KR20160107414A - 터치 장치 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

터치 장치 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
터치 장치는, 제1기판, 상기 제1기판 대향하며, 상기 제1기판과 소정 간격 이격되어 배치되는 제2기판, 상기 제1기판 및 상기 제2기판의 제1단부를 서로 연결하며, 상기 제1기판을 따라서 전파된 초음파 신호를 상기 제2기판으로 전파하는 제3기판, 상기 제1기판에서 상기 제1단부와 대향하는 제2단부에 결합하며, 상기 제1기판으로 초음파 신호를 전파하는 복수의 제1초음파 변환기, 그리고 상기 제2기판에서 상기 제1단부와 대향하는 제2단부에 결합하며, 상기 제2기판을 따라서 전파된 초음파 신호를 수신하는 복수의 제2초음파 변환기를 포함하며, 상기 복수의 제2초음파 변환기에서 수신되는 초음파 신호의 신호 세기(intensity)의 변화를 토대로 터치점을 검출출할 수 있다.

Description

터치 장치 및 이를 포함하는 표시 장치{TOUCH DEVICE AND DISPLAY INCLUDING THE SAME}
본 발명은 터치 장치 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다면 터치가 가능한 터치 장치 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
표시 장치에 결합하거나 통합되는 터치 장치는 표시 장치에서의 상호 작용 시스템(interaction system)을 제공한다. 이러한 표시 장치에서 표시 패널 상에 그래픽이 표시되고 사용자는 화면을 터치하여(예를 들어 능동 스타일러스, 수동 스타일러스, 또는 손가락과 같은 신체의 일부를 사용하여) 표시 장치와 상호 작용함으로써, 직관적인 사용자 인터페이스가 제공될 수 있다.
최근 전면뿐만 아니라 후면이나 측면에 대한 터치 입력도 가능한 표시 장치가 개발되었다. 정전식, 저항식, 감압식 등의 통상적으로 사용되는 터치 패널(200)을 사용하는 경우, 표시 장치에서 다(多)면 터치 지원하기 위해서는 터치 입력을 수신하고자 하는 모든 면에 대해 터치 패널(200)을 구비할 필요 있다. 또한, 각 면에 구비된 터치 패널(200)을 개별적으로 구동하기 위해 복수의 구동부가 필요하다. 다면 터치를 지원하기 위한 터치 패널(200)과 구동부의 증가는 표시 장치의 사이즈를 증가시키고 단가 상승의 원인이 된다. 또한, 투명 표시 장치에 다면 터치 기술을 적용하는 경우, 터치 패널(200)에 의해 투과율이 저하되며, 터치 패널(200)의 전극 패턴이 사용자에게 시인되어 표시 장치의 시인성을 저하시키는 문제가 발생한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다면 터치가 가능한 터치 장치 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 터치 장치는,제1기판, 상기 제1기판 대향하며, 상기 제1기판과 소정 간격 이격되어 배치되는 제2기판, 상기 제1기판 및 상기 제2기판의 제1단부를 서로 연결하며, 상기 제1기판을 따라서 전파된 초음파 신호를 상기 제2기판으로 전파하는 제3기판, 상기 제1기판에서 상기 제1단부와 대향하는 제2단부에 결합하며, 상기 제1기판으로 초음파 신호를 전파하는 복수의 제1초음파 변환기, 그리고 상기 제2기판에서 상기 제1단부와 대향하는 제2단부에 결합하며, 상기 제2기판을 따라서 전파된 초음파 신호를 수신하는 복수의 제2초음파 변환기를 포함하며, 상기 복수의 제2초음파 변환기에서 수신되는 초음파 신호의 신호 세기(intensity)의 변화를 토대로 터치점을 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 상기 터치 장치, 그리고 표시 패널을 포함하며, 상기 표시 패널의 전면과 후면, 그리고 일측면이, 상기 터치 장치의 상기 제1기판, 상기 제2기판 및 상기 제3기판에 의해 커버된다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 장치는, 초음파 신호를 전파하는 전파 매체로서, 지그재그 형상으로, 패널에서 서로 연결되는 적어도 두 개의 면을 커버하도록 배치되는 웨이브가이드, 상기 웨이브가이드의 제1단부와 제2단부에 각각 결합하며, 상기 제1단부 및 상기 제2단부로 초음파 신호를 전파하는 제1 및 제2송신 초음파 변환기, 그리고 상기 제1단부와 상기 제2단부에 각각 결합하며, 상기 웨이브가이드를 따라서 전파된 초음파 신호를 수신하는 제1 및 제2수신 초음파 변환기를 포함하며, 상기 제1수신 초음파 변환기를 통해 수신되는 초음파 신호에서 임계값 이상의 신호세기 변화가 검출된 제1시점과, 상기 제2수신 초음파 변환기를 통해 수신되는 초음파 신호에서 상기 임계값 이상의 신호세기 변화가 검출된 제2시점 간의 시간차를 토대로 터치점을 검출할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 표시 장치는 하나의 터치 패널이 표시 패널의 전면과 후면 그리고 적어도 하나의 측면을 커버하고, 하나의 구동부를 이용하여 터치 패널을 구동시킴으로써, 다면 터치 지원에 따른 단가 상승을 최소화하는 효과가 있다.
또한, 표시 패널 상에 터치 패널의 투명 전극이나 금속 전극을 구비할 필요가 없으므로, 터치 전극으로 인한 투과율 저하나 터치 전극의 규칙성으로 인한 모아레(moire) 현상 등을 방지할 수 있다.
또한, 표시 장치의 측면이나 후면에 대한 터치 입력이 가능하여, 화면 상에 표시 중인 정보를 가리지 않고 터치 제스처를 행하는 것이 가능하다.
또한, 다면 터치를 활용하여 다양하고 직관적인 사용자 인터페이스를 제공하는 것이 가능하다.
도 1a는 초음파(ultrasonic) 신호의 전반사 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 1b는 본 발명의 실시예에서 초음파 신호를 이용하여 터치를 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 블록도이다.
도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 패널(200)의 개략적인 사시도이다.
도 3b는 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 패널(200)의 개략적인 단면도이다.
도 3c는 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 패널(200)에서 웨이브가이드를 따라서 초음파가 전파되는 경로를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 패널(200)의 변형 예를 도시한 것이다.
도 5a는 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 패널(200)의 다른 변형 예를 도시한 것이다.
도 5b 내지 도 5d는 도 5a의 터치 패널(200)에 포함된 가이드바를 설명하기 위한 도면들이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 장치에서 터치 좌표를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 패널(200)의 또 다른 변형 예를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 장치에서의 터치 검출 방법을 도시한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 블록도이다.
도 10a는 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 패널의 개략적인 사시도이다.
도 10b는 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 패널의 웨이브가이드를 펼쳐진 상태로 도시한 사시도이다.
도 10c는 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 패널을 펼쳐진 상태로 도시한 개략적인 평면도이다.
도 11a 내지 도 11b는 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 장치에서 터치 좌표를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 12는 본 발명의 제2실시 예에 따른 터치 장치의 터치 검출 방법을 도시한 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 표시 장치에서 측면 터치 입력을 이용하여 화면을 스크롤하는 일 예를 도시한 것이다.
도 14 내지 도 15b는 본 발명의 실시예들에 따른 표시 장치에서 양면 터치 입력에 위한 사용자 인터페이스를 제공하는 예들을 도시한 것이다.
도 16a 내지 도 18은 본 발명의 실시예들에 따른 표시 장치에서 후면 터치 입력에 위한 사용자 인터페이스를 제공하는 예들을 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1a는 초음파(ultrasonic) 신호의 전반사 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 1a를 참고하면, 초음파 소스(source, S)로부터 출력되는 초음파 신호(101, 102, 103, 104, 105)는, 서로 다른 음향 임피던스(Acoustic Impedance)를 가지는 매질들(매질1, 매질2)의 경계면(100)에 입사하는 입사각(θ1)에 따라서 굴절되거나 반사된다.
경계면(100)에 임계각(critical incidence angle)보다 작은 입사각으로 입사하는 초음파 신호(102)는, 경계면(100)에서 적어도 일부가 굴절되어 매질2로 진행한다.
경계면(100)에 임계각으로 입사하는 초음파 신호(103)는, 경계면(100)에서 적어도 일부가 90˚의 굴절각으로 굴절되어 경계면(100)에 평행하게 진행한다.
경계면(100)에 임계각 이상의 입사각으로 입사하는 초음파 신호(103, 104, 105)는, 경계면(100)에서 적어도 일부가 입사각과 동일한 반사각으로 반사되어 매질1로 진행하다.
경계면(100)에 임계각보다 큰 입사각으로 입사하는 초음파 신호(104, 105)는, 경계면(100)에서 전반사(total reflection)되어 매질1로 진행한다. 즉, 경계면(100)에 임계각보다 큰 입사각으로 입사하는 초음파 신호(104, 105)는, 이상적인 경우 모든 초음파 에너지가 경계면(100)에서 반사된다.
매질1 및 매질2가 각각 유리와 공기이면, 초음파 신호는 경계면(100)에서의 입사각이 10˚인 경우 50˚의 각도로 굴절된다. 또한, 경계면(100)에서의 입사각이 15˚인 경우 90˚로 굴절되어 두 매질의 경계면(100)에 평행하게 진행한다.
매질1 및 매질2가 각각 유리와 공기인 경우, 초음파 신호의 임계 입사각은 15˚이며, 입사각이 15˚를 넘어서는 경우 초음파 신호는 굴절 없이 전반사된다.
본 발명의 실시예는 초음파 신호의 전달 특성을 이용하여 터치 신호를 감지한다.
도 1b는 본 발명의 실시예에서 초음파 신호를 이용하여 터치를 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1b를 참고하면, 초음파 소스(S)로부터 출력된 초음파 신호(111)는 서로 다른 음향 임피던스를 가지는 매질들(매질1, 매질2)의 경계면(100)에 임계 입사각보다 큰 입사각(θ1)으로 입사한다. 이에 따라, 초음파 신호(111)는 경계면(100)에 의해 전반사되어 매질1로 전파(Propagation)된다.
한편, 사용자가 손가락(112)을 이용하여 두 매질의 경계면(100) 즉, 매질1의 표면을 터치하는 경우, 손가락(112)에 의해 초음파 신호(111)의 전반사가 깨져 초음파 에너지가 누설된다. 이에 따라, 초음파 신호(111)는 경계면(100)에서 반사되는 과정에서 터치로 인한 에너지 손실이 발생하여
초음파 신호의 에너지는 초음파 신호의 신호 세기(Intensity)의 측정으로 획득된다. 따라서, 본 발명의 실시예는, 초음파 신호를 수신하는 수신측에서, 매질1을 통해 전파된 초음파 신호의 신호 세기를 검출하여, 터치가 발생했는지를 검출한다.
이하, 도 2 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 장치 및 이를 포함하는 표시 장치에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 블록도이다. 도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 패널(200)의 개략적인 사시도이고, 도 3b는 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 패널(200)의 개략적인 단면도이다. 도 3c는 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 패널(200)에서 웨이브가이드를 따라서 초음파가 전파되는 경로를 개략적으로 도시한 것이다. 도 4, 도 5a 및 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 패널(200)의 변형 예들을 도시한 것이다. 도 5b 내지 도 5d는 도 5a의 터치 패널(200)에 포함된 가이드바를 설명하기 위한 도면들이다. 도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 장치에서 터치 좌표를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 장치에서의 터치 검출 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 표시 장치(20)는, 터치 장치, 표시 패널(240) 및 애플리케이션 프로세서(250)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 장치는, 웨이브가이드(waveguide, 210), 송신 초음파 변환기(InterDigital Transducer, IDT, 211) 및 수신 초음파 변환기(212)를 포함하는 터치 패널(200)과, 초음파 송신부(221), 초음파 수신부(222) 및 터치 제어기(230)를 포함한다. 도 2에 도시된 구성요소들은 필수적인 것은 아니어서, 터치 장치는 그보다 더 많거나 더 적은 구성요소를 포함할 수도 있다.
웨이브가이드(210)는 전면 웨이브가이드(front waveguide, 201), 후면 웨이브가이드(back waveguide, 202) 및 연결 웨이브가이드(bridge waveguide, 203)를 포함한다. 전면 웨이브가이드(201), 후면 웨이브가이드(202) 및 연결 웨이브가이드(203)는 초음파 신호가 전파되는 전파 매체이다.
한편, 도 2에서는 설명의 편의를 위해, 터치 패널(200)의 웨이브가이드(210)를 펼쳐진 형태로 도시하였으나, 본 발명의 실시예에서 웨이브가이드(210)는 표시 패널(240)의 전면(front)과 후면(back), 그리고 적어도 일측면(side)을 감싸도록 폴딩(folding)된다.
도 3a 및 도 3b를 참고하면, 전면 웨이브가이드(201)와 후면 웨이브가이드(202)는 기판 형상으로, 소정 간격 이격되어 서로 대향하게 배치된다. 전면 웨이브가이드(201)와 후면 웨이브가이드(202) 사이에는 표시 패널(240)이 구비된다. 전면 웨이브가이드(201)는 표시 패널(240)의 전면에 대향하게 배치되어, 표시 패널(240)의 전면을 커버(cover)한다. 후면 웨이브가이드(202)는 표시 패널(240)의 후면에 대향하게 배치되어, 표시 패널(240)의 후면을 커버한다. 전면 및 후면 웨이브가이드(201, 202)는 초음파 신호가 표시 패널(240)의 전면과 후면을 따라 전파되도록 가이드하는 기능을 수행한다.
전면 웨이브가이드(201)에서 표시 패널(240)이 접하는 면과, 후면 웨이브가이드(202)에서 표시 패널(240)과 접하는 면에는 각각 보조층(321, 322)이 더 구비될 수 있다. 보조층(321, 322)은 초음파 신호가 터치 장치의 웨이브가이드(210) 내에서 전파되도록, 전면 웨이브가이드(201) 및 후면 웨이브가이드(202)와는 음향 임피던스가 소정 값 이상 차이 나는 물질로 형성될 수 있다.
연결 웨이브가이드(203)는 전면 웨이브가이드(201)의 일단부과, 후면 웨이브가이드(202)의 일단부를 연결하는 연결 기판으로서, 전면 웨이브가이드(201)를 통해 전파된 초음파 신호를 후면 웨이브가이드(202)로 전파하는 기능을 수행한다.
연결 웨이브가이드(203)는 표시 패널(240)의 일측면을 감싸도록 형성된다. 이에 따라, 전면 웨이브가이드(201)를 통해 전파된 초음파 신호는 연결 웨이브가이드(203)로 전파된다. 또한, 연결 웨이브가이드(203)로 전파된 초음파 신호는 연결 웨이브가이드(203)에 의해 표시 패널(240)의 일측면을 따라 전파되어 후면 웨이브가이드(202)로 전달된다.
도 3c를 참고하면, 연결 웨이브가이드(203)는 송신 초음파 변환기(211)에 의해 발생한 초음파 신호(5)가 전면 웨이브가이드(201)를 통과하여 입사하면, 이를 전반사하여 표시 패널(240)의 두께 방향 즉, 제3방향으로 가이드한다. 또한, 표시 패널(240)의 두께 방향으로 전파된 초음파 신호(5)를 다시 전반사하여 후면 웨이브가이드(202)으로 전파시킨다.
연결 웨이브가이드(203)의 형상은 특별히 제한되는 것은 아니나, 표시 패널(240)의 일측면을 감싸도록 마련된다. 또한, 연결 웨이브가이드(203)는, 전면 웨이브가이드(201)를 통과한 초음파 신호(5)를 전반사하여 제3방향으로 진행시키며, 이를 다시 전반사하여 후면 웨이브가이드(202)에 소정 각도로 입사시키는 조건을 만족시키는 형상으로 마련된다.
일 실시예에서, 연결 웨이브가이드(203)는 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이 그 외면이 전면 웨이브가이드(201)의 외면과 후면 웨이브가이드(202)의 외면을 곡선으로 연결하는 곡면부를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 연결 웨이브가이드(203')는 도 4에 도시된 바와 같이 그 외면이 전면 웨이브가이드(201)와 후면 웨이브가이드(202)를 적어도 하나의 직선으로 연결하는 평탄면부를 적어도 하나 포함할 수 있다.
전면 웨이브가이드(201), 후면 웨이브가이드(202) 및 연결 웨이브가이드(203)는, 터치 패널(200)의 웨이브가이드(210) 내에서 초음파 신호를 전파하기 위해, 동일한 음향 임피던스를 가지는 매질로 형성된다.
전면 웨이브가이드(201), 후면 웨이브가이드(202) 및 연결 웨이브가이드(203)를 형성하는 매질의 종류는 특별히 제한되는 것은 아니나, 외부 공기와 음향 임피던스가 소정 값 이상 차이나는 매질로서, 초음파 신호의 전파 과정에서 손실이 적은 매질이 사용될 수 있다.
표시 패널(240)이 투명 표시 패널인 경우, 전면 웨이브가이드(201), 후면 웨이브가이드(202) 및 연결 웨이브가이드(203)는 투명한 재질로 형성된다. 표시 패널(240)이 불투명 표시 패널인 경우, 전면 웨이브가이드(202)는 투명 재질로 형성되며, 후면 웨이브가이드(202) 및 연결 웨이브가이드(203)는 투명 재질 또는 불투명 재질로 형성된다.
전면 웨이브가이드(201), 후면 웨이브가이드(202) 및 연결 웨이브가이드(203)는 유리, 플라스틱, 폴리머 등으로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 전면 웨이브가이드(201), 후면 웨이브가이드(202) 및 연결 웨이브가이드(203)는 일체형으로 형성될 수 있다. 이 경우, 전면 웨이브가이드(201), 후면 웨이브가이드(202) 및 연결 웨이브가이드(203)는 하나의 기판 형상으로 형성된 후, 벤딩(bending)되어 도 3a의 폴더블(foldable) 형상으로 성형될 수 있다.
다른 실시예에서, 전면 웨이브가이드(201), 후면 웨이브가이드(202) 및 연결 웨이브가이드(203)는 별도로 성형된 후 결합될 수 있다. 이 경우, 전면 및 후면 웨이브가이드(201, 202)를 각각 기판 형상으로 형성한 뒤, 기판 형상의 전면 및 후면 웨이브가이드(201, 202)에 연결 웨이브가이드(203)를 결합하여 도 3a의 폴더블(foldable) 형상으로 성형될 수 있다.
한편, 본 문서에서는 터치 패널(200)에서 초음파 신호를 가이드 하는 전면 및 후면 웨이브가이드(201, 202)가 표시 패널(240)과 별개로 구비되는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 본 발명의 실시예는 이로 한정되지 않는다. 다른 실시예에서, 터치 패널(200)의 웨이브가이드는 표시 패널의 일부 구성요소 예를 들어, 표시 패널의 기판, 커버 윈도우(cover window), 커버 렌즈(cover lens) 등을 이용하여 구현될 수도 있다. 이 경우, 복수의 면에서 표시 패널을 커버하는 터치 패널로 인해 인해 표시 장치의 두께가 증가하는 것을 최소화할 수 있어, 표시 장치의 두께를 감소시킬 수 있다.
다시, 도 2 및 도 3a를 보면, 전면 웨이브가이드(201)에서 연결 웨이브가이드(203)와 대향하는 단부에는 적어도 하나의 송신 초음파 변환기(InterDigital Transducer, IDT)(211)가 배치된다. 송신 초음파 변환기(211)는 전기 신호를 진동 신호로 변환하여 초음파 신호를 발생시키는 액추에이터(actuator)이다. 송신 초음파 변환기(211)는 압전기판과 압전기판에 형성된 전극을 포함한다.
도 3a를 예로 들면, 복수의 송신 초음파 변환기(211)는 전면 웨이브가이드(201)의 단부를 따라 제2방향으로 소정 간격 이격되어 배치된다. 복수의 송신 초음파 변환기(211)는 전면 웨이브가이드(201)의 단부에 대해 초음파 신호를 발생시킨다. 송신 초음파 변환기(211)에 의해 발생한 초음파 신호는 전면 웨이브가이드(201)으로 전파된다.
송신 초음파 변환기(211)에 의해 발생된 초음파 신호는 전면 웨이브가이드(201), 연결 웨이브가이드(203) 및 후면 웨이브가이드(202)를 따라서 전파된다.
후면 웨이브가이드(202)에서 연결 웨이브가이드(203)와 대향하는 단부에는 적어도 하나의 수신 초음파 변환기(212)가 배치된다. 도 3a를 예로 들면, 복수의 수신 초음파 변환기(212)는 후면 웨이브가이드(202)의 단부 따라 제2방향으로 소정간격 이격 되어 배치된다.
수신 초음파 변환기(212)는 초음파 신호에 의한 진동 신호를 전기 신호로 변환하는 액추에이터이다. 수신 초음파 변환기(212)는 압전기판과 압전기판에 형성된 전극을 포함한다.
수신 초음파 변환기(212)는, 송신 초음파 변환기(211)에 의해 발생하고, 전면 웨이브가이드(201), 연결 웨이브가이드(203) 및 후면 웨이브가이드(202)를 따라서 전파된 초음파 신호에 대응하여 진동 신호를 수신한다. 또한, 수신한 진동 신호를 전기 신호로 변환하여 출력한다.
한편, 도 3a에서는 송신 초음파 변환기(211)와 수신 초음파 변환기(212)가가 동일한 개수로 배치되는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 본 발명의 실시예는 이로 한정되지 않는다. 일부 실시예에서, 송신 초음파 변환기(211)는 수신 초음파 변환기(212)보다 적은 수가 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 터치 패널(200)은 적은 개수의(예를 들어, 2개의) 송신 초음파 변환기(211)에서 발생한 초음파 신호를 웨이브가이드(210)의 전체 영역에 걸쳐 전파하기 위해, 가이드 바(guide bar)를 더 포함할 수 있다. 도 5a를 예로 들면, 가이드 바(510)는 전면 웨이브가이드(201)에서 연결 웨이브가이드(203)와 대향하는 단부에 배치된다. 가이드 바(510)의 양측에는 적어도 하나의 송신 초음파 변환기(211)가 각각 배치된다. 가이드 바(510)의 양측에 배치된 송신 초음파 변환기(211)는 초음파 신호를 발생시켜, 이를 가이드 바(510)로 전파시킨다. 도 5b를 참고하면, 가이드 바(510)는 일면에 렌즈 어레이(511)를 포함한다. 송신 초음파 변환기(211)에 의해 가이드 바(510)로 전파된 초음파 신호(5)는, 가이드 바(510)의 외면에 형성된 렌즈 어레이(511)에 의해 제1방향으로 전파 경로가 변경된다. 이에 따라, 송신 초음파 변환기(211)에 의해 발생한 초음파 신호(5)가 전면 웨이브가이드(201)이 전체 영역으로 퍼져서 전파된다. 가이드 바(510)에서 전면 웨이브가이드(201)의 단부과 결합하는 일면에는, 도 5c에 도시된 바와 같이 볼록 렌즈 형상의 볼록부(512)가 형성될 수 있다. 또한, 가이드 바(510)에서 전면 웨이브가이드(201)의 단부과 결합하는 일면에는, 도 5d에 도시된 바와 같이 복수의 볼록 렌즈(520)가 결합될 수 있다. 가이드 바(510)의 볼록부(512) 또는 볼록 렌즈(520)는 초음파 신호를 전면 웨이브가이드(201)의 두께 방향(제3방향)으로 집속하여 초음파 신호의 입사 효율을 증대시키는 역할을 수행한다.
다시, 도 2를 보면, 초음파 송신부(221)는 복수의 송신 초음파 변환기(211)와 연결된다. 초음파 송신부(221)는, 송신 초음파 변환기(211)에 구동신호(구동 전압)를 공급하여 초음파 신호를 발생시킨다.
초음파 수신부(222)는 복수의 수신 초음파 변환기(212)와 연결된다. 초음파 수신부(222)는 복수의 수신 초음파 변환기(212)를 통해 수신되는 전기 신호를 신호처리하여 터치 신호를 발생시킨다. 수신 초음파 변환기(212)에서 출력되는 전기 신호는, 대응하는 수신 초음파 변환기(212)에서 수신되는 초음파 신호의 신호 세기에 따라서 그 이득이 결정된다. 즉, 수신 초음파 변환기(212)로부터 수신되는 초음파 신호의 신호 세기가 클수록, 수신 초음파 변환기(212)로부터 출력되는 전기 신호의 이득이 증가한다. 초음파 수신부(222)는 복수의 수신 초음파 변환기(212)로부터 출력되는 전기 신호로부터, 수신 위치에 따른 초음파 신호의 신호 세기 분포를 나타내는 터치 신호를 생성한다.
초음파 수신부(222)는 터치 제어기(230)와 연결된다. 초음파 수신부(222)는, 터치 신호를 터치 제어기(230)로 출력한다. 터치 신호는, 복수의 수신 초음파 변환기(212)에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 것이다.
터치 제어기(230)는 초음파 수신부(222)로부터 수신되는 터치 신호를 처리하여, 터치점의 터치 좌표와 같은 터치 이벤트를 애플리케이션 프로세서(250)로 출력한다.
터치 제어기(230)는 초음파 수신부(222)로부터 수신되는 터치 신호로부터, 수신 초음파 변환기(212)에서 수신되는 초음파 신호의 신호 세기 변화를 검출한다. 또한, 터치 이벤트의 검출을 이루는데 충분한 값의 신호 세기 변화가 발생한 수신 초음파 변환기(212)의 위치를 검출하고, 이를 토대로 터치점의 터치 좌표를 획득한다.
초음파 신호가 전파되는 웨이브가이드(210) 상에서 어느 지점이 터치되느냐에 따라서 각 수신 초음파 변환기(212)에 의해 검출되는 초음파 신호의 신호 세기가 달라진다.
수신 초음파 변환기(212)의 배열과 평행한 방향(도 2의 제2방향 참고)으로 터치점이 변경되는 경우, 터치로 인해 에너지가 손실된 초음파 신호를 수신하는 수신 초음파 변환기(212)의 위치가 달라진다. 따라서, 터치 제어기(230)는 임계값 이상의 신호 세기 변화가 검출된 수신 초음파 변환기(212)의 위치를 토대로, 터치점의 X좌표(또는 Y좌표)를 검출할 수 있다.
수신 초음파 변환기(212)와의 거리가 변경되는 방향(도 2의 제1방향 참고)으로 터치점이 변경되는 경우, 터치로 인해 에너지가 손실된 초음파 신호를 수신하는 수신 초음파 변환기(212)의 개수와, 수신 초음파 변환기(212)에 의해 검출되는 신호 세기 변화량이 달라진다. 예를 들어, 초음파 신호의 전파 경로 상에서 수신 초음파 변환기(212)에서 가까울수록, 복수의 수신 초음파 변환기(212) 중 터치로 인해 에너지가 손실된 초음파 신호를 수신하는 수신 초음파 변환기(212)의 개수가 감소한다. 또한, 터치로 인해 에너지가 손실된 초음파 신호가 적은 수의 수신 초음파 변환기(212)로 집속되어, 해당 수신 초음파 변환기(212)에서 수신되는 초음파 신호의 신호 세기 변화가 커진다.
따라서, 터치 제어기(230)는 임계값 이상의 신호 세기 변화가 검출된 수신 초음파 변환기(212)들의 개수와, 신호 세기 변화량을 토대로 터치점의 Y좌표를 검출한다.
터치 제어기(230)는 터치 신호로부터 터치 수단(손가락, 스타일러스 등)의 터치 면적을 산출할 수 있다. 터치 수단이 웨이브가이드(210)를 터치하는 면적에 따라, 수신 초음파 변환기(212)에 의해 임계값 이상의 신호 세기 변화가 검출되는 영역이 변경된다. 즉, 터치 수단의 터치 면적이 클수록, 수신 초음파 변환기(212)에 의해 초음파 신호의 신호 세기 변화가 검출되는 영역이 증가한다. 따라서, 터치 제어기(230)는 2초음파 변환기(212)에 의해 초음파 신호의 신호 세기 변화가 검출되는 영역의 크기에 따라서 터치 수단의 터치 면적을 산출할 수 있다.
이하, 도 6a 내지 도 6d를 토대로 터치 제어기(230)에서 터치 좌표를 검출하는 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 도 6a 내지 도 6d는 터치가 발생함에 따라 각 송신 초음파 변환기(212)로 수신되는 초음파 신호의 신호 세기를 그래프로 도시한 것이다. 즉, 도 6a 내지 도 6d는 터치가 발생함에 따라, 수신 위치에 따른 초음파 신호의 신호 세기를 그래프로 도시한 것이다. 한편, 도 6a 내지 도 6d는 설명의 편의를 위해 터치 패널(200)의 폴더블 형상의 웨이브가이드(210)를 펼쳐진 형태로 도시하였다.
도 6a를 참고하면, X좌표가 x11인 지점(TP11)이 터치되는 경우, X좌표 x11인 수신 위치를 기준으로 주변에 배치되는 적어도 하나의 수신 초음파 변환기(212)에서 신호 세기 변화가 검출된다. 마찬가지로, X좌표가 x12인 지점(TP12)이 터치되는 경우, X좌표 x12인 수신위치를 기준으로 주변에 배치되는 적어도 하나의 수신 초음파 변환기(212)에서 신호 세기 변화가 검출된다. 따라서, 터치 제어기(230)는 임계값 이상의 신호 세기 변화가 검출된 수신 초음파 변환기(212)들의 수신위치를 토대로, 터치점(TP11, TP12)의 X좌표를 검출할 수 있다.
일 실시예에서, 터치 제어기(230)는 임계값 이상의 신호 세기 변화가 검출된 수신위치의 중심위치를 터치점의 X좌표로 검출한다. 다른 실시예에서, 터치 제어기(230)는 가장 큰 신호 세기 변화가 발생한 수신 위치(송신 초음파 변환기(212) 위치)로부터 터치점의 X좌표로 검출한다
도 6b를 참고하면, Y좌표가 서로 다른 지점(TP21, TP22, TP23)이 터치되는 경우, 수신측(수신 초음파 변환기(212))에서 임계값 이상의 신호 세기 변화가 검출되는 영역(R1, R2, R3)이 서로 다르게 나타난다. 즉, Y좌표가 서로 다른 지점(TP21, TP22, TP23)이 터치되는 경우, 임계값 이상의 신호 세기 변화가 검출되는 수신 초음파 변환기(212)들의 개수가 서로 다르게 나타난다. 터치점(TP21, TP22, TP23)의 Y좌표가 초음파 신호(5)의 전파 경로 상에서 수신 초음파 변환기(212)로부터 멀수록, 임계값 이상의 신호 세기 변화가 검출되는 수신위치의 범위(또는 수신 초음파 변환기(212)의 개수)가 증가한다.
Y좌표가 서로 다른 지점(TP21, TP22, TP23)이 터치되는 경우, 수신측(수신 초음파 변환기(212))에서 검출되는 신호 세기 변화가 서로 다르게 나타난다. 터치점(TP21, TP22, TP23)의 Y좌표가 초음파 신호(5)의 전파 경로 상에서 수신 초음파 변환기(212)에 가까울수록, 수신 초음파 변환기(212)에 의해 검출되는 초음파 신호의 신호 세기 변화량이 증가하고, 이로 인해 수신 초음파 변환기(212)를 통해 검출되는 초음파 신호의 신호 세기(I1, I2, I3)가 감소한다.
따라서, 터치 제어기(230)는 수신측(수신 초음파 변환기(212))에서 임계값 이상의 신호 세기 변화가 검출되는 영역의 크기(임계값 이상의 신호 세기 변화가 검출되는 수신 초음파 변환기(212)의 개수)와, 수신 초음파 변환기(212)에서의 신호 세기 변화량을 토대로 터치점의 Y좌표를 검출할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 터치 제어기(230)는 초음파 수신부(222)에서의 터치 신호를 토대로 멀티 터치를 검출할 수 있다.
도 6c를 참고하면, 서로 다른 두 지점(TP31, TP32)이 동시에 터치되는 경우, 복수의 수신 초음파 변환기(212)를 통해 검출되는 초음파 신호의 신호 세기 분포(S3)는, 서로 다른 두 터치점(TP31, TP32)에 기인한 초음파 신호의 신호 세기 변화를 포함하여 나타난다. 두 터치점(TP31, TP32)의 X좌표가 서로 다른 경우, 복수의 수신 초음파 변환기(212)를 통해 검출되는 초음파 신호의 신호 세기 분포(S3)는, 수신 위치에 따라서 서로 다른 신호 세기 분포(S31, S32)로 분리된다. 터치 제어기(230)는, 수신 위치에 따라서 각 터치점(TP31, TP32)에 대응하는 신호 세기 분포(S31, S32)를 구분하고, 각 신호 세기 분포(S31, S32)로부터 각 터치점(TP31, TP32)의 터치 좌표를 획득한다.
도 6d를 참고하면, 동시에 터치되는 두 터치점(TP41, TP42)의 Y좌표가 서로 다른 경우, 복수의 수신 초음파 변환기(212)를 통해 검출되는 초음파 신호의 신호 세기 분포(S4)는 신호 세기 변화량이 서로 다른 두 개의 신호 세기 분포(S41, S42)로 분리된다. 터치 제어기(230)는, 신호 세기 변화량에 따라서 각 터치점(TP41, TP42)에 대응하는 신호 세기 분포(S41, S42)를 구분하고, 각 신호 세기 분포(S41, S42)로부터 각 터치점(TP41, TP42)의 터치 좌표를 획득한다.
전술한 바와 같이, 터치 제어기(230)는 초음파 수신부(222)로부터의 터치 신호로부터, 수신위치(각 수신 초음파 변환기(212)의 위치)에 따른 초음파 신호의 신호 세기 변화를 나타내는 신호 세기 분포를 획득하고, 이로부터 터치 좌표를 획득한다.
일부 실시 예에서, 수신 초음파 변환기(212)들은, 캘리브레이션(Calibration)을 통해 초음파 신호의 초기 신호 세기가 설정된다. 또한, 터치 제어기(230)는 초기 신호 세기 대비 변화량을 기준으로 터치 좌표를 검출한다. 따라서, 터치가 발생하지 않은 상태에서 복수의 수신 초음파 변환기(212)를 통해 수신되는 초음파 신호의 신호 세기가 균일하지 않더라도 터치 좌표 검출이 가능하다.
다시, 도 2를 보면, 터치 제어기(230)는 터치 좌표를 포함하는 터치 이벤트를 애플리케이션 프로세서(250)로 출력한다.
애플리케이션 프로세서(250)는 터치 제어기(230)로부터 터치 이벤트를 수신하면, 이를 프로세싱한다. 애플리케이션 프로세서(250)에서 실행되는 애플리케이션 소프트웨어는, 터치 제어기(230)로부터 수신되는 터치 이벤트의 프로세싱에 대응하여, 표시 패널(240) 상에 표시하기 영상 데이터(또는 영상 프레임)를 렌더링한다.
애플리케이션 프로세서(250)에 의해 렌더링된 영상 데이터는 표시 패널(240)로 전달되어, 표시 패널(240)에 의해 출력된다.
표시 패널(240)은 애플리케이션 프로세서(250)에 의해 렌더링된 영상 데이터를 표시한다.
표시 패널(240)은 투명 표시 패널일 수 있다. 투명 표시 패널은, 영상이 표시 중이지 않은 상태에서 표시 패널(240)의 전방에서 표시 패널(240)의 후방에 위치하는 사물이 인지 가능한 수준의 투명도를 유지한다. 또한, 영상이 표시 중인 상태에서도 일정 수준의 투명도를 유지한다.
표시 패널(240)은 액정 표시(Liquid Crystal Display, LCD) 패널, 박막 트랜지스터 액정 표시(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display, TFT-LCD) 패널, 전계 방출 표시(Field Emission Display, FED) 패널, 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED) 표시 패널, 양자점(Quantum Dot) 표시 패널 등 다양한 형태로 구현이 가능하다.
전술한 바에 따르면, 본 발명의 제1실시예에 따른 표시 장치(20)는, 음향 임피던스가 동일한 전면 및 후면 웨이브가이드(201, 202)와 두 웨이브가이드(201, 202)를 연결하는 연결 웨이브가이드(203)가 표시 패널(240)의 전면, 후면 및 측면을 감싸도록 배치된다. 또한, 웨이브가이드(201, 202, 203)들을 통해 전파되는 초음파 신호의 신호 세기 변화를 토대로 터치 신호를 검출한다. 따라서, 표시 패널(240)의 전면과 후면뿐만 아니라 표시 패널(240)의 측면에 대한 터치 입력까지 검출하는 것이 가능하다.
한편, 전술한 본 발명의 제1실시예에서는 도 3a에 도시된 바와 같이 터치 패널(200)이 전면 웨이브가이드(201) 및 후면 웨이브가이드(202)를 연결하는 연결 웨이브가이드(203)를 하나만 포함하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 실시예는 이로 한정되지 않는다.
일부 실시예에서, 터치 패널(200)은 도 7에 도시된 바와 같이 전면 웨이브가이드(201) 및 후면 웨이브가이드(202)의 서로 다른 단부를 연결하는 두 개의 연결 웨이브가이드(203a, 203b)를 포함하도록 구현될 수도 있다. 이 경우, 전면 및 후면 웨이브가이드(201, 202)에서 제1연결 웨이브가이드(203a)에 대향하는 제1단부와, 제2연결 웨이브가이드(203b)에 대향하는 제2단부에, 복수의 송신 및 수신 초음파 변환기(211b, 212b)가 각각 배치된다. 이에 따라, 전면 웨이브가이드(201)의 제1단부에 위치하는 송신 초음파 변환기(211a)로부터 출력되는 초음파 신호와, 전면 웨이브가이드(201)의 제2단부에 위치하는 송신 초음파 변환기(211b)로부터 출력되는 초음파 신호는 서로 교차하는 방향으로 진행하여, 후면 웨이브가이드(202)의 제1단부에 배치된 수신 초음파 변환기(212a)와 제2단부에 배치된 수신 초음파 변환기(212b)에 의해 각각 검출된다. 따라서, 터치 제어기(230)는 도 6a를 참조하여 설명한 방법으로 터치점의 X좌표와 Y좌표를 모두 검출할 수 있다. 즉, 임계값 이상의 초음파 신호의 신호 세기 변화가 검출되는 수신 초음파 변환기(212a, 212b)의 위치로부터 터치점의 X좌표와 Y좌표를 모두 검출할 수 있다.
한편, 본 발명의 제1실시예에 따르면, 터치 제어기(230)는 터치 좌표로부터 사용자의 손가락 파지 위치를 인식하고, 이를 토대로 터치 예상 영역을 산출한다. 또한, 산출한 터치 예상 영역에 따라서 일부 송신 초음파 변환기(211)와 수신 초음파 변환기(212)만을 구동함으로써, 터치 구동에 필요한 전력을 감소시키는 것이 가능하다.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 장치의 터치 검출 방법을 도시한 흐름도이다.
도 8을 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 장치는, 초음파 신호의 수신 신호 세기 캘리브레이션을 수행한다(S800).
상기 S800 단계의 캘리브레이션 단계에서, 송신 초음파 변환기(211)들은 터치가 발생하지 않은 상태에서 초음파 신호를 발생시키고, 수신 초음파 변환기(212)들은 터치 장치의 웨이브가이드(210)를 통해 전파된 초음파 신호를 수신한다. 각 수신 초음파 변환기(212)에 의해 수신되는 초음파 신호의 신호 세기는, 각 수신 초음파 변환기(212) 별로 구분되어 초기 신호 세기로 저장되며, 이후 초음파 신호의 신호 세기 변화를 검출하는 기준값으로 사용된다.
터치 검출이 시작되면, 송신 초음파 변환기(211)들은 지속적으로(또는 주기적으로) 초음파 신호를 발생시킨다. 또한, 수신 초음파 변환기(212)들은 터치 장치의 웨이브가이드(210)를 통해 전파된 초음파 신호를 지속적으로(또는 주기적으로)수신한다(S810). 수신 초음파 변환기(212)들을 통해 수신되는 초음파 신호는, 초음파 수신부(222)에 의해 수신 위치에 따른 신호 세기 분포를 나타내는 터치 신호로 변환되어 터치 제어기(230)로 전달된다(S820).
터치 제어기(230)는 초음파 수신부(222)로부터의 터치 신호를 분석하여, 수신되는 초음파 신호에서 임계값 이상의 신호 세기 변화가 발생하였는지를 확인한다. 수신되는 초음파 신호에서 임계값 이상의 신호 세기 변화가 검출된 경우, 터치 제어기(230)는 터치가 발생한 것으로 판단한다(S830).
터치가 발생한 것으로 인식되면, 터치 제어기(230)는 터치 신호로부터 신호 세기 변화가 발생한 수신 위치(수신 초음파 변환기(212)의 위치)를 검출하고, 이로부터 터치점의 X좌표를 획득한다(S840).
상기 S840 단계에서, 터치 제어기(230)는 수신측(수신 초음파 변환기(212))에서 초음파 신호의 임계값 이상의 신호 세기 변화가 검출된 영역의 중심위치를 터치점의 X좌표를 획득할 수 있다.
상기 S840 단계에서, 터치 제어기(230)는 초음파 신호의 신호 세기 변화가 가장 크게 검출된 수신위치(수신되는 초음파 신호의 신호 세기 변화가 가장 크게 검출된 수신 초음파 변환기(212)의 위치)를 터치점의 X좌표를 획득할 수 있다.
터치 제어기(230)는 터치 신호로부터, 수신측(수신 초음파 변환기(212))에서 초음파 신호의 임계값 이상이 신호 세기 변화가 검출된 영역의 크기(또는, 초음파 신호의 임계값 이상이 신호 세기 변화가 검출된 초음파 변환기(212)들의 개수)와 초음파 신호의 신호 세기 변화량을 획득한다. 그리고, 이를 토대로 터치점의 Y좌표를 획득한다(S850).
터치 제어기(230)는 상기 S840 단계 및 S850 단계를 통해 터치 좌표가 획득되면, 이를 포함하는 터치 이벤트를 발생시킨다(S860).
이하, 도 9 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 장치 및 이를 포함하는 표시 장치에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 블록도이다. 도 10a는 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 패널의 개략적인 사시도이다. 도 10b는 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 패널의 웨이브가이드를 펼쳐진 상태로 도시한 사시도이다. 도 10c는 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 패널을 펼쳐진 상태로 도시한 개략적인 평면도이다. 도 11a 내지 도 11b는 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 장치에서 터치 좌표를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 도 12는 본 발명의 제2실시 예에 따른 터치 장치의 터치 검출 방법을 도시한 흐름도이다.
도 9를 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 표시 장치(20)는, 터치 장치, 표시 패널(940) 및 애플리케이션 프로세서(950)를 포함할 수 있다. 또한, 터치 장치는, 웨이브가이드(waveguide, 901), 충진재(filing, 902), 송신 초음파 변환기(911a, 911b) 및 수신 초음파 변환기(912a, 912b)을 포함하는 터치 패널(900)과, 초음파 송신부(921), 초음파 수신부(922) 및 터치 제어기(930)를 포함할 수 있다. 도 9에 도시된 구성요소들은 필수적인 것은 아니어서, 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 장치는 그보다 더 많거나 더 적은 구성요소를 포함할 수도 있다.
한편, 도 9에서는 설명의 편의를 위해, 터치 장치의 터치 패널(900)을 펼쳐진 형태로 도시하였으나, 본 발명의 제2실시예에서 터치 패널(200)은 도 10a에 도시된 바와 같이 표시 패널(940)의 전면과 후면, 그리고 적어도 일측면을 감싸도록 폴더블(foldable) 형상으로 마련된다.
웨이브가이드(901)는 표시 패널(940)의 외면을 따라 초음파 신호를 전파하는 전파 매체이다. 터치로 인한 초음파 신호의 에너지 누설을 이용하여 표시 패널(940)의 외면에 대한 터치 입력을 감지하기 위해서는, 터치 입력을 감지하고자 하는 표시 패널(940)의 외면에 초음파 신호를 전체적으로 전파할 필요가 있다. 따라서, 표시 패널(940)의 전면과 후면, 그리고 일측면을 포함하는 복수의 면에 대한 터치 입력을 감지하기 위해서는, 초음파 신호를 전파하는 웨이브가이드(901)를 표시 패널(940)의 전면과 후면, 그리고 일측면에 전체적으로 배치할 필요가 있다.
도 10a 내지 도 10c를 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 웨이브가이드(901)는 표시 패널(940)의 전면과 후면, 그리고 전면과 후면을 연결하는 일측면을 전체적으로 감싸기 위해, 표시 패널(940)의 전면, 후면 및 일측면을 따라서 지그재그 형상으로 굴곡되어 형성된다. 즉, 웨이브가이드(901)가 반복적으로 굴곡되어 표시 패널(940)의 전면, 일측면 그리고 후면을 전체적으로 감싸도록 배치된다.
도 10c를 참고하면, 웨이브가이드(901)는 표시 패널(940)의 전면을 감싸도록 배치되는 전면부(1010), 표시 패널(940)의 후면을 감싸도록 배치되는 후면부(1020), 그리고 표시 패널(940)의 일측면을 감싸도록 배치되어, 전면부(1010)와 후면부(1020)를 연결하는 연결부(1030)로 구분된다. 전면부(1010)는, 웨이브가이드(901)의 일부로서 표시 패널(940)의 전면 상에 소정 간격 이격되어 배치된다. 전면부(1010)는, 표시 패널(940)의 전면을 커버하도록 반복적으로 배치되는 복수의 부분 웨이브가이드(1011)를 포함한다. 후면부(1020)는, 웨이브가이드(901)의 일부로서 표시 패널(940)의 후면 상에 소정 간격 이격되어 배치된다. 후면부(1020)는, 표시 패널(940)의 후면을 커버하도록 반복적으로 배치되는 복수의 부분 웨이브가이드(1021)를 포함한다. 연결부(1030)는, 웨이브가이드(901)의 일부로서 표시 패널(940)의 측면 상에 소정 간격 배치된다. 연결부(1030)는, 전면부(1010)의 부분 웨이브가이드(1011)와, 후면부(1020)의 부분 웨이브가이드(1021)를 각각 연결하는 복수의 부분 웨이브가이드(1031)를 포함한다.
일 실시예에서, 웨이브가이드(901)는 전면부(1010), 후면부(1020) 및 연결부(1030)가 별도로 형성된 후, 일체형으로 결합되어 형성될 수 있다. 즉, 전면부(1010), 후면부(1020) 및 연결부(1030)를 구성하는 부분 웨이브가이드(1011, 1012, 1013)들을 별도로 형성한 후, 일체형으로 결합하여 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 웨이브가이드(901)는 하나의 띠(ribbon) 형상으로 형성된 후 벤딩(bending)되어, 폴더블(foldable) 형태의 전면부(1010), 후면부(1020) 및 연결부(1030)를 각각 형성할 수도 있다.
웨이브가이드(901)는 터치 정확도(accuracy)를 확보하기 위해, 그 폭이 2mm 이내로 형성될 수 있다.
터치 패널(900)의 외면을 평탄하게 하기 위해, 웨이브가이드(901)를 구성하는 각 부분 웨이브가이드(1011, 1021, 1031) 사이에는 충진재(902)가 채워진다. 충진재(902)는 초음파 신호가 전반사를 통해 웨이브가이드(901) 내에서 전파되도록, 웨이브가이드(901)와 음향 임피던스가 소정 값 이상 차이 나는 물질로 형성될 수 있다.
한편, 웨이브가이드(901)를 구성하는 부분 웨이브가이드(1011, 1021, 1031) 간의 갭(gap)이 사용자에게 시인되는 것을 방지하기 위해, 각 부분 웨이브가이드(1011, 1021, 1031) 간의 갭(gap)은 웨이브가이드(901) 내에서 전파되는 초음파 신호의 전반사를 깨트리지 않는 한도에서 최소한의 폭으로 설계된다. 또한, 부분 웨이브가이드(1011, 1021, 1031) 간의 갭에 블랙 매트릭스(Black Matrix, PB)를 얼라인(align)하거나, 굴절률 정합 물질(Index Matching Material)을 충진재(902)로 사용한다.
한편, 터치 패널(900)은 웨이브가이드(901)와 표시 패널(240)의 외면(전면, 후면 및 측면 중 적어도 하나의 면) 사이에 구비되는 보조층(1001, 1002)을 더 포함할 수 있다. 보조층(1001, 1002)은 초음파 신호가 터치 패널(900)의 웨이브가이드(901) 내에서 전파되도록, 웨이브가이드(901)와 음향 임피던스가 소정 값 이상 차이 나는 물질로 형성될 수 있다.
웨이브가이드(901)의 일단에는 제1송신 초음파 변환기(911a) 및 제1수신 초음파 변환기(912a)가 결합한다. 웨이브가이드(901)의 타단에는 제2송신 초음파 변환기(911b) 및 제2수신 초음파 변환기(912b)가 결합한다.
제1송신 초음파 변환기(911a) 및 제2송신 초음파 변환기(911b)는 웨이브가이드(901)의 서로 다른 단부에서 초음파 신호를 발생시키며, 웨이브가이드(901)는 이를 표시 패널(940)의 전면, 일측면 및 후면을 따라 전파시켜, 각 수신 초음파 변환기(912b, 912a)로 전달한다.
제1송신 초음파 변환기(911a)에 의해 발생한 초음파 신호는 웨이브가이드(901)를 따라서 전파되어 제2수신 초음파 변환기(912b)로 수신된다. 제2수신 초음파 변환기(912b)에서 발생한 초음파 신호는 웨이브가이드(901)를 따라서 전파되어 제1수신 초음파 변환기(912a)로 수신된다.
웨이브가이드(901)를 형성하는 매질의 종류는 특별히 제한되는 것은 아니나, 외부 공기와 음향 임피던스가 소정 값 이상 차이나는 매질로서, 초음파 신호의 전파 과정에서 손실이 적은 매질이 사용될 수 있다.
웨이브가이드(901)는 표시 패널(940)의 표시면이 가려지는 것을 방지하기 위해, 투명 재지로 형성될 수 있다.
웨이브가이드(901)는 유리, 플라스틱, 폴리머 등으로 형성될 수 있다.
제1 및 제2송신 초음파 변환기(911a, 911b)는 입력되는 전기 신호를 진동 신호로 변환하여 초음파 신호를 발생시키는 액추에이터(actuator)이다. 제1 및 제2송신 초음파 변환기(911a, 911b)는 압전기판과 압전기판에 형성된 전극을 포함한다. 제1 및 제2송신 초음파 변환기(911a, 911b)는 웨이브가이드(901)의 서로 다른 단부에 결합하며, 웨이브가이드(901)의 각 단부에 대해 초음파 신호를 발생시킨다.
제1 및 제2수신 초음파 변환기(912a, 912b)는 초음파 신호에 기인한 진동 신호를 수신하여 이를 전기 신호로 변환하는 액추에이터이다. 제1 및 제2수신 초음파 변환기(912a, 912b)는 압전기판과 압전기판에 형성된 전극을 포함한다. 제1 및 제2수신 초음파 변환기(912a, 912b)는 웨이브가이드(901)의 서로 다른 단부에 결합하며, 웨이브가이드(901)의 각 단부를 통해 초음파 신호를 수신한다.
다시, 도 9를 보면, 초음파 송신부(921)는 제1 및 제2송신 초음파 변환기(911a, 911b)와 연결된다. 초음파 송신부(921)는, 제1 및 제2송신 초음파 변환기(911a, 911b)로 지속적으로(또는 주기적으로) 구동신호(구동 전압)를 공급하여 초음파 신호를 발생시킨다.
초음파 수신부(922)는 제1 및 제2수신 초음파 변환기(912a, 912b)와 연결된다. 초음파 수신부(922)는 제1 및 제2수신 초음파 변환기(912a, 912b)로부터 출력되는 전기 신호를 신호처리하여 터치 신호를 발생시킨다.
제1 및 제2수신 초음파 변환기(912a, 912b)에서 출력되는 전기 신호는, 대응하는 수신 초음파 변환기(912a, 912b)에서 수신되는 초음파 신호의 신호 세기에 따라서 그 이득이 정해질 수 있다. 즉, 수신 초음파 변환기(912a, 912b)로 수신되는 초음파 신호의 신호 세기가 클수록, 수신 초음파 변환기(912a, 912b)로부터 출력되는 전기 신호의 이득이 증가한다. 따라서, 초음파 수신부(922)는 제1 및 제2수신 초음파 변환기(912a, 912b)로부터 출력되는 전기 신호로부터, 각 수신 초음파 변환기912a, 912b)에서의 시간에 따른 초음파 신호의 신호 세기 변화를 나타내는 터치 신호를 생성한다.
초음파 수신부(922)는 터치 제어기(930)와 연결되며, 터치 신호를 터치 제어기(930)로 출력한다.
터치 제어기(930)는 초음파 수신부(922)로부터 수신되는 터치 신호를 처리하여, 터치 좌표와 같은 터치 이벤트를 애플리케이션 프로세서(950)로 출력한다.
송신 초음파 변환기(911a, 911b)에서 발생한 초음파 신호는 웨이브가이드(901)를 통해 전파되는 과정에서 지연되어 수신 초음파 변환기(912b, 912a)로 수신된다. 초음파 신호가 웨이브가이드(901)를 통해 전파되는 과정에서, 터치로 인해 에너지가 누설된 후 각 수신 초음파 변환기(912b, 912a)로 전달되기까지의 시간 지연은 터치 위치 즉, 웨이브가이드(901)의 어느 지점이 터치되었느냐에 따라서 달라진다. 터치로 인해 에너지가 누설된 초음파 신호는, 터치점이 수신 초음파 변환기(912b, 912a)에 가까운 지점일수록(또는 송신 초음파 변환기(911a, 911b)에서 먼 지점일수록) 수신 초음파 변환기(912a, 912b)에 도달하는데 걸리는 시간이 짧아진다.
터치 제어기(930)는 초음파 수신부(922)로부터 수신되는 터치 신호로부터, 제1및 제2수신 초음파 변환기(912a, 912b)에서 터치 이벤트의 검출을 이루는데 충분한 값(임계값) 이상의 신호 세기 변화를 검출한 시점을 획득한다. 또한, 제1및 제2수신 초음파 변환기(912a, 912b)에서 임계값 이상의 신호 세기 변화가 검출한 시점 간의 시간차를 토대로 터치 좌표를 획득한다.
이하, 도 11a 내지 도 11c를 토대로 터치 제어기(930)에서 터치 좌표를 검출하는 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 도 11a 내지 도 11c는 터치가 발생함에 따라 각 수신 초음파 변환기(912a, 912b)로 수신되는 초음파 신호의 시간에 따른 신호 세기 변화를 도시한 것이다.
터치점이 웨이브가이드(901)의 중심인 경우, 터치점에 대응하여 신호 세기가 감소한 초음파 신호가 제1수신 초음파 변환기(912a) 및 제2초음파 변환기(912b)로 수신되는 시점(at1, at2) 간의 관계식은 아래의 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
Figure pat00001
위 수학식 1을 참고하면, 터치점이 웨이브가이드(901)의 중심인 경우, 터치점에 대응하여 신호 세기가 감소한 초음파 신호는 제1수신 초음파 변환기(912a) 및 제2초음파 변환기(912b)에 의해 동일한 시점에 수신된다.
터치 제어기(930)는 제1 및 제2수신초음파 변환기(912a, 912b)에서 터치에 기인한 임계값 이상의 신호 세기 변화가 검출된 시점(at1, at2)이 동일한 경우, 웨이브가이드(901)의 중심이 터치된 것으로 판단한다. 그리고 웨이브가이드(901)의 중심에 대응하는 표시 패널(940) 상의 좌표를 터치 좌표로 획득한다.
웨이브가이드(901)에서의 터치점이 웨이브가이드(901)의 중심보다 제1송신 초음파 변환기(911a) 및 제1수신 초음파 변환기(912a)에 가까운 경우, 제1수신 초음파 변환기(912a) 및 제2초음파 변환기(912b)에서 터치에 기인한 임계값 이상의 신호 세기 변화가 검출된 시점(at1, at2) 간의 관계식은 아래의 수학식 2와 같다.
[수학식 2]
Figure pat00002
위 수학식 2를 참고하면, 웨이브가이드(901)에서의 터치점이 웨이브가이드(901)의 중심보다 제1송신 초음파 변환기(911a) 및 제1수신 초음파 변환기(912a)에 가까운 경우, 터치점을 지나면서 신호 세기가 감소한 초음파 신호는, 제1수신 초음파 변환기(912a)보다 제2초음파 변환기(912b)에 의해 먼저 수신된다.
초음파 신호가 웨이브가이드(901) 내에서 전파되는 전파 속도가 일정한 경우, 웨이브가이드(901)의 중심으로부터 터치점까지의 거리는, 제1수신 초음파 변환기(912a) 및 제2초음파 변환기(912b)에서 터치에 기인한 임계값 이상의 신호 세기 변화가 검출된 시점(at1, at2)간의 시간차(at12)와 초음파 신호의 웨이브가이드(901) 내 전파속도에 비례한다.
터치 제어기(930)는 터치점을 지나면서 신호 세기가 감소한 초음파 신호가, 제1수신 초음파 변환기(912a)로 전달된 시점보다 제2초음파 변환기(912b)로 전달된 시점이 빠른 경우, 터치점이 웨이브가이드(901)의 중심보다 제1송신 초음파 변환기(911a) 및 제1수신 초음파 변환기(912a)에 가까운 것으로 판단한다. 그리고, 아래의 수학식 3을 토대로 웨이브가이드(901)에서의 터치점의 위치를 획득한다.
[수학식 3]
Figure pat00003
여기서, 중심위치는 웨이브가이드(901)의 중심 위치를 나타내며, 전파속도는 초음파 신호의 웨이브가이드(901) 내 전파속도를 나타낸다. 또한, 터치점위치는, 터치점의 웨이브가이드(901) 내에서의 위치를 나타낸다.
터치 제어기(930)는 위 수학식 3을 통해 터치점 위치가 산출되면, 산출된 터치점 위치를 표시 패널(940) 상에서의 좌표로 변환하고, 이를 터치 좌표로 획득한다. 웨이브가이드(901)에서 특정 지점은, 표시 패널(940) 상에서의 특정 지점 상에 위치한다. 터치 제어기(930)는, 웨이브가이드(901)의 각 지점과 표시 패널(940)의 각 지점 간의 대응 관계를 토대로, 위 수학식 3을 통해 산출된 터치점 위치를 표시 패널(940) 상에서의 좌표로 변환한다.
웨이브가이드(901)에서의 터치점이 웨이브가이드(901)의 중심보다 제2송신 초음파 변환기(911b) 및 제2수신 초음파 변환기(912b)에 가까운 경우, 제1수신 초음파 변환기(912a) 및 제2초음파 변환기(912b)에서 터치에 기인한 임계값 이상의 신호 세기 변화가 검출된 시점(at1, at2) 간의 관계식은 아래의 수학식 4와 같다.
[수학식 4]
Figure pat00004
위 수학식 2를 참고하면, 웨이브가이드(901)에서의 터치점이 웨이브가이드(901)의 중심보다 제2송신 초음파 변환기(911b) 및 제2수신 초음파 변환기(912b)에 가까운 경우, 터치점을 지나면서 신호 세기가 감소한 초음파 신호는, 제2수신 초음파 변환기(912b)보다 제1초음파 변환기(912a)에 의해 먼저 수신된다.
터치 제어기(930)는 터치점을 지나면서 신호 세기가 감소한 초음파 신호가, 제2수신 초음파 변환기(912b)로 전달된 시점보다 제2초음파 변환기(912a)로 전달된 시점이 빠른 경우, 터치점이 웨이브가이드(901)의 중심보다 제2송신 초음파 변환기(911b) 및 제2수신 초음파 변환기(912b)에 가까운 것으로 판단한다. 그리고, 아래의 수학식 5를 토대로 웨이브가이드(901)에서의 터치점의 위치를 획득한다.
[수학식 5]
Figure pat00005
터치 제어기(930)는 위 수학식 5를 통해 터치점 위치가 산출되면, 산출된 터치점 위치를 표시 패널(940) 상에서의 좌표로 변환하고, 이를 터치 좌표로 획득한다. 웨이브가이드(901)에서 특정 지점은, 표시 패널(940) 상에서의 특정 지점 상에 위치한다. 터치 제어기(930)는, 웨이브가이드(901)의 각 지점과 표시 패널(940)의 각 지점 간의 대응 관계를 토대로, 위 수학식 3을 통해 산출된5를치점 위치를 표시 패널(940) 상에서의 좌표로 변환한다.
도 11a는 웨이브가이드(901)에서의 어느 한 지점(TP111)이 터치됨에 따라서, 제1수신 초음파 변환기(912a) 및 제2초음파 변환기(912b)로 수신되는 초음파 신호의 시간에 따른 신호 세기 변화(1101, 1102)를 각각 도시한 것이다.
도 11a를 참고하면, 제1송신 초음파 변환기(911a)에서 송신된 초음파 신호는, 웨이브가이드(901)를 따라서 전파되어 제2수신 초음파 변환기(912b)로 전달되는 도중에 터치점(TP111)을 지나면서 에너지가 손실된다. 또한, 제2송신 초음파 변환기(911b)에서 송신된 초음파 신호는, 웨이브가이드(901)를 따라서 전파되어 제1수신 초음파 변환기(912a)로 전달되는 도중에 터치점(TP111)을 지나면서 에너지가 손실된다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 웨이브가이드(901)의 중심보다 제1송신 초음파 변환기(912a)에 가까운 지점(TP111)이 터치되는 경우, 터치점(TP111)에 의해 에너지가 손실된 초음파 신호는 제1수신 초음파 변환기(912a)보다 제2수신 초음파 변환기(912b)로 먼저 전달된다. 이 경우, 터치 제어기(930)는 위 수학식 3에 도시된 관계식을 이용하여 터치점(TP111)의 위치를 획득할 수 있다.
도 11b 및 도 11c는 웨이브가이드(901)에서의 복수의 지점이 멀티 터치됨에 따른 제1수신 초음파 변환기(912a) 및 제2초음파 변환기(912b)로 수신되는 초음파 신호의 시간에 따른 신호 세기 변화를 각각 도시한 것이다.
도 11b를 참고하면, 제1송신 초음파 변환기(911a)에서 송신된 초음파 신호는, 웨이브가이드(901)를 따라서 전파되어 제2수신 초음파 변환기(912b)로 전달되는 도중에 두 개의 터치점(TP121, TP122)을 지나면서 에너지가 손실된다. 또한, 제2송신 초음파 변환기(911b)에서 송신된 초음파 신호는, 웨이브가이드(901)를 따라서 전파되어 제1수신 초음파 변환기(912a)로 전달되는 도중에 두 개의 터치점(TP121, TP122)을 지나면서 에너지가 손실된다. 이에 따라, 제1 및 제2수신 초음파 변환기(912a, 912b)에서는 두 개의 터치점(TP121, TP122)에 기인한 임계값 이상의 신호 세기 변화가 시간차를 두고 두 번에 걸쳐 검출된다.
도 11c를 참고하면, 제1송신 초음파 변환기(911a)에서 송신된 초음파 신호는, 웨이브가이드(901)를 따라서 전파되어 제2수신 초음파 변환기(912b)로 전달되는 도중에 세 개의 터치점(TP131, TP132, TP133)을 지나면서 에너지가 손실된다. 또한, 제2송신 초음파 변환기(911b)에서 송신된 초음파 신호는, 웨이브가이드(901)를 따라서 전파되어 제1수신 초음파 변환기(912a)로 전달되는 도중에 세 개의 터치점(TP131, TP132, TP133)을 지나면서 에너지가 손실된다. 이에 따라, 제1 및 제2수신 초음파 변환기(912a, 912b)에서는 세 개의 터치점(TP131, TP132, TP133)에 기인한 임계값 이상의 신호 세기 변화가 시간차를 두고 세 번에 걸쳐 검출된다.
도 11b 및 도 11c에 도시된 바와 같이, 웨이브가이드(901)의 복수의 지점이 동시에 터치되는 경우, 수신 초음파 변환기(912a, 912b)에서는 기 설정된 시간(예를 들어, 적어도 하나의 프레임) 동안 임계값 이상의 신호 세기 변화를 터치점의 개수에 대응하여 검출하게 된다.
터치 제어기(930)는 터치 신호로부터 기 설정된 시간 동안 제1 및 제2수신 초음파 변환기(912a, 912b)에서 임계값 이상의 신호 세기 변화를 검출한 횟수를 획득하고, 이를 토대로 터치점의 개수를 획득한다. 또한, 신호 세기 변화가 검출된 시점들로부터 각 터치점의 터치 순서를 획득한다.
터치 제어기(930)는 터치점이 복수개인 경우, 터치 신호로부터 각 터치점에 대응하여, 제1 및 제2수신 초음파 변환기(912a, 912b)에서 임계값 이상의 신호 세기 변화를 검출한 시점(at1, bt1, ct1, at2, bt2, ct2) 간의 시간차(at12, bt12, ct12)를 개별적으로 획득한다. 또한, 이를 전술한 수학식 3 및 5의 관계식에 대입하여 각 터치점의 위치를 개별적으로 산출한다.
각 송신 초음파 변환기(911a, 911b)에서 발생한 초음파 신호는 터치가 없는 상태에서도 웨이브가이드(901)를 따라서 전파되는 과정에서 에너지가 손실되어 소정의 신호 세기 변화(감소)가 발생한다. 웨이브가이드(901) 자체에 의한 초음파 신호의 에너지 손실은, 터치에 의한 에너지 손실과 결합되어 터치점을 오인식하는 결과를 초래할 수 있다.
터치 제어기(930)는 터치 장치의 캘리브레이션을 통해 웨이브가이드(901)에 의한 초음파 신호의 에너지 손실량 즉, 신호 세기 변화량을 획득된다. 그리고, 캘리브레이션 과정에서 획득한 웨이브가이드(901)에 의한 신호 세기 변화량으로 터치 위치에 따른 신호 세기 변화량을 보정함으로써, 터치 위치를 산출하는 과정에서 웨이브가이드(901)에 의한 신호 세기 변화가 터치에 의한 신호 세기 변화와 결합하여 터치점 산출에 오류를 발생시키는 것을 방지한다.
다시, 도 9를 보면, 터치 제어기(930)는 터치 좌표를 포함하는 터치 이벤트를 애플리케이션 프로세서(950)로 출력한다.
애플리케이션 프로세서(950)는 터치 제어기(930)로부터 터치 이벤트를 수신하면, 이를 프로세싱한다. 애플리케이션 프로세서(950)에서 실행되는 애플리케이션 소프트웨어는, 터치 제어기(930)로부터 수신되는 터치 이벤트의 프로세싱에 대응하여, 표시 패널(940) 상에 표시하기 영상 데이터(또는 영상 프레임)를 렌더링한다.
애플리케이션 프로세서(950)에 의해 렌더링된 영상 데이터는 표시 패널(940)로 전달되어, 표시 패널(940)에 의해 출력된다.
표시 패널(940)은 애플리케이션 프로세서(950)에 의해 렌더링된 영상 데이터를 표시한다.
표시 패널(240)은 투명 표시 패널일 수 있다. 투명 표시 패널은, 영상이 표시 중이지 않은 상태에서 표시 패널(940)의 전방에서 표시 패널(940)의 후방에 위치하는 사물이 인지 가능한 수준의 투명도를 유지한다. 또한, 영상이 표시 중인 상태에서도 일정 수준의 투명도를 유지한다.
표시 패널(940)은 액정 표시(Liquid Crystal Display, LCD) 패널, 박막 트랜지스터 액정 표시(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display, TFT-LCD) 패널, 전계 방출 표시(Field Emission Display, FED) 패널, 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED) 표시 패널, 양자점(Quantum Dot) 표시 패널 등 다양한 형태로 구현이 가능하다.
전술한 구조의 표시 장치(20)는, 웨이브가이드(901)가 표시 패널(940)의 전면, 후면 및 일측면을 감싸도록 배치하고, 해당 웨이브가이드(901)들을 통해 전파되는 초음파 신호의 신호 세기 변화를 토대로 터치 신호를 검출한다. 따라서, 표시 패널(940)의 전면과 후면뿐만 아니라 표시 패널(940)의 측면에 대한 터치 입력까지 검출하는 것이 가능하다.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 장치의 터치 검출 방법을 도시한 흐름도이다.
도 12를 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 장치는 캘리브레이션을 수행한다(S900).
상기 S900 단계의 캘리브레이션 단계에서, 각 송신 초음파 변환기(911a, 911b)들은 터치가 발생하지 않은 상태에서 초음파 신호를 발생시킨다. 또한, 각 수신 초음파 변환기(912a, 912b)들은 터치 장치의 웨이브가이드(901)를 통해 전파된 초음파 신호를 수신한다. 송신 초음파 변환기(911a, 911b)에서의 초음파 신호 송신 신호 세기와, 수신 초음파 변환기(912a, 912b)에서의 초음파 신호 수신 신호 세기 간의 차이값은, 웨이브가이드(901)에 의한 신호 세기 변화량(신호 세기 감소량)에 대응한다. 터치 제어기(930)는, 송신 초음파 변환기(911a, 911b)에서의 초음파 신호 송신 신호 세기와, 수신 초음파 변환기(912a, 912b)에서의 초음파 신호 수신 신호 세기 간의 차이값으로부터 웨이브가이드(901)에 의한 신호 세기 변화량을 획득한다. 웨이브가이드(901)에 의한 신호 세기 변화량은, 수신 초음파 변환기(912a, 912b)에서 수신되는 초음파 신호의 신호 세기 보상용으로 사용된다.
터치 제어기(930)는 초음파 수신부(922)로부터의 터치 신호를 분석하여, 각 수신 초음파 변환기(912a, 912b)로 수신되는 초음파 신호에서 임계값 이상의 신호 세기 변화가 검출되면, 터치가 발생한 것으로 인식한다(S910).
터치 검출이 시작되면, 각 송신 초음파 변환기(911a, 911b)들은 지속적으로(또는 주기적으로) 초음파 신호를 발생시킨다. 또한, 각 수신 초음파 변환기(912a, 912b)들은 터치 장치의 웨이브가이드(901)를 통해 전파된 초음파 신호를 지속적으로(또는 주기적으로) 수신한다. 각 수신 초음파 변환기(912)를 통해 수신되는 초음파 신호는, 초음파 수신기(922)에 의해 각 수신 초음파 변환기(912a, 912b)에서의 시간에 따른 신호 세기 변화를 나타내는 터치 신호로 변환되어 터치 제어기(930)로 전달된다.
터치가 인식되면, 터치 제어기(930)는 터치 신호로부터, 제1 및 제2수신 초음파 변환기(912a, 912b)로 수신되는 초음파 신호에서 임계값 이상의 신호 세기 변화가 검출된 시점(at1, at2)을 획득한다.
터치 제어기(930)는 제1 및 제2수신 초음파 변환기(912a, 912b)로 수신되는 초음파 신호에서 임계값 이상의 신호 세기 변화가 검출된 시점(at1, at2)이 동일한 경우(S920), 웨이브가이드(901)의 중심이 터치된 것으로 판단한다. 따라서, 웨이브가이드(901)의 중심위치를 터치점의 위치로 인식한다(S930).
터치 제어기(930)는 제1수신 초음파 변환기(912a)에서 임계값 이상의 신호 세기 변화가 검출된 시점(at1)이 제2수신 초음파 변환기(912b)에서 임계값 이상의 신호 세기 변화가 검출된 시점 (at2)보다 더 늦은 경우(
Figure pat00006
)(S940), 전술한 수학식 3을 이용하여 터치점의 위치를 산출한다(S950).
반면에, 제1수신 초음파 변환기(912a)에서 임계값 이상의 신호 세기 변화가 검출된 시점(at1)이 제2수신 초음파 변환기(912b)에서 임계값 이상의 신호 세기 변화가 검출된 시점 (at2)보다 더 빠른 경우(
Figure pat00007
)(S940), 터치 제어기(930)는 전술한 수학식 5를 이용하여 터치점의 위치를 산출한다(S960).
터치 제어기(930)는 상기 S910 단계를 통해 터치 인식 시, 멀티 터치에 의해 복수의 지점이 터치된 것으로 인식되면, 각 터치점에 대해 상기 S920 단계 및 S960 단계를 수행하여 각 터치점의 위치를 획득한다.
터치 제어기(930)는 상기 S920 단계 및 S960 단계를 통해 터치점의 위치가 획득되면, 이를 포함하는 터치 이벤트를 발생시킨다(S970).
전술한 본 발명의 실시예들에 따르면, 터치 장치는 표시 패널의 전면과 후면, 그리고 적어도 하나의 측면을 커버하도록 웨이브가이드를 배치하고, 웨이브가이드를 통해 전파되는 초음파 신호의 신호 세기 변화를 토대로 표시 패널의 전면과 후면, 그리고 적어도 하나의 측면에서의 터치점의 터치 좌표를 획득할 수 있다.
아래에서는, 전술한 본 발명의 실시예들에 따라서 다면 터치가 가능하도록 설계된 터치 장치를 구비하는 표시 장치에서의 사용자 인터페이스(User Interface, UI)를 제공하는 방법에 대해서 설명한다.
도 13 내지 도 18은 본 발명의 실시예들에 따른 표시 장치에서 사용자 인터페이스를 제공하는 실시예들을 도시한 것이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 표시 장치에서 측면 터치 입력을 이용하여 화면을 스크롤하는 일 예를 도시한 것이다.
본 발명의 실시 예들에 따른 표시 장치(20)는, 표시 장치(20)에서 터치 패널(도 2의 도면부호 200 및 도 9의 도면부호 900 참고)에 의해 커버되는 일측면이 사용자의 손가락에 의해 터치 및 드래그(drag)되면, 드래그 방향에 대응하는 방향으로 화면을 스크롤한다.
도 13을 참고하면, 표시 장치(20)는, 사용자의 손가락(F)에 의해 터치 패널(200, 900)에 의해 커버되는 측면(23)이 드래그(TI13)됨에 따라, 화면에 표시 중인 객체(OB13)를 아래 방향으로 스크롤하여 표시한다.
일부 실시 예에서, 표시 장치(20)는, 표시 장치(20)에서 터치 패널(200, 900)에 의해 커버되는 일측면이 사용자의 손가락(F)에 의해 터치 및 드래그되면, 드래그 방향에 대응하여 화면에 표시 중인 정보(또는 객체)를 페이지 단위(또는 객체 단위로)로 갱신할 수도 있다. 예를 들어, 화면에 표시 중인 객체가 사진인 경우, 표시 장치(20)는, 사용자의 손가락(F)에 의해 터치 패널(200, 900)에 의해 커버되는 측면(23)이 드래그됨에 따라, 드래그 방향에 대응하여 다음 사진 또는 이전 사진을 화면 상에 표시할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 표시 장치(20)는 측면 드래그가 가능하며, 측면 드래그에 대응하여 화면에 표시 중인 정보(또는 객체)를 스크롤하거나 갱신한다. 따라서, 사용자는 현재 화면에 표시 중인 정보를 손으로 가리지 않고, 화면에 표시 중인 정보(또는 객체)를 스크롤하거나 갱신하는 터치 제스처를 입력하는 것이 가능하다.
도 14 내지 도 15b는 본 발명의 실시예들에 따른 표시 장치에서 양면 터치 입력에 위한 사용자 인터페이스를 제공하는 예들을 도시한 것이다.
본 발명의 실시 예들에 따른 표시 장치(20)는, 표시 장치(20)의 전면과 후면이 터치 패널(200, 900)에 의해 커버됨에 따라, 표시 장치(20)의 전면(21)과 후면(22)에 대한 사용자의 멀티 터치 입력을 인식할 수 있다.
도 14를 참고하면, 표시 장치(20)는 전면(21) 및 후면(22)이 두 개의 손가락(F1, F2)에 의해 동시에 터치되는 멀티 터치 상태에서, 서로 반대 방향으로 드래그되는 터치입력(TI14)을 수신한다. 즉, 표시 장치(20)는 전면(21) 및 후면(22)을 터치한 손가락(F1, F2)들 중 하나의 손가락(F1)은 위 방향(또는 아래방향)으로 드래그되고, 나머지 손가락(F2)이 아래방향(또는 위 방향)으로 드래그되는 터치입력(TI14)을 수신한다. 이에 따라, 표시 장치(20)는 화면에 표시 중인 객체(OB14)를 대응하는 방향으로 회전시켜 표시한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 표시 장치(20)는 양면(전면과 후면)이 멀티 터치된 상태에서 실제 객체를 잡고 회전시키는 듯한 터치 제스처(드래그)에 의해 화면에 표시 중인 객체를 회전시킴으로써, 사용자에게 직관적인 사용자 인터페이스를 제공하는 것이 가능하다.
도 15a를 참고하면, 표시 장치(20)는, 전면(21) 및 후면(22)이 두 개의 손가락(F1, F2)에 의해 동시에 터치되는 멀티 터치 상태에서, 두 개의 손가락(F1, F2)이 특정 방향쪽(예를 들어, 화면 외곽 방향 또는 오른쪽 방향)으로 드래그되는 터치 입력(TI151)을 수신한다. 이에 따라, 표시 장치(20)는 현재 표시 중인 화면 이미지를 현재 연결 중인 외부 기기(예를 들어, 프린트 기기)로 전달한다.
도 15b를 참고하면, 표시 장치(20)는, 전면(21) 및 후면(22)이 두 개의 손가락(F1, F2)에 의해 동시에 터치되는 멀티 터치 상태에서, 두 개의 손가락(F1, F2)이 특정 방향(예를 들어, 화면 내측 방향 또는 왼쪽 방향)으로 드래그되는 터치 입력(TI152)을 수신함에 따라, 현재 표시 중인 화면 이미지를 스캔(또는 캡쳐)하여 저장한다.
도 16a 내지 도 18은 본 발명의 실시예들에 따른 표시 장치에서 후면 터치 입력에 위한 사용자 인터페이스를 제공하는 예들을 도시한 것이다.
도 16a를 참고하면, 표시 장치(20)는, 후면(22)이 사용자의 손(H)에 의해 일정 면적 이상 터치된 상태에서, 사용자의 손(H)이 특정 방향(예를 들어, 오른쪽)으로 드래그되는 터치 입력(TI161)을 수신한다. 이에 따라, 표시 장치(20)는 현재 표시 중인 객체(OB16)를 클립보드에 복사(copy)한다.
도 16b를 참고하면, 표시 장치(20)는, 후면(22)이 사용자의 손(H)에 의해 일정 면적 이상 터치된 상태에서, 사용자의 손(H)이 특정 방향(예를 들어, 왼쪽)으로 드래그되는 터치 입력(TI162)을 수신한다. 이에 따라, 표시 장치(20)는 클립보드에 복사된 객체(OB16)를 화면에 붙여넣기(paste) 한다.
도 17을 참고하면, 표시 장치(20)는, 후면(22)이 사용자의 손(H) 또는 손가락에 의해 일정 면적 이상 터치된 상태에서, 사용자의 손(H) 또는 손가락이 드래그되어 후면(22)을 두 번 이상 문지름에 따라, 지우개 기능을 실행한다. 즉, 표시 장치(20)의 후면(22)이 사용자의 손(H) 또는 손가락에 의해 일정 면적 이상 터치된 상태에서 지그 재그 방향으로 드래그됨에 따라, 화면에 표시 중인 객체(OB17)를 화면에서 지우거나, 화면에 표시되는 정보(또는 객체) 중 터치 궤적에 대응하는 일부 영역을 삭제한다.
도 18을 참고하면, 표시 장치(20)는, 후면(22)에서 고정된 두 지점이 사용자의 손가락들(F1, F2)에 의해 일정 시간 이상 터치됨에 따라, 룰러(ruler) 기능을 실행시킨다. 이에 따라, 두 터치점 사이에는 객체(OB18)의 길이를 재기 위한 룰러(R)가 화면 상에 표시된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 표시 장치는 표시 장치의 전면, 후면, 그리고 적어도 하나의 면에 대한 터치 입력을 지원함으로써, 다양하고 직관적인 사용자 인터페이스를 제공하는 것이 가능하다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (28)

  1. 제1기판,
    상기 제1기판 대향하며, 상기 제1기판과 소정 간격 이격되어 배치되는 제2기판,
    상기 제1기판 및 상기 제2기판의 제1단부를 서로 연결하며, 상기 제1기판을 따라서 전파된 초음파 신호를 상기 제2기판으로 전파하는 제3기판,
    상기 제1기판에서 상기 제1단부와 대향하는 제2단부에 결합하며, 상기 제1기판으로 초음파 신호를 전파하는 복수의 제1초음파 변환기, 그리고
    상기 제2기판에서 상기 제1단부와 대향하는 제2단부에 결합하며, 상기 제2기판을 따라서 전파된 초음파 신호를 수신하는 복수의 제2초음파 변환기를 포함하며,
    상기 복수의 제2초음파 변환기에서 수신되는 초음파 신호의 신호 세기(intensity)의 변화를 토대로 터치점을 검출하는 터치 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1, 제2 및 제3기판은, 상기 제1초음파 변환기에 의해 발생한 초음파 신호를 가이드하는 웨이브가이드(waveguide)로서, 음향 임피던스가 동일한 터치 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 복수의 제1초음파 변환기에서 발생한 초음파 신호는 상기 제1기판, 상기 제3기판 및 상기 제2기판을 따라서 전파되어 상기 복수의 제2초음파 변환기로 전달되는 터치 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 제1, 제2 및 제3기판은, 표시 패널의 전면, 후면 및 일측면을 감싸도록 배치되는 터치 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 제1기판과 상기 표시 패널 사이에는 상기 제1기판과 음향 임피던스가 다른 제1보조층이 구비되고,
    상기 제2기판과 상기 표시 패널 사이에는 상기 제2기판과 음향 임피던스가 다른 제2보조층이 구비되는 터치 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 제1, 제2 및 제3기판 중 어느 하나가 터치됨에 따라, 상기 복수의 제2초음파 변환기 중 적어도 하나에서 임계값 이상의 강도 변화가 검출되는 터치 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 복수의 제2초음파 변환기 중 상기 임계값 이상의 강도 변화가 검출된 적어도 하나의 제2초음파 변환기의 위치 및 개수, 그리고 상기 적어도 하나의 제2초음파 변환기에서의 신호세기 변화량을 토대로 상기 터치점의 터치 좌표를 산출하는 터치 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 제1기판의 제2단부에서 상기 복수의 제1초음파 변환기 사이에 배치되며, 상기 제1초음파 변환기에서 발생한 초음파 신호를 상기 제1기판의 전체 영역으로 전파하는 가이드 바(guide bar)를 더 포함하는 터치 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 가이드 바와 상기 제1기판의 제2단부 사이에 배치되며, 상기 제1초음파 변환기에서 발생한 초음파 신호를 상기 제1기판의 두께 방향으로 집속하는 적어도 하나의 볼록 렌즈를 더 포함하는 터치 장치.
  10. 제8항에서,
    상기 가이드 바에서 상기 제1기판의 제2단부와 접하는 일면에는 상기 제1초음파 변환기에서 발생한 초음파 신호를 상기 제1기판의 두께 방향으로 집속하는 볼록 렌즈 형상의 볼록부가 적어도 하나 형성되는 터치 장치.
  11. 제1항에서,
    상기 제1기판 및 상기 제2기판의 제3단부를 서로 연결하며, 상기 제1기판을 따라서 전파된 초음파 신호를 상기 제2기판으로 전파하는 제4기판,
    상기 제1기판에서 상기 제3단부와 대향하는 제4단부에 결합하며, 상기 제1기판으로 초음파 신호를 전파하는 복수의 제3초음파 변환기, 그리고
    상기 제2기판에서 상기 제3단부와 대향하는 제4단부에 결합하며, 상기 제2기판을 따라서 전파된 초음파 신호를 수신하는 복수의 제4초음파 변환기를 더 포함하는 터치 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 복수의 제2초음파 변환기에서 수신되는 초음파 신호의 신호세기의 변화를 토대로 상기 터치점의 제1좌표를 획득하고,
    상기 복수의 제4초음파 변환기에서 수신되는 초음파 신호의 신호세기의 변화를 토대로 상기 터치점의 제2좌표를 획득하는 터치 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 복수의 제2초음파 변환기 중 임계값 이상의 강도 변화가 검출된 적어도 하나의 제2초음파 변환기의 위치로부터 상기 제1좌표를 획득하며,
    상기 복수의 제4초음파 변환기 중 상기 임계값 이상의 강도 변화가 검출된 적어도 하나의 제4초음파 변환기의 위치로부터 상기 제2좌표를 획득하는 터치 장치.
  14. 제1항에서,
    상기 제1 및 제2기판은, 표시 패널의 기판, 커버 윈도우 또는 커버 렌즈인 터치 장치.
  15. 제1항에서,
    상기 제1, 제2 및 제3기판은 일체형으로 형성된 후 벤딩(bending)되어 폴더블(foldable) 형태로 성형되는 터치 장치.
  16. 제1항의 터치 장치, 그리고
    표시 패널을 포함하며,
    상기 표시 패널의 전면과 후면, 그리고 일측면이, 상기 터치 장치의 상기 제1기판, 상기 제2기판 및 상기 제3기판에 의해 커버되는 표시 장치.
  17. 제16항에서,
    상기 터치 장치의 상기 제3기판이 터치 및 드래그됨에 따라, 상기 표시 패널에 표시 중인 객체를 스크롤하는 표시 장치.
  18. 제16항에서,
    상기 터치 장치의 상기 제1기판과 상기 제2기판을 동시에 터치하고 서로 다른 방향으로 드래그하는 터치입력이 수신됨에 따라, 상기 표시 패널을 통해 표시 중인 객체를 소정 방향으로 회전시켜 표시하는 표시 장치.
  19. 제16항에서,
    상기 터치 장치의 상기 제1기판과 상기 제2기판을 동시에 터치하고 특정 방향으로 드래그하는 터치입력이 수신됨에 따라, 상기 표시 패널을 통해 표시 중인 화면 이미지를 현재 연결 중인 외부 기기로 전달하는 표시 장치.
  20. 제16항에서,
    상기 터치 장치의 상기 제1기판과 상기 제2기판을 동시에 터치하고 특정 방향으로 드래그하는 터치입력이 수신됨에 따라, 상기 표시 패널을 통해 표시 중인 화면 이미지를 캡쳐 또는 스캔하는 표시 장치.
  21. 제16항에서,
    상기 터치 장치의 상기 제2기판이 소정 면적 이상 터치된 상태에서 제1방향으로 드래그하는 터치입력이 수신됨에 따라, 상기 표시 패널을 통해 표시 중인 객체를 클립보드에 복사하는 표시 장치.
  22. 제21항에서,
    상기 터치 장치의 상기 제2기판이 소정 면적 이상 터치된 상태에서 제2방향으로 드래그하는 터치입력이 수신됨에 따라, 상기 클립보드에 복사된 상기 객체를 상기 표시 패널의 화면에 붙여넣기 하는 표시 장치.
  23. 제16항에서,
    상기 터치 장치의 상기 제2기판이 소정 면적 이상 터치된 상태에서 지그재그 방향으로 드래그하는 터치입력이 수신됨에 따라, 상기 표시 패널에 표시 중인 정보 중 적어도 일부를 삭제하는 표시 장치.
  24. 제16항에서,
    상기 터치 장치의 상기 제2기판에서의 복수의 지점이 소정 시간 이상 터치됨에 따라, 상기 복수의 지점 사이에 길이를 재기 위한 룰러(ruler)를 표시하는 표시 장치.
  25. 초음파 신호를 전파하는 전파 매체로서, 지그재그 형상으로, 패널에서 서로 연결되는 적어도 두 개의 면을 커버하도록 배치되는 웨이브가이드,
    상기 웨이브가이드의 제1단부와 제2단부에 각각 결합하며, 상기 제1단부 및 상기 제2단부로 초음파 신호를 전파하는 제1 및 제2송신 초음파 변환기, 그리고
    상기 제1단부와 상기 제2단부에 각각 결합하며, 상기 웨이브가이드를 따라서 전파된 초음파 신호를 수신하는 제1 및 제2수신 초음파 변환기를 포함하며,
    상기 제1수신 초음파 변환기를 통해 수신되는 초음파 신호에서 임계값 이상의 신호세기 변화가 검출된 제1시점과, 상기 제2수신 초음파 변환기를 통해 수신되는 초음파 신호에서 상기 임계값 이상의 신호세기 변화가 검출된 제2시점 간의 시간차를 토대로 터치점을 검출하는 터치 장치.
  26. 제25항에서,
    상기 제1송신 초음파 변환기에 의해 발생한 초음파 신호는 상기 웨이브가이드를 따라서 전파되어 상기 제2수신 초음파 변환기로 전달되고,
    상기 제2송신 초음파 변환기에 의해 발생한 초음파 신호는 상기 웨이브가이드를 따라서 전파되어 상기 제1수신 초음파 변환기로 전달되는 터치 장치.
  27. 제25항에서,
    상기 웨이브가이드는,
    상기 패널의 제1면을 감싸도록 배치되는 복수의 제1부분 웨이브가이드, 그리고
    상기 제1부분 웨이브가이드와 각각 연결되며, 상기 패널에서 상기 제1면과 연결되는 제2면을 감싸도록 배치되는 복수의 제2웨이브가이드를 포함하며,
    상기 제1 및 제2부분 웨이브가이드 간의 갭(gap)에 채워지는 충진재를 더 포함하는 터치 장치.
  28. 제27항에서,
    상기 웨이브가이드는,
    상기 패널에서 상기 제1면과 대향하는 제3면을 감싸도록 배치되는 제3부분 웨이브가이드를 더 포함하며,
    상기 제2부분 웨이브가이드는 상기 제3부분 웨이브가이드와 각각 연결되는 터치 장치.
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