Типы дисплеев в мобильных телефонах Виды и технологии дисплеев

Прежде всего, когда мы берем мобильный телефон в руки, мы обращаем внимание на его корпус и дисплей. В этой статье мы поговорим как раз о дисплеях. Мы попытаемся разобраться с существующими типами дисплеев, рассмотреть их характеристики и пригодность в тех или иных ситуациях. Ну что же, давайте поговорим обо всем по порядку… Жидкие кристаллы открыл австрийский ботаник Рейницер еще в 1888 году. И лишь в 1963 году ученые обнаружили, что в нормальном состоянии такие кристаллы пропускают свет, но могут менять свою структуру и отражать или поглощать свет под воздействием электротока. Это открытие через 10 лет позволило создать первый ЖК-экран, который появился на рынке в 1973 году в калькуляторах Sharp. Монохромные (черно-белые) дисплеи сейчас встречаются разве что как внешние экраны раскладушек и дисплеи телефонов эконом класса. Иногда используются и инверсионные (инверсные) монохромные дисплеи. Это экраны, в которых «всё наоборот» -белые буквы пишутся на чёрном фоне. В основном же в телефонах применяют цветные дисплеи с пассивными(CSTN,UFB), либо активными (TFT и отчасти TFD) матрицами. LCD (Монохронные) LCD (Liquid-Crystal Display) – Жидко-кристаллические дисплеи, они же в простонародье, черно-белые. Самые первые дисплеи, используемые в мобильных аппаратах, при чем не только в телефонах. Главная их особенность состоит в том, что у них очень низкое энергопотребление, из-за невозможности отображения цветного изображения. Они не излучают света и поэтому телефоны модернизируют лампами подсветки. На некоторых телефонах было несколько разных цветов подсветки, основанных на наличие разных светодиодов по периметру дисплея. На таком типе дисплеев отчетливо видны пиксели, да и большим разрешением такие дисплеи похвастаться не могут. Для того, чтобы продлить жизнь таким дисплеям, делали их инверсионным, т.е. текст и символы отображались не заполненными пикселями, а, наоборот, неактивными на фоне заполненных. Таким образом, получался светлый текст на темном фоне. CSTN CSTN (Color Super Twisted Nematic) – Цветные жидко-кристаллические дисплеи с пассивной матрицей. Каждый пиксель такого дисплея состоит из трех объединенных пикселей, которым соответствуют три цвета (RGB). STN - экраны отличаются низким энергопотреблением и невысокой стоимостью. А к недостаткам можно отнести относительно низкое качество картинки, небольшой угол обзора (в идеале 90 градусов по горизонтали и 50 градусов по вертикали) и основное - это долгое время отклика на изменение напряжения на матрице, что отрицательно сказывается на воспроизведение динамических сцен и видео. В совокупности этих недостатков, этот тип дисплеев практически перестал использоваться в качестве основных дисплеев в телефонах бизнес класса, его удел – внешние дисплеи раскладушек и телефоны эконом класса UFB UFB (Ultra Fine and Bright) – Жидко-кристаллические дисплеи с повышенной яркостью и контрастностью на пассивной матрице. Можно сказать, что это промежуточный вариант между CSTN и TFT. Такой тип дисплеев может похвастаться более низким энергопотреблением по сравнению с TFT. По большей части такие дисплеи

применяла компания Samsung в телефонах среднего класса. Данный тип дисплеев не получил широкого распространения. TFT TFT (Thin Film Transistor) – Жидко-кристаллические дисплеи, основанные на тонкопленочных транзисторах с активной матрицей. На каждый пиксель здесь приходится три транзистора, соответствующих трем цветам (RGB – красный, зеленый, синий). На данный момент, это самые распространенные дисплеи, имеющие ряд преимуществ над другими дисплеями. Они отличаются минимальным временем отклика, высокой контрастностью, а также углами обзора до 160 градусов по горизонтали и до и120 градусов - по вертикали. Данная технология стремительно развивается. Постоянно растет разрешение и количество цветов. К недостаткам TFT -технологии следует отнести зависимость качества изображения от внешнего освещения, а также высокое энергопотребление. Кроме того, в TFT - дисплеях всегда существует вероятность выхода из строя одного или нескольких транзисторов - на дисплее могут появиться постоянно светящиеся точки (так называемые «битые пиксели»). TFD Технология TFD (Thin Film Diode), которую считают некоторым «компромиссом», между активными и пассивными матрицами, на самом деле почти ничем не отличаются от TFT. Просто вместо транзисторов для работы с кристаллами используются диоды, что снижает их энергопотребление. OLED OLED (Organic Light Emitting Diode) - электролюминесцентные дисплеи на органических светоизлучающих полупроводниках. Физически органический электролюминесцентный дисплей представляет собой цельное устройство, состоящее из нескольких очень тонких органических пленок, заключенных между двумя проводниками. Подача на эти проводники небольшого напряжения (порядка 2-8 вольт) и заставляет дисплей излучать свет. Основу OLED-матрицы составляют полимерные материалы, их постоянное совершенствование в немалой степени способствует улучшению дисплеев и развитию технологий изготовления матрицы. Что ж хорошего есть в OLED-дисплеях? Во-первых, это высокая яркость (до 100 тыс. кд/м2) и контрастность (до 300:1), что, по идее, должно обеспечивать читаемость дисплея в любых условиях. Далее идет компактность и легкость, толщина дисплея не превышает 1 мм (с учетом защитного стекла 2 мм), масса исчисляется граммами. Немаловажным параметром считается и диапазон рабочих температур. И в лютую зиму (до минус 30 градусов Цельсия), так и летом на пляже (до плюс 60) OLED-дисплей оказывается работоспособен. Отличаются OLED-дисплеи приличной механической прочностью, и даже гибкостью. Впрочем, использование гибких подложек уже выделилось в отдельное направление FOLED. Ну и, наконец, в отличие от существующих TFT и STN дисплеев, OLED-дисплеи потребляют заметно меньше энергии. По аналогии с другими дисплеями здесь также возможно использование пассивной или активной матрицы. Впервые органические люминесцентные полупроводники (диоды) были созданы в 1987 году компанией Kodak. В природе аналогичное по происхождению (но не по способу получения) свечение наблюдается у светлячков и глубоководных рыб. Ученые исследовали процессы их свечения и синтезировали необходимые вещества. На протяжении последних лет технологии производства органических дисплеев активно разрабатывались, совершенствовались, а в 2003 году OLED-дисплеи выплеснулись на массовый рынок. Изобретатели люминесцентных диодов обнаружили, что если совместить два слоя определенных органических материалов и в какой-либо точке пропустить через них электрический ток, то в этом месте появится свечение. Используя разные материалы и светофильтры, можно получать разные цвета. Существующие

модели разделяются по типу управляющей матрицы. Есть OLED с пассивными, а есть и с активными матрицами. Принцип работы матрицы такой же, но вместо слоя жидких кристаллов используется слой органических полупроводников. TFT OLED — самые быстрые и обеспечивают просто потрясающую картинку. Такой экран не спасует и при солнечном освещении, а при воспроизведении видео, картинка будет смотреться не хуже, чем на телеэкране. Сенсорный экран Сенсорный (чувствительный к нажатию) экран позволяет переключаться по меню телефона с помощью нажатия на определенные участки самого экрана. Обычно для этого используется специальный указатель - стилус, который не дает повредить дисплей. Большинство смартфонов/коммуникаторов оснащены экранами, чувствительными к нажатию. Если вы собираетесь использовать мобильный телефон в качестве органайзера, то наличие сенсорного экрана будет очень полезным. Сенсорный экран изобрели в США в рамках исследований по программированному обучению. Компьютерная система PLATO IV, появившаяся в 1972 году, имела сенсорный экран на сетке ИК-лучей, состоявший из 16×16 блоков. Но даже столь низкая точность позволяла пользователю выбирать ответ, нажимая в нужное место экрана. В 1971 году Сэмюэлем Херстом (будущим основателем компании Elographics, ныне Elo TouchSystems) был разработан элограф — графический планшет, действовавший по четырёхпроводному резистивному принципу. В 1974 году тот же Херст сумел сделать элограф прозрачным, в 1977 — разработал пятипроводной экран. Достоинства и недостатки в карманных устройствахДостоинства Простота интерфейса. В аппарате могут сочетаться небольшие размеры и крупный экран. Быстрый набор в спокойной обстановке. Серьёзно расширяются мультимедийные возможности аппарата. Недостатки Нет тактильной отдачи — сложно работать в условиях тряски. К тому же, невозможен слепой набор. (В резистивных экранах существует отдача при нажатии — это делает работу руками более комфортной. Кроме того, в некоторых телефонах удачное нажатие подтверждается вибрацией.) Приходится либо занимать две руки (одну устройством, вторую пером), либо делать крупные, пригодные для нажатия пальцем элементы интерфейса, нивелируя преимущества большого экрана. Высокое энергопотребление. Без специальных покрытий отпечатки пальцев могут мешать пользователю. Принципы работы сенсорных экранов Существует множество разных типов сенсорных экранов, которые работают на разных физических принципах. Резистивные сенсорные экраны Четырёхпроводной экран

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. Существуют также восьмипроводные сенсорные экраны. Они улучшают точность отслеживания, но не повышают надёжности. Пятипроводной 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. Изначально все четыре электрода находятся под напряжением +5В, а мембрана заземлена. Уровень

напряжения на мембране постоянно отслеживается аналогово-цифровым преобразователем. Когда ничто не касается сенсорного экрана, напряжение равно нулю. 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. Особенности Резистивные сенсорные экраны дёшевы и обладают максимальной стойкостью к загрязнению. Резистивные экраны реагируют на прикосновение любым гладким твёрдым предметом: рукой (голой или в перчатке), пером, кредитной картой, тупым концом скальпеля. Их используют везде, где вандализм и низкие температуры полностью исключены: для автоматизации промышленных процессов, в медицине, в сфере обслуживания (POS-терминалы), в персональной электронике (КПК). Недостатками резистивных экранов являются низкое светопропускание (не более 85 % для 5-проводных моделей и ещё более низкое для 4-проводных), низкая долговечность (не более 35 млн нажатий в одну точку) и недостаточная вандалоустойчивость (плёнку легко разрезать). Матричные сенсорные экраны Конструкция и принцип работы Конструкция аналогична резистивной, но упрощена до предела. На стекло нанесены горизонтальные проводники, на мембрану — вертикальные. При прикосновении к экрану проводники соприкасаются. Контроллер определяет, какие проводники замкнулись, и передаёт в микропроцессор соответствующие координаты. Особенности Имеют очень низкую точность. Элементы интерфейса приходится специально располагать с учётом клеток матричного экрана. Единственное достоинство — простота, дешевизна и неприхотливость. Обычно матричные экраны опрашиваются по строкам (аналогично матрице кнопок); это позволяет наладить мультитач. Постепенно заменяются резистивными. Multitouch или Multi-touch технология, по которой сенсорный дисплей поддерживает одновременно несколько нажатий. Например, сближая пальцы рук можно

уменьшить картинку на дисплее, а раздвигая — увеличить. Мультитач-пады позволяют работать с устройством более чем одному пользователю одновременно. Ёмкостные сенсорные экраны

Принцип действия ёмкостного сенсорного экрана Ёмкостный экран использует тот факт, что предмет большой ёмкости проводит переменный ток. Ёмкостный сенсорный экран представляет собой стеклянную панель, покрытую проводящим материалом. 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 упрощает конструкцию, но при плохом контакте пользователя с землёй приводит к сбоям. Особенности Ёмкостные сенсорные экраны надёжны (порядка 200 млн нажатий), не пропускают жидкости и отлично терпят непроводящие 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. Проекционно-ёмкостные сенсорные экраны

Принцип действия проекционно-ёмкостного сенсорного экрана 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). Особенности 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. Реагирует на руку в перчатке. Невысокая точность дополняется параллаксом (изменение видимого положения объекта относительно удалённого фона в зависимости от положения наблюдателя) от толстого вандалоустойчивого стекла. Отличают нажатие рукой от нажатия проводящим пером. В некоторых моделях поддерживается мультитач. Поэтому такая технология применяется в тачпадах и мультитач-экранах. Сенсорные экраны ПАВ (на поверхностно-акустических волнах)Конструкция и принцип работы На экране возбуждаются ультразвуковые колебания. Прикосновение к экрану изменяет характер прохождения ультразвука и регистрируется датчиками. Особенности

Предельно высокая прозрачность (не нужны никакие электроды; мало того, ультразвук можно возбуждать прямо на экране). Реагирует на силу нажатия. Высокая надёжность. Не реагирует на предмет, не поглощающий ультразвук (перо, карточка). Любой посторонний предмет (например, прилепленная жвачка) полностью блокирует работу экрана. Не удаётся надёжно загерметизировать края экрана. Поэтому такие экраны применяют только в охраняемом помещении. Сетка инфракрасных лучей Принцип работы инфракрасной сенсорной панели прост — сетка, сформированная горизонтальными и вертикальными инфракрасными лучами, прерывается при касании к монитору любым предметом. Контроллер определяет место, в котором луч был прерван. Особенности Инфракрасные сенсорные экраны боятся загрязнений и поэтому применяются там, где важно качество изображения. Из-за простоты и ремонтопригодности схема популярна у военных. Оптические сенсорные экраны Стеклянная панель снабжена инфракрасной подсветкой. На границе «стекло-воздух» получается полное внутреннее отражение, на границе «стекло — посторонний предмет» свет рассеивается. Остаётся заснять картину рассеяния, для этого существуют две технологии: Особенности Позволяют отличить нажатия рукой от нажатий какими-либо предметами, есть мультитач. Такая технология позволяет делать сколь угодно большие «сенсорные» поверхности, вплоть до классной доски. Тензометрические сенсорные экраны Реагируют на деформацию экрана. Точность тензометрических экранов невелика, зато они отлично выдерживают вандализм. Применение аналогично проекционно-ёмкостным: банкоматы, билетные автоматы и прочие устройства, расположенные на улице. Индукционные сенсорные экраны Индукционный сенсорный экран — это графический планшет со встроенным экраном. Такие экраны реагируют только на специальное перо. Применяются, когда требуется реакция именно на нажатия пером (а не на рукой): художественные планшеты класса high-end, некоторые модели планшетных ПК.

Матри

чные

Реси

стив

ные

4-х пр

овод

ные

Реси

стив

ные

5 пр

овод

ные

Ёмкостны

е

Про

екци

онно

- ём

костны

е

ПАВ

ИК-сетка

Оптич

еские

Тензом

етри

ческ

ие

Инд

укци

онны

е

Функциональность Рука в перчатке Да Да Да Да Да Да Да Да Твёрдый проводящий предмет

Да Да Да Да Да Да Да Да

Твёрдый непроводящий предмет

Да Да Да Да Да Да

Мультитач Да Да Да Предельная прозрачность, %

85 75 85 90 90 100 100 100 95 90

Точность1 Низ Выс Выс Выс Сред Сред Низ Сред Низ Выс Надёжность Срок жизни,млн. нажатий 35 10 35 200

Защита от грязии жидкостей Да Да Да Да Да Да Да Да

Устойчивость квандализму Да Да Да

Применение4 Огран

Огран

Огран

Помещ

Улица

Помещ

Помещ

Помещ

Улица

Огран

1 Высокая — до пикселя (точно отслеживает острое перо). Средняя — до несколькихпикселей (достаточная для нажатий пальцем). Низкая — крупными блоками экрана(невозможно рисование, требуются очень крупные элементы интерфейса). 2 Ограничивается надёжностью электроники 3 Ограничивается загрязнением датчика 4 Огран — аппаратура ограниченного доступа (персональная электроника, промышленнаяаппаратура). Помещ — общий доступ в охраняемом помещении. Улица — общий доступна улице.

САЙТ ДЛЯ ПРОДАВЦОВUUUAAASSSEEELLLLLLEEERRR...OOORRRGGG