ポリマー光変調器の製造方法
【課題】低温プロセスでゾルゲルガラスからなるクラッド・コア材の作製、屈折率の任意制御、光損失の極小制御が可能なポリマー光変調器の製造方法の提供。
【解決手段】下記式（１）
Ｒ１ｎＳｉ（ＯＲ２）４−ｎ （１）
で表されるシリコンアルコキシド、その加水分解・縮合物、またはこれらの混合物と、光酸発生剤とを含む硬化性組成物を調製する工程と、
該硬化性組成物を基板上に塗布・硬化し、更にパターン形成を行い、ゾルゲルガラスから形成される下部クラッド層、コア層、側部クラッド層及び上部クラッド層を形成する工程と、
上部クラッド層中に、電気光学ポリマーから形成されるコア層を、該ゾルゲルガラスから形成されるコア層の上部に接触して埋設する工程とを含み、且つ、上部クラッド層と電気光学ポリマーから形成されるコア層との接続部の一部が、導波光の進行方向に対しテーパー構造を有する、ポリマー光変調器の製造方法。
【解決手段】下記式（１）
Ｒ１ｎＳｉ（ＯＲ２）４−ｎ （１）
で表されるシリコンアルコキシド、その加水分解・縮合物、またはこれらの混合物と、光酸発生剤とを含む硬化性組成物を調製する工程と、
該硬化性組成物を基板上に塗布・硬化し、更にパターン形成を行い、ゾルゲルガラスから形成される下部クラッド層、コア層、側部クラッド層及び上部クラッド層を形成する工程と、
上部クラッド層中に、電気光学ポリマーから形成されるコア層を、該ゾルゲルガラスから形成されるコア層の上部に接触して埋設する工程とを含み、且つ、上部クラッド層と電気光学ポリマーから形成されるコア層との接続部の一部が、導波光の進行方向に対しテーパー構造を有する、ポリマー光変調器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマー光変調器の製造方法に関する。更に詳しくは、光硬化が可能なゾルゲル材料を用いることにより、低温プロセスでのゾルゲルガラスから形成されるクラッド・コア材の作製が容易であり、屈折率を任意に制御可能であり、また、光の導波部分にテーパー構造を設置することにより、光損失を極めて小さく抑えることのできるポリマー光変調器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットに代表される情報通信ネットワークは、経済活動、社会活動に不可欠なものとなっており、情報通信の高速化、大容量化の必要性から、光通信システムが急速に伸長しつつある。また、大容量の情報処理のためのコンピュータ間の光インターコネクト、光ファイバー通信網を利用した情報携帯端末の情報伝送など、光を伝送媒体とする通信システムが、その応用範囲を広げつつある。これに伴い、光通信用デバイスの高性能化が求められている。中でも、光変調器は、電気信号を光信号に変換するデバイスとして、光通信システムの中で極めて重要な位置を占めている。
【０００３】
ニオブ酸リチウム（ＬＮ）型光変調器は、最も広く使用されているものであり、デバイス寿命が長く、光損失が小さいなど長所がある一方、帯域幅は十分なものではなくなっており、駆動電圧が高く、無機バルク結晶である為小型化・集積化が難しいなど課題も抱えている。
【０００４】
また、非特許文献１〜２では、構成材料が全て有機ポリマーである全ポリマー型光変調器が開示されている。全ポリマー型は帯域幅が前述のＬＮ型より広く、また、小型化・集積化が可能である。一方で、デバイス寿命はＬＮ型より劣り、光損失もＬＮ型より大きいなど課題がある。
【０００５】
一方、特許文献１、非特許文献３では、屈折率変調を行う電気光学ポリマーのみが有機ポリマーであり、その他の構成材料がゾルゲルガラスであり、更にデバイス内部にテーパー構造を有する有機無機ハイブリッド型光導波路スイッチ、変調器が開示されている。有機無機ハイブリッド型は、帯域幅が広く、駆動電圧が低く、またデバイス寿命が長く、小型化・集積化が可能であるなど、ＬＮ型、全ポリマー型の長所を併せ持っており、更に、テーパー構造を設けることにより、光損失を抑えている。しかしながら、クラッド部のゾルゲルガラスの屈折率が高く、光の封じ込め効果が十分であるとは言えない。
【０００６】
更に、特許文献２では、感光性ゾルゲル材料の光硬化により、ゾルゲルガラスを形成する、光導波路の製造方法が開示されている。しかしながら、この光導波路にはテーパー構造などの光損失を抑える構造は設けられておらず、光損失が十分とは言い難い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１６９９４５号公報
【特許文献２】特許第３８６７４０９号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ７６，３５２５−３５２７（２０００）
【非特許文献２】Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ７８，３１３６−３１３８（２００１）
【非特許文献３】Ｎａｔｕｒｅ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｖｏｌ．１，１８０−１８５，（２００７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ポリマー光変調器においては、光硬化による低温プロセスで短時間でのゾルゲルガラスの作製と伴に、ゾルゲルガラスの屈折率の十分な制御が求められていた。そして作製したポリマー光変調器の光損失を効果的に抑えることが求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、本発明の態様により上記課題を解決できることを見いだした。
【００１１】
本発明の一態様は、下記一般式（１）
Ｒ１ｎＳｉ（ＯＲ２）４−ｎ （１）
（Ｒ１は炭素数１〜１０の有機基、もしくはフッ素化アルキル基、Ｒ２は炭素数１〜４のアルキル基、アシル基、ｎは１〜３の整数）
で表されるシリコンアルコキシド、その加水分解・縮合物、またはこれらの混合物と、光酸発生剤とを含有する硬化性組成物を調製する工程と、
該硬化性組成物を基板上に塗布・硬化し、更にパターン形成を行うことにより、ゾルゲルガラスから形成される下部クラッド層、コア層、側部クラッド層及び上部クラッド層を形成する工程と、
上部クラッド層中に、電気光学ポリマーから形成されるコア層を、該ゾルゲルガラスから形成されるコア層の上部に接触して埋設する工程とを含み、且つ、上部クラッド層と電気光学ポリマーから形成されるコア層との接続部の一部が、導波光の進行方向に対してテーパー構造を有する、ポリマー光変調器の製造方法である。
【００１２】
本発明の一態様は、上記硬化性組成物が、下記一般式（２）
【化１】
（Ｍはケイ素原子、ゲルマニウム原子、チタン原子、ジルコニウム原子、Ｒ３は炭素数１〜４のアルキル基、アシル基、ｎは１〜１０の整数）
で表される金属アルコキシド、その加水分解・縮合物、またはこれらの混合物をさらに含有する、ポリマー光変調器の製造方法である。
【００１３】
本発明の一態様は、上部クラッド層を形成する硬化性組成物に、グレイスケールマスクを介して活性エネルギー線を露光し、未露光部を除去してクラッド層の一部にテーパー構造を有する、ポリマー光変調器の製造方法である。
【００１４】
本発明の一態様は、ゾルゲルガラスから形成される下部・上部クラッド層の屈折率がｎ１であり、ゾルゲルガラスから形成されるコア層の屈折率がｎ２であり、電気光学ポリマーから形成されるコア層の屈折率がｎ３であり、且つ、ｎ１＜ｎ２＜ｎ３である、ポリマー光変調器の製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の態様により、ポリマー光変調器において、光硬化による低温プロセスで短時間でのゾルゲルガラスの作製と伴に、ゾルゲルガラスの屈折率の十分な制御が可能となる。そして作製したポリマー光変調器の光損失を効果的に抑えること可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１（ａ）〜（ｈ）は、本発明に係るポリマー光変調器の製造工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書中において、
「上部クラッド層と電気光学ポリマーから形成されるコア層との接続部の一部が、導波光の進行方向に対してテーパー構造を有する」とは、例えば、図１（ｇ）中において、上部クラッド層９中に示されているように、上部クラッド層７の一部が、電気光学ポリマーから形成されるコア層１０の側に向かって傾斜した構造を有していることをいう。そして、電気光学ポリマーから形成されるコア層１０の平面とテーパー構造の斜面とがなす角度を、テーパー角度という。テーパー角度は、０．５〜５°であることができる。
「ゾルゲルガラス」とは、シロキサン系化合物に、熱又は活性エネルギー線等の照射を行うことにより、ゾル−ゲル反応を進行させて得られるポリシロキサン系の無機膜をいう。
「電気光学ポリマー」とは、有機色素を透明な有機ポリマー中に含有させたものをいい、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）等のマトリクス樹脂中にドープしたものが挙げられる。ここで、マトリクス樹脂中の色素の濃度は、０．１質量％〜８０質量％であることができる。
【００１８】
硬化性組成物の調製工程
本発明に係る硬化性組成物は、一般式（１）で示されるシラン化合物（以下、化合物Ａ）、その加水分解・縮合物、あるいはこれらの混合物、又は、該化合物Ａ、その加水分解・縮合物。あるいはこれらの混合物と、一般式（２）で示される金属アルコキシド（以下、化合物Ｂ）、その加水分解・縮合物、あるいはこれらの混合物に、光酸発生剤を添加することにより調製される。
【００１９】
一般式（１）で表される化合物Ａとしては、例えば、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、３−（メタ）アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、３−（メタ）アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、ｐ−スチリルトリエトキシシラン、ｐ−スチリルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−クロロプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、３−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリエトキシシラン、２−（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、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、トリフルオロメチルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、ノナフルオロヘキシルトリメトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシラン、ペンタフルオロフェニルトリメトキシシランなどが挙げられる。これらの中で、特にメチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、トリフルオロメチルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、ノナフルオロヘキシルトリメトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシランが好適である。
【００２０】
また、化合物Ｂとしては、例えば、テトラメトキシシランおよびこのｎ量体、テトラエトキシシランおよびこのｎ量体、チタニウムテトラメトキシド、チタニウムテトラエトキシド、チタニウムテトラｎ−プロポキシド、チタニウムテトラｉ−プロポキシド、チタニウムテトラｎ−ブトキシド、チタニウムテトラｓｅｃ−ブトキシド、チタニウムテトラｔｅｒｔ−ブトキシド、ジルコニウムテトラメトキシド、ジルコニウムテトラエトキシド、ジルコニウムテトラｎ−プロポキシド、ジルコニウムテトラｉ−プロポキシド、ジルコニウムテトラｎ−ブトキシド、ジルコニウムテトラｓｅｃ−ブトキシド、ジルコニウムテトラｔｅｒｔ−ブトキシド、ゲルマニウムテトラメトキシド、ゲルマニウムテトラエトキシド、ゲルマニウムテトラｎ−プロポキシド、ゲルマニウムテトラｉ−プロポキシド、ゲルマニウムテトラｎ−ブトキシド、ゲルマニウムテトラｓｅｃ−ブトキシド、ゲルマニウムテトラｔｅｒｔ−ブトキシドなどが挙げられる。これらの中で、特にテトラメトキシシランおよびこのｎ量体、テトラエトキシシランおよびこのｎ量体、チタニウムテトラｎ−プロポキシド、チタニウムテトラｉ−プロポキシド、チタニウムテトラｎ−ブトキシド、ジルコニウムテトラｎ−プロポキシド、ジルコニウムテトラｉ−プロポキシド、ジルコニウムテトラｎ−ブトキシドが好適である。
【００２１】
本発明に係る硬化性組成物は、化合物Ａを単独で用いても、２種類以上を組み合わせ用いてもよく、また、化合物Ａを単独で加水分解・縮合したもの、もしくは２種類以上を組み合わせたものを加水分解・共縮合させたものを用いてもよく、あるいはこれらの混合物を用いてもよい。更に、化合物Ａに化合物Ｂを混合したもの、あるいは化合物Ａと化合物Ｂを加水分解・共縮合させたものを用いてもよい。化合物Ａと化合物Ｂを共縮合させる場合のモル比は、化合物Ａ：化合物Ｂ＝１００：０〜１０：９０の範囲ならば、任意のモル比を選択できる。
【００２２】
化合物Ａ、化合物Ｂの加水分解・（共）縮合の触媒としては、塩酸、硫酸、硝酸およびフッ化水素酸などの無機酸、酢酸、シュウ酸、クエン酸、酒石酸などの有機酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどのアルカリ金属類、アンモニア、メチルアミン、エチルアミン、ｎ−プロピルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジ−ｎ−プロピルアミン、トリエチルアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、イミダゾール、ピペリジンなどのアミン化合物、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリエチルアンモニウムヒドロキシド、アンモニウムフルオリド、テトラブチルアンモニウムフルオリド、ベンジルトリメチルアンモニウムクロライド、ベンジルトリエチルアンモニウムクロライドなどの第４級アンモニウム塩などが好適である。
【００２３】
触媒量は、化合物Ａ、あるいは化合物Ａと化合物Ｂの合計１００質量部に対し、０．０１〜２０質量部が好ましく、０．１〜１０質量部がより好ましい。０．０１質量部以上では十分な触媒活性を得ることができる。また、２０質量部以下ならば、残留触媒の硬化物性への影響を低く抑えることができる。
【００２４】
化合物Ａ、あるいは化合物Ａおよび化合物Ｂの加水分解に使用する水の量は、加水分解性アルコキシ基のモル数の理論量合計の０．１〜１０倍が好ましく、１〜３倍がより好ましい。
【００２５】
加水分解共縮合の反応温度は、０〜１００℃が好ましく、２０〜８０℃がより好ましい。０℃以上ならば十分に反応が進行する。１００℃以下ならば副反応の誘発やゲル化の可能性が少ない。
【００２６】
加水分解共縮合反応時には、有機溶媒を使用することが好ましい。有機溶媒としては、化合物Ａ、あるいは化合物Ａおよび化合物Ｂを溶解できるものであれば特に限定はないが、例えばメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、１−メトキシ−２−プロパノールなどが挙げられる。これらの有機溶剤は、単独でも、２種類以上を混合して使用してもよい。
【００２７】
本発明に係る硬化性組成物には、重合・硬化を促進させるために、光酸発生剤を含有させることが好ましい。光酸発生剤は特に限定はないが、例えば、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、ジアゾニウム塩、セレニウム塩、ピリジニウム塩、フェロセニウム塩、ホスホニウム塩等のオニウム塩が挙げられる。これらのうち、特にヨードニウム塩およびスルホニウム塩が好ましい。
【００２８】
ヨードニウム塩の具体例としては、（トリクミル）ヨードニウムテトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボレート、ジフェニルヨードニウム・ヘキサフルオロホスフェート、ジフェニルヨードニウム・ヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニルヨードニウム・テトラフルオロボレート、ジフェニルヨードニウム・テトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボレート、ビス（ドデシルフェニル）ヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ビス（ドデシルフェニル）ヨードニウム・ヘキサフルオロアンチモネート、ビス（ドデシルフェニル）ヨードニウム・テトラフルオロボレート、ビス（ドデシルフェニル）ヨードニウム・テトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボレート、４−メチルフェニル−４−（１−メチルエチル）フェニルヨードニウム・ヘキサフルオロホスフェート、４−メチルフェニル−４−（１−メチルエチル）フェニルヨードニウム・ヘキサフルオロアンチモネート、４−メチルフェニル−４−（１−メチルエチル）フェニルヨードニウム・テトラフルオロボレート、４−メチルフェニル−４−（１−メチルエチル）フェニルヨードニウム・テトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボレート等が挙げられる。
【００２９】
また、スルホニウム塩の具体例としては、ビス［４−（ジフェニルスルホニオ）フェニル］スルフィド・ビスヘキサフルオロホスフェート、ビス［４−（ジフェニルスルホニオ）フェニル］スルフィド・ビスヘキサフルオロアンチモネート、ビス［４−（ジフェニルスルホニオ）フェニル］スルフィド・ビステトラフルオロボレート、ビス［４−（ジフェニルスルホニオ）フェニル］スルフィド・テトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボレート、ジフェニル−４−（フェニルチオ）フェニルスルホニウム・ヘキサフルオロホスフェート、ジフェニル−４−（フェニルチオ）フェニルスルホニウム・ヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニル−４−（フェニルチオ）フェニルスルホニウム・テトラフルオロボレート、ジフェニル−４−（フェニルチオ）フェニルスルホニウム・テトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボレート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムテトラフルオロボレート、トリフェニルスルホニウムテトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボレート、ビス［４−（ジ（４−（２−ヒドロキシエトキシ））フェニルスルホニオ）フェニル］スルフィド・ビスヘキサフルオロホスフェート、ビス［４−（ジ（４−（２−ヒドロキシエトキシ））フェニルスルホニオ）フェニル］スルフィド・ビスヘキサフルオロアンチモネート、ビス［４−（ジ（４−（２−ヒドロキシエトキシ））フェニルスルホニオ）フェニル］スルフィド・ビステトラフルオロボレート、ビス［４−（ジ（４−（２−ヒドロキシエトキシ））フェニルスルホニオ）フェニル］スルフィド・テトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボレート、トリフェニルスルホニウム四フッ化ホウ素、トリフェニルスルホニウム六フッ化アンチモン、トリフェニルスルホニウム六フッ化ヒ素、トリ（４−メトキシフェニル）スルホニウム六フッ化ヒ素、ジフェニル（４−フェニルチオフェニル）スルホニウム六フッ化ヒ素等が挙げられる。
【００３０】
本発明に係る硬化性組成物には、ラジカル重合性官能基あるいはカチオン重合性官能基を有する化合物を併用することができる。
【００３１】
ラジカル重合性官能基を有する化合物としては、フェニル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、フェニルエチル（メタ）アクリレート、フェノキシエチル（メタ）アクリレート、パラクミルフェノールエチレンオキサイド変性（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、ジシクロペンテニル（メタ）アクリレート、ジシクロペンタニル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチル（メタ）アクリレート、ｉ−ブチル（メタ）アクリレート、ｔ−ブチル（メタ）アクリレート、ペンチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ｎ−ヘキシル（メタ）アクリレート、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、２−ヒドロキシブチル（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、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート及びフォスフォエチル（メタ）アクリレート、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリブチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１,３−ブチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１,６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、２,２−ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシフェニル］−プロパン、２,２−ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシエトキシフェニル］−プロパン、２,２−ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシジエトキシフェニル］−プロパン、２,２−ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシペンタエトキシフェニル］−プロパン、２,２−ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシエトキシ−３−フェニルフェニル］−プロパン、２,２−ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシエトキシ−３,５−ジブロモフェニルプロパン］、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、テトラメチロールメタントリ（メタ）アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ（メタ）アクリレート及びジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレートなどの（メタ）アクリレート化合物、スチレン、ｐ−メチルスチレン、ｍ−メチルスチレン、ｐ−メトキシスチレン、ｍ−メトキシスチレン、ｐ−クロロスチレン、ｍ−クロロスチレン、α−メチルスチレン、α−メチル−ｐ−メチルスチレン、α−メチル−ｍ−メチルスチレン、α−メチル−ｐ−メトキシスチレン、α−メチル−ｍ−メトキシスチレン、α−メチル−ｐ−クロロスチレン、α−メチル−ｍ−クロロスチレンなどスチレン化合物；メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、ヘキシルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、メチルプロペニルエーテル、エチルプロペニルエーテル、ブチルプロペニルエーテル、メチルブテニルエーテル、エチルブテニルエーテル、Ｎ−ビニルアセトアミド、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニルピペリドン、Ｎ−ビニルカルバゾール、ヒドロキシエチルビニルエーテル、ヒドロキシブチルビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテル、シクロヘキサンジオールモノビニルエーテル、９−ヒドロキシノニルビニルエーテル、プロピレングリコールモノビニルエーテル、ネオペンチルグリコールモノビニルエーテル、グリセロールジビニルエーテル、グリセロールモノビニルエーテル、トリメチロールプロパンジビニルエーテル、トリメチロールプロパンモノビニルエーテル、ペンタエリスリトールモノビニルエーテル、ペンタエリスリトールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、ジエチレングリコールモノビニルエーテル、トリエチレングリコールモノビニルエーテル、テトラエチレングリコールモノビニルエーテル、トリシクロデカンジオールモノビニルエーテル、トリシクロデカンジメタノールモノビニルエーテル、エチレングリコールジビニルエーテル、ブタンジオールジビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、シクロヘキサンジオールジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、グリセロールトリビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテルなどのビニル化合物、アリルエチルエーテル、アリルプロピルエーテル、アリルブチルエーテル、アリルグリシジルエーテル、アリルフェニルエーテル、ジアリルエーテル、ジエチレングリコールビスアリルエーテル、アリルアセテート、アリルブチラート、アリルヘキサノエート、アリルカプロエート、アリルクロルアセテート、アリルメタクリレート、ジアリルマレート、ジアリルスクシネート、ジアリルフタレート、ジアリルテレフタレート、ジアリルイソフタレート、トリアリルトリメレテート、１，３，５-トリアリルベンゼンカルボン酸、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレートなどのアリル化合物、フェニルグリシジルエーテル、ｐ-ｔ-ブチルフェニルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、２-エチルヘキシルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、１，２-ブチレンオキサイド、１，３-ブタジエンモノオキサイド、１，２-ドデシレンオキサイド、エピクロロヒドリン、１，２-エポキシデカン、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、スチレンオキサイド、シクロヘキセンオキサイド、３-メタクリロイルオキシメチルシクロヘキセンオキサイド、３-アクロイルオキシメチルシクロヘキセンオキサイド、３-ビニルシクロヘキセンオキサイド、４-ビニルシクロヘキセンオキサイド、１，１，３-テトラデカジエンジオキサイド、リモネンジオキサイド、３，４-エポキシシクロヘキシルメチル-（３，４-エポキシシクロヘキシル）カルボシキレート、ジ（３，４-エポキシシクロヘキシル）アジペート、フェニルグリシジルエーテル、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、多価アルコールのポリグリシジルエーテルなどのエポキシ化合物、３，３-ジメチルオキセタン、３，３-ビス（クロロメチル）オキセタン、２-ヒドロキシメチルオキセタン、３-メチル-３-オキセタンメタノール、３-メチル-３-メトキシメチルオキセタン、３-エチル-３-フェノキシメチルオキセタン、レゾルシノールビス（３-メチル-３-オキセタニルエチル）エーテル、ｍ-キシリレンビス（３-エチル-３-オキセタニルエチルエーテル）等のオキセタン化合物、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルシリケート（テトラメトキシシランの部分加水分解縮合物）、エチルシリケート（テトラエトキシシランの部分加水分解縮合物）、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、３−（メタ）アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、３−（メタ）アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、ｐ−スチリルトリエトキシシラン、ｐ−スチリルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−クロロプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、３−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリエトキシシラン、２−（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、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシランなどのアルコキシシラン化合物、これらの化合物を加水分解・縮合して得られる、アルコキシシリル基および／またはシラノール基を有するシリコーン化合物などが挙げられる。
【００３２】
本発明に係る硬化性組成物において、ラジカル重合性官能基を有する化合物を併用する場合は、重合・硬化反応を促進させる為に、ラジカル重合開始剤を含有させることが好ましい。ラジカル重合開始剤は、特に限定はないが、例えば２，２′−アゾビス（２−メチルブチロニトリル）、２，２′−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）、ジメチル−２，２′−アゾビス（イソブチレート）、ジメチル−２，２′−アゾビス（２−メチルブチレート）及びジメチル−２，２′−アゾビス（２，４−ジメチルペンタノエート）、過酸化水素、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過炭酸ナトリウム等であり、また有機過酸化物としてはｔ−ブチルパーオキシマレイン酸、ｔ−ブチルハイドロパーオキサイド、過酸化アセチル、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過酸化ターシャリジブチルなどの熱ラジカル重合開始剤、あるいは、３,３−ジメチル−４−メトキシ−ベンゾフェノン、ベンジルジメチルケタール、ｐ−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、ｐ−ジメチルアミノ安息香酸エチル、ベンゾフェノン、ｐ−メトキシベンゾフェノン、２,２−ジエトキシアセトフェノン、２,２−ジメトキシ−１,２−ジフェニルエタン−１−オン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、メチルフェニルグリオキシレート、エチルフェニルグリオキシレート、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、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−１,２,４,６−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイドなどが挙げられる。
【００３３】
本発明に係る硬化性組成物は、固形分濃度調整、塗布性向上、基材への密着性向上等を目的として、有機溶媒を含有できる。有機溶媒としては、例えば、アルコール類、ケトン類、エーテル類、エステル類、セロソルブ類及び芳香族化合物類が挙げられる。
【００３４】
具体例としては、メチルアルコール、エチルアルコール、１−プロピルアルコール、２−プロピルアルコール、１−ブチルアルコール、２−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、ベンジルアルコール、２−メトキシエチルアルコール、２−エトキシエチルアルコール、２−（メトキシメトキシ）エタノール、２−ブトキシエタノール、フルフリルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、１−メトキシ−２−プロパノール、１−エトキシ−２−プロパノール、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジアセトンアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、２−ペンタノン、３−ペンタノン、２−ヘキサノン、メチルイソブチルケトン、２−ヘプタノン、４−ヘプタノン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、アセトフェノン、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジヘキシルエーテル、アニソール、フェネトール、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、１,２−ジメトキシエタン、１,２−ジエトキシエタン、１,２−ジブトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、グリセリンエーテル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ｓｅｃ−ブチル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、３−メトキシブチルアセテート、２−エチルブチルアセテート、２−エチルヘキシルアセテート、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ブチル、γ−ブチロラクトン、２−メトキシエチルアセテート、２−エトキシエチルアセテート、２−ブトキシエチルアセテート、２−フェノキシエチルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ベンゼン、トルエン、キシレンが挙げられる。これらの有機溶媒は単独で又は２種以上を併用して使用できる。
【００３５】
また、本発明に係る硬化性組成物は、その他、必要に応じて、無機微粒子、染料、顔料、顔料分散剤、流動調整剤、レベリング剤、消泡剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤等を含有できる。
【００３６】
ポリマー光変調器作製工程
本発明に係るポリマー光変調器は、基板に、ゾルゲルガラスから形成される下部クラッド層、コア層、側部クラッド層及び上部クラッド層、電気光学効果（電界を印加することにより、屈折率が変化する現象）を示す電気光学ポリマー（有機色素を透明な有機ポリマー中に含有させたもの）、更に、低屈折率の有機ポリマーもしくはゾルゲルガラスから形成されるバッファ層を順次塗布、硬化させ、これらを形成させることにより作製される。尚、ゾルゲルガラスから形成される層は、前述の硬化性組成物を硬化させることにより形成することができる。
【００３７】
硬化性組成物もしくは有機ポリマーの塗布方法としては、スピンコート法、ディップコート法、スプレーコート法、バーコート法、フローコート法、グラビアコート法、ロールコート法など公知の方法を用いることができるが、特にスピンコート法が好適である。
硬化性組成物を塗布した後、加熱（プレベーク）することにより、薄膜を形成することができる。加熱温度は５０〜２００℃が好ましく、７０〜１２０℃が更に好ましい。また、加熱時間は１〜３０分が好ましく、５〜１０分が更に好ましい。
【００３８】
形成した薄膜に活性エネルギー線を照射することにより、薄膜を硬化させ、ゾルゲルガラスから形成される層を得ることができる。活性エネルギー線としては、紫外線、可視光線、赤外線、Ｘ線、α線、β線、γ線などを用いることができる。光源としては特に制限はないが、例えば、高圧水銀ランプ、中圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、エキシマランプ、ＬＥＤランプなどが使用できる。活性エネルギー線により得られたゾルゲルガラスから形成される層を更に加熱（ポストベーク）することにより、硬化をより進行させることもできる。ポストベークの条件は、プレベークのそれと同様である。
【００３９】
コア層、クラッド層を、所定のパターンで形成する時は、所定の開口形状を有するフォトマスクを使用することが好ましい。また、本発明の一態様では、クラッド層の一部にテーパー構造を形成するため、フォトマスクの両端から徐々に透過光が減少し、中央部は全く光を通さないグレイスケールマスクを使用することを特徴としている。
【００４０】
フォトマスクを介して光照射を行った場合、露光部は硬化し、未露光部は未硬化のままである。したがって、露光部と未露光部の溶解度差を利用し、未露光部を有機溶剤またはアルカリ溶液などで溶解除去することで、露光部のパターンを現像することができる。
【００４１】
使用される現像液としては、前述の硬化性組成物に含有できる有機溶媒、あるいはシラン化合物の加水分解・縮合の触媒に用いられるアルカリ金属、アミン化合物、第４級アンモニウム塩のアルカリ水溶液などが好適である。これらアルカリ水溶液の濃度は、０．１〜１０重量％が好適であり、０．５〜５重量％が更に好適である。また、これらアルカリ水溶液に、水溶性のアルコールやケトン、環状エーテルなどの有機溶媒を適量混合した溶液を用いることもできる。
【００４２】
現像方法は、現像液を噴霧する方法、現像液で洗い流す方法、現像液に浸漬する方法など、どのような方法を用いてもよいが、浸漬法が簡便である。現像時間は１０〜３００秒が好ましく、３０〜１８０秒がより好ましい。
【００４３】
現像によりパターン形成されたゾルゲルガラスから形成される層を更に加熱し、架橋をより進行させることができる。この時の加熱条件は、前述のプレベーク、ポストベークの加熱条件と同様である。
クラッド層とコア層のゾルゲルガラスの屈折率差（ｎ２−ｎ１）は、１５５０ｎｍの波長に対して好ましくは０．００１〜０．５であり、より好ましくは０．００３〜０．３である。屈折率差がこの範囲ならば、デバイス内への十分な光閉じ込め効果を得ることができ、光損失を低く抑えることができる。
【００４４】
電気光学効果を有する有機色素を有機ポリマー中に含有させた電気光学ポリマーを、有機溶剤などに溶解した溶液を塗布し、乾燥させることにより電気光学ポリマーから形成される層を形成することができる。
尚、電気光学ポリマーとは、電場を変化させることにより、その屈折率を可逆的に変化させることができるポリマーのことを指す。
【００４５】
電気光学ポリマーの屈折率ｎ３は、１５５０ｎｍの波長に対して１．６０以上２．５０未満であることが好ましい。ｎ３がこの範囲であれば、光損失を低く抑えることができる。
【００４６】
電気光学ポリマー中に含有される有機色素は、電気光学効果を有する化合物であれば特に限定されないが、共役系の化学構造を有し、更に、分子内に電子供与性基及び電子求引性基を有する化合物が好ましい。ここで、共役系の化学構造の例としては、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、ペリレン、ビフェニル、インデン、スチルベン等の芳香族化合物、フラン、ピラン、ピロール、イミダゾール、ピラゾール、チオフェン、チアゾール、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、キノリン、クマリン等の複素環式化合物、これらの化合物同士が炭素―炭素あるいは窒素―窒素不飽和結合を介して結合したもの等が挙げられる。
【００４７】
電子供与性基としては、例えばアルキル基、アリール基又はアシル基で置換されてもよいアミノ基、アルコキシ基、アリルオキシ基並びにチオエーテル基等が挙げられる。電子求引性基としては、例えばニトロ基、シアノ基、ジシアノビニル基、トリシアノビニル基、ハロゲン原子、カルボニル基、スルホン基、ペルフルオロアルキル等が挙げられる。
【００４８】
有機色素を具体的に例示すると、ｐ−ジブチルアミノニトロベンゼン、パラニトロアニリン、２−メトキシ−５−ニトロフェノール、２−メチル−４−ニトロアニリン、４−ジメチルアミノ−４’−ニトロスチルベン、４−ニトロ−４’−アミノスチルベン、１−［ｐ−（ジブチルアミノ）フェニルビニル−４−トリシアノビニル］チオフェン、１−（ｐ−ジブチルアミノフェニル）−４−トリシアノビニル−エチレン、４−ニトロ−４’−（Ｎ−エチル−Ｎ−ヒドロキシエチル）アミノアゾベンゼン、４−ジシアノビニル−４’−（Ｎ−エチル−Ｎ−ヒドロキシエチル）アミノアゾベンゼン、４−ジシアノビニル−４’−（Ｎ，Ｎ−ジメチル）アミノアゾベンゼン、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（ｐ−（ジメチルアミノ）スチリル）−４Ｈ−ピラン、３−メチル−４−ニトロピリジン−Ｎ−オキシド、２−シクロオクチルアミノ−５−ニトロピリジン、３，５−ジメチル−１−（４−ニトロフェニル）ピラゾール、４−（イソポロパキシカルボニル）アミノニトロベンゼン、Ｎ−メトキシメチル−４−ニトロアニリンなどが挙げられる。
尚、本発明の一態様において、特に式（３）の有機色素が好適に用いられる。
【００４９】
【化２】
Ｒ１，Ｒ２：炭素数１〜１０のアルキル基、アリール基、ヒドロキシアルキル基、
Ｏ−シリル化アルキル基
Ｒ３：水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、ヒドロキシアルキル基
Ｒ４：炭素数１〜８のフルオロアルキル基
Ｒ５：アリール基、チオフェニル基、芳香族置換チオフェニル基
【００５０】
有機色素を含有させるマトリクス樹脂は、透明性の高いものであれば特に限定はないが、例えばメタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリシクロオレフィン系樹脂、シリコーン樹脂、これらの共重合体やブレンド物などが挙げられる。これらの中で、特にメタクリル樹脂、アクリル系樹脂が好適である。
【００５１】
電気光学ポリマー中の有機色素の含有量は、電気光学ポリマー１００質量部当たり、０．１〜５０質量部が好ましく、１〜３０質量部がさらに好ましい。該含有量がこの範囲ならば、透明性が維持され、かつ十分な電気光学効果を得ることが可能である。
【００５２】
高い電気光学効果を得るためには、電気光学ポリマー中の有機色素を配向させる必要がある。これを、ポーリング処理という。ポーリング処理は、電気光学ポリマーをガラス転移点近傍まで加熱し電界を印加する方法、電気光学ポリマーに対しコロナ放電を行う方法、電気光学ポリマーを加熱しながらレーザー光を照射する方法などが挙げられ、ポリマーや有機色素の性質により、好ましい方法を選択することができる。
【００５３】
クラッド層のゾルゲルガラスの屈折率ｎ１、コア層のゾルゲルガラスの屈折率ｎ２、電気光学ポリマーの屈折率ｎ３は、ｎ１＜ｎ２＜ｎ３であることが好ましい。屈折率がこのような関係であれば、デバイス内部への光の閉じ込め効果が高くなり、光損失を低く抑えることができる。
【００５４】
この後、電気光学ポリマーを含むデバイス上面全体に低屈折率の有機ポリマー、もしくはシリカ系ゾルを塗布・乾燥し、必要に応じてＵＶ照射を行うことにより、バッファ層を形成することができる。バッファ層の屈折率は、１．５０未満であることが好ましく、１．４０未満であることが更に好ましい。バッファ層の屈折率が１．５０未満ならば、デバイス内部への十分な光の閉じ込め効果を得ることができ、光損失を低く抑えることができる。
【実施例】
【００５５】
以下、本発明の態様を実施例により説明する。但し、本発明は、これらに限定されるものではない。なお、特に記載のない限り、以下の手順を室温室湿度下で行っている。
【００５６】
（製造例１）シロキサンオリゴマー１の製造
撹拌装置、温度制御装置、コンデンサーを備えた反応容器に、メチルシリケート７．９ｇ（０．０１ｍｏｌ）、メチルトリメトキシシラン１３．６ｇ（０．１ｍｏｌ）、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン３１．６ｇ（０．０７２５ｍｏｌ）、１−メトキシ−２−プロパノール５９ｇ、脱イオン水１２．２ｇ（０．６８ｍｏｌ）を仕込み、８０℃で６時間加水分解・縮合させ、シロキサンオリゴマー１を製造した。
【００５７】
（製造例２）シロキサンオリゴマー２の製造
製造例１と同様の装置に、メチルトリメトキシシラン２１．５ｇ（０．１５８ｍｏｌ）、
フェニルトリメトキシシラン８．３ｇ（０．０４２ｍｏｌ）、１−メトキシ−２−プロパノール１２．７ｇ、脱イオン水１０．８ｇ（０．６ｍｏｌ）を仕込み、８０℃で６時間加水分解・縮合させ、シロキサンオリゴマー２を製造した。
【００５８】
（製造例３）シロキサンオリゴマー３の製造
製造例１と同様の装置に、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン２４．８ｇ（０．１ｍｏｌ）、１−メトキシ−２−プロパノール３０ｇ、脱イオン水５．４ｇ（０．３ｍｏｌ）を仕込み、８０℃で６時間加水分解・縮合させ、シロキサンオリゴマー３を製造した。
【００５９】
（調製例１）クラッド層形成用硬化性組成物ＣＬ１の調製
シロキサンオリゴマー１ １００質量部に、光酸発生剤（メーカー名；ＢＡＳＦ、品番：ＩＲＧＡＣＵＲＥ２５０）１質量部、レべリング剤（メーカー名；東レダウコーニング製、品番：Ｌ７００１）０．１質量部を添加し、均一になるまで混合して、硬化性組成物ＣＬ１を調製した。
【００６０】
（調製例２）コア層形成用硬化性組成物ＣＯ１の調製
調製例１のシロキサンオリゴマー１の代わりに２を使用した以外は同様の手順で、硬化性組成物ＣＯ１を調製した。
【００６１】
（調製例３）クラッド層形成用硬化性組成物ＣＬ２の調製
調製例１のシロキサンオリゴマー１の代わりに３を使用した以外は同様の手順で、硬化性組成物ＣＬ２を調製した。
【００６２】
（実施例１）
下部電極を形成した熱酸化膜付きシリコン基板１（寸法：４インチ角）のＳｉＯ２膜上に、硬化性組成物ＣＬ１をスピンコート（回転数：２０００回転／分、時間：３０秒、機器名：ミカサＭＳＡ−１００）で塗布した後、１００℃で１０分間プレベークし、照射強度１１ｍＷ／ｃｍ２で５分間紫外線照射（波長：３６５ｎｍ）（メーカー名；ユニオン光学、型番： ＥＭＡ−４００）を行い、４μｍの膜厚の下部クラッド層２を形成した。下部クラッド層２の屈折率を測定したところ（測定方法名：プリズムカプラ法、測定波長：１５５０ｎｍ、メーカー名：メトリコン社、型番：Ｍｏｄｅｌ ２０１０）、１．３９４であった。
【００６３】
下部クラッド層２の全面に硬化性組成物ＣＯ１をスピンコート（回転数：２０００回転／分、時間：３０秒、機器名：ミカサＭＳＡ−１００）で塗布した後、１００℃で５分間プレベークし、フォトマスク３（メーカー名：ＨＯＹＡ（株））を介して照射強度１１ｍＷ／ｃｍ２で５分間紫外線照射を行い（図１（ａ））、２．５質量％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に３０〜６０秒間浸漬することにより、未露光部を除去し、４μｍ厚のゾルゲルコア層４を下部クラッド層２上に形成した（図１（ｂ））。ゾルゲルコア層４の屈折率を測定したところ、１．４６３であった。
【００６４】
ゾルゲルコア層４の側面が埋まるようにＣＬ１をスピンコート（回転数：２０００回転／分、時間：３０秒、機器名：ミカサＭＳＡ−１００）で塗布した後、１００℃で１０分間プレベークし、照射強度１１ｍＷ／ｃｍ２で５分間紫外線照射を行い、４μｍ厚の側部クラッド層５を形成した（図１（ｃ））。
【００６５】
ゾルゲルコア層４、側部クラッド層５からなる全面に、ＣＬ１をスピンコート（回転数：２０００回転／分、時間：３０秒、機器名：ミカサＭＳＡ−１００）で塗布した後、１００℃で５分間プレベークし、フォトマスク６（メーカー名：ＨＯＹＡ（株））を介して照射強度１１ｍＷ／ｃｍ２で５分間紫外線照射を行い（図１（ｄ））、更に、１００℃で１分間ポストベークして得られた基板を、２．５％質量テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に３０〜６０秒間浸漬することにより、未露光部を除去し、４μｍ厚の上部クラッド層７を形成した（図１（ｅ））。
【００６６】
上部クラッド層７、ゾルゲルコア層４上部の空間部をＣＬ−１で埋め、１００℃で１０分間プレベークし、グレイスケールマスク８（メーカー名：Ｂｅｎｃｈｍａｒｋ（株））を介して照射強度１１ｍＷ／ｃｍ２で５分間紫外線照射を行い（図１（ｆ））、更に１００℃で１分間ポストベークして得られた基板を、２．５質量％テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に３０〜６０秒間浸漬することにより、未露光部を除去し、テーパー角度２°でテーパー構造を有する上部クラッド層９を形成した（図１（ｇ））。上部クラッド層７およびテーパー構造を有する上部クラッド層９に囲まれた空間の底部は、ゾルゲルコア層４の上面になっている。この空間に、非特許文献３に準じて合成した電気光学ポリマーを８質量％の濃度になるように調製したトリクロロエタン溶液をスピンコート（回転数：２０００ 回転／分、時間：３０ 秒、機器名：ミカサＭＳＡ−１００）により塗布し、真空オーブン中で８０℃、１３３Ｐａ以下の減圧下で一昼夜加熱し、溶媒を除去して１μｍ厚の電気光学ポリマーから形成される層を形成した。その後、スパッタリングにより電気光学ポリマーから形成される層上に金電極を形成し、１５０℃で加熱しながら２００〜４００Ｖの電圧をかけ、ポーリング処理を行い電気光学ポリマーから形成されるコア層１０を形成した。ポーリング処理終了後、電気光学ポリマー上の金電極はエッチングにより除去した。（電気光学ポリマーの屈折率：１．６４３）
【００６７】
更に、電気光学ポリマーから形成される層の上部に、フッ素系ポリマー（メーカー名：旭硝子(株)、品番：ＣＹＴＯＰ−８０９Ｍ）をスピンコート（回転数：２０００回転／分、時間：３０秒、機器名：ミカサＭＳＡ−１００）によって塗布、乾燥し、１．８μｍ厚のバッファ層１１を形成した。バッファ層１１の上にスパッタリングにより金の上部電極１２を形成し、ポリマー光変調器を完成させた。光伝播損失値を測定したところ、０．１ｄＢ／ｃｍ未満であった。
【００６８】
（比較例１）
実施例１において、硬化性組成物ＣＬ１の代わりに、化合物Ａを含まないＣＬ２を硬化性組成物として使用して下部クラッド層を作製したところ、硬化までに紫外線照射１５分間を要し、製膜性が不良であった。また、１５５０ｎｍでの屈折率は１．５００であった。
【００６９】
（比較例２）
実施例１において、グレイスケールマスクの代わりに、通常のフォトマスクを使用し、テーパー構造のない上部クラッド層を形成し、その後は同様の手順でポリマー光変調器を作製した。光伝播損失値を測定したところ、３ｄＢ／ｃｍ以上であった。
【符号の説明】
【００７０】
１ 下部電極付シリコン基板
２ 下部クラッド層
３ フォトマスク
４ ゾルゲルコア層
５ 側部クラッド層
６ フォトマスク
７ 上部クラッド層
８ グレイスケールマスク
９ テーパー構造を有する上部クラッド層
１０ 電気光学ポリマーから形成されるコア層
１１ バッファ層＋上部電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマー光変調器の製造方法に関する。更に詳しくは、光硬化が可能なゾルゲル材料を用いることにより、低温プロセスでのゾルゲルガラスから形成されるクラッド・コア材の作製が容易であり、屈折率を任意に制御可能であり、また、光の導波部分にテーパー構造を設置することにより、光損失を極めて小さく抑えることのできるポリマー光変調器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットに代表される情報通信ネットワークは、経済活動、社会活動に不可欠なものとなっており、情報通信の高速化、大容量化の必要性から、光通信システムが急速に伸長しつつある。また、大容量の情報処理のためのコンピュータ間の光インターコネクト、光ファイバー通信網を利用した情報携帯端末の情報伝送など、光を伝送媒体とする通信システムが、その応用範囲を広げつつある。これに伴い、光通信用デバイスの高性能化が求められている。中でも、光変調器は、電気信号を光信号に変換するデバイスとして、光通信システムの中で極めて重要な位置を占めている。
【０００３】
ニオブ酸リチウム（ＬＮ）型光変調器は、最も広く使用されているものであり、デバイス寿命が長く、光損失が小さいなど長所がある一方、帯域幅は十分なものではなくなっており、駆動電圧が高く、無機バルク結晶である為小型化・集積化が難しいなど課題も抱えている。
【０００４】
また、非特許文献１〜２では、構成材料が全て有機ポリマーである全ポリマー型光変調器が開示されている。全ポリマー型は帯域幅が前述のＬＮ型より広く、また、小型化・集積化が可能である。一方で、デバイス寿命はＬＮ型より劣り、光損失もＬＮ型より大きいなど課題がある。
【０００５】
一方、特許文献１、非特許文献３では、屈折率変調を行う電気光学ポリマーのみが有機ポリマーであり、その他の構成材料がゾルゲルガラスであり、更にデバイス内部にテーパー構造を有する有機無機ハイブリッド型光導波路スイッチ、変調器が開示されている。有機無機ハイブリッド型は、帯域幅が広く、駆動電圧が低く、またデバイス寿命が長く、小型化・集積化が可能であるなど、ＬＮ型、全ポリマー型の長所を併せ持っており、更に、テーパー構造を設けることにより、光損失を抑えている。しかしながら、クラッド部のゾルゲルガラスの屈折率が高く、光の封じ込め効果が十分であるとは言えない。
【０００６】
更に、特許文献２では、感光性ゾルゲル材料の光硬化により、ゾルゲルガラスを形成する、光導波路の製造方法が開示されている。しかしながら、この光導波路にはテーパー構造などの光損失を抑える構造は設けられておらず、光損失が十分とは言い難い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１６９９４５号公報
【特許文献２】特許第３８６７４０９号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ７６，３５２５−３５２７（２０００）
【非特許文献２】Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ７８，３１３６−３１３８（２００１）
【非特許文献３】Ｎａｔｕｒｅ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｖｏｌ．１，１８０−１８５，（２００７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ポリマー光変調器においては、光硬化による低温プロセスで短時間でのゾルゲルガラスの作製と伴に、ゾルゲルガラスの屈折率の十分な制御が求められていた。そして作製したポリマー光変調器の光損失を効果的に抑えることが求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、本発明の態様により上記課題を解決できることを見いだした。
【００１１】
本発明の一態様は、下記一般式（１）
Ｒ１ｎＳｉ（ＯＲ２）４−ｎ （１）
（Ｒ１は炭素数１〜１０の有機基、もしくはフッ素化アルキル基、Ｒ２は炭素数１〜４のアルキル基、アシル基、ｎは１〜３の整数）
で表されるシリコンアルコキシド、その加水分解・縮合物、またはこれらの混合物と、光酸発生剤とを含有する硬化性組成物を調製する工程と、
該硬化性組成物を基板上に塗布・硬化し、更にパターン形成を行うことにより、ゾルゲルガラスから形成される下部クラッド層、コア層、側部クラッド層及び上部クラッド層を形成する工程と、
上部クラッド層中に、電気光学ポリマーから形成されるコア層を、該ゾルゲルガラスから形成されるコア層の上部に接触して埋設する工程とを含み、且つ、上部クラッド層と電気光学ポリマーから形成されるコア層との接続部の一部が、導波光の進行方向に対してテーパー構造を有する、ポリマー光変調器の製造方法である。
【００１２】
本発明の一態様は、上記硬化性組成物が、下記一般式（２）
【化１】
（Ｍはケイ素原子、ゲルマニウム原子、チタン原子、ジルコニウム原子、Ｒ３は炭素数１〜４のアルキル基、アシル基、ｎは１〜１０の整数）
で表される金属アルコキシド、その加水分解・縮合物、またはこれらの混合物をさらに含有する、ポリマー光変調器の製造方法である。
【００１３】
本発明の一態様は、上部クラッド層を形成する硬化性組成物に、グレイスケールマスクを介して活性エネルギー線を露光し、未露光部を除去してクラッド層の一部にテーパー構造を有する、ポリマー光変調器の製造方法である。
【００１４】
本発明の一態様は、ゾルゲルガラスから形成される下部・上部クラッド層の屈折率がｎ１であり、ゾルゲルガラスから形成されるコア層の屈折率がｎ２であり、電気光学ポリマーから形成されるコア層の屈折率がｎ３であり、且つ、ｎ１＜ｎ２＜ｎ３である、ポリマー光変調器の製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の態様により、ポリマー光変調器において、光硬化による低温プロセスで短時間でのゾルゲルガラスの作製と伴に、ゾルゲルガラスの屈折率の十分な制御が可能となる。そして作製したポリマー光変調器の光損失を効果的に抑えること可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１（ａ）〜（ｈ）は、本発明に係るポリマー光変調器の製造工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書中において、
「上部クラッド層と電気光学ポリマーから形成されるコア層との接続部の一部が、導波光の進行方向に対してテーパー構造を有する」とは、例えば、図１（ｇ）中において、上部クラッド層９中に示されているように、上部クラッド層７の一部が、電気光学ポリマーから形成されるコア層１０の側に向かって傾斜した構造を有していることをいう。そして、電気光学ポリマーから形成されるコア層１０の平面とテーパー構造の斜面とがなす角度を、テーパー角度という。テーパー角度は、０．５〜５°であることができる。
「ゾルゲルガラス」とは、シロキサン系化合物に、熱又は活性エネルギー線等の照射を行うことにより、ゾル−ゲル反応を進行させて得られるポリシロキサン系の無機膜をいう。
「電気光学ポリマー」とは、有機色素を透明な有機ポリマー中に含有させたものをいい、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）等のマトリクス樹脂中にドープしたものが挙げられる。ここで、マトリクス樹脂中の色素の濃度は、０．１質量％〜８０質量％であることができる。
【００１８】
硬化性組成物の調製工程
本発明に係る硬化性組成物は、一般式（１）で示されるシラン化合物（以下、化合物Ａ）、その加水分解・縮合物、あるいはこれらの混合物、又は、該化合物Ａ、その加水分解・縮合物。あるいはこれらの混合物と、一般式（２）で示される金属アルコキシド（以下、化合物Ｂ）、その加水分解・縮合物、あるいはこれらの混合物に、光酸発生剤を添加することにより調製される。
【００１９】
一般式（１）で表される化合物Ａとしては、例えば、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、３−（メタ）アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、３−（メタ）アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、ｐ−スチリルトリエトキシシラン、ｐ−スチリルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−クロロプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、３−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリエトキシシラン、２−（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、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシラン、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、トリフルオロメチルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、ノナフルオロヘキシルトリメトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシラン、ペンタフルオロフェニルトリメトキシシランなどが挙げられる。これらの中で、特にメチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、トリフルオロメチルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、ノナフルオロヘキシルトリメトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシランが好適である。
【００２０】
また、化合物Ｂとしては、例えば、テトラメトキシシランおよびこのｎ量体、テトラエトキシシランおよびこのｎ量体、チタニウムテトラメトキシド、チタニウムテトラエトキシド、チタニウムテトラｎ−プロポキシド、チタニウムテトラｉ−プロポキシド、チタニウムテトラｎ−ブトキシド、チタニウムテトラｓｅｃ−ブトキシド、チタニウムテトラｔｅｒｔ−ブトキシド、ジルコニウムテトラメトキシド、ジルコニウムテトラエトキシド、ジルコニウムテトラｎ−プロポキシド、ジルコニウムテトラｉ−プロポキシド、ジルコニウムテトラｎ−ブトキシド、ジルコニウムテトラｓｅｃ−ブトキシド、ジルコニウムテトラｔｅｒｔ−ブトキシド、ゲルマニウムテトラメトキシド、ゲルマニウムテトラエトキシド、ゲルマニウムテトラｎ−プロポキシド、ゲルマニウムテトラｉ−プロポキシド、ゲルマニウムテトラｎ−ブトキシド、ゲルマニウムテトラｓｅｃ−ブトキシド、ゲルマニウムテトラｔｅｒｔ−ブトキシドなどが挙げられる。これらの中で、特にテトラメトキシシランおよびこのｎ量体、テトラエトキシシランおよびこのｎ量体、チタニウムテトラｎ−プロポキシド、チタニウムテトラｉ−プロポキシド、チタニウムテトラｎ−ブトキシド、ジルコニウムテトラｎ−プロポキシド、ジルコニウムテトラｉ−プロポキシド、ジルコニウムテトラｎ−ブトキシドが好適である。
【００２１】
本発明に係る硬化性組成物は、化合物Ａを単独で用いても、２種類以上を組み合わせ用いてもよく、また、化合物Ａを単独で加水分解・縮合したもの、もしくは２種類以上を組み合わせたものを加水分解・共縮合させたものを用いてもよく、あるいはこれらの混合物を用いてもよい。更に、化合物Ａに化合物Ｂを混合したもの、あるいは化合物Ａと化合物Ｂを加水分解・共縮合させたものを用いてもよい。化合物Ａと化合物Ｂを共縮合させる場合のモル比は、化合物Ａ：化合物Ｂ＝１００：０〜１０：９０の範囲ならば、任意のモル比を選択できる。
【００２２】
化合物Ａ、化合物Ｂの加水分解・（共）縮合の触媒としては、塩酸、硫酸、硝酸およびフッ化水素酸などの無機酸、酢酸、シュウ酸、クエン酸、酒石酸などの有機酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどのアルカリ金属類、アンモニア、メチルアミン、エチルアミン、ｎ−プロピルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジ−ｎ−プロピルアミン、トリエチルアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、イミダゾール、ピペリジンなどのアミン化合物、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、ベンジルトリエチルアンモニウムヒドロキシド、アンモニウムフルオリド、テトラブチルアンモニウムフルオリド、ベンジルトリメチルアンモニウムクロライド、ベンジルトリエチルアンモニウムクロライドなどの第４級アンモニウム塩などが好適である。
【００２３】
触媒量は、化合物Ａ、あるいは化合物Ａと化合物Ｂの合計１００質量部に対し、０．０１〜２０質量部が好ましく、０．１〜１０質量部がより好ましい。０．０１質量部以上では十分な触媒活性を得ることができる。また、２０質量部以下ならば、残留触媒の硬化物性への影響を低く抑えることができる。
【００２４】
化合物Ａ、あるいは化合物Ａおよび化合物Ｂの加水分解に使用する水の量は、加水分解性アルコキシ基のモル数の理論量合計の０．１〜１０倍が好ましく、１〜３倍がより好ましい。
【００２５】
加水分解共縮合の反応温度は、０〜１００℃が好ましく、２０〜８０℃がより好ましい。０℃以上ならば十分に反応が進行する。１００℃以下ならば副反応の誘発やゲル化の可能性が少ない。
【００２６】
加水分解共縮合反応時には、有機溶媒を使用することが好ましい。有機溶媒としては、化合物Ａ、あるいは化合物Ａおよび化合物Ｂを溶解できるものであれば特に限定はないが、例えばメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、１−メトキシ−２−プロパノールなどが挙げられる。これらの有機溶剤は、単独でも、２種類以上を混合して使用してもよい。
【００２７】
本発明に係る硬化性組成物には、重合・硬化を促進させるために、光酸発生剤を含有させることが好ましい。光酸発生剤は特に限定はないが、例えば、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、ジアゾニウム塩、セレニウム塩、ピリジニウム塩、フェロセニウム塩、ホスホニウム塩等のオニウム塩が挙げられる。これらのうち、特にヨードニウム塩およびスルホニウム塩が好ましい。
【００２８】
ヨードニウム塩の具体例としては、（トリクミル）ヨードニウムテトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボレート、ジフェニルヨードニウム・ヘキサフルオロホスフェート、ジフェニルヨードニウム・ヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニルヨードニウム・テトラフルオロボレート、ジフェニルヨードニウム・テトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボレート、ビス（ドデシルフェニル）ヨードニウムヘキサフルオロホスフェート、ビス（ドデシルフェニル）ヨードニウム・ヘキサフルオロアンチモネート、ビス（ドデシルフェニル）ヨードニウム・テトラフルオロボレート、ビス（ドデシルフェニル）ヨードニウム・テトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボレート、４−メチルフェニル−４−（１−メチルエチル）フェニルヨードニウム・ヘキサフルオロホスフェート、４−メチルフェニル−４−（１−メチルエチル）フェニルヨードニウム・ヘキサフルオロアンチモネート、４−メチルフェニル−４−（１−メチルエチル）フェニルヨードニウム・テトラフルオロボレート、４−メチルフェニル−４−（１−メチルエチル）フェニルヨードニウム・テトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボレート等が挙げられる。
【００２９】
また、スルホニウム塩の具体例としては、ビス［４−（ジフェニルスルホニオ）フェニル］スルフィド・ビスヘキサフルオロホスフェート、ビス［４−（ジフェニルスルホニオ）フェニル］スルフィド・ビスヘキサフルオロアンチモネート、ビス［４−（ジフェニルスルホニオ）フェニル］スルフィド・ビステトラフルオロボレート、ビス［４−（ジフェニルスルホニオ）フェニル］スルフィド・テトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボレート、ジフェニル−４−（フェニルチオ）フェニルスルホニウム・ヘキサフルオロホスフェート、ジフェニル−４−（フェニルチオ）フェニルスルホニウム・ヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニル−４−（フェニルチオ）フェニルスルホニウム・テトラフルオロボレート、ジフェニル−４−（フェニルチオ）フェニルスルホニウム・テトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボレート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムテトラフルオロボレート、トリフェニルスルホニウムテトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボレート、ビス［４−（ジ（４−（２−ヒドロキシエトキシ））フェニルスルホニオ）フェニル］スルフィド・ビスヘキサフルオロホスフェート、ビス［４−（ジ（４−（２−ヒドロキシエトキシ））フェニルスルホニオ）フェニル］スルフィド・ビスヘキサフルオロアンチモネート、ビス［４−（ジ（４−（２−ヒドロキシエトキシ））フェニルスルホニオ）フェニル］スルフィド・ビステトラフルオロボレート、ビス［４−（ジ（４−（２−ヒドロキシエトキシ））フェニルスルホニオ）フェニル］スルフィド・テトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボレート、トリフェニルスルホニウム四フッ化ホウ素、トリフェニルスルホニウム六フッ化アンチモン、トリフェニルスルホニウム六フッ化ヒ素、トリ（４−メトキシフェニル）スルホニウム六フッ化ヒ素、ジフェニル（４−フェニルチオフェニル）スルホニウム六フッ化ヒ素等が挙げられる。
【００３０】
本発明に係る硬化性組成物には、ラジカル重合性官能基あるいはカチオン重合性官能基を有する化合物を併用することができる。
【００３１】
ラジカル重合性官能基を有する化合物としては、フェニル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、フェニルエチル（メタ）アクリレート、フェノキシエチル（メタ）アクリレート、パラクミルフェノールエチレンオキサイド変性（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、ジシクロペンテニル（メタ）アクリレート、ジシクロペンタニル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチル（メタ）アクリレート、ｉ−ブチル（メタ）アクリレート、ｔ−ブチル（メタ）アクリレート、ペンチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ｎ−ヘキシル（メタ）アクリレート、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、２−ヒドロキシブチル（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、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート及びフォスフォエチル（メタ）アクリレート、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリブチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１,３−ブチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１,６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、２,２−ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシフェニル］−プロパン、２,２−ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシエトキシフェニル］−プロパン、２,２−ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシジエトキシフェニル］−プロパン、２,２−ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシペンタエトキシフェニル］−プロパン、２,２−ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシエトキシ−３−フェニルフェニル］−プロパン、２,２−ビス［４−（メタ）アクリロイルオキシエトキシ−３,５−ジブロモフェニルプロパン］、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、テトラメチロールメタントリ（メタ）アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ（メタ）アクリレート及びジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレートなどの（メタ）アクリレート化合物、スチレン、ｐ−メチルスチレン、ｍ−メチルスチレン、ｐ−メトキシスチレン、ｍ−メトキシスチレン、ｐ−クロロスチレン、ｍ−クロロスチレン、α−メチルスチレン、α−メチル−ｐ−メチルスチレン、α−メチル−ｍ−メチルスチレン、α−メチル−ｐ−メトキシスチレン、α−メチル−ｍ−メトキシスチレン、α−メチル−ｐ−クロロスチレン、α−メチル−ｍ−クロロスチレンなどスチレン化合物；メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、ヘキシルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、メチルプロペニルエーテル、エチルプロペニルエーテル、ブチルプロペニルエーテル、メチルブテニルエーテル、エチルブテニルエーテル、Ｎ−ビニルアセトアミド、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニルピペリドン、Ｎ−ビニルカルバゾール、ヒドロキシエチルビニルエーテル、ヒドロキシブチルビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテル、シクロヘキサンジオールモノビニルエーテル、９−ヒドロキシノニルビニルエーテル、プロピレングリコールモノビニルエーテル、ネオペンチルグリコールモノビニルエーテル、グリセロールジビニルエーテル、グリセロールモノビニルエーテル、トリメチロールプロパンジビニルエーテル、トリメチロールプロパンモノビニルエーテル、ペンタエリスリトールモノビニルエーテル、ペンタエリスリトールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、ジエチレングリコールモノビニルエーテル、トリエチレングリコールモノビニルエーテル、テトラエチレングリコールモノビニルエーテル、トリシクロデカンジオールモノビニルエーテル、トリシクロデカンジメタノールモノビニルエーテル、エチレングリコールジビニルエーテル、ブタンジオールジビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、シクロヘキサンジオールジビニルエーテル、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、ペンタエリスリトールテトラビニルエーテル、グリセロールトリビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテルなどのビニル化合物、アリルエチルエーテル、アリルプロピルエーテル、アリルブチルエーテル、アリルグリシジルエーテル、アリルフェニルエーテル、ジアリルエーテル、ジエチレングリコールビスアリルエーテル、アリルアセテート、アリルブチラート、アリルヘキサノエート、アリルカプロエート、アリルクロルアセテート、アリルメタクリレート、ジアリルマレート、ジアリルスクシネート、ジアリルフタレート、ジアリルテレフタレート、ジアリルイソフタレート、トリアリルトリメレテート、１，３，５-トリアリルベンゼンカルボン酸、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレートなどのアリル化合物、フェニルグリシジルエーテル、ｐ-ｔ-ブチルフェニルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、２-エチルヘキシルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、１，２-ブチレンオキサイド、１，３-ブタジエンモノオキサイド、１，２-ドデシレンオキサイド、エピクロロヒドリン、１，２-エポキシデカン、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、スチレンオキサイド、シクロヘキセンオキサイド、３-メタクリロイルオキシメチルシクロヘキセンオキサイド、３-アクロイルオキシメチルシクロヘキセンオキサイド、３-ビニルシクロヘキセンオキサイド、４-ビニルシクロヘキセンオキサイド、１，１，３-テトラデカジエンジオキサイド、リモネンジオキサイド、３，４-エポキシシクロヘキシルメチル-（３，４-エポキシシクロヘキシル）カルボシキレート、ジ（３，４-エポキシシクロヘキシル）アジペート、フェニルグリシジルエーテル、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、多価アルコールのポリグリシジルエーテルなどのエポキシ化合物、３，３-ジメチルオキセタン、３，３-ビス（クロロメチル）オキセタン、２-ヒドロキシメチルオキセタン、３-メチル-３-オキセタンメタノール、３-メチル-３-メトキシメチルオキセタン、３-エチル-３-フェノキシメチルオキセタン、レゾルシノールビス（３-メチル-３-オキセタニルエチル）エーテル、ｍ-キシリレンビス（３-エチル-３-オキセタニルエチルエーテル）等のオキセタン化合物、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルシリケート（テトラメトキシシランの部分加水分解縮合物）、エチルシリケート（テトラエトキシシランの部分加水分解縮合物）、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、３−（メタ）アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、３−（メタ）アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、ｐ−スチリルトリエトキシシラン、ｐ−スチリルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−クロロプロピルトリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリエトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、３−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリエトキシシラン、２−（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、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシランなどのアルコキシシラン化合物、これらの化合物を加水分解・縮合して得られる、アルコキシシリル基および／またはシラノール基を有するシリコーン化合物などが挙げられる。
【００３２】
本発明に係る硬化性組成物において、ラジカル重合性官能基を有する化合物を併用する場合は、重合・硬化反応を促進させる為に、ラジカル重合開始剤を含有させることが好ましい。ラジカル重合開始剤は、特に限定はないが、例えば２，２′−アゾビス（２−メチルブチロニトリル）、２，２′−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）、ジメチル−２，２′−アゾビス（イソブチレート）、ジメチル−２，２′−アゾビス（２−メチルブチレート）及びジメチル−２，２′−アゾビス（２，４−ジメチルペンタノエート）、過酸化水素、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過炭酸ナトリウム等であり、また有機過酸化物としてはｔ−ブチルパーオキシマレイン酸、ｔ−ブチルハイドロパーオキサイド、過酸化アセチル、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過酸化ターシャリジブチルなどの熱ラジカル重合開始剤、あるいは、３,３−ジメチル−４−メトキシ−ベンゾフェノン、ベンジルジメチルケタール、ｐ−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、ｐ−ジメチルアミノ安息香酸エチル、ベンゾフェノン、ｐ−メトキシベンゾフェノン、２,２−ジエトキシアセトフェノン、２,２−ジメトキシ−１,２−ジフェニルエタン−１−オン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、メチルフェニルグリオキシレート、エチルフェニルグリオキシレート、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、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−１,２,４,６−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイドなどが挙げられる。
【００３３】
本発明に係る硬化性組成物は、固形分濃度調整、塗布性向上、基材への密着性向上等を目的として、有機溶媒を含有できる。有機溶媒としては、例えば、アルコール類、ケトン類、エーテル類、エステル類、セロソルブ類及び芳香族化合物類が挙げられる。
【００３４】
具体例としては、メチルアルコール、エチルアルコール、１−プロピルアルコール、２−プロピルアルコール、１−ブチルアルコール、２−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、ベンジルアルコール、２−メトキシエチルアルコール、２−エトキシエチルアルコール、２−（メトキシメトキシ）エタノール、２−ブトキシエタノール、フルフリルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、１−メトキシ−２−プロパノール、１−エトキシ−２−プロパノール、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジアセトンアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、２−ペンタノン、３−ペンタノン、２−ヘキサノン、メチルイソブチルケトン、２−ヘプタノン、４−ヘプタノン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、アセトフェノン、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジヘキシルエーテル、アニソール、フェネトール、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、１,２−ジメトキシエタン、１,２−ジエトキシエタン、１,２−ジブトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、グリセリンエーテル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ｓｅｃ−ブチル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、３−メトキシブチルアセテート、２−エチルブチルアセテート、２−エチルヘキシルアセテート、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ブチル、γ−ブチロラクトン、２−メトキシエチルアセテート、２−エトキシエチルアセテート、２−ブトキシエチルアセテート、２−フェノキシエチルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ベンゼン、トルエン、キシレンが挙げられる。これらの有機溶媒は単独で又は２種以上を併用して使用できる。
【００３５】
また、本発明に係る硬化性組成物は、その他、必要に応じて、無機微粒子、染料、顔料、顔料分散剤、流動調整剤、レベリング剤、消泡剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤等を含有できる。
【００３６】
ポリマー光変調器作製工程
本発明に係るポリマー光変調器は、基板に、ゾルゲルガラスから形成される下部クラッド層、コア層、側部クラッド層及び上部クラッド層、電気光学効果（電界を印加することにより、屈折率が変化する現象）を示す電気光学ポリマー（有機色素を透明な有機ポリマー中に含有させたもの）、更に、低屈折率の有機ポリマーもしくはゾルゲルガラスから形成されるバッファ層を順次塗布、硬化させ、これらを形成させることにより作製される。尚、ゾルゲルガラスから形成される層は、前述の硬化性組成物を硬化させることにより形成することができる。
【００３７】
硬化性組成物もしくは有機ポリマーの塗布方法としては、スピンコート法、ディップコート法、スプレーコート法、バーコート法、フローコート法、グラビアコート法、ロールコート法など公知の方法を用いることができるが、特にスピンコート法が好適である。
硬化性組成物を塗布した後、加熱（プレベーク）することにより、薄膜を形成することができる。加熱温度は５０〜２００℃が好ましく、７０〜１２０℃が更に好ましい。また、加熱時間は１〜３０分が好ましく、５〜１０分が更に好ましい。
【００３８】
形成した薄膜に活性エネルギー線を照射することにより、薄膜を硬化させ、ゾルゲルガラスから形成される層を得ることができる。活性エネルギー線としては、紫外線、可視光線、赤外線、Ｘ線、α線、β線、γ線などを用いることができる。光源としては特に制限はないが、例えば、高圧水銀ランプ、中圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、エキシマランプ、ＬＥＤランプなどが使用できる。活性エネルギー線により得られたゾルゲルガラスから形成される層を更に加熱（ポストベーク）することにより、硬化をより進行させることもできる。ポストベークの条件は、プレベークのそれと同様である。
【００３９】
コア層、クラッド層を、所定のパターンで形成する時は、所定の開口形状を有するフォトマスクを使用することが好ましい。また、本発明の一態様では、クラッド層の一部にテーパー構造を形成するため、フォトマスクの両端から徐々に透過光が減少し、中央部は全く光を通さないグレイスケールマスクを使用することを特徴としている。
【００４０】
フォトマスクを介して光照射を行った場合、露光部は硬化し、未露光部は未硬化のままである。したがって、露光部と未露光部の溶解度差を利用し、未露光部を有機溶剤またはアルカリ溶液などで溶解除去することで、露光部のパターンを現像することができる。
【００４１】
使用される現像液としては、前述の硬化性組成物に含有できる有機溶媒、あるいはシラン化合物の加水分解・縮合の触媒に用いられるアルカリ金属、アミン化合物、第４級アンモニウム塩のアルカリ水溶液などが好適である。これらアルカリ水溶液の濃度は、０．１〜１０重量％が好適であり、０．５〜５重量％が更に好適である。また、これらアルカリ水溶液に、水溶性のアルコールやケトン、環状エーテルなどの有機溶媒を適量混合した溶液を用いることもできる。
【００４２】
現像方法は、現像液を噴霧する方法、現像液で洗い流す方法、現像液に浸漬する方法など、どのような方法を用いてもよいが、浸漬法が簡便である。現像時間は１０〜３００秒が好ましく、３０〜１８０秒がより好ましい。
【００４３】
現像によりパターン形成されたゾルゲルガラスから形成される層を更に加熱し、架橋をより進行させることができる。この時の加熱条件は、前述のプレベーク、ポストベークの加熱条件と同様である。
クラッド層とコア層のゾルゲルガラスの屈折率差（ｎ２−ｎ１）は、１５５０ｎｍの波長に対して好ましくは０．００１〜０．５であり、より好ましくは０．００３〜０．３である。屈折率差がこの範囲ならば、デバイス内への十分な光閉じ込め効果を得ることができ、光損失を低く抑えることができる。
【００４４】
電気光学効果を有する有機色素を有機ポリマー中に含有させた電気光学ポリマーを、有機溶剤などに溶解した溶液を塗布し、乾燥させることにより電気光学ポリマーから形成される層を形成することができる。
尚、電気光学ポリマーとは、電場を変化させることにより、その屈折率を可逆的に変化させることができるポリマーのことを指す。
【００４５】
電気光学ポリマーの屈折率ｎ３は、１５５０ｎｍの波長に対して１．６０以上２．５０未満であることが好ましい。ｎ３がこの範囲であれば、光損失を低く抑えることができる。
【００４６】
電気光学ポリマー中に含有される有機色素は、電気光学効果を有する化合物であれば特に限定されないが、共役系の化学構造を有し、更に、分子内に電子供与性基及び電子求引性基を有する化合物が好ましい。ここで、共役系の化学構造の例としては、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、ペリレン、ビフェニル、インデン、スチルベン等の芳香族化合物、フラン、ピラン、ピロール、イミダゾール、ピラゾール、チオフェン、チアゾール、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、キノリン、クマリン等の複素環式化合物、これらの化合物同士が炭素―炭素あるいは窒素―窒素不飽和結合を介して結合したもの等が挙げられる。
【００４７】
電子供与性基としては、例えばアルキル基、アリール基又はアシル基で置換されてもよいアミノ基、アルコキシ基、アリルオキシ基並びにチオエーテル基等が挙げられる。電子求引性基としては、例えばニトロ基、シアノ基、ジシアノビニル基、トリシアノビニル基、ハロゲン原子、カルボニル基、スルホン基、ペルフルオロアルキル等が挙げられる。
【００４８】
有機色素を具体的に例示すると、ｐ−ジブチルアミノニトロベンゼン、パラニトロアニリン、２−メトキシ−５−ニトロフェノール、２−メチル−４−ニトロアニリン、４−ジメチルアミノ−４’−ニトロスチルベン、４−ニトロ−４’−アミノスチルベン、１−［ｐ−（ジブチルアミノ）フェニルビニル−４−トリシアノビニル］チオフェン、１−（ｐ−ジブチルアミノフェニル）−４−トリシアノビニル−エチレン、４−ニトロ−４’−（Ｎ−エチル−Ｎ−ヒドロキシエチル）アミノアゾベンゼン、４−ジシアノビニル−４’−（Ｎ−エチル−Ｎ−ヒドロキシエチル）アミノアゾベンゼン、４−ジシアノビニル−４’−（Ｎ，Ｎ−ジメチル）アミノアゾベンゼン、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（ｐ−（ジメチルアミノ）スチリル）−４Ｈ−ピラン、３−メチル−４−ニトロピリジン−Ｎ−オキシド、２−シクロオクチルアミノ−５−ニトロピリジン、３，５−ジメチル−１−（４−ニトロフェニル）ピラゾール、４−（イソポロパキシカルボニル）アミノニトロベンゼン、Ｎ−メトキシメチル−４−ニトロアニリンなどが挙げられる。
尚、本発明の一態様において、特に式（３）の有機色素が好適に用いられる。
【００４９】
【化２】
Ｒ１，Ｒ２：炭素数１〜１０のアルキル基、アリール基、ヒドロキシアルキル基、
Ｏ−シリル化アルキル基
Ｒ３：水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、ヒドロキシアルキル基
Ｒ４：炭素数１〜８のフルオロアルキル基
Ｒ５：アリール基、チオフェニル基、芳香族置換チオフェニル基
【００５０】
有機色素を含有させるマトリクス樹脂は、透明性の高いものであれば特に限定はないが、例えばメタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリシクロオレフィン系樹脂、シリコーン樹脂、これらの共重合体やブレンド物などが挙げられる。これらの中で、特にメタクリル樹脂、アクリル系樹脂が好適である。
【００５１】
電気光学ポリマー中の有機色素の含有量は、電気光学ポリマー１００質量部当たり、０．１〜５０質量部が好ましく、１〜３０質量部がさらに好ましい。該含有量がこの範囲ならば、透明性が維持され、かつ十分な電気光学効果を得ることが可能である。
【００５２】
高い電気光学効果を得るためには、電気光学ポリマー中の有機色素を配向させる必要がある。これを、ポーリング処理という。ポーリング処理は、電気光学ポリマーをガラス転移点近傍まで加熱し電界を印加する方法、電気光学ポリマーに対しコロナ放電を行う方法、電気光学ポリマーを加熱しながらレーザー光を照射する方法などが挙げられ、ポリマーや有機色素の性質により、好ましい方法を選択することができる。
【００５３】
クラッド層のゾルゲルガラスの屈折率ｎ１、コア層のゾルゲルガラスの屈折率ｎ２、電気光学ポリマーの屈折率ｎ３は、ｎ１＜ｎ２＜ｎ３であることが好ましい。屈折率がこのような関係であれば、デバイス内部への光の閉じ込め効果が高くなり、光損失を低く抑えることができる。
【００５４】
この後、電気光学ポリマーを含むデバイス上面全体に低屈折率の有機ポリマー、もしくはシリカ系ゾルを塗布・乾燥し、必要に応じてＵＶ照射を行うことにより、バッファ層を形成することができる。バッファ層の屈折率は、１．５０未満であることが好ましく、１．４０未満であることが更に好ましい。バッファ層の屈折率が１．５０未満ならば、デバイス内部への十分な光の閉じ込め効果を得ることができ、光損失を低く抑えることができる。
【実施例】
【００５５】
以下、本発明の態様を実施例により説明する。但し、本発明は、これらに限定されるものではない。なお、特に記載のない限り、以下の手順を室温室湿度下で行っている。
【００５６】
（製造例１）シロキサンオリゴマー１の製造
撹拌装置、温度制御装置、コンデンサーを備えた反応容器に、メチルシリケート７．９ｇ（０．０１ｍｏｌ）、メチルトリメトキシシラン１３．６ｇ（０．１ｍｏｌ）、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン３１．６ｇ（０．０７２５ｍｏｌ）、１−メトキシ−２−プロパノール５９ｇ、脱イオン水１２．２ｇ（０．６８ｍｏｌ）を仕込み、８０℃で６時間加水分解・縮合させ、シロキサンオリゴマー１を製造した。
【００５７】
（製造例２）シロキサンオリゴマー２の製造
製造例１と同様の装置に、メチルトリメトキシシラン２１．５ｇ（０．１５８ｍｏｌ）、
フェニルトリメトキシシラン８．３ｇ（０．０４２ｍｏｌ）、１−メトキシ−２−プロパノール１２．７ｇ、脱イオン水１０．８ｇ（０．６ｍｏｌ）を仕込み、８０℃で６時間加水分解・縮合させ、シロキサンオリゴマー２を製造した。
【００５８】
（製造例３）シロキサンオリゴマー３の製造
製造例１と同様の装置に、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン２４．８ｇ（０．１ｍｏｌ）、１−メトキシ−２−プロパノール３０ｇ、脱イオン水５．４ｇ（０．３ｍｏｌ）を仕込み、８０℃で６時間加水分解・縮合させ、シロキサンオリゴマー３を製造した。
【００５９】
（調製例１）クラッド層形成用硬化性組成物ＣＬ１の調製
シロキサンオリゴマー１ １００質量部に、光酸発生剤（メーカー名；ＢＡＳＦ、品番：ＩＲＧＡＣＵＲＥ２５０）１質量部、レべリング剤（メーカー名；東レダウコーニング製、品番：Ｌ７００１）０．１質量部を添加し、均一になるまで混合して、硬化性組成物ＣＬ１を調製した。
【００６０】
（調製例２）コア層形成用硬化性組成物ＣＯ１の調製
調製例１のシロキサンオリゴマー１の代わりに２を使用した以外は同様の手順で、硬化性組成物ＣＯ１を調製した。
【００６１】
（調製例３）クラッド層形成用硬化性組成物ＣＬ２の調製
調製例１のシロキサンオリゴマー１の代わりに３を使用した以外は同様の手順で、硬化性組成物ＣＬ２を調製した。
【００６２】
（実施例１）
下部電極を形成した熱酸化膜付きシリコン基板１（寸法：４インチ角）のＳｉＯ２膜上に、硬化性組成物ＣＬ１をスピンコート（回転数：２０００回転／分、時間：３０秒、機器名：ミカサＭＳＡ−１００）で塗布した後、１００℃で１０分間プレベークし、照射強度１１ｍＷ／ｃｍ２で５分間紫外線照射（波長：３６５ｎｍ）（メーカー名；ユニオン光学、型番： ＥＭＡ−４００）を行い、４μｍの膜厚の下部クラッド層２を形成した。下部クラッド層２の屈折率を測定したところ（測定方法名：プリズムカプラ法、測定波長：１５５０ｎｍ、メーカー名：メトリコン社、型番：Ｍｏｄｅｌ ２０１０）、１．３９４であった。
【００６３】
下部クラッド層２の全面に硬化性組成物ＣＯ１をスピンコート（回転数：２０００回転／分、時間：３０秒、機器名：ミカサＭＳＡ−１００）で塗布した後、１００℃で５分間プレベークし、フォトマスク３（メーカー名：ＨＯＹＡ（株））を介して照射強度１１ｍＷ／ｃｍ２で５分間紫外線照射を行い（図１（ａ））、２．５質量％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に３０〜６０秒間浸漬することにより、未露光部を除去し、４μｍ厚のゾルゲルコア層４を下部クラッド層２上に形成した（図１（ｂ））。ゾルゲルコア層４の屈折率を測定したところ、１．４６３であった。
【００６４】
ゾルゲルコア層４の側面が埋まるようにＣＬ１をスピンコート（回転数：２０００回転／分、時間：３０秒、機器名：ミカサＭＳＡ−１００）で塗布した後、１００℃で１０分間プレベークし、照射強度１１ｍＷ／ｃｍ２で５分間紫外線照射を行い、４μｍ厚の側部クラッド層５を形成した（図１（ｃ））。
【００６５】
ゾルゲルコア層４、側部クラッド層５からなる全面に、ＣＬ１をスピンコート（回転数：２０００回転／分、時間：３０秒、機器名：ミカサＭＳＡ−１００）で塗布した後、１００℃で５分間プレベークし、フォトマスク６（メーカー名：ＨＯＹＡ（株））を介して照射強度１１ｍＷ／ｃｍ２で５分間紫外線照射を行い（図１（ｄ））、更に、１００℃で１分間ポストベークして得られた基板を、２．５％質量テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に３０〜６０秒間浸漬することにより、未露光部を除去し、４μｍ厚の上部クラッド層７を形成した（図１（ｅ））。
【００６６】
上部クラッド層７、ゾルゲルコア層４上部の空間部をＣＬ−１で埋め、１００℃で１０分間プレベークし、グレイスケールマスク８（メーカー名：Ｂｅｎｃｈｍａｒｋ（株））を介して照射強度１１ｍＷ／ｃｍ２で５分間紫外線照射を行い（図１（ｆ））、更に１００℃で１分間ポストベークして得られた基板を、２．５質量％テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液に３０〜６０秒間浸漬することにより、未露光部を除去し、テーパー角度２°でテーパー構造を有する上部クラッド層９を形成した（図１（ｇ））。上部クラッド層７およびテーパー構造を有する上部クラッド層９に囲まれた空間の底部は、ゾルゲルコア層４の上面になっている。この空間に、非特許文献３に準じて合成した電気光学ポリマーを８質量％の濃度になるように調製したトリクロロエタン溶液をスピンコート（回転数：２０００ 回転／分、時間：３０ 秒、機器名：ミカサＭＳＡ−１００）により塗布し、真空オーブン中で８０℃、１３３Ｐａ以下の減圧下で一昼夜加熱し、溶媒を除去して１μｍ厚の電気光学ポリマーから形成される層を形成した。その後、スパッタリングにより電気光学ポリマーから形成される層上に金電極を形成し、１５０℃で加熱しながら２００〜４００Ｖの電圧をかけ、ポーリング処理を行い電気光学ポリマーから形成されるコア層１０を形成した。ポーリング処理終了後、電気光学ポリマー上の金電極はエッチングにより除去した。（電気光学ポリマーの屈折率：１．６４３）
【００６７】
更に、電気光学ポリマーから形成される層の上部に、フッ素系ポリマー（メーカー名：旭硝子(株)、品番：ＣＹＴＯＰ−８０９Ｍ）をスピンコート（回転数：２０００回転／分、時間：３０秒、機器名：ミカサＭＳＡ−１００）によって塗布、乾燥し、１．８μｍ厚のバッファ層１１を形成した。バッファ層１１の上にスパッタリングにより金の上部電極１２を形成し、ポリマー光変調器を完成させた。光伝播損失値を測定したところ、０．１ｄＢ／ｃｍ未満であった。
【００６８】
（比較例１）
実施例１において、硬化性組成物ＣＬ１の代わりに、化合物Ａを含まないＣＬ２を硬化性組成物として使用して下部クラッド層を作製したところ、硬化までに紫外線照射１５分間を要し、製膜性が不良であった。また、１５５０ｎｍでの屈折率は１．５００であった。
【００６９】
（比較例２）
実施例１において、グレイスケールマスクの代わりに、通常のフォトマスクを使用し、テーパー構造のない上部クラッド層を形成し、その後は同様の手順でポリマー光変調器を作製した。光伝播損失値を測定したところ、３ｄＢ／ｃｍ以上であった。
【符号の説明】
【００７０】
１ 下部電極付シリコン基板
２ 下部クラッド層
３ フォトマスク
４ ゾルゲルコア層
５ 側部クラッド層
６ フォトマスク
７ 上部クラッド層
８ グレイスケールマスク
９ テーパー構造を有する上部クラッド層
１０ 電気光学ポリマーから形成されるコア層
１１ バッファ層＋上部電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）
Ｒ１ｎＳｉ（ＯＲ２）４−ｎ （１）
（Ｒ１は炭素数１〜１０の有機基、もしくはフッ素化アルキル基、Ｒ２は炭素数１〜４のアルキル基、アシル基、ｎは１〜３の整数）で表されるシリコンアルコキシド、その加水分解・縮合物、またはこれらの混合物と、光酸発生剤とを含有する硬化性組成物を調製する工程と、
該硬化性組成物を基板上に塗布・硬化し、更にパターン形成を行うことにより、ゾルゲルガラスから形成される下部クラッド層、コア層、側部クラッド層及び上部クラッド層を形成する工程と、
上部クラッド層中に、電気光学ポリマーから形成されるコア層を、該ゾルゲルガラスから形成されるコア層の上部に接触して埋設する工程とを含み、且つ、上部クラッド層と電気光学ポリマーから形成されるコア層との接続部の一部が、導波光の進行方向に対してテーパー構造を有する、ポリマー光変調器の製造方法。
【請求項２】
該硬化性組成物が、下記一般式（２）
【化１】
（Ｍはケイ素原子、ゲルマニウム原子、チタン原子、ジルコニウム原子、Ｒ３は炭素数１〜４のアルキル基、アシル基、ｎは１〜１０の整数）で表される金属アルコキシド、その加水分解・縮合物、またはこれらの混合物をさらに含有する、請求項１に記載のポリマー光変調器の製造方法。
【請求項３】
上部クラッド層を形成する硬化性組成物に、グレイスケールマスクを介して活性エネルギー線を露光し、未露光部を除去してクラッド層の一部にテーパー構造を設ける、請求項１または２に記載のポリマー光変調器の製造方法。
【請求項４】
ゾルゲルガラスから形成される下部・上部クラッド層の屈折率がｎ１であり、ゾルゲルガラスから形成されるコア層の屈折率がｎ２であり、電気光学ポリマーから形成されるコア層の屈折率がｎ３であり、且つ、ｎ１＜ｎ２＜ｎ３である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のポリマー光変調器の製造方法。
【請求項１】
下記一般式（１）
Ｒ１ｎＳｉ（ＯＲ２）４−ｎ （１）
（Ｒ１は炭素数１〜１０の有機基、もしくはフッ素化アルキル基、Ｒ２は炭素数１〜４のアルキル基、アシル基、ｎは１〜３の整数）で表されるシリコンアルコキシド、その加水分解・縮合物、またはこれらの混合物と、光酸発生剤とを含有する硬化性組成物を調製する工程と、
該硬化性組成物を基板上に塗布・硬化し、更にパターン形成を行うことにより、ゾルゲルガラスから形成される下部クラッド層、コア層、側部クラッド層及び上部クラッド層を形成する工程と、
上部クラッド層中に、電気光学ポリマーから形成されるコア層を、該ゾルゲルガラスから形成されるコア層の上部に接触して埋設する工程とを含み、且つ、上部クラッド層と電気光学ポリマーから形成されるコア層との接続部の一部が、導波光の進行方向に対してテーパー構造を有する、ポリマー光変調器の製造方法。
【請求項２】
該硬化性組成物が、下記一般式（２）
【化１】
（Ｍはケイ素原子、ゲルマニウム原子、チタン原子、ジルコニウム原子、Ｒ３は炭素数１〜４のアルキル基、アシル基、ｎは１〜１０の整数）で表される金属アルコキシド、その加水分解・縮合物、またはこれらの混合物をさらに含有する、請求項１に記載のポリマー光変調器の製造方法。
【請求項３】
上部クラッド層を形成する硬化性組成物に、グレイスケールマスクを介して活性エネルギー線を露光し、未露光部を除去してクラッド層の一部にテーパー構造を設ける、請求項１または２に記載のポリマー光変調器の製造方法。
【請求項４】
ゾルゲルガラスから形成される下部・上部クラッド層の屈折率がｎ１であり、ゾルゲルガラスから形成されるコア層の屈折率がｎ２であり、電気光学ポリマーから形成されるコア層の屈折率がｎ３であり、且つ、ｎ１＜ｎ２＜ｎ３である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のポリマー光変調器の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１３−２５２６１（Ｐ２０１３−２５２６１Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６２４１８（Ｐ２０１１−１６２４１８）
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【出願人】（５０４１３６５６８）国立大学法人広島大学 (924)
【Ｆターム（参考）】
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