你所不了解的手机屏幕

wnimei | 2014-04-21 17:55

早在22年前,IBM推出了世界上第一款触摸屏的手机“Simon”,它拥有4.5寸,160×293分辨率的黑白显示器。

进入21世纪后伴随着PDA的概念,类似iPAQ这样一些基于Pocket PC操作系统的智能手机开始兴起,因为屏幕较小和生涩的手感,多数会附带一支“手写笔”,这是当时电阻屏的局限性。

2007年Apple发布了一战成名的iPhone,它细腻顺滑的手感一方面来自于iOS的流畅,另一方面则是因为采用了当时不多见的电容屏。

直到今天,手机上几乎所有的触摸屏都采用了电容式,同时触摸屏技术仍然在以我们不可感知的速度在继续向前发展着。

屏幕的贴合方式

分离式(GG/GP/GF)

所有的触摸屏(LCM, Liquid Crystal Module)都可以划分为两个功能:负责感应触摸的触控层(TP, Touch Panel)和负责显示的显示屏(LCD, Liquid Crystal Display)。当前大多数手机的屏幕都可以拆成两个部分,俗称“外屏”和“内屏”,说的就是TP和LCD。

包括iPhone 3GS和红米的屏幕都是分离式结构,它的缺点是:触控层和显示屏之间必然存在影响显示效果的空隙,分离的结构同时也增加了手机厚度和工艺难度。

但优点也很明显,这一类手机的屏幕被摔破后,如果还能正常显示,一般只需要更换外屏即可。

全贴合(TOL/OGS)

从结构图可以看出,感应器与显示屏之间的玻璃是不必要的,于是从2013年开始,主流价位手机中大量出现了使用“全贴合屏幕”的产品。

全贴合更薄,成本更低,还能增加透光度,显示效果优于分离式。但由于感应器与显示屏的距离过近,互相之间的电磁干扰或多或少会影响手感。

但全贴合屏幕一旦损坏,更换的成本将远远高于分离式。

一体化(In/On-cell)

分离式是分开的两个部件,全贴合是把两个部件粘在一起,而一体化则是真正具备感应功能的显示屏,是最终极的解决方案。

与全贴合不同的是一体化触摸屏对工艺的要求更高,往往只有同时拥有显示和触摸技术的大厂才有能力推出此类产品。并且产能有限,现阶段价格高昂,使用一体化触摸屏的机型目前只有一线大厂的旗舰级机型。

但可以肯定的是,一体化肯定是未来手机屏幕的发展方向。

屏幕使用的材质

无论采用哪种贴合方式,屏幕的最外层必须有一层起到保护作用的材质(Cover Lens)。对它的要求是坚固、透光率高以及更轻更薄。

钠钙玻璃(Soda Lime Glass)

在功能机时代,由于屏幕不大,很多手机都采用聚酯类透明塑料材质作为屏幕外层。而今,绝大多数手机的屏幕最外层是玻璃材质,而其中钠钙玻璃是最常见的一类。

钠钙玻璃技术门槛很低,任何传统玻璃加工厂都能够提供此类产品,价格低廉的同时仍然具备相当不错的可用性,是性价比很高的一个选择。

铝硅酸盐玻璃(Aluminosilicate Glass)

有别于钠钙玻璃,铝硅酸盐玻璃还添加了氧化铝和稀土于玻璃之中,再加上后期离子交换钢化工艺处理之后,可以获得普通浮法玻璃6倍以上的强度。

目前世界上仅有三家工厂可以提供此类产品:

美国康宁玻璃(Gorilla® Glass, by Corning)

这款2007年推出的产品,其硬度和强度改变了人们过去对于玻璃脆弱易损的看法。

康宁在2012年推出了其第二代产品,在强度不变的前提下能够降低10%~20%的厚度;在2013年的CES上,康宁更是推出了抗损伤能力比第二代产品强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系列在内的一系列明星手机在内,目前已经有超过10亿台设备使用了大猩猩玻璃。

日本旭硝子玻璃(Dragontrail® Glass, by AGC)

紧随康宁的是来自日本的企业AGC,其Dragontrail玻璃从参数来看大致相当于大猩猩第二代产品,努比亚(Nubia)的Z5和索尼的Xperia Z1都采用了这款材料。

德国肖特玻璃(Xensation® Glass, by Schott)

卡尔蔡司基金会旗下的肖特集团(Schott AG)有着超过125年的历史,在2013年推出了名为Xensation®的触摸屏用玻璃材料。

Xensation®的特点是表面含有银离子,能够提供优异的抗菌性能。但目前为止,还没有厂商推出过使用肖特玻璃的手机。

人造蓝宝石(Sapphire Crystal)

听名字也可以想象蓝宝石是一种极其昂贵的材料:由于晶体生长速度非常缓慢,1吨的晶体大概需要180天才能制成,现阶段只有定位为奢侈品的Vertu在其手机屏幕上使用了人造蓝宝石材质。

从下面的表格我们可以看到,铝硅酸盐玻璃和钠钙玻璃的差距并不是数量级的。而人造蓝宝石材料,才真正代表着未来。

物理特性 单位 钠钙玻璃 铝硅酸盐玻璃 人造蓝宝石 备注
康宁玻璃 旭硝子玻璃 肖特玻璃
弹性模量 GPa 73 71.5 74 74 345 表征材料的刚性,越大越不容易发生形变。
剪切模量 Gpa 30 29.6 30 30 145 表征材料抵抗切应变的能力,越大刚性越强。
维氏硬度 kg/mm2 580 649 681 673 2200 表征材料硬度。

感应器结构工艺

手机的“手感”如何,极大程度上取决于屏幕上的触控感应器。

目前绝大多数手机的触摸屏使用的是电容技术,目前的电容技术都离不开以氧化铟锡(ITO,Indium Tin Oxide)作为导电介质。

ITO的附着介质、排列形状和印刷工艺都会最终体现在手机显示屏的显示效果以及“手感”上。

双层工艺(DITO,Double-sides ITO)

屏幕是一个二维平面,要确定手指的位置,需要一个横坐标(X)和一个纵坐标(Y)。最初的感应器设计为叠加的双层结构,一层负责X轴一层负责Y轴。

苹果初代的iPhone第一个使用了这样的双层ITO(DITO),并且注册了大量的专利建立起了严密的知识产权壁垒。

DITO无需复杂的运算过程就可以精确快速地定位到手指的位置,在响应时间上也占据优势。可以说,iPhone的手感在很长时间内独步江湖的最大功臣并非iOS,而是DITO相关的一堆专利。

单层立交工艺(SITO,Single-side ITO with flyovers)

为了绕开苹果设下的专利陷阱,其他厂商设计出了单层架桥工艺(SITO)方案:

显然,在单层结构上要设计出两套独立的感应器,工艺难度显然大了不少,之间的电磁干扰也造成了精度和灵敏度的下降。

将关闭背光后的手机屏幕倾斜观察,你可以看到的有规则的纹理就是ITO的印刷图案。

不同的排列图案方案会导致不同的性能,其中斜方块(Diamond)是最简单也是效果最差的一种,而辐射形(Radiator)则是最复杂也是效果最接近于DITO的单层立交工艺。

包括Kindle Fire HD在内,很多中端手机或平板都使用了SITO屏幕。

单层工艺(SITO,Single-side ITO)

由于需要独立分开X/Y轴信号,传统的SITO工艺需要架桥爬坡,这是造成SITO成本上升和良品率下降的主要原因。

完全通过单层图案来确定X/Y坐标的廉价SITO解决方案于是应运而生。但单层图案往往只支持单点和简单手势,其准确度也远不如单层立交工艺。

单层工艺目前并不完善,甚少有品牌厂家敢于尝试。

只有一些对成本极度敏感的低端手机或山寨机,大量使用廉价但效果欠佳的单层图案SITO屏。一般消费者在普通使用场景中很难发现,而在玩一些对操控性敏感的游戏时就会出现明显的感受差异。

SITO工艺屏幕最多支持伪两点触摸,这是一个比较明显的特征,但对于一般消费者而言,最好还是使用工具来鉴别屏幕会比较靠谱。

检测手机屏幕的方法

手机屏幕的质量越来越为消费者所关注,本文从三个角度介绍了手机屏幕后面的技术,但如何评价屏幕的质量一直缺乏专业的方法和工具,如何让普通消费者快速认识自己手机屏幕也是一大难题。

此前我们手机屏幕或者性能的测试可能会用到安兔兔、屏幕测试仪等专门的软件性来测试,不过如果大家嫌安装麻烦的话,大家也可以通过浏览器来测试。这里推荐个比机机屏幕检测的网页应用,直接用浏览器输入bijiji.net 就能马上对手机屏幕进行检测。它能检测出手机屏幕的分辨率、贴合方式、材质和结构工艺等参数。

 

同时还提供了包括坏点检测等在内的一系列的屏幕自查工具。这个应用最体贴最关键的是:不需要安装!在购买新机的时候,检测一下屏幕做到心中有数,是非常有必要的。

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