(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エステル部分に炭素数５〜２２の脂環式炭化水素基を有する（メタ）アクリル酸エステル１５〜９５重量部、化１〔一般式（Ｉ）〕で表されるアルキレンオキサイド基を有する単量体５〜８０重量部、これらと共重合可能で沸点が１８０℃以上のビニル系単量体０〜８５重量部を、全体が１００重量部になるように配合してなる重合性単量体(但し、沸点が１８０℃未満のビニル系単量体は含まない)に、該重合性単量体１００重量部に対して重合開始剤０．０１〜１０重量部を配合してなる光学接着剤。
【化１】
Ｒ1-Ｏ-（Ｒ2Ｏ）n−Ｒ3 （Ｉ）
〔ただし、一般式（Ｉ）において、Ｒ1及びＲ3はそれぞれ独立にアクリロイル基またはメタクリロイル基であり、Ｒ2は炭素数１〜５であるアルキレン基であり、ｎは９〜５０の整数である〕。
【請求項２】
重合開始剤が光重合開始剤である請求項１記載の光学接着剤。
【請求項３】
有機シラン化合物を含む請求項１または２記載の光学接着剤。
【請求項４】
水酸基含有ビニル化合物を含む請求項１、２または３記載の光学接着剤。
【請求項５】
エステル部分に炭素数５〜２２の脂環式炭化水素基を有する（メタ）アクリル酸エステルが、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレート、ノルボルニル（メタ）アクリレート、ノルボルニルメチル（メタ）アクリレート及びトリシクロ［５．２．１．０2,6］デカ−８−イル（メタ）アクリレートからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の化合物である請求項１、２、３または４記載の光学接着剤。
【請求項６】
請求項１、２、３、４または５記載の光学接着剤を用いた光学部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学部品の接着に好適な、耐熱性の高い光学接着剤及びこの光学接着剤を用いた光学部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システム、光伝送技術の発達に伴い種々の光デバイスが開発されている。例えば、特開平８ー１９００２６号公報及び特開平９ー１０５８２４号公報には、平面基板上に形成された光導波路に光学フィルタを挿入した形態の平面導波路型光送受信モジュールについての記載がある。このような光デバイスに用いられる光ファイバ、光導波路、レンズ、プリズム、光学フィルタなどの光学部品の接着に適する光学接着剤への要求が高まっている。
【０００３】
光デバイスには受発光素子などの半導体素子が使用されている。これらの半導体素子の固定・配線方法として、一般にはんだ付けなどの高温工程が採用されている。また、光通信の設備は様々な環境で使用されるため、光デバイスの特性としては、温度などの環境の変化に対する信頼性が最も重視される。したがって、光デバイスの製造に用いられる光学接着剤には、透明性、接着性とともに耐熱性が要求される。
【０００４】
これまで光学接着剤として、エポキシ系、アクリル系、シリコン系など種々の材料が用いられてきた。例えば、特開平６−７３３５８号公報及び特開平６−７３３５９号公報では、フッ素含有エポキシ系化合物を使用することにより、石英ガラスと同じ屈折率を有し精密接着が可能な接着剤が提案されている。このように、従来の光学接着剤は屈折率整合、精密接着を重視したものが多く、耐熱性を重視したものはなく、これらの接着剤を使用した場合、光デバイスの製造工程中、あるいは高温環境試験中に、接着層が発泡あるいは剥離して光信号の伝送損失が低下してしまう問題があった。
【０００５】
光導波路型光学部品の高温・高湿下での特性を長期にわたって保護する方法として、特開平７−２７９４６号公報には、光導波路基板と光ファイバを接着した後に接着剤表面をＳｉＯ2膜で被覆する方法が提案されている。この方法は、接着層を保護する方法としては効果が高いものの、接着した後にＳｉＯ2膜を形成する工程が必要になるため、生産性が低下するため、接着剤そのものに耐熱性を持たせることが強く望まれている。
【０００６】
また、特開平７−１４０３４８号公報には、光導波路素子あるいは光ファイバの接触面の少なくとも１カ所にシランカップリング処理を施した後、接着固定する方法が提案されている。しかし、この方法もシランカップリング処理の工程が必要で、生産性が低下するため、やはり接着剤そのものに耐熱性を持たせることが望まれている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、これまでは光学的に透明であり、かつ接着性、耐熱性に優れた光学接着剤がなく、信頼性の高い光学部品を作製することが困難であった。
【０００８】
本発明の目的は、信頼性の高い光学部品を製造するために必要な、透明性、接着性及び耐熱性に優れた光学接着剤及びこの接着剤を用いた信頼性の高い光学部品を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エステル部分に炭素数５〜２２の脂環式炭化水素基を有する（メタ）アクリル酸エステル１５〜９５重量部、化２〔一般式（Ｉ）〕で表されるアルキレンオキサイド基を有する単量体５〜８０重量部、これらと共重合可能で沸点が１８０℃以上のビニル系単量体０〜８５重量部を、全体が１００重量部になるように配合してなる重合性単量体に、重合開始剤を配合してなる光学接着剤及びこれを用いた光学部品に関する。
【化２】
Ｒ1-Ｏ-（Ｒ2Ｏ）n−Ｒ3         （Ｉ）
〔ただし、一般式（Ｉ）において、Ｒ1及びＲ3はそれぞれ独立にアクリロイル基またはメタクリロイル基であり、Ｒ2は炭素数１〜５であるアルキレン基であり、ｎは９〜５０の整数である〕。
【００１０】
本発明においては、重合開始剤が光重合開始剤である光学接着剤であることが好ましい。また本発明においては、有機シラン化合物及び水酸基含有ビニル化合物を含む光学接着剤であることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の光学接着剤は、エステル部分に炭素数５〜２２の脂環式炭化水素基を有する（メタ）アクリル酸エステルを含有しているため、エステル部分に直鎖状あるいは分枝状炭化水素基を有する（メタ）アクリル酸エステルを使用した場合と比較して耐熱性に優れる。
【００１２】
エステル部分に炭素数５〜２２の脂環式炭化水素基を有する（メタ）アクリル酸エステルのうち単官能性のものとしては、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、シクロデシル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレート、ノルボルニル（メタ）アクリレート、ノルボルニルメチル（メタ）アクリレート、ジシクロペンタジエニル（メタ）アクリレート、ジシクロペンタジエニルオキシエチル（メタ）アクリレート、トリシクロ［５．２．１．０2,6］デカ−８−イル（メタ）アクリレートなどが挙げられ、これらは１種でまたは２種以上を組み合わせて使用されることが好ましい。
【００１３】
エステル部分に炭素数５〜２２の脂環式炭化水素基を有する（メタ）アクリル酸エステルのうち多官能性のものとしては、シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノールなどの脂環式多価アルコールの（メタ）アクリル酸エステルが挙げられ、これらは１種でまたは２種以上を組み合わせて使用される。
【００１４】
エステル部分に炭素数５〜２２の脂環式炭化水素基を有する（メタ）アクリル酸エステルの使用量は、全重合性単量体１００重量部に対して１５〜９５重量部である。１５重量部未満では、耐熱性が低下し、接着層の発泡や被着体の位置ずれが起こりやすい。９５重量部を越えると、硬化した接着層がもろくなり、接着層の割れ、剥離が生じやすい。
【００１５】
本発明の光学接着剤は、化３〔一般式（Ｉ）〕で表されるアルキレンオキサイド基を含有する単量体を使用しているため、硬化後の接着層が適度な柔軟性を持つ。そのため、温度変化などの環境変化による接着層の割れ、剥離が発生しなくなる。
【化３】
Ｒ1-Ｏ-（Ｒ2Ｏ）n−Ｒ3         （Ｉ）
〔ただし、一般式（Ｉ）において、Ｒ1及びＲ3はそれぞれ独立にアクリロイル基またはメタクリロイル基であり、Ｒ2は炭素数１〜５であるアルキレン基であり、ｎは９〜５０の整数である〕。
【００１６】
一般式（Ｉ）で表されるアルキレンオキサイド基を有する単量体において、ｎは９〜５０の整数であり、好ましくは９〜２０の整数である。ｎが８以下の場合、硬化後の接着層の柔軟性が低くなり、またｎが５０を越えると、透明性、耐熱性が低下する。
【００１７】
一般式（Ｉ）で表されるアルキレンオキサイド基を有する単量体としては、ノナエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、デカエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ドデカエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、テトラデカエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、オクタデカエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ノナプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、デカプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ドデカプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、テトラデカプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、オクタデカプロピレングリコールジ（メタ）アクリレートなどが挙げられ、これらは１種でまたは２種以上を組み合わせて使用される。
【００１８】
一般式（Ｉ）で表されるアルキレンオキサイド基を有する単量体の使用量は、全単量体１００重量部に対して５〜８０重量部であり、好ましくは１０〜４０重量部である。５重量部未満では、硬化した接着層がもろくなり、接着層の割れ、剥離が生じやすく、また８０重量部を越えると耐熱性が低下する。
【００１９】
本発明の光学接着剤においては、粘度調整、接着性向上、屈折率調整などの目的で、他の共重合可能な単量体を添加することができる。この単量体に沸点が１８０℃未満のものを用いた場合、光学部品を製造するときの高温工程などの高温環境下で未反応の単量体成分が揮発する。これによって、接着層が発泡あるいは剥離して、接着層中を通過する光信号の伝送損失が低下してしまう。したがって、本発明の光学接着剤に使用する単量体成分は沸点が１８０℃以上とされる。
【００２０】
本発明において、上記の単量体と共重合可能な沸点が１８０℃以上のビニル系単量体のうち単官能性単量体の具体例としては、ｎ−ヘキシル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレートなどの（メタ）アクリル酸エステル、ｔｅｒｔ−ブチルスチレンなどの芳香族ビニル化合物、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミドなどのマレイミド類、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、４−ヒドロキシブチル（メタ）アクリレートなどの水酸基含有ビニル化合物、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランなどのアルコキシシリル基含有ビニル化合物、（メタ）アクリル酸、マレイン酸、こはく酸などの不飽和カルボン酸などが挙げられ、これらは１種でまたは２種以上を組み合わせて使用される。
【００２１】
本発明において、上記の単量体と共重合可能な沸点１８０℃以上のビニル系単量体のうち多官能性単量体の具体例としては、１，６−ヘキサンジオール，ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどの多価アルコールの（メタ）アクリル酸エステル、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートなどのポリイソシアネート化合物とヒドロキシル基含有ビニル化合物の付加反応物、２，２−ビス（（メタ）アクリロキシエトキシフェニル）プロパンなどのビスフェノール化合物誘導体が挙げられ、これらは１種でまたは２種以上を組み合わせて使用される。
【００２２】
上記の単量体と共重合可能な沸点１８０℃以上のビニル系単量体の使用量は、全単量体１００重量部に対して０〜８５重量部であり、好ましくは５〜２０重量部である。このビニル系単量体の使用量が８５重量部を越えると耐熱性及び接着層の柔軟性が不足し、接着層の発泡、割れ、剥離、被着体の位置ずれが生じやすい。
【００２３】
本発明の光学用接着剤に用いる重合開始剤としては、一般にビニル系単量体の重合に用いられるものを使用できる。重合開始剤には大きく分けて、ラジカル重合開始剤、カチオン重合開始剤及びアニオン重合開始剤があるが、光学用接着剤に用いる重合開始剤としては、硬化速度の点からラジカル重合開始剤が好ましい。
【００２４】
上記のラジカル重合開始剤としては、（ａ）過酸化ベンゾイル、クメンヒドロパーオキサイド等の過酸化物、アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ化合物などの熱重合開始剤、（ｂ）ベンゾインメチルエーテルなどのベンゾインエーテル、ベンゾフェノン、チオキサントン等の芳香族ケトン、２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン、ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン等の光重合開始剤が挙げられる。これらの重合開始剤の中でも、硬化速度が速く常温硬化が可能であることから、光重合開始剤を用いることがより好ましい。これらの重合開始剤は２種以上を併用しても良く、硬化速度を向上するため、助触媒、増感剤を添加しても良い。
【００２５】
重合開始剤は、全単量体１００重量部に対して０．０１〜１０重量部の範囲で使用するのが好ましく、硬化時間や得られる硬化物の耐熱性などを考慮すると、０．１〜５重量部使用するのがより好ましい。０．０１重量部未満では、硬化が不十分になり、高温下で接着層の発泡を招く傾向があり、また１０重量部を超えると、接着性、耐熱性などの性能が低下する傾向がある。
【００２６】
光学用接着剤に有機シラン化合物を添加することは、石英、ガラスなどの光学材料に対する接着性向上の効果を得る上で好ましい。有機シラン化合物の具体例としては、前記アルコキシシリル基含有ビニル化合物の他に、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシランなどのエポキシシラン、フェニルトリメトキシシランなどが挙げられる。
【００２７】
光学用接着剤に水酸基含有ビニル化合物を添加することは、石英、ガラスなどの光学材料に対する濡れ性向上の効果を得る上で好ましい。被着材に対する濡れ性向上によって、狭い隙間に接着剤が入り込みやすくなり、接着性が向上する。水酸基含有ビニル化合物の具体例としては、前記した２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、４−ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールモノ（メタ）アクリレートなどが挙げられる。
【００２８】
本発明における光学接着剤は、重合収縮率を低減する目的で、例えば重合反応性オリゴマー、エポキシ（メタ）アクリレート樹脂、ウレタン（メタ）アクリレート樹脂、ブタジエン（メタ）アクリレート樹脂などの（メタ）アクリレート変性樹脂、無機フィラーなどを含有していても良い。また、本発明における光学接着剤は、劣化防止、熱的安定性などの観点から、ホスファイト系、フェノール系、チオエーテル系などの酸化防止剤、帯電防止剤などを添加してもよい。
【００２９】
本発明における光学部品は、上記光学接着剤を使用して作られるものである。上記光学接着剤は耐熱性に優れるため、光学部品製造中の高温工程や光学部品使用時の温度変化による硬化後の接着層の発泡、剥離、割れが無い。したがって、本発明の光学部品は環境変化による損失の変動が少なく、環境信頼性に優れる。また、上記光学接着剤は透明性に優れるため、接着層が光路途中に存在する形態の光学部品においても光の損失を増加させない。
【００３０】
本発明における光学部品の形態としては、光導波路型光学部品、光ファイバ型光学部品、光学フィルタなどの積層構造体、複合レンズ、光学シート及びこれらを組み合わせたものが挙げられる。特に、受光素子、発光素子などの光半導体素子や他の光学要素を組み合わせてなる光導波路型光学部品の場合、製造時に半導体素子の固定、あるいは配線などの高温工程が必要なため、本発明の光学接着剤を使用することによって、製造時の損失の変動を抑えることができる。
【００３１】
光導波路型光学部品の具体例としては、光スイッチ、光変調器、光結合器、光増幅器、光偏向器、光送受信モジュールなどの光電気混載マルチチップモジュールが挙げられる。
【００３２】
光学部品における光学接着剤の使用方法の例としては、光学要素同士を貼り合わせる、光路中に挿入した光学フィルタを固定する、光学要素を被覆するなどが挙げられる。また、光学要素をコネクタ、基板などに固定するような、光が接着層を通過しない形態での使用にも適する。ここで光学要素とは、光ファイバ、光導波路、光学フィルタ、レンズ、ミラー、プリズムなどのほか、レーザーダイオード、フォトダイオードなどの受発光素子、光スイッチング素子、光変調素子も含むものである。
【００３３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらにより制限されるものではない。
【００３４】
実施例１〜３及び比較例１〜５
Ｙ分岐型光導波路の分岐点に溝を切り、光学フィルタを挿入する。この溝に、表１に示した配合の光学接着剤を流し込み、紫外線（１０ｍＷ／ｃｍ2）を１分間照射して接着した。図１は光学フィルタ２を挿入し、光学接着剤３で接着した後の平面導波路１の概略図である。この光導波路について、紫外線照射直後、耐熱試験後の接着層の状態を実体顕微鏡により観察した。また、高温高湿試験、ヒートサイクル試験を行った後の伝送損失の変化を測定した。なお、耐熱試験、高温高湿試験、ヒートサイクル試験、伝送損失の測定の方法は以下の通りである。
耐熱試験：光導波路を２５０℃のホットプレート上に１０秒間放置した。
高温高湿試験：光導波路を８５℃、９５％ＲＨの高温高湿雰囲気下に５０００時間放置した。
ヒートサイクル試験：光導波路を７０℃で３０分放置した後、−４０℃まで冷却し３０分放置した後、再び７０℃まで昇温した。このサイクルを５００回繰り返した。
伝送損失の測定：光導波路に光ファイバを結合し、波長１．３μｍのレーザー光を通過させて、このときの入射光と出射光の強度を測定して伝送損失を求めた（単位：ｄＢ）。
【００３５】
【表１】
0003879109.tif 000002
表１において、
ＴＣＤＭＡ：トリシクロ［５．２．１．０２，６］デカ−８−イル（メタ）アクリレート（製品名：ＦＡ−５１３Ｍ、日立化成工業社製）
ＢｕＡ：ブチルアクリレート（日本触媒社製）
１４ＥＧＤＭ：ポリエチレングリコール＃６００ジメタクリレート（製品名：  ＮＫエステル１４Ｇ、新中村化学工業製）
１ＥＧＤＭ：エチレングリコールジメタクリレート（製品名：ＮＫエステル１Ｇ、新中村化学工業製）
ＨＤＭ：１，６−ヘキサンジオールジメタクリレート（製品名：ＮＫエステル  ＨＤ、新中村化学工業製）
ＨＥＭＡ：２−ヒドロキシエチルメタクリレート（旭化成工業製）
ＭＰＴＭＳ：γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン（製品名：ＳＺ６０３０、東レダウコーニングシリコーン社製）
Ｉｒｇａｃｕｒｅ  ６５１：２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノン（製品名：Ｉｒｇａｃｕｒｅ  ６５１、チバガイギー社製）
を表す。また、表１中の単位は全て重量部である。
【００３６】
【表２】
0003879109.tif 000003
【００３７】
【発明の効果】
本発明における光学接着剤は、透明性、接着性、耐熱性に優れることから、種々の光デバイスに用いられる光学部品用の光学接着剤として有用である。また、この光学接着剤を用いた光学部品はすぐれた環境信頼性を示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】は光学フィルタを挿入・接着した後の光導波路の概略図である。
１：平面導波路
２：光学フィルタ
３：光学接着剤
【図１】
0003879109.tif 000004