CN101546239A - 使用波导的装置、光学触摸面板以及制造波导的方法 - Google Patents

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十二纪行
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Abstract

本发明提供了装置、光学触摸面板、波导和制造双层波导结构的方法。所述装置包括具有多个传输波导元件和多个接收波导元件的波导；耦合到所述波导的光源；耦合到所述波导的光检测器；以及与所述波导隔离开的反射器，所述反射器把从所述多个传输波导元件发出的光向所述接收波导元件反射。所述波导包括衬底、第一覆盖层、接收波导、第二覆盖层、传输波导以及第三覆盖层。所述光学触摸面板包括含波导的波导部分；镜子；表面发射激光器；以及检测器。

Description

使用波导的装置、光学触摸面板以及制造波导的方法
技术领域
本发明的装置、器件和方法涉及使用波导的装置，更具体地，涉及使用波导的光学触摸面板(opticaltouch panel)。
背景技术
近来，在研究人员和消费者中对工业电子监视器、电视(TV)、计算机、蜂窝式电话、个人数字助理(PDA)、自动取款机(ATM)以及许多其它电子器件中的可选择输入方法的兴趣在增加。输入方法如键盘、辅助键盘和鼠标因为电子器件变得越来越小而不可行，因为使用键盘或操纵鼠标需要相对大量的空间。而且，键盘、辅助键盘以及鼠标是当将其置于苛刻工业环境中易于毁坏的机械器件。
作为上述输入方法的替代方法，已经提出了基于电阻和电容技术的触摸屏和触摸面板。然而，基于电阻和电容技术的触摸面板的缺点在于，电阻和电容触摸面板需要易于机械损伤的透明导电氧化物(TCO)的薄涂层，干扰了屏幕的色纯度，并且降低了屏幕的亮度。而且，用于电阻和电容触摸面板中的传感器重且还易于发生机械破裂。
还提出了基于玻璃衬底的触摸屏和触摸面板。然而，玻璃衬底触摸屏需要特殊安装的框架以在监视器或显示器上安装传感器。这种框架增加了触摸屏的重量、成本以及复杂性。而且，基于玻璃衬底的触摸屏必须由单独的雕玻璃衬底制造。对大块的雕玻璃加工时，需要非常小心和高超的技艺以免弄碎玻璃，由此降低了产率。因此，所述制造方法既成本高又费时。
光学型触摸面板和触摸屏致力于解决上述电阻和电容触摸面板以及基于玻璃衬底的触摸面板的某些缺点。因此，对用于广大应用范围内的光学型触摸屏的需求增大。为此，已经提出了两种类型的光学触摸面板：一种是基于光发射元件的光学触摸面板，另一种是基于波导的光学触摸面板。
例如，美国专利6597508号描述了一种相关技术的使用光发射元件的光学触摸面板。把光发射元件和光接收元件以交替模式布置在位置检测表面(position detecting surface)的两个垂直侧面上。光接收元件设有中空的圆筒。在面板的另一侧上设置镜子。光从一个光发射元件中发射，由镜子反射，然后由两个光接收元件接收至光发射元件的任一侧。设有光接收元件的中空圆筒封闭了由面板的检测区域中的物体所反射的光或者封闭了来自不是位于所述光接收元件任一侧上的其它光发射元件的光。
然而，美国专利6597508号中相关技术面板具有许多缺点。首先，这种面板需要大量光发射元件和光接收元件。这增加了成本。其次，因为光发射元件必须与光接收元件交替以便确保足够的灵敏度，由此确保物体的可检测性，所以面板分辨率非常低。另外，所述光发射元件和光接收元件易于发生机械损伤。每个损伤的光发射元件或光接收元件更进一步地降低了触摸面板的灵敏度。
作为另一个例子，美国专利6351260描述了使用波导的相关技术光学触摸面板。在触摸面板的垂直侧面上设有传输波导(transmissionwaveguide)部分。在传输波导的相对侧面上设有接收波导部分。在每个传输波导部分的一端设有光发射器(light transmitter)，并且在每个接收波导部分的一端设有处理接收器。每个波导部分具有波导层，上述波导层使用一层聚酯和光胶机械对准并放置在一起。光从光发射器发出，经过传输波导部分，通过触摸面板，进入接收波导部分，并到达处理接收器。
然而，美国专利6597508中所述的相关技术面板，尽管使用光发射元件而改进了相关技术触摸面板，但是也有许多缺点。首先，在多个波导部分的情况中，需要两个光发射器和两个处理接收器。这会导致增加成本以及用于两个光发射器和两个处理接收器的增大的物理面积的使用。其次，使用独立的传输和接收波导部分需要仔细对准所述传输和接收波导部分，以便传输波导部分和接收波导部分的波导相互对应。这种方法成本高。这种方法也是复杂的，因为它需要初始化处理来确定未真正对准的波导。然后，必须把未对准的个别波导断开、截止或者另外忽略(discounted)，以便降低错误的肯定判断(false positivereadings)。最后，这种对准问题带来了在苛刻环境中操作面板的另外问题。在苛刻环境如使用工业电子监视器的环境中，相关技术触摸面板易于受到冲撞、摔落，且易于经受其它这类机械应力。这些应力会加重波导的未对准，因此降低了相关技术光学触摸面板的灵敏度和准确度。
发明内容
本发明的示例性实施方案致力于解决上述缺点和上面未描述的其它缺点。也就是，本发明至少一个示例性实施方案的一个方面的目的是，即使当置于苛刻的工业环境中时，也通过如下操作来降低成本、增加光学触摸面板的灵敏度：在免受机械损伤的结构中的合适位置处对准个体波导，减小触摸面板的尺寸，及容易地对准所述个体波导。
根据本发明的示例性实施方案，提供了一种包括如下元件的装置：包括多个传输波导元件和多个接收波导元件的波导；耦合到所述波导的光源；耦合到所述波导的光检测器；以及与所述波导隔离开的反射器，所述反射器把从多个传输波导元件中发出的光反射到接收波导元件。
根据本发明的另一个示例性实施方案，提供了一种包括如下元件的光学触摸面板：波导部分；设置在与所述波导部分相对的检测区域的侧面上的镜子；光耦合到所述波导部分的表面发射激光器；以及光耦合到所述波导部分的检测器，所述波导部分包括衬底；在所述衬底上形成的第一覆盖层；在所述第一覆盖层上形成的接收波导，所述接收波导包括多个接收波导元件；在所述接收波导上形成的第二覆盖层；在所述第二覆盖层上形成的传输波导，所述传输波导包括多个传输波导元件；及在所述传输波导上形成的第三覆盖层，所述第三覆盖层包括接收透镜部分和传输透镜部分，所述接收透镜部分形成于与所述接收波导相对应的位置上，并且所述传输透镜部分形成于与所述传输波导的位置相对应的位置上。
根据本发明的又一个示例性实施方案，提供了一种包括如下元件的光学波导：衬底；在所述衬底上形成的第一覆盖层；在所述第一覆盖层上形成的多个第一波导元件；在多个第一波导元件上形成的第二覆盖层；在所述第二覆盖层上形成的多个第二波导元件；以及在所述多个第二传输波导元件上形成的第三覆盖层，所述第三覆盖层包括第一透镜部分和第二透镜部分，所述第一透镜部分形成于与多个第一波导元件相对应的位置上，并且所述第二透镜部分形成于与所述第二波导元件的位置相对应的位置上。
根据本发明的又一个示例性实施方案，提供了一种检测位于检测区域中物体的方法，所述检测区域具有在其至少一侧上的波导及跨过检测区域设置的且与所述波导相对的反射器，所述波导包括多个传输波导元件和多个接收波导元件，所述方法包括如下操作：把光耦合到波导的多个传输波导元件；同时把源于多个传输波导元件的多个光束进行传输以通过检测区域；在波导的多个接收波导元件处接收多个光束，多个接收到的光束的第一部分由在检测区域相对侧面上的反射器反射，光束的第二部分由检测区域中的物体反射；检测多个接收到的光束中每一束的强度；以及根据检测的多个接收到的光束的强度来确定所述检测区域内的物体的位置。
根据本发明的又一个示例性实施方案，提供一种制造双层波导结构的方法，所述方法包括如下步骤：在衬底上形成下覆盖层；在所述下覆盖层上形成第一图案化核心层；在所述第一图案化核心层上形成第一上覆盖层；在所述第一上覆盖层上形成隔离覆盖层；在所述隔离覆盖层上形成第二图案化核心层；在所述第二图案化核心层上形成第二上覆盖层以制造波导结构；显影所述波导结构；以及从波导结构中除去所述衬底而制得双层的波导结构。
附图说明
通过参考附图，根据对本发明示例性实施方案的如下说明，将使本发明的上面和其它方面变得更明白和更易于理解，其中：
图1显示了根据本发明示例性实施方案的装置的俯视图；
图2A～2D分别显示了图1中所示装置的部分A、B、C和D的更详细图。
图3A～3I显示了根据本发明示例性实施方案的波导的结构。
图4显示了根据本发明示例性实施方案的图1装置的侧视图。
图5显示了根据本发明另一个示例性实施方案的装置的侧视图。
图6显示了根据本发明又一个示例性实施方案的装置的侧视图。
图7显示了根据本发明又一个示例性实施方案的装置的俯视图。
图8显示了根据本发明又一个示例性实施方案的装置的俯视图。
具体实施方式
现在参考附图对本发明的示例性实施方案进行讨论。在下列描述中，自始至终，相同的附图标记表示相同的元件。
现在转向图1，显示了装置的俯视图。装置10包括波导30、反射器40、光源20和光检测器15。光源20光耦合到波导30的一端，所述波导30沿着检测空间35的相互垂直的两侧延伸。换句话说，该示例性实施方案中的波导30在检测空间35的两个垂直侧面周围呈“L形”延伸。反射器40沿检测空间35的相互垂直且位于与沿其设置波导30的侧面相对的两侧延伸。所述反射器40可以作为一个沿检测空间两个垂直侧面延伸的整体部件形成，或者所述反射器40作为两个部件形成，一个沿检测空间35的第一侧延伸，另一个沿与第一侧垂直的侧面延伸。光检测器15也光耦合到波导30的一端。
图2A～2D显示了图1的波导30更详细的图。如图2A～2D中所示，波导30包括宽的核心部分36和多个个体波导元件34，每个个体波导元件产生单束光。多个个体波导元件34包括多个传输波导元件(图1或2A～2D中未具体示出)和多个接收波导元件(图1或2A～2D中未具体示出)。所述多个传输波导元件可以在一个面上以单层形成或在多个平行面上以多层形成。应注意，图2A～2D从顶部显示波导30，因此仅显示了单层的波导元件。提供多层传输波导元件是有利的，因为它增加了元件的密度，由此提高了检测效率和灵敏度，导致更准确的检测。类似地，所述多个接收波导可以在一个面上以单层或在多个平行面上以多层形成。提供多层接收波导元件同样是有利的，因为它也增大了元件的密度，由此提高了检测效率和灵敏度，导致更准确的检测。在该示例性实施方案中，在其上形成了多个传输波导元件的面(或多个面)与在其上形成了多个接收波导元件的面(或多个面)是不同的。而且，在该示例性实施方案中，所述多个传输波导元件形成于多个接收波导元件之上。然而，还可把传输和接收波导元件的位置对调，使得接收波导元件设置在传输波导元件之上。在接收波导元件之上形成传输波导元件或在传输波导元件之上形成接收波导元件，可以使得用于放置传输波导元件和接收波导元件的空间变薄。因此，可降低触摸面板的尺寸。
在该示例性实施方案中，反射器40为具有弯曲反射表面的镜子。然而，所述反射器40还可以为具有平面的镜子或具有两个45度反射表面的镜子，且可以为将有效地反射入射到反射器40上的光的任何构型。下面将更详细地描述反射器40。
在该示例性实施方案中，光源20为垂直腔面发射激光器(verticalcavity surface emitting laser)(VCSEL)。然而，还可以使用其它类型的光源如激光二极管(LD)、发光二极管(LED)或有机发光二极管(OLED)等。光源20可以为可光耦合到多个个体传输波导元件的任意光源。在该示例性实施方案中，光检测器15为特定用途集成电路(ASIC)。还可以使用其它类型的检测器如光电二极管、光电晶体管、CMOS传感器等。所述光检测器15可以为可耦合到个体接收波导元件以感应和检测光的任意构造的传感器、检测器和处理器。
现在将对装置10的操作进行描述。光源20光耦合到波导30的一端并向所述波导30发射光。具体地，源于光源20的光光耦合到宽的核心部分36，然后分裂到形成多个传输波导元件的个体波导元件34中(参见图2B)。然后，通过波导30使光形成多个传输光束，并且同时穿过检测空间35(即，图1中从左到右的方向和从上到下的方向两个方向)发射所述传输光束。传输光束的第一部分撞击位于检测空间35内的物体(未示出)如指尖、钢笔或触针，且不会被所述物体反射。传输光束的第二部分穿过所述检测空间35且由反射器40反射回波导30(即，在图1中从右向左的方向和从上向下的方向)。反射光束，即由反射器40反射的光束然后入射到形成多个接收波导元件的个体波导元件上。所述反射光由接收波导元件接收并耦合到光检测器15。所述光检测器15检测接收到的光并处理检测到的光以由所述检测到的光来计算检测空间35内物体的位置。
换句话说，任何存在于检测空间35内的物体(未示出)如指尖、钢笔或触针将阻挡源于传输波导元件的光束，因此受阻挡的光束将不会反射回相应的接收波导元件。由于个体波导元件由作为ASIC部分的光电晶体管阵列寻址，所以能够检测受阻挡的光束的位置。所述光检测器15对所述受阻挡的光束进行处理并计算检测空间35内物体的位置。基于接收到的光的强度来检测物体。因为物体阻挡了光，所以未撞击物体的从反射器40反射回来的光比被物体阻挡的光要亮。因此，一些接收波导元件将接收不到光或将接收强度低的光。利用这种差异来定位检测空间35内物体的位置。
现在参考图3A～3I，将更详细地描述根据本发明示例性实施方案的波导。根据本发明示例性实施方案的波导包括：衬底100、第一覆盖层110、第一核心层120、第二覆盖层130、隔离覆盖层140、第二核心层150以及第三覆盖层160。
如图3A中所示，提供衬底100。所述衬底100可以为聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、不锈钢(SUS)、玻璃或其它的这类材料。然后把第一光敏清漆层施加到所述衬底100上。第一光敏清漆是包含重量比分别为约35wt％、约40wt％、约25wt％以及0.5wt％的三种不同环氧树脂和光酸产生剂的组合物，且在830nm下的折射率为约1.542。用紫外光对所述第一光敏清漆层进行照射并加热来形成第一覆盖层110。在该示例性实施方案中，所述第一覆盖层110的厚度为约110μm。然而，所述第一覆盖层110的厚度可以根据用户输入设备的参数进行调节。
然后在第一覆盖层110上施加第二光敏清漆层。所述第二光敏清漆是包含重量比分别为约70wt％、约30wt％、约28wt％以及约0.5wt％的环氧树脂、氧杂环丁烷(oxetane)、溶剂以及光酸产生剂，且在830nm下的折射率为约1.594。然后对所述第二光敏清漆进行预烘焙以从所述第二光敏清漆中除去溶剂成分。由此在第一覆盖层110上形成第一光敏核心层115，如图3C中所示。
然后使用第一光掩模来照射光敏核心层115。所述第一光掩模包括：具有波导阵列的线性光路图案(a pattern of linear optical paths)、透镜结构和对准标记。使用经过第一光掩模的紫外光照射第一光掩模来构图光敏核心层115，并进行曝光后烘焙。第一光掩模中的线性光路图案、透镜结构和对准标记的转印以及曝光后烘焙形成了第一核心层120中的多个接收波导元件123和透镜结构126。这由此形成了接收波导。然后通过把光敏核心层115浸入溶剂中，用新鲜溶剂冲洗，用去离子水冲洗并通过温和鼓风进行干燥，来使其显影。然后对光敏核心层115进行加热来除去所有残余溶剂，由此形成了包括接收波导元件123和透镜结构126的第一核心层120，如图3D中所示，所述第一核心层120的厚度为约24μm。在图3D中未示出对准标记。由此，形成了包括核心通道阵列和末端透镜的第一核心层120，所述核心通道具有直的波导、转向波导(用于指引波导绕过波导“L”部分中的转角)，所述核心通道相互平行着沿纵向延伸并相互隔离开。另外，还创造了对准标记，这如下所述使用。
然后施加第一光敏清漆层来覆盖第一核心层120。然后用紫外光对所述第一光敏清漆层进行照射并烘焙以形成第二覆盖层130，如图3E中所示。在该示例性实施方案中，第二覆盖层130的厚度为约75μm。然而，所述第二覆盖层130的厚度可以根据用户输入设备的参数进行调节。
然后，通过重复三次进行下列操作来形成隔离覆盖层140：施加第一光敏清漆层、用紫外光照射所述层以及对所述层进行加热。以这种方式，可以形成厚度为约400μm的隔离覆盖层140，如图3F中所示。如同上述覆盖层，也可以调节隔离覆盖层140的厚度。
其后，把另一个第二光敏清漆层施加到隔离覆盖层140上。然后对第二光敏清漆层进行预烘焙以从第二光敏清漆层中除去溶剂成分，形成第二光敏核心层145，如图3G中所示。
然后，使用第二光掩模对第二光敏核心层145进行照射。所述第二光掩模包括具有波导阵列的线性光路图案、透镜结构和对准标记。第二光掩模的对准标记与第一核心层120上的对准标记对准。通过这种对准，接收波导元件123容易精确地与后面所述的多个传输波导元件153对准。因此，接收波导元件123的有效元件数和传输波导元件的有效元件数增加，且可以增加触摸面板的准确度。用紫外光经过第二光掩模对所述第二光掩模进行照射以构图第二光敏核心层145，并进行曝光后烘焙。第二光掩模中的线性光路图案、透镜结构和对准标记的转印以及曝光后烘焙形成了第二核心层150中的多个传输波导元件153和透镜结构156。这由此形成了传输波导。然后通过把第二光敏核心层145浸入溶剂中、用纯溶剂冲洗、用去离子水冲洗并通过温和鼓风进行干燥来使其显影。然后对第二光敏核心层145进行加热来除去所有残余溶剂，由此形成了包括传输波导元件153和透镜结构156的第二核心层150，如图3H中所示。注意，在图3H中未示出对准标记。由此，可以形成该示例性实施方案中厚度为约24μm的第二核心层150。所述第二核心层150的厚度可以根据用户输入设备参数进行调节。形成了包括核心通道阵列和末端透镜的第二核心层150，所述核心通道具有直的波导、转向波导，所述核心通道相互平行着沿纵向延伸并相互隔离开。由此，形成了包括衬底100、第一覆盖层110、第一核心层120、第二覆盖层130、隔离覆盖层140和第二核心层150的双层波导结构，如图3H中所示。
由于第二光掩模的对准标记与第一核心层120上的对准标记对准，所以接收波导和传输波导可以精确对准，多个接收波导元件可以与多个传输波导元件精确对准。由此，可以避免复杂且昂贵的对准程序。
在所述双层波导结构上按如下形成了含垂直透镜结构的第三覆盖层。把具有对准标记的模具放置于所述双层波导结构之上，使得对准标记与在第二核心层150上形成的对准标记对准。在该示例性实施方案中，所述模具为石英模具。然而，所述模具可以为玻璃模具、聚合物模具、或者任何可以有效传输紫外光以固化涂布层的其它模具。然后通过模具的开口插入第一光敏清漆以在所述双层波导结构上形成层。然后把整个结构暴露于紫外光下，脱模，并对整个结构进行烘焙以形成第三覆盖层160，如图3I所示。在该示例性实施方案中，第三覆盖层160的厚度为约700μm，且与第一核心层120对应的垂直透镜的部分164和与第二核心层150对应的垂直透镜的部分162的曲率半径分别为约1.0mm和约1.1mm。然而，为了制造不同的曲率半径，可以调节第三覆盖层160的厚度并可以调节垂直透镜的部分164、162。由于第一核心层和第二核心层是与部分164和部分162整体形成的，所以可以减小波导的尺寸，于是减小触摸面板的尺寸。而且，由于第一核心层120和第二核心层150形成为多层结构中的中间层，所以可以阻止传输波导元件和接收波导元件受到机械损伤。因此，可以抑制触摸面板灵敏度的下降。
然后，从衬底上剥离波导结构以形成双层波导结构的厚膜。
现在转向图4，显示了根据示例性实施方案的图1中装置的侧视图。在图4中，能够更清晰地看到，传输波导和接收波导堆叠在一起。也就是，在第一核心层120的多个接收波导元件之上上形成了第二核心层150的多个传输波导元件。反射器40包括在衬底170上形成的主反射表面180。衬底170和衬底100可以为相同的衬底。能够把双层波导结构和反射器结构安装到矩形底座(bezel)式的这种衬底上。在该示例性实施方案中，所述反射表面180呈凹形弯曲且涂有反射材料如银。
光源20把光耦合到第二核心层150的多个传输波导元件。个体波导元件同时把光传输通过与第二核心层150相对应的垂直透镜的部分162并穿过检测空间35(即，图4中指示从左指向右的箭头)。源于个体波导元件的光入射到反射器40的反射表面180上。该光由反射器40的反射表面180反射并反射回第一核心层120的多个接收波导元件。通过反射表面180的凹形，光既可以从上往下也可以从下往上进行反射。反射光通过与第一核心层120对应的垂直透镜的部分164聚焦，并由此聚焦在第一核心层120的多个接收波导元件上。所述光最后被耦合到用于分析的光检测器15。
现在转向图5，提供了根据本发明另一个示例性实施方案的装置的侧视图。除了反射器40的构造以外，图5中的装置与图4中的装置类似，因此将仅描述不同的元件。在该示例性实施方案中，反射器40包括衬底170和反射表面190。反射表面190由各自以约45度角形成的两部分形成。光从第二核心层150的多个传输波导元件发出，通过与第二核心层150相对应的垂直透镜的部分162并穿过检测空间35。然后，这种传输的光入射到反射表面190的第一部分上，所述反射表面190的第一部分以与入射光成约45度的角形成。光向下反射并由反射表面190的第二部分再次反射，所述反射表面190的第二部分也以与入射光成约45度的角形成。因此，光被所述反射表面190的第二部分再次反射并返回至波导。通过反射表面190的角度形状，光既可以从上往下也可以从下往上进行反射。反射光被垂直透镜聚焦到形成第一核心层120的多个接收波导元件上。
现在参考图6，显示了根据本发明又一个示例性实施方案的装置的侧视图。除了反射器40的构造以外，图6中的装置与图3和图4中的装置类似，因此，此处将仅对不同的元件进行说明。在该示例性实施方案中，反射器40包括衬底170和反射表面210。所述反射表面210是平面反射表面，并涂有荧光材料。光从第二核心层150的传输波导元件153发出，通过与第二核心层150对应的垂直透镜的部分162并穿过检测空间35。然后，这种传输的光入射到反射表面210上并因为来自涂覆反射表面210的荧光材料的荧光而产生亮点。从所述亮点发出的光被垂直透镜接收并聚集到形成第一核心层120的多个接收波导元件123，并由光检测器15成像。
在上述任何一个示例性实施方案中，衬底170和衬底100可以为相同的衬底。可以把双层波导结构和反射器结构安装到矩形底座式的这种衬底上。而且，所述衬底170和所述衬底100可以整体形成。
此外，尽管仅在上面关于图6中所示的示例性实施方案描述了荧光涂层，但是任一其它示例性实施方案的反射表面也可涂覆有荧光材料。所述荧光材料可以为不同类型的染料，例如尼罗蓝、香豆素、荧光素(Fluorescin)或酞菁等。通过利用荧光材料涂覆反射表面，撞击反射表面的任何光束会激发所述荧光材料并由此在反射表面上产生较亮的点。然后，源于这种亮点的光更容易聚焦并被如上所述的多个接收波导元件接收，并被感应和处理。因此，所述荧光材料提高了光学触摸面板的灵敏度。
类似地，也可以用荧光材料涂覆波导上多个接收波导元件的前表面。当返回光撞击接收波导表面上的荧光材料时，激发了所述荧光材料，形成亮点。因此，接收波导元件能够更方便地感应返回光，由此提高了灵敏度。
图7显示了根据本发明又一个示例性实施方案的装置的俯视图。除了波导30的构造以外，这种示例性实施方案与图1中和上述讨论的示例性实施方案类似。因此，此处将仅对不同元件进行描述。如图7中所示，沿检测空间35的两个垂直侧面提供波导30。然而，在该示例性实施方案中，把光源20和光检测器15(未示出)耦合到两个垂直侧面之间的检测空间的拐角处的波导30。换句话说，在图1中所示的示例性实施方案中，光源20和光检测器15提供在波导30的一端(“L”的远端)，并且所述波导30在两个垂直侧面周围形成了连续的L形，然而，在图7中所示的示例性实施方案中，波导未形成连续的L形，而是光源20和光检测器15提供在两个波导30相互交叉的点上(当波导形成L形时，在“L”中的角上)。通过使用这种构造，可以形成较大的光学触摸面板，因为光在波导内移动的距离较短(即，最多是“L”的远端和“L”中的角之间的距离)。因此，只要使用相同的光源和相同的光检测器，沿波导长度上的光强损失就小于图1中所示的示例性实施方案中的。而且，由于使用上述方法来制造所述波导30，因此，在这种示例性实施方案中也避免了复杂且昂贵的对准程序。
现在转向图8，提供了根据本发明又一个示例性实施方案的装置的俯视图。除了反射器40的构造以外，这种示例性实施方案与上述图1中的示例性实施方案类似。因此，此处将仅对不同的元件进行详细描述。在这种示例性实施方案中，不使用反射器40。而是，反射器40由含多个光敏元件48的第一传感器阵列42和含多个光敏元件48的第二传感器阵列44来代替。把所述第一传感器阵列42和第二传感器阵列44的多个光敏元件48耦合到光检测器(未示出)，所述第一传感器阵列42沿检测空间35的一端部分对准且所述第二传感器阵列44沿检测空间35的另一端部分对准。这种示例性实施方案使得结构简化，因为所述波导30不需要装备有多个传输波导元件和多个接收波导元件两者。而是，仅在波导中提供了多个传输波导元件。因为这种示例性实施方案中的光未被反射，而是直接由光敏元件48感应，所以不必考虑由如图1中所示的实施方案1中提供的反射器40反射的光的强度损失。因此，尽管仍使用图1中所示示例性实施方案的L形波导30，但是可以制造更大的面板。
实验制造：参考下面表1，现在将提供使用上述制造方法的实验制造的详细描述。
表1
Figure A200910128695D00231
Figure A200910128695D00241
制备清漆A：在500ml的反应容器中，按分别为约35wt％、约40wt％以及约25wt％的重量比，添加二苯氧基乙醇芴二缩水甘油醚(bisphenoxy ethanol fluorene diglycidyl ether)(BPEFG)(大阪气体化学(Osaka Gas Chemicals))、3′，4′-环氧环己基-羧酸酯(Epoxycyclohexyl-carboxylate)(2021P)(大赛璐化学(Daicel Chemicals))以及3′，4′-环氧环己基-羧酸酯(2081)(大赛璐化学)。以约0.5wt％的重量比添加名称为SP-170(阿洒旭电化(Asahi Denka))的光酸产生剂。接着，把反应容器放入约90℃的温度下的油浴中，并且电动搅拌器以300rpm对所述混合物搅拌约60分钟。然后，冷却所述混合物并过滤以除去任何未溶解物质。最后，把清漆储存在黑瓶中。
制备清漆-B：在类似的500ml反应容器中，按约70wt％、约30wt％、约28wt％以及约0.5wt％的重量比，分别添加二苯氧基乙醇芴二缩水甘油醚(BPEFG)、1，3，3-三(4-(2-(3-氧杂环丁烷基)丁氧基苯基)丁烷(TrisP-RK)、乳酸乙酯和名称为SP-170(阿洒旭电化)的光酸产生剂。所述TrisP-RK使用日本专利申请公布2007-070320中所述的方法制造，其完整内容通过参考并入本文中。然后，把反应容器放入约80℃的温度下的油浴中，并且电动搅拌器以250rpm的速度对混合物搅拌约3小时。然后，冷却所述混合物并过滤以除去任何未溶解物质。最后把清漆储存在黑瓶中。
把含清漆-A的第一光敏清漆施加到聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)衬底上。使用365nm的带通滤波器，以约2000mJ/cm2的曝光剂量，用紫外光对所述清漆层进行照射。其后，在约120℃下对所述树脂层加热约15分钟，由此形成厚度约100μm的第一覆盖层110。
然后在所述第一覆盖层110上施加含清漆-B的第二光敏清漆。为了除去清漆中的溶剂成分，把所述树脂层在约100℃下进行预烘焙约5分钟。由此，在第一覆盖层110上形成第一光敏核心层115。
按照接近式曝光(close proximity exposure)法，以约2500mJ/cm2的曝光剂量，使用第一光掩模来照射光敏树脂，在所述第一光掩模中包括具有线路(line)和间隔分别为约12μm和约12μm的波导核心阵列的线性光路图案以及透镜结构。所述第一光掩模还包括对准标记。使用中心波长为约365nm的带通滤波器来穿过所述第一光掩模照射紫外光。在通过紫外光进行光构图之后，在约80℃下对所述光敏树脂进行曝光后烘焙约15分钟，以固化所述第一光敏核心层115。
然后，通过如下操作来显影树脂层：把所述树脂层浸入γ-丁内酯溶剂中约2分钟，然后用新鲜的γ-丁内酯溶剂冲洗，用去离子水冲洗，最后通过温和鼓风干燥。然后，在约120℃下对所述树脂层加热约15分钟以除去光敏树脂上的残留溶剂，由此形成厚度为约24μm的第一核心层120。这样就形成了具有直的波导、转向波导的核心通道阵列以及末端透镜，所述核心通道沿纵向相互平行着延伸并相互隔离开。另外，还创造了对准标记，该对准标记将用于构图上部核心层。
其后，施加第一光敏清漆以覆盖第一核心层120。然后，使用365
nm的带通滤波器，以约2000mJ/cm2的曝光剂量，通过紫外光照射整个光敏层，然后在约120℃下进行曝光后烘焙约15分钟。以此方式，形成了如图3E中所示的厚度为约75μm的第二覆盖层130。
再在树脂层上施加第一光敏清漆三(3)次。每次都使用365nm带通滤波器，以约2000mJ/cm2的照射剂量，用紫外光照射清漆层。其后，每次都在约120℃下对所述树脂层加热约15分钟，由此形成总厚度为约400μm的隔离覆盖层140。
其后，接着把第二光敏清漆施加到所述隔离覆盖层140上。在约100℃下对所述树脂层进行预烘焙约5分钟以去除清漆中的溶剂成分。由此在所述隔离覆盖层140上形成第二光敏核心层145。
通过接近曝光法，以约2500mJ/cm2的照射剂量，使用第二光掩模来照射光敏树脂，在所述第二光掩模中包括具有线路和间隔分别为约12μm和约12μm的波导核心阵列的线性光路图案以及透镜结构。所述第二光掩模与第一核心层上的对准标记精确对准。所述第二光掩模还包括对准标记。使用中心波长为约365nm的带通滤波器，经过所述第二光掩模照射紫外光。在通过紫外光进行光构图之后，在约80℃下对所述光敏树脂进行曝光后烘焙约15分钟，以固化所述第二光敏核心层145。
然后，通过如下操作来显影树脂层：把所述树脂层浸入γ-丁内酯溶剂中约2分钟，然后用新鲜的γ-丁内酯溶剂冲洗，再用去离子水冲洗，最后通过温和鼓风干燥。然后，在约120℃下对所述树脂层加热约15分钟以除去在光敏树脂上的残留溶剂，由此形成厚度为约24μm的第二核心层150。这样就形成了具有直的波导、转向波导的核心通道阵列以及末端透镜，所述核心通道沿纵向相互平行着延伸并相互隔离开。另外，还创造了对准标记。
因此，形成了双层核心结构，各层相互隔离开约400μm且相互并置排列。
其后，在双层波导结构上制造含垂直透镜的第三覆盖层160。把具有特殊对准标记的石英模具放置在双层波导结构上，并与第一核心层120和第二核心层150的对准标记对准。然后，借助于石英模具中的开口插入第一光敏清漆。然后，把整个结构借助于第三光掩模而以约2500mJ/cm2的曝光剂量暴露于紫外光下。曝光后，脱去石英模具并在约80℃下对树脂层烘焙约15分钟。
然后，对所述波导结构显影并在约120℃下烘焙约15分钟。以此方式，制造了厚度为约700μm的第三覆盖层160以及垂直透镜。所述垂直透镜既包括对第二核心层150对应的部分162，又包括与第一核心层120对应的部分164，所述两部分分别具有约1.0mm和约1.1mm的曲率半径。
最后，把波导结构从衬底上剥离，由此制造了双层波导结构的厚膜。
尽管通过参考其某些示例性实施方案给出并描述了本发明，但是应注意，本领域技术人员在不违背如所附的权利要求书所限定的本发明的主旨和范围的前提下，可以在其中完成各种形式和细节的变化。

Claims (36)

1.一种装置，其包括：
包括多个传输波导元件和多个接收波导元件的波导；
耦合到所述波导的光源；
耦合到所述波导的光检测器；以及
与所述波导隔离开的反射器，所述反射器把从所述多个传输波导元件发出的光向所述接收波导元件反射。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述多个传输波导元件形成于所述波导内的第一平面上，所述多个接收波导元件形成于所述波导内的第二平面上，并且所述第一平面与所述第二平面不同。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述多个传输波导元件形成于所述波导内的多个接收波导元件之上。
4.如权利要求2所述的装置，其中所述多个传输波导元件形成于所述波导内的多个接收波导元件之上。
5.如权利要求3所述的装置，其中所述多个传输波导元件通过覆盖层与所述多个接收波导元件分开。
6.如权利要求1所述的装置，其还包括用于使从所述多个传输波导发出的光聚焦的透镜。
7.如权利要求1所述的装置，其还包括用于使向所述多个接收波导元件反射的光聚焦的透镜。
8.如权利要求1所述的装置，其还包括含第一透镜部分和第二透镜部分的透镜，其中所述第一透镜部分使从所述多个传输元件发出的光聚焦，且所述第二透镜部分使向所述多个接收波导元件反射的光聚焦。
9.如权利要求8所述的装置，其中所述透镜与所述多个传输波导元件和所述多个接收波导元件整体形成。
10.如权利要求1所述的装置，其中所述波导形成于检测区域的垂直侧面上，所述反射器形成于检测区域的与所述波导相对的侧面上。
11.如权利要求1所述的装置，其中所述波导包括两个波导部分，所述两个波导部分中的每一个均包括多个传输波导元件和多个接收波导元件；
所述反射器包括两个反射器部分；以及
所述两个波导部分设置在所述检测区域的垂直侧面上，且所述两个反射器部分分别设置在所述检测区域的与所述两个波导部分相对的侧面上，使得
由一个波导部分的多个传输波导元件所发出的光被与所述一个波导部分相对的反射器部分向着所述一个波导部分的多个接收波导元件反射回去，以及
由另一个波导部分的多个传输波导元件发出的光被与所述另一个波导部分相对的反射器部分向着所述另一个波导部分的多个接收波导元件反射回去。
12.如权利要求11所述的装置，其中所述光源光耦合到所述两个波导部分的多个传输波导元件，所述光检测器光耦合到所述两个波导部分的多个接收波导元件。
13.如权利要求1所述的装置，其中所述反射器的反射表面涂覆有荧光材料。
14.如权利要求1所述的装置，其中所述多个接收元件的前表面涂覆有荧光材料。
15.如权利要求1所述的装置，其中所述反射器的反射表面是弯曲的。
16.如权利要求1所述的装置，其中所述反射器包括以相对于所述反射器前表面成45度角布置的至少两个反射表面。
17.一种光学触摸面板，其包括：
波导部分，其包括：
衬底，
在所述衬底上形成的第一覆盖层，
在所述第一覆盖层上形成的接收波导，所述接收波导包括多个接收波导元件，
在所述接收波导上形成的第二覆盖层，
在所述第二覆盖层上形成的传输波导，所述传输波导包括多个传输波导元件，以及
在所述传输波导上形成的第三覆盖层，所述第三覆盖层包括接收透镜部分和传输透镜部分，所述接收透镜部分形成于与所述接收波导的位置相对应的位置上，所述传输透镜部分形成于与所述传输波导的位置相对应的位置上；
设置在检测区域的与所述波导部分相对的侧面上的镜子；
光耦合到所述波导部分的表面发射激光器；以及
光耦合到所述波导部分的检测器。
18.如权利要求17所述的光学触摸面板，其中所述波导部分形成于检测区域的垂直侧面上，所述镜子形成于检测区域的与所述波导部分相对的侧面上。
19.如权利要求17所述的光学触摸面板，其中所述波导部分为第一波导部分，所述镜子为第一镜子，所述光学触摸面板还包括第二镜子和第二波导部分，所述第二波导部分包括：
衬底；
在所述衬底上形成的第一覆盖层；
在所述第一覆盖层上形成的接收波导，所述接收波导包括多个接收波导元件；
在所述接收波导上形成的第二覆盖层；
在所述第二覆盖层上形成的传输波导，所述传输波导包括多个传输波导元件；以及
在所述传输波导上形成的第三覆盖层，所述第三覆盖层包括接收透镜部分和传输透镜部分，所述接收透镜部分形成于与所述接收波导的位置相对应的位置上，所述传输透镜部分形成于与所述传输波导的位置相对应的位置上；以及
其中所述第一波导部分和所述第二波导部分设置在所述检测区域的垂直侧面上，所述第一镜子和所述第二镜子分别设置在所述检测区域的与所述第一波导部分和所述第二波导部分相对的侧面上，以及
所述表面发射激光器光耦合到所述第一波导部分的多个传输波导元件和所述第二波导部分的多个传输波导元件，所述检测器光耦合到所述第一波导部分的多个接收波导元件和所述第二波导部分的多个接收波导元件。
20.如权利要求17所述的光学触摸面板，其中所述镜子的反射表面涂覆有荧光材料。
21.如权利要求17所述的光学触摸面板，其中所述波导部分的多个接收元件的前表面涂覆有荧光材料。
22.如权利要求19所述的光学触摸面板，其中所述第一镜子的反射表面和所述第二镜子的反射表面涂覆有荧光材料。
23.如权利要求19所述的光学触摸面板，其中所述第一波导部分的多个接收元件的前表面和所述第二波导部分的多个接收元件的前表面涂覆有荧光材料。
24.一种光波导，其包括：
衬底；
在所述衬底上形成的第一覆盖层；
在所述第一覆盖层上形成的多个第一波导元件；
在所述多个第一波导元件上形成的第二覆盖层；
在所述第二覆盖层上形成的多个第二波导元件；以及
在所述多个第二波导元件上形成的第三覆盖层，所述第三覆盖层包括第一透镜部分和第二透镜部分，所述第一透镜部分形成于与所述多个第一波导元件的位置相对应的位置上，所述第二透镜部分形成于与所述第二波导元件的位置相对应的位置上。
25.如权利要求24所述的光波导，其中所述衬底为聚萘二甲酸乙二醇酯衬底。
26.如权利要求24所述的光波导，其中所述第一覆盖层、所述第二覆盖层和所述第三覆盖层各自由在830nm下的折射率为约1.542的材料形成。
27.如权利要求24所述的光波导，其中所述多个第一波导元件和所述多个第二波导元件由在830nm下的折射率为约1.594的材料形成。
28.如权利要求24所述的光波导，其中所述第一覆盖层、所述第二覆盖层和所述第三覆盖层各自由如下材料形成，所述材料具有：约35重量份的双苯氧基乙醇芴二缩水甘油醚(BPEFG)、约40重量份的3′，4′-环氧环己基羧酸酯(2021P)、约25重量份的3′，4′-环氧环己基羧酸酯(2081)以及约0.5重量份的光酸产生剂。
29.如权利要求24所述的光波导，其中所述多个第一波导元件和所述多个第二波导元件由如下材料形成，所述材料具有：约70重量份的双苯氧基乙醇芴二缩水甘油醚(BPEFG)、约30重量份的1，3，3-三(4-(2-(3-氧杂环丁烷基)丁氧基苯基)丁烷(TrisP-RK)、约0.5重量份的光酸产生剂以及约28重量份的乳酸乙酯。
30.如权利要求24所述的光波导，其中所述第一覆盖层、所述第二覆盖层和所述第三覆盖层在830nm下的折射率为约1.542，且其中所述多个第一波导元件和所述多个第二波导元件在830nm下的折射率为约1.594。
31.一种检测位于检测区域中的物体的方法，所述检测区域具有在其至少一侧上的波导以及与所述波导相对的跨过所述检测区域设置的反射器，所述波导包括多个传输波导元件和多个接收波导元件，所述方法包括：
把光耦合到所述波导的多个传输波导元件内；
同时从所述多个传输波导元件传输多个光束通过所述检测区域；
在所述波导的多个接收波导元件处接收多个光束，所述多个接收到的光束的第一部分被在所述检测区域相对侧面上的反射器反射，所述光束的第二部分被所述检测区域中的物体反射；
对所述多个接收到的光束中的每一个光束的强度进行检测；以及
根据所述多个接收到的光束的检测强度来确定所述检测区域内物体的位置。
32.一种制造双层波导结构的方法，所述方法包括：
在衬底上形成下覆盖层；
在所述下覆盖层上形成第一图案化核心层；
在所述第一图案化核心层上形成第一上覆盖层；
在所述第一上覆盖层上形成隔离覆盖层；
在所述隔离覆盖层上形成第二图案化核心层；
在所述第二图案化核心层上形成第二上覆盖层以制造波导结构；
显影所述波导结构；以及
从所述波导结构中除去所述衬底。
33.如权利要求32所述的方法，其中形成所述下覆盖层和形成所述第一上覆盖层各自包括：
向所述衬底施加树脂；
用紫外光照射所述树脂；以及
加热所述树脂。
34.如权利要求32所述的方法，其中形成所述隔离覆盖层包括：
进行三次如下步骤：
向所述衬底施加树脂；
用紫外光照射所述树脂；以及
加热所述树脂。
35.如权利要求32所述的方法，其中形成所述第一图案化核心层包括：
在所述下覆盖层上施加树脂；
预烘焙所述树脂；
向所述树脂施加包括第一线性光路图案、第一透镜结构和第一对准标记的第一光掩模；
使用紫外光经过所述第一光掩模对所述树脂进行照射，以使所述第一线性光路图案、所述第一透镜结构和所述第一对准标记转印到所述树脂上；
烘焙所述树脂；
显影所述树脂；以及
加热所述树脂。
36.如权利要求35所述的方法，其中形成所述第二图案化核心层包括：
在所述隔离覆盖层上施加所述树脂；
预烘焙所述树脂；
把包括第二线性光路图案、第二透镜结构和第二对准标记的第二光掩模与所述第一图案化核心层对准，使得所述第二对准标记匹配所述第一对准标记；
用紫外光经过所述第二光掩模对所述树脂进行照射；
烘焙所述树脂；
显影所述树脂；以及
加热所述树脂。
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