WO2019054524A1 - 적외선 방식의 터치스크린 장치 - Google Patents

적외선 방식의 터치스크린 장치 Download PDF

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WO2019054524A1
WO2019054524A1 PCT/KR2017/009985 KR2017009985W WO2019054524A1 WO 2019054524 A1 WO2019054524 A1 WO 2019054524A1 KR 2017009985 W KR2017009985 W KR 2017009985W WO 2019054524 A1 WO2019054524 A1 WO 2019054524A1
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frame
optical
pass filter
infrared
touch screen
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PCT/KR2017/009985
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English (en)
French (fr)
Inventor
이준구
정재원
Original Assignee
이준구
정재원
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/28—Interference filters
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means

Definitions

  • the present invention relates to an infrared touch screen device.
  • a touch screen is a device for inputting a signal based on calculation of coordinates when a specific part on the screen is directly or indirectly touched using a hand or a tool.
  • an infrared ray method which recognizes coordinates in a touch screen using an infrared ray sensor is mainly used in a large-sized touch screen.
  • this representative method of the infrared ray type a plurality of light emitting elements and light receiving elements are arranged simultaneously or sequentially And the touch screen is operated by touching with a finger or an object capable of blocking light, thereby calculating the coordinates of the point where the reception of light is blocked.
  • the Opto-Matrix the Opto-Matrix
  • Such an infrared type touch screen is applied to a relatively large touch screen and can have excellent performance based on high reliability and can be implemented at a relatively low cost.
  • Such a touch panel having a thin bezel structure is required to be installed not only in an indoor environment that is not affected by the sunlight but also in a building where a lot of outdoor or sunlight is projected (similar outdoors) Is increasing.
  • the large screen touch screen is directly or indirectly influenced by the interference wavelength (hereinafter referred to as " disturbance light ") emitted from the sunlight, resulting in an abnormally high maximum detection value of the infrared receiving device.
  • SNR the interference wavelength
  • SNR of the infrared transmission optical signal is increased to cause a malfunction of the touch, or the operation speed (speed) of the infrared transmission signal is increased, Is lowered.
  • the waterproofing and dustproofing process of the conventional infrared touch screen device is implemented through a two-side adhesive and a silicone treatment between most of the components and the corresponding components.
  • double-sided adhesives and silicones have a considerably low temperature variation and durability against long-term use. Therefore, there are many problems to be stably operated in an outdoor environment for a long time, and productivity and assemblability are low, maintenance is difficult There are disadvantages.
  • a close bonding structure with glass is essential, and such a close contact structure with glass does not cause any problems in a indoor environment.
  • the close bonding structure with the glass in the outdoor environment may cause many problems such as user convenience, touch function, and maintenance.
  • the temperature of a glass surface for touching can be made extremely high due to high heat or solar radiation emitted from a display panel (LCD, LED, etc.)
  • the glass surface must be touched by hand.
  • dust, dirt, rainwater, etc. may accumulate foreign matter on the end portion of the touch screen device which is tightly adhered to the glass surface, which may cause malfunction of the touch function.
  • the present invention is to provide an optical band pass filter that allows only a signal of a specific wavelength band to be used to dramatically remove disturbance light interference, thereby improving a touch recognition rate, minimizing malfunction,
  • the present invention is to provide an infrared touch screen device that can be used outdoors.
  • Another object of the present invention is to provide an infrared type touch screen comprising a plurality of infrared ray emitting elements and a plurality of light receiving elements, an optical high pass filter used for eliminating the influence of disturbance light, An optical bandpass filter having improved performance and an infrared type touch screen device having an improved structure for mounting the filter.
  • Another object of the present invention is to provide an infrared touch screen device capable of sufficiently removing the influence of disturbance light, external scattered light, reflected light, and the like in an outdoor environment.
  • Another object of the present invention is to provide a waterproof structure and an anti-dust structure for preventing foreign substances such as dust, snow, and boiling from entering the inside of a touch module by implementing a sealing function in a bonding region of a touch module and an optical filter.
  • An infrared type touch screen device that can be used stably in an outdoor environment.
  • Embodiments according to the present invention can be used to accomplish other tasks not specifically mentioned other than the above-described tasks.
  • an infrared touch screen device including: a frame frame disposed in a quadrangle shape to receive a touch screen panel; A plurality of light projecting elements 121 provided on any one of the transverse frame frames 110a in the frame and emitting infrared rays forward; And a plurality of light-emitting devices (121) disposed in front of the plurality of light-projecting elements (121) and provided in any one of the transverse frame frames (110a), for transmitting only infrared rays of a predetermined wavelength band or more to the infrared rays emitted from the plurality of light- A high pass filter 133; The optical high pass filter 133 is disposed in the other transverse frame 110a and is disposed in parallel with the optical high pass filter 133.
  • the optical high pass filter 133 passes only infrared rays of a set wavelength band A first optical band-pass filter (131); And a plurality of light receiving elements disposed in the other transverse frame frame (110a) and disposed inside the first optical bandpass filter (131) and receiving infrared rays passing through the first optical bandpass filter (131)
  • the first optical band-pass filter 131 is fixedly fitted into a fitting groove 112 formed in a longitudinal direction of the frame, and the first optical band- Pass filter 131 and the optical high-pass filter 133 are arranged in a direction orthogonal to the optical axis of infrared rays.
  • the optical high-pass filter 133 is disposed on an axis orthogonal to the optical axis of the infrared signal L1
  • the first optical bandpass filter 131 may be disposed in a direction orthogonal to the optical axis of the infrared signal L1.
  • the infrared touch screen device may be arranged between the optical high pass filter 133 and the contact surface of the portion fixed to the frame, and may be made of rubber material or silicone material having elasticity (150, 151) which are provided with a plurality of grooves.
  • the rubber 150 of the infrared type touch screen device according to the present invention may include the optical high pass filter 133 at a portion where the optical high pass filter 133 is fixed to the frame, As shown in Fig.
  • the infrared touch screen device includes the frame 110 having the fixing screw hole 160 formed on the free end thereof; And a tightening screw 161 fastened to the tightening screw hole 160 to compress the frame 110 so as to prevent the rubber 150 from shrinking.
  • the plurality of light-emitting elements 121 and the optical high-pass filter 133 may be arranged in any one of the vertical frame frames 110b, And the optical high pass filter 133, the first optical bandpass filter 131 and the plurality of light receiving elements 132 are installed in the other vertical frame frame 110b in the frame frame .
  • the first and second optical bandpass filters 131 and 122 are formed by vacuum deposition on a polycarbonate material, Lt; / RTI >
  • the infrared touch screen device is inserted between the touch glass 170 and the frame 110, and is inserted between the touch glass 170 and the frame 110 And a block module 181 for allowing the space g to be formed.
  • the infrared touch screen device can improve the disturbance light removing performance instead of the conventional infrared filter (high pass filter) in an infrared touch screen having a thin bezel size Pass filter that passes only the band of the transmitted light from the light emitting element to reduce disturbance light interference by more than 5 times compared to the existing filter and to improve the elimination of disturbance light interference, . ≪ / RTI >
  • the present invention it is possible to improve the touch speed and the touch accuracy and realize the high-performance multi-touch function through the reduction of the disturbance light interference, and the touch operation control due to the elimination or reduction of the disturbance light signal interference measurement algorithm It is possible to reduce the number of algorithms, thereby reducing the cost of the CPU and peripheral circuitry (material cost) and development cost.
  • a touch screen device of the type can be provided.
  • a certain space is provided between the infrared touch screen device and the touch glass, thereby ensuring the operator's convenience in the outdoor environment and the reliability of the touch function.
  • FIG. 1 is an exemplary view for explaining a configuration of an infrared touch screen device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exemplary view showing an installation state of an optical bandpass filter in an infrared touch screen device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the installation state of each component in the infrared touch screen apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing an incident path on the receiving unit side in the infrared touch screen apparatus shown in FIG. 3.
  • FIG. 4 is a view showing an incident path on the receiving unit side in the infrared touch screen apparatus shown in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the installation state of each configuration in the infrared touch screen device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a sectional view showing the installation state of each configuration in the infrared touch screen device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the installation state of each component in the infrared touch screen device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an installation state and a rubber structure of each configuration in an infrared type touch screen device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing an installation state and a rubber structure of each configuration in an infrared type touch screen device according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a sectional view showing a rubber fixing structure according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a graph comparing characteristics of an optical high-pass filter and an optical band-pass filter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a structural view for securing a certain space with the touch glass surface according to the embodiment of the present invention.
  • the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
  • the present invention can be implemented not only in a touch structure of a quadrangle, but also in a touch module structure (one transmission section and one reception section) composed of right and left or upper and lower frames.
  • module means a unit for processing at least one function or operation, and may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software.
  • FIG. 1 is an exemplary diagram illustrating a configuration of an infrared touch screen device according to an embodiment of the present invention.
  • an infrared touch screen apparatus 100 may include a frame 110, two transmitters 120, and two receivers 130.
  • the frame 110 has a rectangular shape with two horizontal frame frames 110a and 110b and a vertical frame frame 110b and a Y frame.
  • a touch panel (not shown) is installed in the rectangular internal space.
  • the transmitting unit 120 may be installed in one of the horizontal frame frames 110a and one of the vertical frame frames 110b in the frame frame 110.
  • the receiving unit 130 may be installed in another transverse frame 110a and another transverse frame 110b.
  • the transmitting unit 120 and the receiving unit 130 may be disposed to face each other and the infrared signal L1 transmitted from the transmitting unit 120 may be incident on the receiving unit 130.
  • the transmitting unit 120 forms a grid-shaped infrared beam by arranging the plurality of light emitting devices 121 in the longitudinal frame frame 110a or the longitudinal frame frame 110b along the longitudinal direction of the frame at predetermined intervals .
  • Each of the plurality of light emitting devices 121 emits a specific band of the infrared signal L1 through the exposed portion of the horizontal frame frame 110a or the vertical frame frame 110b.
  • the light-emitting element 121 may be a light-emitting diode (LED) element, a laser diode (LD) element, or the like.
  • the receiving unit 130 includes a first optical band-pass filter 131 for filtering an infrared signal L1 having the same band as that used by the light-emitting device, and a second optical band- And a plurality of light receiving elements 132 for receiving the infrared signal L1 of a band or a band slightly broader than the same band.
  • the plurality of light receiving elements 132 may be an infrared light receiving element having a light peak value and a bandwidth of +/- 10 nm from the central wavelength.
  • the plurality of light receiving elements 132 are arranged along the longitudinal direction of the frame at a predetermined interval in the transverse frame 110a or the frames 110a and 110b, Pass filter 131, and receives an optically filtered infrared signal L1 of a specific band.
  • the optical wavelength characteristics of the infrared receiver shown in Fig. 11 show that the spectral distribution of sunlight (that is, the influence of sunlight) is insufficient in the wavelength range of about 900 nm to 1,000 nm.
  • the first optical band-pass filter 131 optically filters the section where the interference by the sunlight is minimized and enters the light-receiving element 132, so that the influence of the sunlight is detected by an optical filtering method So that a more efficient and stable solar photodetection method can be realized.
  • the optical filtering band of the first optical band-pass filter 131 is set corresponding to the wavelength band of the optical signal transmitted from the light-emitting device 121,
  • the light receiving band can be determined. This means that the optical filtering range of the first optical band-pass filter 131 and the light receiving range of the light receiving element 132 are changed when the optical signal transmitted from the light emitting device 121 is changed.
  • the transmitting unit 120 transmits the infrared signal L1 sent from the light-emitting element 121 to the infrared signal L1 Pass filter 122 (see Fig. 2) for filtering only the first optical band-pass filter 122 (see Fig. 2).
  • FIG. 2 is an exemplary view showing an installation state of an optical bandpass filter in an infrared touch screen device according to an embodiment of the present invention.
  • a second optical bandpass filter 122 may be installed in the transmission unit 120.
  • a conventional infrared type touch screen device using an optical high-pass filter generally passes disturbance light in a band of 700 nm or more in consideration of an area removed by an optical high-pass filter in terms of optical spectrum Since the disturbance light is removed in the sub-600 nm band, the disturbance light interference amount that can be removed is insufficient.
  • the infrared receiver since the infrared receiver has the broadband reception characteristic in the band of 700 nm or more, the conventional infrared touch screen using only the high pass filter may have a problem that disturbance light interference can not be avoided due to low disturbance light removal rate.
  • the infrared touch screen device includes first and second optical bandpass filters 131 and 122 may be used.
  • the first and second optical bandpass filters 131 and 122 are formed in a thin and long shape so that interference signals other than the light emission (light emission) signal sent from the light emitting element 121 are not drawn into the light receiving element 132, It may be positioned in the transverse frame 110a or the transverse frame 110b in close proximity to the light receiving element 132 or the light transmitting element 121.
  • the first and second optical bandpass filters 131 and 122 may be manufactured in the form of one thin and long bar to fit the length of the horizontal frame frame 110a or the vertical frame frame 110b, And may be installed in the vertical frame 110b.
  • the first and second optical bandpass filters 131 and 122 may be made of two or three thin and long rods in order to increase the sunlight removal rate, and may be installed in the horizontal frame frame 110a or the vertical frame frame 110b .
  • the number of the first and second optical bandpass filters 131 and 122 installed in one frame frame is the most preferable.
  • the number of the first and second optical bandpass filters 131 and 122 may be plural, depending on the manufacturing cost and other conditions.
  • the number of the first and second optical bandpass filters 131 and 122 may be increased as the length of the longitudinal frame frame 110b increases.
  • first and second optical bandpass filters 131 and 122 (hereinafter referred to as first and second optical bandpass filters) 131 and 132 are used as a mixture of a chemical bonding structure in which a polycarbonate material conventionally used in the production of an infrared optical filter has been mixed with a paint capable of absorbing light energy per wavelength. ), The components of the mixture are not uniformly distributed throughout the filter, so that the uniformity is lowered and thus the optical filter may not be able to function in a high wavelength band. Particularly when the lengths of the first and second optical bandpass filters 131 and 122 are made thin and long as in the case of the present invention.
  • the first and second optical bandpass filters 131 and 122 are fabricated using a vacuum evaporation method, and the object to be deposited is the same as the conventional infrared touch screen, Pass filter structure capable of passing only a specific optical band to a material having a wide area of the same plastic (polycarbonate material) as the existing optical high-pass filter is formed by vapor deposition coating.
  • the first and second optical bandpass filters 131 and 122 formed in this manner can be formed to have a total length of about 0.1 to 5 m so as to be applicable to various touch screen sizes,
  • the optical filter characteristic capable of selectively passing only the band can be uniformly implemented over the entire area of the touch screen.
  • the wavelength of light passing through is the wavelength of the infrared band including the 940 nm band which is mainly used recently, and can be changed according to the requirements of the touch screen device.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the installation state of the respective components in the infrared touch screen device according to the first embodiment of the present invention, and is a sectional view taken along the longitudinal direction of the horizontal frame 110a shown in FIG.
  • the installation state of each of the components shown in Fig. 3 can also be configured in the same manner in the vertical frame 110b.
  • the infrared touch screen device 100 includes one or more first and second (first and second) frame frames 110a, Optical band pass filters 131 and 122 may be provided.
  • Each of the transverse frame frame 110a or the longitudinal frame frame 110b is formed with a fixing groove 112 having a ⁇ shape formed in the lengthwise direction and is provided with a light emitting element 121 or a light receiving element 132 Through grooves are formed on the front surface of the light-emitting device 121 or the light-emitting device 121 or the light-receiving device 132 are formed.
  • the first and second optical bandpass filters 131 and 122 can be fixed in a fixing groove 112 of a ⁇ shape and installed in a direction orthogonal to the optical axis of the infrared signal L1.
  • the light emitting device 121 or the light receiving device 132 is installed in an internal space defined by the transverse frame 110a or the transverse frame 110b and is filtered through the first optical bandpass filter 122 through the through- And receives infrared rays filtered by the first optical band-pass filter 131.
  • the PCB substrate 140 is fixed to the inner space formed by the horizontal frame frame 110a or the vertical frame frame 110b and the light projecting device 121 or the light receiving device 132 is electrically connected to the PCB substrate 140 Lt; / RTI >
  • Disturbance light L2 such as sunlight or illumination light is incident along with the infrared light transmitted from the light-
  • most of the disturbance light is filtered and removed by the optical band-pass filter, and only the infrared signal L1 transmitted from the light-emitting element is incident on the light-receiving element 132.
  • the infrared touch screen device 100 according to the second embodiment of the present invention includes an optical high pass filter 133 added to the first embodiment of the present invention with reference to FIG. 4 .
  • the optical high-pass filter 133 is installed on the front surfaces of the first and second optical bandpass filters 131 and 122 so as to be positioned on the outer side of the frame, and is closely attached to the first and second optical bandpass filters 131 and 122 Can be installed. Therefore, the infrared rays incident on the light receiving element 132 are primarily filtered by the optical high-pass filter 133 and then filtered by the first optical band-pass filter 131 in a second order.
  • the optical high-pass filter 133 has the characteristic of removing the light wavelength of at least 900 nm and passing the light wavelength of 900 nm or more, but it has the characteristic of passing the conventional light wavelength of 700 nm or more and removing the light wavelength of 600 nm or less Also,
  • FIG. 6 is a sectional view showing the installation state of each configuration in the infrared touch screen device according to the third embodiment of the present invention.
  • an infrared type touch screen device 100 according to a third embodiment of the present invention includes a first and a second optical band pass filters 131 122, but the optical high pass filter 133 is installed so as to be inclined at a set angle with respect to the optical axis of the infrared signal L1.
  • the optical high-pass filter 133 may be arranged to be inclined by 5 DEG to 10 DEG with respect to a vertical axis (axis orthogonal to the optical axis of the infrared signal).
  • the optical high pass filter 133 When the optical high pass filter 133 is inclined by 5 ⁇ to 10 ⁇ with respect to the vertical axis, the interference due to the reflection signal at the edge of the touch frame can be reduced.
  • the optical high pass filter 133 When the optical high pass filter 133 is inclined at an angle of 5 to 10 with respect to the vertical axis, when a light is blocked by a finger or the like in a rectangular area (corner part) where the X axis and the Y axis of the touch screen device meet, This is to prepare for the case where touch misunderstanding can be performed due to reflection of light transmitted from another axis. That is, assuming that light is blocked at the left edge of the horizontal frame frame 110a and the edge near the upper edge of the vertical frame frame 110b, light emitted from the light projector 121 of the vertical frame frame 110b is reflected Since light can be received by the light receiving element 102 of the neighboring frame 110a, there is a possibility of touch misrecognition. Therefore, it is possible to prevent such an error by implementing the inclination in the filter inlet portion so that the reflected light is not directly introduced.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state of each configuration in an infrared type touch screen device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the optical high-pass filter 133 is inclined by 5 ° to 10 ° with respect to the longitudinal axis.
  • the optical high-pass filter 133 133 and the first and second optical bandpass filters 131 and 122 are inclined at an angle of 5 ° to 10 ° with respect to the longitudinal axis at the same time, the same effects as those of the third embodiment can be obtained.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a structure of a frame for waterproofing and dustproofing, and a rubber insertion structure in an infrared touch screen device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the optical high-pass filter 133 and the first and second optical bandpass filters 131 and 122 are connected to the horizontal frame frame 110a or the vertical frame frame 110b by a " ⁇ " As shown in FIG. And the rubber 150 may be disposed between the frame frame 110 and the optical high-pass filter 133, more specifically, between the frame frame 110a and the frame frame 110b.
  • the rubber 150 can be arranged so as to be in contact with the front surface of the optical high-pass filter 133, for example, the surface to which the external light is led, and as shown in FIG. 8, (Not shown).
  • the rubber 150 may be provided in the same length as the transverse frame 110a or the longitudinal frame 110b and may be made of a material having flexibility such as a rubber material or a silicone material.
  • the rubber 150 can realize a waterproof function and a dustproof function.
  • FIG 9 is a cross-sectional view showing a structure in which the rubber 151 is applied to both contact surfaces as in the sixth embodiment according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the rubber 150 is fixed to the front surface of the optical high-pass filter 133 at a portion fixedly coupled with the transverse frame 110a or the longitudinal frame 110b, And the other rubber 151 may be disposed on the back surface of the optical high-pass filter 133 as shown in Fig. That is, the plurality of rubbers 150 and 151 can be arranged to be in contact at both contact surfaces of the optical high-pass filter 133, whereby the optical high-pass filter 133 can be arranged in the rim 150, 110).
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a structure or the like in which a fixing screw is used to prevent the rubber 150 from shrinking in the infrared touch screen apparatus according to the seventh embodiment of the present invention.
  • the rubber 150 inserted on both sides of the surface has elasticity due to the characteristics of the material, and may shrink after coupling.
  • a space may be formed in which foreign matter can enter the inside of the frame 110a or the frame 110b, so that the tightening screw 161 can be coupled
  • the tightening screw hole 160 is formed on the filter engagement surface of the transverse frame 110a or the vertical frame frame 110b to tighten the tightening screw 161 to prevent the rubber 150 from contracting.
  • the tightening screw hole 160 may be formed on the free end side of the frame 110 as shown in FIG. More specifically, a fastening screw hole 160 may be formed in the lower frame of the frame 110, and a fastening hole may be formed in the upper frame of the frame 110.
  • the fastening hole may be configured such that the threaded portion of the fastening screw 161 passes through and the head portion of the fastening screw 161 extends. That is, the tightening screw 161 can be fastened to the fastening screw hole 160 of the lower body through the fastening hole of the upper body, and the frame 110 can be arbitrarily opened according to the fastening degree of the fastening screw 161
  • the original cross-sectional shape can be maintained without being deformed.
  • by maintaining the cross-sectional shape of the frame 110 it is possible to prevent the rubber 150, 151 from being excessively squeezed or deformed.
  • FIG. 12 is a sectional view showing a combined state of a touch screen overlay device in which a cover mechanism 180 and a block module 181 are coupled to a touch screen device.
  • the cover structure 180 can firmly fix the block module 181 and the frame 110 and improve the bonding structure with the touch glass 170 that can be generated in an outdoor environment.
  • the touch screen device by inserting the block module 181, the touch screen device according to the embodiment of the present invention can secure a space g between the touch glass 170 and the frame 110 .
  • the shape of the block module 181 may be changed according to specifications of the touch screen device.
  • the infrared touch screen device can be used as an input device in a display device or a touch type information input device.

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치는, 특정 파장 대역 이상의 적외선을 통과시키는 광학식 하이패스 필터; 및 광학식 하이패스 필터를 통하여 입사되는 광학 신호에 대해 설정 파장 대역의 적외선만 통과시키는 제1 광학식 밴드패스 필터;를 포함하고, 제1 광학식 밴드패스 필터는 해당 테두리 프레임에 길이 방향으로 형성된 "⊂"자 모양의 설치홈에 끼워져 고정되며, 제1 광학식 밴드패스 필터와 광학식 하이패스 필터는 적외선 신호(L1)의 광축에 대하여 직교 또는 5° 내지 10° 기울어진 방향으로 배치될 수 있다.

Description

적외선 방식의 터치스크린 장치
본 발명은 적외선 방식의 터치스크린 장치에 관한 것이다.
터치스크린은 화면 위의 특정한 부분을 직간접적으로 손이나 도구 등을 이 용하여 터치하였을 때, 그 좌표의 연산에 의거하여 신호를 입력하는 장치이다.
종래의 터치스크린 기술 중 대형 터치스크린에는 주로 적외선 센서를 이용 하여 터치스크린 내의 좌표를 인식하는 적외선 방식이 사용되고 있으며, 이러한 적 외선 방식의 대표 방식은 발광 소자 및 수광 소자 여러 개를 배열하여 동시 혹은 순차적으로 송수신하게 하여 스크린 상부에 광의 격자 구조를 만들고 손가락이나 빛을 차단할 수 있는 물건으로 터치를 하여 빛의 수신이 차단되는 지점의 좌표를 연산하여 터치 부위를 인식하는 방식인 옵토-메트릭스(Opto-Matrix) 방식이다.
이러한 적외선 방식의 터치스크린은 비교적 대형 터치스크린에 적용되며, 높은 신뢰성을 기반으로 우수한 성능을 보유할 수 있고, 또한 상대적으로 저가로 구현될 수 있다.
적외선 방식의 터치스크린의 최근 시장 수요측면에서 볼 때, 디스플레이 패널 크기는 대형화 되어가고 있지만 테두리 프레임(Bezel) 크기는 점점 얇고 작아지는 추세이기 때문에 터치스크린을 구성하고 있는 관련 구조들도 모두 슬림(Slim) 되어가고 있다. 이러한 얇은 테두리 프레임(Bezel) 구조를 갖는 터치 패널은 태양광의 영향을 받지 않는 옥내환경에서 설치뿐만 아니라, 옥외 혹은 태양광이 많이 비춰지는 빌딩 내부(유사 옥외) 설치 요구가 점점 늘어나는 추세이며, 터치스크린의 대화면 활용이 증가되고 있다.
그러나 대형 화면의 터치스크린은 태양광에서 방사되는 간섭 파장(이하 “외란광”이라 함)에 의해 직간접적인 영향을 많이 받게 되어 적외선 수신 소자의 최대검출값이 비정상적으로 높아지게 되고, 이에 따라 사용자 터치에 의한 적외선 수신부의 검출 값(Signal)이 외란광에 의해 비정상적으로 높아진 최대 검출 값에 비하여 현저하게 낮아지게 되어, 적외선 송신 광신호의 신호대잡음비(SNR)에서 노이즈가 증가하여 터치 오동작을 일으키거나 동작속도가 저하되는 문제점이 있다.
이러한 문제점에 대한 근본적인 이유로는, 얇은 테두리 프레임(Bezel) 구조를 갖는 적외선 방식 터치스크린에 사용되고 있는 적외선 필터가 외부 외란광에 대한 차단(제거율) 기능에 있어서 효과가 미비하기 때문이며, 이는 터치 화면이 클수록 외란광에 의한 간섭은 더욱 크기 때문이다.
또한, 적외선 터치스크린장치를 옥외에서 사용하기 위해서는 방수 기능과 방진 기능이 반드시 구현되어야 하는데, 이를 완벽히 해결할 수 있는 기구적인 방법이 제시되고있지 않아 옥외 사용에 있어서 아주 큰 방해 요소이다.
종래의 적외선 방식 터치 스크린 장치의 방수 방진 처리는 대부분 기구물과 해당 구성품 간에 양면 접착제 및 실리콘 처리를 통해 구현하고 있는 실정이다. 그런데 양면접착제나 실리콘 등은 온도변화, 장시간 사용에 대한 내구성 등이 현저히 낮기 때문에 장시간 동안 옥외 환경에서 안정적으로 운용되기에는 많은 문제점이 있으며, 생산성이나 조립성이 낮고, 불량이 발생할 때에 유지보수가 어려운 단점이 있다.
이러한 문제의 근본적인 이유로는 적외선 방식의 터치스크린장치에 사용되는 적외선 송수신 소자들의 안정적인 송신과 수신 기능을 위해 대부분 터치 모듈 기구물 전면에 얇은 플라스틱구조의 적외선 필터를 프레임 전면에 결합하여 사용하고 있는데, 이러한 적외선 플라스틱 필터와 터치 모듈 기구물 (알루미늄 또는 NCT구조의 철판)과의 밀폐 기능 구현이 매우 까다롭기 때문이다. 혹여 필터와 터치 모듈 기구물 사이의 밀폐 기능을 구현한다 하더라도 그 복잡한 구조 때문에 대부분 생산성이 현저히 떨어지게 되며 이는 적외선 터치 모듈의 방수 기능과 방진 기능을 구현하는데 가장 큰 어려움이다.
한편으로, 일반적인 적외선 방식의 터치스크린 장치는 유리면을 직접적으로 접촉하여 터치 기능이 수행되기 때문에 유리와의 밀착 결합 구조가 필수이고, 이러한 유리와의 밀착 접합 구조는 옥내 환경에서는 문제가 발생되지 않는다. 그러나 옥외 환경에서의 유리와의 밀착결합구조는 사용자 편의 및 터치 기능, 유지보수 등에 많은 문제점을 야기할 수 있다.
좀더 상세하게는, 옥외 환경에서 운용되는 터치스크린 장치는, 디스플레이 패널(LCD, LED 등)에서 방사되는 높은 고열 또는 태양열에 의해 터치용 유리 표면의 온도는 상당히 높게 형성될 수 있고, 사용자는 고열의 유리 표면을 손으로 터치해야 한다. 또한, 기후 환경변화에 의해 황사, 먼지, 빗물 등은 유리 표면과 밀착 접합된 터치스크린 장치의 끝부분에 이물질 등이 축적되어 터치 기능에 장애를 유발시킬 수 있다.
[선행기술문헌]
대한민국 등록특허공보 제10-1030077호(2011.04.19.)
대한민국 공개특허공보 제10-2008-0096975호(2008.11.04.)
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 특정 파장 대역의 신호만 통과시키는 광학적 밴드 패스 필터를 이용하여 외란광의 간섭을 획기적으로 제거함으로써 터치 인식률을 향상시킴과 동시에 오작동을 최소화하고 방수 및 방진 기능을 획기적으로 개선하여 적용함으로써, 옥외 사용 가능한 한 적외선 방식의 터치스크린 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다수의 적외선 발광 소자 및 수광 소자 들의 배열로 이루어진 적외선 방식 터치스크린에서, 종래의 외란광 및 외부 산란광, 반사광 등의 영향을 제거하기 위해 사용된 광학식 하이패스 필터보다 성능이 개선 된 광학식 밴드패스 필터 및 그 필터의 장착을 위해 개선된 구조를 가지는 적외선 방식의 터치스크린 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 외란광 및 외부 산란광, 반사광 등의 영향을 충분히 제거하여 실외 환경에서도 사용이 가능한 적외선 방식의 터치스크린 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 터치스크린의 테두리 프레임(Bezel) 크기가 얇아지고 있는 최근 추세를 반영하여 얇고 긴 형태의 광학 필터 구조를 제공하여 제품 시장 추이(trend)에 부합됨과 동시에 생산비용 절감을 통한 고품질 저가격의 적외선 방식의 터치스크린 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 터치 모듈과 광학 필터 등의 접합 부위에 완벽한 밀폐 기능을 구현하여 외부로부터 먼지, 눈, 비등의 이물질이 터치 모듈 내부로 들어오지 못하게 하는 획기적인 방수 구조 및 방진 구조를 적용함으로써 옥외 환경에서도 안정적으로 사용할 수 있는 적외선 방식의 터치스크린 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 터치스크린 장치와 터치용 유리의 접합 부분에 일정한 공간을 확보할 수 있도록 하여 터치스크린 장치가 옥외 환경에서 안정적으로 운용될 수 있도록 하는 적외선 방식의 터치스크린 장치를 제공하는데 있다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치는, 터치스크린 패널이 설치되도록 4각형으로 배치된 테두리 프레임(110); 상기 테두리 프레임 중에 어느 하나의 가로 테두리 프레임(110a)에 설치되고 전방으로 적외선을 송출하는 복수의 투광 소자(121); 상기 어느 하나의 가로 테두리 프레임(110a)에 설치되고, 상기 복수의 투광 소자(121)의 전방에 배치되어 상기 복수의 투광 소자(121)에서 송출된 적외선 중에 설정 파장 대역 이상의 적외선만 송출되게 하는 광학식 하이패스 필터(133); 상기 다른 하나의 가로 테두리 프레임(110a)에 설치되고 상기 광학식 하이패스 필터(133)와 나란하게 배치되며, 상기 광학식 하이패스 필터(133)를 통하여 입사되는 광학 신호에 대해 설정 파장 대역의 적외선만 통과시키는 제1 광학식 밴드패스 필터(131); 및 상기 다른 하나의 가로 테두리 프레임(110a)에 설치되고 상기 제1 광학식 밴드패스 필터(131)의 안쪽에 배치되어 상기 제1 광학식 밴드패스 필터(131)를 통과한 적외선을 수신하는 복수의 수광 소자(132);를 포함하고, 상기 제1 광학식 밴드패스 필터(131)는 해당 테두리 프레임에 길이 방향으로 형성된 “⊂”자 모양의 설치홈(112)에 끼워져 고정되고, 상기 제1 광학식 밴드패스 필터(131)와 상기 광학식 하이패스 필터(133)는 적외선의 광축에 대하여 직교하는 방향으로 배치된 것을 포함한다.
또한, 상기 본 발명의 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치는, 상기 광학식 하이패스 필터(133)가 적외선 신호(L1)의 광축에 대하여 직교하는 축에 대해 5° 내지 10° 기울어지게 설치되며, 상기 제1 광학식 밴드패스 필터(131)는 적외선 신호(L1)의 광축에 대해 직교하는 방향으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치는, 상기 제1 광학식 밴드패스 필터(131)와 상기 광학식 하이패스 필터(133)가 적외선의 광축에 대해 직교하는 축에 대해 5° 내지 10° 기울어지게 설치될 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치는, 상기 광학식 하이패스 필터(133)와 상기 테두리 프레임에 고정되는 부분의 접촉면의 사이에 배치되고, 신축성을 갖는 고무 재질 또는 실리콘 재질로 제공되는 러버(150, 151);를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치의 상기 러버(150)는, 상기 광학식 하이패스 필터(133)가 상기 테두리 프레임에 고정되는 부분에서, 상기 광학식 하이패스 필터(133)의 양쪽 접촉면에서 접촉하도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치는, 조임나사 구멍(160)이 자유단 쪽에 형성된 상기 테두리 프레임(110); 및 상기 조임나사 구멍(160)에 체결되어 상기 테두리 프레임(110)을 압축시켜 상기 러버(150)의 수축을 방지하도록 하는 조임 나사(161);를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치는, 상기 복수의 투광 소자(121)와 상기 광학식 하이패스 필터(133)는, 상기 테두리 프레임 중에 어느 하나의 세로 테두리 프레임(110b)에 설치되고, 상기 광학식 하이패스 필터(133)와 상기 제1 광학식 밴드패스 필터(131)와 상기 복수의 수광 소자(132)는, 상기 테두리 프레임 중에 다른 하나의 세로 테두리 프레임(110b)에 설치될 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치는, 상기 제1, 2 광학식 밴드패스 필터(131, 122)가 폴리카보네이트 재질 위에 진공 증착 과정을 통해 필터 전체가 균일한 광학 필터 특성을 갖는 것일 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치는, 터치 유리(170)와 상기 테두리 프레임(110)의 사이에 삽입되어 상기 터치 유리(170)와 상기 테두리 프레임(110) 사이에 공간(g)이 형성되도록 하는 블록 모듈(181);을 더 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치는, 테두리 프레임(Bezel) 크기가 얇은 구조의 적외선 방식 터치스크린에 기존 적외선 필터(하이패스 필터)대신 외란광 제거 성능이 개선된 투광 소자에서 보내오는 파장의 대역만 통과시키는 광학식 밴드패스 필터를 삽입하여 외란광 간섭량을 기존 필터보다 5배 이상 감소시키고, 외란광 간섭 제거 개선효과를 통해 터치스크린의 안정적인 옥외 및 유사옥외설치 운용을 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 외란광 간섭의 감소를 통해, 터치 속도와 터치 정확도 향상 및 고기능 멀티 터치 기능 구현이 용이하며, 외란광 신호 간섭량 측정알고리즘 제거 또는 축소로 인한 터치 운용 제어 알고리즘 축소를 가능하게 하여 CPU 및 주변회로소재(재료비) 절감 및 개발비용을 절감시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 테두리 프레임(Bezel)에 삽입이 쉽고 외란광 차단 효과를 극대화한 기구 구조를 생산품에 적용함으로써 생산효율 개 선을 통한 생산성 향상과 불량품 감소 등을 통해 생산비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 테두리 프레임과 적외선 필터 사이에 삽입된 러버를 통하여 외부 이물질을 완벽히 차단함으로써, 방수 기능과 방진 기능을 구현하고 이를 통해 옥외환경에서도 안정적으로 사용할 수 있는 적외선 방식의 터치 스크린 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 하나의 실시 예에 따르면, 적외선 터치스크린 장치와 터치 유리 사이에 일정 공간을 확보함으로써 옥외 환경에서의 운용자 편의 및 터치 기능의 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치의 구성을 설명하기 위한 예시도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치에서 광학식 밴드패스 필터의 설치 상태를 보인 예시도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치에서 각 구성의 설치 상태를 보인 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 적외선 방식의 터치스크린 장치에서 수신부 측의 입사 경로를 보인 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치에서 각 구성의 설치 상태를 보인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치에서 각 구성의 설치 상태를 보인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치에서 각 구성의 설치 상태를 보인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치에서 각 구성의 설치 상태 및 러버 구조를 보인 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치에서 각 구성의 설치 상태 및 러버 구조를 보인 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 러버 고정 구조를 보인 단면도 이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 광학식 하이패스 필터와 광학식 밴드패스 필터의 특성을 비교한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 유리 면과의 일정 공간을 확보하기 위한 구조도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 4각형의 터치 구조가 아닌 좌우 혹은 상하 프레임으로만 구성된 터치 모듈 구조(송신부 1개, 수신부 1개)에서도 구현될 수 있다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체에서 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호가 사용되었다. 또한, 널리 알려져 있는 공지 기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "~부", "모듈" 등 의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
[부호의 설명]
100: 터치스크린 장치
110: 테두리 프레임
110a: 가로 테두리 프레임
110b: 세로 테두리 프레임
112: 설치홈
114: 틈
120: 송신부
121: 투광 소자
131, 122: 제1, 2 광학식 밴드패스 필터
130: 수신부
132: 수광 소자
133: 광학식 하이패스 필터
140: PCB 기판
150: 러버
160: 조임나사 구멍
161: 조임나사
170: 터치 유리
180: 커버 기구물
181: 블록 모듈
L1: 적외선 신호
L2: 외란광
Co: 종래 광학식 하이패스 필터 특성 곡선
Cn: 본 발명의 광학식 하이패스 필터 특성 곡선
Cb: 광학식 밴드패스 필터 곡선
이하에서는 첨부한 도 1 내지 도 11을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치의 구성을 보인 예시도면이다. 도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 적외선 방식의 터치 스크린 장치(100)는, 테두리 프레임(110), 2개의 송신부(120) 및 2개의 수신부(130)를 포함할 수 있다.
테두리 프레임(110)은 2개의 가로 테두리 프레임(110a, X축)과 2개의 세로 테두리 프레임(110b, Y축)이 결합된 4각형의 형상으로 이루어지며, 테두리 프레임(110)에 의해 형성되는 4각형의 내부 공간에 터치패널(미도시)이 설치된다.
송신부(120)는 테두리 프레임(110) 중에 어느 하나의 가로 테두리 프레임(110a)과 어느 하나의 세로 테두리 프레임(110b)에 설치될 수 있다.
수신부(130)는 다른 하나의 가로 테두리 프레임(110a)과 다른 하나의 세로 테두리 프레임(110b)에 설치될 수 있다.
송신부(120)와 수신부(130)는 서로 마주보도록 설치될 수 있고, 송신부(120)에서 전송한 적외선 신호(L1)가 수신부(130)에 입사 될 수 있다.
송신부(120)는 복수의 투광 소자(121)가 가로 테두리 프레임(110a) 또는 세로 테두리 프레임(110b)의 내부에 설정간격으로 해당 프레임의 길이 방향을 따라 배치되어 있어 격자 모양의 적외선 빔을 구성한다.
각각의 복수의 투광 소자(121)는 가로 테두리 프레임(110a) 또는 세로 테두리 프레임(110b)의 노출된 부분을 통해 특정 대역의 적외선 신호(L1)를 송출한다. 투광 소자(121)는 LED(Light-Emitting Diode) 소자이거나 LD(Laser Diode) 소자 등일 수 있다.
수신부(130)는 도 11에 도시된 바와 같이, 투광 소자가 사용하는 대역과 동일한 대역의 적외선 신호(L1)를 필터링하는 제1 광학식 밴드패스 필터(131)와, 투광 소자가 사용하는 대역과 동일한 대역 혹은 동일 대역보다 조금 확장된 대역의 적외선 신호(L1)를 수신하는 복수의 수광 소자(132)를 포함할 수 있다. 특히, 복수의 수광 소자(132)는 중심파장으로부터 ±10nm의 광 피크 값과 대역폭을 갖는 적외선 수광 소자일 수 있다.
복수의 수광 소자(132)는 가로 테두리 프레임(110a) 또는 해당 프레임(110a, 110b)의 내부에 설정간격으로 해당 프레임의 길이 방향을 따라 배치되어 있고, 프레임의 노출된 부분을 통해 제1 광학식 밴드패스 필터(131)에 입사 되고, 광학적으로 필터링된 특정 대역의 적외선 신호(L1)를 수신한다. 예를 들면, 도 11에 도시된 적외선 수신기의 광 파장 특성을 보면, 약 900nm 내지 1,000nm의 광 파장 범위에서 태양광의 스펙트럼 분포(즉, 태양광의 영향)가 미비한 것을 알 수 있다. 이에 따라 제1 광학식 밴드패스 필터(131)는 태양광에 의한 간섭이 최소화인 구간을 광학적으로 필터링하여 수광 소자(132)에 입사 되게 함으로써, 태양광의 영향을 전기적인 필터 방식이 아닌 광학적인 필터링 방식으로 제거하여 보다 효율적이고 안정적인 태양광 제거 방식을 구현할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 투광 소자(121)에서 송출하는 광신호의 파장 대역에 대응하여 제1 광학식 밴드패스 필터(131)의 광학적 필터링 대역이 설정되고, 또한 수광 소자(132)의 광수신 대역이 정해질 수 있다. 이는 투광 소자(121)에서 송출하는 광신호가 달라지게 되면, 그에 따라 제1 광학식 밴드패스 필터(131)의 광학적인 필터링 범위 및 수광 소자(132)의 광수신 범위가 달라짐을 의미한다.
또한, 송신부(120)는 외란광(L2)에 대한 영향을 더욱 최소화하기 위하여, 투광 소자(121)에서 송출한 적외선 신호(L1)를 투광 소자(121)에서 사용하는 특정 대역의 적외선 신호(L1)만 필터링하는 제2 광학식 밴드패스 필터(122, 도 2 참조)를 더 포함할 수 있다.
이하에서는 송신부(120) 측에 제2 광학식 밴드패스 필터(122, 도 2 참조)가 설치된 경우를 예로 하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치에서 광학식 밴드패스 필터의 설치 상태를 보인 예시도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 송신부(120)에는 제2 광학식 밴드패스 필터(122)가 설치될 수 있다.
설명에 앞서, 일반적으로 광학식 하이패스 필터를 사용한 종래의 적외선 방식의 터치스크린 장치는 광학적인 스펙트럼 관점에서 광학식 하이패스 필터에 의해 제거되는 영역을 고려하면, 통상적으로 700nm 이상 대역에서는 외란광을 통과시키며 600nm 이하 대역에서 외란광이 제거되기 때문에, 제거할 수 있는 외란광 간섭량은 미비한 수준이다. 또한, 700nm 이상 대역에서는 적외선 수신기가 광대역 수신 특성을 갖고 있기 때문에, 하이패스 필터만 사용한 종래의 적외선 방식 터치스크린은 외란광 제거율이 낮아서 외란광의 간섭을 피할 수 없는 문제가 있을 수 있다.
이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 하나의 방안으로, 본 발명의 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 특정 파장 대역만 통과시키는 제1, 2 광학식 밴드패스 필터(131, 122)를 사용할 수 있다.
이때의 제1, 2 광학식 밴드패스 필터(131, 122)는 투광 소자(121)에서 송출한 발광(투광)신호 이외에 다른 간섭 신호가 수광 소자(132)에 인입 되지 않도록 얇고 긴 형태로 제작되어, 수광 소자(132) 또는 투광 소자(121)와 아주 근접하게 가로 테두리 프레임(110a) 또는 세로 테두리 프레임(110b) 내에 위치할 수 있다.
예컨대, 제1, 2 광학식 밴드패스 필터(131, 122)는 가로 테두리 프레임(110a) 또는 세로 테두리 프레임(110b)의 길이에 맞도록 하나의 얇고 긴 막대 형태로 제작되어 가로 테두리 프레임(110a) 또는 세로 테두리 프레임(110b)에 설치될 수 있다.
또는, 제1, 2 광학식 밴드패스 필터(131, 122)는 태양광 제거율을 증가시키기 위해 얇고 긴 2개 또는 3개의 막대로 제작되어 가로 테두리 프레임(110a) 또는 세로 테두리 프레임(110b)에 설치 될 수 있다.
물론 하나의 테두리 프레임에 설치되는 제1, 2 광학식 밴드패스 필터(131, 122)의 수는 하나인 것이 가장 바람직하나, 제작 비용 및 기타 여건에 따라 복수 개로 설치될 수 있으며, 가로 테두리 프레임(110a) 또는 세로 테두리 프레임(110b)의 길이가 길수록 설치되는 제1, 2 광학식 밴드패스 필터(131, 122)의 개수가 늘어날 수 있다.
한편, 종래에 적외선 광학식 필터를 제작할 때 일반적으로 이용하였던, 폴리카보네이트 재료에 광파장별 광 에너지를 흡수할 수 있는 도료를 혼합한 화학적 결합 구조의 혼합물로 제1, 2 광학식 밴드패스 필터(131, 122)를 제작하게 되면, 혼합물의 성분이 필터 전체에 균일하게 분포되지 않기 때문에 균일도가 떨어지게 되며, 그에 따라 높은 광파장 대역에서는 광학 필터 역할을 수행하지 못할 수 있다. 특히 제1, 2 광학식 밴드패스 필터(131, 122)의 길이를 본 발명에 적용하는 형태와 같이 얇고 길게 하는 경우에 더욱 그러하다.
이에, 본 발명의 실시예에 따른 제1, 2 광학식 밴드패스 필터(131, 122)는 진공증착 방법을 이용하여 제작되며, 증착 대상물이 기존 적외선 방식의 터치스크린과 동일한 제조공정 및 제품의 신뢰성을 확보하기 위해 기존 광학식 하이패스 필터와 동일한 플라스틱류(폴리카보네이트 재질 등)의 넓은 면적을 갖는 물질에 특정 광학대역만 통과시킬 수 있는 광학식 밴드패스 필터 구조를 증착 코팅하여 제작한다. 이러한 방식으로 만들어지는 제1, 2 광학식 밴드패스 필터(131, 122)는 다양한 터치스크린 사이즈에 모두 적용할 수 있도록 전체 길이를 예컨대, 약 0.1m 내지 5m 정도의 길이로도 제작될 수 있으며, 특정한 대역만 선별적으로 통과할 수 있는 광학식 필터 특성이 터치스크린 전체 구간에 균일하게 구현될 수 있다. 이때 통과시키는 광파장은 최근에 주로 쓰이는 940nm 대역을 비롯한 적외선 대역의 파장이며 터치스크린 장치의 요구사양에 따라 변경 제작될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치에서 각 구성의 설치 상태를 보인 단면도로서, 도 2에 도시된 가로 테두리 프레임(110a)를 세로 방향으로 절단하여 보인 단면도이다. 물론 도 3에 도시된 각 구성의 설치 상태는 세로 테두리 프레임(110b)에서도 동일한 형태로 구성할 수 있다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치(100)는, 하나의 가로 테두리 프레임(110a) 또는 세로 테두리 프레임(110b)에 하나 혹은 여러 개의 제1, 2 광학식 밴드패스 필터(131, 122)가 설치될 수 있다. 각각의 가로 테두리 프레임(110a) 또는 세로 테두리 프레임(110b)은 길이 방향으로 형성된 “⊂”자 모양의 설치홈(112)이 형성되어 있으며, 투광 소자(121) 또는 수광 소자(132)가 형성된 부분의 전면에 해당 소자 방향으로 관통홈이 형성되거나 투광 소자(121) 또는 수광 소자(132)가 배치된 축을 따라 전체적으로 관통홈이 형성된다.
따라서, 제1, 2 광학식 밴드패스 필터(131, 122)는 “⊂”자 모양의 설치홈(112)에 끼워져 고정되어 적외선 신호(L1)의 광축에 대해 직교되는 방향으로 설치될 수 있다.
투광 소자(121) 또는 수광 소자(132)는 가로 테두리 프레임(110a) 또는 세로 테두리 프레임(110b)에 의해 형성된 내부 공간에 설치되어 관통홈을 통해 제1 광학식 밴드패스 필터(122)를 거쳐 필터링된 적외선을 송출하거나, 제1 광학식 밴드패스 필터(131)에 의해 필터링된 적외선을 수신한다.
한편, 가로 테두리 프레임(110a) 또는 세로 테두리 프레임(110b)에 의해 형성된 내부 공간에는 PCB 기판(140)이 고정 설치되며, 투광 소자(121) 또는 수광 소자(132)는 PCB 기판(140)과 전기적으로 연결된다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 제1 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치에서 수신부 측으로 입사되는 광을 도 4를 참조로 설명한다. 투광 소자(121)로부터 전송된 적외선 광과 더불어 태양광이나 조명광 등의 외란광(L2)이 입사 된다. 물론 외란광은 광학식 밴드패스 필터에 의해 거의 대부분이 필터링되어 제거되며 투광소자에서 전송된 적외선 신호(L1)만 수광 소자(132)에 입사 된다.
그러나, 태양광을 포함한 외란광(L2)의 세기가 커지면, 제1, 2 광학식 밴드패스 필터(131, 122)가 장착된 “⊂”자 모양의 설치홈(112)의 미세한 틈(114)으로 외란광(L2)이 통과하여 영향을 끼칠 가능성이 있다. 이러한 설치홈(112)의 미세한 틈(114)을 통과하는 외란광(L2)으로부터의 영향을 제거하기 위하여 이하의 본 발명의 제2 내지 제3 실시예가 제공된다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치에서 각 구성의 설치 상태를 보인 단면도이다. 도 5를 참고하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치(100)는, 도 4를 참조로 한 본 발명의 제1 실시예에 광학식 하이패스 필터(133)가 추가된 경우이다. 이때 광학식 하이패스 필터(133)는 테두리 프레임의 외부측에 위치하도록 제1, 2 광학식 밴드패스 필터(131, 122)의 전면 설치되고 제1, 2 광학식 밴드패스 필터(131, 122)에 밀착되어 설치될 수 있다. 따라서 수광 소자(132)로 입사되는 적외선은 광학식 하이패스 필터(133)에 의해 1차적으로 필터링되고 제1 광학식 밴드패스 필터(131)에 의해 2차로 필터링 된다.
여기서 광학식 하이패스 필터(133)는 적어도 900nm 미만의 광파장을 제거하고 900nm 이상의 광파장을 통과시키는 특성을 가지는 것이 가장 양호하나, 종래의 일반적인 700nm 이상의 광파장을 통과시키고 600nm 이하의 광파장을 제거시키는 특성을 가져도 무방하다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치에서 각 구성의 설치 상태를 보인 단면도이다. 도 6을 참고하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치(100)는, 제2 실시예와 같이 광학식 하이패스 필터(133)를 제1, 2 광학식 밴드패스 필터(131, 122)의 전면에 설치하고 있으나, 광학식 하이패스 필터(133)가 적외선 신호(L1)의 광축에 대해 설정 각도로 기울어지게 설치된다. 예컨대, 광학식 하이패스 필터(133)는 세로축(적외선 신호의 광축에 대하여 직교인 축)을 기준으로 5° 내지 10° 기울어지게 배치될 수 있다.
광학식 하이패스 필터(133)를 세로축을 기준으로 5° 내지 10°기울어지게 설치하는 것은 터치 프레임 가장자리부분에서의 반사 신호에 의한 간섭을 축소할 수 있다.
광학식 하이패스 필터(133)를 세로축을 기준으로 5° 내지 10° 기울어지게 설치하는 것은 터치스크린 장치의 X축과 Y축이 만나는 사각 지역(모서리 부분)에 손가락 등으로 빛을 차단할 경우에 바로 인접한 다른 축에서 보내는 빛의 반사로 인해 터치 오인식을 할 수 있는 경우에 대비하기 위함이다. 즉, 가로 테두리 프레임(110a)의 좌측 부분과 세로 테두리 프레임(110b)의 상측 부분 근처의 모서리에서 빛을 차단한다고 가정하면, 세로 테두리 프레임(110b)의 투광 소자(121)에서 나오는 빛이 반사되어 이웃하는 가로 테두리 프레임(110a)의 수광 소자(102)에서 빛을 수광할 수 있으므로 터치 오인식을 할 가능성이 있다. 따라서 반사광이 직접 인입 되지 않도록 필터 인입 부에 경사를 구현하는 것으로 이러한 에러를 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치에서 각 구성의 상태를 보인 단면도이다. 도 6을 참조로 제3 실시예에서는 광학식 하이패스 필터(133)만 세로축을 기준으로 5° 내지 10° 기울어지게 구성하였으나, 도 7을 참조로 한 제4 실시예에서는 이와 다르게 광학식 하이패스 필터(133)와 제1, 2 광학식 밴드패스 필터(131, 122)를 동시에 세로축을 기준으로 5° 내지 10° 기울어지게 설치하여, 제3 실시예와 동일한 효과를 나타낼 수 있다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치에서 방수와 방진을 위한 테두리 프레임의 구조 및 러버 삽입 구조 등의 상태를 나타낸 단면도이다.
도 8을 참조하면, 광학식 하이패스 필터(133)와 제1, 2 광학식 밴드패스 필터(131, 122)는 가로 테두리 프레임(110a) 또는 세로 테두리 프레임(110b)에 각각 “⊂”자 모양의 홈에 고정 될 수 있다. 그리고 러버(150)가 상기 테두리 프레임 좀 더 상세하게는 가로 테두리 프레임(110a) 또는 세로 테두리 프레임(110b)과 광학식 하이패스 필터(133)의 사이에 배치될 수 있다.
특히, 러버(150)는 광학식 하이패스 필터(133)의 전면, 예컨대, 외부 빛이 인입 되는 쪽의 면에 접하도록 배치될 수 있고, 도 8에 나타낸 바와 같이, 복수로 구비되어 광학식 하이패스 필터(133)의 양쪽에 배치될 수 있다.
*상기 러버(150)는 가로 테두리 프레임(110a) 또는 세로 테두리 프레임(110b)과 동일한 길이로 제공될 수 있고, 고무 재질 또는 실리콘 재질 등으로 신축성을 가진 재질로 제공될 수 있다.
이로써 상기 러버(150)는 방수 기능과 방진 기능을 구현할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 다른 실시예로서, 제6 실시예와 같이 러버(151)를 양쪽 접촉면으로 적용한 구조를 나타낸 단면도이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 어느 하나의 러버(150)는 가로 테두리 프레임(110a) 또는 세로 테두리 프레임(110b)과 결합되어 고정되는 부분에서, 광학식 하이패스 필터(133)의 전면에 러버(150)가 배치될 수 있고, 도 9에 나타낸 바와 같이 다른 러버(151)는 광학식 하이패스 필터(133)의 뒷면에 배치될 수 있다. 즉, 복수의 러버(150, 151)는 광학식 하이패스 필터(133)의 양쪽 접촉면에서 접촉하도록 배치될 수 있고, 이로써 러버(150, 151)에 의해 상기 광학식 하이패스 필터(133)가 테두리 프레임(110)에 밀착될 수 있다.
도 10은 본 발명의 제7실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치에서 러버(150)의 수축을 막기위한 고정 나사를 적용한 구조 등의 상태를 나타낸 단면도이다.
제1, 2 광학식 밴드패스 필터(131, 122)와 광학식 하이패스 필터(133)가 결합된 가로 테두리 프레임(110a) 또는 세로 테두리 프레임(110b) 구조에서 광학식 하이패스 필터(133)의 전면 혹은 전후면 양면에 삽입된 러버(150)는 재질의 특성상 신축성을 갖게 되는데 결합 후 수축 현상이 발생할 수 있다. 이러한 수축 현상으로 인해 이물질이 가로 테두리 프레임(110a) 또는 세로 테두리 프레임(110b) 내부로 들어갈 수 있는 공간이 생길 수 있으므로 수축 현상을 방지하기 위하여 도 9와 같이 조임 나사(161)가 결합될 수 있는 조임나사 구멍(160)을 가로 테두리 프레임(110a) 또는 세로 테두리 프레임(110b)의 필터 결합면에 만들어 조임 나사(161)를 조이면 러버(150)의 수축을 막을 수 있다.
상기 조임나사 구멍(160)은 도 9에 나타낸 바와 같이, 테두리 프레임(110)의 자유단 쪽에 형성될 수 있다. 좀더 상세하게는, 테두리 프레임(110)에서 하측 바디에 조임나사 구멍(160)이 형성되고, 테두리 프레임(110)의 상측 바디에는 체결 구멍이 형성될 수 있다. 체결 구멍에는 조임 나사(161)의 나사 부분이 관통하고 조임 나사(161)의 헤드 부분은 걸쳐지도록 구성될 수 있다. 즉, 조임 나사(161)는 상측 바디의 체결 구멍을 관통하여 하측 바디의 조임 나사 구멍(160)에 체결될 수 있고, 조임 나사(161)의 조임 정도에 따라 테두리 프레임(110)이 임의로 벌려지거나 변형되지 않고 원래의 단면 형상을 유지할 수 있다. 또한, 테두리 프레임(110)의 단면 형상을 유지시킴으로써 러버(150, 151)가 과도하게 압착되거나 변형되는 것을 방지할 수 있다.
도 12는 터치스크린 장치에 커버 기구물(180) 및 블록 모듈(181)이 결합된 터치스크린 오버레이 장치의 결합상태를 보인 단면도이다.
상기 커버 기구물(180)은 블록 모듈(181)과 테두리 프레임(110)을 단단히 고정시킬 수 있고, 옥외 환경에서 발생될 수 있는 터치 유리(170)와의 접합 구조를 개선시킬 수 있다.
한편, 도 12에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치는 블록 모듈(181)의 삽입됨으로써 터치 유리(170)와 테두리 프레임(110) 사이에 공간(g)을 확보할 수 있다.
상기 블록 모듈(181)의 형상은 터치스크린 장치의 사양에 따라 형상이 변경될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명의 실시예에 따른 적외선 방식의 터치스크린 장치는 디스플레이 장치 또는 터치 타입 정보 입력 장치에서 입력장치로 이용할 수 있다.

Claims (9)

  1. 터치스크린 패널이 설치되도록 4각형으로 배치된 테두리 프레임(110);
    상기 테두리 프레임(110) 중에 어느 하나의 가로 테두리 프레임(110a)에 설치되고 전방으로 적외선을 송출하는 복수의 투광 소자(121);
    상기 어느 하나의 가로 테두리 프레임(110a)에 설치되고, 상기 복수의 투광 소자(121)의 전방에 배치되어 상기 복수의 투광 소자(121)에서 송출된 적외선 중에 설정 파장 대역 이상의 적외선만 송출되게 하는 광학식 하이패스 필터(133);
    상기 다른 하나의 가로 테두리 프레임(110a)에 설치되고 상기 광학식 하이패스 필터(133)와 나란하게 배치되며, 상기 광학식 하이패스 필터(133)를 통하여 입사되는 광학 신호에 대해 설정 파장 대역의 적외선만 통과시키는 제1 광학식 밴드패스 필터(131); 및
    상기 다른 하나의 가로 테두리 프레임(110a)에 설치되고 상기 제1 광학식 밴드패스 필터(131)의 안쪽에 배치되어 상기 제1 광학식 밴드패스 필터(131)를 통과한 적외선을 수신하는 복수의 수광 소자(132);를 포함하고,
    상기 제1 광학식 밴드패스 필터(131)는 해당 테두리 프레임에 길이 방향으로 형성된 “⊂”자 모양의 설치홈(112)에 끼워져 고정되고,
    상기 제1 광학식 밴드패스 필터(131)와 상기 광학식 하이패스 필터(133)는 적외선 신호(L1)의 광축에 대하여 직교하는 방향으로 배치된 것
    을 포함하는 적외선 방식의 터치스크린 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학식 하이패스 필터(133)가 적외선 신호(L1)의 광축에 대하여 직교하는 축에 대해 5° 내지 10° 기울어지게 설치되며, 상기 제1 광학식 밴드패스 필터(131)는 적외선 신호(L1)의 광축에 대해 직교하는 방향으로 배치되는 것
    을 포함하는 적외선 방식의 터치스크린 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광학식 밴드패스 필터(131)와 상기 광학식 하이패스 필터(133)가 적외선 신호(L1)의 광축에 대해 직교하는 축에 대해 5° 내지 10° 기울어지게 설치되는 것
    을 포함하는 적외선 방식의 터치스크린 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광학식 하이패스 필터(133)와 상기 테두리 프레임에 고정되는 부분의 접촉면의 사이에 배치되고, 신축성을 갖는 고무 재질 또는 실리콘 재질로 제공되는 러버(150, 151);
    를 더 포함하는 적외선 방식의 터치스크린 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 러버(150)는, 상기 광학식 하이패스 필터(133)가 상기 테두리 프레임에 고정되는 부분에서, 상기 광학식 하이패스 필터(133)의 양쪽 접촉면에서 접촉하도록 배치된 것을 포함하는 적외선 방식의 터치스크 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    조임나사 구멍(160)이 자유단 쪽에 형성된 상기 테두리 프레임(110); 및
    상기 조임나사 구멍(160)에 체결되어 상기 테두리 프레임(110)을 압축시켜 상기 러버(150)의 수축을 방지하도록 하는 조임 나사(161);
    를 더 포함하는 적외선 방식의 터치스크린 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 투광 소자(121)와 상기 광학식 하이패스 필터(133)는, 상기 테두리 프레임 중에 어느 하나의 세로 테두리 프레임(110b)에 설치되고,
    상기 광학식 하이패스 필터(133)와 상기 제1 광학식 밴드패스 필터(131)와 상기 복수의 수광 소자(132)는, 상기 테두리 프레임 중에 다른 하나의 세로 테두리 프레임(110b)에 설치되는 것
    을 포함하는 적외선 방식의 터치스크린 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 2 광학식 밴드패스 필터(131, 122)가 폴리카보네이트 재질 위에 진공 증착 과정을 통해 필터 전체가 균일한 광학 필터 특성을 갖는 것
    을 포함하는 적외선 방식의 터치스크린 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    터치 유리(170)와 상기 테두리 프레임(110) 사이에 삽입되어 상기 터치 유리(170)와 상기 테두리 프레임(110)의 사이에 공간(g)이 형성되도록 하는 블록 모듈(181);
    을 더 포함하는 적외선 방식의 터치스크린 장치.
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