手机硬件-屏幕知识

手机硬件--屏幕知识制作：陈礼文日期：2015-3-22目录手机显示屏幕详解手机触摸屏幕详解屏幕参数屏幕材料面板类型全贴合技术技术前沿触摸屏知识简介触摸屏测试技术手机显示屏幕详解--屏幕参数PPI：每英寸像素（PixelsPerInch），屏幕的PPI越高，表示屏幕的像素密度越高，这样屏幕内容看起来就更加细腻，看起来也就更加真实。视网膜屏幕：有研究表明，人类肉眼能够分辨的最高像素点密度是300每英寸像素。超过300每英寸像素的屏幕被称为Retina显示屏（视网膜屏）。iPhone3GSVSiPhone4手机显示屏幕详解--屏幕参数可视角度：指的是使用者能从不一样的方位清晰地看见荧幕上所有显示内容的角度。从左到右分别为索尼XperiaZUltra、索尼XperiaZ1、三星GalaxyNote3、三星GalaxyS4LTE-A。可以明显的看出中间索尼XperiaZ1的屏幕由于泛白，可视角度体验远低于其他机型。手机显示屏幕详解--屏幕参数最大亮度：是指画面的明亮程度，单位是堪德拉每平米(cd/m2)或称nits，一般来说手机屏幕亮度越高在室外显示效果就越好。色温：色温体现的是手机屏幕的色彩是偏冷还是偏暖，通常我们将让手机显示纯白色，在D65标准以及环境亮度的情况下，色温为6500K正常，低于6500K则偏暖，而高于6500K则偏冷。手机显示屏幕详解--屏幕参数对比度：对比度指的是一幅图像中明暗区域最亮的白和最暗的黑之间不同亮度层级的测量，差异范围越大代表对比越大，差异范围越小代表对比越小。一般来说对比度越大，图像越清晰醒目，色彩也越鲜明艳丽；而对比度小，则会让整个画面都灰蒙蒙的。从这张图片上可以看出LGP990的对比度比其他手机更出色一些，其次是iphone4。手机显示屏幕详解--TFT材质a-Si(AmorphousSilicon)：非晶硅，特点：产能大、生产制程较短、成本较低LTPS

(LowTemperaturePoly-silicon)：低温多晶硅，LTPS-TFTLCD具有优势在于超薄、重量轻、低耗电，可以提供更艳丽的色彩和更清晰的影像。TFTLCD可分为多晶硅(Poly-SiTFT)与非晶硅(a-SiTFT)，两者的差异在于电晶体特性不同。多晶硅的分子结构在一颗晶粒（Grain）中的排列状态是整齐而有方向性的，因此电子移动率比排列杂乱的非晶硅快了200-300倍；一般所称的TFT-LCD是指非晶硅，目前技术成熟，为LCD的主流产品。而多晶硅品则主要包含高温多晶硅(HTPS)与低温多晶硅(LTPS)二种产品。IGZO(IndiumGalliumZincOxide)：是一种含有铟、镓和锌的非晶氧化物，载流子迁移率是非晶硅的20~30倍，可以大大提高TFT对像素电极的充放电速率，提高像素的响应速度，实现更快的刷新率，从而使屏幕达到超高分辨率。手机显示屏幕详解--TFT材质IGZO可以利用现有的非晶硅生产线生产，只需稍加改动，因此在成本方面比低温多晶硅更有竞争力。屏幕材料TFT种类非晶硅IGZOLTPSTFT电子迁移率0.5~1cm2/VS10~50cm2/VS100cm2/VS以上驱动用TFT尺寸1约1/51/5以下PPI约200ppi200ppi以上300ppi以上适合的屏幕尺寸（英寸）8~1008~1002~10成本低一般较高功耗高较低低代表机型白牌手机iPad3iPhone5小米2等从图中我们可以看到，从左到右屏幕电子迁移率是递增的，高迁移率代表使用几何尺寸较小的电晶体即可提供足够的充电能力且电容值较传统非晶矽高，从而提高液晶面板的像素的开口率，因此光穿透的有效面积变大。可用较少的背光灯管或较低功率消耗达到相同的亮度，达到节能省电的目的。手机显示屏幕详解--面板类型TFT-LCD：ThinFilmTransistorLiquidCrystalDisplay薄膜晶体管液晶显示器TFT-TN即扭曲向列型液晶（twistednematicliquidcrystal），是最常见的液晶驱动方式。TFT-VA即垂直配向技术（VerticalAlignment），后续有改进的MVA和PVATFT-IPS即横向电场效应显示（In-PlaneSwitching）TFT-FFS即边缘场开关技术(FringeFieldSwitching)OLED：OrganicLight-EmittingDiode即有机发光二极管显示器主动矩阵有机发光二极体AMOLED,被动式有机发光二极管PMOLED（由于较不适合用于显示动态影像，反应速度相对较慢，较难发展中大尺寸面板，已被淘汰）TN的液晶为正性液晶，上下两层配向膜（一般为PI材质）为正交排列，液晶分子通过摩擦在配向膜的沟槽中诱导取向，排列方式为水平螺旋型。配向膜的外侧还有两层相互垂直的偏振片，就相当于两道互相垂直的格栅，起到滤光的作用。背光是圆偏光，透过第一层偏振片后为线偏光，但如果不发生扭转就通不过第二层偏振片，这也就是我们通常看到的黑色。而液晶分子的作用就是利用其螺旋结构引导光线发生扭转，进而透过第二层偏振片。电极加在上下两端，不通电时背光通过水平螺旋排列液晶分子的引导穿过偏振片，屏幕为白色；通电时液晶分子发生扭转，变为竖直排列，光通不过，即为黑色。但由于不是所有的液晶分子都能完全地变为垂直排列，再加上液晶本身也有一定的透光率，所以TN型液晶显示屏的对比度相对较低。而且屏幕显示时，不同角度看到的液晶分子真实排列的形态是不同的，有时看到液晶分子长轴有时看到液晶分子短轴，以致人眼在不同角度看到的实际显示内容在颜色和亮度上都有一些差别，这也就是所谓的视角了。而且TN由于偏振片的效能限制，最大尺寸只能做到32寸，32寸以上一般都是VA和IPS。但TN的最大优点就是成本低，其实除去视角问题和对比度外，TN的显示效果还是能够满足日常使用的，并且响应速度也不慢，在3V的驱动下响应时间一般为8ms左右。手机显示屏幕详解--面板类型手机显示屏幕详解--面板类型TN的液晶为正性液晶，上下两层配向膜（一般为PI材质）为正交排列，液晶分子通过摩擦在配向膜的沟槽中诱导取向，排列方式为水平螺旋型。电极加在上下两端，不通电时背光通过水平螺旋排列液晶分子的引导穿过偏振片，屏幕为白色；通电时液晶分子发生扭转，变为竖直排列，光通不过，即为黑色。优点：成本低、响应时间不慢8ms左右缺点：对比度低、可视角度差、由于偏振片的效能限制，最大尺寸只能做到32寸12VA屏和TN刚好相反，它采用负性液晶，它的液晶分子是竖直挂靠在配向膜的侧基上的，不需要摩擦取向，这样也使得其工艺相对简单，更适合电视类大型屏幕的制作。优点：对比度较高缺点：可视角度小、响应时间慢30ms左右手机显示屏幕详解--面板类型VA屏和TN刚好相反，它采用负性液晶，不同于TN的水平摩擦取向，它的液晶分子是竖直挂靠在配向膜的侧基上的，不需要摩擦取向，这样也使得其工艺相对简单，更适合电视类大型屏幕的制作。对于VA屏幕来说：不通电的时候，光是透不过的，屏幕显示为黑色；通电时液晶分子扭转，光线被引导而通过，屏幕显示为白色。因为液晶分子最开始的物理状态是垂直排列，所以VA屏幕的全黑要更黑一些，相应的对比度也较高。但是和TN一样，液晶分子的扭转过程中动作幅度都比较大，一个由水平变竖直，一个由竖直变水平。所以同理，VA在视角方面也稍显不足，这也是为什么后来衍生出MVA和PVA等系列产品的原因。另外，VA的响应时间比较慢，3.8V的驱动下响应时间一般为30ms。由于TN和VA显示屏中的液晶分子都是在垂直和水平之间相互切换，所以人手按上去之后，液晶分子的排列均会发生比较大的形变，导致光线的透过受到阻隔，相应的屏幕显示也会发生一些变化，这就是我们经常提到的水波纹的来历了。手机显示屏幕详解--面板类型IPS一般采用正性液晶（现在也有用负性液晶的），但不同于TN和VA，它的两层配向膜为平行排列，液晶分子在沟槽上诱导取向后，也是水平平行排列，这时候液晶形态规整，也没有发生扭转，所以光是透不过的，屏幕为常黑状态。优点：可视角度大、色彩还原真实准确、厚度更薄缺点：响应时间较慢手机显示屏幕详解--面板类型IPS一般采用正性液晶（现在也有用负性液晶的），但不同于TN和VA，它的两层配向膜为平行排列，液晶分子在沟槽上诱导取向后，也是水平平行排列，这时候液晶形态规整，也没有发生扭转，所以光是透不过的，屏幕为常黑状态。电极的排布也不是上下两端，而是在底层玻璃的两边。于是通电后，液晶分子不需要由水平变为垂直，只需在水平方向上进行扭转即可引导光线通过。而正是由于液晶分子始终是水平排列，所以手指按上去时液晶分子形变较小，对屏幕显示的影响也较小，这就是所谓“硬屏”的来历了。但是由于电场较弱的原因，液晶分子的扭转需要依靠相邻液晶分子的扭转来一层层带动，所以如果想要得到更快更好的显示效果，就需要增大驱动电压，由此也带来更高的能耗；不增大驱动电压就会使响应时间变慢，4.5V的驱动下响应时间为20ms，4V的驱动下响应时间为25ms。所以大多IPS厂商都选择在这两者之间找一个平衡点。手机显示屏幕详解--面板类型但是IPS也有它的优势，一方面就是大家都知道的宽视角了，这是因为它内部的液晶分子始终为水平排列，所以不管你从任何角度看，看到的始终是液晶分子的长轴，理论上也就是说，你从任何角度看到屏幕的显示效果都是一样的。另外IPS在色彩还原方面也表现出众，颜色还原准确且真实。因为液晶分子只在水平方向上旋转，稍微一动就是一个灰阶，这方面的表现大家就可想而知了。还有就是硬屏的结构可使IPS做到更轻薄，这也非常符合目前显示行业发展的需求。FFS全称为"边缘场开关技术"(FringeFieldSwitching)，是IPS的高级版本。和IPS一样，它们都是通过平行于玻璃基板的电场驱动液晶分子水平旋转来产生灰阶，不同之处在于IPS的正负极是在同一平面上，而FFS则先在玻璃基板上做一层负极，在覆盖过多层绝缘层后才是正极。手机显示屏幕详解--面板类型FFS最大的优势就在于由于边缘电场的引入，电极间的距离相对于IPS被很好地削减，从而大大提高了透光率，连带的还有低色差和低功耗。AFFS技术即第三代FFS技术，

是的，理论上FFS就是IPS的高级版本。98年FFS由韩国Hydis在IPS的基础上研发并注册，旨在克服当时IPS存在的各种问题，02年连同Hydis全部TFT-LCD项目被京东方收购，03年第手机显示屏幕详解--面板类型代FFS诞生，即之前所说的AFFS，04年Hydis将AFFS授权给HITACHI，06年将AFFS授权给SanyoEpson，同年从京东方剥离，07年被台湾元太收购，08年开发出AFFS+和HFFS技术，09年一次性卖断授权给LG，12年先后限期授权给AUO和Sharp，其间陆续授权给众多台湾小厂。其转折点是在09年。实际上AFFS在经历初上市的短暂辉煌后至07年已是江河日下了，对元太来说，08年研发的AFFS+和HFFS就成为能否让当时已经深陷亏损Hydis扭亏为盈的一颗重要棋子。而09年LG的慧眼识珠，买断FFS技术无限期授权进而整合进自家IPS面板供货给Apple，所涉及产品包括之后如日中天的iPhone4和thenewiPad，自此打开了FFS一发不可收拾的局面。事实上，今天我们所能接触到的中高端手机平板基本上都采用了FFS技术，包括ipad3/4，iphone4/4s/5，nexus7，kindlefire等等。手机显示屏幕详解--面板类型手机显示屏幕详解--面板类型AMOLED（ActiveMatrix/OrganicLightEmittingDiode）是有源矩阵有机发光二极管。优点：超薄、自发光、色域非常广、高对比度、响应速度极快缺点：成本高、色温偏冷、寿命较短、Pentile排列、最大亮度低手机显示屏幕详解--全贴合技术全贴合即是以水胶或光学胶将面板与触摸屏以无缝隙的方式完全黏贴在一起。目前市场上常见的全贴合屏幕主要是以原有触控屏厂商为主导的OGS方案，以及由面板厂商主导的On

Cell

和In

Cell

技术方案。

优点：全贴合技术取消了屏幕间的空气，这有助于减少显示面板和玻璃之间的反光，可以让屏幕看起来更加通透，增强屏幕的显示效果。In-Cell是指将触摸面板功能嵌入到液晶像素中的方法，即在显示屏内部嵌入触摸传感器功能，这样能使屏幕变得更加轻薄。同时In-Cell屏幕还要嵌入配套的触控IC，否则很容易导致错误的触控感测讯号或者过大的噪音。OnCell是指将触摸屏嵌入到显示屏的彩色滤光片基板和偏光片之间的方法，即在液晶面板上配触摸传感器，相比InCell技术难度降低不少。手机显示屏幕详解--全贴合技术手机显示屏幕详解--全贴合技术OGS技术就是把触控屏与保护玻璃集成在一起，在保护玻璃内侧镀上ITO导电层，直接在保护玻璃上进行镀膜和光刻，由于节省了一片玻璃和一次贴合，触摸屏能够做的更薄且成本更低。不过OGS仍面临着强度和加工成本的问题。由于OGS保护玻璃和触摸屏是集成在一起的，通常需要先强化，然后镀膜、蚀刻，最后切割。这样在强化玻璃上切割是非常麻烦的，成本高、良率低，并且造成玻璃边沿形成一些毛细裂缝，这些裂缝降低了玻璃的强度，目前强度不足成为制约OGS发展的重要因素。In-cell在三种方案中最薄手机显示屏幕详解--全贴合技术手机显示屏幕详解—技术前沿三星新机GalaxyRound呈现弧形设计人员演示Lumia920

手套操作触摸屏概念及应用触控屏（Touchpanel）又称为触控面板，是个可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。触摸屏在我国的应用范围非常广阔，大到GSP卫星定位系统，公共信息的查询；如电信局、税务局、银行、电力等部门的业务查询；城市街头的信息查询；领导办公、工业控制、军事指挥、点歌点菜、多媒体教学、房地产预售等。小到电子钟表，电动玩具，计算器，台历，手写板，电子字典/书，PDA，商务通；电话机，手机，家用电器，工业仪器设备操作系统。触摸屏工作原理及优势为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。工作时，我们必须首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令加以执行。触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。利用这种技术，我们用户只要用手指轻轻地碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现对主机操作，从而使人机交互更为直截了当。触摸屏类型按技术原理来区分，触摸屏分为：◆矢量压力传感技术触摸屏（已退出历史舞台）◆电阻技术触摸屏◆电容技术触摸屏◆红外线技术触摸屏◆表面声波技术触摸屏按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，我们把触摸屏分为四种：◆电阻式触摸屏◆电容感应式触摸屏◆红外线式触摸屏◆表面声波式触摸屏各类触摸屏介绍一.电阻触摸屏工作原理：其结构由两层高透明的导电层组成，通常下层是ITO玻璃，上层是ITO薄膜材料，中间有细微绝缘点隔开。当触摸屏表面无压力时，上下层成绝缘状态，一旦有压力时加到触摸屏上，上下层电路导通。这时，控制器通过分别在X坐标方向和Y坐标方向上施加驱动电压，探测出触点X—Y坐标，从而明确触点位置。手机触摸屏（电阻）各类触摸屏介绍优缺点：电阻技术触摸屏都是一种对外界完全隔离的工作环境，不怕灰尘、水汽和油污；可以用任何物体来触摸，可以用来写字画画，这是它们比较大的优势。且电阻触摸屏的精度只取决于A/D转换，所以定位准确。但是复合薄膜的外层采用塑胶材料,不知道的人太用力或使用锐器触摸可能划伤整个触摸屏而导致报废。不过,在限度之内，划伤只会伤及外导电层，外导电层的划伤对于五线电阻触摸屏来说没有关系,而对四线电阻触摸屏来说是致命的。适用范围：

比较适合工业控制领域及办公室内有限人的使用。各类触摸屏介绍二.电容式触摸屏工作原理：这种触摸屏是把透明的金属层涂在玻璃板上作为导电体,在触摸屏四边有狭长的电极,在导电体内形成一个低电压交流电场。当手指触摸在金属层上时或导电物体触碰时,电容发生变化,使得与之相连的振荡器频率发生变化,通过测量频率变化可以确定触摸位置信息。

优缺点：就耐久性而言，在不特定人数的公众进行输入的KIOSK等公共系统中，考虑被烟头碰到、被金属划伤等不良情况，还有就是在容易沾到灰尘和油脂的环境下，最好是使用电容式触摸屏。但是由于电容随温度、湿度或接地情况的不同而变化，故其稳定性较差，往往会产生漂移现象。适用范围：比较适合在人数较多的公共场合使用。各类触摸屏介绍三.红外线式触摸屏工作原理：红外线式触摸屏是利用X、Y方向上密布的红外线矩阵来检测并定位用户的触摸。红外触摸屏在显示器的前面安装一个电路板外框，电路板在屏幕四边排布红外发射管和红外接收管，一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触摸屏幕时，手指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，因而可以判断出触摸点在屏幕上的位置。

手机触摸屏（电容）各类触摸屏介绍优缺点：红外线式触摸屏是利用X、Y方向上密布的红外线矩阵来检测并定位用户的触摸。任何触摸物体都可改变触点上的红外线而实现触摸屏的操作。由于没有电容充放电过程，响应速度比电容式快。另外红外触摸屏不受电流、电压和静电干扰，适宜恶劣的环境条件。红外线技术是触摸屏产品最终的发展趋势。但是在早期观念上，红外触摸屏存在分辨率低、触摸方式受限制和易受环境干扰而误动作等技术上的局限，因而一度淡出过市场。此后第二代红外屏部分解决了抗光干扰的问题，第三代和第四代在提升分辨率和稳定性能上亦有所改进，但都没有在关键指标或综合性能上有质的飞跃。适用范围：比较适合工业控制领域及办公室内有限人的使用。四.表面声波触摸屏工作原理：这种触摸屏的四角分别安装竖直或水平向超声波发射换能器及接收换能器，四边亦刻有反射条纹，发出如参照波形般的超声波信号。当手指触摸屏幕，便会吸收一部分声波能量，控制器依次减弱的信号计算出触摸点的位置。各类触摸屏介绍优缺点：清晰度较高，透光率好。高度耐久，抗刮伤性良好(相对于电阻、电容等有表面度膜)。反应灵敏。不受温度、湿度等环境因素影响，分辨率高，寿命长（维护良好情况下5000万次）；透光率高（92%），能保持清晰透亮的图像质量；没有漂移，只需安装时一次校正；有第三轴（即压力轴）响应。但是表面声波屏需要经常维护，因为灰尘，油污甚至饮料的液体沾污在屏的表面，都会阻塞触摸屏表面的导波槽，使波不能正常发射，或使波形改变而控制器无法正常识别，从而影响触摸屏的正常使用，用户需严格注意环境卫生。必须经常擦抹屏的表面以保持屏面的光洁，并定期作一次全面彻底擦除。

适用范围：目前在公共场所使用较多。各类触摸屏介绍触摸屏测试技术一.虚拟键循环测试1.目的：这个测试是为了验证触摸屏上的虚拟按键。2.测试描述：

⑴测试前初检,以保证其具有正常的机械性能和功能。

⑵测试前后和每10万次循环后，通过用手写笔或手指点击虚拟键盘上的每个字母检查触摸屏。

⑶测试前后，测量触摸屏测试区域特定功能被激活的力。

⑷手机固定夹具上，保证其在测试过程中位置不会变动。调节设备，使压头到触摸屏间的距离为0.5-1.0mm。触摸屏测试技术按压区域为虚拟按键位置（不成熟的样品：至少按压触摸屏的四个角和中间一点，离装饰边1mm的位置）3.接受标准（1）测试后，触摸屏不应该有任何可见的，机械性，功能和光学的损坏。（2）所有虚拟按键的激活力应该<0.8N（3）测试后，触摸屏的所有性能应该完好。触摸屏测试技术二.滚动条寿命测试1.目的：模拟滚动条的使用，以验证触摸屏的使用寿命。2.测试描述：⑴测试中要经常更换手写笔，每划3万次就应该更换铁笔。⑵用人造皮脂薄层09D包裹在压头上去接触触摸屏，来模仿手指按压移动滚动条，避免过多的摩擦甚至磨穿。⑶测试前初检，保证其具有正常的机械性能和功能。并对滚动条进行功能检查。

⑷手机固定夹具上，保证其在测试过程中位置不会变动。⑸EUT:10pcs总共：10万次（一个循环为一来一去）

力：2.5N测试速度：最大50mm/second测头：聚乙醛铁笔R=0.8的顶端标准手写笔的角度：垂直触摸屏手写笔的接近速度为：20-40mm/s

⑹

测试后，检查手机是否具有正常的机械性能和功能。触摸屏测试技术移动的长度应为作用区域的90%，离装