KR101723895B1 - 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템 - Google Patents

터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템은 디스플레이부 상부에 형성되는 터치 광학판, 상기 터치 광학판의 상면과 단차가 없이 동일한 위상면을 가지도록 형성되어, 상기 터치 광학판의 외곽면에 배치되는 복수의 적외선 발광소자 및 복수의 적외선 수광소자, 상기 복수의 적외선 발광소자 각각에 대응되고, 상기 터치 광학판의 외곽면에 형성되는 제1편광소자, 상기 복수의 적외선 수광소자 각각에 대응되고, 상기 터치 광학판의 외곽면에 형성되며, 상기 제1편광소자와 편광방향이 직교하는 제2편광소자, 및 상기 터치 광학판의 상면에 형성되어, 투과하는 적외선 광속파면의 위상값을 변조시켜, 외부 터치에 반사되어 재귀입사하는 적외선 광속의 파면위상을 1/2만큼 지연시키는 위상지연자를 포함할 수 있다.

Description

터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템{INFRARED TOUCH SCREEN SYSTEM FOR ENHANCING ACCURACY OF TOUCH SIGNAL DETECTION}
본 발명은 편광소자 및 위상지연자를 통하여, 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템에 관한 것이다.
터치 스크린 기술은 2D 영상을 표시하는 영상표시소자의 상단에 외부로부터 인가되는 터치가 가능하도록 임의의 투명 광학판이 배치되어, 외부 터치에 대한 위치를 인식하기 위한 터치 신호를 생성하고, 이를 처리하는 기술로 대표된다. 터치스크린 기술을 구현하는 대표적인 방식으로는 IR 센싱방식과 IR 카메라 방식이 있다.
대표적인 IR 센싱방식으로는, 적외선 영역의 광속을 생성하는 복수의 적외선 발광소자들로 이루어진 1차원 배열의 적외선 발광부와, 해당 적외선 발광부로부터 생성된 적외선 광속들을 수광하기 위한 복수의 적외선 수광소자들로 이루어진 1차원 배열의 적외선 수광부가 터치 광학판의 외곽면에 배치되는 구조로 구현되는 방식이 있다.
구체적으로, 적외선 발광부와 적외선 수광부는 터치 광학판 상면보다 상대적으로 높은 위상면에 위치하여 서로 마주하는 구조로 배치되어, 적외선 발광부에서 생성된 적외선 광속들이 적외선 수광부로 진행하는 과정에서, 터치 광학판 상면에 외부 터치가 가해질 시, 외부 터치에 의해 적외선 광속들이 가려지게 되고, 이로써 적외선 수광부로 유입되는 광속량이 저하되는 차이를 검출하여, 외부 터치의 발생 위치와 그 수를 연속 또는 불연속으로 검출하는 방식이다.
이러한 방식은 터치 스크린 시스템의 크기와는 무관하게 해당 기술의 적용이 가능하다는 장점을 갖는다. 그러나, 적외선 발광소자로부터 생성되는 적외선 광속의 집광도에 따라 터치 신호 위치의 정확성 문제가 발생한다.
보다 더 상세하게 설명하면, 적외선 집광도가 높을 경우, 적외선 광속분포의 입체각은 작아지고 광속밀도는 높아지므로, 적외선 광속다발의 직진성이 향상된다. 따라서, 외부 터치에 대한 수광신호의 세기 차이가 극명하게 되므로, 정확한 터치신호의 검출이 가능하다.
이에 반해, 적외선 집광도가 낮은 경우, 입체각은 증가하고 광속밀도는 저하되므로, 외부 터치에 대해 발생하는 필요/충분한 적외선 광속량 세기의 차이를 구별하기 어렵게 된다. 그 결과, 부정확한 터치 위치가 검출된다는 단점이 있다. 뿐만 아니라, 입체각이 넓을 경우, 수광소자가 외부로 노출되어 있는 구조로 인하여, 외부 터치 이외의 다른 외부 적외선 신호에도 반응하기 때문에, 외부 터치에 의한 유의미한 터치 신호와 외부 적외선 노이즈를 구별하기 쉽지 않다는 단점이 있다.
이외에도 터치 광학판과 적외선 발광부 및 적외선 수광부의 설치면 위치 차이에 의해 형성되는 단차로 인해, 그 사이로 외부 오염물이 쉽게 유입될 수 있어 외부 오염에 취약한 구조이고, 그에 따른 방진, 방적 그리고 방수가 어렵다는 단점이 있다.
이와 유사하지만 다른 대표적인 IR 센싱방식으로는, 적외선 영역의 광속을 생성하는 복수의 적외선 발광소자들로 이루어진 1차원 배열의 적외선 발광부와, 적외선 발광부로부터 생성된 적외선 광속들을 수광하기 위한 복수의 적외선 수광소자들로 이루어진 1차원 배열의 적외선 수광부가 터치 광학판의 외곽면에 터치 광학판과 동일한 위상면에 위치하고 서로 마주보는 구조로 배치되는 방식이 있다.
구체적으로, 적외선 발광소자에서 생성된 적외선 광속들이 터치 광학판 내부로 입사하고 내부전반사 진행하여 적외선 수광소자에 의해 수광되는 과정에서, 터치 광학판 상면에서 외부 터치가 가해질 시, 광학판 상면으로 출사 또는 경계면을 따라 흐르는 적외선 광속들이 외부 터치 대상에 의해 반사, 산란되어 터치 광학판 내부로 재귀입사함으로써 적외선 수광소자로 유입되는 광속량이 증가 또는 저하되는 광속량 차이를 검출하여, 외부 터치의 발생 위치와 그 수를 연속 또는 불연속으로 검출하는 방식이다.
이러한 방식은 그보다 먼저 설명한 방식과 달리 터치 광학판과 적외선 발광부 및 적외선 수광부와의 단차가 없어, 외부오염에 강하고 일체화된 형태로 구현할 수 있다는 장점이 있다.
그러나 적외선 발광부 및 적외선 수광부가 터치 광학판과 동일한 위상면에 위치하고 있고, 각 발광소자에 의해 생성된 적외선 광속들은 터치 광학판 내부에서 내부전반사하는 동안, 서로 교차 또는 분산하게 되므로, 이 방식은 그보다 먼저 설명한 방식에서의 적외선 발광소자 및 적외선 수광소자 사이의 높은 광속 매칭비율과 달리, 적외선 수광부 전체로 퍼진 광속들을 검출하게 되므로, 적외선 발광소자와 적외선 수광소자 사이의 매칭비율이 낮아지게 되는 단점이 있다. 이와 함께, 내부전반사되어 적외선 수광부로 입사하는 적외선 광속들과 외부 터치에 의해 재귀입사하는 광속들과의 명확한 구별이 어렵다는 단점이 있다. 뿐만 아니라, 외부 터치가 다수이고 이들이 서로 인접할 경우에, 발생된 터치 위치를 구별하여 검출하는 것이 쉽지 않다.
본 발명의 목적은 내부전반사 터치스크린 방식에 편광소자 및 위상지연자를 적용하여, 외부 터치에 대한 유의미한 터치신호만을 검출하는 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 편광소자 및 위상지연자를 통하여, 외부 터치에 의한 터치 광신호만을 검출하고, 내부전반사 광신호를 차단하는 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 터치 광학판 상면에 구비되는 적외선 산란자의 분포를 통하여, 외부 터치의 위치의 영향성과 무관하게 동일한 세기의 터치 신호를 검출하는 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템은 디스플레이부 상부에 형성되는 터치 광학판, 상기 터치 광학판의 상면과 단차가 없이 동일한 위상면을 가지도록 형성되어, 상기 터치 광학판의 외곽면에 배치되는 복수의 적외선 발광소자 및 복수의 적외선 수광소자, 상기 복수의 적외선 발광소자 각각에 대응되고, 상기 터치 광학판의 외곽면에 형성되는 제1편광소자, 상기 복수의 적외선 수광소자 각각에 대응되고, 상기 터치 광학판의 외곽면에 형성되며, 상기 제1편광소자와 편광방향이 직교하는 제2편광소자, 및 상기 터치 광학판의 상면에 형성되어, 투과하는 적외선 광속파면의 위상값을 변조시켜, 외부 터치에 반사되어 재귀입사하는 적외선 광속의 파면위상을 1/2만큼 지연시키는 위상지연자를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 복수의 적외선 발광소자 및 복수의 적외선 수광소자 각각은 상기 터치 광학판의 외곽면에 일차원 선형으로 서로 교차되도록 연속적으로 배치되어, 상기 터치 광학판을 사이에 두고 서로 마주볼 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 위상지연자는 필름 형태로 상기 터치 광학판 상면에 형성되는 IR-QWP(Infrared Quarter Wave Plate) 또는 IR-HWP(Infrared Half Wave Plate)를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 IR-HWP(Infrared Half Wave Plate)는 다공성 구조를 가지는 복수의 천공을 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 복수의 천공의 최대 크기는 상기 적외선 광속의 회절한계를 만족하도록 형성될 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 복수의 천공의 중심간 밀도는 상기 터치 광학판의 상면에서 출사되는 위치별 상기 적외선 광속의 광속량에 따라, 동일하거나 또는 다르게 분포될 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 터치 광학판의 상면은 외부 터치가 인가되는 면으로, 상기 적외선 광속의 출사를 원활히 하는 적외선 산란자 패턴을 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 적외선 산란자 패턴은 상기 적외선 광속이 상기 적외선 산란자를 투과할 시, 광분포가 램버시안(Lambertian) 또는 폭넓은 가우시안(Gaussian) 분포를 형성하는 형상으로 형성될 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 제2편광소자는 상기 제1편광소자를 통과하고, 상기 터치 광학판 내부에서 전반사되어 도달되는 적외선 광속은 차단하고, 상기 재귀입사하는 적외선 광속만 통과시켜 상기 적외선 수광소자에 전달할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 위상지연자가 상기 IR-QWP를 포함하는 경우, 상기 위상지연자는 상기 적외선 광속이 상기 IR-QWP를 투과할 시, 투과된 적외선 광속의 파면위상을 1/4만큼 지연시키고, 상기 1/4만큼 지연된 적외선 광속이 외부 터치에 반사되어 다시 상기 IR-QWP를 투과하여 재귀입사하는 경우, 재귀입사하는 적외선 광속의 파면위상을 다시 1/4만큼 지연시킬 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 위상지연자가 상기 IR-HWP를 포함하는 경우, 상기 위상지연자는 상기 적외선 광속이 상기 IR-HWP를 투과할 시, 투과된 적외선 광속의 파면위상을 1/2만큼 지연시키고, 상기 천공을 투과하는 경우, 파면위상을 지연시키지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 내부전반사 터치스크린 방식에 편광소자 및 위상지연자를 적용하여, 외부 터치에 대한 유의미한 터치신호만을 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 편광소자 및 위상지연자를 통하여, 외부 터치에 의한 터치 광신호만을 검출하고, 내부전반사 광신호를 차단할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 터치 광학판 상면에 구비되는 적외선 산란자의 분포를 통하여, 외부 터치의 위치의 영향성과 무관하게 동일한 세기의 터치 신호를 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템에 포함되는 디스플레이부 및 터치 광학판을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템에 포함되는 적외선 발광소자 및 적외선 수광소자를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템에 포함되는 적외선 발광소자의 편광소자 및 적외선 수광소자의 편광소자를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템에 포함되는 적외선 발광소자, 적외선 수광소자, 편광소자 및 터치 광학판을 나타내는 도면이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템에 포함되는 터치 광학판의 상면에 분포된 적외선 산란자를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템에 포함되는 위상지연자 필름 중 IR-QWP가 터치 광학판 상면에 형성되는 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6의 IR-QWP가 터치 광학판 상면에 형성된 예의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 8 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템에 포함되는 위상지연자 필름 중 IR-HWP 및 천공구조를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템에 IR-QWP가 적용된 무단차 터치 스크린 구조를 나타내는 도면이다.
도 10 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템에 IR-HWP가 적용된 무단차 터치 스크린 구조를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템에 IR-QWP가 적용된 무단차 터치 스크린 구조에서, 외부 터치에 의해 위상이 지연되는 광특성을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템에 IR-HWP가 적용된 무단차 터치 스크린 구조에서, 천공 및 외부 터치에 위상이 지연되는 광특성을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 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.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
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.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템에 포함되는 디스플레이부 및 터치 광학판을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템은 디스플레이부(110) 및 터치 광학판(120)을 포함할 수 있다. 여기서, 디스플레이부(110)는 영상을 표시할 수 있는 영상표시소자로 구성될 수 있고, 터치 스크린 시스템의 하단에 위치하며, 관찰자가 터치 스크린 시스템을 통해 영상을 시청할 수 있도록 한다.
도 1에 도시된 터치 광학판(120)은 하나의 층으로 구현된 예로서 도시되어 있다. 그러나, 이는 설명의 편의 및 발명의 이해를 위해 하나의 예로서 도시된 것으로, 본 발명에 따른터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템은 복수의 층(다층)으로 구현된 터치 광학판을 포함할 수 있다.
이렇게 복수의 층으로 구현되는 터치 광학판은 개별 층들이 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다. 그리고, 상면으로 갈수록 해당 굴절률이 증가하도록 구현될 수 있다.
한편, 디스플레이부(110)를 통해 제공되는 영상은 외부 터치와 관련이 없는 배경영상과 외부 터치에 대응되는 표시영상으로 구분될 수 있으며, 이는 외부 터치의 유무에 따라 독립적 또는 종속적으로 동시에 제공될 수 있다.
이와 함께, 본 발명에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템은 적외선 발광소자, 적외선 수광소자 및 편광소자를 더 포함할 수 있는데, 이하의 도면을 통하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템에 포함되는 적외선 발광소자 및 적외선 수광소자를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 복수의 적외선 발광소자(201) 및 복수의 적외선 수광소자(202)는 서로 교차되도록 연속적으로 배치되어, 터치 광학판 외곽의 4개의 면에 일차원 선형(200)으로 배치될 수 있다.
여기서, 적외선 발광소자(201)의 중심파장은 근적외선범위 이내에서 선택 적용가능하고, 적외선 발광소자(201)와 적외선 수광소자(202)는 서로 광특성이 동일할 수 있다.
한편, 발산지향각은 적외선 발광소자(201)의 발광면에 볼록렌즈를 부착하여 조절할 수 있다. 그리고, 적외선 수광소자(202)의 검출파장영역은 사용되는 적외선 발광소자(201)의 중심파장 범위와 켤레이며, 마찬가지로 수광지향각은 적외선 수광소자(202)의 수광면에 볼록렌즈를 부착하여 조절할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템에 포함되는 적외선 발광소자의 편광소자 및 적외선 수광소자의 편광소자를 나타내는 도면이다.
도 3을 통하여 도시된 바와 같이, 편광된 적외선 광속을 발광하기 위하여, 선형 또는 원형의 편광소자(211)가 적외선 발광소자(201)의 발광면에 배치될 수 있다. 이와 함께, 편광소자(211)는 집광용 볼록렌즈의 앞단에 2차 광학부품으로 배치될 수도 있다.
그리고, 편광된 적외선 광속을 수광하기 위하여, 선형 또는 원형의 편광소자(212)가 적외선 수광소자(202)의 수광면에 배치되거나 또는 수광용 볼록렌즈의 앞단에 2차 광학부품으로 배치될 수 있다.
여기서, 적외선 발광소자(201)와 적외선 수광소자(202)의 편광방향이 선형편광일 경우, 편광소자들(211, 212)의 편광방향이 이루는 내각은 90도가 되어 서로 직교할 수 있다. 그리고, 편광방향이 원형편광일 경우, 편광회전방향은 좌-우 또는 우-좌로써 서로 직교할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템에 포함되는 적외선 발광소자, 적외선 수광소자, 편광소자 및 터치 광학판을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 앞서 설명한 복수의 적외선 발광소자(201) 및 복수의 적외선 수광소자(202)가 서로 교차되도록 연속적으로 배치되는 일차원 선형(200) 구성이 터치 광학판(120)의 외곽면에 배치되는 것을 확인할 수 있다.
도 4의 경우, 설명의 편의를 위해 터치 광학판(120)의 좌측 외곽면 및 우측 외곽면에 복수의 적외선 발광소자(201) 및 복수의 적외선 수광소자(202)가 서로 교차되도록 연속적으로 배치된 구성을 나타낸다.
여기서, 적외선 발광소자(201) 및 적외선 수광소자(202) 각각은 동일축 상에서 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 그리고, 동일축 상에 배치되는 적외선 발광소자(201)의 편광소자(211) 및 적외선 수광소자(202)의 편광소자(212)는 편광방향이 서로 직교가 되는 90도 각도를 이룬다.
이를 통하여, 적외선 발광소자(201) 및 편광소자(211)를 거쳐 출력된 적외선 광속 중 외부 터치에 의해 위상이 1/2 지연된 광속만이 편광소자(212)를 거쳐 적외선 수광소자(202)에 도달하게 된다. 이에 관한 구체적인 설명은 도 11 및 도 12를 통하여 계속한다.
도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템에 포함되는 터치 광학판의 상면에 분포된 적외선 산란자를 나타내는 도면이다.
도 5를 통하여 도시된 바와 같이, 터치 광학판(520)은 온도, 압력, 긁힘 등과 같이 외부환경변화에 영향이 적은 투명매질이며, 일정두께를 갖는 평판의 형태를 가질 수 있다. 그리고, 터치 광학판(520)의 각 외곽면은 연마면으로써 적외선 광속의 입사 및 출사시 광손실을 최소화하는 기능을 가질 수 있다. 여기서, 터치 광학판(520)의 각 연마면은 내부전반사하는 적외선 광속들이 터치신호 광학판의 상면으로 출사할 수 있도록 상면 또는 하면의 법선과 이루는 내각을 가지며, 해당 내각은 예각에서 둔각의 범위를 가질 수 있다.
한편, 터치 광학판(520)의 상면은 외부 터치가 가능한 면으로, 적외선 광속의 출사를 원활히 하기 위하여, 적외선 산란자(521) 패턴이 형성될 수 있다. 산란자(521) 패턴의 형상은 입사광이 적외선 산란자(521)를 투과할 시, 광분포가 램버시안(Lambertian) 또는 폭넓은 가우시안(Gaussian) 분포를 형성할 수 있는 형상이 될 수 있다.
여기서, 적외선 산란자(521)의 크기는 관찰자가 육안으로 식별이 불가능한 크기로 형성될 수 있으며, 디스플레이부로부터 제공되는 가시광 영상이 산란자를 투과하는 경우, 영상의 선명도, 명암대비도에 영향을 주지 않는 광특성을 가지도록 형성될 수 있다. 그리고, 적외선 산란자(521) 패턴의 밀도는 터치 광학판(520)의 크기에 비례하여, 외곽으로부터 중심부에 이르는 영역에서 각기 다를 수 있고, 터치 광학판(520) 내의 어느 위치에서도 동일한 적외선 광속출사량을 갖도록 분포될 수 있다.
한편, 앞서 도 1에서 설명한 바와 같이, 터치 광학판(520)은 복수의 층으로 구현될 수 있는데, 이러한 경우, 적외선 산란자는 복수의 층 중 최하층의 하면에 분포되어 패턴을 형성할 수 있다.
이와 함께, 터치 광학판(520)의 하면은 디스플레이부와 맞닿는 면으로, 연마된 평판형태가 될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템에 포함되는 위상지연자 필름 중 IR-QWP가 터치 광학판 상면에 형성되는 예를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 적외선 위상지연자 필름으로 Infrared Quarter Wave Plate(IR-QWP, 630)가 터치 광학판(620) 상부에 형성되는 예를 확인할 수 있다. 적외선 위상지연자인 IR-QWP(630)는 필름으로 입사되어 투과되는 적외선 광속파면의 위상값을 변조시켜 편광성질을 변화시키는 기능을 수행한다. 이에 관한 구체적인 설명은 도 11을 통하여 후술한다.
도 7은 도 6의 IR-QWP가 터치 광학판 상면에 형성된 예의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 적외선 위상지연자인 IR-QWP(630)의 형태는 얇은 필름형태이며, 터치 광학판(620)의 상면과 접하도록 형성됨을 확인할 수 있다.
도 8 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템에 포함되는 위상지연자 필름 중 IR-HWP 및 천공구조를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 적외선 위상지연자 필름으로 Infrared Half Wave Plate(IR-HWP, 830)가 적용되는 예를 확인할 수 있다. 적외선 위상지연자인 IR-HWP(830)는 필름으로 입사되어 투과되는 적외선 광속파면의 위상값을 변조시켜 편광성질을 변화시키는 기능을 수행한다.
한편, 적외선 위상지연자인 IR-HWP(830)의 형태는 얇은 필름형태이며, 복수의 천공(831)이 구비될 수 있다. 여기서, 다공성 구조를 가지는 천공(831)은 2차원으로 배열될 수 있다. 그리고, 천공(831)의 최대 크기는 회절한계 이하를 만족하도록 구현될 수 있다. 또한, 천공(831)의 중심간 밀도는 터치 광학판 상면에서 출사되는 위치별 적외선 광속량에 따라 동일하거나 또는 다르게 분포될 수 있다. 이에 관한 구체적인 설명은 도 12를 통하여 후술한다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템에 IR-QWP가 적용된 무단차 터치 스크린 구조를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 좌측에 위치하는 적외선 발광소자(201)에서 출력된 적외선 광속은 편광소자(211)를 통과하여 터치 광학판(120)으로 진입할 수 있고, 이들 중 일부는 내부전반사 진행으로 편광소자(212)에 도달할 수 있다. 그리고, 이들 중 다른 일부는 적외선 위상지연자 필름인 IR-QWP(630)에 도달하고, IR-QWP(630)을 투과하여 외부로 진행할 수 있다.
도 10 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템에 IR-HWP가 적용된 무단차 터치 스크린 구조를 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 좌측에 위치하는 적외선 발광소자(201)에서 출력된 적외선 광속은 편광소자(211)를 통과하여 터치 광학판(120)으로 진입할 수 있고, 이들 중 일부는 내부전반사 진행으로 편광소자(212)에 도달할 수 있다. 그리고, 이들 중 다른 일부는 적외선 위상지연자 필름인 IR-HWP(830)에 도달하고, IR-HWP (830)에 구비된 천공(831)을 투과하여 외부로 진행하거나 또는 IR-HWP(830)를 투과하여 외부로 진행할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템에 IR-QWP가 적용된 무단차 터치 스크린 구조에서, 외부 터치에 의해 위상이 지연되는 광특성을 나타내는 도면이다.
도 11을 통하여 도시된 바와 같이, IR-QWP(630)가 위상지연자로 이용될 경우, IR-QWP(630)에 도달하는 적외선 광속의 파면위상은 적외선 발광소자(201)의 편광소자(211)를 통하여 상하방향으로 선형편광되어 있다. 그리고, IR-QWP(630)를 투과할 시, 투과된 적외선 광속의 파면위상은 최초 편광방향인 상하에서 Pi/4만큼 지연되고, 상하에서 Pi/4만큼 지연된 적외선 광속이 외부 터치(손가락)에 반사되어 다시 IR-QWP(630)를 투과하여 재귀입사하는 경우, 해당 파면위상은 다시 Pi/4만큼 지연된다. 따라서, 재귀입사된 적외선 광속(211b)은 최초 적외선 광속의 편광방향인 상하방향과 수직인 좌우방향에 해당하는 편광방향을 가지는 Pi/2의 파면위상의 적외선 광속(211b)이 된다.
마찬가지로, IR-QWP(630)에 도달하는 적외선 광속의 파면이 원형편광된 경우, IR-QWP(630)를 투과한 광속의 파면위상은 Pi/4만큼 지연되고, 외부 터치에 반사되어 다시 IR-QWP(630)를 투과하여 재귀입사하는 경우, 최종적으로 Pi/2만큼 지연되어 최초 편광회전방향과 반대가 된다.
한편, 터치 광학판 내부는 적외선 발광소자(201)의 편광소자(211)의 편광성질(상하방향 편광)을 가지는 광속(211a)과 외부 터치에 의해 위상이 1/2 지연된 터치 광속(211b)이 공존하게 된다. 그러나, 터치에 의한 광속(211b)은 최종적으로 적외선 발광소자(201)의 편광성질(상하방향 편광)과 직교하는 편광성질(좌우방향 편광)을 가지고, 이는 적외선 수광소자(202)의 편광소자(212) 의 편광성질에 해당하기 때문에, 적외선 수광소자(202)는 오로지 터치 신호에 의해 발생된 광속(211b)만을 수광하게 된다.
즉, 본 발명에 따르면 원천적으로 적외선 발광소자(201)의 편광특성(상하방향 편광)을 가지는 광속(211a)들은 적외선 수광소자(202)의 편광소자(212)에 의해 차단되고, 적외선 수광소자(202)는 외부 터치에 의해 발생된 광속(211b)만을 수광하기 때문에, 유의미한 터치 광신호만을 검출할 수 있게 된다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템에 IR-HWP가 적용된 무단차 터치 스크린 구조에서, 천공 및 외부 터치에 위상이 지연되는 광특성을 나타내는 도면이다.
도 12를 통하여 도시된 바와 같이, IR-HWP(830)가 위상지연자로 이용될 경우, 편광성질의 변화는 앞서 도 11을 통하여 설명한 원리와 유사하게 설명이 가능하다.
구체적으로, IR-HWP(830)에 도달하는 적외선 광속의 파면위상은 적외선 발광소자(201)의 편광소자(211)를 통하여 상하방향으로 선형편광되어 있다. 그리고, IR-HWP(830)의 천공(831)을 투과할 시에는 위상지연이 발생하지 않지만, 천공(831)을 투과한 적외선 광속이 외부 터치(손가락)에 반사되어 다시 IR-HWP(830)를 투과하여 재귀입사하는 경우, 재귀입사하는 적외선 광속의 파면위상은 최초 편광방향인 상하에서 Pi/2만큼 지연된다. 따라서, 재귀입사된 적외선 광속(211b)은 최초 적외선 광속의 편광방향인 상하방향과 수직인 좌우방향에 해당하는 편광방향을 가지는 Pi/2의 파면위상의 적외선 광속(211b)이 된다.
이와 함께, 적외선 발광소자(201)의 편광소자(211)를 통하여 상하방향으로 선형편광된 적외선 광속이 천공(831)이 아닌 IR-HWP(830)를 투과할 시, 투과된 적외선 광속의 파면위상은 최초 편광방향인 상하에서 Pi/2만큼 지연되고, 상하에서 Pi/2만큼 지연된 적외선 광속이 외부 터치(손가락)에 반사되어 IR-HWP(830)의 천공(831)을 투과하여 재귀입사하는 경우 위상지연이 발생하지 않는다. 따라서, 재귀입사된 적외선 광속(211b)은 최초 적외선 광속의 편광방향인 상하방향과 수직인 좌우방향에 해당하는 편광방향을 가지는 Pi/2의 파면위상의 적외선 광속(211b)이 된다.
한편, 터치 광학판 내부는 적외선 발광소자(201)의 편광소자(211)의 편광성질(상하방향 편광)을 가지는 광속(211a)과 외부 터치에 의해 위상이 1/2 지연된 터치 광속(211b)이 공존하게 된다. 그러나, 터치에 의한 광속(211b)은 최종적으로 적외선 발광소자(201)의 편광성질(상하방향 편광)과 직교하는 편광성질(좌우방향 편광)을 가지고, 이는 적외선 수광소자(202)의 편광소자(212) 의 편광성질에 해당하기 때문에, 적외선 수광소자(202)는 오로지 터치 신호에 의해 발생된 광속(211b)만을 수광하게 된다.
즉, 본 발명에 따르면 원천적으로 적외선 발광소자(201)의 편광특성(상하방향 편광)을 가지는 광속(211a)들은 적외선 수광소자(202)의 편광소자(212)에 의해 차단되고, 적외선 수광소자(202)는 외부 터치에 의해 발생된 광속(211b)만을 수광하기 때문에, 유의미한 터치 광신호만을 검출할 수 있게 된다.
한편, 앞서 설명한 적외선 위상지연자인 IR-QWP(630) 및 IR-HWP(830)의 외부 터치면은 외부로부터 발생되는 오염을 방지하기 위하여, 가시광 및 적외선의 투과율이 좋은 투명 필름으로 코팅될 수 있다.
이와 함께, 본 발명에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템은 별도의 신호처리부를 포함할 수 있다. 여기서, 신호처리부는 터치 광학판의 4개의 외곽면에 위치하는 복수의 적외선 수광소자로부터 수광된 터치 신호들은 해당 수광소자의 위치와 수광 세기에 따라 수평/수직의 2차원 좌표로 변환할 수 있다. 그리고, 이 중 외부 또는 내부 노이즈 신호와 구별하여, 최종적인 유의미한 터치 신호만을 선별할 수 있다.
결국, 본 발명에 따른 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템은 편광소자 및 위상지연자를 통하여, 외부 터치에 의한 터치 광신호만을 검출하고, 내부전반사 광신호를 차단하기 때문에, 외부 터치에 대한 유의미한 터치신호만을 검출할 수 있다.
따라서, 이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (11)

  1. 디스플레이부 상부에 형성되는 터치 광학판;
    상기 터치 광학판의 상면과 단차가 없이 동일한 위상면을 가지도록 형성되어, 상기 터치 광학판의 외곽면에 배치되는 복수의 적외선 발광소자 및 복수의 적외선 수광소자;
    상기 복수의 적외선 발광소자 각각에 대응되고, 상기 터치 광학판의 외곽면에 형성되는 제1편광소자;
    상기 복수의 적외선 수광소자 각각에 대응되고, 상기 터치 광학판의 외곽면에 형성되며, 상기 제1편광소자와 편광방향이 직교하는 제2편광소자; 및
    상기 터치 광학판의 상면에 형성되어, 투과하는 적외선 광속파면의 위상값을 변조시켜, 외부 터치에 반사되어 재귀입사하는 적외선 광속의 파면위상을 1/2만큼 지연시키는 위상지연자를 포함하는 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 적외선 발광소자 및 복수의 적외선 수광소자 각각은,
    상기 터치 광학판의 외곽면에 일차원 선형으로 서로 교차되도록 연속적으로 배치되어, 상기 터치 광학판을 사이에 두고 서로 마주보는 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위상지연자는,
    필름 형태로 상기 터치 광학판 상면에 형성되는 IR-QWP(Infrared Quarter Wave Plate) 또는 IR-HWP(Infrared Half Wave Plate)를 포함하는 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 IR-HWP(Infrared Half Wave Plate)는,
    다공성 구조를 가지는 복수의 천공을 포함하는 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 천공의 최대 크기는,
    상기 적외선 광속의 회절한계를 만족하도록 형성되는 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 천공의 중심간 밀도는,
    상기 터치 광학판의 상면에서 출사되는 위치별 상기 적외선 광속의 광속량에 따라, 동일하거나 또는 다르게 분포되는 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 터치 광학판의 상면은,
    외부 터치가 인가되는 면으로, 상기 적외선 광속의 출사를 원활히 하는 적외선 산란자 패턴을 포함하는 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적외선 산란자 패턴은,
    상기 적외선 광속이 상기 적외선 산란자를 투과할 시, 광분포가 램버시안(Lambertian) 또는 폭넓은 가우시안(Gaussian) 분포를 형성하는 형상으로 형성되는 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2편광소자는,
    상기 제1편광소자를 통과하고, 상기 터치 광학판 내부에서 전반사되어 도달되는 적외선 광속은 차단하고, 상기 재귀입사하는 적외선 광속만 통과시켜 상기 적외선 수광소자에 전달하는 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 위상지연자가 상기 IR-QWP를 포함하는 경우,
    상기 위상지연자는,
    상기 적외선 광속이 상기 IR-QWP를 투과할 시, 투과된 적외선 광속의 파면위상을 1/4만큼 지연시키고, 상기 1/4만큼 지연된 적외선 광속이 외부 터치에 반사되어 다시 상기 IR-QWP를 투과하여 재귀입사하는 경우, 재귀입사하는 적외선 광속의 파면위상을 다시 1/4만큼 지연시키는 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 위상지연자가 상기 IR-HWP를 포함하는 경우,
    상기 위상지연자는,
    상기 적외선 광속이 상기 IR-HWP를 투과할 시, 투과된 적외선 광속의 파면위상을 1/2만큼 지연시키고, 상기 천공을 투과하는 경우, 파면위상을 지연시키지 않는 터치 신호 검출의 정확성이 향상된 적외선 터치스크린 시스템.
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