KR20060083420A - 광 가이드 터치 스크린 - Google Patents

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KR20060083420A
KR20060083420A KR1020067005391A KR20067005391A KR20060083420A KR 20060083420 A KR20060083420 A KR 20060083420A KR 1020067005391 A KR1020067005391 A KR 1020067005391A KR 20067005391 A KR20067005391 A KR 20067005391A KR 20060083420 A KR20060083420 A KR 20060083420A
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KR
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light
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display
screen
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KR1020067005391A
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루에디거 제이 란게
볼커 쉘만
Original Assignee
코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본원 발명은 디스플레이의 스크린(301)상에 입력 위치를 검출하는 검출 시스템을 구비한 디스플레이 디바이스와 관련이 있다. 광 가이드(302)는 스크린(301) 주위에 배치되었다. 광 가이드(302)는 광 가이드(302) 내부로 광(310)을 방출하기 위해 배열된 광원(308)이 있다. 광 가이드(302)와 그 주변 사이의 광학 매칭은 광원(308)의 광(310)이 일반적으로 내부 전반사에 의해 광 가이드(302) 내부로 한정되는 것 같이 적응된다. 그러나, 광 가이드(302)와 물리적 접촉을 성립한 사용자는 내부 전반사의 상태를 교란하고 광(310)광 가이드(302)로부터 추출될 것이다. 디스플레이 디바이스에서, 광 검출 수단(303)은 상기 광을 검출하기 위해 그리고 사용자 접촉이 발생한 입력 위치에 이 검출을 관련시키기 위해 배치되었다. 디스플레이는 바람직하게 LCD, O-LED 또는 P-LED 타입 디스플레이이다.

Description

광 가이드 터치 스크린{LIGHT GUIDE TOUCH SCREEN}
본원 발명은 디스플레이 디바이스의 좌표 검출 시스템과 관련이 있다.
사용자와 컴퓨터 사이의 상호작용을 증진시키기 위해서, 터치 스크린 디스플레이는 멀티미디어 정보 키오스크(kiosk), 교육 센터, 자동 판매기, 비디오게임 등에 도입돼왔다. 터치 스크린 디스플레이는 물리적 접촉에 의해 영향 받을 수 있는 디스플레이 스크린이고, 사용자가 컴퓨터 스크린에 아이콘, 화상, 단어 또는 다른 시각적인 물체를 터치함으로서 컴퓨터와 상호 작용하는 것을 가능하게 한다. 터칭, 다시 말해서 입력 위치에 스크린과 물리적 접촉의 성립은 보통 손가락과, 스크린이 더러워지고 얼룩지지 못하게 하기 위한 펜, 또는 몇몇 다른 적절한 스타일러스(stylus)로 이루어진다.
다용도 터치 스크린은 일반적으로 디스플레이 또는 터치 영역의 타입과는 독립적이다. 터치 스크린은 펜 입력에 대한 픽셀 레벨 해상도부터 손가락이나 상대적으로 큰 다른 물체를 이용한 입력까지의 다른 해상도와, 이동 전화 디스플레이부터 광고판까지의 다른 크기를 허용해야 한다. 터치 스크린은 주위 조명, 전계, 표류 용량 등과 더 독립적이어야 한다.
일본 특허 출원 번호 11-273293은 터치 패널, 터치 패널을 구비한 디스플레 이 디바이스와, 디스플레이 디바이스를 구비한 전기 기기를 기재한다. 광 가이드 플레이트는 조명(lighting) 수단으로 조명된다. 광 가이드 플레이트의 양 측면에 입사한 조명 수단의 광은, 조명 수단과 관련하여 광 가이드 플레이트의 마주보는 측면에 위치해 있는 광학 센서에 충돌한다. 광 가이드 플레이트의 표면이 입력 펜 또는 손가락 끝으로 터치될 때 광은 광 가이드 플레이트에 전 반사되고 광 가이드 밖에서 결합되는데, 광학 센서 상에 광량이 감소하는 사실을 야기한다. 그러므로 터치 패널의 입력 위치는 검출될 수 있다.
종래 기술에서, 터치 스크린을 이용해서 입력 위치를 검출하기 위해, 광 가이드 플레이트 안의 광은 센서에서 떨어진 방향으로 굴절되기 때문에 광학 센서 상의 감소된 광 강도가 검출된다.
이것은 광 가이드 가장자리에 센서 어레이의 구조와, 이에 따라 일반적으로 조명 수단의 마주보는 측면에 위치한 디스플레이 디바이스의 구조를 필요로 한다. 결과적으로, 디스플레이 디바이스에 배열돼 있는 임의의 기존의 기판에 센서를 놓거나 통합하는 것이 불가능하기 때문에, 디스플레이 디바이스는 부피가 커진다.
본원 발명의 목적은 광 가이드를 포함한, 터치 스크린을 구비한 컴팩트 디스플레이 디바이스를 제공하는 것이다. 이 목적은 청구항 제 1항에 따른 디스플레이 디바이스에 의해 달성된다. 바람직한 실시예는 종속항에 의해 한정된다.
본원 발명의 양상에 따라, 디스플레이를 포함하는 디스플레이 디바이스는 상기 디스플레이의 디스플레이 스크린 상에 입력 위치를 검출하기 위한 시스템을 구비한다. 그러므로, 디스플레이 스크린은 사용자가 상호 작용할 수 있는 터치 스크린을 구성한다. 사용자 상호작용이 발생하는 스크린 상의 좌표는 앞으로 '입력 위치'라고 부른다.
검출 시스템은 스크린 주위에 배치되어 있는 광 가이드를 포함한다. 광 가이드는 광 가이드 안으로 광을 방출하기 위해 배치된 광원을 가진다. 바람직하게, 광 가이드는 광 가이드 내부로 광을 방출하기 위해 가이드의 한 측면에 배치된 광원, 예를 들면 LED 또는 몇몇 다른 확산 광원을 가진다.
광원의 광이 일반적으로 내부 전반사에 의해 광 가이드 안으로 한정된 것 같은 방법으로 광 가이드는 그 주변과 광학적으로 정합된다. 이 문장에서 '일반적으로' 는 사용자 상호 작용이 발생하지 않은 상황을 말하는 것임을 알아야한다. 예를 들어, 광 가이드의 굴절률이 그 주변의 굴절률보다 클 수 있다.
디스플레이 디바이스의 사용자가 손가락, 펜 또는 몇몇의 다른 포인터 물체로 디스플레이 스크린에 물리적 접촉을 성립했을 때, 광 가이드 내부의 광의 내부 전반사의 상태는 교란되고, 결과적으로 광이 광 가이드로부터 추출되고 바람직하게 스크린으로부터 떨어진, 즉 실제적으로 사용자/시청자로부터 떨어진 방향으로 유도된다.
디스플레이 디바이스는 광 가이드로부터 추출된 광을 검출하는 예를 들면, 광 검출기의 형태로 광 검출 수단을 포함한다. 광 검출 수단이 디스플레이 스크린의 가장자리보다 스크린 자체의 평면에 배열될 수 있기 때문에, 이것은 이점이 된다. 이것은 크기가 줄어든 디스플레이 디바이스를 유도한다.
광 검출 수단은 광 가이드에서 사용자 상호 작용이 발생하는 입력 위치(디스플레이 스크린 상에 접촉 포인트)까지 추출된 광을 검출하는 이벤트에 관련해서 배치된다. 바람직하게, 광 검출 수단은 터치 스크린에 다른 입력 위치와 결합된 다수의 광 센서 또는 광 검출기를 포함한다. 바람직하게, 광 센서 또는 광 검출기의 각각 하나는 디스플레이 스크린에 단일 입력 위치 또는 입력 영역(버튼)과 결합된다. 예를 들어, 다수의 광 센서 또는 광 검출기는 디스플레이의 화상 요소 각각에 한 개씩 구비된다.
입사 광의 확실한 검출이 LCD, CRT, 다른 타입의 LED 기술 예를 들어 OLED, PLED, 기타 같은 디스플레이의 대부분의 종류에 제공될 수 있기 때문에 본원 발명은 유리하다. 본원 발명이 응용될 수 있는 디바이스는 이동 전화 스크린, 다른 타입의 모니터링 디바이스, TV 세트, 프로젝션(projection) 스크린 등을 포함한다. 사용자가 터치 스크린과 접촉을 성립할 때 광 가이드 안에서 전 반사되는 광이 광 가이드로부터 추출되고 디스플레이 디바이스 내부로 유도된다는 사실은 이점이고, 이것은 광 검출 수단이 바람직하게 디스플레이에서, 다시 말하면 매끄럽고, 결합된 광 검출 방법이 구비되는 디스플레이의 평면에서, 임의의 기판에 통합될 수 있기 때문이다.
본원 발명에 따라, 디스플레이 디바이스는 능동 매트릭스 디스플레이를 포함하고 광 검출 수단은 바람직하게 디스플레이 디바이스의 능동 매트릭스 기판에 통합되었다. 예를 들어, 디스플레이 디바이스는 능동 매트릭스 액정 디스플레이(AM-LCD), 능동 매트릭스 유기 LED 디스플레이(AM-OLED) 또는 능동 매트릭스 중합체 LED 디스플레이(AM-PLED)를 포함한다.
이런 실시예에서, 광 검출 수단은 바람직하게 능동 매트릭스 기판의 박막 트랜지스터(TFTs)를 포함한다. TFTs를 형성하는 반도체 물질의 특성은 광 전기성이고, 이것은 TFT가 광에 누출될 때, 광-유도 노출 전류가 TFT에 유도되는 것을 의미한다. 그러므로, 예를 들면 종래의 액정 디스플레이에서의 TFT는 광-거부 층에 의해 임의의 입사광으로부터 차단되었다.
층에 개구부를 만들거나 층을 특정한 파장에 불투명한 다른 물질의 층으로 교체하는 것에 의해, TFT는 외부 광에(특정한 파장의) 민감하도록 신중하게 만들어질 수 있다. 이런 실시예는 매끄럽고, 통합된 방법이 구비된다는 이점이 있는데, 현존하는 TFTs가 광 검출기로 사용될 수 있고, 이에 따라 시스템에 추가의 광 검출기를 사용할 필요가 없기 때문이다. 이것은 터치 스크린을 구비한 특별한 컴팩트 디스플레이 디바이스의 구조를 가능하게 한다.
대안적으로, 디스플레이 디바이스는, 광 가이드로부터 추출되고 디스플레이 디바이스로 유도된 광을 검출하기 위해 배치된 광 민감 기판을 포함한다. 이러한 대안 실시예는 통합된 해결 방법도 제시하고, 검출은 디스플레이의 평면에 제공될 수 있다. 광 민감 기판에서의 광 검출 이벤트를 디스플레이 스크린의 입력 위치와 관련시킬 수 있게 하기 위해, 그 후 터치 스크린상의 입력 위치와 결합된 다른 영역은 바람직하게 광 민감 기판 내에 한정되어야 한다.
본 발명의 또 다른 실시예를 따라, 광 가이드는 디스플레이 디바이스의 전면 플레이트에 배치되었다. 이것은 추가 광 가이드가 디스플레이 디바이스의 외부면에 배치될 필요가 없지만, 현존하는 디스플레이 전면 플레이트가 광 가이드로 사용될 수 있는 이점이 있다. 실제 디스플레이 전면 플레이트에 광 가이드를 통합하는 것은 디스플레이는 더 많이 캠팩트하게 만든다.
본 발명의 또 다른 실시예를 따라, 광 가이드 안으로 광을 방출하기 위해 배치된 광원은 적외선 광을 방출한다. 이것은, 광 가이드 안에서 광을 방출하기 위해 가이드의 한 측면에 배치된 광원이 디스플레이 시청 특성의 저하를 야기하지 않는 이점이 있는데, 이는 IR 광이 사람 눈에 보이지 않고 실리콘 광 검출기의 사용을 허용하기 때문이다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 광학 필터는 광 검출 수단에 입사한 광에 대한 선택도를 증가시키기 위한 광 검출 수단에 배치되었다. 단색 광에 대해, 광학 필터는 광의 선택도를 향상시킨다. 선택도는 광 검출기에 충돌하는 광을 주변광과 구별하기 위해 요구될 수 있다. 광 검출기 및/또는 광학 필터는, 광원이 펄스 타입인 경우에, 펄스 광과의 동기화 및/또는 해당의 대역폭만을 통과하기 위해 배치된 광학 필터에 의해 펄스 광을 조정하기 위해 적응되어야 한다.
첨부된 청구항과 다음의 설명을 검토할 때, 본원 발명의 추가 특성 및 이점이 분명해 질 것이다. 당업자는 본원 발명의 다른 특성이 다음의 기술된 것 이외의 다른 실시예를 만들기 위해 결합될 수 있다는 것을 이해한다.
본원 발명은 첨부 도면을 참조로, 자세히 기술될 것이다.
도 1은 본원 발명이 응용될 수 있는 종래 기술 디스플레이 디바이스의 예를 도시한 도면.
도 2는 광 가이드가 본원 발명의 실시예를 따라 배치된 디스플레이 디바이스 스크린의 개략적인 전면도와 측면도.
도 3은 내부 전반사가 교란된 광 가이드의 측면도.
도 4는 스크린의 디스플레이 전면 플레이트에 배치된 광 가이드의 측면도.
도 5는 본원 발명이 응용될 수 있는 디스플레이 디바이스 부분의 개략적인 도면.
도 1은 키보드(101)와 LCD 평면 스크린(102)이 배치된 랩탑의 형태인 디스플레이 디바이스(100)가 도시되고, 이 디스플레이 디바이스에서 본원 발명이 이롭게 응용될 수 있다. 광 가이드와 광 검출 수단을 포함한 본원 발명에 따른 좌표 검출 시스템은, 앞으로 기술될 바와 같이, 많은 다른 방법으로 디스플레이 디바이스에 배치될 수 있다. 예를 들어, 광 가이드는 디스플레이 디바이스의 외부, 또는 바람직하게 디스플레이 디바이스(100)의 전면 플레이트에 배치될 수 있다. 광 검출 수단은, 앞으로 기술될 바와 같이, 바람직하게 디스플레이 디바이스의 내부에 배치된다.
도 2의 상부 도면은, 광 가이드(202)가 부착에 의해 배치되거나, 대안적으로 광 가이드가 디스플레이 디바이스의 전면 플레이트에 배치되는 디스플레이 디바이스 스크린(201)의 개략적인 전면도를 도시한다. 광 검출 수단(203)(도 2의 상부 도면에서는 도시된지 않음)은 디스플레이 디바이스에서, 다시 말해서 디스플레이의 평면에서 임의의 기판에, 배치될 수 있고, 매끄럽고, 결합된 광 검출 방법이 제공된다. 광 검출 수단은 CPU(204) 또는 처리 능력을 가지고 있는 몇 몇 다른 알맞은 수단과 연결돼있다. 일반적으로, CPU는 좌표 검출 시스템이 적용되는 디바이스에 현존하는 처리 수단을 포함하는데, 상기 디바이스는 예를 들어, 랩탑, 이동 전화, 프로젝션 스크린, TV 세트 등 이다. 펜(205)의 형태인 포인팅 디바이스는 사용자에 의해 스크린과 접촉(206)을 성립시키기 위해 사용된다.
도 2의 아래 도면은 디스플레이 디바이스 스크린(201)의 개략적인 측면도를 도시한다. 박막 트랜지스터(TFTs)의 형태인 광 검출 수단(203)은 입사광을 검출하기 위해 디스플레이 디바이스의 능동 매트릭스 기판(209)과 통합된다. 광 가이드(202)는 광 가이드 내부로 광을 방출하기 위해 배치된 광원(208)이 있다. 광 가이드(202)와 그 주변 사이에 광학 매칭은, 광원(208)의 광(210)이 내부 전반사에 의해 광 가이드 내부로 한정되도록 적응된다. 광 검출 수단(203)은 TFT를 반드시 포함할 필요가 없다는 것을 주의하기 바란다. 기판(209)은, 광 가이드(202)로부터 추출되고 디스플레이 디바이스로 유도되는 광을 검출하기 위해 배치된 광 민감 물질로 이루어져있다.
도 3은 스크린(301)의 측면도를 도시한다. 예를 들면 펜(305)에 의한 광 가이드(302)와의 물리적 접촉은 내부 전반사를 교란하는데, 광(310)은 광 가이드(302)를 거쳐 광원(308)에서부터 능동 매트릭스 기판(309)에서의 광 검출 수단(303)(TFT, 광 민감 플레이드 등)까지 방출된다. 내부 전반사의 상태가 교란되고, 광이 광 가이드(302)로부터 추출되고 광 검출 수단(303) 쪽으로 유도될 때, 광 가 이드를 거쳐 광원으로부터 광 검출 수단(303)에 충돌하는 광(311)의 입사 포인트들를 결정하는 것에 의해 디스플레이의 접촉 포인트(306)를 결정하는 것이 가능하다. 접촉 포인트(306)에, 광(311)은 다수의 방향으로 산란된다. 바꿔 말하면, 접촉 포인트(306)는 광(311)을 방출하는 광원으로 작용한다고 말할 수 있다. 도 3은 일반적으로 많은 방향에서 일어나는 이런 산란의 단순화 도면을 도시한다. 광학 입력에 대해, 광 가이드(302)는 투명하고, 광 입력은 광 가이드를 통과할 것이고, 광 검출 수단(303)에서 검출될 것이다.
도 4에서, 광 가이드(402)가 스크린의 전면 플레이트에 배치되어서, 좌표 검출 방법을 훨씬 더 컴팩트하게 만든다.
도 5는 본원 발명이 응용될 수 있는 디스플레이 디바이스(501)의 개략적인 부분도를 도시한다. 상기 디바이스(501)는 열 또는 선택 전극(503)과 행 또는 데이터 전극(506)의 교차 영역에서 요소 또는 픽셀(508)의 매트릭스를 포함한다. 행 전극은 행 드라이버(504)에 의해 선택되고, 반면에 열 전극에는 데이터 레지스터(505)를 거쳐 데이터가 제공된다. 이때문에, 인입 데이터(502)는 필요하다면 프로세서 (503)에서 먼저 처리된다. 행 드라이버(504)와 데이터 레지스터(505) 사이에 상호 동기화는 드라이브 라인(509)을 거쳐 발생한다.
행 드라이버(504)에서의 신호는, 게이트 전극(523)이 행 전극(507)과 전기적으로 연결돼 있고 소스 전극(524)이 열 전극과 전기적으로 연결돼있는 박막 트랜지스터(TFT)를 거쳐 화상 전극을 선택한다. 열 전극(506)에 있는 신호는 TFT를 거쳐 드레인 전극(525)에 결합돼있는 픽셀(508)의 화상 전극으로 전송된다. 다른 화상 전극은 예를 들어, 하나(또는 이상) 공통 카운터 전극들과 연결돼있다. 데이터 레지스터(505)는 스위치(511)도 포함할 수 있으며, 이 스위치(511)에 의해 인입 데이터가 열 전극(506)(상황 511a)에 전송되거나, 감지하는 단계에서, TFT(510)의 상태가 감지될 수 있다.{스위치(511)의 상황 511b}
반도체 물질의 특성이 광 전기적인데, 이것은 TFT가 광에 노출되었을 때, 광-유도 누출 전류가 TFT(510)에서 유도된다는 것을 의미한다. 그러므로, 종래의 디스플레이에서 TFT는, 블랙-매트릭스 층 같은, 광-거부 층(도시되지 않음)에 의해 임의의 입사광으로부터 차단된다. 광-거부층에 개구부를 만들거나 광-거부층을 특정한 파장에서 불투명한 다른 물질의 층으로 교체하는 것으로, TFT는 외부광에(특정한 파장의) 민감하게 만들어질 수 있다.
광빔은 TFT(510)를 부분적으로 조명할 수 있고, 커패시터(508)에 저장된 전압은 조명시 TFT 강하와 관련이 있다. 다음의 기록 사이클 동안 새로운 정보를 기록하기 전에 이런 전압 강하{스위치(511)의 상황 511b}의 감지는 의도적으로 조명된 픽셀과 조명되지 않은 사이에 구별을 가능하게 한다. 감지된 정보는 프로세서(503)에 저장되고, 전용 소프트웨어를 사용해서 디스플레이 디바이스 외부에서 디스플레이에 충돌된 광의 입사 포인트가 검출될 수 있다. 기술된 실시예의 많은 다른 대안, 변경과 조합은 당업자에게 분명해질 것이다. 그러므로 기술된 실시예는 첨부된 청구항에 의해 한정된 바와 같이 본 발명의 범주를 제한하도록 의도되지 않았다.
본원 발명은 LCD, CRT, 다른 타입의 LED 기술 예를 들어 OLED, PLED, 기타 같은 디스플레이의 대부분의 종류를 구비할 수 있는 이점이 있고, 이동 전화 스크린, 다른 타입의 모니터링 디바이스, TV 세트, 프로젝션(projection) 스크린에 응용될 수 있다.

Claims (9)

  1. 상기 디스플레이의 스크린(301)상에 입력 위치를 검출하기 위해 배치된, 디스플레이를 포함한 디스플레이 디바이스로서,
    상기 스크린(301)은 광 가이드(302)와 상기 광 가이드(302) 안으로 광(310)을 방출하기 위해 배치된 광원(308)을 포함하고 상기 광원(308)에서부터 방출한 상기 광(310)은 내부 전반사에 의해 상기 광 가이드(302) 내부로 한정되고, 사용자가 상기 입력 위치에서 상기 스크린(301)과 물리적 접촉을 성립할 때 상기 광 가이드(302)로부터 상기 광(310)이 추출되는 방법으로 상기 광 가이드(302)는 주변과 광학적으로 정합되고,
    상기 디스플레이 디바이스는 상기 광 가이드(302)로부터 추출된 상기 광을 검출하고, 상기 추출된 광의 검출을 상기 입력 위치에 관련시키는 광 검출 수단을 추가적으로 포함하는 디스플레이 디바이스.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 광 검출 수단은 상기 디스플레이의 상기 스크린(301)에 다른 입력 위치와 결합된 복수의 광 센서 또는 광 검출기를 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 광 검출 수단(303)은 상기 디스플레이의 기판과 결합되는 디스플레이 디바이스.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 디스플레이는 능동 매트릭스 타입 디스플레이(301)인 디스플레이 디바이스.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 기판은 상기 디스플레이 스크린(301)의 화상 요소와 결합된 박막 트랜지스터(510)를 구비하고, 상기 광 검출 수단(303)은 상기 박막 트랜지스터(510)를 포함하는 디스플레이 디바이스.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 광 가이드(302)는 상기 스크린(301)과 광학적으로 정합되어 있는 디스플레이 디바이스.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 광 가이드(402)는 상기 디스플레이 디바이스의 전면 플레이트와 통합되는 디스플레이 디바이스.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 광 가이드(302) 내부로 광을 방출하기 위해 배치된 상기 광원(308)이 적외선 범위의 광을 방출하는 디스플레이 디바이스.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 광 검출 수단(303)이 상기 광 가이드(302)로부터 추출된 광에 대해 선택도를 증가시키기 위한 광학 필터를 구비한, 디스플레이 디바이스.
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