터치스크린 터치 스크린의 용도와 동작원리 이해

터치스크린이란? 모니터 위에 설치하여 손가락이나 펜 등을 이용하여 단순 접촉하거나 문자 또는 그림 등을 그려 넣는 등, 각종 데이터를 입력하여 컴퓨터에게 특정 명령을 주는 입력장치.

터치스크린의 장점 누구나 어떠한 훈련을 받지 않더라도 컴퓨터를 사용할 수 있다. 누구나 어떠한 훈련을 받지 않더라도 컴퓨터를 사용할 수 있다. 사용자가 명확히 한정된 메뉴에서 선정하므로 사용자의 오류를 사실상 제거한다. 많은 분야에서 비실용적이고, 많은 사람이 사용하기 거추장스러워 하는 키보드와 마우스를 제거할 수 있다 키보드와 마우스가 종종 고장나는 험한 작업환경에서도 사용 가능하다. 어떤 타입의 디지털 미디어와도 접속 가능하다 모니터에 입력장치가 완전히 통합되어 있으므로 공간을 차지하지 않고 책상 위 또는 아무 곳이나 설치 가능하다.

터치스크린의 구성요소 ▪ 터치 센서 ▪ 터치스크린이 정착된 화면 ▪ 터치스크린을 드라이브 시키고 터치를 좌표로 전환 시키는 컨트롤러 카드 ▪ 컨트롤러 카드와 컴퓨터의 운용시스템을 교신 가능케 해주는 소프트웨어 드라이브 프로그램 ▪ Application Software

터치스크린의 원리 감압식 터치 스크린이 작동하는 원리는 다양하지만 가장 대표 적인 경우는 스크린 표면에 가해지는 압력에 반응하는 센서 줄을 촘촘하게 설치해 압력이 가해질 경우 위치를 좌표로 알아내는 것. 정전식 스크린 표면에 전하(전류의 흐름)를 충전하고 그 둘레에 센서들을 설치한 후 접촉 시에 전하가 상실된 정도를 감지해 접촉이 이루어진 곳을 파악하는 것.

응용분야 솔루션 식당, 패스트푸드점, 접객업, 숙박업, 자동판매기, 일반 소매점, 식품/편의점 산업용 솔루션 프로세스 제어, 통제실, 연구 기자재, 산업용 PC, 기계 제어, 사무자동화 장비 휴대용 단말기 솔루션 웹폰, 전자수첩, 전자북, PDA

Etc. 터치 스크린 방식의 제품을 구입하는 경우가 대부분이지만 데스크 탑이나 노트북에서도 별도로 터치 스크린 방식을 적용 시킬 수가 있는데 바로 터치 스크린 키트를 이용하는 것 - 터치 스크린 키트는 터치 스크린 패널, 제어기 및 소프트웨어, 드라이버 등으로 구성된 제품.

터치스크린의 종류 접촉식 정전용량 방식( Capacitive overlay) 압력식 저항막 방식(Registive Overlay) 적외선 감지 방식(Infrared Beam) 표면 초음파 전도 방식(Surface Acoustic Wave)

접촉식 정전용량 방식(1)-구성 MicroTouch사의 Analog Capacitive Touch Screen 제품은 열처리가 되어 있는 강화유리 양면에 투명한 특수전도성 금속(TAO)을 코팅하여 만들어 진다.

접촉식 정전용량 방식(2)-원리 1. 스크린의 네 귀퉁이에 전압을 걸어준다. 2. 구석에서 발생되는 고주파가 센서 전면에 퍼지게 된다. 3. 이때, 손가락으로 스크린을 접촉하게 되면 수신부에서는 변형된 파형이 감지된다. 4. 이를 가지고 콘트롤러에서는 위치를 계산하게 된다.

압력식 저항막 방식(1)-구성 유리나 투명한 플라스틱 판위에 저항성분의 물질을 입히고, 그 위에 폴리에스틸렌 필름을 덮어 씌운 형태로 되어 있으며, 두면이 서로 닿지않도록 일정한 간격으로 절연봉이 설치되어 있다.

압력식 저항막 방식(2)-원리 동작상태에서는 저항막의 양단에서 일정한 전류를 흘려주면 저항막이 저항 성분을 갖는 저항체와 같이 작용하기 때문에 양단에 전압이 걸리게 된다. 손으로 접촉을 하게 되면 위쪽표면의 폴리에스틸 필름이 휘어 두면이 접속하게 된다. 따라서, 두면의 저항 성분때문에 저항의 병렬접속과 같은 형태가 되고, 저항값의 변화가 일어나게 된다. 이때, 양단에 흐르는 전류에 의하여 전압의 변화도 일어나게 되는데, 바로, 이러한 전압의 변화정도로써 접촉된 손의 위치를 알 수 있다.

접촉식 / 압력식 (1) 살짝만 접촉하여도 감지 고해상도 날카로운 물체에 의한 파손이 없음 왜곡이 없음 저항내 Film이 접촉될때까지 눌러야 감 중해상도 날카로운 물체에 의한 파손이 있음 왜곡이 있음

접촉식 / 압력식 (2) 접촉식 방식이 견고성 등에 특히 강점을 보유하고 있어 공공용 단말기에 적합하며 압력식은 산업용 장비에 적합한 제품이다.

초음파 반사 방식 초음파 반사 방식 표면파 발생의 TRANSDUCER는 압압효과를 응용한 압전소자가 사용되는데 이러한 압전소자는 외부에서 전압을 인가하면 형태가 신축하고 반대로 외부에서 변형을 가하면 전압이 발생하는 특징을 이용하여 Glass 표면에 접촉하면 표면파의 일부는 반사해 압전소자군으로 되돌아오면서 전압이 발생하게 된다. 이 전압을 이용하여 표면파를 발생시키고 반사파가 되돌아오기까지의 시간을 압전소자로 계산이 가능하게 되는 것이다. 표면파를 X와 Y방향으로 교대로 발생시킴으로 인해서 각각의 입력점까지의 거리를 파악하게 됨으로 인해서 위치를 결정하는 원리를 가지고 있다

정전용량 방식 정전용량 방식 정전용량 방식은 터치화면 센서를 구성하는 SUBSTRATE의 양면에 특수 전도성 금속(Tin Antimony Oxide: TAO) 물질을 코팅하여 투명전극을 형성하며, 일정량의 전류를 유리표면에 흐르게 한다. Parasitic Capacitance를 통해 사용자가 터치를 함으로 인해서 사람의 몸에 있는 정전용량을 이용하여 전류의 양이 변경된 부분을 인식하고 크기를 계산하여 위치를 검출하는 원리를 가지고 있다.

적외선 광 방식(1) 적외선 광 방식 적외선 광(광 Sensor MATRIX) 방식은 적외선의 직진성을 이용하여 장애물에 부딪치면 차단되는 속성을 활용한 방식이다. 즉, 적외선 광 방식의 터치패널은 발광소자와 수광소자가 마주보도록 패널주위에 광을 다수 배치해서 MATRIX를 만드는 구조로, 사용자에 의해서 광선을 차단하면 차단된 부분의 출력이 저하되고 그 부분의 X, Y좌표를 얻어서 입력좌표를 판단하는 원리를 가지고 있다.

적외선 광 방식(2) 적외선 광 방식은 오버레이를 사용하지 않아 광 투과율이 높으며, 외부 충격이나 긁힘에 대해 강한 내구성을 가지고 있어 사용환경이 거친곳에 적용되기가 좋아 KIOSK나 ATM기기, 자동제어시스템, 대형 Plasma Display에 적용되나 적외선을 이용한 모니터는 부정확한 터치에 대해서는 식별하기 어려운 단점을 가지고 있다.

특허 동향 . 특허 동향 국내외 특허 동향분석을 위해서 사용된 검색식은 국내 대상 (터치패널*, 터치판넬*, touch panel*, digitizer*, 디지타이저*, 터치스크린*, 타블*, tablet*, 터블*, 태블*, 터치패드*, touchpad*, (터치*, 타치*, 터어치*, touch*, contact*, 접촉*, 압력*, 누름*, 좌표*) (스크린*, 화면*, 표면*, 패널*, 페널*, 판넬*, 패드*, 핑거*, 입력*, 엘시디*, 엘씨디*, 모니터*, screen*, panel*, pad*)) 해외 대상 (digitizer*, tablet*, (touch*, contact*, coordinat*) (screen*, display*, monitor*, panel*, pad*, Lcd*, input*))을 기준으로 검색하였다.

한국 특허 동향(1) 한국 특허 동향 (1) 출원인별 특허 동향 한국공개특허를 중심으로 1976. 1. 1∼2005. 7. 14에 공개된 자료 중 터치패널, 터치패드, 디지타이저, 타블렛의 키워드를 통하여 검색을 하여 총 674건의 자료를 추출하였다. 국내에서 터치패널을 생산하고 있는 제조업체는 디지텍시스템즈, 에이터치, 아이티엠, 한국터치스크린, 이노터치테크놀로지 등의 중소 벤처기업이다. 특허출원이 없었다.

한국의 동향(1) 우선 (그림 1)을 보면 LG필립스가 터치패널과 관련된 특허 중 가장 많은 출원을 하였으며, 이어서 삼성전자, 삼성SDI, LG전자의 순으로 특허 출원이 많다. 이 중에서 눈에 띄는 기업이 에이터치로서, 에이터치는 2000년에 회사를 설립하여 Film to Film 방식의 터치패널의 원천특허 획득 등의 기술력을 기반으로 4선 저항막 방식, 5선 저항막 방식 등 34종류의 터치패널을 생산하고 있으며 삼성SDI, 삼성전자, 삼성전기, LG전자, 엘지필립스 등 주요 업체에 공급하고 있다

한국의동향(2) 이외 국내 터치패널을 제조하는 업체 중에서 기술력이나 매출 실적 측면에서 선두그룹을 형성하고 있는 기업 중에는 디지텍 시스템즈가 있으며, Film, Glass, Flastic, LCD일체형 등 터치패널의 모든 타임의 제품을 생산하고 있다. 하지만 (그림 1)과 같이 에이터치가 특허출원에 있어서도 많은 비중을 차지하는 것에 비해 디지텍 시스템즈는 특허출원이 없었다.

한국의동향(3) 삼성 SDI는 2001년 국내 첫 플라스틱 터치패널을 개발하고 PDA선두업체인 미국의 팜(Palm)사에 5만 개를 공급하기로 계약하는 등 활발한 개발과 마케팅을 하고 있다

연도별 수출 동향 1982년에 일본기업에서 처음으로 국내에 특허를 출원한 이래 미미한 출원율을 보이다가 1993년부터 많은 증가율을 보인다.

국가별출원동향 그림을 참고하면 국내에 출원한 기업은 대한민국이 63.6%를 차지하여 출원량 1위를 지키고 있으며 일본, 미국, 네델란드, 이스라엘이 국내에 특허출원한 상위기업으로 분석되었다

미국 특허 동향(1) . 미국 특허 동향 (1) 출원인별 특허 동향 미국특허와 미국공개특허를 중심으로 2005년 7월까지 공개된 특허를 조사하였을때 870건이 조사되었다. 미국은 터치패널의 원천 기술을 보유하고 있으나 진입 문턱이 높은 고급의 순수 유리 기술을 위주로 개발하고 있다.

미국 특허 동향(2) 미국에서 가장 많은 특허를 출원한 기업은 3M이며, Fujistu, HP, Philips 등이 그 뒤를 따르고 있다. 실제 가장 많은 특허를 출원한 기업과 터치패널을 제조하는 기업이 상이할 수 있는데, 이것은 응용 기술을 포함한 특허출원까지 모두 합산하였기 때문이라고 볼 수 있다. 미국 내에서도 일본기업의 특허 출원이 많고, 터치패널 시장을 주도하고 있다고 볼 수 있다

연도별 특허 동향 . 미국은 이미 1974년에 터치패널과 관련된 특허를 출원하였으며 국내 출원보다 8년이 빠른 것이다. 그후 일정한 특허출원이 계속되다가 1993년부터 출원이 많아지기 시작한다.

일본 특허 동향 (1) 일본의 터치패널 제조업체는 마쓰시타를 선두로 하여 닛샤(Nissha), 군즈(Gunze), SMK, DMC, 후지쓰 등의 업체가 터치패널의 주요 생산업체와 타업체들이 참여하여 시장에서 경쟁하고 있는 상황이다. 후지종합연구소의 통계보고서에 의하면 2000년 기준 마쓰시타가 28%의 시장점유를 차지하였으며, 닛샤가 22%, 군즈가 17%, SMK 9%, DMC 8%, 후지쓰 6%, 기타 10%의 점유율을 보이고 있다.

일본의특허동향(2) 마쓰시타는 일본의 터치패널 생산업체 중에서 최대의 생산 및 판매 업체로 주로 Film on Film 및 Film on Glass 등 2가지 형식의 터치패널을 생산하여 일반 LCD 디스플레이에 공급하며 오사카 및 중국의 칭다오에 생산거점이 위치하고 있다. 닛샤는 주로 3.8인치의 PDA용 제품을 생산하며, Film on Glass형식의 제품을 생산하고 있다.

일본의특허동향(3) 군즈는 일본의 3대 터치패널 생산 업체로 주로 4선식 Film on Film 및 Film on Glass형식의 터치패널을 생산하며, 일본 및 중국의 뚱관공장, 미국의 텍사스주에도 소량 생산하고 있으며, 유일하게 ITO필름을 자체 제조하는 업체이다. 2005년 5월까지의 일본공개특허를 중심으로 조사한 결과 한국, 미국보다 월등히 많은 2,487건이 조사되었다. (그림 6)을 참조하면 후지쓰가 터치패널에 관한 특허는 가장 많이 출원하였으며, 그 뒤로 NEC, 마쓰시다, 도시바, 샤프, 리코 등이 상위 출원 기업이다.

연도별 특허 동향 일본은 1985년부터 터치패널에 관한 특허가 많이 출원되었으며 급격한 증가없이 꾸준히 출원이 증가하였다. 2004년과 2005년 수치가 낮게 나온 것은 아직 특허가 공개되지 않았기 때문이다

결론(1) 은행의 ATM, PDA, 무인자동발권기, 자동민원발급기 등 우리생활에서 직접적으로 접하는 기기에서부터 산업용 전반에 이르기까지 널리 적용되고 있는 터치스크린은 터치패널을 적용함으로 인해 직관적인 인터페이스와 간편한 작동 방식을 제공하고 있어 그 효용가치가 크며, 기기 자체 및 설치상에서의 공간절약 이점이 있어 많은 분야에서 적용이 확산되고 있는 추세이다.

결론(2) 세계 터치패널은 일본이 가장 많은 생산량을 보이고 있으며, 마쓰시타, 닛샤, 군즈 등의 제조업체를 필두로 SMK, DMC, 후지쓰 등에서 활발한 생산량을 보이고 있다. 미국의 경우 초기에 MicroTouch의 시장점유율이 가장 높았지만 2001년 3M에 합병되면서 3M Touch System으로 그 명칭이 바뀌었으며, 3M은 그전 2000년에도 Dynapro를 합병하였기 때문에 가장 큰 점유율을 보이며 그 뒤로 ELO Touch System 등이 터치패널을 생산하고 있다. 국내의 경우 삼성 SDI가 2001년에 플라스틱 터치패널의 제조를 시작하여 현재는 디지텍 시스템즈, 에이터치, 아이티엠, 한국터치스크린, 이노터치 테크놀로지 등의 중소 벤처기업에서 활발한 생산동향을 보이고 있으며 3M 한국지사, ELO Touch System의 터치패널을 취급하는 대아미디어텍 등과 경쟁하고 있는 상황이다.

결론(3) 후지종합연구소 Topology 연구센터의 자료에 의하면 세계 터치패널의 생산량은 2001년 4,380만 장에서 2006년에 11,200만 장의 규모로 증가할 것으로 전망하고 있어 연평균 복합 성장률은 21.3%로 분석된다. 이는 PDA, 타블렛 PC, 웹패드, 스마트폰 등의 이동형 기기의 시장 성장이 지속될 것으로 전망되고 있어, 이 기기들의 입력장치로 활용되고 있는 터치패널의 수요도 증가할 것으로 전망될 수 있으며, 기타 산업용 장비 및 POS, KIOSK, 발권․발급기 등의 화면상의 출력장치를 갖는 기기들에 활발히 적용되고 있으므로 이러한 전망을 뒷받침해준다.

참조사이트 한국 특허 정보원,FORX(특허 조사 서비스)

조 원 발표 : 임 상업 편집 : 박 윤상 제작 : 김 정민 , 강 호철