2007년 맥월드 행사에서 스티브잡스는 “Who wants a stylus?”라는 말과 함께 터치 기능을 강조하며 아이폰을 세상에 처음 내놓았고 그 파장은 강력했다. 터치스크린의 개발은 1960년대로 거슬러 올라가지만 그 기능을 모바일에 탑재하여 대중들에게 터치에 대한 편리성과 다양한 기능을 구현해 내는 확장성을 증명한 것은 아이폰이라는 것을 부정하는 사람은 없을 것이다. 지금도 독자들의 손이나 가방에는 터치 기술이 들어간 전자기기를 보유하고 있을 것이고 일상생활에서도 자동차, 식당, 공공장소 등 다양한 장소에서 터치 기기는 쉽게 만나볼 수 있을 정도로 대중화되어있다.
터치 기술은 구현 방법에 따라 저항막 방식, SAW(초음파) 방식, 적외선 방식, 정전용량 방식으로 크게 구분할 수 있다. 저항막 방식은 압력이 가해지면 패널 안에 있는 전극의 저항 변화를 통해 터치를 인식하는 방식이며 초창기 스마트폰이나 저가형 터치패널에 사용되고 있다. SAW 방식과 적외선 방식은 내구성이 우수하다는 장점이 있으나 이물질이나 외부 환경에 오작동할 우려가 있고 송신부와 수신부 기기를 소형화할 수 없어 모바일보다는 대형 디스플레이용으로 사용되고 있다. 정전용량 방식의 경우 터치 시 변화하는 정전용량 값의 변화로 좌표를 추출하는 원리이며, 터치패널을 투명하고 얇게 제작 가능하고 정확성과 내구성이 우수하여 가장 많이 사용되는 방식이다.
정전용량 방식은 구조에 따라 두 가지로 분류할 수 있다. 먼저 디스플레이 상단에 터치패널이 들어가는 On-cell 타입이 있으며, 터치패널이 디스플레이 패널 안에 내장되는 In-cell 타입이 있다. In-cell 타입의 경우 터치 디스플레이 두께가 얇아지고 야외에서도 시인성이 좋아진다는 장점이 있으나 과거에는 In-cell 타입의 낮은 수율과 기술력의 한계로 On-cell 타입으로 제작이 되었다. 최근 대기업을 중심으로 기술력 한계를 극복하여 In-cell 타입의 터치 디스플레이가 생산/판매되고 있다.
이처럼, 터치센서 기술은 다양한 기술개발을 통해 얇고, 가볍고, 정확한 터치 인식이 가능하도록 연구개발 되어왔고 다양한 분야에서 적용되어 우리의 일상생활을 더욱 풍요롭게 해주고 있다. 터치센서 시장은 급속도로 성장하고 있으며 다양한 분야에서 물리적 버튼을 대체하는 터치센서의 수요는 계속해서 증가하고 있다. 특히, 디스플레이 기술이 발전함에 따라 터치 기술이 나아가야 할 방향과 기술은 중요한 화두가 되었다. 본 기고문에서는 앞으로 펼쳐질 터치센서의 미래기술에 대해 소개하고 그 가치와 의미를 짚어보고자 한다.
○ 폼팩터(Form-factor) Free 터치패널 기술
폼팩터란 제품의 형태를 의미한다. 폼팩터 프리(Form-factor free)라 하면 형태가 고정되어 있지 않은 것을 의미한다. 돌돌 말리는 TV나 접을 수 있는 디스플레이가 대표적인 예라고 할 수 있다. 이렇게 롤러블(Rollable)·폴더블(Folderble) 디스플레이가 출시되면서 터치패널 또한 말거나 접어도 오작동 없이 동작되는 기술 개발이 동반되어야 한다. 궁극적으로는 다양한 형태로 늘렸다 줄어드는 스트레처블(Stretchable) 터치센서 기술로 진화할 예정이며, 종이처럼 자유자재로 접을 수 있고 신축성도 지니고 있다면 몸에 부착 가능한 웨어러블 기기에 적용하는 등 활용성 또한 무궁무진할 것이다. 스트레처블 터치센서의 개발을 위해서는 신축이 가능한 기판에 터치기술을 집적하는 기술과 뛰어난 내구성과 신뢰성을 가지는 소재 및 구조 개발이 동반되어야 한다. 국내 한 연구팀은 ‘하이드로젤(Hydrogel)’을 이용하여 투명하면서 신축성 있는 터치패널을 만드는 기술을 선보였으며, 이는 폼펙터 프리 디스플레이에 터치센서를 적용하는 데 큰 기여를 할 것으로 기대된다.
○ 3D 터치 기술
3D 터치는 손가락으로 누르는 위치와 함께 힘의 세기를 인식해 동작하는 기술이다. 현재 터치 기술은 손가락의 위치는 정확히 알 수 있지만 힘의 세기까지 인식하지는 못한다. 터치센서와 압력 센서를 조합하여 만든 기기가 있지만 대략적인 압력을 간접적으로 측정할 뿐이며 정확하게 압력의 세기를 세분화하여 인지하지는 못한다. 고도화된 3D 터치 기술이 개발된다면 손가락뿐만 아니라 펜이나 붓을 통해 누르는 압력의 크기에 따라 다양한 추가적인 기능이 가능하게 되어 사용자 편의성 및 사용 확장성이 좋아져 산업체, 의료, 교육 분야에서도 다양하게 활용할 수 있을 것이다. 최근 국내 연구진에 의해 나노와이어 전극을 활용하여 투명한 곡면 디스플레이에 적용할 수 있는 3D 터치 기술이 개발되었지만, 양산성 및 신뢰성 등 실용화를 위해서는 넘어야 할 산이 많다.
○ 비접촉-터치리스(Touchless) 기술
코로나-19 펜데믹 이후 바이러스 감염 및 확산에 대한 불안감은 날로 커지고 있다. 이러한 수요에 발맞추어 물건이나 사람과 직접 접촉하지 않고 원하는 기기의 동작을 실현할 수 있는 비접촉-터치리스 기술이 가까운 미래에는 일상생활 속에서 널리 사용될 것이다. 카메라를 통해 입력된 사용자의 동작 인식하는 기술은 많지만, 손가락을 정확히 인식하여 원하는 동작을 명확히 인지하는 기술은 계속해서 발전이 필요한 상황이다. 최근 인지능력을 개선하기 위해 인식된 영상을 AI(딥러닝) 기술로 분석하여, 사람이 가리키는 곳을 인지할 수 있는 기술이 개발되고 있다. 비접촉-터치리스 기술은 신규 사용자도 직관적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 원거리 제어가 가능하여 휠체어를 탄 장애인이나 키가 작은 아이도 디스플레이에 손을 닿을 필요 없이 손쉽게 제어가 가능할 것이다. 또한, 비접촉 방식을 사용하기 때문에 화면이 더럽혀지지 않고, 접촉으로 인한 감염의 위험이 없어 위생적이고 안전한 것이 큰 장점이 될 수 있다. 고성능 비접촉-터치리스 기술이 개발된다면 화면을 공중에 띄우는 3D 디스플레이와 접목하여 공간상에서 디스플레이를 보고 비접촉 터치로 제어를 하게 되는 날이 머지않을 것이다.
위에서 언급한 세 가지의 미래 터치기술뿐만 아니라 샤프심 크기의 펜슬 촉도 인지하는 미세 터치 기술, 다수의 인원이 동시에 멀티 터치가 가능한 대면적 터치패널 기술 등 증가하는 터치 기기 및 수요로 인해 다양한 터치 기술이 개발되고 있으며, 개발된 기술은 우리의 일상생활을 더욱 윤택하게 만들어줄 것이다. 터치 센서의 기술이 고도화될수록 이를 구현할 수 있는 고성능의 Touch controller IC 개발도 중요한 이슈로 떠오르고 있다. LX세미콘은 터치의 위치를 정확히 감지하고 반응하게 하는 Touch IC를 꾸준히 개발하고 있어 향후 다가올 다양한 터치기술에 대한 솔루션을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
