JP4894348B2 - フレキシブル光導波路及びその製造方法 - Google Patents
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Description
フレキシブル光導波路として、例えば特許文献1や特許文献2に高分子フィルム光導波路が提案されている。特許文献1における、高分子フィルムは、まずシリコン等の基板上に高分子の溶液等をスピンコート、ベークにより下部クラッド層を形成する。次いで、同様の方法によってコア層を形成後、Si含有ホトレジスト等でマスクパターンを形成し、ドライエッチングによってコアパターンを形成した後、下部クラッド層を形成した方法と同様の方法によって上部クラッド層を形成する。最後に基板から光導波路を剥がすことによってフィルム化した光導波路を作製している。このフィルム化した光導波路の製造方法においては、特に光導波路を剥がし易くするために、基板として熱酸化したシリコン基板を用い、光導波路形成後、フッ酸に浸漬することにより剥離する方法を示している。このフィルム光導波路では、上述のように下部クラッド、コア、上部クラッドの各層をスピンコート及びベークによって形成している。
(1)第1のクラッド層形成用樹脂とポリエチレンテレフタレートフィルム又はポリアミドフィルムである第1の基材フィルムを有する第1のクラッド層形成用樹脂フィルムと、
コア層と基材とを有するコア層形成用樹脂フィルムと、
第2のクラッド層形成用樹脂とポリエチレンテレフタレートフィルム又はポリアミドフィルムである第2の基材フィルムとを有する第2のクラッド層形成用樹脂フィルムと、
を用いて作製される、
上部クラッド層と、下部クラッド層と、前記上部クラッド層と前記下部クラッド層との間に埋め込まれたコアパターンとを有するフレキシブル光導波路の製造方法であって、
前記第1のクラッド層形成用樹脂を光硬化させて、前記第1のクラッド層形成樹脂フィルムに前記下部クラッド層を形成する工程と、
前記下部クラッド層上に、前記コア層形成用樹脂フィルムをラミネートして、前記下部クラッド層上に前記コア層を積層する工程と、
前記コア層形成用樹脂フィルムの前記基材上からネガマスクパターンを通して活性光線を画像状に前記コア層に照射させる工程と、
前記コア層形成用樹脂フィルムの前記基材を前記コア層から剥離させる工程と、
前記コア層を現像させて、前記下部クラッド層に前記コアパターンを形成する工程と、
前記第2のクラッド層形成用樹脂が前記コアパターン側になるように、前記第2のクラッド層形成用樹脂フィルムを前記コア層上にラミネートして、前記第2のクラッド層形成用樹脂を前記コアパターンに埋め込む工程と、
前記第2の基材フィルム上から活性光線を照射し前記第2のクラッド層形成用樹脂を光硬化させて、前記上部クラッド層を形成する工程と、
を備える、フレキシブル光導波路の製造方法。
(2)(1)に記載の製造方法で製造されるフレキシブル光導波路であって、
前記第1のクラッド層形成用樹脂フィルムは、前記第1のクラッド層形成用樹脂と、前記第1の基材フィルムとを有し、前記第1のクラッド層形成用樹脂を前記第1の基材フィルムに塗布し、溶剤乾燥させたものであり、
前記下部クラッド層は、前記第1のクラッド層形成用樹脂を硬化させたもので、
前記コアパターンは、前記コア層形成用樹脂フィルムによって形成され、
前記上部クラッド層は、前記上部クラッド層と前記下部クラッド層との間に前記コアパターンが埋め込まれるように、前記下部クラッド層に積層されており、
前記第1の基材フィルムは、前記下部クラッド層において、前記コアパターンとは反対側である前記下部クラッド層の外側に配置されている、フレキシブル光導波路。
(3)前記第1の基材フィルムの最大伸び率が10〜300%であり、かつ、前記第1の基材フィルムの厚さが5〜250μmである(2)に記載のフレキシブル光導波路、
(4)前記第2の基材フィルムの最大伸び率が10〜300%であり、かつ、前記第2の基材フィルムの厚さが5〜250μmである(2)又は(3)に記載のフレキシブル光導波路、である。
クラッド層の外側に配置される基材フィルムは、少なくともフレキシブル光導波路の片面に設けられていればよいが、両面に設ける対称構造とすることで反りの少ないフレキシブル光導波路を作製することができる。
なお、ここで最大伸び率とは、JIS−K7127に基づき測定された引張最大荷重伸びを意味する。
強靭性と柔軟性を両立させる観点から、基材フィルムの厚さは6〜50μmの範囲がより好ましく、8〜25μmの範囲がさらに好ましく、10〜18μmの範囲が特に好ましい。
また、基材フィルム上には、電気配線を設けてもよく、この場合、予め電気配線を設けたものを基材フィルムとして用いることができる。あるいは、フレキシブル光導波路製造後に、基材フィルムに電気配線を形成することが可能である。
さらに、基材フィルムの表面には接着処理や帯電防止処理を施してもよい。特に基材フィルムのクラッド層樹脂との接着面には接着処理を施すことが好ましく、その反対面又は両面に帯電処理を施すことが好ましい。
より好適には、クラッド層形成用樹脂が、(A)ベースポリマー、(B)光重合性化合物、及び(C)光重合開始剤を含有する樹脂組成物により構成されることが好ましい。
ここで用いる(A)ベースポリマーはクラッド層を形成し、該クラッド層の強度を確保するためのものであり、該目的を達成し得るものであれば特に限定されず、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、(メタ)アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルアミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン等、あるいはこれらの誘導体などが挙げられる。これらのベースポリマーは1種単独でも、また2種以上を混合して用いてもよい。上記で例示したベースポリマーのうち、耐熱性が高いとの観点から、主鎖に芳香族骨格を有することが好ましく、特にフェノキシ樹脂が好ましい。また、3次元架橋し、耐熱性を向上できるとの観点からは、エポキシ樹脂、特に室温で固形のエポキシ樹脂が好ましい。さらに、後に詳述する(B)光重合性化合物との相溶性が、クラッド層形成用樹脂フィルムの透明性を確保するために重要であるが、この点からは上記フェノキシ樹脂及び(メタ)アクリル樹脂が好ましい。なお、ここで(メタ)アクリル樹脂とは、アクリル樹脂及びメタクリル樹脂を意味するものである。
分子内に2つ以上のエポキシ基を有する化合物の具体例としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、テトラブロモビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂等の2官能芳香族グリシジルエーテル;フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン−フェノール型エポキシ樹脂、テトラフェニロールエタン型エポキシ樹脂等の多官能芳香族グリシジルエーテル;ポリエチレングリコール型エポキシ樹脂、ポリプロピレングリコール型エポキシ樹脂、ネオペンチルグリコール型エポキシ樹脂、ヘキサンジオール型エポキシ樹脂等の2官能脂肪族グリシジルエーテル;水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂等の2官能脂環式グリシジルエーテル;トリメチロールプロパン型エポキシ樹脂、ソルビトール型エポキシ樹脂、グリセリン型エポキシ樹脂等の多官能脂肪族グリシジルエーテル;フタル酸ジグリシジルエステル等の2官能芳香族グリシジルエステル;テトラヒドロフタル酸ジグリシジルエステル、ヘキサヒドロフタル酸ジグリシジルエステル等の2官能脂環式グリシジルエステル;N,N−ジグリシジルアニリン、N,N−ジグリシジルトリフルオロメチルアニリン等の2官能芳香族グリシジルアミン;N,N,N',N'−テトラグリシジル−4,4−ジアミノジフェニルメタン、1,3−ビス(N,N−グリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、N,N,O−トリグリシジル−p−アミノフェノール等の多官能芳香族グリシジルアミン;アリサイクリックジエポキシアセタール、アリサイクリックジエポキシアジペート、アリサイクリックジエポキシカルボキシレート、ビニルシクロヘキセンジオキシド等の2官能脂環式エポキシ樹脂;ジグリシジルヒダントイン等の2官能複素環式エポキシ樹脂;トリグリシジルイソシアヌレート等の多官能複素環式エポキシ樹脂;オルガノポリシロキサン型エポキシ樹脂等の2官能又は多官能ケイ素含有エポキシ樹脂などが挙げられる。
室温で液状のものが好適に用いられる。またこれらの化合物は、単独または2種類以上組み合わせて使用することができ、さらにその他の光重合性化合物と組み合わせて使用することもできる。なお、本発明における光重合性化合物の分子量は、GPC法又は質量分析法にて測定できる。
なお、ここで(メタ)アクリレートとは、アクリレート及びメタクリレートを意味する。
これらの(C)光重合開始剤は、単独で又は2種類以上組み合わせて用いることができる。
また、クラッド層の厚さは、最初に形成される下部クラッド層と、コアパターンを埋め込むための上部クラッド層において、同一であっても異なってもよいが、コアパターンを埋め込むために、上部クラッド層の厚さはコア層の厚さよりも厚くすることが好ましい。
コア層形成用樹脂フィルムは、(A)〜(C)成分を含有する樹脂組成物を溶媒に溶解して基材に塗布し、溶媒を除去することにより容易に製造することができる。ここで用いる溶媒としては、該樹脂組成物を溶解し得るものであれば特に限定されず、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、トルエン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、シクロヘキサノン、N−メチル−2−ピロリドン等の溶媒又はこれらの混合溶媒を用いることができる。樹脂溶液中の固形分濃度は、通常30〜80質量%程度であることが好ましい。
なお、上記基材は、後にコア層形成用樹脂フィルムの剥離を容易とするため、離型処理、帯電防止処理等が施されていてもよい。
まず、第1の工程としてクラッド層形成用樹脂フィルムの基材フィルムの反対側に設けてある保護フィルムを剥離後、クラッド層形成用樹脂フィルムを光または加熱により硬化させ、クラッド層を形成する(図2参照)。このとき、クラッド層形成用樹脂は接着処理を施した基材フィルム上に製膜されていることが好ましい。一方、保護フィルムは、クラッド層形成用樹脂フィルムからの剥離を容易にするため接着処理は行っていないことが好ましく、必要に応じ離型処理が施されていてもよい。
次いで、第2の工程としてクラッド層形成用樹脂と基材フィルムとから構成された第1のクラッド層形成用樹脂フィルムのクラッド層形成用樹脂を硬化させ、下部クラッド層2を形成する(図1(a)参照)。より具体的には、クラッド層形成用樹脂フィルムの基材フィルムの反対側に保護フィルムを設けている(図2参照)ので、該保護フィルム9を剥離後、クラッド層形成用樹脂フィルムを光または加熱により硬化させ、クラッド層2を形成する。このとき、クラッド層形成用樹脂は接着処理を施した基材フィルム1上に製膜されていることが好ましい。一方、保護フィルム9は、クラッド層形成用樹脂フィルムからの剥離を容易にするため接着処理は行っていないことが好ましく、必要に応じ離型処理が施されていてもよい。
なお、コア層形成用樹脂フィルムの基材の反対側に保護フィルム9を設けている(図3参照)ので、該保護フィルムを剥離後、コア層形成用樹脂フィルムをラミネートする。このとき、保護フィルム9及び基材4は、コア層形成用樹脂フィルムからの剥離を容易にするため接着処理は行っていないことが好ましく、必要に応じ離型処理が施されていてもよい。
有機溶剤系現像液としては、例えば、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、γ−ブチロラクトン、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等が挙げられる。これらの有機溶剤は、引火防止のため、1〜20質量部の範囲で水を添加することが好ましい。また、必要に応じて2種類以上の現像方法を併用してもよい。
現像の方式としては、例えば、ディップ方式、バトル方式、高圧スプレー方式等のスプレー方式、ブラッシング、スクラッピング等が挙げられ、高圧スプレー方式が解像度向上のためには最も適している。
現像後の処理として、必要に応じて60〜250℃程度の加熱または0.1〜1000mJ/cm2程度の露光を行うことにより、光導波路パターンをさらに硬化させて用いてもよい。
なお、クラッド層形成用樹脂フィルムの基材フィルムの反対側に保護フィルムを設けている(図2参照)ので、該保護フィルムを剥離後、クラッド層形成用樹脂フィルムを光または加熱により硬化させ、クラッド層を形成する。このとき、クラッド層形成用樹脂は接着処理を施した基材フィルム上に製膜されていることが好ましい。一方、保護フィルムは、クラッド層形成用樹脂フィルムからの剥離を容易にするため接着処理は行っていないことが好ましく、必要に応じ離型処理が施されていてもよい。
上述の製造方法によれば、従来の課題であったコアサイズの大きなマルチモードの光導波路の作製時間を大幅に短縮できる。
実施例1
第1表に示す配合にて、コア層及びクラッド層用樹脂組成物を用意し、これに溶剤としてエチルセロソルブを全量に対して40質量部加え、コア層用及びクラッド層用樹脂ワニスを調合した。
*2 A−BPEF;新中村工業(株)製、9,9−ビス[4−(2−アクリロイルオキシエトキシ)フェニル]フルオレン
*3 EA−1020;新中村工業(株)製、ビスフェノールA型エポキシアクリレート
*4 KRM−2110;新中村工業(株)製、アリサイクリックジエポキシカルボキシレート
*5 2,2−ビス(2−クロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニル−1,2’−ビイミダゾール;東京化成工業(株)製
*6 4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン;東京化成工業(株)製
*7 2−メルカプトベンゾイミダゾール;東京化成工業(株)製
*8 SP−170;旭電化工業(株)製、トリフェニルスルホニウムヘキサフロロアンチモネート塩
なお、コア層及びクラッド層の屈折率をMetricon社製プリズムカプラー(Model2010)で測定したところ、波長850nmにて、コア層が1.584、クラッド層が1.537であった。
また、長さ5cmのフレキシブル光導波路を、半径2mmの棒に巻きつけ屈曲性、強靭性を調べたところ、光導波路の割れやクラッド層と基材フィルム、またはクラッド層とコア層で界面剥離は生じず、高い屈曲性、強靭性を有していることがわかった。
また、得られたフレキシブル光導波路(導波路長5cm)の繰り返し曲げ試験を行った。屈曲耐久試験機(大昌電子(株)製)を用い、曲率半径5mm、屈曲速度約1秒の条件で繰り返し折り曲げ試験を行った。100万回実施後のフレキシブル光導波路の挿入損失値を上記と同様の光源及び受光素子を用いて測定し、試験前の挿入損失値に対する増加分を調べた。その結果、損失値の増加分は0.05dB未満であり、良好な特性を示した。
実施例1において、第1表のコア用の(C)光重合開始剤を、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルフォスフィンオキサイド(1質量部、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ(株)製)、1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オン(1質量部、チバ・スペシャリティ・ケミカルズ(株)製)に代え、またコアパターン露光時の紫外線照射量を400mJ/cm2に代えたこと以外は、実施例1と同様にして光導波路を作製した。このときのコア層の屈折率を、Metricon社製プリズムカプラー(Model2010)を用いて測定したところ、1.582であった。
実施例1と同様にフレキシブル光導波路の伝搬損失を測定したところ、0.1dB/cmであり、本実施例における開始剤を使用した場合、非常に高い透明性を有することがわかった。
また、得られたフレキシブル光導波路(長さ5cm)の繰り返し折り曲げ試験を、実施例1と同様に行った。その結果、損失値の増加分は0.05dB未満であり、良好な特性を示した。
第2表に示す配合にて、コア層及びクラッド層用樹脂組成物を用意し、これに溶剤としてエチルセロソルブを全量に対して40質量部加え、コア層用及びクラッド層用樹脂ワニスを調合した。
*9 ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルフォスフィンオキサイド;チバ・スペシャリティ・ケミカルズ(株)製
*10 1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オン;チバ・スペシャリティ・ケミカルズ(株)製
*11 SP−100;芳香族系化合物、旭電化工業(株)製
なお、コア層及びクラッド層の屈折率をMetricon社製プリズムカプラー(Model2010)で測定したところ、波長850nmにて、コア層が1.582、クラッド層が1.539であった。
また、作製したフレキシブル光導波路を最高到達温度265℃(260℃以上の保持時間15〜20秒)、窒素雰囲気下の条件で、はんだリフロー炉(古河電気工業(株)製、「サラマンダ」)中を3回通過させ、リフローによる損失増加を測定したところ、リフローによる損失増加は0.1dB/cm未満であり、基材フィルムにポリアミドを用いた場合、フレキシブル光導波路が高い耐熱性を有していることがわかった。
また、得られたフレキシブル光導波路の360°曲げ試験を、実施例1と同様に行った。その結果、損失値の増加分は0.1dB未満であり、良好な特性を示した。
さらに、得られたフレキシブル光導波路の繰り返し折り曲げ試験を、実施例1と同様に行った。その結果、損失値の増加分は0.05dB未満であり、良好な特性を示した。
実施例1において、クラッド形成用樹脂フィルムをPETフィルムの巻外(非処理面)に塗布したこと以外は、実施例1と同様にフレキシブル光導波路を作製した。この場合、半径2mmの棒に巻きつけたところ、クラッド層と基材フィルムの界面で若干の剥離とフレキシブル光導波路にクラックが生じたが、実用的には十分な程度の屈曲性及び強靭性を示した。
2;下部クラッド層
3;コア層
4;基材(コア層形成用)
5;ホトマスク
6;コアパターン
7;上部クラッド層
9:保護フィルム
Claims (4)
- 第1のクラッド層形成用樹脂とポリエチレンテレフタレートフィルム又はポリアミドフィルムである第1の基材フィルムを有する第1のクラッド層形成用樹脂フィルムと、
コア層と基材とを有するコア層形成用樹脂フィルムと、
第2のクラッド層形成用樹脂とポリエチレンテレフタレートフィルム又はポリアミドフィルムである第2の基材フィルムとを有する第2のクラッド層形成用樹脂フィルムと、
を用いて作製される、
上部クラッド層と、下部クラッド層と、前記上部クラッド層と前記下部クラッド層との間に埋め込まれたコアパターンとを有するフレキシブル光導波路の製造方法であって、
前記第1のクラッド層形成用樹脂を光硬化させて、前記第1のクラッド層形成樹脂フィルムに前記下部クラッド層を形成する工程と、
前記下部クラッド層上に、前記コア層形成用樹脂フィルムをラミネートして、前記下部クラッド層上に前記コア層を積層する工程と、
前記コア層形成用樹脂フィルムの前記基材上からネガマスクパターンを通して活性光線を画像状に前記コア層に照射させる工程と、
前記コア層形成用樹脂フィルムの前記基材を前記コア層から剥離させる工程と、
前記コア層を現像させて、前記下部クラッド層に前記コアパターンを形成する工程と、
前記第2のクラッド層形成用樹脂が前記コアパターン側になるように、前記第2のクラッド層形成用樹脂フィルムを前記コア層上にラミネートして、前記第2のクラッド層形成用樹脂を前記コアパターンに埋め込む工程と、
前記第2の基材フィルム上から活性光線を照射し前記第2のクラッド層形成用樹脂を光硬化させて、前記上部クラッド層を形成する工程と、
を備える、フレキシブル光導波路の製造方法。 - 請求項1に記載の製造方法で製造されるフレキシブル光導波路であって、
前記第1のクラッド層形成用樹脂フィルムは、前記第1のクラッド層形成用樹脂と、前記第1の基材フィルムとを有し、前記第1のクラッド層形成用樹脂を前記第1の基材フィルムに塗布し、溶剤乾燥させたものであり、
前記下部クラッド層は、前記第1のクラッド層形成用樹脂を硬化させたもので、
前記コアパターンは、前記コア層形成用樹脂フィルムによって形成され、
前記上部クラッド層は、前記上部クラッド層と前記下部クラッド層との間に前記コアパターンが埋め込まれるように、前記下部クラッド層に積層されており、
前記第1の基材フィルムは、前記下部クラッド層において、前記コアパターンとは反対側である前記下部クラッド層の外側に配置されている、フレキシブル光導波路。 - 前記第1の基材フィルムの最大伸び率が10〜300%であり、かつ、前記第1の基材フィルムの厚さが5〜250μmである請求項2に記載のフレキシブル光導波路。
- 前記第2の基材フィルムの最大伸び率が10〜300%であり、かつ、前記第2の基材フィルムの厚さが5〜250μmである請求項2又は3に記載のフレキシブル光導波路。
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