(57)【要約】【課題】  コア層のポーリングが適正に実施され、クラッド層へのクラックの発生を抑制した光デバイスを提供すること。【解決手段】  コア層の上下にクラッド層を配置し、該コア層がＥＯポリマーで構成された光デバイスにおいて、該クラッド層のいずれか一方又は両方は、有機無機ハイブリッド樹脂に反応性イオン液体を含有する組成で重合したポリマーを用いることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア層の上下にクラッド層を配置し、該コア層がＥＯポリマーで構成された光デバイスにおいて、
該クラッド層のいずれか一方又は両方は、有機無機ハイブリッド樹脂に反応性イオン液体を含有する組成で重合したポリマーを用いることを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の光デバイスにおいて、該反応性イオン液体は、有機無機ハイブリッド樹脂と重合可能な反応基を有している材料であることを特徴とする光デバイス。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光デバイスにおいて、該反応性イオン液体は、化学式１で示される材料であることを特徴とする光デバイス。
ただし、アニオンＸ−は、［Ｎ（ＳＯ２ＣＦ３）２］−、［ＰＦ６］−、［ＢＦ４］−、Ｃｌ−、Ｂｒ−のいずれかである。また、Ｒ、Ｒ’、Ｒ”、Ｒ'''は、同一またはそれぞれが異なる、水素原子、炭素数が１〜１０のアルキル基である。
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【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光デバイスにおいて、コア層とクラッド層との間には、該反応性イオン液体に含まれるイオンの移動を遮蔽するブロック層が設けられていることを特徴とする光デバイス。
【請求項５】
請求項４に記載の光デバイスにおいて、該ブロック層は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のいずれかで形成されていることを特徴とする光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイスに関し、特に、コア層の上下にクラッド層を配置し、該コア層が有機電気光学高分子（以下、「ＥＯポリマー」と言う。）で構成された光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＥＯポリマーを用いた光デバイスが、次世代の光通信を担う素子として期待されている（特許文献１又は２参照）。
【０００３】
ＥＯポリマーに用いる高分子材料としては例えば、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ポリキノリン系樹脂、ポリキノキサリン系樹脂、ポリベンゾオキサゾール系樹脂、ポリベンゾチアゾール系樹脂、ポリベンゾイミダゾール系樹脂などが挙げられる。（以下、「基本骨格樹脂」とも言う。）
【０００４】
非線形光学有機化合物（以下、「ＥＯ色素」）は、公知のものであれば特に限定されないが、１分子中に、電子供与性を有する原子団（以下、「ドナー」と言う。）と、電子吸引性を有する原子団（以下、「アクセプター」と言う。）との両方を有しており、ドナーとアクセプターの間に、π電子共役系の原子団を配している構造を有した分子が望ましい。このような分子としては、具体的には、Ｄｉｓｐｅｒｓｅ  Ｒｅｄ類、Ｄｉｓｐｅｒｓｅ  Ｏｒａｎｇｅ類、スチルベンゼン化合物などが挙げられる。
【０００５】
ＥＯポリマーは、前記のＥＯ色素を前記の高分子材料への添加、または前記高分子材料の側鎖または主鎖への化学結合により、高分子材料に導入したものを言う。このＥＯポリマーは、ドナー、アクセプターを配向させるポーリング処理を経ることで、無機材料に比べて大きな２次非線形光学効果を示す。また、ＥＯ色素内の導電性の高いπ電子共役系を電子が移動することによって、光学特性が変化することから高速動作が可能となる。
【０００６】
光デバイスの光導波路は、一般に、高屈折率のコア層を低屈折率のクラッド層で囲む構造で形成する。ＥＯポリマー材料を用いた光デバイスの場合、コア層は、リブ型の構造とし、上下をクラッド層とすることが公知の構造となっている。図１は、従来のＥＯポリマーをコアに配置した光導波路構造の一例を示す断面図である。
【０００７】
図１のような構造を有する光導波路は、例えば、次のように形成される。下部クラッド層をスピンコートで形成した後、ドライエッチング等によりトレンチを形成する。その後、ＥＯポリマーを有機溶剤に溶解した液をスピンコートし、有機溶剤を除去することで、ＥＯポリマーによるコア層が、下向きに突出したリブ部を持って形成される。その上に、上部クラッド層をコーティングする。光導波路は、図１のコア層が下向きに突出したリブ型形状に限らず、コア層が上向きに突出したリブ型形状や矩形状のコア層を下部クラッド層と上部クラッド層で取り囲むように配置する構成も可能である。
【０００８】
ＥＯポリマーを用いた光デバイスにおいては、形成したＥＯポリマー層に対し、加熱しながら電圧を印加するポーリング処理を行う。加熱によってポリマーを軟化し、ＥＯポリマー層に電界を印加することで、ポリマーに含有して大きな分極率を持つＥＯ色素を配向させる。電界を維持したまま冷却することでポリマーが固化し、ＥＯ色素を固定し、配向状態を維持することが可能となる。
【０００９】
ポーリング効率を向上させるためには、ＥＯポリマー層に効率よく強電界をかける必要がある。電界印加時に各層の電気抵抗を各層の電気抵抗の総和で割った割合に応じて、印加される電界が決まることから、クラッド層の電気抵抗を低下させる工夫が必要となる。
ＥＯポリマーは、導電性のπ電子共役系構造を有するＥＯ色素を基本骨格樹脂に添加することで、基本骨格樹脂よりも抵抗値が低下することが一般的である。
【００１０】
このため、従来のクラッド層は、無処理の基本骨格樹脂を用いることができず、樹脂内にヒドロキシル基を持つ材料などが使われてきた。具体的には、アルコキシドアクリレートとアルコキシシラン及び重合開始剤を混合した塗布液を用い、塗布、乾燥後にＵＶ照射、加熱することで共重合した有機無機ハイブリッド樹脂が用いられてきた。
【００１１】
しかしながら、この有機無機ハイブリッド樹脂は、ポーリング時の加熱では、ＥＯポリマー層より抵抗値が低下するが、光デバイスが動作する環境温度に戻した場合には、抵抗値がＥＯポリマーより高くなる。このため、効率よく変調電界がＥＯポリマーに印加できないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特表２０１５−５０１９４５号公報
【特許文献２】特開２００７−２５３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、光デバイスの動作環境温度においても、コア層よりもクラッド層の方が電気抵抗値を低く維持することが可能な光デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明の光デバイスは、以下の技術的特徴を有する。
（１）  コア層の上下にクラッド層を配置し、該コア層がＥＯポリマーで構成された光デバイスにおいて、該クラッド層のいずれか一方又は両方は、有機無機ハイブリッド樹脂に反応性イオン液体を含有する組成で重合したポリマーを用いることを特徴とする。
【００１５】
（２）  上記（１）に記載の光デバイスにおいて、該反応性イオン液体は、有機無機ハイブリッド樹脂と重合可能な反応基を有している材料であることを特徴とする。
【００１６】
（３）  上記（１）又は（２）に記載の光デバイスにおいて、該反応性イオン液体は、化学式１で示される材料であることを特徴とする光デバイス。
ただし、アニオンＸ−は、［Ｎ（ＳＯ２ＣＦ３）２］−、［ＰＦ６］−、［ＢＦ４］−、Ｃｌ−、Ｂｒ−のいずれかである。また、Ｒ、Ｒ’、Ｒ”、Ｒ'''は、同一またはそれぞれが異なる、水素原子、炭素数が１〜１０のアルキル基である。
【００１７】
【化１】
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【００１８】
（４）  上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の光デバイスにおいて、コア層とクラッド層との間には、該反応性イオン液体に含まれるイオンの移動を遮蔽するブロック層が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
（５）  上記（４）に記載の光デバイスにおいて、該ブロック層は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のいずれかで形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、コア層の上下にクラッド層を配置し、該コア層がＥＯポリマーで構成された光デバイスにおいて、該クラッド層のいずれか一方又は両方は、有機無機ハイブリッド樹脂に反応性イオン液体を含有する組成で重合したポリマーを用いるため、光デバイスの動作環境温度であってもクラッド層の電気抵抗値をコア層の電気抵抗値より低く設定することができ、コア層に効率良く電界を印加することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来の光デバイスの概要を示す断面図である。
【図２】本発明の光デバイスの一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の光デバイスについて、好適例を用いて詳細に説明する。
本発明の光デバイスは、図１に示すように、コア層の上下にクラッド層を配置し、該コア層がＥＯポリマーで構成された光デバイスにおいて、該クラッド層のいずれか一方又は両方は、有機無機ハイブリッド樹脂に反応性イオン液体を含有する組成で重合したポリマーを用いることを特徴とする。
【００２３】
ＥＯポリマーとしては、基本骨格樹脂としてＰＭＭＡを用い、ＥＯ分子としてＤｉｓｐｅｒｓｅ  Ｒｅｄ１を基本骨格樹脂の側鎖に重合したＰＭＭＡ−ＤＲ１が好適に使用可能である。また、ＥＯポリマーのガラス転移点Ｔｇを高くすることで耐熱性を向上させることができる。この場合、基本骨格樹脂の側鎖にアダマンチル基などのかご型分子を付与することや主骨格樹脂を網目構造にすることによってＴｇを高くすることができる。
【００２４】
本発明の光デバイスの特徴は、クラッド層に使用する材料が、有機無機ハイブリッド樹脂に反応性イオン液体を含有する組成で重合したポリマーを用いることである。有機無機ハイブリッド樹脂としては、従来のような、アルコキシドアクリレートとアルコキシシラン及び重合開始剤を混合した塗布液を用い、塗布、乾燥後にＵＶ照射、加熱することで共重合した有機無機ハイブリッド樹脂を用いることが可能である。
【００２５】
そして、クラッド層は、有機無機ハイブリッド樹脂に化学式１に示すような反応性イオン液体を含有する組成で重合したポリマーを用いる。反応性イオン液体は、有機無機ハイブリッド樹脂と重合可能な反応基を有している材料である。
【００２６】
【化２】
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【００２７】
化学式１のアニオンＸ−は、［Ｎ（ＳＯ２ＣＦ３）２］−、［ＰＦ６］−、［ＢＦ４］−、Ｃｌ−、Ｂｒ−のいずれかである。特に、クラッド層内でのアニオンの拡散は、コア層のＥＯポリマーへのアニオンの侵入の原因となる。このため、嵩が高い［Ｎ（ＳＯ２ＣＦ３）２］−は拡散が抑制されるため、より好ましい。
【００２８】
化学式１のＲ、Ｒ’、Ｒ”、Ｒ'''は、同一またはそれぞれが異なる、水素原子、炭素数が１〜１０のアルキル基である。より好ましくは、Ｒ、Ｒ’、Ｒ”は、水素原子、Ｒ'''は、水素原子またはメチル基である。
【００２９】
さらに、クラッド層中のアニオンがコア層に侵入するのを抑制するため、図２に示すように、コア層とクラッド層との間には、該反応性イオン液体に含まれるイオンの移動を遮蔽するブロック層が設けることが、好ましい。
【００３０】
上記ブロック層としては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のいずれかが好適に使用することが可能である。
【００３１】
以下に説明する方法で、４種のクラッドを作成し、特性を評価する試験を行った。
（実施例１）
信越化学工業株式会社製アクリルシランＫＢＭ−５０３を２０ｗｔ％、関東化学社製テトラメチルシランを１０ｗｔ％、エタノールを１５ｗｔ％、共栄化学工業社製反応型イオン液体ＩＬ−ＭＡ２を５ｗｔ％、純水を１ｗｔ％、０．１ｍｏｌ％の塩酸を０．１ｗｔ％配合し、室温で４時間撹拌し、ゾルゲル反応で、有機無機材の分散液を作製した後、ＢＡＳＦ社製 ＩＲＧＡＣＵＲＥ １２７を１．５ｗｔ％、メチルイソブチルケトン１５ｗｔ％、ブチルカルビトールを３ｗｔ％、ノルマルブタノールを２９．４ｗｔ％配合した混合液を調合し、１時間撹拌した。この混合液をスピンコートにより塗布、乾燥、ＵＶ照射、乾燥の工程により作成したクラッド層を単体で測定した結果、室温における体積抵抗は１×１０８Ωｍであり、１２０℃、１５０℃、１８０℃での体積抵抗は、それぞれ３×１０６Ωｍ、２×１０５Ωｍ、２×１０４Ωｍであった。
【００３２】
（比較例１）
信越化学工業株式会社製アクリルシランＫＢＭ−５０３を２０ｗｔ％、関東化学社製テトラメチルシランを１０ｗｔ％、エタノールを１５ｗｔ％、純水を１ｗｔ％、０．１ｍｏｌ％の塩酸を０．１ｗｔ％配合し、室温で４時間撹拌し、ゾルゲル反応で、有機無機材の分散液を作製した後、ＢＡＳＦ社製 ＩＲＧＡＣＵＲＥ １２７を１．５ｗｔ％、メチルイソブチルケトン１５ｗｔ％、ブチルカルビトールを３ｗｔ％、ノルマルブタノールを３４．４ｗｔ％配合した混合液を調合し、１時間撹拌した。この混合液をスピンコートにより塗布、乾燥、ＵＶ照射、乾燥の工程により作成したクラッド層を単体で測定した結果、室温における体積抵抗は１×１０１２Ωｍであり、１２０℃、１５０℃、１８０℃での体積抵抗は、それぞれ２×１０１０Ωｍ、１×１０９Ωｍ、２×１０８Ωｍであった。
【００３３】
ＥＯポリマーは、室温における体積抵抗率が１×１０１０Ωｍ程度であるが、有機無機ハイブリッド材料よりも温度に対しての変化量は少ない。このため、ポーリングに必要な温度である１５０℃程度にした際、比較例１の場合はＥＯポリマーよりも体積抵抗率が低くなるが、光デバイスの動作環境温度である室温を含む８０℃以下では、逆に比較例１の方がＥＯポリマーよりも体積抵抗率が高くなってしまう。
【００３４】
これに対し、実施例１では、光デバイスの動作環境温度からポーリング時の温度まで、常に、ＥＯポリマーよりも体積抵抗率を低く維持できていることが分かる。よって、実施例１の材料をクラッド層に使用することにより、光デバイスの動作環境温度においても、効率良く電界をコア層に印加することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上説明したように、本発明によれば、光デバイスの動作環境温度であってもクラッド層の電気抵抗値をコア層の電気抵抗値より低く設定することができ、コア層に効率良く電界を印加することが可能となる。
【図１】
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【図２】
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