JPH01299807A

JPH01299807A - 硬化性樹脂組成物およびそれをコア材として用いる光導波路

Info

Publication number: JPH01299807A
Application number: JP63128635A
Authority: JP
Inventors: Masashi Nakamura; 正志中村; Kohei Kodera; 小寺　孝兵; Koji Takagi; 光司高木
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1988-05-26
Filing date: 1988-05-26
Publication date: 1989-12-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、高屈折率および高接着性を有する光または
熱硬化性樹脂組成物、および、それをコア材として用い
る光導波路に関する。

〔従来の技術〕

近年、光通信技術の発達に伴い、光ファイバーをはじめ
とする種々の光学特性を有する材料が求められている。

特に、易加工性、易成形性、軽量性等を特徴とする樹脂
一般は、従来、主として眼鏡レンズ用に利用されてきた
が、最近では、先導波路用構成材（コア材）への利用、
あるいは、接着剤としての用途等が広がっており、それ
を受けて、高屈折率および高接着性を有する硬化性樹脂
への要求が高まっている。

たとえば、上記光導波路について考えてみる。

これは、コア部（芯部）とそれを被覆するクラッド部と
から構成されており、コア材の屈折率はクラツド材のそ
れよりも大きいために、入射光はコア材とクラツド材と
の界面で光学的全反射を繰り返し、コア部に閉じ込めら
れて伝送されるようになっている。その際、上記コア材
とクラツド材との屈折率の差が太き（なればなる程、受
光角度が大きくなり、また、伝送時の漏れが少なくなる
ために好ましい。さらに、コア材としては、クラツド材
との接着性が高いものでなければ、両者の界面で剥離が
発生し、光学特性に重大な悪影響を及ぼすとともに、信
頼性も低下させる結果を招いてしまう。こうした理由か
ら、光導波路のコア材としては、屈折率と接着性の高い
硬化性樹脂が求められているのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

現在、屈折率が１．６前後の高屈折率硬化性樹脂として
、主としてレンズ用に、ビスアリルカーボネート系の単
量体が市販されている。しかしこれは、アリル基により
硬化が行われるものであるため、硬化速度が非常に小さ
い、という問題を有している。加えて、接着力が劣る、
という大きな欠点もある。

他方、屈折率が１．５５前後という比較的高屈折率な硬
化性樹脂として、アクリレート系の紫外線硬化型樹脂も
上市されている。これは、硬化が速く使い易い樹脂では
あるが、この樹脂をコア材に用いて開口数の大きい、す
なわちコア材／クラフト材の屈折率差が大きい先導波路
を得ようとすると、クラツド材は屈折率１．４０前後の
特殊なフッ素系、シリコン系樹脂に限られてしまい、そ
の結果、光導波路の機械的物性や成形法等に大きな制約
を受けることになる。

以上の事情に鑑み、この発明は、 ■　高屈折率（たとえば１．５６以上）、高接着性であ
るとともに、硬化速度の大きい硬化性樹脂組成物、 ■　開口数が大きく、曲がり損失やクロストークの小さ
い、かつ、信頼性１機械的物性等に優れ、任意の方法に
より製造される光導波路、を提供することを課題とする
。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、この発明は、少なくとも光お
よび／または熱重合性単量体と光および／または熱重合
開始剤とを含む硬化性樹脂組成物であって、前記単量体
として、少なくとも、臭素化フェノールのエーテル化体
をエステルのアルコール部分に含む下記アクリレートお
よび／またはメタクリレート（Ｉ）が含まれ、かつ、前記重合開始剤が、同組成物中に含ま
れる前記単量体全体を１００重量部として０．０１〜１
０重量部添加されるようにする。

上記硬化性樹脂組成物は、さらに、光および／または熱
重合性単量体として、臭素化ビスフェノ−ルＡ　（７）
エーテル化体ヲエステルのアルコール部分に含む下記ジ
アクリレートおよび／またはジメタクリレート（■）・・・　（Ｉｆ）をも含んでいることが好ましい。さらに、光および／ま
たは熱重合性単量体として、下記フェニル基をエステル
のアルコール部分に含むアクリレート、メタクリレート
　ジアクリレート、ジメタクリレート（ＤＩ）および（
ＴＶ）・・・（ｒＶ）のうちの少なくとも１種以上をも併用することができる
。

また、この発明にかかる先導波路は、上記請求項１ない
し３のいずれかに記載の硬化性樹脂組成物をコア材とし
て用いるようにする。

〔作　　　用〕

この発明の硬化性樹脂組成物は、光、熱により重合する
単量体と、光、熱により分解してラジカル開始剤となる
重合開始剤を必須構成成分としており、上記単量体とし
ては、少な（とも、臭素化フェノールのエーテル化体を
アルコール部分に含む上記（メタ）アクリレート（Ｉ）
が含まれている。同（メタ）アクリレート（Ｉ）は、上
記ラジカル重合開始剤の作用を受けて迅速に重合して、
（メタ）アクリル樹脂を形成する。得られた硬化樹脂中
には、多数の臭素原子およびベンゼン環が含まれている
ため、同樹脂の屈折率は非常に高いものとなっている。

また、同樹脂中に含まれるエーテル基や水酸基、カルボ
キシル基等の極性を有する官能基は、樹脂の基材との接
着性向上に寄与している。

〔実　施　例〕

以下に、この発明にかかる硬化性樹脂組成物について、
さらに詳しく説明する。

はじめに、臭素化フェノールのエーテル化体をエステル
のアルコール部分に含む上記（メタ）アクリレート（Ｉ
）としては、種々のものがあり、たとえば、臭素化フェ
ノールとしては、モツプロム化物からペンタブロム化物
までのいずれであってもよく、それらの臭素化フェノー
ルにエチレンオキシドあるいはグリシジルエーテル１〜
４モルが付加した付加物をエステルのアルコール部分と
する（メタ）アクリレートを使用できる。（Ｉ）のＲ８
部分は、あまり鎖長が短い（ｍ＝ｏ）と臭素化物ゆえに
固体となりやすく、反対に長くなりすぎる（ｍ＞４）と
、硬化物が非常に軟らかくなってしまう。したがって、
この発明においては、ｌ≦ｍ≦４のＲ′が選ばれ、さら
に、ｍ−２および／または３のものを用いることが好ま
しい。（Ｉ）のｎｌについては、モノブロム化物では屈
折率向上という効果が小さく、テトラあるいはペンタブ
ロム化物では結晶化しやすい傾向がみられるため、ジブ
ロム化物および／またはトリブロム化物を用いることが
一層好ましい。

つぎに、臭素化ビスフェノールＡのエーテル化体をエス
テルのアルコール部分に含む上記（メタ）アクリレート
（■）についても、種々のものがあり、たとえば、臭素
化ビスフェノールＡとしては、モツプロム化物からテト
ラブロム化物までのいずれであってもよ（、それらの臭
素化ビスフェノールＡの雨水酸基のそれぞれに、エチレ
ンオキシドあるいはグリシジルエーテル１〜４モルが付
加した付加物をエステルのアルコール部分とするジ（メ
タ）アクリレートが使用できる。（Ｉｆ）のＰについて
は、上記（「）の場合と同様であり、ｎ、については、
高屈折率化という点で、テトラブロム化物を用いること
が好ましい。

上記（ＩＩＩ）および（ＩＶ）は、粘度調整のための希
釈剤、あるいは屈折率調整剤として併用することができ
る。具体的には、上記（Ｉ）、　（ＩＩ）のベンゼン環
に、臭素原子以外の置換基（炭素数１〜４のアルキル基
、カルボキシル基、水酸基）が所定数入ったもの、ある
いは無置換のものが挙げられる。たとえば（Ｉ［［）に
ついてさらに具体的に示すと、フェノール、クレゾール
、キシレノール。

カテコール、ヒドロキシ安息香酸等にエチレンオキシド
あるいはグリシジルエーテル１〜４モルが付加した付加
物をエステルのアルコール部分とする（メタ）アクリレ
ート〔たとえば、（メタ）アクリル酸フェノキシエチル
、　（メタ）アクリル酸３−フェノキシ−２−ヒドロキ
シプロピル等〕が使用できる。（ＩＶ）についても同様
である。

以上の光および／または熱重合性単量体（Ｉ）〜（ＩＶ
）の配合比に関しては、特に限定はされないが、たとえ
ば、それらの単量体全体を１００Ｍ量部（以下、「部」
と記す）として、となっていることが好ましい。（Ｉ）が５部未満である
と屈折率向上という効果が少なくなり、他方（Ｉｆ）が
５０部を越えると接着性に劣る傾向がみられる。

なお、この発明にかかる硬化性樹脂組成物は、上記以外
の光および／または熱重合性単量体を含んでいてもよい
。たとえば、ベンゼン環を有する上記以外の（メタ）ア
クリレート〔たとえば、ベンジル（メタ）アクリレート
等〕の他、ベンゼン環以外の芳香環を有する（メタ）ア
クリレート等が併用されていてもよい。

上記単量体のための光および／または熱重合開始剤は、
特に限定はされず、通常用いられる一般的なものを使用
できる。たとえば、光重合開始剤としては、ベンゾイン
類、ベンゾインアルキルエーテル類、ベンゾフェノン類
、チオキサントン類、キサントン類等が挙げられる。熱
重合開始剤としては、ジアルキルもしくはジアシルペル
オキシド類、ペルオキシエステル類等が例示できる。こ
れらは、単独で、あるいは複数種を併せて使用できる。

なお、この発明においては、硬化速度および取り扱いの
容易さ等の点から、光重合開始剤を用いて、紫外線等の
活性エネルギー光線により硬化させることが好ましい。

上記重合開始剤は、硬化性樹脂組成物中に含まれる上記
単量体全体１００部に対して０．０１〜１０部の範囲内
で添加されるが、なかでも０．１〜５部添加されること
が好ましい。０．０１部よりも少ないと硬化に長時間を
要して生産性等に問題を残し、１０部を越えると硬化物
の物性に悪影響を及ぼす。

さらに、この発明にかかる硬化性樹脂組成物は、上記以
外のその他の成分として、各種酸化防止剤、光重合硬化
の場合は熱重合禁止剤、熱重合硬化の場合は光重合禁止
剤、カップリング剤２重合促進剤、界面活性剤等を必要
に応じて含んでいてもよい。これらは、通常使用されて
いるものを、任意に選択することができる。

つぎに、請求項１〜３に掲げた硬化性樹脂組成物をコア
材として用いる、請求項４記載の光導波路について、そ
の一実施例をあられす図面を参照しつつ説明する。

第１図にみるように、この発明にかかる先導波路は、コ
ア１およびクラッド２から構成され、コア材については
上記の通りである。先導波路のクラツド材としては、特
に限定はされず、コア材の屈折率が高いために、シリコ
ーン系、フッ素系のみならず、アクリル系、脂肪族系等
の各樹脂を、任意に使用することができる。

光導波路の製造方法についても、特に限定はされず、い
ずれの方法を用いても、コア１とクラッド２との接着性
が良好で、曲がり損失およびクロストークの小さな先導
波路を容易に作製することができる。以下に、代表的な
２方法を挙げる。

■　注型または成形により、溝を有するクラッド２を作
製し、その溝の中にコア月光／熱硬化性樹脂組成物を注
型し、硬化させる。

■　ガラス板等の基材上にコア用光硬化性樹脂組成物か
らなる均一な膜を作製し、コア１の配線パターンのマス
クを被せて光照射を行って、コア１の分岐パターンを形
成する。その上にクラフト周光／熱硬化性樹脂を塗布し
、硬化させてクラッド２を作製する（以上、フォトリソ
法）。

なお、この発明にかかる光導波路は、第１図に示された
構造等に限定されず、たとえば、コア１全体がクラッド
２により被覆された光ファイバーや、平面型、レンズ型
、埋込み方型薄膜導波路等も含んでいることは言うまで
もない。

つぎに、以上の硬化性樹脂組成物および先導波路のさら
に詳しい実施例について、比較例と併せて説明する。

一実施例１〜６− 第１表に示したように各単量体を配合し、ここに重合開
始剤を添加して硬化性樹脂組成物を調製した。

一比較例一熱硬化性単量体としてビスフェノールＡジアリルカーボ
ネートを用いるようにする他は、上記実施例と同様に硬
化性樹脂組成物を調製した。

上記実施例および比較例の各組成物を用い、下記の各特
性評価用サンプルを作製し、各々の特性を評価した。な
お、光硬化では、窒素気流中５０ＯＷ超高圧水銀灯で約
４０００ｍＪ／ｄの光照射を行い、熱硬化では、窒素気
流中８０℃で５時間の加熱を行った。

★　屈折率組成物をポリ（２−メチルペンテン）板の間に注型して
硬化させ、厚み約３ｎのサンプル板を得た。同サンプル
につき、アツベ型屈折率計を用いて、２５℃における屈
折率を測定した。

★　密着性（その１）アクリル板（ポリメチルメタクリレート板）上にバーコ
ーターを用いて組成物を塗布し、硬化させて厚み約１０
０．ｎの塗膜を得た。同塗膜の密着性をクロスカット法
により評価した＝すなわち、基盤目状に形成された１０
０個のます目のうち、剥がれの生じなかったます日数を
数えて密着性の尺度とした。

★　曲がり損失クラツド材としてはポリメタクリル酸メチルを用い、第
１図に示したＬ字形光導波路を作製した、同先導波路の
屈曲部の曲率半径は５ｍ、図中のしは３０ｍ、ｈは０．
５　ｖｎａとした。得られた光導波路における出射光強
度から、同導波路長さに相当する直線状の光導波路の出
射光強度を差し引（ことにより、曲がり損失を求めた。

★　クロストーク上記同様のクラツド材を用い、第２図に示した光導波路
を作製した０図中のしは４（ｌｎ、Ｈは５ｍ、ｈおよび
Ｗｔ　はＱ、５ｍ＊＋、ｗ、は１１とした。

隣合った２本の光導波路の一方に光を入射し、他方の先
導波路から検出される光の強度とブランクとの差より算
出した。

★　密着性（その２）温度６０℃、相対湿度９０％の検温恒湿条件下において
、サンプル光導波路のコア／クラッド界面に剥離が発生
するまでの時間を目視により測定した。

以上の結果を第１表に示す。

第１表にみるように、実施例では、屈折率１．５？〜１
．６０という非常に高屈折率な硬化物が得られた。同時
に、その硬化物は、接着性にも優れていることが判明し
た。また、実施例において得られた光導波路は、開口数
が大きく、曲がり損失およびクロストークは小さく、か
つ、コア材とクラツド材との密着性も良好なものであっ
た。

〔発明の効果〕

請求項１〜３記載の硬化性樹脂組成物を用いることによ
り、短時間の硬化で、高屈折率（Ｉ，５６以上）を有し
、かつ接着性に優れた硬化樹脂が得られる。さらに、こ
の硬化物は透明性に優れていることから、各種光学部品
材料として非常に有用である。

請求項４記載の光導波路にみるように、上記硬化性樹脂
組成物をコア材とすることにより、開口数が大きく、か
つ、コア材とクラツド材との密着性が良好な光導波路が
得られる。すなわち、光導波路の曲がり部分における光
の漏れが少なく、曲がり損失（伝搬損失）およびクロス
トークが小さいとともに、コア部とクラッド部間に剥離
等の発生しない信頼性の高い先導波路が実現する。加え
て、コア材自身の屈折率が非常に高いため、クラツド材
の選択の幅が広がり、多くの樹脂系、たとえば脂肪族系
樹脂等も使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ、光導波路の一実施例を
あられす斜視図である。１・・・コア　２・・・クラフト代理人　弁理士　　松　本　武　彦

Claims

【特許請求の範囲】１　少なくとも光および／または熱重合性単量体と光お
よび／または熱重合開始剤とを含む硬化性樹脂組成物で
あって、前記単量体として、少なくとも、臭素化フェノ
ールのエーテル化体をエステルのアルコール部分に含む
下記アクリレートおよび／またはメタクリレート（ I
） ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（ I ）［式中、Ｒ＾１は水素原子またはメチル基、Ｒ＾２は▲
数式、化学式、表等があります▼または▲数式、化学式
、表等があります▼ ｎ＿１は１から５までの整数、ｍは１から４までの整数、をそれぞれあらわす。］が含まれ、かつ、前記重合開始剤が、同組成物中に含ま
れる前記単量体全体を１００重量部として０．０１〜１
０重量部添加されていることを特徴とする硬化性樹脂組
成物。２　光および／または熱重合性単量体として、臭素化ビ
スフェノールＡのエーテル化体をエステルのアルコール
部分に含む下記ジアクリレートおよび／またはジメタク
リレート（II） ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（II）［式中、Ｒ＾１、Ｒ＾２およびｍは上記同様、ｎ＿２は
１から４までの整数、をそれぞれあらわす。］をも含む請求項１記載の硬化性樹脂組成物。３　光および／または熱重合性単量体として、下記フェ
ニル基をエステルのアルコール部分に含むアクリレート
、メタクリレート、ジアクリレート、ジメタクリレート
（III）および（IV） ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（III） ▲数式、化学式、表等があります▼・・・（IV）［式中、Ｒ＾１、Ｒ＾２、ｎ＿１およびｎ＿２は上記同
様、Ｒ＾２は水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、カルボキシル基または水酸基、をそれぞれあらわす。］のうちの少なくとも１種以上をも含む請求項１または２
記載の硬化性樹脂組成物。４　コア材として、請求項１ないし３のいずれかに記載
の硬化性樹脂組成物を用いることを特徴とする光導波路
。