ディスプレイ、タッチ、センサー光学系 - 1 つの一貫したフロント パネル

4 レーン MIPI リンクを備えた 5.94 インチ 720 × 1280 IPS タッチ ディスプレイの詳細な説明。スペック シートに散在するのではなく、すべてのストーリーを 1 か所にまとめたいエンジニアやバイヤー向けに書かれています。

優れたフロントパネルは、タッチレイヤーが貼り付けられたディスプレイではありません。これは単一の光学的および機械的スタックであり、ユーザーが触れるガラス、その下の感知グリッド、画像を描画する液晶セル、そして特にこのモジュールでは、センサーがカバーを通して見ることができる小さな光学窓がすべて連携して動作します。これらの部品が 1 つとして設計されると、その結果、より薄く、より明るくなり、統合する際のトラブルが大幅に軽減されます。 TXW600017S0-CTP は、まさにその前提に基づいて構築されています。5.94インチ、720×1280 IPSパネル、硬化G+F+F 静電容量式タッチ表面、4レーンMIPI画像リンク、および赤外線近接ウィンドウと周囲光ウィンドウ用のスペースを確保するカバー ガラス。この記事では、設計全体をセクションごとに詳細に説明します。

一体型パネルが勝てる理由

すべてのタッチ製品は、初期段階で同じ決断を迫られます。ディスプレイとタッチを別々に購入するか、すでに結合されているものを購入するかです。別のルートは BOM 上では安く見えますが、実際にはそうであることはほとんどありません。そのため、2 つのベンダーを認定し、センサーとディスプレイ間の位置合わせ公差を管理し、2 番目の光学接着ステップを追加し、エッジに現れるエアギャップに対して責任を負うことが求められます。これらの各ステップは歩留まりの低下や現場での返品の可能性があり、製品に費やすことがほとんどないエンジニアリング時間がかかります。

結合された統合モジュールは、この種のリスクを完全に排除します。 TXW600017S0-CTP は、TFT パネル、ドライバー、バックライト、フレキシブル回路、静電容量式タッチ パネルがすでに組み立てられ、テスト済みの完成品として出荷されます。実装する部品番号は 1 つ、コネクタに取り付ける FPC は 1 つ、結果を支えるサプライヤーは 1 つあります。機械的インターフェースは既知であり、光学スタックは安定しており、タッチ表面は反りが 0.3% 未満で平坦であることが保証されているため、指がガラスの波を感じることはありません。ハンドヘルド製品またはパネルマウント製品の場合、その 1 つの決定で数週間を節約できる傾向があります。

ディスプレイ：720×1280のIPS鮮明度

モジュールの中心には、通常は黒色の透過型 TFT アクティブ マトリックス パネルがあり、720×1280解像度 - 真の HD キャンバス - 5.94 インチの対角線に広がります。それはおおよそ次のようになります247 ピクセル/インチに0.10275mmアクティブ領域にわたるピクセルピッチ73.98×131.52mm。十分な密度があるため、小さなテキストも読みやすく、アイコンは衝突することなく近くに配置でき、インターフェイスの細かい線はきれいにレンダリングされます。これはまさにデータが豊富な画面に必要なものです。

パネルがレンダリングされます1,670万色— 赤、緑、青の各チャネルに本物の 8 ビット。この深さにより、グラデーション、微妙なステータス カラー、アンチエイリアス タイプが目に見える段差にならずにスムーズにレンダリングされます。 IPS モードは話の残り半分です。IPS モードは表面全体で色を一定に保ち、視野角が変化しても安定します。パネルと組み合わせて、オールオクロック評価では、画面に向かう「最適な」方向は 1 つだけありません。デバイスを手に持ったり、ベンチに傾けたり、横から読んだりしても、一貫した読みやすい画像が維持されます。

まとめると、これらの品質は、ディスプレイが単に実験室の環境で美しく見えるだけでなく、実際の製品が実際に使用される場所でも良好なままであることを意味します。正面からはっきりと読めるチャートは、斜めからでもはっきりと読めます。中央が正しく見える写真は、隅の色が変化しません。ライブデータ、地図、または画像を人に表示する機器の場合、その一貫性が最も重要です。

ガラスに消えるタッチ

タッチ面は、G+F+Fスタックが追い越されるI2C。その表紙は、0.7mmAGC 製ガラス、定格6時間耐傷性を高めるために、アンチグレア（AG）明るい部屋で画像を洗い流してしまう反射を和らげる処理。光の透過率は、≥85%そのため、バックライトの出力はガラスを通過して目に届き、反りは下に抑えられます。0.3%そのため、表面は平らなままで、タッチ反応はパネル全体で均一に保たれます。

タッチ表面の感触を良くするのは、電極パターンよりもむしろ信号の安定性と関係があります。静電容量センサーは、安定したベースラインに対する相互静電容量の小さな変化を解決することによって機能します。信号が周囲の電気ノイズと比較して明確であるほど (信号対ノイズ比)、タッチの感触は正確で応答性が高くなります。寸法的に安定したガラススタック、エアギャップのない接着アセンブリ、およびクリーンなグランドリターンはすべて、この比率を高めます。これが、両方が同じコントローラーを搭載している場合でも、よく設計されたパネルが鮮明に感じられ、安価に構築されたパネルが遅く感じられる理由です。

タッチパネルとディスプレイは 1 つの部品として接着されているため、個別のセンサー積層ステップやそれらの間の位置合わせ公差を管理する必要はありません。タッチ製品の設計における 2 つの最も困難な作業、つまりセンサーをディスプレイに接着することと、2 つの位置を完全に調整することは、モジュールがラインに届くまでにすでに完了し、テストされ、保証されています。

画面からシステムへのブリッジ: 4 レーン MIPI

画像データは長い時間をかけてパネルに到達します。4レーンMIPI DSIインターフェイス: 1 つの差動クロック ペアと 4 つの差動データ ペア、およびリセットドライバーを初期化するライン (アクティブロー)。 MIPI は、電話機や最新の組み込みシステム全体で使用されているものと同じ、ピン数が少なく、高帯域幅のリンクであり、まさにそれがここに適している理由です。少数のピンを使用しながら HD フレームを快適に伝送できるため、控えめなホスト (MIPI ディスプレイ周辺機器を備えた MCU または SoC) でブリッジ チップを介さずにパネルを駆動できます。

統合の容易さを説明するため、これに数値を与える価値があります。 720×1280のフレームには次の内容が含まれます921,600 ピクセル。ピクセルあたり 24 ビットでは、これは約2,210万ビットフレームごと、およそ 60 フレーム/秒1.33ギガビット/秒ピクセルデータの。 4つの車線にまたがる、それはほんの約ですレーンあたり 330 Mbit/秒— MIPI が伝送できるものの十分な割合であり、ブランキング期間と将来のフレーム レートに備えた余裕が残されています。簡単に言うと、これは実装するのに難しいリンクではなく、ピン数が少ないためボードがシンプルになります。

LEDから目に光が届く

パネルの後ろには、エッジライト型のバックライトが配置されています。16個の白色LED、公称値で実行40mA順方向電圧22.5-26V。この高電圧、低電流の構成は、コンパクトな定電流段からの駆動が容易であり、30,000時間LED をそれぞれ 20 mA で動作させた場合、寿命は輝度が半分になります。 LED あたり約 25 mA 以上で、より激しく動作させると、この数値は短くなります。LED の劣化は熱によるプロセスであり、動作温度が高くなるほど、エミッタの劣化が早くなります。

そのため、モジュールにはグラフェン放熱シートバックライト領域に銅箔を貼り付けます。グラフェンは LED エッジから熱を運び、エミッターを低温に保つため、出力が安定し、寿命が長くなります。ゆっくりと色が消えるバックライトは、より長く新品に見える製品であるため、小さな内包物は製品の寿命にわたって報われます。

電気的側面では、モジュールは2.8V使用可能な範囲が 2.5 ～ 3.3 V の一般的なロジック電源であり、MIPI レールも同様に 2.5 ～ 3.3 V を必要とします。バックライトのアノードとカソードは、データ ペアと一緒にフレキシブル回路上に引き出されるため、ホストに必要なのはクリーンなロジック レールとバックライト ドライバだけであり、複雑な電源ツリーは必要ありません。

ガラスの裏側のセンサー光学系

このモジュールの特徴は、ピクセルとタッチを超えて機能することです。 2 つの光学機能がカバー ガラスに印刷されています。 1つ目は、赤外線近接窓: IR を渡します940 nm、透過率少なくとも 80%下方への可視光を遮断しながら5%したがって、近接センサーは、窓が設計上の明らかな穴として読み取ることなく、近くの物体を検出できます。 2番目は、周囲光窓、おおよそ通過します550nmで20%±5%そして850nmで少なくとも80%、光センサーに部屋の調整されたビューを提供し、画面の明るさを自動的に調整できます。

実用的な価値は重要です。電話スタイルの動作 (暗い部屋では画面が暗くなり、通話中に近接センサーがディスプレイを消去するなど) を必要とする製品は、通常、ベゼルの開口部を設計するか、別のウィンドウを取り付ける必要があり、それに伴うすべての機械的公差と外観上の妥協が必要になります。ここで、これらの光学系は、ディスプレイやタッチと同じ認定アセンブリの一部です。部品点数が減り、公差が少なくなり、よりクリーンな工業デザインとなり、フロント パネル全体を担当するサプライヤーが 1 社になりました。

現実世界に耐える

モジュールは動作するように指定されています-20℃～+60℃そしてから保存される-30℃～+70℃、相対湿度90%まで。これらの制限は、エンクロージャ、換気、および熱計画が尊重する必要がある境界条件です。低温では粘度が上昇するため、液晶の応答が遅くなります。熱の場合、通常はバックライトが主な熱源となるため、LED 端での熱緩和が 2 つの役割を果たします。両方の影響を早期に認識することが、初回で適切な設計と現場での成果を分けるものとなります。

これらの数値を裏付けるために、モジュールは標準的な信頼性の高いバッテリーにさらされています。つまり、+70 °C および -30 °C で 96 時間の高温および低温保管が行われます。 +60 °C および -20 °C で 96 時間の高温および低温動作。 50 °C、相対湿度 90% で 96 時間の湿度浸漬。そして50 回の熱衝撃サイクル-20 °C ～ +60 °C の間で変動します。合格基準では、セグメントの欠落または短絡、セグメントの不明瞭、非表示および表示異常、液晶漏れ、低温気泡、エンドシールの緩み、フレームのレインボーなど、現場で表面化するであろう故障モードを不合格とします。

驚くことなくそれを取り上げる

4 レーン MIPI パネルを使用した最初のライトは、順序が尊重されていれば通常は短いパスになります。最初にロジックと MIPI レールを供給してからアサートしますリセットドライバーを初期化してから、MIPI ストリームを開始します。インターフェイスは標準であり、ドライバーは十分に文書化された部品であるため、起動は賢明なエンジニアリングではなく、正しい電力順序と正しいレーン割り当ての問題になる傾向があります。

シンプルなテスト パターン (グレーのランプとカラーバー グリッド) を手元に置いてください。 1 時間かけて推測するよりも 30 秒でより多くのインターフェースの間違いを発見し、タイミングやレーンの問題を画像設定の問題から即座に分離します。この段階で数分間系統的にチェックすることは、後で数時間かけてデバッグする価値があります。

周囲のエンクロージャの設計

モジュールはコンパクトでスリムです。ディスプレイだけで計測できる76.84×139.46×2.02mm、タッチ対策付きの完全な組み立て83.84×146.50×3.32mm— ミリ単位が重要なハンドヘルド設計やパネル取り付け設計に十分な薄さです。アクティブ領域はアウトライン内の中央にあり、フレキシブル回路はデータ バス、バックライト レール、タッチ接続を担っています。

3 つの計画メモにより、統合がスムーズになります。接続の信頼性を維持できるように、フレックスが出る部分にクリアランスを残し、組み立て中にその曲げ半径を尊重します。カバー ガラスが製品の表面と同じ高さになるように、モジュールの輪郭に沿ってベゼルを計画し、前面がきれいでシームレスになるようにします。また、LED のエッジを利用可能な銅線やシャーシに接続することで、バックライトの熱を逃がすことができます。ここで少し考えておくと、コネクタでの断続的な接続とバックライトの早期劣化という 2 つの古典的な現場の問題が防止されます。

どこに属するのか

このサイズの 720 × 1280 IPS タッチ ディスプレイは、ハンドヘルドおよびポータブル機器、スマートホームおよびアプライアンス パネル、医療用ハンドセット、アクセス制御およびキオスク端末、近接性や周囲光の感知を必要とする電話スタイルのインターフェイス、および小さな設置面積で鮮明な画面と応答性の高いタッチを必要とする組み込みヒューマン マシン インターフェイスなど、人がコンパクトなデバイスを直接操作するあらゆる場所で自然なフロント エンドとなります。いずれの場合も魅力は同じです。1 つの接着部品がピクセル、タッチ、センサー光学系、および機械的インターフェイスをまとめて担持しています。

貴社の製品に合わせてカスタマイズ

すべての製品は少しずつ異なるため、モジュールは OEM/ODM の柔軟性を備えて提供されます。カバーガラス印刷ではロゴと仕上げを行うことができ、使用予定のセンサーに合わせてセンサー ウィンドウのレイアウトを調整できます。タッチ構成、バックライトの明るさ、FPC 配線はすべて、エンクロージャとコネクタに合わせて調整できます。評価用のサンプルが用意されており、当社のチームは最初のプロトタイプから量産までお客様と協力して作業します。

優れたフロント パネルへの一番の近道は、エンクロージャ、電源アーキテクチャ、およびインターフェイスの変更がまだ安価なうちに、ディスプレイ サプライヤーを早期に導入することです。お使いのデバイス、環境、ガラスの裏側に設置する予定のセンサーについてお知らせください。このモジュールを製品の前面に仕上げるお手伝いをいたします。