시장 확대의 판을 새롭게 짜는 혁신 기술
기존의 용량성 터치스크린은 저항성 터치스크린보다 비싸고 새 디자인을 성공적으로 구현하기 위해서는 넘어야 할 크나큰 기술적인 장벽이 있다. 비용 절감 경로가 제한적이기 때문에 용량성 터치스크린을 더 많은 애플리케이션에 본격적으로 적용하려면 비용 절감을 위한 혁신적인 방향 전환이 필요하다. 이 글에서는 한 가지 접근 방식을 소개할 것이다.
글: 앨빈 웡(Alvin Wong) AUI 담당 제너럴 매니저
IDT / www.idt.com
터치스크린 기술은 휴대용 및 거치형 전자 제품 사용자 인터페이스의 급속한 발전 과정에 있어 한 축을 담당해 왔다. 거대한 모바일 핸드셋 시장의 가장 화려한 성공 스토리라면 단연 아이폰(iPhone)이 꼽힐 것이다. 하지만 재래식 전자기계식 스위치나 전위차계 등과 달리, 터치스크린을 통합함으로써 제품 기능과 인간 공학, 심미성이 크게 향상되는 분야는 아이폰 외에도 많이 있다. 인공위성 내비게이션 및 HVAC 제어 등의 차량 내 시스템과 의료 기기, 산업용 기계 및 테스트 장비와 같은 보다 특화된 시장이 대표적인 예이다.
저항성(Resistive) 터치스크린은 현재 이 분야에서 시장의 지배적인 기술이라 할 수 있고 모바일 핸드셋을 비롯하여 휴대용 GPS, 핸드헬드형 게임 플랫폼 등의 기타 애플리케이션에서 널리 사용되고 있다. 저항성 터치스크린 기술이 일정 수준 진보했음에도 불구하고 여전히 제품 디자이너들 사이에서, 그리고 보다 중요한 궁극의 비평가인 소비자 사이에서는 아직까지도 이 기술은 사용자 '환경'이 만족스럽지 못한 것으로 인식되고 있다. 이러한 잠재된 불만족은 파격적인 신기술인 투영형 용량성(Projected Capacitive) 터치스크린의 등장으로 인해 더욱 선명하게 부각되었다.
사용자 인터페이스의 급속한 발전
큰 성공을 거둬 이제는 아이콘으로 우뚝 선 애플(Apple) 아이폰과 그 후에 출시된 아이패드(iPad)에 사용되는 직관적인 사용자 인터페이스의 기술 요소인 투영형 용량성 터치스크린은 스마트폰과 태블릿PC에서 선택 받은 터치스크린 인터페이스로 자리잡게 되었다. 용량성 터치스크린이 장착된 아이폰의 사용자 환경을 저항성 터치스크린이 장착된 스마트폰의 그것과 비교하는 것은 마치 스포츠카를 놀이공원의 범퍼카와 비교하는 것과 같다. 또 다른 예를 들어보면 저항성 터치스크린을 사용하는 것이 진흙 위에서 썰매를 끄는 느낌이라면 용량성 터치스크린은 얼음 위에서 스케이트를 타는 느낌이라고 할 수 있다.
하지만 기존의 용량성 터치스크린은 저항성 터치스크린보다 비싸고 새 디자인을 성공적으로 구현하기 위해서는 넘어야 할 크나큰 기술적인 장벽이 있다. 비용 절감 경로가 제한적이기 때문에 용량성 터치스크린을 더 많은 애플리케이션에 본격적으로 적용하려면 비용 절감을 위한 혁신적인 방향 전환이 필요하다. 이 글에서는 한 가지 접근 방식을 소개할 것이다.
물론 이 두 가지 외의 다른 터치스크린 기술도 존재한다. SAW(표면탄성파), 적외선, 광학 이미지(Optical Image), 굽힘파(Bending Wave) 및 능동형 디지털화(Active Digitization) 등이 그것이다. 이들 중 일부는 틈새 애플리케이션이나 화면 크기가 매우 큰 경우에 적합하다. 그리고 일부는 저항성 또는 용량성 접근 방식에 밀려 실패하고 말았다. 특히 소형 휴대 장비 애플리케이션에서 그 명암이 극명하다.
저항성 터치스크린 - 타협적으로 수용된 솔루션
저항성 터치스크린은 유연한 하드 코팅 피막과 절연 스페이서 도트(Insulating Spacer 'Dots')에 의해 전도성 금속 계층과 이와 유사한 내부 금속 계층이 분리되어 있는 구조로서, 아주 뛰어나지는 않아도 제법 쓸 만한 안정된 성능을 발휘한다. 두 금속 계층 간 물리적인 접촉이 필요하기 때문에 점압(주로 스타일러스를 이용함)이 필요하다. 이와 별개로, 비용이 저렴한 이 방식의 가장 큰 단점은 다중 계층이기 때문에 디스플레이로부터 빛의 투과율이 낮고(75~85%) 바깥쪽의 투명한 폴리에스테르 피막의 내구성에 한계가 있다는 점이다. 대략 십만 번에서 백만 번의 터치 수준이다. 이런 단점에도 불구하고 저항성 터치스크린은 수년 간 팜(Palm), LG, HTC, 삼성 등 수많은 휴대폰 및 스마트폰 제조업체들이 사용해왔다.
최근에 이루어진 저항성 터치스크린의 개선 작업은 기능보다는 미관에 치중된 편이다. 그 결과 매끄러운 '베젤리스(Bezel-less)' 디자인과 '얇은' 외관보다는 광택이 있는 외관을 자랑한다. 하지만 이 터치스크린의 경우 터치를 인식하기 위해서는 물리적 압력이 필요하며, 이 때문에 사용자 경험이 그다지 우아하지 않다.
저항성 터치스크린 디자인의 중요한 이점은 지원 회로에 있다. 모바일 핸드셋은 내부 공간이 매우 협소하기 때문에 이전에 디스크리트 부품을 사용해야 했던 것을 통합할 수 있는 가능성이 있다는 것은 디자이너에게 매우 반가운 소식이다. 저항성 터치스크린을 이용하는 수많은 최신 핸드셋 디자인에서 터치스크린용 컨트롤러를 애플리케이션 프로세서나 메인 마이크로컨트롤러 또는 일부 트레오(Treo), 벤큐(BenQ) 및 히타치(Hitachi) 핸드셋의 경우처럼 오디오 코덱 중 하나에 통합할 수 있다. 이 같은 장점은 일반적으로 최적의 성능을 실현하고 잡음 간섭을 줄이기 위해 터치스크린 부근에 디스크리트 부품으로 실장해야 하는 용량성 터치스크린 컨트롤러의 현재 상황과는 대조적이다.
투영형 용량성 터치스크린 - 검증된 '게임 체인저'
투영형 용량성 터치스크린 기술은 2007년 출시 이후 8천만대 이상 팔린 아이폰을 통해 그 성능이 충분히 입증되었다. 점압이 아닌 인간의 직접 터치에 반응한다는 점, 90% 이상의 광 투과율, 커버 렌즈로 인해 훨씬 개선된 스크린 내구성은 모두 투영형 용량성 터치스크린 기술이 애플의 선택을 받는 데 중요한 역할을 했다. 하지만 앞서 언급한 우아하고 직관적인 사용자 인터페이스 환경의 일등 공신은 따로 있다. 바로 용량성 터치스크린만의 특성인 "압력 없이" 가능한 가벼운 터치 인식과 멀티 터치 기능이다. 부드러운 스크롤링, 가볍게 펼쳐지는 팬다운 메뉴, 확대/축소를 위한 멀티 터치 제스처는 모두 소비자가 쉽게 익힐 수 있는 기능으로, 아이폰의 각 기능 사이를 신속하게 이동할 수 있도록 한다.
투영형 용량성 터치스크린은 일반적으로 패턴 처리된 전도성 코팅(하나는 X축 계층, 하나는 Y축 계층)이 함께 배열되어 매트릭스 구조를 이루고 있다. 세 번째 계층인 보호 계층은 주로 LCD 또는 AMOLED 디스플레이 효과로부터 터치스크린을 보호하기 위해 필요하다.
아이폰의 매력적인 디자인, 사용자 편의성, 약 4년간의 성공으로 인한 확고한 위치에도 불구하고 다른 시장 부문에서 용량성 솔루션의 채택 속도는 상대적으로 느린 편이다.
광범위한 보급이 늦어지는 데는 기술적인 이유도 있고 상업적인 이유도 있다. 첫째 현재의 2 또는 3계층 용량성 터치스크린은 저항성 터치스크린에 비해 가격이 2~5배 비싸므로 수많은 예비 사용자에게 큰 부담으로 작용한다. 다른 요인은 기성품 솔루션을 사용할 수 없기 때문에 새로운 구현을 이뤄내기까지 상당한 개발상의 난관이 있다는 점이다. 이는 정교하게 조정된 시스템 솔루션이 필요하기 때문에 더욱 까다롭다. 즉, 스크린과 컨트롤러 간의 연동이 쉽지 않아 신중하게 매치해야 한다. 터치 컨트롤러 IC 자체는 일반적으로 잡음을 거부하도록 디자인된 아날로그 프런트엔드와 고유한 내장형 감지 IP, 그리고 복잡한 맞춤형 알고리즘이 포함된 복잡한 디바이스이다.
용량성 솔루션 구현의 마지막 관심사는 전기적 견고성이다. LCD에서 발생하는 잡음이 성능에 영향을 주지 않도록 하려면 터치 컨트롤러를 최대한 센서 가까이 배치해야 하는데, 대부분의 경우에는 터치스크린 근처의 플렉스 테일(Flex Tail)에 배치한다.
시장의 판도를 바꿀 진정한 단일 계층 용량성 터치스크린
기존의 다계층 센서 구조에서는 규모의 경제나 공급업체의 추가를 통해 서서히 비용 절감이 이뤄질 수 있겠지만 그래도 기존 용량성 터치스크린 기술의 채택 속도를 높일 수 있을 정도는 못 된다는 것이 중론이다.
IDT가 개발한 제품과 같은 진정한 단일 계층, 멀티 터치 ITO 솔루션은 실질적으로 센서 제조를 간소화하고 비용을 대폭 절감할 수 있는 잠재력을 갖추고 있다. 기존 방식에는 X, Y 전극 계층과 세 번째 보호 계층 같은 최대 세 개의 전도성 ITO 계층이 있어야 한다. 3~5인치 스크린의 경우 1개 계층당 평균 약 1달러의 비용이 드는 것을 고려할 때 단일 계층 방식의 잠재적 이점은 명확하다. 계층이 줄어들수록 제조도 간단해지고, 수율 역시 높아진다. 뿐만 아니라 LCD로부터 광 투과율이 높아져 역광 조명이 감소하고 이로 인해 전력 소모가 줄어 결국 배터리 사용 시간을 늘릴 수 있는 효과까지 거둘 수 있다.
IDT 퓨어터치(PureTouch) 제품군의 최신 제품은 X 및 Y 센서 계층의 기능을 모두 통합한 독자적인 1계층 ITO 센서 패턴을 사용한다. 이 진정한 단일 계층 멀티 터치 센서 디자인은 센서 교차점(Crossover Point)을 절연하고 X 및 Y 센서 매트릭스 라인을 연결하기 위한 추가 마스크 단계가 필요 없다. 또한 IDT 솔루션은 모든 센서를 한 계층에 통합하여 손가락 여러 개가 모호한 위치에 놓일 때 정확한 X/Y데이터를 결정하기 어려웠던 기존의 멀티 터치 고스트 현상(Ghosting)까지도 해결했다. 많은 최종 고객이 호스트 해석 방식의(Host-interpreted) 맞춤형 제스처를 사용하여 각자의 솔루션을 차별화함에 따라 터치 컨트롤러의 X/Y 데이터를 정확하게 식별하는 일이 매우 중요해졌다.
터치 컨트롤러 IC의 디자인 및 견고함 또한 빼놓을 수 없는 중요한 요인이다. IDT의 LDS7000의 경우 아날로그 프런트엔드 디자인을 바탕으로 뛰어난 잡음 제거 성능을 제공하므로 별도의 터치스크린 보호 계층이 필요하지 않다. 경제성이 뛰어난 멀티 터치 방식 센서와 견고한 터치 컨트롤러 IC의 결합으로, IDT는 이 성장하는 시장에서 독보적인 위치를 구축하게 되었다.
1 저항성 터치스크린은 최상위 계층의 굴절을 이용하여 전도성 계층 간 기계적인 접촉을 만든다.
2 용량성 터치스크린에서는 가벼운 터치만으로 화면의 각 구석으로부터 전류가 유도되고, 컨트롤러가 전류비를 측정하여 정확한 터치 지점을 계산한다.
3 진정한 단일 계층 용량성 터치스크린은 X 및 Y축 전극을 하나의 고유한 계층으로 대체한다. 또한 컨트롤러 IC 아날로그 프런트엔드의 효과적인 디자인으로 잡음을 관리하고 보호 계층의 필요성을 경감한다.
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