KR20150032749A - 광 터치-감지 장치에서 사용하기 위한 보강된 광 도파관 - Google Patents

광 터치-감지 장치에서 사용하기 위한 보강된 광 도파관 Download PDF

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Abstract

광 터치-감지 장치는 동시에 발생하는 다중 터치 이벤트들의 위치를 판단할 수 있다. 광 터치-감지 장치는 광 터치-감지 장치의 표면상에서 도파관을 통과하는 광 커플러 어셈블리와 함께 복수의 에미터 및 검출기를 포함한다. 각 에미터는 내부전반사를 통해 도파관에 전파되어 검출기에 의해 수신되는 광 빔을 산출한다. 터치 이벤트들은 광 빔을 간섭하고, 간섭에 근거하여 결정된다. 광 터치-감지 장치는 도파관과 디스플레이 표면사이에 배치된 중간층을 더 포함한다. 중간층은 도파관의 광 빔 전파를 보존하고 가시광에 투명하다. 광 터치-감지 장치는, 프레임영역, 데드 영역 및/또는 적어도 하나의 고정 그래픽 영역중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

Description

광 터치-감지 장치에서 사용하기 위한 보강된 광 도파관{Augmented Optical Waveguide for use in an Optical Touch Sensitive Device}
본 발명은 광 터치-감지 장치에 관한 것으로서, 특히 광 터치-감지 장치에서 사용하기 위한 보강된 광 도파관(augmented optical waveguide)에 관한 것이다. 본원은 2012년 7월 24일에 출원된 미국 가출원 제 61/674,958호, 2012년 9월 14일에 출원된 미국 가출원 61/701,141호 및 2013년 7월 22일에 출원된 미국출원 제13/947,421호에 대한 우선권을 주장하며, 이들 출원은 본 명세서의 일부로서 참조된다.
컴퓨팅 장치와의 상호 작용을 위한 터치-감지 디스플레이가 점점 대중화되고 있다. 터치-감지 디스플레이 및 기타 터치-감지 장치를 구현하기 위한 다수의 다양한 기술이 존재한다. 이러한 기술의 예로서, 저항성 터치 스크린, 탄성 표면파 터치 스크린, 전기 용량 터치 스크린 및 특정 유형의 광학식 터치 스크린을 들 수 있다.
그러나, 대부분 이러한 방식들은 현재 많은 결점을 갖고 있다. 예를 들어, 일부 기술은 현대 휴대 전화기에 사용되는 대부분 작은 크기의 디스플레이에는 잘 동작할 수 있지만 노트북 또는 데스크탑 컴퓨터에 사용되는 디스플레이와 같이 더 큰 화면 크기에는 확장성이 좋지 않다. 일부 기술의 또 다른 결점은 멀티터치 이벤트를 처리할 수 없거나 처리하기가 어렵다는 것이다. 멀티터치 이벤트는 여러 번의 터치 이벤트가 동시에 발생할 때 일어난다. 해당 기술의 또 다른 단점은 해상도 증가 요구를 만족시킬 수 없다는 것이다.
일부 광 터치-감지 장치의 또다른 결점은 광 도파관에 알려지지 않은 광 속성을 가진 부착물(예, 디스플레이)에 의해 이러한 장치의 광 도파관에서의 광 전파가 변형될 수 있다는 점이다. 광은 통상 내부 전반사(total internal reflection :TIR)을 통해 이러한 광 도파관에서 전파된다. TIR은 일반적으로 그의 주변물질(통상, 대략 1의 굴절률을 갖는 공기)보다 높은 굴절률을 갖는 투과 매체에서 포집되는 것을 요구한다. 광 도파관과 접촉하는 물질로서, 알려지지 않은 광 속성을 갖거나 또는 TIR와 양립할 수 없는 광 속성을 갖는 물체는 도파관에서 전파되는 광 에너지를 감소시킬 것이다. 이는 터치에 의한 투과 손실의 측정을 어렵게 만들고 터치 감지 강인성을 낮추어, 이러한 광 터치-감지 장치의 터치-감지 성능에 악영향을 준다.
따라서, 광터치-감지 시스템에서 사용하기 위한 보강된 광 도파관의 필요성이 존재한다.
광 터치-감지 장치는 동시에 발생하는 다중 터치 이벤트들의 위치를 판단할 수 있다. 일 실시예에서, 광 터치-감지 장치는 광 터치-감지 장치 표면의 도파관을 통해 광 커플러 어셈블리에 결합되는 복수의 에미터 및 검출기를 포함한다. 도파관은 디스플레이 표면을 따라 확장되고 상부면 및 하부면을 구비한다. 각 검출기는 내부 전반사를 통해 도파관에 전파되어 검출기에 의해 수신되는 광빔을 생성한다. 도파관의 상부면상의 터치 이벤트는 광빔을 간섭하고, 이들 터치 이벤트들은 이러한 간섭에 근거하여 결정된다. 광 터치-감지 장치는 도파관의 하부면과 디스플레이 표면 사이에 배치되는 중간층을 더 포함한다. 상기 중간층은 도파관의 광빔 전파를 보존하고, 가시광선에 투명하다.
일 실시예에서, 광 터치-감지 장치는 적어도 하나의 프레임 영역을 더 포함한다. 각 프레임 영역은 다크 잉크층(dark ink layer) 및 커버층을 포함한다. 다크 잉크층은 가시광에 불투명하다. 커버층은 도파관의 하부면과 다크 잉크층 사이에 배치되고, 도파관의 광빔 전파를 보존하고 가시광선에 투명하다.
일 실시예에서, 상기 광 터치-감지 장치는 적어도 하나의 데드 영역을 더 포함한다. 각각의 데드 영역은 상부면 및 하부면을 갖는 커버 층을 포함한다. 커버 층의 하부면은 도파관의 상부면에 물리적으로 결합된다. 커버층은 도파관의 광 빔 전파를 보존하고 데드 영역이 커버층의 상부면에 대한 터치에 둔감하도록 만든다. 커버층의 상부면은 데드 영역의 경계를 가시화하는 다크 잉크층에 물리적으로 결합될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 광 터치 감지 장치는 고정 그래픽을 표시하기 위한 적어도 하나의 고정 그래픽 영역을 포함한다. 각각의 고정 그래픽 영역은 중간층 아래에 결합된 다크 잉크층을 포함한다. 다크 잉크층은 가시광에 불투명하고, 도파관을 통해 보여질 때 고정 그래픽에 대한 형태를 제공한다. 터치 이벤트가 고정 그래픽 영역에 대응하는 터치 감지면의 영역 내에서 수신되면, 광 터치-감지 장치는 그러한 고정 그래픽에 연관된 선정된 기능을 수행한다.
본 발명의 실시예들이 첨부된 도면에 참조하여 예로서 설명될 것이다 :
도 1은 일 실시예에 따른 광학 터치 감지 장치의 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따라 터치 이벤트의 위치를 결정하기 위한 흐름도이다.
도 3a-3b는 광 빔의 상호 작용에 대한 불완전 TIR 메커니즘( frustrated TIR mechanism)을 도시한다.
도 3c는 투과율이 강화된 광 빔과의 터치 상호 작용을 도시한다.
도 4a-4c는 상이한 모양의 빔 풋프린트를 도시한 평면도이다.
도 5a-5b는 에미터 및 검출기에 의한 활성 영역 범위를 나타내는 평면도이다.
도 6은 측면-결합형 광 커플러 어셈블리를 포함하는 광 터치-감지 장치의 측면도이다.
도 7은 모서리-결합형 광 커플러 어셈블리를 포함하는 광 터치-감지 장치의 측면도이다.
도 8a-8b는 측면-결합형 광 커플러 어셈블리 및 디스플레이 모듈을 포함하는 광 터치-감지 장치의 평면도이다.
도 9는 측면-결합형 광 커플러 어셈블리를 포함하는 광 터치-감지 장치의 사시도이다.
도 10a는 디스플레이와 도파관 사이에 에어 갭을 갖는 광 터치-감지 장치의 측면도이다.
도 10b는 보강된 광 도파관을 구비하는 광 터치-감지 장치의 측면도이다.
도 10c는 광 빔이 중간층을 통과하여 에미터/검출기에 도달하는 보강된 도파관을 갖는 광 터치-감지 장치의 측면도이다.
도 11a는 적외선(IR) 잉크 층을 사용하여 프레임을 나타내는 광 터치-감지 장치의 평면도이다.
도 11b는 IR 잉크 층을 사용하여 프레임을 나타내는 광 터치-감지 장치의 측면도이다.
도 12a-12c는 IR 잉크층 및 다크 잉크층으로 만든 프레임을 나타내는 광 터치 감지-장치의 측면도이다.
도 13은 IR 흑색 광 커플러 및 다크 잉크 층으로 만든 프레임을 나타내는 광 터치-감지 장치의 측면도이다.
도 14는 데드 영역(dead zones)을 나타내는 광 터치-감지 장치의 측면도이다.
도 15a는 고정 그래픽 영역을 나타내는 광 터치-감지 장치의 평면도이다.
도 15b는 고정 그래픽 영역을 나타내는 광 터치-감지 장치의 측면도이다.
도 16은 IR 잉크 층 및 다크 잉크층을 사용하여 프레임을 갖는 광 터치-감지 장치를 제조하는 일련의 단계를 도시한다.
도 17은 IR 흑색 광 커플러 및 다크 잉크층을 사용하여 프레임을 갖는 광 터치 -감지 장치를 제조하는 일련의 단계를 도시한다.
1. 소개
A. 장치 개요
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 터치-감지 장치의 블록도이다. 광 터치- 감지 장치는, 제어기(110), 에미터/검출기 구동 회로(120) 및 터치-감지면 어셈블리(130)를 포함한다. 감지면 어셈블리(130)는 터치 이벤트가 검출될 활성 영역(131)을 포함한다. 편의를 위해, 활성 영역(131)은 종종 활성 표면 또는 표면으로 지칭하겠으나, 표면 자체는 광 도파관과 같이 전체적으로 패시브(passive) 구조일 수 있다. 어셈블리(130)는 활성 영역(131)의 둘레를 따라 배치된 에미터 및 검출기를 또한 포함한다. 상기 예에서, J개의 에미터는 Ea-EJ 로 표시되고, K개의 검출기는 D1-Dk로 표시된다. 장치는 또한 터치 이벤트 프로세서(140)를 포함하는데, 도 1에 도시된 바와 같이, 개별적으로 구현되거나 제어기(110)의 일부로서 구현될 수 있다. 터치 이벤트 프로세서(140)와 제어기 (110) 사이에, 또는, 터치 이벤트 프로세서(140)와 터치 이벤트 프로세서(140)에 접속된 다른 장치 사이에 통신하기 위해, 예를 들어, 표준 API가 이용될 수 있다.
에미터/검출기 구동 회로(120)는 제어기(110)와 에미터 Ej 및 검출기 Dk 사이의 인터페이스로서 역할을 한다. 에미터는 검출기에 의해 수신되는 광학 "빔"을 생성한다. 바람직하게, 하나의 에미터에 의해 생성된 광은 하나 이상의 검출기에 의해 수신되고, 각각의 검출기는 하나 이상의 에미터로부터 광을 수신한다. 편의상, "빔"은 하나의 에미터에서 하나의 검출기로 향하는 광을 지칭하겠지만, 개별 빔이라기 보다는 다수의 검출기들로 향하는 다수 빔의 일부일 수 있다. 에미터 Ej에서 검출기 Dk 에 향하는 빔을 빔 jk라 지칭한다. 도 1은 예로서 빔 a1, a2, a3, e1을 표시한다. 활성 영역(131) 내의 터치는 특정 빔들을 간섭하고, 이에 따라 검출기 Dk에 수신되는 빔들이 변한다. 이러한 변화에 대한 데이터가 터치 이벤트 프로세서(140)에 전달되고, 프로세서(140)는 해당 데이터를 분석하여 표면(131)에서의 터치 이벤트의 위치(들) (및 시간)을 결정한다.
B. 프로세스 개요
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 터치 이벤트의 위치를 결정하기 위한 흐름도이다. 이 프로세스는 도 1의 장치를 이용하여 설명될 것이다. 프로세스(200)는 물리적(또는 스캔) 단계(210) 및 처리 단계(220)로 지칭되는 두 단계로 대략 구별된다. 개념적으로, 이들 두 단계 사이의 분할선은 투과 계수 Tjk 집합이다.
투과 계수 Tjk 는 광 빔과 상호 작용하는 터치 이벤트가 없었다면 투과되었을 상황에 비교한, 에미터 j로부터 검출기 k로의 광 빔 투과율이다. 이러한 특정 값을 사용하는 것은 단순히 일 예이며, 다른 측정치가 사용될 수도 있다. 간섭 빔에 특히 관심있기 때문에, 보통은 0인 (1- Tjk)와 같은 역 측정치가 이용될 수도 있다. 다른 예로서, 흡수율, 감쇄율, 반사율 또는 산란율 측정치가 포함될 수 있다. 또한, 도 2에는 물리적 단계(210)와 처리 단계(220) 사이에 분할선으로서 Tjk를 이용하여 설명되었지만, Tjk가 명시적으로 산출될 필요는 없다. 물리적 단계(210)와 처리 단계(220)간의 명백한 구분도 요구되지 않는다.
도 2를 다시 참조하면, 물리적 단계(210)는 물리적인 셋업에서 Tjk을 결정하는 과정이다. 처리 단계(220)는 Tjk로부터 터치 이벤트를 결정한다. 도 2에 도시된 모델은 물리적 셋업과 그 근간이 되는 물리적 메커니즘을 후속 처리로부터 어느 정도 분리한다는 점에서 개념적으로 유용하다.
예를 들면, 물리적 단계(210)는 투과 계수 Tjk를 산출한다. 터치-감지 표면 어셈블리(130)에 대한 수많은 다양한 물리적 설계가 가능하고, 최종 응용에 따라 상이한 설계들의 절충점이 고려될 것이다. 예를 들어, 에미터 및 검출기는 좁거나 넓거나, 좁은 각도를 갖거나 넓은 각도를 가질 수 있으며, 다양한 파장, 다양한 전력을 가질 수 있으며, 코히런트(coherent)하거나 그렇지 않을 수 있다. 다른 예로서, 다수의 에미터들로부터의 빔들이 각 검출기에 의해 수신되도록 다양한 유형의 다중화가 또한 이용될 수 있다.
블록(210)의 내부는 프로세스(210)의 가능한 구현 일 예를 도시한다. 이 예에서, 에미터는 복수의 검출기에 빔을 전송한다(212). 터치-감지 표면을 가 질러 이동하는 빔의 일부는 터치 이벤트에 의해 방해된다. 검출기는 다중화된 광 형태로 에미터로부터 빔을 수신한다(214). 수신된 빔은 역-다중화되고(216), 개별 빔들 jk이 서로 구별된다. 다음, 각 개별 빔 jk에 대한 투과 계수 Tjk가 결정된다(218).
처리 단계(220)는 또한 많은 다른 방식으로 구현될 수 있다. 후보 터치 포인트, 라인 이미징(line imaging), 위치 보간, 터치 이벤트 템플릿 및 다중 패스 방식은 처리 단계(220)의 일부로 이용될 수 있는 기법들의 모든 예이다.
II. 물리적 셋업
터치-감지 장치(100)는 수많은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 이하는 다양한 설계중 일부의 예이다.
A. 전자기
전자기적 특징과 관련하여, 도 1은 예시적인 것이며 본질적으로 기능적으로 도시된 것이다. 도 1에 도시된 상이한 박스들의 기능은 동일한 컴포넌트내에 함께 구현될 수 있다.
B. 터치 상호 작용
광빔과 터치 상호 작용하기 위해 다양한 메커니즘이 사용될 수 있다. 일 예는 불완전 내부 전반사(frustrated total internal reflection: TIR)이다. 불완전 TIR에서, 광 빔은 내부 전반사에 의해 도파관에 국한되고 터치 상호 작용은 임의의 방식으로 전반사를 방해한다. 도 3a-3b는 광 빔(302)과의 터치 상호작용을 위한 불완전 TIR 메커니즘을 설명한다.
또한, 터치 상호 작용은 직접적이거나 간접적일 수 있다. 직접적인 상호 작용에서, 터치 물체(3014, 예를 들어, 손가락 또는 스타일러스)는 광 빔(302)과 상호 작용하는 물체이다. 예를 들어, 손가락이 공기보다 높은 굴절률을 가질 수 있기 때문에 손가락이 도파관의 상부면(306)과 직접 접촉하게 되면 불완전 TIR이 발생한다. 간접적인 상호 작용에서, 터치 물체는 광 빔과 상호 작용하는 중간 물체와 상호 작용한다. 예를 들어, 손가락이 높은 굴절률을 갖는 물체로 하여금 도판관에 접촉하도록 야기하며, 이는 도파관 주변 물질의 굴절률 변화를 야기할 수 있다.
터치 상호 작용의 일부 유형은, 접촉의 존재에 부가하여, 접촉 압력 또는 터치 속도를 측정하는 데 사용될 수 있다. 또한, 일부 터치 메커니즘은 투과를 감소시키는 것에 부가하여, 또는 이를 대신하여, 투과를 증가시킬 수 있다. 도 3c는 광 빔투과가 향상된 터치 상호작용을 도시한다. 단순화를 위해, 이하에서는 터치 메커니즘이 주로 차단 특성을 갖는 것으로 가정한다. 이는 에미터로부터 검출기로 향하는 빔들이 이를 간섭하는 터치 이벤트에 의해 일부 또는 전부 차단됨을 의미한다. 이것이 반드시 요구되는 것은 아니나, 다양한 개념을 설명하는데 편리하다.
편의상, 터치 상호 작용 메커니즘은 때때로 바이너리 또는 아날로그중 하나로 분류 될 수 있다. 바이너리 상호 작용은 터치에 대한 함수로서 두 개의 가능한 응답을 기본적으로 갖는 것이다. 예를 들면, 비-차단과 완전-차단 또는 비-차단 10 % + 감쇄 또는 불완전 TIR 여부이다. 아날로그 상호 작용은 비-차단을 거쳐 부분 차단에서 완전 차단 정도의 터치에 대한 "그레이 스케일" 응답을 갖는 것이다.
C. 에미터, 검출기 및 커플러
각 에미터는 다수의 검출기에 광을 전송한다. 일반적으로, 각각의 에미터는 동시에 하나 이상의 검출기에 광을 출력한다. 유사하게, 각각의 검출기는 서로 다른 다수의 에미터들로부터 광을 수신한다. 광 빔은, 가시광선, 적외선 및/또는 자외선이 될 수 있다. 용어 "광"은 이들 파장 모두를 포함하는 것을 의미하고, "광학적인" 은 이에 따라 해석될 것이다. 관심 대상 파장 범위는 200 nm에서 2000nm에 이르는 범위(이에 한정되는 것은 아님)를 포함하는 큰 스펙트럼을 포함하거나, 예를 들어, 800nm에서 980nm를 포함하는 서브 레인지의 스펙트럼을 포함할 수 있다.
에미터의 광원 예로서, 발광 다이오드(LED) 및 반도체 레이저가 포함된다. IR 소스도 사용될 수 있다. 광 빔의 변조는 외부적이거나 내부적일 수 있다. 검출기 센서 소자의 예는 전하 결합 소자, 포토다이오드, 포토레지스터, 포토트랜지스터 및 비선형의 모든 광 검출기를 포함한다. 또한, 에미터 및 검출기는 주 광원 및 센서 소자에 부가하여 광학 및/또는 전자 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 에미터 및 검출기는 렌즈를 포함하거나 렌즈에 부착되어, 방출 또는 입사광을 확산시키고/시키거나 평행하게 할 수 있다. 부가적으로, 다양한 설계의 하나 이상의 광 커플링 어셈블리(커플러)가 에미터/검출기를 도파관에 결합시키기 위해 사용될 수 있다. 도파관, 커플러 및 임의의 중간 광 소자들은 모두 공기보다 높은 유사한 굴절률을 갖고 있어서 각 빔의 전체 광 경로를 통해 TIR을 용이하게 할 수 있다. 이들 소자들은 도파관 및 커플러와 유사한 굴절률을 갖는 접합 에이전트를 이용하여 물리적으로 결합될 수 있다. 대안적으로, 광 경로를 따르는 다양한 지점에서 접합 에이전트를 대신하여 소자들 사이에 에어갭이 존재할 수 있다.
D. 광 빔 경로
도 4a-4c는 상이한 형태의 빔 풋프린트들에 대한 평면도 또는 측면도이다. 터치-감지 시스템의 또 다른 특징은 광 빔과 빔 경로의 형상 및 위치이다. 도 1에서, 광 빔은 선으로 표시된다. 이들 선은 빔을 나타내는 것으로 해석되지만, 빔 자체는 상이한 모양 및 풋프린트를 가질 수 있다. 포인트 에미터와 포인트 검출기는 선과 같은 풋프린트를 갖는 좁은 "연필"빔을 생성한다. 포인트 에미터와 광폭 검출기(또는 그 반대)는 삼각형의 풋프린트를 가진 팬-형 빔을 생성한다. 광폭 에미터와 광폭 검출기는 상당히 일정한 폭의 직사각형 풋프린트를 가진 "직사각형"빔을 생성한다.
풋프린트의 폭에 따라, 투과 계수 Tjk 는 이진 또는 아날로그 양을 갖는다. 터치 포인트가 빔을 통과할 때 투과 계수가 하나의 극 값에서 다른 극 값으로 상당히 급격하게 천이한다면 이진 형태를 띤다. 예를 들어, 빔이 매우 좁은 경우, 그것은 완전히 차단되거나 완전히 비차단될 것이다. 빔이 넓은 경우에, 터치 포인트가 빔을 통과할 때 부분적으로 차단되어, 좀더 아날로그 형태를 띨 것이다.
빔들은 횡측(수평) 방향뿐만 아니라 수직 방향 모두에서 풋프린트를 갖는다. 빔의 횡적 풋프린트는 빔의 수직 풋프린트와 동일하거나 상이할 수 있다.
에미터에서 방출되어 검출기에 의해 수신되는 광의 방향 및 확산은 활성 영역(131)을 커버하도록 의도된 빔 풋프린트로부터의 확산 또는 각도에 따라 달라질 수 있다. 의도된 풋프린트를 달성하도록 빔을 성형하기 위해, 에미터 및 검출기에 렌즈가 부착될 수 있다. 예를 들어, 포인트 에미터 및 검출기가 렌즈와 연계하여 사용되어 수평 또는 수직 방향으로 빔을 확산시킬 수 있다.
도 5a-5b는 에미터 및 검출기에 의한 활성 영역 커버리지를 나타내는 평면도이다. 전술한 바와 같이, 에미터 및 검출기는 활성 영역의 주위를 따라 배치된다. 모든 에미터들이 활성 영역의 2개 측면, 예를 들어, 도 5A에 도시된 바와 같이 2개의 인접한 수직 측면에 배치될 수 있다. 유사하게, 모든 검출기는 활성 영역의 다른 2개의 측면에 배치될 수 있다. 대안적으로, 에미터와 검출기가 도 5B에 도시된 바와 같은 패턴을 따라 혼합되거나 교번할 수 있다. 이러한 패턴은 각 검출기 사이에 1개의 에미터를 두는 것이거나, 좀더 복잡한 배치로 이루어질 수 있다.
대부분의 구현 예에서, 각 에미터에서 각 검출기로 향하는 빔이 없더라도, 각 에미터 및 각 검출기는 다중 빔 경로를 지원한다. 하나의 에미터로부터의 모든 빔의 풋프린트 집합은 에미터의 커버리지 영역으로 지칭될 것이다. 모든 에미터들에 대한 커버리지 영역이 통합되어 시스템에 대한 전체 커버리지를 달성할 수 있다.
개별 빔의 풋프린트는 상이한 양: 공간적 범위(즉, 폭), 각도 크기(즉, 에미터의 방사각 및 검출기의 수용각) 및 풋프린트 형상을 이용하여 설명될 수 있다. 하나의 에미터에서 하나의 검출기로 향하는 개별 빔 경로는, 에미터 폭, 검출기 폭 및/또는 각도, 이들 둘 사이의 빔 경로를 정의하는 형상에 의해 설명될 수 있다. 에미터의 커버리지 영역은, 에미터 폭, 관련 검출기 전체 폭 및/또는 에미터로부터의 빔 경로 전체를 정의하는 각도 및 형상에 의해 설명될 수 있다. 개별 풋프린트들은 중첩될 수 있다. (에미터의 풋프린트 합)/(에미터의 커버 면적)의 비율이 중첩량에 대한 측정치이다.
모든 에미터들에 대한 전체 커버리지 영역은 활성 영역(131) 전체를 커버하여야 한다. 그러나, 활성 영역(131) 내의 모든 포인트들이 균일하게 커버되는 것은 아니다. 일부 포인트들은 다수의 빔 경로들에 의해 횡단되지만, 다른 포인트들은 그보다 훨씬 적은 수의 빔 경로에 의해서만 횡단될 수 있다. 활성 영역(131) 위의 빔 경로 분포는 얼마나 많은 빔 경로들이 활성 영역 내의 서로 다른 (X, Y) 포인트를 거치는지 산출함으로써 특정될 수 있다. 빔 경로의 방향은 분포의 또다른 특징이다. 동일한 방향으로 대략 실행하는 세 개의 빔 경로로부터 도출되는 (x, y) 포인트는 서로 60도 각도를 이루어 실행하는 세 개의 빔 경로에 의해 획득되는 포인트보다 약한 분포를 가질 것이다.
에미터에 대해 전술한 개념들은 검출기에도 또한 적용된다. 검출기의 커버리지 영역은 검출기에 의해 수신되는 빔들의 모든 풋프린트를 합친 것이다.
III. 광 커플러 어셈블리 및 관련 하드웨어
A. 일반 설명
도 6 및 도 7 각각은 광 커플러 어셈블리가 결합된 측면(602) 및 모서리(702)를 포함하는 광 터치 감지 장치의 측면도이다. 앞서 소개된 바와 같이, 광 터치-감지 장치(600, 700)는 광 커플러 어셈블리(또는 커플러,602 또는 702)에 의해 에미터 및 검출기(606)에 광 결합되는 평면 광 도파관(604)을 포함한다. 또한, 광 터치-감지 장치(600, 700)는, 인쇄 회로 기판 (PCB,608), 주변광 차폐기(610), IR 투과층(612), 하나 이상의 에어 갭(636) 및 연관된 주변광 흡수면(614)과, 디스플레이 모듈 (616)중 하나 이상의 요소를 포함할 수 있다. 주변광 차폐기(610)는 광 반사 물질 또는 광 흡수 물질로 이루어질 수 있다.
도파관(604)은 디스플레이 모듈의 측면 모서리를 지나 연장된다. 도파관은 강성 또는 가요성 물질로 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 도파관은 단일 물질 평면을 포함한다. 도파관을 구성하는 데 사용되는 물질의 종류에 상관없이, 도파관은 실질적으로 또는 정확히 그 바닥면에 평행한 상부 표면을 갖는다. 도파관의 상부면은 터치 입력을 수신하도록 배향된다. 도파관의 하부면 또는 측면 모서리면은, 구현에 따라, 광학 디스플레이 모듈의 측면 범위(예를 들어, 디스플레이의 가시 영역)의 바깥에서 커플러에 광 결합된다. 상술한 바와 같이, 광 빔은 TIR을 통해 도파관을 횡단한다. 즉, 광 빔은 도파관의 상부 및 하부 면에 대한 법선으로부터 임계각보다 큰 각도로 상기 도파관의 상부면 및 하부면에서 반사된다. 터치 이벤트는 불완전 TIR을 이용하여 검출되고, 도파관 상부면의 활성 영역(131)에서 수신된다.
커플러는 도파관에 대해, 도 6 도시된 바와 같이, 측면(602)에 결합되거나, 도 7에 도시된 바와 같이 모서리에 결합될 수 있다. 측면 및 모서리에 결합된 모든 경우에, 커플러는 도파관에 대하여 에미터 및 검출기의 임의의 배향을 수용하기 위해 빔 방향을 맞추도록 구현될 수 있다. 또한, 커플러는 에미터 및 검출기의 임의의 위치를 수용하기 위해 횡 방향 또는 수직 빔들을 변환하도록 구현될 수 있다. 커플러, 그리고 좀더 일반적으로 터치 디바이스는 주변광이 도파관에 진입하여 에미터 및 검출기를 타격하는 것을 방지하거나 감소시키도록 또한 구현될 수 있다.
커플러는 단일 물질 부품 또는 광학적으로 결합된 여러 부품들로 형성될 수 있다. 각각의 에미터와 검출기(606)는 자신의 커플러를 구비하여 도파관 내부 및 외부에 광을 결합시킬 수 있다. 대안적으로, 에미터 및/또는 검출기는 커플러를 공유할 수 있다. 커플러는, 예컨대, 유리 또는 플라스틱을 포함하는 임의의 다수 물질로 이루어질 수 있다.
에미터 및 검출기(606)는 디스플레이 모듈의 주위를 따라 상기 도파관의 하부면 아래에 배치된다. 디스플레이 모듈의 주위를 따라 에미터 및 검출기를 배치하는 것은 디스플레이 모듈의 바깥 측면 모서리 외부에 에미터 및 검출기를 배치하는 것을 포함하여, 디스플레이 모듈을 둘러싼 수평 및 수직 방향에 에미터 및 검출기가 위치하도록 한다. 디스플레이 모듈의 주위를 따라 에미터 및 검출기를 배치하는 것은 디스플레이 모듈의 측면 모서리 근처에서 디스플레이 모듈의 하부면 아래에도 에미터 및 검출기를 배치하는 것을 또한 포함한다. 에미터 및 검출기는 에미터/검출기 구동 회로 (120)에 전기적으로 결합되거나 구동 회로(120)를 포함하는 PCB(608)에 전기적으로 결합된다.
광 터치-감지 장치는 영상을 디스플레이하도록 구성된 디스플레이(또는 스크린) 모듈(616)과 결합하여 동작하도록 구현된다. 그러나, 디스플레이 모듈이 반드시 광학 터치 감지 장치의 일부일 필요는 없다. 설명의 편의상 디스플레이 모듈이 도시되어 있다. 도 6 및 7에 도시된 도면은 축적을 고려한 것이 아니며, 디스플레이 모듈(616) 및 활성 영역(131)은 실제로는 커플러 및 관련 하드웨어보다 훨씬 더 커지게 될 것으로 예상된다.
B. 측면 결합형 광 커플러
도 6은 측면 결합형 광 커플러 어셈블리(602)를 포함하는 광 터치-감지 장치(600)의 측면도이다. 장치(600)에서, 검출기 및 에미터(606)는 도파관(604)의 상부면 및 하부면에 평행한 방향으로 각각 광을 수신하거나 방출하도록 배향되어, 광이 에미터를 나와 도파관(604)를 통해 횡으로 경유하는 방향과 실질적으로 동일한 횡측 방향으로 검출기에 진입하도록 한다.
커플러(602)는 도파관(604)의 하부면에 측면 결합된다. 일반적으로, 측면 결합은 도파관(604)의 하부면에 직접 또는 간접적으로 광 결합되는 커플러(602)의 상부면상에 단일 평면 결합면(630)으로 이루어진다. 결합면(630)이 커플러(602)의 한쪽 면 전체인 것으로 도시되어 있으나, 반드시 그래야할 필요는 없다.
C. 모서리 결합형 광 커플러
도 7은 모서리 결합형 광 커플러 어셈블리(702)를 구비하는 광 터치-감지 장치(700)의 측면도이다. 커플러(702)에서, 검출기 및 에미터(606)는 도파관(604)의 상부 및 하부면에 수직인 방향으로 각각 광을 수신 및 방출하도록 배향되어, 도파관(604)를 통해 횡으로 경유하는 방향에 대해 90도 회전된 방향으로 광이 에미터로부터 빠져나오도록 한다.
커플러(702)는 도파관(604)의 측면 모서리면에 모서리 결합된다. 일반적으로, 모서리 결합은 도파관(604)의 측면 모서리에 직접 또는 간접적으로 광 결합되는 커플러(702)의 측면 모서리면상에서의 단일 평면 결합면(730)으로 이루어진다. 커플러(702)는 반사면(722) 및 투명 또는 반사면(724)를 포함할 수 있다.
D. 디스플레이 및 관련 하드웨어
도 8a 및 8b는 측면 결합형 광커플러 어셈블리 및 디스플레이 모듈을 구비하는 광 터치-감지 장치의 평면도이다. 평면도는 도파관(804), 디스플레이 모듈(816) 및 활성 영역(131)의 상대적 횡측 범위를 도시한다. 이러한 실시예에서, 도파관(804)은 횡측으로 연장되어 디스플레이 모듈(816), 결합면(830)을 구비하는 커플러(802) 및 에미터/검출기(806)를 커버한다. 아래쪽으로 가면서 커플러의 일부가 결합면(830)이 되고, 또다른 부분은 광 차폐기(810)에 의해 커버된다.
도 8A는 비교적 적은 개수의 커플러(802, 이 경우는 4개) 각각이 다수의 에미터 및/또는 검출기(806) 사이에서 공유되는 구현예를 도시한다. 도 8B는 각 에미터/검출기(806)가 자신의 커플러(802)를 갖는 구현예를 도시한다. 또다른 실시예에서, 단일 커플러가 모든 에미터 및 검출기들에 의해 공유될 수 있다(미도시).
도 9는 측면 결합형 광 커플러 어셈블리를 구비하는 광 터치-감지 장치(900)의 투시도이다. 이 예에서, 커플러(902)는 도파관(904)의 하부면 아래 및 또한 도파관 모서리 근처에 배치되어 터치-감지 장치의 중앙에 디스플레이를 위한 여유 공간을 남겨둔다. 광은 결합면(930)에서 도파관(904)에 주입되고/주입되거나 도파관(904)로부터 추출된다. 일 구현예에서, 결합면(930)은 OCA(optically clear adhesive)를 통해 도파관(904)에 부착된다. 대안적으로, 커플러(902)와 도파관(904)간의 양호한 광 에너지 전달을 가능하게 하는 다양한 방법이 이용될 수 있다. 커플러를 도파관에 결합시키는 OCA는 모든 도면에 명시적으로 도시되지 않을 수 있다. OCA는 도파관에 전파되는 광빔 및/또는 가시광에 투명하다.
한가지 방식에서, (액체 형태이거나 테이프 부착재 형태의) OCA층이 도파관(904)에 우선 부착되고, 커플러(902)가 OCA층을 통해 도파관에 부착된다. 대안적으로, OCA층이 우선 각 커플러에 부착되고, OCA로 도포된 커플러가 다음으로 도파관에 부착된다. 커플러를 도파관에 정확하게 배치하고 부착시키기 위한 가이던스로서 접착제가 이용될 수 있다.
IV. 중간층
A. 일반 설명
광 터치-감지 장치의 도파관을 보강하기 위해 중간층이 사용될 수 있다. 대부분의 경우, 중간층은 광 도파관의 광 전파 보존을 돕는다. 예를 들어, 도파관이, 특히 터치 이벤트를 수신하고자 하는 표면의 반대 측면(예, 하부면)이 알려지지 않은 광 속성을 갖거나 TIR과 양립할 수 없는 광 속성을 갖는 또다른 물체(예, 도파관보다 높은 굴절률을 갖는 물체)에 부착될 때, 중간층이 유용하다. 일반적으로,부착된 물체는, 디스플레이, 비-표시면, 투명 구조, 불투명 구조, 박막(투명하거나 그렇지 않음) 및 / 또는 코팅(예를 들어, 화합물의 박막층) 일 수 있다.
일반적으로, 도파관과 주변 매질 사이의 계면 변형은 바람직하지 않다. 내부 전반사에서, 광은 주변 매질(일반적으로, 대략 1의 굴절률을 갖는 공기)보다 높은 굴절률(RI)을 갖는 투과 매질(예, 도파관)에 포집된다. 그 결과, 도파관을 만지는 어떠한 물체도 상기 물체가 TIR과 양립하지 못하는 광 속성을 가질 경우에 도파관의 광 에너지 전파를 잠재적으로 감소시킬 수 있다. 이는 터치 감지-장치의 터치 감지 성능에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 도파관 내에 광 에너지가 감소되면 터치로 야기되는 투과 손실의 특정을 더욱 어렵게 만들고, 이에 따라 터치 감지 견고성이 낮아질 수 있다..
중간층으로 도파관을 보강함으로써 부착물로 인한 전술한 바와 같은 부정적 영향을 상당히 줄일 수 있다. 일반적으로, 도파관은 도파관과 부착물 사이에 중간층을 개재하여 보강된다. 중간층은 바람직한 기계적 결합 기능을 제공할 뿐만 아니라, 중간층의 공지되고 제어가능한 광 속성으로 도파관 계면을 또한 변경할 수 있다.
일 실시예에서, 중간층은 도파관의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는다. 이 실시예에서, 중간층은 저- RI 물질로 이루어지는 것으로 알려져 있으며, 또한 저- RI 층으로 지칭될 수 있다. 저- RI 층은 TIR을 통해 도파관의 광 빔 전파를 보존한다. 다른 실시예에서, 중간층은 도파관의 광 빔 전파를 위한 미러(mirror)면을 구비하거나 미러일 수 있으며, 도파관의 광 빔 전파는 정반사를 통해 보존된다. 이러한 실시예에서, 중간층은 미러층으로 또한 지칭될 수 있다. 미러층은 도파관에서 전파하는 광 빔을 반사하도록 구성되지만, 가시광에는 투명하도록 구성될 수 있다.
B. 부착 및 동작 메커니즘
도 10a는 디스플레이와 도파관 사이에 에어 갭을 갖는 광 터치-감지 장치의 측면도이다. 이 예에서, PCB(1008a 및 1008b)는 각각 커플러(1002a 및 1002b)에 직접 부착된다. 에미터 및 검출기(미도시)는 에미터/검출기 구동 회로(120)를 포함하거나 이에 전기적으로 결합되는 PCB에 전기적으로 결합된다. 커플러에 대한 에미터 및 검출기의 위치 및 방향은 이들 사이에 많은 량의 광 전달이 이루어질 수 있도록 설계된다. 대안적인 실시예에서, PCB는 커플러에 직접 부착되지 않고, 예를 들어, 장치 새시(미도시)를 통해 간접적으로 부착된다. 예시적으로, PCB(1008a)에 연결된 에미터로부터 광 빔이 생성되는 것으로 도시되어 있다. 빔은, 커플러(1002a)을 통과하여 결합면(1030a)을 통해 도파관 (1004)에 진입하여, TIR을 통해 도파관(1004)에 전파되어 도파관(1004)를 빠져나오고, 결합면 (1002b)를 통해 커플러(1002b)에 진입하고, 커플러(1002b)을 통해 전파되어, PCB (1008b)에 접속된 검출기에 최종적으로 도달한다. 디스플레이로부터의 가시 영상을 방해하지 않도록 하기 위해서는, 도파관에서 전파되는 광 빔은 전형적으로 800 nm 내지 980 nm의 범위의 IR 파장 근처에 있다. 또한, 다른 파장도 가능하다.
디스플레이 모듈(1016)은 커플러(1002a)와 커플러(1002b) 사이에 위치하지만, 도파관을 직접 터치하는 것은 아니다. 즉, 도파관과 디스플레이 모듈 사이에 에어 갭이 존재한다. 따라서, 도 10A에 도시된 도파관(1004)는 중간층이 없기 때문에 보강되지 않는다.
도파관을 보강하는 몇 가지 가능한 이유가 있다. 도 10A에 도시된 바와 같이, 도파관은 디스플레이 모듈용 커버 글래스의 얇은 보호층으로서 기능할 수 있다. 커버 글래스의 박막층은 예를 들어 기계적 충격으로 인해 쉽게 깨질 수 있다. 도파관을 디스플레이에 적층함으로써 기계적인 충격에 보다 강력한 터치 -감지 장치를 만든다. 디스플레이와 도파관 사이의 거리가 감소하기 때문에(예를 들어, 에어갭이 없음), 시차도 적층 덕분에 감소될 수 있다. 따라서, 도파관을 디스플레이에 적층함으로써 상부에서 터치될 때 도파관의 심각한 변형을 예방할 수 있고, 이에 따라 도파관이 디스플레이에 물리적으로 접촉하여 영상 품질을 변형시키는 상황을 피할 수 있다.
도 10b는 보강된 도파관을 구비하는 광 터치-감지 장치(1000)의 측면도이다. 하부면에 중간층(1050)이 부착된 보강된 도파관(1004)이 도시되어 있다. 디스플레이 모듈(1016)은, 화살표로 도시된 바와 같이, 도파관에 부착될 것이다. 이 예에서, OCA의 박막층(1040)이 디스플레이 상부면에 부착된다. OCA 층(1040)은, UV, 열, 습도, 또는 이들의 조합에 대한 노출에 의해 경화될 수 있는 수지 또는 필름의 형태일 수 있다. OCA 층(1040)은 디스플레이 모듈(1016)을 도파관(1004)의 하부면에서 중간층(1050)에 부착시킨다. OCA 층(1040)과 중간층(10500 모두 디스플레이상의 영상이 도파관을 통해 보일 수 있도록 가시광에 투명하다.
일 실시예에서, OCA층은 중간층으로 기능함으로써 별도 중간층을 가질 필요성을 없앨 수 있다. 예를 들어, OCA 층은 도파관보다 작은 굴절률을 가질 수 있다. 이 경우, OCA층은 중간층 및 기계적 결합 층 모두의 기능을 수행한다.
중간층(1050)은 디스플레이 모듈(1016)의 표면을 일부 커버하기 위해 도파관을 지나 연장되지만, 커플러(1002)까지 또는 이를 벗어나도록 연장될 필요는 없다. 일반적으로, 중간층(1050)의 측면 범위는 도파관의 경계를 커버하지 않도록 제한되기 때문에, 빔은 커플러에서 중간층과 상호작용하지 않고 도파관으로 지나간다. 이를 달성하기 위해, 광 터치-감지 장치(1000)는 터치-감지 장치의 경계를 커버하기 위해 마스킹 층을 사용하여 제조된다. 마스킹 층은 중간층을 증착하기 이전에 도파관의 하부면에 도포될 수 있다. 중간층의 증착이 완료되면, 마스킹 층이 제거되어, 도파관의 하부면에 투명 유리 프레임을 남긴다. 한가지 방식에서, 커플러(1002)는 경계에 배치되어 OCA를 통해 투명 글래스 프레임에 부착되며, 이들 사이에 중간층은 존재하지 않는다.
도 10c는 보강된 도파관을 갖는 광 터치-감지 장치의 측면도로서, 광 빔이 중간층을 통과하여 에미터/검출기에 도달한다 이 예에서, 중간층(1050)은 도파관에 전파되는 광 빔에 투명한 저-RI 물질로 이루어진다. 커플러(1002)는 다수의 커플러 부품들(1002-1, 1002-2, 1002-3)로 이루어진다. 커플러 부품(1002-1 및 1002-2)은 도파관(1004)에 광 결합된다. 일부 경우에, 커플러 부품(1002-1 및 1002-2)은 도파관(1004)을 예시된 프로파일로 몰딩(moulding)함으로써 도파관(1004)의 일부로 형성될 수 있다. 이는 도파관과 그의 주변 공기 사이의 임계각보다 큰 각도로 광이 도파관(1004)에 진입하여 TIR을 통해 도파관(100)내에 포집되도록 하는 메커니즘을 제공한다. 제3 커플러 부품(1002-3)이 또한 중간층(1050)에 (선택적으로, 에어 갭을 갖고) 광 결합되어 에미터/검출기(1006) 및 중간층(1050) 사이에 광을 지향시킬 수 있다 일부 경우에, 제3 커플러 부품(1002-3)은 검출기/에미터(1006)와 중간층(1050) 사이의 광 전파를 돕기 위해 중간층(10500에 매칭되는 인덱스일 수 있지마, 이것이 필수는 아니다. 이 실시예에서, 커플러(1002)는 커플러(1002)의 전체 높이를 줄일 수 있도록 여러 개의 개별 커플러 부품을 포함할 수 있다. 계면(1005a 및 1005b)의 입사각이 TIR에 필요한 임계각 미만이기 때문에, 커플러 부품(1002-1/ 1002-2) 및 커플러 부품(1002-3) 사이에 배치된 중간층은 도파관부터의 광 빔을 완전히 내부 반사하지 않는다. 도 10c에 도시된 바와 같이. 중간층(1050)은 도파관(1004)의 경계를 커버하도록 커플러(1002)를 넘어서 연장된다. 이는, 예를 들어, 도파관의 경계를 커버하기 위해 마스킹 층을 사용할 필요를 없애기 때문에 광 터치-감지 장치의 제조를 단순화시킬 수 있다.
중간층의 증착 공정이 임의의 다른 장치 소자 부품에 부정적인 영향을 주지 않는다면 중간층은 디스플레이 모듈을 부착하기 이전의 임의의 단계에서 증착될 수 있다. 예를 들어, 고온 적층 공정은 도파관에 이미 부착된 광학 소자의 휘어짐을 초래할 수 있다. 이러한 부정적 영향의 또 다른 예는 도파관에 이미 부착된 층의 박리이다. 박리는 인접 층의 표면 에너지를 일치시킴으로써 방지할 수 있다. 물질의 표면 에너지는 물질 벌크 분자의 가용한 에너지에 대한 물질 표면 분자의 가용한 에너지의 측정치이다. 물질의 표면 에너지는 다른 물질에 쉽게 접착할 수 있도록 하는데 중요한 기여자이다. 물질 사이의 매칭되지 않는 표면 에너지는 해당 물질들이 쉽게 접합하기 어려울 것을 암시한다. 표면 에너지의 매칭은 인접한 층들을 부착시키기 이전에 화학적 처리에 의해 인접면의 기능 그룹을 변형시킴으로써 달성될 수 있다. 기능 그룹은 화학 반응에 관여한 분자 부분으로서 다른 물질과의 접합을 형성한다. 이러한 용어는 유기물질을 참조할 때 특히 유용하다. 인접층 부착은 인접면의 토폴로지를 변형하여 2개의 인접면들중 적어도 하나를 거칠게 하고 2개의 인접층을 결합시키기 위해 가용한 표면적 및 마찰을 증가시킴으로써 촉진될 수 있다.
일 실시예에서, 커플러가 도파관에 부착된다. 그런 다음, 디스플레이 모듈 및 도파관이 결합층으로 또한 작용하는 중간층과 함께 적층된다. 예를 들어, 이는 도파관상으로 액상의 저-RI 층을 제공함으로써 달성될 수 있으며, 이는 디스플레이 모듈과 접촉하게 될 것이다. 다음, 액상의 저- RI 층은 UV 노출에 의해 경화된다. 이 예에서, 선정된 부피의 저- RI 물질을 도파관에 정확하게 제공함으로써 저- RI 물질층이 확산될 수 있다. 설계에 따라, 저-RI 물질은 커플러에 접촉하도록 확산되거나 그렇지 않을 수 있다.
B.1. 저- RI 층
일 실시예에서, 중간층(1050)은 도파관의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 물질로 제조된다. 저-RI 층을 이용한 실시예에서, 저- RI층은 공기/진공과 같이 낮은 굴절률(N = 1)에서 도파관 물질 자체의 굴절률에 이르는 굴절률 범위를 갖는다. 이러한 범위의 굴절률을 통해, 저- RI 층은 도파관과 저-RI 층 사이의 계면(예, 도파관의 하부면)에 입사된 광에 대한 전반사 조건을 만족시킨다.
저-RI층은, 불소중합체(fluoropolymer) 물질 또는 다른 할로겐화 물질(halogenated materials)을 포함할 수 있다. 이는 증기, 액체, 또는 고체 소스로부터 얻을 수 있으며 적절한 도포 공정을 이용하여 도파관에 도포될 수 있다. 기체상 저-RI층의 경우에, 도포 공정은 화학적 증착, 플라즈마 증착 등을 포함한다. 액상 저-RI 층은, 스핀 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 블레이드 코팅 방법에 의해 도포될 수 있다. 기체 및 액상 RI 층은, UV, 열, 습도, 전자 빔, 또는 이들의 조합에의 노출에 의해 종종 경화된다.
고체상 저-RI층(예를 들면, 불소 중합체 필름)은 고체상 저-RI 층 및/또는 도파관이 저-RI층의 유리 전이 온도에 근접하거나 그 이상이 되는 적층 공정을 이용하여 도포될 수 있으며, 적층은 접착제를 사용하지 않고 달성된다. 또는, 적층은 접착제(예,OCA)의 사용을 통해 달성될 수 있다.
저-RI층의 평균 (또는 유효) 굴절률은 마이크로 및/또는 나노 다공성을 저-RI층에 도입함으로써 적절한 값으로 설계될 수 있다. 이 경우, 저-RI 층은, 하이드로겔(hydrogels), 크세로겔(xerogels), 에어로겔(aerogels), 나노폼(nanofoams) 등을 포함하는 예컨대 "다공성" 물질로 이루어진다. 한가지 방식에서, 이러한 저-RI 층은, 경사각 진공 증착(oblique angle vacuum deposition)에 의해 증착될 수 있는데, 실리카와 같은 물질들이 절연 주상 구조체의 고나노-다공성층(highly nano-porous layers)으로 형성될 수 있다.
대부분의 경우에, 저-RI 층의 두께는 도파관의 소실광 필드의 침투 깊이보다 적어도 크다. 적어도 이러한 두께의 저-RI층이 선택되어 도파관에서 전파되는 광이 저-RI층에 인접한 임의의 층(예, 중간층(1050)에 인접한 OCA층(1040))에 의해 실질적으로 영향받지 않도록 한다. 또는, 저-RI층에 인접한 층이 TIR을 보존하고 도파관에서 전파되는 광의 과도한 감쇄를 피하는 광 속성을 가진 경우라면, 침투 깊이보다 작은 두께의 저-RI층도 또한 사용될 수 있다.
B.2 미러 층(Mirror Layer)
다른 실시예에서, 도파관의 광 전파는 중간층과 도파관 사이의 경계면에서 정반사를 통해 보존된다. 이 경우, 중간층은 도파관에서 전파되는 광 빔을 위한 미러층이고 광 빔은 좁은 범위의 IR 파장(예, 800nm-980nm의 협대역) 내의 파장을 갖는다. 따라서, 미러층은 좁은 범위의 IR 파장을 위한 협대역 반사기이다. 일 실시예에서, 이러한 협대역 반사기는 좁은 범위 내의 파장을 갖는 광을 강하게 반사시키는 박막 간섭 필터 (예를 들면, 이색 필터)이다. 다른 실시예에서, 협대역 반사기는 홀로그램 필름이다. 홀로그램 필름은 홀로 그래픽 필름을 노출하기 위해 사용되는 홀로그래픽 간섭 패턴의 강도에 비례하여 물질의 굴절률을 변화시킴으로써 이루어진다. 홀로그래픽 간섭 패턴은 가시 광선에 실질적으로 투명하면서, IR 파장의 좁은 범위 내의 파장의 광에 대한 총 정반사를 생성하도록 하는 방식으로 설계된다. 이 예에서, 광학 터치-감지 장치의 에미터는 홀로그램 필름 특성과 호환 가능한 파장을 갖는 레이저 또는 협대역 LED이다.
C. 프레임
광 터치-감지 장치는, 디스플레이의 경계를 분명히 하고/하거나 디스플레이 영역들 분리하는 것과 같이, 장치의 특정 속성을 나타내기 위한 프레임을 포함할 수 있다. 이러한 프레임은 도파관의 상부면 또는 하부면에 부착될 수 있다. 일반적으로, 프레임은 가시 광선에 불투명하고, 잉크층(예를 들어, IR 잉크 층 및/또는 다크 잉크층(dark ink layer)), 착색층(예, 스티커, 유색 박막 등) 및/또는 그 자체가 가시광에 불투명한 커플러를 이용하여 생성될 수 있다. 다음의 설명은 잉크로 구현한 프레임의 예를 설명하였지만, 다른 물질들도 마찬가지로 구축되고 기능할 것으로 예상된다. IR 잉크는, 예를 들면, 800 nm 내지 980 nm 인 근적외선 파장 범위의 적어도 일부분에서 투명한 반면에 상기 범위 바깥의 광, 예를 들어, 일반적으로 모든 가시광을 흡수하거나 반사하는 반-투명 잉크이다. 다크 잉크는 가시광뿐만 아니라 터치 이벤트를 검출하는데 사용될 IR 광 모두에 일반적으로 불투명하다. 일반적으로 모든 가시광을 차단함에도 불구하고, 잉크 층의 어느 한 유형은 균일한 가시 색상(예를 들면, 흑색, 백색, 적색, 청색, 녹색 등)을 갖거나 가변 색상 패턴을 가질 수 있다. 다크 잉크층이 완전 불투명할 필요는 없으며, 모든 가능한 색상의 잉크 층을 포함할 수 있다. 상술 한 바와 같이, 중간층은 전형적으로 가시광에 투명하지만 이것이 필수적인 것은 아니다.
일 실시예에서, 하부 프레임은 도파관의 하부면 및 IR 잉크 층 사이에 중간층을 개재함으로써 이루어진다. 도 11a는 IR 잉크 층을 이용한 하부 프레임을 구비하는 광 터치-감지 장치(1100)의 평면도이다. 도 11b는 동일한 장치 (1100)의 측면도이다. 이 예에서, 도파관에서 전파되는 광빔은 근적외선 파장을 갖는 것으로 가정된다. 중간층(1150)은 도파관 하부면의 중앙부에 도포된다. IR 잉크층(1160)은 도파관의 하부면 경계에 도포된다.
일 실시예에서, IR 잉크층(1160)은 도파관 모서리로부터 연장되어, 중간층(1150)에 맞닿는다(미도시). 도 11a-11b에 도시된 다른 실시 예에서, IR 잉크층(1160)은 도파관 모서리로부터 연장되어 중간층(1150)의 경계를 지나고, 이에 따라 중간층(1150)의 일부에 중첩된다. 도 11a 및 11b의 실시예에서, 커플러(1102)가 IR 잉크층(1160)을 통해 결합면(1130)에서 도파관에 광 결합된다. 이는 중간층(1150)과 중첩되지 않는 프레임 외부의 일부를 형성한다. 그 결과,IR 잉크 층에 의한 제한된 감쇄 및 중간층으로 인한 어떠한 영향없이 광이 주입/추출된다. 중간층과 중첩되는 프레임의 내부 부분은 도파관 내부의 광 전파에 영향을 미치지 않는데, 이는 중간층이 중첩되는 IR 잉크층과 광이 상호작용하는 것을 차단하기 때문이다. 프레임의 내부 및 외부 부분은 상이한 프레임 영역으로 지칭될 수도 있다. 도 11의 예에서, 전체 프레임은 내부 및 외부 부분 모두를 포함한다. 이 예에서, 내부 및 외부 부분은 동일한 IR 잉크층(1160)의 상이한 부분에 불과하기 때문에, 이러한 구별은 단지 편의상 그러한 것이다. 그러나, 프레임이 하나 이상의 물질을 포함하는 후술하는 실시예에서 이러한 구별은 유용하다. 예를 들어, 데드 영역 및 고정 그래픽과 관련하여 후술하는 바와 같이, 다른 프레임 영역이, 내부 및 외부를 벗어나서 생성될 수 있다.
도파관에 하단 프레임을 부착시킴으로써 터치 스크린으로 기능하는 도파관 상부면의 플러시(flush) 특성을 유지한다. 터치 스크린의 플러시 본성은 사용자가 어떤 수준의 변화를 지각하지 않고 터치 스크린 전체에 걸쳐 손가락을 움직일 수 있다는 점에서 사용자의 상호 작용 편안함을 향상시킨다. 이는 도파관 상부면을 기본적으로 수정되지 않은 상태로 둠으로써 통상 달성되며, 눈부심 방지 코팅, 지문 방지 코팅, 표면 경화(hardenings)가 도포되는 예외는 가능하다.
도 12a-12c는 IR 잉크 층 및 다크 잉크층으로 만든 프레임을 나타내는 광 터치- 감지 장치의 측면도이다. 도 12a에서, IR 잉크층(1260)은 도파관의 모서리로부터 연장되어 중첩되지 않고 중간층(1250)에 맞닿는다. 커플러(1202)는 외부 프레임 영역에 부착된다. 다크 잉크층(1270)은 커플러(1202)에 의해 커버되지 않는 IR 잉크층(1260)의 남은 하부면을 커버한다. 또한, 다크 잉크층(1270)은 중간층(1250)의 일부에 중첩되어 내부 프레임 영역을 생성한다. 다크 잉크층은 IR 잉크층에 비해 광을 좀더 완전히 차단하기 때문에 유리하다. 다크 잉크층은 광 빔 전파 경로의 외부(예, 다크 잉크층(1270a))에 있거나 중간층에 의해 광 빔으로부터 차폐되기 때문에(예, 다크 잉크층(1270b)), 도파관에 전파되는 광 빔과 간섭하지 않는다.
도 12b는 IR 잉크층(1260)이 중간층(1250)과 중첩되도록 연장되는 또다른 실시예를 도시한다. 커플러(1202)는 외부 프레임 영역에 부착된다. IR 잉크층이 중간층과 중첩되는 내부 프레임 영역을 포함하여, 커플러(1202)에 의해 커버되지 않는 IR 잉크층의 남은 하부면을 커버하기 위해 다크 잉크층(120)이 도포된다. 또한, 도시된 바와 같이 다크 잉크층(1270)이 중간층(1250)과 중첩되도록 연장될 수 있다.
도 12c는 중간층(1250)의 모서리 부분이 IR 잉크층(1260)과 다크 잉크층(1270b) 사이에 개재되는 또 다른 실시 예를 도시한다. 커플러(1202)는 외부 프레임 영역에 부착된다. 다크 잉크층(1270a)은 커플러(1202)에 의해 커버되지 않는 IR 잉크 층(1260)의 나머지 하부면을 커버하도록 도포된다. 도 12c에 도시된 예에서, 다크 잉크층(1270b)은 커플러(1202)와 맞닿고, IR 잉크층(1260)과 동일한 영역을 정확하게 커버하도록 내부로 연장된다. 다른 경우에, 다크 잉크층은 IR 잉크 층의 여러 영역들을 커버할 수 있다.
도 13은 IR 흑색 광 커플러 및 다크 잉크층으로 만들어진 프레임을 나타내는 광 터치-감지 장치의 측면도이다. 이 실시예에서, IR 흑색 커플러(1362)는 폴리(메틸 메타 크릴레이트(PMMA)) 또는 폴리 카보네이트 (PC)와 같은 유사한 물질로 이루어진다. 이러한 물질은 IR 광에 투명하지만, 가시 광선을 흡수한다.
도 13에서, IR 흑색 커플러(1362)는 도파관(1304)의 하부면의 바깥 모서리로 연장되는 연장 날개(1364)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 연장 날개(1364)는 결합면(1330)을 연장시켜 외부 프레임 영역으로서 기능한다. 또한, 연장 날개(1364)에 부가되거나 이의 대안으로, IR 잉크층이 이용될 수 있다(미도시). 일 구현 예에서, IR 흑색 커플러(1362)는 흑색 등 OCA 같은 접착제를 이용하여 도파관에 부착된다 (미도시). 또한, 도 13은 도파관(1304)의 중앙부가 IR 흑색 커플러(1362)에 맞닿는 중간층(1350)으로 커버되는 것을 도시한다. 다크 잉크층(1370)은 IR 흑색 커플러(1362)로부터 디스플레이 모듈을 향하여 내부로 연장되어 중간층(1350)과 중첩되며, 내부 프레임 영역으로서 기능한다. 커플러(1362)는 디스플레이 모듈을 향하여 내부로 연장되는 제2 연장 날개(미도시)를 포함할 수 있으며, 이는 다크 잉크층(1370)을 대신하여 이용되거나 부분적으로 투명한 IR 잉크층(미도시)을 위한 어두운 배경으로 기능할 수 있다.
D. 데드 영역(Dead Zones)
도파관의 상부면에 프레임을 부착하는 것도 가능하다. 일 실시예에서, 도파관의 상부면 및 잉크 층 사이에 중간층을 개재함으로써 이러한 상부 프레임이 이루어진다. 보다 일반적으로, 상부 프레임은 하부 프레임과 동일한 물질을 사용하여 생성될 수 있다. 이러한 구성이 반드시 완벽한 플러시 상부면을 갖고 있지는 않지만, 충분히 얇은 상부 프레임이 구축되어 상부 프레임과 도파관의 상면 사이의 높이 차이가 사용자에 의해 쉽게 인식되지 않도록 구현될 수 있다. 이는 근사-플러시 설계로 지칭된다. 상부 프레임의 경우, 중간층은 저-RI 층 또는 미러층이 될 수 있는 커버층으로 불리운다. 상부 프레임은 도파관이 자신의 전체 범위에 걸친 터치에 둔감하도록 만들고, 상부 프레임에 덮힌 영역은 데드 영역으로 불리운다.
도 14는 데드 영역을 나타내는 광 터치-감지 장치의 측면도이다. 이 예에서, 커버 층(1450)은 도파관(1404)의 상부면 주위에 도포된다. 다음, 다크 잉크층(1470)이 커버층(1450)의 상부에 도포되어 사용자에게 데드 영역이 보일 수 있도록 한다. 광 반사 TIR 또는 정반사)가 도파관(1404)와 커버층(1450) 사이의 계면에서 발생하기 때문에, 다크 잉크층(1470)은 도파관에서 전파되는 광과 상호 작용하지 않는다. 도 14에 도시된 바와 같이, 커버층(1450)은 손가락 존재를 감지하기 위해 이용되는 터치 스크린의 중앙부는 커버하지 않지만, 반드시 필수적인 것은 아니다. 유사한 데드영역이 디스플레이의 임의의 부분을 따라 생성될 수 있다. 가시 영역 구분이 터치에 민감한 것은 아니지만, 예를 들어, 단일 디스플레이로부터 듀얼 디스플레이를 생성하기 위해 이용될 수 있다. 다른 구현에서, 다크 잉크층(1470)은 생략될 수 있다. 이 경우에, 데드 영역은 사용자에게 보이지 않는다. 일부 실시예에서, 보호층이 프레임의 상부면에 도포된다. 보호층은 가시 광선에 투명하거나 불투명 할 수 있다.
E. 고정 그래픽 영역
일 실시예에서, 광 터치-감지 장치는 도파관의 하부면 아래에 부착되는 하나 이상의 터치-감지 고정 그래픽 영역을 포함한다. 각각의 고정 그래픽 영역은 하나 이상의 고정 그래픽과 이에 연관된 하나 이상의 소프트웨어 버튼을 포함한다. 이러한 소프트웨어 버튼은 대개 고정 그래픽 영역의 부근에서 발생하는 하나 이상의 터치 검출에 응답하여 광 터치 감지 장치에 대해 선정된 하나 이상의 소프트웨어 기능을 수행한다.
도 15a는 고정 그래픽 영역을 나타내는 광 터치-감지 장치의 평면도이다. 도. 15a에서, 디스플레이 모듈(1516)은 터치 감지 활성 영역의 중앙부의 대부분을 점유하고, 고정 그래픽 영역(1580)은 디스플레이 모듈(1516)로부터 떨어져 위치한다. 이러한 예에서, 고정 그래픽 영역(1580)은 4개의 그래픽을 포함하며, 각각은 상이한 소프트웨어 버튼과 연관되어 있다. 예를 들어, 고정 그래픽 영역 (1580)은, 왼쪽에서 오른쪽으로, "뒤로(back)","메뉴(menu)","검색(search)","홈(home)" 그래픽을 보여준다. 이 예는 4개의 연관된 고정 버튼(각 버튼은 고정 그래픽 영역의 상이하 부분에 대응함)을 갖는 하나의 고정 그래픽을 도시할 뿐이다. 다른 구현예에서, 광 터치-감지 장치는 각각의 영역이 하나 이상의 고정 버튼을 구비하는 복수의 고정 그래픽 영역을 포함할 수 있다.
도 15b는 고정 그래픽 영역을 나타내는 광 터치-감지 장치의 측면도이다. 고정 그래픽 영역은 다크 잉크층(1570)과 중간층(15500을 포함한다. 중간층(1550)은 다크 잉크층(1570)과 도파관의 하부 사이에 개재된다. 중간층(1550)은 다크 잉크층(1570)과 광의 상호 작용을 방지하고, TIR 또는 정반사를 통해 도파관(1504)에서의 광 전파를 보존한다. 중간층은 가시광선에 투명하여, 다크 잉크층(1570)에 의해 커버되는 고정 그래픽 영역(1580)의 일부가 도파관의 상부면을 통해 보일 수 있게 된다. 바람직한 고정 그래픽을 생성하기 위해, 다크 잉크층(1570)은 탑다운 관점에서 설계된 대로 패터닝된다. 다크 잉크 층(1570)은 고정 그래픽에 대응하여 무효 영역(1572, 즉, 잉크가 없는 영역)을 가질 수 있다. 이러한 부분 잉크층은, 예를 들어, 원하는 위치에서 다크 잉크를 마스킹하는 스텐실을 이용하여 제조될 수 있다. 다른 경우에, 무효 영역은 사용자에게 다크 잉크층과 상이하게 보이는 대조 물질로 대신 채워질 수 있다.
대안적인 실시예에서, 고정 그래픽 영역은 (이전 섹션에서 도시된 바와 같이) 적절하게 크기 조절 및 형상화된 데 드영역으로서 도파관의 상부면에 부착되면서 무효 영역의 터치 감도는 유지되도록 할 수 있다
F. 로고 영역
일부 구현 예에서, 광 터치-감지 장치는, 상기 도파관의 하부면 아래에 부착되는 하나 이상의 로고 영역을 포함한다. 각 로고 영역은 하나 이상의 로고를 포함하고, 이는 도파관의 하부면(즉, 터치 상호작용으로부터 떨어진 부분)에 배치함으로써 마모 및 손상으로부터 보호된다. 로고는 종종 컬러(예를 들어, 실버)로 인쇄되기 때문에, 반사 잉크층(예, 반사 실버 잉크 층 또는 다른 반사 물질)이 원하는 로고를 포함하도록 사용될 수 있다. 반사 잉크층은 중간층의 적어도 일부를 대신하여 중간층이 존재하지 않는 위치에, 도파관의 하부면에 직접 접촉하도록 배치될 수 있다. 반사 잉크층이 도파관과 직접 접촉하는 경우에, 반사 잉크층은 도파로의 광 빔 전파에 실질적으로 영향을 주지 않는다. 예를 들어, 로고는 터치 감지 영역내에 또는 외부 프레임 영역에 배치될 수 있다. 로고를 커버하거나 둘러싸기 위해 다른 물질층(예, IR 잉크층, 다크 잉크층 등)이 도포될 수 있다. 로고는 전술한 고정 그래픽와 유사한 방식으로 제조될 수 있다.
한가지 방식에서, 원하는 로고를 포함하는 반사 잉크층이 도파관의 하부면에 부착된다. IR 잉크층이 로고를 포함하는 반사 잉크층의 하부면에 도포된다. 다음, 다크 잉크층이 IR 잉크층의 하부면에 도포된다. 또다른 방식에서, IR층이 도파관의 하부면에 먼저 도포된다. IR 잉크층은 로고를 위한 투명 영역을 포함한다. 원하는 로고를 포함하는 반사 잉크층이 IR 잉크층의 투명 영역에 있는 도파관의 하부면에 도포된다. 다음, 다크 잉크층이 IR 잉크층 및 로고를 포함하는 반사 잉크층의 하부면에 도포된다.
G. 제조 공정
도 16은 IR 잉크층 및 다크 잉크층을 이용한 프레임을 갖는 광 터치-감지 장치의 제조 단계 순서를 도시한다. 이러한 장치는 도 12a에 도시된 장치에 해당할 수 있다. 이러한 장치를 제조하기 위해 가능한 다양한 프로세스 흐름들이 있으며, 도 16은 단지 예를 도시한 것에 불과하다.
단계(1610)에서, 장치는 본 실시예에서는 유리(1612)로 만들어진 기본 도파관으로 도시되어 있다. 단계(1620)에서, 마스킹층(1622)이 도파관의 경계에, 바람직하게는 그의 하부면에 도포된다. 단계(1630)에서, 중간층(1632, 예를 들면, 10 내지 50 미크론의 두께를 갖는 저- RI 층)이 도파관의 하부면에 도포된다. 중간층은 도파관의 중앙부를 커버하고 또한 가능하게는 마스킹층의 일부와 중첩되는 것으로 도시되어 있다. 저-RI층은, 딥 코팅, 스핀 코팅, MgF2 또는 불소 중합체/할로겐화 물질과 같은 물질의 액체 또는 증기 증착을 이용한 분무 코팅을 이용하여 도포될 수 있다.
단계(1640)에서, 마스킹층이 제거되어 도파관 경계부에 덮히지 않은 유리를 드러낸다. 단계(1650)에서, IR 잉크층(1652)이 도파관의 하부면에 드러난 유리에 도포된다. 단계(1660)에서, 커플러 어셈블리(1662)가 그의 내측 모서리를 따라 IR 잉크층에 부착된다. OCA 층이 부착을 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다. 단계(1670)에서, 다크 잉크층(1672)이 커플러 어셈블리(1662)의 내측에 도포되고, 중간층의 모서리 부분과 중첩되어 불투명한 내부 프레임 영역을 생성한다. 단계(1680)에서, 또하나의 다크 잉크층(1682)이 커플러 어셈블리(1662)의 외측에 도포되고, IR 잉크층과 중첩되어 불투명한 외관 프레임 영역을 생성한다.
도 17은 IR 흑색 광 커플러 및 다크 잉크층을 이용한 프레임을 갖는 광 터치-감지 장치를 제조하는 단계들의 순서를 도시한다. 이러한 장치는 도 13에 도시된 장치에 해당할 수 있다. 이러한 장치를 제조하기 위한 다양한 여러 프로세스 플로우가 있으며, 도 17은 단지 예로서 도시된 것에 불과하다.
단계(1710)에서, 장치는 이 실시예에서 유리(1712)로 이루어진 기본 도파관으로 도시되어 있다. 단계(1720)에서, OCA층과 라이너층(1722)이 함께 도파관의 경계, 바람직하게는 그의 하부면에 도포된다. 라이너층은 OCA층을 위한 마스킹층으로서 기능한다. 단계(S730)에서, 중간층(1732, 예를 들어, 10 내지 50 미크론의 두께를 갖는 저 RI 층)이 도파관의 하부면에 도포된다. 중간층은 도파관의 중앙부를 커버하고, 또한 가능하면 라이터층의 일부와 중첩된다 저-RI층은, 딥 코팅, 스핀 코팅, MgF2 또는 불소 중합체/할로겐화 물질과 같은 물질의 액체 또는 증기 증착을 이용한 분무 코팅을 이용하여 도포될 수 있다.
단계(1740)에서, 라이너층이 제거되고 도파관의 경계에 OCA층(1742)가 드러난다. 단계(1750)에서, IR 흑색 커플러 어셈블리(1752)가 OCA 층에 부착된다. IR 흑색 커플러 어셈블리는 도파관의 모서리로 연장되는 연장 날개를 구비하여 외부 프레임 영역을 생성한다. 단계(1760)에서, 다크 잉크층(1762)이 IR 흑색 커플러 어셈블리의 내측에 도포되고, 중간층의 모서리 부분과 중첩되어 내부 프레임 영역을 생성한다.
V. 응용
전술한 터치-감지 장치는 다양한 응용들에서 이용될 수 있다. 응용의 한 종류로서, 터치-감지 디스플레이가 있다. 이는 테블릿, 랩탑, 데스크탑, 게임 콘솔, 스마트폰 및 다른 유형의 컴퓨터 장치들을 포함할 수 있다. 또한, TV용 디스플레이, 디지털 사이니지(digital signage), 공공 정보, 게시판, 전자책 및 다른 유형의 좋은 해상도 디스플레이를 포함할 수 있다. 그러나, 이들은 좀더 작거나 낮은 해상도의 디스플레이, 가령, 좀더 단순한 핸드폰, 사용자 콘트롤(복사 콘트롤, 프린터 콘트롤, 가전제품 콘트롤 등에도 사용될 수 있다. 이러한 터치-감지 장치들은 디스플레이 이외의 다른 응용들에도 사용될 수 있다. 터치가 감지되는 “표면”은 인쇄된 영상 또는 단순히 임의의 딱딱한 표면과 같은 수동형 소자일 수 있다. 이러한 응용은 트랙볼 또는 마우스와 유사한 사용자 인터페이스로 이용될 수 있다.
VI. 추가적인 고려 상황
전술한 도면들은 예시적인 목적으로 본 발명의 실시예들을 도시한 것이다. 본 기술 분야의 당업자들이라면 이하의 설명으로부터 이제까지 설명된 본 발명의 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형된 구조 및 방법 실시예들이 채용될 수 있음을 쉽게 이해할 것이다.
전술한 설명을 통해, 본 기술 분야의 당업자들은 전술한 본 발명의 원리를 통해 추가적인 대안 구조 및 기능의 설계가 또한 이해될 것이다. 따라서, 특정 실시예들 및 응용들에 대하여 이제까지 서술하였지만, 이러한 실시예들이 여기서 설명된 정확한 구조 및 구성요소에 제한되는 것은 아님을 이해하여야 한다. 이하의 첨부된 청구항에 정의된 본 발명의 정신 및 범주를 벗어나지 않는 범위에서 이제까지 설명한 방법 및 장치의 구성, 동작 및 상세사항들에 다양한 변형, 변경 및 수정이 이루어질 수 있음은 본 기술분야의 당업자에게 자명하다.

Claims (28)

  1. 디스플레이에 사용하기 위한 광터치-감지 장치에 있어서, 상기 광터치-감지 장치는,
    상기 디스플레이면에 걸쳐 연장되는 평면 도파관 - 상기 도파관은 상부면과 하부면을 가짐-;
    상기 디스플레이의 주위를 따라 배치되는 에미터 및 검출기;
    상기 디스플레이의 주위를 따라 위치하는 광 커플러 어셈블리 - 상기 광 커플러 어셈블리는 상기 에미터에 의해 생성되는 광 빔을 상기 도파관에 결합시키고 상기 도파관에서 나와 상기 검출기로 결합시키고, 상기 도파관 상부면상에서의 터치가 상기 광 빔을 간섭하고, 상기 터치-감지 장치는 상기 간섭에 기초하여 터치 이벤트를 판단함-; 및
    상기 도파관의 하부면과 상기 디스플레이면 사이에 위치하는 중간층을 포함하되,
    상기 중간층은 상기 도파관의 광 빔 전파를 보존하고 가시광에 투명하는 광터치-감지 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광 빔은 200nm에서 2000nm의 적외선 파장을 갖는 광터치-감지 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광 커플러 어셈블리 및 상기 도파관이 광 결합되어 광이 상기 중간층과 상호작용하지 않고 상기 광 커플러 어셈블리로부터 상기 도파관으로 통과하는 광터치-감지 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 중간층은 상기 도파관의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖고, 상기 도파관에서의 광 빔 전파는 상기 도파관의 하부면에서의 전내부 반사(total internal reflection)를 통해 보존되는 광 터치-감지 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 중간층은 상기 도파관의 소실광 필드(evanescent light field)의 투과 깊이보다 적어도 두꺼운 두께를 갖는 광-터치 감지 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 중간층은 불소 중합체(fluoropolymer) 물질을 포함하는 광-터치 감지 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 광 커플러 어셈블리 및 상기 도파관은 광 결합되어 광이 에미터로부터 도파관으로 결합되고 상기 도파관에서 나와 검출기로 결합될 때 상기 중간층을 통과하는 광-터치 감지 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 중간층은 상기 도파관으로 전파되는 광 빔에 대한 미러(mirror)이고, 광 도파관에서의 광 빔 전파는 상기 도파관의 하부면에서의 정반사를 통해 보존되는 광-터치 감지 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 중간층은 홀로그래픽 필름(holographic film)인 광-터치 감지 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 중간층은 간섭필터(interference filter)인 광-터치 감지 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 도파관은 단일 물질판(single plane of material)을 포함하는 광-터치 감지 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 중간층을 상기 디스플레이에 물리적으로 결합시키기 위한 바인딩층(binding layer)을 더 포함하되, 상기 바인딩층은 가시광에 투명한 광-터치 감지 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 중간층은 상기 도파관을 상기 디스플레이에 물리적으로 결합시키는 바인딩층으로서의 역할을 하는 광-터치 감지 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 광 커플러 어셈블리를 상기 도파관에 물리적으로 결합시키는 바인딩층을 더 포함하되, 상기 바인딩층은 상기 도파관에 전파되는 광 빔에 투명한 광 투명 부착제를 포함하는 광-터치 감지 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 광 커플러 어셈블리는 상기 도파관에 전파되는 광 빔에 투명하고 가시광에 불투명한 광-터치 감지 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 도파관에 결합되는 상기 광 커플러 어셈블리의 결합면은 상기 도파관의 하부면의 모서리까지 연장되는 광 터치-감지 장치.
  17. 제15항에 있어서, 다크 잉크층(dark ink layer)을 더 포함하여 상기 중간층의 모서리부가 상기 다크 잉크층과 상기 도파관의 하부면 사이에 위치하도록 하되, 상기 다크 잉크층은 가시광에 불투명한 광 터치-감지 장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 광 커플러 어셈블리와 상기 도파관 사이에 배치된 잉크층을 더 포함하되, 상기 잉크층은 상기 도파관에 전파되는 광 빔에 투명하고 가시광에 불투명한 광 터치-감지 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 잉크층은 상기 도파관의 하부면 모서리까지 연장되는 광 터치-감지 장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 잉크층은 상기 중간층의 모서리 부분과 중첩되도록 연장되는 광 터치-감지 장치.
  21. 제18항에 있어서, 다크 잉크층을 더 포함하되, 상기 잉크층과 상가 중간층의 모서리 부분이 상기 다크 잉크층과 상기 도파관의 하부면 사이에 배치되도록 상기 다크 잉크층이 위치하고, 상기 다크 잉크층은 가시광에 불투명한 광 터치-감지 장치.
  22. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 데드 영역(dead zone)을 더 포함하되, 각 데드 영역은 커버층을 포함하고, 상기 커버층은 상부면과 하부면을 구비하고, 상기 커버층의 하부면이 상기 도파관의 상부면에 직접 결합되고, 상기 커버층이 상기 도파관내의 광 빔 전파를 보존하고 상기 데드 영역이 상기 커버층의 상부면에 대한 터치에 둔감하도록(insensitive) 만드는 광 터치-감지 장치.
  23. 제22항에 있어서, 다크 잉크층을 더 포함하되, 상기 다크 잉크층의 하부면이 상기 커버층의 상부면에 직접 결합되도록 위치하고, 상기 다크 잉크층은 가시광에 불투명한 광 터치-감지 장치.
  24. 제23항에 있어서, 보호층을 더 포함하되, 상기 보호층의 하부면이 상기 다크 잉크층의 상부면에 직접 결합되도록 위치하고, 상기 보호층은 가시광에 투명한 광 터치-감지 장치.
  25. 제1항에 있어서, 고정 그래픽을 표시하기 위한 적어도 하나의 고정 그래픽 영역을 더 포함하고, 각 고정 그래픽 영역은,
    가시광에 불투명한 잉크층 - 상기 잉크층은 상기 고정 그래픽을 포함하고, 상기 광 터치-감지 장치는 상기 고정 그래픽을 향하는 상기 도파관의 상부면상의 터치에 대응하여 선정된 기능을 수행함-; 및
    상기 도파관의 하부면과 상기 잉크층 사잉에 배치된 커버층 - 상기 커버층은 상기 도파관의 광 빔 전파를 보존하고 가시광에 투명함-
    을 포함하는, 광 터치-감지 장치.
  26. 디스플레이에 사용하기 위한 광터치-감지 장치에 있어서, 상기 광터치-감지 장치는,
    상기 디스플레이면에 연장되는 평면 도파관- 상기 도파관은 상부면과 하부면을 가짐-;
    상기 디스플레이의 주위를 따라 배치되는 에미터 및 검출기;
    상기 디스플레이의 주위를 따라 위치하는 광 커플러 어셈블리- 상기 광 커플러 어셈블리는 상기 에미터에 의해 생성되는 광 빔을 상기 도파관에 결합시키고 상기 도파관에서 나와 상기 검출기로 결합시키고, 상기 도파관 상부면상에서의 터치가 상기 광 빔을 간섭하고, 상기 터치-감지 장치는 상기 간섭에 기초하여 터치 이벤트를 판단함-; 및
    적어도 하나의 데드 영역(dead zone)을 포함하고,
    상기 데드 영역 각각은 중간층을 포함하고, 상기 중간층은 상부면과 하부면을 구비하고, 상기 중간층의 하부면은 상기 도파관의 상부면에 직접 결합되고, 상기 중간층은 상기 도파관에서의 광빔 전파를 보존하고 상기 데드 영역이 상기 중간층의 상부면상에서의 터치에 둔감하도록 하는 광 터치-감지 장치.
  27. 디스플레이에 사용하기 위한 광터치-감지 장치에 있어서, 상기 광터치-감지 장치는,
    상기 디스플레이면에 연장되는 평면 도파관- 상기 도파관은 상부면과 하부면을 가짐-;
    상기 디스플레이의 주위를 따라 배치되는 에미터 및 검출기;
    상기 디스플레이의 주위를 따라 위치하는 광 커플러 어셈블리- 상기 광 커플러 어셈블리는 상기 에미터에 의해 생성되는 광 빔을 상기 도파관으로 결합시키고 상기 도파관에서 나와 상기 검출기로 결합시키고, 상기 도파관 상부면상에서의 터치가 상기 광 빔을 간섭하고, 상기 터치-감지 장치는 상기 간섭에 기초하여 터치 이벤트를 판단함-; 및
    고정 그래픽을 디스플레이하기 위한 적어도 하나의 고정 그래픽 영역을 포함하고, 상기 고정 그래픽 영역 각각은,
    가시광에 불투명한 잉크층 - 상기 잉크층은 상기 고정 그래픽을 포함하고, 상기 광 터치-감지 장치는 상기 고정 그래픽을 향하는 상기 도파관의 상부면상의 터치에 대응하는 선정된 기능을 수행함-; 및
    상기 도파관의 하부면과 상기 잉크층 사이에 배치된 중간층을 포함하되,상기 중간층은 상기 도파관에서의 광빔 전파를 보존하고 가시광에 투명한 광터치-감지 장치.
  28. 디스플레이에 사용하기 위한 광터치-감지 장치에 있어서, 상기 광터치-감지 장치는,
    상기 디스플레이면에 확장되는 평면 도파관- 상기 도파관은 상부면과 하부면을 가짐-;
    상기 디스플레이의 주위를 따라 배치되는 에미터 및 검출기;
    상기 디스플레이의 주위를 따라 위치하는 광 커플러 어셈블리- 상기 광 커플러 어셈블리는 상기 에미터에 의해 산출되는 광 빔을 상기 도파관로 결합시키고 상기 도파관에서 상기 검출기로 결합시키고, 상기 도파관 상부면상에서의 터치가 상기 광 빔을 간섭하고, 상기 터치-감지 장치는 상기 간섭에 기초하여 터치 이벤트를 판단함-; 및
    적어도 하나의 프레임 영역을 포함하고, 각 프레임 영역은,
    가시광에 불투명한 잉크층(ink layer); 및
    상기 도파관의 하부면과 상기 잉크층 사이에 배치된 중간층을 포함하되, 상기 중간층은 상기 도파관에서의 광빔 전파를 보존하고 가시광에 투명한 광터치-감지 장치.
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