터치 컨트롤러 통합회로는 터치 디스플레이의 사용에 있어서 직관적인 사용자 인터페이스, 편리성, 멀티터치 지원 등을 제공하여 교육, 엔터테인먼트 사업과 같은 다양한 영역에서 무한한 확장성을 가지고 있기 때문에 필수적인 전자기기의 구성요소라고 할 수 있다.
그렇다고 해서 우리가 일상생활을 하는데 터치 컨트롤러 IC의 중요성과 구성을 반드시 알고 이해하고 있어야 할까? 물론 아니다. 하지만 관련 분야에 취업을 준비하거나 전자기기에 관심이 많고 원리가 궁금한 독자가 있다면 터치 디스플레이의 중추 역할을 하는 터치 컨트롤러 IC를 공부해 보고 역할을 이해해 나아가는 것을 추천한다.
터치패널과 칩 프로세스의 탄생과 발전은 이미 오래전부터 시작되었기 때문에 현시점에서의 터치 컨트롤러 IC의 향후 전망과 대두되고 있는 이슈를 다뤄볼 필요가 있다. 그래서, 본 기고문에서는 터치 컨트롤러 IC의 전망에 대해 이야기해보고 많은 개발자와 연구자들이 해결하거나 발전시키고자 하는 쟁점에 대해 살펴보고자 한다.
○ Touch Controller IC(Integrated Circuit) 전망
모든 전자기기에서 조금 더 향상된 사용자 경험을 위해 사용자들은 터치스크린에 좀 더 의존하게 되고 이로 인해 터치 기능이 포함된 IoT 기기의 수요가 급증하면서 터치 컨트롤러 IC의 성장도 함께 이루어지고 있다. 뿐만 아니라, 가상현실(AR)과 증강현실(VR), 이를 혼합한 확장현실(XR) 산업이 발전함에 따라 터치 컨트롤러 IC의 필요성과 수요는 더욱 가속화되고 있다.
Future market insights에 따르면 글로벌 터치 컨트롤러 IC 시장은 2022년 12억 1300만 달러에서 2032년 37억 5300만 달러 매년 약 12%가량 성장할 것으로 예상하고 있으며, 북미에서 터치 컨트롤러 IC의 성장을 주도하고 있다고 보고되었다. 터치 컨트롤러 IC 시장은 인수합병, 파트너십, 협업 등과 같은 다양한 전략으로 치열한 시장 경쟁이 이루어지고 있으며, 국내 역시 LX세미콘과 더불어 다양한 기업에서 터치 컨트롤러 IC 산업을 이끌어 나가고 있다.
모든 분야의 시장 전망에 있어서는 새로운 전염병 발생에 대한 두려움과 불확실성, 나라별 무역 규제 환경, 물가 인상, 전쟁의 전개에서 발생되는 불안 조성 등 다양한 예측 불허의 요소들이 존재하고 시장 규모에 적지 않은 영향을 미치기도 한다. 하지만, 터치 시장은 세계적으로 꾸준한 수요 증가로 인해 외부 환경 요소에 큰 변동 없이 지속적인 증가가 이루어지고 있어 긍정적인 전망이 예상된다. 그리고 국내 기업은 아직까지 세계 시장에 있어 점유율이 낮은 상황이기 때문에 우수한 인적 자원을 바탕으로 핵심기술 확보와 가격 경쟁력으로 세계 시장 점유율을 높여 국가 경쟁력의 제고와 글로벌 기업으로의 도약을 기대해 본다.
○ Touch Controller IC(Integrated Circuit) 이슈
● 손바닥 터치 제거 (palm rejection)
손바닥 터치 제거 기술은 태블릿과 같은 터치기기가 스타일러스 펜 또는 손가락과 손바닥 또는 손목을 구별하여 원하지 않는 접촉을 효과적으로 제거하는 기능이다. 최근에는 터치스크린에 스타일러스 펜을 활용하여 스케치 패드와 같이 그림을 그리거나 펜촉으로 글을 쓰는 느낌의 터치 디스플레이를 제공한다. 스타일러스 펜의 경우 전자기 유도(Electro Magnetic Resonance)방식을 채택하여 정전용량 방식으로 터치를 인식하는 손가락 터치와 분리되어 어느 정도 손으로 하는 터치와 스타일러스 펜의 터치가 구분 가능하다. 하지만, 우리가 손가락으로 터치 디스플레이를 만지는 것과 동일한 원리를 이용하는 전도성 펜이나 손가락으로 정교한 스케치를 할 때에는 손바닥 터치 제거 기능 없이는 원하는 동작이 되지 않는다.
의도하지 않은 손바닥 터치와 스타일러스 펜 또는 손가락 터치를 구별하기 위해서는 기본적으로 알고리즘이 필요하며 약 10여년 간 관련 연구는 꾸준히 진행되어 왔다. 먼저 손바닥 제거 알고리즘을 위해서는 손바닥이 터치 디스플레이에 닿았을 때 나타나는 특징을 이해하고 의도된 압력과 의도되지 않은 입력을 구별하는 능력이 필요하다.
대체로 손바닥 터치를 인지하는 기준은 세 가지가 기반이 될 수 있다. 세 가지 기준은 터치 반경, 터치 모션 속도, 다른 터치와의 거리이다. 먼저 터치 반경은 손가락이나 스타일러스 펜이 터치하는 면적 대비 일정 크기 이상의 면적이 터치되었을 때를 기준으로 잡는다. 손가락의 경우 약 직경 4mm가량의 둥근 모양의 터치가 되며, 스타일러스 펜의 경우에는 더 작은 면적으로 터치가 된다. 하지만 손바닥의 경우 수십mm2의 면적에서 터치가 되므로 이러한 경우 손바닥 터치로 분류하여 인지를 했더라도 디스플레이 상에 연동이 되지 않도록 제거하는 알고리즘이 적용되는 것이다.
두 번째로 터치 모션속도도 손바닥 터치 유무의 기준이 되기도 한다. 손가락이나 스타일러스 펜으로 터치를 할 경우 팔은 가만히 있는 경향이 있어 의도하지 않은 터치의 경우 모션이 없거나 느린 터치 경향이 있다. 앞서 언급한 넓은 터치 면적에서 속도까지 느리다면 이는 손바닥 터치로 분류되어 디스플레이 피드백에서 제거되는 것이 스마트한 손바닥 제거 기술이 될 것이다.
마지막으로 손바닥 터치 제거 기술을 위해서는 다른 터치까지의 거리를 기준으로 잡는다. 터치 반경이 대체로 넓고 터치 모션속도가 느린 A라는 터치 영역인 조건에서 B지점이라는 다른 터치의 위치와 일정 거리 이상 떨어졌을 경우 B의 터치는 의도된 터치이며, 터치 반경이 넓고 속도가 느린 A 터치영역은 의도하지 않은 터치로 분류될 수 있다. 최근 터치기기는 고해상도 터치가 가능하고, 신호처리 속도가 향상되었기 때문에 전문적으로 스케치를 하는 사용자들이나 메모를 자주 하는 사용자들에게 손바닥 터치 제거 기술은 편의성과 효율성을 위해 반드시 발전되어야 할 기술이며 터치 컨트롤러 IC 기술은 손바닥 터치 제거를 위해 반드시 필요한 구성이 되겠다.
● Ghost Touch
고스트 터치란 사용자의 의도와는 관계없이 화면이 터치되는 결함을 말한다. 유령이 누르는 것 같다고 하여 고스트 터치라는 이름이 붙여졌다. 고스트 터치는 다양한 원인으로 발생하지만 대부분 소프트웨어의 불안정함이나 디지털화 제조결함일 가능성을 크게 두고 있다. 고스트 터치는 자동차나 의료기기에서 발생 시 큰 대형 사고로 이어질 수 있어 상당히 중요한 이슈 사항이다. 고스트 터치가 발생할 경우 사용자에게는 디스플레이에 있는 먼지나 보호필름을 제거하거나, 소프트웨어의 업데이트나 재부팅 등을 권고하고 있다.
하지만 근본적으로 터치 컨트롤러 IC에서 안정적으로 고스트 터치가 발생하지 않도록 알고리즘화하는 게 더욱 중요할 것이다. 소프트웨어와 하드웨어의 호환에 문제가 발생한다면 발열이나 고스트 터치와 같은 이슈가 발생하게 된다. 하드웨어를 소프트웨어에 맞도록 보완하는 방법도 있겠지만 소프트웨어의 펌웨어 보완을 통해 하드웨어와의 호환성을 높여 고스트 터치의 이슈를 해결하는 방법이 더욱 합리적이다. 터치 컨트롤러 IC에 사용자 편의성을 위한 적절한 민감도 설정과 고성능 알고리즘이 고스트 터치를 방지하는 핵심 요소 기술이 될 것으로 사료된다.
● 멀티터치 (Multi-Touch) 기능
멀티터치는 터치 디스플레이에서 여러 개의 터치 포인트를 인식하는 기술이다. 요즘은 한 손가락만으로 핸드폰을 사용하지 않고 화면을 확대/축소하거나 다양한 기능구현을 위해 많은 손가락을 사용한다. 터치 디스플레이가 대형화가 되면서 많은 사용자가 동시에 터치를 해도 이를 감지하고 해석하여 멀티 터치 기능을 가능하게 하는 것은 터치 컨트롤러 IC의 중요한 역할이며 이슈라 할 수 있다.
멀티터치 기능을 사용하기 위해서는 먼저 터치 컨트롤러 IC에서 정교한 알고리즘을 사용하여 여러 터치를 동시에 감지하고 추적할 수 있어야 한다. 터치 컨트롤러 IC가 터치에 대한 입력을 해석하면 장치의 운영 체제 또는 소프트웨어에 데이터를 전달한다. 운영체제에서는 터치 컨트롤러 IC에서 받은 정보를 기반으로 줌, 스크롤, 회전 및 사용자 상호작용을 기반으로 한 기타 멀티 터치 제스처 실행과 같은 다양한 기능을 수행하게 된다. 저항막 방식이나 광학 방식의 경우 하드웨어 (터치패널) 상에서는 원리적으로 정확한 멀티 터치 구현이 어렵지만 이를 소프트웨어를 통해 구현하는 기술이 있기도 하다. 이만큼 컨트롤러 IC와 소프트웨어를 통해 하드웨어의 한계를 극복할 수 있으며, 앞서 언급되었듯이 수십, 수백 개의 터치가 동시에 입력이 되어도 터치 정보를 구분하고 디스플레이에 정보를 기반으로 정확한 피드백이 가능하다면 대형 터치 디스플레이가 있는 회의실 책상이나 대형 칠판의 보급과 상용화는 급격히 늘어날 것이다.
● 기타 터치패널 동작 이슈
핸드폰을 사용하다가 갑자기 터치가 버벅거리거나 아예 되지 않아 핸드폰을 몇 번 두드려 보기도 하고 재부팅을 해보기도 한 경험은 한 번씩 있을 것이다. 보통 우리는 이런 현상은 렉(lag)이 걸렸다고 표현하며 터치스크린의 동작 이슈 중 간헐적으로 발생하는 현상이다. 레그라고 표현하는 것이 올바른 표현이며, 레그의 경우 터치 컨트롤러 IC 문제로 인해 터치스크린 동작이 되지 않거나 상당 시간 지연이 발생하는 것을 의미한다. 터치 입력과 응답시간의 지연은 사용자의 편의성과 원활한 작동을 방해하며 스마트폰의 질을 결정하기도 한다. 특히나 최근에는 자동차 내부에 있는 센터페시아에 물리적 버튼이 사라지고 터치로 동작하는 경우가 많다. 운전 중 터치스크린에 렉 현상이 발생한다면 운전자는 전방주시가 이루어지지 않아 자칫 큰 사고로 이어질 수 있기 때문에 필수적으로 제거해야 하는 오류 중 하나다.
터치패널 동작 이슈 중 교정에 대한 문제도 있다. 터치 컨트롤러는 정확한 터치 감지를 위해 기본적으로 보정 기술이 필요하다. 보정을 통해 터치 입력과 해당 화면상의 동작이 정렬될 수 있다. 특히 화면의 가장자리나 모서리 주변에서 부정확한 터치 현상이 일어날 수 있어 터치패널의 해상도, 디스플레이 사이즈, 프레임 등의 상황을 고려하여 제품 모델에 따른 터치 컨트롤러 IC 상에서의 정확한 보정 기술이 이슈가 된다.
마지막 터치패널 동작 이슈로는 호버링 효과(Hovering effect)가 있다. 호버링이란 손가락을 화면 가까이에 위치했을 때 터치를 하지 않았는데도 터치로 인식되어 동작이 되는 것을 의미한다. 터치기기에 가장 많이 사용되는 방법인 정전용량 방식의 터치패널의 경우 전극 간의 상호 정전용량(Mutual-Capacitance)이 과다하게 많을 경우 호버링 효과로 인해 터치 전 원하지 않는 작동이 발생할 수 있으며, 바지 주머니에 스마트폰을 넣어둔 상태에서 오작동이 되는 원인이 되기도 한다. 이를 해결하기 위해서는 터치가 되었을 경우에만 일정 정전용량의 변화를 감지하고 빠르게 터치를 인지하는 터치 컨트롤러 IC의 최적화가 필요하다.
호버링이 무조건 나쁜 것만은 아니다. 2010년 중반부터는 이러한 호버링을 활용하여 공간 터치를 하는 기술을 개발하기도 했다. 손을 터치 디스플레이에 가까이 한 상태로 왼쪽에서 오른쪽으로 손을 옮기는 동작으로 특정 기능을 제어하는 기술이다. ‘터치리스’로 스마트폰 위에 직접 손을 닿지 않고 공중에 떠 있는 상태에서 명령을 내릴 수 있어 특정 기능 수행을 위해서 사용되기도 한다. 하지만 호버링 기능을 살리고자 하다가 원하지 않는 오동작이 뒤따르면 소비자는 오히려 불편함으로 인지하게 될 것이니 수많은 조건에서의 평가와 안정화가 중요한 이슈가 되고 있다.
○ 맺음말
세계 터치패널 시장은 팬데믹으로 인해 비대면 서비스가 활성화되면서 재성장 기회를 맞고 있으며 향후 높은 세계 시장 전망을 가지고 지속 성장하고 있다. 최근에는 가상현실세계를 뜻하는 메타버스(Metaverse)산업이 급부상하면서 모바일, 태블릿과 같은 고전적인 전자기기에서 VR, AR과 같이 다양한 형태의 디스플레이가 각광받으며 터치 산업 역시 이에 편승하여 수요가 증가하고 있다. 디스플레이의 해상도가 증가하듯이 터치 역시 스케치와 같은 고해상도 터치에 대한 수요가 증가하면서 하드웨어나 소프트웨어의 발전이 이루어지고 있으며 터치 컨트롤러 IC는 중추적인 역할을 하고 있다. 다양화되고 고품질화되고 있는 터치기기가 계속 출시되면서 손바닥 터치 제거, 고스트 터치, 멀티터치, 보정과 같이 다양한 이슈들이 존재하지만 이러한 문제점을 개선하고, 사용자의 편의성과 효율성의 극대화를 위한 터치 컨트롤러 IC의 개발은 지금도 지속적으로 이루어지고 있으며 우리나라도 풍부하고 우수한 국내 인적자원 활용과 핵심기술 개발을 통해 세계를 주도하는 터치 컨트롤러 IC 강국이 되기를 기대해 본다.
