В наше время каждый из нас пользуется мобильными устройствами: современными смартфонами, планшетами, смарт-часами и другими девайсами. Если раньше мы управляли ими при помощи физических кнопок, то сравнительно недавно получили распространение устройства с сенсорной поверхностью, позволяющих управлять уже посредством прикосновения к экрану.
Понятие «тачскрин» образовалось после конкатенации двух слов: «тач» (с англ. touch – нажатие) + «скрин» (с англ. screen – экран). Благодаря такой панели стало возможным отдавать команды устройству и взаимодействовать с различными элементами на экране.
Первый сенсорный дисплей появился еще в 1971-м в составе графического планшета. Это был резистивный четырехпроводной экран, который долгие годы применялся и во многих других устройствах чаще медицинской и промышленной отрасли. В жизнь каждого человека тачскрин вошел гораздо позже с появлением больших ЖК-экранов.
Роль сенсорной поверхности в экране
Стандартный жидкокристаллический дисплей (TN, IPS, TFT и подобные) состоят из трех частей: сенсорной поверхности (тачскрин), матрицы (панель, состоящая из пикселей или диодов, формирующая картинку на экране) и подсветки. Каждая из них имеет достаточно сложную структуру и играет важную роль в работе всего экрана.
Основная задача матрицы – создавать изображение на экране, управляя каждым пикселем или диодом посредством регулировки их прозрачности. Подсветка же, хотя и может показаться, что это самый простой элемент во всей трехслойной системе, также имеет сложную структуру. В устройстве дисплея она выступает в качестве источника света на светодиодах.
Сенсорная поверхность, в свою очередь, является самым верхним слоем в структуре экрана, который, как мы уже выяснили, и позволяет нам управлять современными смартфонами, планшетами и прочими устройствами при помощи касаний. Среди наиболее распространенных типов таких панелей стоит выделить емкостные и резистивные. Далее рассмотрим все виды тачскринов, принцип их работы, а также сильные и слабые стороны разных типов сенсорной поверхности.
Чем нельзя клеить смартфоны
Нельзя клеить суперклеем, ПВА клеем, герметиками и простыми двухсторонними скотчами.
Суперклей портит рамку, и может повредить деталь. С таким клеем происходит быстрая химическая реакция, он разрушает поверхность и въедается в нее. Тем более, с таким клеем будет только одна попытка ремонта, второй раз придется покупать новую деталь и отдирать старую от рамки пинцетами, шлифовать поверхность от суперклея. Он 100% не пригоден для склеивания деталей в телефонах.
Герметики плохи тем, что со временем они начинают пропускать пыль и сама технология склеивания им не подходит. Первое время деталь будет держаться, но со временем она начнет отклеиваться. Никакие автомобильные или строительные герметики не подойдут для ремонта электроники.
Чаще всего при сборке телефонов и планшетов используется специальный клей. Он держится при изменении температуры, попадания влаги, и не портит сенсорные поверхности. Примером такого клея является B7000.
Самые распространенные виды тачскринов
Стандартные емкостные (поверхностно-емкостные)
В огромном количестве современных устройств на данный момент используются как раз таки емкостные экраны. Их также разделяют еще на две категории: поверхностно-емкостные и проекционно-емкостные. Первые работают по довольно простому принципу.
Сам экран состоит из некоторой стеклянной панели, на которую нанесен специальный резистивный материал, обладающий свойством прозрачности, чтобы он не мог помешать просмотру картинки (чаще всего в качестве него используют смешанный оксид индия-олова). А на его углах размещают электроды, которые подают переменное напряжение на всю поверхность, проводящую ток за счет покрытия уже знакомого нам вещества.
Когда пользователь касается пальцем панели экрана, в определенной точке происходит утечка тока (так как человек также выступает в роли проводника). Значения силы тока, которые фиксировались до касания во всех четырех углах (электродах) не совпадают с теми, которые регистрируют специальные датчики после того, как мы задели экран. На основании, насколько сильно изменились характеристики у каждого электрода, контроллер математически просчитывает точку, в которой и было произведено нажатие.
Источник: commons.wikimedia.org
Чаще всего такой тип экранов использовался в самом расцвете появления сенсорных смартфонов, когда еще существовали старенькие Nokia на операционной системе Symbian.
Преимущества:
- Не пропускают жидкости.
- Крайне надежная конструкция, выдерживающая около 200 миллионов нажатий.
- Неуязвимы перед токонепроводящими загрязнениями.
Недостатки:
- Реагирует только на тепло (например, пользоваться таким экраном в перчатках не получится).
- Проводящее покрытие уязвимо перед суровыми погодными условиями, что сказывается на качестве работы.
Проекционно-емкостные
Есть и еще одна разновидность емкостных экранов – проекционно-емкостные. Это уже более современный вид тачскринов, которые используются, например, в iPhone или известных многим AMOLED-дисплеях. В некотором роде принцип работы схож с предыдущим, но имеет небольшие различия.
Сам проекционно-емкостный экран также представляет собой стеклянную пластину, но на обратной ее стороне мы имеем не прозрачный слой проводящего вещества, а сетку электродов. Если у поверхностно-емкостных панелей только четыре электрода по углам, то здесь они расположены на всей площади дисплея.
Принцип работы такого рода экрана заключается в том, что во время касания сенсорной поверхности палец и электрод, находящийся в определенной точке (которую мы и задели), образуют конденсат. В месте касания накапливается заряд и энергия, благодаря чему напряжение между телом человека и электродом, отвечающим за определенную область на поверхности, возрастает. Это и определяют специальные датчики и таким образом находят точку на экране, с которой взаимодействует пользователь.
Источник: commons.wikimedia.org
Большим прогрессом и шагом вперед стало и то, что проекционно-емкостные панели научились регистрировать сразу несколько касаний человека – появился «мультитач», впервые запатентованный компанией Fingerworks, которая позже была выкуплена Apple. У поверхностно-емкостных дисплеев теоретически максимально возможное количество нажатий равно двум.
Преимущества:
- Умеет регистрировать множество точек соприкосновения.
- Надежность и долговечность (ввиду особенностей конструкции могут иметь толстое стекло).
- Неуязвимы перед любыми загрязнениями, в том числе и проводящими (в крайнем случае они контролируются программными способами).
- Высокое светопропускание (90% и более).
Недостатки:
- Высокая стоимость производства.
Резистивные
Еще один тип сенсорного экрана, который также получил огромную популярность в устройствах, предназначенных как для промышленных отраслей, так и для персонального использования – резистивный. Главным отличием от предыдущих видов тачскринов, если не углубляться в принцип работы, является то, что такие дисплеи фиксируют любые касания: пальцем (даже в перчатке), карандашом, кредиткой и т.п.
Резистивный экран состоит из двух частей: пластиковой мембраны и стеклянной панели, на которые нанесено токопроводящее покрытие. При нажатии в определенном месте происходит замыкание пластиковой и стеклянной составляющих данного типа тачскринов, что фиксирует микропроцессор, впоследствии определяя точные координаты точки.
Работа 4-проводного резистивного экрана.
Источник: commons.wikimedia.org
Если быть точнее, то в качестве «микропроцессора» выступает аналогово-цифровой преобразователь, который занимается мониторингом напряжения на всей поверхности панели. Когда ничто не соприкасается с экраном, напряжение во всех точках равно 5 вольтам, но как только происходит какое-либо взаимодействие, то в определенном месте фиксируется другое значение.
Из резистивных различают четырехпроводной и пятипроводной экраны. Структурно глобальных отличий между ними нет, но последний будет более надежным, так как продолжает работать даже с поврежденной мембраной. Ранее такая технология использовалась в старых смартфонах, КПК, а сейчас находит свое применение в банкоматах и различных терминалах оплаты.
Работа 5-проводного резистивного экрана. Источник: commons.wikimedia.org
Преимущества:
- Фиксируют нажатия любым твердым предметом.
- Недорогие в производстве.
Недостатки:
- Низкое светопропускание (ухудшается контрастность картинки и яркость экрана в целом).
- Меньшая точность в сравнении с проекционно-емкостными и другими типами экранов.
- Невозможность определять несколько нажатий одновременно.
- Далеко не самые надежные и прочные.
Инфракрасные
Устройство инфракрасных сенсорных экранов для многих может показаться более интересным, нежели структура других видов тачскринов. Такая технология наиболее актуальна в тех случаях, когда важно достигать наилучшего качества изображения (к примеру, она часто используется при создании электронных книг).
Представьте себе 2 линейки светодиодов по вертикали и горизонтали, образующих большую прямоугольную сетку с одной стороны и такую же по размерам сетку из фотодиодов с другой. Каждому светодиоду, порождающему невидимое для глаза человека инфракрасное излучение с небольшим углом рассеивания, фактически, противопоставлен свой фотодиод, фиксирующий это излучение.
Во время касания экрана пальцем, человек перекрывает световой поток, который излучает определенный светодиод. Из-за этого до фотодиода, который отвечает за получение пучка света, не доходит инфракрасное излучение. Это порождает некоторый сигнал, поступающий из сетки экрана на управляющий элемент, который и определяет точку касания.
Чем больше светодиодов расположено в одной линии (горизонтальной и вертикальной, то есть, в сетке в целом), тем выше точность определения координат точки нажатия. Основное применение такая технология нашла в электронных книгах, а также в устройствах для образовательных учреждений (например, экраны для видеопроекторов).
Преимущества:
- Отличное качество изображения.
- Хорошая ремонтопригодность и несложная конструкция.
Недостатки:
- Маленький срок службы ввиду старения инфракрасных светодиодов.
- Очень чувствительны к пыли и загрязнениям.
- Уязвимы к воздействию прямых солнечных лучей.
Индукционные
Не менее интересным типом сенсорных экранов являются и более редкие (даже в сравнении с инфракрасными панелями) индукционные тачскрины. В их основе работы лежит сетка чувствительных проводов, в некотором роде похожая на ту, что мы видели у инфракрасного экрана, а также катушка индуктивности.
Когда мы касаемся экрана специальным индуктивным пером (никакие другие нажатия такое устройство просто не воспринимает), питающегося от электромагнитного резонанса, меняется напряженность действующего магнитного поля и порождается соответствующий сигнал, на основе которого датчики распознают координаты выбранной нами точки.
Свое применение индукционные сенсорные панели нашли в графических художественных планшетах, а также некоторых моделях довольно типичных для нас планшетных компьютеров.
Преимущества:
- Максимальная точность регистрации нажатий (поэтому они и используются в дорогих графических планшетах).
- Различает нажатия разной силы.
Недостатки:
- Способны распознавать касания только от специального пера.
- Производственная стоимость.
Что это
Эта техника предназначена для ввода информации, она выглядит многоуровневой материей, с нанесённым на неё слоем прозрачного резистивного слоя.
В углах расположены электроды, которые подают на проводящий слой низковольтное переменное напряжение. Будьте осторожны в обращении со своим дисплеем на мобильном телефоне, потому что его поломка приведёт к тому, что Вы не сможете защитить свою спрятанную от посторонних глаз личную информацию!
Представьте, что будет, если на нём появится трещина и придётся остаться без него на очень продолжительное время? А если поломка вывела его из строя, то Вы рисуете потерять навсегда номера телефонов поклонника и адрес почты из той самой компании мечты, которую прячете под паролем, а сам телефон ставите на блокировку экрана даже дома.
Менее актуальные типы сенсорных экранов
Оптические
Очередной тип сенсорных экранов, который нельзя назвать распространенным на сегодняшний день – оптический. Как и в случае с инфракрасными тачскринами, здесь многое также завязано на невидимом для нашего глаза излучении светодиодов, но сам принцип обнаружения координат точки нажатия несколько отличается.
Состоит такой сенсорный экран из инфракрасной подсветки, порождающей излучение, а также стеклянной панели. Регистрация взаимодействия с экраном осуществляется по принципу наблюдения хода лучей. Если ничто не касается тачскрина (граница «стекло-воздух»), то свет от подсветки не будет преломляться, а значит мы сталкиваемся с полным внутреннем отражением. Но как только какой-либо предмет (граница «стекло-предмет») касается панели, один из инфракрасных лучей рассеивается.
Такое преломление пучка света и фиксируют специальные датчики, восстанавливая исходную картину и находя точку нажатия. Свое применение оптические тачскрины нашли в проекционных экранах, а также некоторых моделях жидкокристаллических дисплеев (например, сенсорный «рабочий стол» Microsoft PixelSense).
Преимущества:
- Присутствует поддержка мультитача.
- Умеют отличать касание пальцем руки от касаний посторонними предметами.
- Может использоваться на больших сенсорных поверхностях.
- Предельная прозрачность составляет 100%.
Недостатки:
- Те же, что и у инфракрасных экранов.
Матричные
Данный тип сенсорного экрана по принципу работы наиболее схож с уже знакомыми нам резистивными тачскринами. Единственное отличие между ними заключается лишь в том, что проводники в такой конструкции делятся на горизонтальные и вертикальные. Первые наносятся на стекло, вторые – на гибкую пластиковую мембрану.
В остальном все идентично: после соприкосновения с экраном проводники, находящиеся на разных поверхностях смыкаются, что подает некоторый сигнал, который фиксирует специальное устройство и определяет координаты точки.
Не совсем ясно, для чего истории было необходимо такое ответвление и в принципе такой вид сенсорных экранов, ведь каких-либо новых преимуществ в себе данная конструкция, в сравнении с резистивной, не несет. Ну, разве что, матричные тачскрины являются чуть более простыми и дешевыми в производстве. Особого распространения технология не получила.
Преимущества:
- Возможно настроить мультитач.
- Очень простые и доступные.
Недостатки:
- Крайне низкая точность.
Необходимые инструменты и расходники
Самый минимум это пластиковый медиатор. Почему именно пластик? Он оставляет меньше следов на корпусе, уменьшает риск повреждения шлейфов и более упругий по сравнению с металлическим медиатором. Пластиковый медиатор можно сделать из обычной пластиковой бутылки, достаточно вырезать небольшой кусочек и выровнять его.
Для более качественной замены нужно нагреть экран смартфона. Есть два варианта нагрева:
Так же пригодится изопропанол (изопропиловый спирт) или бензин Калоша. С помощью этих средств можно удалить старый клей и ускорить процесс отклеивания деталей.
Для склеивания понадобится клей B7000. Это универсальный клей, он отлично подходит для приклеивания тачскринов или экранных модулей к рамке смартфона и планшета. Существуют различные разновидности такого клея. T7000, B7000, E8000 и т.п. Они отличаются цветом, адгезией, ценой и другими характеристиками. Для большинства ремонтов подойдет B7000.
Описание
Сенсорный дисплей представляет собой электронный элемент, визуализирующий цифровые сведения посредством касательного воздействия к поверхности монитора. Разные виды указанных конструкций реагируют на несколько моментов или один определенный фактор (изменение емкости и сопротивления, термическую разницу, специальную указку).
По принципу работы сенсорные экраны подразделяют следующим образом:
- Резистивные версии.
- Матричные модели.
- Емкостные варианты.
- Поверхностно-акустические модификации.
- Оптические сенсоры и их разновидности.
Рассмотрим распространенные модели дисплеев указанной категории, область применения, особенности и преимущества.
Емкостно-проекционные версии
Принцип работы сенсорного экрана смартфонов некоторых конфигураций основан по этому типу. На внутренней поверхности девайса нанесена электродная сетка, которая при соприкосновении с телом человека образует конденсаторную емкость. После касания дисплея пальцем, датчики и микроконтроллер обрабатывают информацию, расчеты отправляют на основной процессор.
Особенности:
- указанные конструкции обладают всеми возможностями емкостных сенсоров;
- они могут оборудоваться пленочным покрытием толщиной до 18 миллиметров, что обеспечивает дополнительную защиту от механического воздействия;
- загрязнения на труднодоступных токопроводящих частях убираются при помощи программного метода.
Монтируются указанные конфигурации на многие персональные устройства и терминалы, работающие на улице под накрытием. Стоит отметить, что Apple также отдает предпочтение проекционно-емкостным мониторам.
Матричные модификации
Это упрощенные версии резистивной технологии. Мембрана оснащается рядом вертикальных проводников, подложка – горизонтальными аналогами. Принцип работы сенсорного экрана: при касании происходит расчет точки, в которой произошел контакт проводников, полученные сведения отправляются в процессор. Тот, в свою очередь, определяет сигнал управления, после чего устройство реагирует заданным образом, например, выполняет действие, закрепленное за конкретной кнопкой.
Особенности:
- из-за ограниченного числа проводников наблюдается невысокий показатель точности;
- цена – самая низкая среди всех сенсоров;
- функция мультитач реализуется за счет опроса дисплея по точкам.
Указанная модель эксплуатируется исключительно в устаревших приборах, практически не используется в современности по причине появления инновационных решений.
Ремонт модуля: замена стекла или тачскрина в сборке
Сложнее всего восстановить модульный экран. В таких экранах клей покрывает всю площадь модуля, и отклеить защитное стекло (такая конструкция обычно у производителей Apple и Samsung) или тачскрин (Xiaomi, Lenovo) очень сложно. Сами по себе сенсоры и стекла не дорогие, их себестоимость может быть в районе 500 рублей при цене оригинального модуля в 5000 рублей. У модулей топовых моделей Samsung цена на оригинальный Amoled может достигать и 23500 рублей.
Во время ремонта модуля любая ошибка может привести к полной потери работоспособности дисплея.
Смартфон разбирается так же, как и при замене модуля, однако теперь это делать придется предельно аккуратно, чтобы не повредить рабочий дисплей. Он также отклеивается от рамки устройства.
Существует три метода расклейки модуля:
Некоторые дисплеи настолько тонкие, что для ремонта необходим специально разработанный станок. Даже лазерные установки приспособили для замены задних крышек на клее.
После удаления разбитого стекла нужно убрать старый клей с модуля. В продаже имеются специальные чистящие средства. А также подойдет изопропиловый спирт.
Теперь осталось приклеить стекло или сенсор на модуль. Конечно, перед этим экран нужно проверить на работоспособность, подключив его к смартфону.
Если не заполнить пространство между стеклом и модулем, то могут поменяться цвета, появятся блики, снизится прочность и появится высокий риск отклеивания стекла.
Основные методы заполнения пространства между стеклом и дисплеем это OCA пленка и LOCA клей.
LOCA клей высыхает при воздействии ультрафиолета. Он наносится на экран, затем прислоняется стекло, и прижимается с помощью небольших зажимов. Далее вся эта конструкция помещается в ультрафиолетовую лампу на десять минут. Клей застывает и модуль готов к работе. С таким методом есть некоторые проблемы. Например, могут возникнуть пузыри во время склейки, которые нужно будет убирать пинцетом или переклеивать все.
OCA пленка наносится на модуль. И для этого нужен вакуумный сепаратор. Без него не получится удалить пузырьки воздуха.
Далее, после всех процедур отремонтированный модуль заклеивается точно также, как и новая деталь.
Самостоятельный ремонт дисплейного модуля в домашних условиях — это очень непростая задача. Она требует много опыта, усилий, терпения и оборудования. Но это не значит, что это невозможно сделать.
История изобретения
Впервые в мире прототип сенсорного устройства был использован Сэмом Харстом, преподавателем из США. Он в 1970 году разработал идею считывания данных с большого количества ленточных самописцев. Автоматизация указанного процесса и стала своеобразным трамплином к созданию сенсорных мониторов, известных как Elotouch. Разработка группы коллег Херста вышла в свет в 1971 году, включала в себя резистивную четырехпроводную технологию по определению точек прикосновения.
Первым компьютером сенсором считается система PLATO IV. Вышла она также в США, в результате специальных исследований, касающихся компьютеризации обучения. Она состояла из блочной панели (256 штук), функционировала по принципу использования сетки инфракрасных потоков.
Использование
Благодаря простейшему принципу работы сенсорного экрана резистивной конфигурации, он эксплуатируется повсеместно. Особенности конструкции:
- низкая себестоимость;
- устойчивость к воздействию внешней среды, за исключением отрицательных температур;
- хорошая реакция на соприкосновение с любым неострым подходящим предметом.
Подобные дисплеи монтируются на терминалы пополнения и перевода денег, банкоматы и прочие устройства, которые изолированы от окружающей среды. Слабая защищенность монитора от повреждений компенсируется наличием защитного пленочного покрытия.
Слой дополнительных сенсоров
Этот слой появился в iPhone начиная с модели iPhone 6s и нужен для распознания силы нажатия на дисплей.
Специальная сетка из конденсаторных плат подключена к источнику питания. Её задача сверхточное измерение расстояния от пальца до матрицы. Программные алгоритмы анализируют информацию с данной сетки и позволяют работать технологии 3D-Touch.
