이론상 정전용량방식 터치 컨트롤은 휴대용 전자제품에 어울리는 아이디어였다. 터치 컨트롤 덕분에 창조적인 패키징 설계가 가능해졌으며 이점이 소비자에게 어필하는 가장 중요한 요인 중 하나다. 이 방식을 이용하면 기계 스위치, 컨트롤 노브 또는 슬라이더 컨트롤에 맞춰 제품 패키지에 구멍을 뚫지 않아도 된다. 정전용량방식 기술을 터치스크린 구현에 사용하면 모든 사용자 컨트롤은 소프트웨어로 정의할 수 있으므로 사용자는 필요한 만큼 여러 기능과 컨트롤을 추가할 수 있어서 더욱 제품 차별화가 가능하다.또한, 터치 키, 슬라이더, 휠 또는 터치스크린 타입에 상관없이 표준 키 사이즈로 설계를 제한하지 않아도 되므로 중요하거나 사용 빈도가 높은 키에 맞춰 터치 영역을 좀더 확대할 수 있다. 예를 들어, 좀 더 두드러지게 하거나 장갑을 낀 손으로 작동할 수 있도록 하는 것이다. 그렇다면 왜 정전용량방식 터치 컨트롤이 아직 표준이 아닌가? 해답은 이 기술이 성능 면에서 부족하거나 대량 컨슈머 디바이스용으로 굉장히 고가이기 때문이다. 논란의 여지는 있지만 애플 아이팟 스크롤 휠이 터치 기술에 대한 흥미를 유발하는 데 엄청난 영향을 끼쳤다. 아이팟이 출시되기 전 이 분야에 다양한 제품이 있었지만, 그 수치는 지금 매년 생산되는 약 100억 개 전자전기 제품에 터치 컨트롤 채택이 가능한 것과는 비교도 안 되는 수치다. 터치 컨트롤 채택이 가능한 제품으로는 휴대전화에서 밥솥, MP3플레이어, 전자레인지에 이르기까지 다양하다. 사실상 정전용량방식 터치 컨트롤은 과거 20년 동안 가전분야에서 사용되어 왔다. 심지어 터치 컨트롤은 1970년대 미국 아마나(Amana)의 매우 유명한 전자레인지에 적용됐다.요즘은 정전용량방식 터치 컨트롤이 자동차 내부 컨트롤에서 휴대폰, 세탁기에 이르기까지 거의 모든 제품에 사용된다. 몇몇 경쟁 벤더들이 이 기술을 광범위하게 채택하기 시작한 이후로 사용량이 급속히 증가하고 있다. 가격은 기계식 컨트롤 수준으로 하락했고 신뢰성은 많이 향상되었기 때문에 이제는 정전용량방식 터치 컨트롤을 채택하지 않을 이유가 없다.하지만 정전용량방식 터치스크린은 상황이 다르다. 수율 문제, 원가, 신규 기술의 한계 때문에 소형(8인치 미만) 정전용량방식 터치스크린이 폭넓게 적용되는데 어려움을 겪었다. 저항방식 터치스크린도 지난 5년간 기술 발전으로 가격이 크게 하락하고 성능이 향상됐다. 하지만 저항방식 터치스크린은 수많은 문제점을 안고 있으며 이를 정전용량방식 터치스크린만이 해결할 수 있다. 예컨대 저항방식 터치스크린의 콘트라스트 성능이 떨어지는 이유는 저항방식 터치스크린에는 빛을 흡수, 확산 및 반사하는 터치 표면 위에 두 겹의 ITO(Indium Tin Oxide)로 코팅된 연성 플라스틱 박막을 사용하기 때문이다. 실제로 상당수 저항방식 스크린의 투명도는 75%이지만 콘트라스트 저하로 인해 더욱 투명도가 낮아 보이는 경우가 종종 있다.이점은 전력 소비가 배터리 수명에 매우 큰 영향을 끼치는 휴대용 기기의 경우 더 많은 백라이팅이 필요해 각 배터리 충전용 디바이스의 동작 시간이 제한된다. 신뢰성도 또 다른 문제점이다. 터치되는 영역은 마모되는 경우가 빈번하고 날카로운 물체로 인해 외부의 신축적인 표면이 쉽게 찢어져 금방 고장을 일으킬 수 있다.정전용량방식 터치스크린은 몇몇 컨슈머 제품에 최근 적용되기 시작했으며 후속 아이폰(iPhone) 모델에도 사용될 전망이다. 이 기술은 저항방식보다 뛰어나지만 몇 가지 문제점을 안고 있다. 하나는 여러 겹의 ITO 코팅 유리 또는 플라스틱 박막을 여전히 사용해야 하며 이 레이어 적층은 가격이 비싸서 수율 문제가 발생하는 점과 두 번째로 저항방식 스크린보다 상대적으로 두꺼우며, LCD 광이 여러 겹의 재료를 통과해야 하므로 여전히 적절한 양 이상으로 빛을 더 많이 흡수한다는 점이다. 실례로 한 공급업체는 네 겹의 박막을 사용한다. 하지만 이 기술이 저항방식 스크린보다 기술적으로 뛰어나다는 점은 부인할 수 없다.퀀텀리서치가 특허를 갖고 있는 정전용량 전하이동 감지기술의 효과는 유용하다. 이것은 터치 버튼(싱글 키용 QSlide, X Y 매트릭스 키용 QMatrix), 슬라이더(QSlide) 및 터치 휠(QWheel)을 만드는 데 사용되며 수많은 가전제품 및 컨슈머 전자제품에 사용된다. 애플리케이션으로는 메뉴 선택 및 스크롤링, 스크린 휘도 조절 및 음량 조절이 있다. QTouch, QSlide, QWheel 모두 휴대전화 제조 솔루션에 사용되고 있다. MP3플레이어 제조업체들도 이 기술을 빠르게 적용하고 있다. 그림 2는 이들 몇몇 제품을 나타낸다.퀀텀의 전하이동 감지기술은 짧은 구간의 전기 펄스를 충전하기 위해 감지 전극에 인가하는 MCU기반 스위치를 사용한다. 스위치가 열리고 두 번째 전기 스위치가 전압을 샘플링 캐패시터로 방전한다. 손가락이 접근할 때 전극의 저장용량이 소량 증가하여 샘플링 캐패시터로 이동하는 전하량이 증가한다. 샘플링 캐패시터의 전압이 변하고 이 변화는 감지 이벤트로 처리된다. 그림 1은 S1과 S2의 수많은 스위칭 사이클을 통해 C에 축적된 전하를 나타낸다. 스위칭 동작이 멈추는 시기는 C의 전압이 미리 설정된 임계점에 도달할 때다. 이 전압에 도달하는 데 필요한 사이클 수는 결과를 얻을 수 있도록 카운트된다. 간단한 키 스위치용 터치 패드 영역은 일반적으로 PCB에 구리로 채워져 있다.2005년 퀀텀은 동일한 전하이동 원리를 토대로 터치스크린용 QField 기술을 선보였다. 퀀텀은 최근 터치스크린에서 1개 지점 이상의 터치를 동시에 감지하는 멀티터치 스크린 기술을 발표했다. 터치스크린을 생산하려면 특허 받은 ITO 레이어로 감지 전극을 만든다. 손가락의 터치는 ITO 레이어 주변에 있는 연결 포인트의 상대적인 전하 흐름에 영향을 준다. 이 데이터를 사용하여 MCU는 XY축으로 터치 위치를 계산한다. ITO 패턴과 회로가 매우 단순하므로 이 기술의 가격은 저항방식 터치스크린의 가격보다 경쟁력이 있다.QField 터치스크린 기술은 동작하는 데 한 겹의 ITO만 사용한다는 것이 특징이다. 또한 ITO 레이어를 디스플레이 전면 패널 표면 안에 설치할 수 있다. 이것으로 ITO 두 겹 이상을 사용하는 기존 저항방식 및 다른 정전용량방식 터치스크린보다 재료 및 생산 원가가 절감된다. 저항방식 스크린은 실장하고 봉인하는 단계가 추가로 필요하므로 원가를 상승시키는 패널 구멍이 필요하다. ITO를 한 겹 사용하여 90% 외광 투과도 보장하며 디스플레이 휘도, 콘트라스트가 향상된 대신 백라이팅 전력 소비가 절감되어서 좀 더 저렴한 LCD를 사용할 수 있다.ITO 레이어는 디스플레이의 전면 패널 후면에 위치하므로 마모 또는 우연한 손상의 영향을 받지 않아 필드 고장 발생률이 매우 낮다. 그림 3은 일반적인 구조를 나타내고 있으며 이 기술에 적용되는 일반적인 스크린 해상도는 1024 x 1024다.소프트웨어가 지원된다면 가능성 있는 흥미로운 애플리케이션은 필기체 인식 분야로 사용자가 기존 알파벳 숫자조합의 휴대폰 키패드나 터치스크린에 손가락으로 문자를 간단히 그리는 것이다. 이 기술은 모든 전기 또는 전자 제품에 사용 가능하므로 시장 잠재력이 매우 크다.퀀텀은 QField 기술의 멀티터치 사양을 현재 개발 중이다. 이 기술은 2개 키 이상의 터치를 동시에 인식할 수 있으므로 향후 다양한 신규 제품에 적용될 것이다. 예컨대 쿼티(QWERTY) 키보드를 시프트 및 컨트롤 키 등을 사용하여 기존 키보드처럼 터치스크린에서 사용할 수 있을 것이다. 제스처 인식(두 손가락을 서로 합치거나 다른 방향으로 움직이면 줌 효과가 생성되는 것)을 통해 한 손가락으로 구현 가능한 것보다 더 많은 기능을 해당 디스플레이 레이아웃으로 구현할 수 있다. QField처럼 한 겹의 감지전극은 디스플레이 전면 패널 후면에 위치하므로 더욱 선명하고, 손상도가 낮으며, 가격대 또한 저렴하다.신뢰성 유지 기술저항방식과 기타 정전용량방식 터치 스크린 기술의 기존 한계점들은 퀀텀의 QField 정전용량 전하이동 감지기술 구현으로 상당 부분 해결됐다. 이 기술은 수십 년간 연구개발을 거쳐 이루어졌으며 이완 발진기 방식 및 기타 다른 방법보다 신뢰성이 높다. 앞에서 설명한 바와 같이 전하이동 감지기술은 전도성 감지 전극을 반복적으로 충전한 후 전하를 충전 샘플러 캐패시터로 이동시킨다. 이 수집 과정은 간단한 CMOS 트랜지스터를 사용하는 버스트 모드로 수행되며 아날로그 회로가 필요 없다. 퀀텀의 방식은 EMC 성능 향상과 저전력 소모를 위한 독점 DSS(Digital Spread Spectrum) 동작을 제공하는 기술이다.마치며관심을 끄는 신뢰성 높은 터치 컨트롤을 만드는 데 있어 기술적, 상업적 어려움들은 지난 3~4년 동안 해결됐다. 가격은 기존 기계식 스위치를 사용할 이유가 없을 수준까지 하락했고 여러 세계 반도체업체들의 전하이동 감지 칩 사용 가능성이 높아지면서 모든 종류의 전자 전기 제품분야에 정전용량방식 터치 컨트롤 채택이 광범위하게 이루어질 것으로 전망된다. 터치스크린 기술 활용을 바탕으로 새로운 애플리케이션이 출시 될 것이며 기술의 혜택은 제조업체뿐만 아니라 소비자에게도 적용될 것이다.
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