Как устроен экран андроид

Как устроен экран андроид

СмартПульс — держите руку на пульсе высоких технологий! Новости, статьи, обзоры мобильных устройств, компьютеров, комплектующих, радиолюбительских конструкций

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!

Источник

Что ВНУТРИ ЭКРАНА смартфона?

Автор Вячеслав Питель · 14:48 14.01.2019

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта Uspei.com. Это экран смартфона под микроскопом…а это не палец. Это специальный инструмент похожий на карандаш, а точнее его острейший кончик. толщиной меньше миллиметра. Просто что бы вы понимали на сколько крохотны вот эти точки. Давайте препарируем экран смартфона и разберемся, что это за точки, как из них получается красочная и сочная картинка, а также заглянем прямо под работающий дисплей?!

Почему так много разновидностей дисплеев?

Первое, что нужно знать перед тем как углубляться в тему дисплеев – почему их расплодилось так много. Листая характеристики на сайтах или рассматривая карточку на витрине, можно встретить самые разные названия матриц, начиная от привычных IPS и AMOLED, заканчивая PLS, LTPS, POLED и еще маркетинговых Retina и иже с ними. Но это не значит, что все они прям кардинально отличаются друг от друга, нет.

Дело в том, что производители постоянно что то изобретают и улучшают свои экраны. Не всегда изменения существенные, но законы рынка обязывают все это дело запатентовать, придумать новое название и продвигать под видом – «It’s revolution Johnny».

На самом деле все проще. Экраны смартфонов можно поделить всего на два типа: LCD и OLED. Первый сейчас самый популярный. Если я буду ходить по магазину и рандомно указывать пальцем на экраны, то где то в 70% случаев попаду на LCD. К нему и относится PLS, LTPS и конечно всеми любимый IPS.

Как работают LCD-экраны смартфонов и как выглядят внутри?

Итак, ближе к делу. Как работают LCD экраны смартфонов и как выглядят внутри? Если приподнять все верхние слои дисплея, то в самом низу мы увидим яркий свет – это подсветка, отсюда начинается создание картинки. Причем кажется, что светится все основание, но это иллюзия.

Поток лучей создается всего десятком диодов, плюс-минус, вот они, крошечные. А дальше свет попадает на отражающую подложку, которая распределяет его по всей площади.

Вот тут видно, как сильно проседает яркость экрана, если оторвать это зеркало, в кавычках. Но картинка все еще видна, так что смотрим, что будет если и дальше снимать слои у работающего экрана прямо «по живому». Долго он конечно не продержался.

Следом идут несколько рассеивающих свет слоев, и сразу после удаления первого из них на экране окончательно теряется яркость от диодов. Видны только отголоски картинки в самом низу, около них. Но что же выводит эту самую картинку? Главный элемент в этом бутерброде находится сверху, над всеми фильтрами – слой жидких кристаллов.

Вот как он выглядят под микроскопом. Зеленые, синие и красные штрихи – это субпиксели. Которые за счет фильтров пропускают только один цвет спектра. Вместе три такие полоски составляют тот самый пиксель, маленькую цветную точку на вашем экране. А схема построения именуется как RGB, с английского — красный, зеленый и синий.

Если посмотреть еще глубже, в сам субпиксель, то мы увидим такую схему.

Главную роль тут исполняют ЖК-молекулы, которые меняют свое построение под действием напряжения и пропускают больше или меньше света. Миллионы молекул постоянно движутся и за счет этого меняется яркость пикселей. Одни становятся светлее, другие – темнее, один выдает больше зеленого цвета, второй – красного.

Все это происходит каждую миллисекунду. Вот так и строится картинка, которую вы видите перед собой. А экраны называются LCD или Liquid crystal display – жидкокристаллические дисплеи.

Как работают OLED-экраны смартфонов и как выглядят внутри?

Хорошо, с первым, самым популярным типом разобрались. Но самые внимательные из вас наверно заметили, что в начале видео пиксельная сетка была совсем другая. И светилась странно – были у нее какие-то черные островки.

Это был экран второго типа, на основе органических светодиодов – OLED. К нему же относится AMOLED, SuperAMOLED, POLED и остальные производные от этого типа матрицы.

В отличии от LCD, где свет создается диодами подсветки, тут он излучается самими субпикселями, теми разноцветными точками. Если бы был такой жанр как фильм ужасов для смартфонов, то, вероятно, это видео претендовало бы на Оскар. Сейчас вы видите, как леской вскрывается битый экран Айфона 10, точнее дисплей отделяется от защитного стекла. Страшное зрелище. Но это нужно видеть, потому что сразу ясны первые отличия OLED от LCD.

Вот он, сам дисплей…Все! Вот этот, не побоюсь этого слова – листок, и есть вся матрица. Разницу долго искать не нужно. Как видите – тут нет диодов подсветки и множества слоев. Дисплей тоньше и при этом довольно неплохо гнется. Более того, не смотря на все издевательства, вот в таком потрепанном виде его можно подключить обратно и он будет как-никак работать. Тем интереснее заглянуть внутрь и понять, как строиться картинка в такой матрице.

Органический светодиод состоит из нескольких слоев полимеров, которые под действием напряжения способны излучать свет. Это если очень упрощенно. А дальше схема примерно та же. Пропуск только одного цвета через фильтры и создание одной точки изображения из субпикселей. И вот что это дает.

В отличии от LCD, где нужно постоянно подавать напряжение даже на темные пиксели, в OLED их можно просто выключить. Вот откуда эти черные дыры под микроскопом. Пиксели просто не горят. А значит не потребляют энергию.

Также за счет этого они выдают картинку с настоящим черным цветом и высокой контрастностью. Даже в таком приближении посмотрите какой четкий переход от цветного яркого поля в темное.

Вот почему когда я тестирую автономность смартфонов с IPS и Super Amoled, первый может продержаться 7 часов, а второй – все 11. Одинаковая батарея, диагональ, железо, яркость примерно – а время разное, потому что экран экономичнее.

И по этой же причине когда Айфоны перешли на OLED, все возмущались – «где же черная тема, блин?» И вроде бы до сих пор возмущаются, потому что и в новых десятках нет ее…поправьте, если ошибаюсь. Это, кстати, в тему «It’s revolution Johnny». Хотя это уже мысли для отдельного видео.

Сейчас же, в истории с дисплеями, точку ставить не буду. Вдруг хотите узнать подробнее об особенностях какой-то конкретной матрицы и разобраться что ей такого прикрутили, из за чего она получила особое название, то дайте знать в комментариях. А пока гляньте как работают мобильные камеры, с этой темой мы уже разобрались. До скорого!

Источник