KR102478113B1 - 백라이트 조명 기능을 갖춘 터치 인식 기반의 전장 스위치 - Google Patents

백라이트 조명 기능을 갖춘 터치 인식 기반의 전장 스위치 Download PDF

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Abstract

백라이트 조명 기능을 갖춘 터치 인식 기반의 전장 스위치가 개시된다. 본 발명에 따른 백라이트 조명 기능을 갖춘 터치 인식 기반의 전장 스위치는, 심볼이 새겨진 투광패널의 이면에 터치필름이 부착된 패널부와, 케이스에 실장되며 패널부와 이격되는 기판 및 기판의 상면에 실장되는 광원들로 구성된 기판부와, 패널부와 기판부 사이에 설치되며 상기 광원들 각각에 대응하여 렌즈 장착홀과 백라이트 광 투과홀을 갖는 홀더부 및 홀더부의 상기 렌즈 장착홀에 장착 고정되는 콜리메이트 렌즈(Collimate lens)를 포함하며, 광원들 중 하나는 인디케이션 광원이고 다른 하나는 백라이트 광원이며, 벌, 콜리메이트 렌즈, 인디케이션 광원이 제1 방향에 대해 동일 선상에 배치되며, 렌즈 장착홀에서 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 일정 거리 떨어진 지점에 백라이트 광 투과홀이 형성되고, 백라이트 광 투과홀 하부에 백라이트 광원 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

백라이트 조명 기능을 갖춘 터치 인식 기반의 전장 스위치{Touch-aware electric switch with backlight illumination}
본 발명은 사용자의 터치로 원하는 기능을 실행시키기 위한 명령을 출력할 수 있는 전장 스위치에 관한 것으로, 특히 백라이트 광원(터치패널 전체를 조명하는 광원)과 인디케이션 광원(실제 사용자 터치가 입력되는 영역을 집중 조명하는 광원)이 혼재된 구성의 백라이트 조명 기능을 갖춘 터치 인식 기반의 전장 스위치에 관한 것이다.
차량에 적용되는 전장 스위치의 경우 최근, 물리적인 단순 조작(예컨대, 누름 조작이나 회전 조작 등)으로 기능 실행 명령을 입력시키는 아날로그 타입에서 벗어나, 해당 스위치의 기능에 관한 정보를 표시하면서 터치 입력을 통해 사용자가 원하는 기능을 선택하고 실행시킬 수 있는 디지털 타입으로 바뀌는 추세에 있다.
더욱이, 최근에는 평상시에는 터치 버튼이 외부로 드러나지 않다가 터치패널이 활성화된 경우에만 백라이트 조명이 점등되어 터치 버튼이 사용자 인식 가능하게 나타나는 히든 라이팅(Hidden lighting)이 적용되고 있다. 이러한 히든 라이팅 기능은 사용자 터치 여부에 따라 조명 온/오프로서 반응하는 백라이트 광원에 의해 구현될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 터치 인식 기반 전장 스위치의 주요부를 확대 도시한 단면도이다.
종래 기술에 따른 터치 인식 기반 전장 스위치는 도 1에 도시된 바와 같이, 원통 모양의 차폐벽(200)을 이용하여 사용자 터치가 입력되는 영역(사용자가 터치 버튼의 기능을 직관적으로 인식하도록 특정 도형이나 문자, 부호, 로고 등 다양한 형태로 심볼이 새겨진 부분, 이하 '심볼 영역'이라 함)에 광원이 발생시킨 빛을 보냄으로써 심볼 영역(100)이 사용자 인식 가능하게 표출될 수 있다.
여기서, 심볼 영역(100)을 비추는 광원은 기판(300) 상에 실장되며 발광 시 빛의 색이 다른 두 개의 인디케이션 광원(310, 320)으로 구성될 수 있으며, 이러한 인디케이션 광원(310, 320)이 발생시킨 빛이 밖으로 새어 나가지 않고 상기 심볼 영역(100)에만 집중되도록 인디케이션 광원(310, 320)의 시작점부터 터치가 입력되는 터치패널(150)에 걸쳐 통모양의 상기 차폐벽(200)이 설치되어 있다.
도 1에서 도면부호 330은 심볼이 형성된 영역 바깥쪽 영역에 빛을 조사하는 백라이트 광원을 가리킨다.
도 2는 도 1과 같은 구성의 터치 인식 기반 전장 스위치의 작동 상태 설명을 위한 예시도로서, 앞선 도 1과 함께 참조하여 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 도 1과 같은 종래 전장 스위치는 사용자가 터치패널을 한번 터치하면, 복수의 인디케이션 광원(310, 320) 중 특정 색상(예컨대, 녹색) 인디케이션 광원(310)이 점등되어 심볼 영역이 다른 영역과 구분되는 색깔로 사용자 인식 가능하게 표출되고 해당 심볼 영역(100)의 터치센서가 활성화 상태로 전환됨으로써(도 2의 (b)) 심볼 영역(100)을 터치하여 기능을 실행시킬 수 있다.
여기서, 차폐벽(200)에 둘러싸인 인디케이터 광원 중 차폐벽 바깥의 광원(330)과 색이 같은 광원(320)은 소등 상태에 있다. 이 상태에서 사용자가 터치패널(150)을 다시 한번 터치하면, 심볼 영역을 비추던 특정 색깔(예컨대, 녹색)의 광원(310)이 소등되고 심볼 영역(100)이 비활성화됨 동시에, 백라이트 광원(330) 및 백라이트 광원(330)과 색이 같은 인디케이션 광원(320)이 점등됨으로써 터치패널(150)은 전체적으로 하나의 색을 띠게 된다(도 2의 (a)).
그리고 도 2의 (a)와 같은 상태에서 일정 시간 사용자 터치가 감지되지 않으면, 차폐벽(200) 바깥에 위치한 백라이트 광원(330)과 차폐벽(200) 안쪽에 위치한 인디케이터 광원(310, 320) 중 상기 백라이트 광원(330)과 색이 같은 인디케이터 광원(320)이 모두 소등되는 슬립 모드로 전환되며, 이 상태에서는 도면에는 예시하지는 않았으나 심볼이 외부로 드러나지 않는 히든 상태가 된다.
이와 같은 구성의 종래 터치 인식 기반의 전장 스위치는, 통모양의 전술한 차폐벽과 같은 차폐구조에 의해 외측 광원(백라이트 광원)의 빛은 차단되고 중심부 광원(인디케이터 광원)의 빛만 터치패널의 특정 영역(심볼 영역)에 도달하여 조광하게 되는데, 이때 도 3과 같이 차폐벽의 두께만큼 빛이 도달하지 못하는 블랙아웃 영역이나 음영이 발생하는 등 휘도의 균일성이 떨어지는 문제가 있다.
한국등록특허 제10-1969496호(등록일 2019.04.10.)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 심볼 영역을 조광하는 인디케이션 광원과 심볼 영역 주변을 조광하는 백라이트 광원 사이의 빛 간섭을 방지하기 위한 차폐벽과 같은 별도의 차폐구조 없이도 심볼 영역에 대해 높은 휘도의 조광을 구현할 수 있는 백라이트 조명 기능을 갖춘 터치 인식 기반의 전장 스위치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 차폐벽과 같은 별도의 차폐구조의 삭제로 구성의 단순화를 도모할 수 있으며, 차폐벽에 의한 종래 기술의 문제점(심볼 영역 주변으로 빛이 도달하지 못하는 블랙아웃 영역이나 음영이 발생하는 문제)을 명확하게 해소할 수 있는 백라이트 조명 기능을 갖춘 터치 인식 기반의 전장 스위치를 제공하고자 하는 것이다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명에 따르면,
심볼이 새겨진 투광패널의 이면에 터치필름이 부착된 패널부;
케이스에 실장되며 상기 패널부와 이격되는 기판 및 기판의 상면에 실장되는 광원들로 구성된 기판부;
상기 패널부와 기판부 사이에 설치되며 상기 광원들 각각에 대응하여 렌즈 장착홀과 백라이트 광 투과홀을 갖는 홀더부; 및
홀더부의 상기 렌즈 장착홀에 장착 고정되는 콜리메이트 렌즈(Collimate lens);를 포함하며,
상기 광원들 중 하나는 인디케이션 광원이고 다른 하나는 백라이트 광원이며,
상기 심볼, 콜리메이트 렌즈, 인디케이션 광원이 제1 방향에 대해 동일 선상에 배치되며,
상기 렌즈 장착홀에서 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 일정 거리 떨어진 지점에 상기 백라이트 광 투과홀이 형성되고, 백라이트 광 투과홀 하부에 상기 백라이트 광원 배치되는 것을 특징으로 하는 백라이트 조명 기능을 갖춘 터치 인식 기반의 전장 스위치를 제공한다.
바람직하게는, 평면에서 본 상기 콜리메이트 렌즈의 면적은 상기 심볼 면적에 대응되며, 상기 인디케이션 광원의 빛이 콜리메이트 렌즈를 통과하면서 심볼이 새겨진 제1 영역에만 집중되도록 콜리메이팅(Collimating) 될 수 있다.
또한, 상기 백라이트 광원의 빛은 심볼이 새겨진 제1 영역 외측의 제2 영역을 비롯해 상기 제1 영역에까지 조사되도록 구성될 수 있다.
그리고, 상기 콜리메이트 렌즈는 백라이트 광 투과홀을 통과한 상기 백라이트 광원의 빛 중 상기 제1 영역을 향하는 최외곽 빛의 지향성을 방해하지 않도록 상기 최외곽 빛과 간섭되지 않는 높이로 형성될 수 있다.
또한, 상기 콜리메이트 렌즈의 출광면과 심볼 사이가 일정 거리 이격될 수 있다.
그리고 상기 콜리메이트 렌즈는, 위로 갈수록 직경이 점진적으로 증가하는 역(逆) 원뿔대 모양의 입광부와, 일정 높이로 상기 입광부 상부에 일체로 구성되는 출광부로 구성되며, 상기 입광부와 출광부의 경계에 둘레 방향으로 장착 플랜지가 연속 또는 단속적으로 형성된 구성일 수 있다.
여기서, 상기 입광부는 하면 중앙에서 일정 깊이로 형성되며 상기 인디케이션 광원이 빛이 입사되는 광 입사홀을 구비하고, 상기 광 입사홀에는 아래로 볼록하여 인디케이션 광원의 빛 중 일부를 집광시켜 상기 출광부 측으로 안내하는 제1 볼록면과, 상기 제1 볼록면을 에워싸며 인디케이션 광원의 빛 중 다른 일부를 받아들이는 수직 입광면이 형성되며, 상기 입광부의 내측에는 상기 수직 입광면을 통해 입사된 빛을 상기 출광부 방향으로 반사시키는 직선 또는 곡선 상의 전반사면(TIR Surface)이 형성되고, 상기 출광부의 상면에는 상기 제1 볼록면을 통과한 빛과 상기 전반사면에 의해 굴절된 빛을 집광시키는 제2 볼록면이 형성되어, 상기 제2 볼록면에 의해 출광부를 투과한 빛이 상기 심볼을 향해 평행 광 형태로 출력되는 구성일 수 있다.
또한, 본 발명에 적용된 상기 인디케이션 광원과 백라이트 광원은 이들이 출력하는 빛의 색이 서로 달라, 터치 입력의 활성화 여부에 따라 상기 제1 영역(심볼이 새겨진 영역)의 색깔이 다르게 구현되는 구성일 수 있다.
본 발명에 따른 백라이트 조명 기능을 갖춘 터치 인식 기반 전장 스위치에 의하면, 심볼 영역을 조광하는 광원과 그 주변을 조광하는 광원 사이에 종래 기술에서와 같은 차폐벽이 존재하지 않기 때문에, 심볼 주변부의 빛이 어두어지는 현상을 제거할 수 있으며, 백라이트 광원의 빛도 심볼을 조광하는 인디케이션 빛으로 활용 가능하므로 광 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
다시 말해, 차폐벽이 삭제된 만큼 기존 차폐벽에 의한 빛 손실(음영이 생기거나 블랙아웃이 되는 부분) 문제를 해소할 수 있으며, 심볼 영역 터치 활성화와 비활성화 구분을 위해 종래 기술에서처럼 인디케이션 광원을 복수(백라이트 광원과 같은 색의 광원과 유색 광원)로 구성할 필요가 없기 때문에 광원의 수도 크게 줄일 수 있다.
또한, 차폐벽과 같은 차폐 구조가 필요 없기 때문에 장치 구성의 단순화를 도모할 수 있으며, 구성이 단순해진만큼 설계 자유도를 높일 수 있고, 차폐벽에 의한 빛의 손실 요소가 제거됨으로써, 심볼을 끊김 없이 구현 가능하며, 콜리메이트 렌즈의 사용으로 빛 전반사를 통해 광원의 빛을 최대한 응집할 수 있어 휘도 또한 크게 높일 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 터치 인식 기반 전장 스위치의 주요부를 확대 도시한 단면도.
도 2는 도 1과 같은 구성의 종래 터치 인식 기반 전장 스위치의 작동 상태 설명을 위한 예시도.
도 3은 도 1과 같은 구성의 종래 터치 인식 기반 전장 스위치의 문제점을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 인식 기반 전장 스위치의 주요부를 절개 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 인식 기반의 전장 스위치에 적용되는 콜리메이트 렌즈의 사시도.
도 6은 도 5에 도시된 콜리메이트 렌즈를 정면에서 바라본 도면.
도 7은 도 6에 도시된 콜리메이트 렌즈 내 빛의 이동 경로을 도시한 투시도.
도 8은 광학 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 인디케이션 광원의 빛이 도 7에도시된 콜리메이트 렌즈를 지나 심볼 새겨진 제1 영역에 도달했을 때 빛의 휘도 분포를 계산한 시뮬레이션 데이터.
도 9는 심볼이 새겨진 영역의 터치 활성화 여부에 따른 광원의 점등 상태를 도시한 본 발명의 작동 상태도.
도 10은 차폐벽이 적용된 종래 기술의 심볼 형상과 차폐벽이 삭제된 본 발명에 따른 심볼의 형상을 비교 도시한 도면.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 자세히 살펴보기로 한다.
명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서 "포함하다" 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.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하 본 발명을 설명함에 있어 설명의 편의를 위해 제1 방향 및 제2 방향이라는 방향 용어를 사용하여 설명하기로 하되, 제1 방향은 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 조명 기능을 갖춘 터치 인식 기반 전장 스위치의 높이(또는 세로) 방향을 일컫는 방향 용어이며, 제2 방향은 높이 방향 용어인 상기 제1 방향과 직교 또는 수직인 가로 방향에 대한 방향 용어임을 밝혀 둔다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 인식 기반 전장 스위치의 주요부를 절개 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전장 스위치는 사용자 터치를 인식하여 상응하는 기능 실행 명령을 출력하는 터치 인식 기반의 전장 스위치(1)로서, 특정 도형이나 문자, 부호, 로고 등 다양한 형태로 심볼이 새겨진 투광패널(12) 및 그 이면에 터치필름(16)이 부착된 패널부(10) 및 케이스(50) 내부에 설치되며 상기 패널부(10)를 향하여 빛을 조사하는 광원(24, 26)을 실장한 기판부(20)를 포함한다.
투광패널(12)에 새겨진 심볼(13)은 상기 투광패널(12)의 하면을 특정 도형이나 문자, 부호, 로고 형태로 부식시켜 소거하는 화학적 에칭이나, 레이저 빔을 이용하여 투광패널(12) 하면에 특정 도형이나 문자, 부호, 로고를 음각 성형하는 레이저 가공 등을 통해 형성될 수 있다. 그리고 터치필름(16)의 하면에는 상기 광원(24, 26)의 빛을 터치필름(16) 전반에 걸쳐 고르게 확산시키는 확산필름(17)이 부착될 수 있다.
투광패널(12)은 빛이 투과할 수 있는 유리나 투명 또는 반투명한 합성수지로 구성될 수 있으며, 기판부(20)는 케이스에 실장되며 상기 패널부(10)와 이격되는 기판 및 상기 기판의 상면에 실장되는 광원(24, 26)들을 주요 구성으로 하며, 상기 패널부(10)를 통한 사용자의 터치를 인식하고 상응하는 실행 명령을 출력하고 상기 광원(24, 26)들의 온/오프 제어를 위한 각종 제어요소(도시 생략)를 포함할 수 있다.
패널부(10)와 기판부(20) 사이에는 홀더부(30)가 구비된다. 홀더부(30)는 상기 패널부(10)와 기판부(20) 사이에 배치되며 기판에 실장된 상기 광원(24, 26)들 각각에 대응하여 해당 광원(24, 26)으로부터 위쪽으로 일정 높이 떨어진 위치에 렌즈 장착홀(32)과 백라이트 광 투과홀(34)을 갖는 구성일 수 있으며, 홀더부(30)의 상기 렌즈 장착홀(32)에는 대응되는 광원(24, 26)을 빛을 집광시켜 출력하는 콜리메이트 렌즈(Collimate lens, 40)가 설치된다.
기판(22)에 실장되는 광원(24, 26)들 중 하나는 인디케이션 광원(24)이고 다른 하나는 백라이트 광원(26)일 수 있다. 여기서 인디케이션 광원(24)은 심볼(14)이 새겨진 영역(실질적으로 기능 실행을 위한 사용자 터치가 입력되는 영역으로서, 이하 '제1 영역(A1)'이라 한다)을 조광하도록 배치된 광원(24, 26)이고, 백라이트 광원(26)은 제1 영역(A1)을 비롯해 그 외측의 제2 영역(A2)을 조광하도록 배치된 광원(24, 26)을 의미한다.
본 발명의 실시 예에서 심볼(14), 콜리메이트 렌즈(40), 인디케이션 광원(24)은 제1 방향에 대해 동일 선상에 배치되며, 상기 렌즈 장착홀(32)에서 상기 제1 방향과 수직 또는 직교하는 제2 방향으로 일정 거리 떨어진 지점에 상기 백라이트 광 투과홀(34)이 형성될 수 있다. 그리고 이러한 백라이트 광 투과홀(34) 하부에 백라이트 광원(26)이 상기 제2 영역(A2)을 비롯해 그 외측의 제1 영역(A1)에까지 조광하도록 배치될 수 있다.
홀더부(30)의 상기 렌즈 장착홀(32)에 장착 고정되는 콜리메이트 렌즈(40)는 평면에서 본 면적(또는 직경)이 상기 심볼이 새겨진 상기 제1 영역(A1)의 면적(또는 직경)과 대응되는 크기로 형성될 수 있으며, 상기 인디케이션 광원(24)의 빛은 이러한 콜리메이트 렌즈(40)를 통과하면서 콜리메이팅(Collimating) 되어 심볼(14)이 새겨진 상기 제1 영역(A1)에 평행 광 형태로 집중 조사될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서 백라이트 광원(26)의 빛은 앞서 언급한 바와 같이, 제2 영역(A2)을 비롯해 심볼(14)이 새겨진 상기 제1 영역(A1)에까지 조사되도록 구성될 수 있다. 이를 위해 콜리메이트 렌즈(40)는 백라이트 광 투과홀(34)을 통과한 상기 백라이트 광원(26)의 빛 중 제1 영역(A1)을 향하는 최외곽 빛의 지향성을 방해하지 않도록 상기 최외곽 빛과 간섭을 일으키지 않는 높이로 설계될 수 있다.
이에 더하여 백라이트 광원(26)의 빛이 제2 영역(A2)을 비롯해 심볼(14)이 새겨진 상기 제1 영역(A1)에까지 조사될 수 있도록, 콜리메이트 렌즈(40)와 심볼 사이에 소정의 이격 공간이 형성될 수 있다. 좀 더 구체적으로는, 집광된 빛을 평행 광 형태로 출력하는 콜리메이트 렌즈(40) 상면의 출광면(후술하게 될 제2 볼록면(48))과 심볼이 형성된 제1 영역(A1) 사이가 소정 거리(D) 이격될 수 있다.
터치 입력의 활성화 여부에 따라 상기 제1 영역(A1)의 색깔을 다르게 구현하도록, 인디케이션 광원(24)과 백라이트 광원(26)은 각각이 출력하는 빛의 색이 서로 다른 구성일 수 있다. 예컨대, 인디케이션 광원(24)이 녹색 LED 이고, 백라이트 광원(26)이 흰색 LED이면, 터치 입력의 활성화 여부에 따라 패널부(10) 전체가 흰색으로 조명되거나 제1 영역(A1)만 녹색이고 나머지 부분은 흰색으로 조명될 수 있다.
인디케이션 광원(24)은 그 휘도가 상기 백라이트 광원(26)보다 상대적으로 높아야 두 광원(24, 26)이 동시에 점등되었을 때(터치 버튼 활성화 시) 심볼(14)이 새겨진 제1 영역(A1)과 그 외측의 제2 영역(A2)이 색깔로 구분될 수 있다. 이를 위해 본 발명에서는 인디케이션 광원(24)과 심볼(14) 중간에서 상기 콜리메이트 렌즈(40)가 인디케이션 광원(24)의 빛을 집광시켜 휘도를 증가시키는 역할을 한다.
본 발명에 적용된 콜리메이트 렌즈에 대해 이하 도 5 및 도 6을 참조하여 살펴보기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 인식 기반의 전장 스위치에 적용되는 콜리메이트 렌즈의 사시도이며, 도 6은 도 5에 도시된 콜리메이트 렌즈를 정면에서 바라본 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 콜리메이트 렌즈(40)는 위로 갈수록 직경이 점진적으로 증가하는 역(逆) 원뿔대 모양의 입광부(41)와, 일정 높이로 상기 입광부(41) 상부에 일체로 구성되는 원기둥 모양의 출광부(47)를 주요 구성으로 하며, 이때 상기 입광부(41)와 출광부(47)의 경계에 둘레 방향으로 장착 플랜지(46)가 연속 또는 단속적으로 형성된 구성일 수 있다.
입광부(41)는 그 하면 중앙에서 일정 깊이로 요입되어 상기 인디케이션 광원(24)이 빛이 입사되는 광 입사홀(42)을 구비하고, 상기 광 입사홀(42)에는 아래로 볼록하여 인디케이션 광원(24)의 빛 중 일부를 집광시켜 상기 출광부(47) 측으로 안내하는 제1 볼록면(43)과, 상기 제1 볼록면(43)을 에워싸며 인디케이션 광원(24)의 빛 중 다른 일부를 받아들이는 수직 입광면(44)이 형성될 수 있다.
입광부(41)의 내측에는 상기 수직 입광면(44)을 통해 입사된 빛을 상기 출광부(47) 방향으로 반사시키는 직선 또는 곡선 상의 전반사면(TIR Surface, 45)이 형성될 수 있으며, 출광부(47)의 상면에는 제1 볼록면(43)을 통과한 빛과 상기 전반사면(45)에 의해 굴절된 빛을 집광시키는 제2 볼록면(48)이 형성됨으로써, 출광부(47)를 통과한 빛은 제1 영역(A1)을 향해 지향성을 갖는 평행 광 형태로 출력될 수 있다.
광 입사홀(42)에 아래로 볼록하게 형성되는 상기 제1 볼록면(43)과 출광부(47) 상면에 위로 볼록하게 구비되는 제2 볼록면(48)의 곡률은 서로 다르며, 이에 따라 렌즈 내 빛의 이동 경로을 도시한 도 7의 투시도와 같이, 제1 볼록면(43)을 통해 콜리메이트 렌즈(40) 내부로 유입된 빛은 점진적으로 평행 광 형태로 유도되어 제1 영역(A1)을 향하여 출력될 수 있다(도 7에서 ①번으로 표기된 빛의 이동 경로 참조).
한편, 제1 볼록면(43) 주변의 수직 입광면(44)을 통해 입사된 빛(도 7에서 ②번으로 표기된 빛의 이동 경로 참조)의 경우, 대부분 직선 또는 곡선상의 전반사면(45)에 의해 콜리메이트 렌즈(40) 내부에서 전반사됨으로써 콜리메이트 렌즈(40) 내에서 평행하게 진행될 수 있다. 좀 더 구체적으로는, 제1 볼록면(43)으로 입사된 도 7의 ①번 빛보다는 렌즈의 중심에서 벗어나 평행 광 형태로 진행될 수 있다.
도 8은 광학 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 인디케이션 광원의 빛이 본 발명에 적용된 콜리메이트 렌즈를 지나 심볼 새겨진 제1 영역에 도달했을 때 빛의 휘도 분포를 나타내는 시뮬레이션 데이터이다.
도 8을 보면, 본 발명에 적용된 상기 콜리메이트 렌즈(40)를 통과하여 심볼(14)이 새겨진 제1 영역(A1)에 도달한 인디케이션 광원(24)의 빛은 콜리메이팅(Collimating)되어 일정 크기의 원형으로 분포하는 것을 알 수 있다. 여기서 원형 분포된 빛의 크기는 제1, 제2 볼록면(48)과 전반사면(45)의 형태에 따라 조절 가능하므로, 코닉 상수가 반영된 비구면 설계를 통해 볼록면들의 수광각을 세밀하게 조절함이 바람직하다.
이와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 백 라이트 조명 기능을 갖춘 터치 인식 기반의 전장 스위치(1)는, 사용자의 패널부(10) 터치 조작 또는 전용 스위치 조작으로 슬립 모드가 해제되고, 작동 상태를 나타낸 도 9의 (a)와 같이 백라이트 광원(26)이 점등된다. 이에 따라 제2 영역(A2)은 물론 심볼(14)이 새겨진 제1 영역(A1)이 상기 백라이트 광원(26)의 빛으로 조명된다.
도 9의 (a)와 같은 상태에서 사용자가 패널부(10)를 한번 터치하면, 도 9의 (b)와 같이 인디케이션 광원(24)이 점등된다. 이때 콜리메이트 렌즈(40) 주변은 차폐벽으로 막혀있지 않고 오픈되어 있기 때문에, 인디케이션 광원(24) 점등 시 주변의 백라이트 광원(26)의 빛을 뚫고 높은 휘도로 대응되는 제1 영역(A1, 심볼이 새겨진 영역)에만 집중 조사되며, 따라서 빛 번짐 등 주변 다른 심볼(14)에 영향을 주지 않는다.
도 9의 (b)와 같이 인디케이션 광원(24)이 점등되면, 제1 영역(A1)이 그 주변 영역과 구분되는 색깔(예컨대, 녹색이나 파란색)로 사용자 인식 가능하게 표출되고 해당 영역(제1 영역의 터치센서가 활성화 상태로 전환됨으로써, 사용자는 해당 영역을 터치하여 그 영역(제1 영역)에 매칭되어 사전에 입력된 기능을 실행시킬 수 있다.
한편, 도 9의 (a)나 (b)와 같은 상태에서 일정 시간 사용자 터치가 감지되지 않으면, 백라이트 광원(26) 또는 백라이트 광원(26) 및 인디케이션 광원(24)이 모두 소등되는 슬립 모드로 자동 전환될 수 있으며, 이 상태에서는 도면에는 예시하지는 않았으나 심볼이 외부로 드러나지 않는 히든 상태가 된다.
이처럼 본 발명의 실시 예에 따른 백라이트 조명 기능을 갖춘 터치 인식 기반 전장 스위치는, 심볼부분에 광원(인디케이션 광원) 하나만 사용하여 터치 입력 대기 상태에서는 백라이트 광원만으로 패널 전체를 조명하고, 활성화 상태로 전환되면 인디케이션 광원을 점등시켜 높은 휘도로 심볼이 새겨진 영역을 조명하게 함으로써 심볼이 또렷하게 드러나도록 하는 것이다.
종래 터치 인식 기반의 전장 스위치는, 통모양의 차폐벽과 같은 차폐구조에 의해 외측 광원(백라이트 광원)의 빛은 차단되고 중심부 광원(인디케이터 광원)의 빛만 터치패널의 특정 영역(심볼 영역)에 도달하여 조광하게 되는데, 이때 차폐벽에 의하여 빛이 도달하지 못하는 블랙아웃 영역이나 음영이 발생하는 등 휘도의 균일성이 떨어지는 문제가 있다(도 10의 (a) 참조).
반면, 본 발명의 실시 예에 따르면, 심볼 영역을 조광하는 광원과 그 주변을 조광하는 광원 사이에 종래 기술에서와 같은 차폐벽이 존재하지 않기 때문에, 심볼 주변부의 빛이 어두어지는 현상을 제거할 수 있으며, 백라이트 광원의 빛도 심볼을 조광하는 인디케이션 빛으로 활용 가능하므로 광 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
다시 말해, 차폐벽이 삭제된 만큼 기존 차폐벽에 의한 빛 손실(음영이 생기거나 블랙아웃이 되는 부분) 문제를 해소할 수 있으며, 심볼 영역 터치 활성화와 비활성화 구분을 위해 종래 기술(도 1 참조)에서처럼 인디케이션 광원을 복수(백라이트 광원과 같은 색의 광원과 유색 광원)로 구성할 필요가 없기 때문에 광원의 수도 크게 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 차폐벽과 같은 차폐 구조가 필요 없기 때문에, 장치 구성의 단순화를 도모할 수 있으며, 구성이 단순해진만큼 설계 자유도를 높일 수 있고, 차폐벽에 의한 빛의 손실 요소가 제거됨으로써, 도 10의 (b)와 같이 심볼을 끊김 없이 구현 가능하며, 콜리메이트 렌즈의 사용으로 빛 전반사를 통해 광원의 빛을 최대한 응집할 수 있어 휘도 또한 크게 높일 수 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1 : 터치 인식 기반의 전장 스위치 10 : 패널부
12 : 투광패널 16 : 터치필름
17 : 확산필름 20 : 기판부
22 : 기판 24 : 인디케이션 광원
26 : 백라이트 광원 30 : 홀더부
32 : 렌즈 장착홀 34 : 백라이트 광 투과홀
40 : 콜리메이트 렌즈 41 : 입광부
42 : 광 입사홀 43 : 제1 볼록면
44 : 수직 입광면 45 : 전반사면
46 : 플랜지 47 : 출광부
48 : 제2 볼록면

Claims (8)

  1. 심볼이 새겨진 투광패널의 이면에 터치필름이 부착된 패널부;
    케이스에 실장되며 상기 패널부와 이격되는 기판 및 기판의 상면에 실장되는 광원들로 구성된 기판부;
    상기 패널부와 기판부 사이에 설치되며 상기 광원들 각각에 대응하여 렌즈 장착홀과 백라이트 광 투과홀을 갖는 홀더부; 및
    홀더부의 상기 렌즈 장착홀에 장착 고정되는 콜리메이트 렌즈(Collimate lens);를 포함하며,
    상기 광원들 중 하나는 인디케이션 광원이고 다른 하나는 백라이트 광원이며,
    상기 심볼, 콜리메이트 렌즈, 인디케이션 광원이 제1 방향에 대해 동일 선상에 배치되며,
    상기 렌즈 장착홀에서 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 일정 거리 떨어진 지점에 상기 백라이트 광 투과홀이 형성되고, 백라이트 광 투과홀 하부에 상기 백라이트 광원 배치되는 것을 특징으로 하는 백라이트 조명 기능을 갖춘 터치 인식 기반의 전장 스위치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    평면에서 본 상기 콜리메이트 렌즈의 면적은 상기 심볼 면적에 대응되며,
    상기 인디케이션 광원의 빛이 콜리메이트 렌즈를 통과하면서 심볼이 새겨진 제1 영역에만 집중되도록 콜리메이팅(Collimating) 되는 것을 특징으로 하는 백라이트 조명 기능을 갖춘 터치 인식 기반의 전장 스위치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 백라이트 광원의 빛이 심볼이 새겨진 제1 영역 외측의 제2 영역을 비롯해 상기 제1 영역에까지 조사되는 것을 특징으로 하는 백라이트 조명 기능을 갖춘 터치 인식 기반의 전장 스위치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 콜리메이트 렌즈는 백라이트 광 투과홀을 통과한 상기 백라이트 광원의 빛 중 상기 제1 영역을 향하는 최외곽 빛의 지향성을 방해하지 않도록 상기 최외곽 빛과 간섭되지 않는 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 조명 기능을 갖춘 터치 인식 기반의 전장 스위치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 콜리메이트 렌즈의 출광면과 심볼 사이가 일정 거리 이격된 것을 특징으로 하는 백라이트 조명 기능을 갖춘 터치 인식 기반의 전장 스위치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 콜리메이트 렌즈는,
    위로 갈수록 직경이 점진적으로 증가하는 역(逆) 원뿔대 모양의 입광부와,
    일정 높이로 상기 입광부 상부에 일체로 구성되는 출광부로 구성되며,
    상기 입광부와 출광부의 경계에 둘레 방향으로 장착 플랜지가 연속 또는 단속적으로 형성된 것을 특징으로 하는 백라이트 조명 기능을 갖춘 터치 인식 기반의 전장 스위치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 입광부는 하면 중앙에서 일정 깊이로 형성되며 상기 인디케이션 광원이 빛이 입사되는 광 입사홀을 구비하고,
    상기 광 입사홀에는 아래로 볼록하여 인디케이션 광원의 빛 중 일부를 집광시켜 상기 출광부 측으로 안내하는 제1 볼록면과, 상기 제1 볼록면을 에워싸며 인디케이션 광원의 빛 중 다른 일부를 받아들이는 수직 입광면이 형성되며,
    상기 입광부의 내측에는 상기 수직 입광면을 통해 입사된 빛을 상기 출광부 방향으로 반사시키는 직선 또는 곡선 상의 전반사면(TIR Surface)이 형성되고,
    상기 출광부의 상면에는 상기 제1 볼록면을 통과한 빛과 상기 전반사면에 의해 굴절된 빛을 집광시키는 제2 볼록면이 형성되며,
    상기 제2 볼록면에 의해 출광부를 투과한 빛이 상기 심볼을 향해 평행 광 형태로 출력되는 것을 특징으로 하는 백라이트 조명 기능을 갖춘 터치 인식 기반의 전장 스위치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 인디케이션 광원과 백라이트 광원이 출력하는 빛의 색이 서로 다른 것을 특징으로 하는 백라이트 조명 기능을 갖춘 터치 인식 기반의 전장 스위치.
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