KR20090007776A - 광학 터치스크린용 도파로 물질 - Google Patents

광학 터치스크린용 도파로 물질 Download PDF

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닥스 쿠쿨지
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알피오 피티와이 리미티드
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Abstract

본 발명은 도파로 기반 광학 터치스크린 센서에 사용하기에 적당한 중합체 광학 물질에 관한 것이다. 특히, 이 물질은 터치스크린 기기의 최소 작업 온도 미만의 유리 전이 온도(Tg)를 가져야 한다. 바람직하게는, 이 물질로 이루어진 도파로는 중합체 기판 상에 가공되고, 따라서 도파로 조립체는 유연성이다. 이 경우, 물질은 중합체 기판의 Tg 미만의 Tg를 가져야 한다.
Figure P1020087029212
광도파로, 광학 터치스크린, 중합체 기판

Description

광학 터치스크린용 도파로 물질{WAVEGUIDE MATERIALS FOR OPTICAL TOUCH SCREENS}
본 발명은 도파로 기반 광학 터치스크린 센서에 사용하기에 적당한 중합체 광학 물질에 관한 것이다.
본 명세서 전반에 걸쳐서 종래 기술에 관한 어떠한 논의도 결코 이러한 종래 기술이 널리 알려져 있다거나 또는 그 분야의 흔한 일반 상식의 일부를 형성한다는 것을 인정하는 것으로 생각되지 않아야 한다.
컴퓨터 및 다른 소비재 전자기기, 예를 들어 이동 전화, 개인 휴대 정보 단말기(PDA) 및 휴대용 게임을 위한 터치스크린 입력기기 또는 센서는 그들의 사용이 극도로 용이하기 때문에 매우 바람직하다. 종래, 터치스크린 입력기기를 제공하는 데 다양한 접근법이 이용되어 왔다. 가장 흔한 접근법은 유연성 저항 오버레이(overlay)를 이용하는 것이지만, 이 오버레이는 쉽게 손상될 수 있고, 눈부심 문제를 일으킬 수 있고, 밑에 있는 스크린을 희미해지게 하는 경향이 있어서 이러한 희미해짐을 상쇄하기 위해 과다한 전력 사용을 필요로 한다. 또, 저항기기는 습기에 민감할 수 있고, 저항 오버레이 비용이 둘레의 제곱으로서 증가한다. 다른 한 접근법은 정전용량 방식 터치스크린이고, 이것도 또한 오버레이를 필요로 한다. 이 경우, 오버레이는 일반적으로 더 내구적이지만, 눈부심 및 희미해짐 문제가 여전히 남는다.
다른 한 흔한 접근법에서는, 디스플레이 앞에 적외선 빔 매트릭스를 구성하고, 하나 이상의 빔의 차단에 의해 터치가 검출된다. 이러한 "광학" 터치스크린은 오랫동안 알려져 왔고(미국 특허 3,478,220, 미국 특허 3,673,327), 빔은 발광 다이오드(LED) 같은 광원의 어레이(array)에 의해 발생하고 상응하는 검출기(예: 포토트랜지스터)의 어레이에 의해 검출된다. 그들은 오버레이가 없다는 이점을 가지고, 다양한 주변광 조건에서 기능을 다할 수 있지만(미국 특허 4,988,983), 그들이 많은 광원 및 검출기 부품 뿐 아니라 지원 전자기술을 필요로 한다는 점에서 상당한 비용 문제를 갖는다. 이러한 시스템의 공간 해상도가 광원 및 검출기의 수에 의존하기 때문에, 이 부품 비용은 해상도에 따라 증가한다.
집적 광도파로를 기반으로 하는 다른 광학 터치스크린 기술이 미국 특허 6,351,260, 6,181,842 및 5,914,709, 및 미국 특허 출원 2002/0088930 및 2004/0201579에 게재되어 있고, 이들의 내용은 상호 참조로 본 명세서에 인용한다. 하나의 특별한 도파로 레이아웃(layout)을 갖는 이러한 기기의 기본 원리를 도 1에 개략적으로 나타내었다. 이 광학 터치스크린 센서 설계에서는, 집적 광도파로 (10)이 광을 하나의 광원 (11)로부터 평면내 렌즈 (12)로 전도하고, 이 렌즈는 입력 영역 (14)를 가로질러서 광 빔 (13)의 어레이를 발사한다. 광은 입력 영역의 다른 쪽에 있는 제 2 조의 평면내 렌즈 (15) 및 집적 광도파로 (16)에 의해 집광되어, 위치 민감형(즉, 다중 소자) 검출기 (17)로 전도된다. 터치 이벤트(예: 손가 락 또는 스타일러스에 의해)는 광 빔들 중 하나 이상을 절단하고, 그림자로서 검출되고, 터치하는 물체에 의해 차단되는 특정 빔(들)으로부터 위치가 결정된다. 즉, 어떠한 물리적 차단의 위치도 검은 반점의 존재에 의해 1 차원으로 확인될 수 있어서, 사용자 피드백이 기기에 들어갈 수 있게 한다. 바람직하게는, 기기는 또한 입력 영역의 평면에 대해 수직 방향으로 광 빔 (13)을 조준하기 위해 입력 영역 (14)의 양쪽에 평면내 렌즈 (12),(15)에 인접해서 외부 수직 조준 렌즈(VCL, 도 1에 나타내지 않음)를 포함한다. 미국 특허 7,099,553에 게재된 한 변형에서는, 송신측의 집적 광도파로 (10)의 어레이가 다수의 반사면을 갖는 광파이프 형태의 하나의 광도파로에 의해 대체될 수 있고, 이 특허의 내용은 상호 참조로 본원에 인용한다.
터치스크린 센서는 보통 스크린의 인접 모서리를 따라서 2 개의 어레이(X,Y)의 송신 도파로 및 스크린의 다른 두 모서리를 따라서 상응하는 2 개의 어레이의 수신 도파로를 갖는 2 차원 직사각형이다. 송신측의 일부로서, 한 실시태양에서는 하나의 광원 (11)(예: LED 또는 수직 공동 표면 발광 레이저(VCSEL))이 광(예: 1xN 트리(tree) 분할기 (18)을 경유해서)을 X 및 Y 송신 어레이를 형성하는 다수의 도파로 (10)에 발사한다. X 및 Y 송신 도파로는 보통 L형 기판 (19) 상에 배열되고 X 및 Y 수신 도파로의 경우도 마찬가지여서, X축 및 Y축을 둘 모두 다루는 데 하나의 광원 및 하나의 위치 민감형 검출기가 사용될 수 있다.
그러나, 대안적 실시태양에서는, X축 및 Y축 각각에 대해서 별도의 광원 및/또는 검출기가 이용될 수 있다. 각 모서리에서, 도파로 및 렌즈의 어레이는 스크린의 베젤 내에 위치하고, 베젤의 폭을 최소화하기 위해, 송신 및 수신 어레이가 가능한 한 좁은 것이 바람직하다. 이것은 이동 전화 같은 소형 기기의 경우에 특히 중요하다.
이 구성의 추가의 한 이점은 모든 빔이 동시에 검출됨으로써, 어떠한 광원/검출기 경로이든 그것이 차단되었는지를 결정하기 위해 광원 및/또는 검출기가 순차적으로 활성화되는 쌍을 이루는 광원 및 검출기의 어레이를 갖는 더 통상적인 구성에 비해 훨씬 더 빠른 주사 속도를 가능하게 한다는 것이다. 이 도파로 기반 구성에서는, 광원/검출기 부품 비용 또는 주사 속도에 영향을 주지 않고 단순히 더 많은 도파로를 추가함으로써 공간 해상도를 증가시킬 수 있다.
도파로 기반 광학 터치스크린 센서의 핵심 부품은 미국 특허 5,914,709에 게재된 바와 같이 기판 상에 집적된 도파로의 어레이 형태인 광도파로 그 자체이다. 이러한 집적 광도파로는 당업계에 잘 알려져 있고, 전형적으로는 기계적으로 견고한 기판 상에 탑재되고 클래딩(cladding)(굴절률 n2)에 의해 둘러싸인 패터닝된 도광 코어 층(굴절률 n1)으로 이루어진다(여기서, n2 < n1). 각 도파로를 따르는 광 전파는 코어와 클래딩 간의 굴절률 차에 의해 코어 내에서 도파된다. 코어 영역은 일반적으로 전파 방향으로 가늘고 길며, 정사각형 또는 직사각형 단면을 가지고, 보통은 하부 클래딩(코어의 저면과 접촉함) 및 상부 클래딩(다른 세 면과 접촉함)으로 이루어지는 것으로 생각될 수 있는 클래딩에 의해 둘러싸인다. 그러나, 이것은 반드시 그럴 필요는 없고, 미국 특허 출원 US2005/0089298A1(전체를 본원에 참고로 인용함)에 게재된 바와 같이, 코어의 적어도 일부가 적어도 한 면에서 클래딩 과 접촉하지 않는 것이 유리한 몇몇 상황도 있다. 또, 기판 물질이 적당한 투명도 및 굴절률을 갖는다면 하부 클래딩을 생략할 수도 있다.
터치스크린 센서를 혼입하는 소비재 전자기기에 이용하기에 적당하기 위해서는, 광도파로 및 그것을 가공하는 데 이용되는 물질 및 방법이 많은 요건을 만족시켜야 한다. 명백한 것은, 그들이 작업 파장, 전형적으로는 850 nm 부근의 근적외선에서 투명하여야 한다는 것이다. 이것이 주어지면, 첫째, 그 물질은 가격면에서 경쟁력이 있어야 하고, 즉 저렴한 가공 공정에 따를 수 있어야 한다. 둘째, 그것은 예를 들어 기계적 응력(기기의 굽힘, 압쇄 및 낙하), 열 응력(극단의 온도, 및 급속한 온도 변화) 및 화학적 안정성(물 및 다른 액체, 증기 및 주변 자외선) 같은 환경적 도전에 대해 고도의 내성을 가짐으로써 신뢰성이 있어야 한다. 셋째, 그것은 터치스크린 조립체 전체와 상용성이 있어야 한다.
집적 광도파로는 전형적으로 규소 웨이퍼 또는 유리 웨이퍼 같은 강직성 기판 상에서 실리케이트 유리 같은 강직성 물질로부터 제조되었고, 반도체 방식 처리 기술, 즉, 화학 증착법, 진공 증착법, 포토리소그래피, 반응성 이온 식각 및 기타 등등을 이용해서 가공되었다. 그러나, 이러한 기술들은 값비싼 자본 장비를 필요로 하고, 비용 및 가공 용이성의 이유 때문에, 광패터닝가능한 중합체 물질로부터 도파로(및 관련 렌즈)를 형성하는 것이 매우 바람직하다. 도파로가 포토리소그래피/습식 식각 방법 또는 성형 방법에 의해서 가공될 수 있다면, 가공 플랜트를 세우기 위한 자본 비용이 반응성 이온 식각(RIE) 같은 다른 도파로 패터닝 기술의 경우보다 훨씬 적기 때문에 중합체의 비용 이점이 개선될 수 있다. 미국 특허 5,914,709는 광패터닝가능한 중합체 벤조시클로부텐(BCB)을 도파로 물질로 제안하지만, 도파로 물질이 터치스크린 센서에 사용하기에 적당하여야 한다는 성질을 고려하지 않고 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 불리한 점들 중 하나 이상을 극복 또는 개량하거나, 또는 유용한 대안을 제공하는 것이다.
<발명의 요약>
넓게 말하자면, 본 발명은 광 전송 중합체 코어 및 중합체 기판을 포함하는 유연성 도파로를 제공한다. 바람직하게는, 유연성 도파로는 상기 광 전송 코어의 적어도 일부와 접촉하는 중합체 클래딩을 더 포함한다.
바람직하게는, 물질 및 두께는 유연성 도파로가 엄격한 굽힘 반경으로 반복적 및 가역적으로 굽힐 수 있도록 조합해서 선택된다.
바람직하게는, 광 전송 코어의 유리 전이 온도(Tg)는 도파로가 이용되는 기기의 최소 작업 온도 미만이다. 또, 광 전송 코어의 Tg는 기판의 Tg 미만의 온도인 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는, 광 전송 코어의 Tg는 기판의 Tg 미만 및 도파로가 이용되는 기기의 최소 작업 온도 미만이다. 물질은 전자 및 광학 기기의 일반 작업 온도와 관련해서 선택될 수 있거나, 또는 그것은 고려 중인 최종 기기의 작업 온도와 관련해서 선택될 수 있다. 도광체의 의도된 작업 온도는 도광 물질의 Tg 초과이다. 일부 광학 매개변수, 예를 들어 굴절률은 Tg 영역 주위에서 비선형성을 나타낸다.
제 1 양상에 따르면, 본 발명은 광학 터치스크린 센서의 작업 온도 미만의 Tg를 갖는 중합체로 이루어진 도광부를 기판 상에 포함하는, 광학 터치스크린 센서의 한 부품으로 이용되는 광도파로를 제공한다.
바람직하게는, 광학 터치스크린 센서의 작업 온도는 적어도 0 ℃ - 50 ℃의 범위이고, 일부 응용에서는 0 ℃ - 35 ℃의 범위가 허용될 수 있다.
도광부는 유리하게는 100 ℃ 미만, 바람직하게는 50 ℃ 미만, 더 바람직하게는 25 ℃ 미만, 가장 바람직하게는 10 ℃ 미만의 Tg를 갖는 중합체로 이루어진다.
바람직한 실시태양에서, 기판은 실질적으로 유연성이고, 예를 들어 중합체 기판일 수 있다. 바람직하게는, 도광부는 중합체 기판의 Tg보다 낮은 Tg를 갖는 중합체로 이루어진다. 유리하게는, 광도파로는 100 ㎝ 미만, 바람직하게는 10 ㎝ 미만, 더 바람직하게는 1 ㎝ 미만, 가장 바람직하게는 2 ㎜ 미만의 곡률 반경으로 반복적 및 가역적으로 180°굽힐 수 있다.
광도파로의 도광부는 한 실시태양에서는 기판 상에 경화성 액체 중합체 물질을 침착시키고, 그것을 경화시켜서 가교된 중합체 물질을 형성함으로써 형성될 수 있다.
경화성 액체 중합체 물질은 실질적으로 비휘발성이고, 특히 용매 같은 휘발성 성분이 전혀 없는 것이 매우 바람직하다. 휘발성은 많은 매개변수에 의해 결정될 수 있고, 비휘발성 물질의 한 지표는 그것이 760 ㎜Hg에서 약 175 ℃ 미만의 비점을 갖는 성분이 전혀 없고, 바람직하게는 760 ㎜Hg에서 약 225 ℃ 미만의 비점을 갖는 성분이 전혀 없고, 더 바람직하게는 760 ㎜Hg에서 약 275 ℃ 미만의 비점을 갖는 성분이 전혀 없다는 것이다. 비휘발성 물질의 다른 한 지표는 그것이 20 ℃ 에서 0.5 ㎜Hg 미만, 바람직하게는 20 ℃에서 0.1 ㎜Hg 미만, 가장 바람직하게는 20 ℃에서 0.01 ㎜Hg 미만의 증기압을 갖는다는 것이다. 비휘발성 물질의 다른 한 지표는 온도가 25 ℃를 초과할 때, 바람직하게는 온도가 50 ℃를 초과할 때, 바람직하게는 온도가 75 ℃를 초과할 때만 그의 증기압이 1 ㎜Hg를 초과한다는 것이다.
바람직하게는, 경화성 액체 중합체 물질은 실록산 중합체를 포함한다. 경화성 액체 중합체 물질은 어떠한 수단으로도, 바람직하게는 UV 개시 자유 라디칼 중합에 의해, 또는 다른 바람직한 실시태양에서는, UV 리소그래피/습식 식각 방법에 의해 경화될 수 있다. 다른 한 바람직한 실시태양에서, 경화성 액체 중합체 물질은 성형 방법으로 경화될 수 있다. 경화성 실록산 중합체의 한 예는 동일 양수인이 소유하는 미국 특허 6,818,721에 게재되어 있고, 이 특허는 전체를 본원에 참고로 인용한다.
바람직하게는, 중합체 도광부는 약 0.5 ㎛ 내지 250 ㎛, 더 바람직하게는 3 ㎛ 내지 50 ㎛, 가장 바람직하게는 5 ㎛ 내지 25 ㎛의 범위의 두께를 갖는다.
도파로 기판이 중합체를 포함하는 경우, 그것은 바람직하게는 80 ℃ 초과, 더 바람직하게는 150 ℃ 초과, 가장 바람직하게는 350 ℃ 초과의 Tg를 갖는다.
중합체 기판은 어떠한 적당한 중합체 물질도 포함할 수 있고, 예를 들어 폴리카르보네이트, 폴리술폰, 폴리이미드 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함할 수 있다. 적당한 어떠한 두께의 기판도 이용될 수 있다. 보통, 기판 두께는 약 25 ㎛ 내지 1 ㎜의 범위, 바람직하게는 75 ㎛ 내지 250 ㎛의 범위, 가장 바람직하게는 약 175 ㎛이다.
다른 바람직한 실시태양에서, 본 발명의 광도파로는 상기 중합체 도광부와 상기 기판 사이에 하부 클래딩을 더 포함한다. 바람직하게는, 하부 클래딩 및 중합체 도광부는 실질적으로 유사한 조성을 갖지만, 동일 조성을 갖지는 않는다. 하부 클래딩은 코어 도광부와 상이하고 그보다 낮은 굴절률을 갖는다.
추가의 다른 바람직한 실시태양에서, 본 발명의 광도파로는 상기 중합체 도광부의 적어도 일부와 접촉하는 상부 클래딩을 더 포함한다. 바람직하게는, 상부 클래딩 및 중합체 도광부는 실질적으로 유사한 조성을 갖지만, 동일 조성을 갖지는 않는다. 상부 클래딩은 코어 도광부와 상이하고 그보다 낮은 굴절률을 갖는다.
또, 본 발명은 제 1 양상에 따르는 광도파로를 포함하는 기기를 제공한다. 예를 들어, 이 기기는 예를 들어 컴퓨터, 게임 또는 통신기기 또는 그의 하이브리드에 이용될 수 있는 광학 터치 센서일 수 있다.
제 2 양상에 따르면, 본 발명은 기판 상에 도광부를 포함하고, 상기 도광부가 광학 터치스크린 센서의 작업 온도 범위 미만의 Tg를 갖는 중합체로 이루어지고, 상기 도광부가 기판 상에 실질적으로 비휘발성인 경화성 액체 실록산 중합체를 침착시키고 그것을 경화시켜서 가교된 실록산 중합체를 형성함으로써 형성되는 것인, 광학 터치스크린 센서의 부품으로 이용되는 광도파로를 제공한다.
제 2 양상의 바람직한 실시태양은 제 1 양상의 바람직한 실시태양을 반영시킨다. 특히, 도광부는 100 ℃ 미만, 더 바람직하게는 50 ℃ 미만, 훨씬 더 바람직하게는 25 ℃ 미만, 가장 바람직하게는 10 ℃ 미만의 Tg를 갖는 중합체로 이루어지는 것이 바람직하다.
제 3 양상에 따르면, 본 발명은 광원; 상기 광원으로부터 광을 수신하기 위해 광학적으로 커플링되고, 제 1 방향으로 전파하는 제 1 조의 광 빔을 생성하는 송신 도파로 부분; 제 1 방향으로 상기 송신 도파로 부분으로부터 떨어져서 이격되고, 상기 제 1 조의 광 빔을 수신하는 수신 도파로 부분; 상기 송신 도파로 부분과 상기 수신 도파로 부분 사이의 입력 영역; 상기 수신 도파로 부분에 광학적으로 커플링되고, 상기 제 1 조의 광 빔이 상기 입력 영역을 횡단한 후 상기 제 1 조의 광 빔 각각에서 광의 분포를 실질적으로 동시에 검출하는 하나 이상의 광 검출 소자를 포함하는 광 검출기를 포함하고, 상기 송신 도파로 부분 및 상기 수신 도파로 부분 중 하나 이상이 도광부 및 기판을 포함하고, 상기 도광부가 장치의 작업 온도 미만의 Tg를 갖는 중합체로 이루어진 장치를 제공한다.
광 전송부는 단일 도파로, 예를 들어 다수의 반사면을 갖는 광파이프를 포함할 수 있다. 이 조의 빔은 단일 시트의 광일 수 있다.
도광부는 유리하게는 100 ℃ 미만, 바람직하게는 50 ℃ 미만, 더 바람직하게는 25 ℃ 미만, 가장 바람직하게는 10 ℃ 미만의 Tg를 갖는 중합체로 이루어진다. 가장 바람직하게는, 중합체 도광부는 장치의 작업 온도 범위 미만의 Tg를 갖는다. 장치의 작업 온도는 중합체의 Tg에 의해 허여되는 어떠한 작업 온도도 될 수 있다. 한 실시태양에서, 장치의 작업 온도는 약 0 ℃ - 50 ℃의 범위이고; 별법으로, 한 실시태양에서, 장치의 작업 온도는 약 0 ℃ - 35 ℃의 범위이다.
바람직한 실시태양에서, 기판은 실질적으로 유연성이고, 예를 들어 중합체 기판일 수 있다. 바람직하게는, 도광부는 중합체 기판의 Tg보다 낮은 Tg를 갖는 중합체로 이루어진다. 유리하게는, 송신 도파로 부분 또는 수신 도파로 부분은 100 ㎝ 미만, 바람직하게는 10 ㎝ 미만, 더 바람직하게는 1 ㎝ 미만, 가장 바람직하게는 2 ㎜ 미만의 곡률 반경으로 반복적 및 가역적으로 180°굽힐 수 있다.
한 실시태양에서, 도광부는 기판 상에 경화성 액체 중합체 물질을 침착시키고, 그것을 경화시켜서 가교된 중합체 물질을 형성함으로써 형성될 수 있다. 경화성 액체 중합체 물질은 실질적으로 비휘발성이고, 특히 용매 같은 휘발성 성분이 전혀 없는 것이 매우 바람직하다.
바람직하게는, 경화성 액체 중합체 물질은 실록산 중합체를 포함한다. 경화성 액체 중합체 물질은 어떠한 수단으로도, 바람직하게는 UV 개시 자유 라디칼 중합에 의해, 또는 다른 바람직한 실시태양에서는, UV 리소그래피/습식 식각 방법에 의해 경화될 수 있다. 다른 한 바람직한 실시태양에서, 경화성 액체 중합체 물질는 성형 방법으로 경화될 수 있다. 바람직하게는, 중합체 도광부는 0.5 ㎛ 내지 250 ㎛의 두께, 더 바람직하게는 3 ㎛ 내지 50 ㎛의 두께, 가장 바람직하게는 5 ㎛ 내지 25 ㎛의 두께를 갖는다.
도파로 기판이 중합체를 포함하는 경우, 그것은 바람직하게는 80 ℃ 초과, 더 바람직하게는 150 ℃ 초과, 가장 바람직하게는 350 ℃ 초과의 Tg를 갖는다. 중합체 기판은 어떠한 적당한 중합체 물질도 포함할 수 있고, 예를 들어 폴리카르보네이트, 폴리술폰, 폴리이미드 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함할 수 있다.
적당한 어떠한 두께의 기판도 이용될 수 있다. 보통, 기판 두께는 25 ㎛ 내지 1 ㎜의 범위, 바람직하게는 75 ㎛ 내지 250 ㎛의 범위, 가장 바람직하게는 약 175 ㎛이다.
다른 바람직한 실시태양에서, 본 발명의 장치는 상기 중합체 도광부와 상기 기판 사이에 하부 클래딩을 더 포함한다. 바람직하게는, 하부 클래딩 및 중합체 도광부는 실질적으로 유사한 조성을 갖지만, 동일 조성을 갖지는 않는다.
추가의 다른 바람직한 실시태양에서, 본 발명의 장치는 상기 중합체 도광부의 적어도 일부와 접촉하는 상부 클래딩을 더 포함한다. 바람직하게는, 상부 클래딩 및 중합체 도광부는 실질적으로 유사한 조성을 갖지만, 동일 조성을 갖지는 않는다.
바람직하게는, 장치는 전자기기용 입력기기이고, 여기서는 상기 송신 도파로 부분과 상기 수신 도파로 부분 사이에 입력 영역이 생성된다. 바람직한 실시태양에서, 사용자는 입력 영역과 상호작용함으로써 전자기기에 입력을 제공한다. 예를 들어, 사용자는 손가락 또는 스타일러스로 입력 영역과 상호작용한다. 더 특별하게는, 장치는 광학 터치스크린 센서 형태일 수 있거나, 또는 장치는 컴퓨터, 게임 또는 통신기기 또는 그의 하이브리드 형태일 수 있다.
바람직하게는, 송신 도파로 부분은 추가로 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로 전파하는 제 2 조의 광 빔을 생성하고; 상기 수신 도파로 부분은 추가로 상기 제 2 조의 광 빔을 수신한다. 바람직하게는, 제 2 방향은 제 1 방향에 대해 수직이다.
제 4 양상에 따르면, 본 발명은 하나 이상의 광원; 다수의 광 검출 소자에서 광 세기를 검출하는 광 검출기; 한 평면을 한정하는 입력 영역; 및 한 조 이상 의 도파로로 나뉠 수 있는 다수의 도파로를 포함하는 리소그래피에 의해 한정된 도파로 구조를 포함하고, 상기 광원은 광을 상기 도파로 구조의 제 1 조의 도파로에 커플링시키고, 상기 제 1 조의 도파로는 도파로에 커플링하는 광을 나아가게 하여 광 빔의 제 1 격자를 생성하고, 상기 광 빔의 제 1 격자가 제 1 방향으로 입력 영역을 횡단한 후, 상기 도파로 구조의 제 2 조의 도파로에 의해 상기 광 검출기의 광 검출 소자로 나아가고, 상기 제 1 조의 도파로 및 제 2 조의 도파로 중 하나 이상이 도광부 및 기판을 포함하고, 상기 도광부가 입력기기의 작업 온도 범위 미만의 Tg를 갖는 중합체로 이루어지는 전자기기용 입력기기를 제공한다.
바람직하게는, 입력기기의 작업 온도는 0 ℃ - 50 ℃의 범위이고, 더 바람직하게는 0 ℃ - 35 ℃의 범위이다. 도광부는 유리하게는 100 ℃ 미만, 바람직하게는 50 ℃ 미만, 더 바람직하게는 25 ℃ 미만, 가장 바람직하게는 10 ℃ 미만의 Tg를 갖는 중합체로 이루어진다.
바람직한 실시태양에서, 기판은 실질적으로 유연성이고, 예를 들어 중합체 기판일 수 있다. 바람직하게는, 도광부는 중합체 기판의 Tg보다 낮은 Tg를 갖는 중합체로 이루어진다. 유리하게는, 상기 제 1 조의 도파로 및 제 2 조의 도파로 중 하나 이상은 100 ㎝ 미만, 바람직하게는 10 ㎝ 미만, 더 바람직하게는 1 ㎝ 미만, 가장 바람직하게는 2 ㎜ 미만의 곡률 반경으로 반복적 및 가역적으로 180°굽힐 수 있다.
한 실시태양에서, 도광부는 기판 상에 경화성 액체 중합체 물질을 침착시키고, 그것을 경화시켜서 가교된 중합체 물질을 형성함으로써 형성될 수 있다. 경화 성 액체 중합체 물질은 실질적으로 비휘발성이고, 특히 용매 같은 휘발성 성분이 전혀 없는 것이 매우 바람직하다. 바람직하게는, 경화성 액체 중합체 물질은 실록산 중합체를 포함한다. 경화성 액체 중합체 물질은 어떠한 수단으로도, 바람직하게는 UV 개시 자유 라디칼 중합에 의해, 또는 다른 바람직한 실시태양에서는, UV 리소그래피/습식 식각 방법에 의해 경화될 수 있다. 다른 한 바람직한 실시태양에서, 경화성 액체 중합체 물질은 성형 방법으로 경화될 수 있다.
바람직하게는, 중합체 도광부는 0.5 ㎛ 내지 250 ㎛, 더 바람직하게는 3 ㎛ 내지 50 ㎛, 가장 바람직하게는 5 ㎛ 내지 25 ㎛의 두께를 갖는다.
도파로 기판이 중합체를 포함하는 경우, 그것은 바람직하게는 80 ℃ 초과, 더 바람직하게는 150 ℃ 초과, 가장 바람직하게는 350 ℃ 초과의 Tg를 갖는다. 중합체 기판은 어떠한 적당한 중합체 물질도 포함할 수 있고, 예를 들어 폴리카르보네이트, 폴리술폰, 폴리이미드 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함할 수 있다.
적당한 어떠한 두께의 기판도 이용될 수 있다. 보통, 기판 두께는 25 ㎛ 내지 1 ㎜, 바람직하게는 75 ㎛ 내지 250 ㎛, 가장 바람직하게는 약 175 ㎛이다.
다른 바람직한 실시태양에서, 본 발명의 입력기기는 상기 중합체 도광부와 상기 기판 사이에 하부 클래딩을 더 포함한다. 바람직하게는, 하부 클래딩 및 중합체 도광부는 실질적으로 유사한 조성을 갖지만, 동일 조성을 갖지는 않는다.
추가의 다른 바람직한 실시태양에서, 본 발명의 입력기기는 상기 중합체 도광부의 적어도 일부와 접촉하는 상부 클래딩을 더 포함한다. 바람직하게는, 상부 클래딩 및 중합체 도광부는 실질적으로 유사한 조성을 갖지만, 동일 조성을 갖지는 않는다.
바람직한 실시태양에서, 사용자는 입력 영역과 상호작용함으로써 전자기기에 입력을 제공한다. 예를 들어, 사용자는 손가락 또는 스타일러스로 입력 영역과 상호작용할 수 있다. 더 특별하게는, 입력기기는 광학 터치스크린 센서 형태일 수 있거나, 또는 전자기기는 컴퓨터, 게임 또는 통신기기 또는 그의 하이브리드 형태일 수 있다.
다른 바람직한 실시태양에서, 입력기기는 상기 도파로 구조의 제 3 조의 도파로 및 상기 도파로 구조의 제 4 조의 도파로를 더 포함하고, 상기 광원이 광을 상기 제 3 조의 도파로에 커플링시키고, 상기 제 3 조의 도파로가 도파로에 커플링하는 광을 나아가게 하여 광 빔의 제 2 격자를 생성하고, 상기 광 빔의 제 2 격자가 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로 입력 영역을 횡단한 후, 상기 도파로 구조의 제 4 조의 도파로에 의해 상기 광 검출기의 광 검출 소자로 나아간다.
바람직하게는, 상기 제 3 조의 도파로 및 상기 제 4 조의 도파로 중 하나 이상이 도광부 및 기판을 포함하고, 상기 도광부는 입력기기의 작업 온도 미만의 Tg를 갖는 중합체로 이루어진다. 입력 영역은 어떠한 형상이라도 될 수 있지만, 바람직하게는 직사각형이다. 바람직하게는, 제 2 방향은 상기 제 1 방향에 대해 수직이다.
이제, 본 발명을 첨부 도면과 관련해서 오직 예로서 기술할 것이다.
도 1은 도파로 기반 광학 터치스크린 센서의 작업을 나타내는 도면이다.
도 2a 및 2b는 집적 광도파로의 전형적인 어레이의 단면도 및 측면도이다.
도 3은 광학 터치스크린 센서에서 공간을 절약하기 위해 유연성 도파로 어레이가 접힐 수 있는 방식을 도시하는 도면이다.
도 4a 및 4b는 두 특정 실록산 중합체에 대해 굴절률을 온도 함수로서 나타낸 플롯이다.
도 5는 랩어라운드(wrap around) 도파로 구성을 갖는 도파로 기반 광학 터치스크린 센서의 투시도이다.
미국 특허 5,914,709, 미국 특허 6,181,842 및 미국 특허 6,351,260에 기술된 광학 터치 센서는 터치 이벤트를 감지하는 데 이용되는 광 빔의 매트릭스를 분포 및 수집하는 집적 광도파로의 어레이를 갖는 것에 의존한다. 집적 광도파로는 전형적으로 클래딩(굴절률 n2)에 의해 둘러싸이고 적당한 기판 상에 탑재된 패터닝된 도광 코어층(굴절률 n1)으로 이루어진다(n2 < n1). 도파로를 따라 전파하는 광은 코어와 클래딩 간의 굴절률 차에 의해 코어 내에서 도파된다. 미국 특허 7,099,553에 기술된 한 변형에서는, "송신"측의 집적 광도파로, 즉 광을 분포하는 데 이용되는 도파로가 광파이프 형태의 하나의 광도파로에 의해 대체될 수 있고, 광 빔이 예를 들어 다수의 면으로부터의 반사에 의해 생성된다. 광파이프에서, 클래딩은 일반적는 공기이지만, 도광 원리는 동일하다.
도 2a 및 도 2b는 기판 (21), 하부 클래딩층 (22), 다수의 도광 코어 (23) 및 상부 클래딩층 (24)를 포함하는 집적 광도파로 (20)의 전형적 어레이의 단면도 및 A-A를 통한 측면도를 각각 나타낸다. 물질 시스템에 의존해서, 하부 클래딩층, 코어층 및 상부 클래딩층을 침착시키는 데 다양한 기술이 이용가능하다. 이들은 화염 가수분해 및 화학 증착(예: 유리의 경우), 분자 빔 에피탁시(예: 반도체의 경우) 및 스핀 코팅 (예: 중합체의 경우)를 포함한다. 코어층은 노출 물질과 비노출 물질 간의 용해도 차를 이용해서 예를 들어 포토리소그래피 및 반응성 이온 식각(대부분의 물질에 적당함)에 의해 또는 포토리소그래피 및 습식 식각(예: 광패터닝가능 중합체의 경우)에 의해 패터닝될 수 있다. 별법으로, 중합체 코어층은 예를 들어 미국 특허 5,230,990 및 미국 특허 5,265,184에 게재된 바와 같이 성형 방법 또는 엠보싱 방법에 의해 패터닝될 수 있고, 여기서는 매스터(master) 또는 금형이 일단 얻어지면 도파로를 반복적으로 제조할 수 있다. 광경화성 중합체는 성형 또는 엠보싱 방법 동안 요구 대로 경화될 수 있기 때문에 이러한 방법에는 광경화성 중합체가 특히 적당하다. 다른 한 대안에서는, 경화성 중합체 물질의 경우, 코어층은 예를 들어 미국 특허 5,534,101에 게재된 바와 같이, 직접 정량분배 및 경화 방법에 의해 요구 대로 침착될 수 있다. 중합체 물질로부터 집적 광도파로를 가공하는 다른 방법들이 당업계 숙련자에게 알려질 것이다.
집적 광도파로를 가공하는 데 이용되는 방법과 관계 없이, 광이 코어 내에 구속되도록 하기 위해서는 하부 클래딩층 (22) 및 상부 클래딩층 (24)의 굴절률이 코어 (23)의 굴절률보다 작아야 한다. 종종, 도광 모드가 대칭이 되도록 하기 위해 하부 클래딩층 (22) 및 상부 클래딩층 (24)가 동일한 굴절률을 갖지만, 이것은 필수적인 것은 아니다. 기판 (21)을 이루는 물질이 투명하고 코어 (23)을 이루는 물질보다 낮은 굴절률을 가지면, 하부 클래딩층 (22)가 생략될 수 있다. 전형적으로, 도파로는 정사각형 또는 직사각형 단면을 갖는 광을 전송하는 가늘고 긴 코어 영역을 갖는다. 저면은 통상적으로 기판에 인접하거나 또는 가장 가까운 면으로 정의되고, 상면은 저면에 대해 평행이지만 기판으로부터 가장 먼 면으로 정의되고, 측면은 기판에 대해 실질적으로 수직인 면으로 정의된다. 당업계에 이미 기술된 이러한 집적 광도파로에서, 코어는 하부 클래딩 또는 상부 클래딩인 클래딩에 의해 둘러싸인다. 그러나, 이것은 반드시 그럴 필요는 없고, 코어의 적어도 일부가 클래딩과 하나 이상의 면에서 접촉하지 않는 것이 유리한 몇몇 상황도 있다. 이것의 예는 본 발명의 도파로 기반 광학 터치스크린에서 볼 수 있고, 여기서는 US 2005/0089298에 게재된 바와 같이, 도 1에 나타낸 평면내 렌즈 (12) 및 (14)가 바람직하게는 공기 계면을 갖는 만곡된 단면을 갖는다.
위에서 언급한 바와 같이, 도파로 기반 광학 터치 센서는 다음과 같은 많은 성질을 갖는 광도파로를 요구한다: 그것은 가격 면에서 경쟁력이 있어야 하고; 그것은 견고하고 신뢰성이 있어야 하고; 그것은 터치스크린 조립체 전체와 상용성이 있어야 한다. 이 세번째 성질은 다른 두 성질만큼 분명한 것은 아니지만, 합리적인 정도의 유연성을 갖는 기판을 요하기 때문에 도파로 어레이가 기계적으로 유연성이 있는 것이 매우 유리하다. 첫째, 합리적인 정도의 유연성을 갖는 도파로 어레이는 광원, 위치 민감형 검출기 및 외부 광학 소자, 예를 들어 수직 조준 렌즈를 포함하는 시스템의 다른 광학 부품들과의 정렬에 유리하다. 두번째 이점은 도 3에 나타나 있고, 여기서는 송신 도파로 어레이를 갖는 기판 (31) 및 수신 도파로 어레이를 갖는 기판 (32)가 디스플레이의 주변에 편평하게 놓이는 것이 아니라 디스플레이 (33)의 가장자리 아래로 접힐 수 있고; 이것은 이용가능한 디스플레이 영역을 증가시키기 때문에 공간이 중요한 이동 전화 같은 기기에서 특히 중요하다. 규소 또는 유리 같은 강직성 물질의 얇은 기판이 정렬 관련 조정을 위한 충분한 유연성을 가질 수 있지만, 도 3에 나타낸 구성은 고도의 유연성을 갖는 기판 물질을 필요로 한다. 이하에서, 기판 또는 기판/도파로 조립체는 그것이 100 ㎝ 미만, 바람직하게는 10 ㎝ 미만, 더 바람직하게는 1 ㎝ 미만, 가장 바람직하게는 2 ㎜ 미만의 곡률 반경으로 반복적 및 가역적으로 180°굽힐 수 있으면, "실질적으로 유연성"이라고 말할 것이다. 실질적으로 유연성인 기판 물질은 바람직하게는 중합체이지만, 라미네이트 또는 제직 천 같은 다른 물질도 예를 들어 스핀-온 중합체층의 경우처럼 평탄화될 수 있으면 이용될 수 있고, 이것은 또한 하부 클래딩으로 쓰일 수 있다.
규소 같은 보다 더 전통적인 기판 물질에 비해, 중합체 기판은 또한 비용 및 중량 면에서 이익을 갖는다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN), 폴리카르보네이트 (PC), 폴리비닐 클로라이드 (PVC), 폴리스티렌 (PS), 아크릴레이트(예: PMMA) 및 폴리이미드(PI)를 포함하는 넓은 범위의 중합체 기판이 입수가능하고, 이들 물질은 모두 평판 패널 디스플레이 산업에 이용되어 왔다(W.A. McDonald, Journal of Materials Chemistry vol. 14, pp. 4- 10, 2004). 이들 중에서, PET는 높은 표면 품질(예: 평활도)과 함께 저렴하고 다량으로 폭넓게 입수가능하기 때문에(예를 들어, 멜리넥스(등록상표)(Melinex®) 또는 마일러(등록상표)(Mylar®)) 이제까지 가장 널리 이용된다. 폴리카르보네이트 및 폴리술폰도 마찬가지로 저렴하고 폭넓게 입수가능하다.
집적 광도파로는 가장 흔하게는 반도체 방식 처리 장비, 즉 화학 증착, 진공 증착, 포토리소그래피, 반응성 이온 식각 등을 이용해서 규소 웨이퍼 또는 유리 웨이퍼 같은 강직성 기판 상의 실리케이트 유리 같은 물질을 이용해서 제조되어 왔다(Y.P. Li 및 C.H. Henry, 'Silica-based optical integrated circuits', IEEP Proc. Optoelectronics vol 143(5), pp. 263-280, 1996). 이러한 도파로는 확실히 환경적으로 견고하지만(기계적 충격은 예외), 그것은 값비싸고(주로, 자본 장비 비용 때문임), 지나치게 높은 침착 온도 때문에 일반적으로 중합체 기판과 불상용성이다. 또, 유연성 도파로 구조를 가지기 위해서는, 기판 및 도파로 물질이 유연성인 것이 필요하다. 도파로층은 일반적으로 기판보다 훨씬 더 얇기 때문에, 도파로/기판 복합체의 전체 유연성은 기판 물질의 성질 및 그의 두께에 의해 결정되는 기판 물질의 특성에 의해 지배된다. 기판 두께는 전형적으로 25 ㎛ 내지 1 ㎜의 범위일 것이고, 반면에 각 도파로층은 전형적으로 0.5 내지 250 ㎛의 범위의 두께를 가질 것이다. 도파로 기반 광학 터치 스크린 센서의 경우, 기판 두께는 바람직하게는 75 내지 250 ㎛, 가장 바람직하게는 약 175 ㎛이고, 도파로 코어층 두께는 바람직하게는 3 내지 50 ㎛, 가장 바람직하게는 5 내지 25 ㎛이다.
위에서 설명한 바와 같이, 포토리소그래피/습식 식각 방법을 이용해서 광패터닝가능한 중합체 물질로부터 도파로 기반 광학 터치스크린 센서의 도파로 어레이(및 관련 렌즈)를 형성하는 것이 매우 바람직하다. 이것은 기판 물질이 습식 식각 단계에 이용되는 용매에 대해 상대적으로 불투과성이어야 한다는 간단한 조건부로 중합체 기판과 상용성이 있는 저온 방법이다. 포토리소그래피/습식 식각 처리에 의한 중합체 광도파로의 가공은 당업계에 잘 알려져 있고, 예를 들어 미국 특허 4,609,252, 미국 특허 6,054,253 및 미국 특허 6,555,288에 게재되어 있다. 별법으로, 도파로 어레이(및 관련 렌즈)는 예를 들어 미국 특허 5,230,990 및 미국 특허 265,184에 게재된 바와 같은 성형 또는 엠보싱 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
어떤 일정 응용을 위해 중합체를 선택할 때, 고려되어야 하는 많은 성질 중 한가지 중요한 성질은 유리 전이 온도 Tg이다. Tg는 열용량의 이차 상 전이로 정의될 수 있고, 온도에 따른 부피 변화율의 기울기 변화임을 나타낸다. 기계적 성질 면에서, 중합체 물질은 그의 Tg 미만에서는 강직성 또는 "유리질"이고, 그의 Tg 초과에서는 연성 또는 "고무질"이며, 그의 Tg 부근에서는 더 복잡한 "점탄성" 영역이 존재한다. Tg 초과에서 중합체의 기계적 성질은 분자 구조, 특히 중합체의 가교 여부에 의존한다. 비가교 중합체는 Tg 초과에서 용융되거나 또는 유동하고(즉, 그것은 기계적 완전성을 갖지 않음), 반면, 가교 중합체는 그의 기계적 완전성을 유지하지만 가교 부분과 가교 부분 사이의 사슬 세그먼트와 관련된 국지적 움직임 자유를 갖는다. 디스플레이 및 중합체 도파로에 이용되는 유연성 기판은 유리하게는 열기계적 및 환경적 견고성을 위해 선택된 높은 Tg를 갖는 중합체로 이루어진다. 전형적 예는 폴리카르보네이트(Tg ∼150 ℃), 폴리술폰(Tg ∼190 ℃), 및 폴리이미드 캅톤(등록상표)(Kapton®)(Tg ∼350 ℃)이지만, 더 낮은 Tg를 갖는 물질인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(예: 멜리넥스(등록상표)(Melinex®), Tg ∼80 ℃)도 이용된다.
중합체의 굴절률은 그의 밀도에 크게 의존하기 때문에, 중합체의 Tg는 또한 온도에 대한 굴절률의 그래프에서의 기울기 변화로도 나타내고, 일부 경우에서, 이것은 Tg를 결정하기 위한 편리한 수단이다. 그러나, 가교 중합체에서는, Tg 초과에서 자유로이 움직이는 것이 가교 부분과 가교 부분 사이의 사슬 세그먼트 뿐이어서, Tg와 관련된 기울기 변화는 전체 사슬이 Tg 초과에서 자유로이 움직이는 비가교 중합체(예: 열가소성 물질, 예를 들어 폴리에틸렌 또는 PMMA)에서처럼 극적이 아닐 수 있음을 주목하여야 한다.
일단 적당한 성질(예: 비용, 표면 품질, Tg)을 갖는 유연성 기판이 선택되면, 중합체 도파로 물질이 기판의 기계적 성질에 순응하는 것이 매우 바람직하다. 특히, 중합체는 Tg 초과에서 연성 및 고무질이기 때문에, 도파로에 국지화된 응력을 일으킴이 없이 도파로가 구부려지거나 또는 굽히게 하는 낮은 Tg를 갖는 중합체 도파로 물질을 이용하는 것이 유리하다. 다른 한편, 도파로가 높은 Tg를 갖는 중합체 물질로 이루어지는 경우, 반복된 구부려짐은 광학 성능을 열화시킬 뿐 아니라 성장해서 궁극적으로 도파로층의 기계적 고장을 일으킬 수 있는 미세 균열의 원인이 될 수 있는 국지화된 응력의 점진적 증가를 일으킨다. 낮은 Tg를 갖는 중합체 도파로 물질의 이용은 또한 도파로가 열팽창, 고습 환경에서의 수분 흡수 및/또는 물리적 신장 때문에 일어날 수 있는 기판의 치수 변화에 반응할 수 있게 한다. 중합체 도파로 물질의 Tg는 바람직하게는 100 ℃ 미만, 더 바람직하게는 50 ℃ 미만, 훨씬 더 바람직하게는 25 ℃ 미만, 가장 바람직하게는 10 ℃ 미만이다. 중합체 도파로 물질의 Tg는 그 물질이 항상 고무질 상태로 있도록 기기의 최소 작업 온도 미만인 것이 특히 바람직하다.
많은 중합체 도파로 물질이 알려져 있고 광학기기 분야에 이용되고, 이들 중 대부분은 전형적으로 100 ℃ 초과의 높은 유리 전이 온도 Tg를 갖는다. 이것은 주변 온도에서 및 대부분의 광학 기기의 작업 온도에서 도파로 중합체가 강직성 "고무질" 상태로 있다는 것을 의미한다. 높은 Tg가 기기 작업시의 장기간 동안 및 처리시의 짧은 일탈 동안에, 예를 들어 패키징(즉, 납땜) 동안에 부닥치는 ∼250 ℃에 대해 열 및 기계적 안정성에 필수적이라는 믿음 때문에 높은 Tg를 갖는 중합체가 전통적으로 선호되어 왔다. 높은 Tg를 갖는 광학 중합체의 예는 폴리이미드, 벤조시클로부텐, 폴리카르보네이트, 이미드화 PMMA, 폴리에스테르, 폴리노르보르넨, 아크릴레이트, 듀폰(Dupont)의 폴리가이드(등록상표)(Polyguide™), 및 악조 노벨(Akzo Nobel)의 빔박스(등록상표)(BeamBox™)를 포함한다. 주목할 만한 것은, 미국 특허 5,914,709에 예시된 벤조시클로부텐(BCB) 중합체 물질이 Tg가 ∼350 ℃인 높은 Tg를 갖는 중합체이다(L. Eldada 및 L.W. Shacklette "Advances in polymer integrated optics", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics vol. 6, pp. 54 - 68 (2000)).
낮은 Tg를 갖는 중합체, 보통은 실록산 및 아크릴레이트(불소화 아크릴레이트를 포함함)가 도파로 물질로 이용되는 몇몇 예가 당업계에 있다. 도파로 물질로 이용되어 온 다른 낮은 Tg를 갖는 중합체는 가교된 에폭시 노랜드(Norland) 68이다. 이들에 대한 선입견에도 불구하고, 첫째, 기기를 Tg를 훨씬 초과하는 온도로 유지시킴으로써 중합체 성질(점탄성 효과와 관련됨)의 시간 의존적 반응을 피할 수 있고, 둘째, 중합체의 열광학 계수가 Tg 미만보다는 Tg 초과에서 상당히 더 크기 때문에, 가교된 낮은 Tg를 갖는 중합체는 놀랍게도 광도파로 기기, 특히 열광학 기기(미국 특허 6,236,774에 게재됨)에 유익할 수 있다. 따라서, 가교에 의해 기계적 완전성이 유지된다는 조건부로, 중합체 Tg가 기기의 최소 작업 온도 미만이어서 물질이 연성 또는 "고무질" 상태로 있는 것이 유리하다. 광학 터치 센서에 사용하기 위한 낮은 Tg를 갖는 중합체 도파로 물질의 이용은 당업계에 알려져 있지 않다.
낮은 Tg를 갖는다는 점 이외에, 중합체 도파로 물질이 경화되기 전에 실질적으로 비휘발성인 것이 유리하다. 특히, 중합체 도파로 물질이 경화되기 전에 용매를 전혀 함유하지 않는 것이 유리하다. 기판에 적용되기 위해서, 중합체 도파로 물질은 일반적으로 액체 형태이어야 하고; 이것은 물질을 용매에 용해함으로써 또는 경화 전에 본래 액체인 물질을 이용함으로써 달성할 수 있다. 도파로 물질을 흔히 이용되는 방법, 예를 들어 스핀 코팅, 압출 코팅, 슬롯 코팅, 스크린 인쇄 또는 닥터 블레이딩에 의해 기판에 적용할 때, 물질의 유변학적 성질이 코팅 공정 동안 잘 제어되는 것이 바람직하다.
저휘발성 용매가 관례적으로 이용되지만, 코팅 공정 동안 용매가 연속적으로 증발해서 불가피하게 유변학적 성질을 변화시키고 따라서 코팅 공정을 제어하기 어렵게 한다는 잠재성이 남아 있다. 다른 한편, 일정 온도가 유지된다는 조건부로, 실질적으로 비휘발성인 물질은 어떠한 순서의 코팅 단계 동안에도 기본적인 유변학적 성질의 변화를 전혀 경험하지 않을 것이다. 전체를 본원에 참고로 인용하는 동시에 출원된 본 발명자들의 현재 계류 중인 출원(발명의 명칭: "Low volatility polymers for two-stage deposition processes", Serial No. 및 "Methods for fabricating polymer optical waveguides on large area substrates", Serial No. )에 게재된 바와 같이, 실질적으로 비휘발성인 중합체는 직사각형 평판 패널 같은 대면적 기판 상에 광도파로의 비용 효과적 가공에 적용될 수 있는 압출-스핀 같은 이단 침착 방법에 특히 유리하다. 무용매 비휘발성 도파로 물질 이용의 추가의 이점은 기판 면적에 걸쳐서 필름 품질이 개선된다는 점, 및 코팅 후 및 패터닝 전에 용매 제거에 요구될 수 있는 소프트 베이크(soft bake) 단계를 피할 수 있다는 점이다. 중합체 기판을 이용하고자 하는 경우, 무용매 중합체 물질은 기판이 물질 중의 용매에 의해 공격받을지 아닌지에 대해 전혀 신경쓸 필요가 없다는 점에서 또다른 이점을 갖는다. 폴리이미드, PEN 및 PET 같은 일부 중합체 기판 물질은 양호한 내용매성을 갖는 것으로 알려져 있지만, 폴리카르보네이트, 아크릴 및 폴리스티렌 같은 다른 것들은 그렇지 않다. 무용매 중합체 도파로 물질은 이미 기술되어 있지만(참조: 예를 들어, 듀폰의 폴리가이드(등록상표) 물질 시스템(미국 특허 5,402,514 및 미국 특허 5,292,620), 코닝(Corning)의 다관능성 아크릴레이트(미국 특허 6,555,288) 및 얼라이드시그날(AlliedSignal)의 다관능성 비닐 에테르(미국 특허 6,308,001)), 폴리메틸 메타크릴레이트 및 폴리(α-메틸스티렌)(미국 특허 4,749,245), 폴리디아세틸렌(미국 특허 4,824,552), 폴리아크릴레이트 및 폴리실록산(미국 특허 5,062,680), 폴리이미드(미국 특허 6,316,589), 폴리(메틸 메타크릴이미드)(미국 특허 6,327,415), 벤조시클로부텐(C.F. Kane 및 R.R.Krchnavek, "Benzocyclobutene optical waveguides"), IEEE Photonics Technology Letters vol. 7, pp. 535 - 537 (1995)) 및 고도로 불소화된 중합체, 예를 들어 테플론(등록상표)(TEFLON®), 사이톱(등록상표)(CYTOP®) 및 하이플론(등록상표)(HYFLON®)(미국 특허 6,603,917)을 포함하는 대부분의 알려진 중합체 도파로 물질은 처리를 위해서는 용매에 용해시켜야 한다. 주목할 만한 것은, 미국 특허 5,914,709에 예시된 벤조시클로부텐 중합체가 용매를 필요로 하는 중합체 도파로 물질군 중에 속하고, 따라서 대면적 기판 상에 광도파로를 대량 제조하는 데는 바람직하지 않을 것이다. 광학 터치스크린 센서에 사용하기 위한 실질적으로 비휘발성인 중합체 도파로 물질 및 특히, 무용매 중합체 도파로 물질의 이용은 당업계에 알려져 있지 않다.
액체 물질을 "실질적으로 비휘발성"이라고 여길 수 있는 몇 가지 척도가 있다. 몇 가지 척도는 비점(특정 압력에서) 또는 증기압(특정 온도에서)의 개념과 관련시킬 수 있다. 다른 한 척도는 특정 온도 및 압력에서 특정 기간 내에 단위 표면적당 손실된 물질의 중량에 관계될 수 있다. 본 발명의 목적상, 액체 물질의 휘발성은 세 가지 척도, 즉 760 ㎜Hg 압력(즉, 1 기압)에서의 비점, 20 ℃에서의 증기압, 및 증기압이 1 ㎜Hg를 초과하는 온도에 따라서 정의될 것이다. 비점 및 증기압은 관련 있고, 주어진 압력(예를 들어, 760 ㎜Hg)에서 액체는 그의 증기압이 그 압력에 이를 때 끓을 것이라는 점을 주목한다. 일반적으로, 비점은 액체가 끓기 전에 분해되지 않는다면 쉽게 관찰할 수 있기 때문에 비점이 상이한 액체의 휘발성을 비교하기 위한 가장 간단한 척도이다. 액체의 비점은 보통 그의 물리적 성질 목록에 실릴 것이다. 증기압 데이터는 항상 쉽게 입수가능한 것이 아니고 항상 동일 온도에서 인용될 수 있다는 것이 아니기 때문에 증기압에 기초한 비교는 더 어려울 수 있다.
클로로포름, 벤젠 및 톨루엔(미국 특허 4,749,245), 디메틸 시클로헥산(미국 특허 4,824,522), 메틸 이소부틸 케톤(MIBK, 미국 특허 5,062,680), N,N-디메틸 아세트아미드(DMA, 미국 특허 6,316,589), 2-메톡시 에틸 아세테이트(미국 특허 6,603,917) 및 에틸 락테이트(미국 특허 7,030,039)를 포함해서 다양한 용매가 스핀 코팅을 위해 중합체 물질을 용해시키는 데 이용되어 왔다. 최근 몇 년간, 시클로펜타논, 시클로헥사논 및 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA)가 인기있는 스핀 코팅 용매가 되었다. 이들 용매의 선택된 비점 및 증기압 데이터를 입수가능한 경우에 대해이 표 1에 나타낸다.
Figure 112008082236249-PCT00001
이들 용매가 모두 175 ℃ 미만의 비점을 가지기 때문에, 액체 물질이 "실질적으로 비휘발성"이기 위한 한가지 가능한 척도는 760 ㎜Hg에서 175 ℃ 미만에서 끓는 성분이 전혀 없고, 바람직하게는 760 ㎜Hg에서 225 ℃ 미만에서 끓는 성분이 전혀 없고, 가장 바람직하게는 760 ㎜Hg에서 275 ℃ 미만에서 끓는 성분이 전혀 없다는 것이다. 별법으로, 실질적으로 비휘발성인 액체 물질은 20 ℃에서 0.5 ㎜Hg 미만, 바람직하게는 20 ℃에서 0.1 ㎜Hg 미만, 가장 바람직하게는 20 ℃에서 0.01 ㎜Hg 미만의 증기압을 갖는 것으로 정의될 수 있다. 별법으로, 실질적으로 비휘발성인 액체 물질은 온도가 25 ℃를 초과할 때, 바람직하게는 온도가 50 ℃를 초과할 때, 가장 바람직하게는 온도가 75 ℃를 초과할 때만, 증기압이 1 ㎜Hg를 초과하는 것으로 정의될 수 있다.
실질적으로 비휘발성인 경화성 중합체 시스템은 전형적으로 경화성 관능기, 예를 들어 에폭시기 또는 에틸렌성 불포화기를 갖는 올리고머로 알려진 저분자량 중합체 사슬로 이루어진다. 액체 중합체의 분자량은 그의 점도와 밀접하게 상관있고, 점도가 너무 높으면(즉, 분자량이 너무 높으면), 중합체가 광학 품질 필름을 형성하기 위해 기판 상에 침착될 수 없고; 당업계에 알려진 대부분의 광학 및 포토레지스트 중합체를 용매로 희석하여야 하는 것은 바로 이러한 이유 때문이다. 다른 한편, 실질적으로 비휘발성인 중합체에서 올리고머의 분자량이 너무 낮으면, 각 사슬이 효과적 경화가 일어나기에 불충분한 경화성 관능기를 함유할 것이다.
실질적으로 비휘발성인 경화성 중합체 시스템은 바람직한 점도 범위, 전형적으로 100 - 10,000 cP, 더 바람직하게는 500 - 5,000 cP, 가장 바람직하게는 1,000 - 4,000 cP를 가질 것이다. 점도는 종종 온도와 강력하게 상관있기 때문에, 이들 바람직한 점도는 공정 단계가 수행되는 온도, 보통은 실온에 관한 것이다.
UV 경화성 실록산 중합체는 잠재적으로 낮은 Tg를 갖는(조성에 의존함) 도파로 제조 물질의 특히 적당한 부류이다. 특히, 그것은 용매 없이 처리될 수 있고, 따라서 실질적으로 비휘발성이다. 그것은 예를 들어 미국 특허 6,800,724, 미국 특허 6,818,721 또는 미국 특허 6,965,006에 게재된 축합 반응에 의해 합성될 수 있고, 이들 특허는 전체를 본원에 참고로 인용한다. 실록산 중합체는 규소, 유리 및 중합체를 포함하는 다양한 기판 물질에 대해 우수한 접착성을 갖는다.
이제, 미국 특허 6,800,724, 미국 특허 6,818,721 및 미국 특허 6,965,006에 게재된 반응에 의해 합성되는 실록산 중합체가 표 1과 관련해서 위에서 기술한 "실질적으로 비휘발성" 척도를 만족시킬 가능성이 높음을 입증하기 위해, 몇가지 표준 실록산 중합체의 휘발성 데이터를 제시할 것이다. 문헌에서 휘발성 데이터가 입수가능한 가장 흔하게 입수가능한 실록산 중합체는 각 규소 원자가 2 개 또는 3 개의 메틸기를 갖는 선형 메틸 치환 실록산이다. 표 2는 최대 11 개의 규소 원자를 갖는 선형 메틸 치환 실록산의 휘발성 데이터를 나타낸다("Me"는 메틸기 CH3-를 상징함).
Figure 112008082236249-PCT00002
표 2의 비점 데이터를 점검할 때, 일반적으로 중합체라기보다는 올리고머라고 보는 심지어 별로 길지 않은 사슬 길이의 메틸 치환 실록산도 175 ℃ 초과의 비점을 갖는다는 것을 알 수 있다. 본 발명의 목적상, 상기 표 1에 실린 용매와 대조적으로, 이들 메틸 치환 실록산은 실질적으로 비휘발성이라고 볼 것이다. 마찬가지로, 그들은 20 ℃를 초과하는 온도에서만 1 ㎜Hg의 증기압을 가지기 때문에 실질적으로 비휘발성이라고 볼 것이다. 또, 그들은 20 ℃에서 0.5 ㎜Hg 미만의 증기압을 가지기 때문에 실질적으로 비휘발성이라고 볼 것이다. 사실상, 반복 단위의 수가 5에 이르러서 분자량이 384.9에 이르면, 증기압은 20 ℃에서 0.1 ㎜Hg 미만이다. 당업계 숙련자는 높은 분자량을 갖는 실록산 중합체 또는 올리고머가 낮은 증기압을 가질 것이라는 것을 인식할 것이다. 미국 특허 6,800,724, 미국 특허 6,818,721 또는 미국 특허 6,965,006에 게재된 경로에 의해 합성된 실록산 중합체는 항상 500 초과, 전형적으로는 1000 초과의 분자량을 가지기 때문에, 본 명세서에 정의된 바와 같이 그들은 실질적으로 비휘발성일 것이다.
마지막으로, 본 발명자들은 실록산 중합체(또한 실리콘(silicone)이라고도 알려짐)을 비휘발성인 것으로 보는 특허 문헌의 몇 가지 예를 언급한다: 미국 특허 3,935,133, 미국 특허 출원 2001/0031269, 미국 특허 6,685,921, 및 미국 특허 2004/0209784.
경화 속도를 증가시키기 위해 광개시제 또는 열 개시제를 첨가할 수 있다. 상업적으로 입수가능한 광개시제의 예는 1-히드록시-시클로헥실-페닐-케톤(어가큐어(Irgacure) 184), 2-메틸-1[4-메틸티오)페닐]-2-모르폴리노프로판-1-온(어가큐어 907), 2,2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-온(어가큐어 651), 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-부타논-1(어가큐어 369), 4-(디메틸아미노)벤조페논, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온(다로커(Darocur) 1173), 벤조페논(다로커 BP), 1-[4-(2-히드록시에톡시)-페닐]-2-히드록시-2-메틸-1-프로판-1-온(어가큐어 2959), 4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논(DEAB), 2-클로로티옥산톤, 2-메틸티옥산톤, 2-이소프로필티옥산톤, 벤조인 및 4,4'-디메톡시벤조인을 포함한다. 가시광선을 이용한 경화의 경우, 개시제는 예를 들어 캄포르퀴논일 수 있다. 2 개 이상의 광개시제의 혼합물도 또한 이용될 수 있다. 예를 들어, 어가큐어 1000은 80%의 다로커 1173 및 20%의 어가큐어 184의 혼합물이다. 열 경화의 경우, 퍼옥시드 형태의 유기 퍼옥시드(예: 디벤조일 퍼옥시드), 퍼옥시디카르보네이트, 퍼에스테르(t-부틸 퍼벤조에이트), 퍼케탈, 히드로퍼옥시드 뿐 아니라 AIBN(아조비스이소부티로니트릴)이 개시제로서 이용될 수 있다. 개시제는 전체 조성물의 0.01 중량% 내지 10 중량%, 더 바람직하게는 전체 조성물의 0.5 중량% 내지 4 중량%의 수준으로 존재할 수 있다. 경화성 물질에의 혼합 용이성을 위해서는 일반적으로 액체 개시제가 바람직하다. 그러나, 일부 고체 개시제도 용매 첨가 없이 경화성 물질에 용해될 수 있다. 중합체의 성질을 요구 대로 향상시키기 위해 안정화제, 가소제, 대비 향상제, 염료 또는 충전제 같은 다른 첨가제가 첨가될 수 있다.
광패터닝 또는 성형에 의한 도파로 가공에 적당한 중합체 물질의 얇은 필름은 스핀 코팅, 침지 코팅, 메니스커스(meniscus) 코팅, 압출 코팅 및 슬롯 코팅을 포함하는 다양한 방법에 의해 기판에 침착될 수 있다. 이어서, 이들 얇은 필름은 예를 들어 마스크 정렬기 또는 스테퍼에서 마스크를 통해 또는 레이저 직접 쓰기 절차에 의해 광으로 광패터닝될 수 있고; 마스크를 통한 노출이 일반적으로 높은 가공 처리량에 바람직하다.
도파로 형성 및 패터닝 방법은 본 발명자들의 현재 계류 중인 미국 특허 출원 2005/0089298에 기술되어 있고, 이 출원의 내용은 참고로 본원에 인용한다. 적당한 중합체는 미국 특허 6,818,721에 게재되어 있다.
본 발명의 기기는 유연성 기판 상에 광 전송부의 직접 패터닝에 의해 제조될 수 있다. 별법으로, 중간 박리층을 갖거나 또는 갖지 않고 지지체 상에 기판을 놓을 수 있고, 지지체로부터 기판을 박리하기 전에 기판에 광 전송층을 적용할 수 있다.
침착된 중합체는 바람직하게는 화학 방사선, 바람직하게는 UV 방사선에 의해 경화될 수 있다. UV광은 별문제로 하더라도, X선, 가시광선 및 전자빔을 포함해서 광경화성 중합체를 경화시키는 데 적당한 몇 가지 종류의 화학 방사선이 당업계에 알려져 있고, 본 발명에 적당하다. 광패터닝 및 습식 식각에 기반을 둔 가공 방법을 이용할 때, 경화는 유리하게는 현상 용매를 이용한 용해도 변화가 비노출 물질을 제거하게 한다. 별법으로, 성형 기반 가공 방법을 이용할 때, 중합체는 유리하게는 박리 전에 금형을 통해 경화될 수 있다. 직접 정량분배에 기반을 둔 가공 방법을 이용할 때, 중합체는 유리하게는 기판 상에 정량분배된 후에 경화된다. 중합체는 바람직하게는 실록산 중합체(교대하는 Si-O 골격을 갖는 중합체)이고, 바람직하게는 미국 특허 6,800,724, 미국 특허 6,818,721 또는 미국 특허 6,965,006에 게재된 축합 반응에 의해 합성되고 바람직하게는 에틸렌성 불포화 치환체를 함유하는 것이다. 광경화성 실록산 중합체 상의 에틸렌성 불포화 치환체는 예를 들어 메타크릴레이트기, 스티렌기(미국 특허 6,727,337, 이 특허의 내용은 참고로 본원에 인용함), 또는 자유 라디칼 부가 중합을 겪을 수 있는 몇몇 다른 기일 수 있다.
바람직한 한 형태에서, 본 발명에 이용되는 중합체는 산으로 금속 알콕시드 화합물을 산첨가 분해하여 중간 산첨가분해된 용액을 생성하는 단계, 및 금속 알콕시드 화합물 존재 하에서 중간 용액을 축합해서 금속 알콕시드 중합체를 생성하는 단계를 포함하는 미국 특허 6,800,724에 게재된 방법에 의해 합성된 실록산이다. 일반적으로, 산첨가 분해 단계 및 축합 단계 각각에 이용되는 금속 알콕시드 화합물은 상이하지만, 그들은 동일할 수 있다. 바람직하게는, 산첨가 분해 단계 및 축합 단계는 물 첨가 없이 수행된다. 산첨가 분해 반응에서는 산이 소모된다. 바람직하게는, 금속 알콕시드 화합물은 유기 개질된다. 더 바람직하게는, 산첨가 분해 단계 및/또는 축합 단계에 사용되는 금속 알콕시드 화합물의 25% 이상이 유기 개질된다. 유기 개질된 금속 알콕시드 화합물은 산첨가 분해 단계 및 축합 단계 동안에 영향받지 않는 하나 이상의 금속-탄소 결합을 포함하는 것이다. 바람직하게는, 금속 알콕시드 화합물(들)은 하기 화학식을 갖는다:
R1 nM(OR)V-n (1)
여기서, M은 원자가 V의 금속이고, n은 0 내지 (V-1)의 정수이고, R은 1 내지 6 개의 탄소 원자를 갖는 단쇄 알킬기이고, R1은 1 내지 20 개의 탄소 원자를 함유하는 알킬 또는 아릴기이다. 알킬 또는 아릴기 R1은 광분해에 의해 또는 열에 의해 중합되어 유기 망상구조를 형성할 수 있는 알케닐, 알릴, 알크아크릴옥시, 아크릴옥시 또는 에폭시기, 뿐만 아니라 할로겐, 아미노, 메르캅토, 시아노, 니트로, 아미도 및 히드록시기 같은 종을 포함하는 치환체를 가질 수 있다. 1 개 초과의 R1기가 존재하는 경우, R1 기는 동일할 수 있거나 또는 동일하지 않을 수 있다. 바람직하게는, 금속 알콕시드 화합물 중 하나 이상은 0 보다 큰 n을 가져야 하고, 즉 하나 이상의 M-C 결합을 가져야 하고, 상기 화합물은 금속 알콕시드 종의 총 수의 25% 이상을 구성하여야 한다. 바람직하게는, 금속 알콕시드 화합물(들)은 규소, 지르코늄, 티탄, 게르마늄 및/또는 알루미늄의 알콕시드이다. 바람직하게는, 산은 무기산, 예를 들어 붕산 또는 인산, 또는 카르복실산, 예를 들어 포름산, 아세트산 또는 옥살산이다. 더 바람직하게는, 산은 유리 형성 또는 유리 개질 산화물을 가지고, 약 2 초과의 pKa를 갖는 원소의 산이다. 바람직하게는, 산첨가 분해 단계에서 산 대 금속 알콕시드 화합물의 몰비는 1:5 내지 10:1이다.
바람직하게는, 금속 알콕시드 화합물의 산첨가 분해는 상호 용매(mutual solvent), 예를 들어 메탄올 같은 알콜 존재 하에서 수행된다. 이 상호 용매는 중합체가 합성된 후에 제거되고, 따라서 중합체는 용매가 없고, 필름 침착 시에 실질적으로 비휘발성이라는 점을 주목한다.
본 발명의 다른 한 바람직한 형태에서, 중합체는 하나 이상의 실란올기를 갖는 하나 이상의 규소를 함유하는 화합물(A) 및 하나 이상의 -OR기(여기서, R은 1 내지 8 개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 또는 2 내지 8 개의 탄소 원자를 갖는 알콕시알킬기임)를 갖는 하나 이상의 규소를 함유하는 화합물(B)을 반응이 진행할 수 있도록 선택된 칼슘 또는 마그네슘 촉매(C) 및 하나 이상의 용매(D) 존재 하에서 함께 반응시키는 것을 포함하는 미국 특허 6,818,721에 게재된 방법에 의해 제조된다. 유기규소 축합물은 실록산, 가장 바람직하게는 폴리실록산이다.
화합물 (A) 및 (B)는 독립적으로 단량체, 이량체, 올리고머 또는 중합체 화합물일 수 있다. 하나 이상의 규소를 함유하는 화합물(A)는 유리하게는 1 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 1 내지 3 개의 비치환 또는 치환 탄화수소기를 갖는 실란올이거나, 또는 별법으로, 1 내지 4 개의 OH기를 갖는 실란올이라고 기술할 수 있다. 4 개의 OH기를 갖는 실란올은 가장 간단한 형태가 규산이다. 바람직하게는, 실란올은 디페닐 실란디올이다. 또, 실란올은 가교가능한 기, 예를 들어 아크릴레이트, 메타크릴레이트 또는 스티렌 유형의 이중 결합을 가질 수 있다. 다른 적당한 가교가능한 기는 에폭시드기이다. 바람직한 한 실시태양에서, 하나 이상의 -OR기를 갖는 하나 이상의 규소를 함유하는 화합물 (B)는 하기 화학식을 갖는 단량체 화합물이다:
GySi(OR)4-y (2)
여기서, y는 0, 1, 2 또는 3의 값을 가지고, G는 1 내지 18 개의 탄소 원자를 갖는 비치환 또는 치환 탄화수소를 나타내고, R은 1 내지 8 개의 탄소 원자를 갖는 알킬기 또는 2 내지 8 개의 탄소 원자를 갖는 알콕시알킬기를 나타낸다. 바람직하게는, 하나 이상의 규소를 함유하는 화합물 (B)는 1 내지 4 개의 알콕시기를 갖는 알콕시실란이다. 바람직하게는, 알콕시기(OR)는 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, i-프로폭시, n-부톡시, i-부톡시 및 t-부톡시로 이루어지는 군으로부터 선택된다.
실란올처럼, 알콕시 실란은 또한 가교가능한 기, 예를 들어 아크릴레이트, 메타크릴레이트 또는 스티렌 유형의 이중 결합을 가질 수 있다. 다른 적당한 가교가능한 기는 에폭시드기이다. 바람직하게는, 가교가능한 기는 G에 있지만, 그것은 OR에 있을 수 있다. 용매(D)가 중합체가 합성된 후에 제거되고, 따라서 중합체는 용매가 없고 필름 침착시에는 실질적으로 비휘발성임을 주목한다.
본 발명의 다른 한 바람직한 형태에서는, 미국 특허 6,727,337에 게재된 바와 같이, 실록산이 하나 이상의 화학식 (3)의 실란디올 및/또는 그의 유도된 예비축합물을 하나 이상의 화학식 (4)의 실란 및/또는 그의 유도된 예비축합물과 축합해서 제조된다.
Figure 112008082236249-PCT00003
(3)
Figure 112008082236249-PCT00004
(4)
여기서, Ar1 및 Ar2는 독립적으로 3 내지 20 개의 탄소 원자 및 하나 이상의 방향족 또는 헤테로방향족 기를 갖는 기이고, Ar1 및 Ar2 중 하나 이상은 가교가능한 관능기를 가지고; R1, R2, R3 및 R4는 독립적으로 20 개 이하의 탄소원자를 갖는 알킬, 아랄킬 또는 아릴이다. 바람직하게는, 화학식 (3) 및 화학식 (4)의 비는 약 1:1이다.
이러한 중축합물은 다음 화학식을 갖는다:
Figure 112008082236249-PCT00005
(5)
여기서, Ar1 및 Ar2는 독립적으로 3 내지 20 개의 탄소 원자 및 하나 이상의 방향족 또는 헤테로방향족 기를 갖는 기이고, Ar1 및 Ar2 중 하나 이상은 가교가능한 기를 가지고; R1 및 R2는 독립적으로 20 개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬, 아랄킬 또는 아릴이고, q는 1 이상이다. Ar1 및 Ar2는 바람직하게는 5 내지 20 개의 탄소 원자를 가질 수 있다.
실시예 1
이 실시예는 포토리소그래피/습식 식각 기술로 처리된 무용매의 낮은 Tg를 갖는 중합체 시스템을 이용하여 표준 규소 기판 상에 중합체 광도파로 어레이를 가공하는 것을 입증한다. 미국 특허 6,818,721에 게재된 절차에 따라서, 2500 cP(20 ℃)의 점도 및 1.483의 굴절률(실내광을 이용하여 아베(Abbe) 굴절계로 20 ℃에서 측정함)을 갖는 굴절률이 낮은 중합체 A를 제조하였다. 2200 cP((20 ℃)의 점도 및 1.509의 굴절률(20 ℃)을 갖는 굴절률이 높은 중합체 B를 제조하였다. 중합체 A 및 중합체 B 둘 모두에 적당한 광개시제를 첨가하였으며, 용매는 전혀 존재하지 않았다.
중합체 A를 직경 5"의 규소 웨이퍼 상에 스핀 코팅하고, 수은 램프로부터의 UV 광으로 경화시켜서 20 ㎛의 두께, 1.485의 굴절률(20 ℃ 및 850 nm) 및 <10 ℃의 Tg를 갖는 하부 클래딩층을 형성하였다. 중합체 B를 하부 클래딩층 상에 스핀 코팅하여 코어층을 형성하고, 마스크를 통해 UV광으로 패터닝하고, 이어서 비노출된 중합체 B 물질을 이소프로판올에 용해하여 평행 도파로의 어레이를 형성하였다. 노출된 코어층은 11 ㎛의 두께, 1.513의 굴절률(20 ℃ 및 850 nm) 및 <10 ℃의 Tg를 가졌다. 임의로, 하부 클래딩층과 유사한 방식으로 중합체 A의 상부 클래딩층을 침착 및 경화시킬 수 있다.
실시예 2
이 실시예는 포토리소그래피/습식 식각 기술로 처리된 무용매의 낮은 Tg를 갖는 중합체 시스템을 이용하여 대면적 중합체 기판 상에 중합체 광도파로의 어레이를 가공하는 것을 입증한다. 굴절률이 낮은 중합체 A 및 굴절률이 높은 중합체 B를 실시예 1에서처럼 제조하였다. 파스타 어드밴티지(FAStar Advantage) III 압출 코팅 시스템을 이용하여 400 ㎜ x 500 ㎜ x 175 ㎛ 폴리카르보네이트 시트 상에 중합체 A를 압출하여 두께 25 ㎛의 층을 형성한 후, 스피너(spinner)로 옮기고, 여기서 1500 rpm으로 15 초 동안 스피닝함으로써 그것을 추가로 평탄화(및 박화)하였다. 평탄화된 필름을 타마랙(Tamarack) PRX8000 플러드(flood) 조명기에서 수은 램프로부터의 UV광으로 경화시켜서 두께 20 ㎛의 하부 클래딩층을 형성하였다. 동일한 압출 및 스핀 공정에 의해 중합체 B를 하부 클래딩층 상에 침착시켜서 두께 11 ㎛의 코어층을 형성하고, 타마랙 모델 303 포토리소그래피 도구에서 마스크를 통해 UV광에 상에 따라 노출시켰다. 이어서, 비노출된 중합체 B 물질을 이소프로 판올에 용해시켜서 노출된 물질을 평행 도파로의 어레이 형태로 남겼다. 중합체 A의 상부 클래딩층을 하부 클래딩층과 유사한 방식으로 침착시키고 경화시켰다. 완성된 광도파로 어레이는 고도의 유연성을 가졌고, 약 2 ㎜의 곡률반경으로 반복적 및 가역적으로 180°굽힐 수 있었다.
실시예 3
이 실시예는 성형 기술로 처리된 무용매의 낮은 Tg를 갖는 중합체 시스템을 이용하여 대면적 중합체 기판 상에 중합체 광도파로 어레이를 가공하는 것을 입증한다.
금형을 제조하기 위해, 포토레지스트 층을 400 ㎜ x 500 ㎜ 유리 시트 상에 스핀 코팅시키고, 타마랙 303 포토리소그래피 도구에서 UV광에 상에 따라 노출시켰다(이전 실시예에서 중합체 B 층을 패터닝하는 데 이용된 것과 동일한 마스크를 통해서 노출시킴). 비노출된 포토레지스트를 이소프로판올에 용해시켜서 요망되는 도파로 패턴을 갖는 매스터를 제조하였다. 폴리디메틸실록산(PDMS)를 매스터 상에 캐스팅하고, 경화시키고, 박리하여 금형을 형성하였다. PDMS는 낮은 표면 에너지를 가지고(즉, 그것은 대부분의 물질에 달라붙지 않고), UV 광에 대해 투명하기 때문에 금형 제조에 바람직한 물질이다.
굴절률이 낮은 중합체 A 및 굴절률이 높은 중합체 B를 실시예 1에서처럼 제조하였다. 파스타 어드밴티지 III 압출 코팅 시스템을 이용하여 400 ㎜ x 500 ㎜ x 175 ㎛ 폴리카르보네이트 시트 상에 중합체 A를 압출한 후, 스피너로 옮기고, 여기서 1500 rpm으로 15 초 동안 스피닝함으로써 그것을 추가로 평탄화(및 박화)하였 다. 평탄화된 필름을 타마랙 PRX8000 플러드 조명기에서 수은 램프로부터의 UV 광으로 경화시켜서 두께 20 ㎛의 하부 클래딩층을 형성하였다. 동일한 압출 및 스핀 공정에 의해 중합체 B를 하부 클래딩층 상에 침착시켜서 두께 11 ㎛의 코어층을 형성하였다. 이어서, PDMS 금형을 중합체 B 층에 적용하고, 중합체를 타마랙 PRX8000 플러드 조명기에서 UV광으로 경화시키고, 나중에 사용하기 위해 PDMS 금형을 박리하였다. 중합체 A의 상부 클래딩층을 하부 클래딩층과 유사한 방식으로 침착시키고 경화시켰다. 완성된 광도파로 어레이는 고도의 유연성을 가졌고, 약 2 ㎜의 곡률반경으로 반복적 및 가역적으로 180°굽힐 수 있었다.
실시예 4
이 실시예는 경화된 굴절률이 낮은 중합체 A 및 경화된 굴절률이 높은 중합체 B로부터 제조된 물질의 낮은 Tg 성질을 입증한다. 굴절률이 낮은 중합체 A를 실시예 1에서처럼 제조하고, 직경 5"의 규소 웨이퍼 상에 스핀 코팅하고, 수은 램프로부터의 UV 광으로 경화시켜서 두께 22 ㎛의 층을 형성하였다. 마찬가지로, 중합체 B를 직경 5"의 규소 웨이퍼 상에 코팅하고 경화시켜서 두께 16 ㎛의 층을 형성하였다. 가열 스테이지가 구비된 필름텍(FilmTek) 4000 필름 특성화 도구를 이용하여, 10 내지 120 ℃의 온도 범위에 걸쳐서 중합체 A 층 및 중합체 B 층의 굴절률을 측정하고, 도 4a 및 4b에 플롯팅하였다. 두 중합체 A 및 B는 굴절률 대 온도가 완전히 선형 관계를 가지고, 10 내지 120 ℃의 범위에서는 유리 전이의 증거가 보이지 않았다. 250 ℃(열 안정성의 한계에 접근함)까지 행한 유사한 측정은 마찬가지로 유리 전이의 증거를 나타내지 않았고, 이것은 이들 물질의 Tg가 10 ℃ 미만 임에 틀림없음을 암시한다. 이들 중합체의 Tg가 250 ℃ 초과일 가능성은 거의 없을 것이다.
다음 세 실시예는 도파로 어레이가 유연성인 것이 유리한 도파로 기반 광학 터치스크린 센서의 몇몇 구성을 기술할 것이다. Tg가 낮은 중합체 광학 물질과 중합체 기판의 조합이 이 목적에 현저하게 적당하다. 각 경우에서, 요구되는 어레이는 실시예 1의 Tg가 낮은 중합체 및 실시예 2 또는 3의 폴리카르보네이트 기판 및 방법을 이용하여 가공하였다.
실시예 5
이 실시예에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이 기판의 L형 부분에 각각의 평면내 렌즈를 갖는 송신 도파로 및 수신 도파로의 어레이를 배열하였다. 도 1의 터치스크린 기기를 조립하는 동안, L형 기판 (19)의 가장자리에 있는 1xN 분할기 (18)을 광원 (11)의 발광부와 정렬해야 하고, 마찬가지로, 수신 도파로 (16)의 단부를 다중 소자 검출기 (17)의 소자들과 정렬해야 한다는 것을 인식할 것이다. 이러한 정렬 절차는 도파로/기판 조립체가 평면으로부터 구부러질 것을 요구할 수 있음을 추가로 인식할 것이다.
실시예 6
이 실시예에서는, 송신 도파로 및 수신 도파로의 어레이를 호주 가특허출원 2006905255(발명의 명칭: 'Waveguide configurations for optical touch systems')에 게재된 '랩어라운드' 구성으로 배열하였고, 이 출원은 전체를 본원에 참고로 인용한다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 각각의 평면내 렌즈(나타내지 않음)를 갖는 송 신 도파로 (50) 및 수신 도파로 (51)을 디스플레이 (53)의 주변 둘레에서 접힌 기판 물질 (52)의 가늘고 긴 스트립 상에 가공하였다. 도 1에 나타내고 실시예 5에 기술된 구성에서처럼, 1xN 분할기 (18)이 광원 (11)로부터 광을 수신하고, 다중 소자 검출기 (17)의 소자들이 수신 도파로 (51)로부터의 광을 검출하였다. 상기 호주 가특허출원 2006905255에서 논의된 바와 같이, 이러한 유형의 '랩어라운드' 구성은 도 1에 나타낸 구성에 비해 디스플레이 (53) 둘레에 요구되는 베젤 폭을 상당히 감소시켰다. 이 구성은 도파로/기판 조립체가 디스플레이 (53)의 세 귀퉁이 (54)에서 작은 곡률 반경으로 90°굽힐 것을 요구한다는 것을 인식할 것이다.
실시예 7
이 실시예에서는, 각각 송신 도파로 어레이용으로 2 개 및 각각 수신 도파로 어레이용으로 2 개가 사용되는 기판 물질의 4 개의 가늘고 긴 스트립 상에 송신 도파로의 어레이 및 수신 도파로의 어레이를 배열한 후, 도 3에 나타낸 바와 같이 디스플레이 (33)의 가장자리 둘레에서 접었다. 앞에서 논의한 바와 같이, 이러한 유형의 '접힘" 구성은 도 1에 나타낸 구성에 비해 디스플레이 둘레에 요구되는 베젤 폭을 상당히 감소시켰다.
본 발명을 일부 바람직한 실시태양에 관해서 기술하였지만, 본 발명의 정신 또는 본질적 특성에서 벗어남이 없이 그의 다른 특이한 형태 또는 변형으로 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 상기 실시태양은 제한적인 것이 아니라 모든 면에서 예시적인 것으로 보고, 본 발명의 범위는 상기 설명에 의해서가 아니라 첨부된 특허 청구 범위에 의해서 한정된다.

Claims (72)

  1. 광학 터치스크린 센서의 작업 온도 미만의 Tg를 갖는 중합체로 이루어진 도광부를 기판 상에 포함하는, 광학 터치스크린 센서의 부품으로 이용되는 광도파로.
  2. 제 1 항에 있어서, 광학 터치스크린 센서의 작업 온도가 0 ℃ - 50 ℃의 범위인 광도파로.
  3. 제 2 항에 있어서, 광학 터치스크린 센서의 작업 온도가 0 ℃ - 35 ℃의 범위인 광도파로.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 도광부가 100 ℃ 미만, 바람직하게는 50 ℃ 미만, 더 바람직하게는 25 ℃ 미만, 가장 바람직하게는 10 ℃ 미만의 Tg를 갖는 중합체로 이루어진 광도파로.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 기판이 실질적으로 유연성인 광도파로.
  6. 제 5 항에 있어서, 100 ㎝ 미만, 바람직하게는 10 ㎝ 미만, 더 바람직하게는 1 ㎝ 미만, 가장 바람직하게는 2 ㎜ 미만의 곡률 반경으로 반복적 및 가역적으로 180° 굽힐 수 있는 광도파로.
  7. 제 5 항에 있어서, 기판이 중합체 기판인 광도파로.
  8. 제 7 항에 있어서, 도광부가 중합체 기판의 Tg보다 낮은 Tg를 갖는 중합체로 이루어진 광도파로.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 도광부가 경화성 액체 중합체 물질을 기판 상에 침착시키고, 그것을 경화시켜서 가교된 중합체 물질을 형성함으로써 형성되는 광도파로.
  10. 제 9 항에 있어서, 경화성 액체 중합체 물질이 실질적으로 비휘발성인 광도파로.
  11. 제 10 항에 있어서, 경화성 액체 중합체 물질이 용매를 전혀 함유하지 않는 광도파로.
  12. 제 9 항에 있어서, 경화성 액체 중합체 물질이 UV 개시 자유 라디칼 중합에 의해 경화되는 광도파로.
  13. 제 9 항에 있어서, 경화성 액체 중합체 물질이 UV 리소그래피/습식 식각 및 성형으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 방법에 의해 처리되는 광도파로.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 도광부가 0.5 ㎛ 내지 250 ㎛의 두께, 바람직하게는 3 ㎛ 내지 50 ㎛의 두께, 가장 바람직하게는 5 ㎛ 내지 25 ㎛의 두께를 갖는 광도파로.
  15. 제 7 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 기판이 80 ℃ 초과, 바람직하게는 150 ℃ 초과, 가장 바람직하게는 350 ℃ 초과의 Tg를 갖는 광도파로.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 기판이 25 ㎛ 내지 1 ㎜의 두께, 바람직하게는 75 ㎛ 내지 250 ㎛의 두께, 가장 바람직하게는 약 175 ㎛의 두께를 갖는 광도파로.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합체 도광부와 상기 기판 사이에 하부 클래딩을 더 포함하는 광도파로.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합체 도광부의 적어도 일부와 접촉하는 상부 클래딩을 더 포함하는 광도파로.
  19. 기판 상에 도광부를 포함하고, 상기 도광부가 광학 터치스크린 센서의 작업 온도 미만의 Tg를 갖는 중합체로 이루어지고, 상기 도광부가 실질적으로 비휘발성인 경화성 액체 실록산 중합체를 기판 상에 침착시키고 그것을 경화시켜서 가교된 실록산 중합체를 형성함으로써 형성되는, 광학 터치스크린 센서의 부품으로 이용되는 광도파로.
  20. 제 19 항에 있어서, 도광부가 50 ℃ 미만, 더 바람직하게는 25 ℃ 미만, 가장 바람직하게는 10 ℃ 미만의 Tg를 갖는 중합체로 이루어지는 광도파로.
  21. 광원;
    상기 광원으로부터 광을 수신하기 위해 광학적으로 커플링되고, 제 1 방향으로 전파하는 제 1 조의 광 빔을 생성하는 송신 도파로 부분;
    제 1 방향으로 상기 송신 도파로 부분으로부터 떨어져서 이격되고, 상기 제 1 조의 광 빔을 수신하는 수신 도파로 부분;
    상기 송신 도파로 부분과 상기 수신 도파로 부분 사이의 입력 영역; 및
    상기 수신 도파로 부분에 광학적으로 커플링되고, 상기 제 1 조의 광 빔이 상기 입력 영역을 횡단한 후 상기 제 1 조의 광 빔 각각에서 광의 분포를 실질적으로 동시에 검출하는 하나 이상의 광 검출 소자를 포함하는 광 검출기
    를 포함하고, 상기 송신 도파로 부분 및 상기 수신 도파로 부분 중 하나 이상이 도광부 및 기판을 포함하고, 상기 도광부가 장치의 작업 온도 미만의 Tg를 갖 는 중합체로 이루어진 장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 광 전송부가 단일 도파로를 포함하는 장치.
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서, 작업 온도가 0 ℃ - 50 ℃의 범위인 장치.
  24. 제 21 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 작업 온도가 0 ℃ - 35 ℃의 범위인 장치.
  25. 제 21 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 기판이 실질적으로 유연성인 장치.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 송신 도파로 부분 및 상기 수신 도파로 부분 중 하나 이상이 100 ㎝ 미만, 바람직하게는 10 ㎝ 미만, 더 바람직하게는 1 ㎝ 미만, 가장 바람직하게는 2 ㎜ 미만의 곡률 반경으로 반복적 및 가역적으로 180°굽힐 수 있는 장치.
  27. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서, 기판이 중합체 기판인 장치.
  28. 제 27 항에 있어서, 중합체 도광부가 중합체 기판의 Tg보다 낮은 Tg를 갖는 장치.
  29. 제 23 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 도광부가 100 ℃ 미만, 바람직하게는 50 ℃ 미만, 더 바람직하게는 25 ℃ 미만, 가장 바람직하게는 10 ℃ 미만의 Tg를 갖는 장치.
  30. 제 23 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 도광부가 경화성 액체 중합체 물질을 기판 상에 침착시키고 그것을 경화시켜서 가교된 중합체 물질을 형성함으로써 형성된 장치.
  31. 제 30 항에 있어서, 경화성 액체 중합체 물질이 실질적으로 비휘발성인 장치.
  32. 제 30 항 또는 제 31 항에 있어서, 경화성 액체 중합체 물질이 용매를 전혀 함유하지 않는 장치.
  33. 제 30 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서, 경화성 액체 중합체 물질이 UV 개시 자유 라디칼 중합에 의해 경화되는 장치.
  34. 제 30 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서, 경화성 액체 중합체 물질이 UV 리소그래피/습식 식각 및 성형으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 방법에 의해 처리되는 장치.
  35. 제 21 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 도광부가 0.5 ㎛ 내지 250 ㎛의 두께, 바람직하게는 3 ㎛ 내지 50 ㎛의 두께, 가장 바람직하게는 5 ㎛ 내지 25 ㎛의 두께를 갖는 장치.
  36. 제 27 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 기판이 80 ℃ 초과, 바람직하게는 150 ℃ 초과, 가장 바람직하게는 350 ℃ 초과의 Tg를 갖는 장치.
  37. 제 27 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서, 기판이 25 ㎛ 내지 1 ㎜의 두께, 바람직하게는 75 ㎛ 내지 250 ㎛의 두께, 가장 바람직하게는 약 175 ㎛의 두께를 갖는 장치.
  38. 제 27 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합체 도광부와 상기 기판 사이에 하부 클래딩을 더 포함하는 장치.
  39. 제 28 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합체 도광부의 적어도 일부와 접촉하는 상부 클래딩을 더 포함하는 장치.
  40. 제 21 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치가 전자기기용 입력기기이고, 상기 송신 도파로 부분과 상기 수신 도파로 부분 사이에 입력 영역이 생성된 장치.
  41. 제 40 항에 있어서, 사용자가 입력 영역과 상호작용함으로써 전자기기에 입력을 제공하는 장치.
  42. 제 41 항에 있어서, 사용자가 손가락 또는 스타일러스로 입력 영역과 상호작용하는 장치.
  43. 제 21 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서, 광학 터치스크린 센서 형태의 장치.
  44. 제 21 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서, 컴퓨터, 게임 또는 통신기기 또는 그의 하이브리드 형태의 장치.
  45. 제 21 항 내지 제 44 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 송신 도파로 부분이 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로 전파하는 제 2 조의 광 빔을 추가로 생성하고, 상기 수신 도파로 부분이 상기 제 2 조의 광 빔을 추가로 수신하는 장치.
  46. 제 45 항에 있어서, 상기 제 2 방향이 상기 제 1 방향에 대해 수직인 장치.
  47. 하나 이상의 광원,
    다수의 광 검출 소자에서 광 세기를 검출하는 광 검출기,
    한 평면을 한정하는 입력 영역, 및
    한 조 이상의 도파로로 나뉠 수 있는 다수의 도파로를 포함하는 리소그래피에 의해 한정된 도파로 구조
    를 포함하고, 상기 광원이 광을 상기 도파로 구조의 제 1 조의 도파로에 커플링시키고, 상기 제 1 조의 도파로가 도파로에 커플링하는 광을 나아가게 하여 광 빔의 제 1 격자를 생성하고, 상기 광 빔의 제 1 격자가 제 1 방향으로 입력 영역을 횡단한 후, 상기 도파로 구조의 제 2 조의 도파로에 의해 상기 광 검출기의 광 검출 소자로 나아가고, 상기 제 1 조의 도파로 및 상기 제 2 조의 도파로 중 하나 이상이 도광부 및 기판을 포함하고, 상기 도광부가 입력기기의 작업 온도 미만의 Tg를 갖는 중합체로 이루어지는 전자기기용 입력기기.
  48. 제 47 항에 있어서, 작업 온도가 0 ℃ - 50 ℃의 범위인 장치.
  49. 제 48 항에 있어서, 작업 온도가 0 ℃ - 35 ℃의 범위인 장치.
  50. 제 47 항 내지 제 49 항 중 어느 한 항에 있어서, 기판이 실질적으로 유연성인 입력기기.
  51. 제 50 항에 있어서, 상기 제 1 조의 도파로 및 상기 제 2 조의 도파로 중 하나 이상이 100 ㎝ 미만, 바람직하게는 10 ㎝ 미만, 더 바람직하게는 1 ㎝ 미만, 가장 바람직하게는 2 ㎜ 미만의 곡률 반경으로 반복적 및 가역적으로 180°굽힐 수 있는 입력기기.
  52. 제 50 항 또는 제 51 항에 있어서, 기판이 중합체 기판인 입력기기.
  53. 제 52 항에 있어서, 중합체 도광부가 중합체 기판의 Tg보다 낮은 Tg를 갖는 입력기기.
  54. 제 47 항 내지 제 53 항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 도광부가 50 ℃ 미만, 더 바람직하게는 25 ℃ 미만, 가장 바람직하게는 10 ℃ 미만의 Tg를 갖는 입력기기.
  55. 제 47 항에 있어서, 중합체 도광부가 경화성 액체 중합체 물질을 기판 상에 침착시키고 그것을 경화시켜서 가교된 중합체 물질을 형성함으로써 형성된 입력기기.
  56. 제 55 항에 있어서, 경화성 액체 중합체 물질이 실질적으로 비휘발성인 입력기기.
  57. 제 55 항 또는 제 56 항에 있어서, 경화성 액체 중합체 물질이 용매를 전혀 함유하지 않는 입력기기.
  58. 제 56 항 또는 제 57 항에 있어서, 경화성 액체 중합체 물질이 UV 개시 자유 라디칼 중합에 의해 경화되는 입력기기.
  59. 제 58 항에 있어서, 경화성 액체 중합체 물질이 UV 리소그래피/습식 식각 및 성형으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 방법에 의해 처리되는 입력기기.
  60. 제 47 항 내지 제 59 항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 도광부가 0.5 ㎛ 내지 250 ㎛의 두께, 바람직하게는 3 ㎛ 내지 50 ㎛의 두께, 가장 바람직하게는 5 ㎛ 내지 25 ㎛의 두께를 갖는 입력기기.
  61. 제 52 항 내지 제 60 항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 기판이 80 ℃ 초과, 바람직하게는 150 ℃ 초과, 가장 바람직하게는 350 ℃ 초과의 Tg를 갖는 입력기기.
  62. 제 47 항 내지 제 61 항 중 어느 한 항에 있어서, 기판이 25 ㎛ 내지 1 ㎜의 두께, 바람직하게는 75 ㎛ 내지 250 ㎛의 두께, 가장 바람직하게는 약 175 ㎛의 두께를 갖는 입력기기.
  63. 제 47 항 내지 제 62 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합체 도광부와 상기 기판 사이에 하부 클래딩을 더 포함하는 입력기기.
  64. 제 47 항 내지 제 63 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합체 도광부의 적어도 일부와 접촉하는 상부 클래딩을 더 포함하는 입력기기.
  65. 제 47 항 내지 제 64 항 중 어느 한 항에 있어서, 광학 터치스크린 센서 형태의 입력기기.
  66. 제 65 항에 있어서, 사용자가 입력 영역과 상호작용함으로써 입력을 제공하는 입력기기.
  67. 제 66 항에 있어서, 사용자가 손가락 또는 스타일러스로 입력 영역과 상호작용하는 입력기기.
  68. 제 47 항 내지 제 67 항 중 어느 한 항에 있어서, 전자기기가 컴퓨터, 게임 또는 통신기기 또는 그의 하이브리드인 입력기기.
  69. 제 47 항 내지 제 68 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도파로 구조의 제 3 조의 도파로 및 상기 도파로 구조의 제 4 조의 도파로를 더 포함하고, 상기 광원이 광을 상기 제 3 조의 도파로에 커플링시키고, 상기 제 3 조의 도파로가 도파로에 커플링하는 광을 나아가게 하여 광 빔의 제 2 격자를 생성하고, 상기 광 빔의 제 2 격자가 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로 입력 영역을 횡단한 후, 상기 도파로 구조의 제 4 조의 도파로에 의해 상기 광 검출기의 광 검출 소자로 나아가는 입력기기.
  70. 제 69 항에 있어서, 상기 제 3 조의 도파로 및 제 4 조의 도파로 중 하나 이상이 도광부 및 기판을 포함하고, 상기 도광부가 입력기기의 작업 온도 미만의 Tg를 갖는 중합체로 이루어진 입력기기.
  71. 제 69 항에 있어서, 상기 입력 영역이 직사각형인 입력기기.
  72. 제 71 항에 있어서, 상기 제 2 방향이 상기 제 1 방향에 대해 수직인 입력기기.
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