CN101859000B - 带有光电转换元件的光波导路及光学式触摸面板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供带有光电转换元件的光波导路及光学式触摸面板。在采用以往的带有光电转换元件的光波导路(30)的光学式触摸面板(40)中，难以减小边框(42)的尺寸。本发明的带有光电转换元件的光波导路(10)在上敷层(13)中具有厚度较厚的厚壁部(13b)、和厚度较薄的薄壁部(13c)。在薄壁部(13c)中，能够以下敷层(12)为内侧地弯曲。这样的带有光电转换元件的光波导路(10)在安装于光学式触摸面板时，能够将光电转换元件(14)、附属电路配置在显示面板的背面侧。由此，能够减小坐标输入区域周边的边框尺寸。

Description

带有光电转换元件的光波导路及光学式触摸面板
技术领域
本发明涉及适合用于光学式触摸面板的带有光电转换元件的光波导路、以及光学式触摸面板。
背景技术
图5表示以往的带有光电转换元件的光波导路30的一个例子(例如专利文献1)。以往的带有光电转换元件的光波导路30包括传播光的多个芯31、支承芯31的下敷层32、掩埋芯31的上敷层33、和光电转换元件34。上敷层33具有侧截面形状为大致1/4圆面状的凸透镜部33a。
图6的(a)是在发光侧采用以往的带有光电转换元件的光波导路30的情况的示意图。在这种情况下，作为光电转换元件34采用将电信号转换为光信号的发光元件。芯31的后端31b与光电转换元件34的光的射出点光耦合。自光电转换元件34射出的光(点线)入射到芯31，在芯31中传播的光自芯31的前端31a射出到上敷层33内。自芯31的前端31a射出的发散光在凸透镜部33a中成为平行光36，射出到外部。
图6的(b)是在受光侧采用以往的带有光电转换元件的光波导路30的情况的示意图。在这种情况下，作为光电转换元件34采用将光信号转换为电信号的受光元件。入射到带有光电转换元件的光波导路30的凸透镜部33a表面的、宽度较宽的平行光37利用凸透镜部33a在上敷层33内聚集于芯31的前端31a，入射到芯31。在芯31中传播的光入射到与芯31的后端31b光耦合的光电转换元件34，之后，被转换为电信号。在此，“光耦合”是指光从光电转换元件34向芯31、或者从芯31向光电转换元件34高效地传播的耦合。
这样的带有光电转换元件的光波导路30适合用于光学式触摸面板。图7的(a)是在光学式触摸面板40的发光侧采用以往的带有光电转换元件的光波导路30时的示意图。另外，图7的(b)是在光学式触摸面板40的受光侧采用以往的带有光电转换元件的光波导路30时的示意图。如图7的(a)、图7的(b)所示，在采用以往的带有光电转换元件的光波导路30的光学式触摸面板40中，附属于带有光电转换元件的光波导路30的光电转换元件34、附加的电路(未图示)配置在显示面板43的正面侧。因此，难以减小光学式触摸面板40的边框42的尺寸、边框42附近的高度差。其中，坐标输入区域41是显示面板43的正面。
专利文献1：日本特开2008-203431号公报
在采用以往的带有光电转换元件的光波导路30的光学式触摸面板40中，附属于带有光电转换元件的光波导路30的光电转换元件34、附加的电路等配置在显示面板43的正面侧。因此，难以减小光学式触摸面板40的边框42的尺寸、边框42附近的高度差。采用本发明，能够提供一种带有光电转换元件的光波导路，能适合坐标输入区域41周边的边框42的尺寸较小、边框42附近的高度差较小的光学式触摸面板。另外，还能够提供一种光学式触摸面板，其上安装有该带有光电转换元件的光波导路。
发明内容
本发明的带有光电转换元件的光波导路在上敷层中具有厚度较厚的厚壁部、和厚度较薄的薄壁部。本发明的带有光电转换元件的光波导路在厚壁部射出、入射光。另外，能够使光波导路在薄壁部处以下敷层为内侧地弯曲。本发明的带有光电转换元件的光波导路安装于光学式触摸面板上时，能够将光电转换元件、附属电路配置在显示面板的背面侧。因此，能够减小坐标输入区域周边的边框尺寸、边框附近的高度差。
本发明的主旨如下。
(1)本发明的带有光电转换元件的光波导路在具有传播光的多个芯、支承芯的下敷层、掩埋芯的上敷层的光波导路中光耦合有光电转换元件而成。上敷层具有厚壁部和薄壁部。芯在端部包括全反射镜。光波导路在薄壁部能够以下敷层为内侧地弯曲。光电转换元件以借助全反射镜与芯光耦合的方式配置于薄壁部。
(2)在本发明的带有光电转换元件的光波导路中，光波导路在薄壁部处的厚度为50μm～200μm。
(3)在本发明的带有光电转换元件的光波导路中，下敷层及上敷层由环氧类紫外线硬化树脂形成。
(4)此外，在本发明的带有光电转换元件的光波导路中，上敷层在光的射出部或入射部具有侧截面形状为大致1/4圆面状的凸透镜部。
(5)在本发明的带有光电转换元件的光波导路中，芯的折射率大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之差、以及芯的折射率与上敷层的折射率之差为0.02～0.2。
(6)本发明的光学式触摸面板安装有上述带有光电转换元件的光波导路，其中，光电转换元件配置在显示面板的背面侧。
通过采用本发明的带有光电转换元件的光波导路，能够制成坐标输入区域周边的边框尺寸小、边框附近的高度差小的光学式触摸面板。
附图说明
图1是本发明的带有光电转换元件的光波导路的示意图。
图2的(a)是在发光侧采用本发明的带有光电转换元件的光波导路的情况的示意图。图2的(b)是在受光侧采用本发明的带有光电转换元件的光波导路的情况的示意图。
图3的(a)是在光学式触摸面板的发光侧采用本发明的带有光电转换元件的光波导路时的示意图。图3的(b)是在光学式触摸面板的受光侧采用本发明的带有光电转换元件的光波导路时的示意图。
图4是本发明的光学式触摸面板的示意图。
图5是以往的带有光电转换元件的光波导路的示意图。
图6的(a)是在发光侧采用以往的带有光电转换元件的光波导路的情况的示意图。图6的(b)是在受光侧采用以往的带有光电转换元件的光波导路的情况的示意图。
图7的(a)是在光学式触摸面板的发光侧采用以往的带有光电转换元件的光波导路时的示意图。图7的(b)是在光学式触摸面板的受光侧采用以往的带有光电转换元件的光波导路时的示意图。
具体实施方式
带有光电转换元件的光波导路
图1表示本发明的带有光电转换元件的光波导路10的一个例子。本发明的带有光电转换元件的光波导路10包括传播光的多个芯11、支承芯11的下敷层12、掩埋芯11的上敷层13、和光电转换元件14。上敷层13具有侧截面形状为大致1/4圆面状的凸透镜部13a。
作为一个实施方式，图1所示的本发明的带有光电转换元件的光波导路10在并列配置的多个芯11的前端11a射出或入射光。
本发明的带有光电转换元件的光波导路10在上敷层13具有厚度较厚的厚壁部13b、和厚度较薄的薄壁部13c。光的射出及入射在厚壁部13b前端的凸透镜部13a处进行。由于薄壁部13c的刚性较低，因此，能够以下敷层12为内侧地沿图示的箭头方向弯曲。为了降低刚性，位于薄壁部13c处的下敷层12、芯11和上敷层13的合计厚度t1优选为50μm～200μm。另外，在将上敷层13的厚度全部做成薄壁部13c的厚度t1时，凸透镜部13a过薄，因此，利用凸透镜部13a将射出光平行化的功能(后述)、及将入射光会聚于芯11的功能(后述)有可能不充分。另外，在将带有光电转换元件的光波导路10安装于光学式触摸面板时，通过坐标输入区域的光极为靠近显示面板，会由附着于画面上的灰尘等导致误动作。因此，在上敷层13中需要厚度较厚的厚壁部13b。
本发明的带有光电转换元件的光波导路10在芯11的末端还具有全反射镜15。全反射镜15以光全反射的角度切断芯11的端部并将切断面精加工为镜面而成。全反射镜15处于光电转换元件14的光射出部或者光入射部的正下方。全反射镜15典型地是芯11的光传播方向与切断面呈45°的45°反射镜。设有全反射镜15的部分的上敷层13的厚度t2优选较薄。在设有全反射镜15的部分的、上敷层13的厚度t2较厚的情况下，光容易在光电转换元件14与芯11之间的上敷层13内扩散、衰减，光耦合的效率有可能降低。
图2的(a)是在发光侧采用本发明的带有光电转换元件的光波导路10的情况的示意图。在这种情况下，作为光电转换元件14采用将电信号转换为光信号的发光元件。自光电转换元件14射出的光(点线)横穿上敷层13的薄壁部13c而垂直入射到芯11之后，在全反射镜15处全反射，沿芯11的传播方向行进。在芯11中传播的光自芯11的前端11a射出到上敷层13内。自芯11的前端11a射出的发散光在上敷层13的凸透镜部13a中成为平行光16，射出到外部。
图2的(b)是在受光侧采用本发明的带有光电转换元件的光波导路10的情况的示意图。在这种情况下，作为光电转换元件14采用将光信号转换为电信号的受光元件。入射到带有光电转换元件的光波导路10的凸透镜部13a表面的、宽度较宽的平行光17利用凸透镜部13a在上敷层13内聚集于芯11的前端11a，入射到芯11。在芯11中传播的光(点线)在全反射镜15处全反射，沿朝向光电转换元件14的方向行进，入射到光电转换元件14，之后，被转换为电信号。
本发明的带有光电转换元件的光波导路10适合用于光学式触摸面板。图3的(a)是在光学式触摸面板20的发光侧采用本发明的带有光电转换元件的光波导路10时的示意图。另外，图3的(b)是在光学式触摸面板20的受光侧采用本发明的带有光电转换元件的光波导路10时的示意图。
在本发明的带有光电转换元件的光波导路10中，能够使上敷层13的薄壁部13c以下敷层12为内侧地弯曲。由此，如图3的(a)、图3的(b)所示，本发明的带有光电转换元件的光波导路10能够从显示面板21的正面侧到背面侧地卷绕于光学式触摸面板20的显示面板21的端部21a。此时，芯11在两处弯曲为直角，但只要如图所示地使芯11具有适度的曲率，就不会在光的传播中产生问题。
在图3的(a)的情况下，将光射出到外部的上敷层13的凸透镜部13a处于显示面板21的正面侧，但光电转换元件14及附属电路(未图示)配置在显示面板21的背面侧。
在图3的(b)的情况下，从外部入射光的上敷层13的凸透镜部13a处于显示面板21的正面侧，但光电转换元件14及附属电路(未图示)配置在显示面板21的背面侧。
在任一种情况下，均能够将尺寸大于上敷层13的光电转换元件14及附属电路容纳在显示面板21的背面侧。由此，能够减小光学式触摸面板20的边框部分的尺寸、及其附近的高度差。
芯
本发明所采用的芯11由折射率大于下敷层12及上敷层13的、对于传播的光的波长透明度较高的任意材料形成。形成芯11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11的与传播光的方向垂直的截面形状并没有特别的限制，但优选为图案形成性优良的梯形或者矩形。芯11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11的与传播光的方向垂直的截面的高度(芯高度)t3(图1)优选为30μm～100μm。
下敷层
本发明所采用的下敷层12由折射率小于芯11的任意材料形成。形成下敷层12的材料并没有特别的限制，但优选弯曲性和成形性优良的环氧类紫外线硬化树脂。
芯11与下敷层12的最大折射率差优选为0.01以上，更优选为0.02～0.2。在该折射率差的情况下，光以低损失在芯11内传播。
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有量而适当地增加或减小。紫外线硬化树脂的折射率例如能够通过将环状芳香族性的基(苯基等)导入到树脂分子中而增大。或者，能够通过增加树脂分子中的、环状芳香族性的基的含有量而增大。另一方面，紫外线硬化树脂的折射率例如能够通过将直链或环状脂肪族性的基(甲基、降冰片烯基等)导入到树脂分子中而减小。或者，能够通过增加树脂分子中的直链或环状脂肪族性的基的含有量而减小。
下敷层12的厚度t4(图1)优选为10μm～50μm。
上敷层
本发明所采用的上敷层13具有厚度不同的至少2个区域、即至少厚壁部13b和薄壁部13c。形成上敷层13的材料优选为与下敷层12相同的材料。
上敷层13的薄壁部13c的厚度t2(图1)优选为10μm～160μm。上敷层13的厚壁部13b的厚度t5(图1)优选为300μm～1500μm。上敷层13的厚壁部13b的厚度t5(图1)与薄壁部13c的厚度t2(图1)之差t6(图1)优选为140μm～1490μm。
由于上敷层13的薄壁部13c的刚性较低，因此，带有光电转换元件的光波导路10能够在薄壁部13c弯曲。并且，在薄壁部13c中，由于芯11与光电转换元件14之间的上敷层13的厚度t2(图1)较小，因此，横穿此处的光的扩散、衰减较少。由此，能够提高芯11与光电转换元件14之间的光耦合的效率。
上敷层13的薄壁部13c可以通过切削上敷层13来形成，也可以预先使用该形状的模具而成形。例如具有厚壁部13b和薄壁部13c的上敷层13通过向规定的模具中注入液状树脂使其固化或硬化，将上敷层13成形而获得。
光电转换元件
本发明所采用的光电转换元件是将电信号转换为光信号的发光元件、或者将光信号转换为电信号的受光元件。
作为发光元件可采用任意的元件，只要通过发光侧光波导路而生成横穿光学式触摸面板坐标输入区域的光线即可。自发光元件射出的光的波长优选为近红外线区域(700nm～2500nm)中的任一个。作为该发光元件，例如可列举发光二极管、半导体激光器。
受光元件检测在受光侧光波导路中接受的光的强度。由受光元件检测的光的波长优选为近红外线区域(700nm～2500nm)中的任一个。作为该受光元件，例如可列举CMOS图像传感器、CCD图像传感器。
光学式触摸面板
如图4所示，本发明的光学式触摸面板20包括显示面板21、显示面板21正面的坐标输入区域22、生成横穿坐标输入区域22的光23且位于发光侧的带有光电转换元件的光波导路10a、和接受横穿坐标输入区域22的光23且位于受光侧的带有光电转换元件的光波导路10b。
在安装于本发明的光学式触摸面板20上的带有光电转换元件的光波导路10a、10b中，发光侧的光电转换元件14a和受光侧的光电转换元件14b配置在显示面板21的背面侧。由此，能够实现坐标输入区域22周边的边框24部分、其附近的高度差较小的光学式触摸面板20。
坐标输入区域22是指自发光侧的带有光电转换元件的光波导路10a生成的光23所横穿的区域。坐标输入区域22代表性地是液晶显示器面板、等离子显示器面板等显示面板21的显示面。为了易于准确地调整芯11的位置，坐标输入区域22优选为矩形。坐标输入区域22的前表面(操作者侧的面)可以是空间，也可以在表面具有玻璃面板、丙烯酸板以增加耐擦伤性。
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(ADEKA公司制EP4080E) 100重量份；
·(成本B)光酸产生剂(san-apro公司制CPI-200K) 2重量份；
将以上成分混合来调制敷层形成用清漆。
芯形成用清漆的调制
·(成分C)含有芴骨架的环氧类紫外线硬化树脂(大阪GasChemicals公司制OGSOLEG) 40重量份；
·(成分D)含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合成) 30重量份；
·上述成分B：1重量份；
·乳酸乙酯：41重量份；
将以上成分混合来调制芯形成用清漆。
光波导路的制作
在厚度为188μm的聚萘二甲酸乙二醇酯膜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t4＝20μm的下敷层12。下敷层12的波长为830nm的折射率为1.510。
在上述下敷层12的正面涂敷上述芯形成用清漆，以100℃加热处理5分钟而形成芯层之后，在芯层上覆盖光掩模而以2500mJ/cm2照射紫外线，进而以100℃加热处理10分钟。接着，用γ-丁内酯水溶液溶解除去芯层的紫外线未照射部分，形成多条宽度20μm、高度t3＝50μm的芯11。芯11的波长为830nm的折射率为1.592。
准备图1所示的在上敷层13上形成有厚壁部13b和薄壁部13c的内部形状的、石英制的模具。在上述芯上包覆上述模具，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，制作图1所示的在上敷层13上具有厚壁部13b和薄壁部13c的光波导路。接着，利用切割刀(blade)，与主表面成45°地切断含有芯11的薄壁部13c的前端，在芯11的前端形成全反射镜15(45°反射镜)。
制成的光波导路在上敷层13的薄壁部13c处能够以下敷层12为内侧地弯曲。
光波导路的上敷层13的薄壁部13c中的下敷层12、芯11和上敷层13的合计厚度t1为100μm。上敷层13的薄壁部13c的厚度t2为30μm。上敷层13的厚壁部13b的厚度t5为1000μm。
光学式触摸面板的制作
准备4个上述光波导路，组合成边框形状地制作边框形光波导路。接着，将边框形光波导路固定在显示面板的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与芯的末端光学耦合。发光元件是Optowell公司制VCSEL。
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与芯的末端光学耦合。受光元件是TAOS公司制CMOS线性传感器阵列。
若将发光元件的光的强度作为100％，则这样制成的光学式触摸面板在不遮挡坐标输入区域时由受光元件检测到的光的强度为10％。另外，若用手指遮挡通过坐标输入区域的光线，则能够准确地识别该位置坐标，从而能够作为光学式触摸面板来动作。
测定方法
折射率
利用旋转涂敷法在硅晶圆上分别形成敷层形成用清漆及芯形成用清漆，制作折射率测定用样本。使用棱镜耦合器(Sairon公司制SPA-400)测定折射率。
芯宽度、芯高度
使用切割式切断机(DISCO公司制DAD522)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)观察切断面，测定芯宽度、芯高度。
工业实用性
本发明的光学式触摸面板适合ATM、售票机、FA装置、复印机、POS终端、商业用游戏机等触摸面板。

Claims (10)

1.一种带有光电转换元件的光波导路，该带有光电转换元件的光波导路具有传播光的多个芯、支承上述芯的下敷层、掩埋上述芯的上敷层，光电转换元件与该带有光电转换元件的光波导路光耦合，其特征在于，
上述上敷层具有厚壁部和薄壁部；
上述上敷层在上述厚壁部所在的端部具有用于进行光的射出及入射的凸透镜部；上述芯在上述薄壁部所在的端部包括全反射镜；上述光波导路在上述薄壁部能够以上述下敷层为内侧地弯曲；上述光电转换元件以借助上述全反射镜与上述芯光耦合的方式配置于上述薄壁部。
2.根据权利要求1所述的带有光电转换元件的光波导路，其特征在于，
上述光波导路在上述薄壁部处的厚度为50μm～200μm。
3.根据权利要求1或2所述的带有光电转换元件的光波导路，其特征在于，
上述下敷层及上述上敷层由环氧类紫外线硬化树脂形成。
4.根据权利要求1或2所述的带有光电转换元件的光波导路，其特征在于，
上述上敷层在光的射出部或入射部具有侧截面形状为大致1/4圆面状的凸透镜部。
5.根据权利要求3所述的带有光电转换元件的光波导路，其特征在于，
上述上敷层在光的射出部或入射部具有侧截面形状为大致1/4圆面状的凸透镜部。
6.根据权利要求1或2所述的带有光电转换元件的光波导路，其特征在于，
上述芯的折射率大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折射率之差、以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。
7.根据权利要求3所述的带有光电转换元件的光波导路，其特征在于，
上述芯的折射率大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折射率之差、以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。
8.根据权利要求4所述的带有光电转换元件的光波导路，其特征在于，
上述芯的折射率大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折射率之差、以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。
9.根据权利要求5所述的带有光电转换元件的光波导路，其特征在于，
上述芯的折射率大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敫层折射率之差、以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。
10.一种光学式触摸面板，该光学式触摸面板安装有权利要求1～9中任一项所述的带有光电转换元件的光波导路，其特征在于，
上述光电转换元件配置在显示面板的背面侧。 
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