KR101735397B1 - 광학식 터치 입력 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

광학식 터치 입력 장치 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도광판과 렌즈간의 에어갭(airgap)에 의한 산란광을 방지하여 광효율을 향상시키며 터치 감도를 높인 광학식 터치 입력 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 광학식 터치 입력 장치는 도광판;과, 상기 도광판의 일측에 형성된 적외선 발광소자 및 이미지 센서;와, 상기 도광판의 타측에 대응하여, 상기 도광판의 타측과 상부 일부를 덮으며 굴곡을 갖고 형성된 반사 렌즈; 및 상기 도광판의 타측과 상기 반사 렌즈 사이에 채워진 인덱스 매칭 물질층을 포함하여 이루어진 것에 그 특징이 있다.

Description

광학식 터치 입력 장치 및 이의 제조 방법 {Optical Touch Input Device and Method for Manufacturing the Same}
본 발명은 터치 입력 장치에 관한 것으로 특히, 도광판과 렌즈간의 에어갭(airgap)에 의한 산란광을 방지하여 광효율을 향상시키며 터치 감도를 높인 광학식 터치 입력 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 터치 스크린(Touch Screen)은 각종 디스플레이를 이용하는 정보통신기기와 사용자 간의 인터페이스를 구성하는 여러 방식 중의 하나로서, 사용자가 손이나 펜으로 화면을 직접 접촉함으로써 기기와 인터페이스할 수 있는 입력장치이다.
터치 스크린은 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, 교통 안내 등 많은 분야에서 적용되고 있다.
이러한 터치 스크린은 인식하는 방법에 따라 저항막 방식(Resistive Type), 정전 용량 방식(Capacitive Type), 초음파 방식(Ultrasonic Wave Type), 적외선 방식(Infrared Type) 등이 있다.
상술한 각 방식의 이점은 각기 상이하지만, 근래에는 터치면이 받는 압력을 최소화하고 배치의 편리성으로 적외선 방식의 터치 스크린이 주목되고 있다.
적외선 방식의 터치 스크린은 또한, 발광원과 수광원의 배치 구조와 그 수에 따라 적외선 매트릭스 방식과 적외선 카메라 센싱 방식 등으로 구분할 수 있다. 이러한 적외선 방식은 광량의 센싱에 의해 터치 여부가 검출됨에 의해 광학식 방식으로도 불려진다.
표시 패널의 크기 및 조립시의 유동 여부에 따라 특정 방식이 선호될 수 있으며, 이 중 적외선 매트릭스 방식은 복수개의 적외선 발광원과 센서부 및 상기 적외선 발광원과 대향된 위치에 배치되는 렌즈부를 포함하여 이루어진다.
이하, 도면을 참조하여 일반적인 적외선 매트릭스 방식을 이용한 광학식 터치 입력 장치를 살펴본다.
도 1은 일반적인 광학식 터치 입력 장치를 나타낸 단면도이다.
도 1과 같이, 일반적인 광학식 터치 입력 장치는 표시 패널(10)과, 상기 표시 패널 하부에 백라이트 유닛(20)을 포함한 표시 모듈(300)과, 상기 표시 모듈 상에 위치한 터치 입력과 터치 검출이 가능한 적외선 매트릭스 시스템(600)을 구비한다.
여기서, 상기 적외선 매트릭스 시스템(600)은, 상기 표시 모듈(300) 상에 위치하는 커버 플레이트(40)와, 상기 커버 플레이트 일측에 위치한 적외선 발광소자(47)와, 상기 커버 플레이트 타측에 위치한 렌즈부(45)와, 상기 적외선 발광 소자(47) 상에 위치한 센서(49)와, 상기 렌즈부(45)로부터 반사된 광이 수광되어 들어오는 광도파로(51)를 포함한다.
이를 통해 적외선 발광 소자(47)에서 출사된 광이 상기 커버 플레이트(40)를 지나 렌즈부(45)를 통해 반사되어 상기 센서(49)로 수광되며, 터치가 있을 경우, 터치 부위에서 상기 광의 이동 경로가 차단되어 터치 여부와 위치가 센싱될 수 있다.
한편, 상기 터치 입력을 위한 광도파로(51), 렌즈부(45), 센서(49) 및 적외선 센서(47)는 케이스 탑(30)에 의해 외관상 가려진다.
상기와 같은 일반적인 광학식 터치 입력 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
렌즈부와 커버 플레이트의 측부 사이에 이격 공간이 있어, 이로 인한 산란광이 발생한다. 특히, 렌즈부와 대응되는 커버 플레이트 상부에는 접착층의 구비되어 산란광의 정도가 약하나 커버 플레이트의 측부는 고유의 거칠기 등에 의해 이격 공간의 발생의 필연적이며, 표면 거칠기에 의해 산란광이 유도되기도 한다.
또한, 산란광이 발생함에 의해 광효율이 떨어지고, 이로 인해 일정 레벨 이상의 터치 감도를 위해 적외선 발광 소자의 발광 출력을 늘려야 하므로 소비전력이 늘어나는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 도광판과 렌즈간의 에어갭(airgap)에 의한 산란광을 방지하여 광효율을 향상시키며 터치 감도를 높인 광학식 터치 입력 장치 및 이의 제조 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학식 터치 입력 장치는 도광판;과, 상기 도광판의 일측에 형성된 적외선 발광소자 및 이미지 센서;와, 상기 도광판의 타측에 대응하여, 상기 도광판의 타측과 상부 일부를 덮으며 굴곡을 갖고 형성된 반사 렌즈; 및 상기 도광판의 타측과 상기 반사 렌즈 사이에 채워진 인덱스 매칭 물질층을 포함하여 이루어진 것에 그 특징이 있다.
상기 인덱스 매칭 물질층은 상기 도광판과 상기 반사 렌즈 중 어느 하나와 굴절률이 같거나, 상기 도광판의 굴절률과 상기 반사 렌즈의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는다.
상기 인덱스 매칭 물질층은 우레탄 아크릴레이트(urethane acrylate) 계열 소재로 이루어진다.
그리고, 상기 인덱스 매칭 물질층은 액상의 인덱스 매칭 물질을 상기 도광판의 타측과 상기 반사 렌즈 사이에 채운 후 자외선 경화되어 이루어진 것이다. 이 때, 상기 자외선 경화는 자외선 램프를 이용하여 시간을 90초로 하며 조사하여 이루어진다.
상기 도광판은 표시 패널의 일 기판이다. 상기 표시 패널의 표면은 터치면이며 표시면이다.
상기 적외선 발광 소자 및 이미지 센서는 상기 도광판의 2변에 대응하여 위치하며, 상기 반사 렌즈는 상기 도광판의 나머지 2변에 대응하여 위치한다. 상기 이미지 센서와 연결되는 광도파로(waveguide)가 상기 도광판의 2변에 대응되어 더 형성된다. 그리고, 상기 도광판의 2변에 위치하여 광원 집적 보드가 더 구비되며, 상기 적외선 발광 소자는 상기 광원 집적 보드에 접속되어 구비된다.
상기 도광판의 2변이 서로 교차한 코너에 대응하여 상기 광도파로, 이미지 센서 및 상기 적외선 발광 소자가 접속된 상기 광원 집적 보드가 연결된 플렉서블 PCB가 더 포함된 것이다.
각각 상기 도광판 내측을 향해 상기 광도파로 측부와, 상기 반사 렌즈 측부에 적외선 필터를 더 포함한다.
상기 도광판은 글래스(glass), PC(Poly Carbonate) 및 PMMA(Polymethyl methacrylate) 어느 하나로 이루어진다.
또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학식 터치 입력 장치의 제조 방법은 도광판의 2변에 광도파로를 부착하는 단계;와, 상기 도광판의 나머지 2변에 대응하여, 상기 도광판의 측면과 상부 일부를 덮으며 굴곡을 갖는 반사 렌즈를 성형하는 단계;와, 상기 반사 렌즈와 상기 도광판의 측면 사이에 액상 인덱스 매칭 물질을 채우는 단계;와, 상기 액상 인덱스 매칭 물질을 자외선 경화시켜 인덱스 매칭 물질층을 형성하는 단계;와, 상기 도광판의 2변에 대응하는 측부에 적외선 발광 소자를 포함한 광원 집적 보드를 배치시키고, 상기 도광판의 2변이 교차되는 코너에 플렉서블 PCB를 형성하는 단계; 및 상기 플렉서블 PCB를 터치 컨트롤러에 연결시키는 단계를 포함하는 것에 또 다른 특징이 있다.
상기와 같은 본 발명의 광학식 터치 입력 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 도파관과 반사 렌즈 사이의 공간에 도파관 또는 반사 렌즈와 같거나 그 사이의 굴절률을 갖는 인덱스 매칭 물질을 채워 에어갭에 의한 산란광을 방지한다. 이로 인해 광효율 향상 효과가 달성되어 소비전력 저감이 가능하다.
둘째, 광효율 향상에 의해 적외선 발광 소자 구동시 듀티비(duty ratio) 감소 가능하므로, 듀티비 감소분에 의해 프레임 레이트 상승을 통한 터치 드로잉(touch drawing) 성능 향상이 가능하다.
도 1은 일반적인 광학식 터치 입력 장치를 나타낸 단면도
도 2는 광학식 터치 입력 장치에서 발생되는 산란광을 나타낸 시뮬레이션도
도 3은 도 2의 광학식 터치 입력 장치의 도광판 측부와 이의 광산란을 나타낸 확대도
도 4는 본 발명의 광학식 터치 입력 장치를 나타낸 단면도
도 5는 본 발명의 터치 입력 장치를 나타낸 사시도
도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 광학식 터치 입력 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 사시도
도 7은 비교예와 본 발명의 광학식 터치 입력 장치에 있어서, 센서의 각 픽셀별도 광세기를 나타낸 시뮬레이션도
도 8a 및 도 8b는 비교예와 본 발명의 광학식 터치 입력 장치에 있어서, 터치하여 드로잉시 실제 표시된 화면을 나타낸 도면
먼저, 이하에서는 적외선 발광소자의 측부에 위치하는 커버 플레이트를 도광판으로 칭한다. 이와 같이, 도광판이라 칭한 이유는 적외선 발광 소자로부터 출사된 광이 반사렌즈측으로 지나가는 경로가 되기 때문이다.
또한, 이러한 도광판은 별도로 구비되어 표시 패널 상에 위치할 수는 있고, 경우에 따라 표시 패널의 일 기판이 도광판으로 겸용되어 이용될 수도 있는 것으로, 상술한 일반적인 광학식 터치 입력 장치의 커버 플레이트와는 구분하여 칭한다. 후자와 같이, 표시 패널의 일 기판이 도광판으로 겸용되는 경우 대개 표시 패널의 상부 기판이 도광판으로 이용되며, 상부 기판 측부에 적외선 발광 소자가 위치한다.
또한, 도광판을 통해 입사된 광을 이미지 센서로 반사시키는 수단은 그 기능에 주목하여 반사 렌즈라 칭한다.
도 2는 광학식 터치 입력 장치에서 발생되는 산란광을 나타낸 시뮬레이션도이며, 도 3은 도 2의 광학식 터치 입력 장치의 도광판 측부와 이의 광산란을 나타낸 확대도이다.
도 2 및 도 3과 같이, 광학식 터치 입력 장치에서 도광판(50)의 측부와 반사 렌즈 사이에 공간(air gap)이 있는 것으로, 공간에서 산란광이 발생되어 반사 렌즈에서 이미지 센서측으로 전달하여 주는 광의 손실이 있게 된다. 즉, 반사 렌즈(55) 외곽으로 광이 퍼지고 일부만 이미지 센서(57)측으로 전달되어, 실제 일정 레벨의 발광 효율을 얻기 위해 광출력을 높여야 한다. 이 경우, 소비 전력 증가의 원인이 된다.
또한, 도광판(50)의 측부의 거칠기에 의해 도광판 측부와 반사 렌즈 사이의 공간에서 산란광의 정도가 심해지며, 일부는 전혀 터치 센싱에 이용될 수 없도록 하측으로 발광 방향이 정해지는 산란광도 있어, 도광판의 측부의 거칠기가 클수록 광효율 저감이 큼을 알 수 있다.
그리고, 상기 도광판 측부의 거칠기로 인해 반사 렌즈와 도광판의 측부는 접착층으로 서로 부착하기 힘들었다.
본 발명의 광학식 터치 입력 장치는 상기 도광판 측부와 반사 렌즈 사이의 이격 공간을 인덱스 매칭 물질로 채워 산란광을 방지한 것을 특징으로 하며 그 자세한 설명은 이하에서 한다.
한편, 도 2에 도시되어 설명되지 않은 65는 반사렌즈(55)와 도광판(65)의 상면을 고정시키기 위한 테이프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 광학식 터치 입력 장치 및 이의 제조 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 광학식 터치 입력 장치를 나타낸 단면도이며, 도 5는 본 발명의 터치 입력 장치를 나타낸 사시도이다.
도 4 및 도 5와 같이, 본 발명의 광학식 터치 입력 장치는 도광판(110)과, 상기 도광판(110)의 일측에 형성된 적외선 발광소자(120) 및 이미지 센서(140)와, 상기 도광판(110)의 타측에 대응하여, 상기 도광판(110)의 타측과 상부 일부를 덮으며 굴곡을 갖고 형성된 반사 렌즈(130) 및 상기 도광판(110)의 타측과 상기 반사 렌즈(130) 사이에 채워진 인덱스 매칭 물질층(index matching layer)(160)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 인덱스 매칭 물질층(160)은 상기 도광판(110)과 상기 반사 렌즈(130) 중 어느 하나와 굴절률이 같거나, 상기 도광판(110)의 굴절률과 상기 반사 렌즈(130)의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는다.
예를 들어, 상기 도광판(110)은 글래스 기판 등의 투명한 기재로 이루어지며, 표면이 평탄하며 일측부에서 들어오는 광이 내부에서 전달되며 타측부로 통과하는 특성을 갖는다. 이 경우, 상기 도광판(110)이나 반사 렌즈(130)의 굴절률은 약 1.48 내지 1.58의 값을 갖는다.
또한, 반사 렌즈(130)는 성형이 가능한 재료로 상기 글래스나 이와 유사한 PC(Poly Carbonate) 및 PMMA(Polymethyl methacrylate)으로 이루어지며, 이 때의 굴절률은 상기 도광판(110)과 유사하다.
여기서, 인덱스 매칭 물질층(160)이 도광판(110)의 측부와 반사 렌즈(130) 사이에 채워지므로, 도광판(110)에서 반사 렌즈(130)으로 진행하는 광은 이탈없이, 반사 렌즈(130)로 투과되며, 상기 반사 렌즈(130)의 굴곡면에서 방향을 전환하여 광도파로(150)를 거쳐 이미지 센서(150)로 전달된다.
이 경우, 도광판(110)의 측부와 반사 렌즈(130) 사이가 도광판(110) 또는 반사 렌즈(130)와 굴절률이 같거나 유사한 재료인 인덱스 매칭 물질층(160)으로 채워져 산란광의 발생이 없어 광효율이 향상된다. 또한, 인덱스 매칭 물질층(160)은 액상의 물질을 상기 도광판(110)의 측부와 반사 렌즈(130) 사이에 액상으로 주입한 후 이를 경화시켜 형성된다. 이 때, 액상 주입의 용이를 위해 약간의 점성이 있는 재료를 이용한다.
한편, 상기 인덱스 매칭 물질층(160)은 예를 들어, 우레탄 아크릴레이트(urethane acrylate) 계열 소재로 이루어질 수 있다. 경우에 따라, 상술한 도광판(110) 또는 반사 렌즈(130)와 유사한 유전율 값을 가지며 투명한 소재인 것으로, 우레탄 아크릴레이트 이외의 재료로 형성될 수도 있다.
그리고, 적외선 발광 소자(120)는 예를 들어, 적외선 LED를 들 수 있으며, 이에 한정되지 않고 간단히 집적화가 가능한 광원이라면 적용될 수 있다.
상기 적외선 발광 소자(120) 상부에는 이미지 센서(140)가 위치하며 상기 이미지 센서(140)와 연결되어 광도파로(150)(waveguide)가 형성된다.
한편, 상기 도광판(110)이 표시 패널의 일 기판으로 이용될 때, 상기 표시 패널의 표면은 터치면이며 표시면으로 기능한다.
이미지 센서(140)와 상기 적외선 발광 소자(120)의 개수는 같거나 다를 수 있다. 적외선 발광 소자(120)는 도광판(110)의 두변에 대응하여 복수개 구비될 수 있으며, 광도파로(150)는 상기 적외선 발광 소자(120)가 위치한 도광판(110)의 두변에 대응하여, 도광판(110) 상측에 배치된다.
그리고, 이미지 센서(140)는 상기 광도파로(150)와 연결되어 상기 광도파로(150) 측부에 형성된다. 반사 렌즈(130)의 출사면이 입사면보다는 상측에 위치하는 구조를 고려하여 상기 이미지 센서(140) 및 광도파로(150)는 적외선 발광 소자(120)에 상측에 위치시켜 반사 렌즈(130)로부터 직진하는 광을 수광한다.
이미지 센서(140)는 그 내부에 복수개의 픽셀을 구비하며 상기 픽셀을 광도파로(150) 내의 광섬유를 통해 각 픽셀별로 인플레인 렌즈(in-plane lens)와 연결된다. 이 때, 인플레인 렌즈는 도광판(110)의 복수개의 가상의 Y 라인과 X라인들에 대해 배치되어 각 라인들에서 반사렌즈(130)를 통해 반사된 광을 수광한다.
그리고, 이미지 센서(140)는 FPCB(flexible Printed Circuit Board)를 통해 터치 컨트롤러(300)와 연결된다.
그리고, 상기 도광판(110)의 2변에 위치하여 광원 집적 보드(180)가 더 구비되며, 상기 적외선 발광 소자(120)는 상기 광원 집적 보드(180)에 접속되어 구비된다. 그리고, 적외선 발광 소자(120)의 도광판(110)의 측부 사이에는 양면 테이프(미도시)가 더 포함되어 적외선 발광 소자(120)를 도광판(110)에 완전 고정시킬 수 있다.
또한, 상기 도광판(110)의 2변이 서로 교차한 코너에 대응하여 상기 광도파로(150), 이미지 센서(140) 및 상기 적외선 발광 소자(120)가 접속된 상기 광원 집적 보드(180)가 연결된 플렉서블 PCB(200)가 더 포함된다. 상기 플렉서블 PCB(200)의 타측은 터치 컨트롤러(300)와 접속된다.
이러한 본 발명의 광학식 터치 입력 장치의 터치 검출은 다음과 같이 이루어진다.
상기 이미지 센서(140)는 상기 가상의 Y 라인과 X 라인들에서 내부 인플레인 렌즈를 통해 픽셀별로 광량을 받아들이고, 터치 컨트롤러에서는 설정된 임계값과 각 픽셀들의 광량을 비교하여, 임계 값 이하로 광량이 센싱될 때 해당 픽셀이 터치되었다고 판단한다. 그리고, 픽셀에 해당하는 Y 라인과 X라인을 찾아 터치 컨트롤러는 터치 좌표를 검출한다.
이하, 본 발명의 광학식 터치 입력 장치의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 광학식 터치 입력 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 사시도이다.
먼저, 도 6a와 같이, 글래스 또는 PC 또는 PMMA 등의 투명 폴리머 수지 성분의 도광판(110)을 준비한다. 혹은 양매의 2기판이 합착되고 그 사이에 중간층이 포함된 표시 패널을 준비하여도 된다. 이 경우, 도광판으로서 표시 패널의 일 기판이 이용될 것이다. 이러한 표시 패널의 예로, 액정 패널, 유기 발광 표시 패널, 플라즈마 표시 패널, 양자점 표시 패널, 무기 전계 발광 표시 패널, 전기 영동 표시 패널 등의 평판 표시 패널을 들 수 있다.
그리고, 상기 도광판(110)은 직사각형 표면을 갖는 것으로, 가장자리에 네변을 포함한다.
도 6b와 같이, 상기 도광판(110)의 2변에 대응하여 그 표면에 얇은 폭은 테이프(105)를 도포한다.
이어, 도 6c와 같이, 상기 테이프(105)에 대응하여 광도파로(waveguide)(150)를 부착한다.
이어, 도 6d와 같이, 상기 도광판(110)의 나머지 2변에 대응하여, 상기 도광판(110)의 측면과 상부 일부를 덮으며 굴곡을 갖는 반사 렌즈(130)를 성형한다. 이 때, 반사 렌즈(130)를 도광판(110)에 대응 전에 상기 도광판(110)의 상부 일부에 별도의 양면 테이프(미도시)를 더 도포하여 반사 렌즈(130)와 상기 도광판(110)의 고정을 확보할 수 있다.
이어, 도 6e와 같이, 상기 반사 렌즈(130)와 상기 도광판(110)의 측면 사이에 액상 인덱스 매칭 물질을 채우고, 상기 액상 인덱스 매칭 물질을 자외선 램프(250)를 이용하여 조사하여 경화시켜 인덱스 매칭 물질층(160)을 형성한다(도시된 도면은 액상 인덱스 매칭 물질의 주입과 자외선 조사의 용이를 위해 도광판 및 반사 렌즈를 뒤집은 상태를 나타냄).
이 때, 상기 인덱스 매칭 물질층(160) 형성은 자외선 램프(250)를 이용하여 시간을 90초로 하며 액상 인덱스 매칭 물질을 조사하여 자외선 경화시켜 이루어진다. 이 때, 자외선 파장대는 약 300nm 에서 400nm이다. 이 경우, 외부 대기 조건은 상온 상압으로 별도의 압력없이 이루어진다.
또한, 상기 액상 인덱스 매칭 물질은 약 104.5 푸아즈(poise) 의 점성(material viscosity)을 갖는 것으로, 공간에 주입시 물처럼 흐르지 않고, 어느 정도 뭉침성을 갖고 유지되어 있다.
이어, 도 6f와 같이, 상기 도광판(110)의 2변에 대응하는 측부에 적외선 발광 소자(120)를 포함한 광원 집적 보드(180)를 배치시킨다.
그리고, 상기 도광판(110)의 2변이 교차되는 코너에 대응되어 상기 광도파로(150)에 이미지 센서(140)를 위치시키고, 상기 광원 집적 보드(180), 이미지 센서(140)를 플렉서블 PCB(200)의 일측과 연결한다.
경우에 따라, 상기 이미지 센서(140)는 복수개 형성될 수 있는 것으로, 이 경우 상기 광도파로(150) 상에 규칙적으로 이격되어 형성될 수 있다.
이어, 도 6g와 같이, 상기 플렉서블 PCB(200)의 타측을 터치 컨트롤러(300)에 연결시킨다.
도 7은 비교예와 본 발명의 광학식 터치 입력 장치에 있어서, 센서의 각 픽셀별도 광세기를 나타낸 시뮬레이션도이다.
도 7은 도광판의 측부와 반사 렌즈 사이에 인덱스 매칭 물질층이 없는 비교예와 있는 본 발명의 실시예에 있어서, 이미지 센서의 각 픽셀별에 수광된 광세기를 측정한 바를 나타낸 시뮬레이션도이다.
도 7과 같이, 전체 픽셀들에서 수광되는 광세기는 다르지만, 전체적으로 비교예에 비해 실시예에서 광세기가 큼을 확인할 수 있고, 평균 값으로 비교해보면 비교예 대비 실시예가 901 A.U.에서 1094 A.U.로 21.5% 상승함을 확인할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 비교예와 본 발명의 광학식 터치 입력 장치에 있어서, 터치하여 드로잉시 실제 표시된 화면을 나타낸 도면이다.
상술한 비교예와 본 발명의 실시예에서 싱글 아크(single arc) 형상을 계속적으로 터치 드로잉하며 나타난 표시 장치의 디스플레이 형태를 살펴보면, 도 8a와 같이, 비교예에서는 다소 부드럽지 못한 다각형 형상으로 드로잉이 이루어짐을 확인할 수 있으며, 도 8b의 실시예에서는 비교예대비보다 부드러운 곡선으로 드로잉이 이루어짐을 확인할 수 있다.
이와 같은 비교예와 실시예에서 드로잉 결과가 다르게 나타난 원인은, 상기 인덱스 매칭 물질층의 사용에 의해 광효율을 향상시킬 수 있음으로, 적외선 발광 소자의 광출력을 줄일 수 있기 때문이다.
즉, 비교예 대비 본 발명의 실시예는 듀티비를 작게할 수 있는 것으로, 예를 들어, 동일한 터치 센싱을 수행함에 있어서, 비교예는 적외선 발광 소자의 온타임(on-time)을 2.8ms으로 할 수 있는데 반해 본 발명의 실시예는 2.4ms로 할 수 있다. 이는 프레임 레이트로 변환하면 비교예에 있어서는 약 72Hz의 프레임 레이트로 적외선 발광 소자의 구동이 이루어진다면 본 발명의 실시예는 약 87Hz의 프레임 레이트로 구동 가능하여 드로잉의 감도를 개선시킬 수 있다.
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.
105: 테이프 300: 터치 컨트롤러
110: 도광판 120: 적외선 발광소자
130: 반사 렌즈 140: 이미지 센서
150: 광도파로 160: 인덱스 매칭 물질층
180: 광원 집적 보드 200: FPCB

Claims (17)

  1. 도광판;
    상기 도광판의 인접한 두 변에 대응하여 형성된 적외선 발광소자 및 이미지 센서;
    상기 도광판의 나머지 두 변에 대응하여, 상기 도광판의 나머지 두 변과 상부 일부를 덮으며 굴곡을 갖고 형성되어, 상기 도광판을 통해 입사된 광을 상기 이미지 센서로 반사시키는 반사 렌즈; 및
    상기 도광판의 타측과 상기 반사 렌즈 사이의 공간에 액상으로 채워진 후 경화된 인덱스 매칭 물질층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 인덱스 매칭 물질층은 상기 도광판과 상기 반사 렌즈 중 어느 하나와 굴절률이 같거나, 상기 도광판의 굴절률과 상기 반사 렌즈의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 인덱스 매칭 물질층은 우레탄 아크릴레이트(urethane acrylate) 계열 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 인덱스 매칭 물질층은 자외선에 의해 경화되어 이루어진 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 자외선 경화는 자외선 램프를 이용하여 시간을 90초로 하며 조사하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 도광판은 표시 패널의 일 기판인 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 표시 패널의 표면은 터치면이며 표시면인 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 이미지 센서와 연결되는 광도파로(waveguide)가 상기 도광판의 2변에 대응되어 더 형성된 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 도광판의 2변에 위치하여 광원 집적 보드가 더 구비되며, 상기 적외선 발광 소자는 상기 광원 집적 보드에 접속되어 구비되는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 도광판의 2변이 서로 교차한 코너에 대응하여 상기 광도파로, 이미지 센서 및 상기 적외선 발광 소자가 접속된 상기 광원 집적 보드가 연결된 플렉서블 PCB가 더 포함된 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 도광판 내측을 향해 상기 이미지 센서에 연결된 광도파로의 측부와, 상기 반사 렌즈의 측부에, 각각 적외선 필터를 더 포함한 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 도광판은 글래스(glass), PC(Poly Carbonate) 및 PMMA(Polymethyl methacrylate) 어느 하나로 이루어진 것을 특징을 하는 광학식 터치 입력 장치.
  14. 도광판의 2변에 광도파로를 부착하는 단계;
    상기 도광판의 나머지 2변에 대응하여, 상기 도광판의 측면과 상부 일부를 덮으며 굴곡을 갖는 반사 렌즈를 성형하는 단계;
    상기 반사 렌즈와 상기 도광판의 측면 사이에 액상 인덱스 매칭 물질을 채우는 단계;
    상기 액상 인덱스 매칭 물질을 자외선 경화시켜 인덱스 매칭 물질층을 형성하는 단계;
    상기 도광판의 2변에 대응하는 측부에 적외선 발광 소자를 포함한 광원 집적 보드를 배치시키고, 상기 도광판의 2변이 교차되는 코너의 광도파로에 이미지 센서를 연결하는 단계;
    상기 이미지 센서 및 광원 집적 보드와 플렉서블 PCB의 일측을 연결하는 단계; 및
    상기 플렉서블 PCB의 타측을 터치 컨트롤러에 연결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치의 제조 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    자외선 경화되어 형성된 상기 인덱스 매칭 물질층은 상기 도광판과 상기 반사 렌즈 중 어느 하나와 굴절률이 같거나, 상기 도광판의 굴절률과 상기 반사 렌즈의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치의 제조 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 인덱스 매칭 물질은 우레탄 아크릴레이트(urethane acrylate) 계열 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치의 제조 방법.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 자외선 경화는 자외선 램프를 이용하여 시간을 90초로 하며 조사하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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