KR20100045454A - 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

백라이트를 가진 LCD 디스플레이와 같은 컬러 디스플레이(10)에 터치 스크린 능력이 부가된다. 이에, 수평(x) 및 수직(z) 방향들을 따라 2개의 컬러 채널들에서 파장이 변한다. 2개의 관련 컬러들에 대한 분광 능력들을 갖는 펜(30)은 2개의 채널들의 파장들을 측정함으로써 그 위치를 결정한다.

Description

디스플레이 장치{Display apparatus}

본 발명은 스크린 상에 이미지를 디스플레이하는 장치에 관한 것이고, 특히 터치 스크린 기능을 제공하는 장치에 관한 것이다.

대형 및 소형 디스플레이들은 우리의 생활에 점점 일반화되고 있다. 디스플레이들이 제공하는 부가된 기능으로 인해, 이들에 터치 스크린 능력들을 부가하는 것이 바람직하다. 통상적으로, 사용자들은, 키보드 또는 마우스와 같은 외부 디바이스들을 이용하는 것을 넘어서, 그들 자신의 손으로 스크린을 터치함으로써 직관적인 방법으로 상호 작용하고 싶어한다.

다음의 기본 시스템들이 사람의 터치를 인식하는데 현재 이용된다: 스크린의 상부에 장착된 2개의 포일들(foils) 사이의 저항 또는 캐패시턴스의 국부적 변화들을 이용함으로써 압력을 감지하는 시스템들, 및 표면 음파 검출을 이용하는 시스템들. 이들 둘다에 대해, 디바이스에 대한 추가 비용을 유발하고, 결과적으로 대규모 시장 수용력이 생기지 못하는 주요 문제점이 있다.

대부분의 시스템들은 특수층으로 커버되는 보통의 유리 패널로 구성된다. 예리한 도구로 우발적으로 찔리면 이 층은 쉽게 손상될 수 있고, 그 외에도, 층은 디스플레이에 의해 주어진 광의 일부를 차단할 수 있다. 더욱이, 매우 현실적인 비용 문제는, 가까운 미래에 이들 비용들을 실제로 감소시킬 수 있는 로드맵의 부재와 아울러, 이들 디스플레이들이 저소득 국가들에게 상업적으로 관심이 없어질 것을 암시한다. 이것은 특히 교육 환경에 대한 문제이며, 학생들과 교사들을 동등하게 하는 유리한 터치 스크린 디스플레이들이 커질 수 있다.

특허 출원 US 2002/0067348 A1호는 상술된 기본 시스템들에 대한 대안적인 터치 스크린 시스템을 개시하고 있다. 시스템은, 온-축 및 오프-축 검출을 이용하여 IR 전송기들과 수신기들 사이의 터치의 위치를 고해상도로 결정하기 위해, 스크린의 에지들을 따라 배치된 복수의 적외선("IR") 전송기들 및 수신기들을 이용한다. 터치 스크린 시스템은 온-축 및 오프-축 검출과 함께, 식별된 터치 위치의 해상도를 증대시키기 위해 전송기들 및 수신기들의 정밀하지 않은(coarse) 및 정밀한(fine) 스위프를 이용한다.

또한, 이 시스템은 요구되는 상당수의 적외선 전송기들 및 수신기들에 의해 유발된 추가 비용들의 결함을 가진다.

본 발명의 목적은 터치 인식 기능을 가진 저비용의 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 및 다른 목적들은 청구항 제 1 항에 따른 장치, 청구항 제 13 항에 따른 디바이스, 청구항 제 18 항에 따른 시스템, 및 청구항 제 19 항에 따른 방법에 의해 달성된다. 양호한 실시예들이 종속 청구항 제 2 항 내지 제 12 항과 제 14 항 내지 제 17 항에 의해 규정된다.

본 발명의 양태에 따라, 스크린 상에 이미지를 디스플레이하는 장치를 포함하는 시스템이 제공된다. 장치는 광 성분을 방출하는 발광 수단을 포함하고, 상기 광 성분은, 광 성분이 방출되는 스크린 상의 위치의 함수에 따라 변한다. 또한, 시스템은 장치와 상호 작용하는 디바이스를 포함한다. 디바이스는 장치에 의해 방출된 적어도 광 성분을 검출하는 수단을 포함한다. 검출된 광 성분에 기초하여, 장치의 스크린에 대한 디바이스의 위치 또는 방향이 결정될 수 있다.

본 발명에 따라, 디스플레이 장치 및 디바이스의 일부 비교적 간단한 수정들을 제공함으로써 터치 기능이 제공될 수 있다. 이에 의해, 상당한 추가 비용들이 회피된다. 또한, 본 발명에 따라, 한번에 다중 입력할 가능성이 발생되며, 그것은 2개의 디바이스들이 2개의 상이한 위치들에서 스크린에 접촉하는 경우, 두 위치들을 검출하는 것이 가능하다는 것을 의미한다.

본 발명에 따른 시스템의 주요 응용은 TV 또는 컴퓨터 제어를 위한 터치 스크린 기능을 제공하는 것이다. 그러나, 대형 디스플레이를 위한 원격 제어들 및 포인팅 디바이스들에 이용될 수도 있다. 여기서, 광은 멀리서 수집될 수 있고 그 스펙트럼으로부터 포인팅 디바이스의 방향이 결정될 수 있다.

바람직하게, 검출된 광 성분은 광 파장이다. 그러나, 또한, 비가시적인 주파수들에서 깜박이게 되는 광의 깜박임 주파수(flickering frequency)와 같은 다른 광 성분들이 이용될 수 있다.

광 성분의 검출된 파장에 기초한 스크린에 대한 디바이스의 위치 또는 방향의 결정은 디바이스 단독으로 수행될 수 있다. 대안적으로, 디바이스는 광 성분의 검출된 파장에 대한 정보를, 스크린에 대한 디바이스의 위치 또는 방향의 결정을 수행하는 다른 장치에 전송한다.

바람직하게, 광 성분은 디스플레이 장치의 컬러 채널에 대응한다. 바람직하게, 컬러 채널의 파장의 전체 변화는 작아서 맨눈으로는 알아차릴 수 없다. 파장의 이러한 변동은 디스플레이의 컬러 렌더링을 다소 감소시킬 것이다. 그러나, 컬러 범위가 상당히 작으면, 이것은 강력한 효과가 될 수 없을 것이며, 터치 스크린 능력의 부가된 기능은 약간 감소된 컬러 렌더링보다는 강하게 영향을 미칠 것이다.

제 1 대안에 따라, 스크린 상의 위치의 함수에 따라 변하는 파장을 가진 광 성분을 방출하는 기능은 서로 다른 파장들을 가진 광 성분을 방출하는 복수의 광원들에 의해 구현된다. 이러한 대안은, 모두 특정 기본 컬러를 발광하는 광원들에 의해 컬러 채널이 구현되는 디스플레이 장치에 이용하기에 매우 적절하다.

제 2 대안에 따라, 이 기능은 실질적으로 동일한 파장으로 발광하는 복수의 광원들과 스크린 위치의 함수에 따라 변하는 속성들을 가진 광학 필터에 의해 구현된다. 광학 필터의 전송 스펙트럼은 복수의 광원들의 전송 스펙트럼보다 급격하다. 이러한 대안은 백라이트를 가진 LCD 디스플레이 장치에 이용하기에 매우 적절하다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, 광 성분은 스크린의 제 1 방향을 따라 스크린의 위치의 함수에 따라 변하고, 발광 수단은, 제 1 방향에 수직인 스크린의 제 2 방향을 따라 스크린의 위치의 함수에 따라 변하는 파장을 가진 다른 광 성분을 방출하도록 적응된다. 오버랩되지 않은 파장들을 가진 2개의 광원들을 이용하여, 디바이스의 위치가 신뢰할 수 있는 방식으로 두 방향들로 결정될 수 있다.

바람직하게, 광 성분들 각각은 디스플레이 장치의 상이한 컬러 채널에 대응한다.

유리하게, 제 1 컬러 채널은 기본 컬러 청색에 대응하고, 제 2 컬러 채널은 기본 컬러 적색에 대응한다. 기본 컬러 청색의 가장 짧은 파장과 기본 컬러 적색의 가장 긴 파장들이 변하는 경우에, 대부분 인간의 지각 범위의 밖에 있는 방사 스펙트럼의 부분들이 디스플레이 장치에 터치 스크린 기능을 부가하는데 이용되기 때문에, 사용자는 디스플레이의 컬러 렌더링의 어떠한 감소도 거의 알아차리지 못할 것이다.

본 발명은, 각 픽셀이 디스플레이 동안 강도들이 변하는 사실상 3개의 기본 컬러들을 가지는 컬러 디스플레이들에 이용되는 것이 유리할 수 있다. 그 예들은 LCD 스크린들, CRT 모니터들 및 프로젝션 디스플레이들이다.

본 발명의 다른 양태에 따라, 이미지를 디스플레이하기 위한 장치의 스크린에 대한 디바이스의 위치 또는 방향을 결정하는 방법이 제공된다. 상기 방법은:

- 장치에 의해 광 성분을 방출하는 단계로서, 상기 광 성분은 광 성분이 방출되는 스크린 상의 위치의 함수에 따라 변하는, 상기 방출 단계;

- 장치에 의해 방출된 적어도 광 성분을 디바이스에 의해 검출하는 단계; 및

- 장치의 스크린에 대한 디바이스의 위치 또는 방향을 적어도 검출된 광 성분에 기초하여 결정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 이들 및 다른 양태들은 이후 기술되는 실시예들을 참조하여 더욱 명확해질 것이다.

본 발명은 동봉된 명세서와 함께 다음의 도면들을 참조하여 더욱 잘 이해될 것이며, 다수의 목적들 및 이점들이 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자에게 더욱 명백해질 것이다.

도면들 전반에 걸쳐, 동일한 참조 번호들은 동일한 요소들을 지칭한다.

본 발명에 의하면, 추가 비용을 유발하지 않고 디스플레이 장치에 터치 인식 기능을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 디스플레이 시스템의 기술 원리를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 디스플레이 시스템의 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 디스플레이 시스템의 실시예의 측면도.
도 4는 실시예를 더 설명하기 위한 도면.

일반적으로, 컬러 디스플레이의 각 픽셀은 사실상 3개의 기본 컬러들, 적색, 녹색 및 청색을 가지며, 그 강도들은 디스플레이 동안 변한다. 이러한 방식으로, 픽셀은 임의의 수의 상이한 컬러들을 나타내도록 만들어질 수 있다. 적색, 녹색 및 청색에 의해 이루어질 수 있는 컬러들의 수는 디스플레이에 의해 달성될 수 있는 개별적인 강도들의 수에 의존한다. 이것은, 통상의 CRT 모니터, LCD 스크린, 프로젝션 디스플레이 또는 다른 형태의 스크린들에 대해 유지한다.

통상적으로, 특정 컬러의 파장은 디스플레이에서 그 컬러의 모든 픽셀들에 대해 동일하다. 본 발명에 따라, 3개의 기본 컬러들 중 하나의 픽셀로부터 다른 두 픽셀로의 파장은 제어된 방식으로 변한다.

이제, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 시스템의 원리가 기술된다. 도면은 디스플레이 장치의 스크린(20) 상에 기본 컬러들 중 둘의 변화를 도시한다. 제 1 기본 컬러는 수직축 z를 따라 변한다. 제 2 기본 컬러는 수평축 x를 따라 변한다. 그 밖에, 본 발명은 제 1 기본 컬러가 적색이고 제 2 기본 컬러가 청색인 경우에 대해 기술될 것이다. 이것은 단지 예시적일 뿐이며 기본 컬러들의 다른 혼합이 이용될 수 있음은 당연하다. 도 1에 도시된 바와 같이, 스크린(20)의 상부로부터 하부까지의 각 적색 픽셀은 밝은 적색에서 어두운 적색으로 진행한다. 또한, 각 청색 픽셀은 스크린(20)의 왼쪽 부분에 있는 밝은 청색에서 스크린(20)의 오른쪽 부분에 있는 어두운 청색으로 진행한다. 파장의 전체 변화는 맨눈으로 알아차릴 수 없을 만큼 작아야 한다.

본 발명에 따라, 디바이스(30)의 위치는 스크린(2)에 대해 판독된다. 이러한 디바이스는 펜이 될 수 있으며, 소형의 통합된 분광 센서(35)를 가진다. 이러한 센서(35)는 적색 및 청색의 파장들을 등록한다. 기록된 스펙트럼에서 2개의 적색 및 청색 피크들은 펜의 위치에 의존할 것이다. 그 후에, 펜은 그 위치를 판독할 수 있고, 컴퓨터, TV 등과 같은 관심있는 디바이스에 무선 접속을 통해 결과를 전송할 수 있다.

펜의 위치 외에도, 펜이 스크린(20)을 터치하는지의 여부를 측정하는 것이 또한 필요하다. 이러한 정보는, 약간의 부가적인 정보를 생성하는 간단한 터치 센서(도시되지 않음)를 펜에 포함함으로써 쉽게 얻어질 수 있다: 스크린은 터치되거나 터치되지 않는다. 이러한 경우, 터치 센서는 적당하지 않고, 펜은 또한, 스크린(20)으로부터 검출된 광의 기록된 강도를 펜이 스크린(20)으로부터 떨어진 거리에 상관시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 터치되었거나 터치되지 않았는지의 적당한 추정이 이루어질 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 시스템의 블록도를 도시한다. 디스플레이 장치(10)는 스크린(20)을 포함하며, 이것은 특히, 디스플레이 동안 각 픽셀의 3개의 기본 컬러들, 적색, 녹색 및 청색의 강도들을 변경하는 기능을 포함한다고 이전에 언급되었다. 디스플레이 장치(10)는 또한, 발광 기능(40)을 더 포함하며, 이것은, 스크린의 수평축을 따라 청색 광의 파장을 변경하고, 수직축을 따라 적색 광의 파장을 변경하도록 적응된다. 또한, 시스템은, 분광 센서(35)에 의해 검출된 스펙트럼에 기초하여 스크린에 대해 디바이스(30)의 위치를 결정하기 위한 처리기(50)를 포함한다. 이 처리기는 디바이스(30)의 일부, 또는 컴퓨터 또는 TV와 같은 다른 장치(디스플레이 장치(10) 자체가 될 수 있음)의 일부가 될 수 있다. 후자의 경우, 디바이스(30)는 이 장치의 위치 결정에 필요한 검출된 스펙트럼에 대한 정보를 무선으로 전송한다.

상기 원리는, 모두 특정 기본 컬러를 발광하는 광원들에 의해 발광 기능(40)이 컬러 채널을 구현하는 디스플레이 장치(10)에 이용될 수 있다. 수직 방향의 적색 LED들에 의한 발광과 수평 방향의 청색 LED들에 의한 발광의 파장을 변경함으로써, 도 1에 도시된 바와 같은 광 패턴이 얻어질 수 있다. 수평 방향의 적색 LED들과 수직 방향의 청색 LED들의 파장은 변하지 않는다. 녹색 LED들의 파장은 전혀 변하지 않는다.

대안적으로, 상기 원리는, 도 3에 도시된 바와 같이, LED 백라이트 소스(60)를 가진 LCD 디스플레이들의 경우에 이용될 수 있다. 여기서, 사실상 모든 LED들은 동일한 파장으로 발광한다. 본 기술분야의 LCD 패널(20)의 상태와 LED 백라이트 소스(60) 사이에 광학 필터(70)가 배치되며, 그 필터 속성은 위치에 의존한다. 그래서, 이 경우 발광 기능(40)은 LED 백라이트 소스(60) 및 광학 필터(70)에 의해 함께 구현된다. 그래서, 백라이트를 가진 LCD 디스플레이의 통상적인 구조가 이용되고, 그에 부가되는 유일한 것은 광학 필터(70)이다. 도 3은 이러한 구조의 측면을 도시하며, 이 구조에서 적색 광 성분에 영향을 미치는 필터의 속성들은 z 축을 따라 변한다. 광학 필터(70)는 수평축 x를 따라 청색 광 성분에 대한 유사한 속성들을 가진다. 이러한 조합은 이 상세한 설명의 초기에 논의된 바와 같이 디스플레이에 필요한 파장 의존성을 제공할 수 있다. 도 4는 파장 λ의 함수로서 광 세기 S를 도시한다. 각 LED의 전송 스펙트럼 L은 매우 광범위하다. 필터(70)의 전송 스펙트럼 F는 LED들 중 하나보다 급격하다. 이것은 2개의 피크들을 포함하며, 하나는 청색 성분에 대한 것이고 하나는 적색 성분에 대한 것이다. 청색 성분에 대한 최대의 위치 λ_b는 수평축 z에 따른 필터 위치에 의존한다. 적색 성분에 대한 최대의 위치λ_r는 수직축 z에 따른 필터 위치에 의존한다. 이 실시예에서 이용된 광학 필터는 연속적이다.

필터 속성들을 포함하는 부분들이 대응하는 LED들의 앞에 배치되는 불연속 필터들을 이용하는 것도 또한 가능하다.

사용자 지각에 대한 그 영향을 되도록이면 최소화하기 위하여, 광학 필터가 적색 픽셀들의 가장 긴 파장들뿐만 아니라, 청색 픽셀들의 가장 짧은 파장들에 주로 영향을 미쳐야 한다. 이러한 방식으로, 인간의 지각 범위의 밖에 대부분 있는 방사 스펙트럼의 부분들은 디스플레이에 터치 스크린 기능을 부가하는데 이용된다. 인간의 지각 범위의 밖에 있는 적색 채널의 적외선 부분의 파장을 이용하는 것도 가능하다.

시스템은 터치 스크린 기능을 제공하기 위해 이용될 뿐 아니라, 대형 디스플레이들을 위한 원격 제어들 및 포인팅 디바이스들과 함께 이용될 수도 있다. 여기서, 광은 멀리서 수집될 수 있고 그 스펙트럼으로부터 포인팅 디바이스의 방향이 결정될 수 있다. 포인팅 디바이스의 방향을 변경함으로써, 컴퓨터 또는 TV와 같은 장치가 제어될 수 있다.

더욱이, 파장 외의 광 성분들은, 비가시적인 주파수들에서 깜박이게 되는 광의 깜박임 주파수와 같이, 스크린의 위치에 기초하여 변할 수 있다.

본 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자에 의해 알게 될 것이지만, 본 출원에 개시된 혁신적인 개념들은 광범위한 응용들에 걸쳐 수정되고 변경될 수 있다.

따라서, 특허되는 요지의 범위는 논의된 임의의 특정한 예시적인 개시내용들로 제한되는 것이 아니라, 그 대신 다음의 특허청구범위들에 의해 규정된다.

특허청구범위들에서 임의의 참조 부호들은 그 범위를 제한하는 것으로서 해석되어서는 안된다.

10: 디스플레이 장치
20: 스크린
30: 디스플레이 장치와 상호작용하는 디바이스
35: 검출 수단
40:발광 기능
50: 결정 수단
60: LED 백라이트 소스
70: 광학 필터

Claims (19)

1. 스크린(20) 상에 이미지를 디스플레이하는 장치(10)로서,
   상기 디스플레이 장치(10)는 광 성분을 방출하는 발광 수단(40)을 포함하고, 상기 광 성분은 상기 광 성분이 방출되는 상기 스크린(20) 상의 위치의 함수에 따라 변하는, 디스플레이 장치(10).
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 광 성분은 파장인, 디스플레이 장치(10).
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 광 성분은 컬러 채널에 대응하는, 디스플레이 장치(10).
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 발광 수단(40)은 서로 다른 파장들을 가진 상기 광 성분을 방출하기 위한 복수의 광원들을 포함하는, 디스플레이 장치(10).
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 발광 수단(40)은 실질적으로 동일한 파장을 가진 광을 방출하기 위한 복수의 광원들과, 상기 스크린 위치의 함수에 따라 변하는 속성들을 가진 광학 필터(70)를 포함하여, 상기 광 성분의 파장은 상기 광 성분이 전송되는 상기 스크린 상의 위치의 함수에 따라 변하는, 디스플레이 장치(10).
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 광학 필터(70)의 전송 스펙트럼은 상기 복수의 광원들의 전송 스펙트럼보다 급격한(sharp), 디스플레이 장치(10).
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 광원들은 백라이트들인, 디스플레이 장치(10).
8. 제 2 항에 있어서,
   상기 광 성분은 상기 스크린의 제 1 방향(x)을 따라 상기 스크린(20) 상의 위치의 함수에 따라 변하고, 상기 발광 수단(40)은 상기 제 1 방향(x)에 수직인 상기 스크린의 제 2 방향(z)을 따라 상기 스크린(20) 상의 위치의 함수에 따라 변하는 파장을 가진 다른 광 성분을 방출하도록 적응되는, 디스플레이 장치(10).
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 광 성분은 제 1 컬러 채널에 대응하고, 상기 다른 광 성분은 제 2 컬러 채널에 대응하는, 디스플레이 장치(10).
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 광 성분은 상기 기본 컬러 청색의 가장 짧은 파장들을 포함하고, 상기 다른 광 성분은 상기 기본 컬러 적색의 가장 긴 파장들을 포함하는, 디스플레이 장치(10).
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 성분은 깜박임 주파수(flickering frequency)인, 디스플레이 장치(10).
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 스크린(20)에 대한 디바이스(30)의 위치 또는 방향을 적어도 상기 디바이스(30)에서 검출된 광 성분에 기초하여 결정하는 수단(50)을 포함하는, 디스플레이 장치(10).
13. 제 1 항 내지 제 12 항에 따른 장치(10)와 상호 작용하는 디바이스(30)로서, 상기 장치(10)에 의해 방출된 적어도 상기 광 성분을 검출하는 수단(35)을 포함하는, 디바이스(30).
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 광 성분은 파장인, 디바이스(30).
15. 제 13 항에 있어서,
    상기 광 성분은 깜박임 주파수인, 디바이스(30).
16. 제 13 항에 있어서,
    상기 장치(10)의 상기 스크린(20)에 대한 상기 디바이스(30)의 위치 또는 방향을 적어도 상기 검출된 광 성분에 기초하여 결정하는 수단(50)을 포함하는, 디바이스(30).
17. 제 13 항에 있어서,
    상기 디바이스(30)에 의한 상기 스크린(20)의 터치를 감지하는 터치 감지 수단을 포함하는, 디바이스(30).
18. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 장치(10)와 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 디바이스(30)를 포함하는 시스템.
19. 이미지를 디스플레이하는 장치(10)의 스크린(20)에 대한 디바이스(30)의 위치 또는 방향을 결정하는 방법에 있어서:
    - 상기 장치(10)에 의해 광 성분을 방출하는 단계로서, 상기 광 성분은 상기 광 성분이 방출되는 상기 스크린(20) 상의 위치의 함수에 따라 변하는, 상기 방출 단계;
    - 상기 장치(10)에 의해 방출된 적어도 상기 광 성분을 상기 디바이스(30)에 의해 검출하는 단계; 및
    상기 장치의 상기 스크린(20)에 대한 상기 디바이스(30)의 위치 또는 방향을 적어도 상기 검출된 광 성분에 기초하여 결정하는 단계를 포함하는, 디바이스(30)의 위치 또는 방향 결정 방법.

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