KR101374418B1 - 멀티 터치 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 멀티 터치 장치에 관한 것으로, 디스플레이 패널, 디스플레이 패널의 상부에 이격 배치된 터치 스크린, 디스플레이 패널과 터치 스크린의 사이에 위치한 복수의 적외선 모듈, 디스플레이 패널의 외곽에 배치된 복수의 카메라 센서를 포함한다.
터치, 멀티 터치, 적외선 모듈

Description

멀티 터치 장치{Multi-touch device}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티 터치 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1의 적외선 모듈의 구성도이다.
도 3은 도 1의 터치인식 이미지를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티 터치 장치의 평면도이다.
도 5는 도 4의 수평 방향 단면도이다.
도 6은 도 4의 일부를 나타낸 분해 사시도이다.
도 7은 도 4의 터치인식 이미지를 나타낸 도면이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
110, 210: 디스플레이 패널 120, 220: 터치 스크린
130, 230: 적외선 모듈
141 내지 144, 241 내지 244: 카메라 센서
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 멀티 터치 장치에 관한 것이다.
터치 장치는 리모콘, 마우스 등의 입력 장치를 사용자 접촉으로 대체하기 위한 디스플레이 장치의 입력 수단이다. 터치 장치를 이용하면, 사용자가 화면 상의 버튼이나 키 등을 손가락으로 직접 누르거나 터치하여 포인팅(Pointing)함으로써 입력 신호를 선택할 수 있으므로, 편의성이 향상되고, 사용자 친화도가 높아진다.
터치 장치는 터치를 탐지하는 방법에 따라 저항막 방식(Resistive type), 정전 용량형(Capacitive type), 전자기 유도형(Electro-Magnetic type) 등으로 구분된다.
멀티 터치 장치는 하나의 접촉 지점밖에 인식하지 못하는 기존 터치 장치의 한계를 개선하여, 동시에 여러 곳에서 사용자 접촉이 발생하는 경우 여러 접촉 지점을 동시에 인식함으로써 다중 입력을 지원하는 장치이다.
사용자는 여러 군데의 화면을 단순히 터치함으로써, 여러 가지 인터페이스의 동작을 한 번에 조작할 수 있다.
그런데, 종래의 멀티 터치 장치는 터치 위치의 검출 시 외부 광원(예를 들어, 태양, 형광등)의 변화에 민감하여 오동작이 많고, 터치 감도 및 탐지 정확도가 낮다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 외부 광원의 변화에 무관하게 터치 위치를 정확히 검출할 수 있는 멀티 터치 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 오동작 비율이 낮고, 터치 감도 및 탐지 정확도가 높은 멀티 터치 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 멀티 터치 장치는 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널 위에 배치된 투명 기판; 상기 디스플레이 패널과 상기 투명 기판 사이에 위치한 복수의 적외선 모듈; 및 상기 디스플레이 패널의 외곽에 배치된 복수의 카메라 센서를 포함한다.
상기 복수의 적외선 모듈은 상기 디스플레이 패널의 화면 좌측에 배치된 제1 적외선 모듈; 및 상기 디스플레이 패널의 화면 우측에 배치된 제2 적외선 모듈을 포함하고 상기 제1 적외선 모듈의 발광면과 상기 제2 적외선 모듈의 발광면은 상기 디스플레이 패널과 상기 투명 기판 사이에서 서로 마주 본다.
상기 카메라 센서는 전반사 장애로 인하여 상기 투명 기판을 통해 새어 나오는 빛이 수광된다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티 터치 장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티 터치 장치의 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티 터치 장치는 디스플레이 패널(110)과 터치 스크린(120), 복수의 적외선 모듈(131 내지 134), 복수의 카메라 센서(141 내지 144)를 포함한다.
디스플레이 패널(Display Panel)(110)은 사용자 조작에 따른 사용자 인터페이스 화면을 표시하는 것으로, 화면이 표시되는 중심부의 표시 영역과 외곽의 비표시 영역으로 구분된다.
터치 스크린(Touch Screen)(120)은 디스플레이 패널(110)의 상부에 이격 배치되며, 사용자에 의해 터치 수단이 접촉되는 면에 해당한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 화면의 네 측면에 광원으로 동작하는 적외선 모듈(131 내지 134)이 위치하는 것으로 도시하였으나, 이에 국한되지 않으며, 필요에 따라 그 수와 위치는 변화할 수 있다.
적외선 모듈(Infrared Ray Module)(131 내지 134)은 카메라 센서(141 내지 144)의 터치 탐지 시 광원으로 동작한다.
복수의 카메라 센서(Camera Sensor)(141 내지 144)는 디스플레이 패널(110)의 외곽에 배치되며, 접촉 지점들의 위치를 탐지하고, 탐지된 위치들의 데이터를 출력한다.
도 1을 참조하여 적외선 모듈(131 내지 134)과 카메라 센서(141 내지 144)의 배치를 살펴보면, 4개의 적외선 모듈(131 내지 134)이 화면의 외곽을 따라 배치되고, 화면의 네 꼭지점에 4대의 카메라 센서(141 내지 144)가 배치된다.
일측에 위치한 적외선 모듈(예를 들면, 131)은 마주보는 다른 측에 위치한 카메라 센서(예를 들면, 141, 144)의 백라이트(Backlight) 처럼 동작한다. 그러므로, 사면에 배치된 복수의 적외선 모듈(131 내지 134)에 의해 모든 카메라 센서(141 내지 144)가 어두운 환경에서도 터치 수단(터치 펜, 사용자의 손가락 등)을 인식할 수 있다.
하나의 카메라 센서(예를 들면, 141)가 사용자 접촉을 인식하기 위해서는, 사면에 놓인 복수의 적외선 모듈(131 내지 134) 중 해당 카메라 센서(예를 들면, 141)과 마주보는 일부의 적외선 모듈(예를 들면, 131, 132)이 턴-온(Turn-On)된다. 그리고, 불필요한 간섭이나 노이즈를 제거하기 위해 다른 적외선 모듈(예를 들면, 133, 134)은 턴-오프(Turn-Off)된다.
이러한 멀티 터치 장치는 복수의 적외선 모듈(131 내지 134)로부터 방사되는 적외선에 의해 접촉을 탐지하므로, 가시광선 영역을 제외한 적외선 영역에서만 터치를 인식할 수 있으며, 외부 광원의 변화에 관계없이 복수의 터치를 인식할 수 있다.
도 2는 도 1의 적외선 모듈의 구성도이다.
적외선 모듈(130, 131 내지 134)은 사용자 접촉이 이루어지는 터치 스크린(120)의 상부 면에 위치한다. 적외선 모듈(130)로는 여러 개의 적외선 발광다이오드(IR LED: Infrared Ray Light Emitting Diode)(135)가 일렬로 배치되어 있는 적외선 발광다이오드 어레이가 사용될 수 있다.
적외선 모듈(130)의 앞에는 확산판(150)이 놓여지며, 적외선 모듈(130)로부터 나온 적외선이 확산판(150)을 통해 터치 면에 고르게 퍼지게 된다.
도 3은 도 1의 터치인식 이미지를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하여 예를 들면, 제1 카메라 센서(141)가 터치 수단을 인식할 경우, 제1 카메라 센서(141)와 마주보는 제1 적외선 모듈(131)과 제2 적외선 모듈(132)이 제1 카메라 센서(141)의 백라이트로 동작한다.
제1 카메라 센서(141)는 적외선이 반사되는 터치 부분(R1)은 검은색으로, 적외선이 반사되지 않고 바로 입력되는 나머지 부분(R2)은 흰색으로 탐지함으로써, 터치 면에 접촉되는 터치 수단을 인식하게 된다.
이하, 첨부된 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티 터치 장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티 터치 장치의 평면도이고, 도 5는 도 4의 수평 방향 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 다른 멀티 터치 장치는 디스플레이 패널(210), 터치 스크린용 투명 기판(220), 복수의 적외선 모듈(231, 232), 복수의 카메라 센서(241 내지 244), 탑 케이스(Top Case)(260)를 포함한다.
디스플레이 패널(210) 위에 투명 기판(220)이 놓이고, 투명 기판(220)의 측면에는 투명 기판(220)의 내부로 강력한 적외선을 비추는 적외선 모듈(231, 232)이 배치되며, 투명 기판(220)의 후면에는 이와 수직으로 카메라 센서(241 내지 244)가 설치된다.
디스플레이 패널(210)은 사용자 조작에 따른 사용자 인터페이스 화면을 표시 하는 것으로, 화면이 표시되는 중심부의 표시 영역과 외곽의 비표시 영역으로 구분된다.
디스플레이 패널(210)로는 액정 패널(LCD: Liquid Crystal Display), 전계 방출 패널(FED: Field Emission Display), 플라즈마 패널(PDP: Plasma Display Panel), 이엘 패널(EL: Electro Luminescent Display) 등이 사용될 수 있다.
투명 기판(220)은 디스플레이 패널(210)의 상부에 이격 배치되며, 디스플레이 패널(210)의 표시 영역이 보이도록 하기 위해 아크릴(Acryl) 등의 투명한 재질로 구성된다.
복수의 적외선 모듈(231, 232)은 디스플레이 패널(210)과 투명 기판(220)의 사이에 형성된 공간에 위치하여 카메라 센서(241 내지 244)의 터치 탐지 시 백라이트로 사용된다.
적외선 모듈(231, 232)이 디스플레이 패널(210)과 투명 기판(220) 사이의 공간에 배치되면, 적외선 모듈(231, 232)이 투명 기판(220) 위에 배치되는 경우에 비하여 빛이 퍼져 나가는 방사각이 좁아지고(약 20˚), 빛이 마주보는 두 면 사이에서 대부분 전반사되므로, 카메라 모듈(241 내지 244)에 탐지되는 노이즈 성분이 감소될 수 있다.
복수의 카메라 센서(241 내지 244)는 디스플레이 패널(210)의 외곽에 배치되며, 접촉 지점들의 위치를 탐지하고, 탐지된 위치들의 데이터를 출력한다.
카메라 센서(241 내지 244)의 전면에는 적외선 필터(250)가 배치된다. 적외선 필터(250)는 적외선만을 투과시켜 카메라 센서(241 내지 244)가 가시광선 영역을 제외한 적외선 영역에서만 터치를 인식하도록 한다. 카메라 센서(241 내지 244) 는 적외선 필터(250)에 의해 적외선만을 투과시켜 상을 만들게 되므로, 빛이 없는 야간이나 암흑 속에서도 터치인식 이미지를 생성할 수 있다.
적외선 모듈(231, 232)과 카메라 센서(241 내지 244)의 배치를 살펴보면 다음과 같다.
복수의 카메라 센서(241 내지 244)는 화면의 네 꼭지점에 하나씩 위치하며, 화면의 중심부를 향하도록 배치되어 있다.
복수의 적외선 모듈(231, 232)은 디스플레이 패널(210)의 화면 좌우 양측, 두 곳에만 한 쌍으로 배치되며, 카메라 센서(241 내지 244)의 동작에 관계없이 구동 시 항상 턴-온(Turn-On)되어 있는 상태를 유지한다.
복수의 적외선 모듈(231, 232)이 항상 온(On) 상태를 유지하므로, 카메라(241 내지 244)의 동작에 따라 온/오프(On/Off)를 제어할 필요가 없다.
적외선 모듈(231, 232)의 발광면은 도 5와 같이 서로 마주 본다. 좌우의 적외선 모듈(231, 232)에서 방사되는 적외선은 터치 물체(270)가 투명 기판(220)에 접촉할 때 투명 기판(220)을 투과하여 터치 물체(270)에서 반사된다.
복수의 카메라 센서(241 내지 244)는 터치 물체(270)에서 반사된 적외선을 인식하여 터치인식 이미지를 생성한다.
투명 기판(220)의 위에서 여러 터치 물체(270)으로 새어 나오는 빛은 카메라 센서(241 내지 244)에 의해 탐지되어 추적되며, 추적된 데이터는 간단한 영상 처리 기술을 통해 시스템 보드(도시되지 않음)로 입력되어 투명 기판(220)의 후면에 위치한 디스플레이 패널(210) 상에 대응하는 출력을 보여주게 된다.
화면의 네 꼭지점에 배치된 4대의 카메라 센서(241 내지 244)가 복수의 접촉 지점을 측정한다.
멀티 터치의 탐지에는, 전반사 장애(FTIR: Frustrated Total Internal Reflection) 현상이 적용된다. 적외선은 투명 기판(220)과 디스플레이 패널(210) 사이에서 전반사된다. 그런데, 투명 기판(220) 상에 물체(270)가 접촉되면 그 물체(270)로 인하여 전반사 장애가 발생되어 투명 기판(220)을 통해 빛이 새어 나온다. 다시 말하여, 전반사는 임계각 이상의 입사각을 가진 빛이 매질 경계면에서 모두 매질 내부로 반사되는 현상인데, 이 때 매질 외부의 경계면에 광 성질을 가진 물체를 갖다 대면 그 부분에서 전반사에 장애가 생겨 빛이 확산된다.
복수의 카메라 센서(241 내지 244)는 전반사 장애로 인해 투명 기판(220)을 통해 새어 나오는 빛을 수광하고 이러한 빛을 추적하여 여러 접촉 지점을 동시에 탐지할 수 있도록 한다. 복수의 카메라 센서(241 내지 244)가 여러 접촉 지점을 동시에 탐지할 때에는, 삼각 측량법이 사용될 수 있다.
삼각 측량법은 삼각형의 한 변의 길이와 두 개의 끼인 각을 알면 그 삼각형의 나머지 두 변의 길이를 알 수 있다는 원리를 이용하여 복수의 접촉 지점을 측량하는 방법이다. 폭과 높이 방향의 거리와 그 밖에 몇 개의 기준점이 설정되고, 설정된 기준점들을 이어 많은 삼각형의 그물을 만든 후, 삼각법에 의하여 접촉 지점이 계산된다.
예를 들어, 투명 기판(220)의 화면 상의 두 지점, (X1, Y1), (X2, Y2)에 사용자 접촉이 이루어진 경우, 두 접촉 지점의 위치는 제1 및 제2 카메라 센서(241, 242)의 측정 결과, 제3 및 제4 카메라 센서(243, 244)의 측정 결과, 제2 및 제3 카메라 센서(242, 243)의 측정 결과, 제4 및 제1 카메라 센서(244, 241)의 측정 결과를 비교 판단하여 측정된다.
탑 케이스(260)는 투명 기판(220)의 전면 가장자리에 위치하는 비표시 영역을 감싸도록 체결되며, 투명 기판(220) 및 디스플레이 패널(210)의 외곽을 감싸 보호한다.
이러한 멀티 터치 장치는 4대의 카메라 센서(241 내지 244)와 2개의 적외선 모듈(231, 232)을 이용해 화면의 전면적에 걸친 터치 탐지를 수행하므로, 터치가 여러 지점에서 발생했을 때 접촉 지점들에 대한 탐지, 즉, 멀티 터치에 대한 탐지가 가능하다.
도 6은 도 4의 일부를 나타낸 분해 사시도이다.
적외선 모듈(230, 231 및 232)로는 복수의 적외선 발광다이오드(233)가 일렬로 배치되어 있는 적외선 발광다이오드 어레이가 사용될 수 있다. 적외선 모듈(230)의 전면에는 적외선 모듈(230)로부터 나온 빛을 터치 면에 고르게 분포시키기 위한 확산판(234)이 배치될 수 있다.
적외선 모듈(230)은 상부의 투명 기판(220)과 하부의 디스플레이 패널(210) 사이에 위치하며, 터치 동작 시 카메라 센서(241 내지 244)의 백라이트로 동작한다.
터치 인식 시 광원으로 동작하는 적외선 모듈(230)은 투명 기판(220)과 디스플레이 패널(210)의 사이에 위치하여 외부 노출이 최소화된다. 이러한 구조에서는, 빛의 소모가 적어 효율이 높아지므로, 터치면 상단의 사면에 적외선 모듈(230)을 모두 배치할 필요 없이, 좌우 양측에만 배치하여도 백라이트의 기능을 수행할 수 있다.
또한, 터치 인식 시 간섭을 일으키는 노이즈가 적어 터치의 감도 및 정확도 가 증가될 수 있다.
도 7은 도 4의 터치인식 이미지를 나타낸 도면이다.
복수의 카메라 센서(241 내지 244) 각각은 도 7과 같은 터치인식 이미지를 생성한다.
각 카메라 센서(241 내지 244)는 터치 물체(270)에 반사되는 적외선을 인식하기 때문에, 터치인식 이미지에서, 터치 물체(270)이 있는 터치 부분(R3)은 흰색으로 나타나고, 터치 물체(270)가 없는 나머지 부분(R4)은 투명 기판(220)과 디스플레이 패널(210) 사이에서 전반사되는 빛으로 인하여 검은색으로 나타난다.
즉, 카메라 센서(241 내지 244)가 터치 물체(270)을 인식할 때, 터치 물체(270)이 있는 부분(R3)은 흰색으로 인식하고, 터치 수단(270)이 없는 배경 부분(R4)은 검은색으로 인식한다.
그런데, 외부 광원이 특정 위치에 있으면, 배경 부분(R4)에 반사된 빛이 카메라 센서(241 내지 244)로 들어오게 된다. 이러한 경우, 반사된 빛이 검은색으로 인식되어야 할 배경 부분(R4)을 비추며, 외부 광원의 세기에 따라 배경 부분(R4)에 밝기를 갖는 부분이 생겨나 노이즈 성분을 일으키고, 터치인식 이미지를 왜곡한다.
따라서, 터치 되는 부분이 복수일 경우, 즉, 멀티 터치되는 경우 그 위치들이 정확하게 탐지되지 못하므로, 터치 감도 및 정확도가 떨어지고, 오동작 비율이 높아진다.
이를 방지하기 위하여, 복수의 터치에 대해서 측정이 가능한 멀티 터치 장치에 복수의 적외선 모듈(230)을 적용하고, 노이즈를 최소화할 수 있는 적절한 구조를 도입하는 것이다.
그러면, 가시광선이 아닌 적외선이 광원으로 사용되고, 노이즈가 줄어들게 되므로, 어두운 환경에서도 터치 인식이 가능하고, 외부 광원의 변화에 관계없이 복수의 터치를 인식할 수 있다. 결과적으로, 터치 동작 시 오작동 비율이 감소하여 터치 감도 및 탐지 정확도가 높아진다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예들에 따른 멀티 터치 장치는 외부 광원의 변화에 무관하게 터치 위치를 정확히 검출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 멀티 터치 장치는 오동작 비율이 낮고, 터치 감도 및 탐지 정확도가 높아지는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널 위에 배치된 투명 기판;
    상기 디스플레이 패널과 상기 투명 기판 사이에 위치한 복수의 적외선 모듈; 및
    상기 디스플레이 패널의 외곽에 배치된 복수의 카메라 센서를 포함하고,
    상기 복수의 적외선 모듈은,
    상기 디스플레이 패널의 화면 좌측에 배치된 제1 적외선 모듈; 및
    상기 디스플레이 패널의 화면 우측에 배치된 제2 적외선 모듈을 포함하고,
    상기 제1 적외선 모듈의 발광면과 상기 제2 적외선 모듈의 발광면은 상기 디스플레이 패널과 상기 투명 기판 사이에서 서로 마주 보고,
    상기 카메라 센서는 전반사 장애로 인하여 상기 투명 기판을 통해 새어 나오는 빛이 수광되는 것을 특징으로 하는 멀티 터치 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 카메라 센서 각각의 전면에 배치되어 있는 적외선 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 터치 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 적외선 모듈은,
    상기 제1 및 제2 적외선 모듈만을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 터치 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 카메라 센서는,
    상기 디스플레이 패널 상부의 네 꼭지점에 하나씩 위치하며, 중심부를 향하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 멀티 터치 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적외선 모듈은,
    구동 시 항상 온(On) 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 멀티 터치 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적외선 모듈은,
    적외선 발광다이오드 어레이인 것을 특징으로 하는 멀티 터치 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 적외선 발광다이오드 어레이의 전면에 배치된 확산판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 터치 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 터치 스크린 및 상기 디스플레이 패널의 외곽을 감싸도록 체결되는 탑 케이스(Top Case)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 터치 장치.
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