터치스크린

요즘 터치스크린 방식으로 해서 많은 제품들이 쏟아져 나오고있다.

이러한 터치스크린의 원리와 방식, 장단점에 대해서 알아보도록한다.

터치스크린은 스크린 위에 설치하여 센서가 스크린 표면에 손가락이나 펜 등을 이용하여 압력을 가하게 되면 센서가 반응하게 되어 위치를 추적하여 좌표를 알아낸다.

터치스크린의 종류는 적외선 감지 방식(Infrared beam), 표면 초음파 전도 방식(Surface acoustic wave), 적분식 장력 측정 방식(Integral strain guage), 피에조 효과 방식(Piezo electric), 압력식 저항막 방식(Resistive overlay)과 접촉식 정전용량방식(Capacitive overlay) 등이 있다.

우선 각각의 동작방식의 구성, 원리, 장단점에 대해 알아보도록한다.

1. 접촉식 정전용량 방식( capacitive overlay)

■ 구 성

열처리가 되어 있는 강화유리 양면에 투명한 특수 전도성 금속(tao)을 코팅하여 만들어 집니다.

 

■ 원 리

1. 스크린의 네 모서리에 전압 인가

2. 각 부분에서 발생되는 고주파가 센서 전면에 퍼짐

3. 이때, 손가락으로 스크린을 접촉하게 되면 수신부에서는 변형된 파형이 감지

4. 이 파형을 받아 컨트롤러에서 위치계산 

■ 특 징

- 미세한 정전압에도 반응하므로 살짝만 접촉되어도 감지

- 높은 분해능력

- 강화처리 된 유리에 특수한 금속코팅을 했기 때문에 견고함

- 수명이 길다(1 point당 2,000만 터치)

- 빛을 투과율이 높아 원화상의 색상을 그대로 살릴 수 있음.

- 터치시 반응속도가 매우 빠름(초당 약270번이상)

- 오차율이 매우 적음( 오차율 : 1%)

2. 압력식 저항막 방식(Registive Overlay)

 

■ 구 성

유리나 투명한 플라스틱 판위에 저항성분의 물질을 입히고, 그 위에 폴리에스틸렌 필름을 덮어 씌운 형태로 되어 있으며, 두면이 서로 닿지않도록 일정한 간격으로 절연봉이 설치되어 있습니다.

 

■ 원 리

1. 동작상태에서는 저항막의 양단에서 일정한 전류를 흘려주면 저항막이 저항 성분을 갖는 저항체와 같이 작용하기 때문에 양단에 전압발생

2. 손으로 접촉을 하게 되면 위쪽표면의 폴리에스틸 필름이 휘어 두면이 접촉

3. 두면의 저항 성분때문에 저항의 병렬접속과 같은 형태가 되고, 저항값의 변화함

4. 양단에 흐르는 전류에 의하여 전압의 변화도 발생, 이를 이용하여 접촉면을 알아냄

 

■ 특 징

- 원리의 특성상 두면이 닿아야 인식

- 볼펜이나 기타 물질에 의한 압력으로도 인식

- 뾰쪽한 물체에 의한 손상이나 사용빈도에 따라 표면에 긁힘이 생김

- 수명이 길다(한 점당 200만 터치 ; 일반적으로 약10년간 사용)

- 터치시 반응속도가 매우 빠름(초당 약 150번이상)

- 오차율이 적음 (2%)

- 투명도가 좋음.(폴리에스틸렌 필름의 종류에 따라 88%~92%의 투과율)

 

3. 적외선 감지 방식(Infrared Beam)

 

■ 구 성

적외선은 직진성향을 갖고 있으며, 장애물이 있으면 차단되어 진행하지 못하는 속성을 이용한 것으로, 발광소자인 적외선 발광 다이오드(Infrared LED)와 수광소자인 포토 트랜지스터(Photo-Transistor)가 서로 마주보도록 배치하여 Opto-Matrix Frame을 만들고 모니터의 앞 커버 주위에 장착하게 됩니다.

 

■ 원 리

1. Opto-Matrix Frame이 장착된 모니터에 손가락과 같이 빛을 차단할 수 있는 물체로 화면을 선택

2. 적외선 발광 다이오드에서 발광된 빛이 손가락이나 물체에 의해 빛이 차단
3. 반대편의 포토 트랜지스터에서 감지가 되지 않으므로 어디에서 차단되었는지 알수 있음.

 

■ 특 징

- 표면이 무 형태이므로 투과성이 좋고, 내구성이 강함

- 비교적 가격이 저렴하나 환경의 영향을 많이 받음

- 모니터의 종류에 따라 정확도가 떨어지는 단점

 

 

4.표면 초음파 전도 방식(Surface Acoustic Wave)

 

■ 구 성

음파를 발사하는 트랜스미터(Transmitter)를 유리의 한쪽 귀퉁이에 부착하고, 일정한 간격으로 음파를 반사 시키는 리플렉터(Reflector)를 부착하며, 트랜스미터의 반대쪽에는 소리를 수신하는 리시버(Receiver)를 부착합니다.

 

■ 원 리

초음파가 표면을 따라 전파되는 특성과 일정한 시간에 진행하는 거리는 일정하다는 소리의 전파 특성을 이용한 간단한 원리로 구현한 방식으로

 

1. 트랜스미터에서 소리를 발사하면 리플렉터는 소리 중 일부를 반사 시키고, 일부는 투과 시키며,

2. 일부 투과된 소리는 다시 다음에 위치한 리플렉터에 의해 일부 반사하고, 일부는 투과 시킵니다.

3. 이러한 과정이 반복되며, 이때 반사한 초음파는 리시버에 수신되는데, 리플렉터간의 간격이 일정하기 때문에 소리가 반사되어 리시버에 수신되는 시간간격도 일정하게 됩니다.

4. 이때, 손가락 같이 소리를 방해하는 물체가 소리의 진행 경로에 있게 되면 리시버에 수신되지 않으므로, 차단된 시점을 계산하여 접촉된  손의 위치 파악

■ 특 징

- 비교적 투과율이 좋음

- 리플렉터 배치의 한계로 인해 낮은 분해력

- 시간차를 이용한 방식으로 응답 반응속도가 느림

 

5. 적분식 장력측정 방식(Integral Strain Guage)

 

■ 구 성

네 귀퉁이에 늘어나는 힘을 측정할 수 있는 장력 측정 센서(Strain gauge)를 부착하여 구현되는 원리입니다.

 

■ 원 리

한쪽의 귀퉁이를 손으로 누르면 네 귀퉁이의 장력 측정 장치 중, 눌려진 쪽의 것이 가장 많은 힘을 받게 된다. 늘어나는 힘의 정도에 따라 전기적인 신호로 변경되어 콘트롤러에 전달되고, 콘트롤러는 네 귀퉁이의 전기적인 신호의 비율을 계산하여 어느 지점에서 터치 되었는지를 알 수있다.

 

■ 특 징

- 투과율이 좋다.

- 낮은 분해력

- 응답 반응속도가 느림

- 한정된 크기의 모니터에만 적용 가능

 

 

6. 피에조 효과 방식(Piezo Electric)

 

■ 구 성

터치하는 것을 감지하기 위해서 압력에 민감한 수정 발진자(Crystal)를 화면의 네 귀퉁이에 부착한 형태입니다.

 

■ 원 리

사용자가 터치하였을 때, 그 압력의 정도와 위치에 따라 네 귀퉁이에서 받는 압력을 정도가 각기 다르게 되어, 이렇게 다른 네 귀퉁이의 압력을 콘트롤러가 비율을 계산하여 좌표추적

 

■ 특 징

- 정확도가 타 방식에 비해 현저하게 떨어짐

- 장착이 매우 어려움

- 극히, 일부의 응용분야에서 사용


이들중 가장 흔하고 널리 사용되는 것은 적외선 감지방식, 표면 초음파 전도방식, 압력식 저항막 방식, 접촉식 정전용량방식이다. 아래의 표는 4가지방식에 대해 터치방식, 투과율, 장단점, 진입장벽 등에 대해 정리된 표이다.

이러한 터치스크린의 공통적인 장점은 누구나 어떠한 훈련을 받지 않더라도 장치(컴퓨터, 휴대폰 등)를 사용 할 수 있으며, 키보드와 마우스를 대신 할 수 있다는 것이다. 그러나 스크린의 표면이 오염되기 쉬워 나중에는 화면을 읽기가 어려워 질 수 있다. 또한 방식에 따라 2군데 이상의 다중접촉이 발생 될 경우 다중 접촉을 인식하지 못해 접촉점들의 중앙이나 접촉점 중 한 개의 접촉점 위치로 인식을 하는 경우가 발생하며, 가장 큰 단점은 커서를 움직이거나 클릭의 기능만 수행할 수 있다는 것이다.

참고
- Digital System Lab, http://digitalab.paichai.ac.kr/
- 정보통신연구진흥원, http://www.itfind.or.kr/