without light irradiation on the entire surface. It is a figure which shows the state which formed the clad layer 20 (undried state) by applying the voltage exceeding. Thereafter, each layer is dried to form an optical waveguide. In this manner, an optical waveguide can be manufactured as shown in FIG.
[0151]
Next, another optical waveguide manufactured according to the present invention when the cladding layer is not formed on the entire surface of the optical waveguide manufacturing substrate, and the process of forming the optical waveguide will be described with reference to the drawings.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing another example of an optical waveguide manufactured according to the present invention and its formation process. FIGS. 6A to 6E show a clad layer provided on the entire surface of a substrate. The formation process of the optical waveguide when it is not done is shown. FIG. 6A shows an optical waveguide manufacturing substrate similar to that shown in FIG. FIG. 6B is a diagram showing a state in which the lower clad layer 16 (undried state) is formed by using the electrodeposition liquid for the clad layer on the optical semiconductor thin film and irradiating the selected region with light.
[0152]
FIG. 6C shows a state in which the core layer 18 is formed in the selected region by irradiating the selected region with light using the core layer electrodeposition liquid on the undried lower clad layer 16. . FIG. 6D is a diagram in which the side cladding layer 17 is formed on the side surface of the core layer 18 in an undried state by using the electrodeposition liquid for the cladding layer and irradiating the selected region with light. Further, FIG. 6E is a diagram in which the upper clad layer 20 is formed on the clad layer 17 and the core layer 18 in an undried state by using a clad layer electrodeposition solution and irradiating a selected region with light. is there. In this way, an optical waveguide as shown in FIG. 6E can be obtained.
[0153]
In this aspect, an optical functional component such as an optical waveguide or a microlens array can be formed in a portion where no clad layer is present on the optical waveguide fabrication substrate by further performing a similar photoelectric deposition process. Furthermore, since the obtained optical waveguide has high accuracy and the upper portion of the optical waveguide is flat, it is easy to provide an optical functional component on the upper portion of the optical waveguide with high accuracy by a separate process.
[0154]
Moreover, in the said photoelectric deposition method, you may use what provided the optical-semiconductor thin film on the electroconductive board | substrate as an optical waveguide preparation board | substrate. As a material for the conductive substrate, at least one selected from iron and its compounds, nickel and its compounds, zinc and its compounds, copper and its compounds, titanium and its compounds, and mixed materials thereof can be used. In addition to this, a conductive plastic film can also be used as the conductive substrate.
[0155]
When the optical semiconductor is titanium oxide or zinc oxide, the optical semiconductor thin film is formed on the surface of the plate by oxidizing the surface of the metal titanium or metal zinc plate in addition to the method described below. Can do. In this case, the optical waveguide fabrication substrate or the deposition substrate is composed of a conductive substrate and an optical semiconductor thin film thereon.
[0156]
For the oxidation treatment, an inexpensive method such as high-temperature heat treatment in air or anodization treatment can be used, and a light-transmitting semiconductor thin film can be formed without using an expensive sputtering method. It should be noted that it is desirable to perform an insulating film treatment on the portion of the base metal substrate that has not been oxidized to avoid unnecessary electrodeposition film formation.
[0157]
Next, a method for producing an optical waveguide using an electrodeposition method will be described. In this method, a substrate for producing an optical waveguide in which a conductive thin film or a patterned conductive thin film is provided on an insulating substrate is used, and the solubility or dispersibility in an aqueous liquid is lowered by changing the pH. A voltage is applied between the conductive thin film and the counter electrode in an aqueous electrodeposition liquid containing a film forming material so that at least the conductive thin film is in contact with the electrodeposition liquid, and the conductive thin film The material is deposited on the substrate.
[0158]
As the insulating substrate, the same one as in the case of the photo-deposition method can be used. The patterned conductive thin film is formed by patterning the conductive thin film by a conventional method, or by applying an insulating film leaving only a necessary portion on the conductive substrate and exposing the patterned conductive portion. May be used. Using these substrates, a clad layer or a core layer can be produced by an electrodeposition method.
[0159]
Note that the wet electrodeposition film deposited from the electrodeposition liquid has mist-like moisture adsorbed on the surface thereof or contains moisture in the film. Since such residual moisture causes a decrease in light transmittance of the optical component, it is practically preferable that the adsorption and contained moisture be removed by heat treatment.
In addition, if drying is performed with the mist adhering to the deposited electrodeposition surface remaining, the smoothness of the electrodeposited film surface after drying will be impaired, so electrodeposition using water washing, air blow, etc. It is practically preferable to perform heat treatment after removing mist from the film surface.
[0160]
In addition, the drying process for drying the wet electrodeposition film by heat treatment is simply to remove unnecessary residual moisture, and the shape of the formed electrodeposition film is deformed or altered. It is necessary to avoid that as much as possible. That is, it is necessary to perform the heat treatment in a temperature range that does not cause the decomposition point, large deformation, or alteration of the material forming the electrodeposition film.
In this respect, it is desirable that the heat treatment temperature be within a range of ± 15 ° C. of the glass transition point (Tg), which is an electrodepositable polymer material that is a main component of the electrodeposition film. When heat treatment is performed at a temperature higher than the glass transition point + 15 ° C. of the electrodepositable polymer material, the electrodeposition film may be deformed or altered after drying. On the other hand, at a temperature lower than −15 ° C., the time required for drying may be longer than necessary. In addition, there may be micropores in the wet electrodeposition film, but these micropores can be eliminated by heat treatment within the range of ± 15 ° C of the glass transition point (Tg). Is possible.
[0161]
In addition, when the electrodepositable polymer material which is the main component of the electrodeposition film does not have a clear glass transition point, or when two or more different electrodeposition polymer materials having different glass transition points are used In such a case, the heat treatment temperature is selected so that the shape of the electrodeposition film is not deformed or deteriorated, preferably in the range of 60 to 200 ° C., more preferably in the range of 80 to 120 ° C. It is preferable to do.
When the temperature exceeds 200 ° C., most electrodepositable polymer materials may be deformed or altered, and as a result, the electrodeposition film may be deformed or altered after drying. Moreover, since it may reach close to 5,60 ° C. even under a normal use environment of the optical component, it is not preferable to perform the heat treatment at a temperature lower than 60 ° C. However, when heat treatment can be performed only at a relatively low temperature, a method of drying under reduced pressure at a low temperature or drying for a long time can be used.
[0162]
Also, when a high boiling hydrophilic solvent having an azeotropic point is used as the electrodeposition liquid, of course, the temperature during the heat treatment is selected so as not to cause deformation of the electrodeposition film as described above. However, it is effective to heat the electrodeposition film after deposition at a relatively high temperature for a long time.
[0163]
Next, a method for transferring the optical waveguide formed as described above to another substrate will be described.
First, a method for transferring an optical waveguide produced by the above-described photo-deposition method to an optical waveguide substrate will be described. The optical waveguide produced by the photo-deposition method, the core layer alone or the clad layer alone, or the clad layer and the core layer can be transferred to another substrate. As this substrate, a substrate that also functions as a cladding layer can be used.
[0164]
By doing in this way, the total number of processes including an electrodeposition process can be reduced. However, if the core layer and the cladding layer are separately formed by electrodeposition and the optical waveguide is formed by repeating the transfer, the transfer is repeated, so the loss of the interface between the core layer and the cladding layer and the optical waveguide shape The possibility of collapse is slightly increased.
[0165]
As the optical waveguide substrate, a commonly used glass substrate or epoxy substrate can be used, and as an optical waveguide substrate that also functions as a cladding layer, polyolefin films such as polyethylene, polyester films, polycarbonate films, acrylic resins A film, a fluorinated polymer film, or the like can be used.
[0166]
Next, another optical waveguide manufactured according to the present invention in the case where the optical waveguide thus formed is manufactured by a method of transferring to another substrate, and the formation process thereof will be described with reference to the drawings.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing another example of an optical waveguide manufactured according to the present invention and its formation process. FIGS. 7A to 7F show a case where an optical waveguide once formed is transferred to another substrate. This shows a forming process for producing an optical waveguide.
FIG. 7A shows an example of a deposition substrate, where 10 is an insulating substrate, 12 is a conductive thin film, 14 is an optical semiconductor thin film, and 13 is a release layer. Using this deposition substrate, as described with reference to FIGS. 6B to 6E, the lower cladding layer 16, the core layer 18, the side cladding layer 17, and the upper cladding layer 20 are formed (FIG. 7B). Next, the substrate 30 is placed on the upper clad layer 20 and subjected to heat and pressure treatment. Then, it peels between a peeling layer and a lower clad layer, and is set as an optical waveguide (refer FIG.7 (F)). In this manner, an optical waveguide as shown in FIG. 7F can be manufactured.
[0167]
Also, the clad layer or core layer produced by the electrodeposition method can be transferred to another substrate. At this time, it is advantageous to use a substrate having the function of a clad layer.
Next, the case where a core layer is formed by electrodeposition and transferred onto a substrate that also functions as a cladding layer will be described with reference to the drawings.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing another example of an optical waveguide manufactured according to the present invention and its formation process. FIGS. 8A to 8D show a core layer formed by an electrodeposition method. This shows the process of forming an optical waveguide by transferring the film onto a substrate that also functions as a cladding layer.
[0168]
In FIG. 8A, 10 is an insulating substrate, 12 is a patterned conductive thin film, and 13 is a release layer. Next, a core layer 18 is formed on the patterned conductive thin film 12 as described above (see FIG. 8B), and a substrate 32 that also functions as a cladding layer is obtained on the obtained core layer. Overlap and heat and pressure treatment are performed, and then peeling is performed between the peeling layer and the core layer (see FIG. 8C). Thereafter, a substrate 34 that also functions as another clad layer is overlaid on the surface of the core layer 18 and subjected to heat and pressure treatment in the same manner to form an optical waveguide (see FIG. 8D). In this manner, an optical waveguide as shown in FIG. 8D can be manufactured.
[0169]
In the photoelectric deposition method and the electrodeposition method, since a release layer is provided on the deposition substrate, it is not necessary to apply large heat or pressure when transferring the optical waveguide or the like to the substrate, and the substrate, the optical waveguide or the like is damaged. There is nothing.
The release layer preferably has a critical surface tension of 30 dyne / cm or less and does not affect the electrodeposition current. Specifically, a commercially available waterproof fluororesin spray can be used. Silicone resin or silicone oil can also be used. Furthermore, a thin film of unsaturated fatty acid such as oleic acid is also suitable.
[0170]
In the photo-deposition method and the electrodeposition method, the refractive index of the clad layer and the core layer is adjusted by using different refractive indexes as the film forming material, and fine particles for adjusting the refractive index are added to the electrodeposition solution. Or by combining them.
[0171]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
[0172]
Example 1
In this example, when the clad layer is formed, light irradiation is not performed, and a voltage exceeding the Schottky barrier of the optical semiconductor is applied, so that an optical waveguide having a structure as shown in FIG. Show the process.
[0173]
(1) Preparation of electrodeposition solution for core formation
As an electrodepositable polymer material, a styrene-acrylic acid copolymer (hereinafter referred to as “electrodeposition”) having a molecular weight of 11,000, a molar ratio of styrene monomer to all monomers used for polymerization of 36%, an acid value of 120, and a deuterium substitution rate of 33%. (Referred to as a functional polymer material D1). The electrodepositable polymer material D1 was polymerized using a monomer of a styrene monomer in which a hydrogen atom bonded to a benzene ring portion was replaced with a deuterium atom.
Next, 7.0 g of electrodepositable polymer material D1 and 0.1 g of titanium oxide having a diameter of 10 nm are dispersed and mixed in 100 g of pure water, and dimethylaminoethanol (water-soluble, at a rate of 180 mmol / l, A liquid having a boiling point of 110 ° C. or more and a vapor pressure of 100 mHg or less), and further adjusted to pH 7.8 and conductivity of 15 mS / cm using tetramethylammonium hydroxide and ammonium chloride, and this is electrodeposition for core formation A liquid was used.
[0174]
(2) Preparation of electrodeposition solution for clad formation
As an electrodepositable polymer material, a styrene-acrylic acid copolymer (hereinafter referred to as “electrodeposition” having a molecular weight of 11,000, a molar ratio of styrene monomer to all monomers used in the polymerization of 21%, an acid value of 120, and a deuterium substitution rate of 15%. The high molecular weight material D2 ") was used. The electrodepositable polymer material D2 was polymerized using a monomer of a styrene monomer in which a hydrogen atom bonded to a benzene ring portion was replaced with a deuterium atom.
Next, as in the above (1), 7.0 g of the electrodepositable polymer material D2 is dispersed and mixed in 100 g of pure water, dimethylaminoethanol is further added at a rate of 180 mmol / l, and tetramethylammonium hydro hydride is further added. Using oxide and ammonium chloride, the pH was adjusted to 7.8 and the conductivity was adjusted to 15 mS / cm, and this was used as an electrodeposition solution for clad formation.
[0175]
(3) Fabrication of optical waveguide fabrication substrate
A transparent conductive film made of ITO (indium tin oxide) with a film thickness of 150 nm was formed on one surface of a 0.5 mm-thick alkali-free glass substrate (Corning Corp., 7059 glass), and further on its surface, TiO with a film thickness of 200 nm2A film was formed by an RF sputtering method.
[0176]
(4) Fabrication of optical waveguide
In the general tripolar arrangement shown in FIG. 4, the electrodeposition solution for forming the clad is used as the electrodeposition solution, and TiO is applied to the saturated calomel electrode.2When a film was used as a working electrode and a bias voltage applied to the working electrode was applied at 2.3 V for 20 seconds, TiO 2 was applied.2A lower cladding layer having a thickness of 5 μm was formed on the entire surface of the film formation surface.
Next, the electrodeposition solution was replaced with a core forming electrodeposition solution without drying the clad layer, and a proximity exposure apparatus manufactured by Yamashita Denso as shown in FIG. 2 (light intensity at wavelength of 365 nm: 50 mW / cm2) And a core photomask, and when the bias voltage applied to the working electrode is 1.8 V, irradiation with ultraviolet rays through the electrodeposition liquid from the upper side of the substrate for 70 seconds gives TiO 22A core layer having a thickness of 21 μm and a width of 20 μm was formed only in the region irradiated with light on the film formation surface.
Next, without drying the clad layer and the core layer, the electrodeposition liquid was replaced with an electrodeposition liquid for clad formation, and a bias voltage applied to the working electrode was applied at 6 V for 40 seconds.2An upper cladding layer having a thickness of 20 μm was formed on the entire surface of the film formation surface. Thus, the board | substrate with which the core layer and the clad layer were formed was taken out from the liquid tank, and it dried with clean air after washing | cleaning with a pure water, and completed the optical waveguide board | substrate, and obtained the optical waveguide of Example 1.
[0177]
The manufactured optical waveguide was cut to a length of 40 mm with a dicing saw and the insertion loss was measured. As a result, it was found that the transmission loss was about 0.91 dB / cm at a wavelength of 0.85 μm.
[0178]
(Example 2)
(1) Preparation of electrodeposition solution for core formation
As an electrodepositable polymer material, a styrene-acrylic acid copolymer (hereinafter referred to as “electrodeposition” having a molecular weight of 6000, a molar ratio of styrene monomer to all monomers used in the polymerization of 38%, an acid value of 113, and a deuterium substitution rate of 42%. Polymeric material D3 ") was used. The electrodepositable polymer material D3 was polymerized using monomers of a styrene monomer and an acrylic acid monomer in which hydrogen atoms were replaced with deuterium atoms.
Next, 7.0 g of electrodepositable polymer material D3 and 0.5 g of titanium oxide having a diameter of 10 nm are dispersed and mixed in 100 g of pure water, and dimethylaminoethanol (water-soluble, at a rate of 180 mmol / l, Liquid with a boiling point of 110 ° C. or higher and a vapor pressure of 100 mHg or less), and further adjusted to pH 7.8 and conductivity 35 mS / cm using tetramethylammonium hydroxide and ammonium chloride, and this is electrodeposition for core formation A liquid was used.
[0179]
(2) Preparation of electrodeposition solution for clad formation
As in the above (1), 7.0 g of the electrodepositable polymer material D3 is dispersed and mixed in 100 g of pure water, dimethylaminoethanol is further added at a rate of 180 mmol / l, and tetramethylammonium hydroxide and ammonium chloride are further added. Was used to adjust the pH to 7.8 and the conductivity to 45 mS / cm, and this was used as an electrodeposition solution for forming a clad.
(3) Fabrication of optical waveguide fabrication substrate
As the optical waveguide fabrication substrate, the same substrate as in Example 1 was fabricated.
[0180]
(4) Fabrication of optical waveguide
In a general tripolar arrangement as shown in FIG. 1, an electrodeposition solution for clad formation is used as an electrodeposition solution, and TiO is applied to a saturated calomel electrode.2Using the electrode as a working electrode, the bias voltage applied to the working electrode is set to 1.8 V, and ultraviolet rays are irradiated from the back side of the substrate. The ultraviolet ray is a projection type exposure apparatus manufactured by Ushio Electric Co., Ltd. (light intensity of wavelength 365 nm, 50 mW / cm2)It was used. The projection type exposure apparatus was adjusted so as to form an image once on the lower clad photomask and further on the titanium oxide surface, which is the back surface of the substrate, via an optical lens. When this apparatus was exposed for 35 seconds, TiO2A lower cladding layer having a thickness of 15 μm and a width of 25 μm was formed only in the region irradiated with light on the film formation surface (see FIG. 6B).
[0181]
Next, without drying the clad layer, the electrodeposition solution is replaced with the electrodeposition solution for core formation, the photomask is changed to that for the core, and the bias voltage applied to the working electrode is set to 2.8 V. When irradiated with UV light from the back side for 5 seconds, TiO2A core layer having a thickness of 5 μm and a width of 18 μm was formed only in the region irradiated with light on the film formation surface (see FIG. 6C).
Next, without drying the clad layer and the core layer, the electrodeposition liquid is replaced with the electrodeposition liquid for clad formation, and the bias voltage applied to the working electrode is changed to 1. When UV is applied for 25 seconds from the back side of the substrate at 8V, TiO2A side cladding layer having a thickness of 5 μm was formed only in the region irradiated with light on the film formation surface (see FIG. 6D).
[0182]
Next, without drying the clad layer and the core layer, the electrodeposition liquid is replaced with an electrodeposition liquid for clad formation, the photomask is replaced with that for the upper clad, and the bias voltage applied to the working electrode is 1.8 V. When irradiating UV light from the back side of the substrate for 40 seconds, TiO2An upper cladding layer having a thickness of 17 μm was formed only in the region irradiated with light on the film formation surface (see FIG. 6E).
Thus, the board | substrate with which the core layer and the clad layer were formed was taken out from the liquid tank, and it dried with clean air after wash | cleaning with a pure water, and completed the optical waveguide board | substrate, and obtained the optical waveguide of Example 2.
[0183]
When the produced optical waveguide was cut into a length of 30 mm by a dicing saw and the insertion loss was measured, it was found that the transmission loss was about 0.81 dB / cm at a wavelength of 0.85 μm.
The produced optical waveguide had good shape accuracy and the upper part was flat. It was possible to form optical functional parts such as an optical waveguide and a microlens array by performing a similar photo-deposition process in a portion where the cladding layer does not exist. Furthermore, since the upper portion of the optical waveguide becomes flat, it is easy to form an optical functional component on the upper portion of the optical waveguide by another process.
[0184]
(Example 3)
In this example, an example is shown in which an optical waveguide having a structure similar to that shown in FIG. 5D is formed by forming titanium oxide, which is an optical semiconductor thin film, by oxidation treatment of titanium.
[0185]
(1) Preparation of electrodeposition solution for clad formation
In 100 g of pure water, 5 g of electrodepositable polymer material D3 and 1 g of magnesium fluoride fine particles (refractive index: 1.38) having a diameter of 10 nm are dispersed and mixed, and dimethylaminoethanol is further added at a rate of 180 mmol / l. Sodium hydroxide and sodium chloride were used to adjust the pH to 7.8 and the conductivity to 32 mS / cm, and this was used as an electrodeposition solution for clad formation.
[0186]
(2) Preparation of electrodeposition liquid for core formation
Electrodepositable polymer material D1: 5 g was dispersed and mixed in 100 g of pure water, dimethylaminoethanol was added thereto at a rate of 180 mmol / l, pH 7.8, conductivity 52 mS using sodium hydroxide and sodium chloride. / Cm, and this was used as the electrodeposition solution for core formation.
[0187]
(3) Fabrication of optical waveguide fabrication substrate
The surface of the metal titanium plate having a thickness of 0.5 mm was oxidized by high heat treatment to form a titanium oxide layer having a thickness of 1000 nm on the surface, and this was used as an optical waveguide manufacturing substrate. Moreover, it insulated by coat | covering the part other than the titanium oxide layer of the metal titanium plate surface formed with the epoxy resin.
[0188]
(4) Fabrication of optical waveguide
In a general tripolar arrangement as shown in FIG. 4, the electrodeposition solution for forming the clad is used as the electrodeposition solution, and TiO is applied to the saturated calomel electrode.2When the layer was used as a working electrode and a bias voltage applied to the working electrode was applied at 3 V for 40 seconds, a lower cladding layer having a thickness of 25 μm was formed on the entire surface of the TiO 2 layer.
Next, without drying the cladding layer, the electrodeposition solution was replaced with a core-forming electrodeposition solution, and a proximity exposure apparatus manufactured by Yamashita Denso as shown in FIG. 2 (light intensity of wavelength 365 nm, 90 mW / cm).2) And a core photomask, and when the bias voltage applied to the working electrode is 2.5 V, UV irradiation is performed for 21 seconds through the electrodeposition liquid from the upper side of the substrate.2A core layer having a thickness of 12 μm was formed only in the region irradiated with light on the layer forming surface.
[0189]
Next, the electrodeposition liquid was replaced with the electrodeposition liquid for forming the clad without drying the clad layer and the core layer, and a bias voltage applied to the working electrode was applied for 3 seconds with a device as shown in FIG. TiO2An upper cladding layer having a thickness of 20 μm was formed on the entire surface of the layer.
Thus, the board | substrate with which the core layer and the clad layer were formed was taken out from the liquid tank, and it dried with clean air after wash | cleaning with a pure water, and completed the optical waveguide board | substrate, and obtained the optical waveguide of Example 3.
When the obtained optical waveguide was cut into a length of 20 mm by a dicing saw and the insertion loss was measured, it was found that the transmission loss was about 0.94 dB / cm at a wavelength of 0.85 μm.
[0190]
Example 4
In this example, an example is shown in which an optical waveguide having a structure similar to that shown in FIG. 5D is formed by forming zinc oxide, which is an optical semiconductor thin film, by anodizing zinc.
[0191]
(1) Preparation of electrodeposition solution for clad formation
In 100 g of pure water, electrodepositable polymer material D1: 10 g and magnesium fluoride fine particles (refractive index: 1.38) 0.3 g having a diameter of 10 nm are dispersed and mixed, and dimethylaminoethanol is added thereto at a rate of 180 mmol / l. In addition, the pH was adjusted to 7.8 and the conductivity was 52 mS / cm using sodium hydroxide and sodium chloride, and this was used as an electrodeposition solution for forming a clad.
[0192]
(2) Preparation of electrodeposition liquid for core formation
In 100 g of pure water, 5 g of electrodepositable polymer material D3 and 0.25 g of titanium oxide fine particles (refractive index 2.3) having a diameter of 10 nm are dispersed and mixed, and dimethylaminoethanol is added thereto at a rate of 180 mmol / l. Further, using sodium hydroxide and sodium chloride, the pH was adjusted to 7.8 and the conductivity was adjusted to 32 mS / cm, and this was used as the electrodeposition liquid for core formation.
[0193]
(3) Fabrication of optical waveguide fabrication substrate
The surface of a 2 mm thick zinc plate was oxidized by anodizing to form a 1000 nm thick zinc oxide layer on the surface, which was used as an optical waveguide fabrication substrate. Moreover, it insulated by coat | covering a part other than the zinc oxide layer of the zinc plate surface formed with the epoxy resin.
[0194]
(4) Fabrication of optical waveguide
In the general tripolar arrangement shown in FIG. 4, a bias voltage applied to the working electrode is applied by using the electrodeposition solution for forming the clad as the electrolytic solution and the zinc oxide layer as the working electrode with respect to the saturated calomel electrode. When applied at 3 V for 30 seconds, a lower cladding layer having a thickness of 20 μm was formed on the entire surface of the zinc oxide.
Next, without drying the clad layer, the electrodeposition solution is replaced with the electrodeposition solution for core formation, and a He-Cd laser (light intensity of 331 nm, light intensity of 10 mW / cm) that can be scanned by a scanning stage as shown in FIG.2) And the He—Cd laser is scanned from the upper side of the substrate through the electrodeposition solution at a speed of 0.3 mm / s with the bias voltage applied to the working electrode being 1.8 V, the surface of the zinc oxide layer is irradiated with light. A core layer having a thickness of 15 μm was formed only in the formed region.
Next, without drying the clad layer and the core layer, the electrodeposition solution was replaced with an electrodeposition solution for clad formation, and a bias voltage applied to the working electrode was applied at 3 V for 90 seconds. An upper cladding layer having a thickness of 20 μm was formed on the entire surface.
Thus, the board | substrate with which the core layer and the clad layer were formed was taken out from the liquid tank, and it dried with clean air after wash | cleaning with a pure water, and completed the optical waveguide board | substrate, and obtained the optical waveguide of Example 4.
[0195]
When the obtained optical waveguide was cut into a length of 50 mm by a dicing saw and the insertion loss was measured, it was found that the transmission loss was about 0.92 dB / cm at a wavelength of 0.85 μm.
[0196]
(Example 5)
In this example, an example is shown in which an optical waveguide having a structure similar to that shown in FIG.
[0197]
(1) Fabrication of deposition substrate
A transparent conductive film made of ITO having a thickness of 220 nm is formed on one side of a 1 mm-thick alkali-free glass plate (manufactured by Corning) by a sputtering method, and TiO having a thickness of 300 nm is further formed on the surface.2A film was formed by an RF sputtering method. Next, a release layer was formed by spin-coating a 1% oleic acid solution (ethyl acetate solvent) at 4000 rpm for 30 seconds on the surface on which the TiO2 film was formed.
[0198]
(2) Electrodeposition liquid for clad layer and core layer
The same composition as the electrodeposition liquid used in Example 4 was used.
(3) Formation of cladding layer and core layer
In the same manner as in Example 2, a lower clad layer-core layer-side clad layer-upper clad layer was formed on the release layer (see FIGS. 7B to 7E), and the substrate was taken out of the liquid tank. Then, after washing with pure water and drying with clean air, an optical waveguide was produced.
[0199]
(4) Transfer of optical waveguide
A polyester film having a thickness of 0.5 mm heated to 150 ° C. is placed on the surface of the optical waveguide, and is heated and pressed between two rolls in a linear pressure state of 400 g / cm at a linear velocity of 10 mm / sec. After that, peeling was performed between the release layer and the optical waveguide, and the produced optical waveguide was transferred onto a polyester film to obtain an optical waveguide of Example 5 in which the optical waveguide was formed on the polyester film surface.
When a 50 mm linear portion of the obtained optical waveguide was cut out and the insertion loss was measured, it was found that the transmission loss was about 0.96 dB / cm at a wavelength of 0.85 μm.
[0200]
(Example 6)
(1) Preparation of electrodeposition solution for core formation
As an electrodepositable polymer material, the molecular weight is 18000, the molar ratio (%) of styrene monomer, acrylic acid monomer, and butyl acrylate monomer used for polymerization is 35:15:50, acid value 120, deuterium substitution rate A 52% styrene-acrylic acid-butyl acrylate copolymer (hereinafter referred to as “electrodepositing polymer material D4”) was used. The electrodepositable polymer material D4 was polymerized using a monomer of a styrene monomer in which a hydrogen atom bonded to a benzene ring portion was replaced with a deuterium atom.
[0201]
Next, 7.0 g of electrodepositable polymer material D4 and 0.5 g of titanium oxide having a diameter of 10 nm are dispersed and mixed in 100 g of pure water, and dimethylaminoethanol (water-soluble, at a rate of 180 mmol / l, A liquid having a boiling point of 110 ° C. or more and a vapor pressure of 100 mHg or less), and further adjusted to pH 7.8 and conductivity 55 mS / cm using tetramethylammonium hydroxide and ammonium chloride, and this is electrodeposition for core formation Liquid.
(2) Preparation of electrodeposition solution for clad formation
As in (1) above, 7.0 g of the electrodepositable polymer material D4 is dispersed and mixed in 100 g of pure water, and dimethylaminoethanol is further added at a rate of 180 mmol / l, and tetramethylammonium hydroxide and ammonium chloride are further added. Was used to adjust the pH to 7.8 and the conductivity to 75 mS / cm, and this was used as an electrodeposition solution for clad formation.
(3) Fabrication of optical waveguide fabrication substrate
As the optical waveguide fabrication substrate, the same substrate as in Example 1 was fabricated.
[0202]
(4) Fabrication of optical waveguide
In a general tripolar arrangement as shown in FIG. 1, an electrodeposition solution for clad formation is used as an electrodeposition solution, and TiO is applied to a saturated calomel electrode.2Using the electrode as a working electrode, the bias voltage applied to the working electrode is set to 1.8 V, and ultraviolet rays are irradiated from the back side of the substrate. The ultraviolet ray is a projection type exposure apparatus manufactured by Ushio Electric Co., Ltd. (light intensity of wavelength 365 nm, 80 mW / cm2)It was used. The projection type exposure apparatus was adjusted so as to form an image once on the lower clad photomask and further on the titanium oxide surface, which is the back surface of the substrate, via an optical lens. When this device was exposed for 25 seconds, TiO2A lower cladding layer having a thickness of 10 μm and a width of 25 μm was formed only in the region irradiated with light on the film formation surface (see FIG. 6B).
[0203]
Next, without drying the clad layer, the electrodeposition solution is replaced with the electrodeposition solution for core formation, the photomask is changed to that for the core, and the bias voltage applied to the working electrode is set to 1.8 V. When irradiated with UV from the back side for 75 seconds, TiO2A core layer having a thickness of 21 μm and a width of 45 μm was formed only in the region irradiated with light on the film formation surface (see FIG. 6C).
Next, without drying the clad layer and the core layer, the electrodeposition liquid is replaced with the electrodeposition liquid for clad formation, and the bias voltage applied to the working electrode is changed to 1. When UV is applied for 25 seconds from the back side of the substrate at 8V, TiO2A side cladding layer having a thickness of 55 μm was formed only in the region irradiated with light on the film formation surface (see FIG. 6D).
[0204]
Next, without drying the clad layer and the core layer, the electrodeposition liquid is replaced with an electrodeposition liquid for clad formation, the photomask is replaced with that for the upper clad, and the bias voltage applied to the working electrode is 2.8 V. When irradiating UV light from the back side of the substrate for 40 seconds, TiO2An upper cladding layer having a thickness of 15 μm was formed only in the region irradiated with light on the film formation surface (see FIG. 6E).
Thus, the board | substrate with which the core layer and the clad layer were formed was taken out from the liquid tank, and it dried with clean air after wash | cleaning with a pure water, and completed the optical waveguide board | substrate, and obtained the optical waveguide of Example 2.
[0205]
When the produced optical waveguide was cut into a length of 50 mm by a dicing saw and the insertion loss was measured, it was found that the transmission loss was about 0.95 dB / cm at a wavelength of 0.85 μm.
[0206]
(Example 7)
In this example, when the clad layer is formed, light irradiation is not performed, and a voltage exceeding the Schottky barrier of the optical semiconductor is applied, so that an optical waveguide having a structure as shown in FIG. Show the process.
[0207]
(1) Preparation of electrodeposition solution for core formation
As an electrodepositable polymer material, a styrene-acrylic acid copolymer having a molecular weight of 11,000, a molar ratio of styrene monomer to all monomers used for polymerization of 36%, an acid value of 120, a glass transition point of 75 ° C., and a deuterium substitution rate of 33% (Electrodepositable polymer material D1) was used. The electrodepositable polymer material D1 was polymerized using a monomer of a styrene monomer in which a hydrogen atom bonded to a benzene ring portion was replaced with a deuterium atom.
Next, 7.0 g of electrodepositable polymer material D1 and 0.1 g of titanium oxide having a diameter of 10 nm are dispersed and mixed in 100 g of pure water, and dimethylaminoethanol (water-soluble, at a rate of 180 mmol / l, A liquid having a boiling point of 110 ° C. or more and a vapor pressure of 100 mHg or less), and further adjusted to pH 7.8 and conductivity of 15 mS / cm using tetramethylammonium hydroxide and ammonium chloride, and this is electrodeposition for core formation A liquid was used.
[0208]
(2) Preparation of electrodeposition solution for clad formation
As an electrodepositable polymer material, a styrene-acrylic acid copolymer having a molecular weight of 11,000, a molar ratio of styrene monomer to all monomers used in the polymerization of 21%, an acid value of 120, and a deuterium substitution rate of 15% (electrodepositable polymer) Material D2) was used. The electrodepositable polymer material D2 was polymerized using a monomer of a styrene monomer in which a hydrogen atom bonded to a benzene ring portion was replaced with a deuterium atom.
Next, as in the above (1), 7.0 g of the electrodepositable polymer material D2 is dispersed and mixed in 100 g of pure water, dimethylaminoethanol is further added at a rate of 180 mmol / l, and tetramethylammonium hydro hydride is further added. Using oxide and ammonium chloride, the pH was adjusted to 7.8 and the conductivity was adjusted to 15 mS / cm, and this was used as an electrodeposition solution for clad formation.
[0209]
(3) Fabrication of optical waveguide fabrication substrate
A transparent conductive film made of ITO (indium tin oxide) with a film thickness of 150 nm was formed on one surface of a 0.5 mm-thick alkali-free glass substrate (Corning Corp., 7059 glass), and further on its surface, TiO with a film thickness of 200 nm2A film was formed by an RF sputtering method.
[0210]
(4) Fabrication of optical waveguide
In the general tripolar arrangement shown in FIG. 4, the electrodeposition solution for forming the clad is used as the electrodeposition solution, and TiO is applied to the saturated calomel electrode.2When a film was used as a working electrode and a bias voltage applied to the working electrode was applied at 2.3 V for 20 seconds, TiO 2 was applied.2A lower cladding layer having a thickness of 5 μm was formed on the entire surface of the film formation surface.
Next, the electrodeposition solution was replaced with a core forming electrodeposition solution without drying the clad layer, and a proximity exposure apparatus manufactured by Yamashita Denso as shown in FIG. 2 (light intensity at wavelength of 365 nm: 50 mW / cm2) And a core photomask, and when the bias voltage applied to the working electrode is 1.8 V, irradiation with ultraviolet rays through the electrodeposition liquid from the upper side of the substrate for 70 seconds gives TiO 22A core layer having a thickness of 21 μm and a width of 20 μm was formed only in the region irradiated with light on the film formation surface.
Next, without drying the clad layer and the core layer, the electrodeposition liquid was replaced with an electrodeposition liquid for clad formation, and a bias voltage applied to the working electrode was applied at 6 V for 40 seconds.2An upper cladding layer having a thickness of 20 μm was formed on the entire surface of the film formation surface. The substrate on which the core layer and the clad layer are formed in this manner is taken out from the liquid tank, washed with pure water, and then dried in a clean oven maintained at 72 ° C. for 30 minutes to complete the optical waveguide substrate. The optical waveguide of Example 7 was obtained.
[0211]
When the manufactured optical waveguide was cut into a length of 40 mm by a dicing saw and the insertion loss was measured, it was found that the transmission loss was about 0.78 dB / cm at a wavelength of 0.85 μm.
[0212]
(Example 8)
(1) Preparation of electrodeposition solution for core formation
As an electrodepositable polymer material, a styrene-acrylic acid copolymer having a molecular weight of 6000, a molar ratio of styrene monomer to all monomers used in the polymerization of 38%, an acid value of 113, a glass transition point of 97 ° C., and a deuterium substitution rate of 42% (Electrodepositable polymer material D3) was used. The electrodepositable polymer material D3 was polymerized using monomers of a styrene monomer and an acrylic acid monomer in which hydrogen atoms were replaced with deuterium atoms.
Next, 7.0 g of electrodepositable polymer material D3 and 0.5 g of titanium oxide having a diameter of 10 nm are dispersed and mixed in 100 g of pure water, and dimethylaminoethanol (water-soluble, at a rate of 180 mmol / l, Liquid with a boiling point of 110 ° C. or higher and a vapor pressure of 100 mHg or less), and further adjusted to pH 7.8 and conductivity 35 mS / cm using tetramethylammonium hydroxide and ammonium chloride, and this is electrodeposition for core formation A liquid was used.
[0213]
(2) Preparation of electrodeposition solution for clad formation
As in the above (1), 7.0 g of the electrodepositable polymer material D3 is dispersed and mixed in 100 g of pure water, dimethylaminoethanol is further added at a rate of 180 mmol / l, and tetramethylammonium hydroxide and ammonium chloride are further added. Was used to adjust the pH to 7.8 and the conductivity to 45 mS / cm, and this was used as an electrodeposition solution for forming a clad.
(3) Fabrication of optical waveguide fabrication substrate
As the optical waveguide fabrication substrate, the same substrate as in Example 1 was fabricated.
[0214]
(4) Fabrication of optical waveguide
In a general tripolar arrangement as shown in FIG. 1, an electrodeposition solution for clad formation is used as an electrodeposition solution, and TiO is applied to a saturated calomel electrode.2Using the electrode as a working electrode, the bias voltage applied to the working electrode is set to 1.8 V, and ultraviolet rays are irradiated from the back side of the substrate. The ultraviolet ray is a projection type exposure apparatus manufactured by Ushio Electric Co., Ltd. (light intensity of wavelength 365 nm, 50 mW / cm2)It was used. The projection type exposure apparatus was adjusted so as to form an image once on the lower clad photomask and further on the titanium oxide surface, which is the back surface of the substrate, via an optical lens. When this apparatus was exposed for 35 seconds, TiO2A lower cladding layer having a thickness of 15 μm and a width of 25 μm was formed only in the region irradiated with light on the film formation surface (see FIG. 6B).
[0215]
Next, without drying the clad layer, the electrodeposition solution is replaced with the electrodeposition solution for core formation, the photomask is changed to that for the core, and the bias voltage applied to the working electrode is set to 2.8 V. When irradiated with UV light from the back side for 5 seconds, TiO2A core layer having a thickness of 5 μm and a width of 18 μm was formed only in the region irradiated with light on the film formation surface (see FIG. 6C).
Next, without drying the clad layer and the core layer, the electrodeposition liquid is replaced with the electrodeposition liquid for clad formation, and the bias voltage applied to the working electrode is changed to 1. When UV is applied for 25 seconds from the back side of the substrate at 8V, TiO2A side cladding layer having a thickness of 5 μm was formed only in the region irradiated with light on the film formation surface (see FIG. 6D).
[0216]
Next, without drying the clad layer and the core layer, the electrodeposition liquid is replaced with an electrodeposition liquid for clad formation, the photomask is replaced with that for the upper clad, and the bias voltage applied to the working electrode is 1.8 V. When irradiating UV light from the back side of the substrate for 40 seconds, TiO2An upper cladding layer having a thickness of 17 μm was formed only in the region irradiated with light on the film formation surface (see FIG. 6E).
The substrate on which the core layer and the clad layer are formed in this manner is taken out from the liquid tank, washed with pure water, and then dried in a clean oven maintained at 99 ° C. for 1 hour to complete the optical waveguide substrate. The optical waveguide of Example 8 was obtained.
[0217]
When the produced optical waveguide was cut into a length of 30 mm by a dicing saw and the insertion loss was measured, it was found that the transmission loss was about 0.71 dB / cm at a wavelength of 0.85 μm.
[0218]
(Comparative Example 1)
As the electrodepositable polymer material, instead of the deuterium-substituted electrodepositable polymer material D1 used in Example 1, this electrodepositable polymer material D1 was not deuterium substituted at all. A molecular material (hereinafter referred to as “electrodepositing polymer material D01”) was used. In the polymerization of the electrodepositable polymer material D01, the same monomer as that used for the polymerization of the electrodepositable polymer material D1 was used, but a monomer that was not deuterium substituted was used.
An optical waveguide of Comparative Example 1 was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the electrodepositable polymer material used was different. As a result, it was found that the transmission loss was about 1.42 dB / cm at a wavelength of 0.85 μm.
[0219]
(Comparative Example 2)
As the electrodepositable polymer material, instead of the deuterium-substituted electrodepositable polymer material D3 used in Example 2, the electrodepositable polymer material D3 was not deuterated at all. A molecular material (hereinafter referred to as “electrodepositable polymer material D03”) was used. In the polymerization of the electrodepositable polymer material D03, the same monomer as that used in the polymerization of the electrodepositable polymer material D3 was used, but a monomer not deuterated was used.
An optical waveguide of Comparative Example 2 was produced and evaluated in the same manner as Example 2 except that the electrodepositable polymer material used was different. As a result, it was found that the transmission loss was about 1.41 dB / cm at a wavelength of 0.85 μm.
[0220]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention, it is possible to easily form a fine pattern and to reduce the loss of harmful waste liquid, and to use an electrodeposition method or a photo-deposition method, so that an optical waveguide having a small transmission loss and a high accuracy can be obtained.The roadSimple and can be manufactured with high productivityManufacturing method of optical waveguideCan be provided.
  Furthermore, the fine pattern can be formed with higher accuracy.Manufacturing method of optical waveguideCan be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of an electrodeposition apparatus using a projection exposure apparatus used when manufacturing an optical waveguide.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example of an electrodeposition apparatus using a proximity exposure apparatus used when manufacturing an optical waveguide.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing an example of an electrodeposition apparatus using a scanning laser exposure apparatus, which is used when manufacturing an optical waveguide.
FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of an electrodeposition apparatus used when an optical waveguide is produced by an electrodeposition method.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an optical waveguide and its formation process.
FIG. 6 is a diagram showing another example of the optical waveguide and its formation process.
FIG. 7 is a diagram showing another example of the optical waveguide and its formation process.
FIG. 8 is a diagram showing another example of the optical waveguide and its formation process.
[Explanation of symbols]
10 Insulating substrate
12 Conductive thin film
13 Release layer
14, 32 Optical semiconductor thin film
16, 17, 20 Clad layer
18 Core layer
30, 32, 34 Optical waveguide substrate
71 photomask
72, 73 Imaging optical lens
75 Hg-Xe uniform irradiation light source
78 Scanning laser writing device
80 Electrodeposition tank
90 Means for applying a voltage, such as a potentiostat
91 Counter electrode
92 Reference electrode such as saturated calomel electrode

Claims (11)

少なくとも波長700nm〜1350nmの波長域の光を利用して情報を伝送する光導波路の製造方法であって、A method of manufacturing an optical waveguide that transmits information using light in a wavelength range of at least 700 nm to 1350 nm,
電着材料として少なくとも電着性高分子材料を含み、前記電着性高分子材料を構成する水素原子の10%〜90%が重水素原子で置換され、且つ、前記電着材料から形成される電着膜の波長700nm〜1350nmの波長域の光に対する透過損失が1dB/cm以下である電着液を用いた電着形成により、乾燥させることなく、第1クラッド層、コア層及び第2クラッド層を積層すること特徴とする光導波路の製造方法。  The electrodeposition material includes at least an electrodeposition polymer material, 10% to 90% of hydrogen atoms constituting the electrodeposition polymer material are substituted with deuterium atoms, and the electrodeposition material is formed from the electrodeposition material. The first cladding layer, the core layer, and the second cladding without drying by electrodeposition formation using an electrodeposition liquid having a transmission loss of 1 dB / cm or less with respect to light in the wavelength range of 700 nm to 1350 nm. A method of manufacturing an optical waveguide, comprising laminating layers.
前記電着性高分子材料が、少なくとも、アルケン、ジエン、スチレン、及びこれらの誘導体から選択される1種の疎水性モノマーと、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、桂皮酸、フタル酸、及びこれらの誘導体から選択される1種の親水性モノマーと、を重合してなる共重合体を含有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The electrodepositable polymer material is at least one hydrophobic monomer selected from alkenes, dienes, styrene, and derivatives thereof, and acrylic acid, methacrylic acid, maleic anhydride, fumaric acid, crotonic acid, and cinnamon. 2. The method for producing an optical waveguide according to claim 1, comprising a copolymer obtained by polymerizing one kind of hydrophilic monomer selected from acid, phthalic acid, and derivatives thereof. 前記電着性高分子材料が、少なくとも、アルケン、ジエン、スチレン、及びこれらの誘導体から選択される1種の疎水性モノマーと、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、桂皮酸、フタル酸、及びこれらの誘導体から選択される1種の親水性モノマーとメタクリル酸エステル類、アクリル酸エステル類、無水マレイン酸エステル類、及びこれらの誘導体から選択される1種の可塑性モノマーと、を重合してなる共重合体を含有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。 The electrodepositable polymer material is at least one hydrophobic monomer selected from alkenes, dienes, styrene, and derivatives thereof, and acrylic acid, methacrylic acid, maleic anhydride, fumaric acid, crotonic acid, and cinnamon. acid, phthalic acid, and a one hydrophilic monomer selected from derivatives thereof, methacrylic acid esters, acrylic acid esters, one plastic monomer chosen maleic esters anhydrides, and derivatives thereof 2. The method for producing an optical waveguide according to claim 1, further comprising : 前記電着性高分子材料が、モノマーを構成する水素原子の少なくとも一部が重水素原子に置換された少なくとも1種類以上のモノマーを用いて重合された共重合体を含有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。 The electrodepositable polymer material contains a copolymer polymerized by using at least one kind of monomer in which at least a part of hydrogen atoms constituting the monomer is substituted with deuterium atoms. The manufacturing method of the optical waveguide of Claim 1 . 前記電着液を用いて、前記第1クラッド層、コア層及び第2クラッド層を剥離層上に形成した後、当該第1クラッド層、コア層及び第2クラッド層を基板に転写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。 Forming the first clad layer, the core layer and the second clad layer on the release layer using the electrodeposition liquid, and then transferring the first clad layer, the core layer and the second clad layer to the substrate; The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 1, wherein 前記光が、波長850nmのレーザー光であることを特徴とする請求項1に記載の光導波路の製造方法。The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 1, wherein the light is laser light having a wavelength of 850 nm. 前記電着性高分子材料を構成する水素原子の20%〜60%が重水素原子で置換された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。The method for producing an optical waveguide according to claim 1, wherein 20% to 60% of hydrogen atoms constituting the electrodepositable polymer material are substituted with deuterium atoms. 前記電着液が、屈折率調整用の微粒子を含む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。The method for manufacturing an optical waveguide according to claim 1, wherein the electrodeposition liquid contains fine particles for refractive index adjustment. 前記電着性高分子材料が、少なくともスチレンモノマーとアクリル酸モノマーとから重合された共重合体であり、重合前の前記スチレンモノマーおよび/または前記アクリル酸モノマーの水素原子の少なくとも一部が重水素原子で置換され、且つ、前記光が、波長850nmのレーザー光であることを特徴とする請求項1に記載の光導波路の製造方法。The electrodepositable polymer material is a copolymer polymerized from at least a styrene monomer and an acrylic acid monomer, and at least a part of hydrogen atoms of the styrene monomer and / or the acrylic acid monomer before polymerization is deuterium. 2. The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 1, wherein the light is a laser beam having a wavelength of 850 nm, which is substituted with an atom. 前記電着性高分子材料を電着材料として含む水系の電着液から、前記電着性高分子材料を析出させて潤湿状態の前記第1クラッド層、コア層及び第2クラッド層を形成する電着膜析出・形成工程と、前記潤湿状態の第1クラッド層、コア層及び第2クラッド層を加熱処理することにより乾燥させる乾燥工程と、を少なくとも含む請求項1に記載の光導波路の製造方法であって、
前記加熱処理の温度が、前記電着性高分子材料のガラス転移点(Tg)の±15℃の範囲内であることを特徴とする光導波路の製造方法
From the aqueous electrodeposition liquid containing the electrodepositable polymer material as an electrodeposition material, the electrodepositable polymer material is deposited to form the first cladding layer, the core layer, and the second cladding layer in a wet state. 2. The optical waveguide according to claim 1, comprising at least an electrodeposition film deposition / formation step, and a drying step of drying the heat-treated first clad layer, core layer, and second clad layer in the wet state. A manufacturing method of
The method for producing an optical waveguide, wherein a temperature of the heat treatment is within a range of ± 15 ° C. of a glass transition point (Tg) of the electrodepositable polymer material .
前記電着性高分子材料を電着材料として含む水系の電着液から、前記電着性高分子材料を析出させて潤湿状態の前記第1クラッド層、コア層及び第2クラッド層を形成する電着膜析出・形成工程と、前記潤湿状態の第1クラッド層、コア層及び第2クラッド層を加熱処理することにより乾燥させる乾燥工程と、を少なくとも含む請求項1に記載の光導波路の製造方法であって、From the aqueous electrodeposition liquid containing the electrodepositable polymer material as an electrodeposition material, the electrodepositable polymer material is deposited to form the first cladding layer, the core layer, and the second cladding layer in a wet state. 2. The optical waveguide according to claim 1, comprising at least an electrodeposition film deposition / formation step, and a drying step of drying the heat-treated first clad layer, core layer, and second clad layer in the wet state. A manufacturing method of
前記加熱処理の温度が、60〜200℃の範囲内であることを特徴とする光導波路の製造方法。  The method of manufacturing an optical waveguide, wherein the temperature of the heat treatment is in a range of 60 to 200 ° C.
JP2003192765A 2002-09-20 2003-07-07 Manufacturing method of optical waveguide Expired - Fee Related JP4474857B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003192765A JP4474857B2 (en) 2002-09-20 2003-07-07 Manufacturing method of optical waveguide

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002275907 2002-09-20
JP2003192765A JP4474857B2 (en) 2002-09-20 2003-07-07 Manufacturing method of optical waveguide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004162016A JP2004162016A (en) 2004-06-10
JP4474857B2 true JP4474857B2 (en) 2010-06-09

Family

ID=32827698

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003192765A Expired - Fee Related JP4474857B2 (en) 2002-09-20 2003-07-07 Manufacturing method of optical waveguide

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4474857B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5701576B2 (en) * 2009-11-20 2015-04-15 富士フイルム株式会社 Dispersion composition, photosensitive resin composition, and solid-state imaging device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004162016A (en) 2004-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101901564B1 (en) Composition for forming tungsten oxide film and method for producing tungsten oxide film using same
KR101001248B1 (en) A Method for Forming Metal Pattern by Using Surface Characteristics and Metal Patten Formed Thereby
US7405035B2 (en) Pattern forming method and substance adherence pattern material
JP4096565B2 (en) Microlens array manufacturing method, electrolytic solution and manufacturing apparatus used therefor
US6797769B2 (en) Electrodepositing solution for low-potential electrodeposition and electrodeposition method using the same
JP2001074927A (en) Method for formation of color film, driving element, and liquid crystal display device
JP3237667B2 (en) Novel film deposition method using photocatalyst, method for producing color filter using this method, electrolytic solution used therefor, and production apparatus
JP3941604B2 (en) Microlens array manufacturing method, electrolytic solution and microlens array resin material used therefor, and master manufacturing apparatus
JP2002333538A (en) Optical waveguide forming method, electrodeposition liquid used for it, and optical waveguide manufacturing apparatus
US7024084B2 (en) Electrodeposition solution, optical part produced therefrom, and production method for same optical part
JP4474857B2 (en) Manufacturing method of optical waveguide
JP4045870B2 (en) Optical element manufacturing method, electrodeposition liquid used therefor, and optical element manufacturing apparatus
CN112470048B (en) Photosensitive epoxy resin composition, photosensitive film, and optical waveguide and hybrid flexible printed wiring board for optical/electrical transmission using the same
US20020122649A1 (en) Light waveguide forming method, electrolyte solution, light waveguide forming apparatus and light waveguide
CN102229292B (en) Printing method of microform graph-text
JP2003253215A (en) Electrodeposition liquid for electrodeposition and optical part produced from the same
JP5908274B2 (en) Manufacturing method of microstructure
JP2000275429A (en) Manufacture of filter
JP4321186B2 (en) Manufacturing method of microlens array
JPH0940779A (en) Polysiloxane, polysiloxane composition, production of insulating film, production of colored member and production of conductive film
JP4329514B2 (en) Microlens array and manufacturing method thereof
KR100426959B1 (en) Menufacturing Method for Planar Optical Waveguide
JP3575284B2 (en) Titanium oxide thin film, light-transmitting image forming substrate, method of manufacturing color filter, and color filter manufacturing apparatus
JP2000275428A (en) Manufacture of filter
JP2016191815A (en) Microstructure and method for manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060622

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090722

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091117

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100118

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100216

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100301

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4474857

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130319

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130319

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140319

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees