터치스크린(touchscreen)은 사용자의 터치 입력을 감지할 수 있는 디스플레이의 한 종류이다. 입력 장치(터치 패널)와 출력 장치(시각적 디스플레이)가 결합된 형태로, 터치 패널은 일반적으로 장치의 전자시각표시장치 위에 겹쳐져 있다. 사용자는 손가락이나 스타일러스 펜으로 화면을 터치하거나 제스처를 통해 시스템에 명령을 입력한다.
역사
최초의 손가락 구동 터치스크린은 1965년 영국 몰번에 위치한 왕립 레이더 연구소의 에릭 존슨(E. A. Johnson)이 개발하였다. 존슨은 같은 해 발표된 논문에서 정전 용량 방식의 터치스크린에 대한 연구를 설명하였으며, 1967년 추가 논문에서 사진과 다이어그램을 포함한 상세 내용을 발표하였다. 1970년대 초반에는 CERN의 엔지니어인 프랭크 벡(Frank Beck)과 벤 슈툼페(Bent Stumpe)가 투명 터치스크린을 개발하여 1973년부터 사용하기 시작하였다. 1977년에는 미국의 엘로그래픽스(Elographics)가 저항성 방식의 터치스크린을 개발하였고, 이는 1982년 세계 박람회에서 처음 공개되었다. 2007년에는 정전 용량 방식 터치스크린이 탑재된 최초의 휴대 전화인 LG 프라다가 출시되었으며, 같은 해 애플 아이폰이 출시되면서 터치스크린의 대중화가 본격화되었다.
작동 원리 및 기술 방식
터치스크린은 터치 감지 방식에 따라 여러 기술로 분류된다.
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저항식(Resistive): 여러 얇은 층으로 구성되며, 두 개의 투명한 전기 저항성 층이 얇은 틈을 사이에 두고 마주보고 있다. 사용자가 표면을 누르면 두 층이 접촉하여 전류가 흐르고, 그 위치를 감지한다. 장갑을 끼거나 단단한 물체로도 조작이 가능하지만, 누르는 압력이 필요하고 멀티터치 구현이 어렵다. 닌텐도 DS, 3DS 등에서 사용되었다.
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정전식(Capacitive): 유리와 같은 절연체에 ITO(산화주석인듐) 같은 투명 전도체를 코팅하여 구성된다. 인체가 전기 전도체이므로, 화면을 터치하면 정전기장이 왜곡되어 전기 용량의 변화로 측정된다. 가벼운 터치만으로도 반응하며 멀티터치가 가능하지만, 일반 장갑을 착용한 상태에서는 작동하지 않는다. 현재 대부분의 스마트폰과 태블릿에서 사용된다. 정전식은 다시 표면 용량, 상호 용량, 자기 용량 방식으로 세분화된다.
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표면 음향파(SAW): 터치스크린 패널 위로 전달되는 초음파를 사용한다. 패널이 터치되면 파동의 일부가 흡수되고, 그 변화로 터치 위치를 감지한다.
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적외선 그리드(Infrared Grid): 화면 가장자리에 X-Y 적외선 LED와 광검출기 쌍을 배열하여 빔 패턴의 방해를 감지한다. 손가락, 장갑, 스타일러스 등 모든 불투명한 물체를 감지할 수 있다.
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광학 영상(Optical Imaging): 2개 이상의 이미지 센서(CMOS 센서 등)를 화면 모서리에 배치하고 적외선 백라이트를 활용하여 터치 위치와 크기를 계산한다.
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분산 신호 기술(Dispersive Signal Technology): 2002년 3M에서 도입되었으며, 유리의 압전성을 측정하여 터치를 감지한다. 먼지나 스크래치에 영향을 받지 않는다.
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음향 펄스 인식(Acoustic Pulse Recognition): 터치 시 기판 내에서 생성되는 음파를 가장자리의 변환기로 측정하여 위치를 결정한다.
활용 분야
터치스크린은 스마트폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북, 휴대용 콘솔 게임기, POS(판매 시점 정보 관리) 시스템, ATM, 전자투표기, 자동차 인포테인먼트 시스템, 키오스크, 의료 장비 등 다양한 분야에서 사용된다. 교육 환경, 박물관 디스플레이, 항공기 조종석 등에서도 널리 활용된다.
인체공학적 고려사항
터치스크린 인터페이스의 설계는 시스템의 기술적 능력, 인체공학, 인지심리학 및 인체생리학을 반영해야 한다. 사용자의 선택 정확도는 화면 위치에 따라 달라지며, 일반적으로 화면 중앙에서 가장 정확하고 가장자리와 모서리로 갈수록 부정확해진다. 터치스크린을 장시간 사용할 때 팔을 지지하지 못하면 '고릴라 팔(gorilla arm)' 현상으로 인한 피로감이 발생할 수 있어, 적절한 인간공학적 설계가 필요하다.
