2 Semiconductor Insight

■ 들어가며

최근 들어 터치스크린은 유저인터페이스 그 이상의 의

미를 지니기 시작했다. 터치 인터페이스 기술은 새로운

기술이 아니라, 기존 디스플레이 제품인 네비게이션 및

은행의 무인 ATM 기기, 마트나 식당과 같은 일반점포에

사용되는 POS 등에 적용되어 사용되고 있던 기술이다.

이러한 제품들에서의 터치의 쓰임새는 키보드나 마우

스 없이 즉각적이고 단순한 입력을 가능케 하는 인터페이

스라는 점이었다. 모든 연령이 불편함 없이 입력을 할 수

있다는 점이 가장 큰 장점이었다. 물론 On/Off라는 단순

한 기능에 주력했다.

단순 기능을 가진 터치스크린에 멀티 터치와 부드러운

터치기능을 부가하여 애플이 모바일 폰에 적용함으로써

터치 인터페이스 기술은 새로운 전환기를 맞이하였다.

멀티터치 기능을 부가하면서 디스플레이 화면의 축소

확대가 쉬워짐으로써 모바일 폰의 사용성이 좋아지고, 특

히 화면의 축소 확대가 자유로워짐으로써 인터넷 활용성

이 좋아졌다. 또한 어플리케이션 사용이 편리하게 되었으

며, 부드러운 터치 기술을 접목함으로써 사용자의 행동을

인식하고, 표현할 수 있는 감성 기능을 부가하게 되었다.

본 고에서는 현재 모바일 폰에 가장 일반적으로 사용

되고 있는 Projected capacitive 타입 터치패널의 기술을

분석하고, 미래 터치패널 기술을 전망하고자 한다.

■ Projected capacitive 타입 터치 모듈의 구성

Projected capacitive(Pro cap)터치패널은 일반적으로

X축 센싱 전극이 형성된 투명 전도성 필름과 Y축 센싱 전

극이 형성된 투명 전도성 필름을 OCA(Optically Clear

Adhesive) 필름으로 합착하여 터치 패널을 제작하고, 제

작된 터치패널을 모바일용 윈도우 기판에 부착하여 제품

화 한다. 아래 <그림 2>는 Projected capacitive 터치모듈

의 개략도를 나타낸 것이다.

Pro cap 터치패널은 2장 또는 3장의 전도성 투명 도전

막을 이용하는데 X, Y의 좌표를 인식하기 위하여 2장 사

용되고, 1장은 모바일 제품에서 특히 많이 발생하는 노이

즈를 제거하기 위하여 사용된다. <그림 3>은 일반적으로

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곽민기 센터장

KETI 디스플레이부품소재연구센터

kwakmg@keti.re.kr

스마트폰용 터치 기술 동향

<그림 1> 애플의 아이폰, 멀티터치 구현을 통한 터치의 재 인식

December 2010 3

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사용되는 Pro cap touch의 패턴 모양을 나타낸 것이다.

터치 센서의 패턴은 일반적으로 마름모 모양으로 형성

하고 있으나 여러 가지 형상으로 제작이 가능하다.

이와 같이 제작된 Pro cap 터치 패널에 구동칩과 알고

리즘을 이용하여 이용자의 손이 터치 패널과 접촉할 때

미세 전하량 변화를 감지해 동작하는 원리이다<그림 4>.

Pro cap 터치의 컨트롤 IC는 Signal source, Multi-

plexer, A/D converter 등으로 구성된다. 컨트롤 IC는 터

치 패널을 구성하는 주요한 부품의 하나로서 제어를 담

당하며 터치를 판단하고 데이터를 만들어 내는 역할을

수행하고, 컨트롤 IC는 드라이버 소프트웨어와 함께 터치

패널에서 전달된 아날로그 신호를 디지털로 바꾸는 역할

을 수행하며 핵심은 A/D 컨버팅이다.

■ Pro cap 터치 패널 분류

Pro cap 터치는 앞에서 언급한 것과 같이 X축 센싱 전

극과 Y축 센싱 전극으로 구성되어 모바일 폰에 부착하여

사용하는 구조로 터치 패널이 형성되는 기판과 모양에 따

라 분류할 수 있다. <그림 5>는 현재 적용되는 있는 Pro

cap 터치를 기판 종류에 따라 분류하고, 투명센싱 전극

이 형성된 위치에 따라 분류한 것이다.

일반적으로 Pro cap 터치는 유리 기판에 제작하는 타

입과 필름기판에 제작하는 타입으로 분류할 수 있다. 유

리기판을 사용하는 타입은 애플의 아이폰과 삼성 겔럭

시 S 폰이 대표적이고, 그 외 제품들은 대다수 필름 기판

<그림 4> Pro cap 터치패널 구동 방식

<그림 2> Projected capacitive 타입 터치 모듈 개략도

Window

X and Y Sensors

Driven Shield

Display (LCD)

OCA

OCA

OCA

OCA

ITO Film (Patterned)

ITO Film (Patterned)

ITO Film

<그림 3> 일반적인 Pro cap touch 센싱 패턴 모양

ITO on glass or film

Signal driving lines

Signal sensing lines

HostProcessor

Capacitive Multitouch Controller Transmit finger position(s) and

status(s) back to host processor

<그림 5> Pro cap touch의 분류

Projected

capacitive

touch

Film type

Glass type

양면 coating 타입

단면 coating 타입 (on cell type)

DPW (direct patterned window)

Drive lines

Controller

Output to

host computer

Sense lines

Finger

Capacitive node

Touch sensor

Signal Source

Multiplexer

A/D converter

DSP

X drive signal Y receive signal

Driver

4 Semiconductor Insight

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을 사용하여 제작하고 있다. 새로운 기술로는 강화유리

윈도우에 직접 박막 코팅을 통하여 터치패널을 제작하는

DPW(Direct patterned window) 기술이 있다. 아이폰의

경우 유리기판의 상면에 X축 센싱 전극을 형성하고, 하면

에 Y축 센싱 전극을 형성하는 구조이고, 삼성 겔럭시 S폰

은 유리기판 상부에 멀티 코팅을 통하여 터치 패널을 제

작하는 구조이다.

1) 양면 코팅 타입(아이폰 터치)

<그림 6>은 아이폰의 터치 패널 유닛 구성이다. 그림에

나타낸 것과 같이 0.5㎜ 정도의 두께를 가지는 유리 기판

에 터치패널을 제작하고, 제작된 터치 패널을 OCA필름으

로 강화 유리 윈도우와 부착하여 제품화하였다.

아이폰에 사용된 터치패널의 센싱 전극의 모양은 아래

<그림 7>과 같다. 좌측의 그림은 상하 전극이 겹쳐진 그

림을 나타낸 것이고, 우측 그림은 Y축과 X축의 센싱 전극

모양을 나타낸 것이다. 그림에서 보시는 바와 같이 Y축

전극은 일자 모양으로 형성되었고, 전극을 제외한 부분은

격자 모양으로 에칭하였다. X축 센싱 전극은 Y축 센싱 전

극이 지나가는 부분만 일자 모양으로 에칭하여 제작하였

다. 이와 같이 유리 기판의 상하면에 센싱 전극을 형성함

으로써 디스플레이 패널의 격자 모양과 터치 센싱 전극의

패턴 모양이 동일한 형태로 제작되어 패턴 보임 현상을

최소화 하였다.

배선 전극은 금속박막(Al+Mo)을 코팅하여 포토 공정

으로 형성함으로 베젤의 폭을 최소화하여 디스플레이의

면적을 최대화하였다.

2) 단면 코팅 타입(On-Cell 터치)

<그림 8>은 On-Cell 터치패널 유닛의 구성을 나타낸

것이다. 그림에 나타낸 것과 같이 LCD(Liquid Crystal

Display) 또는 OLED(Organic Light Emitter Diode)

의 상부 유리 기판의 외부에 박막 공정을 이용하여 터치

패널을 형성하였다. 이와 같이 터치가 형성된 LCD 또는

OLED 패널의 상부에 편광필름을 부착하고, 편광필름 상

부에 OCA 필름을 부착하여 강화유리 윈도우와 밀착하여

제품화하였다.

On-Cell 타입의 터치패널은 유리 기판에 투명전극을

코팅하고 포토 공정을 통하여 투명전극을 패턴닝하여 X

축 센싱 전극을 형성하고, Y축 센싱 전극은 섬 모양으로

형성한다. 위와 같이 형성된 패턴위에 Y축 센싱 전극들

을 연결하기 위해 X축 전극과 겹치는 영역에 절연막을 형

성하고, Y축 센싱 전극들을 연결하는 투명 전도막을 형성

<그림 8> 박막형 On-Cell 타입의 터치패널 유닛의 구성

Patterned 절연층

Patterned ITOPatterned 금속박막

Glass

LCD or OLED back plane

Window(강화유리)

OCA 필름

편광 필름

Touch Glass

LCD or LED backpalne

<그림 7> 아이폰 터치의 패턴 모양

금속전극과연결

Y축 전극

X축 전극

<그림 9> 삼성 갤럭시 S폰의 터치 센싱 전극 구조

상세도

Y

X

→

→

<그림 6> 아이폰 터치패널의 구성도

Patterned ITO

Glass

Window(강화유리)

OCA 필름

ITO 박막/금속배선/절연막

ITO 박막/금속배선/절연막

보호 필름

Glass

Patterned metal

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함으로써 터치패널이 완성된다. 위와 같은 구조를 가지는

터치패널은 삼성 갤럭시 S폰에 적용되어 양산되고 있다.

갤럭시 S폰의 경우 OLED 기판의 상부유리 즉 End Cap

유리 기판에 <그림 9>와 같은 전극형상으로 제작되었다.

3) DPW(Direct Patterned Window)

<그림 10>은 강화유리 기판에 직접 박막 코팅을 통하

여 터치센서를 제작하는 DPW 타입의 터치 모듈을 나타

낸 것이다. DPW 타입은 윈도우 강화 유리 기판에 멀티

박막 코팅을 통하여 터치패널을 제작하고, 디스플레이 패

널과 부착하는 형태로 구성되었다.

강화유리 기판에 터치 패널 형성기술은 앞에서 언급한

On-Cell 타입과 동일한 형태로 진행된다.

■ Pro Cap 터치 패널의 장단점 분석

스마트 폰에 사용되는 터치패널은 다음과 같은 특성을

요구한다. 스마트폰은 모바일 제품으로 두께가 얇고, 가

볍고, 한정된 시스템 크기에서 디스플레이 면적을 최대화

하여야 함으로 베젤 폭이 좁아야 하고, 고 투과 특성을

가져야한다.

<표 1>은 앞에서 언급한 터치패널의 장단점을 나타낸

것이다. 필름 타입의 터치패널은 제조 공정이 단순하여

설비 투자비가 적어 가격경쟁력이 우수하나, 인쇄공정으

로 배선전극을 형성함으로 80㎛이하의 선폭을 형성하는

것이 어려워 베젤 폭이 넓은 단점을 가지고 있고, 고 투

과 저저항 특성을 가지는 투명 전도막 형성이 어려워 새

롭게 대두되는 태블릿 PC용 터치패널 대응이 용이하지

않다.

양면 코팅 타입(아이폰 터치)터치 기술은 설비 투자비

가 높고, 유리 기판에 터치 패널을 제작하므로 두께가 두

꺼운 단점을 가지고 있지만, 4세대 이상의 기판을 사용

하여 양면 코팅 및 노광 기술을 적용하므로 대량생산이

용이하고, 금속박막을 이용하여 배선 전극을 형성함으로

베젤 폭을 최소화 할 수 있는 장점을 가지고 있다.

단면 멀티 코팅 타입(On-Cell type) 터치패널 기술은

4장의 포토 마스크를 사용하여 터치패널을 제조 하는 기

술로 설비투자비가 높다. 그러나 OLED 및 LCD상부기판

에 직접 코팅 공정을 통하여 터치패널을 형성함으로 터치

패널용 기판소재가 필요치 아니하고, 4세대 이상의 대면

적에 터치패널을 형성함으로 대량생산이 용이하다. 뿐만

아니라 금속 박막으로 배선 전극을 형성하므로 베젤 폭

을 최소화 할 수 있는 장점이 있다.

DPW 타입의 터치 패널은 앞에서 언급한 것과 같이 강

화된 윈도우 유리 기판에 직접 터치패널을 제작하는 타입

으로 설비 투자비가 높고, 단품 개념의 생산형태로 가격

경쟁력이 부족하다. 그러나 단면 멀티 코팅을 통한 터치

패널 제조 기술로 두께가 얇고, 베젤 폭을 최소화 할 수

있는 장점을 가지고 있다.

■ 마치며

애플의 아이폰에서 시작된 터치 기술은 기존 정보 입

력장치로 사용된 단순 터치 기술이 아니라 멀티터치와 부

드러운 터치를 이용하여 문자입력을 최소화 하고, 사용자

의 행위를 시스템에 표현할 수 있는 첨단 기술이다.

터치 기술은 현재 2차원 면 인식 기술이 Z축 까지 인

식하는 3차원 공간 인식 기술로 발달하여 사용자가 더욱

쉽게 감성을 표현할 수 있는 기술로 발전할 것이며, 뿐만

아니라 스마트폰에서 시작한 터치기술은 차세대 제품인

태블릿 PC, 스마트 TV 등에도 적용될 수 있는 형태로 더

욱 발전할 것으로 예상된다.

<표 1> Pro cap 터치의 장단점

<그림 10> DPW 타입의 터치 모듈

Patterned ITO

Patterned 금속박막

Patterned 절연막OCA 필름

편광 필름

Display front glass

LCD or LED backplane

DPW(direcy patterned window)

Window Glass

구분 ITO 필름 타입 양면코팅 타입 단면 multi 코팅 타입 DPW

가격 ○ △ △ ×

베젤 폭 △ ◎ ◎ ◎

두께(window 포함)

△ × ◎ ◎

동작특성 ○ ○ ○ ○

대형화 × ○ ○ △

× 매우 부족 △ 부족 ○ 우수 ◎ 매우 우수