情報・通信用光有機材料の最新技術

Recent Advance on Photonic Organic Materials for Information and Telecommunication Applications

［コードNo.2007T558］

■監修／	戒能俊邦（東北大学　教授）
■体裁／	Ｂ５判　３６３ページ
■発行／	２００７年　５月　(株)シーエムシー出版
■定価／	６８,２５０円（税込価格）

★	情報・通信用光有機材料の「基礎（要素技術）」「材料開発」「応用技術」の最新動向を詳細！
★	さらに次世代「FTTH」用有機部材、ポリマー光回路の研究開発動向を詳細！
★	産学官の第一線で活躍する34名の研究開発者による分担執筆！

※　本書籍はご試読頂けません　※

刊行のねらい
情報・通信にかかわる技術開発では、レーザーの実現と低損失光ファイバの開発以降今日に至るまで、化合物半導体やシリカガラスが中心的素材として活躍している。一時期の“ITバブルの崩壊“による低迷時期はあったものの、我が国を中心とするファイバーツーザホーム（FTTH）の急速な広がりを背景に、各種光学部品の開発が活性化するとともに、次世代の情報・通信システムへの適用を狙い、材料の機能化に関心が高まっている。このような状況下、光有機材料は、有機材料でも現れる光学特性への興味から、有機材料ならではの光学特性の活用へと、相転移をおこしている。面発光レーザー（VCSEL）を活用した有機系システム開発も進み、データコム分野におけるポリマー光材料採用への期待も大きい。 　有機感光体に端を発した光機能有機材料も、液晶ディスプレイの普及や、発光材料の実用化など、その可能性は大きな広がりを示している。現在、エレクトロニクス機能とともにフォトニクス機能の向上が進み、有機LEDなどのデバイス応用へと展開している。有機ELを使う光リンク構築や通信波長帯発光デバイスなど、情報・通信への光有機材料の適用とともに、酸化チタンと有機色素を組み合わせた光電変換素子の実現、有機トランジスタやフォトニック結晶などの研究開発も進んでいる。一方、車載ネットワーク媒体の、ワイヤハーネスからプラスチック光ファイバへの移行の流れがあり、関連するポリマー光導波路実用化への期待が高まっている。 　本書は、光有機材料研究開発の第一線で活躍されている研究者の方々にお願いし、第I編では、要素技術に関わるフォトニクスおよびオプトエレクトロニクスの基礎の視点から解説をいただき、第II編では、材料開発に関わる最新技術として、有機半導体を含む機能材料の加工プロセス、光学部品の展開についてご紹介いただき、第III編では、応用技術における最新動向として、フォトニック結晶、無線タグ、光路切替スイッチ、有機EL応用などを取り上げていただき、第IV編では、経済産業省及びNEDOのプロジェクトとして実施された次世代FTTH構築用有機部材開発の状況について、プロジェクト参加メンバーからご報告いただき、第V編では、応用展開が期待されているポリマー光回路について、企業における開発状況についてご執筆いただいている。パッシブ材料からアクティブ材料まで、光有機材料に関する幅広いトピックスが、読者の研究開発の一助となり、更には、執筆者の方々との連携の引き金となれば幸いである。 　最後に、ご多忙の中、ご執筆をご快諾いただき、場合によっては原稿督促にもご対応いただいた著者の方々、また、本書の刊行に辛抱強くご尽力くださったシーエムシー出版の江幡雅之氏に感謝いたします。
（「はじめに」より） 2007年5月　戒能俊邦

執筆者一覧
城田靖彦	福井工業大学 環境・生命未来工学科 教授；大阪大学名誉教授
景山弘	大阪大学 大学院工学研究科 応用化学専攻 講師
八瀬清志	(独)産業技術総合研究所 光技術研究部門 副研究部門長
小林潤也	日本電信電話(株) NTTフォトニクス研究所 主幹研究員
戒能俊邦	東北大学 多元物質科学研究所 有機系応用システム(光材料)研究分野 教授
渡辺敏行	東京農工大学 大学院共生科学技術研究院 教授
戸谷健朗	東京農工大学 大学院工学府応用化学専攻
林秀樹	次世代モバイル用表示材料共同研究組合；(現)住友化学工業(株) 光学製品事業部
長澤敦	次世代モバイル用表示材料共同研究組合
小池康博	慶應義塾大学 理工学部 物理情報工学科・総合デザイン工学専攻 教授；(独)科学技術振興機構 ERATO-SORST 小池フォトニクスポリマープロジェクト 統括責任者
工藤一浩	千葉大学 大学院 工学研究科 教授
早瀬修二	九州工業大学大学院 生命体工学研究科 教授
横尾篤	日本電信電話(株) NTT物性科学基礎研究所 量子光物性研究部
渡辺修	(株)豊田中央研究所 バイオ研究室 主席研究員
谷垣宣孝	(独)産業技術総合研究所 光技術研究部門 デバイス機能化技術グループ 研究グループ長
安藤慎治	東京工業大学大学院 理工学研究科 物質科学専攻 教授
大森裕	大阪大学 先端科学イノベーションセンター 教授
尾崎雅則	大阪大学 大学院工学研究科 電気電子情報工学専攻 教授
和田達夫	(独)理化学研究所 中央研究所 和田超分子科学研究室 主任研究員
田中教雄	大日精化工業(株) 技術研究センター 基礎技術研究室 室長
鈴木博之	日本電信電話(株) NTTフォトニクス研究所 主幹研究員
田中爾文	旭硝子(株) 新事業推進センター ルキナ事業推進部 技術開発グループー リーダー
杉原興浩	東北大学 多元物質科学研究所 准教授
伊藤雄三	日立電線(株) 研究開発本部 シニアエキスパート；(現)工学院大学 工学部 マテリアル科学科 教授
田尻浩三	(株)日本触媒 電子情報材料研究所 アシスタントリサーチリーダー
各務学	(株)豊田中央研究所 光デバイス・システム研究室 室長
圷(あくつ)英一	富士ゼロックス(株) 研究本部 先端技術研究所 主幹研究員
柿本正也	住友電気工業(株) エレクトロニクス・材料研究所 高分子材料技術研究部 主席
柴田智章	日立化成工業(株) 先端材料研究所
山本礼	日立化成工業(株) 先端材料研究所
江利山祐一	JSR(株) 筑波研究所 主任研究員
今村三郎	NTTアドバンステクノロジ(株) 先端技術事業本部 光材料技術事業ユニット 主幹担当部長
村田則夫	NTTアドバンステクノロジ(株) 先端技術事業本部 光材料技術事業ユニット 担当部長
村越裕	NTTアドバンステクノロジ(株) 市場開拓総括営業部 主査

構成および内容
【第I編　基礎（要素技術）】
第1章	躍進する有機エレクトロニクス―次世代デバイスの科学技術―（城田靖彦、景山弘）
1	はじめに
2	エレクトロニクス・オプトエレクトロニクス用有機材料―有機半導体―
3	分子性結晶材料
4	アモルファス分子材料
4.1	アモルファス分子材料の創製
4.2	アモルファス分子材料の光・電子機能
5	有機EL素子
5.1	素子構造と動作原理
5.2	有機EL素子用材料
5.3	有機EL素子の性能
6	有機光電変換素子用材料
6.1	素子構造と動作原理
6.2	研究の進展
6.3	有機光電変換用材料
6.4	有機光電変換素子の性能
7	有機FET
7.1	素子構造と動作原理
7.2	有機FET研究の流れ
7.3	有機FET用材料
7.4	有機FETの性能
8	おわりに
第2章	プラスチック・エレクトロニクスおよびフォトニクス―有機薄膜トランジスタ、発光素子および太陽電池―（八瀬清志）
1	はじめに
2	有機薄膜トランジスタ
3	有機EL
4	有機薄膜太陽電池
5	おわりに
第3章	光通信用平面導波路型光デバイス技術（小林潤也）
1	はじめに
2	光導波路
3	導波路型光デバイス
3.1	方向性結合器
3.2	熱光学光スイッチ
3.3	波長合分波器
3.3.1	アレイ導波路格子波長合分波器
3.3.2	フィルタ型波長合分波器
第4章	ポリマー光導波路（戒能俊邦）
1	はじめに
2	光導波路中の光の伝搬
3	光導波路の光吸収
4	反射・屈折
5	散乱
6	ポリマー光導波路の光透過性
7	ポリマー光導波路の研究開発状況
8	光導波路作製技術
9	電気光学ポリマー光導波路
10	おわりに
第5章	平面ディスプレー用光学部材（渡辺敏行、戸谷健朗、林秀樹、長澤敦）
1	はじめに
2	偏光板
3	微小光学部材
4	おわりに
第6章	高速光伝送・高画質ディスプレイのためのフォトニクスポリマー（小池康博）
1	はじめに―フォトニクスポリマー―
2	屈折の制御―GI型プラスチック光ファイバ―
2.1	光ファイバの概要
2.2	プラスチック光ファイバ
2.3	GI型屈折率分布による高速化
2.4	重水素化或いはフッ素化による低損失化
3	光散乱の制御―高輝度光散乱導光体―
4	分極の制御―ゼロ複屈折性光学ポリマー―
4.1	ポリマーの複屈折発現メカニズム
4.1.1	ランダム共重合法
4.1.2	異方性低分子ドープ法
4.1.3	複屈折性結晶ドープ法
4.2	ポリマーの光弾性複屈折の消去
4.3	ゼロ・ゼロ複屈折ポリマー
5	おわりに
【第II編　材料開発の最新技術】
第1章	発光・受光トランジスタ用有機半導体とデバイス特性（工藤一浩）
1	はじめに
2	受光デバイス
2.1	光電変換素子
2.2	フォトトランジスタ素子
3	発光デバイス
3.1	有機発光ダイオード
3.2	有機発光トランジスタ
3.3	受光・発光複合素子
4	まとめ
第2章	ナノチタニア粒子を使った光電変換素子（早瀬修二）
1	はじめに
2	作製方法
3	光を電気に変換する光電変換素子
3.1	チタニア内部まで凝固体化する方法
3.2	液晶性イオン液体の自己組織化によるイオンパスを有する擬固体膜
4	電気化学発光素子
5	まとめ
第3章	ナノインプリント技術による微細構造作製と有機材料（横尾篤）
1	はじめに―有機機能性材料と微細構造―
2	ナノインプリント技術を使った有機材料への微細構造作製
2.1	直接ナノプリント法
2.2	直接ナノプリント法を用いた有機機能性材料への微細構造形成によるフォトニック結晶デバイス
3	微細構造骨格と有機機能性材料
3.1	アルミナナノホールアレイへの有機機能性材料の注入によるフォトニック結晶デバイス
3.2	ナノ電極リソグラフィ
4	まとめ
第4章	アゾポリマーの光機能性を利用したフォトニクス応用（渡辺修）
1	はじめに
2	アゾポリマー中の配向変化と可逆化現象
3	光誘起表面レリーフグレーティング
4	近接場ナノ加工
5	光固定
6	微粒子配列
7	今後の展開
第5章	高分子材料の光機能化のためのプロセス（谷垣宣孝）
1	はじめに
2	真空スプレー法
3	摩擦転写法
4	蒸気輸送法
4.1	高分子導波路
4.2	パターニング
第6章	含フッ素ポリイミド光学材料と光学部品（安藤慎治）
1	はじめに
2	含フッ素ポリイミドの諸特性
2.1	初期の含フッ素ポリイミド
2.2	光透過損失の原理と低減化
2.3	屈折率と複屈折の制御
2.4	屈折率の波長依存性
2.5	熱光学定数とその制御
3	ポリイミドの光学部品への応用例
3.1	薄膜光フィルタ基板
3.2	薄膜ポリイミド波長板
3.3	薄膜ポリイミド偏光子
3.4	平面光導波路
3.4.1	FPIを用いたチャネル型光導波路の作製と特性
3.4.2	ポリイミド光導波路の光インターコネクションへの応用
3.4.3	FPIの光導波路部品への応用
4	おわりに
【第III編　応用技術の最新動向】
第1章	ウェットプロセスによる高効率有機ELとポリマー光リンクの形成（大森裕）
1	はじめに
2	ウェットプロセスで作製した高輝度・高効率赤色燐光EL素子
3	低分子系有機EL素子による光信号伝送
4	ウェットプロセスによる有機EL素子による光信号伝送
5	有機受光素子の作製と受光特性
6	まとめ
第2章	ナノ周期構造液晶のフォトニクス応用（尾崎雅則）
1	まえがき
2	ナノ周期構造／液晶複合系とチューナブルフォトニック結晶
2.1	三次元周期構造／液晶複合系
2.2	二次元周期構造／液晶複合系
2.3	一次元周期構造／液晶複合系
2.4	光造形周期構造／液晶複合系
3	カイラル液晶の自己組織螺旋ナノ周期構造
3.1	選択反射
3.2	液晶レーザー
4	螺旋周期構造に特徴的な欠陥
5	非線形光学効果
6	むすび
第3章	光書き込み型無線IC・リライト複合媒体タグ（和田達夫）
1	はじめに
2	サーマルリライト材料
3	無線ICタグ・リライト複合媒体タグ
4	非接触光書き込み型無線IC・リライト複合媒体
5	非接触光書き込み・読み取り装置
6	非接触光書き込み複合媒体タグの応用
7	まとめ
第4章	有機色素薄膜積層型マイクロ熱レンズ形成素子を用いる光路切替スイッチの開発（田中教雄）
1	はじめに
2	原理
3	開発の経緯
4	マイクロ熱レンズ効果の応用
5	応答速度
6	熱レンズ方式光路切替スイッチの特徴と用途展開
7	熱レンズ方式光路切替スイッチの開発課題
第5章	光通信波長帯有機発光材料・デバイスの研究開発（鈴木博之）
1	はじめに
2	有機赤外EL材料の現状
3	イオン性色素の探索
3.1	EL素子の作製
3.2	EL特性
3.3	SO447赤外ELの濃度依存性
4	イオン性色素における赤外EL過程
5	まとめと今後の展開
【第IV編　次世代FTTH構築用有機部材】
第1章	高機能全フッ素GI-POFの開発とFTTHへの応用（田中爾文）
1	はじめに
2	通信用POFとしての要求特性
3	光学用透明フッ素樹脂
4	全フッ素GI型POF
5	高機能POFの開発目標
6	高機能POFの開発
6.1	マルチコアPOFの開発
6.2	WラッドPOFの開発
7	既築住宅へのFTTH配線の試み
8	将来展望
第2章	マルチモード光導波路の新規測定評価法（杉原興浩）
1	はじめに
2	簡易評価用光導波路チップ
2.1	直線光導波路の新規伝搬損失測定法
2.2	簡易評価チップの構成
2.3	簡易評価チップの測定評価結果
3	評価用光源およびモード分布の検討
4	おわりに
第3章	新規ポリマー導波路用材料および導波路素子（伊藤雄三）
1	はじめに
2	FTTHの最新の状況
3	FTTH、アクセス系に用いられるポリマー光部品
4	マルチモード導波路中の光の伝搬について
4.1	マルチモード導波路光伝搬解析のためのシミュレーション手法
4.2	BPM法のマルチモード導波路への適用
4.3	壁面荒れマルチモード導波路中の光の伝搬
5	おわりに
第4章	フッ素化ポリイミド光導波路の作成（田尻浩三）
1	はじめに
2	ルクスビア®-PFの諸物性
3	埋め込み型光導波路の作成
3.1	熱イミド化条件
3.2	埋め込み直線導波路の作成
3.3	埋め込み型光導波路の特性
4	3ch.WDMフィルターの作成
5	まとめ
第5章	自己形成光導波路（各務学）
1	はじめに
2	自己形成光導波路
3	3次元光回路
4	クラッド形成方法
4.1	クラッド置換型
4.2	コア選択重合型
4.3	クラッド選択重合型
5	まとめ
第6章	LAMM法高分子導波路技術とその応用（圷英一）
1	はじめに
2	LAMM法導波路製造技術
2.1	技術の概要
2.2	LAMM法プロセス工程フロー概要
2.3	LAMM法高分子導波路製造技術の特徴
2.3.1	低コスト化
2.3.2	高機能
2.3.3	高信頼性
3	LAMM法導波路の応用展開
3.1	MT互換光コネクター実装フレキシブル導波路フィルム
3.2	LAMM法導波路VCSELモジュール
3.3	12Gの送信／受信モジュール
3.4	VCSEL/PD/電子素子実装2芯双方向フレキシブル導波路モジュール
3.5	CAN型光モジュール
4	まとめ
【第V編　ポリマー光回路】
第1章	近赤外の広帯域で低光吸収損失な新規材料―高フッ素化ポリベンゾオキサゾールの合成とその光導波路材料への応用―（柿本正也）
1	はじめに
2	広帯域低光吸収損失高フッ素化ポリベンゾオキサゾールの分子設計
3	高フッ素化ポリベンゾオキサゾールの合成
4	高フッ素化PBOの耐熱性と光学特性
5	高フッ素化PBOの熱可塑化とホットエンボス加工
6	まとめ
第2章	光情報通信用ポリマー光導波路部材および材料（柴田智章、山本礼）
1	はじめに
2	光通信用部材
2.1	はじめに
2.2	フッ素化ポリイミド
2.3	映像信号配信WDM（wavelength division multiplexing）モジュール
2.3.1	光ファイバーの実装構造
2.3.2	光導波路回路設計
2.3.3	映像信号配信WDM用ポリマー光導波路基板の作製と評価
2.4	おわりに
3	光配線用材料
3.1	はじめに
3.2	光配線の必要性
3.3	光配線の課題
3.4	光配線用ポリマー光導波路材の要求特性
3.5	光配線用ポリマー光導波路材の開発
3.5.1	開発材の特性
3.5.2	プロセスと試作例
3.5.3	光伝搬損失
3.5.4	信頼性
3.5.5	フレキシブル光導波路の屈曲特性
3.5.6	高速光信号伝送特性
3.6	おわりに
第3章	新規感光性ゾルゲル材料を用いた低損失光導波路（江利山祐一）
1	はじめに
2	従来技術
2.1	ゾルゲル反応
2.2	従来の導波路用ゾルゲル材料
3	感光性ゾルゲル材料
3.1	材料設計
3.2	設計の検証
3.3	フォトリソグラフィー特性
3.4	樹脂特性
3.5	導波路特性
3.6	信頼性
4	試作スプリッタ
5	まとめ
第4章	エポキシ樹脂を用いた光導波路・光学接着剤の開発（今村三郎、村田則夫、村越裕）
1	はじめに
2	光導波路
2.1	ポリマー導波路開発状況
2.2	エポキシ導波路
2.2.1	エポキシ導波路の特長
2.2.2	エポシキ導波路の応用
3	光学接着剤
3.1	はじめに
3.2	光路結合用光学接着剤
3.2.1	屈折率制御性
3.2.2	光路結合用光学接着剤の主な特性
3.2.3	光路結合用光学接着剤の応用
3.3	精密固定用接着剤
3.3.1	精密固定用接着剤の特性
3.3.2	精密固定用接着剤の応用
4	おわりに

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