CN101833402A - 光波导路及光学式触摸面板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供光波导路及光学式触摸面板。通常，光学式触摸面板将红外线用于触摸检测，因此，在太阳光等较强的外部光射入到检测部时，有可能无法进行触摸检测。采用以往的光波导路的光学式触摸面板无法充分地解决该问题。本发明的光学式触摸面板在光波导路(10)的上敷层(14)设置凹部(14b)，使光学式触摸面板的框体(15)与凹部(14b)相嵌合结合，从而不增厚边框部分就能够防止外部光(17)进入到芯(12)中。并且，由于光波导路(10)与框体(15)一体化，因此，能够提高光波导路(10)的对位精度，能容易地获得较高的传输率。

Description

光波导路及光学式触摸面板
技术领域
本发明涉及光学式触摸面板和适合用于光学式触摸面板的光波导路。
背景技术
以往，公知有包括芯、下敷层和上敷层的光波导路；上述芯具有入射或射出光的前端；上述下敷层支承芯；上述上敷层埋设芯且具有侧截面形状为大致1/4圆弧状的凸透镜部(例如专利文献1)。这样的光波导路能够利用凸透镜部将自芯前端射出的发散光变成平行光。另外，能够利用凸透镜部将入射到凸透镜部表面的宽度较宽的平行光会聚在芯前端。结果，能够获得较高的光传输率。
由于光学式触摸面板通常将红外线用于触摸检测，因此，在太阳光等较强的外部光射入到检测部时，有可能无法进行触摸检测。采用以往的光波导路的光学式触摸面板无法充分地解决该问题。
专利文献4：日本特开2008-203431号公报
由于光学式触摸面板将红外线用于触摸检测，因此，在太阳光等较强的外部光射入到检测部时，有可能无法进行触摸检测。采用以往的光波导路的光学式触摸面板无法充分地解决因外部光而使触摸检测精度降低的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供不增大光波导路部分(光学式触摸面板的边框部分)的厚度而也能够在外部光较强的环境下使用的光波导路和采用该光波导路的光学式触摸面板。
本发明的光波导路在光波导路的上敷层设置凹部，在凹部嵌合结合光学式触摸面板的框体，从而不增厚边框部分就能够防止外部光进入到芯中。由于本发明的光学式触摸面板的光波导路与框体一体化，因此，提高了光波导路的对位精度，能容易地获得较高的传输率。
本发明的主旨如下所述。
(1)本发明的光波导路包括：具有用于射出光或者入射光的前端的芯、支承芯的下敷层、埋设芯的上敷层，该光波导路与光学式触摸面板的框体相接触地配置，其特征在于，上敷层包括侧截面形状为大致1/4圆弧状的凸透镜部和与光学式触摸面板的框体相嵌合结合的凹部，凹部处于由从芯前端的中心连结到上敷层的凸透镜部的上端的线段、从芯前端的中心连结到凸透镜部的下端的线段和凸透镜部的外周圆弧围成的大致扇形的范围之外。
(2)本发明的光波导路的特征在于，芯的折射率高于下敷层及上敷层的折射率，芯的折射率与下敷层的折射率及芯的折射率与上敷层的折射率之差为0.02～0.2。
(3)本发明的光波导路的特征在于，芯、下敷层及上敷层由紫外线硬化树脂形成。
(4)本发明的光波导路的特征在于，将上敷层的凸透镜部的曲率半径设为D时，曲率半径D为300μm～1.5mm。
(5)本发明的光波导路的特征在于，将从上敷层的凸透镜部的前端到芯的前端的距离设为A时，距离A为1mm～5mm，距离A与凸透镜部的曲率半径D之比A/D为2～6。
(6)本发明的光波导路的特征在于，上敷层的凹部深度为200μm～900μm，凹部处的上敷层的剩余厚度为100μm～700μm。
(7)本发明的光学式触摸面板安装有上述光波导路，其特征在于，光波导路的上敷层的凹部与光学式触摸面板的框体相嵌合结合。
本发明的光学式触摸面板在光波导路的上敷层设置凹部，使光学式触摸面板的框体与凹部相嵌合结合，从而不增厚边框部分就能够防止外部光进入到芯中。并且，由于光波导路与框体一体化，因此，能够提高光波导路的对位精度，能容易地获得较高的传输率。
附图说明
图1的(a)是本发明的光波导路射出光时的示意图，图1的(b)是光入射到本发明的光波导路时的示意图。
图2是本发明的光波导路的示意图。
图3是本发明的光波导路的各部分尺寸关系的说明图。
图4是本发明的光学式触摸面板的示意图。
具体实施方式
光波导路
如图1所示，本发明的光波导路10包括：具有用于射出光11a(图1的(a))或入射光11b(图1的(b))的前端12a的芯12、支承芯12的下敷层13、埋设芯12的上敷层14，该光波导路10以与光学式触摸面板的框体15(斜线部)相接触的方式配置。上敷层14具有侧截面形状为大致1/4圆弧状的凸透镜部14a和与框体15相嵌合结合的凹部14b。框体15不透明，用于遮蔽外部光(可见光～红外光)。
上敷层14的凹部14b处于由从芯12的前端12a的中心连结到上敷层14的凸透镜部14a的上端的线段、从芯12的前端12a的中心连结到凸透镜部14a的下端的线段、凸透镜部14a的外周圆弧围成的大致扇形的范围16(图中的阴影部分)之外。上敷层14的凹部14b若突出到该范围16的内部，则射出的光11a及入射的光11b有可能受到凹部14b的妨碍。本发明的光波导路10，由于使光学式触摸面板的框体15与上敷层14的凹部14b相嵌合结合，因此，不增加厚度t就能够防止外部光17(例如太阳光)进入芯12中。
并且，由于本发明的光波导路10与机械尺寸精度较高的框体15相嵌合结合而一体化，因此，提高了光波导路10的位置精度。具体地讲，由于提高了射出的光11a的位置精度以及入射的光11b与芯12的前端12a的相对位置精度，因此，能容易地获得较高的光传输率。
本发明的光波导路10适合用于光学式触摸面板。在本发明中，“光学式触摸面板”是指：在坐标输入区域形成光线(通常是红外线)的栅格，通过检测被手指、笔遮挡的光线的位置和强度来进行坐标识别。
如图2所示，作为具有代表性的一个实施方式，本发明的光波导路20在并列配置于长边20a侧的多个芯21的前端21a射出或入射光。在本发明的光波导路20中，芯21的另一端21b优选形成在短边20b侧。
在自光波导路20的长边20a侧的芯21的前端21a射出光11a时，芯21的另一端21b具有代表性的是与发光元件(未图示)光学耦合。另外，在光11b入射到长边20a侧的芯21的前端21a时，芯21的另一端21b具有代表性的是与受光元件(未图示)光学耦合。
光波导路20的最大厚度t并没有特别的限制，但通常为50μm～2mm。光波导路20的长边20a的长度La根据光学式触摸面板的显示画面的大小来适当设定。光波导路20的短边20b的长度Lb优选为1mm～15mm。
芯
本发明所采用的芯12由折射率高于敷层(将下敷层13和上敷层14统称为敷层)的、对所传播的光的波长透明度较高的任意材料形成。形成芯12的材料优选为图案形成性优良的紫外线硬化树脂。作为紫外线硬化树脂，优选列举丙烯酸类紫外线硬化树脂、环氧类紫外线硬化树脂、硅氧烷类紫外线硬化树脂、降冰片烯类紫外线硬化树脂、聚酰亚胺类紫外线硬化树脂等。
芯12的、与传播光的方向垂直的截面形状并没有特别的限制，但优选图案形成性优良的梯形或矩形。图2是截面为矩形的情况。芯12的、与传播光的方向垂直的截面的底边宽度(芯宽度)优选为30μm～500μm。芯12的、与传播光的方向垂直的截面高度(芯高度)优选为30μm～100μm。
下敷层
本发明所采用的下敷层13由折射率低于芯12的任意材料形成。形成下敷层13的材料并没有特别的限制，但优选成形性优良的紫外线硬化树脂。作为紫外线硬化树脂，可以从上述材料中适当地选择合适的材料。
芯12与下敷层13的最大折射率差优选为0.01以上，更优选为0.02～0.2。
上述紫外线硬化树脂的折射率能够通过改变导入到紫外线硬化树脂中的有机基的种类和含量而适当地增大或减小。紫外线硬化树脂的折射率能够通过例如将环状芳香族性的基(苯基等)导入到树脂分子中或者增加树脂分子中的含量而增大。另一方面，紫外线硬化树脂的折射率能够通过例如将直链或环状脂肪族性的基(甲基、降冰片烯基等)导入到树脂分子中或者增加树脂分子中的含量而减小。
下敷层13的厚度优选为10μm～50μm。
上敷层
本发明所采用的上敷层14具有侧截面形状为大致1/4圆弧状的凸透镜部14a和与光学式触摸面板的框体15相嵌合结合的凹部14b。凸透镜部14a是将双凸透镜(半圆锥体透镜)沿长度方向在1/2处切断而成的形状。凸透镜部14a与凹部14b能够通过例如向规定的模具中流入液状树脂、使其固化(溶解或悬浮在溶剂中的物质在溶剂蒸发后分子集合而成为固体，该情况下不伴随化学变化)或硬化(其自身是液体的物质或溶解或悬浮在溶剂中的物质利用热、光的能量发生化学变化而使分子结合，分子量变大而成为固体)而成形。形成上敷层14的材料优选与形成下敷层13的材料相同。
如图1所示，本发明的光波导路10能够利用凸透镜部14a将自芯12的前端12a射出的发散光变成平行光11a。另外，能够利用凸透镜部14a将入射到凸透镜部14a表面的宽度较宽的平行的光11b变成会聚于芯12的前端12a的光。结果，能够提高光的利用率，能够获得较高的光传输率。
图3是本发明的光波导路10的各部分尺寸关系的说明图。凸透镜部14a的曲率半径D优选为300μm～1.5mm。从凸透镜部14a的前端到芯12的前端12a的距离A优选为1mm～5mm。距离A与曲率半径D之比A/D优选为2～6。只要是这样的设计，就能够利用凸透镜部14a将自芯12的前端12a射出的光高效率地变成平行光11a。另外，能够将入射到凸透镜部14a表面的宽度较宽的平行光11b高效率地会聚在芯12的前端12a。由此，能够提高光波导路10的光传输率。
如图1所示，上敷层14的凹部14b为了不妨碍射出的光11a及入射的光11b而形成在由从芯12的前端12a的中心连结到上敷层14的凸透镜部14a的上端的线段、从芯12的前端12a的中心连结到凸透镜部14a的下端的线段和凸透镜部14a的外周圆弧围成的大致扇形的范围16(阴影部)之外。
图3所示的上敷层14的凹部14b的深度C优选为200μm～900μm。在凹部14b的深度C小于200μm时，其与框体15难以嵌合，结合精度有可能变低。在凹部14b的深度C大于900μm时，上敷层14的剩余厚度B过小，有可能对芯12的光传输产生不良影响。
凹部14b处的上敷层14的剩余厚度B优选为100μm～700μm。在剩余厚度B小于100μm时，有可能对芯12的光传输产生不良影响。在剩余厚度B大于700μm时，上敷层14的凹部14b的深度C过小，其与框体15的结合精度有可能变低。
凹部14b的前端与芯12的前端12a之间的距离E优选为0mm～2mm。在距离E小于0mm而成为负值时，成为芯12的前端12a比凹部14b的前端突出的形状，因此，外部光17有可能进入到芯12中。在距离E大于2mm时，凹部14b的一部分进入到图1所示的、由从芯12的前端12a的中心连结到上敷层14的凸透镜部14a的上端的线段、从芯12的前端12a的中心连结到凸透镜部14a的下端的线段和凸透镜部14a的外周圆弧围成的大致扇形的范围16中，有可能妨碍射出的光11a及入射的光11b。
只要是满足这样的尺寸关系的设计，就能够使外部光17不影响芯12，并且凹部14b不会影响在芯12中传播的光。
上敷层14的凹部14b与光学式触摸面板的框体15相嵌合结合。对于其结合方法并没有特别的限定，但例如可列举在上敷层14的凹部14b的表面涂敷粘接剂、在嵌入光学式触摸面板的框体15之后使粘接剂硬化的方法等。
如图4所示，本发明的光学式触摸面板30优选包括：发光元件(未图示)、坐标输入区域31、配置在坐标输入区域31周围的框体32、引导来自发光元件的光而生成横穿坐标输入区域31的光线33的发光侧光波导路34、接受横穿坐标输入区域31的光线33的受光侧光波导路35、检测由受光侧光波导路35接受的光的强度的受光元件(未图示)。
并且，在本发明的光学式触摸面板30中，优选使形成于发光侧光波导路34及受光侧光波导路35中的至少一方的上敷层14上的凹部14b与框体32相嵌合结合。
坐标输入区域31是指，自发光侧光波导路34生成的光线33所横穿的区域。坐标输入区域31具有代表性的是液晶显示面板、等离子显示面板等显示画面36。坐标输入区域31为了易于准确地调整芯12的位置，优选为矩形。坐标输入区域31的前表面(操作者侧的面)可以是空间，也可以为了增强耐擦伤性而在表面包括玻璃面板、丙烯酸板。
框体32配置在坐标输入区域31的周围。形成框体32的材料例如是丙烯酸类树脂。为了遮挡外部光17而减少进入到芯12的光，优选框体32在红外线区域中的透射率较低。
作为发光元件，只要生成通过发光侧光波导路34而横穿坐标输入区域31的光线33即可，可采用任意的材料。自发光元件射出的光的波长优选为近红外线区域(700nm～2500nm)中的任一种。作为这样的发光元件，例如可列举发光二极管、半导体激光器。
受光元件将光信号变换为电信号，检测由受光侧光波导路35接受的光的强度。由受光元件检测的光的波长优选为近红外线区域(700nm～2500nm)中的任一种。作为这样的受光元件，例如可列举CMOS图像传感器、CCD图像传感器。
实施例
敷层形成用清漆的调制
·(成分A)具有脂环骨架的环氧类紫外线硬化树脂(艾迪科(AD EKA)公司制EP4080E)100重量份；
·(成分B)光酸产生剂(SAN-APRO公司制CPI-200K)混合2重量份以上而调制敷层形成用清漆。
芯形成用清漆的调制
·(成分C)具有芴骨架的环氧类紫外线硬化树脂(大阪GasChemicals公司制OGSOL EG)40重量份；
·(成分D)具有芴骨架的环氧类紫外线硬化树脂(NagaseChemteX公司制EX-1040)30重量份；
·(成分E)1，3，3-三(4-(2-(3-氧杂环丁烷基)丁氧基苯基)丁烷(日本特开2007-070320、按照实施例2进行合成)30重量份；
·上述成分B  1重量份；
·乳酸乙酯   41重量份；
混合以上成分而调制芯形成用清漆。
光波导路的制作
在厚度为188μm的聚萘二甲酸乙二醇酯的表面涂敷敷层形成用清漆，以1000mJ/cm2照射紫外线之后，以80℃加热处理5分钟，形成厚度为20μm的下敷层(波长830nm的折射率＝1.510)。
在上述下敷层的表面涂敷上述芯形成用清漆，以100℃加热处理5分钟而形成芯之后，在芯层上覆盖光掩模而以2500mJ/cm2照射紫外线，再以100℃加热处理10分钟。接着，利用Y-丁内酯水溶液溶解除去芯层的紫外线未照射部分，形成多根宽度为20μm、高度为50μm的芯(波长830nm的折射率＝1.592)。
在上述芯上覆盖石英制的模具，向其内部填充敷层形成用清漆，以2000mJ/cm2照射紫外线之后，以80℃加热处理5分钟。之后，剥离模具，形成前端部的侧截面形状为大致1/4圆弧状的凸透镜，在由从芯前端的中心连结到凸透镜部的上端的线段、从芯前端的中心连结到凸透镜部的下端的线段及凸透镜部的外周圆弧围成的大致扇形的范围之外形成具有凹部的上敷层(波长830nm的折射率＝1.510)。
这样地制成的光波导路的图3所示的各尺寸为A＝4mm、B＝0.65mm、C＝0.3mm、D＝1mm、E＝1mm。
光学式触摸面板的制作
准备4个上述光波导路，借助粘接剂将边框形的框体(丙烯酸树脂制)的各边与各光波导路的上敷层的凹部相嵌合结合，对光波导路进行定位和固定，从而制成了边框形的光波导路。接着，将上述边框形的光波导路固定在坐标输入区域的周围。将相邻的2个光波导路作为发光侧光波导路，借助紫外线硬化粘接剂将射出波长为850nm的红外光的发光元件(Optowell公司制VCSEL)光学耦合在该芯的末端。
将另外的相邻的2个光波导路作为受光侧光波导路，借助紫外线硬化粘接剂将受光元件(TAOS公司制CMOS线性传感器阵列)光学耦合在该芯的末端。
这样地制成的光学式触摸面板若将发光元件的光强度作为100％，则在不遮挡坐标输入区域时，由受光元件检测的光的强度为10％。还能够确认到，若用手指遮挡通过坐标输入区域的光线，则能准确地识别其位置坐标。
另外，该光学式触摸面板即使在以往的光学式触摸面板难以正常动作的、照度为5400lux的环境下，也能够没有问题地使用。
测定方法
折射率
利用旋转涂敷在硅晶圆上分别形成敷层形成用清漆膜及芯形成用清漆膜而制成折射率测定用样品，使用棱镜耦合器(Cylon公司制SPA-400)进行测定。
芯宽度、芯高度
使用切片机(Dicer)式切断机切断制成的光波导路的截面，使用激光显微镜(基恩士公司制)观察、测定切断面。
工业实用性
本发明的光学式触摸面板特别适合ATM、售票机、FA装置、复印机、POS终端、商业用游戏机等这样的、环境条件恶劣、负荷较大的触摸面板。

Claims (7)

1.一种光波导路，该光波导路包括：具有用于射出光或者入射光的前端的芯、支承上述芯的下敷层、埋设上述芯的上敷层，该光波导路与光学式触摸面板的框体相接触地配置，其特征在于，
上述上敷层包括侧截面形状为大致1/4圆弧状的凸透镜部和与上述光学式触摸面板的框体相嵌合结合的凹部；
上述凹部处于由从上述芯前端的中心连结到上述上敷层的凸透镜部的上端的线段、从上述芯前端的中心连结到凸透镜部的下端的线段和上述凸透镜部的外周圆弧围成的大致扇形的范围之外。
2.根据权利要求1所述的光波导路，其特征在于，
上述芯的折射率高于上述下敷层及上述上敷层的折射率，上述芯的折射率与上述下敷层的折射率及上述芯的折射率与上述上敷层的折射率之差为0.02～0.2。
3.根据权利要求1或2所述的光波导路，其特征在于，
上述芯、上述下敷层及上述上敷层由紫外线硬化树脂形成。
4.根据权利要求1或2所述的光波导路，其特征在于，
将上述上敷层的凸透镜部的曲率半径设为D时，曲率半径D为300μm～1.5mm。
5.根据权利要求1或2所述的光波导路，其特征在于，
将从上述上敷层的凸透镜部的前端到上述芯的前端的距离设为A时，距离A为1mm～5mm，距离A与凸透镜部的曲率半径D之比A/D为2～6。
6.根据权利要求1或2所述的光波导路，其特征在于，
上述上敷层的凹部深度为200μm～900μm，上述凹部中的上述上敷层的剩余厚度为100μm～700μm。
7.一种光学式触摸面板，该光学式触摸面板安装有权利要求1～6中任一项所述的光波导路，其特征在于，
上述光波导路的上述上敷层的凹部与光学式触摸面板的框体相嵌合结合。
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