KR100536439B1 - 퍼플루오로페닐아세틸렌 화합물, 이를 이용한 코팅액 및광도파로형 광소자 - Google Patents

퍼플루오로페닐아세틸렌 화합물, 이를 이용한 코팅액 및광도파로형 광소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학식 (1)과 같은 화합물 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 열경화성 불소 화합물, 이들 불소화합물을 용매에 용해시킨 고분자 코팅액 및 이를 이용한 광도파로형 광소자에 관한 것이다. 본 발명은 분자 말단에 기존의 페닐아세틸렌 계열을 사용한 열경화 시스템의 단점을 보완한 것으로, 광소자 제작을 위해 사용되는 고분자 재료의 광진행 손실, 광학적 복굴절성을 개선시킬 뿐만 아니라, 다층박막 제작 공정시에 수반되는 열응력(thermal stress)으로 인해 발생하는 문제점을 최소화한 우수한 광도파로형 광소자를 제공할 수 있다.
(화학식 1)
상기 식에서, R은 H 또는 치환 혹은 비치환 페닐기 이고, Z는 O 또는 S이고, RF1과 RF2는 서로 다른 지방족 또는 방향족 기이며, y는 1 ~ 10의 자연수이고, y'은 0 ~ 1의 정수이고, a + b는 0 ~ 200 까지의 정수이고,
이다.
B는 없거나 -CO-, -S-, -SO2- 및 -O- 로부터 선택된 하나이며, Hal은 F, Cl, Br 및 I 로부터 선택된 하나이다.

Description

퍼플루오로페닐아세틸렌 화합물, 이를 이용한 코팅액 및 광도파로형 광소자{Perfluorophenylacetylene compounds, Coating solution and Optical waveguide device using the same}
본 발명은 분자 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌(perfluorophenylacetylene)을 갖는 불소 화합물, 이들 불소화합물을 용매에 용해시킨 코팅액 및 그를 이용한 코팅액과 광도파로형 광소자에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광도파로 소자용 불소화합물은 광 스위치, 가변 광감쇠기 (Variable Optical Attenuator, VOA), 가변 및 비 가변 파장필터, 도파로 열 격자(Arrayed Waveguide Grating, AWG) 소자 등 다양한 광소자의 코아 및 클래딩에 사용되는 물질이다.
일반적으로 광도파로 소자용 고분자 재료로 제작된 광소자가 신뢰성을 최우선으로 하는 옥내 또는 옥외의 통신망에 사용되므로 고분자 재료 자체는 매우 높은 열적 및 환경 안정성을 요구한다. 또한 광소자 특성에 직접적 영향을 미치는 1.3∼1.55㎛ 파장 대역에서의 낮은 광진행 손실, 미세한 굴절율 조절성, 낮은 복굴절률이 요구되며, 광소자 제작을 위하여 기판과의 접착력, 우수한 코팅성, 다층 박막 적층성, 다양한 기판의 사용 가능성이 크게 요구된다. 요구 물성 중에서 가장 중요한 특성은 광진행 손실과 복굴절률이다. 고분자 박막에서의 광진행 손실은 주로 분자의 진동모드에 의한 흡수가 원인이다. 통상적으로 고분자는 대략 1.0∼1.7㎛의 파장영역에서 알킬기, 페닐기 등의 유사한 작용기의 스트레칭(stretching) 진동과 디포메이션(deformation) 진동에 따른 고조파(hamonic)의 배음(overtone)에 기인된 광흡수가 존재한다. 근적외선 파장 영역에서의 이러한 광흡수는 분자내에 존재하는 C-H 결합(또는 O-H, N-H)의 수소를 중수소(D)나 불소(F)와 같은 할로겐 원소로 치환하면 흡수영역이 5 ∼ 25 um 파장대로 이동하여 통신 파장 영역에서의 광손실을 줄일 수 있다. 박막의 복굴절률은 분자 구조와 박막 공정에서의 스트레스에 의하여 생긴다.
이러한 모든 요구 조건을 만족시키기 위하여 다양한 고분자 재료의 개발이 이루어져 왔다. 400℃정도의 고온에서도 내열성이 우수한 재료로 알려져 있는 불소 치환 폴리이미드를 광도파로 소자용 재료로 응용하고자 하는 노력이 지속적으로 이루어져 왔다 (U.S. Pat. No 5,598,501, Macromolecules, vol 27, pp6665, 1994 그리고 Electronics Letters, 29(3) 269, 1993), 그러나 폴리이미드는 0.7 dB/cm 이상의 비교적 큰 광전송 손실과 0.008 이상의 큰 복굴절률을 가지는 단점이 있다.
한편, 다양한 조성물로 구성된 자외선 경화성 불소 치환 아크릴레이트 (UV - curable fluorinated acrylate)는 불소의 함량 조절로 1.55㎛에서 광손실이 0.3dB/cm 로 비교적 낮으며 복굴절률이 0.0008로 거의 편광에 무관하였다 (U.S. Pat. 6,306,563 B1, 그리고 IEEE Journal of selected topics in quantum electronics vol.6, pp54, 2000).
불소 치환 폴리아릴렌에테르는 저유전율, 우수한 기계적 강도 및 가공성 (미국 특허공고 제5,115,082호)으로 잠재적 광고분자 재료로의 가능성을 보여주었으며 이 고분자 시스템에 열경화성 반응기의 도입으로 내화학성을 크게 향상하여 광도파로 소자에 적용하였다 (대한민국 특허공고 제226,442호). 불소 치환 폴리아릴렌에테르계는 폴리이미드계 고분자에 비하여 광전송 손실 (0.4 dB/cm) 그리고 복굴절률(0.004)이 많이 향상되었지만 여전히 복굴절률이 큰 편이며 높은 가공온도 (280 ℃ 이상)가 문제점이다.
상기한 종래 기술에서의 광도파로 소자용 고분자 물질의 문제점을 고려하여, 본 발명은 분자 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌을 도입함으로써 기존의 페닐아세틸렌계열을 사용한 시스템의 단점인 높은 공정온도에서 장시간의 열경화로 인하여 고분자 박막에 가해지는 열응력(thermal stress)에 의해 생성되는 고분자 재료의 높은 광진행 손실, 광학적 복굴절성, 다층박막 형성시 유기용매에 의해 유발되는 잔류 응력(residual stress)에 의한 결함(stress-induced crack)이 발생하지 않을 뿐만 아니라, 기존 보다 제조 공정 온도가 낮아지고, 공정시간이 단축된 우수한 광도파로용 불소화합물, 고분자 코팅액 및 광도파로형 광소자를 제공하는 하는 것을 주요 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 분자 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소 화합물은, 지방족 혹은 방향족 알코올과 퍼플루오로페닐아세틸렌의 불소치환 반응, 또는 지방족 혹은 방향족 알코올과 퍼플루오로페닐 그리고 퍼플루오로페닐아세틸렌의 불소치환반응을 통하여 합성되며, 하기에 기재된 것과 같이 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소 화합물인 화학식 (1)로 표현된다.
(화학식1) 퍼플루오로아세틸렌이 도입된 불소 화합물의 구조식
상기 식에서, R은 H 또는 치환 혹은 비치환 페닐기 이고, Z는 O 또는 S이고, RF1과 RF2는 서로 다른 지방족 또는 방향족 기이며, y는 1 ~ 10의 자연수이고, y'은 0 ~ 1의 정수이고, a + b는 0 ~ 200 까지의 정수이고,
이다.
B는 없거나 -CO-, -S-, -SO2- 및 -O- 로부터 선택된 하나이며, Hal은 F, Cl, Br 및 I 로부터 선택된 하나이다.
바람직하게는 y 및 y'이 1인 하기 (화학식 2)와 같은 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소 고분자 화합물로 표현된다.
(화학식 2) 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 고분자 화합물의 구조식.
상기 식에서, R 및 Ar은 화학식(1)과 동일하며, Z는 O 또는 S 이고 바람직하게는 O 이며, RF 는 바람직하게는 아래와 같다. RF 는 -CH2(CF2) nCH2-, 또는 -CH2CF2O(CF2CF2O)nCF2CH2-, 또는
이다.
여기서, a와 b는 1 ∼ 200, 바람직하게는 2 내지 50인 정수이고, D는 -C(CF3)2-, -C(CH3)2-, -CO-, -SO2-, -O- 및 -S-로부터 선택된 하나이다. R1 과 R2 는 서로 독립적으로 H, 또는 F, Cl, Br, I 등 할로겐 원소로부터 선택되는 하나이고, m은 1 ∼ 3의 자연수이다.
또한, 상기 화학식 (2)의 화합물은 R은 H이고, Z는 O이고, a는 2 ∼ 50의 자연수이고 b는 O인 화합물 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소 화합물로 구성될 수 있다.
또한, 상기 화학식 (2)의 화합물은 R은 H이고, Z는 O이고, a는 2 ∼ 50의 자연수이고, b는 O이고, Ar이 데카플루오로비페닐이고, RF1 이 -CH2(CF2) nCH2- 또는 -CH2CF2O(CF2CF2O)nCF2CH2- 또는 , 또는 인 화합물 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소 화합물로 구성될 수 있다.
또한, 화학식(2)에서 a와 b가 각각 2 이상이고, a+b는 4∼50이고, RF1과 RF2는 서로 다른 다양한 공중합체의 불소 화합물을 합성할 수 있다.
또한, 화학식(2)에서 a와 b가 각각 2 이상이고, a+b는 4∼50이고, Ar이 데카플루오로비페닐이고, RF1 및 RF2가 서로 다른 -CH2(CF2)n CH2- 또는 -CH2CF2O(CF2CF2O)nCF2CH2- 또는 , 또는 인 화합물 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소화합물의 구성도 가능하다.
화학식 (1)에서 a, b 및 y'이 O 인 경우에는, 하기 (화학식 3)과 같은 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소 화합물로 표현된다.
(화학식 3) 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소 화합물의 구조식
상기 식에서, R은 H 또는 치환 혹은 비치환 페닐기 이고, Z는 O 또는 S이며, RF1은 지방족 혹은 방향족 화합물이고, y는 자연수 1 ~ 10의 자연수이다.
y = 1의 경우, Z는 O 이고, RF1은 치환 혹은 비치환 페닐기인 것이 바람직하다.
y = 2의 경우에는, R은 H이고, Z는 O 이며, RF1는 상기 화학식(2)의 RF1와 동일한 화합물의 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소화합물을 합성 할 수 있다.
또한, y = 2인 경우 더욱 바람직하게는, R은 H이고, Z는 O 이며, RF1 는 -CH2(CF2)nCH2- 또는 -CH2CF2O(CF2 CF2O)nCF2CH2- 또는 , 또는 인 화합물 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소화합물을 합성 할 수 있다.
y = 3 의 경우에는, R은 H 이고, Z는 O 이고, -Z-RF1은 방향족 혹은 지방족 트리올로서 더욱 바람직하게는
이고,
M은 C-CH3, C-CF3, C-CCl3 및 C-CBr3로 부터 선택된 하나, 또는 N, P, P=O로 부터 선택된 하나인 화합물의 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소화합물을 합성할 수 있다.
그리고 y = 4 이상의 경우, -Z-RF1은 방향족 혹은 지방족 폴리올인 화합물 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소화합물을 합성할 수 있다.
광도파로형 광소자의 코팅에 사용되는 코팅액은 본 발명인 상기 불소화합물로부터 선택된 1종 이상의 불소화합물과 용매를 혼합함으로써 제조될 수 있다.
코팅액 제조를 위한 바람직한 불소화합물은 (ⅰ) 상기 화학식 (2)에 있어서, R은 H이고, Z는 O 이고, a는 2 ∼ 50의 자연수 이고, b는 0이고, Ar은 데카플루오로비페닐이고, RF1 이 -CH2(CF2)nCH2- 또는
-CH2CF2O(CF2CF2O)nCF2CH2- 또는 , 또는 인 화합물 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소화합물, (ⅱ) 상기 화학식 (2)에 있어서, R은 H이고 Z는 O이고, a와 b는 각각 2 이상이며, a+b는 4∼50이고, Ar은 상기 (ⅰ)과 같은 화합물 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소화합물 및 (ⅲ) 상기 화학식 (1)에 있어서, y는 3이고, a, b 및 y'는 0이고, R은 H이고, Z는 O이고,
이고,
M은 C-CH3, C-CF3, C-CCl3 및 C-CBr3, N, P 및 P=O으로 부터 선택된 하나인 화합물 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소화합물 즉, 상기 (ⅰ), (ⅱ) 및 (ⅲ)의 불소화합물과 용매를 포함하는 코팅액이 바람직하다.
상기 화합물을 이용한 광도파로형 광소자는, 평면 기판상에 형성된 하부 클래딩층과 상기한 하부 클래딩층 상에 형성된 코어층과 상기한 코어층 상에 형성된 상부 클래딩층을 포함하는 광도파로형 광소자에 있어서, 상기한 코어층 및 클래딩층은 상기한 불소 화합물로부터 선택된 1 종 이상의 불소 화합물을 함유하는 고분자 코팅액을 사용함으로써 광도파로형 광소자를 제작할 수 있다.
상기 화학식(2)의 화합물은 지방족 또는 방향족 디올과 불소치환된 방향족 화합물을 DMAc(dimethylacetamide) 용매로 완전히 용해시키고 K2CO3를 첨가하여 그 결과로 생성된 혼합물을 질소 대기하에서 가열·교반시킨 후 ; 퍼플루오로페닐아세틸렌을 첨가하여 다시 교반시켜 반응된 혼합물을 냉각시키고, 메탄올 및 탈이온수 혼합액에 침전시킴으로써 생성된 고분자를 여과하고 물로 세척한 후 ; 수득된 고분자를 진공오븐에서 건조시킴으로써 제조될 수 있다.
아래의 화학식(4)는 퍼플루오로페닐아세틸렌이 말단에 도입된 대표적 고분자이다 . 화학식 (4)에서 표현된 화학 구조 외에 상기 반응을 통하여 메타 위치 등에 치환 반응이 일어난 유도체도 일부 미량 생성된 혼합물로 얻을 수 있다. 이러한 유도체는 별도의 분리 없이 사용되어 광도파로의 굴절률을 조절한다. 하기 대표식에서 a는 반복 단위구조의 수로서 바람직하게는 2 내지 50 이다.
화학식(4). 퍼플루오로페닐아세틸렌이 말단에 도입된 대표적 고분자의 화학구조
또한, 열안정성과 정밀한 굴절률 및 공정 물성 조절을 위하여 화학식(4)와 같은 합성방법으로 공중합체 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 고분자를 합성한다. 이들 유도체들은 단독 혹은 상호 혼합를 통하여 광도파로 소자의 정밀한 굴절률 조절에 사용된다.
화학식(5) 공중합체 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 고분자의 화학구조
상기 화학식(3)의 화합물은 A1로부터 선택된 화합물, 바람직하게는 디올 또는 트리올인 화합물과 펜타플루오로페닐아세틸렌을 혼합하여 DMAc용매로 완전히 용해시킨 후 ; NaOH를 첨가함으로써 생성된 혼합물을 질소 대기하의 상온에서 교반시키고 ; 탈이온수와 에테르를 이용하여 추출된 반응 혼합물인 에테르층을 무수 마그네시움설페이트를 사용하여 탈수시키고, 회전증발기로 디에틸에테르를 증발시킨 후 ; 생성된 화합물을 진공 오븐에서 건조시킴으로서 제조된다.
상기 반응에 의하여 화학식(6)와 화학식(7)의 화학 구조식을 갖는 대표적인 퍼플루오로페닐아세틸렌이 말단에 도입된 화합물을 합성한다. 합성된 화합물에는 화학식 6)와 화학식 (7)에서 표현된 화학 구조 외에 상기 반응을 통하여 파라 위치 등에 치환 반응이 일어난 유도체도 일부 미량 생성된 혼합물로 얻을 수 있다. 이러한 유도체는 별도의 분리 없이 사용되어 광도파로의 굴절률과 경화 특성을 조절할 수 있다. 이러한 유도체는 단독으로 사용될 수 있거나 바람직하게는 화학식(4) 또는 화학식(5)의 고분자에 첨가하여 사용되어 광도파로의 굴절률과 경화 특성을 정확하게 조절할 수가 있다.
화학식(6) 화학식(3)에서 y = 2인 대표적인 화합물의 화학구조식
(화학식 7) 화학식(3)에서 y = 3인 대표적인 화합물의 화학구조식
화학식(4), 화학식(5), 화학식(6), 화학식(7) 등의 유도체들은 단독 혹은 상호 혼합을 통하여 광도파로 소자의 정밀한 굴절률 조절, 상호 상용성, 상호 특성 보완을 위해 사용된다. 분자 말단에 퍼플루오로아세틸렌이 도입된 여러 종류의 불소 화합물을 단독 혹은 상호 혼합하여 시클로헥사논과 같은 적절한 용매에 용해시켜 생성된 용액을 테프론 필터로 여과시키고, 다양한 종류의 기판, 바람직하게는 실리콘 웨이퍼 기판에 스핀 코팅한 후, 질소 대기하의 열판(Hot plate)상에서 열경화하여 제조된다.
고분자 소자 제작을 위한 기판으로는 일반적으로 실리콘 웨이퍼를 이용하며, 기판위에 광도파로의 하부 클래딩으로서 실리카 층을 형성하거나 또는 본 발명의 코아층 고분자 보다 굴절율이 낮은 본 발명의 고분자를 코팅하여 열경화한다. 박막의 형성은 상기한 방법에 의하여 수행된다. 하부클래딩층 위에 본 발명의 고분자인 광도파로 코아물질을 코팅하고 열경화한 후, 광도파로 마스크를 정렬하고 포토리소그라피를 이용하여 광도파로 패턴을 형성시키고, 식각 (Reactive Ion Etching, RIE) 혹은 유도쌍 플라즈마 (Inductive Coupled Plasma, ICP) 공정을 이용하여 광도파로 중앙 부분을 제외한 지역을 식각하고, 마지막으로 상부 클래딩층용 고분자를 코팅하여 열경화한다. 본 광소자를 절단 및 연마함으로써 광파의 입출력용 소자의 단면이 형성된다.
기존의 페닐아세틸렌 계열을 사용한 시스템의 단점인 높은 공정온도와 높은 공정온도에서 장시간의 열경화로 인하여 고분자 박막에 가해지는 열 스트레스로 인해 생성되는 높은 광학적 복굴절율과, 광전송 손실의 증가 등의 단점을 보완하기 위하여, 불소 치환 폴리아릴렌에테르의 말단에 열경화가 가능한 퍼플루오로페닐아세틸렌기를 도입함으로써 공정 온도가 무려 30℃이상 낮아졌고 4 ∼ 6시간이상의 장시간의 공정시간이 2∼3시간으로 줄어들었으며 퍼플루오로아세틸렌기의 불소함유률의 증가로 인하여 광전송 손실이 고분자의 구성요소에 따라 0.3∼0.5dB/cm에서 0.15dB/cm이상 줄어든 0.15∼0.35dB/cm정도의 저 광전송 손실 특성을 가진 광도파로형 광소자를 제조할 수 있다(표 1).
또한, 광도파로의 복굴절율은, 낮은 공정 온도와 단시간의 공정시간에서의 열경화와 퍼플루오로페닐아세틸렌기가 가지는 분자 구조적인 영향으로 인하여 기존의 0.004~0.006에 비해 현저히 줄어든 0.002~0.004정도를 나타내었다. 또한, 공중합을 통하여 넓은 범위의 굴절률이 정밀하게 조절 가능하였다(도 1).
또한, 박막의 형성에 있어서 기존의 페닐아세틸렌 계열을 사용하는 경우에는 페닐아세틸렌의 견고한 분자구조 및 높은 공정온도에서의 장시간의 열경화로 인하여 고분자 박막에 가해지는 열응력(thermal stress)으로 인해 다층박막 형성시 유기용매에 의해 유발되는 잔류 응력(residual stress)에 의한 결함(stress-induced crack)이 발생하였으나, 본 발명인 퍼플루오로페닐아세틸렌계열을 사용하는 경우에는 그러한 결함(stress-induced crack)이 발생하지 않았다.
도 1은 같은 반응 조건에 따라, 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플로로-1,6-헥산디올, 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-도데카플로로-1,8-옥탄디올, 혹은 9,9-비스(4-히드록시페닐)플로오렌과 2, 2- 비스(4-히드록시페닐)헥사플로로프로판의 몰비를 조절하여 얻은 다양한 공중합체의 굴절률 변화를 도시한 것이다. 좀더 미세한 굴절률의 변화는 두 가지 공중합체들간의 혼합에 의하여 조절이 가능하다.
도 2는 고분자 말단에 페닐아세틸렌을 도입한 기존의 화합물과 고분자 말단 및 가지형 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌을 도입한 화합물의 열경화 거동을 시차주사열량계 (Differential Scanning Calorimeter, DSC)를 이용하여 분석한 결과이다. 도 2의 결과에서 같은 주쇄 고분자의 말단에 페닐아세틸렌이 도입된 경우에 비해 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 경우, 열경화 온도가 약 30℃가량 감소함을 확인할 수 있었다.
표 1은 1550 nm 파장에서 프리즘 커플러로 측정된 TE, TM모드의 굴절율값과 복굴절률값이다. 광진행손실은 굴절율 정합액을 사용한 슬렙도파로의 함침법을 이용하여 측정하였다.
표 1. 분자 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소 화합물의 광특성
다음의 실시예는 본 발명을 좀더 구체적으로 설명하는 것이지만, 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.
실시예 1 화학식 (A)로 표시되는 고분자의 제조.
100 mL 삼구 플라스크에 5.0 g (14.97 mmol)의 데카플로로바이페닐과 4.19 g (16.00 mmol)의 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플로로-1,6-헥산디올을 넣은 후, 52 mL의 DMAc 용매로 완전히 용해시켰다. 이 반응 플라스크에 5.75 g의 K2CO3를 첨가한 후 그 결과로 생성된 혼합물을 질소 대기 하에서 80℃로 가열하고 24 시간 동안 교반한다. 그 후, 0.40 g (2.06 mmol)의 퍼플루오로페닐아세틸렌을 넣고 8시간 동안 교반한다. 반응 혼합물을 냉각시키고 메탄올/탈이온수 혼합액 중에 침전시킨다. 생성된 고분자를 여과하고, 계속하여 물로 세척하였다. 80℃ 진공 오븐에서 수득한 고분자를 건조시켰다. 1H-NMR (Acetone d6): δ4.53 (s), 5.16 (t). Mn = 10,300, PDI = 2.1, 열분해온도 (Td) = 400℃
실시예 2 화학식 (B)로 표시되는 고분자의 제조.
실시예 1에서 반응물로 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플로로-1,6-헥산디올 대신에 5.79 g (16.00 mmol)의 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-도데카플로로-1,8-옥탄디올을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 같다. 1H-NMR (Acetone d6): δ4.53 (s), 5.21 (t). Mn = 11,400, PDI = 2.1, 열분해온도 (Td) = 400℃
실시예 3 화학식 (C)로 표시되는 고분자의 제조.
100 mL 삼구 플라스크에 5.0 g (14.97 mmol)의 데카플로로바이페닐과 6.56 g (16.00 mmol)의 퍼플루오로테트라 에틸렌 글리콜을 넣은 후, 66 mL의 DMAc 용매로 완전히 용해시켰다. 이 반응 플라스크에 5.75 g의 K2CO3를 첨가한 후 그 결과로 생성된 혼합물을 질소 대기 하에서 80℃로 가열하고 24 시간 동안 교반한다. 그 후, 0.40 g (2.06 mmol)의 퍼플루오로페닐아세틸렌을 넣고 8시간 동안 교반한다. 반응 혼합물을 냉각시키고 메탄올/탈이온수 혼합액 중에 침전시킨다. 생성된 고분자를 여과하고, 계속하여 물로 세척하였다. 80℃ 진공 오븐에서 수득한 고분자를 건조시켰다. 1H-NMR (Acetone d6): δ4.53 (s), 5.0 (t). Mn = 11,900, PDI = 2.0, 열분해온도 (Td) = 420℃
실시예 4 화학식 (D)로 표시되는 고분자의 제조.
100 mL 삼구 플라스크에 5.0 g (14.97 mmol)의 데카플로로바이페닐과 5.38 g (16.00 mmol)의 2, 2- 비스(4-히드록시페닐)헥사플로로프로판을 넣은 후, 59 mL의 DMAc 용매로 완전히 용해시켰다. 이 반응 플라스크에 5.75 g의 K2CO3를 첨가한 후 그 결과로 생성된 혼합물을 질소 대기 하에서 80℃ 으로 가열하고 12 시간 동안 교반한다. 그 후, 0.40 g (2.06 mmol)의 퍼플루오로페닐아세틸렌을 넣고 8시간 동안 교반한다. 반응 혼합물을 냉각시키고 메탄올/탈이온수 혼합액 중에 침전시킨다. 생성된 고분자를 여과하고, 계속하여 물로 세척하였다. 80℃ 진공 오븐에서 수득한 고분자를 건조시켰다. 1H-NMR (Acetone d6): δ4.52 (s), 7.33 (d), 7.47 (d). Mn = 12,300, PDI = 1.8, 열분해온도 (Td) = 450 ℃
실시예 5 화학식 (E)로 표시되는 고분자의 제조.
실시예 4에서 반응물로 2, 2- 비스(4-히드록시페닐)헥사플로로프로판 대신에 5.61 g (16.00 mmol)의 9,9-비스(4-히드록시페닐)플로오렌을 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 같다. 1H-NMR (Acetone d6): δ4.53(s), 7.10 (d), 7.26 (d), 7.35 (d), 7.49 (m), 7.90(d). Mn = 12.700, PDI = 1.9, 열분해온도 (Td) = 480 ℃
실시예 6 화학식 (F)로 표시되는 고분자의 제조.
실시예 4에서 반응물로 데카플로로바이페닐 대신에 5.42 g (14.97 mmol)의 데카플루오로벤조페논을 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 같다. 1H-NMR (Acetone d6): δ4.53 (s), 7.36 (d), 7.50 (d). Mn = 12,600, PDI = 1.8, 열분해온도 (Td) = 450 ℃
실시예 7 화학식 (G)로 표시되는 고분자의 제조.
100 mL 삼구 플라스크에 3.0 g (16.12 mmol)의 헥사플로로벤젠과 6.24 g (17.24 mmol)의 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-도데카플로로-1,8-옥탄디올을 넣은 후, 52 mL의 DMAc 용매로 완전히 용해시켰다. 이 반응 플라스크에 6.20 g의 K2CO3 를 첨가한 후 그 결과로 생성된 혼합물을 질소 대기 하에서 80℃으로 올리고 12 시간 동안 교반 한 후 계속해서 120℃로 올리고 12시간 더 교반한다. 그 후, 0.43 g (2.24 mmol)의 퍼플루오로페닐아세틸렌을 넣고 8시간 동안 교반한다. 반응 혼합물을 냉각시키고 메탄올/탈이온수 혼합액 중에 침전시킨다. 생성된 고분자를 여과하고, 계속하여 물로 세척하였다. 80℃ 진공오븐에서 수득한 고분자를 건조시켰다. 1H-NMR (Acetone d6): δ4.53 (s), 5.20 (t). Mn = 8,600, PDI = 1.9, 열분해온도 (Td) = 400 ℃
실시예 8 화학식 (H)로 표시되는 고분자의 제조.
100 mL 삼구 플라스크에 3.0 g (16.12 mmol)의 헥사플로로벤젠과 5.80 g (17.24 mmol)의 2, 2- 비스(4-히드록시페닐)헥사플로로프로판을 넣은 후, 50 mL의 DMAc 용매로 완전히 용해시켰다. 이 반응 플라스크에 6.20 g의 K2CO3 를 첨가한 후 그 결과로 생성된 혼합물을 질소 대기 하에서 80℃ 로 올리고 12 시간 동안 교반 한 후 계속해서 120℃ 로 올리고 12 시간 더 교반한다. 그 후, 0.43 g (2.24 mmol)의 퍼플루오로페닐아세틸렌을 넣고 8 시간 동안 교반한다. 반응 혼합물을 냉각시키고 메탄올/탈이온수 혼합액 중에 침전시킨다. 생성된 고분자를 여과하고, 계속하여 물로 세척하였다. 80℃ 진공 오븐에서 수득한 고분자를 건조시켰다. 1H-NMR (Acetone d6): δ4.53 (s), 7.33 (d), 7.48 (d). Mn = 9,400, PDI = 2.0, 열분해온도 (Td) = 400℃
실시예 9 화학식 (I)로 표시되는 고분자의 제조.
실시예 8에서 반응물로 2. 2- 비스(4-히드록시페닐)헥사플로로프로판 대신에 6.04 g (17.24 mmol)의 9.9-비스(4-히드록시페닐)플로오렌을 사용한 것을 제외하고는 실시예 8과 같다. 1H-NMR (Acetone d6): δ4.53(s). 7.10 (d). 7.27 (d). 7.35 (d). 7.50 (m). 7.90(d). Mn = 9.500. PDI = 2.0. 열분해온도 (Td) = 430 ℃
실시예 10. 화학식 (Ab)로 표시되는 공중합체 고분자의 제조.
100 mL 삼구 플라스크에 5.0 g (14.97 mmol)의 데카플로로바이페닐과 2.90 g (8.0 mmol)의 2.2.3.3.4.4.5.5.6.6.7.7-도데카플로로-1.8-옥탄디올과 그리고 2.69 g (8.0 mmol)의 2, 2- 비스(4-히드록시페닐)헥사플로로프로판을 넣은 후, 60 mL의 DMAc 용매로 완전히 용해시켰다. 이 반응 플라스크에 5.75 g의 K2CO3 를 첨가한 후 그 결과로 생성된 혼합물을 질소 대기 하에서 80℃ 로 가열하고 24 시간 동안 교반한다. 그 후, 0.40 g (2.06 mmol)의 퍼플루오로페닐아세틸렌을 넣고 8시간 동안 교반한다. 반응 혼합물을 냉각시키고 메탄올/탈이온수 혼합액 중에 침전시킨다. 생성된 고분자를 여과하고, 계속하여 물로 세척하였다. 80℃ 진공 오븐에서 수득한 고분자를 건조시켰다. 1H-NMR (Acetone d6): δ4.53 (s), 5.20 (t), 7.30 (d), 7.47(d). Mn = 11,800, PDI = 2.0, 열분해온도 (Td) = 430℃
전술한 바와 같은 반응 조건에 따라, 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-도데카플로로-1,8-옥탄디올과 2, 2- 비스(4-히드록시페닐)헥사플로로프로판의 몰비를 조절하여 다양한 공중합 고분자를 얻는다.
실시예 11. 화학식 (Aa)로 표시되는 공중합체 고분자의 제조.
실시예 10에서 반응물로 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-도데카플로로-1,8-옥탄디올 대신에 2.10 g (8.0 mmol)의 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플로로-1,6-헥산디올을 사용한 것을 제외하고는 실시예 10과 같다. 1H-NMR (Acetone d6): δ4.53 (s), 5.17 (t), 7.30 (d), 7.47(d). Mn = 11,100, PDI = 2.1, 열분해온도 (Td) = 430℃
전술한 바와 같은 반응 조건에 따라, 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플로로-1,6-헥산디올과 2, 2- 비스(4-히드록시페닐)헥사플로로프로판의 몰비를 조절하여 다양한 공중합 고분자를 얻는다.
실시예 12. 화학식 (Ac)로 표시되는 공중합체 고분자의 제조.
100 mL 삼구 플라스크에 5.0 g (14.97 mmol)의 데카플로로바이페닐과 1.43 g (8.0 mmol)의 4,6-디클로로레조신올과 그리고 2.69 g (8.0 mmol)의 2, 2- 비스(4-히드록시페닐)헥사플로로프로판을 넣은 후, 52 mL의 DMAc 용매로 완전히 용해시켰다. 이 반응 플라스크에 5.75 g의 K2CO3 를 첨가한 후 그 결과로 생성된 혼합물을 질소 대기 하에서 80℃ 로 가열하고 24 시간 동안 교반한다. 그 후, 0.40 g (2.06 mmol)의 퍼플루오로페닐아세틸렌을 넣고 8시간 동안 교반한다. 반응 혼합물을 냉각시키고 메탄올/탈이온수 혼합액 중에 침전시킨다. 생성된 고분자를 여과하고, 계속하여 물로 세척하였다. 80℃ 진공 오븐에서 수득한 고분자를 건조시켰다.
1H-NMR (Acetone d6): δ4.53 (s), 6.95 (s), 7.33 (d), 7.49 (d), 7.60 (s). Mn = 9,800, PDI = 1.8, 열분해온도 (Td) = 450℃
전술한 바와 같은 반응 조건에 따라, 4,6-디클로로레조신올과 2, 2- 비스(4-히드록시페닐)헥사플로로프로판의 몰비를 조절하여 다양한 공중합 고분자를 얻는다.
실시예 13. 화학식 (Ad)로 표시되는 공중합체 고분자의 제조.
실시예 12에서 반응물로 4,6-디클로로레조신을 대신에 2.80 g (8.0 mmol)의 9,9-비스(4-히드록시페닐)플로오렌을 사용한 것을 제외하고는 실시예 12와 같다. 1H-NMR (Acetone d6): δ4.53(s), 7.10 (d), 7.27 (d), 7.35 (m), 7.49 (m), 7.90(d). Mn = 12,900, PDI = 2.0, 열분해온도 (Td) = 480 ℃
실시예 14 화학식 (Ae)로 표시되는 공중합체 고분자의 제조.
100 mL 삼구 플라스크에 5.0 g (14.97 mmol)의 데카플로로바이페닐과 2.80 g (8.0 mmol)의 9,9-비스(4-히드록시페닐)플로오렌과 그리고 2.10 g (8.0 mmol)의 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플로로-1,6-헥산디올을 넣은 후, 56 mL의 DMAc 용매로 완전히 용해시켰다. 이 반응 플라스크에 5.75 g의 K2CO3 를 첨가한 후 그 결과로 생성된 혼합물을 질소 대기 하에서 80℃ 로 가열하고 24 시간 동안 교반한다. 그 후, 0.40 g (2.06 mmol)의 퍼플루오로페닐아세틸렌을 넣고 8시간 동안 교반한다. 반응 혼합물을 냉각시키고 메탄올/탈이온수 혼합액 중에 침전시킨다. 생성된 고분자를 여과하고, 계속하여 물로 세척하였다. 80℃ 진공 오븐에서 수득한 고분자를 건조시켰다. 1H-NMR (Acetone d6): δ4.52 (s), 5.16 (t), 7.08 (d), 7.24 (d), 7.32 (t), 7.40 (t), 7.48 (d), 7.90 (d). Mn = 11,200, PDI = 2.2, 열분해온도 (Td) = 450℃
전술한 바와 같은 반응 조건에 따라, 9,9-비스(4-히드록시페닐)플로오렌과 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플로로-1,6-헥산디올의 몰비를 조절하여 다양한 공중합 고분자를 얻는다.
실시예 15 화학식 (Af)로 표시되는 공중합체 고분자의 제조.
실시예 14에서 반응물로 9,9-비스(4-히드록시페닐)플로오렌 대신에 0.88 g (8.0 mmol)의 레조신올을 사용한 것을 제외하고는 실시예 14와 같다. 1H-NMR (Acetone d6): δ4.53 (s), 5.17 (t), 6.6 (m), 7.2 (m). Mn = 9,100. PDI = 2,0, 열분해온도 (Td) = 430℃
실시예 16. 화학식 (Ag)로 표시되는 공중합체 고분자의 제조.
100 mL 삼구 플라스크에 3.0 g (16.12 mmol)의 핵사플로로벤젠과 2.90 g (8.62 mmol)의 2,2- 비스(4-히드록시페닐)헥사플로로프로판과 그리고 2.26 g (8.62 mmol)의 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플로로-1,6-헥산디올을 넣은 후, 58 mL의 DMAc 용매로 완전히 용해시켰다. 이 반응 플라스크에 6.20 g의 K2CO3 를 첨가한 후 그 결과로 생성된 혼합물을 질소 대기 하에서 80℃ 로 올리고 12 시간 동안 교반한 후 계속해서 120℃ 로 올리고 12 시간 더 교반한다. 그 후, 0.43 g (2.24 mmol)의 퍼플루오로페닐아세틸렌을 넣고 8 시간 동안 교반한다. 반응 혼합물을 냉각시키고 메탄올/탈이온수 혼합액 중에 침전시킨다. 생성된 고분자를 여과하고, 계속하여 물로 세척하였다. 80℃ 진공 오븐에서 수득한 고분자를 건조시켰다. 1H-NMR (Acetone d6): δ4.53(s), 5.17 (t), 7.32 (d), 7.48 (d). Mn = 8,600, PDI = 1.9, 열분해온도 (Td) = 430℃
전술한 바와 같은 반응 조건에 따라, 2, 2- 비스(4-히드록시페닐)헥사플로로프로판과 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플로로-1,6-헥산디올의 몰비를 조절하여 다양한 공중합 고분자를 얻는다.
실시예 17. 화학식 (Bb)로 표시되는 화합물의 제조.
100 mL 삼구 플라스크에 5.0 g (13.81 mmol)의 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-도데카플로로-1,8-옥탄디올과 5.31 g (27.62 mmol)의 퍼플루오로페닐아세틸렌을 넣은 후, 58 mL의 DMAc 용매로 완전히 용해시켰다. 이 반응 플라스크에 4.96 g의 K2CO3 를 첨가한 후 그 결과로 생성된 혼합물을 질소 대기 하에서 80℃ 로 가열하고 8 시간동안 교반한다. 반응 혼합물을 냉각시키고 탈이온수와 디에틸에테르를 사용하여 추출한다. 추출된 디에틸에테르층을 마그네시움설페이트를 사용하여 탈수하고 회전증발기로 디에틸에테르를 증발시킨다. 생성된 백색 고체 화합물을 40℃ 진공 오븐에서 건조시켰다. 1H-NMR (Acetone d6): δ3.58(s, 2H), 4.67 (t, 4H). 열분해온도 (Td) = 380℃
실시예 18. 화학식 (Ba)로 표시되는 화합물의 제조.
실시예 17에서 반응물로 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-도데카플로로-1,8-옥탄디올 대신에 3.62 g (13.81 mmol)의 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플로로-1,6-헥산디올을 사용한 것을 제외하고는 실시예 17과 같다. 1H-NMR (Acetone d6): δ3.57(s, 2H), 4.67 (t, 4H) 열분해온도 (Td) = 380℃
실시예 19 화학식 (Bc)로 표시되는 화합물의 제조.
실시예 17에서 반응물로 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-도데카플로로-1,8-옥탄디올 대신에 5.66 g (13.81 mmol)의 퍼플루오로테트라 에틸렌 글리콜을 사용한 것을 제외하고는 실시예 17과 같다. 1H-NMR (Acetone d6): δ3.57(s, 2H), 4.63 (t, 4H). 열분해온도 (Td) = 360℃
실시예 20. 화학식 (Bd)로 표시되는 화합물의 제조.
실시예 17에서 반응물로 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-도데카플로로-1,8-옥탄디올 대신에 4.64 g (13.81 mmol)의 2, 2- 비스(4-히드록시페닐)헥사플로로프로판을 사용한 것을 제외하고는 실시예 17과 같다. 1H-NMR (Acetone d6): δ3.3(s, 2H), 6.8 (d, 4H), 7.1 (d, 4H).
실시예 21. 화학식 (Be)로 표시되는 화합물의 제조.
100 mL 삼구 플라스크에 5.0 g (14.27 mmol)의 9,9-비스(4-히드록시페닐)플로오렌과 5.48 g (28.54 mmol)의 퍼플루오로페닐아세틸렌을 넣은 후, 59 mL의 DMAc 용매로 완전히 용해시켰다. 이 반응 플라스크에 5.13 g의 K2CO3 를 첨가한 후 그 결과로 생성된 혼합물을 질소 대기 하에서 80℃ 로 가열하고 8 시간 동안 교반한다. 반응 혼합물을 냉각시키고 탈이온수와 디에틸에테르를 사용하여 추출한다. 추출된 디에틸에테르층을 마그네시움설페이트를 사용하여 탈수하고 회전증발기로 디에틸에테르를 증발시킨다. 생성된 백색 고체 화합물을 40℃ 진공 오븐에서 건조시켰다. 1H-NMR (Acetone d6): δ3.60(s, 2H), 6.84 (d, 4H), 7.18 (d, 4H), 7.30 (d, 2H), 7.37 (m, 4H), 7.77(d, 2H). 열분해온도 (Td) = 400℃
실시예 22. 화학식 (Ca)로 표시되는 화합물의 제조.
100 mL 삼구 플라스크에 3.0 g (9.79 mmol)의 1,1,1-트리스(4-히드록시페닐)에탄과 5.64 g (29.38 mmol)의 퍼플루오로페닐아세틸렌을 넣은 후, 50 mL의 DMAc 용매로 완전히 용해시켰다. 이 반응 플라스크에 1.57 g의 NaOH를 첨가한 후 그 결과로 생성된 혼합물을 질소 대기 하에서 상온에서 8 시간 동안 교반한다. 반응 혼합물을 탈이온수와 디에틸에테르를 사용하여 추출한다. 추출된 디에틸에테르층을 마그네시움설페이트를 사용하여 탈수하고 회전증발기로 디에틸에테르를 증발시킨다. 생성된 백색 고체 화합물을 40℃ 진공 오븐에서 건조시켰다. 1H-NMR (Acetone d6): δ2.17(s, 3H), 4.49(s, 3H), 7.09(m, 12H). Tm = 128℃ , 열분해온도 (Td) = 400℃
실시예 23 화학식 (Cb)로 표시되는 화합물의 제조.
실시예 22에서 반응물로 1,1,1-트리스(4-히드록시페닐)에탄 대신에 1.23 g (9.79 mmol)의 1,2,4-벤젠트리올을 사용한 것을 제외하고는 실시예 22과 같다. 1H-NMR (Acetone d6): δ3.1(s, 2H), 6.3(s, 3H).
실시예 24. 열경화성 퍼플루오로페닐아세틸렌을 함유한 고분자 용액 제조 및 고분자 박막 제작.
실시예 (1) ∼ (23)에서 제조된 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌를 함유한 화합물, 단일 중합체 및 공중합체를 단독 혹은 상호 혼합하여 10 ∼ 50 중량％로 시클로헥사논 용매에 용해시켰다. 그 결과로 생성된 용액을 0.2 ㎛ 테프론 필터로 여과한다. 다양한 종류의 기판, 바람직하게는 실리콘 웨이퍼 기판 상에서 500 ∼ 5000 rpm의 속도로 스핀 코팅한 후, 열판 (Hot plate) 상에서 90℃ 에서 10분, 150℃ 에서 10분, 210 ∼ 270℃ 에서 2시간 동안 열 경화하여 고분자 박막을 생성하였다. 생성한 박막은 내화학성이 뛰어나고, 분자 구조적인 영향과 낮은 공정온도와 단축된 공정시간으로 인한 열응력(thermal stress)의 완화로 인하여 다층박막 형성시 유기용매에 의해 유발되는 잔류 응력(residual stress)에 의한 결함(stress-induced crack)이 발생하지 않아 다층 박막에 의한 광소자 제작이 용이하다. 아래 표2은 각 성분의 혼합에 따른 경화온도와 경화 후 생성된 고분자 박막의 굴절률를 나타내었다. 굴절률은 1550 nm 파장에서 프리즘 커플러로 측정한 값이다.
표1. 성분 및 성분의 함량에 따른 경화온도와 생성된 고분자의 굴절률.
실시예 25 본 발명의 고분자를 이용한 광소자 제작.
고분자 소자 제작을 위한 기판으로는 일반적으로 실리콘 웨이퍼를 이용할 수 있다. 준비된 기판 위에 광도파로의 하부 클래딩으로서 실리카 층을 형성하거나 또는 본 발명의 코아층 고분자 보다 굴절률이 약 0.3 ∼ 1 ％ 낮은 본 발명의 고분자를 코팅하여 열경화한다. 박막의 형성은 실시예 (24)에 기재된 바와 같은 방법으로 수행하였다. 하부 클래딩층 위에 본 발명의 고분자인 광도파로 코아 물질을 코팅하고 열경화한 후 광도파로의 형성을 위해서 포토마스크를 정렬하고 포토리쏘그라피를 이용하여 광도파로 패턴을 형성시켰다. 다음으로 반응 이온 식각 (Reactive ion etching, RIE) 혹은 유도쌍 플라즈마 (Inductive Coupled Plasma, ICP) 공정을 이용하여 광도파로 중앙 부분을 제외한 지역을 식각한다. 마지막으로 상부 클래딩층용 고분자를 코팅하고 열경화하여 소자를 제작하였다. 절단기(sawer) 및 연마기(polisher)를 각각 사용하여 절단(dicing) 및 연마(polishing)함으로써 광파의 입출력용 소자의 단면(end face)를 형성시킬 수 있었다.
본 발명의 바람직한 구체예에 대하여 상술하였는 바, 당업자는 본 발명이 상기 구체예로 한정되지 않으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 한 다양한 변화, 수정 및 균등물의 치환이 가능하다는 것을 이해할 것이다.
상기한 바와 같이, 분자 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소화합물 및 그를 이용한 광도파로형 광소자는, 기존의 페닐아세틸렌 계열을 사용한 열경화시스템의 단점을 보완하여 분자 말단에 열경화가 가능한 퍼플루오로페닐아세닐렌기를 도입함으로써, 기존의 공정온도(약 270℃)에 비해 공정온도가 무려 30℃이상낮아졌으며, 공정시간이 기존의 4∼6 시간에서 2∼3시간으로 크게 단축된 우수한 특성을 보인다.
또한, 퍼플루오로페닐아세틸렌기로 인한 불소함률의 증가로 물질 고유의 광흡수를 배제함으로써 광전송 손실이 0.3∼0.5dB/cm에서 0.15dB/cm이상 줄어든 0.15∼0.35dB/cm 정도의 저 광전송 손실의 특성을 가질 뿐만 아니라, 복굴절율이 퍼플루오로페닐아세틸렌기가 가지는 분자 구조적인 영향과 낮은 공정온도와 단축된 공정시간으로 인한 열응력(thermal stress)의 완화로 인하여 기존의 0.004∼0.006에 비해 현저히 줄어든 0.002∼0.004 이고, 공중합을 통하여 넓은 범위의 굴절률을 정밀하게 조절할 수 있는 아주 우수한 특성을 보인다.
또한, 분자 구조적인 영향과 낮은 공정온도와 단축된 공정시간으로 인한 열응력(thermal stress)의 완화로 인하여 퍼플루오로페닐아세틸렌 계열을 사용하는 고분자 다층박막의 경우에 기존의 페닐아세틸렌 계열을 사용한 다층박막 형성시 유기용매에 의해 유발되는 잔류 응력(residual stress)에 의한 결함(stress-induced crack)이 발생하지 않는 아주 우수한 효과를 보인다.
도 1은 분자 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 다양한 공중합을 통한 미세 굴절률의 조절을 도시한 것이다.
도 2는 퍼플루오로페닐아세틸렌 계열의 열경화 거동을 비교한 것이다.

Claims (15)

  1. 하기 화학식(1)과 같은 화합물 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소 화합물:
    (화학식1)
    상기 식에서, R은 H 또는 치환 혹은 비치환 페닐기 이고, Z는 O 또는 S이고, RF1과 RF2는 서로 다른 지방족 또는 방향족 기이며, y는 1 ~ 10의 자연수이고, y'은 0 ~ 1의 정수이고, a + b는 0 ~ 200 까지의 정수이고,
    이고,
    B는 없거나 -CO-, -S-, -SO2- 및 -O- 로부터 선택된 하나이며, Hal은 F, Cl, Br 및 I 로부터 선택된 하나이다.
  2. 제 1 항에 있어서, y 및 y'은 1이고, RF1 및 RF2는 서로 다른 -CH2(CF2 )nCH2-, 또는 -CH2CF2O(CF2CF2O)nCF2CH2 -, 또는
    이고,
    여기서, n은 1 ∼ 12의 자연수이고, D는 -C(CF3)2-, -C(CH3)2-, -CO-, -SO2-, -O- 및 -S-로부터 선택된 하나이며, R1 과 R2 는 서로 독립적으로 H, 또는 F, Cl, Br, I 등 할로겐 원소로부터 선택되는 하나이고, m은 1 ∼ 3의 자연수인 것을 특징으로 하는 화합물 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소 화합물.
  3. 제 2 항에 있어서, R은 H이고, Z는 O이고, a는 2 ∼ 50의 자연수이고 b는 0인 것을 특징으로 하는 화합물 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소 화합물.
  4. 제 3 항에 있어서, Ar이 데카플루오로비페닐이고, RF1 이 -CH2(CF2)n CH2- 또는 -CH2CF2O(CF2CF2O)nCF2CH2- 또는 , 또는 인 것을 특징으로 하는 화합물 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소 화합물.
  5. 제 2 항에 있어서, R은 H이고, Z는 O이고, a와 b는 각각 2 이상이며, a + b는 4 ∼ 50 인 것을 특징으로 하는 화합물 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소 화합물.
  6. 제 5 항에 있어서, Ar이 데카플루오로비페닐이고, RF1 및 RF2가 서로 다른 -CH2(CF2)nCH2- 또는 -CH2CF2O(CF2 CF2O)nCF2CH2- 또는 , 또는 인 것을 특징으로 하는 화합물 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소 화합물.
  7. 제 1 항에 있어서 y는 1 ∼ 10의 정수이고 a, b, 및 y'이 0인 것을 특징으로 하는 화합물 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소 화합물.
  8. 제 7 항에 있어서, y가 1이고, RF1은 치환 혹은 비치환 페닐기인 것을 특징으로 하는 화합물 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소 화합물.
  9. 제 7 항에 있어서, y가 2이고, R은 H 이고, Z는 O 이며, RF1은 -CH2(CF2) nCH2-, 또는 -CH2CF2O(CF2CF2O)nCF2CH2 -, 또는
    이고,
    여기서, n은 1 ∼ 12의 자연수이고, D는 -C(CF3)2-, -C(CH3)2-, -CO-, -SO2-, -O- 및 -S-로부터 선택된 하나이며, R1 과 R2 는 서로 독립적으로 H, 또는 F, Cl, Br, I 등 할로겐 원소로부터 선택되는 하나이고, m은 1 - 3의 자연수인 것을 특징으로 하는 화합물 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소 화합물.
  10. 제 9 항에 있어서, RF1 는 -CH2(CF2)nCH2- 또는
    -CH2CF3O(CF2CF2O)nCF2CH2- 또는 , 또는
    인 것을 특징으로 하는 화합물 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소 화합물.
  11. 제 7 항에 있어서, y는 3이고, R은 H 이고, Z는 O 이고, RF1은 방향족 혹은 지방족 기인 것을 특징으로 하는 화합물 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소 화합물.
  12. 제 11 항에 있어서, RF1은 아래 화합물 중의 하나인 것을 특징으로 하는 화합물 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 불소 화합물.
    이고,
    M은 C-CH3, C-CF3, C-CCl3 및 C-CBr3, N, P 및 P=O으로 부터 선택된 하나이다.
  13. 화합물 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 제 1 항 내지 제 12 항의 불소 화합물로부터 선택된 1종 이상의 불소화합물을 용매에 용해시키는 것을 특징으로 하는 고분자 코팅액.
  14. 화합물 말단에 퍼플루오로페닐아세틸렌이 도입된 제 4 항의 불소화합물, 제 6 항의 화합물 및 제 12 항의 불소화합물을 용매에 용해시키는 것을 특징으로 하는 고분자 코팅액.
  15. 평면 기판상에 형성된 하부 클래딩층과, 상기한 하부 클래딩층 상에 형성된 코어층과, 상기한 코어층 상에 형성된 상부 클래딩층을 포함하는 광도파로형 광소자에 있어서, 상기한 코어층 및 클래딩층은 제 1 항 내지 제 12 항의 불소 화합물로부터 선택된 1 종 이상의 불소 화합물을 함유하는 고분자 코팅액 포함하는 것을 특징으로 하는 광도파로형 광소자.
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