Что находится под экраном смартфона
Что такое тачскрин на смартфоне или планшете?
Друзья приветствую! Наверняка многие из вас слышали такое понятие как тачскрин, но не задумывались что оно значит, хотя пользуемся мы этим устройством постоянно.
Кроме того, многие используют такие названия, как экран, дисплей. Подменяя одно другим. Так что же такое тачскрин, а заодно и экран с дисплеем мы и разберем в этой статье.
Что такое тачскрин на смартфоне или планшете и где он находится?
Тачскрин – это словосочетание из английского, «touch-screen», что означает: «touch» — «касание» и «screen» — «экран». Дословно получается «касание экрана», а в более привычном варианте – сенсорный экран. Его еще называют сенсорной панелью.
Тачскрин представляет собой устройство для ввода информации. Это многослойная пленка, в углах которой располагаются электроды, которые подают низковольтное переменное напряжение на проводящий слой.
Что же касается дисплея – это специальное устройство расположенное под тачскрином. Дисплей отвечает за отображение графической информации, картинок, иконок и пр.
На сам же тачскрин предусматривается специальное стекло, которое и защищает его от поломок. Однако не путайте, это не то стекло или защитная пленка, что вы приобретаете в магазине и наклеиваете на свой смартфон или планшет. Это дополнительная защита.
Сам дисплей является еще одновременно и матрицей, которая в настоящее время представляет собой так называемые жидкие кристаллы.
Чаще всего именно матрица и называется экраном. Таким образом, тачскрин – это та деталь, с помощью которой мы взаимодействуем с устройством, а на дисплее видим отображение этих самых действий.
В приведенном ниже видео наглядно показано, что такое тачскрин.
При падении смартфона или планшета можно повредить или матрицу, или тачскрин. Узнать что повреждено достаточно просто. Если вы не видите по экрану посторонних пятен или полос, если изображение передается нормально, значит матрица у вас цела.
Для повреждения тачскрина характерно наличие трещин и сколов. Но даже если вы визуально не обнаружили трещина, а при нажатии на тачскрин он не срабатывает, т.е. нет отклика, значит этот элемент поврежден.
В этом видео как раз и рассказывается, чем отличается поломка тачскрина от поломки дисплея.
Эти особенности поломок необходимо четко представлять себе, поскольку в некоторых сервисах вам могут, воспользовавшись вашим незнанием предложить поменять полностью дисплей, а не только тачскрин, что, соответственно, гораздо дороже.
Но, некоторые умельцы наловчились самостоятельно проводить замену тачскрина. Все зависит от модели телефона. Современные модели телефонов модульные — в них матрица и тач склеены в одно целое. Менять самостоятельно как раз проще купив полностью модуль.
Теперь снова беремся за отвертку и начинаем откручивать угловые и торцевые винты. В результате, снимаем заднюю крышку гаджета, а так же аккумулятор и шлейфы.
Следующий инструмент, который понадобится – это фен. Им необходимо нагреть тачскрин по бокам. При этом надо следить за температурой. Если она будет очень высокой, то на матрице могут появиться пятна.
Сняв тачскрин, очищаем матрицу от пыли. Теперь приступаем к поклейке нового тачскрина. Для этого необходим будет двусторонний скотч, толщина которого не более одного миллиметра а ширина до 5 мм. Наклеиваем скотч на матрицу, а затем поверх него и новый тачскрин.
На модульных дисплеях очищаем корпус от остатков заводского скотча спиртом. Наклеиваем в нужных местах скотч и приклеиваем новый модуль.
Такой скотч растворяется в спирте (помните об этом) и остаются сопли! Если ширина скотча велика его можно сначала разрезать до нужной, потом клеить. От того как вы подготовите скотч зависит работа нового модуля. Даже оригинальная запчасть работает плохо на касания, если вы переборщили со скотчем. Делайте все тщательно и не торопясь.
Конечно, если вы не уверены в том, что правильно все сделаете, как тут описано, тогда лучше пойти все-таки в сервис. Если же вы решили все же самостоятельно это сделать, то для начала, наверное, лучше потренироваться на каком-нибудь стареньком смартфоне.
Кстати, для поклейки тачскрина используется еще и специальный клей. Если вы решили самостоятельно заменить сломанный тачскрин, то приведенное ниже видео для вас.
В самых общих чертах описал шаги по самостоятельной замене тачскрина (модуля). Все приходит с опытом, а запчасти и инструменты можно заказать в интерент магазинах запчастей для сотовых. Вот и все, успехов!
Как на самом деле работает сенсорный экран вашего смартфона?
Если вы интересовались тем, как работает сенсорный экран, то, скорее всего, натыкались на одну из этих статей «для радиолюбителей». Все они написаны, как под копирку и звучат примерно так: когда вы прикасаетесь пальцем к экрану, в определенной точке изменяется емкость условного конденсатора, которую и регистрируют специальные датчики.
Меня всегда удивляли такие объяснения. От того, что кто-то заменил слова «сенсорный экран» словами «емкость конденсатора», мне никогда не становилось легче. Неужели все эти «техноблогеры» в прошлом были электриками? Почему бы не объяснить такую интересную технологию простыми словами, чтобы все было понятно?
Затем я вижу новость, мол, Apple представила iPhone X с экраном 120 Гц, только это не частота обновления картинки (как на Galaxy S20), а частота какого-то опроса сенсора. Естественно, я иду в интернет за ответами и вижу однотипные объяснения: сенсор экрана iPhone X обрабатывает движение пальцев в 2 раза быстрее, то есть, считывание происходит не за 16, а за 8 миллисекунд!
Ага, вроде теперь все стало на свои места. Правда, не совсем понятно, какое еще считывание, что значит «обрабатывать движение пальцев в 2 раза быстрее» и почему процессор может обрабатывать миллиарды операций в секунду, но движение пальцев — только 60 или 120 раз в секунду?
В общем, эта статья будет другой. После ее прочтения у вас не останется неприятного «послевкусия» и вы действительно будете понимать, как все это работает и при чем здесь 120 Гц.
Принцип работы сенсорного экрана — настоящая драма на кончиках пальцев!
Итак, прежде всего, важно понять, что сам по себе экран смартфона совершенно бесчувственный. Чем бы и как бы мы ни прикасались к нему — никакой реакции не последует. Ведь это простой набор из нескольких миллионов крошечных цветных лампочек, которые смартфон использует для отображения картинки.
Чтобы получить какую-то реакцию на прикосновение, нужно где-то дополнительно разместить специальный «чувствительный слой». Но как он выглядит и как именно работает?
Давайте представим, что нам нужно сделать только одну небольшую точку на экране чувствительной к прикосновению. Для этого мы разместим над этой точкой две маленькие пластинки — оранжевую и синюю.
На одну пластинку мы будем подавать ток, то есть загонять туда большое количество электронов (отрицательно заряженных частичек):
Природа всегда стремится к равновесию, то есть, внутри пластинки или чего-угодно (например, наших пальцев) количество положительных и отрицательных зарядов должно быть примерно одинаковым.
Однако же на оранжевой пластинке произошел переизбыток электронов (отрицательно заряженных частичек), которые мы силой туда затолкнули, взяв их из батарейки смартфона. Они пытаются оттолкнуться друг от друга и присоединиться к положительно заряженным частичкам, но не могут.
Дело в том, что эти две пластинки мы предварительно изолировали друг от друга, чтобы свободные электроны не смогли просто перепрыгнуть на голубую пластинку, где их с нетерпением ожидают положительно заряженные частицы. Электрическое поле оранжевой пластинки продолжает отталкивать все «минусы» и притягивать «плюсы», которых уже достаточно много собралось на синей пластине.
Что же произойдет, если мы прикоснемся к этим пластинкам любым проводящим ток предметом, например, своим пальцем?
Электрическое поле оранжевой пластины моментально начнет действовать и на наш палец, частично «переключив внимание» с положительных зарядов синей области на положительные заряды внутри нашего пальца:
Ведь синяя пластинка уже под завязку набита положительно заряженными частицами и это «давление» слишком высоко, а на пальце никакого «давления» нет — там свободно себе «плавают» как положительные, так и отрицательные заряды. Естественно, все это приведет к тому, что положительно заряженных частиц на синей пластинке станет меньше, так как влияние оранжевой пластинки снизилось и переключилось на палец.
Вот, в принципе, и все! Нам лишь осталось измерить эти заряды на пластинке и мы сразу поймем, что возле них появился лишний предмет — кто-то прикоснулся к экрану.
Чтобы весь экран стал чувствительным, нужно полностью перекрыть его этими пластинками: вначале первый слой, на который мы будем подавать ток, затем второй изолирующий слой и после — третий, на котором будем замерять изменение заряда:
Несмотря на то, что все эти слои находятся прямо у вас перед глазами и перекрывают изображение, вы их не увидите, так как все они сделаны из полностью прозрачных материалов. Например, в качестве изоляции может использоваться стекло, а сеточки токопроводящих пластин делают из оксида индия-олова. В низкокачественных экранах эту сеточку увидеть, все же, вполне реально, если посмотреть на выключенный экран под углом на ярком солнце.
Что такое частота опроса сенсора. Или откуда в iPhone 120 Гц?
На картинке выше я схематически показал сеточки из токопроводящего материала, но, естественно, с размером я немножко промахнулся. Кроме того, я не рассказал об одной важной вещи. Все оранжевые пластинки соединены в линии (строки), а голубые — в столбики. То есть, в реальности все выглядит примерно так:
Зачем это делать? Понятное дело, что на экране сенсорный слой состоит не из 3 строк и 3 столбиков, а, например, из 80 строк и 40 столбиков, то есть, всего 3200 пересечений, на которых мы и анализируем электрическое поле. Представляете, какую нужно сделать схему, чтобы подключить каждый такой электрод к своему питанию, чтобы мы могли анализировать 3200 областей на экране?
Вместо этого мы просто подаем напряжение сразу на всю строку и на весь столбик. То есть, подключаем только строки и столбики, после чего наша схема выглядит примерно так:
Но теперь возникает просто колоссальная проблема! Мы включаем напряжение на первый слой, чтобы вокруг каждого пересечения создавалось электрическое поле и начинаем непрерывно отслеживать изменение электрического поля в каждом столбце. Еще раз напоминаю, все электроды (пластинки) соединены теперь в один столбик.
Когда мы касаемся какой-то определенной точки, система моментально фиксирует изменение напряжения не в конкретной точке, а в целом столбике (на картинке — это 7 столбец):
Получается, экран лишь понимает, что в длинной полоске произошло касание, но где именно — без понятия, ведь мы не анализируем каждое конкретное пересечение электродов, а подключаем все их столбцами и строками.
Можно ли как-то решить эту проблему? Да запросто! Давайте просто перестанем подавать напряжение на всю сетку (весь экран) и будем «заталкивать» свободные электроны только в первую строку из токопроводящих пластинок. В результате электрическое поле будет создано только вдоль одной единственной строки.
Теперь, когда «сработает» 7-й столбец, мы будем точно знать, что точка касания находится на пересечении первой строки и седьмого столбца. Почему так? Да потому, что во всех остальных строках вообще не было никакого электрического поля, мы же ток подавали только на первую строку.
Действительно, это решает проблему для первой строки. Но как быть с остальными? Точно так же! Подаем напряжение только на первую строку и замеряем все столбцы, отключаем ток на первой строке и подаем напряжение на вторую строку. Столбцы, при этом, замеряют изменение непрерывно. Таким образом, мы просто поочередно включаем каждую строку и проверяем столбцы. После того, как дойдем до последней строки, переходим снова к первой.
Конечно же, электроника строит «карту прикосновений», чтобы получить полную картинку, где были расположены пальцы на экране по всем строкам. Ведь, палец — это не тонкое перо, он всегда захватывает большую область, то есть, изменяет электрическое поле (и емкость) сразу в нескольких пересечениях. Поэтому, запоминаются значения напряжения для каждой строки.
Один такой цикл прохода от первой до последней строки — это 1 Гц. Если бы «частота опроса сенсора» равнялась одному герцу, управлять таким экраном было бы крайне тяжело, особенно это касается жестов (движения пальца по экрану) или мультитача (одновременного касания нескольких пальцев).
Для этого мы немножко ускоряемся и весь цикл от первой до последней строки проходит за 16 миллисекунд, то есть, за 1 секунду мы получим 60 проходов (поочередной подачи напряжения от первой до последней строки и считывании напряжения на столбцах).
Нужно ли пробегаться по всем строкам еще быстрее — вопрос интересный. К примеру, картинка на экране iPhone 11 меняется каждые 16 миллисекунд (то есть, частота обновления экрана составляет 60 Гц). При этом, сенсорный слой за это же время успевает пройтись построчно по всему экрану дважды. Зачем? Без понятия. Наверное, чтобы во время презентации (или в технических характеристиках) упомянуть о «120 герцах» и, тем самым, «невольно» ввести неподкованного пользователя в заблуждение.
Интересные моменты
Сенсорный слой (то есть, те самые сетки из токопроводящих пластин и изолятора между ними) раньше всегда находился с обратной стороны защитного стекла. То есть, пользователь прикасался к стеклу, на обратной стороне которого и создавалось электрическое поле. В бюджетных моделях примерно так все и осталось.
Затем производители стали думать, куда бы убрать сенсорный слой в своих флагманах, чтобы сократить толщину экрана и сделать его более прозрачным (а значит и ярким). Так появился Super AMOLED-экран от Samsung, который отличался от любого другого OLED-дисплея только расположением сенсорного слоя — внутри дисплейного модуля, а не на защитном стекле.
Дело в том, что любой экран представляет из себя «бутерброд» из нескольких слоев. В частности, для OLED-экрана это TFT-слой управляющих транзисторов, слой органических диодов, поляризационная пленка и пр. Так вот, «сенсорный слой» на Super AMOLED находится внутри «бутерброда», сразу под поляризационной пленкой.
Apple также размещает в некоторых iPhone этот слой внутри дисплея. Если мне не изменяет память — сразу над цветными фильтрами их IPS-экранов.
Как вы уже поняли, сенсорный экран реагирует на любой предмет, способный проводить электричество: от тонкого металлического провода до капельки воды. Если какой-то предмет не проводит ток, он не вступит во взаимодействие с электрическим полем сенсорного слоя.
Вода является одним из главных врагов сенсорных экранов, так как, будучи прекрасным проводником электричества, вносит очень много «шума» в сигнал. И смартфону становится тяжело точно отличить «прикосновения» воды от реальных касаний. Сравните, насколько похожи эти сигналы:
Когда мы прикасаемся пальцем к экрану, меняется напряжение сразу во многих точках, причем, в самом центре касания, где контакт максимален — сильнее, чуть дальше — слабее. Это можно изобразить схематически примерно так:
То есть, смартфон не просто «чувствует» касание, но и «видит» форму этого касания. Соответственно, он пытается реагировать только на тот предмет, который оставляет характерный «след» от пальца. Из-за этого сенсорные экраны и не реагируют на некоторые токопроводящие предметы, например, стилусы с очень тонким наконечником.
К слову, перо S Pen на смартфонах Galaxy Note вообще не имеет никакого отношения к сенсорному слою и электрическому полю, там используется радиосвязь, о чем я подробно рассказывал в этой статье.
Алексей, глав. редактор Deep-Review
P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на первый научно-популярный сайт о мобильных технологиях — Deep-Review, чтобы не пропустить очень интересные материалы, которые мы сейчас готовим!
Как бы вы оценили эту статью?
Нажмите на звездочку для оценки
Внизу страницы есть комментарии.
Напишите свое мнение там, чтобы его увидели все читатели!
Если Вы хотите только поставить оценку, укажите, что именно не так?
Что ВНУТРИ ЭКРАНА смартфона?
Автор Вячеслав Питель · 14:48 14.01.2019 
0
Здравствуйте, уважаемые читатели сайта Uspei.com. Это экран смартфона под микроскопом…а это не палец. Это специальный инструмент похожий на карандаш, а точнее его острейший кончик. толщиной меньше миллиметра. Просто что бы вы понимали на сколько крохотны вот эти точки. Давайте препарируем экран смартфона и разберемся, что это за точки, как из них получается красочная и сочная картинка, а также заглянем прямо под работающий дисплей?!
Почему так много разновидностей дисплеев?
Первое, что нужно знать перед тем как углубляться в тему дисплеев – почему их расплодилось так много. Листая характеристики на сайтах или рассматривая карточку на витрине, можно встретить самые разные названия матриц, начиная от привычных IPS и AMOLED, заканчивая PLS, LTPS, POLED и еще маркетинговых Retina и иже с ними. Но это не значит, что все они прям кардинально отличаются друг от друга, нет.
Дело в том, что производители постоянно что то изобретают и улучшают свои экраны. Не всегда изменения существенные, но законы рынка обязывают все это дело запатентовать, придумать новое название и продвигать под видом – «It’s revolution Johnny».
На самом деле все проще. Экраны смартфонов можно поделить всего на два типа: LCD и OLED. Первый сейчас самый популярный. Если я буду ходить по магазину и рандомно указывать пальцем на экраны, то где то в 70% случаев попаду на LCD. К нему и относится PLS, LTPS и конечно всеми любимый IPS.
Как работают LCD-экраны смартфонов и как выглядят внутри?
Итак, ближе к делу. Как работают LCD экраны смартфонов и как выглядят внутри? Если приподнять все верхние слои дисплея, то в самом низу мы увидим яркий свет – это подсветка, отсюда начинается создание картинки. Причем кажется, что светится все основание, но это иллюзия.
Поток лучей создается всего десятком диодов, плюс-минус, вот они, крошечные. А дальше свет попадает на отражающую подложку, которая распределяет его по всей площади.
Вот тут видно, как сильно проседает яркость экрана, если оторвать это зеркало, в кавычках. Но картинка все еще видна, так что смотрим, что будет если и дальше снимать слои у работающего экрана прямо «по живому». Долго он конечно не продержался.
Следом идут несколько рассеивающих свет слоев, и сразу после удаления первого из них на экране окончательно теряется яркость от диодов. Видны только отголоски картинки в самом низу, около них. Но что же выводит эту самую картинку? Главный элемент в этом бутерброде находится сверху, над всеми фильтрами – слой жидких кристаллов.
Если посмотреть еще глубже, в сам субпиксель, то мы увидим такую схему.
Главную роль тут исполняют ЖК-молекулы, которые меняют свое построение под действием напряжения и пропускают больше или меньше света. Миллионы молекул постоянно движутся и за счет этого меняется яркость пикселей. Одни становятся светлее, другие – темнее, один выдает больше зеленого цвета, второй – красного.
Все это происходит каждую миллисекунду. Вот так и строится картинка, которую вы видите перед собой. А экраны называются LCD или Liquid crystal display – жидкокристаллические дисплеи.
Как работают OLED-экраны смартфонов и как выглядят внутри?
Хорошо, с первым, самым популярным типом разобрались. Но самые внимательные из вас наверно заметили, что в начале видео пиксельная сетка была совсем другая. И светилась странно – были у нее какие-то черные островки.
Это был экран второго типа, на основе органических светодиодов – OLED. К нему же относится AMOLED, SuperAMOLED, POLED и остальные производные от этого типа матрицы.
В отличии от LCD, где свет создается диодами подсветки, тут он излучается самими субпикселями, теми разноцветными точками. Если бы был такой жанр как фильм ужасов для смартфонов, то, вероятно, это видео претендовало бы на Оскар. Сейчас вы видите, как леской вскрывается битый экран Айфона 10, точнее дисплей отделяется от защитного стекла. Страшное зрелище. Но это нужно видеть, потому что сразу ясны первые отличия OLED от LCD.
Вот он, сам дисплей…Все! Вот этот, не побоюсь этого слова – листок, и есть вся матрица. Разницу долго искать не нужно. Как видите – тут нет диодов подсветки и множества слоев. Дисплей тоньше и при этом довольно неплохо гнется. Более того, не смотря на все издевательства, вот в таком потрепанном виде его можно подключить обратно и он будет как-никак работать. Тем интереснее заглянуть внутрь и понять, как строиться картинка в такой матрице.
Органический светодиод состоит из нескольких слоев полимеров, которые под действием напряжения способны излучать свет. Это если очень упрощенно. А дальше схема примерно та же. Пропуск только одного цвета через фильтры и создание одной точки изображения из субпикселей. И вот что это дает.
В отличии от LCD, где нужно постоянно подавать напряжение даже на темные пиксели, в OLED их можно просто выключить. Вот откуда эти черные дыры под микроскопом. Пиксели просто не горят. А значит не потребляют энергию.
Также за счет этого они выдают картинку с настоящим черным цветом и высокой контрастностью. Даже в таком приближении посмотрите какой четкий переход от цветного яркого поля в темное.
Вот почему когда я тестирую автономность смартфонов с IPS и Super Amoled, первый может продержаться 7 часов, а второй – все 11. Одинаковая батарея, диагональ, железо, яркость примерно – а время разное, потому что экран экономичнее.
И по этой же причине когда Айфоны перешли на OLED, все возмущались – «где же черная тема, блин?» И вроде бы до сих пор возмущаются, потому что и в новых десятках нет ее…поправьте, если ошибаюсь. Это, кстати, в тему «It’s revolution Johnny». Хотя это уже мысли для отдельного видео.
Сейчас же, в истории с дисплеями, точку ставить не буду. Вдруг хотите узнать подробнее об особенностях какой-то конкретной матрицы и разобраться что ей такого прикрутили, из за чего она получила особое название, то дайте знать в комментариях. А пока гляньте как работают мобильные камеры, с этой темой мы уже разобрались. До скорого!