説明

光導波路の製法

【課題】オーバークラッド層の形成に、寸法精度に優れた、透光性のある成形型を用いる光導波路の製法を提供する。
【解決手段】オーバークラッド層形成用の成形型20を、透光性樹脂20Aを形成材料とし、オーバークラッド層の形状と同一形状の型部材40を用いて型成形することにより、一体的に作製する。この成形型20の作製において、上記型部材40の脱離跡が、オーバークラッド層形成用の凹部21に形成される。そして、オーバークラッド層を形成する際には、上記成形型20の凹部21内に、オーバークラッド層形成用の感光性樹脂を充填し、その感光性樹脂内に、アンダークラッド層の表面にパターン形成されたコアを浸した状態で、上記成形型20を透して上記感光性樹脂を露光し硬化させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光通信,光情報処理,位置センサ,その他一般光学で広く用いられる光導波路の製法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
光導波路は、通常、アンダークラッド層の表面に、光の通路であるコアを所定パターンに形成し、そのコアを被覆した状態で、オーバークラッド層を形成して構成されている。なかでも、上記オーバークラッド層の端部をレンズ部にする等、オーバークラッド層を所望の形状に形成する場合、その所望の形状に対応する型面を有する凹部が形成された成形型を用いてオーバークラッド層を形成する(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
すなわち、上記オーバークラッド層の形成材料が感光性樹脂である場合、上記成形型として、紫外線等の照射線を透過させる必要性から、光透過性のある石英製のものが用いられる。その石英製の成形型の下面には、上記オーバークラッド層の形状に対応する型面を有する凹部が形成されている。そして、アンダークラッド層の表面にコアを形成した後、上記成形型の凹部内に上記コアが適正に位置決めした状態で、その成形型の下面をアンダークラッド層の表面に密着させる。つぎに、上記凹部の型面とアンダークラッド層の表面とコアの表面とで囲まれた成形空間に、オーバークラッド層の形成材料である感光性樹脂を注入した後、上記成形型を透して紫外線等の照射線を露光し、上記感光性樹脂を硬化させる。その後、脱型し、上記アンダークラッド層,コアおよびオーバークラッド層からなる光導波路を得る。
【0004】
石英製の成形型を所望の形状にする場合、その成形型を構成する複数の構成片を作製し、それらを接合用樹脂で接合することが行われる。それは、以下の理由による。すなわち、石英製のブロック材を切削加工する場合、その切削加工をブロック材の途中から始めたり、途中で止めたりすると、ブロック材が割れる。そのため、石英製のブロック材への切削加工は、一端から他端まで行う必要がある。そこで、石英製のブロック材を一端から他端まで切削加工してなる石英製の構成片を複数作製し、それらを接合用樹脂で接合して所望の形状にすることが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2008−281654号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、複数の構成片を接合した成形型は、その接合の際のずれ等により、寸法精度が悪くなる。寸法精度の悪い成形型を用いてオーバークラッド層を形成すると、コアとオーバークラッド層との位置関係が適正にならない。その結果、例えば、コアの先端から出射した光が、オーバークラッド層の端部のレンズ部で適正に絞られず、拡がった状態で、そのレンズ部から出射される。そのため、その光を受け取る側の受光強度(光伝播特性)が低下する。
【0007】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、オーバークラッド層の形成に、寸法精度に優れた、透光性のある成形型を用いる光導波路の製法の提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記の目的を達成するため、本発明の光導波路の製法は、アンダークラッド層の表面にコアをパターン形成した後、オーバークラッド層の形状に対応する型面を有する凹部が形成されている成形型を用い、上記コアを被覆した状態でオーバークラッド層を形成する工程を有する光導波路の製法であって、上記成形型として、オーバークラッド層の形状と同一形状の型部材を成形型形成用の容器内に設置し,その容器内に透光性樹脂を充填し硬化させた後,上記容器から取り出し,上記型部材を脱離させて得られた,上記型部材の脱離跡をオーバークラッド層形成用の凹部とする,透光性樹脂製の成形型を用い、オーバークラッド層の形成を、上記成形型の凹部内に,オーバークラッド層形成用の感光性樹脂を充填し,その感光性樹脂内に,上記コアを浸した状態で,上記成形型を透して上記感光性樹脂を露光し硬化させてオーバークラッド層に形成することにより行うという構成をとる。
【0009】
すなわち、オーバークラッド層形成用の成形型の形成材料として、透光性樹脂を用いると、オーバークラッド層の形状と同一形状の型部材を用いて型成形することが可能となり、その型成形により、一体的に作製された上記成形型を得ることができる。この成形型は、上記のように一体的に作製されているため、寸法精度に優れたものとなっている。
【発明の効果】
【0010】
本発明の光導波路の製法では、オーバークラッド層形成用の成形型を、透光性樹脂を形成材料とし、オーバークラッド層の形状と同一形状の型部材を用いて型成形することにより、一体的に作製することができる。そのため、その型成形を、寸法精度に優れたものとすることができる。また、上記型成形の作製において、上記型部材の脱離跡を、オーバークラッド層形成用の凹部に形成することができる。そして、オーバークラッド層の形成は、上記成形型の凹部内に、オーバークラッド層形成用の感光性樹脂を充填し、その感光性樹脂内に、アンダークラッド層の表面にパターン形成されたコアを浸した状態で、上記成形型を透して上記感光性樹脂を露光し硬化させることにより行うことができる。このように、オーバークラッド層の形成を、上記寸法精度に優れた上記型成形を用いて行うため、オーバークラッド層の形成工程において、上記コアを成形型の凹部に対して正確に位置決めすることができる。
【0011】
特に、上記コアの先端部を被覆するオーバークラッド層部分に対応する、上記成形型の凹部の型面部分がレンズ曲面に形成されている場合には、コアの先端部を被覆するオーバークラッド層部分をレンズ部に形成した光導波路を得ることができる。そして、その光導波路では、コアの先端部から出射する光を、上記オーバークラッド層のレンズ部の屈折作用により、発散を抑制した状態で出射することができる。また、上記オーバークラッド層のレンズ部の表面から入射した光を、上記レンズ部の屈折作用により、絞って収束させた状態でコアの先端部に入射させることができる。すなわち、得られた上記光導波路は、光伝播特性に優れたものとなっている。
【0012】
また、上記成形型の形成材料である透光性樹脂が、シリコーン樹脂を含んでいる場合には、上記成形型を、より寸法精度に優れたものとすることができ、より光伝播特性に優れた光導波路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】(a)〜(c)は、本発明の光導波路の製法の一実施の形態において用いられる、オーバークラッド層形成用の成形型の製法を模式的に示す説明図である。
【図2】(a)〜(d)は、上記成形型を用いた光導波路の製法を模式的に示す説明図である。
【図3】上記製法により得られた光導波路を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。
【0015】
本発明の光導波路の製法の一実施の形態では、オーバークラッド層3〔図2(d)参照〕を形成する際に、透光性樹脂を形成材料として型成形により一体的に作製された成形型20を用いる。この成形型20は、上記のように型成形により一体的に作製されているため、寸法精度に優れ、しかも、樹脂製であるため、従来の石英製のものとは異なり、脆くなく、耐圧性のあるものとなっている。このような成形型20を作製し、その成形型20用いてオーバークラッド層3を形成することが、本発明の大きな特徴である。なお、この実施の形態では、上記成形型20〔図2(c)参照〕は、上面に、上記オーバークラッド層3の形状に対応する型面を有する凹部21が2個形成されており、各凹部21の一端部分〔図2(c)では左端部分〕が、レンズ曲面21aに形成されている。
【0016】
上記成形型20の製法について詳しく説明する。
【0017】
まず、図1(a)に示すように、オーバークラッド層3(図3参照)の形状と同一形状の型部材40を、台部材41の上面に突出させた状態で作製する。上記型部材40の作製は、板状の部材を、刃物を用いて切削することにより行われる。また、上記型部材40の形成材料としては、アルミニウム,ステンレス,鉄等があげられる。なかでも、加工性の観点から、アルミニウムが好ましい。
【0018】
ついで、図1(b)に示すように、上記型部材40を、成形型形成用の容器30内に設置する。このとき、図示のように、上記型部材40を上側、台部材41を下側にした状態で、上記容器30の底に設置することが好ましい。また、上記容器30の内面,上記型部材40および台部材41の表面に、離型剤を塗布することが好ましい。
【0019】
つぎに、図示のように、上記型部材40全体が浸かるまで、上記容器30内に液状の透光性樹脂20Aを充填する。この透光性樹脂20Aとしては、例えば、シロキサン樹脂,アクリル樹脂,エポキシ樹脂等があげられ、これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。なかでも、成形型をより寸法精度に優れたものとすることができる観点から、シリコーン樹脂を含んでいることが好ましい。
【0020】
そして、上記透光性樹脂20Aを硬化させる。この硬化は、透光性樹脂20Aの種類に応じて、常温下,加熱下またはその組み合わせにより行われる。
【0021】
その後、上記硬化した透光性樹脂を、上記型部材40および台部材41とともに、上記容器30から取り出す。そして、上記型部材40および台部材41を脱離させる。上記型部材40の脱離跡は、オーバークラッド層3〔図2(d)参照〕の形状に対応する型面を有する凹部21〔図1(c)参照〕となる。また、上記硬化した透光性樹脂のうち、台部材41の周側部分に対応する部分(不要部分)を切除する。このようにして、図1(c)〔図1(b)とは上下を逆に図示している〕に示すような、透光性樹脂製の上記成形型20を得る。なお、この成形型20において、上記凹部21の底面と成形型20の下面との間の部分の厚みTは、透光性,強度等の観点から、0.5〜5.0mmの範囲内に設定することが好ましい。
【0022】
つぎに、光導波路の製法について詳しく説明する。
【0023】
まず、アンダークラッド層1を形成する際に用いる平板状の基台10〔図2(a)参照〕を準備する。この基台10の形成材料としては、例えば、金属,樹脂,ガラス,石英,シリコン等があげられる。なかでも、ステンレス(SUS)製基板が好ましい。ステンレス製基板は、熱に対する伸縮耐性に優れ、上記光導波路の製造過程において、様々な寸法が設計値に略維持されるからである。また、基台10の厚みは、例えば、20μm(フィルム状)〜5mm(板状)の範囲内に設定される。
【0024】
ついで、図2(a)に示すように、上記基台10の表面に、アンダークラッド層1を形成する。このアンダークラッド層1の形成材料としては、熱硬化性樹脂または感光性樹脂があげられる。上記熱硬化性樹脂を用いる場合は、その熱硬化性樹脂が溶媒に溶解しているワニスを塗布した後、それを加熱することにより、アンダークラッド層1に形成する。一方、上記感光性樹脂を用いる場合は、その感光性樹脂が溶媒に溶解しているワニスを塗布した後、それを紫外線等の照射線で露光することにより、アンダークラッド層1に形成する。アンダークラッド層1の厚みは、例えば、5〜50μmの範囲内に設定される。
【0025】
つぎに、図2(b)に示すように、上記アンダークラッド層1の表面に、フォトリソグラフィ法により所定パターンのコア2を形成する。このコア2の形成材料としては、好ましくは、パターニング性に優れた感光性樹脂が用いられる。その感光性樹脂としては、例えば、アクリル系紫外線硬化樹脂,エポキシ系紫外線硬化樹脂,シロキサン系紫外線硬化樹脂,ノルボルネン系紫外線硬化樹脂,ポリイミド系紫外線硬化樹脂等があげられ、これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。また、コア2の断面形状は、例えば、パターニング性に優れた台形または長方形である。コア2の幅は、例えば、10〜500μmの範囲内に設定される。コア2の厚み(高さ)は、例えば、30〜100μmの範囲内に設定される。
【0026】
なお、上記コア2の形成材料としては、上記アンダークラッド層1および下記オーバークラッド層3(図3参照)の形成材料よりも屈折率が高く、伝播する光の波長で透光性が高い材料が用いられる。上記屈折率の調整は、上記アンダークラッド層1,コア2,オーバークラッド層3の各形成材料である樹脂に導入する有機基の種類および含有量の少なくとも一方を変化させることにより、適宜、増加ないし減少させることができる。例えば、環状芳香族性の基(フェニル基等)を樹脂分子中に導入するか、あるいはその芳香族性基の樹脂分子中の含有量を増加させることにより、屈折率を大きくすることができる。他方、直鎖または環状脂肪族性の基(メチル基,ノルボルネン基等)を樹脂分子中に導入するか、あるいはその脂肪族性基の樹脂分子中の含有量を増加させることにより、屈折率を小さくすることができる。
【0027】
そして、図2(c)に示すように、前記の工程で作製した、上記オーバークラッド層形成用の成形型20の凹部21に、オーバークラッド層3〔図2(d)参照〕の形成材料である液状の感光性樹脂3Aを充填する。
【0028】
ついで、図2(d)に示すように、上記オーバークラッド層3の形成材料である感光性樹脂3A内に、上記アンダークラッド層1の表面にパターン形成されたコア2を浸した状態で、そのコア2を成形型20の凹部21に対して位置決めし、上記アンダークラッド層1を上記成形型20に押圧する。このときの押圧荷重は、例えば、49〜980Nの範囲内に設定される。ここで、上記成形型20の凹部21に対するコア2の位置決めは、上記型成形が寸法精度に優れていることから、正確に行うことができる。しかも、上記成形型20は、樹脂製であることから、耐圧性のあるものとなっている。そのため、上記のようにアンダークラッド層1を成形型20に押圧して密着させることができ、ばりの形成を防止することができる。
【0029】
つぎに、紫外線等の照射線を、上記成形型20を透して上記感光性樹脂3Aに照射することにより、その感光性樹脂3Aを露光する。これにより、上記感光性樹脂3Aが硬化し、一端部分がレンズ部3aに形成されたオーバークラッド層3が形成される。このオーバークラッド層3の厚み(アンダークラッド層1の表面からの厚み)は、例えば、25〜1500μmの範囲内に設定される。
【0030】
そして、上記成形型20から、上記オーバークラッド層3を、上記基台10,アンダークラッド層1およびコア2と共に脱型し、図3〔図2(d)とは上下を逆に図示している〕に示すように、基台10の表面に形成された、アンダークラッド層1とコア2とオーバークラッド層3とからなる光導波路を得る。この実施の形態では、2個の光導波路が形成されており、光導波路を使用する際には、個々が切り出される。
【0031】
なお、上記オーバークラッド層3の脱型前または脱型後に、必要に応じて、加熱処理を行う。また、上記基台10は、必要に応じて、アンダークラッド層1から剥離される。
【0032】
上記光導波路は、例えば、L字板状に形成することにより、タッチパネルにおける指等の触れ位置の検知手段(位置センサ)として用いることができる。すなわち、上記L字板状の光導波路において、複数のコア2を、上記L字板状の角部から内側端縁部に、等間隔に並列状態で延びたパターンに形成する。このようなL字板状の光導波路を2個作製する。そして、一方の光導波路の角部の外側に、発光素子を光結合し、他方の光導波路の角部の外側に、受光素子を光結合する。そして、それら光導波路を、タッチパネルの四角形のディスプレイの画面周縁部に沿って設置すると、タッチパネルにおける指等の触れ位置の検知手段として用いることができる。
【0033】
なお、上記実施の形態では、オーバークラッド層の一端部分をレンズ部に形成したが、他端部分と同様に平面状に形成してもよい。
【0034】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。但し、本発明は、実施例に限定されるわけではない。
【実施例】
【0035】
〔アンダークラッド層の形成材料〕
脂環骨格を有するエポキシ樹脂(アデカ社製、EP4080E)100重量部、光酸発生剤(サンアプロ社製、CPI−200K)2重量部、紫外線吸収剤(チバジャパン社製、TINUVIN479)5重量部を混合することにより、アンダークラッド層の形成材料を調製した。
【0036】
〔コアの形成材料〕
フルオレン骨格を含むエポキシ樹脂(大阪ガスケミカル社製、オグソールEG)40重量部、フルオレン骨格を含むエポキシ樹脂(ナガセケムテックス社製、EX−1040)30重量部、1,3,3−トリス{4−〔2−(3−オキセタニル)〕ブトキシフェニル}ブタン30重量部、光酸発生剤(サンアプロ社製、CPI−200K)1重量部を、乳酸エチルに溶解することにより、コアの形成材料を調製した。
【0037】
〔オーバークラッド層の形成材料〕
脂環骨格を有するエポキシ樹脂(アデカ社製、EP4080E)100重量部、光酸発生剤(サンアプロ社製、CPI−200K)2重量部を混合することにより、オーバークラッド層の形成材料を調製した。
【0038】
〔オーバークラッド層形成用の成形型の作製〕
まず、アルミニウム板を、刃物を回転させて切削することにより、オーバークラッド層の形状と同一形状の型部材を、台部材の上面に突出させた状態で作製した。
【0039】
ついで、上記型部材を上側、台部材を下側にした状態で、成形型形成用の容器の底に設置した。なお、その設置に先立って、上記容器の内面,上記型部材および台部材の表面に、離型剤を塗布した。
【0040】
つぎに、上記容器内に、透光性樹脂(信越化学工業社製、ポリジメチルシロキサンSIM−260)を充填し、上記型部材の上端面から上記透光性樹脂の液面までの深さを1mmにした。そして、常温(25℃)で5日間放置した後、150℃×30分間の加熱処理を行うことにより、上記透光性樹脂を硬化させた。
【0041】
その後、上記硬化した透光性樹脂を、上記型部材および台部材とともに、上記容器から取り出した後、上記型部材および台部材を脱離させ、さらに、不要部分を切除した。このようにして、透光性樹脂からなる、オーバークラッド層形成用の成形型を得た。この成形型において、オーバークラッド層形成用の凹部の一端部分は、側断面形状が略1/4円弧状のレンズ曲面(曲率半径1.4mm)に形成した。また、オーバークラッド層形成用の凹部の底面と成形型の下面との間の部分の厚みは、1mmであった。
【0042】
〔光導波路の製造〕
まず、ステンレス製基台(厚み50μm)の表面に、上記アンダークラッド層の形成材料をアプリケーターにより塗布した。つづいて、1500mJ/cm2 の紫外線照射による露光を行った後、80℃×5分間の加熱処理を行うことにより、厚み20μmのアンダークラッド層(波長830nmにおける屈折率=1.510)を形成した。
【0043】
つぎに、上記アンダークラッド層の表面に、上記コアの形成材料をアプリケーターにより塗布した後、100℃×5分間の加熱処理を行い、感光性樹脂層を形成した。つぎに、コアのパターンと同形状の開口パターンが形成されたフォトマスクを介して(ギャップ100μm)、2500mJ/cm2 の紫外線照射による露光を行った後、100℃×10分間の加熱処理を行った。つぎに、γ−ブチロラクトン水溶液を用いて現像することにより、未露光部分を溶解除去した後、120℃×5分間の加熱処理を行うことにより、幅20μm、高さ50μmの断面長方形のコア(波長830nmにおける屈折率=1.592)をパターン形成した。
【0044】
そして、上記オーバークラッド層形成用の成形型をステージ上に設置し、その成形型の凹部に、上記オーバークラッド層の形成材料を充填した。
【0045】
ついで、上記オーバークラッド層の形成材料内に、上記アンダークラッド層の表面にパターン形成されたコアを浸した状態で、上記コアを成形型の凹部に対して位置決めし、上記アンダークラッド層を上記成形型に押圧した(押圧荷重196N)。
【0046】
つぎに、上記成形型を透して、5000mJ/cm2 の紫外線照射による露光を行うことにより、一端部分がレンズ部〔側断面形状が略1/4円弧状の凸レンズ部(曲率半径1.4mm)〕に形成された、コアの頂面からの厚み950μmのオーバークラッド層(波長830nmにおける屈折率=1.510)を形成した。
【0047】
そして、上記成形型から、上記オーバークラッド層を、上記ステンレス製基台,アンダークラッド層およびコアと共に脱型し、ステンレス製基台の表面に形成された、アンダークラッド層とコアとオーバークラッド層とからなる光導波路を得た。
【0048】
〔比較例〕
上記実施例1において、オーバークラッド層形成用の成形型として、石英製のものを用いた。この石英製の成形型は、石英製のブロック材を一端から他端まで切削加工してなる石英製の構成片を複数作製し、それらを接合用樹脂で接合することにより作製した。また、上記石英製の成形型は、大きな荷重をかけると割れるため、その石英製の成形型へのアンダークラッド層の押圧荷重を48Nに設定した。それ以外は上記実施例1と同様にして光導波路を製造した。
【0049】
〔受光強度の測定〕
上記実施例および比較例の光導波路をそれぞれ2個ずつ作製し、一方の光導波路の他端部(レンズ部が形成されていない端部)に発光素子(オプトウェル社製、VCSEL)を光結合し、他方の光導波路の他端部に受光素子(TAOS社製、CMOSリニアセンサーアレイ)を光結合した。そして、それら2個の光導波路を、座標入力領域(対角サイズ76.2mm)を挟んで、レンズ部が対向するように配置した。この状態で、上記発光素子から強度5.0mWの光を出射し、上記受光素子での受光強度を測定した。その結果、受光強度は、実施例の光導波路を用いた場合は0.8mW、比較例の光導波路を用いた場合は0.2mWであった。
【0050】
上記結果から、実施例の光導波路が、比較例の光導波路よりも、光伝播特性に優れていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【0051】
本発明の光導波路の製法は、光通信,光情報処理,タッチパネルにおける指等の触れ位置の検知手段(位置センサ)等に用いられる光導波路の製造に利用可能である。
【符号の説明】
【0052】
20 成形型
20A 透光性樹脂
21 凹部
40 型部材

【特許請求の範囲】
【請求項1】
アンダークラッド層の表面にコアをパターン形成した後、オーバークラッド層の形状に対応する型面を有する凹部が形成されている成形型を用い、上記コアを被覆した状態でオーバークラッド層を形成する工程を有する光導波路の製法であって、上記成形型として、オーバークラッド層の形状と同一形状の型部材を成形型形成用の容器内に設置し,その容器内に透光性樹脂を充填し硬化させた後,上記容器から取り出し,上記型部材を脱離させて得られた,上記型部材の脱離跡をオーバークラッド層形成用の凹部とする,透光性樹脂製の成形型を用い、オーバークラッド層の形成を、上記成形型の凹部内に,オーバークラッド層形成用の感光性樹脂を充填し,その感光性樹脂内に,上記コアを浸した状態で,上記成形型を透して上記感光性樹脂を露光し硬化させてオーバークラッド層に形成することにより行うことを特徴とする光導波路の製法。
【請求項2】
上記コアの先端部を被覆するオーバークラッド層部分に対応する、上記成形型の凹部の型面部分がレンズ曲面に形成されている請求項1記載の光導波路の製法。
【請求項3】
上記成形型の形成材料である透光性樹脂が、シリコーン樹脂を含んでいる請求項1または2記載の光導波路の製法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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