KR100868824B1 - 광학방식 터치스크린 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학방식 터치스크린에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광학방식 터치스크린은, 중앙에는 평판상의 관측부(22)가 형성되고, 가장자리에는 상기 관측부(22)보다 상부로 돌출된 단차부(23)가 형성되며, 상기 단차부(23)의 내측에 공간부(24)가 형성된 화면기판(2)과; 상기 화면기판(2)의 공간부(24)에 삽입되어 상기 단차부(23)를 통해 상기 관측부(22)의 상면을 경유하여 발광과 수광이 수행되도록 쌍으로 설치되는 발광부(4) 및 수광부(6)와; 상기 화면기판(2) 중에서 관측부(22)와 단차부(23)의 경계부위에 매설되어 상기 발광부(4) 및 수광부(6)의 광 전달을 차폐시키는 광 차폐부(8)로 구성된 것을 특징으로 한다.

광학, 터치, 단차, 발광, 수광, 차폐

Description

광학방식 터치스크린{optical type touch-screen}

도 1은 종래의 광학방식 터치스크린의 구조를 나타낸 단면도.

도 2는 종래 광학방식 터치스크린을 이용한 검출방법의 개략적인 원리를 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 따른 광학방식 터치스크린에 대한 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 광학방식 터치스크린의 구동 개념을 나타낸 평면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

2 : 화면기판 4 : 발광부

6 : 수광부 8 : 광차폐부

9 : 광 차폐용 프레임 22 : 관측부

23 : 단차부 24 : 공간부

42 : 발광소자 62 : 수광소자

본 발명은 광학방식 터치스크린에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화면기판의 x-축과 y-축의 가장자리에 설치되는 발광부와 수광부를 화면기판과 동일 평면상에 배치하여 슬림화시킴으로써 소형 기기에 적용이 가능하도록 한 광학방식 터치스크린에 관한 것이다.

근래들어 GUI (Graphic User Interface) 시스템의 발달 및 대중화에 따라 입력이 간단한 터치스크린(Touch Screen)의 사용이 보편화되고 있다.

터치스크린에는 크게 저항막방식, 정전용량방식, 광학방식, 초음파방식, Electromagnetic방식, Vector Force방식 등이 있는데 각 방식마다 각기 장단점을 지니고 있다.

이들을 간략하게 살펴보면, 저항막방식은 두 개의 기판사이의 투명도전막이 접촉되어 동작하는 방식으로 현재까지 나온 터치스크린 방식 중에 가장 손쉽게 구현이 가능하고 성능이 뛰어나지만, 기계적 및 환경적 신뢰성이 떨어지는 단점이 있다.

초음파방식 역시 광센서방식과 비슷하게 음파발생 소자와 음파인식 소자 사이의 음파 경로가 차단될 때 위치를 판별하는 방식으로 공장의 소음 또는 노이즈에 취약한 단점이 있다.

Electromagnetic방식은 Faraday법칙의 자석과 기전력 발생 원리를 이용한 방식으로써, 각기 위치별로 코일에 흐르는 전류의 양을 판단하여 좌표를 계산한다. 코일에 교류의 신호를 인가해야 하므로 특수 전용펜을 필요로 한다.

정전용량방식은 센서전극과 손가락 사이에 정전용량변화에 따라 흐르는 미세한 전류를 감지하여 위치를 판별하는 방식으로 노이즈 신호에 취약한 단점이 있으 나, 환경적 신뢰성에 강하고 상부 Barrier Layer를 변경함에 따라 기계적 신뢰성도 자유롭게 바꿀 수가 있는 장점이 있다.

광학방식은 원리적으로 터치 인식을 위한 필름(Film) 등을 사용하지 않기 때문에 투과율은 100%이다. 또한 다른 방식의 터치패널을 부착시 나타나는 반사 및 휘도의 저하, 표시의 번짐 등이 발생하지 않는다. 디스플레이에서 투과율과 휘도의 유지는 품질의 중요한 인자가 되는바, 이러한 고품질의 디스플레이 구성에 적합하다.

또한 광학방식 터치패널은 좌표의 검출방식이 빛을 막는 방식이기 때문에, 물리적 접촉 및 전기적 접촉에 의한 검출이 아니므로 센서에 부하가 걸리지 않는다. 이에 따라 신뢰성이 높아 공장 감시나 각종 자동화기기 및 금융단말기 등에 이용되며, 필름이나 ITO보호막 등과 같은 재질을 사용하지 않기 때문에 상처나 외부 충격에 대한 내구성이 커서 오작동 등의 에러 가능성이 낮은 장점이 있다.

도 1은 종래의 광학방식 터치스크린의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 광학방식 터치스크린(A')은, 유리나 플라스틱 등의 재질로 된 화면기판(2')과, 상기 화면기판(2')의 x축 가장자리 위에 설치되며 적외선 빔을 발사하는 LED(42')가 장착된 PCB(60')로 구성된 LED센서모듈(4')과, 상기 화면기판(2')의 맞은편 가장자리 위에 설치되며 적외선 빔을 받아서 전기적 신호로 처리하는 포토트랜지스터 센서(62')들이 장착된 PCB(60')로 구성된 포토트랜지스터 센서모듈(6')이 탑재되어 있고, 각각의 센서모듈(4',6')은 광 차폐용 프레임(9')으로 둘러싸여 외부 광의 유입을 막는다.

적외선 LED에서 발생된 적외선 광은 광 투과 필터를 거쳐 마주보는 포토 트랜지스터 센서로 전달되며, 각각의 센서모듈은 외부의 광 노이즈를 피하기 위한 수단으로 광 투과막 깊숙이 장착되어 진다.

화면기판은 받침구조물의 역할과 외부 충격으로부터의 보호막의 역할을 할 수 있으며, 충격에 강한 매우 두터운 구조로 되어 있다.

도 2는 종래 광학방식 터치스크린을 이용한 검출방법의 개략적인 원리를 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 LED센서모듈(4')에서 발광되는 적외선 빔은 복수의 포토트랜지스터 센서모듈(6')에 입력되는 구조로 되어있으며, 이때 각각의 센서 쌍들을 순차적으로 점등하며, 동작을 검출한다.

점등된 적외선 빔은 손가락 등으로 차단된 상태를 X-축, Y-축에서 검출하고, 컴퓨터에 송신하는 것에 의해, 터치된 위치를 파악할 수 있게 된다.

그러나, 상기 종래 기술은 매우 두터운 기판 위에 모듈기판 및 복잡한 구동회로가 일체화 되어 장착되는 구조를 가지며, 이로 인하여 터치 패널의 구성이 복잡하고 부피가 매우 커지게 되므로 소형기기에는 적용이 불가한 문제점이 있었다.

또한, 터치패널의 정밀도는 센서 쌍들의 배열 간극에 의하여 결정되는데, 상기 종래 기술은 터치 위치 판독시 빛의 차단된 상태를 디지털 형태의 위치 판독으로 정밀도가 매우 낮은 문제점이 있었다.

그리고, 센서에서의 검출 안정도를 높이기 위하여, 전류 적분방식을 취하게 되는데, 각 센서의 스위칭 및 전류 량의 적분시간이 길어 응답이 매우 느리므로 빠 른 터치나 OS 상에서의 더블 클릭 등은 구현이 매우 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 화면기판의 x축과 y축의 가장자리에 설치되는 발광부와 수광부를 화면기판과 동일한 평면상에 배치함으로써 수직 구조를 슬림화시킬 수 있어 터치 패널의 소형화가 가능하여 이를 통해 기기의 소형화를 구현할 수 있는 광학방식 터치스크린을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 갖는 본 발명은, 중앙에는 평판상의 관측부가 형성되고, 가장자리에는 상기 관측부보다 상부로 돌출된 단차부가 형성되며, 상기 단차부의 내측에 공간부가 형성된 화면기판과; 상기 화면기판의 공간부에 삽입되어 상기 단차부를 통해 상기 관측부의 상면을 경유하여 발광과 수광이 수행되도록 쌍으로 설치되는 발광부 및 수광부와; 상기 화면기판 중에서 관측부와 단차부의 경계부위에 매설되어 상기 발광부 및 수광부의 광 전달을 차폐시키는 광 차폐부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광학방식 터치스크린에 의해 달성될 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 3은 본 발명에 따른 광학방식 터치스크린에 대한 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 광학방식 터치스크린의 구동 개념을 나타낸 평면도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광학방식 터치스크린(A) 은, 중앙에는 평판상의 관측부(22)가 형성되고, 가장자리에는 상기 관측부(22)보다 상부로 돌출된 단차부(23)가 형성되며, 상기 단차부(23)의 내측에 공간부(24)가 형성된 화면기판(2)과; 상기 화면기판(2)의 공간부(24)에 삽입되어 상기 단차부(23)를 통해 상기 관측부(22)의 상면을 경유하여 발광과 수광이 수행되도록 쌍으로 설치되는 발광부(4) 및 수광부(6)와; 상기 화면기판(2) 중에서 관측부(22)와 단차부(23)의 경계부위에 매설되어 상기 발광부(4) 및 수광부(6)의 광 전달을 차폐시키는 광 차폐부(8)로 구성된다.

화면기판(2)은 투광성을 갖는 유리 또는 플라스틱을 재질로 하며, 정사각형 또는 직사각형의 판상으로 형성되는 것으로, 중앙에는 장방형의 관측부(22)가 마련되고, 상기 관측부(22)의 가장자리인 4측변에 단차부(23)가 형성된다.

상기 단차부(23)는 관측부(22)보다 상방으로 돌출되게 형성되되, 관측부(22)와 경사면(232)으로 이어지도록 형성된다.

상기 경사면(232)은 관측부(22)에서 단차부(23)로 갈수록 상향 경사지게 형성된다.

상기 단차부(23)의 상면에는 광 차폐용 프레임(9)이 설치됨으로써 빛이 외부로 방출되지 않도록 차단시킨다.

상기 발광부(4) 및 수광부(6)는 PCB(60) 상에 발광소자(42) 및 수광소자(62)가 구비된 것으로, 발광소자(42)는 적외선 LED가 사용되고, 수광소자(62)는 포토트랜지스터가 사용된다.

상기 광 차폐부(8)는 상기 발광부(4) 및 수광부(6)의 광 전달을 차폐하도록 화면기판(2)에 설치되되, 바람직하게는 상기 발광부(4) 및 수광부(6)의 하부측 2/4 ~ 3/4을 차폐할 수 있어야 한다.

따라서, 발광부(4) 및 수광부(6)의 빛의 전달은 광 차폐부(8)에 의해 화면기판(2) 내부로는 전달될 수 없으며, 상기 단차부(23)의 경사면(232)을 통해서만 가능하게 되므로, 광의 방사 및 입사는 관측부(22)의 상면에 근접하여 이루어지게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

화면기판(2)의 관측부(22) 및 단차부(23)의 경계부위에 광 차폐부(8)를 매립하는데, 광 차폐부(8)는 x-축 및 y-축에 모두 설치될 수 있고, 또는 어느 한쪽에만 설치될 수 있다.

이후, 화면기판(2)의 단차부(23) 내에 마련된 공간부(24)에 발광부(4) 및 수광부(6)를 삽입하여 다수개의 발광소자(42) 및 수광소자(62)가 경사면(232)을 통해 서로 마주보도록 설치함으로써 빛의 방사 및 입사가 이루어질 수 있도록 한다.

즉, x-축의 마주보는 단차부(23)에 각기 발광부(4)와 수광부(6)를 설치함으로써 x-축의 좌표가 형성되도록 하고, y-축의 마주보는 단차부(23)에 각기 발광부(4)와 수광부(6)를 설치하여 y-축의 좌표가 형성되도록 한다.

이후, 단차부(23)의 상면에 광 차폐용 프레임(9)을 설치하여 본 발명의 결합을 완료한다.

이후, 사용자가 화면기판(2)의 관측부(22)에서 특정 부위를 손가락으로 터치하면, 해당 부위의 광의 전달이 차단됨으로써 정확한 좌표를 계산할 수 있으며, 이 때 발생된 신호는 제어부(미도시)로 전달되어 동작을 수행하게 된다.

이와 같이 본 발명은 기존의 광학식 터치의 수직구조를 개선하여 기판과 센서가 동일 평면상에 배치되도록 함으로써, 기판과 모듈기판의 적층구조에서 나타나는 단차를 개선하고, 또한 기판의 두께가 센서 모듈의 두께 보다 얇은 형태를 가지므로, 현재의 반도체 센서가 1mm 정도인 점을 감안하면 경박단소화를 지향하는 장점을 갖게 되며, 제품 구성시 기구적인 문제점으로 지적되는 단차의 높이를 본 발명은 광 투과 영역의 높이를 낮게 하는 구조로 하여 터치패널 표면과 투과영역의 단차를 거의 없애도록 함으로서 전체 구조가 대등한 높이로 되는 윈도 터치 패널의 구성이 가능하다. 또한 소형화 기기의 윈도 형태의 패널의 구현이란 측면에서 매우 짧은 거리에서의 광 전달에서 충분한 광량을 전달 할 수 있다.

본 발명은 상기 언급된 바람직한 실시 예와 관련하여 설명되어 졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 기존의 광학식 터치의 수직구조를 개선하여 기판과 센서가 동일 평면상에 배치되도록 함으로써, 기판과 모듈기판의 적층구조에서 나타나는 단차를 개선하고, 또한 기판의 두께가 센서 모듈의 두께 보다 얇은 형태를 가지므로, 경박단소화를 지향하는 장점을 갖게 되는 동시에 제품 구성시 기구적인 문제점으로 지적되는 단차의 높이를 광 투과 영역의 높이를 낮게 하는 구조로 하여 터치패널 표면과 투과영역의 단차를 거의 없애도록 함으로서 전체 구조가 대등한 높이로 되는 윈도 터치 패널의 구성을 가능하게 하여 슬림화시킬 수 있어 다양한 기기에 보다 소형화된 터치 패널을 제공하여 구성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 중앙에는 평판상의 관측부(22)가 형성되고, 가장자리에는 상기 관측부(22)보다 상부로 돌출된 단차부(23)가 형성되며, 상기 단차부(23)의 내측에 공간부(24)가 형성된 화면기판(2)과;

   상기 화면기판(2)의 공간부(24)에 삽입되어 상기 단차부(23)를 통해 상기 관측부(22)의 상면을 경유하여 발광과 수광이 수행되도록 쌍으로 설치되는 발광부(4) 및 수광부(6)와;

   상기 화면기판(2) 중에서 관측부(22)와 단차부(23)의 경계부위에 매설되어 상기 발광부(4) 및 수광부(6)의 광 전달을 차폐시키는 광 차폐부(8)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광학방식 터치스크린.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 단차부(23)는 상기 관측부(22)와 이어지며 외측을 향해 경사지게 형성된 경사면(232)이 구비된 것을 특징으로 하는 광학방식 터치스크린.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 발광부(4) 및 수광부(6)는 상기 단차부(23)의 경사면(232)을 통해 광의 방사 및 입사가 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 광학방식 터치스크린.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 광차폐부(8)는 발광부(4) 및 수광부(6)의 소자 높이 보다 낮게하여 광 통과 경로를 형성한 것을 특징으로 하는 광학방식 터치스크린.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 광 차폐부(8)는 발광부(4) 및 수광부(6) 양측에 대응되게 형성된 것을 특징으로 하는 광학방식 터치스크린.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 광 차폐부(8)는 발광부(4) 및 수광부(6) 중 택일된 어느 하나에만 설치된 것을 특징으로 하는 광학방식 터치스크린.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 단차부(23)의 상면에는 광 차폐용 프레임(9)이 설치된 것을 특징으로 하는 광학방식 터치스크린.

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