KR101282353B1 - 광도파로 결합효과를 이용한 광 터치 패널 및 이의 제조방법 - Google Patents

광도파로 결합효과를 이용한 광 터치 패널 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

하부 기판; 상기 하부 기판의 모서리 영역에 위치한 광원; 상기 광원으로부터의 빛을 검출하기 위하여 상기 하부 기판의 다른 모서리 영역에 형성된 광검출기; 상기 광원과 광검출기의 사이에서 상하면에 각각의 광도파로를 구비하고 광 결합을 통하여 터치 부분을 인식하기 위한 터치 인식 광도파로 어레이부; 및 상기 광원으로부터 터치 인식 광도파로 어레이부를 연결하고, 상기 터치 인식부 광도파로 어레이와 상기 광검출기를 연결하는 채널 광도파로 연결부;를 포함하는 광도파로 결합효과를 이용한 광 터치 패널을 개시한다. 본 발명에서는 대면적 터치 패널을 저가의 공정으로 제작 가능한 구조를 제안하기 위하여 광 결합(optical coupling) 현상을 이용하고, 광도파로 어레이 구조를 최적화하여 광원과 광검출기의 수를 최소화한 광 터치 패널구조를 제안한다.

Description

광도파로 결합효과를 이용한 광 터치 패널 및 이의 제조방법 {Coupled Waveguide Optical Touch Panel and the method for preparing the same}
본 발명은 광도파로 결합효과를 이용한 광 터치 패널 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기적인 변화를 측정하는 것이 아니라 광신호를 이용하여 화면에 터치된 물체의 위치를 파악해 나가는 광도파로 결합효과를 이용한 광 터치 패널 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 들어 급속히 늘어나는 스마트폰이나 휴대용 컴퓨터 단말기에는 손이나 펜으로 디스플레이의 표면을 터치하여 정보를 입력하는 터치 패널 장치가 널리 채용되고 있다. 이러한 터치 패널은 LCD 또는 OLED 디스플레이의 표면에 펜이나 손가락이 접촉하였을때 발생하는 전극간의 저항이나 정전용량이 변화하는 것을 감지할 수 있는 센서를 바탕으로 구성하게 된다. 이와 같은 전기적 신호를 검출하는 방식의 터치 패널은 갈수록 대형화 되어가고 있는 디스플레이 기술에 적용하기에는 한계점을 지니고 있다. 또한 대표적인 투명전극으로 이용되는 ITO 박막의 제작 비용이 전체 터치패널 가격에서 차지하는 비중이 높은 것도 대형화를 어렵게 하는 요인이다. 이러한 대형 디스플레이에서 터치 기능을 구현하기 위한 기술로서 최근들어 다양한 형태의 광학식 터치 패널이 연구 개발되고 있다.
광학식 터치 패널은 광을 발생시키는 광원과 빛이 지나가는 통로 역할을 하는 광도파로 또는 자유공간, 그리고 터치로 인해 발생하는 광 분포의 변화를 검출하는 광검출기로 구성되어 진다. 다양한 구조로 이루어진 광학식 터치 패널에 대한 기존 특허는 다음과 같다.
여러 개의 광원을 순차적으로 점멸하면서 구동하고 디스플레이의 표면을 통과하여 광검출기에 다다른 광신호를 시간 축상에서 분석하여 어떤 위치에서 손가락 등의 물체가 디스플레이 표면에 닿았는지를 검출하는 기본적인 구조의 기술이 있다[Optical Touch Panel, IBM, US2009167724]. 또한 광섬유를 통하여 디스플레이의 주변부에 빛을 전송하고 일부분의 빛을 특정 부위에서 출력하여 디스플레이 내부로 전파시킨 후, 돌아오는 빛을 광섬유를 통하여 받아들인 후 최종적으로 광검출기에서 검출하는 형태의 기술도 있다[Optical touch panel, Lieberman Kolny et. al., Lumio Inc [US], KR20090077771(A)].
채널 광도파로 구조의 터치 검출 어레이를 형성하고 터치가 발생하는 지점에서 광도파로 간의 신호 누화가 발생하게 만들어서 빛이 검출되는 광도파로의 위치를 확인하는 방식의 구조도 있다[Optical waveguide, optical waveguide type touch panel and method of manufacturing the optical waveguide, Tanida Kasutoshi, et al., Fuji Xerox Co Ltd, JP2010151992(A)]. 또한 광도파로 구조를 이용하지 않고 자유 공간상에 콜리메이터와 반사경을 이용하여 디스플레이 상부에 광선 그리드를 형성하여 외부 물체의 터치로 인한 광신호 감쇄 현상을 검출하는 방식의 터치 패널도 개시되어 있다[Waveguide configurations for optical touch systems, Benjamin Cornish, et al., US2008/0074402 A1].
상기 여러 종류의 광학식 터치 패널 기술들은 패널의 주변부에서 생성된 빛이 광도파로를 따라 진행해 나가는 도중에 터치로 인해 영향을 받게 되는 광신호의 변화를 검출하는 방식이라는 점에서 유사점을 지니고 있다.
외부 압력에 의해 출력광의 세기가 변하게 되는 광압력 센서 구조와 관련된 기술은 본 발명자의 등록특허가 있다["방향성 광 결합을 이용한 광 압력 센서 및 이의 제조방법", 대한민국, 특허등록번호 10-1018198, 2011. 02. 21.] 상기 등록특허는 채널 광도파로와 상부 평면 광도파로 사이에 일어나는 감쇄파 (evanescent field) 결합 현상을 이용하여 외부에서 인가되는 압력을 측정하는 방식의 광압력 센서는 어레이 형태로 제작할 수 있음을 제안하고 있다. 그러나 제안된 방식으로 광학식 터치 패널을 구현하는 데에는 다수의 광원과 광검출기를 이용함으로써 구조가 복잡해진다는 문제, 광도파로 패턴으로 인한 화질의 저하문제, 광검출기를 연결하는 부분의 효율성이 낮다는 등의 여러 가지 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서 터치 패널의 구조를 단순화하면서도 화질의 저하문제를 방지하고 광검출기 연결부분의 효율성을 개선한 광 터치 패널을 제공한다.
본 발명의 다른 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서 터치 패널의 구조를 단순화하면서도 화질의 저하문제를 방지하고 광검출기 연결부분의 효율성을 개선한 광 터치 패널의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서 터치 패널의 구조를 단순화하면서도 화질의 저하문제를 방지하고 광검출기 연결부분의 효율성을 개선한 광 터치 패널을 채용한 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
하부 기판;
상기 하부 기판의 모서리 영역에 위치한 광원;
상기 광원으로부터의 빛을 검출하기 위하여 상기 하부 기판의 다른 모서리 영역에 형성된 광검출기;
상기 광원과 광검출기의 사이에서 상하면에 각각의 광도파로를 구비하고 광 결합을 통하여 터치 부분을 인식하기 위한 터치 인식 광도파로 어레이부; 및
상기 광원으로부터 터치 인식 광도파로 어레이부를 연결하고, 상기 터치 인식부 광도파로 어레이와 상기 광검출기를 연결하는 채널 광도파로 연결부;를 포함하는 광도파로 결합효과를 이용한 광 터치 패널을 제공한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
하부 기판을 준비하는 단계;
상기 하부 기판 상에 모서리 부분에 광원과 광검출기를 배치하고, 상기 광원과 광검출기를 연결하는 채널 광도파로 및 채널 연결용 광도파로를 형성하는 단계;
상기 채널 광도파로부터 이격된 위치에 스페이서를 형성하는 단계;
상기 스페이서의 상부에 터치 인식 상부 기판과 그 하면에 부착된 터치 인식용 광도파로를 올리는 단계; 및
상기 채널 연결용 광도파로 상부에 클래딩 재료를 도포하는 단계;를 포함하는 광도파로 결합효과를 이용한 광 터치 패널의 제조방법을 제공한다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 광도파로 결합효과를 이용한 광 터치 패널을 채용한 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 광도파로 패턴이 디스플레이 장치에서 화상의 화질을 저하시키는 것을 방지할 수 있으며, 손이나 펜 등으로 터치되는 압력을 센싱하기 위하여 광 결합(optical coupling) 현상을 이용하고, 광도파로 어레이 구조를 최적화하여 광원과 광검출기의 수를 최소화하고 광 터치 패널을 단순화하여 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 광 터치 패널의 평면도를 간략하게 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 광 터치 패널 단면의 일부분으로서 채널 광도파로 연결부와 터치인식 광도파로 어레이부를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 광 터치 패널에서 터치인식 광도파로 어레이부의 단면 구조를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광전파방법(Beam Propagation Method) 시뮬레이션 결과를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치인식 광도파로부의 간극 부분에 채워지는 굴절률 정합 용액 (index matching oil)의 굴절률에 따라 변화하는 광도파로의 투과 손실에 대한 실험 결과를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의하여 곡률 반경에 따른 전파 손실치의 손실 특성에 관한 설계 결과를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 광원에서 나온 빛을 여러 개의 광도파로로 전파시키기 위한 광분배기 구조를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 터치인식 광도파로 어레이부를 거쳐온 빛을 검출하기 위한 채널 연결용 광도파로와 광검출기 정렬구조를 도시한다.
이하 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
본 발명은 하부 기판; 상기 하부 기판의 모서리 영역에 위치한 광원; 상기 광원으로부터의 빛을 검출하기 위하여 상기 하부 기판의 다른 모서리 영역에 형성된 광검출기; 상기 광원과 광검출기의 사이에서 상하면에 각각의 광도파로를 구비하고 광 결합을 통하여 터치 부분을 인식하기 위한 터치 인식 광도파로 어레이부; 및 상기 광원으로부터 터치 인식 광도파로 어레이부를 연결하고, 상기 터치 인식부 광도파로 어레이와 상기 광검출기를 연결하는 채널 광도파로 연결부;를 포함하는 광도파로 결합효과를 이용한 광 터치 패널을 제공한다.
본 발명에서는 광원과 광검출기를 연결하는 부분을 두 부분으로 나누고 터치에 의하여 센싱되는 부분을 "터치 인식 광도파로 어레이부"라 하고, 이러한 터치 인식 광도파로 어레이부와 광원, 광검출기가 연결되는 부분을 "채널 광도파로 연결부"라 하기로 한다.
본 발명의 터치 인식 광도파로 어레이부는, 하부 기판 상에 형성된 채널 광도파로; 상기 채널 광도파로와 이격되고 상기 채널 광도파로의 높이보다 높게 형성되는 스페이서; 및 상기 스페이서의 상부에 형성되고 상기 채널 광도파로와는 이격된 터치 인식 상부 기판의 하면에 부착된 터치 인식용 광도파로;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 광학식 터치 패널은 터치 인식 광도파로 어레이부 내부 상하면 광도파로 간의 광 결합(optical coupling) 현상에 의해 동작하는 구조이다. 터치패널의 일정 부위에 외부 압력이 인가되면 터치 인식 상부 기판이 휘어져서 하부 기판 쪽에 접촉이 되게 되는데, 이때 터치 인식 상부 기판에 형성된 평면 광도파로와 하부 기판에 형성된 채널 광도파로 간의 거리가 좁혀지면서 하부 광도파로를 따라 진행하던 빛이 상부 평면 광도파로로 결합되어 넘어가는 현상을 이용한다.
도 1은 본 발명에 따른 광 터치 패널의 평면도를 간략하게 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 광 터치 패널은 광원(11), 광분배기(12), 스페이서(13), 터치 인식 광도파로 어레이부(14), 채널 연결용 광도파로(16) 및 광검출기(17)을 구비한 광 터치 패널의 평면을 나타내고 있다.
구체적으로 설명하면, 광원(11)의 한 점에서 나오는 빛은 광분배기 (12, optical splitter) 를 거쳐서 여러 개의 터치 인식 광도파로 어레이부(14)에 고르게 입력이 되어져서 채널 광도파로(16)를 따라 디스플레이 전면의 상부를 지나게 된다. 가로 세로 두 방향으로 형성된 터치 인식 광도파로 어레이부(14)를 통과하면서 디스플레이 전면 상부를 지나온 빛은 터치 인식 광도파로 어레이부(14) 외부의 채널 연결용 광도파로(15)를 통하여 최종적으로 광검출기(17)에 도달하게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 광 터치 패널 단면의 일부분으로서 채널 광도파로 연결부와 터치인식 광도파로 어레이부를 도시한다. 도 2를 참조하면, 광 터치 패널의 단면의 일부분은 터치 압력을 직접 센싱하는 부분인 터치 인식 광도파로 어레이 패턴과 입출력부에 가까운 거리를 두고 형성된 채널 연결용 광도파로 패턴을 볼 수 있다. 채널 광도파로(26)는 복수 개로 구성이 되고 수직 또는 수평 방향으로 진행하면서 패턴을 형성한다.
본 발명의 터치 인식 광도파로 어레이부 구조에서는 하부 기판(28) 상에 채널 광도파로(26)을 형성하고, 채널 광도파로(26)와 상부의 터치 인식용 광도파로(24)가 터치 압력에 따라 광결합할 수 있는 구조를 만든다. 채널 광도파로(26)와 터치 인식용 광도파로(24) 사이 간격을 유지한 채 이격시키기 위해서 스페이서(23)를 도입한다. 상기 터치 인식용 광도파로(24)는 동일한 면적의 상부 기판인 터치 인식용 상부 기판(38)의 하면에 도포되어 형성된다.
본 발명의 "채널 광도파로 연결부"는 하부 기판의 터치 인식 광도파로 어레이부가 형성된 부분의 외부에 위치하고 있으며, 구체적으로는 터치 인식 부분의 채널 광도파로와 광원을 연결하기 위한 광도파로 부분인 "채널 연결용 광도파로(25)"와, 상기 채널 연결용 광도파로(25)를 덮고 있으며, 빛의 유출을 차단하는 "클래딩 재료(29)"로 구성된다.
채널 연결용 광도파로(25)의 일부는 채널 광도파로(26)와의 연결을 위하여 벤딩(bending)될 수 있다. 또한 터치 인식 광도파로 어레이부를 빠져나온 빛이 광검출기로 들어가는 과정에서도 일정한 각도로 벤딩되어 광검출기에 수직으로 입사될 수 있다. 따라서 채널 연결용 광도파로는 터치 패널의 설계에 따라 다양한 구조로 변경이 가능하다.
상기 클래딩 재료(29)는 터치 인식 광도파로 어레이부의 스페이서(23), 터치 인식용 광도파로(24), 및 터치 인식용 상부 기판(38)에 모두 접하는 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 이때 클래딩 재료(29)의 굴절률은 벤딩되는 채널 연결용 광도파로(25)의 손실이 최소화될 수 있도록 채널 연결용 광도파로(25)를 이루는 재료와의 굴절률 차이가 큰 재료를 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 또한 채널 연결용 광도파로(25) 재료의 굴절율(N1)은 클래딩 재료(29)의 굴절율(N2)보다 큰 것이 바람직하다.
채널 광도파로(26), 채널 연결용 광도파로(25) 및 터치 인식용 광도파로(24)의 재료는 UV(ultraviolet) 또는 열에 의해 경화가 가능한 고분자인 것이 바람직하다. 하부 기판(28)은 플라스틱, 특히 실리콘 기판 또는 유리 기판이고, 터치 인식용 상부 기판(38)은 유연성 플라스틱 기판인 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명에 따른 광 터치 패널에서 터치인식 광도파로 어레이부(14)의 단면 구조를 도시한다. 도 3을 참조하면, 상부에서 압력이 가해진 경우에 채널 광도파로(46)를 따라 진행하는 빛이 터치 인식용 광도파로(44)로 넘어가게 되는 현상을 나타내고 있다.
채널 광도파로(46)와 터치 인식용 광도파로(44) 사이에 간극이 있으므로 채널 광도파로(46)를 통하여 진행하는 빛이 외부로 새어 나가지 않고 광검출기로 출력된다. 그러나 외부에서 터치 압력이 가해지면 두 광도파로 사이의 갭이 줄어들게 된다. 두 광도파로 사이의 갭이 매우 줄어들고 접촉하게 되면 채널 광도파로(46)를 진행하던 빛이 터치 인식용 광도파로(44)로 결합(coupling)되어 넘어가게 된다.
이와 같이 하부 기판(48)상의 채널 광도파로(46)로 진행되던 빛(P0)은 터치 인식용 상부 기판(48) 하면의 터치 인식용 광도파로(44)로 결합되어 수평 방향으로 갇혀지지 않고 평면 광도파로 방향으로도 퍼져 나가 버리므로 광 손실이 발생하게 된다. 그러므로 광검출기로 빛의 양(P1)을 측정하게 되면 터치 인식용 광도파로(44)로 광 결합을 통하여 빠져 나간 빛의 양(P2)을 측정할 수 있으며, 이는 곧 터치 압력에 비례하는 값이 되는 것이다(P2=P0-P1). 따라서 외부에서 소정의 터치가 인가되는 경우 채널 광도파로(46)를 통과하는 광신호가 방향성 광 결합으로 인하여 터치 인식용 광도파로(44)로 이동하여 채널 광도파로(46)의 광 출력 양에 변화가 생김으로써 터치 압력을 측정할 수 있는 것이다. 여기서, 터치의 유무를 확인하는 정도 뿐만 아니라 출력광의 세기 변화 측정을 통하여 인가된 압력의 정도를 몇 단계로 나누어서 측정할 수도 있다. 따라서 터치의 정도에 따라서 인가된 압력의 강도를 다르게 측정할 수 있고, 그러한 각각의 다른 압력은 디스플레이 장치에서 다양한 형태로 표시될 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 광전파 방법(Beam Propagation Method) 시뮬레이션 결과를 도시한다. 도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 광 터치 패널에 압력이 가해져서 상부 광도파로가 휘어진 경우에 하부 채널 광도파로를 통하여 지나가던 빛이 상부 광도파로로 결합되어 빠져나가는 현상을 보여주는 광전파 방법 (Beam Propagation Method) 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다. 터치 인식용 상부 기판이 휘어져서 상하부간 광도파로의 접촉이 이루어진 상태에서도 상부 전극의 두께에 따라 최종 출력광의 감소 정도는 영향을 받게 된다.
도 4a 내지 도 4d에서는 상부 평면 광도파로의 두께를 각각 10, 40, 50, 100 ㎛로 변화시키면서 도파광의 진행 및 결합 현상을 살펴보았으며, 이를 표 1에 나타내었다. 도 4a 내지 도 4d, 및 표 1을 참조하면, 결론적으로 터치 인식용 평면 광도파로의 두께가 두꺼워 질수록 압력 인가에 의해 변화하는 광파의 값이 커지게 됨을 확인할 수 있다.
두께 (㎛) 외부 출력광 (dBm)
10 -0.0950
40 -3.1682
50 -7.9110
100 -25.467
본 발명은 굴절률 정합 용액을 이용하여 광도파로의 가시성과 화면 외곡을 줄이기 위해서는 적절한 굴절률의 용액을 선정하는 것이 중요하다. 채널 광도파로와 스페이서의 간극에는 채널 광도파로 패턴의 가시성을 줄이고 빛의 산란을 방지할 수 있는 액체 물질이 삽입될 수 있고, 액체 물질은 상기 채널 광도파로와 굴절율 정합(index matching) 용액이 바람직하다.
이를 확인하기 위하여 제작된 채널 광도파로의 상부에 다양한 굴절률의 용액을 접촉시킨 상태에서 광도파로의 투과 손실을 측정하는 실험을 수행하였다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치인식 광도파로부의 간극 부분에 채워지는 굴절률 정합 용액 (index matching oil)의 굴절률에 따라 변화하는 광도파로의 투과 손실에 대한 실험 결과를 도시한다. 용액의 굴절률을 1.590 에서부터 0.001 정도의 미세한 차이만큼 증가시켜 가면서 다양한 종류의 용액을 준비한 뒤, 이들을 광도파로 상부에 떨어뜨렸고, 결과를 다음 표 2에 표시한다.
Index oil 샘플 1 샘플 2
사용전 -9[dBm] -9[dBm]
1.59 -9.10 -15.27
1.5933 -10.08 -16.88
1.594 -10.37 -17.70
1.595 -10.83 -19.62
1.596 -14.18 -46.85
1.5966 -34.10 X
1.597 -47.60 X
1.598 -48.60 X
1.60 -48 -53.60
도 5 및 표 2를 참조하면, 샘플 1의 경우에는 굴절률이 1.596에서 1.5966으로 증가하는 순간에 광손실이 20 dB 이상 발생하는 것을 볼 수 있었으며, 샘플 2의 경우에는 1.595에서 1.596으로 증가하는 순간에 급격한 광손실 변화를 볼 수 있었다. 이와 같은 실험 과정을 통하여 광도파로의 손실을 증가시키지 않는 최대한 높은 굴절률을 가지는 용액을 선정할 수 있게 되며, 이렇게 선정된 굴절률 정합 용액을 이용하여 상하부 광도파로의 사이에 형성된 간극을 메우는 것이 바람직하다. 이와 같이 유사한 굴절률을 가지는 재료를 이용하여 광도파로를 감싸주게 되면 광도파로 패턴에 의해 산란되는 빛을 최소화 시키게 되어 광도파로의 가시성을 현저히 떨어뜨릴 수 있게 된다.
터치를 인식하는 부위의 광도파로 어레이부를 광원과 광검출기에 연결시키기 위해서는 광도파로가 벤딩된 곡선 광도파로를 이용해야 한다. 터치 패널의 주변부에 해당하는 부분의 폭을 줄이기 위해서는 작은 곡률을 가지는 곡선 광도파로를 이용하여 연결하는 것이 바람직하나, 곡률이 작은 광도파로는 손실을 크게 만드는 단점이 있다. 그러므로 곡선 광도파로의 손실을 줄이기 위해서 연결부의 광도파로는 굴절률 차이가 크게 나는 클래딩 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 따라서 상기 설명한 바와 같이 클래딩 재료는 채널 연결용 광도파로보다 더욱 낮은 굴절률을 가지는 클래딩 재료를 이용하는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의하여 곡률 반경에 따른 전파 손실치의 손실 특성에 관한 설계 결과를 도시한다. 도 6을 참조하면, 낮은 굴절률 클래딩을 이용하여 제작된 광도파로에 대한 곡률 반경에 따른 전파 손실치를 시뮬레이션을 통하여 계산한 결과를 확인할 수 있다. 곡률 반경을 각각 5 mm, 10 mm 인 두 가지 경우에 대하여 Beam propagation method 시뮬레이션을 수행해 본 결과 두 경우가 모두 유사한 손실치를 나타내고 있다. 이러한 결과로부터 5 mm 정도의 곡률 반경에서도 추가적인 손실이 크게 발생하지 않게 된다는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 광원에서 나온 빛을 여러 개의 광도파로로 전파시키기 위한 광분배기 구조를 도시한다. 도 7의 (a) 구조에서는 점광원을 통하여 입사된 빛을 Y-branch를 통하여 두 개의 방향으로 나눈 다음 각각의 광도파로 끝 부분에 렌즈 형태의 평면 광도파로를 연결하여 입력된 빛을 여러 개의 광도파로에 분산시키는 구조이다. 평면 광도파로(54)와 채널 연결용 광도파로(56)를 연결하는 부위에는 테이퍼 구조(55)의 광도파로를 형성하여 연결 손실을 최소화 시키도록 설계되어 있다. 도 7의(b) 구조에서는 Y-branch 구조를 이용하지 않고 점광원에서 퍼져 나오는 빛을 곧바로 광도파로 어레이에 연결하는 방식이다. 구조적인 단순화를 목적으로 하고 있으나 광원의 퍼지는 각도 (diverging angle)와 광도파로 어레이 위치를 정확히 정렬하여야 하는 어려움이 있다.
터치 패널 어레이를 지나온 빛은 최종적으로 광검출기에서 전기 신호로 바뀌어진다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 터치인식 광도파로 어레이부를 거쳐온 빛을 검출하기 위한 채널 연결용 광도파로와 광검출기 정렬구조를 도시한다. 도 8을 참조하면, 광검출기 단일 소자를 이용하여 여러 개의 광도파로를 통과해 온 빛을 한꺼번에 검출하는 구조를 나타내고 있다. 도 8(a)의 경우에는 터치 패널 기판의 모서리를 45° 각도로 잘라내어 수직, 수평 방향으로 진행하던 채널 연결용 광도파로(66)의 단면이 광검출기(67)에 접촉되도록 하는 방식이다. 반면 도 8(b) 에서는 수직, 수평으로 진행하던 채널 연결용 광도파로(66')에 추가적인 벤딩 광도파로(65)를 연결하여 광검출기(67')에 수직한 방향으로 광이 입사하도록 방향을 바꾸어 주는 구조이다. 또한 이 구조에서는 광도파로 어레이의 간격과 광검출기 어레이의 픽셀 간격이 서로 다르더라도 이를 적절히 맞추어 줄 수 있는 어뎁터 역할도 할 수가 있게 된다.
본 발명의 다른 일 형태에 의하면, 하부 기판을 준비하는 단계; 상기 하부 기판 상에 모서리 부분에 광원과 광검출기를 배치하고, 상기 광원과 광검출기를 연결하는 채널 광도파로 및 채널 연결용 광도파로를 형성하는 단계; 상기 채널 광도파로부터 이격된 위치에 스페이서를 형성하는 단계; 상기 스페이서의 상부에 터치 인식 상부 기판과 그 하면에 부착된 터치 인식용 광도파로를 올리는 단계; 및 상기 채널 연결용 광도파로 상부에 클래딩 재료를 도포하는 단계;를 포함하는 광도파로 결합효과를 이용한 광 터치 패널의 제조방법을 제공한다.
상기 단계에서 광원과 광검출기를 형성한 다음 이에 채널 광도파로 및 채널 연결용 광도파로를 연결할 수도 있고, 다른 한편으로는 먼저 채널 광도파로 및 채널 연결용 광도파로를 형성하고 광원과 광검출기에 이를 연결할 수도 있으므로 이는 당업계의 기술자의 선택에 의하여 변경이 가능하다.
또한 상기 채널 광도파로 및 채널 연결용 광도파로는 사출 몰딩 또는 롤투롤(roll to roll) 공정 중 어느 공정으로도 제작이 가능하다.
본 발명의 다른 일 형태에 의하면, 상기 설명한 채널 광도파로를 포함한 터치 인식 광도파로 어레이부와 채널 광도파로 연결부를 함께 포함하는 광도파로 결합 효과를 이용한 광 터치 패널를 채용한 디스플레이 장치를 제공한다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
11,51......광원 12,54,54'......광분배기
13,23......스페이서 14,24,44......터치인식 광도파로 어레이부
15, 25,66,66'......채널 연결용 광도파로
16,26......채널 광도파로
17,67,67'......광검출기
65.....벤딩 광도파로
28,48......하부 기판

Claims (4)

  1. 하부 기판;
    상기 하부 기판의 모서리 영역에 위치한 광원;
    상기 광원으로부터의 빛을 검출하기 위하여 상기 하부 기판의 다른 모서리 영역에 형성된 광검출기;
    상기 광원과 광검출기의 사이에서 상하면에 각각의 광도파로를 구비하고 광 결합을 통하여 터치 부분을 인식하기 위한 터치 인식 광도파로 어레이부; 및
    상기 광원으로부터 터치 인식 광도파로 어레이부를 연결하고, 상기 터치 인식부 광도파로 어레이부와 상기 광검출기를 연결하는 채널 광도파로 연결부;를 포함하는 광도파로 결합효과를 이용한 광 터치 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 터치 인식 광도파로 어레이부는,
    상기 하부 기판 상에 형성된 채널 광도파로;
    상기 채널 광도파로와 이격되고 상기 채널 광도파로의 높이보다 높게 형성되는 스페이서; 및
    상기 스페이서의 상부에 형성되고 상기 채널 광도파로와는 이격된 터치 인식 상부 기판의 하면에 부착된 터치 인식용 광도파로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광도파로 결합효과를 이용한 광 터치 패널.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 채널 광도파로와 상기 스페이서의 간극에는 채널 광도파로 패턴의 가시성을 줄이고 빛의 산란을 방지할 수 있는 액체 물질이 삽입되는 것을 특징으로 하는 광도파로 결합효과를 이용한 광 터치 패널.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광원으로부터 나오는 빛이 하나 이상의 광분배기를 통하여 채널 연결용 광도파로로 분배되는 것을 특징으로 하는 광도파로 결합효과를 이용한 광 터치 패널.
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KR20090101843A (ko) * 2008-03-24 2009-09-29 닛토덴코 가부시키가이샤 도파관을 이용한 장치, 광학적 터치 패널, 및 도파관 제조 방법
KR100972932B1 (ko) 2008-10-16 2010-07-28 인하대학교 산학협력단 터치 스크린 패널
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