JP4872681B2 - 光デバイス - Google Patents
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Description
近年、インターネットの普及による通信トラフィックの爆発的な増加に伴い、前述した光ファイバーが家庭に達するFTTH(fiber to the home)の通信網が構築されつつある。また、一方でコンピュータや電子交換機などの装置間・内における接続も現在の銅などの金属ケーブル・配線からファイバーや光導波路を用いた光インターコネクションへの移行が進められている。中でも、ボード間、ボード内、チップ間、チップ内における光インターコネクション材料としては、フィルム化されたフレキシブルなポリマー光導波路が利用されつつある。また、ポリマー光導波路型デバイスとしても、単なる光配線から、例えば、熱光学効果(TO)スイッチ、アレイ導波路格子型可変長フィルタ(AWG−TF)への応用が進んでいる。これらのポリマー光導波路の製造方法としては、選択重合法、反応性イオンエッチング(RIE)とフォトリソグラフィーを組み合わせた方法(特許文献2)、直接露光法(特許文献3)、射出成形法をもとにした方法(特許文献4)、フォトブリーチング法(特許文献5)などが知られている。
[物性の測定方法ならびに効果の評価方法]
特性値の評価方法ならびに効果の評価方法は次の通りである。
シートの層構成は、ミクロトームを用いて断面を切り出したサンプルについて、電子顕微鏡観察により求めた。すなわち、電界放出型走査型電子顕微鏡JSM−6700F((株)Jeol製)を用い、シート断面を200〜1000倍に拡大観察し、断面写真を撮影し、層構成および各層厚みを測定した。複数あるコアとなる熱可塑性樹脂Aの層厚みおよびクラッドの一部となる熱可塑性樹脂Bの層厚みは、それぞれ、平均値を採用した。
評価の対象とする樹脂単体毎に、光デバイスの積層構造の構成に供給したものと同一組成の樹脂について、JIS K7142(1996)A法に従って測定した。
25℃、65%RHの環境下で、JIS C6823(1999)カットバック法(IEC60793−C1A)に準じて行った。光源には、波長850nmの固定波長レーザーを用いた。なお、測定の際には、コア厚みに対応したファイバーコネクタとサンプルとの調芯を行った。調芯機は、駿河精機製のものを用いて行った。また、挿入損失を低減するために、サンプルとファイバー間にはマッチングオイルを用いた。測定結果を以下の基準で判断した。導光路が複数ある場合は、最も損失の少ない値を採用した。
0.5dB/cm未満であるものは、○
1未満0.5dB/cm以上であるものは、△
1dB/cm以上であるものは、×。
アンリツ株式会社製フィルムシックネステスタ「KG601A」および電子マイクロメータ「K306C」を用い、シートの長手方向に30mm幅、3m長にサンプリングした光デバイス基材を0.1sのサンプリング刻み、シート走査速度1.5m/minで連続的に厚みを測定した。シート厚みの変化率は、シート長さ2m内での最大厚みと最小厚みの差を、平均厚みで割り、100を乗じた値(%)とした。なお、このシート厚みの変化率についてはn数5回で測定した。
破断伸度はインストロンタイプの引張試験機(オリエンテック(株)製フィルム強伸度自動測定装置“テンシロンAMF/RTA−100”)を用いて、25℃、65%RHの環境下にてJIS−K7127に準拠して測定した。シート長手方向(MD方向:Machine Direction)およびシート幅方向(TD方向:Transevers Direction)それぞれについて、幅10mmの光デバイス基材であるシートを、試長間50mm、引張り速度300mm/分の条件で引張り、破断伸度を求めた。なお、n数は5回とし、MD.TDを含めた平均値を採用した。
エッチング工程を終えた光デバイス基材の溝のある加工面を上向きにし、サンプルをガラス基板上に固定した。このサンプルを超深度形状測定顕微鏡VK−8500(KEYENCE社製)用いて、対物レンズ20倍、縦方向分解能20nmで焦点を溝底面に合わせて観察を行った。次いで、付属の画像計測・解析ソフトVK−H1Wを用いて、溝底面の表面粗さを測定した。測定条件は、10×10mm〜40×40mm程度の領域の算術平均粗さを10カ所測定し、それらの値を平均化したものを、表面粗さとして採用した。
作製された光デバイスの端面を前記した走査型電子顕微鏡を用いて、導光路の形状が、シャープな角度を有する四角形になっているかどうかを確認した。導光路と媒質Cの境界線が熱可塑性樹脂であるコアとクラッドの一部の積層界面と垂直な関係に保たれているものを設計指針とする四角形の断面形状とした。なお、導光路と媒質Cの境界線と導光路底辺である積層界面で挟まれた角度が90±5度であるものを四角形と判断した。この基準をもとに形成された導光路全てについて評価を行い、以下の基準に従って光デバイスの評価を行った。
導光路の断面形状が全て、四角形であるもの ○
導光路の5割がテーパー状となっているもの △
殆ど導光路が形成されていないもの ×。
ポリエチレンテレフタレートをクラッドの一部となる熱可塑性樹脂Bとし、コアとなる熱可塑性樹脂Aとしてポリエチレテレフタレートにポリエーテルイミドを20重量%混ぜたポリマーアロイを用いた。(熱可塑性樹脂A,B、共に無粒子)。熱可塑性樹脂AおよびBは、それぞれの二軸ベント式押出機にて280℃で溶融させ、FSSタイプのリーフディスクフィルタ(濾過精度10μm)を5枚介した後、ギアポンプにて吐出比が熱可塑性樹脂A組成物/熱可塑性樹脂B組成物=5/1になるように計量しながら、5層のコームタイプのフィードブロックにて合流させて、厚み方向に交互に積層された積層体とした。その内訳は、熱可塑性樹脂Aが2層、熱可塑性樹脂Bが3層からなる厚み方向に交互に積層された周期構造を有する積層体であり、最外層は熱可塑性樹脂Bとした。さらに、3台目の押出機から保護層2として、熱可塑性樹脂Bに平均粒径1.2μmの凝集シリカを0.02重量%添加した熱可塑性樹脂Cが、片面の最外層部にくるようにフィードブロック下の2層複合ピノール(5層積層体/保護層2)から合流させて、計6層からなる積層体とした。この際のポリマー流路の断面形状は、アスペクト比(巾方向の長さ/厚み方向の長さ)2の角型形状を用いた。また、断面積内を単位時間内に通過する積層された樹脂の吐出量は、20kg/hr/cm2であった。該積層体をTダイに供給し、シート状に成形した後、ワイヤーで8kVの静電印可電圧をかけながら、表面温度25℃に保たれたキャスティングドラム上で急冷固化し未延伸シートである光デバイス基材を得た。なお、このときのドラフト比は8であり、得られたシート厚みは、131μmであった。採取した光デバイス基材の長さは5m以上であった(以下、実施例1〜9まで採取した光デバイス基材の長さは同様。)。得られた光デバイス基材の層の構成を表1に示す。
なお、媒質Cの処方を以下に示す。
ポリエステルウレタン(三井武田ケミカル)
(i)タケラックU25(ポリエステルポリオール)
(ii)タケネートD140N(イソシアネート)
(iii)酢酸エチル
(i)/(ii)/(iii)=1/0.8/1で分散。
熱可塑性樹脂Aにトリアジン系UV吸収剤2-(4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン-2-イル)-5-[(ヘキシル)オキシ]-フェノールを1wt.%添加すること以外は、実施例1と同様にしてシート厚みが131μmの光デバイス基材を得た。層の構成を表1に示す。
熱可塑性樹脂Aにポリメタクリル酸メチル(住友化学(株)製 タイプMGSS)と熱可塑性樹脂Bに前記ポリメタクリル酸メチルとポリフッ化ビニリデン((株)呉羽化学 タイプT850)を8:2の割合でアロイ化したものを用いた。押出温度は240℃、吐出比は5/2とし、保護層2を形成せず、その他は、実施例1と同様にして、厚み160μmの光デバイス基材を製膜した。次いで、実施例1と同様のエキシマレーザーを用いて、深さ150μm×巾50μm×長さ5cmの溝を100μm間隔で2本形成し、凹凸凹の形状を形成した。さらに、形成した溝に一部フッ素化したアクリル系低分子化合物を流し込み、導光路を得た。厚み方向の上下に導光路が2つ形成されていることを確認した。得られた光デバイスの結果を表1に示す。
熱可塑性樹脂AにMS樹脂「TXポリマー」(メチルメタクリレート・スチレン)(電気化学工業(株)製)また、熱可塑性樹脂Bに実施例3に用いたポリメタクリル酸メチルを用いた。熱可塑性樹脂AおよびBは、それぞれの二軸ベント式押出機にて250℃で溶融させ、FSSタイプのリーフディスクフィルタを5枚介した後、ギアポンプにて吐出比が熱可塑性樹脂A組成物/熱可塑性樹脂B組成物=2/1になるように計量しながら、9層のコームタイプのフィードブロックにて合流させて、厚み方向に交互に積層された積層体とした。その内訳は、熱可塑性樹脂Aが4層、熱可塑性樹脂Bが5層からなる厚み方向に交互に積層された周期構造を有する積層体であり、最外層は熱可塑性樹脂Bとした。(熱可塑性樹脂A,Bとも無粒子)さらに、3台目の押出機から熱可塑性樹脂Bに平均粒径1.2μmの凝集シリカを0.02重量%添加した熱可塑性樹脂Cが、片面の最表層部にくるようにフィードブロック下の2層複合ピノールから合流させて、計10層からなる積層体とした。この際のポリマー流路の断面形状は、アスペクト比(巾方向の長さ/厚み方向の長さ)2の角型形状を用いた。また、断面積内を単位時間内に通過する積層された樹脂の吐出量は、30kg/hr/cm2であった。該積層体をTダイに供給し、シート状に成形した後、表面温度が25℃に保たれたHCrメッキのコンタクトロールを用いてカレンダキャストを行い、急冷固化し未延伸シートである光デバイス基材を得た。なお、このときのドラフト比は10であり、得られたシート厚みは、552μmであった。層の構成を表1に示す。
(i)フォレット GS−1000(綜研化学)
(ii)MEK
(i)/(ii)=1/1で分散。
実施例3の熱可塑性樹脂Aにトリアジン系UV吸収剤2-(4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン-2-イル)-5-[(ヘキシル)オキシ]-フェノールを2wt.%添加し、さらに33層のコームタイプフィードブロックを用いて、吐出比は1/1とし、その他は、実施例4と同様にして、厚み331μmの光デバイス基材を製膜した。次いで、実施例1と同じエキシマレーザーを用いて、深さ300μm×巾50μm×長さ5cmの溝を50μm間隔で3本形成し、凹凸凹凸凹の形状を形成した。さらに、形成した溝に一部フッ素化したアクリル系低分子量化合物を流し込み、導光路を得た。この変更以外、実施例3と同様にして、光デバイスを作製した。光デバイスの厚み方向断面に厚み方向 10個×幅方向 2個=計 20個の3次元に配列した導光路が形成されていることを確認した。得られた光デバイスの結果を表1に示す。層の構成および得られた光デバイスの結果を表1に示す。
熱可塑性樹脂Aにトリアジン系UV吸収剤2-(4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン-2-イル)-5-[(ヘキシル)オキシ]-フェノールを1wt.%添加したポリエチレンテレフタレートを用い、熱可塑性樹脂Bにもトリアジン系UV吸収剤2-(4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン-2-イル)-5-[(ヘキシル)オキシ]-フェノールを1wt.%添加したイソフタレート成分が10mol共重合したポリシクロヘキシレンジメチルレンテレフタレートを用いた。熱可塑性樹脂AおよびBは、共に無粒子であり、それぞれの二軸ベント式押出機にて280℃で溶融させ、FSSタイプのリーフディスクフィルタ(濾過精度10μm)を5枚介した後、ギアポンプにて吐出比が熱可塑性樹脂A組成物/熱可塑性樹脂B組成物=3/1になるように計量しながら、9層のコームタイプのフィードブロックにて合流させて、厚み方向に交互に積層された積層体とした。その内訳は、熱可塑性樹脂Aが4層、熱可塑性樹脂Bが5層からなる厚み方向に交互に積層された周期構造を有する積層体であり、最外層は熱可塑性樹脂Bとした。この際のポリマー流路の断面形状は、アスペクト比(巾方向の長さ/厚み方向の長さ)2の角型形状を用いた。また、断面積内を単位時間内に通過する積層された樹脂の吐出量は、10kg/hr/cm2であった。該積層体をTダイに供給し、シート状に成形した後、ワイヤーで8kVの静電印可電圧をかけながら、表面温度25℃に保たれたキャスティングドラム上で急冷固化し未延伸シートである光デバイス基材を得た。なお、このときのドラフト比は8であり、得られたシート厚みは、172μmであった。層の構成を表1に示す。
熱可塑性樹脂Aと熱可塑性樹脂BともにUV吸収剤を添加しなくし、マルチマニホールドタイプのフィードブロックを用いて、さらに熱可塑性樹脂A組成物/熱可塑性樹脂B組成物=2/1する以外は、実施例6と同様にして、シート厚み290μmの光デバイス基材を得た。層の構成を表1に示す。
熱可塑性樹脂Aにポリエチレンナフタレートを用いて、熱可塑性樹脂Bにポリエチレンテレフタレートとポリエチレンナフタレートとを3:7の重量比で混合アロイ化したものを用いて、さらに熱可塑性樹脂A組成物/熱可塑性樹脂B組成物=1.3/1とする以外は、実施例7と同様にして、シート厚み330μmの光デバイス基材を得た。この基材上に、メタバーを用いて、酢酸ビニル・アクリル系樹脂とメラミン樹脂の架橋剤の固形成分に対して、粒径80nmのコロイダルシリカ粒子の濃度を3重量%に調整した水系塗剤を塗布した。ついで、120℃の温度で乾燥した。得られた層の構成を表1に示す。
熱可塑性樹脂Aにポリエチレンテレフタレートを用い、熱可塑性樹脂Bにイソフタレート成分が10mol共重合したポリシクロヘキシレンジメチルレンテレフタレートを用いた。熱可塑性樹脂AおよびBは、共に無粒子であり、それぞれの二軸ベント式押出機にて280℃で溶融させ、FSSタイプのリーフディスクフィルタ(濾過精度5μm)を10枚介した後、ギアポンプにて吐出比が熱可塑性樹脂A組成物/熱可塑性樹脂B組成物=4.3/1になるように計量しながら、9層のコームタイプのフィードブロックにて合流させて、厚み方向に交互に積層された積層体とした。その内訳は、熱可塑性樹脂Aが5層、熱可塑性樹脂Bが4層からなる厚み方向に交互に積層された周期構造を有する積層体であり、最外層は熱可塑性樹脂Aとした。また、最外層の厚みは、熱可塑性樹脂Aの内層に比べて1/2とした。この際のポリマー流路の断面形状は、アスペクト比(巾方向の長さ/厚み方向の長さ)2の角型形状を用いた。また、断面積内を単位時間内に通過する積層された樹脂の吐出量は、8kg/hr/cm2であった。該積層体をTダイに供給し、シート状に成形した後、ワイヤーで8kVの静電印可電圧をかけながら、表面温度25℃に保たれたキャスティングドラム上で急冷固化し未延伸シートである光デバイス基材を得た。なお、このときのドラフト比は8であり、得られたシート厚みは、292μmであった。層の構成を表1に示す。
1次平均粒径が1.1μmの炭酸カルシウムの濃度が0.05重量%となるように粒子添加を行っているポリエチレンテレフタレートを180℃で3時間乾燥し、フルフライトスクリューの単軸押出機に供給し、280℃で溶融した。高精度濾過した後、コートハンガー型の口金よりシート状にして押出した後、静電印加キャスト法にて30℃のキャスティングドラムに巻き付けて冷却固化し、未延伸シートである光デバイス基材を得た。このときのドラフト比は12であり、得られたシート厚みは、500μmであった。層の構成を表1に示す。
熱可塑性樹脂をポリブチレンテレフタレートに変更する以外は、比較例1と同様の方法で実施した。得られた光デバイスは、結晶化し光散乱を起こしやすい損失が大きなものであった。その結果を表1に示す。
熱可塑性樹脂Aとして、ポリエチレンテレフタレートを用い、また熱可塑性樹脂BとしてPET/G(シクロヘキサンジメタノール成分20mol%を共重合したポリエチレンテレフタレート)の共重合体を用いた(熱可塑性樹脂A,B、共に無粒子)。熱可塑性樹脂AおよびBは、それぞれのフルフライトスクリューの単軸押出機にて280℃で溶融させ、メッシュ上の金網フィルタを介した後、ギアポンプにて吐出比が熱可塑性樹脂A組成物/熱可塑性樹脂B組成物=1/1になるように計量しながら、201層のフィードブロックにて合流させて、厚み方向に交互に積層された積層体とした。その内訳は、熱可塑性樹脂Aが101層、熱可塑性樹脂Bが100層からなる厚み方向に交互に積層された周期構造を有する積層体であり、最外層は熱可塑性樹脂Aとした。さらに、3台目の押出機から保護層2として、熱可塑性樹脂Aに平均粒径1.2μmの凝集シリカを0.02重量%添加した熱可塑性樹脂Cが、片面の最外層部にくるようにフィードブロック下の2層複合ピノールから合流させて、計202層からなる積層体とした。この際のポリマー流路の断面形状は、アスペクト比(巾方向の長さ/厚み方向の長さ)2の形状を用いた。該積層体をTダイに供給し、シート状に成形した後、ワイヤーで8kVの静電印可電圧をかけながら、表面温度25℃に保たれたキャスティングドラム上で急冷固化し未延伸シートを得た。
本発明は、光デバイスに関するものである。さらに詳しくは、ディスプレイ、光学センサ、太陽電池、光情報通信、また、装飾材料分野などに用いられる光デバイスであり、特に、情報通信分野に用いられる合分波器、スイッチ素子などの光デバイスから光実装に用いられる光配線などの光インターコネクションに好適な光デバイスに関するものである。
2:熱可塑性樹脂A
3:媒質C
4:導光路
5:ポリマーA
6:ポリマーB
7:スリット部板
8:マニホールド
9:フィードブロック
10:ポリマーAが流入するスリット部
11:ポリマーBが流入するスリット部
12:短管
13:口金
14:キャストドラム
Claims (10)
- コアと、前記コアのまわりに設置されたコアより屈折率の小さいクラッドとから構成されるシート状の光デバイスであって、コアが熱可塑性樹脂によって形成されてなり、クラッドが熱可塑性樹脂と硬化性樹脂によって形成されてなり、前記コアと前記熱可塑性樹脂からなるクラッドの一部が厚み方向に交互に5層以上に積層されてなり、前記硬化性樹脂からなるクラッドの残りの部分が前記コアと前記熱可塑性樹脂からなるクラッドの一部とを巾方向に複数列に分断するように厚み方向に延在して設けられており、前記コアが厚み方向および巾方向に三次元的に複数配列されて複数の導光路となる光デバイス。
- 前記コアの厚みが1μm以上300μm以下であり、前記熱可塑性樹脂からなるクラッドの一部の厚みが1μm以上500μm以下である請求項1に記載の光デバイス。
- UV吸収剤を含んでなる請求項1または2に記載の光デバイス。
- 前記導光路の進行方向において1m以上の長さを有する請求項1〜3のいずれかに記載の光デバイス。
- 前記光デバイスの端面が、垂線に対して8°傾斜した傾斜端面である請求項1〜4のいずれかに記載の光デバイス。
- 破断伸度が10%以上である請求項1〜5のいずれかに記載の光デバイス。
- 光情報通信用モジュール分野に用いられる請求項1〜6のいずれかに記載の光デバイス。
- 2台の押出機から熱可塑性樹脂層Aからなるコアと熱可塑性樹脂層Bからなるクラッドの一部が積層装置を用いて厚み方向に交互に5層以上に積層され、次いで口金のスリット部から溶融状態でシート状に押し出されて固化されてなる光デバイス基材を形成する工程と、前記光デバイス基材において、熱可塑性樹脂層Aからなるコアと熱可塑性樹脂Bからなるクラッドの一部とを巾方向に複数列に分断するように厚み方向に延在して溝を設ける工程と、前記溝に硬化性樹脂を流し込む工程を含む前記光デバイス基材に導光路が形成される工程とを含む、コアの延在方向に直交する断面内における厚み方向および巾方向に複数列コアを有した光デバイスの製造方法。
- 前記熱可塑性樹脂層Aからなるコアと熱可塑性樹脂Bからなるクラッドの一部とを巾方向に複数列に分断するように厚み方向に延在して溝を設ける工程において、前記溝をレーザー光の照射、またはブレードによるエッチングによって形成することを特徴とする請求項8に記載の光デバイスの製造方法。
- レーザー光がエキシマレーザーである請求項9に記載の光デバイスの製造方法。
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