Електроника за начинаещи
Demain n'existe pas!
В последната статия от поредицата „Поглед отвътре“ говорихме за битови вещи и предмети, но въпреки изобилието от материали, получени в тази насока през изминалия месец, нека се върнем към темите, свързани с ИТ. Специално за Деня на защитника на отечеството LCD и E-Ink дисплеи лежаха на масата за дисекция, която по един или друг начин получих в малко очукана форма.
Предговор
Имало едно време Антон Городецки. Жената го напусна, той не беше по детски тъжен...
Част теоретична
Как работи LCD дисплей?
И така, почти всеки LCD монитор се състои от няколко основни части: активна матрица, която е набор от транзистори, които формират изображение, слой от течни кристали с филтри, които пропускат светлина или не, и система за задно осветяване, която днес се опитват напълно да преобразуват в светодиоди. Въпреки че на моя „стар“ Asus G2S, дисплеят с отлично качество е осветен от флуоресцентни лампи.
Как работи всичко? Светлината, идваща от източник (LED или лампа) през специална прозрачна вълноводна пластина, се разпръсква по такъв начин, че цялата матрица има еднаква осветеност по цялата си площ. След това фотоните преминават през поляризационен филтър, който пропуска само вълни с дадена поляризация. След това, прониквайки през стъклената подложка, върху която е разположена активната матрица от тънкослойни транзистори, светлината навлиза в молекулата на течния кристал. Тази молекула получава "команда" от подлежащия транзистор под какъв ъгъл да завърти поляризацията на светлинната вълна, така че тя, след като е преминала през повечеедин поляризационен филтър, задайте интензитета на блясъка на отделен субпиксел. Слой от светлинни филтри (червен, зелен или син) отговаря за оцветяването на субпиксела. Когато се смесят, вълните от три невидими за човешкото око субпиксела образуват пиксел от изображението с даден цвят и интензитет.
Много ясно, струва ми се, това е демонстрирано във видеото на Sharp:
В допълнение към утвърдената LCD + TFT технология (тънкослойни транзистори - тънкослойни транзистори), има активно популяризирана OLED + TFT органична светодиодна технология, тоест AMOLED - OLED с активна матрица. Основната разлика на последния е, че органичните светодиоди от три цвята играят ролята на поляризатор, LCD слой и светлинни филтри. Всъщност това са молекули, способни да излъчват светлина при протичане на електрически ток и в зависимост от количеството на протичащия ток, да променят интензитета на цвета, точно както се случва в конвенционалните светодиоди. Като премахнем поляризаторите и LCD от панела, потенциално можем да го направим много по-тънък и най-важното - гъвкав!
Какво представляват сензорните панели?
Тъй като в момента сензорите се използват повече с LCD и OLED дисплеи, мисля, че би било разумно да ги опишем веднага. Тук е дадено много подробно описание на сензорни екрани или сензорни панели (източникът някога е живял тук, но по някаква причина е изчезнал), така че няма да описвам всички видове сензорни панели, ще се съсредоточа само върху две основни: резистивни и капацитивни.
Да започнем с резистивен сензор. Състои се от 4 основни компонента: стъклен панел (1) като носител на целия сензорен панел, две прозрачни полимерни мембрани с резистивно покритие (2, 4), слоймикроизолатори (3), разделящи тези мембрани, и 4, 5 или 8 проводника, които отговарят за „разчитането“ на докосването.
Когато натиснем такъв сензор с определена сила, мембраните влизат в контакт, електрическата верига се затваря, както е показано на фигурата по-долу, измерва се съпротивлението, което впоследствие се преобразува в координати:
Всичко е изключително просто.
Капацитивните сензори са малко по-различни от резистивните. Струва си да споменем веднага, че ще говорим само за проекционно-капацитивни сензори, които сега се използват в iPhone и други преносими устройства. Принципът на работа на такъв сензорен екран е доста прост. От вътрешната страна на екрана е нанесена решетка от електроди, а външната страна е покрита например с ITO - сложен индий-калаен оксид. Когато докоснем стъклото, пръстът ни образува малък кондензатор с такъв електрод, а обработващата електроника измерва капацитета на този кондензатор (подава токов импулс и измерва напрежението).
Съответно, капацитивният сензор реагира само на плътно докосване и само на проводими предмети, тоест от докосване с нокът такъв екран ще работи всеки друг път, както и от ръка, напоена с ацетон или дехидратирана. Може би основното предимство на този сензорен екран пред резистивен е възможността да се направи доста здрава основа - особено силно стъкло, като Gorilla Glass.
Как работи E-Ink дисплей?
Може би E-Ink е много по-опростен от LCD. Отново имаме работа с активна матрица, отговорна за формиранетоизображения, но тук няма LCD кристали и подсветки, вместо тях има конуси с два вида частици: отрицателно заредени черни и положително заредени бели. Изображението се формира чрез прилагане на определена потенциална разлика и преразпределяне на частици вътре в такива микроконуси, това е ясно показано на фигурата по-долу:
В допълнение към технологията E-Ink има технологията SiPix, при която има само един вид частици, а самият "пълнеж" е черен:
Част практична
Екранът беше разглобен внимателно и точно - така че всички поляризатори останаха непокътнати, така че просто нямаше как да не си поиграя с тях и с работещия голям брат на разчленения обект и да си припомня семинара по оптика:
Моля, обърнете внимание, че цялата подсветка се основава само на четири малки светодиода (мисля, че общата им мощност е не повече от 1 W).
LCD дисплей за китайски телефон
Ето как изглежда работещ LCD дисплей под микроскоп:
Това е всичко, сега вече няма да видим тази красота, аз я натроших в буквалния смисъл на думата и след малко мъчение „разделих“ една такава троха на две отделни парчета стъкло, от които се състои основната част на дисплея ...
Сега можете да разгледате отделните следи на филтрите. Ще говоря за тъмните "петна" по тях малко по-късно:
А сега малък методологичен аспект относно електронната микроскопия. Същите цветни ивици, но сега под лъча на електронен микроскоп: цветът е изчезнал! Както казах по-рано (например в първата статия), за електронния лъч е напълно „черно и бяло“ независимо дали взаимодейства с цветно вещество или не.
Да погледнем и от другата страна. В него има транзистори.
В оптичен микроскоп това може да се види малко по-зле, но SEM ви позволява да видите ръба на всеки субпиксел - това е доста важно за следното заключение.
Освен това, за да се поглезя, ще дам пример за "организацията" на пикселите в двама водещи производители на комуникатори: HTC и Apple. iPhone 3 е дарен за безболезнена операция от мил човек, а HTC Desire HD всъщност е мой:
Малка забележка за дисплея на HTC: не го търсих специално, но не може ли тази лента в средата на горните две микроснимки да е част от този много капацитивен сензор?!
И накрая, в този раздел ще добавя, че размерите на един субпиксел за китайския телефон са 50 на 200 микрометра, HTC - 25 на 100 микрометра, а iPhone - 15-20 на 70 микрометра.
E-Ink от известен украински производител
Нека започнем, може би, с банални неща - "пиксели", или по-скоро клетките, които са отговорни за формирането на изображението:
Размертакава клетка е около 125 микрометра. Тъй като гледаме матрицата през стъклото, върху което е нанесена, ви моля да обърнете внимание на жълтия слой на „фона“ - това е златно покритие, от което по-късно ще трябва да се отървем.
Допълнителни тоководещи контакти. Тази снимка много ме впечатли:
Освен всичко друго, много интересни неща бяха открити върху стъклената подложка. Например позиционни маркировки и контакти, които очевидно са предназначени за тестване на дисплея в производството:
Между другото, ето го златото, което споменах - гладка платформа "отдолу" на клетката за висококачествен контакт с мастило (за тях по-долу). Златото се отстранява механично и ето резултата:
Под тънък златист филм са скрити управляващите компоненти на активната матрица, ако можете да го наречете така.
Но най-интересното, разбира се, е самото „мастило“:
Разбира се, трудно е да се намери поне една разрушена микрокапсула, за да се погледне вътре и да се видят "белите" и "черните" пигментни частици:
SEM микроснимка на повърхността на електронно "мастило"
Или има нещо вътре?
Размерът на отделните топки, т.енякакъв аналог на субпиксел в E-Ink, може да бъде само 20-30 микрона, което е много по-ниско от геометричните размери на субпикселите в LCD дисплеите. При условие, че такава капсула може да работи на половината от размера си, тогава изображението, получено на добри, висококачествени E-Ink дисплеи, е много по-приятно, отколкото на LCD.