一軸延伸ポリイミド薄膜の光学リターデーションおよび面内複屈折の温度

一軸延伸ポリイミド薄膜の光学リターデーションおよび
面内複屈折の温度依存性の解析
(東工大院理工) ○保田雄亮・松田祥一・照井貴陽・安藤慎治
d∆nYX/dT (ppm/K)
In-plane birefringence, ∆nYX
In-plane birefringence, ∆nYX
Retardation (µm)
Retardation (µm)
[緒言]近年の集積光学技術の発展により、光波長板をはじめ (a)
O
O
とした光の偏波状態を制御する光学部品が導波路型光回路や
N
N
光配線基盤上に集積化することが要求されてきている 1)。光
O
O
波長板は光波回路中における偏波依存性を解消するために用 (b)
O
O
いられているが、これは一軸延伸ポリイミド薄膜の光学リ
N
O
N
ターデーションの性質を利用したものであるため、温度依存
O
O
性が非常に重要である。そこで、本研究では一軸延伸ポリイ
ミド薄膜のリターデーションの温度依存性および面内複屈折 Fig.1 Molecular structure of (a) BPDA/
PDA and (b) PMDA/ODA polyimides (PIs).
(∆nYX) の温度依存性を解析することを目的とした。
5.60
[実験]BPDA/PDA(Fig.1(a)) と PMDA/ODA(Fig.1(b)) の 2 種
BPDA/PDA
3.38
PMDA/ODA
類のポリイミドを用いた。試料はポリイミドの前駆体である
5.58
ポリアミド酸を成膜後、一軸延伸・加熱イミド化することに
3.36
より作成した 3-4)。リターデーションは平行ニコル回転法 4) に
5.56
3.34
より、また、試料の加熱はホットステージ (Mettler Toledo：
5.54
FP82HT) にて行った。
3.32
[結果と考察]Fig.2 に BPDA/PDA と PMDA/ODA の一軸延伸
40
80
120
160
200
Temperature (°C)
ポリイミド薄膜の得られた最大のリターデーションにおける
温度依存性を示す。
どちらも温度の上昇とともにリターデー Fig.2 Temperature dependence of reションの減少が確認された。また、これら２つの温度変化の tardations for uniaxially drawn PI films.
挙動に大きな相違は見られなかった。しかし、エリプソメト
BPDA/PDA
0.37
リーを用いた測定から、
それぞれのポリイミド薄膜の膜厚方
0.165
PMDA/ODA
向の線膨張係数として異なる値が得られた (BPDA/PDA =
0.365
152 ppm/K, PMDA/ODA = 164 ppm/K)。これより ∆nYX の温
0.16
度依存性を算出したところ、BPDA/PDA の方が温度の増加
0.36
に伴い、∆nYX 大きく減少していくことが示された(Fig.3)。こ
0.155
5)
れは Vuks の式の温度微分より、BPDA/PDA の方が延伸方
40
80
120
160
200
向に強く配向し、
その結果大きな複屈折を有していたためと
Temperature (°C)
2
2
3)
説明できる。また、(<cos (yY)> − <cos (yX)>) と面内複屈
Fig.3 Temperature dependence of esti折の温度依存性 (d∆n/dT)の関係 (Fig.4) より、((<cos2(yY)> − mated in-plane birefringences for PI films.
<cos2(yX)>) の値が 1 に近づき分子鎖が延伸方向に強く配向
-100
していくとともに ∆nYX の温度依存性が大きくなることが示さ
BPDA/PDA
PMDA/ODA
-80
れた。同程度の配向度では BPDA/PDA の方が PMDA/ODA よ
-60
り大きな d∆nYX/dT を有しているが、これは前者がより大きな
固有複屈折 (∆n 0 ) を有するためであると解釈できる( BPDA/
-40
PDA:∆n0=0.51, PMDA/ODA:∆n0=0.33 @1.31µm)。
-20
1)H. Ma, A. K. Y. Jen, and L. R. Dalton, Adv. Mater., 14, 1330 (2002).
0
2)S. Ando, T. Sawada, and Y. Inoue, Electron. Lett.,29,2143(1993).
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
3)S. Matsuda and S. Ando, J. Polym.Sci. Part B; Polym
<cos2(yY)>-<cos2(yX)>
Phys.,41,418(2003). 4)S. Ando, T. Sawada, and S. Sasaki, Polym. Fig.4 The relationships between molecuAdv. Technol., 12,319(2001). 5) 照井貴陽・松田祥一・安藤慎 lar orientation and d∆n/dT for uniaxially
治高分子学会予稿集 53(2),4660 (2004).
drawn PI films.
Temperature Dependence of Optical Retardation and In-Plane Birefringence in Uniaxially Drawn
Aromatic Polyimide Films.
Yusuke YASUDA, Sho-ichi MATSUDA, Yoshiharu TERUI, and Shinji ANDO (Department of Organic and
polymeric Materials, Tokyo Institute of Techonology, Ookayama 2-12-1-S1-21, Meguro-ku, Tokyo 1528552) Tel, Fax: +81-3-5734-2889
E-Mail: [email protected]

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