光波导用组合物及其制造方法、光波导及其制造方法

专利名称：光波导用组合物及其制造方法、光波导及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用作光波导的构成部分的形成材料的光波导用组合物以及使用该组
合物的光波导。详细而言，本发明涉及可见 近红外区域不存在吸收带的光波导用组合物 及其制造方法、以及使用其的光波导、光波导的制造方法。
背景技术：
光波导被组装到光波导器件、光集成电路、光布线基板等光器件中，广泛应用于光 通信、光信息处理、以及普通的光学领域中。光波导通常是作为光的通路的芯被形成为规 定的图案，以覆盖该芯的方式形成下包层和上包层。 将这些芯部、下包层和上包层形成为规定图案时，通常使用各种光波导形成材料。 现在，作为这种光波导形成材料，使用赋予了感光性的、以聚酰亚胺、环氧树脂、丙烯酸酯树 脂等为主要成分的物质。对这种有机聚合物要求耐热性或线膨胀系数等，而提出了通过改 良构成主骨架的主链及侧链从而开发具有各种特征的材料(例如，参照专利文献1 3)。
专利文献1 :日本特开平8-41323号公报
专利文献2 :日本特开2002-201231号公报
专利文献3 :日本特开2003-89779号公报

发明内容
制脾船迪、nl题 为了达到控制折射率的目的，这些有机聚合物中需要导入芳香环等。其结果， 对于可见 近红外区域，存在有来源于上述有机成分的伸縮振动或弯曲振动(Bending Vibrational)引起的显著的光吸收带。为了解决这种问题，对于有机聚合物，提出了使其主 骨架为含氟等的含卤素结构，但由上述方法获得的有机聚合物的成本很高，而且存在对环 境的负荷大的问题。因此，期待开发一种不含有上述卤素原子、且在很宽的波长区域中具有 高透明性的新型材料。 本发明鉴于这种情况，目的在于一种不含卤素原子、且在可见 近红外区域不存 在吸收带的光波导用组合物及其制造方法，以及使用其的光波导、光波导的制造方法。
肝碰l、口扁勺錄 为了达成上述目的，本发明的第l要旨为含有下述(A)和(B)的光波导用组合物
(A)用有机硅低聚物和有机硅低聚物聚合物对氧化锆微粒进行了表面修饰的氧化 锆微粒体； (B)光产酸剂。 另外，本发明的第2要旨为一种光波导用组合物的制造方法，该方法为在氧化锆 微粒的水分散液中混合有机硅低聚物，在酸性区域下，使上述有机硅低聚物之间聚合，用有 机硅低聚物和有机硅低聚物聚合物对上述氧化锆微粒进行表面修饰，从而使有机硅低聚物 和有机硅低聚物聚合物结合到氧化锆微粒的外周面，调制氧化锆微粒体(A)，并在氧化锆微
4粒体(A)中配合光产酸剂(B)。 此外，本发明的第3要旨为一种光波导，所述光波导具备基板和形成于该基板上 的包层，并在上述包层中以规定图案形成有传输光信号的芯部，其中，上述包层和芯部中的 至少一者是由第1要旨的光波导用组合物形成的。 并且，本发明的第4要旨为一种光波导的制造方法，其特征在于，其具备以下工 序 在氧化锆微粒的水分散液中混合有机硅低聚物，在酸性区域下，使上述有机硅低 聚物之间聚合，并且用上述有机硅低聚物和有机硅低聚物聚合物对上述氧化锆微粒进行表 面修饰，从而使上述有机硅低聚物和有机硅低聚物聚合物结合到氧化锆微粒的外周面，分 别调制第1和第2氧化锆微粒体的工序； 在上述第1氧化锆微粒体中配合光产酸剂，从而调制用于芯部形成的光波导用组 合物(a)的工序； 在上述第2氧化锆微粒体中配合光产酸剂，从而调制用于包层形成的光波导用组 合物(e)的工序； 在基板上涂布上述光波导用组合物(P)，形成下包层前体层，并对该下包层前体 层进行曝光，从而形成下包层的工序； 在上述下包层上涂布上述光波导用组合物(a)，形成芯前体层，并将该芯前体层
曝光为规定图案，然后对未曝光部分进行显影和除去，从而形成芯部的工序； 在形成有上述规定图案的芯部的下包层上以包含芯部的方式涂布上述光波导用
组合物(P )，形成上包层前体层，并对该上包层前体层进行曝光，从而形成上包层的工序。 本发明人等对用于光波导的构成部分的形成材料的、具有高透明性的组合物进行
了探索和深入研究。并且，合成了具有特殊的结构的各种化合物，进行了大量的实验，结果
发现将用有机硅低聚物和有机硅低聚物聚合物对上述氧化锆微粒进行了表面修饰的氧
化锆微粒体(A)用作光波导用组合物的构成成分时，可以获得一种不含卤素原子、且在可
见 近红外区域不存在吸收带的、具有高透明性光波导形成材料，从而完成了本发明。 S卩，在氧化锆微粒的水分散液中混合有机硅低聚物，在酸性区域下，使上述有机硅
低聚物之间聚合，并且用上述有机硅低聚物和有机硅低聚物聚合物对上述氧化锆微粒进行
表面修饰，从而使上述有机硅低聚物和有机硅低聚物聚合物结合到氧化锆微粒的外周面，
调制氧化锆微粒体(A)。这样，发现有机硅低聚物和有机硅低聚物聚合物在上述氧化锆微
粒表面发生修饰反应并与其结合时，上述氧化锆微粒在形成材料中稳定分散，同时具有高
折射率和高透明性，因此可以获得另人充分满意的光波导，从而完成了本发明。 发明的效果 这样，本发明为一种光波导用组合物，其含有用上述有机硅低聚物和有机硅低聚 物聚合物对氧化锆微粒进行了表面修饰的氧化锆微粒体(A)、和光产酸剂(B)。因此，该光 波导用组合物不含卤素原子，通过用作光波导形成材料，能够形成在可见 近红外区域不 存在吸收带的、透明性优异的光波导，例如，作为抑制光损耗、可靠性优异的光波导的形成 材料是有用的。 另外，上述光波导用组合物可以通过如下方式制造在氧化锆微粒的水分散液中 混合有机硅低聚物，在酸性区域下，使上述有机硅低聚物聚合，并且用上述有机硅低聚物和有机硅低聚物聚合物对上述氧化锆微粒进行表面修饰，从而使有机硅低聚物和有机硅低聚 物聚合物结合到氧化锆微粒的外周面，调制氧化锆微粒体(A)，接着，在结合有该有机硅低 聚物和有机硅低聚物聚合物而成的氧化锆微粒体(A)中配合光产酸剂(B)。
并且，本发明根据上述制造方法，通过用有机硅低聚物和有机硅低聚物聚合物对 氧化锆微粒进行表面修饰，从而调制第1和第2氧化锆微粒体。并且，在第1氧化锆微粒体 中配合光产酸剂，从而调制用于芯部形成的光波导用组合物(a)。另一方面，在第2氧化锆 微粒体中配合光产酸剂，从而调制用于包层形成的光波导用组合物(13)。接着，在基板上涂 布上述光波导用组合物(P )，形成下包层前体层，并对该下包层前体层进行曝光，从而形成 下包层。然后，在该下包层上涂布上述光波导用组合物(a)，形成芯前体层，并将该芯前体 层曝光为规定图案，然后对未曝光部分进行显影和除去，从而形成芯部。接着，在形成有上 述规定图案的芯部的下包层上以包含芯部的方式涂布上述光波导用组合物(P)，形成上包 层前体层，并对该上包层前体层进行曝光，从而形成上包层，由此制造光波导。因此，所获得 的光波导具有在可见 近红外区域不存在吸收带的优异的透明性。


图1为示出本发明的光波导的一个例子的横截面图。 图2为示出本发明的光波导的制造工序的说明图。 图3为示出对传输损耗的波长依赖性进行评价的、传输损耗值-波长的关系图。 附图标记说明 1 基板 2 包层 3 芯部
具体实施例方式
接着，对本发明的实施方式进行说明。
〔光波导用组合物〕 本发明的光波导用组合物是通过使用含有用有机硅低聚物和有机硅低聚物聚合 物进行了表面修饰的氧化锆微粒的特殊的氧化锆微粒体(A)、和光产酸剂(B)而获得的。
上述特殊的氧化锆微粒体(A)，在氧化锆微粒的外周面通过表面修饰反应而结合 有有机硅低聚物和有机硅低聚物的聚合物。并且，上述氧化锆微粒为用Zr(^表示的金属氧 化物。从可获得优异的透明性的观点出发，上述氧化锆微粒的平均粒径，例如优选为1 100nm，更优选1 50nm，特别优选1 20nm。上述氧化锆微粒的平均粒径，例如可以通过 利用动态光散射法的颗粒分散液的粒径测定或者利用透射型电子显微镜的直接观察而进 行测定。 本发明所使用的特殊的氧化锆微粒体(A)，例如可以如下制备。S卩，准备氧化锆微 粒的水分散液，并加入有机溶剂后，调整所获得的分散液的pH至酸性区域。接着，通过添加 有机硅低聚物，而使其发生上述有机硅低聚物之间的聚合反应，生成有机硅低聚物聚合物， 并且发生由上述有机硅低聚物和有机硅低聚物聚合物的修饰反应所引起的有机硅低聚物 和有机硅低聚物聚合物对上述氧化锆微粒表面的结合反应，制备出在氧化锆微粒的外周面上结合有有机硅低聚物和有机硅低聚物聚合物而成的氧化锆微粒体(A)。接着，蒸馏除去有 机溶剂，从而制造作为含有氧化锆微粒体的粘性液体的、可称为透明性的硅树脂前体(A阶 状)的化合物。 作为上述氧化锆微粒的水分散液中的固体成分浓度，从有效地在氧化锆微粒表面 进行反应的观点出发，例如，优选为10 40重量％的范围，更优选20 40重量％ ，特别优 选30 40重量％。 并且，作为这种氧化锆微粒的水分散液，具体而言，可以使用第一希元素化学工业 公司制的ZSL系列、住友大阪水泥公司制的NZD系列(NZD-3007等)、日产化学公司制的 皿nous6系列等。 作为上述有机硅低聚物，可以列举例如分子末端具有反应性的烷氧基甲硅烷基的 聚甲基烷氧基硅烷衍生物、分子末端具有反应性的烷氧基甲硅烷基的聚甲基倍半硅氧烷衍 生物、分子的两末端具有反应性的硅醇基的二硅醇衍生物等。这些可以单独使用或2种以
上并用。具体而言，可以列举下述结构式(1)表示的有机硅低聚物。
<formula>formula see original document page 7</formula>
[式(1)中，R为_CH3或_C2H5。另夕卜，n为正数。] 上述式(1)中，作为重复数n，优选为0 20，特别优选为1 7。而且，式(1)中 的R，特别优选为_CH3。 更具体而言，作为上述分子末端具有反应性的烷氧基甲硅烷基的聚甲基倍半硅氧
烷衍生物，可以列举例如信越化学公司制的KC89、 KR500、 X-40-9246、 X-40-9225等。 上述有机硅低聚物的使用量可以根据前述氧化锆微粒的浓度而适当设定。 另外，作为上述有机硅低聚物的添加方法，可以列举如下方法准备氧化锆微粒的
水分散液，并在其中加入有机溶剂，调整整个体系至酸性区域后，以适当的滴加速度进行滴加。 作为上述有机溶剂，可以列举例如合成反应时所使用的甲醇、异丙醇(IPA)，或脱 水时所使用的2-甲氧基甲醇等。这些可以单独使用或2种以上并用。上述有机溶剂的配 合量，例如，在合成反应时所使用的有机溶剂的情况下，有机硅低聚物与有机溶剂的重量比 优选设定为约l : 1。 上述酸性区域，例如优选在pH2 4的范围，特别优选在pH2 3.5的范围。另夕卜， 作为将分散液调整至酸性区域的方法，可以列举通过适当添加例如浓盐酸、浓硫酸、浓硝酸 等而进行调整的方法。 此外，作为上述聚合/表面修饰的条件，例如，优选温度20 80，更优选40 6(TC，优选1 6小时，更优选1 4小时的条件。 作为通过上述有机硅低聚物的聚合反应而形成的有机硅低聚物聚合物，例如，优 选25t:下的粘度为0. 1 10Pa S的范围。特别优选为0. 4 4Pa S。通过获得这种范围的有机硅低聚物聚合物，可以达到薄膜涂布时的操作的容易性和涂布膜的均匀性、厚膜 形成性等效果。另外，上述粘度例如可以利用博勒飞(Brookfield)公司制的粘度计(例如， HDBV-I+CP)进行测定。 接着，上述光产酸剂(B)是为了对光波导用组合物赋予紫外线固化性而使用的。 可以列举例如芳香族重氮盐、芳香族硫鎗盐、芳香族碘鎗盐、芳香族亚砜(sulfoxonium) 盐、茂金属化合物、铁芳烃系化合物等。其中，从光固化性、粘合性等观点来看，优选使用芳 香族硫鎗盐。此外，除了上述光产酸剂(B)以外，根据需要可以适当添加光敏齐U、酸增殖剂 等添加剂。相对于上述特殊的氧化锆微粒体(A)100重量份，上述光产酸剂(B)的含量优选 设定在0. 1 10重量份的范围、更优选为0. 5 5重量份的范围。 本发明的光波导用组合物中，除了氧化锆微粒体(A)和光产酸剂(B)以外，根据需
要例如可以列举用于提高粘合性的硅烷系或者钛系的偶联剂、烯烃系低聚物、降冰片烯系
聚合物等环烯烃系低聚物和聚合物、合成橡胶、硅酮化合物等挠性赋予剂等化合物或抗氧
剂、消泡剂等。可以在不妨碍本发明效果的范围内适当配合这些添加剂。 另外，在上述光波导用组合物中，在不妨碍本发明的优异效果的范围内，通过加入
上述成份并配合溶剂来分散溶解混合，由此调制成清漆并进行涂布。作为上述溶剂，可以列
举例如甲醇、2-甲氧基乙醇、2-丙醇、甲乙酮、环己酮、2-丁酮、N， N-二甲基乙酰胺、二甘醇
二甲醚(Diglyme)、二乙二醇甲基乙醚、丙二醇甲基乙酸酯、丙二醇单甲醚、四甲基呋喃、二
甲氧基乙烷、乳酸乙酯等。这些溶剂可以单独使用或2种以上并用，且使用适量以得到适宜
于涂布的粘度。 本发明的光波导用组合物例如如下制备。S卩，按照以上所述的方法，在有机溶剂 下，制备在氧化锆微粒的外周面上通过修饰反应而结合有有机硅低聚物和有机硅低聚物聚 合物而成的氧化锆微粒体(A)。接着，通过蒸馏除去有机溶剂，从而制备作为含有氧化锆微 粒体(A)的粘性液体的、可称为透明性的硅树脂前体(A阶状)的化合物。接着，通过在其 中配合光产酸剂(B)而制备光波导用组合物。 本发明的光波导用组合物的各成分的比例，根据形成光波导时的使用部分(芯 部、下包层和上包层的两包层)，优选如下设定。即，在使用光波导用组合物作为芯部形成材 料的情况下〔相当于后述的光波导用组合物(a )〕，优选将光波导用组合物中的氧化锆微粒 的含量设定为超过组合物总量的0重量％、且为40重量％以下的范围。另一方面，在使用 光波导用组合物作为两包层形成材料的情况下〔相当于后述的光波导用组合物(P )〕，将光 波导用组合物中的氧化锆微粒的含量设定为少于用于上述芯部形成的光波导用组合物中 的氧化锆微粒的含量。即，如上所述，比较芯部形成材料和包层形成材料，通过设定上述氧 化锆微粒的含量以使包层形成材料的一方变少，容易将所形成的芯部和两包层的折射率的 差设定在适当的范围(具体而言，多模式用光波导中为0.5以上，单模式用光波导中为0. 05 以上、不到0. 5)，因此优选。 并且，作为芯部形成材料(例如，芯部用清漆)的粘度，优选为500 5000mPa S(25。C )，更优选为1000 3000mPa S(25。C )。另一方面，作为两包层形成 材料(例如，两包层用清漆)的粘度，优选为200 5000mPa S(25°C )，更优选为300 1000mPa S(25°C)。另外，上述各形成材料的粘度例如使用博勒飞(Brookfield)公司制的 粘度计(DV-I+)进行测定。
〔光波导〕 接着，对使用本发明的光波导用组合物的光波导进行说明。 本发明的光波导，如图1所示，具备基板1和形成于该基板上的包层2(由下包层 2a和上包层2b构成)，并在上述包层中形成传输光信号的、规定图案的芯部3。在该光波导 中，上述包层2和芯部3中的至少一者是由前述含有特殊的氧化锆微粒体(A)和光产酸剂 (B)的光波导用组合物所形成的。尤其是，从制造在可见 近红外区域不存在吸收带、且具 备透明性高的结构的光波导的观点出发，优选使用氧化锆微粒的含量不同的2种光波导用 组合物分别作为芯部3形成材料和包层2形成材料。另外，本发明的光波导中，需要使上述 包层2形成为比芯部3的折射率小。 本发明中，光波导例如可以通过经由图2的(a) 图2的(f)所示的工序而进行 制造。S卩，如图2的(a)所示，首先准备基板l，如(b)所示，在该基板1面上涂布上述含有 氧化锆微粒的光波导用组合物(13)，然后进行紫外线照射等活性能量射线照射，并进一步 进行加热处理，由此形成下包层2a(包层2的下方部分)。接着，如(c)所示，在上述下包 层2a上涂布芯部3形成用的光波导用组合物(a)，其中光波导用组合物(a)中，上述氧 化锆微粒含量优选为超过0重量％、且为40重量％以下，由此形成组合物(a)层3'。然 后，如(d)所示，在该组合物(a)层3'面上设置用于使规定图案(光波导图案)曝光的光 掩模9，并隔着该光掩模9进行紫外线等活性能量射线照射(曝光)，并进一步进行加热处 理。然后，用显影液将上述组合物(a)层3'的未曝光部分溶解除去，如(e)所示，形成芯 部3。并且，如(f)所示，在上包层2a上涂布上述含有氧化锆微粒的光波导用组合物(e)， 以覆盖上述芯部3，然后进行紫外线照射等活性能量射线照射(曝光)，并进一步进行加热 处理，由此形成上包层2b(包层2的上方部分)。这样，可以得到目标光波导。另外，如以上 所述，根据包层的折射率而适当设定光波导用组合物(e)中的氧化锆微粒的含量，设定为 少于用于上述芯部形成的光波导用组合物(a)中的氧化锆微粒的含量。
作为上述活性能量射线，除了上述紫外线以外，可以列举例如远紫外线、近紫外 线、红外线等光线，X射线、Y射线等的电磁波，以及电子射线、质子射线、中子射线等。上述 紫外线照射的情况下，作为该紫外线的光源，可以列举例如低压汞灯、高压汞灯、超高压汞 灯等。另外，上述紫外线的照射量通常可以列举10 10000mJ/ci^，优选为50 5000mJ/ cm2，更优选为500 3000mJ/cm2左右。 并且，在通过上述紫外线照射等活性能量射线照射进行曝光后，为了使由光反应 而产生的交联反应结束，并使其完全固化，如前所述优选进行加热处理。作为上述加热处 理条件，可以根据光波导用组合物的组成而适当设定，但通常在80 25(TC，优选在100 150°C， 10秒 2小时，优选5分钟 1小时的范围内进行。 作为上述基板1的形成材料，可以列举例如高分子薄膜、玻璃基板等。并且，作为
上述高分子薄膜，具体地可以列举聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜、聚萘二甲酸乙二醇
酯薄膜、聚酰亚胺薄膜等。并且，其厚度通常设定在10 ii m 3mm的范围内。 另外，作为用于上述基板1上的各层的形成材料的涂布方法，可以采用例如使用
旋转涂布器、涂布器、圆涂布器、棒涂布器等的涂布方法、丝网印刷、使用隔片形成间隙并在
其间利用毛细管现象而注入的方法、使用多重涂敷器等涂布器的巻对巻(ro11 to roll)连
续涂布方法等。另外，可以通过剥离除去上述基板1而使上述光波导成为薄膜状光波导。成为这样的构成时，可以得到具有更优异的挠性的物质。 如此获得的光波导可以作为例如直线光波导、弯曲光波导、交叉光波路、Y分叉光 波导、平板(slab)光波导、马赫-增德尔(Mach-Zehnder)型光波导、AWG(阵列波导光栅) 型光波导、光栅、光波导透镜等使用。另外，作为使用这些光波导的光学元件，可以列举滤波 器、光开关、光分支器、光复用器、光分插复用器、光放大器、波长转换器、波分器、光分路器 (Optical Splitter)、定向耦合器，以及混合集成了激光二极管或光电二极管的光传输组 件等。[实施例] 接着，基于实施例对本发明进行说明。但本发明不受这些实施例的限制。
[实施例l] 首先，在实施例1的光波导的制作之前，分别如下所述合成芯部形成用清漆基底
和包层形成用清漆基底。〔芯部用清漆基底的合成〕 在具备回流器、滴液漏斗的反应容器中，加入平均粒径4nm的氧化锆(二氧化锆) 的水分散液(住友大阪水泥公司制，NZD-3007，固体成分浓度40重量％ )9. 3g、甲醇9. 3g、 2-甲氧基乙醇9. 3g。接着，加入浓盐酸，调整所获得的分散液的pH至2. 5 3. 3的范围。 使用滴液漏斗向其中添加溶解于37.5g的2-丙醇中的、分子末端具有反应性的烷氧基甲硅 烷基的聚甲基倍半硅氧烷化合物(信越化学公司制，X-40-9225)37.5g。 S卩，在6(TC的体系 中以1小时滴加一半量的上述聚甲基倍半硅氧烷化合物溶液，然后冷却至室温(25°C )，一 次添加剩余的聚甲基倍半硅氧烷化合物溶液，使聚合/表面修饰反应发生。接着，反应结束 后，蒸馏除去溶剂，由此制备作为含有氧化锆微粒体的粘性液体(A阶状25t:下的粘度为 2. OPa S)的透明的芯部用清漆基底(氧化锆微粒浓度10重量％ )。
〔包层用清漆基底〕 在具备回流器、滴液漏斗的反应容器中，加入平均粒径4nm的氧化锆(二氧化锆) 的水分散液(住友大阪水泥公司制，NZD-3007，固体成分浓度40重量％ ) 5. 9g、甲醇5. 9g、 2-甲氧基乙醇5. 9g。接着，加入浓盐酸，调整所获得的分散液的pH至2. 5 3. 3的范围。 使用滴液漏斗向其中添加溶解于112. 5g 2-丙醇中的、分子末端具有反应性的烷氧基甲硅 烷基的聚甲基倍半硅氧烷化合物(信越化学公司制，X-40-9225) 112.5g。 S卩，在6(TC的体 系中以1.5小时滴加总量的上述聚甲基倍半硅氧烷化合物溶液，然后冷却至室温(25°C )， 使聚合/表面修饰反应发生。接着，反应结束后，蒸馏除去溶剂，由此制备作为含有氧化锆 微粒体的粘性液体(A阶状25t:下的粘度为0. 5Pa *S)的透明的包层用清漆基底(氧化锆 微粒浓度2重量％ )。
〔折射率的评价〕 使用旋转涂布器在硅晶圆上涂布上述制备的芯部用清漆基底和包层用清漆基底， 使膜厚为lOym，分别在15(TC下加热1小时。接着，使用棱镜耦合器(SAIRON公司制， SPA4000)测定上述各膜的折射率，波长830nm下使用了包层形成用清漆基底的膜的折射率 n为1. 42，波长830nm下的使用了芯部形成用清漆基底的膜的折射率n为1. 43，其折射率差 为约1%。〔光波导的制作〕
10
如下所述形成下包层、芯部和上包层，并制作光波导(参照图1)。并且，如下所述
进行对该光波导的评价。〔下包层的形成〕 首先，在上述合成的包层用清漆基底中添加光产酸剂(San-Apro公司制，K_l)，以 使其含量为总量的1重量％，调制包层形成用清漆(清漆A)。 然后，准备玻璃基板(180mmX 180mmX厚度1. 2mm)，采用旋涂器在其表面上涂布 上述清漆A。接着，使用掩模对准器通过照射量为1000mJ/cm2的混合射线(来自无滤器的 光源的活性能量射线)进行整面照射，并继续在加热板上以8(TC加热处理1小时，由此完 全固化，形成下包层(参照图2的(b))。采用接触式膜厚计测定该下包层的厚度，厚度为 5 ii m。另外，上述下包层的折射率在波长830nm下为1. 433。
〔芯部的形成〕 接着，在上述合成的芯部用清漆基底中添加光产酸剂(San-Apro公司制，K-1)，以 使其含量为总量的1重量％，调制芯部形成用清漆(清漆B)。 然后，采用旋转涂布器将上述清漆B涂布于前述制作的下包层上。并且，将该涂布 层在8(TC下预烘干IO分钟，由此形成芯部前体层(参照图2的(c))。进一步，在该前体层 上，配设描绘有80 y m宽的带状光波导图案的合成石英系的铬掩模(光掩模)(参照图2的 (d))，采用接触式曝光法通过照射量为8000mJ/cm2的I射线(仅365nm附近的波长的光)隔 着该铬掩模进行照射(曝光)。曝光后，进一步在8(TC下加热处理10分钟。然后，在2-丙 醇(显影液)中浸渍3分钟，使未照射部分(未曝光部)完全除去(显影)，然后在加热板 上以15(TC对残留的芯部分加热1小时，使其完全固化，由此形成芯图案(参照图2的(e))。 用SEM测定芯形状，结果为具有宽度80 ii m、高度6 ii m的截面形状的芯图案。另外，这样形 成的芯部的折射率在波长830nm下为1. 417。
〔上包层的形成〕 在形成上述芯图案后，通过旋转涂布器将与上述下包层形成时调制的清漆A相同 的物质涂布于上述芯部和下包层上。接着，与上述下包层形成时一样，用照射量为lOOOmJ/ cm2的I射线(仅365nm附近的波长的光)进行整面照射(曝光)，并继续在加热板上以 8(TC加热处理2小时，由此完全固化，形成上包层(参照图2的(f))。这样，制作相对折射 率A = 1%的多模式光波导。
〔实施例2〕 使用平均粒径4nm的氧化锆(二氧化锆)微粒的水分散液(住友大阪水泥公司 制，NZD-3007，固体成分浓度40重量％ )56. 3g。除此之外与实施例1的芯部用清漆基底的 合成同样，制备作为含有氧化锆微粒体的粘性液体(A阶状25t:下的粘度为3. 2Pa S)的 透明的芯部用清漆基底(氧化锆微粒浓度37. 5重量％ )。 接着，在上述芯部用清漆基底中添加光产酸剂(San-Apro公司制，K_l)，以使其含 量为总量的1重量％，调制芯部形成用清漆。 另一方面，在包层用清漆中，使用平均粒径4nm的氧化锆(二氧化锆)微粒的水分 散液(住友大阪水泥公司制，NZD-3007，固体成分浓度40重量％ )24. 7g。除此之外与实施 例1的包层用清漆基底的合成同样，制备作为含有氧化锆微粒体的粘性液体(A阶状25°C 下的粘度为2. 8Pa S)的透明的包层用清漆基底(氧化锆微粒浓度20. 8重量％ )。
接着，在上述包层用清漆基底中添加光产酸剂(San-Apro公司制，K_l)，以使其含 量为总量的1重量％，调制芯部包层形成用清漆。 除此之外与实施例1同样地制作光波导。另外，所形成的两包层和芯部的折射率 在波长830nm下为包层为1. 46，芯部为1. 51 。另外，所制作的光波导的比折射率A为3%。
〔实施例3〕 使用平均粒径4nm的氧化锆(二氧化锆)微粒的水分散液(住友大阪水泥公司 制，NZD-3007，固体成分浓度40重量％ ) 16. lg。除此之外与实施例1的芯部用清漆基底的 合成同样，制备作为含有氧化锆微粒体的粘性液体(A阶状25t:下的粘度为2. 3Pa S)的 透明的芯部用清漆基底(氧化锆微粒浓度14. 7重量％ )。 接着，在上述芯部用清漆基底中添加光产酸剂(San-Apro公司制，K_l)，以使其含 量为总量的1重量％，调制芯部形成用清漆。 另一方面，使用平均粒径4nm的氧化锆(二氧化锆)微粒的水分散液(住友大阪水 泥公司制，NZD-3007，固体成分浓度40重量％ )4. lg。除此之外与实施例1的包层用清漆基 底的合成同样，制备作为含有氧化锆微粒体的粘性液体(A阶状25t:下的粘度为0. 8Pa *S) 的透明的包层用清漆基底(氧化锆微粒浓度4. 2重量％ )。 接着，在上述包层用清漆基底中添加光产酸剂(San-Apro公司制，K-1)，以使其含 量为总量的1重量％，调制包层形成用清漆。 除此之外与实施例1同样地制作光波导。另外，所形成的两包层和芯部的折射率 在波长830nm下为芯部为1.445，包层为1.423。另外，所制作的光波导的比折射率A为 1. 5%。〔比较例〕〔两包层形成材料〕 通过混合双苯氧基乙醇芴二縮水甘油醚35重量份、作为脂环式环氧树脂的3'， 4'-环氧环己基甲基-3，4-环氧环己烷羧酸酯(DAICEL CHEMICAL INDUSTRIES, LTD.制 造，CELL0XIDE2021P)40重量份、(3'， 4'-环氧环己烷)甲基-3'， 4'-环氧环己基羧酸酯 (DAICEL CHEMICAL INDUSTRIES, LTD.制，CELLOXIDE 2081) 25重量份、4， 4-双〔二 (P-羟 基乙氧基)苯基亚砜基〕苯硫醚-双-六氟锑酸盐的50%碳酸丙烯酯溶液(光产酸剂)l 重量份，由此调制下包层和上包层的两包层形成材料(粘度1000mPa S)。
〔芯部形成材料〕 通过将上述双苯氧基乙醇芴二縮水甘油醚70重量份、l，3，3-三{4-[2-(3_氧杂 环丁烷基)丁氧基苯基} 丁烷30重量份、4，4-双〔二 (e-羟基乙氧基)苯基亚砜基〕苯硫 醚_双_六氟锑酸盐的50 %碳酸丙烯酯溶液(光产酸剂)0. 5重量份溶解于28重量份的乳 酸乙酯中，由此调制芯部形成材料。 使用上述包层形成材料和芯部形成材料，除此之外与实施例1同样地制作光波 导。另外，所形成的两包层和芯部的折射率在波长830nm下为芯部为1.59，包层为1.54。 另外，所制作的光波导的比折射率A为3.2%。 关于如此制作的光波导的特性、即传输损耗的波长依赖性，根据下述方法进行测 定和评价。〔传输损耗的波长依赖性〕
使用实施例1和比较例的光波导，通过光谱分析仪(AND0公司制，AQ6315A)对传输 损耗的波长依赖性进行测定评价。其结果示于图3。在图3中，曲线a表示实施例l，曲线b 表示比较例。结果可知比较例的光波导在波长1150 1200nm附近和1400 1500nm附 近2处区域存在吸收带，但实施例1的光波导与比较例相比，不存在明显的吸收带。此外， 关于实施例2 3，也与实施例1同样地进行了测定，结果获得了与实施例1大致相同的测 定结果，同样地，与比较例相比不存在明显的吸收带。
~卜.白勺胃糊'性 本发明的光波导用组合物对于各种光波导的构成部分的形成材料是有用的。作 为这种光波导，可以列举例如直线光波导、弯曲光波导、交叉光波路、Y分叉光波导、平板 (slab)光波导、马赫-增德尔(Mach-Zehnder)型光波导、AWG(阵列波导光栅)型光波导、 光栅、光波导透镜等。另外，作为使用上述光波导而成的光学元件，可以列举滤波器、光开 关、光分支器、光复用器、光分插复用器、光放大器、波长转换器、波分器、光分路器(Optical Splitter)、定向耦合器，以及混合集成了激光二极管或光电二极管的光传输组件等。
权利要求
一种光波导用组合物，其含有(A)用有机硅低聚物和有机硅低聚物聚合物对氧化锆微粒进行了表面修饰的氧化锆微粒体；和(B)光产酸剂。
2. 根据权利要求1所述的光波导用组合物，其中，在用于芯部形成时的光波导用组合物中，(A)的氧化锆微粒的含量超过组合物总量的0重量％、且为40重量％以下，并且用于包层形成时的光波导用组合物中的(A)的氧化锆微粒的含量被设定为少于用于上述芯部形成的光波导用组合物中的(A)的氧化锆微粒的含量。
3. —种光波导用组合物的制造方法，该方法包含以下工序在氧化锆微粒的水分散液中混合有机硅低聚物，在酸性区域下，使上述有机硅低聚物聚合，生成有机硅低聚物聚合物，并用上述有机硅低聚物和有机硅低聚物聚合物对上述氧化锆微粒进行表面修饰，从而使上述有机硅低聚物和有机硅低聚物聚合物结合到上述氧化锆微粒的外周面，调制氧化锆微粒体(A)的工序；在上述氧化锆微粒体(A)中配合光产酸剂(B)的工序。
4. 根据权利要求3所述的光波导用组合物的制造方法，其中，酸性区域为pH2 4的范围。
5. —种光波导，其特征在于，所述光波导具备基板和形成于该基板上的包层，并在上述包层中按照规定图案形成有传输光信号的芯部，其中，上述包层和芯部中的至少一者是由权利要求1或2所述的光波导用组合物形成的。
6. —种光波导的制造方法，其特征在于，其具备以下工序在氧化锆微粒的水分散液中混合有机硅低聚物，在酸性区域下，使上述有机硅低聚物聚合，生成有机硅低聚物聚合物，并用上述有机硅低聚物和上述有机硅低聚物聚合物对上述氧化锆微粒进行表面修饰，从而使上述有机硅低聚物和有机硅低聚物聚合物结合到上述氧化锆微粒的外周面，分别调制第1和第2氧化锆微粒体的工序；在上述第1氧化锆微粒体中配合光产酸剂，从而调制用于芯部形成的光波导用组合物(a)的工序；在上述第2氧化锆微粒体中配合光产酸剂，从而调制用于包层形成的光波导用组合物(P)的工序；在基板上涂布上述组合物(P)，形成上述组合物(P)的下包层前体层，并对该下包层前体层进行曝光，从而形成下包层的工序；在上述下包层上涂布上述组合物(a)，形成上述组合物(a)的芯前体层，并将该芯前体层曝光为规定图案，然后对未曝光部分进行显影和除去，从而形成芯部的工序；在形成有上述规定图案的芯部的下包层上以包含芯部的方式涂布上述组合物(P)，形成上述组合物(P)的上包层前体层，并对该上包层前体层进行曝光，从而形成上包层的工序。
7. 根据权利要求6所述的光波导的制造方法，其中，相对于组合物(a)总量，上述组合物(a)中的氧化锆微粒的含量超过0重量％、且为40重量％以下，并且上述组合物(e)中的氧化锆微粒的含量被设定为少于上述组合物(a)中的氧化锆微粒的含量。
8. 根据权利要求6或7所述的光波导的制造方法，其中，在曝光后，对组合物(e)的下 包层前体层进一步加热，从而形成下包层。
9. 根据权利要求6或7所述的光波导的制造方法，其中，在显影后，对上述组合物(a) 的芯前体层进一步加热，从而形成芯部。
10. 根据权利要求6或7所述的光波导的制造方法，其中，在曝光后，对上述组合物 (e)的上包层前体层进一步加热，从而形成上包层。
全文摘要
提供一种不含卤素原子、且可见～近红外区域不存在吸收带的光波导用组合物及其制造方法，以及使用其的光波导、光波导的制造方法。该光波导用组合物含有在氧化锆微粒的外周面上结合有有机硅低聚物和有机硅低聚物聚合物而成的氧化锆微粒体(A)、和光产酸剂(B)。该光波导用组合物通过如下方式而获得在氧化锆微粒的水分散液中混合有机硅低聚物，在酸性区域下，发生有机硅低聚物之间的聚合反应、以及有机硅低聚物和有机硅低聚物聚合物对氧化锆微粒表面的结合反应，调制氧化锆微粒体(A)，接着，在该氧化锆微粒体(A)中配合光产酸剂(B)。
文档编号G02B1/04GK101726763SQ20091017799
公开日2010年6月9日 申请日期2009年10月23日 优先权日2008年10月23日
发明者平山智之, 平野敬祐, 疋田贵巳 申请人:日东电工株式会社