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
【課題】光の出射側における光の集光能力が高く、位置検知性能に優れたタッチパネルを実現することのでき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を提供する。
【解決手段】コア３と、このコア３を被覆した状態で形成されたオーバークラッド層４とを備えたタッチパネル用光導波路であって、光を出射するコア３の端部がレンズ部３０に形成され、そのレンズ部３０の平面視形状が、端面に向かうにつれて徐々に拡幅するテーパ部３１と、その拡幅されたテーパ部３１の先端側を外側に向かって楕円弧状に膨出させた楕円弧部３２とからなり、上記楕円弧部３２の長軸方向が上記テーパ部３１の長手方向と一致する配置になっており、上記レンズ部３０の長手方向の長さ（Ｌ）と、テーパ部３１のテーパ角度（α）と、楕円弧部３２を構成する楕円の長軸半径（ａ）とが、特定の条件を満たしている。
【解決手段】コア３と、このコア３を被覆した状態で形成されたオーバークラッド層４とを備えたタッチパネル用光導波路であって、光を出射するコア３の端部がレンズ部３０に形成され、そのレンズ部３０の平面視形状が、端面に向かうにつれて徐々に拡幅するテーパ部３１と、その拡幅されたテーパ部３１の先端側を外側に向かって楕円弧状に膨出させた楕円弧部３２とからなり、上記楕円弧部３２の長軸方向が上記テーパ部３１の長手方向と一致する配置になっており、上記レンズ部３０の長手方向の長さ（Ｌ）と、テーパ部３１のテーパ角度（α）と、楕円弧部３２を構成する楕円の長軸半径（ａ）とが、特定の条件を満たしている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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、そのタッチパネルは、光導波路を四角形のディスプレイの画面周縁部に設置し、そのディスプレイの画面の一側部に設置された光導波路から多数の光をディスプレイの画面と平行にかつ他側部に向かって出射し、それらの光を、他側部に設置された光導波路に入射させるようにしたものとなっている。この光導波路により、ディスプレイの画面上において、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を、入射側の光導波路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。
【０００４】
ところで、光導波路の端面から直接空気中に出射した光は、そのままでは放射状に発散するため、この光の発散を抑制してできるだけ平行光に近づけて出射できるよう、光導波路のコアの端部をレンズ部にしたものが各種提案されている。本出願人も、そのコア端部を特殊な平面視形状のレンズ部にしたものを先に出願している（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０２０１５７９号明細書
【特許文献２】特開２００９−１０３９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献２の技術は、光導波路のコア端部におけるレンズ部を、テーパ部と円弧部とからなる特殊な平面視形状にしたものである。この構造によれば、上記テーパ部においてレンズ開始点からの光の広がりを抑え、円弧部において光を屈折させて平行光に近づけることができる。
【０００７】
しかしながら、タッチパネルにおいて、ディスプレイの画面に触れた指の位置を、さらに高精度で検知させることが要求されており、この要求に応えるには、コア端部から出射される光の集光能力をさらに高める必要がある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、光の出射側における光の集光能力が高く、位置検知性能に優れたタッチパネルを実現することのでき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の提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明は、コアと、このコアを被覆した状態で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画面周縁部に沿って設置され、光を出射するコアの端部が上記ディスプレイの画面の一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がレンズ部に形成され、そのレンズ部の平面視形状が、端面に向かうにつれて徐々に拡幅するテーパ部と、その拡幅されたテーパ部の先端側を外側に向かって楕円弧状に膨出させた楕円弧部とからなり、上記楕円弧部の長軸方向が上記テーパ部の長手方向と一致する配置になっており、上記レンズ部の長手方向の長さ（Ｌ）と、テーパ部のテーパ角度（α）と、楕円弧部を構成する楕円の長軸半径（ａ）とが、下記の条件（１）、（２）のいずれか一方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。
【００１０】
【数１】
【００１１】
また、本発明は、そのなかでも特に、上記レンズ部の長手方向の長さ（Ｌ）と、楕円弧部を構成する楕円の長軸半径（ａ）および短軸半径（ｂ）とが、下記の条件（３）、（４）を同時に満たすとともに、上記テーパ部のテーパ角度（α）が、下記の条件（５）を満たすものであるタッチパネル用光導波路を第２の要旨とする。
【００１２】
【数２】
【００１３】
さらに、本発明は、それらのなかでも特に、上記コアのレンズ部を覆うオーバークラッド層の端部が、第２のレンズ部に形成され、その第２のレンズ部の端面が、外側に向かって反る側面視略１／４円弧状曲面に形成され、上記コアのレンズ部における楕円弧部の平面視楕円弧状曲面の先端から上記第２のレンズ部の側面視略１／４円弧状曲面の曲率中心までの距離（Ｌ2 ）と、上記側面視略１／４円弧状曲面の曲率半径（Ｒ2 ）とが下記の条件（６）を満たしているタッチパネル用光導波路を第３の要旨とする。
【００１４】
【数３】
【００１５】
そして、上記第１〜第３のいずれかの要旨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画面周縁部に沿って設置され、光を出射するコアの端部が上記ディスプレイの画面の一側部に位置決めされ、その出射光を入射させるコアの端部が上記ディスプレイの画面の他側部に位置決めされているタッチパネルを第４の要旨とする。
【００１６】
本発明者は、前記課題を解決すべく、コアの端部のレンズ部の形状等について研究を重ねた。その結果、レンズ部を、端面に向かうにつれて徐々に拡幅するテーパ状に形成し、その拡幅されたテーパ部の先端側を外側に向かって楕円弧状に膨出させた形状にするとともに、上記レンズ部の長手方向の長さ（Ｌ）とテーパ角度（α）と楕円弧を構成する楕円の長軸半径（ａ）とが、上記条件（１）、（２）のいずれか一方を満たすようにすると、レンズ部の入り口に到達した光を、上記テーパ部において光の広がり角を効果的に低減させることができ、その状態で、上記楕円弧部から、より平行化された光を出射させることができることを見いだし、本発明に到達した。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のタッチパネル用光導波路は、いずれも、光を出射するコアの端部が、上記特定形状および特定寸法のレンズ部に形成されているため、コアの端部から出射される光が、上記レンズ部の屈折作用によって、その広がりが大幅に抑制され平行化されるようになっている。したがって、このタッチパネル用光導波路によれば、光の出射側における光の集光能力が高く、ごく限定された領域において高い精度で光の伝送を行うことができる。
【００１８】
また、本発明のタッチパネル用光導波路を用いて得られるタッチパネルは、上述のとおり、光導波路のコア端部から出射される光の集光能力が高く、ごく限定された領域において高い精度で光の伝送を行うことができるため、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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のタッチパネル用光導波路の一実施の形態を示す模式的な平面図である。
【図２】（ａ）は上記タッチパネル用光導波路におけるコア端面の形状を説明する拡大平面図であり、（ｂ）はそのＸ−Ｘ′拡大断面図である。
【図３】上記コア端面におけるレンズ部の形状説明図である。
【図４】上記タッチパネル用光導波路を用いたタッチパネルを模式的に示す斜視図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、上記タッチパネル用光導波路の製造方法におけるオーバークラッド層の形成工程を模式的に示す説明図である。
【図６】本発明のタッチパネル用光導波路の他の実施の形態におけるコアの端部を模式的に示す拡大断面図である。
【図７】上記タッチパネル用光導波路の製造方法を模式的に示す説明図である。
【図８】実施例品、比較例品における出射光の広がりの測定方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
図１は、本発明の一実施の形態であるタッチパネル用光導波路の平面図を示している。このタッチパネル用光導波路は、２つのＬ字形光導波路Ａ，Ｂからなり、そのうちの一方のＬ字形光導波路Ａが光を出射（図示の矢印参照）する側、他方のＬ字形光導波路Ｂが光を入射（図示の矢印参照）する側となっている。これら２つのＬ字形光導波路Ａ，Ｂにおいては、いずれも、Ｌ字形に形成されたアンダークラッド層（基体）２の表面の所定部分に、光の通路である複数のコア３が、上記Ｌ字形の一端縁Ａａ，Ｂｂから、そのＬ字形の内側〔ディスプレイ１１（図４参照）の画面側〕端縁部に、等間隔に並列状態で延びたパターンに形成されている。なお、図において、コア３を破線で示しており、破線の太さがコア３の太さを示しているとともに、コア３の数を略して点々で図示している。
【００２２】
そして、それらコア３を被覆するように、上記アンダークラッド層２の表面に、オーバークラッド層４が形成されている。また、光を出射する側のＬ字形光導波路Ａに形成されたコア３の数と、光を入射する側のＬ字形光導波路Ｂに形成されたコア３の数とは、同数になっている。そして、上記各Ｌ字形の内側端縁部に位置する各コア３の端部が、図１において丸で囲われた部分Ｃの拡大図である図２（ａ）に示すような、特殊な平面視形状のレンズ部３０に形成されている。
【００２３】
なお、このレンズ部３０は、図２（ａ）のＸ−Ｘ′断面図である図２（ｂ）に示すように、平板状になっており、他のコア３の部分と同様の厚みで、アンダークラッド層２とオーバークラッド層４との間に層状に挟まれた配置になっている。
【００２４】
上記レンズ部３０〔図２（ａ）に戻る〕は、その平面視形状が、端面に向かうにつれて徐々に拡幅するテーパ部３１（図において斜線で示す部分）と、その拡幅されたテーパ部３１の先端側を外側に向かって楕円弧状に膨出させた楕円弧部３２（図において斜め格子で示す部分）とを組み合わせた形状になっている。ただし、上記楕円弧部３２は、その長軸方向が、上記テーパ部３１の長手方向と一致する配置になっている。
【００２５】
そして、上記レンズ部３０の長手方向の長さ（Ｌ）と、テーパ部３１のテーパ角度（α）と、楕円弧部３２を構成する楕円（図において鎖線Ｐで示す）の長軸半径（ａ）とが、下記の条件（１）、（２）のいずれか一方を満たすよう設定されている。
【００２６】
【数４】
【００２７】
上記条件式（１）、（２）は、以下の考え方によって導出されたものである。すなわち、下記の式（β）が成り立つ楕円レンズ（図３参照、Ｆ，Ｆ′：焦点、ａ：長軸半径、ｂ：短軸半径）において、その出射側から遠い方の焦点Ｆに点光源を配置すると、そこから出射される光は平行化されることが知られている。
【００２８】
【数５】
【００２９】
そこで、光が出射されるコア３端部のレンズ部３０においても、上記式（β）に従い、楕円弧状にすることが望まれるが、光導波路の場合、レンズ部３０まで光を伝送する導波路が、通常１５〜５０μｍ程度の幅を有しており、焦点Ｆからずれた位置から出射される光が上記特性に当てはまらず、平行光化されない。この傾向は、レンズ部３０全体のサイズが小さいときほど、レンズ部３０の入り口部の幅の影響が大きくなり、逆にレンズ部３０のサイズが大きくなると、相対的にレンズ部３０の入り口部の影響が小さくなる。このため、本発明では、上記レンズ部３０において、テーパ部３１のテーパ角度（α）を限定し光の広がり角を低減することによって、あたかも点光源から光が出射されたかのように光の行路を限定するとともに、その先端側において特定の楕円弧部３２を設けることによってその集光能力を高めるようにしたのである。ただし、上記各条件（１）、（２）における具体的な値については、本発明者が実験を繰り返し行って求めたものである。
【００３０】
そして、この考え方に基づき、とりわけ、上記レンズ部３０の長手方向の長さ（Ｌ）と、楕円弧部を構成する楕円の長軸半径（ａ）および短軸半径（ｂ）とが、下記の条件（３）、（４）を同時に満たすとともに、上記テーパ部のテーパ角度（α）が、下記の条件（５）を満たすものは、とりわけ集光性能に優れているため、高い解像度が要求される１５インチ以上の画面サイズのタッチパネル用の光導波路やペン入力が必要なタッチパネル用の光導波路に適用することが好適である。
【００３１】
【数６】
【００３２】
なお、上記考え方は、光の進行方向が逆の場合でも同様に適用することができることから、この実施の形態では、入射側のコア３の端面においても、出射側のコア３と同様の、特殊な平面視形状のレンズ部３０が形成されている（図示を省略）。
【００３３】
したがって、上記特殊な平面視形状のレンズ部３０を出射側と入射側のそれぞれに備えた光導波路によれば、コア３の端部から出射される光が、上記レンズ部３０の屈折作用によって、その広がりが大幅に抑制され平行化され、逆にコア３の端部から入射される光が、上記レンズ部３０の屈折作用によって、さらに集光されるため、ごく限定された領域において高い精度で光の伝送を行うことができる。
【００３４】
上記特殊な光導波路Ａ、Ｂは、例えば図４に示すようなタッチパネル１０の四角形のディスプレイ１１の画面を囲むようにして、その画面周縁部に沿って設置される。そして、光Ｗを出射する側のＬ字形光導波路Ａの一端縁Ａａでは、コア３に光源（図示せず）が接続され、光Ｗを入射する側のＬ字形光導波路Ｂの一端縁Ｂｂでは、コア３に検出器（図示せず）が接続される。より詳しく説明すると、図４の状態では、光Ｗを出射するコア３の端部〔図２（ａ）に示すレンズ部３０〕が、ディスプレイ１１の画面周縁のＬ字状部（一側部）Ｄに位置決めされ、光Ｗを入射するコア３の端部が、ディスプレイ１１の画面周縁の、上記Ｌ字状部Ｄに対向するＬ字状部（他側部）Ｅに位置決めされている。そして、光Ｗを出射するコア３の端面、すなわちレンズ部３０の楕円弧部３２の膨出した曲面と、光Ｗを入射するコア３の端面〔出射側と同様の、レンズ部３０の楕円弧部３２の膨出した曲面〕とが、対面した状態になっている。なお、図において、コア３を破線で示しており、破線の太さがコア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、理解し易くするため、コア３から出射して対面するコア３に入射する多数の光のうちの一部の光Ｗのみを示している。
【００３５】
このような光伝送が、図４に示す２つのＬ字形光導波路Ａ，Ｂの間で行われるため、図示のように、タッチパネル１０のディスプレイ１１の画面上では、上記２つのＬ字形光導波路Ａ，Ｂにより、光Ｗが横方向の発散を抑制された状態で格子状に走った状態となる。したがって、この状態で指でディスプレイ１１の画面に触れると、上記出射する光と入射する光の集光能力が高いため、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。
【００３６】
なお、上記Ｌ字形光導波路Ａ，Ｂ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、縦と横の長さは、それぞれ３０〜３００ｍｍ程度、Ｌ字形の線幅は、５０μｍ〜２ｍｍ程度に設定される。また、光を出射する（光を入射する）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、２０〜３００本程度に設定される。
【００３７】
つぎに、本発明のタッチパネル用光導波路の製造方法の一例について説明する。なお、この説明において参照する図５（ａ）〜（ｄ）は、図２（ａ），（ｂ）に示すレンズ部３０およびその周辺部分を中心に図示している。
【００３８】
まず、上記タッチパネル用光導波路Ａ，Ｂ（図１参照）を製造するための、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）〜５ｍｍ（板状）の範囲内に設定される。
【００３９】
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の形成材料である、感光性樹脂が溶媒に溶解しているワニスを塗布する。このワニスの塗布は、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。そして、それを５０〜１２０℃×１０〜３０分間の加熱処理により乾燥させる。これにより、アンダークラッド層２に形成される感光性樹脂層２ａを形成する。
【００４０】
つぎに、上記感光性樹脂層２ａを照射線により露光する。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。
【００４１】
上記露光後、光反応を完結させるために、加熱処理を行う。この加熱処理は、８０〜２５０℃、好ましくは、１００〜２００℃にて、１０秒〜２時間、好ましくは、５分〜１時間の範囲内で行う。これにより、上記感光性樹脂層２ａ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２ａ）の厚みは、通常、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。
【００４２】
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３ａを形成する。この感光性樹脂層３ａ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２ａ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、得られるコア３が、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５（ｄ）参照〕よりも屈折率が大きくなるような材料が用いられる。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。
【００４３】
ちなみに、本発明において、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の屈折率（波長８５０ｎｍにおける屈折率、以下同じ）は１．４５〜１．５５となるよう調整することが好適であり、上記コア３は、それより大きい屈折率であって１．５０〜１．６０となるよう調整することが好適である。
【００４４】
つぎに、上記感光性樹脂層３ａの上方に、コア３のパターン（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配置し、この露光マスクを介して上記感光性樹脂層３ａを照射線により露光した後、加熱処理を行う。この露光および加熱処理は、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。
【００４５】
つづいて、現像液を用いて現像を行うことにより、図５（ｃ）に示すように、上記感光性樹脂層３ａ〔図５（ｂ）参照〕における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３ａをコア３のパターンに形成する。このとき、コア３の一端部は、レンズ部３０の形状になっている。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。
【００４６】
上記現像後、コア３のパターンに形成された残存感光性樹脂層３ａ中の現像液を加熱処理により除去する。この加熱処理は、通常、８０〜１２０℃×５〜３０分間の範囲内で行われる。これにより、上記コア３のパターンに形成された残存感光性樹脂層３ａを、コア３に形成する。コア３（感光性樹脂層３ａ）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（レンズ部３０が形成されている部分以外の幅）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。
【００４７】
そして、図５（ｄ）に示すように、上記コア３を被覆するように、上記アンダークラッド層２の表面に、オーバークラッド層４に形成される感光性樹脂層４ａを形成する。この感光性樹脂層４ａ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２ａの形成方法と同様にして行われる。その後も、アンダークラッド層２の形成方法と同様に露光，加熱処理等を行い、オーバークラッド層４を形成する。オーバークラッド層４（感光性樹脂層４ａ）の厚み（コア３の表面からの厚み）は、通常、１００〜１０００μｍの範囲内に設定され、好ましくは、２００〜６００μｍの範囲内に設定される。
【００４８】
ついで、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、オーバークラッド層４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、オーバークラッド層４とともに、コア３とアンダークラッド層２とを接着させた状態で、タッチパネル用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、オーバークラッド層４とコア３およびアンダークラッド層２との間の接着力ならびにコア３とアンダークラッド層２との間の接着力よりも弱く、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。
【００４９】
その後、上記２つのＬ字形光導波路Ａ，Ｂとなる部分を、刃型を用いた打ち抜き等により切断する。これにより、図１に示す２つのＬ字形光導波路Ａ，Ｂからなるタッチパネル用光導波路が得られる。
【００５０】
なお、上記実施の形態では、出射側のコア３と入射側のコア３の双方の端面において、上記特殊な平面視形状のレンズ部３０を設けたが、本発明の、上記特殊なレンズ部３０は、少なくとも出射側のコア端面に設けられていればよい。すなわち、入射側においては、異なる構成の集光レンズ等を組み合わせることができるからである。
【００５１】
また、上記実施の形態では、コア３の端部のレンズ部３０をオーバークラッド層４内に位置決めしたが、レンズ部３０の先端部分ないし全体は、オーバークラッド層４で覆うことなく、露出させてもよい。
【００５２】
図６は、本発明のタッチパネル用光導波路の他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は、上記実施の形態において、コア３のレンズ部３０の前方を覆うオーバークラッド層４の端部が、第２のレンズ部４０に形成されている。この第２のレンズ部４０の端面は、外側に向かって反る側面視略１／４円弧状曲面４１に形成されている。その第２のレンズ部４０の寸法は、コア３の端部のレンズ部３０の先端（楕円弧部３２の平面視楕円弧状曲面の先端）から側面視略１／４円弧状曲面４１の曲率中心Ｍまでの距離（Ｌ2 ）と、側面視略１／４円弧状曲面４１の曲率半径（Ｒ2 ）とが下記の条件（６）を満たすように設定される。それ以外は、上記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。
【００５３】
【数７】
【００５４】
そして、コア３の端部のレンズ部３０から出射された光（横方向の発散が抑制された光）Ｗは、オーバークラッド層４の端部の上記第２のレンズ部４０の屈折作用により、縦方向（アンダークラッド層２と直角な面に沿う方向）の発散が抑制される。また、その光Ｗを受光する際には、その光Ｗは、第２のレンズ部４０の屈折作用により、縦方向に絞って集束され、その状態で、コア３の端面（楕円弧部３２の平面視円弧状曲面）からコア３内に入射する（このとき、光Ｗは、横方向に絞って集束される）。このため、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。
【００５５】
このようなタッチパネル用光導波路の製造方法は、コア３を形成するまでは、上記実施の形態と同様にして、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように形成される。その後のオーバークラッド層４の形成は、まず、図７に示すように、オーバークラッド層４（図６参照〕の表面形状（第２のレンズ部４０を含む）と同形状の型面を有する凹部が形成された、石英（紫外線等の照射線を透過させる材料）製の成形型５０を用い、その凹部の開口面を基台１の表面の所定位置に位置決めし密着させる。ついで、上記成形型５０に形成された注入口５１から、上記凹部の型面と、基台１，アンダークラッド層２，コア３の各表面とで囲まれる空間（成形空間Ｓ）に、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５０を通して、上記実施の形態と同様にして、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、オーバークラッド層４（第２のレンズ部４０を含む）を形成する（図６参照）。その後は、上記実施の形態と同様の工程を経て、タッチパネル用光導波路が製造される。
【００５６】
なお、上記各実施の形態では、アンダークラッド層２および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、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。
【００５７】
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。
【００５８】
また、上記各実施の形態では、タッチパネル用光導波路を２つのＬ字形光導波路Ａ，Ｂからなるものとしたが、その２つのＬ字形光導波路Ａ，Ｂをそれぞれの両端部で一体化した四角形の枠状としてもよい。その製造方法としては、上記タッチパネル用光導波路の製造方法において、２つのＬ字形に切断するのに代えて、四角形の枠状に切断することが行われる。
【００５９】
また、上記タッチパネル用光導波路の製造方法において、基台１としてフィルム状のものを用いる場合には、そのフィルム状の基台１と共に上記Ｌ字形平板状に切断した後に、基台１とアンダークラッド層２とを剥離してもよいし、また、基台１を剥離することなくタッチパネル用光導波路とともに使用してもよい。
【００６０】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。ただし、本発明は、実施例に限定されるわけではない。
【実施例】
【００６１】
〔実施例１〜１６および比較例１〜９〕
〔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〕
エポキシ樹脂（ダイセル化学社製、ＥＨＰＥ３１５０）７５重量部、エポキシ樹脂（日油社製、マープルーフＧ−０１５０Ｍ）２５重量部、光酸発生剤（サンアプロ社製、ＣＰＩ−２００Ｋ）４重量部を、溶剤（シクロヘキサノン：和光純薬社製）７０重量部に溶解することにより、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。
【００６２】
〔コアの形成材料〕
エポキシ樹脂（東都化成社製、ＹＤＣＮ−７００−１０）１００重量部と、光酸発生剤（サンアプロ社製、ＣＰＩ−２００Ｋ）２重量部とを、溶剤（乳酸エチル）６０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。
【００６３】
〔タッチパネル用光導波路の作製〕
ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルム〔１００ｍｍ×１００ｍｍ×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、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１５μｍであった。また、このアンダークラッド層の、波長８５０ｎｍにおける屈折率は、１．５１であった。
【００６４】
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、１５０℃×２分間の乾燥処理を行った。ついで、その上方に、模擬的に、レンズ部のみからなるコアを作製するために、それ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、プロキシミティ露光法にて４０００ｍＪ／ｃｍ2 の紫外線照射による露光を行った後、１２０℃×５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℃×５分間の加熱処理を行うことにより、コアを形成した。
【００６５】
このコア（レンズ部のみ）の寸法〔図８におけるレンズ部３０′の長手方向の長さ（Ｌ）、テーパ部３１′のテーパ角度（α），端面の楕円弧部３２′の長軸半径ａ、短軸半径ｂは、その寸法に対応した開口パターンが形成された上記クロムマスク（露光マスク）を用いることにより、下記の表１〜表５に示す値に設定した（実施例１〜１６，比較例１〜９）。上記各寸法は、ＳＥＭ（電子顕微鏡）で測定した。また、このコアの厚みは５０μｍ、レンズ部３０′の開始端６０の幅（図８におけるＬ0 ）は１５μｍ、波長８５０ｎｍにおける屈折率は、１．５７であった。
【００６６】
そして、上記コアを被覆するよう、上記アンダークラッド層の表面に、上記オーバ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、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、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を接触式膜厚計で測定すると６０μｍであった。また、このオーバークラッド層の、波長８５０ｎｍにおける屈折率は、１．５１であった。
【００６７】
その後、上記ＰＥＮフィルムをアンダークラッド層から剥離し、光導波路（模擬品）を得た。
【００６８】
〔出射光の広がり評価〕
得られた各光導波路（模擬品）のコアのレンズ部３０′の開始端６０（図８参照）に、波長８５０ｎｍの光を入射させ、レンズ部３０′の楕円弧部３２′の先端から光を出射させた。そして、上記楕円弧部３２′の端面先端から１００ｍｍ前方に受光器６１を配置し、受光した光の広がり幅を測定した。その結果、広がり幅が１０ｍｍ以下のものを、集光性能が良好であるとして○、広がり幅が１０ｍｍより大きいものを、集光性能が不良であるとして×と評価し、下記の表１〜表５に併せて表記した。
【００６９】
【表１】
【００７０】
【表２】
【００７１】
【表３】
【００７２】
【表４】
【００７３】
【表５】
【００７４】
その結果、実施例１〜１６の光導波路（模擬品）は、比較例１〜９と比較して、出射光の広がりが大幅に抑制されていることがわかる。したがって、上記レンズ部の形状をコア端面に適用したタッチパネル用光導波路は、光を出射する側の光導波路と光を入射する側の光導波路との間で、高効率で光伝送を行うことができ、タッチパネルにおける指検知の正確性を、非常に高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の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は、高い位置検知性能が必要とされるタッチパネルや、ペン入力によるタッチパネル等に利用可能である。
【符号の説明】
【００７６】
３ コア
４ オーバークラッド層
３０ レンズ部
３１ テーパ部
３２ 楕円弧部
α テーパ角度
ａ 長軸半径
ｂ 短軸半径
Ｌ レンズ部の長手方向の長さ
【技術分野】
【０００１】
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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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、そのタッチパネルは、光導波路を四角形のディスプレイの画面周縁部に設置し、そのディスプレイの画面の一側部に設置された光導波路から多数の光をディスプレイの画面と平行にかつ他側部に向かって出射し、それらの光を、他側部に設置された光導波路に入射させるようにしたものとなっている。この光導波路により、ディスプレイの画面上において、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を、入射側の光導波路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。
【０００４】
ところで、光導波路の端面から直接空気中に出射した光は、そのままでは放射状に発散するため、この光の発散を抑制してできるだけ平行光に近づけて出射できるよう、光導波路のコアの端部をレンズ部にしたものが各種提案されている。本出願人も、そのコア端部を特殊な平面視形状のレンズ部にしたものを先に出願している（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０２０１５７９号明細書
【特許文献２】特開２００９−１０３９０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献２の技術は、光導波路のコア端部におけるレンズ部を、テーパ部と円弧部とからなる特殊な平面視形状にしたものである。この構造によれば、上記テーパ部においてレンズ開始点からの光の広がりを抑え、円弧部において光を屈折させて平行光に近づけることができる。
【０００７】
しかしながら、タッチパネルにおいて、ディスプレイの画面に触れた指の位置を、さらに高精度で検知させることが要求されており、この要求に応えるには、コア端部から出射される光の集光能力をさらに高める必要がある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、光の出射側における光の集光能力が高く、位置検知性能に優れたタッチパネルを実現することのでき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の提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明は、コアと、このコアを被覆した状態で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画面周縁部に沿って設置され、光を出射するコアの端部が上記ディスプレイの画面の一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がレンズ部に形成され、そのレンズ部の平面視形状が、端面に向かうにつれて徐々に拡幅するテーパ部と、その拡幅されたテーパ部の先端側を外側に向かって楕円弧状に膨出させた楕円弧部とからなり、上記楕円弧部の長軸方向が上記テーパ部の長手方向と一致する配置になっており、上記レンズ部の長手方向の長さ（Ｌ）と、テーパ部のテーパ角度（α）と、楕円弧部を構成する楕円の長軸半径（ａ）とが、下記の条件（１）、（２）のいずれか一方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。
【００１０】
【数１】
【００１１】
また、本発明は、そのなかでも特に、上記レンズ部の長手方向の長さ（Ｌ）と、楕円弧部を構成する楕円の長軸半径（ａ）および短軸半径（ｂ）とが、下記の条件（３）、（４）を同時に満たすとともに、上記テーパ部のテーパ角度（α）が、下記の条件（５）を満たすものであるタッチパネル用光導波路を第２の要旨とする。
【００１２】
【数２】
【００１３】
さらに、本発明は、それらのなかでも特に、上記コアのレンズ部を覆うオーバークラッド層の端部が、第２のレンズ部に形成され、その第２のレンズ部の端面が、外側に向かって反る側面視略１／４円弧状曲面に形成され、上記コアのレンズ部における楕円弧部の平面視楕円弧状曲面の先端から上記第２のレンズ部の側面視略１／４円弧状曲面の曲率中心までの距離（Ｌ2 ）と、上記側面視略１／４円弧状曲面の曲率半径（Ｒ2 ）とが下記の条件（６）を満たしているタッチパネル用光導波路を第３の要旨とする。
【００１４】
【数３】
【００１５】
そして、上記第１〜第３のいずれかの要旨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画面周縁部に沿って設置され、光を出射するコアの端部が上記ディスプレイの画面の一側部に位置決めされ、その出射光を入射させるコアの端部が上記ディスプレイの画面の他側部に位置決めされているタッチパネルを第４の要旨とする。
【００１６】
本発明者は、前記課題を解決すべく、コアの端部のレンズ部の形状等について研究を重ねた。その結果、レンズ部を、端面に向かうにつれて徐々に拡幅するテーパ状に形成し、その拡幅されたテーパ部の先端側を外側に向かって楕円弧状に膨出させた形状にするとともに、上記レンズ部の長手方向の長さ（Ｌ）とテーパ角度（α）と楕円弧を構成する楕円の長軸半径（ａ）とが、上記条件（１）、（２）のいずれか一方を満たすようにすると、レンズ部の入り口に到達した光を、上記テーパ部において光の広がり角を効果的に低減させることができ、その状態で、上記楕円弧部から、より平行化された光を出射させることができることを見いだし、本発明に到達した。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のタッチパネル用光導波路は、いずれも、光を出射するコアの端部が、上記特定形状および特定寸法のレンズ部に形成されているため、コアの端部から出射される光が、上記レンズ部の屈折作用によって、その広がりが大幅に抑制され平行化されるようになっている。したがって、このタッチパネル用光導波路によれば、光の出射側における光の集光能力が高く、ごく限定された領域において高い精度で光の伝送を行うことができる。
【００１８】
また、本発明のタッチパネル用光導波路を用いて得られるタッチパネルは、上述のとおり、光導波路のコア端部から出射される光の集光能力が高く、ごく限定された領域において高い精度で光の伝送を行うことができるため、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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のタッチパネル用光導波路の一実施の形態を示す模式的な平面図である。
【図２】（ａ）は上記タッチパネル用光導波路におけるコア端面の形状を説明する拡大平面図であり、（ｂ）はそのＸ−Ｘ′拡大断面図である。
【図３】上記コア端面におけるレンズ部の形状説明図である。
【図４】上記タッチパネル用光導波路を用いたタッチパネルを模式的に示す斜視図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、上記タッチパネル用光導波路の製造方法におけるオーバークラッド層の形成工程を模式的に示す説明図である。
【図６】本発明のタッチパネル用光導波路の他の実施の形態におけるコアの端部を模式的に示す拡大断面図である。
【図７】上記タッチパネル用光導波路の製造方法を模式的に示す説明図である。
【図８】実施例品、比較例品における出射光の広がりの測定方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
図１は、本発明の一実施の形態であるタッチパネル用光導波路の平面図を示している。このタッチパネル用光導波路は、２つのＬ字形光導波路Ａ，Ｂからなり、そのうちの一方のＬ字形光導波路Ａが光を出射（図示の矢印参照）する側、他方のＬ字形光導波路Ｂが光を入射（図示の矢印参照）する側となっている。これら２つのＬ字形光導波路Ａ，Ｂにおいては、いずれも、Ｌ字形に形成されたアンダークラッド層（基体）２の表面の所定部分に、光の通路である複数のコア３が、上記Ｌ字形の一端縁Ａａ，Ｂｂから、そのＬ字形の内側〔ディスプレイ１１（図４参照）の画面側〕端縁部に、等間隔に並列状態で延びたパターンに形成されている。なお、図において、コア３を破線で示しており、破線の太さがコア３の太さを示しているとともに、コア３の数を略して点々で図示している。
【００２２】
そして、それらコア３を被覆するように、上記アンダークラッド層２の表面に、オーバークラッド層４が形成されている。また、光を出射する側のＬ字形光導波路Ａに形成されたコア３の数と、光を入射する側のＬ字形光導波路Ｂに形成されたコア３の数とは、同数になっている。そして、上記各Ｌ字形の内側端縁部に位置する各コア３の端部が、図１において丸で囲われた部分Ｃの拡大図である図２（ａ）に示すような、特殊な平面視形状のレンズ部３０に形成されている。
【００２３】
なお、このレンズ部３０は、図２（ａ）のＸ−Ｘ′断面図である図２（ｂ）に示すように、平板状になっており、他のコア３の部分と同様の厚みで、アンダークラッド層２とオーバークラッド層４との間に層状に挟まれた配置になっている。
【００２４】
上記レンズ部３０〔図２（ａ）に戻る〕は、その平面視形状が、端面に向かうにつれて徐々に拡幅するテーパ部３１（図において斜線で示す部分）と、その拡幅されたテーパ部３１の先端側を外側に向かって楕円弧状に膨出させた楕円弧部３２（図において斜め格子で示す部分）とを組み合わせた形状になっている。ただし、上記楕円弧部３２は、その長軸方向が、上記テーパ部３１の長手方向と一致する配置になっている。
【００２５】
そして、上記レンズ部３０の長手方向の長さ（Ｌ）と、テーパ部３１のテーパ角度（α）と、楕円弧部３２を構成する楕円（図において鎖線Ｐで示す）の長軸半径（ａ）とが、下記の条件（１）、（２）のいずれか一方を満たすよう設定されている。
【００２６】
【数４】
【００２７】
上記条件式（１）、（２）は、以下の考え方によって導出されたものである。すなわち、下記の式（β）が成り立つ楕円レンズ（図３参照、Ｆ，Ｆ′：焦点、ａ：長軸半径、ｂ：短軸半径）において、その出射側から遠い方の焦点Ｆに点光源を配置すると、そこから出射される光は平行化されることが知られている。
【００２８】
【数５】
【００２９】
そこで、光が出射されるコア３端部のレンズ部３０においても、上記式（β）に従い、楕円弧状にすることが望まれるが、光導波路の場合、レンズ部３０まで光を伝送する導波路が、通常１５〜５０μｍ程度の幅を有しており、焦点Ｆからずれた位置から出射される光が上記特性に当てはまらず、平行光化されない。この傾向は、レンズ部３０全体のサイズが小さいときほど、レンズ部３０の入り口部の幅の影響が大きくなり、逆にレンズ部３０のサイズが大きくなると、相対的にレンズ部３０の入り口部の影響が小さくなる。このため、本発明では、上記レンズ部３０において、テーパ部３１のテーパ角度（α）を限定し光の広がり角を低減することによって、あたかも点光源から光が出射されたかのように光の行路を限定するとともに、その先端側において特定の楕円弧部３２を設けることによってその集光能力を高めるようにしたのである。ただし、上記各条件（１）、（２）における具体的な値については、本発明者が実験を繰り返し行って求めたものである。
【００３０】
そして、この考え方に基づき、とりわけ、上記レンズ部３０の長手方向の長さ（Ｌ）と、楕円弧部を構成する楕円の長軸半径（ａ）および短軸半径（ｂ）とが、下記の条件（３）、（４）を同時に満たすとともに、上記テーパ部のテーパ角度（α）が、下記の条件（５）を満たすものは、とりわけ集光性能に優れているため、高い解像度が要求される１５インチ以上の画面サイズのタッチパネル用の光導波路やペン入力が必要なタッチパネル用の光導波路に適用することが好適である。
【００３１】
【数６】
【００３２】
なお、上記考え方は、光の進行方向が逆の場合でも同様に適用することができることから、この実施の形態では、入射側のコア３の端面においても、出射側のコア３と同様の、特殊な平面視形状のレンズ部３０が形成されている（図示を省略）。
【００３３】
したがって、上記特殊な平面視形状のレンズ部３０を出射側と入射側のそれぞれに備えた光導波路によれば、コア３の端部から出射される光が、上記レンズ部３０の屈折作用によって、その広がりが大幅に抑制され平行化され、逆にコア３の端部から入射される光が、上記レンズ部３０の屈折作用によって、さらに集光されるため、ごく限定された領域において高い精度で光の伝送を行うことができる。
【００３４】
上記特殊な光導波路Ａ、Ｂは、例えば図４に示すようなタッチパネル１０の四角形のディスプレイ１１の画面を囲むようにして、その画面周縁部に沿って設置される。そして、光Ｗを出射する側のＬ字形光導波路Ａの一端縁Ａａでは、コア３に光源（図示せず）が接続され、光Ｗを入射する側のＬ字形光導波路Ｂの一端縁Ｂｂでは、コア３に検出器（図示せず）が接続される。より詳しく説明すると、図４の状態では、光Ｗを出射するコア３の端部〔図２（ａ）に示すレンズ部３０〕が、ディスプレイ１１の画面周縁のＬ字状部（一側部）Ｄに位置決めされ、光Ｗを入射するコア３の端部が、ディスプレイ１１の画面周縁の、上記Ｌ字状部Ｄに対向するＬ字状部（他側部）Ｅに位置決めされている。そして、光Ｗを出射するコア３の端面、すなわちレンズ部３０の楕円弧部３２の膨出した曲面と、光Ｗを入射するコア３の端面〔出射側と同様の、レンズ部３０の楕円弧部３２の膨出した曲面〕とが、対面した状態になっている。なお、図において、コア３を破線で示しており、破線の太さがコア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、理解し易くするため、コア３から出射して対面するコア３に入射する多数の光のうちの一部の光Ｗのみを示している。
【００３５】
このような光伝送が、図４に示す２つのＬ字形光導波路Ａ，Ｂの間で行われるため、図示のように、タッチパネル１０のディスプレイ１１の画面上では、上記２つのＬ字形光導波路Ａ，Ｂにより、光Ｗが横方向の発散を抑制された状態で格子状に走った状態となる。したがって、この状態で指でディスプレイ１１の画面に触れると、上記出射する光と入射する光の集光能力が高いため、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。
【００３６】
なお、上記Ｌ字形光導波路Ａ，Ｂ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、縦と横の長さは、それぞれ３０〜３００ｍｍ程度、Ｌ字形の線幅は、５０μｍ〜２ｍｍ程度に設定される。また、光を出射する（光を入射する）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、２０〜３００本程度に設定される。
【００３７】
つぎに、本発明のタッチパネル用光導波路の製造方法の一例について説明する。なお、この説明において参照する図５（ａ）〜（ｄ）は、図２（ａ），（ｂ）に示すレンズ部３０およびその周辺部分を中心に図示している。
【００３８】
まず、上記タッチパネル用光導波路Ａ，Ｂ（図１参照）を製造するための、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）〜５ｍｍ（板状）の範囲内に設定される。
【００３９】
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の形成材料である、感光性樹脂が溶媒に溶解しているワニスを塗布する。このワニスの塗布は、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。そして、それを５０〜１２０℃×１０〜３０分間の加熱処理により乾燥させる。これにより、アンダークラッド層２に形成される感光性樹脂層２ａを形成する。
【００４０】
つぎに、上記感光性樹脂層２ａを照射線により露光する。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。
【００４１】
上記露光後、光反応を完結させるために、加熱処理を行う。この加熱処理は、８０〜２５０℃、好ましくは、１００〜２００℃にて、１０秒〜２時間、好ましくは、５分〜１時間の範囲内で行う。これにより、上記感光性樹脂層２ａ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２ａ）の厚みは、通常、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。
【００４２】
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３ａを形成する。この感光性樹脂層３ａ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２ａ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、得られるコア３が、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５（ｄ）参照〕よりも屈折率が大きくなるような材料が用いられる。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。
【００４３】
ちなみに、本発明において、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の屈折率（波長８５０ｎｍにおける屈折率、以下同じ）は１．４５〜１．５５となるよう調整することが好適であり、上記コア３は、それより大きい屈折率であって１．５０〜１．６０となるよう調整することが好適である。
【００４４】
つぎに、上記感光性樹脂層３ａの上方に、コア３のパターン（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配置し、この露光マスクを介して上記感光性樹脂層３ａを照射線により露光した後、加熱処理を行う。この露光および加熱処理は、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。
【００４５】
つづいて、現像液を用いて現像を行うことにより、図５（ｃ）に示すように、上記感光性樹脂層３ａ〔図５（ｂ）参照〕における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３ａをコア３のパターンに形成する。このとき、コア３の一端部は、レンズ部３０の形状になっている。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。
【００４６】
上記現像後、コア３のパターンに形成された残存感光性樹脂層３ａ中の現像液を加熱処理により除去する。この加熱処理は、通常、８０〜１２０℃×５〜３０分間の範囲内で行われる。これにより、上記コア３のパターンに形成された残存感光性樹脂層３ａを、コア３に形成する。コア３（感光性樹脂層３ａ）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（レンズ部３０が形成されている部分以外の幅）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。
【００４７】
そして、図５（ｄ）に示すように、上記コア３を被覆するように、上記アンダークラッド層２の表面に、オーバークラッド層４に形成される感光性樹脂層４ａを形成する。この感光性樹脂層４ａ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２ａの形成方法と同様にして行われる。その後も、アンダークラッド層２の形成方法と同様に露光，加熱処理等を行い、オーバークラッド層４を形成する。オーバークラッド層４（感光性樹脂層４ａ）の厚み（コア３の表面からの厚み）は、通常、１００〜１０００μｍの範囲内に設定され、好ましくは、２００〜６００μｍの範囲内に設定される。
【００４８】
ついで、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、オーバークラッド層４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、オーバークラッド層４とともに、コア３とアンダークラッド層２とを接着させた状態で、タッチパネル用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、オーバークラッド層４とコア３およびアンダークラッド層２との間の接着力ならびにコア３とアンダークラッド層２との間の接着力よりも弱く、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。
【００４９】
その後、上記２つのＬ字形光導波路Ａ，Ｂとなる部分を、刃型を用いた打ち抜き等により切断する。これにより、図１に示す２つのＬ字形光導波路Ａ，Ｂからなるタッチパネル用光導波路が得られる。
【００５０】
なお、上記実施の形態では、出射側のコア３と入射側のコア３の双方の端面において、上記特殊な平面視形状のレンズ部３０を設けたが、本発明の、上記特殊なレンズ部３０は、少なくとも出射側のコア端面に設けられていればよい。すなわち、入射側においては、異なる構成の集光レンズ等を組み合わせることができるからである。
【００５１】
また、上記実施の形態では、コア３の端部のレンズ部３０をオーバークラッド層４内に位置決めしたが、レンズ部３０の先端部分ないし全体は、オーバークラッド層４で覆うことなく、露出させてもよい。
【００５２】
図６は、本発明のタッチパネル用光導波路の他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は、上記実施の形態において、コア３のレンズ部３０の前方を覆うオーバークラッド層４の端部が、第２のレンズ部４０に形成されている。この第２のレンズ部４０の端面は、外側に向かって反る側面視略１／４円弧状曲面４１に形成されている。その第２のレンズ部４０の寸法は、コア３の端部のレンズ部３０の先端（楕円弧部３２の平面視楕円弧状曲面の先端）から側面視略１／４円弧状曲面４１の曲率中心Ｍまでの距離（Ｌ2 ）と、側面視略１／４円弧状曲面４１の曲率半径（Ｒ2 ）とが下記の条件（６）を満たすように設定される。それ以外は、上記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。
【００５３】
【数７】
【００５４】
そして、コア３の端部のレンズ部３０から出射された光（横方向の発散が抑制された光）Ｗは、オーバークラッド層４の端部の上記第２のレンズ部４０の屈折作用により、縦方向（アンダークラッド層２と直角な面に沿う方向）の発散が抑制される。また、その光Ｗを受光する際には、その光Ｗは、第２のレンズ部４０の屈折作用により、縦方向に絞って集束され、その状態で、コア３の端面（楕円弧部３２の平面視円弧状曲面）からコア３内に入射する（このとき、光Ｗは、横方向に絞って集束される）。このため、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。
【００５５】
このようなタッチパネル用光導波路の製造方法は、コア３を形成するまでは、上記実施の形態と同様にして、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように形成される。その後のオーバークラッド層４の形成は、まず、図７に示すように、オーバークラッド層４（図６参照〕の表面形状（第２のレンズ部４０を含む）と同形状の型面を有する凹部が形成された、石英（紫外線等の照射線を透過させる材料）製の成形型５０を用い、その凹部の開口面を基台１の表面の所定位置に位置決めし密着させる。ついで、上記成形型５０に形成された注入口５１から、上記凹部の型面と、基台１，アンダークラッド層２，コア３の各表面とで囲まれる空間（成形空間Ｓ）に、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５０を通して、上記実施の形態と同様にして、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、オーバークラッド層４（第２のレンズ部４０を含む）を形成する（図６参照）。その後は、上記実施の形態と同様の工程を経て、タッチパネル用光導波路が製造される。
【００５６】
なお、上記各実施の形態では、アンダークラッド層２および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、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。
【００５７】
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。
【００５８】
また、上記各実施の形態では、タッチパネル用光導波路を２つのＬ字形光導波路Ａ，Ｂからなるものとしたが、その２つのＬ字形光導波路Ａ，Ｂをそれぞれの両端部で一体化した四角形の枠状としてもよい。その製造方法としては、上記タッチパネル用光導波路の製造方法において、２つのＬ字形に切断するのに代えて、四角形の枠状に切断することが行われる。
【００５９】
また、上記タッチパネル用光導波路の製造方法において、基台１としてフィルム状のものを用いる場合には、そのフィルム状の基台１と共に上記Ｌ字形平板状に切断した後に、基台１とアンダークラッド層２とを剥離してもよいし、また、基台１を剥離することなくタッチパネル用光導波路とともに使用してもよい。
【００６０】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。ただし、本発明は、実施例に限定されるわけではない。
【実施例】
【００６１】
〔実施例１〜１６および比較例１〜９〕
〔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〕
エポキシ樹脂（ダイセル化学社製、ＥＨＰＥ３１５０）７５重量部、エポキシ樹脂（日油社製、マープルーフＧ−０１５０Ｍ）２５重量部、光酸発生剤（サンアプロ社製、ＣＰＩ−２００Ｋ）４重量部を、溶剤（シクロヘキサノン：和光純薬社製）７０重量部に溶解することにより、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。
【００６２】
〔コアの形成材料〕
エポキシ樹脂（東都化成社製、ＹＤＣＮ−７００−１０）１００重量部と、光酸発生剤（サンアプロ社製、ＣＰＩ−２００Ｋ）２重量部とを、溶剤（乳酸エチル）６０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。
【００６３】
〔タッチパネル用光導波路の作製〕
ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルム〔１００ｍｍ×１００ｍｍ×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、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１５μｍであった。また、このアンダークラッド層の、波長８５０ｎｍにおける屈折率は、１．５１であった。
【００６４】
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、１５０℃×２分間の乾燥処理を行った。ついで、その上方に、模擬的に、レンズ部のみからなるコアを作製するために、それ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、プロキシミティ露光法にて４０００ｍＪ／ｃｍ2 の紫外線照射による露光を行った後、１２０℃×５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℃×５分間の加熱処理を行うことにより、コアを形成した。
【００６５】
このコア（レンズ部のみ）の寸法〔図８におけるレンズ部３０′の長手方向の長さ（Ｌ）、テーパ部３１′のテーパ角度（α），端面の楕円弧部３２′の長軸半径ａ、短軸半径ｂは、その寸法に対応した開口パターンが形成された上記クロムマスク（露光マスク）を用いることにより、下記の表１〜表５に示す値に設定した（実施例１〜１６，比較例１〜９）。上記各寸法は、ＳＥＭ（電子顕微鏡）で測定した。また、このコアの厚みは５０μｍ、レンズ部３０′の開始端６０の幅（図８におけるＬ0 ）は１５μｍ、波長８５０ｎｍにおける屈折率は、１．５７であった。
【００６６】
そして、上記コアを被覆するよう、上記アンダークラッド層の表面に、上記オーバ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、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、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を接触式膜厚計で測定すると６０μｍであった。また、このオーバークラッド層の、波長８５０ｎｍにおける屈折率は、１．５１であった。
【００６７】
その後、上記ＰＥＮフィルムをアンダークラッド層から剥離し、光導波路（模擬品）を得た。
【００６８】
〔出射光の広がり評価〕
得られた各光導波路（模擬品）のコアのレンズ部３０′の開始端６０（図８参照）に、波長８５０ｎｍの光を入射させ、レンズ部３０′の楕円弧部３２′の先端から光を出射させた。そして、上記楕円弧部３２′の端面先端から１００ｍｍ前方に受光器６１を配置し、受光した光の広がり幅を測定した。その結果、広がり幅が１０ｍｍ以下のものを、集光性能が良好であるとして○、広がり幅が１０ｍｍより大きいものを、集光性能が不良であるとして×と評価し、下記の表１〜表５に併せて表記した。
【００６９】
【表１】
【００７０】
【表２】
【００７１】
【表３】
【００７２】
【表４】
【００７３】
【表５】
【００７４】
その結果、実施例１〜１６の光導波路（模擬品）は、比較例１〜９と比較して、出射光の広がりが大幅に抑制されていることがわかる。したがって、上記レンズ部の形状をコア端面に適用したタッチパネル用光導波路は、光を出射する側の光導波路と光を入射する側の光導波路との間で、高効率で光伝送を行うことができ、タッチパネルにおける指検知の正確性を、非常に高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の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は、高い位置検知性能が必要とされるタッチパネルや、ペン入力によるタッチパネル等に利用可能である。
【符号の説明】
【００７６】
３ コア
４ オーバークラッド層
３０ レンズ部
３１ テーパ部
３２ 楕円弧部
α テーパ角度
ａ 長軸半径
ｂ 短軸半径
Ｌ レンズ部の長手方向の長さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、このコアを被覆した状態で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画面周縁部に沿って設置され、光を出射するコアの端部が上記ディスプレイの画面の一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がレンズ部に形成され、そのレンズ部の平面視形状が、端面に向かうにつれて徐々に拡幅するテーパ部と、その拡幅されたテーパ部の先端側を外側に向かって楕円弧状に膨出させた楕円弧部とからなり、上記楕円弧部の長軸方向が上記テーパ部の長手方向と一致する配置になっており、上記レンズ部の長手方向の長さ（Ｌ）と、テーパ部のテーパ角度（α）と、楕円弧部を構成する楕円の長軸半径（ａ）とが、下記の条件（１）、（２）のいずれか一方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。
【数１】
【請求項２】
上記レンズ部の長手方向の長さ（Ｌ）と、楕円弧部を構成する楕円の長軸半径（ａ）および短軸半径（ｂ）とが、下記の条件（３）、（４）を同時に満たすとともに、上記テーパ部のテーパ角度（α）が、下記の条件（５）を満たすものである請求項１記載のタッチパネル用光導波路。
【数２】
【請求項３】
上記コアのレンズ部を覆うオーバークラッド層の端部が、第２のレンズ部に形成され、その第２のレンズ部の端面が、外側に向かって反る側面視略１／４円弧状曲面に形成され、上記コアのレンズ部における楕円弧部の平面視楕円弧状曲面の先端から上記第２のレンズ部の側面視略１／４円弧状曲面の曲率中心までの距離（Ｌ2 ）と、上記側面視略１／４円弧状曲面の曲率半径（Ｒ2 ）とが下記の条件（６）を満たしている請求項１または２記載のタッチパネル用光導波路。
【数３】
【請求項４】
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画面周縁部に沿って設置され、光を出射するコアの端部が上記ディスプレイの画面の一側部に位置決めされ、その出射光を入射させるコアの端部が上記ディスプレイの画面の他側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。
【請求項１】
コアと、このコアを被覆した状態で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画面周縁部に沿って設置され、光を出射するコアの端部が上記ディスプレイの画面の一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がレンズ部に形成され、そのレンズ部の平面視形状が、端面に向かうにつれて徐々に拡幅するテーパ部と、その拡幅されたテーパ部の先端側を外側に向かって楕円弧状に膨出させた楕円弧部とからなり、上記楕円弧部の長軸方向が上記テーパ部の長手方向と一致する配置になっており、上記レンズ部の長手方向の長さ（Ｌ）と、テーパ部のテーパ角度（α）と、楕円弧部を構成する楕円の長軸半径（ａ）とが、下記の条件（１）、（２）のいずれか一方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。
【数１】
【請求項２】
上記レンズ部の長手方向の長さ（Ｌ）と、楕円弧部を構成する楕円の長軸半径（ａ）および短軸半径（ｂ）とが、下記の条件（３）、（４）を同時に満たすとともに、上記テーパ部のテーパ角度（α）が、下記の条件（５）を満たすものである請求項１記載のタッチパネル用光導波路。
【数２】
【請求項３】
上記コアのレンズ部を覆うオーバークラッド層の端部が、第２のレンズ部に形成され、その第２のレンズ部の端面が、外側に向かって反る側面視略１／４円弧状曲面に形成され、上記コアのレンズ部における楕円弧部の平面視楕円弧状曲面の先端から上記第２のレンズ部の側面視略１／４円弧状曲面の曲率中心までの距離（Ｌ2 ）と、上記側面視略１／４円弧状曲面の曲率半径（Ｒ2 ）とが下記の条件（６）を満たしている請求項１または２記載のタッチパネル用光導波路。
【数３】
【請求項４】
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画面周縁部に沿って設置され、光を出射するコアの端部が上記ディスプレイの画面の一側部に位置決めされ、その出射光を入射させるコアの端部が上記ディスプレイの画面の他側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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１６０１６３（Ｐ２０１２−１６０１６３Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０７２９４（Ｐ２０１１−２０７２９４）
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
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