JP2007017522A - 平面型光導波路作製用樹脂シート - Google Patents

Abstract

【課題】多層光導波路を効率的かつ高収率に作製することができる平面型光導波路作製用接着性樹脂シートを提供する。
【解決手段】硬化することによって平面型光導波路のクラッド層もしくはコア層を構成することのできる接着性樹脂層が剥離フィルム上に形成されてなるシートか、クラッド層およびコア層を構成する互いに屈折率が異なる２層の接着性樹脂層が剥離フィルム上に形成されてなるシートを、平面型光導波路作製用樹脂シートとして、用いる。この平面型光導波路作成用樹脂シートを用いて、多層平面型光導波路および高記録密度を持つ光記録素子を効率的かつ高収率に作製する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、平面型光導波路、特に、多層平面型光導波路のコア層またはクラッド層に周期的散乱要因が形成されてなる再生専用多重ホログラム情報記録媒体を製造するために用いて好適な平面型光導波路作製用樹脂シートに関するものである。

板状の透明な媒質をコア層とし、このコア層を上下から該コア層よりも低い屈折率の媒質（クラッド層）で挟んだ構造の平面型光導波路は、光をコア層に閉じ込めて面内方向に伝搬させることができ、各種光伝送部品を始めとした光製品に応用されている。かかる光製品では、最近、このような平面型光導波路を用いた光製品の一つとして、多層ホログラム情報記録媒体（光記録素子）が開発されている（例えば、特許文献１）。この多層ホログラム情報記録媒体は、コア層に光を入射させると、面に垂直方向にホログラムパターン光が出射する記録媒体であり、前記ホログラムパターン光をＣＣＤ（電荷結合素子）等の二次元光ディテクタにより読みとることによって所定の情報を得ることができる。前記ホログラム情報は、例えば、所望のホログラムを形成するように予め計算された凹凸模様（周期散乱要因）を、光導波路を構成するコア層もしくはクラッド層に形成することによって、記録される。前記コア層に光を入射すると、導波光は前記周期散乱要因によって部分的に散乱される。この場合、散乱要因が周期構造を持っているため、散乱要因からの散乱光の位相が合致する方向が存在し、散乱光は、その方向に回折光となって進む。この回折光は導波路外にも進行し、それがホログラム像を形成する。このような機構の多層ホログラム情報記録媒体は、記録密度が、現在盛んに利用されているＣＤやＤＶＤに比べても、格段に高く、そのため、音楽ソフト、映像ソフト、さらにコンピュータのソフトウェアの配布等の用途に好適であると、注目されている。

前記多層ホログラム情報記録媒体を構成する多層平面型光導波路は、現在、まず、透明基板上にクラッド層を形成するための樹脂溶液をスピンコートし、それを硬化させ、コア層を形成するための樹脂溶液をスピンコートし、それを硬化させ、続いてクラッド層形成用樹脂溶液をスピンコートし、硬化させるという積層作業を繰り返すことによって、多層化されている。例えば、「紫外線硬化樹脂／ＰＭＭＡ／紫外線硬化樹脂／ＰＭＭＡ／紫外線硬化樹脂／・・・・・ＰＭＭＡ／紫外線硬化樹脂」というような積層構造では、屈折率１．４８０の紫外線硬化樹脂と、屈折率１．４９２のＰＭＭＡを用いることにより、ＰＭＭＡ層がコア層となり、紫外線硬化樹脂層がクラッド層となり、入射光はＰＭＭＡ層に閉じ込められ、このＰＭＭＡ層の面内を伝搬する。

このような積層平面型光導波路構造を有するホログラム情報光媒体の作製方法は、例えば、次のようである。まず、図１に示すように、１インチ四方の光学研磨された基板１上に紫外線硬化型樹脂溶液２を所定の厚みでスピンコートし、これに紫外線を露光して硬化させる。続いて、硬化した紫外線硬化樹脂層２ａの上にＰＭＭＡ溶液を所定の厚みでスピンコートし、乾燥させて未硬化ＰＭＭＡ層３を得る。この未硬化ＰＭＭＡ層３にホログラム形成用の凹凸模様（周期散乱要因）を有する押し型部材（スタンパ）４を押し当てて、未硬化ＰＭＭＡ層３に凹凸模様を転写し、その後、ＰＭＭＡ層３を硬化させ、その後ＰＭＭＡ硬化層３ａからスタンパ４を剥離する。以上の操作を何度か繰り返し、最後に「紫外線硬化樹脂溶液スピンコート→紫外線露光による紫外線樹脂層の硬化」を行うことによって、最後のＰＭＭＡ硬化層３ａ上に最上層の紫外線硬化樹脂層１０を形成し、再生専用多層ホログラム情報記録媒体が得られる。

特許第３３２３１４６号公報

前記多層ホログラム情報記録媒体の作製方法では、前述のように、基板上にクラッド材料、コア材料をスピンコートすることによりクラッド層、コア層を順に形成し、ホログラムの凹凸模様のついたローラーや押し型部材を押しつけて形状を転写させ、その後、層を硬化させるという工程を１サイクルとして、このサイクルを繰り返すことによって、多層化を行っている。しかしながら、この従来の作製方法では、各層の形成をスピンコートにより行うので、工程数が多い。すなわち、スピンコート法では、塗布後、乾燥させ、その後、露光による硬化という３工程を必要とする。しかも、スピンコート法では、ナイフコーターなどの他の成膜法に比べると、均一で大面積の成膜ができないため、一度の作製作業で得られる製品量に制限がある。さらに、スピンコート法では、スピンコートに適した粘度や耐薬品性という観点から用いることができるコアおよびクラッド材料に制限がある。これらの各種制限によって、該多層ホログラム記録媒体の大量生産が実現できないでいるのが、現状である。

これに対し、本発明者らは、鋭意、実験、検討を重ねたところ、多層平面型光導波路を構成するコア層およびクラッド層を形成するためにスピンコートを利用せずに、コア層または／およびクラッド層を予め接着性樹脂層としてシート化しておき、この樹脂シートを積層しつつ周期散乱要因を転写し、硬化することによって、前記問題点を解決しうることを確認するに至った。すなわち、接着性樹脂シートは、接着性を有するため、積層作業を非常に容易に行うことができ、しかも予め乾燥工程が完了している材料であるので、積層後は、エネルギー印加による硬化工程のみで、コア層もしくはクラッド層として完成できる。また、樹脂シートは均一な膜厚で大面積なものを容易に作製できるので、製品の収率を大幅に向上させることができる。

本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。すなわち、本発明にかかる多層平面型光導波路作製用樹脂シートは、平面状のコア層と該コア層を挟むように積層されている平面状の上下２層のクラッド層とからなる光導波路層が少なくとも一組積層されてなる平面型光導波路を作製するための樹脂シートであって、基板もしくはコア層もしくはクラッド層の上に貼着されることによってクラッド層もしくはコア層を構成する接着性樹脂層が剥離フィルム上に形成されてなることを特徴とする。

また、本発明にかかる平面型光導波路作製用樹脂シートの他の構成は、平面状のコア層と該コア層を挟むように積層されている平面状の上下２層のクラッド層とからなる光導波路層が少なくとも一組積層されてなる平面型光導波路を作製するための樹脂シートであって、前記クラッド層およびコア層を構成する互いに屈折率が異なる２層の接着性樹脂層が剥離フィルム上に形成されてなることを特徴とする。

また、本発明の平面型光導波路は、平面状のコア層と該コア層を挟むように積層されている平面状の上下２層のクラッド層とからなる光導波路層が少なくとも一組積層されてなる平面型光導波路であって、前記コア層または／およびクラッド層が前記樹脂シートを用いて形成されたものであることを特徴とする。

また、本発明の平面型光導波路の他の構成は、平面状のコア層と該コア層を挟むように積層されている平面状の上下２層のクラッド層とからなる光導波路層が少なくとも一組積層されてなる平面型光導波路であって、前記コア層およびクラッド層が前記樹脂シートを用いて形成されたものであることを特徴とする。

さらに、本発明の光記録素子は、コア層またはクラッド層に周期散乱要因が形成されている前記平面型光導波路を所望の形状、寸法に成形することによって得られたものであることを特徴とする。

本発明にかかる平面型光導波路作製用樹脂シートは、基板上に順次貼着することで均一かつ大面積なクラッド層または／およびコア層を容易に形成することができ、平面型光導波路製品を高品質に大量生産することができる。本発明の樹脂シートを用いて得られた平面型光導波路は、高い光学的品質を維持しつつ簡易かつ大量に生産することができる。この平面型光導波路のコア層もしくはクラッド層に周期散乱要因を設けることにより高品質の大容量記録素子を大量生産することができる。

本発明の平面型光導波路作製用樹脂シートのコア層もしくはクラッド層を構成する接着性樹脂層は、光導波路を形成する際に基板等の上に積層するときに簡易に積層できるように、接着性を有しているが、積層操作の容易性を考慮すると、感圧接着性、すなわち粘着性であることが好ましい。

また、この平面型光導波路のコア層もしくはクラッド層に周期的散乱要因を設け、大容量記録素子として用いる場合には、コア層またはクラッド層のどちらかの接着性樹脂層は積層された後、スタンパ等を押し当てて硬化されることになるが、その硬化機構は、エネルギーの印加により実現されるものである。使用されるエネルギーの形態は、熱エネルギー、および紫外線，ｉ線，ｇ線，ｈ線，ＡｒＦ，Ｆ₂レーザー光などの各種光エネルギー、電子線やγ線などの電離放射線が可能である。

樹脂シートの接着性樹脂層の積層構造としては、基本的には１層以上何層でもかまわないが、クラッド層もしくはコア層に周期散乱要因を形成しつつ光導波路を積層していく用途では、図２に示すように、クラッド層もしくはコア層を構成する１層の接着性樹脂層１２が剥離フィルム１１ａ上に形成されてなるもの（樹脂シート１３）か、図３に示すように、クラッド層およびコア層を構成する互いに屈折率が異なる２層の接着性樹脂層１４，１５が剥離フィルム１１ａ上に形成されてなるもの（樹脂シート１６）のいずれかが、好適である。なお、１層構造においても、２層構造においても、剥離フィルム１１ａ上に層を形成した後は、露出面を他の剥離フィルム１１ｂで保護しておく。

樹脂シートの接着性樹脂層を構成する材料としては、光学的に透明で、導波特性を維持できる屈折率を有し、適度な粘着性を発揮する材料であれば、特に限定されず、従来公知の材料を適宜組み合わせて使用することが可能である。

本発明の樹脂シートを用いて形成する光導波路は、その目的に応じて、コア層とこれを挟む２層のクラッド層とからなる１組の光導波路層を１層以上何層積層しても良い。

また、その積層に当たっては、コア層またはクラッド層に様々な加工が必要になった場合も、各層をシートにて提供するため、加工が容易であり、効率的な作製が可能である。例えば、ホログラム情報を保持する凹凸模様を形成する場合は、シートを基板もしくは既存の層の上に貼着した後、その上に凹凸模様が刻設されたスタンパを押し当て、その状態で硬化エネルギーを印加して硬化させ、その後、スタンパを剥がし、さらに積層操作を続けることになる。つまり、スタンパの押し当てとエネルギー印加の工程を付け加えるだけで、その他の工程の変更や新たな工程の追加なしに、ホログラム情報記録媒体用の多層平面型光導波路が簡易かつ大量に作製可能である。得られた多層平面型光導波路を所望の寸法、形状に成形すれば、目的のホログラム情報記録媒体を得ることができる。

以下、本発明の実施例を説明する。以下に示す実施例は、本発明を好適に説明するための例示に過ぎず、なんら本発明を限定するものではない。

本発明は、平面型光導波路を作製するために好適な樹脂シートである。したがって、その物性としては、光を導波するに適切な屈折率を有していること、導波損失が少ないこと、そして、ホログラム情報記録媒体を構成する場合には、スタンパを用いた場合の形状転写性が良好であることが、必要となる。これらの物性の評価および試験方法は、以下のようである。

（評価および試験方法）
（１）屈折率および導波損失：プリズムカプラ（メトリコン社製、ＭＯＤＥＬ２０１０）を用いてプリズムカプリング法により行った。実施例のシートに対し波長６３３ｎｍのレーザ光を入射させ、その出射光を観察することにより、屈折率、光損失を算出した。
（２）形状転写性：シリコン基板に本発明の樹脂シートを貼り付け、その上からＰＭＭＡ製スタンパをローラーで貼り、２７００ｍＪ／ｃｍ²の紫外線を照射してシートを硬化させた後、スタンパを剥離した。スタンパ剥離後のシートへの形状転写性は、次式により評価を行った。
（シート上に形成された凹凸の形状深さ／スタンパの形状深さ）×１００（％）

（実施例１）
ｎ−ブチルアクリレート８００ｇとアクリル酸２００ｇとを、酢酸エチル／メチルエチルケトン混合溶媒（重量比５０：５０）２０００ｇ中で反応させて、アクリル酸エステル共重合体溶液（固形分濃度３３．３重量％、固形分重量１，０００ｇ）を得た。この共重合体の重量平均分子量（Ｍｗ）は、サイズ排除クロマトグラフィー法（ＳＥＣ法）により測定した標準ポリスチレン換算値で約５０９，０００であった。この共重合体溶液の固形分１００重量部に対して、メチルエチルケトン３０重量部および２−メタクリロイルオキシエチルイソシアナート（アクリル酸エステル共重合体の水酸基１００当量に対して３０当量）１２．９重量部を添加し、窒素雰囲気下で４０℃で４８時間反応させて、ポリマー中にメタクリロイル基を含む紫外線硬化型共重合体を得た。

得られた紫外線硬化型共重合体の固形分重量は、１，１２９ｇであった。この固形分１００重量部に対して、紫外線硬化型樹脂としてジメチロールトリシクロデカンジアクリレート（共栄社化学性、商品名ＤＣＰ−Ａ）１００重量部、光重合開始剤（ＬＡＭＢＥＲＴＩ ＳＰＡ 社製、商品名：ＥＳＡＣＵＲＥ ＫＩＰ−１５０）１２重量部、イソシアネート系架橋剤（東洋インキ製造製、商品名：オリバインＢＨＳ−８５１５）２重量部を加えた後、固形分濃度が４０重量％となるようにメチルエチルケトンを加えて、塗布液とした。

この塗布液を、厚さ３８μｍ、幅６００ｍｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムにシリコーン樹脂が塗布された剥離フィルム上に、ナイフコーターを用いて５００ｍｍの幅で塗布し、９０℃で１分間乾燥させ、厚さ約９μｍの感圧接着性樹脂層を形成し、さらにＰＥＴ剥離フィルムを貼り合わせることにより感圧接着性樹脂層を有する光導波路形成用シートを得た。このシートを前記評価および試験方法に供した。その結果、このシートの感圧接着性樹脂層を硬化させた後の屈折率は、１．５０４２（ＴＥモード）、１．５０４３（ＴＭモード）であり、導波損失は０．３ｄＢ／ｃｍであり、形状転写性は９０％であった。

（実施例２）
前記実施例１で作製した樹脂シートの剥離フィルムを剥がし、厚さ１００μｍのノルボルネン系光学フィルム（ＪＳＲ株式会社製、商品名：アートン）上に貼り付けた。さらに、反対側の剥離フィルムを剥がし、ここにホログラムパターンが刻まれたＰＭＭＡ製スタンパをローラーで押し当て、スタンパを押し当てたままで紫外線を照射して硬化させた。この時の紫外線照射量は５００ｍＪ／ｃｍ²であった。硬化後、スタンパを剥離することによって、貼着層（クラッド層）にホログラム情報を持つ凹凸形状を転写した。ＰＭＭＡスタンパを剥がした後、その露出面に別の樹脂シート（コア層）を重ねて硬化させ、その上に前記クラッド層用の樹脂シートを用いて次のクラッド層用樹脂層を積層し、次のパターンが刻まれたスタンパを押し当て、ＵＶ照射するという操作を繰り返し、合計で１０層の異なるホログラムパターンが付与された多層ホログラム記録媒体用の積層体を作製した。

得られた積層体をダイシングソーを用いて２０ｍｍ×３０ｍｍの大きさに切断し、この製品サンプルの断面方向からレーザー光（波長６８０ｎｍ、強度約５ｍＷの半導体レーザー）を、レンズを組み合わせてコア層に導入されるように調整した後、レーザー光をコア層に入射して製品評価を行った。その結果、レーザー光はコア層内を伝搬し、凹凸（周期散乱要因）によって散乱された光は垂直方向に透過して所期のテスト用ホログラムパターンが光学顕微鏡により観察できた。

以上のように、本発明にかかる平面型光導波路作製用樹脂シートは、基板上に順次貼着することで均一かつ大面積なクラッド層または／およびコア層を容易に形成することができ、平面型光導波路製品を高品質に大量生産することができる。特に多層平面型光導波路を用いた多層ホログラム情報記録媒体に適用した場合、高品質な大容量メモリーを大量生産することができ、情報関連技術分野への経済的寄与は大である。

従来のスピンコート法を用いたホログラム情報記録媒体の製造方法を示す説明図である。 本発明にかかる樹脂シートのうち１層構造品の断面構成図である。 本発明にかかる樹脂シートのうち２層構造品の断面構成図である。

符号の説明

１１ａ，１１ｂ 剥離フィルム
１２ 接着性樹脂層
１３，１６ 樹脂シート
１４ コア層用の接着性樹脂層
１５ クラッド層用の接着性樹脂層

Claims (14)

1. 平面状のコア層と該コア層を挟むように積層されている平面状の上下２層のクラッド層とからなる光導波路層が少なくとも一組積層されてなる平面型光導波路を作製するための樹脂シートであって、
   基板もしくはコア層もしくはクラッド層の上に貼着されることによってクラッド層もしくはコア層を構成する接着性樹脂層が剥離フィルム上に形成されてなることを特徴とする平面型光導波路作製用樹脂シート。
2. 前記接着性樹脂層が感圧接着性樹脂層であることを特徴とする請求項１に記載の平面型光導波路作製用樹脂シート。
3. 前記接着性樹脂層がエネルギーの印加により硬化することを特徴とする請求項１または２に記載の平面型光導波路作製用樹脂シート。
4. 平面状のコア層と該コア層を挟むように積層されている平面状の上下２層のクラッド層とからなる光導波路層が少なくとも一組積層されてなる平面型光導波路を作製するための樹脂シートであって、
   前記クラッド層およびコア層を構成する互いに屈折率が異なる２層の接着性樹脂層が剥離フィルム上に形成されてなることを特徴とする平面型光導波路作製用樹脂シート。
5. 前記接着性樹脂層が感圧接着性樹脂層であることを特徴とする請求項４に記載の平面型光導波路作製用樹脂シート。
6. 前記接着性樹脂層がエネルギーの印加により硬化することを特徴とする請求項４または５に記載の平面型光導波路作製用樹脂シート。
7. 平面状のコア層と該コア層を挟むように積層されている平面状の上下２層のクラッド層とからなる光導波路層が少なくとも一組積層されてなる平面型光導波路であって、
   前記コア層または／およびクラッド層が前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の樹脂シートを用いて形成されたものであることを特徴とする平面型光導波路。
8. 前記コア層またはクラッド層に周期散乱要因が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の平面型光導波路。
9. 前記コア層と該コア層を挟む２層のクラッド層とからなる光導波路層が複数組積層されていることを特徴とする請求項８に記載の平面型光導波路。
10. 平面状のコア層と該コア層を挟むように積層されている平面状の上下２層のクラッド層とからなる光導波路層が少なくとも一組積層されてなる平面型光導波路であって、
    前記コア層およびクラッド層が前記請求項４〜６のいずれか１項に記載の樹脂シートを用いて形成されたものであることを特徴とする平面型光導波路。
11. 前記コア層またはクラッド層に周期散乱要因が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の平面型光導波路。
12. 前記コア層と該コア層を挟む２層のクラッド層とからなる光導波路層が複数組積層されていることを特徴とする請求項１１に記載の平面型光導波路。
13. 請求項８または９に記載の平面型光導波路を所望の寸法、形状に成形して得られた光記録素子。
14. 請求項１１または１２に記載の平面型光導波路を所望の寸法、形状に成形して得られた光記録素子。

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