초등학생이 연구한 터치폰의 비밀

아이폰, 갤럭시, 햅틱 2, 코비... 사실 몇 년 전까지만 해도 이런 터치 휴대폰들의 상용화에 관해서는 생각해보지 못하였다. 그러나 요즘 모든 가정에서 터치 휴대폰은 상용화되어 쓰이고 있다. 

그런데 휴대폰을 사용하다 보면 예를 들어 안드로이드 제품과 햅틱을 주변에서 둘 다 사용해 보았을 때 왜 햅틱은 무엇으로던지 터치가 되는데 안드로이드는 손가락으로만 터치가 되는지 궁금증이 들 것이다. 그 이유는 그 두 핸드폰이 각각 다른 터치 방식을 사용하기 때문이다. 보통 터치 핸드폰들은 정전용량 방식과 감압식 방식, 그 두 가지 터치 방식을 주로 사용한다.

 

먼저, 감압식 방식은 액정 위에 몇 개의 투명층을 놓고, 그 중간에 전도층이라는 층을 놓고는 그 사이에 거리를 두었다가 압력을 가하면 투명층과 전도층이 맞닿으면서 터치가 되는 방식이다. 흔히 그 투명층을 터치패널이라고 하는데, 압력을 가했을 때 그 저항값으로 인식이 되는 방식이라고 간단하게 요약할 수 있다. 

감압식 방식의 터치스크린 구조

많은 터치폰들이 이 방식을 쓰고 있는데, 저렴하기 때문이라는 이유가 대부분이다. 정밀한 터치를 할 수 있는 이 방식은, 어떤 물체로든지 터치가 가능하며, 필기 압력, 즉 글자를 쓰거나 할 수 있는 방식이 가능하여 더 편리하다. 터치가 작동하는 속도도 빠르고 무엇보다 수명이 매우 길다. 

하지만 터치 패널들을 액정 위에 설치하기 때문에 화질이 좋지 않고, 압력을 주어 터치를 하는 방식이기 때문에 스크레치가 쉽게 날 수 있어 꼭 보호필름을 붙여야 한다. 또한 터치 패널들 때문에 더 두껍다는 단점도 있다. 그리고 눌러서 움직여야 하기 때문에 감도나 자연스러움은 떨어진다.

  

정전용량 방식의 터치스크린 구조

다음으로, 정전용량 방식은 터치 스크린 위에 약한 전류를 내보내면, 사람의 손가락이나 정전식 터치펜이 스크린을 건드렸을 때 순간적으로 전류가 타고 흐르면서 터치스크린 위에 흐르던 전류가 방전되었을 때 그 위치를 찾아내어 인식하는 방법이다. 

쉽게 말하면 전기가 통하는 물질로 전류의 흐름을 방해하여 터치가 되는 방식인데, 대표적인 정전용량 방식 휴대폰으로는 아이폰과 안드로이드 폰 등이 있다. 특히 아이폰이 유행시킨 이 방식은, 전류에 닿기만 해도 인식이 되기 때문에 그저 살짝 대기만 해도 터치가 된다는 점에서 스크롤이나 버튼 클릭이 부드럽고 자연스럽게 된다는 점이 특징이다. 

또한 손가락이나 특정 터치펜, 혹은 기타 다른 전도체로만 터치가 되기 때문에 다른 물질로부터 영향을 받지 않고, 오류가 나지 않는 점이 장점이다. 멀티터치라고, 아이폰에서는 사진을 확대/축소하는 등의 기능도 기술의 핵심이라고 할 수 있는데, 이것 역시 정전 방식에서만 가능하다고 한다.(편집자주 : 신제품의 경우 감압식도 멀티터치 되는 제품이 있다고 합니다. - '가람'님의 제보 http://engt.co/dQzB8r)

하지만 센서가 민감하여 외부의 충격으로부터 영향을 받기 쉽고, 또한 글자를 쓰는 것 등의 필기 압력이 불가능하다고 한다. 그리고 전류가 통하는 손가락과 같은 전도체로만 터치가 되기 때문에 불편한 점이 없지 않다.

정전용량 터치스크린이 제일 효율적인 조건 실험 결과 그래프

이 정전용량 방식을 더 효율적으로 하는 방법으로는 크게 세 가지가 있다. 먼저 정전용량센서에 이용되는 전극판의 면적을 더 넓게 해야 정전용량이 증가한다고 한다. 실제로 실험을 해 보면 1~10㎠의 넓이를 가지는 전극판들을 다르게 하여 정전용량을 측정해 보면, 면적이 넓어질수록 증가하는 결과를 알 수 있다. 

또한, 전극판 2개를 이용할 때 그 사이의 거리가 좁을수록, 더 밀착할수록 정전용량이 증가된다고 한다. 실험을 통해 알아보자면, 전극판 사이에 있는 유전체의 두께만큼 배수를 0-4배수로 하여 거리를 다르게 해 보면 정전용량이 더 밀착할수록 정전용량이 높다는 것을 확인할 수 있다. 

마지막으로, 정전용량센서에 사용되는 유전체를 유전율이 더 높은 유전체를 사용할수록 더 높은 정전용량이 나타난다. 실험을 통하여 10가지의 유전체를 가지고 실험해보면, 유전율이 높은 순서와 정전용량이 높은 순서가 일치한다는 것을 볼 수 있다.

 

따라서 이 조건들을 참고하여 정전용량 방식의 휴대전화를 만든다면 더 효율성이 높고 경제적인 휴대폰을 개발할 수 있을 것이다. 실제로 지금도 이 조건들을 연구하여 새 휴대폰을 개발할 때 응용한다고 한다. 앞으로의 휴대폰 시장에서는 더 정전용량을 많이 비축해 두어 경제적으로도, 기술적으로도 더 효율적인 정전방식의 휴대폰들이 나올 것으로 예상된다.

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