瞧瞧,這就是你天天在觸摸觀看的手機顯示屏
2020-01-02 14:32:26
早在22年前,IBM推出了世界上第一款觸摸屏的手機“Simon”,它擁有4.5寸,160×293分辨率的黑白顯示器。
進入21世紀后伴隨著PDA的概念,類似iPAQ這樣一些基于Pocket PC操作系統的智能手機開始興起,因為屏幕較小和生澀的手感,多數會附帶一支“手寫筆”,這是當時電阻屏的局限性。
2007年Apple發布了一戰成名的iPhone,它細膩順滑的手感一方面來自于iOS的流暢,另一方面則是因為采用了當時不多見的電容屏。
直到今天,手機上幾乎所有的觸摸屏都采用了電容式,同時觸摸屏技術仍然在以我們不可感知的速度在繼續向前發展著。
屏幕的貼合方式
分離式(GG/GP/GF)
所有的觸摸屏(LCM, Liquid Crystal Module)都可以劃分為兩個功能:負責感應觸摸的觸控層(TP, Touch Panel)和負責顯示的顯示屏(LCD, Liquid Crystal Display)。當前大多數手機的屏幕都可以拆成兩個部分,俗稱“外屏”和“內屏”,說的就是TP和LCD。
包括iPhone 3GS和紅米的屏幕都是分離式結構,它的缺點是:觸控層和顯示屏之間必然存在影響顯示效果的空隙,分離的結構同時也增加了手機厚度和工藝難度。
但優點也很明顯,這一類手機的屏幕被摔破后,如果還能正常顯示,一般只需要更換外屏即可。
全貼合(TOL/OGS)
從結構圖可以看出,感應器與顯示屏之間的玻璃是不必要的,于是從2013年開始,主流價位手機中大量出現了使用“全貼合屏幕”的產品。
全貼合更薄,成本更低,還能增加透光度,顯示效果優于分離式。但由于感應器與顯示屏的距離過近,互相之間的電磁干擾或多或少會影響手感。
但全貼合屏幕一旦損壞,更換的成本將遠遠高于分離式。
一體化(In/On-cell)
分離式是分開的兩個部件,全貼合是把兩個部件粘在一起,而一體化則是真正具備感應功能的顯示屏,是最終極的解決方案。
與全貼合不同的是一體化觸摸屏對工藝的要求更高,往往只有同時擁有顯示和觸摸技術的大廠才有能力推出此類產品。并且產能有限,現階段價格高昂,使用一體化觸摸屏的機型目前只有一線大廠的旗艦級機型。
但可以肯定的是,一體化肯定是未來手機屏幕的發展方向。
屏幕使用的材質
無論采用哪種貼合方式,屏幕的最外層必須有一層起到保護作用的材質(Cover Lens)。對它的要求是堅固、透光率高以及更輕更薄。
鈉鈣玻璃(Soda Lime Glass)
在功能機時代,由于屏幕不大,很多手機都采用聚酯類透明塑料材質作為屏幕外層。而今,絕大多數手機的屏幕最外層是玻璃材質,而其中鈉鈣玻璃是最常見的一類。
鈉鈣玻璃技術門檻很低,任何傳統玻璃加工廠都能夠提供此類產品,價格低廉的同時仍然具備相當不錯的可用性,是性價比很高的一個選擇。
鋁硅酸鹽玻璃(Aluminosilicate Glass)
有別于鈉鈣玻璃,鋁硅酸鹽玻璃還添加了氧化鋁和稀土于玻璃之中,再加上后期離子交換鋼化工藝處理之后,可以獲得普通浮法玻璃6倍以上的強度。目前世界上僅有三家工廠可以提供此類產品。
美國康寧玻璃(Gorilla? Glass, by Corning)
這款2007年推出的產品,其硬度和強度改變了人們過去對于玻璃脆弱易損的看法。
康寧在2012年推出了其第二代產品,在強度不變的前提下能夠降低10%~20%的厚度;在2013年的CES上,康寧更是推出了抗損傷能力比第二代產品強3倍的第三代大猩猩玻璃。
包括Nexus 5、HTC One、小米3和三星Galaxy S系列在內的一系列明星手機在內,目前已經有超過10億臺設備使用了大猩猩玻璃。
日本旭硝子玻璃(Dragontrail? Glass, by AGC)
緊隨康寧的是來自日本的企業AGC,其Dragontrail玻璃從參數來看大致相當于大猩猩第二代產品,努比亞(Nubia)的Z5和索尼的Xperia Z1都采用了這款材料。
德國肖特玻璃(Xensation? Glass, by Schott)
卡爾蔡司基金會旗下的肖特集團(Schott AG)有著超過125年的歷史,在2013年推出了名為Xensation?的觸摸屏用玻璃材料。
Xensation?的特點是表面含有銀離子,能夠提供優異的抗菌性能。但目前為止,還沒有廠商推出過使用肖特玻璃的手機。
人造藍寶石(Sapphire Crystal)
聽名字也可以想象藍寶石是一種極其昂貴的材料:由于晶體生長速度非常緩慢,1噸的晶體大概需要180天才能制成,現階段只有定位為奢侈品的Vertu在其手機屏幕上使用了人造藍寶石材質。
從下面的表格我們可以看到,鋁硅酸鹽玻璃和鈉鈣玻璃的差距并不是數量級的。而人造藍寶石材料,才真正代表著未來。
感應器結構工藝
手機的“手感”如何,極大程度上取決于屏幕上的觸控感應器。
目前絕大多數手機的觸摸屏使用的是電容技術,目前的電容技術都離不開以氧化銦錫(ITO,Indium Tin Oxide)作為導電介質。
ITO的附著介質、排列形狀和印刷工藝都會最終體現在手機顯示屏的顯示效果以及“手感”上。
雙層工藝(DITO,Double-sides ITO)
屏幕是一個二維平面,要確定手指的位置,需要一個橫坐標(X)和一個縱坐標(Y)。最初的感應器設計為疊加的雙層結構,一層負責X軸一層負責Y軸。
蘋果初代的iPhone第一個使用了這樣的雙層ITO(DITO),并且注冊了大量的專利建立起了嚴密的知識產權壁壘。
DITO無需復雜的運算過程就可以精確快速地定位到手指的位置,在響應時間上也占據優勢??梢哉f,iPhone的手感在很長時間內獨步江湖的最大功臣并非iOS,而是DITO相關的一堆專利。
單層立交工藝(SITO,Single-side ITO with flyovers)
為了繞開蘋果設下的專利陷阱,其他廠商設計出了單層架橋工藝(SITO)方案:
顯然,在單層結構上要設計出兩套獨立的感應器,工藝難度顯然大了不少,之間的電磁干擾也造成了精度和靈敏度的下降。
將關閉背光后的手機屏幕傾斜觀察,你可以看到的有規則的紋理就是ITO的印刷圖案。
不同的排列圖案方案會導致不同的性能,其中斜方塊(Diamond)是最簡單也是效果最差的一種,而輻射形(Radiator)則是最復雜也是效果最接近于DITO的單層立交工藝。
包括Kindle Fire HD在內,很多中端手機或平板都使用了SITO屏幕。
單層工藝(SITO,Single-side ITO)
由于需要獨立分開X/Y軸信號,傳統的SITO工藝需要架橋爬坡,這是造成SITO成本上升和良品率下降的主要原因。
完全通過單層圖案來確定X/Y坐標的廉價SITO解決方案于是應運而生。但單層圖案往往只支持單點和簡單手勢,其準確度也遠不如單層立交工藝。
單層工藝目前并不完善,甚少有品牌廠家敢于嘗試。
只有一些對成本極度敏感的低端手機或山寨機,大量使用廉價但效果欠佳的單層圖案SITO屏。一般消費者在普通使用場景中很難發現,而在玩一些對操控性敏感的游戲時就會出現明顯的感受差異。
SITO工藝屏幕最多支持偽兩點觸摸,這是一個比較明顯的特征,但對于一般消費者而言,最好還是使用工具來鑒別屏幕會比較靠譜。
檢測手機屏幕的方法
手機屏幕的質量越來越為消費者所關注,本文從三個角度介紹了手機屏幕后面的技術,但如何評價屏幕的質量一直缺乏專業的方法和工具,如何讓普通消費者快速認識自己手機屏幕也是一大難題。
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