KR20110069690A - 발광 소자가 형성된 광 도파로, 및 그것을 구비한 광학식 터치 패널 - Google Patents

발광 소자가 형성된 광 도파로, 및 그것을 구비한 광학식 터치 패널 Download PDF

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Abstract

(과제) 종래의 발광 소자가 형성된 광 도파로 (40) 는, 분기점 (42) 이 주로 (44) 의 도광 방향 (45) 에 직교하기 때문에, 주로 (44) 의 폭 (W2) 이 넓다. 또, 각 분기로 (46) 의 길이의 차가 크기 때문에, 각 분기로 (46) 로부터 출사되는 광의 강도가 불균일해지기 쉽다.
(해결 수단) 본 발명의 발광 소자가 형성된 광 도파로 (10) 는, 발광 소자 (11) 와 광 도파로 (12) 를 갖는다. 코어 (13) 는 주로 (14) 와 복수의 분기로 (15) 를 갖는다. 주로 (14) 는 분기점 (16) 을 갖는 변 (14a) 과, 분기점 (16) 을 갖지 않는 변 (14b) 을 구비한다. 분기점 (16) 은 주로 (14) 의 도광 방향 (17) 과 거의 평행한 직선 상에 형성된다. 주로 (14) 는 발광 소자 (11) 로부터 멀어짐에 따라 폭 (W) 이 좁아진다. 분기로 (15) 의 분기점 (16) 에 있어서 주로 (14) 와 도광 방향 (17) 이 이루는 각도 (
Figure pat00015
) 는 0.1 °∼ 2.0 °이다. 주로 (14) 의 분기점 (16) 을 갖지 않는 변 (14b) 과 도광 방향 (17) 이 이루는 각도 (θ) 는, 0.3 °∼ 1.7 °이다.

Description

발광 소자가 형성된 광 도파로, 및 그것을 구비한 광학식 터치 패널{OPTICAL WAVEGUIDE WITH LIGHT-EMITTING ELEMENT AND OPTICAL TOUCH PANEL WITH THE SAME}
본 발명은, 1 개의 발광 소자로부터 복수의 광선을 생성시키기 위한 신규한 분기 구조를 갖는 발광 소자가 형성된 광 도파로에 관한 것이다. 또, 그 발광 소자가 형성된 광 도파로를 구비한 광학식 터치 패널에 관한 것이다.
종래, 1 개의 발광 소자로부터 복수의 광선을 생성시키기 위한 분기 구조를 갖는, 발광 소자가 형성된 광 도파로가 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1). 이런 종류의 발광 소자가 형성된 광 도파로는, 광학식 터치 패널의 좌표 입력 영역에 광선을 출사하기 위해 바람직하게 사용된다.
도 8 은, 종래의 분기 구조를 갖는 발광 소자가 형성된 광 도파로 (40) 이다. 종래의 발광 소자가 형성된 광 도파로 (40) 는, 발광 소자 (41) 로부터의 광을 각 분기로 (46) 에 분배하기 위해, 복수의 분기점 (42) 이 코어 (43) 의 주로 (主路 : 44) 의 도광 방향 (45) 에 직교하는 방향으로 형성되어 있다.
이와 같은 구조의 발광 소자가 형성된 광 도파로 (40) 는, 인접하는 분기로 (46) 사이에 간극 (47) 이 필요하기 때문에, 주로 (44) 의 폭 (W2) 이 넓어진다는 문제가 있었다 (간극 (47) 에는 클래드층이 충전되어 있다). 또, 각 분기로 (46) 의 길이의 차가 크기 때문에, 각 분기로 (46) 사이의 광 전송 효율에 차가 발생하기 쉬워, 각 분기로 (46) 로부터 출사되는 광의 강도가 불균일해지기 쉽다는 문제도 있었다.
미국 특허공개 2006/0188198호
종래의 분기 구조를 갖는 발광 소자가 형성된 광 도파로 (40) 는, 복수의 분기점 (42) 이 주로 (44) 의 도광 방향 (45) 에 직교하는 방향으로 형성되어 있기 때문에, 주로 (44) 의 폭 (W2) 이 넓다는 과제가 있다. 또, 각 분기로 (46) 의 길이의 차가 크기 때문에, 각 분기로 (46) 로부터 출사되는 광의 강도가 불균일해지기 쉽다는 과제가 있다.
본 발명의 목적은, 종래보다 주로의 폭이 좁고, 각 분기로로부터 출사되는 광선의 강도가 균일한, 발광 소자가 형성된 광 도파로를 실현하는 것이다.
본 발명의 요지는 이하와 같다.
(1) 본 발명의 발광 소자가 형성된 광 도파로는, 발광 소자와, 발광 소자로부터의 광을 유도하여 복수의 광선을 생성시키는 코어를 포함하는 광 도파로를 갖는 발광 소자가 형성된 광 도파로이다. 코어는 주로와, 주로로부터 복수의 분기점에서 분기된 복수의 분기로를 갖는다. 주로는 분기점을 갖는 변과, 분기점을 갖지 않는 변을 구비한다. 분기점을 갖는 변과 분기점을 갖지 않는 변은 서로 대향한다. 분기점을 갖는 변 상의 복수의 분기점은, 주로의 도광 방향과 거의 평행한 직선 상에 형성된다. 주로는, 발광 소자로부터 멀어짐에 따라 폭이 좁아진다. 분기로가 주로로부터 분기되는 분기점에 있어서, 주로와, 주로의 도광 방향이 이루는 각도 (
Figure pat00001
) 는 0.1 °∼ 2.0 °이다. 주로의 분기점을 갖지 않는 변과, 주로의 도광 방향이 이루는 각도 (θ) 는 0.3 °∼ 1.7 °이다.
(2) 본 발명의 광학식 터치 패널은, 상기에 기재된 발광 소자가 형성된 광 도파로를 구비한다.
본 발명의 발광 소자가 형성된 광 도파로에 있어서는, 발광 소자가 형성된 광 도파로의 코어의 주로의 최대 폭을 종래의 발광 소자가 형성된 광 도파로의 주로의 최대 폭보다 예를 들어 40 ％ 이상 좁게 할 수 있다.
본 발명의 발광 소자가 형성된 광 도파로에 있어서는, 각 분기로에 광을 균일하게 분배하는 것과, 주로의 최대 폭을 좁게 하는 것을 양립시킬 수 있다.
본 발명의 광학식 터치 패널은, 본 발명의 발광 소자가 형성된 광 도파로를 사용함으로써, 프레임 부분을 좁게 할 수 있다. 또, 좌표 입력 영역의, 장소에 따른 감도 편차를 줄일 수 있다.
도 1 은 본 발명의 발광 소자가 형성된 광 도파로의 설명도.
도 2 는 본 발명에 사용되는 코어의 설명도.
도 3 은 광 도파로 내에서의 광의 전파 (傳播) 를 나타내는 설명도.
도 4 는 본 발명의 광학식 터치 패널의 설명도.
도 5 는 수광 소자가 형성된 광 도파로의 설명도.
도 6 은 본 발명의 발광 소자가 형성된 광 도파로의 광 강도를 측정하기 위한 구성도.
도 7 은 본 발명의 발광 소자가 형성된 광 도파로의 실시예 1 의 광 강도 분포 그래프.
도 8 은 종래의 발광 소자가 형성된 광 도파로의 설명도.
[발광 소자가 형성된 광 도파로］
도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 발광 소자가 형성된 광 도파로 (10) 는, 발광 소자 (11) 와 광 도파로 (12) 를 갖는다. 광 도파로 (12) 는 발광 소자 (11) 로부터의 광을 유도하는 코어 (13) 를 포함한다.
도 2 는 코어 (13) 의 설명도이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 코어 (13) 는 주로 (14) 와 복수의 분기로 (15) 를 갖는다. 각 분기로 (15) 는 각 분기점 (16) 에서 주로 (14) 로부터 분기된다. 주로 (14) 는 2 개의 변 (14a, 14b) 을 갖는다. 1 개의 변 (14a) 은 분기점 (16) 을 갖고 있지만, 다른 변 (14b) 은 분기점 (16) 을 갖고 있지 않다. 분기점 (16) 은 주로 (14) 의 도광 방향 (17) 에 거의 평행한 직선 상에 형성된다. 주로의 폭 (W) 은 발광 소자 (11) 로부터 멀어짐에 따라 좁아진다.
본 발명의 발광 소자가 형성된 광 도파로 (10) 는, 인접하는 분기로 (15) 사이에, 종래와 같은 간극을 둘 필요가 없기 때문에, 주로 (14) 의 최대 폭 (W1) 을 좁게 할 수 있다. 또, 각 분기로 (15) 의 길이의 차가 적기 때문에, 각 분기로 (15) 사이의 광 전송 효율에 차가 잘 발생하지 않는다. 따라서, 각 분기로 (15) 로부터 출사되는 광의 강도를 균일하게 할 수 있다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 발광 소자 (11) 로부터 출사된 광 (19) 은, 광 도파로 (12) 에 매설된 코어 (13) 의 안을 전 (全) 반사하면서 전파되어, 각 분기로 (15) 의 선단으로부터 출사된다.
도 1, 2 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 발광 소자가 형성된 광 도파로 (10) 의 주로 (14) 는 2 개의 변 (14a, 14b) 을 구비하며, 1 개의 변 (14a) 은 분기점 (16) 을 갖지만, 다른 변 (14b) 은 분기점 (16) 을 갖지 않는다. 각 분기점 (16) 의 위치는, 주로 (14) 의 도광 방향 (17) 에 거의 평행한 직선 상에 있다. 각 분기로 (15) 가 주로 (14) 로부터 분기되는 분기점 (16) 에서는, 주로 (14) 와, 주로 (14) 의 도광 방향 (17) 이 각도 (
Figure pat00002
) 를 이룬다. 각도 (
Figure pat00003
) 는, 바람직하게는 0.1 °∼ 2.0 °이고, 보다 바람직하게는 0.1 °∼ 1.8 °이며, 더욱 바람직하게는 0.1 °∼ 1.6 °이다.
분기점 (16) 을 갖지 않는 변 (14b) 과, 주로 (14) 의 도광 방향 (17) 은 각도 (θ) 를 이룬다. 각도 (θ) 는, 바람직하게는 0.3 °∼ 1.7 °이고, 보다 바람직하게는 0.3 °∼ 1.5 °이며, 더욱 바람직하게는 0.4 °∼ 1.0 °이다. 상기의 각도 (
Figure pat00004
) 와 각도 (θ) 의 차는, 바람직하게는 0.5 °이하이다.
각도 (
Figure pat00005
) 와 각도 (θ) 가 상기의 범위를 하회하면, 각 분기로 (15) 로부터 출사되는 광 강도의 편차가 커진다. 반대로 각도 (
Figure pat00006
) 와 각도 (θ) 가 상기 범위를 상회하면, 주로 (14) 의 최대 폭 (W1) 이 넓어져, 종래의 발광 소자가 형성된 광 도파로 (40) 의 최대 폭 (W2) 에 가까워진다.
각도 (
Figure pat00007
) 와 각도 (θ) 가 상기 범위에 있으면, 각 분기로 (15) 에 광을 균일하게 분배하는 것과, 주로 (14) 의 최대 폭 (W1) 을 좁게 하는 것을 양립시킬 수 있다.
[광학식 터치 패널]
도 4 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 발광 소자가 형성된 광 도파로 (10) 는, 본 발명의 광학식 터치 패널 (20) 의 발광측 광 도파로 (21) 및 발광 소자 (22) 로서 사용된다.
본 발명의 광학식 터치 패널 (20) 은, 좌표 입력 영역 (23) 과, 발광측 광 도파로 (21) 와, 발광 소자 (22) 와, 수광측 광 도파로 (24) 와, 수광 소자 (25) 를 구비한다. 발광측 광 도파로 (21) 는, 좌표 입력 영역 (23) 을 종 방향 및 횡 방향으로 횡단하는 광선 (26) 을 생성시킨다. 수광측 광 도파로 (24) 는, 좌표 입력 영역 (23) 을 횡단한 광선 (26) 을 수광한다. 수광 소자 (25) 는, 수광측 광 도파로 (24) 에서 수광된 광선 (26) 을 검출한다.
광학식 터치 패널 (20) 은, 좌표 입력 영역 (23) 을 통과하는 광선 (26) 의 일부를 손가락이나 펜 등으로 차단하면, 수광 소자 (25) 에 들어가는 일부의 광의 강도가 저하되기 때문에, 손가락이나 펜 등의 좌표를 인식할 수 있다.
종래의 광 도파로 (40) 를 발광측 광 도파로로서 사용한 경우, 예를 들어, 대각 12.1 인치의 광학식 터치 패널에서 3 ㎜ 정도의 해상도를 얻기 위해서는, 코어 (43) 의 주로 (44) 의 폭 (W2) 은, 약 170 개의 분기로 (46) 와, 각 분기로 (46) 사이의 간극 (47) 의 합계가 된다.
한편, 본 발명의 발광 소자가 형성된 광 도파로 (10) 를 동일한 대각 12.1 인치의 광학식 터치 패널에 사용한 경우, 각 분기로 (15) 사이의 간극이 필요없기 때문에, 코어 (13) 의 주로 (14) 의 폭 (W1) 은, 종래의 광 도파로 (40) 를 사용한 경우의 주로 (44) 의 폭 (W2) 과 비교하여 최대 40 ％ 이상이나 좁게 할 수 있다.
[발광 소자]
본 발명의 발광 소자가 형성된 광 도파로 (10) 에 사용되는 발광 소자 (11) 는, 광 도파로 (12) 를 통과하여 좌표 입력 영역 (23) 을 횡단하는 광선 (26) 을 생성시키는 것이라면 임의의 것을 사용할 수 있다.
발광 소자 (11) 는, 바람직하게는 발광 다이오드 또는 반도체 레이저이고, 더욱 바람직하게는 VCSEL (수직 공진기 면발광 레이저) 이다. VCSEL 은 기판의 수직 방향으로 광을 공진시켜, 기판의 수직 방향으로 광을 출사시키기 때문에 광 전송이 우수하다.
발광 소자 (11) 로부터 출사되는 광의 파장은, 바람직하게는 근적외선 영역 (700 ㎚∼ 2500 ㎚) 중 어느 것이다.
[광 도파로]
본 발명의 발광 소자가 형성된 광 도파로 (10) 에 사용되는 광 도파로 (12) 에는, 발광 소자 (11) 로부터의 광을 유도하여 복수의 광선을 생성시키는 코어 (13) 가 매설된다. 코어 (13) 의 주로 (14) 측의 단부 (端部 : 14c) 는, 통상적으로 발광 소자 (11) 와 광학적으로 결합된다 (광 결합이라고 한다).
광 결합 방법은, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어, 발광 소자 (11) 의 광 강도 분포의 중심 위치와, 코어 (13) 의 중심이 일치하도록 조정하는 방법이나, 광 로 변환 미러를 사용하는 방법이 있다. 광로 변환 미러로는, 예를 들어, 다이싱 가공에 의해 형성된 V 형 홈이 사용된다.
코어 (13) 는 주로 (14) 와 복수의 분기로 (15) 를 갖는다. 각 분기로 (15) 는 각 분기점 (16) 에서 주로 (14) 로부터 분기된다. 주로 (14) 에는 2 개의 변 (14a, 14b) 이 있으며, 1 개의 변 (14a) 은 복수의 분기점 (16) 을 갖지만, 다른 변 (14b) 은 분기점 (16) 을 갖지 않는다.
본 명세서에 있어서 「분기점 (16)」이란, 인접하는 분기로 (15) 의 측벽이 합류하는 부분을 말한다. 또, 「도광 방향 (17)」이란, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 코어 (13) 내를 전파하는 광 (19) 의 진행 방향을 말하며, 엄밀하게는 도 1 에 나타내는 바와 같이, 코어 (13) 로부터 분기로 (15) 가 분기되는 바로 앞의 주로 (14) 내의 광의 진행 방향을 말한다.
코어 (13) 의 주로 (14) 의 최대 폭 (W1) 은, 광학식 터치 패널의 크기에 따라서도 상이하지만, 예를 들어, 500 ㎛ ∼ 10,000 ㎛ 이다. 주로 (14) 의 높이 (두께) 는, 바람직하게는 30 ㎛ ∼ 100 ㎛ 이다.
도 1, 2 에 나타내는 바와 같이, 각 분기점 (16) 의 위치는 1 개의 직선 상에 놓인다. 그 직선은 주로 (14) 의 도광 방향 (17) 에 거의 평행하다. 「거의 평행」이란, 각 분기점 (16) 이 놓인 직선과 주로 (14) 의 도광 방향 (17) 의 진정한 평행으로부터의 어긋남이 0.1 °미만인 것을 말한다.
주로 (14) 의 폭 (W) 은, 주로 (14) 의 도광 방향 (17) 을 따라, 발광 소자 (11) 로부터 멀어짐에 따라 좁아진다. 주로 (14) 의 폭 (W) 의 감소율은, 분기점 (16) 을 갖지 않는 변 (14b) 과, 주로 (14) 의 도광 방향 (17) 이 이루는 각도 (θ) 에 의해 정해진다.
주로 (14) 의 분기점 (16) 을 갖지 않는 변 (14b) 과 주로 (14) 의 도광 방향 (17) 이 이루는 각도 (θ) 가 0.3 °미만이면, 각 분기로 (15) 로부터 출사되는 광선의 강도를 균일하게 하기 어렵다.
또, 각도 (θ) 가 1.7 °를 초과하면, 주로 (14) 의 최대 폭 (W1) 이 넓어져, 종래의 분기 구조를 갖는 발광 소자가 형성된 광 도파로 (40) 의 주로 (44) 의 폭 (W2) 에 가까워지기 때문에, 본 발명의 효과를 충분히 얻을 수 없다.
주로 (14) 의 분기점 (16) 을 갖기 않는 변 (14b) 과, 주로 (14) 의 도광 방향 (17) 이 이루는 각도 (θ) 를 0.3 °∼ 1.7 °로 함으로써, 각 분기로 (15) 로부터 출사되는 광선의 강도를 균일하게 하는 것과, 주로 (14) 의 최대 폭 (W1) 을 좁게 하는 것을 양립시킬 수 있다.
1 개의 주로 (14) 로부터 분기되는 분기로 (15) 의 개수는, 광학식 터치 패널의 크기에 따라서도 상이하지만, 바람직하게는 40 개 ∼ 500 개이다. 도광 방향 (17) 의 인접하는 분기점 (16) 의 간격은, 바람직하게는 100 ㎛ ∼ 2,000 ㎛ 이다.
코어 (13) (주로 (14) 및 분기로 (15)) 의 단면 형상은, 특별히 제한되지 않지만, 패터닝성이 우수한 사다리꼴 또는 직사각형이 바람직하다. 이 구성의 광 도파로 (12) 는 광선의 전파 특성이 우수하다.
코어 (13) 는, 통상적으로 클래드층 (18) 에 매설되며, 클래드층 (18) 보다 굴절률이 높은 재료에 의해 형성된다. 코어 (13) 를 형성하는 재료는, 바람직하게는 패터닝성이 우수한 자외선 경화 수지이다.
자외선 경화 수지로는, 아크릴계 자외선 경화 수지, 에폭시계 자외선 경화 수지, 실록산계 자외선 경화 수지, 노르보르넨계 자외선 경화 수지, 폴리이미드계 자외선 경화 수지 등을 들 수 있다.
클래드층 (18) 은, 통상적으로 코어 (13) 보다 굴절률이 낮은 재료에 의해 형성된다. 클래드층 (18) 의 재료는, 유리, 실리콘, 금속, 수지 등, 특별히 제한되지 않는다. 클래드층 (18) 은 단층이어도 되고, 다층이어도 된다. 클래드층 (18) 이 2 층인 경우에는, 언더 클래드층과 오버 클래드층으로 형성된다. 클래드층 (18) 의 두께 (t) 는, 바람직하게는 5 ㎛ ∼ 20 ㎛ 이다.
코어 (13) 와 클래드층 (18) 의 최대 굴절률차는, 바람직하게는 0.01 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.02 ∼ 0.2 이다. 코어 (13) 및 클래드층 (18) 을 형성하는 수지의 굴절률은, 수지에 도입되는 유기기의 종류나 함유량에 따라, 적절히 증가 내지 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 고리형 방향성기 (페닐기 등) 를 수지 분자 중에 도입하거나, 혹은 고리형 방향성기의 수지 분자 중의 함유량을 증대시킴으로써, 수지의 굴절률을 증대시킬 수 있다.
한편, 예를 들어, 직사슬 또는 고리형 지방성기 (메틸기, 노르보르넨기 등) 를 수지 분자 중에 도입하거나, 혹은 직사슬 또는 고리형 지방성기의 수지 분자 중의 함유량을 증대시킴으로써, 수지의 굴절률을 감소시킬 수 있다.
광 도파로 (12) 의 구조는 플라즈마를 사용한 드라이 에칭법, 전사법, 노광 현상법, 포토 블리치법 등의 임의의 방법에 의해 제조할 수 있다.
[좌표 입력 영역]
본 발명에 있어서 좌표 입력 영역 (23) 이란, 발광측 광 도파로 (21) 로부터 생성되는 광선 (26) 이 횡단하는 영역을 말한다. 본 발명의 광학식 터치 패널 (20) 은 좌표 입력 영역 (23) 을 횡단하는 광선 (26) 을 손가락이나 펜으로 차단하함으로써 좌표 입력을 한다.
좌표 입력 영역 (23) 은, 대표적으로는 액정 디스플레이나 플라즈마 디스플레이의 표시 화면이다. 좌표 입력 영역 (23) 의 전면 (前面) 은 공간이어도 되고, 표면에 유리판이나 아크릴판을 구비해도 된다. 이 경우, 유리판이나 아크릴판은 내스크래치성을 증가시키기 위해 사용된다. 유리판이나 아크릴판의 표면에는 AR (안티 리플렉션) 처리나 AG (안티 글레어) 처리되어 있어도 된다.
[수광측 광 도파로]
도 4 의 광학식 터치 패널 (20) 에 사용되는 수광측 광 도파로 (24) 는, 좌표 입력 영역 (23) 을 횡단한 광선 (26) 을 수광할 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않는다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 수광측 광 도파로 (32) 는, 바람직하게는 복수의 코어 (31) 와, 코어 (31) 를 매설하는 클래드층 (34) 을 갖는다. 수광측 광 도파로 (32) 에 있어서, 코어 (31) 의 일방의 단부는 좌표 입력 영역 (23) 을 향하여 배치된다. 코어 (31) 의 타방의 단부는 수광 소자 (33) 와 광학적으로 결합 (광 결합) 된다. 수광 소자가 형성된 광 도파로 (30) 는 수광측 광 도파로 (32) 와 수광 소자 (33) 로 이루어진다.
광 도파로를 사용한 광학식 터치 패널 (20) 의 해상도는, 원리상, 수광 소자 (33) 에 광 결합되는 수광측 광 도파로 (32) 의 코어 (31) 의 개수에 따라 정해진다. 이 때문에, 코어 (31) 는 복수 개 필요하다. 그러나, 발광측 광 도파로 (12) 는 좌표 입력 영역 (23) 에 평행한 광선 (26) 을 출사할 수 있으면 되기 때문에, 발광 소자 (11) 와 광 결합되는 코어 (13) 의 주로 (14) 는, 도 1, 2 에 나타내는 바와 같이 1 개여도 된다.
[수광 소자]
본 발명에 사용되는 수광 소자 (33) 는 광 신호를 전기 신호로 변환시키는 기능을 가지며, 수광측 광 도파로 (32) 에서 수광된 광 (26) 을 검출한다. 수광 소자 (33) 에 의해 검출되는 광 (26) 은, 바람직하게는 근적외선 영역 (700 ㎚ ∼ 2500 ㎚) 의 광이다.
수광 소자 (33) 의 구조는, 수광부 (예를 들어 포토 다이오드) 를 횡 일렬로 나열한 1 차원 이미지 센서가 바람직하다. 이와 같은 수광 소자 (33) 로는 CMOS 이미지 센서나, CCD 이미지 센서를 들 수 있다.
실시예
[실시예 1]
＜클래드층 형성용 바니스의 조제＞
(성분 A) 지환 골격을 갖는 에폭시계 자외선 경화 수지 (아데카사 제조 EP4080E) … 100 중량부
(성분 B) 광 산발생제 (산아프로사 제조 CPI-200K) … 2 중량부
상기의 성분을 혼합하여 클래드층 형성용 바니스를 조제하였다.
＜코어 형성용 바니스의 조제＞
(성분 C) 플루오렌 골격을 포함하는 에폭시계 자외선 경화 수지 (오사카 가스 케미컬사 제조 오그솔 EG) … 40 중량부
(성분 D) 플루오렌 골격을 포함하는 에폭시계 자외선 경화 수지 (나가세 켐텍스사 제조 EX-1040) … 30 중량부
(성분 E) 1,3,3-트리스(4-(2-(3-옥세타닐))부톡시페닐)부탄 … 30 중량부 (일본 공개특허공보 2007-070320호 실시예 2 에 준하여 합성)
상기 성분 B … 1 중량부
락트산에틸 … 41 중량부
상기의 성분을 혼합하여 코어 형성용 바니스를 조제하였다.
＜발광 소자가 형성된 광 도파로의 제조＞
두께 188 ㎛ 의 폴리에틸렌나프탈레이트 필름의 표면에 클래드층 형성용 바니스를 도포하고, 자외선을 1,000 mJ/㎠ 조사하고, 다음으로 80 ℃ 에서 5 분간 가열 처리하여 두께 20 ㎛ 의 언더 클래드층을 얻었다. 파장 830 ㎚ 에 있어서의 언더 클래드층의 굴절률은 1.510 이었다.
언더 클래드층의 표면에 코어 형성용 바니스를 도포하고, 100 ℃ 에서 5 분간 건조 처리하여 코어층을 형성하였다. 다음으로, 소정의 패턴이 인쇄된 포토마스크를 코어층에 씌우고 (갭 100 ㎛), 자외선을 2,500 mJ/㎠ 조사하고, 추가로 100 ℃ 에서 10 분간 가열 처리하였다.
다음으로 코어층의 자외선 미조사 부분을, γ-부티로락톤 수용액으로 용해 제거하고, 120 ℃ 에서 5 분간 가열 처리하여 코어의 패턴을 형성하였다. 패터닝된 코어는 주로 (최대 폭 3,239 ㎛, 높이 50 ㎛) 와, 주로의 도광 방향을 따라, 순차 분기된 274 개의 분기로 (폭 15 ㎛, 높이 50 ㎛) 로 이루어진다. 파장 830 ㎚ 에 있어서의 코어의 굴절률은 1.592 였다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 이 발광 소자가 형성된 광 도파로 (10) 에 포함되는 코어 (13) 는, 주로 (14) 와, 주로 (14) 로부터 분기된 복수의 분기로 (15) 를 갖는다. 주로 (14) 는 2 개의 변 (14a, 14b) 을 가지며, 일방의 변 (14a) 은 분기점 (16) 을 갖고, 타방의 변 (14b) 은 분기점 (16) 을 갖지 않는다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 각 분기점 (16) 의 위치는, 1 개의 직선 상에 놓여져 있으며, 그 직선은 주로 (14) 의 도광 방향 (17) 에 거의 평행하다. 주로 (14) 는, 주로 (14) 의 도광 방향 (17) 을 따라, 발광 소자 (11) 로부터 멀어짐에 따라 폭 (W) 이 좁아진다.
분기점 (16) 을 갖는 변 (14a) 상의, 각 분기로 (15) 가 주로 (14) 로부터 분기되는 분기점 (16) 에서, 주로 (14) 와, 주로 (14) 의 도광 방향 (17) 이 이루는 각도 (
Figure pat00008
) 는 0.85 °이다. 분기점 (16) 을 갖지 않는 변 (14b) 과, 주로 (14) 의 도광 방향 (17) 이 이루는 각도 (θ) 는 0.7 °이다.
다음으로, 코어 전체를 덮도록 투명한 오목형 몰드 (석영제) 를 배치하고, 오목형 몰드의 내부에 클래드층 형성용 바니스를 충전하였다. 오목형 몰드의 표면 (외측) 으로부터 자외선을 2,000 mJ/㎠ 조사한 후, 80 ℃ 에서 5 분간 가열 처리하고, 그 후, 오목형 몰드를 박리하였다.
이로써, 두께 1 ㎜ 의 오버 클래드층을 형성하였다. 오버 클래드층의 선단부의 측단면 형상은, 대략 1/4 원호 형상의 볼록 렌즈 (곡률 반경 1.5 ㎜) 이다. 파장 830 ㎚ 에 있어서의 오버 클래드층의 굴절률은 1.510 이었다.
다음으로, 코어의 주로측의 단부에, 파장 850 ㎚ 의 광을 출사하는 발광 소자 (옵토웰사 제조 VCSEL) 를 자외선 경화 수지를 개재하여 광학적으로 결합시켜, 발광 소자가 형성된 광 도파로를 제조하였다.
[실시예 2]
포토마스크를 변경하여, 각 분기로 (15) 가 주로 (14) 로부터 분기되는 분기점 (16) 에 있어서, 주로 (14) 와, 주로 (14) 의 도광 방향 (17) 이 이루는 각도 (
Figure pat00009
) 를 0.1 °로 하였다. 또, 분기점 (16) 을 갖지 않는 변 (14b) 과, 주로 (14) 의 도광 방향 (17) 이 이루는 각도 (θ) 를 0.4 °로 하였다. 이 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 발광 소자가 형성된 광 도파로 (10) 를 제조하였다.
[실시예 3]
포토마스크를 변경하여, 각 분기로 (15) 가 주로 (14) 로부터 분기되는 분기점 (16) 에 있어서, 주로 (14) 와, 주로 (14) 의 도광 방향 (17) 이 이루는 각도 (
Figure pat00010
) 를 1.4 °로 하였다. 또, 분기점 (16) 을 갖지 않는 변 (14b) 과, 주로 (14) 의 도광 방향 (17) 이 이루는 각도 (θ) 를 1.0 °로 하였다. 이 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 발광 소자가 형성된 광 도파로 (10) 를 제조하였다.
[비교예 1]
포토마스크를 변경하여, 도 8 에 나타내는, 주로 (44) 와, 274 개의 분기로 (46) 를 포함하는 코어 (43) 를 형성하였다. 분기점 (42) 은, 주로 (44) 의 도광 방향 (45) 에 직교하도록 배치되었다. 코어 (43) 의 주로 (44) 의 최대 폭 (W2) 은 8,205 ㎛, 높이는 50 ㎛ 이고, 분기로 (46) 의 폭은 15 ㎛, 높이는 50 ㎛ 이며, 인접하는 분기로 (46) 사이의 간극 (47) 은 15 ㎛ (× 273 개) 이다. 이 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 발광 소자가 형성된 광 도파로 (40) 를 제조하였다.
[비교예 2]
포토마스크를 변경하여, 각 분기로 (15) 가 주로 (14) 로부터 분기되는 분기점 (16) 에 있어서, 주로 (14) 와, 주로 (14) 의 도광 방향 (17) 이 이루는 각도 (
Figure pat00011
) 를 0.05 °로 하였다. 또, 분기점 (16) 을 갖지 않는 변 (14b) 과, 주로 (14) 의 도광 방향 (17) 이 이루는 각도 (θ) 를 0.2 °로 하였다. 이 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 발광 소자가 형성된 광 도파로 (10) 를 제조하였다.
[평가 1]
실시예 1 ∼ 3 및 비교예 1 의 발광 소자가 형성된 광 도파로의, 코어의 주로의 최대 폭을 표 1 에 나타낸다. 실시예 1 ∼ 3 의 발광 소자가 형성된 광 도파로는, 비교예 1 의 발광 소자가 형성된 광 도파로보다 코어 주로의 최대 폭이 40 ％ 이상 좁은 것을 알 수 있다.
구성 각도 (
Figure pat00012
) (°)		 각도 (θ) (°) 주로의 최대 폭 (㎛)
실시예 1 도 1 0.85 0.7 3,239
실시예 2 도 1 0.1 0.4 1,863
실시예 3 도 1 1.4 1.0 4,614
비교예 1 도 8 - - 8,205
［평가 2］
＜수광 소자가 형성된 광 도파로의 제조＞
포토마스크를 변경하고, 코어 (31) 를 도 5 의 구조로 하여, 수광측 광 도파로 (32) 를 제조하였다. 코어 (31) 의 개수는 274 개이다. 코어 (31) 의 폭은 15 ㎛ 이고, 높이는 50 ㎛ 이다. 이 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여, 수광측 광 도파로 (32) 를 제조하였다.
수광측 광 도파로 (32) 의 코어 (31) 의 말단에, 수광 소자 (33) (하마마츠 포토닉스사 제조 CMOS 리니어 센서 어레이) 를 자외선 경화 수지를 개재하여 광 결합시켜, 수광 소자가 형성된 광 도파로 (30) 를 제조하였다.
＜광 강도 측정용 샘플의 제조＞
광 강도를 측정하기 위해, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 제조된 발광 소자가 형성된 광 도파로 (10) 와 수광 소자가 형성된 광 도파로 (30) 를 좌표 입력 영역을 개재하지 않고 직접 대향시켰다. 수광 소자 (33) 의 제어부를, 플렉시블 프린트 기판을 개재하여, USB 장착 유닛 (내셔널 인스트루먼트사 제조) 에 접속하고, USB 포트를 개재하여, 광 강도를 모니터 가능한 컴퓨터에 접속하였다.
발광 소자가 형성된 광 도파로 (10) 의 발광 소자 (11) 로부터 파장 850 ㎛, 강도 7 μW 의 광을 출사하였다. 광은 발광측 광 도파로 (12), 수광측 광 도파로 (32) 를 통과하여 수광 소자 (33) 에 도달하여, 도 7 에 나타내는 광 강도 분포가 검출되었다. 도 7 에 나타내는 광 강도 분포는 일례이다.
얻어진 광 강도 분포의 유효 영역 (상승, 하강 부분을 제외한 영역) 에 있어서의, 광 강도의 편차 (최대값 - 최소값) 를 표 2 에 나타낸다. 실시예 1 ∼ 3 의 발광 소자가 형성된 광 도파로는, 비교예 2 의 발광 소자가 형성된 광 도파로보다 각 분기로로부터 출사되는 광의 균일성이 우수한 것을 알 수 있다.

각도 (
Figure pat00013
)
(°)
 각도 (θ)
(°)		 수광 소자에서 검출된 광 강도 (상대값)
최대값 최소값 최대값 - 최소값
실시예 1 0.85 0.7 3.5 2.2 1.3
실시예 2 0.1 0.4 3.3 1.8 1.5
실시예 3 1.4 1.0 3.3 2.0 1.3
비교예 2 0.05 0.2 3.5 0.7 2.8
[측정 방법]
[굴절률］
클래드층 형성용 바니시와 코어 형성용 바니시를 각각 실리콘 웨이퍼 상에 스핀 코트에 의해 성막하여 굴절률 측정용 샘플을 제조하고, 프리즘 커플러 (사이론사 제조) 를 이용하여 굴절률을 측정하였다.
[코어 폭, 코어 높이］
제조된 광 도파로를 다이서식 절단기 (DISCO 사 제조 DAD522) 를 이용하여 단면 절삭하고, 절삭면을 레이저 현미경 (키엔스사 제조) 으로 관찰하여, 코어 폭, 코어 높이를 측정하였다.
본 발명의 발광 소자가 형성된 광 도파로 (10) 를 사용한 광학식 터치 패널 (20) 의 용도는, 특별히 제한되지 않지만, PC 모니터, ATM, 게임기, 태블릿 PC 등에 바람직하게 사용된다.
10 : 발광 소자가 형성된 광 도파로
11 : 발광 소자
12 : 발광측 광 도파로
13 : 코어
14 : 주로
14a : 변
14b : 변
14c : 단부
15 : 분기로
16 : 분기점
17 : 도광 방향
18 : 클래드층
19 : 광
20 : 광학식 터치 패널
21 : 발광측 광 도파로
22 : 발광 소자
23 : 좌표 입력 영역
24 : 수광측 광 도파로
25 : 수광 소자
26 : 광선
30 : 수광 소자가 형성된 광 도파로
31 : 코어
32 : 수광측 광 도파로
33 : 수광 소자
34 : 클래드층
40 : 발광 소자가 형성된 광 도파로
41 : 발광 소자
42 : 분기점
43 : 코어
44 : 주로
45 : 도광 방향
46 : 각 분기로
46 : 분기로
47 : 간극

Claims (2)

  1. 발광 소자와, 상기 발광 소자로부터의 광을 유도하여 복수의 광선을 생성시키는 코어를 포함하는 광 도파로를 갖는 발광 소자가 형성된 광 도파로로서,
    상기 코어는, 주로 (主路) 와, 상기 주로로부터 복수의 분기점에서 분기된 복수의 분기로를 갖고,
    상기 주로는, 상기 분기점을 갖는 변과, 상기 변에 대향하여 상기 분기점을 갖지 않는 변을 갖고,
    상기 복수의 분기점은, 상기 주로의 도광 방향과 거의 평행한 직선 상에 형성되고,
    상기 주로는, 상기 발광 소자로부터 멀어짐에 따라 폭이 좁아지고,
    상기 분기로가 상기 주로로부터 분기되는 분기점에 있어서, 상기 주로와, 상기 주로의 도광 방향이 이루는 각도 (
    Figure pat00014
    ) 는 0.1 °∼ 2.0 °이고,
    상기 주로의 상기 분기점을 갖지 않는 변과, 상기 주로의 도광 방향이 이루는 각도 (θ) 는, 0.3 °∼ 1.7 °인, 발광 소자가 형성된 광 도파로.
  2. 제 1 항에 기재된 발광 소자가 형성된 광 도파로를 구비한, 광학식 터치 패널.

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