JP2015081929A - 光導波路ならびに該光導波路を用いたｓｐｒセンサセルおよび比色センサセル - Google Patents

Abstract

【課題】応力ひずみに起因する伝搬損失が抑制され、かつ、熱サイクルにおける剥離の問題が改善された光導波路を提供する。【解決手段】光導波路１００は、クラッド層１１と、少なくとも一面が露出するように該クラッド層１１に埋設されたコア層１２と、を備える。クラッド層１１の貯蔵弾性率は、０．１５ＧＰａ以上であり、クラッド層１１の線膨張率とコア層１２の線膨張率との差は、０．３?１０−４／℃以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、光導波路ならびに該光導波路を用いたＳＰＲセンサセルおよび比色センサセルに関する。

近年、検知部に光導波路を用いたＳＰＲセンサセルが提案されている（特許文献１）。光導波路は、一般にコアとクラッドとから構成されており、コア内で光を導波させる。ここで、コアに応力等がかかると応力ひずみによって屈折率が局所的に変化するために、導波光が散乱し、伝搬損失が生じ得るという問題がある。特に、コアの一部がクラッドから露出している場合には、当該問題の影響が大きい。

特開２０００−１９１００号公報

上記問題の解決方法としては、クラッドを硬くして応力がかかり難くすることが考えられる。しかしながら、クラッドを硬くすると、熱サイクル等に供された際にコアとクラッドとの間に剥がれが生じる場合がある。したがって、応力ひずみに起因する伝搬損失が抑制され、かつ、熱サイクルにおける剥離の問題が改善された光導波路が求められる。

本発明の光導波路は、クラッド層と、少なくとも一面が露出するように該クラッド層に埋設されたコア層と、を備え、該クラッド層の貯蔵弾性率が、０．１５ＧＰａ以上であり、該クラッド層の線膨張率と該コア層の線膨張率との差が、０．３×１０^−４／℃以下である。
１つの実施形態においては、上記クラッド層が、クラッド層形成樹脂と該クラッド層形成樹脂に分散された粒子とを含む。
１つの実施形態においては、上記クラッド層における粒子の充填率が、２％〜５０％である。
１つの実施形態においては、上記粒子の平均粒子径（φ）が、２００ｎｍ〜２．５μｍである。
本発明の別の局面によれば、ＳＰＲセンサセルが提供される。該ＳＰＲセンサセルは、上記光導波路を有する。
本発明のさらに別の局面によれば、比色センサセルが提供される。該比色センサセルは、上記光導波路を有する。

本発明によれば、光導波路のコア層の線膨張率とクラッド層の線膨張率との差を大きくすることなく、クラッド層の硬度を増大することにより、熱サイクルにおける剥がれおよび応力ひずみに起因する光損失が抑制された光導波路が得られ得る。

本発明の好ましい実施形態による光導波路を説明する概略斜視図である。 本発明の好ましい実施形態によるＳＰＲセンサセルの概略斜視図である。 図２に示すＳＰＲセンサセルのＩａ−Ｉａ線概略断面図である。 本発明の好ましい実施形態による比色センサセルの概略斜視図である。 図４に示す比色センサセルのＩｂ−Ｉｂ線概略断面図である。 本発明の光導波路の製造方法の一例を説明する概略図である。

［Ａ．光導波路］
本発明の光導波路は、所定の貯蔵弾性率を有するクラッド層と、少なくとも一面が露出するように該クラッド層に埋設されたコア層とを備える。本発明の光導波路の波長６６０ｎｍにおける光損失（伝搬損失）は、例えば２．６ｄＢ／ｃｍ未満、好ましくは２．０ｄＢ／ｃｍ以下、より好ましくは１．５ｄＢ／ｃｍ以下である。光損失が当該範囲内であれば、後述するＳＰＲセンサセルや比色センサセル等のセンサセルの検知部に好適に用いられ得る。光損失は、カットバック法によって測定される。

図１は、本発明の好ましい実施形態による光導波路を説明する概略斜視図である。図示例において、光導波路１００は、クラッド層１１と、上面が露出するようにクラッド層１１に埋設されたコア層１２とから構成されており、平面視略矩形の平板状に形成されている。クラッド層の厚み（コア層上面からの厚み）は、例えば５μｍ〜４００μｍである。なお、図示例とは異なり、コア層は上面と下面とがクラッド層から露出していてもよい。

クラッド層１１は、好ましくはクラッド層形成樹脂と該クラッド層形成樹脂に分散された粒子とを含む。クラッド層中に粒子を分散させることにより、その硬度を増大させることができる。

上記粒子としては、任意の適切な粒子が用いられ得る。例えば、粒子は、好ましくは１．４０〜３．００、より好ましくは１．４３〜２．６０の屈折率を有する材料から形成される。このような材料を用いる場合、クラッド層の屈折率を所望の範囲に調整しやすいという利点がある。また例えば、粒子は、好ましくは０．１以下、より好ましくは０の消衰係数を有する材料から形成される。なお、本明細書において、屈折率は、波長８３０ｎｍにおける屈折率を意味する。また、消衰係数は、波長８３０ｎｍにおける消衰係数を意味する。

粒子の形成材料の具体例としては、例えば、金属または無機酸化物が挙げられる。金属としては、チタン、タンタル、アルミニウム、亜鉛、クロム、鉄等が好ましく例示できる。また、無機酸化物としては、金属酸化物（例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）、酸化銅（ＣｕＯ））および半金属酸化物（例えば、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ_２））が好ましく例示できる。上記粒子としては、一種のみ用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

上記粒子の平均粒子径（φ）は、例えば１０ｎｍ〜５μｍである。平均粒子径の下限は、好ましくは２００ｎｍ、より好ましくは３００ｎｍである。また、平均粒子径の上限は、好ましくは２．５μｍ、より好ましくは２．０μｍである。このような平均粒子径であれば、コア層との線膨張率の差を所望の範囲に調整しつつ、硬度を増大させることができる。なお、本明細書において、平均粒子径は、メジアン径を意味する。クラッド層における上記粒子の平均粒子径は、例えば、レーザー回折散乱式粒度分布測定に基づいて、または、クラッド層断面のＳＥＭ画像を画像処理して粒径分布を求め、そこから得られる体積基準粒度分布に基づいて得ることができる。

上記クラッド層形成樹脂としては、後述するコア層の屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド層を形成し得る任意の適切な樹脂が用いられる。具体例としては、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂およびこれらの変性体（例えば、フルオレン変性体、重水素変性体、フッ素樹脂以外の場合はフッ素変性体）が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらは、好ましくは感光剤を配合して、感光性材料として用いられ得る。

クラッド層形成樹脂の屈折率は、上記粒子の屈折率より低い。クラッド層形成樹脂の屈折率と粒子の屈折率との差は、好ましくは０．０３以上であり、より好ましくは０．０５以上、さらに好ましくは０．０７以上、さらにより好ましくは、０．１０以上である。

クラッド層形成樹脂の屈折率は、好ましくは１．４２以下であり、より好ましくは１．４０未満であり、さらに好ましくは１．３８以下である。

クラッド層１１における上記粒子の充填率は、例えば１％〜５０％である。充填率の下限は、好ましくは２％、より好ましくは３％、さらに好ましくは５％である。また、充填率の上限は、好ましくは３０％、より好ましくは２５％である。このような充填率であれば、コア層との線膨張率の差を所望の範囲に調整しつつ、クラッド層の硬度を増大させることができる。

クラッド層１１の屈折率（Ｎ_ＣＬ）は、上記粒子の屈折率（Ｎ_ＰＡ）よりも低い。クラッド層の屈折率と粒子の屈折率との差（Ｎ_ＰＡ−Ｎ_ＣＬ）は、好ましくは０．０３以上であり、より好ましくは０．０５以上、さらに好ましくは０．０７以上、さらにより好ましくは、０．１０以上である。

クラッド層１１の貯蔵弾性率は、例えば０．１５ＧＰａ以上であり、好ましくは０．２０ＧＰa以上であり、より好ましくは０．２５ＧＰａ以上である。このような貯蔵弾性率であれば、コア層の応力ひずみを低減し得る。また、該貯蔵弾性率は、例えば１０ＧＰａ以下である。

コア層１２は、クラッド層１１の幅方向および厚み方向の両方と直交する方向に延びる略角柱形状に形成され、クラッド層１１の幅方向略中央部の上端部に埋設されている。コア層１２の延びる方向が、光導波路内を光が伝播する方向となる。

コア層１２は、その上面がクラッド層１１の上面と面一となるように配置されている。コア層の上面がクラッド層の上面と面一となるように配置することにより、後述するＳＰＲセンサセルまたは比色センサセルにおいて金属層や保護層をコア層の上側のみに効率よく配置することができる。さらに、コア層は、その延びる方向の両端面がクラッド層の当該方向の両端面と面一となるように配置されている。

コア層１２の屈折率（Ｎ_ＣＯ）は、用途等に応じて任意の適切な値に設定され得る。例えば、光導波路１００がＳＰＲセンサセルに適用される場合、コア層１２の屈折率（Ｎ_ＣＯ）は、好ましくは１．４３以下であり、より好ましくは１．４０未満であり、さらに好ましくは１．３８以下である。コア層の屈折率を１．４３以下とすることにより、検出感度を格段に向上させることができる。コア層の屈折率の下限は、好ましくは１．３４である。コア層の屈折率が１．３４以上であれば、水溶液系のサンプル（水の屈折率：１．３３）であってもＳＰＲを励起することができ、かつ、汎用の材料を使用することができる。

コア層１２の屈折率（Ｎ_ＣＯ）は、クラッド層１１の屈折率（Ｎ_ＣＬ）より高い。コア層の屈折率とクラッド層の屈折率との差（Ｎ_ＣＯ−Ｎ_ＣＬ）は、好ましくは０．０１０以上であり、より好ましくは０．０２０以上、さらに好ましくは０．０２５以上である。コア層の屈折率とクラッド層の屈折率との差がこのような範囲であれば、光導波路１００をいわゆるマルチモードとすることができる。したがって、光導波路を透過する光の量を多くすることができ、後述するＳＰＲセンサセルまたは比色センサセルに適用した場合に、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。また、コア層の屈折率とクラッド層の屈折率との差は、好ましくは０．１５以下、より好ましくは０．１０以下、さらに好ましくは０．０５０以下である。

コア層１２の線膨張率とクラッド層１１の線膨張率との差は、例えば０．３×１０^−４／℃以下であり、好ましくは０．２５×１０^−４／℃以下、より好ましくは０．２×１０^−４／℃以下である。コア層の線膨張率は、クラッド層の線膨張率より大きくてもよく、また、小さくてもよいが、コア層の線膨張率がクラッド層の線膨張率よりも大きいか、または、これらの線膨張率が等しいことがより好ましい。線膨張率の差が当該範囲内であることにより、本発明の光導波路が熱サイクル等に供された場合であっても、コア層とクラッド層との剥離が防止され得る。

コア層１２の厚みは、例えば５μｍ〜２００μｍであり、好ましくは２０μｍ〜２００μｍである。また、コア層の幅は、例えば５μｍ〜２００μｍであり、好ましくは２０μｍ〜２００μｍである。このような厚みおよび／または幅であれば、光導波路１００をいわゆるマルチモードとすることができる。また、コア層１２の長さ（導波路長）は、例えば２ｍｍ〜５０ｍｍであり、好ましくは１０ｍｍ〜２０ｍｍである。

コア層１２を形成する材料としては、本発明の効果が得られる限りにおいて任意の適切な材料を用いることができる。例えば、クラッド層形成樹脂と同様の樹脂であって、屈折率がクラッド層よりも高くなるように調整された樹脂から形成され得る。

なお、図１では、コア層の数が１つとされているが、コア層の数は、目的に応じて変更してもよい。具体的には、コア層は、クラッド層の幅方向に所定の間隔を隔てて複数形成されてもよい。コア層の形状もまた、目的に応じて任意の適切な形状（例えば、半円柱形状、凸柱形状）を採用することができる。

［Ｂ．ＳＰＲセンサセル］
図２は、本発明の好ましい実施形態によるＳＰＲセンサセルを説明する概略斜視図である。図３は、図２に示すＳＰＲセンサセルのＩａ−Ｉａ線概略断面図である。

ＳＰＲセンサセル２００は、図２および図３に示すように、平面視略矩形の有底枠形状に形成されており、アンダークラッド層１１と上面が露出するようにアンダークラッド層１１に埋設されたコア層１２とを備える光導波路１００と、アンダークラッド層１１とコア層１２とを被覆する金属層２０とを有する。光導波路１００および金属層２０は、サンプルの状態および／またはその変化を検知する検知部２１０として機能する。図示した形態においては、ＳＰＲセンサセル１００は、検知部２１０に隣接するように設けられたサンプル配置部２２０を備える。サンプル配置部２２０は、オーバークラッド層３０により規定されている。オーバークラッド層３０は、サンプル配置部２２０を適切に設けることができる限りにおいて省略されてもよい。サンプル配置部２２０には、分析されるサンプル（例えば、溶液、粉末）が検知部（実質的には金属層）に接触して配置される。

光導波路１００は、上記Ａ項で説明したとおりである。

金属層２０は、図２および図３に示すように、アンダークラッド層１１およびコア層１２の上面の少なくとも一部を均一に被覆するように形成されている。必要に応じて、アンダークラッド層およびコア層と金属層との間に易接着層（図示せず）が設けられ得る。易接着層を形成することにより、アンダークラッド層およびコア層と金属層とを強固に固着させることができる。

金属層を形成する材料としては、金、銀、白金、銅、アルミニウムおよびこれらの合金が挙げられる。金属層は、単一層であってもよく、２層以上の積層構造を有していてもよい。金属層の厚み（積層構造を有する場合はすべての層の合計厚み）は、好ましくは２０ｎｍ〜７０ｎｍであり、より好ましくは３０ｎｍ〜６０ｎｍである。

易接着層を形成する材料としては、代表的にはクロムまたはチタンが挙げられる。易接着層の厚みは、好ましくは１ｎｍ〜５ｎｍである。

オーバークラッド層３０は、図２に示すように、光導波路１００の上面において、その外周が光導波路１００の外周と平面視において略同一となるように、平面視矩形の枠形状に形成されている。光導波路１００の上面とオーバークラッド層３０とで囲まれる部分が、サンプル配置部２２０として区画されている。当該区画にサンプルを配置することにより、検知部２１０の金属層とサンプルとが接触し、検出が可能となる。さらに、このような区画を形成することにより、サンプルを容易に金属層表面に配置することができるので、作業性の向上を図ることができる。

オーバークラッド層３０を形成する材料としては、例えば、上記コア層およびアンダークラッド層を形成する材料、ならびにシリコーンゴムが挙げられる。オーバークラッド層の厚みは、好ましくは５μｍ〜２０００μｍであり、さらに好ましくは２５μｍ〜２００μｍである。オーバークラッド層の屈折率は、好ましくは、コア層の屈折率よりも低い。１つの実施形態においては、オーバークラッド層の屈折率は、アンダークラッド層の屈折率と同等である。

以上、本発明の好ましい実施形態によるＳＰＲセンサセルを説明してきたが、本発明はこれらに限定されない。例えば、光導波路１００と金属層２０との間に保護層を設けてもよい。この場合、保護層は、光導波路１００の上面をすべて被覆するように、平面視において光導波路と同じ形状の薄膜として形成され得る。保護層を設けることにより、例えば、サンプルが液状である場合に、サンプルによってコア層および／またはクラッド層が膨潤することを防止することができる。保護層を形成する材料としては、例えば、二酸化ケイ素、酸化アルミニウムが挙げられる。これらの材料は、好ましくは、コア層よりも屈折率が低くなるように調整され得る。保護層の厚みは、好ましくは１ｎｍ〜１００ｎｍであり、より好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍである。

さらに、ＳＰＲセンサセル２００（サンプル配置部２２０）の上部には、蓋を設けてもよい。このような構成とすれば、サンプルが外気に接触することを防止することができる。また、サンプルが溶液である場合には、溶媒の蒸発による濃度変化を防止することができる。蓋を設ける場合には、液状サンプルをサンプル配置部へ注入するための注入口とサンプル配置部から排出するための排出口とを設けてもよい。このような構成とすれば、サンプルを流してサンプル配置部に連続的に供給することができるので、サンプルの特性を連続的に測定することができる。

上記の実施形態は、それぞれを適切に組み合わせてもよい。

以下、このようなＳＰＲセンサセル２００の使用形態の一例を説明する。

まず、サンプルをＳＰＲセンサセル２００のサンプル配置部２２０に配置し、サンプルと金属層２０とを接触させる。次いで、任意の適切な光源からの光を、ＳＰＲセンサセル２００（コア層１２）に導入する。ＳＰＲセンサセル２００（コア層１２）に導入された光は、コア層１２内において全反射を繰り返しながら、ＳＰＲセンサセル２００（コア層１２）を透過するとともに、一部の光は、コア層１２の上面において金属層２０に入射し、表面プラズモン共鳴により減衰される。ＳＰＲセンサセル２００（コア層１２）を透過して出射した光は、任意の適切な光計測器に導入される。すなわち、このＳＰＲセンサセル２００から光計測器に導入される光は、コア層１２において表面プラズモン共鳴を発生させた波長の光強度が減衰している。表面プラズモン共鳴を発生させる波長は、金属層２０に接触したサンプルの屈折率などに依存するので、光計測器に導入される光の光強度の減衰を検出することにより、サンプルの屈折率やその変化を検出することができる。

［Ｃ．比色センサセル］
図４は、本発明の好ましい実施形態による比色センサセルを説明する概略斜視図である。図５は、図４に示す比色センサセルのＩｂ−Ｉｂ線概略断面図である。

比色センサセル３００は、図４および図５に示すように、平面視略矩形の有底枠形状に形成されており、アンダークラッド層１１と上面が露出するようにアンダークラッド層１１に埋設されたコア層１２とを備える光導波路１００を有する。光導波路１００は、サンプルの状態および／またはその変化を検知する検知部３１０として機能する。図示した形態においては、比色センサセル３００は、光導波路１００の上面を被覆する保護層４０と該保護層４０を介して検知部３１０に隣接するように設けられたサンプル配置部３２０とをさらに備える。保護層４０は、目的に応じて省略されてもよい。サンプル配置部３２０は、オーバークラッド層３０により規定されている。オーバークラッド層３０は、サンプル配置部３２０を適切に設けることができる限りにおいて省略されてもよい。サンプル配置部３２０には、分析されるサンプル（例えば、溶液、粉末）が検知部（図示例では保護層４０）に接触して配置される。また、図示しないが、上記Ｂ項に記載のＳＰＲセンサセルと同様に、比色センサセル３００（サンプル配置部３２０）の上部に蓋を設けてもよい。

光導波路１００は、上記Ａ項で説明したとおりである。また、オーバークラッド層３０および保護層４０は、上記Ｂ項で説明したとおりである。

以下、このような比色センサセル３００の使用形態の一例を説明する。

まず、サンプルを比色センサセル３００のサンプル配置部３２０に配置し、サンプルと保護層４０とを接触させる。次いで、任意の適切な光源からの光を、比色センサセル３００（コア層１２）に導入する。比色センサセル３００（コア層１２）に導入された光は、コア層１２内において全反射を繰り返しながら、比色センサセル３００（コア層１２）を透過するとともに、一部の光は、エバネッセント波としてコア層１２から染み出し、コア層１２の上面において、保護層４０を介してサンプルに入射され、減衰される。比色センサセル３００（コア層１２）を透過して出射した光は、任意の適切な光計測器に導入される。すなわち、この比色センサセル３００から光計測器に導入される光は、コア層１２においてサンプルが吸収した波長の光強度が減衰している。サンプルが吸収する波長は、比色センサセル３００に配置されたサンプルの色などに依存するため、光計測器に導入される光の光強度の減衰を検出することにより、サンプルの色やその変化を検出することができる。

［Ｄ．製造方法］
本発明の光導波路の製造方法としては、任意の適切な方法が用いられ得る。本発明の光導波路の作製方法の具体例としては、図６に示す方法や特開２０１２−２１５５４１号公報の図３に記載されるような方法が挙げられる。

図６に示す方法においては、まず、図６（ａ）に示すように、コア層の形状に対応する凹部を有する鋳型５０の表面上にコア層を形成する材料１２’を配置する。次いで、図６（ｂ）に示すように、鋳型５０表面に転写フィルム６０を所定の方向に向かって押圧手段７０で押圧しながら貼り合わせて、該凹部にコア層形成材料１２’を充填しつつ余分なコア層形成材料１２’を除去する。その後、図６（ｃ）に示すように、凹部内に充填されたコア層形成材料１２’に紫外線を照射し、当該材料を硬化させて、コア層１２を形成する。さらに、図６（ｄ）に示すように、転写フィルム６０を鋳型５０から剥離して、転写フィルム６０上にコア層１２を転写する。

次いで、図６（ｅ）に示すように、クラッド層形成樹脂と任意に該樹脂中に分散された粒子とを含むクラッド層形成材料１１’を、コア層１２を覆うように塗布する。あるいは、図示例とは異なり、クラッド層形成材料１１’を予め他の支持体（例えば、コロナ処理済のＰＥＴフィルム）上に塗布しておき、該クラッド層形成材料１１’がコア層１２を覆うように、該支持体と転写フィルム６０とを貼り合わせてもよい。その後、図６（ｆ）に示すように、クラッド層形成材料１１’に紫外線を照射し、当該材料を硬化させて、クラッド層１１を形成する。その後、図６（ｇ）に示すように、転写フィルム６０を剥離除去し、上下反転することにより、クラッド層１１に埋設されたコア層１２を有する光導波路が得られる。

上記紫外線の照射条件は、材料の種類に応じて適切に設定され得る。必要に応じて、材料を加熱してもよい。加熱は、紫外線照射前に行ってもよく、紫外線照射後に行ってもよく、紫外線照射と併せて行ってもよい。また、クラッド層形成樹脂中に粒子を分散させる方法としては、任意の適切な方法が用いられ得る。

本発明のＳＰＲセンサセルおよび比色センサセルは、本発明の光導波路のコア露出面に、所望の構成部材（保護層、金属層、オーバークラッド層等）を形成することによって得られ得る。これらの形成方法としては、特開２０１２−１０７９０１号公報、特開２０１２−２１５５４１号公報等に記載の方法を用いることができる。

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。

＜屈折率＞
屈折率は、シリコンウェハの上に１０μｍ厚の膜を形成し、プリズムカプラ式屈折率測定装置を用いて波長８３０ｎｍで測定した。

＜充填率＞
粒子の充填率は、以下の式によって算出した。
充填率（％）＝（（粒子混合率（ｗｔ％）／かさ比重（ｇ／ｍＬ））／（１００＋粒子混合率（ｗｔ％）））×１００

＜かさ比重＞
粒子のかさ比重は、既知の体積（ｍＬ）を有するカップに粒子を入れて、該粒子の重量（ｇ）を測定し、粒子重量をカップ体積で除することにより算出した。

＜平均粒子径＞
レーザー回折散乱式粒度分布測定によってメジアン径を算出して、平均粒子径とした。

＜線膨張率＞
線膨張率は、引張り法にて、熱機械分析装置（Ｂｒｕｋｅｒ ＡＸＳ社製、製品番号「４０００ＳＡ」）を用いて測定した。具体的には、０℃〜１００℃までの温度範囲において、５℃／ｍｉｎの昇温速度で１０℃毎に（すなわち、０℃以上１０℃未満、１０℃以上２０℃未満等の温度範囲で）単位温度あたりの試験片の長さの変化率を求め、それぞれの変化率の平均値を線膨張率とした。

＜貯蔵弾性率＞
熱分析装置（ＮＥＴＺＳＣＨ社製 製品番号「ＤＭＡ２４２Ｃ」）を用いてＤＭＡ測定を行った。測定条件は、昇温速度２℃／ｍｉｎ、測定周波数１Ｈｚで行った。得られたＤＭＡ曲線から２５℃における貯蔵弾性率を求めた。

＜外力負荷時の光損失＞
１ｃｍ長の試験片（光導波路）を作製し、一端を固定して、もう一端に１００ｇの加重をかけて曲げた状態で、６６０ｎｍ赤色ＬＥＤ光源（浜松ホトニクス社製、製品番号「Ｌ１０７６２」）から発振された光をマルチモードファイバー（三喜社製、製品番号「ＦＦＰ−Ｇ１２０−０５００」、直径５０μｍＭＭＦ、ＮＡ＝０．２）にて集光し、上記試験片のコア層の片端面に入射した。そして、コア層の他端面から出射された光をレンズ（清和光学製作所社製、製品番号「ＦＨ１４−１１」、倍率２０、ＮＡ＝０．４）で集光し、光計測システム（アドバンテスト社製、製品名「オプティカルマルチパワーメーターＱ８２２１」）にて６チャンネルを評価した。その平均全損失から同様に評価した荷重をかけない場合の平均全損失の差により光損失を算出した。

＜剥がれ評価＞
試験片（光導波路）を熱サイクル試験機のテストエリアに入れ、室温から３０分かけてテストエリア内を−４０℃まで降温した。次いで、３０分かけてテストエリア内を８５℃まで昇温した後、３０分かけて−４０℃まで再度降温した。この−４０℃から８５℃に昇温し、再度−４０℃まで降温する工程を１サイクルとして、２０サイクル繰り返した後、試験片を取り出し、コア層とクラッド層との界面を顕微鏡観察して、剥がれの有無を調べた。

＜実施例１＞
図６に示すような方法で光導波路フィルムを作製した。具体的には、表面に幅５０μｍおよび厚み（深さ）５０μｍのコア層形成用の凹部が形成された鋳型（長さ２００ｍｍ、幅２００ｍｍ）の該表面にコア層形成材料を滴下した。該鋳型の表面に片面をコロナ処理したＰＰフィルム（厚み：４０μｍ）のコロナ処理面の片端を当接させ、他端は反らせた状態とした。この状態で、鋳型とＰＰフィルムとの当接部位にＰＰフィルム側からローラを押し当てながら他端側に向かってローラを回転させて両者を貼り合わせた。これにより、鋳型の凹部内にコア層形成材料を充填し、余分なコア層形成材料を押し出した。次いで、得られた積層体に対し、ＰＰフィルム側から紫外線を照射し、コア層形成材料を完全に硬化させてコア層（屈折率：１．３８４）を形成した。なお、コア層形成材料は、フッ素系ＵＶ硬化型樹脂（ＤＩＣ社製、商品名「ＯＰ３８Ｚ」）６０重量部とフッ素系ＵＶ硬化型樹脂（ＤＩＣ社製、商品名「ＯＰ４０Ｚ」）４０重量部とを攪拌溶解させて調製した。次いで、鋳型からＰＰフィルムを剥離して、該フィルム上に厚み５０μｍ、幅５０μｍの略角柱形状のコア層を転写した。

上記ＰＰフィルム上に、コア層を被覆するようにクラッド層形成材料を塗布した。なお、クラッド層形成材料は、フッ素系ＵＶ硬化型樹脂（ソルベイスペシャルティポリマージャパン社製、商品名「Ｆｌｕｏｒｏｌｉｎｋ ＭＤ７００」、屈折率：１．３４８）９３．５重量部とシリカ粒子（株式会社アドマテック製、商品名「アドマファイン ＳＣ１５００‐ＳＭＪ）、屈折率１．４５）６．５重量部とを混合して調製した。このとき、コア層表面（上面）からの厚みが１００μｍになるように塗布した。次いで、紫外線を照射し、クラッド層形成材料を硬化させて、クラッド層を形成した。その後、ＰＰフィルムを剥離除去し、クラッド層およびコア層を上下反転させた。以上のようにして、クラッド層に埋設されたコア層を有する光導波路フィルムを作製した。

＜実施例２＞
クラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を１０重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。

＜実施例３＞
異なるシリカ粒子（株式会社アドマテック製、商品名「アドマファイン ＳＣ２５００‐ＳＭＪ」）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を０．６重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。

＜実施例４＞
異なるシリカ粒子（株式会社アドマテック製、商品名「アドマファイン ＳＣ２５００‐ＳＭＪ」）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を２．５重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。

＜実施例５＞
異なるシリカ粒子（株式会社アドマテック製、商品名「アドマファイン ＳＣ２５００‐ＳＭＪ」）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を５重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。

＜実施例６＞
異なるシリカ粒子（株式会社アドマテック製、商品名「アドマファイン ＳＣ２５００‐ＳＭＪ」）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を１０重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。

＜実施例７＞
異なるシリカ粒子（株式会社アドマテック製、商品名「アドマファイン ＳＣ５５００‐ＳＭＪ」）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を０．８重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。

＜実施例８＞
異なるシリカ粒子（株式会社アドマテック製、商品名「アドマファイン ＳＣ５５００‐ＳＭＪ」）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を２重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。

＜実施例９＞
異なるシリカ粒子（株式会社アドマテック製、商品名「アドマファイン ＳＣ５５００‐ＳＭＪ」）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を５重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。

＜実施例１０＞
異なるシリカ粒子（株式会社アドマテック製、商品名「アドマファイン ＳＣ５５００‐ＳＭＪ」）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を１０重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。

＜実施例１１＞
異なるシリカ粒子（日本アエロジル株式会社製、商品名「ＡＥＲＯＳＩＬ Ｒ９７４」、屈折率１．４５）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を２．６重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。

＜実施例１２＞
異なるシリカ粒子（日本アエロジル株式会社製、商品名「ＡＥＲＯＳＩＬ Ｒ９７４」、屈折率１．４５）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を５重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。

＜実施例１３＞
異なるシリカ粒子（富士シリシア化学株式会社製、商品名「ＳＹＬＯＰＨＯＢＩＣ５０７」、屈折率１．４５）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を３．２重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。

＜実施例１４＞
異なるシリカ粒子（富士シリシア化学株式会社製、商品名「ＳＹＬＯＰＨＯＢＩＣ７０２」、屈折率１．４５）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を４重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。

＜実施例１５＞
異なるシリカ粒子（富士シリシア化学株式会社製、商品名「ＳＹＬＯＰＨＯＢＩＣ７０２」、屈折率１．４５）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を７．２重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。

＜実施例１６＞
チタニア粒子（堺化学工業株式会社製、商品名「ＳＲＤ ０２−Ｗ」、結晶相：ルチル型、屈折率２．７２）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を２重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。

＜比較例１＞
クラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を０重量％にしたこと（すなわち、シリカ粒子を用いなかったこと）以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。

＜比較例２＞
異なるシリカ粒子（株式会社アドマテック製、商品名「アドマファイン ＳＣ２５００‐ＳＭＪ」）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を０．３重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。

＜比較例３＞
異なるシリカ粒子（株式会社アドマテック製、商品名「アドマファイン ＳＣ２５００‐ＳＭＪ」）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を２６重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。

＜比較例４＞
異なるシリカ粒子（富士シリシア化学株式会社製、商品名「ＳＹＬＯＰＨＯＢＩＣ７０２」、屈折率１．４５）を用いたことおよびクラッド層形成材料におけるシリカ粒子の混合率を２５重量％にしたこと以外は実施例１と同様にして、光導波路フィルムを作製した。

上記実施例および比較例で得られた各光導波路フィルムの評価結果を表１に示す。

表１から明らかなように、実施例の光導波路は、熱サイクルに供されてもクラッド層とコア層との間に剥がれが生じなかった。また、外力の負荷に起因する光損失が比較例の光導波路と比べて抑制されていた。これは、コア層の線膨張率とクラッド層の線膨張率との差が所定の範囲内とされ、かつ、クラッド層の硬度が増大されているためと推測される。

本発明の光導波路は、ＳＰＲセンサセル、比色センサセル等の検知部として好適に利用され得る。

１１ クラッド層（アンダークラッド層）
１２ コア層
２０ 金属層
３０ オーバークラッド層
４０ 保護層
１００ 光導波路
２００ ＳＰＲセンサセル
３００ 比色センサセル

Claims (6)

1. クラッド層と、少なくとも一面が露出するように該クラッド層に埋設されたコア層と、を備え、
   該クラッド層の貯蔵弾性率が、０．１５ＧＰａ以上であり、
   該クラッド層の線膨張率と該コア層の線膨張率との差が、０．３×１０^−４／℃以下である、光導波路。
2. 前記クラッド層が、クラッド層形成樹脂と該クラッド層形成樹脂に分散された粒子とを含む、請求項１に記載の光導波路。
3. 前記クラッド層における粒子の充填率が、２％〜５０％である、請求項１または２に記載の光導波路。
4. 前記粒子の平均粒子径（φ）が、２００ｎｍ〜２．５μｍである、請求項１から３のいずれかに記載の光導波路。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の光導波路を有する、ＳＰＲセンサセル。
6. 請求項１から４のいずれかに記載の光導波路を有する、比色センサセル。

Images