KR20120051218A - 광학식 터치 입력 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 재귀 반사판의 반사효율이 취약한 부분의 구조 변경으로 반사효율을 향상시킨 광학식 터치 입력 장치에 관한 것으로, 중앙에 터치 입력 영역을 갖는 표시 패널;과, 상기 표시 패널의 인접한 두 코너 상에 형성되며, 각각 발광 유닛과 수광 유닛을 갖는 제 1, 제 2 적외선 센서모듈; 및 상기 제 1, 제 2 적외선 센서모듈이 부재한 상기 표시 패널의 코너에서 둔각으로 굽어진 굽힘부를 갖고, 상기 표시 패널의 가장자리를 따라 형성되는 반사 유닛을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

광학식 터치 입력 장치{Optical Touch Input Device}
본 발명은 광학 방식으로 터치를 검출하는 표시 장치에 관한 것으로 특히, 재귀 반사판의 반사효율이 취약한 부분의 구조 변경으로 반사효율을 향상시킨 광학식 터치 입력 장치에 관한 것이다.
일반적으로 터치 입력 장치(Touch Input Device)는 각종 디스플레이를 이용하는 정보통신기기와 사용자 간의 인터페이스를 구성하는 여러 방식 중의 하나로서, 사용자가 손이나 펜으로 화면을 직접 접촉함으로써 기기와 인터페이스할 수 있는 입력장치이다.
터치 입력 장치는 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 입력 장치은 인식하는 방법에 따라, 저항막 방식(Resistive Type), 정전 용량 방식(Capacitive Type), 초음파 방식(Ultrasonic Wave Type)과 그 외로 적외선 방식(Infrared Type)을 포함한 광학식 방식 등이 있다.
상술한 각 방식의 이점은 각기 상이하지만, 근래에는 터치면이 받는 압력을 최소화하고, 배치의 편리성으로 광학식 터치 입력 장치가 주목되고 있다.
이하, 일반적인 광학식 터치 입력 장치를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 일반적인 광학식 터치 입력 장치를 나타낸 평면도이다.
도 1과 같이, 일반적인 광학식 터치 입력 장치는 표시 모듈(10) 외곽에 2대의 적외선 센서(20)를 배치하고, 상기 표시 모듈(10) 가장자리 세 변에 재귀 반사판(11)을 배치하여 이루어진다. 그리고, 상기 적외선 센서(20)는 발광 유닛과 수광 유닛을 포함한다.
그리고, 상기 광학식 터치 입력 장치의 터치 검출 방법은 적외선 센서(20)를 이용하여 삼각 측량으로 터치 좌표를 판별하여 이루어진다. 즉, 발광유닛에서 나온 광이 상기 재귀 반사판(11)에서 재귀반사된 후 수광유닛으로 입사되는데, 터치가 있는 경우, 상기 수광 유닛으로 입사되는 광이 차단되어 차단되는 영역을 터치가 있는 위치로 검출해내는 방식을 사용한다.
한편, 재귀 반사판(11)은 입사되는 광의 입사각에 따라 반사효율이 다른 특성을 가진다. 즉, 입사각이 0도에서 반사효율이 최대이고, 입사각이 커질수록 점차 줄어드는 특성을 가진다. 따라서, 상기 재귀 반사판(11)으로 낮은 입사된 후 반사되어 돌아오는 영역에 해당하는 곳에서는 광량 분포가 높고, 큰 입사각으로 입사된 후 반사되어 돌아오는 영역에 해당하는 곳에서는 광량분포가 낮다.
이에 따라, 광량분포가 높은 영역은 신호가 포화되고, 광량 분포가 낮은 영역은 노이즈 대비 신호 비율이 낮아 터치를 인식하는 기능에 에러가 발생할 가능성이 높아진다. 즉, 재귀 반사판(11)은 구조적으로 사각형의 표시 모듈(10) 상에 배치되는 것으로, 각각 적외선 센서(20)가 재귀 반사판(11)을 바라보는 각도별로 상기 재귀 반사판(11)에서 받아들이는 입사각이 상이하고, 이에 따라 적외선 센서(20)의 수광 유닛에서 재귀반사판(11)을 바라보는 각도별로 광량 분포가 다르게 된다.
이를 극복하기 위한 방법으로 재귀 반사판(11)을 크게 제작하여 입사각이 큰 곳에서 광량을 증가시키는 방법이 있으나, 이 경우 광학식 터치 입력 장치의 전체 두께가 증가되는 약점이 있다.
상기와 같은 종래의 광학식 터치 입력 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
적외선 센서에서 재귀 반사판을 바라보는 각도에 따라 재귀 반사판의 입사각이 상이하고, 그 입사각에 따라 재귀 반사판의 반사율이 다르기 때문에 적외선 센서로 들어오는 광량은 적외선 센서로 들어오는 각도에 해당되는 위치마다 각각 다르게 된다. 특히, 재귀 반사판으로 입사되는 광의 입사각이 큰 코너부위에서는 적외선 센서로 들어오는 광량이 매우 적어 신호가 미약하므로 외부에서 들어오는 노이즈 광에 취약하다.
이러한 영역별 재귀반사 광량차에 의한 터치 검출 오류를 방지하기 위해, 재귀 반사판을 크게 제작하여 입사각이 큰 곳에서 광량을 증가시키는 방법이 있으나, 이 경우 광학식 터치 입력 장치의 전체 두께가 증가되어 슬림화가 불가능하다.
또 다른 대안으로, 상기 재귀 반사판의 모서리 부근의 형상을 톱니처럼 형성하여 터치 입력 영역의 대각선 방향으로 입사되는 광에 대해 입사각이 약간 줄어드는 효과를 낼 수 있으나, 톱니 형상이 노출되어 외관상 좋지 않으며 제품을 구성하는 베젤(bezel) 폭이 전체적으로 넓어질 수 있어, 광학식 터치 입력 장치의 비유효 면적이 커져 컴팩트하지 못하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 재귀 반사판의 반사효율이 취약한 부분의 구조 변경으로 반사효율을 향상시킨 광학식 터치 입력 장치를 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학식 터치 입력 장치는, 중앙에 터치 입력 영역을 갖는 표시 패널;과, 상기 표시 패널의 인접한 두 코너 상에 형성되며, 각각 발광 유닛과 수광 유닛을 갖는 제 1, 제 2 적외선 센서모듈; 및 상기 제 1, 제 2 적외선 센서모듈이 바라보는 상기 표시 패널의 코너에서 둔각으로 굽어진 굽힘부를 갖고, 상기 표시 패널의 가장자리를 따라 형성되는 반사 유닛을 포함하여 이루어진 것에 그 특징이 있다.
그리고, 상기 반사 유닛은 상기 발광 유닛에서 나오는 광을 상기 수광 유닛으로 재귀 반사시키는 기능을 갖는다.
또한, 상기 반사 유닛은, 상기 굽힘부를 제외하여 상기 터치 입력 영역의 가장자리를 따라 직선상으로 형성된다. 여기서, 상기 굽힘부가 발생된 상기 표시 패널의 코너들 사이에, 상기 터치 입력 영역에 인접하여 직선상으로, 공기보다 굴절률이 큰 굴절 매개체가 더 포함된다. 상기 굴절 매개체는 상기 반사 유닛과 동일한 높이를 갖는다.
그리고, 상기 굴절 매개체는 상기 굽힘부를 제외한 영역에서 동일 폭으로 형성되며, 상기 굽힘부에 대응되는 영역에서는 상기 굽힘부가 발생된 표시 패널의 코너에 인접하며 점차 작은 폭으로 형성될 수 있다.
상기 굽힘부와 상기 굴절 매개체 사이는 이격될 수 있다. 경우에 따라, 상기 굽힘부와 상기 굴절 매개체는 서로 접하여 형성될 수도 있다. 전자의 경우, 상기 굽힘부와 상기 굴절 매개체 사이는 두께 0.5 mm 이하의 공기층을 더 포함할 수 있다.
상기 굴절 매개체는 적외선 파장의 광을 투과시키는 재질로 이루어진다. 그리고, 이 때, 상기 굴절 매개체는 가시 광선 파장의 광을 차단시키는 재질일 수 있다.
상기 적외선 센서모듈과 상기 반사유닛 및 상기 굴절 매개체는 상기 표시 패널 상에 놓여진다.
상기 표시 패널의 가장자리와, 상기 반사 유닛과 상기 적외선 센서모듈을 함께 감싸는 금속 프레임을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 반사 유닛의 굽힘부와 상기 금속 프레임 사이에 지지부를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 반사 유닛의 굽힘부는 상기 지지부에 접착된 것이 바람직하다.
또한, 상기 굴절 매개체는 상기 금속 프레임에 의해 가려진다.
그리고, 상기 반사 유닛의 굽힘부가 인접한 반사 유닛 사이에 갖는 둔각은 94~100°이다.
상기와 같은 본 발명의 광학식 터치 입력 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 광량 효율이 낮은 재귀 반사판의 코너에서, 터치입력 영역의 외측으로 재귀 반사판을 굽혀, 구조적으로 재귀 반사판의 형상을 변경함으로써 입사각을 줄여 신호 감도를 향상시키고 터치 인식의 정확도를 높일 수 있다.
둘째, 재귀 반사판의 코너를 굽힘과 함께, 굴절 매개체를 재귀 반사판의 굽힘부 안쪽에 형성하여 재귀 반사판의 입사각을 더 줄일 수 있다.
셋째, 적외선 센서모듈이 부재한 재귀 반사판의 코너의 재귀 반사 효율을 향상시킬 수 있어, 영역별 광량차를 줄일 수 있어, 전체적으로 광학식 터치 입력 장치의 신호 감도 균일도(uniformity)를 향상시킬 수 있다.
넷째, 재귀 반사 효율을 일반적인 광학식 터치 입력 장치와 동일 수준으로 한다면, 본 발명의 광학식 터치 입력 장치에 있어서는 재귀 반사 효율이 상대적으로 좋아 재귀 반사판의 높이를 줄일 수 있다. 따라서, 광학식 터치 입력 장치의 두께를 낮출 수 있다.
도 1은 일반적인 광학식 터치 입력 장치를 나타낸 평면도
도 2a는 본 발명의 광학식 터치 입력 장치를 나타낸 평면도
도 2b는 도 2a의 반사 유닛을 나타낸 평면도
도 3은 도 2a의 우측 하부 코너의 반사 유닛의 광 입사 특성을 나타낸 도면
도 4는 도 2a의 반사 유닛과, 굴절매개체 동시 구비시 광 입사 특성을 나타낸 도면
도 5a는 일반적인 재귀 반사판의 입사각에 대한 반사율을 나타낸 그래프
도 5b는 도 1의 수광 유닛 화각별 반사 유닛(재귀반사판)의 입사각을 나타낸 그래프
도 5c는 도 5b의 수광 유닛 화각별 재귀 반사율을 나타낸 그래프
도 6a는 본 발명 및 이에 대비된 구조들의 반사 유닛(재귀 반사판)의 수광 유닛 화각별 관찰각을 나타낸 그래프
도 6b는 도 6a에 대응되는 반사 유닛(재귀 반사판)의 수광 유닛 화각에 대응된 반사율을 나타낸 그래프
도 7은 본 발명의 반사 유닛을 나타낸 단면도
도 8은 본 발명의 광학식 터치 입력 장치의 일 코너를 나타낸 사시도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 광학식 터치 입력 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2a는 본 발명의 광학식 터치 입력 장치를 나타낸 평면도이며, 도 2b는 도 2a의 재귀 반사판을 나타낸 평면도이다.
본 발명의 광학식 터치 입력 장치는, 도 2a 및 도 2b와 같이, 중앙에 터치 입력 영역을 갖는 표시 패널(100)과, 상기 표시 패널(100)의 인접한 두 코너 상에 형성되며, 각각 발광 유닛(도 8의 110a 참조)과 수광 유닛(도 8의 110b 참조)을 갖는 적외선 센서모듈(110) 및 상기 적외선 센서모듈(110)이 부재한 상기 표시 패널의 코너에서 둔각으로 굽어진 굽힘부를 갖고, 상기 표시 패널(110)의 가장자리를 따라 형성되는 반사 유닛(130)을 포함하여 이루어진다.
상기 적외선 센서모듈(110)의 발광 유닛과 수광 유닛은 각각 적외선 파장의 광을 발광하고 수광(센싱)한다.
여기서, 상기 반사 유닛(130)은 상기 적외선 센서모듈(110)의 발광 유닛(110a)에서 나오는 광을 상기 수광 유닛(110b)으로 재귀 반사시키는 기능을 갖는다. 특히, 상기 반사 유닛(130)은 상기 적외선 센서모듈(110)이 부재한 코너에서 굽힘부를 형성하여, 입사각을 줄인 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 반사 유닛(130)과, 적외선 센서모듈(110) 들은 상기 표시 패널(100) 상의 터치 입력 영역(점선 영역) 외곽에 놓여진다.
상기 터치 입력 영역은 대체로 직사각형을 유지한다.
또한, 상기 반사 유닛(130)은, 상기 굽힘부를 제외하여 상기 터치 입력 영역의 가장자리를 따라 직선상으로 형성된다. 이러한 반사 유닛(130)은 일종의 재귀반사판으로 그 두께의 0.2mm 미만의 얇은 쉬트의 일종이며, 프리즘군을 갖는 재귀반사층을 포함하여 복수개의 층으로 이루어진다.
여기서, 상기 굽힘부가 발생된 상기 표시 패널의 코너들 사이에, 상기 터치 입력 영역에 인접하여 직선상으로, 공기보다 굴절률이 더 큰 굴절 매개체(120)를 더 포함할 수 있다. 상기 굴절 매개체(120)는 선택적인 것으로, 경우에 따라 생략할 수 있으나, 굴절 매개체를 구비하면 굽힘부만 구비하는 경우에 비해 입사각 감소 효과가 더 두드러질 수 있다.
한편, 상기 굽힘부와 상기 굴절 매개체(120) 사이는 도시된 바와 같이 이격될 수 있다. 경우에 따라, 상기 굽힘부와 상기 굴절 매개체는 서로 접하여 형성될 수도 있다. 이격하여 형성하는 경우, 상기 반사 유닛(130)의 굽힘부와 상기 굴절 매개체(120) 사이는 두께 0.5 mm 이하의 공기층을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 굴절 매개체(120)는 상기 반사 유닛(130)과 동일한 높이를 갖는다. 또한, 상기 굴절 매개체(120)는 상기 굽힘부를 제외한 영역에서 동일 폭으로 형성되며, 상기 굽힘부에 대응되는 영역에서는 상기 굽힘부가 발생된 표시 패널의 코너에 인접하며 점차 작은 폭으로 형성된다.
또한, 상기 표시 패널(100)의 가장자리와, 상기 반사 유닛(130)과 상기 적외선 센서모듈(110)을 함께 감싸는 금속 프레임(도 7의 95 참조)을 더 포함할 수 있다. 금속 프레임을 케이스 탑(case top)이라고도 하며, 상기 터치 입력 영역 외곽의 대응되는 부위를 가린다. 이 때, 또한, 상기 반사 유닛의 굽힘부와 상기 금속 프레임(95) 사이에 지지부(140)를 더 포함할 수 있다. 상기 지지부(140)가 구비된 이유는 반사 유닛(130)이 상대적으로 얇은 두께이기 때문에 그 형상을 변화를 방지하고 지지를 위해서이다. 이 경우, 상기 반사 유닛(130)의 굽힘부는 상기 지지부(140)에 접착된 것이 바람직하다.
경우에 따라, 상기 지지부(140)는 상기 굽힘부 외에는 상기 표시 패널(100)의 각 변에 대응하여 배치될 수도 있다. 즉, 도 2a에 도시된 재귀반사판(130)의 외측으로 상기 표시 패널(100)의 터치 입력 영역 외곽에 형성될 수 있다.
여기서, 상기 굴절 매개체(120)는 상기 금속 프레임(95)에 의해 가려진다.
한편, 상기 굴절 매개체(120)는 적외선 파장의 광을 투과시키는 재질로 이루어진다. 그리고, 이 때, 상기 굴절 매개체(120)는 가시 광선 파장의 광을 차단시키는 재질인 것이 바람직하다. 이는 적외선 파장의 이외의 파장대의 광은 발광 유닛이나 반사유닛에서 출사되거나 반사되는 영역의 광이 아니기 때문에, 이를 필터링하기 위함이다. 예를 들어, 상기 굴절 매개체(120)는 PA(Polyamide), PE(Polyethylene), PC(Polycarbonate) 등의 열로 성형이 가능한 플라스틱 물질로 이루어진다.
상기 굴절 매개체(120)는 0.5mm ~4mm 의 두께를 갖는다. 이 경우, 상기 굴절 매개체(120)의 두께(도 2a에서 폭으로 보여짐)는 상기 굽힘부에서의 굽힘 정도와 금속 프레임의 면적에 의해 달라질 수 있는 것으로 반드시 이 수치에 한정되지는 않고, 가감될 수 있는 여지가 있다.
상기 적외선 센서모듈(110)과 상기 반사유닛(130) 및 상기 굴절 매개체(120)는 모두 상기 표시 패널(100) 상부에 놓여진다.
한편, 상기 반사 유닛의 굽힘부가 인접한 반사 유닛 사이에 갖는 둔각은 94~100°이다. 도 2b를 기준으로 설명하면, 상기 굽힘부와 인접한 수직 방향의 반사 유닛과의 사이의 각도를 말한다.
이하, 본 발명의 광학식 터치 입력 장치의 반사 유닛의 굽힘부에서 입사각이 줄어드는 원리에 대해 설명한다.
도 3은 도 2a의 우측 하부 코너의 반사 유닛의 광 입사 특성을 나타낸 도면이다.
도 3과 같이, 상기 반사 유닛(130)의 굽힘부에서는 일반적으로 인접한 수직한 방향의 반사 유닛에서 90도로 꺽어지는 구조 대비 (90°+A)의 둔각으로 꺽어지기 때문에, 상대적으로 입사각이 A 각도만큼 줄어들게 된다. 즉, 일반적인 구조에서, 수평한 재귀 반사판에서 수직한 방향의 입사각 기준선(점선 참조)을 갖는데 비해, 상대적으로 A각도 더 굽혀져 있기 때문에, 입사각 기준선(점쇄선 참조)이 일반적인 구조의 입사각 기준선 대비 A 각도만큼 줄어들게 되어, 동일한 각도로 광이 입사(화살표 라인 참조)할 때, 입사각이 A 각도만큼 줄어든 효과를 갖는다.
도 4는 도 2a의 반사 유닛과, 굴절매개체 동시 구비시 광 입사 특성을 나타낸 도면이다.
도 4와 같이, 반사 유닛(130)과 굴절 매개체(120)를 동시에 구비하는 경우에는, 도 3에서 설명한 바와 같이 입사각 기준선(점쇄선 참조)이 A 각도 줄어든 점과 더불어, 상기 굴절 매개체(120)에서 공기와 다른 매질로 이루어졌기 때문에 상기 입사각 기준선에 가깝게 광의 입사각도가 변하게 되는 효과를 얻는다. 이 때, 광의 입사 경로는 공기(터치 입력 영역으로 구조물이 없으므로, 공기 상으로 광이 이동)-> 굴절 매개체(120)-> 공기층(138) 및 반사 유닛의 굽힘부의 표면을 따르는 것으로, 최종적으로 상기 반사 유닛의 굽힘부면에서 굴절 매개체(120)를 통과하여 들어오는 광의 입사각의 방향으로 점선으로 연장선을 그려보면, 굴절 매개체(120)를 들어오는 입사각에 비해 B의 각도만큼 입사각이 줄어든 효과를 얻을 수 있다. 즉, 상대적으로 굴절 매개체(120)와 반사 유닛의 굽힘부와 함께 구비하는 경우에는 (A+B)의 각도만큼 입사각 각도가 줄어드는 효과를 얻게 된다.
상기 굴절 매개체(120)는 굽어 있는 반사 유닛(130)을 외관상으로 평탄하게 보일 수 있도록 하며, 적외선 센서모듈(110)의 수광 유닛이 수광하는 파장의 빛이 투과될 수 있는 물질로 형성된다.
또한, 상기 굴절 매개체(120)는 상기 굽힘부에서 상기 반사 유닛(130)과 약간의 공기 간격을 두고 있으며, 상기 굴절 매개체(120)에서 2번의 굴절을 통해 반사 유닛(130)으로 입사되는 각도를 줄여 주며, 이로 인하여 적외선 센서모듈(110) 부재의 코너부의 반사율을 높일 수 있다.
일반 재귀 반사판 대비 도 3 및 도 4의 구조의 각각의 경우의 입사각 변화 효과와 반사 효율을 표 1을 통해 참조한다.
적외선 센서모듈 부재 코너 입사각 반사효율
일반 재귀반사판 61° 4.45%
굽힘부 구비 55° 9.08%
굽힘부 및 굴절매개체 구비 52° 11.54%
표 1에 개시된 굽힘부와, 굽힙부 및 굴절매개체 구비의 실시예에서 보여진 입사각은 하나의 예이고, 그 입사각의 변화는 광학식 터치 입력 장치의 외곽 영역을 늘이지 않는 선상에서 가감할 수 있다. 상대적으로 일반 재귀 반사판 대비 굽힘부나 이에 굴절 매개체를 더 구비한 구조에서, 반사효율이 2 배 이상 향상됨을 살펴볼 수 있다.
표 2를 통해, 일반 재귀 반사판 대비 도 3 및 도 4의 구조의 각각의 경우의 동일한 반사효율을 갖게 할 때, 필요한 재귀반사판 또는 반사 유닛의 높이를 살펴본다.
적외선 센서모듈 부재 코너 입사각 재귀반사판(반사유닛) 높이
일반 재귀반사판 61° 3.4mm
굽힘부 구비 55° 1.67mm
굽힘부 및 굴절매개체 구비 52° 1.3mm
즉, 표 2와 같이, 굽힘부와 이에 굴절 매개체를 구비할 경우, 이론적으로 재귀 반사판(반사유닛)의 높이를 일반적인 재귀 반사판 대비 1/2 이상 줄일 수 있는 점을 확인할 수 있다. 이는 이론적인 값으로 광학식 터치 입력 장치의 다른 구조적인 값에 의해 변할 수 있는 여지가 있으나, 굽힘부 또는 굽힘부/굴절매개체를 구비하게 되면 재귀 반사판의 높이를 상당량 줄일 수 있어, 광학식 터치 입력 장치의 슬림화가 가능함을 예상할 수 있다.
이하, 일반적인 재귀반사판 대비 본 발명의 도 3 및 도 4의 반사 유닛의 구조를 갖는 경우, 효과를 그래프를 통해 비교하여 본다.
도 5a는 일반적인 재귀 반사판의 입사각에 대한 반사율을 나타낸 그래프이며, 도 5b는 도 1의 수광 유닛 화각별 반사 유닛(재귀반사판)의 입사각을 나타낸 그래프이고, 도 5c는 도 5b의 수광 유닛 화각별 재귀 반사율을 나타낸 그래프이다.
도 5a를 참조하면, 일반적인 재귀 반사판의 입사각에 대한 반사율은 입사각이 커질수록 반사율이 감소하는 경향이 있음을 알 수 있다.
한편, 수광 유닛의 화각이란 수광 유닛이 재귀반사판을 바라보는 각도를 의미한다. 도 1을 참조하면, 좌측 상단의 적외선 센서(20)에서 좌변에 상당한 재귀반사판(11)을 0도로 바라보며, 우측 상단의 적외선 센서에 인접한 재귀반사판을 90도로 바라보고 있다. 도 5b와 같이, 수광 유닛 화각이 커지게 되면, 약 60도에 상당하는 수광 유닛 화각까지 점차 입사각이 커짐을 알 수 있으며, 약 60도에 상당한 우측 하부 코너에서 입사각의 급격한 변화가 있고, 약 60도에서 90도로 가며 점차 입사각이 줄어듦을 알 수 있다.
따라서, 일반적인 재귀 반사판을 갖는 구조에서, 도 5a의 재귀 반사판의 반사율과 도 5b에 대한 상기 수광 유닛의 화각에 대한 입사각 변화를 고려하면, 도 5c와 같이, 수광 유닛 화각이 60도 부근(도 1의 우측 하부 코너)에서 가장 낮은 값을 가짐을 알 수 있다.
도 6a는 본 발명 및 이에 대비된 구조들의 반사 유닛(재귀 반사판)의 수광 유닛 화각별 관찰각을 나타낸 그래프이며, 도 6b는 도 6a에 대응되는 반사 유닛(재귀 반사판)의 수광 유닛 화각에 대응된 반사율을 나타낸 그래프이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 광학식 터치 입력 장치에 구비된 재귀 반사판(도 3 및 도 4 구조 참조: 각각 점선, 점쇄선 대응)의 수광 유닛 화각별 관찰각과 이에 따른 재귀 반사율을 나타낸다.
도 6a와 같이, 수광 유닛 화각이 0도 부근(도 2a에서 우측 하부 코너 대응)에서 광이 입사되는 관찰각이, 도 3 및 도 4의 본 발명의 구조에서 일반적인 구조 대비 상향됨을 알 수 있고, 약 50~60도 사이의 코너 부근(도 2a의 좌측 하부 코너 대응)에서 하향됨을 알 수 있다. 따라서, 도 6b와 같이, 재귀 반사율이 도 3 및 도 4의 본 발명에서 구조에서, 수광 유닛의 화각 전체적으로 반사율 차이를 줄일 수 있게 된다. 즉, 일반적인 구조에서 가장 높게 반사율이 관찰되는 0~20도 부근에서는 반사율을 낮추고, 일반적인 구조에서 가장 낮은 반사율이 관찰되는 50~60도 부근에서 반사율을 상향시킨다. 따라서, 전체적으로 화각별로 반사율의 균일도(uniformity)를 본 발명의 광학식 터치 입력 장치의 재귀 반사판을 구비할 경우 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 광학식 터치 입력 장치는, 재귀 반사판의 코너에 굽힘부를 적용하거나 굽힘부와 굴절 매개체를 함께 적용하여, 재귀 반사판의 입사각이 클수록 반사효율이 낮은 문제를 해결하여 터치 인식 정확도를 높이고, 재귀 반사판의 높이를 줄여 광학식 터치 입력장치의 높이를 낮출 수 있다.
이상에서 설명한 광학식 터치 입력 장치는 2개의 코너에 적외선 센서모듈이 배치된 구조에 대해서 설명하였으나, 반드시 이에 한정되지는 않고, 3개의 코너에 적외선 센서모듈이 배치된 구조에도 적용할 수 있을 것이다.
이하, 도면을 참조하여 반사유닛의 배치 구조와 그 내부 구조를 상세히 살펴본다.
도 7은 본 발명의 반사 유닛을 나타낸 단면도이며, 도 8은 본 발명의 광학식 터치 입력 장치의 일 코너를 나타낸 사시도이다.
도 7과 같이, 본 발명의 반사 유닛(130)은 지지층(131), 상기 지지층(131)과의 사이에 반사면을 갖는 재귀 반사층(retro-reflector layer)(132)과, 상기 재귀 반사층(132)의 상면에 형성된 제 1 접착층(134) 및 상기 제 2 접착층(134) 상의 적외선 광학 필터(135)로 이루어진다. 즉, 상기 반사유닛(130)은 복수개의 층상으로 이루어져, 도 8과 같이, 수직하게 표시 패널(100) 상에 놓여진 것이다.
여기서, 상기 재귀 반사층(132)은 일종의 광각이 0°에서 65°의 입사각에 좋은 효율을 보이는 큐브 코너(cube-corner) 구조의 입방체로 이루어지는 것으로, 일종의 마이크로 프리즘(micro prism)이 연속적으로 배치된 형상으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 재귀 반사층(132)의 프리즘 산의 정점은 표시 패널(100)에서 금속 프레임(95)의 내측면을 향하도록 배치시킨다.
그리고, 상기 광학 필터(135)는, 약 700nm 이상의 파장을 갖는 적외선만을 투과시키는 성질을 갖는 광학 필터이다. 이 때, 광학 필터는 아크릴계 수지로 이루어질 수 있다. 예를 들어, PMMA(Poly Methyl methacrylate) 또는 폴리카보네이트(Polycarbonate)를 이용할 수 있다. 그리고, 700nm 이상의 파장의 적외선만을 투과시키기 위해, 가시광 흡수 특성을 갖도록 색상을 검게 하여 형성할 수도 있다. 혹은 상기 광학 필터는 글래스(glass) 성분을 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 재귀 반사판(130)은 상기 적외선 센서모듈(110)에서 발광된 광을 입사각과 동일한 방향으로 다시 반사시켜 주는 기능을 한다.
한편, 상기 적외선 센서모듈(110)의 발광 유닛(110a)과 수광 유닛(110b)는 도시된 바와 같이, 하나의 하우징(housing)에 수직하게 혹은 수평한 방향으로 집적되어 형성될 수 있으며, 경우에 따라 발광 유닛과 수광 유닛을 분리하여 형성될 수도 있을 것이다.
여기서, 설명하지 않은 도면 부호 138은 도 4의 공기층(138)을 나타내는 것으로, 굴절 매개체(120)와 재귀 반사판(130) 사이의 이격된 공간을 의미한다.
한편, 본 발명의 광학식 터치 입력 장치에서, 터치를 인식하는 방법은 터치 입력 영역에 물체가 있는 경우 적외선 센서모듈의 수광 유닛 건너편에 있는 반사 유닛에서 반사되어 적외선 센서모듈의 수광유닛으로 입사되는 광이 물체에 의해 가리게 되고 수광 유닛에 검출되는 광량 분포는 물체가 있는 각도에 해당되는 영역에서 빛이 차단되어 광량분포가 낮아지게 되고 이 영역에 해당되는 각도 정보를 바탕으로 터치 입력 영역의 물체 위치를 검출하게 된다.
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 110: 적외선 센서모듈
110a: 발광 유닛 110b: 수광 유닛
120: 굴절 매개체 130: 반사유닛
140: 지지체 95: 금속 프레임

Claims (16)

  1. 중앙에 터치 입력 영역을 갖는 표시 패널;
    상기 표시 패널의 인접한 두 코너 상에 형성되며, 각각 발광 유닛과 수광 유닛을 갖는 제 1, 제 2 적외선 센서모듈; 및
    상기 제 1, 제 2 적외선 센서모듈이 바라보는 상기 표시 패널의 코너에서 둔각으로 굽어진 굽힘부를 갖고, 상기 표시 패널의 가장자리를 따라 형성되는 반사 유닛을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 반사 유닛은 상기 발광 유닛에서 나오는 광을 상기 수광 유닛으로 재귀 반사시키는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 반사 유닛은, 상기 굽힘부를 제외하여 상기 터치 입력 영역의 가장자리를 따라 직선상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 굽힘부가 발생된 상기 표시 패널의 코너들 사이에, 상기 터치 입력 영역에 인접하여 직선상으로, 공기보다 굴절률이 큰 굴절 매개체가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 굴절 매개체는 상기 굽힘부를 제외한 영역에서 동일 폭으로 형성되며, 상기 굽힘부에 대응되는 영역에서는 상기 굽힘부가 발생된 표시 패널의 코너에 인접하며 점차 작은 폭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 굴절 매개체는 상기 반사 유닛과 동일한 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 굽힘부와 상기 굴절 매개체 사이는 이격된 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 굽힘부와 상기 굴절 매개체 사이는 두께 0.5 mm 이하의 공기층을 더 포함한 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 굴절 매개체는 적외선 파장의 광을 투과시키는 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 굴절 매개체는 가시 광선 파장의 광을 차단시키는 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  11. 제 4항에 있어서,
    상기 적외선 센서모듈과 상기 반사유닛 및 상기 굴절 매개체는 상기 표시 패널 상에 놓여진 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  12. 제 4항에 있어서,
    상기 표시 패널의 가장자리와, 상기 반사 유닛과 상기 적외선 센서모듈을 함께 감싸는 금속 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 반사 유닛의 굽힘부와 상기 금속 프레임 사이에 지지부를 더 포함한 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 반사 유닛의 굽힘부는 상기 지지부에 접착된 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 굴절 매개체는 상기 금속 프레임에 의해 가려진 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 반사 유닛의 굽힘부가 인접한 반사 유닛 사이에 갖는 둔각은 94~100°인 것을 특징으로 하는 광학식 터치 입력 장치.
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