内面図：LCDおよびE-Inkディスプレイ

存在しないパス！

「Inside Look」シリーズの最後の記事では、日常のことについて話しましたが、過去1か月にわたってこの方向で大量の資料を受け取ったにもかかわらず、IT関連のトピックに戻りましょう。

特にディフェンダーオブザファーザーランドデイでは、LCDとE-Inkのディスプレイが準備テーブルに置かれ、何らかの形で私がやや打ち負かされました。

アントンが電話を壁に投げつけた方法と、ディスプレイを徹底的に分析した結果をカットの下で読みました。

まえがき

昔々、アントン・ゴロデツキーが住んでいました。
妻は去り、彼は幼稚ではなく悲しい...

グループUmaturmanの有名な歌の始まりです。 物語はディスプレイの研究から始まります。 Habréの最初の出版後、FNM MSUの私の大学院生の友人が私のところに来て、「ここで私の携帯電話を壊しました、あなたはそれを切りたいですか？」と言いました。殺人者に。 一度家に着くと、習慣から外れて、アントンは電話をクローゼットの中に放り込みましたが、どうやら、何も計算せずに、彼は正確なディスプレイで棚の端に着きました。

携帯を失ったことによる途方もない損失に気づき、その日の一般的な機嫌が悪いため、彼は真の紳士のように振る舞い、携帯電話の本体を何度もコンクリートの壁に投げつけました。 遺骨が私に届いたとき、クジラの半分は単に欠けていた、ディスプレイは割れ目の小さなcoの巣で覆われていました。
私はそれをより良い時期まで延期しなければならなかった（その後、誰かがiPhoneや他のタッチスクリーンスマートフォンで同じことをするまで）と思い、HDDとCD、そして電球、フラッシュドライブなどで働き始めました

しばらくして、私の隣人がひびの入ったE-Inkディスプレイを私に持ってきてくれました。 彼の友人は、エアソフトのゲーム中にシリアル番号601の有名な読書室で薄いガラスを割ったようです。

これはすでに興味深いものでした。2つの技術を比較して、帯電粒子が浮遊するRGBサブピクセルとマイクロカプセルを作成してみてください。 しかし、Sitaの抵抗センサーと同時に比較するために、静電容量センサーを備えたスマートフォンを手に入れたいと思っていました。

そして、チェルシーゴロフカから化学学部に到着し、実際に電子顕微鏡で何をしているのかを見て、ヴァシリー（学部の研究室の科学者）は、分解して切断するためにわずかに壊れたディスプレイを備えた韓国の有名メーカーから電話を寄付する準備ができていると言いました「科学のために、私は何も残念に思いません。」

センサーが容量性であるというすべての保証にもかかわらず、中国キットのタッチパネルよりも高度な設計であるにもかかわらず、抵抗性であることが判明しました。 この電話から重要な詳細が抽出されました。この電話は、カットする時間を待っています-写真/ビデオカメラのマトリックス...

理論部

LCDディスプレイはどのように機能しますか？

私たちは皆、フラットテレビ、モニター、電話、スマートフォンを長い間使用してきたので、良いモニターの重量が10-15キログラムだったことを忘れていました（まだそのようなマストドンがあり、最も重要なことは、それが適切に動作します！）

これはすべて、1世紀前の発見（1888年に液晶が発見された）と、過去30〜40年（1968-LCDを使用して情報を表示するデバイス、1970年代-液晶の一般的な利用可能性）の技術の発展により可能になりました。 液晶とLCDモニターに関する多くの情報はWikiにあります。

したがって、ほとんどすべてのLCDモニターは、次の主要部分で構成されています。アクティブマトリックス（画像を形成するトランジスタのセット）、光を透過するかしないかのいずれかの光フィルターを備えた液晶層、および今日のバックライトシステム完全にLEDに変換してみてください。 私の「古い」Asus G2Sでは、優れた品質のディスプレイが蛍光灯で強調されています。

どのように機能しますか？ 光源（LEDまたはランプ）から特殊な透明板導波路を通過する光は散乱されるため、マトリックス全体がその領域全体で均等に照明されます。 次に、光子は偏光フィルターを通過します。偏光フィルターは、指定された偏光の波のみを透過します。 次に、薄膜トランジスタのアクティブマトリックスが存在するガラス基板を貫通して、光が液晶分子に入ります。

この分子は、別の偏光フィルターを通過して単一のサブピクセルの光度を設定するように、角度が光波の偏光を変える角度の下にあるトランジスターから「コマンド」を受け取ります。 また、サブピクセルの色には、光フィルターの層（赤、緑、または青）が関与します。 混合して、人間の目に見えない3つのサブピクセルからの波が、指定された色と強度の画像ピクセルを形成します。


a）LCDディスプレイの概略図、b）液晶フィルムの詳細図。

私には思えるが、これはシャープのビデオで実証されている。



実績のあるLCD + TFT技術（薄膜トランジスタ-薄膜トランジスタ）に加えて、有機LED OLED + TFT、つまりAMOLED-アクティブマトリックスOLEDの技術が積極的に推進されています。 後者の主な違いは、偏光子、LCDの層、およびフィルターの役割が3色の有機LEDによって演じられることです。

実際、これらは電流が流れると発光する分子であり、流れる電流の量に応じて、通常のLEDで起こるのと同様に色の強度を変化させます。 パネルから偏光子とLCDを取り外すことで、潜在的に薄くすることができ、最も重要なことは、柔軟です！

タッチパネルは何ですか？

センサーは現在、LCDおよびOLEDディスプレイでより多く使用されているため、すぐにそれらについて話すのが賢明だと思います。

タッチスクリーンまたはタッチパネルの非常に詳細な説明がここにあります （ソースはここに住んでいたが、どういうわけか姿を消しました）。したがって、すべてのタイプのタッチパネルについては説明しません。

抵抗センサーから始めましょう。 4つの主要コンポーネントで構成されています：タッチパネル全体のキャリアとしてのガラスパネル（1）、抵抗コーティングを施した2つの透明な高分子膜（2、4）、これらの膜を分離するマイクロ絶縁体の層（3）、4、5または8ワイヤ、タッチの「読み取り」を担当します。


抵抗センサーデバイス図

特定の力でこのようなセンサーをクリックすると、膜が接触し、下図に示すように電気回路が閉じ、抵抗が測定され、その後座標に変換されます：


4線式抵抗ディスプレイの座標計算原理（ Source ）

すべてが非常に簡単です。

2つのことを覚えておくことが重要です。a）多くの中国の携帯電話の抵抗センサーは高品質ではありません。これは、膜間の不均一な距離または低品質のマイクロ絶縁体が原因である可能性があります。 b）そのようなセンサーは、1つの膜を別の膜に押し付ける必要があります。

容量性センサーは抵抗性センサーとは多少異なります。 すぐに言及する価値があるのは、現在ではiPhoneやその他のポータブルデバイスで使用されている投影型静電容量センサーについてだけです。

このようなタッチスクリーンの動作原理は非常に簡単です。 電極のグリッドはスクリーンの内側に配置され、外側の電極は、例えば、複雑な酸化インジウムスズであるITOで覆われています。 ガラスに触れると、指がそのような電極で小さなコンデンサを形成し、処理電子機器がこのコンデンサの静電容量を測定します（電流パルスを与えて電圧を測定します）。

したがって、静電容量センサーは、タイトなタッチと導電性の物体のみに反応します。つまり、爪に触れると、スクリーンは1回おきに動作し、アセトンに浸したか脱水した手からも反応します。 おそらく、抵抗性タッチスクリーンに対するこのタッチスクリーンの主な利点は、かなり強い基盤、特にゴリラグラスなどの強いガラスを作ることができることです。


表面静電容量センサーの動作図（ ソース ）

e-inkディスプレイはどのように配置されていますか？

おそらく、LCDと比較してE-Inkははるかに単純です。 繰り返しますが、画像形成の原因となるアクティブマトリックスを扱っていますが、LCD結晶とバックライトについては言及されていませんが、代わりに、2つのタイプの粒子を持つコーンです：負に帯電した黒と正に帯電した白。 画像は、特定の電位差とそのようなマイクロローブ内の粒子の再分布を適用することにより形成されます。下の図で明確に示されています。


上はE-Inkディスプレイの動作図、下はそのような動作中のディスプレイの実際の顕微鏡写真です（ Source ）

これが誰かにとって十分でない場合は、このビデオで電子ペーパーの原理を示します。



E-Inkテクノロジーに加えて、SiPixテクノロジーがあります。SiPixテクノロジーでは、粒子のタイプは1つだけで、「塗りつぶし」自体は黒です。


SiPixディスプレイの動作図（ ソース ）

「磁気」電子ペーパーを真剣に知りたいと思っている人のために、Fingerに素晴らしい記事があったら、 ここで尋ねます 。

実用的な部分

チャイナフォンと韓国のスマートフォン（抵抗センサー）

中国の携帯電話から残ったメインボードとディスプレイを「きちんとした」ドライバーで分解した後、携帯電話のマザーボードで韓国の有名なメーカーを見つけて驚いた。


サムスンと中国は一つです！

スクリーンは注意深く、きちんと分解されたため、すべての偏光子は無傷のままであったため、私はそれらと解剖された物体の働く兄と一緒に遊んで仕方がなく、光学ワークショップを覚えています：


これが2つの偏光フィルターの仕組みです。1つの位置では、光束は実際には透過しません。90度回転すると完全に透過します

バックライト全体は4つの小さなLEDのみに基づいていることに注意してください（それらの合計電力は1 W以下です）。

それから彼はセンサーを長い間捜しました、それはそれがかなり厚いソケットであると心から信じていました。 それは全く逆でした。 中国と韓国の両方の携帯電話では、センサーは非常に高品質で、外部パネルのガラスにしっかりと接着されたプラスチックのいくつかのシートで構成されています。


左側がSitaefonセンサー、右側が韓国の電話です

中国の携帯電話の抵抗センサーは、韓国の高価なセンサーとは異なり、「シンプルで優れた」スキームに従って作られています。 私が間違っている場合は、コメントを修正してください。しかし、写真の左側に典型的な4ピン、右側に8ピンセンサーがあります。

中国の液晶ディスプレイ

中国の携帯電話のディスプレイはまだ壊れており、韓国の携帯電話はわずかに破損しているだけなので、最初の例を使用してLCDについてお話します。 しかし、それを完全に壊すまで、光学顕微鏡で見ます。


中国の電話のLCDディスプレイの水平線の光学顕微鏡写真。 左上の写真では、「間違った」色による視力の特定の欺ofがあります。白い薄いストリップが接触です。

1本のワイヤが2行のピクセルを一度に供給し、それらの間のデカップリングは完全に珍しい「電気ビートル」を使用して配置されます（右下の写真）。 これらすべての背後に、対応する色（赤（R）、緑（G）、青（B））でペイントされたライトフィルターパスがあります。

ループマウントに関連するマトリックスの反対側から、同様の色の内訳、トラック番号、すべて同じスイッチを見つけることができます（コメントで誰かがこれをどのように機能させるか教えていただければ、とてもクールです！）：


数字、数字、数字...

これは、顕微鏡の下で動作するLCDディスプレイの外観です。



それだけで、今ではこの美しさを見ることができません。文字通りこの言葉を砕きました。少し苦労した後、私はそのようなパンくずを2つの別々のガラスに「分割」しました。

これで、フィルターの個々のトラックを見ることができます。 それらの暗い「スポット」については、少し後で説明します。


ミステリアススポットのあるフィルターの光学顕微鏡写真...

そして今、電子顕微鏡に関する小さな方法論的側面。 同じ色のストライプですが、すでに電子顕微鏡のビームの下にあります：色が消えました！ 先ほど言ったように（たとえば、 最初の記事で ）、電子ビームは、有色の物質と相互作用するかどうかに関係なく、完全に「白黒」です。


それは同じストライプのようですが、すでに色なしで...

裏面を見てみましょう。 トランジスタが配置されています：


光学顕微鏡で-カラーで...


そして、電子顕微鏡-白黒画像！

光学顕微鏡では、これは少し悪く見えますが、SEMでは各サブピクセルの境界を見ることができます。これは、次の結論にとって非常に重要です。

これらの奇妙な暗い領域は何ですか？！ 私は長い間考え、頭を悩ませ、多くの情報源を読みました（おそらくWikiが最もアクセスしやすいと判明したのかもしれません）。ところで、この理由で、2月23日木曜日に記事のリリースを遅らせました。 そして、ここに私が出した結論があります（たぶん私は間違っている-正しい！）。

VAテクノロジーまたはMVAテクノロジーでは、最も単純なテクノロジーの 1つであり、中国人が新しい何かを思いついたとは思いません。各サブピクセルは黒でなければなりません。 つまり、光はそれを通過せず（動作中および非動作中のディスプレイの例をここに示します ）、「通常の」状態（外部の影響なし）で液晶が乱れ、「必要な」偏光を与えないという事実を考慮して、個々のサブピクセルにはそれぞれ独自のLCDフィルムがあります。

したがって、パネル全体は単一のマイクロLCDディスプレイから組み立てられます。 個々のサブピクセルのフリンジについての発言も、ここで有機的に適合します。 私にとって、これは記事を準備する過程で予想外の発見でした！

私は韓国の携帯電話のディスプレイを壊したことを後悔しました。結局のところ、私は子供たちと遠足のために学部に来た人たちに何かを見せなければなりませんでした。 他に何かが見えるとは思いません。

さらに、楽しみのために、コミュニケーターの2つの主要メーカーであるHTCとAppleのピクセルの「組織」の例を挙げます。 iPhone 3は、親切な人によって痛みのない操作のために寄付されたもので、HTC Desire HDは実際私のものです。


HTC Desire HDディスプレイの顕微鏡写真

HTCディスプレイに関する小さなコメント：特に探していませんでしたが、上の2つの顕微鏡写真の真ん中にあるこのストリップは、同じ静電容量センサーの一部になりますか？！


iPhone 3の顕微鏡写真

私の記憶が私にぴったりなら、HTCディスプレイにはsuperLCDがあり、iPhone 3には通常のLCDがあります。 いわゆるRetinaディスプレイ、つまり、液晶を切り替えるための両方の接点が同じ平面にあるLCD、In-Plane Switching-IPSは、iPhone 4にすでにインストールされています。

3DNewsのサポートを含む記事が、さまざまなディスプレイテクノロジーの比較に関するトピックで間もなくリリースされることを願っています。 それまでの間、HTCディスプレイは非常に珍しいことに注意してください。個々のサブピクセルのコンタクトは非標準的な方法で開かれます-iPhone 3とは異なり、何らかの方法で上から。

最後に、このセクションでは、セタフォンの1サブピクセルのサイズが50 x 200マイクロメートル、HTC-25 x 100マイクロメートル、iPhone-15-20 x 70マイクロメートルであることを付け加えます。

有名なウクライナのメーカーのEインク

一般的なことから始めましょう-「ピクセル」、またはむしろ、画像形成に関与するセル：


アクティブマトリックスEインクディスプレイの光学顕微鏡写真

そのようなセルのサイズは約125マイクロメートルです。 マトリックスが適用されているガラスを通してマトリックスを見ているので、「背景」の黄色の層に注意してください-これは後で取り除く必要がある金の塵です。

さらなる通電接点。 この写真は特に感銘を受けました。


恥ずかしさを楽しみにしています！


水平（左）と垂直（右）の「入力」の比較

とりわけ、ガラス基板上で多くの興味深いことが発見されました。 たとえば、本番環境でディスプレイをテストするためのラベルと連絡先を配置します。


タグとテストパッドの光学顕微鏡写真

もちろん、これは頻繁には発生せず、通常は事故ですが、表示が壊れることもあります。 たとえば、人間の髪の毛よりも小さいこのわずかに目立つ亀裂は、モスクワの地下鉄の蒸し暑い中で、霧のかかったアルビオンに関するお気に入りの本を読む喜びを永遠に奪うことができます：


ディスプレイが壊れた場合、誰かがそれを必要とします...私、例えば！

ちなみに、ここにあるのは、私が言及した金は、インクとの高品質の接触のためにセルの「下」にある滑らかな領域です（それらについては少し下です）。 金は機械的に除去され、結果は次のとおりです。


あなたは多くの勇気を持っています。 彼らがどのように見えるか見てみましょう！ （c）

薄い金色のフィルムの下では、アクティブマトリックスのコントロールコンポーネントは、それを呼び出すことができれば隠されています。

しかし、最も興味深いのはもちろん、「インク」そのものです。


アクティブマトリックスの表面のインクのSEM顕微鏡写真。

もちろん、内部を見て「白」と「黒」の顔料粒子を見るために、少なくとも1つの破壊されたマイクロカプセルを見つけることは困難です。

電子インク表面のSEM顕微鏡写真


「インク」の光学顕微鏡写真

それとも中に何かありますか？！


粉砕された球体、またはキャリアポリマーから引き裂かれたもの

個々のボール、つまりE-Inkのサブピクセルの類似物のサイズは20〜30ミクロンと小さいことがあり、これはLCDディスプレイのサブピクセルの幾何学的寸法よりも大幅に小さくなります。 このようなカプセルがその半分のサイズで機能する場合、画像はLCDよりもはるかに快適で良質のE-Inkディスプレイで取得されます。

そして、デザートの場合-E-Inkディスプレイが顕微鏡下でどのように機能するかについてのビデオ：

おわりに

私の話の最後に、この記事の執筆を手伝ってくれた人たちに感謝したいと思います。Anton（彼の手仕事の壊れた中国人）、Alexei（E-Inkを負傷、サービスのクラッチから時間をかけて）、Vasily（韓国の携帯電話、カメラの場合）次のいずれかの出版物のヒーローになります）、マーシャ（私にiPhoneを提供することを恐れなかった）、カテリーナ（彼女の名前の正当化のため）。

PS もちろん、私は読者のごく一部をひったくり、 RosNanoが推進するフレキシブルエレクトロニクスの技術を研究することができました 。

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まず 、Habréで公開されている記事の完全なリスト：

Nvidia 8600M GTチップを開くと、より詳細な記事がここに表示されます。 モダンチップ-内部の外観
内面図：CDおよびHDD
内面図：LED電球
内部ビュー：ロシアのLED産業
内部ビュー：フラッシュとRAM
内観：私たちの周りの世界
内面図：LCDおよびE-Inkディスプレイ
内部ビュー：デジタルカメラアレイ
内部ビュー：プラスチックロジック
内部の外観：RFIDおよびその他のタグ
内部ビュー：EPFLの大学院。 パート1
内部ビュー：EPFLの大学院。 パート2
内部ビュー：私たちの周りの世界-2
内部ビュー：私たちの周りの世界-3
内部ビュー：私たちの周りの世界-4
内面図：13個のLEDランプと1本のラム酒。 パート1
内面図：13個のLEDランプと1本のラム酒。 パート2
内面図：13個のLEDランプと1本のラム酒。 パート3
内部の外観：IKEA LEDの逆襲
内部の外観：フィラメントランプはとても良いですか？

および3DNews：
Microview：最新のスマートフォンのディスプレイ比較

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