专利名称：光波导路的组合构造体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学式触摸面板等所使用的光波导路的组合构造体，特别涉及容易获得高组合精度的组合构造体。
背景技术：
由于光波导路分量轻且能高速传输信号，所以被期待将来用于各种电子设备中。光学式触摸面板与电阻膜式触摸面板、静电电容式触摸面板相比，因显示画面清晰且可靠性优异而被
广泛地使用于银行的ATM、车站的售票机等。作为光学式触摸面板公知有在坐标输入区域的周围并列有多个发光二极管和光敏晶体三极管的触摸面板(专利文献l )。此外，还公知有在坐标输入区域的周围设有光波导路和微透镜的光学式触摸面板(专利文献2)。使用了光波导路的后者的光学式触摸面板与前者的光学式触摸面板相比，容易使零件件数减少、成本降低。但是，使用了光波导路的光学式触摸面板为了能够用受光侧的光波导路的芯准确地接受从发光侧的光波导路的芯射出的光，必须进行芯彼此之间的对位。但是，以往为了进行芯彼此之间的对位，反复对发光侧的光波导路和受光侧的光波导路的定位进行细微调整，并进行手工操作，存在烦杂且花费时间这样的问题。
专利文献l:日本特开平ll - 232024号^>才艮专利文献2:日本特开2004 - 295644号公报在使用了光波导路的光学式触摸面板中，为了能够用受光侧的光波导路的芯(受光侧芯)准确地接受从发光侧的光波导路的芯(发光侧芯)射出的光，必须进行发光侧芯和受光侧芯的对位。但是，以往为了进行芯的对位，反复对发光侧的光波导路和受光侧的光波导路的定位进行细微调整，并进行手工操作，存在烦杂且花费时间这样的问题。
在发光侧的光波导路和受光侧的光波导路上设置用于对搭接接合的缺口部，若通过对搭接接合来组合两者，则能容易地实现精度高的组合构造体。由此，能大幅度地降低组装后的微调时间。
发明内容
本发明的技术方案如下。(1 )本发明的光波导路的组合构造体是组合多个光波导路而成的光波导路的组合构造体，其特征在于，光波导路具有敷层和埋设于敷层中的芯，敷层在不包括芯的部分上具有缺口部，组合构造体是通过缺口部的对搭接接合将光波导路彼此组合而成的。
(2 )本发明的光波导路的组合构造体的特征在于，在光波导路的与芯的纵长方向垂直的截面上，芯的中心与敷层的中心不重合。
(3) 本发明的光波导路的组合构造体的特征在于，在光波导路的与芯的纵长方向垂直的截面上，敷层的中心位于芯的外部。
(4) 本发明的光波导路的组合构造体的特征在于，多个光波导^各互相正交地^皮组合。
(5) 本发明的光波导路的组合构造体的特征在于，多个光波导路被组合成矩形。
(6) 本发明的光波导路的组合构造体的特征在于，敷层的光射出端和光入射端中的一方或双方呈透镜形状。在发光侧的光波导路和受光侧的光波导路上设置用于对搭接接合的缺口部，若通过对搭接接合来组合两者，则能容易地实现精度高的组合构造体。由此，能大幅度地降低组装后的孩l调时间。
图l是本发明的光波导路的组合构造体的示意图。
图2是本发明的光波导路的组合构造体的示意图。图3是本发明所使用的光波导路的剖视图。图4是本发明所使用的光波导路的剖视图。图5是本发明所使用的光波导路的示意图。图6是使用了本发明的光波导路的组合构造体的光学式触摸面板的示意图。
具体实施例方式
光波导路的组合构造体
本发明的光波导路的组合构造体是具有敷层和埋设于敷层中的芯、在敷层内的不包括芯的部分具有缺口部的多个光波导路的、缺口部彼此通过对搭接接合而组合成的组合构造体。图1示意性地表示本发明的光波导路的组合构造体10的一部分。图1的(a)表示组合前的横向的光波导路11和纵向的光波导路12。在各光波导路ll、 12中设有相当于各光波导路ll、 12的厚度的1/2深的缺口部lla、 12a，缺口部lla、 12a无间隙地相互嵌合。该构造通常被称为对搭接接合。图l的(b)是将横向的光波导路11和纵向的光波导路12对搭接接合而成的组合构造体的示意图。对搭接接合的缺口部的位置和尺寸只要是准确的，则能容易制造高精度的组合构造体。在本发明的光波导路ll、 12的情
5况下，例如能用成形模准确地形成缺口部lla、 12a。因此，能高精度地制造光波导路的组合构造体IO,能在短时间内完成光波导^各11、 12的位置调整。
如图1所示，本发明的光波导路组合构造体10所使用的光波导路ll、 12的芯llb、 12b位于不通过H层llc、 12c的缺口部lla、 12a的位置。因此，芯llb、 12b不会#1缺口部1 la、 12a切断或露出，通过芯llb、 12b的光不受缺口部lla、 12a的影响。如图l的(b)所示，在将二个光波导路ll、 12对搭接接合的情况下，芯llb、 12b在对l荅接接合部分13处交4晉地交叉。因而，即使在中途存在对搭接接合，芯llb、 12b也不受影响，各芯llb、12b没有问题地进行光的传播。
正交地组合，更优选被组合成矩形。作为光波导路的呈矩形的组合构造体，例如能列举出如图2的(a)所示的将4个直线型光波导路组合成井形的光波导路的组合构造体20、如图2的(b)
构造体21。
光波导路
本发明所使用的光波导路具有敷层和埋设于敷层中的芯，在敷层内的不包括芯的部分上具有缺口部。在如图3所示的光波导路的与芯的纵长方向垂直的截面上，光波导路的高度H优选是50^im 40mm，更优选是100pm ~ 20mm。光波导路的宽度U优选是50(im 40mm,更优选是IOO, ~ 20mm。
如图3所示，优选在光波导路的与芯的纵长方向垂直的截面上，芯31的中心31a和敷层32的中心32a不重合，特别优选如图所示那样敷层32的中心32a位于芯31的外部。这样，能够制作在敷层32的不包括芯31的部分具有相当于敷层32的高度l / 2深
6的缺口部的光波导路，能够通过将多个光波导路对搭接接合而
使2个光波导路的外表面的高度在接合部分相同(面位置)地组合。另外，图3表示芯31的中心31a偏离到敷层32的中心32a的下方的例子，但芯31的中心31a的偏离方向也可以是上下左右中的任一个。芯31的中心31a与敷层32的中心32a的距离L优选是20pm ~5mm, 更优选是30fxm ~ lmm。
本发明所使用的芯31的折射率大于敷层32的折射率，是由进行传播的光的波长下透明性高的任意材料构成。形成芯31的材料优选图案化性能优异的紫外线固化树脂。作为紫外线固化树脂，优选列举有丙烯系紫外线固化树脂、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。
芯31和敷层32的折射率差优选是0.01以上，更优选是0.02 ~ 0.2。形成芯31和敷层32的树脂的折射率能够根据导入到树脂中的有机基的种类、含有量而适当增大或减小。例如将环状芳香族性的基(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。相反例如将直链或环状脂肪族系的基(曱基、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。
与芯31的纵长方向垂直的截面的形状没有特别限制，但是优选图案化性能优异的梯形或四边形。芯31的底边的宽度优选是10(^m 500pm,芯31的高度优选是10iim ~ 100(im。另夕卜，在芯31为梯形或四边形的情况下，所谓该高度是指在与芯31的纵长方向垂直的截面上，连结芯31的上底的中点与下底的中点的线段的长度。
本发明所使用的敷层32由折射率小于芯31的折射率的任意的材料形成。形成敷层32的材料没有特别限制，但是优选成形性优异的紫外线固化树脂。例如能够从上述树脂中适当地选 择适宜的紫外线固化树脂。
在敷层32由下敷层(未图示)和上敷层(未图示)构成的 情况下，下敷层的厚度优选是5(im 10mm。上敷层的厚度优选 设定为10|im~ 30mm的范围内且比下#丈层厚。
如图4所示的一例那样，在不包括芯43的部分上设有形成 在敷层41上的缺口部42。缺口部的深度D相对于光波导-各的高 度H,优选是0.4H 0.6H。为了通过对搭接接合将多个光波导 路以相同高度(面位置)且无凹凸地组合，优选缺口部的深度 D是0.5H。优选缺口部的宽度W与光波导路的宽度大致相等。 缺口部42的形状与在此处嵌合的光波导路对应的截面的形状相 同，例如若光波导路嵌合的部分的截面是梯形，则缺口部也是 梯形。
图5示意性地表示本发明用的光波导路50的一部分。图5( a) 是立体图、图5 (b)是剖视图。缺口部未图示。在敷层51内部 有多个芯52,光在芯52中传播。敷层51具有射出光线的射出端 53或入射光线的入射端(未图示)，优选射出端53或入射端呈透 镜形状。因为具有射出端53或入射端呈透镜形状的敷层51的光 波导路能够将光变换为平行光线54之后射出，或将扩散的光聚 集而使其入射到芯中，所以是理想的。在后述的图6所示的光学 式触摸面板中使用这样的光波导路50的情况下，高度方向的位 置调整的容许范围宽。
射出端53或入射端的呈透镜形状的部分优选凸形状(凸透 镜)，更优选光波导路的与纵长方向垂直的截面是大致l / 4圆面 的凸形状(将双凸透镜状的透镜沿长度方向切断成l / 2的形 状)。该曲率半径优选是300pm 5mm,更优选是500jim 3mm。
光波导路的制造方法本发明所使用的光波导路是由采用了等离子体的干式蚀刻 法、复制法、曝光-显影法、光漂白法等任意的方法制造的。本
发明所使用的光波导路优选由包括以下的工序(a) ~工序(c) 的制造方法制造的。
工序(a):在下敷层上形成芯的工序。
工序(b):在下敷层之上的包括芯的部分上设置具有注入 孔的凹型成形才莫，注入孔注入之后能形成上#丈层的液体的活 性能量线固化树脂而形成树脂层的工序。
工序(c):从凹型成形模外侧对活性能量线固化树脂照射 活性能量线，使上敷层固化的工序。
工序(c)中所用的活性能量线优选是紫外线。紫外线的照 射量优选是100mJ/cm2 8000mJ/cm2。若在该范围内，能使 上敷层充分地固化。
在光波导路上设置缺口部的方法没有特别限制，例如既可 以将敷层的 一部分切削成缺口部形状，也可以用形成缺口部这 样的形状的凹型成形模。
光学式触摸面板
本发明的光波导路的组合构造体优选用于光学式触摸面 板。如图6所示的一例那样，光学式触摸面板60包括坐标输入区 域61、发光元件62和受光元件63、与发光元件62结合的发光侧 的光波导路64、与受光元件63结合的受光侧的光波导路65。发 光侧的光波导路64和受光侧的光波导路65分别具有敷层64b、 65b和埋设于敷层64b、 65b中的芯64c、 65c,在敷层64b、 65b 内的不包括芯64c、 65c的部分上具有缺口部(未图示)。而且， 发光侧的光波导路64和受光侧的光波导路65的缺口部彼此对搭 接接合，从而被组合成矩形的坐标输入区域61。图6是将4个直 线型光波导路组合成井形的光学式触摸面板的例子，但是不限
9于此，也可以是将2个L字形光波导路组合起来。为了容易看图， 图6仅分别在发光侧的光波导路6 4和受光侧的光波导路6 5中画 出了各4支芯64c、 65c，但在实际的光学式触摸面板中，根据尺 寸、分辨率能使用更多的芯。
在光学式触摸面板60中，发光侧的光波导路64的射出端64a 隔着坐标输入区域61与受光侧的光波导^各65的入射端65a相面
到受光元件63中。用手指、笔遮挡通过坐标输入区域61的指定 部位的光时，入射到受光元件的指定位置的光的强度降低。通 过对其进行检测，能够识别手指、笔的位置坐标。
因为各光波导路64、 65的芯64c、 65c的高度在对搭接接合 部分不同，所以芯64c、 65c彼此不冲突，能够交4晉地进行交叉。 因此，如图6所示，能够将发光元件62集中在一角，将受光元件 63集中在另 一角进行配置。
发光元件、受光元件
发光元件62优选是发光二极管或半导体激光器，更优选是 垂直共振腔面发射激光器(VCSEL)。 VCSEL能够使光沿基板 面的垂直方向产生共振而沿基板面的垂直方向射出激光，因此， 光传播优异。受光元件63是将光信号转换为电信号的元件，优 选使用 一维阵列的受光元件，更优选使用CMOS (互补性金属 氧化膜半导体)图像传感器或CCD (Charge Coupled Device, 电荷耦合器件)图像传感器。
用途
例如较佳地应用于光配线板、光连接器、光电混合基板、光学 式触摸面板等。 实施例1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-APR(V^司制CPI- 200K) 2重量<分，调制成J丈层形成用 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:含有药 骨架的环氧系紫外线固化树脂(Nagase ChemteX公司制EX-1(M0) 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(制法后述)30重量份、1重量份的上述成分B 和乳酸乙酯41重量份，调制成芯形成用清漆。
1,3,3-三{4-「2- (3-氧杂环丁烷)l丁氣基苯基i丁烷的制法 在包括温度计、冷却管和搅拌装置的200ml的三口烧瓶中， 放入l，3，3-三(4-羟基苯基)丁烷6.68g ( 20mmo1)和N-曱基 -2-吡咯烷酮25ml,—边氮气气氛下加热至80。C一边搅拌直至 完全地溶解。溶解后，加入碳酸铯23.46g ( 72mmo1 )，再搅拌 30分钟。将先前合成的2-( 3-氧杂环丁烷)丁基曱苯磺酸酯17.84g (66mmol)加入三口烧瓶中，在80。C的氮气气氛下搅拌20小时。 反应结束后，冷却到室温后，加入醋酸乙酯100ml和蒸馏水 50ml,之后放置分离成水相和有机相。提取这样分离的有机相， 进一步用水对其进行洗涤，用无水硫酸镁进行一晚的干燥。之
后，过滤硫酸镁，进一步去除溶剂，从而得到反应粗产物。利 用硅胶柱色谱仪(洗脱液正己烷/丙酮)分离提纯该粗产物， 得到无色透明的半固体12.20g (收率97% )。然后，这样得到的 化合物用^- NMR和"C - NMR (均为日本电子公司制)进行 分析的结果，确认是1,3，3-三{4-[2- ( 3-氧杂环丁烷)]丁氧基苯基}丁烷。
光波导路的制作
在厚度188(xm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1000mJ/cm2的紫外线后进行80 。C x 5分钟的加 热处理，形成厚度为20iam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。Cx5分钟 的加热处理而形成了芯层。将光掩模盖在芯层上(间隔100(im), 照射2500mJ/cm2的紫外线(测定波长365nm),且进行了100。C xlO分钟的加热处理。使用Y - 丁内酯水溶液溶解去除芯层的紫 外线未照射部分，通过进行120。Cx5分钟的加热处理，以获得 图6的直线型光波导路的方式形成了芯宽20pmx高50pm的芯。 波长830nm时芯的折射率为1.592。
接着，为了覆盖芯整体，将石英制凹型成形模盖在下敷层 的表面上，自凹型成形模的注入孔注入敷层形成用清漆。凹型 成形模具有用于在敷层上形成缺口部的凸部。透过凹型成形模 对敷层形成用清漆照射2000mJ/cm2的紫外线，还进行了 80°C x5 分钟的加热处理。敷层形成用清漆固化后，取下凹型成形模。这 样，形成顶端部的侧截面形状大致呈1 / 4圆面的长条凸透镜(沿 长度方向将双凸透镜状的透镜切成一半的形状)的上敷层。在 上敷层上形成了缺口部。上敷层的厚度是lmm，凸透镜的曲率 半径是1.5mm、上敷层在波长830nm下的折射率是1.510。
准备4个在敷层上具有缺口部的上述直线型光波导路，在 图6所示的2个光波导路的末端耦合了射出波长850nm的光的发 光元件(Optwell公司制的VCSEL),在剩下的2个光波导路的末 端耦合了受光元件(TAOS公司制的CMOS线性传感器阵列)。 各光波导^各的射出端、入射端隔着坐标输入区域相面对地配置，制造了对角为4.2英寸的光学式触摸面板。 评价
实施例的光学式触摸面板在敷层上具有缺口部，能进行光 波导路彼此的对搭接接合。组装实施例的光学式触摸面板时，
在发光元件的光强度为IOO时，对组合位置进行调整直到用受光 元件测量出强度为10的光大约需要5分钟。对此，在敷层上没有 缺口部，在4吏用无法进行光波导路;波此的对4荅接接合的相同形 状的直线型光波导路组装光学式触摸面板的情况下，对组合位 置进行调整直到用受光元件测量出强度为10的光需要30分钟以 上。
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 硅晶圓上，制造了折射率测量用的样品，用棱镜耦合器(Cylon 公司制SPA - 400 )进行了测量。
芯宽度、芯高度
使用冲切式切割机(DISCO公司制DAD522 )进行截面切 断，用激光显微镜(Keyence公司制)观察测量了切断面。
1权利要求
1.一种光波导路的组合构造体，其是组合多个光波导路的而成的光波导路的组合构造体，其特征在于，上述光波导路具有敷层和埋设于上述敷层中的芯，上述敷层在不包括上述芯的部分上具有缺口部，上述组合构造体是通过上述缺口部的对搭接接合将上述光波导路彼此组合而成的。
2. 根据权利要求l所述的光波导路的组合构造体，其特征 在于，在上述光波导路的与上述芯的纵长方向垂直的截面上，上 述芯的中心与上述敷层的中心不重合。
3. 根据权利要求2所述的光波导路的组合构造体，其特征 在于，在上述光波导路的与上述芯的纵长方向垂直的截面上，上 述敷层的中心位于上述芯的外部。
4. 根据权利要求l ~ 3中任一项所述的光波导路的组合构 造体，其特征在于，上述多个光波导^各互相正交地:故组合。
5. 根据权利要求l ~ 3中任一项所述的组合构造体，其特征 在于，上述多个光波导路被组合成矩形。
6. 根据权利要求l ~ 3中任一项所述的组合构造体，其特征 在于，上述敷层的光射出端和光入射端中的一方或双方呈透镜形状。
全文摘要
本发明提供一种光波导路的组合构造体，在使用了光波导路的光学式触摸面板中，为了能够用受光侧的光波导路的芯(受光侧芯)准确地接受从发光侧的光波导路的芯(发光侧芯)射出的光，必须进行发光侧芯和受光侧芯的对位。但是，以往为了进行芯的对位，反复对发光侧的光波导路和受光侧的光波导路的定位进行微调，并且进行手工操作，存在烦杂且花费时间这样的问题。在发光侧的光波导路和受光侧的光波导路上设置有用于对搭接接合的缺口部(11a、12a)，若通过对搭接接合部分(13)来组合两者，则能容易地实现精度高的组合构造体。由此，能大幅度地降低组装后的微调时间。
文档编号G02B6/12GK101644793SQ200910158569
公开日2010年2月10日 申请日期2009年7月16日 优先权日2008年8月7日
发明者清水裕介 申请人:日东电工株式会社