JP4452305B2 - タッチパネル用光導波路およびそれを用いたタッチパネルならびにタッチパネル用光導波路の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、タッチパネル用光導波路およびそれを用いたタッチパネルならびにタッチパネル用光導波路の製造方法に関するものである。
タッチパネルは、指や専用のペン等で液晶ディスプレイ等の画面に直接触れることにより、機器を操作等する入力装置であり、その構成は、操作内容等を表示するディスプレイと、このディスプレイの画面での上記指等の触れ位置（座標）を検知する検知手段とを備えたものとなっている。そして、その検知手段で検知した触れ位置の情報が信号として送られ、その触れ位置に表示された操作等が行われるようになっている。このようなタッチパネルを用いた機器としては、金融機関のＡＴＭ，駅の券売機，携帯ゲーム機等があげられる。
上記タッチパネルにおける指等の触れ位置の検知手段として、光導波路を用いたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、このタッチパネルは、図７に示すように、帯状の光導波路７０が四角形のディスプレイ１１の側周面に巻装されているとともに、上記ディスプレイ１１の画面上縁部に四角形の枠状レンズ７１が設けられている。上記光導波路７０には、光が通るコアが多数形成されており、上記巻装状態において、各コアの一端面（光の出射面および入射面）が上記枠状レンズ７１方向に向けられて形成されている。そして、ディスプレイ１１の側周面の一側部に設置された光導波路７０部分から出射された多数の光は、上記枠状レンズ７１により、ディスプレイ１１の画面と平行に進路変更され、その後、対向する枠状レンズ７１の部分により、他側部に設置された光導波路７０部分に入射するように進路変更される。このように上記光導波路７０と枠状レンズ７１とにより、ディスプレイ１１の画面上において、光を格子状に走らせた状態にしている。そして、この状態で指でディスプレイ１１の画面に触れると、その指が光の一部を遮断するため、その遮断された部分の光を、入射側の光導波路７０で感知することにより、上記指が触れた部分の位置を検知することができる。
ＵＳ２００６／０００２６５５Ａ１
上記光導波路７０を用いたタッチパネルでは、出射側の光導波路７０部分から空気中に出射した光を、入射側の光導波路７０部分のコアに入射させる必要がある。この場合、出射する光が拡がり過ぎると、入射側のコアに光が入射する確率が低くなり、光伝送効率が低くなる。逆に、出射する光を絞り過ぎると、受光領域が狭くなり、入射側では光をコアに入射させ難くなる（入射側のコアの位置が適正位置から少しでもずれると、入射できなくなる）。
また、上記光導波路７０を用いたタッチパネルでは、光導波路７０と枠状レンズ７１との位置合わせを正確に行わなければ、光が枠状レンズ７１を適正に通過せず、光伝送効率を充分に高めることができない。しかも、その正確な位置合わせは、精密さが要求されることから困難であり、その達成には、手間と時間とを要する。
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、光導波路とレンズとの位置合わせが不要であるとともに、光の出射および入射が適正に行われるタッチパネル用光導波路およびそれを用いたタッチパネルならびにタッチパネル用光導波路の製造方法の提供をその目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明は、基体と、この基体の表面の所定部分に形成されたコアと、このコアを被覆した状態で上記基体の表面に形成されたオーバークラッド層とを備え、タッチパネルのディスプレイの側周面に沿って設置され、光を出射するコアの端部が上記ディスプレイの側周面の一側部に位置決めされ、その光を入射させるコアの端部が上記ディスプレイの側周面の他側部に位置決めされるタッチパネル用光導波路であって、上記光を出射するコアの端部および光を入射させるコアの端部が、外側に向かって反るレンズ曲面を有する第１レンズ部に形成され、上記第１レンズ部を被覆するオーバークラッド層の端部は、上記基体側に屈曲した状態で延設され、その屈曲部の先端部分が、外側に向かって反るレンズ曲面を有する第２レンズ部に形成され、その反対側の後端部分が、上記第１レンズ部先端のレンズ曲面と第２レンズ部先端のレンズ曲面とに同じ光を通過させるよう光路変更させる光反射面に形成され、上記第１レンズ部のレンズ曲面の曲率中心から上記光反射面までの距離とその光反射面から上記第２レンズ部のレンズ曲面の先端までの距離との合計距離（Ｌ）と、上記第２レンズ部のレンズ曲面の曲率半径（Ｒ）とが下記（Ａ）を満たしているタッチパネル用光導波路を第１の要旨とする。
（Ａ）（Ｌ／３）−０．５＜Ｒ＜（Ｌ／３）＋０．５
〔ただし、単位は、Ｌ：ｍｍ、Ｒ：ｍｍである。〕
（Ａ）（Ｌ／３）−０．５＜Ｒ＜（Ｌ／３）＋０．５
〔ただし、単位は、Ｌ：ｍｍ、Ｒ：ｍｍである。〕
そして、上記タッチパネル用光導波路が、タッチパネルのディスプレイの側周面に沿って設置され、光を出射するコアの第１レンズ部が上記ディスプレイの側周面の一側部に位置決めされ、その光を入射させるコアの第１レンズ部が上記ディスプレイの側周面の他側部に位置決めされ、上記第１レンズ部を被覆したオーバークラッド層端部の屈曲部がディスプレイの画面の周縁部に位置決めされているタッチパネルを第２の要旨とする。
また、上記タッチパネル用光導波路の製造方法であって、基体の表面の所定部分に、その端部が第１レンズ部に形成されたコアを形成する工程と、それを成形型にセットし、オーバークラッド層の形成材料を注入する工程と、その注入した形成材料を硬化させ、上記コアを被覆した状態で上記基体の表面にオーバークラッド層を形成し、そのうち、上記第１レンズ部を被覆するオーバークラッド層の端部を第２レンズ部と光反射面とを有する屈曲部に形成する工程とを備えているタッチパネル用光導波路の製造方法を第３の要旨とする。
本発明者らは、前記課題を解決すべく、コアの端部を被覆するオーバークラッド層の端部にレンズ部（第２レンズ部）を形成することを着想した。このようにすると、コアとオーバークラッド層とは元々一体であることから、本発明のタッチパネル用光導波路は、オーバークラッド層が形成された時点で、コアの端部とオーバークラッド層端部のレンズ部とが、位置合わせされた状態となっている。さらに、本発明者らは、光の出射および入射が適正に行われるよう、コアの端部もレンズ部（第１レンズ部）に形成することを着想するとともに、これら第１レンズ部および第２レンズ部の相互の位置関係等についても研究を重ねた。その結果、上記第２レンズ部の後方部分に、上記第１レンズ部と第２レンズ部とに同じ光が通るよう光路変更させる光反射面を形成し、上記第１レンズ部のレンズ曲面の曲率中心から上記光反射面までの距離とその光反射面から上記第２レンズ部のレンズ曲面の先端までの距離との合計距離（Ｌ）と、上記第２レンズ部のレンズ曲面の曲率半径（Ｒ）とが上記（Ａ）を満たすようにすると、コア端部の第１レンズ部から出射される光は、その第１レンズ部の屈折作用により、発散が抑制され、その状態で、上記光反射面で反射して第２レンズ部のレンズ曲面に向かって光路変更し、その第２レンズ部の屈折作用により、発散がさらに抑制されることを突き止めた。また、光を入射させる側のオーバークラッド層端部の第２レンズ部では、その第２レンズ部の屈折作用により、入射する光は、絞って集束され、その状態で、上記光反射面で反射して第１レンズ部に向かって光路変更し、その第１レンズ部の屈折作用により、さらに絞って集束され、コアの奥方向に進むことを見出し、本発明に到達した。
本発明のタッチパネル用光導波路は、光を出射するコア端部の第１レンズ部および光を入射させるコア端部の第１レンズ部を被覆するオーバークラッド層の端部が、基体側に屈曲した状態で延設され、その屈曲部の先端部分が第２レンズ部に形成され、その反対側の後端部分が、上記第１レンズ部先端のレンズ曲面と第２レンズ部先端のレンズ曲面とに同じ光を通過させるよう光路変更させる光反射面に形成されているため、本発明のタッチパネル用光導波路は、オーバークラッド層を形成した時点で、コア端部の第１レンズ部とオーバークラッド層端部の第２レンズ部とを、自動的に位置合わせした状態にすることができる。このため、コア端部の第１レンズ部とオーバークラッド層端部の第２レンズ部との位置合わせ作業を不要にすることができる。さらに、上記（Ａ）を満たすように、上記第１レンズ部，第２レンズ部および光反射面が相互に特定の位置関係で形成されているとともに、第２レンズ部のレンズ曲面の曲率半径が特定の寸法で形成されているため、コア端部の第１レンズ部から出射される光は、その第１レンズ部の屈折作用，光反射面の反射作用および第２レンズ部の屈折作用により、第２レンズ部のレンズ曲面から、適正な拡がりで出射される。そして、コア端部の第１レンズ部から入射する光は、第２レンズ部の屈折作用，光反射面の反射作用および第１レンズ部の屈折作用により、絞って集束された状態にすることができる。その結果、光伝送効率を適正にした状態で、出射側のコアと入射側のコアとの間で、光伝送を行うことができる。
本発明のタッチパネルは、上記タッチパネル用光導波路を備えているため、コア端部の第１レンズ部から出射された光は、光反射面で反射された後、第２レンズ部のレンズ曲面から適正な拡がりで出射され、指でディスプレイの画面に触れると、その指が触れた部分の位置を正確に検知することができる。
本発明のタッチパネル用光導波路の製造方法では、基体の表面の所定部分に、その端部が第１レンズ部に形成されたコアを形成し、それを成形型にセットし、上記第１レンズ部を被覆するその端部が第２レンズ部と光反射面とを有する屈曲部の部分が形成されたオーバークラッド層を成形により形成するため、コア端部の第１レンズ部，上記第２レンズ部および光反射面の相互の位置関係を正確にした状態で、タッチパネル用光導波路を製造することができる。
つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。
図１は、本発明のタッチパネル用光導波路の第１の実施の形態を示している。この実施の形態のタッチパネル用光導波路（以下、単に「光導波路」という）は、複数のコア３がアンダークラッド層（基体）２とオーバークラッド層４とで挟持され包含された状態で、帯状に形成されている。上記コア３は、帯状の光導波路の両端（図では左右端）から平行に延び、それぞれ長手方向半分までの領域（図では左半分の領域と右半分の領域）において、上方（帯状の光導波路の長手方向の一側部方向）に屈曲している。この屈曲したコア３の先端は、オーバークラッド層４の端部の所定個所に設けられた屈曲部（延設部）４０に接続している。この屈曲部４０は、図示のように、アンダークラッド層２の側に屈曲した状態で延設され、かつ相互に等間隔で光導波路の長手方向に沿って形成されている。なお、図１では、コア３を鎖線で示しており、鎖線の太さがコア３の太さを示しているとともに、コア３の数を略して図示している。また、後に説明するが、図１において、符号４１はディスプレイ１１（図２参照）の画面上縁部に当接させる当接面であり、符号５０は第２レンズ部である。
このような光導波路は、図２に示すように、タッチパネル１０の四角形のディスプレイ１１の側周面に沿うよう四角の角部で曲げられ巻装される。そして、巻装された状態の上記光導波路の一端縁ａでは、コアに光源（図示せず）が接続され、光導波路の他端縁ｂでは、コアに検出器（図示せず）が接続される。上記帯状の光導波路の巻装に際しては、アンダークラッド層２側を内側にし、上記第２レンズ部５０の下方に形成された当接面４１を上記ディスプレイ１１の画面上縁部に当接し、屈曲部４０と屈曲部４０との間をタッチパネル用ディスプレイ１１の側周面の角部に位置決めし曲成する。この巻装状態では、光導波路は、２つのＬ字部分（図１における光導波路の右半分の領域と左半分の領域の２つの領域に対応する部分）が、ディスプレイ１１の画面を挟んで対向した状態となっており、その対向する一方のＬ字部分が光Ｗを出射する側、他方のＬ字部分が光Ｗを入射する側となっている。なお、図２では、図１と同様、コア３を鎖線で示しており、鎖線の太さがコア３の太さを示しているとともに、コア３の数を略して図示している。また、図２では、理解し易くするため、多数の光のうちの一部の光Ｗのみを示している。
このようにしてタッチパネル用ディスプレイ１１に巻装される本発明の光導波路（図１参照）は、つぎのような特徴を有する。すなわち、図１に示すコア３の先端部（短冊状）は、図３（ａ）（図１の光導波路の上側部分を矢印Ｘ方向から見て拡大した図）に鎖線で示すように、外側（図では上側）に向かって反る正面視略１／２円弧状のレンズ曲面３１を有する第１レンズ部３０（短冊の頂部が幅方向に円弧状になっている）に形成されている。
また、オーバークラッド層４端部の上記屈曲部４０の先端部分は、図３（ｂ）〔図３（ａ）のＹ−Ｙ断面図〕に示すように、外側（図では右側）に向かって反る側面視略１／４円弧状のレンズ曲面５１を有する第２レンズ部５０に形成されている。また、その反対側の後端部分は、傾斜面に形成され、上記コア３端部の第１レンズ部３０から出射された光を反射させ、第２レンズ部５０のレンズ曲面５１に導く（または第２レンズ部のレンズ曲面５１から入射した光を反射させ、第１レンズ部３０のレンズ曲面３１に導く）光反射面６０となっている。この実施の形態では、上記傾斜面の表面に、金属薄膜６１が形成され、光が反射され易くなっている。さらに、この実施の形態では、上記第２レンズ部５０の下方に、タッチパネル用ディスプレイ１１（図２参照）の画面上縁部に当接される当接面４１が形成され、その当接面４１で、タッチパネル用ディスプレイ１１（図２参照）の画面上縁部に位置決めされるようになっている。ここで、上記オーバークラッド層４端部の屈曲部４０の寸法は、例えば、高さ（ｈ）は、３００〜１００００μｍの範囲内が好ましく、より好ましくは、５００〜８０００μｍの範囲内である。アンダークラッド層２からの突出量（ｄ）は、１００〜６０００μｍの範囲内が好ましく、より好ましくは、２００〜５０００μｍの範囲内である。
そして、上記第１レンズ部３０のレンズ曲面３１と第２レンズ部５０のレンズ曲面５１と光反射面（傾斜面）６０との相互の位置関係は、上記第１レンズ部３０のレンズ曲面３１の曲率中心から上記光反射面６０（光軸Ｗ0 が上記光反射面６０と交叉する点）までの距離（ａ）とその光反射面６０（光軸Ｗ0 が上記光反射面６０と交叉する点）から上記第２レンズ部５０のレンズ曲面５１の先端までの距離（ｂ）との合計距離（Ｌ）と、上記第２レンズ部５０のレンズ曲面５１の曲率半径（Ｒ）とが下記（Ａ）を満たすように設定される。下記（Ａ）は、本発明者らが実験を多数回繰り返し行って求めた式であり、この式を満たすようにすることにより、光伝送効率を適正にした状態で光伝送を行うことができる。ここで、上記第１レンズ部３０のレンズ曲面３１の曲率中心から上記光反射面６０までの距離（ａ）は、４００〜１００００μｍの範囲内が好ましく、より好ましくは、５００〜７０００μｍの範囲内である。光反射面６０から上記第２レンズ部５０のレンズ曲面５１の先端までの距離（ｂ）は、１００〜５０００μｍの範囲内が好ましく、より好ましくは、２００〜３０００μｍの範囲内である。そして、それらの合計距離（Ｌ）は、５００〜１５０００μｍの範囲内が好ましく、より好ましくは、７００〜１００００μｍの範囲内である。
（Ａ）（Ｌ／３）−０．５＜Ｒ＜（Ｌ／３）＋０．５
〔ただし、単位は、Ｌ：ｍｍ、Ｒ：ｍｍである。〕
（Ａ）（Ｌ／３）−０．５＜Ｒ＜（Ｌ／３）＋０．５
〔ただし、単位は、Ｌ：ｍｍ、Ｒ：ｍｍである。〕
上記光導波路において、光Ｗを出射する側の光導波路部分では、図４（ａ）に示すように、コア３端部の第１レンズ部３０のレンズ曲面３１から出射した光Ｗは、そのレンズ曲面３１の作用により、横方向（アンダークラッド層２に沿う方向）の発散が抑制され、その状態で、その前方のオーバークラッド層４端部の屈曲部４０内を進む。そして、図３（ｂ）に示すように、その屈曲部４０内の光反射面６０で反射する。これにより、上記光Ｗの光路が、屈曲部４０の先端部分の第２レンズ部５０方向に変更され、上記光Ｗは、第２レンズ部５０のレンズ曲面５１から出射される。このとき、そのレンズ曲面５１の作用により、縦方向（図では、タッチパネル１０のディスプレイ１１と直角な面に沿う上下方向）の発散が抑制され、平行光に近い状態となる。すなわち、コア３端部の第１レンズ部３０から出射した光Ｗは、第１レンズ部３０の屈折作用，光反射面６０の反射作用および第２レンズ部５０の屈折作用により、拡がり過ぎず、また絞られ過ぎない状態で、上記ディスプレイ１１の画面に沿って進み、光Ｗを入射する側の光導波路部分の第２レンズ部５０のレンズ曲面５１における受光領域の広さを適正にしている。
そして、光Ｗを入射する側の光導波路部分では、図４（ａ），（ｂ）において、光Ｗの矢印方向が逆向きとなって進む。すなわち、上記ディスプレイ１１の画面上を進んできた光Ｗは、オーバークラッド層４端部の屈曲部４０の第２レンズ部５０のレンズ曲面５１で受け止められ、レンズ曲面５１の作用により、縦方向（図では、タッチパネル１０のディスプレイ１１と直角な面に沿う上下方向）に絞って集束され、その状態で、屈曲部４０内を進み、光反射面６０で反射する。これにより、上記光Ｗの光路が、コア３端部の第１レンズ部３０方向に変更され、上記光Ｗは、第１レンズ部３０のレンズ曲面３１からコア３内に入射する。このとき、そのレンズ曲面３１の作用により、横方向（アンダークラッド層２に沿う方向）に絞って集束され、その集束状態で、コア３の奥方向に進む。
このような光伝送が上記光導波路で行われるため、図２に示すように、上記タッチパネル１０のディスプレイ１１の画面上では、光Ｗが平行光に近い状態で格子状に走った状態となる。このため、この状態で指でディスプレイ１１の画面に触れると、上記指が触れた部分の位置をより正確に検知することができる。
なお、上記光導波路の寸法等は、タッチパネル１０のディスプレイ１１の大きさに対応するよう設定すればよく、例えば、光導波路の帯状の長さは、１２０〜１２００ｍｍ程度、帯状の幅は、５〜１００ｍｍ程度に設定される。光Ｗを出射する（光Ｗを入射する）コア３の数も、ディスプレイ１１の画面に表示される操作内容の数等によって対応するよう設定すればよく、例えば、２０〜１５０本程度に設定される。
つぎに、本発明の光導波路の製造方法の一例について説明する。
まず、上記光導波路（図１参照）を製造する際に用いる平板状の基台１〔図５（ａ）参照〕を準備する。この基台１の形成材料としては、例えば、ガラス，石英，シリコン，樹脂，金属等があげられる。また、基台１の厚みは、例えば、２０μｍ（フィルム状の基台１）〜５ｍｍ（板状の基台１）の範囲内に設定される。
ついで、図５（ａ）に示すように、上記基台１上の所定領域に、アンダークラッド層２に形成される感光性樹脂層を形成する。そして、その感光性樹脂層を照射線により露光した後、光反応を完結させるために、加熱処理を行う。これにより、上記感光性樹脂層をアンダークラッド層２に形成する。アンダークラッド層２（感光性樹脂層）の厚みは、通常、１〜５０μｍの範囲内に設定され、好ましくは、５〜３０μｍの範囲内に設定される。
上記アンダークラッド層２の形成において、感光性樹脂層の形成方法は、感光性樹脂が溶媒に溶解しているワニスを塗布した後、加熱処理により乾燥させることにより行われる。上記ワニスの塗布は、例えば、スピンコート法，ディッピング法，キャスティング法，インジェクション法，インクジェット法等により行われる。その後の加熱処理は、５０〜１２０℃×１０〜３０分間で行われる。そして、上記露光用の照射線としては、例えば、可視光，紫外線，赤外線，Ｘ線，α線，β線，γ線等が用いられる。好適には、紫外線が用いられる。紫外線を用いると、大きなエネルギーを照射して、大きな硬化速度を得ることができ、しかも、照射装置も小型かつ安価であり、生産コストの低減化を図ることができるからである。紫外線の光源としては、例えば、低圧水銀灯，高圧水銀灯，超高圧水銀灯等があげられ、紫外線の照射量は、通常、１０〜１００００ｍＪ／ｃｍ2 、好ましくは、５０〜３０００ｍＪ／ｃｍ2 である。その後の加熱処理は、８０〜２５０℃、好ましくは、１００〜２００℃にて、１０秒〜２時間、好ましくは、５分〜１時間の範囲内で行われる。
ついで、図５（ｂ）に示すように、上記アンダークラッド層２の表面に、コア３に形成される感光性樹脂層を形成する。そして、コア３のパターン（第１レンズ部３０を含む）に対応する開口パターンが形成されている露光マスクを介して、上記感光性樹脂層を照射線により露光した後、光反応を完結させるために、加熱処理を行う。さらに、現像液を用いて現像を行うことにより、未露光部分を溶解させて除去し、アンダークラッド層２上に残存した感光性樹脂層をコア３のパターンに形成する。その後、その残存感光性樹脂層中の現像液を加熱処理により除去する。これにより、上記残存感光性樹脂層をコア３に形成する。コア３（感光性樹脂層）の厚みは、通常、２０〜１５０μｍの範囲内に設定され、好ましくは、４０〜１００μｍの範囲内に設定される。また、コア３の幅は、通常、８〜５０μｍの範囲内に設定され、好ましくは、１０〜２５μｍの範囲内に設定される。
上記コア３の形成において、感光性樹脂層の形成は、図５（ａ）で説明した、アンダークラッド層２に形成される感光性樹脂層の形成方法と同様にして行われる。なお、このコア３の形成材料は、上記アンダークラッド層２および後記のオーバークラッド層４〔図３（ｂ）参照〕の形成材料よりも屈折率が大きい材料が用いられる。この屈折率の調整は、例えば、上記アンダークラッド層２，コア３，オーバークラッド層４の各形成材料の種類の選択や組成比率を調整して行うことができる。また、上記露光およびその後の加熱処理は、図５（ａ）で説明したアンダークラッド層２の形成方法と同様にして行われる。さらに、上記現像は、例えば、浸漬法，スプレー法，パドル法等が用いられる。また、現像液としては、例えば、有機系の溶媒，アルカリ系水溶液を含有する有機系の溶媒等が用いられる。このような現像液および現像条件は、感光性樹脂組成物の組成によって、適宜選択される。上記現像後の加熱処理は、通常、８０〜１２０℃×１０〜３０分間の範囲内で行われる。
つぎに、図５（ｃ）に示すように、基台１をアンダークラッド層２から剥離する。この剥離方法としては、例えば、真空吸引ステージ（図示せず）上に、基台１の下面を当接させ、基台１をエア吸着により固定する。ついで、露呈しているアンダークラッド層２の上面を真空吸着機（図示せず）で吸着し、その状態でその吸着部分を持ち上げる。これにより、コア３とアンダークラッド層２とを接着させた状態で、光導波路のアンダークラッド層２を基台１から剥離する。ここで、基台１とアンダークラッド層２との間の接着力は、その材料から弱く、上記のようにすることにより、簡単に剥離することができる。
そして、図５（ｄ），（ｅ）に示すように、オーバークラッド層４〔図３（ｂ）参照〕を成形する、石英（紫外線等の照射線を透過させる材料）製の成形型を準備する。この成形型は、下型５〔図５（ｄ）参照〕と上型６〔図５（ｅ）参照〕とからなっている。下型５には、図５（ｄ）に示すように、上記アンダークラッド層２とコア３との積層体を載置する載置面５ａと、オーバークラッド層４端部の屈曲部４０の第２レンズ部５０および当接面４１〔図３（ｂ）参照〕を成形する型面５ｂとが形成されている。上型６には、図５（ｅ）に示すように、成形材料を注入する注入口６ａと、上記屈曲部４０の光反射面６０およびコア３を被覆するオーバークラッド層４部分〔図３（ｂ）参照〕を成形する型面６ｂとが形成されている。
このような成形型を用いてオーバークラッド層４を形成する際には、まず、図５（ｄ）に示すように、下型５の載置面５ａに、アンダークラッド層２とコア３との積層体を位置決めして載置する。ついで、図５（ｅ）に示すように、下型５に上型６を合わせ、成形空間Ｓを形成する。つぎに、その成形空間Ｓに、上記上型６に形成された注入口６ａから、オーバークラッド層４に形成される感光性樹脂を充填する。そして、上記成形型を通して、紫外線等の照射線により露光し、脱型後、加熱処理等を行い、第２レンズ部５０，光反射面６０および当接面４１が形成されたオーバークラッド層４を形成する〔図３（ｂ）参照〕。上記露光，加熱処理等は、図５（ａ）で説明した、アンダークラッド層２の形成方法と同様にして行われる。オーバークラッド層４の厚み（コア３の表面からの厚み）は、通常、５〜１００μｍの範囲内に設定され、好ましくは、１０〜８０μｍの範囲内に設定される。
このようにして、オーバークラッド層４（第２レンズ部５０，光反射面６０および当接面４１を含む）が形成されるため、オーバークラッド層４が形成された時点で、コア３端部の第１レンズ部３０とオーバークラッド層４端部の第２レンズ部５０と光反射面６０とが位置決めされた状態で、コア３とオーバークラッド層４とが一体化する。また、アンダークラッド層２とオーバークラッド層４とが同じ形成材料の場合は、アンダークラッド層２とオーバークラッド層４とは、その接触部分で同化する。
その後、上記オーバークラッド層４端部に形成された屈曲部４０の光反射面６０の表面に、金属薄膜６１を、めっきまたは蒸着により形成する。その金属薄膜６１の形成材料としては、例えば、ニッケル，銅，銀，金，クロム，アルミニウム，亜鉛，錫，コバルト，タングステン，白金，パラジウムおよびこれらの２種以上の元素を含む合金材料等があげられる。その厚みは、例えば、５０ｎｍ〜５μｍの範囲内に設定される。このようにして、図１に示す帯状の光導波路が得られる。
図６は、本発明の光導波路の第２の実施の形態を示している。この実施の形態の光導波路は、上記第１の実施の形態において、コア３端部の第１レンズ部３０が、図６（正面図）に示すような、いわゆるしゃもじの頭状に形成されている。図６のＹ−Ｙ断面図は、図３（ｂ）と同様であり、その断面図に示すように、平面状になっている。上記第１レンズ部３０の形成は、コア３を形成する際に用いる露光マスクの開口パターンを、上記第１レンズ部３０を含むコア３のパターンに対応させたものとすることにより可能である。それ以外は、上記第１の実施の形態と同様であり、同様の部分は同じ符号を付している。
上記コア３端部の、いわゆるしゃもじの頭状の第１レンズ部３０について、より詳しく説明すると、上記第１レンズ部３０は、端面に向かうにつれて徐々に拡幅するテーパ状に形成され、その端面は、外側に向かって反る正面視略１／２円弧状のレンズ曲面３１に形成されている。上記コア３端部の第１レンズ部３０の寸法は、下記（１），（２）のように設定される。
（１）上記テーパ状部分３２の長さ（Ｌ2 ）が８００μｍ以上の場合は、テーパ角度（α）が２°〜２０°の範囲内に設定されるとともに、上記テーパ状部分３２の長さ（Ｌ2 ）とテーパ角度（α）とレンズ曲面３１の曲率半径（Ｒ2 ）とが下記（Ｂ）を満たすように設定される。下記（Ｂ）は、本発明者が実験を繰り返し行って求めた式である。この場合〔テーパ状部分３２の長さ（Ｌ2 ）が８００μｍ以上の場合〕、テーパ状部分３２の長さ（Ｌ2 ）の上限はないが、長くし過ぎても、タッチパネル１０のディスプレイ１１（図２参照）の周側面にスペースが多く必要になるだけで、光伝送における意味はない。
（２）上記テーパ状部分３２の長さ（Ｌ2 ）が８００μｍ未満の場合は、そのテーパ状部分３２の長さ（Ｌ2 ）が４００μｍ以上に設定され（４００μｍを下回らないように設定され）、さらに、テーパ角度（α）が４°〜１６°の範囲内に設定されるとともに、下記（Ｂ）を満たすように設定される。
（Ｂ）０．５×Ｌ2 ×ｔａｎ（α／２）＜Ｒ2 ＜２．５×Ｌ2 ×ｔａｎ（α／２）
〔ただし、単位は、Ｌ2 ：μｍ、α：°（度）、Ｒ2 ：μｍである。〕
（１）上記テーパ状部分３２の長さ（Ｌ2 ）が８００μｍ以上の場合は、テーパ角度（α）が２°〜２０°の範囲内に設定されるとともに、上記テーパ状部分３２の長さ（Ｌ2 ）とテーパ角度（α）とレンズ曲面３１の曲率半径（Ｒ2 ）とが下記（Ｂ）を満たすように設定される。下記（Ｂ）は、本発明者が実験を繰り返し行って求めた式である。この場合〔テーパ状部分３２の長さ（Ｌ2 ）が８００μｍ以上の場合〕、テーパ状部分３２の長さ（Ｌ2 ）の上限はないが、長くし過ぎても、タッチパネル１０のディスプレイ１１（図２参照）の周側面にスペースが多く必要になるだけで、光伝送における意味はない。
（２）上記テーパ状部分３２の長さ（Ｌ2 ）が８００μｍ未満の場合は、そのテーパ状部分３２の長さ（Ｌ2 ）が４００μｍ以上に設定され（４００μｍを下回らないように設定され）、さらに、テーパ角度（α）が４°〜１６°の範囲内に設定されるとともに、下記（Ｂ）を満たすように設定される。
（Ｂ）０．５×Ｌ2 ×ｔａｎ（α／２）＜Ｒ2 ＜２．５×Ｌ2 ×ｔａｎ（α／２）
〔ただし、単位は、Ｌ2 ：μｍ、α：°（度）、Ｒ2 ：μｍである。〕
そして、コア３から出射される光Ｗは、その端部の第１レンズ部３０の屈折作用により、横方向（アンダークラッド層２に沿う方向）の発散が抑制される。すなわち、光Ｗは、コア３で反射を頻繁に繰り返して進み、しゃもじの頭状の第１レンズ部３０のテーパ状部分３２では、最先端のレンズ曲面３１の方向に向き易くなるよう反射し〔すなわち、テーパ状部分３２のテーパ角度（α）を調整することにより、反射角度を調整している〕、その先端拡幅部に進むに従って反射の回数が減り、最先端のレンズ曲面３１では、その形状によって、出射される光Ｗは、正面視がより平行光に近い状態となる。このため、上記光反射面６０での反射を経て、第２レンズ部５０のレンズ曲面５１から出射される光は、より平行光に近い状態となる。その結果、光伝送効率は高くなり、タッチパネル１０（図２参照）において、指検知の正確性をより向上させることができる。
なお、上記各実施の形態では、オーバークラッド層４端部の屈曲部４０の光反射面６０の表面に金属薄膜６１を形成したが、金属薄膜６１を形成しなくてもよい。オーバークラッド層４の屈折率の方が、上記光反射面６０の外側にある空気の屈折率よりも大きいため、上記屈曲部４０の中を通る光は、光反射面６０に当たると、その殆どが反射するからである。
また、上記各実施の形態では、第２レンズ部５０の下方に、ディスプレイ１１の画面上縁部に当接する当接面４１を形成したが、その当接面４１を形成しなくてもよい。この場合、第２レンズ部５０の下端部は、アンダークラッド層２まで直接至るように形成される。
また、上記各実施の形態では、アンダークラッド層２，オーバークラッド層４の形成において、材料として感光性樹脂を用い、その形成を露光および現像により行ったが、それ以外であってもよい。例えば、アンダークラッド層２，オーバークラッド層４の材料としてポリイミド樹脂，エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用い、その熱硬化性樹脂が溶媒に溶解しているワニスを塗布等した後、加熱処理（通常、３００〜４００℃×６０〜１８０分間）により硬化させる等してアンダークラッド層２，オーバークラッド層４を形成してもよい。
また、上記各実施の形態では、感光性樹脂を用いてアンダークラッド層２を形成したが、それ以外でもよく、樹脂フィルムをアンダークラッド層２として用いてもよい。また、アンダークラッド層２に代えて、金属フィルム，金属薄膜が表面に形成された基板等を用い、その金属材の表面を、コア３内を伝播する光Ｗの反射面として作用させてもよい。
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。但し、本発明は、実施例に限定されるわけではない。
〔実施例１〜４および比較例１，２〕
〔アンダークラッド層およびオーバークラッド層の形成材料〕
下記の一般式（１）で示されるビスフェノキシエタノールフルオレングリシジルエーテル（成分Ａ）３５重量部、脂環式エポキシである３，４−エポキシシクロヘキセニルメチル−３’，４’−エポキシヘキセンカルボキシレート（ダイセル化学社製、セロキサイド２０２１Ｐ）（成分Ｂ）４０重量部、シクロヘキセンオキシド骨格を有する脂環式エポキシ樹脂（ダイセル化学社製、セロキサイド２０８１）（成分Ｃ）２５重量部、４，４’−ビス〔ジ（βヒドロキシエトキシ）フェニルスルフィニオ〕フェニルスルフィド−ビス−ヘキサフルオロアンチモネートの５０％プロピオンカーボネート溶液（成分Ｄ）２重量部とを混合することにより、アンダークラッド層およびオーバークラッド層の形成材料を調製した。
〔アンダークラッド層およびオーバークラッド層の形成材料〕
下記の一般式（１）で示されるビスフェノキシエタノールフルオレングリシジルエーテル（成分Ａ）３５重量部、脂環式エポキシである３，４−エポキシシクロヘキセニルメチル−３’，４’−エポキシヘキセンカルボキシレート（ダイセル化学社製、セロキサイド２０２１Ｐ）（成分Ｂ）４０重量部、シクロヘキセンオキシド骨格を有する脂環式エポキシ樹脂（ダイセル化学社製、セロキサイド２０８１）（成分Ｃ）２５重量部、４，４’−ビス〔ジ（βヒドロキシエトキシ）フェニルスルフィニオ〕フェニルスルフィド−ビス−ヘキサフルオロアンチモネートの５０％プロピオンカーボネート溶液（成分Ｄ）２重量部とを混合することにより、アンダークラッド層およびオーバークラッド層の形成材料を調製した。
〔コアの形成材料〕
上記成分Ａ：７０重量部、１，３，３−トリス｛４−〔２−（３−オキセタニル）〕ブトキシフェニル｝ブタン：３０重量部、上記成分Ｄ：１重量部を乳酸エチル２８重量部に溶解することにより、コアの形成材料を調製した。
上記成分Ａ：７０重量部、１，３，３−トリス｛４−〔２−（３−オキセタニル）〕ブトキシフェニル｝ブタン：３０重量部、上記成分Ｄ：１重量部を乳酸エチル２８重量部に溶解することにより、コアの形成材料を調製した。
〔光導波路の作製〕
ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルム〔３００ｍｍ×３００ｍｍ×１８８μｍ（厚み）〕の表面に、上記アンダークラッド層の形成材料をスピンコート法により塗布した後、２５０ｍｍ×８ｍｍの長方形状の開口部が形成された合成石英系のクロムマスク（露光マスク）を介して、２０００ｍＪ／ｃｍ2 の紫外線照射による露光を行った。つづいて、１００℃×１５分間の加熱処理を行うことにより、アンダークラッド層を形成した。このアンダークラッド層の厚みを接触式膜厚計で測定すると２００μｍであった。また、このアンダークラッド層の、波長８３０ｎｍにおける屈折率は、１．５０２であった。
ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルム〔３００ｍｍ×３００ｍｍ×１８８μｍ（厚み）〕の表面に、上記アンダークラッド層の形成材料をスピンコート法により塗布した後、２５０ｍｍ×８ｍｍの長方形状の開口部が形成された合成石英系のクロムマスク（露光マスク）を介して、２０００ｍＪ／ｃｍ2 の紫外線照射による露光を行った。つづいて、１００℃×１５分間の加熱処理を行うことにより、アンダークラッド層を形成した。このアンダークラッド層の厚みを接触式膜厚計で測定すると２００μｍであった。また、このアンダークラッド層の、波長８３０ｎｍにおける屈折率は、１．５０２であった。
ついで、上記アンダークラッド層の表面に、上記コアの形成材料をスピンコート法により塗布した後、１００℃×１５分間の乾燥処理を行った。ついで、その上方に、コアのパターン（第１レンズ部を含む）と同形状の開口パターンが形成された合成石英系のクロムマスク（露光マスク）を配置した。そして、その上方から、コンタクト露光法にて４０００ｍＪ／ｃｍ2 の紫外線照射による露光を行った後、１２０℃×１５分間の加熱処理を行った。つぎに、γ−ブチロラクトン水溶液を用いて現像することにより、未露光部分を溶解除去した後、１２０℃×３０分間の加熱処理を行うことにより、コアを形成した。そのうち、光を出射するコア端部および光を入射させるコア端部を、端面に向かうにつれて徐々に拡幅するテーパ状（テーパ角度７°，長さ２３００μｍ）に形成し、上記端面が外側に向かって反る正面視円弧状曲面（曲率半径１６０μｍ）に形成する（第１レンズ部に形成する）ことにより、出射する光が横方向に発散するのを抑制するようにした。これら端部以外のコア部分の断面寸法は、幅１５μｍ×高さ３０μｍであった。上記各寸法は、ＳＥＭ（電子顕微鏡）で測定した。また、このコアの、波長８３０ｎｍにおける屈折率は、１．５８８であった。
つぎに、真空吸引ステージ上に、上記ＰＥＮフィルムの下面を当接させ、ＰＥＮフィルムをエア吸着により固定した後、露呈しているアンダークラッド層の上面を真空吸着機で吸着し、その状態でその吸着部分を持ち上げ、これにより、コアとアンダークラッド層とを接着させた状態で、光導波路のアンダークラッド層をＰＥＮフィルムから剥離した。
そして、オーバークラッド層形成用の、下型と上型とからなる石英製成形型を、下記の表１，２（実施例１〜４，比較例１，２）に示す、第１レンズ部のレンズ曲面の曲率中心から光反射面までの距離（ａ），光反射面から第２レンズ部のレンズ曲面の先端までの距離（ｂ），第２レンズ部のレンズ曲面の曲率半径（Ｒ）に対応して準備した。そして、下型の載置面に、上記アンダークラッド層とコアとの積層体を位置決めして載置した後、下型に上型を合わせ、成形空間を形成した。この状態で、上型に形成された注入口から成形空間に、上記オーバークラッド層の形成材料を充填した。そして、上記成形型を通して、２０００ｍＪ／ｃｍ2 の紫外線照射による露光を行った。脱型後、１５０℃×６０分間の加熱処理を行うことにより、オーバークラッド層を形成した。このオーバークラッド層の厚み（コア表面からの厚み）を接触式膜厚計で測定すると１００μｍであった。また、このオーバークラッド層の、波長８３０ｎｍにおける屈折率は、１．５０２であった。
その後、上記オーバークラッド層端部に形成された屈曲部の光反射面の表面に、銀（Ａｇ）からなる金属薄膜（厚み２００ｎｍ）を、蒸着により形成した。このようにして、帯状の光導波路（２５０ｍｍ×１２ｍｍ）を得た。
〔光損失値の測定〕
得られた光導波路を、四角形のガラスパネルの側周面に沿って巻装した。これにより、光を出射する側のコア一つに対し、光を入射させる側のコア一つを対峙させた。そして、それらを一組とし、それらの光損失値を、つぎのようにして測定した。すなわち、手動調軸ステージを用いて、光を出射する側のコアの一端面（第１レンズ部とは反対側の端面）に発光素子（ＶＣＳＥＬ：５ｍＡ、波長８５０ｎｍ）を接続し、光を入射させる側のコアの一端面（第１レンズ部とは反対側の端面）にマルチモードファイバ（コア径５０μｍ）を介してパワーメータを接続した。そして、上記発光素子から光を発光させ、その光を上記パワーメータで受光した際の光損失値を測定した。その結果、光損失値が２０ｄＢ未満のものを、光損失値が小さいとして○、光損失値が２０ｄＢ以上のものを、光損失値が大きいとして×と評価し、下記の表１，２に併せて表記した。
得られた光導波路を、四角形のガラスパネルの側周面に沿って巻装した。これにより、光を出射する側のコア一つに対し、光を入射させる側のコア一つを対峙させた。そして、それらを一組とし、それらの光損失値を、つぎのようにして測定した。すなわち、手動調軸ステージを用いて、光を出射する側のコアの一端面（第１レンズ部とは反対側の端面）に発光素子（ＶＣＳＥＬ：５ｍＡ、波長８５０ｎｍ）を接続し、光を入射させる側のコアの一端面（第１レンズ部とは反対側の端面）にマルチモードファイバ（コア径５０μｍ）を介してパワーメータを接続した。そして、上記発光素子から光を発光させ、その光を上記パワーメータで受光した際の光損失値を測定した。その結果、光損失値が２０ｄＢ未満のものを、光損失値が小さいとして○、光損失値が２０ｄＢ以上のものを、光損失値が大きいとして×と評価し、下記の表１，２に併せて表記した。
その結果、コア端部の第１レンズ部と光反射面とオーバークラッド層端部の第２レンズ部との相互の位置関係および第２レンズ部のレンズ曲面の曲率半径が特定の範囲内にある実施例１〜４の光導波路は、光損失値が小さく、上記範囲を外れる比較例１，２の光導波路は、光損失値が大きいことがわかる。
３ コア
４ オーバークラッド層
３０ 第１レンズ部
５０ 第２レンズ部
６０ 光反射面
４ オーバークラッド層
３０ 第１レンズ部
５０ 第２レンズ部
６０ 光反射面
Claims (5)
- 基体と、この基体の表面の所定部分に形成されたコアと、このコアを被覆した状態で上記基体の表面に形成されたオーバークラッド層とを備え、タッチパネルのディスプレイの側周面に沿って設置され、光を出射するコアの端部が上記ディスプレイの側周面の一側部に位置決めされ、その光を入射させるコアの端部が上記ディスプレイの側周面の他側部に位置決めされるタッチパネル用光導波路であって、上記光を出射するコアの端部および光を入射させるコアの端部が、外側に向かって反るレンズ曲面を有する第１レンズ部に形成され、上記第１レンズ部を被覆するオーバークラッド層の端部は、上記基体側に屈曲した状態で延設され、その屈曲部の先端部分が、外側に向かって反るレンズ曲面を有する第２レンズ部に形成され、その反対側の後端部分が、上記第１レンズ部先端のレンズ曲面と第２レンズ部先端のレンズ曲面とに同じ光を通過させるよう光路変更させる光反射面に形成され、上記第１レンズ部のレンズ曲面の曲率中心から上記光反射面までの距離とその光反射面から上記第２レンズ部のレンズ曲面の先端までの距離との合計距離（Ｌ）と、上記第２レンズ部のレンズ曲面の曲率半径（Ｒ）とが下記（Ａ）を満たしていることを特徴とするタッチパネル用光導波路。
（Ａ）（Ｌ／３）−０．５＜Ｒ＜（Ｌ／３）＋０．５
〔ただし、単位は、Ｌ：ｍｍ、Ｒ：ｍｍである。〕 - 上記基体が、アンダークラッド材または金属材で形成されている請求項１記載のタッチパネル用光導波路。
- 上記光反射面の表面に、金属薄膜が形成されている請求項１または２記載のタッチパネル用光導波路。
- 上記請求項１〜３のいずれか一項に記載のタッチパネル用光導波路が、タッチパネルのディスプレイの側周面に沿って設置され、光を出射するコアの第１レンズ部が上記ディスプレイの側周面の一側部に位置決めされ、その光を入射させるコアの第１レンズ部が上記ディスプレイの側周面の他側部に位置決めされ、上記第１レンズ部を被覆したオーバークラッド層端部の屈曲部がディスプレイの画面の周縁部に位置決めされていることを特徴とするタッチパネル。
- 上記請求項１または２記載のタッチパネル用光導波路の製造方法であって、基体の表面の所定部分に、その端部が第１レンズ部に形成されたコアを形成する工程と、それを成形型にセットし、オーバークラッド層の形成材料を注入する工程と、その注入した形成材料を硬化させ、上記コアを被覆した状態で上記基体の表面にオーバークラッド層を形成し、そのうち、上記第１レンズ部を被覆するオーバークラッド層の端部を第２レンズ部と光反射面とを有する屈曲部に形成する工程とを備えていることを特徴とするタッチパネル用光導波路の製造方法。
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