JPH1123870A - 光学用ポリイミド基板及びその製造方法 - Google Patents

光学用ポリイミド基板及びその製造方法

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JPH1123870A
JPH1123870A JP18719497A JP18719497A JPH1123870A JP H1123870 A JPH1123870 A JP H1123870A JP 18719497 A JP18719497 A JP 18719497A JP 18719497 A JP18719497 A JP 18719497A JP H1123870 A JPH1123870 A JP H1123870A
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JP
Japan
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polyimide
optical
substrate
polyimide substrate
surface roughness
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Application number
JP18719497A
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English (en)
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Shigekuni Sasaki
重邦 佐々木
Toru Matsuura
松浦  徹
Nobutake Koshiyoubu
信建 小勝負
Toru Maruno
透 丸野
Noriyoshi Yamada
典義 山田
Fumio Yamamoto
二三男 山本
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学特性の改善された光学用ポリイミド基板
及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 ポリイミド基板の表面の平均粗さが50
nm以下である光学用ポリイミド基板。ポリイミド基板
の表面に平均粗さが50nm以下である膜が形成されて
いる光学用ポリイミド基板。ポリイミド基板の表面に膜
を形成した後、研磨により平均粗さが50nm以下であ
る表面にする工程を含む光学用ポリイミド基板の製造方
法。 【効果】 偏波依存性、光損失共小さいポリイミド光導
波路が作製できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばポリイミド
光導波路に用いる光学用ポリイミド基板に関する。
【0002】
【従来の技術】低損失光ファイバの開発による光通信シ
ステムの実用化に伴い、種々の光通信用部品の開発が望
まれている。またこれら光部品を高密度に実装する光配
線技術、特に光導波路技術の確率が望まれている。一般
に、光導波路材料には、光損失が小さい、光導波路の作
製が容易、コアとクラッドの屈折率差を制御できる、耐
熱性に優れている、等の条件が要求される。光導波路材
料としてこれまでに最も検討されているのが石英系材料
である。光ファイバで実証済のように石英は光透過性が
極めて良好であるため光導波路とした場合も波長が1.
3μmにおいて0.1dB/cm以下の低光損失化が達
成されている。しかしその光導波路作製には長時間を必
要とする、作製時に高温が必要である、大面積化が困難
であるなど製造上の問題がある。これに対してポリメチ
ルメタクリレートなどのプラスチック光学材料は低い温
度で光導波路形成が可能であり、低価格が期待できるな
どの長所がある一方、耐熱性、耐湿性に劣るという欠点
がある。またポリイミドはプラスチックの中で最も耐熱
性に優れているが、従来のポリイミドは光透過性に劣る
という問題があった。そこで本発明者らはポリイミドの
化学構造を検討することにより光透過性に優れたポリイ
ミド光学材料の研究を行ってきた。本発明者らは特開平
3−72528号公報で光透過性に優れたフッ素化ポリ
イミドを明らかにしている。更に特開平4−8734号
公報ではこのフッ素化ポリイミドを共重合させることに
より、例えば光導波路の形成に必要な屈折率制御が可能
であることを明らかにしている。またこのフッ素化ポリ
イミドを用いた光導波路については特開平4−9807
号、同4−235505号、同4−235506号各公
報で明らかにしている。
【0003】このように光透過性に優れたポリイミドで
耐熱性に優れたプラスチック光導波路が実現されてい
る。しかしながらポリイミド光導波路においてもいくつ
かの問題がある。例えばポリイミドは耐熱性に優れてい
る反面、化学構造中の芳香族環が配向し易いという面も
持っている。これは光学材料としてみた場合、複屈折を
発現し易いということができる。複屈折自体は、光学材
料としてはある場合は好ましい特性であり、ある場合は
好ましくない特性となる。また光導波路用材料としてみ
た場合も同じことがいえる。例えば直線偏光の偏波面を
保存しながら導波させたい場合は複屈折があった方が良
いが、無偏波の光を導波させたい場合は複屈折を持たな
い方が良い。このように複屈折をいかようにも制御でき
ることが期待されている。本発明者らのこれまでの検討
により、このうち低複屈折ポリイミド膜については基板
の熱膨張係数とポリイミドの熱膨張係数を合せること、
すなわち基板としてポリイミド基板を用いることにより
低複屈折ポリイミド膜が実現できることを見出し、特願
平7−187652号明細書で明らかにしている。しか
し、ここで新たな問題点が明らかとなった。ポリイミド
基板上にポリイミド膜を形成すると低複屈折化は実現で
きるが、この基板上に作製したポリイミド光導波路は光
を通しにくいという問題点が生じた。これはポリイミド
基板が光学用途に適した基板ではないということが原因
であると推定される。従来ポリイミド基板は知られてい
るが、光学用に適したポリイミド基板は知られていな
い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、光学特性の
改善された光学用ポリイミド基板及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
発明の第1の発明の光学用ポリイミド基板は表面の平均
粗さが50nm以下であることを特徴とする。第2の発
明の光学用ポリイミド基板はポリイミド基板の表面に平
均粗さが50nm以下である膜が形成されていることを
特徴とする。第3の発明の光学用ポリイミド基板の製造
方法はポリイミド基板の表面に膜を形成した後、研磨に
より平均粗さが50nm以下である表面にする工程を含
むことを特徴とする。
【0006】本発明者らは、前記の目的を達成するた
め、ポリイミド基板の表面粗さとその基板上に形成した
ポリイミ光導波路の光学特性との関係、またポリイミド
基板の表面粗さを低減する方法について検討し、本発明
を完成するに至った。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に説明す
る。本発明の光学用ポリイミド基板に使用するポリイミ
ドとしては耐熱性に優れた種々のポリイミドが使用可能
である。耐熱性を表すガラス転移温度が300℃以上あ
るポリイミドが好ましい。なぜならこれらのポリイミド
で作製したポリイミド基板上にポリイミド膜を形成する
ことを予定しており、そのためにはポリアミド酸からポ
リイミドへの熱イミド化の温度に耐える必要があるから
である。300℃以上の温度に耐えるポリイミド成型体
としてベスペル(デュポン社製)とユピモール(宇部興
産社製)が上市されているがこれらは当然のことながら
光学用途に作製されたものではなく、光学用基板として
必要と考えられる表面粗さに比較してかなり大きい表面
粗さを有する。実際にこれらのポリイミド成型板上にポ
リイミド光導波路を作製し、光導波特性を評価したとこ
ろ、出射端でほとんど光が検知できない程減衰している
のが確認された。これはポリイミド成型板の表面の荒れ
による影響で導波光が散乱したためと推定される。そこ
でこれらのポリイミド成型板を研磨して表面を平滑にし
たポリイミド基板上にポリイミド光導波路を作製し、同
様に導波特性を評価したところ大幅に導波特性が改善さ
れた。
【0008】ポリイミド基板表面の平均粗さとポリイミ
ド基板上に作製したポリイミド光導波路の導波特性を検
討したところ、光学用ポリイミド基板として表面の平均
粗さが50nm以下である必要があることが明らかとな
った。なお本発明の表面粗さは触針式表面粗さ計によっ
て測定した表面粗さをいう。例えばDEKTAK社製の
触針式表面粗さ計型式3030STにおいてRaと表示
されるものである。
【0009】光学用ポリイミド基板は市販されているポ
リイミド成型体をバフ研磨、研磨剤を用いた研磨を行う
ことにより得られる。ポリイミド成型体はポリイミド微
粉末を用いて作製するため研磨の時に微粉末が脱離しな
いように研磨しなくてはならない。そのため非常に注意
を払って研磨する必要がある。そこで容易に光学用ポリ
イミド基板を作製する方法としてポリイミド成型体上に
研磨が容易な膜を形成した後研磨をし、表面の平均粗さ
が50nm以下にする方法を創出した。この方法を用い
ることにより平均表面粗さが50nm以下の光学用ポリ
イミド基板を歩留まりよく形成することができた。
【0010】膜の材質としては研磨し易い材料であるな
らすべて良く、ポリイミドやエポキシ樹脂などの高分子
材料、銅、アルミニウム、クロム、チタンなどの金属、
またセラミックなどが良い。膜の形成法は通常知られて
いるすべての方法が適用できる。金属膜の場合は蒸着、
スパッタ、メッキなどの方法を用いることができる。
【0011】
【実施例】以下、いくつかの実施例を用いて本発明を更
に具体的に説明するが、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 厚さ10mm、直径10cmのユピモール基板(宇部興
産社製)表面の平均粗さを測定したところ160nmで
あった。これを研磨紙研磨を行った後粒径0.05μm
の砥粒を用いてバフ研磨を1時間行ったところ、表面粗
さは40nmになり、更に2時間研磨を行ったところ1
5nmとなった。この3種類の基板に2,2−ビス
(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロ
パン二無水物(以下、6FDAと略記する)と2,2′
−ビス(トリフルオロメチル)−4,4′−ジアミノビ
フェニル(以下、TFDBと略記する)を用いて製造し
た濃度約15wt%のポリアミド酸のN,N−ジメチル
アセトアミド溶液をスピンコートした後、オーブン中で
70℃で2時間、160℃で1時間、250℃で30
分、350℃で1時間加熱し、イミド化を行い、厚さ1
0μmのポリイミド膜(以下、6FDA/TFDBと略
記する)を得た。三つの基板上のポリイミドフィルムの
波長1320nmでの屈折率は、三つ共TEモードの屈
折率は1.523、TMモードの屈折率は1.519、
複屈折は0.004であった。次にこの三つの基板上に
6FDAが70mol%、ピロメリット酸二無水物(以
下、PMDAと略記する)が30mol%、そしてTF
DBが6FDAとPMDAのモル数を足した量のモル数
を用いて製造した濃度約15wt%のポリアミド酸の
N,N−ジメチルアセトアミド溶液をスピンコートした
後、オーブン中で70℃で2時間、160℃で1時間、
250℃で30分、350℃で1時間加熱し、イミド化
を行い、ポリイミド基板上に形成した6FDA/TFD
B上に厚さ10μmのポリイミド膜〔以下、6FDA
(70)・PMDA(30)/TFDB(100)と略
記する〕を得た。表面の平均粗さが異なる三つのポリイ
ミド基板上に形成した6FDA(70)・PMDA(3
0)/TFDB(100)ポリイミド膜の波長1320
nmでの屈折率は、三つ共TEモードの屈折率は1.5
32、TMモードの屈折率は1.523、複屈折は0.
009であった。
【0013】次に表面の平均粗さが異なる三つのポリイ
ミド基板上に形成した6FDA(70)・PMDA(3
0)/TFDB(100)ポリイミド膜にストリーク光
法で光を透過させ、光の透過性を調べた。ストリーク光
法の詳しい説明は、1988年に発行された電子情報通
信学会論文誌C、J71−C巻、第3号、第453頁に
記されている。まず6FDA(70)・PMDA(3
0)/TFDB(100)ポリイミド膜にプリズムを介
して波長633nmのHe−Neレーザ光を入れ、その
散乱光をテレビカメラで検出した。ここで導波する光の
強度はその導波位置での散乱光強度に比例するので以下
の式(数1)で求まる。
【0014】
【数1】光損失(dB)=−10log(I/I0
【0015】ここでI0 は入射光強度、Iは出射光強度
である。この光損失を導波距離で除した値が単位長さ当
りの光損失(dB/cm)になる。
【0016】基板表面の平均粗さが40nmと15nm
のポリイミド基板を用いて作製した6FDA(70)・
PMDA(30)/TFDB(100)ポリイミド膜は
入射端から出射端まで光は徐々に減衰しており、その傾
きから光損失を求めることができた。その値は測定試料
について若干のバラツキはあるが、0.8〜1.1dB
/cmの範囲内に入っていた。これに対して基板表面の
平均粗さが160nmのポリイミド基板を用いて作製し
た6FDA(70)・PMDA(30)/TFDB(1
00)ポリイミド膜は入射端からある程度の導波距離の
範囲で散乱強度が一様に強くなり、光損失を求めること
ができなかった。これは基板表面の凹凸で散乱強度が大
きくなったためであり、光学用基板として不適当である
ことを表している。
【0017】実施例2 6FDA/TFDBポリアミド酸溶液を基板表面の平均
粗さが160nmのユピモール基板上(宇部興産社製)
にスピンコートした後、オーブン中で70℃で2時間、
160℃で1時間、250℃で30分、350℃で1時
間加熱し、イミド化を行い、厚さ10μmのポリイミド
膜を得た。次に表面を研磨紙研磨を行った後、粒径0.
05μmの砥粒を用いて1時間バフ研磨し、表面の平均
粗さが14nmのポリイミド基板を得た。この条件はユ
ピモール基板を研磨する条件に比較して穏やかな条件で
ある。その後実施例1と同様にして厚さ10μmの6F
DA(70)・PMDA(30)/TFDB(100)
ポリイミド膜を形成し、ストリーク光法で光損失を測定
した。入射端から出射端まで光は徐々に減衰しており、
その傾きから光損失を求めることができた。その値は
0.9dB/cmであった。
【0018】実施例3 基板表面の平均粗さが160nmのユピモール基板(宇
部興産社製)上にアルミニウムを0.1μm蒸着した
後、表面を研磨紙研磨を行った後、粒径0.05μmの
砥粒を用いて1時間バフ研磨を行い、表面の平均粗さが
15nmの表面がアルミニウムのポリイミド基板を得
た。その後実施例1と同様にして厚さ10μmの6FD
A(70)・PMDA(30)/TFDB(100)ポ
リイミド膜を形成し、ストリーク光法で光損失を測定し
た。入射端から出射端まで光は徐々に減衰しており、そ
の傾きから光損失を求めることができた。その値は0.
9dB/cmであった。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば表
面の平均粗さが小さい光学用ポリイミド基板が実現でき
るため、この基板上にポリイミド光導波路を作製すれば
偏波依存性、光損失共小さいポリイミド光導波路が作製
できるという効果がある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸野 透 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 山田 典義 東京都武蔵野市御殿山一丁目1番3号 エ ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株 式会社内 (72)発明者 山本 二三男 東京都武蔵野市御殿山一丁目1番3号 エ ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株 式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリイミド基板の表面の平均粗さが50
    nm以下であることを特徴とする光学用ポリイミド基
    板。
  2. 【請求項2】 ポリイミド基板の表面に平均粗さが50
    nm以下である膜が形成されていることを特徴とする光
    学用ポリイミド基板。
  3. 【請求項3】 ポリイミド基板の表面に膜を形成した
    後、研磨により平均粗さが50nm以下である表面にす
    る工程を含むことを特徴とする光学用ポリイミド基板の
    製造方法。
JP18719497A 1997-06-30 1997-06-30 光学用ポリイミド基板及びその製造方法 Pending JPH1123870A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001004850A (ja) * 1999-06-17 2001-01-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光部品用基板とその製造方法、および該基板の熱膨張率制御方法
JP2002082240A (ja) * 2000-06-22 2002-03-22 Fujikura Ltd 光合分波器
JP2002225052A (ja) * 2001-02-01 2002-08-14 Hitachi Chem Co Ltd 光部品用ポリイミド系樹脂膜の製造方法
US6750320B2 (en) 2001-02-20 2004-06-15 Central Glass Company, Limited Process for producing polyimide platy object

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Effective date: 20040324