KR101048815B1 - 터치 센싱 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치는 사각형상의 기판, 상기 기판 위에 형성되며, 상기 기판의 일측변에 인접하여 나란히 연장되는 주광로와 주광로의 연장방향과 수직방향으로 분기된 복수개의 분기광로로 이루어진 코어, 상기 주광로상에 분기광로의 분기위치에 배치되며, 상기 코어와 굴절율 차이를 갖고, 주광로로부터 분기광로 방향으로 입사광의 일부를 반사하도록 입사광에 대하여 지향각을 갖도록 형성되는 복수의 스플리터 및 상기 주광로가 인접 형성된 변의 대향변을 따라 배치되며, 분기광로의 출사단으로부터 수광 가능하도록 분기광로와 얼라인 된 복수의 광센서를 포함하며 상기 분기광로의 출사단과 광센서 사이에는 광로를 차단하는 물체가 개입될 수 있는 개방공간부가 형성된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 수신 채널의 수가 많아져도 광의 출력이 일정하고, 면적이 최소화 되며, 분기광로의 출사단과 광센서 사이에 개방공간부를 두어 터치 여부에 대하여 좀 더 정확한 센싱이 가능한 터치 센싱 장치를 제공한다.

Description

터치 센싱 장치{Touch sensing device}

본 발명은 광도파로에 관한 것으로, 더 상세하게는 평면형 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 평면 광 도파로에 있어서, 광 도파로를 따라 진행하는 단일 광 신호를 분리하여 여러 채널로 송신하고자 할 때 수신측 선단을 Y 자 형으로 분기하여 이용하고 있다. 즉, 수신측 선단을 Y자 형으로 분기하고, 분기된 갈래의 수신측 선단을 또 다시 Y자 형으로 분기하는 방식으로 원하는 수의 채널이 될 때까지 분기하는 방식이다.

상기와 같은 Y자형 분기방식은 광도파로의 면적이 비대해지는 문제가 있다. 특히, 터치 스크린을 채용하는 이동식 디지털 디바이스들이 소형화 되는 추세에 비추어 봤을 때 상기의 면적 비대의 문제는 치명적인 단점이 아닐 수 없다.

또한 기판상에 격자상으로 형성된 광도파 장치가 제안되어 있으나, 광로교차 지점에서 광손실이 커지는 단점이 나타난다.

본 발명은 간단한 구조를 이용하여 많은 수의 광 채널을 고밀도로 구비하되 채널간 광간섭이 없으며 터치영역에서의 터치 위치의 정확한 센싱이 가능한 터치패널을 제공하고자 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치는 사각형상의 기판, 상기 기판 위에 형성되며, 상기 기판의 일측변에 인접하여 나란히 연장되는 주광로와 주광로의 연장방향과 수직방향으로 분기된 복수개의 분기광로로 이루어진 코어,

상기 주광로상에 분기광로의 분기위치에 배치되며, 상기 코어와 굴절율 차이를 갖고, 주광로로부터 분기광로 방향으로 입사광의 일부를 반사하도록 입사광에 대하여 지향각을 갖도록 형성되는 복수의 스플리터 및 상기 주광로가 인접 형성된 변의 대향변을 따라 배치되며, 분기광로의 출사단으로부터 수광 가능하도록 분기광로와 얼라인 된 복수의 광센서를 포함하며 상기 분기광로의 출사단과 광센서 사이에는 광로를 차단하는 물체가 개입될 수 있는 개방공간부가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치에 있어서, 상기 코어보다 작은 굴절률을 갖는 물질로 상기 기판 위에 형성되며, 상기 코어의 광로 양측을 감싸도록 배치되는 클래딩을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치에 있어서, 상기 분기광로의 출사단은 볼록 곡면으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치에 있어서, 상기 분기광로의 출사단은 볼록렌즈 형태의 단말부가 부착되어 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치에 있어서, 상기 분기광로의 출사단의 볼록 곡면에 의하여 결정되는 초점거리는 출사단과 광센서 사이의 거리로부터 수렴오차범위 이내인 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치에 있어서, 상기 주광로의 일측단에 광원이 배치된 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센싱 장치는 사각형상의 기판, 상기 기판 위에 형성되며, 기판의 일측변과 인접하여 나란히 연장되는 주광로와 주광로의 연장방향과 수직방향으로 분기된 복수개의 분기광로로 이루어진 가로부와 상기 일측변과 수직한 다른 한변에 인접하여 나란히 연장되는 주광로와 주광로의 연장방향과 수직방향으로 분기된 복수개의 분기광로로 이루어진 세로부로 구성된 코어, 상기 주광로상에 분기광로의 분기위치에 배치되며, 상기 코어와 굴절율 차이를 갖고, 주광로로부터 분기광로 방향으로 입사광의 일부를 반사하도록 입사광에 대하여 지향각을 갖도록 형성되는 복수의 스플리터 및 상기 주광로가 인접 형성된 변의 대향변들을 따라 배치되며, 분기광로의 출사단으로부터 수광 가능하도록 분기광로와 얼라인 된 복수의 광센서를 포함하며 상기 분기광로의 출사단과 광센서 사이에는 광로를 차단하는 물체가 개입될 수 있는 개방공간부가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센싱 장치에 있어서, 상기 코어보다 작은 굴절률을 갖는 물질로 상기 기판 위에 형성되며, 상기 코어의 광로 양측을 감싸도록 배치되는 클래딩을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센싱 장치에 있어서, 상기 분기광로의 출사단은 볼록 곡면으로 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센싱 장치에 있어서, 상기 분기광로의 출사단은 볼록렌즈 형태의 단말부가 부착되어 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센싱 장치에 있어서, 분기광로의 출사단의 볼록 곡면에 의하여 결정되는 초점거리는 출사단과 광센서사이의 거리로부터 수렴오차범위 이내인 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센싱 장치에 있어서, 상기 주광로의 일측단에 광원이 배치된 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 의하면 수신 채널의 수가 많아져도 광의 출력이 일정하고, 면적이 최소화 되며, 분기광로의 출사단과 광센서 사이에 개방공간부로 된 터치영역을 두어 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 코어와 클래딩을 나타낸 평면모식도이다.
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 분기광로의 출사단의 모식도이다.
도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 출사단과 광센서사이의 거리로부터 수렴오차범위를 나타낸 모식도이다.
도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센싱 장치의 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 코어와 클래딩을 나타낸 평면모식도이다.

도 1 및 도 2 를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치는 기판(120), 코어(100), 주광로(101) 내부에 존재하는 스플리터(103) 및 광센서(110)로 이루어지며, 분기광로의 출사단과 광센서 사이에는 개방공간부인 터치영역이 형성되어 있다.

상기 기판(120)은 터치 센싱 장치로 동작하기 위하여 투명물질인 필름이나 강화유리로 형성이 가능하지만 이것에 한정되는 것은 아니며 불투명 기판을 응용할 수도 있다.

상기 코어(100)는 상기 기판(120) 위에 형성되는데, 상기 코어(100)는 주광로(101)와 출사단을 포함하는 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 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 스플리터(103)는 분기광로(102)의 수만큼 존재한다. 상기 분기광로(102)의 출사단으로부터 일정거리 이격되어 기판의 타측변을 따라 분기광로(102)와 얼라인 된 광센서(110)가 위치한다. 상기 기판 위에서 분기광로(102)의 출사단과 광센서 사이에는 개방공간부가 형성된다. 이 개방공간부는 터치영역이 되며, 손가락 등의 물체가 개입되어 광로가 차단되는 위치를 광센서(110)의 광량 측정에 의하여 검출한다.

도 2 및 도 3 을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치는 상기 코어(100)보다 작은 굴절률을 갖는 물질로 상기 기판(120) 위에 형성되며, 상기 코어(100)의 적어도 광로 양측을 감싸도록 배치되는 클래딩(130)을 포함한다.

상기 클래딩(130)은 상기 코어(100)을 이루는 물질과의 굴절률 차를 가지며 이로 인하여 내부 전반사가 발생하여 광신호가 전달되는 것이다. 본 실시예에서는 클래딩(130)이 코어 물질보다 굴절률이 작은 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 분기광로의 출사단의 모식도이고, 도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 출사단과 광센서사이의 거리로부터 수렴오차범위(E1,E2)를 나타낸 모식도이다.

도 4 를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치의 출사단은 볼록 곡면(140)으로 형성되거나, 볼록렌즈 형태의 단말부(150)가 부착되어 형성될 수 있다. 분기광로의 출사단이 볼록 곡면(140)으로 형성되거나, 볼록렌즈 형태의 단말부(150)가 부착되어 분기광로의 출사단은 출사광에 대하여 볼록렌즈의 기능을 갖는다. 즉, 분기광로 내부로 진행하던 빛이 분기광로의 출사단을 지나면서 출사단의 볼록렌즈 형태의 곡면을 지나게 되고, 곡면을 지난 빛은 곡면의 초점 방향으로 굴절이 되고, 이로 인하여 출사단의 대향변에 존재하는 광센서(110)로의 평행광 출사가 가능하게 된다.

도 4 및 도 5 를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 장치의 분기광로(102)의 출사단의 볼록 곡면(140,150)에 의하여 형성되는 초점거리는 출사단과 광센서(110) 사이의 거리에 대응하는 것이 바람직하며, 적어도 상기 거리의 수렴오차범위(E1,E2) 이내이어야 한다. 즉, 출사단의 대향변에 존재하는 광센서가 출사단에서 출사되는 빛을 감지하기 위해서는 광센서의 수렴오차범위(E1,E2) 이내에서 초점거리가 형성되어야 한다. 만일 초점거리가 수렴오차범위(E1,E2)내에서 형성되지 않는다면 광 단면이 광센서의 수광 면적보다 커져서 광센서의 센싱의 신뢰도가 저하된다.

도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센싱 장치의 모식도이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센싱 장치는 사각형상의 기판(미도시), 상기 기판 위에 형성되며, 기판의 일측변과 인접하여 나란히 연장되는 주광로(101)와 주광로의 연장방향과 수직방향으로 분기된 복수개의 분기광로(102)로 이루어진 가로부(100)와 상기 일측변과 수직한 다른 한변에 인접하여 나란히 연장되는 주광로(201)와 주광로의 연장방향과 수직방향으로 분기된 복수개의 분기광로(202)로 이루어진 세로부(200)로 구성된 코어(100,200)를 갖는다.

상기 주광로상에 분기광로의 분기위치에 배치되며, 상기 코어와 굴절율 차이를 갖고, 주광로로부터 분기광로 방향으로 입사광의 일부를 반사하도록 입사광에 대하여 지향각을 갖도록 형성되는 복수의 스플리터(103,203) 및 상기 주광로가 인접 형성된 변의 대향변들을 따라 배치되며, 분기광로의 출사단으로부터 수광 가능하도록 분기광로와 얼라인 된 복수의 광센서(110,210)를 포함하며 상기 분기광로의 출사단과 광센서 사이에는 광로를 차단하는 물체가 개입될 수 있는 개방공간부인 터치영역이 형성되는 것은 앞서의 실시예와 동일하다.

상기 가로부와 세로부의 주광로에는 각각 주광로의 일측단에 배치된 광원(L1,L2)에 의하여 광공급이 이루어진다. 한편 상기 주광로가 인접 형성된 변의 대향변을 따라 배치된 복수의 광센서에 의하여 광량 변화의 검출이 가능하다. 만일 상기 개방공간부에 손가락(F) 등에 의하여 빛이 차단될 경우 차단된 광로상에 얼라인 된 광센서에 입사되는 빛이 차단 되고 해당 체널의 광센서에 광량 변화가 검출되므로 터치영역에서 손가락의 2차원적 접촉위치를 결정할 수 있게 된다.

삭제

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 : 코어(가로부) 101 : 주광로
102 : 분기광로 103 : 스플리터
110 : 광센서 120 : 기판
130 : 클래딩 140 : 볼록곡면
150 : 볼록렌즈형태의 단말부
200 : 코어(세로부) 201 : 주광로
202 : 분기광로 203 : 스플리터
E1,E2 : 수렴오차범위 L1,L2 : 광원

Claims (14)

1. 사각형상의 기판;
   상기 기판 위에 형성되며, 상기 기판의 일측변에 인접하여 나란히 연장되는 주광로와 주광로의 연장방향과 수직방향으로 분기된 복수개의 분기광로로 이루어진 코어;
   상기 주광로상에 분기광로의 분기위치에 배치되며, 상기 코어와 굴절율 차이를 갖고, 주광로로부터 분기광로 방향으로 입사광의 일부를 반사하도록 입사광에 대하여 지향각을 갖도록 형성되는 복수의 스플리터; 및
   상기 주광로가 인접 형성된 변의 대향변을 따라 배치되며, 분기광로의 출사단으로부터 수광 가능하도록 분기광로와 얼라인 된 복수의 광센서;를 포함하며 상기 기판 상에서 상기 분기광로의 출사단과 광센서 사이에는 광로를 차단하는 물체가 개입될 수 있는 개방공간부인 터치영역이 형성되며,
   상기 분기광로의 출사단은 볼록 곡면으로 형성되고, 이 볼록 곡면에 의하여 형성되는 초점거리는 출사단과 광센서 사이의 거리로부터 수렴오차범위 이내인 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 코어보다 작은 굴절률을 갖는 물질로 상기 기판 위에 형성되며, 상기 코어의 광로 양측을 감싸도록 배치되는 클래딩을 더 포함하는 터치 센싱 장치.
   
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 분기광로의 출사단은 볼록렌즈 형태의 단말부가 부착되어 형성된 터치 센싱 장치.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 주광로의 일측단에 광원이 배치된 터치 센싱 장치.
   
8. 사각형상의 기판;
   상기 기판 위에 형성되며, 기판의 일측변과 인접하여 나란히 연장되는 주광로와 주광로의 연장방향과 수직방향으로 분기된 복수개의 분기광로로 이루어진 가로부와 상기 일측변과 수직한 다른 한변에 인접하여 나란히 연장되는 주광로와 주광로의 연장방향과 수직방향으로 분기된 복수개의 분기광로로 이루어진 세로부로 구성된 코어;
   상기 주광로상에 분기광로의 분기위치에 배치되며, 상기 코어와 굴절율 차이를 갖고, 주광로로부터 분기광로 방향으로 입사광의 일부를 반사하도록 입사광에 대하여 지향각을 갖도록 형성되는 복수의 스플리터; 및
   상기 주광로가 인접 형성된 변의 대향변들을 따라 배치되며, 분기광로의 출사단으로부터 수광 가능하도록 분기광로와 얼라인 된 복수의 광센서;를 포함하며 상기 기판 상에서 상기 분기광로의 출사단과 광센서 사이에는 광로를 차단하는 물체가 개입될 수 있는 개방공간부인 터치 영역이 형성되며,
   상기 분기광로의 출사단은 볼록 곡면으로 형성되고, 이 볼록 곡면에 의하여 형성되는 초점거리는 출사단과 광센서 사이의 거리로부터 수렴오차범위 이내인 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 코어보다 작은 굴절률을 갖는 물질로 상기 기판 위에 형성되며, 상기 코어의 광로 양측을 감싸도록 배치되는 클래딩을 더 포함하는 터치 센싱 장치.
   
10. 삭제
11. 제 8 항에 있어서,
    상기 분기광로의 출사단은 볼록렌즈 형태의 단말부가 부착되어 형성된 터치 센싱 장치.
    
12. 삭제
13. 삭제
14. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 주광로의 일측단에 광원이 배치된 터치 센싱 장치.

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