(57)【要約】      （修正有）【課題】光素子と光伝送路との位置合わせ精度を緩和し、光接続と機械的接続を同時に実現できる光結合用接着剤とそれを用いた光結合方法を提供する。【解決手段】光素子３と光ファイバや光導波路などの光伝送路２とを接合する光結合用接着剤１ａであって、少なくとも熱または光硬化型樹脂と光散乱性粒子とを含むこととする。光素子から出射した光は光結合用接着剤に分散している光散乱性粒子により光散乱し、光素子と光伝送路の光軸がずれていたとしても散乱光の一部が光伝送路に入射することで光結合が可能となる。【選択図】図１
2009037001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光素子と光伝送路とを接合する光結合用接着剤であって、少なくとも熱または光硬化型樹脂と光散乱性粒子とを含有し、この光結合用接着剤を硬化させて形成される厚さ１００μｍの硬化板の厚み方向の透過率が５０〜８０％の範囲であることを特徴とする光結合用接着剤。
【請求項２】
請求項１の光結合用接着剤を用いた光結合方法であって、光素子と光伝送路との間に光結合用接着剤を塗布しこれを硬化して接合することを特徴とする光結合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光結合用接着剤とそれを用いた光結合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバや光導波路などの光伝送路からの光信号をレーザダイオード（ＬＤ）、垂直共振器表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、フォトダイオード（ＰＤ）などの光素子により電気信号に変換する、または電気信号を光素子により光信号に変換して光伝送路へ送る光モジュールの組み立てにおいて、光素子と光伝送路とを光学的に接続してこれら両者を固定するために、一般的には、両者の位置合わせ工程と、両者を接着剤等で機械的に接続して接着固定する機械的接続工程との２段階で行っている。特に位置合わせ工程は、光軸にずれが生じると結合効率が低下して光の損失値が大きくなることから高精度で行う必要があり、そのためのコストが増大する傾向にある。光接続に関する技術としてはこれまでにも光の損失値を小さくするために様々な工夫がなされており、例えば、光導波路をテーパ形状に拡げる（特許文献１）、光拡散層と集光レンズ機能を有する出射端部を備えた光軸調芯部材を用いる（特許文献２）、光拡散材を用いる（特許文献３）等、の技術が知られている。
【０００３】
ところで近年の光通信技術の発達とそれに伴う需要の高まりから、より安価な光モジュール提供が求められており、光モジュール作製費用の低減は必須である。上記特許文献１〜３の技術は光素子と光伝送路との光接続に関し、光接続の低損失に寄与するものである。しかしながら、モジュール作製費用の低減の見地から、光素子と光伝送路との機械的接続も光接続と併せて考慮しなければならない。
【特許文献１】特開２００４−１１７５６３号公報
【特許文献２】特開２００３−２４１０１２号公報
【特許文献３】特開２００４−３２０１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、光素子と光伝送路との位置合わせ精度を緩和し、光接続と機械的接続を同時に実現できる光結合用接着剤とそれを用いた光結合方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。
【０００６】
第１に、本発明の光結合用接着剤は、光素子と光伝送路とを接合する光結合用接着剤であって、少なくとも熱または光硬化型樹脂と光散乱性粒子とを含有し、この光結合用接着剤を硬化させて形成される厚さ１００μｍの硬化板の厚み方向の透過率が５０〜８０％の範囲である。
【０００７】
第２に、本発明の光結合方法は上記第１の発明の光結合用接着剤を用いた光結合方法であって、光素子と光伝送路との間に光結合用接着剤を塗布しこれを硬化して接合する。
【発明の効果】
【０００８】
光素子と光伝送路は本発明の光結合用接着剤を介して接着固定されるが、光素子と光伝送路との位置合わせに際して光軸が多少ずれても、本発明の光結合用接着剤は光散乱性を有するため、効率的な光結合を実現することができる。したがって、光素子と光伝送路との光接続と機械的接続とを同時に実現でき、さらに光素子と光伝送路との位置合わせ精度も緩和でき、これによりコストダウンを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、光素子と光伝送路とを接合する光結合用接着剤であって、少なくとも熱または光硬化型樹脂と光散乱性粒子とを含むものである。
【００１０】
熱または光硬化型樹脂としては、従来より光結合用として用いられている、光学的に高い透明性を有する接着剤を用いることができる。例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を挙げることができ、より具体的には、エポキシ樹脂として、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ビフェニル型、ノボラック型またはフルオレン型のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂を例示することができる。
【００１１】
エポキシ樹脂は市販品として購入することが出来、例えばビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂の市販品としては、ジャパンエポキシレジン製エピコート８２８を挙げることができる。アクリル樹脂としては、一般的な（メタ）アクリレートモノマーを重合させて得られるポリマー、或いは（メタ）アクリレートモノマーとビニルモノマーを共重合させて得られるポリマーであれば、いずれも使用できる。例えば、（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸ブチル、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミド、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート、ジメチルアクリルアミド、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート等を重合したポリマーが挙げられるが、これらに限定されるものではない。なお、本明細書で「（メタ）アクリル酸」とは、「アクリル酸」又は「メタクリル酸」を、「（メタ）アクリレート」とは、「アクリレート」又は「メタクリレート」を、「（メタ）アクリロイル」とは、「アクリロイル」又は「メタクリロイル」をそれぞれ意味する。
【００１２】
本発明における光散乱性粒子（以下、「散乱体」ともいう）は、本発明の光結合用接着剤に入射した光を散乱させるために配合されている。このような光散乱性粒子としては、例えば、ミクロンサイズに粉砕された合成シリカや化学的に合成された球状シリカがあげられる。このようなシリカ微粒子は、光を散乱させることができれば、その製法を問わないが、例えば、以下の製法により得られるものがあげられる。第一の方法は、合成石英を粉砕することで得ることができる。その他の方法では、金属粉末の粉塵爆発を利用した超微粒子の製造法（特公平１−５５２０１）により得られるものであり、具体的には酸素を含む雰囲気内において、着火用バーナーにより化学炎を形成し、この化学炎中に目的とするシリカ超微粒子の原料となるシリコン粉末を粉塵雲が形成される程度の量投入し、爆発を起こさせてシリカ超微粒子を製造する事により得られる。球状シリカ微粒子を得る他の方法としては、アルコキシシランを原料として湿式法でアルコキシシランの加水分解・重合により製造する方法も知られている。ケイ素塩化物を気化し高温の炎中において気相状態で酸化し生成するフュームドシリカ等がある。形状については特に制限されるものではないが、分散性や光散乱性を考慮すると球状、中でも真球状であることが好ましく、平均粒径で０．０５〜１０μｍ、なかでも０．２〜５μｍ、より好ましくは０．５〜２μｍである。光通信に利用する波長領域に近い粒子径が好ましい。粒子径が波長に対して小さすぎたり、大きすぎる場合はいずれも、通信光に対して散乱効率が低く、好ましくない。例えば、シリカ粒子としては、平均粒子経５０〜３００ｎｍのフュームドシリカ（例えば日本アエロジル製）、平均粒子経０．２〜３０μｍの真球状粒子（例えばアドマテックス製）を例示することができる。また、当該球状シリカは、その表面状態を制御する為、マトリックスレジンへの分散性を改良する為、又は微粒子間の凝集を防止する為にシラン処理剤による表面処理をしても良い。その他にも光を吸収しないような粒子であれば特に材料の種類には制限を受けない。
【００１３】
このような光散乱性粒子は、熱または光硬化型樹脂や後述する熱硬化剤または光硬化剤等を含む光結合用接着剤中の樹脂成分に対して配合される。光散乱性粒子の配合量は、使用する粒子の形状や大きさ・粒子径によって大幅に変化するため一概には規定できないため、本発明では後述するように光結合用接着剤の硬化板の透過率がある一定の範囲となるように配合量が設定される。なお、このような光散乱性粒子の配合量の設定に際しての指標として、一般的には、光散乱性粒子の配合量が少ないと硬化板の透過率が高く光散乱が十分に生じない傾向にあり、配合量が多いと透過率が下がり、結果として光結合効率が低下する傾向にある。
【００１４】
光散乱性粒子の配合量と粒径は対象とする光波長によって異なり適宜に設定されるが、本発明の光結合用接着剤は、前記光結合用接着剤を硬化させて厚さ１００μｍの硬化板を作製し、その厚み方向の透過率を評価した時の透過率が５０〜８０％の範囲になるように設定する。なかでも透過率が５５％〜７５％、より好ましくは６０％〜７０％とする。透過率が低すぎる場合は、光が透過しないのであるから光結合用接着剤として意味を成さず、透過率が高すぎる場合は、直線方向にしか光が伝搬しないため、位置ズレが無い場合は光結合効率が高く好ましいが、位置ズレを発生したときに光結合効率が極端に低下してしまう従来の接着剤と同じとなってしまうため、好ましくない。
【００１５】
本発明はさらに、熱または光硬化型樹脂を硬化させるために熱硬化剤または光硬化剤を配合することが考慮される。例えばエポキシ樹脂を用いる場合、熱硬化剤としては、イミダゾール系硬化剤が好適である。その他にも通常使用される、アミン系硬化剤、酸無水物硬化剤、フェノール樹脂系の硬化剤などが使用できる。イミダゾール系硬化剤の市販品としては、例えば、四国化成製キュアゾール２Ｅ４ＭＺ−ＣＮを挙げることができる。エポキシ樹脂用の光硬化剤としては、従来より知られている光酸発生剤を使用することが出来る。例えば、種々のオニウム塩、特にＢＦ４、ＰＦ６、ＳｂＦ６等を対アニオンとするトリアリルスルホニウム塩、ジアリルヨウドニウム塩等を使用することが出来る。光酸発生剤の市販品としては、例えばＡＤＥＫＡ製ＳＰ−１７０を例示することができる。このような熱もしくは光硬化剤はエポキシ樹脂１００重量部当たり約０．１〜１０重量部の範囲で使用することが好ましい。
【００１６】
アクリル樹脂用の光重合開始剤としては、従来の光重合開始剤として用いられている各種の光重合開始剤、例えば、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、α−メチルベンゾイン、α−フェニルベンゾイン等のベンゾイン系化合物；アントラキノン、メチルアントラキノン等のアントラキノン系化合物；ベンジル：ジアセチル；アセトフェノン、ベンゾフェノン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン等のフェニルケトン化合物；ジフェニルジスルフィド、テトラメチルチウラムスルフィド等のスルフィド化合物；α−クロロメチルナフタレン；アントラセン及びヘキサクロロブタジエン、ペンタクロロブタジエン等のハロゲン化炭化水素；２−メチル−１−〔４−（メチルチオ）フェニル〕２−モルフォリノプロパノン−１，２−ヒドロキシ２−メチル１−フェニルプロパン１−オン、１−〔４−（２−ヒドロキシエトキシ）−フェニル〕−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン１−オン、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルフォスフィンオキサイド等が挙げられる。このような光重合開始剤はアクリル樹脂１００重量部当たり約０．１〜１０重量部の範囲で使用することが好ましい。
【００１７】
本発明の光結合用接着剤は、さらに必要に応じて、反応促進剤、反応遅延剤、酸化防止剤、難燃剤、可塑剤等、従来より樹脂や接着剤の添加剤として用いられる適宜の添加剤を含んでいてもよい。
【００１８】
そして、上記各種成分をロールミルやホモディスパー等の混合装置を用いて混合し、光散乱性粒子を分散させて本発明の光結合用接着剤を得ることができる。
【００１９】
次に、本発明の光結合用接着剤を用いた光結合方法について説明する。
【００２０】
図１は本発明の光散乱性粒子を含有する光結合用接着剤を用いて光素子と光伝送路とを固定した一例を示す概略図であり、図２は従来の光結合用接着剤を用いて光素子と光伝送路とを固定した一例を示す概略図である。図中の矢印は光の進行方向を示している。
【００２１】
光ファイバや光導波路などの光伝送路２と、レーザダイオード（ＬＤ）、垂直共振器表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、フォトダイオード（ＰＤ）などの光素子３とで構成される光モジュールの組み立てにおいて、光伝送路２と光素子３との間に光結合用接着剤１を塗布しこれを硬化して、両者を光結合用接着剤１を介して接合（機械的接続）する。この際、図２（ａ）に示すように、従来は光伝送路２と光素子３との間で光軸がずれないように、すなわち光の損失値が最低になるように光伝送路２の配置を調節するなどして位置合わせを行った後、光伝送路２と光素子３との間に透明性接着剤１ｂを塗布し、両者を接着固定していた。従来の方法では、図２（ｂ）に示すように、光伝送路２と光素子３との光軸がずれてしまうと光素子３から出射した光を光伝送路２に送ることができず光の損失値が大きくなる。このため、光伝送路２と光素子３との位置合わせを精度よくしなければならず、そのためのコストが増大していた。
【００２２】
一方、本発明の光散乱性粒子を含有する光結合用接着剤１ａを用いた場合には、図１に示すように、光素子３から出射した光は光結合用接着剤１ａ中に分散している光散乱性粒子により光散乱することになる。このような散乱光はたとえ光素子３と光伝送路２との間で光軸がずれていたとしても散乱光の一部が光伝送路２に入射して光を光伝送路２に送ることができるため、両者を光接続することができる。つまり、本発明は、光結合用接着剤１ａを介して光素子３と光伝送路２とを接合させることで光接続をすることができ、光素子３と光伝送路２との光軸を精度よく位置合わせする必要はない。したがって、光素子３と光伝送路２との光接続と機械的接続とを同時に実現でき、さらに光素子３と光伝送路２との位置合わせ精度も緩和でき、これによりコストダウンを図ることができるのである。
【００２３】
以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん以下の例によって本発明が限定されることはない。
【実施例】
【００２４】
＜実施例１＞
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂エピコート８２８（ジャパンエポキシレジン）６５重量部、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂エピコート８０６（ジャパンエポキシレジン）３０重量部、イミダゾール系硬化剤キュアゾール２Ｅ４ＭＺ−ＣＮ（四国化成）５重量部、光散乱性粒子（散乱体）として高純度合成球状シリカＳＯ−Ｃ２（平均粒子径０．５μｍ  アドマテックス）１重量部を３本ロールミルでよく混練した後、真空ポンプで減圧し脱泡し、光結合用接着剤を調合した。硬化温度は１２０〜１８０℃で硬化可能であった。
【００２５】
この光結合用接着剤にて厚さ１００μｍの硬化板を作製し、厚み方向の透過率を測定した所８５０ｎｍの光に対して、６５％であった。
【００２６】
次に、図１に示すように、光素子３としての表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ  ＡＶＡＬＯＮ製ＡＰ−Ａ４１−０１０４−００００）と、光伝送路２としての光ファイバ（コア径５０μｍ屈折率分布型）とを互いに垂直方向に５０μｍ、水平方向に５０μｍずらして配置した。この時の光結合効率は５％であった。この配置状態で、上記光結合用接着剤をレーザと光ファイバの間に塗布し、レーザを実装した基板仮面からホットプレートで加熱することにより光結合用接着剤を硬化した。光結合用接着剤硬化後の光結合効率は１０％であり、位置がずれているにもかかわらず、光結合用接着剤の使用により結合効率を向上させることが出来、光結合用接着剤として有用であることが確認された。
＜実施例２＞
高純度合成球状シリカＳＯ−Ｃ２（平均粒子径０．５μｍ  アドマテックス）を１．６重量部とした以外は実施例１と同様にして光結合用接着剤を調合するとともに、この光結合用接着剤にて厚さ１００μｍの硬化板を作製した。実施例１と同様にして硬化板の厚み方向の透過率と、表面発光レーザと光ファイバとの光結合効率を測定したところ、透過率５０％で光結合効率が８％であった。散乱体が多いため透過率が低下することにより実施例１より光結合効率が低下していたものの下記の比較例より光結合効率が高く、光結合用接着剤として好適であった。
＜実施例３＞
高純度合成球状シリカＳＯ−Ｃ２（平均粒子径０．５μｍ  アドマテックス）を０．５重量部とした以外は実施例１と同様にして光結合用接着剤を調合するとともに、この光結合用接着剤にて厚さ１００μｍの硬化板を作製した。実施例１と同様にして硬化板の厚み方向の透過率と、表面発光レーザと光ファイバとの光結合効率を測定したところ、透過率８０％で光結合効率が８％であった。散乱体が少ないため透過率が高く、直進する光が多いため、斜めの位置に配置した光ファイバへの光結合効率は実施例１より低下していたものの下記の比較例より光結合効率が高く、光結合用接着剤として好適であった。
＜比較例１〜３＞
高純度合成球状シリカＳＯ−Ｃ２（平均粒子径０．５μｍ  アドマテックス）を０．２重量部とした以外は実施例１と同様にして光結合用接着剤を調合するとともに、この光結合用接着剤にて厚さ１００μｍの硬化板を作製した。実施例１と同様にして硬化板の厚み方向の透過率と、表面発光レーザと光ファイバとの光結合効率を測定したところ、透過率が９０％で光結合効率が５．２％であった（比較例１）。散乱体が少なく斜め位置にある光ファイバへの光結合効率が低下した。光が散乱されず直進する成分が多いためである。シリカを２．１重量部とした場合（比較例２）では透過率が４０％で光結合効率が５．２％であった。散乱体が多すぎて光が透過せず、斜め位置にある光ファイバへの光結合効率が低下したためである。いずれもシリカを添加していない場合(比較例３)とほぼ同等の光結合効率で光結合用接着剤として効果がなかった。
【００２７】
以上の結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
2009037001.tif 000003
【００２９】
以上より、少なくとも熱または光硬化型樹脂と光散乱性粒子を含有する、厚さ１００μｍの硬化板の厚み方向の透過率が５０〜８０％の範囲である光結合用接着剤を用いることで、効率的な光結合を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の光結合用接着剤を用いて光素子と光伝送路とを固定した一例を示す概略図である。
【図２】従来の光結合用接着剤を用いて光素子と光伝送路とを固定した一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  光結合用接着剤
１ａ  光散乱性粒子を含有する光結合用接着剤
１ｂ  透明性接着剤
２  光伝送路
３  光素子
【図１】
2009037001.tif 000004
【図２】
2009037001.tif 000005