(57)【要約】【課題】損失の少ない樹脂製光導波路を提供する。【解決手段】基板１と、第１の樹脂からなる樹脂製光伝搬部材３と、前記基板１と前記樹脂製光伝搬部材との間に設けられ、前記第１の樹脂と前記第１の樹脂より屈折率の小さい第２の樹脂とが混合された樹脂層５（ベース層）を有することを特徴とする樹脂製光導波路。ベース層である混合紫外線硬化型樹脂５層の屈折率が光伝搬路部である紫外線硬化型樹脂３の屈折率より低くなっているので、臨界角以上の角度で樹脂界面に入射した光は全て反射し、損失は生じない。【選択図】  図１
2007304327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、第１の樹脂からなる樹脂製光伝搬部材と、前記基板と前記樹脂製光伝搬部材との間に設けられ、前記第１の樹脂と前記第１の樹脂より屈折率の小さい第２の樹脂とが混合された樹脂層を有することを特徴とする樹脂製光導波路。
【請求項２】
前記基板が透明であり、前記基板の、前記樹脂製光伝搬部材が設けられた面と反対側の面に、光学素子が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂製光導波路。
【請求項３】
以下の工程を有することを特徴とする樹脂製光導波路の製造方法。
（１）基板の上に第１の樹脂の未硬化物を載置する工程
（２）前記第１の樹脂の未硬化物の上に、前記第１の樹脂より屈折率が大きい第２の樹脂の未硬化物を載置する工程
（３）前記第２の樹脂の未硬化物の上から型を押し付けて、前記基板と前記型との間に、前記第１及び第２の未硬化物を挟み込んで押圧し、前記第２の樹脂の未硬化物を光伝搬路の形に成形すると共に、前記第１及び第２の樹脂の未硬化物の混合樹脂を形成する工程
（４）前記第２の樹脂の未硬化物と、前記第１及び第２の樹脂の未硬化物の混合樹脂を硬化させ、樹脂と前記基板とが接合した成型品を形成する工程
（５）前記成型品から前記型を剥離する工程
【請求項４】
以下の工程を有することを特徴とする樹脂製光導波路の製造方法。
（１）基板の上に第１の樹脂の未硬化物を載置すると共に、型の光伝搬路の形をした凹部に前記第１の樹脂より屈折率が大きい第２の樹脂を充填する工程
（２）前記基板と前記型とを、前記基板の前記第１の樹脂の未硬化物が載置された面が前記型の型面に対面するように重ね合わせて押圧し、前記第２の樹脂の未硬化物を光伝搬路の形に成形すると共に、前記第１及び第２の樹脂の未硬化物の混合樹脂を形成する工程
（３）前記第２の樹脂の未硬化物と、前記第１及び第２の樹脂の未硬化物の混合樹脂を硬化させ、樹脂と前記基板とが接合した成型品を形成する工程
（４）前記成型品から前記型を剥離する工程
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂製光導波路、及び樹脂製光導波路の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
全反射を利用して光信号を伝搬させる光導波路としては、例えば特公平７−２１５６５号公報（特許文献１）に記載されるように、石英を加工したものが広く用いられてきたが、素子の加工にはドライエッチングなど複雑な工程が必要であり、大量にかつ安価に製造することは困難であった。
【０００３】
石英製光導波路に代わる安価な光導波路として、例えば、特開２００２−３２３６３４号公報（特許文献２）、特開２００３−１７２８４１号公報（特許文献３）に記載されるように、屈折率の異なる２種類の樹脂からなる樹脂製光導波路が開発されている。これらの樹脂製光導波路は、ドライエッチングなどによる微細形状加工を必要とする石英製光導波路とは異なり、スタンパーの転写技術により、同じ型から多数の光導波路形状を複製することができるため、製造コストが低いという利点がある。この光導波路では、入射光は２種類の樹脂の界面で全反射しながら光伝搬路内を伝搬する。この時、樹脂界面において全反射が起こる条件は、入射角が（１）式で決まる臨界角θc以上の場合に限られる。
sinθc＝ｎ２／ｎ１  …（１）
【０００４】
ただし、ｎ１、ｎ２はそれぞれ光伝搬路界面を構成する２種類の樹脂の屈折率である（ｎ１＞ｎ２）。臨界角θcより小さな角度で入射する光は、少なくともその一部が界面を透過し、損失となる。そこで、光導波路に光を入射させる際には、光導波路側面にθcより大きい角度で入射させるような工夫が必要である。観点を変えれば、θcが小さい程、（入射角度を気にせず）光導波路内で光を効率良く伝搬できる。θcを小さくするには界面の屈折率差を大きくすることが必要であるが、樹脂同士の界面ではせいぜい大きくても0.2程度の屈折率差を設けるのが現実的であり、これ以上の大きさにする事は樹脂材料の種類が限られるため、事実上不可能であった。
【特許文献１】特公平７−２１５６５号公報
【特許文献２】特開２００２−３２３６３４号公報
【特許文献３】特開２００３−１７２８４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記樹脂製光導波路の問題点を解決するために、図４に示すような断面構造を示す樹脂製光導波路が考えられる。この光導波路は、基板１１の上に樹脂製の光伝搬部材１２を設けたもので、３面が空気と樹脂の界面を持ち、この界面における屈折率差を概ね0.5若しくはそれ以上にすることが容易にできる。光伝搬部材１２の底部は基板１１との界面であり、基板１１を屈折率の低い材料から選択すれば、この界面の屈折率差も比較的大きくすることができる。
【０００６】
この光導波路は、図５に示すような工程で作製される。まず、光学的に透明な基板１１の上に、紫外線硬化型樹脂１２を載置（塗布）する（ａ）。そして、型１３を用意し（ｂ）、基板１１と型１３の間に樹脂１２を挟んで押圧し、型１３の光伝搬路の形をした凹部に紫外線硬化型樹脂１２が入り込んで成形されるようにする（ｃ）。この状態で、透明な基板１１を通して紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂１２を硬化させる（ｄ）。次に、型１３を剥離すると、基板１１の上に、光伝搬路の形をした紫外線硬化型樹脂１２が形成された樹脂製光導波路が形成される（ｅ）。
【０００７】
しかし、この方法で実際に成形した光導波路の断面構造は、実際には図４に示す形状とは異なり、図５（ｅ）に示すような形状になる。すなわち、本来光を伝搬すべき光伝搬路部１２ａの他の部分にも薄く広がったベース層１２ｂが残る。光伝搬路部１２ａを伝搬する光の一部はベース層１２ｂを通して横に漏れてしまうため、この構造の光導波路の損失は大きなものになる。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、損失の少ない樹脂製光導波路、及び、その製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための第１の手段は、基板と、第１の樹脂からなる樹脂製光伝搬部材と、前記基板と前記樹脂製光伝搬部材との間に設けられ、前記第１の樹脂と前記第１の樹脂より屈折率の小さい第２の樹脂とが混合された樹脂層を有することを特徴とする樹脂製光導波路である。
【００１０】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記基板が透明であり、前記基板の、前記樹脂製光伝搬部材が設けられた面と反対側の面に、光学素子が設けられていることを特徴とする樹脂製光導波路である。
【００１１】
前記課題を解決するための第３の手段は、以下の工程を有することを特徴とする樹脂製光導波路の製造方法である。
【００１２】
（１）基板の上に第１の樹脂の未硬化物を載置する工程
（２）前記第１の樹脂の未硬化物の上に、前記第１の樹脂より屈折率が大きい第２の樹脂の未硬化物を載置する工程
（３）前記第２の樹脂の未硬化物の上から型を押し付けて、前記基板と前記型との間に、前記第１及び第２の未硬化物を挟み込んで押圧し、前記第２の樹脂の未硬化物を光伝搬路の形に成形すると共に、前記第１及び第２の樹脂の未硬化物の混合樹脂を形成する工程
（４）前記第２の樹脂の未硬化物と、前記第１及び第２の樹脂の未硬化物の混合樹脂を硬化させ、樹脂と前記基板とが接合した成型品を形成する工程
（５）前記成型品から前記型を剥離する工程
前記課題を解決するための第４の手段は、以下の工程を有することを特徴とする樹脂製光導波路の製造方法である。
【００１３】
（１）基板の上に第１の樹脂の未硬化物を載置すると共に、型の光伝搬路の形をした凹部に前記第１の樹脂より屈折率が大きい第２の樹脂を充填する工程
（２）前記基板と前記型とを、前記基板の前記第１の樹脂の未硬化物が載置された面が前記型の型面に対面するように重ね合わせて押圧し、前記第２の樹脂の未硬化物を光伝搬路の形に成形すると共に、前記第１及び第２の樹脂の未硬化物の混合樹脂物を形成する工程
（３）前記第２の樹脂の未硬化物と、前記第１及び第２の樹脂の未硬化物の混合樹脂を硬化させ、樹脂と前記基板とが接合した成型品を形成する工程
（４）前記成型品から前記型を剥離する工程
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、損失の少ない樹脂製光導波路、及び、その製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態である樹脂製光導波路の製造方法と、完成した樹脂製光導波路を示す図である。まず、光学的に透明な基板１の上に、紫外線硬化型樹脂２を載置（塗布）する（ａ）。基板１上に概ね均一の厚さになる様に紫外線硬化型樹脂２を塗布しておくことが好ましいが、これはスピンコート又はディップコートにより可能となる。なお、紫外線硬化型樹脂２の接着性が悪く、基板１との密着性を向上させる必要がある場合には、例えばシランカップリング処理などの前処理が有効である。なお、これらは他の実施の形態においても同じである。続いて、紫外線硬化型樹脂２の上に、この紫外線硬化型樹脂２よりも屈折率の高い紫外線硬化型樹脂３を載置（塗布）する。そして、型４を用意し（ｂ）、基板１と型４の間に紫外線硬化型樹脂２と屈折率の高い紫外線硬化型樹脂３を挟んで押圧し、型４の光伝搬路の形をした凹部に紫外線硬化型樹脂３が入り込んで成形されるようにする（ｃ）。この際、泡欠陥の発生を防止するには、この工程を減圧下で行うことも有効であり、このことは他の実施の形態においても同様である。
【００１６】
そしてこのまま適当な時間放置すると、型４の凹部以外の場所（ベース層）では、紫外線硬化型樹脂２と紫外線硬化型樹脂３とが拡散により混合し、混合紫外線硬化型樹脂５が形成される（ｄ）。混合紫外線硬化型樹脂５の屈折率は、紫外線硬化型樹脂２の屈折率と紫外線硬化型樹脂３の屈折率の中間にあり、両者の混合比による屈折率の加重平均に近くなると考えられる。なお、型４の凹部では、ベース層との界面付近で屈折率が徐々に変化したものとなるが、界面よりある程度中に入ると紫外線硬化型樹脂２が拡散しないので、紫外線硬化型樹脂３のみからなるようになる。
【００１７】
この状態で、透明な基板１を通して紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂３と混合紫外線硬化型樹脂５を硬化させる（ｅ）。硬化前には、ベース層の部分では２種類の樹脂が充分に混合していることが重要である。樹脂同士の相溶性が充分高い場合には、極薄いベース層では両者が接触後短時間で均一に混合することが期待できるが、相溶性が不十分な樹脂の組み合わせとなる場合などには、混合を促進させるために、加熱や超音波照射を行ってから硬化させることも有効である。このことも、他の実施の形態においても同様である。次に、型４を剥離すると、基板１の上に、混合紫外線硬化型樹脂５層（ベース層）が形成され、その上に光伝搬路の形をした紫外線硬化型樹脂３が形成された樹脂製光導波路が形成される（ｆ）。
【００１８】
図５（ｅ）に示されるような、従来の製法で作製した樹脂性光導波路ではベース層１２ｂと光伝搬路部１２ａが同じ屈折率の樹脂から成るので、ベース層１２付近で光が反射する度に光の一部がベース層１２に入射して光伝搬路外に漏れ出し、損失となる。特に光路の長い光導波路において、ベース層１２による損失の影響は顕著となる。これに対して、図１に示されるような本発明の実施の形態で作製した樹脂製光導波路は、ベース層である混合紫外線硬化型樹脂５層の屈折率が光伝搬路部である紫外線硬化型樹脂３の屈折率より低くなっているので、（１）式に示す臨界角以上の角度で樹脂界面に入射した光は全て反射し、損失は生じない。このように、この実施の形態では生産性の高い樹脂成形法を用いながら損失の少ない樹脂製光導波路を製造することが可能になる。この実施の形態は、前記課題を解決するための第３の手段である樹脂製光導波路の製造方法に対応する。
【００１９】
図２は、本発明の第２の実施の形態である樹脂製光導波路の製造方法と、完成した樹脂製光導波路を示す図である。まず、基板１の上に、紫外線硬化型樹脂２を載置（塗布）すると共に、型４の光伝搬路の形をした凹部に紫外線硬化型樹脂３を充填する。この際、紫外線硬化型樹脂２の屈折率よりも紫外線硬化型樹脂３の屈折率の方を大きくしておく（ａ）。続いて、基板１と型４とを、基板１の紫外線硬化型樹脂２が載置された面が型４の型面（凹部が設けられた面）に対面するように重ね合わせて押圧し、紫外線硬化型樹脂３を光伝搬路の形に成形する（ｂ）。
【００２０】
そしてこのまま適当な時間放置すると、型４の凹部に対応する場所では、紫外線硬化型樹脂２と紫外線硬化型樹脂３とが拡散により混合し、混合紫外線硬化型樹脂５が形成される（ｄ）。混合紫外線硬化型樹脂５の屈折率は、紫外線硬化型樹脂２の屈折率と紫外線硬化型樹脂３の屈折率の中間にあり、両者の混合比による屈折率の加重平均に近くなると考えられる。なお、型４の凹部では混合紫外線硬化型樹脂５との界面付近で屈折率が徐々に変化したものとなるが、界面よりある程度中に入ると紫外線硬化型樹脂２が拡散しないので、紫外線硬化型樹脂３のみからなるようになる。型４の凹部に対応する場所以外の場所では、紫外線硬化型樹脂２がそのままの形で残る。
【００２１】
この状態で、透明な基板１を通して紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂２と紫外線硬化型樹脂３と混合紫外線硬化型樹脂５を硬化させる（ｄ）。次に、型４を剥離すると、基板１の上に、混合紫外線硬化型樹脂５層が形成され、その上に光伝搬路の形をした紫外線硬化型樹脂３が形成された樹脂製光導波路が形成される（ｅ）。
【００２２】
この樹脂製光導波路でも、混合紫外線硬化型樹脂５層の屈折率が光伝搬路部である紫外線硬化型樹脂３の屈折率より低くなっているので、（１）式に示す臨界角以上の角度で樹脂界面に入射した光は全て反射し、損失は生じない。このように、この実施の形態では生産性の高い樹脂成形法を用いながら損失の少ない樹脂製光導波路を製造することが可能になる。
【００２３】
図３は、本発明の第３の実施の形態である樹脂製光導波路の製造方法と、完成した樹脂製光導波路を示す図である。まず、基板１の上に、紫外線硬化型樹脂２を載置（塗布）すると共に、型４の光伝搬路の形をした凹部に紫外線硬化型樹脂３を充填する。この際、紫外線硬化型樹脂２の屈折率よりも紫外線硬化型樹脂３の屈折率の方を大きくしておく。第２の実施の形態と異なるのは、紫外線硬化型樹脂３が型４の凹部より溢れ、型４の凹部に対応する面以外にも塗布されていることである（ａ）。続いて、基板１と型４とを、基板１の紫外線硬化型樹脂２が載置された面が型４の型面（凹部が設けられた面）に対面するように重ね合わせて押圧し、紫外線硬化型樹脂３を光伝搬路の形に成形する（ｂ）。
【００２４】
そしてこのまま適当な時間放置すると、型４の凹部以外の場所（ベース層）では、紫外線硬化型樹脂２と紫外線硬化型樹脂３とが拡散により混合し、混合紫外線硬化型樹脂５が形成される（ｃ）。混合紫外線硬化型樹脂５の屈折率は、紫外線硬化型樹脂２の屈折率と紫外線硬化型樹脂３の屈折率の中間にあり、両者の混合比による屈折率の加重平均に近くなると考えられる。なお、型４の凹部では、混合紫外線硬化型樹脂５との界面付近で屈折率が徐々に変化したものとなるが、界面よりある程度中に入ると紫外線硬化型樹脂２が拡散しないので、紫外線硬化型樹脂３のみからなるようになる（ｃ）。
【００２５】
この状態で、透明な基板１を通して紫外線を照射し、紫外線硬化型樹脂３と混合紫外線硬化型樹脂５を硬化させる（ｄ）。次に、型４を剥離すると、基板１の上に、混合紫外線硬化型樹脂５層（ベース層）が形成され、その上に光伝搬路の形をした紫外線硬化型樹脂３が形成された樹脂製光導波路が形成される（ｅ）。このようにして形成される樹脂製光導波路は、第１の実施の形態により製造されるものとほぼ同じとなる。第２の実施の形態、第３の実施の形態は、前記課題を解決するための第４の手段である樹脂製光導波路の製造方法に対応する。
【００２６】
いずれの実施の形態においても、紫外線硬化型樹脂３として屈折率1.6の紫外線硬化型樹脂、紫外線硬化型樹脂２として、屈折率1.4の紫外線硬化型樹脂を使った場合は、ベース樹脂層の屈折率は、約1.5になるため高屈樹樹脂層とベース層の臨界角は約70°となる。これは、空気層と高屈樹脂の臨界（この場合約40°）に比べて大きくなるが、光伝搬路の部分とベース層の屈折率が異なるので独立した光導波路になる。高屈樹脂層とベース樹脂層の臨界角は大きくなってしまうが、高屈樹脂層の、ベース層と接する面以外の全ての面（例えば、直方体の場合は５面）は、空気と接するので、臨界角は小さくなり、光伝搬路の周りを樹脂で覆った場合に比べて損失は遥かに小さく、最終的な光導波路全体の損失は小さくなる。
【００２７】
又、以上説明したいずれの実施の形態においても、樹脂として紫外線硬化型樹脂を使用したが、エネルギー硬化型樹脂であれば、例えば熱硬化型樹脂のようなものを使用することができる。このような樹脂は、低屈折率を有する樹脂として、フッ素（メタ）アクリル樹脂（例えば、１，４−ジ（メタ）アクリロイルオキシ−２，２，３，３，−テトラフルオロブタン、１，６−ジ（メタ）アクリロイルオキシ−３，３，４，４−テトラフルオロヘキサン、１，６−ジ（メタ）アクリロイルオキシ−２，２，３，３，４，４，５，５−オクタフルオロヘキサンなど）、エポキシ樹脂（例えば、グリシジルエチルエーテル、２，２’‐（オキシビスメチレン）ビスオキシランなど）を用いることができる。
【００２８】
また、高屈折率を有する樹脂として、（メタ）アクリル樹脂（例えば、９，９−ビス［４−（２−アクリロイルオキシエトキシ）フェニル］フルオレン、ビス（４−メタクリロイルチオフェニル）スルフィド、ビス（４−ビニルチオフェニル）スルフィドなど）、脂環式エポキシ樹脂（例えば、3、4-エポキシシクロヘキセニルメチル−3'、4'−エポキシシクロヘキセンカルボキシレートなど）を用いることができる。
【００２９】
本発明の樹脂性光導波路はベース樹脂層と光伝搬路部の界面で全反射が起こるので、基板１の屈折率に特別な制約は無く、石英、ＢＫ７などのガラス基板や、ポリカーボネート、アクリルなどの樹脂製基板など幅広い材料から選択が可能である。なお、以上説明したいずれの実施の形態においても、樹脂を硬化させるために基板１を通して紫外線を照射している。この製法の場合には基板１が紫外線を通す必要があるが、紫外線透過性の型４を用いて型４側から紫外線を照射する場合や、熱硬化型樹脂を用いる場合には、この制約も無くなるので、基板の選択肢は多岐に亘ると言える。
【００３０】
なお、以上の実施の形態においては、基板１の片面に光伝搬路を形成しているが、光伝搬路が形成されている面と反対の面にマイクロレンズやプリズムなどを成形し、基板１を通して、光伝搬路に光の入出力を行うことも可能である。
【実施例】
【００３１】
（実施例１）
図１に示す方法により樹脂製光導波路を製造した。樹脂は、低屈折率樹脂として１，６−ジ（メタ）アクリロイルオキシ−２，２，３，３，４，４，５，５−オクタフルオロヘキサン（未硬化で屈折率1.39）、高屈折率樹脂として９，９−ビス［４−（２−アクリロイルオキシエトキシ）フェニル］フルオレン（未硬化で屈折率1.60）を使った。なお、それぞれに光重合開始剤としてイルガキュア１８４（チバスペシャルティーケミカルズ）を0.5wt％添加した。厚さ1.1ｍｍのシランカップリング処理したガラス板に低屈折率樹脂をスピンコートし、樹脂の厚さを約10μmになるように均一に塗布した。次に、低屈折率樹脂を薄く塗布したガラス板の上に高屈折率樹脂を塗布し、光伝搬路のパターンを有する深さ30μm、幅40μm、長さ20ｍｍの溝がある金型を張り合わせ、１ｋｇ重の加圧を１時間行った。この間に、低屈折率樹脂と高屈折率樹脂が厚さ10μm程度のところで混ざり合い、低屈折率樹脂と高屈折率樹脂とが重なったベース層は、ほとんどなくなった。この後、ガラス基板側から積算で10000mJになるようにＵＶ照射を行い硬化させ、離型した。
【００３２】
（実施例２）
図１に示す方法により樹脂製光導波路を製造した。低屈折率樹脂としてグリシジルエチルエーテル、高屈折率樹脂としてエピコート８１５（ジャパン エポキシ レジン株式会社製）を使った。なお、それぞれ光重合開始剤としてイルガキュア２５０（チバスペシャルティーケミカルズ）を３wt％添加した。厚さ0.5ｍｍのシランカップリング処理した石英に低屈折率樹脂をスピンコートし樹脂の厚さを10μｍになるように均一に塗布した。次に、低屈折率樹脂を薄く塗布した石英の上に高屈折率樹脂を塗布し、光伝搬路のパターンを有する深さ４0μm、幅40μm、長さ50ｍｍの溝がある金型を張り合わせ、１ｋｇ重の加圧を30分間行った。この間に、低屈折率樹脂と高屈折率樹脂が厚さ10μm程度のところで混ざり合い、低屈折率樹脂と高屈折率樹脂とが重なったベース層は、ほとんどなくなった。この後、ガラス基板側から積算で15000mJになるようにＵＶ照射を行い硬化させ、離型した。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施の形態である樹脂製光導波路の製造方法と、完成した樹脂製光導波路を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態である樹脂製光導波路の製造方法と、完成した樹脂製光導波路を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態である樹脂製光導波路の製造方法と、完成した樹脂製光導波路を示す図である。
【図４】従来の樹脂製光導波路の断面構造を示す図である。
【図５】従来の光導波路の製造方法の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…基板、２…紫外線硬化型樹脂、３…紫外線硬化型樹脂、４…型、５…混合紫外線硬化型樹脂
【図１】
2007304327.tif 000003
【図２】
2007304327.tif 000004
【図３】
2007304327.tif 000005
【図４】
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【図５】
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