JP4593348B2 - ポリシラン組成物並びに光導波路及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ポリマー光導波路のコア層及びクラッド層を形成する材料として用いることができるポリシラン組成物並びに該ポリシラン組成物を用いて形成した光導波路及びその製造方法に関するものである。
ポリマー導波路は、大面積化が可能であり、簡易な方法でかつ低コストで製造することができるため、その実用化が期待されている。ポリマー光導波路は、一般に、コア層の周りにクラッド層を設けることにより構成されている。コア層の側方には側方クラッド層が設けられ、コア層の上方及び下方には、それぞれ上方クラッド層及び下方クラッド層が設けられている。ポリマー光導波路としては、例えば、コア層及び側方クラッド層にポリシラン化合物を用いたポリマー光導波路が提案されている（特許文献１）。
一方、光導波路においては、シングルモード光ファイバーを用いた光通信システムが従来より主流であったため、シングルモードの光導波路についての研究開発が盛んになされていた。シングルモードの光導波路は、導波光の制御が容易であり、デバイスの小型化に有利であり、高速動作に適している。
しかしながら、近年のマルチメディアの急速な立ち上がりにより、オフィスや家庭にも光による高速信号の配信が求められてきており、低コストの光部品としてマルチモードの光導波路が注目され始めている。
マルチモードの光導波路においては、一般にコア層及び側方クラッド層の厚みが厚いため、従来のポリマー材料を用いてコア層及び側方クラッド層を形成する場合、側方クラッド層のフォトブリーチングを均一に行うことができないという問題があった。
特許文献２においては、上記問題を解決するため、ポリシラン化合物とシリコーン化合物に有機過酸化物を含有させたポリシラン組成物を用いてコア層及び側方クラッド層を形成することが提案されている。このようなポリシラン組成物を用いることにより、側方クラッド層の厚みが２０μｍであっても、側方クラッド層のフォトブリーチングを短時間でかつ均一に行うことができる。
しかしながら、上記シラン組成物を用いた場合には、光導波路における良好なコア形状と、伝搬損失及び接合損失の低減とを両立することができないという問題があった。すなわち、ポリシラン化合物の割合を多くするとコア形状は良くなるが、伝搬損失及び接合損失が大きくなり、一方これらの損失を低減するため、シリコーン化合物の割合を多くしたり、あるいはプリベークの温度を下げたりすると、膜が柔らかくなり、コア形状が崩れ、良好なコア形状が得られないという問題があった。
特開２００２−３１１２６３号公報
特開２００４−３３３８８３号公報
本発明の目的は、光導波路における良好なコア形状と、伝搬損失及び接合損失の低減とを両立させてコア層及び側方クラッド層を形成することができるポリシラン組成物並びにこれを用いて形成した光導波路及びその製造方法を提供することにある。
本発明のポリシラン組成物は、ポリシラン化合物とシリコーン化合物を重量比（ポリシラン化合物：シリコーン化合物）８０：２０〜５：９５で含有し、シリコーン化合物中の４０〜１００重量％が二重結合含有シリコーン化合物であり、有機過酸化物をポリシラン化合物とシリコーン化合物の合計１００重量部に対し１〜３０重量部の割合で含有することを特徴としている。
本発明のポリシラン組成物においては、シリコーン化合物中の４０〜１００重量％が二重結合含有シリコーン化合物である。このような二重結合含有シリコーン化合物を含有することにより、側方クラッド層に対応する領域に紫外線を照射した際、形状が崩れにくい側方クラッド層を形成することができる。従って、良好なコア形状と、伝搬損失及び接合損失の低減をともに両立させることができる。
本発明において用いる二重結合含有シラン化合物の二重結合は、例えば、ビニル基、アリル基、アクリロイル基、またはメタクリロイル基であることが好ましい。
本発明におけるポリシラン化合物は、分岐型ポリシラン化合物であることが好ましい。
本発明の光導波路は、コア層と、該コア層の側方に設けられる側方クラッド層と、コア層及び側方クラッド層の下方に設けられる下方クラッド層と、コア層及び側方クラッド層の上方に設けられる上方クラッド層とを備える光導波路であり、コア層及び側方クラッド層が、本発明のポリシラン組成物から形成されていることを特徴としている。
また、本発明の光導波路においては、下方クラッド層及び／または上方クラッド層が、上記本発明のポリシラン組成物から形成されていてもよい。
本発明の製造方法は、上記本発明の光導波路を製造することができる方法である。
本発明の製造方法に従う第１の局面は、基板上に下方クラッド層を形成する工程と、下方クラッド層の上に上記本発明のポリシラン組成物を塗布してポリシラン層を形成する工程と、ポリシラン層の側方クラッド層に対応する領域に紫外線を照射することにより、側方クラッド層を形成するとともに、未照射領域をコア層とする工程と、コア層及び側方クラッド層の上に上方クラッド層を形成する工程とを備えることを特徴としている。
本発明の製造方法に従う第２の局面は、基板上に下方クラッド層を形成する工程と、下方クラッド層の上に、上記本発明のポリシラン組成物を塗布してポリシラン層を形成する工程と、ポリシラン層の側方クラッド層に対応する領域及びその上方の領域に紫外線を照射することにより、側方クラッド層を形成するとともに、未照射領域をコア層とする工程と、側方クラッド層及びコア層の上方領域に紫外線を照射して上方クラッド層を形成する工程とを備えることを特徴としている。
本発明の製造方法の第２の局面に従えば、ポリシラン層からコア層及び側方クラッド層と上方クラッド層を形成することができ、第１の局面に比べ塗布工程を減らすことができ、製造工程を簡略化することができる。
本発明の製造方法に従う第３の局面は、基板上に上記本発明のポリシラン組成物を塗布してポリシラン層を形成する工程と、ポリシラン層の側方クラッド層に対応する領域並びにその上方及び下方の領域に紫外線を照射することにより、側方クラッド層を形成するとともに、未照射領域をコア層とする工程と、側方クラッド層及びコア層の下方領域に基板側から紫外線を照射して下方クラッド層を形成する工程と、側方クラッド層及びコア層の上方領域に、上方から紫外線を照射して上方クラッド層を形成する工程とを備えることを特徴としている。
本発明の製造方法の第３の局面に従えば、ポリシラン層からコア層及び側方クラッド層並びに上方クラッド層及び下方クラッド層の全てを形成することができる。従って、上記第１の局面及び第２の局面に比べ塗布工程を少なくすることができ、製造工程を大幅に簡略化することができる。
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
＜ポリシラン＞
本発明で使用するポリシランは、直鎖型及び分岐型のいずれを用いてもよいが、分岐型が特に好ましく用いられる。分岐型と直鎖型は、ポリシラン中に含まれるＳｉ原子の結合状態によって区別される。分岐型ポリシランとは、隣接するＳｉ原子と結合している数(結合数)が、３または４であるＳｉ原子を含むポリシランである。これに対して、直鎖型のポリシランでは、Ｓｉ原子の、隣接するＳｉ原子との結合数は２である。通常Ｓｉ原子の原子価は４であるので、ポリシラン中に存在するＳｉ原子の中で結合数が３以下のものは、Ｓｉ原子以外に、炭化水素基、アルコキシ基または水素原子と結合している。このような炭化水素基としては、ハロゲンで置換されていてもよい炭素数１〜１０の脂肪族炭化水素基、炭素数６〜１４の芳香族炭化水素基が好ましい。脂肪族炭化水素基の具体例として、メチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、トリフルオロプロピル基およびノナフルオロヘキシル基などの鎖状のもの、およびシクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基のような脂環式のものなどが挙げられる。また、芳香族炭化水素基の具体例としては、フェニル基、ｐ−トリル基、ビフェニル基およびアントラシル基などが挙げられる。アルコキシ基としては、炭素数１〜８のものが挙げられる。具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基、オクチルオキシ基などが挙げられる。合成の容易さを考慮すると、これらの中でメチル基およびフェニル基が特に好ましい。また、ポリシランの構造で屈折率を調整する場合は、高屈折率が所望の場合はジフェニル基を導入し、低屈折率を所望の場合はジメチル基を多くすることで調整可能である。
本発明で使用するポリシランは、直鎖型及び分岐型のいずれを用いてもよいが、分岐型が特に好ましく用いられる。分岐型と直鎖型は、ポリシラン中に含まれるＳｉ原子の結合状態によって区別される。分岐型ポリシランとは、隣接するＳｉ原子と結合している数(結合数)が、３または４であるＳｉ原子を含むポリシランである。これに対して、直鎖型のポリシランでは、Ｓｉ原子の、隣接するＳｉ原子との結合数は２である。通常Ｓｉ原子の原子価は４であるので、ポリシラン中に存在するＳｉ原子の中で結合数が３以下のものは、Ｓｉ原子以外に、炭化水素基、アルコキシ基または水素原子と結合している。このような炭化水素基としては、ハロゲンで置換されていてもよい炭素数１〜１０の脂肪族炭化水素基、炭素数６〜１４の芳香族炭化水素基が好ましい。脂肪族炭化水素基の具体例として、メチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、トリフルオロプロピル基およびノナフルオロヘキシル基などの鎖状のもの、およびシクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基のような脂環式のものなどが挙げられる。また、芳香族炭化水素基の具体例としては、フェニル基、ｐ−トリル基、ビフェニル基およびアントラシル基などが挙げられる。アルコキシ基としては、炭素数１〜８のものが挙げられる。具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基、オクチルオキシ基などが挙げられる。合成の容易さを考慮すると、これらの中でメチル基およびフェニル基が特に好ましい。また、ポリシランの構造で屈折率を調整する場合は、高屈折率が所望の場合はジフェニル基を導入し、低屈折率を所望の場合はジメチル基を多くすることで調整可能である。
分岐型ポリシランは、隣接するＳｉ原子との結合数が３または４であるＳｉ原子が、分岐型ポリシラン中の全体のＳｉ原子数の２％以上であることが好ましい。２％未満のものや直鎖状のポリシランは結晶性が高く、膜中で微結晶が生成しやすいことにより散乱の原因とり、透明性が低下する。
本発明に使用されるポリシランはハロゲン化シラン化合物をナトリウムのようなアルカリ金属の存在下、ｎ−デカンやトルエンのような有機溶媒中において８０℃以上に加熱することによる重縮合反応によって製造することができる。また、電解重合法や、金属マグネシウムと金属塩化物を用いた方法でも合成可能である。
分岐型ポリシランの場合には、オルガノトリハロシラン化合物、テトラハロシラン化合物、およびジオルガノジハロシラン化合物から成り、オルガノトリハロシラン化合物およびテトラハロシラン化合物が全体量の２モル％以上であるハロシラン混合物を加熱して重縮合することにより、目的とする分岐型ポリシランが得られる。ここで、オルガノトリハロシラン化合物は、隣接するＳｉ原子との結合数が３であるＳｉ原子源となり、一方のテトラハロシラン化合物は、隣接するＳｉ原子との結合数が４であるＳｉ原子源となる。なお、ネットワーク構造の確認は、紫外線吸収スペクトルや硅素の核磁気共鳴スペクトルの測定により確認することができる。
ポリシランの原料として用いられるオルガノトリハロシラン化合物、テトラハロシラン化合物、およびジオルガノジハロシラン化合物がそれぞれ有するハロゲン原子は、塩素原子であることが好ましい。オルガノトリハロシラン化合物およびジオルガノジハロシラン化合物が有するハロゲン原子以外の置換基としては、上述の炭化水素基、アルコキシ基または水素原子が挙げられる。
この分岐型ポリシランは、有機溶剤に可溶であり、塗布により透明な膜が成膜できるものであれば特に限定されない。このような有機溶媒として好ましいものは、炭素数５〜１２の炭化水素系、ハロゲン化炭化水素系、エーテル系である。
炭化水素系の例としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、ｎ−デカン、ｎ−ドデカン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メトキシベンゼンなどが挙げられる。ハロゲン化炭化水素系の例としては、四塩化炭素、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン、ジクロロメタン、クロロベンゼンなどが挙げられる。エーテル系の例としては、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラハイドロフランなどが挙げられる。
また分岐型ポリシラン化合物には分岐度が２％以上のものを用いれば、その分岐度が高いほど、より光透過率を高めることができる。また、重水素化、あるいは一部またはすべてをハロゲン化、特にフッ素化したものも用いることもできる。従って、特定の波長での吸収を抑え、かつ広い波長域にわたって光透過率が高く、また紫外線照射に対して高感度、高精度で屈折率変化を起こさせることができ、また屈折率の熱安定性も向上させることが可能となる。
＜シリコーン化合物＞
本発明においては、シリコーン化合物中の４０〜１００重量％が二重結合含有シリコーン化合物となるように用いる。好ましくは、５０〜１００重量％となるように用いる。
本発明においては、シリコーン化合物中の４０〜１００重量％が二重結合含有シリコーン化合物となるように用いる。好ましくは、５０〜１００重量％となるように用いる。
本発明において用いる二重結合含有シリコーン化合物の二重結合は、上述のように、ビニル基、アリル基、アクリロイル基、またはメタクリロイル基であることが好ましい。例えば、一般にシランカップリング剤と呼ばれているシリコーン化合物の中で二重結合を有するものを用いることができる。重量平均分子量Ｍｗとしては１００〜１００００の範囲内であることが好ましく、１００〜５０００であることがさらに好ましい。また、ヨウ素価は１０〜２５４の範囲内であることが好ましい。二重結合の１分子中の個数は２つ以上であってもよい。このようなシリコーン化合物は、架橋剤として利用可能である。そのようなものとして、二重結合を１〜３０重量％含んだビニル基含有メチルフェニルシリコーンレジンなどを挙げることができる。
二重結合含有シリコーン化合物としては、市販品を用いることができ、例えば、以下の表１に示すものを用いることができる。
本発明において、シリコーン化合物として、二重結合含有シリコーン化合物以外のシリコーン化合物を用いる場合には、例えば、特許文献２に開示されたシリコーン化合物を用いることができる。具体的には、以下の一般式で示されるものを挙げることができる。
［式中、Ｒ1からＲ12は、ハロゲンまたはグリシジルオキシ基で置換されていてもよい炭素数１〜１０の脂肪族炭化水素基、炭素数６〜１２の芳香族炭化水素基、炭素数１〜８のアルコキシ基からなる群から選択される基であり、同一でも異なっていてもよい。ａ，ｂ，ｃ，およびｄは０を含む整数であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ≧１を満たすものである。］
具体的には、有機置換基が２つあるＤ体と呼ばれるジクロロシランと、有機置換基が１つであるＴ体と呼ばれるトリクロロロシランの２種類以上を加水分解縮合したものが挙げられる。
このシリコーン化合物が有する、脂肪族炭化水素基の具体例として、メチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、トリフルオロプロピル基、グリシジルオキシプロピル基などの鎖状のもの、およびシクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基のような脂環式のものなどが挙げられる。また、芳香族炭化水素基の具体例として、フェニル基、ｐ−トリル基、ビフェニル基などが挙げられる。アルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基、オクチルオキシ基、ｔｅｒ‐ブトキシ基などが挙げられる。
上記のＲ1〜Ｒ12の種類およびａ，ｂ，ｃ，ｄの値は特に重要ではなく、ポリシランおよび有機溶媒と相溶し、膜が透明なものであれば特に限定されない。相溶性を考慮した場合には、使用するポリシランが有する炭化水素基と同じ基を有していることが好ましい。例えば、ポリシランとして、フェニルメチル系のものを使用する場合には、同じフェニルメチル系またはジフェニル系のシリコーン化合物を使用することが好ましい。また、Ｒ1〜Ｒ12のうち、少なくとも２つが炭素数１〜８のアルコキシ基であるような、１分子中にアルコキシ基を２つ以上有するシリコーン化合物は、架橋剤として利用可能である。そのようなものとしては、アルコキシ基を１５〜３５重量％含んだメチルフェニルメトキシシリコーンやフェニルメトキシシリコーンなどを挙げることができる。
重量平均分子量としては、１００００以下、好ましくは３０００以下のものが好適に用いられる。
上述のように、二重結合含有シリコーン化合物は、シリコーン化合物中において４０〜１００重量％である。二重結合含有シリコーン化合物の含有量が４０重量％未満であると、良好なコア形状と、伝搬損失及び接合損失の低減とを両立させることができるという本発明の効果が十分に得られない場合がある。
＜有機過酸化物＞
本発明において使用する有機過酸化物としては、ポリシランのＳｉ−Ｓｉ結合間に効率良く酸素を挿入できる化合物であれば特に限定されないが、例えば、パーオキシエステル系過酸化物が挙げられる。特に、ベンゾフェノン基を有する有機過酸化物が好ましく用いられる。
本発明において使用する有機過酸化物としては、ポリシランのＳｉ−Ｓｉ結合間に効率良く酸素を挿入できる化合物であれば特に限定されないが、例えば、パーオキシエステル系過酸化物が挙げられる。特に、ベンゾフェノン基を有する有機過酸化物が好ましく用いられる。
パーオキシエステル系過酸化物としては、３，３'，４，４'−テトラ（ｔ−ブチルパーオキシカルボニル）ベンゾフェノン（以下、「ＢＴＴＢ」という）が挙げられる。また、有機過酸化物は二重結合含有シリコーン化合物の二重結合に作用して、二重結合間同士の付加重合反応を促進する効果を有する。
＜ポリシラン組成物＞
本発明のポリシラン組成物においては、上述のように、ポリシラン化合物とシリコーン化合物とが重量比８０：２０〜５：９５の割合で混合されており、さらに好ましくは７０：３０〜４０：６０の割合で含有されている。ポリシラン化合物の割合がこれより少なくなると、硬化が不十分となる場合があり、逆にポリシラン化合物がこれよりを多くなると、クラックが発生する場合がある。
本発明のポリシラン組成物においては、上述のように、ポリシラン化合物とシリコーン化合物とが重量比８０：２０〜５：９５の割合で混合されており、さらに好ましくは７０：３０〜４０：６０の割合で含有されている。ポリシラン化合物の割合がこれより少なくなると、硬化が不十分となる場合があり、逆にポリシラン化合物がこれよりを多くなると、クラックが発生する場合がある。
また、有機過酸化物の配合割合は、ポリシラン化合物とシリコーン化合物の合計１００重量部に対し、１〜３０重量部であることが好ましく、さらに好ましくは２〜１０重量部である。有機過酸化物の配合割合がこれより少なすぎると、側方クラッド層のフォトブリーチングを短時間でかつ均一に行うことができるという本発明の効果が十分に得られない場合がある。また、有機過酸化物の配合割合が多すぎると、導波路の光伝搬損失が大きくなる場合がある。
本発明において、ポリシラン組成物は、一般にポリシランを溶解させる溶媒を用いて希釈して用いる。このような溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、メトキシベンゼン等の芳香族系炭化水素、テトラヒドロフラン、ジブチルエーテル等のエーテル系溶剤が好適に用いられる。溶媒の使用量は、ポリシランの濃度が２０〜９０重量％となるような範囲が好ましい。
＜作用＞
本発明のポリシラン組成物においては、シリコーン化合物として二重結合含有シリコーン化合物が含まれている。このため、紫外線照射して照射領域を側方クラッド層とし、未照射領域をコア層とする際、照射領域においては、従来と同様にポリシランのＳｉ−Ｓｉ結合が切断され、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合が形成して屈折率が低下するとともに、二重結合による付加重合反応が生じるため、従来よりも硬度が高い側方クラッド層が形成されるものと思われる。その結果、良好なコア形状が保たれるものと考えられる。このように、本発明のポリシラン組成物によれば、側方クラッド層として相対的に硬いものを形成することができるので、従来よりもシリコーン化合物の量を多くすることも可能である。シリコーン化合物の量を多くすることにより露光感度を向上させることができ、コア層と側方クラッド層の屈折率差も大きくすることができる。従って、伝搬損失及び接合損失を低減させることができる。
本発明のポリシラン組成物においては、シリコーン化合物として二重結合含有シリコーン化合物が含まれている。このため、紫外線照射して照射領域を側方クラッド層とし、未照射領域をコア層とする際、照射領域においては、従来と同様にポリシランのＳｉ−Ｓｉ結合が切断され、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合が形成して屈折率が低下するとともに、二重結合による付加重合反応が生じるため、従来よりも硬度が高い側方クラッド層が形成されるものと思われる。その結果、良好なコア形状が保たれるものと考えられる。このように、本発明のポリシラン組成物によれば、側方クラッド層として相対的に硬いものを形成することができるので、従来よりもシリコーン化合物の量を多くすることも可能である。シリコーン化合物の量を多くすることにより露光感度を向上させることができ、コア層と側方クラッド層の屈折率差も大きくすることができる。従って、伝搬損失及び接合損失を低減させることができる。
本発明によれば、光導波路における良好なコア形状と、伝搬損失及び接合損失の低減とを両立させてコア層及び側方クラッド層を形成することができる。
以下、合成例及び実施例を示して、本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の合成例及び実施例に限定されるものではない。
（ポリシランの合成例）
攪拌機を備えた１０００ｍｌフラスコにトルエン４００ｍｌおよびナトリウム１３．３ｇを充填した。このフラスコの内容物を紫外線を遮断したイエロールーム中で１１１℃に昇温し、高速攪拌することによりナトリウムをトルエン中に微細に分散した。ここにフェニルメチルジクロロシラン４２．１ｇ、テトラクロロシラン４．１ｇを添加し、３時間攪拌することにより重合を行った。その後、得られた反応混合物にエタノールを添加することにより、過剰のナトリウムを失活させた。水洗後、分離した有機層をエタノール中に投入することにより、ポリシランを沈澱させた。得られた粗製のポリシランをエタノールから３回再沈殿させることにより、重量平均分子量１１６００の、分岐型ポリメチルフェニルシランを得た。
攪拌機を備えた１０００ｍｌフラスコにトルエン４００ｍｌおよびナトリウム１３．３ｇを充填した。このフラスコの内容物を紫外線を遮断したイエロールーム中で１１１℃に昇温し、高速攪拌することによりナトリウムをトルエン中に微細に分散した。ここにフェニルメチルジクロロシラン４２．１ｇ、テトラクロロシラン４．１ｇを添加し、３時間攪拌することにより重合を行った。その後、得られた反応混合物にエタノールを添加することにより、過剰のナトリウムを失活させた。水洗後、分離した有機層をエタノール中に投入することにより、ポリシランを沈澱させた。得られた粗製のポリシランをエタノールから３回再沈殿させることにより、重量平均分子量１１６００の、分岐型ポリメチルフェニルシランを得た。
（ポリシラン組成物の調製）
上記合成例のポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）、ビニル基含有フェニルメチルシリコーンレジン（商品名「ＫＲ−２０２０」、Ｍｗ＝２９００、ヨウ素価＝６１）、及び有機過酸化物ＢＴＴＢ（日本油脂製、固形分２０重量％）を表２に示す割合で配合し、メトキシベンゼン（商品名「アニソール−Ｓ」、協和発酵ケミカル社製）に固形分７７重量％となるように溶解しポリシラン組成物Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５を調製した。ポリシラン組成物Ｎｏ．４においては、二重結合含有シリコーン化合物ではないメトキシ基含有フェニルメチルシリコーンレジン（商品名「ＤＣ−３０７４」、ダウコーニング社製）をさらに配合している。
上記合成例のポリメチルフェニルシラン（ＰＭＰＳ）、ビニル基含有フェニルメチルシリコーンレジン（商品名「ＫＲ−２０２０」、Ｍｗ＝２９００、ヨウ素価＝６１）、及び有機過酸化物ＢＴＴＢ（日本油脂製、固形分２０重量％）を表２に示す割合で配合し、メトキシベンゼン（商品名「アニソール−Ｓ」、協和発酵ケミカル社製）に固形分７７重量％となるように溶解しポリシラン組成物Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５を調製した。ポリシラン組成物Ｎｏ．４においては、二重結合含有シリコーン化合物ではないメトキシ基含有フェニルメチルシリコーンレジン（商品名「ＤＣ−３０７４」、ダウコーニング社製）をさらに配合している。
（上部・下部クラッド形成用溶液の調製）
ビニル基含有フェニルメチルシリコーンレジン（商品名「Ｘ−４０−２６６７Ａ」、Ｍｗ＝２６００、ヨウ素価＝６５、信越シリコーン社製）１００重量部に対し、硬化剤（商品名「Ｘ−４０−２６６７Ｂ」、信越シリコーン社製）を５重量部を加えて、アニソールに溶解して、固形分９５重量％の上部・下部クラッド形成用溶液を調製した。
ビニル基含有フェニルメチルシリコーンレジン（商品名「Ｘ−４０−２６６７Ａ」、Ｍｗ＝２６００、ヨウ素価＝６５、信越シリコーン社製）１００重量部に対し、硬化剤（商品名「Ｘ−４０−２６６７Ｂ」、信越シリコーン社製）を５重量部を加えて、アニソールに溶解して、固形分９５重量％の上部・下部クラッド形成用溶液を調製した。
（実施例１）
図１に示すように、本発明の製造方法の第１の局面に従いポリマー光導波路を作製した。
図１に示すように、本発明の製造方法の第１の局面に従いポリマー光導波路を作製した。
図１（ａ）に示すように、ガラス基板１の上に、上部・下部クラッド形成用溶液をスピンコートし、１５０℃×３０分でプリベークし、２００℃×３０分でポストベークを行い、厚さ２０μｍの下部クラッド層２を形成した。
次に、下部クラッド層２の上に、上記シラン組成物の溶液Ｎｏ．１からＮｏ．５を、スピンコートにより塗布し、１３０℃×３０分でプリベークして、厚さ５０μｍのポリシラン層３を形成した。
次に、このポリシラン層３のコア層３ａに対応する領域の上にフォトマスクを配置した状態で紫外線を照射した。紫外線の照射条件は、波長３１０ｎｍの紫外線を１５Ｊ／ｃｍ2の照射量で照射した。
次に、１５０℃×３０分でポストベークを行い、これにより側方クラッド層３ｂに対応した領域をフォトブリーチングし屈折率を低下させることにより、図１（ｂ）に示すように、側方クラッド層３ｂを形成した。また、この側方クラッド層３ｂの形成により、未照射領域をコア層３ａとした。
次に、図１（ｃ）に示すように、コア層３ａ及び側方クラッド層３ｂの上に、上部・下部クラッド形成用溶液をスピンコートし、１５０℃×３０分でプリベークし、２００℃×３０分でポストベークして、厚さ２０μｍの上部クラッド層４を形成した。
（実施例２）
図２に示すように、本発明の製造方法の第２の局面に従い、ポリマー光導波路を作製した。
図２に示すように、本発明の製造方法の第２の局面に従い、ポリマー光導波路を作製した。
図２（ａ）に示すように、ガラス基板１の上に、上部・下部クラッド形成用溶液をスピンコートし、１５０℃×３０分でプリベークし、２００℃×３０分でポストベークして、厚さ２０μｍの下部クラッド層２を形成した。
次に、下部クラッド層２の上に、上記ポリシラン組成物の溶液Ｎｏ．３をスピンコートし、１３０℃×３０分でプリベークして、厚さ７０μｍのポリシラン層３を形成した。
次に、このポリシラン層３のコア層３ａに対応する領域の上に、フォトマスクを配置した状態で紫外線を照射した。紫外線の照射条件は、波長３１０ｎｍの紫外線を１５Ｊ／ｃｍ2の照射量で照射した。
次に、１４５℃×３０分及び１９０℃×５分のポストベークを行い、これにより側方クラッド層３ｂに対応する領域をフォトブリーチングし、屈折率を低下させることにより、図２（ｂ）に示すように、側方クラッド層３ｂを形成した。また、これとともに、未照射領域をコア層３ａとした。
次に、フォトマスクなしの状態で、波長３１０ｎｍの紫外線を２５Ｊ／ｃｍ2の照射量で上方から紫外線を照射した。次に、１４５℃×３０分及び２００℃×３０分のポストベークを行い、これにより上部クラッド層４に相当する領域、すなわちコア層３ａ及び側方クラッド層３ｂの上方領域をフォトブリーチングし、屈折率を低下させることにより、図２（ｃ）に示すように、厚さ２０μｍの上部クラッド層４を形成した。
（実施例３）
図３に示すように、本発明の製造方法の第３の局面に従い、ポリマー光導波路を作製した。
図３に示すように、本発明の製造方法の第３の局面に従い、ポリマー光導波路を作製した。
図３（ａ）に示すように、ガラス基板１の上に、ポリシラン組成物溶液Ｎｏ．３をスピンコートし、１３０℃×３０分でプリベークし、厚さ８０μｍのポリシラン層３を形成した。
次に、このポリシラン層３のコア層３ａに対応する領域の上にフォトマスクを配置した状態で紫外線を照射した。紫外線の照射条件は、波長３１０ｎｍの紫外線を１５Ｊ／ｃｍ2の照射量で照射した。次に、１４５℃×３０分及び１９０℃×５分のポストベークを行い、これにより側方クラッド層３ｂに対応する領域をフォトブリーチングし、屈折率を低下させることにより、図３（ｂ）に示すように、側方クラッド層３ｂを形成した。また、これとともに、未照射領域をコア層３ａとした。
次に、ガラス基板１の裏側から、フォトマスクなしの状態で波長３１０ｎｍの紫外線を１０Ｊ／ｃｍ2の照射量で全面露光した。また、フォトマスクなしの状態で、上方から波長３１０ｎｍの紫外線を２５Ｊ／ｃｍ2の照射量で全面露光した。このような基板側からの紫外線照射と上方からの紫外線照射により、下部クラッド層２及び上部クラッド層４に対応する領域をフォトブリーチングし、屈折率を低下させることにより、図３（ｃ）に示すように、厚さ１０μｍの下部クラッド層２及び厚さ２０μｍの上部クラッド層４をそれぞれ形成した。その後、１４５℃×３０分及び２００℃×３０分のポストベークを行った。
（比較例１）
シリコーン化合物として、二重結合含有シリコーン化合物ではないメトキシ基含有フェニルメチルシリコーンレジン（商品名「ＤＣ−３０７４」、ダウコーニング社製）を用い、表３に示すようにポリシラン化合物及び有機過酸化物と混合して、ポリシラン組成物Ｎｏ．６及びＮｏ．７を調製した。これらを用いてポリシラン層を形成する以外は、上記実施例１と同様にしてポリマー光導波路を作製した。
シリコーン化合物として、二重結合含有シリコーン化合物ではないメトキシ基含有フェニルメチルシリコーンレジン（商品名「ＤＣ−３０７４」、ダウコーニング社製）を用い、表３に示すようにポリシラン化合物及び有機過酸化物と混合して、ポリシラン組成物Ｎｏ．６及びＮｏ．７を調製した。これらを用いてポリシラン層を形成する以外は、上記実施例１と同様にしてポリマー光導波路を作製した。
〔ポリシラン組成物の露光感度の評価〕
本発明に従うポリシラン組成物Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４及び比較例のポリシラン組成物Ｎｏ．５及びＮｏ．６について露光感度を以下のようにして評価した。
本発明に従うポリシラン組成物Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４及び比較例のポリシラン組成物Ｎｏ．５及びＮｏ．６について露光感度を以下のようにして評価した。
ポリシラン組成物の溶液を５ｃｍ角の石英基板上に、スピンコーターで塗布し、１３０℃×３０分でプリベークする。その時の塗布膜厚を、分光光度計（ＭＣＰＤ−３０００、大塚電子製）にて測定したＳｉ−Ｓｉ由来の３５０ｎｍにおける吸収係数が１となるように、溶液の濃度または塗布回数により調整した。
次に、５、１０、１５ｍＪ／ｃｍ2のように、５ｍＪ／ｃｍ2の間隔で露光したサンプルを作製し、同様にＳｉ−Ｓｉ由来の波長３５０ｎｍにおける吸収係数を測定する。
それらの吸収係数を縦軸に、露光量を横軸にとってプロットしたときに、Ｓｉ−Ｓｉ由来の波長３５０ｎｍにおける吸収係数が半分（＝０．５）に減少するまでに要する露光量を露光感度として定義した。１０ｍＪ／ｃｍ2以下を合格とした。
＜光導波路の評価＞
〔コア形状の評価〕
実施例１〜３及び比較例１で作製した導波路を、ダイシングソーでカッティングし、長さ２ｃｍの直線導波路とし、この切断面を光学顕微鏡のステージに対して垂直に立てて置き、透過光により光学顕微鏡でコア形状を観察した。観察したコア形状を以下の基準で評価した。
◎：コアが直立していて、かつ形状が四角であるもの
〇：コアが直立しているもの
×：コアが直立していないもの
〔コア形状の評価〕
実施例１〜３及び比較例１で作製した導波路を、ダイシングソーでカッティングし、長さ２ｃｍの直線導波路とし、この切断面を光学顕微鏡のステージに対して垂直に立てて置き、透過光により光学顕微鏡でコア形状を観察した。観察したコア形状を以下の基準で評価した。
◎：コアが直立していて、かつ形状が四角であるもの
〇：コアが直立しているもの
×：コアが直立していないもの
〔伝搬損失及び接合損失の評価〕
実施例１〜３及び比較例１で作製した導波路を、ダイシングソーで２ｃｍ、４ｃｍ、６ｃｍのカットバックを行い、波長８３０ｎｍで、入射側にコア径５０μｍのマルチモードフォイバーを、出射側にコア径６２．５μｍのマルチファイバーを用いて損失測定を行った。縦軸に損失（単位：ｄＢ）、横軸に導波路長（単位：ｃｍ）をとってプロットし、最小自乗法により得られた近似曲線の傾きから伝搬損失（単位：ｄＢ／ｃｍ）を、導波路長０ｃｍのときの損失（＝Ｘ切片）から接合損失（単位：ｄＢ）を求めた。
実施例１〜３及び比較例１で作製した導波路を、ダイシングソーで２ｃｍ、４ｃｍ、６ｃｍのカットバックを行い、波長８３０ｎｍで、入射側にコア径５０μｍのマルチモードフォイバーを、出射側にコア径６２．５μｍのマルチファイバーを用いて損失測定を行った。縦軸に損失（単位：ｄＢ）、横軸に導波路長（単位：ｃｍ）をとってプロットし、最小自乗法により得られた近似曲線の傾きから伝搬損失（単位：ｄＢ／ｃｍ）を、導波路長０ｃｍのときの損失（＝Ｘ切片）から接合損失（単位：ｄＢ）を求めた。
伝搬損失が０．２ｄＢ／ｃｍ以下、接合損失が２ｄＢ以下であれば合格であると判断する。
以上の結果を表４に示す。
表４に示す結果から明らかなように、本発明に従う実施例１〜３で用いたポリシラン組成物は良好な露光感度を有しており、これを用いて形成したコア層は良好な形状を有するものであることがわかる。また、これを用いて形成した導波路は、伝搬損失及び接合損失が小さいものであることがわかる。
従って、本発明によれば、光導波路における良好なコア形状と、伝搬損失及び接合損失の低減とを両立できることがわかる。
１…基板
２…下部クラッド層
３…ポリシラン層
３ａ…コア層
３ｂ…側方クラッド層
４…上部クラッド層
２…下部クラッド層
３…ポリシラン層
３ａ…コア層
３ｂ…側方クラッド層
４…上部クラッド層
Claims (9)
- ポリシラン化合物とシリコーン化合物を重量比（ポリシラン化合物：シリコーン化合物）８０：２０〜５：９５で含有し、シリコーン化合物中の４０〜１００重量％が二重結合含有シリコーン化合物であり、有機過酸化物をポリシラン化合物とシリコーン化合物の合計１００重量部に対し１〜３０重量部の割合で含有することを特徴とするポリシラン組成物。
- 前記二重結合含有シリコーン化合物の二重結合が、ビニル基、アリル基、アクリロイル基、またはメタクリロイル基であることを特徴とする請求項１に記載のポリシラン組成物。
- 前記ポリシラン化合物が分岐型ポリシラン化合物であることを特徴とする請求項１または２に記載のポリシラン組成物。
- 光導波路のコア層及びクラッド層を形成するための材料であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のポリシラン組成物。
- コア層と、該コア層の側方に設けられる側方クラッド層と、前記コア層及び前記側方クラッド層の下方に設けられる下方クラッド層と、前記コア層及び前記側方クラッド層の上方に設けられる上方クラッド層とを備える光導波路であって、
前記コア層及び前記側方クラッド層が請求項１〜４のいずれか１項に記載のポリシラン組成物から形成されていることを特徴とする光導波路。 - 前記下方クラッド層及び／または前記上方クラッド層が請求項１〜４のいずれか１項に記載のポリシラン組成物から形成されていることを特徴とする請求項５に記載の光導波路。
- コア層と、該コア層の側方に設けられる側方クラッド層と、前記コア層及び前記側方クラッド層の下方に設けられる下方クラッド層と、前記コア層及び前記側方クラッド層の上方に設けられる上方クラッド層とを備える光導波路を製造する方法であって、
基板上に前記下方クラッド層を形成する工程と、
前記下方クラッド層の上に、請求項１〜４のいずれか１項に記載のポリシラン組成物を塗布してポリシラン層を形成する工程と、
前記ポリシラン層の前記側方クラッド層に対応する領域に紫外線を照射することにより、側方クラッド層を形成するとともに、未照射領域を前記コア層とする工程と、
前記コア層及び前記側方クラッド層の上に前記上方クラッド層を形成する工程とを備えることを特徴とする光導波路の製造方法。 - コア層と、該コア層の側方に設けられる側方クラッド層と、前記コア層及び前記側方クラッド層の下方に設けられる下方クラッド層と、前記コア層及び前記側方クラッド層の上方に設けられる上方クラッド層とを備える光導波路を製造する方法であって、
基板上に前記下方クラッド層を形成する工程と、
前記下方クラッド層の上に、請求項１〜４のいずれか１項に記載のポリシラン組成物を塗布してポリシラン層を形成する工程と、
前記ポリシラン層の前記側方クラッド層に対応する領域及びその上方の領域に紫外線を照射することにより、側方クラッド層を形成するとともに、未照射領域を前記コア層とする工程と、
前記側方クラッド層及び前記コア層の上方領域に紫外線を照射して前記上方クラッド層を形成する工程とを備えることを特徴とする光導波路の製造方法。 - コア層と、該コア層の側方に設けられる側方クラッド層と、前記コア層及び前記側方クラッド層の下方に設けられる下方クラッド層と、前記コア層及び前記側方クラッド層の上方に設けられる上方クラッド層とを備える光導波路を製造する方法であって、
基板上に請求項１〜４のいずれか１項に記載のポリシラン組成物を塗布してポリシラン層を形成する工程と、
前記ポリシラン層の前記側方クラッド層に対応する領域並びにその上方及び下方の領域に紫外線を照射することにより、側方クラッド層を形成するとともに、未照射領域を前記コア層とする工程と、
前記側方クラッド層及び前記コア層の下方領域に基板側から紫外線を照射して前記下方クラッド層を形成する工程と、
前記側方クラッド層及び前記コア層の上方領域に上方から紫外線を照射して前記上方クラッド層を形成する工程とを備えることを特徴とする光導波路の製造方法。
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