(57)【要約】【課題】基板のないフィルム状の光導波路にも適用できるとともに、高い屈曲性を有する光導波路が簡便なプロセスで安価に作製できる高分子光導波路、及びその製造方法を提供する。【解決手段】高分子光導波路１０は、高分子からなる下部クラッド層１１上に配置されたコア層１２が、コアの側面、あるいは側面及び上面に固着したクラッド部を持たないで、クラッド部を持たないコアの側面、あるいは側面及び上面が、シリコーン樹脂１４により被覆されている。【選択図】図１
2008046335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子からなるクラッドフィルム上に配されたコアが、該コアの側面、あるいは側面及び上面に固着したクラッド部を持たないで、該クラッド部を持たない前記コアの側面、あるいは側面及び上面が、シリコーン樹脂によって被覆されてなることを特徴とする高分子光導波路。
【請求項２】
前記シリコーン樹脂を除く光導波路の総厚が、７０μｍ以上３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の高分子光導波路。
【請求項３】
前記シリコーン樹脂が、粘度１００ｃＰ以上６０００ｃＰ以下のオイル状であることを特徴とする請求項１又は２記載の高分子光導波路。
【請求項４】
前記シリコーン樹脂が、ゲル状であることを特徴とする請求項１又は２記載の高分子光導波路。
【請求項５】
コア層とクラッド層からなる２層の高分子フィルムの前記コア層の一部をダイシングソーにより切削する工程と、前記コア層よりも屈折率が低いシリコーン樹脂で、前記コア層を覆う工程とを有することを特徴とする高分子光導波路の製造方法。
【請求項６】
コア層の両面が上部クラッド層及び下部クラッド層に覆われた３層の高分子フィルムの前記コア層及び前記上部クラッド層の一部をダイシングソーにより切削する工程と、前記コア層よりも屈折率が低いシリコーン樹脂で、前記コア層の一部を覆う工程とを有することを特徴とする高分子光導波路の製造方法。
【請求項７】
前記シリコーン樹脂が、液状シリコーン樹脂からなり、該液状シリコーン樹脂を前記コア層に塗布した後に硬化させてゲル状とすることを特徴とする請求項５又は６記載の高分子光導波路の製造方法。
【請求項８】
硬化前の前記液状シリコーン樹脂の粘度が、１００ｃＰ以上６０００ｃＰ以下であることを特徴とする請求項７記載の高分子光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報機器内及び機器間の信号伝送を光によって行う光インターコネクションにおいて使用される高分子光導波路、及びその製造方法に係わり、特に、屈曲性に富む高分子光導波路、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、機器内及び機器間において光配線を行う高分子光導波路の適用形態の一例としては、例えば直線状のコアを所望のピッチで配置した単純な構造であり、安価なフレキシブル光導波路がある。このような直線導波路を作製する方法の一例としては、例えば基板上にクラッド層とコア層の二層の樹脂層を形成し、コア層をダイシングソーによって部分的に切削除去することにより光導波路コア部を形成し、クラッド層と同じ高分子樹脂でコア部を覆い、基板を除去することによりフレキシブルな高分子光導波路を作製する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
しかしながら、この特許文献１に記載された高分子光導波路の作製方法は、基板上に高分子層を順次積層させて、光導波路フィルムを形成することを前提としており、基板レスの高分子多層フィルムに適応した場合には、コア部を覆うクラッド層の形成時にクラッド用高分子の硬化収縮により光導波路フィルムが変形してしまうという問題があった。
【０００４】
また、非特許文献１には、コア層の両面をクラッド層で覆った３層のポリイミド積層フィルムのコア層をダイシングソーにより切断し、切断した二本の溝パターンの内側を光導波路のコアとするフレキシブルな高分子光導波路の作製方法が提案されている。この非特許文献１によると、コアの上下方向が樹脂クラッド、コアの横方向が空気クラッドの光導波路とすることで、コアや光導波路フィルム全体にかかる応力を低減することが可能となり、屈曲性の向上が可能であるとしている。
【０００５】
しかしながら、この非特許文献１に記載された高分子光導波路の作製方法では、コアの側面が空気クラッドである光導波路は、コア側面の結露やゴミの付着により性能が不安定となるため、実用的ではない。
【特許文献１】特開平８−２８６０６４号公報
【非特許文献１】塩田他、「高屈曲ポリイミド光導波路フィルム」、２００５年電子情報通信学会、エレクトロニクスソサイエティ大会、Ｃ−３−５４、Ｐ．１９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、基板のないフィルム状の光導波路にも適用できるとともに、高い屈曲性を有する光導波路が簡便なプロセスで安価に作製できる高分子光導波路、及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］本発明は、高分子からなるクラッドフィルム上に配されたコアが、該コアの側面、あるいは側面及び上面に固着したクラッド部を持たないで、該クラッド部を持たない前記コアの側面、あるいは側面及び上面が、シリコーン樹脂によって被覆されてなることを特徴とする高分子光導波路にある。
【０００８】
［２］上記［１］記載の発明にあって、前記シリコーン樹脂を除く光導波路の総厚が、７０μｍ以上３００μｍ以下であることを特徴としている。
【０００９】
［３］上記［１］又は［２］記載の発明にあって、前記シリコーン樹脂が、粘度１００ｃＰ以上６０００ｃＰ以下のオイル状であることを特徴としている。
【００１０】
［４］上記［１］又は［２］記載の発明にあって、前記シリコーン樹脂が、ゲル状であることを特徴としている。
【００１１】
［５］更に発明は、コア層とクラッド層からなる２層の高分子フィルムの前記コア層の一部をダイシングソーにより切削する工程と、前記コア層よりも屈折率が低いシリコーン樹脂で、前記コア層を覆う工程とを有することを特徴とする高分子光導波路の製造方法にある。
【００１２】
［６］更に本発明は、コア層の両面が上部クラッド層及び下部クラッド層に覆われた３層の高分子フィルムの前記コア層及び前記上部クラッド層の一部をダイシングソーにより切削する工程と、前記コア層よりも屈折率が低いシリコーン樹脂で、前記コア層の一部を覆う工程とを有することを特徴とする高分子光導波路の製造方法にある。
【００１３】
［７］上記［５］又は［６］記載の発明にあって、前記シリコーン樹脂が、液状シリコーン樹脂からなり、該液状シリコーン樹脂を前記コア層に塗布した後に硬化させてゲル状とすることを特徴としている。
【００１４】
［８］上記［７］記載の発明にあって、硬化前の前記液状シリコーン樹脂の粘度が、１００ｃＰ以上６０００ｃＰ以下であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、基板を持たない基板レスの多層高分子フィルムにも対応することができるとともに、多種多様な材料の選択が可能となり、それと同時に、コア部を樹脂によって包囲しても、光導波路の屈曲性が損なわれることがない高屈曲性を有する光導波路が簡便なプロセスで安価に作製可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
［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高分子光導波路の一構成例を模式的に示す断面図である。
【００１８】
図１において、符号１０は、フレキシブル性に富む高分子光導波路フィルムの構造例を示している。この高分子光導波路フィルム１０の基本構成は、図１に示すように、高分子からなる下部クラッド層１１と、高分子からなるコア層１２と、コア層１２に形成された複数本の切削溝１３と、コア層１２の側面及び上面を覆うクラッドとなるシリコーン樹脂層１４とにより構成されている。この高分子光導波路フィルム１０は、テープ状に形成されている。コア層１２の光進行方向に対する断面は、略矩形状をなしている。
【００１９】
この高分子光導波路フィルム１０は、所望形状のコア部を残すように、コア層１２の一部を、加工用ブレードを用いたダイシングソーにより切削加工することができる。図示例では、下部クラッド層１１及びコア層１２からなる２層の高分子フィルムのコア層１２の一部及び下部クラッド層１１の上面付近をダイシングソーで切削することでコア部を形成した後、そのコア部の両側面に切削形成された切削溝１３，１３を含むコア層１２の側面及び上面にシリコーン樹脂を塗布することで作製することができる。２層の高分子フィルムを使用することで高分子光導波路フィルム１０の作製コストを低く抑えることができる。
【００２０】
［第２の実施の形態］
（光導波路の構成）
図２は、本発明における第２の実施の形態である高分子光導波路の一構成例を模式的に示す断面図である。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。
【００２１】
図２において、フレキシブル性に富む高分子光導波路フィルム２０の基本構成は、図２に示すように、高分子をクラッド材料とした下部クラッド層１１及び上部クラッド層１５と、その上下部クラッド層１１，１５間に形成された高分子からなるコア層１２と、上部クラッド層１５及びコア層１２に形成された複数本の切削溝１３と、切削溝１３内に塗布されたクラッドとなるシリコーン樹脂層１４とにより構成されている。
【００２２】
この高分子光導波路フィルム２０は、コア層１２の両面が上下部クラッド層１１，１５に覆われた３層の高分子フィルムからなる。この３層高分子フィルムの上部クラッド層１５とコア層１２との一部を切削することでコア部を形成した後、切削溝１３内にシリコーン樹脂を埋めるように塗布することで作製することができる。コア層１２の上下面が上下部クラッド層１１，１５により保護された３層の高分子フィルムを用いることで、ダイシング工程やシリコーン樹脂塗布工程において、コア部が損傷することを防止することができるようになり、製品の導光性能やそのバラツキを抑制することができる。
【００２３】
高分子光導波路フィルムの変形に対する追従性を高めるために、２層又は３層等からなる多層の高分子フィルムの厚さは、３００μｍ以下であることが望ましい。ただし、その厚さが７０μｍ以下であると、高分子光導波路フィルムが外力によって容易に変形してしまい、光部品との良好な光結合を得るための高精度な実装が困難となる。そのため、多層の高分子フィルムの厚さとしては、７０μｍ以上３００μｍ以下であることが好適であり、より好ましくは、１００μｍ以上２５０μｍ以下であることが有利である。
【００２４】
多層の高分子フィルムの材料としては、光導波路の使用波長に対して透明であり、コア層とクラッド層とに屈折率差が設定できるものであれば、特に制限されるものではなく、例えば脂環式オレフィンフィルム、アクリル系フィルム、エポキシ系フィルム、ポリイミド系フィルム等を使用することができる。
【００２５】
一般に、シリコーン樹脂の屈折率は、１．４程度であるので、コア用高分子フィルムとしては、シリコーン樹脂よりも高屈折率であり、シリコーン樹脂との屈折率差が、０．０１以上０．２以下となるように選定することが好適である。また、クラッド用高分子フィルムは、コア用高分子フィルムよりも低屈折率であり、コア用高分子フィルムとの屈折率差が、０．０１以上０．２以下となるように選定することが好適である。なお、クラッド用高分子フィルムは、コア用高分子フィルムよりも光透過性が劣っていても利用することができる。
【００２６】
ところで、高分子光導波路の作製にあっては、切削溝にクラッド材料を流し込み、コア部を覆うクラッドを形成する工程の課題としては、クラッド材料の硬化収縮で生じる内部応力によって、作製された光導波路が変形するという問題がある。汎用のダイシング・ブレードを用いる限り、ダイシングソーの切削幅は、高々３００μm程度である。この狭幅の切削溝にクラッド材料を流し込むため、クラッドとする高分子材料は、低粘度であることが要求される。
【００２７】
一般に、樹脂の硬化収縮率は、硬化前の粘度と相反する関係にあり、樹脂の粘度を低くするほど、硬化収縮率は大きくなる。特に、有機溶剤によって希釈され、加熱によって硬化する高分子では顕著である。クラッド用高分子としては、切削溝に流し込むことが可能な粘度であり、光導波路の変形要因となる内部応力を生じないことが重要な要件となる。高分子光導波路フィルムの作製にあたり、切削溝への流し込みが容易であり、且つ、内部応力を生じないという要件の他に、広い温度範囲で特性変化が小さく、フレキシブル性を有することが肝要である。そのクラッド用材料としては、例えばシリコーンオイルあるいはシリコーンゲルなどのシリコーン樹脂を用いることが好適である。
【００２８】
一般に、シリコーンオイルは、耐熱性及び耐寒性に優れ、粘度の温度依存性が小さい。そのため、適切な粘度のオイルを選択すれば、高温で流れ出すこともなく、低温で柔軟性が失われることもない。また、低い表面張力による良好な濡れ性は、切削溝へ適用するうえで、重要な要因となる。シリコーンオイルとしては、種々の粘度が入手可能であるが、切削溝への流し込みが容易であり、流し込んだシリコーンオイルが切削溝から外方へ流れ出さず、切削溝に留まるための粘度としては、１００ｃＰ以上６０００ｃＰ以下であることが好ましく、より好ましくは、５００ｃＰ以上４０００ｃＰ以下であることが有用である。
【００２９】
クラッド用シリコーン樹脂として透明なシリコーンオイルを用いる場合は、塗布されたシリコーンオイルにクラッド機能を持たせることで、硬化収縮に起因する光導波路の変形を防止することができる。合わせて、光導波路の動きに追従し、クラッド用高分子の硬化により柔軟性が損なわれることが回避できる。また、クラッド用材料の硬化工程を省くことができるようになり、高分子光導波路の製造コストを低減することもできる。
【００３０】
クラッド用シリコーン樹脂をシリコーンゲルとすることで、光導波路の使用時に曲げやねじれが繰り返される環境においても、流れ出しを防止することができる。特に、切削溝への流し込みが容易な液状材で塗布した後に硬化させてゲル状材とすれば、シリコーンオイルを使用した場合と比較して、作業性と光導波路の信頼性の向上が可能となる。
【００３１】
なお、本発明においてシリコーンゲルとは、架橋点を通常の架橋高分子に比べて大幅に減らした網目状の構造を有する低架橋密度の架橋構造物で、ＪＩＳ Ｋ−６３０１における硬度が０であり、ＡＳＴＭ Ｄ−１４０３に規定の方法により１／４スケールコーンを使用して測定される針入度が０〜２００の範囲の値を有するシリコーン硬化物を意味する。
【００３２】
シリコーンゲルには、加熱硬化型や紫外線硬化型等があるが、弾性率が非常に低く、硬化時に生じる内部応力が小さいため、本実施の形態では、特に硬化方法の制限はない。シリコーンゲルの硬化前の液状材の粘度としては、硬化前の流れ出しを防ぐために、１００ｃＰ以上であることが望ましい。また、塗布作業性を考慮すると、６０００ｃＰ以下の粘度であることが望ましい。
【００３３】
なお、上記のごとく構成された高分子光導波路フィルム１０の構造及び形状等は、図示例に限定されるものではない。上記各実施の形態によれば、切削溝１３内にシリコーン樹脂を充満させた構成となっているが、例えば切削溝１３の上方を開口する空隙を有するように切削溝１３を形成する側面及び底面にシリコーン樹脂を形成してもよいことは勿論である。また、一本のコアを有する高分子光導波路を例示しているが、図示例に限定されるものではないことは勿論である。コアのアレイ間隔、形状、幅、高さ、配置個数等を通信に使用する光波長や伝送距離等の用途に応じて構成することができる。
【００３４】
（光導波路の製造方法）
以上の構成をもつ第２の実施の形態に係る高分子光導波路フィルム１０は、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、一本のコアを有する高分子光導波路フィルムについて説明するが、二本以上のコアを有する高分子光導波路フィルムをも、当然に包含するものである。また、この製造例では、３層の高分子フィルムによる光導波路について述べるが、コア層とクラッド層の２層からなる高分子フィルムをもって高分子光導波路を作製する場合をも含むものである。
【００３５】
図３は、光導波路１０の製造工程を概念的に示している。図３（ａ）は、３層高分子フィルムを積層する工程を示す概念図、図３（ｂ）は、所望の形状をなすコアを作製する工程を示す概念図であり、図３（ｃ）は、シリコーン樹脂を塗布する工程を示す概念図である。
【００３６】
この光導波路の製造方法によると、ダイシングソーによってコア層の一部を切削することで、断面が矩形をなすコアを得ることができる。光導波路の形状を安定化させることができるようになり、フレキシブル性を維持するとともに、低コスト化を達成する有効な光導波路構造を得ることができる。
【００３７】
ダイシング・ブレード３０を用いた切削によりコア部を形成する光導波路の作製にあたっては、図３（ａ）に示すように、コア層１２と上下部クラッド層１１，１５を両面に有する３層の高分子フィルムを用いることができる。３層高分子フィルムを積層する方法の一例としては、例えば下部クラッド層１１であるクラッド用高分子フィルム上にコア層１２であるコア用高分子と上部クラッド層１５であるクラッド用高分子とをスピンコート法によって順次塗布・硬化させることができる。
【００３８】
３層高分子フィルムを積層する方法の他の一例としては、例えばディッピング法によりコア用高分子フィルムの両面にクラッド用高分子を塗布する方法が挙げられる。３層高分子フィルムを積層する方法の更に他の一例としては、例えば２枚のクラッド用高分子フィルム間にコア用高分子を挟み込んで所望の厚さに調整し、コア用高分子を硬化することでも作製することができる。
【００３９】
３層の高分子フィルムを作製した後、図３（ｂ）に示すように、３層高分子フィルムの上部クラッド層１５及びコア層１２の一部をダイシング・ブレード３０により切削して切削溝１３を形成することで、その切削溝１３の内側を所要のコア形状とする。次に、図３（ｃ）に示すように、切削溝１３内にクラッド用高分子樹脂であるシリコーン樹脂を流し込んで硬化させる。これにより、埋め込み型の高分子光導波路フィルム１０が得られる。なお、コア層とクラッド層の２層からなる高分子フィルムをもって高分子光導波路を作製する場合は、切削によって形成されたコア部の側面と上面を覆うようにクラッド用高分子樹脂で覆う以外は、上記作製方法と同様の手順によって作製することができる。
【００４０】
高分子光導波路の他の製造方法の一例としては、例えば本出願人等が先に提案した特開２００４−２９５０７号公報、特開２００４−８６１４４号公報及び特開２００４−１０９９２７号公報などの製造技術と実質的に同じ製法によって効果的に得ることができる。これらの高分子光導波路の製造方法によれば、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ことができるので、極めて簡便に低コストで光導波路を量産することが可能となる。また、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。更には、従来では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である。
【００４１】
以下に、本発明の更に具体的な実施例について説明する。
【実施例１】
【００４２】
厚さ１００μｍのアートンフィルム（ＪＳＲ社製、屈折率１．５１）上に厚さ５０μｍのアクリル系樹脂層（屈折率１．５７）が形成された２層高分子フィルムを、厚さ１００μｍのブレードを取り付けたダイシングソーを用いて、２層高分子フィルムの最下面より９５±５μｍのブレード高さで、幅５０μｍのコア部が５００μｍピッチで整列するように切削した。
【００４３】
次に、アクリル系樹脂層に形成されたコア部を覆うようにシリコーンゲル（東レ・ダウコーニング社製、ＳＥ１８８０、屈折率１．４０４）を塗布した後、１２０℃の環境下に６０分間放置することで硬化させ、埋め込み型光導波路を作製した。
【００４４】
作製した光導波路を長さ５ｍｍ、幅０．９ｍｍに整形したところ、外観上の反りのない平坦な高分子光導波路フィルムが得られ、曲げ半径５ｍｍ以下の良好な屈曲性を示した。
【実施例２】
【００４５】
厚さ５０μｍのエポキシ系樹脂層（屈折率１．５４）の両面が、厚さ５０μｍのエポキシ系樹脂（屈折率１．４８）で覆われた３層高分子フィルムを、厚さ１００μｍのブレードを取り付けたダイシングソーを用いて、３層高分子フィルムの最下面より４５±５μｍのブレード高さで、幅５０μｍのコア部が５００μｍピッチで整列するように切削した。
【００４６】
次に、形成されたコア部側面を覆うようにシリコーンオイル（屈折率１．４１、粘度３０００ｃＰ）を塗布し、コア側面がシリコーンオイルに覆われたリッジ型光導波路を作製した。
【００４７】
作製した光導波路を長さ５ｍｍ、幅０．９ｍｍに整形したところ、外観上の反りのない平坦な高分子光導波路フィルムが得られ、曲げ半径３ｍｍ以下の良好な屈曲性を示した。
【実施例３】
【００４８】
厚さ５０μｍのポリイミド系樹脂層（屈折率１．５９）の両面が、厚さ２５μｍのポリイミド系樹脂（屈折率１．５４）で覆われた３層高分子フィルムを、厚さ１００μｍのブレードを取り付けたダイシングソーを用いて、３層高分子フィルムの最下面より２０±５μｍのブレード高さで、幅５０μｍのコア部が５００μｍピッチで整列するように切削した。
【００４９】
次に、形成されたコア部側面を覆うようにシリコーンゲル（東レ・ダウコーニング社製、ＳＥ１８８０、屈折率１．４０４）を塗布した後、１２０℃の環境下に６０分間放置することで硬化させ、埋め込み型光導波路を作製した。
【００５０】
作製した光導波路を長さ５ｍｍ、幅０．９ｍｍに整形したところ、外観上反りのない平坦な光導波路フィルムが得られ、曲げ半径３ｍｍ以下の良好な屈曲性を示した。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明における第１の実施の形態である高分子光導波路の一構成例を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明における第２の実施の形態である高分子光導波路の一構成例を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明における光導波路の作製工程を示す概念図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０，２０      高分子光導波路フィルム
１１            下部クラッド層
１２            コア層
１３            切削溝
１４            シリコーン樹脂層
１５            上部クラッド層
３０            ダイシング・ブレード
【図１】
2008046335.tif 000003
【図２】
2008046335.tif 000004
【図３】
2008046335.tif 000005