(출처:Pixabay)
우리는 하루도 빠짐없이 스마트폰을 사용합니다. 스마트폰으로 타인과 연락하고, 웹서핑을 하며, 음악을 듣거나 게임을 즐기죠. 몇번의 터치로 사고 싶은 물건을 살 수 있고, 신용카드가 없어도 오프라인 매장에서 간편 결제를 할 수도 있습니다.
스마트폰은 이처럼 다양한 기능을 제공하지만, 조작은 아주 단순합니다. 화면에 보이는 영역에 손가락을 가져다 대는 ‘터치’ 하나로 모든 기능을 손쉽게 이용할 수 있어요. PC처럼 키보드, 마우스 같은 별도의 외부 입력 장치가 필요없죠. 오직 손가락만 있으면 스마트폰의 모든 기능을 쓸 수 있는데요.
이것이 가능한 건 바로 ‘터치스크린’이 있기 때문입니다.
닿는 순간 인식…스마트폰 터치스크린 작동 원리는?
(출처:삼성디스플레이)
터치 스크린은 크게 감압식(저항막)과 정전용량 2가지 방식이 있습니다. 이중 스마트폰에 주로 쓰이는 터치스크린은 정전용량 방식을 사용하는데요. 줄여서 정전식으로 불립니다.
정전식은 정전용량 변화를 감지해, 터치 부위를 인식하는 방법입니다. 전기가 흐르는 물체가 스마트폰 화면에 닿으면 정전용량 변화가 생기고, 이를 감지해서 작동하죠.
좀 더 쉽게 설명하면, 정전식 터치를 지원하는 스마트폰 화면 위에는 우리가 느낄 수 없을 만큼 미세한 전류가 흐르고 있습니다. 우리 신체 또한 스스로 감지할 수 없지만 미약한 전류가 흐르고 있죠. 손가락 포함 거의 모든 신체가 전도체라 할 수 있어요.
그렇기에 스마트폰 화면에 손가락을 대면 전류 흐름에 변화가 생기게 됩니다. 스마트폰은 손가락이 닿는 순간 어느 부위에서 변화가 발생했는지 감지해서 터치 영역을 인식합니다. 이 모든 과정은 순식간에 일어나 자연스럽게 작동합니다.
(출처:Unsplash / onder ortel)
바나나나 소시지로 스마트폰을 터치할 수 있는 이유도 여기에 있습니다. 손가락이 아니더라도 전류가 흐르는 물체면 스마트폰의 터치스크린이 인식을 하게 됩니다. 반대로 겨울철 두꺼운 가죽 장갑을 끼면 손에서 흐르는 전류가 차단되니 원활한 터치가 어렵습니다. 손에 물이 묻은 경우도 마찬가지에요. 스마트폰이 터치 부위를 제대로 인식할 수 없습니다.
조금 더 깊이 들어가면 정전식 터치스크린은 제조 방법에 따라 온셀(On cell)과 인셀(In cell)로 나뉩니다. 온 셀 방식은 디스플레이 패널 상단부에 터치스크린을 넣고, 인 셀은 패널 색을 표현하는 박막트랜지스터(TFT) 안에 탑재하는 방식입니다. 온셀 방식이 색 표현력과 응답속도가 더 좋다고 합니다.
스마트폰에 정전식 터치가 쓰이는 이유는 뭘까
처음부터 스마트폰에 정전식 터치스크린이 쓰인 건 아닙니다. 초창기 스마트폰은 저항막 방식, 즉 감압식으로 불리는 터치스크린을 주로 사용했습니다. 감압식은 압력으로 발생하는 전기적 변화를 감지해, 터치 부위를 식별하는 방식입니다.
감압식은 화면 위에 필름을 덧댑니다. 필름 하단부에는 전기가 통하는 투명 기판 두 장이 있는데요. 스마트폰 화면을 누르면 두 기판이 달라붙으면서, 전기적 변화가 발생합니다. 감압식 터치스크린은 이 변화가 생긴 부위를 터치로 인식하는 겁니다.
과거 국민 PMP였던 아이스테이션 T43
사실 감압식은 스마트폰이 나오기 이전부터 흔히 쓰이던 터치스크린입니다. PMP나 PDA를 기억하시나요? 이런 종류의 제품은 모두 감압식 터치스크린을 사용했답니다. 그래서 화면을 눌러보면 필름이 살짝 뜨는 모습을 볼 수 있었죠. 삼성전자 터치폰 옴니아나 햅틱도 감압식이었어요.
하지만 지금은 감압식 터치스크린이 스마트폰에 쓰이지 않아요. 반응성, 색표현, 필름 손상, 멀티 터치 불가능 등 장점보다 단점이 더 많기 때문인데요.
반면 정전식은 제조 단가가 감압식보다 더 높습니다. 하지만, 빠르고 정확한 터치와 더 나은 색표현력, 멀티 터치 지원으로 다양한 손가락 제스처 지원 등 제조 단가를 상쇄할만큼 훌륭한 사용성으로 현재 주류로 쓰이고 있답니다.
그럼 스타일러스펜은 어떻게 인식하는 거지?
(출처:삼성전자)
앞에서 정전식 터치를 이용하려면 전도체가 필요하다고 했는데요. 그럼 플라스틱으로 이뤄진 스타일러스펜은 어떻게 인식하는 걸까요? 스타일러스펜은 전자기공명(EMR) 방식과 능동정전기(AES) 방식이 주로 사용됩니다.
전자기공명 방식은 터치스크린 아래에 디지타이저라는 별도의 패널이 자기장을 만들어 냅니다. 그리고 스타일러스펜으로 터치를 하면, 스타일러스펜이 해당 자기장에서 생성된 전류를 받아들인 후 무선주파수(RF)를 쏘게 됩니다. 스마트폰은 해당 신호를 인식해서 터치되는 곳을 인지합니다.
전자기공명 방식의 장점은 스타일러스펜에 별도의 배터리를 필요로 하지 않는 다는 점인데요. 이로 인해 얇고, 작게 만들 수 있죠. 삼성전자 S펜이 전자기공명 방식을 사용합니다.
애플펜슬 2세대(출처:Apple)
능동정전기 방식 스타일러스펜은 전자기공명 방식과 달리 자체적으로 전류를 만들어냅니다. 디지타이저가 펜 안에 탑재된 건데요. ‘능동’이라는 이름이 붙은 이유죠. 스마트폰이나 태블릿은 펜에서 보내는 전류와 신호를 읽고, 터치 위치를 인식합니다. 기존 터치스크린에서 작동하기 때문에 스타일러스 펜은 손가락과 구별되는 특별한 정전기 신호를 만들어 내게 됩니다.
능동정전기 방식 스타일러스펜은 전류를 만들고 신호를 보내야 하기에 반드시 배터리가 필요합니다. 그래서 크기가 크고 무겁죠. 대신 과정이 복잡하지 않기에 지연시간이 전자기공명 방식보다 줄어듭니다. 능동정전기 방식을 쓰는 대표적인 제품이 애플펜슬입니다.
스마트폰 터치스크린 원리 요약
1. 터치스크린은 크게 감압식과 정전용량 방식으로 나뉩니다.
2. 감압식은 과거에 주로 쓰였고, 정전용량 방식은 스마트폰이 나온 이후 주류가 됐어요.
3. 정전용량 방식은 전류의 흐름, 즉 자기장의 변화로 터치 영역을 인식해요.
4. 그렇기에 전류가 흐를 수 있는 손가락은 인식하지만, 전류가 흐르지 않는 장갑을 끼면 인식되지 않아요.
5. 스타일러스펜은 전자기공명(EMR) 방식과 능동정전기(AES) 방식이 주로 쓰여요.
테크플러스 에디터 윤정환
tech-plus@naver.com
