JP2002308936A - 分子配向された合成樹脂及びそのクラッド - Google Patents
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Abstract
を提供する。 【構成】本発明に係る合成樹脂組成物は、2つの相互に
直角な方向におけるガラス転移点以下の線熱膨張係数
が、これ等の2つの方向に直角に延在する第3の方向に
おけるものの少なくとも1/3 以下であり、第3の方向と
同じ方向の螺旋軸を持つ螺旋配列をもった網状重合体を
有する。
Description
体合成樹脂および分子配向された合成樹脂から製造した
クラッドに関するものである。本発明はまた液晶硬化性
合成樹脂の単量体の組成物を硬化することにより分子配
向合成樹脂組成物を製造する方法に関するものである。
ここで「分子配向」と称するは、好ましい方向を有する
異方性分子が関係する物質中に存在することを意味する
ものとする。非配向合成樹脂において、一般に重合体分
子は等方性クラスターの形をもつ。
晶硬化性合成樹脂組成物を硬化することによるその製造
方法は、米国特許第4,733,941号明細書に記載されてい
る。合成樹脂組成物は、電気通信の目的の光ファイバー
のクラッドとして供給される。合成樹脂における分子
は、繊維の長さ方向に配向され、次いで架橋によりネッ
トワークで相互結合される。これにより物質は半径方向
より長さ方向で剛性が著しく大である。他方、長さ方向
における線熱膨張係数は、長さ方向と直角に延びる半径
方向における線熱膨張係数より著しく小さい(一定温度
で10分の1まで)。合成樹脂組成物は、多くの異なる、
平坦または平坦でない基板、例えば半導体デバイスおよ
び光学並びに電子部品の基板上にクラッドとして使用さ
れる。然し発生する問題は、合成樹脂の線熱膨張係数が
大部分の他の固体、例えば金属、セラミック、ガラスお
よび半導体材料の線熱膨張係数より1オーダー大である
ことである。温度が変化する結果としておこる収縮およ
び膨張によりクラッドに亀裂をおこすかまたはクラッド
を基板から分離するようなことがある。更に、望ましく
ない熱応力も起る。
は、クラッドに適用する場合、基板に対し満足な熱適合
を示す合成樹脂を提供することにある。本発明の他の目
的は、例えば偏光面を回転することができる装置に使用
するためまたはカラーフィルターに使用するため、温度
に無関係の特別な特性を有する合成樹脂を提供すること
にある。本発明の他の目的は、かかる合成樹脂を製造
し、特定の方向における配向を与え固定する有効な方法
を提供することにある。
的は相互に直角の2つの方向における線熱膨張係数がガ
ラス転移温度以下で、最初の2つの方向に直角に延びる
第3の方向における線熱膨張係数の少なくとも1/3 以下
であり、第3の方向と同じ螺旋軸を持つ螺旋状の配列を
有する網状重合体をもった分子配向された合成樹脂によ
り達成される。かかる場合、ガラス転移温度以上で膨張
係数の違いがガラス転移温度以下よりかなり大であるこ
とを見出した。膨張係数は上記の相互に直角な2つの方
向で負の値と仮定される。この場合、熱収縮または膨張
は大きい温度範囲に亘って極めて小である。本発明にお
いて合成樹脂をクラッドに用いる場合、ガラス転移温度
以下で線熱膨張係数は、クラッド平面に平行な相互に直
角な2つの方向において、クラッドの平面に直角に延び
る第3の方向における線熱膨張係数の1/3 以下である。
本発明は、合成樹脂の膨張係数に著しい程度まで影響を
及ぼすことが不可能である場合に、膨張係数が若干の特
定方向において分子配向によって影響されることを洞察
したことに基づく。更に、重合体分子を架橋してネット
ワークを形成することにより分子配向を固定し得ること
を用いる。光ファイバーにおける既知のクラッドとの差
は、既知クラッドの場合一軸配向を、例えば物質の流れ
により与えて小膨張係数を一方向だけに得ることに存す
る。多数のほぼ平坦な基板上にクラッドを用いるために
は、このことは収縮および膨張の問題を解決しない。螺
旋状配列を与え、固定することにより、線膨張係数は非
配向状態に対して2方向で減ぜられる。合成樹脂の体膨
張係数は配向により殆んど変化しないので、第3方向に
おける膨張係数は増す。後者の観点は、ほぼ平坦な基板
上のクラッドにこの合成樹脂を使用するためには余り重
要でないが、層の平面における線膨張係数は基板に一層
良く適合する。分子配向された合成樹脂の製造方法を提
供する目的は、本発明においてキラルドーパントを含む
液晶硬化性合成樹脂の単量体の組成物を選定し、液晶硬
化性合成樹脂組成物の分子を螺旋状に配列し、然る後合
成樹脂組成物を硬化して網状重合体を形成することで達
成される。本発明の方法の好適例においては、液晶硬化
性合成樹脂組成物は、2個以上のアクリルレート−エス
テル基を有する化合物を構成する液晶単量体またはオリ
ゴマを含む。所要に応じて、液晶硬化性合成樹脂組成物
は種々のオリゴマ化合物を含んでもよい。更に合成樹脂
組成物は1種以上の他の適当な成分、例えば触媒、(感
光性)開始剤、安定剤、共反応単量体および表面活性化
合物を含むことができる。或いはまた例えば50重量%ま
での分量の非重合性液晶物質を添加して物質の光学特性
を変えることができる。アクリレート化合物の代りに、
エポキシド、ビニルエーテルおよびチオールエン(thiol
ene)化合物を液晶単量体として満足に使用することがで
きる。本発明において適当に使用することができる2個
のアクリルレート−エステル基を有する化合物には次の
構造式を有するものがある。
基板間に合成樹脂組成物を配置することにより得るが、
硬化性合成樹脂組成物に接触する基板の各表面は例えば
ベルベット布により一方向に摩擦されている。このこと
により、液晶化合物の分子、特にメゾゲン(mesogenic)
基を有する分子を表面の摩擦方向に配向させる。基板の
表面はポリイミドから構成されるのが好ましい。例えば
摩擦された基板上に設けられた配向した状態で硬化され
得る適当な化合物は米国特許第4,758,447 号明細書に記
載されてきる。かかる化合物の製造方法は欧州特許出願
公開明細書第0 261712 号に記載されている。合成樹脂
組成物の迅速な硬化が望ましいので、好ましくは化学線
により硬化工程を開始する。ここで「化学線」とは光、
特に紫外線、X線、ガンマー線を用いる放射または電子
若しくはイオンのような高エネルギー粒子を使用する放
射を意味するものとする。
例につき説明する。
クリレート化合物A 80重量部と、Rが水素原子である
式(1) の第2のジアクリレート化合物B 20重量部と感
光性開始剤、本例では Irgacure(R)651 の商標名で
チバ−ガイギーから市販され入手し得る 2, 2-ジメトキ
シ -2-フェニル−アセトフェノン1重量部から硬化性合
成樹脂組成物の出発混合物を製造した。上記ジアクリレ
ート化合物を製造する方法は、欧州特許出願公開明細書
第0 261 712号に記載されている。更に出発混合物は100
ppm の安定剤、例えばヒドロキノン モノメチルエー
テルを含む。80重量部のAおよび20重量部のBを含む出
発混合物は、80℃の融点を有する共融組成物である。こ
の温度以上でネマチック相が存在し、このネマチック相
は 121℃の温度で等方相に変化する。混合物は上記の2
つの温度の間の温度で使用される。この例においては、
異なる量のキラル ドーパント、例えばメルク(Merck)
製の S811 として市場で入手し得る次式
オキシ)-安息香酸 -2-オクチル- エステルを上記出発混
合物に添加する。キラル ドーパントそれ自体は液晶特
性を示す必要がなく、共重合性単量体並びに非重合性化
合物でよい。重合体においてねじれネマチック秩序を得
るため、例えば化合物が不斉炭素原子を有するという事
実を介して、化合物がキラルであれば十分である。キラ
ルドーパントは左旋性並びに右旋性でよい。この方法で
得られる物質の層はネマチック秩序と螺旋構造を有し、
またコレステリック秩序と称される。混合物の自然のピ
ッチは添加したキラル ドーパントの分量により決ま
り、0.5 モル%で約28μm で、6モル%で約 2.5μm で
ある。自然のピッチはある程度まで温度に左右され、6.
67モル%のキラル ドーパントを使用する場合には、80
℃で 2.17 μm 、100℃で 2.31 μm 、113℃で2.35μm
である。かかる分量で等方相への転移が 114℃の温度で
起こる。この例においては、硬化性合成樹脂組成物は、
硬化すべき表面に対し2〜5mW/cm2の放射強さを有す
るアークの短い水銀灯からの紫外線に100℃で3分間曝
露して光重合することにより硬化する。配向は硬化工程
で固定され、層の全回転角は一定のままである。この理
由のため、硬化中のピッチの変化は重合収縮により生ず
る層厚の変化にのみ依存する。回転角はコレステリック
ネマチック相における分子螺旋の回転数の尺度であ
る。このようにして得られる重合体フィルムの回転角は
常温乃至 250℃の温度範囲で温度依存性を示さない。こ
のことは架橋により形成される重合体分子のネットワー
クの結果として分子の再配向の完全なインピーダンスを
実証する。単量体が分子当り2個のアクリレート−エス
テル基を有するので、架橋は、液晶分子の硬い部分にお
いて運動が殆んど不可能であるほど強力である。第1図
は相互に直角な3つの方向における長さの変化σを温度
の関数として示す。σは25℃における基準長さに関して
長さの相対的変化である。重合体フィルムの厚さの方向
がzであり、方向xとyは重合体フィルムの平面上に延
在する。z−方向においてガラス転移温度(約9℃)以
下の熱膨張係数は約2〜4×10− 4/℃である。この温
度以上で熱膨張係数は約7×10−4/℃まで増す。x方
向およびy方向において、ガラス転移温度以下で熱膨張
係数は5×10−5/℃より小である。ガラス転移温度
で、膨張係数は減じ、上記温度以上で負にさえなる。こ
の結果として、25°〜140 ℃の範囲の温度でx方向およ
びy方向における長さの変化は殆んどない。温度がガラ
ス転移温度以上に増す場合に起こる収縮は可逆的であ
る。比較のため、第2図は本発明における材料と同様の
(同じ組成を有する)等方性材料の長さの変化を示す。
膨張係数はすべての方向で同じである。膨張係数はガラ
ス転移温度以下の温度で約10−4/℃であり、ガラス転
移温度以上の温度で約4×約10−4/℃に増す。上記の
熱特性によって、本発明の材料は、例えば半導体デバイ
ス上のクラッド材料としてまた大部分の合成樹脂の膨張
係数より小さい膨張係数を有する他の材料として使用す
るのに極めて適する。得られた重合体フィルムの光学的
用途に対する他の利点は、例えば側鎖にキラル基を有す
る線状コレステリック重合体と比較して回転角の温度依
存性が小さい。一定の制限内で、ピッチは2個の基板間
で合成樹脂組成物を硬化させることに影響され得る。ポ
リイミドのクラッドを有するガラス若しくはポリイミド
の平坦な基板を使用するのが好ましい。ポリイミド表面
は、例えばベルベット布を用いて一軸方向に摩擦する。
ピッチは2個の基板間の距離、本例では例えば6μm お
よびポリイミド表面を摩擦する2方向の角度により左右
される。分子の螺旋の回転数は、それ自体得られるピッ
チが自然のピッチと著しく異ならないように調節する。
全層厚を横切る回転角が正確に 90°である層を製造す
ることにより特別な光学装置が得られる。かかる装置に
おいて、dΔn/λが0.87 より大である条件が満たされ
る場合には、透過光の偏光平面は90°回転する。この割
り算において、dは層厚、Δnは複屈折、λは透過光の
主または平均波長である。或いはまた層のピッチが光の
波長に等しく、かかる場合光が層で反射するが、一方他
の波長を有する光が透過する層を製造することにより波
長フィルターを得ることが可能である。
の関係を示す線図。
度による長さの変化を示す線図である。
Claims (2)
- 【請求項1】2つの相互に直角な方向におけるガラス転
移点以下の線熱膨張係数が、これ等の2つの方向に直角
に延在する第3の方向におけるものの少なくとも1/3 以
下であり、第3の方向と同じ方向の螺旋軸を持つ螺旋配
列をもった網状重合体を有することを特徴とする分子配
向された重合体合成樹脂。 - 【請求項2】クラッドの平面に平行な相互に直角な2つ
の方向における、ガラス転移点以下の線熱膨張係数が、
当該クラッドの平面に直角に延在する第3の方向におけ
るものの少なくとも1/3 以下であり、第3の方向と同じ
方向の螺旋配列を有する網状重合体を含むことを特徴と
する、基板を被覆するための、分子配向された重合体合
成樹脂のクラッド。
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