Как делают экраны для телефонов

Технологии изготовления дисплеев

Существуют всего две массовые технологии изготовления дисплеев для телефонов: экраны на основе LCD, то есть жидких кристаллов, и на основе OLED — органических люминесцентных технологий. Дисплеи на жидких кристаллах пока наиболее распространены, но развитие и внедрение более современной технологии OLED идет неимоверно быстрыми темпами! Еще есть технология E-ink — такие дисплеи теоретически могут быть использованы в мобильных телефонах и прочей «мелкой» технике, однако расходы на их производство пока что довольно велики, да и недостатки имеются.

Жидкие кристаллы LCD

Устройства с жидкокристаллическими экранами — LCD (liquid cristal display) — сегодня можно увидеть повсюду: компьютерные дисплеи (плоские панели), телевизоры, карманные компьютеры. И, разумеется, мобильники. Практически все продающиеся сегодня телефоны оснащены ЖК-экранами: монохромными (янтарными, серо-зелеными) или цветными.

Что это за кристаллы? Они, как и твердые кристаллические вещества, например, соль, обладают строго определенной структурой — кристаллической решеткой — и прозрачны для света. Но, в отличие от обычных кристаллов, жидкие могут изменять структуру под внешним воздействием (электрического тока или температуры), закручиваться, становясь при этом непрозрачными. Темные элементы на экране — это участки ЖК-покрытия, на которые подан ток. Управляя током, можно создавать на экране надписи или картинки и так же легко добиваться того, чтобы они исчезали.

Жидкие кристаллы открыл австрийский ботаник Рейницер еще в 1888 году. И лишь в 1963 году ученые обнаружили, что в нормальном состоянии такие кристаллы пропускают свет, но могут менять свою структуру и отражать или поглощать свет под воздействием электротока. Это открытие через 10 лет позволило создать первый ЖК-экран, который появился на рынке в 1973 году в калькуляторах Sharp.

С тех пор ученые создали еще несколько технологий отображения информации, в основе которых лежит использование жидких кристаллов. Заметим только, что практически все сегодняшние LCD-дисплеи можно разделить на те, где кристаллы отражают/поглощают внешний свет, и те, где кристаллы преобразуют (поляризуют) свет, который идет от встроенного в телефон источника. Последние сейчас используются повсеместно, т. к. они способны обеспечить в общем-то приемлемое качество изображения да и диапазон отображаемых оттенков цвета у них не столь уж мал.

Вам наверняка приходилось встречаться с аббревиатурой STN (super twisted nematic — структура со сверхбольшим искажением), в таких дисплеях кристаллы способны «закручиваться» особенно сильно, что обеспечивает черно-белой или цветной картинке на экране повышенную контрастность. В STN степень «закручивания» очень велика — до 140 процентов! Такие экраны стоят во многих современных телефонах.

В ЖК-дисплеях для управления может использоваться активная или пассивная матрица. Пассивная матрица образована наложением слоев горизонтальных и вертикальных контактных полос. Если подать ток на вертикальную и горизонтальную полоску, задавая координаты, как в игре «Морской бой», то там, где эти полоски скрещиваются, кристаллы изменят структуру, и в соответствующем месте экрана можно будет видеть точку. В зависимости от силы тока кристаллы поворачиваются (искажаются) в большей или меньшей степени, пропуская, соответственно, больше или меньше света. В цветных дисплеях они еще и поляризуют свет. При поляризации из белого света электролюминесцентной лампы задней подсветки в нужных пропорциях «вырезаются» те или иные цветные составляющие, что в итоге и определяет цвет точки экрана. Кстати, именно эффект поляризации света приводит к тому, что на поверхности компакт-диска можно наблюдать радужные разводы. Отметим, что одним из основных недостатков таких экранов является их низкое быстродействие — для статичных картинок это значения не имеет, но картинки динамические, например, анимированные заставки или игрушки, на таких дисплеях смотрятся неказисто. Пример пассивной матрицы — экран, установленный в аппаратах Nokia 7210/6610.

Активные матрицы

Активные матрицы — это другой способ управления жидкими кристаллами. Активные матрицы обозначают аббревиатурой TFT (Thin Film Transistors) или AM (Active Matrix). Под поверхностью экрана на их основе — слой мельчайших транзисторов, полупроводников, каждый из которых управляет одной точкой экрана. В цветном дисплее телефона их количество может достигать нескольких десятков (а то и сотен) тысяч. Такой способ управления позволяет ускорить работу дисплея в несколько раз, хотя для воспроизведения видеоролика и этот способ не слишком эффективен, изображение может быть слегка «размытым», поскольку сами кристаллы не будут успевать поворачи-ваться с нужной быстротой.

Случается, что транзистор выходит из строя. Подобный дефект легко заметить невооруженным взглядом — точка экрана постоянно светится яркой «звездой» на фоне других или не светится вообще. Поэтому при покупке мобилки не поленитесь включить ее и внимательно присмотритесь к дисплею и, если заметите «битые» элементы, вовремя поменяйте аппарат.

Своим путем идут разработчики Samsung — в прошлом году компания представила ЖК-дисплеи, выполненные по собственной технологии UFB (Ultra Fine and Bright). За этой аббревиатурой скрывается экран, обладающий повышенной яркостью и контрастностью, при этом потребляемая мощность снижена по сравнению с традиционными ЖКИ. Вдобавок производство нового дисплея, по заверению разработчиков, обходится дешевле. Интересно, что удалось пробить барьер в 65 тысяч цветов, начиная с 2003 года в серию идут уже экранчики на 260 тысяч.

Органические дисплеи OLED

Брешь в засилье ЖК-дисплеев пробила новая технология OLED (Organic Light Emitting Diodes) — электролюминесцентные дисплеи на органических светоизлучающих полупроводниках. Главное отличие — не нужны лампы подсветки, в новых дисплеях светятся непосредственно элементы поверхности. И светятся ярко, в десятки раз ярче, чем экраны на ЖК! При этом они потребляют гораздо меньше электроэнергии, обеспечивают хорошую цветопередачу, высокую контрастность, большой угол обзора (до 180 градусов), могут иметь широкий цветовой охват. Из недостатков отметим относительно низкое «время жизни» (порядка 5–8 тысяч часов), впрочем, для телефона — более чем достаточно.

По толщине органические дисплеи соизмеримы с обычным оконным стеклом, впрочем, есть даже гибкие образцы, которым прочат большое будущее в качестве, например, экранов большого формата. Их можно будет при необходимости выдвинуть из телефона, а после использования такой экран вновь скатается в рулончик внутри корпуса аппарата.

«Органикой» оснащают в основном дорогие устройства высшего класса, серийное производство которых еще не так масштабно. Однако ведущие производители дисплеев (Sanyo, Sony, Samsung, Philips и прочие) настолько активно продвигают OLED-технологию на рынок, что совсем скоро такого рода дисплеи начнут вытеснять привычные нам STN.

Как устроены органические OLED экраны?

Изобретатели люминесцентных диодов обнаружили, что если совместить два слоя определенных органических материалов и в какой-либо точке пропустить через них электрический ток, то в этом месте появится свечение. Используя разные материалы и светофильтры, можно получать разные цвета.

Существующие модели, как и в случае с ЖКИ, разделяются по типу управляющей матрицы. Есть OLED с пассивными, а есть и с активными матрицами (TFT). Принцип работы матрицы такой же, но вместо слоя жидких кристаллов используется слой органических полупроводников. TFT OLED — самые быстрые и обеспечивают просто потрясающую картинку. Такой экран не спасует и при солнечном освещении, а видеоролик на нем будет смотреться не хуже, чем на телеэкране.

E-ink дисплеи

Поговаривают, что это еще одна перспективная технология. Уже созданы рабочие черно-белые образцы, но с реализацией цветности есть проблемы. Самый простой дисплей на электронных чернилах состоит из двух слоев: белого (верхнего) и черного (специальные чернила) под белым. Под действием тока частицы нижнего слоя могут проходить в верхний (и возвращаться обратно), создавая требуемую картинку. Как обычно, ток на слои можно подавать как с помощью пассивной матрицы, так и с помощью активной TFT. По заверениям компании-разработчика, электронно-чернильные дисплеи теоретически могут иметь очень низкое энергопотребление (точные данные не сообщаются) и сохранять картинку даже при выключенном питании. Звучит заманчиво, но надо посмотреть, как же в итоге это будет выглядеть.

OLED vs LCD

Обратим внимание на достоинства и недостатки дисплеев. ЖК-дисплеи уже на пределе своих возможностей. Сама сущность работы жидких кристаллов определяет невысокую скорость смены кадров на экране и высокую потребляемую мощность, поскольку в некоторых телефонах, кроме задней подсветки экрана, есть еще и фронтальная. На цветных ЖК-экранах почти всегда тяжело что-то разглядеть при солнечном свете, они весьма хрупкие. Дисплеи с активными матрицами (LCD TFT) более яркие и контрастные, чем аналогичные дисплеи с пассивными матрицами, но активные дисплеи сложнее в производстве и, соответственно, дороже. Исключением можно признать разве что UFB-экраны.

Технология органических дисплеев лишена едва ли не всех недостатков, характерных для ЖК-дисплеев, и обеспечивает гораздо лучшие характеристики изображения. Начать хотя бы с того, что можно забыть о необходимости подсвечивать экран спереди или сзади — элементы экрана светятся сами!

Для любителей технических подробностей:

Дисплеи UFB, способные отображать 65 тысяч цветов, обладают контрастностью 100:1, яркостью 150 кд/кв. м, при этом потребляют не более 3 мВт. Дисплей OLED, представленный Sony еще в 2002 году, обладал яркостью в 300 кд/кв. м, а показатель контрастности для OELD может достигать 300:1. Если сравнивать быстродействие, то от обычного ЖК-дисплея органика отличается тем, что способна реагировать в 100–1000 раз быстрее — это оценят владельцы видеотелефонов 3G и телефонов с видеопроигрывателями.

Эволюция или деградация ремонта дисплеев?

Тема ремонта телефонов остается актуальной с момента появления этих самых телефонов. Особенно остро и актуально вопрос ремонта стоял на заре появления самого типа устройства, мобильного телефона, из-за дороговизны и малой распространенности такого типа устройств. Собственно, мастеров, умеющих ремонтировать новый вид устройств было намного меньше чем сейчас.

Качество картинки оставляет желать лучшего, да.

Однако не менее остро этот вопрос стоит и сегодня, когда речь заходит о флагманских, а значит, дорогих устройствах.

Вот только если раньше главным генератором астрономической стоимости услуги по восстановления устройства была необходимость сложного аппаратного ремонта в виде замены электронных компонентов, то сегодня этим генератором стоимости стал дисплей, который является одновременно и основным органом управления, и интерфейсом взаимодействия с устройством. Особенно актуальным вопрос стоимости стал с появлением технологии производства дисплея, при которой матрица, сенсорный слой и защитное стекло стали единым целым, что сделало очень трудоемким процесс замены одной из частей такого сэндвича.

Изначально для подобного ремонта необходимо было специальное оборудование в виде станков по разогреванию и разрезанию модуля молибденовой струной.

• 
• 

Но технологии ремонта идут в ногу с технологиями производства, и ремонтники очень быстро научились исправлять и такие сложные повреждения не только в оборудованных мастерских, но и в довольно кустарных условиях.

Основным методом стала та самая струна, с помощью которой сэндвич дисплейного модуля буквально разрезали вдоль, отделяя одну часть от другой, а затем восстанавливая клеевой слой тем или иным способом.

Неделю использовал смартфон с батареей 10 000 мАч. Какие выводы сделал

Сегодня на тесте UMIDIGI Power 7 Max. Это смартфон с …

Субботний кофе №260

Налейте чашку ароматного субботнего кофе и познакомьтесь с новостями недели. «СберМегамаркет» переименовали, Tele2 представил свой тревел-гид, «АВТОВАЗ» сообщает о росте продаж, а сериал «Разочарование» закрывают…

Полный бак №1. Тест Audi Q7

Сегодня у нас на тесте Audi Q7, полноразмерный паркетник, который по комфорту и управляемости можно считать лучшим в своем классе.

Рекордер Sony D10

Есть такие штуки — рекордеры. Они нужны, чтобы качественно записывать звук: интересную лекцию, выступление группы, музыкальные эксперименты, шум и диалоги для видео или блогов…

При этом при наличии необходимого навыка и сноровки производить подобный ремонт оказалось под силу даже на дому, чем и пользовались многие рукастые пользователи, освоившие срезание стекла, что называется, на утюге.

Основным генератором подобных идей и необходимости выкручиваться становилась высокая стоимость дисплеев новых моделей яблочных устройств, а также Super Amoled-дисплеи производства Samsung. В этом случае разрезать модуль и заменить стекло оказывалось куда выгодней замены дисплейного модуля.

Чистая экономия в таких случаях доходила до 90%, что, согласитесь, намного приятнее, чем покупать новый модуль.

При этом необходимость такого ремонта иногда была продиктована еще и тем, что сделать аналогичную матрицу-заменитель китайским заводам было не под силу, так как заменитель, будучи произведенным по другой технологии, мог либо вообще не работать на телефоне, либо переставал работать после очередного обновления программного обеспечения, в котором производитель что-то менял, и тогда заменитель просто переставал проходить проверку “свой-чужой”.

Одними из таких капризных телефонов стала линейка телефонов Samsung Galaxy А3/A5/А7 2016 года, для которой новый оригинальный модуль стоил чуть ли не дороже, чем сам телефон на вторичном рынке. И мастера, и владельцы разбитых телефонов очень радовались, когда в продаже появились дешевые аналоги дисплейных модулей, выполненные по технологии IPS, у которых хоть и не работала авторегулировка подсветки, но пользоваться таким дисплеем все равно было комфортнее, чем разбитым оригиналом. Как вы, наверное, уже догадались, радость была недолгой, и все, кто сделал подобную замену, в один прекрасный момент столкнулись с тем, что дисплей телефона погас и больше не включается. Требовался еще один, но уже более дорогостоящий ремонт с заменой не только дисплейного модуля, но и электронных компонентов на плате, вышедших из строя из-за обновления.

Не менее популярной долгое время оставалась и замена стекла на IPS-дисплеях iPhone, стоимость оригинальных модулей которых всегда была кусачей.

В отличие от Super Amoled-дисплеев, в которых и модуль, и тачскрин являются одним целым, а отдельная подсветка вообще отсутствует, так как светятся сами пиксели, в iPhone с дисплеями IPS при замене стекла зачастую приходилось менять еще и подсветку, так как залить клеем новый модуль так, чтобы он не затек между отражающими слоями, удавалось немногим мастерам, поэтому замена подсветки стала чуть ли не обязательным этапом “разрезного” ремонта таких дисплейных модулей.

А потом матрицы телефонов стали изогнутыми. И не только изогнутыми, но и очень тонкими, что снова заставило мастеров напрячь извилины и придумать, как же быть. Ведь в случае с изогнутым дисплеем, у которого разбилось стекло, струна не поможет, так как разрезать изогнутый дисплей, не повредив его, оказалось практически нереально.

Дополнительного перца добавила Samsung со своей патологической любовью к скотчу и клею — изогнутый дисплей с разбитым защитным стеклом оказалось крайне сложно отделить от рамы из-за того, что он был приклеен к этой раме чуть ли не по всей площади и при любом мало-мальски сильном изгибе переставал работать навсегда.

Выход был найден неожиданный — азот. Вернее, жидкий азот.

Для разделения слоев стали использовать жидкий азот, благодаря которому клеевой слой становился очень хрупким и при нажатии легко отделялся от стекла и матрицы, просто рассыпаясь. Сама матрица при этом, благодаря своей гибкости и мягкости, не страдала, оставаясь целой.

Однако тут кустарных мастеров, которым удалось найти жидкий азот, что, на самом деле, не так сложно, как может показаться, поджидала еще одна сложность — использование обычного жидкого LOCA становилось невозможным, так как удержать и равномерно распределить жидкий клей на изгибах нового защитного стекла ну очень сложно. Не менее сложно успеть полимеризовать этот самый клей так, чтобы он не оставил пустот и пузырей.

Выход — использовать специальную пленку ОСА, которая уже заранее раскатана в тонкий равномерный липкий слой. Главная беда в этом случае — это обязательные пузырьки, которые неминуемо появляются из-за того, что вручную приложить равномерно оба слоя друг к другу нереально.

Обзор Honor Choice Robot Cleaner R2 и R2 Plus

Робот-пылесос с повышенной мощностью и станцией самоочистки.

Почему Galaxy Fold4 лучше Fold5. Мысли после года использования

Оцениваем, какие шансы на продажи у Fold4 после выхода Fold5, чем они различаются и какие проблемы обнаружились после года с Fold4.

Гид покупателя: лучшие смартфоны без ШИМ

Выбираем оптимальный смартфон без стробоскопического эффекта экрана…

Обзор Honor MagicBook X 16 2023

Типичный представитель сегмента «легких и тонких» ноутбуков (раньше использовали термин «ультрабук») с диагональю 16 дюймов.

Для решения этой проблемы мастерским пришлось обзаводиться дорогостоящими барокамерами, в которых можно было выгонять пузырьки воздуха между слоями.

Такой способ ремонта хоть и был сложным из-за необходимости использования специального оборудования, при постановке на поток был рентабельным и прибыльным для мастерских, а для клиентов оказывался все равно ощутимо дешевле полной замены дисплейного модуля. Одной из самых часто ремонтируемых таким образом моделей телефонов стал Samsung Galaxy S7 EDGE.

Главное условие для успеха этих ремонтов одно — целая матрица. То есть смысл использования всех этих изысков был лишь в том случае, если повредилось только защитное стекло дисплея. Но, как правило, в случае падения телефона именно такой тип повреждения самым частый. Поэтому желающих заменить только стекло и заплатить за это намного дешевле было немало.

Со временем для новых Super Amoled-матриц такой способ ремонта стал основным, и кустарные мастера перестали браться за подобные ремонты, так как при отсутствии специального оборудования отделить стремительно худеющие матрицы от защитного стекла стало очень сложно даже у плоского дисплея.

Причина проста и понятна — чем тоньше и миниатюрнее становятся компоненты, тем сложнее с ними работать без специального дорогостоящего оборудования, а покупать такое оборудование домой ради эпизодических ремонтов просто нерентабельно. Так постепенно сложный ремонт матриц стал уделом мастерских. При этом, на Youtube можно было найти немало видео, где умельцам удавалось произвести такой ремонт без азота, что называется, вручную. Однако, правдивость таких роликов вызывает сомнения, как и методы, которыми это достигалось.

Во всей этой истории особняком стоит одна компания, идущая по своему пути и практически всегда максимально усложняющая жизнь рыцарям паяльника и отвертки. Да, это Apple.

Кроме запредельной стоимости запчастей для актуальных моделей владелец актуального флагмана Apple, желающий отремонтировать свой новенький, но уже разбитый iPhone мог столкнуться с банальным отсутствием необходимых запчастей в мастерских, а ремонт у официалов был, по сути, не ремонтом, а заменой устройства на новое, для чего предлагалось просто доплатить астрономическую сумму.

Другим пунктом заботы о покупателе стало внедрение специальных чипов, без наличия которых в запчасти телефон отказывался работать с установленным заменителем, а также отсутствие продажи запчастей и поставка их только по договору в авторизованные сервисные центры. Поэтому, даже если вам в магазине запчастей говорили, что вот этот дисплей оригинальный, будьте уверены, оригинальная там только матрица, а вот стекло — переклейка. Ну есть еще один вариант, это бывшие в употреблении дисплеи.

Так как сегодня мы говорим про ремонт дисплеев, не будем подробно останавливаться на крайне необычной особенности ремонта задней крышки айфонов начиная с десятого поколения, где для замены разбитой задней крышки предлагалось и предлагается заменить весь корпус, включая основную раму… Так, например, замена разбитой задней крышки на iPhone 12 Pro в авторизованном сервисном центре Apple стоит, вдумайтесь в эту цифру, 43 500 рублей. То есть за замену разбитого стекла задней крышки предлагается заплатить стоимость приличного телефона.

Да и тут мастера выкрутились, они стали просто срезать разбитую крышку лазером, но это уже совсем другая история.

Что касается ремонта дисплеев, из-за повсеместного использования Amoled-дисплеев большинством производителей технология стала доступна и мелким компаниям, которые подсуетились и начали производство Amoled-заменителей, которые хоть не обладают такими же характеристиками яркости и цветопередачи, но хотя бы работают. При этом наш человек всегда найдет выход. Например, одним из вариантов решения проблемы с заменой дисплея стала покупка оригинального модуля задешево у сторонних продавцов запчастей. Где берут оригинальные модули по низким ценам эти самые продавцы, остается большой загадкой, так как официально та же Samsung своими оригинальными матрицами не торгует. Есть одно предположение, но не будем плодить слухи и спекулировать непроверенными данными.

Факт остается фактом — сегодня сложный ремонт дисплеев флагманских устройств делается в основном в мастерских, так как у кустарных мастеров банально нет необходимого оборудования.

Что будет дальше, сложно предположить, однако всегда следует держать в голове, что многие производители активно борются с ремонтом на стороне, как максимально усложняя конструкцию устройств, делая ее практически непригодной для ремонта, так и закручивая гайки в плане поставок запчастей. Поживем — увидим.

Материалы для изготовления мобильных устройств

За последние четыре года рынок радикально изменился. Очень сильно выросло качество дисплеев, увеличилась продолжительность работы от аккумулятора. На фоне использования OEM-производителями очень похожих платформ, выбор материалов для их устройств становится всё важнее. Почти все производители уже сталкивались с необходимостью кардинальной смены используемых материалов: в то время как рынок становится всё насыщенней, покупатели всё реже меняют свои мобильные устройства. И производителям приходится выдумывать различные ходы, чтобы стимулировать спрос. Зачастую это сводится к более тщательному подбору материалов для использования в экстерьере устройства.

Однако подобные усилия нередко уходят впустую. Просто многих пользователей мало заботит материал корпуса, особенно при условии использования чехла. Например, бытует мнение, что алюминий тяжелее, менее надёжен ухудшает качество связи по сравнению с поликарбонатом. Некоторые ссылаются на слишком сильный нагрев при интенсивной работе. При этом алюминий дороже, как утверждают некоторые производители. А уж если использовать стекло, то всем очевидно, что падения такой гаджет не перенесёт. И тут встаёт вопрос: почему производители до сих пор применяют разные непрактичные материалы?

На это нельзя ответить однозначно. При выборе материала необходимо учесть множество разных требований. И не существует единственного, самого лучшего варианта. Для большинства деталей, выбор ограничивается тремя материалами: пластиком, стеклом и металлом.

Пластик

Среди огромного разнообразия пластиков, поликарбонат является наиболее часто используемым при создании мобильных устройств. Он устойчив к ударам, относительно неплохо держит нагрев и невероятно гибок. Поликарбонат практически не является препятствием для распространения радиоволн. А поскольку ценовая конкуренция на рынке мобильных устройств усиливается, более низкая стоимость поликарбоната по сравнению с металлами и стеклом будет становиться всё более веским преимуществом.

Но есть у этого материала и недостатки. Поликарбонат обладает низкой теплопроводностью, то есть фактически он работает как термоизолятор. А это ведёт к снижению тактовых частот центральных и графических процессоров, чтобы предотвратить их перегрев. При этом металлические корпуса (алюминиевые и магниевые) прекрасно проводят тепло и выполняют роль радиатора. Похожая ситуация наблюдается и при сравнении поликарбоната со стеклом. Для сравнения, теплопроводность алюминия составляет 205 Ватт/м*К, магния — 156, однослойного стекла — 0,8, а у поликарбоната — 0,22. Иными словами, при прочих равных устройства в поликарбонатных корпусах приходится делать более медленными, по сравнению с аналогами в металлических и стеклянных корпусах.

Но и это не всё. Я упоминал о высокой гибкости поликарбоната. А это становится большим недостатком для смартфонов, которые стараются сделать как можно тоньше и компактнее. Металл и стекло обеспечивают куда большую механическую жёсткость на изгиб. Ведь в смартфонах даже задняя крышка выполняет различные функции: в частности, на неё зачастую крепится антенна, чтобы обеспечить поддержку всевозможных стандартов связи. Согнувшаяся от нагрузок крышка может повлиять на достаточно хрупкие контакты антенны, которые зачастую очень малы. До определённого предела они выдержат, но дальше контакт просто нарушится. В качестве примера можно привести модификацию Tegra 3 смартфона HTC One X. Её преследовал дефект: часто терялся Wi-Fi и Bluetooth из-за разрушения антенных контактов. Для решения проблемы производителю пришлось дополнительно усилить крышку, чтобы она не скручивалась от внешних нагрузок.

Металл

Многие превозносят металл как суперматериал для корпусов мобильных устройств. Однако зачастую люди ограничиваются внешним видом и тактильными ощущениями. Конечно, применительно к обсуждаемой теме речь идёт об алюминии. Магний тоже часто используется, но обычно для изготовления рамы.

У алюминиевых сплавов есть свои достоинства. В первую очередь, это высокая жёсткость. Благодаря этому внутренности гаджетов защищены в случае удара лучше, чем в поликарбонатном корпусе. Однако при цельноалюминиевом корпусе целесообразнее делать внешнюю антенну, чтобы улучшить характеристики сигнала.

Алюминиевые сплавы также лучше противостоят появлению царапин, чем поликарбонат. Но в гаджетах алюминий редко используется без анодирования. Оно бывает трёх типов, и лишь один из них имеет высокую стойкость к повреждениям. В остальных случаях анодированное покрытие не может похвастаться тем же и быстро покрывается царапинами. Также одним из важнейших преимуществ алюминия является высокая теплопроводность, что позволяет не экономить на тактовых частотах.

Но как и любой другой материал, алюминий не идеален для изготовления мобильных устройств. При отказе от внешней антенны приходится делать пластиковое/стеклянное радиопрозрачное «окно». Это означает, что устройство будет менее изотропичным при приёме сигнала. Даже если часть алюминиевого корпуса превратить во внешнюю антенну, рука человека, к ней прикасающаяся, будет вносить помехи. К тому же в этом случае гораздо сложнее обеспечить совместимость с различными частотами.

Если использовать несколько разных антенн и тюнеры ради создания полностью металлического корпуса, остаётся такой недостаток, как заметная разница в приёме сигнала. И эта разница зависит от текущей частоты.

Помимо проблем с сигналом, алюминий обладает меньшей устойчивостью к пластическим деформациям. И хотя внутренности защищены лучше, но внешний вид быстро портится из-за мелких вмятинок. Зато поликарбонат с большими шансами переживёт падение без повреждений. Алюминий также куда дороже, да ещё и требует больше времени и энергии на обработку, что выливается в приличную долю в цене готового изделия. И наконец, отличная теплопроводность алюминия выливается в слишком горячую поверхность устройства при высоких вычислительных нагрузках. Также на морозе держать поликарбонатный корпус в руку куда приятнее, чем алюминиевый.

Магний гораздо легче алюминия благодаря более низкой плотности. При этом магний меньше влияет на прохождение радиосигнала, обладая рядом преимуществ алюминия по сравнению со стеклом и поликарбонатом: высокой теплопроводностью, относительно высокой твёрдостью и несколько лучшей устойчивостью к появлению царапин. По всем показателям выходит, что магний лучше алюминия.

Однако от поставки магниевых корпусов на конвейер нас удерживает повышенная огнеопасность магния в кислородной среде, из-за чего литьё приходится проводить в вакуумных камерах. К тому же без обработки поверхности магний быстро коррозирует, что делает его не лучшим выбором при изготовлении корпуса, хотя он часто применяется при создании рамы изделия.

Стекло

Это самый твёрдый и царапиноустойчивый из всех трёх рассматриваемых нами материалов. Но и самый хрупкий, склонный к образованию осколков. Поэтому стекло переносит только пластическую деформацию. Алюмосиликатное стекло, больше известное под маркой Gorilla Glass, используется для изготовления корпусов чаще всего. По теплопроводности оно находится между алюминием и поликарбонатом. Стекло мало искажает радиосигнал, что позволяет использовать внутреннюю антенну. Однако главнейший недостаток — хрупкость, а также небезопасность для человека в случае разрушения. К тому же стекло накладывает большие ограничения на возможную форму корпуса. Поэтому такие устройства обычно невелики в размерах, а долю стекла в общем объёме материала корпуса стараются сделать поменьше.

Заключение

Конечно, инженеры стараются обойти врождённые недостатки всех рассмотренных материалов. В случае поликарбонатных корпусов используют магниевую раму, которая отводит тепло на стеклянный дисплей, который выступает в роли радиатора. Толщина стенок и разные виды пластика, металла и стекла могут существенно смягчить присущие им недостатки. Например, добавление АБС-пластика в поликарбонат значительно повышает твёрдость материала. Противоосколочная плёнка на стекле снижает опасность нанесения ранений человеку в случае разбиения. А достижения в антенностроении сводят на нет экранирующий эффект любого металла.

Но вопрос по прежнему остаётся — почему так важен выбор того или иного материала? Ответ заключается в промышленном дизайне. Мы постоянно прикасаемся к смартфонам и планшетам, держим их в руках. Большую часть времени мы смотрим на дисплей, но при этом постоянно имеем тактильный контакт с устройством. И то, как оно выглядит, каково на ощупь, какой оно формы, всё это имеет очень большое значение. Всегда лучше, когда устройство хорошо лежит в руке, приятно наощупь, красиво. Ненужные элементы портят внешний вид. Хороший дизайн очевиден и невиден. Только когда мы сталкиваемся с плохим дизайном, мы начинаем замечать хороший. Технологии могут сгладить недостатки материалов, но ничто не исправит плохой дизайн.

Второй причиной, почему выбору материалов уделяется большое внимание, являются такие важные для мобильных устройств параметры, как вес и габариты. Например, поликарбонатные корпуса зачастую приходится делать с более толстыми стенками, чтобы обеспечить необходимую жёсткость конструкции.

Подобный принцип применяется при создании межконтинентальных и космических ракет, в которых очень тонкая внешняя оболочка выполняет роль несущей конструкции, каркаса.

Дальнейшая миниатюризация потребует создания гибких гаджетов. В частности, производители уже несколько лет экспериментируют с изготовлением подобных дисплеев. В качестве защитного стекла и материала для корпуса может быть использовано очень тонкое гибкое стекло, например, Willow Glass. Его разработала компания Corning, производитель Gorilla Glass.

Ещё одним кандидатом в материалы для корпусов гаджетов является графен. Впрочем, это такой специальный материал, о котором все говорят, которому находят миллионы применений, описывают его чудесные свойства, но на этом, обычно, всё заканчивается. Неизвестно, удастся ли наладить промышленное производство изделий из графена по приемлемой цене. Пока что всё его великолепие не выходит за пределы лабораторий.

Также можно упомянуть материал под названием Liquidmetal. Он обладает уникальной аморфной структурой, поэтому его ещё называют «металлостеклом». По своей прочности и эластичности он сравним с титаном, устойчив к коррозии. Ему можно придавать сложную форму без ухудшения прочностных характеристик. Поэтому многие прочат его на роль «материала будущего» для изготовления гаджетов.

Сколы, трещины и царапины на телефоне: когда у техники появятся неубиваемые экраны

Сервисы по ремонту техники могут взять за починку разбитого экрана смартфона почти треть суммы, за которую был куплен гаджет. Также стекло телефона может царапаться о разные острые предметы, это происходит даже с защитной пленкой. «Хайтек» рассказывает, как ученые пытаются исправить эту проблему и создают сверхпрочный материал для экрана, который никогда не треснет.

Читайте «Хайтек» в

Сегодня экран для смартфона обычно производят из стекла, но у него есть много минусов: оно легко царапается, при сильном ударе разбивается вдребезги и даже может быть опасно для здоровья.

Объясняем, почему ходить с разбитым смартфоном опасно, и как физики разрабатывают сверхпрочные покрытия для телефона из желатина и оксида алюминия.

Из чего делают экраны для смартфонов?

С материалом для экрана смартфона продолжают экспериментировать. Сначала их делали из пластика, но основатель Apple Стив Джобс заметил, что такие девайсы часто царапаются из-за ключей в кармане о другие шершавые поверхности.

Поэтому в компании начали искать альтернативу: в итоге Apple заключила договор с компанией Corning на производство алюмосиликатного стекла для смартфонов компании.

Сегодня в большинстве смартфонов используют стекло, но у него также есть свои недостатки, например, на нем легко появляются трещины при падении, также проблема царапин полностью не исчезла — они образуются, если экран контактирует с острыми предметами, также стекло часто марается.

Если гибкие экраны производят, значит мы уже умеет создавать сверхпрочные экраны?

Не совсем так. Гибкие экраны созданы так, чтобы место сгиба проходило в четко заданных точках. Это не значит, что экран можно смять, ударить и ему ничего не будет.

Производители смартфонов с гибким экраном создают свои дисплеи с пластиковой подложкой — P-OLED. Это уже не традиционное стекло, так как оно не может изгибаться и гнуться. Как мы говорили выше, и у стекла, и у пластика есть много своих минусов.

Сейчас производители гибких устройств до сих пор ищут идеальный материал для экрана, потому что гаджеты все еще получаются хрупкими и с ними нужно обращаться аккуратно.

Как мы уже говорили, пластик имеет низкую устойчивость ко внешним воздействиям. Поэтому его можно считать временным материалом, который в будущем заменят на что-то более прочное и удобное.

У меня разбился экран и я решил не чинить. Это разве чем-то плохо или опасно?

Да, оказалось, что опасность есть. Если стекло на экране разобьется вдребезги, то можно порезаться мельчайшими осколками и даже занести инфекцию.

Но есть и другая серьезная проблема: специалисты Международного агентства по изучению рака (IARC) подтвердили, что телефон издает вредное радиочастотное излучение.

Если экран смартфона разбит, то вредное воздействие вырастает в разы. Поэтому таким устройством не рекомендуют долго пользоваться.

Как ученые разрабатывают сверхпрочные стекла?

Стекло, которое используют для экранов сегодня, предложили закалять и ламинировать, чтобы достичь большей прочности. Но это серьезно скажется на конечной стоимости продукта.

Чтобы обойти эту проблему, ученые разрабатывают разные виды прочных материалов, например, физики из университета Тампере создали специальные тонкие пленки из стеклообразного оксида алюминия. Их можно сжимать, растягивать и сгибать без образования трещин. Но пока процесс создания такого материала слишком трудоемкий и дорогой, поэтому технология существует только в лаборатории.

Еще одну работу провели исследователи из Американского химического сообщества: они создали специальную пленку на основе желатина, которая может восстанавливаться по несколько раз и по-прежнему поддерживать электронные сигналы. Эксперимент показал, что разрывы в желатин-глюкозной пленке исчезают в течение трех часов при комнатной температуре либо за 10 минут, если ее нагреть до 60°C.

Также канадские ученые из Университета Макгилла в начале октября 2021 года разработали новое стекло, которое в пять раз более устойчиво к трещинам и в три раза прочнее обычного стекла. Они рассказали, что на работу их вдохновило строение раковины моллюска, а именно внутренний слой, покрытый перламутром: он состоит из переплетенных друг с другом частиц. Именно перламутр придает раковинам высокую прочность. По аналогии с этим строением исследователи сделали стекло-акриловый композитный материал.

В результате у авторов получился прочный и прозрачный материал, который они предложили использовать при производстве смартфонов.

Сверхпрочные экраны — это гарантия долговечности устройства и безопасности пользователя. Ученые активно разрабатывают альтернативы обычному стеклу, которое рано или поздно прекратят использовать при разработке персональных гаджетов.

Основная проблема этой сферы — сделать продукт не только прочным, но еще и несложным для массового производства — это необходимое условие для выхода на рынок.