Wyświetlacz, dotyk i optyka czujnika – jeden spójny panel przedni

Obszerne spojrzenie na 5,94-calowy wyświetlacz dotykowy IPS o rozdzielczości 720 × 1280 z 4-liniowym łączem MIPI, napisane z myślą o inżynierach i nabywcach, którzy chcą mieć całą historię w jednym miejscu, a nie rozproszoną po karcie specyfikacji.

Dobry front to nie wyświetlacz z naklejoną warstwą dotykową.Jest to pojedynczy układ optyczny i mechaniczny, w którym współpracuje ze sobą dotykane szkło, znajdująca się pod nim siatka czujnikowa, komórka ciekłokrystaliczna malująca obraz oraz — szczególnie w tym module — małe okienka optyczne, które pozwalają czujnikom widzieć przez pokrywę. Kiedy te części są zaprojektowane jako jedna, rezultat jest cieńszy, jaśniejszy i znacznie mniej kłopotliwy w integracji. Model TXW600017S0-CTP opiera się dokładnie na tym założeniu: a5,94 cala, 720×1280 IPSpanel, hartowanyDotyk pojemnościowy G+F+Fpowierzchnia, A4-pasmowy MIPIłącze do obrazu oraz szklana osłona, która rezerwuje miejsce na okienko zbliżeniowe na podczerwień i okno oświetlające otoczenie. W tym artykule szczegółowo omówiono cały projekt, sekcja po sekcji.

Dlaczego zintegrowany panel wygrywa

Każdy produkt dotykowy na początku podejmuje tę samą decyzję: kupić wyświetlacz i dotyk osobno lub kupić je już połączone. Oddzielna trasa wygląda na tańszą w BOM i prawie nigdy taka nie jest. Zmusza Cię to do zakwalifikowania dwóch dostawców, zarządzania tolerancją wyrównania między czujnikiem a wyświetlaczem, dodania drugiego etapu łączenia optycznego i wzięcia odpowiedzialności za każdą szczelinę powietrzną pojawiającą się na krawędziach. Każdy z tych etapów stwarza szansę na utratę plonów lub zwrot kosztów z pola, a każdy z nich kosztuje czas inżynierii, którego produkt rzadko ma do stracenia.

Połączony, zintegrowany moduł całkowicie eliminuje tę klasę ryzyka. TXW600017S0-CTP jest dostarczany jako gotowa część — panel TFT, sterownik, podświetlenie, elastyczny obwód i pojemnościowy panel dotykowy są już zmontowane i przetestowane razem. Jest jeden numer części do zamontowania, jeden FPC do osadzenia w złączu i jeden dostawca stojący za wynikiem. Znane są interfejsy mechaniczne, stos optyczny jest stabilny, a powierzchnia dotykowa gwarantuje płaską powierzchnię z wypaczeniem mniejszym niż 0,3%, dzięki czemu palec nigdy nie czuje fali w szkle. W przypadku produktu przenośnego lub montowanego na panelu ta pojedyncza decyzja zwykle pozwala zaoszczędzić tygodnie.

Wyświetlacz: rozdzielczość 720×1280 IPS

Sercem modułu jest zwykle czarny, przepuszczalny panel z aktywną matrycą TFT720×1280rozdzielczość — prawdziwe płótno HD — rozłożona na przekątnej 5,94 cala. To wychodzi mniej więcej247 pikseli na calna0,10275 mmrozstaw pikseli na aktywnym obszarze73,98 × 131,52 mm. Jest na tyle gęsty, że mały tekst pozostaje czytelny, ikony mogą być umieszczone blisko siebie bez kolizji, a drobne linie interfejsu renderują się czysto, czyli dokładnie to, czego potrzebuje ekran bogaty w dane.

Panel renderuje16,7 miliona kolorów— oryginalne osiem bitów w każdym kanale czerwonym, zielonym i niebieskim. Dzięki tej głębi gradienty, subtelne kolory stanu i antyaliasing są renderowane płynnie, zamiast tworzyć widoczne pasma. Tryb IPS to druga połowa historii: utrzymuje spójne kolory na całej powierzchni i stabilne przy zmianie kąta widzenia. W połączeniu z panelemCAŁĄ GODZINĘocena, nie ma jednego „najlepszego” kierunku, z którego należy patrzeć na ekran; urządzenie trzymane w dłoni, pochylane na ławce lub czytane z boku utrzymuje spójny, czytelny obraz.

Łącznie te cechy oznaczają, że wyświetlacz nie tylko dobrze wygląda w warunkach laboratoryjnych — pozostaje dobry w miejscach, w których faktycznie znajduje się prawdziwy produkt. Wykres, który czyta się wyraźnie prosto, można również odczytać pod kątem; zdjęcie, które wygląda prawidłowo w środku, nie zmienia koloru w rogu. W przypadku sprzętu wyświetlającego aktualne dane, mapy lub obrazy najważniejsza jest spójność.

Dotyk, który znika w szkle

Powierzchnia dotykowa to aG+F+Fprzejechany stosI2C. Jego okładka jest0,7 mmszkło pochodzące od AGC, znamionowe6Hzapewniający odporność na zarysowania i wykończonyprzeciwodblaskowy (AG)zabieg zmiękczający odbicia, które w przeciwnym razie rozmyłyby obraz w jasnym pomieszczeniu. Transmisja światła jest≥85%, dzięki czemu strumień światła tylnego przechodzi przez szkło i dociera do oka, a wypaczenie jest zatrzymywane poniżej0,3%dzięki czemu powierzchnia pozostaje płaska, a reakcja na dotyk pozostaje równa na całym panelu.

To, co sprawia, że ​​powierzchnia dotykowa jest przyjemna, ma mniej wspólnego z układem elektrod, a bardziej ze stabilnością sygnału. Czujnik pojemnościowy działa poprzez rozwiązywanie drobnych zmian we wzajemnej pojemności w stosunku do stałej linii bazowej; im wyraźniejszy jest sygnał w porównaniu z otaczającym go szumem elektrycznym – stosunkiem sygnału do szumu – tym bardziej precyzyjny i responsywny jest dotyk. Stabilny wymiarowo stos szkła, klejony zespół bez szczeliny powietrznej i czysty powrót do podłoża, wszystko to podnosi ten współczynnik. Właśnie dlatego dobrze zaprojektowany panel sprawia wrażenie ostrego, a niedrogi panel wydaje się opóźniony, nawet jeśli oba mają ten sam kontroler.

Ponieważ panel dotykowy i wyświetlacz są połączone jako jedna część, nie ma oddzielnego etapu laminowania czujnika ani tolerancji wyrównania między nimi. Dwa najtrudniejsze zadania przy projektowaniu produktów dotykowych — łączenie czujnika z wyświetlaczem i utrzymywanie ich w idealnym położeniu — są już wykonane, przetestowane i gwarantowane, zanim moduł dotrze na Twoją linię.

Most od ekranu do systemu: 4-pasmowy MIPI

Dane obrazu docierają do panelu w ciągu ok4-pasmowy MIPI DSIinterfejs: jedna para zegara różnicowego i cztery pary danych różnicowych plus aNASTAWIĆlinia (aktywna niska), która inicjuje sterownik. MIPI to to samo łącze o małej liczbie pinów i dużej przepustowości, stosowane w telefonach i nowoczesnych systemach wbudowanych, dlatego właśnie tutaj dobrze pasuje. Wygodnie przenosi ramkę HD przy użyciu kilku pinów, więc skromny host — MCU lub SoC z urządzeniem peryferyjnym obsługującym wyświetlacz MIPI — może sterować panelem bez pośredniego układu mostkującego.

Warto do tego dołożyć liczby, bo one wyjaśniają łatwość integracji. Ramka o wymiarach 720×1280 zawiera921 600 pikseli. Przy 24 bitach na piksel to mniej więcej22,1 miliona bitówna klatkę i mniej więcej przy 60 klatkach na sekundę1,33 Gbit/sdanych pikseli. To tylko około czterech pasów ruchu330 Mbit/s na linię— wygodny ułamek tego, co może pomieścić MIPI, pozostawiając zapas na interwały wygaszania i przyszłą liczbę klatek na sekundę. Krótko mówiąc: nie jest to wymagające łącze do wdrożenia, a mała liczba pinów sprawia, że ​​Twoja płyta jest prosta.

Światło, od LED do oka

Za panelem znajduje się podświetlane krawędziowo podświetlenie16 białych diod LED, działa na poziomie nominalnym40 mAprzy napięciu przewodzenia wynoszącym22,5-26 V. Ten układ o wyższym napięciu i niższym natężeniu prądu można łatwo wysterować z kompaktowego stopnia prądu stałego i ma on moc znamionową30 000 godzinżywotność do połowy luminancji, gdy diody LED są zasilane prądem 20 mA każda. Uruchom je mocniej – powyżej około 25 mA na diodę LED – a wartość ta ulegnie skróceniu, ponieważ starzenie się diod LED jest procesem napędzanym termicznie: emitery ulegają degradacji szybciej, im są cieplejsze.

Dlatego moduł zawiera m.ingrafenowy arkusz rozprowadzający ciepłorazem z folią miedzianą w obszarze podświetlenia. Grafen odprowadza ciepło od krawędzi diod LED, utrzymując niższą temperaturę emiterów, dzięki czemu ich moc wyjściowa pozostaje stabilna, a ich żywotność pozostaje długa. Jest to niewielka inkluzja, która procentuje przez cały okres użytkowania produktu, ponieważ podświetlenie, które powoli gaśnie, to produkt, który dłużej wygląda jak nowy.

Po stronie elektrycznej moduł biegnie od a2,8 Vtypowy zasilacz logiczny o użytecznym zakresie napięcia od 2,5 do 3,3 V, a szyna MIPI również pobiera napięcie od 2,5 do 3,3 V. Anoda i katoda podświetlenia są wyprowadzone na elastyczny obwód obok par danych, więc host potrzebuje jedynie czystej szyny logicznej i sterownika podświetlenia – bez skomplikowanego drzewa zasilania.

Optyka czujnika za szybą

Tym, co wyróżnia ten moduł, jest to, co potrafi poza pikselami i dotykiem. Na szybie osłonowej nadrukowane są dwie funkcje optyczne. Pierwszym z nich jestokno zbliżeniowe na podczerwień: przechodzi IR w940 nm z transmisją co najmniej 80%jednocześnie blokując światło widzialne poniżej5%, dzięki czemu czujnik zbliżeniowy może wykryć pobliskie obiekty, a okno nie będzie wskazywało na oczywistą dziurę w projekcie. Drugie tookno z oświetleniem otoczenia, który mija mniej więcej20% ± 5% przy 550 nmIco najmniej 80% przy 850 nm, dając czujnikowi światła skalibrowany widok pomieszczenia, dzięki czemu jasność ekranu może się automatycznie regulować.

Wartość praktyczna jest znacząca. Produkt, który oczekuje zachowania przypominającego telefon — przyciemnianie ekranu w ciemnym pomieszczeniu, czujnik zbliżeniowy wygaszający wyświetlacz podczas połączenia — zwykle musi zaprojektować otwór w ramce lub zamontować osobne okno, zachowując całą tolerancję mechaniczną i kompromis kosmetyczny, jaki się z tym wiąże. Tutaj optyka jest częścią tego samego wykwalifikowanego zespołu, co wyświetlacz i dotyk. Mniej części, mniej tolerancji, czystszy projekt przemysłowy i jeden dostawca odpowiedzialny za cały panel przedni.

Przetrwać prawdziwy świat

Moduł jest określony do działania-20°C do +60°Ci z którego należy przechowywać-30°C do +70°C, przy wilgotności względnej do 90%. Te limity to warunki brzegowe, które musi spełniać obudowa, wentylacja i plan termiczny. Na zimno reakcja ciekłokrystaliczna zwalnia wraz ze wzrostem lepkości; w upale podświetlenie jest zwykle dominującym źródłem ciepła, więc relief termiczny na krawędzi diod LED spełnia podwójne zadanie. Wczesne rozpoznanie obu efektów odróżnia projekt trafny za pierwszym razem od zwrotu z gry.

Aby potwierdzić te wartości, moduł jest poddawany standardowej, niezawodnej baterii: przechowywanie w wysokiej i niskiej temperaturze w temperaturze +70°C i -30°C przez 96 godzin; praca w wysokiej i niskiej temperaturze w temperaturze +60°C i -20°C przez 96 godzin; namoczenie wilgoci w temperaturze 50°C i wilgotności względnej 90% przez 96 godzin; I50 cykli szoku termicznegowaha się od -20°C do +60°C. Kryteria pozytywne odrzucają tryby awarii, które w przeciwnym razie wykryłyby się w terenie: brakujące lub zwarte segmenty, niewyraźne segmenty, brak wyświetlacza lub nieprawidłowe wyświetlanie, wyciek ciekłokrystaliczny, pęcherzyki niskotemperaturowe, poluzowane uszczelki końcowe i tęcza ramki.

Podejdź do tego bez niespodzianek

Pierwsze światło z 4-pasmowym panelem MIPI to zwykle krótka droga, jeśli zachowana jest kolejność. Najpierw dostarcz szyny logiczne i MIPI, a następnie potwierdźNASTAWIĆaby zainicjować sterownik, a następnie rozpocznij strumień MIPI. Ponieważ interfejs jest standardowy, a kierowca stanowi dobrze udokumentowaną część, wszelkie uwagi zwykle dotyczą prawidłowego doboru mocy i prawidłowego przypisania pasa ruchu, a nie przemyślanej inżynierii.

Miej pod ręką prosty wzór testowy — szarą rampę i siatkę z kolorowymi paskami. Wychwytuje więcej błędów interfejsu w trzydzieści sekund niż godzina zgadywania i natychmiast oddziela problem z synchronizacją lub pasem od problemu z ustawieniem obrazu. Kilka minut metodycznego sprawdzania na tym etapie jest warte wielu godzin debugowania później.

Zaprojektowanie wokół niego obudowy

Moduł jest kompaktowy i smukły. Sam wyświetlacz mierzy76,84 × 139,46 × 2,02 mmoraz kompletny montaż z pomiarami dotykowymi83,84 × 146,50 × 3,32 mm— wystarczająco cienki, aby można go było używać w konstrukcjach ręcznych i montowanych na panelu, gdzie liczy się każdy milimetr. Obszar aktywny jest wyśrodkowany w obrysie, a elastyczny obwód obsługuje magistralę danych, szyny podświetlenia i złącze dotykowe.

Trzy uwagi dotyczące planowania sprawiają, że integracja przebiega sprawnie. Pozostaw odstęp w miejscu wyjścia materiału elastycznego i przestrzegaj promienia zgięcia podczas montażu, aby połączenie pozostało niezawodne. Zaplanuj ramkę wokół obrysu modułu tak, aby szklana osłona przylegała do powierzchni produktu, zapewniając czysty, jednolity przód. Połącz krawędź LED z dowolną dostępną miedzią lub obudową, aby ciepło podświetlenia miało gdzie uciec. Odrobina przezorności zapobiega dwóm klasycznym problemom w terenie: przerywanym połączeniom na złączu i przedwczesnemu starzeniu się podświetlenia.

Gdzie to należy

Wyświetlacz dotykowy IPS o rozdzielczości 720 × 1280 tej wielkości stanowi naturalny interfejs wszędzie tam, gdzie użytkownik ma bezpośrednią interakcję z kompaktowym urządzeniem: instrumentami ręcznymi i przenośnymi, panelami inteligentnego domu i urządzeń, telefonami medycznymi, terminalami kontroli dostępu i kioskami, interfejsami przypominającymi telefony, które wymagają wykrywania bliskości i światła otoczenia, a także wbudowanymi interfejsami człowiek-maszyna, które wymagają ostrego ekranu i czułego dotyku na niewielkiej powierzchni. W każdym przypadku atrakcyjność jest taka sama: jedna połączona część łączy w sobie piksele, dotyk, optykę czujnika i interfejs mechaniczny.

Dopasowane do Twojego produktu

Każdy produkt jest nieco inny, dlatego moduł jest oferowany z elastycznością OEM/ODM. Nadruk na szkiełku osłonowym może zawierać Twoje logo i wykończenie, a układ okienka czujnika można dostosować do czujników, których planujesz używać. Konfigurację dotykową, jasność podświetlenia i routing FPC można dostosować do obudowy i złącza. Próbki są dostępne do oceny, a nasz zespół współpracuje z Tobą od pierwszego prototypu po produkcję seryjną.

Najszybszą drogą do doskonałego panelu przedniego jest wcześniejsze skontaktowanie się z dostawcą wyświetlacza, podczas gdy obudowę, architekturę zasilania i interfejs nadal można tanio zmienić. Opowiedz nam o swoim urządzeniu, otoczeniu i czujnikach, które zamierzasz umieścić za szybą, a pomożemy Ci zamienić ten moduł w gotowy front Twojego produktu.