KR20150104107A - 디스플레이 패널의 직하형 백라이트 확산 - Google Patents

디스플레이 패널의 직하형 백라이트 확산 Download PDF

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KR20150104107A
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KR
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light guide
guide plate
backlight
backlight illumination
light
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KR1020157018204A
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토미 일모넨
헤이키 휘배리넨
Original Assignee
멀티 터치 오와이
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Abstract

LCD 스크린의 배면 조명형 도광판은 입력 면으로부터 백라이트를 수광하고 상기 도광판 내에 수광된 백라이트를 측면으로 확산하는 인-커플링 격자들을 지닌다. 아웃-커플링 격자들은 측면으로 확산된 백라이트를 수광하고 상기 입력 면에 대향하는 출력 면을 통해 그리고 상기 LCD 스크린을 향해 상기 수광된 측면으로 확산된 백라이트 중 적어도 일부를 출광한다. 상기 입력 및 출력 격자들은 측면 오프셋을 지닌다.

Description

디스플레이 패널의 직하형 백라이트 확산{Diffusing of direct backlight for a display panel}
본 발명은 일반적으로 기술하면 디스플레이 패널의 직하(直下)형 백라이트 확산에 관한 것이다. 본 발명은 구체적으로 기술하면 광 확산 도광판 및 공극에 의해 서로 분리되어 있는 상기 광 확산 도광판 및 확산 층의 결합에 의한 디스플레이 패널의 직하형 백라이트 확산에 관한 것이지만, 이들에 국한되지 않는다.
액정 디스플레이(liquid crystal displays; LCD)와 같은 일부 디스플레이 패널 기법들은 백라이트를 필요로 한다. 컴퓨터 모니터들 및 텔레비전 세트들과 같은 대형 스크린들의 백라이트는 투명한 플라스틱으로 만들어진 비교적 두꺼운 판상(planar)의 도광판 주위에 발광 다이오드(light emitting diode; LED)들과 같은 광원들을 배치함으로써 생성되는 것이 전형적이다. 상기 도광판은 자신의 면광(surface light)을 상기 LCD를 향해 산란시킨다. 상기 광은 광 확산 및 프리즘 포일 스택에 의해 부가적으로 확산된다. 이러한 기법은 매우 일반적이며 매우 균일한 LCD 조명을 생성시킬 수 있다. 그러나, 상기 LED들에 의해 방출되는 조명 광의 상당 부분은 상기 LED들 및 상기 LCD 간의 다수의 반사 및 굴절을 통해 소실(消失)된다. 이로 인해 열 방출과 아울러 LED들에 대한 조명 수요가 증가하게 되고, 이는 LCD 장치의 여러 구성요소의 노화(aging)를 가속화시키는데 부가적으로 기여할 수 있다. 조명 전력의 손실로 인해 또한 전력 소비가 증가하게 되고 상기 LED들에 의해 방출되는 광 모두가 실제로 백라이트에 사용될 수 있는 이상적인 경우에 비하여 배터리 구동 장치들의 배터리 수명이 줄어들게 된다.
본 발명의 제1 대표적인 실시 태양에 의하면, 도광판(light guide)이 제공되며,
상기 도광판은,
백라이트 조명을 수광하는 입력 면 및 수광된 백라이트 조명을 출광하는 출력 면인 2개의 대향 면(opposite surface)들을 포함하는 판상(planar)의 도광판 몸체;
를 포함하며,
상기 판상 도광판 몸체는,
복수 개의 백라이트 조명원들 각각에 대하여,
상기 백라이트 조명원들 중 하나와 일직선으로 정렬되어 있는 인-커플링 구조로서, 상기 입력 면을 통해 백라이트 조명을 수광하고 상기 판상의 도광판 몸체 내에서 상기 수광된 백라이트 대부분을 측면으로 확산하도록 구성되는, 인-커플링 구조;
상기 수광된 백라이트 조명의 출광에 대해 상기 출력 면을 통해 상기 측면으로 확산된 백라이트 대부분을 안내하도록 구성되는, 아웃-커플링 구조;
를 포함하고,
상기 인-커플링 구조는 상기 입력 면 및 상기 출력 면 중 적어도 하나 상에 적어도 하나의 관입 또는 돌출 형태를 포함하며,
상기 아웃-커플링 구조는 상기 입력 면 및 상기 출력 면 중 적어도 하나 상에 적어도 하나의 관입 또는 돌출 형태를 포함한다.
상기 인-커플링 구조는 인-커플링 격자를 포함할 수 있다.
상기 인-커플링 격자는 현미경적인 규모(microscopic scale)를 지닐 수 있다. 상기 인-커플링 격자는 회절 격자일 수 있다. 상기 회절 격자는 상기 백라이트 조명원과 동심(同心)을 이루거나 방사상을 이룰 수 있다.
상기 인-커플링 격자는, 상기 도광판이 상기 복수 개의 백라이트 조명원들로부터의 광을 수광하도록 설치될 경우에, 상기 인-커플링 구조가 일직선으로 정렬되는 상기 백라이트 조명원들 중 하나로부터의 거리에 형상 및/또는 진폭이 의존하는 복수 개의 형태들을 포함할 수 있다.
상기 인-커플링 격자는 상기 수광된 백라이트 조명을 측면으로 확산하도록 구성된 네거티브(negative) 또는 발산형 프레넬 렌즈를 형성하도록 구성될 수 있다.
상기 인-커플링 구조는 상기 출력 면을 향해 상기 수광된 백라이트 조명을 집속하도록 구성된 상기 입력 면 상의 형태를 포함할 수 있다. 상기 인-커플링 구조는 포지티브(positive) 또는 수렴형 프레넬 렌즈를 형성하도록 구성된 인-커플링 격자를 포함할 수 있다. 상기 인-커플링 구조는 상기 출력 면 상에 형성된 확산 반사기를 부가적으로 포함할 수 있다.
상기 확산 반사기는 육안으로 볼 수 있는 형태를 포함할 수 있다. 상기 확산 반사기는 상기 출력 면에서의 원뿔 형상의 요부(recess)로 형성될 수 있다. 변형적으로나 또는 추가로, 상기 확산 반사기는 수렴형 프레넬 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 확산 반사기는 상기 출력 면 상의 반사 재료를 포함할 수 있다.
상기 반사 재료는 불투명 층을 형성하도록 구성될 수 있다. 변형적으로는, 상기 반사 재료가 상기 확산 반사기에서의 흑점(dark spot)의 형성을 경감하기 위해 상기 수광된 백라이트 조명 중 일부를 통과시키도록 구성된 반투명 층을 형성하도록 구성될 수 있다.
상기 반사 재료는 은; 이산화 티탄; 알루미늄; 및 종이; 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 확산 재료는 박막 스택 반사기일 수 있다.
상기 아웃-커플링 구조는 아웃-커플링 격자를 포함할 수 있다.
상기 아웃-커플링 격자는, 상기 도광판이 상기 복수 개의 백라이트 조명원들로부터의 광을 수광하도록 설치될 경우에, 상기 인-커플링 구조가 일직선으로 정렬되는 상기 백라이트 조명원들 중 하나로부터의 거리에 형상 및/또는 진폭이 의존하는 복수 개의 형태들을 포함할 수 있다. 변형적으로는, 상기 격자가 일정한 프로파일 및 가변 피치 또는 그루브(groove) 밀도를 지닐 수 있다.
상기 아웃-커플링 격자는 상기 수신된 백라이트 조명을 측면으로 확산하도록 구성된 발산형 프레넬 렌즈를 형성하도록 구성될 수 있다.
상기 인-커플링 격자는 상기 출력 면 및 상기 입력 면 중 어느 하나 또는 양자 모두 상에 형성될 수 있다.
상기 인-커플링 격자는 상기 입력 면 상에 형성될 수 있으며 상기 아웃-커플링 구조는 상기 입력 면 상에 형성된 확산 반사기를 부가적으로 포함할 수 있다.
상기 확산 반사기는 상기 출력 면 상의 반사 재료를 포함할 수 있다.
상기 아웃-커플링 구조는 상기 출력 면 상에 형성된 확산 반사기를 부가적으로 포함할 수 있다.
상기 확산 반사기는 상기 입력 면에서의 원뿔 형상의 요부(recess)로 형성될 수 있다.
상기 판상의 도광판 몸체는 0.5 ㎜ 내지 10 ㎜의 평균 두께를 지닐 수 있다. 상기 판상 도광판 몸체는 0.5 ㎜ 내지 2 ㎜의 평균 두께를 지닐 수 있다.
상기 판상 도광판 몸체는 상기 복수 개의 백라이트 조명원들이 통상의 배치로 이루어지도록 구성될 수 있다. 인접한 백라이트 조명원들 간의 거리는 2 ㎝ 내지 5 ㎝일 수 있다. 인접한 백라이트 조명원들 간의 거리는 적어도 2.5 ㎝일 수 있다. 인접한 백라이트 조명원들 간의 거리는 많아야 4 ㎝일 수 있다.
상기 도광판은 상기 도광판이 디스플레이 스크린에 대한 백라이트 조명을 제공하도록 설치될 경우에 상기 디스플레이 스크린을 통해 적외선 이미지들을 캡처하기 위한 적외선 카메라의 투명 창(transparent window)들을 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 투명 창들은 상기 적외선 카메라들의 시계(視界)에서 실질적으로 균일하고 평활한 입력 및 출력 면들을 지니는 영역들을 포함할 수 있다. 변형적으로는, 상기 도광판이 애퍼처(aperture)들을 포함할 수 있으며 상기 애퍼처들을 통해 적외선 카메라들이 적외선 광을 출광하거나 수광할 수 있다. 더군다나, 변형적으로는, 상기 도광판이 상기 출력 면 상에의 적외선 카메라들의 표면 설치를 위한 마커들 또는 마운팅 포인트(mount point)들을 포함할 수 있다. 상기 도광판은 상기 출력 면 상에 상기 적외선 카메라들을 부착하기 위한 나사들, 스터드들 또는 리벳들과 같은 고정 부재들을 위한 애퍼처들을 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 대표적인 실시 태양에 의하면, 백라이트 확산 장치가 제공되며, 상기 백라이트 확산 장치는,
상기 제1 대표적인 실시 태양의 도광판;
확산 층; 및
디스플레이 스크린 내에 설치될 경우에 배면에서 상기 확산 층을 지지하도록 구성된 복수 개의 지지 핀들로서, 복수 개의 지지 핀들이 상기 디스플레이 스크린상의 흑점(dark spot)들의 형성을 경감하도록 투명한, 복수 개의 지지 핀들;
을 포함한다.
상기 지지 핀들은 상기 확산 층에 면하도록 구성된 인접 단부(abutting end)들을 포함할 수 있다. 상기 지지 핀들은 상기 도광판 및 상기 확산 층 사이의 공간으로부터 상기 인접 단부들 다음에 상기 확산 층 상에 입사하는 백라이트 조명의 강도에 상응하는 강도를 지니는 주변의 백라이트 조명을 수광하고 이를 상기 확산 층으로 안내하도록 구성될 수 있다.
상기 인접 단부들은 원통 형상일 수 있다. 변형적으로는, 상기 지지 핀들이 적어도 상기 도광판 및 상기 확산 층 사이의 중간에서부터 상기 확산 층에 이르기까지 연속적인 원통 형상 또는 원뿔 형상일 수 있다.
상기 도광판은 상기 지지 핀들이 상기 도광판을 통과하여 상기 도광판 배면에 있는 부가적인 구조에 지지되는 것을 허용하는 애퍼처들을 형성하도록 구성될 수 있다.
상기 지지 핀들은 인-커플링 격자들을 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 대표적인 실시 태양에 의하면, 터치 검출 장치가 제공되어 있으며, 상기 터치 검출 장치는,
제1 대표적인 실시 태양의 도광판 또는 제2 대표적인 실시 태양의 백라이트 확산 장치; 및
상기 복수 개의 백라이트 조명원들;
을 포함한다.
상기 백라이트 조명원들은 백색 발광 다이오드들일 수 있다.
상기 백라이트 조명원들은 상기 도광판에 부착되어 있을 수 있다. 변형적으로는, 상기 터치 검출 장치가 상기 백라이트 조명원들 및 상기 도광판을 함께 고정하도록 구성된 지지 구조를 포함할 수 있다.
상기 터치 검출 장치는 적외선 카메라들을 부가적으로 포함할 수 있다. 상기 적외선 카메라들은 상기 도광판에 직접 부착될 수 있다. 변형적으로는, 상기 적외선 카메라들이 상기 도광판에 간접적으로 부착될 수 있다. 상기 적외선 카메라들은 상기 지지 구조를 통해 상기 도광판에 간접적으로 부착될 수 있다.
본 발명의 제4 대표적인 실시 태양에 의하면, 터치 스크린 장치가 제공되어 있으며, 상기 터치 스크린 장치는,
상기 제3 대표적인 실시 태양의 터치 검출 장치; 및
디스플레이 스크린;
을 포함한다.
상기 터치 스크린 장치는 케이스를 부가적으로 포함할 수 있으며, 상기 케이스에는 상기 디스플레이 스크린, 확산 층 및 도광판이 개재(intervening) 부분들을 통해 직접 또는 간접적으로 지지된다.
상기 터치 스크린 장치는 하나 이상의 적외선 카메라들을 부가적으로 포함하며, 상기 하나 이상의 적외선 카메라들은 광학식 터치 검출을 위해 상기 디스플레이 스크린의 적어도 부분들의 적외선 이미지들을 캡처하도록 구성된다.
상기 터치 스크린 장치는 적외선 카메라들에 의해 캡처된 적외선 이미지들을 수신하고 그에 응답하여 상기 디스플레이 스크린을 터치하는 물체들의 광학식 터치 검출을 수행하도록 구성된 처리 유닛을 부가적으로 포함할 수 있다.
상기 터치 스크린 장치는 상기 광학식 터치 검출에 일조하기 위해 적외선 광을 가지고 상기 디스플레이 스크린을 조명하도록 구성된 하나 이상의 적외 광원들을 부가적으로 포함할 수 있다.
상기 터치 스크린 장치는 텔레비전 세트; 컴퓨터 디스플레이; 및 정보 스크린;으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 제5 실시 태양에 의하면, 액정 디스플레이(liquid crystal display; LCD) 스크린의 배면 조명형 도광판이 제공되어 있으며, 상기 LCD 스크린의 배면 조명형 도광판은,
입력 면으로부터 백라이트를 수광하고 상기 도광판 내에 수광된 백라이트를 측면으로 확산하는 인-커플링 격자들;
측면으로 확산된 백라이트를 수광하고 상기 입력 면에 대향하는 출력 면을 통해 그리고 상기 LCD 스크린을 향해 상기 수광된 측면으로 확산된 백라이트 중 적어도 일부를 출광하도록 구성된 아웃-커플링 격자들;
을 포함한다.
상기 입력 및 출력 격자들은 측면 오프셋을 지닐 수 있다. 상기 입력 및 출력 격자들은 상기 LCD 스크린의 방향으로부터 또는 상기 LCD 스크린의 평면 법선 벡터 방향으로 볼 때 이격되어 있을 수 있다.
상기 격자들 중 어느 하나는 상기 입력 면 및 상기 출력 면 중 어느 하나 또는 양자 모두 상에 제공될 수 있다.
본 발명의 서로 다른 구속력이 없는 대표적인 실시 태양들 및 실시 예들이 위에서 예시되었다. 위의 실시 예들은 단지 본 발명의 구현 예들에서 이용될 수 있는 선택된 실시 태양들 또는 단계들을 설명하기 위해서만 사용된 것이다. 몇몇 실시 예들은 단지 본 발명의 몇몇 대표적인 실시 태양들을 참조해서만 제시될 수 있다. 여기서 알아야 할 점은 상응하는 실시 예들이 또한 다른 대표적인 실시 태양들에 적용될 수 있다는 점이다.
본 발명의 몇몇 대표적인 실시 예가 첨부도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시 예에 따른 터치 스크린 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 확산 층 없이 본 바와 같은 도 1의 터치 스크린 장치의 평면도이다.
도 3은 서로 다른 인-커플링 격자 구조들을 지니는 도광판 몸체의 일부를 보여주는 도면이다.
도 4는 네거티브(negative) 또는 발산형 프레넬 렌즈를 지니는 도광판 몸체의 일부를 보여주는 도면이다.
도 5는 인-커플링 구조의 또 다른 한 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 6은 도광판 몸체의 출력 면상에 형성된 인-커플링 격자를 보여주는 도면이다.
도 7은 신호 처리 관점에서 터치 스크린 장치의 일부를 예시하는 블록도이다.
이하의 설명에서는, 동일 참조부호들이 동일 요소들을 나타낸다.
도 1에는 본 발명의 한 실시 예에 따른 터치 스크린 장치(100)가 개략적으로 도시되어 있다. 이하 본 발명의 몇몇 대표적인 실시 태양들 및 실시 예들에서 설명하기 위한 주요 부분들이 이하에 나타나 있다.
- 측면 및 배면 벽들을 지니는 케이싱(casing; 110) 및 터치 층(115);
- 복수 개의 백라이트 조명원들(120);
- 상기 백라이트 조명원들(120)을 향한 입력 면(132) 및 반대 측의 출력 면(134)을 지니는 도광판 몸체(130)로서, 복수 개의 인-커플링 구조들(140) 및 아웃-커플링 구조들(150)을 지니는 도광판 몸체(130);
- 확산 층(160);
- 복수 개의 확산 층 지지 핀들(162);
- 디스플레이 스크린(170);
- 복수 개의 적외선 광원들(180); 및
- 복수 개의 적외선 카메라들(190)
여기서 강조되는 점은 비록 도 1에 상기 입력 면(132) 상에만 입력 구조들을 지니고 상기 출력 구조(134) 상에만 아웃-커플링 구조들(150)을 지니는 실시 예가 예시되어 있지만 상기 인-커플링 구조들(140) 및 상기 아웃-커플링 구조들(150)이 상기 입력 면(132) 및 상기 출력 면(134) 중 어느 하나나 양자 모두 상에 제공될 수 있다는 점이다.
명료성을 위해, 참조부호들 및 라인들로 첨부도면을 난잡하게 하지 않도록 참조부호들이 각각의 상이한 참조부호를 가진 일부분 만에 대해 참조 라인들로 나타나 있다. 상기 부분들의 패턴 필(pattern fill)들 및 형상들은 상응하는 부분들을 식별하는데 도움이 되도록 선택된다. 여기서 이해하여야 할 점은 도 1이 단면도로 도시된 것이 아니라는 점이다. 도 1이 단면도로 도시된 경우에 추론될 수 있는 바와 같이 적외 광원들(180), 적외선 카메라들(190) 및 지지 핀들(162)과 같은 서로 다른 부분들이 공통 평면을 따르지 않아도 되지만 이러한 부분들은 대각선의 코너 투 코너(corner-to-corner) 단면을 따를 수 있다.
상기 케이싱(110)은 예를 들면 플라스틱, 금속, 유리, 목재, 탄소 섬유 및/또는 유리 섬유 재료들로 이루어져 있다. 상기 터치 층(115)은 투명 또는 반투명 유리; 아크릴, 예컨대 아크릴 수지와 같은 플라스틱; 폴리카보네이트; 에폭시 또는 이들의 임의 조합과 같은 투명 재료로 이루어져 있다.
상기 백라이트 조명원들(120)은 예를 들면 발광 다이오드(light emitting diode; LED)들; 유기 LED(OLED)들; 및/또는 백열 램프들을 포함한다.
상기 도광판 몸체(130)는 예를 들면 투명 또는 반투명 유리; 아크릴, 예컨대 아크릴 수지와 같은 플라스틱; 폴리카보네이트; 에폭시; 또는 이들의 임의 조합을 포함한다.
도 1에서 상기 도광판 몸체(130)는 판상으로 이루어져 있다. 상기 도광판 몸체(130)의 평균 두께는 예를 들면 단지 0.5 ㎜ 내지 2 ㎜ 이다.
도 1에서 상기 인-커플링 구조들(140) 및 상기 아웃-커플링 구조들(150)은 상기 도광판 몸체(130)와 일체로 이루어져 있다. 예를 들면, 상기 인-커플링 구조들(140) 및/또는 상기 아웃-커플링 구조들은 상기 도광판 몸체(130)과 결합하도록 접착 또는 용융될 수 있다. 다른 한 예에서는, 상기 도광판 몸체(130)는 상기 인-커플링 구조들(140) 및/또는 상기 아웃-커플링 구조들(150)(및 아마도 내부의 다른 여러 변형 구조들)이 상기 도광판 몸체(130) 내에 형성되도록 예컨대 모울딩(molding)에 의해 형성된다. 상기 인-커플링 구조들(140)(및/또는 아웃-커플링 구조들(150))이 상기 도광판 몸체(130)의 표면에 부착되는 실시 예들에서는, 상기 인-커플링 구조들이 상기 도광판 몸체(130)와는 다른 재료로 이루어져 있을 수 있다. 그러나, 상기 인-커플링 구조들(140) 및 상기 아웃-커플링 구조들(150)은 상기 도광판 몸체(130)의 가능한 재료들로서 위에서 전부 리스트되어 있지 않은 것들과 같은 광학적으로 투명하거나 투과성이 있는 재료로 이루어져 있는 것이 전형적이다.
도 1에서는 상기 인-커플링 구조들(140)이 개별 백라이트 조명원들(120)과 일직선으로 정렬되어 있다. 도 1에서는 상기 인-커플링 구조들(140)이 개별 조명원(120)으로부터의 백라이트 조명을 수광하고 상기 도광판 몸체(130) 내에서 측면으로 이동시키기 위해 상기 백라이트 조명 중 대부분의 백라이트 조명을 되돌려 보내도록 측면으로 상기 백라이트 조명원들(120)과 동심(同心)을 이루는 영역들을 형성한다. 상기 인-커플링 구조들(140)은 조명을 받는 입력 면(132), 예컨대 70% 내지 1000%, 또는 전형적으로는 80% 내지 200% 조명을 받는 입력 면(132)에 비교되는 상기 도광판 몸체상의 측면 영역을 커버(cover) 하도록 이루어져 있을 수 있다. 다시 말하면, 상기 인-커플링 구조는 상기 조명을 받는 영역(상기 백라이트 조명 중 90% 이상 수광되는 영역)을 단지 조금 넘게 연장될 수 있다. 상기 조명을 받는 입력 면(132)의 일부가 상기 인-커플링 구조(140)에 의해 커버 되지 않게 함으로써, 더 많은 백라이트가 상기 디스플레이 스크린(170)을 향해 유출될 수 있다. 이는, 상기 인-커플링 구조들이 너무 효율적이어서 상기 인-커플링 구조를 통해 불충분한 양의 백라이트를 유출하게 하는 경우에 일어날 수 있는 상기 인-커플링 구조들에서의 흑점(dark spot)들의 형성을 회피할 수 있다, 반면에, 상기 인-커플링 구조가 너무 많은 백라이트 조명을 유출하는 경우에, 상기 인-커플링 구조에서의 상기 출력 면(134) 또는 상기 출력 면(134)의 일부는 금속 입자들, 금속 포일, 종이, 컬러가 옅은 플라스틱, 잉크, 그을음(soot) 또는 접착 테이프와 같은 반사 또는 흡수 재료에 의해 커버 될 수 있다. 반사성 커버는 상기 조명원들(120)로부터 상기 디스플레이 스크린(170)으로 이어지는 백라이트의 효율을 증가시키는 이점을 추가하지만, 흡수성 커버는 특히 단지 약간의 음영만이 필요한 경우에 훨씬 더 경제적일 수 있다.
상기 인-커플링 구조들(140)은 굴절부들, 회절부들, 반사부들 또는 이들의 임의 조합을 포함하는 것이 전형적이다. 또한 상기 아웃-커플링 구조들(150)은 굴절부들, 회절부들, 반사부들 또는 이들의 임의 조합을 포함하는 것이 전형적이다.
상기 확산 층(160)은 예를 들어 통상의 LCD 텔레비전들에서 찾아 볼 수 있는 확산 스크린일 수 있다.
상기 디스플레이 스크린(170)은 하나 이상의 LCD 스크린들을 포함할 수 있다. 한 대표적인 실시 예에서는, 상기 디스플레이 스크린이 나란히 배치된 다수의 LCD 스크린을 포함한다. 일 예에서는, 상기 LCD 스크린들의 에지들이 인접한 LCD 스크린들 간의 갭들을 줄이도록 약간 겹쳐져 있다.
상기 적외 광원들(180)은 예를 들면 적외선 LED들, 적외선 할로겐 램프들, 또는 적외선 백열 램프들이다. 한 실시 예에서는, 상기 적외 광원들 및 상기 백라이트 조명원들이 상기 적외선 카메라들(190)에 대한 접촉 물체들의 조명에 충분한 양의 적외선 광 및 백색광 양자 모두를 생성하는 일반 광원들로 형성된다.
상기 적외선 카메라들(190)은 카메라들의 개수, 원하는 터치 검출 정확도 및 검출될 접촉 물체들의 크기에 의존하여, 수십 개의 픽셀들 내지 수백만 개의 픽셀들의 해상도를 지니는 소형화된 적외선 카메라들일 수 있다. 상기 카메라들은 예를 들면 사각형 또는 육각형 격자 상에 50 ㎜ 내지 150 ㎜ 거리를 가지고 배치될 수 있다. 카메라 해상도는 예를 들면 40 x 40 픽셀들 내지 200 x 200 픽셀들일 수 있다. 카메라 프레임 레이트는 예를 들면 초당 60 내지 300 프레임일 수 있다. 상기 카메라들은 예를 들면 타입 Aptina MT9V034C12STM일 수 있다. 상기 적외선 카메라들은 예컨대 적외선 통과 필터를 지니는 흑백 또는 컬러 CMOS 또는 CCD 카메라들을 사용하여 구성될 수 있다. 상기 적외선 통과 필터는 개별 시트로서 구현될 수도 있고, 상기 적외선 통과 필터는 예컨대 코팅 또는 제조 재료의 형태로 카메라 렌즈에 일체화될 수 있다.
도 2에는 (도광판 몸체(130) 상의 세부들이 보이도록) 확산 층(170) 없이 본 바와 같은 터치 스크린 장치(100)에 대한 평면도가 도시되어 있다. 도 2에서는, 아웃-커플링 구조들(150)이 하나의 간단한 실시 예에 따라 사각형으로 나타나 있다. 사각형의 아웃-커플링 구조들(150)이 형성하는데 매우 간단하지만, 주위의 환형 영역들이 몇몇 실시 예들에서는 예컨대 상기 인-커플링 구조들(140) 주위에 동축(同軸)으로 사용된다.
도광판 영역 주위에는, 백라이트(120) 및 상기 도광판 몸체가 (도 1에 도시된) 디스플레이 스크린을 향해 백라이트 조명을 비교적 균일하게 확산하게 하도록 구성된 (여기서 동축으로 배치된) 인-커플링 구조들(140) 및 아웃-커플링 구조들이 존재한다. 상기 적외선 카메라들(190)은 상기 적외선 카메라들(190)의 시계(視界)들이 전체 디스플레이 스크린을 총체적으로 커버 하도록 위치해 있다. 도 2의 실시 예에서는, 상기 적외 광원들(180)이 비교적 균일한 간격들로 상기 아웃-커플링 구조들에 배치되고 그럼으로써 상기 적외 광원들(180)의 적외선 광이 상기 디스플레이 스크린에 균일하게 확산 된다.
도 2에서는, 단지 2개의 지지 핀들(162)이 존재한다. 상기 지지 핀들(162)이 지지하는 확산 층의 기계적 성질들을 고려해 볼 때 상기 지지 핀들(162) 간의 경간(徑間; span)들이 과도하지 않은 동안 상기 지지 핀들(162)이 상기 백라이트 조명 또는 상기 적외선 카메라들(190)을 방해하지 않도록 위치해 있다.
상기 지지 핀들(162)은 상기 도광판 몸체를 적소에 고정하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 지지 핀들(162)은 상기 케이싱(110)의 배면 벽에 부착될 수 있다. 상기 도광판 몸체(130)에는 상기 지지 핀들이 통과하여 아마도 꼭 끼워 맞는 애퍼처(aperture)들이 구비되어 있을 수도 있으며, 상기 지지 핀들(162)을 따른 상기 도광판 몸체(130)의 움직임을 억제하는 상기 도광판 몸체 또는 상기 지지 핀들 상의 러그(lug)들 또는 다른 고정구 부재들이 구비되어 있을 수도 있다.
도 3 - 도 6에는 인-커플링 구조들의 다양한 예가 제시되어 있다.
도 3에는 서로 다른 인-커플링 격자 구조들을 지니는 도광판 몸체(130)의 일부가 도시되어 있다. 도 3에서는, 5가지 서로 다른 타입의 인-커플링 격자들이 상기 도광판 몸체(130)의 입력 면(132)에 서로 인접하게 도시되어 있다. 몇몇 실시 예들에서는, 인-커플링 구조가 2개 이상의 서로 다른 인-커플링 격자들을 포함하며 다른 몇몇 실시 예들에서는 인-커플링 구조가 단일 타입의 인-커플링 격자로 형성된다.
상기 인-커플링 격자는 회절 격자일 수 있으며, 도 3에서는 제1 부분(310), 제2 부분(320), 및 제5 부분(350)을 고려할 수 있는데, 여기서 상기 격자는 현미경적인 규모(microscopic scale)를 지닌다. 더 나아가, 상기 인-커플링 격자는 제3 부분(330) 또는 제4 부분(340)과 같은 육안으로 볼 수 있는 규모를 지니는 비-회절 격자일 수 있는데, 여기서 상기 격자의 면들로부터 광이 굴절 및/또는 반사한다. 또한 다른 형태들의 현미경적이거나 육안으로 볼 수 있는 격자들이 사용될 수 있다. 실제로, 도 4에는 네거티브(negative) 또는 발산형 프레넬 렌즈(410)를 지니는 도광판 몸체(130)의 일부가 도시되어 있다. (도 2의 방향으로) 상기 도광판을 위에서 볼 때, 상기 프레넬 렌즈(410)가 상기 도광판 몸체(130) 내의 광을 원하는 방향으로 확산하도록 환형, 선형, 타원형, 다각형 또는 어떤 임의의 형상일 수 있다. 더욱이, 도 5에는 인-커플링 구조(140)의 또 다른 한 실시 예가 도시되어 있는데, 이 경우에 포지티브(positive) 또는 수렴형 프레넬 렌즈(510)가 먼저 상기 도광판 몸체의 출력 면(134)을 향해 백라이트 조명을 모두 수집한다. 상기 출력 면(134) 상에서는, 확산 반사기(520)가 예컨대 측면 옆으로 반사를 일으키는 적합한 형태를 형성함으로써 제공된다. 도 5에서는, 비대칭 확산 반사기가 선상(linear) 벽(522)과 원뿔 형상을 이룰 수도 있고 곡선상(curved) 벽(524)과 원뿔 형상을 이룰 수 있음을 예시하기 위해 비대칭 확산 반사기가 도시되어 있다. 물론, 상기 비대칭 확산 반사기는 또한 대칭일 수도 있다. 더욱이, 반사 코팅(526)이 도 5에서 단지 상기 선상 벽(522)의 측면 상에만 도시된 바와 같이 상기 출력 면(134) 상에 비대칭으로 제공될 수 있다. 또한 이와 관련하여, 상기 확산 반사기가 대칭일 수도 있고 비대칭일 수도 있다. 상기 반사 코팅(526)은 또한 원하는 백라이트 부분을 상기 확산 반사기(520)에 통과시키도록 예컨대 내부에 존재하는 몇몇 홀들 또는 핀홀들(도시되지 않음)과 연속적일 수도 있고 불연속적일 수도 있다. 상기 반사 코팅(526)은 예컨대 상기 출력 면(134) 상에나 상기 출력 면(134) 내에 반사 재료를 도포(塗布; painting)하거나 이와는 달리 접착함으로써 이행될 수 있다. 상기 반사 재료는 불투명 층을 형성하도록 이루어질 수 있다. 변형적으로는, 상기 반사 재료는 상기 확산 반사기에서의 흑점 형성을 경감하기 위해 수광된 백라이트 조명 중 일부 또는 소수를 통과시키도록 구성된 반투명 층을 형성하도록 이루어질 수 있다.
상기 확산 반사기(520)가 한 실시 예에서는 박막 스택 반사기이다.
상기 반사 재료는, 은; 이산화 티탄; 알루미늄; 및 종이; 중의 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
도 3 및 도 4의 인-커플링 구조들은 확산 반사기들로서도 또한 언급될 수 있다.
도 6에는 상기 도광판 몸체(130)의 출력 면(134) 상에 형성된 인-커플링 격자(610)가 도시되어 있다. 상기 출력 면 인-커플링 격자(610)는 상기 출력 면 인-커플링 격자(610)가 상기 도광판 몸체 내에서 측면으로 광을 반사하도록 형성된다. 상기 출력 면 인-커플링 격자(610)는 상기 백라이트 조명원들(120)에서의 상기 도광판 몸체(130)에의 광의 통과를 줄이도록 상기 확산 반사기(520)와 마찬가지로 반사 재료에 의해 커버 될 수 있다.
상기 아웃-커플링 구조(150)는 상기 인-커플링 구조와 마찬가지로 이루어질 수 있다. 상기 아웃-커플링 구조(150) 또는 몇몇 아웃-커플링 구조들(150)은 상기 도광판 몸체(130)의 입력 면(132) 및 출력 면(134) 중 어느 하나 또는 양자 모두 상에 위치해 있을 수 있다. 예를 들면, 도 3, 도 4 또는 도 6 중 어느 하나가 단지 상하가 반전된 다음에 상기 구조가 아웃-커플링 구조로서 사용될 수 있다.
도 7에는 신호 처리 관점에서 터치 스크린 장치(100)의 일부가 블록도로 예시되어 있다. 상기 터치 스크린 장치(100)는 메모리(720)를 포함하며, 상기 메모리(720)는 지속성 메모리(740)를 포함하고, 상기 지속성 메모리(740)는 컴퓨터 프로그램 코드(750) 및 전원 오프 기간에 걸쳐 저장되어야 하는 교정 매개변수들과 같은 다른 어떤 정보(760)를 저장하도록 구성되어 있다. 상기 터치 스크린 장치(100)는 상기 컴퓨터 프로그램 코드(750)를 사용하여 상기 터치 스크린 장치(100)의 동작을 제어하는 프로세서(710), 상기 프로세서(710)에 의해 상기 컴퓨터 프로그램 코드(750)를 실행하기 위한 작업 메모리(730), 외부 장치들과 통신하기 위한 통신 유닛(770) 및 터치 스크린 장치(780)를 부가적으로 포함한다. 상기 프로세서(710)는 마스터 제어 유닛(master control unit; MCU), 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서(digital signal processor; DSP), 주문형 집적회로(application specific integrated circuit; ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이, 마이크로컨트롤러 또는 이러한 요소들의 조합이다. 배터리(790)는 메인 전류가 없거나 메인 전류의 중단 시의 동작을 위해 제공될 수 있다.
지금까지 여러 실시 예가 제시되었다. 여기서 알아야 할 점은 본원 명세서에서, '포함하다', '지니다' 그리고 '내포하다'라는 단어들이 어떠한 배제도 의도된 것이 아닌 개방형 표현으로서 각각 사용된다는 점이다.
위에서 언급한 내용에서는 본 발명의 특정 구현 예들 및 실시 예들에 대한 비제한적인 예들을 통해 본 발명을 수행하기 위해 본 발명자들에 의해 현재 고려된 최선의 형태에 대한 완전하고 유익한 설명이 제공되었다. 하지만, 당업자에게는 자명하겠지만, 본 발명은 위의 내용에서 제시된 실시 예들의 세부들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명은 본 발명의 특징들로부터 벗어나지 않고 균등 수단을 이용하는 다른 실시 예들 또는 다른 실시 예 조합에서 구현될 수 있다. 예를 들면, 상기 지지 핀들(162) 대신에, 상기 확산 층이 가압 가스로 충전된 투명 플라스틱 백에 의해 상기 도광판 몸체(130)에 대해 지지 될 수 있다. 그 외에도 또는 변형적으로, 투명하거나 백색의 플라스틱 또는 금속 스트링들의 네트(net)가 상기 확산 층을 지지하는데 제공될 수 있다. 여전히 다른 한 대표적인 실시 예에서는, 상기 확산 층이 상기 디스플레이 스크린 및/또는 어떠한 부가적인 지지체도 필요하지 않은 강체에 의해 지지 되도록 구성된다.
더군다나, 위에 개시된 본 발명의 실시 예들의 특징들 중 일부는 상응하는 다른 특징들의 사용 없이 유리하게 사용될 수 있다. 이 때문에, 위의 내용은 단지 본 발명의 원리들을 예시한 것뿐인 것으로 간주하여야 하고 본 발명의 원리들을 한정하는 것으로 간주하여서는 아니 된다. 그러므로, 본 발명의 범위는 단지 첨부된 특허청구범위에 의해서만 한정된다.

Claims (36)

  1. 도광판(light guide)으로서,
    상기 도광판은,
    백라이트 조명을 수광하는 입력 면 및 수광된 백라이트 조명을 출광하는 출력 면인 2개의 대향 면(opposite surface)들을 포함하는 판상(planar)의 도광판 몸체;
    를 포함하며,
    상기 판상 도광판 몸체는,
    복수 개의 백라이트 조명원들 각각에 대하여,
    상기 백라이트 조명원들 중 하나와 일직선으로 정렬되어 있는 인-커플링 구조로서, 상기 입력 면을 통해 백라이트 조명을 수광하고 상기 판상의 도광판 몸체 내에서 상기 수광된 백라이트 대부분을 측면으로 확산하도록 구성되는, 인-커플링 구조;
    상기 수광된 백라이트 조명의 출광에 대해 상기 출력 면을 통해 상기 측면으로 확산된 백라이트 대부분을 안내하도록 구성되는, 아웃-커플링 구조;
    를 포함하고,
    상기 인-커플링 구조는 상기 입력 면 및 상기 출력 면 중 적어도 하나 상에 적어도 하나의 관입 또는 돌출 형태를 포함하며,
    상기 아웃-커플링 구조는 상기 입력 면 및 상기 출력 면 중 적어도 하나 상에 적어도 하나의 관입 또는 돌출 형태를 포함하는, 도광판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 인-커플링 구조는 인-커플링 격자를 포함하는, 도광판.
  3. 제2항에 있어서, 상기 인-커플링 격자는 현미경적인 규모(microscopic scale)를 지니는, 도광판.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 인-커플링 격자는, 상기 도광판이 상기 복수 개의 백라이트 조명원들로부터의 광을 수광하도록 설치될 경우에, 상기 인-커플링 구조가 일직선으로 정렬되는 상기 백라이트 조명원들 중 하나로부터의 거리에 형상 및 진폭 중 적어도 하나가 의존하는 복수 개의 형태들을 포함하는, 도광판.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인-커플링 격자는 상기 수광된 백라이트 조명을 측면으로 확산하도록 구성된 네거티브(nagative) 또는 발산형 프레넬 렌즈를 형성하도록 구성되는, 도광판.
  6. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인-커플링 구조는 상기 출력 면을 향해 상기 수광된 백라이트 조명을 집속하도록 구성된 상기 입력 면 상의 형태를 포함하는, 도광판.
  7. 제6항에 있어서, 상기 인-커플링 격자는 포지티브(positive) 또는 수렴형 프레넬 렌즈를 형성하도록 구성되는, 도광판.
  8. 제7항에 있어서, 상기 인-커플링 구조는 상기 출력 면 상에 형성된 확산 반사기를 부가적으로 포함하는, 도광판.
  9. 제8항에 있어서, 상기 확산 반사기는 육안으로 볼 수 있는 형태를 포함하는, 도광판.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 확산 반사기는 수렴형 프레넬 렌즈를 포함하는, 도광판.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도광판은,
    상기 인-커플링 구조와 일직선으로 정렬되어 있는 상기 출력 면 상의 반사 재료;
    를 부가적으로 포함하는, 도광판.
  12. 제11항에 있어서, 상기 반사 재료는 불투명 층을 형성하도록 구성되는, 도광판.
  13. 제11항에 있어서, 상기 반사 재료는 상기 확산 반사기에서의 흑점(dark spot)의 형성을 경감하기 위해 상기 수광된 백라이트 조명 중 일부를 통과시키도록 구성된 반투명 층을 형성하도록 구성되는, 도광판.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아웃-커플링 구조는 아웃-커플링 격자를 포함하는, 도광판.
  15. 제14항에 있어서, 상기 아웃-커플링 격자는, 상기 도광판이 상기 복수 개의 백라이트 조명원들로부터의 광을 수광하도록 설치될 경우에, 상기 인-커플링 구조가 일직선으로 정렬되는 상기 백라이트 조명원들 중 하나로부터의 거리에 형상 및 진폭 중 적어도 하나가 의존하는 복수 개의 형태들을 포함하는, 도광판.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 아웃-커플링 격자는 상기 수광된 백라이트 조명을 측면으로 확산하도록 구성된 발산형 프레넬 렌즈를 형성하도록 구성되는, 도광판.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아웃-커플링 구조는 상기 출력 면 상에 형성되는 확산 반사기를 부가적으로 포함하는, 도광판.
  18. 제17항에 있어서, 상기 확산 반사기는 상기 입력 면 또는 상기 출력 면에서의 원뿔 형상의 요부(recess)로 형성되는, 도광판.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판상의 도광판 몸체는 0.5 ㎜ 내지 10 ㎜의 평균 두께를 지니는, 도광판.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판상 도광판 몸체는 0.5 ㎜ 내지 2 ㎜의 평균 두께를 지니는, 도광판.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판상 도광판 몸체는 상기 복수 개의 백라이트 조명원들이 통상의 성좌(regular constellation)이도록 구성되는, 도광판.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도광판은,
    상기 도광판이 디스플레이 스크린에 대한 백라이트 조명을 제공하도록 설치될 경우에 상기 디스플레이 스크린을 통해 적외선 이미지들을 캡처하기 위한 적외선 카메라의 투명 창(transparent window)들을 제공하도록 부가적으로 구성되는, 도광판.
  23. 백라이트 확산 장치로서,
    상기 백라이트 확산 장치는,
    제1항 내지 제22항 중 어느 한 항의 도광판;
    확산 층; 및
    디스플레이 스크린 내에 설치될 경우에 배면에서 상기 확산 층을 지지하도록 구성된 복수 개의 지지 핀들로서, 복수 개의 지지 핀들이 상기 디스플레이 스크린상의 흑점(dark spot)들의 형성을 경감하도록 투명한, 복수 개의 지지 핀들;
    을 포함하는, 백라이트 확산 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 지지 핀들은 상기 확산 층에 면하도록 구성된 인접 단부(abutting end)들을 포함하는, 백라이트 확산 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 지지 핀들은 상기 도광판 및 상기 확산 층 사이의 공간으로부터 상기 인접 단부들 다음에 상기 확산 층 상에 입사하는 백라이트 조명의 강도에 상응하는 강도를 지니는 주변의 백라이트 조명을 수광하고 이를 상기 확산 층으로 안내하도록 구성되는, 백라이트 확산 장치.
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서, 상기 지지 핀들은 인-커플링 격자들을 포함하는, 백라이트 확산 장치.
  27. 터치 검출 장치로서,
    상기 터치 검출 장치는,
    제1항 내지 제22항 중 어느 한 항의 도광판 또는 제23항 내지 제26항 중 어느 한 항의 백라이트 확산 장치; 및
    상기 복수 개의 백라이트 조명원들;
    을 포함하는, 터치 검출 장치.
  28. 제27항에 있어서, 상기 백라이트 조명원들은 백색 발광 다이오드들인, 터치 검출 장치.
  29. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 백라이트 조명원들은 상기 도광판에 부착되어 있는, 터치 검출 장치.
  30. 제27항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터치 검출 장치는,
    적외선 카메라들;
    을 더 포함하는, 터치 검출 장치.
  31. 제27항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적외선 카메라들은 상기 도광판에 직접 부착되는, 터치 검출 장치.
  32. 터치 스크린 장치로서,
    상기 터치 스크린 장치는,
    제27항 내지 제31항 중 어느 한 항의 터치 검출 장치; 및
    디스플레이 스크린;
    을 포함하는, 터치 스크린 장치.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 터치 스크린 장치는,
    케이스;
    를 부가적으로 포함하며,
    상기 케이스에는 상기 디스플레이 스크린, 확산 층 및 도광판이 개재(intervening) 부분들을 통해 직접 또는 간접적으로 지지되는, 터치 스크린 장치.
  34. 제32항 또는 제33항에 있어서,
    상기 터치 스크린 장치는,
    적외선 카메라들에 의해 캡처된 적외선 이미지들을 수신하고 그에 응답하여 상기 디스플레이 스크린을 터치하는 물체들의 광학식 터치 검출을 수행하도록 구성된 처리 유닛;
    을 부가적으로 포함하는, 터치 스크린 장치.
  35. 제32항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터치 스크린 장치는,
    상기 광학식 터치 검출에 일조하기 위해 적외선 광을 가지고 상기 디스플레이 스크린을 조명하도록 구성된 하나 이상의 적외 광원들;
    을 부가적으로 포함하는, 터치 스크린 장치.
  36. 제32항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터치 스크린 장치는 텔레비전 세트; 컴퓨터 디스플레이; 및 정보 스크린;으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 터치 스크린 장치.
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