Как работает сенсорный экран. Типы сенсорных экранов планшетных компьютеров

Предназначен, в первую очередь, для вывода и ввода информации за счёт жестикуляции или нажатия на дисплей. Сейчас существует множество разновидностей, позволяющих напрямую взаимодействовать с устройством. Встроенные сенсоры можно увидеть во многих устройствах: смартфонах, планшетах, плеерах, видеокамерах и фотоаппаратах. Существующие типы сенсорных экранов обладают своими достоинствами и недостатками. Для того чтобы решить, какой из них лучше, необходимо более детально изучить особенности каждого. В нашем случае мы остановимся на сенсорных дисплеях, встроенных в планшеты.

Отметим, что типы сенсорных разделяются на четыре основных типа:

Ёмкостные.
Проекционно-ёмкостные.
Дисплеи с поверхностно-акустическими волнами (ПАВ).
Резистивные.

Наиболее распространены ёмкостные и резистивные. Их главное отличие заключается в том, что первые распознают касание, а вторые нажатие (стилусом или пальцем). По правде сказать, резистивные сенсоры устанавливаются в более дешёвых моделях планшетов и считаются пережитками. Ёмкостные широко используются в новых моделях мобильных устройств.

Почему, собственно говоря, они так называются? Объект большой ёмкости проводит по устройства электрический переменный ток. Поверхность представляет собой не что иное, как стеклянную панель, покрытую резистивным прозрачным сплавом. Проводящий слой обладает большим уровнем напряжения и при соприкосновении с каким-либо предметом или пальцем совершается утечка тока. В результате этого датчиками фиксируется утечка тока, вследствие чего происходит мгновенное вычисление координат точки нажатия.

Преимущества дисплея

Существуют проекционно-ёмкостные типы экранов . Они считаются более продвинутыми и отличаются повышенной чувствительностью, быстрой реакцией, а главное, позволяют взаимодействовать с устройством через перчатки. Очень важным фактором является поддержка технологии мультитач. Благодаря ей можно нажимать на поверхность двумя или даже тремя пальцами. Это обусловлено тем, что одновременно находятся координаты нескольких точек, на которых направлено действие.

Главными достоинствами передовых сенсорных экранов является устойчивость к любым загрязнениям, прочность и надёжность. Кроме того, можно спокойно осуществлять работу на проекционно-ёмкостных экранах в холодную погоду. Они отличаются стойкостью к низким температурам. Быстрая реакция является безусловным преимуществом перед ёмкостным дисплеем. Достаточно одного лёгкого касания для вывода информации.

Применение в жизни

Следует сказать о том, что ёмкостные дисплеи устанавливают не только в планшеты, но также и в информационные киоски, банкоматы и охраняемые здания. Круг использования проекционно-ёмкостных дисплеев намного шире. Их можно встретить в платёжных терминалах, ноутбуках, электронных киосках и любых устройствах, которые поддерживают технологию мультитач. Для взаимодействия с проекционно-ёмкостными экранами можно использовать специальный токопроводящий стилус, однако его мало кто применяет. Гораздо удобнее совершать все действия в ручном режиме.

Говорить о недостатках ёмкостных и проекционно-ёмкостных экранов не приходится. Единственным минусом, пожалуй, является их высокая стоимость, однако она в полной мере себя оправдывает. Если хотите приобрести устройство с качественным сенсорным типом экрана, придётся заплатить соответствующую сумму.

Характеристики резистивных экранов

Устройство и применение

Более простой и дешёвой технологией является резистивный сенсор, состоящий из пластиковой мембраны и проводящей подложки. При нажатии на мембранную часть происходит лёгкое замыкание с подложкой. Электроника управления при этом вычисляет сопротивление, которое возникает между краями двух частей. В результате происходит вычисление координат точки нажатия.

Зачастую резистивные сенсорные экраны используются в недорогих моделях планшетов и других мобильных устройствах, коммуникаторах, КПК, медицинском оборудовании и промышленных управленческих устройствах. К гаджетам со встроенным резистивным дисплеем в комплекте идёт специальный стилус. Несмотря на это, с таким можно работать и любым другим тупым предметом. Реагируют резистивные дисплеи и на пальцы, даже в перчатках. Правда, есть один небольшой нюанс - воздействие на поверхность не должно быть очень сильным , в противном случае можно повредить экран.

Особенности использования

Если говорить о недостатках дисплеев резистивного типа, то они очень чувствительны к любым механическим повреждениям . Устройство с таким экраном ни в коем случае нельзя носить в кармане с ключами или использовать вместо стилуса другой предмет. Иначе на дисплее останутся некрасивые царапины, а это может привести к снижению чувствительности. Для того чтобы обезопасить себя от подобных рисков, необходимо наклеить защитную плёнку на резистивную поверхность. Кроме того, при низких температурах он всё равно будет работать плохо. Если говорить о прозрачности, пропускается всего 84% света, исходящего от экрана - это очень низкий показатель.

Многие пользователи задаются вопросом: какой тип сенсорного экрана лучше? Однозначного ответа нет. Если по цене, то самыми недорогими являются дисплеи резистивного типа. По качеству, естественно, опережают проекционно-ёмкостные. Однако есть ещё одни тип сенсорного экрана, о котором стоит рассказать.

Такие дисплеи работают следующим образом: пьезоэлементы, расположенные по углам устройства, преобразуют приходящий электросигнал в ультразвуковые волны. Они тут же поступают на поверхность дисплея. Вдоль краёв дисплея распространены отражающие элементы, а на противоположной стороне присутствуют сенсоры, которые фиксируют и передают волны ультразвука. Преобразователь трансформирует их в электросигнал. При касании он ослабляется, и вычисляются координаты касания. Следует отметить, что вычисляется и интенсивность касания, чего нет у других типов экранов. Однако, в отличие от своих конкурентов, этот вариант не в полной мере определяет координаты, следовательно, вы не сможете рисовать на таких экранах .

обладают высокой прозрачностью и долговечностью . Экран практически не имеет проводящих поверхностей и может выдержать до 50 миллионов касаний. Существенным недостатком является то, что загрязнители блокируют работу устройства, а корректная работа дисплея осуществляется только во взаимодействии с поглощающими акустическими волнами. Дисплеи ПАВ встраивают не только в планшеты, но и в игровые автоматы, охраняемые киоски и прочие устройства.

Благодаря сенсорным экранам значительно упростился графический интерфейс и управление . Доступ к функциям стал более простым. Сенсорные дисплеи позволяют делать минимум движений и получать информацию в полном объёме. Несмотря на то, что видов существует несколько, все они имеют свои преимущества. Какое устройство выбирать, решать только пользователю, отталкиваясь от собственных финансовых возможностей и предпочтений.

20.07.2016 14.10.2016 by Почемучка

История создания сенсорного экрана.

Сегодня сенсорным дисплеем, а вернее экраном с возможностью введения информации посредством касания, никого не удивишь. Практически все современные смартфоны, планшетные ПК, некоторые электронные книги и другие современные гаджеты оснащены подобными устройствами. Какова же история этого чудесного устройства ввода информации?

Считается, что родителем первого в мире сенсорного устройства является американский преподаватель университета штата Кентукки, Сэмуэль Херст. В 1970 году он столкнулся с проблемой считывания информации с огромного количества лент самописцев. Его идея автоматизации этого процесса стала толчком к созданию первой в мире компании по производству сенсорных экранов – Elotouch. Первая разработка Херста и его единомышленников носила название Elograph. Она увидела свет в 1971 году и использовала четырех проводной резистивный метод определения координат точки касания.

Первой же компьютеризированным устройством с сенсорным дисплеем была система PLATO IV, появившаяся на свет в 1972 году благодаря исследованиям, проходившим в рамках компьютерного обучения в США. Она имела сенсорную панель, состоящую из 256 блоков (16×16), и работающую при помощи сетки инфракрасных лучей.

В 1974 году снова дал о себе знать Сэмюэль Херст. Образованная им компания Elographics выпустила прозрачную сенсорную панель, а еще через три года в 1977 ими была разработана пяти проводная резистивная панель. Спустя несколько лет компания объединяется с крупнейшим производителем электроники Siemens и в 1982 году они совместно выпускают первый в мире телевизор, оборудованный сенсорным экраном.

В 1983 году производитель компьютерной техники компания Hewlett-Packard выпускает компьютер HP-150, оборудованный сенсорным дисплеем, работающим по принципу инфракрасной сетки.

Первым мобильным телефоном с сенсорным устройством для ввода информации была модель Alcatel One Touch COM, выпущенная в 1998 году. Именно она стала прообразом современных смартфонов, хотя и имела по сегодняшним меркам весьма скромные возможности – небольшой монохромный дисплей. Еще одной попыткой смартфона с сенсорным экраном стала модель Ericsson R380. Она также имела монохромный дисплей и была весьма ограничена в своих возможностях.

Сенсорный экран в современном виде предстал в 2002 году в модели Qtek 1010/02 XDA, выпущенной компанией HTC. Это был полноцветный дисплей с достаточно хорошей разрешающей способностью, поддерживающий 4096 цветов. Он использовал резистивную технологию определения координат касания. На более высокий уровень сенсорные экраны вывела компания Apple. Именно благодаря ее IPhone, устройства с сенсорными дисплеями получили невероятную популярность, а их разработка Multitouch (определение касания двумя пальцами) существенно упрощала ввод информации.

Однако появление сенсорных экранов стало не только удобным новшеством, но и повлекло за собой некоторые неудобства. Электронные устройства, оснащенные сенсором, более чувствительны к неаккуратному обращению, поэтому и ломаются чаще. Ломаются даже экраны в Iphone. Благо, что заменить их может даже неквалифицированный специалист.

Как устроен сенсорный экран.

Такая диковинка как сенсорный экран – дисплей с возможностью ввода информации простым нажатием на его поверхность при помощи специального стилуса или просто пальца, давно уже перестал вызывать удивление у пользователей современных электронных гаджетов. Давайте попробуем разобраться, как же он работает.

На самом деле видов сенсорных экранов существует достаточно большое количество. Друг от друга они отличаются принципами, заложенными в их работе. Сейчас на рынке современной высокотехнологичной электроники используются в основном резистивные и емкостные сенсоры. Однако существуют также матричные, проекционно-емкостные, использующие поверхностно-акустические волны, инфракрасные и оптические. Особенность двух первых, самых распространенных в том, что сам сенсор отделен от дисплея, поэтому при поломке его с легкостью может заменить даже начинающий электромастер. Вам останется лишь купить тачскрин для сотового или любого другого электронного устройства.

Резистивный сенсорный экран состоит из гибкой пластиковой мембраны, на которую собственно мы и нажимаем пальцем, и стеклянной панели. На внутренние поверхности двух панелей нанесен резистивный материал, по сути, являющийся проводником. Между мембраной и стеклом равномерно расположен микроизолятор. Когда мы нажимаем на одну из областей сенсора, в этом месте замыкаются проводящие слои мембраны и стеклянной панели и происходит электрический контакт. Электронная схема-контроллер сенсора преобразует сигнал от нажатия в конкретные координаты на области дисплея и передает их в схему управления самим электронным устройством. Определение координат, а вернее ее алгоритм, очень сложен и основан на последовательном вычислении сначала вертикальной, а потом горизонтальной координаты контакта.

Резистивные сенсорные экраны достаточно надежны, поскольку нормально функционируют даже при загрязнении активной верхней панели. К тому же они, ввиду своей простоты более дешевы в производстве. Однако у них есть и недостатки. Одним из основных является низкая светопропускная способность сенсора. То есть поскольку сенсор наклеен на дисплей, изображение получается не таким ярким и контрастным.

Емкостный сенсорный экран. В основу его работы заложен тот факт, что любой предмет, имеющий электрическую емкость, в данном случае палец пользователя, проводит переменный электрический ток. Сам сенсор представляет собой стеклянную панель, покрытую прозрачным резистивным веществом, которое образует проводящий слой. На этот слой при помощи электродов подается переменный ток. Как только палец или стилус касается одной из областей сенсора, в этом месте происходит утечка тока. Его сила зависит от того на сколько близко к краю сенсора произведен контакт. Специальный контроллер измеряет ток утечки и по его значению вычисляет координаты контакта.

Емкостный сенсор также как и резистивный не боится загрязнений, к тому же ему не страшна жидкость. Однако по сравнению с предыдущим он имеет более высокую прозрачность, что делает изображение на дисплее более четким и ярким. Недостаток емкостного сенсора происходит из его конструктивных особенностей. Дело в том, что активная часть сенсора, по сути, находится на самой поверхности, поэтому подвержена износу и повреждениям.

Теперь поговорим о принципах работы менее популярных на сегодняшний день сенсоров.

Матричные сенсоры работают по принципу резистивных, однако отличаются от первых максимально упрощенной конструкцией. На мембрану наносятся вертикальные проводящие полосы, на стекло – горизонтальные. Или наоборот. При давлении на определенную область, замыкаются две проводящие полосы и контроллеру достаточно легко вычислить координаты контакта.

Недостаток такой технологии виден невооруженным глазом – очень низкая точность, а следовательно и невозможность обеспечить высокую дискретность сенсора. Из-за этого некоторые элементы изображения могут не совпадать с расположением полос проводника, а следовательно нажатие на эту область может либо вызвать неправильное исполнение нужной функции либо вообще не сработать. Единственным достоинством этого типа сенсоров является их дешевизна, которая собственно говоря, и выплывает из простоты. Кроме этого матричные сенсоры не прихотливы в использовании.

Проекционно-емкостные сенсорные экраны являются как бы разновидностью емкостных, однако работают немного по-другому. На внутреннюю сторону экрана наносится сетка электродов. При касании пальцем между соответствующим электродом и телом человека возникает электрическая система – эквивалент конденсатора. Контроллер сенсора подает импульс микротока и измеряет емкость образовавшегося конденсатора. В результате того что в момент касания одновременно задействованы несколько электродов, контроллеру достаточно просто вычислить точное место касания (по самой большой емкости).

Основные достоинства проекционно-емкостных сенсоров – это большая прозрачность всего дисплея (до 90 %), чрезвычайно широкий диапазон рабочих температур и долговечность. При использовании такого типа сенсора несущее стекло может достигать толщины 18 мм, что дает возможность делать ударопрочные дисплеи. К тому же сенсор устойчив к непроводящему загрязнению.

Сенсоры на поверхностно-акустических волнах – волнах, распространяющихся на поверхности твердого тела. Сенсор представляет собой стеклянную панель, по углам которой расположены пьезоэлектрические преобразователи. Суть работы такого сенсора в следующем. Пьезоэлектрические датчики генерируют и принимают акустические волны, которые распространяются между датчиками по поверхности дисплея. Если касания нет – электрический сигнал преобразуется в волны, а потом обратно в электрический сигнал. Если произошло касание часть энергии акустической волны поглотится пальцем, а следовательно не дойдет до датчика. Контроллер проанализирует полученный сигнал и посредством алгоритма вычислит место касания.

Достоинства таких сенсоров в том, что используя специальный алгоритм можно определять не только координаты касания, но и силу нажатия – дополнительная информационная составляющая. К тому же конечное устройство отображения (дисплей) имеет очень высокую прозрачность, поскольку на пути света нет полупрозрачных проводящих электродов. Однако сенсоры имеют и ряд недостатков. Во-первых, это очень сложная конструкция, а во-вторых – точности определения координат очень сильно мешают вибрации.

Инфракрасные сенсорные экраны. Принцип их работы основан на использовании координатной сетки из инфракрасных лучей (излучатели и приемники света). Примерно тоже, что и в банковских хранилищах из художественных фильмов про шпионов и грабителей. При касании в определенной точке сенсора прерывается часть лучей, а контроллер по данным от оптических приемников определяет координаты контакта.

Основной недостаток таких сенсоров – очень критичное отношение к чистоте поверхности. Любое загрязнение может привести к полной его неработоспособности. Хотя из-за простоты конструкции этот тип сенсора используется в военных целях, и даже в некоторых мобильных телефонах.

Оптические сенсорные экраны являются логическим продолжением предыдущих. Инфракрасный свет используется в качестве информационной подсветки. Если на поверхности нет сторонних предметов – свет отражается и попадает в фотоприемник. Если произошло касание – часть лучей поглощается, а контроллер определяет координаты контакта.

Недостатком технологии является сложность конструкции в виду необходимости использования дополнительного светочувствительного слоя дисплея. К достоинствам можно отнести возможность достаточно точного определения материала, с помощью которого произведено касание.

Тензометрические и сенсорные экраны DST работают по принципу деформацииповерхностного слоя. Их точность достаточно низкая, но они прекрасно выдерживают механические воздействия, поэтому применяются в банкоматах, билетных автоматах и прочих публичных электронных устройствах.

Индукционные экраны основаны на принципе формирования электромагнитного поля под верхней частью сенсора. При касании специальным пером, меняется характеристика поля, а контроллер в свою очередь вычисляет точные координаты контакта. Применяются в художественных планшетных ПК самого высокого класса, поскольку обеспечивают большую точность определения координат.

Устройство ввода информации, представляющее собой экран, реагирующий на прикосновения к нему. Существует множество разных типов сенсорных экранов, которые работают на разных физических принципах. Но мы рассмотрим лишь те которые встречаются в мобильных телефонах и другой переносной технике.

Принцип работы резистивных сенсорных экранов

Резистивные сенсорные экраны бывают двух видов, четырехпроводные и пятипроводные. Рассмотрим принцип работы каждого из типов в отдельности.

Четырёхпроводной резистривный экран

Принцип действия 4-проводного резистивного сенсорного экрана

Резистивный сенсорный экран состоит из стеклянной панели и гибкой пластиковой мембраны. И на панель, и на мембрану нанесено резистивное покрытие. Пространство между стеклом и мембраной заполнено микроизоляторами, которые равномерно распределены по активной области экрана и надёжно изолируют проводящие поверхности. Когда на экран нажимают, панель и мембрана замыкаются, и контроллер с помощью аналогово-цифрового преобразователя регистрирует изменение сопротивления и преобразует его в координаты прикосновения (X и Y). В общих чертах алгоритм считывания таков:

На верхний электрод подаётся напряжение +5В, нижний заземляется. Левый с правым соединяются накоротко и проверяется напряжение на них. Это напряжение соответствует Y-координате экрана.
Аналогично на левый и правый электрод подаётся +5В и «земля», с верхнего и нижнего считывается X-координата.

Пятипроводной резистивный экран

Пятипроводной экран более надёжен за счёт того, что резистивное покрытие на мембране заменено проводящим (5-проводной экран продолжает работать даже с прорезанной мембраной). На заднем стекле нанесено резистивное покрытие с четырьмя электродами по углам.

Принцип действия 5-проводного резистивного сенсорного экрана

Изначально все четыре электрода заземлены, а мембрана «подтянута» резистором к +5В. Уровень напряжения на мембране постоянно отслеживается аналогово-цифровым преобразователем . Когда ничто не касается сенсорного экрана, напряжение равно 5 В.

Как только на экран нажимают, микропроцессор улавливает изменение напряжения мембраны и начинает вычислять координаты касания следующим образом:

На два правых электрода подаётся напряжение +5В, левые заземляются. Напряжение на экране соответствует X-координате.
Y-координата считывается подключением к +5В обоих верхних электродов и к «земле» обоих нижних.

Принцип работы емкостных сенсорных экранов

Ёмкостный (или поверхностно-ёмкостный) экран использует тот факт, что предмет большой ёмкости проводит переменный ток.

Принцип действия ёмкостного сенсорного экрана

Ёмкостный сенсорный экран представляет собой стеклянную панель, покрытую прозрачным резистивным материалом (обычно применяется сплав оксида индия и оксида олова ). Электроды, расположенные по углам экрана, подают на проводящий слой небольшое переменное напряжение (одинаковое для всех углов). При касании экрана пальцем или другим проводящим предметом появляется утечка тока. При этом чем ближе палец к электроду, тем меньше сопротивление экрана, а значит, сила тока больше. Ток во всех четырёх углах регистрируется датчиками и передаётся в контроллер, вычисляющий координаты точки касания.

В более ранних моделях ёмкостных экранов применялся постоянный ток - это упрощало конструкцию, но при плохом контакте пользователя с землёй приводило к сбоям.

Ёмкостные сенсорные экраны надёжны, порядка 200 млн нажатий (около 6 с половиной лет нажатий с промежутком в одну секунду), не пропускают жидкости и отлично терпят не проводящие загрязнения. Прозрачность на уровне 90 %. Впрочем, проводящее покрытие всё ещё уязвимо. Поэтому ёмкостные экраны широко применяются в автоматах, установленных в охраняемом помещении. Не реагируют на руку в перчатке.

Принцип работы проекционно-емкостных сенсорных экранов

На внутренней стороне экрана нанесена сетка электродов. Электрод вместе с телом человека образует конденсатор ; электроника измеряет ёмкость этого конденсатора (подаёт импульс тока и измеряет напряжение).

Принцип действия проекционно-ёмкостного сенсорного экрана

Прозрачность таких экранов до 90 %, температурный диапазон чрезвычайно широк. Очень долговечны (узкое место - сложная электроника, обрабатывающая нажатия). На ПЁЭ может применяться стекло толщиной вплоть до 18 мм, что приводит к крайней вандалоустойчивости. На непроводящие загрязнения не реагируют, проводящие легко подавляются программными методами. Поэтому проекционно-ёмкостные сенсорные экраны применяются в автоматах, устанавливаемых на улице. Многие модели реагируют на руку в перчатке. В современных моделях конструкторы добились очень высокой точности - правда, вандалоустойчивые исполнения менее точны.

ПЁЭ реагируют даже на приближение руки - порог срабатывания устанавливается программно. Отличают нажатие рукой от нажатия проводящим пером. В некоторых моделях поддерживается мультитач . Поэтому такая технология применяется в тачпадах и мультитач-экранах.

Стоит заметить, что из-за различий в терминологии часто путают поверхностно- и проекционно-ёмкостные экраны. По классификации, применённой в данной статье, экран iPhone является проекционно-ёмкостным.

Заключение

Каждый из видов сенсорных экранов имеет свои преимущества и недостатки, для наглядности рассмотрим таблицу.

	Резистивный 4-х проводной	Резистивный 5-ти проводной	Емкостной	Проекционно-емкостной
Функциональность
Рука в перчатке	Да	Да	Нет	Да
Твёрдый проводящий предмет	Да	Да	Да	Да
Твёрдый непроводящий предмет	Да	Да	Нет	Нет
Мультитач	Нет	Да	Да	Да
Измерение силы нажатия	Нет	Нет	Нет	Да
Предельная прозрачность, %	75	85	90	90
Точность	Выс	Выс	Выс	Выс
Надёжность
Срок жизни, млн. нажатий	10	35	200	∞
Защита от грязи и жидкостей	Да	Да	Да	Да
Устойчивость к вандализму	Нет	Нет	Нет	Да

Статья написана по материалам сайта

Пятый урок первого шага нашего учебного курса мы решили посвятить одной из самых важных деталей смартфона, которая требует к себе самого пристального внимание – экран. Именно через дисплей мы получаем доступ ко всем функциям мобильного гаджета: звонки, набор смс, выход в Интернет, просмотр фото и видео и так далее.

Но знаете ли вы, что такое разрешение дисплея, чем IPS отличается от AMOLED и как подобрать для себя оптимальную диагональ? В нашей статье мы подробно разберем, что из себя представляет экран смартфона, и на какие параметры дисплеев стоит обратить внимание при покупке нового смартфона.

Экран современного мобильного устройства представляет собой своеобразный «бутерброд»: сочетание слоев, каждый из которых выполняет определенную функцию:

Тачскрин или сенсорная панель
Матрица
Источник света

Тачскрин находится непосредственно под пальцами пользователя. Долгое время на рынке мобильных телефонов можно было встретить два типа сенсорных панелей: резистивные и емкостные. Первые реагировали на силу нажатия, вторые – на изменение электрического импульса при прикосновении. Учитывая, что сильное нажатие могло запросто повредить хрупкий тачскрин, резистивные экраны становились все менее популярны, и сейчас смартфоны с подобным типом сенсорной панели практически не выпускаются.

В то же время емкостные тачскрины выдерживают около 200 миллионов нажатий. Правда, самый ощутимый недостаток данного типа – смартфоном невозможно пользоваться в перчатках, так как ткань не пропускает электрические импульсы.

Некоторые производители решают данную проблему, оснащая свои топовые флагманы 3D-touch-дисплеями. Такие экраны реагируют как на нажатие, так и на изменение емкости.

Матрица дисплея изменяет количество света, проходящее через каждый пиксель от источника к тачскрину, иными словами, регулирует прозрачность пикселей. В данном случае, на конечное качество изображения весомо влияет наличие или отсутствие воздушной прослойки между сенсором и матрицей.

Если прослойка есть, свет последовательно проходит через три среды: стекло матрицы, воздух, стекло тачскрина. Соответственно, у каждой среды свой коэффициент преломления и отражения света. Поэтому смартфоны с воздушной прослойкой не всегда могут похвастаться насыщенной и яркой картинкой.

Сейчас все чаще смартфона оснащаются экранами, в которых сенсор склеен с матрицей (OGS - one glass solution). В этом случае, свет от источника преломляется и отражается только от одной внешней среды, следовательно, качество изображения становится выше.

OGS-экраны обладают одним существенным недостатком. Если уронить телефон с таким экраном, есть большая вероятность, что сенсорная панель повредится вместе с матрицей, что значительно усложняет дальнейший ремонт. Тогда как у экрана с воздушной прослойкой, как правило, разбивается только тачскрин, который можно заменить даже в домашних условиях.

Последним слоем экрана является сложная лампа, которая является источником света для жидких кристаллов. С другой стороны, с каждым годом все большую популярность приобретают экраны на светодиодах, которые не требуют источника света, так как светятся сами.

Типы экранов смартфонов

К 2017 году сложились два основных типа экранов: LCD или ЖК, и OLED. Как уже говорилось выше, первые основаны на жидких кристаллах, вторые – на светодиодах. В свою очередь LCD дисплеи делятся на три основные группы:

TN – самая простая и доступная технология изготовления LCD-экранов. Такие дисплеи отличаются мгновенным откликом и невысокой себестоимостью. С другой стороны, у TN-экранов не самые большие углы обзора (около 120-130 градусов). Как правило, такие дисплеи устанавливают в доступные бюджетные смартфоны.

Например, 4,5-дюймовым TN-дисплеем оснащен, пожалуй, самый доступный смартфон от британской компании Fly – Nimbus 14 , который можно приобрести всего за 3 290 рублей. Такой гаджет станет отличным решением, если нужен смартфон начального уровня для самых простых задач: проверка почты, работа с несложными приложениями, общение в чатах и мессенджерах.

Один из самых распространенных типов экранов – IPS. Такие дисплеи отличаются высококачественной цветопередачей (особенно, если между сенсором и матрицей нет воздушной прослойки), а также широкими углами обзора до 178 градусов. Несколько лет назад IPS была довольно дорогостоящий технологией, однако сейчас данный тип можно повсеместно встретить даже в бюджетных аппаратах.

Среди новинок бренда Fly одним из самых примечательных смартфонов с IPS-дисплеем стоит назвать модель , которая сейчас доступна всего за 8 990 рублей. 5.2-дюймовый IPS-дисплей с приятным скруглением по краям выполнен по технологии Full Lamination – между тачскрином и матрицей убрана воздушная прослойка, за счет чего удалось добиться реалистичной, сочной и контрастной картинки.

Кстати, в данном смартфоне удалось решить проблему повышенной уязвимости такого безвоздушного соединения. Экран Fly Selfie 1 защищен прочным стеклом Panda Glass, которому не страшны небольшие удары и падения.

Технология PLS являлось разработкой компании Samsung. По сути, это тот же IPS, только модифицированный для удешевления производства. Правда, особой популярности данная технология так и не получила.

OLED

OLED-дисплеи делятся на три основных типа:

AMOLED
SuperAMOLED
FOLED

В основе технологии OLED лежат миниатюрные светодиоды, который сами излучают свет. Благодаря отсутствию внешнего источника света, светодиодные дисплеи в смартфонах выходят тонкими, соответственно, уменьшая габариты самого гаджета. Также к плюсам светодиодов относят невысокое энергопотребление, высокую контрастность и быстрый отклик.

С другой стороны, следует учитывать неприятные минусы такой технологии:

OLED-дисплеи более дороги в производстве
Со временем, светодиоды начинают гаснуть, из-за чего искажается изображение
На ярком свету OLED-дисплеи засвечиваются сильнее, чем LCD.

Работа AMOLED дисплеев основана на активной матрице из тонкопленочных транзисторов. Такие экраны отличаются глубоким черным цветом, так как в процесс формирования изображения часть светодиодов отключается, что также снижает нагрузку на батарею.

В SuperAMOLED дисплеях убран воздушный слой для повышения яркости и четкости изображения. А экранами будущего сейчас все чаще называют FOLED-дисплеи. Данная технология позволяет создать гибкие экраны на основе органических светодиодов.

Размеры экранов смартфонов. Разрешение

От данного параметра напрямую зависит, для каких целей приобретается смартфон. Условно, все смартфоны по размеру экрана можно разделить на две большие группы:

До 5,2 дюймов
От 5 до 7 дюймов

Экран до 5,5 дюймов позволяет сделать смартфон компактным и легким. Таким гаджетом удобно управлять одной рукой даже во время движения. Часто небольшие смартфоны покупают в качестве первого мобильника для ребенка – держать, например, 4-дюймовый смартфон в детской руке гораздо удобнее, чем большой, «взрослый» гаджет.

Если диагональ экрана смартфона достигает 6-7 дюймов, такой гаджет называют фаблетом, или планшетофоном. На большом экране особенно удобно смотреть видео, обрабатывать и просматривать фотографии, играть в игры с насыщенной графикой, создавать и редактировать текстовые файлы и многое другое.

Выбирая смартфон по размеру, важно обращать особое внимание на разрешение экрана, которое определяется количеством точек на единицу площади. Так, если у смартфона большой экран, но невысокое разрешение, изображение будет нечетким и зернистым. В смартфонах разрешение экранов обозначает параметром dpi – количество точек на дюйм.

На сегодняшний день, существует 4 самые распространенные разрешения дисплеев:

320х480 точек (HVGA) – редко, но встречается в самых дешевых смартфонах. Картинка на таком экране выходит довольно зернистой.
480х800, 480х854 (WVGA) – изображение неплохо смотрится на небольших экранах с диагональю до 4 дюймов.
854 x 480 (FWVGA) – вполне комфортное качество на дисплеях до 4,5 дюймов.
720х1280 (HD) – смартфоны с таким разрешением встречаются, пожалуй, чаще всего. Экран с разрешением HD обеспечивает высокий уровень детализации, даже если диагональ дисплея составляет 5,5 дюймов.
1080х1920 (FullHD) – данное разрешение обеспечивает самое высокое качество изображения, что особенно заметно на смартфонах с 5-дюймовыми экранами.

Ярким примером последнего можно назвать модель Fly Cirrus 13 . Мощный, эффектный и доступный всего за 8 490 рублей, смартфон оснащен ярким и контрастным 5-дюймовым IPS-дисплеем с разрешением FullHD, в котором также отсутствует воздушная прослойка между слоями. Так что пользователь способен ощутить каждую деталь изображения. Чтобы не повредить уязвимое соединение матрицы и тачскрина, экран Fly Cirrus 13 защищен ударопрочным стеклом Dragontrail, которое по прочности превосходит популярное стекло Gorilla Glass в 6 раз.

Теперь вы знаете, какими бывают экраны смартфонов, и на что следует обратить внимание, выбирая новый гаджет. В следующий раз мы расскажем все о процессорах мобильных устройств. Вы узнаете, почему не стоит путать термины «процессор» и «чипсет», как 4-ядерный процессор может «положить на лопатки» 8-ядерный, а также, на что влияет оперативная память процессора.

Статья:

Устройство дисплея мобильного телефона (смартфона) и планшета. Устройство жидкокристаллического экрана. Типы дисплеев, их отличия.

Предисловие

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.

Экран

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.

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 (MVA, PVA и т.п.).

Подсветка

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:

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 Diode ).

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.