스마트폰과 태블릿 기기의 확산으로 터치패널 시장이 꿈틀대고 있다. 터치패널은 모바일 기기 외에도 산업기기나 자동차 등의 다양한 분야서 활용되며 모바일 기기를 중심으로 슬림화와 경량화 기술 개발이 이어지고 있다.

터치패널은 모바일 기기 등에 손가락이나 스타일러스를 이용해 디스플레이 화면을 눌러 다양한 정보를 입력할 수 있는 감지 장치다. 대부분 터치패널은 투명 액정 표시 장치 등의 평면 표시 장치(flat panel display)를 전면에 배치해 두께가 얇고 가볍다. 평면 표시 장치는 조작 패널로 사용자가 화면의 버튼 및 아이콘 등을 조작하면 터치패널을 통해 작업 정보가 시스템에 입력된다. 이처럼 터치패널은 기존 기계적 스위치를 대체해 훨씬 높은 수준의 사용자 경험을 제공해 발권기나 자동판매기, 키오스크(kiosk), POS(point of sales) 단말기, 자동차 내비게이션 등 다양한 기기에 사용되고 있다.

소형에서 중대형으로 전환
2013년 터치패널 출하량은 16억 대로 지난해보다 32% 성장할 것으로 전망된다. 그동안 터치패널의 성장 동력은 스마트폰을 중심으로 한 소형 터치패널 시장이었다. 하지만 2013년 스마트패드용 터치패널의 급성장과 윈도우 8 출시, 중대형 노트북/PC의 터치패널 탑재 등이 터치패널 성장의 중추적인 역할을 할 것으로 예측된다. 터치패널은 G2의 성공적인 양산 여부와 In-cell/On-cell 방식의 성장, Metal Mesh의 역할 등이 주요 화두지만, 이런 신기술 적용을 떠나 모바일 기기의 물량 증가에 따른 수급 이슈가 더 클 것으로 전망된다. 따라서 가격 경쟁력과 수율, 크기 확보 여부가 주목받을 것으로 보인다.
2013년 태블릿PC 시장은 전년대비 45% 증가한 17.4억 대의 판매가 예상되면서 스마트기기 시장의 성장을 이끌 것으로 전망된다. 현재 태블릿PC 시장은 애플의 iPad를 중심으로 하이엔드 시장이 형성됐으며, 아마존의 Kindle Fire와 구글의 Nexus 7을 중심으로 로우엔드 시장이 성장하고 있다. 또한 올해 삼성 갤럭시탭이 전년대비 167% 증가한 4천만 대의 판매량이 전망되고, 윈도우 8을 장착한 하이브리드 태블릿이 급성장할 것으로 예측된다. 로우앤드 시장은 iPad mini의 등장으로 애플과 아마존, 구글의 3파전이 될 것으로 보인다.
현재 많은 산업군에서 터치패널을 도입하는 업체가 늘고 있으며, 이미 터치패널을 도입한 업체는 사용자 편의성을 극대화하기 위해 다양한 기능을 요구하는 실정이다.

다양한 터치패널 기술
2007년 애플이 터치패널을 탑재한 iPhone을 출시해 많은 소비자에게 호평을 얻었다. iPhone의 성공은 많은 기업이 터치패널을 탑재한 스마트폰 출시로 이어졌고 모바일 기기의 성장을 이끌었다. 또한 스마트폰용 터치패널의 기술 개발도 활성화되어 다른 분야에도 적용이 촉진되고 있다. 터치패널 기술은 저항막 방식과 정전 용량 방식, 광학 방식, 초음파 방식(SAW: surface acoustic wave), 음향파 방식(APR: acoustic pulse recognition), 적외선 방식, 전자기 유도 방식 등이 있다.
저항막 방식은 터치패널 표면에 손가락을 접촉해 압으로 전극 간의 저항값이 변하는 원리를 이용한다. 각각 투명 전극을 형성한 두 장의 유리나 필름으로 제작된 커버로 미세한 전극 간격을 둬 서로 마주 보게 겹친다. 그 중 압력이 발생한 커버의 해당 부분을 전극에 접촉하면 전극 간 저항값이 내려간다. 이런 방식은 투명 전극의 패턴을 최적화해 다양한 터치 지점을 감지할 수 있다.
정전용량 방식은 터치패널에 손가락 등이 접촉 시 발생하는 정전용량 변화를 이용한다. 현재 많은 스마트폰이 정전용량 방식의 터치패널을 사용하며 스마트폰의 대중화와 함께 그 수요가 급증하고 있다. 정전용량 방식은 표면 형식과 프로젝션 형식으로 나뉜다. 먼저 표면 형식은 기판 위에 투명 전극 필름을 표면에 보호 덮개를 덮는 구조다. 기판의 네 모서리에 마련한 전극에 전압을 더해 패널 전체에 걸쳐 균일한 전기를 발생시킨다. 이후 터치패널 표면에 손가락을 터치하면 정전용량이 변화하고 이때 생긴 4선 전극 사이에 흐르는 전류가 변경되어 터치 지점 위치를 알 수 있다. 표면 형식은 비교적 간단한 구조로 구성되며 저렴한 비용으로 이용할 수 있다. 하지만 동시에 여러 개의 터치 포인트를 인식하는 멀티 터치 기능을 실현하기가 어렵다. 프로젝션 형식은 유리 기판 위에 특정 패턴으로 여러 투명 전극을 마련해 표면을 커버로 덮는 구조를 채택하고 있다. 터치패널 표면에 손가락을 가까이하면 접촉 지점의 주변 전극 간이 정전용량이 변화해 터치 지점의 위치를 확인할 수 있다.
초음파 방식은 유리 표면을 전파가 터치패널을 만진 손가락에 흡수되는 것을 이용해 터치된 위치를 검색한다. 이 방식은 전기나 과학적인 가공을 사용하지 않고 액정 디스플레이 패널 전면의 유리를 그대로 터치스크린으로 사용할 수 있어 내구성 확보가 쉽다. 또한 전극에 의해 빛 투명도가 손실되지 않아 선명한 디스플레이 화질을 제공한다. 음향파 방식은 터치패널 표면에 손가락 접촉 시 발생하는 음향 진동이 패널로 전달되는 것을 검출해 신호해석으로 터치 위치를 알아낸다. 초음파 방식과 같이 액정 유리 패널을 가공하지 않고 터치스크린으로 사용할 수 있다.
적외선 방식은 터치패널 주위에 부착된 발광 소자와 감광 소자를 이용해 표면에 따라 움직이는 빛의 변화를 감지해 터치된 위치를 찾아낸다. 패널 표면은 먼지로 인한 감지 기능이 손실되지 않아 옥외에 설치하는 기기나 다수 사람이 조작하는 기기에 적합하다. 전자기유도 방식은 자기장을 발생시키는 전용 스타일러스를 이용해 전자파가 터치패널에 부착된 센서에 감지되어 터치 지점을 검색한다.

추세는 경량화, 슬림화
터치패널이 대부분 스마트폰과 태블릿에 탑재됨에 따라 터치패널의 슬림화, 경량화에 대한 요구가 강해지고 있다. 이러한 요구에 부응하기 위해 디스플레이와 터치패널을 일체화시키는 기술이 도입되고 있다. 디스플레이와 터치패널을 일체화하면 부품 수를 줄여 제품의 슬림화와 경량화를 이룰 수 있기 때문이다. 또한 디스플레이 전면에 배치한 부품 수를 줄일 수 있어 화질을 높이는 효과도 기대할 수 있다. 터치패널과 디스플레이의 일체화는 터치패널 기능을 액정의 화소 내에 통합하는 ‘In-cell’ 기술과 터치패널 기능을 컬러 필터 기판과 편광판 사이에 만드는 ‘On-cell’ 기술이 있다. In-cell 기술은 디스플레이의 복잡한 구조로 수율 및 이윤율 저하 등의 문제점이 있어 상용화가 진행되지 않았다. 하지만 On-cell 기술은 컬러 필터 기판과 편광판 사이에 간단한 투명 전극 패턴 등을 형성하는 것만으로 끝나기 때문에 수율을 확보하기 쉽다.

하이브리드 터치패널 집중 양산
필름 방식의 터치패널은 투명도 개선과 두께, 무게를 줄이기 위해 커버 글라스 일체형(TOC, Touch on Cover glass) 터치패널로 진화 중이며, 글라스 방식의 터치패널도 같은 움직임을 보이고 있다. 2012년 TOC 방식의 터치패널 제품이 시장에 안착할 것으로 예상했으나 공차 발생 등으로 수율 이슈가 두드러지면서 많은 제품에 적용되지 못했다. 현재는 대만 업체의 태블릿PC/윈도우 8 적용 노트북과 LG의 옵티머스G 등에 적용되고 있다.
현재 국내 터치패널 업체는 TOC 방식보다 하이브리드 타입의 터치패널 양산에 집중하고 있으며, ITO(산화 인듐) 필름을 적용한 아이패드 미니 등의 등장으로 업체가 TOC 방식을 채택하기 전단계인 하이브리드 G1F(강화유리 일체형 터치) 방식 채택률을 다시 높이기 시작했다. 또한 터치패널 업체는 TOC 방식 중에서도 G2(커버 일체형)보다 수율이 높은 G1 방식을 일부 제품에 적용하고 있으며, GF2 방식의 적용 또한 채택할 것으로 전망된다.

[표1] 터치 기술 비교

구분	저항막(접촉식)	정전용량(접촉식)	초음파(비접촉식)	적외선(비접촉식)
터치 방식	손가락, 스타일러스 등 다양	손가락	손가락, 스타일러스 등 다양	손가락
투과율	85% 이하	90% 이상	92% 이상	100%
내구성	100만~2천 만회	2천 만회 이상	5천 만회 이상	LED 수명에 의존
대응 사이즈	1 ~ 20″	2 ~ 15″	10 ~ 36″	20 ~ 150″
특징	- 저비용 제조가능 - 낮은 투과율과 내구성	- 강화유리 채용에 따른 선명한 화면 - 회로설계 어려움에 따른 진입장벽 존재	- 대형 사이즈에 유리 - 센서 오염 및 액체에 취약	- 대형 사이즈에 유리 - 센서 오염 및 액체에 취약
적용 분야	내비게이션, 저가 휴대전화, PDA, 게임기	키오스크, ATM, 스마트폰, 게임기	키오스크, ATM, 전자칠판	POS, 게임기
기술 이슈	커버필름의 내구성 향상	장갑, 스타일러스 등 대응기술 개발	외부 오염 방지 기술 필요	얇은 테두리 두께 구현
제조 비용	저비용	보통	고비용	고비용

(출처: 지식경제부)

반도체 기업 동향
정전용량 방식은 미세한 정전용량 값의 변화에 따른 신호를 감지해 처리하기 때문에 컨트롤러 IC 기술이 중요하다. 따라서 복잡한 회로 설계 문제 탓에 산화인듐전극(ITO) 필름, 터치 센서와 함께 터치 성능을 좌우하는 핵심 부품으로 손꼽힌다.
최근 싸이프레스는 트루터치 Gen 4(TrueTouch짋 Gen4) 터치스크린 컨트롤러 라인의 최신 제품인 Gen4X 컨트롤러를 발표했다. Gen4X 컨트롤러는 신흥시장을 비롯해 비용에 민감한 플랫폼에 적합하도록 설계됐다. Gen4X 컨트롤러는 터치스크린 설계 시 직면하는 모든 노이즈 소스에서 고성능을 구현하며, 신흥 시장에서의 높은 볼륨을 드라이브하는 데 필요한 시스템 수준의 가격대를 충족시키기 위해 in-cell 및 SLIM™ 싱글-레이어 구조 모두를 지원한다. 싸이프레스의 터치-센싱 포트폴리오는 트루터치(TrueTouch짋), 캡센스(CapSense짋) 및 트랙패드(TrackPad) 등이 있다. 온세미컨덕터의 고집적 CDC(capacitance-to-digital converter) IC는 가정용 기기, 오디오/비디오 장치, 컴퓨터 주변장치, 자동차 인스트루먼트 패널 등에 적용되는 애플리케이션의 기계식 스위치를 정전용량 방식 터치 스위치로의 대체가 쉽다. 새로운 LC717A00
AR은 8개의 용량 센서 입력과 8개의 디지털 출력으로 독자의 차동 용량 검출 방식에 의해 고감도와 고도의 잡음 내성을 가능케 한다. 또한 추가적인 부품이나 제어 소프트웨어의 필요 없이 각각의 입력에 대한 검출결과(ON/
OFF)를 내장된 로직 회로에서 판단할 수 있다. 특히 팸토 패럿 단위의 용량을 검출 가능하며, 터치 검출 감도도 미리 설정되어 복잡한 감도 조정을 할 필요가 없다. 마이크로칩의 32비트 PIC32 마이크로컨트롤러는 LCD를 직접 제어할 수 있어, 외부 그래픽 컨트롤러로 인한 비용 부담과 복잡성을 제거했다. 온보드 MTCH6301는 턴키(turnkey) 투영 정전용량 방식 터치 컨트롤러로, 개발에 걸리는 시간과 위험을 현저하게 감소시켜 대중적인 멀티 터치 및 제스처 통합을 간소화할 수 있다. 특히 MTCH6301 컨트롤러에서 구현된 XY 터치스크린과 터치패드를 위한 셀프 정전용량 스캐닝과 상호 정전용량 스캐닝의 조합은 싱글 및 듀얼터치 드로잉, 11싱글 핑거 제스처의 리포팅 및 10개 터치까지의 터치 탐지 등의 호스트 기능을 지원한다.
모바일 기기의 성장과 기술의 발전 외에도 터치패널의 수요가 팽창하는 데는 다양한 부가 기능을 탑재한 터치스크린의 등장 때문으로도 볼 수 있다. 차량 항법 시스템, POS 단말기, 사무기기 등 터치패널 화면을 보지 않고 조작할 수 있는 기기가 개발된 것이다. 다양한 기능을 갖춘 터치패널을 잇달아 시장에 선보이고 있는 터치패널 공급 업체들의 까다로운 요구를 충족하기 위해 반도체 회사들의 역할이 중요해지고 있다.  ES