JP4853311B2

JP4853311B2 - 光学式位置センサー部品、光学式位置センサー及びその製造方法

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Publication number: JP4853311B2
Application number: JP2007018024A
Authority: JP
Inventors: 祐一江利山; 俊皇甫; 幸勇前田
Original assignee: JSR Corp
Current assignee: JSR Corp
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2007-01-29
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2027-01-29
Also published as: JP2007240520A

Description

本発明は、光学式位置センサー部品、光学式位置センサー及びその製造方法に関する。

従来の位置センサー部品は、ディスプレイのスクリーンに抵抗を有するフィルム、容量を有するフィルム、あるいは導電性材料を蒸着、又は塗布したフィルムをかぶせることによって作成されている。例えば、特許文献1に従来の技術が開示されている。しかしながら、この方法においては、表示機能を目的としないフィルムで覆われるため、通常と同じ輝度を得るためにはスクリーンの光強度を大きくしなければならない。このスクリーンの光強度を増大させるためには、エネルギーの消費量が増大してしまう。

しかしながら、このような位置センサー部品が頻度よく用いられる携帯情報端末やノートパソコンなどにおいては、使用できるバッテリーの量が決められているものが多く、あまり電気消費量の多い位置センサーは好ましいものではない。
米国特許出願公開第２００６／００２６５５号明細書

そこで、本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、光伝導度が高い導波路を用いた光学式位置センサー部品、光学式位置センサー及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の光学式位置センサー部品の一態様は、入力用導光部と受光用導光部とを備える。前記入力用導光部は、近赤外の発光源において発光した光を入射し、入射した光を複数の末端からコリメート用のレンズへ出射する高分子導波路からなる。前記受光用導光部は、前記入力用導光部から出射された光を末端から入射し、入射した光を近赤外の受光素子へ出射する複数の高分子導波路からなる。また、前記入力用導光部及び前記受光用導光部において、前記高分子導波路を構成するコア部分は、感光性樹脂組成物の硬化物からできている。

また、本発明の光学式位置センサーの一態様は、入力用光部品と、前記入力用光部品と平面基板上に対向して配置される受光用光部品と、を備える。前記入力用光部品は、近赤外の発光源、複数のコリメート用のレンズ、及び前記近赤外の発光源において発光した光を入射する端部と、入射した光を前記複数のコリメート用のレンズへ出射する複数の末端とを有する高分子導波路からなる入力用導光部を含む。前記受光用光部品は、複数の近赤外の受光素子及び前記入力用導光部が出射した光を入射する末端と、入射した光を前記複数の近赤外の受光素子へ出射する他の末端とを有する複数の高分子導波路からなる受光用導光部を含む。また、前記入力用導光部及び前記受光用導光部において、前記高分子導波路は、感光性樹脂組成物の硬化物で構成されるコア部分を有する。

さらに、光学式位置センサーの製造方法の一態様は、次のステップを含む。一つの端部と複数の末端を有する高分子導波路からなる入力用導光部、及び複数の高分子導波路からなる受光用導光部を、感光性樹脂組成物を硬化させて作製するステップ。前記入力用導光部が有する複数の末端に光のコリメート用のレンズを配するステップ。前記入力用導光部の端部に近赤外の発光源を配するステップ。前記受光用導光部を構成する高分子導波路それぞれに近赤外の受光素子を配するステップ。

前記光学式位置センサーの製造方法の一態様において、前記感光性樹脂組成物を硬化させて作製するステップは、前記高分子導波路を構成するコア部分をアルカリ現像型のフォトリソグラフ法で製作する方法である。

また、前記感光性樹脂組成物は、（Ａ）少なくともヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートと（メタ）アクリル酸をモノマーとする共重合体と、分子中に１個以上の（メタ）アクリロキシ基を含有するイソシアネート化合物との付加物、（Ｂ）分子中に１個以上のエチレン性不飽和基を含有する化合物（ただし、上記（Ａ）成分は除く）、（Ｃ）光重合開始剤、を含有するものである。

さらに、前記（Ａ）成分が、エチレン性不飽和含有芳香族化合物、脂環式アルキル（メタ）アクリレート、及び分岐してもよいアルキル（メタ）アクリレートの中から選ばれる１種以上のモノマー、並びにヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート及び（メタ）アクリル酸をモノマーとする共重合体と、分子中に１個以上の（メタ）アクリロキシ基を含有するイソシアネート化合物との付加物であるものである。

本発明に係る光学式位置センサー部品、光学式位置センサー及びその製造方法の一態様によれば、導光部のコア部分が感光性樹脂組成物の硬化物であることから、発光部と導光部との光の結合や導光部と受光部との光の結合が効率よく行われるため、光学式位置センサーとして位置の検出を感度良く行うことができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明を、光学式位置センサー及びその製造方法に適用した一態様を示したものである。図１は、本発明の実施の形態に係る光学式位置センサーの一例を示す構造概略図を示した図である。また、図２は、本発明の実施の形態に係る光学式位置センサーの別の一例を示す構造概略図を示した図である。

図１に示した光学式位置センサーは、入力用光部品１０と受光用光部品２０とを備える。入力用光部品１０は、近赤外の発光源１１、入力用導光部１３及び複数のコリメート用のレンズ１４を備える。受光用光部品２０は、複数の近赤外の受光素子２１、受光用導光部２３及びコリメート用のレンズ２４を備える。また、入力用導光部１３は、発光部１２を備え、受光用導光部２３は、受光部２２を備える。

図１に示した光学式位置センサー部品において、発光部１２と受光部２２とは各導光部を構成する高分子導波路（高分子光導波路）で作製されている。光学式位置センサー部品（入力用導光部１３、受光用導光部２３）は、各発光部１２からの光が各受光部２２に到達するか否かによって、位置を判定している。入力用光部品１０は、発光部１２からの光を光導波路内に入射させる。受光用光部品２０は、光導波路からの光を受光部２２に送る。図１及び図２の矢印は、光導波路内の光路を示す。

光学式位置センサー部品における入力用光部品１０は、平面（平面基板）の端末に近紫外の発光源１１を配し、分岐末端（末端）にコリメート用のレンズ１４を配している。このときの発光源１１は、例えばサファイアレーザを用いている。また、入力用光部品１０は、複数に分岐した構造を有する高分子導波路を入力用導光部１３としている。例えば、入力用導光部１３は、近赤外の発光源において発光した光を入射する端部と、入射した光を前記複数のコリメート用のレンズ１４へ出射する複数の末端を有する高分子導波路からなる。この導波路内を発光源１１から出射された光が分岐して導波されることになる。これらの入力用導光部１３は、図１に示されるように、１つの発光源１１からの光をそれぞれの発光部１２において分枝させてもよいし、図２に示されるように、発光源１１から直接光を分枝させ、その分枝させた光をそれぞれの発光部１２に導いても良い。

また、光学式位置センサー部品における受光用光部品２０は、近赤外の受光素子２１を配し、分岐末端にコリメート用のレンズ２４を配している。このときの受光素子２１は、例えばフォトダイオードを用いている。また、受光用光部品２０は、複数の高分子導波路を受光用導光部２３としている。例えば、受光用導光部２３は、入力用導光部１３が出射した光を入射する末端と、入射した光を複数の近赤外の受光素子２１へ出射する他の末端を有する複数の高分子導波路からなる。このときの受光素子２１は、図１に示されるように高分子導波路ごとに配置されている。このようにすることによって、受光素子２１は、位置の認識を行う。
さらに、上述の入力用光部品１０と受光用光部品２０とは、平面基板上に対向して配置されている。従って、入力用導光部１３と受光用導光部２３も対向して配置されることになる。例えば、光学式位置センサー部品における左端と下端に沿って、入力用光部品１０が配置されると、右端と上端に沿って、受光用光部品２０が配置される。

なお、図１及び図２では、受光用光部品２０は、コリメート用のレンズ２４が配置された場合を示しているが、コリメート用のレンズ２４を必ずしも配置しなくてよい。入力用光部品１０に配置されたコリメート用のレンズ１４から到達する光が、受光用導光部２３へほぼ直線的に入射する場合、発光部１２から出射された光が、受光部２２へ到達する。このため、コリメート用のレンズ２４が配置されていなくても、光学式位置センサーとして機能することができる。

高分子導波路は、コア部分を下部クラッド層と上部クラッド層とで挟んでいる状態で配置されている。この高分子導波路の特性は、コア部分とクラッド層との比屈折率差が１〜４％である（本明細書では、例えば、「１から４」は、「１以上４以下」とする）。

本実施の形態に係る光学式位置センサー部品においては、高分子導波路を構成するコア部分は、（Ａ）少なくともヒドロキシアルキル(メタ）アクリレートと（メタ）アクリル酸との共重合体と、分子中に１個以上の（メタ）アクリロキシ基を含有するイソシアネート化合物との付加物、（Ｂ）分子中に１個以上の（メタ）アクリロイル基を含有する化合物（ただし、上記（Ａ）成分は除く）、及び（Ｃ）光重合開始剤を含有する感光性樹脂組成物の硬化物としている。

（Ａ）成分を製造するための前記共重合体は、高い導波路特性を得るために、エチレン性不飽和含有芳香族化合物、脂環式アルキル（メタ）アクリレート、又は分岐してもよいアルキル（メタ）アクリレート等との共重合であることが好ましい。なお、クラッド層に使用する場合は、アルカリ現像性を付与する必要が無いため（メタ）アクリル酸を共重合させる必要がない。

なお、感光性樹脂組成物は、有機溶剤（乳酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトン）に溶解させてもよい。このときの組成物の粘度は、２５℃において２００ｍＰａ・ｓ（ミリパスカル・秒）〜２０００ｍＰａ・ｓ程度が好ましい。その他、必要に応じて、重合禁止剤、増感剤、界面活性剤を添加することもできる。

さらに、コア部分を構成する感光性樹脂の硬化物の物性は、波長８２４ｎｍ（２５℃）での屈折率が１．５１以上１．５６以下であり、材料損失が０．０５ｄＢ／ｃｍ〜０．３０ｄＢ／ｃｍ、ガラス転移温度が５５℃〜１８０℃とするのが好ましい。

続いて、光学式位置センサーの製造方法を説明する。図３は、光学式位置センサーの製造方法の一例を示すフローチャート図である。
まず、一つの端部と複数の末端を有する高分子導波路からなる入力用導光部１３、及び二つの末端を有する複数の高分子導波路からなる受光用導光部２３を、感光性樹脂組成物を硬化させて作製する（Ｓ１１）。次に、入力用導光部１３が有する複数の末端に光のコリメート用のレンズ１４を配する（Ｓ１３）。端末（端部）に近赤外の発光源１１を配する（Ｓ１５）。受光用導光部２３を構成する高分子導波路末端それぞれに近赤外の受光素子２１を配する（Ｓ１７）。このようにして、入力用光部品１０と受光用光部品２０とを備える光学式位置センサーを製造する。感光性樹脂組成物の具体的な製造方法については、実施例において具体例を説明する。なお、図３は、光学式位置センサーの製造方法の一例を示したものであり、この手順に限られるものではない。

実施例１
ドライアイス／メタノール還流器のついたフラスコを窒素置換した後、光重合開始剤として２，２'−アゾビスイソブチロニトリル３ｇ、有機溶剤としてプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート１１５ｇを仕込み、光重合開始剤が溶解するまで攪拌した。引き続いて、ヒドロキシエチルメタクリレート２０ｇ、ジシクロペンタニルメタクリレート１０ｇ、スチレン２５ｇ、メタクリル酸１０ｇ及びｎ−ブチルアクリレート３５ｇを仕込んだ後、緩やかに攪拌を始めた。その後、溶液の温度を８０℃に上昇させ、この温度で６時間重合を行った。

その後、得られた溶液にジラウリル酸ジ−ｎ−ブチル錫０．１３ｇ、２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール０．０５ｇを仕込み、攪拌しながら２−メタクリロキシエチルイソシアネート２３．７ｇを温度が６０℃以下に保たれるように滴下した。滴下終了後、６０℃で５時間反応させ、側鎖にメタクリル基を有するポリマー溶液を得た。その後、反応生成物を多量のヘキサンに滴下して反応生成物を凝固させた。さらに、この凝固物と同質量のテトラヒドロフランに再溶解し、多量のヘキサンで再度凝固させた。この再溶解−凝固操作を計３回行った後、得られた凝固物を４０℃で４８時間真空乾燥して、目的とする重合体Ａ−１を得た。

コア用組成物は、上述の重合体Ａ−１を１００ｇ、トリブロモフェノールエトキシアクリレート（第一工業製薬社製、ニューフロンティアＢＲ−３１）を３０ｇ、光ラジカル重合開始剤（商品名「Ｉｒｇａｃｕｒｅ３６９」、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製）を３ｇ、乳酸エチル１１０ｇを均一に混合し調製した。また、クラッド用組成物は、上述の重合体Ａ−１を１００ｇ、トリメチロールプロパントリアクリレート（大阪有機化学工業社製、ＴＭＰ３Ａ）を３０ｇ、光ラジカル重合開始剤（商品名「Ｉｒｇａｃｕｒｅ３６９」、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製）を３ｇ、乳酸エチル１１０ｇを均一に混合し調製した。

（ａ）下部クラッド層の形成
クラッド用組成物を基板の表面上に、スリットコータで塗布し、オーブンを用いて１００℃、６０分間の条件でプリベークして塗膜を形成した。次いで、クラッド用組成物からなる塗膜に、波長３６５ｎｍ、照度１０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を１００秒間照射して、光硬化させ、厚さ５０μｍの下部クラッド層を形成した。

（ｂ）コア部分の形成
次に、コア用組成物を下部クラッド層の上にスリットコータで塗布して塗膜を形成した。形成した
塗膜を、オーブンを用いて１００℃、６０分間の条件でプリベークし、厚さ５０μｍの塗膜を形成した。所定のパターンを有するフォトマスクを介して、波長３６５ｎｍ、照度１０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を１００秒間照射して、塗膜を硬化させた。次いで、硬化させた塗膜を有する基板を２．３８重量％テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液からなる現像液中に５分間浸漬して、塗膜の未露光部を溶解させた。その後、流水で２分間リンスしたのち乾燥させ、コア部分を形成した。このように、コア部分は、露光して、アルカリ現像液で現像するアルカリ現像型のフォトリソグラフ法で作成する。

（ｃ）上部クラッド層の形成
次いで、コア部分を有する下部クラッド層の上面に、クラッド用組成物をスリットコータで塗布して塗膜を形成し、オーブンを用いて１００℃、６０分の条件で塗膜をプリベークした。その後、波長３６５ｎｍ、照度１０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を１００秒間照射することにより上部クラッド層を形成した。

なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。

本実施の形態に係る光学式位置センサーの構造概略図である。本実施の形態に係る光学式位置センサーの構造概略図の他の例である。本発明の実施の形態に係る光学式位置センサーの製造方法一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０入力用光部品１１発光源１２発光部１３入力用導光部１４レンズ
２０受光用光部品２１受光素子２２受光部２３受光用導光部２４レンズ

Claims

近赤外の発光源において発光した光を入射し、入射した光を複数の末端からコリメート用のレンズへ出射する高分子導波路からなる入力用導光部と、
前記入力用導光部から出射された光を末端から入射し、入射した光を近赤外の受光素子へ出射する複数の高分子導波路からなる受光用導光部とを、備え、
前記高分子導波路を構成するコア部分が、感光性樹脂組成物の硬化物であり、
前記感光性樹脂組成物は、
（Ａ）少なくともヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートと（メタ）アクリル酸をモノマーとする共重合体と、分子中に１個以上の（メタ）アクリロキシ基を含有するイソシアネート化合物との付加物、
（Ｂ）分子中に１個以上のエチレン性不飽和基を含有する化合物（ただし、上記（Ａ）成分は除く）、
（Ｃ）光重合開始剤、
を含有する、光学式位置センサー部品。
前記（Ａ）成分が、エチレン性不飽和含有芳香族化合物、脂環式アルキル（メタ）アクリレート、及び分岐してもよいアルキル（メタ）アクリレートの中から選ばれる１種以上のモノマー、並びにヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート及び（メタ）アクリル酸をモノマーとする共重合体と、分子中に１個以上の（メタ）アクリロキシ基を含有するイソシアネート化合物との付加物である、請求項１に記載の光学式位置センサー部品。
入力用光部品と、
前記入力用光部品と平面基板上に対向して配置される受光用光部品と、を備え、
前記入力用光部品は、
近赤外の発光源と、
複数のコリメート用のレンズと、
前記近赤外の発光源において発光した光を入射する端部と、入射した光を前記複数のコリメート用のレンズへ出射する複数の末端を有する高分子導波路からなる入力用導光部と、を含み、
前記受光用光部品は、
複数の近赤外の受光素子と、
前記入力用導光部が出射した光を入射する末端と、入射した光を前記複数の近赤外の受光素子へ出射する他の末端を有する複数の高分子導波路からなる受光用導光部と、を含み、
前記高分子導波路を構成するコア部分が感光性樹脂組成物の硬化物であり、
前記感光性樹脂組成物は、
（Ａ）少なくともヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートと（メタ）アクリル酸をモノマーとする共重合体と、分子中に１個以上の（メタ）アクリロキシ基を含有するイソシアネート化合物との付加物
（Ｂ）分子中に１個以上のエチレン性不飽和基を含有する化合物（ただし、上記（Ａ）成分は除く）
（Ｃ）光重合開始剤
を含有する、光学式位置センサー。
一つの端部と複数の末端を有する高分子導波路からなる入力用導光部、及び複数の高分子導波路からなる受光用導光部を、感光性樹脂組成物を硬化させて作製するステップと、
前記入力用導光部が有する複数の末端にコリメート用のレンズを配するステップと、
前記端部に近赤外の発光源を配するステップと、
前記受光用導光部を構成する高分子導波路それぞれに近赤外の受光素子を配するステップと、
を有し、
前記感光性樹脂組成物は、
（Ａ）少なくともヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートと（メタ）アクリル酸をモノマーとする共重合体と、分子中に１個以上の（メタ）アクリロキシ基を含有するイソシアネート化合物との付加物
（Ｂ）分子中に１個以上のエチレン性不飽和基を含有する化合物（ただし、上記（Ａ）成分は除く）
（Ｃ）光重合開始剤
を含有する、光学式位置センサーの製造方法。
前記感光性樹脂組成物を硬化させて作製するステップは、前記高分子導波路を構成するコア部分をアルカリ現像型のフォトリソグラフ法で製作することを特徴とする請求項４記載の光学式位置センサーの製造方法。