터치 스크린에 대해서 알아보자 (6)

《 터치 스크린에 대해서 알아보자 (6) 》

지난 시간에는 다양한 정전용량 방식을 적용한 터치의 타입들에 대한 형태를 알아보았고, 터치 센서 모듈에는 커버글래스, 투명 접착제인 OCA, 터치센서의 근간을 이루는 투명전극을 구성하는 ITO 필름에 대해서 알아보았으며 ITO가 에칭이 되어 센서 형태가 되었을때 사람들의 눈에 보이지 않게 하는 인덱스 매칭에 대해서 알아보았다.

복습하는 차원에서 인덱스 매칭에 대해서 좀더 구체적으로 설명을 하겠다.

우리가 유리와 같은 물질을 볼때 투명하다라고 느껴지는 것은 빛이 반사하지 않고 그대로 유리를 통과하기 때문이다. 보통 물체가 있다라는 것을 눈으로 감지하기 위해서는 해당 피사체에 빛이 닿아 반사가 된후 반사가 된 빛이 우리의 눈으로 들어와서 신경세포를 자극할때 그 피사체를 본다라고 할수 있다.

하지만 유리는 대부분의 빛이 투과하고 반사가 되지 않기 때문에 투과율이 굉장히 좋은 상태의 유리는 유리의 존재를 확인하기 어려울 수도 있다.

그런데 재미나게도 투명한 2가지의 서로다른 물체를 붙여보면 두 물체가 투명해서 보이지 않아야 하는데 사람의 눈에 쉽게 발견이 된다는 것이다.

예를들자면 물도 투명하고 유리도 투명하지만, 유리에 분무기로 물을 뿌리면 유리에 물이 묻어 있다라는 사실을 우리는 알게 된다. 물도 투명하고, 유리도 투명한데 어떻게 우리는 유리에 물이 묻어 있다라는 사실을 알수가 있을까?

투명한 유리창에 투명한 빗물이 묻으면 굴절률 차이가 나서 물의 존재를 확인 가능하다.

 

이것은 물이 가지고 있는 굴절률과 유리가 가지고 있는 굴절률이 서로 틀리기 때문이다.

굴절률이란 쉽게 말하자면 유리나 물과 같이 투명한 매질에 빛이 지나갈때 유리나 물의 내부 작용으로 빛의 속도가 줄어들게 되는데 이 줄어드는 비율을 굴절률(Refractive Index)이라고 칭한다.

일반적으로 우리가 알고 있는 빛의 속도(광속)는 3X10^8m/s라 알고 있는데 이는 진공상태(아무것도 방해를 받지 않은 상태)일때의 값이고 굴절률이 대략 1.5인 유리를 지나가게 되면 "진공 상태의 광속/1.5"로 속도가 줄어들게 된다.

다시 말해 빛이 유리속을 지나갈때의 광속은 2X10^8m/s로 줄어들게 된다는 것이다. (참고로 물의 굴절률은 1.3)

따라서 굴절률이 1.3인 물이 굴절률이 1.5인 유리에 찰싹 달라붙게 되면 빛이 물에 통과할때의 광속과 빛이 유리에 통과할때 광속이 틀려져 소위 말하는 스넬의 법칙에 따라 휘게 되며 일부는 입사각에 따라 반사를 하게 되어 우리 눈에 감지가 되어 물의 존재를 확인할수가 있다는 것이다.

 

스넬의 법칙

 

마찬가지로 투명한 ITO로 정전용량의 센서를 만들기 위해 패턴화를 진행한다면 투명한 유리에 붙어 있더라도 ITO는 눈에 뜨일수 밖에 없다.

왜냐하면 ITO의 굴절률은 1.7이고 유리의 굴절률은 1.5이기 때문에 두 투명한 물질을 지나는 빛은 속도가 틀려지고, 스넬의 법칙에 따라 빛이 휘게 되며 입사각에 따라 반사가 되기 때문에 ITO 패턴이 눈에 보이게 된다.

만약 이런 상태로 패턴화된 ITO로 터치전극을 만들게 되면 터치를 작동 시키는 기능상의 문제는 없더라도 ITO 전극이 휴대폰 화면에서 보이게 되는 문제가 발생이 된다.

 

투명한 ITO가 패턴화 되어 투명한 필름에 부착될때 굴절률이 틀려 패턴의 모습이 보인다.

 

위에서도 언급하였지만 터치 작동은 이상 없지만 각종 화면이나 영상을 수행할때 복잡한 ITO 패턴문양들이 보여 화면을 보는데 신경이 쓰일수 밖에 없다.

이를 전문적인 용어로 시인성(視認性, visibility)에 문제가 발생하였다고 하며 삼성 디스플레이와 같은 업체에서 터치 센서를 만들때 가장 공들이는 부분도 바로 시인성에 대한 부분이다.

그렇다면 패턴화된 ITO를 안보이게 할수 있는 방법은 바로 굴절률 매칭인 인덱스 매칭이다. 구체적으로 말하면 유리의 굴절률은 1.5이고, ITO의 굴절률은 1.7이기 때문에 유리와 ITO 사이에 ITO와 유사한 굴절률을 가지고 있는 물질을 사전에 코팅을 시키는 것이다.

그렇게 한다면 ITO(굴절률 1.7)/인덱스 매칭층(굴절률1.7)/유리(굴절률1.5)의 형태가 되어 인덱스 매칭층이 ITO와 굴절률이 동일하여 패턴화된 ITO가 신기하게도 눈에서 보이지 않게 된다.

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