KR20100007708A - 광학식 터치 패널 - Google Patents

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Abstract

과제
광학식 터치 패널은 저항막식 터치 패널이나 정전 용량식 터치 패널에 비해 표시 화면이 선명하고 신뢰성이 우수하기 때문에 은행의 ATM 이나 역의 발매기 등에 널리 사용되고 있다. 그러나 종래의 광학식 터치 패널은 입력 조작감 (클릭감) 이 떨어져 조작의 쾌적함이나 확실성에 과제가 있었다.
해결 수단
본 발명의 광학식 터치 패널 (10) 은 조작자에게 입력 조작감을 부여하는 신호 발생 수단 (20) 을 구비한다. 발광측 코어 (17) 의 중심이 발광측 광 도파로 (14) 의 중심보다 낮은 위치에 있고 수광측 코어 (19) 의 중심이 수광측 광 도파로 (15) 의 중심보다 낮은 위치에 있기 때문에, 광선 (22) 과 투명 패널 (21) 의 거리가 가까워, 입력 조작과 입력 조작감을 부여하는 신호 발생의 타이밍 편차가 적어 자연스러운 입력 조작감을 얻을 수 있다.
좌표 입력 영역, 광 도파로, 클래드층

Description

광학식 터치 패널{OPTICAL TOUCH PANEL}
본 발명은 액정 패널 등의 표시 화면으로 이루어지는 좌표 입력 영역과 그 주위에 형성된 발광 소자, 수광 소자, 광 도파로로 이루어지고, 손가락이나 펜으로 좌표를 입력할 수 있는 광학식 터치 패널에 관한 것이다.
광학식 터치 패널은 저항막식 터치 패널이나 정전 용량식 터치 패널에 비해 표시 화면이 선명하고 신뢰성이 우수하기 때문에 은행의 ATM 이나 역의 발매기 등에 널리 사용되고 있다. 광학식 터치 패널로서 좌표 입력 영역의 주위에 다수의 발광 다이오드와 포토 트랜지스터를 나열한 것이 알려져 있다 (특허 문헌 1). 또 좌표 입력 영역의 주위에 광 도파로와 마이크로 렌즈를 형성한 광학식 터치 패널도 알려져 있다 (특허 문헌 2). 그러나 종래의 광학식 터치 패널은 입력 조작감 (클릭감) 이 떨어져 조작의 쾌적함이나 확실성에 과제가 있었다.
[특허 문헌 1] 일본 공개특허공보 평11-232024호
[특허 문헌 2] 일본 공개특허공보 제2004-295644호
종래의 광학식 터치 패널은 입력 조작감 (클릭감) 이 떨어져 조작의 쾌적함이나 확실성에 과제가 있었다. 본 발명은 자연스러운 입력 조작감 (클릭감) 이 얻어져, 조작성이 확실한 광학식 터치 패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 광학식 터치 패널은 조작자에게 입력 조작감을 부여하는 신호 발생 수단을 구비한다. 또한, 발광측 코어의 중심이 발광측 광 도파로의 중심보다 낮은 위치에 있고, 수광측 코어의 중심이 수광측 광 도파로의 중심보다 낮은 위치에 있기 때문에, 좌표 입력 영역을 횡단하는 광선이 좌표 입력 영역의 표면 (액정 패널이나 플라즈마 패널의 표면) 의 매우 가까이에 있다. 그 때문에 입력 조작과 입력 조작감을 부여하는 신호 발생의 타이밍 편차가 적어 자연스러운 입력 조작감을 얻을 수 있다.
본 발명의 광학식 터치 패널은 좌표 입력 영역의 주위에 발광 다이오드와 포토 트랜지스터를 나열하는 대신 광 도파로를 사용하기 때문에 프레임이 좁고 박형 경량이다. 또 본 발명의 광학식 터치 패널은 미러나 렌즈 등의 다수의 광학 부품을 사용하는 대신 렌즈 일체형 클래드층을 구비한 광 도파로를 사용하기 때문에 조립이 용이하고 내충격성이 우수하다.
본 발명의 요지는 이하와 같다.
(1) 본 발명의 광학식 터치 패널은, 좌표 입력 영역과, 발광 소자 및 수광 소자와, 발광 소자에 결합된 발광측 광 도파로와, 수광 소자에 결합된 수광측 광 도파로를 갖는 광학식 터치 패널로서, 발광측 광 도파로의 출사단과 수광측 광 도파로의 입사단은 좌표 입력 영역을 사이에 두고 대향하고 있고, 발광측 광 도파로는 발광측 클래드층과 발광측 클래드층에 매설된 발광측 코어를 가지며, 수광측 광 도파로는 수광측 클래드층과 수광측 클래드층에 매설된 수광측 코어를 가지며, 발광측 클래드층은 발광측 코어보다 굴절률이 낮고, 수광측 클래드층은 수광측 코어보다 굴절률이 낮으며, 발광측 코어의 중심 높이는 발광측 광 도파로의 중심 높이보다 낮고, 수광측 코어의 중심 높이는 수광측 광 도파로의 중심 높이보다 낮으며, 좌표 입력에 의해 수광 소자가 받은 검출 신호에 의해 입력 조작감을 부여하는 신호를 발생시키는 신호 발생 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
(2) 본 발명의 광학식 터치 패널은, 발광측 광 도파로 및 수광측 광 도파로의 클래드층이 언더 클래드층과 오버 클래드층으로 이루어지고, 발광측 광 도파로의 오버 클래드층의 출사단과 수광측 광 도파로의 오버 클래드층의 입사단 중 적어도 일방은 렌즈 형상을 이루는 것을 특징으로 한다.
(3) 본 발명의 광학식 터치 패널은, 발광측 광 도파로의 오버 클래드층의 출사단 및 수광측 광 도파로의 오버 클래드층의 입사단의 렌즈 형상부가, 측단면이 대략 1/4 원호인 장척의 렌즈인 것을 특징으로 한다.
(4) 본 발명의 광학식 터치 패널은, 신호 발생 수단이 진동 발생 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광학식 터치 패널은 조작자에게 입력 조작감을 부여하는 신호 발생 수단을 구비한다. 본 발명의 광학식 터치 패널은 발광측 코어의 중심이 발광측 광 도파로의 중심보다 낮은 위치에 있고, 수광측 코어의 중심이 수광측 광 도파로의 중심보다 낮은 위치에 있기 때문에, 좌표 입력 영역을 횡단하는 광선이 좌표 입력 영역의 표면 (액정 패널이나 플라즈마 패널의 화면) 의 매우 가까이에 있어, 입력 조작과 입력 조작감을 부여하는 신호 발생의 타이밍 편차가 적어 자연스러운 입력 조작감을 얻을 수 있다. 손가락이나 펜이 광선을 차단하면 수광 소자는 검출 신호를 발하고, 검출 신호를 받아 신호 발생 수단은 광이나 신호음이나 진동 등의 신호를 발생시킨다. 입력시, 손가락이나 펜은 좌표 입력 영역에 통상 접촉하기 때문에 진동이 손가락이나 펜에 전해져 조작자는 자연스러운 입력 조작감 (클릭감) 을 얻을 수 있다.
본 발명의 광학식 터치 패널은 좌표 입력 영역의 주위에 발광 다이오드와 포토 트랜지스터를 나열하는 대신 광 도파로를 사용하기 때문에 프레임이 좁고 박형 경량이다. 또 본 발명의 광학식 터치 패널은 미러나 렌즈 등의 다수의 광학 부품을 사용하는 대신 렌즈 일체형 클래드층을 구비한 광 도파로를 사용하기 때문에 조립이 용이하고 내충격성이 우수하다.
[광학식 터치 패널]
본 발명의 광학식 터치 패널 (10) 은 도 1 (단면도) 에 나타내는 바와 같이 좌표 입력 영역 (11) 과, 발광 소자 (12) 및 수광 소자 (13) 와, 발광 소자 (12) 에 결합된 발광측 광 도파로 (14) 와, 수광 소자 (13) 에 결합된 수광측 광 도파로 (15) 를 갖는다. 발광측 광 도파로 (14) 의 출사 단부 (14a) 와 수광측 광 도파로 (15) 의 입사 단부 (15a) 는 좌표 입력 영역 (11) 을 사이에 두고 대향하고 있다. 발광측 광 도파로 (14) 는 발광측 클래드층 (16) 과, 발광측 클래드층 (16) 에 매설된 발광측 코어 (17) 를 갖는다. 수광측 광 도파로 (15) 는 수광측 클래드층 (18) 과, 수광측 클래드층 (18) 에 매설된 수광측 코어 (19) 를 갖는다. 발광측 클래드층 (16) 은 발광측 코어 (17) 보다 굴절률이 낮다. 수광측 클래드층 (18) 은 수광측 코어 (19) 보다 굴절률이 낮다. 발광측 코어 (17) 의 중심 높이 (도 3 의 L) 는 발광측 광 도파로 (14) 의 중심 높이 (도 3 의 H) 보다 낮다. 수광측 코어 (19) 의 중심 높이 (도 3 의 L) 는 수광측 광 도파로 (15) 의 중심 높이 (도 3 의 H) 보다 낮다. 좌표 입력 영역 (11) 은 구체적으로는 액정 패널이나 플라즈마 패널 등의 표시 화면이다 (표면에 투명 패널 (21) 이 설치되어 있다). 본 발명의 광학식 터치 패널 (10) 은 수광 소자 (13) 가 받은 검출 신호에 의해 입력 조작감을 부여하는 신호를 발생시키는 신호 발생 수단 (20) 을 구비한다. 신호 발생 수단 (20) 은 좌표 입력 영역 (11) 의 표면에 배치된 투명 패널 (21) 에 결합되어 있는 것이 바람직하다. 신호 발생 수단 (20) 은 신호음이나 광을 발함과 동시에 투명 패널 (21) 을 진동시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 광학식 터치 패널에 있어서는, 발광 소자 (12) 로부터의 광선 (22: 파선) 은 발광측 코어 (17) 를 통과하여 그 선단부로부터 출사되고, 좌표 입력 영역 (11) 을 횡단하여 수광측 코어 (19) 의 선단부에 입사되고, 수광측 코어 (19) 를 통과하여 수광 소자 (13) 에 도달한다. 좌표 입력 영역 (11) 을 통과하는 광선 (22) 의 일부를 손가락이나 펜이 차단하면, 수광 소자 (13) 에 들어가는 광선 (22) 의 강도가 저하된다. 이것을 검지함으로써 손가락이나 펜의 위치 좌표가 인식된다.
본 발명의 광학식 터치 패널 (10) 은 입력 조작감을 부여하는 신호를 발생시키는 신호 발생 수단 (20) 을 구비함과 함께, 발광측 코어 (17) 의 중심 높이가 발광측 광 도파로 (14) 의 중심 높이보다 낮고, 수광측 코어 (19) 의 중심 높이가 수광측 광 도파로 (15) 의 중심 높이보다 낮기 때문에, 좌표 입력 영역을 횡단하는 광선이 좌표 입력 영역의 표면 (액정 패널이나 플라즈마 패널의 표면 혹은 투명 패널의 표면) 의 매우 가까이에 있어, 입력 조작과 입력 조작감을 부여하는 신호 발생의 타이밍 편차가 적어 자연스러운 입력 조작감을 얻을 수 있다.
바람직한 실시형태에 있어서 본 발명의 광학식 터치 패널 (30) 은 도 2 (평면도) 에 나타내는 바와 같이 직사각형의 좌표 입력 영역 (31) 의 주위에 광 도파로 (32a, 32b, 32c, 32d) 가 배치된다. 좌표 입력 영역 (31) 이 이웃하는 두 변에는 말단이 발광 소자 (33) 에 결합된 발광측 광 도파로 (32a, 32b) 가 배치되고, 그것에 대향하는 두 변에는 말단이 수광 소자 (34) 에 결합된 수광측 광 도파로 (32c, 32d) 가 배치된다. 이로써 본 발명의 광학식 터치 패널 (30) 은 2 차원의 좌표 인식이 가능하다. 본 발명의 광학식 터치 패널 (30) 은 좌표 입력 영역의 주위에 발광 다이오드와 포토 트랜지스터를 나열하는 대신 광 도파로 (32a, 32b, 32c, 32d) 를 사용하기 때문에 프레임이 좁고 박형 경량이다. 또한, 발광 측 코어의 중심 높이가 발광측 광 도파로의 중심 높이보다 낮고, 수광측 코어의 중심 높이가 수광측 광 도파로의 중심 높이보다 낮기 때문에 보다 확실한 좌표 인식이 가능하다.
[좌표 입력 영역]
본 발명에 있어서 「좌표 입력 영역」이란 손가락이나 펜으로 좌표를 입력하는 영역을 말한다. 좌표 입력 영역은 대표적으로는 액정 패널 혹은 플라즈마 패널의 표시 화면으로 이루어진다. 본 발명의 광학식 터치 패널은 좌표 입력 영역의 주위에 배치된 광 도파로와 발광 소자, 수광 소자가 센서로서 기능하고, 좌표 입력 영역에는 센서가 없다. 그 때문에 저항막식 터치 패널이나 정전 용량식 터치 패널과는 달리, 좌표 입력 영역에 ITO 막과 같은 센서가 되는 오버레이층은 필요 없다. 좌표 입력 영역에 오버레이층이 없기 때문에 액정 패널이나 플라즈마 패널의 밝기나 선명도가 저하되지 않는다. 좌표 입력 영역의 전면은 공간이어도 되고, 내흠집성을 높이기 위하여 액정 패널이나 플라즈마 패널의 표시 화면의 표면에 유리 패널이나 아크릴판과 같은 투명 패널을 구비해도 된다. 투명 패널의 두께는 바람직하게는 10㎛ ∼ 5㎜ 이다.
[광 도파로]
도 1 에 나타내는 바와 같이 본 발명에 사용되는 발광측 광 도파로 (14) 는 발광측 클래드층 (16) 과 발광측 클래드층 (16) 에 매설된 발광측 코어 (17) 를 갖는다. 수광측 광 도파로 (15) 는 수광측 클래드층 (18) 과 수광측 클래드층 (18) 에 매설된 수광측 코어 (19) 를 갖는다.
본 발명에 사용되는 발광측 코어 (17) 및 수광측 코어 (19) 는 발광측 클래드층 (16) 및 수광측 클래드층 (18) 보다 굴절률이 높게 전파되는 광의 파장에서 투명성이 높은 재료로 이루어진다. 발광측 코어 (17) 및 수광측 코어 (19) 를 형성하는 재료는, 바람직하게는 패터닝성이 우수한 자외선 경화 수지이다. 자외선 경화 수지로는, 바람직하게는 아크릴계 자외선 경화 수지, 에폭시계 자외선 경화 수지, 실록산계 자외선 경화 수지, 노르보르넨계 자외선 경화 수지, 폴리이미드계 자외선 경화 수지 등을 들 수 있다.
발광측 클래드층 (16) 의 굴절률은 발광측 코어 (17) 의 굴절률보다 낮다. 수광측 클래드층 (18) 의 굴절률은 수광측 코어 (19) 의 굴절률보다 낮다. 발광측 코어 (17) 및 수광측 코어 (19) 와 발광측 클래드층 (16) 및 수광측 클래드층 (18) 의 최대 굴절률차는, 바람직하게는 0.01 이상이며, 더욱 바람직하게는 0.02 ∼ 0.2 이다. 발광측 코어 (17) 및 수광측 코어 (19), 발광측 클래드층 (16) 및 수광측 클래드층 (18) 을 형성하는 수지의 굴절률은 수지에 도입하는 유기기의 종류나 함유량에 따라 적절히 증가 내지 감소시킬 수 있다. 예를 들어 고리형 방향족성의 기 (페닐기 등) 를 수지 분자 중에 도입하거나, 혹은 수지 분자 중의 함유량을 증가시킴으로써 수지의 굴절률을 크게 할 수 있다. 반대로 예를 들어 직사슬 또는 고리형 지방족계의 기 (메틸기, 노르보르넨기 등) 를 수지 분자 중에 도입하거나, 혹은 수지 분자 중의 함유량을 증가시킴으로써 수지의 굴절률을 작게 할 수 있다.
발광측 및 수광측 코어의 단면 형상은 특별히 제한은 없지만, 패터닝성이 우 수한 사다리꼴 또는 사각형이 바람직하다. 발광측 코어 및 수광측 코어의 저변에 있어서의 폭은 바람직하게는 10㎛ ∼ 500㎛ 이다. 발광측 코어 및 수광측 코어의 높이는 바람직하게는 10㎛ ∼ 100㎛ 이다.
발광측 코어의 중심의 높이는 발광측 광 도파로의 중심의 높이보다 낮다. 수광측 코어의 중심의 높이는 수광측 광 도파로의 중심의 높이보다 낮다. 본 명세서에 있어서 「코어의 중심」이란 도 3 (단면 모식도) 에 나타내는 바와 같이 코어 (41) 의 단면에 있어서 코어 (41) 의 상바닥 (41a) 의 중점과 하바닥 (41b) 의 중점을 잇는 직선의 중심 (42) 을 말한다. 코어 (41) 의 중심 (42) 의 높이 (L), 광 도파로 (43) 의 중심의 높이 (H) 는 광 도파로 (43) 의 저면 (43a) 으로부터의 거리를 말한다.
발광측 광 도파로 및 수광측 광 도파로의 중심의 높이 (H) 는 모두 바람직하게는 50㎛ ∼ 40㎜ 이며, 더욱 바람직하게는 100㎛ ∼ 20㎜ 이다. 발광측 코어 및 수광측 코어의 중심의 높이 (L) 는 모두 바람직하게는 5㎛ ∼ 400㎛ 이며, 더욱 바람직하게는 15㎛ ∼ 300㎛ 이다. 또한, 발광측 코어의 중심에서 발광측 광 도파로의 중심까지의 거리 (M) 및 수광측 코어의 중심에서 수광측 광 도파로의 중심까지의 거리 (M) 는 모두, 바람직하게는 20㎛ ∼ 5㎜ 이며, 더욱 바람직하게는 30㎛ ∼ 1㎜ 이다.
본 발명의 광학식 터치 패널에서는 발광측 코어 및 수광측 코어의 중심의 높이 (L) 가 낮기 때문에 좌표 입력 영역을 횡단하는 광선은 손가락이나 펜의 크기에 비해 좌표 입력 영역의 표면에 매우 가깝다. 원리적으로는 손가락이나 펜은 좌 표 입력 영역에 접촉할 필요는 없고 그 표면을 횡단하는 광선을 차단하는 것만으로 입력할 수 있다. 그러나 실제로는 광선이 좌표 입력 영역의 바로 가까이를 통과하고 있기 때문에, 대부분의 입력시, 손가락이나 펜은 좌표 입력 영역에 접촉한다.
손가락이나 펜이 광선을 차단하면 수광 소자는 검출 신호를 발한다. 검출 신호를 받아 신호 발생 수단은 광, 소리, 음성, 진동 등의 신호를 발생시킨다. 입력시, 손가락이나 펜은 좌표 입력 영역에 통상 접촉하기 때문에, 진동이 손가락이나 펜에 전해져 조작자는 자연스러운 입력 조작감 (클릭감) 을 얻을 수 있다. 손가락이나 펜이 좌표 입력 영역에 접촉할 정도까지 가까워졌을 때 비로소 좌표 입력이 이루어지기 때문에, 좌표 입력과 신호음이나 진동 등의 신호 발생의 타임 래그 (time lag) 가 적다.
발광측 및 수광측 코어의 중심이 발광측 및 수광측 광 도파로의 저면에 지나치게 가까우면 (L 이 5㎛ 미만), 좌표 입력 영역을 횡단하는 광선이 좌표 입력 영역에 지나치게 가깝기 때문에, 좌표 입력 영역의 표면에 부착된 먼지나 물방울이 오동작의 원인이 되는 경우가 있다. 반대로 발광측 및 수광측 코어의 중심이 발광측 및 수광측 광 도파로의 저면에서 지나치게 멀면 (L 이 400㎛ 를 초과함), 손가락이나 펜이 좌표 입력 영역에 접촉하기 전에 좌표 입력이 종료되는 경우가 있어 자연스러운 입력 조작감 (클릭감) 이 잘 얻어지지 않는 경우가 있다.
도 4 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 광학식 터치 패널 (50) 에 사용되는 발광측 광 도파로 (51) 는, 바람직하게는 발광측 언더 클래드층 (52) 과, 발광측 언더 클래드층 (52) 상의 발광측 코어 (53) 와, 발광측 코어 (53) 및 발광측 언더 클래드층 (52) 을 덮는 발광측 오버 클래드층 (54) 을 갖는다. 수광측 광 도파로 (55) 는 바람직하게는 수광측 언더 클래드층 (56) 과, 수광측 언더 클래드층 (56) 상의 수광측 코어 (57) 와, 수광측 코어 (57) 및 수광측 언더 클래드층 (56) 을 덮는 수광측 오버 클래드층 (58) 을 갖는다. 발광측 오버 클래드층 (54) 과 수광측 오버 클래드층 (58) 중 적어도 일방의 선단부는 렌즈 형상을 이루고 있는 것이 바람직하다.
발광측 오버 클래드층 (54) 및 수광측 오버 클래드층 (58) 의 재료에 특별히 제한은 없지만 렌즈 성형성이 우수한 자외선 경화 수지가 바람직하다. 발광측 오버 클래드층 (54) 및 수광측 오버 클래드층 (58) 의 선단부에 형성된 렌즈 형상부 (54a, 58a) 는 특별히 제한은 없지만, 바람직하게는 볼록 렌즈이며, 더욱 바람직하게는 도 4 에 나타내는 바와 같이 측단면이 거의 1/4 원호인 장척의 볼록 렌즈 (렌티큘러 렌즈의 1/2 에 상당) 이다. 렌즈의 곡률 반경은, 바람직하게는 0.3㎜ ∼ 5㎜ 이며, 더욱 바람직하게는 0.5㎜ ∼ 3㎜ 이다.
발광측 오버 클래드층 (54) 선단의 렌즈 형상부 (54a) 는 발광측 코어 (53) 의 선단으로부터 출사된 확산되는 광을 평행 광선 (59) 으로 하는 기능을 가지며, 수광측 오버 클래드층 (58) 선단의 렌즈 형상부 (58a) 는 수광측 오버 클래드층 (58) 선단에 입사된 평행 광선 (59) 을 수광측 코어 (57) 의 선단에 수속 (收束) 되는 광선으로 하는 기능을 갖는다.
본 발명에 사용되는 발광측 언더 클래드층 (52), 발광측 오버 클래드층 (54) 은 발광측 코어 (53) 보다 굴절률이 낮은 재료로 이루어진다. 또 수광측 언더 클래드층 (56), 수광측 오버 클래드층 (58) 은 수광측 코어 (57) 보다 굴절률이 낮은 재료로 이루어진다. 발광측 언더 클래드층 (52) 및 수광측 언더 클래드층 (56) 의 재료는 유리, 실리콘, 금속, 수지 등 특별히 제한은 없다. 발광측 언더 클래드층 (52) 및 발광측 오버 클래드층 (54) 의 재료는 동일한 것이 바람직하다. 수광측 언더 클래드층 (56) 및 수광측 오버 클래드층 (58) 의 재료는 동일한 것이 바람직하다. 발광측 언더 클래드층 (52) 및 수광측 언더 클래드층 (56) 은 단층이어도 되고 다층이어도 된다. 발광측 언더 클래드층 (52) 및 수광측 언더 클래드층 (56) 으로서, 액정 패널이나 플라즈마 패널에 사용되는 유리 패널이나 광학 필름을 이용해도 된다. 발광측 언더 클래드층 (52) 및 수광측 언더 클래드층 (56) 의 두께는, 바람직하게는 5㎛ ∼ 10㎜ 이며, 보다 바람직하게는 20㎛ ∼ 5㎜ 이다. 발광측 오버 클래드층 (54) 및 수광측 오버 클래드층 (58) 의 두께는 바람직하게는 10㎛ ∼ 10㎜ 이며, 더욱 바람직하게는 50㎛ ∼ 5㎜ 이다.
[발광 소자, 수광 소자]
본 발명의 광학식 터치 패널은 발광 소자와 수광 소자를 구비한다. 발광측 광 도파로는 발광측 코어의 말단부가 발광 소자에 결합된다. 발광 소자는 바람직하게는 발광 다이오드 또는 반도체 레이저이고, 더욱 바람직하게는 수직 공진기 면 발광 레이저 (VCSEL) 이다. VCSEL 은 기판면의 수직 방향으로 광을 공진시켜 기판면의 수직 방향으로 레이저 광을 출사시킬 수 있기 때문에 광 전송이 우수하다. 발광 소자로부터 출사되는 광의 파장은 바람직하게는 근적외 영역 (700㎚ ∼ 2500㎚) 중 어느 것이다.
수광측 광 도파로는 수광측 코어의 말단부가 수광 소자에 결합된다. 수광 소자는 광 신호를 전기 신호로 변환하는 소자이고, 바람직하게는 1 차원 어레이의 수광 소자이며, 더욱 바람직하게는 CMOS (상보성 금속 산화막 반도체) 이미지 센서 또는 CCD (Charge Coupled Device) 이미지 센서가 사용된다.
[입력 조작감을 부여하는 신호 발생 수단]
본 발명의 광학식 터치 패널에 사용되는 신호 발생 수단은 수광 소자로부터의 신호에 의해 조작자에게 입력 조작감을 부여하는 신호를 발생시킨다. 도 5 에 그 플로우의 개략을 나타낸다. 신호 발생 수단은 바람직하게는 수광 소자로부터 취득한 신호를 규격화 등의 데이터 처리를 실시한 후, 도 6 에 나타내는 바와 같이 미리 설정해 둔 임계값 (Ith) 을 하회하는 신호에 대하여 입력 조작감을 부여하는 신호를 발생시킨다. 입력된 좌표의 인식도 동시에 이루어진다. 상기한 임계값 (Ith) 은 규격화된 신호 강도를 1 로 하였을 때, 0.4 ∼ 0.8 로 설정하는 것이 바람직하다. 본 발명의 광학식 터치 패널은 상기 서술한 광 도파로에 추가하여, 이와 같은 데이터 처리를 실시함으로써 보다 확실하고 자연스러운 조작감을 부여한다.
신호 발생 수단은 예를 들어 광을 발하는 발광 다이오드, 소리 또는 음성을 발하는 스피커, 진동을 발생시키는 진동 액츄에이터 등 조작자에게 입력 조작감을 부여하는 임의의 것이 사용된다.
신호 발생 수단은 바람직하게는 진동 발생 수단이다. 진동 발생 수단은 소음이 많은 환경에서도 조작자에 확실하게 입력 조작감을 부여할 수 있다. 진동 발생 수단에 특별히 제한은 없지만 바람직하게는 진동 모터, 진동 액츄에이터, 압전 소자 등을 들 수 있다. 진동 발생 수단이 사용되는 경우, 바람직하게는 도 1 에 나타내는 바와 같이 좌표 입력 영역 (11) 의 표면에 투명 패널 (21) 이 배치되고, 투명 패널 (21) 의 단부 또는 하부에 신호 (진동) 발생 수단 (20) 이 배치된다. 도 7 에 나타내는 바와 같이 이와 같은 광학식 터치 패널 (60) 은 진동 발생 수단 (61) 으로부터의 진동을 투명 패널 (62) 을 통하여 손가락 (63) 에 전할 수 있다.
[광학식 터치 패널의 제법]
본 발명의 광학식 터치 패널을 제조하는 하나의 방법으로서, 도 8 에 나타내는 바와 같이 먼저 2 종류의 L 자형 광 도파로 (71a, 71b) 를 제조한다. 다음으로 이들 2 개의 L 자형 광 도파로 (71a, 71b) 를 좌표 입력 영역 (72) 을 사이에 두고 서로 대향하도록 배치한다. 다음으로 일방의 광 도파로 (71b) 의 코어 말단부에 발광 소자 (73) 를 결합시키고, 타방의 광 도파로 (71a) 의 코어 말단부에 수광 소자 (74) 를 결합시킨다. 이 제조 방법에 의하면 노광 현상법에 의해 광 도파로를 제조하는 경우, 비교적 소면적인 포토 마스크를 사용하여 대면적인 광학식 터치 패널을 제조할 수 있다.
본 발명의 광학식 터치 패널의 제조 방법은 L 자형 광 도파로를 조합하는 방 법에 한정되지 않는다. 4 개의 I 자형 광 도파로를 조합해도 되고, □ 자형 (프레임형) 의 광 도파로를 한 번에 제조해도 된다.
[용도]
본 발명의 광학식 터치 패널의 용도로서 특별히 제한은 없지만, 은행의 ATM, 역의 발매기, 도서관의 검색 단말기, 점포의 POS 단말기, 복사기나 생산 설비의 조작 패널, 전자 수첩, 게임기, 휴대 전화, 카 내비게이션, PC 입력 장치 등을 들 수 있다.
실시예
[클래드 형성용 바니시의 조제]
· [성분 A] 비스페녹시에탄올플루오렌글리시딜에테르 ; 35 중량부,
· [성분 B] 지환식 에폭시 수지 (다이셀 화학사 제조, 셀록사이드 2021P) ; 40 중량부,
· [성분 C] 시클로헥센옥사이드 골격을 갖는 지환식 에폭시 수지 (다이셀 화학사 제조, 셀록사이드 2081) ; 20 중량부,
· [성분 D] 4,4'-비스[디(β-히드록시에톡시)페닐술피니오]페닐술파이드-비스-헥사플루오로안티모네이트의 50％ 프로피온카보네이트 용액 ; 2 중량부를 혼합하여 클래드 형성용 바니시를 조제하였다.
[코어 형성용 바니시의 조제]
· 상기 성분 A ; 70 중량부
· 1,3,3-트리스(4-(2-(3-옥세타닐)부톡시페닐)부탄 ; 30 중량부
· 상기 성분 D ; 1 중량부
· 락트산에틸 ; 35 중량부를 혼합하여 코어 형성용 바니시를 조제하였다.
[광 도파로의 제조]
두께 188㎛ 의 폴리에틸렌나프탈레이트 필름의 표면에 클래드 형성용 바니시를 도포하고, 자외선을 2000mJ/㎠ 조사한 후 100℃ 에서 15 분간 가열 처리하여, 두께 20㎛ 의 언더 클래드층을 형성하였다. 언더 클래드층의 파장 830㎚ 에 있어서의 굴절률은 1.542 이었다.
언더 클래드층의 표면에 코어 형성용 바니시를 도포하고 100℃ 에서 15 분간 가열 처리하여 코어층을 형성하였다. 코어층에 포토 마스크를 씌우고 자외선을 4000mJ/㎠ 조사하고, 그리고 80℃ 에서 15 분간 가열 처리하였다. 코어층의 자외선 미 (未) 조사 부분을 Y-부티로락톤 수용액으로 용해 제거하고, 120℃ 에서 30 분간 가열 처리하여 코어 폭 15㎛, 코어 높이 50㎛ 의 코어를 도 4 의 L 자형 광 도파로가 얻어지도록 패터닝하였다. 코어의 굴절률은 파장 830㎚ 에서 1.588 이었다.
코어 전체를 덮도록 언더 클래드층의 표면에 석영제 몰드형을 씌우고 클래드 형성용 바니시를 주입하였다. 몰드형을 통과시키고 클래드 형성용 바니시에 자외선을 2000mJ/㎠ 조사하고 120℃ 에서 30 분간 가열 처리하였다. 이와 같이 하여 선단부의 측단면 형상이 거의 1/4 원호인 장척의 볼록 렌즈 (렌티큘러 렌즈의 1/2 의 형상) 를 구비한 두께 1㎜ 의 오버 클래드층을 형성하고, 발광측 및 수광측 L 자형 광 도파로를 제조하였다. 볼록 렌즈의 곡률 반경은 1.5㎜, 오버 클래드 층의 파장 830㎚ 에 있어서의 굴절률은 1.542 이었다.
광 도파로의 높이 (두께) 는 언더 클래드층 20㎛ ＋ 오버 클래드층 1000㎛ ＝ 1020㎛ 이었다. 따라서 광 도파로 중심은 광 도파로의 저변으로부터 510㎛ 상방에 위치한다 (H ＝ 510㎛). 광 도파로의 저변으로부터 코어 중심까지의 거리 (L) 는 언더 클래드층 20㎛ ＋ 코어 50㎛ × 0.5 ＝ 45㎛ 이었다. 따라서 코어 중심에서 광 도파로의 중심까지의 거리 (M) 는 465㎛ (510㎛ － 45㎛) 이었다. 이들 치수는 전자 현미경 및 마이크로스코프로 측정하였다.
[광학식 터치 패널의 제조]
발광측 L 자형 광 도파로의 일단부에 발광 소자로서 파장 850㎚ 의 광을 출사하는 VCSEL (Optwell 사 제조) 을 자외선 경화 접착제에 의해 결합시켰다. 수광측 L 자형 광 도파로의 일단부에 수광 소자로서 CMOS 리니어 센서 어레이 (TAOS 사 제조) 를 자외선 경화 접착제에 의해 결합시켰다. 이와 같이 하여 대각 (對角) 3 인치의 광 도파로 모듈을 제조하였다.
이 광 도파로 모듈과 진동 발생 수단으로서의 진동 모터와 광 발생 수단으로서의 적색 LED 를 플렉시블 프린트 기판을 개재하여 구동부 및 제어부와 접속시켜 광학식 터치 패널을 제조하였다. 광학식 터치 패널을 평가하기 위하여, 광학식 터치 패널의 수광 소자의 제어부를 플렉시블 프린트 기판을 개재하여 USB 형 도입 유닛 (내셔널 인스트루먼트사 제조) 에 접속시키고, USB 포트를 통하여 컴퓨터에 접속시켰다.
[평가]
광학식 터치 패널의 발광 소자로부터 파장 850㎚, 강도 2mW 의 광을 출사하였다. 광은 발광측 광 도파로를 통과하여 그 출사단으로부터 출사되고, 좌표 입력 영역을 격자상으로 횡단하여 수광측 광 도파로의 입사단에 입사되고, 수광측 광 도파로를 통과하여 수광 소자에 도달하였다. 광 강도 분포 데이터를 규격화하여 임계값을 0.65 로 설정하고, 좌표 입력 영역을 손가락으로 터치하여 광을 차단한 바, 손가락 위치의 XY 좌표를 인식할 수 있어, 동일 타이밍에 진동 모터의 진동 발생과 적색 LED 의 발광을 확인할 수 있었다.
도 1 은 본 발명의 광학식 터치 패널의 주요부 단면도.
도 2 는 본 발명의 광학식 터치 패널의 주요부 평면도.
도 3 은 광 도파로의 단면도.
도 4 는 본 발명의 광학식 터치 패널의 주요부 단면도.
도 5 는 본 발명의 광학식 터치 패널의 신호 처리 플로우도.
도 6 은 수광 강도의 임계값의 설명도.
도 7 은 진동 발생 수단의 기능의 설명도.
도 8 은 본 발명의 광학식 터치 패널의 제법 설명도.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 광학식 터치 패널 11 좌표 입력 영역
12 발광 소자 13 수광 소자
14 발광측 광 도파로 14a 출사 단부
15 수광측 광 도파로 15a 출사 단부
16 발광측 클래드층 17 발광측 코어
18 수광측 클래드층 19 수광측 코어
20 신호 발생 수단 21 투명 패널
22 광선 30 광학식 터치 패널
31 좌표 입력 영역 32a, 32b 발광측 광 도파로
32c, 32d 수광측 광 도파로 33 발광 소자
34 수광 소자 41 코어
41a 상바닥 41b 하바닥
42 중심 43 광 도파로
43a 저면 50 광학식 터치 패널
51 발광측 광 도파로 52 발광측 언더 클래드층
53 발광측 코어 54 발광측 오버 클래드층
54a 렌즈 형상부 55 수광측 광 도파로
56 수광측 언더 클래드층 57 수광측 코어
58 수광측 오버 클래드층 58a 렌즈 형상부
59 평행 광선 60 광학식 터치 패널
61 진동 발생 수단 62 투명 패널
63 손가락 71a 광 도파로
71b 광 도파로 72 좌표 입력 영역
73 발광 소자 74 수광 소자

Claims (6)

  1. 좌표 입력 영역과, 발광 소자 및 수광 소자와, 상기 발광 소자에 결합된 발광측 광 도파로와, 상기 수광 소자에 결합된 수광측 광 도파로를 갖는 광학식 터치 패널로서,
    상기 발광측 광 도파로의 출사단과 상기 수광측 광 도파로의 입사단은 상기 좌표 입력 영역을 사이에 두고 대향하고 있고,
    상기 발광측 광 도파로는 발광측 클래드층과 상기 발광측 클래드층에 매설된 발광측 코어를 가지며,
    상기 수광측 광 도파로는 수광측 클래드층과 상기 수광측 클래드층에 매설된 수광측 코어를 가지며,
    상기 발광측 클래드층은 상기 발광측 코어보다 굴절률이 낮고, 상기 수광측 클래드층은 상기 수광측 코어보다 굴절률이 낮으며,
    상기 발광측 코어의 중심 높이는 상기 발광측 광 도파로의 중심 높이보다 낮고, 상기 수광측 코어의 중심 높이는 상기 수광측 광 도파로의 중심 높이보다 낮으며,
    좌표 입력에 의해 상기 수광 소자가 받은 검출 신호에 의해 입력 조작감을 부여하는 신호를 발생시키는 신호 발생 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 광학식 터치 패널.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광측 광 도파로 및 상기 수광측 광 도파로의 클래드층이 언더 클래드층과 오버 클래드층으로 이루어지고, 상기 발광측 광 도파로의 오버 클래드층의 출사단과 상기 수광측 광 도파로의 오버 클래드층의 입사단 중 적어도 일방은 렌즈 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 패널.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 발광측 광 도파로의 상기 오버 클래드층의 출사단 및 상기 수광측 광 도파로의 상기 오버 클래드층의 입사단의 렌즈 형상부는, 측단면이 대략 1/4 원호인 장척의 렌즈인 것을 특징으로 하는 광학식 터치 패널.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입력 조작감을 부여하는 신호가 광, 소리, 음성, 진동 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 광학식 터치 패널.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 발생 수단이 진동 발생 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 터치 패널.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 진동 발생 수단이 진동 모터, 진동 액츄에이터, 압전 소자 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 광학식 터치 패널.
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