用于光学触摸屏的波导材料制造技术

本发明专利技术涉及适合用于波导基光学触摸屏传感器的聚合物光学材料。特别地，该材料应该具有比该触摸屏器件的最小操作温度低的玻璃化转变温度（Ｔｇ）。优选地，将由该材料组成的波导装配在聚合物基材上，使得该波导组合是挠性的。在这种情况下，该材料应该具有比该聚合物基材的Ｔｇ低的Ｔｇ。

Waveguide material for optical touch screen

The present invention relates to polymeric optical materials suitable for use in waveguide based optical touch screen sensors. In particular, the material should have a glass transition temperature (Tg) lower than the minimum operating temperature of the touch screen device. Preferably, a waveguide consisting of the material is mounted on a polymeric substrate such that the waveguide assembly is flexible. In this case, the material should have a Tg lower than that of the polymer substrate Tg.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光学触摸屏的波导材料介绍本专利技术涉及适合用于波导基光学触摸屏传感器的聚合物光学材料。
技术介绍
技术是众所周知的或形成了本领域公知常识的 一部分。由于计算机及其它消费者电子器件例如移动式电话、个人数字助理(PDA)和手提式游戏的触摸屏输入器件或传感器极易使用是高度理想的。 过去，已使用各种途径提供触摸屏输入器件。最常用的途径是使用挠性电 阻盖层，但是该盖层容易被破坏，可能引起眩目问题，并往往使位于下面 的屏幕暗淡，从而要求额外的功率使用来弥补此种暗淡。电阻器件还可能 对湿度敏感，并且该电阻盖层的成本与周长的平方成正比。另一种途径是 电容触摸屏，它也要求盖层。在这种情况下，盖层一般是更耐用的，但是 眩目和暗淡问题仍存在。在又一种常用的途径中，红外线光束的矩阵设在显示器前面，其中通 过中断该光束中的一个或多个来检测触摸。此种光学触摸屏已久为人 知(US 3,478,220; US 3,673,327)，其中光束通过光源例如发光二极管(LED) 的阵列产生并通过相应的检测器(例如光电晶体管)阵列检测。它们的优点 是无盖层并且可以在各种环境光条件中运行(US 4，988，983)，但是具有显著 的成本问题，因为它们要求许多源和检测器组件，以及支撑电子设备。因 为此种系统的空间分辨率取决于源和检测器的数目，所以这种组件的成本 随着分辨率增加。基于集成光波导的备选光学触摸屏技术在US 6,351,260、 6，181，842和们的内容经以交叉引用的方式引入本说明书。此种器件(具有 一种特定的波 导布局)的基本原理示意性地示出在附图说明图1中。在这种光学触摸屏传感器设计中，集成光波导10将单个光源11的光引导至平面内透镜12，该透镜12发射 一排光束13越过输入区14。光由第二组平面内透镜15和在该输入区另 一侧 的集成光波导16收集，并被引导至位置敏感性(即多元件)检测器17。触摸 作用(例如通过手指或触针)切割一个或多个光束并且被检测为阴影，其位 置由该触摸物体阻断的特定光束确定。即，任何物理阻断的位置可以通过 黑斑的存在在一维上确认，使得用户反馈能够进入该器件。优选地，该器 件还包括在输入区14的两面上与平面内透镜12、 15相邻的外部垂直准直透 镜(VCL,在图l中没有显示)，以使光束13在与该输入区的平面垂直的方向 准直。在US 7,099，553公开的变化方案中(在此其内容经通过交叉引用引 入)，在发射面上的集成光波导10的阵列可以被单个光波导替代，该单个光 波导呈具有多个反射小平面的光管形式。触摸屏传感器通常是二维矩形的，其中发射波导的两个阵列(X， Y)沿 着屏幕的相邻面，接收波导的两个对应阵列沿着该屏幕的其它两面。在一 个实施方案中，作为发射面的一部分，单个光源11(例如LED或垂直空腔表 面发射激光器(VCSEL))发射光(例如经由lxN树形分流片18)进入多个既形 成X发射阵列又形成Y发射阵列的波导IO。 X和Y发射波导通常安排在L形基 材19上，并且同样适于X和Y接收波导，以致单源和单位置敏感性检测器可 以用来同时涵盖X和Y维度。然而，在备选实施方案中，对于X和Y维度中 的每一个都可以使用独立的源和/或检测器。在每一面上，波导和透镜的阵列布置在屏幕的窗口内，并且为了使该窗口的宽度最小化，希望该发射和 接收阵列尽可能窄。这对'J、器件例如移动式电话是特别重要的。这种构型的另一个优点是同时地检测所有光束，使得与具有配对源和 检测器的阵列的更常规构型相比能够实现快得多的扫描速度，其中该源和/基构型中，可以简单地通过添加更多波导提高空间分辨率，而不会影响源/ 检测器组件成本或扫描速度。10波导基光学触摸屏传感器的关键组件是光波导本身，如US 5,914,709 中所公开，它们呈集成到基材上的波导的阵列形式。此种集成光波导是本 领域中熟知的，并且通常由图案化光导芯层(折射指数m)构成，该光导芯层 由包层材料(折射指数n2，其中n2<ni)围绕并且安装在机械坚固的基材上。 沿着每一波导传播的光由于芯和包层之间的折射指数差异在该芯内引导。 芯区一般沿传播方向伸长，横截面是正方形或矩形的，并且通常由包层材 料围绕，该包层材料可以认为由下包层(与芯的底面接触)和上包层(与其它 三面接触)构成。然而，这不必必须是该情况，并且如美国专利申请号 US2005/0089298A1中所公开(在此其全文参考引入)，存在这样一些情形， 其中该芯的至少一部分在至少一个面上不与包层材料接触是有利的。此外， 如果基材材料具有合适的透明性和折射指数，则可以省略下包层。为了适合用于包括触摸屏传感器的消费者电子器件，光波导和用来装 配它们的材料和方法必须满足许多要求。显然地，它们在工作波长下，通 常在接近850nm的近红外范围内，必须是透明的。在这种前提下，材料首 先必须在价格方面有竟争力，即接受价廉的制造工艺。其次，它们必须是 可靠的，具有高的抗环境挑战例如机械应力(器件的弯曲、压碾和下落)、 热应力(温度和快速温度变化的极端值)和化学稳定性(水及其它液体、蒸气 和环境紫外光)程度。第三，它们必须与整个触摸屏組合相容。集成光波导通常由刚性材料例如硅酸盐玻璃在刚性基材例如硅晶片或 玻璃晶片上制备，并使用半导体型加工技术，即化学蒸气沉积、真空沉积、 光刻、反应性离子蚀刻等进行制造。然而，这些技术要求昂贵的资本设备， 并且由于制造的成本和容易性原因，由光可构图聚合物材料形成波导(和相 关透镜)是高度优选的。如果可以经由光刻/湿蚀刻方法或模塑方法制造波 导，则可以改进聚合物的成本优点，因为装配加工设备的投资费用比其它 波导构图技术例如反应性离子蚀刻(RIE)低得多。US 5,914，709提出光可构 图聚合物苯并环丁烯(BCB)作为波导材料，但是没有考虑波导材料必须适 合用于触摸屏传感器的性能。本专利技术的目的是克服或改善现有技术的缺点中的至少一种，或提供有用的备选方案。
技术实现思路
概括地说，本专利技术提供一种包括光发射性聚合物芯和聚合物基材的挠 性波导。优选地，该挠性波导还包括与所述光发射性芯的至少一部分接触 的聚合物包层。优选地，结合地选择材料和厚度以允许该挠性波导在急弯曲半径下反 复和可逆地弯曲。优选地，光发射性芯的玻璃化转变温度(Tg)低于其中使用该波导的器 件的最小操作温度。还优选该光发射性芯的Tg低于基材的Tg。最优选地， 该光发射性芯的玻璃化转变温度(Tg)低于基材的Tg并且低于其中使用该波 导的器件的最小操作温度。可以根据电子和光学器件的一般操作温度选择 该材料，或可以根据所考虑的最终器件的操作温度选择该材料。重要的是 光导的预期的操作温度大于光导材料的Tg。某些光学参数，例如折射指数 在该Tg区域周围显示非线性。根据第一个方面，本专利技术提供一种用作光学触摸屏传感器的组件的光 波导，该光波导包括在基材上的光导部分，其中该光导部分由Tg比该光学 触摸屏传感器的操作温度低的聚合物组成。优选地，该光学触摸屏传感器的操作温度至少在0'C-50。C的范围内， 并且在一些应用中，0。C-35匸的范围是可接受的。该光导部分有利地由Tg低于10(TC,优选低于50。C，更优选低于25。C， 最优选低于10。C的聚合物组成。在优选的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光波导，用作光学触摸屏传感器的组件，该波导包括在基材上的光导部分，其中该光导部分由Ｔｇ比该光学触摸屏传感器的操作温度低的聚合物组成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-5-1 60/796,6661. 一种光波导，用作光学触摸屏传感器的组件，该波导包括在基材上的光导部分，其中该光导部分由Tg比该光学触摸屏传感器的操作温度低的聚合物组成。2，根据权利要求l的光波导，其中该光学触摸屏传感器的操作温度在 (TC-50'C的范围内。3. 根据权利要求2的光波导，其中该光学触摸屏传感器的操作温度在 (TC-35'C的范围内。4. 根据前述权利要求中任一项的光波导，其中该光导部分由Tg低于 100。C，优选低于50C，更优选低于25。C，最优选低于10。C的聚合物组成。5. 根据前述权利要求中任一项的光波导，其中该基材是基本上挠性的。6. 根据权利要求5的光波导，其中该光波导可以在小于100cm,优选小 于10cm，更优选小于lcm，最优选小于2mm的曲率半径下反复和可逆地弯 曲至180。。7. 根据权利要求5的光波导，其中该基材是聚合物基材。8. 根据权利要求7的光波导，其中该光导部分由Tg低于该聚合物基材 的Tg的聚合物组成。9. 根据前述权利要求中任一项的光波导，其中该光导部分如下形成 将可固化液体聚合物材料沉积到该基材上，并使它固化而形成交联聚合物 材料。10. 根据权利要求9的光波导，其中该可固化液体聚合物材料是基本上 不挥发的。11. 根据权利要求10的光波导，其中该可固化液体聚合物材料不含任 何溶剂。12.根据权利要求9的光波导，其中该可固化液体聚合物材料通过UV 引发的自由基聚合而固化。13.根据权利要求9的光波导，其中该可固化液体聚合物材料通过选自 由UV平版印刷/湿蚀刻和模塑组成的组的方法进行加工。14. 根据前述权利要求中任一项的光波导，其中该聚合物光导部分的 厚度是0.5nm画250jim，优选为3nm画50nm， 最优选为5nm画25pm。15. 根据权利要求7-14中任一项的光波导，其中该聚合物基材具有大 于80。C，优选大于150。C，最优选大于350。C的Tg。16. 根据前述权利要求中任一项的光波导，其中该基材的厚度是 25pm画lmm,优选为75nm-250jim，最优选为大约175pm。17. 根据前述权利要求中任一项的光波导，还包括在所述聚合物光导 部分和所述基材之间的下包层。18. 根据前述权利要求中任一项的光波导，还包括与所述聚合物光导 部分的至少一部分接触的上包层。19. 一种光波导，用作光学触摸屏传感器的组件，该波导包括在基材 上的光导部分，其中该光导部分由Tg比该光学触摸屏传感器的操作温度低 的聚合物组成并且其中该光导部分如下形成将基本上不挥发的可固化液 体硅氧烷聚合物沉积到该基材上，并使它固化而形成交联的硅氧烷聚合物。20. 根据权利要求19的光波导，其中该光导部分由Tg低于5(TC，更优 选低于25。C，最优选低于10。C的聚合物组成。21. —种装置，包括 光源；经光学耦合从所述光源接收光的发射波导部分，所述发射波导部分产 生按第一方向传播的笫一组光束；按第一方向与所述发射波导部分隔开的接收波导部分，所述接收波导 部分接收所述第 一组光束；在所述发射波导部分和所述接收波导部分之间的输入区；与所述接收波导部分光学耦合并包括一个或多个光检测元件的光检测 器，在所述光束已经穿过所述输入区之后所述光检测元件基本上同时检测 所述第 一组光束中每一个的光分布；其中所述发射波导部分和所述接收波导部分中的至少 一个包括光导部分和基材；和其中所述光导部分由Tg比该装置的操作温度低的聚合物组成。22. 根据权利要求21的装置，其中该光发射部分包括单个波导。23. 根据权利要求21或22的装置，其中该操作温度在0。C-50。C的范围内。24. 根据权利要求21-23中任一项的装置，其中该操作温度在0。C-35。C 的范围内。25. 根据权利要求21-24中任一项的装置，其中该基材是基本上挠性的。26. 根据权利要求25的装置，其中所述发射波导部分和所述接收波导 部分中的至少一个可以在小于100cm，优选小于10cm，更优选小于lcm， 最优选小于2mm的曲率半径下反复和可逆地弯曲至180。。27. 根据权利要求25或26的装置，其中该基材是聚合物基材。28. 根据权利要求27的装置，其中该聚合物光导部分具有比该聚合物 基材的Tg低的Tg。29. 根据权利要求23-28中任一项的装置，其中该聚合物光导部分具有 低于10(TC，优选低于5(TC,更优选低于25。C，最优选低于10。C的Tg。30. 根据权利要求23-29中任一项的装置，其中该聚合物光导部分如下 形成将可固化液体聚合物材料沉积到该基材上，并使它固化而形成交联 的聚合物材料。31. 根据权利要求30的装置，其中该可固化液体聚合物材料是基本上 不挥发的。32. 根据权利要求30或31的装置，其中该可固化液体聚合物材料不含 任何溶剂。33. 根据权利要求30-32中任一项的装置，其中该可固化液体聚合物材 料通过UV引发的自由基聚合而固化。34. 根据权利要求30-33中任一项的装置，其中该可固化液体聚合物材料通过选自由uv平版印刷/湿蚀刻和模塑组成的组的方法进行加工。35. 根据权利要求21-34中任一项的装置，其中该聚合物光导部分的厚 度是0.5拜-250,， 优选为3,-50jim， 最优选为5(im-25nm。36. 根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：D库库尔吉，GR阿特金斯，
申请(专利权)人：RPO私人有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]