KR20150056364A - 멤스 미러를 이용한 터치 스크린 - Google Patents

멤스 미러를 이용한 터치 스크린 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는 디스플레이와, 상기 디스플레이의 면과 수평한 제1 회동축을 가지는 수평유지부와, 상기 수평유지부의 내부에서 상기 수평유지부의 제1 회동축과 직교하는 제2 회동축을 가지는 광조사부를 포함하며, 상기 디스플레이 면의 일측 코너에 구비되는 멤스 미러와, 상기 광조사부에 레이져 빔을 방출하는 광원부와, 상기 멤스 미러의 수평유지부 및 광조사부를 구동시키는 구동부와, 상기 방출된 레이져 빔을 수광하여 상기 디스플레이 상의 터치 위치를 검출하는 검출부를 포함하는 멤스 미러를 이용한 터치 스크린을 제공한다.

Description

멤스 미러를 이용한 터치 스크린{TOUCH SCREEN USING MEMS MIRROR}
본 발명은 터치 스크린에 관한 것이며, 구체적으로 멤스 미러를 이용한 터치 스크린에 관한 것이다.
최근, 다양한 기술 분야에서 이용되고 있는 터치 스크린에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이러한 터치 스크린은 단순히 정보를 제공하는 기존의 스크린과 달리, 소용자의 손 또는 주변기기로 스크린을 터치하여 정보 등을 입력할 수 있는 것이며, 휴대폰의 액정 화면, 공공장소에서의 인포메이션 스크린, 칠판 등 각종 분야에서 다양하게 활용되고 있다.
대한민국 특허등록출원 제10-2004-7005084(터치 감응 기능을 갖는 디바이스)는 스크린의 한 쪽 모서리에 회전 반사경을 구비한 터치 스크린을 게재하고 있다. 그러나, 이러한 터치 스크린은 회전 반사경을 회전시키기 위한 구동부의 부피가 크기 때문에 터치 스크린 및 터치 스크린을 이용한 전자기기의 부피가 커지게 된다.
또한, 회전 반사경을 회전시키기 위한 구동부는 코일 및 스프링 등과 같은 기계적 구성요소에 의해 발생하는 소음이 크고, 상기 터치 스크린에 레이져 광선을 출사하기 위한 상기 회전 반사경의 각도가 틀어질 경우에는 상기 레이져 광선과 스크린이 평행하지 아니하게 되기 때문에 정확한 터치 제어가 되지 않는다. 즉, 일축 미러의 각도 변경시에는 레이져 광선이 스크린에 평행하게 조사되게 하기 위한 얼라인(align)이 어렵게 된다.
한편, 대한민국 특허등록출원 제10-2010-0042783(터치 감응 기능을 갖는 디바이스)는 빠르고 정확한 터치 스크린을 구현하기 위해, 두 개의 인접한 모서리에 멤스 미러를 이용한 반사경을 두고 세 변에 센서부를 두고 있다. 그러나, 이러한 구조물은 거리 측정 방식이 아니기 때문에 기타 제반 구성요소가 필요하여 복잡한 구조를 가지고 있다. 이러한 구조적 복잡성은 제품 생산 비용의 증가 및 내구성 저하라는 문제를 야기할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 디스플레이에 늘 정확한 수평을 유지할 수 있으며, 구조의 단순화 및 소형화할 수 있는 멤스 미러를 이용한 터치 스크린을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 실시예는 디스플레이와, 상기 디스플레이의 면과 수평한 제1 회동축을 가지는 수평유지부와, 상기 수평유지부의 내부에서 상기 수평유지부의 제1 회동축과 직교하는 제2 회동축을 가지는 광조사부를 포함하며, 상기 디스플레이 면의 일측 코너에 구비되는 멤스 미러와, 상기 광조사부에 레이져 빔을 방출하는 광원부와, 상기 멤스 미러의 수평유지부 및 광조사부를 구동시키는 구동부와, 상기 방출된 레이져 빔을 수광하여 상기 디스플레이 상의 터치 위치를 검출하는 검출부를 포함하는 멤스 미러를 이용한 터치 스크린을 제공한다.
바람직하게, 상기 멤스 미러는 상기 광조사부의 제2 회동축이 상기 디스플레이의 면과 수직하게 위치하도록 상기 디스플레이 면의 상측에 구비되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 광원부는 상기 디스플레이 면의 상측에 구비되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 멤스 미러는 상기 광조사부의 제2 회동축이 상기 디스플레이의 면과 60°이상 90°미만의 경사각으로 위치하도록 상기 디스플레이 면의 상측에 구비되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 광원부는 상기 디스플레이 면의 하측에 구비되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 광원부, 구동부 및 검출부와 전기적으로 연결된 제어부를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 검출부에서 검출된 레이져 빔이 상기 디스플레이부에 평행하게 조사되는지를 계산하여 레이져 빔이 상기 디스플레이부에 평행하게 조사되지 않으면, 레이져 빔이 상기 디스플레이부에 평행하게 조사되도록 상기 구동부를 제어하여 상기 수평유지부를 이동시키는 제어 신호를 생성하고, 상기 디스플레이 상의 터치 지점에 대한 거리 및 상기 광조사부의 회전각으로써 터치 좌표를 계산하고, 상기 계산된 터치 좌표를 근거로 터치 좌표의 필터링 또는 터치 시간을 생성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 광원부는 레이저 다이오드 또는 포토 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 광원부와 멤스 미러 사이에는 상기 광원부로부터 방출된 광원을 집광하는 렌즈부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 2 축을 가진 멤스 미러를 사용하여 내부의 열 발생이 최소화되어 내구성이 향상될 수 있으며, 미러의 구동 저항을 감소시켜 구동각이 확대되는 효과가 있으며, 항상 디스플레이와 수평각을 유지하는 광원을 조사하여 정밀한 터치 스크린을 구현할 수 있으며, 터치 스크린의 소형화를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린의 정면도.
도 2는 본 발명의 구성요소를 개략적으로 도시한 도면.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린의 배면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 멤스 미러의 사시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 터치 스크린의 배면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 스크린의 배면도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 스크린의 배면도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 제어 플로우 차트.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 당업자가 이해하는 용어의 일반적인 의미와 동일하고, 만약 본 명세서에서 사용된 용어가 당해 용어의 일반적인 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다.
다만, 이하에 기술될 발명은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것을 아니며, 명세서 전반에 걸쳐서 동일하게 사용된 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명은 두 개의 축을 가진 멤스 미러 및 이러한 멤스 미러의 제어에 주요한 특징이 있는 바, 이하 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린(100)의 정면도이며, 도 2는 본 발명의 구성요소를 개략적으로 도시한 도면이며, 이에 따라 본 발명의 구성요소에 대하여 이하 개략적으로 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 터치 스크린(100)은 디스플레이(110)와, 멤스 미러(120), 상기 멤스 미러(120)를 구동시키는 구동부(130), 검출부(160) 및 광원부(140)를 포함한다.
상기 디스플레이(110)는 통상적인 디스플레이(110)로서, CRT(Cathode Ray Tube), LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode), PDP(Plasma Display Panel) 또는 OLED(Organic-LED) 등으로 구현될 수 있다.
상기 광원부(140)는 레이저 다이오드(Lazer Diode) 또는 포토 다이오드(Photo Diode)를 포함하며, 후술할 멤스 미러(120)에 레이저 빔을 방출한다. 이러한 레이저 빔은 통상적으로 적외선 레이저를 방출한다.
상기 멤스(MEMS; Micro Electro Mechanical System) 미러(Mirror)는 상기 디스플레이(110) 면의 일측 코너에 구비되어 상기 광원부(140)에서 방출된 광을 디스플레이(110) 전면에 주기적으로 조사한다. 구체적으로, 멤스 미러(120)는 외력에 의해 공진되어 시소 진동하는 구조를 지닌다. 종래의 다각형 미러는 주사속도나 소형화 등에 한계가 있으며, 소음발생이 문제되고 있다. 이에 반해, 멤스 미러(120)는 양방향 주사 및 고속 주사가 가능하고, 반도체 공정에 의해 초소형으로 제작될 수 있으며, 대량 생산에 용이하여 가격 경쟁력도 갖추고 있다. 이러한 본 발명의 실시예에 따른 멤스 미러(120)의 재질 및 형상 등은 후술한다.
상기 구동부(130)는 진폭을 제어하여 상기 멤스 미러(120)를 구동시킨다. 구체적으로, 상기 구동부(130)는 통상적으로 사용되고 있는 전자기장 또는 자기장을 이용한 액추에이터로 구현될 수 있으며, 또는 소음이 발생하지 않는 초음파를 이용한 액추에이터로 구현될 수 있다.
상기 검출부(160)는 상기 멤스 미러(120)에 의해 디스플레이(110)의 면에 평행하게 조사된 후 다시 반사되는 레이저 빔을 수광하여 상기 디스플레이(110) 상의 터치 위치를 검출한다. 이러한 검출부(160)는 통상적으로 사용되고 있는 검출 방법을 사용할 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
본 발명은 상기 광원부(140)와 멤스 미러(120) 사이에 상기 광원부(140)로부터 방출된 광원을 집광하는 렌즈부(150)를 더 포함할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린(100)의 배면도이다.
여기서, 도 3a와 같이 상기 디스플레이(110) 면 상에 상기 멤스 미러(120)를 통해 조사된 레이저 빔이 평행하게 조사되어야 정확한 터치 좌표가 생성된다. 그러나, 도 3b와 같은 경우에는 문제가 있다.
예를 들어, 상기 멤스 미러(120)가 상기 디스플레이(110)에 방출하는 레이저 빔의 각도가 약 1°틀어졌고, 상기 디스플레이(110)의 대각 길이가 약 1m(40 inch)이면, 상기 멤스 미러(120)가 위치하는 반대편에서는 약 1.7cm의 수평각이 오차가 생기게 된다. 이러한 오차는 대형 스크린으로 갈수록 심해질 것이며, 사용자의 터치 깊이(touch depth)가 달라져 정확한 사용이 불가능하게 될 것이다.
따라서, 본 발명은 이러한 레이저 빔이 상기 디스플레이(110) 상에 수평하게 조사될 수 있도록 자동으로 얼라인(align)할 수 있는 멤스 미러(120)를 제공한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 멤스 미러(120)의 사시도이다.
본 발명에 따른 멤스 미러(120)는 상기 디스플레이(110)의 면과 수평한 제1 회동축(120a)을 가지는 수평유지부(121)와, 상기 수평유지부(121)의 내부에서 상기 수평유지부(121)의 제1 회동축(120a)과 직교하는 제2 회동축(120b)을 가지는 광조사부(122)를 포함할 수 있다.
이러한 멤스 미러(120)의 양면 또는 일면은 도금이나 증착 공정을 통해 금속 박막으로 형성될 수 있으며, 별도의 반사막을 부착하여 형성할 수도 있다. 또한, 상기 광조사부(122)만 금속 박막으로 형성될 수 있으며, 별도의 반사막을 부착하여 형성할 수 있다.
요컨대, 본 발명에 따른 멤스 미러(120)는 상기 수평유지부(121)에 의해 디스플레이(110) 면에 조사되는 레이저 빔을 항상 평행하게 유지할 수 있으며, 상기 광조사부(122)를 통해 레이저 빔을 디스플레이(110) 전체 면에 주기적으로 조사할 수 있다.
이러한 본 발명의 터치 스크린(100)은 다음과 같은 실시예들로 구현될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 터치 스크린(100)의 배면도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 스크린(100)의 배면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 멤스 미러(120)는 상기 광조사부(122)의 제2 회동축(120b)이 상기 디스플레이(110)의 면과 수직하게 위치하도록 상기 디스플레이(110) 면의 상측에 구비된다. 즉, 상기 디스플레이(110)의 면에 대하여 멤스 미러(120)가 90°로 배치되며, 광원부(140) 및 렌즈부(150) 또한 상기 디스플레이(110) 면의 상측에 수직하게 배치된다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤스 미러(120)는 상기 광조사부(122)의 제2 회동축(120b)이 상기 디스플레이(110)의 면과 90°를 초과하게 위치하도록 상기 디스플레이(110) 면의 상측에 구비된다. 예를 들어, 상기 디스플레이(110)의 면에 대하여 멤스 미러(120)가 120°로 배치되고, 상기 광원부(140) 및 렌즈부(150)는 디스플레이(110)의 면의 상측으로 약 30°로 배치될 수 있다.
요컨대, 도 5 및 도 6과 같이 상기 디스플레이(110)의 면에 대하여 멤스 미러(120)가 90°이상으로 배치되면, 디스플레이(110)를 제외한 본 발명의 구성요소를 모듈형으로 제작하여 상기 디스플레이(110)에 착탈식으로 구현할 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 스크린(100)의 배면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멤스 미러(120)는 상기 광조사부(122)의 회동축이 상기 디스플레이(110)의 면과 90°미만으로 위치하도록 상기 디스플레이(110) 면의 상측에 구비된다. 예를 들어, 상기 디스플레이(110)의 면에 대하여 멤스 미러(120)가 60°로 배치되고, 상기 광원부(140) 및 렌즈부(150)는 디스플레이(110)의 면의 하측으로 약 30°로 배치될 수 있다.
요컨대, 도 7과 같이 상기 디스플레이(110)의 면에 대하여 멤스 미러(120)가 90°미만으로 배치되면, 디스플레이(110)를 제외한 본 발명의 구성요소를 매립형으로 제작하여 터치 스크린(100) 내부에 장착할 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 멤스 미러(120)를 이용한 터치 스크린(100)은 도시되지 아니하였으나, 다음과 같은 방식으로 구동될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제어부(170)의 제어 플로우 차트이다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린(100)은 상기 광원부(140), 구동부(130) 및 검출부(160)와 전기적으로 연결된 제어부(170)를 더 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 제어부(170)는 상기 검출부(160)에서 검출된 레이져 빔이 상기 디스플레이(110)부에 평행하게 조사되는지를 계산하여 레이져 빔이 상기 디스플레이(110)부에 평행하게 조사되지 않으면, 레이져 빔이 상기 디스플레이(110)부에 평행하게 조사되도록 상기 구동부(130)를 제어하여 상기 수평유지부(121)를 이동시키는 제어 신호를 생성하고, 이에 의해 수평유지부(121)는 제1 회동축(120a)을 기준으로 이동되어 레이져 빔이 상기 디스플레이(110)부에 평행하게 조사된다.
또한, 상기 제어부(170)는 상기 디스플레이(110) 상의 터치 지점에 대한 거리 및 상기 광조사부(122)의 회전각으로써 터치 좌표를 계산하고, 상기 계산된 터치 좌표를 근거로 터치 좌표의 필터링 또는 터치 시간을 생성하여 더욱 정밀한 터치 스크린(100)을 구현할 수 있다.
요컨대, 상기 제어부(170)는 제1 회동축(120a)을 기준으로 수평유지부(121)를 회동시키는 제어 신호를 구동부(130)에 인가하고, 제2 회동축(120b)을 기준으로 광조사부(122)를 회동시키는 제어 신호를 구동부(130)에 인가하며, 이러한 제어신호는 상기 생성된 터치 좌표를 기준으로 피드백하여 구동부(130)의 진폭을 제어할 수 있다.
또한, 상기 계산된 터치 좌표는 생성된 필터링 및 터치 시간과 피드백하여 더욱 정밀하게 수정될 수 있다.
요컨대, 본 발명은 두 개의 직교된 축을 가진 멤스 미러(120)를 포함하여 항상 디스플레이(110) 면에 평행한 레이저 빔을 조사할 수 있어, 단순한 구성요소로써 정밀한 터치 좌표를 구현할 수 있다.
한편, 상기 제어부(170)는 초기 상태에서 구동을 시작할 때, 상기 디스플레이(110)에 조사되는 레이져 빔이 상기 디스플레이(110) 면의 정중앙, 즉, 상기 광조사부(122)에서부터 상기 디스플레이(110) 면의 센터까지를 0 °라 할 때, ±10 °정도의 조사각을 가질 수 있도록, 상기 멤스 미러(120)의 광조사부(122)를 제어할 수도 있다. 이러한 초기 구동각은 터치 스크린 구동 시작시에 더욱 빠른 터치 구현을 할 수 있게 한다.
이상, 상기 설명에 의해 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이며, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위 및 그와 균등한 범위에 의하여 정해져야 한다.
100: 터치 스크린 110: 디스플레이
120: 멤스 미러 120a: 제1 회동축
121: 수평유지부 120b: 제2 회동축
122: 광조사부 130: 구동부
140: 광원부 150: 렌즈부
160: 검출부 170: 제어부

Claims (8)

  1. 디스플레이;
    상기 디스플레이의 면과 수평한 제1 회동축을 가지는 수평유지부와, 상기 수평유지부의 내부에서 상기 수평유지부의 제1 회동축과 직교하는 제2 회동축을 가지는 광조사부를 포함하며, 상기 디스플레이 면의 일측 코너에 구비되는 멤스 미러;
    상기 광조사부에 레이져 빔을 방출하는 광원부;
    상기 멤스 미러의 수평유지부 및 광조사부를 구동시키는 구동부;
    상기 방출된 레이져 빔을 수광하여 상기 디스플레이 상의 터치 위치를 검출하는 검출부;를 포함하는 멤스 미러를 이용한 터치 스크린.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 멤스 미러는,
    상기 광조사부의 제2 회동축이 상기 디스플레이의 면과 수직하게 위치하도록 상기 디스플레이 면의 상측에 구비되는 멤스 미러를 이용한 터치 스크린.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광원부는 상기 디스플레이 면의 상측에 구비되는 멤스 미러를 이용한 터치 스크린.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 멤스 미러는,
    상기 광조사부의 제2 회동축이 상기 디스플레이의 면과 60°이상 90°미만의 경사각으로 위치하도록 상기 디스플레이 면의 상측에 구비되는 멤스 미러를 이용한 터치 스크린.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광원부는 상기 디스플레이 면의 하측에 구비되는 멤스 미러를 이용한 터치 스크린.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광원부, 구동부 및 검출부와 전기적으로 연결된 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 검출부에서 검출된 레이져 빔이 상기 디스플레이부에 평행하게 조사되는지를 계산하여 레이져 빔이 상기 디스플레이부에 평행하게 조사되지 않으면, 레이져 빔이 상기 디스플레이부에 평행하게 조사되도록 상기 구동부를 제어하여 상기 수평유지부를 이동시키는 제어 신호를 생성하고,
    상기 디스플레이 상의 터치 지점에 대한 거리 및 상기 광조사부의 회전각으로써 터치 좌표를 계산하고,
    상기 계산된 터치 좌표를 근거로 터치 좌표의 필터링 또는 터치 시간을 생성하는 멤스 미러를 이용한 터치 스크린.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광원부는 레이저 다이오드 또는 포토 다이오드를 포함하는 멤스 미러를 이용한 터치 스크린.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광원부와 멤스 미러 사이에는 상기 광원부로부터 방출된 광원을 집광하는 렌즈부가 더 포함되는 멤스 미러를 이용한 터치 스크린.
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