곽 민 기_ 전자부품연구원 디스플레이소재부품연구센터 수석연구원 

Ⅰ. 서 론 

디스플레이가 장착된 시스템의 입력장치로 오랫동안 사용되어 오던 터치센서는 10여 년 전, 애플사가 아이폰에 정보입력장치로 사용하기 시작하면서부터 중요성이 점차 높아져서 현재는 모바일 제품의 핵심부품으로 자리 잡았다. 

디스플레이를 제어하기 위하여 사용되었던 스마트 터치센서는 projected-capacitive touch sensor이고 아이폰에 사용된 디스플레이는 유리기판을 사용하는 LCD(Liquid crystal display)이다. Projected-capacitive touch sensor 즉 스마트 터치 센서의 디지털 회로구조는 그림 1과 같다. 

디지털 회로는 정전용량 검출을 위한 신호를 발신하는 전극 Tx와 이 신호를 수신하고 터치 검출 회로에 전달하는 Rx 전극으로 이루어져 있다. Tx 전극과 Rx 전극 사이에 형성되는 정전용량을 상호 정전용량이라고 하며 터치가 되었을 때에는 두 전극 사이의 상호 정전용량이 줄어들게 된다. 터치검출회로는 이 상호정전용량의 변화를 검출하여 터치된 상태인지, 터치되지 않은 상태인지를 인식한다. 

Apple사의 초기 아이폰에서는 이와 같은 디지털 회로를 유리기판의 상부에 투명전극인 ITO(indium tin oxide)를 사용하여 Rx 전극 라인을 구성하고, 유리기판의 배면에 동일한 투명 전극물질인 ITO를 사용하여 Tx 전극 라인을 구성하는 형태로 그림 2와 같이 설계 제작하였다. 

애플사가 아이폰에 적용한 디지털 기술인 Projec-ted capacitive touch sensor는 내구성 및 위치 정밀도가 우수하고, 멀티터치가 가능하여 사용자가 모바일 제품을 제어하기가 더욱 편리해졌으며 이에 따라 모든 모바일 제품에 Projected capacitive touch sensor 가 적용되기 시작하였다. 

모바일 제품은 사용자가 휴대하기 편리하도록 개발되어야 하고 장시간 사용하는데 있어 불편함이 없어야 한다. 따라서 모바일 제품에 적용되는 터치센서 제품 또한 모바일 제품이 요구하는 특성을 만족시켜야 한다. 

일반적으로 모바일 제품에 적용하기 위한 터치센서는 디스플레이 상부에 위치하기 때문에 디스플레이 휘도 손실을 최소화 하여야 하며, 무게가 가볍고, 두께가 얇아야 한다. 이러한 이유로 Projected capacitive touch sensor 기술은 무게, 두께를 최소화하기 위한 기술과 우수한 광투과율을 가질 수 있는 기술로 요약될 수 있다. 

터치센서의 무게와 두께를 줄이기 위해서는 터치센서 구성품인 기판의 두께를 줄이는 것이 가장 효과적이다. 애플사에 의해 처음으로 아이폰에 적용한 터치센서의 유리두께를 줄이거나 기제를 필름으로 변경하는 형태로 기술개발이 진행되었고, 더 나아가 터치센서의 기제를 완전히 없애는데 까지 기술개발이 발전하였다. 뿐 만 아니라 터치센서의 광 손실을 최소화하기 위하여 투명전극의 광 투과율을 개선하였고, 터치가 장착된 디스플레이 모듈의 구조를 개선하여 디스플레이에서 발생된 광량의 손실을 최소화하여 최적의 터치센서 기술을 확보하였다. 

현재 까지 개발된 모바일 제품에 최적화된 터치센서 기술은 주로 LCD 또는 유리기판을 사용하는 OLED 디스플레이용 터치센서 기술이다. 

최근에 애플사가 아이폰에 사용되는 디스플레이를 그림 3과 같은 LCD를 플렉시블 OLED로 변경한다고 언론에 공지함으로써 디스플레이 상부에 사용되는 터치센서도 새로운 변화의 바람이 불고 있다. 

모바일용 핸드폰에 사용되는 디스플레이가 LCD에서 플렉시블 OLED로 변화된다는 것은 기존에 사용한 핸드폰에 비해 무게, 두께를 줄일 수 있고, 디스플레이를 구성하는 기제가 필름형태이므로 디자인 자유도가 높아진다는 것을 의미한다. 따라서 터치센서도 플렉시블 OLED와 같이 사용됨으로 새로운 형태의 터치센서나 기존 유사한 방식의 터치센서가 플렉시블 OLED에 최적화되는 형태로 개발되어야 할 것이다. 

자세한 내용은 본지 8월호에서 확인하실 수 있습니다.