넥스트윈도우
대화면 터치기술, 어떤 것이 있나
이 글은 대화형 디지털 사이니지(digital signage), 길 찾기(wayfinding), 키오스크(kiosk), 교육, 컨퍼런스 룸과 같은 30인치 이상의 대형 터치 디스플레이 애플리케이션에 사용된 터치 기술들을 비교한 내용이다.
글/ 제프 워커(Geoff Walker) / 넥스트윈도우(NextWindow)
gwalker@nextwindow.com / www.nextwindow.com
현재 사용 중인 터치스크린 기술에는 최소 12가지가 있다. 이 기술들은 광학적 특성, 특허 보호 정도, 시장에 출시된 기간, 다양한 터치 제품에 대한 반응, 멀티 터치 성능 등 여러 가지 방법으로 분류된다. 크기 범위에 따른 분류는 단순 분류 방법으로 아래 (표1)과 같다.
터치 기술들
1. 배면 용량성(Projected Capacitive): 와이어 기반의 배면 용량성 터치스크린은 필름 기판 뒤 표면에 부착된 두 개의 층(two-layer), X-Y 그리드의 10마이크론 와이어로 구성되어 있다. 그리드는 3차원 정전기장을 일으키는 AC 신호로 동력을 공급받는다. 컨트롤러는 X-Y 그리드의 근접 거리에서 전도성 손가락(conductive finger)으로 인한 영역 내 변화를 측정하며 터치 포인트를 계산한다.
2. 일반 적외선(Traditional Infrared): 적외선 터치스크린은 유리 또는 다른 평판 기판을 둘러싼 하나의 프레임으로 구성되어 있다. 프레임의 양면은 매우 폐쇄된 공간의 적외선 LED 송신기를 포함한다. 이 전송기와 수신기는 기판 표면 위에 적외선 라이트 빔의 X-Y 그리드를 만들어낸다. 손가락 또는 다른 물체가 그리드에 접촉하면 라이트 빔을 방해하게 된다; 컨트롤러는 방해 요인을 감지하고 터치 포인트를 계산한다.
3. 빛을 이용한 광학(Optical): 카메라 기반의 광학 터치스크린은 기판 모서리에 위치한 두 개 이상의 라인 스캐닝 광학 센서와 함께 유리 혹은 다른 평면 기판으로 이루어져 있다. 적외선은 3개의 페이싱 가장자리(facing edge) 위에 불빛이 비추는 경계선을 기반으로 한 수동적 방법을 통해 기판의 표면을 따라 고르게 분포된다. 손가락 또는 다른 물체가 기판을 터치하면 광학 센서에 의해 보여지는 빛이 차단된다. 컨트롤러는 이에 따라 발생되는 광학 정보를 분석하고 터치 포인트 계산을 위해 삼각 측량을 사용한다.
4. 표면 음파(Surface Acoustic Wave): SAW 터치스크린 유리의 가장자리 두 곳에서 변환기에 의해 방사되는 초음파는 유리 가장자리에 형성된 반사면에 의해 X와 Y 방향에서 표면을 따라 분포된다. 유리의 나머지 가장자리 두 곳에서 초음파 변환기가 두 번째 반사면 세트를 통해 음파를 수신한다. 손가락(또는 다른 흡음재)이 기판을 터치하면 양방향에서 음파 전파를 방해하게 된다. 컨트롤러는 변화를 분석하고 터치 포인트를 계산한다.
5. 굴곡 파장(Bending-Wave: APR & DST): 굴곡 파장 터치스크린은 모서리 부근의 뒤 표면에 부착된 압전(피에조) 변환기를 갖춘 유리 한 장으로 이루어져 있다. 손가락 또는 다른 물체가 기판을 터치하면 기판 내에 미세 진동(굴곡파)이 발생한다. 컨트롤러는(엘로 터치시스템 제품의 경우) 저장된 신호 리스트와 대조해 진동 "신호"를 비교하거나(3M DST 제품의 경우) 실시간으로 진동을 분석하고 터치 포인트를 계산한다.
터치 기술의 특성들
아래 내용은 표2에 언급된 각 특성들의 평가를 간략하게 설명한 것이다.
모든 물체를 이용해 터치한다: 배면 용량성(rojected capacitive: pro-cap)은 손가락만을 이용해 터치할 수 있다: SAW는 부드러운(흡음재) 물체만을 이용해 터치할 수 있으며 기타 다른 것들은 어떠한 제한 없이 어떤 물체로든 터치할 수 있다. 터치 대상이 제한(예, 특정한 게임)되는 특정 애플리케이션의 사유가 없다면 어떤 것이든 터치할 수 있을수록 더 좋다.
작은 물체를 이용해 터치한다: 적외선(IR)과 프로-캡의 터치 물체 크기는 보통 7mm 이상으로 가장 크다: 광학 및 SAW는 3~5mm 범위의 터치 물체를 요구한다: 굴곡파(APR & DST)는 특별한 제한이 없다. 더 작은 터치 물체가 요구된다면 스타일러스를 사용하는 것이 더 간편하다.
가볍게 터치한다: SAW는 일반적으로 80그램의 터치 압력을 필요로 한다; APR은 분명한 "탭(tap)"(지정되지 않은 압력; 약간의 굽힘파를 발생시키기 충분할 정도)을 필요로 한다; DST는 (10그램 이하의) 매우 가벼운 터치를 요구한다; 옵티컬 및 IR은 어떠한 압력도 필요하지 않다; 프로-캡(pro-cap)의 터치 가압력은 조절이 가능하며 스크린 위의 손가락을 감지할 수 있도록 세팅될 수 있는데 이는 "근접감지(proximity sensing)"라고 불린다. 상대적으로 높은 SAW의 터치 압력은 오래 사용하면 피곤해질 수 있다; "탭"에 필수적인 APR은(무엇을 해야 할지 잘 모르기 때문에 스크린 터치를 거의 하지 않는) 소극적 유저들에게는 이 기술이 부적절하다.
의도하지 않은 터치는 없다: 터치가 기판 위에서 감지될 때 의도하지 않은 터치(unintended touch)가 발생된다; "사전-터치(pre-touch)"라고도 불린다. 가장 많은 양의 사전 터치(주로 3mm이상)가 발생하는 것은 적외선이다; 광학은 중간 정도의 감지 수치(1-2mm)로 충분하다; 기타 다른 경우에서는 사전 터치가 발생되지 않는다. 송금과 관련된 애플리케이션(예, 게임)에서 의도되지 않은 터치는 바람직하지 않다.
멀티 터치: SAW, APR, DST는 현재 30인치 이상의 크기에서 멀티 터치를 지원하지 않는다. 엘로(Elo) 터치시스템은 22인치에서만 가능한 투-터치(two-touch) SAW를 발표했다. 광학과 적외선 기술은 모두 현재 제한적인 다중 동시 터치를 지원하고 있다; 현재 구현되고 있는 어떤 기술도 2개 이상의 동시 터치를 지원하지는 못하지만 프로-캡은 무제한으로 터치 수를 지원할 수 있다. 대형 애플리케이션에서 멀티 터치가 필요한 것은 주로 한 사람이 여러 개의 손가락을 동시에 사용하는 것 보다 여러 사용자들이 동시에 사용하는 것을 지원하기 위해서다.
터치앤홀드: 터치앤홀드(touch-and-hold)는 스크린에서 어떤 것을 드래그하고 스크린 위에서 당신의 손가락을 유지하고 있는 동안 일시 정지한 후 계속 드래그할 수 있는 성능을 의미한다. APR과 DST는 터치 물체가 움직임을 멈추어 어떠한 굴곡파를 생성하지 않는 상황에서 사용자가 마우스를 위로 올려야 할 때 이러한 성능을 제대로 제공하지 못한다. 터치앤홀드는 윈도우 GUI 사용시 필수적이다.
물체 크기 인식: 적외선, SAW, APR, DST 방식은 모두 터치 물체의 크기를 감지하지 못한다. 광학과 프로-캡의 경우 방법은 다르지만 감지할 수 있다. 광학의 경우 터치 물체의 가장자리 4곳을 3각 측량하기 때문에 터치 물체의 윤곽을 추정할 수 있다. 이것은 터치 물체가 펜, 붓 또는 지우개의 움직임에 따라 터치 포인트를 자동으로 결정하는데 매우 유용하다. 프로-캡은 얼마나 많은 와이어 교차가 물체에 의해 커버되는지를 측정함으로써 터치 물체의 크기를 예측할 수 있다. 그러나 터치 물체는 인간의 일부분이어야 하기 때문에 그리 유용하지 않다.
Z축 측정하기: Z축 측정은 터치 물체가 터치스크린에 가해지는 압력 크기를 감지할 수 있음을 의미한다. 6가지 터치기술 중 오직 SAW만이 압력(약 4비트 이상을 넘지 않는 매우 낮은 해상도)을 측정할 수 있는 실제 성능을 갖추고 있다. 프로-캡과 광학 방식은 터치-물체 크기(더 세게 누르면 사용자의 손가락을 납작하게 만든다)를 추정함으로써 사용자 한 사람에 맞는 압력 측정을 시뮬레이션 할 수 있지만 그 방법은 사용자가 여러 명일 경우 손가락 크기가 각기 다르므로 유효하지 않다.
고성능 광학: 프로-캡은 6가지 기술 중 유일하게 일반 유리가 아닌 필름에 부착된 10마이크론 와이어의 플라스틱 필름을 사용한다(예, PET). 와이어는 인간의 눈으로 보기 어려우므로 간헐적으로 사용되는 대형 애플리케이션에서 문제가 되지 않는다. 지속적으로 사용되는 애플리케이션에서 와이어가 보이면 사용자들은 짜증이 난다. 광학과 적외선 방식은 어떤 기판도 필요로 하지 않으므로 최상의 광학 성능을 구현할 수 있다.
수평을 이루는 표면(Flush Surface): 제품 내에서 에지간의 모든 터치를 감지하는 유리를 보유할 수 있는 능력은 설계 시 매우 바람직한 특징이 될 수 있다. 이 방식은 아이폰과 같은 애플 제품에 의해 대중화되고 있다. 프로-캡, APR, DST는 모두 수평 표면을 구현하는데 이는 센싱 요소가 유리 뒤쪽에 있기 때문이다. 따라서 이 방식은 여러 기술들이 험하게 제품을 사용하는 사람들에게 적합하도록 한다. 광학 및 SAW 방식은 1-3mm의 두께에, 적외선 방식은 대체로 3~5mm의 두께에 적용된다.
오염물에 대한 내성: 프로-캡, APR, DST는 센싱 방법 때문에 오염물에 대한 내성을 갖고 있다; 일반적으로 가장 내성이 강한 것은 프로-캡이다. 동일한 내성으로 인해 프로-캡은 비, 눈, 얼음에서 사용하기에 가장 적합하다. 광학 및 적외선 방식은 적외선 라이트 빔을 차단하는 오염물에 민감하다; SAW는 6가지 기술 중 오염물에 가장 민감한데 예를 들어 터치스크린 표면의 물은 작동 중지의 원인이 된다.
EMI와 RFI에 무감각하다: 유일하게 프로-캡만이 EMI와 RFI에 민감하므로 LCD의 소음 때문에 LCD의 위에 프로-캡 터치스크린을 직접 장착하는 것은 까다롭다; 보통 어느 정도의 공극(air gap)이 사용된다.
주변 자외선에 무감각하다: 오직 광학과 적외선 방식만이 주변 자외선에 민감한데 이는 적외선에 민감한 포토 센서를 사용하기 때문이다. 이 기술은 야외에서 사용할 경우, 특히 적도 부근에서 문제가 될 수 있다.
플라스틱 기판과 함께 작동하다: SAW, APR, DST 모두 유리 기판의 특별한 특징들을 필요로 한다. 프로-캡은 플라스틱 또는 유리와 똑같이 잘 작동한다. 그리고 앞서 언급한 바와 같이 광학과 적외선 방식은 어떠한 기판도 전혀 필요로 하지 않는다.
곡선 기판에서 작동하다: 프로-캡은 기판으로 플라스틱 필름을 사용하기 때문에 6가지 기술 중 곡선(2D) 기판에 유일하게 적용 가능하다. 나머지는 평면 기판을 필요로 한다. 광학과 적외선의 경우 라이트 빔은 직선 라인에서만 이동한다.
확장 가능하다: 광학 방식은 스크린 3면에서 열을 반사하는 가장자리의 길이를 늘이는 것만으로 더 커질 수 있기 때문에 6가지 기술 중 가장 확장성이 뛰어나다. APR과 DST는 유리 크기가 다른 어떤 변화 없이도(각각 52 및 46인치의 최대 크기 내에서) 늘어날 수 있기 때문에 확장성이 뛰어나다. 프로-캡과 SAW는 확장 시 더 많은 와이어(프로-캡) 또는 더 많은 반사물(SAW)을 추가해야 하기 때문에 확장성이 떨어진다. 광학은 전체 스크린을 둘러싸고 있는 회로판 때문에 확장성이 가장 떨어진다; 크기가 늘어나면 더 많은 적외선 송수신기가 추가되어야 한다.
높은 MTBF: 터치스크린 시스템의 부품 수는 MTBF(mean time between failures; 실패 사이의 중간 시간)으로 번역될 수 있다. 스크린을 둘러싸고 있는 한 쌍의 적외선 송수신기 때문에 적외선 방식은 가장 많은 부품 수를 가지게 되므로 가장 낮은 MTBF를 의미한다. 프로-캡, SAW, DST 모두 상당히 복잡한 컨트롤러를 가지고 있으므로 부품 수가 늘어나게 된다. 시스템이 가장 간단한 광학과 APR 방식은 부품수도 가장 적다.
멀티 소스(Multiple Sources): APR과 DST는 각각 엘로 터치 시스템과 3M에서 유일하게 출시되고 있다. 나머지 4개의 기술은 모두 여러 업체들이 제공하고 있다. 여러 공급업체들로부터 구입하면 제품 개발의 위험성을 줄일 수 있게 된다.
결론
표 2의 분명한 메시지는 "완벽한 터치 기술은 없다"라는 것이다. 6개 기술 중 어느 것도 여러 개의 그린색을 갖지 못한다. 모든 기술은 뚜렷한 장점과 약점을 지니고 있다. 이는 각각의 애플리케이션이 최상의 기술을 선택하기 전에 그 애플리케이션만의 특수한 요건을 결정하기 위해 신중하게 분석되어야 함을 의미한다.
주어진 애플리케이션에 맞는 최상의 기술을 선택할 때에는 표 2 요소들 각각의 중요성을 파악해야 한다. 실제 상황에서는 하나의 요소가 또 다른 요소보다 2배 또는 3배 더 중요해지는 일이 흔히 발생된다. 그러나 어떤 것이 중요한지는 애플리케이션에 따라 다르기 때문에 본 원고는 모든 요소에 똑같이 무게를 줄 수 있다. 그린색에 3, 노란색에 2, 빨간색에 1점을 줌으로써 6가지 기술에 맞는 순위를 만들어 보았다 (다시 한 번 강조하거니와 모든 요소들은 이러한 계산에서 동일하게 중요성이 매겨졌다).
광학 방식이 항목 맨 위에 놓여 있는 것(예를 들면 대형 애플리케이션용으로 가장 많은 바람직한 특징들을 가지고 있는 것)은 놀랄 일이 아니다. "신호 및 전문 애플리케이션의 성장을 가속화하는 터치-스크린 인터페이스"라는 제목의 2009년 4분기 시장 조사 리포트에서 아이서플라이(iSuppli)는 광학 터치는 2013년까지 공급 수(25%)와 수익(33%) 모두에서 최대 대형 터치 기술로 성장할 것이라고 전망했다. 광학 터치는 분명히 고려할 가치가 있다.
저자소개
제프 워커(Geoff Walker)는 광학 터치스크린 전문업체인 넥스트 윈도우의 마케팅 전도사이자 업계의 대가이다. 제프 워커는 지난 20년 동안 터치스크린 분야에서 일해온 터치 산업 전문가이다. 모바일-컴퓨팅 산업 선구자인 제프는 1982년 그리드 시스템(GRiD Systems)에서 최초의 노트북과 1989년 최초의 펜&터치 태블릿 분야에서 기술 업적을 쌓았다. 제프 워커는 또한 후지쯔 퍼스널 시스템즈(Fujitsu Personal Systems), 핸드스프링(Handspring), 워커 모바일(Walker Mobile), 엘로 터치시스템즈(Elo TouchSystems)에서 경력을 쌓았다. 제프워커는 뉴욕 폴리테크닉 대학에서 전기전자 및 영어 학사를 받았다. 연락처( 1-408-506-7556).
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