KR20060060610A - 필름상 광도파로의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나 이상의 광도파로 부분이 형성되어 있는 필름체로부터 필름상 광도파로를 제조하는 방법으로서, 상기 필름체로부터 각각의 광도파로 부분을 절단하여 광입사 말단면 및 광출사 말단면을 갖는 광도파로를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 광입사 말단면 및 광출사 말단면을 제조하기 위한 절단이 레이저광을 사용하여 수행되고, 상기 말단면 이외의 다른 절단면을 제조하기 위한 절단은 다이를 사용한 펀칭에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.

Description

필름상 광도파로의 제조 방법{PROCESS FOR PRODUCING FILMY OPTICAL WAVEGUIDE}

도 1은 필름상 광도파로를 제조하기 위한 본 발명의 방법의 한 실시양태를 모식적으로 도시한 단면도이다.

도 2는 필름상 광도파로를 제조하기 위한 방법의 실시양태를 모식적으로 도시한 단면도이다.

도 3은 필름상 광도파로를 제조하기 위한 방법의 실시양태를 모식적으로 도시한 단면도이다.

도 4는 필름상 광도파로를 제조하기 위한 방법의 실시양태를 모식적으로 도시한 단면도이다.

도 5는 필름상 광도파로를 제조하기 위한 방법에 사용하기 위한 필름체의 한 예를 모식적으로 도시한 평면도이다.

도 6은 필름상 광도파로의 제조 방법의 한 실시양태를 모식적으로 도시한 평면도이다.

도 7은 필름상 광도파로의 제조 방법의 한 실시양태를 모식적으로 도시한 평면도이다.

도 8은 필름상 광도파로의 제조 방법의 한 실시양태에 의해 수득된 광도파로를 모식적으로 도시한 사시도이다.

도면의 주요부분에 관한 부호의 설명

A: 광도파로 F: 필름체

1: 광입사 말단면 2-4: 광출사 말단면

5-8: 도파로 측면

본 발명은 광 통신, 광 정보 처리 및 다른 일반적인 광학 분야에서의 광범위한 사용을 위한 필름상 광도파로의 제조 방법에 관한 것이다.

광도파로는 광도파로 소자, 광 집적회로 및 광 배선판과 같은 광학 소자에 조립되어 광 통신, 광 정보 처리 및 다른 일반적 광학 분야에 광범위하게 사용된다. 광도파로의 예로는 언더클래딩층, 그 위에 형성된 소정의 패턴을 갖는 코어층, 및 상기 코어층을 둘러싸는 오버클래딩층을 포함하는 3층 구조를 갖는 필름상의 것을 들 수 있다.

이러한 필름상 광도파로는 통상적으로 광도파로 부분이 형성된 필름체로부터 다이아몬드 칼날(미세한 다이아몬드 입자가 분산된 회전 칼날)을 사용하여 각각의 광도파로 부분을 절단함으로써 얻을 수 있다.

필름체가 예컨대 규소 또는 수정과 같은 기판 상에 형성된 경우, 광도파로 부분 각각을 다이아몬드 칼날을 이용하여 기판과 함께 절단함으로써 광도파로를 형성한다(예컨대, 일본 특허공개 제2003-172839A 참조).

그러나, 다이아몬드 칼날로 절단하는 것은 절단면의 평활성(smoothness)을 보장하기 곤란하다는 문제가 있다. 특히, 절단면 중에서 광입사 말단면 및 광출사 말단면이 불충분한 평활성을 가질 경우, 광도파로는 불량한 광 손실 특성을 가져 광투과에 관련된 곤란함을 가지게 된다.

한편, 필름상 광도파로는 가요성이고 다양한 광학 장치에 조립될 수 있기 때문에 권장된다. 필름상 광도파로는 광학 장치 등의 형상에 따라 곡선 또는 다각형 선 등을 포함하는 윤곽(contour)(상부에서 보았을 때의 절단면)을 가지도록 요구된다. 그러나, 다이아몬드 칼날이 회전 칼날이기 때문에, 이는 단지 선형 절단에만 적용할 수 있다. 곡선 등을 포함하는 윤곽을 얻는 유일한 방법은 다른 절단 기법을 도입하는 것이다. 이 때문에, 각각의 광도파로 부분을 다이아몬드 블레이드로 절단해 내는 필름상 광도파로의 제조 방법은 불량한 생산 효율을 갖는다.

본 발명자들은 따라서 다이로 펀칭하여 절단하는 방법을 시도하였다. 그 결과, 이러한 절단에 의해 제조된 광입사 말단면 및 광출사 말단면은 생산 효율은 개선되었음에도 불구하고 충분히 개선된 평활성을 갖지 못하였다.

본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 충분한 광투과성을 나타내는 필름상 광도파로를 효율적으로 제조할 수 있는 필름상 광도파로의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 효과는 하기 설명으로부터 명백해질 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 하나 이상의 광도파로 부분이 형성되어 있는 필름체로부터 필름상 광도파로를 제조하는 방법으로서, 각각의 광도파로 부분을 필름체로부터 절단하여 광입사 말단면 및 광출사 말단면을 갖는 광도파로를 형성하는 것을 포함하되, 광입사 말단면 및 광출사 말단면을 만들기 위한 절단은 레이저광을 이용하여 수행되고, 상기 말단면 이외의 다른 절단면을 만들기 위한 절단은 다이를 이용한 펀칭에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.

본원에서 "필름상 광도파로"란 용어는 광을 투과시키는 코어층 및 상기 코어층보다 낮은 굴절률을 갖고 상기 코어층을 둘러싸는 클래딩층을 포함하는 구조를 갖는 박막형태 다층 구조물을 의미한다. 또한, "광입사 말단면"이란 용어는 광이 그를 통해 광도파로에 들어가는 광도파로의 한 말단면을 의미하고, "광출사 말단면"이란 용어는 광이 그를 통해 광도파로로부터 방출되는 광도파로의 다른 말단면을 의미한다.

전술한 시험(시도)의 결과를 바탕으로, 본 발명자들은 만족스러운 광 투과성을 나타내는 필름상 광도파로를 효율적으로 제조하기 위한 방법에 대해 예의 연구를 거듭하였다. 즉, 하나 이상의 광도파로 부분이 형성되어 있는 필름체를 절단하 여 각각의 광도파로 부분을 잘라 내는 방법에 관하여 조사를 하였다. 그 결과, 광입사 말단면 및 광출사 말단면을 만들기 위한 절단이 레이저광을 이용하여 이루어질 경우, 생성된 절단면이 깔끔하게 마무리된 상태가 되어 충분히 개선된 평활성을 가지고, 수득된 광도파로는 충분한 광투과성을 나타낸다는 것을 알아 냈다. 또한, 광입사 말단면 및 광출사 말단면 이외의 절단면(이후 이러한 절단면을 "도파로 측면"이라 지칭함)을 만들기 위한 절단을 다이를 이용한 펀칭에 의해 수행할 경우, 도파로 측면의 윤곽이 상부에서 보았을 때 곡선 또는 다각형 선 등을 포함하여도 도파로 측면을 제조하기 위한 절단이 쉽게 수행될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 레이저광을 이용한 절단과 다이를 이용한 펀칭을 조합함으로써 고정밀도 절단면의 형성 및 광도파로의 높은 생산성을 양립시킬 수 있음을 밝혀내어, 본 발명에 이르게 된 것이다.

필름상 광도파로를 제조하기 위한 본 발명의 방법에서, 하나 이상의 광도파로 부분이 형성되어 있는 필름체를 절단함으로써 상기 필름체로부터 각각의 광도파로 부분을 잘라 낼 때, 광입사 말단면 및 광출사 말단면을 제조하기 위한 절단은 레이저광을 이용하여 수행되고 도파로 측면을 제조하기 위한 절단은 다이를 이용한 펀칭에 의해 수행된다. 이 때문에, 충분한 광투과성을 나타내는 필름상 광도파로를 효율적으로 제조할 수 있다.

본 발명의 실시양태는 도면을 참조하여 하기에 상세히 설명할 것이다.

광도파로의 제조를 위한 본 발명의 방법에서, 광도파로 부분(B)이 형성되어 있는 필름체(F)(도 5 참조)는 각 광도파로(A)의 도파로 측면(5-8) 역할을 하는 면( 도 7 참조)이 다이를 이용한 펀칭에 의해 만들어지고 광도파로(A)의 광입사 말단면(1) 및 광출사 말단면(2-4) 역할을 하는 면(도 7 참조)이 레이저광을 이용한 절단에 의해 만들어짐으로써 필름상 광도파로(A)가 수득되는 방식으로 절단된다(도 8 참조).

더 구체적으로는, 절차는 다음과 같다. 먼저, 광도파로 부분(B)이 형성된 필름체(도 5 참조)를 제조한다. 이 필름체(F)는 종래의 방법으로 제조될 수 있다. 즉, 언더클래딩층(21)(도 1 참조)으로서 사용하기 위한 폴리이미드 수지 필름을 먼저 제조한다. 이 폴리이미드 수지 필름은 미리 롤 형상으로 권취되어 있고 사용시에 롤로부터 풀려서, 후속되는 필름체(F)의 제조 단계 및 광도파로 부분(B)의 절단 단계가 연속적으로 실시될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 폴리이미드 수지 필름(언더클래딩층(21))의 두께는 일반적으로 1 내지 30㎛, 바람직하게는 5 내지 15㎛이다.

이어서, 상기 폴리이미드 수지 필름(언더클래딩층(21))보다 높은 굴절률을 갖는 층을 제공하는 물질인 감광성 폴리이미드 수지 전구체 용액(감광성 폴리(암산) 바니쉬)을 도 1에 도시된 바와 같이 건조 후 필름 두께가 일반적으로 2 내지 30㎛, 바람직하게는 6 내지 10㎛가 되도록 하는 양으로 상기 폴리이미드 수지 필름(언더클래딩층(21))에 도포한다. 이 코팅층을 예비건조시켜 감광성 폴리이미드 수지 전구체 층(22a)을 형성하는데, 이는 나중에 코어층(22)이 된다(도 3 참조). 이어서, 포토마스크(M)를 상기 감광성 폴리이미드 수지 전구체층(22a) 위에 위치시켜 각각의 광도파로 부분(B)의 목적하는 패턴이 얻어지도록 하고(도 4 참조), 자외선 (L)을 도 2에 도시된 바와 같이 포토마스크(M) 위로부터 층(22a) 상에 조사한다. 본 발명에서, 자외선(L) 조사시의 노광량이 5 내지 50 mJ/cm²일 경우, 충분한 해상도가 얻어질 수 있다. 이후, 광반응을 완료시키기 위해 노광후 하소(post exposure bake; PEB)라 지칭되는 노광 후 열 처리를 수행한 다음, 현상액으로 현상을 실시한다(습식법). 열 처리는 통상적으로 이와 같은 현상을 통해 수득된 목적하는 패턴을 이미드화하기 위해 실시된다. 이 처리는 일반적으로 용매 제거 및 경화 반응(경화)을 수행하도록 진공 또는 질소 분위기에서 300 내지 400℃에서 실시된다. 이와 같이 실시된 이미드화를 통해, 폴리이미드 수지로 이루어진 패턴화된 코어층(22)이 도 3에 도시된 바와 같이 형성된다.

현상에 사용되는 현상액은 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 예를 들어, 알코올의 알칼리성 수용액이 사용된다. 더욱 구체적으로는, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드 및 에탄올의 혼합된 수용액을 사용하는 것이 충분한 해상도 및 현상 속도 조절의 용이함의 관점에서 바람직하다. 상기 혼합된 수용액에서, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드의 비율과 에탄올의 비율은 바람직하게는 각각 2 내지 10중량% 및 40 내지 50중량%의 범위가 되도록 조절된다.

이어서, 코어층(22)보다 낮은 굴절률을 갖는 층을 제공하는 성막 물질인 폴리이미드 수지 전구체 용액을 건조후 최대 두께가 일반적으로 1 내지 30㎛, 바람직하게는 5 내지 15㎛가 되도록 하는 양으로 코어층(22) 위에 도포한 후, 건조시킴으로써 도 4에 도시된 바와 같이 폴리이미드 수지 전구체 조성물을 포함하는 수지층 을 형성한다. 이어서 이 수지층을 불활성 분위기 중에서 가열하여 수지층에 남은 용매를 완전히 제거하고 폴리이미드 수지 전구체를 이미드화한다. 이와 같이, 코어층(22)을 둘러싸도록 폴리이미드 수지로 이루어진 오버클래딩층(23)을 형성한다. 상기 방법으로, 각각의 광도파로 부분(B)을 형성한다.

이와 같이 제조된 필름체의 평면도는 도 5에 도시된 바와 같다. 이 실시양태에서, 각각의 광도파로 부분(B) 중의 코어층(22)은 한 면(도 5에서 좌측)으로부터 들어온 광이 3개의 상이한 방향(도 5에서 우상방, 우방 및 우하방)으로 투과되도록 분리되는 패턴을 갖는다. 즉, 각각의 광도파로 부분(B)에서, 한 말단면(11)(도 5에서 좌 말단면)은 절단에 의해 광도파로(A)의 광입사 말단면(1)(도 7 참조)을 형성하는 한편, 상이한 3방향의 전방 말단인 전방 말단면(12-14)은 절단에 의해 광도파로(A)의 광출사 말단면(2-4)(도 7 참조)을 형성한다. 또한, 코어층(22)의 패턴을 따라 위치한 각각의 광도파로 부분(B)의 측면(15-18)은 절단에 의해 광도파로(A)의 도파로 측면(5-8)(도 7 참조)을 형성한다. 각각의 광도파로 부분(B)을 제조하는 데 있어서, 코어층(22)은 절단면(말단면(11) 및 전방 말단면(12-14))으로부터 약간 돌출되도록 형성된다.

본 발명에서, 광도파로 부분(B)을 이후 특정한 방법으로 절단한다. 즉, 필름체(F)중의 각각의 광도파로 부분(B)을 도 6에 도시된 바와 같이 다이를 이용한 펀칭에 의해 측면(15-18)을 따라 절단하여 광도파로(A)의 도파로 측면(5-8)(도 7 참조)을 형성한다. 이와 같이 다이를 이용한 펀칭에 의한 절단이 채용될 경우, 광도파로 부분(B)은 절단면(도파로 측면(5-8))의 윤곽이 상부에서 보았을 때 다각형 선과 같은 비선형 부분을 포함해도 쉽게 절단될 수 있다. 결론적으로, 광도파로(A)의 높은 생산성이 보장될 수 있다.

다음으로, 각각의 광도파로 부분(B)을 도 7에 도시된 바와 같이 말단면(11)(도 6에서 좌측 말단면)을 따라 레이저광으로 절단하여 광도파로(A)의 광입사 말단면(1)을 제조한다. 추가로, 광도파로 부분(B)을 상이한 3방향의 전방 말단인 전방 말단면(다른 말단면)(12-14)(도 6 참조)을 따라 레이저광으로 절단하여 광도파로(A)의 광출사 말단면(2-4)을 제조한다. 그 결과, 광투과 코어층(22)의 말단 부분이 절단되고 광입사 말단면(1) 및 광출사 말단면(2-4)은 코어층(22)의 노출된 말단을 갖는다. 상기 방법으로, 예컨대 도 8에 도시된 광도파로(A)가 수득된다. 레이저광을 이용한 절단은 절단면(광입사 말단면(1) 및 광출사 말단면(2-4))을 깔끔하게 하고 충분히 개선된 평활성을 갖게 하여(고정밀 절단면 제공), 수득된 광도파로(A)가 충분한 광투과성을 나타내도록 한다. 레이저광은 특별히 제한되지 않으나, 그의 예로 엑시머 레이저광을 들 수 있다. 절단 처리의 정밀도를 높이기 위해, 필름체를 예컨대 유리 기판 또는 스테인레스강 기판과 같은 편평한 단 위에 가고정하는 것이 바람직하다. 이러한 고정 방법의 예로는 필름체를 열박리성 점착제 시이트로 고정하는 방법이나 필름체를 공기 흡인으로 고정하는 방법을 들 수 있다.

상기 실시양태에서, 필름체(F)의 제조에서 언더클래딩층(21)으로서 폴리이미드 수지 필름을 사용한다. 그러나, 다른 수지의 필름, 예컨대 에폭시 수지 필름을 폴리이미드 수지 필름 대신 사용할 수 있다. 이 경우, 이 언더클래딩층(21)과 종류가 유사한 수지, 예컨대 감광성 에폭시 수지를 코어층(22)으로서 사용하고 언더 클래딩층(21)과 종류가 유사한 수지, 예컨대 에폭시 수지를 오버클래딩층(23)으로서 사용하는 것이 바람직하다.

게다가, 상기 실시양태에서 각각의 광도파로 부분(B)이 절단될 때, 절단은 광도파로(A)의 도파로 측면(5-8) 역할을 하는 면이 광도파로(A)의 광입사 말단면(1) 역할을 하는 면 및 광출사 말단면(2-4) 역할을 하는 면을 제조하기 전에 제조되도록 실시된다. 그러나, 이러한 절단 순서는 역전될 수 있다. 즉, 절단은 광입사 말단면(1) 역할을 하는 면 및 광출사 말단면(2-4) 역할을 하는 면이 도파로 측면(5-8) 역할을 하는 면이 제조되기 전에 제조되도록 실시될 수 있다. 또한, 둘 이상의 광도파로 부분(B)을 갖는 필름체(F)가 상기 실시양태에서 제조되지만, 필름체는 오직 하나의 광도파로 부분(B)을 가질 수도 있다.

이와 같이 수득된 필름상 광도파로(A)의 예로는 곧은 광도파로, 굽은 광도파로, 교차 광도파로, Y-분기 광도파로, 슬랩(slab) 광도파로, 마흐-젠더(Mach-Zehnder)형 광도파로, 그레이팅(grating) 광도파로 및 광도파로 렌즈를 들 수 있다. 상기 광도파로를 채용하는 광학 장치의 예로는 파장 필터, 광 스위치, 광 분기 유닛, 광 다중화기, 광 다중화기/탈다중화기, 광 증폭기, 파장 조절기, 파장 분할 다중화기, 광 스플리터, 지향성 커플러, 광-전자 혼성 회로판, 및 혼성-집적된 레이저 다이오드 또는 광다이오드를 갖는 광투과 모듈을 들 수 있다.

<실시예>

본 발명은 하기 실시예를 참조하여 더욱 상세히 설명되지만, 그에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

실시예 1

도 5에 도시된 필름체를 하기 방식으로 제조하고 이후 광도파로를 하기 방식으로 제조했다.

필름체의 제조

언더클래딩층으로서 사용하기 위한 스트립-형상 에폭시 수지 필름(폭, 250mm; 길이, 30m; 두께, 30㎛; 굴절률, 1.55)을 준비했다. 감광성 에폭시 수지제의 소정의 패턴을 갖는 코어층(선 폭, 50㎛; 높이, 50㎛; 굴절률, 1.62)을 광도파로 부분이 형성될 수지 필름의 영역에 형성했다. 이어서, 액상 에폭시 수지를 상기 코어층 위에 도포한 후 경화시켜 오버클래딩층(두께, 30㎛; 굴절률, 1.55)을 형성했다. 이렇게, 광도파로 부분이 형성된 스트립-형상 필름체(두께, 150㎛)를 제조했다.

광도파로의 형성

이후, 필름체중의 각각의 광도파로 부분을 다이를 이용한 펀칭에 의해 그의 측면을 따라 절단하여 광도파로의 도파로 측면을 제조했다. 이어서, 각각의 광도파로 부분을 그의 한 말단면을 따라 레이저광을 이용하여 절단하여 광도파로의 광입사 말단면을 제조하고, 추가로 상이한 3방향의 전방 말단면을 따라 레이저광을 이용하여 절단하여 광도파로의 광출사 말단면을 제조했다. 이와 같이, 광도파로를 수득했다.

비교예 1

광도파로를 형성할 때의 광도파로 부분의 절단을 전적으로 다이를 이용한 펀 칭에 의해 실시하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 수행했다.

광 손실의 측정

이렇게 수득된 실시예 1 및 비교예 1의 필름상 광도파로를, 850nm의 파장을 갖는 레이저광을 광입사 말단면을 통해 입사시킬 때의 광 손실에 대해 조사했다. 그 결과, 실시예 1의 광도파로의 광 손실 및 비교예 1의 광도파로의 광 손실은 각각 1.5 dB 및 30 dB로 나타났다. 즉, 실시예 1에서 충분한 광투과성을 나타내는 필름상 광도파로가 얻어질 수 있었다.

실시예 2

필름체의 제조

언더클래딩층으로서 사용하기 위한 스트립-형상 폴리이미드 수지 필름(폭, 250mm; 길이, 30m; 두께, 20㎛; 굴절률, 1.51)을 준비했다. 감광성 폴리이미드 수지제의 소정의 패턴을 갖는 코어층(선 폭, 8㎛; 높이, 8㎛; 굴절률, 1.54)을 광도파로 부분이 형성될 수지 필름의 영역에 형성했다. 이어서, 폴리(암산) 용액(폴리이미드 수지 전구체 용액)을 상기 코어층 위에 도포한 후 이미드화시켜 오버클래딩층(두께, 20㎛; 굴절률, 1.51)을 형성했다. 이렇게, 광도파로 부분이 형성된 스트립-형상 필름체(두께, 48㎛)를 제조했다.

광도파로의 형성

광도파로를 실시예 1에서와 동일한 방식으로 수득했다.

비교예 2

광도파로를 형성할 때의 광도파로 부분의 절단을 전적으로 다이를 이용한 펀 칭에 의해 실시하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 절차를 수행했다.

광 손실의 측정

이렇게 수득된 실시예 2 및 비교예 2의 필름상 광도파로를, 1,550nm의 파장을 갖는 레이저광을 광입사 말단면을 통해 입사시킬 때의 광 손실에 대해 조사했다. 그 결과, 실시예 2의 광도파로의 광 손실 및 비교예 2의 광도파로의 광 손실은 각각 3 dB 및 40 dB로 나타났다. 즉, 실시예 2에서 충분한 광투과성을 나타내는 필름상 광도파로가 얻어질 수 있었다.

본 발명에 따르면, 충분한 광투과성을 나타내는 필름상 광도파로를 효율적으로 제조할 수 있다.

본 발명이 특정한 실시양태를 참조하여 상세히 설명되었으나, 당업자에게는 본 발명의 진의 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변화 및 변경이 이루어질 수 있음이 명백할 것이다.

본 출원은 2004년 11월 30일자로 출원된 일본 특허출원 제2004-346499호를 기초로 하며, 그의 내용은 본원에 참고로 인용된다.

Claims (1)

1. 하나 이상의 광도파로 부분이 형성되어 있는 필름체로부터 필름상 광도파로를 제조하는 방법으로서,

   필름체로부터 각각의 광도파로 부분을 절단하여 광입사 말단면 및 광출사 말단면을 갖는 광도파로를 형성하는 단계를 포함하되,

   광입사 말단면 및 광출사 말단면을 제조하기 위한 절단이 레이저광을 이용하여 수행되고, 상기 말단면 이외의 다른 절단면을 제조하기 위한 절단이 다이를 이용한 펀칭에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 필름상 광도파로의 제조 방법.

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