JP2011107871A - 受光パネル及び光学式タッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】導波路を介して集合的に導かれた光を、可視光領域から近赤外領域の光を受光する高感度な受光素子を介して受光する場合においても、自然光に起因する外乱光成分による影響を排して自然光下で使用しても誤作動を生じない受光パネル及びその受光パネルを使用する光学式タッチパネルを提供する。
【解決手段】可視光領域から近赤外領域の光を受光する受光素子と、受光素子に結合される光導波路と、光導波路の下側に配置される透明パネルと、光導波路と透明パネルとを接着する接着剤層とを備えた受光パネルであって、接着剤層は、波長４５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の光を７０％以上吸収することを特徴とする受光パネル。
【選択図】図１

Description

本発明は、導波路を介して集合的に導かれた光を、可視光領域から近赤外領域の光を受光する高感度な受光素子を介して受光する場合においても、自然光に起因する外乱光成分による影響を排して自然光下で使用しても誤作動を生じない受光パネル及びその受光パネルを使用する光学式タッチパネルに関する。

従来より、透明パネル上に複数の受光素子及び発光素子を配置した各種の光学式タッチパネルが提案されており、この種の光学式タッチパネルでは、例えば、特開２００６−５９２９６号公報に記載されているように、赤外発光素子から出射される赤外光の強度変化を赤外受光素子で検出することにより、タッチ位置を検出することができるように構成されている。

そして、この光学式タッチパネルでは、太陽光の内外乱光成分となる可視光成分を排除するために窓枠状のベゼルを黒く着色したり、また、太陽光の内赤外成分を排除するためにベゼルの上面に表装樹脂を取り付けている。
これにより、太陽光による外乱を防止して、発光素子から発せられる赤外光を精度よく受光素子により受光して、光学式タッチパネルの精度を向上するものである。

特開２００６−５９２９６号公報

ところで、前記特許文献１に記載された光学式タッチパネルでは、矩形状のベゼルにおける対向する２辺の一方に複数個の発光素子が列設されるとともに、他方に各発光素子に対向して複数個の受光素子が列設され、また同様に、残余の対向する２辺の一方に複数個の発光素子が列設されるとともに、他方に各発光素子に対向して複数個の受光素子が列設されている。

しかしながら、このような構成では、光学式タッチパネルの解像度に対応して多くの発光素子及び受光素子を必要とし、この結果、光学式タッチパネルのコストを低減できないという問題がある。

かかる状況下、受光素子側に光導波路を使用し、各発光素子から発せられる光を光導波路の各コアに透過させるとともに、各コアからの光を各コアの端部に結合された１つの受光素子を介して受光することが考えられる。このような構成を採用すれば、受光素子の数を格段に低減することができる。

しかしながら、前記のように光導波路の各コアに結合して使用可能な受光素子としては、例えば、ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサやＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサしかないのが現状である。
ここに、前記ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサは、可視光領域から近赤外領域の光を受光する高感度な受光素子であり、受光素子側に光導波路を配置するとともに光導波路の各コアに結合されたＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサを使用した光学式タッチパネルを太陽光による自然光の下で使用する場合には、発光素子から発せられる光が一般に近赤外光や赤外光であり、また、前記各イメージセンサは可視光領域の光をも検出してしまうことから、自然光における可視光成分が外乱光成分となって発光素子からの近赤外光や赤外光を精度良く検出することができなくなる。この結果、前記のような光学式タッチパネルを自然光の下で使用すると、自然光における可視光成分に起因して誤作動を発生してしまうという問題があり、かかる問題の解決が求められている。

本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、光導波路を透明パネルに接着した場合に生じる誤作動の原因は、自然光が透明パネルで反射して光導波路のコアに進入し、かかる光を受光素子が感知するためであることが分かった。
そこで、光導波路と透明パネルとを接着する接着剤層として、可視光領域にある波長４５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の光を７０％以上吸収する黒色接着剤を用いたところ、上記課題を解決できることを見出した。
自然光は、各種波長の幅広い波長領域の光を含むが、波長４５０ｎｍ〜７００ｎｍの光強度が大きいことが分かっている。これに基づき、上記波長領域を遮光することにより、自然光の下で使用した場合であっても誤作動の生じることなく検出感度に優れた受光パネル及びその受光パネルを使用する光学式タッチパネルが提供できる。

このように、本発明は前記従来技術における問題点を解消するためになされたものであり、導波路を介して集合的に導かれた光を、可視光領域から近赤外領域の光を受光する高感度な受光素子を介して受光する場合においても、自然光に起因する外乱光成分による影響を排して自然光下で使用しても誤作動を生じない受光パネル及びその受光パネルを使用する光学式タッチパネルを提供することを目的とする。

前記目的を達成するため本願の請求項１に係る受光パネルは、可視光領域から近赤外領域の光を受光する受光素子と、前記受光素子に結合される光導波路と、前記光導波路の下側に配置される透明パネルと、前記光導波路と透明パネルとを接着する接着剤層とを備えた受光パネルであって、前記接着剤層は、波長４５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の光を７０％以上吸収することを特徴とする。

また、請求項２に係る光学式タッチパネルは、近赤外領域の光を発する発光素子と、前記発光素子に結合される発光側光導波路と、前記発光側光導波路が固定される透明パネルと、可視光領域から近赤外領域の光を受光する受光素子と、前記発光側光導波路に対向して接着剤層を介して透明パネルに接着され、前記受光素子に結合される受光側導波路とを備え、前記受光側導波路を透明パネルに接着する接着剤層は、波長４５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の光を７０％以上吸収することを特徴とする。

請求項１に係る受光パネルでは、受光素子に結合される光導波路と透明パネルとを接着する接着剤層を介して、透明パネルを反射して光導波路に進入する自然光における可視光領域に属する波長４５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の光が７０％以上吸収され、これにより自然光の下で使用されたとしても可視光成分による影響を排して自然光下で使用しても誤作動を生じることのない受光パネルを実現することができる。

請求項２に係る光学式タッチパネルは、受光素子に結合される光導波路と透明パネルとを接着する接着剤層を介して、透明パネルを反射して光導波路に進入する自然光における可視光領域に属する４５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の光が７０％以上吸収され、これにより自然光の下で使用されたとしても可視光成分による影響を排して自然光下で使用しても、発光素子から発せられた近赤外領域の光が指等により遮断されたことを確実に検出して誤作動を生じることのない光学式タッチパネルを実現することができる。

本実施形態に係る受光パネルを模式的に示す断面図である。 本実施形態に係る光学式タッチパネルを模式的に示す断面図である。 光学式タッチパネルを模式的に示す平面図である。 光学式タッチパネルがタッチされた際に検出される光遮断信号を模式的に示す説明図である。

以下、本実施形態に係る受光パネル及び受光パネルを使用する光学式タッチパネルについて図面を参照しつつ説明する。
先ず、本実施形態に係る受光パネルについて図１に基づき説明する。

［受光パネル］
図１に示すように、本実施形態に係る受光パネル１は、可視光領域から近赤外領域の光を受光する受光素子２と、受光素子２に結合される受光側光導波路３と、受光側光導波路３の下側に配置される透明パネル４と、受光側光導波路３と透明パネル４とを接着する接着剤層５とを備え、かかる接着剤層５は、波長４５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の光を７０％以上吸収することを特徴とする。

ここに、前記受光パネル１において受光側導波路３の上面には、可視光領域（波長３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ未満）及び近赤外領域（７８０ｎｍ〜２５００ｎｍ）に属する光を遮断する樹脂層６が形成されている。これにより、受光側導波路３の上側から入射する自然光による光Ｌ１を遮断することが可能となる。

次に、前記受光パネル１を構成する各構成要素について説明する。
（１）受光素子２
本発明に用いられる受光素子２は、可視光（波長３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ未満）及び近赤外領域（波長７８０ｎｍ〜２５００ｎｍ）の光を受光し、光信号を電気信号に変換する素子である。上記受光素子は、例えば、ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサや、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ等が挙げられる。

（２）受光側光導波路３
本発明に用いられる受光側光導波路３は、コア３Ａ、コア３Ａを埋設する上側クラッド層３Ｂ及び下側クラッド層３Ｃを有する。また、コア３Ａの端部（図１中左側端部）は、受光素子２に光学的に結合されている。ここに、コア３Ａは、各クラッド層３Ｂ、３Ｃよりも屈折率が高く、透明性の高い材料から形成されている。
コア３Ａは、好ましくは、パターニング性に優れた感光性樹脂から形成される。上側クラッド層３Ｂ及び下側クラッド層３Ｃは、好ましくは、感光性樹脂及び熱硬化性樹脂から形成される。コア３Ａと各クラッド層３Ｂ、３Ｃ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。
また、コア３Ａのコア幅（底辺）は、好ましくは１０μｍ〜５００μｍであり、コア高さは（コア幅の中点を結ぶときの高さ）は、好ましくは１０μｍ〜１００μｍである。更に、各クラッド層３Ｂ、３Ｃの厚みは、好ましくは１０μｍ〜５ｍｍである。各クラッド層３Ｂ、３Ｃは、単層であってもよいし、複層であってもよい。
前記のように構成される受光側光導波路３は、プラズマを用いたドライエッチング法、転写法、露光・現像法、フォトブリーチ法等の任意の方法により作製され得る。

（３）透明パネル４
透明パネル４は、前記受光側光導波路３の下側に配置される。ここに、受光パネル１が、光学式タッチパネル（後述する）として各種の表示装置（例えば、パーソナルコンピュータや携帯電話に付設される）に用いられる場合、透明パネル４は、ディスプレイを傷や汚れから保護する保譲パネルを兼ねる。
透明パネル４は、好ましくは、可視光領域の光透過率が９０％以上のものであり、例えば、ガラス板やアクリル板である。また、透明パネル４の厚みは、好ましくは１０μｍ〜２０ｍｍである。

（４）接着剤層５
受講側光導波路３と透明パネル４とを相互に接着する接着剤層５は、波長４５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の光を７０％以上吸収する特性を有し、黒色接着剤から形成される。前記受光パネル１において、このような光吸収性を有する接着剤層５を用いれば、透明パネル４で反射する光Ｌ２の内可視光領域に属する波長４５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の光を７０％以上吸収することができ、光Ｌ２が受光側導波路３のコア３Ａに進入することを防止することができる。これにより、自然光における可視光領域に属する外乱成分を排除することができ、受光素子２が可視光領域の光を検出して誤作動することを防止することができる。
ここに、接着剤層５の光透通率は、例えば、ベースとなる接着剤に遮光性フィラーを混合することにより、適宜、調整できる。接着剤５は、特に制限はないが、好ましくはエポキシ系接着剤である。エポキシ系接着剤は、接着力が強く、耐水性が高いからである。遮光性フィラーとしては、例えば、カーボンブラック、活性炭、黒鉛、黒色色素等が挙げられる。接着剤層５は、遮光性フィラーの他に、近赤外吸収色素を含んでいてもよい。また、遮光性フィラーの混合量は、得られる接着剤層５の光透過率が上記範囲となるように適宜、調整され得る。

［光学式タッチパネル］
前記のように構成される受光パネル１の用途としては特に制限はないが、かかる受光パネル１を使用した光学式タッチパネルについて図２及び図３に基づき説明する。
図２及び図３において、本実施形態に係る光学式タッチパネル７は、前記受光パネル１に加えて、更に、受光パネル１における受光側光導波路３に対向するように接着剤層８を介して透明パネル４に接着された発光側光導波路９を有する。発光側光導波路９は、コア９Ａ、コア９Ａを埋設する上側クラッド層９Ｂ及び下側クラッド層９Ｃを有する。また、コア９Ａの端部（図２中右側端部）は、発光素子１０に光学的に結合されている。ここに、コア９Ａは、各クラッド層９Ｂ、９Ｃよりも屈折率が高く、透明性の高い材料から形成されている。発光側光導波路９は、受光素子２に結合した受光側光導波路３に対向する位置に配置されている（図３参照）。
尚、発光素子１０は、近赤外領域にある光Ｌ３を発し、かかる光Ｌ３は、発光側光導波路９のコア９Ａから座標入力領域１１を直進するとともに、受光側導波路３のコア３Ａに進入し、受光素子２を介して検出される。
このように構成される光学式タッチパネル７は、指やペン等で座標入力領域１１を横切る光Ｌ３を遮った際、その遮断信号を受光素子２で検出することによって、指やペンなどの座標位置を認識することができる。

［実施例］
厚み１８８μｍのポリエチレンネフタレートフィルムの表面に、脂環骨格を有するエポキシ系紫外線硬化型樹脂（アデカ社製 ＥＰ４０８０Ｅ）を含む感光性液状樹脂を塗布し、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（波長８３０ｎｍにおける屈折率＝１．５１０）を形成した。

上記アンダークラッド層の表面に、フルオレン骨格を含むエポキシ系紫外線硬化型樹脂（大阪ガスケミカル社製 オグソールＥＧ）を含む感光性液状樹脂を塗布し、１００℃で５分間加熱処理してコア層を形成した後、上記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。紫外線が照射されたコア層は、紫外線未照射部分をγ−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、パターン形成されたコア（波長８３０ｎｍにおける屈折率＝１．５９２）を形成した。

次に、上記コアの全体を覆うように石英製の凹型モールドを配置し、該モールド内部に、上記アンダークラッド層と同様の感光性液状樹脂を充填した。上記モールドの表面から、紫外線を２０００ｍＪ／ｃｍ²照射して、８０℃で５分間加熱処理し、上記モールドを剥離することにより、先端部の側断面形状が略１／４円弧状の凸状レンズ（曲率半径＝１．５ｍｍ）を備える、厚み１ｍｍのオーバークラッド層（波長８３０ｎｍにおける屈折率＝１．５１０）を成形し、光導波路を作製した。

この光導波路を、エポキシ系接着剤と活性炭とを含む接着剤層（波長４５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の光を８０％以上吸収する）を用いて、アクリル樹脂からなる透明パネル上に接着し、さらに上記光導波路のコアの端部に、受光素子として、ＣＭＯＳリニアセンサーアレイ（ＴＡＯＳ社製）を結合して、受光パネルを作製した。

［比較例］
光導波路と透明パネルとを接着する接着剤として、活性炭を含まないエポキシ系接着剤を用いた以外は、実施例と同様の方法で受光パネルを作製した。

［評価］
実施例及び比較例で作製した受光パネルにおける受光素子に結合した受光側光導波路に対向する位置に、発光素子（Ｏｐｔｗｅｌｌ社製 ＶＣＳＥＬ（波長８５０ｎｍの光を出射））付光導波路を配置し、図２、図３に示す光学式タッチパネル７を作製した。

一般に、光学式タッチパネルを屋外で使用する際に、ペン等で座標入力領域がタッチされていない場合、発光素子から発せられた光は、発光側光導波路の各コアから座標入力領域を直進して受光側光導波路の各コアに進入する。このとき、自然光も受光側光導波路の各コアから進入する。この状態で受光素子を介して検出される光強度は、図４で示すように、高いレベルＬにある。
そして、ペン等で座標入力領域をタッチすると、発光素子から出射される近赤外光はペン等で遮断されることとなるが、光学式タッチパネルを屋外等で使用し、自然光が受光素子に入射すると、受光素子を介して検出される遮断信号を表す光強度は、図４に示すＳ１のようになり、可視光領域の光による外乱に起因して光強度はそれ程低下しない。
これに対して、前記した実施例に係る受光パネル１を使用して作製した光学式タッチパネル７におけるように、可視光領域の光による外乱を有効に排除した場合には、受光素子２を介して検出される遮断信号を表す光強度は、図４に示すＳ２のようになり、可視光領域の光による外乱が殆どないので大きく低下する。この点で、遮断信号を表す光強度が低下する程可視光領域の光による外乱が少なく、感度に優れた光学式タッチパネルであるといえる。

実施例及び比較例の受光パネルを備える光学式タッチパネルを、５４００ｌｕｘの屋内窓際で使用し、遮断信号の光強度を測定したところ、実施例に係る光学式タッチパネルでは０．３であるのに対し、比軟例に係る光学式タッチパネルでは０．６であった。このように、実施例の光学式タッチパネルにより得られた光強度の値は、比較例の光学式タッチパネルにより得られた遮断信号の１／２となり、これより実施例の受光パネルは、比較例のものよりも感度が格段に優れることが確認された。

［実施例、比較例で用いた測定方法］
（１）屈折率の測定
クラッド層形成用ワニスおよびコア形成用ワニスをそれぞれシリコンウエ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 製品名「ＳＰＡ−４００」）を用いて測定した。
（２）コア幅、コア高さの測定
作製した光導波路を、タイサー式切断機（ＤＩＳＣＯ社製 製品名「ＤＡＤ５２２」）を用いて断面切断し、切断面をレーザ顕徹鏡（キーエンス社製）を用いて観察測定した。

本発明によれば、自然光に起因する外乱光成分による影響を排して自然光下で使用しても誤作動を生じない受光パネル及びその受光パネルを使用する光学式タッチパネルを提供することができ、産業上非常に有益である。

１ 受光パネル
２ 受光素子
３ 受講側導波路
３Ａ コア
３Ｂ 上側クラッド層
３Ｃ 下側クラッド層
４ 透明パネル
５ 接着剤層
６ 樹脂層
７ 光学式タッチパネル
８ 接着剤層
９ 発光側導波路
９Ａ コア
９Ｂ 上側クラッド層
９Ｃ 下側クラッド層
１０ 発光素子

Claims (2)

1. 可視光領域から近赤外領域の光を受光する受光素子と、
   前記受光素子に結合される光導波路と、
   前記光導波路の下側に配置される透明パネルと、
   前記光導波路と透明パネルとを接着する接着剤層とを備えた受光パネルであって、
   前記接着剤層は、波長４５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の光を７０％以上吸収することを特徴とする受光パネル。
2. 近赤外領域の光を発する発光素子と、
   前記発光素子に結合される発光側光導波路と、
   前記発光側光導波路が固定される透明パネルと、
   可視光領域から近赤外領域の光を受光する受光素子と、
   前記発光側光導波路に対向して接着剤層を介して透明パネルに接着され、前記受光素子に結合される受光側導波路とを備え、
   前記受光側導波路を透明パネルに接着する接着剤層は、波長４５０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の光を７０％以上吸収することを特徴とする光学式タッチパネル。

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