KR20130074749A - 광도파로 형성용 수지 조성물 및 그것을 이용한 광도파로 - Google Patents

광도파로 형성용 수지 조성물 및 그것을 이용한 광도파로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광도파로 형성용 재료, 특히 클래드층 형성 재료로서, 우수한 내굴곡성, 저굴절률, 및 롤 투 롤(roll-to-roll: R-to-R) 프로세스에 적합한 저택크성을 구비한 광도파로 형성용 수지 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
광도파로의 형성에 이용되는 광도파로 형성용 수지 조성물로서, 하기의 일반식 (1)로 표시되는 구조 단위를 갖는 폴리비닐아세탈 화합물을 주성분으로 하는 광도파로 형성용 수지 조성물이다.
Figure pat00006

[식 (1)에서, R은 탄소수 1∼3의 알킬기이다. 또한, 반복 수 k, m, n은, 주쇄중에 포함되는 각 반복 단위의 비율을 나타내는 것으로서, 각각 1 이상의 정수이다.]

Description

광도파로 형성용 수지 조성물 및 그것을 이용한 광도파로{RESIN COMPOSITION FOR FORMING OPTICAL WAVEGUIDE AND OPTICAL WAVEGUIDE USING THE COMPOSITION}
본 발명은 광 통신, 광 정보 처리, 그 외 일반 광학에서 널리 이용되는 광도파로 장치, 예컨대 광 전기 혼재 기판에서의 광도파로를 구성하는 클래드층 등의 형성 재료로서 이용되는 광도파로 형성용 수지 조성물 및 그것을 이용한 광도파로에 관한 것이다.
광 전기 혼재 기판용의 광도파로 형성 재료에는, 그 사용 용도에 따라, 고유연성, 저굴절률 등의 특성이 요구된다. 더 나아가서는 대량 생산을 고려한 롤 투 롤(roll-to-roll: R-to-R) 프로세스에 적합하게 하기 위해 저택크성(low tackiness)이 필수의 특성으로 되어 있다.
종래부터, 고유연성을 부여하기 위해, 일반적으로 광도파로의 클래드층 형성 재료에서 저탄성률화가 도모되고 있다. 그리고, 상기 저탄성률화를 위해, 클래드층 형성 재료로서, 바인더 수지에 강인한 특성을 갖는 방향족 장쇄 이작용 에폭시 수지인 페녹시 수지를 이용하고, 유연성을 부여하는 주골격(지방족 골격 등)을 갖는 장쇄 이작용 수지를 더 배합하는 것에 의해, 상기 저탄성률화가 도모되고 있다.
그러나, 상기와 같은 배합 설계에서는, 방향족성의 바인더 수지를 사용하는 것에 의해 클래드층의 굴절률이 올라, 광 전기 혼재 기판용 광도파로 형성용 재료에 필요한 굴곡시의 광 손실이 악화되는 경향이 보여지게 된다. 또한, 이 굴절률 증가를 보충하기 위해, 저굴절률을 부여할 수 있는 지방족 이작용 수지를 첨가하면, 굴곡성이나 택크성이 희생되어, 트레이드오프가 문제가 된다(예컨대 특허문헌 1, 2 참조).
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2010-243920호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2010-164770호 공보
이러한 기술 배경으로부터, 클래드층 형성 재료로서, 고유연성(내굴곡성), 저굴절률 및 미경화시의 저택크성을 함께 갖는 형성 재료가 강하게 요망되고 있다.
본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 광도파로 형성용 재료, 특히 클래드층 형성 재료로서, 우수한 내굴곡성, 저굴절률, 및 R-to-R 프로세스에 적합한 저택크성을 구비한 광도파로 형성용 수지 조성물 및 그것을 이용한 광도파로의 제공을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 광도파로의 형성에 이용되는 광도파로 형성용 수지 조성물로서, 하기의 일반식 (1)로 표시되는 구조 단위를 갖는 폴리비닐아세탈 화합물을 주성분으로 하는 광도파로 형성용 수지 조성물을 제1 요지로 한다.
Figure pat00001
[식 (1)에서, R은 탄소수 1∼3의 알킬기이다. 또한, 반복 수 k, m, n은, 주쇄중에 포함되는 각 반복 단위의 비율을 나타내는 것으로서, 각각 1 이상의 정수이다.]
그리고, 본 발명은 기판과, 그 기판 위에 형성된 클래드층을 구비하고, 상기 클래드층중에 소정 패턴으로, 광 신호를 전파하는 코어층이 형성되어 이루어지는 광도파로로서, 상기 클래드층이, 상기 광도파로 형성용 수지 조성물에 의해 형성되어 있는 광도파로를 제2 요지로 한다.
본 발명자들은, 광도파로의 클래드층 형성 재료로서, 우수한 내굴곡성, 저굴절률, 및 제조에 있어서 R-to-R 프로세스에 적합한 저택크성을 구비한 광도파로 형성용 수지 조성물을 얻기 위해 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 배합하는 바인더 수지 성분으로서, 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조 단위를 갖는 특정 폴리비닐아세탈 화합물을 이용하면, 소기의 목적이 달성되는 것을 발견하여 본 발명에 도달하였다.
즉, 상기 저굴절률에 관해서는, 상기 특정 폴리비닐아세탈 화합물인 고형의 지방족 수지를 바인더 수지로서 사용하기 때문에, 종래의 페녹시 수지의 배합에 수반되는 굴절률의 상승이 발생하지 않는다. 또한, 저택크성에 관해서는, 고형의 지방족 수지인 바인더 수지 자체가 유연성을 갖는 수지이기 때문에, 이것을 사용하는 것으로부터, 바인더 수지 성분의 첨가량을 증가시킬 수 있어, 다른 수지 성분인 액상 이작용성 지방족 수지의 첨가량을 억제하는 것이 가능해지기 때문에, 저택크성을 부여하는 것이 가능해지는 것으로 추측된다.
이와 같이, 본 발명은, 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조 단위를 갖는 특정 폴리비닐아세탈 화합물을 주성분으로 하는 광도파로 형성용 수지 조성물이다. 이 때문에, 이 광도파로 형성용 수지 조성물을 이용하여, 예컨대 광도파로의 클래드층을 형성하면, 저굴절률을 유지한 상태로, 우수한 내굴곡성을 발휘하게 된다. 마찬가지로, 저굴절률을 유지한 상태로 R-to-R 프로세스에 적합한 미경화시의 저택크성이 부여되게 된다. 이와 같이, 저굴절률을 유지한 채, 내굴곡성이 향상하기 때문에, 굴곡 손실의 개선 향상이 도모되고, 또한 상기 고형의 지방족 수지를 바인더 수지로서 사용하기 때문에, 저굴절률을 유지한 채 택크성이 개선되게 되는 것이다.
도 1은 본 발명의 광도파로의 일례를 도시하는 횡단면도이다.
도 2의 (a)∼(f)는 본 발명의 광도파로의 제조 공정을 도시하는 설명도이다.
다음에, 본 발명의 실시형태에 대해서 자세히 설명한다. 단 본 발명은, 이 실시형태에 한정되는 것이 아니다.
《광도파로 형성용 수지 조성물》
본 발명의 광도파로 형성용 수지 조성물은, 특정 폴리비닐아세탈 화합물을 주성분으로 하는 것이며, 이것에 광라디칼 중합 개시제를 함유하는 수지 조성물이다. 또한, 본 발명에서, 상기 「주성분」이란, 광도파로 형성용 수지 조성물을 실질적으로 구성하는 주된 성분을 말하고, 그 사용량만이 관계되는 것이 아니라, 수지 조성물 전체의 물성·특성에 큰 영향을 미치는 것을 의미한다. 구체적으로는, 광도파로 형성용 수지 조성물중 특정 폴리비닐아세탈 화합물이 차지하는 중량 비율이 수지 조성물 전체의 25 중량% 이상, 보다 바람직하게는 30 중량% 이상을 말한다.
상기 특정 폴리비닐아세탈 화합물은, 하기의 일반식 (1)로 표시되는 구조 단위를 갖는 것이며, 바인더 수지로서의 역할을 나타내는 것이다.
Figure pat00002
[식 (1)에서, R은 탄소수 1∼3의 알킬기이다. 또한, 반복 수 k, m, n은, 주쇄중에 포함되는 각 반복 단위의 비율을 나타내는 것으로서, 각각 1 이상의 정수이다.]
상기 식 (1)중, R은 탄소수 1∼3의 알킬기이지만, 바람직하게는 프로필기이다. 또한, 각 반복 수 k, m, n에서, 바람직하게는 k는 60∼80, m은 1∼10, n은 10∼39이다.
상기 특정 폴리비닐아세탈 화합물로서는, 중량 평균 분자량이 10000∼100000인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 40000∼60000이다. 또한, 상기 중량 평균 분자량은, 예컨대 원료가 되는 폴리비닐알코올에 대하여 각 부티랄기, 아세탈기, 아세틸기 도입량에 의해 산출된다.
상기 특정 폴리비닐아세탈 화합물은, 예컨대 수지 조성물이 유기 용제에 수지 성분을 용해하여 이루어지는 경우, 광도파로 형성용 수지 조성물중 수지 성분에 대하여, 20∼80 중량%의 비율로 함유되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20∼60 중량%, 특히 바람직하게는 20∼40 중량%이다. 즉, 특정 폴리비닐아세탈 화합물의 함유량이 너무 적으면, 원하는 효과를 얻기 어려워지고, 반대로 특정 폴리비닐아세탈 화합물의 함유량이 너무 많으면, 광반응성기의 존재량이 상대적으로 감소하기 때문에 패터닝 형상이 악화되는 경향이 보여진다.
본 발명의 광도파로 형성용 수지 조성물에는, 상기 특정 폴리비닐아세탈 화합물 이외에, 다른 수지 성분, 예컨대 아크릴레이트계 수지, 에폭시계 수지 등이 적절하게 이용된다.
상기 아크릴레이트계 수지로서는, 구체적으로는 우레탄아크릴레이트 수지, 에폭시아크릴레이트 수지, 트리메틸올프로판(알킬렌옥사이드 변성)트리아크릴레이트 수지, 예컨대 디(메트)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 디프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 테트라프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 1,3-부탄디올디(메트)아크릴레이트, 2-메틸-1,3-프로판디올디(메트)아크릴레이트, 비스페놀 A디(메트)아크릴레이트, 비스페놀 F디(메트)아크릴레이트, 비스페놀 AF디(메트)아크릴레이트, 플루오렌형 디(메트)아크릴레이트 등의 방향족 (메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리(메트)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사(메트)아크릴레이트, 디트리메틸올프로판테트라(메트)아크릴레이트, 펜타에리스리톨테트라(메트)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨펜타(메트)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
상기 광라디칼 중합 개시제는, 광도파로 형성용 수지 조성물에 대하여 광조사에 의한 경화성을 부여하기 위해, 예컨대 자외선 경화성을 부여하기 위해 이용되는 것이다.
상기 광라디칼 중합 개시제로서는, 예컨대 벤조인류, 벤조인알킬에테르류, 아세토페논류, 아미노아세토페논류, 안트라퀴논류, 티옥산톤류, 케탈류, 벤조페논류, 크산톤류, 포스핀옥사이드류 등의 광중합 개시제를 들 수 있다. 구체적으로는 2,2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-온, 1-히드록시-시클로헥실-페닐-케톤, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온, 1-[4-(2-히드록시에톡시)-페닐]-2-히드록시-2-메틸-1-프로판, 2-히드록시-1-{4-[4-(2-히드록시-2-메틸-프로피오닐)-벤질]페닐}-2-메틸-프로판-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-부타논-1,2-메틸-1-(4-메틸티오페닐)-2-모르폴리노프로판-1-온, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀옥사이드, 2,4,6-트리메틸벤조일-디페닐-포스핀옥사이드, 비스(η5-2,4-시클로펜타디엔-1-일)-비스[2,6-디플루오로-3(1H-피롤-1-일)-페닐]티타늄, 2-히드록시-1-{4-[4-(2-히드록시-2-메틸-프로피오닐)-벤질]페닐}-2-메틸-프로판-1-온 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 이용된다. 그 중에서도, 빠른 경화 속도나 후막 경화성이라는 관점에서, 2,2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-온, 1-히드록시-시클로헥실-페닐-케톤, 2-히드록시-1-{4-[4-(2-히드록시-2-메틸-프로피오닐)-벤질]페닐}-2-메틸-프로판-1-온을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 광라디칼 중합 개시제의 함유량은, 광도파로 형성용 수지 조성물의 수지 성분 100 중량부에 대하여 0.5∼5 중량부로 설정하는 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 1∼3 중량부이다. 즉, 광라디칼 중합 개시제의 함유량이 너무 적으면, 충분히 만족스러운 자외선 조사에 의한 광경화성을 얻기 어렵고, 또한 광라디칼 중합 개시제의 함유량이 너무 많으면, 광감도가 오르고, 패터닝에 있어서 형상 이상을 초래하는 것, 및 바니시의 포트 라이프의 단수명화라는 경향이 보여지기 때문이다.
본 발명의 광도파로 형성용 수지 조성물에는, 상기 특정 폴리비닐아세탈 화합물, 또한 특정 폴리비닐아세탈 화합물 이외의 수지 성분, 및 광라디칼 중합 개시제 이외에, 필요에 따라, 예컨대 접착성을 높이기 위해 실란계 또는 티탄계의 커플링제, 올레핀계 올리고머나 노르보넨계 폴리머 등의 시클로올레핀계 올리고머나 폴리머, 합성 고무, 실리콘 화합물 등의 가요성 부여제 등의 화합물, 산화방지제, 소포제 등의 첨가제가 첨가된다. 이들 첨가제는, 본 발명에서의 효과를 저해하지 않는 범위 내에서 적절히 배합된다.
그리고, 상기 광도파로 형성용 수지 조성물에서는, 본 발명의 우수한 효과를 저해하지 않는 범위에서, 상기 각 배합 성분에 더하여 유기 용매를 배합하고, 용해 혼합하는 것에 의해, 바니시로서 조제하여 도포 작업에 이용하는 것이 행해진다. 상기 유기 용매로서는, 예컨대 메틸에틸케톤, 시클로헥사논, 2-부타논, N,N-디메틸아세트아미드, 디글라임, 디에틸렌글리콜메틸에틸에테르, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 테트라메틸푸란, 디메톡시에탄, 젖산에틸 등을 들 수 있다. 이들 유기 용매는, 단독으로 또는 2종류 이상 병용하여, 도포에 적합한 점도가 얻어지도록, 적량 이용된다.
상기 유기 용매를 배합하여 조제할 때의 특정 폴리비닐아세탈 화합물의 농도는, 도포 작업성을 고려하여 적절히 설정되지만, 예컨대 20∼80 중량%가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.
《광도파로》
다음에, 본 발명의 광도파로 형성용 수지 조성물을 이용한 광도파로에 대해서 설명한다.
본 발명의 광도파로는, 예컨대 도 1에 도시하는 바와 같이, 기판(1)과, 그 기판(1) 위에 형성된, 언더클래드층(2a)과 오버클래드층(2b)으로 이루어지는 클래드층(2)을 구비하고, 상기 클래드층(2)중에, 소정 패턴으로, 광 신호를 전파하는 코어층(3)이 형성되어 이루어진다. 그리고 본 발명의 광도파로에서는, 상기 클래드층(2)을, 전술한 광도파로 형성용 수지 조성물에 의해 형성한다. 특히, 언더클래드층(2a) 형성 재료 및 오버클래드층(2b) 형성 재료 양쪽 모두 본 발명의 광도파로 형성용 수지 조성물을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 광도파로에서, 상기 클래드층(2)은, 코어층(3)보다 굴절률이 작아지도록 형성할 필요가 있다.
그리고, 본 발명의 광도파로 형성용 수지 조성물을 이용하여 형성된 클래드층(2)(경화물)의 굴절률은 1.50 이하인 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는 1.49 이하의 굴절률이다. 즉, 클래드층(2)(경화물)의 굴절률이 1.50 이하인 것에 의해, 예컨대 방향족계 수지 재료로 이루어지는 코어층(3)과의 비굴절률이 커서 광도파로의 정적 굴곡 손실에 대하여 유리하게 작용한다는(통상, 일반적인 방향족계 수지 재료의 굴절률이 1.56∼1.58 부근) 효과를 나타낸다. 또한, 상기 클래드층(2)(경화물)의 굴절률은, 예컨대 다음과 같이 하여 측정된다. 실리콘 웨이퍼의 평활면 위에 두께 약 10 ㎛의 클래드층(2)(경화물)을 제작하고, SAIRON TECHNOLOGY사 제조의 프리즘 커플러(SPA-4000 형번)를 이용하여 경화 필름의 굴절률을 측정한다.
본 발명에 있어서, 광도파로는, 예컨대 도 2의 (a)∼(f)에 도시하는 바와 같은 공정을 경유하는 것에 의해 제조할 수 있다. 즉, 도 2의 (a)에 도시하는 바와 같이, 우선 기판(1)을 준비한다. 그리고, 도 2의 (b)에 도시하는 바와 같이, 그 기판(1)면에, 상기 광도파로 형성용 수지 조성물을 이용한 바니시를 도포한 후, 자외선 조사 등의 광조사를 행하고, 필요에 따라 가열 처리를 더 행하는 것에 의해, 언더클래드층(2a)[클래드층(2)의 하측 부분]을 형성한다. 이어서, 도 2의 (c)에 도시하는 바와 같이, 상기 언더클래드층(2a) 위에 코어층(3) 형성 재료를 도포하는 것에 의해 코어 형성층(3')을 형성한다. 그리고, 도 2의 (d)에 도시하는 바와 같이, 이 코어 형성층(3')면 위에, 소정 패턴(광도파로 패턴)을 노광시키기 위한 포토마스크(9)를 배치하고, 이 포토마스크(9)를 통해 자외선 등의 광조사를 행하며, 필요에 따라 가열 처리를 더 행한다. 그 후, 상기 코어 형성층(3')의 미노광 부분을, 현상액을 이용하여 용해 제거하는 것에 의해, 도 2의 (e)에 도시한 바와 같이 소정 패턴의 코어층(3)을 형성한다. 다음에, 도 2의 (f)에 도시하는 바와 같이, 상기 코어층(3) 위에, 상기 오버클래드층 형성 재료를 도포한 후, 자외선 조사 등의 광조사를 행하고, 필요에 따라 가열 처리를 더 행하는 것에 의해, 오버클래드층(2b)[클래드층(2)의 상측 부분]을 형성한다. 이러한 공정을 경유하는 것에 의해, 목적으로 하는 광도파로를 제조할 수 있다.
상기 기판(1) 재료로서는, 예컨대 실리콘 웨이퍼, 금속제 기판, 고분자 필름, 유리 기판 등을 들 수 있다. 그리고 상기 금속제 기판으로서는, 스테인리스강 등의 스테인리스판 등을 들 수 있다. 또한, 상기 고분자 필름으로서는, 구체적으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트 필름, 폴리이미드 필름 등을 들 수 있다. 그리고, 그 두께는 통상, 10 ㎛∼3 ㎜의 범위 내로 설정된다.
상기 광조사에서는, 구체적으로는 자외선 조사가 행해진다. 상기 자외선 조사에서의 자외선의 광원으로서는, 예컨대 저압 수은등, 고압 수은등, 초고압 수은등 등을 들 수 있다. 또한, 자외선의 조사량은 통상 10∼10000 mJ/㎠, 바람직하게는 50∼5000 mJ/㎠, 보다 바람직하게는 500∼3000 mJ/㎠ 정도를 들 수 있다.
상기 자외선 조사에 의한 노광 후, 광 반응에 의한 경화를 완결시키기 위해 가열 처리를 더 실시하여도 좋다. 상기 가열 처리 조건으로서는, 통상 80℃∼250℃, 바람직하게는 100℃∼150℃에서, 10초∼2시간, 바람직하게는, 5분∼1시간의 범위 내에서 행해진다.
또한, 상기 클래드층(2) 형성 재료로서, 본 발명의 광도파로 형성용 수지 조성물을 이용한 경우는, 코어층(3) 형성 재료로서는, 예컨대 페녹시 수지를 바인더 성분으로 하고, 아크릴계 감광성 수지 성분, 더 나아가서는 전술한 각종 광라디칼 중합 개시제를 적절하게 함유하는 수지 조성물을 들 수 있다. 또한, 바니시로서 조제하여 도포하기 위해, 상기와 같이, 유기 용매를 혼합하여, 도포에 적합한 점도가 얻어지도록, 적량 이용된다.
상기 아크릴계 감광 수지 성분으로서는, 예컨대 디(메트)아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 디프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 테트라프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜디(메트)아크릴레이트, 1,3-부탄디올디(메트)아크릴레이트, 2-메틸-1,3-프로판디올디(메트)아크릴레이트, 비스페놀 A디(메트)아크릴레이트, 비스페놀 F디(메트)아크릴레이트, 비스페놀 AF디(메트)아크릴레이트, 플루오렌형 디(메트)아크릴레이트 등의 방향족 (메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리(메트)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사(메트)아크릴레이트, 디트리메틸올프로판테트라(메트)아크릴레이트, 펜타에리스리톨테트라(메트)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨펜타(메트)아크릴레이트 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 이용된다.
또한, 상기 기판(1) 위에서의, 각 층의 형성 재료를 이용한 도포 방법으로서는, 예컨대 스핀코터, 코터, 원코터, 바코터 등의 도공에 의한 방법이나, 스크린 인쇄, 스페이서를 이용하여 갭을 형성하고 그 안에 모세관 현상에 의해 주입하는 방법, 멀티코터 등의 도공기에 의해 롤 투 롤(roll-to-roll)로 연속적으로 도공하는 방법 등을 이용할 수 있다. 또한, 상기 광도파로는, 상기 기판(1)을 박리 제거하는 것에 의해, 필름형 광도파로로 하는 것도 가능하다.
이와 같이 하여 얻어진 광도파로는, 예컨대 광 전기 혼재 기판의 광배선 재료로서 이용할 수 있다.
실시예
다음에, 본 발명을 실시예에 기초하여 설명한다. 단, 본 발명은, 이들 실시예에 한정되는 것이 아니다.
[실시예 1]
우선, 실시예가 되는 광도파로의 제작에 앞서, 클래드층 형성 재료 및 코어층 형성 재료인 각 감광성 바니시를 조제하였다.
<클래드층 형성 재료의 조제>
차광 조건 하에서, 폴리비닐부티랄[세키스이카가쿠사 제조, 에스렉 BM-1: 식 (1)중, R=-C3H7, k=65±3, m=3 이하, n=약 34, 중량 평균 분자량 40000] 30 g, 우레탄아크릴레이트 수지(미쓰비시카가쿠사 제조, UA-160TM) 35 g, 트리메틸올프로판(EO)트리아크릴레이트 수지(산요카세이사 제조, TA-401) 35 g, 광라디칼 중합 개시제로서 이르카큐어 819(치바재팬사 제조) 1.0 g과 이르가큐어 127(치바재팬사 제조) 3.0 g을, 시클로헥사논 233 g에 혼합하고, 85℃ 가열 하에서 교반으로 완전 용해시켜, 그 후 실온(25℃)까지 냉각한 후, 직경 7.0 ㎛의 필터를 이용하여 가열 가압 여과를 행하는 것에 의해, 클래드층 형성 재료가 되는 감광성 바니시를 조제하였다.
<코어층 형성 재료의 조제>
차광 조건 하에서, 방향족 이작용 에폭시아크릴레이트(신나카무라 카가쿠사 제조, NK 올리고 EA-1020) 50 g, 페녹시 수지(미쓰비시카가쿠사 제조, 에피코트 1007) 50 g, 광라디칼 중합 개시제로서 이르가큐어 819(치바재팬사 제조) 1.0 g과 이르가큐어 184(치바재팬사 제조) 3.0 g을, 시클로헥사논 70 g에 혼합하고, 85℃ 가열 하에서 교반으로 완전 용해시켜, 그 후 실온(25℃)까지 냉각한 후, 직경 4.5 ㎛의 필터를 이용하여 가열 가압 여과를 행하는 것에 의해, 코어층 형성 재료가 되는 감광성 바니시를 조제하였다.
<언더클래드층의 제작>
스핀코터를 이용하여, 상기 클래드층 형성 재료인 감광성 바니시를 실리콘 웨이퍼 기재 위에 도공(조건: 4000 rpm×10초)한 후, 핫플레이트 위에서 유기 용제를 건조시키는(120℃×10분간) 것에 의해, 미경화 상태의 언더클래드층을 형성하였다. 형성된 미경화의 언더클래드층을 UV 조사기[3000 mJ/㎠(단파장 커트 필터)]로 노광을 행하는 것에 의해, 언더클래드층(두께 15 ㎛∼20 ㎛)을 제작하였다.
<코어층의 제작>
형성된 언더클래드층 위에, 스핀코터를 이용하여, 코어층 형성 재료인 감광성 바니시를 도공(조건: 1500 rpm×10초)한 후, 핫플레이트 위에서 유기 용제를 건조시키는(80℃×5분간+120℃×10분간) 것에 의해, 미경화 상태의 코어층을 형성하였다. 형성된 미경화의 코어층을 UV 조사기[2000 mJ/㎠(단파장 커트 필터)]의 소정 마스크 패턴[패턴 폭/패턴 간격(L/S)=50 ㎛/200 ㎛]으로 노광을 행하였다. 그 후, γ-부티로락톤중에서 현상을 행하고, 수세하며, 핫플레이트 위에서 수분을 건조(120℃×5분간)시키는 것에 의해, 소정 패턴의 코어층(두께 50 ㎛∼55 ㎛)을 제작하였다.
<오버클래드층의 제작>
형성된 코어층 위에, 스핀코터를 이용하여, 상기 클래드층 형성 재료인 감광성 바니시를 도공(조건: 800 rpm×10초)한 후, 핫플레이트 위에서 유기 용제를 건조시키는(50℃×5분간 1120℃×10분간) 것에 의해, 미경화 상태의 오버클래드층을 형성하였다. 형성된 미경화의 오버클래드층을 UV 조사기[3000 mJ/㎠(단파장 커트 필터)]로 노광을 행하는 것에 의해, 오버클래드층(두께 15 ㎛∼20 ㎛)을 제작하였다.
이와 같이 하여 실리콘 웨이퍼 기재 위에, 언더클래드층이 형성되고, 이 언더클래드층 위에 소정 패턴의 코어층이 형성되며, 이 코어층 위에 오버클래드층이 더 형성된 광도파로를 제작하였다.
[실시예 2]
클래드층 형성 재료인 감광성 바니시의 조제에 있어서, 수지 성분의 배합 비율을, 폴리비닐부티랄(세키스이카가쿠사 제조, 에스렉 BM-1) 40 g, 우레탄아크릴레이트 수지(미쓰비시카가쿠사 제조, UA-160TM) 30 g, 트리메틸올프로판(EO)트리아크릴레이트 수지(산요카세이사 제조, TA-401) 30 g으로 바꿨다. 그것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 실리콘 웨이퍼 기재 위에 언더클래드층이 형성되고, 이 언더클래드층 위에 소정 패턴의 코어층이 형성되며, 이 코어층 위에 오버클래드층이 더 형성된 광도파로를 제작하였다.
[실시예 3]
클래드층 형성 재료인 감광성 바니시의 조제에 있어서, 수지 성분의 배합 비율을, 폴리비닐부티랄(세키스이카가쿠사 제조, 에스렉 BM-1) 50 g, 우레탄아크릴레이트 수지(미쓰비시카가쿠사 제조, UA-160TM) 25 g, 트리메틸올프로판(EO)트리아크릴레이트 수지(산요카세이사 제조, TA-401) 25 g으로 바꿨다. 그 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 실리콘 웨이퍼 기재 위에 언더클래드층이 형성되고, 이 언더클래드층 위에 소정 패턴의 코어층이 형성되며, 이 코어층 위에 오버클래드층이 더 형성된 광도파로를 제작하였다.
[실시예 4]
클래드층 형성 재료인 감광성 바니시의 조제에 있어서, 수지 성분의 배합 조성 중, 폴리비닐부티랄(세키스이카가쿠사 제조, 에스렉 BM-1) 30 g을, 폴리비닐부티랄[세키스이카가쿠사 제조, 에스렉 BM-S: 식 (1)중, R=-C3H7, k=73±3, m=4∼6, n=약 22, 중량 평균 분자량 53000] 30 g으로 바꿨다. 그 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 실리콘 웨이퍼 기재 위에 언더클래드층이 형성되고, 이 언더클래드층 위에 소정 패턴의 코어층이 형성되며, 이 코어층 위에 오버클래드층이 더 형성된 광도파로를 제작하였다.
[실시예 5]
클래드층 형성 재료인 감광성 바니시의 조제에 있어서, 수지 성분의 배합 비율을, 폴리비닐부티랄(세키스이카가쿠사 제조, 에스렉 BM-S) 40 g, 우레탄아크릴레이트 수지(미쓰비시카가쿠사 제조, UA-160TM) 30 g, 트리메틸올프로판(EO)트리아크릴레이트 수지(산요카세이사 제조, TA-401) 30 g으로 바꿨다. 그 이외는 실시예 4와 마찬가지로 하여 실리콘 웨이퍼 기재 위에 언더클래드층이 형성되고, 이 언더클래드층 위에 소정 패턴의 코어층이 형성되며, 이 코어층 위에 오버클래드층이 더 형성된 광도파로를 제작하였다.
[실시예 6]
클래드층 형성 재료인 감광성 바니시의 조제에 있어서, 수지 성분의 배합 비율을, 폴리비닐부티랄(세키스이카가쿠사 제조, 에스렉 BM-S) 50 g, 우레탄아크릴레이트 수지(미쓰비시카가쿠사 제조, UA-160TM) 25 g, 트리메틸올프로판(EO)트리아크릴레이트 수지(산요카세이사 제조, TA-401) 25 g으로 바꿨다. 그 이외는 실시예 4와 마찬가지로 하여 실리콘 웨이퍼 기재 위에 언더클래드층이 형성되고, 이 언더클래드층 위에 소정 패턴의 코어층이 형성되며, 이 코어층 위에 오버클래드층이 더 형성된 광도파로를 제작하였다.
[실시예 7]
클래드층 형성 재료인 감광성 바니시의 조제에 있어서, 수지 성분의 배합 비율을, 폴리비닐부티랄(세키스이카가쿠사 제조, 에스렉 BM-1) 20 g, 우레탄아크릴레이트 수지(미쓰비시카가쿠사 제조, UA-160TM) 40 g, 트리메틸올프로판(EO)트리아크릴레이트 수지(산요카세이사 제조, TA-401) 40 g으로 바꿨다. 그 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 실리콘 웨이퍼 기재 위에 언더클래드층이 형성되고, 이 언더클래드층 위에 소정 패턴의 코어층이 형성되며, 이 코어층 위에 오버클래드층이 더 형성된 광도파로를 제작하였다.
[실시예 8]
클래드층 형성 재료인 감광성 바니시의 조제에 있어서, 수지 성분의 배합 비율을, 폴리비닐부티랄(세키스이카가쿠사 제조, 에스렉 BM-S) 20 g, 우레탄아크릴레이트 수지(미쓰비시카가쿠사 제조, UA-160TM) 40 g, 트리메틸올프로판(EO)트리아크릴레이트 수지(산요카세이사 제조, TA-401) 40 g으로 바꿨다. 그 이외는 실시예 4와 마찬가지로 하여 실리콘 웨이퍼 기재 위에 언더클래드층이 형성되고, 이 언더클래드층 위에 소정 패턴의 코어층이 형성되며, 이 코어층 위에 오버클래드층이 더 형성된 광도파로를 제작하였다.
[실시예 9]
클래드층 형성 재료인 감광성 바니시의 조제에 있어서, 수지 성분의 배합 비율을, 폴리비닐부티랄(세키스이카가쿠사 제조, 에스렉 BM-1) 70 g, 우레탄아크릴레이트 수지(미쓰비시카가쿠사 제조, UA-160TM) 15 g, 트리메틸올프로판(EO)트리아크릴레이트 수지(산요카세이사 제조, TA-401) 15 g으로 바꿨다. 그 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 실리콘 웨이퍼 기재 위에 언더클래드층이 형성되고, 이 언더클래드층 위에 소정 패턴의 코어층이 형성되며, 이 코어층 위에 오버클래드층이 형성된 광도파로를 제작하였다.
[실시예 10]
클래드층 형성 재료인 감광성 바니시의 조제에 있어서, 수지 성분의 배합 비율을, 폴리비닐부티랄(세키스이카가쿠사 제조, 에스렉 BM-S) 70 g, 우레탄아크릴레이트 수지(미쓰비시카가쿠사 제조, UA-160TM) 15 g, 트리메틸올프로판(EO)트리아크릴레이트 수지(산요카세이사 제조, TA-401) 15 g으로 바꿨다. 그 이외는 실시예 4와 마찬가지로 하여 실리콘 웨이퍼 기재 위에 언더클래드층이 형성되고, 이 언더클래드층 위에 소정 패턴의 코어층이 형성되며, 이 코어층 위에 오버클래드층이 더 형성된 광도파로를 제작하였다.
[비교예 1]
클래드층 형성 재료인 감광성 바니시의 조제에 있어서, 수지 성분의 배합 비율을, 페녹시 수지(신닛테츠카가쿠사 제조, 에피코트 YP-70: 중량 평균 분자량 50000∼60000) 10 g, 우레탄아크릴레이트 수지(미쓰비시카가쿠사 제조, UA-160TM) 45 g, 트리메틸올프로판(EO)트리아크릴레이트 수지(산요카세이사 제조, TA-401) 45 g으로 바꿨다. 그 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 실리콘 웨이퍼 기재 위에 언더클래드층이 형성되고, 이 언더클래드층 위에 소정 패턴의 코어층이 형성되며, 이 코어층 위에 오버클래드층이 더 형성된 광도파로를 제작하였다.
[비교예 2]
클래드층 형성 재료인 감광성 바니시의 조제에 있어서, 수지 성분의 배합 비율을, 페녹시 수지(신닛테츠카가쿠사 제조, 에피코트 YP-70) 30 g, 우레탄아크릴레이트 수지(미쓰비시카가쿠사 제조, UA-160TM) 35 g, 트리메틸올프로판(EO)트리아크릴레이트 수지(산요카세이사 제조, TA-401) 35 g으로 바꿨다. 그 이외는 비교예 1과 마찬가지로 하여 실리콘 웨이퍼 기재 위에 언더클래드층이 형성되고, 이 언더클래드층 위에 소정 패턴의 코어층이 형성되며, 이 코어층 위에 오버클래드층이 더 형성된 광도파로를 제작하였다.
[비교예 3]
클래드층 형성 재료인 감광성 바니시의 조제에 있어서, 수지 성분의 배합 비율을, 페녹시 수지(신닛테츠카가쿠사 제조, 에피코트 YP-70) 50 g, 우레탄아크릴레이트 수지(미쓰비시카가쿠사 제조, UA-160TM) 25 g, 트리메틸올프로판(EO)트리아크릴레이트 수지(산요카세이사 제조, TA-401) 25 g으로 바꿨다. 그 이외는 비교예 1과 마찬가지로 하여 실리콘 웨이퍼 기재 위에 언더클래드층이 형성되고, 이 언더클래드층 위에 소정 패턴의 코어층이 형성되며, 이 코어층 위에 오버클래드층이 더 형성된 광도파로를 제작하였다.
이와 같이 하여 얻어진 각 광도파로를 이용하여, 인장 탄성률, 굴곡성, 굴절률, 비굴절률차, 굴곡 손실, 택크성에 관해서 하기에 나타내는 방법에 따라 측정·평가하였다. 이들 결과를 배합 조성과 함께 후기의 표 1∼표 2에 함께 나탄낸다.
[인장 탄성률]
상기 경화 조건으로 제작한 두께 약 80 ㎛의 클래드층 형성 재료로 이루어지는 필름을 폭 10 ㎜×길이 120 ㎜∼140 ㎜로 절단하여, 평가용 샘플로서 이용하였다. 그리고, 상기 샘플의 인장 탄성률을, 인장 시험기(미네베아사 제조, TG-1KN형)를 이용하여 측정하였다. 측정 조건으로서는, 척간 거리 50 ㎜, 인장 속도 50 ㎜/min의 조건 하에서 인장 시험을 행하여, 인장 탄성률을 구했다.
[굴곡성]
상기 경화 조건으로 제작한 클래드층 형성 재료로 이루어지는 필름을 폭 5 ㎜×길이 50 ㎜로 잘라내어, 굴곡 반경(r)=1.5 ㎜, 슬라이드 거리 20 ㎜, 슬라이드 속도 20 ㎜/초로 IPC 슬라이드 시험을 행하였다. 그 결과, 하기에 기준에 기초하여 평가하였다.
○: 10만회를 초과하는 굴곡을 행하여도 파단이 발생하지 않았다.
△: 3만∼10만회의 굴곡 횟수에서 파단이 발생하였다.
×: 3만회 미만의 굴곡 횟수에서 파단이 발생하였다.
[굴절률]
얻어진 각 광도파로의 클래드층의 굴절률을 다음과 같이 하여 측정하였다. 즉, 두께 0.56 ㎜의 실리콘 웨이퍼 위에, 스핀코트법에 의해 클래드층 형성 재료를 균일하게 도포하고 상기 경화 조건으로 경화한 두께 약 10 ㎛의 필름을 제작하였다. 이 필름을 이용하여, SAIRON TECHNOLOGY사 제조 프리즘 커플러(SPA-4000 형번)에 의해, 850 ㎚에서의 굴절률을 측정하였다.
[비굴절률차]
코어층의 굴절률을, 코어층 형성 재료를 이용하여 상기와 마찬가지로 하여 측정하고, 굴절률 1.57를 얻었다. 얻어진 클래드, 코어 양층의 굴절률로부터, 하기 식에 의해 비굴절률차(%)를 산출하였다.
비굴절률차(%)=(코어층 굴절률-클래드층 굴절률)/코어층 굴절률×100
[굴곡 손실]
직경 2 ㎜의 금속 막대에 각 광도파로를 360˚ 감았을 때의 굴곡 손실을, 하기와 같이 측정, 산출하였다. 미키사 제조 850 ㎚ VCSEL 광원 OP250으로부터 발하는 광을 멀티 모드 파이버[미키사 제조, FFP-G120-0500(직경 50 ㎛ MMF, NA=0.2)]로 집광하여 상기 샘플에 입사하였다. 그리고, 샘플로부터 출사된 광을 렌즈[세이와코가쿠 제작소사 제조, FH14-11(배율 20, NA=0.4)]로 집광하고, 광 계측 시스템(어드밴티스트사 제조, 광 멀티 파워 미터 Q8221)으로 6 채널을 평가하였다. 그 평균 전체 손실로부터 마찬가지로 평가한 직선 손실시의 전체 손실의 차에 의해 굴곡 손실을 산출하였다. 그 결과를, 하기의 기준에 기초하여 평가하였다.
○: 초기 값에 비해 손실의 증가 값이 0.3 dB 미만이었다.
△: 초기 값에 비해 손실의 증가 값이 0.3 dB∼0.5 dB였다.
×: 초기 값에 비해 손실의 증가 값이 0.5 dB을 초과하는 결과가 되었다.
[택크성]
택크성에 관해서는, 각 광도파로의 클래드층 표면을 손가락으로 대어 확인하였다. 그 결과, 하기의 기준에 기초하여 평가하였다.
○: 클래드층 표면에 손가락을 댄 자국이 남지 않고, 손가락에 아무 것도 전사되지 않았다.
△: 클래드층 표면에는 손가락을 댄 자국이 남지만, 손가락에 아무 것도 전사되지 않았다(마일러 등의 표면 보호층 사용으로 R-to-R 공정에 클래드층이 유동 가능).
×: 클래드층 표면이 거칠어지고, 수지 성분이 손가락에 전사되었다(마일러 등의 표면 보호층 사용으로도 R-to-R 공정 유동 불가).
Figure pat00003
Figure pat00004
상기 결과로부터, 특정 폴리비닐아세탈 화합물을 배합하여 이루어지는 감광성 바니시를 이용하여 형성된 클래드층을 구비한 광도파로인 실시예품은, 양호한 내굴곡성을 구비하고, 굴곡 손실 및 택크성에 관해서도 우수한 결과가 얻어졌다. 특히 실시예 1, 2, 4 품에 관해서는, 한층 더 우수한 내굴곡성 및 택크성을 구비한 것이었다.
이것에 대하여, 특정 폴리비닐아세탈 화합물 대신에 페녹시 수지를 수지 성분 전체의 10 중량% 배합하여 이루어지는 감광성 바니시를 이용하여 형성된 클래드층을 구비한 광도파로인 비교예 1품은, 굴절률이 높고, 굴곡 손실에 관해서도 실시예품에 비해 뒤떨어지는 결과가 되며, 택크성 평가에서는 전사가 발생하였다.
또한, 페녹시 수지를 수지 성분 전체의 30 중량% 배합하여 이루어지는 감광성 바니시를 이용하여 형성된 클래드층을 구비한 광도파로인 비교예 2품은, 내굴곡성, 굴곡 손실 및 택크성 모두에서 실시예품에 비해 뒤떨어지는 결과가 되었다.
그리고, 페녹시 수지를 수지 성분 전체의 50 중량% 배합하여 이루어지는 감광성 바니시를 이용하여 형성된 클래드층을 구비한 광도파로인 비교예 3품은, 택크성에 관해서는 양호한 결과가 얻어졌지만, 내굴곡성 및 굴곡 손실에 관해서 실시예품에 비해 뒤떨어지는 결과가 되었다.
본 발명의 광도파로 형성용 수지 조성물은, 광도파로의 구성 부분의 형성 재료로서, 특히 클래드층 형성 재료로서 유용하다. 그리고, 상기 광도파로 형성용 수지 조성물을 이용하여 제작되는 광도파로는, 예컨대 광 전기 혼재 기판의 광 배선 등에 이용된다.
1: 기판, 2: 클래드층, 3: 코어층

Claims (7)

  1. 광도파로의 형성에 이용되는 광도파로 형성용 수지 조성물로서, 하기의 일반식 (1)로 표시되는 구조 단위를 갖는 폴리비닐아세탈 화합물을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 광도파로 형성용 수지 조성물.
    Figure pat00005

    [식 (1)에서, R은 탄소수 1∼3의 알킬기이다. 또한, 반복 수 k, m, n은, 주쇄중에 포함되는 각 반복 단위의 비율을 나타내는 것으로서, 각각 1 이상의 정수이다.]
  2. 제1항에 있어서, 광라디칼 중합 개시제를 함유하는 것인 광도파로 형성용 수지 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 수지 조성물의 수지 성분이 유기 용제에 용해되어 이루어지고, 광도파로 형성용 수지 조성물중 수지 성분에 대하여, 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조 단위를 갖는 폴리비닐아세탈 화합물의 혼합 비율이, 20∼80 중량%인 것인 광도파로 형성용 수지 조성물.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 광도파로 형성용 수지 조성물의 경화물의 굴절률이 1.50 이하인 것인 광도파로 형성용 수지 조성물.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기판과, 그 기판 위에 형성된 클래드층을 구비하고, 상기 클래드층중에 소정 패턴으로, 광 신호를 전파하는 코어층이 형성되어 이루어지는 광도파로의, 상기 클래드층 형성 재료로서 이용되는 것인 광도파로 형성용 수지 조성물.
  6. 기판과, 그 기판 위에 형성된 클래드층을 구비하고, 상기 클래드층중에 소정 패턴으로, 광 신호를 전파하는 코어층이 형성되어 이루어지는 광도파로로서, 상기 클래드층이, 제1항 또는 제2항에 기재된 광도파로 형성용 수지 조성물에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광도파로.
  7. 제6항에 있어서, 롤 투 롤(roll-to-roll) 프로세스에 의해 제조되어 이루어지는 것인 광도파로.
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