JP2000319393A - 光通信用ポリイミド - Google Patents
光通信用ポリイミドInfo
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Abstract
ド、但し、式中、R1及びR2は相互独立的にCF3、
CCl3、非置換された芳香族環基及びハロゲン化され
た芳香族環基よりなる群から選ばれ、R3及びR4は相
互独立的にCl、F、I、Br、CF3、CCl3、非
置換された芳香族環基及びハロゲン化された芳香族環基
よりなる群から選ばれ、nは1から39までの整数であ
る。 【化1】
Description
に係り、さらに詳しくは、光通信波長領域における光吸
収損失が低く、屈折率が調節し易いだけでなく、有機溶
媒への可溶性及び加工性に優れている光導波用ポリイミ
ドに関する。
速及び大容量情報通信事業の核心となる各種の光学素
子、例えば光パワー分割器、光波長分割器などの製造に
用いられる光学材料への需要が次第に高まりつつある。
ム(LiNbO3) などの無機化合物が主として使用
された。ところが、かかる無機化合物は材料の特性か
ら、製造性及び加工性に劣っており、量産体制には向い
てない。この理由から、製造コスト及び加工性の点で有
利であり、大量生産性に優れている有機光学材料、特に
高分子に関心が寄せられており、この高分子への研究が
盛んになされている。
素−水素(C−H)結合のストレッチング振動及びデフ
ォメーション振動による高周波の倍音によって1000
〜1700nmの近赤外線領域の光を吸収する。この光
吸収損失を低減するために、C−H結合の水素をフッ素
(F)または重水素(D)に置換する方法が提案されて
いる。
に置換する方法は、C−D結合が1550nm波長帯の
光を吸収するために、近赤外線領域(1000〜170
0nm)の波長帯を用いる光通信素子用光学材料として
不向きであった。
置換する方法は、近赤外線領域(1000〜1700n
m)波長帯の光吸収損失が最小化できる方法と確認され
た。
に優れており、半導体保護用緩衝剤として汎用されてき
ている。最近には、このように優れた物性を有するポリ
イミドにフッ素を導入して低損失光通信用材料に応用し
ている。
と、これを取り囲んでいるクラッド層とから構成され、
このときコア層には、クラッド層より高い屈折率が要さ
れる。
たポリイミドを用いる場合、前述のような屈折率条件が
満たせるように、フッ素を含んでいる単量体とこのフッ
素を含んでいない単量体とを適宜な組成比にて共重合さ
せることにより、高分子内のフッ素含量が制御される必
要がある。
量と比例関係にある。従って、C-H結合の水素をフッ
素に置換したフッ素化されたポリイミドは屈折率が低い
ため、これをコア層として用いる場合、クラッド層形成
用材料に対する選択肢が少なくなる。さらに、コア層及
びクラッド層を同じ高分子にて形成する場合、コア層が
クラッド層より高い屈折率を有するため、コア層形成用
高分子内のフッ素含量を減らす必要があり、これは、C
-H結合の増加による光吸収損失を招く原因となる。
どその表面張力は弱まるため、コア層及びクラッド層形
成用材料としてフッ素化されたポリイミドを用いる場合
には、層間接着性及びコーティング性が低下する問題が
あった。
みて成されたものであり、その目的は、近赤外線領域に
おける光吸収損失が小さく、耐熱性に優れ、屈折率の増
加による光吸収損失の増加が抑止でき、弱い表面張力に
よって層間接着性及びコーティング性が低下する問題を
効率的に防止できる光通信用ポリイミドを提供すること
である。
に、本発明からは、下記化学式1で表わされる光通信用
ポリイミドが提供される。
非置換された芳香族環基及びハロゲン化された芳香族環
基よりなる群から選ばれ、R3及びR4は相互独立的に
Cl、F、I、Br、CF3、CCl3、非置換された
芳香族環基及びハロゲン化された芳香族環基よりなる群
から選ばれ、nは1から39までの整数である。
非置換された芳香族環基の具体例としては、フェニル
基、ナフチル基、ビフェニル基などが挙げられ、ハロゲ
ン化された芳香族環基の具体例としては、4−クロロフ
ェニル基、4−フルオロフェニル基、4−トリフルオロ
メチルフェニル基、4−トリクロロメチルフェニル基な
どが挙げられる。このとき、非置換された芳香族環基及
びハロゲン化された芳香族環基内にある芳香族C−H結
合は脂肪族C−H結合に比べて近赤外線領域における光
吸収損失が小さいので、光通信用光学材料として使用可
能である。
リイミドは、R1、R2、R3及びR4がCF3である
下記構造式の化合物(E)、またはR1及びR2がCF
3であり、R3及びR4がClである下記構造式の化合
物(F)である。
数である。
(F)の屈折率は、入射光の波長を1550nmとする
とき、TEモード時に1.5176〜1.5714であ
る。
表わされる光通信用ポリイミドによって成し遂げられ
る。
r、CF3、CCl3、非置換された芳香族環基及びハ
ロゲン化された芳香族環基よりなる群から選ばれ、xは
0<x<1範囲のモル分率である。
非置換された芳香族環基の具体例としては、フェニル
基、ナフチル基、ビフェニル基などが挙げられ、ハロゲ
ン化された芳香族環基の具体例としては、4−クロロフ
ェニル基、4−フルオロフェニル基、4−トリフルオロ
メチルフェニル基、4−トリクロロメチルフェニル基な
どが挙げられる。
リイミドは、特にZ1及びZ2が相互同一に
F3である下記構造式の化合物(G)、またはZ1及び
Z2が相互同一に
(M)である。
る整数であり、g2及びm2は相互独立的に1〜39か
ら選ばれる整数である。
率は、入射光の波長を1550nmとするとき、TEモ
ード時に1.6021〜1.7213であり、TMモー
ド時に1.4930〜1.5773である。
の屈折率は、入射光の波長を1550nmとするとき、
TMモード時に1.6021〜1.7213であり、T
Eモード時に1.4930〜1.5773である。
ミドは酸無水物(A)及びジアミン化合物(B)をN,
N−ジメチルアセトアミドなどの有機溶媒に溶解した後
に反応させてポリアミック酸を合成し、これをイミド化
させることにより得られる。
非置換された芳香族環基及びハロゲン化された芳香族環
基よりなる群から選ばれ、R3及びR4は相互独立的に
Cl、F、I、Br、CF3、CCl3、非置換された
芳香族環基及びハロゲン化された芳香族環基よりなる群
から選ばれ、nは1から39までの整数である。
非置換された芳香族環基の具体例としては、フェニル
基、ナフチル基、ビフェニル基などが挙げられ、ハロゲ
ン化された芳香族環基の具体例としては、4−クロロフ
ェニル基、4−フルオロフェニル基、4−トリフルオロ
メチルフェニル基、4−トリクロロメチルフェニル基な
どが挙げられる。
ド化は、通常の反応条件下に化学的方法または熱的方法
によって行われる。
非置換された芳香族環基及びハロゲン化された芳香族環
基よりなる群から選ばれ、R3及びR4は相互独立的に
Cl、F、I、Br、CF3、CCl3、非置換された
芳香族環基及びハロゲン化された芳香族環基よりなる群
から選ばれる。
アミン化合物(B)の混合物にアセト酸無水物及びピリ
ジンを付加し、これを60〜150℃の温度条件下に加
熱したり、或いは、酸無水物(A)及びジアミン化合物
(B)にトルエンを付加し、これをトルエンの沸点で加
熱することにより行われる。そして熱的方法は、ポリア
ミック酸を50〜400℃の温度範囲内で段階的に加熱
することにより行われる。
プロセスで製造される。
溶媒に溶解し、ここに塩化ナトリウム及びエチレングリ
コールを付加して還元反応を行いアゾ化合物を合成す
る。次にこのアゾ化合物をさらに還元し、ジアミン化合
物(B)を得る。
リイミドは、重量当たり平均分子量が10,000〜5
0,000である。これは、この範囲で優れた光吸収損
失、加工性、接着性が得られるからである。また、前記
ポリイミドの分子量は、ゲルパーミエーションクロマト
グラフィ法にて測定される。
ドは、酸無水物(A)または(C)のいずれかを2種の
ジアミン化合物(B)及び(D)と反応させることによ
り得られる。ここで、前記ポリイミドのモル分率xは、
前記ジアミン化合物(B)及び(D)の混合比に応じて
変わる。
下記構造式から明らかなように、繰り返し単位(I)及
び(II)を含んでいる共重合体である。ここで、繰り
返し単位(I)及び(II)の重合度をそれぞれr及び
sとするとき、モル分率xは下記式のように表わされ
る。
所望の屈折率に応じて適宜調節されることが好ましい。
すなわち、屈折率は、ポリイミド合成に際して、ジアミ
ン化合物(B)及び(D)の混合比を可変させることに
よって調節できる。
r、CF3、CCl3、非置換された芳香族環基及びハ
ロゲン化された芳香族環基よりなる群から選ばれ、xは
0<x<1範囲のモル分率である。
通信用材料に広範に使用できるが、中でも、光導波路の
コア層及びクラッド層を形成する上で極めて有用であ
る。
るが、本発明が下記実施例に限定されるものではない。
mlが溶解されているエタノール175mlに1-クロ
ロ-3-ニトロベンゼン22.06gを付加し、2時間反
応させた。
付加して沈殿物を形成させ、この沈殿物をろ過、乾燥、
及びエタノールにて再結晶化して3,3'ジクロロアゾベ
ンゼンを得た。
をテトラハイドロフラン150mlに溶解し、ここにア
セト酸210ml及び亜鉛16.8gを付加して反応を
行った。
30mlを付加した後に、メチレンクロライドを用いて
抽出する。この抽出物に濃塩酸90mlを付加し、これ
を塩化ナトリウム水溶液にて中和させ、2,2'-ジクロ
ロ-4,4'-ジアミノビフェニルを得た。
mlが溶解されているエタノール175mlに1-ブロ
モ-3-ニトロベンゼン22.06gを付加して2時間反
応させた。
付加して沈殿物を形成させる。この沈殿物をろ過、乾
燥、及びエタノールにて再結晶化して3,3'ジブロモア
ゾベンゼンを得た。
をテトラハイドロフラン150mlに溶解し、ここにア
セト酸210ml及び亜鉛16.8gを付加して反応を
行った。
30mlを付加した後に、メチレンクロライドを用いて
抽出を行い、このメチレンクロライド層に塩酸を付加し
た。次に、これを中和させて2,2'-ジブロモ-4,4'
-ジアミノビフェニルを得た。
mlが溶解されているエタノール175mlに1-ヨー
ド-3-ニトロベンゼン22.06gを付加して2時間反
応させた。
付加して沈殿物を形成させ、得られた沈殿物をろ過、乾
燥、及びエタノールにて再結晶化して3,3'ジブロモア
ゾベンゼンを得た。
をテトラハイドロフラン150mlに溶解し、ここにア
セト酸210ml及び亜鉛16.8gを付加して反応を
行った。
30mlを付加し、メチレンクロライドを用いて抽出を
行い、このメチレンクロライド層に塩酸を付加した。次
に、これを中和させて2,2'-ジブロモ-4,4'-ジア
ミノビフェニルを得た。
4,4'-ジアミノビフェニル(PFMB)7.205g
(0.225モル)及び2,2-ビス(ジカルボキシフェ
ニル)ヘキサフルオロプロパンジアンハイドライド(F
DA)10g(0.0225モル)をN,N-ジメチル
アセトアミド57.35gに溶解した後に、これを24
時間攪拌した。
てポリアミック酸溶液を得た。このように得られたポリ
アミック酸溶液をシリコン基板上にスピンコートし、こ
れをホットプレートで100℃/30分間、200℃/
60分間、350℃/60分間熱処理を施し、ポリイミ
ド(E)膜を完成した。
4,4'-ジアミノビフェニル(DCB)0.9g(0.
035モル)及びFDA1.577g(0.035モ
ル)をN,N-ジメチルアセトアミド16.5gに溶解
した後に、これを24時間攪拌した。
てポリアミック酸溶液を得た。このように得られたポリ
アミック酸溶液をシリコン基板上にスピンコートし、こ
れをホットプレートで100℃/30分間、200℃/
60分間、350℃/60分間熱処理を施し、下記構造
式のポリイミド(F)膜を完成した。
にて、例えば、FDA3.204g(0.01モル)、
PFMB 2.561g(0.008モル)及びDCB
0.051g(0.002モル)をN,N-ジメチルア
セトアミド44.0gに溶解した後に、これを24時間
攪拌した。
てポリアミック酸溶液を得た。このように得られたポリ
アミック酸溶液をシリコン基板上にスピンコートし、こ
れをホットプレートで100℃/30分間、200℃/
60分間、350℃/60分間熱処理を施し、下記構造
式のポリイミド(G)膜を完成した。
る整数であり、g1及びg2の総和は39以下である。
24g(0.01モル)、1.9213g(0.006
モル)及び0.1028g(0.004モル)(ここ
で、PFMB:DCBの含量比は6:4である)に変え
た以外は実施例3の方法と同様にして、前記構造式のポ
リイミド(G)膜を完成した。但し、式中、g1及びg
2は相互独立的に1〜39から選ばれる整数である実施例5 FDA、PFMB及びDCBの含量をそれぞれ3.20
24g(0.01モル)、1.2809g(0.004
モル)及び0.1543g(0.006モル)(ここ
で、PFMB:DCBの含量比は4:6である)に変え
た以外は実施例3の方法と同様にして、前記構造式のポ
リイミド(G)膜を完成した。但し、式中、g1及びg
2は相互独立的に1〜39から選ばれる整数である実施例6 FDA、PFMB及びDCBの含量をそれぞれ3.20
24g(0.01モル)、0.6404g(0.002
モル)及び0.2057g(0.008モル)(ここ
で、PFMB:DCBの含量比は2:8である)に変え
た以外は実施例3の方法と同様にして、前記構造式のポ
リイミド(G)膜を完成した。但し、式中、g1及びg
2は相互独立的に1〜39から選ばれる整数である実施例7 PFMB 7.205g(0.0225モル)及び 1,
2,4,5−ベンゼンテトラカルボキシジアンハイドラ
イド(PMDA)4.908g(0.0225モル)を
N,N-ジメチルアセトアミド40.38gに溶解した
後に、これを24時間攪拌した。
てポリアミック酸溶液を得た。このように得られたポリ
アミック酸溶液をシリコン基板上にスピンコートし、こ
れをホットプレートで100℃/30分間、200℃/
60分間、350℃/60分間熱処理を施し、下記構造
式のポリイミド(K)膜を完成した。
634g(0.035モル)をN,N−ジメチルアセト
アミド28.45gに溶解した後に、これを24時間攪
拌した。
てポリアミック酸溶液を得た。このように得られたポリ
アミック酸溶液をシリコン基板上にスピンコートし、こ
れをホットプレートで100℃/30分間、200℃/
60分間、350℃/60分間熱処理を施し、下記構造
式のポリイミド(L)膜を完成した。
2.5618g(0.008モル)及びDCB 0.0
514g(0.002モル)(ここで、PFMB:DC
Bの含量比は8:2である)をN,N−ジメチルアセト
アミド17.50gに溶解した後に、これを24時間攪
拌した。
てポリアミック酸溶液を得た。このように得られたポリ
アミック酸溶液をシリコン基板上にスピンコートし、こ
れをホットプレートで100℃/30分間、200℃/
60分間、350℃/60分間熱処理を施し、下記構造
式のポリイミド(M)膜を完成した。
る整数であり、m1及びm2の総和は39以下である。
1.9213g(0.006モル)及びDCB 0.1
028g(0.004モル)(ここで、PFMB:DC
Bの含量比は6:4である)をN,N−ジメチルアセト
アミド17.05gに溶解した後に、これを24時間攪
拌した。
てポリアミック酸溶液を得た。このように得られたポリ
アミック酸溶液をシリコン基板上にスピンコートし、こ
れをホットプレートで100℃/30分間、200℃/
60分間、350℃/60分間熱処理を施し、前記構造
式のポリイミド(M)膜を完成した。但し、式中、m 1
及びm2は相互独立的に1〜39から選ばれる整数であ
る。
1.2809g(0.004モル)及びDCB 0.1
543g(0.006モル)(ここで、PFMB:DC
Bの含量比は4:6である)をN,N−ジメチルアセト
アミド16.60gに溶解した後に、これを24時間攪
拌した。
てポリアミック酸溶液を得た。このように得られたポリ
アミック酸溶液をシリコン基板上にスピンコートし、こ
れをホットプレートで100℃/30分間、200℃/
60分間、350℃/60分間熱処理を施し、前記構造
式のポリイミド(M)膜を完成した。但し、式中、m 1
及びm2は相互独立的に1〜39から選ばれる整数であ
る実施例12 PMDA 2.181g(0.01モル)、PFMB
0.6404g(0.002モル)及びDCB 0.2
057g(0.008モル)(ここで、PFMB:DC
Bの含量比は2:8である)をN,N−ジメチルアセト
アミド16.16gに溶解した後に、これを24時間攪
拌した。
てポリアミック酸溶液を得た。このように得られたポリ
アミック酸溶液をシリコン基板上にスピンコートし、こ
れをホットプレートで100℃/30分間、200℃/
60分間、350℃/60分間熱処理を施し、前記構造
式のポリイミド(M)膜を完成した。但し、式中、m 1
及びm2は相互独立的に1〜39から選ばれる整数であ
る 前記実施例1−12に従い製造されたポリイミドを用い
て作製された光導波路において、入射光の波長を155
0nmとするとき、それぞれTEモード時及びTMモー
ド時の屈折率を測定し、その結果を下記表1に示した。
リイミドから作製された光導波路は、従来のフッ素化さ
れたポリイミドの屈折率1.519〜1.566より相
対的に高い屈折率を有する。これにより、このポリイミ
ドを光導波路のコア層形成用材料として使用すると、ク
ラッド層形成用材料への選択肢が多くなる 。
れたポリイミドの接着性、コーティング性、加工性及び
1300nm及び1550nmにおける光吸収損失を評
価したところ、いずれの項目も従来のフッ素化されたポ
リイミドに比べて向上されたことが分かる。
にポリアミック酸溶液をスピンコートし、これを熱処理
して得られた膜の形状を判断し、且つナイフなどの道具
を用いて膜の表面に引っ掻き傷をつけた後の状態を観察
することにより行われた。
実施例2に従い製造されたポリイミド(図1の"ポリイ
ミドA")の1300nm及び1550nmにおける光
吸収損失特性と、この光吸収損失特性の比較のためにF
DA及び4,4−ジアミノビフェニル(BP)からなる
ポリイミド(図1の"ポリイミドB")の光吸収損失特性
を併せて測定し、その結果を図1に示した。
ポリイミドBの場合に比べて光吸収損失特性に優れてい
る。
ミドは、近赤外線領域における光吸収損失が小さく、耐
熱性及び加工性に優れているほか、屈折率の増加による
光吸収損失の増加や、弱い表面張力によって層間接着性
及びコーティング性が低下することが効率良く防止でき
る。さらに、前記ポリイミドをコア層形成用材料として
使用すると、クラッド層形成用材料への選択肢が多くな
る。
及び従来のポリイミドの赤外線領域における光吸収スペ
クトルである。
Claims (8)
- 【請求項1】 下記化学式1で表わされる光通信用ポリ
イミド: 【化1】 式中、R1及びR2は相互独立的にCF3、CCl3、
非置換された芳香族環基及びハロゲン化された芳香族環
基よりなる群から選ばれ、R3及びR4は相互独立的に
Cl、F、I、Br、CF3、CCl3、非置換された
芳香族環基及びハロゲン化された芳香族環基よりなる群
から選ばれ、nは1から39までの整数である。 - 【請求項2】 前記R1、R2、R3及びR4はCF3
であることを特徴とする請求項1に記載の光通信用ポリ
イミド。 - 【請求項3】 前記R1及びR2はCF3であり、前記
R3及びR4はClであることを特徴とする請求項1に
記載の光通信用ポリイミド。 - 【請求項4】 下記化学式2で表わされる光通信用ポリ
イミド: 【化2】 式中、Z1及びZ2は相互同一に 【化3】 R3及びR4は相互独立的にCl、F、I、Br、CF
3、CCl3、非置換された芳香族環基及びハロゲン化
された芳香族環基よりなる群から選ばれ、xは0<x<
1範囲のモル分率である。 - 【請求項5】 Z1及びZ2は相互同一に 【化4】 であり、R3及びR4はClであることを特徴とする請
求項4に記載の光通信用ポリイミド。 - 【請求項6】 前記ポリイミドの屈折率は、入射光の波
長を1550nmとするとき、TEモード時に1.51
76〜1.5714であり、TMモード時に1.507
6〜1.5590であることを特徴とする請求項5に記
載の光通信用ポリイミド。 - 【請求項7】 Z1及びZ2は相互同一に 【化5】 であり、R3及びR4はClであることを特徴とする請
求項4に記載の光通信用ポリイミド。 - 【請求項8】 前記ポリイミドの屈折率が、入射光の波
長を1550nmとするとき、TEモード時に1.60
21〜1.7213であり、TMモード時に1.493
0〜1.5773であることを特徴とする請求項7に記
載の光通信用ポリイミド。
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