KR100720874B1 - 중합체 광 도파로 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

코어층 (core layer), 측면 클레이드층 (cladding layer), 하부 클레이드 및 상부 클레이드층을 갖는 중합체 광 도파로 (optical waveguide)의 제조 방법으로서, 하부 클레이드층 상에 폴리실란 및 유기 과산화물을 함유하는 폴리실란 조성물을 코팅시켜 코어층 및 측면 클레이드층에 해당하는 폴리실란층을 형성하고, 측면 클레이드층에 해당하는 폴리실란층 지역을 자외선 조사에 노출시켜 노출 지역의 굴절율을 노출되지 않은 지역보다 더 낮게하여, 노출 지역이 측면 클레이드층을 구성하고 비노출 지역이 코어층을 구성하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

Description

중합체 광 도파로 및 이의 제조 방법 {METHOD FOR FABRICATION OF POLYMER OPTICAL WAVEGUIDE AND POLYMER OPTICAL WAVEGUIDE}
도 1 은 본 발명에 따른 중합체 광 도파로의 하나의 구현예를 나타내는 단면도이다.
기술분야
본 발명은 중합체 광 도파로의 제조 방법 및 또한 중합체 광 도파로에 관한 것이다.
그 분야의 종래기술
중합체 도파로는 더욱 큰 단면적으로 제공될 수 있고, 간단한 기술 및 저렴한 비용으로 제조될 수 있다. 그런 이점 때문에, 이의 실용적 적용이 기대되어 왔다. 통상적으로, 중합체 도파로는 코어층을 둘러싸는 방식으로 클레이드층을 제공하여 제조된다. 일반적으로, 코어층은 측면 클레이드층에 의해 측면으로 둘러싸이고, 상부 클레이드층 및 하부 클레이드층과 수직으로 접한다. 예를 들면, 상기 코어 및 측면 클레이드층을 위해 폴리실란 화합물을 사용하는 중합체 광 도파로가 제안된다 (일본 공개 특허 제 2002-311263 호).
통상적으로, 단일 모드 (mode)의 광학적 섬유의 사용이 광통신 시스템의 주류가 되어왔다. 이는 단일 모드 광 도파로의 광범위한 연구 및 개발을 야기하였다. 단일 모드의 광 도파로는 유도광의 용이한 조절을 제공하고, 장치를 소형화시키는데 유리하고, 고속 구동에 적합하다.
그러나, 최근 급성장한 다중 매체는 광신호를 사무실 및 가정에 고속으로 전달할 것을 요구한다. 이런 환경 하에서, 비싸지 않은 광학적 부품으로서 다중 모드 광 도파로에 대한 관심이 증가하고 있다.
일반적으로 다중 모드 광 도파로 내의 코어 및 측면 클레이드층은 두께가 두껍기 때문에, 상기 층에 대해 통상적인 중합체 물질을 사용하는 경우에는 측면 클레이드층을 형성함에 있어서 균일한 광표백 (photobleaching)을 달성하지 못하고, 이는 문제가 되어 왔다.
발명의 요약
본 발명의 목적은, 두께가 20 ㎛ 이상인 코어 및 측면 클레이드층을 필요로 하는 다중 모드 중합체 광 도파로인 경우에도, 중합체 광 도파로의 측면 클레이드층을 형성함에 있어서 시간의 단축 및 균일한 광표백을 가능하게 하는 중합체 광 도파로의 제조 방법을 제공하는 것 뿐만 아니라 중합체 광 도파로를 제공하는 것이다.
본 발명의 제조 방법에 따르면, 코어층, 코어층을 측면으로 둘러싸는 측면 클레이드층, 코어층 및 측면 클레이드층의 하부에 위치하는 하부 클레이드층, 및 코어층 및 측면 클레이드층의 상부에 위치하는 상부 클레이드층을 갖는 중합체 광 도파로가 제조된다. 특징적으로, 제조 방법에는 하부 클레이드층 상에 폴리실란 및 유기 과산화물을 함유하는 폴리실란 조성물을 코팅시켜 코어층 및 측면 클레이드층에 해당하는 폴리실란층을 형성하고, 측면 클레이드층에 해당하는 폴리실란층 지역을 자외선 조사에 노출시켜 노출 지역의 굴절율을 노출되지 않은 지역보다 더 낮게하여, 노출 지역이 측면 클레이드층을 구성하고 비노출 지역이 코어층을 구성하도록 하는 단계가 포함된다.
본 발명에서, 폴리실란 및 유기 과산화물을 함유하는 폴리실란 조성물이 코어층 및 측면 클레이드층에 해당하는 폴리실란층을 형성하는데 사용된다. 측면 클레이드층에 해당하는 폴리실란층 지역이 자외선 조사에 노출되는 경우에, 폴리실란 내의 Si-Si 결합이 절단되어 Si-O-Si 결합을 생성하여 노출 지역의 굴절율을 저하시킨다. 유기 과산화물이 포함되어 있기 때문에, 폴리실란층은 산소의 효과적 공급을 보증한다. 상기는 측면 클레이드층의 형성에 있어서 시간 단축 및 균일한 광표백을 가능하게 하고, 두께가 20 ㎛ 인 측면 클레이드층도 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 두께가 20 ㎛ 이상인 코어 및 측면 클레이드 층을 갖는 다중 모드 중합체 광 도파로를 효과적으로 제조할 수 있다.
본 발명의 광 도파로는 다중 모드의 적용에 제한되지 않을 뿐만 아니라 두께 가 20 ㎛ 미만인 코어 및 클레이드층을 갖는 단일 모드 중합체 광 도파로로서도 이용가능하다.
본 발명에 따른 바람직한 구현예에서, 폴리실란 조성물은 30:70 내지 80:20 의 중량비 (분지형 폴리실란 화합물: 실리콘 화합물)로 분지형 폴리실란 화합물 및 실리콘 화합물을 함유하고, 또한 전술한 분지형 폴리실란 화합물 및 실리콘 화합물 100 중량부에 대하여 1 내지 30 중량부의 함량으로 유기 과산화물을 함유한다.
본 발명의 중합체 광 도파로는 코어층, 코어층을 측면으로 둘러싸는 측면 클레이드층, 코어층 및 측면 클레이드층의 하부에 위치하는 하부 클레이드층, 및 코어층 및 측면 클레이드층의 상부에 위치하는 상부 클레이드층을 갖는다. 특징적으로는, 코어 및 측면 클레이드층은 폴리실란 및 유기 과산화물을 함유하는 폴리실란 조성물로 이루어지고, 측면 클레이드 층은 폴리실란 내의 Si-Si 결합을 Si-O-Si 결합으로 전환시키는 자외선 조사에 노출되어 코어층의 것보다 더 낮아진 굴절율을 갖는다.
본 발명의 중합체 광 도파로 내에 혼입된 코어 및 측면 클레이드층이 폴리실란 및 유기 과산화물을 함유하는 조성물로 이루어지기 때문에, 자외선 조사가 측면 클레이드층의 형성에 있어서 광표백을 향상시키면서, 유기 과산화물로부터 폴리실란으로의 산소 공급이 Si-Si 결합의 Si-O-Si 결합으로의 전환을 촉진시킨다. 이런 이유로, 본 발명의 중합체 광 도파로는 통상의 중합체 광 도파로보다 더욱 효과적으로 제조될 수 있다.
본 발명의 중합체 광 도파로는 두께가 20 ㎛ 이상인 코어 및 측면 클레이드 층을 갖는 다중 모드 광 도파로으로 사용하는데 적합할뿐만 아니라, 임의의 제한없이 단일 모드 중합체 광 도파로서의 사용이 가능하다.
본 발명의 폴리실란 조성물은 본 발명의 중합체 광 도파로의 코어 및 측면 클레이트층을 형성하는데 사용된다. 특징적으로, 이는 30:70 내지 80:20 의 중량비로 분지형 폴리실란 화합물 및 실리콘 화합물을 함유하고, 또한, 전술한 분지형 폴리실란 화합물 및 실리콘 화합물의 100 중량부에 대하여 1 내지 30 중량부의 함량으로 유기 과산화물을 함유한다.
본 발명의 폴리실란 조성물의 사용은 두께가 20 ㎛ 이상인 측면 클레이드층을 형성함에 있어서 시간을 단축시키고 균일한 광표백을 가능하게 한다.
바람직한 실시예의 설명
본 발명은 하기에 더욱 상세히 기술된다.
(폴리실란)
선형 및 분지형 폴리실란 중 어느 것이나 본 발명에 사용될 수 있다 하더라도, 분지형 폴리실란이 특히 바람직하게 사용된다. 선형 및 분지형 폴리실란은 그 내부에 포함된 Si 원자의 결합상태에 의해 서로 구별된다. 분지형 폴리실란은 Si 원자에 이웃하는 결합의 수 (결합 수) 가 3 또는 4 인 Si 원자를 함유하는 폴리실란을 지칭한다. 반면에, 선형 폴리실란은 Si 원자에 이웃하는 결합의 수가 2 인 Si 원자를 함유한다. 통상적으로, Si 원자는 원자가가 4 이므로, 폴리실란 내의 Si 원자 중에 3 이하의 결합수를 갖는 Si 원자는, 존재한다면, 탄화수소기, 알콕시기 또는 수소 원자뿐만 아니라 이웃하는 Si 원자에 결합한다. 바람직한 탄화수소기는 할로겐으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10 의 지방족 탄화수소기 또는 탄소수 6 내지 14 의 방향족 탄화수소기이다. 지방족 탄화수소기의 구체적 예에는 메틸, 프로필, 부틸, 헥실, 옥틸, 데실, 트리플루오로프로필 및 노나플루오로헥실기와 같은 사슬 탄화수소기; 및 시클로헥실 및 메틸시클로헥실기와 같은 지환족 탄화수소기가 포함된다. 방향족 탄화수소기의 구체적 예에는 페닐, p-톨릴, 비-페닐 및 안트라실기가 포함된다. 알콕시기는 탄소수 1 내지 8 일 수 있다. 상기 알콕시기의 예에는 메톡시, 에톡시, 페녹시 및 옥틸옥시기가 포함된다. 용이한 합성을 고려하는 경우에는, 메틸 및 페닐기가 이 중 특히 바람직하다. 굴절율은 특정 폴리실란 구조를 적절히 선택하여 조절될 수 있다. 높은 굴절율을 목적하는 경우에는, 디페닐기를 도입할 수 있다. 반면에, 낮은 굴절율을 목적하는 경우에는, 디메틸 함량을 증가시킬 수 있다.
바람직하게는, Si 원자에 이웃하는 3 또는 4 개의 결합을 갖는 Si 원자는 분지형 폴리실란 내에 존재하는 Si 원자 전체 수의 2 % 이상을 구성한다. 2 % 미만으로 상기 Si 원자를 함유하는 분지형 폴리실란 및 선형 폴리실란 모두 매우 결정질이기 때문에, 그와 같은 고도의 결정질 폴리실란을 사용하는 경우에는 필름 내에 미세정자 (microcrystallite) 가 생성되기 쉽다. 이는 광산란을 초래하고 투명도를 저하시킨다.
본 발명에 사용하기 위한 폴리실란은, 나트륨 또는 임의의 다른 알칼리 금속의 존재 하에서, 할로겐화된 실란 화합물을 n-데칸 또는 톨루엔과 같은 유기 용매 내에서 80 ℃ 이상으로 가열할 때 발생하는 중축합 반응에 의해 생성될 수 있다. 다른 적용가능한 합성 방법에는 금속성 마그네슘 및 금속 클로라이드를 사용하는 전해질 중합 방법이 포함된다.
본 발명의 목적 범위 내의 분지형 폴리실란은 오르가노트리할로실란 화합물, 테트라할로실란 화합물 및 디오르가노디할로실란 화합물을 함유하는 할로실란 혼합물의 열적 중축합에 의해 수득될 수 있고, 여기서, 오르가노트리할로실란 및 테트라할로실란 화합물은 할로실란 혼합물의 전체 함량에 대하여 2 몰 % 이상의 함량으로 존재한다. 여기서, 오르가노트리할로실란 화합물은 Si 원자에 이웃하는 결합의 수가 3 인 Si 원자의 공급원을 제공하고, 테트라-할로실란 화합물은 Si 원자에 이웃하는 결합 수가 4 인 Si 원자의 공급원을 제공한다. 망상 구조 (network structure)는 규소에 대한 자외선 흡수 스펙트럼 또는 핵 자기 공명 스펙트럼의 측정에 의해 확인될 수 있다.
바람직하게는, 폴리실란의 원료로서 사용하기 위한, 전술한 오르가노트리할로실란 화합물, 테트라할로실란 화합물 및 디오르가노디할로실란 화합물 내의 각 할로겐 원자는 모두 염소 원자이다. 할로겐 원자이외에, 오르가노트릴할로실란 및 디오르가노디할로실란 화합물은 치환기를 가질 수 있고, 이의 예에는 전술한 탄화수소 및 알콕시기, 및 수소 원자가 포함된다.
분지형 폴리실란은, 이것이 유기 용매에 가용성이고, 투명 필름을 형성하기 위해 피복될 수 있는 한, 형태가 특별히 명시되지 않는다. 상기 유기 용매는 바람직하게는 탄소수 5 내지 12 의 탄화수소, 할로겐화된 탄화수소 및 에테르이다.
탄화수소계 유기 용매의 예에는 펜탄, 헥산, 헵탄, 시클로헥산, n-데칸, n-도데칸, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 및 메톡시벤젠이 포함된다. 할로겐화된 탄화수소계 유기 용매의 예에는 사염화탄소, 클로로포름, 1,2-디클로로에탄, 디클로로-메탄 및 클로로벤젠이 포함된다. 에테르계 유기 용매의 예에는 디에틸 에테르, 디부틸 에테르 및 테트라-히드로퓨란이 포함된다.
더욱 높은 분지 계수 (branching coefficient)를 갖는 분지형 폴리실란을 사용할수록 더욱 높은 광투과율이 수득되나, 단, 이는 2 % 이상의 분지 계수를 갖는다. 중수소화되고, 부분적 또는 전체적으로 할로겐화된, 특히 불소화된 분지형 폴리실란이 또한 사용될 수 있다. 따라서, 분지형 폴리실란은, 적절하게 선택되는 경우, 특정 파장에서 빛의 흡수를 억제하고, 넓은 파장 영역에 걸쳐 높은 광투과도를 나타내고, 자외선 조사에 노출시 굴절율이 매우 민감하고 정확하게 변할 수 있도록 하고, 수득한 굴절율의 열 안정성을 향상시킨다.
(실리콘 화합물)
본 발명에 사용하기 위한 실리콘 화합물의 구체적 예는 하기 화학식으로 제시된다:
Figure 112004019341163-pat00001
(식 중, R1 내지 R12 는 할로겐 또는 글리시딜옥시기로 치환되거나 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10 의 지방족 탄화수소기, 탄소수 6 내지 12 의 방향족 탄화수소기 및 탄소수 1 내지 8 의 알콕시기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고; 이는 서로 동일하거나 상이할 수 있고; 독립적으로, a, b, c 및 d 는 0 을 포함하는, a + b + c + d ≥1 을 만족하는 정수이다).
더욱 구체적으로는, 상기 규소 화합물은, 예를 들면, 하나 이상의 다른 보충 성분의 존재 또는 부재 하에, 소위 D-구조라 불리는 2 개의 유기 치환기를 갖는 디클로로실란과 소위 T-구조라 불리는 하나의 유기 치환기를 갖는 트리클로로실란의 가수분해적 축합으로부터 생성된다.
실리콘 화합물 내로 도입하기 위한 지방족 탄화수소기의 구체적 예에는 메틸, 프로필, 부틸, 헥실, 옥틸, 데실, 트리플루오로프로필 및 글리시딜옥시프로필기와 같은 사슬 지방족 탄화수소기; 및 시클로헥실 및 메틸-시클로헥실기와 같은 지환족 탄화수소기가 포함된다. 방향족 탄화수소기의 구체적 예에는 페닐, p-톨릴 및 비페닐기가 포함된다. 알콕시기의 구체적 예에는 메톡시, 에톡시, 페녹시, 옥틸옥시 및 ter-부톡시기가 포함된다.
실리콘 화합물이 사용된 폴리실란 및 유기 용매와 상용성이고 함께 투명한 필름을 제공하는 한, 전술한 R1 내지 R12 의 형태 및 a, b, c 및 d 의 값은 특별히 중요하지 않고, 따라서, 특별히 명시하지 않는다. 상용성이 관건인 경우에, 실리콘 화합물은 바람직하게는 사용된 폴리실란 내에 함유된 것과 동일한 탄화수소기를 갖는다. 예를 들면, 페닐메틸계 폴리실란이 사용된 경우에, 페닐메틸- 또는 디페닐계 실리콘 화합물이 바람직하게 사용된다. R1 내지 R12 중 2 개 이상이 탄소수 1 내지 8 의 알콕시기인 실리콘 화합물과 같이, 분자 내에서 2 개 이상의 알콕시기를 갖는 실리콘 화합물이 가교제로서 작용한다. 상기 실리콘 화합물의 예에는 메틸페닐메톡시 실리콘 및 페닐메톡시 실리콘이 포함되고, 각각은 15 내지 35 중량% 의 알콕시기 함량을 갖는다.
본 발명에 사용하기 위한 실리콘 화합물은 바람직하게는 10,000 이하, 더욱 바람직하게는 3,000 이하의 분자량을 갖는다.
또한, 중수소화되고 부분적 또는 전체적으로 할로겐화된, 특히 불소화된 실리콘 화합물이 사용될 수 있다. 따라서, 적절하게 선택되는 경우에, 실리콘 화합물은 특정 파장에서 빛의 흡수를 억제하고, 넓은 파장 영역에 걸쳐 높은 광투과도를 나타내고, 자외선 조사에 노출시 굴절율이 매우 민감하고 정확하게 변할 수 있도록 하고, 수득한 굴절율의 열 안정성을 향상시킨다.
(유기 과산화물)
본 발명에 사용하기 위한 유기 과산화물은 사용된 폴리실란의 Si-Si 결합 내로 산소를 효과적으로 주입할 수 있는 한 형태가 특별히 명시되지는 않는다. 유기 과산화물은 퍼옥시 에스테르 형태일 수 있다. 벤조페논 함유 유기 과산화물이 바람직하게 사용된다. 퍼옥시 에스테르의 통상적인 예는 3,3',4,4'-테트라(t- 부틸 퍼옥시 카르보닐) 벤조페논 (이하, "BTTB" 로 지칭됨)이다.
(폴리실란 조성물)
본 발명에서 폴리실란 및 유기 과산화물을 함유하는 폴리실란 조성물이 사용되어 코어층 및 측면 클레이드층에 해당하는 폴리실란층을 형성한다. 전술한 바와 같이, 폴리실란 조성물은 분지형 폴리실란 화합물, 실리콘 화합물 및 유기 과산화물을 함유할 수 있다.
폴리실란이 분지형 폴리실란 화합물 형태로 사용되는 경우에, 분지형 폴리실란 화합물 및 실리콘 화합물은 바람직하게는 30:70 내지 80:20 (분지형 폴리실란 화합물 : 실리콘 화합물)의 중량비로 배합된다. 분지형 폴리실란 화합물이 명시된 범위 미만일 경우에는, 경화가 불충분해질 수 있다. 반면에, 명시된 범위를 초과하는 경우에는, 부서질 수 있다.
유기 과산화물은 분지형 폴리실란 화합물 및 실리콘 화합물의 100 중량부에 대하여 바람직하게는 1 내지 30 중량부, 더욱 바람직하게는 5 내지 20 중량부로 첨가된다. 유기 과산화물의 함량이 명시된 범위를 훨씬 밑도는 경우에는, 측면 클레이드층을 형성함에 있어서 시간을 단축시키고 균일한 광표백을 가능하게 하는 본 발명의 효과가 충분히 수득되지 못할 수 있다. 과도하게 클 경우에는, 생성된 도파로의 광학적 전파 (optical propagation) 손실이 커질 수 있다.
본 발명에서, 폴리실란 조성물은 일반적으로 폴리실란을 용해시킬 수 있는 용매 중 묽은 용액의 형태로 공급된다. 적당한 용매에는 벤젠, 톨루엔, 자일렌 및 메톡시벤젠과 같은 방향족 탄화수소; 테트라히드로퓨란 및 디부틸 에테르와 같은 에테르 용매가 포함된다. 바람직하게는, 용매는 폴리실란 농도가 20 내지 90 중량% 의 범위 이내가 되도록 사용된다.
(제조 방법)
도 1 은 본 발명에 따른 중합체 광 도파로의 하나의 구현예를 나타내는 단면도이다.
도 1 에 제시된 바와 같이, 기판 1 은 하부 클레이드층 2 의 아래에 위치한다. 코어층 3a 및 측면 클레이드층 3b 는 하부 클레이드층 2 의 위에 위치한다. 코어층 3a 는 종이 표면에 수직으로 확장한다. 측면 클레이드층 3b 는 코어층 3a 를 측면으로 둘러싼다. 상부 클레이드층 4 는 코어층 3a 및 측면 클레이드층 3b 위에 위치한다.
폴리실란 조성물은 하부 클레이드층 2 상으로 피복되어 전술한 코어층 3a 및 측면 클레이드층 3b 에 해당하는 폴리실란층 3 을 형성한다.
이후에, 측면 클레이드층 3b 에 해당하는 폴리실란층 3 의 지역을 자외선 조사에 노출시켜 광표백시킨다. 자외선 조사에의 노출 시, 폴리실란의 Si-Si 결 합이 절단된다. 유기 과산화물로부터 절단된 부위로의 후속적인 산소 도입은 Si-O-Si 결합이 형성되게 한다. 결합 형태의 변화에 기인하여, 폴리실란층의 UV 노출 부위는 측면 클레이드층 3 을 구성하는 비노출 부위보다 굴절율이 더 낮게 된다. 바람직하게는, 자외선 조사는 250 내지 400 nm 범위의 파장을 갖는다. 방사량은 폴리실란층의 두께 ㎛ 당 바람직하게는 0.1 내지 10 J/cm2, 더욱 바람직하게는, 0.1 내지 1 J/cm2 이다.
바람직하게는, 피복된 폴리실란은 80 내지 150 ℃ 의 온도에서 예비 베이킹 (baking)된다. 자외선 조사에 노출된 후에, 폴리실란층은 바람직하게는 300 ℃ 이상, 더욱 바람직하게는 300 ℃ 내지 500 ℃ 의 온도에서 열처리된다. 상기 열처리는 폴리실란의 측쇄 상의 유기 치환기를 분해시켜 무기성이 되게 하고, 근적외선 지역에서 C-H 흡수의 감소를 초래한다. 따라서, 생성된 광 도파로의 손실은 0.1 dB 이하로 감소될 수 있다.
다중 모드 중합체 광 도파로 적용에서, 코어층 3a 및 측면 클레이드층 3b 는 바람직하게는 20 ㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 20 내지 100 ㎛ 의 두께를 형성한다.
전술한 바와 같이, 광표백은 코어층 3a 보다 굴절율이 더 낮은 측면 클레이드층 3b 를 형성한다. 다중 모드 중합체 광 도파로 적용에서, 코어층 3a 와 측면 클레이드층 3b 간의 굴절율 차는 약 1 내지 2 % 내로 유지된다. 바람직하게는, 상기 차이는 단일 모드 중합체 광 도파로 적용에서는 약 0.3 내지 0.8 % 이내로 유지된다.
하부 클레이드층 2 및 상부 클레이드층 4 는 상기가 코어층 3a 의 것보다 더욱 낮은 굴절율을 갖는다면 충분할 것이다. 굴절 지수 차에 대하여는, 바람직하게는, 측면 클레이드층 3b 의 경우가 참고가 될 수 있다.
본 발명에서, 폴리실란 조성물은 또한 하부 클레이드층 2 및 상부 클레이드층 4 를 형성하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 폴리실란 조성물 내의 분지형 폴리실란 화합물 대 실리콘 화합물의 비는, 피복된 경우, 조성물이 코어층 3a 보다 굴절율이 더 낮은 하부 클레이드층 2 및 상부 클레이드층 4 모두를 형성하도록 변화될 수 있다.
본 발명에서, 코어층 3a 보다 더 낮은 굴질 지수를 갖는 기판이 또한 하부 클레이드층 2 를 구성하는데 사용될 수 있다.
하기의 합성예 및 실시예는 본 발명의 실시를 더욱 구체적으로 설명하나 이에 국한시키려는 의도는 아니다.
(폴리실란의 합성예)
400 ml 의 톨루엔 및 13.3 g 의 나트륨을 교반기가 장착된 1,000 ml 의 플라스크에 부었다. 플라스크 내용물을 자외선이 차단된 황색 방 (yellow room)에서 111 ℃ 로 가열하였고, 고속으로 교반하여 톨루엔 중 나트륨의 미세 분산을 제공하였다. 42.1 g 의 페닐메틸디클로로실란 및 4.1 g 의 테트라클로로실란을 분산액에 첨가하고, 이어서, 이를 3 시간 동안 교반하여 중합을 유효하게 했다. 이후에, 에탄올을 반응 혼합물에 첨가하고, 과량의 나트륨으로 비활성화시켰다. 이어서, 물로 세척하고, 분리된 유기층을 에탄올 내에 도입시켜 폴리실란을 침전시 켰다. 생성된 미정제 (crude) 폴리실란을 3 회 재침전시켜 중량 평균 분자량이 11,600 인 분지형 폴리메틸페닐실란을 수득하였다.
(실시예 1)
하기 방법을 사용하여 도 1 에 제시된 구조를 갖는 중합체 광 도파로를 제조하였다.
상기 합성예에서 수득된 25.0 중량부의 분지형 폴리메틸-페닐실란 및 75 중량부의 메톡시 함유 페닐메틸실리콘 수지 (품명 "DC-3037", Dow Corning Corp. 사제)를 톨루엔에 용해시켜 폴리실란 조성물 (67 중량% 의 고체 함량)을 제공하였다. 상기 조성물을 규소 웨이퍼 (wafer) 기판 상으로 스핀 코팅 (spin coating)시킨 후에 370 ℃ 에서 베이킹시켜 20 ㎛ 의 두께의 하부 클레이드층을 형성하였다.
후속적으로, 상기 합성에서 수득된 47.5 중량부의 분지형 폴리메틸페닐실란, 47.5 중량부의 메톡시 함유 페닐메틸실리콘 수지 및 5.0 중량부의 BTTB 를 톨루엔 내로 용해시켜 폴리실란 조성물 (60 중량% 의 고체 함량)을 제공하였다. 상기 조성물을 상부 클레이드층 상으로 스핀 코팅시키고, 이어서, 120 ℃ 에서 베이킹시켜 20 ㎛ 두께의 폴리실란층을 형성하였다. 폴리실란층을 코어층에 해당하는 지역 위에 위치한 광마스크 (photomask)를 통하여 자외선 조사에 노출시켰다. 자외선 조사는 파장 300 nm, 방사 에너지 13 mJ/cm2 의 자외선 조사를 사용하여 수행되었다. 이후에, 포스트베이킹 (postbaking)을 370 ℃ 에서 수행하였다.
상기 방법에 의해서, 측면 클레이드층에 해당하는 지역이 광표백되고 굴절율이 저하되어 측면 클레이드층을 구성하였다.
이어서, 상부 클레이드층을 형성하는데 사용된 방법에 따라 코어층 및 측면 클레이드층 상에 두께 20 ㎛ 인 상부 클레이드층을 형성하였다.
(실시예 2)
각각의 폴리실란 조성물을 두께가 50 ㎛ 인 하부 클레이드층, 두께가 50 ㎛ 인 코어 및 측면 클레이드층 및 두께가 50 ㎛ 인 상부 클레이드층으로 형성한 것을 제외하고 실시예 1 의 방법에 따라 중합체 광 도파로를 제조하였다.
(비교예 1)
50.0 중량부의 분지형 폴리메틸페닐실란 및 50.0 중량부의 메톡시 함유 페닐-메틸실리콘 수지를 톨루엔에 용해시켜 코어층 및 측면 클레이드층을 형성하는데 사용하기 위한 폴리실란 조성물 (60 중량% 의 고체 함량)을 제공하였다. 그 외에는, 실시예 1 의 방법에 따라 중합체 광 도파로를 제조하였다.
(비교예 2)
비교예 1 에서와 동일한 폴리실란 조성물을 사용하여 코어층 및 측면 클레이드층을 형성하였다. 그 외에는, 실시예 2 의 방법에 따라 중합체 광 도파로를 제작하였다.
(노출 시간)
상기 실시예 1 및 2, 및 비교예 1 및 2 에서, 각 폴리실란층 구획을, 그 지역이 광표백되어 측면 클레이드층을 형성할 때 관찰하였다. 자외선 조사가 측면 클레이드층의 바닥에 도착하는데 걸리는 시간을 측정하였다. 구체적으로, 일정 기간 동안 자외선 조사에 노출시킨 후에, 폴리실란층을 370 ℃ 에서 포스트베이킹시켰다. 자외선의 도착 여부는 코어층 3a 와 측면 클레이드층 3b 간의 경계가 하부 클레이드층 2 의 상층에까지 확장되는지 여부로 판단되었다.
상기와 같은 방식으로 측정된 노출 시간을 하기에 제공한다.
실시예 1: 15 분
실시예 2: 30 분
비교예 1: 3 시간
비교예 2: 5 시간 초과
비교예 2 에 대하여, "5 시간 초과" 는 코어층 3a 와 측면 클레이드층 3b 간의 경계가 5 시간의 자외선 조사 후에도 하부 클레이드층 2 의 상층으로 확장되지 못한 것을 의미한다.
(NFP 평가)
실시예 1 및 2, 및 비교예 1 에서 수득된 각각의 중합체 광 도파로를 다이싱 소 (dicing saw)로 절단하여 길이 5 cm 의 선형 광 도파로를 제공하였다. 선형 광 도파로에 대하여, 근접장 (near-field) 패턴 (NFP)을 650 nm 의 파장에서 빛의 투과 형태로 관찰하였다.
실시예 1 및 2, 및 비교예 1 의 중합체 광 도파로를 상기 명시한 노출 시간 동안 자외선 조사에 노출시켜 제조하였다: 실시예 1 에서 15 분, 실시예 2 에서 30 분, 및 비교예 1 에서 3 시간.
실시예 1 및 2 의 광 도파로에 대하여, 코어층만 밝게 된 명백한 패턴이 관 찰되었다. 반면에, 비교예 1 의 광 도파로에 대하여는, 코어층으로부터 빛이 누출되어 불분명한 패턴이 관찰되었다.
(광학적 전파 손실 평가)
상기와 같이 제조된 선형 도파로를 사용하여, 실시예 1 및 2, 및 비교예 1 의 중합체 광 도파로를 850 nm 의 파장에서의 빛의 전파 손실에 대하여 측정하였다. 측정 결과를 하기에 제공한다.
실시예 1: 0.1 dB/cm
실시예 2: 0.4 dB/cm
비교예 1: 측정 불가능
본 발명은, 두께가 20 ㎛ 이상인 코어 및 측면 클레이드층을 필요로 하는 다중 모드 중합체 광 도파로인 경우에도, 중합체 광 도파로의 측면 클레이드층을 형성함에 있어서, 시간을 단축시키고 균일하게 광표백시킬 수 있다. 따라서, 중합체 광 도파로가 효과적으로 제조될 수 있다.

Claims (7)

  1. 하기의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 코어층, 코어층을 측면으로 둘러싸는 측면 클레이드층, 코어층 및 측면 클레이드층의 아래에 위치하는 하부 클레이드층, 및 코어층 및 측면 클레이드층의 위에 위치하는 상부 클레이드층을 갖는 중합체 광 도파로의 제조 방법:
    상기 하부 클레이드층 상에 폴리실란 및 유기 과산화물을 함유하는 폴리실란 조성물을 코팅시켜 코어층 및 측면 클레이드층에 해당하는 폴리실란층을 형성하는 제1 단계; 및
    측면 클레이드층에 해당하는 상기 폴리실란층 지역을 자외선 조사에 노출시켜 노출 지역의 굴절율을 노출되지 않은 지역보다 더 낮게하여, 노출 지역이 측면 클레이드층을 구성하고 비노출 지역이 코어층을 구성하도록 하는 제2 단계.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리실란 조성물이 분지형 폴리실란 화합물 대비 실리콘 화합물을 30:70 내지 80:20 의 중량비로 함유하고, 또한 분지형 폴리실란 화합물 및 실리콘 화합물 100 중량부에 대하여 1 내지 30 중량부의 함량으로 상기 유기 과산화물을 함유하는 것을 특징으로 하는 중합체 광 도파로의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 유기 과산화물이 벤조페논기를 갖는 것을 특징으로 하는 중합체 광 도파로의 제조 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 코어층 및 측면 클레이드층이 두께가 20 내지 100 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 중합체 광 도파로의 제조 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광 도파로가 다중 모드 (mode) 광 도파로인 것을 특징으로 하는 중합체 광 도파로의 제조 방법.
  6. 코어층, 코어층을 측면으로 둘러싸는 측면 클레이드층, 코어층 및 측면 클레이드층의 아래에 위치하는 하부 클레이드층, 및 코어층 및 측면 클레이드층의 위에 위치하는 상부 클레이드층을 포함하는 중합체 광 도파로에 있어서, 상기 코어층 및 측면 클레이드층이 폴리실란 및 유기 과산화물을 함유하는 폴리실란 조성물로 이루어지고, 측면 클레이드층이 폴리실란 내의 Si-Si 결합을 Si-O-Si 결합으로 전환시키는 자외선 조사에 노출되어 코어층의 것보다 더 낮게된 굴절율을 갖는 것을 특징으로 하는 중합체 광 도파로.
  7. 코어층, 코어층을 측면으로 둘러싼 측면 클레이드층, 코어층 및 측면 클레이드층의 아래에 위치한 하부 클레이드층, 및 코어층 및 측면 클레이드층의 위에 위치한 상부 클레이드층을 포함하는 중합체 광 도파로의 상기 코어층 및 상기 측면 클레이드층의 제조에 사용하기 위한 폴리실란 조성물에 있어서, 분지형 폴리실란 화합물 대비 실리콘 화합물을 30:70 내지 80:20 의 중량비로 함유하고, 또한 상기 분지형 폴리실란 화합물 및 실리콘 화합물 100 중량부에 대하여 1 내지 30 중량부의 함량으로 유기 과산화물을 함유하는 것을 특징으로 하는 폴리실란 조성물.
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