KR101049710B1 - 광 도파로의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

과제
종래부터 코어 상에 경화성 액상 수지를 도포하고, 액상 수지를 자외선 혹은 열에 의해 경화시켜 오버 클래드층을 형성하는 제조 방법이 알려져 있다. 종래의 제조 방법은, 오버 클래드층이 얇을 때에는 생산성이 양호하지만, 오버 클래드층이 두꺼울 때 (500 ㎛ 이상) 에는 코어 주변에 기포가 부착되기 때문에, 품질이 양호한 오버 클래드층이 얻어지지 않는다.
해결 수단
언더 클래드층 상에 액상 수지를 적하하여 액상 수지 덩어리를 형성하는 공정 A 와, 액상 수지 덩어리에 몰드를 가압하여 언더 클래드층 상에 도포 확산시켜 코어를 덮는 액상 수지층을 형성하는 공정 B 와, 액상 수지층을 경화시킨 후, 몰드를 박리하는 공정 C 를 포함하며, 적하하는 액상 수지의 점도가 500 m㎩ㆍs ∼ 2000 m㎩ㆍs 이고, 액상 수지의 도포 확산 속도가 10 ㎜/s ∼ 50 ㎜/s 이다.

Description

광 도파로의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING OPTICAL WAVEGUIDE}

본 발명은 광 전송 효율이 높은 광 도파로의 제조 방법에 관한 것이다.

종래부터 코어 상에 경화성 액상 수지를 도포하고, 그 액상 수지를 자외선 혹은 열에 의해 경화시켜 오버 클래드층을 형성하는 제조 방법이 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1).

종래의 제조 방법에서는, 오버 클래드층이 얇을 때에는 저점도 액상 수지를 사용하고, 두꺼울 때에는 고점도 액상 수지를 사용한다. 오버 클래드층이 얇다는 것은, 전형적으로는 오버 클래드층의 두께가 100 ㎛ 미만인 것을 말한다. 오버 클래드층이 두껍다는 것은, 전형적으로는 오버 클래드층의 최대 두께 (가장 두께가 큰 부분의 두께) 가 500 ㎛ 이상인 것을 말한다.

종래의 제조 방법은 오버 클래드층이 얇을 때에는 생산성이 양호하지만, 두꺼울 때에는 생산성이 나쁘다. 그 이유는, 오버 클래드층이 두꺼울 때에는 고점도 액상 수지를 사용하기 때문에, 코어 주변에 기포가 부착되어 광 도파로의 광 전송 효율이 낮아지기 때문이다.

종래의 제조 방법에서도 저점도 액상 수지를 사용하면, 기포가 적은 오버 클래드층이 얻어진다. 그러나, 이 경우에는 두꺼운 오버 클래드층을 얻기 어렵다.

[특허문헌 1] 일본 공개특허공보 2002-31732호

종래부터 코어 상에 경화성 액상 수지를 도포하고, 그 액상 수지를 자외선 혹은 열에 의해 경화시켜 오버 클래드층을 형성하는 제조 방법이 알려져 있다.

종래의 제조 방법은, 오버 클래드층이 얇을 때에는 생산성이 양호하다. 그러나, 오버 클래드층이 두꺼울 때에는 고점도 액상 수지를 사용하기 때문에 코어 주변에 기포가 부착되기 쉬워, 품질이 양호한 오버 클래드층이 얻어지기 어렵다.

본 발명의 요지는, 이하와 같다.

(1) 본 발명의 제조 방법은, 언더 클래드층과, 언더 클래드층 상에 형성된 코어와, 코어를 덮도록 언더 클래드층 상에 형성된, 최대 두께 500 ㎛ 이상의 수지 경화층으로 이루어지는 오버 클래드층을 갖는 광 도파로의 제조 방법이다. 본 발명의 제조 방법은, 언더 클래드층 상에 오버 클래드층을 형성할 수 있는 경화성 액상 수지를 적하하여 액상 수지 덩어리를 형성하는 공정 A 와, 액상 수지 덩어리에 몰드를 가압하여 액상 수지를 언더 클래드층 상에 도포 확산시켜 코어를 덮는 액상 수지층을 형성하는 공정 B 와, 액상 수지층을 경화시키고, 그 후에 몰드를 박리하는 공정 C 를 포함한다. 본 발명의 제조 방법은, 공정 A 에서 적하하는 액상 수지의 점도가 500 m㎩ㆍs ∼ 2000 m㎩ㆍs 이고, 공정 B 에서 액상 수지의 도포 확산 속도가 10 ㎜/s ∼ 50 ㎜/s 이다.

(2) 본 발명의 제조 방법은, 오버 클래드층을 형성할 수 있는 경화성 액상 수지가 자외선 경화 수지이다.

본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 적하하는 액상 수지의 점도와 도포 확산 속도가 각각 특정 범위일 때, 코어 주변의 기포를 용이하게 제거할 수 있어, 광 전송 효율이 우수한 광 도파로가 얻어진다는 것을 알아냈다.

오버 클래드층의 최대 두께를 500 ㎛ 이상으로 하기 위해, 적하하는 액상 수지의 점도가 500 m㎩ㆍs ∼ 2000 m㎩ㆍs 인 것이 바람직하다. 액상 수지의 점도가 500 m㎩ㆍs 보다 낮으면, 오버 클래드층의 최대 두께가 500 ㎛ 에 달하지 않는 경우가 있다. 액상 수지의 점도가 2000 m㎩ㆍs 를 초과하면, 코어 주변에 부착되는 기포를 제거하기 어려워진다.

액상 수지의 점도가 상기 범위에 있을 때, 코어 주변에 부착되는 기포를 제거하기 위해 액상 수지의 도포 확산 속도를 10 ㎜/s ∼ 50 ㎜/s 로 하는 것이 바람직하다. 이 도포 확산 속도는, 액상 수지가 자연스럽게 도포 확산되는 속도보다 빠르다. 액상 수지에 몰드를 적당한 압력으로 가압함으로써 이 범위의 도포 확산 속도를 얻을 수 있다.

액상 수지의 점도를 500 m㎩ㆍs ∼ 2000 m㎩ㆍs 로 하고, 도포 확산 속도를 10 ㎜/s ∼ 50 ㎜/s 로 함으로써 몰드가 닫히기 전에 기포를 제거할 수 있다. 이로써, 광 전송 효율이 우수한 광 도파로를 얻을 수 있다.

본 발명의 제조 방법에 의하면, 기포가 코어 주변에 부착되지 않고, 또한 최대 두께가 500 ㎛ 이상인 오버 클래드층을 얻을 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 광 도파로는, 코어의 광 전송 효율이 종래의 것과 비교하여, 예를 들어 60 ％ 이상 높다.

도 1 은 본 발명의 제조 공정을 나타내는 모식도.
도 2 는 본 발명의 제조 방법에 의한 광 도파로의 모식도.
도 3 은 본 발명의 제조 방법에 의한 광 도파로를 사용한 좌표 입력 장치의 모식도.

［본 발명의 제조 방법］

본 발명의 제조 방법은, (가) 언더 클래드층과, (나) 언더 클래드층 상에 형성된 코어와, (다) 코어를 덮도록 언더 클래드층 상에 형성된 최대 두께 500 ㎛ 이상의 수지 경화층으로 이루어지는 오버 클래드층을 갖는 광 도파로의 제조 방법이다.

본 발명의 제조 방법은, 후술하는 공정 A ∼ 공정 C 를 이 순서로 포함한다. 각 공정 간에는 임의의 공정을 포함하고 있어도 된다.

본 명세서에 있어서, 오버 클래드층의 최대 두께란 오버 클래드층의 두께가 균일한 경우에는 그 두께를 말한다. 또, 오버 클래드층의 두께가 장소에 따라 상이한 경우에는 가장 두꺼운 부분의 두께를 말한다. 이하, 도 1 을 참조하면서 각 공정을 설명한다.

［공정 A］

도 1(a) 는 공정 A 를 실시하기 직전의 언더 클래드층 (11) 과 코어 (12) 이다.

본 발명의 제조 방법 중 공정 A 는, 도 1(b), 도 1(c) 에 나타내는 바와 같이, 언더 클래드층 (11) 상에 오버 클래드층 (13) 을 형성할 수 있는 경화성 액상 수지 (14) 를 적하 노즐 (15) 로부터 적하하여 액상 수지 덩어리 (16) 를 형성하는 공정이다.

언더 클래드층 (11) 은 코어 (12) 보다 굴절률이 낮은 임의의 재료로 형성된다. 언더 클래드층 (11) 은, 후술하는 오버 클래드층 (13) 과 동일 재료로 형성되어 있어도 된다. 언더 클래드층 (11) 의 두께는, 예를 들어 10 ㎛ ∼ 100 ㎛ 이다.

오버 클래드층 (13) 을 형성하기 위한 경화성 액상 수지 (14) 로는, 대표적으로는 촉매 작용, 가열, 광 조사 등의 에너지에 의해 불용 불융화 또는 난용 난융화되는 것이 사용된다.

액상 수지 (14) 는, 바람직하게는 자외선 경화 수지이다. 자외선 경화 수지는 통상적으로 광화학적 작용에 의해 중합되는 광중합성 프레폴리머를 함유하며, 임의로 반응성 희석제, 광중합 개시제, 용제, 레벨링제 등을 함유한다.

액상 수지 (14) 의 점도는, 오버 클래드층 (13) 의 최대 두께를 500 ㎛ 이상으로 하기 위해 500 m㎩ㆍs ∼ 2000 m㎩ㆍs 인 것이 바람직하다. 액상 수지 (14) 의 점도는, 더욱 바람직하게는 800 m㎩ㆍs ∼ 1500 m㎩ㆍs 이다. 액상 수지 (14) 의 점도는, 예를 들어 용매로 액상 수지 (14) 를 희석시킴으로써 적절히 조정할 수 있다.

액상 수지 (14) 는, 예를 들어 적하 노즐 (15) 을 사용하여 적하할 수 있다. 액상 수지 (14) 의 적하량은 광 도파로 (10) 의 면적에 따라 적절히 설정된다. 액상 수지 (14) 를 적하하여 얻어지는 액상 수지 덩어리 (16) 의 형상은, 액상 수지의 점도나 틱소성에 따라 자연스럽게 형성된다. 액상 수지 덩어리 (16) 는, 언더 클래드층 (11) 상에 복수 개 형성되어도 된다.

［공정 B］

본 발명의 제조 방법 중의 공정 B 는, 도 1(d) 에 나타내는 바와 같이, 공정 A 에 의해 얻어진 액상 수지 덩어리 (16) 에 몰드 (17) 를 가압하여 액상 수지 덩어리 (16) 를 언더 클래드층 (11) 상에 도포하면서 확산시켜 코어 (12) 를 덮는 액상 수지층 (18) 을 형성하는 공정이다. 공정 B 에서 코어 (12) 주변에 부착된 기포 (19) 를 효율적으로 제거하기 위해, 액상 수지 덩어리 (16) 가 10 ㎜/s ∼ 50 ㎜/s 의 속도로 도포 확산되도록 몰드 (17) 를 가압한다. 액상 수지 덩어리 (16) 의 도포 확산 속도는, 바람직하게는 20 ㎜/s ∼ 40 ㎜/s 이다.

액상 수지 덩어리 (16) 의 도포 확산 속도는, 액상 수지 (14) 가 언더 클래드층 (11) 상에 적하되고 나서 액상 수지층 (18) 을 형성할 때까지의 프로세스의 일부에서 상기 범위에 있으면 된다. 왜냐하면, 그 사이에 기포 (19) 를 제거할 수 있기 때문이다. 액상 수지 덩어리 (16) 의 도포 확산 속도는, 액상 수지 덩어리 (16) 의 점도나 몰드 (17) 의 가압 속도를 적절히 조정함으로써 제어할 수 있다.

코어 (12) 는 언더 클래드층 (11) 및 오버 클래드층 (13) 보다 굴절률이 높고, 전파되는 광의 파장으로 투명성이 높은 임의의 재료로 형성된다. 코어 (12) 를 형성하는 재료는, 바람직하게는 언더 클래드층 (11) 및 오버 클래드층 (13) 보다 굴절률이 높은 자외선 경화 수지이다.

코어 (12) 와 언더 클래드층 (11) 및 오버 클래드층 (13) 의 최대 굴절률차는, 바람직하게는 0.02 ∼ 0.2 이다. 코어 (12) 의 폭은, 예를 들어 10 ㎛ ∼ 500 ㎛ 이고, 코어 (12) 의 높이는, 예를 들어 10 ㎛ ∼ 100 ㎛ 이다.

몰드 (17) 를 형성하는 재료는, 예를 들어 석영, 니켈 합성 금속, 글래시 카본 등이다. 몰드 (17) 는 기포 (19) 를 배출하기 위한 관통공을 가지고 있어도 된다. 또, 몰드 (17) 의 내면은 이형제로 처리되어 있어도 된다. 몰드 (17) 를 가압하는 조건은 액상 수지의 종류나 점도에 따라 적절히 결정된다.

액상 수지층 (18) 은 코어 (12) 를 덮도록 언더 클래드층 (11) 상에 형성되며, 경화 후에 오버 클래드층 (13) 이 된다.

［공정 C］

본 발명의 제조 방법 중 공정 C 는, 도 1(e), 도 1(f) 에 나타내는 바와 같이, 공정 B 에 의해 얻어진 액상 수지층 (18) 을 경화시키고, 그 후에 몰드 (17) 를 박리하는 공정이다.

액상 수지 (14) 로서 자외선 경화 수지를 사용한 경우, 액상 수지층 (18) 은 자외선 조사에 의해 경화된다. 자외선은 몰드 (17) 의 표면 (외측) 에서 조사되는 것이 바람직하다. 몰드 (17) 는 조사되는 광에 대하여 투명하다. 자외선의 조사량은, 바람직하게는 100 mJ/㎠ ∼ 8000 mJ/㎠ 이다.

몰드 (17) 는, 액상 수지층 (18) 의 형상이 유지된 상태에서 박리된다. 몰드 (17) 를 박리하는 경우, 액상 수지층 (18) 은 완전 경화 상태여도 되고, 반경화 상태여도 된다. 액상 수지층 (18) 이 반경화 상태인 경우, 몰드 (17) 박리 후, 액상 수지층 (18) 은 추가 경화 처리가 행해진다.

［광 도파로］

도 2 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 제조 방법에 의한 광 도파로 (10) 는, 언더 클래드층 (11) 과, 언더 클래드층 (11) 상의 코어 (12) 와, 코어 (12) 를 덮는 최대 두께 500 ㎛ 이상의 오버 클래드층 (13) 을 갖는다.

광 도파로 (10) 는, 예를 들어 단변측 측면 (10a) 에 배치된 코어 (12) 의 단부 (12a) 로부터 광선을 수광하여 장변측 측면 (10b) 에 배치된 코어 (12) 의 단부 (12b) 로 광을 전송할 수 있다.

광 도파로 (10) 는 플라즈마를 이용한 드라이 에칭법, 전사법, 노광 현상법, 포토 블리치법 등의 임의의 방법에 의해 제조된다.

광 도파로 (10) 의 용도에 제한은 없지만, 예를 들어 광 배선판, 광 커넥터, 광 전기 혼재 기판, 광학식 터치 패널의 좌표 입력 장치 등에 사용된다.

실시예

［실시예 1］

［클래드층 형성용 액상 수지의 조제］

ㆍ(성분 A) 지환 골격을 갖는 에폭시계 자외선 경화 수지 (아데카사 제조, EP4080E) 100 중량부

ㆍ(성분 B) 광산 발생제 (산아프로사 제조, CPI-200K) 2 중량부

이상을 혼합하여 클래드층 형성용 액상 수지를 조제하였다.

［코어 형성용 액상 수지의 조제］

ㆍ(성분 C) 플루오렌 골격을 포함하는 에폭시계 자외선 경화 수지 (오사카 가스 케미컬사 제조, 오그솔 EG) 40 중량부

ㆍ(성분 D) 플루오렌 골격을 포함하는 에폭시계 자외선 경화 수지 (나가세 켐텍스사 제조, EX-1040) 30 중량부

ㆍ(성분 E) 1,3,3-트리스(4-(2-(3-옥세타닐))부톡시페닐)부탄 (일본 공개특허공보 2007-070320, 실시예 2 에 준하여 합성) 30 중량부

ㆍ상기 성분 B 1 중량부

ㆍ락트산에틸 41 중량부

이상을 혼합하여 코어 형성용 액상 수지를 조제하였다.

［광 도파로의 제조］

두께 188 ㎛ 의 폴리에틸렌나프탈레이트 필름 표면에 클래드층 형성용 액상 수지를 도포하고, 자외선을 1000 mJ/㎠ 조사한 후, 80 ℃ 에서 5 분간 가열 처리하여 두께 20 ㎛ 의 언더 클래드층을 형성하였다. 언더 클래드층의 파장 830 ㎚ 에 있어서의 굴절률은 1.510 이었다.

언더 클래드층 표면에 코어 형성용 액상 수지를 도포하고, 100 ℃ 에서 5 분간 가열 처리하여 코어층을 형성한 후, 코어층에 포토마스크를 씌워 자외선을 2500 mJ/㎠ 조사하고, 다시 100 ℃ 에서 10 분간 가열 처리하였다. 코어층과 포토마스크의 갭은 100 ㎛ 였다.

코어층의 자외선 미조사 부분을 γ-부티로락톤 수용액으로 용해 제거하고, 120 ℃ 에서 5 분간 가열 처리하여 폭 20 ㎛, 높이 50 ㎛ 의 코어를 복수 개 형성하였다. 코어의 파장 830 ㎚ 에 있어서의 굴절률은 1.592 였다.

코어 전체를 덮도록 점도가 1000 m㎩ㆍs 인 클래드층 형성용 액상 수지를 적하하여 액상 수지 덩어리를 형성하였다. 다음으로, 액상 수지 덩어리에 몰드를 가압하여 도포 확산 속도가 30 ㎜/s 가 되도록 액상 수지를 눌러 펴서 두께 500 ㎛ 의 액상 수지층을 형성하였다.

몰드 표면으로부터 자외선을 6000 mJ/㎠ 조사하고, 80 ℃ 에서 2 분간 가열 처리하여 액상 수지층을 경화시켰다.

몰드를 박리하여 두께 500 ㎛ 의 오버 클래드층을 성형하였다. 오버 클래드층의 파장 830 ㎚ 에 있어서의 굴절률은 1.510 이었다.

［비교예 1］

독터 블레이드를 사용한 도포에 의해 액상 수지층을 형성한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 광 도파로를 제조하였다.

［비교예 2］

액상 수지의 점도를 30 m㎩ㆍs 로 한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 광 도파로를 제조하였다. 액상 수지의 점도는 희석제로서 락트산에틸을 혼합하여 조정하였다.

［평가］

실시예 1 및 비교예 1, 2 의 광 도파로를 각각 2 개씩 준비하였다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 일방의 광 도파로 (31) 의 말단 (31a) 에는 파장 850 ㎚ 의 적외광을 출사하는 발광 소자 (32) 를 광학적으로 결합하였다. 발광 소자 (32) 는 옵토웰사 제조의 VCSEL 이다.

타방의 광 도파로 (33) 의 말단 (33a) 에는 수광 소자 (34) 를 광학적으로 결합하였다. 수광 소자 (34) 는 TAOS 사 제조의 CMOS 리니어 센서 어레이이다.

각 광 도파로 (31, 33) 를 좌표 입력 영역 (35) 을 사이에 두고 대향하도록 배치하여, 도 3 에 나타내는 바와 같은 대각 3 인치의 좌표 입력 장치 (30) 를 제조하였다.

표 1 은 강도 5 ㎽ 의 광을 발광 소자 (32) 로부터 출사시켰을 때, 수광 소자 (34) 가 받는 광의 강도를 퍼센트로 나타낸 것이다. 실시예의 광 도파로는, 비교예의 광 도파로보다 광 전송 효율이 우수함을 알 수 있다.

	방법	액상 수지의 점도 m㎩ㆍs	도포 확산 속도 ㎜/s	광 전송 효율 ％
실시예 1	가압	1000	30	0.8
비교예 1	도포	1000	150	0.5
비교예 2	가압	30	30	*1

*1 클래드층의 두께가 500 ㎛ 미만이었기 때문에 측정하지 않음

［측정 방법］

［액상 수지의 점도］

액상 수지의 점도는 점도계 (Thermo HAAKE 사 제조, HAAKE Rheo Stress 600) 를 사용하여 25 ℃ 에서 측정하였다.

［도포 확산 속도］

소정 길이의 언더 클래드층 상에 오버 클래드층을 형성하는 액상 수지층이 유연 (流延) 되는 시간을 스톱 워치를 사용하여 수동 계측하여, 유연 거리와 시간으로부터 도포 확산 속도를 계산하였다.

본 발명의 방법에 의해 제조되는 광 도파로의 용도에 제한은 없지만, 예를 들어 광 배선판, 광 커넥터, 광 전기 혼재 기판, 광학식 터치 패널 등에 바람직하게 사용된다.

10 : 광 도파로
10a : 광 도파로의 단변측 측면
10b : 광 도파로의 장변측 측면
11 : 언더 클래드층
12 : 코어
12a : 코어의 단부
12b : 코어의 단부
13 : 오버 클래드층
14 : 액상 수지
15 : 적하 노즐
16 : 액상 수지 덩어리
17 : 몰드
18 : 액상 수지층
19 : 기포
30 : 좌표 입력 장치
31 : 광 도파로
31a : 광 도파로의 말단
32 : 발광 소자
33 : 광 도파로
33a : 광 도파로의 말단
34 : 수광 소자
35 : 좌표 입력 영역

Claims (2)

1. 언더 클래드층과,
   상기 언더 클래드층 상에 형성된 코어와,
   상기 코어를 덮도록 상기 언더 클래드층 상에 형성된 최대 두께 500 ㎛ 이상의 수지 경화층으로 이루어지는 오버 클래드층을 갖는 광 도파로의 제조 방법으로서,
   상기 언더 클래드층 상에 상기 오버 클래드층을 형성할 수 있는 경화성 액상 수지를 적하하여 액상 수지의 덩어리를 형성하는 공정 A 와,
   상기 액상 수지의 덩어리에 몰드를 가압하여 상기 액상 수지를 상기 언더 클래드층 상에 도포 확산시켜 상기 코어를 덮는 액상 수지층을 형성하는 공정 B 와,
   상기 액상 수지층을 경화시키고, 그 후에 상기 몰드를 박리하는 공정 C 를 포함하며,
   상기 공정 A 에서 적하하는 상기 액상 수지의 점도가 500 m㎩ㆍs ∼ 2000 m㎩ㆍs 이고,
   상기 공정 B 에서 상기 액상 수지의 도포 확산 속도가 10 ㎜/s ∼ 50 ㎜/s 인 것을 특징으로 하는 광 도파로의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 오버 클래드층을 형성할 수 있는 경화성 액상 수지가 자외선 경화 수지인 것을 특징으로 하는 광 도파로의 제조 방법.

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