KR20220131982A

KR20220131982A - 향상된 터치-감지 장치

Info

Publication number: KR20220131982A
Application number: KR1020227029271A
Authority: KR
Inventors: 호칸 베르그스트룀; 토마스 스벤슨
Original assignee: 플라트프로그 라보라토리즈 에이비
Priority date: 2020-02-10
Filing date: 2021-01-25
Publication date: 2022-09-29
Also published as: WO2021162602A1; US20230068643A1; US11893189B2; CN115039063A; EP4104042A1; JP2023512682A

Abstract

터치 표면을 갖는 패널, 둘레를 따라 배열되는 에미터 및 검출기, 둘레에 인접하여 배열되고 그리고 광 지향 표면을 포함하는 광 지향 부분을 포함하는 터치 감지 장치가 개시되며, 에미터 및/또는 검출기는 프레임 요소의 채널을 통해 광을 방출 및/또는 수신하도록 패널의 후면에 대향하여 배열되며, 채널은 후면에 대향하여 배열되어, 터치 표면의 법선 축선의 방향으로 연장되며, 광 지향 표면 및 채널은 패널의 대향측 상에 배열되어, 평면의 방향으로 중첩되며, 광 지향 표면은 에미터로부터 광을 수신하거나, 또는 패널을 통해 그리고 채널을 통해 법선 축선의 방향으로 광을 검출기로 지향시킨다. 터치 감지 장치를 위한 프레임 요소의 제조 방법이 개시된다.

Description

향상된 터치-감지 장치

본 발명은 패널 위로 광을 전파함으로써 작동되는 터치-감지 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 완전히 또는 부분적으로 랜덤화된 굴절, 반사, 또는 산란을 통해 패널 위의 광 경로를 제어 및 조정하기 위한 광학적 및 기계적 솔루션에 관한 것이다.

'윗면 광학 터치 시스템(above surface optical touch systems)'으로서 알려진 터치-감지 패널의 한 범주에서는, 반사되는 광을 방출하여 터치 표면 위로 이동 및 전파하기 위해, 한 세트의 광학 에미터가 터치 표면의 둘레의 주위에 배열된다. 한 세트의 광 검출기는 터치 표면 위의 에미터 세트로부터 광을 수신하기 위해, 터치 표면의 둘레의 주위에도 배열된다. 즉, 교차하는 광 경로의 그리드는, 주사선(scanline)이라고도 지칭되는 터치 표면의 위에 생성된다. 터치 표면에 닿는 물체는 광의 하나 또는 그 이상의 주사선 상에서 광을 감쇠시킬 것이며, 그리고 하나 또는 그 이상의 검출기에 의해 수신된 광의 변화를 유발시킬 것이다. 물체의 위치(좌표), 형상, 또는 면적은 수신된 광을 검출기에서 분석함으로써 결정될 수 있다.

터치-감지 장치의 광학적 및 기계적 특성은 에미터/검출기와 터치 표면 사이에서의 광의 산란, 및 그에 따라 감지된 터치 신호에 영향을 끼친다. 예를 들어, 주사선의 폭은 검출 능력, 정확도, 해상도, 및 재구성 인공물의 존재와 같은 터치 성능 요소에 영향을 끼친다. 종래 기술의 터치 검출 시스템의 문제점은, 전술한 요소에 대한 차선의(sub-optimal) 성능과 관련되어 있다. 또한, 광-기계적(opto-mechanical) 구성요소들의 정렬 시의 변화는 검출 프로세스에 영향을 끼치며, 이는 차선의 터치 검출 성능으로 이어질 수 있다. 터치 검출 프로세스에서는 신호 대 노이즈 비율, 검출 정확도, 해상도, 인공물의 존재 등과 같은 요소가 영향을 받을 수 있다. 종래 기술의 시스템은 이들 요소, 예를 들어 검출 정확도를 개선하는 것을 목표로 하고 있는 반면에, 터치 시스템에 더욱 복잡하고 값비싼 광-기계적 수정을 통합해야 한다는 점에서, 이와 관련하여 종종 타협이 있을 수 있다. 이는 전반적으로 덜 컴팩트한 터치 시스템, 및 더욱 복잡한 제조 프로세스로 나타나서, 고가로 된다.

목적은 종래 기술의 상기 확인된 한계들 중 하나 또는 그 이상을 적어도 부분적으로 극복하는 것이다.

한 가지 목적은 컴팩트하고, 덜 복잡하고, 견고하며, 조립이 용이한 터치-감지 장치를 제공하는 것이다.

또 다른 목적은 광을 효율적으로 사용하는 "윗면(above-surface)"-기반 터치-감지 장치를 제공하는 것이다.

이들 목적 중 하나 또는 그 이상과, 그리고 이하의 설명으로부터 나타날 수 있는 다른 목적은, 독립항에 따른 터치-감지 장치에 의해 적어도 부분적으로 달성되며, 그 실시예는 종속항에 의해 정의되어 있다.

제1 양태에 따라, 법선 축선(normal axis)을 갖는 평면에서 연장되는 터치 표면을 정의하는 패널, 상기 패널의 둘레(perimeter)를 따라 배열되는 다수의 에미터 및 검출기, 상기 둘레에 인접하여 배열되며 그리고 광 지향 표면(light directing surface)을 포함하는 광 지향 부분을 포함하는 터치 감지 장치가 제공되며, 상기 에미터는 광을 방출하도록 배열되고, 광 지향 표면은 광을 수신하며 그리고 상기 터치 표면을 가로질러 광을 지향시키도록 배열되고, 상기 패널은 터치 표면과 대향하는 후면을 포함하고, 에미터 및/또는 검출기는 프레임 요소(frame element)의 채널을 통해 광을 방출 및/또는 수신하기 위해 상기 후면과 대향하여 배열되고, 채널은 후면과 대향하여 배열되어 법선 축선의 방향으로 연장되며, 상기 광 지향 표면 및 채널은 패널의 대향측 상에 배열되어 상기 평면의 방향으로 중첩되며, 이에 의해 광 지향 표면은 에미터로부터 광을 수신하거나, 또는 패널을 통해 그리고 채널을 통해 법선 축선의 방향으로 광을 검출기로 지향시킨다.

제2 양태에 따라, 터치 감지 장치를 위한 프레임 요소를 제조하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 에미터 및/또는 검출기를 포함하는 기판을 수용하도록 구성된 캐비티 및 광 지향 부분을 형성하기 위해, 프레임 요소를 압출하는 단계, 및 사용 시 광 지향 부분의 광 지향 표면이 에미터로부터 광을 수신하거나 또는 채널을 통해 검출기로 광을 지향시키도록, 채널을 형성하기 위해 캐비티의 벽 부분을 밀링하는 단계를 포함한다.

본 개시의 일부 예는 보다 컴팩트한 터치 감지 장치를 제공한다.

본 개시의 일부 예는 제조 비용이 더 적게 드는 터치 감지 장치를 제공한다.

본 개시의 일부 예는 전기-광학 구성요소의 개수가 감소된 터치 감지 장치를 제공한다.

본 개시의 일부 예는 보다 견고한 터치 감지 장치를 제공한다.

본 개시의 일부 예는 사용하기에 더 신뢰할 수 있는 터치 감지 장치를 제공한다.

본 개시의 일부 예는 미광(stray light) 효과를 감소시키기 위해 제공된다.

본 개시의 일부 예는 주변 광 감도를 감소시키기 위해 제공된다.

본 개시의 일부 예는 검출된 광의 더 나은 신호 대 노이즈 비율을 갖는 터치 감지 장치를 제공한다.

본 개시의 일부 예는 작은 물체의 해상도 및 검출 정확도가 개선된 터치-감지 장치를 제공한다.

본 개시의 일부 예는 검출 인공물이 더 적은 터치-감지 장치를 제공한다.

본 개시의 일부 예는 터치 표면에 걸쳐 주사선의 보다 균일한 적용 범위를 갖는 터치-감지 장치를 제공한다.

본 개시의 또 다른 목적, 특징, 양태 및 이점은, 도면뿐만 아니라 이하의 상세한 설명으로부터, 첨부된 청구범위로부터 나타날 것이다.

본 명세서에서 사용되었을 때 "포함하다/포함하는(comprises/comprising)"이라는 용어는 명시된 특징, 정수, 단계, 또는 구성요소의 존재를 특정하기 위해 취해진 것이지만, 그러나 하나 또는 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 구성요소, 또는 그 집단의 존재 또는 추가를 배제하지는 않음이 강조되어야 한다.

본 발명의 예가 가능한 이들 및 다른 양태, 특징, 및 이점은 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 예에 대한 이하의 상세한 설명에 나타나며 설명될 것이다.

도 1a는 본 개시의 일 예에 따른, 터치-감지 장치의 개략적인 횡방향 측단면도이다.
도 1b는 본 개시의 일 예에 따른, 터치-감지 장치의 개략적인 횡방향 측단면도이다.
도 1c는 본 개시의 일 예에 따른, 터치-감지 장치의 개략적인 평면도이다.
도 1d-e는 종래 기술의 터치-감지 장치의 예의 개략적인 평면도이다.
도 2는 본 개시의 일 예에 따른, 터치 감지 장치의 개략적인 횡방향 측단면도이다.
도 3은 본 개시의 일 예에 따른, 터치 감지 장치의 개략적인 횡방향 측단면도이다.
도 4는 본 개시의 일 예에 따른, 터치 감지 장치의 개략적인 횡방향 측단면도이다.
도 5는 본 개시의 일 예에 따른, 터치 감지 장치의 개략적인 횡방향 측단면도이다.
도 6은 본 개시의 일 예에 따른, 터치 감지 장치의 개략적인 횡방향 측단면도이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 개시의 예에 따른, 터치-감지 장치를 위한 프레임 요소의 개략적인 횡방향 측단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 개시의 예에 따른, 터치-감지 장치를 위한 프레임 요소의 세부사항의 개략적인 횡방향 측단면도이다.
도 8c는 본 개시의 일 예에 따른, 터치-감지 장치를 위한 프레임 요소의 세부사항의 개략적인 횡방향 측단면도이다.
도 8d는 본 개시에 예에 따른, 터치-감지 장치를 위한 광 지향 표면을 포함하는 프레임 요소의 세부 사항의 개략도로서, 터치 표면의 평면의 방향을 따른 모습(I); 상기 도면(I)으로부터, 광 지향 표면의 상세한 부분의 모습(II); 및 상기 모습(II)에서 상기 부분의 측면도(III)를 도시하고 있다.
도 9a는 본 개시의 일 예에 따른, 터치-감지 장치의 개략적인 횡방향 측단면도이다.
도 9b는 본 개시의 일 예에 따른, 터치-감지 장치의 개략적인 횡방향 측단면도이다.
도 10a는 본 개시의 일 예에 따른, 터치 감지 장치를 위한 프레임 요소를 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 10b는 본 개시의 일 예에 따른, 터치 감지 장치를 위한 프레임 요소를 제조하는 방법의 또 다른 흐름도이다.
도 10c는 본 개시의 일 예에 따른, 터치 감지 장치를 위한 프레임 요소를 제조하는 방법의 또 다른 흐름도이다.

이하에는, 본 발명의 실시예가 터치-감지 장치의 특정 예에 대해 제시될 것이다. 설명 전체를 통해, 대응의 요소를 식별하기 위해 동일한 도면부호가 사용된다.

도 1a는 법선 축선(104)을 갖는 평면(103)에서 연장되는 터치 표면(102)을 정의하는 패널(101)을 포함하는 터치-감지 장치(100)의 개략도이다. 패널(101)은 광 투과 패널이다. 터치-감지 장치(100)는 패널(101)의 둘레(107)를 따라 배열되는 다수의 에미터(105) 및 검출기(106)를 포함한다. 도 1a는 명확한 표시를 위해 에미터(105)만을 도시하고 있는 반면에, 도 1b는 광이 터치 표면(102)을 가로 질러 에미터(105)로부터 검출기(106)로 어떻게 전달되는지를 도시하고 있다. 터치-감지 장치(100)는, 둘레(107)에 인접하여 이를 따라 배열되는 광 지향 부분(108)을 포함한다. 광 지향 부분(108)은 광 지향 표면(109)을 포함한다. 에미터(105)는 광(110)을 방출하도록 배열되며, 광 지향 표면(109)은 광(110)을 수신하여, 상기 광을 패널(101)의 터치 표면(102)을 가로질러 지향시키도록 배열된다. 광은, 도 1b에 도시된 바와 같이, 대응의 광 지향 표면(109)을 통해 터치 표면(102)을 가로질러 전파된 후, 검출기(106)에 반사된다. 도 1c는 터치-감지 장치(100)의 개략적인 평면도이다. 도 2는 또한 에미터(105)로부터 그리고 검출기(106)로의 반사를 개략적으로 도시하고 있다. 패널(101)은 터치 표면에 대향하는 후면(111)을 포함하며, 에미터(105) 및/또는 검출기(106)는 터치-감지 장치(100)의 프레임 요소(113)의 채널(112)을 통해 광(110)을 방출 및/또는 수신하기 위해 상기 후면에 대향하여 배열된다. 채널(112)은 후면(111)에 대향하여 배열되어, 법선 축선(104)의 방향(104')으로, 즉 본질적으로 법선 축선(104)과 평행하게 연장된다. 광 지향 표면(109) 및 채널(112)은 패널(101)의 대향측 상에 배열되어, 평면(103)의 방향을 따라 중첩된다. 즉, 도 1a의 광 지향 표면(109) 및 채널(112)의 수평 위치로 중첩이 있으므로, 광 경로는 광 지향 표면(109)으로부터 채널(112)로 수직으로 연장될 수 있다. 광 지향 표면(109)은 에미터(105)로부터 광(110)을 수신하거나, 또는 패널(101)을 통해 그리고 더 나아가 채널(112)을 통해, 법선 축선(104)의 방향(104')으로 광을 검출기(106)로 지향시킨다. 광 방출의 주 광학 축선(110')은 본질적으로 방향(104')을 따라 연장될 수 있지만, 그러나 광은 또한 도 1a에 도시된 바와 같이 광학 축선(110')의 둘레로 각도 확산(angular spread)을 갖는 것을 인식해야 한다. 도 1a 및 도 4에 예시된 바와 같이, 광 지향 표면(109)이 채널(112) 위에 배열되면, 주변 광(ambient light) 또는 시스템 미광(stray light)의 효과적인 차폐를 제공한다. 따라서 검출기(106)를 향해 반사된 주변 광 또는 미광의 광량이 최소화될 수 있으며, 신호 대 노이즈 비율이 개선될 수 있다. 에미터(105)가 법선(104)의 방향(104')으로 광(110)을 방출하고, 따라서 도 1a 및 도 4에 추가로 예시된 바와 같이, 광(110)의 광학 축선(110')이 본질적으로 법선 축선(104)과 평행하다면, 주변을 따라 터치-감지 장치(100)의 치수 감소를 촉진시킨다. 에미터(105) 및 검출기(106) 어셈블리의 횡단면 풋프린트(footprint)는, 예를 들어 도 1a 및 도 4에서 평면(103)의 방향으로 최소화될 수 있다. 기재된 배열체는 패널(101)에 대한 각도 반사를 최소화하기 위해 제공될 수도 있으며, 이는 일부 응용 분야에서 유리할 수 있다. 광(110)을 패널(101)을 통해 전파시키면, 컴팩트한 터치-감지 장치(100)를 제공한다는 점과, 그리고 패널(101)이 에미터(105) 및 검출기(106)를 위해 주변과의 밀봉 요소로서 작용하기 때문에, 광학 구성요소의 개수를 최소화한다는 점에서, 추가적인 시너지 효과를 제공한다. 따라서 패널(101)은, 예를 들어 액체 및 먼지로부터 전자제품을 보호하기 위한 밀봉 부분으로서 동작할 수 있다. 따라서 추가의 광학 밀봉 요소가 생략될 수 있다. 이는 패널(101)을 가로질러 광이 산란되는 각도가 더 적은 반사 손실로 추가로 증가될 수 있어서, 패널(101)을 가로지르는 개선된 주사선 적용 범위를 제공한다는 점에서는 더욱 유리하다. 예를 들어, 도 1d와 관련하여 추가로 기재되는 바와 같이, 프레넬 반사 손실(Fresnel reflection loss)이 최소화될 수 있다. 도 1d는 터치 표면(403)의 측부를 따라 배열된 에미터(401) 및 검출기(402), 그리고 상기 측부를 따라 배열되는 광학 밀봉 구성요소(404)를 구비한 종래 기술의 터치-감지 장치의 예를 도시하고 있다. 광학 밀봉 구성요소(404)는 터치 표면(403) 위에, 그리고 터치 표면(403)을 가로질러 광을 반사하는[즉, 광 지향 표면(109)의 위치에 대응하는] 대향측 상의 반사면들 사이에 배열된다. 이러한 추가의 광학 밀봉 구성요소(404)를 갖게 되면, 특히 도 1d에 반사(406)로 표시된 바와 같이 광이 터치 표면(403)의 측부를 따라 높은 각도로 반사되었을 때, 터치 표면(403) 위에 전달된 광에 의한 원치 않는 반사를 유도할 수 있다. 도 1e는 이러한 추가의 광학 밀봉 구성요소(404, 404')의 각각의 인터페이스에서 추가적인 반사(405, 405')를 도시하는, 도 1d의 예의 추가적인 상세도이다. 이러한 반사(405, 405')는, 특히 터치 표면(403)의 각각의 측부를 따라 추가의 광학 밀봉 구성요소(404, 404')를 갖는 경우라면, 상당한 광 손실로 이어질 수 있다.

구성요소의 개수가 감소되면, 추가적인 소형화가 요구되는 일부 응용 분야에 특히 유리할 수 있다. 이는 터치-감지 장치(100)의 비용을 감소시키기 위해서도 제공된다. 이하에 보다 상세히 기재되는 바와 같이, 광 지향 부분(108)이 프레임 요소(113)의 재료로 형성되도록, 광 지향 부분(108)은 프레임 요소(113)의 부분으로 형성될 수 있다. 이는 터치 표면(102)으로부터 에미터(105) 및 검출기(106)로의 광 경로를 따라 광 기계적 구성요소의 개수를 추가로 감소시킨다. 따라서 정렬에 요구되는 구성요소의 개수 또한 감소되며, 이는 조립을 단순하게 한다. 따라서 검출광을 보다 효율적으로 사용하는 특히 컴팩트하고 견고한 터치-감지 장치(100)가 제공된다. 따라서 검출 성능이 향상되는 동시에, 복잡성과 비용을 감소시킬 수 있다.

광 지향 표면(109)과 터치 표면(102)의 평면(103) 사이의 각도(v)는, 도 2 및 도 4에 예시된 바와 같이 45도 미만일 수 있다. 이는 도 1d의 반사(406)에 의해 다시 예시된 터치 표면(102)을 가로질러 광의 원치 않는 반사량을 감소시키기 위해 제공되며, 그렇지 않을 경우 이는 터치 신호의 감쇠를 검출할 때 인공물 또는 다른 교란을 유발시킬 수 있다. 원치 않는 광 반사는, 45도 미만의 각도(v)를 갖는 경우라면, 그 대신에 평면(103)으로부터 반사될 수 있다. 상기 각도(v)는, 특히 원치 않는 광 반사를 특히 유리하게 감소시키기 위해, 일부 예에서 41도 내지 44도 범위일 수 있다. 상기 각도(v)는 45도 초과일 수 있다. 예를 들어, 각도(v)가 46도 내지 49도 범위라면, 도 1d의 주사선(406)에 의해 도시된 타입의 원치 않는 반사를 감소시킬 수도 있다. 터치-감지 장치(100)에 대해 전술한 바와 같은 유리한 이점, 즉 덜 복잡하고, 더 컴팩트하며, 그리고 비용 효율적인 제조 프로세스는, 각도(v)가 45도 초과와 45도 미만인 모두에 적용된다는 것을 인식해야 한다.

패널(101)은 터치 표면(102)과 후면(111) 사이에서 연장되는 엣지(114)를 갖는다. 채널(112)은, 도 2 및 도 5에 개략적으로 도시된 바와 같이, 패널(101)의 각각의 엣지(114)에 가장 가깝게 배열된 제1 채널 벽(115a)과 제2 채널 벽(115b) 사이의 폭(d1)으로, 평면(102)과 평행한 방향으로 연장된다. 제1 채널 벽(115a)은 법선 축선(104)의 방향(104')을 향해 각도(116)로 연장될 수 있다. 각진(angled) 채널 벽(115a)을 갖는 경우라면, 검출기(106)를 향해 반사된 주변 광의 광량 감소를 제공한다. 채널 벽(115a)에 대해 반사되는 임의의 주변 광의 더 큰 부분은, 검출기(106)를 지나가는 방향으로 반사되는 반면에, 광 지향 표면(109)을 직접 지나가는 에미터(105)로부터의 광 또한 감소시킬 것이며, 이는 또한 미광이라는 문제를 유발시킬 수 있다.

광 지향 부분(108)은, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 터치 표면(102)에 가장 가깝게 배열되는 광 지향 부분(108)의 부분에 대응하는 엣지 부분(121)을 갖는다. 광 지향 표면(109)은, 도 3 및 도 5에 개략적으로 도시된 바와 같이, 광 지향 부분(108)의 엣지 부분(121)으로부터 광 지향 부분(108)의 돌출부(117)로 연장될 수 있다. 상기 돌출부는 채널(112)을 향해 반사된 주변 광을 차폐하기 위해, 평면(103)과 평행한 방향으로 연장될 수 있다.

채널(112)의 폭(d1)은, 주변 광 또는 미광으로부터 충분한 차폐를 제공하면서, 광 지향 표면(109)을 향해 방출되는 광(110)의 광량을 최적화하기 위해 추가로 변경될 수 있다. 에미터(105) 및/또는 검출기(106)에 대해 평면(103)의 방향을 따른 제1 및 제2 채널 벽(115a, 115b)의 위치는, 특별한 구현에 따라 최적화될 수 있다. 일 예에 있어서, 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 제2 채널 벽(115b)의 위치는 평면(103)의 방향을 따라 돌출부(117)의 위치와 정렬된다. 이는 주변 광 또는 미광의 차폐에 특히 유리할 수 있다. 이와 동시에, 방출된 광(110)의 차단은, 채널(112)의 중심에 대해 에미터(105)의 위치를 최적화할 때 회피될 수 있다. 채널 벽(115a, 115b)의 표면 특성은 검출 광의 손실을 피하기 위해 조정될 수도 있으며, 또는 이하에 추가로 기재되는 바와 같이 주변 광 또는 미광의 영향을 감소시킬 수도 있다.

에미터(105) 및/또는 검출기(106)는 기판(119)에 장착될 수 있다. 기판(119)은 프레임 요소(113)의 대응하는 정합면(mating surface)(120b)에 대향하도록 배열되는 모따기된 엣지(chamfered edge)(120a)를 포함할 수 있다. 프레임 요소(113)의 정합면(120b)은, 도 3 및 도 6에 개략적으로 도시된 바와 같이, 법선 축선(104)과 각도(122)를 형성한다. 이는 프레임 요소(113)에 대한 정확한 위치에서 기판(119)을 제 위치에 효과적으로 로킹하는 것을 허용한다. 따라서 광 지향 표면(109)에 대한 에미터(105) 및/또는 검출기(106)의 안전한 정렬이 촉진될 수 있으며, 이는 다시 신호 최적화를 촉진시킨다. 도 3에 예시된 바와 같이, 프레임 요소(113)의 각진 표면(angled surface)(120b)을 제공하면, 기판(119)에 가장 가까운 제2 채널 벽(115)의 적어도 일부를 제거하는 것을 동시에 허용할 수 있으며, 또한 기판(119)으로부터 또는 검출기(106)로의 광을 차단할 위험을 감소시킬 수 있다(예를 들어, 도 2 대 도 3 참조).

채널(112)의 벽(115a, 115b)은 확산 광 산란 표면을 포함할 수 있다. 따라서 벽(115a, 115b)은, 더 나은 광 관리를 허용하는, 예를 들어 광의 재활용 및 광 지향 표면(109)을 향해 손실된 방향으로부터의 광 반사를 허용하는, 반사 요소로서 사용될 수도 있다. 따라서 방출된 광(110)의 더 많은 부분이 이용될 수 있다. 동시에, 벽(115a, 115b)의 표면은 반사광의 정반사 성분(specular component)을 제공하도록 조정될 수 있다. 이는 반사광의 방향성을 개선하는 것을, 예를 들어 패널(101) 위의 광 지향 표면(109)을 향해 광을 지향시키는 것을, 허용한다. 반사광의 정반사 성분의 비율은, 예를 들어 그 표면 거칠기에 영향을 끼치기 위해, 채널 벽(115, 115b)에 상이한 표면 처리를 수행함으로써 변경될 수 있다. 광 지향 표면(109)의 반사 특성은, 이하에 보다 상세히 기재되는 바와 같이 에칭, 비드 블라스팅(bead blasting), 샌드 블라스팅, 브러싱, 및/또는 양극산화(anodization)를 포함할 수 있는 이러한 표면 처리에 의해 변경될 수도 있다.

지지체(123)는, 도 3 및 도 4에 예시된 바와 같이, 기판(119)에 부착될 수 있다. 지지체(123)는 기판(119)과 프레임의 프레임 벽(124a, 124b) 사이의 평면(103)과 평행한 방향으로 연장될 수 있다. 지지체(123)는 프레임 요소(113)에 대해 기판(119)의 정렬을 촉진시킬 수 있다. 이는 제조를 촉진시키며, 그리고 프레임 요소(113)에 대한 에미터(105) 및/또는 검출기(106)의 정확한 위치를 허용할 수 있다.

프레임 요소(113)는 캐비티(125)를 형성하도록 성형될 수 있다. 에미터(105) 및/또는 검출기(106)는 기판(119)에 장착되며, 상기 기판(119)은 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이 에미터(105) 및/또는 검출기(106)가 기판(119)보다 패널(101)의 각각의 엣지(114)에 더 가깝게 배열되도록, 캐비티(125)에 배열될 수 있다. 이는 베젤의 폭, 즉 평면(103)의 방향을 따른 광 지향 부분(108)의 폭을 최소화하기 위해 제공되는데, 그 이유는 전술한 바와 같이 에미터(105) 및/또는 검출기(106)가, 패널(101)의 유리한 밀봉 효과를 유지하면서, 패널(101)의 엣지(114)에 더 가깝게 배열되기 때문이다. 따라서 보다 컴팩트한 터치-감지 장치(100)가 제공된다.

특히, 캐비티(125)는, 패널(101)의 각각의 엣지(114)에 가장 가깝게 배열된 제1 프레임 벽(124a)과 대향의 제2 프레임 벽(124b) 사이의 폭(d2)으로, 평면(103)과 평행한 방향으로 연장될 수 있다. 기판(119)은 도 3에 예시된 바와 같이 에미터(105) 및/또는 검출기(106)가 기판(119)보다는 제1 프레임 벽(124a)에 더 가깝게 배열되도록, 캐비티(125)에 배열될 수 있다. 이는 평면(103)의 방향을 따라 베젤의 폭을 최소화할 수 있게 한다.

기판(119)은, 도 2에 예시된 바와 같이, 법선 축선(104)의 방향(104')으로 가늘고 긴 형상(elongated shape)으로 연장될 수 있다. 이는 법선 축선(104)과 직교하는 방향으로 터치 감지 장치(100)의 치수 감소를 제공하는데, 이는 상기 방향으로 공간의 양이 제한되는 일부 응용 분야에서, 및/또는 주변의 프레임 구성요소에 대해 사용 가능한 터치 표면(102)의 비율이 최적화되었을 때 바람직할 수 있다. 법선 축선(104)의 방향(104')을 따라 연장되는 기판(119)과, 상기 기판(119)보다 제1 프레임 벽(124a)에 더 가깝게 배열되는 에미터(105) 및/또는 검출기(106)를 조합하면, 평면(103)의 방향을 따라 공간의 특히 효율적인 활용을 제공한다.

도 9a는 기판(119)이 평면(103)의 방향을 따라 연장되는 예를 도시하고 있으며, 이는 법선 축선(104)의 방향을 따라 컴팩트한 치수 달성을 제공한다. 이는 특히 평면 디스플레이 패널(301)과 함께 사용될 때 유리할 수 있지만, 이러한 경우에는 디스플레이된 영역의 주변의 평면(103) 방향의 치수가 증가될 수 있다. 도 9b는 기판(119)이 평면(103)의 방향을 따라 연장되고 있지만, 그러나 에미터(105) 및/또는 검출기(106)가 반사면(135)을 통해 평면(103)의 방향으로 광을 방출/수신하도록 배열되는 또 다른 예이다. 이는 법선 축선(104)의 방향을 따라 컴팩트한 치수 달성을 제공한다. 반사면(135)은 정반사면(specular reflective surface)일 수 있다.

광 지향 표면(109)은 양극산화된 금속일 수도 있다. 광 지향 표면(109)은 광(110)을 터치 표면(102)을 향해 확산 가능하게 반사시키도록 처리된 표면일 수 있다. 양극산화 프로세스는 표면(109)의 미시적 질감을 변화시키며, 그리고 표면(109) 상의 자연 산화물 층의 두께를 증가시킨다. 양극산화된 산화물 표면의 두께 및 다공성은 바뀔 수 있다. 양극산화된 표면은 원하는 외관을 달성하기 위해 다양한 색상으로 염색될 수 있다. 여러 개의 상이한 색상은, 예를 들어 알루미늄이 흑색, 회색, 또는 은색으로 양극산화되는 80% 이상과 같은 적외선 범위에서 유리한 반사율 값을 제공할 수 있다. 은과 같은 다른 금속도 유리한 반사율 특성을 제공할 수 있다. 많은 양극산화된 재료가 상당히 반사되기 시작하는 940 nm 이상의 파장을 사용하는 것이 특히 유리할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄의 상이한 합금을 사용함으로써, 상이한 색상이 제공될 수도 있다. 양극산화된 금속 또는 합금의 상이한 표면 처리를 수행함으로써, 반사율의 확산 및 정반사 성분이 변경될 수 있다. 따라서 표면 거칠기는 전술한 반사 성분의 비율을 최적화하도록 변경될 수 있다. 반사광의 방향성은 정반사 성분을 증가시킴으로써 증가될 수 있는 반면에, 랜덤 산란의 양은 확산 성분으로 증가된다. 예를 들어, 광 지향 표면(109)으로부터의 정반사 성분을 증가시키면, 주사선의 강도를 증가시킬 수 있다. 이러한 경우에, 에미터(105)의 개수 및/또는 위치는 확산 광 산란의 감소로 인한 주사선의 임의의 협소화를 보상하도록 변경될 수 있다. 따라서 일부 예에 있어서, 광 지향 표면(109)의 반사 특성은 양극산화된 표면의 원하는 미적 외관을 허용하면서 최적화될 수 있다.

전술한 양극산화뿐만 아니라, 에칭, 샌드 블라스팅, 비드 블라스팅, 기계가공, 브러싱, 폴리싱과 같은 다양한 프로세스에 의해, 상이한 표면 거칠기 특성이 달성될 수 있다. 일 예에 있어서, 광 지향 표면(109)은 0.1 내지 0.35 의 기울기 RMS(Δq)에 의해 정의된 표면 거칠기를 가질 수 있다. 기울기 RMS(Δq)는 유리한 확산성을 위해 0.1 내지 0.25일 수 있다. 더 높은 값은 신호의 강도를 감소시킬 수 있으며, 너무 낮은 신호는 광이 터치 표면(102)을 가로질러 평면(103)에서 확산되는 각도(

)[도 1c에서 각도(

)로 표기된 바와 같은]가 에미터 및 검출기 시야각에 의해 축소되고 제한되는, 공차에 더욱 민감한 시스템으로 이어질 수 있다. 또한, 주사선 폭이 너무 협소해질 수 있다. 또 다른 예에 있어서, 터치 감지 장치(100)의 구성요소의 유리한 전력 소비를 유지하면서, 최적화된 신호 강도 및 터치 검출 프로세스를 제공하는 특히 유리한 확산성을 위해, 기울기 RMS(Δq)는 0.13 내지 0.20일 수 있다.

적절한 기울기 변화를 가질 때, 블라스팅되거나 또는 에칭되는 표면의 높이 변화는 전형적으로 1 내지 20 urn 범위에 있다. 그러나 전술한 기울기 RMS(Δq) 최적화는, 반사 특성의 가장 효과적인 조정을 제공한다. 일부 예에 있어서, 광 지향 표면(109)은 낮은 거칠기를 갖는다. 일 예에 있어서, 광 지향 표면(109)은 표면 거칠기를 증가시키기 위한 임의의 프로세싱을 받지 않은 양극산화된 금속면일 수 있다. 이러한 경우에 광 지향 표면(109)은 압출 프로세스 직후에 양극산화될 수 있다. 광 지향 표면(109)은 이러한 경우에 거울형일 수 있으며, 즉 표면(109)은 광의 확산을 달성하기 위한 임의의 프로세싱을 받지 않았다. 이러한 경우에, 거울형 표면을 제공하기 위해, 기울기 RMS(Δq)는 0 내지 0.1일 수 있다. 이러한 표면은 특별한 터치 검출 프로세스에 대해 협소한 주사선이 바람직한 응용 분야에 유리할 수 있다. 그 예로는, 터치 표면(102)을 가로질러 원하는 방향으로 이용 가능한 검출 광의 광량을 증가시키는 것이 유리할 때이다.

프레임 요소(113)는 광 지향 부분(108)을 포함할 수 있다. 즉, 광 지향 부분(108)은, 예를 들어 압출에 의해 프레임 요소(113)로부터 일체형 부재로서 직접 형성된다. 프레임 요소(113) 및 광 지향 부분(108)은 알루미늄과 같은 다양한 금속으로 형성될 수 있다. 따라서 광 지향 표면(109)은 프레임 요소(113)의 양극산화된 금속면일 수 있다. 따라서 프레임 요소(113)는 확산 광 산란을 위해 별도의 광학 구성요소를 제공할 필요 없이, 확산 광 산란 요소로서 이용될 수 있다. 따라서 구성요소의 개수는 이러한 통합된 광 지향 표면(109)에 의해 더욱 감소될 수 있다. 이는 이러한 개별 광학 구성요소를 보호하기 위해, 추가적인 광학 밀봉 요소를 가질 필요성을 추가로 제거한다. 따라서 조립이 보다 용이한, 보다 견고한 터치-감지 장치(100)가 제공된다. 또한, 채널(112)의 벽(115a, 115b)의 표면은 프레임 요소(113)의 금속면일 수 있다. 벽(115a, 115b)의 반사 특성은 광 지향 표면(109)에 대해 전술한 바와 같이 조정될 수 있다. 프레임 요소(113)는 에미터(105) 및/또는 검출기(106)가 배열되는 캐비티(125)를 형성할 수 있다. 따라서 프레임 요소(113)는, 도 1a에 개략적으로 도시된 바와 같이 디스플레이(301)를 위해 후방 프레임(302)으로의 임의의 장착 인터페이스(129)뿐만 아니라, 기판(119)을 위한 광 지향 표면(109, 115a, 115b) 및 캐비티(125)를 갖는 단일의 일체형 부재로서 형성될 수 있다. 이는 터치-감지 장치(100)의 광-기계적 구성요소의 개수를 최소화하는 것을 허용하며, 덜 복잡하고 대량 생산에 보다 실행 가능한 특히 견고한 터치-감지 장치(100)를 추가로 제공한다.

광 지향 부분(108)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 광 지향 표면(109)에 대향하는 외면(126)을 포함할 수 있다. 광 지향 표면(109)은 외면(126)보다 더 높은 반사율을 가질 수 있다. 상이한 표면 처리로 프레임 요소(113)의 광 지향 부분(108)을 제공하면, 광 지향 표면(109)을 통해 터치 표면(102)을 가로질러 광의 효과적이고 최적화된 산란을 갖는 것을 허용하는 반면에, 사용자와 대면하는 외면(126)이 사용자를 향한 광 반사를 최소화하기 위해 낮은 반사율을 갖는다. 또한, 이는 광학 기능에 영향을 미치지 않으면서[예를 들어, 너무 높은 기울기를 가짐으로써 광 지향 표면(109)이 너무 광택이 없는 것을 방지한다], 원하는 장식적인 외관을 제공한다. 따라서 제조 재료의 특히 효과적인 활용이 실현될 수 있다. 따라서 제조 재료의 특히 효과적인 이용이 실현될 수 있는데, 그 이유는 광 반사율의 원하는 기능을 달성하기 위해 프레임 요소(113)의 단일의 일체형 부재의 섹션이 독특하게 처리될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 개별 광학 구성요소들의 정렬이 필요하지 않다.

일 예에 있어서, 채널(112)의 벽(115a, 115b)은 광 지향 표면(109)보다 더 높은 정반사율을 가질 수 있다. 이는 광 지향 표면(109)을 향해 방출된 광의 더욱 제어된 반사를 제공할 수 있다. 광 지향 표면(109)은 다시 터치 표면(102)을 가로지르는 주사선의 확장을 위해 더 큰 확산 구성요소를 제공한다.

일 양태에서는, 법선 축선(104)을 갖는 평면(103)에서 연장되는 터치 표면(102)을 정의하는 패널(101)을 포함하는 터치 감지 장치(100)가 제공된다. 패널(101)의 둘레(107)을 따라 다수의 에미터(105) 및 검출기(106)가 배열된다. 광 지향 부분(108)은 상기 둘레(107)에 인접하여 배열되며, 그리고 광 지향 표면(109)을 포함한다. 에미터(105)는 광(110)을 방출하도록 배열되며, 광 지향 표면(109)은 광(110)을 수신하고 터치 표면을 가로질러 광(110)을 지향시키도록 배열된다. 패널(101)은 터치 표면(102)과 대향하는 후면(111)을 포함한다. 에미터(105) 및/또는 검출기(106)는 프레임 요소(113)의 채널(112)을 통해 광을 방출 및/또는 수신하기 위해, 후면(111)에 대향하여 배열된다. 광 지향 표면(109)은 에미터(105)로부터 광을 수신하거나, 또는 상기 패널(101)을 통해 그리고 채널(112)을 통해 광을 검출기(106)로 지향시킨다. 프레임 요소(113)는 금속으로 형성되며, 그리고 광 지향 표면(109)이 프레임 요소(113)의 양극산화된 금속면인 광 지향 부분(108)을 포함한다. 프레임 요소(113)는, 방출된 광(110)의 광학 축선(110')이 본질적으로 법선 축선(104)과 평행하도록, 에미터(105) 및/또는 검출기(106)가 배열되는 캐비티(125)를 형성할 수도 있다. 따라서 터치 감지 장치(100)는, 개선된 신호 대 노이즈 비율 및 증가된 터치 검출 성능을 구비한 컴팩트한 터치 감지 장치(100)를 제공함으로써, 전술한 바와 같은 유리한 이점을 제공한다.

도 10a는 터치 감지 장치(100)를 위한 프레임 요소(113)를 제조하는 방법(200)의 흐름도이다. 방법(200)은 광 지향 부분(108)과 그리고 에미터(105) 및/또는 검출기(106)를 포함하는 기판(119)을 수용하도록 구성된 캐비티(125)를 형성하기 위해, 프레임 요소(113)를 압출하는 단계(201)를 포함한다. 도 7a는 이러한 압출된 프레임 요소(113)의 예를 도시하고 있다. 방법(200)은, 채널(112)을 형성하기 위해 캐비티(125)의 벽 부분(127)을 밀링하는 단계(202)를 추가로 포함한다. 도 7a는, 도 7b에 예시된 바와 같이 개방 채널(112)이 캐비티(125) 내에 제공되도록 밀링되는 벽 부분(127)을 점선으로 도시하고 있다. 채널(112)은 채널 벽 또는 표면(115a, 115b)에 의해 정의된다. 따라서 광 지향 부분(108)의 광 지향 표면(109)은, 기판(119)이 캐비티(125)에 배열될 때, 에미터(105)로부터 광을 수신하거나 또는 채널(112)을 통해 광을 검출기(106)로 지향시킬 수 있다. 따라서 프레임 요소(113)의 단일의 일체형 부재가 압출(201) 및 밀링(202)에 의해 제공될 수 있으며, 이는 광 지향 표면(109, 115a, 115b)뿐만 아니라 기판(119)에 대한 정렬 및 지지 기능을 통합하고 있다. 프로세스 중 프레임 요소(113)의 구조적 무결성 및 원하는 공차가 유지될 수 있는 동안에는, 제조가 촉진된다. 또한, 밀링(202)은 채널(112)의 치수를 맞춤화하기 위해 제공되며, 이는 압출 프로세스 중 어려운 단계이다.

도 7c는 압출된 프레임 요소(113)의 또 다른 예를 도시하고 있다. 프레임 요소(113)는, 광 지향 표면(109)의 임의의 후속 표면 처리를 촉진시키기 위해 광 지향 표면(109)이 자유시선(free line of sight)(137, 137')을 갖도록 성형될 수 있다. 시선(137, 137')은 광 지향 표면(109)의 법선(n)과 평행하게 연장될 수 있다. 도 7c는 광 지향 표면(109)의 시선이 표면(109)에 대한 법선(n)에 대응하는 하부 점선(137), 및 상부 점선(137')으로 표기된 예를 도시하고 있다. 자유로운 시선(137, 137'), 즉 프레임 요소(113)에 의해 기재된 시선(137, 137')의 방해 또는 교차가 없는 것은, 샌드 블라스팅과 같은 광 지향 표면(109)의 후속의 표면 처리 프로세스의 최적화를 허용한다. 따라서 광 지향 표면(109)의 원하는 특성을 얻는 것이 촉진될 수 있다. 프레임 요소(113)는 도 7c에 개략적으로 표시된 바와 같이, 경사 부분(138)을 포함할 수 있으며, 이는 프레임 요소(113)의 컴팩트한 프로필을 유지하면서, 전술한 바와 같이 광 지향 표면(109)의 자유시선(137, 137')을 얻는 것을 허용한다. 상기 경사 부분(138)은 [벽 부분(127)에 가장 가까운] 표면(109)의 하부 끝점(endpoint)(139)에서 표면(109)과 법선(n)의 교차점에 대응하는 하부 시선(137)이, 도 7c의 예에 도시된 바와 같이, 프레임 요소(113) 또는 경사 부분(138)과 교차하지 않고 프레임 요소(113)를 지나 연장될 수 있도록 배열될 수 있다. 이는 특히 컴팩트한 프레임 요소(113)를 유지하면서, 전체 광 지향 표면(109)의 표면 처리를 위해 촉진된 접근을 제공한다. 벽 부분(127)은 경사 부분(138)의 일부일 수 있다.

도 10b 및 도 10c는 방법(200)의 추가 흐름도이다. 방법(200)은 광 지향 표면(109)을 에칭, 또는 비드 블라스팅 또는 샌드 블라스팅(2011, 2031)하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서 광 지향 표면(109)에는 상이한 반사율 특성이 제공될 수 있다. 일 예에 있어서, 광 지향 표면(109)의 에칭, 또는 비드 블라스팅 또는 샌드 블라스팅(2011)은 도 10b에 도시된 바와 같이 밀링(202) 이전에 수행된다. 따라서 광 지향 표면(109)에는 채널(112)의 표면(115a, 115b)에 영향을 끼치지 않으면서 상이한 반사율 특성이 제공될 수 있으며, 이는 예를 들어 샌드 블라스팅 프로세스 중 벽 부분(127)에 의해 차폐된다. 전술한 바와 같이, 압출 공정 후에 제공되는 바와 같이, 벽(115a, 115b)의 큰 정반사 성분을 유지하는 것이 유리할 수 있는 반면에, 광 지향 표면(109)은 보다 확산적인 반사를 제공하도록 후속적으로 처리될 수 있다. 일부 예에 있어서, 광 지향 표면(109)의 에칭, 또는 비드 블라스팅 또는 샌드 블라스팅(2031)은 도 10c에 도시된 바와 같이 상기 밀링(202) 후에 수행될 수 있다. 일부 예에 있어서, 광 지향 표면(109)의 에칭, 또는 비드 블라스팅 또는 샌드 블라스팅(2031)은, 도 10c에 추가로 도시된 바와 같이, 이하에 기재되는 추가적인 밀링 단계(203) 후에 수행될 수 있다. 상기 방법(200)은 전술한 바와 같이 프레임 요소(113)의 금속의 양극산화(204)를 포함할 수 있다.

방법(200)은, 프레임 요소(113)에 배열되었을 때, 패널(101)의 터치 표면(102) 위의 광 지향 부분(109)의 높이(h)가 감소되도록, 압출된 광 지향 부분(108)의 상부 부분(128)을 밀링하는 단계(203)를 포함할 수 있다. 도 8a는 압출 후 광 지향 부분(108)의 예의 상세도를 도시하고 있다. 상부 부분(128)의 팁(130)의 반경은 압출 프로세스에 의해 제한된다. 도 8b는 상부 부분(128)이 도 8a의 점선을 따라 밀링된 후의 광 지향 부분(108)을 도시하고 있다. 밀링된 광 지향 부분(108)은 높이(h)를 가지며, 그리고 대응의 팁(130')은 도 8b에 도시된 바와 같이 더욱 예리하며, 즉 반경은 압출 후에 제공되는 팁(130)에 비해 감소되어 있다. 따라서 상부 부분(128)을 밀링함으로써, 보다 컴팩트한 광 지향 부분(108)이 제공되는 반면에, 터치 표면(102)을 가로질러 광을 반사하는데 유용한 광 지향 부분(108)의 부분은 본질적으로 영향을 받지 않는다. 도 8a의 둥근 팁(130)은 터치 표면(102)을 가로질러 광을 지향시키기에는 유용하지 않다. 따라서 둥근 팁(130)은 도 8b에 도시된 바와 같이 제거되었다. 따라서 상부 부분(128)을 밀링하면, 광 지향 부분(108)의 높이의 보다 효과적인 이용을 제공한다. 따라서 터치 표면(102) 위로 주사선의 충분한 높이 또는 높이 분포가 제공될 수 있어서, 베젤 높이를 최소화하면서 상이한 팁 크기로 상이한 터치 물체의 안전한 식별을 허용할 수 있다. 일부 예에 있어서, 높이는 1.5 내지 2 mm 범위에 있다. 일부 예에서는 1.8 mm의 높이가 특히 유리하여, 동일 평면 상의 베젤 외관을 제공할 수 있다.

광 지향 표면(109)은 도 8c에 개략적으로 도시된 바와 같이 오목할 수 있다. 광 지향 표면(109)이 터치 표면(102)을 향해 오목하면, 원하는 바의 반사광 방향의 제어, 및 주사선의 신호 강도의 증가를 제공한다.

광 지향 표면(109)은 포물선형으로 오목할 수 있다. 광 지향 표면(109)이 전술한 바와 같이 프레임 요소(113)에 직접 형성될 수 있기 때문에, 오목한 형상이 프레임 요소(113)에 직접 성형될 수 있다. 따라서 임의의 추가적인 광학 구성요소를 도입할 필요 없이, 프레임 요소(113)를 직접 성형함으로써, 광 반사가 제어될 수 있다.

도 8d는 광 지향 표면(109)의 세부사항을 상이한 모습(I 내지 III)으로 도시한 개략도이다. 제1 모습(I)은 평면(103)의 방향(103)을 따라, 예를 들어 도 8c의 화살표(103)를 따른 것이다. 따라서 광 지향 표면(109)은 패널(101) 위에 배열된 가늘고 긴 부분으로 도시되어 있고, 패널(101) 아래에는 에미터(105) 및 검출기(106)가 도시되어 있다. 도 8d는 광 지향 표면(109)의 상세한 섹션을 제2 모습(II)으로 도시하고 있다. 광 지향 표면(109)은 표면(109)에 패턴을 형성하기 위해 밀링되거나 또는 달리 기계가공될 수 있다. 도 8d의 제3 모습(III)은 제2 모습(II)에서 A-A를 따른 횡단면도이며, 여기서는 이러한 패턴의 예가 파형 패턴 또는 격자를 형성하는 주기적인 융기부(136)로 도시되어 있다. 광 지향 표면(109)에 원하는 반사 특성을 제공하여, 터치 표면(102)을 가로지르는 광의 방향을 제어하기 위해, 밀링 또는 다른 기계가공 프로세스에 의해, 상이한 패턴이 프레임 요소(113)에 직접 형성될 수 있다.

확산 광 산란 표면의 추가적인 예가 이하에 기재된다. 기재된 임의의 확산 광 산란 표면은 광 지향 표면(109) 상에 제공될 수 있다. 확산 광 산란 표면은 적어도 50% 난반사(diffuse reflection), 바람직하게는 적어도 70-85% 난반사를 나타내도록 구성될 수 있다. 940 nm에서 70% 이상의 반사율은, 예를 들어 전술한 바와 같은 양극산화[예를 들어, 금속 염을 사용한 전해 착색(electrolytic coloring)]에 의해 흑색 외관을 갖는 재료로 달성될 수 있다. 확산 광 산란 표면은, 예를 들어 양극산화, 페인팅, 스프레이, 라미네이션, 접착 등에 의해 인가되는, 예를 들어 코팅, 층, 또는 필름으로 구현될 수 있다. 전술한 바와 같은 에칭 및 블라스팅은, 원하는 난반사율에 도달하기 위한 효과적인 절차이다. 일 예에 있어서, 확산 광 산란 표면은 무광택 백색 페인트 또는 잉크로서 구현된다. 높은 난반사율을 달성하기 위해, 상기 페인트/잉크는 굴절률이 높은 안료를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 안료 중 하나는 굴절률 n=2.8을 갖는 T1O2이다. 확산 광 산란 표면은 굴절률을 변화시키는 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어 프레넬 손실을 감소시키기 위해, 페인트 필러 및/또는 페인트 차량의 굴절률이, 그 인가되는 표면 상의 재료의 굴절률과 매칭되는 것이 바람직할 수도 있다. 다우 케미컬 컴파니(Dow Chemical Company)에 의해 제공하는 EVOQUE™ Pre-Composite Polymer Technology(사전-합성 폴리머 기술)의 사용에 의해, 페인트의 특성이 추가로 개선될 수 있다. 상업적으로 이용 가능한 확산기로서 사용하기 위한 다른 많은 코팅 재료가 있으며, 그 예로는 플루오로폴리머 스펙트라론(fluoropolymer Spectralon), 폴리우레탄 에나멜, 황산바륨 기반(barium-sulphate-based) 페인트 또는 용액, 과립형 PTFE, 미세다공성 폴리에스테르, GORE® 난반사기 제품, 바이에르 아게(Bayer AG)에서 제공되는 Makrofol® 폴리카보네이트 필름, 등이 있다. 대안적으로, 확산 광 산란 표면은 평탄형 또는 시트형 디바이스, 예를 들어 전술한 엔지니어링 확산기, 확산기 필름, 또는 예를 들어 접착제에 의해 부착되는 백색 종이로서 구현될 수 있다. 다른 대안에 따라, 확산 광 산란 표면은, 가능하기로는 반사 재료의 상부 코팅과 조합하여, 외면 상의 세미-랜덤화된(비주기적인) 미세-구조물로서 구현될 수 있다.

마이크로 구조물은 에칭, 엠보싱, 몰딩, 연마 블라스팅, 스크래칭, 브러싱 등에 의해 이러한 외면 및/또는 내면 상에 제공될 수 있다. 확산 광 산란 표면은 몰딩 과정 중 형성될 수 있는 이러한 내면을 따라 공기 포켓(pocket of air)을 포함할 수 있다. 또 다른 대안에 있어서, 확산 광 산란 표면은 광 투과성일 수 있으며(예를 들어, 광 투과성 확산 재료 또는 광 투과성 엔지니어링 확산기), 그리고 외면에서 반사 재료의 코팅으로 덮일 수 있다. 확산 광 산란 표면의 또 다른 예로는 거친 표면 상에 제공되는 반사 코팅이다.

확산 광 산란 표면은 렌티큘러 렌즈(lenticular lense) 또는 회절 격자 구조물을 포함할 수 있다. 렌티큘러 렌즈 구조물은 필름에 통합될 수 있다. 확산 광 산란 표면은, 내면 및/또는 외면 상에 제공되는 사인파형 주름과 같은 다양한 주기적 구조물을 포함할 수 있다. 주기 길이는 0.1 mm 내지 1 mm 범위에 있을 수 있다. 상기 주기적 구조물은 원하는 방향으로 산란을 달성하기 위해 정렬될 수 있다.

따라서 기재된 바와 같이, 확산 광 산란 표면은 백색 또는 유색 페인트, 백색 또는 유색 색종이, 스펙트라론, 반사 재료로 덮인 광 투과성 확산 재료, 확산 폴리머 또는 금속, 엔지니어링 확산기, 반사형 세미-랜덤 미세 구조물, 인몰드형 에어 포켓 또는 확산 재료의 필름, 예를 들어 렌티큘러 렌즈 또는 기타 마이크로 렌즈 구조 또는 격자 구조물을 포함하는 상이한 엔지니어링 필름을 포함할 수 있다. 확산 광 산란 표면은 낮은 NIR 흡수를 바람직하게 갖는다.

확산 광 산란 요소가 반사기 표면을 제공하는 상기 실시예들 중 임의의 변형예에 있어서, 확산 광 산란 요소에는 정반사 성분이 없거나 미미한 정반사 성분이 제공될 수 있다. 이는 공기 중에서 무광택 확산 필름, 내부 반사형 벌크 확산기, 또는 벌크 투과형 확산기를 사용하여 달성할 수 있다. 이는 일반적으로 정반사 성분을 갖는 확산기 인터페이스로 인한 초-중첩된(super-imposed) 협소한 정반사 주사선을 회피함으로써, 그리고 단지 넓고 확산된 주사선 프로필을 제공함으로써, 효과적인 주사선 확장을 허용한다. 터치 신호로부터 상기 초-중첩된 정반사 주사선을 제거함으로써, 시스템은 넓고 확산된 주사선 프로필을 보다 용이하게 사용할 수 있다. 바람직하게는, 확산 광 산란 표면은 1% 미만, 더욱 더 바람직하게는 0.1% 미만의 정반사 성분을 갖는다. 대안적으로, 정반사 성분이 0.1%보다 큰 경우, 확산성 광 산란 요소는 광택을 감소시키기 위한 표면 거칠기로 바람직하게 구성되며, 예를 들어 미세 구조화된다.

패널(101)은 유리, 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA) 또는 폴리카보네이트(PC)로 제조될 수 있다. 패널(101)은 디스플레이 디바이스 또는 모니터(도시되지 않음)에 오버레이되거나 또는 통합되도록 설계될 수 있다. 패널(101)은 광 투과성일 필요는 없으며, 즉 터치의 출력이 언급된 디스플레이 디바이스를 거쳐 패널(101)을 통해 제시될 필요가 없는 경우, 그러나 대신에 또 다른 외부 디스플레이 상에 디스플레이되거나 또는 임의의 다른 디바이스, 프로세서, 메모리 등과 통신되는 것도 가능하다. 원치 않는 주변 광을 차단하기 위해, 패널(101)에는 인쇄물, 즉 잉크로 덮인 커버와 같은 차폐층이 제공될 수 있다. 따라서 검출기(106)에 도달하는 미광 및 주변 광의 광량이 감소될 수 있다.

여기에 사용되는 바와 같이, 에미터(105)는 원하는 파장 범위로 방사선을 방출할 수 있는 임의의 타입의 디바이스, 예를 들어 다이오드 레이저, VCSEL(vertical-cavity surface-emitting laser)(수직-캐비티 표면-방출 레이저), LED(발광 다이오드), 백열 램프, 할로겐 램프, 등일 수 있다. 에미터(105)는 광섬유의 단부에 의해 형성될 수도 있다. 에미터(105)는 광을 임의의 파장 범위로 생성할 수 있다. 이하의 예에서는 광이 적외선(IR), 즉 약 750 nm 이상의 파장으로 생성되는 것으로 가정한다. 유사하게, 검출기(106)는 광 검출기, CCD 디바이스, CMOS 디바이스, 등과 같이 (동일한 파장 범위에서) 광을 전기 신호로 변환할 수 있는 임의의 디바이스일 수 있다.

전술한 바와 관련하여, "난반사(diffuse reflection)"는 입사 광선이 "정반사(specular reflection)"에서처럼 단지 하나의 각도가 아니라 많은 각도로 반사되도록, 표면으로부터 광을 반사하는 것을 지칭한다. 따라서 난반사 요소는, 조명되었을 때, 요소 상의 각각의 위치에서 큰 입체각(solid angle)에 대한 반사에 의해 광을 방출한다. 난반사는 "산란(scattering)"으로도 알려져 있다. 기재된 예는 표현을 명확히 하기 위해 에미터(105)와 관련하여 전술한 요소를 주로 참조하였지만, 대응의 배열체가 검출기(106)에도 적용될 수 있음을 인식해야 한다.

본 발명은 위에서 주로 몇몇 실시예를 참조하여 기재되었다. 그러나 본 기술분야의 숙련자에 의해 용이하게 이해되는 바와 같이, 위에 기재된 이외의 다른 실시예는 첨부된 특허 청구범위에 의해서만 정의되고 제한되는 본 발명의 범주 및 정신 내에서 동등하게 가능하다.

예를 들어, 전술한 바에 도시되고 논의된 바와 같이, 에미터 및 검출기의 특정한 배열은 단지 예로서 주어진다. 본 발명의 커플링 구조는, 다수의 에미터에 의해 생성된 광을 패널을 가로질러 전달함으로써, 그리고 접촉 지점에서 상기 전달된 광과의 상호작용으로 인한 수신된 광의 변화를 다수의 검출기에서 검출함으로써 작동하는 임의의 모든 터치-감지 시스템에 유용하다.

Claims

터치 감지 장치(100)로서:
법선 축선(104)을 갖는 평면(103)에서 연장되는 터치 표면(102)을 정의하는 패널(101),
상기 패널의 둘레(107)를 따라 배열되는 다수의 에미터(105) 및 검출기(106),
상기 둘레에 인접하여 배열되며 그리고 광 지향 표면(109)을 포함하는 광 지향 부분(108)을 포함하며,
상기 에미터는 광(110)을 방출하도록 배열되고, 상기 광 지향 표면은 상기 광을 수신하며 그리고 상기 터치 표면을 가로질러 상기 광을 지향시키도록 배열되고,
상기 패널은 상기 터치 표면과 대향하는 후면(111)을 포함하고, 상기 에미터 및/또는 상기 검출기는 프레임 요소(113)의 채널(112)을 통해 광을 방출 및/또는 수신하기 위해 상기 후면에 대향하여 배열되고, 상기 채널은 상기 후면에 대향하여 배열되어 상기 법선 축선의 방향(104')으로 연장되며,
상기 광 지향 표면 및 상기 채널은 상기 패널의 대향측 상에 배열되어, 상기 평면의 방향으로 중첩되며,
이에 의해 상기 광 지향 표면은 상기 에미터로부터 광을 수신하거나, 또는 상기 패널을 통해 그리고 상기 채널을 통해 상기 법선 축선의 상기 방향으로 상기 검출기로 광을 지향시키는, 터치 감지 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 광 지향 표면과 상기 터치 표면의 상기 평면 사이의 각도(v)는, 45도 미만 또는 45도 초과인, 터치 감지 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 패널은 상기 터치 표면과 상기 후면 사이에서 연장되는 엣지(114)를 가지며,
상기 채널은 상기 패널의 각각의 엣지(114)에 가장 가깝게 배열된 제1 채널 벽(115a)과 대향의 제2 채널 벽(115b) 사이의 폭(d1)으로 상기 평면과 평행한 방향으로 연장되며,
상기 제1 채널 벽은 상기 법선 축선의 상기 방향(104')을 향해 각도(116)로 연장되는, 터치 감지 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 광 지향 표면(109)은 상기 터치 표면에 가장 가깝게 배열된 상기 광 지향 부분의 엣지 부분(121)으로부터 상기 광 지향 부분의 돌출부(117)로 연장되며, 상기 돌출부는 주변 광 또는 미광이 상기 채널을 향해 반사되는 것을 차폐하기 위해 상기 평면과 평행한 방향으로 연장되는, 터치 감지 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 에미터 및/또는 검출기는 기판(119)에 장착되고, 상기 기판은 상기 법선 축선과 각도(122)를 형성하는 상기 프레임 요소의 대응의 정합면(120b)에 대향하여 배열되는 모따기된 엣지(120a)를 포함하는, 터치 감지 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 채널의 벽(115a, 115b)은 확산 광 산란 표면을 포함하는, 터치 감지 장치.
청구항 1 내지 청구항 6 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 에미터 및/또는 검출기는 기판(119)에 장착되고, 지지체(123)가 상기 기판에 부착되며, 상기 지지체는 상기 기판과 상기 프레임 요소(113)의 프레임 벽(124a, 124b) 사이의 평면과 평행한 방향으로 연장되는, 터치 감지 장치.
청구항 1 내지 청구항 7 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 패널은 상기 터치 표면과 상기 후면 사이에서 연장되는 엣지(114)를 가지며,
상기 프레임 요소는 캐비티(125)를 형성하고,
상기 에미터 및/또는 검출기는 기판(119)에 장착되고, 상기 기판은 상기 에미터 및/또는 검출기가 상기 기판보다는 상기 패널의 상기 각각의 엣지에 보다 가깝게 배열되도록 상기 캐비티에 배열되는, 터치 감지 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 캐비티(125)는 상기 패널의 상기 각각의 엣지 (114)에 가장 가깝게 배열된 제1 프레임 벽(124a)과 대향의 제2 프레임 벽(124b) 사이의 폭(d2)으로 상기 평면과 평행한 방향으로 연장되며,
상기 기판은 상기 에미터 및/또는 검출기가 상기 기판보다 상기 제1 프레임 벽에 보다 가깝게 배열되도록 상기 캐비티에 배열되는, 터치 감지 장치.
청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
상기 기판은 상기 법선 축선의 방향(104')으로 가늘고 긴 형상으로 연장되는, 터치 감지 장치.
청구항 1 내지 청구항 10 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 광 지향 표면은 양극산화된 금속인, 터치 감지 장치.
청구항 1 내지 청구항 11 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 광 지향 표면은 표면 거칠기를 증가시키기 위해 그리고 상기 터치 표면 위에 상기 광을 난반사시키기 위해, 에칭된 금속, 샌드 블라스팅된 금속, 비드 블라스팅된 금속, 또는 브러싱된 금속인, 터치 감지 장치.
청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,
상기 프레임 요소는 상기 광 지향 부분을 포함하고, 상기 프레임 요소는 상기 금속으로 형성되며,
이에 의해, 상기 광 지향 표면은 상기 프레임 요소의 양극산화된 금속면, 및/또는 상기 프레임 요소의 에칭된 금속면, 샌드 블라스팅된 금속면, 비드 블라스팅된 금속면, 또는 브러싱된 금속면인, 터치 감지 장치.
청구항 13에 있어서,
상기 금속면은 상기 터치 표면을 향해 오목한, 터치 감지 장치.
청구항 11 내지 청구항 14 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 프레임 요소는 상기 에미터 및/또는 검출기가 배열되는 캐비티(125)를 형성하는, 터치 감지 장치.
청구항 1 내지 청구항 15 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 광 지향 표면(109)은 0.1 내지 0.25의 기울기 RMS(Δq)에 의해 정의된 표면 거칠기를 갖는, 터치 감지 장치.
청구항 16에 있어서,
상기 광 지향 표면(109)은 0.13 내지 0.20의 기울기 RMS(Δq)에 의해 정의되는 표면 거칠기를 갖는, 터치 감지 장치.
청구항 1 내지 청구항 15 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 광 지향 표면(109)은 0 내지 0.1의 기울기 RMS(Δq)에 의해 정의되는 표면 거칠기를 갖는, 터치 감지 장치.
청구항 1 내지 청구항 18 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 광 지향 부분은 상기 광 지향 표면에 대향하는 외면(126)을 포함하고, 상기 광 지향 표면은 상기 외면보다 더 높은 반사율을 갖는, 터치 감지 장치.
청구항 1 내지 청구항 19 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 채널의 벽(115a, 115b)은 상기 광 지향 표면보다 더 높은 정반사율을 갖는, 터치 감지 장치.
터치 감지 장치(100)로서:
법선 축선(104)을 갖는 평면(103)에서 연장되는 터치 표면(102)을 정의하는 패널(101),
상기 패널의 둘레(107)를 따라 배열되는 다수의 에미터(105) 및 검출기(106),
상기 둘레에 인접하여 배열되며 그리고 광 지향 표면(109)을 포함하는 광 지향 부분(108)을 포함하며,
상기 에미터는 광(110)을 방출하도록 배열되고, 상기 광 지향 표면은 상기 광을 수신하고, 그리고 상기 터치 표면을 가로질러 상기 광을 지향시키도록 배열되고,
상기 패널은 상기 터치 표면과 대향하는 후면(111)을 포함하고,
상기 에미터 및/또는 상기 검출기는 프레임 요소(113)의 채널(112)을 통해 광을 방출 및/또는 수신하도록 상기 후면과 대향하여 배열되고,
상기 광 지향 표면은 상기 에미터로부터 광을 수신하거나, 또는 상기 패널을 통해 그리고 상기 채널을 통해 광을 상기 검출기로 지향시키며,
상기 프레임 요소는 금속으로 형성되고 그리고 상기 광 지향 부분을 포함하며, 상기 광 지향 표면은 상기 프레임 요소의 양극산화된 금속면인, 터치 감지 장치.
터치 감지 장치(100)를 위한 프레임 요소(113)를 제조하는 방법(200)으로서:
에미터(105) 및/또는 검출기(106)를 포함하는 기판(119)을 수용하도록 구성된 캐비티(125) 및 광 지향 부분(108)을 형성하기 위해, 상기 프레임 요소를 압출(201)하는 단계, 및
사용 시 상기 광 지향 부분의 광 지향 표면(109)이 상기 에미터로부터 광을 수신하거나, 또는 채널을 통해 광을 상기 검출기로 지향시키도록, 상기 채널(112)을 형성하기 위해 상기 캐비티의 벽 부분(127)을 밀링(202)하는 단계를 포함하는 방법.
청구항 22에 있어서,
상기 광 지향 표면을 에칭, 또는 비드 블라스팅 또는 샌드 블라스팅(2011)하는 단계를 포함하는, 방법.
청구항 22 또는 청구항 23에 있어서,
상기 프레임 요소에 배열되었을 때, 패널(101)의 터치 표면(102) 위의 상기 광 지향 부분의 높이(h)가 감소되도록, 상기 압출된 광 지향 부분의 상부 부분(128)을 밀링하는 단계(203)를 포함하는, 방법.