터치스크린

Touchscreen
터치스크린을 조작하는 사용자
터치 스크린이 있는 에코베즈마트 서모스탯

터치스크린 또는 터치 스크린은 입력('터치 패널')과 출력('디스플레이') 장치의 조립체다.터치 패널은 일반적으로 정보처리 시스템의 전자 비주얼 디스플레이 상단에 층층이 쌓인다.디스플레이는 종종 LCD, AMOLED 또는 OLED 디스플레이인 반면 시스템은 보통 노트북, 태블릿 또는 스마트폰이다.사용자는 특수 스타일러스나 하나 이상의 손가락으로 화면을 터치하면 간단한 동작이나 멀티 터치 동작으로 정보처리 시스템을 입력하거나 제어할 수 있다.[1]일부 터치스크린은 일반 장갑이나 특수 코팅된 장갑을 사용하는 반면, 다른 터치스크린은 특수 스타일러스나 펜만을 사용하여 작업할 수 있다.사용자는 터치스크린을 사용하여 표시되는 내용에 반응할 수 있으며 소프트웨어가 허용하면 텍스트 크기를 늘리기 위해 확대/축소하는 등의 표시 방법을 제어할 수 있다.

터치스크린은 사용자가 마우스, 터치패드 또는 기타 그러한 장치(대부분 현대적인 터치스크린의 경우 옵션인 스타일러스는 제외)를 사용하는 대신 표시되는 것과 직접 상호작용할 수 있도록 한다.[2]

터치스크린은 게임기, 개인용 컴퓨터, 전자투표기, POS(Point-of-Sale) 시스템 등의 기기에서 흔히 볼 수 있다.그것들은 또한 컴퓨터에 부착될 수도 있고, 단말기로서 네트워크에 부착될 수도 있다.이들은 개인휴대단말기(PDA)와 일부 전자책 리더 등 디지털가전 디자인에서 두각을 나타내고 있다.터치스크린은 교실이나 대학 캠퍼스와 같은 교육 환경에서도 중요하다.[3]

스마트폰, 태블릿, 그리고 많은 유형의 정보 가전제품의 인기는 휴대용 및 기능성 전자제품에 대한 일반적인 터치스크린의 수요와 수용을 주도하고 있다.터치스크린은 의료 분야, 중공업, 현금자동입출금기(ATM), 박물관 디스플레이나 룸 오토메이션 등의 키오스크에서 찾아볼 수 있는데 키보드와 마우스 시스템은 사용자가 디스플레이의 내용과 적절히 직관적이고 신속하며 정확한 상호작용을 허용하지 않는다.

역사적으로 터치스크린 센서와 그에 수반되는 컨트롤러 기반 펌웨어는 디스플레이, 칩 또는 마더보드 제조업체가 아닌 광범위한 애프터마켓 시스템 통합업체들에 의해 제공되었다.디스플레이 제조사와 칩 제조사는 사용자 인터페이스 부품으로 터치스크린을 받아들이는 추세를 인정하며 터치스크린을 자사 제품의 기본 설계에 접목하기 시작했다.

역사

시제품[4] x-y 상호 캐패시턴스 터치스크린(왼쪽)은 영국 전자공학자인 프랭크 벡이 CERN의 가속기 SPS(Super Proton Synchrotron) 제어실을 위해 1977년 CERN에서[5][6] 개발했다.이것은 1972년 CERN의[7] 스텀페에 의해서도 개발된 자기역량화면(오른쪽)의 한층 더 발전한 것이었다.

현대식 터치 스크린의 전신 중 하나는 스타일러스 기반 시스템을 포함한다.1946년에 필코 컴퍼니에 의해 스포츠 방송용으로 설계된 스타일러스에 대한 특허가 제출되었는데, 이 스타일은 중간 음극선관 디스플레이(CRT)에 대항하여 배치하면 원래의 신호가 증폭되고 추가된다.생방송에 일시적으로 화살표 또는 원을 그릴 때 효과적으로 사용미국의 2487641A, Denk, William E, "텔레비전 이미지를 위한 전자 포인터"는 1949-11-08을 발행했다. 후에 이 시스템을 기반으로 한 발명품들은 텔레타이핑 스타일리를 그들의 기계적인 바인딩으로부터 자유롭게 하기 위해 만들어졌다.사용자가 그리는 것을 컴퓨터에 옮겨 적음으로써, 그것은 1963-05-14를 발행한 "텔레라이팅 장치"인 미국 3089918A, Graham, Robert E, "Telewritering planies"를 미래에 사용할 수 있도록 저장될 수 있다.

스크린에서 생성된 빛과 독립적으로 작동한 터치스크린의 첫 번째 버전은 AT&T Corporation US 3016421A, Harmon, Leon D, "전자그래픽 송신기"가 1962-01-09를 발행하여 특허를 얻었다.이 터치스크린은 터치 표면을 가로질러 직교적으로 빛나는 시준된 빛의 매트릭스를 활용했다.빔이 스타일러스에 의해 차단되면 더 이상 신호를 수신하지 않는 광검출기를 사용하여 차단된 위치를 결정할 수 있다.이후 분해능을 향상시키기 위해 더 많은 방출체와 검출기를 추가하고, 광학 신호 대 잡음 비를 개선하기 위해 펄스를 방출하며, 멀티터치를 사용할 때 그림자 판독을 제거하는 비직교 매트릭스를 추가함으로써 매트릭스 기반 터치스크린을 반복적으로 제작한다.

최초의 손가락 구동식 터치 스크린은 영국 말번 소재 로열 레이더 개발소의 에릭 존슨이 1965년에[8][9] 발간한 짧은 기사에서 용량성 터치스크린에 대한 그의 연구를 기술했으며, 1967년에 발행된 기사에서 사진과 도표로 더욱 완전하게 기술했다.[10]항공 교통 통제를 위한 터치 기술의 적용은 1968년에 발표된 기사에서 설명되었다.[11]CERN(European Organization for Nuclear Research)의 엔지니어인 프랭크 벡과 벤트 스텀프는 1960년대 초 스텀프가 텔레비전 공장에서 작업한 것을 바탕으로 1970년대 초 투명한 터치스크린을 개발했다.[12]그 후 CERN에 의해 제조되었고, 얼마 지나지 않아 산업 파트너들에 의해 1973년에 사용되게 되었다.[13][14]1960년대 중반, 터미널 디스플레이 앞에 있는 초음파 커텐 기반 포인팅 장치인 터치스크린의 또 다른 전구체는 텔레펑켄 콘스탄츠에서 레이너 말레브린[de] 주변 팀이 항공 교통 관제 시스템을 위해 개발했었다.[15]1970년, 이것은 디스플레이 전면의 전도성 코팅 유리 스크린을 활용하여 SIG 50 단자의 "터치인풋-아인리히퉁"("터치 입력 설비")이라는 기기로 진화하였다.[16][15]이것은 1971년에 특허가 났고 그 특허는 2년 후에 승인되었다.[16][15]같은 팀이 몇 년 전에 롤쿠겔 마우스 RKS 100-86을 SIG 100-86용으로 이미 발명하여 시판했다.[16]

1972년 일리노이 대학의 한 단체가 마그나복스 플라톤 4세 학생 터미널의 표준 부분이 된 광학 터치스크린에[17] 대한 특허를 신청했고, 이를 위해 수천 명이 건설되었다.이 터치스크린은 16×16 적외선 위치 센서의 교차 배열을 가지고 있었는데, 각각 화면 한쪽 가장자리의 LED와 다른 가장자리의 일치된 포토트랜지스터로 구성되었으며, 모두 단색 플라즈마 디스플레이 패널 앞에 장착되었다.이 배열은 손가락 끝 크기의 불투명한 물체를 화면 가까이에서 감지할 수 있다.1983년부터 HP-150에 유사한 터치스크린이 사용되었다.HP 150은 세계 최초의 상업용 터치스크린 컴퓨터 중 하나이다.[18]HP는 9인치 소니 브라운관(CRT) 베젤 주위에 적외선 송신기와 수신기를 장착했다.

1977년 미국 회사인 Elographics는 Siemens와 제휴하여 Elographics의 설립자 조지 새뮤얼 허스트가 개발한 기존의 불투명한 터치패드 기술인 미국 특허 391만1,215, 1975년 10월 7일 투명한 구현을 개발하기 위한 작업을 시작했다.[19]결과적인 저항성 기술 터치 스크린은 1982년에 처음 보여졌다.[20]

1984년 후지쓰는 타일 그래픽으로 저장된 칸지 문자의 복잡성을 수용하기 위해 마이크로 16용 터치패드를 출시했다.[21]1985년, 세가는 SG-1000 비디오 게임기와 SC-3000 가정용 컴퓨터를 위해 세가 그래픽 보드로도 알려진 테레비 오에카키를 출시했다.펜을 누르는 것이 감지되는 투명한 창이 달린 플라스틱 펜과 플라스틱 보드로 구성됐다.주로 도면 소프트웨어 애플리케이션과 함께 사용되었다.[22]1986년 세가 AI 컴퓨터용 그래픽 터치 태블릿이 출시됐다.[23][24]

1980년대 초 상업용 항공기 비행 갑판에 대해 터치 감지 제어 디스플레이 장치(CDU)가 평가되었다.초기 연구에 따르면 터치 인터페이스는 승무원이 키보드에서 위도, 위도, 위도 및 웨이포인트 코드를 "헤드다운" 것이 아니라 웨이포인트, 기능 및 동작을 선택할 수 있기 때문에 파일럿 작업량을 줄일 수 있다고 한다.이 기술의 효과적인 통합은 비행 경로, 다양한 항공기 시스템의 기능 및 순간적인 인간 상호작용을 포함한 차량 운용의 모든 주요 측면에 대해 높은 수준의 상황 인식을 유지할 수 있도록 돕기 위한 것이었다.[25]

1980년대 초, 제너럴 모터스는 델코 전자 사업부에 가능하면 어디에서나 솔리드 스테이트 대체 시스템을 갖춘 기계식 또는 전자 기계식 시스템에서 자동차의 비필수적 기능(즉, 스로틀, 변속기, 제동 및 조향 제외)을 대체하는 것을 목표로 하는 프로젝트를 맡겼다.완성된 장치는 "전자 제어 센터"의 ECC로 불렸다. 디지털 컴퓨터 및 소프트웨어 제어 시스템은 다양한 주변 센서, 서보, 솔레노이드, 안테나에 유선 연결되었으며, 디스플레이와 유일한 입력 방법으로서 기능하는 단색 CRT 터치스크린이다.[26]ECC는 기존의 기계식 스테레오, 팬, 히터, 에어컨 제어장치 및 디스플레이를 대체했으며, 차량의 누적 및 현재 작동 상태에 대한 매우 상세하고 구체적인 정보를 실시간으로 제공할 수 있었다.그 1985–1989 뷰익 리비에라 했고 그 후 1988–1989 뷰익 Reatta에 ECC는 표준 장비지만, consumers—partly과 전통 차 고객들의 과학 기술 공포증 때문에 인기가 없지만, 기후 통제, 또는 스테레오의 운전 불가능하게 만들 것이다 비용이 많이 드는 기술적 문제들은 ECC의 터치 스크린이 당한 때문에 대부분의.[27]

멀티터치 기술은 1982년 토론토 대학의 입력 연구 그룹이 유리 뒤에 카메라를 설치한 서리 유리 패널을 사용한 최초의 인간 입력 멀티터치 시스템을 개발하면서 시작되었다.1985년 빌 벅스턴을 포함한 토론토 대학 그룹은 부피가 큰 카메라 기반의 광학 감지 시스템이 아닌 캐패시턴스를 사용하는 멀티 터치 태블릿을 개발했다(멀티터치의 역사 참조).

상용화된 최초의 그래픽 판매 시점(POS) 소프트웨어는 16비트 Atari 520에서 시연되었다.ST 컬러 컴퓨터.컬러 터치스크린 위젯 기반 인터페이스가 특징이다.[28]더 뷰터치[29] POS 소프트웨어는 1986년 가을 COMDEX 엑스포 아타리 컴퓨터 시연장에서 개발자 진 모셔가 처음 선보였다.[30]

1987년 카시오는 4×4 매트릭스로 구성된 터치스크린을 탑재한 카시오 PB-1000 포켓 컴퓨터를 출시해 소형 LCD 그래픽 화면에 16개의 터치 영역이 생겼다.

터치스크린은 1988년까지 부정확하다는 나쁜 평판을 받았다.대부분의 사용자 인터페이스 책자는 터치스크린 선택이 평균 손가락보다 큰 표적으로 제한되었다고 기술할 것이다.당시는 손가락이 넘어오는 대로 대상을 선정하는 방식으로 선정이 이뤄졌고, 이에 상응하는 조치가 곧바로 이뤄졌다.시차나 교정 문제로 인한 오류가 일반적이어서 사용자 좌절로 이어졌다."리프트오프 전략"[31]은 메릴랜드 대학교 휴먼-컴퓨터 인터랙션 랩(HCIL)의 연구자들에 의해 소개되었다.사용자가 화면을 터치하면서 무엇을 선택할지에 대한 피드백이 제공되는데, 사용자가 손가락의 위치를 조정할 수 있으며, 화면에서 손가락을 들어 올려야만 동작이 이루어진다.이를 통해 640×480 VGA(Video Graphics Array) 화면(당시 표준)에서 하나의 픽셀까지 작은 표적을 선택할 수 있었다.

시어스 외 연구진(1990년)[32]은 당시의 단일 및 다중 터치 휴먼-컴퓨터 상호작용에 관한 학술연구의 검토를 실시하여 회전 노브, 슬라이더 조정, 스위치 작동(또는 토글스위치를 위한 U자 모양의 동작) 등의 제스처를 기술했다.HCIL 팀은 소형 터치스크린 키보드(터치스크린 키보드에서 25세까지 타이핑할 수 있다는 연구 포함)를 개발, 연구해 모바일 기기 도입에 힘을 보탰다.또 줄의 범위 선택, 물체 연결, 다른 손가락으로 위치를 유지하면서 선택하는 '탭클릭' 제스처 등 멀티 터치 제스처도 설계해 구현했다.

1990년에 HCIL은 터치스크린 슬라이더를 시연했는데,[33] 이후 애플과 다른 터치스크린 휴대폰 판매업체 사이의 잠금 화면 특허 소송에서 선행기술로 인용되었다(미국 특허 7,657,849 관련).[34]

1991-1992년 Sun Star7 프로토타입 PDA는 관성 스크롤 기능이 있는 터치스크린을 구현했다.[35]1993년, IBM은 최초의 터치스크린 폰인 IBM Simon을 출시했다.

터치스크린 제어장치가 장착된 휴대용 게임기의 초기 시도는 게임기어의 후속작이었지만, 비록 이 장치는 1990년대 초 터치스크린 기술의 비싼 비용 때문에 궁극적으로 보류되었고 결코 출시되지 않았지만, 세가의 의도된 후속작이었다.

용량성 터치스크린을 탑재한 첫 휴대전화는 2007년 5월(아이폰 1기 이전) 출시한 LG 프라다였다.[36]

터치스크린은 2004년 닌텐도 DS가 출시될 때까지 비디오 게임에 널리 사용되지 않을 것이다.[37]최근까지 대부분의 소비자 터치스크린은 한 번에 한 지점만 감지할 수 있었고, 한 지점의 접촉이 얼마나 힘든지를 감지할 수 있는 능력을 가진 사람은 거의 없었다.[when?]이는 멀티터치 기술이 상용화되면서 달라졌고, 애플워치는 2015년 4월 힘센 디스플레이로 출시됐다.

2007년에 출하된 터치스크린의 93%는 저항성이었고 4%만이 예상 캐패시턴스였다.2013년에 출하된 터치스크린의 3%는 저항성이었고 90%는 캐패시턴스 예측이었다.[38]

기술

터치 감지 방법이 다른 다양한 터치스크린 기술이 있다.[32]

저항성

주요 기사:저항성 터치스크린

저항성 터치스크린 패널은 몇 개의 얇은 층으로 구성되며, 그 중 가장 중요한 것은 두 개의 투명한 전기 저항성 층이 서로 마주보고 얇은 간격을 두고 있는 것이다.상단 층(접히는 층)은 하단 표면에 코팅이 되어 있다. 그 바로 아래에는 기질 상단에 유사한 저항 층이 있다.한 층은 옆면을 따라 전도성 연결부가 있고, 다른 층은 위아래를 따라 전도성 연결부가 있다.전압은 한 층에 인가되고 다른 층에 의해 감지된다.손가락 끝이나 스타일러스 끝과 같은 물체가 바깥 표면으로 내려갈 때, 두 개의 층이 닿아 그 지점에서 연결된다.[39]그러면 패널은 한 번에 한 축씩 한 쌍의 전압 분배기로 동작한다.각 층을 빠르게 전환함으로써 화면의 압력 위치를 감지할 수 있다.

저항성 터치는 액체와 오염물질에 대한 내성이 높아 식당, 공장, 병원 등에서 사용된다.저항성 터치 기술의 주요 이점은 저렴한 비용이다.또한 촉각이 감지되기 위해서는 충분한 압력만 필요하므로 장갑을 끼거나 손가락 대신 단단한 것을 사용하여 사용할 수 있다.단점으로는 누를 필요성, 날카로운 물체에 의한 손상 위험 등이 있다.저항성 터치스크린은 스크린 위에 놓인 재료 층에서 반사되는 추가 반사(예: 눈부심) 때문에 대조가 더 좋지 않다.[40]닌텐도가 DS 제품군, 3DS 제품군, Wii U 게임패드에서 사용했던 터치스크린 유형이다.[41]

표면 음향파

주요 기사:표면 음향파

표면 음향파(Saw) 기술은 터치스크린 패널 위를 통과하는 초음파를 사용한다.패널을 만지면 파동의 일부가 흡수된다.초음파 변화는 콘트롤러에[disambiguation needed] 의해 처리되어 터치 이벤트의 위치를 결정한다.표면 음향파 터치스크린 패널은 외부 요소에 의해 손상될 수 있다.표면에 있는 오염물질도 터치스크린의 기능을 방해할 수 있다.

SAW 장치는 지연선, 필터, 상관 계수기 및 DC-DC 변환기를 포함한 광범위한 응용 분야를 가지고 있다.

용량성

휴대 전화의 용량성 터치스크린
1983년식 Casio TC500 정전식 터치 센서 시계. 각진 빛이 터치 센서 패드와 트레이스를 상단 시계 유리 표면에 노출시킴.
주요 기사: 용량성 감지

용량성 터치스크린 패널은 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 투명 도체로 코팅된 유리 같은 절연체로 구성된다.[42]인체는 역시 전기 전도체로서 화면 표면을 만지면 정전기의 변화로 측정 가능한 화면의 정전기장이 왜곡된다.터치 위치를 결정하기 위해 다른 기술을 사용할 수 있다.그런 다음 위치는 처리를 위해 컨트롤러로 전송된다.인듐 사용으로 인해 ITO가 여러 가지 환경 문제를 일으키기 때문에 ITO 대신 은을 사용하는 터치스크린이 존재한다.[43][44][45][46]콘트롤러는 일반적으로 보완 금속산화물반도체(CMOS) 애플리케이션별 집적회로(ASIC) 칩으로, 보통 이 신호를 CMOS 디지털 신호 프로세서(DSP)로 전송해 처리한다.[47][48]

저항성 터치스크린과 달리 일부 정전식 터치스크린은 장갑과 같은 전기 절연 물질을 통해 손가락을 감지하는 데 사용할 수 없다.이러한 단점은 특히 사람들이 장갑을 끼고 있을 수 있는 추운 날씨에 터치 태블릿 PC와 용량성 스마트폰과 같은 가전제품의 사용성에 영향을 미친다.특수 용량성 스타일러스 또는 전도성 나사산이 수놓아 사용자의 손가락 끝으로 전기적 접촉을 할 수 있는 특수 응용 장갑으로 극복할 수 있다.

따라서 불안정하고 소음이 많은 전압을 가진 저품질 스위칭 모드 전원 공급 장치는 정전식 터치 스크린의 정밀도, 정확도 및 감도를 일시적으로 방해할 수 있다.[49][50][51]

일부 용량성 디스플레이 제조업체들은 더 얇고 더 정확한 터치스크린을 계속 개발하고 있다.모바일 기기용 제품은 디스플레이 내부에 콘덴서를 내장해 레이어를 제거하는 슈퍼아몰레드 화면 등 '인셀(in-cell)' 기술로 생산되고 있다.이런 유형의 터치스크린은 사용자가 화면에서 손가락과 만지는 것 사이의 가시거리를 줄여 디스플레이 두께와 무게를 줄여 스마트폰에서 바람직한 화면이다.

단순한 병렬 플레이트 캐패시터에는 유전체 층으로 분리된 두 개의 도체가 있다.이 계통의 에너지의 대부분은 판 사이에 직접 농축되어 있다.에너지의 일부는 플레이트 바깥 영역으로 유출되고, 이 효과와 관련된 전기장선을 프링필드라고 한다.실제 용량성 센서를 제작하는 과정에서 어려운 부분은 사용자가 접근할 수 있는 활성 감지 영역으로 프레잉 필드를 유도하는 인쇄 회로 트레이스 세트를 설계하는 것이다.병렬 플레이트 콘덴서는 그러한 센서 패턴에 적합하지 않다.전기장 주변에 손가락을 갖다 대면 정전기에 전도성 표면적이 증가한다.손가락이 추가한 추가 충전 저장 용량은 핑거 캐패시턴스, 즉 CF라고 한다.손가락이 없는 센서의 캐패시턴스는 기생 캐패시턴스, 즉 CP라고 한다.

표면 캐패시턴스

이 기본 기술에서는 절연체의 한쪽 면에만 전도성 층이 코팅되어 있다.이 층에는 작은 전압이 인가되어 정전기장이 균일하게 형성된다.사람의 손가락과 같은 도체가 코팅되지 않은 표면을 만지면 콘덴서가 동적으로 형성된다.센서의 컨트롤러는 패널의 네 모서리에서 측정한 캐패시턴스의 변화로 인해 터치 위치를 간접적으로 결정할 수 있다.움직이는 부품이 없어 내구성이 적당하지만 분해능이 제한돼 있고 기생충 용량성 커플링에서 잘못된 신호가 발생하기 쉬우며 제조 중 교정이 필요하다.따라서 산업용 제어장치와 키오스크와 같은 간단한 응용분야에서 가장 자주 사용된다.[52]

일부 표준 캐패시턴스 검출 방법은 투영적이지만, 비전도성 표면을 통해 손가락을 검출할 수 있다는 점에서 온도 변화에 매우 민감해 감지 플레이트가 팽창하거나 수축해 이들 플레이트의 캐패시턴스 변동을 일으킨다.[53]이러한 변동으로 인해 배경 잡음이 많이 발생하기 때문에 정확한 탐지를 위해서는 강력한 손가락 신호가 필요하다.이는 손가락이 감지 요소에 직접 닿거나 상대적으로 얇은 비전도성 표면을 통해 감지되는 경우로 응용을 제한한다.

예상 캐패시턴스

멀티터치 글로브의 뒷면, 예상 용량성 터치(PCT) 기술 기반
투명 폴리에스터 필름에 내장된 25미크론 단열 코팅 구리 와이어를 사용하여 제조된 8 x 8 예상 캐패시턴스 터치스크린
이 다이어그램은 표준 x/y 멀티플렉스 터치스크린을 사용하여 생성된 16개 교차로와는 달리 격자 터치스크린 또는 키패드에 대한 8개의 입력이 28개의 고유한 교차로들을 어떻게 생성하는지 보여준다.
예상 용량성 터치스크린의 스키마

용량성 터치(PCT; PCAP) 기술은 용량성 터치 기술의 한 변종이지만 단순한 형태의 '인공지능'을 사용함으로써 터치 민감성, 정확성, 분해능, 터치 속도가 크게 개선된 곳이다.이 지능형 프로세싱은 매우 두꺼운 유리와 심지어 이중 유리를 통해 정확하고 신뢰성 있게 손가락 감지를 투영할 수 있다.[54]

일부 현대적인 PCT 터치 스크린은 수천 개의 분리된 키로 구성되어 있지만, 대부분의 PCT 터치 스크린은 x/y 행렬의 전도성 물질로 이루어져 있으며, 유리 시트 위에 층을 이루고 있다.[55]이것은 전극 격자 패턴을 형성하기 위해 단일 전도성 층을 에칭하거나, 병렬 선이나 트랙으로 두 개의 수직 수직 전도성 재료 층을 에칭하여 그리드를 형성하거나, 단일 층에 미세한 절연 코팅 와이어의 x/y 그리드를 형성함으로써 이루어질 수 있다.동시에 검출할 수 있는 손가락의 수는 크로스오버 포인트의 수(x * y)에 의해 결정되지만 크로스오버 포인트의 수는 대각선 격자 레이아웃을 사용하여 거의 두 배가 될 수 있다. 여기서 x 요소는 y 요소만을 교차하는 대신 각 전도성 요소는 다른 요소들을 교차한다.[56]

전도성 층은 투명한 전기 도체인 인듐 주석 산화물(ITO)으로 만들어지는 경우가 많다.일부 설계에서 이 그리드에 인가되는 전압은 동일한 정전기장을 생성하며, 이를 측정할 수 있다.손가락과 같은 전도성 물체가 PCT 패널과 접촉하면 그 지점의 국소 정전기장을 왜곡한다.이것은 캐패시턴스의 변화로서 측정할 수 있다.손가락이 "트랙" 두 개 사이의 간격을 메울 경우 충전 필드가 추가로 중단되어 컨트롤러에 의해 감지된다.캐패시턴스는 그리드의 모든 개별 지점에서 변경 및 측정할 수 있다.이 시스템은 터치를 정확하게 추적할 수 있다.[57]

PCT의 최상층 유리로 인해 저비용 저항성 터치 기술보다 견고하다.기존 정전식 터치 기술과 달리 PCT 시스템이 패시브 스타일러스나 장갑을 낀 손가락을 감지하는 것이 가능하다.다만 패널 표면의 수분이나 높은 습도, 집진먼지 등은 성능에 지장을 줄 수 있다.그러나 이러한 환경적 요인은 와이어 기반 터치스크린이 훨씬 낮은 '기생성' 정전 용량을 가지며 인접 도체 간 거리가 더 넓기 때문에 '미세 와이어' 기반 터치스크린에는 문제가 되지 않는다.

PCT에는 상호 캐패시턴스와 자가 캐패시턴스의 두 종류가 있다.

상호 캐패시턴스

이것은 일반적인 PCT 접근법으로, 대부분의 전도성 물체가 서로 매우 가까이 있으면 전하를 보유할 수 있다는 사실을 이용한다.상호 정전용량 센서에서 콘덴서는 그리드의 각 교차로에서 행 트레이스와 컬럼 트레이스에 의해 본질적으로 형성된다.예를 들어, 16×14 어레이에는 224개의 독립 캐패시터가 있을 것이다.행 또는 열에 전압이 인가된다.센서 표면에 손가락이나 전도성 스타일러스를 가까이 가져오면 정전기장이 변경되어 상호 캐패시턴스가 감소한다.그리드의 모든 개별 지점에서 정전용량 변화를 측정하여 다른 축의 전압을 측정하여 터치 위치를 정확하게 결정할 수 있다.상호 캐패시턴스는 여러 손가락, 손바닥 또는 스타일리를 동시에 정확하게 추적할 수 있는 멀티 터치 작동이 가능하다.

자기역량

자체 캐패시턴스 센서는 상호 캐패시턴스 센서와 동일한 X-Y 그리드를 가질 수 있지만 열과 행은 독립적으로 작동한다.자가 캐패시턴스를 사용하여 손가락의 용량성 부하를 각 열 또는 행 전극에 대해 전류계로 측정하거나 RC 오실레이터의 주파수 변화를 측정한다.[58]

손가락은 행의 전체 길이를 따라 어디에서나 감지될 수 있다.만약 손가락이 열에 의해서도 감지된다면, 손가락 위치가 이 행/열 쌍의 교차점에 있다고 가정할 수 있다.이렇게 하면 손가락 한 개를 빠르고 정확하게 검출할 수 있지만, 손가락 한 개 이상을 검출할 경우 다소 애매한 점이 생긴다.[59] 두 손가락은 네 개의 검출 가능한 위치가 있을 수 있으며, 그 중 두 개만 참이다.그러나, 경합하는 어떤 접점을 선택적으로 감식함으로써, 상충되는 결과는 쉽게 제거된다.[60]이를 통해 "자체 캐패시턴스"를 멀티 터치 작동에 사용할 수 있다.

또는 열 중 하나를 제외한 모든 열에 "감지 해제" 신호를 적용하여 모호성을 방지할 수 있다.[60]이것은 어떤 줄의 짧은 부분만 만져도 민감하게 만든다.행을 따라 이러한 섹션의 순서를 선택하면 해당 행을 따라 여러 손가락의 정확한 위치를 결정할 수 있다.이 프로세스는 전체 화면이 스캔될 때까지 다른 모든 행에 대해 반복될 수 있다.

소니 엑스페리아솔라,[61] 삼성 갤럭시S4, 갤럭시노트3, 갤럭시S5, 갤럭시 알파 등 휴대전화에는 자급자족 터치스크린 레이어가 사용된다.

셀프 캐패시턴스는 상호 캐패시턴스보다 훨씬 민감하며 손가락이 유리 표면에 닿지도 않아도 되는 단 한 번의 터치, 간단한 제스처, 근접 감지에 주로 사용된다.상호 캐패시턴스는 주로 멀티터치 애플리케이션에 사용된다.[62] 많은 터치스크린 제조업체들이 동일한 제품에서 자체 및 상호 캐패시턴스 기술을 모두 사용하므로 개별적인 이점을 결합한다.[63]

용량성 화면에 스타일러스 사용

용량성 터치스크린은 반드시 손가락으로 조작할 필요는 없지만, 최근까지 필요한 특수 스타일은 구입 비용이 상당히 많이 들 수 있다.이 기술의 원가는 최근 몇 년 동안 크게 떨어졌고 용량성 스타일리는 현재 명목상의 충전에 널리 이용되고 있으며, 종종 모바일 액세서리와 함께 무료로 제공된다.이들은 부드러운 전도성 고무 팁을 가진 전기 전도성 샤프트로 구성되며, 따라서 손가락을 스타일러스 끝에 저항적으로 연결한다.

적외선 격자

디스플레이 주위에 장착된 적외선 센서는 1981년 이 플라톤 V 단자에서 사용자의 터치스크린 입력을 감시한다.단색 플라즈마 디스플레이의 특징적인 주황색 광채가 묘사되어 있다.

적외선 터치스크린은 화면 가장자리 주변에 X-Y 적외선 LED와 광검출기 쌍을 배열해 LED 빔 패턴의 혼란을 감지한다.이 LED 빔들은 수직과 수평으로 교차한다.이것은 센서가 촉각의 정확한 위치를 알아내는 것을 돕는다.이러한 시스템의 주요 이점은 손가락, 장갑을 낀 손가락, 스타일러스 또는 펜을 포함한 모든 불투명 물체를 감지할 수 있다는 것이다.일반적으로 터치스크린을 작동시키기 위해 도체(맨 손가락 등)에 의존할 수 없는 옥외 어플리케이션과 POS 시스템에 사용된다.정전식 터치스크린과 달리 적외선 터치스크린은 전체 시스템의 내구성 및 광학적 선명도를 높이는 유리에 패터링이 필요하지 않다.적외선 터치스크린은 적외선 빔에 방해가 될 수 있는 먼지와 먼지에 민감하며 사용자가 선택할 항목을 검색하다가 화면 위로 손가락을 올리면 곡선의 시차, 실수로 누르는 등의 어려움을 겪는다.

적외선 아크릴 투영

반투명 아크릴 시트는 정보를 표시하는 후면 투사 스크린으로 사용된다.아크릴 시트의 가장자리는 적외선 LED로 점등되며 적외선 카메라는 시트 뒷면에 집중되어 있다.시트에 놓여진 물체는 카메라에 의해 탐지될 수 있다.사용자가 시트를 터치하면 최대 압력 지점에서 정점을 이루는 적외선이 누출되어 사용자의 터치 위치를 표시한다.마이크로소프트의 픽셀센스 태블릿은 이 기술을 사용한다.

광학 영상화

광학 터치스크린은 터치스크린 기술의 비교적 현대적인 발전으로, 화면 가장자리(대부분 코너) 주변에 2개 이상의 이미지 센서(CMOS 센서 등)가 배치되어 있다.적외선 백라이트는 화면 반대편의 센서 시야에 배치된다.터치 한 번으로 센서로부터 일부 조명이 차단되고 접촉 물체의 위치와 크기를 계산할 수 있다(시각적 선체 참조).이 기술은 큰 터치스크린을 위한 확장성, 다기능성, 저렴한 가격 때문에 인기가 높아지고 있다.

분산 신호 기술

2002년 3M으로 도입된 이 시스템은 유리의 압전도를 측정하기 위해 센서를 이용해 촉각을 감지한다.복잡한 알고리즘은 이 정보를 해석하고 실제 터치 위치를 제공한다.[64]이 기술은 먼지와 긁힌 자국을 포함한 다른 외부 요소의 영향을 받지 않는다.화면에 추가 요소가 필요 없기 때문에 뛰어난 광학 선명도를 제공한다는 주장도 내세우고 있다.어떤 물체라도 장갑을 낀 손가락을 포함하여 터치 이벤트를 생성하는데 사용할 수 있다.단점은 최초 터치 후 시스템이 움직이지 않는 손가락을 감지할 수 없다는 것이다.그러나 같은 이유로 휴식 물체는 터치 인식에 지장을 주지 않는다.

음향 펄스 인식

이 기술의 핵심은 표면의 어느 한 위치에서 터치하면 기질에 음파가 생성되어 터치스크린 가장자리에 부착된 세 개 이상의 작은 변환기로 측정되는 고유한 조합 신호가 생성된다는 것이다.디지털화된 신호를 표면의 모든 위치에 해당하는 목록과 비교하여 터치 위치를 결정한다.움직이는 촉감은 이 과정의 빠른 반복에 의해 추적된다.외부 및 주변 사운드는 저장된 사운드 프로필과 일치하지 않기 때문에 무시된다.값비싼 신호 처리 하드웨어가 아닌 단순한 조회 방식을 사용해 다른 음향 기반 기술과 차별화된다.분산 신호 기술 시스템과 마찬가지로, 초기 터치 후에는 움직이지 않는 손가락을 감지할 수 없다.그러나 같은 이유로 터치 인식은 어떤 휴식물에도 방해받지 않는다.이 기술은 특허 제품군 EP1852772가 기술한 대로 2000년대 초 사운드터치에 의해 만들어졌으며, 2006년 타이코 인터내셔널의 엘로사업부가 어쿠스틱 펄스 인식(Acoustic Pulse Incognition)으로 시장에 선보였다.[65]엘로가 사용하는 터치스크린은 일반 유리로 제작돼 내구성과 광학 선명도가 뛰어나다.이 기술은 보통 화면에 긁힌 자국이나 먼지로 정확성을 유지한다.이 기술은 물리적으로 큰 디스플레이에도 잘 맞는다.

건설

터치스크린을 만드는 몇 가지 주요한 방법이 있다.주요 목표는 디스플레이에 닿는 하나 이상의 손가락을 인식하고, 이것이 나타내는 명령을 해석하며, 명령을 적절한 응용 프로그램에 전달하는 것이다.

가장 인기 있는 기법이었던 저항성 접근법에는 일반적으로 네 가지 층이 있다.

  1. 하단에 투명한 금속 전도 코팅이 있는 상단 폴리에스테르 코팅 층.
  2. 접착 스페이서
  3. 상단의 투명한 금속-전도 코팅으로 코팅된 유리층
  4. 장착을 위한 유리 뒷면의 접착 층.

사용자가 표면을 만지면 디스플레이를 통해 흐르는 전류의 변화를 시스템이 기록한다.

분산 신호 기술은 강화 유리 기질에 닿았을 때 화학적으로 발생하는 압전 효과(기계적 힘을 재료에 가할 때 발생하는 전압)를 측정한다.

적외선 기반 접근법은 두 가지다.한 곳에서, 일련의 센서들은 손가락이 디스플레이에 닿거나 거의 닿을 정도로 만지는 것을 감지하여 화면에 투사된 적외선 광선을 방해한다.다른 하나는 바닥에 장착된 적외선 카메라로 스크린 터치로 인한 열을 기록한다.

각각의 경우에, 시스템은 당시의 화면에 나타나는 제어장치와 터치 위치를 기반으로 의도된 명령을 결정한다.

개발

멀티 터치 스크린의 개발로 화면에서 손가락 하나 이상을 추적할 수 있어 손가락 하나 이상을 필요로 하는 조작이 가능해졌다.또한 이러한 기기들은 여러 사용자가 동시에 터치스크린과 상호작용을 할 수 있게 해준다.

터치스크린의 사용이 증가함에 따라 터치스크린 기술의 비용은 일상적으로 그것을 통합하는 제품에 흡수되어 거의 제거된다.터치스크린 기술은 신뢰성이 입증되었으며 항공기, 자동차, 게임 콘솔, 기계 제어 시스템, 가전제품 및 핸드헬드 디스플레이 장치(휴대전화 포함)에서 발견된다. 모바일 장치의 터치스크린 시장은 2009년까지 미화 50억 달러를 생산할 것으로 예측되었다.[66][needs update]

새롭게 떠오르는 그래픽 태블릿-스크린 하이브리드로 화면 자체를 정확하게 가리키는 기능도 발전하고 있다.폴리비닐리덴 플루오르화(PVFD)[67]는 태블릿이 압력을 감지할 수 있는 압전 성질이 높아 디지털 페인팅이 종이와 연필과 같은 역할을 하게 된다.

2011년 10월 발표된 탭센스는 손가락 끝, 너클, 손톱 등 손의 어떤 부분이 입력에 사용됐는지 구별할 수 있도록 터치스크린을 허용하고 있다.이것은 복사하여 붙여넣기, 대문자화, 다양한 그리기 모드 활성화 등 다양한 방법으로 사용될 수 있다.[68][69]

텔레비전 이미지와 일반적인 현대 PC의 기능 사이의 실질적인 통합은 가까운 미래에 혁신일 수 있다. 예를 들어, 영화나 비디오에 나오는 배우에 관한 인터넷상의 "올라이브 정보", 노래나 사람에 관한 뉴스의 정상적인 비디오 클립 중 다른 음악의 목록.

인체공학 및 사용법

터치스크린 활성화

터치스크린이 효과적인 입력 장치가 되려면 사용자는 대상을 정확하게 선택할 수 있어야 하며 인접 대상의 우발적인 선택을 피할 수 있어야 한다.터치스크린 인터페이스의 설계는 시스템, 인체공학, 인지심리학 및 인간생리의 기술적 능력을 반영해야 한다.

터치스크린 설계 지침은 사용자 손가락 크기에 따라 크게 좌우되는, 일반적으로 적외선 그리드를 사용하는 구형 시스템의 초기 연구와 실제 사용에 기초하여 2020년대에 처음 개발되었다.이 지침은 용량성 또는 저항성 터치 기술을 사용하는 현대식 터치 장치의 대부분과 관련이 적다.[70][71]

2000년대 중반부터 스마트폰용 운영체제 제조사는 표준을 공포했지만 제조사마다 차이가 있고 기술 변화에 따라 규모에 큰 변화가 생길 수 있어 인적 요인 관점에서 부적합하다.[72][73][74]

훨씬 더 중요한 것은 인간이 손가락이나 펜 스타일러스로 표적을 고르는 데 있어 가지고 있는 정확성이다.사용자 선택의 정확도는 화면 상의 위치에 따라 달라진다. 사용자들은 중앙에서 가장 정확하고, 왼쪽과 오른쪽 가장자리는 덜 정확하며, 위쪽 가장자리와 특히 아래쪽 가장자리는 덜 정확하다.R95 정확도(대상 정확도 95%를 위해 필요한 반지름)는 중앙의 7mm(0.28인치)에서 하단 모서리의 12mm(0.47인치)까지 다양하다.[75][76][77][78][79]사용자는 이 사실을 무의식적으로 인지하고 있으며, 터치스크린의 가장자리나 모서리에 있는 더 작은 표적을 선택하는 데 더 많은 시간이 소요된다.[80]

이 사용자의 부정확성은 시차, 시력 및 눈과 손가락 사이의 피드백 루프 속도의 결과물이다.사람 손가락의 정밀도만 해도 이보다 훨씬, 훨씬 높기 때문에 화면 확대기와 같은 보조 기술이 제공될 때 사용자는 0.1mm(0.004인치) 정도의 정밀도로 손가락을 움직일 수 있다.[81][dubious – discuss]

손 위치, 사용된 숫자 및 전환

휴대용 터치스크린 기기와 휴대용 터치스크린 기기의 사용자는 다양한 방법으로 기기를 잡고, 입력 위치와 유형에 맞게 보유 및 선택 방법을 정기적으로 변경한다.핸드헬드 상호작용에는 네 가지 기본 유형이 있다.

  • 적어도 두 손으로 부분적으로 잡고 엄지손가락 하나로 두드림
  • 두 손으로 잡고 두 엄지손가락으로 두드리기
  • 한 손으로 잡고, 다른 한 손의 손가락으로 두드림(또는 거의 엄지손가락으로 두드림
  • 한 손에 장치를 잡고, 같은 손에서 엄지손가락으로 두드리는 것

사용률은 천차만별이다.많은 일반 상호작용에서 2-썸 태핑이 드물게(1~3%) 발생하지만, 이는 타이핑 상호작용의 41%에 사용된다.[82]

또한 기기들은 종종 표면(디스크나 테이블)에 놓이고 특히 스탠드에서 태블릿이 사용된다.사용자는 이러한 경우 손가락이나 엄지손가락으로 가리키거나 선택 또는 제스처를 취할 수 있으며 이러한 방법의 사용은 다양하다.[83]

하프틱스와 결합됨

터치스크린은 종종 촉각 반응 시스템과 함께 사용된다.이 기술의 일반적인 예는 터치스크린의 버튼을 누를 때 제공되는 진동 피드백이다.햅틱스는 시뮬레이션된 촉각 피드백을 제공하여 터치스크린에 대한 사용자의 경험을 향상시키기 위해 사용되며, 화면상 응답 지연에 부분적으로 대항하여 즉시 반응하도록 설계될 수 있다.글래스고 대학(브류스터, 초한, 브라운, 2007년 이상, 최근 호건)의 연구는 터치스크린이 haptics 또는 촉각 피드백과 결합될 때 터치스크린 사용자가 입력 오류를 20% 감소시키고 입력 속도를 20% 증가시키며 인지 부하(40%)를 낮춘다는 것을 보여준다.여기에 보스턴 칼리지가 2013년 실시한 연구는 터치스크린 햅틱 자극이 제품의 심리적 소유권을 유발하는 데 미치는 영향을 탐구했다.그들의 연구는 많은 양의 촉각적 관여를 통합할 수 있는 터치스크린 능력은 고객들이 그들이 디자인하거나 구매하는 제품에 더 많은 기부금을 느끼게 한다는 결론을 내렸다.이 연구는 또한 터치스크린을 사용하는 소비자들이 그들이 구매하는 품목에 대해 더 높은 가격을 기꺼이 받아들였다고 보고했다.[84]

고객 서비스

터치스크린 기술은 21세기에 고객 서비스 산업의 많은 측면에 통합되었다.[85]요식업계가 터치스크린을 이 영역으로 구현한 좋은 예다.타코 벨,[86] 파네라 브레드, 맥도날드 등 체인 레스토랑들은 고객이 메뉴판에서 상품을 주문할 때 터치스크린을 옵션으로 제공한다.[87]터치스크린의 추가가 이 산업의 발전이지만, 고객들은 터치스크린을 무시하고 전통적인 계산원에게 주문하는 것을 선택할 수 있다.[86]한 걸음 더 나아가 방갈로르의 한 음식점은 주문 과정을 완전히 자동화하려고 시도했다.고객들은 터치스크린이 내장된 테이블에 앉아 다양한 메뉴를 주문한다.주문은 일단 전자적으로 부엌으로 보내진다.[88]이러한 유형의 터치스크린은 리드 섹션에 언급된 POS(Point of Sale) 시스템에 적합하다.

"고릴라 팔"

사용자가 팔을 놓을 수 없는 상태에서 제스처 인터페이스의 장시간 사용을 "고릴라 암"[89]이라고 한다.작업 환경에서 일상적으로 사용할 경우 피로 및 반복적인 스트레스 상해를 초래할 수 있다.어떤 초기 펜 기반 인터페이스는 운영자가 근무일의 상당 기간 동안 이 위치에서 작업하도록 요구하였다.[90]사용자가 입력 장치나 그 주위에 있는 프레임에 손이나 팔을 올려 놓을 수 있도록 하는 것은 많은 맥락에서 이것을 위한 해결책이다.이러한 현상은 적절한 인체공학적 설계에 의해 최소화되어야 하는 움직임의 예로 자주 인용된다.[citation needed]

지원되지 않는 터치스크린은 ATM이나 데이터 키오스크와 같은 애플리케이션에서 여전히 상당히 흔하지만, 일반적인 사용자가 짧고 넓은 간격 동안만 작업하므로 문제가 되지 않는다.[91]

지문

iPad(태블릿 컴퓨터) 터치스크린의 지문 및 얼룩

터치스크린은 디스플레이의 지문 문제로 고통을 받을 수 있다.이는 지문 오일의 가시적 효과를 줄이기 위해 고안된 광학 코팅으로 재료를 사용함으로써 완화될 수 있다.대부분의 현대 스마트폰은 기름 찌꺼기의 양을 줄이는 올레 혐기성 코팅을 가지고 있다.또 다른 옵션은 얼룩이 쉽게 남아 있지 않는 약간 거칠어진 표면을 만드는 무광택 마감 방광 스크린 프로텍터를 설치하는 것이다.

글러브 터치

터치스크린은 사용자가 장갑을 끼면 대부분 작동하지 않는다.장갑의 두께와 장갑이 만들어지는 소재는 그것과 터치스크린에 중요한 역할을 한다.

참고 항목

참조

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