Принцип действия и устройство дисплеев электронных устройств

Экран телефона по технологии TFT

TFT - основа цифровых дисплеев это по сути активная матрица на жидких кристаллах. По TFT-технологии изготавливаются экраны для смартфонов, компьютерных мониторов, навигаторов, простых кнопочных телефонов и некоторых моделей электронных книг.

Достоинством таких дисплеев является четкое, яркое, в основном цветное изображение. Они характеризуются неплохим быстродействием, что позволяет просматривать фильмы, играть в игры и читать текст.

Но огромным минусом, особенно для долгого чтения текста является тот факт, что такие экраны всегда светятся изнутри и мерцают, так как картинка на них постоянно обновляется. Поэтому глаза при длительном чтении устают. Кроме того у них достаточно высокое энергопотребление.

Технология IPS

IPS - это по сути модернизированный TFT стандарт производства жидкокристаллических экранов. Основные достоинства и недостатки остались на прежнем уровне. Усовершенствования в технологическом плане позволили добиться увеличения контрастности изображения, и углов обзора экрана, кроме того существенно улучшили цветопередачу.

Технология E-Ink в цифровых экранах

В переводе с английского языка E-Ink - электронные чернила. Экраны электронных книг выполненные по этой технологии называют бумагоподобными. Так как этот стандарт создали специально для имитации обычной печати на бумаге. В основе E-Ink стандарта лежат - микрокапсулы заполненные черными и белыми микрогранулами. При приложении электрического поля к ней на ее поверхность в зависимости от полярности приложенного напряжения меняется и цвет капсулы.

Основными плюсами таких дисплеев является отсутствие внутреннего свечения и мерцания. Кроме того, после появления картинки электрическое поле снимается, а микрокапсулы остаются окрашенными. Т.е экран расходует ресурс аккумулятора только в момент смены изображения. Экраны E-Ink очень энерго эффективны. Электронные книги с такими экранами работают неделями, а то и месяцами.

Основными минусами E-Ink экранов является более низкая Контрастность, чем у TFT-дисплеев. Белый цвет у таких экранов немного сероватый, а черный - несовсем темный. Второй жирный - E-Ink экраны электронных книг в основном еще черно-белые, а цветные стоят очень дорого. Третий недостаток, сводит пока на нет применение таких экранов в смартфонах и планшетах - обновление картинки идет гораздо медленнее, чем у TFT. При чтении книг это не критично, а вот посмотреть фильм на таком экране пока не получится.

Экраны электронных книг, также как смартфонов могут быть сенсорными. В этом случае управление осуществляется, нажатием на пункты меню прямо на экране гаджета.

Принципы работы сенсорных экранов

Несмотря на тот факт, что сенсорный дисплей создали в 70-х годах прошлого века, широкое применение он получил уже в нынешнем веке, благодоря их применению в миниатюрных цифровых гаджетах удалось исключить кнопочную клавиатура и мышь.

На сегодняшний день известны несколько технологий изготовления тачскринов. В рамках нашей статьи рассмотрим их более подробно.

Сенсорный дисплей, или просто тачскрин есть ничто иное как типовое устройство ввода-вывода, реагирующее на прикосновения к нему и способное отследить координаты точки прикосновения их изготавливают по нескольким технологиям, ниже рассмотрим их более подробно:

В принципах работы емкостного дисплея лежит тот факт, что тело биологического объекта (человека) имеет определенную емкость. Такой тип дисплеев в своей основе обладает стеклянной панелью с нанесенным на нее специальным токопроводящим покрытием. По углам дисплея на это специализированное покрытие поступает небольшой электрический потенциал.

Активная часть поверхностно-емкостных дисплеев представляет собой кусочек обычного стекла, покрытый с одной стороны прозрачным и с большим сопротивлением материалом. В роли этого электропроводящего вещества используется оксид индия или оксид олова.

По углам экрана имеются четыре электрода, через которые поступает небольшое переменное напряжение, одинаковое со всех сторон. При касании поверхности дисплея стилусом или пальцем появляется незначительная токовая утечка через тело человека. Протекание этих микротоков регистрируется во всех четырех углах специальными датчиками, а микроконтроллер по разности измеренных токовых величин вычисляет координаты места касания.

Поверхностно-емкостной экран всё ещё хрупок, так как его проводящее покрытие нанесено на внешнюю поверхность и ничем не защищено. Но не такой нежный, как резистивный, поскольку на его поверхности нет тонкой мягкой мембраны. Отсутствие мембраны улучшает прозрачность дисплея, и позволяет применять менее яркую и энергоэкономную подсветку.

Достоинства таких емкостных сенсорных экранов в огромном ресурсе касаний (более 200 миллионов), и хорошей светопропускаемостью дисплея. Из минусов можно добавить, что такой экран не работает с стилусом или когда на руки надеты перчатки.

Проекционно-емкостной дисплей

Этот разновидность емкостного сенсорного экрана способна одновременно вычислять координаты двух и более точек в местах касания, то есть использует функцию мультитач. Именно этот тип дисплея устанавливаются почти на все современные мобильные устройства и гаджеты.

Работают они по почти аналогичному с поверхностно-емкостными экранами принципу действия, отличие состоит в том, что активный проводящий слой у них внутри, а не на внешней части поверхности. Благодаря этому факту активная емкостная панель получается значительно более защищенной.

Такой тип дисплеев состоит из стеклянной панели с имеющейся на его противоположной стороне сетки из электродов. В момент касания пальцем к такому дисплею электрод на обратной стороне вместе с пальцем и слоем стекла-диэлектрика составляют определенную емкость, через которую идет переменный ток. Микропроцессор при очередном опросе сетки электродов фиксирует наличие в них протекающего тока и определяет емкость.

Достоинства такого сенсора высокая прозрачность дисплея, долгий срок эксплуатации, а кроме того он способен реагировать даже на палец в перчатке.

Минус, пожалуй, только один - такие дисплеи достаточно дороги в производстве, и требуют сложной электроники, что также влияет на надежность всего устройства.

Благодаря высокой антивандальной стойкости такие дисплеи получили широкое распространение в современных банкоматах и платежных автоматах.

Резистивно сенсорный экран устройство и принцип работы

Основой сенсорного дисплея, выполненного по резистивной технологии является жесткое стеклянное основание и достаточно гибкий внешний слой. На обои эти поверхности нанесен токопроводящий слой материала, а между ними расположен слой, изолирующий в режиме отсутствия нажатия одну поверхность от другой. При нажатии на дисплей проводящие слои замыкаются, и микроконтроллер по заложенной в нем программе определяет координаты точки прикосновения.

Этот тип дисплеев наиболее прост при изготовление, неприхотлив и достаточно прост в эксплуатации. Достаточно хорошо реагирует на все виды механических нажатий как стилусом, так и пальцем и т.п.

Ну конечно, как и в любой из перечисленных технологий, есть и свои недостатки. Наиболее распространенные из них это низкая светопроницаемость дисплея, и более худшая надежность устройства, которая зависит от механической прочности гибкого наружного слоя, который можно легко повредить любым острым предметом, а отсутствие возможности регистрировать сразу несколько параллельных нажатий, очень существенный недостаток в современном мобильном устройстве. Также, несмотря на высокое количество нажатий на одну точку дисплея (35 млн.), по этому свойству резистивный дисплей сильно проигрывает своим аналогам, выполненными на более современных технологиях.

Кроме того, основной недостаток такого экрана - необходимость прикладывать некоторое усилие для срабатывания сенсора. При этом слишком сильное нажатие на поверхность может вывести экран из строя.

Инфракрасный сенсорный экран

Инфракрасный сенсор состоит из набора инфрокрасных свето- и фотодиодов, расположенных по периметру дисплея. Светодиодами создается сетка лучей над экраном. При прикосновении любым предметом к такому дисплею ряд лучей обрывается, и по этому событию определяют координаты точки касания.

Достоинствами таких сенсоров является простота срабатывания - достаточно лишь легкого касания, нет дополнительных слоев над дисплеем, снижающих контрастность изображения.

Не работает сенсор на мобильном телефоне или планшете

Так как смартфон или планшетный компьютер как правило не имеет кнопок управления, то при неисправностях сенсора все функции мобильного телефона теряются сразу. Проблемы обычно появляются после падения телефона или попаданиях внутрь планшета влаги, хотя иногда сенсор перестает работать сам по себе. В рамках данной статьи рассмотрим способы устранения проблем с сенсорным экраном современных гаджетов.