Как устроен сенсорный экран айфона

Из чего состоит дисплей iphone [и других смартфонов в том числе]

#iphone #iphonedisplay. Вопреки разговорам о том, что дисплей iphone — это единый модуль, в этом посте я покажу вам, что это не так. Более того, в следующих постах, я развею миф о том, что при замене дисплея iphone 6 или 6 plus (а также 5й и 4й версии) и на других смартфонах необходимо менять весь экранный модуль целиком. Если вам все это неинтересно и вы просто хотите заменить защитное стекло или заменить дисплей вашего iphone 6 (4,5) звоните в наш сервисный центр. Если напротив — прошу читать далее.

Для начала, хочу отметить, что дисплеи iphone отличаются по конструкции и технологии формирования изображения от большинства смартфонов, но не кардинально. Принципы, которые работают во всех ЖК-дисплеях, такие же:

• Матрица , состоящая из ЖК-кристаллов подсвечивается при помощи источника света (подсветки)
• Изображение от матрицы проходит через поляризационный фильтр, в результате чего получается изображение, которое воспринимается человеческим зрением.

Если есть желание, прочитайте подробнее о том, из чего состоит экран ноутбука и как происходит его замена, здесь. В телефонных дисплеях тоже самое, только гораздо меньшего размера (размер пикселя — меньше, матрица и подсветка — тоньше).

Теперь я опишу составные части дисплея в порядки их нахождения от поверхности (там где пользователь касается экрана).

Модуль дисплея iphone состоит из следующих элементов:

1. Защитное стекло iphone.

Именно по нему вы водите пальцем когда пользуетесь iphon’ом. Оно служит для того, чтобы сенсорная панель и матрица не изнашивались и не могли повредиться в результате удара или падения. Ведь лучше разбить стекло чем более дорогие элементы дисплея.

Стекло в iphone, начиная (если я не ошибаюсь) с 4й версии имеет олеофобное покрытие (лат. олео — масло/жир и фобос — боязнь). Переводя на русский — покрытие на котором не задерживается жир. Иногда говорят, что олеофобное покрытие «отталкивает» жир, но буквально это не совсем так. Жир никуда не улетает от такого покрытия, а просто не въедается и его можно легко удалить обычной безворсовой салфеткой.

2. Тонкий слой прозрачного клея.

В большинстве сенсорных телефонов внешнее стекло (или сенсорный экран) клеятся не к корпусу устройства, а непосредственно к матрице (экрану). Это позволяет убрать воздушный зазор между сенсорной панелью и матрицей, плюс, уменьшает толщину устройства в целом.

3. Сенсорное стекло (сенсорная панель, она же тачскрин, она же сенсор)

Именно по средствам сенсорной панели, процессор телефона получает информацию о том, в каком месте вы прикоснулись к стеклу, затем через видеоподсистему выполняемые действия отображаются на матрице.

4. Поляризационная пленка (поляризационный фильтр)

Для чего нужен- видно из картинки. Описывать принцип его действия не буду, слишком много.

5. ЖК-дисплей (матрица)

О том, что такое матрица — по ссылке выше. Это 2 пластины между которыми находятся жидкие кристаллы. Под действием электрического тока, кристаллы поворачиваются под определенным углом и пропускают излучение от подсветки.

В ноутбуках и многих других устройствах матрица представляет собой устройство в корпусе которого объединена и подсветка и кристаллы и поляризационный фильтр. В iphone — это все отдельные части, которые крепятся друг у другу.

Технология, по которой изготавливается ЖК дисплеи iphone использует технологию IPS. С той лишь разницей, что это не стандартная IPS, а улучшенная и в apple ей дали название Retina. Многие производители ЖК-экранов развивают свои технологии на основе IPS и называют их по-своему, добавляя некоторые нововведения.

6. Подсветка.

Источник света. Служит для того чтобы изображение, выводимое ЖК-экраном было видно человеческому глазу т.к. сами по себе ЖК кристаллы не излучают света.

7. Рамка дисплея

Упомяну про эту часть в самом конце, т.к. она полностью обрамляет защитное стекло и весь дисплей. Ниже представлена рамка iphone 5 черного цвета.

Как вы видите, дисплей iphone весьма непрост. И далеко не монолит как представляют вам на многих сайтах. При наличии навыков и оборудования все эти части можно заменить по отдельности, что гораздо дешевле для клиента и выгоднее для сервисного центра.

Например, модуль в сборе для iphone 6 plus стоит в районе 20 тыс. руб. (на момент написания статьи) без учета стоимости работ 🙂 Хотя, при падении телефона разбивается, как правило, только защитное стекло и его замена на iphone 6 plus обойдется в несколько раз дешевле чем замена всего дисплея.

Аналогичная ситуация, например, с samsung galaxy S3, s4 и т.д. где стоимость модуля достигает 10 тыс руб., и смотря на курс доллара, мы понимаем, что ситуация вряд ли изменится.

О том как происходит замена дисплея на iphone по частям я напишу в следующий раз. И хотя, на youtube и в интернете уже множество видео и постов на эту тему, с выходом дорогостоящих смартфонов с дисплеями большой диагонали она становится все актуальнее.

Со смартфонами старых моделей все не так плохо, взгляните, хотя бы, на цены для дисплейных модулей «стареньких» iphone:

• Дисплей для iphone 4g с доставкой из Белгорода
• Дисплей для iphone 5s с доставкой из Белгорода
• Дисплей для iphone 6 (хоть и новый, но цены чуть упали) также в Белгороде

С другой стороны, модуль дисплея пусть и дороже, но на него вы получаете полноценную гарантию как на отдельное устройство и сможете заменить самостоятельно в домашних условиях избежав похода в сервисный центр.

Опять же, в нашем сервисном центре при замене защитного стекла на iphone, вы получаете такую же гарантию как и при замене всего дисплея, а платите в РАЗЫ меньше.

Источник

Из чего состоит дисплей iPhone

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.

Источник

Что представляет из себя сенсорный дисплей iPhone и что делать, если экран разбили

На сегодняшний день наиболее широкое распространение получили четыре вида взаимодействия человека с сенсорными экранами. Это могут быть:
— Резистивный сенсор. Реагирует на нажатия путем изменения сопротивления в точке воздействия.
— Акустический сенсор. Стекло экрана постоянно незаметно вибрирует под воздействием излучателей, установленных в трёх углах экрана. Прикосновение к экрану меняет картину распространения акустических колебаний, что и регистрируется датчиками.
— Инфракрасный сенсор. Вокруг монитора установлены излучатели и приёмники инфракрасного излучения.
— Ёмкостный сенсор (электростатический). В работе ёмкостного экрана человек участвует не только механическим, но и электрическим образом. До прикосновения экран обладает некоторым электрическим зарядом. Прикосновение пальца меняет картину заряженности, «оттягивая» часть заряда к точке нажатия. Датчики экрана, расположенные по всем четырём углам, следят за течением заряда в экране, определяя таким образом координаты «утечки» электронов.

Именно емкостный сенсор используется в технологии iPhone. Немногие знают, но дисплей телефона выдерживает до миллиарда нажатий в одно и то же место. Давите смело, ничего ему не будет.

Но что делать, если у iPhone при падении разбился экран. Mushuro дает советы.

Источник

Как работают сенсорные экраны

iPhone 2G был первым мобильным телефоном, управление которым полностью строилось на взаимодействии с сенсорным экраном. С момента его презентации прошло больше десяти лет, но многие из нас все еще не знают, как устроен Touchscreen. А ведь мы сталкиваемся с этим интуитивным средством ввода не только в смартфонах, но и в банкоматах, платежных терминалах, компьютерах, автомобилях и самолетах — буквально повсюду.

Содержание

До тачскринов самым распространенным интерфейсом для ввода команд в электронные устройства были различные клавиатуры. Хотя, кажется, что у них с тачскринами нет ничего общего, на самом деле то, насколько сенсорный экран по принципам работы схож с клавиатурой, может удивить. Давайте рассмотрим их устройство в деталях.

Клавиатура представляет собой печатную плату, на которой устанавливается несколько рядов переключателей-кнопок. Вне зависимости от их конструкции, мембранной или механической, при нажатии каждой из клавиш происходит одно и то же. На компьютерной плате под кнопкой замыкается электрическая цепь, компьютер регистрирует прохождение тока в этом месте схемы, «понимает», какая клавиша нажата и выполняет соответствующую ей команду. В случае с сенсорным экраном происходит почти тоже самое.

Существует порядка десятка различных видов сенсорных экранов, однако большинство из этих моделей или давно устарело и не используется, или относится к экспериментальным и вряд ли когда-нибудь появится в серийных устройствах. Прежде всего, я расскажу об устройстве актуальных технологий, тех из них, с которыми постоянно взаимодействуете или хотя бы можете столкнуться в повседневной жизни.

Резистивный сенсорный экран

Резистивные сенсорные экраны изобретены еще в 1970 году и с тех пор изменились мало.

В дисплеях с такими сенсорами над матрицей располагается пара дополнительных слоев. Впрочем, оговорюсь, матрица здесь вовсе не обязательна. Первые резистивные сенсорные устройства не были экранами вовсе.

Нижний сенсорный слой состоит из стеклянной основы и называется резистивным слоем. На него наносится прозрачное металлическое покрытие, хорошо передающее ток, например, из такого полупроводника, как оксид индия-олова. Верхний слой тачскрина, с которым взаимодействует пользователь нажимая на экран, сделан из гибкой и упругой мембраны. Он называется проводящим слоем. В пространстве между слоями оставляют воздушную прослойку, либо равномерно усеивают его микроскопическими изолирующими частицами. По краям к сенсорному слою подводится четыре, пять или восемь электродов, связывающих его с датчиками и микроконтроллером. Чем больше электродов, тем выше чувствительность резистивного такчскрина, поскольку изменение напряжения на них постоянно отслеживается.

Вот экран с резистивным тачскрином включен. Пока ничего не происходит. Электрический ток свободно течет по проводящему слою, но когда пользователь дотрагивается до экрана, мембрана сверху прогибается, изолирующие частицы расступаются, и она касается нижнего слоя тачскрина, вступает в контакт. За этим следует изменение напряжения разом на всех электродах экрана.

Контроллер тачскрина обнаруживает изменения напряжения и считывает показания с электродов. Четыре, пять, восемь значений и все разные. По разнице в показаниях между правым и левым электродами микроконтроллер вычислит X-координату нажатия, а по различиям в напряжении на верхнем и нижнем электродах, определит Y-координату и, таким образом, сообщит компьютеру точку, в которой слои сенсорного слоя экрана соприкоснулись.

Резистивные сенсорные экраны могут похвастать длинным перечнем недостатков. Так, они в принципе не способны распознать двух одновременных нажатий, не говоря уже о большем числе. Они плохо ведут себя на холоде. Из-за необходимости в прослойке между слоями сенсора, матрицы таких экранов заметно теряют в яркости и контрастности, склонны бликовать на солнце, и в целом выглядят заметно хуже. Тем не менее, там, где качество изображения играет второстепенную роль, их продолжают применять в силу устойчивости к загрязнениям, возможности использования в перчатках и, что самое главное, низкой стоимости.

Такие средства ввода повсеместно монтируются в недорогих массовых устройствах, вроде информационных терминалов в общественных местах и все еще встречаются в устаревающих гаджетах, типа дешевых MP3-плееров.

Инфракрасный сенсорный экран

Следующим, куда менее распространенным, но, тем не менее, актуальным вариантом сенсорного экрана является инфракрасный тачскрин. Он не имеет ничего общего с резистивным сенсором, хотя и выполняет схожие функции.

Инфракрасный тачскрин сконструирован из массивов светодиодов и светочувствительных фотоэлементов, расположенных на противоположных сторонах экрана. Светодиоды подсвечивают поверхность экрана невидимым инфракрасным светом, образуя на ней нечто вроде паутины или координатной сетки. Это напоминает охранную сигнализацию, какой ее показывают в шпионских боевиках или компьютерных играх.

Когда к экрану что-то прикасается, не важно палец это, рука в перчатке, стилус, или карандаш, два или более луча прерываются. Фотоэлементы фиксируют это событие, контроллер тачскрина выясняет, какие из них недополучают инфракрасный свет и по их положению вычисляет зону экрана, в которой возникло препятствие. Остальное — сопоставить прикосновение с тем, какой элемент интерфейса находится на экране в этом месте — задача программного обеспечения.

Сегодня с инфракрасными сенсорными экранами можно столкнуться в тех гаджетах, чьи экраны обладают нестандартной конструкцией, там, где добавлять дополнительные сенсорные слои технически сложно или нецелесообразно — в электронных книгах на базе дисплеев E-link, например, Amazon Kindle Touch и Sony Ebook. Кроме того, устройства с подобными сенсорами из-за простоты и ремонтопригодности приглянулись военным.

Емкостный сенсорный экран

Если в резестивных сенсорных экранах компьютер регистрирует изменение проводимости, последовавшее за нажатием на экран, непосредственно между слоями сенсора, то емкостные сенсоры фиксируют прикосновение непосредственно.

Человеческое тело, кожа — хорошие проводники электричества и обладают электрическим зарядом. Обычно это замечаешь пройдясь по шерстяному ковру или сняв любимый свитер, а затем прикоснувшись к чему-либо металлическому. Все мы знакомы со статическим электричеством, испытывали его действие на себе и видели крошечные искры, срывающиеся с наших пальцев в темноте. Более слабый, незаметный обмен электронами между человеческим телом и различными проводящими поверхностями происходит постоянно и именно его фиксируют емкостные экраны.

Первые такие тачскрины назывались поверхностно-емкостными и были логичным развитием резистивных сенсоров. В них всего один проводящий слой, похожий на тот, что использовался ранее, устанавливался прямо поверх экрана. К нему также присоединялись чувствительные электроды, на этот раз по углам сенсорной панели. Следящие за напряжением на электродах датчики и их программное обеспечение были сделаны заметно чувствительнее и теперь могли улавливать малейшие изменения в течении электрического тока по экрану. Когда палец (другой проводящий ток предмет, например, стилус) касается поверхности с поверхностно-емкостным тачскрином, проводящий слой немедленно начинает обмениваться с ним электронами, а микроконтроллер это замечает.

Появление поверхностно-емкостных тачскринов стало прорывом, однако из-за того, что нанесенный прямо поверх стекла токопроводящий слой было легко повредить, они не были пригодны для устройств нового поколения.

Для создания первого iPhone потребовались проекционно-емкостные сенсоры. Этот тип тачскринов быстро стал наиболее распространенным в современной потребительской электронике: смартфонах, планшетах, ноутбуках, моноблоках и прочих бытовых устройствах.

Верхний слой экрана с тачскрином этого типа выполняет защитную функцию и может быть сделан из закаленного стекла, например, знаменитого Gorilla Glass. Ниже располагаются тончайшие электроды, образующие сетку. Поначалу их накладывали друг на друга в два слоя, затем для уменьшения толщины экрана стали располагать на одном уровне.

Выполненные из полупроводниковых материалов, в том числе уже упоминавшегося оксида индия-олова, эти токопроводящие волоски создают электростатическое поле в местах своего пересечения.

Когда палец касается стекла, за счет электропроводных свойств кожи он искажает локальное электрическое поле в местах ближайших пересечений электродов. Это искажение может быть измерено, как изменение емкости в отдельно взятой точке сетки.

Поскольку массив электродов делается достаточно мелким и плотным, такая система способна отслеживать касание очень точно и без проблем улавливает сразу несколько прикосновений. Кроме того, отсутствие дополнительных слоев и прослоек в бутерброде из матрицы, сенсора и защитного стекла положительно сказывается на качестве изображения. Правда, по той же причине, разбитые экраны, как правило, заменяются полностью. Однажды собранный воедино, экран с проекционно-емкостным сенсором чрезвычайно сложно поддается ремонту.

Сейчас преимущества проекционно-емкостных тачскринов не звучат, как что-то удивительное, но на момент презентации iPhone они обеспечили технологии колоссальный успех, несмотря на объективные минусы — чувствительность к загрязнениям и влажности.

Чувствительные к давлению сенсорные экраны — 3D Touch

Идейным предшественником сенсорных экранов, чувствительных к давлению, стала фирменная технология Apple, под названием Force Touch, применявшаяся в умных часах компании, MacBook, MackBook Pro и Magic Trackpad 2.

Опробовав на этих устройствах интерфейсные решения и различные сценарии использования распознавания силы нажатия, Apple начала внедрение похожего решения в свои смартфоны. В iPhone 6s и 6s Plus распознавание и измерение давления стало одной из функций тачскрина и получило коммерческое наименование 3D Touch.

Хотя в Apple и не скрывали, что новая технология лишь модифицирует привычные нам емкостные сенсоры и даже показали схему, в общих чертах объяснявшую принцип ее действия, подробности об устройстве сенсорных экранов с 3D Touch появились только после того, как первые iPhone нового поколения были разобраны энтузиастами.

Для того, чтобы научить емкостной сенсорный экран распознавать нажатия и различать несколько степеней давления, инженерам из Купертино потребовалось пересобрать бутерброд сенсорного экрана. Они внесли изменения в отдельные его части и добавили к емкостному еще один, новый слой. И, что интересно, делая это, они явно вдохновлялись устаревшими резистивными экранами.

Сетка емкостных сенсоров осталась без изменений, однако она была перенесена назад, ближе к матрице. Между набором электрических контактов, следящих за местом прикосновения к дисплею, и защитным стеклом был интегрирован дополнительный массив из 96 отдельных датчиков.

Его задача заключалась не в том, чтобы определить местоположение пальца на экране iPhone. С этим по-прежнему отлично справлялся емкостный тачскрин. Эти пластины необходимы для обнаружения и измерения степени изгиба защитного стекла. Компания Apple специально для iPhone заказала у Gorilla Glass разработку и производство такого защитного покрытия, которое бы сохраняло прежнюю прочность и, в то же время, было достаточно гибким, чтобы экран мог реагировать на давление.

На этой разработке можно было закончить материал, повествующий о сенсорных экранах, если бы не еще одна технология, которой несколько лет назад прочили большое будущее.

Волновые сенсорные экраны

Неожиданно, но они не используют электричество и даже не имеют ничего общего со светом. Технология Surface Acoustic Wave system для определения точки прикосновения применяет поверхностные акустические волны, распространяющиеся вдоль поверхности экрана. Ультразвук, создаваемый пьезоэлектрическими элементами по углам, слишком высок для того, чтобы его мог уловить человеческий слух. Он распространяется взад и вперед, многократно отражаясь от краев экрана. Звук анализируется на предмет аномалий, создаваемых прикасающимися к экрану предметами.

Недостатков у волновых сенсорных экранов не много. Они начинают ошибаться после сильного загрязнения стекла и в условиях сильного шума, но, при этом, в экранах с таким сенсором нет дополнительных слоев, увеличивающих толщину и влияющих на качество изображения. Все компоненты сенсора прячутся под рамкой дисплея. Кроме того, волновые сенсоры позволяют точно подсчитывать площадь соприкосновения экрана с пальцем или другим предметом и по этой площади косвенно рассчитать силу нажатия на экран.

Мы уже вряд ли столкнемся с этой технологией в смартфонах из-за нынешней моды на безрамочные дисплеи, но несколько лет назад компания Samsung экспериментировала с Surface Acoustic Wave system в моноблоках, а в качестве комплектующих для игровых автоматов и рекламных терминалов панели с акустическими тачскринами продаются и сейчас

Вместо заключения

За очень краткий срок тачскрины завоевали мир электроники. Несмотря на отсутствие тактильного отклика и другие свои недостатки, сенсорные экраны стали очень интуитивным, понятным и удобным методом ввода информации в компьютеры. Не в последнюю очередь, своим успехом они обязаны разнообразием технических реализаций. Каждая со своими преимуществами и недостатками, подходящая для своего класса устройств. Резистивные экраны для самых дешевых и массовых гаджетов, емкостные экраны для смартфонов и планшетов и настольных компьютеров с которыми мы взаимодействуем каждый день и инфракрасные тачскрины для тех случаев, когда конструкцию экрана следует оставить в неприкосновенности. В заключение, остается лишь констатировать, что сенсорные экраны с нами надолго, замены им в ближайшем будущем не предвидится.

Источник