JP2007334236A - 光導波路及びその製造方法、並びに光通信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】材質の変更を伴うことなくフレキシブル性の向上と軽量化を達成することを可能とし、更には、高精度に実装することが可能であり、それと同時に、安価であり、簡易に作製することを可能とした光導波路及びその製造方法、並びに光通信モジュールを提供する。
【解決手段】光導波路１０は、導波路コア１２間と下部基材１１及び上部基材１３間に形成された空間内に、クラッド１４を充満しない形態で導波路コア１２に沿って延在する空洞１５が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光導波路及びその製造方法、並びに光通信モジュールに係わり、特に、材料を変更することなくフレキシブル性を確保することができるとともに、軽量化を図ることができる光導波路及びその製造方法、並びに光通信モジュールに関する。

従来の高分子光導波路の製造方法の一例としては、例えば
（１）フィルムにモノマーを含浸させ、コア部を選択的に露光し、屈折率を変化させてフィルムを張り合わせる方法（選択重合法）、
（２）コア層及びクラッド層を塗布後、反応性イオンエッチングを用いてクラッド部を形成する方法（ＲＩＥ法）、
（３）高分子材料中に感光性の材料を添加した紫外線硬化樹脂をフォトリソグラフィーにより露光・現像する方法（直接露光法）、
（４）射出成形を利用する方法、
（５）コア層及びクラッド層を塗布後、コア部を露光してコア部の屈折率を変化させる方法（フォトブリーチング法）等の各種の製法が提案されている。

しかしながら、上記（１）の選択重合法は、フィルムの張り合わせに問題がある。上記（２）のＲＩＥ法、及び上記（３）の直接露光法は、フォトリソグラフィー法を使うためコスト高になる。上記（４）の射出成形法は、得られるコア径の精度に課題がある。上記（５）のフォトブリーチング法は、コア層とクラッド層の屈折率差を十分にとれないという問題がある。実用的な製法としては、上記（２）のＲＩＥ法や上記（３）の直接露光法を挙げることができるが、上述したように作製コストに問題がある。そして、上記（１）〜（５）のいずれの製法にあっても、大面積であり、かつ、フレキシブルなプラスチック基材に高分子光導波路を形成するには実用的に馴染まない。

一方、上記従来の製造方法とは全く異なった高分子光導波路の製法の一例として、例えばマイクロモールド法と称する鋳型を用いて高分子光導波路を製造する方法がある（例えば、特許文献１〜３参照。）。これらの特許文献１〜３に記載された高分子光導波路の製造方法によれば、コア形成用凹部を有する鋳型とクラッド用のフィルム基材とを剥離可能に密着し、毛細管現象を利用して、コア形成用硬化性樹脂を鋳型の凹部に充填硬化することで、フィルム基材上に導波路コアを形成するようにしている。そして、鋳型を剥離した後、フィルム基材のコア形成面の全面にクラッド層を形成する。これにより、低コストであり、極めて簡便に光導波路を量産することが可能となり、簡便な製法であるにもかかわらず、光導波損失が小さい光導波路を安定して作製することができるようになる。更には、従来から作製が困難であったフレキシブルなプラスチック基材上にも、光導波路を作製することが可能となる。なお、上記特許文献１〜３に記載された高分子光導波路の製造方法は、本出願人等が先に提案したものである。
特開２００４−２９５０７号公報 特開２００４−８６１４４号公報 特開２００４−１０９９２７号公報

ところで、例えばヒンジにより開閉自在な携帯機器や情報機器等の内部においてヒンジの回転軸線を横切って配置される光導波路においては、屈曲性に富むフレキシブルな光導波路を用いる必要がある。上記従来の光導波路の製造技術により製造された光導波路にあっては、フレキシブル性に劣る材料では屈曲性が十分に得られない。そこで、光導波路に更なるフレキシブル性を持たせなければならない場合は、高い屈曲性をもつ材料を用いて光導波路を作製することが頻繁に行われていた。

しかしながら、材料を変更することによりフレキシブル性をもつ光導波路を作製しようとする場合は、光導波路の熱的特性や光伝送特性等よりも、光導波路の屈曲性能を重視することとなり、材料の変更に伴い耐熱性の低下や光導波損失などを発生させやすくなるという問題点、ダイシングソーによる４５°マイクロミラー面を作製する工程において、そのマイクロミラー面を高い精度をもって平坦な面に加工することは困難となるという様々な問題点があった。このため、安価であり、光導波路の材料を変更することなく、簡単にフレキシブル性を付与することができる光導波路の製造方法が求められていた。

一方、材質を変更することで光導波路全体に高いフレキシブル性を持たせた場合は、実装工程時のピックアップやボンディング等により光導波路に外力が加わると、光導波路自体を容易に変形させてしまう。そのため、光導波路を発光素子及び受光素子に光結合させる際に、それらの素子及び光導波路コア間の距離を安定して維持することができず、必要とする精度をもって光導波路を実装するのは困難になるという問題点があった。また、導波路コア間や導波路コア周辺には、クラッド材料が密に充填されるので、光導波路の重量が増加するという問題点があった。モバイル機器等に搭載される全ての構成部品に軽量化を図ることが求められてきており、その構成部品である光導波路についても、軽量化を図ることが切望されている。

上記特許文献１〜３に記載された高分子光導波路の製造方法では、光導波路の材料を変更することなく、高分子光導波路のフレキシブル性を向上させ、高分子光導波路の軽量化を図ることについては言及していない。

本発明は、上記従来の課題を解消するためになされたものであり、材質の変更を伴うことなくフレキシブル性の向上と軽量化を達成することを可能とし、更には、高精度に実装することが可能であり、それと同時に、安価であり、簡易に作製することを可能とした光導波路及びその製造方法、並びに光通信モジュールを提供することを目的としている。

［１］本発明は、下部基材、前記下部基材上に形成された導波路コア、前記導波路コアの周囲を取り囲むように形成されたクラッド、及び前記下部基材に対する上部基材を備えた光導波路であって、前記導波路コア間と前記下部基材及び前記上部基材間に形成された空間内に、前記クラッドを充満しない形態で前記導波路コアに沿って延在する空洞が形成されてなることを特徴とする光導波路にある。

上記構成によると、光導波路が屈曲したとき、空洞において歪や曲折などによる変形を吸収緩和することが可能となり、光導波路の材質に拘わらず、光導波路の屈曲性を増大することができる。材料の使用効率を飛躍的に高めることができるようになり、光導波路の軽量化をも達成することができる。

［２］上記［１］記載の発明にあって、前記導波路コア及び前記空洞が、相互に延在するアレイ構造に形成されていることを特徴としている。上記［１］の作用効果に加えて、光回路の高密度実装を達成することができる。

［３］上記［２］記載の発明にあって、アレイ化した複数の前記空洞における光進行方向に対する断面の幅が、異なる幅寸法に設定されていることを特徴としている。上記［２］の作用効果に加えて、光導波路アレイの実装密度を低下させることなく、光信号を効率よく確実に取り込める形状を得ることができる。

［４］上記［１］〜［３］のいずれかに記載の発明にあって、前記空洞が、光進行方向に対する一方の端面から他方の端面までの間を前記導波路コアに沿って貫通して形成されていることを特徴としている。上記［１］〜［３］の作用効果に加えて、曲折や捻れなどによる過大な外力を合理的に吸収緩和することが可能となる。

［５］上記［４］記載の発明にあって、前記空洞の少なくとも一方の開口端部内に硬化性樹脂が充填硬化されていることを特徴としている。上記［４］の作用効果に加えて、光導波路の必要な部分だけに屈曲性を付与することができる。光導波路の端部の剛性を高めることができるようになり、導波路コアに光を入射させる発光部と導波路コアからの出射光を受光する受光部の取付けを容易に行うことができる。

［６］上記［４］記載の発明にあって、前記空洞の両側開口端部内の所定位置に前記硬化性樹脂が充填硬化されてなり、前記硬化性樹脂の充填開始位置及び充填終了位置間の距離が、互いに異なる寸法に設定されていることを特徴としている。上記［４］の作用効果に加えて、空洞を外気から遮断することができるので、高温度や高湿度の環境条件下においても、光伝送特性などに支障を与えることを防止することができる。また、空洞の内部に充填される硬化性樹脂の充填開始位置及び充填終了位置間の距離を互いに異なる寸法に設定することができるので、光導波路のフレキシブル性を調節することができる。

［７］上記［５］または［６］記載の発明にあって、前記硬化性樹脂が、前記クラッドとは異なる物質からなることを特徴としている。上記［５］、［６］の作用効果に加えて、機械特性や光伝送特性などに優れたフレキシブルな光導波路が得られる。

［８］上記［５］〜［７］のいずれかに記載の発明にあって、前記硬化性樹脂が、高分子材料からなることを特徴としている。上記［５］〜［７］の作用効果に加えて、光導波路のフレキシブル性やクラッドなどに対する密着性をより一層高めることができる。

［９］上記［１］記載の発明にあって、前記下部基材及び前記上部基材が、前記クラッドの屈折率と同一の屈折率、または０．０２以内の屈折率差を有し、フレキシブル性を有するフィルム材により構成されていることを特徴としている。上記［１］の作用効果に加えて、光伝送特性に優れた高信頼性のフレキシブルな光導波路が得られる。

［１０］上記［１］または［９］記載の発明にあって、前記下部基材及び前記上部基材が、高分子フィルム材料により構成されていることを特徴としている。上記［１］、［９］の作用効果に加えて、熱的特性、光伝送特性、フレキシブル性などをより一層高めることができる。

［１１］上記［１］または［９］記載の発明にあって、前記クラッドが、硬化型高分子材料により構成されていることを特徴としている。上記［１］、［９］の作用効果に加えて、樹脂のマイグレーションを利用して、未硬化の薄膜クラッドを導波路コアの側面に流着させることができる。導波路コアに沿って延在する空洞を簡易な工程で作製することができるようになる。

［１２］上記［１］記載の発明にあって、前記下部基材及び前記上部基材間の対向内壁面の少なくとも一方に、クラッド層が形成されていることを特徴としている。上部基材及び下部基材としては、例えばクラッドフィルム基材、あるいはクラッド層をコーティングしたクラッド基材などを使用することができる。上記［１］の作用効果に加えて、下部基材及び上部基材の材料選択の自由度が大きくなる。

［１３］更に本発明は、下部クラッドフィルム上に導波路コアを形成する工程、上部クラッドフィルム上に未硬化の薄膜クラッドを形成する工程、前記導波路コア上に前記上部クラッドフィルム上の薄膜クラッド形成面を被せる工程、前記薄膜クラッドが流動して前記導波路コアの側面を覆い、前記下部クラッドフィルム、前記上部クラッドフィルム及び前記薄膜クラッド間に、前記導波路コアに沿って貫通する空洞を形成する工程、及び前記薄膜クラッドを硬化する工程を備えてなることを特徴とする光導波路の製造方法にある。

上記構成によると、パターニング、露光・現像、エッチングなどの煩雑な工程を排除して、導波路コア、その導波路コアに沿って貫通する空洞を簡易な工程で安定して大量生産することができる。工程の単純化を達成することができるとともに、生産性を向上させることで、低コスト化を容易にかつ確実に達成することができる。

［１４］更に本発明は、下部クラッドフィルム上に導波路コアを形成する工程、上部クラッドフィルム上に未硬化の薄膜クラッドを形成する工程、前記導波路コア上に前記上部クラッドフィルム上の薄膜クラッド面側を被せる工程、前記薄膜クラッドが流動して前記導波路コアの側面を覆い、前記下部クラッドフィルム、前記上部クラッドフィルム及び前記薄膜クラッド間に、前記導波路コアに沿って貫通する空洞を形成する工程、前記薄膜クラッドを硬化する工程、及び前記空洞内に硬化性樹脂を充填硬化する工程を備えてなることを特徴とする光導波路の製造方法にある。

上記構成によると、上記［１３］の作用効果に加えて、光導波路のフレキシブル性などを所要の部位に付与することができるフレキシブルな光導波路を簡単に製造することができる。

［１５］上記［１４］記載の発明にあって、前記空洞内に前記硬化性樹脂を充填硬化する工程は、前記硬化性樹脂を毛細管現象及び／または減圧吸引によって前記空洞内の所定の位置に充填する行程を含んでなることを特徴としている。上記［１４］の作用効果に加えて、空洞内に硬化性樹脂を容易に進入させることができるようになる。

［１６］上記［１４］記載の発明にあって、前記下部クラッドフィルムまたは前記上部クラッドフィルムの前記空洞に対応する部位に、毛細管現象及び／または減圧吸引のための通孔を形成する工程を更に備え、前記空洞内に前記硬化性樹脂を充填硬化する工程は、前記硬化性樹脂を前記空洞の一方の開口端部内の所定の位置まで充填した後、熱または光により硬化する行程、及び前記硬化性樹脂を前記空洞の他方の開口端部内の所定の位置まで充填した後、熱または光により硬化する行程を含んでなることを特徴としている。上記［１４］の作用効果に加えて、空隙を生じたり、気泡を混入させたりすることなく、空洞内に硬化性樹脂を確実に進入させることができるようになる。

［１７］更に本発明は、上記請求項１〜１２のいずれかに記載の光導波路の前記導波路コアに光を入射させる発光部と、前記導波路コアからの出射光を受光する受光部とを有してなることを特徴とする光通信モジュールにある。

上記構成によると、空洞部分の屈曲性を増すことができるので、例えば電気機器内の電気モジュール間、あるいは電気機器間に組立ての制約を受けることなく、容易にかつ正確に光結合することができる。

本発明は、導波路コアに沿った空洞を有する光導波路を採用することにより、材料を変更することなくフレキシブル性を向上させることができるとともに、軽量化を達成することを可能とし、更には、高精度に実装することが可能であり、それと同時に、低コストであり、製造工程の単純化を可能とし、安定して大量生産することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。

［第１の実施の形態］
（光導波路の構成）
図１は、本発明における第１の実施の形態である光導波路の一構成例を模式的に示す断面図である。

図１において、符号１０は、光導波路の構造例を示している。この光導波路１０の基本構成は、図１に示すように、クラッド層となる下部基材１１と、その下部基材１１上に形成された導波路コア１２と、その導波路コア１２を挟んで下部基材１１に相対するクラッド層となる上部基材１３と、その導波路コア１２の側面に形成された薄膜のクラッド１４と、相対するクラッド１４間に形成された空洞１５とからなる。下部基材１１及び上部基材１３は、例えばフィルム材またはシート材等を矩形状に形成している。導波路コア１２及び空洞１５は、所定のアレイ間隔をもって相互に延在するアレイ構造とされている。このアレイ構成の導波路コア１２は、相互に異なるアレイ間隔をもって光進行方向に延在している。一方、この第１の実施の形態の特徴的構成である空洞１５は、光進行方向に対する一方の端面から他方の端面までの間を導波路コア１２に沿って貫通して形成されている。このアレイ構成の空洞１５の光進行方向に対する断面は、略矩形状をなしており、その断面幅は、相互に異なる幅寸法とされている。空洞１５の高さは、導波路コア１２の高さと概ね等しくなっている。

導波路コア１２は、高い屈折率をもつ材料からなり、下部基材１１及び上部基材１３は、導波路コア１２よりも低い屈折率をもつ材料により構成されている。下部基材１１及び上部基材１３としては、例えば屈折率、光透過性等の光学的特性、機械的強度、耐熱性、可撓性等の優れた高分子フィルム基材、あるいはクラッド層をコーティングした基材などを使用することができる。その基材としては、シリコーン、ガラス、セラミック、あるいはプラスチック等の各種の材料を用いることができる。屈折率が適正な基材の場合は、そのままクラッド基材として用いることができる。屈折率の制御を必要とするものは、クラッド基材の全面に樹脂コートや無機材料をＰＶＤ法で着膜したもの、またはクラッド基材に部分的に樹脂コートや無機材料をＰＶＤ法で着膜したものなどをクラッド層として用いることができる。

この光導波路１０では、空洞１５の少なくとも一方の開口端部内に硬化性樹脂からなる閉鎖部材（図３の符号１６）を埋め込んだ構造を形成することができる。この硬化性樹脂の屈折率は制限されない。これにより、空洞１５の開口端部内に充填硬化した硬化性樹脂によって空洞１５の開口端が塞がり、空洞１５内を外気から遮断することができる。高温度や高湿度の環境条件下に置かれても、機械特性や光伝送特性に優れた高信頼性のフレキシブルな光導波路１０が得られる。また、空洞１５の内部に充填される硬化性樹脂の充填開始位置及び充填終了位置間の距離を互いに異なる寸法に設定することができる。これにより、光導波路１０の屈曲部の位置を調節することができる。

上記のごとく構成された光導波路１０の構造、形状及び構成部材は、図示例に限定されるものではないことは勿論である。この第１の実施形態によれば、導波路コア１２を相互に異なるアレイ間隔をもって形成するとともに、空洞１５の断面幅を相互に異なる幅寸法に形成しているが、本発明は、図示例に限定されるものではない。本発明にあっては、例えばアレイ構成の導波路コア１２を同一のアレイ間隔をもって光進行方向に延在することができるとともに、アレイ構成の空洞１５の幅を同一の間隔をもって構成することができる。導波路コア１２の形状は、光結合する光学素子の形状によって適宜に設定できる。

この第１の実施の形態である光導波路１０は、その内部に形成された空洞１５の周面を導波路コア１２の側面として構成しているものではない。その空洞１５は、屈折率が１．０であるクラッドとしての機能を有しているものでもない。第１の実施の形態である光導波路１０の空洞１５は、光導波路１０における湾曲や捻れなどによる過度の変形を吸収緩和する機能を有することに主要な特徴部を有しているものであり、その空洞１５の幅などは、光導波路１０のフレキシブル性の要求に応じて自由に設定することができるものである。

（光導波路の製造方法）
以上の構成をもつ第１の実施の形態に係る光導波路１０は、図２に示す本発明の製造方法によって、以下のように効率的に製造される。なお、以下の製造例にあっては、下部基材１１及び上部基材１３にフレキシブル性に富む高分子フィルム材を使った光導波路１０について説明するが、本発明は高分子フィルム材に限定されない。また、この製造例では、アレイ構成の導波路コア１２を同一のアレイ間隔をもって製造する場合について述べるが、アレイ構成の導波路コア１２を相互に異なるアレイ間隔をもって製造する場合をも含むものである。

図２は、光導波路１０の作製工程を概念的に示している。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、導波路コア作製用の鋳型１を作製する工程を示す概念図、図２（ｃ）〜図２（ｆ）は、導波路コア１２を作製する工程を示す概念図、図２（ｇ）及び図２（ｈ）は、薄膜クラッド１４ａを作製する工程を示す概念図であり、図２（ｉ）〜図２（ｋ）は、導波路コア１２に沿って貫通する空洞１５を作製する工程を示す概念図、図２（ｌ）は、空洞１５内に硬化性樹脂１６を充填硬化する行程を示す概念図である。図３は、光導波路１０の空洞１５の開口端部内に硬化性樹脂を充填硬化した状態を示している。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、図２（ｌ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線の矢視断面図である。

（鋳型の作製工程）
図２（ｃ）に示す鋳型２１は、本出願人等が先に提案した上記特許文献１〜３に記載された鋳型の作製技術と同様に、導波路コアの形態に対応する凸部２０ａを形成した原盤２０を用いて作製することができる。この原盤２０の作製にあっても、上記特許文献１〜３に記載された原盤の作製技術と実質的に同じ製法によって得ることができる。

鋳型２１は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、先ず、原盤２０の導波路コアの形態に対応する凸部２０ａが形成された面に、鋳型形成用の硬化性樹脂を塗布し、あるいは注型する。次に、必要に応じて乾燥処理を行った後、その硬化性樹脂を硬化させる。次いで、その硬化した硬化性樹脂を原盤２０から剥離することで、図２（ｃ）に示すように、導波路コアの凸部形態に対応する凹部２１ａを有する型構造を作製することができる。

鋳型形成用の硬化性樹脂としては、例えば硬化後にゴム状となる液状シリコーンゴムを使用することができる。その液状シリコーンゴムとしては、例えば液状ジメチルシロキサンゴムを用いることが特に好適であり、密着性、剥離性、寸法安定性、強度や硬度などの点からみて好ましい。このような液状シリコーンゴムを用いた鋳型２１では、その凹部構造の変形などを防止することができるようになる。原盤２０の導波路コア形状を高精度に安定して写し取ることができるとともに、気泡の混入を少なくすることが可能となる。また、鋳型２１の凹部２１ａの断面積が、例えば１０×１０μｍ程度の極めて小さいものであっても、導波路コア形成用の硬化性樹脂の毛細管現象を利用することで、鋳型２１の凹部２１ａ内に即座に充填することができるようになる。

（下部クラッドフィルム基材上に導波路コアを作製する工程）
高分子フィルム材からなる下部クラッドフィルム基材１１（下部基材１１）上に導波路コア１２を作製する工程は、図２（ｃ）〜図２（ｆ）に示すように、先ず、鋳型２１に下部クラッドフィルム基材１１を密着させ、下部クラッドフィルム基材１１を密着させた鋳型２１の凹部２１ａ内に導波路コア形成用の硬化性樹脂を充填する。次に、熱または光などによって、充填したコア形成用の硬化性樹脂を硬化させる。次に、鋳型２１を下部クラッドフィルム基材１１から剥離する。この工程においては、例えば毛細管現象により鋳型２１の凹部２１ａ内に導波路コア形成用の硬化性樹脂を充填するのが好ましい。また、毛細管現象を利用して、硬化性樹脂の鋳型２１の凹部２１ａ内への充填を促進するのには、例えば鋳型２１の凹部２１ａ内に連通する所定の位置に図示しない吸引口を設けることで、吸引系全体を０．１〜２００Ｐａ程度に減圧することが望ましい。

下部クラッドフィルム基材１１上の導波路コア１２にあっても、本出願人等が先に提案した上記特許文献１〜３の作製技術と実質的に同じ製法によって得られることは勿論であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば直接露光法、エッチング法等による導波路コア１２の作製方法を使用することができる。本発明にあっても、上記特許文献１〜３の作製技術を用いて下部クラッドフィルム基材１１上に導波路コア１２を作製することが、作製工数を減少すること、作製コストを低減すること、及びフレキシブルな高分子フィルム基材上に導波路コア１２の凸部を直接形成することができる点で好適である。

導波路コア形成用の硬化性樹脂としては、例えば放射線硬化性、電子線硬化性、熱硬化性等を有する樹脂などが好適である。特に好ましくは、紫外線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂などを用いることが望ましい。紫外線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂としては、例えば紫外線硬化性または熱硬化性のモノマー、オリゴマー、モノマーとオリゴマーの混合物などを用いることができる。紫外線硬化性樹脂としては、例えばエポキシ系、ポリイミド系、アクリル系の紫外線硬化性樹脂などを好適に使用することができる。

（上部クラッドフィルム基材上に未硬化の薄膜クラッドを作製する工程）
高分子フィルム材からなる上部クラッドフィルム基材１３（上部基材１３）上に未硬化のクラッド薄膜層１４ａ（薄膜クラッド１４ａ）を作製する工程は、図２（ｇ）及び図２（ｈ）に示すように、先ず、上部クラッドフィルム基材１３上にクラッド用の未硬化樹脂を適量滴下して、未硬化のクラッド薄膜層１４ａを作製する。未硬化のクラッド薄膜層１４ａは、例えばスピンコート法により形成することができる。

クラッド形成用の樹脂としては、例えば放射線硬化性、電子線硬化性、熱硬化性などの各種の樹脂材を使用することができる。紫外線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂などが特に好適である。紫外線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂としては、例えば紫外線硬化性または熱硬化性のモノマー、オリゴマー、モノマーとオリゴマーの混合物などを用いることができる。紫外線硬化性樹脂としては、例えばエポキシ系、ポリイミド系、アクリル系の紫外線硬化性樹脂などを使用することが好ましい。紫外線硬化性樹脂を硬化させるには、紫外線ランプ、紫外線ＬＥＤ、ＵＶ照射装置等が用いられる。また、熱硬化性樹脂を硬化させるには、オーブン中での加熱等が用いられる。

下部クラッドフィルム基材１１及び上部クラッドフィルム基材１３としては、フレキシブル性を有するフィルム材を用いることが好適である。導波路コア形成用または薄膜のクラッド形成用の樹脂に紫外線硬化性樹脂を使用する場合は、紫外領域に対して透明性が高い材料を選択することが肝要である。クラッドフィルム基材１１，１３と薄膜のクラッド１４との屈折率差は、０．０２以内であることが好ましい。更に好ましくは、同一あるいは０．００５以内であることが特に望ましい。一方、基材に薄膜クラッドをコーティングしたクラッド基材を用いる場合には、基材の平坦性を向上させることができるとともに、透明性に劣り、また屈折率に制限されない材料からなる基材を使用することが可能となる。

（導波路コアの側面の薄膜クラッド及び空洞を作製する工程）
導波路コア１２の側面のクラッド１４と、下部クラッドフィルム基材１１、上部クラッドフィルム基材１３及びクラッド１４間に導波路コア１２に沿って貫通する空洞１５を作製する工程は、図２（ｉ）〜図２（ｋ）に示すように、最初に、下部クラッドフィルム基材１１上の導波路コア１２上に上部クラッドフィルム基材１３の未硬化のクラッド薄膜層１４ａを張り合わせる。この状態で、数分間放置し、樹脂のマイグレーションを利用することにより、未硬化のクラッド薄膜層１４ａを導波路コア１２の側面に流着させる。数分間経過した後、未硬化のクラッド薄膜層１４ａを紫外線または熱などによって硬化させることで、導波路コア１２の側面にクラッド１４及び空洞１５を形成することができる。

（空洞内に硬化性樹脂を充填硬化する行程）
空洞１５内に閉鎖部材１６となる硬化性樹脂を充填硬化する行程は、空洞１５内に未硬化の硬化性樹脂を滴下した後、毛細管現象及び／または減圧吸引にて空洞１５内の所望の位置に向けて充填し、空洞１５内に充填された硬化性樹脂を熱または光などによって硬化することができる。図３（ａ）は、空洞１５の一方の開口端部内に硬化性樹脂を充填硬化した状態を示し、図３（ｂ）は、空洞１５の両側の開口端部内に硬化性樹脂を充填硬化した状態を示している。毛細管現象を利用して、未硬化の硬化性樹脂を吸引口側に向けて自然に拡散させることができる。吸引口側から減圧吸引して、未硬化の硬化性樹脂を吸引口側に向けて強制的に拡散させることもできる。この硬化性樹脂としては、クラッド１４とは異なる材料を選択することができ、端部を補強する為に、硬化後により剛性の高い材料を選ぶことが、他のデバイスとの結合を容易にすることができる点から好ましい。また、硬化性樹脂の屈折率は、制限されない。

空洞１５の両側の開口端部内に硬化性樹脂を充填硬化する場合は、図３（ｂ）に示すように、下部クラッドフィルム基材１１または上部クラッドフィルム基材１３の空洞１５に対応する部位に、毛細管現象及び／または減圧吸引のための空気抜き・吸引口である通孔１７をレーザ加工等により形成することが好適である。空洞１５の開口端部内に硬化性樹脂を充填硬化した後に通孔を塞ぐことが好ましい。硬化性樹脂の充填硬化後に通孔１７を塞ぐことにより、初期の目的とする光導波路のフレキシブル性が減少するのを防止することができるとともに、光導波路１０の屈曲動作の繰り返しにより通孔１７の周辺部分に破損や変形などが発生するのを防止することができる。光導波路１０が屈曲しやすい部位から離間した部位に通孔１７を形成することが好適である。

（光導波路の端部を切断する工程）
光導波路の長手方向の両端面をダイシングソーなどにより直角または斜めに切断し、フレキシブルな高分子光導波路１０を形成する。なお、光導波路の両端面を切断する方法は、ダイシングソーによる切断法に限定されるものではないことは勿論である。

（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
（イ）光導波路１０の材質に拘わらず、光導波路１０の屈曲性を増大することができるとともに、空洞１５において歪や曲折などによる変形を吸収緩和することが可能となる。
（ロ）光導波路１０の材料を節約することができるとともに、軽量化を達成することができる。
（ハ）光導波路１０の必要な部分だけにフレキシブル性を付与することができるとともに、光導波路１０の端部の剛性を高めることができるようになり、導波路コア１２に光を入射させる発光部と導波路コア１２からの出射光を受光する受光部の取付けを容易に行うことができる。
（ニ）材料の使用効率を高めることができるとともに、材料費を削減することができる。
（ホ）光導波路アレイの実装密度を低下させることなく、光信号を効率よく確実に取り込める形状を得ることができる。
（ヘ）簡易な製造方法であり、作製行程の削減と歩留まりを向上させ、安定して大量生産することができる。
（ト）低コスト化と作製工程の単純化を容易にかつ確実に達成することができる。

［第２の実施の形態］
（光通信モジュールの構成）
図４は、本発明に係わる第２の実施の形態である光通信モジュールの一構造例を示している。図４は、光通信モジュールの構成を示す概念図である。なお、同図において上記第１の実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。従って、これらの部材に関する詳細な説明は省略する。

図４において、符号３０は、上記第１の実施の形態であるフレキシブルな高分子光導波路１０を備えた光通信モジュールを示している。この光通信モジュール３０は、光配線パターンとなる導波路コア１２及び空洞１５を相互に延在するアレイ構造とされている。この空洞１５の開口端部内には、図３（ｂ）に示す硬化性樹脂が充填硬化されている。光通信モジュール３０は、高分子光導波路１０の一方の端部側に単一の発光素子３１（面発光レーザアレイ３１）の発光部を設けるとともに、他方の端部側に単一の受光素子３２（フォトダイオード３２）の受光部を設けている。高分子光導波路１０の両端面は、光の進行方向に対して略４５度の傾斜角をもって互い違いに斜めに傾斜した傾斜ミラー面とされている。

（光通信モジュールの動作）
面発光レーザアレイ３１から出射した光信号は、図４に示すように、下部クラッドフィルム基材１１を通して高分子光導波路１０に入射する。入射した光信号は、傾斜ミラー面で反射され、高分子光導波路１０内に沿って伝播する。その光信号は、他方の傾斜ミラー面で再び反射され、伝播方向を変えることで、下部クラッドフィルム基材１１を通してフォトダイオード３２に入射する。その光信号は、電気信号に変換された後、図示しない電気部品を介して外部へと伝送される。このように、面発光レーザアレイ３１とフォトダイオード３２とを光学的に結合することが可能となる。

（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態の作用効果に加えて、以下の効果が得られる。
（イ）空洞１５を折り曲げることができるので、電子機器内の電子モジュール間、あるいは電子機器間等の各種の機器内における組立ての制約を緩和することができる。
（ロ）光導波路１０の端部の剛性を高めることができるので、面発光レーザアレイ３１とフォトダイオード３２とを容易にかつ高精度に光結合することが可能となる。

以下に、本発明の更に具体的な実施例について、図２を参照しながら説明する。

シリコン基板の表面に厚膜レジスト（マイクロケミカル（株）製のＳＵ−８）をスピンコート法により塗布した後、８０℃でプリベークした。次に、シリコン基板上の厚膜レジストを、フォトマスクを通して露光・現像し、シリコン基板上に導波路コアの形態に対応する凸部を形成した。その後、シリコン基板上の凸部を１２０℃でポストベークし、導波路コア作製用の原盤を作製した（図２（ａ）参照）。

次に、原盤上に剥離剤を塗布した後、熱硬化性ジメチルシロキサン樹脂（ダウコウニングアジア社製のＳＹＬＧＡＲＤ１８４）を流し込み、一定時間放置した後、約１０分間真空脱泡を行い、１２０℃で３０分間加熱して固化させた（図２（ｂ）参照）。その後、原盤を剥離して導波路コアの形態に対応する凹部（型厚さ５ｍｍ）を有する型を作製した。更に、その型の凹部に連通する両端部に直径３ｍｍの穴を明けて、充填口及び吸引口をそれぞれ形成し、鋳型を作製した（図２（ｃ）参照）。なお、鋳型としては、導波路コア（凹部）が相互に平行に形成された４本からなり、導波路コアの断面の大きさが５０×５０μｍであり、導波路コアの間隔が２５０μmとなるように形成した。

次に、作製した鋳型、及び下部クラッドフィルムとなる膜厚１００μｍの下部フィルム基材（ＪＳＲ（株）製のアートンフィルム、屈折率１．５１）を密着させた（図２（ｄ）参照）。次いで、鋳型の充填口内に紫外線硬化性樹脂（ＪＳＲ社製、硬化後の屈折率１．５６）を十分に満たし、吸引ポンプにて鋳型の吸引口を介して吸引したところ、紫外線硬化性樹脂が、鋳型の凹部内に充填された（図２（ｅ）参照）。次いで、５０ｍＷ／ｃｍ²の紫外光を、鋳型を通して５分間照射し、鋳型の凹部内に充填された紫外線硬化性樹脂を硬化させた。その後、鋳型を剥離して下部フィルム基材上に導波路コアを作製した（図２（ｆ）参照）。

次に、上部クラッドフィルムとなる膜厚１００μｍの上部フィルム基材（ＪＳＲ（株）製のアートンフィルム、屈折率１．５１）上に、紫外線硬化性樹脂（ＪＳＲ社製、硬化後の屈折率１．５１）を適量滴下し（図２（ｇ）参照）、スピンコート法により膜厚４０μｍである未硬化の薄膜クラッド層を形成した（図２（ｈ）参照）。次に、下部フィルム基材上の導波路コアに対して、上部フィルム基材に塗布された未硬化の薄膜クラッド層を張り合わせ（図２（ｉ）参照）、その未硬化の薄膜クラッド層が、下部フィルム基材上の導波路コアの側面部にマイグレーションし、その他の部分が空洞として維持されるまでの数分間放置した（図２（ｊ）参照）。その後、５０ｍＷ／ｃｍ²の紫外光を、上部フィルム基材を通して１５分間照射して硬化させた（図２（ｋ）参照）。最後に、導波路コアの端部を形成するためにダイシングソーによって切り出し、導波路長を６０ｍｍとした。以上の工程により、高さが５０μmであり、幅が約２００μｍである空洞が、導波路コア間に沿って貫通して形成され、フレキシブルな高分子光導波路が得られた。

作製された高分子光導波路の中央部を半径５ｍｍの円筒状ジグに貼り付け、その高分子光導波路の中央部を支点として９０度に屈曲させ、損失測定を行った。その結果、挿入損失は、１．０ｄＢであり、実用的なレベルであることを確認した。

上記実施例１と同様の手順により、導波路コアの断面の大きさが５０×５０μｍであり、導波路コアの間隔がそれぞれ２５０μｍ、５００μｍ、７５０μｍである４本の導波路コアを作製可能である鋳型を作製し、導波路コアに沿った空洞を貫通して形成した。その結果、高さが５０μｍであり、幅がそれぞれ約２００μｍ、４５０μｍ、７００μｍである空洞を有するフレキシブルな高分子光導波路が得られた。

上記実施例１と同様の手順により、導波路コアの断面の大きさが５０×５０μｍであり、導波路コアの間隔が２５０μｍであり、長さが６０ｍｍである４本の導波路コアと３つの空洞を有するフレキシブルな高分子光導波路を作製した。その後、毛細管現象を利用して、空洞の一方の開口端より紫外線硬化性樹脂を１０ｍｍ充填し、直ちに５０ｍＷ／ｃｍ²の紫外光を照射して硬化させた。次いで、高分子光導波路の空洞と対応する部位にレーザ加工法により直径１００μｍの貫通孔を形成して気体の抜け穴とした。次に、毛細管現象を利用して、空洞の他方の開口端より紫外製硬化性樹脂を２０ｍｍ充填し、直ちに５０ｍＷ／ｃｍ²の紫外光を照射して硬化させた。最後に、導波路コアの端部を形成するためにダイシングソーによって切り出した。以上の工程により、導波路コア間に沿った空洞を有するとともに、その空洞の両側の開口端に長さの異なる硬化性樹脂を満たし、部分的にフレキシブル性を有する高分子光導波路が得られた。

なお、本発明に係わる光導波路及びその製造方法、並びに光通信モジュールは、上記各実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、その発明の趣旨を逸脱しない範囲内で様々な設計変更が可能である。

本発明は、例えば光ファイバーのコネクタ、スプリッタ等のように、光信号を伝搬する際の光回路、光分波路及び光合波路、光スイッチ等に使用することができるものである。

本発明における第１の実施の形態である光導波路の一構成例を模式的に示す断面図である。 （ａ）〜（ｌ）は、本発明における光導波路の作製工程を概念的に示す行程図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明における光導波路の空洞の開口端部内に硬化性樹脂を充填硬化した状態を示す拡大断面図である。 本発明における第２の実施の形態である光通信モジュールの構成を示す概念図である。

符号の説明

１０ 光導波路
１１ 下部基材
１２ 導波路コア
１３ 上部基材
１４ クラッド
１４ａ クラッド薄膜層
１５ 空洞
１６ 閉鎖部材
１７ 通孔
２０ 原盤
２０ａ 凸部
２１ 鋳型
２１ａ 凹部
３０ 光通信モジュール
３１ 面発光レーザアレイ
３２ フォトダイオード

Claims (17)

1. 下部基材、前記下部基材上に形成された導波路コア、前記導波路コアの周囲を取り囲むように形成されたクラッド、及び前記下部基材に対する上部基材を備えた光導波路であって、
   前記導波路コア間と前記下部基材及び前記上部基材間に形成された空間内に、前記クラッドを充満しない形態で前記導波路コアに沿って延在する空洞が形成されてなることを特徴とする光導波路。
2. 前記導波路コア及び前記空洞が、相互に延在するアレイ構造に形成されてなることを特徴とする請求項１記載の光導波路。
3. アレイ化した複数の前記空洞における光進行方向に対する断面の幅が、異なる幅寸法に設定されてなることを特徴とする請求項２記載の光導波路。
4. 前記空洞が、光進行方向に対する一方の端面から他方の端面までの間を前記導波路コアに沿って貫通して形成されてなることを特徴とする請求項1〜３のいずれかに記載の光導波路。
5. 前記空洞の少なくとも一方の開口端部内に硬化性樹脂が充填硬化されてなることを特徴とする請求項４記載の光導波路。
6. 前記空洞の両側開口端部内の所定位置に前記硬化性樹脂が充填硬化されてなり、前記硬化性樹脂の充填開始位置及び充填終了位置間の距離が、互いに異なる寸法に設定されてなることを特徴とする請求項４記載の光導波路。
7. 前記硬化性樹脂が、前記クラッドとは異なる物質からなることを特徴とする請求項５または６記載の光導波路。
8. 前記硬化性樹脂が、高分子材料からなることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の光導波路。
9. 前記下部基材及び前記上部基材が、前記クラッドの屈折率と同一の屈折率、または０．０２以内の屈折率差を有し、フレキシブル性を有するフィルム材により構成されてなることを特徴とした請求項１記載の光導波路。
10. 前記下部基材及び前記上部基材が、高分子フィルム材料により構成されてなることを特徴とする請求項1または９記載の光導波路。
11. 前記クラッドが、硬化型高分子材料により構成されてなることを特徴とする請求項1または９記載の光導波路。
12. 前記下部基材及び前記上部基材間の対向内壁面の少なくとも一方に、クラッド層が形成されてなることを特徴とする請求項1記載の光導波路。
13. 下部クラッドフィルム上に導波路コアを形成する工程、
    上部クラッドフィルム上に未硬化の薄膜クラッドを形成する工程、
    前記導波路コア上に前記上部クラッドフィルム上の薄膜クラッド形成面を被せる工程、
    前記薄膜クラッドが流動して前記導波路コアの側面を覆い、前記下部クラッドフィルム、前記上部クラッドフィルム及び前記薄膜クラッド間に、前記導波路コアに沿って貫通する空洞を形成する工程、及び
    前記薄膜クラッドを硬化する工程を備えてなることを特徴とする光導波路の製造方法。
14. 下部クラッドフィルム上に導波路コアを形成する工程、
    上部クラッドフィルム上に未硬化の薄膜クラッドを形成する工程、
    前記導波路コア上に前記上部クラッドフィルム上の薄膜クラッド面側を被せる工程、
    前記薄膜クラッドが流動して前記導波路コアの側面を覆い、前記下部クラッドフィルム、前記上部クラッドフィルム及び前記薄膜クラッド間に、前記導波路コアに沿って貫通する空洞を形成する工程、
    前記薄膜クラッドを硬化する工程、及び
    前記空洞内に硬化性樹脂を充填硬化する工程を備えてなることを特徴とする光導波路の製造方法。
15. 前記空洞内に前記硬化性樹脂を充填硬化する工程は、前記硬化性樹脂を毛細管現象及び／または減圧吸引によって前記空洞内の所定の位置に充填する行程を含んでなることを特徴とする請求項１４記載の光導波路の製造方法。
16. 前記下部クラッドフィルムまたは前記上部クラッドフィルムの前記空洞に対応する部位に、毛細管現象及び／または減圧吸引のための通孔を形成する工程を更に備え、
    前記空洞内に前記硬化性樹脂を充填硬化する工程は、前記硬化性樹脂を前記空洞の一方の開口端部内の所定の位置まで充填した後、熱または光により硬化する行程、及び
    前記硬化性樹脂を前記空洞の他方の開口端部内の所定の位置まで充填した後、熱または光により硬化する行程を含んでなることを特徴とする請求項１４記載の光導波路の製造方法。
17. 上記請求項１〜１２のいずれかに記載の光導波路の前記導波路コアに光を入射させる発光部と、前記導波路コアからの出射光を受光する受光部とを有してなることを特徴とする光通信モジュール。

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