CN101644793B - 光波导路的组合构造体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光波导路的组合构造体，在使用了光波导路的光学式触摸面板中，为了能够用受光侧的光波导路的芯(受光侧芯)准确地接受从发光侧的光波导路的芯(发光侧芯)射出的光，必须进行发光侧芯和受光侧芯的对位。但是，以往为了进行芯的对位，反复对发光侧的光波导路和受光侧的光波导路的定位进行微调，并且进行手工操作，存在烦杂且花费时间这样的问题。在发光侧的光波导路和受光侧的光波导路上设置有用于对搭接接合的缺口部(11a、12a)，若通过对搭接接合部分(13)来组合两者，则能容易地实现精度高的组合构造体。由此，能大幅度地降低组装后的微调时间。

Description

光波导路的组合构造体
技术领域
本发明涉及一种光学式触摸面板等所使用的光波导路的组合构造体，特别涉及容易获得高组合精度的组合构造体。
背景技术
由于光波导路分量轻且能高速传输信号，所以被期待将来用于各种电子设备中。光学式触摸面板与电阻膜式触摸面板、静电电容式触摸面板相比，因显示画面清晰且可靠性优异而被广泛地使用于银行的ATM、车站的售票机等。作为光学式触摸面板公知有在坐标输入区域的周围并列有多个发光二极管和光敏晶体三极管的触摸面板(专利文献1)。此外，还公知有在坐标输入区域的周围设有光波导路和微透镜的光学式触摸面板(专利文献2)。使用了光波导路的后者的光学式触摸面板与前者的光学式触摸面板相比，容易使零件件数减少、成本降低。但是，使用了光波导路的光学式触摸面板为了能够用受光侧的光波导路的芯准确地接受从发光侧的光波导路的芯射出的光，必须进行芯彼此之间的对位。但是，以往为了进行芯彼此之间的对位，反复对发光侧的光波导路和受光侧的光波导路的定位进行细微调整，并进行手工操作，存在烦杂且花费时间这样的问题。
专利文献1：日本特开平11-232024号公报
专利文献2：日本特开2004-295644号公报
在使用了光波导路的光学式触摸面板中，为了能够用受光侧的光波导路的芯(受光侧芯)准确地接受从发光侧的光波导路的芯(发光侧芯)射出的光，必须进行发光侧芯和受光侧芯的对位。但是，以往为了进行芯的对位，反复对发光侧的光波导路和受光侧的光波导路的定位进行细微调整，并进行手工操作，存在烦杂且花费时间这样的问题。
在发光侧的光波导路和受光侧的光波导路上设置用于对搭接接合的缺口部，若通过对搭接接合来组合两者，则能容易地实现精度高的组合构造体。由此，能大幅度地降低组装后的微调时间。
发明内容
本发明的技术方案如下。
(1)本发明的光波导路的组合构造体是组合多个光波导路而成的光波导路的组合构造体，其特征在于，光波导路具有敷层和埋设于敷层中的芯，敷层在不包括芯的部分上具有缺口部，组合构造体是通过缺口部的对搭接接合将光波导路彼此组合而成的。
(2)本发明的光波导路的组合构造体的特征在于，在光波导路的与芯的纵长方向垂直的截面上，芯的中心与敷层的中心不重合。
(3)本发明的光波导路的组合构造体的特征在于，在光波导路的与芯的纵长方向垂直的截面上，敷层的中心位于芯的外部。
(4)本发明的光波导路的组合构造体的特征在于，多个光波导路互相正交地被组合。
(5)本发明的光波导路的组合构造体的特征在于，多个光波导路被组合成矩形。
(6)本发明的光波导路的组合构造体的特征在于，敷层的光射出端和光入射端中的一方或双方呈透镜形状。
在发光侧的光波导路和受光侧的光波导路上设置用于对搭接接合的缺口部，若通过对搭接接合来组合两者，则能容易地实现精度高的组合构造体。由此，能大幅度地降低组装后的微调时间。
附图说明
图1是本发明的光波导路的组合构造体的示意图。
图2是本发明的光波导路的组合构造体的示意图。
图3是本发明所使用的光波导路的剖视图。
图4是本发明所使用的光波导路的剖视图。
图5是本发明所使用的光波导路的示意图。
图6是使用了本发明的光波导路的组合构造体的光学式触摸面板的示意图。
具体实施方式
光波导路的组合构造体
本发明的光波导路的组合构造体是具有敷层和埋设于敷层中的芯、在敷层内的不包括芯的部分具有缺口部的多个光波导路的、缺口部彼此通过对搭接接合而组合成的组合构造体。图1示意性地表示本发明的光波导路的组合构造体10的一部分。图1的(a)表示组合前的横向的光波导路11和纵向的光波导路12。在各光波导路11、12中设有相当于各光波导路11、12的厚度的1/2深的缺口部11a、12a，缺口部11a、12a无间隙地相互嵌合。该构造通常被称为对搭接接合。图1的(b)是将横向的光波导路11和纵向的光波导路12对搭接接合而成的组合构造体的示意图。对搭接接合的缺口部的位置和尺寸只要是准确的，则能容易制造高精度的组合构造体。在本发明的光波导路11、12的情况下，例如能用成形模准确地形成缺口部11a、12a。因此，能高精度地制造光波导路的组合构造体10，能在短时间内完成光波导路11、12的位置调整。
如图1所示，本发明的光波导路组合构造体10所使用的光波导路11、12的芯11b、12b位于不通过敷层11c、12c的缺口部11a、12a的位置。因此，芯11b、12b不会被缺口部11a、12a切断或露出，通过芯11b、12b的光不受缺口部11a、12a的影响。如图1的(b)所示，在将二个光波导路11、12对搭接接合的情况下，芯11b、12b在对搭接接合部分13处交错地交叉。因而，即使在中途存在对搭接接合，芯11b、12b也不受影响，各芯11b、12b没有问题地进行光的传播。
本发明的光波导路的组合构造体优选光波导路彼此相互正交地组合，更优选被组合成矩形。作为光波导路的呈矩形的组合构造体，例如能列举出如图2的(a)所示的将4个直线型光波导路组合成井形的光波导路的组合构造体20、如图2的(b)所示的将2个L字型光波导路组合起来而成的光波导路的组合构造体21。
光波导路
本发明所使用的光波导路具有敷层和埋设于敷层中的芯，在敷层内的不包括芯的部分上具有缺口部。在如图3所示的光波导路的与芯的纵长方向垂直的截面上，光波导路的高度H优选是50μm～40mm，更优选是100μm～20mm。光波导路的宽度U优选是50μm～40mm，更优选是100μm～20mm。
如图3所示，优选在光波导路的与芯的纵长方向垂直的截面上，芯31的中心31a和敷层32的中心32a不重合，特别优选如图所示那样敷层32的中心32a位于芯31的外部。这样，能够制作在敷层32的不包括芯31的部分具有相当于敷层32的高度1/2深的缺口部的光波导路，能够通过将多个光波导路对搭接接合而使2个光波导路的外表面的高度在接合部分相同(面位置)地组合。另外，图3表示芯31的中心31a偏离到敷层32的中心32a的下方的例子，但芯31的中心31a的偏离方向也可以是上下左右中的任一个。芯31的中心31a与敷层32的中心32a的距离L优选是20μm～5mm，更优选是30μm～1mm。
本发明所使用的芯31的折射率大于敷层32的折射率，是由进行传播的光的波长下透明性高的任意材料构成。形成芯31的材料优选图案化性能优异的紫外线固化树脂。作为紫外线固化树脂，优选列举有丙烯系紫外线固化树脂、环氧系紫外线固化树脂、硅氧烷系紫外线固化树脂、降冰片烯系紫外线固化树脂、聚酰亚胺系紫外线固化树脂等。
芯31和敷层32的折射率差优选是0.01以上，更优选是0.02～0.2。形成芯31和敷层32的树脂的折射率能够根据导入到树脂中的有机基的种类、含有量而适当增大或减小。例如将环状芳香族性的基(苯基等)导入到树脂分子中，或通过增加树脂分子中的含有量，能增大树脂的折射率。相反例如将直链或环状脂肪族系的基(甲基、降冰片烯基等)导入到树脂分子中，或通过使树脂分子中的含有量增加，能减小树脂的折射率。
与芯31的纵长方向垂直的截面的形状没有特别限制，但是优选图案化性能优异的梯形或四边形。芯31的底边的宽度优选是10μm～500μm，芯31的高度优选是10μm～100μm。另外，在芯31为梯形或四边形的情况下，所谓该高度是指在与芯31的纵长方向垂直的截面上，连结芯31的上底的中点与下底的中点的线段的长度。
本发明所使用的敷层32由折射率小于芯31的折射率的任意的材料形成。形成敷层32的材料没有特别限制，但是优选成形性优异的紫外线固化树脂。例如能够从上述树脂中适当地选择适宜的紫外线固化树脂。
在敷层32由下敷层(未图示)和上敷层(未图示)构成的情况下，下敷层的厚度优选是5μm～10mm。上敷层的厚度优选设定为10μm～30mm的范围内且比下敷层厚。
如图4所示的一例那样，在不包括芯43的部分上设有形成在敷层41上的缺口部42。缺口部的深度D相对于光波导路的高度H，优选是0.4H～0.6H。为了通过对搭接接合将多个光波导路以相同高度(面位置)且无凹凸地组合，优选缺口部的深度D是0.5H。优选缺口部的宽度W与光波导路的宽度大致相等。缺口部42的形状与在此处嵌合的光波导路对应的截面的形状相同，例如若光波导路嵌合的部分的截面是梯形，则缺口部也是梯形。
图5示意性地表示本发明用的光波导路50的一部分。图5(a)是立体图、图5(b)是剖视图。缺口部未图示。在敷层51内部有多个芯52，光在芯52中传播。敷层51具有射出光线的射出端53或入射光线的入射端(未图示)，优选射出端53或入射端呈透镜形状。因为具有射出端53或入射端呈透镜形状的敷层51的光波导路能够将光变换为平行光线54之后射出，或将扩散的光聚集而使其入射到芯中，所以是理想的。在后述的图6所示的光学式触摸面板中使用这样的光波导路50的情况下，高度方向的位置调整的容许范围宽。
射出端53或入射端的呈透镜形状的部分优选凸形状(凸透镜)，更优选光波导路的与纵长方向垂直的截面是大致1/4圆面的凸形状(将双凸透镜状的透镜沿长度方向切断成1/2的形状)。该曲率半径优选是300μm～5mm，更优选是500μm～3mm。
光波导路的制造方法
本发明所使用的光波导路是由采用了等离子体的干式蚀刻法、复制法、曝光-显影法、光漂白法等任意的方法制造的。本发明所使用的光波导路优选由包括以下的工序(a)～工序(c)的制造方法制造的。
工序(a)：在下敷层上形成芯的工序。
工序(b)：在下敷层之上的包括芯的部分上设置具有注入孔的凹型成形模，从注入孔注入之后能形成上敷层的液体的活性能量线固化树脂而形成树脂层的工序。
工序(c)：从凹型成形模外侧对活性能量线固化树脂照射活性能量线，使上敷层固化的工序。
工序(c)中所用的活性能量线优选是紫外线。紫外线的照射量优选是100mJ/cm2～8000mJ/cm2。若在该范围内，能使上敷层充分地固化。
在光波导路上设置缺口部的方法没有特别限制，例如既可以将敷层的一部分切削成缺口部形状，也可以用形成缺口部这样的形状的凹型成形模。
光学式触摸面板
本发明的光波导路的组合构造体优选用于光学式触摸面板。如图6所示的一例那样，光学式触摸面板60包括坐标输入区域61、发光元件62和受光元件63、与发光元件62结合的发光侧的光波导路64、与受光元件63结合的受光侧的光波导路65。发光侧的光波导路64和受光侧的光波导路65分别具有敷层64b、65b和埋设于敷层64b、65b中的芯64c、65c，在敷层64b、65b内的不包括芯64c、65c的部分上具有缺口部(未图示)。而且，发光侧的光波导路64和受光侧的光波导路65的缺口部彼此对搭接接合，从而被组合成矩形的坐标输入区域61。图6是将4个直线型光波导路组合成井形的光学式触摸面板的例子，但是不限于此，也可以是将2个L字形光波导路组合起来。为了容易看图，图6仅分别在发光侧的光波导路64和受光侧的光波导路65中画出了各4支芯64c、65c，但在实际的光学式触摸面板中，根据尺寸、分辨率能使用更多的芯。
在光学式触摸面板60中，发光侧的光波导路64的射出端64a隔着坐标输入区域61与受光侧的光波导路65的入射端65a相面对。能够使从发光元件62射出的光横穿坐标输入区域61而入射到受光元件63中。用手指、笔遮挡通过坐标输入区域61的指定部位的光时，入射到受光元件的指定位置的光的强度降低。通过对其进行检测，能够识别手指、笔的位置坐标。
因为各光波导路64、65的芯64c、65c的高度在对搭接接合部分不同，所以芯64c、65c彼此不冲突，能够交错地进行交叉。因此，如图6所示，能够将发光元件62集中在一角，将受光元件63集中在另一角进行配置。
发光元件、受光元件
发光元件62优选是发光二极管或半导体激光器，更优选是垂直共振腔面发射激光器(VCSEL)。VCSEL能够使光沿基板面的垂直方向产生共振而沿基板面的垂直方向射出激光，因此，光传播优异。受光元件63是将光信号转换为电信号的元件，优选使用一维阵列的受光元件，更优选使用CMOS(互补性金属氧化膜半导体)图像传感器或CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)图像传感器。
用途
本发明的光波导路的组合构造体的用途没有特别限制，但例如较佳地应用于光配线板、光连接器、光电混合基板、光学式触摸面板等。
实施例1
敷层形成用清漆的调制
混合成分A：具有脂环骨架的环氧系紫外线固化树脂(艾迪科公司制EP4080E)100重量份和成分B：光生酸剂(SAN-APRO公司制CPI-200K)2重量份，调制成敷层形成用清漆。
芯形成用清漆的调制
混合成分C：含有芴骨架的环氧系紫外线固化树脂(大阪Gas Chemicals公司制OGSOL EG)40重量份、成分D：含有芴骨架的环氧系紫外线固化树脂(Nagase ChemteX公司制EX-1040)30重量份、成分E：1，3，3-三{4-[2-(3-氧杂环丁烷)]丁氧基苯基}丁烷(制法后述)30重量份、1重量份的上述成分B和乳酸乙酯41重量份，调制成芯形成用清漆。
1，3，3-三{4-[2-(3-氧杂环丁烷)]丁氧基苯基}丁烷的制法
在包括温度计、冷却管和搅拌装置的200ml的三口烧瓶中，放入1，3，3-三(4-羟基苯基)丁烷6.68g(20mmol)和N-甲基-2-吡咯烷酮25ml，一边氮气气氛下加热至80℃一边搅拌直至完全地溶解。溶解后，加入碳酸铯23.46g(72mmol)，再搅拌30分钟。将先前合成的2-(3-氧杂环丁烷)丁基甲苯磺酸酯17.84g(66mmol)加入三口烧瓶中，在80℃的氮气气氛下搅拌20小时。反应结束后，冷却到室温后，加入醋酸乙酯100ml和蒸馏水50ml，之后放置分离成水相和有机相。提取这样分离的有机相，进一步用水对其进行洗涤，用无水硫酸镁进行一晚的干燥。之后，过滤硫酸镁，进一步去除溶剂，从而得到反应粗产物。利用硅胶柱色谱仪(洗脱液:正己烷/丙酮)分离提纯该粗产物，得到无色透明的半固体12.20g(收率97％)。然后，这样得到的化合物用1H-NMR和13C-NMR(均为日本电子公司制)进行分析的结果，确认是1，3，3-三{4-[2-(3-氧杂环丁烷)]丁氧基苯基}丁烷。
光波导路的制作
在厚度188μm的聚萘二甲酸乙二酯薄膜的表面上涂布敷层形成用清漆，照射1000mJ/cm2的紫外线后进行80℃×5分钟的加热处理，形成厚度为20μm的下敷层。下敷层的波长830nm的折射率为1.510。
在下敷层的表面涂布芯形成用清漆，进行了100℃×5分钟的加热处理而形成了芯层。将光掩模盖在芯层上(间隔100μm)，照射2500mJ/cm2的紫外线(测定波长365nm)，且进行了100℃×10分钟的加热处理。使用Y-丁内酯水溶液溶解去除芯层的紫外线未照射部分，通过进行120℃×5分钟的加热处理，以获得图6的直线型光波导路的方式形成了芯宽20μm×高50μm的芯。波长830nm时芯的折射率为1.592。
接着，为了覆盖芯整体，将石英制凹型成形模盖在下敷层的表面上，自凹型成形模的注入孔注入敷层形成用清漆。凹型成形模具有用于在敷层上形成缺口部的凸部。透过凹型成形模对敷层形成用清漆照射2000mJ/cm2的紫外线，还进行了80℃×5分钟的加热处理。敷层形成用清漆固化后，取下凹型成形模。这样，形成顶端部的侧截面形状大致呈1/4圆面的长条凸透镜(沿长度方向将双凸透镜状的透镜切成一半的形状)的上敷层。在上敷层上形成了缺口部。上敷层的厚度是1mm，凸透镜的曲率半径是1.5mm、上敷层在波长830nm下的折射率是1.510。
准备4个在敷层上具有缺口部的上述直线型光波导路，在图6所示的2个光波导路的末端耦合了射出波长850nm的光的发光元件(Optwell公司制的VCSEL)，在剩下的2个光波导路的末端耦合了受光元件(TAOS公司制的CMOS线性传感器阵列)。各光波导路的射出端、入射端隔着坐标输入区域相面对地配置，制造了对角为4.2英寸的光学式触摸面板。
评价
实施例的光学式触摸面板在敷层上具有缺口部，能进行光波导路彼此的对搭接接合。组装实施例的光学式触摸面板时，在发光元件的光强度为100时，对组合位置进行调整直到用受光元件测量出强度为10的光大约需要5分钟。对此，在敷层上没有缺口部，在使用无法进行光波导路彼此的对搭接接合的相同形状的直线型光波导路组装光学式触摸面板的情况下，对组合位置进行调整直到用受光元件测量出强度为10的光需要30分钟以上。
测量方法
折射率
利用旋涂法将敷层形成用清漆和芯形成用清漆分别成膜在硅晶圆上，制造了折射率测量用的样品，用棱镜耦合器(Cylon公司制SPA-400)进行了测量。
芯宽度、芯高度
使用冲切式切割机(DISCO公司制DAD522)进行截面切断，用激光显微镜(Keyence公司制)观察测量了切断面。

Claims (6)

1.一种光波导路的组合构造体，其是组合多个光波导路而成的光波导路的组合构造体，其特征在于，
上述光波导路具有敷层和埋设于上述敷层中的芯，
上述敷层在不包括上述芯的部分上具有缺口部，
上述组合构造体是通过上述缺口部的对搭接接合将上述光波导路彼此组合而成的。
2.根据权利要求1所述的光波导路的组合构造体，其特征在于，
在上述光波导路的与上述芯的纵长方向垂直的截面上，上述芯的中心与上述敷层的中心不重合。
3.根据权利要求2所述的光波导路的组合构造体，其特征在于，
在上述光波导路的与上述芯的纵长方向垂直的截面上，上述敷层的中心位于上述芯的外部。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的光波导路的组合构造体，其特征在于，
上述多个光波导路互相正交地被组合。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的组合构造体，其特征在于，
上述多个光波导路被组合成矩形。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的组合构造体，其特征在于，
上述敷层的光射出端和光入射端中的一方或双方呈透镜形状。
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