CN101739181B - 触摸面板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种触摸面板。以往的包括光波导路的触摸面板为了使细的物品(例如笔)或粗的物品(例如手指)都能输入，需要缩小光波导路的芯的宽度、增加芯的条数来提高芯的密度，从而提高分辨率。因此，存在光波导路大型化、显示器单元的周围的“边框”宽这样的问题。本发明的触摸面板(30)包括发光侧光波导路(33)和受光侧光波导路(34)、电磁感应式数字化仪(36)。在需要高分辨率时，以电磁感应式数字化仪(36)识别由电子笔输入的位置坐标，在不需要高分辨率时，以光波导路(33、34)识别由手指输入的位置坐标。由此，能实现边框窄且分辨率高、电力消耗更低的触摸面板(30)。

Description

触摸面板
技术领域
本发明涉及触摸面板，特别是涉及包括光波导路和电磁感应式数字化仪的触摸面板。
背景技术
以往以来，公知有包括光波导路的触摸面板(例如，专利文献1)。因为光波导路重量轻并且能高速传送信号，所以被期待将来用于各种电子设备、特别是光学式的触摸面板。
但是，以往的触摸面板为了使无论细的物品(例如笔)还是粗的物品(例如手指)都能输入，需要缩小光波导路的芯的宽度、增加芯的个数来提高芯的密度，从而提高分辨率。因此，存在光波导路大型化，显示器单元的周围的“边框”(框)宽这样的问题。
专利文献1：日本特开2008-203431号公报
发明内容
以往的包括光波导路的触摸面板存在若提高分辨率则边框变宽这样的问题。本发明的课题在于实现一种边框窄而分辨率高的触摸面板。
本发明的触摸面板包括发光侧光波导路和受光侧光波导路、电磁感应式数字化仪。本发明的触摸面板在需要高分辨率时，以电磁感应式数字化仪识别由电子笔输入的位置坐标，在不需要高分辨率时，以光波导路识别由手指输入的位置坐标。由此，能实现边框窄且分辨率高、电力消耗更低的触摸面板。
本发明的触摸面板是以电磁感应式数字化仪来识别由电子笔输入的位置坐标的。电磁感应式数字化仪的分辨率高(1mm以下)。因此，光波导路不需要检测笔输入那样高的分辨率(1mm左右)，只要是能识别由手指输入的位置坐标那样程度的分辨率(5mm左右)即可。因此，能降低光波导路的芯密度。
图1的(a)是以往的受光侧光波导路10的示意图，图1的(b)是本发明所使用的受光侧光波导路20的示意图。在以往的受光侧光波导路10中，所接受到的光在埋设于敷层11内的芯12内传播。为了得到高的分辨率，如图1的(a)所示，需要各芯12在保持分支路的状态下与受光元件(未图示)耦合。
在本发明所使用的受光侧光波导路20中，所接受到的光也在埋设于敷层21内的芯22、23内传播。但是，因为本发明所使用的受光侧光波导路20不需要高的分辨率，所以如图1的(b)所示，能够使多条芯分支路组22与各芯主路23耦合，将所接受到的光传送到受光元件(未图示)。由此，芯主路23的条数成为以往芯主路的条数的1/5左右，能缩小受光侧光波导路20的宽度W，能缩窄触摸面板的边框。
而且，本发明的触摸面板通过将芯分支路组22与芯主路23耦合，能将较强的光引导到受光元件(未图示)，因此，能使用输出小的发光元件(未图示)。
此外，因为电磁感应式数字化仪与光波导路相比电力消耗少，所以本发明的触摸面板具有消耗电力少这样的特征。
本发明的要点如下。
(1)本发明的触摸面板包括发光元件、坐标输入区域、引导来自发光元件的光而生成横穿坐标输入区域的光线的发光侧光波导路、接受横穿了坐标输入区域的光线的受光侧光波导路、检测受光侧光波导路接受到的光的强度的受光元件、配置在坐标输入区域的下部的电磁感应式数字化仪，其特征在于，受光侧光波导路包括芯和埋设芯的敷层，芯具有以接受光线的方式配置的芯分支路组以及与芯分支路组耦合来将光引导到受光元件的芯主路。电磁感应式数字化仪配置在坐标输入区域的下部，但是也可以输入部以外的电源部、信号处理部等未必配置在坐标输入区域的下部。
(2)本发明的触摸面板，其特征在于，在需要高分辨率时，通过电子笔将位置坐标输入到电磁感应式数字化仪，不需要高分辨率时，通过用手指遮挡横穿坐标输入区域的光线而输入位置坐标。所谓高分辨率是指电子笔笔头的粗细程度那样的分辨率，即1mm左右的分辨率，所谓不需要高分辨率是指人的手指的粗细程度那样的分辨率，即5mm左右的分辨率。
本发明的触摸面板虽边框窄但分辨率高。而且与以往的触摸面板相比，电力消耗少。
附图说明
图1是以往的受光侧光波导路、本发明所使用的受光侧光波导路的示意图。
图2是本发明的触摸面板的剖视图、俯视图。
图3是电磁感应式数字化仪的示意图。
具体实施方式
触摸面板
如图2所示，本发明的触摸面板30包括发光元件31、坐标输入区域32、发光侧光波导路33、受光侧光波导路34、受光元件35、电磁感应式数字化仪36。发光侧光波导路33引导由发光元件31射出的光，生成横穿坐标输入区域32的光线37。受光侧光波导路34接受横穿了坐标输入区域32的光线37。受光元件35检测受光侧光波导路34所接受到光的强度。电磁感应式数字化仪36被配置在坐标输入区域32的下部。
电磁感应式数字化仪36的输入部包括驱动线圈层(未图示)和检测线圈层(未图示)。利用由驱动线圈层发出的规定频率的电波引起的电磁感应，电子笔(未图示)内的谐振电路产生谐振。接着，该谐振信号从电子笔发送到检测线圈层。此时，得到了最大接收电平(level)的检测线圈的位置被识别为电子笔的位置(例如，特开2008-158891号公报)。
从实用上考虑，在本发明的触摸面板中以覆盖发光侧光波导路33、受光例光波导路34的方式配置有边框型框体38。
如图1的(b)所示，本发明的触摸面板所使用的受光侧光波导路34包括埋设于敷层21的芯22、23。芯22、23由以接受光线的方式配置的芯分支路组22和与芯分支路组22耦合来将光引导到受光元件35的芯主路23构成。
本发明的触摸面板30在手指(手指那样程度粗细的物品)遮挡通过坐标输入区域32的光的一部分时，进入到受光元件35的光的强度降低，通过检测到该光的强度降低而识别手指的位置坐标。此外，在使用电子笔(坐标指示器)接触坐标输入区域32时，利用上述的机理，电子笔的位置坐标被识别。
发光元件
作为本发明所使用的发光元件31，只要能生成通过发光侧光波导路33而横穿坐标输入区域32的光线37，就可以使用任意的发光元件。
优选上述的发光元件31为发光二极体或半导体激光器，更优选是VCSEL(垂直共振腔面发射激光器)。VCSEL能够使光沿与基板面垂直的方向产生共振、并沿与基板面垂直的方向射出。因此，光传播效率优异。由发光元件31射出的光优选为波长近红外区域(700nm～2500nm)的光。
本发明的触摸面板30为在受光侧光波导路34中将分支路组22与芯主路23相耦合的构造(图1的(b))。由此，因为能增强进入到受光元件35中的光的强度，所以能使用与以往相比输出小(例如，0.1mW～3mW)的发光元件31。
坐标输入区域
在本发明中所谓的“坐标输入区域”32是指由发光侧光波导路33射出的光线37纵横地穿越的区域。在坐标输入区域32的下部配置与坐标输入区域32大致相同大小的电磁感应式数字化仪36。本发明的触摸面板30通过用手指遮挡横穿坐标输入区域32的光线37，由手指进行坐标输入。此外，通过电子笔(未图示)接触电磁感应式数字化仪36，由电子笔进行坐标输入。坐标输入区域32的前面既可以是什么都没有的空间，也可以为了增强耐擦伤性而在其表面设置透明的玻璃板、丙烯酸系板。还可以在玻璃板、丙烯酸系板的表面实施防反射(AR)处理、防眩(AG)处理。
发光侧光波导路
本被发明所使用的发光侧光波导路33只要能引导来自发光元件31的光并生成横穿坐标输入区域32的光线即可，可以使用任意的发光侧光波导路。优选发光侧光波导路33具有芯组和埋设芯组的敷层。有代表性的是，为了导入来自发光元件31的光，芯的一端与发光元件31进行光学耦合。芯的另一端为了将光线37射出到坐标输入区域32而被配置在坐标输入区域32的周围。
芯通常由折射率比敷层的折射率高的材料构成。形成芯的材料，优选图案形成性优异的紫外线固化树脂。作为紫外线固化树脂，列举有丙烯酸系紫外线固化树脂、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。
发光侧光波导路33内的芯的条数根据触摸面板30的大小适当决定。芯的截面形状没有特别的限制，但是图案形成性优异的梯形或矩形较为合适。芯宽度(梯形时为下边)优选是10μm～500μm。芯高度(连结上边、下边的各中点的距离)优选是10μm～100μm。
敷层通常由折射率比芯的折射率低的材料构成。敷层的材料是玻璃、硅、金属、树脂等，没有特别限制。敷层既可以是单片构造也可以是多层构造。在多层构造的情况下，典型地由下敷层和上敷层构成。敷层的厚度优选是5μm～20mm。
芯和敷层的折射率差优选是0.01以上，更优选是0.02～0.2。形成芯和敷层的树脂的折射率能够根据导入树脂的有机基的种类、含有量适当增大或减小。
例如，通过将环状芳香族的基(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。
另一方面，例如将直链或环状脂肪族的基(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。
发光侧光波导路可以由使用了等离子体的干蚀刻法、复制法、曝光-显影法、光致漂白(photobleach)法等任意的方法制造。
受光侧光波导路
本发明所使用的受光侧光波导路34接受横穿了坐标输入区域32的光37，将光37导入受光元件35。受光侧光波导路34包括芯22、23和埋设芯22、23的敷层21(图1的(b))。芯22、23具有以接受光线的方式配置的芯分支路组22、与芯分支路组22耦合的芯主路23。
坐标输入区域32是矩形的情况下，如图2所示，受光侧光波导路34被配置在坐标输入区域32的与配置有发光侧光波导路33的边相对的2边。
优选受光侧光波导路34的芯和敷层的材料、尺寸、形状、折射率差、制作方法与上述的发光侧光波导路33相同。
有代表性的是，为了接受来自坐标输入区域32的光线37，芯分支路组22的一端配置在坐标输入区域32的缘部。为了将光向受光元件35引导，芯主路23的另一端与受光元件35进行光学耦合。
受光侧光波导路34中的芯分支路22的条数根据触摸面板30的大小适当决定。与芯主路23耦合的芯分支路22的条数根据触摸面板30的大小适当决定，但是优选是3条～20条，更加优选是5条～15条。
将受光侧光波导路34内的相邻的2个芯主路作为第n芯主路和第n+1芯主路。第n芯分支路组属于第n芯主路，第n+1芯分支路组属于第n+1芯主路。在坐标输入区域32的缘部，只要使第n芯分支路组和第n+1芯分支路组的、最接近的分支路之间的间隔例如为3mm以上，则能够达到能识别由手指(手指那样程度粗细的物品)输入的坐标，但无法识别由电子笔(电子笔那样细的物品)输入的坐标这样的光学的分辨率。
受光元件
本发明所使用的受光元件35用于将光信号转换为电信号，检测受光侧光波导路34所接受的光的强度。由受光元件35所检测的光37的波长优选处于近红外区域(700nm～2500nm)。受光元件35的构造优选将光电二极管排成一列而成的一维图像传感器。作为这样的受光元件35，可列举CMOS图像传感器、CCD图像传感器等。
电磁感应式数字化仪
本发明所使用的电磁感应式数字化仪36通常与电子笔(坐标指示器)一起使用。如图3所示，电磁感应式数字化仪40的输入部自视觉识别侧依次包括显示器单元41、传感器板42、屏蔽(shield)板43。通过检测在电子笔和传感器板42之间产生的感应信号来识别电子笔的位置坐标。从原理上说，不识别电子笔以外的物品的位置坐标。
显示器单元41只要是能显示文字或图像的装置，就可以使用任意的显示器单元，例如，液晶显示面板、等离子显示面板是较为合适的。在本发明中，优选显示器单元41的显示画面兼作坐标输入区域32。
传感器板42通常沿X轴方向、Y轴方向组装有多个天线线圈。屏蔽板43用于防止来自背面的电磁噪音。电磁感应式数字化仪40能利用市场销售品，例如，能从Wacom公司买到。
用途
本发明的触摸面板的用途没有特别限制，能用于个人计算机显示器、ATM、游戏机、笔记本(Tablet)PC等。
实施例
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30重量份(日本特开2007-70320号公报、依据实施例2合成)、1重量份的上述成分B和41重量份的乳酸乙酯，调制成芯形成用清漆。
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，照射了1000mJ/cm2的紫外线。之后进行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。接着，将曝光掩模盖在芯层上(间隔100μm)，照射了2500mJ/cm2的紫外线。接着，进行了100℃×10分钟的加热处理。接着，使用Y-丁内酯水溶液溶解去除芯层的紫外线未照射部分。接着，通过进行120℃×5分钟的加热处理，形成了多条包括宽20μm×高50μm的芯主路和与芯主路耦合的10条芯分支路组的芯。波长830nm时芯的折射率为1.592。
接着，为了覆盖上述多条芯的整体，涂敷敷层形成用清漆，形成了湿厚度为60μm的树脂层。接着，对树脂层进行80℃×5分钟的加热处理，去除了存在于芯周边的气泡。接着，将石英制凹型成形模按压在树脂层上，在凹型成形模的内部填充了敷层形成用清漆。
接着，自凹型成形模的外侧照射2000mJ/cm2的紫外线，并进行了80℃×5分钟的加热处理。接着，剥离凹型成形模，形成了具有顶端部的侧截面形状呈大致1/4圆面状的凸透镜的上敷层。上敷层的厚度是1mm，在波长830nm时的折射率是1.510、凸透镜的曲率半径是1.5mm。
得到的光波导路包括下敷层、芯、覆盖芯地形成在下敷层上的上敷层。下敷层的厚度是20μm、芯的宽度是20μm、高度是50μm、上敷层的厚度是1mm。
触摸面板的制作
准备2个上述的光波导路，一个作为发光侧光波导路33、另一个作为受光侧光波导路34。在发光侧光波导路33的芯主路的末端，借助紫外线固化粘接剂光学耦合有射出波长为850nm的光的发光元件31(Optwell公司制的VCSEL)。在受光侧光波导路34的芯主路的末端，借助紫外线固化粘接剂光学耦合有受光元件35(TAOS公司制的CMOS线性传感器阵列)。如图2所示，这些光波导路33、34围着对角5英寸的坐标输入区域32配置。
接着，在坐标输入区域32的下部配置电磁感应式数字化仪36(用于市场销售的笔记本PC(惠普公司制compaq2710P)的构件)，制作了触摸面板30。
该触摸面板30无论手指或电子笔都可以进行坐标识别，即使发光元件31的输出为1mW那样低，也足够能够进行坐标识别。
在表1中表示有：本发明的实施例的芯条数、芯整体宽度、光源输出；作为比较例而使用不包括电磁感应式数字化仪的触摸面板，能以与实施例相同的灵敏度进行坐标识别的情况下的、芯条数、芯整体宽度、光源输出。
表1中的“芯条数、芯整体宽度”表示实施例的情况下的与受光元件耦合的芯主路23(图1的(b))的条数和整体宽度、比较例的情况下的与受光元件耦合的芯12(图1的(a))的条数和整体宽度。表1所示的是纵轴(Y轴)方向的芯条数、芯整体宽度，横轴(X轴)方向的芯条数、芯整体宽度也大致相同。“光源输出”是VCSEL的输出。
表1
芯条数(条)   芯整体宽度(mm) 光源输出(mW)
  实施例   10   0.2   1
  比较例   50   1   5
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，制作了折射率测量用试样，用棱镜耦合器(Cylon公司制)测量了折射率。
芯宽度、芯高度
使用冲切式切割机(DISCO公司制DAD522)对所制作的光波导路进行截面切断，用激光显微镜(Keyence公司制)观察切断面，测量了芯宽度、芯高度。

Claims (2)

1.一种触摸面板，其包括发光元件、坐标输入区域、引导来自上述发光元件的光而生成横穿上述坐标输入区域的光线的发光侧光波导路、接受横穿过上述坐标输入区域的光线的受光侧光波导路、检测上述受光侧光波导路接受到的光的强度的受光元件、配置在坐标输入区域的下部的电磁感应式数字化仪，其特征在于，
上述受光侧光波导路包括芯和埋设上述芯的敷层，上述芯具有以接受光线的方式配置的芯分支路组以及与上述芯分支路组耦合来将光引导到上述受光元件的芯主路，
耦合于上述芯主路的芯分支路的条数为3～20条，
上述发光元件的输出为0.1mW～3mW。
2.根据权利要求1所述的触摸面板，其特征在于，在需要高分辨率时，通过电子笔将位置坐标输入到上述电磁感应式数字化仪，不需要高分辨率时，通过用手指遮挡横穿上述坐标输入区域的光线而输入位置坐标。
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