KR101606936B1 - 감소된 광원 수를 이용한 광학 터치 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나의 광원에서 출사된 광을 복수개의 광으로 분리하고, 분리된 광의 광량 변화를 검출함으로써 터치를 검출할 수 있는 터치 센서에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 실시예에 따라 분리된 광을 웨이브가이드 패턴이 형성된 기판에 입사시켜 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 다양한 방법에 의해 광 이용 효율을 개선할 수 있는 방법이 개시된다.
터치, 센서, 광학, 전반사, 굴절, 광원, 적외선, 콜리메이트, 웨이브가이드

Description

감소된 광원 수를 이용한 광학 터치 센서{AN OPTICAL TOUCH SENSOR USING REDUCED NUMBER OF LIGHT SOURCES}
본 발명은 광학 센서에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 하나의 광원에서 출사된 광을 복수개의 광으로 분리하고, 분리된 광의 광량 변화를 검출함으로써 터치를 검출할 수 있는 터치 센서에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 실시예에 따라 분리된 광을 웨이브가이드 패턴이 형성된 기판에 입사시켜 효율을 증대시킬 수 있다.
본 발명은 소형 또는 대형 터치 스크린을 광학적으로 구현하는 구성에 관한 것이다. 특히 센싱을 위한 광 부분의 효율을 올리고 해상도를 높이며 터치에 대한 반응 속도를 높이는 광학 터치 센서에 관한 것이다.
최근 휴대폰 등에서 터치 스크린 기술이 보편화 되면서 그 편리성과 직관성 등의 장점에 의해 빠른 기술 발전이 이루어지고 있다. 또한 이러한 추세는 노트북, 모니터, 대형 TV 등 다양한 크기의 기기에서 점차 주도적인 입력 장치로 활용되고 있는 추세이다.
이런 터치 스크린 기술의 종류로는 정전압 방식, 압전 방식, LED 그리드 방식, 카메라 방식 등 다양한 방식들이 적용되고 개발되고 있으며 각각의 장단점을 가지고 있다.
현재 휴대폰 등 소형 기기에 주로 사용되는 정전압 방식이나 압전 방식은 구조의 간편함(film type) 등의 장점을 가지고 많이 보급되었지만 반응 속도가 느린 한계를 가지고 있다. 또 대형 화면에서 많이 적용되는 카메라 방식 및 LED 그리드 방식은 반응 속도에서 높은 성능을 가지지만 소비 전력이나 해상도, 또 소형화 측면에서는 불리하다.
이런 한계들을 극복하고, 빠른 반응성, 높은 해상도 및 소형화가 가능한 새로운 방식이 요구된다.
본 발명은 광학 소자를 사용한 터치 센서를 제공하는 것을 목적을 한다.
본 발명은 각 축에 대해 단일 광원을 사용하여 복수의 광을 생성할 수 있는 광 분배기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 광 분배기를 사용하여 소형화된 터치 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 감소된 두께를 갖고 반응 속도가 빠른 터치 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서는, 광원; 상기 광원에서 생성된 광을 복수 개의 광선으로 분리시키는 광 분배기; 상기 광 분배기에 의해 분리된 광을 콜리메이트하는 콜리메이트부; 및 상기 콜리메이트된 광의 광량 변화를 검출하는 센서 어레이를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서는, 광원; 상기 광원에서 생성된 광을 복수 개의 광선으로 분리시키는 광 분배기; 상기 광원에서 생성된 광을 이동시키는 웨이브가이드 기판; 및 상기 웨이브가이드 기판에 의해 전달된 광의 광량 변화를 검출하는 센서 어레이를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광 분배기는, 막대 형태의 투명 몸체; 및 상기 투명 몸체 내부에 길이 방향으로 소정 간격으로 형성되며, 상기 투명 몸체에 입사 된 광의 일부를 소정 방향으로 굴절시키는 복수의 굴절부를 포함한다.
본 발명에 따른 광학 터치 센서는 종래보다 빠른 반응 속도를 가지고 소형화 및 저전력화, 고해상도 등의 문제를 해결할 수 있다.
본 발명에 따른 본 광학 터치 센서를 사용하면, 1~2개의 광원에서 나오는 광을 광 도파로 또는 광 섬유 구조를 구성하여 X-Y 좌표를 읽어내어 고속으로 좌표를 검출해낼 수 있다.
본 발명에 따르면, 저전력, 저비용으로 해상도 높은 터치 입력 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 터치 센서를 사용하면, 해상도를 높여서 간단한 입력뿐 아니라 핸드 라이팅(hand writing)등 복잡한 입력도 가능하다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서의 구성을 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서는 광원(101), 상기 광원(101)에서 생성된 광을 복수 개의 광으로 분리시키는 광 분배기(103), 상기 광 분배기(103)에 의해 분리된 광을 콜리메이트하는 콜리메이트부(105), 및 상기 콜리메이트된 광의 광량 변화를 검출하는 센서 어레이(107)로 구성될 수 있다.
광원(101)으로는 적외선을 생성하는 적외선 발광 다이오드 또는 적외선 레이 저 다이오드를 사용할 수 있다. 하나의 광원(101)에서 생성된 광은 광 분배기(103)로 입사한다. 광 분배기(103)는 하나의 광원(101)으로부터 입사된 광을 수개의 광으로 분리하여 출력한다.
광 분배기(103)로부터 출력된 광은 직선으로 진행하여 센서 어레이(107)에 입사한다. 센서 어레이(107)는 수신되는 광량을 검출하여 제어부(미도시)로 전달한다.
상기 센서 어레이(107)는 복수개의 센서로 구성되며, 각 센서는 포토 다이오드, 포토 레지스터, CCD(Charged Coupled Device) 센서 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide) 센서로 구성될 수 있다.
광 분배기(103)에서 출력된 광이 지나가는 영역에 물체, 손가락 등의 진입하면, 광을 가로막게 되고, 센서 어레이(107)에서 검출되는 광량이 줄어들게 된다. 센서 어레이(107) 중 광량이 줄어든 센서의 위치를 파악하면, 해당 물체가 닿은 위치를 파악할 수 있다.
도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 광 분배기의 사시도 및 평면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광 분배기(103)는 제1항에 있어서, 상기 광 분배기는, 막대 형태의 투명 몸체(21), 및 상기 투명 몸체(21) 내부에 길이 방향으로 소정 간격으로 형성되며, 상기 투명 몸체에 입사된 광의 일부를 소정 방향으로 굴절시키는 복수의 굴절부(102)로 구성될 수 있다. 굴절 부(102)는 투명 몸체(21)와 다른 굴절율을 갖는 재료로 구성된다.
도 2 및 도 3에는 투명 몸체(21)의 단면이 사각형인 경우를 나타내고 있으나, 투명 몸체(21)의 단면은 어떤 형태든 관계가 없다. 즉, 단면이 원이나 타원인 튜브 형태 또는 단면이 삼각형일 수도 있다.
광원(101)에서 생성된 광은 투명 몸체(21)의 입사면(131)을 통해 진입한 다음, 투명 몸체(21)를 관통하여 진행한다. 광이 투명 몸체(21)에서 굴절부(102)로 진행할 때, 굴절율이 서로 다른 두 매질 사이를 통과하게 되므로 매질 사이에서 광이 분산되게 된다. 즉, 광이 굴절부(102)를 통과할 때마다, 일부는 그대로 직진하지만, 일부는 다른 방향으로 분산된다.
도 2 및 도 3에는 출사면(132) 쪽으로 분산되는 광만 도시되어 있으나 실제로는 광이 투명 몸체(21)를 진행하면서, 복수의 굴절부(102) 각각을 지날 때마다 사방으로 빛이 분산되게 된다. 따라서, 광원(101)에서 생성된 광이 직진하더라도, 투명 몸체(21)의 다른 끝단(133)에 도달하는 광의 광량은 매우 적게 된다.
광 분배기(103)에서 출사한 광은 콜리메이트부(105)에 의해 집광 또는 콜리메이트되어 도 1의 센서 어레이(107) 쪽으로 출력된다. 도 2의 콜리메이트부(105)는 얇은 투명 기판(106a) 상에, 복수의 렌티큘러 렌즈(106b)가 형성된 렌티큘러 렌즈 어레이로 구성되어 있다. 콜리메이트 기능을 할 수 있는 다른 형태의 렌즈를 사용할 수도 있다. 콜리메이트부(105)는 굴절부(102)에 의해 분산된 광을 센서 어레이 쪽으로 모아주는 역할을 하며, 광의 이용효율을 높여 준다.
광 분배기(103)의 재료는 투명하고 등방성이며 균일한 재료라면 어느 것이든 사용할 수 있다. 예컨대, 글라스, 또는 투명 아크릴을 사용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 분배기의 제조 방법을 나타낸다.
(a)와 같은 투명 막대(21)의 상부에 (b)와 같이 일정 간격으로 퍼로우 패턴(23)을 형성한다. 퍼로우 패턴(23)은 식각에 의해 형성할 수도 있고, 몰딩에 의해 처음부터 (b)와 같은 형태를 만들 수도 있다. 그리고 나서, (c)와 같이 퍼로우 패턴(23)에 투명 막대(21)와 다른 굴절율을 갖는 굴절부(102) 재료를 채운다. 실시예에 따라서는, (b)의 상태에 굴절부(102)의 재료를 적층한 다음 폴리싱으로 표면을 평평하게 만들 수도 있다. (c)와 같은 형태를 그대로 광 분배기로 사용할 수도 있고, 실시예에 따라서는 (d)와 같이 굴절부(102)를 덮도록 커버(24)를 추가 적층할 수도 있다. 커버(24)는 빛의 방사를 막기 위해, 불투명한 재료일 수도 있고, 미러일 수도 있다.
도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 분배기의 사시도 및 평면도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 실시예에서는 나머지 구성 요소는 도 2 및 도 3과 동일하고, 콜리메이트부(104)의 형태가 다르다. 도 5 및 도 6의 콜리메이트부(105)는 투명 기판(107a)에 복수의 렌즈(107b)가 형성된 마이크로 렌즈 어레이가 사용된다.
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 광 분배기의 사시도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 실시예와 동일하지만, 굴절부(104)가 도 2 내지 도 6 과 같은 프리즘 형태가 아니라, 광 분배기(103) 내부로 돌출된 돌출부 형태가 된다. 도 7에는 돌출부가 삼각뿔 형태인 것으로 도시되어 있으나, 광원(101)에서 생성된 광을 일정하게 굴절시킬 수 있는 형태라면 임의의 형태의 돌출부를 사용할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 콜리메이트부의 제조 방법을 나탄내다.
도 8a와 같이 투명 기판(70) 상에 일정 간격으로 형성된 렌티큘러 렌즈 어레이(71)를 형성한 다음, 점선(72) 방향으로 커팅함으로써 도 2 및 도 3의 콜리메이트부(105)를 제조할 수 있다. 투명 기판(70) 상에 렌티큘러 레즈 어레이(71)를 형성할 때는 광학 시트 제조 분야의 공지된 다양한 방법, 예컨대 몰딩을 사용할 수 있다.
도 8b와 같이 투명 기판(70) 상에 규칙적으로 형성된 마이크로렌즈 어레이(73)를 형성한 다음 점선(74) 방향으로 커팅함으로써 도 5 및 도 6의 콜리메이트부(105)를 제조할 수 있다. 마찬가지로, 투명 기판(70) 상에 마이크로 렌즈 어레이(73)를 형성하는 방법은 광학 시트 제조 분야의 공지된 다양한 방법, 예컨대 몰딩을 사용할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 분배기의 평면도이다.
도 9에 도시된 실시예에서는, 광 분배기(103)의 투명 몸체(21)의 내면 중 대향하는 두면 상에, 상기 투명 몸체(21)와 굴절율이 다른 복수의 돌출부(102a,102b) 들이 형성된다.
광원(101)에서 생성된 광은 한면에 형성된 돌출부(102a)에 의해 분산되는 동시에, 다른 면에 형성된 돌출부(102b)에 의해서도 분산된다. 돌출부(102a,102b)에 의해 분산된 광들의 일부는 직진하지만, 일부는 도 9에 도시된 바와 같이 센서 어레이 측으로 출력된다.
도 10 및 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 미러를 사용한 광 분배기의 평면도이다.
도 10의 광 분배기(103)의 광원(101)과 반대면(133)에는 미러(108)가 배치되어, 광 분배기(103)를 관통한 광을 다시한번 광 분배기(103) 쪽으로 반사시켜 광 이용효율을 개선할 수 있다.
또한, 도 11과 같이 광 분배기(103)의 출사면(132)의 반대면(134)에도 미러(110)를 장착하면, 반대면(134)으로 방사되는 빛을 재활용할 수 있어 광의 이용효율을 개선할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 분배기의 평면도이다.
전술한 실시예들과 달리, 투명 몸체(21)에 홈 또는 요철(102)만 형성되어 있고, 홈(102)에는 아무런 재료도 충진되지 않는다. 이 경우는 투명 몸체(21)와 공기의 굴절율 차이가 있기 때문에, 광원(101)에서 출사한 광은 역시 홈(102)과 공기의 경계면에서 분산을 일으키게 된다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 분배기의 사시도 및 평면도이다.
도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 투명 몸체(21)에 일정 간격으로 홀(114)을 형성할 수 있다. 광 분배기(103)를 관통하던 광은 홀(114)을 지나면서 분산되게 되고, 이 중 일부가 도 13 및 도 14의 출사면(132) 쪽으로 향하게 된다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 섬유를 이용한 광 분배기의 사시도 및 평면도이다.
도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 광 섬유의 절반의 클래딩(117)과 쟈켓(119)을 제거한 다음, 외부로 드러난 코어(115)에 대해 일부만 금속 또는 불투명 재질로 마스킹(116)을 하여, 코어(115)가 드러난 개구부(118)를 일정간격으로 형성할 수 있다. 이렇게 형성된 광섬유의 한쪽끝에 광을 입력하면, 코어(115)를 따라 전반사로 진행하던 광이 개구부(118)를 통해 방사되게 된다.
도 17은 도 15 및 도 16의 광 분배기의 제조 방법을 나타낸다.
(a)와 같이 광 섬유는 코어(115), 클래딩(117) 및 피복인 쟈켓(119)으로 구성된다. 광섬유를 (b)와 같이 그 길이방향을 따라 절반의 클래딩(117) 및 쟈켓(119)을 제거한다. 제거하는 방법은 광섬유의 한쪽 면을 폴리싱 또는 그라인딩 할 수 있다. (b)와 같은 상태에서, 코어(115)가 드러난 부분(122)에 일정 간격으 로 개구부(118)가 형성되도록, 광 차단 재료(116)를 마스킹한다. 광 차단재(116)는 불투명한 재료라면 어느 것이든 사용할 수 있고, 실시예에 따라 제조 공정 및 사용 용도에 적절한 재료를 사용하면 된다. 광 차단재(116)를 드러난 부분(122)에 전체적으로 도포한 다음, 개구부(118) 부분만 제거하여도 된다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 섬유를 이용한 광 분배기의 사시도를 나타낸다.
도 18과 같이 광 섬유의 길이 방향으로 일정 간격으로 홀(124)을 뚫어서 광 분배기로 사용할 수도 있다. 또한, 도 19와 같이 광 섬유의 길이 방향으로 일정 간격으로 흠집(126)을 내어 코어(115)가 드러나도록 하여 광 분배기로 사용할 수도 있다.
전술한 다양한 광 분배기는 도 1의 광 분배기(103)로 사용될 수 있다.
실시예에 따라, 광 분배기로 광 섬유를 이용하는 경우에는 광원(101)에서 출사되는 광을 집광하기 위해, 추가 렌즈를 사용할 수도 있다.
도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 센서의 동작 원리를 설명하는 도면이다.
광원(101)에서 생성된 광은 웨이브가이드(203) 내부에서 전반사를 하면서, 웨이브가이드(203)를 따라 이동하게 된다. 광원(101)에서 생성된 광은 웨이브가이 드(203)를 통과하면서 콜리메이트된다. 웨이브가이드(203)를 통과한 광은 센서(107)에 도달하며, 센서(107)는 도달한 광의 특성, 예컨대 광량을 검출할 수 있다.
웨이브가이드(203)는 외부 매질, 즉 공기보다 큰 굴절률을 가지며, 외부 매질과 웨이브가이드(203) 간의 굴절률 차이로 인해 웨이브가이드(203)에 소정 각도 이상으로 입사한 광은 웨이브가이드(203) 내에서 전반사를 일으키게 된다.
이 때, 웨이브가이드(203)에 입력 수단(204), 예컨대 손가락 또는 스타일러스 펜이 접촉하게 되면, 접촉 지점(205)에서, 웨이브가이드(203)의 외부 매질은 순간적으로 공기가 아닌 굴절율이 높은 손가락 또는 스타일러스 펜이 되고, 공기와 굴절률이 다르기 때문에, 전반사 조건도 순간적으로 달라지게 된다. 이때, 광원(101)에서 방사되어 웨이브가이드(203)를 따라 전반사에 의해 이동하던 광 중 일부가 웨이브가이드(203)의 외부로 분산된다. 따라서, 센서(107)에 도달하는 광량은 입력 수단(204)이 접촉하기 전보다 줄어들게 되므로, 입력 수단(204)의 터치를 검출할 수 있게 된다.
광원(101)으로는 임의의 광을 발생시키는 광원을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 적외선 발광 다이오드 또는 적외선 레이저 다이오드 등 적외선을 발생시키는 임의의 광원을 사용할 수 있다. 센서(107)로는 광량을 검출해내는 임의의 센서를 사용할 수 있으나, 바람직하게는 포토 다이오드, 포토 레지스터, CCD(Charged Coupled Device) 센서, CMOS(Complementary Metal Oxide) 센서 등 적외선의 광량을 검출할 수 있는 임의의 적외선 센서를 사용할 수 있다.
도 21a 및 도 21b은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서의 구조를 나타낸다.
도 21a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서는, 적외선을 생성하는 적어도 하나의 광원(101), 상기 광원에서 생성된 광을 굴절시켜 복수개의 광으로 분리하는 광 분배기(103), 상기 분리된 적외선을 전반사에 의해 이동시키는 적어도 하나의 웨이브가이드(211)를 포함하는 웨이브가이드 기판(203), 상기 웨이브가이드(211)에서 발생하는 광의 변화를 검출하는 적어도 하나의 센서(205)로 구성될 수 있다.
광원(101)은 적외선 광을 생성하며, 웨이브가이드(211) 각각에 광을 입력한다. 광원(101)으로는 적외선 발광 다이오드 또는 적외선 레이저 다이오드를 사용할 수 있다.
광 분배기(103)로는 도 2 내지 도 20을 참조하여 설명한 광 분배기의 실시예들 중 임의의 것을 사용할 수 있다.
웨이브가이드 기판(203)은 아크릴 등 투명 수지나, 글라스로 구성될 수 있으며, 웨이브가이드(211)를 포함한다.
웨이브가이드(211)는 웨이브가이드 기판(203) 내부 또는 그 위에 형성되는 패턴이며, 도 21a에 도시된 바와 같이, 웨이브가이드 기판(203)의 횡축으로 평행하게 복수개의 패턴이 형성된다.
센서(205)로는 전술한 바와 같이 적외선을 검출할 수 있는 포토 다이오드, 포토 레지스터, CCD 센서, CMOS 센서를 사용할 수 있으며, 센서(205)는 수개의 센 서들로 구성된 센서 어레이일 수 있다.
광원(101)에서 발생된 광은 각각의 웨이브가이드(211)를 따라 이동하여, 센서(205)에 의해 검출된다. 사용자가 웨이브가이드 기판(203)의 한 부분(207)을 터치하면, 터치된 부분(207)에서 전반사가 깨어져 광이 웨이브가이드 기판(203)의 외부로 발산되고, 센서(205)의 해당 부분(209)에서 검출되는 광량이 줄어들게 된다. 따라서, 사용자가 터치한 부분의 횡방향 좌표, 즉 x좌표를 검출할 수 있다.
실시예에 따라서는, 도 21b와 같이 웨이브가이드(211)가 형성되지 않은 투명 기판을 웨이브가이드 기판(203)으로 사용할 수도 있다. 이 경우에도, 사용자가 터치 부분(207)을 터치하면, 센서(205)의 해당 부분(209)이 그에 따른 광량 변화를 검출하여 터치 위치를 검출할 수 있다.
도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이브가이드 기판(203)의 단면도로서, 도 21a의 웨이브가이드 기판(203)을 A-B에서 절단한 면의 단면도이다. 또한, 도 23은 웨이브가이드 기판(203)의 사시도이다.
도 22 및 도 23을 참조하면, 웨이브가이드 기판(203)은 베이스 기판(31)에 투명한 웨이브가이드(211)의 패턴들이 형성되고, 그 위에 웨이브가이드(211)를 덮도록 적층된 투명한 커버(33)로 구성된다.
베이스 기판(31), 웨이브가이드(211) 및 커버(33)는 투명한 재질로서, 아크릴 또는 글라스를 사용할 수 있다. 웨이브가이드(211)는 베이스 기판(31) 및 커버(33)와 다른 굴절률을 가진 물질로 구성된다. 바람직하게는, 웨이브가이드(211)는 베이스 기판(31) 및 커버(33) 보다 상대적으로 높은 굴절율을 갖는 재료를 사용 한다. 또한, 웨이브가이드(211)는 등방성의 균일한 재료로 구성되는 것이 바람직하다.
웨이브가이드(211), 베이스 기판(31) 및 커버(33)는 투명 아크릴 또는 글라스 등 임의의 투명한 재료를 사용할 수 있다.
웨이브가이드(211)의 높이는 수 ㎛ 이내, 커버(33)의 두께는 수십 ㎛ 이내로 형성하는 것이 바람직하다. 커버(33)의 두께가 너무 두꺼우면 사용자가 터치를 하여도 웨이브가이드(211) 내에서의 전반사가 깨지지 않게 되므로, 터치를 검출할 수 없게 된다. 사용자가 터치시에 전반사를 깨뜨려 빛을 분산시킬 수 있는 커버(33)의 최대 두께의 임계값은 재료 및 광원(101)에서 생성된 광의 파장에 따라 달라질 수 있다.
실시예에 따라서는, 웨이브가이드 기판(203)은 커버(33)가 없는 형태로 사용할 수도 있다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 기판(203)의 제조 방법을 나타낸다.
(a)의 글라스 또는 아크릴로 구성된 베이스 기판(31)에, (b)와 같이 홈(212)을 형성한다. 홈(212)은 포토리소그래피를 이용한 에칭에 의해 형성될 수 있다.
그리고 나서, (c)와 같이 홈(212)에 웨이브가이드(211) 재료를 채운다. 전술한 바와 같이, 웨이브가이드(211)는 베이스 기판(31)과 굴절율이 다르고, 등방성인 재료를 사용하되, 바람직하게는, 상대적으로 굴절율이 높은 재료를 사용한다.
실시예에 따라서는, 웨이브가이드(211) 재료를 적층한 후에, (c)와 같은 형 태를 만들기 위해, 표면을 폴리싱 처리할 수 있다. 그리고 나서, (d)와 같이 커버(33)를 적층한다. 구체적인 적층 방법은 재료에 따라 달라질 수 있다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 좌표 검출이 가능한 터치 센서 구조를 나타낸다.
도 21a, 21b 또는 도 23과 달리, 웨이브가이드 기판(203)에 x축과 y축 좌표 검출을 위한 웨이브가이드가 서로 수직이 되도록 형성되어 있고, x축과 y축 검출을 위한 광원(101a,201b)이 별도로 배치되어 있다. 센서(205a,205b)도 마찬가지로, x축 좌표 검출용(205a)과 y축 좌표 검출용(205b)가 별도로 배치되어 있다.
도 26a는 도 25의 웨이브가이드 기판(203)의 사시도를 나타낸다. x축 좌표 검출을 위한 웨이브가이드(211a)와 y축 좌표 검출을 위한 웨이브 가이드(211b)가 수직으로 형성된다.
도 25의 광원(101a)에서 생성된 광은 웨이브가이드(211a)를 통해 센서(205a)에 의해 검출되고, 광원(101b)에서 생성된 광은 웨이브가이드(211b)를 통해 센서(205b)에 의해 검출된다.
도 26b와 같이, 사용자가 손가락 또는 스타일러스 펜으로 웨이브가이드 기판(203) 상의 한 지점(41)을 터치하면, 터치 지점(41)의 x축 좌표에 해당하는 센서(42)와 y축 좌표에 해당하는 센서(43)에서 측정되던 광량이 감소하게 된다. 센서(42,43)는 광량 감소를 검출하여 제어부(미도시)로 전달하고, 터치 센서의 제어 부는 터치 지점을 산출해낼 수 있게 된다.
도 27은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센서의 구조를 나타낸다.
도 25에 도시된 실시예와 유사하지만, 센서 어레이(107)를 하나의 소자로 집중 배치하고, 웨이브가이드 기판(203)의 웨이브가이드들 끝단에서 검출되는 광 신호를 광섬유 또는 웨이브 가이드(221a,221b)를 통해 센서 어레이(219)로 전달한다.
이와 같은 구성을 통해 복수개의 센서 어레이들을 따로 배치하지 않고, 한 곳에 집중시킴으로써, 휴대폰 등의 소형 전자 장치에서 설계 자유도를 높일 수 있다.
도 28은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센서 구조를 나타낸다.
도 28에서, x축 및 y축에 배치된 광원들(101a, 101b)에서 생성된 광은 콜리메이트부(223a,223b)에 의해 콜리메이트되어 웨이브가이드 기판(203)으로 입력된다. 본 실시예에 따르면, 콜리메이트부(223a,223b)에 의해 광원(101a, 101b)에서 생성된 광의 이용효율을 높일 수 있다.
도 29a 및 도 29b는 본 발명의 일 실시예에 따른 콜리메이트부(223)의 사시도이다.
도 29a에 도시된 바와 같이, 콜리메이트부(223)는 투명 기판(45)과 투명 기판(45) 상에 형성된 렌티큘러 렌즈 어레이(46)로 구성될 수 있다.
또한, 도 29b에 도시된 바와 같이, 콜리메이트부(223)는 투명 기판(45)과 투명 기판(45) 상에 형성된 마이크로렌즈 어레이(47)로 구성될 수 있다.
실시예에 따라, 공지된 다른 형태의 콜리메이트 소자를 사용할 수도 있다.
도 30은 도 28에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서의 사시도이고, 도 31는 평면도이다.
도 30 및 도 31에서는 콜리메이트부(225a,225b)로 도 29a의 렌티큘러 렌즈 어레이를 사용하였다. 또한, 콜리메이트부(225a,225b)는 웨이브가이드 기판(203)에 일체화되어 있다. 물론 도 28에 도시된 바와 같이, 콜리메이트부(225a,225b)와 웨이브가이드 기판(203)이 분리될 수도 있다.
광원(101a,101b)에서 생성된 광은 콜리메이트부(225a,225b)에 의해 콜리메이트되어, 웨이브가이드 기판(203)에 입사되고, 웨이브가이드를 따라 센서 어레이(205a,205b)로 입력된다. 센서 어레이(205a,205b)는 광량 변화를 검출하여 제어부(미도시)로 전달한다.
웨이브가이드 기판(203) 상에 터치가 발생하면, 센서 어레이(205a,205b)에서 검출되는 광량에 변화가 생기고, 센서 어레이(205a,205b)에서 검출한 광량 변화를 기반으로 웨이브가이드 기판(203) 상의 터치 위치를 검출할 수 있다.
도 32는 도 28에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서의 사시도이고, 도 33은 평면도이다.
도 32 및 도 33에서는 콜리메이트부(227a,227b)로 도 29b의 렌티큘러 렌즈 어레이를 사용하였다. 마찬가지로, 또한, 콜리메이트부(225a,225b)는 웨이브가이드 기판(203)에 일체화되어 있으나, 분리될 수도 있다.
마찬가지로, 광원(101a,101b)에서 생성된 광은 콜리메이트부(227a,227b)에 의해 콜리메이트되어, 웨이브가이드 기판(203)에 입사되고, 웨이브가이드를 따라 센서 어레이(205a,205b)로 입력된다.
도 30,31 또는 도 32,33과 같이 웨이브가이드 기판(203)과 콜리메이트부(225a,225b,227a,227b)가 일체화된 기판은, 예컨대 몰딩을 사용하여 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서의 구성을 나타낸다.
도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 광 분배기의 사시도 및 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 분배기의 제조 방법을 나타낸다.
도 5 내지 도 7은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 분배기의 사시도 및 평면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 콜리메이트부의 제조 방법을 나탄내다.
도 9 내지 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 분배기들을 나타낸다.
도 17은 도 15 및 도 16의 광 분배기의 제조 방법을 나타낸다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 섬유를 이용한 광 분배기의 사시도를 나타낸다.
도 20은 본 발명의 실시예들에 따른 터치 센서의 동작 원리를 설명하는 도면이다.
도 21a 및 21b는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서의 구조를 나타낸다.
도 22는 도 21a의 웨이브가이드 기판의의 단면도이고, 도 23은 웨이브가이드 기판의 사시도이다.　
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 기판(203)의 제조 방법을 나타낸다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차원 좌표 검출이 가능한 터치 센서 구조를 나타낸다.
도 26a 및 도 26b는 도 25의 웨이브가이드 기판의 사시도 및 동작을 나타낸다.
도 27은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센서의 구조를 나타낸다.
도 28은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센서 구조를 나타낸다.
도 29a 및 도 29b는 본 발명의 일 실시예에 따른 콜리메이트부(223)의 사시도이다.
도 30 및 도 31은 각각 도 28에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서의 사시도와 평면도이다.
도 32 및 도 33은 각각 도 28에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서의 사시도와 평면도이다.

Claims (32)

  1. 광원;
    상기 광원에서 생성된 광을 복수의 광으로 분리시키는 광 분배기;
    상기 광 분배기에 의해 분리된 복수의 광 각각을 콜리메이트하는 콜리메이트부; 및
    상기 콜리메이트된 복수의 광 각각의 광량 변화를 검출하는 센서 어레이를 포함하고,
    상기 광 분배기는
    막대 형태의 투명 몸체 및
    상기 투명 몸체의 내부에 상기 투명 몸체의 길이 방향으로 소정 간격으로 형성되며, 상기 투명 몸체에 입사된 광의 일부를 소정 방향으로 굴절시키는 복수의 굴절부들을 포함하고,
    상기 콜리메이트부는 상기 광 분배기와 상기 센서 어레이 사이에 포함되는
    터치 센서.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 굴절부들은 상기 투명 몸체의 내면 중 일면 상에 배치되며, 상기 투명 몸체와 굴절율이 다른 복수의 프리즘인 터치 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 굴절부들은 상기 투명 몸체의 내면 중 일면 상에 배치되며, 상기 투명 몸체와 굴절율이 다른 복수의 돌출부인 터치 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 굴절부들 각각은 상기 투명 몸체의 일면에 소정 간격으로 형성된 홈인 터치 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 굴절부는 상기 투명 몸체의 내면 중 대향하는 두면 상에 배치되며, 상기 투명 몸체와 굴절율이 다른 복수의 돌출부인 터치 센서.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광 분배기는,
    상기 투명 몸체의 광 입사면의 반대쪽에 배치되어, 상기 굴절부를 통과한 빛을 재반사시키는 미러를 더 포함하는 터치 센서.
  8. 제1항에 있어서, 상기 광 분배기는,
    상기 투명 몸체의 출사면의 반대쪽에 배치된 미러를 더 포함하는 터치 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 굴절부는 상기 투명 몸체 내에 일정 간격으로 형성된 복수의 홀인 터치 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 투명 몸체는 광섬유이고, 상기 복수의 굴절부들 각각은 상기 광섬유의 클래딩(cladding) 및 쟈켓(jacket)에 일정 간격으로 형성된 개구부인 터치 센서.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 광원;
    상기 광원에서 생성된 광을 복수의 광으로 분리시키는 광 분배기;
    분리된 복수의 광 각각을 콜리메이트하는 콜리메이트부;
    콜리메이트된 복수의 광 각각을 이동시키는 웨이브가이드 기판; 및
    상기 웨이브가이드 기판에 의해 전달된 복수의 광 각각의 광량 변화를 검출하는 센서 어레이를 포함하고,
    상기 광 분배기는,
    막대 형태의 투명 몸체 및
    상기 투명 몸체 내부에 길이 방향으로 소정 간격으로 형성되며, 상기 투명 몸체에 입사된 광의 일부를 소정 방향으로 굴절시키는 복수의 굴절부를 포함하고,
    상기 콜리메이트부는 상기 광 분배기와 상기 웨이브가이드 기판 사이에 포함되는 터치 센서.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제13항에 있어서,
    상기 웨이브가이드 기판은 전반사에 의해 이동시키는 적어도 하나의 웨이브가이드를 포함하는 터치 센서.
  17. 삭제
  18. 제16항에 있어서,
    상기 웨이브가이드는 상기 기판 내에 횡방향 및 종방향으로 각각 평행하게 복수개가 형성된 터치 센서.
  19. 제13항에 있어서, 상기 웨이브가이드 기판은,
    베이스 기판;
    상기 베이스 기판 상에 형성된 웨이브가이드; 및
    상기 웨이브가이드를 덮는 커버를 포함하고,
    상기 웨이브 가이드는 상기 베이스 기판 또는 커버와 서로 다른 굴절율을 갖는 터치 센서.
  20. 제13항에 있어서, 상기 웨이브가이드 기판은,
    베이스 기판; 및
    상기 베이스 기판 상에 형성된 웨이브가이드를 포함하고,
    상기 웨이브 가이드는 상기 베이스 기판과 서로 다른 굴절율을 갖는 터치 센서.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
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  31. 삭제
  32. 삭제
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