Что входит в дисплей телефона

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 "thin-film transistor" – 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). 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 – one glass solution).
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.

Читайте также:  Автоматическое зарядное устройство для автомобильного аккумулятора выбрать

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

Читайте также:  Водяной тепловентилятор для теплицы

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.

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!

Мобильные устройства, будь то смартфон или планшет, делятся на 2 категории сложности ремонта:

  1. Устройства в которых дисплей является «неразборным», т.е. это единый модуль, в котором собраны 3 детали воедино.
  2. Устройства, в которых дисплей и тачсрин не склеены в один общий модуль, и есть возможность заменить один из элементов, а не весь модуль целиком.

Для начала рассмотрим –

Чем отличается экран от дисплея?

В терминологии «сервисников» не используется слово экран, поскольку экраном можно назвать что угодно – дисплей, матрицу,

, и даже корпус. Матрица – деталь на которую непосредственно выводится изображение, она отвечает за цветопередачу. Жидкокристаллическая матрица может быть разных видов с использованием различных технологий передачи изображения, различных разрешений передаваемого изображения, и т д. Поэтому матрицу большинство пользователей и во многих обзорах называют экраном.

Чем отличается экран от тачскрина?

Тачскрин – устройство, предназначенное для ввода информации, представляет из себя многослойную пленку, с нанесенным на нее слоем прозрачного резистивного материала. В углах расположены электроды, которые подают на проводящий слой низковольтное переменное напряжение. Тачсрин телефона может быть резистивным либо, как в большинстве современных устройств, емкостным.

Чем отличается дисплей от тачскрина на телефоне?

Дисплей – это элемент, на который выводится изображение, иконки и т.д. Тачскрин – элемент, который отвечает за срабатывание и оклик при нажатие на иконки, изображенные на дисплее и за ввод информации, заменяя клавиатуру. В этом по сути и заключается разница между дисплеем и тачскрином.

Стекло дисплея – третий элемент в модуле, устанавливается как правило сверху тачскрина с помощью специального прозрачного клея и служит защитным элементом. Все эти три компонента и образуют дисплейный модуль. Неразборный модуль с применением технологии OGS (One Glass Solution). OGS-модуль тоньше дисплея в котором тачсрин и матрица не склеены между собой. Стеклянная сенсорная панель в таких дисплеях приклеена к матрице и между двумя этими элементами нет слоя, содержащего заполненное воздухом пространство.

В устройствах, в которых дисплей и сенсорное стекло можно отделить друг от друга, сенсорное стекло крепится к рамке корпуса, а сама матрица находится под сенсорным стеклом. Стоимость замены дисплея или сенсорного экрана на данных телефонов и планшетов гораздо ниже, чем в устройствах с неразборными дисплеями, поскольку менять придется что-то одно (в зависимости от того что повреждено, хотя нередки случаи когда после падения разбивается и тачскрин и матрица).

Как определить, что именно повредилось при падении – тачскрин или матрица?

Тут все просто. Если на матрице нет пятен, передача изображения не нарушена, нет полос, то матрицу можно не трогать и менять только сенсорное стекло (тачскрин).

Визуально сенсорное стекло может быть целым, отсутствуют трещины, но при этом не происходит срабатывание после нажатия, либо экран реагирует на нажатие не в том месте, в котором производится нажатие.

При замене тачсрина очень важно не повредить уцелевшую матрицу, поэтому нужно с особой осторожностью производить разборку устройства.

Таким образом, мы определили, что нужно менять, и на каких устройствах возможно заменить отдельно тачскрин не меняя матрицы, а на каких придется менять весь модуль в сборе.

На многих неразборных дисплеях можно отдельно заменить стекло. Это самая трудоемкая процедура. К примеру у вас разбито стекло дисплея, при этом экран реагирует на нажатия, и дисплей тоже работает как и прежде. В основном к таким устройствам относятся все iphone, начиная с 4 серии и большинство андроид устройств, включая Samsung, HTC, Huawei и многие другие. Для замены стекла потребуется необходимое оборудование, с помощью которого модуль нагревают до определенной температуры, чтобы расплавить клей и потом удаляют стекло. Сам тачскрин и матрица остаются на своем месте. Проводится такая работа в помещениях, лишенных пыли, старые остатки клея удаляются, после чего наносится новый клей TP 1000, например, UV клей для монтажа стекол, и под ультрафиолетовыми лучами дают ему просохнуть.

Читайте также:  Клей для бетона для наружных работ

Стоимость стекла очень низкая по сравнению с дисплейным модулем, к примеру, оригинальный дисплейный модуль на Samsung A320F Galaxy A3 на момент написания этой статьи, стоит 4900 рублей, а стекло Galaxy A3 всего 350 рублей. Но сама работа по его замене может обойтись клиенту в 2-3 тыс., что почти сравнимо со стоимостью нового оригинального модуля.

Главная часть любого современного смартфона – его дисплей. Это первое, что встречает нас при знакомстве с гаджетом. С дисплеем мы сталкиваемся сотни раз в день, его чаще всего приходится менять при падении айфона.

Любой производитель техники уделяет этому модулю едва ли не самое большое внимание, ведь от качества картинки на экране и отзывчивости сенсорной панели зависит восприятие устройства пользователем.

Чтобы лучше понимать, насколько технологичный и сложный модуль находится на передней части наших смартфонов, давайте разберемся, из чего же он состоит.

Защитное стекло

Самый верхний слой дисплея, с которым взаимодействует пользователь.

Именно от качества стекла и олеофобного покрытия на нем зависят тактильные ощущения пользователя. При работе с iPhone палец просто скользит по поверхности, не прилипает при быстром нажатии и не упирается при резком свайпе.

Очень часто после падения айфона страдает именно стекло. Специалисты сервисных центров могут предлагать замену защитного стекла вместо замены всего дисплея. Процедура не из легких, но запчасти стоят дешевле.

Стекла новых моделей iPhone очень тонкие, изогнуты по периметру и имеют сглаженные края возле кнопки Домой и динамика.

Даже самые лучшие китайские стекла уступают по качеству оригинальным, при их замене чувствуется резкий переход или углубление кнопки, часто после замены начинают сбоить сенсоры на фронтальной поверхности смартфона.

Слой прозрачного клея

Защитное стекло клеится непосредственно к матрице. Это позволяет убрать воздушную прослойку и уменьшить толщину дисплея.

Качественный клейкий слой не будет искажать цвета, будет препятствовать попаданию пыли под стекло и надежно удержит верхний слой даже при самой активной эксплуатации.

При замене стекла могут использовать низкокачественный клейкий слой, который со временем изменит свой цвет, начнет искажать картинку или пропускать частички пыли.

Сенсорная панель

Её еще называют тачскрином или просто сенсором. Отвечает за распознавание нажатий пользователя.

Оригинальный элемент выполнен из тонкого слоя стекла и позволяет с точностью до миллиметра определить место нажатия. При этом сенсор обладает поддержкой технологии мультитач.

Данный элемент страдает при падении гораздо реже, чем защитное стекло.

Поляризационный фильтр

Специальная прослойка, которая делает изображение матрицы видимым для человеческого глаза.

Без неё мы не смогли бы вообще ничего рассмотреть на экране.

Матрица

Состоит из двух пластин, меду которыми расположены жидкие кристаллы. Под действие тока данные кристаллы начинают пропускать соответствующее излучение подсветки.

Так устроена IPS-матрица, применяемая во всех моделях iPhone кроме нового iPhone X.

Сама система немного доработана специалистами Apple, а позже названа маркетологами Retina.

Подсветка

Источник света, который расположен за матрицей. Он отвечает за подсветку кристаллов, чтобы изображение становилось ярким и четким.

Сами по себе кристаллы не светятся, а лишь пропускают свет подсветки через себя.

Слой дополнительных сенсоров

Этот слой появился в iPhone начиная с модели iPhone 6s и нужен для распознания силы нажатия на дисплей.

Специальная сетка из конденсаторных плат подключена к источнику питания. Её задача сверхточное измерение расстояния от пальца до матрицы. Программные алгоритмы анализируют информацию с данной сетки и позволяют работать технологии 3D-Touch.

Рамка

Это своеобразная основа, на которой крепятся все указанные выше элементы. Сама рамка устанавливается непосредственно на каркас смартфона.

Вот такой “сэндвич” уместили разработчики в дисплейном блоке, толщина которого не превышает пары миллиметров. Теперь понятно, почему экран смартфона такой дорогой, а его замена часто влетает в копеечку.

(4.80 из 5, оценили: 10)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector