JP2009535723A - 光学タッチスクリーン用導波管材料 - Google Patents

Abstract

本発明は、導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサーに使用するのに適したポリマー光学材料に関する。特に、この材料が、タッチスクリーンデバイスの最小操作温度未満であるガラス転移温度（Ｔｇ）を有さなければならない。導波管アセンブリがフレキシブルとなるように、好ましくは、この材料から構成される導波管が、ポリマー基板上に作製される。この場合、この材料が、ポリマー基板のＴｇ未満のＴｇを有すべきである。

Description

本発明は、導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサー用に使用するのに適した高分子光学材料に関する。

本願明細書の全体を通して、従来技術のいずれの考察が、そのような従来技術が、広く知られている又は当技術分野における周知事項の部分を形成するものであると認められるものとして考えられるべきではない。

コンピューター及び携帯電話機、携帯情報端末（ＰＤＡｓ）及び携帯ゲーム機のような他の家庭用電化製品デバイス用のタッチスクリーン入力デバイス又はセンサーは、それらの極めて高い使い勝手のよさのため、非常に魅力的である。これまで、タッチスクリーン入力デバイスを提供するために、様々な方法が使用されてきた。最も一般的な方法は、柔軟性のある抵抗性のオーバーレイを使用するが、オーバーレイは、損傷しやすく、グレアの問題を引き起こし、下にあるスクリーンを暗くする傾向があり、このような減光を補うために過度の電力消費を必要とする。また、抵抗性のデバイスは、湿気に敏感であり、抵抗性のオーバーレイのコストは、周辺の長さの２乗に従って拡大する。他の方法は、容量方式タッチスクリーンであり、これもまたオーバーレイを必要とする。この場合、オーバーレイは、通常より耐久性のあるものであるが、グレア及び減光の問題が残る。

さらに他の一般的な方法において、赤外線のマトリックスが、ディスプレイの前面に設置され、接触が１つ又はそれ以上の光線の遮断によって検出される。このような“光学”タッチスクリーンが昔から知られており（特許文献１、特許文献２）、光線が、発光ダイオード（ＬＥＤｓ）のような光源のアレイによって生成され、対応する検出器のアレイ（フォトトランジスタなど）によって検出される。これらは、オーバーレイが存在しないという利点を有し、様々な周辺光の条件で機能することが出来るが（特許文献３）、数多くの光源及び検出器部品だけでなく、補助電子機器を必要とするという重大なコストの問題を抱えている。このようなシステムの空間分解能は、光源及び検出器の数に依存するため、この部品のコストが、分解能とともに増加する。

光学導波管をベースにした、他の光学タッチスクリーン技術が、特許文献４〜８に開示されており、これらの内容が、相互参照によって本願明細書に組み込まれる。１つの特定の導波管配置を備えたこのようなデバイスの基本原理が、図１において図式的に示される。この光学タッチスクリーンセンサー構造において、集積光学導波管１０が、単一光源１１からの光を、入力領域１４を横断する光線１３のアレイを放つ面内レンズ１２に導く。この光が、入力領域の他の側面において面内レンズ１５と集積光学導波管１６の第二のセットによって集められ、そして、位置敏感型（すなわち、マルチ−エレメント）検出器１７に導かれる。タッチイベント（例えば、指又はペンによる）が、１つまたはそれ以上の光線をカットし、影として検出され、位置が、接触物によってブロックされた特定の光線から決定される。すなわち、ユーザーへのフィードバックがデバイスに入力されることを可能にする黒いスポットの存在によって、いずれの物理的な妨害物の位置が、ある範囲において特定されることが出来る。好ましくは、また、入力領域の面に垂直な方向において光線１３を平行にするために、このデバイスが、入力領域１４の両側において面内レンズ１２、１５と隣り合う外部の垂直なコリメートレンズ（ＶＣＬｓ、図１には示さない）を含む。特許文献９において開示されているバリエーションにおいて、これらの内容が、相互参照によって本願明細書に組み込まれ、送信側上において集積光学導波管１０のアレイが、複数の反射面を備えたライトパイプ状の単一光学導波管によって置換されてよい。

タッチスクリーンセンサーは、通常、スクリーンの隣辺に沿った送信導波管の２つのアレイ（Ｘ，Ｙ）、及びスクリーンの他の２つの側面に沿った受信導波管の２つの対応するアレイを備えた、二次元及び長方形である。送信側の部分として、１つの実施形態では、単一光源１１（ＬＥＤ又は面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ））が、光をＸ及びＹ送信アレイの両方を形成する複数の導波管１０に放つ（例えば、１ｘＮツリースプリッタ経由で）。単一光源及び単一位置敏感型検出器が、Ｘ及びＹ次元の両方をカバーするように使用されることが出来るために、Ｘ及びＹ送信導波管が、通常、Ｌ型基板１９上に配置され、Ｘ及びＹ受信導波管も同様である。

しかしながら、他の実施形態においては、分離された光源及び／又は検出器が、Ｘ及びＹ次元のそれぞれに対して使用されてよい。それぞれの側面上において、導波管及びレンズのアレイが、スクリーンのベゼル内に配置され、ベゼルの幅を最小化し、送信及び受信アレイが可能な限り狭くなることが望ましい。これは、携帯電話機のような小さなデバイスに対して特に重要である。

この構造の更なる利点は、全ての光線が、同時に検出され、光源と検出器の組のアレイを備えたさらに従来の構造と比較して、スキャン速度を極めて早くすることを可能にすることであり、ここで、いずれの光源／検出器経路がブロックされたのかを決定するために、光源及び／又は検出器を連続して作動する。この導波管ベースの構造において、単に更なる導波管を追加することによって、光源／検出器部品のコスト又はスキャン速度に影響を及ぼすことなく、空間分解能を、増加させることが出来る。

導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサーの主要な部品は、特許文献６に開示されているように、基板の上に集積される導波管のアレイの形状である光学導波管それ自身である。このような集積光学導波管は、当技術分野でよく知られており、通常、（屈折率ｎ_２、ここでｎ_２＜ｎ_１）クラッド材料によって囲まれ及び機械的に頑丈な基板上に組み込まれたパターン化された導光コア層（屈折率ｎ_１）から構成される。それぞれの導波管にそって伝播する光が、コアとクラッドとの間の屈折率の差によって、コア内に導かれる。コア領域は、通常、伝播方向に伸び、横断面が正方形又は長方形であり、並びに通常、（コアの底面に接触する）下部クラッド及び（他の３つの面に接触する）上部クラッドから構成されると考えられることが出来るクラッド材料によって囲まれる。しかしながら、必ずしもこのケースである必要はなく、その全体が参照により本願明細書に組み込まれる特許文献１０に開示されているように、少なくとも１つのコアの部分が、少なくとも１つの面上においてクラッド材料と接触しないほうが有利であるという、いくつかの場合もある。また、基板材料が、適切な透明性及び屈折率を有する場合に、下部クラッドが、省略されてもよい。

タッチスクリーンセンサーを組み込んだ家庭用電化製品デバイスへの使用に適するために、光学導波管及びその材料及びそれらを組み立てるために使用されるプロセスが、数多くの要求を満足しなければならない。もちろん、これらは、通常、およそ８５０ｎｍの近赤外における動作導波管において、透明である必要がある。前提としてこれを備えた材料は、第一に値段が優位性のある、すなわち、安価な製造プロセスに応じたものでなければならない。第二に、機械的応力（デバイスの曲げ、圧縮及び落下）、熱応力（極端な温度及び急激な温度変化）及び化学的安定性（水及び他の液体、蒸気並びに紫外線環境）のような環境面での課題への高度の耐性を備えた、信頼性のあるものでなければならない。第三に、これらは、全体として、タッチスクリーンアセンブリに適合するものでなければならない。

集積光学導波管が、通常、シリコンウエハー又はガラスウエハーのような剛性基板上において、ケイ酸塩ガラスのような剛性材料から形成され、半導体型のプロセス技術、すなわち、化学気相蒸着、真空蒸着、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチング等を使用して作られる。しかしながら、これらの技術は、高価な資本設備を必要とするため、コストと作製の容易さの理由から、フォトパターン化が可能なポリマー材料から形成される導波管（及び関連するレンズ）を形成することが極めて好ましい。導波管が、フォトリソグラフィ／ウェットエッチングプロセス又はモールディングプロセスによって作製されることが出来る場合、製造プラントの立ち上げの資本コストは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のような他の導波管パターニング技術によるものよりも極めて低いため、ポリマーのコスト優位性が、改善されることが出来る。特許文献６は、導波管材料として、フォトパターン化可能なポリマーであるベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）を提案しているが、導波管材料が、タッチスクリーンセンサーへの使用に適したものでなければならないという特性を考慮していない。

本発明の目的は、従来技術の不利点の少なくとも１つを克服する若しくは改善する、又は有用な代替案を提供することである。
米国特許第３４７８２２０号明細書 米国特許第３６７３３２７号明細書 米国特許第４９８８９８３号明細書 米国特許第６３５１２６０号明細書 米国特許第６１８１８４２号明細書 米国特許第５９１４７０９号明細書 米国特許出願公開第２００２／００８８９３０号明細書 米国特許出願公開第２００４／０２０１５７９号明細書 米国特許第７０９９５５３号明細書 米国特許出願公開第２００５／００８９２９８号明細書 米国特許第５２３０９９０号明細書 米国特許第５２６５１８４号明細書 米国特許第５５３４１０１号明細書 米国特許第４６０９２５２号明細書 米国特許第６０５４２５３号明細書 米国特許第６５５５２８８号明細書 米国特許第２６５１８４号明細書 米国特許第６２３６７７４号明細書 米国特許第５４０２５１４号明細書 米国特許第５２９２６２０号明細書 米国特許第６３０８００１号明細書 米国特許第４７４９２４５号明細書 米国特許第４８２４５２２号明細書 米国特許第５０６２６８０号明細書 米国特許第６３１６５８９号明細書 米国特許第６３２７４１５号明細書 米国特許第６６０３９１７号明細書 米国特許第７０３００３９号明細書 米国特許第６８００７２４号明細書 米国特許第６８１８７２１号明細書 米国特許第６９６５００６号明細書 米国特許第３９３５１３３号明細書 米国特許出願公開第２００１／００３１２６９号明細書 米国特許第６６８５９２１号明細書 米国特許出願公開第２００４／０２０９７８４号明細書 米国特許第６７２７３３７号明細書 豪州暫定特許出願第２００６９０５２５５号 Ｗ．Ａ．ＭｃＤｏｎａｌｄ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｖｏｌ．１４，ｐｐ．４−１０，２００４ Ｙ．Ｐ．Ｌｉ及びＣ．Ｈ．Ｈｅｎｒｙ，‘Ｓｉｌｉｃａ−ｂａｓｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ’，ＩＥＥ Ｐｒｏｃ．Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｖｏｌ １４３（５），ｐｐ．２６３−２８０，１９９６ Ｌ．Ｅｌｄａｄａ及びＬ．Ｗ．Ｓｈａｃｋｌｅｔｔｅ"Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ ｐｏｌｙｍｅｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｏｐｔｉｃｓ"，ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ｔｏｐｉｃｓ ｉｎ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｖｏｌ．６，ｐｐ．５４−６８（２０００） Ｃ．Ｆ． Ｋａｎｅ及びＲ．Ｒ．Ｋｒｃｈｎａｖｅｋ"Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ"，ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ．７，ｐｐ．５３５−５３７（１９９５）

概して、本発明は、光透過ポリマーコア及びポリマー基板を含むフレキシブル導波管を提供する。好ましくは、このフレキシブル導波管が、前記光透過コアの少なくとも一部と接触するポリマークラッドをさらに含む。

好ましくは、材料及び厚さが、フレキシブル導波管が、急な曲げ半径において、反復的及び可逆的に曲げられることを可能にする組み合わせに選択される。

好ましくは、光透過コアのガラス転移温度（Ｔｇ）が、導波管が使用されるデバイスの最小操作温度未満である。また、光透過コアのＴｇが、基板のＴｇ未満である。さらに好ましくは、光透過コアのＴｇが、基板のＴｇ未満であり且つ導波管が使用されるデバイスの最小操作温度未満である。材料が、電子及び光学デバイスの一般操作温度に関して選択されてよく、又は、最終デバイスの操作温度を考慮して選択されてよい。導光の所望の操作温度が、導光材料のＴｇよりも大きいことが重要である。屈折率のような、ある光学的パラメータが、Ｔｇ領域付近において非−線形性を示す。

第一側面によると、本発明が、光学タッチスクリーンセンサーの部品として使用される光学導波管を提供し、この光学導波管が、基板上に導光部を含み、ここで、導光部が、光学タッチスクリーンセンサーの操作温度未満であるＴｇを有するポリマーから構成される。

好ましくは、光学タッチスクリーンセンサーの操作温度が、少なくとも０℃から５０℃の範囲であり、あるアプリケーションでは、０℃から３５℃の範囲が許容されうる。

導光部が、有利に、１００℃未満、好ましくは５０℃未満、さらに好ましくは２５℃未満、及び最も好ましくは１０℃未満のＴｇを有するポリマーから構成される。

好ましい実施形態において、基板は、実質的にフレキシブルであり、例えば、ポリマー基板でよい。好ましくは、導光部が、ポリマー基板のＴｇよりも低いＴｇを有するポリマーから構成される。有利に、光学導波管が、１００ｃｍ未満、好ましくは１０ｃｍ未満、より好ましくは１ｃｍ未満、最も好ましくは２ｍｍ未満の曲率半径で１８０°を通して反復的且つ可逆的に曲げられることが出来る。

ある実施形態において、光学導波管の導光部が、基板の上に硬化性液体ポリマー材料を堆積し、架橋ポリマー材料を形成するためにそれを硬化することによって形成されてよい。

硬化性液体ポリマー材料が、実質的に不揮発性であり、特に、溶媒のようないずれの揮発性成分を含まないことが、極めて好ましい。不揮発性は、多くのパラメータによって決定されることが出来るが、不揮発性材料の１つの目安は、７６０ｍｍＨｇにおける約１７５℃未満で沸騰する成分がない、好ましくは、７６０ｍｍＨｇにおける約２２５℃未満で沸騰する成分がない、及び更に好ましくは、７６０ｍｍＨｇにおける約２７５℃未満で沸騰する成分がないことである。不揮発性材料の他の目安は、それが、２０℃において０．５ｍｍＨｇ未満、好ましくは、２０℃において０．１ｍｍＨｇ未満、及び最も好ましくは２０℃において０．０１ｍｍＨｇ未満の蒸気圧を有することである。不揮発性材料の更に他の目安は、その温度が２５℃を上回る場合、好ましくは、その温度が５０℃を上回る場合、最も好ましくは、その温度が７５℃を上回る場合にのみ、その蒸気圧が１ｍｍＨｇを上回ることである。

好ましくは、硬化性液体ポリマー材料が、シロキサンポリマーを含む。硬化性液体ポリマー材料が、いずれの手段、好ましくは紫外線開始フリーラジカル重合、又は他の好ましい実施形態においては、紫外線リソグラフィ／ウェットエッチング法によって硬化されてよい。他の好ましい実施形態において、硬化性液体ポリマー材料が、モールディング法において硬化されてよい。硬化性シロキサンポリマーのある例が、同一出願人により所有され、参照によりその全体が本願明細書に組み込まれる特許文献３０に開示されている。

好ましくは、ポリマー導光部が、０．５μｍから２５０μｍの厚さ、さらに好ましくは、３μｍから５０μｍの厚さ及び最も好ましくは５μｍから２５μｍの厚さの範囲を有する。

導波管基板がポリマーを含む場合、それは、好ましくは、８０℃を超える、さらに好ましくは１５０℃を超える及び最も好ましくは３５０℃を超えるＴｇを有する。

ポリマー基板が、例えば、ポリカーボネート、ポリサルフォン、ポリイミド又はポリエチレンテレフタラートのような、いずれの適したポリマー材料を含んでよい。基板は、いずれの適した厚さが使用されてよい。通常、基板の厚さは、約２５μｍから１ｍｍの厚さ、好ましくは７５μｍから２５０μｍの厚さの範囲、最も好ましくは約１７５μｍの厚さである。

他の好ましい実施形態において、本発明の光学導波管が、前記ポリマー導光部と前記基板との間に下部クラッドをさらに含む。好ましくは、下部クラッド及びポリマー導光部が、実質的に同様な組成から構成されるが、同一の組成から構成されない。下部クラッドが、コア導光部と異なる及びコア導光部よりも小さな屈折率を有する。

更に他の好ましい実施形態において、本発明の光学導波管が、前記ポリマー導光部の少なくとも一部と接触する上部クラッドを更に含む。好ましくは、上部クラッド及びポリマー導光部が、実質的に同様な組成から構成されるが、同一の組成から構成されない。上部クラッドが、コア導光部と異なる及びコア導光部よりも小さな屈折率を有する。

また、本発明が、第一側面に従う光学導波管を含むデバイスを提供する。このデバイスが、例えば、コンピューター、ゲーム又は通信機器又はこれらの複合物に使用されうる、例えば、光学タッチセンサーでよい。

第二の側面によると、本発明が、光学タッチスクリーンセンサーの部品として使用される場合の光学導波管を提供し、導波管が、基板上に導光部を含み、ここで、導光部が、光学タッチスクリーンセンサーの操作温度範囲未満のＴｇを有するポリマーから構成され、及び導光部が、基板の上に実質的に不揮発性である硬化性液体シロキサンポリマーを堆積し、架橋シロキサンポリマーを形成するためにこれを硬化することによって形成される。

第二の側面の好ましい実施形態が、第一の側面のそれと酷似している。特に、導光部が、１００℃未満、さらに好ましくは５０℃未満、よりさらに好ましくは２５℃未満、及び最も好ましくは１０℃未満のＴｇを備えたポリマーから構成されることが好ましい。

第三の側面によると、本発明が、光源を含む装置を提供し、送信導波管部が、前記光源からの光を受け取るために光学的に結合され、前記送信導波管部が、第一方向に伝播する光線の第一セットを生成し、受信導波管部が、第一方向において前記送信導波管部から間隙を介して配置され、前記受信導波管部が、前記光線の第一セットを受け取り、入力領域が前記送信導波管部と前記受信導波管との間であり、光検出器が、前記受信導波管部と光学的に結合され、前記光線が前記入力領域を横切った後に、前記光線の第一セットのそれぞれにおいて配光を実質的に同時に検出する１つ以上の光検出素子を含み、前記送信導波管部及び前記受信導波管の少なくとも１つが、導光部及び基板を含み、前記導光部が、装置の操作温度未満のＴｇを有するポリマーから構成される。

光送信部が、例えば、複数の反射面を備えたライトパイプのような単一導波管を含んでよい。光線のセットが、光の単一シートでよい。

導光部が、有利に、１００℃未満、好ましくは５０℃未満、さらに好ましくは２５℃未満、及び最も好ましくは１０℃未満のＴｇを有するポリマーから構成される。最も好ましくは、ポリマー導光部が、装置の操作温度範囲未満のＴｇを有する。装置の操作温度が、ポリマーのＴｇによって許容されるいずれの操作温度でよい。ある実施形態において、装置の操作温度が、約０℃から５０℃の範囲にあり、あるいは、ある実施形態において、装置の操作温度が、約０℃から３５℃の範囲にある。

好ましい実施形態において、基板は、実質的にフレキシブルであり、例えばポリマー基板でよい。好ましくは導光部が、ポリマー基板のＴｇよりも低いＴｇを備えたポリマーから構成される。有利に、送信導波管部又は受信導波管部が、１００ｃｍ未満、好ましくは１０ｃｍ未満、より好ましくは１ｃｍ未満、最も好ましくは２ｍｍ未満の曲率半径で１８０°を通して反復的且つ可逆的に曲げられることが出来る。

ある実施形態において、導光部が、基板の上に硬化性液体ポリマー材料を堆積し、架橋ポリマー材料を形成するためにこれを硬化することによって形成されてよい。硬化性液体ポリマー材料が、実質的に不揮発性であり、特に溶媒のようないずれの揮発性成分がないことが極めて好ましい。

好ましくは、硬化性液体ポリマー材料が、シロキサンポリマーを含む。硬化性液体ポリマー材料が、いずれの手段、好ましくは紫外線開始フリーラジカル重合、又は他の好ましい実施形態においては、紫外線リソグラフィ／ウェットエッチング法によって硬化されてよい。他の好ましい実施形態において、硬化性液体ポリマー材料が、モールディング法において硬化されてよい。好ましくは、ポリマー導光部が、０．５μｍから２５０μｍの厚さ、さらに好ましくは、３μｍから５０μｍの厚さ及び最も好ましくは５μｍから２５μｍの厚さである。

導波管基板がポリマーを含む場合、それは、好ましくは、８０℃を超える、さらに好ましくは１５０℃を超える及び最も好ましくは３５０℃を超えるＴｇを有する。ポリマー基板が、例えば、ポリカーボネート、ポリサルフォン、ポリイミド又はポリエチレンテレフタラートのような、いずれの適したポリマー材料を含んでよい。

基板は、いずれの適した厚さが使用されてよい。通常、基板は、２５μｍから１ｍｍの厚さ、好ましくは７５μｍから２５０μｍの厚さの範囲、最も好ましくは約１７５μｍの厚さである。

他の好ましい実施形態において、本発明の装置が、前記ポリマー導光部と前記基板との間に下部クラッドをさらに含む。好ましくは、下部クラッド及びポリマー導光部が、実質的に同様な組成から構成されるが、同一の組成から構成されない。

更に他の好ましい実施形態において、本発明の装置が、前記ポリマー導光部の少なくとも一部と接触する上部クラッドを更に含む。好ましくは、上部クラッド及びポリマー導光部が、実質的に同様な組成から構成されるが、同一の組成から構成されない。

好ましくは、装置は、電子デバイスようの入力デバイスであって、入力領域が、前記送信導波管部と前記受信導波管部との間に形成される。好ましい実施形態において、ユーザーが、入力領域と接触することによって、電子デバイスに入力を与える。例えば、ユーザーが、指又はペンによって、入力領域に接触する。さらに好ましくは、装置が、光学タッチスクリーンセンサーの形態であり、又は、装置が、コンピューター、ゲーム又は通信機器又はこれらの複合物の形態であってよい。

好ましくは、送信導波管部が、前記第一方向と異なる第二方向に伝播する光線の第二セットを付加的に形成し、前記受信導波管部が、前記光線の第二セットを付加的に受け取る。好ましくは、第二方向が、第一方向と垂直である。

第四の側面によると、本発明が、少なくとも１つの光源、複数の光検出素子において光度を検出するための光検出器、面を画定する入力領域、及び１つ以上のセットの導波管に分けることが可能な複数の導波管を含むリソグラフィにより画定された導波管構造を含む電子デバイス用の入力デバイスを提供し、前記光源が、前記導波管構造の導波管の第一セットに光をつなぎ、光線の第一グリッドを形成するために、前記導波管の第一セットが、導波管につなぐ光を導き、及び前記光線の第一グリッドが、第一方向において、入力領域を横切り、その後、前記導波管構造の導波管の第二セットによって、前記光検出器の光検出素子に導かれ、前記導波管の第一セット及び前記第二セットの少なくとも１つが、導光部及び基板を含み、前記導光部が、入力デバイスの操作温度範囲未満のＴｇを有するポリマーから構成される。

好ましくは、入力デバイスの操作温度が、０℃から５０℃の範囲にあり、さらに好ましくは、０℃から３５℃の範囲にある。導光部が、有利に、１００℃未満、好ましくは５０℃未満、さらに好ましくは２５℃未満、及び最も好ましくは１０℃未満のＴｇを有するポリマーから構成される。

好ましい実施形態において、基板は、実質的にフレキシブルであり、例えば、ポリマー基板でよい。好ましくは、導光部が、ポリマー基板のＴｇよりも低いＴｇを有するポリマーから構成される。有利に、前記導波管の第一セット及び前記第二セットの少なくとも１つが、１００ｃｍ未満、好ましくは１０ｃｍ未満、より好ましくは１ｃｍ未満、最も好ましくは２ｍｍ未満の曲率半径で１８０°を通して反復的且つ可逆的に曲げられることが出来る。

ある実施形態において、導光部が、基板の上に硬化性液体ポリマー材料を堆積し、架橋ポリマー材料を形成するためにそれを硬化することによって形成されてよい。硬化性液体ポリマー材料が、実質的に不揮発性であり、特に、溶媒のようないずれの揮発性成分を含まないことが、極めて好ましい。好ましくは、硬化性液体ポリマー材料が、シロキサンポリマーを含む。硬化性液体ポリマー材料が、いずれの手段、好ましくは、紫外線開始フリーラジカル重合、又は他の好ましい実施形態においては、紫外線リソグラフィ／ウェットエッチング法によって硬化されてよい。他の好ましい実施形態において、硬化性液体ポリマー材料が、モールディング法において硬化されてよい。

好ましくは、ポリマー導光部が、０．５μｍから２５０μｍの厚さ、さらに好ましくは、３μｍから５０μｍの厚さ及び最も好ましくは５μｍから２５μｍの厚さである。

導波管基板がポリマーを含む場合、それは、好ましくは、８０℃を超える、さらに好ましくは１５０℃を超える及び最も好ましくは３５０℃を超えるＴｇを有する。ポリマー基板が、例えば、ポリカーボネート、ポリサルフォン、ポリイミド又はポリエチレンテレフタラートのような、いずれの適したポリマー材料を含んでよい。

基板は、いずれの適した厚さが使用されてよい。通常、基板は、２５μｍから１ｍｍの厚さ、好ましくは７５μｍから２５０μｍの厚さ、最も好ましくは約１７５μｍの厚さである。

他の好ましい実施形態において、本発明の入力デバイスが、前記ポリマー導光部と前記基板との間に下部クラッドをさらに含む。好ましくは、下部クラッド及びポリマー導光部が、実質的に同様な組成から構成されるが、同一の組成から構成されない。

更に他の好ましい実施形態において、本発明の入力デバイスが、前記ポリマー導光部の少なくとも一部と接触する上部クラッドを更に含む。好ましくは、上部クラッド及びポリマー導光部が、実質的に同様な組成から構成されるが、同一の組成から構成されない。

好ましい実施形態において、ユーザーが、入力領域と接触することによって、電子デバイスに入力を与える。例えば、ユーザーが、指又はペンによって、入力領域に接触してよい。さらに好ましくは、入力デバイスが、光学タッチスクリーンセンサーの形態であり、及び電子デバイスが、コンピューター、ゲーム又は通信機器又はこれらの複合物の形態でよい。

他の好ましい実施形態において、入力デバイスが、前記導波管構造の導波管の第三セット及び前記導波管構造の導波管の第四セットをさらに含み、前記光源が、前記導波管の第三セットに光をつなぎ、光線の第二グリッドを形成するために、前記導波管の第三セットが、導波管につなぐ光を導き、前記光線の第二グリッドが、前記第一方向と異なる第二方向において、入力領域を横切り、その後、前記導波管構造の前記導波管の第四セットによって、前記光検出器の光検出素子に導かれる。

好ましくは、前記導波管の第三セット及び前記第四セットの少なくとも１つが、導光部及び基板を含み、前記導光部が、入力デバイスの操作温度未満のＴｇを有するポリマーから構成される。入力領域が、いずれの形状でよいが、好ましくは、長方形である。好ましくは、第二方向が、前記第一方向に対して垂直である。

本発明が、添付の図面を参照するとともに、ほんの一例として、記述される。

特許文献６、５及び４に記載されているような光学タッチセンサーは、タッチイベントを察知するために使用される光線のマトリックスを分配し及び集めるための集積光学導波管のアレイの所有に左右される。集積光学導波管は、通常、（屈折率ｎ_２、ここでｎ_２＜ｎ_１）クラッド材料によって囲まれ及び適切な基板上に組み込まれたパターン化された導光コア層（屈折率ｎ_１）から構成される。導波管に沿って伝播される光が、コアとクラッドとの間の屈折率の差によって、コア内に導かれる。特許文献９に記載されているバリエーションにおいて、“送信”側の集積光学導波管、すなわち光を分配するために使用されるそれらが、例えば複数の面からの反射によって形成される光を備えたライトパイプ状の単一光学導波管によって置換されてよい。ライトパイプにおいて、クラッドは、通常、空気であるが、導光原理は同じである。

図２ａは、端面図を示し、図２ｂは、基板２１、下部クラッド層２２、複数の導光コア２３及び上部クラッド層２４を含む集積光学導波管２０の典型的なアレイのＡ−Ａを通る側面図を示す。材料システムにより、様々な技術が、下部クラッド、コア及び上部クラッド層の堆積に使用可能である。これらは、火炎加水分解及び化学気相蒸着（例えばガラスに対し）、分子線エピタキシー（例えば半導体に対し）並びにスピンコーティング（例えばポリマーに対し）を含む。コア層が、例えば、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチング（大部分の材料に適する）又は露出と非露出材料との間の溶解度の差を生かした、フォトリソググラフィとウェットエッチング（例えばフォト−パターン化可能なポリマーに対し）によって、パターン化されてよい。あるいは、ポリマーコア層が、例えば特許文献１１及び１２に開示されているように、モールディング又はエンボス加工プロセスによって、パターン化されてよく、いったんマスターまたはモールドが得られると、導波管が、繰り返し形成されることが出来る。フォト−硬化性ポリマーは、モールディング又はエンボス加工プロセスの間に、要求に応じて硬化させる（すなわち凝固させる）ことが出来るため、このような方法に特に適している。また、さらに他の方法において、硬化性ポリマー材料を備えたコア層が、要求に応じ、例えば特許文献１３に開示されているような直接ディスペンスと硬化プロセスによって堆積されてよい。ポリマー材料から集積光学導波管を作製するための他の方法が、当業者にはよく知られているだろう。

集積光学導波管を作製するに使用される方法に関係なく、光がコア内に限定されるように、下部２２及び上部２４クラッド層の屈折率が、コア２３のそれよりも小さい必用がある。導光モードが対称となるように、多くの場合、下部２２及び上部２４クラッド材料が、同じ屈折率を有するが、これは必須ではない。基板２１を含む材料が、透明であり、コア２３を含む材料よりも低い屈折率を有する場合、下部クラッド層２２が、省略されてよい。通常、導波管が、横断面が正方形又は長方形である光透過である細長いコア領域を有する。底面は、通常、基板と隣り合う又は基板に最も近いものとして定義され、最上面は、底面と平行であるが基板から最も遠い面として定義され、両側面は、実質的には基板に対して垂直な面として定義される。従来当技術分野において記述された集積光学導波管では、コアは、下部クラッド又は上部クラッドのいずれか一方のクラッド材料によって囲まれる。しかしながら、これは、必ずしもそうである必要はなく、少なくとも１つのコアの部分が、少なくとも１つの面上においてクラッド材料と接触しないほうが有利であるという、いくつかの場合もある。この例が、本発明の導波管ベースの光学タッチスクリーンに見られうるが、これは、特許文献１０に開示されているように、図１に示される面内レンズ１２及び１４が好ましくは空気界面を有する曲がった端面を有する。

上記のように、導波管ベースの光学タッチセンサーは、多くの特性（これらが、価格面で優位性がなければならない；これらが、頑丈であり及び信頼性のあるものでなければならない；及びこれらが、全体としてタッチスクリーンアセンブリに適合するものでなければならない）を備えた光学導波管を必要とする。この第三の特性は、他の２つほど明らかではないが、適度なレベルのフレキシビリティーを備えた基板を必然的に伴い、導波管アレイが、機械的にフレキシブルとなることは極めて有利である。妥当なレベルのフレキシビリティーを備えた導波管アレイは、第一に、光源、位置敏感型検出器及び垂直なコリメートレンズのような外部光学素子を含めたシステム内において他の光学部品を含む配置構造に対し有利である。第二の利点が、図３に示され、ここで、送信導波管アレイを有する基板３１及び受信導波管アレイを有する基板３２が、ディスプレイの外面の周囲に平らに横たわるというよりむしろ、ディスプレイ３３の端部の下で折り曲げられる。利用できるディスプレイ領域を増加させることが出来るので、これは、スペースが重視される携帯電話機のようなデバイスにおいて特に重要である。シリコン又はガラスのような剛性材料の薄い基板が、配置に関連した調整に対する十分なフレキシビリティーを有しうるが、図３に示される構成は、高フレキシブル基板材料を必要とする。以下、それが、１００ｃｍ未満、好ましくは１０ｃｍ未満、より好ましくは１ｃｍ未満、最も好ましくは２ｍｍ未満の曲率半径で１８０°を通して反復的且つ可逆的に曲げられることが出来る場合、基板又は基板／導波管アセンブリが、“実質的フレキシブル”と称される。実質的フレキシブルな基板材料は、好ましくはポリマーであるが、それらが平坦化されることが出来る場合、例えば、下部クラッドとしての役割を果たすことも出来るスピンオンポリマー層を備えた、ラミネート又は織布のような他の材料が、使用されることも出来る。

シリコンのようなさらに従来の基板材料と比較すると、ポリマー基板は、コスト及び重さに関する利点も有する。ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリレート（ＰＭＭＡ等）及びポリイミド（ＰＩ）を含む広い範囲のポリマー基板が、利用可能であり、これらの全てが、フラットパネルディスプレイ産業において使用されている（非特許文献１）。高い表面品質（例えば、滑らかさ）を備え、安価であり大量に広く利用されることが出来るため（例えば、Ｍｅｌｉｎｅｘ（登録商標）又はＭｙｌａｒ（登録商標））、当然、ＰＥＴが最も広く使用されている。ポリカーボネート及びポリサルフォンも同様に安価であり且つ広く利用することが出来る。

集積光学導波管は、シリコンウエハー又はガラスウエハーのような剛性基板上のシリケートガラスのような材料を使用し、半導体型のプロセス装置、すなわち、化学気相蒸着、真空蒸着、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチング等を使用し、最も一般的に生成されている（非特許文献２）。このような導波管は、確かに環境面において強いが（機械的衝撃を除く）、過度に高い堆積温度のため、これらは、（主に、装置の資本コストのために）高価であり且つ通常ポリマー基板と適合しない。また、フレキシブル導波管構造を有するために、基板と導波管材料の両方が、フレキシブルである必要がある。導波管層は、通常、基板よりも極めて薄いので、導波管／基板複合物の全体のフレキシビリティーは、基板材料の特性及びその厚さによって決定される基板材料の特徴に支配される。基板の厚さは、通常、２５μｍから１ｍｍの範囲であり、一方、それぞれの導波管層は、通常、０．５〜２５０μｍの厚さでありうる。導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサーに対しては、基板の厚さは、好ましくは７５〜２５０μｍであり、最も好ましくは約１７５μｍであり、導波管コア層の厚さは、好ましくは３〜５０μｍであり、最も好ましくは５〜２５μｍである。

上記に説明したように、フォトリソグラフィ／ウェットエッチングプロセスを使用するフォト−パターン化可能なポリマー材料を用いた導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサーに対しては、導波管アレイ（及び関連するレンズ）を形成することが極めて好ましい。これは、基板材料が、ウェットエッチング段階に使用される溶媒に比較的不浸透性であるという単純な条件を備えた、ポリマー基板に適合する低温プロセスである。フォトリソグラフィ／ウェットエッチングプロセスによるポリマー光学導波管の作製が、当技術分野においてよく知られており、例えば特許文献１４〜１６において開示されている。あるいは、例えば特許文献１１及び１７に開示されているように、導波管アレイ（及び関連するレンズ）が、モールディング又はエンボス加工プロセスを使用して形成されてもよい。

あるアプリケーションにおいて、ポリマーが選択された場合、考慮される必要がある多くのことの中で、１つの重要な特性は、そのガラス転移温度、Ｔｇである。Ｔｇは、熱容量における二次相転移として定義されることが出来、温度に対する体積変化の速度における傾きの変化としてそれ自身を明らかにする。機械的特性に関しては、ポリマー材料は、そのＴｇ未満において硬い又は “ガラス状”であり、及びそのＴｇを超える場合においては柔らかい又は“ゴム状”であり、そのＴｇ付近においてはさらに複雑な“粘弾性”領域を備える。Ｔｇを越える場合におけるポリマーの機械的特性は、分子構造、特に、ポリマーが架橋しているか否かに依存する。非架橋ポリマーは、Ｔｇを越える場合において溶解又は流動し（即ち、それは機械的な完全性を有さない）、一方、架橋ポリマーは、機械的完全性を保つが、架橋間の鎖セグメントと関連する局部的な運動の自由度を有する。ディスプレイ用に使用されるフレキシブル基板及びポリマー導波管は、有利に、熱−機械的及び環境ロバスト性で選択される高Ｔｇポリマーから構成される。典型的な例は、ポリカーボネート（Ｔｇ〜１５０℃）、ポリサルフォン（Ｔｇ〜１９０℃）及びポリイミドＫａｐｔｏｎ（登録商標）（Ｔｇ〜３５０℃）であるが、低Ｔｇ材料であるポリエチレンテレフタラート（例えば、Ｍｅｌｉｎｅｘ（登録商標），Ｔｇ〜８０℃）も、使用される。

ポリマーの屈折率は、その密度に大きく依存するので、また。ポリマーのＴｇが、温度に対する屈折率のプロットにおける傾きの変化としてそれ自身を明らかにし、ある場合においては、これは、Ｔｇを決定するための便利な手段である。しかしながら、架橋ポリマーにおいては、Ｔｇを超える場合において自由に移動出来るのは、架橋間の鎖セグメントのみであるということに留意すべきであり、Ｔｇに関連する傾きの変化は、全ての鎖がＴｇを越える場合において自由に動くことが出来る非架橋ポリマー（例えば、ポリエチレン又はＰＭＭＡのような熱可塑性物質）の場合ほど激しくない場合もある。

いったん適切な特性（例えば、コスト、表面品質、Ｔｇ）を備えたフレキシブル基板が選択されると、ポリマー導波管材料が、基板の機械的特性に従うことが極めて望ましい。特に、ポリマーは、Ｔｇを越える場合においては柔らかく及びゴム状であるため、導波管が、導波管内において局部的応力を引き起こすことなく屈曲または曲げられることを許容する低Ｔｇポリマー導波管材料を使用することが有利である。一方、導波管が、高Ｔｇポリマー材料から構成される場合、反復的な屈曲が、光学的な性能を下げるだけでなく、成長し最終的に導波管層の機械的破損を引き起こすマイクロ−クラックをもたらしうる局部化された応力を徐々に引き起こしうる。また、低Ｔｇポリマー導波管材料の使用は、導波管が、熱膨張、高湿度環境における水分の吸収及び／又は物理的伸縮のために生じうる基板の寸法の変化に対応することを許容する。ポリマー導波管材料のＴｇは、好ましくは、１００℃未満、さらに好ましくは、５０℃未満、よりさらに好ましくは２５℃未満、最も好ましくは１０℃未満である。材料が、常にゴム状態であるように、ポリマー導波管材料のＴｇが、デバイスの最小操作温度を下まわることが特に望ましい。

数多くのポリマー導波管材料が、知られており、光学デバイスの分野に使用されており、その大部分が、通常１００℃を超える高ガラス転移温度Ｔｇを有する。これは、大気温度及び多くの光学デバイスの操作温度において、導波管ポリマーが、硬い“ガラス状”状態にあることを意味する。パッケージング（即ち、はんだ付け）の間に直面する、デバイスの操作の間の長期間及び例えば２５０℃までの処理の間の短いサイクルの両方において、高いＴｇが、熱的及び機械的安定性のために不可欠であると信じられているため、高Ｔｇポリマーが、従来、好まれてきた。高Ｔｇ光学ポリマーの例は、ポリイミド、ベンゾシクロブテン、ポリカーボネート、イミド化ＰＭＭＡ、ポリエステル、ポリノルボルネン、アクリレート、Ｄｕｐｏｎｔ社のＰｏｌｙｇｕｉｄｅ^ＴＭ、及びＡｋｚｏ Ｎｏｂｅｌ社のＢｅａｍＢｏｘ^ＴＭを含む。特に、特許文献６に例示される、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）ポリマー材料は、Ｔｇが３５０℃までの高Ｔｇポリマーである（非特許文献３）。

当技術分野において、通常シロキサン及びアクリレート（フッ化アクリートを含む）である低Ｔｇポリマーが、導波管材料として使用されるいくつかの例がある。導波管材料として使用される他の低Ｔｇポリマーは、架橋エポキシＮｏｒｌａｎｄ ６８である。これらに対する先入観にもかかわらず、架橋低Ｔｇポリマーは、光学導波管デバイス、特に熱−光学デバイス（特許文献１８に開示されるように）に対して驚くほど有益となることができるが、これは、第一に、デバイスをＴｇをはるかに超えるように維持することによって、ポリマー特性の時間−依存である反応性（粘弾性効果と関連する）が回避されることが出来るためであり、第二に、ポリマーの熱−光学係数が、通常、Ｔｇ未満よりもＴｇを超える場合のほうが著しく優れているためである。従って、機械的完全性が架橋によって保たれるならば、材料が、その柔らかい又は“ゴム状”状態のままであり、ポリマーのＴｇが、デバイスの最小操作温度未満であることが有利である。光学タッチセンサーに使用される低Ｔｇを備えたポリマー導波管材料の使用は、当技術分野において知られていない。

低Ｔｇを有することに加え、硬化される前に、ポリマー導波管材料が実質的に不揮発性であるならば有利である。特に、ポリマー導波管材料が、硬化される前にいずれの溶媒を含まないならば有利である。基板に適応されるためには、ポリマー導波管材料が、通常、液体状であることが必要である。これは、又は硬化の前に、溶媒に材料を溶解すること、本質的に液体である材料を使用することのいずれかによって達成されることが出来る。スピンコーティング、押し出しコーティング、スロットコーティング、スクリーン印刷又はドクターブレーディングのような一般に使用されている方法によって、導波管材料が基板の上に適応される場合、材料のレオロジーが、コーティングプロセスの間、良好に制御されることが望ましい。

低揮発性溶媒が、通常使用されるが、コーティングプロセスの間、継続的に蒸発するために、ポテンシャルが溶媒に対して残り、必然的にレオロジーが変化し、従って、コーティングプロセスを制御することが困難になる。一方、実質的に不揮発性である材料は、一定温度が維持される場合には、いずれの一連のコーティング段階の間に、基本的なレオロジーの変化を経験しないだろう。同時に出願され及び参照によりそれらの全体が本願明細書に組み込まれる“Ｌｏｗ ｖｏｌａｔｉｌｉｔｙ ｐｏｌｙｍｅｒｓ ｆｏｒ ｔｗｏ−ｓｔａｇｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ”（出願番号＿）及び“Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ ｐｏｌｙｍｅｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ ｏｎ ｌａｒｇｅ ａｒｅａ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ” （出願番号＿）と題される我々の同時係属中の出願に開示されているように、実質的に不揮発性であるポリマーは、長方形の平面パネルのような大面積基板上の光学導波管のコスト効率の良い作製に適応されることが出来る押し出し−及び−スピンのような二段階の堆積プロセスに対し、特に有利である。無溶媒の不揮発性導波管材料を使用することによる更なる利点は、基板領域にわたる膜質の改善及びコーティング後であってパターニングの前に溶媒を除去することが要求されうるいずれのソフトベーク段階の回避である。ポリマー基板が使用される場合、無溶媒ポリマー材料は、基板が、材料内の溶媒によって攻撃されうるかどうかを心配する必要がないという、さらに他の利点を有する。ポリイミド、ＰＥＮ及びＰＥＴのようないくつかのポリマー基板材料が、良好な耐溶媒性を有することが知られているが、ポリカーボネート、アクリル及びポリスチレンのような他のものは、これを有さない。無溶媒ポリマー導波管材料は、以前に記載されているが（例えば、ＤｕＰｏｎｔ社のＰｏｌｙｇｕｉｄｅ^ＴＭ材料システム（特許文献１９及び２０）、Ｃｏｒｎｉｎｇ社の多機能性アクリレート（特許文献１６）及びＡｌｌｉｅｄＳｉｇｎａｌ社の多機能性ビニルエーテル（特許文献２１）を参照）、しかしながら、ポリメチルメタクリレート及びポリ（α−メチルスチレン）（特許文献２２）、ポリジアセチレン（特許文献２３）、ポリアクリレート及びポリシロキサン（特許文献２４）、ポリイミド（特許文献２５）、ポリ（メチルメタクリルイミド）（特許文献２６）、ベンゾシクロブテン（非特許文献４）並びにてテフロン（登録商標）、ＣＹＴＯＰ（登録商標）及びＨＹＦＬＯＮ（登録商標）（特許文献２７）のような高度にフッ素化されたポリマーを含む周知のポリマー導波管材料の大部分は、プロセスのために溶媒に溶解される必要がある。特に、特許文献６に例示されたベンゾシクロブテンポリマー材料は、溶媒を必要とするポリマー導波管材料の群のうちの１つであり、従って、大面積基板上の光学導波管の大量生産に対しては望ましくないものであろう。光学タッチスクリーンセンサーに使用するための、実質的に不揮発性であるポリマー導波管材料、及び特に無溶媒ポリマー導波管材料の使用は、当技術分野において知られていない。

液体材料が“実質的に不揮発性”とみなされうるいくつかの基準が存在する。いくつかの基準が、沸点（特定圧力における）又は蒸気圧（特定温度における）の概念を含みうる。他の基準が、特定温度及び圧力における特定期間内における、単位表面積当たりの材料損失の重量と関連する。本発明の目的に対し、液体材料の揮発度が、７６０ｍｍＨｇの圧力（即ち１ａｔｍ）における沸点、２０℃における蒸気圧、及び蒸気圧が１ｍｍＨｇを越える場合における温度の３つの基準に従って定義されうる。ここで留意すべきは、沸点と蒸気圧は関連する、すなわち、一定圧（約７６０ｍｍＨｇ）において、液体は、その蒸気圧がその圧力に達した場合、沸騰するということである。通常、沸点は、異なる液体の揮発度を比較するのに最も単純な基準であるが、これは、沸騰前に液体が分解しないならば、容易に観察できるためである。液体の沸点は、通常、その物理的特性の中でリストアップされうる。蒸気圧データは、常に容易に入手できるものではなく、常に同一温度において引用されるものとは限らないため、蒸気圧に基づく比較は、さらに難しいものとなりうる。

クロロフォルム、ベンゼン及びトルエン（特許文献２２）、ジメチルシクロヘキサン（特許文献２３）、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ、特許文献２４）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ、特許文献２５）、２−メトキシエチルアセテート（特許文献２７）及びエチルラクテート（特許文献２８）を含む、様々な溶媒が、スピンコーティング用のポリマー材料を溶解するために使用されている。近年、シクロペンタノン、シクロヘキサノン及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）が、評判の良いスピンコーティング溶媒となっている。入手可能である、これらの溶媒に対する選択された沸点及び蒸気圧データが表１に提示される。

これら溶媒の全てが、１７５℃未満の沸点を有するため、液体材料が“実質的に不揮発性”となる１つの考えられる基準は、それが、７６０ｍｍＨｇの１７５℃未満において沸騰するいずれの成分を含まず、好ましくは、７６０ｍｍＨｇの２２５℃未満において沸騰するいずれの成分を含まず、最も好ましくは、７６０ｍｍＨｇの２７５℃未満において沸騰するいずれの成分を含まないことである。あるいは、実質的に不揮発性である液体材料が、２０℃において０．５ｍｍＨｇ未満、好ましくは、２０℃において０．１ｍｍＨｇ未満、最も好ましくは、２０℃において０．０１ｍｍＨｇ未満の蒸気圧を有するものとして定義されてよい。あるいは、実質的に不揮発性である液体材料が、２５℃を上回る温度、好ましくは、５０℃を上回る温度、最も好ましくは、７５℃を上回る温度の場合にのみ、その蒸気圧が１ｍｍＨｇを上回るものとして定義されてよい。

実質的に不揮発性である硬化性ポリマーシステムは、通常、エポキシ基又はエチレン系（ｅｔｈｙｌｅｎｉｃａｌｌｙ）不飽和基のような硬化性作用を有する、オリゴマーとして知られている低分子量ポリマー鎖で構成されている。液体ポリマーの分子量は、その粘土と密接に関連付けられ、粘土が高すぎる（即ち、分子量が高すぎる）場合、ポリマーが、光学的品質膜を形成するために基板上に堆積されることが出来ないが、これは、当技術分野において知られている多くの光学及びフォトレジストポリマーは、溶媒で希釈される必要があるためである。一方、実質的に不揮発性であるポリマー内のオリゴマーの分子量が、低すぎる場合、それぞれの鎖が、効果的な硬化が発生するのに不十分な硬化作用を含みうる。

当然のことながら、実質的に不揮発性である硬化性ポリマーシステムが、通常、１００−１０，０００ｃＰ、更に好ましくは５００−５，０００ｃＰ、最も好ましくは１，０００−４，０００ｃＰの好ましい粘土範囲を有しうる。粘土は、多くの場合、温度と強く関連するので、これらの好ましい粘土が、プロセスが実行される温度、通常室温に関連する。

紫外線硬化性シロキサンポリマーは、潜在的に低Ｔｇ（その組成に依存する）を備えた、導波管を作製するために特に適した材料の種類である。特に、これらは、溶媒なしに処理されることが出来、このため、実質的に不揮発性である。これらは、例えば、参照によりその全てが本願明細書に組み込まれる特許文献２９、３０又は３１に開示されているような縮合反応によって合成される。シロキサンポリマーが、シリコン、ガラス及びポリマーを含む様々な基板材料との優れた接着性を有する。

特許文献２９、３０及び３１に開示されている反応によって合成されたシロキサンポリマーが、上記表１に関して記述された“実質的に不揮発性”の基準を極めて満足しやすいことを明示するために、ある標準的なシロキサンポリマーに対する不揮発度データが、ここで示される。不揮発度データが文献として入手可能である、最も一般的に入手可能なシロキサンポリマーは、直鎖メチル−置換シロキサン、即ち、２つ又は３つのメチル基を有するそれぞれのシリコン原子を備えている。表２は、最大で１１個までのシリコン原子を備えた直鎖メチル−置換シロキサンに対する不揮発度データを示す（“Ｍｅ”がメチル基，ＣＨ_３−を示すことに留意すべきである）。

表２における沸点データの検査が、通常、ポリマーというよりはむしろオリゴマーと見なされる小さな鎖長のメチル−置換シロキサンでさえ、１７５℃を上回る沸点を有することを示す。本発明の目的に対し、及び上記表１にリスト化された溶媒に対比して、これらのメチル−置換シロキサンが、実質的に不揮発性であると見なされうる。同様に、これらが、２０℃を上回る温度においてのみ１ｍｍＨｇの蒸気圧を有するため、これらは、実質的に不揮発性であると見なされうる。これらが、２０℃において０．５ｍｍＨｇ未満の蒸気圧を有するため、また、これらは、実質的に不揮発性であると見なされうる。実際に、いったん繰り返し単位の数が５に達すると、３８４．９の分子量を備え、蒸気圧が、２０℃において０．１ｍｍＨｇ未満である。当業者においては当然のことながら、高分子量を備えたシロキサンポリマー又はオリゴマーが、低い蒸気圧を有しうる。特許文献２９、３０又は３１に開示されている手段によって合成されたシロキサンポリマーが、常に、５００を上回る、通常１０００を上回る分子量を有するので、本願明細書に定義されるように、これらが、実質的に不揮発性でありうることは明らかである。

最後に、我々は、本特許文献において、シロキサンポリマー（シリコーンとしても知られている）が不揮発性と見なされるいくつかの事例について言及する。（特許文献３２、３３、３４及び３５）

硬化速度を増加するために、光開始剤又は熱開始剤が、追加されてよい。市販の入手可能な光開始剤の例は、１−ヒドロキシ−シクロへキシル−フェニル−ケトン（Ｉｒｇａｃｕｒｅ １８４）、２−メチル−１［４−メチルチオ フェニル]−２−モルホリノプロパン−１−オン（Ｉｒｇａｃｕｒｅ ９０７）、２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オン（Ｉｒｇａｃｕｒｅ ６５１）、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルホリノフェニル）−ブタノン−１（Ｉｒｇａｃｕｒｅ ３６９）、４−（ジメチルアミノ）ベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−プロパン−１−オン（Ｄａｒｏｃｕｒ １１７３）、ベンゾフェノン（Ｄａｒｏｃｕｒ ＢＰ）、１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）−フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−１−オン（Ｉｒｇａｃｕｒｅ ２９５９）、４，４’−ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノン（ＤＥＡＢ）、２−クロロチオキサントン、２−メチルチオキサントン、２−イソプロピルチオキサントン、ベンゾイン及び４，４’−ジメトキシベンゾインを含む。可視光線を用いた硬化のために、開始剤が、例えばカンファーキノンでよい。２つ以上の光開始剤の混合物が使用されてもよい。例えば、Ｉｒｇａｃｕｒｅ １０００は、８０％のＤａｒｏｃｕｒ １１７３と２０％のＩｒｇａｃｕｒｅ １８４との混合物である。熱硬化に対し、過酸化物の形である有機過酸化物（例えば、過酸化ジベンゾイル）、ペルオキシジカーボネート、ペルエステル（ｔ−ブチルペルベンゾエート）、ペルケタール、ヒドロペルオキシド、及びＡＩＢＮ（アゾビスイソブチロニトリル）が、開始剤として使用されてよい。開始剤が、全体の組成の重量の０．０１％から１０％、更に好ましくは全体の組成の重量の０．５％から４％のレベルで存在してよい。硬化材料への混合の容易さのため、液体開始剤が、通常好ましい。しかしながら、ある固体開始剤が、溶媒を追加することなく、硬化材料に溶解されてもよい。安定剤、可塑剤、コントラストエンハンサー、染料又は充てん剤のような他の添加剤が、要求に応じポリマーの特性を高めるために追加されてよい。

フォト−パターニング又はモールディングによって作製された導波管に適したポリマー材料の薄膜が、スピンコーティング、ディップコーティング、メニスカスコーティング、押し出しコーティング及びスロットコーティングを含む様々な方法によって、基板の上に堆積されることが出来る。次に、これらの薄膜が、例えばマスクアライナ又はステッパー内のマスクを通した光、又はレーザーダイレクトライティング手段による光のいずれかでフォト−パターン化されることが出来、マスクを通した露出が、高作製スループットのためには通常好ましい。

導波管を形成及びパターニングする方法が、我々の同時係属中の特許文献１０に記述されており、この内容が、参照により本願明細書に組み込まれる。適切なポリマーが特許文献３０に開示されている。

本発明のデバイスが、フレキシブル基板上の光透過部の直接パターニングによって準備されてよい。あるいは、基板が、中間剥離層を備え又は備えず、支持材上に据え付けられてよく、基板が、支持材から剥がされる前に、光透過層が、基板上に備えられる。

堆積されたポリマーは、化学線、好ましくは、紫外線によって、好ましくは硬化される。紫外線光は別として、フォト−硬化ポリマーを硬化するのに適した、Ｘ線、可視光及び電子ビームを含むいくつかの種類の化学線が、当技術分野において知られており、本発明に適している。フォト−パターニング及びウェットエッチングをベースにした作製方法を使用する場合、硬化が、有利に、露出されていない材料を除去するために展開溶媒を有効に使う溶解性変化を引き起こす。あるいは、モールディングベースの作製方法を使用する場合、ポリマーが、開放される前にモールドを通して有利に硬化されることが出来る。直接のディスペンスをベースにした作製方法を使用する場合、基板の上に施された後、ポリマーが、有利に硬化される。ポリマーは、好ましくは特許文献２９、３０又は３１に開示されているような縮合反応によって合成され、好ましくはエチレン系不飽和置換基を含む、好ましくはシロキサンポリマー（交互のＳｉ−Ｏ骨格を供えたポリマー）である。フォト−硬化性シロキサンポリマー上のエチレン系不飽和置換基は、例えば、メタクリレート基、スチレン基（その内容が、参照により本願明細書にも組み込まれる特許文献３６のような）又はフリーラジカル付加重合を受けることが可能であるいくつかの他の基でよい。

ひとつの好ましい形態において、本発明に使用されるポリマーは、中間アシドリシス溶液を生成するための酸を備えた金属アルコキシド化合物のアシドリシス段階及び金属アルコキシドポリマーを生成するための金属アルコキシド化合物の存在下での中間溶液の凝縮段階を含む特許文献２９に開示されている方法によって合成されたシロキサンである。通常、アシドリシス及び凝縮段階のそれぞれに使用される金属アルコキシド化合物は異なるが、これらが同じであってよい。好ましくは、アシドリシス及び凝縮段階はが、水が追加されることなく実行される。酸が、アシドリシス反応において消費される。好ましくは、金属アルコキシド化合物は、有機修飾される。さらに好ましくは、アシドリシス及び／又は凝縮段階に使用される金属アルコキシド化合物の少なくとも２５％が、有機修飾される。有機修飾金属アルコキシド化合物は、アシドリシス及び凝縮段階の間、影響を受けない炭素結合を有する少なくとも１つの金属を含むものである。好ましくは、金属アルコキシド化合物（複数）が、以下の一般式を有する。
Ｒ^１ _ｎＭ（ＯＲ）_Ｖ−ｎ （１）
ここで、Ｍは、価数Ｖの金属であり、ｎは、０から（Ｖ−１）の整数であり、Ｒは、１個から６個の炭素原子を有する短鎖アルキル基であり、Ｒ^１は、１個から２０個の炭素原子を含むアルキル又はアリール基である。アルキル又はアリール基Ｒ^１が、有機ネットワークを形成するために、光分解又は熱のいずれかによって重合されることが出来るアルケニル、アリル、アルカクリロキシ（ａｌｋａｃｒｙｌｏｘｙ）、アクリロキシ（ａｃｒｙｌｏｘｙ）又はエポキシ基、及びハロゲン、アミノ、メルカプト、シアノ、ニトロ、アミド及びヒドロキシ基のような種類を含む置換基を有してよい。１つ以上のＲ^１基が存在する場合、Ｒ^１基が同一であってもなくてもよい。好ましくは、金属アルコキシド化合物の少なくとも１つが、ゼロより大きなｎを有すべきであり、即ち、少なくとも１つのＭ−Ｃ結合を有し、前記化合物が、金属アルコキシド種の総数の少なくとも２５％を構成すべきである。好ましくは、金属アルコキシド化合物（複数）が、シリコン、ジルコニウム、チタニウム、ゲルマニウム及び／又はアルミニウムのアルコキシドである。好ましくは、酸が、ホウ素又はリン酸又はギ酸、酢酸若しくはシュウ酸のようなカルボン酸のような無機酸である。さらに好ましくは、酸が、ガラス形成又はガラス改質酸化物を有し、約２よりも大きなｐＫａを有する要素である。好ましくは、アシドリシス段階における金属アルコキシド化合物に対する酸のモル比が、１：５から１０：１である。

好ましくは、金属アルコキシド化合物のアシドリシスが、例えば、メタノールのようなアルコールである共溶媒の存在下において実行される。この共溶媒が、ポリマーが合成された後で除去され、その結果、ポリマーが、無溶媒であり、膜堆積時には実質的に不揮発性であることに留意すべきである。

本発明の他の好ましい形態において、ポリマーが、（Ａ）少なくとも１つのシラノール基を有する少なくとも１つのシリコン含有化合物、及び（Ｂ）少なくとも１つの−ＯＲ基を有する少なくとも１つのシリコン含有化合物と共に反応すること含む特許文献３０に開示されているプロセスによって準備され、ここで、Ｒは、（Ｃ）反応が進むことを可能にするために選択されたカルシウム又はマグネシウム触媒及び（Ｄ）少なくとも１つの溶媒の存在下において、１個から８個の炭素原子を有するアルキル基、又は２個から８個の炭素原子を有するアルコキシアルキル基を表す。有機シリコン凝縮物は、シロキサンであり、最も好ましくは、ポリシロキサンである。

化合物（Ａ）及び（Ｂ）が、独立して、単量体、二量体、オリゴマー又は重量体化合物でよい。化合物（Ａ）を含む少なくとも１つのシリコンが、有利に、１個から１８個の炭素原子を有する１個から３個の非置換又は置換炭化水素族を有するシラノールであり、あるいは、１個から４個のＯＨ基を備えたシラノールとして記述されてよい。４個のＯＨ基を備えたシラノールが、その最も単純な形態のケイ酸中に存在する。好ましくは、シラノールは、ジフェニルシランジオールである。シラノールが、例えば、アクリレート、メタクリレート又はスチレン型の二重結合のである架橋可能な基を有してもよい。他の適した架橋可能な基は、エポキシ基である。１つの好ましい実施形態において、少なくとも１つの−ＯＲ基（Ｂ）を有する少なくとも１つのシリコン含有化合物は、以下の一般式を有する単量体化合物である。
Ｇ_ｙＳｉ（ＯＲ）_４−ｙ （２）
ここで、ｙが、０，１，２又は３の値を有し、Ｇが、１から１８個の炭素原子を有する非置換又は置換炭化水素基を表し、Ｒが、１から８個の炭素原子を有するアルキル基又は２から８個の炭素原子を有するアルコキシアルキル基を表す。好ましくは、少なくとも１つのシリコン含有化合物（Ｂ）は、１から４個のアルコキシ基を含むアルコキシシランである。好ましくは、アルコキシ基（ＯＲ）が、メトキシ、エトキシ、ｎ−プロポキシ、ｉ−プロポキシ、ｎ−ブトキシ、ｉ−ブトキシ及びｔ−ブトキシから構成される群から選択される。

シラノールのように、アルコキシシランが、例えば、アクリレート、メタクリレート又はスチレン型の二重結合のである架橋可能な基を有してもよい。他の適した架橋可能な基は、エポキシ基である。好ましくは、架橋可能な基は、Ｇ上に存在するが、ＯＲ上に存在してもよい。ポリマーが合成された後、溶媒（Ｄ）が、除去され、その結果、ポリマーが、無溶媒となり、膜堆積時においては、実質的に不揮発性となることに留意すべきである。

本発明のさらに他の好ましい形態において、特許文献３６に開示されているように、シロキサンが、式（３）及び／又はそのプレ凝縮物から抽出される１つ以上のシランジオールと、式（４）及び／又はそのプレ凝縮物から抽出される１つ以上のシランとの凝縮によって生成される。

ここで、Ａｒ^１及びＡｒ^２は、独立して、３から２０個の炭素原子と少なくとも１つの芳香族又は複素環式芳香族基を備えた基であり、Ａｒ^１及びＡｒ^２の少なくとも１つが、架橋可能な官能基を有し、Ｒ^１， Ｒ^２，Ｒ^３及びＲ^４が、独立して、２０個以下の炭素原子を備えたアルキル、アラルキル又はアリールである。好ましくは、式（３）と式（４）の比が、約１：１である。

このようなポリ凝縮物が、式（５）の構造を有する。

ここで、Ａｒ^１及びＡｒ^２は、独立して、３から２０個の炭素原子と少なくとも１つの芳香族又は複素環式芳香族基を備えた基であり、Ａｒ^１及びＡｒ^２の少なくとも１つが、架橋可能な官能基を有し、Ｒ^１及びＲ^２が、独立して、２０個以下の炭素原子を備えたアルキル、アラルキル又はアリールであり、ｑは、少なくとも１である。Ａｒ^１及びＡｒ^２が、好ましくは、５から２０個の炭素原子を有してよい。

（実施例１）
本実施例が、フォトリソグラフィ／ウェットエッチング技術を用いて処理される無溶媒、低Ｔｇポリマーシステムを使用した、標準的なシリコン基板上のポリマー光学導波管アレイの作製を示す。特許文献３０に開示された手段を受けて、低屈折率ポリマーＡが、２５００ｃＰ（２０℃において）の粘土及び１．４８３の屈折率（２０℃、室内光下においてＡｂｂｅ屈折計によって計測される）に準備された。高屈折率ポリマーＢが、２２００ｃＰ（２０℃において）の粘土及び１．５０９の屈折率（２０℃において）に準備された。適した光開始剤が、いずれの溶媒なしに、ポリマーＡとポリマーＢの両方に追加された。

厚さ２０μｍ、屈折率１．４８５（２０℃及び８５０ｎｍにおいて）及び１０℃未満のＴｇを有する下部クラッド層を形成するために、ポリマーＡが、５’ ’直径のシリコンウエハーの上にスピンコーティングされ、水銀ランプからの紫外線光を用いて硬化された。コア層を形成するために、ポリマーＢが、下部クラッド層の上にスピンコーティングされ、マスクを通した紫外線光によってパターン化され、平行導波管のアレイを形成するために、次に、露出されていないポリマーＢ材料が、イソプロパノールに溶解された。露出されたコア層が、厚さ１１μｍ、屈折率１．５１３（２０℃及び８５０ｎｍにおいて）及び１０℃未満のＴｇを有した。任意に、ポリマーＡの上部クラッド層が、下部クラッド層と同様な手段にて堆積され及び硬化されることが出来る。

（実施例２）
本実施例が、フォトリソグラフィ／ウェットエッチング技術を用いて処理される無溶媒、低Ｔｇポリマーシステムを使用した、大面積ポリマー基板上のポリマー光学導波管アレイの作製を示す。低屈折率ポリマーＡ及び高屈折率ポリマーＢが、実施例１のように準備された。厚さ２５μｍの層を形成するために、ポリマーＡが、ＦＡＳｔａｒ Ａｄｖａｎｔａｇｅ ＩＩＩ Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ Ｃｏａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍを使用し、４００ｍｍ×５００ｍｍ×１７５μｍのポリカーカーボネートシートの上に押出され、次に、スピナーに移動され、ここで、これが、１５秒の間、１５００ｒｐｍでスピンすることにより、さらに平坦化された（及び薄くされた）。厚さ２０μｍの下部クラッド層を形成するために、平坦化膜が、Ｔａｍａｒａｃｋ ＰＲＸ８０００フラッド照明機における水銀ランプからの紫外線光によって硬化された。厚さ１１μｍのコア層を形成するために、ポリマーＢが、同じ押出し及びスピンプロセスによって下部クラッド層の上に堆積され、Ｔａｍａｒａｃｋモデル３０３フォトリソグラフィツールにおけるマスクを通して紫外線光に像様露出された。平行導波管のアレイの形状の露出された材料を残すために、次に、露出されていないポリマーＢ材料が、イソプロパノールに溶解された。ポリマーＡの上部クラッド層が、下部クラッド層と同様な手段にて堆積され及び硬化された。完成した光学導波管アレイは、非常にフレキシブルであり、約２ｍｍの曲率半径において１８０°を通して反復的及び可逆的に曲げられることができた。

（実施例３）
本実施例が、モールディング技術を用いて処理される無溶媒、低Ｔｇポリマーシステムを使用した、大面積ポリマー基板上のポリマー光学導波管アレイの作製を示す。

モールドを形成するために、フォトレジストの層が、４００ｍｍ×５００ｍｍガラスシートの上にスピンコーティングされ、Ｔａｍａｒａｃｋ３０３フォトリソグラフィツールにおける紫外線光（前記の実施例においてポリマーＢ層をパターン化するために使用された同じマスクを通して）に像様露出された。所望の導波管パターンを備えたマスターを形成するために、露出されていないフォトレジストが、イソプロパノールに溶解された。モールドを形成するために、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）が、マスターの上にキャストされ、硬化され及び剥離された。ＰＤＭＳは、低い表面エネルギーを有し（即ち、大部分の材料にくっつかない）及び紫外線光に対し透明であるため、モールドを形成するのに好ましい材料である。

低屈折率ポリマーＡ及び高屈折率ポリマーＢが、実施例１のように準備された。厚さ２５μｍの層を形成するために、ポリマーＡが、ＦＡＳｔａｒ Ａｄｖａｎｔａｇｅ ＩＩＩ Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ Ｃｏａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍを使用し、４００ｍｍ×５００ｍｍ×１７５μｍのポリカーカーボネートシートの上に押出され、次に、スピナーに移動され、ここで、これが、１５秒の間、１５００ｒｐｍでスピンすることにより、さらに平坦化された（及び薄くされた）。厚さ２０μｍの下部クラッド層を形成するために、平坦化膜が、Ｔａｍａｒａｃｋ ＰＲＸ８０００フラッド照明機における水銀ランプからの紫外線光によって硬化された。厚さ１１μｍのコア層を形成するために、ポリマーＢが、同じ押出し及びスピンプロセスによって下部クラッド層の上に堆積された。次に、ＰＤＭＳモールドが、ポリマーＢ層に適応され、ポリマーが、Ｔａｍａｒａｃｋ ＰＲＸ８０００フラッド照明機における紫外線光によって硬化され、及びＰＤＭＳモールドが、後に使用するために剥離された。ポリマーＡの上部クラッド層が、下部クラッド層と同様な手段にて堆積され及び硬化された。完成した光学導波管アレイは、非常にフレキシブルであり、約２ｍｍの曲率半径において１８０°を通して反復的及び可逆的に曲げられることができた。

（実施例４）
本実施例が、硬化低屈折率ポリマーＡ及び硬化高屈折率ポリマーＢから形成される材料の低Ｔｇ特性を示す。厚さ２２μｍの層を形成するために、低屈折率ポリマーＡが、実施例１のように準備され、５’ ’直径のシリコンウエハーの上にスピンコーティングされ、水銀ランプからの紫外線光を用いて硬化された。同様に、厚さ１６μｍの層を形成するために、ポリマーＢが、５’ ’直径のシリコンウエハーの上にスピンコーティングされ、硬化された。加熱段階を備えたＦｉｌｍＴｅｋ４０００膜評価ツールを使用し、１０から１２０℃の温度範囲にわたって、ポリマーＡ及びポリマーＢ層の屈折率が、計測され、図４ａ及び４ｂにプロットされた。ポリマーＡ及びＢの両方が、１０から１２０℃の範囲において、ガラス転移の痕跡がなく、温度関係に対し線形の屈折率を有することがわかる。２５０℃までの同様な測定（熱安定性の限界に近づく）においても、同様に、ガラス転移の痕跡が見られず、これらの材料に対するＴｇが１０℃未満でなければならないことを意味する。これらのポリマーに対するＴｇが２５０℃を超えるとは全く考えられない。

以下の３つの実施例において、導波管アレイがフレキシブルとなるために有利である、導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサーのある構造を記述する。低Ｔｇポリマー光学材料とポリマー基板との組み合わせが、この目的に極めて適していることがよく理解される。それぞれの場合において、要求されるアレイが、実施例１の低Ｔｇポリマー、並びに実施例２又は３のポリカーボネート基板及び方法を使用し、作製される。

（実施例５）
本実施例において、送信導波管及び受信導波管のアレイが、これらの各面内レンズを備え、図１に示すような基板のＬ状部上に配置される。図１のタッチスクリーンデバイスのアセンブリの間に、Ｌ状基板１９のエッジにおける１ｘＮスプリッター１８が、光源１１の放射部と合わせられ、同様に、受信導波管１６の端部が、マルチ−エレメント検出器１７の素子と合わせられなければならないことがよく理解される。これらの配置手段において、導波管／基板アセンブリが面外に曲げられることを必要としてよいことがさらによく理解される。

（実施例６）
本実施例において、送信及び受信導波管のアレイが、タイトルが“Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｏｕｃｈ ｓｙｓｔｅｍｓ”であり、参照によりその全体が本願明細書に組み込まれる特許文献３７に開示される‘ラップ−アラウンド’構造に配置される。図５に示されるように、送信導波管５０及び受信導波管５１が、これらの各面内レンズ（図示しない）を備え、ディスプレイ５３の周囲に折り曲げられる基板材料５２の長いストリップ上に作製される。図１に示され、実施例５に記述された構造におけるように、１ｘＮスプリッター１８が、光源１１からの光を受け取り、受信導波管５１からの光が、マルチ−エレメント検出器１７の素子によって検出される。上記特許文献３７において検討されているように、図１に示された構造と比較し、この‘ラップ−アラウンド’構造型が、ディスプレイ５３の周りに必要とされるベゼルの幅を十分に減少する。この構造にて、ディスプレイ５３の３つの角部５４において、導波管／基板アセンブリが、小さな曲率半径で９０°を通して曲げられることが必要となることがよく理解される。

（実施例７）
本実施例において、送信及び受信導波管のアレイが、基板材料の４つの長いストリップ上に配置され、次に、２つのそれぞれの送信導波管アレイ及び２つのそれぞれの受信導波管アレイが、図３に示されるようにディスプレイ３３の周縁部において折り曲げられる。上記のように、図１に示された構造と比較し、この“折り曲げ”型構造が、ディスプレイの周囲に必要とされるベゼルの幅を十分に減少する。

本発明が、ある好ましい実施形態を参照することにより記述されたが、本発明が、その精神又は本質的特徴から逸脱することなく、他の特定の形態又はそれらのバリエーションにおいて具現化されてよいと理解されるべきである。従って、上記の実施形態は、全ての点において説明に役立つためのものであり、制限するものではなく、本発明の範囲が、上記の記述というよりはむしろ添付の特許請求の範囲によって定義されるものであると考えられる。

導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサーの操作を説明するものである。 集積光学導波管の典型的なアレイの端面図及び側面図を示すものである。 集積光学導波管の典型的なアレイの端面図及び側面図を示すものである。 光学タッチスクリーンセンサーにおいて、スペースを節約するために、フレキシブル導波管が、折り曲げられうる方法を説明する。 ２つの特定のシロキサンポリマーに対する、温度の関数としての屈折率のプロットを示す。 ２つの特定のシロキサンポリマーに対する、温度の関数としての屈折率のプロットを示す。 ラップ−アラウンド型導波管構成を備えた導波管ベースの光学タッチスクリーンセンサーの斜視図を示す。

符号の説明

１０、１６ 導波管
１１ 光源
１２、１５ 面内レンズ
１３ 光線
１４ 入力領域
１７ 検出器
１８ スプリッター
１９ Ｌ状基板

Claims (72)

1. 光学タッチスクリーンセンサーの部品として使用される光学導波管であって、
   前記導波管が、基板上に導光部を含み、
   前記導光部が、前記光学タッチスクリーンセンサーの操作温度未満であるＴｇを有するポリマーから構成される光学導波管。
2. 前記光学タッチスクリーンセンサーの前記操作温度が、０℃から５０℃の範囲である請求項１に記載の光学導波管。
3. 前記光学タッチスクリーンセンサーの前記操作温度が、０℃から３５℃の範囲である請求項２に記載の光学導波管。
4. 前記導光部が、１００℃未満、好ましくは５０℃未満、さらに好ましくは２５℃未満、及び最も好ましくは１０℃未満のＴｇを有するポリマーから構成される請求項１から３のいずれか一項に記載の光学導波管。
5. 前記基板が、実質的にフレキシブルである請求項１から４のいずれか一項に記載の光学導波管。
6. 前記光学導波管が、１００ｃｍ未満、好ましくは１０ｃｍ未満、より好ましくは１ｃｍ未満、及び最も好ましくは２ｍｍ未満の曲率半径で１８０°を通して反復的且つ可逆的に曲げられることが出来る請求項５に記載の光学導波管。
7. 前記基板が、ポリマー基板である請求項５に記載の光学導波管。
8. 前記導光部が、前記ポリマー基板のＴｇよりも小さなＴｇを有するポリマーから構成される請求項７に記載の光学導波管。
9. 前記導光部が、前記基板の上に硬化性液体ポリマー材料を堆積し、架橋ポリマー材料を形成するためにそれを硬化することによって形成される請求項１から８のいずれか一項に記載の光学導波管。
10. 前記硬化性液体ポリマー材料が、実質的に不揮発性である請求項９に記載の光学導波管。
11. 前記硬化性液体ポリマー材料が、いずれの溶媒を含まない請求項１０に記載の光学導波管。
12. 前記硬化性液体ポリマー材料が、紫外線開始フリーラジカル重合によって硬化される請求項９に記載の光学導波管。
13. 前記硬化性液体ポリマー材料が、紫外線リソグラフィ／ウェットエッチング及びモールディングから構成される群から選択される方法によって処理される請求項９に記載の光学導波管。
14. 前記ポリマー導光部が、０．５μｍから２５０μｍの厚さ、好ましくは３μｍから５０μｍの厚さ及び最も好ましくは５μｍから２５μｍの厚さである請求項１から１３のいずれか一項に記載の光学導波管。
15. 前記ポリマー基板が、８０℃を超える、好ましくは１５０℃を超える及び最も好ましくは３５０℃を超えるＴｇを有する請求項７から１４のいずれか一項に記載の光学導波管。
16. 前記基板が、２５μｍから１ｍｍの厚さ、好ましくは７５μｍから２５０μｍの厚さ、及び最も好ましくは約１７５μｍの厚さである請求項１から１５のいずれか一項に記載の光学導波管。
17. 前記ポリマー導光部と前記基板との間に下部クラッドをさらに含む請求項１から１６のいずれか一項に記載の光学導波管。
18. 前記ポリマー導光部の少なくとも一部と接触する上部クラッドをさらに含む請求項１から１７のいずれか一項に記載の光学導波管。
19. 光学タッチスクリーンセンサーの部品として使用される光学導波管であって、
    前記導波管が、基板上に導光部を含み、
    前記導光部が、前記光学タッチスクリーンセンサーの操作温度未満であるＴｇを有するポリマーから構成され、
    前記導光部が、前記基板の上に実質的に不揮発性である硬化性液体シロキサンポリマーを堆積し、架橋シロキサンポリマーを形成するためにそれを硬化することによって形成される光学導波管。
20. 前記導光部が、５０℃未満、さらに好ましくは２５℃未満、及び最も好ましくは１０℃未満のＴｇを有するポリマーから構成される請求項１９に記載の光学導波管。
21. 光源、
    前記光源からの光を受け取るために光学的に結合され、第一方向に伝播する光線の第一セットを形成する送信導波管部、
    前記第一方向において前記送信導波管部から間隙を介して配置され、前記光線の第一セットを受け取る受信導波管部、
    前記送信導波管部と前記受信導波管との間の入力領域、及び
    前記受信導波管部と光学的に結合され、前記光線が前記入力領域を横切った後に、前記光線の第一セットのそれぞれにおいて配光を実質的に同時に検出する１つ以上の光検出素子を含む光検出器
    を含む装置であって、
    前記送信導波管部及び前記受信導波管の少なくとも１つが、導光部及び基板を含み、及び、
    前記導光部が、前記装置の操作温度未満のＴｇを有するポリマーから構成される装置。
22. 光送信部が、単一導波管を含む請求項２１に記載の装置。
23. 前記操作温度が、０℃から５０℃の範囲である請求項２１又は２２に記載の装置。
24. 前記操作温度が、０℃から３５℃の範囲である請求項２１から２３のいずれか一項に記載の装置。
25. 前記基板が、実質的にフレキシブルである請求項２１から２４のいずれか一項に記載の装置。
26. 前記送信導波管部及び前記受信導波管部の少なくとも１つが、１００ｃｍ未満、好ましくは１０ｃｍ未満、さらに好ましくは１ｃｍ未満、及び最も好ましくは２ｍｍ未満の曲率半径で１８０°を通して反復的且つ可逆的に曲げられることが出来る請求項２５に記載の装置。
27. 前記基板が、ポリマー基板である請求項２５又は２６に記載の装置。
28. 前記ポリマー導光部が、前記ポリマー基板のＴｇよりも小さなＴｇを有する請求項２７に記載の装置。
29. 前記ポリマー導光部が、１００℃未満、好ましくは５０℃未満、さらに好ましくは２５℃未満、及び最も好ましくは１０℃未満のＴｇを有する請求項２３から２８のいずれか一項に記載の装置。
30. 前記ポリマー導光部が、前記基板の上に硬化性液体ポリマー材料を堆積し、架橋ポリマー材料を形成するためにそれを硬化することによって形成される請求項２３から２９のいずれか一項に記載の装置。
31. 前記硬化性液体ポリマー材料が、実質的に不揮発性である請求項３０に記載の装置。
32. 前記硬化性液体ポリマー材料が、いずれの溶媒を含まない請求項３０又は３１に記載の装置。
33. 前記硬化性液体ポリマー材料が、紫外線開始フリーラジカル重合によって硬化される請求項３０から３２のいずれか一項に記載の装置。
34. 前記硬化性液体ポリマー材料が、紫外線リソグラフィ／ウェットエッチング及びモールディングから構成される群から選択される方法によって処理される請求項３０から３３のいずれか一項に記載の装置。
35. 前記ポリマー導光部が、０．５μｍから２５０μｍの厚さ、好ましくは３μｍから５０μｍの厚さ及び最も好ましくは５μｍから２５μｍの厚さである請求項２１から３４のいずれか一項に記載の装置。
36. 前記ポリマー基板が、８０℃を超える、好ましくは１５０℃を超える及び最も好ましくは３５０℃を超えるＴｇを有する請求項２７から３５のいずれか一項に記載の装置。
37. 前記基板が、２５μｍから１ｍｍの厚さ、好ましくは７５μｍから２５０μｍの厚さ、及び最も好ましくは約１７５μｍの厚さである請求項２７から３５のいずれか一項に記載の装置。
38. 前記ポリマー導光部と前記基板との間に下部クラッドをさらに含む請求項２７から３７のいずれか一項に記載の装置。
39. 前記ポリマー導光部の少なくとも一部と接触する上部クラッドをさらに含む請求項２８から３８のいずれか一項に記載の装置。
40. 前記装置が、電子デバイス用の入力デバイスであり、
    入力領域が、前記送信導波管部と前記受信導波管との間に形成される請求項２１から３９のいずれか一項に記載の装置。
41. ユーザーが、前記入力領域と接触することによって前記電子デバイスに入力を与える請求項４０に記載の装置。
42. 前記ユーザーが、指又はペンによって前記入力領域と接触する請求項４１に記載の装置。
43. 光学タッチスクリーンセンサーの形態である請求項２１から４２のいずれか一項に記載の装置。
44. コンピューター、ゲーム又は通信機器又はこれらの複合物の形態である請求項２１から４３のいずれか一項に記載の装置。
45. 前記送信導波管部が、前記第一方向と異なる第二方向に伝播する光線の第二セットを付加的に形成し、
    前記受信導波管部が、前記光線の第二セットを付加的に受け取る請求項２１から４４のいずれか一項に記載の装置。
46. 前記第二方向が、前記第一方向と垂直である請求項４５に記載の装置。
47. 少なくとも１つの光源、
    複数の光検出素子において光度を検出するための光検出器、
    面を画定する入力領域、及び
    １つ以上のセットの導波管に分けることが可能な複数の導波管を含むリソグラフィにより画定された導波管構造を含む電子デバイス用の入力デバイスであって、
    前記光源が、前記導波管構造の導波管の第一セットに光をつなぎ、
    光線の第一グリッドを形成するために、前記導波管の第一セットが、前記導波管につなぐ前記光を導き、及び
    前記光線の第一グリッドが、第一方向において、前記入力領域を横切り、その後、前記導波管構造の導波管の第二セットによって、前記光検出器の光検出素子に導かれ、
    前記導波管の第一セット及び前記第二セットの少なくとも１つが、導光部及び基板を含み、
    前記導光部が、前記入力デバイスの操作温度未満のＴｇを有するポリマーから構成される入力デバイス。
48. 前記操作温度が、０℃から５０℃の範囲である請求項４７に記載の装置。
49. 前記操作温度が、０℃から３５℃の範囲である請求項４８に記載の装置。
50. 前記基板が、実質的にフレキシブルである請求項４７から４９のいずれか一項に記載の入力デバイス。
51. 前記導波管の第一セット及び前記第二セットの少なくとも１つが、１００ｃｍ未満、好ましくは１０ｃｍ未満、より好ましくは１ｃｍ未満、及び最も好ましくは２ｍｍ未満の曲率半径で１８０°を通して反復的且つ可逆的に曲げられることが出来る請求項５０に記載の入力デバイス。
52. 前記基板が、ポリマー基板である請求項５０又は５１に記載の入力デバイス。
53. 前記ポリマー導光部が、前記ポリマー基板のＴｇよりも小さなＴｇを有する請求項５２に記載の入力デバイス。
54. 前記ポリマー導光部が、５０℃未満、さらに好ましくは２５℃未満、及び最も好ましくは１０℃未満のＴｇを有する請求項４７から５３のいずれか一項に記載の入力デバイス。
55. 前記ポリマー導光部が、前記基板の上に硬化性液体ポリマー材料を堆積し、架橋ポリマー材料を形成するためにそれを硬化することによって形成される請求項４７に記載の入力デバイス。
56. 前記硬化性液体ポリマー材料が、実質的に不揮発性である請求項５５に記載の入力デバイス。
57. 前記硬化性液体ポリマー材料が、いずれの溶媒を含まない請求項５５又は５６に記載の入力デバイス。
58. 前記硬化性液体ポリマー材料が、紫外線開始フリーラジカル重合によって硬化される請求項５６又は５７に記載の入力デバイス。
59. 前記硬化性液体ポリマー材料が、紫外線リソグラフィ／ウェットエッチング及びモールディングから構成される群から選択される方法によって処理される請求項５８に記載の入力デバイス。
60. 前記ポリマー導光部が、０．５μｍから２５０μｍの厚さ、好ましくは３μｍから５０μｍの厚さ及び最も好ましくは５μｍから２５μｍの厚さである請求項４７から５９のいずれか一項に記載の入力デバイス。
61. 前記ポリマー基板が、８０℃を超える、好ましくは１５０℃を超える及び最も好ましくは３５０℃を超えるＴｇを有する請求項５２から６０のいずれか一項に記載の入力デバイス。
62. 前記基板が、２５μｍから１ｍｍの厚さ、好ましくは７５μｍから２５０μｍの厚さ、及び最も好ましくは約１７５μｍの厚さである請求項４７から６１のいずれか一項に記載の入力デバイス。
63. 前記ポリマー導光部と前記基板との間に下部クラッドをさらに含む請求項４７から６２のいずれか一項に記載の入力デバイス。
64. 前記ポリマー導光部の少なくとも一部と接触する上部クラッドをさらに含む請求項４７から６３のいずれか一項に記載の入力デバイス。
65. 光学タッチスクリーンセンサーの形態である請求項４７から６４のいずれか一項に記載の入力デバイス。
66. ユーザーが、前記入力領域と接触することによって入力を与える請求項６５に記載の入力デバイス。
67. 前記ユーザーが、指又はペンによって前記入力領域と接触する請求項６６に記載の入力デバイス。
68. 前記電子デバイスが、コンピューター、ゲーム又は通信機器又はこれらの複合物である請求項４７から６７のいずれか一項に記載の入力デバイス。
69. 前記導波管構造の導波管の第三セット及び前記導波管構造の導波管の第四セットをさらに含み、
    前記光源が、前記導波管の第三セットに光をつなぎ、
    光線の第二グリッドを形成するために、前記導波管の第三セットが、前記導波管につなぐ光を導き、及び、
    前記光線の第二グリッドが、前記第一方向と異なる第二方向において、前記入力領域を横切り、その後、前記導波管構造の前記導波管の第四セットによって、前記光検出器の光検出素子に導かれる請求項４７から６８のいずれか一項に記載の入力デバイス。
70. 前記導波管の第三セット及び前記第四セットの少なくとも１つが、導光部及び基板を含み、
    前記導光部が、前記入力デバイスの操作温度未満のＴｇを有するポリマーから構成される請求項６９に記載の入力デバイス。
71. 前記入力領域が、長方形である請求項６９に記載の入力デバイス。
72. 前記第二方向が、前記第一方向に対して垂直である請求項７１に記載の入力デバイス。

Images