터치 패널이란 무엇입니까?

터치 패널은 모바일 장치의 품질 인식과 전반적인 사용성에 크게 기여합니다. 터치 패널은 사용자가 모바일 컴퓨터와 상호 작용하는 주요 수단으로, 탐색부터 입력까지 모든 것을 제어합니다. 따라서 이러한 터치 패널의 반응성, 민감도 및 인터페이스 디자인은 사용자의 장치 경험에 큰 영향을 미칠 수 있으며, 품질과 사용성에 대한 인식에 영향을 줍니다. 지속적인 혁신을 통해 이러한 구성 요소는 기능과 복잡성이 향상되었습니다.

많은 터치 패널 제조업체는 새로운 기술을 모색하고 기존 기술을 개선하는 데 전념하고 있습니다. 이러한 노력은 새롭고 혁신적인 애플리케이션과 환경에서 고객의 증가하는 요구를 충족하는 것을 목표로 합니다.

터치 패널의 유형

소비자용 스마트폰이 대량 배포되기 훨씬 전에, 터치 패널은 엔터프라이즈 디지털 어시스턴트(EDA)를 제어하는 데 널리 사용되었습니다.

"터치 패널", "터치 스크린" 또는 "디지타이저"라고 불리는 이러한 구성 요소는 모두 물리적 참조 공간의 입력 위치를 디지털 공간의 입력으로 변환하는 센서 그룹의 일부입니다.

이러한 센서는 투명한 경우가 많으며 LCD 디스플레이와 통합되어 현재 자동차에서 가정용 온도 조절기에 이르기까지 모든 곳에 존재하는 터치 사용자 인터페이스(터치 UI)를 생성합니다. 오늘날 제품에 사용되는 터치 패널 유형은 저항막 방식과 정전 용량 방식의 두 그룹으로 구분할 수 있습니다.

1. 저항막 방식 터치 패널

저항막 방식 터치 감지 기술은 비교적 오랜 시간 동안 확립되어 왔습니다. 이 유형의 터치 패널은 구조의 단순성, 내구성 및 환경 유연성으로 인해 일반적으로 사용됩니다.

이름에서 알 수 있듯이 저항막 방식 터치 패널은 터치 패널의 물리적 압축을 저항 변화로 변환하여 위치를 감지합니다.

 저항막 방식 터치 패널의 설계 및 기능

저항막 방식 터치 패널은 공기 간격으로 분리된 두 개의 필름으로 구성됩니다. 두 필름 모두 서로 마주보는 전기 전도성 표면을 가지고 있습니다.

각 전도성 표면은 한 방향의 위치를 감지합니다. 예를 들어, 상단 필름은 수직 위치를 감지하고 하단 필름은 수평 위치를 감지할 수 있습니다. 터치 패널에 입력 힘이 가해지면 상단 필름이 공기 간격을 넘어 안쪽으로 접혀 하단 전도성 표면과 물리적으로 접촉합니다.

그 결과 전기적 연결이 이루어지면 상단 및 하단 전도성 표면 모두에서 저항 값이 변경됩니다. 장치 내의 마이크로컨트롤러는 이 새로운 저항 값을 전압 변화로 측정하며, 이는 새로운 수직 및 수평 위치에 해당합니다. 상단 및 하단 전도성 표면의 측정은 터치 패널을 가로질러 이동하는 스타일러스와 같은 입력을 추적하기 위해 초당 여러 번 발생합니다.

저항막 방식 터치 패널의 한계

미세 균열 및 기계적 마모

저항막 방식 터치 패널은 전기적 연결을 생성하기 위해 상단 필름의 물리적 움직임에 의존하므로, 이러한 유형의 터치 패널은 기계적 마모에 취약합니다. 이러한 기계적 마모는 상단 필름의 모든 물리적 움직임이 전도성 표면에 작은 미세 균열을 일으키기 때문에 발생합니다.

이러한 미세 균열이 상단 및 하단 필름 간의 전기적 연결을 방해할 만큼 충분히 커지면, 터치 패널에 작동하지 않는 영역이 생기거나 활성화된 위치와 다른 위치에서 반응하는 것처럼 보일 수 있습니다. 이러한 증상을 보이는 저항막 방식 터치 패널은 물리적으로 마모된 것입니다.

미세 균열 의존성

이러한 균열 형성의 원인과 시간은 다음을 포함한 여러 요인에 따라 달라집니다:

• 필름을 압축하는 데 사용되는 힘(활성화력이라고도 함)
  
• 압축 중 온도 조건

아래에 설명된 바와 같이 필름을 압축하는 데 사용되는 물체의 형상(스타일러스, 손가락 또는 기타 물체):

가속화된 미세 균열의 일반적인 근본 원인은 볼펜을 사용하여 저항막 방식 터치 패널을 활성화하는 것입니다.

일반 볼펜의 끝은 직경이 약 0.5mm인 강철 볼로 구성되어 있습니다. 이 강철 볼은 플라스틱으로 만들어지고 직경이 약 1.6mm인 모바일 컴퓨터 스타일러스의 끝보다 더 단단하고 작습니다.

볼펜과 같은 작은 직경의 도구를 사용하면, 일반적인 활성화력(250-450그램)만으로도 전도성 층에 큰 응력이 발생할 수 있습니다. 이러한 높은 응력은 미세 균열의 가속화된 형성으로 이어집니다.

단단한 강철 볼이 터치 패널의 비교적 부드러운 상단 필름에 긁힘을 남기면서 추가적인 손상이 발생합니다.

저항막 방식 터치 패널의 장점

저항막 방식 터치 패널의 지속적인 관련성에 기여하는 장점은 다음과 같습니다:

변화하는 환경 조건에도 불구하고 사용자 입력을 감지할 수 있는 능력. 상단 필름과의 물리적 접촉 및 후속 압축에 의존하므로 실수로 활성화하기 어려운 센서가 생성됩니다. 빗방울, 눈 또는 기타 강수는 터치 패널의 상단 필름을 압축할 만큼 충분한 힘을 생성하지 못하므로, 이러한 환경 조건은 작동에 영향을 미치지 않습니다.

물리적 접촉에 대한 의존성으로 인해 상단 필름을 압축하기에 충분한 힘을 가할 수 있는 모든 유형의 장갑을 착용한 사용자가 터치 패널을 활성화할 수 있습니다.

2. 정전식 터치 패널

저항막 방식 터치 패널에서 사용되는 힘 기반 활성화 방식은 견고하고 환경적 유연성을 허용하지만, 다중 터치 입력은 허용하지 않습니다. (투사) 정전식 터치 패널은 다중 터치 입력을 가능하게 하기 위해 개발되었으며, 그 결과 더 직관적인 사용자 인터페이스를 생성합니다.

핀치 투 줌과 같은 제스처 기반 입력은 장치 상호 작용을 수행하는 데 필요한 단계 수를 줄이고 사용자 인터페이스를 단순화합니다. 최종 사용자를 위한 이러한 단순화는 터치 패널 하드웨어 및 제어 소프트웨어 수준 모두에서 복잡성 증가라는 대가를 치릅니다.

정전식 터치 패널의 설계 및 기능

정전식 터치 패널은 정전용량의 변화를 이용하여 입력 위치를 측정하는 비접촉 센서입니다. 터치 패널은 센서와 커버 글라스라는 두 가지 주요 하위 구성 요소로 이루어져 있습니다.

구조적으로 센서는 유리 또는 유연한 폴리머 필름 위에 구성될 수 있습니다. 설명을 위해 이 문서에서는 필름 센서를 사용하는 터치 패널만 다룹니다.

저항막 방식 터치 센서와 마찬가지로 정전식 센서는 두 개의 필름으로 구성됩니다. 각 필름은 수평 또는 수직 축을 따라 단일 방향으로 입력을 감지합니다. 단일 방향의 경우, 필름의 전도성 표면을 에칭하여 전도성 셀의 그리드 패턴을 생성합니다. 각 셀은 센서 표면 위로 정전기장을 투사합니다.

사람의 손가락과 같은 전도성 물체가 투사된 정전기장 안으로 들어오면 일부 전하가 물체에 정전용량 방식으로 결합됩니다. 그런 다음 마이크로 컨트롤러가 새로운 정전용량을 전압 변화로 측정하고, 이를 터치 패널의 위치로 변환한 후 최종적으로 디스플레이에 표시합니다.

마이크로 컨트롤러 집적 회로 및 펌웨어

이 기술은 각 전도성 셀을 초당 여러 번 독립적으로 측정하기 때문에 모든 정전식 터치 패널에는 전용 마이크로 컨트롤러 IC가 필요합니다. 이 IC에서 실행되는 펌웨어는 터치 패널 기능의 여러 세부 사항을 제어할 수 있습니다. 여기에는 전도성 물체가 터치로 인식되는 센서로부터의 거리(감도), 터치로 인식되는 물체의 크기(해상도), 위치가 업데이트되는 빈도가 포함됩니다. 고유하게 조정된 펌웨어와 IC는 모바일 장치 OS와 다양한 방식으로 상호 작용합니다. 따라서 이러한 항목의 변경은 일반적으로 OS 드라이버 업데이트를 필요로 합니다.

정전식 터치 패널의 한계

정전식 터치 패널에서 방지하기 가장 어려운 고장 모드는 점 충격으로 인한 손상입니다. 점 충격은 다양한 방식으로 발생하지만, 대부분 장치가 자갈이나 아스팔트와 같은 고르지 않은 표면에 떨어질 때 발생합니다.

장치가 화면이 아래로 향한 채 떨어지면 착지 표면의 작은 돌출부가 터치 패널과 접촉합니다. 이러한 돌출부는 접촉 면적이 매우 작기 때문에 터치 패널에 가해지는 국부적 응력이 화학적으로 강화된 유리조차도 깨뜨릴 수 있을 만큼 높은 수준에 도달할 수 있습니다. 이러한 유형의 고장은 장치 설계를 통해 완화할 수 있지만, 전체 정전식 터치 패널 손상의 주요 원인으로 남아 있습니다.

정전식 터치 패널의 장점

성능 최적화

센서 패턴 설계, 컨트롤러 IC, 컨트롤러 펌웨어는 모두 터치 패널의 전반적인 성능 특성에 기여합니다. 이러한 요소들은 빗속이나 입력 물체가 전도성이 아닌 경우(장갑을 낀 손)와 같은 다양한 환경에서 터치 패널이 작동할 수 있도록 조정될 수 있습니다.

조정은 성능을 개선할 수 있지만 항상 완벽하게 만들 수는 없는 복잡한 최적화 문제를 제시합니다. 터치 패널은 유연성을 극대화하기 위해 알려진 고객 환경에 맞게 특별히 최적화될 수 있습니다.

터치 패널 공급업체의 지속적인 혁신 영역에서 새로운 제품은 고객을 수용하기 위해 가능한 최상의 솔루션을 활용할 것입니다.

기계적 강도 및 복원력

센서 자체가 정전식 터치 패널의 기능적 측면을 제공하는 반면, 커버 글라스는 구조와 기계적 복원력을 제공합니다. 커버 글라스는 센서보다 두께가 두 배인 경우가 많지만, 일부 산업용 애플리케이션에서는 그보다 더 두껍습니다.

센서와 커버 글라스는 일반적으로 광학 투명 접착제(OCA)를 사용하여 라미네이팅되며, 이는 센서에 균일한 기계적 강도를 제공합니다. 커버 글라스의 강도는 지난 10년 동안 "화학 강화" 유리의 도입으로 개선되었습니다. 이러한 유형의 유리는 터치 패널이 파손 없이 구부러지는 능력을 향상시키고 긁힘에도 강합니다. 굽힘 강도는 다양한 높이에서의 낙하를 견뎌야 하는 제품을 개발할 때 중요한 특성입니다.

낙하 시 제품의 구조가 변형되어 터치 패널이 구부러지게 되는데, 화학 강화 유리로 제작된 터치 패널은 커버 글라스에 균열이 발생하지 않고 더 큰 굽힘을 견딜 수 있습니다. 또한 화학 강화 유리는 비강화 유리에 비해 표면 경도가 더 높아 상대적으로 더 높은 수준의 긁힘 저항성을 제공합니다.

화학 강화 유리 제조업체는 많이 존재하지만, 현재 Corning Gorilla Glass가 가장 복원력이 뛰어난 것으로 간주됩니다.

제조업체는 고객의 의견을 바탕으로 신제품에 사용할 터치 패널 유형을 계속 선택하고 있습니다. 현재 추세는 직관적인 사용자 인터페이스와 환경 유연성에 대한 고객 요구를 가리키고 있습니다. 이러한 요구는 정전식 터치 패널(물 거부 및 장갑 착용 작동 허용)이 현재 제품 로드맵을 지배하도록 이끌었습니다. 결과적으로 저항막 방식 터치 패널의 통합은 감소했지만, 낮은 복잡도의 사용자 인터페이스를 활용하는 장치에서 틈새 역할을 계속 수행하고 있습니다.

터치 패널 유형 및 기술에 대한 더욱 상세한 가이드를 제작했습니다.