(57)【要約】      （修正有）【課題】低屈折率でかつ耐折性が高いポリイミドおよび光導波路を提供する事にある。【解決手段】低屈折率であるフッ素化ポリイミドにシリコーンジアミンを共重合させたポリイミドを使用する。（ａ）波長８３０ｎｍにおける屈折率がＴＥモード、ＴＭモードともに１．５５以下、（ｂ）屈曲半径０．３８ｍｍ、荷重５００ｇのＭＩＴ法による折り曲げ回数が１００００回以上であることを特徴とする光学部品用フッ素化ポリイミド、特にポリイミドの合成原料としてシリコーンジアミンをジアミン原料重量の１０重量％以上含む。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）波長８３０ｎｍにおける屈折率がＴＥモード、ＴＭモードともに１．５５以下、（ｂ）屈曲半径０．３８ｍｍ、荷重５００ｇのＭＩＴ法による折り曲げ回数が１００００回以上であることを特徴とする光学部品用フッ素化ポリイミド。
【請求項２】
前記ポリイミドの合成原料として下記式（１）のシリコーンジアミンをジアミン原料重量の１０重量％以上含む請求項１に記載の光学部品用フッ素化ポリイミド。
【化１】
2008064905.tif 000003
ただしｍは１〜２０の整数、ｎは１〜５の整数とする。
【請求項３】
請求項１〜２のいずれか１項に記載のポリイミドを材料として用いた光導波路。
【請求項４】
請求項１〜２のいずれか１項に記載のポリイミドを光導波路のクラッド材料として用いた光導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信分野や光情報処理分野で用いられる光学部品を作製するためのポリイミド、および該樹脂を用いて作製される光学部品および光導波路に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバー技術が一般家庭に導入されるＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ  Ｔｏ  Ｔｈｅ  Ｈｏｍｅ）が現実的になる昨今、光デバイスやインターコネクトに必須の光導波路は大量の需要があると考えられ、高性能かつ低コストの製品が求められている。現在、光導波路としては、石英系光導波路やポリマー系光導波路が知られている。このうち、石英系光導波路は、伝送損失が低いという利点を有する反面、製造工程における加工温度が高いこと、および、大面積のものを作製し難いこと等のプロセス上の問題があった。一方、ポリマー系光導波路は、特性制御性、低コスト性、加工の容易性、可とう性などの観点で優れており、大量消費されるタイプの光導波路材料として有望視されている。光導波路は電気配線フレキシブル基板と混載させて用いられる可能性が高く、その場合はんだリフローに耐えられる耐熱性（約２８０℃）が求められるため、ポリマーの中でもポリイミドが特に光導波路材料として優れており、多くの検討がなされている。例えば特許第２６５７７００号では２,２‐ビス（３，４‐ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン酸二無水物と２，２´‐ビス（トリフルオロメチル）‐４，４´‐ジアミノビフェニルからなる光学材料用ポリイミドが提案されている。また、特許３６７４８７８号のように共重合することにより屈折率を制御したフッ素化ポリイミドを用いた光導波路も提案されている。ところで、これらの光導波路は光を伝搬させるコア部分とコア部分を保護するクラッド部分からなり、クラッド部分はコア部分よりも屈折率が低いことが求められる。したがって光導波路用のクラッド材料としては低屈折率のポリイミドが好ましく、代表的なものとしては２,２‐ビス（３，４‐ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン酸二無水物と２，２´‐ビス（トリフルオロメチル）‐４，４´‐ジアミノビフェニルからなるポリイミドであるＦＬＵＰＩ−０１（ＮＴＴアドバンステクノロジ）などが挙げられる。さらに、近年携帯電話などのモバイル機器の高機能化が飛躍的に進んでおり、こういった製品にも光配線を用いる動きがある（特開２００６−４２３０７）。このようなモバイル機器は折り曲げ可能なタイプであることが多いため先に述べた特性に加え、高い耐折性が要求される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記のような従来技術を鑑みてなされたものであり、低屈折率でかつ耐折性が高いポリイミドを提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
これらの問題を解決するために鋭意検討を行った結果、低屈折率なフッ素化ポリイミド成分にシリコーンジアミン成分を共重合によって導入させることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００５】
すなわち、本発明の第１は、（ａ）波長８３０ｎｍにおける屈折率がＴＥモード、ＴＭモードともに１．５５以下、（ｂ）屈曲半径０．３８ｍｍ、荷重５００ｇのＭＩＴ法による折り曲げ回数が１００００回以上であることを特徴とする光学部品用フッ素化ポリイミドである。
【０００６】
本発明の第２は、前記ポリイミドの合成原料として下記式（１）のシリコーンジアミンをジアミン原料重量の１０重量％以上含む請求項１に記載の光学部品用フッ素化ポリイミドである。
【０００７】
本発明の第３は本発明の第１〜第２のいずれか１項に記載のポリイミドを材料として用いた光導波路である。
【０００８】
本発明の第４は本発明の第１〜第２のいずれか１項に記載のポリイミドを光導波路のクラッド材料として用いた光導波路である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のポリイミドは、低屈折率でかつ耐折性に優れているため光導波路材料として好適に用いることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明におけるフッ素化ポリイミドは酸二無水物とジアミンの重合反応により得られる。ただし、ポリイミド原料の酸二無水物もしくはジアミンのどちらか一方または両方にフッ素を有する必要がある。重合に用いる酸二無水物には以下のようなものが挙げられ、場合に応じて２種類以上用いても良い。ピロメリット酸二無水物、３，３'，４，４'−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、３，３'，４，４'−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，３，３'，４'−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、３，３'，４，４'−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、１，２，５，６−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、４，４'−オキシジフタル酸無水物、３，３'，４，４'−ジメチルジフェニルシランテトラカルボン酸二無水物、３，３'，４，４'−テトラフェニルシランテトラカルボン酸二無水物、１，２，３，４−フランテトラカルボン酸二無水物、４，４'−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルプロパン二無水物、４，４'−ヘキサフルオロイソプロピリデンジフタル酸無水物、ｐ−フェニレンジフタル酸二無水物、９，９−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）フルオレン二無水物、９，９'−ビス［４−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）フェニル］フルオレン二無水物、３，３′，４，４′−ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、２，３，５，６−ピリジンテトラカルボン酸二無水物、３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、４，４′−スルホニルジフタル酸二無水物、パラ−ターフェニル−３，４，３'，４'−テトラカルボン酸二無水物、メタ−ターフェニル−３，３'，４，４'−テトラカルボン酸二無水物、３，３′，４，４′−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、１，３−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン二無水物、１−（２，３−ジカルボキシフェニル）−３−（３，４−ジカルボキシフェニル）−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン二無水物、２，２−ビス―（（３，４−ジカルボキシフェニル）−ヘキサフルオロプロパン二無水物）、（トリフルオロメチル）ピロメリット酸二無水物、ジ（トリフルオロメチル）ピロメリット酸二無水物、ジ（ヘプタフルオロプロピル）ピロメリット酸二無水物、ペンタフルオロエチルピロメリット酸二無水物、ビス｛３，５−ジ（トリフルオロメチル）フェノキシ｝ピロメリット酸二無水物、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物、５，５'−ビス（トリフルオロメチル）−３，３'，４，４'−テトラカルボキシビフェニル二無水物、２，２'，５，５'−テトラキス（トリフルオロメチル）−３，３'，４，４'−テトラカルボキシビフェニル二無水物、５，５'−ビス（トリフルオロメチル）−３，３'，４，４'−テトラカルボキシジフェニルエーテル二無水物、５，５'−ビス（トリフルオロメチル）−３，３'，４，４'−テトラカルボキシベンゾフェノン二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ベンゼン二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝（トリフルオロメチル）ベンゼン二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）（トリフルオロメチル）ベンゼン二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）ビス（トリフルオロメチル）ベンゼン二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）テトラキス（トリフルオロメチル）ベンゼン二無水物、２，２−ビス｛（４−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）フェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ビフェニル二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ビス（トリフルオロメチル）ビフェニル二無水物、ビス｛（トリフルオロメチル）ジカルボキシフェノキシ｝ジフェニルエーテル二無水物、ビス（ジカルボキシフェノキシ）ビス（トリフルオロメチル）ビフェニル二無水物などである。この中でも透明性と低屈折率化を果たす観点から、２，２−ビス―（（３，４−ジカルボキシフェニル）−ヘキサフルオロプロパン二無水物を用いることが特に好ましい。
【００１１】
本発明において重合に用いるジアミンには以下のようなものが挙げられる。場合によっては２種類以上用いても良い。４，４'‐ジアミノジフェニルエーテル、３，４'‐ジアミノジフェニルエーテル、２，２'‐ビス（トリフルオロメチル）‐４，４'‐ジアミノビフェニル、４，４'‐ジアミノジフェニルスルホン、１，５‐（４‐アミノフェノキシ）ペンタン、１，３‐ビス(４‐アミノフェノキシ)‐２，２‐ジメチルプロパン、２，２‐ビス(４‐アミノフェノキシフェニル)プロパン、２，２‐ビス［４‐(４−アミノフェノキシ)フェニル］ヘキサフルオロプロパン、ビス［４‐（４‐アミノフェノキシ）フェニル］スルホンおよびビス［４‐（３‐アミノフェノキシ）フェニル］スルホン、３，３'−ジアミノジフェニルスルホン、３，４'−ジアミノジフェニルスルホン、４，４'−ジアミノジフェニルスルホン、３，３'−ジアミノベンゾフェノン、３，４'−ジアミノベンゾフェノン、４，４'−ジアミノベンゾフェノン、２−（３−アミノフェニル）−２−（４−アミノフェニル）−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン、１，３−ビス（３−アミノベンゾイル）ベンゼン、１，４−ビス（３−アミノベンゾイル）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノベンゾイル）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノベンゾイル）ベンゼン、３，３'−ジアミノ−４−フェノキシベンゾフェノン、４，４'−ジアミノ−５−フェノキシベンゾフェノン、３，４'−ジアミノ−４−フェノキシベンゾフェノン、３，４'−ジアミノ−５−フェノキシベンゾフェノン、２，２−ビス（３−アミノフェノキシ）フェニル〕−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス（４−アミノフェノキシ）フェニル〕−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス〔３−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス〔３−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン、１，４−ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）ベンゾイル〕ベンゼン、１，３−ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）ベンゾイル〕ベンゼン、１，３−ビス（３−アミノ−４−フェノキシベンゾイル）ベンゼン、１，４−ビス（３−アミノ−４−フェノキシベンゾイル）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノ−５−フェノキシベンゾイル）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノ−５−ビフェノキシベンゾイル）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノ−５−ビフェノキシベンゾイル）ベンゼン、１，３−ビス（３−アミノ−４−ビフェノキシベンゾイル）ベンゼン、１，４−ビス（３−アミノ−４−ビフェノキシベンゾイル）ベンゼン、１，３−ビス〔４−（４−アミノ−６−トリフルオロメチルフェノキシ）−α，α−ジメチルベンジル〕ベンゼン、１，３−ビス〔４−（４−アミノ−６−フルオロメチルフェノキシ）−α，α−ジメチルベンジル〕ベンゼン、２，２'−ビス（トリフルオロメチル）−４，４'−��アミノビフェニル、３，３'−ビス（トリフルオロメチル）−４，４'−ジアミノビフェニル、２，２'−ビス（トリフルオロメチル）−４，４'−ジアミノビフェニル等である。
【００１２】
本発明ではジアミン成分の１種としてシリコーンジアミンを用いることによってポリイミドの屈折率が低下し、さらにシリコーン特有の靭性が付与され、耐折性が高くなる。用いるシリコーンジアミンに特に制限は無いが、下記式（１）の構造を有するものが好ましい。また、シリコーンジアミンの使用量としては特に制限は無いが全ジアミン原料のうち１０重量％以上使用することが好ましい。
【００１３】
【化１】
2008064905.tif 000002
本発明の光学部品用ポリイミドは公知の製造方法により製造可能である。すなわち、原料であるテトラカルボン酸二無水物成分、および１種または２種以上のジアミン成分を実質的に等モル量使用し、有機極性溶媒中で重合してポリアミド酸重合体溶液を得る。ポリアミド酸を合成するための好ましい溶媒は、アミド系溶媒すなわちＮ，Ｎ−ジメチルフォルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどであり、Ｎ，Ｎ−ジメチルフォルムアミドが特に好ましく用いられる。反応装置には、温度制御装置を備えていることが好ましい。反応溶液温度としては６０℃以下が好ましく、さらに、４０℃以下であることが反応を効率良くしかも、ポリアミド酸の粘度が上昇しやすいことから好ましい。
【００１４】
次にこのポリアミド酸を必要によりイミド化する。イミド化に関しては、公知の方法である熱キュア法およびケミカルキュア法を用いればよい。本発明におけるポリイミドは前記した溶媒への溶解性が高いため、より容易なケミカルキュア法で得られる。ケミカルキュア法は、ポリアミド酸有機溶媒溶液に、無水酢酸等の酸無水物に代表される化学的転化剤（脱水剤）と、トリエチルアミン、イソキノリン、β−ピコリン、ピリジン等の第三級アミン類等に代表される触媒とを作用させ脱水反応を起こさせる方法である。
【００１５】
得られたポリイミド樹脂溶液は、ポリイミド樹脂の貧溶媒中に投入することで、ポリイミド樹脂を固形粉体状態に抽出することが可能である。この抽出に用いられるポリイミド樹脂の貧溶媒としては、ポリイミド樹脂の貧溶媒であって、ポリアミド酸およびポリイミド樹脂を溶解している溶媒として使用した有機溶剤と混和するものを用いることができる。例えば、水、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、トリエチレングリコール、２−ブタノール、２−ペンタノール、２−ヘキサノール、シクロペンチルアルコール、シクロヘキシルアルコール、フェノール、ｔ−ブチルアルコールなどである。抽出したポリイミド樹脂粉体はアルコール等の貧溶媒中で洗浄する。
【００１６】
洗浄した樹脂の乾燥は、真空乾燥や熱風乾燥で行うとよい。しかし、酸素存在下で乾燥温度を１２０℃以上にすると酸化による着色が起こる場合がある。したがって乾燥は１２０℃以下で行うことが望ましい。真空中や不活性ガス雰囲気でも、１２０℃以下で行うことが望ましい。
【００１７】
上記のようにして得られたポリイミドは、通常溶媒に溶解させ、ワニス状にして使用する。溶媒としては、アミド系溶媒すなわちＮ，Ｎ−ジメチルフォルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどが好ましい。ポリイミド溶液の濃度は、スピンコートに適した濃度、すなわち１０重量％以上６０重量％以下の濃度であることが好ましい。
【００１８】
本発明における屈折率は、プリズムカプラ法により測定され、得られた値である。測定には、プリズムカプラモデル２０１０（メトリコン社製）を使用した。本発明において、波長８３０ｎｍでの屈折率はＴＥモードおよびＴＭモードで１．５５以下であることが好ましい。上限を１．５５とした理由は、先に述べた代表的なクラッド材料である２,２‐ビス（３，４‐ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン酸二無水物と２，２´‐ビス（トリフルオロメチル）‐４，４´‐ジアミノビフェニルの波長８３０ｎｍにおける平均屈折率が１．５５前後と推測され、それに匹敵できる程度の屈折率を求めているためである。（非特許文献１によると本ポリイミドの波長１．３２ｎｍにおける屈折率は１．５４８である。通常ポリイミドの屈折率は短波長になるほど大きくなるため前記のように推測した。）また、下限を設けなかったのは、クラッド材料の屈折率がいくら低くても屈折率の観点からコア材料の選択肢が狭まることは無いためである。
【非特許文献１】躍進するポリイミドの最新動向III  ｐ．２３１  本発明におけるＭＩＴ法による折り曲げ試験はＭＩＴ耐揉疲労試験機（Ｄ型）（東洋精機製）を用いて行われた。フィルムの膜厚は約５０μｍ、屈曲半径は０．３８ｍｍ、屈曲角度は１３５°、屈曲速度は１７５回／分、荷重は５００ｇである。下限を１００００回としたのは、現在一般的にフレキシブル基板用途に用いられているＫａｐｔｏｎ（東レ・デュポン社製）やＡｐｉｃａｌ（カネカ製）などのポリイミドは１００００回以上の耐折性を有しているので光電気混載基板として用いる場合、電気基板用ポリイミドに匹敵できるレベルの耐折性が光導波路にも必要となると考えられるためである。耐折性は高ければ高いほど良いので上限は設けないものとする。
【００１９】
光導波路の作製は、公知な方法を用いて行えばよい。例えば、基板上にクラッド層、上記に説明したポリイミドのワニスを用いたコア層、フォトレジストをそれぞれスピンコート法で塗布した後、ＵＶ露光、反応性イオンエッチングでコア部分のパターニングを行い、さらにその上にクラッド層をスピンコート法で塗布して光導波路を形成する方法がある。他にも電子線（ＥＢ）照射による光導波路形成方法、感光性ポリイミドを用いてコアまたはクラッドを露光によりパターニングする方法などがある。さらには、コア材料を有機溶剤に溶解させ、該溶液をインクジェットにより塗布し、コア部を形成した後、上部クラッド層を形成して光導波路を形成する方法、紫外線硬化してポリマーとなるモノマー溶液へ光ファイバーから紫外線を誘導・照射し、照射部が徐々に伸びてコア部を形成する自己形成法、などがある。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。ただし、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではなく、種々の実施形態の変更が可能である。
（実施例１）
攪拌翼がついた容器に、モレキュラーシーブにて十分に脱水したジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）を４８．０ｇ入れ、２，２−ビス―[４−（４−アミノフェノキシ）フェニル]−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン１０．４ｇ（２０ｍｍｏｌ）を加え、完全に溶解するまで攪拌した。この系を０℃に冷却し、２，２−ビス―（（３，４−ジカルボキシフェニル）−ヘキサフルオロプロパン二無水物１３．３ｇ（３０ｍｍｏｌ）を徐々に加え、完全に溶解させた。次にシリコーンジアミンＫＦ−８０１０（信越シリコーン製）を８．３ｇ（１０ｍｍｏｌ）加えて４時間攪拌し、ポリアミド酸溶液（１）を得た。次に、上記溶液に、触媒であるβピコリンを２．８ｇ（３０ｍｍｏｌ）、脱水剤である無水酢酸を１８．４ｇ（１８０ｍｍｏｌ）添加し、１００℃のオイルバス中で１時間攪拌してポリイミド溶液を得た。得られたポリイミド溶液を大量のイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）中に滴下し、ポリイミドを沈殿析出させた。濾過抽出によって得られたポリイミドはＩＰＡ中で撹拌洗浄させた。再び濾過を行った後、ポリイミドを８０℃、減圧下にて充分に乾燥し、ポリイミド（１）を得た。そのうちの１０ｇをＤＭＦ２０ｇに溶解させてポリイミドワニス（１）を得た。
ポリイミドワニス（１）４ｍＬをガラス基板（４インチ径）上に滴下し、２５００ｒｐｍで２秒スピンコートした後に、８０℃で１０分乾燥させることにより厚み５μｍの薄膜を得た。スピンコートして作製した薄膜の厚みは、前記とは別に酸化膜付シリコン基板上に前記同様の条件で薄膜を作製し、基板を割断して薄膜を剥がしてから、機械的に厚み測定を実施した。波長８３０ｎｍにおける屈折率はプリズムカプラモデル２０１０（メトリコン社製）を使用して測定した。波長８３０ｎｍにおける測定結果はＴＥモードで１．５３９であった。
ＭＩＴ耐折試験はＭＩＴ耐揉疲労試験機（Ｄ型）（東洋精機製）を用いて行った。フィルムはポリイミドワニス（１）４ｍＬをガラス基板（４インチ径）上に滴下し、４５０ｒｐｍで３０秒スピンコートした後に、８０℃で１５分、２５０℃で５分間乾燥させることにより厚み５２μｍの薄膜を得た。試験条件は屈曲半径０．３８ｍｍ、屈曲角度１３５°、屈曲速度１７５回／分、荷重５００ｇであった。その結果１９３５５回を記録した。
（比較例１）
ジアミンとして２，２´‐ビス（トリフルオロメチル）‐４，４´‐ジアミノビフェニルを用いたこと以外は実施例１と同様の方法でポリイミドフィルムを作製した。フィルムの膜厚は屈折率測定用が４μｍ、ＭＩＴ試験用が４８μｍであった。実施例１と同様の方法で評価した結果、波長８３０ｎｍにおける屈折率はＴＥモードで１．５４３、ＭＩＴ耐折試験結果は７０００回であった。