Принцип работы дисплея телефона. Из чего состоит мобильный телефон
Дисплей – это основное устройство ввода/вывода информации в современном смартфоне или планшете, проще говоря, основной посредник между человеком и железкой в его руках. Сегодня я расскажу о дисплеях: каких типов они бывают, что такое PPI, от чего зависит энергопотребление и других вещах.
На выставке MacWorld 9 января 2007 года был представлен оригинальный iPhone. Тогда никто не мог предположить, какую революцию на рынке мобильных телефонов произведет это устройство. В iPhone были заложены идеи, которые стали трендовыми на следующие несколько лет. Основная идея заключалась в том, чтобы совместить в дисплее мобильного телефона устройства ввода и вывода информации, плюс сделать дисплей не только сенсорным, но и удобным в эксплуатации. Конечно, сенсорные дисплеи появились задолго до выхода iPhone, но именно благодаря последнему сегодня подавляющее большинство смартфонов, планшетов и простых телефонов не имеют физической клавиатуры.
Типы сенсорных панелей
Дисплей современного смартфона представляет из себя “сендвич”, состоящий из самого дисплея и сенсорной панели. Существует около дюжины разновидностей сенсорных панелей. При этом в подавляющем большинстве мобильных устройств применяются лишь две разновидности: резистивный сенсорный экран и проекционно-емкостный сенсорный экран. В середине нулевых почти все смартфоны с сенсорным дисплеем имели резистивную панель. Принцип работы резистивной панели довольно прост (рисунок 1). Поверх стеклянной панели (1) наклеены резистивный (2) и проводящий (4) слои, которые разделены между собой слоем микроизоляторов (3), резистиный слой подключен к четырем электродам по углам панели. В состоянии покоя четыре электрода по углам заземлены, на проводящий слой (далее мембрана) подается напряжение 5В, а микроконтроллер с заданной частотой замеряет уровень напряжения. Как только палец (или любой другой твердый предмет) касается поверхности экрана, мембрана, продавливая слой микроизоляторов, замыкает схему, уровень напряжения отклоняется от значения 5В. Микроконтроллер, реагируя на изменение уровня напряжения, начинает опрашивать экран: сначала на два правых электрода подается напряжение, а два левых заземляются – уровень напряжения соответствует координате по горизонтали; затем напряжение подается на два верхних электрода, а два нижних заземляются – уровень напряжения соответствует координате по вертикали.
Рисунок 1
1) стеклянная панель
2) резистивный слой
3) слой микроизоляторов
4) проводящий слой
К преимуществам данной технологии можно отнести относительно высокую точность определения координат прикосновения и возможность использовать для работы с дисплеем любой твердый предмет. К недостаткам можно отнести: недолговечность, низкую износостойкость оболочки мембраны и невозможность распознавания дисплеем одновременно более одного касания.
На смену резистивной пришла проекционно-емкостная (часто в обиходе просто “емкостная”) технология, которая имеет еще более примитивную конструкцию. На внутреннюю сторону защиты экрана наносят сетку электродов. Электрод, защита экрана и палец человека образуют конденсатор, контроллер замеряет емкость такого конденсатора и определяет координаты нажатия (рисунок 2).
Рисунок 2
Емкостные сенсорные панели могут распознавать два и более касания одновременно, что позволило реализовать мультитач – систему жестов, облегчающую взаимодействие с элементами пользовательского интерфейса. В качестве защиты экрана стало возможным использование более прочных материалов, например, стекла. Конструкция емкостных экранов более долговечна. К минусам емкостных сенсорных панелей можно отнести меньшую, чем в резистивных панелях, точность определения координат прикосновения, и тот факт, что панель реагирует только на прикосновение пальцем.
Типы дисплеев
Дисплеи могут быть построены на жидких кристаллах или органических светодиодах. Жидкокристаллические дисплеи могут быть изготовлены по одной из трех технологий: TN+film, IPS и MVA, но принцип построения у все трех технологий один и тот же. Каждый субпиксель (рисунок 3) жидкокристаллического дисплея состоит из двух прозрачных электродов, вертикального и горизонтального фильтров, жидкокристаллического слоя и цветового фильтра. В дисплеях с подсветкой за этими слоями устанавливается лампа подсветки.
Рисунок 3
Подавая напряжение на молекулы жидких кристаллов через электроды, контроллер дисплея меняет прозрачность этих молекул, а значит и уровень светимости каждого из трех субпикселей – зеленого, синего или красного. Основной расход энергии в жидкокристаллических дисплеях приходится на работу лампы подсветки. Поэтому энергопотребление ЖК-дисплеев практически не зависит от отображаемой им картинки.
Долгое время на рынке дисплеев господствовала технология TN+film (Twisted Nematic + film). Это самая простая и самая дешевая в изготовлении технология. Из трех технологий TN+film имеет худшую цветопередачу и небольшие углы обзора. Но при этом у TN-дисплеев относительно быстрый отклик.
Все чаще в топовых смартфонах встречаются дисплеи изготовленные по IPS (In-Plane Switching) технологии. Разрабатывалась IPS с прицелом на то, чтобы нивелировать недостатки TN-матриц. IPS-дисплеи обладают лучшей в классе цветопередачей и углами обзора до 178 градусов. Недостатком IPS является худший отклик. IPS-дисплеи тратят больше энергии в сравнении с TN-дисплеями.
MVA (Multi-domain Vertical Alignment) технология занимает срединное (по характеристикам) значение между TN- и IPS-технологиями.
Конструкция дисплеев на органических светодиодах (OLED – Organic Light-Emitting Diode) принципиально отличается от конструкции жидкокристаллических дисплеев. OLED-матрицы состоят из нескольких слоев полимеров, если на них подать напряжение, один из слоев (эмиссионный) излучает свет. Очевидно, что OLED-матрицы не нуждаются в подсветке. Кроме того, энергопотребление такой матрицы зависит от того, какой цвет она отображает. Больше всего энергии потребляет белый цвет, а черный цвет имеет практически нулевое потребление. БОльшее распространение получили активные матрицы на органических светодиодах (AMOLED – Active Matrix Organic Light-Emitting Diode). Сегодня эту технологию сильно пиарит Samsung. Многие идеализируют AMOLED, и все же данная технология имеет ряд существенных недостатков. Технология изготовления AMOLED имеет ограничение по плотности пикселей на дюйм (PPI). На светлых тонах энергопотребление AMOLED-дисплеев выше, чем в жидкокристаллических дисплеях. Матрица AMOLED-дисплея со временем выгорает (синий субпиксель быстрее, чем красный и зеленый). При этом преимуществами AMOLED-дисплеев являются: бесконечная контрастность, абсолютные углы обзора, значительно меньшее, чем в ЖК-дисплеях энергопотребление на темных цветовых схемах. Говоря об AMOLED, нельзя пройти мимо темы Pentile. Это особая компоновка субпикселей в некоторых AMOLED дисплеях, когда на четыре пикселя приходится всего два синих и два красных субпикселя, при этом зеленых пикселей, как положено, четыре (рисунок 4).
Рисунок 4
Многие пользователи утверждают, что не видят Pentile, другие же наоборот, уверены в том, что Pentile серьезно портит качество картинки на дисплее. Но факт остается фактом: Pentile виден, и более всего он заметен на светлых тонах (изображение как будто в крапинку).
Основные параметры дисплеев
Год от года увеличиваются разрешение и диагональ дисплеев, и, так как первый параметр зачастую растет быстрее второго, увеличивается плотность пикселей на дюйм – PPI (pixels per inch). Последние пару лет наблюдается маркетинговая гонка значений PPI. Долгое время рекорд (326PPI) принадлежал Retina дисплею в iPhone 4/4S. Сегодня же встречаются с дисплеями плотностью до 469PPI.
Основные параметры дисплеев:
Контрастность – параметр, определяющий насколько самая светлая точка на дисплее ярче самой темной точки при одном и том же уровне подсветки.
Яркость – количество света, излучаемое дисплеем, в расчете на заданную единицу площади (обычно кандел на м²).
Время отклика – время необходимое пикселю для изменения своей яркости.
Угол обзора – угол, при котором контраст падает до заданного минимального значения.
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, . 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)
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.
Дисплеем считается устройство, которое отображает сигналы в видеоизображение или же преобразовывает информацию, которая вводится в компьютер или любое другое цифровое аналоговое устройство. В этой статье мы узнаем подробнее, что такое дисплей и кто его придумал. Он известен нам как монитор, который показывает пользователю информацию. Можно сказать, что дисплей является ключевым звеном в цепочке работы устройства. Жидкие кристаллы были изобретены очень давно австрийским ученым, а во второй половине ХХ века были изучены все их свойства, что позволило изобрести первый жидкокристаллический экран. Жидкие кристаллы – то, из чего состоит дисплей. Кристаллы находятся между стеклянными пластинами, под которыми есть источники света, который проходит через эти кристаллы. Сам дисплей не такой вредный для человеческого глаза и более удобный в использовании. Поэтому дисплеи сейчас вытесняют старые аналоги таких устройств. Современные дисплеи бывают разные, которые отличаются некоторыми своими функциями и свойствами.
Виды дисплеев
Дисплей Retina
Одним из самых последних типов дисплея является дисплей retina. Что это за новшество? С таким дисплеем столкнуться любители дорогих марок телефонов, а именно новой модели Apple iPhone 4. Создатели утверждают, что сетчатка человеческого глаза способна обрабатывать изображение с разрешением 300 точек на расстоянии 30 сантиметров максимально. Другие специалисты утверждают, что глаз способен так же эффективно воспринять изображение с более высоким разрешением. Отличие этого вида дисплея заключается в высоком разрешении с маленьким размером пикселей. Retinaвыполнен по системе IPS и имеет отличные углы обзора.
Дисплей IPS
IPS мониторы были первыми, которые помогли решить некоторые существующие проблемы качества и обзора на экране. Они идеально обеспечивают цветопередачу того или иного изображения. Давайте узнаем их особенности, которые помогут нам понять, что такое IPS дисплей. Уникальность его заключается в том, что кристаллы в ячейках панели располагаются в одной плоскости и всегда параллельны самой панели. Это и создает идеальную визуализацию картинки на мониторе.
Дисплей Tft
Очень широко используется в производстве дисплеев система tft дисплея. Далеко не всем понятно, что такое tft дисплей и чем он отличается от других. Это жидко-кристаллический дисплей, который основан на тонкопленочных транзисторах с активной матрицей. Технология здесь очень высока, ведь на каждый пиксель приходится по три транзистора, отвечающие за разные цвета. Дисплей tft имеет очень много плюсов – это и качественный угол обзора, и короткое время отклика, и отличный контраст. Но зато такой тип потребляет значительно больше энергии, чаще может выходить из строя, т.к. при повреждении хотя бы одного транзистора на экране возникают точки или пятна. Но в целом, такой дисплей очень популярен среди производимых устройств.
Дисплей Qhd
Стоит также отметить qhd дисплей, что это также часто используемый экран в различных моделях телефонов. Эта разновидность отличается также типом матрицы. Разработчики утверждают, что этот дисплей разработан с учетом всех особенностей зрения человека, а точнее его органов, что позволило подобрать самый оптимальный вариант визуализации картинок. В этой технологии, в отличие от tft, нет пикселей, которые состоят из трех частей, которые отвечают за цвет. Здесь каждый пиксель может служить совокупностью нескольких цветовых точек. Этот тип вызвал неоднозначную реакцию у пользователей.
Вообще технологии постоянно развиваются, для дисплеев продолжают искать варианты, чтобы еще больше усовершенствовать их структуру и функции и возможно скоро изобретут еще более удивительные модели, которые приятно удивят нас.
Основные детали, из которых состоит мобильный телефон
1. Электронная плата. Эта деталь является сердцем мобильного устройства и обеспечивает выполнение его основных функций.
2. Детали корпуса, к которым, в первую очередь, относится клавиатура, а также корпусные составляющие в зависимости от модели устройства (слайдер, моноблок, флип и так далее).
3. Дисплей. Дисплеи классифицируются на две группы:
- дисплеи, подключаемые к электронной плате;
- дисплеи, припаиваемые к корпусу.
4. Аккумулятор, который обеспечивает автономный режим работы мобильного телефона (он может быть никель-металлогидридный, литий-ионный или литий- полимерный).
5. Кроме того, отвечая на вопрос о том, из чего состоит мобильный телефон, нужно не забыть рассказать о камере, которая позволяет осуществлять фото или видеосъемку.
Второстепенные составляющие мобильных телефонов
К группе второстепенных составляющих мобильных телефонов относятся детали, описанные ниже.
1. Динамики и микрофоны. Это довольно важные составляющие (хотя они и относятся к классу второстепенных), так как они отвечают за качество звука и его воспроизведение. В современных моделях телефонов может встречаться около трех микрофонов, первый – для разговоров, второй – для записи звука на диктофон, а третий – для подавления шума при телефонном разговоре.
2. Шлейф. Это деталь, которая способна соединить несколько подвижных частей в телефоне, кроме этого. В шлейфам уделяется особое внимание.
3. Вибромотор, который отвечает за всем известную вибрацию на телефоне.
4. Антенна (антенный модуль), которая предназначенна для прослушивания радиостанций. Антенна, как правило, располагается внутри корпуса и представляет собой штырек или пластину специфической формы.
Подводя итог, нужно сказать, что данное представление о всех составляющих мобильного телефона можно назвать условным, так как некоторые из перечисленных элементов могут и не входить в базовую комплектацию мобильных телефонов, потому что их комплектация может изменяться в зависимости от их ценовой категории.