ടച്ച് സ്ക്രീനിന്റെ ശാസ്ത്രം

ജയകൃഷ്ണൻ ജനാർദ്ദനൻ

“ഫോണിൽ തോണ്ടിക്കോണ്ട് ഇരിക്കാതെ റേഷൻ കടയിൽ പോയിട്ട് വാടീ..”

“എപ്പോൾ നോക്കിയാലും ഫോണില് തോണ്ടി ഇരിപ്പ് തന്നെ പണി, ചെക്കാ..നിനക്ക് ആ സമയത്ത് അടുക്കളയിൽ ഇരിക്കുന്ന പാത്രങ്ങളൊക്കെ കഴുകി വെച്ചുകൂടെ..”

ഈ സംഭാഷണങ്ങളൊക്കെ ഉണ്ടാകാത്ത വീടുകൾ നമ്മുടെ നാട്ടിൽ കുറവായിരിക്കും, അല്ലെ? “ഫോണിലെ തോണ്ടൽ’ നമ്മുടെ നാട്ടിൽ പ്രചാരത്തിലായിട്ട് വളരെക്കുറച്ച് നാളുകളേ ആയിട്ടുള്ളൂ..ഒരു വലിയ കെട്ടിടത്തിന്റെ ഒരു നിലയിൽ മുഴുവൻ തിങ്ങി നിറഞ്ഞ ഇലക്ട്രോണിക് ഭീമന്മാരെ നിങ്ങളുടെ പെരുവിരലിന്റെ അറ്റത്ത് വരെ എത്തിച്ച, ലക്ഷക്കണക്കിന് ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളും ഡയോഡുകളും കപ്പാസിറ്ററുകളും വിശ്രമമില്ലാതെ ജോലി ചെയ്തു കൊണ്ടിരിക്കുന്ന നിങ്ങളുടെ സ്മാർട്ട് ഫോണിലെ ‘ടച്ച്സ്ക്രീനി’നെ പറ്റിയാണ് പറഞ്ഞ് വരുന്നത്!

സ്മാർട്ട് സ്ക്രീനുകൾ അഥവാ ടച്ച് സ്ക്രീനുകളുടെ ജനനത്തിന് പിന്നിൽ ഭൗതിക ശാസ്ത്രവും രസതന്ത്രവും ഇലക്ട്രോണിക്സും ഗണിത ശാസ്ത്രവും ഒക്കെ നിർണ്ണായകമായ സ്വാധീനം ചെലുത്തിയിട്ടുണ്ട്. ഇന്നിവിടെ, രസതന്ത്രം എങ്ങനെയാണ് ടച്ച് സ്ക്രീനുകളുടെ പ്രവർത്തനത്തിൽ ഭാഗമാകുന്നതെന്നാണ് പറഞ്ഞ് വരുന്നത്. രസതന്ത്രം എന്നാൽ ആദ്യം മനസ്സിൽ വരുന്നത് ദ്രാവകങ്ങളും പുകയും തീയും കുറച്ച് ഗ്ലാസ് ഭരണികളും പൊട്ടിത്തെറിയുമൊക്കെയായിരിക്കും അല്ലേ? ഈപ്പറഞ്ഞതൊക്കെ ടച്ച്സ്ക്രീനുകളുമായി എങ്ങനെ ബന്ധപ്പട്ടിരിക്കുമെന്നായിരിക്കും ആലോചിക്കുന്നത്? ശരി, നമുക്കൊന്ന് നോക്കിയാലോ?

രസതന്ത്രത്തിന്റെ നട്ടെല്ല് എന്നത് ഒരു അലമാരിയിലെ പല തട്ടുകളിൽ സാധനങ്ങൾ വൃത്തിയായി അടുക്കി വെക്കുന്നത് പോലെ, വിവിധ മൂലകങ്ങളെ വൃത്തിയായി അടുക്കി ഒതുക്കി വെച്ചിരിക്കുന്ന ആവർത്തനപ്പട്ടികയാണ്.( periodic table of elements). സത്യകഥ എന്തെന്നാൽ, റേഡിയോആക്റ്റീവ് അല്ലാത്ത 83 മൂലകങ്ങളിൽ ഏകദേശം 70 ഉം നമ്മൾ ഉപയോഗിക്കുന്ന സ്മാർട്ട് ഫോണിൽ ഉണ്ട്! (നിങ്ങളുടെ ഫോണിൽ ഏതെല്ലാം മൂലകങ്ങളുണ്ട്‌ ?– ലേഖനം വായിക്കാം)

അത്ഭുതം തോന്നുന്നുണ്ടോ? നമ്മുടെ വിഷയം സ്മാർട്ട് ഡിസ്‌പ്ലേ ആയത് കൊണ്ട് അതേപറ്റി കൂടുതൽ പറയാം. നിങ്ങൾ ഒരു പുതിയ സ്മാർട്ട് ഫോണോ ടാബോ ഒക്കെ വാങ്ങുമ്പോൾ ആദ്യം നോക്കുന്ന പ്രധാന കാര്യത്തിൽ ഒന്ന് അതിന്റെ സ്ക്രീൻ അഥവാ ഡിസ്‌പ്ലേ ആയിരിക്കും. അല്ലേ? പെട്ടെന്ന് ഫോൺ കയ്യിൽ നിന്ന് താഴെ വീണാൽ നിങ്ങൾ അത് ചാടി എടുത്ത് തൊട്ട് തലോടുന്നത് അതിന്റെ ക്യാമറ ആയിരിക്കില്ല, ഡിസ്‌പ്ലേ ആയിരിക്കും.

സ്മാർട്ട് ഫോണിന്റെ ഡിസ്‌പ്ലേയിൽ ഒരു പോറൽ പോലും പറ്റിയാൽ സങ്കടം വരുന്നവരായിരിക്കും നമ്മളിൽ പലരും, ശരിയല്ലേ? അപ്പോൾ സ്മാർട്ട് ഫോണുകളുടെ ഡിസ്‌പ്ലേ പെട്ടെന്ന് പൊട്ടാത്ത, കേടുപാടുകൾ സംഭവിക്കാത്ത വിധം വേണം നിർമ്മിക്കാൻ. ഏറ്റവും കാഠിന്യമുള്ള, ഇരുമ്പുപോലെയുള്ള വസ്തുക്കൾ ഉപയോഗിച്ചാൽ സുതാര്യമായ വസ്തു എന്ന ആവശ്യം നടപ്പിലാകില്ല!

അപ്പോൾ എന്ത് ചെയ്യും? ഗ്ലാസ് എന്ന വസ്തു ഉപയോഗിക്കാം. പക്ഷേ ഗ്ലാസ് താഴെ വീണാൽ പെട്ടെന്ന് പൊട്ടില്ലേ? 1952 ൽ ന്യൂയോർക്കിലെ കോണിംഗ് ഗ്ലാസ് കമ്പനിയിൽ രസകരമായ ഒരു സംഭവം നടന്നു. അവിടുത്തെ ഒരു രസതന്ത്രജ്ഞൻ ഒരു ഗ്ലാസ് പദാർത്ഥം 600 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ ചൂടാക്കാൻ ഒരു ഫർണസിൽ വെച്ചു. പക്ഷേ ഉപകരണത്തിലെ ചില തകരാർ കാരണം അത് 900 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് ആയി സെറ്റ് ആയി, ഗ്ലാസിനെ ചൂടാക്കി. അബദ്ധമായല്ലോ എന്നു വിചാരിച്ച് ഗ്ലാസ് സാമ്പിൾ എടുക്കാൻ ഫർണസിന്റെ വാതിൽ തുറന്ന ശാസ്ത്രഞ്ജൻ അത്ഭുതപ്പെട്ടു. ഗ്ലാസ് പദാർഥം കേടുകൂടാതെ ഇരിക്കുന്നു!

കോണിംഗ് ഗ്ലാസ് കമ്പനിയുടെ സിന്തറ്റിക് ഗ്ലാസ്-സെറാമിക് പാത്രം

സന്തോഷം കൊണ്ട് അതിനെ ഒന്ന് പുറത്തേക്ക് എടുത്തതും അത് താഴെ വീണു. പക്ഷേ പൊട്ടിച്ചിതറുന്നതിന് പകരം അത് തറയിൽ നിന്നും പൊങ്ങിത്തെറിച്ച് പോയി! പിന്നീട് ഗ്ലാസിനെയും സെറാമിക്കിനെയും(ceramics- നമ്മുടെ വീട്ടിലുളള കപ്പും സോസറും അല്ലെങ്കിൽ പൂക്കൾ ഒക്കെയുള്ള, ചോറു കഴിക്കുന്ന, നിലത്ത് വീണാൽ വേഗം പൊട്ടിച്ചിതറുന്ന പ്ലേറ്റുകളൊക്കെ ഈ വിഭാഗത്തിൽ പെടും) കൂട്ടിച്ചേർത്ത് ലോകത്തിലെ ആദ്യത്തെ സിന്തറ്റിക് ഗ്ലാസ്-സെറാമിക് വസ്തു ശാസ്ത്രജ്ഞർ ഉണ്ടാക്കിയെടുത്തു.

ഗ്ലാസിനെ അമോർഫസ് (Amorphous) പദാർത്ഥമായിട്ടാണ് പറയുന്നത്. കാരണം ഇതിൽ തന്മാത്രകൾ അടുക്കി വെച്ചിരിക്കുന്നത് കൃത്യമായ ഒരു നിരയിലോ വരിയിലോ അല്ല. (Not in ordered manner) കൂടാതെ ഈ തന്മാത്രകൾ ഉണ്ടാക്കാൻ ഉപയോഗിച്ച കണങ്ങൾ (atoms), അലമാരയുടെയോ ലൈബ്രറിയുടേയോ തട്ടുകൾ പോലെ കൃത്യമായി അടുക്കി വെയ്ക്കാതെ ശക്തിയായി ഉറച്ച് നിൽക്കുന്നത് കൊണ്ട് ,ഒരു നിരയിലെ കണങ്ങൾക്ക് മറ്റൊന്നിന്റെ മുകളിൽക്കൂടി തെന്നി നീങ്ങാൻ പറ്റാതെ വരും.

ഗ്ലാസ്സിൽ കൂടുതൽ സ്ട്രസ്സ് ( താഴെ വീഴുക, ശക്തമായ ബലം പ്രയോഗിക്കുക) ഉണ്ടാകുന്ന സമയങ്ങളിൽ ഗ്ലാസിൽ ചെറിയ പൊട്ടലുകൾ ഉണ്ടാകുകയും അത് തന്മാത്രകളുടെ ബന്ധനത്തെ(chemical bonds) തകർക്കുകയും, പൊട്ടൽ വലുതായി വലുതായി ഗ്ലാസ് പൂർണ്ണമായും തകരുകയും ചെയ്യും! എന്നാൽ സെറാമിക് തന്മാത്രകൾക്ക് മിക്കവാറും ക്രിസ്റ്റലൈൻ(Crystalline) ഘടന ആയത് കൊണ്ടും അവയിലെ ബന്ധനം അതിശക്തമായ അയോണിക ബന്ധനം(പോസിറ്റീവ്, നെഗറ്റീവ് ചാർജുകളാൽ ബന്ധിപ്പിച്ചത്) ആയത് കൊണ്ടും അവയെ ഞെക്കിയമർത്താൻ കഴിയില്ല.

ഗ്ലാസും സെറാമിക്കും ഒരുമിച്ച് ചേർത്താൽ ഉണ്ടാകുന്ന പദാർത്ഥം ശക്തമായ ചൂടിനെ ചെറുക്കുന്നത് കൊണ്ട് മിസൈലുകളിൽ വരെ ഇവയെ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

ഗ്ലാസ്-സെറാമിക് പദാർത്ഥം ഉണ്ടാക്കിയതോടെ കോണിംഗ് ഗ്ലാസ് കമ്പനി ഗ്ലാസിന്റെ ശക്തി കൂട്ടാൻ ഒരുപാട് ഗവേഷണങ്ങൾ നടത്തി. 1962 ൽ ആദ്യമായി, രാസപരമായി അതീവശക്തി കൂട്ടിയ, ഒരു സ്ക്വയർ ഇഞ്ച് വിസ്തൃതിയിൽ 100,000 പൗണ്ട് മർദ്ദം വരെ താങ്ങാൻ കഴിവുള്ള സുതാര്യമായ സൂപ്പർ സ്ട്രോങ്ങ് ഗ്ലാസിനെ ഉണ്ടാക്കി കോണിംഗ് ഗ്ലാസ് കമ്പനി ചരിത്രം സൃഷ്ടിച്ചു. ഇന്ന് ഒട്ടുമിക്ക  സ്മാർട്ട്ഫോൺ സ്ക്രീനുകളും ഉപയോഗിക്കുന്ന ഗൊറില്ല ഗ്ലാസുകൾ ഉണ്ടായത് അങ്ങിനെയാണ്.

ഗൊറില്ലാ ഗ്ലാസുകളിൽ ആദ്യ കാലത്ത് അലുമിനിയത്തിന്റെയും സിലിക്കണിന്റെയും സോഡിയം അയോണുകളുടെയും മിശ്രിതമാണ് ഉപയോഗിച്ചത്. ഇന്ന് ഉണ്ടാക്കുന്ന ഗൊറില്ലാ ഗ്ലാസുകളിൽ പക്ഷേ സോഡിയത്തിന് പകരം പൊട്ടാസ്യം നൈട്രേറ്റ് ആണ് ഉയോഗിക്കുന്നത്.

ഇനി നമുക്ക് ആദ്യം പറഞ്ഞതും പ്രധാനപ്പെട്ടതുമായ ‘തോണ്ടലിനെ’ അഥവാ ടച്ച്സ്ക്രീനിനെക്കുറിച്ച് കൂടി പറഞ്ഞ് അവസാനിപ്പിക്കാം.

പ്രധാനമായും രണ്ട് തരത്തിലാണ് ടച്ച്സ്ക്രീനുകൾ ഉള്ളത്. റെസിസ്റ്റീവ് ടച്ച്സ്ക്രീൻ ആണ് ഇതിൽ ആദ്യത്തേത്. എ.ടി.എം. മെഷീനുകളുടെ സ്ക്രീനടക്കം പ്രവർത്തിക്കുന്നത് റെസിസ്റ്റീവ് ടച്ച്സ്ക്രീൻ വിദ്യ വഴി ആണ്. ഇതിൽ ഗ്ലൗസ് ധരിച്ചോ പെൻസിൽ കൊണ്ടോ ഒക്കെ സ്ക്രീനുകൾ പ്രവർത്തിപ്പിക്കാം.

എങ്ങനെ ആയിരിക്കും ഇത് പ്രവർത്തിക്കുന്നത്?

ഇങ്ങനെയുള്ള എല്ലാ സ്ക്രീനുകളുടെയും അടിയിൽ രണ്ട് തരത്തിലുള്ള, വൈദ്യുതി കടത്തി വിടുന്ന പോളിമർ ലെയറുകൾ (conducting polymer) ഉണ്ട്. നമ്മൾ തൊടുമ്പോൾ അവ രണ്ടും കൂട്ടിമുട്ടുകയും, അതുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ഇലക്ട്രോണിക് സർക്ക്യൂട്ടിൽ വൈദ്യുതി പ്രവഹിക്കുകയും ചെയ്യും. ഇങ്ങനെയുള്ള മാറ്റം സോഫ്റ്റ് വെയറുകൾ തിരിച്ചറിഞ്ഞ് പ്രതികരിക്കുന്നു. റെസിസ്റ്റീവ് ടച്ച്സ്ക്രീനുകളെ പ്രഷർ സെൻസിറ്റീവ് സ്ക്രീനുകൾ എന്നും പറയുന്നു.

റെസിസ്റ്റീവ് ടച്ച്സ്ക്രീനുകൾ

രണ്ടാമത്തേത് കപ്പാസിറ്റീവ് ടച്ച്സ്ക്രീനുകൾ ആണ്. ഇവയ്ക്ക് വൈദ്യുതിയെ കടത്തിവിടാനുള്ള കഴിവ് ഉണ്ട്. കപ്പാസിറ്ററുകൾ വൈദ്യുതിയെ സൂക്ഷിച്ച് വെയ്ക്കാൻ കഴിവുള്ള ഉപകരണങ്ങൾ ആണെന്ന് അറിയാമല്ലോ? സ്മാർട്ട് ഫോണുകളുടെ സ്ക്രീൻ ഗൊറില്ലാ ഗ്ലാസ് ആണെന്ന് നമ്മൾ മുൻപ് കണ്ടു. ഗ്ലാസുകൾക്ക് വൈദ്യുതി കടത്തിവിടാൻ കഴിയില്ല. അപ്പോൾ കപ്പാസിറ്റീവ് ടച്ച്സ്ക്രീനുകൾ എങ്ങനെയായിരിക്കും പ്രവർത്തിക്കുക?

കപ്പാസിറ്റീവ് ടച്ച്സ്ക്രീനുകൾ

ഇൻഡിയം ടിൻ ഓക്സൈഡ് (ITO) എന്ന സംയുക്തം സുതാര്യവും വൈദ്യുതി കടത്തിവിടാൻ കഴിവുള്ളതുമാണ്. അതിനെ നേരിയ ഒരു പാട പോലെ ഗൊറില്ല ഗ്ലാസിൽ തേച്ച് പിടിപ്പിച്ചാൽ ഗ്ലാസിന് മുകളിൽക്കൂടി വൈദ്യുതിയ്ക്ക് സഞ്ചരിക്കാൻ പറ്റും. പലതരത്തിലുള്ള പാറ്റേണുകളായി തേച്ച് പിടിപ്പിക്കുന്ന ഇൻഡിയം ടിൻ ഓക്സൈഡ് സംയുക്തത്തിന് ചെറിയ വൈദ്യുതിയെ സൂക്ഷിച്ച് വെയ്ക്കാൻ പറ്റും.

കപ്പാസിറ്റീവ് ടച്ച്സ്ക്രീനുകൾ

ഈ ചെറിയ നൂറുകണക്കിന് കപ്പാസിറ്ററുകളിൽ ആണ് നമ്മൾ സത്യത്തിൽ ‘തോണ്ടുന്നത്'(touch). അതിന്റെ ഫലമായി ചെറിയ ഒരു വൈദ്യുതി വിരലിലൂടെ നമ്മുടെ ശരീരത്തിൽ കയറും! നമ്മളെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം ഇലക്ട്രിക് ഷോക്ക് എന്നത് കുട്ടിക്കാലത്ത് ബൾബ് ഹോൾഡറിൽ നിന്നും ഭിത്തിയിലെ പ്ലഗിൽ ആണിയിട്ട് കിട്ടിയതുമായ ‘ഷോക്കുകൾ ആയിരിക്കും പെട്ടന്ന് ഓർമ്മ വരുന്നത്! ടച്ച് സ്ക്രീനിലെ തൊടൽ കൊണ്ട് നമുക്ക് ഷോക്ക് ഒന്നും പറ്റില്ലെങ്കിലും ഫോണിലെ കൺട്രോളറെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം അതൊരു വലിയ ‘ഷോക്കാണ്’..! നമ്മൾ സ്ക്രീനിൽ തൊടുമ്പോൾ സ്ക്രീനിലെ കപ്പാസിറ്ററുകളിൽ നിന്നും വിരലിലേക്ക് നഷ്ടപ്പെടുന്ന വൈദ്യുതിയുടെ അളവ് ഫോണിലെ കൺട്രോളർ മനസ്സിലാക്കി പ്രതികരണം ഉണ്ടാക്കുന്നു.

സത്യത്തിൽ സ്മാർട്ട് ഫോൺ സ്ക്രീനിൽ ഓരോ തവണ തൊടുമ്പോഴും,ആയിരക്കണക്കിന് കപ്പാസിറ്ററുകളും ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളും ഡയോഡുകളുമൊക്കെയുള്ള വളരെ ബൃഹത്തായ, ഇലക്ടോണിക് സർക്യൂട്ടിലെ ഒരു ഭാഗമാകുകയാണ് നമ്മളും..! ഇനിയാ പെരുവിരൽ ഒന്ന് നോക്കിക്കേ.. രാവിലെ തൊട്ട് തോണ്ടിക്കോണ്ട് ഇരിക്കുന്നതല്ലേ..? നമ്മൾക്ക് മാത്രം പോരല്ലോ, കപ്പാസിറ്ററുകളും ഒന്ന് വിശ്രമിക്കട്ടേ, അല്ലേ?


Jayakrishnan Janardhanan #JoinScienceChain ന്റെ ഭാഗമായി എഴുതിയത്

 

2 thoughts on “ടച്ച് സ്ക്രീനിന്റെ ശാസ്ത്രം

  1. കപ്പാസിറ്റീവ് സ്ക്രീനില്‍ ITO പാറ്റേണില്‍ ആണു നമ്മള്‍ തൊടുന്നതെങ്കില്‍ പ്ലാസ്റ്റിക്ക് സ്ക്രീന്‍ ഗാര്‍ഡ് ഒട്ടിച്ചാലും അതിന്റെ പ്രവര്‍ത്തനത്തിനു മാറ്റം വരാത്തത് എന്തെന്ന് വിശദീകരിക്കാമോ? -Jijith Mepperi

    1. കപ്പാസിറ്റീവ് സ്ക്രീൻ എന്ന് വളരെ ലളിതമായി പറഞ്ഞതാണ്. പ്ലാസ്റ്റിക് എന്ന് നമ്മൾ പറയുന്ന PET അല്ലെങ്കിൽ പോളിയൂറത്തെയിൻ( PU) മെറ്റീരിയലുകൾ സ്ക്രീൻ ഗാർഡായി ഉപയോഗിക്കുന്നുവെങ്കിലും അതിന്റെ കനം വളരെ വളരെ കുറവായിരിക്കും.
      ആർട്ടിഫിഷ്യൽ ഇന്റലിജൻസ് കൂടി ഉൾപ്പെടുന്ന “പ്രൊജക്റ്റഡ് കപ്പാസിറ്റീവ് ടച്ച്സ്ക്രീൻ’ (PCT, PCAP) എന്ന സാങ്കേതിക വിദ്യ വഴി, ഇങ്ങനെയുള്ള സ്ക്രീൻ ഗാർഡുകൾ ഒട്ടിച്ചാലും ‘ടച്ച് ‘എന്ന പ്രവർത്തി സാധ്യമാക്കാം. അതും അൽപ്പം സങ്കീർണ്ണമാണ്. വിരൽ വളരെ അടുത്ത് എത്തുമ്പോൾ കപ്പാസിറ്ററിന്റെ ഇലക്ട്രോസ്റ്റാറ്റിക് ഫീൽഡിൽ മാറ്റങ്ങൾ ഉണ്ടാകുന്നത് കൊണ്ടുള്ള ചാർജ് വ്യത്യാസം മനസ്സിലാക്കിയുള്ള ഫോണിന്റെ പ്രവർത്തനം കൊണ്ടാണ് എന്ന് ചുരുക്കി പറയാം.
      കൂടുതൽ അറിവിന് വേണ്ടി Projected touch screen, PCAP technology, mutual capacitance, self capacitance എന്നിവയെപ്പറ്റി വായിക്കുമല്ലോ?
      by Jayakrishnan Janardhanan

Leave a Reply