(57)【要約】【課題】  従来の光導波路を用いた光学式タッチパネルは、光導波路の位置調整が難しく、さらに光導波路が表示画面の周囲に配置されるため狭額縁化が難しい。【解決手段】  本発明の光導波路３０は、その長辺に平行に折り曲げ溝３４が設けられている。折り曲げ溝３４に沿って光導波路３０を折り曲げ、光学式タッチパネルの額縁に密着させる。これにより光導波路３０と額縁を位置ずれなく組み立てることができ、光導波路３０から光線を対向する辺に対して垂直な方向に出射できる。また額縁の幅を光導波路３０の幅より狭くできるため、光学式タッチパネルの狭額縁化ができる。【選択図】  図３
2010128089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコアと前記コアを埋設するクラッドとを有する矩形平板状の光導波路であって、
前記複数のコアの端部が矩形の長辺側の側面に並列に配置され、
矩形の長辺と平行な折り曲げ溝が主面に設けられたことを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記光導波路は、前記折り曲げ溝に沿って折り曲げられ、折り曲げられた内側の面が光学式タッチパネルの表示画面の周縁部に密着することを特徴とする光導波路。
【請求項３】
請求項１または２に記載された光導波路を備えたことを特徴とする光学式タッチパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光導波路と、それを用いた光学式タッチパネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数のコアとコアを埋設するクラッドとを有する光導波路を用いた光学式タッチパネルが知られている（例えば特許文献１）。このような光学式タッチパネルは、光導波路を用いて表示画面上に光線（赤外線）の格子を形成し、指やペンによって遮られた光線の強度を検知して、指やペンの位置座標を認識する。光導波路を用いた光学式タッチパネルは薄型で感度が優れているため、将来性が期待されている。
【０００３】
しかし従来の光導波路を用いた光学式タッチパネルは、光導波路の位置調整が難しく、さらに光導波路が表示画面の周囲に配置されるため狭額縁化が難しいという問題があった。
【特許文献１】米国特許第５，９１４，７０９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１は、従来の光導波路１３を用いた光学式タッチパネル１０の主要部の平面図と断面図である。従来の光導波路１３を用いた光学式タッチパネル１０は、表示画面１１の周囲の額縁１２の上に、光導波路１３が設けられていた。
【０００５】
光導波路１３の長辺は額縁１２の長辺と平行でなければならない。しかし、実際には平行に組み立てるのが難しく、図１のように光導波路１３の位置ずれ（非平行）が生じやすかった。光導波路１３の位置ずれが生じた場合、図１のように光線１４の方向がずれて、対向する辺に対して垂直な方向に出射できなくなり、光伝送効率が低下する。
【０００６】
また従来の光導波路１３を用いた光学式タッチパネル１０では、額縁１２の幅Ｗ１が、光導波路１３の幅Ｗ３以上に必要なため、額縁１２の幅Ｗ１を狭くすることが難しかった。
【０００７】
本発明の目的は、光導波路の組立て位置の調整が正確かつ簡便で、さらに光学式タッチパネルの額縁を狭くできるような光導波路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
図２は、本発明の光導波路２３を用いた光学式タッチパネル２０の主要部の平面図と断面図である。本発明の光導波路２３を用いた光学式タッチパネル２０は、表示画面２１の周囲の額縁２２に密着して光導波路２３が設けられている。
【０００９】
本発明の光導波路２３は、その長辺に平行に折り曲げ溝２３ａが設けられている。折り曲げ溝２３ａに沿って光導波路２３を折り曲げ、額縁２２に密着させる。これにより光導波路２３と額縁２２を、容易に位置ずれなく組み立てることができる。位置ずれが生じないので、光導波路２３から光線２４を対向する辺に対して垂直な方向に出射できるようになる。
【００１０】
また額縁２２の幅Ｗ２を光導波路２３の幅より狭くできるため、光学式タッチパネル２０の狭額縁化が容易にできる。
【００１１】
本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）本発明の光導波路は、複数のコアとコアを埋設するクラッドとを有する矩形平板状の光導波路であって、複数のコアの端部が矩形の長辺側の側面に並列に配置され、矩形の長辺と平行な折り曲げ溝が主面に設けられたことを特徴とする。
（２）本発明の光導波路は、前記折り曲げ溝に沿って折り曲げられ、折り曲げられた内側の面が光学式タッチパネルの表示画面の周縁部に密着することを特徴とする。
（３）本発明の光学式タッチパネルは、上記に記載された光導波路を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光導波路を用いれば、光学式タッチパネルに搭載するとき、光導波路の位置調整が正確かつ簡便になる。例えば、４．２インチの光学式タッチパネルが４個の光導波路を備えた場合、光導波路の位置調整に従来品は３０分程度必要としていたが、本発明の光導波路によれば、５分程度に短縮できる。
【００１３】
さらに本発明の光導波路を用いれば、光学式タッチパネルの額縁部分を、従来品の例えば１／２程度に狭くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
［光導波路］
図３に示すように、本発明の光導波路３０は矩形平板状で、複数のコア３１と、コア３１を埋設するクラッド３２とを有する。本発明の光導波路３０は、複数のコア３１の端部３１ａが並列に配置された長辺側の側面３３と、長辺に平行な折り曲げ溝３４の設けられた主面３５とを有する。
【００１５】
本発明の光導波路３０は、通常直交する光線（赤外線）の格子を表示画面の直上に形成し、指やペンによって遮られた光線の強度を検知して指やペンの座標を認識する方式の光学式タッチパネルに好適に用いられる。
【００１６】
光学式タッチパネルにおいて、本発明の光導波路３０は、代表的には、長辺側の側面３３に並列に配置された複数のコア３１の端部３１ａから、光線の出射または入射を行なう。
【００１７】
本発明の光導波路３０の主面３５に設けられた、長辺に平行な折り曲げ溝３４は、図２に示すように、光導波路２３を折り曲げて、表示画面２１の周縁部（代表的には額縁２２）に密着させるためのものである。これによって、本発明の光導波路２３を光学式タッチパネル２０に実装する際、光導波路２３の位置調整が正確かつ簡便になる。
【００１８】
本発明の光導波路３０において、複数のコア３１の他の端部３１ｂは、好ましくは、短辺側の側面３６に並列に配置される。短辺側の側面３６に配置されたコアの端部３１ｂは、長辺側の側面３３に並列に配置されたコアの端部３１ａから光線の出射を行なうときは、発光素子と光学的に結合される。また、長辺側の側面３３に配置されたコアの端部３１ａにて光線を受光（入射）するときは、受光素子と光学的に結合される。
【００１９】
本発明の光導波路３０の厚みＤは、特に制限はないが、通常５０μｍ〜２ｍｍである。
【００２０】
本発明の光導波路３０の長辺の長さＬ１は、光学式タッチパネルの表示画面の大きさに応じて適宜設定される。本発明の光導波路３０の短辺の長さＬ２（光導波路３０の幅）は、好ましくは、１ｍｍ〜１５ｍｍである。
【００２１】
［コア］
本発明の光導波路３０に用いられるコア３１は、クラッド３２よりも屈折率が高く、伝播する光の波長で透明性の高い任意の材料により形成される。コア３１を形成する材料は、好ましくは、パターニング性に優れた紫外線硬化樹脂である。好ましい紫外線硬化樹脂として、アクリル系紫外線硬化樹脂、エポキシ系紫外線硬化樹脂、シロキサン系紫外線硬化樹脂、ノルボルネン系紫外線硬化樹脂、ポリイミド系紫外線硬化樹脂などが挙げられる。
【００２２】
コア３１の断面形状は、特に制限はないが、パターニング性に優れた台形または矩形が好ましい。コア３１の断面の幅は、好ましくは、１０μｍ〜５００μｍである。コア３１の断面の高さは、好ましくは、１０μｍ〜１００μｍである。
【００２３】
［クラッド］
本発明の光導波路３０に用いられるクラッド３２は、コア３１よりも屈折率の低い任意の材料により形成される。クラッド３２を形成する材料は、特に制限はないが、成形性に優れた紫外線硬化樹脂が好ましい。好ましい紫外線硬化樹脂として、アクリル系紫外線硬化樹脂、エポキシ系紫外線硬化樹脂、シロキサン系紫外線硬化樹脂、ノルボルネン系紫外線硬化樹脂、ポリイミド系紫外線硬化樹脂などが挙げられる。
【００２４】
コア３１とクラッド３２との最大屈折率差は、好ましくは０．０１以上であり、さらに好ましくは０．０２〜０．２である。なお、コア３１およびクラッド３２を形成する高分子樹脂の屈折率は、高分子樹脂に導入する有機基の種類および含有量を変化させることによって、適宜、大きく、または、小さくすることができる。高分子樹脂の屈折率は、例えば環状芳香族性の基（フェニル基など）を樹脂分子中に導入するか、あるいは環状芳香族性の基の樹脂分子中の含有量を多くすることにより、大きくすることができる。他方、例えば直鎖または脂肪族性の基（メチル基、ノルボルネン基など）を樹脂分子中に導入するか、あるいは直鎖または脂肪族性の基の樹脂分子中の含有量を多くすることにより、小さくすることができる。
【００２５】
図４に一例を示すように、本発明の光導波路４０においてクラッド４１は、複数のコアの端部が並列に配置された長辺側の側面４２が、長尺レンズ形状であることが好ましい。長辺側の側面４２が長尺レンズ形状のクラッド４１を有する光導波路４０は、通常拡散傾向にある出射光を平行な光線に変換して出射させたり、通常拡散傾向にある入射光を集光して入射させたりすることができる。このため、後述する光学式タッチパネルに用いた場合、高さ方向の位置調整の許容範囲が広くなる。本発明の光導波路４０は折り曲げ溝４３が長辺に平行に形成されている。
【００２６】
上記の長尺レンズ形状の部分は、好ましくは、凸レンズ形状であり、さらに好ましくは、その側断面がほぼ１／４円弧の、いわゆるハーフレンチキュラーレンズ形状である。長尺レンズ形状の部分が凸レンズ形状である場合、その曲率半径は、好ましくは、３００μｍ〜５ｍｍであり、さらに好ましくは、５００μｍ〜３ｍｍである。
【００２７】
［折り曲げ溝］
図２に示すように、本発明の光導波路２３は、主面に形成された折り曲げ溝２３ａに沿って折り曲げられ、内側の面を表示画面２１の周縁部（代表的には額縁２２）に密着させることにより、長辺側の側面２５を表示画面２１の一辺と容易に平行にすることができる。
【００２８】
本発明の光導波路３０（図３）の折り曲げ溝３４は、クラッド３２のコア３１を含まない部分に、光導波路３０の長辺と平行になるように、ナイフエッジを押圧することにより形成される。折り曲げ溝３４は、光導波路３０の一方の主面３５にのみ形成してもよいし、両方の主面に形成してもよい。折り曲げ溝３４の断面形状は、Ｖ字状、台形状、Ｕ字状など任意である。
【００２９】
折り曲げ溝３４の残厚（光導波路３０の最小厚み）は、好ましくは、５０μｍ〜２００μｍである。この厚み範囲であれば、光導波路３０の高い光伝送効率と折り曲げ性とを両立できる。
【００３０】
折り曲げ溝３４の残厚が５０μｍより小さい場合、残厚部分にコア３１が形成できないか、あるいは、コア３１が形成できてもクラッド３２の厚みが不足して光伝送効率が低くなるおそれがある。折り曲げ溝３４の残厚が２００μｍを超えた場合、折り曲げ性が低下するおそれがある。
【００３１】
［タッチパネル］
本発明の光導波路は光学式タッチパネルに用いることができる。光学式タッチパネルは、例えば、パソコンモニター、ＡＴＭ、券売機、ゲーム機、タブレットＰＣなどに好適に用いられる。
【００３２】
図５に、本発明の光導波路を備えた光学式タッチパネル５０の一つの実施形態の平面図と断面図を示す。この光学式タッチパネル５０は、発光素子５１、座標入力領域５２、発光側光導波路５３、受光側光導波路５４、受光素子５５を備える。発光側光導波路５３は発光素子５１からの光を導いて、座標入力領域５２を横断する光線５６を生成する。受光側光導波路５４は座標入力領域５２を横断した光線５６を受光する。受光素子５５は受光側光導波路５４で受光した光の強度を検出する。
【００３３】
発光素子５１としては、発光側光導波路５３を通って座標入力領域５２を横断する光線５６を生成するものであれば、任意のものを用いることができる。発光素子５１から出射される光は、好ましくは、近赤外領域（７００ｎｍ〜２５００ｎｍ）の波長の光である。これに適した発光素子５１としては、例えば、発光ダイオードや半導体レーザーが挙げられる。
【００３４】
受光素子５５は、光信号を電気信号に変換し、受光側光導波路５４で受光した光の強度を検出する。受光素子５５により検出される光は、好ましくは、近赤外領域（７００ｎｍ〜２５００ｎｍ）の波長の光である。これに適した受光素子としては、ＣＭＯＳイメージセンサー、ＣＣＤイメージセンサーが挙げられる。
【００３５】
座標入力領域５２は、発光側光導波路５３から出射される光線５６が横断する領域をいう。座標入力領域５２は、代表的には、液晶ディスプレイパネルやプラズマディスプレイパネルの表示画面である。座標入力領域５２は、矩形のものがコアの位置を正確に調整しやすいため好ましい。座標入力領域５２の前面は、何もない空間でもよいし、耐傷性を増すために表面にガラスパネルやアクリル板を備えていてもよい。
【実施例】
【００３６】
［クラッド形成用ワニスの調製］
下記成分を混合してクラッド形成用ワニスを調製した。
・成分Ａ  脂環骨格を有するエポキシ系紫外線硬化樹脂（アデカ社製ＥＰ４０８０Ｅ）  １００重量部
・成分Ｂ  光酸発生剤（サンアプロ社製ＣＰＩ−２００Ｋ）  ２重量部
［コア形成用ワニスの調製］
下記成分を混合してコア形成用ワニスを調製した。
・成分Ｃ  フルオレン骨格を含むエポキシ系紫外線硬化樹脂（大阪ガスケミカル社製オグソールＥＧ）  ４０重量部
・成分Ｄ  フルオレン骨格を含むエポキシ系紫外線硬化樹脂（ナガセケムテックス社製ＥＸ−１０４０）  ３０重量部
・成分Ｅ  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（特開２００７−０７０３２０号公報の実施例２に準じて合成）
・上記成分Ｂ  １重量部
・乳酸エチル  ４１重量部
［光導波路の作製］
厚み１８８μｍのポリエチレンナフタレートフィルムの表面に、クラッド形成用ワニスを塗布し、紫外線を１０００ｍＪ／ｃｍ２照射した後、８０℃で５分間加熱処理して、厚み２０μｍのアンダークラッド層を形成した。波長８３０ｎｍにおけるアンダークラッド層の屈折率は１．５１０であった。
【００３７】
上記のアンダークラッド層の表面に、コア形成用ワニスを塗布して、１００℃で５分間加熱処理してコア層を形成した。次に、コア層にフォトマスクを被せて（ギャップ１００μｍ）、紫外線を２５００ｍＪ／ｃｍ２照射し、さらに１００℃で１０分間加熱処理した。次にコア層の紫外線未照射部分をＹ−ブチロラクトン水溶液で溶解除去し、１２０℃で５分間加熱処理して、幅２０μｍ、高さ５０μｍのコアを複数本形成した。波長８３０ｎｍにおけるコアの屈折率は１．５９２であった。
【００３８】
次に、上記の複数のコアの全体を覆うように、クラッド形成用ワニスを塗布して、ウェット厚み６０μｍの樹脂層を形成した。上記の樹脂層を８０℃で５分間加熱し、コア周辺に存在する気泡を取り除いた。その後、樹脂層に石英製の凹型モールドを押圧し、凹型モールドの内部にクラッド形成用ワニスを充填した。次に、凹型モールドを通して紫外線を２０００ｍＪ／ｃｍ２照射し、８０℃で５分間加熱処理した後、凹型モールドを剥離した。このようにして、側断面形状がほぼ１／４円弧状の凸レンズ（曲率半径１．５ｍｍのハーフレンチキュラーレンズ）を先端部に備えた、厚み１ｍｍのオーバークラッド層を成形した。波長８３０ｎｍにおけるオーバークラッド層の屈折率は１．５１０であった。
【００３９】
上記工程を経て得られた矩形平板状光導波路（縦７６ｍｍ、横１２ｍｍ、厚み１．０２ｍｍ）に、長辺と平行方向にナイフエッジを押圧して、最大深さ９００μｍの折り曲げ溝を形成し、折り曲げ溝を有する光導波路を作製した。
【００４０】
［タッチパネルの作製］
上記の光導波路を４個用意し、表示画面に模したガラス板（縦８８ｍｍ、横８８ｍｍ）の各辺に１個ずつ配置した。各光導波路は、ガラス板の各辺に当接した状態で折り曲げ溝に沿って折り曲げ、内側の面を密着させて位置調整を行なった。
【００４１】
２個の発光側光導波路のコアの末端には、波長８５０ｎｍの光を出射する発光素子（オプトウェル社製ＶＣＳＥＬ）を、紫外線硬化接着剤を介して光学的に結合した。他の２個の受光側光導波路のコアの末端には、受光素子（ＴＡＯＳ社製ＣＭＯＳリニアセンサーアレイ）を、紫外線硬化接着剤を介して光学的に結合した。作製した光学式タッチパネルは、発光素子から出射される光の強度を１００％としたとき、１０％の強度の光を受光素子で検知するものであり、座標入力領域を横断する光線を指で遮ることで、指の位置座標を正確に認識することが確認できた。
【００４２】
表１に、実施例の光学式タッチパネルの額縁幅と、コアの位置調整に要した時間を示す。額縁幅は、光導波路によって隠されたガラス板の一辺の表面の幅である。コアの位置調整に要した時間は、光導波路の位置調整を行ない、発光素子からの光強度の１０％を受光素子で検知できるようになるまでに要した時間である。なお本実施例では表示画面をガラス板で代用したが、ガラス板に代えて液晶ディスプレイパネルなどの表示画面にすることで、高機能な光学式タッチパネルが得られる。
【００４３】
［比較例］
折り曲げ溝を有しないこと以外は実施例と同様の光導波路を用いて、光学式タッチパネルを作製した。表１に、比較例の光学式タッチパネルの額縁幅と、コアの位置調整に要した時間を示す。
【００４４】
【表１】
2010128089.tif 000003
【００４５】
［屈折率の測定方法］
クラッド形成用ワニス、コア形成用ワニスを、それぞれシリコンウェハ上にスピンコートにより成膜して、屈折率測定用サンプルを作製し、プリズムカプラー（サイロン社製ＳＰＡ−４００）を用いて測定した。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】従来の光導波路を用いた光学式タッチパネルの平面図と断面図
【図２】本発明の光導波路を用いた光学式タッチパネルの平面図と断面図
【図３】本発明の光導波路の三面図
【図４】本発明の光導波路の斜視図
【図５】本発明の光学式タッチパネルの平面図と断面図
【符号の説明】
【００４７】
１０         光学式タッチパネル
１１         表示画面
１２         額縁
１３         光導波路
１４         光線
２０         光学式タッチパネル
２１         表示画面
２２         額縁
２３         光導波路
２３ａ       折り曲げ溝
２４         光線
２５         長辺側の側面
３０         光導波路
３１         コア
３１ａ       コア端部
３１ｂ       コア端部
３２         クラッド
３３         長辺側の側面
３４         折り曲げ溝
３５         主面
３６         短辺側の側面
４０         光導波路
４１         クラッド
４２         長辺側の側面
４３         折り曲げ溝
５０         光学式タッチパネル
５１         発光素子
５２         座標入力領域
５３         発光側光導波路
５４         受光側光導波路
５５         受光素子
５６         光線
【図１】
2010128089.tif 000004
【図２】
2010128089.tif 000005
【図３】
2010128089.tif 000006
【図４】
2010128089.tif 000007
【図５】
2010128089.tif 000008