마우스와 키보드는 컴퓨터 입력장치의 필수요소입니다. 특히 마우스는 윈도우와 같은 GUI(graphic user interface)를 기반으로 한 현재의 컴퓨팅 플랫폼에서 없어서는 안 될 장치로 자리잡았습니다. 만약 마우스가 없다면 컴퓨터 이용이 얼마나 어려워질까 상상해 본 적 있으신가요? 아마 키보드 방향키로 커서를 이동시키느라 무척이나 불편했을 것이고, 심지어 지금과는 다른 커맨드 방식, 예를 들면 DOS(disk operating system)와 같은 OS가 아직까지도 대세를 유지했을지 모릅니다. 하지만 마우스가 처음 발명됐을 당시에는 달랑 버튼 한 두개를 가진 이 작은 장치가 어떤 중요한 역할을 할 수 있을지 대부분의 사람들은 의아해 했었던 것이 사실입니다.

과거로 멀리 갈 필요 없이, 스마트폰이 대중화된 요즘, 만약 터치스크린패널(TSP) 기술이 없었다면 우리의 스마트폰 사용은 어땠을까요? 상상하기 힘들 정도로 어렵지 않았을까요? 모든 스마트폰에는 물리적인 쿼티(qwerty) 키보드가 필수적으로 달려 있어야 하고, 휴대용 미니 마우스를 매번 들고 다녀야 했을지도 모릅니다.

오늘은 스마트기기의 등장과 함께 더욱 존재감을 강하게 드러낸 터치스크린패널 기술에는 어떠한 종류가 있고, 어떤 원리로 작동하는지 톺아보겠습니다.

터치 방식의 구분

터치 센서에는 다양한 종류의 기술이 사용됩니다. 터치스크린이 위치하는 패널의 구조에 따라서 외장형과 내장형으로 나뉘고, 작동원리를 기준으로 했을 때, 현재 스마트폰에 가장 대중적으로 쓰이는 정전용량 방식과 저항막 방식 그리고 적외선, 음파, 압력을 이용한 터치 방식 등 그 종류가 무척 많습니다.

구조에 따른 TSP 구분

TSP 초기에는 디스플레이패널 외부에 필름 형태의 TSP를 부착하는 외장형 방식을 많이 사용했지만 최근에는 내장형을 주로 사용합니다. 내장형 방식은 기존의 외장형에 비해 패널을 더 얇게 만들 수 있을 뿐만 아니라, 터치패널 표면의 광반사가 줄어 패널의 밝기를 낮추더라도 시인성 확보가 되기 때문에, 패널에 투입되는 전력소모량도 감소한다는 장점이 있습니다.

내장형 가운데 On Cell Type은 디스플레이 상부 유리기판에 터치센서를 내장시킨 방식인데요, 주로 OLED 패널에 사용되며 기존 부착형 (Add on Type) 방식에 비해 두께나 빛 투과율 측면에서 유리합니다. In Cell Type은 컬러필터와 액정 및 박막트랜지스터(TFT)로 구성된 LCD 셀 내부에 터치 인식 기능을 구현한 것인데요, 디스플레이 위에 별도의 터치스크린패널(TSP)을 부착할 필요가 없어져 두께와 무게를 줄일 수 있는 장점이 있습니다.

작동 원리에 따른 TSP 구분

처음 스마트폰이 나왔을 당시 터치를 인식하는 방식은 저항막(Resistive) 방식이었습니다. 누르는 힘에 의해 작동하므로 감압식으로도 불리는 이 방식은, 저항막 터치 스크린 패널 2장의 필름이 외부의 압력에 의해 접촉이 되어 인식하는 방식입니다. 하지만 필름이 접촉될정도의 압력을 가해야 하기 때문에, 터치 인식률이 낮은 단점이 있었습니다.

현재 대부분의 스마트폰에 적용되는 터치 방식은 정전용량(Capacitive) 방식입니다. 작동 원리는 터치스크린에 형성되어있는 정전용량 변화에 의해 터치 유무를 인식합니다. 스스로 느낄 수는 없지만 사람의 몸에는 전기가 통하고 있기 때문에, 사람이 터치스크린에 접촉하는 순간 해당 부분의 정전용량이 변화하게 되고 이것을 감지하는 방식입니다. 터치 감도도 좋고 중소형 모델에 적용하기도 적합하기 때문에 현재 대부분의 모바일 기기에서는 정전용량 방식의 TSP가 이용되고 있습니다.

그럼 정전용량 TSP에서 뜻하는 정전용량이 무엇인지 간단히 설명하도록 하겠습니다. 정전용량의 정의는 두 도체 또는 전극 간의 전기장(Electric Field)에 의해 전하를 저장할 수 있는 용량을 의미합니다. 쉽게 말해서 전기가 통하는 2개의 물체 사이에는 전기장이라는 공간이 생기는데, 이 공간에 마치 배터리처럼 전기를 저장해 둘 수 있고, 저장할 수 있는 양을 정전용량이라고 부릅니다.

정전용량 방식 TSP에서 한쪽의 전극에 전압을 가하면, 두 전극간에 생기는 전기장(Electric Field)에 의해 상대 전극에 반대 전하가 충전됩니다. 이 말은 곧 사람의 손가락이 TSP에 닿게 되면 두 전극 사이에 존재하는 전계에 변화가 생기게 되고, 이 변화는 전극에 충전되는 전하에 영향을 주기 때문에 이 전하량의 변화를 통해 터치 유무를 인식하게 된다는 의미입니다.

오늘은 TSP에 대한 대표적인 기술을 간단하게 소개해 드렸습니다. 이제 터치 없는 IT기기는 이제 상상할 수 없는 시대가 되었습니다. 다양한 터치 기술이 존재하고 또 새롭게 등장하고 있습니다. 미래의 터치스크린은 과연 어떤 모습으로 발전할지 무척 궁금해집니다.