Из чего состоит дисплей смартфона
Обновлено: 07.07.2024
В описании смартфонов встречается множество незнакомых терминов. Этот материал впоследствии будет интегрирован в статьи про новинки смартфонов, которые выходят по итогам месяца. Текст будет дополняться. Пожалуйста, пишите в комментариях, описание и разъяснение каких понятий вы считаете важным добавить. Возможно, вы всё знаете, но слышали, как ваши знакомые не понимают, для чего, например, нужен акселерометр или за что отвечает какой-то параметр. Первая часть будет посвящена технологиям экранов.
Содержание
Типы экранов
У экранов множество характеристик. Это технология производства, разрешение экрана, плотность точек, обозначаемая в ppi, также нередко встречаются различные виды цветовых охватов.
LCD – это жидкокристаллический экран, под «жидкими кристаллами» которого расположена подсветка. LCD экраны распространены, так как технология хороша знакома и дешева в производстве. И раз они полностью подсвечиваются снизу, то отлично показывают себя при работе под открытым солнцем. Но из-за того, что экрану требуется подсветка, у таких экранов может быть менее четкая цветопередача по сравнению с экранами, которым не нужна подсветка (OLED).
TFT LCD – Thin Film Transistor (тонкая пленка из транзисторов) – это версия LCD, у которой к каждому пикселю экрана прицеплены транзистор и конденсатор. Таким образом возрастает контрастность. Но такие экраны потребляют больше энергии, у них хуже углы обзора и хуже цветопередача. Если так всё плохо, то почему их используют? Они дешевле в производстве, чем обычные LCD.
IPS LCD – In-Plane Switching – это продвинутая версия TFT LCD. У IPS экранов прицеплено по два транзистора к каждому пикселю и более мощная подсветка. У таких экранов отличные углы обзора, хорошая цветопередача, но они потребляют больше энергии, чем OLED экраны. Но меньше, чем TFT LCD.
LTPS LCD – Low-Temperature PolySilicon – обычный LCD экран в качестве «жидких кристаллов» использует аморфный кремний. Аморфный кремний всем хорош, но накладывает ограничение на разрешение экрана и чересчур греется. Такой вариант хорош для экранов с плотностью пикселей менее 300 ppi, то есть разрешение Full HD и меньше.
Решить эти проблемы призван поликристаллический кремний, или LTPS. В таком виде кремния электроны бегают быстрее, что подразумевает лучшую скорость обновления экрана, а также позволяет использовать транзисторы меньшего размера. А это означает, что такой экран потребляет меньше энергии, меньше греется и поддерживает разрешение больше FullHD, так как благодаря транзисторам меньшего размера их можно уплотнять.
К слову, сам экран тоньше, чем обычный LCD. Но в производстве LTPS LCD стоит примерно на 15% дороже. Однако сейчас это самая перспективная технология, так как разрешение экранов смартфона постоянно увеличивается.
IGZO LCD – воспринимается как следующий этап развития LCD экранов после LTPS. В этой технологии можно делать транзисторы ещё меньше, то есть увеличивать их плотность и получать ещё большее разрешение экрана. И, конечно, чем транзисторы меньше, тем меньше энергии они потребляют, то есть IGZO LCD экраны ещё более экономичны. У Sharp, которая является главным популяризатором технологии, уже есть варианты экранов с разрешением 8К и плотностью пикселей 2700 ppi и более. Это позволяет точно работать с цветом и отзывчивостью. Sharp говорит, что её топовые экраны напоминают бумагу, если по ним писать стилусом.
Retina – маркетинговый термин от компании Apple. Retina экран подразумевает высокую плотность пикселей на дюйм – более 300 ppi.
Triluminos display – а это уже маркетинговый термин от Sony, которая считает, что изобрела лекарство от всех «болячек» LCD дисплеев. По сути, это LCD на квантовых точках (у Samsung есть похожая технология в телевизорах QLED). Упрощенным языком, взяли LCD панель и в неё вставили микроскопические (квантовые) частицы, значительно улучшающие цветопередачу и яркость
OLED, P-OLED, AMOLED, Super AMOLED
OLED – это organic light emitting diode, то есть органический светодиод. Таких диодов миллионы, и каждый горит своим цветом – зеленым, синим и красным. Загораются они в комбинации, образуя таким образом нужный цвет.
Главное отличие от LCD заключается в том, что каждый пиксель передает цвет, яркость и работает индивидуально, то есть может быть включен или выключен. Благодаря этому такие экраны обладают большей контрастностью. В достоинства OLED можно записать то, что у них отличная яркость и цветопередача и они гораздо более отзывчивые, чем LCD. К минусам относится то, что такие экраны менее долговечны (но, разумеется, за 3-5 лет использования смартфона вы с этим не столкнетесь). А также такие экраны жутко боятся воды. Обычно производители прикрывают их защитным стеклом, но всё же.
AMOLED – это Active Matrix Organic Light-Emitting Diode, то есть органический светодиод с активной матрицей. Грубо говоря, AMOLED экран можно назвать TFT OLED, так как идея такая же. К каждому пикселю прицеплены транзистор и конденсатор. AMOLED технология нужна для больших по размеру экранов. Например, 10 дюймов и больше. По сути, размер может быть любым.
PM-OLED – это Passive Matrix Organic Light-Emitting Diode – пассивная матрица отличается от активной тем, что подает напряжение сразу на целый ряд диодов, а не индивидуально на каждый. Это хуже для качества картинки, зато дешевле в производстве. Обычно используется для экранов размером до 3 дюймов. Соответственно, сейчас нарваться на технологию практически невозможно.
P-OLED – Plastic Organic Light-Emitting Diode – здесь речь идет о подложке экрана (не надо путать с PM-OLED). Первые OLED экраны использовали стеклянную подложку. Но со временем появилось желание делать более интересные по форме экраны, и тогда стекло заменили на пластик. Например, благодаря этому Samsung смогла делать свои изогнутые экраны. К слову, AMOLED экраны можно назвать P-OLED, но Samsung предпочитает свой термин AMOLED, так как у компании есть ещё свои know-how касательно яркости, цветопередачи и прочих параметров экрана. Но в целом обычный потребитель разницу между AMOLED и P-OLED не заметит.
Super AMOLED – это продвинутый AMOLED, как можно догадаться из названия. Продвинутость заключается в том, что Samsung интегрировали в экран сенсорный слой. Обычно сенсорный слой накладывается поверх экрана, а тут внутри. Благодаря этому улучшилось энергопотребление, а также такие экраны лучше ведут себя на солнце (повысилась читаемость). Обычно Super AMOLED встречается только в телефонах верхних ценовых сегментов, так как достаточно дорог в производстве.
Dynamic AMOLED – самая последняя версия экранов от Samsung. Если коротко, то это Super AMOLED с поддержкой HDR10+. Также такие экраны бережнее относятся к глазам, так как испускают меньше раздражающего синего цвета.
Характеристики экранов
PPI – pixel per inch – плотность пикселей на дюйм. Чем выше это число, тем больше пикселей в одном дюйме, и, таким образом, выше качество картинки. Обычно число PPI напрямую связано с разрешением экрана смартфона и его размером. Чем выше разрешение, тем больше PPI. Но можно нарваться и на большой экран с низким разрешением и, соответственно, низким PPI, тогда при близком рассмотрении картинка будет казаться зернистой. Считается, что человеческий глаз может увидеть отдельные пиксели при 350 ppi, если плотность выше, то уже неразличимо.
Разрешение экрана – по сути, это количество пикселей, которое может уместиться на экране. Чем больше значение, тем больше информации может уместиться. Когда разрешение очень большое, например, 4К, то производители, чтобы не мельчить, просто используют иконки большего размера. Но благодаря большему количеству пикселей изображение смотрится более чётким.
Ниже – основные типы разрешений. Хочу отметить, что максимальные рекомендуемые размеры экранов приведены для смартфонов, с которыми пользователи обычно работают, держа их близко к глазам. Для планшетов и мониторов эти примеры не подходят, так как эти экраны обычно находятся на значительном расстоянии.
- 720p – 1280 х 720 – посредственные экраны с низким ppi. Кажутся зернистыми всегда.
- 1080p – 1920 x 1080 – хорошее разрешение для современного смартфона. При размере 6 дюймов у экрана 367 ppi и его пиксели неразличимы. Однако для экрана в 10 дюймов разрешения Full HD уже недостаточно. Плотность пикселей будет 220 ppi, то есть картинка будет зернистой. Full HD отлично подходит для экранов размером до 6 дюймов включительно
- 2К – 2560 x 1440 – отличное разрешение для экранов размером до 8 дюймов (367 ppi).
- 4К Ultra HD – 3840 x 2160 – используется в топовых смартфонах. Хорошо смотрится на экранах размером до 12 дюймов.
- True 4K – 4096 x 2160 – такое разрешение бывает в мониторах и телевизорах. В телефонах такого нет.
Цветовые охваты
Существует несколько основных цветовых охватов, или цветовых пространств. Соответственно, чем больше цветовой охват, тем лучше цветопередача.
sRGB – самый распространенный формат, который встречается в смартфонах. Он покрывает 33,3% от всех видимых цветов.
DCI-P3 – Digital Cinema Initiatives (DCI) цветовое пространство, используемое в цифровых кинотеатрах. Охватывает большую часть спектра естественного происхождения. Это стандарт ассоциации кинопроизводителей. Они считают, что в этом охвате лучше всего смотреть фильмы. Люди часто смотрят кино на экране смартфонов, поэтому этот цветовой охват пришёл и сюда. Этот охват на 26% больше, чем у sRGB, и покрывает 41,8% всех видимых цветов.
BT.2020 – этот цветовой охват любит использовать Sony в своих смартфонах и телевизорах. Он покрывает 57,3% видимых цветов и на 72% шире, чем sRGB
Wide color Gamut – такой охват использует Apple в своих iPhone. Он покрывает 77,6% видимого цветового спектра.
Частота обновления экрана смартфона
Частота обновления экрана – это то, с какой скоростью может меняться картинка на экране в секунду. Обычное значение – 60 Гц. Это значит, что за секунду картинка отрисуется 60 раз. В смартфонах можно встретить значение 90 Гц, а Apple, Sharp делают 120 Гц. У Xiaomi в смартфоне Black Shark 2 частота обновления экрана 240 Гц. Благодаря высокой частоте обновления, анимация на экране выглядит плавнее. На видео ниже – экран 60 Гц и 120 Гц, видео снято с частотой 240 кадров в секунду.
Заключение
Кажется, охватил основные характеристики экранов. В комментариях пишите, что я забыл, что надо добавить. Какие параметры экранов вызывают у вас вопросы.
В прежних обзорах мы уже рассказывали вам о матрице и объективе камеры смартфона, о других ее технологиях, позволяющих делать фотографии лучше, а также начали «препарировать» дисплей, чтобы каждый любознательный читатель мог узнать, как они устроены.
Но понимание работы экрана смартфона будет неполным без разбора принципов функционирования его главного слоя, с которым мы, собственно говоря, и контактируем по несколько сотен раз в день – тачскрин.
Содержание:
- Разновидности тачскрина
- Емкостный тип сенсорного экрана
- Устройство проекционно-емкостного сенсорного экрана
- Особенности проекционно-емкостного сенсорного экрана
- Сильные стороны проекционно-емкостного сенсорного экрана
- Незаметная и незаменимая технология
Разновидности тачскрина
На заре появления сенсорного экрана в смартфонах, около десяти лет назад, эта технология еще только начинала свое активное развитие (как и сами смартфоны) и существенно отличалась от уже знакомой нам, сегодня. Сила нажатия на экран должна была быть больше, точность была ниже, а о мультитаче речи вообще не шло; но были и плюсы – нажимать на экран можно было чем угодно, хоть веткой, оторванной с дерева, вместо стилуса. Этот тип экрана назывался резистивным и мог распознать лишь одно нажатие на его поверхность.
В то время это был значительный прорыв и даже такого типа экраны очень впечатляли тогдашних владельцев смартфонов. Возможность прямо на экране ткнуть пальцем и выбрать какое-то действие приравнивалось к сюжету фантастического фильма, с ультрасовременной техникой «из будущего». Сегодня же с таким функционалом большинство пользователей, скорее всего, просто разобьют телефон об стену, потому как современные приложения уже даже не проектируются с учетом одного нажатия. И как только речь заходит об увеличении любой фотографии, особенно там, где двойной клик играет совсем другую роль, вы сталкиваетесь с проблемой – взять хотя бы Instangam.
Однако, тачскрин стремительно развивался и даже резистивный экран научился понимать несколько нажатий, появились разновидности сенсорных панелей, с которыми экспериментировали производители. Таким образом, каждый привнес что-то полезное в процесс улучшения сенсорной поверхности и сегодня мы можем видеть совершенно новый, чувствительный, надежный и поддерживающий множество касаний экран.
Емкостный тип сенсорного экрана
Изобретя емкостный экран, которым сейчас снабжается абсолютное большинство смартфонов, человечество получило непревзойденный инструмент управления. И, хотя, сегодня им никого не удивишь, а главное, многие даже не задумываются как он работает, его принцип функционирования достаточно интересен.
Можно выделить два типа емкостных сенсорных экранов – первый называется поверхностно-емкостным, а второй, наиболее качественный и точный – проекционно-емкостным типом. Именно таким, последним, экраном оборудованы все современные смартфоны, включая iPhone, флагманы Samsung, Huawei и многих других брендов. Именно об этом типе сенсорного экрана мы и хотели рассказать.
Устройство проекционно-емкостного сенсорного экрана
Как вы уже помните из нашего прошлого обзора, экран состоит из многослойной LCD матрицы с подсветкой или OLED-матрицы, которая работает сама по себе и ей не нужен никакой дополнительный сенсорный экран. Но, если мы хотим на него нажимать, а не просто смотреть, как на телевизор, нам необходим еще один слой, на котором будет размещаться множество токопроводящих электродов. Это и будет сенсорный экран, или тачскрин.
Принцип устройства проекционно-емкостного сенсорного экрана намного проще чем любой матрицы дисплея – в нем находится всего два слоя электродов, разделенных между собой изолирующим слоем. На нижний слой электродов подается отрицательный заряд, чем создается так называемый катод, а верхний слой, как вы догадались, является электродом, подсоединенным к положительному полюсу батареи и называется анодом.
Эти слои постоянно создают электрическое поле между собой и при поднесении к экрану токопроводящего материала или, например, пальца, некоторые частицы начинают попадать на этот предмет (или палец), образуя «емкость» (конденсатор) и специальная электроника фиксирует это «отклонение от нормы».
Всего, таких электродов на экране может быть до 80 вертикально и до 40 горизонтально. Они создают сеть из 3200 чувствительных к нажатию пересечений, которые регистрируют малейшее движение пальца или другого токопроводящего предмета.
Обновление состояния каждого электрода происходит построчно и очень быстро, в секунду регистрируются сотни обновлений каждой строки. И если в каком-то из их пересечений происходит утечка на «постороннюю емкость», то эти координаты сразу же передаются на обрабатывающих значения контроллер.
Обрабатывающая сигнал электроника регистрирует сигнал в множестве пересечений, потому как при нажатии пальцем маленькой кнопочки мы затрагиваем десятки таких электродов. Но, даже с учетом этого факта, получаемая с сенсорного экрана информация обрабатывается специальными алгоритмами и правильно понимает, что центр нажатия приходится именно на определенный параметр или «крестик» закрытия очередной назойливой рекламы.
Таким образом, многократно и беспрерывно построчно сканируя весь экран на предмет утечки электрического поля тачскрин может определять до десяти нажатий, с точным распознаванием точки, куда вы хотите попасть и траектории движения. Однако, существуют и другие особенности таких емкостных экранов, которые не всегда нравятся.
Особенности проекционно-емкостного сенсорного экрана
Как мы уже говорили, использование резистивных экранов, несмотря на их большое количество минусов, упрощалось возможностью нажатия любым предметом, чего нельзя сказать о современных емкостных тачскринах. Для того, чтобы экран зарегистрировал нажатие, предмет должен пропускать (забирать на себя) электрический заряд. Для этого подходят специальные стилусы или пальцы.
Еще одним минусом, проявляющимся во всех LCD-экранах, является поглощение до 10 % света сенсорным экраном, потому как его прозрачность составляет лишь 90%. Поэтому, создавая такие экраны всем производителям стоит учитывать этот фактор при расчете яркости подсветки или же постоянно усовершенствовать технологии, чтобы снижать светопоглощение каждого слоя.
Сильные стороны проекционно-емкостного сенсорного экрана
Однако, большинство этих недостатков возможно откорректировать при помощи программного кода. Можно «научить» экран правильно распознавать нажатия мокрыми руками, регистрировать прикосновения в перчатках со специальным токопроводящим напылением. Все это устраняет целый ряд проблем и основных минусов этого типа тачскрина, что оставляет нас наедине с его неоспоримыми плюсами.
Электрическое поле, создаваемое электродами в экране, выходит далеко за его пределы и может реагировать на прикосновение пальца даже если накрыть экран стеклом до 18 мм. Это отлично помогает защитить тонкий слой от повреждений, что применяется в банкоматах и различных уличных терминалах.
Кроме того, ресурс работы такого экрана, теоретически, бесконечен – в нем нет частей, которые изнашиваются и если его не переломать пополам, то он может работать очень-очень долго. В любом случае переживать за его поломку не стоит, потому как даже самый надежный компонент смартфона выйдет из строя раньше, чем сенсорный слой экрана. Это очень радует, потому как одной потенциальной поломкой будет меньше.
Что же касается светопропускания, то в матрицах OLED или AMOLED такой проблемы нет, так как производители придумали способ интегрировать слой электродов прямо на матрицу, между субпикселями.
Незаметная и незаменимая технология
В современном мире, который буквально завалил нас технологиями «будущего», мы очень часто не замечаем простых и важных для каждого мелочей. Такие эффектные открытия как Интернет, связывающий всех и каждого между собой, летающие мотоциклы, самоуправляемые автомобили и продолжающееся покорение космоса, безусловно, затмевают своей важностью почти все, что мы знаем об электронике. Но теперь, как минимум, каждый раз пользуясь смартфоном вы будете осознавать, что вы вмешиваетесь в стабильное электрическое поле тачскрина, дотрагиваясь до экрана, и тем самым заставляете десятки электродов трудиться на ваши нужды .
Главная - Информация к размышлению (статьи) - Устройство дисплея мобильного телефона (смартфона) и планшета. Устройство жидкокристаллического экрана. Типы дисплеев, их отличия.
Устройство дисплея мобильного телефона (смартфона) и планшета. Устройство жидкокристаллического экрана. Типы дисплеев, их отличия.
В этой статье мы разберем устройство дисплеев современных мобильных телефонов, смартфонов и планшетов. Экраны крупных устройств (мониторов, телевизоров и т.п.), за исключением небольших нюансов, устроены аналогично.
Разборку будем проводить не только теоретически, но и практически, со вскрытием дисплея "жертвенного" телефона.
Рассматривать, как устроен современный дисплей, мы будем на примере наиболее сложного их них - жидкокристаллического ( LCD - liquid crystal display ). Иногда их называют TFT LCD , где сокращение TFT расшифровывается " T hin- F ilm T ransistor" - тонкопленочный транзистор; поскольку управление жидкими кристаллами осуществляется благодаря таким транзисторам, нанесенным на подложку вместе с жидкими кристаллами.
В качестве "жертвенного" телефона, дисплей которого будет вскрыт, выступит дешевенький Nokia 105.
Основные составные части дисплея
Жидкокристаллические дисплеи ( TFT LCD , и их модификации - TN, IPS, IGZO и т.д.) состоят укрупненно из трех составных частей: сенсорной поверхности, устройства формирования изображения (матрица) и источника света (лампы подсветки). Между сенсорной поверхностью и матрицей расположен еще один слой, пассивный. Он представляет собой прозрачный оптический клей или просто воздушный промежуток. Существование этого слоя связано с тем, что в ЖК-дисплеях экран и сенсорная поверхность представляют собой совершенно разные устройства, совмещенные чисто механически.
Каждая из "активных" составных частей имеет достаточно сложную структуру.
Начнем с сенсорной поверхности (тачскрин, touchscreen).
Кстати, многие интересуются, что такое тачскрин? Вот это она и есть - сенсорная поверхность экрана, чувствительная к прикосновению пальца (пальцев).
Она располагается самым верхним слоем в дисплее (если она есть; а в кнопочных телефонах, например, ее нет).
Её наиболее распространенный сейчас тип - ёмкостная. Принцип действия такого тачскрина основан на изменении электрической емкости между вертикальными и горизонтальными проводниками при прикосновении пальца пользователя.
Соответственно, чтобы эти проводники не мешали рассматривать изображение, они делаются прозрачными из специальных материалов (обычно для этого используется оксид индия-олова).
Существуют также и сенсорные поверхности, реагирующие на силу нажатия (т.н. резистивные), но они уже "сходят с арены".
В последнее время появились и комбинированные сенсорные поверхности, реагирующие одновременно и на емкость пальца, и на силу нажатия (3D -touch -дисплеи). Их основу составляет емкостной сенсор, дополненный датчиком силы нажатия на экран.
Тачскрин может быть отделен от экрана воздушным промежутком, а может быть и склеен с ним (так называемое "решение с одним стеклом", OGS - O ne G lass S olution).
Такой вариант (OGS) имеет значительное преимущество по качеству, поскольку уменьшает уровень отражения в дисплее от внешних источников света. Это достигается за счет уменьшения количества отражающих поверхностей.
В "обычном" дисплее (с воздушным промежутком) таких поверхностей - три. Это - границы переходов между средами с разным коэффициентом преломления света: "воздух-стекло", затем - "стекло-воздух", и, наконец, снова "воздух-стекло". Наиболее сильные отражения - от первой и последней границ.
В варианте же с OGS отражающая поверхность - только одна (внешняя), "воздух-стекло".
Хотя собственно для пользователя дисплей с OGS очень удобен и имеет хорошие характеристики; есть у него и недостаток, который "всплывает", если дисплей разбить. Если в "обычном" дисплее (без OGS) при ударе разбивается только сам тачскрин (чувствительная поверхность), то при ударе дисплея с OGS может разбиться и весь дисплей целиком. Но происходит это не всегда, поэтому утверждения некоторых порталов о том, что дисплеи с OGS абсолютно не ремонтируемые - не верно. Вероятность того, что разбилась только внешняя поверхность - довольно велика, выше 50%. Но ремонт с отделением слоев и приклейкой нового тачскрина возможен только в сервис-центре; отремонтировать своими руками крайне проблематично.
Теперь переходим к следующей части - собственно экрану.
Он состоит из матрицы с сопутствующими слоями и лампы подсветки (тоже многослойной!).
Задача матрицы и относящихся к ней слоев - изменить количество проходящего через каждый пиксель света от лампы подсветки, формируя тем самым изображение; то есть в данном случае регулируется прозрачность пикселей.
Немного детальнее об этом процессе.
Регулировка "прозрачности" осуществляется за счет изменения направления поляризации света при прохождении через жидкие кристаллы в пикселе под воздействием на них электрического поля (или наоборот, при отсутствии воздействия). При этом само по себе изменение поляризации еще не меняет яркости проходящего света.
Изменение яркости происходит при прохождении поляризованного света через следующий слой - поляризационную пленку с "фиксированным" направлением поляризации.
Схематично структура и работа матрицы в двух состояниях ("есть свет" и "нет света") изображена на следующем рисунке:
(использовано изображение из нидерландского раздела Википедии с переводом на русский язык)
Поворот поляризации света происходит в слое жидких кристаллов в зависимости от приложенного напряжения.
Чем больше совпадут направления поляризации в пикселе (на выходе из жидких кристаллов) и в пленке с фиксированной поляризацией, тем больше в итоге проходит света через всю систему.
Если направления поляризации получатся перпендикулярными, то свет теоретически вообще проходить не должен - должен быть черный экран.
На практике такое "идеальное" расположение векторов поляризации создать невозможно; причем как из-за "неидеальности" жидких кристаллов, так и не идеальной геометрии сборки дисплея. Поэтому и абсолютно-черного изображения на TFT экране не может быть. На лучших LCD экранах контрастность белое/черное может быть свыше 1000; на средних 500. 1000, на остальных - ниже 500.
Остается еще к этому добавить проблемы, возникающие при прохождении света под углом (когда пользователь смотрит не перпендикулярно), и в итоге можем получить не только паразитную засветку, но и другие цвето-яркостные искажения.
Только что была описана работа матрицы, изготовленной по технологии LCD TN+film. Жидкокристаллические матрицы по другим технологиям имеют схожие принципы работы, но другую техническую реализацию. Наилучшие результаты по цветопередаче получаются по технологиям IPS, IGZO и *VA (MV A, PVA и т.п.).
Теперь переходим к самому "дну" дисплея - лампе подсветки. Хотя современная подсветка собственно ламп и не содержит.
Несмотря на простое название, лампа подсветки имеет сложную многослойную структуру.
Связано это с тем, что лампа подсветки должна быть плоским источником света с равномерной яркостью всей поверхности, а таких источников света в природе крайне мало. Да и те, что есть, не очень подходят для этих целей из-за низкого КПД, "плохого" спектра излучения, или же требуют "неподходящего" типа и величины напряжения свечения (например, электролюминесцентные поверхности, см. Википедию ).
В связи с этим сейчас наиболее распространены не чисто "плоские" источники света, а "точечная" светодиодная подсветка с применением дополнительных рассеивающих и отражающих слоев.
Рассмотрим такой тип подсветки, проведя "вскрытие" дисплея телефона Nokia 105.
Разобрав систему подсветки дисплея до её среднего слоя, мы увидим в левом нижнем углу единственный светодиод белого свечения, который направляет свое излучение внутрь почти прозрачной пластины через плоскую грань на внутреннем "срезе" угла:
Пояснения к снимку. В центре кадра - разделенный по слоям дисплей мобильного телефона. В середине на переднем плане снизу - покрытая трещинами матрица (повреждена при разборке). На переднем плане вверху - срединная часть системы подсветки (остальные слои временно удалены для обеспечения видимости излучающего белого светодиода и полупрозрачной "световодной" пластины).
Сзади дисплея видна материнская плата телефона (зеленого цвета) и клавиатура (снизу с круглыми отверстиями для передачи нажатия от кнопок).
Эта полупрозрачная пластина является одновременно и световодом (за счет внутренних переотражений), и первым рассеивающим элементом (за счет "пупырышков", создающих препятствия для прохождения света). В увеличенном виде они выглядят так:
В нижней части изображения левее середины виден яркий излучающий белый светодиод подсветки.
Форма белого светодиода подсветки лучше различима на снимке с пониженной яркостью его свечения:
Снизу и сверху этой пластины подкладывают обыкновенные белые матовые пластиковые листы, равномерно распределяющие световой поток по площади:
Далее сверху на этот "бутерброд" укладывают еще один лист с особыми свойствами.
Его условно можно назвать "лист с полупрозрачным зеркалом и двойным лучепреломлением". Помните, на уроках физики нам рассказывали про исландский шпат, при прохождении через который свет раздваивался? Вот это похоже на него, только еще и немного с зеркальными свойствами.
Вот так выглядят обычные наручные часы, если часть их прикрыть этим листом:
Вероятное назначение этого листа - предварительная фильтрация света по поляризации (сохранить нужную, отбросить ненужную). Но не исключено, что и в плане направления светового потока в сторону матрицы эта пленка тоже имеет какую-то роль.
Вот так устроена "простенькая" лампа подсветки в жидкокристаллических дисплеях и мониторах.
Что касается "больших" экранов, то их устройство - аналогично, но светодиодов в устройстве подсветки там больше.
В более старых жидкокристаллических мониторах вместо светодиодной подсветки использовали газосветные лампы с холодным катодом (CCFL , Cold Cathode Fluorescent Lamp ) .
Структура дисплеев AMOLED
Теперь - несколько слов об устройстве нового и прогрессивного типа дисплеев - AMOLED (Active Matrix Organic Light-Emitting Dio de ).
Устройство таких дисплеев значительно проще, так как там нет лампы подсветки.
Эти дисплеи образованы массивом светодиодов и светится там каждый пиксель в отдельности. Достоинствами дисплеев AMOLED являются "бесконечная" контрастность, отличные углы обзора и высокая энергоэффективность; а недостатками - уменьшенный срок "жизни" синих пикселей и технологические сложности изготовления больших экранов.
Также надо отметить, что, несмотря на более простую структуру, стоимость производства дисплеев AMOLED пока что выше, чем дисплеев TFT LCD.
Кроме дисплеев AMOLED , постепенно пробивают себе дорогу в жизнь другие дисплеи на основе светодиодов - micro-LED. Они отличаются от AMOLED тем, что светодиоды в них - не на основе органических полупроводников, а на основе настоящих светодиодов, только микроскопических.
Технология производства таких дисплеев - ещё более дорогая.
И, наконец, надо сказать, что дисплеи электронных книг (eink, e-ink) не относятся ни к одному из перечисленных типов, они рассмотрены в отдельной статье.
Иногда при покупке нового дисплея вместо разбитого пользователи встречаются со странным типом дисплея - Or.
Встречается этот тип дисплея в прайс-листах во фразах вроде "Дисплей для телефона Gnusmas FSB-007 Or. "
И возникает логичный вопрос: "Дисплей O r - что это такое?"
Не пугайтесь, но такого типа дисплея не существует. Or - это в данном случае сокращение от слова "original" (оригинальный), т.е. означает, что продаётся именно та марка дисплея, которая была установлена в телефоне самим производителем.
Часто можно купить дисплеи, полностью подходящие для телефона взамен вышедшего из строя, но не оригинальные, а совместимые. Формально продавцы обязаны об этом информировать покупателя, но по факту не всегда это делают; особенно - на китайских торговых площадках.
Ваш Доктор.
12 мая 2017 г.
Другие статьи цикла "Как устроен смартфон" :
Порекомендуйте эту страницу друзьям и одноклассникам
В комментариях запрещены, как обычно, флуд, флейм и оффтопик.
Также запрещено нарушать общепринятые нормы и правила поведения, в том числе размещать экстремистские призывы, оскорбления, клевету, нецензурные выражения, пропагандировать или одобрять противозаконные действия. Соблюдение законов - в Ваших же интересах!
По статистике сервисных центров, разбитый экран на смартфоне – одна из частых причин обращений владельцев телефонов. В некоторых случаях стоимость ремонта обходится в минимальную сумму, иногда может составлять до 50% от цены на телефон.
Почему так выходит? Причина в том, что мастер называет сумму, в которую входит покупка и замена всего дисплейного модуля, независимо от поврежденного элемента: разбитого сенсорного стекла, нечувствительного тачскрина или экрана с некачественным изображением.
Экран представляет собой сложную конструкцию и такие понятия как «дисплей», «дисплейный модуль», «сенсор» и «матрица» - абсолютно разные элементы, от повреждения которых и зависит цена ремонта.
Что такое «дисплейный модуль»?
Конструктивно дисплейный модуль любой модели смартфона состоит из двух основных элементов:
- Жидкокристаллической матрицы, формирующей изображение;
- Стекла, к которому подводится сенсорная панель.
Если разбираться детальнее, то к каждому из этих элементов подключены еще вспомогательные панели, отвечающие за слаженную работу всего устройства. В ранних моделях смартфонов (к примеру, iPhone до 4 серии) между матрицей и дисплеем (лицевым стеклом) была воздушная прослойка. И, если в телефоне повреждалась стеклянная поверхность (появлялись трещины, сколы или царапины), или снижалось качество/пропадало изображение, то достаточно было поменять только один из элементов.
Последние же модели смартфонов (к примеру, после iPhone 4) изготавливаются по новой технологии, с созданием пассивного слоя - матрицу и дисплей склеивают между собой прозрачной клеевой основой OCA Adhesive. Поэтому и получается, что при повреждении одного из элементов приходится менять весь «дисплейный модуль».
Что такое сенсор в смартфоне?
Самым верхним слоем, подключенным к лицевой поверхности, является тачскрин (touchscreen) или сенсор. Различают три вида сенсорных панелей:
- Емкостные
- Волновые
- Резистивные (упругие).
Панель сенсора представляет собой прозрачную сетку из оксида индия-олова, которой покрывается вся стеклянная поверхность, с микросхемами по углам экрана. Во время прикосновения к стеклу в определенной точке мембраны высвобождается часть электрического заряда и подробные сведения о характере касания мгновенно передаются в драйвер сенсорной панели. Далее сигнал поступает в материнскую плату и выполняются заданные процессы – нажимаются кнопки, открываются приложения и программы и т.д.
Самый популярный вид тачскринов на сегодняшний день – емкостный, потому как он позволяет отобразить до 90% изначальной яркости матрицы. Резистивные сенсоры остались в первых моделях смартфонов. Также есть модели, в которых тачскрин отделяется от стекла воздушным пространством, а есть склеенные – по типу OGS (one glass solution – «решение с одним стеклом»). OGS-дисплей обеспечивает лучшее качество изображения за счет сниженного количества отражающих поверхностей.
При появлении сбоев в работе тачскрина, когда телефон не реагирует на касания, необходимо тестировать гаджет. Если это программный сбой, то осуществляется обновление компонентов, а если это механическая поломка, то придется менять в зависимости от модели: либо стекло или дисплейный модуль. Замену только сенсора не выполняют, потому что при размещении новой панели важно добиться синхронизации между тачскрином и дисплеем, а достичь этого не в заводских условиях практически невозможно.
Что такое экран в телефоне?
Основные элементы экрана – это жидкокристаллическая матрица и подсветка. Часто ее дополняют пленками-фильтрами для более равномерной и насыщенной цветопередачи. В дисплейном модуле самым дорогим компонентом является как раз матрица, которая непосредственно создает изображение. С матрицами тоже много путаницы и заблуждений, основанных на незнании физических особенностей каждого вида. Попробуем разобраться с техническими характеристиками.
Все матрицы в смартфонах классифицируются по следующим типам:
- на жидких кристаллах (LCD) – TN+film и IPS;
- на органических светодиодах (OLED) – AMOLED.
Иногда матрицу классифицируют как TFT-матрицу, но это неверно, потому как технология TFT (thin-film transistor) используется во всех без исключения экранах. Это тонкопленочные транзисторы, которые управляют субпикселями. Стандартно за материальную основу для TFT-матриц брался аморфный кремний. Однако в самых последних моделях смартфонов можно найти экраны с характеристиками LTPS-TFT: это матрицы на поликристаллическом кремнии, имеющие более высокий коэффициент плотности пикселей (PPI) и сниженное энергопотребление.
Качество матрицы – это показатели угла обзора, контрастность и точность цветопередачи.
Все про жидкокристаллические экраны
В самых дешевых смартфонах устанавливают экран TN+film. Но самая популярная – это матрица IPS (In Plane Switching) с углом обзора до 180 градусов и качественной реалистичной цветопередачей. В данной группе различают две модификации:
- AH-IPS (Advanced High Performance IPS) – разработка LG;
- PLS (Plane to Line Switching ) – разработка Samsung
Даже не разбираясь в особенностях матриц, можно легко определить, какой тип экрана в смартфоне. Если при наклоне девайса изображение тускнеет или исчезает, а цвета неестественно яркие или, наоборот, очень тусклые, то в нем установлена TN-матрица.
Все про экраны на органических кристаллах
Матрицы OLED (organic light-emitting diode) основаны на органических светоизлучающих полупроводниках. Если к жидкокристаллическим матрицам подсоединяется панель LED-подсветки, то по технологии OLED светятся все элементы поверхности. При этом электроэнергии затрачивается меньше, а контрастность, цветопередача и угол обзора выше.
Дисплейные модули с OLED-матрицами компактнее, тоньше и легче, но стоят они дороже, чем IPS.
Разновидности технологии OLED:
- AMOLED (Active Matrix Organic Light-Emitting Diode)
- Super AMOLED (Super Active Matrix Organic Light-Emitting Diode)
- QLED (quantum dot Light-Emitting Diode) (пока еще на уровне экспериментальной технологии для TV).
Зачем нужна хорошая матрица?
Матрица отвечает не только за качество сформированного изображения, но и за здоровье наших глаз. Чем выше стоимость матрицы, тем более высокий коэффициент PPI она имеет. PPI – это pixels-per-inch, соотношение размера и разрешения экрана. Чем больше пикселей, тем плотнее они располагаются друг к другу, создавая более четкое изображение. Если разрешение низкое, то глаза вынуждены сами настраивать резкость, что приводит к спазму и перенапряжению мышц, а в длительной перспективе – к близорукости. При одинаковом разрешении 720х1280 смартфон с диагональю 4,3 дюйма будет безопаснее для глаз, нежели 4,7, потому что плотность пикселей в первом случае будет выше.
Что касается подсветки, то экраны OLED безопаснее, чем экраны LCD. Жидкие кристаллы подсвечиваются постоянно, подвергая глаз длительному воздействию яркого света, а органические светодиоды подсвечиваются выборочно. По сути, OLED-матрица находится в «выключенном» состоянии, а светодиоды загораются только в местах отображения информации, что гораздо безвреднее для глаз.
Читайте также: