터치스크린의 원리

불과 몇 년 전 만해도 핸드폰의 액정은 터치스크린이 아니었습니다. 
삼성 갤럭시S나, 갤럭시Tab과 같은 스마트폰/태블릿PC가 대중화되면서 디스플레이 방식이 터치스크린으로 바뀌게 되었죠.
일상 생활과 아주 가까워진 터치스크린이지만 아마 많은 분들이 터치스크린의 구동 원리에 대해서는 
자세히 모르실 거예요. 
이번에는 전화를 걸거나 문자를 보내는 것은 물론, 손으로 화면을 이리저리 움직이면서 필요한 정보를 검색하고 
처리하는 한편, 게임 등을 더 재미있게 즐길 수 있도록 해주는 터치스크린의 원리에 대해 알아보겠습니다.

먼저 터치스크린의 기술적 정의를 살펴볼까요? 
터치스크린이란 평면을 몇 개의 구간으로 나누어 사용자의 터치에 따라 어느 구간이 영향을 받았는지를 찾아 
그 위치 정보를 컴퓨터에 보내는 입력 장치를 말합니다. 
신호를 처리하는 방식에 따라 '저항막 방식, 정전용량 방식, 적외선 방식, 초음파 방식' 등이 있습니다. 
이 중, 한 번에 여러 곳을 동시에 눌렀을 때 감지가 가능한 멀티터치 인식 방식은 저항막 방식과 정전용량 방식인데요,
요즘 스마트폰이나 태블릿PC에는 정전용량 방식을 주로 사용하고 있습니다.

[터치스크린 종류 및 특징]

<출처: 네이버캐스트 '터치스크린'>

저항막 방식(감압식)
감압식이라고도 하는 저항막 방식은 액정 위에 전기가 통하는 투명 저항체를 2장 부착하고, 그 위에 압력이 가해지면 
둘 사이에 걸리는 저항의 크기가 변하게 되는데, 이 때 발생하는 입력 신호를 받아 위치를 인식하게 되는 원리입니다. 
패널구조가 비교적 단순하여, 저비용으로 생산이 가능하고 연속 필기나 미세 터치가 가능하다는 장점이 있지만
여러 장의 막으로 구성되어 있으므로 화면 선명도와 위치 검출력이 다소 떨어지는 단점이 있습니다.

<출처: 네이버캐스트 '터치스크린'>

정전용량 방식
정전용량 방식은 패널 액정 유리 위에 투명한 특수 전도성 금속물질을 코팅하여, 
일정량의 전류를 액정 표면에 흐르게 한 다음, 전기 자극을 통해 액정 표면의 전류량을 변화시키고 
이를 네 모퉁이에 있는 센서가 입력 신호를 받아 화면으로 표현하게 됩니다. 
미세한 전기흐름에도 반응하기 때문에 위치 검출 정도가 우수하며, 응답속도가 빠르고, 멀티터치가 가능하지만 
저항막 방식에 비해 비용이 비싼 단점이 있습니다.

<출처: 네이버캐스트 '터치스크린'>

적외선 방식
적외선 방식은 패널 주위에 적외선 센서를 다수 배치하여 Matrix를 만든 후, 접촉된 위치에 적외선이 차단되는 것을 
감지하여 동작되는 원리입니다.

초음파 방식
초음파 방식도 적외선 방식과 유사한 원리이며, 초음파 센서를 사용한다는 점이 다릅니다.

정전용량 방식에 대하여 조금 더 자세히 알아보겠습니다.
기본 원리는 앞에서 말씀 드린 대로 패널 액정 유리 위에 투명전극을 부착하여 전기를 흐르게 한 다음 
터치했을 때 전류량이 변하는 것에 반응하는 원리입니다. 
주로 손가락으로 터치하여 사용하는데 우리 몸에 전류가 흐른다는 사실을 활용한 것이죠. 
그래서 장갑을 끼거나, 손톱으로 접촉했을 경우에는 인식이 안 되는 것입니다. 
이런 이유로 스마트폰용 장갑이 출시가 되기도 했는데요, 전류가 통하는 전도성 섬유로 장갑을 만들어 
화면 터치에 따라 반응하도록 만들었습니다.

<출처: 경향신문 2011.12.28 '스마트폰 장갑'>

현재는많은 터치스크린들이 GFF(Glass-ITOFilm?ITO Film) 방식을 사용하고 있습니다. 
<fontcolor>=#6633cc> ※ ITO Film: Indium Tin Oxide를 얇게 필름에 입힌 것으로, 투명성을 가지면서 전기 신호를 통하게 하는 역할</fontcolor=#6633cc>

그런데, 터치스크린은 스마트폰이나 태블릿PC 등에 가장 많이 사용되잖아요? 
이런 기기는 고성능은 물론이고 최대한 얇고 가벼워야 하기 때문에, 필름을 가능한 한 없애거나 
얇게 만드는 방향으로 진화하고 있습니다. 
이렇게 되면 배터리의 소모도 줄일 수 있어 일거양득이 되죠. ^^

그렇지만 아무래도 필름의 두께를 줄이는 것에는 기술적 한계가 있으므로 필름이 필요 없는 
일체형 터치스크린 방식에 더 무게중심을 두고 개발이 진행되고 있습니다. 
앞서 소개해 드린 GFF방식은 두 개의 필름을 부착하여 사용하는 것인데 반해, 
On-Cell Type은 한 장의 필름만 사용합니다. 이 방식은 G1F라고 하는데요, ITO 필름을 한 장만 쓰고
나머지 한 면은 ITO 전극을 박막 증착하여 디스플레이 되도록 구현된 기술입니다.

In-Cell Type은 아예 필름을 사용하지 않고, 커버 유리에 필름 기능을 모두 내장시킨 기술입니다. 
이 방식은 G1/G2라고 부르는데, 커버 유리에 ITO를 박막 증착시켜 필름 기능을 대체시켰습니다.
 ※G1/G2: 정전기적 신호를 인식하는 ITO 층 개수에 따라 G1/G2로 구분

이 방식은 필름을 사용하지 않기 때문에 결국 필름을 사용했을 때보다 투과율이 더 높아지게 되죠. 
따라서 적은 전력으로도 밝은 화면이 구현 가능해지므로 전력소비율을 더낮출 수 있어 
오랫동안 배터리를 사용할 수 있습니다.
비록 아직은 복잡한 공정으로 인하여 수율이 낮고 작은 사이즈의 패널만 양산가능하다는문제점이 있지만
결국은 단점을 극복하여 일체형 터치스크린 방식으로 변화하게 될 것이라 예상됩니다.

[출처] 터치스크린 (플렉시블 디스플레이) |작성자 아담스미스