Что из себя представляет дисплей. Из чего состоит дисплей iphone
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.
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.
В последнее время большой популярностью пользуются телефоны с сенсорным управлением. Это объясняется стремительным развитием современных технологий в сфере мобильных телефонов, а также простотой и удобством сенсорного управления для пользователей. В современных мобильных телефонах сенсорное управление позволяет пользоваться всеми функциями и многочисленными приложениями максимально комфортно.
На сегодняшний день различают два типа сенсорных экранов: резистивный и емкостный.
- - Резистивный экран
Экран такого типа основан на двух слоях, обладающих определённым сопротивлением. Верхним является гибкий слой (пластик, так называемый тачскрин), нижний - жёсткий слой. При нажатии на верхний слой происходит его соприкосновение с нижним слоем, а управляющая электроника вычисляет координаты точки нажатия.
Основным достоинством такого экрана является чувствительность к любым прикосновениям: есть возможность нажимать на экран руками в перчатках, стилусом или любым другим твёрдым предметом. Ещё одним немало важным преимуществом резистивного экрана является его устойчивость при падении. Такой экран можно сильно поцарапать, но разбить его очень сложно, так как это пластик.
Несмотря на все достоинства резистивного экрана, всё же существуют некоторые недостатки. Так как сенсорный экран постоянно испытывает механические нагрузки в ходе эксплуатации телефона, то существует большой риск утраты его работоспособности. Ещё одним недостатком резистивного экрана является его низкое светопропускание (не более 85%). Имея защитный слой, всё равно существует возможность повредить экран и нарушить его работу. Поверхность пластика легко режется и не выдерживает слишком высоких температур.
В случае выхода из строя сенсорного экрана (износ детали или механическое повреждение после падения) необходимо заменить неисправный тачскрин на новый. Перед тем, как установить новый, необходимо снять старый.
Для того чтобы добраться до экрана необходимо разобрать телефон. Для этого снимается задняя крышка телефона, извлекается батарея и SIM – карта. После того, как задний корпус телефона снят, аккуратно отводится в сторону плата и вытаскивается шлейф из гнезда. Эта процедура необходима для того, чтобы отделить переднюю часть телефона от основной.
Затем желательно осторожно отсоединить дисплей от корпуса, чтобы извлечь его. Так как сенсорный экран прикреплён к корпусу специализированным клеем, его необходимо нагреть при температуре 100-120 градусов в течении 2-3 минут, чтобы размягчить клей. После нагрева, при помощи скальпеля разрезается клей и отсоединяется сенсорный экран от корпуса.
Перед установкой нового тачскрина на его основу наносится специализированный клей для фиксации детали, под сильным давлением воздуха прочищается дисплей от пыли. После чего можно приклеивать новую деталь к корпусу.
Готовый экран и плату необходимо поместить обратно в корпус, прикрепив шлейф дисплея к плате. Перед тем, как полностью собрать телефон, нужно проверить работоспособность новой детали. Для этого батарея подсоединяется к плате и включается телефон. Если экран корректно реагирует на все нажатия, значить деталь установлена правильно. Только после тщательной проверки можно полностью собрать телефон. В завершении работы мобильный телефон должен ещё раз пройти полную проверку и только тогда можно с уверенностью сказать, что ремонт успешно завершен.
- - Емкостный экран
Экран такого типа основан на способности человеческого тела проводить электрический ток. Емкостный сенсорный экран представляет собой стеклянную панель, на поверхность которой нанесён резистивный материал, прикрытый токопроводящей пленкой. При касании экрана пальцем возникает электрический ток, после чего специальный контроллер вычисляет координаты касания.
Важным преимуществом такого экрана является его долговечность. Несмотря на постоянные нагрузки, риск утраты работоспособности невелик. По сравнению с резистивными экранами они лучше пропускают свет (90% и более).
Наряду с достоинствами существуют и недостатки емкостных экранов. Слабым местом такого типа экрана является возможность их работы только под воздействием токопроводящего предмета. Экран не будет реагировать на прикасание стилуса, любого другого твёрдого предмета или руки, одетой в перчатку.
Ещё один недостаток емкостного экрана состоит в его неустойчивости при падении. Стекло очень легко разбить.
Как происходит замена сенсорного экрана?
Принцип замены неисправного сенсорного стекла у емкостного экрана схожий с принципом замены тачскрина у резистивного экрана. Отличие только в том, что сенсорное стекло у емкостного экрана клеится к дисплею, а не к корпусу.
Но в некоторых последних моделях мобильного телефона сенсорное стекло и дисплей являются одним модулем, что значительно упрощает ремонт по замене неисправной детали. Не приходится тратить много времени на разъединение стекла и дисплея, а потом на приклеивание стекла к дисплею. Новый модуль либо прикручивается к корпусу, либо при помощи специализированного клея приклеивается к корпусу телефона. Также существуют готовые модули в корпусе, в таких телефонах как: Samsung Galaxy S II (S2), Samsung Galaxy S III (S3), Samsung Galaxy Note (N7000/i9220). Такого типа модуль существенно уменьшает количество затрачиваемого времени на выполнение ремонта.
В готовый модуль необходимо поставить недостающие детали из старого, такие как: динамик, антенна, вибромоторчик, шлейф системного разъёма и декоративные кнопки. После чего вставляется плата, прикрепляется шлейф дисплея к плате и прикручивается задняя крышка корпуса. В завершении ремонта необходимо протестировать поставленную деталь: включить телефон и посмотреть, реагирует ли экран на прикосновение, работаю ли декоративные кнопки, есть ли звук в телефоне. Если всё правильно работает, значит, ремонт успешно завершён.
Телефоны с сенсорным экраном требуют к себе особо бережного и максимально аккуратного обращения. Но, если случилась неисправность, лучшим решением этой проблемы будет ремонт у специалистов в сервисном центре.