JP6065589B2 - Optical waveguide forming film and manufacturing method thereof, optical waveguide and manufacturing method thereof, electronic apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、光導波路形成用フィルムおよびその製造方法、光導波路およびその製造方法、電子機器に関するものである。
本願は、2010年9月22日に日本に出願された特願2010−212575号、及び2010年10月12日に日本に出願された特願2010−229864号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。The present invention relates to a film for forming an optical waveguide and a manufacturing method thereof, an optical waveguide and a manufacturing method thereof, and an electronic apparatus.
This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2010-212575 filed in Japan on September 22, 2010, and Japanese Patent Application No. 2010-229864 filed in Japan on October 12, 2010. The contents are incorporated herein.
近年、情報化の波とともに、大容量の情報を高速で通信可能な広帯域回線(ブロードバンド)の普及が進んでいる。また、これらの広帯域回線に情報を伝送する装置として、ルーター装置、WDM(Wavelength Division Multiplexing)装置等の伝送装置が用いられている。これらの伝送装置内には、LSIのような演算素子、メモリーのような記憶素子等が組み合わされた信号処理基板が多数設置されており、各回線の相互接続を担っている。 In recent years, with the wave of computerization, wideband lines (broadband) capable of communicating a large amount of information at high speed have been spreading. Also, as devices for transmitting information to these broadband lines, transmission devices such as router devices and WDM (Wavelength Division Multiplexing) devices are used. In these transmission apparatuses, a large number of signal processing boards in which arithmetic elements such as LSIs and storage elements such as memories are combined are installed, and each line is interconnected.
各信号処理基板には、演算素子や記憶素子等が電気配線で接続された回路が構築されているが、近年、処理する情報量の増大に伴って、各基板では、極めて高いスループットで情報を伝送することが要求されている。しかしながら、情報伝送の高速化に伴い、クロストークや高周波ノイズの発生、電気信号の劣化等の問題が顕在化しつつある。このため、電気配線がボトルネックとなって、信号処理基板のスループットの向上が困難になっている。また、同様の課題は、スーパーコンピューターや大規模サーバー等でも顕在化しつつある。 Each signal processing board has a circuit in which arithmetic elements, storage elements, etc. are connected by electrical wiring. However, with the increase in the amount of information to be processed in recent years, each board has a very high throughput. It is required to transmit. However, with the speeding up of information transmission, problems such as generation of crosstalk and high frequency noise and deterioration of electric signals are becoming apparent. For this reason, electrical wiring becomes a bottleneck, making it difficult to improve the throughput of the signal processing board. Similar problems are also becoming apparent in supercomputers and large-scale servers.
一方、光搬送波を使用してデータを移送する光通信技術が開発され、近年、この光搬送波を、一地点から他地点に導くための手段として、光導波路が普及しつつある。この光導波路は、線状のコア部と、その周囲を覆うように設けられたクラッド部とを有している。コア部は、光搬送波の光に対して実質的に透明な材料によって構成され、クラッド部は、コア部より屈折率が低い材料によって構成されている。 On the other hand, an optical communication technique for transferring data using an optical carrier wave has been developed, and in recent years, an optical waveguide is becoming popular as a means for guiding the optical carrier wave from one point to another point. This optical waveguide has a linear core part and a clad part provided so as to cover the periphery thereof. The core part is made of a material that is substantially transparent to the light of the optical carrier wave, and the cladding part is made of a material having a refractive index lower than that of the core part.
光導波路では、コア部の一端から導入された光が、クラッド部との境界で反射しながら他端に搬送される。光導波路の入射側には、半導体レーザー等の発光素子が配置され、出射側には、フォトダイオード等の受光素子が配置される。発光素子から入射された光は光導波路を伝搬し、受光素子により受光され、受光した光の明滅パターンもしくはその強弱パターンに基づいて通信を行う。 In the optical waveguide, light introduced from one end of the core portion is conveyed to the other end while being reflected at the boundary with the cladding portion. A light emitting element such as a semiconductor laser is disposed on the incident side of the optical waveguide, and a light receiving element such as a photodiode is disposed on the emission side. Light incident from the light emitting element propagates through the optical waveguide, is received by the light receiving element, and performs communication based on the flickering pattern of the received light or its intensity pattern.
このような光導波路で信号処理基板内の電気配線を置き換えることにより、前述したような電気配線の問題が解消され、信号処理基板のさらなる高スループット化が可能になると期待されている。 By replacing the electric wiring in the signal processing board with such an optical waveguide, it is expected that the problem of the electric wiring as described above is solved and the signal processing board can be further increased in throughput.
ここで、光導波路としては、従来、一定の屈折率を有するコア部と、コア部より低い一定の屈折率を有するクラッド部とを有するステップインデックス型(SI型)のものが一般的であったが、近年、屈折率が連続的に変化したグレーテッドインデックス型(GI型)のものが提案されている。 Here, as an optical waveguide, a step index type (SI type) having a core part having a constant refractive index and a clad part having a constant refractive index lower than the core part has been generally used. However, in recent years, a graded index type (GI type) whose refractive index has changed continuously has been proposed.
GI型の光導波路の製造にはいくつかの方法が知られているが、例えば特許文献1には、屈折率の異なる有機材料を溶解させた溶液を、支持基材上に順次塗工して積層することにより、厚さ方向に連続的な屈折率勾配を有するコア層を形成した後、支持基材を残すようにコア層を所定形状に切断し、さらに切断後のコア層を覆うようにコア層より低屈折率の材料を被覆することで、所望の形状のGI型光導波路を得る方法が開示されている。
Several methods are known for manufacturing a GI type optical waveguide. For example, in
このような方法では、厚さ方向の屈折率分布がGI型であるコア層が得られるものの、光導波路のチャンネル(コア部)を形成するためには、チャンネルの長手方向に沿ってコア層を切断し、不要部分を除去する必要がある。さらには、切断加工によって切り出されたコア部を低屈折率の材料で被覆し、クラッド部を形成する必要もある。このような工程は、いずれも煩雑な作業を伴うため、製造効率が著しく低く、かつ低コスト化が困難である。 In such a method, a core layer having a refractive index distribution in the thickness direction of GI type can be obtained. However, in order to form a channel (core portion) of an optical waveguide, the core layer is formed along the longitudinal direction of the channel. It is necessary to cut and remove unnecessary portions. Furthermore, it is necessary to cover the core part cut out by the cutting process with a low refractive index material to form a clad part. Since all of these processes involve complicated operations, the production efficiency is extremely low and it is difficult to reduce the cost.
しかも、厚さ方向における屈折率勾配は、支持基材上に、屈折率の異なる有機材料を溶解させた溶液を順次塗工して積層することで形成されるものであるため、必ずしも連続的ではなく、厚さ方向の屈折率分布は階段状に変化したものになってしまう。このため、このような光導波路では、連続的な屈折率勾配に応じて光路を連続的に変化させるというGI型光導波路の長所が十分に発揮されない。 Moreover, since the refractive index gradient in the thickness direction is formed by sequentially applying and laminating a solution in which organic materials having different refractive indexes are dissolved on the support base material, it is not always continuous. In other words, the refractive index distribution in the thickness direction changes stepwise. For this reason, in such an optical waveguide, the advantage of the GI optical waveguide that the optical path is continuously changed in accordance with the continuous refractive index gradient is not sufficiently exhibited.
また、上記のように溶液を順次塗工して積層する場合、例えば1層目を塗工した後、2層目を塗工するまでの間に、1層目の上面に異物が付着(落下)する可能性がある。付着した異物は、1層目と2層目との間に残留し、光導波路の伝送を妨げる原因となる。このような異物を内包した光導波路は、伝送損失の増大を招くこととなる。 In addition, when the solutions are sequentially applied and laminated as described above, for example, after the first layer is applied and before the second layer is applied, foreign matter adheres (drops) to the upper surface of the first layer. )there's a possibility that. The adhered foreign matter remains between the first layer and the second layer, and prevents transmission of the optical waveguide. An optical waveguide containing such a foreign substance causes an increase in transmission loss.
本発明の目的は、グレーテッドインデックス型またはそれに類似した屈折率分布を有する光導波路を効率よく低コストで製造可能な光導波路形成用フィルム、かかる光導波路形成用フィルムを効率よく製造することができる光導波路形成用フィルムの製造方法、および、伝送損失が小さく信頼性の高い光導波路を効率よく製造することができる光導波路の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an optical waveguide forming film capable of efficiently and inexpensively manufacturing an optical waveguide having a graded index type or a refractive index distribution similar thereto, and the optical waveguide forming film can be efficiently manufactured. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a film for forming an optical waveguide and a method for manufacturing an optical waveguide capable of efficiently manufacturing a highly reliable optical waveguide with small transmission loss.
また本発明の目的は、グレーテッドインデックス型またはそれに類似した屈折率分布を有する光導波路を効率よく低コストで製造可能な光導波路形成用フィルム、伝送損失が小さく信頼性の高い光導波路、およびかかる光導波路を備える電子機器を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a film for forming an optical waveguide capable of efficiently and inexpensively manufacturing an optical waveguide having a graded index type or a refractive index distribution similar thereto, an optical waveguide having a small transmission loss and high reliability, and such an optical waveguide. An object of the present invention is to provide an electronic device including an optical waveguide.
このような目的は、下記(1)〜(6)の本発明により達成される。
(1) 光導波路を形成するための光導波路形成用フィルムの製造方法であって、
活性放射線の照射により屈折率の変化を伴う化学反応を生じる反応媒体を含む第1の組成物と、前記第1の組成物より低屈折率の第2の組成物と、を用意する工程と、
前記第1の組成物を層状に成形してなる第1の層状成形物が前記第2の組成物を層状に成形してなる2層の第2の層状成形物で挟まれるように、前記第1の組成物と前記第2の組成物とを多色押出成形する工程と、を有し、
前記多色押出成形は、前記第1の層状成形物と第2の層状成形物の境界近傍において、前記第1の組成物と前記第2の組成物とが混合し、前記第1の組成物と前記第2の組成物との混合比率が、厚さ方向に沿って連続的に変化するよう行われることを特徴とする光導波路形成用フィルムの製造方法。
Such an object is achieved by the present inventions (1) to ( 6 ) below.
(1) A method for producing a film for forming an optical waveguide for forming an optical waveguide,
Providing a first composition containing a reaction medium that generates a chemical reaction accompanied by a change in refractive index upon irradiation with actinic radiation, and a second composition having a lower refractive index than the first composition;
The first layered product formed by layering the first composition is sandwiched between two second layered products formed by layering the second composition. And a step of multicolor extrusion molding the composition of 1 and the second composition,
In the multicolor extrusion molding, the first composition and the second composition are mixed in the vicinity of the boundary between the first layered product and the second layered product, and the first composition is mixed. The method for producing an optical waveguide forming film is characterized in that the mixing ratio between the first composition and the second composition is continuously changed along the thickness direction.
(2) 前記第1の組成物は、
ポリマーと、
該ポリマーと相溶し、かつ該ポリマーと異なる屈折率を有し、活性放射線の照射により重合反応し得るモノマーと、を含むものであり、
前記反応媒体は、前記モノマーである上記(1)に記載の光導波路形成用フィルムの製造方法。
(2) The first composition is:
A polymer,
A monomer compatible with the polymer and having a refractive index different from that of the polymer and capable of undergoing a polymerization reaction upon irradiation with actinic radiation,
The said reaction medium is a manufacturing method of the film for optical waveguide formation as described in said (1) which is the said monomer.
(3) 前記ポリマーは、ノルボルネン系樹脂である上記(2)に記載の光導波路形成用フィルムの製造方法。 (3) The said polymer is a manufacturing method of the film for optical waveguide formation as described in said (2) which is norbornene-type resin.
(4) 上記(1)ないし(3)のいずれか一項に記載の光導波路形成用フィルムの製造方法により製造された光導波路形成用フィルムに対して、部分的に照射量が異なるように、活性放射線を選択的に照射することを特徴とする光導波路の製造方法。 (4) With respect to the optical waveguide forming film manufactured by the method for manufacturing an optical waveguide forming film according to any one of (1) to (3), the irradiation amount is partially different. A method for manufacturing an optical waveguide, wherein the active radiation is selectively irradiated.
(5) 前記活性放射線の照射は、前記活性放射線のビームを前記光導波路形成用フィルムに対して相対的に走査することにより行われ、
前記ビームの横断面形状は、前記走査の経路の中心線に対して線対称の形状である上記(4)に記載の光導波路の製造方法。
(5) The irradiation of the active radiation is performed by scanning the beam of the active radiation relative to the optical waveguide forming film,
The method of manufacturing an optical waveguide according to (4), wherein a cross-sectional shape of the beam is a line-symmetric shape with respect to a center line of the scanning path.
(6) 上記(1)ないし(3)のいずれか一項に記載の光導波路形成用フィルムの製造方法により製造された光導波路形成用フィルムを準備する工程と、
前記光導波路形成用フィルムにエネルギー線を照射することにより、面内方向に離間した複数のコア部を形成する工程と、を有する光導波路形成用フィルムの製造方法。
( 6 ) The step of preparing the film for optical waveguide formation manufactured by the manufacturing method of the film for optical waveguide formation as described in any one of said (1) thru | or (3),
Forming a plurality of core parts spaced apart in an in-plane direction by irradiating the film for forming an optical waveguide with energy rays.
本発明によれば、光を照射して反応媒体を反応させることで、所望の領域に対して選択的にチャンネル(コア部)を形成し、これによりグレーテッドインデックス型またはそれに類似した屈折率分布の光導波路を効率よく低コストで製造可能な光導波路形成用フィルムを提供するとともに、かかる光導波路形成用フィルムを効率よく製造することができる。 According to the present invention, by reacting the reaction medium by irradiating light, a channel (core part) is selectively formed in a desired region, whereby a graded index type or similar refractive index profile is formed. It is possible to provide an optical waveguide forming film capable of efficiently manufacturing the optical waveguide at low cost, and to efficiently manufacture such an optical waveguide forming film.
また、本発明の光導波路形成用フィルムから製造された光導波路は、その幅方向における屈折率分布Wがモノマーの拡散移動に伴って形成され、かつ、厚さ方向における屈折率分布Tが多色押出成形により形成されているため、従来の方法で製造された光導波路に比べて光導波路内に異物や気泡、構造欠陥等の散乱要因が介在し難く、散乱の発生が抑制される。したがって、本発明によれば、伝送損失が小さく信頼性の高い光導波路を効率よく製造することができる。 Further, the optical waveguide manufactured from the optical waveguide forming film of the present invention has a refractive index distribution W in the width direction formed along with the diffusion movement of the monomer, and the refractive index distribution T in the thickness direction is multicolored. Since it is formed by extrusion molding, scattering factors such as foreign matters, bubbles, and structural defects are less likely to be present in the optical waveguide as compared with an optical waveguide manufactured by a conventional method, and the occurrence of scattering is suppressed. Therefore, according to the present invention, an optical waveguide having a small transmission loss and high reliability can be efficiently manufactured.
以下、本発明の光導波路形成用フィルムの製造方法、光導波路の製造方法および光導波路形成用フィルムについて添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the manufacturing method of the optical waveguide forming film, the manufacturing method of the optical waveguide, and the optical waveguide forming film of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
光導波路形成用フィルムは、活性放射線の照射により屈折率の変化を伴う化学反応を生じる反応媒体を含んでおり、かつ、厚さ方向の内側から両面側に向かって屈折率が連続的に低下する屈折率分布を一様に含んだ層を有している。このため、光導波路形成用フィルムは、その厚さ方向において、いわゆるグレーテッドインデックス型またはそれに類似した屈折率分布の形成を可能にし、一方、幅方向(面方向)には、活性放射線の照射の有無を適宜選択することで、屈折率差を容易に形成することのできる屈折率調整能を潜在的に有するものとなる。 The film for forming an optical waveguide contains a reaction medium that causes a chemical reaction accompanied by a change in refractive index when irradiated with actinic radiation, and the refractive index continuously decreases from the inside in the thickness direction toward both sides. It has a layer that uniformly includes a refractive index distribution. For this reason, the optical waveguide forming film enables the formation of a so-called graded index type or similar refractive index distribution in the thickness direction, while irradiation with actinic radiation in the width direction (plane direction). By appropriately selecting the presence or absence, a refractive index adjustment ability that can easily form a refractive index difference is potentially obtained.
したがって、本発明の光導波路形成用フィルムは、単に活性放射線を選択的に照射するのみで、厚さ方向に優れた光閉じ込め性を有し、幅方向にも同様に優れた光閉じ込め性を有する光導波路を容易に製造し得るという優れた特徴を有するものとなる。 Therefore, the film for forming an optical waveguide of the present invention has an excellent light confinement property in the thickness direction, and also has an excellent light confinement property in the width direction simply by selectively irradiating active radiation. It has the outstanding characteristic that an optical waveguide can be manufactured easily.
本発明の光導波路形成用フィルムの製造方法は、かかる光導波路形成用フィルムを効率よく製造することができる。 The method for producing an optical waveguide forming film of the present invention can efficiently produce such an optical waveguide forming film.
<光導波路>
まず、本発明の光導波路形成用フィルムから製造される光導波路について説明する。<Optical waveguide>
First, the optical waveguide manufactured from the film for forming an optical waveguide of the present invention will be described.
<第1の形態>
図1は、本発明の光導波路の製造方法により製造される光導波路の第1の形態を示す(一部切り欠いて、および透過して示す)斜視図、図2は、図1に示すX−X線断面図について、横軸に屈折率をとり、縦軸にX−X線断面図のコア部の厚さ方向の位置をとったときの屈折率分布の一例を模式的に示す図、図3は、図1に示すX−X線断面図について、横軸にコア層の幅方向の位置を表し、縦軸に屈折率を表したときの屈折率分布の一例を模式的に示す図である。なお、以下の説明では、図1中の上側を「上」、下側を「下」という。また、図1は、層の厚さ方向(各図の上下方向)が誇張して描かれている。<First form>
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of an optical waveguide manufactured by the optical waveguide manufacturing method of the present invention (partially cut away and shown transparently), and FIG. 2 is an X shown in FIG. FIG. 6 is a diagram schematically showing an example of a refractive index distribution when taking a refractive index on the horizontal axis and taking a position in the thickness direction of the core part of the XX cross sectional view on the vertical axis, FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of a refractive index distribution when the horizontal axis represents the position in the width direction of the core layer and the vertical axis represents the refractive index in the cross-sectional view taken along the line XX shown in FIG. It is. In the following description, the upper side in FIG. 1 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”. In FIG. 1, the thickness direction of the layers (the vertical direction in each figure) is exaggerated.
図1に示す光導波路1は、一方の端部から他方の端部に光信号を伝送する光配線として機能する。
The
以下、光導波路1の各部について詳述する。
光導波路1は、図1中の下側からクラッド層11、コア層13およびクラッド層12をこの順で積層してなるものである。Hereinafter, each part of the
The
また、コア層13には、長尺状の2つのコア部14と、これらのコア部14の各両側面に隣接する3つの側面クラッド部15とが形成されている。
The
このような光導波路1には、厚さ方向において屈折率分布Tが形成されている。この屈折率分布Tは、相対的に屈折率の高い領域と低い領域とを有しており、これにより入射された光を屈折率の高い領域に閉じ込めて伝搬することができる。
In such an
図2(a)は、図1に示すX−X線断面図のコア部を中心とする一部を切り出した図であり、図2(b)は、X−X線断面図のコア部の幅方向の中心を通過する中心線C2上の屈折率分布Tの一例を模式的に示す図である。なお、図2(b)は、横軸に屈折率をとり、縦軸に中心線C2上の位置をとったときの屈折率分布Tの一例を示す図である。 2A is a diagram in which a part centered on the core portion of the XX sectional view shown in FIG. 1 is cut out, and FIG. 2B is a diagram of the core portion of the XX sectional view. It is a figure which shows typically an example of the refractive index distribution T on the centerline C2 which passes the center of the width direction. FIG. 2B is a diagram showing an example of the refractive index distribution T when the horizontal axis indicates the refractive index and the vertical axis indicates the position on the center line C2.
ここで、屈折率分布Tは、光導波路1の厚さ方向のほぼ中心に位置し、屈折率がほぼ一定である高屈折率領域THと、高屈折率領域THの厚さ方向の両側に位置し、厚さ方向の両側に向かうにつれ屈折率が連続的に低下している中屈折率領域TMと、各中屈折率領域TMの厚さ方向の両側に位置し、屈折率がほぼ一定である低屈折率領域TLと、を有している。すなわち、屈折率分布Tのうち、高屈折率領域THにおける屈折率は相対的に高く、低屈折率領域TLにおける屈折率は高屈折率領域THより相対的に低く、中屈折率領域TMでは、高屈折率領域THの屈折率と低屈折率領域TLの屈折率とをつなぐように屈折率が連続的に変化している。このような屈折率分布Tは、いわゆるグレーテッドインデックス型の分布である。Here, the refractive index distribution T is located substantially in the center in the thickness direction of the
このような屈折率分布Tのうち、高屈折率領域THおよび中屈折率領域TMに対応するのがコア部14(コア層13)であり、低屈折率領域TLに対応するのが各クラッド層11、12である。In such a refractive index distribution T, the core portion 14 (core layer 13) corresponds to the high refractive index region TH and the middle refractive index region TM, and corresponds to the low refractive index region TL. The clad layers 11 and 12 are provided.
換言すれば、コア層13は、高屈折率領域THに対応する高屈折率層と、中屈折率領域TMに対応する中間層により構成されており、各クラッド層11、12は、それぞれ、低屈折率領域TLに対応する低屈折率層により構成されている。In other words, the
屈折率分布Tを有する光導波路1では、中屈折率領域TMにおいて、コア部14に入射された光が、その光路を徐々にコア部14の中心軸側に変更しつつ伝搬される、という挙動を示す。このため、入射光は、コア部14の中心軸に沿って伝搬し、各クラッド層11、12側には漏出し難くなる。その結果、このような屈折率分布Tを有する光導波路1では、伝送損失が抑えられることとなる。In the
ここで、図2に示す屈折率分布Tでは、高屈折率領域THが、コア部14の厚さ方向の中心部に位置している。これにより、コア部14を伝搬する光は、コア部14の厚さ方向の中心部に集まる確率が高くなり、相対的に各クラッド層11、12に漏れ出る確率がより低くなる。その結果、コア部14の伝送損失をより低減することができる。Here, in the refractive index profile T shown in FIG. 2, the high refractive index region TH is located at the center of the
このような屈折率分布Tは、例えば、上述した光導波路1を複数枚積層してなる光導波路において、その層間(光導波路同士の間)におけるクロストークの発生を確実に防止する作用をもたらす。すなわち、1層目のコア層13中のコア部14に光を入射したとき、その光が2層目のコア層13中のコア部14に侵入して混信を招くことが確実に防止される。したがって、光導波路1は、厚さ方向の多チャンネル化、高密度化を容易にするものである。
Such a refractive index distribution T has an effect of reliably preventing the occurrence of crosstalk between the layers (between the optical waveguides) in an optical waveguide formed by laminating a plurality of the
なお、コア部14に対応する領域の中心部とは、コア部14の厚さ方向の中点から両側に、コア部14の厚さの30%の距離内の領域である。
In addition, the center part of the area | region corresponding to the
また、高屈折率領域THの位置は、必ずしもコア部14に対応する領域の中心部でなくてもよく、コア部14の縁部近傍(各クラッド層11、12との界面近傍)以外に位置していれば、特性の著しい低下は免れる。これにより、コア部14の伝送損失をある程度抑えることができる。The position of the high refractive index region T H may not necessarily be the center of the region corresponding to the
なお、コア部14の縁部近傍とは、前述した縁部から内側に、コア部14の厚さの5%の距離内の領域である。
In addition, the edge part vicinity of the
また、屈折率分布Tのうち、高屈折率領域THにおける屈折率nHと、低屈折率領域TL(クラッド層11およびクラッド層12)における屈折率nLとの屈折率差の割合(屈折率nLに対する割合)は、できるだけ大きいほどよいが、好ましくは0.5%以上とされ、より好ましくは0.8%以上とされる。なお、上限値は、特に設定されなくてもよいが、好ましくは5.5%程度とされる。屈折率の差が前記下限値未満であると光を伝送する効果が低下する場合があり、一方、前記上限値を超えても、光の伝送効率のそれ以上の増大は期待できない。Also, of the refractive index distribution T, the ratio of the refractive index difference between the refractive index n L in the refractive index n H in the high refractive index region T H, the low refractive index region T L (cladding layer 11 and the cladding layer 12) ( proportion to the refractive index n L), the more as large as possible good, and preferably is 0.5% or more, more preferably 0.8% or more. The upper limit value may not be set, but is preferably about 5.5%. If the difference in refractive index is less than the lower limit, the effect of transmitting light may be reduced. On the other hand, even if the upper limit is exceeded, no further increase in light transmission efficiency can be expected.
なお、屈折率nHと屈折率nLとの前記屈折率差の割合は、次式で表わされる。
屈折率差の割合(%)=|nH/nL−1|×100In addition, the ratio of the refractive index difference between the refractive index n H and the refractive index n L is expressed by the following equation.
Refractive index difference ratio (%) = | n H / n L −1 | × 100
また、高屈折率領域THや低屈折率領域TLでは、屈折率がほぼ一定であるが、具体的には、各領域における平均屈折率からのずれ量が、平均屈折率の10%以下であるのが好ましく、5%以下であるのがより好ましい。Further, in the high refractive index region TH and the low refractive index region TL , the refractive index is substantially constant. Specifically, the deviation from the average refractive index in each region is 10% or less of the average refractive index. It is preferable that it is 5% or less.
また、光導波路1は、細長い帯状をなしており、上記のような屈折率分布Tは、光導波路1の長手方向全体においてほぼ同じ分布が維持されている。
Further, the
以上のような屈折率分布Tに基づいて、光導波路1は、クラッド層11、コア層13およびクラッド層12の3層に分けられている。
Based on the refractive index distribution T as described above, the
なお、本明細書では、説明の便宜上、光導波路1を上記3層に分けて説明しているが、上述したように屈折率分布Tの変化は連続的であり、それとともに3層の界面ではその組成も連続的に変化しているため、各層の境界は明瞭ではなく、視覚上で境界を識別することができない場合もある。
In the present specification, for convenience of explanation, the
次いで、光導波路1の各部について詳述する。
(コア層)
図1に示すコア層13には、前述したように、長尺状の2つのコア部14と、これらのコア部14の各両側面に隣接する3つの側面クラッド部15とが形成されている。Next, each part of the
(Core layer)
As described above, the
具体的には、コア層13には、横断面の幅方向において屈折率分布Wが形成されており、この屈折率分布Wに基づいて、コア層13が、コア部14と側面クラッド部15とに分けられている。
Specifically, a refractive index distribution W is formed in the width direction of the cross section of the
屈折率分布Wの形状は、例えば、ステップインデックス型(SI型)、グレーテッドインデックス型(GI型)等、高屈折率の領域と低屈折率との領域が形成されている形状であれば、いかなる形状であってもよい。 The shape of the refractive index distribution W may be, for example, a step index type (SI type), a graded index type (GI type), or the like in which a high refractive index region and a low refractive index region are formed. Any shape is possible.
このうち、屈折率分布Wは、屈折率の極大値と極小値が交互に並び、かつ極大値については相対的に屈折率が大きい第1の極大値と相対的に屈折率が小さい第2の極大値が交互に並ぶ領域を有している形状であるのが好ましい。このような形状の屈折率分布Wを有する光導波路1では、幅方向における伝送損失を確実に抑制することができる。すなわち、前述した屈折率分布Tにより厚さ方向における伝送損失を確実に抑制し、この屈折率分布Wにより幅方向における伝送損失を確実に抑制し得る光導波路1が得られる。
Among these, the refractive index distribution W is such that the maximum value and the minimum value of the refractive index are alternately arranged, and the maximum value is a second value having a relatively small refractive index and the first maximum value having a relatively large refractive index. A shape having regions in which the maximum values are alternately arranged is preferable. In the
以下、上述した屈折率分布Wを有するコア層13について説明する。
図3(a)は、図1のX−X線断面図であり、図3(b)は、X−X線断面図のコア層13の厚さ方向の中心を通過する中心線C1上の屈折率分布の一例を模式的に示す図である。Hereinafter, the
3A is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 1, and FIG. 3B is a line on the center line C1 passing through the center of the
コア層13は、その幅方向において、図3(b)に示すような、4つの極小値Ws1、Ws2、Ws3、Ws4と、5つの極大値Wm1、Wm2、Wm3、Wm4、Wm5と、を含む屈折率分布Wを有している。また、5つの極大値には、相対的に屈折率の大きい極大値(第1の極大値)と、相対的に屈折率の小さい極大値(第2の極大値)とが存在している。
The
このうち、極小値Ws1と極小値Ws2との間および極小値Ws3と極小値Ws4との間には、それぞれ相対的に屈折率の大きい極大値Wm2およびWm4が存在しており、それ以外の極大値Wm1、Wm3およびWm5は、それぞれ相対的に屈折率の小さい極大値である。 Among these, there are local maximum values Wm2 and Wm4 having a relatively large refractive index between the minimum value Ws1 and the minimum value Ws2, and between the minimum value Ws3 and the minimum value Ws4, respectively. The values Wm1, Wm3, and Wm5 are local maximum values with relatively small refractive indexes.
光導波路1では、図3に示すように、極小値Ws1と極小値Ws2との間が、相対的に屈折率の大きい極大値Wm2を含んでいることからコア部14となり、同様に、極小値Ws3と極小値Ws4との間も極大値Wm4を含んでいることからコア部14となる。なお、より詳しくは、極小値Ws1と極小値Ws2との間をコア部141とし、極小値Ws3と極小値Ws4との間をコア部142とする。
In the
また、極小値Ws1の左側の領域、極小値Ws2と極小値Ws3との間、および極小値Ws4の右側の領域は、それぞれコア部14の両側面に隣接する領域であることから側面クラッド部15となる。なお、より詳しくは、極小値Ws1の左側の領域を側面クラッド部151とし、極小値Ws2と極小値Ws3との間を側面クラッド部152とし、極小値Ws4の右側の領域を側面クラッド部153とする。
Further, the region on the left side of the minimum value Ws1, the region between the minimum value Ws2 and the minimum value Ws3, and the region on the right side of the minimum value Ws4 are regions adjacent to both side surfaces of the
すなわち、屈折率分布Wは、少なくとも、第2の極大値、極小値、第1の極大値、極小値、第2の極大値がこの順で並ぶ領域を有していればよい。なお、この領域は、コア部の数に応じて繰り返し設けられる。本実施形態のようにコア部14が2つである場合、屈折率分布Wは、第2の極大値、極小値、第1の極大値、極小値、第2の極大値、極小値、第1の極大値、極小値、第2の極大値のように、極大値と極小値が交互に並び、かつ極大値については第1の極大値と第2の極大値が交互に並ぶ領域を有していればよい。
That is, the refractive index distribution W should have at least a region in which the second maximum value, the minimum value, the first maximum value, the minimum value, and the second maximum value are arranged in this order. In addition, this area | region is repeatedly provided according to the number of core parts. When there are two
また、これら複数の極小値、複数の第1の極大値、および複数の第2の極大値は、それぞれ互いにほぼ同じ値であることが好ましいが、極小値は第1の極大値や第2の極大値より小さく、第2の極大値は第1の極大値より小さいという関係が保持されれば、互いの値が多少ずれていても差し支えない。その場合、ずれ量は、複数の極小値の平均値の10%以内に抑えられているのが好ましい。 The plurality of local minimum values, the plurality of first local maximum values, and the plurality of second local maximum values are preferably substantially the same as each other, but the local minimum values are the first local maximum value and the second local maximum value. As long as the relationship that the second maximum value is smaller than the first maximum value and the second maximum value is smaller than the first maximum value is maintained, the values may be slightly different from each other. In that case, it is preferable that the amount of deviation is suppressed within 10% of the average value of the plurality of minimum values.
また、光導波路1は、細長い帯状をなしており、上記のような屈折率分布Wは、光導波路1の長手方向全体においてほぼ同じ分布が維持されている。
The
以上のような屈折率分布Wに伴い、コア層13は、長尺状の2つのコア部14と、これらのコア部14の各両側面に隣接する3つの側面クラッド部15とに分けられることとなる。
Along with the refractive index distribution W as described above, the
より詳しくは、図1に示す光導波路1には、並列する2つのコア部141、142と、並列する3つの側面クラッド部151、152、153とが交互に設けられている。これにより、各コア部141、142は、それぞれ、各側面クラッド部151、152、153および各クラッド層11、12で囲まれた状態となる。ここで、これら2つのコア部141、142の平均屈折率は、当然、3つの側面クラッド部151、152、153の平均屈折率より高くなっているので、各コア部141、142と各側面クラッド部151、152、153との界面において光の反射を生じさせることができる。なお、図1に示す各コア部14には密なドットを付し、各側面クラッド部15には疎なドットを付している。
More specifically, the
光導波路1では、コア部14の一方の端部に入射された光を、コア部14とクラッド部(各クラッド層11、12および各側面クラッド部15)との界面で反射させ、他方に伝搬させることにより、コア部14の他方の端部から取り出すことができる。
In the
また、図1に示すコア部14は、その横断面形状が正方形または長方形のような四角形(矩形)をなしているが、この形状は特に限定されず、例えば、真円、楕円形、長円形等の円形、三角形、五角形、六角形等の多角形であってもよい。 1 has a quadrangular shape (rectangular shape) such as a square or a rectangle, but this shape is not particularly limited. For example, a perfect circle, an ellipse, or an oval The shape may be a circle such as a triangle, a triangle, a pentagon, or a polygon such as a hexagon.
コア部14の幅および高さ(コア層13の厚さ)は、特に限定されないが、それぞれ、1〜200μm程度であるのが好ましく、5〜100μm程度であるのがより好ましく、20〜70μm程度であるのがさらに好ましい。 The width and height of the core part 14 (thickness of the core layer 13) are not particularly limited, but each is preferably about 1 to 200 μm, more preferably about 5 to 100 μm, and about 20 to 70 μm. More preferably.
ここで、4つの極小値Ws1、Ws2、Ws3、Ws4は、それぞれ、側面クラッド部15における平均屈折率WA未満である。これにより、各コア部14と各側面クラッド部15との間に、側面クラッド部15よりもさらに屈折率の小さい領域が存在することとなる。その結果、各極小値Ws1、Ws2、Ws3、Ws4の近傍では、より急峻な屈折率の勾配が形成され、これにより、各コア部14からの光の漏れが抑制されるため、伝送損失の小さい光導波路1が得られる。
Here, the four minimum values Ws1, Ws2, Ws3, and Ws4 are each less than the average refractive index WA in the side clad
また、屈折率分布Wは、全体で屈折率が連続的に変化している。これにより、ステップインデックス型の屈折率分布を有する光導波路に比べ、コア部14に光を閉じ込める作用がより増強されるため、伝送損失のさらなる低減が図られる。
Further, the refractive index distribution W changes continuously as a whole. Thereby, compared with an optical waveguide having a step index type refractive index profile, the effect of confining light in the
さらに、上述したような各極小値Ws1、Ws2、Ws3、Ws4を有するとともに、屈折率が連続的に変化している屈折率分布Wによれば、コア部14のより中心部に近い領域を伝送光が集中的に伝搬するため、光路ごとの伝搬時間に差が生じ難くなる。このため、伝送光にパルス信号が含まれている場合でも、パルス信号の鈍り(パルス信号の広がり)を抑制することができる。その結果、光通信の品質をより高め得る光導波路1が得られる。
Furthermore, according to the refractive index distribution W having the respective minimum values Ws1, Ws2, Ws3, and Ws4 as described above and the refractive index continuously changing, the region closer to the center of the
なお、屈折率分布Wにおいて屈折率が連続的に変化しているとは、屈折率分布Wの曲線が各部で丸みを帯びており、この曲線が微分可能なものであるという状態である。 Note that the refractive index continuously changing in the refractive index distribution W is a state in which the curve of the refractive index distribution W is rounded in each part and the curve is differentiable.
また、コア層13中にコア部14と側面クラッド部15とを作り込む場合、一般的には、屈折率差を形成する原理に伴う制約上、コア部14と側面クラッド部15との平均の屈折率差を十分に大きくすることができないが、上述したような屈折率分布Wであれば、平均の屈折率差が小さくても、コア部14に光を確実に閉じ込めることができる。
In addition, when the
また、屈折率分布Wのうち、極大値Wm2、Wm4は、図3に示すようにコア部141、142に位置しているが、コア部141、142の中でもその幅の中心部に位置している。これにより、各コア部141、142では、伝送光がコア部141、142の幅の中心部に集まる確率が高くなり、相対的に側面クラッド部151、152、153に漏れ出る確率が低くなる。その結果、コア部141、142の伝送損失をより低減することができる。
Further, in the refractive index distribution W, the maximum values Wm2 and Wm4 are located in the
なお、例えばコア部141の幅の中心部とは、極小値Ws1と極小値Ws2の中点から両側に、コア部141の幅の30%の距離内の領域とする。
For example, the central portion of the width of the
また、極大値Wm2、Wm4の位置は、できればコア部141、142の幅の中心部に位置していることが望まれるが、必ずしも中心部でなくても、コア部141、142の縁部近傍(各側面クラッド部151、152、153との界面近傍)以外に位置していれば、特性の著しい低下は免れる。すなわち、コア部141、142の伝送損失をある程度抑えることができる。
In addition, it is desirable that the positions of the maximum values Wm2 and Wm4 be located in the center of the width of the
なお、例えばコア部141の縁部近傍とは、前述した縁部から内側に、コア部141の幅の5%の距離内の領域とする。
For example, the vicinity of the edge portion of the
一方、屈折率分布Wのうち、極大値Wm1、Wm3、Wm5は、図3(b)に示すように側面クラッド部151、152、153中に位置しているが、特に側面クラッド部151、152、153の縁部近傍(コア部141、142との界面近傍)以外に位置しているのが好ましい。これにより、コア部141、142中の極大値Wm2、Wm4と、側面クラッド部151、152、153中の極大値Wm1、Wm3、Wm5とが、互いに十分に離間したものとなるため、コア部141、142中の伝送光が、側面クラッド部151、152、153中に漏れ出る確率を十分に低くすることができる。その結果、コア部141、142の伝送損失を低減することができる。
On the other hand, the maximum values Wm1, Wm3, and Wm5 of the refractive index distribution W are located in the
なお、例えば側面クラッド部151、152、153の縁部近傍とは、前述した縁部から内側に、側面クラッド部151、152、153の幅の5%の距離の領域とする。
For example, the vicinity of the edge of the
また、好ましくは、極大値Wm1、Wm3、Wm5は、側面クラッド部151、152、153の幅の中央部に位置しており、しかも、極大値Wm1、Wm3、Wm5から隣接する極小値Ws1、Ws2、Ws3、Ws4に向かうにつれ屈折率が連続的に低下しているのが好ましい。これにより、コア部141、142中の極大値Wm2、Wm4と、側面クラッド部151、152、153中の極大値Wm1、Wm3、Wm5との離間距離は、最大限確保され、しかも極大値Wm1、Wm3、Wm5近傍に光を確実に閉じ込めることができることになるため、前述したコア部141、142からの伝送光の漏出をより確実に抑制することができる。
Preferably, the local maximum values Wm1, Wm3, and Wm5 are located at the center of the width of the
さらに、極大値Wm1、Wm3、Wm5は、前述したコア部141、142に位置する極大値Wm2、Wm4よりも屈折率の小さいものであるので、コア部141、142のような高い光伝送性は有しないものの、周囲よりも屈折率が高くなっているため、わずかな光伝送性を有することとなる。その結果、側面クラッド部151、152、153は、コア部141、142から漏出した伝送光を閉じ込めることで、他のコア部への波及を防止する作用を有するものとなる。すなわち、極大値Wm1、Wm3、Wm5が存在することで、クロストークを抑制することができる。
Furthermore, the local maximum values Wm1, Wm3, and Wm5 are smaller in refractive index than the local maximum values Wm2 and Wm4 located in the
なお、極小値Ws1、Ws2、Ws3、Ws4は、前述したように、側面クラッド部15の平均屈折率WA未満であるが、その差は、所定の範囲内であることが望まれる。具体的には、極小値Ws1、Ws2、Ws3、Ws4と側面クラッド部15の平均屈折率WAとの差は、極小値Ws1、Ws2、Ws3、Ws4とコア部141、142中の極大値Wm2、Wm4との差の3〜80%程度であるのが好ましく、5〜50%程度であるのがより好ましく、7〜30%程度であるのがさらに好ましい。これにより、側面クラッド部15は、クロストークを抑制するのに必要かつ十分な光伝送性を有するものとなる。なお、極小値Ws1、Ws2、Ws3、Ws4と側面クラッド部15の平均屈折率WAとの差が前記下限値を下回る場合は、側面クラッド部15における光伝送性が小さ過ぎて、クロストークを十分に抑制することができないおそれがあり、前記上限値を上回る場合には、側面クラッド部15における光伝送性が大き過ぎて、コア部141、142の光伝送性に悪影響を及ぼすおそれがある。
Note that, as described above, the minimum values Ws1, Ws2, Ws3, and Ws4 are less than the average refractive index WA of the
また、極小値Ws1、Ws2、Ws3、Ws4とコア部141、142中の極大値Wm2、Wm4との屈折率差は、できるだけ大きい方がよいが、0.005〜0.07程度であるのが好ましく、0.007〜0.05程度であるのがより好ましく、0.01〜0.05程度であるのがさらに好ましい。これにより、上述した屈折率差が、コア部141、142中に光を閉じ込めるのに必要かつ十分なものとなる。
Further, the difference in refractive index between the minimum values Ws1, Ws2, Ws3, Ws4 and the maximum values Wm2, Wm4 in the
また、コア部141、142における屈折率分布Wは、図3(b)に示すように、横軸にコア層13の横断面の位置をとり、縦軸に屈折率をとったとき、極大値Wm2近傍および極大値Wm4近傍において、屈折率が連続的に変化している形状であれば上に凸の略V字状(極大値以外はほぼ直線状)をなしていてもよいが、好ましくは上に凸の略U字状(極大値近傍全体が丸みを帯びている)とされる。屈折率分布Wがこのような形状をなしていると、コア部141、142における光の閉じ込め作用がより顕著なものとなる。
Further, as shown in FIG. 3B, the refractive index distribution W in the
また、屈折率分布Wは、図3(b)に示すように、極小値Ws1近傍、極小値Ws2近傍、極小値Ws3近傍および極小値Ws4近傍において、屈折率が連続的に変化している形状であれば下に凸の略V字状(極大値以外はほぼ直線状)をなしていてもよいが、好ましくは下に凸の略U字状(極大値近傍全体が丸みを帯びている)とされる。 Further, as shown in FIG. 3B, the refractive index distribution W has a shape in which the refractive index continuously changes in the vicinity of the minimum value Ws1, the vicinity of the minimum value Ws2, the vicinity of the minimum value Ws3, and the vicinity of the minimum value Ws4. If so, it may have a substantially convex V shape (substantially linear except for the maximum value), but preferably has a substantially U shape convex downward (the entire vicinity of the maximum value is rounded). It is said.
また、光導波路1の複数のコア部141、142のうち、所望の1つの一方の端部に光を入射し、他方の端部における出射光の強度分布を取得したとき、その強度分布は、光導波路1のクロストークを抑制するにあたって極めて有用な分布になるという利点がある。
In addition, when light is incident on one desired end portion of the plurality of
図4は、光導波路1のコア部141に光を入射したときの出射光の強度分布を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the intensity distribution of the emitted light when light enters the
コア部141に光を入射すると、出射光の強度は、コア部141の出射端の中心部において最も大きくなる。そして、コア部141の中心部から離れるにつれて出射光の強度は小さくなるが、光導波路1によれば、コア部141に隣り合うコア部142において極小値をとるような強度分布が得られる。このようにコア部142の位置に出射光の強度分布の極小値が一致することで、コア部142におけるクロストークは極めて小さく抑えられることとなるため、多チャンネル化および高密度化によっても混信の発生を確実に防止することができる。
When light is incident on the
なお、従来の光導波路では、光を入射するコア部に隣り合うコア部において出射光の強度分布が極小値をとることはなく、むしろ極大値をとっていたので、クロストークの問題が発生していた。これに対し、上述したような光導波路1における出射光の強度分布の振る舞いは、クロストークを抑制する上で極めて有用なものである。
In the conventional optical waveguide, the intensity distribution of the emitted light does not take the minimum value in the core portion adjacent to the core portion where the light is incident, but rather takes the maximum value, which causes a crosstalk problem. It was. On the other hand, the behavior of the intensity distribution of the emitted light in the
光導波路1においてこのような強度分布が得られる詳細な理由は明らかでないものの、理由の1つとしては、屈折率分布Wが極小値Ws1、Ws2、Ws3、Ws4を有し、かつ、屈折率分布W全体で屈折率が連続的に変化している、という特徴的な屈折率分布Wが、従来であればコア部142において極大値を有していた出射光の強度分布を、コア部142に隣接する側面クラッド部153等にシフトさせていることが挙げられる。すなわち、このシフトにより、クロストークが確実に抑制されているのである。
Although the detailed reason why such an intensity distribution is obtained in the
なお、出射光の強度分布が側面クラッド部15にシフトしたとしても、受光素子等はコア部14の位置に合わせて配置されているため、混信を招くおそれはほとんどなく、光通信の品質を劣化させることはない。
Even if the intensity distribution of the emitted light is shifted to the side clad
また、上記のような出射光の強度分布は、光導波路1において観測される確率は高いものの、必ず観測されるわけではなく、入射光のNA(numerical aperture)やコア部141の横断面積、コア部141、142のピッチ等によっては、明瞭な極小値が観測されなかったり、極小値の位置がコア部142から外れたりする場合もあるが、このような場合でもクロストークは十分に抑制される。
The intensity distribution of the emitted light as described above has a high probability of being observed in the
また、図3(b)に示す屈折率分布Wにおいて、側面クラッド部15における平均屈折率をWAとしたとき、極大値Wm2、Wm4近傍における屈折率が連続して平均屈折率WA以上である部分の幅をa[μm]とし、極小値Ws1、Ws2、Ws3、Ws4近傍における屈折率が連続して平均屈折率WA未満である部分の幅をb[μm]とする。このとき、bは、0.01a〜1.2a程度であるのが好ましく、0.03a〜1a程度であるのがより好ましく、0.1a〜0.8a程度であるのがさらに好ましい。これにより、極小値Ws1、Ws2、Ws3、Ws4の実質的な幅が、上述した作用・効果を奏するのに必要かつ十分なものとなる。すなわち、bが前記下限値を下回っている場合は、極小値Ws1、Ws2、Ws3、Ws4の実質的な幅が狭過ぎるため、コア部141、142に光を閉じ込める作用が低下するおそれがある。一方、bが前記上限値を上回っている場合は、極小値Ws1、Ws2、Ws3、Ws4の実質的な幅が広過ぎて、その分、コア部141、142の幅やピッチが制限され、伝送効率が低下したり多チャンネル化および高密度化が妨げられるおそれがある。
Further, in the refractive index distribution W shown in FIG. 3B, when the average refractive index in the
なお、側面クラッド部15における平均屈折率WAは、例えば、極大値Wm1と極小値Ws1との中点で近似することができる。
The average refractive index WA in the
また、上記では、コア層13が2つのコア部14を有する場合について説明したが、コア部14の数は特に限定されず、1つであっても、3つ以上であってもよい。
Moreover, although the case where the
なお、例えばコア部14が1つである場合には、光導波路1の横断面の屈折率分布Wが、2つの極小値を有し、その極小値が前述したように平均屈折率WA未満であり、かつ屈折率分布W全体で屈折率が連続的に変化していればよく、コア部14が3、4、5・・・と増える場合には、それに応じて、屈折率分布Wが有する極小値の数は、6、8、10・・・と増えることとなる。
For example, when the number of the
上述したようなコア層13の構成材料(主材料)は、上記の屈折率差が生じる材料であれば特に限定されないが、具体的には、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、エポキシ系樹脂やオキセタン系樹脂のような環状エーテル系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、ポリシラン、ポリシラザン、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂、また、ベンゾシクロブテン系樹脂やノルボルネン系樹脂等の環状オレフィン系樹脂のような各種樹脂材料の他、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスのようなガラス材料等を用いることができる。なお、樹脂材料は、異なる組成のものを組み合わせた複合材料であってもよい。
The constituent material (main material) of the
また、これらの中でも特にノルボルネン系樹脂が好ましい。ノルボルネン系ポリマーは、例えば、開環メタセシス重合(ROMP)、ROMPと水素化反応との組み合わせ、ラジカルまたはカチオンによる重合、カチオン性パラジウム重合開始剤を用いた重合、これ以外の重合開始剤(例えば、ニッケルや他の遷移金属の重合開始剤)を用いた重合等、公知のすべての重合方法で得ることができる。 Of these, norbornene resins are particularly preferable. The norbornene-based polymer includes, for example, ring-opening metathesis polymerization (ROMP), combination of ROMP and hydrogenation reaction, polymerization by radical or cation, polymerization using a cationic palladium polymerization initiator, and other polymerization initiators (for example, It can be obtained by all known polymerization methods such as polymerization using nickel or other transition metal polymerization initiators).
(クラッド層)
クラッド層11および12は、それぞれ、コア層13の下部および上部に位置するクラッド部を構成するものである。(Clad layer)
The clad layers 11 and 12 constitute clad portions located at the lower and upper portions of the
クラッド層11、12の平均厚さは、コア層13の平均厚さ(各コア部14の平均高さ)の0.1〜1.5倍程度であるのが好ましく、0.2〜1.25倍程度であるのがより好ましく、具体的には、クラッド層11、12の平均厚さは、特に限定されないが、それぞれ、通常、1〜200μm程度であるのが好ましく、5〜100μm程度であるのがより好ましく、10〜60μm程度であるのがさらに好ましい。これにより、光導波路1が必要以上に大型化(厚膜化)するのを防止しつつ、クラッド部としての機能が好適に発揮される。
The average thickness of the
また、クラッド層11および12の構成材料としては、例えば、前述したコア層13の構成材料と同様の材料を用いることができるが、特にノルボルネン系ポリマーが好ましい。
Further, as the constituent material of the cladding layers 11 and 12, for example, the same material as the constituent material of the
また、コア層13の構成材料およびクラッド層11、12の構成材料を選択する場合、両者の間の屈折率差を考慮して材料を選択すればよい。具体的には、コア部14とクラッド層11、12との境界において光路を確実に変更するため、コア部14の構成材料の屈折率が十分に大きくなるように材料を選択すればよい。これにより、光導波路1の厚さ方向において十分な屈折率差が得られ、各コア部14からクラッド層11、12に光が漏れ出るのを抑制することができる。
Further, when selecting the constituent material of the
なお、光の減衰を抑制する観点からは、コア層13の構成材料とクラッド層11、12の構成材料との密着性(親和性)が高いことも重要である。
From the viewpoint of suppressing light attenuation, it is also important that the adhesiveness (affinity) between the constituent material of the
(支持フィルム)
光導波路1の下面には、必要に応じて、図1に示すような支持フィルム2を積層するようにしてもよい。(Support film)
A support film 2 as shown in FIG. 1 may be laminated on the lower surface of the
支持フィルム2は、光導波路1の下面を支持して、保護・補強する。これにより、光導波路1の信頼性および機械的特性を高めることができる。
The support film 2 supports the lower surface of the
このような支持フィルム2の構成材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド等の各種樹脂材料の他、銅、アルミニウム、銀等の金属材料が挙げられる。なお、金属材料の場合は、支持フィルム2として金属箔が好ましく用いられる。 Examples of the constituent material of the support film 2 include various resin materials such as polyethylene terephthalate (PET), polyolefin such as polyethylene and polypropylene, polyimide and polyamide, and metal materials such as copper, aluminum and silver. It is done. In the case of a metal material, a metal foil is preferably used as the support film 2.
また、支持フィルム2の平均厚さは、特に限定されないが、5〜200μm程度であるのが好ましく、10〜100μm程度であるのがより好ましい。これにより、支持フィルム2は、適度な剛性を有するものとなるため、光導波路1を確実に支持するとともに、光導波路1の柔軟性を阻害し難くなる。
Moreover, although the average thickness of the support film 2 is not specifically limited, It is preferable that it is about 5-200 micrometers, and it is more preferable that it is about 10-100 micrometers. Thereby, since the support film 2 has moderate rigidity, the
なお、支持フィルム2と光導波路1との間は接着または接合されているが、その方法としては、熱圧着、接着剤または粘着剤による接着等が挙げられる。
The support film 2 and the
このうち、接着層としては、例えば、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤、シリコーン系接着剤の他、各種ホットメルト接着剤(ポリエステル系、変性オレフィン系)等が挙げられる。また、特に耐熱性の高いものとして、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリイミドアミドエーテル、ポリエステルイミド、ポリイミドエーテル等の熱可塑性ポリイミド接着剤が好ましく用いられる。このような材料で構成された接着層は、比較的柔軟性に富んでいるため、光導波路1の形状が変化したとしても、その変化に自在に追従することができる。その結果、形状変化に伴う剥離を確実に防止し得るものとなる。
Among these, as an adhesive layer, various hot-melt-adhesives (polyester type | system | group, modified olefin type | system | group) etc. are mentioned other than an acrylic adhesive, a urethane type adhesive agent, a silicone type adhesive agent, for example. Moreover, as a thing with especially high heat resistance, thermoplastic polyimide adhesive agents, such as a polyimide, a polyimide amide, a polyimide amide ether, a polyester imide, a polyimide ether, are used preferably. Since the adhesive layer made of such a material is relatively flexible, even if the shape of the
このような接着層の平均厚さは、特に限定されないが、1〜100μm程度であるのが好ましく、5〜60μm程度であるのがより好ましい。 The average thickness of such an adhesive layer is not particularly limited, but is preferably about 1 to 100 μm, and more preferably about 5 to 60 μm.
(カバーフィルム)
一方、光導波路1の上面には、必要に応じて、図1に示すようなカバーフィルム3を積層するようにしてもよい。(Cover film)
On the other hand, you may make it laminate | stack the
カバーフィルム3は、光導波路1を保護するとともに、光導波路1を上方から支持するものである。これにより、汚れや傷などから光導波路1が保護され、光導波路1の信頼性および機械的特性を高めることができる。
The
このようなカバーフィルム3の構成材料としては、支持フィルム2の構成材料と同様であり、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド等の各種樹脂材料の他、銅、アルミニウム、銀等の金属材料が挙げられる。なお、金属材料の場合は、カバーフィルム3として金属箔が好ましく用いられる。また、光導波路1の途中にミラーを形成した場合には、カバーフィルム3を光が透過することになるので、カバーフィルム3の構成材料は実質的に透明であるのが好ましい。
As a constituent material of such a
また、カバーフィルム3の平均厚さは、特に限定されないが、3〜50μm程度であるのが好ましく、5〜30μm程度であるのがより好ましい。カバーフィルム3の厚さを前記範囲内とすることにより、カバーフィルム3は光通信において十分な光透過率を有するとともに、光導波路1を確実に保護するために十分な剛性を有するものとなる。
Moreover, although the average thickness of the
なお、カバーフィルム3と光導波路1との間は接着または接合されているが、その方法としては、熱圧着、接着剤または粘着剤による接着等が挙げられる。このうち、接着剤としては前述したようなものを用いることができる。
Note that the
<第2の形態>
次に、光導波路1の第2の形態について説明する。<Second form>
Next, the 2nd form of the
図5(a)は、光導波路の第2の形態の横断面のコア部を中心とする一部を切り出した図であり、図5(b)は、横断面のコア部の幅方向の中心を通過する中心線C3上の屈折率分布Tの一例を模式的に示す図である。なお、図5(b)は、横軸に屈折率をとり、縦軸に横断面のコア部の厚さ方向の位置をとったときの屈折率分布の一例を模式的に示す図である。 FIG. 5A is a diagram in which a part around the core portion of the cross section of the second form of the optical waveguide is cut out, and FIG. 5B is the center of the core portion of the cross section in the width direction. It is a figure which shows typically an example of the refractive index distribution T on the centerline C3 which passes through. FIG. 5B is a diagram schematically showing an example of a refractive index distribution when the horizontal axis indicates the refractive index and the vertical axis indicates the position in the thickness direction of the core portion of the cross section.
以下、光導波路の第2の形態について説明するが、第1の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図5において、第1の形態と同様の構成部分については、先に説明したのと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。 Hereinafter, the second embodiment of the optical waveguide will be described. However, the difference from the first embodiment will be mainly described, and description of similar matters will be omitted. In FIG. 5, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those described above, and detailed description thereof is omitted.
第2の形態に係る光導波路1も、第1の形態と同様、クラッド層11、コア層13およびクラッド層12に分かれているが、本形態の屈折率分布Tは、その中心部に位置する極大値Tmと、極大値Tmの両側にそれぞれ位置する極小値Ts1、Ts2を有している。なお、極大値Tmの下側に位置する極小値をTs1とし、上側に位置する極大値をTs2とする。
The
光導波路1では、図5に示すように、極小値Ts1と極小値Ts2との間の領域に極大値Tmを含んでおり、かつ、この領域がコア部14となる。
In the
一方、極小値Ts1の下側の領域がクラッド層11となり、極小値Ts2の上側の領域がクラッド層12となる。
On the other hand, the region below the minimum value Ts1 becomes the
すなわち、屈折率分布Tは、極小値、極大値、極小値がこの順で並ぶ領域を有している。 That is, the refractive index distribution T has a region where the minimum value, the maximum value, and the minimum value are arranged in this order.
なお、この領域は、コア層13が積層される数に応じて繰り返し設けられ、例えばコア層13を2層設けた場合、屈折率分布Tでは、極小値と極大値が交互に並ぶこととなる。この場合、極大値については、相対的に大きい第1の極大値と、相対的に小さい第2の極大値が、交互に並んでいるのが好ましい。すなわち、第2の極大値、極小値、第1の極大値、極小値、第2の極大値、極小値、第1の極大値・・・のように並んでいればよい。
This region is repeatedly provided according to the number of core layers 13 stacked. For example, when two
また、これらの複数の極小値、複数の第1の極大値、および複数の第2の極大値は、それぞれ互いにほぼ同じ値であることが好ましいが、極小値は第1の極大値や第2の極大値より小さく、第2の極大値は第1の極大値より小さいという関係が保持されれば、互いの値が多少ずれていても差し支えない。その場合、ズレ量は、複数の極小値の平均値の10%以内に抑えられているのが好ましい。 The plurality of local minimum values, the plurality of first local maximum values, and the plurality of second local maximum values are preferably substantially the same as each other, but the local minimum values are the first local maximum value and the second local maximum value. If the relationship that the second maximum value is smaller than the first maximum value and the second maximum value is smaller than the first maximum value is maintained, the values may be slightly different from each other. In that case, it is preferable that the amount of deviation is suppressed within 10% of the average value of a plurality of minimum values.
また、光導波路1は、細長い帯状をなしており、上記のような屈折率分布Tは、光導波路1の長手方向全体においてほぼ同じ分布が維持されている。
Further, the
ここで、極小値Ts1は、クラッド層11における平均屈折率TA未満であり、極小値Ts2は、クラッド層12における平均屈折率TA未満である。これにより、コア部14と各クラッド層11、12との間に、各クラッド層11、12よりもさらに屈折率の小さい領域が存在することとなる。その結果、各極小値Ts1、Ts2の近傍では、より急峻な屈折率の勾配が形成され、これにより、各コア部14から各クラッド層11、12への光の漏れが抑制されるため、伝送損失の小さい光導波路1が得られる。
Here, the minimum value Ts1 is less than the average refractive index TA in the
また、屈折率分布Tは、全体で屈折率が連続的に変化している。これにより、ステップインデックス型の屈折率分布を有する光導波路に比べ、コア部14に光を閉じ込める作用がより増強されるため、伝送損失のさらなる低減が図られる。
Further, the refractive index distribution T continuously changes in refractive index as a whole. Thereby, compared with an optical waveguide having a step index type refractive index profile, the effect of confining light in the
さらに、上述したような各極小値Ts1、Ts2を有するとともに、屈折率が連続的に変化している屈折率分布Tによれば、コア部14のより中心部に近い領域を伝送光が集中的に伝搬するため、光路ごとの伝搬時間に差が生じ難くなる。このため、伝送光にパルス信号が含まれている場合でも、パルス信号の鈍り(パルス信号の広がり)を抑制することができる。その結果、光通信の品質をより高め得る光導波路1が得られる。
Furthermore, according to the refractive index distribution T having the respective minimum values Ts1 and Ts2 as described above and the refractive index continuously changing, the transmission light is concentrated in a region closer to the center of the
なお、屈折率分布Tにおいて屈折率が連続的に変化しているとは、屈折率分布Tの曲線が各部で丸みを帯びており、この曲線が微分可能であるという状態である。 Note that the refractive index continuously changing in the refractive index distribution T means that the curve of the refractive index distribution T is rounded in each part, and that this curve is differentiable.
また、屈折率分布Tのうち、極大値Tmは、図5に示すようにコア部14に位置しているが、コア部14の中でもその厚さの中心部に位置している。これにより、コア部14では、伝送光がコア部14の厚さの中心部に集まる確率が高くなり、相対的に各クラッド層11、12に漏れ出る確率が低くなる。その結果、コア部141、142の伝送損失をより低減することができる。
Further, in the refractive index distribution T, the maximum value Tm is located in the
なお、例えばコア部14の厚さの中心部とは、極小値Ts1と極小値Ts2の中点から両側に、コア部14の厚さの30%の距離内の領域とする。
For example, the central portion of the thickness of the
また、極大値Tmの位置は、できればコア部14の厚さの中心部に位置していることが望まれるが、必ずしも中心部でなくても、コア部14の縁部近傍(各クラッド層11、12との界面近傍)以外に位置していれば、特性の著しい低下は免れる。すなわち、コア部14の伝送損失をある程度抑えることができる。
In addition, it is desirable that the position of the maximum value Tm be located in the center of the thickness of the
なお、例えばコア部14の縁部近傍とは、前述した縁部から内側に、コア部14の厚さの5%の距離内の領域とする。
For example, the vicinity of the edge portion of the
一方、屈折率分布Tでは、各クラッド層11、12において、コア部14との界面近傍以外で最も高く、コア部14との界面近傍で最も低くなるよう屈折率が変化している。これにより、コア部14中の極大値Tmと、各クラッド層11、12中における屈折率の高い領域とが、互いに十分に離間したものとなるため、コア部14中の伝送光が、各クラッド層11、12中に漏れ出る確率を十分に低くすることができる。その結果、コア部14の伝送損失を低減することができる。
On the other hand, in the refractive index distribution T, the refractive index of each
なお、例えば各クラッド層11、12におけるコア部14との界面近傍とは、この界面から内側に、各クラッド層11、12の厚さの5%の距離内の領域とする。
For example, the vicinity of the interface between the
また、各クラッド層11、12における平均屈折率TAは、例えば、極小値Ts1、Ts2と各クラッド層11、12における最大値との中点で近似することができる。 Further, the average refractive index TA in each of the cladding layers 11 and 12 can be approximated by, for example, the midpoint between the minimum values Ts1 and Ts2 and the maximum value in each of the cladding layers 11 and 12.
また、前述したように複数のコア層13を積層する場合には、相対的に大きい第1の極大値がコア部中に位置し、相対的に小さい第2の極大値はクラッド層中に位置することとなる。この場合、好ましくは、第2の極大値は、クラッド層の厚さの中央部に位置しているのが好ましい。これにより、コア部中に位置する第1の極大値と、クラッド層中に位置する第2の極大値との離間距離が、最大限確保され、しかもコア部から漏れ出た光が、他のコア部に侵入しないよう、クラッド層中に閉じ込めることができるようになる。これにより、複数のコア層13を積層した場合でも、層間におけるクロストークを確実に抑制することができる。
As described above, when the plurality of core layers 13 are stacked, the relatively large first maximum value is located in the core portion, and the relatively small second maximum value is located in the cladding layer. Will be. In this case, it is preferable that the second maximum value is located at the center of the thickness of the cladding layer. Thereby, the separation distance between the first maximum value located in the core portion and the second maximum value located in the cladding layer is ensured to the maximum, and the light leaking from the core portion can be It becomes possible to confine in the clad layer so as not to enter the core portion. Thereby, even when the
なお、極小値Ts1、Ts2は、前述したように、各クラッド層11、12の平均屈折率TA未満であるが、両者の差は、所定の範囲内であることが望まれる。具体的には、極小値Ts1、Ts2とクラッド層11、12の平均屈折率TAとの差は、極小値Ts1、Ts2とコア部14中の極大値Tmとの差の3〜80%程度であるのが好ましく、5〜50%程度であるのがより好ましく、7〜30%程度であるのがさらに好ましい。これにより、各クラッド層11、12は、クロストークを抑制するのに必要かつ十分な光伝送性を有するものとなる。なお、極小値Ts1、Ts2と各クラッド層11、12の平均屈折率TAとの差が前記下限値を下回る場合は、各クラッド層11、12における光伝送性が小さ過ぎて、クロストークを十分に抑制することができないおそれがあり、前記上限値を上回る場合には、各クラッド層11、12における光伝送性が大き過ぎて、コア部14の光伝送性に悪影響を及ぼすおそれがある。
As described above, the minimum values Ts1 and Ts2 are less than the average refractive index TA of each of the cladding layers 11 and 12, but the difference between the two is preferably within a predetermined range. Specifically, the difference between the minimum values Ts1 and Ts2 and the average refractive index TA of the cladding layers 11 and 12 is about 3 to 80% of the difference between the minimum values Ts1 and Ts2 and the maximum value Tm in the
また、極小値Ts1、Ts2とコア部14中の極大値Tmとの屈折率差は、できるだけ大きい方がよいが、0.005〜0.07程度であるのが好ましく、0.007〜0.05程度であるのがより好ましく、0.01〜0.05程度であるのがさらに好ましい。これにより、上述した屈折率差が、コア部14中に光を閉じ込めるのに必要かつ十分なものとなる。
Further, the difference in refractive index between the minimum values Ts1 and Ts2 and the maximum value Tm in the
また、コア部14における屈折率分布Tは、横軸にコア部14の横断面の位置をとり、縦軸に屈折率をとったとき、極大値Tm近傍において、屈折率が連続的に変化している形状であれば上に凸の略V字状(極大値以外はほぼ直線状)をなしていてもよいが、好ましくは上に凸の略U字状(極大値近傍全体が丸みを帯びている)とされる。屈折率分布Tがこのような形状をなしていると、コア部14における光の閉じ込め作用がより顕著なものとなる。
Further, in the refractive index distribution T in the
また、屈折率分布Tは、極小値Ts1近傍および極小値Ts2近傍において、屈折率が連続的に変化している形状であれば下に凸の略V字状(極大値以外はほぼ直線状)をなしていてもよいが、好ましくは下に凸の略U字状(極大値近傍全体が丸みを帯びている)とされる。 Further, the refractive index distribution T has a substantially V-shaped convex shape (substantially linear except for the maximum value) if the refractive index continuously changes in the vicinity of the minimum value Ts1 and the minimum value Ts2. However, it preferably has a substantially U-shape projecting downward (the entire vicinity of the maximum value is rounded).
<第3の形態>
次に、光導波路1の第3の形態について説明する。<Third embodiment>
Next, the 3rd form of the
図6は、光導波路の第3の形態を示す(一部切り欠いて、および透過して示す)斜視図、図7(a)は、光導波路の第3の形態の横断面の一部を切り出した図であり、図7(b)は、横断面のコア部の幅方向の中心を通過する中心線C4上の屈折率分布Tの一例を模式的に示す図である。なお、図7(b)は、横軸に屈折率をとり、縦軸に横断面のコア部の厚さ方向の位置をとったときの屈折率分布の一例を模式的に示す図である。 FIG. 6 is a perspective view showing a third form of the optical waveguide (partially cut out and shown in a transparent manner), and FIG. 7A is a partial cross-sectional view of the third form of the optical waveguide. FIG. 7B is a diagram schematically showing an example of the refractive index distribution T on the center line C4 passing through the center in the width direction of the core portion of the cross section. FIG. 7B is a diagram schematically illustrating an example of a refractive index distribution when the horizontal axis indicates the refractive index and the vertical axis indicates the position in the thickness direction of the core portion of the cross section.
以下、光導波路の第3の形態について説明するが、第1の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、図6において、第1の形態と同様の構成部分については、先に説明したのと同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。 Hereinafter, the third embodiment of the optical waveguide will be described, but the description will be centered on differences from the first embodiment, and description of similar matters will be omitted. In FIG. 6, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those described above, and detailed description thereof is omitted.
第3の形態は、積層された2層のコア層13を有している以外、第1の形態と同様である。すなわち、第3の形態に係る光導波路1では、その厚さ方向における屈折率分布Tが、図7中の下方から順に、低屈折率領域TL、中屈折率領域TM、高屈折率領域TH、中屈折率領域TM、低屈折率領域TL、中屈折率領域TM、高屈折率領域TH、中屈折率領域TM、低屈折率領域TLの各領域に分かれており、それに基づいて、光導波路1は、クラッド層11、コア層13、クラッド層12、コア層13、クラッド層12の5層に分かれている。The third form is the same as the first form, except that it has two laminated core layers 13. That is, in the
ここで、図7中の下方のコア層13をコア層131とし、上方のコア層13をコア層132とすると、コア層131とコア層132には、それぞれ第1実施形態と同様に2つのコア部14が形成されている。ここでは、コア層131に形成されている2つのコア部14のそれぞれを図6中の左側から順にコア部141、142とし、コア層132に形成されている2つのコア部14のそれぞれをコア部143、144とする。
Here, assuming that the
前述したような屈折率分布Tを有する光導波路1では、コア部14に入射された光が、コア部14の中心軸に沿って伝搬するため、各クラッド層11、12側に漏出し難くなる。例えば、コア部141に入射した光は、コア部143やコア部144に混信することが防止されるため、コア層131とコア層132の層間におけるクロストークの発生が抑制される。したがって、光導波路1によれば、クロストークの発生を抑えつつ、コア層13を複数積層して、多チャンネル化、高密度化を容易に図ることができる。
In the
なお、上記各実施形態では、屈折率分布Tが、連続的に屈折率が変化した領域を有している場合について説明したが、屈折率分布Tはこれに限定されず、階段状に屈折率が変化した、いわゆるステップインデックス型の分布であってもよい。ステップインデックス型の屈折率分布Tは、図7に示す屈折率分布Tの各領域から中屈折率領域TMを除外した分布である。このように屈折率分布Tがステップインデックス型になっている光導波路形成用フィルムであっても、活性放射線の照射によりグレーテッドインデックス型またはそれに類似した形状の屈折率分布Wを形成することができるため、上記課題を解決し得るものとなる。それに加え、本発明の光導波路形成用フィルムは、後述する多色成形法により形成されるため、低屈折率領域TLと高屈折率領域THとの界面の密着性が高い。このため、低屈折率領域TLと高屈折率領域THとを個別に成膜する場合に比べ、各領域の界面が、伝送効率やクロストークの発生に悪影響を及ぼすおそれが少なくなり、信頼性の高い光導波路を形成可能な光導波路形成用フィルムが得られる。In each of the above embodiments, the case where the refractive index distribution T has a region in which the refractive index continuously changes has been described. However, the refractive index distribution T is not limited to this, and the refractive index distribution T is stepwise. It may be a so-called step index type distribution in which is changed. Step index type refractive index distribution T of a excluded distribution medium refractive index region T M from the respective regions of the refractive index distribution T shown in FIG. Thus, even for an optical waveguide forming film having a refractive index distribution T of a step index type, a refractive index distribution W having a graded index type or a similar shape can be formed by irradiation with active radiation. Therefore, the above problem can be solved. Additionally, the optical waveguide forming film of the present invention, since it is formed by a multicolor molding method described below, a high adhesion at the interface between the low refractive index region T L and the high refractive index region T H. Therefore, compared with the case of forming the low refractive index region T L and the high refractive index region T H separately, the interface of each region, adversely affect is reduced in occurrence of transmission efficiency and crosstalk, trust A film for forming an optical waveguide capable of forming an optical waveguide with high properties is obtained.
<光導波路の製造方法>
次に、上述した光導波路1の製造方法(本発明の光導波路の製造方法)の一例、および光導波路1を製造するために用いられる光導波路形成用フィルムの製造方法(本発明の光導波路形成用フィルムの製造方法)について説明する。<Optical waveguide manufacturing method>
Next, an example of a method for manufacturing the above-described optical waveguide 1 (a method for manufacturing an optical waveguide of the present invention) and a method for manufacturing a film for forming an optical waveguide used for manufacturing the optical waveguide 1 (forming an optical waveguide of the present invention) Film manufacturing method) will be described.
<第1の製造方法>
まず、光導波路1の第1の製造方法(光導波路形成用フィルムの第1の製造方法を含む。)について説明する。<First manufacturing method>
First, the 1st manufacturing method (including the 1st manufacturing method of the film for optical waveguide formation) of
図11〜13は、それぞれ図1に示す光導波路1の第1の製造方法を説明するための図である。なお、以下の説明では、図11〜13中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」という。
11-13 is a figure for demonstrating the 1st manufacturing method of the
光導波路1の第1の製造方法は、[1]支持基板951上に2種類の光導波路形成用組成物901、902(第1の組成物および第2の組成物)を層状に押出成形して層910(本発明の光導波路形成用フィルム)を得る。[2]次いで、層910の一部に活性放射線を照射することで屈折率差を生じさせ、光導波路1を得る。
The first method of manufacturing the
以下、各工程について順次説明する。
[1]まず、光導波路形成用組成物901、902を用意する。Hereinafter, each process will be described sequentially.
[1] First, optical
光導波路形成用組成物901、902は、それぞれ、ポリマー915と、添加剤920(本実施形態では、少なくともモノマーを含む。)と、を含有するものであるが、その組成はやや異なっている。
The optical
2種類の組成物のうち、光導波路形成用組成物901は、主にコア層13を形成するための材料であり、活性放射線の照射により、ポリマー915中において少なくともモノマーの活発な反応が生じ、それに伴って屈折率分布に変化を生じさせる材料である。すなわち、光導波路形成用組成物901は、ポリマー915とモノマーの存在比率の偏りによって屈折率分布に変化が生じ、その結果、コア層13中にコア部14と側面クラッド部15とを形成することのできる材料である。
Of the two types of compositions, the optical
一方、光導波路形成用組成物902は、主にクラッド層11、12を形成するための材料であり、光導波路形成用組成物901より低屈折率の材料で構成されている。
On the other hand, the optical
光導波路形成用組成物901と光導波路形成用組成物902との屈折率差は、それぞれに含まれるポリマー915の組成、モノマーの組成、ポリマー915とモノマーとの存在比率等を設定することにより、適宜調整することができる。
The difference in refractive index between the optical
例えば、モノマーの屈折率がポリマー915より低い場合、組成物中のモノマーの含有率は、光導波路形成用組成物901より光導波路形成用組成物902の方が高くなっている。一方、モノマーの屈折率がポリマー915より高い場合、組成物中のモノマーの含有率は、光導波路形成用組成物902より光導波路形成用組成物901の方が高くなっている。換言すれば、ポリマー915やモノマーの各屈折率に応じて、各光導波路形成用組成物901、902中のポリマー915および添加剤920の組成が適宜選択されている。
For example, when the refractive index of the monomer is lower than that of the
また、光導波路形成用組成物901および光導波路形成用組成物902では、モノマーの含有率が互いにほぼ等しくなるよう、組成が設定されているのが好ましい。このように設定すれば、光導波路形成用組成物901と光導波路形成用組成物902との間で、モノマーの含有率の差が小さくなるため、これをきっかけにしたモノマーの拡散移動が抑制される。モノマーの拡散移動は、前述したように屈折率差の形成において有用であるが、望ましくない方向に移動することが避けられない場合もある。本発明では、後述する多色押出成形法により、層910の厚さ方向の屈折率分布を形成することが可能であるため、少なくとも厚さ方向においてはモノマーの拡散移動が抑制されていても差し支えなく、むしろ厚さ方向における意図しないモノマーの拡散移動は抑制される方が好ましい。意図しないモノマーの拡散移動を抑制することにより、最終的に目的とする形状の屈折率分布Tを有する光導波路1を確実に製造することができる。
Further, in the optical
なお、光導波路形成用組成物901と光導波路形成用組成物902との間で、モノマーの含有率をほぼ等しくした場合には、ポリマー915またはモノマーの条件を異ならせればよい。具体的には、光導波路形成用組成物901と光導波路形成用組成物902とで、用いるポリマー915の組成を異ならせるほか、同じ組成であっても分子量や重合度を異ならせるようにすればよい。また、用いるモノマーの組成、すなわち屈折率を異ならせるようにしてもよい。このようにすれば、光導波路形成用組成物901と光導波路形成用組成物902とでモノマーの含有率をほぼ等しくし、モノマーの拡散移動を抑制しながら、両者の間に屈折率差を形成することができる。
In addition, what is necessary is just to change the conditions of the
次いで、支持基板951上に光導波路形成用組成物901、902を多色押出成形法により層状に成形する。
Next, the optical
多色押出成形法では、光導波路形成用組成物901を1層で押し出すと同時に、この層の両面側にそれぞれ光導波路形成用組成物902を押し出すことで、3層を積層してなる多色成形体914を一括形成する。具体的には、多色成形体914では、光導波路形成用組成物902、光導波路形成用組成物901、および光導波路形成用組成物902が、この順でそれぞれ押し出されるため、組成物同士の境界においては、光導波路形成用組成物901と光導波路形成用組成物902とがわずかに混濁している。したがって、組成物同士の境界近傍では、光導波路形成用組成物901の一部と光導波路形成用組成物902の一部とが混合し、厚さ方向に沿って混合比率が連続的に変化している領域が形成される。その結果、多色成形体914は、図11(a)の下方から、光導波路形成用組成物902からなる第1成形層914a(第2の層状成形物)、光導波路形成用組成物901と光導波路形成用組成物902の混合物からなる第2成形層914b、光導波路形成用組成物901からなる第3成形層914c(第1の層状成形物)、光導波路形成用組成物901と光導波路形成用組成物902の混合物からなる第4成形層914d、および光導波路形成用組成物902からなる第5成形層914e(第2の層状成形物)が、この順で積層されたものとなる。
In the multicolor extrusion molding method, the optical
そして、得られた多色成形体914中の溶媒を蒸発(脱溶媒)させ、層910を得る(図11(b)参照)。
And the solvent in the obtained multicolor molded
得られた層910(本発明の光導波路形成用フィルム)は、図11(b)の下方から、第1成形層914aから形成されるクラッド層11と、第2成形層914b、第3成形層914cおよび第4成形層914dから形成されるコア層13と、第5成形層914eから形成されるクラッド層12との積層体となる。
The obtained layer 910 (the film for forming an optical waveguide of the present invention) includes a clad
得られた層910中では、ポリマー(マトリックス)915が実質的に一様かつランダムに存在し、添加剤920は、ポリマー915中に実質的に一様かつランダムに分散している。これにより、層910中には、添加剤920が実質的に一様かつランダムに分散している。
In the resulting
層910の平均厚さは、形成すべき光導波路1の厚さに応じて適宜設定され、特に限定されないが、10〜500μm程度であるのが好ましく、20〜300μm程度であるのがより好ましい。
The average thickness of the
なお、支持基板951には、例えば、シリコン基板、二酸化ケイ素基板、ガラス基板、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム等が用いられる。
For the
ところで、このような層910を得るための多色成形体914は、以下のようなダイコーター(多色押出成形装置)800を用いて製造される。
By the way, the multicolor molded
図8は、多色成形体914を得るダイコーターを示す斜視図、図9は、ダイコーターの一部を拡大して示す縦断面図である。
FIG. 8 is a perspective view showing a die coater for obtaining a multicolor molded
ダイコーター800は、図8に示すように、上リップ部811と、その下方に設けられた下リップ部812とを備えるダイヘッド810を有している。
As shown in FIG. 8, the
上リップ部811および下リップ部812は、それぞれ長尺のブロック体で構成され、互いに重ね合わされている。合わせ面には空洞のマニホールド820が形成されている。マニホールド820の幅はダイヘッド810の右側ほど広くなるよう連続的に拡張している。一方、マニホールド820の厚さはダイヘッド810の右側ほど小さくなるよう連続的に縮小している。そして、マニホールド820の右端では、空洞の幅が最大でかつ厚さが最小になっており、スリット821を形成している。
The
このダイヘッド810は、マニホールド820の左側から供給された光導波路形成用組成物901、902をスリット821から右側に成形しつつ押し出すことができる。すなわち、スリット821の形状に応じて、多色成形体914の幅および厚さが決定される。
The
ダイヘッド810の左側には、ミキシングユニット830が設けられている。ミキシングユニット830は、光導波路形成用組成物901、902をそれぞれダイヘッド810に供給するための2系統の配管を組み合わせて構成されており、光導波路形成用組成物901をダイヘッド810に供給する第1の供給管831と、光導波路形成用組成物902をダイヘッド810に供給する第2の供給管832とを有している。
A mixing
また、第1の供給管831および第2の供給管832から供給された光導波路形成用組成物901、902は、ダイヘッド810との接続を担う接続部835において合流し、ダイヘッド810のマニホールド820へと供給される。なお、第2の供給管832は、途中で上下2つに分岐し、接続部835の上層部および下層部にそれぞれ接続されている。一方、第1の供給管831は、接続部835の中層部に接続されている。すなわち、接続部835では、光導波路形成用組成物901で構成される1層の流れを、光導波路形成用組成物902で構成される上下2層の流れで挟み込むようにして合流している。
In addition, the optical
また、ミキシングユニット830は、第1の供給管831と第2の供給管832との合流地点に設けられた、複数のピン836を有している。これらのピン836は、長尺の円柱状をなしており、その軸と、第1の供給管831および第2の供給管832の延伸方向とがほぼ直交するよう配置されている。また、図9では、これらのピン836が、接続部835の上層部と中層部との間、および、下層部と中層部との間にそれぞれ3本ずつ設けられている。なお、ピン836の本数は特に限定されないが、好ましくは2本以上とされ、より好ましくは3〜10本程度とされる。また、ピン836は、光導波路形成用組成物901、902間に乱流を生じさせ得るものであれば、他の構造物(例えば、メッシュ、パンチングメタル等)で代替することもできる。
Further, the
ダイヘッド810の右側には、多色押出成形された多色成形体914を搬送する搬送部840が設けられている。搬送部840は、ローラー841と、ローラー841に沿って移動する搬送フィルム842とを有している。搬送フィルム842はローラー841の回転により、図8の下方から右側へと搬送されるが、その際に、ローラー841上にて多色成形体914を積層する。これにより、多色成形体914の形状を保持しつつ、右側へと搬送することができる。
On the right side of the
次いで、ダイコーター800の動作について説明する。
ミキシングユニット830に光導波路形成用組成物901、902が同時に供給されると、接続部835において3層の層流が形成される。接続部835において光導波路形成用組成物901、902が合流する際、合流部に設けられた複数のピン836の作用により、光導波路形成用組成物901、902の流れに乱れが生じる。この乱れは、層流間の境界を不明瞭とし、境界では光導波路形成用組成物901と光導波路形成用組成物902とが混在した領域が形成される。Next, the operation of the
When the optical
このようにして形成された層流は、ダイヘッド810のマニホールド820において、幅方向に拡張されるとともに厚さ方向には圧縮される。その結果、前述したような、第1成形層914a、第2成形層914b、第3成形層914c、第4成形層914d、および第5成形層914eが、下方からこの順で積層されてなる多色成形体914が形成される。そしてこのような多色成形体914を用いることにより、最終的に前述した厚さ方向の屈折率分布Tを有する光導波路1が得られる。
The laminar flow thus formed is expanded in the width direction and compressed in the thickness direction in the
なお、多色成形体914は、搬送フィルム842上に形成されるが、この搬送フィルム842をそのまま前述した支持基板951として利用することもできる。
In addition, although the multicolor molded
また、図8に示すダイコーター800は、コア層13を1層含む層910を形成可能であるが、コア層13を複数層設ける場合には、それに応じて、ミキシングユニット830の構造を変更すればよい。具体的には、コア層13の層数に応じて第1の供給管831を分岐し、さらに、各第1の供給管831から押し出された光導波路形成用組成物901の各層を挟むように、第2の供給管832の分岐数を増やすようにすればよい。このようにすれば、前述した光導波路の第2の形態あるいは第3の形態を製造することができる。
Further, the
図10は、ミキシングユニット830の他の構成例を示す断面図である。なお、図10では、複雑になるのを避けるため、第1の供給管831および第2の供給管832の管軸を線で模式的に示しており、各供給管831、832に各組成物を注入する始点を●印で示している。また、光導波路形成用組成物901の流れを実線の矢印で、光導波路形成用組成物902の流れを破線の矢印で、光導波路形成用組成物901と光導波路形成用組成物902の混合物の流れを一点鎖線の矢印で、それぞれ示している。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing another configuration example of the
図10に示す第1の供給管831は、始点831aから3つに分岐しており、このうち、中央の分岐管8311は、真っ直ぐにダイヘッド810方向に延伸している。
The
一方、中央の分岐管8311の上方には、始点831aから分岐した分岐管8312が斜めに延伸しており、中央の分岐管8311の下方には、始点831aから分岐した分岐管8313が斜めに延伸している。
On the other hand, a
中央の分岐管8311からやや上方に離れた位置には、第2の供給管832の第1の始点832aが設けられており、この第1の始点832aからは分岐した分岐管8321が上方に延伸しており、また、分岐した分岐管8322が下方に延伸している。
A
このうち、下方に延伸した分岐管8322は、合流点J1で中央の分岐管8311に合流している。
Among these, the
また、上方に延伸した分岐管8321は、上述した分岐管8312と混合点M1で合流するよう構成されている。混合点M1より先では、分岐管8321と分岐管8312とが集合管8331に集約されており、この集合管8331は、分岐管8322よりもダイヘッド810側(先端側)に位置する合流点J2で中央の分岐管8311に合流している。
Further, the
一方、中央の分岐管8311からやや下方に離れた位置には、第2の供給管832の第2の始点832bが設けられており、この第2の始点832bからは分岐した分岐管8323が上方に延伸しており、また、分岐した分岐管8324が下方に延伸している。
On the other hand, a
このうち、上方に延伸した分岐管8323は、合流点J1で中央の分岐管8311に合流している。
Among these, the
また、下方に延伸した分岐管8324は、上述した分岐管8313と混合点M2で合流するよう構成されている。混合点M2より先では、分岐管8324と分岐管8313とが集合管8332に集約されており、この集合管8332は、分岐管8323よりもダイヘッド810側(先端側)に位置する合流点J2で中央の分岐管8311に合流している。
Further, the
また、各混合点M1、M2および各合流点J1、J2には、前述したピン836が設けられている(図示せず)。なお、各混合点M1、M2では、光導波路形成用組成物901と光導波路形成用組成物902とが完全に混合されるよう、ピン836の配置および本数が設定されている。一方、各合流点J1、J2では、光導波路形成用組成物901と前記混合物とが部分的に混合されるよう、ピン836の配置および本数が設定されている。
Moreover, the above-mentioned
ここで、第1の供給管831の始点831aには、光導波路形成用組成物901が注入される一方、第2の供給管832の第1の始点832aおよび第2の始点832bには、光導波路形成用組成物902が注入される。
Here, the optical
光導波路形成用組成物901は、中央の分岐管8311を介して、多色成形体914の中央の層を構成することとなる。
The optical
一方、光導波路形成用組成物902は、分岐管8322と分岐管8323とを介して、中央の層を挟むように合流する。
On the other hand, the
さらに、各混合点M1、M2で混合された光導波路形成用組成物901と光導波路形成用組成物902との混合物は、それぞれ集合管8331、集合管8332を介して、上記の光導波路形成用組成物902で構成された層を挟むように合流する。
以上のようにして多色成形体914が成形される。Furthermore, the mixture of the optical
As described above, the multicolor molded
このようなミキシングユニット830を用いることにより、例えば、光導波路形成用組成物901の屈折率が光導波路形成用組成物902の屈折率より大きい場合、前述した光導波路の第2の形態を製造可能な多色成形体914を成形することができる。
By using such a
また、光導波路形成用組成物901の屈折率が光導波路形成用組成物902の屈折率より小さい場合、前述した光導波路の第3の形態を製造可能な多色成形体914を成形することができる。
Further, when the refractive index of the optical
なお、ピン836は必要に応じて設けるようにすればよく、例えば、屈折率分布Tをステップインデックス型にする場合には、省略するようにしてもよい。この場合、各組成物の流れには乱れが生じないので、層流間の境界が比較的明瞭となり、光導波路形成用組成物901と光導波路形成用組成物902とが混在した領域はほとんど形成されない。このようにして得られた層910を用いれば、厚さ方向の屈折率が階段状に変化した屈折率分布Tを有するステップインデックス型の光導波路1も製造することができる。
The
また、第1の供給管831からの光導波路形成用組成物901の供給条件として、例えば、第1の供給管831の内径、第2の供給管832に対する第1の供給管831の合流角度、単位時間当たりの供給量、供給圧力、粘度、温度等と、第2の供給管832からの光導波路形成用組成物902の供給条件として、例えば、第2の供給管832の内径、第1の供給管831に対する第2の供給管832の合流角度、単位時間当たりの供給量、供給圧力、粘度、温度等と、を適宜設定することができる。これにより、多色成形体914中の各組成物の占有率が変化することから、最終的に光導波路1の屈折率分布Tの形状を自在に変更することができる。
Moreover, as supply conditions of the optical
なお、上記多色押出成形法およびダイコーターは、多色成形体914を製造する方法および装置の一例であり、層間での組成物の混濁を生じ得る方法および装置であれば、例えば射出成形法(装置)、塗布法(装置)、印刷法(装置)等の各種方法(装置)を用いることもできる。
The multicolor extrusion molding method and the die coater are examples of a method and an apparatus for producing a multicolor molded
以上のようにして得られた層910では、厚さ方向において組成が連続的に変化し、これにより厚さ方向において屈折率が連続的に変化した屈折率分布T’が形成されている。特に、層910は、前述した第1成形層914aから第5成形層914eまでが形成されたものであるため、層910が有する屈折率分布T’は、厚さ方向の中心部において屈折率が最も高く、そこから層910の両面側に向かうにつれ屈折率が連続的に低下する分布になっている。
In the
このような層910の屈折率分布T’において、最大値と最小値との屈折率差は、できるだけ大きい方がよいが、0.005〜0.07程度であるのが好ましく、0.007〜0.05程度であるのがより好ましく、0.01〜0.05程度であるのがさらに好ましい。これにより、最終的に、コア部14中に光を閉じ込めるのに必要かつ十分な屈折率差が形成された光導波路1が得られる。
In such a refractive index distribution T ′ of the
また、屈折率分布T’は、横軸に層910の横断面の位置をとり、縦軸に屈折率をとったとき、屈折率の極大値近傍において、屈折率が連続的に変化している形状であれば上に凸の略V字状(極大値以外はほぼ直線状)をなしていてもよいが、好ましくは上に凸の略U字状(極大値近傍全体が丸みを帯びている)とされる。屈折率分布Tがこのような形状をなしていると、コア部14における光の閉じ込め作用がより顕著なものとなる。すなわち、層910は、厚さ方向の屈折率分布がいわゆるグレーテッドインデックス型あるいはそれに類似した形状になっており、伝送損失の小さい光導波路1を製造可能なものとなる。
Further, in the refractive index distribution T ′, when the horizontal axis indicates the position of the cross section of the
次に、各光導波路形成用組成物901、902に含まれるポリマー915および添加剤920について説明する。
Next, the
(ポリマー)
ポリマー915は、光導波路1のベースポリマーとなるものである。(polymer)
The
ポリマー915には、透明性が十分に高く(無色透明であり)、かつ、後述するモノマーと相溶性を有するもの、さらに、その中でも後述するようにモノマーが反応(重合反応や架橋反応)可能であり、モノマーが重合した後においても十分な透明性を有するものが好適に用いられる。
The
ここで、「相溶性を有する」とは、光導波路形成用組成物901、902中や層910中において、モノマーが少なくとも混和してポリマー915と相分離を起こさないことをいう。
Here, “having compatibility” means that in the optical
このようなポリマー915としては、例えば、ノルボルネン系樹脂やベンゾシクロブテン系樹脂等の環状オレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、エポキシ系樹脂やオキセタン系樹脂のような環状エーテル系樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて(ポリマーアロイ、ポリマーブレンド(混合物)、共重合体など)用いることができる。
Examples of such a
これらの中でも、特に、環状オレフィン系樹脂を主とするものが好ましい。ポリマー915として環状オレフィン系樹脂を用いることにより、優れた光伝送性能や耐熱性を有する光導波路1を得ることができる。
Among these, those mainly composed of cyclic olefin resins are preferable. By using a cyclic olefin resin as the
環状オレフィン系樹脂は、無置換のものであってもよいし、水素が他の基により置換されたものであってもよい。 The cyclic olefin-based resin may be unsubstituted or may have hydrogen substituted with other groups.
環状オレフィン系樹脂としては、例えばノルボルネン系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂等が挙げられる。 Examples of the cyclic olefin resins include norbornene resins and benzocyclobutene resins.
中でも、耐熱性、透明性等の観点からノルボルネン系樹脂を使用することが好ましい。また、ノルボルネン系樹脂は、高い疎水性を有するため、吸水による寸法変化等を生じ難い光導波路1を得ることができる。
Among these, it is preferable to use a norbornene-based resin from the viewpoints of heat resistance and transparency. Moreover, since norbornene-type resin has high hydrophobicity, the
ノルボルネン系樹脂としては、単独の繰り返し単位を有するもの(ホモポリマー)、2つ以上のノルボルネン系繰り返し単位を有するもの(コポリマー)のいずれであってもよい。 The norbornene-based resin may be either one having a single repeating unit (homopolymer) or one having two or more norbornene-based repeating units (copolymer).
このようなノルボルネン系樹脂としては、例えば、
(1)ノルボルネン型モノマーを付加(共)重合して得られるノルボルネン型モノマーの付加(共)重合体、
(2)ノルボルネン型モノマーとエチレンやα−オレフィン類との付加共重合体、
(3)ノルボルネン型モノマーと非共役ジエン、および必要に応じて他のモノマーとの付加共重合体のような付加重合体、
(4)ノルボルネン型モノマーの開環(共)重合体、および必要に応じて該(共)重合体を水素添加した樹脂、
(5)ノルボルネン型モノマーとエチレンやα−オレフィン類との開環(共)重合体、および必要に応じて該(共)重合体を水素添加した樹脂、
(6)ノルボルネン型モノマーと非共役ジエン、または他のモノマーとの開環共重合体、および必要に応じて該(共)重合体を水素添加したポリマーのような開環重合体が挙げられる。これらの重合体としては、ランダム共重合体、ブロック共重合体、交互共重合体等が挙げられる。As such a norbornene-based resin, for example,
(1) addition (co) polymer of norbornene type monomer obtained by addition (co) polymerization of norbornene type monomer,
(2) an addition copolymer of a norbornene monomer and ethylene or α-olefins,
(3) an addition polymer such as an addition copolymer of a norbornene-type monomer and a non-conjugated diene and, if necessary, another monomer;
(4) a ring-opening (co) polymer of a norbornene-type monomer, and a resin obtained by hydrogenating the (co) polymer if necessary,
(5) a ring-opening (co) polymer of a norbornene-type monomer and ethylene or α-olefins, and a resin obtained by hydrogenating the (co) polymer if necessary,
(6) Ring-opening copolymers such as norbornene-type monomers and non-conjugated dienes, or other monomers, and polymers obtained by hydrogenating the (co) polymers as necessary. Examples of these polymers include random copolymers, block copolymers, and alternating copolymers.
これらのノルボルネン系樹脂は、例えば、開環メタセシス重合(ROMP)、ROMPと水素化反応との組み合わせ、ラジカルまたはカチオンによる重合、カチオン性パラジウム重合開始剤を用いた重合、これ以外の重合開始剤(例えば、ニッケルや他の遷移金属の重合開始剤)を用いた重合等、公知のすべての重合方法で得ることができる。 These norbornene resins include, for example, ring-opening metathesis polymerization (ROMP), combination of ROMP and hydrogenation reaction, polymerization by radical or cation, polymerization using cationic palladium polymerization initiator, other polymerization initiators ( For example, it can be obtained by any known polymerization method such as polymerization using a polymerization initiator of nickel or another transition metal).
これらの中でも、ノルボルネン系樹脂としては、下記化1(構造式B)で表される少なくとも1個の繰り返し単位を有するもの、すなわち、付加(共)重合体が好ましい。付加(共)重合体は、透明性、耐熱性および可撓性に富むことから、例えば光導波路1を形成した後、これに電気部品等を半田を介して実装することがあるが、このような場合においても光導波路1に、高い耐熱性、すなわち、耐リフロー性を付与することができるためである。
Among these, as the norbornene-based resin, one having at least one repeating unit represented by the following chemical formula 1 (Structural Formula B), that is, an addition (co) polymer is preferable. Since the addition (co) polymer is rich in transparency, heat resistance, and flexibility, for example, after the
かかるノルボルネン系ポリマーは、例えば、後述するノルボルネン系モノマー(後述する構造式Cで表されるノルボルネン系モノマーや、架橋性ノルボルネン系モノマー)を用いることにより好適に合成される。 Such a norbornene-based polymer is suitably synthesized by using, for example, a norbornene-based monomer described later (a norbornene-based monomer represented by Structural Formula C described below or a crosslinkable norbornene-based monomer).
また、光導波路1を各種製品に組み込んだ際には、例えば、80℃程度の環境下で製品が使用される場合がある。このような場合においても、耐熱性を確保するという観点から、付加(共)重合体が好ましい。
Further, when the
中でも、ノルボルネン系樹脂は、重合性基を含む置換基を有するノルボルネンの繰り返し単位や、アリール基を含む置換基を有するノルボルネンの繰り返し単位を含むものが好ましい。 Among them, the norbornene-based resin preferably includes a norbornene repeating unit having a substituent containing a polymerizable group or a norbornene repeating unit having a substituent containing an aryl group.
重合性基を含む置換基を有するノルボルネンの繰り返し単位としては、エポキシ基を含む置換基を有するノルボルネンの繰り返し単位、(メタ)アクリル基を含む置換基を有するノルボルネンの繰り返し単位、および、アルコキシシリル基を含む置換基を有するノルボルネンの繰り返し単位のうちの少なくとも1種が好適である。これらの重合性基は、各種重合性基の中でも、反応性が高いことから好ましい。 As the repeating unit of norbornene having a substituent containing a polymerizable group, the repeating unit of norbornene having a substituent containing an epoxy group, the repeating unit of norbornene having a substituent containing a (meth) acryl group, and an alkoxysilyl group At least one of the repeating units of norbornene having a substituent containing is preferable. These polymerizable groups are preferable because of their high reactivity among various polymerizable groups.
また、このような重合性基を含むノルボルネンの繰り返し単位を、2種以上含むノルボルネン系樹脂を用いれば、可撓性と耐熱性の両立を図ることができる。 Further, if a norbornene-based resin containing two or more kinds of norbornene repeating units containing a polymerizable group is used, both flexibility and heat resistance can be achieved.
一方、アリール基を含む置換基を有するノルボルネンの繰り返し単位を含むノルボルネン系樹脂により、アリール基に由来する極めて高い疎水性によって、吸水による寸法変化等をより確実に防止することができる。 On the other hand, the norbornene-based resin containing a norbornene-based repeating unit having a substituent containing an aryl group can more reliably prevent dimensional changes due to water absorption due to the extremely high hydrophobicity derived from the aryl group.
さらに、ノルボルネン系樹脂は、アルキルノルボルネンの繰り返し単位を含むものが好ましい。なお、アルキル基は、直鎖状または分岐状のいずれであってもよい。 Further, the norbornene-based resin preferably includes an alkylnorbornene repeating unit. The alkyl group may be linear or branched.
アルキルノルボルネンの繰り返し単位を含むことにより、ノルボルネン系樹脂は、柔軟性が高くなるため、高いフレキシビリティ(可撓性)を付与することができる。 By including the repeating unit of alkyl norbornene, the norbornene-based resin has high flexibility, and thus can provide high flexibility (flexibility).
また、アルキルノルボルネンの繰り返し単位を含むノルボルネン系樹脂は、特定の波長領域(特に、850nm付近の波長領域)の光に対する透過率が優れることからも好ましい。 A norbornene-based resin containing an alkylnorbornene repeating unit is also preferable because of its excellent transmittance with respect to light in a specific wavelength region (particularly, a wavelength region near 850 nm).
上記のようなノルボルネンの繰り返し単位を含むノルボルネン系樹脂の具体例としては、ヘキシルノルボルネンのホモポリマー、フェニルエチルノルボルネンのホモポリマー、ベンジルノルボルネンのホモポリマー、ヘキシルノルボルネンとフェニルエチルノルボルネンとのコポリマー、ヘキシルノルボルネンとベンジルノルボルネンとのコポリマー等が挙げられる。 Specific examples of the norbornene-based resin including the norbornene repeating unit as described above include hexyl norbornene homopolymer, phenylethyl norbornene homopolymer, benzyl norbornene homopolymer, hexyl norbornene and phenylethyl norbornene copolymer, hexyl norbornene. And a copolymer of benzylnorbornene and the like.
このようなことから、ノルボルネン系樹脂としては、以下の式(1)〜(4)、(8)〜(10)で表されるものが好適である。 Therefore, as the norbornene-based resin, those represented by the following formulas (1) to (4) and (8) to (10) are preferable.
式(1)のノルボルネン系樹脂は、以下のようにして製造することができる。
R1を有するノルボルネンと、側鎖にエポキシ基を有するノルボルネンとをトルエンに溶かし、Ni化合物(A)を触媒として用いて溶液重合させることで(1)を得る。The norbornene-based resin of the formula (1) can be produced as follows.
(1) is obtained by dissolving norbornene having R 1 and norbornene having an epoxy group in the side chain in toluene and solution polymerization using Ni compound (A) as a catalyst.
なお、側鎖にエポキシ基を有するノルボルネンの製造方法は、たとえば、(i)(ii)の通りである。 In addition, the manufacturing method of norbornene which has an epoxy group in a side chain is as (i) (ii), for example.
(i)ノルボルネンメタノール(NB−CH2−OH)の合成
DCPD(ジシクロペンタジエン)のクラッキングにより生成したCPD(シクロペンタジエン)とαオレフィン(CH2=CH−CH2−OH)を高温高圧下で反応させる。(I) Synthesis of norbornene methanol (NB—CH 2 —OH) CPD (cyclopentadiene) and α-olefin (CH 2 ═CH—CH 2 —OH) produced by cracking of DCPD (dicyclopentadiene) are heated under high temperature and high pressure. React.
(ii)エポキシノルボルネンの合成
ノルボルネンメタノールとエピクロルヒドリンとの反応により生成する。(Ii) Synthesis of epoxy norbornene It is formed by the reaction of norbornene methanol and epichlorohydrin.
なお、式(1)において、bが2または3の場合には、エピクロルヒドリンのメチレン基がエチレン基、プロピレン基等になったものを使用する。 In formula (1), when b is 2 or 3, epichlorohydrin in which the methylene group is an ethylene group, a propylene group or the like is used.
式(1)で表されるノルボルネン系樹脂の中でも、可撓性と耐熱性の両立を図ることが可能との観点から、特に、R1が炭素数4〜10のアルキル基であり、aおよびbがそれぞれ1である化合物、例えば、ブチルノルボルネンとメチルグリシジルエーテルノルボルネンとのコポリマー、ヘキシルノルボルネンとメチルグリシジルエーテルノルボルネンとのコポリマー、デシルノルボルネンとメチルグリシジルエーテルノルボルネンとのコポリマー等が好ましい。Among the norbornene-based resins represented by the formula (1), from the viewpoint that both flexibility and heat resistance can be achieved, in particular, R 1 is an alkyl group having 4 to 10 carbon atoms, and a and A compound in which each b is 1, for example, a copolymer of butyl norbornene and methyl glycidyl ether norbornene, a copolymer of hexyl norbornene and methyl glycidyl ether norbornene, a copolymer of decyl norbornene and methyl glycidyl ether norbornene, or the like is preferable.
式(2)のノルボルネン系樹脂は、R2を有するノルボルネンと、側鎖にアクリルおよびメタクリル基を有するノルボルネンとをトルエンに溶かし、上述したNi化合物(A)を触媒に用いて溶液重合させることで得ることができる。The norbornene-based resin of the formula (2) is obtained by dissolving norbornene having R 2 and norbornene having acryl and methacryl groups in the side chain in toluene, and performing solution polymerization using the Ni compound (A) described above as a catalyst. Can be obtained.
なお、式(2)で表されるノルボルネン系樹脂の中でも、可撓性と耐熱性との両立の観点から、特に、R2が炭素数4〜10のアルキル基であり、cが1である化合物、例えば、ブチルノルボルネンとアクリル酸(5−ノルボルネニル)メチルとのコポリマー、ヘキシルノルボルネンとアクリル酸(5−ノルボルネニル)メチルとのコポリマー、デシルノルボルネンとアクリル酸(5−ノルボルネニル)メチルとのコポリマー等が好ましい。Among the norbornene-based resins represented by the formula (2), R 2 is an alkyl group having 4 to 10 carbon atoms and c is 1 from the viewpoint of achieving both flexibility and heat resistance. Compounds, for example, copolymers of butyl norbornene and methyl acrylate (5-norbornenyl), copolymers of hexyl norbornene and methyl acrylate (5-norbornenyl), copolymers of decyl norbornene and methyl acrylate (5-norbornenyl), etc. preferable.
式(3)の樹脂は、R4を有するノルボルネンと、側鎖にアルコキシシリル基を有するノルボルネンとをトルエンに溶かし、上述したNi化合物(A)を触媒に用いて溶液重合させることで得ることができる。The resin of the formula (3) can be obtained by dissolving norbornene having R 4 and norbornene having an alkoxysilyl group in the side chain in toluene, and solution polymerization using the above-described Ni compound (A) as a catalyst. it can.
なお、式(3)で表されるノルボルネン系ポリマーの中でも、特に、R4が炭素数4〜10のアルキル基であり、dが0〜2、X3がメチル基またはエチル基である化合物が好ましい。例えば、ブチルノルボルネンとノルボルネニルエチルトリメトキシシランとのコポリマー、ヘキシルノルボルネンとノルボルネニルエチルトリメトキシシランとのコポリマー、デシルノルボルネンとノルボルネニルエチルトリメトキシシランとのコポリマー、ブチルノルボルネンとトリエトキシシリルノルボルネンとのコポリマー、ヘキシルノルボルネンとトリエトキシシリルノルボルネンとのコポリマー、デシルノルボルネンとトリエトキシシリルノルボルネンとのコポリマー、ブチルノルボルネンとトリメトキシシリルノルボルネンとのコポリマー、ヘキシルノルボルネンとトリメトキシシリルノルボルネンとのコポリマー、デシルノルボルネンとトリメトキシシリルノルボルネンとのコポリマー等が好ましい。Among the norbornene-based polymers represented by the formula (3), particularly, compounds in which R 4 is an alkyl group having 4 to 10 carbon atoms, d is 0 to 2, and X 3 is a methyl group or an ethyl group. preferable. For example, a copolymer of butylnorbornene and norbornenylethyltrimethoxysilane, a copolymer of hexylnorbornene and norbornenylethyltrimethoxysilane, a copolymer of decylnorbornene and norbornenylethyltrimethoxysilane, butylnorbornene and triethoxysilyl Copolymer of norbornene, copolymer of hexyl norbornene and triethoxysilyl norbornene, copolymer of decyl norbornene and triethoxysilyl norbornene, copolymer of butyl norbornene and trimethoxysilyl norbornene, copolymer of hexyl norbornene and trimethoxysilyl norbornene, decyl A copolymer of norbornene and trimethoxysilyl norbornene is preferred.
式(4)の樹脂は、R5を有するノルボルネンと、側鎖にA1を有するノルボルネンと、側鎖にA2を有するノルボルネンとをトルエンに溶かし、Ni化合物(A)を触媒に用いて溶液重合させることで得ることができる。The resin of formula (4) is a solution in which norbornene having R 5 , norbornene having A 1 in the side chain, and norbornene having A 2 in the side chain are dissolved in toluene, and Ni compound (A) is used as a catalyst. It can be obtained by polymerization.
なお、式(4)で表されるノルボルネン系樹脂としては、例えば、ブチルノルボルネン、ヘキシルノルボルネンまたはデシルノルボルネンのいずれかと、アクリル酸(5−ノルボルネニル)メチルと、ノルボルネニルエチルトリメトキシシラン、トリエトキシシリルノルボルネンまたはトリメトキシシリルノルボルネンのいずれかとのターポリマー、ブチルノルボルネン、ヘキシルノルボルネンまたはデシルノルボルネンのいずれかと、アクリル酸(5−ノルボルネニル)メチルと、メチルグリシジルエーテルノルボルネンとのターポリマー、ブチルノルボルネン、ヘキシルノルボルネンまたはデシルノルボルネンのいずれかと、メチルグリシジルエーテルノルボルネンと、ノルボルネニルエチルトリメトキシシラン、トリエトキシシリルノルボルネンまたはトリメトキシシリルノルボルネンのいずれかとのターポリマー等が挙げられる。 Examples of the norbornene-based resin represented by the formula (4) include butyl norbornene, hexyl norbornene, or decyl norbornene, methyl acrylate (5-norbornenyl), norbornenyl ethyl trimethoxysilane, and triethoxy. Terpolymers with either silyl norbornene or trimethoxysilyl norbornene, terpolymers of butyl norbornene, hexyl norbornene or decyl norbornene, methyl acrylate (5-norbornenyl) and methyl glycidyl ether norbornene, butyl norbornene, hexyl norbornene Or decyl norbornene, methyl glycidyl ether norbornene, norbornenyl ethyl trimethoxysilane, triethoxysilyl no Terpolymers, etc. with either bornene or trimethoxysilyl norbornene.
式(8)の樹脂は、R7を有するノルボルネンと、側鎖に−(CH2)−X1−X2(R8)3−j(Ar)jを含むノルボルネンとをトルエンに溶かし、Ni化合物を触媒に用いて溶液重合させることで得ることができる。The resin of the formula (8) is obtained by dissolving norbornene having R 7 and norbornene containing — (CH 2 ) —X 1 —X 2 (R 8 ) 3-j (Ar) j in the side chain in toluene, It can be obtained by solution polymerization using a compound as a catalyst.
なお、式(8)で表されるノルボルネン系樹脂の中でも、X1が酸素原子、X2がシリコン原子、Arがフェニル基であるものが好ましい。Of the norbornene resins represented by the formula (8), those in which X 1 is an oxygen atom, X 2 is a silicon atom, and Ar is a phenyl group are preferable.
さらには、可撓性、耐熱性および屈折率制御の観点から特に、R7が炭素数4〜10のアルキル基であり、X1が酸素原子、X2がシリコン原子、Arがフェニル基、R8がメチル基、iが1、jが2である化合物、例えば、ブチルノルボルネンとジフェニルメチルノルボルネンメトキシシランとのコポリマー、ヘキシルノルボルネンとジフェニルメチルノルボルネンメトキシシランとのコポリマー、デシルノルボルネンとジフェニルメチルノルボルネンメトキシシランとのコポリマー等が好ましい。
具体的には、以下のようなノルボルネン系樹脂を使用することが好ましい。Further, particularly from the viewpoint of flexibility, heat resistance and refractive index control, R 7 is an alkyl group having 4 to 10 carbon atoms, X 1 is an oxygen atom, X 2 is a silicon atom, Ar is a phenyl group, R Compounds in which 8 is a methyl group, i is 1 and j is 2, for example, a copolymer of butylnorbornene and diphenylmethylnorbornenemethoxysilane, a copolymer of hexylnorbornene and diphenylmethylnorbornenemethoxysilane, decylnorbornene and diphenylmethylnorbornenemethoxysilane And a copolymer thereof are preferred.
Specifically, it is preferable to use the following norbornene resin.
また、可撓性と耐熱性および屈折率制御の観点から、式(8)において、R7が炭素数4〜10のアルキル基であり、X1がメチレン基、X2が炭素原子、Arがフェニル基、R8が水素原子、iが0、jが1である化合物、例えば、ブチルノルボルネンとフェニルエチルノルボルネンとのコポリマー、ヘキシルノルボルネンとフェニルエチルノルボルネンとのコポリマー、デシルノルボルネンとフェニルエチルノルボルネンとのコポリマー等であってもよい。
さらに、ノルボルネン系樹脂として、次のようなものを使用してもよい。From the viewpoint of flexibility, heat resistance, and refractive index control, in Formula (8), R 7 is an alkyl group having 4 to 10 carbon atoms, X 1 is a methylene group, X 2 is a carbon atom, and Ar is A compound having a phenyl group, R 8 is a hydrogen atom, i is 0, and j is 1, for example, a copolymer of butylnorbornene and phenylethylnorbornene, a copolymer of hexylnorbornene and phenylethylnorbornene, a decylnorbornene and phenylethylnorbornene It may be a copolymer or the like.
Further, the following may be used as the norbornene resin.
また、p1/q1〜p3/q3、p5/q5、p6/q6またはp4/(q4+r)は、20以下であればよいが、15以下であるのが好ましく、0.1〜10程度がより好ましい。これにより、複数種のノルボルネンの繰り返し単位を含む効果が如何なく発揮される。 Further, p 1 / q 1 ~p 3 /
一方、ポリマー915は、前述したようにアクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂等であってもよい。
On the other hand, the
このうち、アクリル系樹脂およびメタクリル系樹脂としては、例えば、ポリ(メチルアクリレート)、ポリ(メチルメタクリレート)、ポリ(エポキシアクリレート)、ポリ(エポキシメタクリレート)、ポリ(アミノアクリレート)、ポリ(アミノメタクリレート)、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリ(イソシアナートアクリレート)、ポリ(イソシアナートメタクリレート)、ポリ(シアナートアクリレート)、ポリ(シアナートメタクリレート)、ポリ(チオエポキシアクリレート)、ポリ(チオエポキシメタクリレート)、ポリ(アリルアクリレート)、ポリ(アリルメタクリレート)、アクリレート・エポキシアクリレート共重合体(メチルメタクリレートとグリシジルメタクリレートの共重合体)、スチレン・エポキシアクリレート共重合体等が挙げられ、これらの1種または2種以上の複合材料が用いられる。 Among these, examples of acrylic resins and methacrylic resins include poly (methyl acrylate), poly (methyl methacrylate), poly (epoxy acrylate), poly (epoxy methacrylate), poly (amino acrylate), and poly (amino methacrylate). , Polyacrylic acid, polymethacrylic acid, poly (isocyanate acrylate), poly (isocyanate methacrylate), poly (cyanate acrylate), poly (cyanate methacrylate), poly (thioepoxy acrylate), poly (thioepoxy methacrylate) , Poly (allyl acrylate), poly (allyl methacrylate), acrylate / epoxy acrylate copolymer (copolymer of methyl methacrylate and glycidyl methacrylate), styrene / epoxy Acrylate copolymer and the like, these one or more composite material is used.
また、エポキシ系樹脂としては、例えば、脂環式エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ビフェニル骨格を有するビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン骨格を有するジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、脂肪族系エポキシ樹脂およびトリグリシジルイソシアヌレート等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上の複合材料が用いられる。 Examples of the epoxy resin include alicyclic epoxy resin, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin having a biphenyl skeleton, naphthalene ring-containing epoxy resin, Dicyclopentadiene type epoxy resin having a cyclopentadiene skeleton, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin, triphenylmethane type epoxy resin, aliphatic epoxy resin and triglycidyl isocyanurate, etc. One or more composite materials are used.
また、ポリイミドとしては、ポリイミド樹脂前駆体であるポリアミド酸を閉環し、硬化(イミド化)させることにより得られる樹脂であれば、特に限定されない。 Further, the polyimide is not particularly limited as long as it is a resin obtained by ring-closing and curing (imidizing) a polyamic acid which is a polyimide resin precursor.
ポリアミド酸としては、例えば、N,N−ジメチルアセトアミド中、テトラカルボン酸二無水物とジアミンとを等モル比にて反応させることにより、溶液として得ることができる。 As the polyamic acid, for example, it can be obtained as a solution by reacting tetracarboxylic dianhydride and diamine in an equimolar ratio in N, N-dimethylacetamide.
このうち、テトラカルボン酸二無水物としては、例えば、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン酸二無水物等が挙げられる。 Among these, examples of the tetracarboxylic dianhydride include pyromellitic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,2-bis (2,3-di Carboxyphenyl) -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane dianhydride, 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) -1,1,1,3,3,3- Hexafluoropropane dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-benzophenonetetracarboxylic dianhydride, bis (3,4-dicarboxyphenyl) ether dianhydride, bis (3,4-dicarboxyphenyl) And sulfonic acid dianhydrides.
一方、ジアミンとしては、例えば、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、2,2−ビス(4−アミノフェノキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−アミノフェノキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、2,4−ジアミノトルエン、2,6−ジアミノトルエン、ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノ−2,2−ジメチルビフェニル、2,2−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノビフェニル等が挙げられる。 On the other hand, examples of the diamine include m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 3,4'-diaminodiphenyl ether, 4,4'-diaminodiphenyl ether, 4,4'-diaminodiphenyl sulfone, and 3,3'-diaminodiphenyl. Sulfone, 2,2-bis (4-aminophenoxyphenyl) propane, 2,2-bis (4-aminophenoxyphenyl) hexafluoropropane, 1,3-bis (4-aminophenoxy) benzene, 1,4-bis (4-aminophenoxy) benzene, 2,4-diaminotoluene, 2,6-diaminotoluene, diaminodiphenylmethane, 4,4′-diamino-2,2-dimethylbiphenyl, 2,2-bis (trifluoromethyl)- 4,4′-diaminobiphenyl and the like can be mentioned.
また、シリコーン系樹脂としては、例えば、シリコーンゴム、シリコーンエラストマー等が挙げられる。これらのシリコーン系樹脂は、シリコーンゴムモノマーまたはオリゴマーと硬化剤とを反応させることにより得られるものである。 Examples of the silicone resin include silicone rubber and silicone elastomer. These silicone resins are obtained by reacting a silicone rubber monomer or oligomer with a curing agent.
シリコーンゴムモノマーまたはオリゴマーとしては、例えば、メチルシロキサン基、エチルシロキサン基、フェニルシロキサン基を含むものが挙げられる。 Examples of the silicone rubber monomer or oligomer include those containing a methylsiloxane group, an ethylsiloxane group, or a phenylsiloxane group.
また、シリコーンゴムモノマーまたはオリゴマーとしては、光反応性を付与するため、例えば、エポキシ基、ビニルエーテル基、アクリル基等の官能基を導入してなるものが好ましく用いられる。 Moreover, as a silicone rubber monomer or oligomer, in order to provide photoreactivity, for example, those obtained by introducing a functional group such as an epoxy group, a vinyl ether group or an acrylic group are preferably used.
また、フッ素系樹脂としては、例えば、含フッ素脂肪族環構造を有するモノマーから得られる重合体、2つ以上の重合性不飽和結合を有する含フッ素モノマーを環化重合して得られる重合体、含フッ素系モノマーとラジカル重合性単量体とを共重合して得られる重合体等が挙げられる。 In addition, as the fluorine-based resin, for example, a polymer obtained from a monomer having a fluorine-containing aliphatic ring structure, a polymer obtained by cyclopolymerizing a fluorine-containing monomer having two or more polymerizable unsaturated bonds, Examples thereof include a polymer obtained by copolymerizing a fluorine-containing monomer and a radical polymerizable monomer.
含フッ素脂肪族環構造としては、例えば、ペルフルオロ(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソール)、ペルフルオロ(4−メチル−1,3−ジオキソール)、ペルフルオロ(4−メトキシ−1,3−ジオキソール)等が挙げられる。 Examples of the fluorinated aliphatic ring structure include perfluoro (2,2-dimethyl-1,3-dioxole), perfluoro (4-methyl-1,3-dioxole), and perfluoro (4-methoxy-1,3-dioxole). ) And the like.
また、含フッ素モノマーとしては、例えば、ペルフルオロ(アリルビニルエーテル)、ペルフルオロ(ブテニルビニルエーテル)等が挙げられる。 Moreover, as a fluorine-containing monomer, perfluoro (allyl vinyl ether), perfluoro (butenyl vinyl ether) etc. are mentioned, for example.
また、ラジカル重合性モノマーとしては、例えば、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ペルフルオロ(メチルビニルエーテル)等が挙げられる。 Examples of the radical polymerizable monomer include tetrafluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, perfluoro (methyl vinyl ether), and the like.
なお、比較的高い屈折率を有するポリマー915を得るためには、芳香族環(芳香族基)、窒素原子、臭素原子や塩素原子を分子構造中に有するモノマーを一般的に選択して、ポリマー915が合成(重合)される。一方、比較的低い屈折率を有するポリマー915を得るためには、アルキル基、フッ素原子やエーテル構造(エーテル基)を分子構造中に有するモノマーを一般的に選択して、ポリマー915が合成(重合)される。
In order to obtain a
比較的高い屈折率を有するノルボルネン系樹脂としては、アラルキルノルボルネンの繰り返し単位を含むものが好ましい。かかるノルボルネン系樹脂は、特に高い屈折率を有する。 As the norbornene-based resin having a relatively high refractive index, a resin containing a repeating unit of aralkylnorbornene is preferable. Such norbornene-based resins have a particularly high refractive index.
アラルキルノルボルネンの繰り返し単位が有するアラルキル基(アリールアルキル基)としては、例えば、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基、フェニルブチル基、ナフチルエチル基、ナフチルプロピル基、フルオレニルエチル基、フルオレニルプロピル基等が挙げられるが、ベンジル基やフェニルエチル基が特に好ましい。かかる繰り返し単位を有するノルボルネン系樹脂は、極めて高い屈折率を有するものであることから好ましい。 Examples of the aralkyl group (arylalkyl group) of the aralkylnorbornene repeating unit include benzyl group, phenylethyl group, phenylpropyl group, phenylbutyl group, naphthylethyl group, naphthylpropyl group, fluorenylethyl group, fluorene group, and the like. Examples thereof include a nylpropyl group, and a benzyl group and a phenylethyl group are particularly preferable. A norbornene-based resin having such a repeating unit is preferable because it has a very high refractive index.
また、以上のようなポリマー915は、主鎖から分岐し、活性放射線の照射により、その分子構造の少なくとも一部が主鎖から離脱し得る離脱性基(離脱性ペンダントグループ)を有している。離脱性基(反応媒体)の離脱によりポリマー915の屈折率が低下するため、ポリマー915は、活性放射線の照射の有無によって屈折率差を形成することができる。
Further, the
このような離脱性基を有するポリマー915としては、例えば、分子構造中に、−O−構造、−Si−アリール構造および−O−Si−構造のうちの少なくとも1つを有するものが挙げられる。かかる離脱性基は、カチオンの作用により比較的容易に離脱する。
Examples of the
このうち、離脱により樹脂の屈折率に低下を生じさせる離脱性基としては、−Si−ジフェニル構造および−O−Si−ジフェニル構造の少なくとも一方が好ましい。 Among these, as the leaving group that causes a decrease in the refractive index of the resin by leaving, at least one of the -Si-diphenyl structure and the -O-Si-diphenyl structure is preferable.
ここで、側鎖に離脱性基を有するポリマー915としては、例えばシクロヘキセン、シクロオクテン等の単環体モノマーの重合体、ノルボルネン、ノルボルナジエン、ジシクロペンタジエン、ジヒドロジシクロペンタジエン、テトラシクロドデセン、トリシクロペンタジエン、ジヒドロトリシクロペンタジエン、テトラシクロペンタジエン、ジヒドロテトラシクロペンタジエン等の多環体モノマーの重合体等の環状オレフィン系樹脂が挙げられる。これらの中でも多環体モノマーの重合体の中から選ばれる1種以上の環状オレフィン系樹脂が好ましく用いられる。これにより、樹脂の耐熱性を向上することができる。
Here, examples of the
なお、重合形態としては、ランダム重合、ブロック重合等の公知の形態を適用することができる。例えばノルボルネン型モノマーの重合の具体例としては、ノルボルネン型モノマーの(共)重合体、ノルボルネン型モノマーとα−オレフィン類などの共重合可能な他のモノマーとの共重合体、およびこれらの共重合体の水素添加物などが具体例に該当する。これら環状オレフィン系樹脂は、公知の重合法により製造することが可能であり、その重合方法には付加重合法と開環重合法とがあり、前述の中でも付加重合法で得られる環状オレフィン系樹脂(特にノルボルネン系樹脂)が好ましい(すなわち、ノルボルネン系化合物の付加重合体)。これにより、透明性、耐熱性および可撓性に優れる。 In addition, as polymerization forms, known forms such as random polymerization and block polymerization can be applied. For example, specific examples of polymerization of norbornene type monomers include (co) polymers of norbornene type monomers, copolymers of norbornene type monomers and other copolymerizable monomers such as α-olefins, A combined hydrogenated product corresponds to a specific example. These cyclic olefin resins can be produced by a known polymerization method. The polymerization methods include an addition polymerization method and a ring-opening polymerization method. Among the above, the cyclic olefin resin obtained by the addition polymerization method (In particular, norbornene-based resins) are preferable (that is, addition polymers of norbornene-based compounds). Thereby, it is excellent in transparency, heat resistance, and flexibility.
さらに、側鎖に離脱性基を有するノルボルネン系樹脂としては、例えば、式(8)で表されるノルボルネン系樹脂の中で、X1が酸素原子、X2がシリコン原子、Arがフェニル基であるものが挙げられる。Further, as the norbornene resin having a leaving group in the side chain, for example, in the norbornene resin represented by the formula (8), X 1 is an oxygen atom, X 2 is a silicon atom, and Ar is a phenyl group. Some are listed.
また、式(3)においては、アルコキシシリル基のSi−O−X3の部分で脱離する場合がある。In the formula (3), there are cases where the Si—O—X 3 part of the alkoxysilyl group is eliminated.
また、例えば、式(9)のノルボルネン系樹脂を使用した場合、光酸発生剤(PAGと表記)から発生した酸により、以下のように反応が進むと推測される。なお、ここでは、離脱性基の部分のみを示し、また、i=1の場合で説明している。 For example, when the norbornene-based resin of the formula (9) is used, it is presumed that the reaction proceeds as follows by the acid generated from the photoacid generator (denoted as PAG). Here, only the part of the leaving group is shown, and the case where i = 1 is described.
さらに、式(9)の構造に加えて、側鎖にエポキシ基を有するものであってもよい。このようなものを使用することで基材に対して密着性に優れた光導波路1が形成可能という効果がある。
具体例として以下のようなものが挙げられる。Furthermore, in addition to the structure of the formula (9), the side chain may have an epoxy group. By using such a thing, there exists an effect that the
Specific examples include the following.
式(31)で示される化合物は、たとえば、ヘキシルノルボルネンと、ジフェニルメチルノルボルネンメトキシシラン(側鎖に−CH2−O−Si(CH3)(Ph)2を含むノルボルネン)およびエポキシノルボルネンをトルエンに溶かし、Ni化合物を触媒に用いて溶液重合させることで得ることができる。The compound represented by the formula (31) includes, for example, hexyl norbornene, diphenylmethyl norbornene methoxysilane (norbornene containing —CH 2 —O—Si (CH 3 ) (Ph) 2 in the side chain) and epoxy norbornene in toluene. It can be obtained by dissolving and solution polymerization using a Ni compound as a catalyst.
一方、別の離脱性基としては、例えば、末端にアセトフェノン構造を有する置換基が挙げられる。この離脱性基は、フリーラジカルの作用により比較的容易に離脱する。 On the other hand, examples of another leaving group include a substituent having an acetophenone structure at the terminal. This leaving group is released relatively easily by the action of free radicals.
前記離脱性基の含有量は、特に限定されないが、前記側鎖に脱離性基を有するポリマー915中の10〜80重量%であるのが好ましく、特に20〜60重量%であるのがより好ましい。含有量が前記範囲内であると、特に可撓性と屈折率変調機能(屈折率差を変化させる効果)との両立に優れる。
The content of the leaving group is not particularly limited, but is preferably 10 to 80% by weight in the
例えば、離脱性基の含有量を多くすることにより、屈折率を変化させる幅を拡張することができる。 For example, the width for changing the refractive index can be expanded by increasing the content of the leaving group.
また、光導波路形成用組成物901と光導波路形成用組成物902との間で、含まれるポリマー915は同じ組成のものでも、異なる組成のものでもよい。なお、同じ組成のものを用いることで、互いの相溶性が高くなるため、組成物同士が混合し易くなる。これにより、屈折率分布Tの連続性を高めることができる。
In addition, the
また、異なる組成のものを用いる場合、ポリマー915の基本組成は同じであるものの、離脱性基(反応媒体)の有無を変えるようにしてもよい。例えば、光導波路形成用組成物901が含有するポリマー915は離脱性基を含む一方、光導波路形成用組成物902が含有するポリマー915は離脱性基を含まないのが好ましい。これにより、コア層13においてのみ、離脱性基の離脱が生じ、層内で屈折率差が形成するとともに、クラッド層11、12では、離脱性基の離脱が生じないので、層内で屈折率が変化せず、クラッド層11、12の屈折率を比較的均一にすることができる。なお、この場合、光導波路形成用組成物901と光導波路形成用組成物902の双方において添加剤920(モノマー、重合開始剤等)の添加を省略することができる。
Also, when different compositions are used, the
一方、少なくとも光導波路形成用組成物901中の後述する添加剤920がモノマーを含んでいる場合には、各光導波路形成用組成物901、902が含有するポリマー915は、必ずしも離脱性基を含んでいなくてもよい。
On the other hand, when at least an additive 920 described later in the optical
(添加剤)
本実施形態では、光導波路形成用組成物901および光導波路形成用組成物902の双方において、添加剤920がモノマー(反応媒体)を含んでいる。また、本実施形態では、光導波路形成用組成物901中の添加剤920が、さらに重合開始剤を含んでいる一方、光導波路形成用組成物902中の添加剤920は、重合開始剤を含んでいない。(Additive)
In this embodiment, the additive 920 contains a monomer (reaction medium) in both the optical
((モノマー))
モノマーは、後述する活性放射線の照射により、活性放射線の照射領域において反応して反応物を形成し、それとともにモノマーが拡散移動することで、層910において照射領域と未照射領域との間に屈折率差を生じさせ得るような化合物である。すなわち、モノマーは、活性放射線の照射により屈折率の変化を伴う化学反応を生じる反応媒体として機能する。((monomer))
The monomer reacts in the irradiation region of the actinic radiation to form a reactant by irradiation with actinic radiation described later, and the monomer diffuses and moves with it, so that the
モノマーの反応物としては、モノマーがポリマー915中で重合して形成されたポリマー(重合体)、モノマーがポリマー915同士を架橋してなる架橋構造、および、モノマーがポリマー915に重合してポリマー915から分岐した分岐構造のうちの少なくとも1つが挙げられる。
As a reaction product of the monomer, a polymer (polymer) formed by polymerizing the monomer in the
ところで、照射領域と未照射領域との間に生じる屈折率差は、ポリマー915の屈折率とモノマーの屈折率との差に基づいて生じることから、添加剤920中に含まれるモノマーは、ポリマー915の屈折率との大小関係を考慮して選択される。
By the way, the difference in refractive index generated between the irradiated region and the non-irradiated region is generated based on the difference between the refractive index of the
具体的には、層910において、照射領域の屈折率が高くなることが望まれる場合には、比較的低い屈折率を有するポリマー915と、このポリマー915に対して高い屈折率を有するモノマーとを組み合わせて使用される。一方、照射領域の屈折率が低くなることが望まれる場合には、比較的高い屈折率を有するポリマー915と、このポリマー915に対して低い屈折率を有するモノマーとを組み合わせて使用される。
Specifically, in the
なお、屈折率が「高い」または「低い」とは、屈折率の絶対値を意味するものではなく、ある材料同士の相対的な関係を意味するものである。 Note that “high” or “low” in the refractive index does not mean an absolute value of the refractive index but means a relative relationship between certain materials.
そして、モノマーの反応(反応物の生成)により、層910において照射領域の屈折率が低下する場合、当該部分が屈折率分布Wの極小値を形成し、照射領域の屈折率が上昇する場合、当該部分が屈折率分布の極大値を構成する。
And, when the refractive index of the irradiated region decreases in the
なお、モノマーとしては、ポリマー915との相溶性を有し、ポリマー915との屈折率差が0.01以上であるものが好ましく用いられる。
As the monomer, a monomer having compatibility with the
このようなモノマーとしては、重合可能な部位を有する化合物であればよく、特に限定されないが、例えば、ノルボルネン系モノマー、アクリル酸(メタクリル酸)系モノマー、エポキシ系モノマー、オキセタン系モノマー、ビニルエーテル系モノマー、スチレン系モノマー等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 Such a monomer is not particularly limited as long as it is a compound having a polymerizable site, and examples thereof include norbornene monomers, acrylic acid (methacrylic acid) monomers, epoxy monomers, oxetane monomers, and vinyl ether monomers. , A styrene monomer, etc., and one or more of these can be used in combination.
これらの中でも、モノマーとしては、オキセタニル基またはエポキシ基等の環状エーテル基を有するモノマーまたはオリゴマー、あるいはノルボルネン系モノマーを用いるのが好ましい。環状エーテル基を有するモノマーまたはオリゴマーは、環状エーテル基の開環が起こり易いため、速やかに反応し得る。また、ノルボルネン系モノマーを用いることにより、光伝送性能に優れ、かつ、耐熱性および柔軟性に優れる光導波路1が得られる。
Among these, it is preferable to use a monomer or oligomer having a cyclic ether group such as an oxetanyl group or an epoxy group, or a norbornene monomer as the monomer. A monomer or oligomer having a cyclic ether group can react quickly because the ring opening of the cyclic ether group is likely to occur. Further, by using the norbornene-based monomer, the
このうち、環状エーテル基を有するモノマーの分子量(重量平均分子量)またはオリゴマーの分子量(重量平均分子量)は、それぞれ100以上400以下であるのが好ましい。 Among these, the molecular weight (weight average molecular weight) of the monomer having a cyclic ether group or the molecular weight (weight average molecular weight) of the oligomer is preferably 100 or more and 400 or less, respectively.
オキセタニル基を有するモノマー、オキセタニル基を有するオリゴマーとしては、下記式(11)〜(20)の群から選ばれるものが好ましい。これらを使用することで波長850nm近傍での透明性に優れ、可撓性と耐熱性の両立が可能という利点がある。また、これらを単独でも混合して用いても差し支えない。 As the monomer having an oxetanyl group and the oligomer having an oxetanyl group, those selected from the following formulas (11) to (20) are preferable. By using these, there is an advantage that transparency in the vicinity of a wavelength of 850 nm is excellent and both flexibility and heat resistance are possible. These may be used alone or in combination.
以上のようなモノマーおよびオリゴマーの中でも、ポリマー915との屈折率差を確保する観点から式(13)、(15)、(16)、(17)、(20)で表される化合物を使用することが好ましい。
Among the monomers and oligomers as described above, compounds represented by the formulas (13), (15), (16), (17), and (20) are used from the viewpoint of securing a difference in refractive index from the
さらには、ポリマー915の樹脂との屈折率差がある点、分子量が小さく、モノマーの運動性が高い点、モノマーが容易に揮発しない点を考慮すると、式(20)、式(15)で表される化合物を使用することが特に好ましい。
Furthermore, in consideration of the difference in refractive index from the
また、オキセタニル基を有する化合物としては、以下の式(32)、式(33)で表される化合物を使用することができる。式(32)で表される化合物としては、東亞合成製の商品名TESOX等、式(33)で表される化合物としては、東亞合成製の商品名OX−SQ等を使用することができる。 Moreover, as a compound which has an oxetanyl group, the compound represented by the following formula | equation (32) and a formula (33) can be used. As a compound represented by Formula (32), Toagosei Co., Ltd. trade name TESOX etc., and as a compound represented by Formula (33), Toagosei Co., Ltd. trade name OX-SQ etc. can be used.
また、エポキシ基を有するモノマー、エポキシ基を有するオリゴマーとしては、例えば、以下のようなものが挙げられる。このエポキシ基を有するモノマー、オリゴマーは、酸の存在下において開環により重合するものである。 Examples of the monomer having an epoxy group and the oligomer having an epoxy group include the following. The monomer and oligomer having an epoxy group are polymerized by ring-opening in the presence of an acid.
エポキシ基を有するモノマー、エポキシ基を有するオリゴマーとしては、以下の式(34)〜(39)で表されるものを使用することができる。中でも、エポキシ環のひずみエネルギーが大きく反応性に優れるという観点から式(36)〜(39)で表される脂環式エポキシモノマーを使用することが好ましい。 As the monomer having an epoxy group and the oligomer having an epoxy group, those represented by the following formulas (34) to (39) can be used. Especially, it is preferable to use the alicyclic epoxy monomer represented by Formula (36)-(39) from a viewpoint that the distortion energy of an epoxy ring is large and is excellent in reactivity.
なお、式(34)で表される化合物は、エポキシノルボルネンであり、このような化合物としては、例えば、プロメラス社製 EpNBを使用することができる。式(35)で表される化合物は、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランであり、この化合物としては、例えば、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製 Z−6040を使用することができる。また、式(36)で表される化合物は、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランであり、この化合物としては、例えば、東京化成製 E0327を使用することができる。 In addition, the compound represented by Formula (34) is epoxy norbornene. As such a compound, for example, EpNB manufactured by Promeras Corporation can be used. The compound represented by the formula (35) is γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane. As this compound, for example, Z-6040 manufactured by Toray Dow Corning Silicone can be used. Moreover, the compound represented by Formula (36) is 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, and as this compound, for example, E0327 manufactured by Tokyo Chemical Industry can be used.
さらに、式(37)で表される化合物は、3、4−エポキシシクロヘキセニルメチル−3’、4’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレートであり、この化合物としては、例えば、ダイセル化学社製 セロキサイド2021Pを使用することができる。また、式(38)で表される化合物は、1,2−エポキシ−4−ビニルシクロヘキサンであり、この化合物としては、例えば、ダイセル化学社製 セロキサイド2000を使用することができる。 Furthermore, the compound represented by the formula (37) is 3,4-epoxycyclohexenylmethyl-3 ′, 4′-epoxycyclohexenecarboxylate, and as this compound, for example, Celoxide 2021P manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd. is used. can do. Further, the compound represented by the formula (38) is 1,2-epoxy-4-vinylcyclohexane, and as this compound, for example, Ceroxide 2000 manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd. can be used.
さらに、式(39)で表される化合物は、1,2:8,9ジエポキシリモネンであり、この化合物としては、例えば、(ダイセル化学社製 セロキサイド3000)を使用することができる。 Furthermore, the compound represented by the formula (39) is 1,2: 8,9 diepoxy limonene. As this compound, for example, (Celoxide 3000 manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) can be used.
さらに、モノマーとしては、オキセタニル基を有するモノマー、オキセタニル基を有するオリゴマーと、エポキシ基を有するモノマー、エポキシ基を有するオリゴマーとが併用されていてもよい。 Furthermore, as the monomer, a monomer having an oxetanyl group, an oligomer having an oxetanyl group, a monomer having an epoxy group, and an oligomer having an epoxy group may be used in combination.
オキセタニル基を有するモノマー、オキセタニル基を有するオリゴマーは重合を開始する開始反応が遅いが、生長反応が速い。これに対し、エポキシ基を有するモノマー、エポキシ基を有するオリゴマーは、重合を開始する開始反応が速いが、生長反応が遅い。そのため、オキセタニル基を有するモノマー、オキセタニル基を有するオリゴマーと、エポキシ基を有するモノマー、エポキシ基を有するオリゴマーとを併用することで、光を照射した際に、光照射部分と、未照射部分との屈折率差を確実に生じさせることができる。 Monomers having an oxetanyl group and oligomers having an oxetanyl group have a slow initiation reaction but a fast growth reaction. On the other hand, a monomer having an epoxy group and an oligomer having an epoxy group have a fast initiation reaction for initiating polymerization, but have a slow growth reaction. Therefore, by using a monomer having an oxetanyl group, an oligomer having an oxetanyl group, a monomer having an epoxy group, and an oligomer having an epoxy group, when irradiated with light, the light irradiated portion and the unirradiated portion A difference in refractive index can be reliably generated.
具体的には、式(20)で表わされるモノマーを「第1モノマー」とし、上記成分Bを含むモノマーを「第2モノマー」とすると、第1モノマーと第2モノマーとを併用するのが好ましく、その併用割合を(第2モノマーの重量)/(第1モノマーの重量)で規定するとき、0.1〜1程度であるのが好ましく、0.1〜0.6程度であるのがより好ましい。併用割合が前記範囲内であると、モノマーの反応性の速さと光導波路1の耐熱性とのバランスが向上する。
Specifically, when the monomer represented by the formula (20) is “first monomer” and the monomer containing the component B is “second monomer”, it is preferable to use the first monomer and the second monomer in combination. When the ratio of the combination is defined by (weight of second monomer) / (weight of first monomer), it is preferably about 0.1 to 1, more preferably about 0.1 to 0.6. preferable. When the combined ratio is within the above range, the balance between the reactivity of the monomer and the heat resistance of the
なお、第2モノマーに相当するモノマーには、式(20)で表わされるモノマーと異なるオキセタニル基を有するモノマーやビニルエーテル基を有するモノマーが挙げられる。これらの中でも、エポキシ化合物(特に脂環式エポキシ化合物)および2官能のオキセタン化合物(オキセタニル基を2つ有するモノマー)の少なくとも1種が好ましく用いられる。これらの第2モノマーを用いることにより、第1モノマーとポリマー915との反応性を向上させることができ、それによって透明性を保持しつつ、導波路の耐熱性を向上させることができる。
The monomer corresponding to the second monomer includes a monomer having an oxetanyl group different from the monomer represented by the formula (20) and a monomer having a vinyl ether group. Among these, at least one of an epoxy compound (particularly an alicyclic epoxy compound) and a bifunctional oxetane compound (a monomer having two oxetanyl groups) is preferably used. By using these second monomers, the reactivity between the first monomer and the
このような第2モノマーの具体例としては、上記式(15)の化合物、上記式(12)の化合物、上記式(11)の化合物、上記式(18)の化合物、上記式(19)の化合物、上記式(34)〜(39)の化合物が挙げられる。 Specific examples of the second monomer include the compound of the above formula (15), the compound of the above formula (12), the compound of the above formula (11), the compound of the above formula (18), and the above formula (19). Examples thereof include compounds and compounds of the above formulas (34) to (39).
また、ノルボルネン系モノマーとは、下記構造式Aで示されるノルボルネン骨格を少なくとも1つ含むモノマーを総称し、例えば、下記構造式Cで表される化合物が挙げられる。 The norbornene-based monomer is a generic term for monomers including at least one norbornene skeleton represented by the following structural formula A, and examples thereof include compounds represented by the following structural formula C.
無置換の炭化水素基(ハイドロカルビル基)としては、例えば、直鎖状または分岐状の炭素数1〜10(C1〜C10)のアルキル基、直鎖状または分岐状の炭素数2〜10(C2〜C10のアルケニル基、直鎖状または分岐状の炭素数2〜10(C2〜C10)のアルキニル基、炭素数4〜12(C4〜C12)のシクロアルキル基、炭素数4〜12(C4〜C12)のシクロアルケニル基、炭素数6〜12(C6〜C12)のアリール基、炭素数7〜24(C7〜C24)のアラルキル基(アリールアルキル基)等が挙げられ、その他、R12およびR13、R14およびR15が、それぞれ炭素数1〜10(C1〜C10)のアルキリデニル基であってもよい。Examples of the unsubstituted hydrocarbon group (hydrocarbyl group) include, for example, a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms (C 1 to C 10 ), a linear or branched carbon number of 2 -10 (C 2 -C 10 alkenyl group, linear or branched alkynyl group having 2 to 10 carbon atoms (C 2 -C 10 ), cycloalkyl having 4 to 12 carbon atoms (C 4 -C 12 ) Group, C 4-12 (C 4 -C 12 ) cycloalkenyl group, C 6-12 (C 6 -C 12 ) aryl group, C 7-24 (C 7 -C 24 ) aralkyl group In addition, R 12 and R 13 , R 14 and R 15 may each be an alkylidenyl group having 1 to 10 carbon atoms (C 1 to C 10 ).
なお、上記以外のモノマー、例えばアクリル酸(メタクリル酸)系モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、アクリル酸アミド、メタクリル酸アミド、アクリロニトリル等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 In addition, examples of monomers other than the above, for example, acrylic acid (methacrylic acid) monomers include acrylic acid, methacrylic acid, acrylic acid ester, methacrylic acid ester, acrylic acid amide, methacrylic acid amide, acrylonitrile, and the like. These can be used alone or in combination of two or more.
具体的には、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2−ブトキシエチル等が挙げられる。 Specific examples include 2-ethylhexyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, and 2-butoxyethyl (meth) acrylate.
また、ビニルエーテル系モノマーとしては、例えば、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、n−プロピルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、tert−ブチルビニルエーテル、n−ペンチルビニルエーテル、n−ヘキシルビニルエーテル、n−オクチルビニルエーテル、n−ドデシルビニルエーテル、2−エチルヘキシルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル等のアルキルビニルエーテル類またはシクロアルキルビニルエーテル類が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 Examples of vinyl ether monomers include methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, n-propyl vinyl ether, isopropyl vinyl ether, n-butyl vinyl ether, isobutyl vinyl ether, tert-butyl vinyl ether, n-pentyl vinyl ether, n-hexyl vinyl ether, and n-octyl. Examples thereof include alkyl vinyl ethers such as vinyl ether, n-dodecyl vinyl ether, 2-ethylhexyl vinyl ether, cyclohexyl vinyl ether, and cycloalkyl vinyl ethers, and one or more of these can be used in combination.
また、スチレン系モノマーとしては、例えば、スチレン、ジビニルベンゼン等が挙げられ、これらのうちの1種または2種を組み合わせて用いることができる。 Moreover, as a styrene-type monomer, styrene, divinylbenzene, etc. are mentioned, for example, These 1 type or 2 types can be used in combination.
なお、これらのモノマーと前述したポリマー915との組み合わせは、特に限定されず、いかなる組み合わせであってもよい。
In addition, the combination of these monomers and the
また、モノマーは、その少なくとも一部が上述したようにオリゴマー化していてもよい。 Further, at least a part of the monomer may be oligomerized as described above.
これらのモノマーの添加量は、ポリマー100重量部に対し、1重量部以上50重量部以下であることが好ましく、2重量部以上20重量部以下であることがより好ましい。これにより、コア/クラッド間の屈折率変調を可能にし、可撓性と耐熱性との両立が図れるという効果がある。 The addition amount of these monomers is preferably 1 part by weight or more and 50 parts by weight or less, and more preferably 2 parts by weight or more and 20 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the polymer. Thereby, the refractive index modulation between the core and the clad is possible, and there is an effect that both flexibility and heat resistance can be achieved.
なお、光導波路形成用組成物901と光導波路形成用組成物902との間で、含まれるモノマーは同じ組成のものでも、異なる組成のものでもよい。なお、同じ組成のものを用いることで、相互のモノマーの拡散移動が確実に生じるため、上述した屈折率分布Tをより明確化することができる。その結果、特性に優れた光導波路1が得られる。
The monomer contained between the optical
また、光導波路形成用組成物901がモノマーを含む一方、光導波路形成用組成物902がモノマーを含まないようにしてもよい。この場合、各クラッド層11、12では、層内でのモノマーの拡散移動が生じないので、各クラッド層11、12の層内の屈折率を均一にすることができる。
Further, the optical
((重合開始剤))
重合開始剤は、活性放射線の照射に伴ってモノマーに作用し、モノマーの反応を促すものである。((Polymerization initiator))
The polymerization initiator acts on the monomer with irradiation of actinic radiation and promotes the reaction of the monomer.
用いる重合開始剤としては、モノマーの重合反応または架橋反応の種類に応じて適宜選択される。例えば、アクリル酸(メタクリル酸)系モノマー、スチレン系モノマーには専らラジカル重合開始剤が、エポキシ系モノマー、オキセタン系モノマー、ビニルエーテル系モノマーには専らカチオン重合開始剤が好ましく用いられる。 The polymerization initiator to be used is appropriately selected according to the type of monomer polymerization reaction or crosslinking reaction. For example, radical polymerization initiators are preferably used exclusively for acrylic acid (methacrylic acid) monomers and styrene monomers, and cationic polymerization initiators are preferably used exclusively for epoxy monomers, oxetane monomers, and vinyl ether monomers.
ラジカル重合開始剤としては、例えば、ベンゾフェノン類、アセトフェノン類等が挙げられる。 Examples of the radical polymerization initiator include benzophenones and acetophenones.
一方、カチオン重合開始剤としては、例えば、ジアゾニウム塩のようなルイス酸発生型のもの、ヨードニウム塩、スルホニウム塩のようなブレンステッド酸発生型のもの等が挙げられる。 On the other hand, examples of the cationic polymerization initiator include a Lewis acid generating type such as a diazonium salt, and a Bronsted acid generating type such as an iodonium salt and a sulfonium salt.
特に、モノマーとして環状エーテル基を有するモノマーを用いる場合には、以下のようなカチオン重合開始剤(光酸発生剤)が好ましく用いられる。 In particular, when a monomer having a cyclic ether group is used as the monomer, the following cationic polymerization initiator (photoacid generator) is preferably used.
例えば、トリフェニルスルフォニウムトリフルオロメタンスルホネート、トリス(4−t−ブチルフェニル)スルホニウム−トリフルオロメタンスルホネートなどのスルホニウム塩類、p−ニトロフェニルジアゾニウムヘキサフルオロホスフェートなどのジアゾニウム塩類、アンモニウム塩類、ホスホニウム塩類、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルホネート、(トリキュミル)ヨードニウム−テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートなどのヨードニウム塩類、キノンジアジド類、ビス(フェニルスルホニル)ジアゾメタンなどのジアゾメタン類、1−フェニル−1−(4−メチルフェニル)スルホニルオキシ−1−ベンゾイルメタン、N−ヒドロキシナフタルイミド−トリフルオロメタンサルホネートなどのスルホン酸エステル類、ジフェニルジスルホンなどのジスルホン類、トリス(2,4,6−トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−(3.4−メチレンジオキシフェニル)−4,6−ビス−(トリクロロメチル)−s−トリアジンなどのトリアジン類等の化合物が、光酸発生剤として用いられる。なお、これらの光酸発生剤は、単独または複数を組み合わせて用いられる。 For example, sulfonium salts such as triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonate, tris (4-t-butylphenyl) sulfonium-trifluoromethanesulfonate, diazonium salts such as p-nitrophenyldiazonium hexafluorophosphate, ammonium salts, phosphonium salts, diphenyliodonium Trifluoromethanesulfonate, iodonium salts such as (triccumyl) iodonium-tetrakis (pentafluorophenyl) borate, quinonediazides, diazomethanes such as bis (phenylsulfonyl) diazomethane, 1-phenyl-1- (4-methylphenyl) sulfonyloxy- Sulfones such as 1-benzoylmethane and N-hydroxynaphthalimide-trifluoromethanesulfonate Esters, disulfones such as diphenyldisulfone, tris (2,4,6-trichloromethyl) -s-triazine, 2- (3.4-methylenedioxyphenyl) -4,6-bis- (trichloromethyl)- Compounds such as triazines such as s-triazine are used as photoacid generators. These photoacid generators may be used alone or in combination.
重合開始剤の含有量は、ポリマー100重量部に対し0.01重量部以上0.3重量部以下であることが好ましく、0.02重量部以上0.2重量部以下であることがより好ましい。これにより、反応性の向上という効果がある。 The content of the polymerization initiator is preferably 0.01 parts by weight or more and 0.3 parts by weight or less, more preferably 0.02 parts by weight or more and 0.2 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the polymer. . Thereby, there exists an effect of a reactive improvement.
なお、本実施形態では、上述したように、光導波路形成用組成物901中の添加剤920が重合開始剤を含んでいる一方、光導波路形成用組成物902中の添加剤920は重合開始剤を含んでいないため、コア層13においてのみ、層内でモノマーの重合反応が促進され、クラッド層11、12では、モノマーの重合反応が促進されない。したがって、クラッド層11、12では屈折率の変化が抑えられ、層内での屈折率を比較的均一にすることができる。
In the present embodiment, as described above, the additive 920 in the optical
ただし、重合開始剤の添加については、上記の場合に限定されず、光導波路形成用組成物901と光導波路形成用組成物902の双方が重合開始剤を含んでいてもよい。この場合、クラッド層11、12ではできるだけモノマーの重合反応を抑えることが好ましいので、光導波路形成用組成物901と光導波路形成用組成物902とで含まれる重合開始剤の種類や添加量を異ならせるようにすればよい。具体的には、例えば、光導波路形成用組成物901に含まれる重合開始剤として後述する活性放射線930の波長に対して反応性の高いものを用い、光導波路形成用組成物902に含まれる重合開始剤として後述する活性放射線930の波長に対して反応性の低いものを用いればよい。また、同じ種類の重合開始剤を用いる場合には、光導波路形成用組成物901に比べて光導波路形成用組成物902への重合開始剤の添加量を少なくすればよい。
However, the addition of the polymerization initiator is not limited to the above case, and both the optical
さらに、光導波路形成用組成物901に含まれる重合開始剤として光酸発生剤を用い、光導波路形成用組成物902に含まれる重合開始剤として熱酸発生剤を用いるようにしてもよい。これにより、活性放射線930の照射に伴って主にコア層13の層内でのみモノマーの重合反応が促進され、屈折率分布Wが形成される一方、クラッド層11、12ではモノマーの重合反応が促進されない。屈折率分布Wが形成された後、層910に熱を加えることにより、今度はクラッド層11、12においてモノマーの重合反応が促進される。その結果、層910では、厚さ方向の屈折率分布T’が固定される。
Furthermore, a photoacid generator may be used as the polymerization initiator contained in the optical
熱酸発生剤としては、例えば、トリフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルフォン酸、トリフェニルスルホニウムノナフルオロブタンスルフォン酸のようなスルホニウム塩型化合物、ジフェニルヨードニウムトリフルオロメタンスルフォン酸、ジフェニルヨードニウムノナフルオロブタンスルフォン酸のようなヨードニウム塩型化合物、ペンタフェニルホスニウムトリフルオロメタンスルフォン酸、ペンタフェニルホスニウムノナフルオロブタンスルフォン酸のようなホスニウム塩型化合物等が挙げられる。 Examples of the thermal acid generator include sulfonium salt type compounds such as triphenylsulfonium trifluoromethanesulfonic acid and triphenylsulfonium nonafluorobutanesulfonic acid, diphenyliodonium trifluoromethanesulfonic acid, and diphenyliodonium nonafluorobutanesulfonic acid. Examples thereof include iodonium salt type compounds, phosnium salt type compounds such as pentaphenylphosnium trifluoromethanesulfonic acid, pentaphenylphosnium nonafluorobutanesulfonic acid, and the like.
また、添加剤920は、モノマーや重合開始剤に加え、増感剤等を含んでいてもよい。
このうち、増感剤は、光に対する重合開始剤の感度を増大して、重合開始剤の活性化(反応または分解)に要する時間やエネルギーを減少させる機能や、重合開始剤の活性化に適する波長に光の波長を変化させる機能を有するものである。Further, the additive 920 may contain a sensitizer and the like in addition to the monomer and the polymerization initiator.
Among these, the sensitizer increases the sensitivity of the polymerization initiator to light and is suitable for the function of reducing the time and energy required for the activation (reaction or decomposition) of the polymerization initiator and for the activation of the polymerization initiator. It has a function of changing the wavelength of light to a wavelength.
このような増感剤としては、重合開始剤の感度や増感剤の吸収のピーク波長に応じて適宜選択され、特に限定されないが、たとえば、9,10−ジブトキシアントラセン(CAS番号第76275−14−4番)のようなアントラセン類、キサントン類、アントラキノン類、フェナントレン類、クリセン類、ベンツピレン類、フルオラセン類(fluoranthenes)、ルブレン類、ピレン類、インダンスリーン類、チオキサンテン−9−オン類(thioxanthen-9-ones)等が挙げられ、これらを単独または混合物として用いることができる。 Such a sensitizer is appropriately selected according to the sensitivity of the polymerization initiator and the peak wavelength of absorption of the sensitizer, and is not particularly limited. For example, 9,10-dibutoxyanthracene (CAS No. 76275) is selected. 14-4) anthracenes, xanthones, anthraquinones, phenanthrenes, chrysene, benzpyrenes, fluoranthenes, rubrenes, pyrenes, indanthrines, thioxanthen-9-ones (Thioxanthen-9-ones) and the like, and these can be used alone or as a mixture.
増感剤の具体例としては、例えば、2−イソプロピル−9H−チオキサンテン−9−オン、4−イソプロピル−9H−チオキサンテン−9−オン、1−クロロ−4−プロポキシチオキサントン、フェノチアジン(phenothiazine)またはこれらの混合物が挙げられる。 Specific examples of the sensitizer include, for example, 2-isopropyl-9H-thioxanthen-9-one, 4-isopropyl-9H-thioxanthen-9-one, 1-chloro-4-propoxythioxanthone, phenothiazine. Or a mixture thereof.
増感剤の含有量は、光導波路形成用組成物901、902中で、0.01重量%以上であるのが好ましく、0.5重量%以上であるのがより好ましく、1重量%以上であるのがさらに好ましい。なお、上限値は、5重量%以下であるのが好ましい。
The content of the sensitizer is preferably 0.01% by weight or more, more preferably 0.5% by weight or more in the optical
なお、添加剤920はこの他に、触媒前駆体、助触媒、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、シランカップリング剤、塗面改良剤、熱重合禁止剤、レベリング剤、界面活性剤、着色剤、保存安定剤、可塑剤、滑剤、フィラー、無機粒子、老化防止剤、濡れ性改良剤、帯電防止剤等を含んでいてもよい。 In addition, the additive 920 includes a catalyst precursor, a co-catalyst, an antioxidant, an ultraviolet absorber, a light stabilizer, a silane coupling agent, a coating surface improver, a thermal polymerization inhibitor, a leveling agent, and a surfactant. , Colorants, storage stabilizers, plasticizers, lubricants, fillers, inorganic particles, anti-aging agents, wettability improvers, antistatic agents, and the like.
以上のようなポリマー915と添加剤920とを含有する層910は、ポリマー915中に一様に分散する添加剤920の作用により、所定の屈折率を有している。
The
このような層910(本発明の光導波路形成用フィルム)は、上述したような活性放射線に反応するモノマー等を含んでいるため、厚さ方向には前述した屈折率分布T’を有する一方、幅方向には、活性放射線の照射の有無により、屈折率差を形成することのできる屈折率調整能を潜在的に有するものとなる。 Since such a layer 910 (film for forming an optical waveguide of the present invention) contains a monomer that reacts with actinic radiation as described above, it has the above-described refractive index distribution T ′ in the thickness direction, In the width direction, depending on the presence or absence of irradiation with actinic radiation, a refractive index adjusting ability capable of forming a refractive index difference is potentially provided.
したがって、層910は、単に活性放射線を選択的に照射するのみで、厚さ方向に光信号の伝送効率に優れた屈折率分布T’を有し、幅方向にも光信号の伝送効率に優れた屈折率分布Wを有する光導波路1を容易に製造し得るという優れた特徴を有するものとなる。
Therefore, the
なお、多数の層910を製造、保管しておき、その後、必要数に対して活性放射線を照射すれば、簡単に光導波路1を製造することができ、製造効率の観点から有用である。
If a large number of
[2]次に、開口(窓)9351が形成されたマスク(マスキング)935を用意し、このマスク935を介して、層910に対して活性放射線930を照射する(図12参照)。
[2] Next, a mask (masking) 935 in which an opening (window) 9351 is formed is prepared, and the
以下では、モノマーとして、ポリマー915より低い屈折率を有するものを用いる場合を一例に説明する。また、これに対応して、層910を形成するために用いた光導波路形成用組成物901、902において、ポリマー915の組成が、(光導波路形成用組成物901の屈折率)>(光導波路形成用組成物902の屈折率)の関係を満足するよう設定されている。これにより、層910では、厚さ方向の中央部が最も屈折率が高く、両面側に向かうにつれ屈折率が連続的に低下する屈折率分布T’が形成されている。
Below, the case where what has a refractive index lower than the
また、ここで示す例では、活性放射線930の照射領域925が主に側面クラッド部15となる。
In the example shown here, the
したがって、ここで示す例では、マスク935には、主に、形成すべき側面クラッド部15のパターンと等価な開口(窓)9351が形成される。この開口9351は、照射する活性放射線930が透過する透過部を形成するものである。なお、コア部14や側面クラッド部15のパターンは、活性放射線930の照射に応じて形成される屈折率分布Wに基づいて決まるため、開口9351のパターンと側面クラッド部15のパターンとは完全に一致するものではなく、前記両パターンには多少のずれが生じる場合もある。
Therefore, in the example shown here, an opening (window) 9351 equivalent to the pattern of the
マスク935は、予め形成(別途形成)されたもの(例えばプレート状のもの)でも、層910上に例えば気相成膜法や塗布法により形成されたものでもよい。
The
マスク935として好ましいものの例としては、石英ガラスやPET基材等で作製されたフォトマスク、ステンシルマスク、気相成膜法(蒸着、スパッタリング等)により形成された金属薄膜等が挙げられるが、これらの中でもフォトマスクやステンシルマスクを用いるのが特に好ましい。微細なパターンを精度良く形成することができるとともに、ハンドリングがし易く、生産性の向上に有利であるからである。
Preferred examples of the
また、図12においては、マスク935の開口(窓)9351は、活性放射線930の照射領域925のパターンに沿ってマスクを部分的に除去したものを示したが、前記石英ガラスやPET基材等で作製されたフォトマスクを用いる場合、例えばクロム等の金属による遮蔽材で構成された活性放射線930の遮蔽部を該フォトマスク上に設けたものを用いることもできる。このマスクでは、遮蔽部以外の部分が前記窓(透過部)となる。
Further, in FIG. 12, the opening (window) 9351 of the
用いる活性放射線930は、重合開始剤に対して光化学的な反応(変化)を生じさせ得るもの、および、ポリマー915に含まれる離脱性基を離脱させ得るものであればよく、例えば、可視光、紫外光、赤外光、レーザー光の他、電子線やX線等を用いることもできる。
The
これらの中でも、活性放射線930は、重合開始剤や離脱性基の種類、増感剤を含有する場合には、増感剤の種類等によって適宜選択され、特に限定されないが、波長200〜450nmの範囲にピーク波長を有するものであるのが好ましい。これにより、重合開始剤を比較的容易に活性化させるとともに、離脱性基を比較的容易に離脱させることができる。
Among these, the
また、活性放射線930の照射量は、0.1〜9J/cm2程度であるのが好ましく、0.2〜6J/cm2程度であるのがより好ましく、0.2〜3J/cm2程度であるのがさらに好ましい。The irradiation dose of the
マスク935を介して層910に活性放射線930を照射すると、照射領域925のうち、コア層13における照射領域9253において重合開始剤が活性化される。これにより、照射領域9253においてモノマーが重合する。モノマーが重合すると、照射領域9253におけるモノマーの量が減少するため、それに応じて未照射領域940のうち、コア層13における未照射領域9403中のモノマーが照射領域9253に拡散移動する。前述したように、ポリマー915とモノマーは、互いに屈折率差が生じるように適宜選択されるため、モノマーの拡散移動に伴ってコア層13の照射領域9253と未照射領域9403との間に屈折率差が生じる。一方、クラッド層11、12における照射領域9251、9252では、重合開始剤が含まれていないので、モノマーの重合反応が抑えられる。
When the
図14は、コア層13の照射領域9253と未照射領域9403との間で屈折率差が生じる様子を説明するための図であり、層910の横断面の幅方向の位置を横軸にとり、横断面の屈折率を縦軸にとったときの屈折率分布を示す図である。
FIG. 14 is a diagram for explaining a state in which a difference in refractive index occurs between the
本実施形態では、モノマーとしてポリマー915より屈折率が小さいものを用いているため、モノマーの拡散移動に伴い、未照射領域9403の屈折率が高くなるとともに、照射領域9253の屈折率は低くなる(図14(a)参照)。
In this embodiment, since a monomer having a refractive index smaller than that of the
モノマーの拡散移動は、照射領域9253においてモノマーが消費され、それに応じて形成されたモノマーの濃度勾配がきっかけとなって起こると考えられる。このため、未照射領域9403全体のモノマーが一斉に照射領域9253に向かうのではなく、照射領域9253に近い部分から徐々にモノマーの移動が始まり、これを補うように未照射領域9403の中央部から外側へのモノマーの移動も生起される。その結果、図14(a)に示すように、照射領域9253と未照射領域9403との境界を挟んで、未照射領域9403側に高屈折率部WH、照射領域9253側に低屈折率部WLが形成される。これら高屈折率部WHおよび低屈折率部WLは、それぞれ上述したようなモノマーの拡散移動に伴って形成されるため、必然的に滑らかな曲線で構成されることとなる。具体的には、高屈折率部WHは、例えば上に凸の略U字状となり、低屈折率部WLは、例えば下に凸の略U字状となる。It is considered that the monomer diffusion movement is caused by the consumption of the monomer in the
なお、上述したようなモノマーが重合してなるポリマーの屈折率は、重合前のモノマーの屈折率とほぼ同じ(屈折率差が0〜0.001程度)であるため、照射領域9253では、モノマーの重合が進むにつれ、モノマーの量およびモノマー由来の物質の量の総量の増加に応じて屈折率の低下が進むこととなる。 The refractive index of the polymer obtained by polymerizing the monomers as described above is almost the same as the refractive index of the monomer before polymerization (difference in refractive index is about 0 to 0.001). As the polymerization proceeds, the refractive index decreases as the amount of monomer and the total amount of monomer-derived substances increase.
一方、未照射領域9403では、重合開始剤が活性化されないため、モノマーは重合しない。
On the other hand, in the
また、照射領域9253ではモノマーの重合が進むにつれてモノマーの拡散移動の容易性が徐々に低下する。これにより、照射領域9253では、未照射領域9403に近いほど自ずとモノマーの濃度が高くなり、屈折率の低下量が大きくなる。その結果、照射領域9253に形成される低屈折率部WLの分布形状は、左右非対称になり易く、未照射領域9403側の勾配はより急峻なものとなる。In addition, in the
また、ポリマー915は前述したように離脱性基を有している。この離脱性基は活性放射線930の照射に伴って離脱し、ポリマー915の屈折率を低下させる。したがって、照射領域9253に活性放射線930が照射されると、前述したモノマーの拡散移動が開始されるとともに、ポリマー915から離脱性基が離脱し、照射領域9253の屈折率は照射前から低下することとなる(図14(b)参照)。
Further, the
この屈折率の低下は、照射領域9253全体で一律に生じるため、前述した高屈折率部WHと低屈折率部WLの屈折率差は、より拡大される。その結果、図14(b)に示す屈折率分布Wが得られる。なお、図14(a)におけるモノマーの移動による屈折率の変化と、図14(b)における離脱性基の離脱による屈折率の変化は、ほぼ同時に起こり、屈折率分布Wが形成されることとなる。図14(a)では、屈折率分布を誇張して表現しているが、実際のモノマーの拡散移動に伴う高屈折率部WHと低屈折率部WLとの屈折率差は比較的小さい。図14(b)における屈折率変化によってこの屈折率差は十分に拡大し、屈折率分布Wが形成される。This reduction in refractive index, to produce uniformly throughout the
なお、活性放射線930の照射量を調整することにより、形成される屈折率差を制御することができ、例えば、照射量を多くすることで、屈折率差を拡大することができる。
In addition, the refractive index difference to be formed can be controlled by adjusting the irradiation amount of the
また、照射領域9253では、コア層13中の未照射領域9403からのモノマーの拡散移動のみならず、照射領域925のうち、クラッド層11における照射領域9251およびクラッド層12における照射領域9252からのモノマーの拡散移動も生じる。これにより、照射領域9253では、さらに屈折率の低下が生じることとなる。一方、照射領域9251および照射領域9252では、モノマーの拡散移動に伴って屈折率の上昇が生じるが、この領域ではそもそも屈折率が低くなるようポリマー915の組成等が設定されているので、屈折率の上昇が生じても光導波路1の機能を損なうことはない。
In the
また、クラッド層11における照射領域9251およびクラッド層12における照射領域9252では、コア層13における照射領域9253と同様、離脱性基の離脱が生じ、ポリマー915の屈折率が低下する。その結果、照射領域9251および照射領域9252においても、さらなる屈折率の低下が生じる。
Further, in the
以上のような原理で、屈折率分布Wを有する光導波路1が得られる(図13参照)。すなわち、本実施形態では、コア層13においてモノマーと離脱性基の双方が、活性放射線930の照射により屈折率の変化を伴う化学反応を生じる反応媒体となり、添加剤920がモノマーを含まない場合やポリマー915が離脱性基を含まない場合に比べて、屈折率分布Wにおいて特に大きな屈折率差が形成される。
Based on the principle as described above, the
なお、屈折率分布Wにおいては、低屈折率部WLが転化した極小値Ws1、Ws2、Ws3、Ws4が存在しており(図3(b)参照)、これらの極小値の位置がコア部14と側面クラッド部15との界面に相当する。In the refractive index distribution W, the minimum value of the low refractive index portion W L was converted Ws1, Ws2,
また、モノマーとしてポリマー915より高い屈折率を有するものを用いる場合には、上記と反対に、モノマーの拡散移動に伴って移動先の屈折率が高くなるため、それに応じて、照射領域925および未照射領域940を設定するようにすればよい。
In addition, when a monomer having a higher refractive index than that of the
一方、活性放射線930を照射する前の層910には、図15(a)に示すように、その厚さ方向において、いわゆるグレーテッドインデックス型の屈折率分布T’が形成されている。この厚さ方向における屈折率分布T’は、前述したように、互いに屈折率の異なる光導波路形成用組成物901と光導波路形成用組成物902とを用い、多色成形法によって層910を得たことにより形成されたものである。
On the other hand, as shown in FIG. 15A, a so-called graded index type refractive index distribution T ′ is formed in the
ここで、マスク935を介して層910に活性放射線930を照射すると、光導波路形成用組成物901と光導波路形成用組成物902とでモノマーの含有率に差がある場合、未照射領域9403中のモノマーが照射領域9253に拡散移動する。このため、コア部14の厚さ方向における屈折率分布T’においても、コア部14に対応する領域の屈折率が高くなる。一方、コア部14の上下に位置するクラッド層11、12では、屈折率が変化しないため、結果的に、コア部14とその上下のクラッド層11、12との間で屈折率差が拡大することとなる。
Here, when the
以上のような原理で、屈折率差の大きいグレーテッドインデックス型の屈折率分布Tを有する光導波路1が得られる(図15(b)参照)。なお、屈折率分布T’において、すでに十分な効果が認められるような屈折率分布の形状が実現されている場合には、上述した屈折率分布T’から屈折率分布Tへの変化は省略されてもよい。
Based on the above principle, the
また、屈折率分布Wは、コア層13中のモノマー由来の構造体濃度に一定の相関関係を有している。したがって、このモノマー由来の構造体の濃度を測定することにより、光導波路1が有する屈折率分布Wを間接的に特定することが可能である。
The refractive index distribution W has a certain correlation with the monomer-derived structure concentration in the
同様に、屈折率分布Tは、光導波路1中のモノマー由来の構造体濃度に一定の相関関係を有している。したがって、このモノマー由来の構造体の濃度を測定することにより、光導波路1が有する屈折率分布Tを間接的に特定することが可能である。
Similarly, the refractive index distribution T has a certain correlation with the monomer-derived structure concentration in the
なお、モノマー由来の構造体とは、モノマー、モノマーが反応してなるオリゴマー、およびモノマーが反応してなるポリマー等、モノマーの未反応物か反応に伴って形成される構造体のことである。 The monomer-derived structure refers to a structure formed by reaction of an unreacted monomer or a monomer such as a monomer, an oligomer obtained by reacting the monomer, and a polymer obtained by reacting the monomer.
構造体の濃度の測定は、例えば、FT−IR、TOF−SIMSの線分析、面分析等を用いて行うことができる。 The concentration of the structure can be measured using, for example, FT-IR, TOF-SIMS line analysis, surface analysis, or the like.
さらには、光導波路1の出射光の強度分布が、屈折率分布Wあるいは屈折率分布Tと一定の相関関係を有していることを利用しても、屈折率分布Wおよび屈折率分布Tを間接的に特定することができる。
また、例えば、(1)干渉顕微鏡(dual−beam interference microscope)を用いて屈折率依存の干渉縞を観測し、その干渉縞から屈折率分布を算出するという方法、(2)屈折ニアフィールド法(Refracted Near Field method;RNF)、により直接測定することが可能である。このうち、屈折ニアフィールド法は、例えば特開平5−332880号公報に記載の測定条件を採用することができる。一方、干渉顕微鏡は、屈折率分布の測定を簡便に行い得る点で好ましく用いられる。Further, the refractive index distribution W and the refractive index distribution T can be obtained by utilizing the fact that the intensity distribution of the emitted light from the
In addition, for example, (1) a method of observing a refractive index dependent interference fringe using a dual-beam interference microscope and calculating a refractive index distribution from the interference fringe, (2) a refractive near field method ( It is possible to measure directly by means of a refractionated near field method (RNF). Among these, the refractive near field method can employ the measurement conditions described in, for example, JP-A-5-332880. On the other hand, the interference microscope is preferably used in that the refractive index distribution can be easily measured.
以下、干渉顕微鏡を使用した屈折率分布の測定手順の一例について説明する。まず、断面方向(幅方向)に光導波路をスライスして、光導波路断片を得る。例えば、光導波路の長さが200〜300μmとなるようにスライスする。次いで、2つのスライドガラスで囲まれた空間に、屈折率1.536のオイルで充填したチャンバーを作製する。そして、チャンバー内の空間に、光導波路断片を挟み込んで測定サンプル部と、光導波路断片を入れていないブランクサンプル部とを作製する。次いで、干渉顕微鏡を使用し、2つに分けた光をそれぞれ測定サンプル部とブランクサンプル部に照射した後、透過光を統合することによって干渉縞写真を得る。干渉縞は光導波路断片の屈折率分布(位相分布)に伴って発生するものであるので、得られた干渉縞写真を画像解析することにより、光導波路の幅方向の屈折率分布Wを得ることができる。なお、屈折率分布Wを取得する際には、複数の干渉縞写真を画像解析することで屈折率分布Wの精度を高めることができる。複数の干渉縞写真を得るときには、干渉顕微鏡内のプリズムを移動させることにより、光路長を変化させ、干渉縞の間隔や干渉縞のできる箇所を互いに異ならせた写真を得るようにすればよい。また、干渉縞写真を画像解析する際には、例えば2.5μmの間隔で解析点を設定すればよい。 Hereinafter, an example of a procedure for measuring the refractive index distribution using an interference microscope will be described. First, the optical waveguide is sliced in the cross-sectional direction (width direction) to obtain an optical waveguide fragment. For example, the optical waveguide is sliced so that the length is 200 to 300 μm. Next, a chamber filled with oil having a refractive index of 1.536 is produced in a space surrounded by two glass slides. And a measurement sample part and a blank sample part which does not put an optical waveguide fragment are produced by inserting an optical waveguide fragment in a space in the chamber. Next, using an interference microscope, the measurement sample portion and the blank sample portion are respectively irradiated with the light divided into two, and then the transmitted light is integrated to obtain an interference fringe photograph. Since the interference fringes are generated with the refractive index distribution (phase distribution) of the optical waveguide fragment, the refractive index distribution W in the width direction of the optical waveguide is obtained by image analysis of the obtained interference fringe photograph. Can do. In addition, when acquiring the refractive index distribution W, the accuracy of the refractive index distribution W can be improved by image analysis of a plurality of interference fringe photographs. When obtaining a plurality of interference fringe photographs, it is only necessary to change the optical path length by moving the prism in the interference microscope to obtain photographs having different interference fringe spacings and interference fringe spots. Further, when image analysis is performed on the interference fringe photograph, for example, analysis points may be set at intervals of 2.5 μm.
また、活性放射線930として、レーザー光のように指向性の高い光を用いる場合には、マスク935の使用を省略してもよい。
In addition, when light having high directivity such as laser light is used as the
次に、必要に応じて、層910に加熱処理を施す。この加熱処理において、光を照射したコア層13の照射領域9253中のモノマーがさらに重合する。
Next, heat treatment is performed on the
この加熱処理における加熱温度は、特に限定されないが、30〜180℃程度であるのが好ましく、40〜160℃程度であるのがより好ましい。 The heating temperature in this heat treatment is not particularly limited, but is preferably about 30 to 180 ° C, and more preferably about 40 to 160 ° C.
また、加熱時間は、照射領域925のモノマーの重合反応がほぼ完了するように設定するのが好ましく、具体的には、0.1〜2時間程度であるのが好ましく、0.1〜1時間程度であるのがより好ましい。
Further, the heating time is preferably set so that the polymerization reaction of the monomer in the
なお、この加熱処理は必要に応じて行えばよく、省略してもよい。
以上により、光導波路1が得られる。Note that this heat treatment may be performed as necessary and may be omitted.
Thus, the
その後、必要に応じて、支持基板951から光導波路1を剥離するとともに、光導波路1の下面に支持フィルム2を積層し、上面にカバーフィルム3を積層する。
Thereafter, if necessary, the
なお、コア層13は、支持基板951上ではなく、クラッド層11上に成膜するようにしてもよい。さらに、クラッド層12は、コア層13上に張り合わせるのではなく、コア層13上に材料を塗布して形成するようにしてもよい。
The
また、支持フィルム2およびカバーフィルム3は、活性放射線930を照射する前の層910に対してあらかじめ積層されていてもよい。この場合、層910、支持フィルム2(第2の層)およびカバーフィルム3(第2の層)の積層体を、本発明の光導波路形成用フィルムとすることもできる。
Moreover, the support film 2 and the
なお、この場合、支持フィルム2およびカバーフィルム3に、各クラッド層11、12の外側に位置する別のクラッド層の役割を持たせる場合には、支持フィルム2およびカバーフィルム3の各屈折率は、層910の表面の屈折率より小さいことが好ましい。
In this case, when the supporting film 2 and the
以上のようにして得られた光導波路1は、その幅方向における屈折率分布Wと、厚さ方向における屈折率分布Tとを有するものとなる。これらの屈折率分布は、いずれも、極小値、極大値、極小値が順に並ぶ形状を含んでおり、かつ屈折率の変化が連続的であるため、コア部14の横断面では、コア部14の中心から放射状にかつ連続的に屈折率が低下するという2次元の屈折率分布が形成されている。このような光導波路1は、特に伝送損失の小さいものとなる。
The
なお、この屈折率分布Wと屈折率分布Tは、分布を形成するための屈折率変化の原理が異なっている。具体的には、屈折率分布Wは、モノマーの拡散移動に伴って形成されており、一方、屈折率分布Tは、多色押出成形により形成されている。このように原理が異なっていると、一方の屈折率分布を形成しようとしたときに、他方の屈折率分布がその影響を受けてしまい、目的とする分布を形成することができないという不具合が生じるのを防止することができる。 The refractive index distribution W and the refractive index distribution T are different in the principle of refractive index change for forming the distribution. Specifically, the refractive index distribution W is formed with the diffusion movement of the monomer, while the refractive index distribution T is formed by multicolor extrusion molding. If the principle is different in this way, when one refractive index distribution is to be formed, the other refractive index distribution is affected, and the target distribution cannot be formed. Can be prevented.
具体的には、上述したように屈折率変化の原理が異なれば、例えば、屈折率分布Wの形成には活性放射線の照射を伴う一方、屈折率分布Tの形成には必ずしも活性放射線の照射を必要としない、ということが挙げられる。この場合、光導波路形成用組成物902(第2の組成物)には、反応媒体(例えばモノマー、離脱性基等)を含む必要がないため、屈折率等の光学的特性やその他の化学的特性等を最優先に、各組成の選択を自由に行うことができる。これにより、屈折率分布T内における屈折率差を十分に拡大することができ、光を閉じ込める作用がさらに増強される。その結果、とりわけ伝送損失の小さい光導波路1が得られる。
Specifically, if the principle of refractive index change is different as described above, for example, formation of the refractive index distribution W involves irradiation with active radiation, while formation of the refractive index distribution T does not necessarily involve irradiation with active radiation. It is not necessary. In this case, since the optical waveguide forming composition 902 (second composition) does not need to contain a reaction medium (for example, a monomer, a leaving group, etc.), optical characteristics such as refractive index and other chemical properties Each composition can be freely selected with the highest priority given to characteristics and the like. Thereby, the refractive index difference in the refractive index distribution T can be sufficiently expanded, and the effect of confining light is further enhanced. As a result, the
さらには、光導波路1は、その幅方向における屈折率分布Wがモノマーの拡散移動に伴って形成され、厚さ方向における屈折率分布Tが多色押出成形により形成されているため、コア層13とクラッド層11、12との層間、あるいは、コア部14と側面クラッド部15との界面には、従来の方法で製造された光導波路に比べて異物や気泡、構造欠陥等の散乱要因が介在し難い。このような散乱要因の介在が確実に防止されることで、光導波路1は、より低損失なものとなる。加えて、上記散乱要因は、界面の光学的な密着を妨げるものであるため、かかる界面の密着性が高くなるという観点からも、光導波路1の伝送効率を高めることが可能になる。
Furthermore, since the
<第2の製造方法>
次に、光導波路1の第2の製造方法(光導波路形成用フィルムの第2の製造方法を含む。)について説明する。<Second production method>
Next, the 2nd manufacturing method (including the 2nd manufacturing method of the film for optical waveguide formation) of
以下、第2の製造方法について説明するが、前記第1の製造方法との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。 Hereinafter, the second manufacturing method will be described, but the description will focus on differences from the first manufacturing method, and description of similar matters will be omitted.
第2の製造方法では、光導波路形成用組成物901の組成が異なる以外は、第1の製造方法と同様である。
The second manufacturing method is the same as the first manufacturing method except that the composition of the optical
光導波路1の第2の製造方法は、[1]支持基板951上に2種類の光導波路形成用組成物901、902(第1の組成物および第2の組成物)を層状に押出成形して層910を得る。[2]次いで、層910の一部に活性放射線を照射した後、層910に加熱処理を施すことで屈折率差を生じさせ、コア部14と側面クラッド部15とを形成したコア層13を得るとともに光導波路1を得る。
The second method of manufacturing the
以下、各工程について順次説明する。
[1]まず、光導波路形成用組成物901を用意する。Hereinafter, each process will be described sequentially.
[1] First, an optical
第2の製造方法で用いられる光導波路形成用組成物901は、重合開始剤に代えて、触媒前駆体および助触媒を含有している。
The optical
触媒前駆体は、モノマー(反応媒体)の反応(重合反応、架橋反応等)を開始させ得る物質であり、活性放射線の照射により活性化した助触媒の作用により、活性化温度が変化する物質である。この活性化温度の変化により、活性放射線の照射領域9253と未照射領域9403との間で、モノマーの反応を開始させる温度に差が生じ、その結果、照射領域9253のみにおいてモノマーを反応させることができる。
The catalyst precursor is a substance capable of initiating a reaction (polymerization reaction, crosslinking reaction, etc.) of a monomer (reaction medium), and a substance whose activation temperature changes due to the action of a promoter activated by irradiation with actinic radiation. is there. Due to this change in the activation temperature, a difference occurs in the temperature at which the monomer reaction starts between the
触媒前駆体(プロカタリスト:procatalyst)としては、活性放射線の照射に伴って活性化温度が変化(上昇または低下)するものであれば、いかなる化合物を用いてもよいが、特に、活性放射線の照射に伴って活性化温度が低下するものが好ましい。これにより、比較的低温による加熱処理でコア層13(光導波路1)を形成することができ、他の層に不要な熱が加わって、光導波路1の特性(光伝送性能)が低下するのを防止することができる。
As the catalyst precursor (procatalyst), any compound may be used as long as the activation temperature changes (increases or decreases) with irradiation of actinic radiation, and in particular, irradiation with actinic radiation. Along with this, the activation temperature decreases. Thereby, the core layer 13 (optical waveguide 1) can be formed by heat treatment at a relatively low temperature, and unnecessary heat is applied to the other layers, so that the characteristics (optical transmission performance) of the
このような触媒前駆体としては、下記式(Ia)および(Ib)で表わされる化合物の少なくとも一方を含む(主とする)ものが好適に用いられる。 As such a catalyst precursor, a catalyst precursor containing (mainly) at least one of the compounds represented by the following formulas (Ia) and (Ib) is preferably used.
[式Ia、Ib中、それぞれ、E(R)3は、第15族の中性電子ドナー配位子を表し、Eは、周期律表の第15族から選択される元素を表し、Rは、水素原子(またはその同位体の1つ)または炭化水素基を含む部位を表し、Qは、カルボキシレート、チオカルボキシレートおよびジチオカルボキシレートから選択されるアニオン配位子を表す。また、式Ib中、LBは、ルイス塩基を表し、WCAは、弱配位アニオンを表し、aは、1〜3の整数を表し、bは、0〜2の整数を表し、aとbとの合計は、1〜3であり、pおよびrは、パラジウムカチオンと弱配位アニオンとの電荷のバランスをとる数を表す。][In the formulas Ia and Ib, E (R) 3 represents a neutral electron donor ligand of
式Iaに従う典型的な触媒前駆体としては、Pd(OAc)2(P(i−Pr)3)2、Pd(OAc)2(P(Cy)3)2、Pd(O2CCMe3)2(P(Cy)3)2、Pd(OAc)2(P(Cp)3)2、Pd(O2CCF3)2(P(Cy)3)2、Pd(O2CC6H5)3(P(Cy)3)2が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。ここで、Acは、アセチル基を表し、i−Prは、イソプロピル基を表し、Meは、メチル基を表し、Cpは、シクロペンチル(cyclopentyl)基を表し、Cyは、シクロヘキシル基を表す。Typical catalyst precursors according to Formula Ia include Pd (OAc) 2 (P (i-Pr) 3 ) 2 , Pd (OAc) 2 (P (Cy) 3 ) 2 , Pd (O 2 CCMe 3 ) 2 (P (Cy) 3 ) 2 , Pd (OAc) 2 (P (Cp) 3 ) 2 , Pd (O 2 CCF 3 ) 2 (P (Cy) 3 ) 2 , Pd (O 2 CC 6 H 5 ) 3 (P (Cy) 3 ) 2 may be mentioned, but is not limited thereto. Here, Ac represents an acetyl group, i-Pr represents an isopropyl group, Me represents a methyl group, Cp represents a cyclopentyl group, and Cy represents a cyclohexyl group.
また、式Ibで表される触媒前駆体としては、pおよびrが、それぞれ1および2の整数から選択される化合物が好ましい。 The catalyst precursor represented by the formula Ib is preferably a compound in which p and r are each selected from integers of 1 and 2.
このような式Ibに従う典型的な触媒前駆体としては、Pd(OAc)2(P(Cy)3)2が挙げられる。ここで、Cyは、シクロヘキシル基を表し、Acは、アセチル基を表す。Typical catalyst precursors according to such formula Ib include Pd (OAc) 2 (P (Cy) 3 ) 2 . Here, Cy represents a cyclohexyl group, and Ac represents an acetyl group.
これらの触媒前駆体は、モノマーを効率よく反応(ノルボルネン系モノマーの場合、付加重合反応によって効率よく重合反応や架橋反応等)することができる。 These catalyst precursors can efficiently react with a monomer (in the case of a norbornene-based monomer, an efficient polymerization reaction, a crosslinking reaction, etc. by an addition polymerization reaction).
また、触媒前駆体としては、活性化温度が低下した状態(活性潜在状態)において、その活性化温度が本来の活性化温度よりも10〜80℃程度(好ましくは、10〜50℃程度)低くなるものが好ましい。これにより、コア部14と側面クラッド部15との間の屈折率差を確実に生じさせることができる。
Further, as the catalyst precursor, the activation temperature is lower by about 10 to 80 ° C. (preferably about 10 to 50 ° C.) than the original activation temperature in a state where the activation temperature is lowered (active latent state). Is preferred. Thereby, the refractive index difference between the
かかる触媒前駆体としては、Pd(OAc)2(P(i−Pr)3)2およびPd(OAc)2(P(Cy)3)2のうちの少なくとも一方を含む(主とする)ものが好適である。Such a catalyst precursor includes (mainly) one containing at least one of Pd (OAc) 2 (P (i-Pr) 3 ) 2 and Pd (OAc) 2 (P (Cy) 3 ) 2. Is preferred.
助触媒は、活性放射線の照射によって活性化して、前記の触媒前駆体(プロカタリスト)の活性化温度(モノマーに反応を生じさせる温度)を変化させ得る物質である。 The cocatalyst is a substance that can be activated by irradiation with actinic radiation to change the activation temperature of the catalyst precursor (procatalyst) (the temperature at which the monomer reacts).
この助触媒(コカタリスト:cocatalyst)としては、活性放射線の照射により、その分子構造が変化(反応または分解)して活性化する化合物であれば、いかなるものでも用いることができるが、特定波長の活性放射線の照射によって分解し、プロトンや他の陽イオン等のカチオンと、触媒前駆体の離脱性基に置換し得る弱配位アニオン(WCA)とを発生する化合物(光開始剤)を含む(主とする)ものが好適に用いられる。 As the cocatalyst (cocatalyst), any compound can be used as long as it has a molecular structure that changes (reacts or decomposes) when activated by irradiation with actinic radiation. A compound (photoinitiator) that decomposes upon irradiation with actinic radiation and generates a cation such as a proton or other cation and a weakly coordinated anion (WCA) that can be substituted with a leaving group of the catalyst precursor ( (Mainly) is preferably used.
弱配位アニオンとしては、例えば、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸イオン(FABA−)、ヘキサフルオロアンチモン酸イオン(SbF6 −)等が挙げられる。Examples of the weak coordination anion include tetrakis (pentafluorophenyl) borate ion (FABA − ), hexafluoroantimonate ion (SbF 6 − ), and the like.
この助触媒(光酸発生剤または光塩基発生剤)としては、例えば、下記式で表されるテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸塩やヘキサフルオロアンチモン酸塩の他、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ガリウム酸塩、アルミン酸塩類、アンチモン酸塩類、他のホウ酸塩類、ガリウム酸塩類、カルボラン類、ハロカルボラン類等が挙げられる。 Examples of the cocatalyst (photoacid generator or photobase generator) include tetrakis (pentafluorophenyl) gallium in addition to tetrakis (pentafluorophenyl) borate and hexafluoroantimonate represented by the following formula: Acid salts, aluminates, antimonates, other borates, gallates, carboranes, halocarboranes and the like.
このような助触媒の市販品としては、例えば、ニュージャージ州クランベリーのRhodia USA社から入手可能な「RHODORSIL(登録商標、以下同様である。) PHOTOINITIATOR 2074(CAS番号第178233−72−2番)」、日本国東京の東洋インキ製造株式会社から入手可能な「TAG−372R((ジメチル(2−(2−ナフチル)−2−オキソエチル)スルフォニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート:CAS番号第193957−54−9番))、日本国東京のみどり化学株式会社から入手可能な「MPI−103(CAS番号第87709−41−9番)」、日本国東京の東洋インキ製造株式会社から入手可能な「TAG−371(CAS番号第193957−53−8番)」、日本国東京の東洋合成工業株式会社から入手可能な「TTBPS−TPFPB(トリス(4−tert−ブチルフェニル)スルフォニウムテトラキス(ペンタペンタフルオロフェニル)ボレート)」、日本国東京のみどり化学工業株式会社より入手可能な「NAI−105(CAS番号第85342−62−7番)」等が挙げられる。 As a commercial product of such a promoter, for example, “RHODORSIL (registered trademark, the same applies hereinafter) PHOTOINITIATOR 2074 (CAS No. 178233-72-2) available from Rhodia USA, Cranberry, NJ "TAG-372R ((dimethyl (2- (2-naphthyl) -2-oxoethyl) sulfonium tetrakis (pentafluorophenyl) borate: CAS No. 193957) available from Toyo Ink Manufacturing Co., Ltd., Tokyo, Japan" -54-9)), "MPI-103 (CAS No. 87709-41-9)" available from Midori Chemical Co., Tokyo, Japan, available from Toyo Ink Manufacturing Co., Ltd., Tokyo, Japan "TAG-371 (CAS No. 193957-53-8 “TTBPS-TPFPB (tris (4-tert-butylphenyl) sulfonium tetrakis (pentapentafluorophenyl) borate)”, available from Toyo Gosei Co., Ltd., Tokyo, Midori Chemical Industries, Tokyo, Japan Examples thereof include “NAI-105 (CAS No. 85342-62-7)” available from a corporation.
なお、助触媒として、RHODORSIL PHOTOINITIATOR 2074を用いる場合、後述する活性放射線(化学線)としては、紫外線(UV光)が好適に用いられ、紫外線の照射手段としては、水銀灯(高圧水銀ランプ)が好適に用いられる。これにより、層910に対して、300nm未満の十分なエネルギーの紫外線(活性放射線)を供給することができ、RHODORSIL PHOTOINITIATOR 2074を効率よく分解して、上記のカチオンおよびWCAを発生させることができる。
When RHODORSIL PHOTOINITIATOR 2074 is used as a co-catalyst, ultraviolet rays (UV light) are preferably used as actinic radiation (chemical rays) to be described later, and mercury lamps (high pressure mercury lamps) are preferred as ultraviolet irradiation means. Used for. Thereby, ultraviolet rays (active radiation) having sufficient energy of less than 300 nm can be supplied to the
[2]
[2−1]次に、第1の製造方法と同様に、マスク935を介して層910に活性放射線930を照射する。[2]
[2-1] Next, as in the first manufacturing method, the
照射領域9253では、助触媒が活性放射線930の作用により反応(結合)または分解して、カチオン(プロトンまたは他の陽イオン)と、弱配位アニオン(WCA)とを遊離(発生)する。
In the
そして、これらのカチオンや弱配位アニオンは、照射領域9253内に存在する触媒前駆体の分子構造に変化(分解)を生じさせ、これを活性潜在状態(潜在的活性状態)に変化させる。
These cations and weakly coordinating anions cause a change (decomposition) in the molecular structure of the catalyst precursor present in the
ここで、活性潜在状態(または潜在的活性状態)の触媒前駆体とは、本来の活性化温度より活性化温度が低下しているが、温度上昇がないと、すなわち、室温程度では、照射領域9253内においてモノマーの反応を生じさせることができない状態にある触媒前駆体のことをいう。 Here, the catalyst precursor in the active latent state (or the latent active state) has an activation temperature lower than the original activation temperature, but there is no temperature increase, that is, at about room temperature, the irradiation region. The catalyst precursor in a state where the monomer reaction cannot be caused in 9253.
したがって、活性放射線930照射後においても、例えば−40℃程度で、層910を保管すれば、モノマーの反応を生じさせることなく、その状態を維持することができる。このため、活性放射線930照射後の層910を複数用意しておき、これらに一括して後述する加熱処理を施すことにより、光導波路1を得ることができ、利便性が高い。
Therefore, even after irradiation with the
また、上記のような触媒前駆体の分子構造の変化に加え、第1の製造方法と同様、ポリマー915から離脱性基が離脱する。これにより、層910の照射領域9253と未照射領域9403との間に屈折率差が生じる。
In addition to the change in the molecular structure of the catalyst precursor as described above, the leaving group is released from the
[2−2]次に、層910に対して加熱処理(第1の加熱処理)を施す。
これにより、照射領域9253内では、活性潜在状態の触媒前駆体が活性化して(活性状態となって)、モノマーの反応(重合反応や架橋反応)が生じる。[2-2] Next, the
Thereby, in the
そして、モノマーの反応が進行すると、照射領域9253内におけるモノマー濃度が徐々に低下する。これにより、照射領域9253と未照射領域9403との間には、モノマー濃度に差が生じ、これを解消すべく、未照射領域9403からモノマーが拡散移動して照射領域9253に集まってくる。
その結果、層910には、第1の製造方法と同様の屈折率分布が形成される。As the monomer reaction proceeds, the monomer concentration in the
As a result, a refractive index profile similar to that in the first manufacturing method is formed in the
この加熱処理における加熱温度は、特に限定されないが、30〜80℃程度であるのが好ましく、40〜60℃程度であるのがより好ましい。 Although the heating temperature in this heat processing is not specifically limited, It is preferable that it is about 30-80 degreeC, and it is more preferable that it is about 40-60 degreeC.
また、加熱時間は、照射領域9253内におけるモノマーの反応がほぼ完了するように設定するのが好ましく、具体的には、0.1〜2時間程度であるのが好ましく、0.1〜1時間程度であるのがより好ましい。
The heating time is preferably set so that the reaction of the monomer in the
次に、層910に対して第2の加熱処理を施す。
これにより、未照射領域9403および/または照射領域9253に残存する触媒前駆体を、直接または助触媒の活性化を伴って、活性化させる(活性状態とする)ことにより、各領域9253、9403に残存するモノマーを反応させる。Next, second heat treatment is performed on the
As a result, the catalyst precursor remaining in the
このように、各領域9253、9403に残存するモノマーを反応させることにより、得られるコア部14および側面クラッド部15の安定化を図ることができる。
In this way, by reacting the monomer remaining in each of the
この第2の加熱処理における加熱温度は、触媒前駆体または助触媒を活性化し得る温度であればよく、特に限定されないが、70〜100℃程度であるのが好ましく、80〜90℃程度であるのがより好ましい。 The heating temperature in the second heat treatment is not particularly limited as long as it can activate the catalyst precursor or the cocatalyst, but is preferably about 70 to 100 ° C, and is about 80 to 90 ° C. Is more preferable.
また、加熱時間は、0.5〜2時間程度であるのが好ましく、0.5〜1時間程度であるのがより好ましい。 The heating time is preferably about 0.5 to 2 hours, more preferably about 0.5 to 1 hour.
次に、層910に対して第3の加熱処理を施す。
これにより、得られるコア層13に生じる内部応力の低減や、コア部14および側面クラッド部15の更なる安定化を図ることができる。Next, the
Thereby, reduction of the internal stress which arises in the
この第3の加熱処理における加熱温度は、第2の加熱処理における加熱温度より20℃以上高く設定するのが好ましく、具体的には、90〜180℃程度であるのが好ましく、120〜160℃程度であるのがより好ましい。 The heating temperature in the third heat treatment is preferably set to 20 ° C. or more higher than the heating temperature in the second heat treatment, specifically, preferably about 90 to 180 ° C., 120 to 160 ° C. More preferred is the degree.
また、加熱時間は、0.5〜2時間程度であるのが好ましく、0.5〜1時間程度であるのがより好ましい。
以上の工程を経て、光導波路1が得られる。The heating time is preferably about 0.5 to 2 hours, more preferably about 0.5 to 1 hour.
The
なお、例えば、第2の加熱処理や第3の加熱処理を施す前の状態で、コア部14と側面クラッド部15との間に十分な屈折率差が得られている場合等には、第2の加熱処理以降または第3の加熱処理を省略してもよい。
For example, when a sufficient refractive index difference is obtained between the
<第3の製造方法>
次に、光導波路1の第3の製造方法(光導波路形成用フィルムの第3の製造方法を含む。)について説明する。<Third production method>
Next, the 3rd manufacturing method (including the 3rd manufacturing method of the film for optical waveguide formation) of
図16、17は、図1に示す光導波路1の第3の製造方法を説明するための図である。なお、以下の説明では、図16中の上側を「上」、下側を「下」という。
16 and 17 are views for explaining a third manufacturing method of the
以下、第3の製造方法について説明するが、前記第1の製造方法との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。 Hereinafter, the third manufacturing method will be described, but the description will focus on the differences from the first manufacturing method, and description of similar matters will be omitted.
第3の製造方法では、光導波路形成用組成物901の組成が異なるとともに、活性放射線930の照射方法が異なる以外は、第1の製造方法と同様である。
The third manufacturing method is the same as the first manufacturing method except that the composition of the optical
光導波路1の第3の製造方法は、[1]支持基板951上に2種類の光導波路形成用組成物901、902(第1の組成物および第2の組成物)を層状に押出成形して層910(本発明の光導波路形成用フィルム)を得る。[2]次いで、層910の一部に、照射量に勾配を設けつつ活性放射線を照射することで屈折率差を生じさせ、光導波路1を得る。
The third method of manufacturing the
以下、各工程について順次説明する。
[1]まず、光導波路形成用組成物901を用意する。Hereinafter, each process will be described sequentially.
[1] First, an optical
第3の製造方法で用いられる光導波路形成用組成物901は、モノマーの添加が省略されている以外、第1の製造方法で用いられる光導波路形成用組成物901と同様である。すなわち、光導波路形成用組成物901では、ポリマー915が含む離脱性基が反応媒体として作用する。
The optical
離脱性基を含むポリマー915は、前述したようなものが挙げられるが、この他に、例えば、下記に示すようなポリシラン化合物等が挙げられる。
Examples of the
このようなポリシラン化合物では、活性放射線930の照射に伴ってSi−Si結合が切断され、Si−O結合に変化する。この際、屈折率の低下を伴うため、これにより、層910の活性放射線930の照射領域では屈折率を下げることができる。
In such a polysilane compound, the Si—Si bond is cleaved along with the irradiation of the
さらに、離脱性基を含むポリマー915は、光異性化反応または光二量化反応を生じるポリマー915で代替することもできる。
Furthermore, the
光異性化反応を生じるポリマー915としては、例えば、アゾベンゼン構造等の反応媒体を有する化合物等が挙げられる。このような化合物は、活性放射線930の照射を行うと、照射領域と未照射領域との間でアゾベンゼン構造のトランス体とシス体との存在比が変化する(光異性化)。トランス体とシス体は屈折率が異なるため、この光異性化により屈折率差を形成することができる。
Examples of the
一方、光二量化反応を生じるポリマー915としては、例えば、シンナモイル基、ジメチルマレイミド基、クマリン基等の反応媒体を有する化合物等が挙げられる。これらは、活性放射線930のエネルギーを吸収して励起され、二量化して分子間に架橋が生じる。これにより、屈折率が変化するため、照射領域と未照射領域との間で屈折率差を形成することができる。
On the other hand, examples of the
なお、光異性化反応および光二量化反応では、反応媒体の種類に応じて反応前後で屈折率が上昇または低下する。したがって、反応媒体の種類により、活性放射線930の照射領域を適宜設定すればよい。
In the photoisomerization reaction and the photodimerization reaction, the refractive index increases or decreases before and after the reaction depending on the type of reaction medium. Therefore, what is necessary is just to set the irradiation area | region of the
一方、光導波路形成用組成物902に含まれるポリマー915には、例えば、上記ポリシラン化合物より屈折率の小さいシリコーン樹脂等を用いられる。このシリコーン樹脂には、離脱性基を含まないため、活性放射線930の照射により屈折率の変化が生じない。
以上のような光導波路形成用組成物901、902を用いて層910が形成される。On the other hand, for the
The
[2]次に、開口(窓)9351が形成されたマスク(マスキング)935を用意し、このマスク935を介して、層910に対して活性放射線930を照射する(図16参照)。
[2] Next, a mask (masking) 935 in which an opening (window) 9351 is formed is prepared, and the
ここで、本製造方法では、マスク935として所定の透過率分布を有するマスクを用いる。このようなマスクは、一般にグレースケールマスクと呼ばれている。グレースケールマスクは、開口における透過率が勾配を有しており、それに応じて透過放射線の透過量、すなわち層910に対する照射量に所定の分布を形成することのできるマスクである。
Here, in this manufacturing method, a mask having a predetermined transmittance distribution is used as the
このようなマスクを用いることで、層910には所定の照射量分布が形成され、その照射量分布に応じてポリマー915における離脱性基の離脱量や、光異性化反応および光二量化反応の反応量を制御し、ひいては屈折率の変化量を制御することができる。
By using such a mask, a predetermined irradiation dose distribution is formed in the
したがって、層910のうち、屈折率を大きく変化させたい(大きく低下または上昇させたい)領域については、多くの活性放射線930が照射されるよう、開口9351における透過率が設定されたマスク935を用いるようにすればよい。
Therefore, a
また、このようなマスク935は、開口9351における透過率が連続的に変化し、それに応じて屈折率の変化量も連続的に変化するよう構成されている。これにより、上述したような屈折率分布Wを有する光導波路1を容易に製造することができる。換言すれば、層910を用いることにより、所定の透過率分布を有するマスク935を介して活性放射線930を照射しさえすれば、屈折率分布Wを有する光導波路1を極めて容易に製造することができる。
Further, such a
このようなグレースケールマスクとしては、例えば、開口9351が微小な開口の集合体で構成され、かつ、集合体中における微小な開口の密度に分布が形成されているものや、透過性基板上に不透過性被膜が形成されたものであって、不透過性被膜の厚さに分布が形成されているもの、等が挙げられる。
As such a gray scale mask, for example, the
このうち、前者のグレースケールマスクの一例では、ドット状あるいはライン状の微小な開口が多数形成されており、その配設密度には勾配が設けられている。なお、配設密度とは、グレースケールマスクの単位面積において微小な開口が占める割合で規定され、ドット状のものではその径と間隔を調整することで勾配を設けることができ、一方、ライン状のものではそのライン・アンド・スペースを調整することで勾配を設けることができる。 Of these, in the example of the former gray scale mask, a large number of minute openings in the form of dots or lines are formed, and the arrangement density is provided with a gradient. The arrangement density is defined by the ratio of minute openings in the unit area of the gray scale mask, and in the case of dot-like ones, the gradient can be provided by adjusting the diameter and interval, while the line-like ones In some cases, the slope can be provided by adjusting the line and space.
また、後者のグレースケールマスクの一例では、透過性基板(ガラス基板等)の表面に被膜が形成され、この被膜の厚さには勾配が設けられている。被膜としては、例えば、Al、Cr、Ni、Au、Ag、Cu等の各種金属系被膜、グラファイトのような各種炭素系被膜、Si等の各種シリコン系被膜等が挙げられる。 In one example of the latter gray scale mask, a film is formed on the surface of a transparent substrate (glass substrate or the like), and the thickness of the film is provided with a gradient. Examples of the coating include various metal coatings such as Al, Cr, Ni, Au, Ag, and Cu, various carbon coatings such as graphite, and various silicon coatings such as Si.
なお、これらの被膜は、いかなる方法で成膜されたものでもよいが、成膜法としては、例えば、真空蒸着、スパッタリング等の物理的蒸着法、CVD等の化学的蒸着法、電界めっき、無電解めっき等の各種めっき法等が挙げられる。 These films may be formed by any method. Examples of film forming methods include physical vapor deposition methods such as vacuum vapor deposition and sputtering, chemical vapor deposition methods such as CVD, electroplating, Examples include various plating methods such as electrolytic plating.
また、被膜の厚さに勾配を形成するためには、例えば、透過性基板上に一様に被膜を形成した後、フォトリソグラフィー法とエッチング法とを用いて部分的に被膜を除去したり、成膜時に透過性基板上にマスクを配置し、部分的に成膜量を小さくするなどすればよい。 In order to form a gradient in the thickness of the film, for example, after the film is uniformly formed on the transparent substrate, the film is partially removed using a photolithography method and an etching method, A mask may be disposed on the transparent substrate during film formation to partially reduce the film formation amount.
また、1枚のグレースケールマスクに代えて、一律の透過率分布を有する複数枚のマスクを積層した積層マスクを用いるようにしてもよい。 Further, instead of one grayscale mask, a laminated mask in which a plurality of masks having a uniform transmittance distribution are laminated may be used.
複数枚のマスクでは、開口9351の透過率、開口9351の形状等の条件が異なっている。そして、これらのマスクを積層することで、各マスクの開口9351の条件が合成され、所望の透過率分布を形成することができる。したがって、積層されるマスクの枚数は、多ければ多いほど複雑な透過率分布にも対応可能であるが、一般的には3枚以上であるのが好ましく、5枚以上であるのがより好ましい。
In a plurality of masks, conditions such as the transmittance of the
さらに、これらの複数枚のマスクは、積層するのではなく、各マスクを順次個別に用いるようにしてもよい。各マスクに順次、活性放射線930を照射することで、層910の同一の部分における積算の照射量は、マスクを積層した場合と同様になる。その結果、積層マスクを用いなくても、所望の複雑な透過率分布を形成することができる。
Further, these plural masks may be used individually one after another instead of being stacked. By sequentially irradiating each mask with
また、マスク935が光導波路1の長手方向全部を覆うような大きさを有している場合、層910とマスク935とを固定した状態で活性放射線930を一度照射すれば本工程が完了するものの、それより小さい場合には、形成しようとするコア部14(または側面クラッド部15)の形状に応じて、層910に対してマスク935を相対的に走査しつつ活性放射線930を照射すればよい。
In addition, when the
この場合、マスク935は、層910に形成しようとするコア部14の平面視中心線または側面クラッド部15の平面視中心線に沿って走査すれば、前記各形態における屈折率分布Wを形成することができる。
In this case, the
なお、この場合には、前述したようなグレースケールマスクではなく、透過率が一律な開口9351を有するマスクを用いることができる。そして、マスク935の開口9351の形状は、平面視中心線(図17では、マスク935を走査する線SLに一致している。)に対して線対称の形状であるのが好ましい。これにより、層910に対して照射される活性放射線930の積算の照射量分布が平面視中心線に対して線対称の分布になる。そして、層910に形成される屈折率分布Wも平面視中心線に対して線対称の分布になる。その結果、コア部14の中心に光を確実に閉じ込めることのできる光導波路1が得られる。
In this case, instead of the gray scale mask as described above, a mask having an
なお、この場合には、開口9351の平面視形状は、前記平面視中心線から離れるほど透過率(開口率)が連続的に小さくなる(または大きくなる)よう構成されている。これにより、層910に対して照射される活性放射線930の積算の照射量分布が平面視中心線から離れるほど連続的に小さくなる(または大きくなる)。その結果、屈折率分布Wも屈折率が連続的に変化したものとなり、前述したような光導波路1を容易に製造することができる。
In this case, the planar shape of the
このような条件を満たす開口9351の平面視形状としては、例えば、真円、楕円、長円のような円形、正三角形、二等辺三角形のような三角形、菱形(図17(a)参照)、正方形のような四角形、正多角形等が挙げられる。これらの形状は、いずれも線対称の形状であり、かつ、線対称の中心線から離れるほどその面積が連続的に小さくなる形状である。
As the planar view shape of the
一方、線対称の形状であり、かつ、線対称の中心線から離れるほどその面積が連続的に大きくなる形状としては、例えば、図17(b)に示すような形状が挙げられる。 On the other hand, examples of the shape that is line-symmetric and whose area continuously increases as the distance from the line-symmetrical center line increases are shown in FIG. 17B, for example.
なお、活性放射線930がレーザーや電子線のように指向性が高いものである場合、マスク935の使用を省略することができる。
Note that the use of the
この場合、層910に対して走査しつつ活性放射線930を照射すればよいが、活性放射線930のビームの横断面形状についても、前述したマスク935の開口9351の平面視形状と同様、線対称の形状であり、かつ、線対称の中心線から離れるほどその面積が連続的に小さくなる(または大きくなる)形状であるのが好ましい。これにより、活性放射線930を単に走査しさえすれば、前述したような光導波路1を容易に製造することができる。
In this case, the
<電子機器>
上述したような本発明の光導波路の製造方法により製造された光導波路1は、光伝送効率および長期信頼性に優れたものである。このため、光導波路1を備えることにより、2点間で高品質の光通信を行い得る信頼性の高い電子機器が得られる。<Electronic equipment>
The
このような電子機器としては、例えば、携帯電話、ゲーム機、ルーター装置、WDM装置、パソコン、テレビ、ホーム・サーバー等の電子機器類が挙げられる。これらの電子機器では、いずれも、例えばLSI等の演算装置とRAM等の記憶装置との間で、大容量のデータを高速に伝送する必要がある。したがって、このような電子機器が本発明の光導波路を備えることにより、電気配線に特有なノイズ、信号劣化等の不具合が解消され、その性能の飛躍的な向上が期待できる。 Examples of such electronic devices include mobile phones, game machines, router devices, WDM devices, personal computers, televisions, home servers, and other electronic devices. In any of these electronic devices, it is necessary to transmit a large amount of data at high speed between an arithmetic device such as an LSI and a storage device such as a RAM. Therefore, by providing such an electronic device with the optical waveguide of the present invention, problems such as noise and signal degradation peculiar to electrical wiring are eliminated, and a dramatic improvement in performance can be expected.
さらに、光導波路部分では、電気配線に比べて発熱量が大幅に削減される。このため、冷却に要する電力を削減することができ、電子機器全体の消費電力を削減することができる。 In addition, the amount of heat generated in the optical waveguide portion is greatly reduced compared to electrical wiring. For this reason, the electric power required for cooling can be reduced and the power consumption of the whole electronic device can be reduced.
また、光導波路1は、伝送損失およびパルス信号の鈍りが小さく、多チャンネル化および高密度化しても混信が生じ難い。このため、高密度かつ小面積でも信頼性の高い光導波路が得られ、この光導波路を搭載することで、電子機器の信頼性向上および小型化が図られる。
In addition, the
以上、本発明の光導波路形成用フィルムの製造方法、光導波路の製造方法および光導波路形成用フィルムについて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば光導波路には、任意の構成物が付加されていてもよい。また本願のフィルムは、ドライフィルムであってもよい。 As mentioned above, although the manufacturing method of the film for optical waveguide formation of this invention, the manufacturing method of an optical waveguide, and the film for optical waveguide formation were demonstrated, this invention is not limited to this, For example, optical waveguide has arbitrary The structure of may be added. The film of the present application may be a dry film.
また、本発明の光導波路を製造する方法は、上記の方法に限定されず、例えば、活性放射線の照射により分子結合を切断し、屈折率を変化させる方法(フォトブリーチ法)、コア層を形成する組成物に光異性化または光二量化可能な不飽和結合を有する光架橋性ポリマーを含有させ、これに活性放射線を照射して分子構造を変化させるとともに屈折率を変化させる方法(光異性化法・光二量化法)等の方法を用いることもできる。 In addition, the method for producing the optical waveguide of the present invention is not limited to the above method. For example, a method of cutting molecular bonds by irradiation with actinic radiation to change the refractive index (photo bleach method), and forming a core layer A composition comprising a photocrosslinkable polymer having an unsaturated bond capable of photoisomerization or photodimerization, and irradiating with active radiation to change the molecular structure and change the refractive index (photoisomerization method) A method such as a photodimerization method can also be used.
これらの方法では、活性放射線の照射量に応じて屈折率の変化量を調整することができるので、目的とする屈折率分布Wの形状に応じて層の各部に照射する活性放射線の照射量を異ならせることにより、屈折率分布Wを有するコア層を形成することができる。 In these methods, since the amount of change in the refractive index can be adjusted according to the irradiation amount of the active radiation, the irradiation amount of the active radiation applied to each part of the layer according to the shape of the target refractive index distribution W is set. By making them different, a core layer having a refractive index distribution W can be formed.
次に、本発明の実施例について説明する。
1.光導波路の製造Next, examples of the present invention will be described.
1. Optical waveguide manufacturing
(実施例1)
(1)離脱性基を有するノルボルネン系樹脂の合成
水分および酸素濃度がいずれも1ppm以下に制御され、乾燥窒素で満たされたグローブボックス中において、ヘキシルノルボルネン(HxNB)7.2g(40.1mmol)、ジフェニルメチルノルボルネンメトキシシラン12.9g(40.1mmol)を500mLバイアル瓶に計量し、脱水トルエン60gと酢酸エチル11gを加え、シリコン製のシーラーを被せて上部を密栓した。Example 1
(1) Synthesis of norbornene-based resin having a leaving group In a glove box filled with dry nitrogen in which the water and oxygen concentrations are both controlled to 1 ppm or less, 7.2 g (40.1 mmol) of hexylnorbornene (HxNB) Then, 12.9 g (40.1 mmol) of diphenylmethylnorbornenemethoxysilane was weighed into a 500 mL vial, 60 g of dehydrated toluene and 11 g of ethyl acetate were added, and the top was sealed with a silicon sealer.
次に、100mLバイアルビン中に下記化学式(A)で表わされるNi触媒1.56g(3.2mmol)と脱水トルエン10mLを計量し、スターラーチップを入れて密栓し、触媒を十分に撹拌して完全に溶解させた。 Next, 1.56 g (3.2 mmol) of Ni catalyst represented by the following chemical formula (A) and 10 mL of dehydrated toluene are weighed in a 100 mL vial, put a stirrer chip, tightly plugged, and thoroughly agitate the catalyst. Dissolved in.
この下記化学式(A)で表わされるNi触媒溶液1mLをシリンジで正確に計量し、上記2種のノルボルネンを溶解させたバイアル瓶中に定量的に注入し室温で1時間撹拌したところ、著しい粘度上昇が確認された。この時点で栓を抜き、テトラヒドロフラン(THF)60gを加えて撹拌を行い、反応溶液を得た。 When 1 mL of the Ni catalyst solution represented by the following chemical formula (A) is accurately weighed with a syringe and quantitatively injected into the vial bottle in which the above two types of norbornene are dissolved and stirred at room temperature for 1 hour, a marked increase in viscosity occurs. Was confirmed. At this point, the stopper was removed, 60 g of tetrahydrofuran (THF) was added, and the mixture was stirred to obtain a reaction solution.
100mLビーカーに無水酢酸9.5g、過酸化水素水18g(濃度30%)、イオン交換水30gを加えて撹拌し、その場で過酢酸水溶液を調製した。次にこの水溶液全量を上記反応溶液に加えて12時間撹拌してNiの還元処理を行った。
In a 100 mL beaker, 9.5 g of acetic anhydride, 18 g of hydrogen peroxide (
次に、処理の完了した反応溶液を分液ロートに移し替え、下部の水層を除去した後、イソプロピルアルコールの30%水溶液を100mL加えて激しく撹拌を行った。静置して完全に二層分離が行われた後で水層を除去した。この水洗プロセスを合計で3回繰り返した後、油層を大過剰のアセトン中に滴下して生成したポリマーを再沈殿させ、ろ過によりろ液と分別した後、60℃に設定した真空乾燥機中で12時間加熱乾燥を行うことにより、ポリマー#1を得た。ポリマー#1の分子量分布は、GPC測定により、Mw=10万、Mn=4万であった。また、ポリマー#1中の各構造単位のモル比は、NMRによる同定により、ヘキシルノルボルネン構造単位が50mol%、ジフェニルメチルノルボルネンメトキシシラン構造単位が50mol%であった。
Next, the treated reaction solution was transferred to a separatory funnel, the lower aqueous layer was removed, and then 100 mL of a 30% aqueous solution of isopropyl alcohol was added and vigorously stirred. The aqueous layer was removed after standing and completely separating the two layers. After repeating this water washing process three times in total, the oil layer was dropped into a large excess of acetone to reprecipitate the polymer produced, separated from the filtrate by filtration, and then in a vacuum dryer set at 60 °
(2)光導波路形成用組成物(第1の組成物)の製造
精製した上記ポリマー#1 10gを100mLのガラス容器に秤量し、これにメシチレン40g、酸化防止剤Irganox1076(チバガイギー社製)0.01g、シクロヘキシルオキセタンモノマー(式(20)で示したモノマー、東亜合成製 CHOX、CAS#483303−25−9、分子量186、沸点125℃/1.33kPa)2g、重合開始剤(光酸発生剤) RhodorsilPhotoinitiator 2074(Rhodia社製、CAS# 178233−72−2)(2.5E-2g、酢酸エチル0.1mL中)を加え均一に溶解させた後、0.2μmのPTFEフィルターによりろ過を行い、清浄な光導波路形成用組成物を得た。(2) Production of Composition for Forming Optical Waveguide (First Composition) 10 g of the purified
(3)光導波路形成用組成物(第2の組成物)の製造
精製した上記ポリマー#1の各構造単位のモル比を、ヘキシルノルボルネン構造単位80mol%、ジフェニルメチルノルボルネンメトキシシラン構造単位20mol%にそれぞれ変更したものを、前記ポリマー#1に代えて用いるようにした以外は第1の組成物と同様にして光導波路形成用組成物を得た。(3) Production of Composition for Forming Optical Waveguide (Second Composition) The molar ratio of each structural unit of the purified
(4)光導波路の製造
まず、図9に示すダイコーターの構造を変更し、第1の供給管および第2の供給管の各分岐数を増やしたダイコーターを用意した。(4) Manufacture of optical waveguide First, a die coater in which the structure of the die coater shown in FIG. 9 was changed to increase the number of branches of the first supply pipe and the second supply pipe was prepared.
そして、このダイコーターにより、製造した光導波路形成用組成物を用いて、ポリエーテルスルホン(PES)フィルム上に多色押出成形を行った。これにより、第1の組成物を第1層、第3層および第5層とし、第2の組成物を第2層および第4層とする多色成形体を得た。これを45℃の乾燥器に15分間投入し、溶剤を完全に除去して、図5に示すような屈折率分布Tを有する光導波路形成用フィルムを得た。次いで、光導波路形成用フィルムにフォトマスクを圧着して紫外線を1000mJ/cm2で選択的に照射した。マスクを取り去り、乾燥機中で150℃、1.5時間の加熱を行った。加熱後、鮮明な導波路パターンが現れており、コア部および側面クラッド部が形成されているのが確認された。その後、得られた光導波路から、長さ10cm分を切り出した。なお、形成された光導波路は、コア部が8本並列に形成されたものである。また、コア部の幅を50μm、側面クラッド部の幅を80μm、光導波路の厚さを100μmとした。And by this die coater, multicolor extrusion molding was performed on a polyethersulfone (PES) film using the produced optical waveguide forming composition. Thereby, the 1st composition was made into the 1st layer, the 3rd layer, and the 5th layer, and the multicolor molded object which made the 2nd composition the 2nd layer and the 4th layer was obtained. This was put into a dryer at 45 ° C. for 15 minutes, and the solvent was completely removed to obtain a film for forming an optical waveguide having a refractive index distribution T as shown in FIG. Next, a photomask was pressure-bonded to the optical waveguide forming film, and ultraviolet rays were selectively irradiated at 1000 mJ / cm 2 . The mask was removed, and heating was performed at 150 ° C. for 1.5 hours in a dryer. After heating, a clear waveguide pattern appeared, and it was confirmed that a core portion and a side cladding portion were formed. Thereafter, a length of 10 cm was cut out from the obtained optical waveguide. Note that the formed optical waveguide has eight core portions formed in parallel. Further, the width of the core portion was 50 μm, the width of the side cladding portion was 80 μm, and the thickness of the optical waveguide was 100 μm.
(屈折率分布の評価)
そして、得られた光導波路のコア層の横断面について、その厚さ方向の中心線に沿って干渉顕微鏡により幅方向の屈折率分布Wを取得した。その結果、屈折率分布Wは、複数の極小値および極大値を有し、屈折率が連続的に変化したものであった。(Evaluation of refractive index distribution)
And about the cross section of the core layer of the obtained optical waveguide, the refractive index distribution W of the width direction was acquired with the interference microscope along the centerline of the thickness direction. As a result, the refractive index distribution W had a plurality of minimum values and maximum values, and the refractive index changed continuously.
一方、光導波路の横断面について、そのコア部の幅の中心を上下方向に通過する中心線に沿って干渉顕微鏡により厚さ方向の屈折率分布Tを取得した。その結果、屈折率分布Tは、その中央部に屈折率が連続的に変化している領域と、その両側に、前記領域より屈折率が低く、かつほぼ一定の値の領域を有していた。すなわち、得られた光導波路の厚さ方向の屈折率分布Tは、いわゆるグレーデッドインデックス型になっていた。 On the other hand, regarding the cross section of the optical waveguide, a refractive index distribution T in the thickness direction was obtained by an interference microscope along a center line passing through the center of the width of the core portion in the vertical direction. As a result, the refractive index distribution T had a region where the refractive index continuously changed at the center thereof, and a region having a refractive index lower than that of the region and a substantially constant value on both sides thereof. . That is, the refractive index distribution T in the thickness direction of the obtained optical waveguide was a so-called graded index type.
(実施例2)
紫外線の照射量を1500mJ/cm2に高めた以外は、実施例1と同様にして光導波路を得た。(Example 2)
An optical waveguide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the irradiation amount of ultraviolet rays was increased to 1500 mJ / cm 2 .
(実施例3)
紫外線の照射量を2000mJ/cm2に高めるとともに、ポリマーとして、ポリマー#1の各構造単位のモル比を、ヘキシルノルボルネン構造単位が40mol%、ジフェニルメチルノルボルネンメトキシシラン構造単位が60mol%に変更したものを用いるようにした以外は、実施例1と同様にして光導波路を得た。(Example 3)
While increasing the irradiation amount of ultraviolet rays to 2000 mJ / cm 2 and changing the molar ratio of each structural unit of
(実施例4)
紫外線の照射量を500mJ/cm2に減らすとともに、ポリマーとして、ポリマー#1の各構造単位のモル比を、ヘキシルノルボルネン構造単位が45mol%、ジフェニルメチルノルボルネンメトキシシラン構造単位が55mol%に変更したものを用いるようにした以外は、実施例1と同様にして光導波路を得た。Example 4
The amount of UV irradiation was reduced to 500 mJ / cm 2 and the polymer molar ratio of each structural unit of
(実施例5)
ポリマーとして、ポリマー#1の各構造単位のモル比を、ヘキシルノルボルネン構造単位が30mol%、ジフェニルメチルノルボルネンメトキシシラン構造単位が70mol%に変更したものを用いるようにした以外は、実施例1と同様にして光導波路を得た。(Example 5)
Except that the molar ratio of each structural unit of
(実施例6)
紫外線の照射量を300mJ/cm2に減らすとともに、ポリマーとして、ポリマー#1の各構造単位のモル比を、ヘキシルノルボルネン構造単位が40mol%、ジフェニルメチルノルボルネンメトキシシラン構造単位が60mol%に変更したものを用いるようにした以外は、実施例1と同様にして光導波路を得た。(Example 6)
In addition to reducing the amount of UV irradiation to 300 mJ / cm 2 and changing the molar ratio of each structural unit of
(実施例7)
紫外線の照射量を500mJ/cm2に減らすとともに、ポリマーとして、ポリマー#1の各構造単位のモル比を、ヘキシルノルボルネン構造単位が30mol%、ジフェニルメチルノルボルネンメトキシシラン構造単位が70mol%に変更したものを用いるようにした以外は、実施例1と同様にして光導波路を得た。(Example 7)
In addition to reducing the amount of UV irradiation to 500 mJ / cm 2 , the polymer has a molar ratio of each structural unit of
(実施例8)
紫外線の照射量を100mJ/cm2に減らすとともに、ポリマーとして、ポリマー#1の各構造単位のモル比を、ヘキシルノルボルネン構造単位が60mol%、ジフェニルメチルノルボルネンメトキシシラン構造単位が40mol%に変更したものを用いるようにした以外は、実施例1と同様にして光導波路を得た。(Example 8)
In addition to reducing the irradiation amount of ultraviolet rays to 100 mJ / cm 2 and changing the molar ratio of each structural unit of
(実施例9)
紫外線の照射量を1500mJ/cm2に高めるとともに、ポリマーとして、ポリマー#1の各構造単位のモル比を、ヘキシルノルボルネン構造単位が10mol%、ジフェニルメチルノルボルネンメトキシシラン構造単位が90mol%に変更したものを用いるようにした以外は、実施例1と同様にして光導波路を得た。Example 9
In addition to increasing the irradiation amount of ultraviolet rays to 1500 mJ / cm 2 , as a polymer, the molar ratio of each structural unit of
(実施例10)
紫外線の照射量を3000mJ/cm2に高めるとともに、ポリマーとして、ポリマー#1の各構造単位のモル比を、ヘキシルノルボルネン構造単位が5mol%、ジフェニルメチルノルボルネンメトキシシラン構造単位が95mol%に変更したものを用いるようにした以外は、実施例1と同様にして光導波路を得た。(Example 10)
In addition to increasing the irradiation amount of ultraviolet rays to 3000 mJ / cm 2 , as a polymer, the molar ratio of each structural unit of
(実施例11)
光導波路形成用組成物(第1の組成物)として、以下に示す方法で製造されたものを用いるようにした以外は、実施例1と同様にして光導波路を得た。(Example 11)
An optical waveguide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the composition produced by the method shown below was used as the composition for forming an optical waveguide (first composition).
精製した上記ポリマー#1 10gを100mLのガラス容器に秤量し、これにメシチレン40g、酸化防止剤Irganox1076(チバガイギー社製)0.01g、2官能オキセタンモノマー(式(15)で示したもの、東亜合成製、DOX、CAS#18934−00−4、分子量214、沸点119℃/0.67kPa)2g、光酸発生剤 RhodorsilPhotoinitiator 2074(Rhodia社製、CAS# 178233−72−2)(2.5E-2g、酢酸エチル0.1mL中)を加え均一に溶解させた後、0.2μmのPTFEフィルターによりろ過を行い、清浄な光導波路形成用組成物を得た。
10 g of the purified
(実施例12)
光導波路形成用組成物(第1の組成物)として、以下に示す方法で製造されたものを用いるようにした以外は、実施例1と同様にして光導波路を得た。(Example 12)
An optical waveguide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the composition produced by the method shown below was used as the composition for forming an optical waveguide (first composition).
精製した上記ポリマー#1 10gを100mLのガラス容器に秤量し、これにメシチレン40g、酸化防止剤Irganox1076(チバガイギー社製)0.01g、脂環式エポキシモノマー(式(37)で示したもの、ダイセル化学製、セロキサイド2021P、CAS#2386−87−0、分子量252、沸点188℃/4hPa)2g、光酸発生剤 RhodorsilPhotoinitiator 2074(Rhodia社製、CAS# 178233−72−2)(2.5E-2g、酢酸エチル0.1mL中)を加え均一に溶解させた後、0.2μmのPTFEフィルターによりろ過を行い、清浄な光導波路形成用組成物を得た。
10 g of the purified
(実施例13)
光導波路形成用組成物(第1の組成物)として、以下に示す方法で製造されたものを用いるようにした以外は、実施例1と同様にして光導波路を得た。(Example 13)
An optical waveguide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the composition produced by the method shown below was used as the composition for forming an optical waveguide (first composition).
精製した上記ポリマー#1 10gを100mLのガラス容器に秤量し、これにメシチレン40g、酸化防止剤Irganox1076(チバガイギー社製)0.01g、シクロヘキシルオキセタンモノマー(式(20)で示したもの、東亜合成製 CHOX)1g、脂環式エポキシモノマー(ダイセル化学製、セロキサイド2021P)1g、光酸発生剤 RhodorsilPhotoinitiator 2074(Rhodia社製、CAS# 178233−72−2)(2.5E-2g、酢酸エチル0.1mL中)を加え均一に溶解させた後、0.2μmのPTFEフィルターによりろ過を行い、清浄な光導波路形成用組成物を得た。
10 g of the purified
(実施例14)
ポリマーとして、以下に示す方法で合成されたものを用いるようにした以外は、実施例1と同様にして光導波路を得た。(Example 14)
An optical waveguide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polymer synthesized by the method shown below was used.
まず、ジフェニルメチルノルボルネンメトキシシラン12.9g(40.1mmol)に代えて、フェニルジメチルノルボルネンメトキシシラン10.4g(40.1mmol)を用いた以外は実施例1と同様にしてポリマーを合成した。得られたポリマーの構造単位を下記式(103)に示す。このポリマーの分子量は、GPC測定により、Mw=11万、Mn=5万であった。また、各構造単位のモル比は、NMRによる同定により、ヘキシルノルボルネン構造単位が50mol%、フェニルジメチルノルボルネンメトキシシラン構造単位が50mol%であった。 First, a polymer was synthesized in the same manner as in Example 1 except that 10.4 g (40.1 mmol) of phenyldimethylnorbornenemethoxysilane was used instead of 12.9 g (40.1 mmol) of diphenylmethylnorbornenemethoxysilane. The structural unit of the obtained polymer is shown in the following formula (103). The molecular weight of this polymer was Mw = 110,000 and Mn = 50,000 by GPC measurement. The molar ratio of each structural unit was 50 mol% for the hexylnorbornene structural unit and 50 mol% for the phenyldimethylnorbornenemethoxysilane structural unit, as determined by NMR.
(実施例15)
光導波路形成用組成物(第2の組成物)に代えて、以下に示す方法で合成した光導波路形成用組成物(第3の組成物)を用いるようにした以外は、実施例1と同様にして光導波路を得た。
(1)オキセタン系樹脂の合成
シクロヘキシルオキセタンモノマー(前記式(20)で示したモノマー、東亜合成製 CHOX、CAS#483303−25−9、分子量186、沸点125℃/1.33kPa)50gを300mLセパラブルフラスコ瓶に計量し、メシチレン50gを入れ密栓した。(Example 15)
The same as Example 1 except that the composition for forming an optical waveguide (third composition) synthesized by the following method was used instead of the composition for forming an optical waveguide (second composition). Thus, an optical waveguide was obtained.
(1) Synthesis of Oxetane-Based Resin 50 g of cyclohexyl oxetane monomer (monomer represented by the above formula (20), manufactured by Toa Gosei CHOX, CAS # 483303-25-9, molecular weight 186, boiling point 125 ° C./1.33 kPa) Weighed into a bull flask bottle, put 50 g of mesitylene and sealed.
次に、水分および酸素濃度がいずれも1ppm以下に制御され、乾燥窒素で満たされたグローブボックス中において、100mLバイアルビン中に下記化学式(D)で表わされる触媒0.40g(0.5mmol)と酢酸エチル20mLとを計量し、スターラーチップを入れて密栓し、触媒を十分に撹拌して完全に溶解させた。 Next, 0.40 g (0.5 mmol) of a catalyst represented by the following chemical formula (D) was placed in a 100 mL vial in a glove box whose moisture and oxygen concentrations were both controlled to 1 ppm or less and filled with dry nitrogen. Ethyl acetate (20 mL) was weighed, a stirrer chip was inserted and sealed, and the catalyst was thoroughly stirred to completely dissolve it.
この下記化学式(D)で表わされる触媒溶液12.5mLをシリンジで正確に計量し、上記オキセタンモノマーを溶解させたフラスコ中に定量的に注入し60℃で1時間半撹拌したところ、著しい粘度上昇が確認され、反応溶液を得た。
上記反応溶液とイオン交換樹脂(オルガノ社製、EG−290−HG)50gを加えて30分撹拌し、濾過を行うことで触媒の除去を行い、ポリマー溶液を得た。 The reaction solution and 50 g of an ion exchange resin (manufactured by Organo Corp., EG-290-HG) were added and stirred for 30 minutes, and the catalyst was removed by filtration to obtain a polymer solution.
(2)光導波路形成用組成物(第3の組成物)の製造
次いで、得られたポリマー溶液を3g加える以外は、第1の組成物と同様にして光導波路形成用組成物(第3の組成物)を得た。(2) Production of optical waveguide forming composition (third composition) Next, an optical waveguide forming composition (third composition) was added in the same manner as the first composition except that 3 g of the obtained polymer solution was added. Composition) was obtained.
(実施例16)
紫外線の照射量を500mJ/cm2に減らした以外は、実施例15と同様にして光導波路を得た。(Example 16)
An optical waveguide was obtained in the same manner as in Example 15 except that the irradiation amount of ultraviolet rays was reduced to 500 mJ / cm 2 .
(実施例17)
シクロヘキシルオキセタンモノマーを省略してなる光導波路形成用組成物(第1の組成物)を用いるとともに、光導波路形成用組成物(第2の組成物)に代えてプロメラス社製Avatrel2000Pワニスを用いるようにした以外は、実施例1と同様にして光導波路を得た。(Example 17)
A composition for forming an optical waveguide (first composition) in which the cyclohexyloxetane monomer is omitted is used, and an Avatrel 2000P varnish manufactured by Promeras is used instead of the composition for forming an optical waveguide (second composition). An optical waveguide was obtained in the same manner as in Example 1 except that.
なお、得られた光導波路では、コア部の屈折率がほぼ一定であり、側面クラッド部の屈折率もほぼ一定であった。すなわち、得られた光導波路のコア層の幅方向の屈折率分布Wは、いわゆるステップインデックス(SI)型になっていた。 In the obtained optical waveguide, the refractive index of the core part was almost constant, and the refractive index of the side cladding part was also almost constant. That is, the refractive index distribution W in the width direction of the core layer of the obtained optical waveguide was a so-called step index (SI) type.
(実施例18)
露光の際に、露光量が連続的に変化するよう、透過率が連続的に変化したフォトマスクを用いて露光するようにした以外は、実施例17と同様にして光導波路を得た。(Example 18)
An optical waveguide was obtained in the same manner as in Example 17 except that exposure was performed using a photomask whose transmittance was continuously changed so that the exposure amount was continuously changed during exposure.
なお、得られた光導波路では、側面クラッド部の屈折率がほぼ一定である一方、コア部の屈折率は中央部から周辺に向かって連続的に低下していた。すなわち、得られた光導波路のコア層の屈折率分布Wは、いわゆるグレーデッドインデックス(GI)型になっていた。 In the obtained optical waveguide, the refractive index of the side clad portion was substantially constant, while the refractive index of the core portion continuously decreased from the central portion toward the periphery. That is, the refractive index distribution W of the core layer of the obtained optical waveguide was a so-called graded index (GI) type.
(実施例19)
露光の際に、露光量が連続的に変化するよう、透過率が連続的に変化したフォトマスクを用いて露光するようにした以外は、実施例17と同様にして光導波路を得た。(Example 19)
An optical waveguide was obtained in the same manner as in Example 17 except that exposure was performed using a photomask whose transmittance was continuously changed so that the exposure amount was continuously changed during exposure.
なお、得られた光導波路では、屈折率分布Wが複数の極小値および極大値を有し、コア部の屈折率は中央部から周辺に向かって連続的に低下し、極小値に至っており、一方、側面クラッド部では極小値から離れるにつれて屈折率が連続的に増加していた。なお、極小値では、屈折率分布Wの形状が略V字状をなしており、その近傍における屈折率の変化は不連続的であった。 In the obtained optical waveguide, the refractive index distribution W has a plurality of minimum values and maximum values, the refractive index of the core portion continuously decreases from the central portion toward the periphery, and reaches a minimum value. On the other hand, in the side clad portion, the refractive index continuously increased as the distance from the minimum value increased. Note that at the minimum value, the shape of the refractive index distribution W was substantially V-shaped, and the change in the refractive index in the vicinity thereof was discontinuous.
(実施例20)
ダイコーターとして図9に示すダイコーターを用いるようにした以外は、実施例1と同様にして光導波路形成用フィルムを得るとともに光導波路を得た。(Example 20)
A film for forming an optical waveguide was obtained and an optical waveguide was obtained in the same manner as in Example 1 except that the die coater shown in FIG. 9 was used as the die coater.
なお、得られた光導波路では、屈折率分布Tが、いわゆるグレーテッドインデックス型になっていた。 In the obtained optical waveguide, the refractive index distribution T was a so-called graded index type.
(比較例1)
比較例1では、以下のように組成の異なる材料を多数回積層し、光導波路形成用フィルムを形成するようにした以外は、実施例1と同様にして光導波路を得た。(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, an optical waveguide was obtained in the same manner as in Example 1 except that materials having different compositions were laminated many times as described below to form an optical waveguide forming film.
ポリエーテルスルホン(PES)フィルム上に、光導波路形成用組成物(第1の組成物)と光導波路形成用組成物(第2の組成物)とを、重量比で25:75となるようにして混合し、これをドクターブレードによって均一に塗布した後、45℃の乾燥機に15分間投入した。溶剤を完全に除去した後、塗布された全面に紫外線を100mJ照射し、乾燥機中120℃で1時間加熱して、塗膜を硬化させた。これにより、平均厚さ5μmの第1層を形成した。 On the polyethersulfone (PES) film, the composition for forming an optical waveguide (first composition) and the composition for forming an optical waveguide (second composition) are adjusted to a weight ratio of 25:75. The mixture was uniformly applied by a doctor blade and then put into a dryer at 45 ° C. for 15 minutes. After completely removing the solvent, the entire coated surface was irradiated with 100 mJ of ultraviolet light and heated in a dryer at 120 ° C. for 1 hour to cure the coating film. As a result, a first layer having an average thickness of 5 μm was formed.
次に、光導波路形成用組成物(第2の組成物)のみを第1層上に塗布し、その後硬化させた。これにより、平均厚さ10μmの第2層を形成した。 Next, only the composition for forming an optical waveguide (second composition) was applied on the first layer and then cured. As a result, a second layer having an average thickness of 10 μm was formed.
次に、光導波路形成用組成物(第1の組成物)と光導波路形成用組成物(第2の組成物)との混合比を25:75に変更して第3層(平均厚さ5μm)を形成した。 Next, the mixing ratio of the composition for forming an optical waveguide (first composition) and the composition for forming an optical waveguide (second composition) was changed to 25:75 to change the third layer (average thickness: 5 μm). ) Was formed.
その後、混合比を、50:50、75:25に変更して、第4層(平均厚さ5μm)、第5層(平均厚さ5μm)を形成した。
Thereafter, the mixing ratio was changed to 50:50 and 75:25 to form a fourth layer (
次いで、光導波路形成用組成物(第1の組成物)のみを第5層上に塗布し、その後硬化させた。これにより、平均厚さ5μmの第6層を形成した。 Next, only the composition for forming an optical waveguide (first composition) was applied on the fifth layer and then cured. As a result, a sixth layer having an average thickness of 5 μm was formed.
次に、混合比を75:25、50:50、25:75に変更して、第7層(平均厚さ5μm)、第8層(平均厚さ5μm)、第9層(平均厚さ5μm)を形成した。
Next, the mixing ratio was changed to 75:25, 50:50, 25:75, the seventh layer (
次に、光導波路形成用組成物(第2の組成物)のみを第9層上に塗布し、その後硬化させた。これにより、平均厚さ10μmの第10層を形成した。 Next, only the composition for forming an optical waveguide (second composition) was applied on the ninth layer and then cured. As a result, a tenth layer having an average thickness of 10 μm was formed.
次に、混合比を25:75に変更して、平均厚さ5μmの第11層を形成した。
以上のようにして光導波路形成用フィルムを得た。Next, the mixture ratio was changed to 25:75 to form an eleventh layer having an average thickness of 5 μm.
Thus, an optical waveguide forming film was obtained.
2.評価
2.1 光導波路形成用フィルムおよび光導波路の屈折率分布
得られた光導波路のコア層の横断面について、その厚さ方向の中心線に沿って屈折ニアフィールド法により屈折率分布を測定し、コア層の横断面の幅方向の屈折率分布を得た。なお、得られた屈折率分布は、コア部ごとに同様の屈折率分布パターンが繰り返されているので、得られた屈折率分布から一部を切り出し、これを屈折率分布Wとした。屈折率分布Wの形状は、図3に示すような、4つの極小値と5つの極大値とが交互に並んだ形状であった。2. Evaluation 2.1 Refractive Index Distribution of Optical Waveguide Forming Film and Optical Waveguide The refractive index distribution of the cross section of the core layer of the obtained optical waveguide was measured by the refractive near field method along the center line in the thickness direction. The refractive index profile in the width direction of the cross section of the core layer was obtained. In addition, since the obtained refractive index distribution has the same refractive index distribution pattern repeated for every core part, a part was cut out from the obtained refractive index distribution, and this was made into the refractive index distribution W. The shape of the refractive index distribution W was a shape in which four minimum values and five maximum values were alternately arranged as shown in FIG.
そして、得られた屈折率分布Wから、各極小値Ws1、Ws2、Ws3、Ws4および各極大値Wm1、Wm2、Wm3、Wm4、Wm5を求めるとともに、クラッド部における平均屈折率WAを求めた。 Then, from the obtained refractive index distribution W, each minimum value Ws1, Ws2, Ws3, Ws4 and each maximum value Wm1, Wm2, Wm3, Wm4, Wm5 were obtained, and an average refractive index WA in the cladding part was obtained.
また、屈折率分布Wにおいて、コア部に形成された極大値Wm2、Wm4近傍における屈折率が、平均屈折率WA以上の値を有している部分の幅a[μm]、および、各極小値Ws1、Ws2、Ws3、Ws4近傍における屈折率が、平均屈折率WA未満の値を有している部分の幅b[μm]をそれぞれ測定した。 In the refractive index distribution W, the width a [μm] of the portion where the refractive index in the vicinity of the maximum values Wm2 and Wm4 formed in the core portion has a value equal to or greater than the average refractive index WA, and each minimum value The width b [μm] of the portion where the refractive index in the vicinity of Ws1, Ws2, Ws3, and Ws4 has a value less than the average refractive index WA was measured.
また、得られた光導波路の横断面について、そのコア部の幅の中心を上下方向に通過する中心線に沿って干渉顕微鏡により屈折率分布を測定し、光導波路の横断面の厚さ方向の屈折率分布Tを得た。 Further, for the cross section of the obtained optical waveguide, the refractive index distribution is measured by an interference microscope along the center line passing through the center of the width of the core portion in the vertical direction, and the thickness of the cross section of the optical waveguide is measured in the thickness direction. A refractive index distribution T was obtained.
さらに、光導波路の形成に用いた光導波路形成用フィルムについても、その横断面の厚さ方向に沿って干渉顕微鏡より屈折率分布を測定し、光導波路形成用フィルムの厚さ方向の屈折率分布を得た。
以上の結果を表1、2に示す。Furthermore, for the optical waveguide forming film used to form the optical waveguide, the refractive index distribution is measured with an interference microscope along the thickness direction of the cross section, and the refractive index distribution in the thickness direction of the optical waveguide forming film is measured. Got.
The above results are shown in Tables 1 and 2.
その結果、各実施例で得られた光導波路の屈折率分布Wは、それぞれ、その全体において屈折率の変化が連続的であった。一方、各実施例で得られた光導波路の屈折率分布Tは、それぞれ、図5に示すような、2つの極小値とその間に位置する1つの極大値とを有し、屈折率が連続的に変化したものであった。 As a result, the refractive index distribution W of the optical waveguide obtained in each example had a continuous change of the refractive index in the whole. On the other hand, the refractive index distribution T of the optical waveguide obtained in each example has two minimum values and one maximum value located between them as shown in FIG. 5, and the refractive index is continuous. It was changed.
また、実施例17で得られた光導波路の屈折率分布Wは、上述したように、ステップインデックス型であり、一方、屈折率分布Tは、図5に示すような、2つの極小値とその間に位置する1つの極大値とを有し、屈折率が連続的に変化したものであった。 Further, as described above, the refractive index distribution W of the optical waveguide obtained in Example 17 is a step index type. On the other hand, the refractive index distribution T has two minimum values as shown in FIG. And the refractive index continuously changed.
また、実施例18で得られた光導波路の屈折率分布Wは、上述したように、グレーテッドインデックス型であり、一方、屈折率分布Tは、図5に示すような、2つの極小値とその間に位置する1つの極大値とを有し、屈折率が連続的に変化したものであった。 Further, as described above, the refractive index distribution W of the optical waveguide obtained in Example 18 is a graded index type. On the other hand, the refractive index distribution T has two minimum values as shown in FIG. It had one maximum value located between them, and the refractive index changed continuously.
さらに、実施例19で得られた光導波路の屈折率分布Wは、複数の極小値および極大値を有し、かつ、コア部と側面クラッド部との間で屈折率が不連続的に変化しており、一方、屈折率分布Tは、図5に示すような、2つの極小値とその間に位置する1つの極大値とを有し、屈折率が連続的に変化したものであった。 Furthermore, the refractive index distribution W of the optical waveguide obtained in Example 19 has a plurality of minimum values and maximum values, and the refractive index changes discontinuously between the core portion and the side cladding portion. On the other hand, the refractive index distribution T has two minimum values and one maximum value located between them as shown in FIG. 5, and the refractive index is continuously changed.
また、実施例20で得られた光導波路の屈折率分布Wは、各実施例で得られた光導波路の屈折率分布Wと同等の形状であり、一方、屈折率分布Tの形状は、図2に示すような、いわゆるグレーテッドインデックス型の形状であった。 In addition, the refractive index distribution W of the optical waveguide obtained in Example 20 has the same shape as the refractive index distribution W of the optical waveguide obtained in each example, while the refractive index distribution T has the shape shown in FIG. 2 was a so-called graded index type shape.
これに対し、比較例1で得られた光導波路の屈折率分布Wは、各実施例で得られた光導波路の屈折率分布Wと同等の形状であり、一方、屈折率分布Tの形状は、大まかには、図5に示すような、2つの極小値の間に1つの極大値が並んだ形状であったが、屈折率の変化が連続的ではなく、不連続的に変化していた。 On the other hand, the refractive index distribution W of the optical waveguide obtained in Comparative Example 1 has the same shape as the refractive index distribution W of the optical waveguide obtained in each example, while the refractive index distribution T has a shape of Roughly, as shown in FIG. 5, it was a shape in which one maximum value was arranged between two minimum values, but the change in the refractive index was not continuous but changed discontinuously. .
また、上記の各実施例では、フォトマスクを固定した状態で紫外線の照射を行ったが、実施例17〜20について光導波路形成用フィルムの長さより小さいフォトマスクを走査しつつ紫外線の照射を行った場合、あるいは、フォトマスクの使用を省略し、指向性の高い紫外線レーザーを走査することで照射を行った場合についても、上述した実施例17〜20と同様の結果となった。なお、このとき、フォトマスクの窓部の形状および紫外線レーザーのビーム横断面形状は、それぞれ、走査の経路の中心線に対して線対称の形状であり、かつ、その形状の面積は対称線から離れるほど連続的に大きくなるよう設定した。 In each of the above examples, ultraviolet irradiation was performed with the photomask fixed. However, in Examples 17 to 20, ultraviolet irradiation was performed while scanning a photomask smaller than the length of the optical waveguide forming film. In the case of irradiating by irradiating by scanning with a highly directional ultraviolet laser without using a photomask, the same results as in Examples 17 to 20 were obtained. At this time, the window shape of the photomask and the beam cross-sectional shape of the ultraviolet laser are symmetrical with respect to the center line of the scanning path, and the area of the shape is from the symmetry line. It was set to increase continuously as the distance increased.
さらに、実施例18〜20については、1枚のフォトマスクに代えて、同様の透過特性を有する3枚の積層フォトマスクを用いたが、それぞれ実施例18〜20と同様の結果が得られた。 Further, in Examples 18 to 20, three laminated photomasks having the same transmission characteristics were used instead of one photomask, and the same results as in Examples 18 to 20 were obtained, respectively. .
2.2 光導波路の伝送損失
850nmVCSEL(面発光レーザー)より発せられた光を50μmφの光ファイバーを経由して得られた光導波路に導入し、200μmφの光ファイバーで受光を行って光の強度を測定した。なお、測定にはカットバック法を採用した。光導波路の長手方向を横軸にとり、挿入損失を縦軸にとって測定値をプロットしたところ、測定値は直線上に並んだ。そこで、その直線の傾きから伝送損失を算出した。2.2 Transmission loss of optical waveguide Light emitted from an 850 nm VCSEL (surface emitting laser) was introduced into an optical waveguide obtained via an optical fiber of 50 μmφ, and received by a 200 μmφ optical fiber to measure the light intensity. . The cutback method was used for the measurement. When the measured values were plotted with the longitudinal direction of the optical waveguide taken on the horizontal axis and the insertion loss on the vertical axis, the measured values were arranged on a straight line. Therefore, the transmission loss was calculated from the slope of the straight line.
2.3 パルス信号の波形の保持性
得られた光導波路に対して、レーザーパルス光源からパルス幅1nsのパルス信号を入射し、出射光のパルス幅を測定した。2.3 Retention of pulse signal waveform A pulse signal having a pulse width of 1 ns was incident on the obtained optical waveguide from a laser pulse light source, and the pulse width of the emitted light was measured.
そして、測定した出射光のパルス幅について、比較例1で得られた光導波路(ステップインデックス型の光導波路)の測定値を1としたときの相対値を算出し、これを以下の評価基準にしたがって評価した。 And the relative value when the measured value of the optical waveguide (step index type optical waveguide) obtained in Comparative Example 1 is set to 1 is calculated for the measured pulse width of the emitted light, and this is used as the following evaluation criteria. Therefore, it was evaluated.
<パルス幅の評価基準>
◎:パルス幅の相対値が0.5未満である
○:パルス幅の相対値が0.5以上0.8未満である
△:パルス幅の相対値が0.8以上1未満である
×:パルス幅の相対値が1以上である
以上、2.2および2.3の評価結果を表3に示す。<Evaluation criteria for pulse width>
A: Relative value of pulse width is less than 0.5 B: Relative value of pulse width is 0.5 or more and less than 0.8 Δ: Relative value of pulse width is 0.8 or more and less than 1 ×: The relative value of the pulse width is 1 or more. Table 3 shows the evaluation results of 2.2 and 2.3.
一方、比較例1で得られた光導波路については、層内におけるクロストークの発生を実施例1の場合と同程度に抑えられるのに対し、層間においてはクロストークの発生が認められた。 On the other hand, in the optical waveguide obtained in Comparative Example 1, the occurrence of crosstalk within the layer was suppressed to the same extent as in Example 1, whereas the occurrence of crosstalk was observed between the layers.
本発明によれば、光を照射して反応媒体を反応させることで、所望の領域に対して選択的にチャンネル(コア部)を形成し、これによりグレーテッドインデックス型またはそれに類似した屈折率分布の光導波路を効率よく低コストで製造可能な光導波路形成用フィルムを提供するとともに、かかる光導波路形成用フィルムを効率よく製造することができる。
また、本発明の光導波路形成用フィルムから製造された光導波路は、その幅方向における屈折率分布Wがモノマーの拡散移動に伴って形成され、かつ、厚さ方向における屈折率分布Tが多色押出成形により形成されているため、従来の方法で製造された光導波路に比べて光導波路内に異物や気泡、構造欠陥等の散乱要因が介在し難く、散乱の発生が抑制される。したがって、本発明によれば、伝送損失が小さく信頼性の高い光導波路を効率よく製造することができる。
以上のことから、本発明は産業上極めて有用である。According to the present invention, by reacting the reaction medium by irradiating light, a channel (core part) is selectively formed in a desired region, whereby a graded index type or similar refractive index profile is formed. It is possible to provide an optical waveguide forming film capable of efficiently manufacturing the optical waveguide at low cost, and to efficiently manufacture such an optical waveguide forming film.
Further, the optical waveguide manufactured from the optical waveguide forming film of the present invention has a refractive index distribution W in the width direction formed along with the diffusion movement of the monomer, and the refractive index distribution T in the thickness direction is multicolored. Since it is formed by extrusion molding, scattering factors such as foreign matters, bubbles, and structural defects are less likely to be present in the optical waveguide as compared with an optical waveguide manufactured by a conventional method, and the occurrence of scattering is suppressed. Therefore, according to the present invention, an optical waveguide having a small transmission loss and high reliability can be efficiently manufactured.
From the above, the present invention is extremely useful industrially.
1 光導波路
1a 入射側端面
1b 出射側端面
11、12 クラッド層
13 コア層
14 コア部
141、142 コア部
15 側面クラッド部
151、152、153 側面クラッド部
2 支持フィルム
3 カバーフィルム
800 ダイコーター(多色押出成形装置)
810 ダイヘッド
811 上リップ部
812 下リップ部
820 マニホールド
821 スリット
830 ミキシングユニット
831 第1の供給管
832 第2の供給管
835 接続部
836 ピン
831a 始点
8311、8312、8313 分岐管
832a 第1の始点
832b 第2の始点
8321、8322、8323、8324 分岐管
8331、8332 集合管
M1、M2 混合点
J1、J2 合流点
840 搬送部
841 ローラー
842 搬送フィルム
901、902 光導波路形成用組成物
910 層
914 多色成形体
914a 第1成形層
914b 第2成形層
914c 第3成形層
914d 第4成形層
914e 第5成形層
915 ポリマー
920 添加剤
930 活性放射線
935 マスク(マスキング)
9351 開口(窓)
925 照射領域
9251、9252、9253 照射領域
940 未照射領域
9403 未照射領域
951 支持基板
21 入射側光ファイバー
22 出射側光ファイバー
C1、C2、C3、C4 中心線
W 屈折率分布
WA (側面)クラッド部における平均屈折率
WH 高屈折率部
WL 低屈折率部
T、T’ 屈折率分布
TH 高屈折率領域
TM 中屈折率領域
TL 低屈折率領域
SL マスクを走査する線DESCRIPTION OF
810
9351 opening (window)
925
Claims (6)
活性放射線の照射により屈折率の変化を伴う化学反応を生じる反応媒体を含む第1の組成物と、前記第1の組成物より低屈折率の第2の組成物と、を用意する工程と、
前記第1の組成物を層状に成形してなる第1の層状成形物が前記第2の組成物を層状に成形してなる2層の第2の層状成形物で挟まれるように、前記第1の組成物と前記第2の組成物とを多色押出成形する工程と、を有し、
前記多色押出成形は、前記第1の層状成形物と第2の層状成形物の境界近傍において、前記第1の組成物と前記第2の組成物とが混合し、前記第1の組成物と前記第2の組成物との混合比率が、厚さ方向に沿って連続的に変化するよう行われることを特徴とする光導波路形成用フィルムの製造方法。 A method for producing an optical waveguide forming film for forming an optical waveguide,
Providing a first composition containing a reaction medium that generates a chemical reaction accompanied by a change in refractive index upon irradiation with actinic radiation, and a second composition having a lower refractive index than the first composition;
The first layered product formed by layering the first composition is sandwiched between two second layered products formed by layering the second composition. And a step of multicolor extrusion molding the composition of 1 and the second composition,
In the multicolor extrusion molding, the first composition and the second composition are mixed in the vicinity of the boundary between the first layered product and the second layered product, and the first composition is mixed. The method for producing an optical waveguide forming film is characterized in that the mixing ratio between the first composition and the second composition is continuously changed along the thickness direction.
ポリマーと、
該ポリマーと相溶し、かつ該ポリマーと異なる屈折率を有し、活性放射線の照射により重合反応し得るモノマーと、を含むものであり、
前記反応媒体は、前記モノマーである請求項1に記載の光導波路形成用フィルムの製造方法。 The first composition comprises:
A polymer,
A monomer compatible with the polymer and having a refractive index different from that of the polymer and capable of undergoing a polymerization reaction upon irradiation with actinic radiation,
The method for producing a film for forming an optical waveguide according to claim 1, wherein the reaction medium is the monomer.
前記ビームの横断面形状は、前記走査の経路の中心線に対して線対称の形状である請求項4に記載の光導波路の製造方法。 The irradiation of the active radiation is performed by scanning the beam of active radiation relative to the optical waveguide forming film,
The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 4, wherein a cross-sectional shape of the beam is a line-symmetric shape with respect to a center line of the scanning path.
前記光導波路形成用フィルムにエネルギー線を照射することにより、面内方向に離間した複数のコア部を形成する工程と、を有する光導波路フィルムの製造方法。 Preparing a film for forming an optical waveguide manufactured by the method for manufacturing a film for forming an optical waveguide according to any one of claims 1 to 3,
Forming a plurality of core portions spaced apart in an in-plane direction by irradiating the film for forming an optical waveguide with energy rays.
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