KR101048812B1 - 2 층 구조의 터치 센싱 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치는 사각형상의 기판, 상기 기판 위에 형성되며, 기판의 일측변과 인접하여 나란히 연장되는 주광로와 주광로의 연장방향과 수직방향으로 분기된 복수개의 분기광로로 이루어진 제 1 코어,
제 1 코어보다 작은 굴절률을 갖는 물질로서 상기 기판 위에 형성되며, 제 1 코어의 광로 횡방향 양측을 감싸도록 배치되는 제 1 클래딩 및 상기 제 1 코어의 주광로상에 분기광로의 분기위치에 배치되며, 상기 제 1 코어와 굴절율 차이를 갖고, 제 1 코어의 주광로로부터 제 1 코어의 분기광로 방향으로 입사광의 일부를 반사하도록 입사광에 대하여 지향각을 갖도록 형성되는 복수의 스플리터를 포함하는 제 1 도파층 및 제 1 도파층 위에 형성되며, 상기 일측변과 수직한 다른 한변에 인접하여 나란히 연장되는 주광로와 주광로의 연장방향과 수직방향으로 분기된 복수개의 분기광로로 이루어진 제 2 코어, 제 2 코어보다 작은 굴절률을 갖는 물질로서 상기 기판 위에 형성되며, 제 2 코어의 광로 횡방향 양측을 감싸도록 배치되는 제 2 클래딩 및 상기 제 2 코어의 주광로상에 분기광로의 분기위치에 배치되며, 상기 제 2 코어와 굴절율 차이를 갖고, 제 2 코어의 주광로로부터 제 2 코어의 분기광로 방향으로 입사광의 일부를 반사하도록 입사광에 대하여 지향각을 갖도록 형성되는 복수의 스플리터를 포함하는 제 2 도파층을 포함한다. 본 발명은 제 1 도파층과 제 2 도파층으로 이루어진 광도파로를 이용하여 광로 교차 지점에서 광손실이 없으며, 광손실로 인한 센싱효율저하 및 디텍팅 에러가 발생하지 않아 터치 영역에서의 터치 위치의 정확한 센싱이 가능한 터치 패널을 제공하고자 한다.

Description

2 층 구조의 터치 센싱 장치{Touch sensing device having 2-layer structure}
본 발명은 광도파로에 관한 것으로, 더 상세하게는 2층으로 구성된 광도파로 장치에 관한 것이다.
최근에 광신호의 분기, 변조, 스윗칭, 신호 다중화 등의 광신호 처리를 목적으로 평면 도파로 기술을 이용하여 평면 기판상에 광 도파로를 제작하는 기술에 대하여 많은 연구가 이루어 지고 있다. 이러한 광 도파로 소자를 제작하기 위하여 필요한 기술로서는 도파로의 설계, 제작 및 패키지등을 예로 들 수 있다.
일반적인 광 도파로는 광파를 가두고 길이방향으로 손실이 적게 전파시키는 광 전송로로서, 굴절율이 큰 코어와, 코어를 둘러싸고 있는 굴절율이 낮은 클래딩으로 구성되어, 상기 코어와 클래딩의 굴절율 차에 의한 내부 반사를 기본 원리로 하여 광 신호를 전달하게 되는 원리를 갖는다.
상기와 같은 광도파로를 기판위에 격자상 그리드 형태로 배치하여 코어를 형성하고, 상기 코어의 횡방향 양측을 감싸도록 클래딩을 배치하고, 상기 그리드의 최외곽 광로 중 인접하는 2 개의 광로의 각 분기지점에 배치되며, 상기 코어와 굴절율의 차이를 갖는 물질로 구성된 스플리터를 이용하여 터치 스크린용 광 도파로의 제작이 가능하다.
상기와 같이 단층의 격자상 그리드 형태로 배치하면 광로 내부에서 전반사가 일어남에도 불구하고 광로교차 지점에서 광손실이 발생하는 문제점이 있어 센싱효율의 저하 및 터치 위치 검출 에러가 유발될 수 있다.
본 발명은 2 층으로 이루어진 광도파로를 이용하여 광로 교차 지점에서 광손실이 없으며, 광손실로 인한 센싱효율저하 및 검출 에러가 발생하지 않는 터치 패널을 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치는 사각형상의 기판, 상기 기판 위에 형성되며, 기판의 일측변과 인접하여 나란히 연장되는 주광로와 주광로의 연장방향과 수직방향으로 분기된 복수개의 분기광로로 이루어진 제 1 코어, 제 1 코어보다 작은 굴절률을 갖는 물질로서 상기 기판 위에 형성되며, 제 1 코어의 광로 횡방향 양측을 감싸도록 배치되는 제 1 클래딩 및 상기 제 1 코어의 주광로상에 분기광로의 분기위치에 배치되며, 상기 제 1 코어와 굴절율 차이를 갖고, 제 1 코어의 주광로로부터 제 1 코어의 분기광로 방향으로 입사광의 일부를 반사하도록 입사광에 대하여 지향각을 갖도록 형성되는 복수의 스플리터를 포함하는 제 1 도파층 및 제 1 도파층 위에 형성되며, 상기 일측변과 수직한 다른 한변에 인접하여 나란히 연장되는 주광로와 주광로의 연장방향과 수직방향으로 분기된 복수개의 분기광로로 이루어진 제 2 코어, 제 2 코어보다 작은 굴절률을 갖는 물질로서 상기 기판 위에 형성되며, 제 2 코어의 광로 횡방향 양측을 감싸도록 배치되는 제 2 클래딩 및 상기 제 2 코어의 주광로상에 분기광로의 분기위치에 배치되며, 상기 제 2 코어와 굴절율 차이를 갖고, 제 2 코어의 주광로로부터 제 2 코어의 분기광로 방향으로 입사광의 일부를 반사하도록 입사광에 대하여 지향각을 갖도록 형성되는 복수의 스플리터를 포함하는 제 2 도파층을 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치에 있어서, 제 1 코어의 주광로 및 제 2 코어의 주광로 일측단에 광원이 배치되고, 상기 제 1 및 제 2 코어의 주광로가 인접 형성된 변의 대향변들을 따라 배치되며, 제 1 및 제 2 코어의 분기광로의 출사단으로부터 수광 가능하도록 배치된 복수의 광센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치에 있어서, 상기 제 1층과 제 2층은 접착층에 의하여 접착되며, 접착층의 굴절율은 제 1 코어 및 제 2 코어의 각 굴절율보다 작을 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치에 있어서, 상기 접착층은 제 1 클래딩과 동일한 재료인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치에 있어서, 상기 스플리터는 제 1 클래딩 또는 제 2 클래딩과 동일한 굴절률을 갖는 물질로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
삭제
본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치에 있어서, 상기 기판은 수지필름 또는 유리가 사용될 수 있다.
본 발명의 터치패널은 2 층으로 이루어진 광도파로를 이용하여 광로 교차 지점에서 광손실이 없으며, 광손실로 인한 센싱효율저하 및 디텍팅 에러가 발생하지 않아 터치 영역에서의 터치 위치의 정확한 센싱이 가능하다.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치의 모식도이다.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치의 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치의 동작상태를 설명하는 모식도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이제 본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기도 한다.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치의 모식도이고, 도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치의 단면도이며, 도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치의 동작상태를 설명하는 모식도이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치는 기판(120), 제 1 도파층(140) 및 제 2 도파층(160)으로 구성되어 있다. 상기 기판위에 형성되는 제 1 도파층(140)은 주광로(101)와 분기광로(102)로 구성된 제 1 코어(100) 및 제 1 코어의 광로 횡방향 양측을 감싸도록 배치되는 제 1 클래딩(130)으로 구성된다. 또한 제 1 코어의 주광로상에 분기광로의 분기위치에 배치되는 스플리터(103)를 포함한다.
상기 기판(120)은 터치 센싱 장치로 동작하기 위하여 투명물질인 필름이나 강화유리로 형성이 가능하지만 이것에 한정되는 것은 아니며 불투명 기판을 응용할 수도 있다.
제 2 도파층(160)는 제 1 도파층(140) 과 동일한 구조를 가지며, 제 1 도파층(140) 위에 형성된다. 다만, 제 2 도파층(160)의 주광로(201)는 제 1 도파층(140)의 주광로(101)와 연장방향이 상호 수직이 되도록 배치된다.
이하에서는 제 1 도파층(140)을 기준으로 그 구조를 더욱 상세히 설명한다.
제 1 코어(100)는 상기 기판(120) 위에 형성되는데, 제 1 코어(100)는 주광로(101)와 분기광로(102)로 이루어져 있으며, 상기 주광로(101) 내부에 존재하는 스플리터(103)가 주광로의 일측단에 배치된 광원(L1)으로부터 입사된 입사광이 주광로(101)를 전반사하며 진행할 때, 진행하는 입사광을 분기광로(102)방향으로 분기시킨다.
상기 스플리터(103)가 주광로(101)상을 전반사하며 진행하는 입사광을 분기광로(102) 방향으로 분기시키기 위하여, 상기 스플리터(103)는 제 1 코어(100)와 굴절율의 차이를 가져야한다. 또한 주광로(101)의 연장방향의 수직방향으로 분기광로(102)가 복수개 존재하므로 입사광을 각 분기광로(102)로 주광로(101)에서 각각 분기시키기 위하여 상기 스플리터(103)는 분기광로(102)의 수만큼 존재한다.
제 1 코어(100)의 광로 횡방향 양측을 감싸도록 배치되는 제 1 클래딩(130)은 제 1 코어(100)을 이루는 물질과의 굴절률 차를 가지며 이로 인하여 내부 전반사가 발생하여 광신호가 전달되는 것이다. 본 실시예에서는 제 1 클래딩(130)이 제 1 코어(100) 물질보다 굴절률이 작은 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
앞서 설명한대로, 제 2 도파층(160)은 제 1 도파층(140)과 동일한 구조를 가지며, 제 1 도파층(140) 위에 형성된다.
한편, 제 1 코어의 주광로(101) 및 제 2 코어의 주광로(201) 일측단에 광원(L1,L2)이 배치되고, 상기 제 1 및 제 2 코어의 주광로가 인접 형성된 변의 대향변들을 따라 배치되며, 제 1 및 제 2 코어의 분기광로의 출사단으로부터 수광 가능하도록 복수의 광센서(110,210)가 배치된다.
도 2는 제 2 도파층(160)의 분기 광로(202)를 따라 절단된 터치 센싱 장치의 단면도를 나타낸다.
제 1 도파층(140)과 제 2 도파층(160)은 접착층(150)에 의하여 접착되며, 제 2 도파층(160)은 제 1 도파층(140)의 상부에 형성되며, 접착층(150)에 의하여 접착된다. 도 2는 접착층(150)을 도시하는데, 제 1 클래딩(130) 물질과 동일한 물질이 사용가능함은 물론이다.
제 1 도파층(140)의 상부에 제 2 도파층(160)이 결합하되 분기광로들이 서로 격자 구조를 이루어 터치 영역을 형성한다. 접착층의 물질이 제 1 클래딩(130)과 다른 물질이 사용될 때에는 접착층(150)의 굴절율은 제 1 및 제 2 코어의 각 굴절율보다 작은 것이 바람직하다.
도 1 내지 도 3 을 참조하여 본 발명의 동작을 설명하면, 만일 손가락 등에 의하여 제 2 도파층(160)의 상부에 접촉이 발생하게 되면 제 2 코어(200)의 분기광로(202)를 진행하는 빛의 전반사가 손상된다. 전반사가 손상된 해당 광로의 광센서(210)에는 광량 변화가 검출된다.
또한 접촉이 발생된 위치의 제 2 코어(200)의 분기광로(202)의 광로가 변형되면서 그 아래 제 1 도파층(140)에 존재하는 제 1 코어(100)의 분기광로(102)의 광로가 변형된다. 이러한 제 1 코어의 분기광로(102)의 변형으로 인하여 제 1 코어(100)의 분기광로(102)를 진행하는 빛의 전반사가 손상되며 해당 광로의 광센서(110)에서 광량변화가 검출 된다.
즉, 제 1 및 제 2 코어의 각 분기광로(102,202)에 얼라인 된 광센서(110,210)들이 변형이 일어난 위치를 지나는 제 1 및 제 2 코어의 분기광로의 광량변화를 감지하게 되고, 이를 이용하여 손가락 등이 접촉된 2차원적 위치를 검출할 수 있게 된다.
앞에서 설명된 본 발명의 일실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 아니된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
100 : 제 1 코어 101 : 제 1 코어의 주광로
102 : 제 1 코어의 분기광로 103 : 제 1 코어의 스플리터
110 : 광센서 120 : 기판
130 : 제 1 클래딩 140 : 제 1 도파층
150 : 접착층 160 : 제 2 도파층
200 : 제 2 코어 201 : 제 2 코어의 주광로
202 : 제 2 코어의 분기광로 203 : 제 2 코어의 스플리터
L1,L2 : 광원

Claims (7)

  1. 사각형상의 기판;
    상기 기판 위에 형성되며, 기판의 일측변과 인접하여 나란히 연장되는 주광로와 주광로의 연장방향과 수직방향으로 분기된 복수개의 분기광로로 이루어진 제 1 코어,
    제 1 코어보다 작은 굴절률을 갖는 물질로서 상기 기판 위에 형성되며, 제 1 코어의 광로 횡방향 양측을 감싸도록 배치되는 제 1 클래딩 및
    상기 제 1 코어의 주광로상에 분기광로의 분기위치에 배치되며, 상기 제 1 코어와 굴절율 차이를 갖고, 제 1 코어의 주광로로부터 제 1 코어의 분기광로 방향으로 입사광의 일부를 반사하도록 입사광에 대하여 지향각을 갖도록 형성되는 복수의 스플리터를 포함하는 제 1 도파층; 및
    제 1 도파층 위에 형성되며,
    상기 일측변과 수직한 다른 한변에 인접하여 나란히 연장되는 주광로와 주광로의 연장방향과 수직방향으로 분기된 복수개의 분기광로로 이루어진 제 2 코어,
    제 2 코어보다 작은 굴절률을 갖는 물질로서 상기 기판 위에 형성되며, 제 2 코어의 광로 횡방향 양측을 감싸도록 배치되는 제 2 클래딩 및
    상기 제 2 코어의 주광로상에 분기광로의 분기위치에 배치되며, 상기 제 2 코어와 굴절율 차이를 갖고, 제 2 코어의 주광로로부터 제 2 코어의 분기광로 방향으로 입사광의 일부를 반사하도록 입사광에 대하여 지향각을 갖도록 형성되는 복수의 스플리터를 포함하는 제 2 도파층;을 포함하며,
    상기 제 1 코어의 주광로 및 제 2 코어의 주광로 일측단에 광원이 배치되고,
    상기 제 1 및 제 2 코어의 주광로가 인접 형성된 변의 대향변들을 따라 배치되며, 제 1 및 제 2 코어의 분기광로의 출사단으로부터 수광 가능하도록 배치된 복수의 광센서를 포함하는 터치 센싱 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1층과 제 2층은 접착층에 의하여 접착되며, 접착층의 굴절율은 제 1 코어 및 제 2 코어의 각 굴절율보다 작은 터치 센싱 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 접착층은 제 1 클래딩과 동일한 재료인 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 스플리터는 제 1 클래딩 또는 제 2 클래딩과 동일한 굴절률을 갖는 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은 수지필름 또는 유리인 터치 센싱 장치.
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