더욱 정교해진 '스타일러스 펜' 원리 파헤치기

'스타일러스 펜' 원리 파헤치기

스마트폰과 태블릿의 등장으로 일상 생활에서 더이상 종이와 펜을 찾아보기 힘들어졌습니다. 환경을 생각하고, 업무 방식을 더욱 효율적으로 바꿀 수 있는 '페이퍼리스' 환경이 구축되면서 스마트 기기의 사용이 더욱 커지고 있기 때문이죠. 

이처럼 디지털 기기의 발전과 함께 찾아볼 수 있는 것이 또 하나 있습니다. 바로 디지털 기기 화면에 쓸 수 있는 '스타일러스 펜' 인데요. 이전에는 특정 목적으로만 필요로했던 스타일러스 펜이 점점 정교해지고, 많은 기능을 갖추게 되면서 종이와 펜을 대체할 수 있는 새로운 도구로 역할이 확대되고 있습니다. 

이제 노트북, 태블릿, 스마트폰에까지 다양한 신제품에서도 스타일러스 펜을 채용하고 있는데요. 과연 스타일러스 펜은 어떤 원리로 작동되고, 또 어떠한 기술을 이용해 아날로그 펜과 같이 정교한 느낌을 낼 수 있게 된건지 함께 살펴볼까요?

감압식 VS. 정전식

- 물리적 압력을 이용한 감압식 터치의 스타일러스펜

먼저 흔히 '터치 펜' 이라고 말하는 디지털 펜은 초창기 크게 감압식과 정전식 터치 패널에 따라 구분해 사용했는데요. 이는 펜의 입력 신호를 스크린의 센서가 어떤 방식으로 감지하느냐에 따라 감압식과 정전식으로 나뉩니다.

스마트폰과 태블릿이 지금과 같이 대중화 되기 전에는 PDA, PMP, 전자사전 등의 터치스크린이 적용된 기기에 보조 수단으로 감압 방식의 스타일러스 펜이 자리잡고 있었는데요. 

사실 이 원리는 터치스크린이 물리적인 '압력'을 감지해서 작동하는 원리이기 때문에 굳이 스타일러스 펜이 아니어도 뾰족한 물건이면 어떤 것으로든 대체해서 사용할 수 있었습니다. 

화면을 살짝 눌러주기만 하면 생기는 압력으로 인식하기 때문에 정교한 필기나 비교적 정확한 인식이 필요한 일에는 사용하기 힘든 것이 단점이겠죠? 

감압식 스크린은 굳이 정교하지 않아도 되는 조작법에서 많이 사용되는 방식이었습니다. 닌텐도의 스타일러스 펜을 이용해 게임을 조작할 때, 전자사전에서 필기 인식을 이용해 한자나 일본어를 찾아볼 때, 도면에서 틀린 부분을 체크할 때 등 펜이 필요하기는 하나, 정교할 필요는 없는 기기에서는 편리하게 쓰인 방식입니다. 또한 쉽게 터치가 가능하고, 패널이나 펜에 비해 특별한 기술이 들어가지 않아도 돼서 가격도 비교적 저렴한 것이 장점입니다.

- 전류를 이용한 정전식 터치 방식의 스타일러스 펜

정확히는 '정전용량식' 이라고 하는 정전식 터치는 전류를 화면위에 흘려 보내, 전도체를 접촉 시켜 일어나는 변화로 인식하는 원리입니다. 

X전극과 Y전극의 좌표를 이용해 전도체가 닿은 부분을 인식하게 되는데요. 이 때 전도성을 띄고 있는 사람의 손가락도 전도체로 인식하기 때문에 터치가 가능합니다. 

정전식을 이용한 이용한 아이폰의 출시 이후 대부분의 스마트폰이 '터치형' 으로 바뀌면서 가장 많이 쓰이게 된 스타일러스 펜인데요. 

특히 장갑을 끼고 일해야 하는 직종에서는 손가락으로 터치를 할 수 없기 때문에 이러한 스타일러스 펜의 사용이 필수입니다. 위의 감압식과 달리, 압력이 아닌 전류를 이용하기 때문에 멀티 터치가 가능하고 반응속도가 빨라 스타일러스 펜의 활용 역시 편리해졌는데요. 전기가 통하는 정전식 전용 스타일러스 펜을 활용해 손가락보다 더욱 정확한 인식이나 필기가 필요한 일에 자주 쓰입니다. 

EMR (전자기공명) VS. AES (능동정전기) 방식

위에서 설명한 감압식과 정전식이 스크린 터치 패널의 인식 원리를 크게 나눠 설명한거라면, 세부적으로 터치에 이용되는 디지털 펜은 펜 자체에 쓰이는 기술로 나뉩니다. 흔히 전자기공명 방식을 이용한 EMR (Electro-Magnetic Resonance)와 능동정전기 방식을 이용한 AES(Active Electrostatic Solution)형 펜으로 나뉘는데요. 쉽게 말해 액정 스크린에서 신호를 보내느냐, 펜 자체에서 신호를 보내느냐에 따라 나뉜다고 할 수 있습니다. 함께 알아볼까요?

- 배터리가 필요없는 EMR(전자기공명) 방식의 펜

흔히 알고 있는 삼성전자의 갤럭시 노트에 포함된 'S펜', 그래픽이나 디자인 작업에 많이 쓰이는 와콤의 태블릿 신티크프로에 쓰이는 '와콤프로펜'에 쓰인 기술이 바로 EMR방식을 이용한 펜입니다. 

와콤에서 특허받은 EMR 기술은 기기의 디스플레이 아래 디지타이저라는 별도의 패널을 깔아 펜 내부에 전류가 흐르는 코일과 무선주파수를 이용해 인식시키는 원리인데요. 

디지타이저에서 자기장을 만들고, 펜으로 주파수를 내보내 이를 펜이 감지합니다. 펜에 전송된 에너지를 펜 내부 회로를 통해 무선 주파수(RF) 신호로 전달해 신호의 세기를 측정하는 방식인데요. 

EMR 방식을 이용하면 별도의 배터리나 건전지가 필요 없어 펜이 가볍고, 화면 전체를 스캔하여 좌표를 인식하므로 훨씬 더 정확한 사용이 가능합니다. 또한 손바닥과 펜에 전달되는 무선 주파수 신호를 구분해 작동하므로 화면 위에 닿는 손은 인식하지 않고, 오로지 펜만 인식하는 '팜 리젝션' 기능을 도입할 수 있는 것도 장점입니다. 

따라서 넓은 화면에서 보다 섬세한 작업을 필요로 하는 그래픽 디자이너, 캐드 등의 정확한 도면 설계를 필요로 하는 건축 분야 종사자 등에게 적합한 펜입니다.

- 반응속도가 빠른 AES (능동정전기) 방식의 펜

EMR 방식이 스크린에 특별한 '디지타이저' 장치를 넣어 펜을 가볍게 만들었다면, AES 방식은 화면이 아닌 '펜' 자체에 기술을 넣어 반응 속도를 조금 더 끌어올렸습니다. 디지타이저가 없어도 되기 때문에 일반 정전식 스크린을 이용하는 스마트폰, 터치형 노트북 등에서도 모두 사용이 가능합니다. 

다만 스크린 쪽에 있던 전자기 발생 장치를 모두 펜에 넣어야 하기 때문에 EMR 방식의 펜보다는 무겁고, 두껍습니다. 하지만 반대로 펜에서 곧바로 신호를 보내 화면이 이를 인식하기 때문에 반응 속도가 빠르고, 보다 정확한 인식이 가능하다는 장점이 있습니다. 

터치형 노트북인 레노버의 요가북에 내장된 '프리시전 펜', 애플의 아이패드 프로에 사용할 수 있는 '애플 펜슬', 마이크로소프트사의 서피스북에 사용되는 '서피스 펜' 등에 모두 AES 방식이 적용됐습니다.

이처럼 점점 스타일러스 펜의 정교함이 발전하고, 편의성이 증대되면서 보다 다양한 스마트 기기들에 필수품으로 자리잡을 전망인데요. 종이와 펜만큼 자연스러우면서도 색다른 경험을 할 수 있는 '스타일러스 펜'의 활약을 기대해볼까요?