[반이아빠의 장난감 속 반도체] 터치스크린, 2편

지난 호에서 살펴본 아래 그림과 같은 감압식 터치스크린은 ‘누르는 것’에 초점이 맞춰진 방식입니다. 감압식 터치스크린은 압력을 감지해 터치 여부를 판단하므로 실제로 화면을 일정 이상의 힘으로 눌러야 터치를 알아챌 수 있습니다. 감압식 터치스크린 액정 위에는 여러 층이 겹겹이 쌓여 있는데, 바깥쪽은 부드럽고 눌릴 수 있는 재질로 만들어진 층이 있고 다음으로 액정을 보호하는 층과 전기가 통하는 층 2개가 있습니다. 바깥쪽의 유연한 막을 누르면 전기가 통하는 층 2개가 서로 맞닿으면서 전류와 저항이 변하고 이를 감지해 화면 위 어느 부분이 눌렸는지 가로, 세로 좌표를 알아내는 방식입니다.

 

▲ 감압식 터치스크린의 원리

사진출처 : it.donga.com

 

반면, 아래와 같은 정전식은 ‘만지는 것’만으로 동작이 가능한 방식입니다. 정전식이 적용된 터치스크린에는 화면 전체에 전기가 지속적으로 흐르도록 되어 있습니다. 이렇게 전기가 흐르는 화면에 손가락을 터치하면 터치스크린에 흐르던 전자의 흐름이 변화하게 되고 이를 바탕으로 입력을 인식하게 됩니다.

 

▲ 정전식 터치스크린

사진출처 : http://dpg.danawa.com

 

이러한 원리 때문에 정전식 터치는 감압식에 비해 반응 속도가 빠르고 인체의 일부나 전도성을 띄는 물건에만 반응해 불필요한 터치를 막을 수 있는 장점을 가지고 있습니다. 그러면서도 아래 그림과 같이 멀티 터치가 가능하여 두 개 이상의 터치로 다양한 기능을 사용할 수 있습니다. 또한, 기판 두 개가 겹친 감압식에 비해 선명도와 투과율이 높습니다. 하지만 전기가 통하는 물질이라면 모조리 터치가 되기 때문에 물이 묻거나 하는 경우에는 오입력이 되기 쉽겠지요.

 

 

▲ 멀티 터치
사진출처 : 바이널엑스 블로그 https://blog.naver.com/vinylx/220001249367

 

지금까지 터치스크린의 원리를 감압식과 정전식으로 나누어 설명하였는데요, 터치에 이용되는 펜도 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다. 삼성 갤럭시 노트 시리즈의 S펜은 [반이아빠의 장난감 속 반도체 - 노래하는 반이 1편, 뽀로로 마이크](https://amkorinstory.com/779)에서 소개했던 ‘패러데이의 전자기 유도 법칙’에 근거한 전자기 유도방식이라는 최신 기술을 사용합니다.

이 기술에 따르면, 아래 그림에서 보면 ‘디지타이저’라는 자기장 발생 장치가 탑재되어 있습니다. 펜 내부에는 코일이 감겨 있으며 화면 위에 오면 자기장과 반응하여 입력을 인식합니다. (이 때문에 화면에 펜을 가까이 가져가기만 해도 이를 감지해 작은 점이 화면에 뜹니다) 이 과정이 1초에 수백 번씩 반복되면서 펜의 위치와 각도, 필압(筆壓) 등을 세밀하게 파악할 수 있습니다. (이 같은 원리 덕분에 물속에서도 필기가 가능하고요) 웹툰 작가, 그래픽 디자이너들이 사용하는 태블릿도 같은 원리의 기술을 적용합니다. 그만큼 정밀한 표현에 강점이 있기 때문입니다.
삼성은 이 방식의 원천 기술을 보유한 일본의 그래픽 전용 태블릿 제조사인 와콤사와 제휴를 맺고 있다고 하네요. 이 기술은 별도의 배터리가 필요 없기 때문에 펜이 가볍고, 손바닥과 펜에 전달되는 무선 주파수 신호를 구분해 작동하므로 화면 위에 닿는 손은 인식하지 않고, 오로지 펜만 인식하는 ‘팜 리젝션’ 기능을 도입할 수 있다는 장점이 있습니다.

 

▲ EMR (전자기 공명) 방식의 펜

사진출처 : https://wacomkoreablog.com/1012

 
그 다음으로는 AES (능동 정전기) 방식이 있습니다. 이 기술은 펜 자체에 기술을 넣어 반응 속도를 조금 더 끌어올렸다고 합니다. 디지타이저가 없어도 되기 때문에 일반 정전식 스크린을 이용하는 스마트폰, 터치형 노트북 등에서도 모두 사용이 가능합니다. 다만 스크린 쪽에 있던 전자기 발생 장치를 모두 펜에 넣어야 하기 때문에 EMR 방식의 펜보다는 무겁고 두껍습니다.
하지만 반대로 펜에서 곧바로 신호를 보내 화면이 이를 인식하기에 반응 속도가 빠르고, 더욱 정확한 인식이 가능하다는 장점이 있습니다. 터치형 노트북인 레노버의 요가북에 내장된 ‘프리시전 펜’, 아래 그림처럼 애플의 아이패드 프로에 사용할 수 있는 ‘애플 펜슬’, 마이크로소프트사의 서피스북에 사용되는 ‘서피스 펜 등에 모두 AES 방식이 적용되었다고 합니다.

 

▲ 애플 펜슬

사진출처 : https://www.apple.com/kr/apple-pencil

 
자, 다음 호에는 터치스크린 마지막 편으로 찾아뵙겠습니다. 더위 조심하시고요!

 

By 양원모  | 초등학교 때 꿈은 과학자가 아니면 야구선수였고 중학교 때 꿈은 작가였다. 고교에서는 전자과를, 대학에서는 문예창작학과를 졸업했다. 지금은 연구소 실험실에 근무하면서 주말에는 사회인야구를 하고 이제 사보에 기고하게 되었으니 어지간히 꿈을 이루고 사는 편이다.