KR101735393B1 - 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치 및 이의 멀티 터치 감지 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수광층 및 발광층의 이층 이상의 도파관 유닛을 적용하고 또한 적외선 카메라 센서를 표시 패널의 2코너에 위치시킴으로써, 멀티 터치 검출을 가능하게 한 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치 및 이의 터치 감지 방법에 관한 것으로, 본 발명의 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치는 평면적으로 네변을 갖는 사각형의 표시 패널;과, 상기 표시 패널의 일변에 대응하여, 적외선 광을 출사하는 발광층 및 반사광을 수광하여 터치 여부를 검출하는 수광층이 적층되어 이루어진 도파관 유닛;과, 상기 도파관 유닛의 양끝에 위치한 적외선 카메라 센서;와, 상기 표시 패널의 나머지 세변에 대응되어 형성된 재귀반사판; 및 상기 표시 패널, 도파관 유닛, 적외선 카메라 센서 및 재귀 반사판을 감싸는 케이싱 구조물을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치 및 이의 멀티 터치 감지 방법{Display Device having Optical Sensing Frame and Method Detecting Multi-Touch Using the Same}

본 발명은 표시 장치에 관한 것으로 특히, 수광층 및 발광층의 이층 이상의 도파관 유닛을 적용하고 또한 적외선 카메라 센서를 표시 패널의 2코너에 위치시킴으로써, 멀티 터치 검출을 가능하게 한 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치 및 이의 터치 감지 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 터치 패널(Touch panel)은 각종 디스플레이를 이용하는 정보통신기기와 사용자 간의 인터페이스를 구성하는 여러 방식중의 하나로서, 사용자가 손이나 펜으로 화면을 직접 접촉함으로써 기기와 인터페이스할 수 있는 입력장치이다.

터치 패널은 디스플레이에 표시되어 있는 버튼을 손가락으로 접촉하는 것만으로 대화적, 직감적으로 조작함으로써 남녀노소 누구나 쉽게 사용할 수 있는 입력장치이기 때문에, 현재 은행이나 관공서의 발급 장치, 각종 의료장비, 관광 및 주요 기관의 안내, 교통안내 등 많은 분야에서 적용되고 있다.

이러한 터치 패널은 인식하는 방법에 따라, 저항막 방식(Resistive Type), 정전 용량 방식(Capacitive Type), 초음파 방식(Ultrasonics Wave Type), 적외선 방식(Infrared Type) 등이 있다.

먼저, 저항막 방식의 터치 패널은 기본적으로 전도성을 갖는 투명한 두 층으로 구성되어 있으며, 하부층에는 전도성 물질이 코팅된 유리나 플라스틱이, 상부층에는 전도성 물질이 코팅된 필름으로 구성된다. 그리고, 두 층은 미세하게 인쇄된 스페이서(Spacer)에 의해 일정한 간격을 유지하며 전기적으로 절연된다. 이러한 저항막 방식의 터치 패널은 전도성 물질이 코팅된 두 층에 일정한 전압이 가해지고, 사람의 손이나 터치펜으로 상판을 터치하게 되면 터치 위치에 따라 상판(X축), 하판(Y축) 각각에 저항의 변화가 생기는데 이때 저항값이 변한 X(상판), Y(하판)의 위치를 컨트롤러에서 계산하여 모니터상에 좌표를 표시하거나 데이터를 입력하는 장치이다.

정전 용량 방식의 터치 패널은 센서가 표면에 얇은 전도체 코팅이 입혀져 있는 투명한 유리 센서로 이루어진다. 따라서, 전극 패턴은 전도층 위의 가장자리를 따라 정밀하게 인쇄되며 투명한 유리질 보호 코팅막은 센서를 보호하고 감싸기 위하여 전도체 코팅위에 밀착된다. 이러한, 정전 용량 방식의 터치 패널은 전압이 스크린에 가해지고 전극패턴은 전도층을 통하여 터치 센서 표면에 저 전압장을 형성한다. 손가락이 스크린을 터치할 때 접촉의 지점에는 미세한 전류의 흐름이 발생하게 된다. 그리고, 각 코너로부터의 전류흐름은 코너로부터 손가락까지의 거리에 비례하게 되고 터치스크린 컨트롤러는 접촉이 이루어진 위치를 찾기 위하여 전류 흐름의 비례를 계산한다.

초음파 방식의 터치 패널은 100% 유리재질로 구성되어 있어 자그마한 표면 손상이나 마모에 의해서도 곧바로 고가의 터치스크린의 수명을 다하는 타 제품에 비하여 표면 손상이나 마모에 전혀 영향을 받지 않는다. 터치스크린 컨트롤러는 5 MHz의 전기 신호를 초음파를 생성하는 송신 변환기로 보내고, 여기서 생성된 초음파는 반사선들에 의해 패널 표면을 통과하게 된다. 이러한, 초음파 방식의 터치 패널은 사용자가 터치스크린 표면을 누를 경우에는 그 지점을 통과하는 초음파의 일부가 사용자에 의해 흡수되고, 수신된 신호와 디지털 지도에 의해 손실된 신호는 컨트롤러에 의해 즉각적으로 확인되며, 이를 바탕으로 현재 신호의 변화가 있는 지점의 좌표값이 산출된다. 이러한 일련의 과정은 X, Y 축에 따라 독립적으로 행해지게 된다.

적외선 방식은 적외선이 직진성을 가지고 있어서, 장애물이 있으면 차단되어 진행하지 못하는 속성을 이용한다. 압력을 받은 부분은 가로와 세로방향에서 나오는 적외선을 차단하게 되며, 차단된 부분의 X, Y좌표를 읽어 감지하는 방식이다. 적외선 광 방식은 터치 스크린 상부에서 적외선 주사 광선의 차단에 의해 터치된 위치를 확인하는 것이다. 이러한 적외선 방식 터치 패널은 보이지 않는 적외선 격자를 만들기 위해 x, y축 각각 한쪽면에서는 적외선이 방사되고 반대쪽 면에서는 방사된 적외선을 수신하여, 적외선 격자를 형성한다.

한편, 적외선 방식은 표시 모듈 상에 별개의 적외선 센서가 체결된 터치 모듈을 부착하여 이루어진다. 이 경우, 적외선 방식은 상술한 저항막 방식이나 정전 용량 방식들에서 패널과 그 내부에 전극을 구비하는 구조가 아닌 강화유리 상에 적외선 센서를 배치시킨 구조이다.

상술한 각 방식의 이점은 각기 상이하지만, 근래에는 터치 스크린이 받는 압력의 최소화와 배치의 편리성으로 적외선 방식이 주목되고 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 적외선 방식의 터치 스크린을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 적외선 방식의 터치 스크린을 나타낸 평면도이다.

도 1에 도시된 종래의 적외선 방식은 상술한 바와 같이 일종의 적외선 격자(IR matrix)를 형성하는 것으로, 터치 스크린(14)면에 인접한 2변에 발광용 도파관(10)을 갖는 발광부(19)와, 다른 인접한 2변에 수광용 도파관(16)을 포함한 수광부(20)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 발광부(19)와 수광부(20)에는 각각의 도파관을 통해 발광 및 수광된 광을 매트릭스상으로 직진 방향으로 전달하기 위해 상기 발광용 및 수광용 도파관(10, 16)과 각각 연결된 렌즈(12, 15)들이 구비되어 있고, 또한, 상기 발광부(19)의 발광용 도파관(10)의 일측에는 이들에 광을 전달하는 LED 광원(11) 및 광 스플리터(18)가 있으며, 상기 수광부(20)의 일측에는 상기 수광용 도파관(16)을 연결되어 터치 여부를 탐지하는 포토 센서 감지부(17)가 구비되어 있다.

이 경우, 상기 포토 센서 감지부(17)는 일종의 포토 센서 어레이로 구비되어 좌표를 측정하는 것으로, X축 방향과 Y축 방향 모두에 대한 수광용 도파관(16)과 연결되어야 한다.

이러한 구조에서는, 각각 발광부(19)와 수광부(20) 일측에 광원(11)과 포토 센서 감지부(17)를 구비하는 것으로, 각각 X축, Y축 방향으로의 광을 전달하는 도파관(10, 16)들과 연결되기 위해 특히 광원(11)과 포토 센서 감지부(17)와 먼 쪽의 도파관의 배선 길이가 늘어나고 되고, 발광부(19), 수광부(20)의 면적이 커지게 된다.

상술한 구조 외에 다른 형태의 적외선 방식으로, 적외선 카메라를 표시 패널의 일변의 2 코너 각각에 위치시키고, 나머지 변들에 반사판을 구비하여, 상기 적외선 카메라에서 터치 지점을 삼각측량하여 터치 여부 및 위치를 검출하는 방식도 있다.

상기와 같은 종래의 광섬유를 이용한 적외선 방식의 터치 스크린은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 터치 스크린면의 네변에 대응되어 각각 도파관 및 렌즈를 구비한 발광부 또는 수광부가 배치되어야 하는 것으로, 터치 감지를 위해 구성이 터치 스크린의 전 가장자리에 걸쳐 구비되어야 한다. 따라서, 기구적으로 부품의 배치 및 전자 회로 배선의 길이가 복잡하고 길어져, 이로 인해 디스플레이 장치에서 발생되는 전기적인 노이즈나 EMI(Electro-Magnetic Inteference)에 의해 터치 스크린의 터치여부 검출에 영향을 미칠 수 있다.

둘째, 수광부와 발광부가 각각 인접한 두 변에 각각 구비되어야 하는 관계로, 그 구성이 복잡하며, 상대적으로 유효 면적이 줄어든다.

셋째, 만일 전반사용 기판을 구비한 적외선 방식의 터치 스크린의 경우, 해당 렌즈는 금형으로 제작하여야 하고, 크기별 확장시 금형을 새로 제작하여야 하는 부담이 있다. 따라서, 크기별 확장성이 떨어진다. 또한, 전반사용 기판과 표시 장치 사이에 에어갭(air gap)이 존재하여 화질 저하, 외광 산란 등 영상의 질(quality)를 감소시킨다. 또한, 상기 전반사용 기판과 에어갭에 의해 장치의 두께가 두꺼워지는 문제가 있다.

넷째, 종래의 터치 스크린은 멀티 터치시 허상이 발생하여 멀티 터치의 감지가 불가능하다.

다섯째, 터치 스크린의 면적이 커질 경우, 그만큼 화소 수가 늘게 되어, 도파관 및 렌즈의 필요 수가 많게 되는데, 일정 크기내의 모듈 내에서, 터치패널의 유효 면적이 줄게 되어, 대면적 표시 장치의 경우, 하측에 표시 장치 대비 발광부와 수광부를 패널의 2면에 각각 구비하는 터치 스크린은, 하측에 위치한 표시 패널의 유효 면적 효율을 반영하기 어려워 적용에 무리가 있다. 또한, 최근 표시 장치의 베젤(bezel)이 내로우(narrow)해지므로 상술한 터치 모듈의 경우 일정 이상의 부피와 무게 때문에, 표시 장치 내에 내장하는데 어려움이 있다.

여섯째, 터치 스크린을 위한 모듈과 표시 패널을 수납한 모듈이 분리되어 형성되어, 서로 분리된 터치 모듈과 액정 모듈을 결합하여야 터치 감지가 가능하다. 이 경우, 터치 제어부와 액정 모듈 제어부가 따로 구비되어 있어, 조립 공정이 추가로 발생한다.

일곱째, 삼각측량을 이용하는 적외선 센싱방식의 경우, 센서와 센서 사이의 가장자리에 가까운 부위에 검출이 불가한 데드 존이 발생하여, 상기 데드 존 영역만큼 표시 패널의 가장자리에서, 데드존 영역에 상당한 영역을 구비하여 터치 스크린을 형성하였다. 이 경우, 터치 스크린의 크기 및 부피가 커지게 되어, 슬림화가 불가하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 수광층 및 발광층의 이층 이상의 도파관 유닛을 적용하고 또한 적외선 카메라 센서를 표시 패널의 2코너에 위치시킴으로써, 멀티 터치 검출을 가능하게 한 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치 및 이의 터치 감지 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치는, 표시 패널;과, 상기 표시 패널의 일변에 대응하여, 적외선 광을 출사하는 발광층 및 반사광을 수광하여 터치 여부를 검출하는 수광층이 적층되어 이루어진 도파관 유닛;과, 상기 도파관 유닛의 양끝에 위치한 적외선 카메라 센서; 및 상기 표시 패널, 도파관 유닛 및 적외선 카메라 센서를 감싸는 케이싱 구조물을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 것에 그 특징이 있다.

상기 표시 패널의 나머지 세변에 대응되어 재귀반사판을 더 포함할 수 있다. 혹은 재귀 반사판을 대체하여 상기 표시 패널의 나머지 세변에 대응되어 발광 유닛을 더 포함할 수도 있다.

또한, 상기 적외선 카메라 센서로부터 터치 지점의 삼각 측량과, 상기 도파관 유닛에 의해 터치 지점의 일축 위치 감지를 제어하는 터치 제어부를 더 포함한다. 이 때, 상기 적외선 카메라 센서는 각각 최소 두 변에서 반사되어 오는 광을 수광하고, 상기 도파관 유닛으로부터 나오는 출사광 빛 반사광을 센싱한다. 그리고, 상기 터치 제어부는, 상기 적외선 카메라 센서를 이용한 광량 센싱에 의해 터치 지점에서 상기 적외선 카메라에서 출사된 광이 차단되는 것을 감지한다.

상기 도파관 유닛, 상기 적외선 카메라 센서 및 상기 재귀 반사판은, 상기 표시 패널 가장자리 상측에 위치한다. 이 경우, 상기 케이싱 구조물 내에 가이드 구조물을 더 구비할 수 있다. 그리고, 상기 가이드 구조물의 안쪽 측벽에 상기 재귀 반사판이 형성되는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 가이드 구조물이 상기 표시 패널의 가장자리를 눌러준다.

한편, 상기 적외선 카메라 센서는, 적외선 광을 출사하는 적외선 LED;와, 대향하는 다른 적외선 센서로부터의 광 또는 상기 재귀 반사판으로부터 반사광을 센싱하는 포토 센서를 포함하여 이루어진다. 이 때, 상기 포토 센서는 복수개의 센서를 포함하는 라인센서 어레이로 이루어진다.

상기 도파관 유닛의 발광층은, 일측에 적외선 광을 출사하는 적외선 LED;와, 상기 적외선 LED에서, 광을 분배하는 광 스플리터; 및 상기 광 스플리터로부터 분배되어 출사된 광을 X축 및 Y축 방향에 대해 각각 복수개의 지점에서 직진성을 갖고 출사되도록 전달하는 광섬유를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 도파관 유닛의 수광층은, 상기 재귀 반사판으로부터 반사되어 수광되는 광을 전달받는 복수개의 광섬유; 및 상기 광섬유의 일측에, 상기 광섬유로부터 전달된 광에 의해 터치 여부를 검출하는 라인 포토 센서를 포함하여 이루어진다.

상기 재귀 반사판은, 재귀 반사를 수행하는 프리즘 산의 정점이 상기 표시 패널에서 상기 케이싱 구조물을 향하도록 한 프리즘군을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 재귀 반사판에, 적외선만을 투과시키는 광학 필터를 더 부착할 수 있으며, 이 때, 상기 광학 필터는 아크릴계 수지로 이루어질 수 있다. 구체적인 예로, 상기 광학 필터는 PMMA(Poly Methyl methacrylate) 또는 폴리카보네이트(Polycarbonate)일 수 있다.

경우에 따라, 상기 광학 필터는 글래스 성분을 포함할 수도 있다.

한편, 상기 표시 패널을 제어하는 표시 패널 제어 유닛을 상기 적외선 카메라 센서 및 도파관 유닛이 위치한 일변에 위치시키고, 상기 적외선 카메라 센서 및 도파관 유닛을 제어하는 터치센싱 제어부를 상기 표시 패널 제어 유닛 내에 집적하여 배치시킬 수 있다.

또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치는, 표시 패널과, 상기 표시 패널의 일변에 적외선 광을 출사하는 발광층 및 반사광을 수광하여 터치 여부를 검출하는 수광층이 적층된 도파관 유닛과, 상기 도파관 유닛의 양끝에 위치한 적외선 카메라 센서 및 상기 표시 패널의 나머지 세변에 대응되어 형성된 재귀반사판을 포함하여 이루어진 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치의 터치 감지 방법에 있어서, 상기 표시 패널의 일 부위를 입력 장치에 의해 터치하는 단계;와, 상기 적외선 카메라 센서 및 상기 도파관 유닛에서, 출사광을 차단하여 재귀반사되는 것을 막고 그 변화량을 인식하여 터치 여부 및 터치 지점을 검출하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

이 경우, 상기 터치 여부 및 터치 지점을 검출하는 단계는, 상기 표시 패널 일변 끝에 위치한 상기 적외선 카메라 센서에 의해 터치 지점을 삼각 측량하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 터치 여부 및 터치 지점을 검출하는 단계는, 상기 표시 패널의 일변에 형성된 상기 도파관 유닛에 의해, 터치 지점에서, 상기 도파관 유닛의 발광층에서 출사되는 출사광을 차단하여 재귀반사되는 것을 막고 수광층에서 수광량의 변화를 감지하여 터치 지점의 일축 위치를 감지하여 이루어지는 것을 더 포함할 수도 있다.

그리고, 멀티 터치시, 상기 터치 여부 및 터치 지점을 검출하는 단계는, 상기 적외선 카메라 센서에 의해 멀티 터치 지점을 삼각 측량하여 터치 지점을 일차 검출하는 단계;와, 상기 멀티 터치 지점에서, 상기 도파관 유닛의 발광층에서 출사되는 출사광을 차단하여 재귀반사되는 것을 막고 수광층에서 수광량의 변화를 감지하여 터치 지점의 일축 위치를 감지하는 단계;와, 상기 일차 검출된 터치 지점과, 일축 위치를 비교하여, 동일하지 않은 부위를 허상으로 제거하는 단계를 포함하여 이루어질 수도 있다.

또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 터치 감지 방법은, 표시 패널의 양 코너에 배치된 적외선 카메라 센서로부터 제 1 광을 발광하는 단계;와, 상기 적외선 카메라 센서에서 제 1 반사를 받는 단계;와, 상기 표시 패널의 양 코너 사이의 일변에 배치된 도파관 유닛으로부터 제 2 광을 발광하는 단계;와, 상기 도파관 유닛에서 제 2 반사를 받는 단계;와, 상기 표시 패널 상에 터치가 이루어지면, 상기 제 1 광 및 제 2 광의 반사가 방해됨을 감지하고, 상기 제 1 및 제 2 반사의 광량 변화를 결정하여 터치를 결정하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 터치의 위치의 제 1 결정은 상기 제 1 반사에 근거하여 터치 삼각측량에 의해 이루어진다.

상기 도파관 유닛의 길이에 평행한 터치의 일축을 따른 위치의 제 2 결정은, 상기 제 2 반사에 근거하여 이루어진다.

이 때, 멀티 터치가 발생되면, 상기 제 1, 제 2 결정에 근거하여 실제 멀티 터치 위치가 결정된다. 그리고, 상기 제 1 결정은, 각각 제 1, 제 2 축 정보를 갖는 멀티 터치의 실제 위치 정보와 고스트 위치 정보를 포함할 때, 상기 실제 멀티 터치 위치를 결정하기 위해, 상기 제 1 축 정보와 제 2 결정을 비교하는 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 터치가 데드 존 상에 위치하면, 상기 제 2 결정에 근거하여 터치의 실제 위치를 결정할 수 있다. 혹은, 상기 터치가 데드 존 상에 위치하면, 터치의 위치의 제 3 결정은 상기 제 1 및 제 2 반사에 근거하여 터치 삼각측량에 의해 이루어질 수도 있다.

상기와 같은 본 발명의 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 수광층과 발광층이 적층된 도파관 유닛을 적용하여, 터치 지점을 센싱하는 도파관 유닛을 단순화할 수 있다. 즉, 종래 구조의 수광부와 발광부에 각각 별도의 도파관, 렌즈 및 검출 또는 광원을 구비하는 구조 대비, 일변에 적층 도파관과 적외선 센서, 나머지 세변에 구성이 간소화된 재귀 반사판을 적용하게 되어, 기구적 설계가 간소화되어, 광학 센싱 프레임 내 터치가 이루이는 유효 면적이 확장된다. 이에 따라 광학 센싱 프레임이 내장 장착되는 케이스 탑 또는 시스템 커버의 면적을 줄여 보더리스(borderless) 구조에 근접하게 표시 장치를 구현할 수 있다.

둘째, 적외선 카메라 센서로 일차 센싱된 터치 지점들에 대해 다시 이차로 발광층과, 수광층의 적층으로 이루어진 도파관 유닛으로 일축 위치를 감지하여, 일차 센싱된 터치 지점들과 이차 센싱된 일축 위치를 비교하여, 동일하지 않은 위치들을 허상으로 판단하여 제거하여, 정확한 멀티 터치의 감지가 가능하다. 즉, 각각 발광과 수광이 모두 가능한 센싱 수단인 도파관 유닛과, 적외선 카메라 센서를 모두 구비함으로써, 멀티 터치시의 일 센싱 수단으로 검출이 불가능한 허상(ghost)을 제거할 수 있다. 따라서, 3 터치 이상의 터치 감지에도 검출이 가능하다.

셋째, 표시 패널의 일변에 상당하여 센싱 수단으로, 도파관 유닛과, 적외선 카메라 센서를 모두 위치시킴에 의해, 표시 패널측의 배면측의 소오스 PCB가 위치한 부위를 상기 센싱 수단이 위치한 일변에 대응시킴에 의해, 표시 패널의 구동을 위한 소오스 PCB 내에 광학 센싱 프레임의 구동을 위한 터치 제어부를 구비할 수 있다.

넷째, 상기 도파관측에 반사용 렌즈를 구비할 필요가 없어, 반사용 렌즈 및 이와 연결되는 부품의 사용을 줄일 수 있어, 터치 감지를 위한 구성이 간략화된다.

다섯째, 표시 장치가 대형화될 때는 패널을 복수개의 블럭으로 나누어 적외선 LED와 라인 포토 센서의 배치하는 것이 가능하여, 발광된 광의 차단 여부를 감지하여 터치 여부를 판단하는 것으로, 대면적 적용에도 용이하다.

여섯째, 도파관에 연결된 렌즈의 사용이 줄어들어, 비용이 저감된다.

일곱째, 도파관 유닛에 의한 이차 센싱으로 2개의 적외선 카메라 센서만을 이용시 삼각측량에서 나타나는 데드존(dead zone)을 방지하고, 유효 면적을 확장할 수 있다. 이에 따라, 상기 광학 센싱 프레임을 표시 패널의 액티브 영역 외곽과 인접하게 형성하여, 내로우 베젤 구조를 구현할 수 있다.

여덟째, 광학 센싱 프레임을 케이스 탑의 내측에 일체화하여 체결함으로써, 광학 센싱 프레임에 해당하는 두께를 크게 하지 않을 수 있으며, 광학 센싱 프레임이 표시 패널의 가장자리를 누르도록 설계하여, 터치 검출 기능을 갖는 광학 센싱 프레임 표시 장치를 슬림화하여 구현할 수 있다. 장치 내에서 구성물의 배치를 단순화하여 부품의 배치 및 전자 회로 배선의 길이가 최소화되어, 이로 인해 구성상에서 전자기적 간섭(EMI)을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 적외선 방식의 터치 스크린을 나타낸 평면도
도 2는 본 발명의 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치를 나타낸 평면도
도 3은 도 2의 도파관 유닛과 재귀반사판을 발광, 수광을 개략적으로 나타낸 단면도
도 4는 도 2의 도파관 유닛을 나타낸 사시도
도 5a 및 도 5b는 도 2의 적외선 카메라 센서를 나타낸 사시도
도 6은 도 2의 재귀반사판을 나타낸 단면도
도 7은 도 2의 재귀 반사판을 상부에서 바라본 일 형태를 나타낸 사진
도 8은 도 6의 재귀반사판의 광학 필터의 투과 특성을 나타낸 그래프
도 9는 도 2의 본 발명의 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치를 상세히 나타낸 단면도
도 10은 본 발명의 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치에 있어서, 케이스 탑에 재귀 반사판, 적외선 카메라 센서 및 도파관 유닛이 체결된 상태를, 안측에서 바라본 사시도
도 11은 본 발명의 멀티 터치시 터치 감지 방법을 나타낸 도면
도 12는 본 발명의 데드존에 대응되는 터치 감지 방법을 나타낸 도면

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치 및 이의 터치 감지 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치를 나타낸 평면도이다.

도 2와 같이, 본 발명의 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치는, 평면적으로 네변을 갖는 사각형의 표시 패널(100)과, 상기 표시 패널(100)의 일변에 대응하여, 적외선 광을 출사하는 발광층(도 4의 151 참조) 및 반사광을 수광하여 터치 여부를 검출하는 수광층(도 4의 153 참조)이 적층되어 이루어진 도파관 유닛(150)과, 상기 도파관 유닛(150)의 양끝에 위치한 적외선 카메라 센서(200a, 200b)와, 상기 표시 패널(100)의 나머지 세변에 대응되어 형성된 재귀반사판(300) 및 상기 표시 패널(100), 도파관 유닛(150), 적외선 카메라 센서(200a, 200b) 및 재귀 반사판(300)을 감싸는 케이싱 구조물(미도시)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 광학 센싱 프레임(optical sensing frame)이란, 상기 적외선 카메라 센서(200a, 200b), 도파관 유닛(150) 및 재귀반사판(300)을 포함하여 일컬어지는 것으로, 이는 광학적으로 터치를 센싱하는 유닛으로, 프레임 형상(표시 패널이 오픈되어 있는 프레임 형상)을 갖기 때문에 명명된 것이다.

여기서, 상기 표시 패널(100)은 평판 패널로서 예를 들어, 액정 표시 패널, 유기 발광 표시 패널, 플라즈마 디스플레이 패널 등으로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 도파관 유닛(150), 상기 적외선 카메라 센서(200a, 200b) 및 상기 재귀 반사판(300)은, 상기 표시 패널(100) 가장자리 상측에 동일 평면상에 위치한다.

여기서, 상기 도파관 유닛(150)과 적외선 카메라 센서(200a, 200b)는 모두 발광과 수광 기능을 갖는 것으로, 상기 도파관 유닛(150)에서 대향된 재귀 반사판(300)을 향해 발광이 이루어지고, 상기 재귀 반사판(300)은 수광된 광을 다시 도파관 유닛(150)으로 반사시켜 이를 도파관 유닛(150)에서 수광하게 된다. 만일, 터치가 있게 되며, 해당 터치 지점에서 출사되는 광과 반사되는 광의 진로가 모두 막히게 되며, 이러한 광의 차단이 있을 경우, 수광된 광량의 차이가 있게 되어, 이를 터치로 검출하게 되는 것이다. 이 경우, 도파관 유닛(150)은 상기 표시 패널(100)의 일변에 대하여만 위치한 것으로, 터치 검출을 일축 방향에서만 가능하다.

여기서, 상기 적외선 카메라 센서(200a, 200b)는 터치 여부 및 터치 지점을 검출은, 상기 표시 패널(100) 일변 끝에 위치한 상기 적외선 카메라 센서에 의해 터치 지점을 삼각 측량하여 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 표시 패널(100) 양끝의 적외선 카메라 센서(200a, 200b)로부터 나온 광을 상기 재귀 반사판(300)에서 반사시켜 상기 적외선 카메라 센서(200a, 200b)쪽으로 되돌리는데, 이를 위해 상기 적외선 카메라 센서(200a, 200b)의 정면이 대각선 방향의 코너를 향해 있게 된다. 만일, 터치가 있게 되면, 터치 지점에서, 상기 적외선 카메라 센서(200a, 200b)로 나온 출사광을 차단하여 재귀반사되는 것을 막고 그 변화량을 인식하여 터치 여부 및 터치 지점을 검출할 수 있게 되는 것이다.

그러나, 도파관 유닛(150)이 일축 검출만 하여도 터치 검출이 가능한 것은, 상기 적외선 카메라 센서(200a, 200b)들의 구비에 의해 터치 검출이 일차로 먼저 이루어지기 때문에, 상기 도파관 유닛(150)이 일 방향에서만 위치하여도, 일차로, 적외선 카메라 센서(200a, 200b)에 의해 삼각측량이 이루어져 터치 검출이 가능하며, 이러한 일차 터치 검출에서 허상을 상기 도파관 유닛(150)에서 보상만 하면 되기 때문이다. 즉, 싱글 터치의 경우는 삼각 측량을 정확한 검출이 어려운, 적외선 카메라 센서(200a, 200b)들이 위치한 변에 인접한 영역(데드 존:dead zone)에서, 도파관 유닛(150)에 의해 일축(X축) 위치를 판단하여, 터치 위치를 판단한다.

또한, 도시된 도 2와 같이, 2개 이상의 멀티 터치(multi touch)시, 상기 적외선 카메라 센서(200a, 200b)를 이용하여 일차 터치 검출 후, 이차로 상기 도파관 유닛(150)에 의한 터치 부위의 일축 검출로, 상기 도파관 유닛(150)에서 검출된 일축 검출 값과 일차 검출 값과 다른 값을 허상으로 제거가 가능한 것이다.

그리고, 상기 적외선 카메라 센서(200a, 200b)와 상기 도파관 유닛(150)은 각각 터치 제어부(140)와 각각 플렉서블 인쇄 케이블 등 플렉서블 연결 부재(410a, 410b, 411a, 411b)와 연결된다. 여기서, 상기 도파관 유닛(150)으로부터 상기 터치 제어부(140)와 연결되는 것은 각각 능동 소자로 기능하는 LED(250) 및 라인 센서(260)이다.

한편, 상기 재귀 반사판(300)을 대체하여 발광 유닛이 배치될 수도 있다. 이 경우, 적외선 카메라 센서(200a, 200b)에서의 센싱은 타측 적외선 카메라 센서의 광과 발광 유닛에서의 광량을 센싱한다. 터치가 발생하면, 상기 터치 지점에서의 광 차단이 이루어져 광량 변화를 검출하여 터치를 감지한다.

이하, 각 구성의 구체적인 구성 및 기능을 살펴본다.

도 3은 도 2의 도파관 유닛과 재귀반사판을 발광, 수광을 개략적으로 나타낸 단면도이며, 도 4는 도 2의 도파관 유닛을 나타낸 사시도이다.

도 3 및 도 4와 같이, 상기 도파관 유닛(150)의 출사되는 광은 직진 방향으로 갖고, X축 위치에 대해 복수개의 서로 다른 위치에서 출사되며, 상기 재귀 반사판(300)은 수광된 광이 다시 역방향으로 반사되도록 한다. 즉, 직진성을 갖고 재귀 반사판(300)으로 광이 수광되었기에, 반사되는 광은 직진하여 전달된다. 이 경우, 상기 도파관 유닛(150)과 상기 재귀 반사판(300)은 동일 평면상에 위치하는 것으로, 상기 도파관 유닛(150)에 구비된 LED(250)와 라인 센서(260)은 각각 직진하여 광을 출사, 발광하고, 직진하여 광을 수광하면 된다.

이들 도파관 유닛(150) 및 재귀 반사판(300)은 모두 표시 패널(100) 상에 위치하며, 이들의 적외선 출사 및 수광은 표시 패널(100)의 디스플레이에 영향을 미치지 않는 적외선 광이다.

도 4와 같이, 상기 도파관 유닛(150)은 발광층(151)과 수광층(153)이, 서로 적층되어 이루어진다. 이 경우, 상기 발광층(151)과 수광층(153)은 서로 그 위치를 바꾸어 형성될 수도 있다.

그리고, 상기 도파관 유닛(150)의 발광층(151)은 일측에 적외선 광을 출사하는 적외선 LED(250)와, 상기 적외선 LED(250)에서, 광을 분배하는 광 스플리터(미도시) 및 상기 광 스플리터로부터 분배되어 출사된 광을 X축 방향에 대해 각각 복수개의 지점에서 직진성을 갖고 출사되도록 전달하는 복수개의 광섬유(152)를 포함한다.

또한, 상기 도파관 유닛(150)의 수광층(153)은, 상기 재귀 반사판(300)으로부터 반사되어 수광되는 광을 전달받는 복수개의 광섬유(154) 및 상기 광섬유(154)들의 일측에 연결되어, 상기 광섬유(154)로부터 전달된 광에 의해 터치 여부를 검출하는 라인 포토 센서(260)를 포함한다.

경우에 따라, 상기 광섬유(152, 154)들이 표시 패널(100)에 대응되는 변에 인접하여, 광 효율 광학계 렌즈가 더 구비될 수도 있다.

도 5a 및 도 5b는 도 2의 적외선 카메라 센서를 나타낸 사시도이다.

이러한 상기 적외선 카메라 센서모듈(200: 200a, 200b)은, 도 5a 및 도 5b와 같이, 적외선 광을 출사하는 적외선 LED(220)와, 상기 적외선 LED(220)에서 출사하는 광의 출사각을 조절하는 조명계 렌즈(235)와, 수광된 광을 집광하는 대물 렌즈(230)와, 상기 대물 렌즈(230)에서 집광된 광을 센싱하는 포토 센서(225)와, 상기 대물 렌즈(230)의 전면 또는 후면에 위치하는 제 1 광학 필터(240)를 포함한다. 또한, 상기 적외선 LED(220)가 놓여지고, 상기 포토 센서(225)가 그 배면측에 배치되며, 상기 대물 렌즈(230), LED 렌즈(235) 및 재 1 광학 필터(240)를 그 내부에 장착하는 하우징(housing: 210)과, 상기 하우징(210)의 상부를 덮어 그 내부 구조물을 보호하는 커버 몰드(233)를 포함한다.

여기서, 상기 커버 몰드(223)와 하우징(210)을 통해 수과된 광이 통과하도록 상기 커버 몰드(223)와 하우징(210)은 오픈 영역을 구비하여, 오픈 영역 안쪽에 상기 포토 센서(225)가 배치된다. 이 경우, 수광된 광은, 상기 제 1 광학필터(24), 대물 렌즈(230)를 거쳐 상기 포토 센서(225)로 수광된다.

그리고, 상기 적외선 LED(220)는 광을 재귀 반사판(300)쪽으로 출사시키는 역할을 담당한다. 여기서, 상기 조명계 렌즈(235)는 상기 적외선 LED(220)로부터 LED(220)의 표시 패널(100)의 표면과 평행한 상기 LED(220)의 표면에 수직한 면을 기준으로 상하 5°까지의 협각으로 출사가 가능하며, 렌즈면과 수직한 면 내에서는 약 90~100°의 화각을 갖는다.

또한, 상기 포토 센서(225)는 복수개의 센서를 포함하는 라인 센서 어레이로 PCB(226) 상에 배치될 수 있으며, 상기 PCB(226)는 FPC(Flexible Printed Cable)(250)을 통해 터치 제어부(미도시)에 의해 연결되어 형성된다. 이 경우, 상기 터치 제어부는 표시 패널의 제어부가 형성된 소오스 PCB측에 함께 구비할 수 있다. 이와 같이, 터치 제어부를 소오스 PCB측에 구비하기 용이한 이유는, 전기적 신호의 인가 및 센싱이 이루어지는 적외선 카메라 센서(200)와 도파관 유닛(150)이 표시 패널의 일변에 위치하기 때문에, 표시 패널의 일변에 위치한 소오스 PCB와 접근이 용이하기 때문이다. 상기 카메라 센서모듈(200)의 제어는 표시 패널의 제어 유닛에 구비된 터치 제어부에서 직접 이루어진다. 그리고, 상기 FPC(250)는 상기 카메라 센서모듈(200)의 후면쪽에서 접혀져 상기 케이스 탑(도 9의 180 참조)의 측면에 양면 테이프(미도시)를 개재하여 접착된다.

그리고, 상기 터치 제어부는 상기 적외선 카메라 센서(200)로부터 터치 지점의 삼각 측량과, 상기 도파관 유닛(150)에 의해 터치 지점의 일축 위치 감지를 제어한다.

이때, 상기 포토 센서(225)의 해상도는 수평 방향으로 500픽셀 이상(수평 방향으로 500개 이상의 화소 상의 위치를 검출할 수 있도록)의 해상도를 갖는 것이 바람직하다.

한편, 상기 재귀 반사판(300)은 표시 패널(100)의 가장자리의 네변에 대응되어 그 상측에 형성되어, 상기 재귀 반사판(300)은 가이드 구조물(미도시)에 측부에 부착된다. 이 경우, 표시 패널(100)의 코너에서, 상기 적외선 카메라 센서(200a, 200b)는 가이드 구조물과 동일한 평면상에 위치하며, 그 상부에 돌출부(215)를 구비하여 케이스 탑(도 10의 180 참조)과 같은 케이스 구조물에 체결이 이루어진다. 이 경우, 상기 케이싱 탑(180)에 구비된 홈(도 10의 180a 참조)을 통해 상기 돌출부(215)는 체결된다. 이러한 홈과 돌출부(215)는 생략될 수도 있다.

이러한 상기 적외선 카메라 센서(200)는 각각 최소 2면에서 재귀 반사되어 오는 광을 수광한다.

또한, 상기 적외선 카메라 센서(200)는 터치시 상기 재귀 반사판(300)에서 반사된 반사광 또는 터치 물체(손이나 펜 등의 입력 수단)의 상기 터치 지점에서 상기 적외선 카메라 센서에서 출사된 광이 차단되는 것을 감지한다.

여기서, 상기 포토 센서(225)는 복수개의 센서를 포함하는 라인센서 어레이로 이루어진다. 이 때, 상기 포토 센서의 해상도는 수평 500픽셀 이상의 해상도를 갖는다.

상기 적외선 카메라 센서는 터치시 상기 재귀 반사판에서 반사된 반사광 또는 상기 터치 지점에서 상기 적외선 카메라 센서에서 출사된 광이 차단되는 것을 감지한다.

도 6은 도 2의 재귀반사판을 나타낸 단면도이며, 도 7은 도 2의 재귀 반사판을 상부에서 바라본 일 형태를 나타낸 사진이고, 도 8은 도 6의 재귀반사판의 광학 필터의 투과 특성을 나타낸 그래프이다.

도 6 내지 도 8과 같이, 상기 재귀 반사판(300)은, 적외선 영역대의 광만을 투과시키는 광학 필터(301)와, 수광된 광을 다시 반사시키는 재귀 반사층(303) 및 상기 광학 필터(301)와 재귀 반사층(303) 사이에 이들을 접착하는 제 1 접착층(302)을 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 재귀 반사층(303)의 하측에는 제 2 접착층(304)이 더 구비되어 이 부분이 케이싱 구조물로 이용되는 케이스 탑(180)의 안측면에 부착되거나 체결될 수 있다.

여기서, 상기 재귀 반사층(303)은 도 7과 같이, 일종의 마이크로 프리즘과 같은 형상으로, 큐브 코너(cube-corner) 형상으로 이루어진다. 이 때, 광각은 0~65°로 재귀 반사효율이 좋은 범위에서 선택한다.

또한, 상기 광학 필터(301)는 도 8과 같이, 적외선 이상의 광만을 투과시키고, 나머지 가시광 이상의 광역대에서는 차단하는 특징을 갖는 것으로, 이를 위해 블랙 물질을 도포하여 가시광 영역의 차단을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 상기 광학 필터(301)의 컷 오프 프리퀀시(cut-off frequency)는 약 700nm일 수 있다.

이러한, 광학 필터(301)는 아크릴계 수지로 이루어질 수 있다. 예를 들어, PMMA(Poly Methyl methacrylate) 또는 폴리카보네이트(Polycarbonate)를 이용할 수 있다. 혹은 상기 광학 필터(301)는 글래스(glass) 성분을 포함하여 이루어질 수 있다.

도 9는 도 2의 본 발명의 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치를 상세히 나타낸 단면도이며, 도 10은 본 발명의 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치에 있어서, 케이스 탑에 재귀 반사판, 적외선 카메라 센서 및 도파관 유닛이 체결된 상태를, 안측에서 바라본 사시도이다.

도 9 및 도 10과 같이, 본 발명의 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치는, 도파관 유닛(150)과, 가이드 구조물(170), 상기 가이드 구조물(170)의 측변에 형성된 재귀 반사판(300) 및 적외선 카메라 센서(200: 200a, 200b)가 표시 패널(100)의 가장자리 상측, 동일 평면에 위치하여, 직진하여 들어오거나 나가는 적외선 광을 발광 및 수광을 통해 터치 여부를 센싱한다.

여기서, 상기 도파관 유닛(150), 가이드 구조물(170), 재귀 반사판(300) 및 적외선 카메라 센서(200)를 터치 검출 기능과 그 형상을 고려하여 광학 센싱 프레임(optical sensing frame)라 한다.

상기 광학 센싱 프레임에서 가이드 구조물(170)은 생략될 수도 있고, 상기 재귀 반사판(300)은 발광 유닛으로 대체될 수 있다.

도 9에 도시된 도면은 상기 표시 패널(100)을 액정 패널로 적용한 예로, 서로 액정층(미도시)을 사이에 끼워 서로 대향된 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120)과, 상기 제 1 기판(110)과 제 2 기판(120) 각각의 배면에 형성된 제 1 편광판(131) 및 제 2 편광판(132)을 포함하여 이루어진 예를 나타내고 있다.

그리고, 상기 표시 패널(100)은 그 하부에 백라이트 유닛(400)이 위치하며, 상기 백라이트 유닛과 표시 패널(100) 및 가이드 구조물(170)을 지지하도록 서포트 메인(160)이 형성되며, 상기 백라이트 유닛(400)과 상기 서포트 메인(160) 등을 수납하도록 커버 바텀(350)이 형성되어 있다.

또한, 상기 가이드 구조물(170), 재귀 반사판(300), 적외선 카메라 센서(200) 및 도파관 유닛(150)을 가리도록 케이스 탑(180)이 형성된다. 이 경우, 상기 케이스 탑(180)은 상기 커버 바텀(350)을 측면에서 덮어씌우도록 형성되며, 여기서, 표시 패널(100)과 가이드 구조물(170), 재귀 반사판(300), 적외선 카메라 센서(200) 및 도파관 유닛(150) 등을 그 내부에 수납하는 기능을 담당하는 케이스 탑(180)과 커버 바텀(350)을 케이싱 구조물이라 한다. 여기서, 상기 가이드 구조물(170), 재귀 반사판(300), 적외선 카메라 센서(200) 및 도파관 유닛(150)이 상기 표시 패널(100)의 상부 가장자리에 형성되며, 상기 케이스 탑(180)은 이들이 형성된 상기 표시 패널(100)의 상부 가장자리와 측부를 가린다. 그리고, 커버 바텀(350)은 백라이트 유닛(400)이나 서포트 메인(160)을 상기 표시 패널(100) 하부에 더 포함시켜 수납할 수 있다. 경우에 따라, 상기 백라이트 유닛(400)은 생략될 수 있고, 상기 서포트 메인(160)은 그 형상이 달라질 수 있다.

그리고, 상기 가이드 구조물(170)은 그 하부가 상기 재귀 반사판(300)을 받치도록 표시 패널(100)을 상부쪽으로 돌출되어 형성되어, 재귀 반사판(300)과 상기 가이드 구조물(170)과의 결합을 더 공고히 할 수 있다.

이와 같이, 상기 케이스 탑(180)에 의해 광학 센싱 프레임 구성요소는 모두 가려지게 되어, 외관상에서 이들을 나타나지 않고, 또한, 상기 케이스 탑의 내측에 상기 광학 센싱 프레임이 형성되어, 광학 센싱 프레임 형성 이전의 구조에서도 액정 패널과 이격 간격을 구비하여 배치된 케이스 탑을 고려하면, 슬림화를 꾀하며 광학 센싱 프레임을 장치 내 내장이 가능하다.

도 10은 특히, 적외선 카메라 센서(200)측이 보이도록 케이스 탑 안쪽에서 적외선 카메라 센서를 바라본 것으로, 이 경우, 상기 적외선 카메라 센서(200)는 기능적으로 광의 출사 기능을 담당하는 LED (210)와, 재귀 반사판(300)으로부터 반사되어 들어오는 광을 수광하여 센싱하는 렌즈(LENS)(220)를 포함한 센싱부로 도시하였다.

여기서, 도 5a, 5b를 참조하면 알 수 있듯이, 상기 적외선 카메라 센서(200)는 그 상측에 돌출부(215)를 구비하여, 상기 케이스 탑(180)의 구비된 가이드홈(185a)에 체결된다.

한편, 상술한 본 발명의 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치의 터치 감지 방법은, 다음과 같다.

먼저, 상술한 구성의 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치를 준비한다.

상기 표시 패널의 일 부위를 손가락 혹은 펜 등과 같은 입력 장치에 의해 터치한다.

이어, 상기 적외선 카메라 센서 및 상기 도파관 유닛에서, 출사광을 차단하여 재귀반사되는 것을 막고 그 변화량을 인식하여 터치 여부 및 터치 지점을 검출하는 단계를 포함한다.

이 경우, 상기 터치 여부 및 터치 지점을 검출을 적외선 카메라 센서에 의해 수행하는 것은, 상기 표시 패널 일변 끝에 위치한 상기 적외선 카메라 센서에 의해 터치 지점을 삼각 측량하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 터치 여부 및 터치 지점을 검출을 상기 도파관 유닛에 의해 수행하는 것은, 상기 표시 패널의 일변에 형성된 상기 도파관 유닛에 의해, 터치 지점에서, 상기 도파관 유닛의 발광층에서 출사되는 출사광을 차단하여 재귀반사되는 것을 막고 수광층에서 수광량의 변화를 감지하여 터치 지점의 일축 위치를 감지하여 이루어질 수 있다.

도 11은 본 발명의 멀티 터치시 터치 감지 방법을 나타낸 도면이다.

도 11과 같이, 멀티 터치시, 상기 터치 여부 및 터치 지점을 검출은, 상기 적외선 카메라 센서에 의해 멀티 터치 지점을 삼각 측량하여 터치 지점을 일차 검출하는 단계와, 상기 멀티 터치 지점에서, 상기 도파관 유닛의 발광층에서 출사되는 출사광을 차단하여 재귀반사되는 것을 막고 수광층에서 수광량의 변화를 감지하여 터치 지점의 일축 위치를 감지하는 단계와, 상기 일차 검출된 터치 지점과, 일축 위치를 비교하여, 동일하지 않은 부위를 허상으로 제거하는 단계를 포함하여 이루어진다.

여기서, 삼각 측량하여 터치 지점을 일차 검출하는 단계에서 실제 터치 지점인 RT와 함께 고스트 터치 지점인 GT까지 함께 센싱될 수 있다. 즉, 삼각측량은 양 코너의 적외선 카메라 센서 (200a, 200b)에 의해 터치 지점까지 그려진 선의 교차에 의해 이루어지는데, 이러한 선상의 교차점이 실제 터치 지점 RT 외에도 고스트 터치 지점 GT 에서도 발생되기 때문이다.

이러한 터치 지점의 일차 검출은, 먼저 표시 패널(100)의 양 코너에 배치된 적외선 카메라 센서 (200a, 200b)로부터 제 1 광을 발광하고 이어, 상기 적외선 카메라 센서(200a, 200b)에서 제 1 반사를 받는 순으로 이루어진다.

이어, 진행하는 도파관 유닛(150)에서 터치 지점의 일축 위치를 감지하는 단계에서, 고스트 터치 지점 GT은 광의 차단이 없이 광이 막히지 않고 직진하여 대향하는 재귀 반사판(300)을 만나 다시 반사되어 라인 센서(260)에서 수광하게 되어, 이러한 고스트 터치 지점 GT을 배제할 수 있는 것이다.

여기서, 상기 도파관 유닛(150)에서의 검출은, 표시 패널(100)의 양 코너 사이의 일변에 배치된 도파관 유닛(150)으로부터 제 2 광을 발광하고, 상기 도파관 유닛에서 제 2 반사를 받는 순으로 이루어진다.

고스트 터치 지점 GT의 배제는 실제, 상기 일차 검출된 터치 지점과, 일축 위치를 비교하여, 동일하지 않은 부위를 허상으로 제거하는 단계에서 이루어지게 된다.

기본적으로, 멀티 터치 외의 일반적 터치 검출은, , 상기 표시 패널 상에 터치가 이루어지면, 상기 제 1 광 및 제 2 광의 반사가 방해됨을 감지하고, 상기 제 1 및 제 2 반사의 광량 변화를 결정하여 터치를 결정하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 터치의 위치의 제 1 결정은 상기 제 1 반사에 근거하여 터치 삼각측량에 의해 이루어진다.

상기 도파관 유닛의 길이에 평행한 터치의 일축을 따른 위치의 제 2 결정은, 상기 제 2 반사에 근거하여 이루어진다.

이 때, 멀티 터치가 발생되면, 상기 제 1, 제 2 결정에 근거하여 실제 멀티 터치 위치가 결정된다. 그리고, 상기 제 1 결정은, 각각 제 1, 제 2 축 정보를 갖는 멀티 터치의 실제 위치 정보와 고스트 위치 정보를 포함할 때, 상기 실제 멀티 터치 위치를 결정하기 위해, 상기 제 1 축 정보와 제 2 결정을 비교하는 단계를 더 포함하게 되는 것이다.

도 12는 본 발명의 데드존에 대응되는 터치 감지 방법을 나타낸 도면이다.

도 12와 같이, 상기 터치가 데드 존 상에 위치하면, 상술한 제 2 결정(도파관 유닛(150)의 의한 검출)에 근거하여 터치의 실제 위치를 결정할 수 있다.

데드 존은 양측의 적외선 카메라 센서들 사이의 선상 및 이에 인접한 영역이다.

이 때, 터치가 데드 존 상에 위치하면, 상기 제 2 결정은 일축의 정보 ① 만을 검출하므로, 적어도 하나의 적외선 카메라 센서 (200a 또는 200b)로부터 터치 지점에 대한 각도 정보 ②를 이용하는 제 3 결정을 더 이용할 수 있다.

혹은 데드 존에 터치가 위치한 경우에도, 역시 제 1 결정과 제 2 결정과의 비교에 의해서도 수행할 수 있을 것이다.

이와 같이, 터치 검출은, 적외선 카메라 센서와 함께 도파관 유닛으로 보상하여 진행하여 멀티 터치시에도 허상(고스트)를 방지할 수 있고 데드존의 영역 또한 검출 가능하여, 전 영역에서 정확한 터치 검출이 가능하게 된다. 즉, 각각 발광과 수광이 모두 가능한 센싱 수단인 도파관 유닛과, 적외선 카메라 센서를 모두 구비함으로써, 멀티 터치시의 일 센싱 수단으로 검출이 불가능한 허상(ghost)이나 데드존(dead zone) 을 제거할 수 있다. 따라서, 3 터치 이상의 터치 감지에도 검출이 가능하다.

이러한 본 발명의 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치의 경우, 수광층과 발광층이 적층된 도파관 유닛을 적용하여, 터치 지점을 센싱하는 도파관 유닛을 단순화할 수 있다. 즉, 종래 구조의 수광부와 발광부에 각각 별도의 도파관, 렌즈 및 검출 또는 광원을 구비하는 구조 대비, 일변에 적층 도파관과 적외선 센서, 나머지 세변에 구성이 간소화된 재귀 반사판을 적용하게 되어, 기구적 설계가 간소화되어, 광학 센싱 프레임 내 유효 터치 면적이 확장된다. 이에 따라 상기 광학 센싱 프레임을 표시 패널에 근접한 크기로 형성하여, 비표시 영역을 최소화하여 표시 장치를 구현할 수 있다.

여기서, 도파관 유닛에 의한 이차 센싱으로 2개의 적외선 카메라 센서만을 이용시 삼각측량에서 나타나는 데드존(dead zone)을 방지하고, 유효 면적을 확장할 수 있다. 이에 따라, 상기 광학 센싱 프레임을 표시 패널의 액티브 영역 외곽과 인접하게 형성하여, 내로우 베젤 구조를 구현할 수 있다.

또한, 광학 센싱 프레임을 케이스 탑의 내측에 일체화하여 체결함으로써, 광학 센싱 프레임에 해당하는 두께를 크게 하지 않을 수 있으며, 광학 센싱 프레임이 표시 패널의 가장자리를 누르도록 설계하여, 터치 검출 기능을 갖는 광학 센싱 프레임 표시 장치를 슬림화하여 구현할 수 있다. 장치 내에서 구성물의 배치를 단순화하여 부품의 배치 및 전자 회로 배선의 길이가 최소화되어, 이로 인해 구성상에서 전자기적 간섭(EMI)을 방지할 수 있다.

그리고, 표시 패널의 일변에 상당하여 센싱 수단으로, 도파관 유닛과, 적외선 카메라 센서를 모두 위치시킴에 의해, 표시 패널측의 배면측의 소오스 PCB가 위치한 부위를 상기 센싱 수단이 위치한 일변에 대응시킴에 의해, 표시 패널의 구동을 위한 소오스 PCB 내에 광학 센싱 프레임의 구동을 위한 터치 제어부를 구비할 수 있다.

또한, 표시 장치가 대형화될 때는 패널을 복수개의 블럭으로 나누어 적외선 LED와 라인 포토 센서의 배치하는 것이 가능하여, 발광된 광의 차단 여부를 감지하여 터치 여부를 판단하는 것으로, 대면적 적용에도 용이하다.

그리고, 도파관에 연결된 렌즈의 사용이 줄어들어, 비용이 저감된다.

한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

100: 표시 패널 150: 도파관 유닛
151: 발광층 152: 발광층 광섬유
153: 수광층 154: 수광층 광섬유
200, 200a, 200b: 적외선 카메라 센서 250: 적외선 LED
260: 라인 센서 300: 재귀 반사판
301: 광학 필터층 302: 제 1 접착층
303: 재귀 반사층 304: 제 2 접착

Claims (31)

1. 표시 패널;
   상기 표시 패널의 일변에 대응하여, 적외선 광을 출사하는 발광층 및 반사광을 수광하여 일축 방향의 터치 여부를 검출하는 수광층이 적층되어 이루어진 도파관 유닛;
   상기 도파관 유닛의 양끝에 대각선 방향의 코너를 향해 위치하여 터치 여부 및 터치 지점을 검출하는 제1, 제2 적외선 카메라 센서; 및
   상기 표시 패널, 도파관 유닛 및 제1, 제2 적외선 카메라 센서를 감싸는 케이싱 구조물을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 표시 패널의 나머지 세변에 대응되어 재귀반사판을 더 포함한 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 표시 패널의 나머지 세변에 대응되어 발광 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제1, 제2 적외선 카메라 센서로부터 터치 지점의 삼각 측량과, 상기 도파관 유닛에 의해 터치 지점의 일축 위치 감지를 제어하는 터치 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 제1, 제2 적외선 카메라 센서는 각각 최소 두 변에서 반사되어 오는 광을 수광하고, 상기 도파관 유닛으로부터 나오는 출사광 빛 반사광을 센싱하는 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 터치 제어부는, 상기 제1, 제2 적외선 카메라 센서를 이용한 광량 센싱에 의해 터치 지점에서 상기 적외선 카메라에서 출사된 광이 차단되는 것을 감지하는 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치.
7. 제 2항에 있어서,
   상기 도파관 유닛, 상기 제1, 제2 적외선 카메라 센서 및 상기 재귀 반사판은, 상기 표시 패널 가장자리 상측에 위치한 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 케이싱 구조물 내에 가이드 구조물을 더 구비한 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 가이드 구조물의 안쪽 측벽에 상기 재귀 반사판이 형성된 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치.
10. 제 8항에 있어서,
    상기 가이드 구조물이 상기 표시 패널의 가장자리를 눌러주는 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치.
11. 제 2항에 있어서,
    상기 제1, 제2 적외선 카메라 센서는 각각,
    적외선 광을 출사하는 적외선 LED;
    대향하는 다른 적외선 센서로부터의 광 또는 상기 재귀 반사판으로부터 반사광을 센싱하는 포토 센서를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 포토 센서는 복수개의 센서를 포함하는 라인센서 어레이로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치.
13. 제 1항에 있어서,
    상기 도파관 유닛의 발광층은,
    일측에 적외선 광을 출사하는 적외선 LED;,
    상기 적외선 LED에서, 광을 분배하는 광 스플리터; 및
    상기 광 스플리터로부터 분배되어 출사된 광을 X축 및 Y축 방향에 대해 각각 복수개의 지점에서 직진성을 갖고 출사되도록 전달하는 광섬유를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치.
14. 제 2항에 있어서,
    상기 도파관 유닛의 수광층은,
    상기 재귀 반사판으로부터 반사되어 수광되는 광을 전달받는 복수개의 광섬유; 및
    상기 광섬유의 일측에, 상기 광섬유로부터 전달된 광에 의해 터치 여부를 검출하는 라인 포토 센서를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치.
15. 제 2항에 있어서,
    상기 재귀 반사판은, 재귀 반사를 수행하는 프리즘 산의 정점이 상기 표시 패널에서 상기 케이싱 구조물을 향하도록 한 프리즘군을 포함한 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치.
16. 제 15항에 있어서,
    상기 재귀 반사판에, 적외선만을 투과시키는 광학 필터를 더 부착한 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치.
17. 제 16항에 있어서,
    상기 광학 필터는 아크릴계 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치.
18. 제 16항에 있어서,
    상기 광학 필터는 PMMA(Poly Methyl methacrylate) 또는 폴리카보네이트(Polycarbonate)인 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치.
19. 제 16항에 있어서,
    상기 광학 필터는 글래스 성분을 포함한 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치.
20. 제 1항에 있어서,
    상기 표시 패널을 제어하는 표시 패널 제어 유닛을 상기 적외선 카메라 센서 및 도파관 유닛이 위치한 일변에 위치시키고, 상기 적외선 카메라 센서 및 도파관 유닛을 제어하는 터치센싱 제어부를 상기 표시 패널 제어 유닛 내에 집적하는 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치.
21. 표시 패널과, 상기 표시 패널의 일변에 적외선 광을 출사하는 발광층 및 반사광을 수광하여 터치 여부를 검출하는 수광층이 적층된 도파관 유닛과, 상기 도파관 유닛의 양끝에 대각선 방향의 코너를 향해 위치한 제1, 제2 적외선 카메라 센서 및 상기 표시 패널의 나머지 세변에 대응되어 형성된 재귀반사판을 포함하여 이루어진 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치의 멀티 터치 감지 방법에 있어서,
    상기 표시 패널의 일 부위를 입력 장치에 의해 멀티 터치하는 단계;
    상기 제1, 제2 적외선 카메라 센서를 이용하여 터치 여부 및 터치 지점을 검출하는 제1 검출 단계; 및
    상기 도파관 유닛의 발광층에서 출사된 출사광이 터치로 인해 발생하는 상기 도파관 유닛의 수광층에서의 수광량의 변화를 감지하여 터치 지점의 일축 위치를 검출하는 제2 검출단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치의 멀티 터치 감지 방법.
22. 삭제
23. 삭제
24. 제 21항에 있어서,
    멀티 터치시,
    상기 제1 검출 단계에 의해 일차 검출된 터치 지점과, 2차 검출단계에 의해 검출된 일축 위치를 비교하여, 동일하지 않은 부위를 허상으로 제거하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치의 멀티 터치 감지 방법.
25. 표시 패널의 일변의 양 코너에 대각선 방향의 코너를 향해 배치된 제1, 제2 적외선 카메라 센서로부터 제 1 광을 발광하는 단계;
    상기 제1, 제2 적외선 카메라 센서에서 제 1 반사를 받는 단계;
    상기 표시 패널의 양 코너 사이의 일변에 배치된 도파관 유닛으로부터 제 2 광을 발광하는 단계;
    상기 도파관 유닛에서 제 2 반사를 받는 단계;
    상기 표시 패널 상에 터치가 이루어지면, 상기 제 1 광 및 제 2 광의 반사가 방해됨을 감지하고, 상기 제 1 및 제 2 반사의 광량 변화를 감지하여 터치를 결정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치의 멀티 터치 감지 방법.
26. 제 25항에 있어서, 상기 터치를 결정하는 단계는,
    상기 제 1 반사에 근거하여 터치 삼각측량에 의해 이루어지는 제1 결정; 및
    상기 제 2 반사에 근거하여 상기 도파관 유닛의 길이 방향에 평행한 일축에 따른 터치 위치를 결정하는 제2 결정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치의 멀티 터치 감지 방법.
    
27. 삭제
28. 삭제
29. 제 26항에 있어서,
    상기 제 1 결정은, 각각 제 1, 제 2 축 정보를 갖는 멀티 터치의 실제 위치 정보와 고스트 위치 정보를 포함할 때,
    상기 실제 멀티 터치 위치를 결정하기 위해, 상기 제 1 축 정보와 제 2 결정을 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 터치 감지 방법.
30. 제 26항에 있어서,
    상기 터치가 데드 존 상에 위치하면, 상기 제 2 결정에 근거하여 터치의 실제 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 터치 감지 방법.
31. 제 25항에 있어서,
    상기 터치가 데드 존 상에 위치하면, 터치의 위치의 제 3 결정은 상기 제 1 및 제 2 반사에 근거하여 터치 삼각측량에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치의 멀티 터치 감지 방법.

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