스마트폰 터치스크린이 손가락에만 반응하는 이유는 무엇인가요?

 추운 겨울이나 건조한 날씨에 여러분이 스마트폰을 사용하면 전혀 작동을 하지 않을 때가 있습니다. 터치를 아무리 해도 반응이 없어 답답하게 만들어버리는데요. 장갑을 벗지 않아도 되는 펜이나 다른 도구를 이용해도 결국에는 스마트폰 터치스크린이 반응하지 않아서 맨손가락을 이용하게 만들어버립니다.

스마트폰은 왜 손가락과 플라스틱을 구별하여 작동되는 것일까요? 화면에 무슨 특별한 장치가 있어서 그러는지 궁금해지는데요. 이유는 스마트폰 화면은 물리적인 압력으로 반응을 하는 것이 아니라 우리몸에 흐르는 미세한 전기에 의해 반응을 하기 때문입니다. 오늘은 스마트폰의 기술인 정전식 터치스크린의 원리와 인체의 미세 전류가 어떤 작용을 하는지 설명해드리겠습니다.

스크린이 감압식에서 정전식으로 변화

스마트폰의 터치스크린 원리를 알아보기 위해서 과거에는 어떻게 사용했는지 기술 발전을 알아봐야 합니다. 스마트폰이 나오기 전에는 우리는 내비게이션이나 기기 들을 사용할 때 버튼을 눌러 인식을 시켰습니다. 그리고 화면을 눌러 감압식 방식으로 바뀌게 되었습니다. 이때 화면과 아래층에 미세한 차이를 두었다가 사람이 누르면 두 층이 맞닿아 전류가 흐르게 하는 1차적인 방식을 사용해 터치를 하게 만들었는데요.

지금은 터치를 할 때 누르는 힘이 없는 정전식으로 방식이 변경되었습니다. 그래서 힘이 없어도 살짝 스치기만 해도 터치를 한 것처럼 인식이 되어 반응을 하게 됩니다. 정전식은 이처럼 기존에 힘에서 전류 방식으로 변경된 것입니다.

정전식 터치의 원리

우리가 매일 사용하는 스마트폰은 유리판 아래에 여러개에 전선들이 눈에 보이지 않을정도로 촘촘하세 설계되어 있습니다. 이러한 물질들이 촘촘하게 깔려 있어서 반응을 하게 되는 것인데요. 전원이 들어온 스마트폰은 이러한 전선에 미세한 전류가 흐르게 되고 거미줄처럼 빼곡하게 틈을 메우고 있습니다. 이 상태에서 어떠한 전기적 변화가 들어오기를 기다리는 대기상태를 유지하고 있는 것입니다.

손가락이 닿아 터치가 되는 과정

스마트폰이 커진 상태에서 전기가 흐르게 되면 이제 대기모드라고 봐도 됩니다. 사람이 사용을 하기 위해 손가락을 스마트폰에 닿게 되면 작동을 하게 되는 것인데요. 사람은 체내의 수분이 70 %가 물로 되어 있고 기타 전해질 물질이 있어서 전기가 잘 통하는 도체를 띱니다. 그래서 거대한 도체가 스마트폰에 닿는 순간 특별한 물리적 변화가 일어나게 되는 것이에요.

1. 전자 이동: 손가락이 스마트폰 화면에 닿게 되는 순간 화면에 흐르는 미세한 전자들이 전기가 잘 통하는 손으로 이동합니다.
2. 좌표 계산: 손가락이 전기를 빼앗아 가는 위츠는 특정위치인데요. 이때 촘촘하게 깔려있는 전선에서 x축과 y축을 파악하여 위치를 알아냅니다.
3. 명령 수행: 스마트폰의 특정 위치를 파악하고 전자가 이동했으니 이제 실행을 할 차례입니다. 스마트폰은 매우 빠른 속도로 터치를 인식하고 프로그램을 실행합니다.

장갑이나 플라스틱은 안되는 이유?

원리를 알고나면 겨울철에 정상적으로 작동하지 않는 이유를 알게 됩니다. 털장갑이나 플라스틱, 가죽 같은 경우에는 전기가 잘 통하지 않는 부도체입니다. 그렇기 때문에 화면에 아무리 가져가 보아도 또는 세게 누른다고 하여도 전기를 빼앗아 오지 못합니다. 그래서 스마트폰 입장에서 보면 아무런 행동이 입력되지 않았다고 할 수 있습니다.

그래서 스마트폰은 아무런 행동을 하지 않는 것인데요. 이때 전용 터치펜을 사용하면 펜에 있는 특수 고무가 전기가 잘 통하는 물질로 전자를 빼앗아 가면서 작동을 하게 됩니다. 전도성 물질을 감아서 엮어두어도 전기가 이동할 수 있어서 플라스틱이라도 전달물질만 있어도 효과를 볼 수 있습니다.

소시지 터치펜으로 터치

겨울철 장갑을 벗기 싫다면 대체할 물건을 찾아야 합니다. 흔하게 스마트폰 전용 펜이 사용되고 있는데요. 저는 소시지를 이용해 터치펜을 쓰기도 합니다. 소시지는 다량의 수분과 나트륨 등의 전해질로 되어 있습니다. 즉 사람의 손과 비슷한 환경으로 만들어져 있는데요. 그래서 동일하게 도체로 사용할 수 있습니다. 그래서 전기를 빼앗아 올 수 있어서 스마트폰을 사용할 수 있는 것입니다.

물 묻은 손으로 터치하면?

샤워를 하거나 손에 물이 묻은 상태에서 스마트폰을 터치하면 어떻게 될까요? 내가 누르지 않는 곳도 마음대로 눌리거나 화면이 마음대로 움직이는 현상을 겪게 됩니다. 이것을 고스트 터치라고 부릅니다.

수돗물은 미네랄과 불순물이 섞여 있어 전기가 잘 통하는 도체 역할을 합니다. 그렇기 때문에 화면에 물이 묻어 있게 되면 사람의 터치와 더불어 전기가 이곳 저곳에서 반응을 일으키게 됩니다. 그래서 스마트폰이 과부하가 되어 좌표를 알아내지 못하고 전혀 엉뚱한 반응을 일으키는 결과를 가져오게 되는 것입니다.

우리가 매일 사용하는 스마트폰 터치스크린에 숨겨진 전자기적 반응을 요약해드리겠습니다.

1. 현대의 스마트폰은 압력을 감지하는 감압식이 아니라 정전식으로 터치스크린을 사용합니다.
2. 수분과 전해질로 이루어진 사람의 손가락은 화면에 닿으면 미세 전류를 흡수하여 좌표를 인식하게 만듭니다.
3. 전기가 통하지 않는 물질은 전기 변화를 줄 수 없어서 터치가 되지 않고 전기가 통하는 물질은 터치를 할 수 있습니다.

스마트폰 화면에는 우리 눈에 보이지 않는 전류가 흐르고 있습니다. 그래서 정전식 터치를 이용하여 화면을 터치할 수 있으니 도체와 부도체를 생각해보시면서 이용해 보시기 바랍니다.