KR101296722B1 - 광섬유를 이용한 터치스크린 장치 - Google Patents

광섬유를 이용한 터치스크린 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광섬유를 이용한 터치스크린 장치에 관한 것으로서, 영상데이터를 표시하는 디스플레이층과; 상기 디스플레이층의 일측에 설치되어 발광소자에서 발광된 빛을 일정각도 회동하며 분산시키며 수광부를 갖는 광스캐너와; 상기 디스플레이층의 테두리의 양면과 상기 광스캐너를 연결하며 상기 광스캐너를 통해 분사되는 광을 상기 강화유리층 상에 매트릭스 형태로 전달하는 복수개의 발광광섬유와;
상기 디스플레이층의 테두리의 나머지 양면과 상기 광스캐너를 연결하며 상기 디스플레이층을 통해 입사되는 광을 상기 광스캐너의 수광부로 수신하는 수신광섬유와; ; 상기 수광부에서 감지한 광량을 기초로 상기 디스플레이층을 가압한 터치위치의 좌표를 검출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광섬유를 이용한 터치스크린 장치{TOUCH SCREEN DEVICE USING OPTICAL FIBER}
본 발명은 터치스크린 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 광섬유를 이용하여 터치위치를 감지하는 터치스크린 장치에 관한 것이다.
터치스크린 장치는 마우스와 같은 입력장치를 사용하지 않고 화면에 나타난 문자나 특정 아이콘을 사람의 손이나 펜 등의 물체를 접촉시키는 것에 의해 위치를 파악해 특정 기능을 처리하는 장치이다.
종래 터치스크린은 디스플레이 패널 상에 복수개의 발광소자와 수광소자를 매트릭스 형태로 배열하고 발광조사에서 발광된 빛의 감지여부에 따라 터치위치를 감지하는 방식이다.
그러나, 이러한 종래의 매트릭스 방식은 많은 갯수의 발광소자 및 수광소자가 필요하며, 그 갯수는 디스플레이 패널이 대형화 될수록 증가되므로 생산 원가가 증가 되므로 다른 방식에 비해 불리한 단점이 있다.
또한, 스크린의 접촉 위치 분해능이 발광소자 및 수광소자의 갯수에 의해 정해지므로 분해능을 향상시키기 위해서는 발광소자 및 수광소자의 갯수를 증가시켜야 하기 때문에 비용 문제가 다시 대두된다.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 발광소자의 개수를 최소화하면서 터치위치를 정확하게 감지할 수 있는 터치스크린 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 디스플레이 패널의 대형화에 능동적으로 대응할 수 있는 터치스크린 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 발광소자에서 발산된 빛의 손실을 최소화할 수 있는 터치스크린 장치를 제공하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 광섬유를 이용한 터치스크린 장치에 관한 것이다. 본 발명의 터치스크린 장치는, 영상데이터를 표시하는 디스플레이층과; 상기 디스플레이층의 일측에 설치되어 발광소자에서 발광된 빛을 일정각도 회동하며 분산시키며 수광부를 갖는 광스캐너와; 상기 디스플레이층의 테두리의 양면과 상기 광스캐너를 연결하며 상기 광스캐너를 통해 분사되는 광을 상기 강화유리층 상에 매트릭스 형태로 전달하는 복수개의 발광광섬유와; 상기 디스플레이층의 테두리의 나머지 양면과 상기 광스캐너를 연결하며 상기 디스플레이층을 통해 입사되는 광을 상기 광스캐너의 수광부로 수신하는 수신광섬유와; 상기 수광부에서 감지한 광량을 기초로 상기 디스플레이층을 가압한 터치위치의 좌표를 검출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 디스플레이층 상면에 배치되며 상기 광섬유를 통해 발산되는 광을 이동시키는 광 전파 채널이 형성된 강화유리층을 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 광스캐너는, 발광부에서 조사된 광을 반사하는 반사기와; 상기 반사기를 일정 각도 회동시켜 상기 광을 상기 복수개의 광섬유에 순차적으로 입사시키는 구동모터를 포함한다.
본 발명의 광섬유를 이용한 터치스크린 장치에 의하면, 한 개의 발광소자에 복수개의 광섬유를 연결하여 광을 디스플레이층으로 입사시키므로 발광소자의 개수를 감소시킬 수 있다.
또한, 디스플레이층의 터치에 의해 굴절되어 광섬유를 통해 복귀되는 광량만을 감지하여 터치위치를 산출하므로 수광소자의 개수도 감소시킬 수 있다.
또한, 디스플레이층이 대형화될 경우 광섬유의 개수만 증가하면 되므로 대형화가 용이해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 터치스크린 장치의 구성을 분해하여 도시한 분해사시도이고,
도 2는 본 발명의 터치스크린 장치의 동작과정을 개략적으로 도시한 개략도이고,
도 3은 본 발명의 터치스크린 장치의 강화유리층의 배면구조를 도시한 배면사시도이고,
도 4는 본 발명의 터치스크린 장치의 광스캐너의 동작과정을 확대하여 도시한 사시도이고,
도 5는 본 발명의 터치스크린 장치의 광수광 메커니즘을 도시한 예시도이고,
도 6은 본 발명의 터치스크린 장치의 강화유리층의 다른 실시예를 도시한 개략도이고,
도 7은 본 발명의 터치스크린 장치의 광스캐너의 다른 실시예를 도시한 개략도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도1은 본 발명에 따른 터치스크린 장치(100)의 구성을 분해하여 도시한 분해사시도이고, 도2는 본 발명에 따른 터치스크린 장치(100)의 동작과정을 개략적으로 도시한 개략도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 터치스크린 장치(100)는 영상데이터를 표시하는 디스플레이층(110)과, 디스플레이층(110)의 상부영역에 배치되며 사용자로부터 터치가 이루어지는 강화유리층(120)과, 디스플레이층(110)의 상부영역과 하부영역을 커버하는 상부커버(130) 및 하부커버(140)를 포함한다.
또한, 터치스크린 장치(100)는 디스플레이층(110)의 일측에 배치되며 발광소자(150)로부터 발생된 광을 일정각도로 스캐닝하여 뿌려주고 수신광섬유(183,185)로부터 수신되는 광을 수신하는 수광부(155)를 갖는 광스캐너(160)와, 광스캐너(160)로부터 입사된 광을 매트릭스 형태로 상기 강화유리층(120)에 입사시키는 광섬유(173,175)를 갖는 광섬유부(170)와, 강화유치층(120)을 경유한 광을 수광부(155)로 전달하는 수신광섬유부(180)와, 광스캐너(120)의 일측에 배치되어 수신광섬유(183,185)에 의해 수광부(155)로 수신되는 광량을 기초로 터치위치를 감지하는 제어부(190)를 포함한다.
디스플레이층(110)은 복수개의 픽셀로 구성되어 영상데이터를 수신받아 디스플레이한다.
강화유리층(120)은 글래스 또는 투명한 필름으로 구비되며 사용자의 손가락 또는 터치펜 등에 의해 가압이 이루어지는 부분이다. 강화유리층(120)은 디스플레이층(110) 상부에 위치되어 디스플레이층(110)에서 발산되는 광을 투과하여 영상데이타가 외부로 표시되도록 한다.
강화유리층(120)은 테두리영역을 따라 결합된 광섬유(173,175)로부터 입사된 광을 수광부(180)로 전송하기 위한 광전파채널(121)이 형성된다. 광전파채널(121)은 강화유리층(120)의 하부영역에 매트릭스 형태로 광이 전파될 수 있는 홈의 형태로 구비된다.
도3은 강화유리층(120)의 하부영역이 상방향으로 향하도록 도시한 배면사시도이다. 도시된 바와 같이 광전파채널(121)은 강화유리층(120)의 하부판면을 따라 X축과 Y축을 따라 일정간격으로 형성된다. 광전파채널(121)의 위치는 광섬유의 개수와 픽셀의 개수에 대응되게 구비된다.
광전파채널(121)의 단면형상은 삼각형 또는 사각형 또는 반원 등 광이 전파될 수 있는 다양한 형상으로 구비될 수 있다.
상부커버(130)와 하부커버(140)는 디스플레이층(110)과 강화유리층(120) 및 발광소자(150)와 광스캐너(160) 등의 내부구조를 수용하여 보호한다. 상부커버(130)와 하부커버(140)는 심미감을 위해 다양한 형태로 구비될 수 있다.
발광소자(150)는 광스캐너(160) 내부에 구비되어 광을 발생시킨다. 발광소자는 적외선 레이저다이오드이거나, LED 이거나, 기타 공지된 다양한 형태로 구비될 수 있다. 발광소자(150)에서 발생된 광은 광스캐너(160)를 통해 광섬유부(170)로 입사된다.
수광부(155)는 광스캐너(160)의 타축에 구비되어 수신광섬유부(180)를 통해 광을 수신받는다. 수광부(155)는 각각의 수신광섬유(183,185)로부터 수신되는 광량을 산출하여 제어부(190)로 전송한다.
광스캐너(160)는 한 개의 발광소자(150)에서 조사된 광을 반사시켜 복수개의 광섬유(173,175)로 순차적으로 입사시킨다. 도4는 광스캐너(160)의 동작과정을 도시한 예시도이다. 도시된 바와 같이 광스캐너(160)는 일정각도 회동하면서 주기적으로 X축 광섬유(173) 및 Y축 광섬유(175)로 광을 입사시킨다. 광스캐너(160)는 발광소자(150)로부터 입사된 광을 광섬유(173,175) 방향으로 입사시키는 반사기(161)와, 반사기(161)를 회동시키는 구동력을 발생시키는 구동모터(163)와, 구동모터(163)의 구동력을 반사기(161)로 전달하여 반사기(161)를 좌우로 회동시키는 구동축(165)을 포함한다.
반사기(161)는 구동축(165)에 연결되어 좌우로 회동하며 복수개의 광섬유(173,175)에 광을 조사한다. 반사기(161)는 일정 곡률을 갖도록 구비되며, 내부에 발광소자(150)를 수용한다.
구동모터(163)는 제어부(190)의 제어에 의해 일정속도로 회동되어 반사기(161)가 좌우로 회동되도록 한다.
광섬유부(170)는 반사기(161)로부터 입사된 광을 강화유리층(120)으로 입사시킨다. 광섬유부(170)는 반사기(161)의 일측에 배치된 광섬유연결바(171)와, 일단부는 광섬유연결바(171)에 연결되고 타단부는 강화유리층(120)의 테두리영역에 연결되는 X축 광섬유(173) 및 Y축 광섬유(175)를 포함한다.
광섬유연결바(171)는 반사기(161)와 동일한 곡률을 갖도록 구비되며 반사기(161)와 접하게 배치된다. 광섬유연결바(171)에는 복수개의 X축 광섬유(173)와 Y축 광섬유(175)가 수용된다. 광섬유연결바(171)는 고정된 상태를 유지하고, 회동되는 반사기(161)의 입사공(161a)로부터 출사되는 광이 각각의 X축 광섬유(173)와 Y축 광섬유(175)의 내부로 입사되도록 한다.
X축 광섬유(173)와 Y축 광섬유(175)는 광을 디스플레이층(110)의 상부영역에 매트릭스 형태로 입사시킨다. X축 광섬유(173)는 강화유리층(120)의 X축 방향으로 복수개가 일정간격으로 배치되고, Y축 광섬유(175)는 강화유리층(120)의 Y축 방향으로 복수개가 일정간격으로 배치된다.
X축 광섬유(173)와 Y축 광섬유(175)는 석영유리나 플라스틱 등의 투명한 유전체를 가늘고 길게 뽑아서 만든 섬유로, 그 중심 부분에 적당한 굴절률 분포를 갖게 해서 빛이 전파되도록 한 것이다. X축 광섬유(173)와 Y축 광섬유(175)는 도4에 도시된 바와 같이 내부에 광이 입사되면 내부에서 광이 전반사를 통해 이동하여 배출된다. 이 때, 광손실이 발생되지 않는 장점이 있다.
X축 광섬유(173)와 Y축 광섬유(175)는 각각 디스플레이층(110)의 픽셀 수에 대응되는 개수로 구비되어 강화유리층(120)에 연결된다. 이에 따라 디스플레이층(110)의 크기가 대형화되더라도 X축 광섬유(173)와 Y축 광섬유(175)의 개수를 증가시켜 간편하게 터치스크린을 구현할 수 있다.
수광광섬유부(180)는 강화유리층(120)의 광전파채널(121)을 따라 이동된 광을 수광부(155)로 전달한다. 수광광섬유부(180)는 광섬유연결바(171)와 인접하게 배치된 수신광섬유연결바(181)와, 일단부는 수신광섬유연결바(181)에 연결되고 타단부는 강화유리층(120)의 X축 광섬유(173)의 대향되는 방향에 연결되는 X축 수신광섬유(183) 및 Y축 광섬유(175)의 대향되는 방향에 연결되는 Y축 수신광섬유(185)를 포함한다.
수신광섬유연결바(181)는 반사기(161)와 동일한 곡률을 갖도록 구비되며 광섬유연결바(171)와 인접하게 배치된다. 수신광섬유연결바(181)는 고정된 상태를 유지하고, 회동되는 반사기(161)의 수광부(155)로 수신광섬유(183,185)를 통해 전달된 광을 전달한다.
X축 수신광섬유(183)와 Y축 수신광섬유(185)는 X축 광섬유(173)와 Y축 광섬유(175)의 대향되는 방향에 각각 구비되어 강화유리층(120)을 따라 입사된 광을 수신받는다.
이 때, 강화유리층(120) 표면에 터치가 있는 경우, 광의 굴절간섭에 의하여 터치가 발생된 지점을 통과하는 광은 줄어들게 되므로, 해당 터치가 발생된 지점에 연결된 X축 수신광섬유(183)와 Y축 수신광섬유(185)를 통해 수광부(155)로 수신되는 광량을 줄어들게 된다.
이때, 제어부(190)는 수광부(155)에서 수신된 광섬유의 위치와 광량을 기초로 터치위치를 산출한다.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 터치스크린 장치(100)의 동작과정을 도1 내지 도5를 참조로 설명한다.
전원이 입력되면 발광소자(150)는 광을 조사하고, 발광소자(150)로부터 조사된 광은 반사기(161) 반사기(161)를 통해 출사된다. 출사된 광은 반사기(161)의 회동에 따라 광섬유연결바(171)에 연결된 복수개의 X축 광섬유(173)와 Y축 광섬유(175)에 순차적으로 입사된다.
X축 광섬유(173)와 Y축 광섬유(175)로 입사된 광은 광섬유 내부를 경유하여 강화유리층(120)으로 공급된다. 강화유리층(120)의 테두리영역으로 공급된 광은 광전파채널(121)을 따라 매트릭스 형태로 입사되고, X축 수신광섬유(183)와 Y축 수신광섬유(185)로 전달된다. X축 수신광섬유(183)와 Y축 수신광섬유(185)로 전달된 광은 반사기(161) 표면의 수광부(155)로 전달된다.
이 때, 도5에 도시된 바와 같이 강화유리층(120) 표면에 터치가 발생되면, 터치영역에 대응되는 픽셀(A)의 입사광이 굴절간섭이 일어나며 해당 좌표의 수신광섬유(183,185)로 복귀되는 광량은 줄어들게 된다. 수광부(155)는 수신광섬유(183,185)들로부터 수신되는 광량을 산출하여 제어부(190)로 전송하고, 제어부(190)는 수광부(155)를 통해 상대적으로 적은 양의 광이 수신된 수신광섬유(183,185)의 위치를 산출하여 터치위치를 감지하게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 광섬유를 이용한 터치스크린 장치에 의하면, 한 개의 발광소자에 복수개의 광섬유를 연결하여 광을 디스플레이층으로 입사시키므로 발광소자의 개수를 감소시킬 수 있다.
또한, 디스플레이층의 터치에 의해 굴절되어 광섬유를 통해 복귀되는 광량만을 감지하여 터치위치를 산출하므로 수광소자의 개수도 감소시킬 수 있다.
또한, 디스플레이층이 대형화될 경우 광섬유의 개수만 증가하면 되므로 대형화가 용이해질 수 있다.
한편, 도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 강화유리층(120a)의 구성을 도시한 개략도이다. 앞서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강화유리층(120)은 광의 전파를 위해 판면에 함몰 형성된 광전파채널(121)이 형성되었다. 반면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 강화유리층(120)은 표면에 홈을 형성하지 않고 ITO물질(125)를 바둑판 형태로 도포하고, 그 사이에 광이 이동하는 경로를 형성한다.
한편, 앞서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터치스크린 장치는 광스캐너(160)의 반사기(161)에 각각 한 개의 발광소자(150)와 수광부(155)를 구비하였으나, 경우에 따라 도7에 도시된 바와 같이 반사기(161)에 복수개의 발광소자(150,150a)와 복수개의 수광부(155,155a)가 구비될 수도 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 광섬유를 이용한 터치스크린 장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100 : 터치스크린 장치 110 : 디스플레이층
120 : 강화유리층 121 : 광전파채널
130 : 상부커버 140 : 하부커버
150 : 발광소자 160 : 광스캐너
161 : 반사기 163 : 구동모터
165 : 구동축 170 : 광섬유부
171 : 광섬유연결바 173 : X축 광섬유
175 : Y축 광섬유 180 : 수광부
190 : 제어부

Claims (3)

  1. 영상데이터를 표시하는 디스플레이층과;
    상기 디스플레이층 상면에 배치되며 광섬유를 통해 발산되는 광을 이동시키는 광 전파 채널이 형성된 강화유리층과;
    상기 디스플레이층의 일측에 설치되어 발광소자에서 발광된 빛을 일정각도 회동하며 분산시키며 수광부를 갖는 광스캐너와;
    상기 디스플레이층의 테두리의 양면과 상기 광스캐너를 연결하며 상기 광스캐너를 통해 분사되는 광을 상기 강화유리층 상에 매트릭스 형태로 전달하는 복수개의 발광광섬유와;
    상기 디스플레이층의 테두리의 나머지 양면과 상기 광스캐너를 연결하며 상기 디스플레이층을 통해 입사되는 광을 상기 광스캐너의 수광부로 수신하는 수신광섬유와;
    상기 수광부에서 감지한 광량을 기초로 상기 디스플레이층을 가압한 터치위치의 좌표를 검출하는 제어부를 포함하고,
    상기 광스캐너는,
    발광소자에서 조사된 광을 반사하고 일정한 곡률을 가지는 반사기와;
    상기 반사기를 일정 각도 회동시켜 상기 광을 상기 복수개의 광섬유에 순차적으로 입사시키는 구동모터를 포함하며,
    상기 발광광섬유의 일단부는 상기 반사기와 동일한 곡률을 가지면서 상기 반사기와 인접하게 배치된 광섬유연결바에 연결되고,
    상기 수신광섬유의 일단은 상기 반사기와 동일한 곡률을 가지면서 상기 광섬유연결바에 인접하게 배치된 수신광섬유연결바에 연결되는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 터치스크린 장치.
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