JP4593348B2 - ポリシラン組成物並びに光導波路及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明で使用するポリシランは、直鎖型及び分岐型のいずれを用いてもよいが、分岐型が特に好ましく用いられる。分岐型と直鎖型は、ポリシラン中に含まれるSi原子の結合状態によって区別される。分岐型ポリシランとは、隣接するSi原子と結合している数(結合数)が、3または4であるSi原子を含むポリシランである。これに対して、直鎖型のポリシランでは、Si原子の、隣接するSi原子との結合数は2である。通常Si原子の原子価は4であるので、ポリシラン中に存在するSi原子の中で結合数が3以下のものは、Si原子以外に、炭化水素基、アルコキシ基または水素原子と結合している。このような炭化水素基としては、ハロゲンで置換されていてもよい炭素数1〜10の脂肪族炭化水素基、炭素数6〜14の芳香族炭化水素基が好ましい。脂肪族炭化水素基の具体例として、メチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、トリフルオロプロピル基およびノナフルオロヘキシル基などの鎖状のもの、およびシクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基のような脂環式のものなどが挙げられる。また、芳香族炭化水素基の具体例としては、フェニル基、p−トリル基、ビフェニル基およびアントラシル基などが挙げられる。アルコキシ基としては、炭素数1〜8のものが挙げられる。具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基、オクチルオキシ基などが挙げられる。合成の容易さを考慮すると、これらの中でメチル基およびフェニル基が特に好ましい。また、ポリシランの構造で屈折率を調整する場合は、高屈折率が所望の場合はジフェニル基を導入し、低屈折率を所望の場合はジメチル基を多くすることで調整可能である。
本発明においては、シリコーン化合物中の40〜100重量%が二重結合含有シリコーン化合物となるように用いる。好ましくは、50〜100重量%となるように用いる。
本発明において使用する有機過酸化物としては、ポリシランのSi−Si結合間に効率良く酸素を挿入できる化合物であれば特に限定されないが、例えば、パーオキシエステル系過酸化物が挙げられる。特に、ベンゾフェノン基を有する有機過酸化物が好ましく用いられる。
本発明のポリシラン組成物においては、上述のように、ポリシラン化合物とシリコーン化合物とが重量比80:20〜5:95の割合で混合されており、さらに好ましくは70:30〜40:60の割合で含有されている。ポリシラン化合物の割合がこれより少なくなると、硬化が不十分となる場合があり、逆にポリシラン化合物がこれよりを多くなると、クラックが発生する場合がある。
本発明のポリシラン組成物においては、シリコーン化合物として二重結合含有シリコーン化合物が含まれている。このため、紫外線照射して照射領域を側方クラッド層とし、未照射領域をコア層とする際、照射領域においては、従来と同様にポリシランのSi−Si結合が切断され、Si−O−Si結合が形成して屈折率が低下するとともに、二重結合による付加重合反応が生じるため、従来よりも硬度が高い側方クラッド層が形成されるものと思われる。その結果、良好なコア形状が保たれるものと考えられる。このように、本発明のポリシラン組成物によれば、側方クラッド層として相対的に硬いものを形成することができるので、従来よりもシリコーン化合物の量を多くすることも可能である。シリコーン化合物の量を多くすることにより露光感度を向上させることができ、コア層と側方クラッド層の屈折率差も大きくすることができる。従って、伝搬損失及び接合損失を低減させることができる。
攪拌機を備えた1000mlフラスコにトルエン400mlおよびナトリウム13.3gを充填した。このフラスコの内容物を紫外線を遮断したイエロールーム中で111℃に昇温し、高速攪拌することによりナトリウムをトルエン中に微細に分散した。ここにフェニルメチルジクロロシラン42.1g、テトラクロロシラン4.1gを添加し、3時間攪拌することにより重合を行った。その後、得られた反応混合物にエタノールを添加することにより、過剰のナトリウムを失活させた。水洗後、分離した有機層をエタノール中に投入することにより、ポリシランを沈澱させた。得られた粗製のポリシランをエタノールから3回再沈殿させることにより、重量平均分子量11600の、分岐型ポリメチルフェニルシランを得た。
上記合成例のポリメチルフェニルシラン(PMPS)、ビニル基含有フェニルメチルシリコーンレジン(商品名「KR−2020」、Mw=2900、ヨウ素価=61)、及び有機過酸化物BTTB(日本油脂製、固形分20重量%)を表2に示す割合で配合し、メトキシベンゼン(商品名「アニソール−S」、協和発酵ケミカル社製)に固形分77重量%となるように溶解しポリシラン組成物No.1〜No.5を調製した。ポリシラン組成物No.4においては、二重結合含有シリコーン化合物ではないメトキシ基含有フェニルメチルシリコーンレジン(商品名「DC−3074」、ダウコーニング社製)をさらに配合している。
ビニル基含有フェニルメチルシリコーンレジン(商品名「X−40−2667A」、Mw=2600、ヨウ素価=65、信越シリコーン社製)100重量部に対し、硬化剤(商品名「X−40−2667B」、信越シリコーン社製)を5重量部を加えて、アニソールに溶解して、固形分95重量%の上部・下部クラッド形成用溶液を調製した。
図1に示すように、本発明の製造方法の第1の局面に従いポリマー光導波路を作製した。
図2に示すように、本発明の製造方法の第2の局面に従い、ポリマー光導波路を作製した。
図3に示すように、本発明の製造方法の第3の局面に従い、ポリマー光導波路を作製した。
シリコーン化合物として、二重結合含有シリコーン化合物ではないメトキシ基含有フェニルメチルシリコーンレジン(商品名「DC−3074」、ダウコーニング社製)を用い、表3に示すようにポリシラン化合物及び有機過酸化物と混合して、ポリシラン組成物No.6及びNo.7を調製した。これらを用いてポリシラン層を形成する以外は、上記実施例1と同様にしてポリマー光導波路を作製した。
本発明に従うポリシラン組成物No.1〜No.4及び比較例のポリシラン組成物No.5及びNo.6について露光感度を以下のようにして評価した。
〔コア形状の評価〕
実施例1〜3及び比較例1で作製した導波路を、ダイシングソーでカッティングし、長さ2cmの直線導波路とし、この切断面を光学顕微鏡のステージに対して垂直に立てて置き、透過光により光学顕微鏡でコア形状を観察した。観察したコア形状を以下の基準で評価した。
◎:コアが直立していて、かつ形状が四角であるもの
〇:コアが直立しているもの
×:コアが直立していないもの
実施例1〜3及び比較例1で作製した導波路を、ダイシングソーで2cm、4cm、6cmのカットバックを行い、波長830nmで、入射側にコア径50μmのマルチモードフォイバーを、出射側にコア径62.5μmのマルチファイバーを用いて損失測定を行った。縦軸に損失(単位:dB)、横軸に導波路長(単位:cm)をとってプロットし、最小自乗法により得られた近似曲線の傾きから伝搬損失(単位:dB/cm)を、導波路長0cmのときの損失(=X切片)から接合損失(単位:dB)を求めた。
2…下部クラッド層
3…ポリシラン層
3a…コア層
3b…側方クラッド層
4…上部クラッド層
Claims (9)
- ポリシラン化合物とシリコーン化合物を重量比(ポリシラン化合物:シリコーン化合物)80:20〜5:95で含有し、シリコーン化合物中の40〜100重量%が二重結合含有シリコーン化合物であり、有機過酸化物をポリシラン化合物とシリコーン化合物の合計100重量部に対し1〜30重量部の割合で含有することを特徴とするポリシラン組成物。
- 前記二重結合含有シリコーン化合物の二重結合が、ビニル基、アリル基、アクリロイル基、またはメタクリロイル基であることを特徴とする請求項1に記載のポリシラン組成物。
- 前記ポリシラン化合物が分岐型ポリシラン化合物であることを特徴とする請求項1または2に記載のポリシラン組成物。
- 光導波路のコア層及びクラッド層を形成するための材料であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリシラン組成物。
- コア層と、該コア層の側方に設けられる側方クラッド層と、前記コア層及び前記側方クラッド層の下方に設けられる下方クラッド層と、前記コア層及び前記側方クラッド層の上方に設けられる上方クラッド層とを備える光導波路であって、
前記コア層及び前記側方クラッド層が請求項1〜4のいずれか1項に記載のポリシラン組成物から形成されていることを特徴とする光導波路。 - 前記下方クラッド層及び/または前記上方クラッド層が請求項1〜4のいずれか1項に記載のポリシラン組成物から形成されていることを特徴とする請求項5に記載の光導波路。
- コア層と、該コア層の側方に設けられる側方クラッド層と、前記コア層及び前記側方クラッド層の下方に設けられる下方クラッド層と、前記コア層及び前記側方クラッド層の上方に設けられる上方クラッド層とを備える光導波路を製造する方法であって、
基板上に前記下方クラッド層を形成する工程と、
前記下方クラッド層の上に、請求項1〜4のいずれか1項に記載のポリシラン組成物を塗布してポリシラン層を形成する工程と、
前記ポリシラン層の前記側方クラッド層に対応する領域に紫外線を照射することにより、側方クラッド層を形成するとともに、未照射領域を前記コア層とする工程と、
前記コア層及び前記側方クラッド層の上に前記上方クラッド層を形成する工程とを備えることを特徴とする光導波路の製造方法。 - コア層と、該コア層の側方に設けられる側方クラッド層と、前記コア層及び前記側方クラッド層の下方に設けられる下方クラッド層と、前記コア層及び前記側方クラッド層の上方に設けられる上方クラッド層とを備える光導波路を製造する方法であって、
基板上に前記下方クラッド層を形成する工程と、
前記下方クラッド層の上に、請求項1〜4のいずれか1項に記載のポリシラン組成物を塗布してポリシラン層を形成する工程と、
前記ポリシラン層の前記側方クラッド層に対応する領域及びその上方の領域に紫外線を照射することにより、側方クラッド層を形成するとともに、未照射領域を前記コア層とする工程と、
前記側方クラッド層及び前記コア層の上方領域に紫外線を照射して前記上方クラッド層を形成する工程とを備えることを特徴とする光導波路の製造方法。 - コア層と、該コア層の側方に設けられる側方クラッド層と、前記コア層及び前記側方クラッド層の下方に設けられる下方クラッド層と、前記コア層及び前記側方クラッド層の上方に設けられる上方クラッド層とを備える光導波路を製造する方法であって、
基板上に請求項1〜4のいずれか1項に記載のポリシラン組成物を塗布してポリシラン層を形成する工程と、
前記ポリシラン層の前記側方クラッド層に対応する領域並びにその上方及び下方の領域に紫外線を照射することにより、側方クラッド層を形成するとともに、未照射領域を前記コア層とする工程と、
前記側方クラッド層及び前記コア層の下方領域に基板側から紫外線を照射して前記下方クラッド層を形成する工程と、
前記側方クラッド層及び前記コア層の上方領域に上方から紫外線を照射して前記上方クラッド層を形成する工程とを備えることを特徴とする光導波路の製造方法。
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