Điểm chạm bắt đầu từ một lưới vô hình
Màn hình cảm ứng điện dung là một lớp cách điện như kính phủ vật liệu dẫn điện trong suốt, thường là oxit thiếc indi, để phát hiện ngón tay qua biến đổi điện dung trên bề mặt. Đây là lý do màn hình có thể nhận ra điểm chạm dù bên ngoài chỉ thấy một mặt kính phẳng: bên dưới là lưới điện cực mỏng, trong suốt và liên tục theo dõi tín hiệu điện.
Trong kiểu điện dung tương hỗ phổ biến, các đường ngang làm cực phát, còn các đường dọc làm cực thu; mỗi giao điểm hoạt động như một tụ điện nhỏ. Khi ngón tay chạm kính, trường tĩnh điện bị biến dạng, khiến điện dung tại vùng đó thay đổi. Nói cách khác, màn hình không nhìn thấy ngón tay mà đo dấu vết điện mà ngón tay để lại. Cách làm này nhanh, kín đáo và phù hợp với thao tác thường ngày.
Từ biến đổi điện tích đến tọa độ trên màn hình
Bộ điều khiển lần lượt gửi xung điện áp tần số cao qua từng hàng điện cực rồi đo tín hiệu ở các cột giao nhau; nơi tín hiệu suy yếu đáng kể được xác định là vùng có ngón tay. Vì mỗi giao điểm được kiểm tra riêng, thiết bị có thể nhận nhiều điểm chạm đồng thời, tạo nền tảng cho thao tác đa điểm như dùng hai ngón để phóng to ảnh.
Ngón tay thường phủ lên nhiều nút lưới chứ không chỉ một điểm. Bộ điều khiển kết hợp tín hiệu mạnh nhất với các nút lân cận để ước tính trọng tâm, từ đó nội suy vị trí chạm mượt mà hơn. Đây là một khác biệt đáng chú ý so với suy nghĩ rằng màn hình phải có cảm biến riêng cho từng điểm nhỏ dưới đầu ngón tay. Lưới điện cực cung cấp các phép đo rời rạc; phần mềm biến chúng thành tọa độ liền mạch.
Mở khóa bằng vân tay là một phép đo khác
Màn hình cảm ứng và cảm biến vân tay dưới màn hình thường cùng nằm sau lớp kính, nhưng chúng không làm cùng một việc. Lưới điện dung tìm vị trí ngón tay trên diện rộng; cảm biến vân tay tập trung đọc hoa văn da ở một vùng xác định rồi đối chiếu với mẫu đã lưu. Vì vậy, việc màn hình nhận được cú chạm không có nghĩa nó đã nhận dạng được danh tính người dùng.
Ở loại cảm biến quang học phổ biến, màn hình tại vùng đặt ngón tay phát sáng mạnh. Ánh sáng phản xạ từ các đường vân trên da đi ngược qua lớp hiển thị, được cảm biến bên dưới thu lại thành ảnh hai chiều và so sánh với mẫu vân tay lưu trong điện thoại. Nếu khớp, máy mở khóa; nếu không, người dùng cần thử lại hoặc chọn cách xác thực khác. Cơ chế này giống một máy ảnh nhỏ dưới màn hình hơn là lưới đo điểm chạm.
Ánh sáng hay siêu âm: khác biệt nằm ở cách đọc dấu vân tay
Một số điện thoại cao cấp dùng cảm biến siêu âm thay cho cách chụp ảnh quang học. Bộ phát gửi các xung âm thanh không nghe được vào đầu ngón tay; sóng dội lại khác nhau tùy gặp phần gồ hay rãnh, giúp thiết bị dựng bản đồ ba chiều của dấu vân tay. Cách này không cần màn hình lóe sáng khi mở khóa trong bóng tối và vẫn có thể hoạt động khi ngón tay hơi ẩm hoặc dính dầu.
Điểm mấu chốt là hai hệ thống trả lời hai câu hỏi riêng: ngón tay đang chạm ở đâu, và dấu vân tay đó có khớp với chủ máy không. Lưới điện cực đo thay đổi điện dung để điều khiển giao diện; cảm biến vân tay đọc hoa văn da bằng ánh sáng hoặc sóng siêu âm để xác thực. Hiểu được sự phân công này giúp giải thích vì sao màn hình nhận thao tác khắp bề mặt, trong khi vùng mở khóa bằng vân tay thường chỉ nằm ở một vị trí cụ thể.
