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    手机屏幕的拆解和分析
    来源:澳门皇冠在线 时间:2017-05-27

    手机屏幕作为一个手机的面子,人机交互的窗口,它的重要性不言而喻。能够把生活中的图像活灵活现地展现出来有点神奇,我一直怀有好奇,既然好奇,那就拆一个屏幕来探个究竟。

     

    因为平时接触的手机屏幕 TFT-LCD(Thin film transistor liquid crystal display 薄膜晶体管液晶显示屏)类型的比较多,这里就拆个 TFT-LCD 型的 MX4 屏幕。

     

    ▲15:9 比例,分辨率 1920X1152,这是一个单纯的屏幕,没有保护玻璃触屏。

    ▲整体厚度 1.29mm

    ▲黑边仅为 0.8mm

     

    点亮后,前所未有的通透感,0.8mm 的黑边不算世界最窄,夏普那个「无边框」的手机黑边更窄,为 0.6mm。

     

    真正无边框手机能不能做出来这些问题,文章最后发表一点看法。

     

    ▲太美了,忍不住多拍了几张。

    ▲可视角度不成问题

    ▲通透

     

    四周透光的是背光模组固定框,光从导光板四周透出来,这种现象不是漏光,因为只是个单纯的显示屏,当跟触屏贴合装机后,有防漏光措施。废话就不扯了,开拆。

     

    ▲遮光片

     

    黑色,防止背光透出来,下面那张是反光片。

     

    ▲反光片

     

    跟镜子一样,它的作用是尽量把光线反射回去,作为 LCD 屏幕,最大效率地利用好光能有效提高屏幕亮度。

     

    ▲把反光片抽出来一半,看得出下半部分亮度明显高于上半部。

    ▲导光板

     

    导光板的作用是把 LED 从侧面平行方向入射的光变成非平面方向,这样平行光照射到上面就会变成散射光,往上下方向行进,往下的光则被反光片反射回来。

     

    ▲图1为无导光板,图2有导光板,图3为导光板背面

     

    看图就明白了导光板的作用,图3可以看出来导光板把光导向了屏幕各个方向。

     

    ▲LED 背光

     

    导光板拆下后,LED 背光灯就露出来了,16 颗均匀分布,作为 LCD 型屏幕,光是它的命根,LED 越亮屏幕就越亮,但手机续航就堪忧,所以在保证 LED 颗数不变的情况下,屏幕厂商改善液晶技术和工艺,提高开口率来改善屏幕亮度,LED 光的冷暖在一定程度上影响着屏幕的色温。

    ▲柔光片,顾名思义是让光线变得柔和。

     

    ▲增光片

     

    通过导光板散射出来的光,方向是任意的,增光片把射出角度偏离垂直方向太多的光给反射回去,这就是它的功能。至此背光模组拆完了,各种片片,一个字,聚光。

     

    聚拢这么多光干嘛,那就是接下来要长篇幅谈到的 LCD 显示原理,没兴趣的朋友可以直接跳到文末。

     

    ▲TFT-LCD 结构示意图

     

    TFT-LCD 显示屏由背光模组和液晶面板两大部分组成,刚刚上面拆卸的是背光模组。

     

    ▲显示屏结构示意图

     

    TFT-LCD 屏幕就是光线的神奇之旅,通俗点解释就是:背光模组聚集的光线来到第一片偏光片后,与偏光片垂直方向的光波就被阻挡,只剩下一个与偏光片平行方向的光,光接着前进投射到由 TFT 控制的液晶上面,TFT 通过电流电场来控制液晶规则旋转排列,液晶旋转角度决定了光线能否通过第二片偏光片,所以产生了透光度的差别。

     

    而液晶本身没有颜色,因此要用彩色滤光片产生各种颜色,一个像素点由 3 个 R G B 基本色构成,依此原理控制每个像素的明暗,便可构成所需彩色图像。大意原理看起来可能晦涩难懂,下面用几张图来辅助理解。

     

    偏光片

     

    从图中我们可以看到,由光源发出的自然光是包含多个振动方向,通过偏光片之后变成了只有一个振动方向的偏振光。

     

     

    如果光波的振动方向垂直于偏光片的方向,那么就会被完全阻拦下来,光强最弱,几乎看不到光线,如果是平行的则可以直接通过,光强最强。

     

    当然如果既不垂直也不平行,则通过的光的强度则取决于光的振动方向和偏光片方向的夹角,夹角越小通过的光的强度越大。

     

    液晶的作用就在于,通过 TFT 阵列加电之后能改变光的方向,使偏振光能够通过第二块偏光片,从而能在屏幕上看到各种强度不同的光,当然想要显示不同颜色的光则通过相应的彩色滤光片合成各种颜色就可以了。

     

    从图中我们可以看到液晶扭转了光的方向,使之能通过第二块偏光片。

     

    而 LCD 中有前后两块偏光片,一片水平偏光片,一片垂直偏光片,把两块偏光片成垂直放置在一起,理论上所有光线都被阻挡了,如上图中的黑色块。

     

     

    LCD 能够精准地显示,拜托了夹在两片偏光片中间的液晶,它就像光的使者一样。

     

    左图是断电状态,液晶没有发生偏转,从垂直偏光片透进来的光经过液晶折射后,恰好可以通过水平偏光片,屏幕为亮。

     

    右图则相反,通电后液晶发生了偏转,成垂直状态,光线射到液晶上面后不会被折射,光波的偏振方向也就没有被改变,刚好被上面水平偏正片把垂直偏振方向的光遮挡,显示为暗。

     

    ▲去掉背光模组的 LCD

     

    当把背光模组去掉后,屏幕还是会显示内容,只是有光就看得到显示内容,没光就没戏。

     

    TFT

     

    ▲TFT 玻璃基板显微图

     

    TFT 叫做薄膜晶体管,对屏幕上的各个独立的像素进行控制驱动,相当于一个开关,也就是通电与断电来驱动液晶旋转。如果要问 TFT-LCD 显示屏哪部分最难做,毫无疑问就是 TFT。

     

    TFT 作为控制电路,蚀刻在玻璃基板上面,那就需要把电路制作好,用作导电的线路是 ITO(Indium Tin Oxide,透明导电金属),ITO 是透明的,这样才不会阻挡背光。

     

    例如 MX4 的屏幕,5.36 英寸分辨率为 1920X1152,换算成像素就是有 2211840 个像素点,一个像素点包括三个(RGB)子像素, 那就是 2211840 X 3 =6635520,每一个子像素都需要单独的 TFT 来控制,制作这样一块屏幕也就需要 660 多万 TFT, 再计算一下后得到 1mm²内就要 811 个 TFT 单元, 这还只是 1080P 分辨率,以此类推算一下 MX4 Pro 2K 分辨率,1mm²内就要堆 1390 个 TFT 单元。

     

    而且在 TFT 单元内,TFT 线路所占 TFT 单元的面积大概也就十分之一,可想而知 TFT 有多小,要在非常薄的玻璃上面蚀刻这么微小的电路,对工艺要求非常高,而且彼此 TFT 之间不能产生干扰。

     

     

    ▲LCD 显示示意图

     

    说了这么多,最后回顾梳理一下 LCD 显示原理。

     

    从左边开始,一开始有三束光从左边打入,第一片滤光片把垂直方向的偏振光过滤掉,只剩下水平方向,光穿过玻璃基板,到达液晶层,由 TFT 开关加电驱动液晶旋转。

     

    最底下那道光因为液晶没有旋转,光线没有被折射沿原来方向前进,穿过彩色滤光片,到达第二片偏正片前被完全阻挡,所以前面板对应的子像素显示黑色;

     

    中间那道则经过偏转产生了一定的折射角度,但是因为角度没有跟第二片偏正片完全平行,光线能够透出一些,但是比较弱,显示效果也较暗;最上面那道光经由液晶偏转完全形成了跟偏正片完全平行的光线,全部通过后前面板显示最亮的红色。

     

    这就是由 TFT 电压强弱控制液晶旋转角度,导致光线穿过的明暗强度,最终显示出不同灰阶的色彩,构成了屏幕显示内容。

    ▲LCD 双玻璃厚度

     

    上面彩色滤光片玻璃,下面 TFT 玻璃基板,中间液晶,总厚度 0.32mm, 玻璃厚度只有 0.15mm, 薄如蝉翼,可以摸一下 A4 纸的厚度感受一下。

     

    最后上一张屏幕拆解全图:

    最最后来说一下,无边框手机能否实现。

     

    无边框手机听起来很美好,要想做无边框手机,那就得先有无边框屏幕出现,就目前的屏幕制造技术而言,无边框屏幕没法实现,这里讨论的无边框是无显示黑边的意思。

     

    显示屏左右两边的黑边窄度(BM 区)也就是所谓的窄边框,这两边也有 TFT 电路线,例如 1920X1080 分辨率的屏幕,纵向就有 1920X3=5760 个子像素,每一行的 TFT 采用串联,也就要布 5760 条线,有两边框就除以 2, 一边也要 2880 条,再者,这个线又不能做成 TFT 玻璃基板上的 ITO 透明线。

     

    因为这么密集的布线,要考虑到电路之间的干扰性,而 ITO 的抗干扰性满足不了这么密集的布线,必须采用有色金属,所以这个黑色的区域必不可少。

     

    分辨率越高,这个布线的宽度就要越宽,除了布线的技术性局限,显示黑边还有防漏光作用。
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