JPH0772331A - 分割波長板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 精密かつ容易に製造することができ、柔軟性
に優れ、しかも十分な光透過性を持った分割波長板を提
供する。 【構成】 分割波長板の光学的異方性を有する部分を、
有機高分子で構成し、この有機高分子層をその上に形成
したレジスト層あるいは金属層をマスクとして用いるエ
ッチングプロセスにより加工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分割波長板およびその
製造方法に関し、特に精密加工性と経済性に優れ、光交
換回路等に組み込んで使用することのできる有機高分子
系の分割波長板およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報通信の容量拡大と通信コスト
の低減化のために、光通信システムの高度化が望まれて
いる。中でも交換機を代表とする光通信システムのノー
ドの部分では、光信号を光のまま処理する光交換回路が
用いられようとしている。現在、光交換方式の中では、
ディジタル再生型フリースペース光スイッチ方式が有望
視されている。それは、この方式が、内部のインタコネ
クションとして交差配線や三次元配線（立体配線）が可
能なこと、面型スイッチアレイの各段毎にディジタル的
な再生を行うため損失や漏話の累積が無いこと、小型高
密度の多端子スイッチが実現できること、等の特徴を持
つからである。この方式を用いたシステムは、既に実験
室レベルでの動作確認が行なわれ、今後の実用化に向け
て研究開発が進められているが、この方式を用いたシス
テムにおいて、実用化までに解決しなければならない問
題の一つとして、分割波長板の精密加工性、価格の問題
がある。

【０００３】分割波長板は、図１に示すように、透明基
板１上に、透過する直線偏光の偏光方向を９０°回転さ
せる１／２波長板として作用する層２と、光線を透過さ
せるだけで偏光方向の回転をもたらさない透明媒質層３
とが繰り返し周期的に形成した構造を有する光部品であ
る。この分割波長板の製造は、現在のところ、水晶の精
密研磨により作製された角棒状の１／２波長板と、その
波長板に等しい形状に加工された石英板あるいはガラス
板を交互に貼り合わせることにより、行われている。１
／２波長板部分と透明媒質部分の形状は、現在の系にお
いても幅０．２５ｍｍと非常に細いため、これらを正確
に切り出し、研磨し、貼り合わせるには高度な技術と長
い作業時間が必要とされている。このことは、分割波長
板の価格を引き上げるだけでなく、その構造を不安定な
ものとし、光通信システムの信頼性を損なうおそれがあ
る。また、入出力に用いられるファイバーアレイの配線
間隔を狭め、集積密度を上げるために、前記１／２波長
部分と透明媒質部分の幅寸法をさらに細かくすることが
必要とされるが、従来の作製方法では０．２５ｍｍ以下
の精密加工は非常に困難であった。また、この様な波長
板は、石英板、ガラス板から製造されるために割れやす
く、取り扱いに十分に注意しなければならなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術で説明した
ように、水晶からなる１／２波長板と石英あるいはガラ
スを用いた分割波長板は、精密加工性と価格の点で問題
があった。本発明は、これらの問題点を解決することに
よって、製造が容易で、柔軟性に優れ、しかも十分な光
透過性をもった分割波長板およびその製造方法を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明を概説すれば、本
発明は、分割波長板およびその製造方法に関する発明で
あって、その第１は、分割波長板の光学的異方性を有す
る部分を有機高分子で構成することを特徴としている。
また、その第２は、光学的異方性を有する有機高分子層
を、その上に形成したレジスト層あるいは金属層をマス
クとして用いたエッチングプロセスにより加工すること
を特徴としている。

【０００６】

【作用】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。本発明の分割波長板は、図２または図３に示した工
程を経ることによって実現できる。

【０００７】まず、図２（ａ）〜（ｅ）に沿って説明す
る。使用する波長の光に対して十分な透過性を持つ基板
１に、使用する波長の１／２のリターデーションを持つ
高分子フィルム（１／２波長板層）２を貼り合わせる。
ここで、基板１として透明な高分子フィルムを用いるこ
とにより、柔軟性を持った分割波長板を最終的に得るこ
とができるが、柔軟性を必要としない場合には、石英や
ガラスの基板を用いることもできる。リターデーション
とは、フィルム面内の複屈折に膜厚を乗じた値であり、
これが波長の１／２となった場合に、フィルムを透過し
た直線偏光の偏光方向が９０°回転する。これは一般に
１／２波長板と呼ばれるが、その他、波長の１／４のリ
ターデーションを持つ１／４波長板も、直線偏光と円偏
光の相互変換によく用いられる。リターデーションを持
つ高分子フィルムは、位相差フィルムと呼ばれ、液晶デ
ィスプレイの着色や視覚特性を改善する目的で既に商業
的に生産されており、現在約０．７μｍまでのリターデ
ーションを持つ各種の高分子フィルムが入手可能であ
る。フィルムの材質は、ポリカーボネートやポリビニル
アルコール樹脂が一般的であるが、二フッ化ビニリデ
ン、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリエ
ーテルスルホンなど、ほぼ全ての透明性高分子が利用可
能である。加えて、分割波長板に高い耐熱性が要求され
る場合には、ポリイミドを用いても作製することができ
る。これらのフィルムのリターデーションは、成膜後の
延伸条件や熱処理条件を変化させることにより高精度に
制御することが可能であるため、市販の位相差フィルム
を使用しない場合でも、使用波長における波長板を作製
することは比較的容易である。基板１と高分子フィルム
２を貼り合わせる目的には、透明な粘着剤あるいは接着
剤であればどのようなものでも使用することができる。
また、圧着によっても貼り合わせることが可能である。
ただし、圧着時に熱を加える場合には、リターデーショ
ンが熱によって変化することを防ぐため、フィルムの温
度がそのフィルム材のガラス転移点を超えないように注
意する必要がある。

【０００８】次に、高分子フィルム２上に酸素プラズマ
耐性の高いフォトレジスト４を塗布し（ａ）、これをフ
ォトリソグラフィーを用いてパターニングすることによ
り、マスク層を形成する（ｂ）。このマスク部分の幅
が、波長板部分と透明媒質部分の幅を決定するが、フォ
トリソグラフィーの方法を用いることにより、幅約５μ
ｍまでの精密加工が可能となる。次いで、酸素プラズマ
によるドライエッチング、またはエッチング液によるウ
ェットエッチングにより、高分子層２を加工する
（ｃ）。この後、マスク層を剥離液またはドライエッチ
ングにより除去することによって、波長板部分（１／２
波長板層）２が周期的にならんだ構造を得ることができ
る（ｄ）。分割波長板としては、このままの形態での使
用も可能であるが、さらに使用波長で透明な高分子の溶
液、または高分子の前駆体溶液を塗布した後、脱溶媒等
の熱処理を行い、透明媒質層３を形成し、この層３によ
って、波長板部分が埋め込まれた構造とすることが好ま
しい（ｅ）。

【０００９】一方、酸素プラズマ耐性の高くないフォト
レジストを用いる場合には、図３（ａ）〜（ｆ）に示し
た工程により分割波長板が作製できる。透明基板１に所
定のリターデーションを持つ高分子フィルム２を貼り合
わせ、その上にアルミニウムのような金属層５を蒸着に
よりつけた後、レジスト４を塗布し（ａ）、プリベー
ク、露光、現像、アフターベークを行い、パターニング
された金属層５を得る（ｂ），（ｃ）。これをマスクと
して酸素プラズマによるドライエッチング、またはエッ
チング液によるウェットエッチングにより高分子層２を
加工する（ｄ），（ｅ）。この後、前記同様に透明媒質
層３を形成する（ｆ）。

【００１０】最後に分割波長板の形状については、上述
したようにディジタル再生型フリースペース光スイッチ
方式において、図１に示した縞状の周期構造が提案、試
作されているが、将来において新たな光交換方式が提案
された場合でも、本発明の製造方法によれば、マスクの
形状をその方式が要求する分割波長板の構造にあわせる
ことによって、自由な形状の分割波長板を作製すること
ができる。

【００１１】

【実施例】引き続き、実施例を用いて本発明をさらに詳
しく説明する。なお、波長板部分に用いる高分子フィル
ムの材質とそのリターデーション値、および分割波長板
の構造周期とにより、数限りない本発明の分割波長板が
得られることは明らかであり、本発明は、これらの実施
例に限定されるものではない。

【００１２】（実施例１）一辺３０ｍｍ、厚さ２ｍｍの
正方形のガラス基板に、０．４２５μｍのリターデーシ
ョンを持つポリカーボネートフィルム（厚さ６０μｍ）
を透明な粘着剤により、その光学的主軸が前記基板の辺
に対して正確に４５°をなすように貼り付け、さらに、
その上にシリコン系フォトレジストをスピンコート法に
より塗布した後、９５℃でプリベークを行った。次に、
線幅０．２５ｍｍ、ピッチ０．５ｍｍ、長さ４０ｍｍの
フォトマスクと超高圧水銀ランプとを用いて、前記レジ
ストに紫外線を照射した後、シリコン系フォトレジスト
専用の現像液を用いて現像した。このパターニングされ
たレジスト層をマスクとして、平行平板型ドライエッチ
ング装置を用いて、酸素によるポリカーボネート層のエ
ッチングを行い、終了後、残ったレジストを除去した。
最後にポリカーボネートの塩化エチレン溶液をスピンコ
ート法により全面に塗布し、７０℃で２４時間乾燥させ
ることによって、目的の分割波長板を得た。

【００１３】波長０．８５μｍ、ビーム径０．１ｍｍの
レーザー光を使い、セナルモン法によって、得られた分
割波長板の波長板部分のリターデーションを測定したと
ころ、０．４２５μｍであり、フォトリソグラフィーに
よる加工によっても、ポリカーボネートの位相差は変化
を受けなかった。また、フォトリソグラフィーによる加
工精度は、±５μｍ以内であり、従来の作製方法に比較
して精度が１０倍以上に向上した。ガラス基板を含めた
本分割波長板の透過光の損失は、すべての領域で１ｄＢ
以下、１／２波長板としての消光比は２０ｄＢ以上であ
り、実用的に十分な性能を持つものであることが明らか
となった。

【００１４】（実施例２）実施例１におけるポリカーボ
ネートフィルムのかわりに、０．６５０μｍのリターデ
ーションを持つポリビニルアルコール樹脂フィルム（厚
さ６０μｍ）を、またポリカーボネートの塩化エチレン
溶液のかわりにポリビニルアルコール樹脂のアセトン溶
液を用いて、同様の方法により分割波長板を作製した。

【００１５】波長１．３０μｍ、ビーム径０．１ｍｍの
レーザー光を使って、セナルモン法により、得られた分
割波長板の波長板部分のリターデーションを測定したと
ころ、０．６５０μｍであり、フォトリソグラフィーに
よる加工によっても、ポリビニルアルコール樹脂の位相
差は変化を受けなかった。またフォトリソグラフィーに
よる加工精度は±５μｍ以内であった。ガラス基板を含
めた本分割波長板の透過光の損失は、すべての領域で１
ｄＢ以下、また１／２波長板としての消光比は２０ｄＢ
以上であり、実用的に十分な性能を持つものであること
が明らかとなった。

【００１６】（実施例３）ガラス基板に０．４２５μｍ
のリターデーションを持つポリカーボネートフィルムを
実施例１と同様に貼り付け、次いで、電子ビーム蒸着機
によりアルミニウムを厚さ０．３μｍつけた後、次のよ
うにレジスト加工を行った。まず通常のポジ型レジスト
をスピンコート法により塗布した後、９５℃でプリベー
クを行い、線幅０．２５ｍｍ、ピッチ０．５ｍｍ、長さ
４０ｍｍのフォトマスクと超高圧水銀ランプを用いてレ
ジストに紫外線を照射した後、通常のポジ型レジスト専
用の現像液を用いて現像した。その後、１３５℃でアフ
ターベークを行い、洗浄乾燥後、レジストでコートされ
ていないアルミニウムのウエットエッチングを行った。
洗浄乾燥後、パターニングされたアルミニウム層をマス
クとして、平行平板型ドライエッチング装置を用いて、
酸素によるポリカーボネート層のエッチングを行い、終
了後、残ったアルミニウムを除去した。最後にポリカー
ボネートの塩化エチレン溶液をスピンコート法により全
面に塗布し、７０℃で２４時間乾燥させることにより、
目的の分割波長板を得た。

【００１７】波長０．８５μｍ、ビーム径０．１ｍｍの
レーザー光を使ってセナルモン法により、得られた分割
波長板の波長板部分のリターデーションを測定したとこ
ろ０．４２５μｍであり、フォトリソグラフィーによる
加工によってもポリカーボネートの位相差は変化を受け
なかった。またフォトリソグラフィーによる加工精度は
±５μｍ以内であった。ガラス基板を含めた本分割波長
板の透過光の損失はすべての領域で１ｄＢ以下、１／２
波長板としての消光比は２０ｄＢ以上であり、実用的に
十分な性能を持つものであることが明らかとなった。

【００１８】（実施例４）本発明者らが特開平３−７２
５２８号公報でその特性を明らかにしたフッ素化ポリイ
ミドフィルム基板（一辺３０ｍｍの正方形、厚さ５０μ
ｍ）に、０．７７５μｍのリターデーションを持つフッ
素化ポリイミドフィルム（厚さ１７．２μｍ）を透明な
エポキシ系接着剤により、その光学的主軸が前記フィル
ム基板の辺に対して正確に４５°をなすように貼り付け
た。その上にシリコン系フォトレジストをスピンコート
法により塗布した後、９５℃でプリベークを行った。次
に、線幅０．２５ｍｍ、ピッチ０．５ｍｍ、長さ４０ｍ
ｍのフォトマスクと超高圧水銀ランプを用いてレジスト
に紫外線を照射した後、シリコン系フォトレジスト専用
の現像液を用いて現像した。このパターニングされたレ
ジスト層をマスクとして、平行平板型ドライエッチング
装置を用い、深さ１８μｍまで酸素によるエッチングを
行い、終了後、残ったレジストを除去した。最後に、フ
ッ素化ポリイミドのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド溶液
をスピンコート法により全面に塗布した後、３００℃ま
で毎分４℃で昇温し、３００℃で１時間保持した後、室
温まで自然冷却することにより、目的の分割波長板を得
た。フォトリソグラフィーによる加工精度は±５μｍ以
内であった。

【００１９】波長１．５５μｍ、ビーム径０．１ｍｍの
レーザー光を使ってセナルモン法により、得られた分割
波長板の波長板部分のリターデーションを測定したとこ
ろ、０．７７５μｍであり、フォトリソグラフィー加工
および３００℃の熱処理によっても、フッ素化ポリイミ
ドの位相差は変化を受けなかった。この分割波長板は、
すべて高分子で構成されているため、２つに折り曲げら
れるほどの柔軟性と十分な強度を持っていた。フッ素化
ポリイミド基板を含めた本分割波長板の透過光の損失
は、すべての領域で１ｄＢ以下、１／２波長板としての
消光比は、２０ｄＢ以上であり、実用的に十分な性能を
持つものであることが明らかとなった。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、従来の分割波長板にか
わって、製造が容易で構造が精密であり、しかも高い光
透過性と十分な消光比をもった分割波長板を提供するこ
とができる。また、材料を選択することにより柔軟性と
耐熱性をもった分割波長板を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な分割波長板の構造の一例を示すもの
で、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）図のＢ−Ｂ線に沿
う断面図である。

【図２】本発明の分割波長板の作製方法の一例を示すも
ので、（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ作製中の断面構成図
である。

【図３】本発明の分割波長板の作製方法の一例を示すも
ので、（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ作製中の断面構成図
である。

【符号の説明】

１ 透明基板 ２ １／２波長板層 ３ 透明媒質層 ４ レジスト層 ５ 金属層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 正泰 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学的異方性のない光透過性の平面基板
   の一方の面上に、面内方向に光学的異方性を有する有機
   高分子からなる一定厚みの短冊状の板が、等間隔で設置
   され、該短冊状の板の間および上面が、光学的異方性の
   ない光透過性有機高分子により充填および覆われてなる
   ことを特徴とする分割波長板。
2. 【請求項２】 光学的異方性のない光透過性の平面基板
   の一方の全面に、面内方向に光学的異方性を有する有機
   高分子からなる一定厚みの板を接着し、該板上に酸素プ
   ラズマ耐性を有するフォトレジストを塗布し、このフォ
   トレジストをパターニングしてマスク材とし、酸素プラ
   ズマを用いたドライエッチングにより、前記有機高分子
   層を分割波長板用パターンに形成することを特徴とする
   分割波長板の製造方法。
3. 【請求項３】 光学的異方性のない光透過性の平面基板
   の一方の全面に、面内方向に光学的異方性を有する有機
   高分子からなる一定厚みの板を接着し、該板上に金属層
   を蒸着し、前記金属層をパターニングしてマスク材と
   し、酸素プラズマを用いたドライエッチングにより、前
   記有機高分子層を分割波長板用パターンに形成すること
   を特徴とする分割波長板の製造方法。