Дисплей, сенсорный экран и сенсорная оптика — одна целостная передняя панель

Подробный обзор 5,94-дюймового сенсорного IPS-дисплея с разрешением 720×1280 и 4-полосным интерфейсом MIPI, написанный для инженеров и покупателей, которым нужна вся информация в одном месте, а не разбросана по спецификациям.

Хорошая передняя панель – это не дисплей с наклеенным сенсорным слоем.Это единый оптический и механический стек, в котором стекло, к которому вы прикасаетесь, сенсорная сетка под ним, жидкокристаллическая ячейка, рисующая изображение, и — особенно в этом модуле — небольшие оптические окошки, которые позволяют датчикам видеть сквозь крышку, — все работают вместе. Когда эти части спроектированы как единое целое, результат получается тоньше, ярче, и проблем с интеграцией становится гораздо меньше. TXW600017S0-CTP создан именно на этом принципе:5,94 дюйма, 720×1280 IPSпанель, закаленнаяG+F+F емкостный сенсорныйповерхность, а4-полосный МИПИссылка на изображение и защитное стекло, в котором остается место для инфракрасного бесконтактного окна и окна рассеянного света. В этой статье подробно рассматривается весь проект, раздел за разделом.

Почему интегрированная панель выигрывает

Каждый сенсорный продукт на ранней стадии сталкивается с одним и тем же решением: купить дисплей и сенсорный экран отдельно или купить их уже соединенными. Отдельный маршрут в спецификации выглядит дешевле, но почти никогда таковым не является. Это заставляет вас квалифицировать двух поставщиков, управлять допуском выравнивания между датчиком и дисплеем, добавлять второй этап оптического соединения и брать на себя ответственность за любой воздушный зазор, который появляется по краям. Каждый из этих шагов — это шанс потерять урожай или вернуть урожай, и каждый из них требует времени на разработку, которое редко приходится экономить на продукте.

Связанный интегрированный модуль полностью устраняет этот класс риска. TXW600017S0-CTP поставляется как готовая деталь — TFT-панель, драйвер, подсветка, гибкая схема и емкостная сенсорная панель уже собраны и протестированы вместе. Есть один номер детали для установки, один FPC для установки в разъем и один поставщик, отвечающий за результат. Механические интерфейсы известны, оптический стек стабилен, а сенсорная поверхность гарантированно плоская с короблением менее 0,3%, поэтому палец никогда не чувствует волн на стекле. Для портативного или панельного продукта это единственное решение может сэкономить недели.

Дисплей: четкость IPS 720×1280.

В основе модуля лежит обычно черная пропускающая TFT-панель с активной матрицей.720×1280Разрешение — настоящее полотно HD — распределено по диагонали 5,94 дюйма. Это получается примерно247 пикселей на дюймна0,10275 ммшаг пикселя, над активной областью73,98 × 131,52 мм. Он достаточно плотный, чтобы мелкий текст оставался разборчивым, значки располагались близко друг к другу, не сталкиваясь, а тонкие линии интерфейса отображались четко, а это именно то, что нужно экрану с большим количеством данных.

Панель отображает16,7 миллионов цветов— настоящие восемь битов на каждом из красного, зеленого и синего каналов. Именно эта глубина позволяет градиентам, тонким цветам статуса и сглаженному шрифту отображаться плавно, а не превращаться в видимые ступени. Режим IPS — это другая половина дела: он сохраняет цвет по всей поверхности одинаковым и стабильным при изменении угла обзора. В сочетании с панельюВСЕ ЧАСОсогласно рейтингу, не существует единственного «лучшего» направления, в котором можно смотреть на экран; устройство, удерживаемое в руке, наклоненное на скамейке или считываемое сбоку, сохраняет единообразное и разборчивое изображение.

В совокупности эти качества означают, что дисплей не просто хорошо выглядит в лабораторных условиях — он остается хорошим там, где действительно находится настоящий продукт. График, который читается четко прямо, также четко читается под углом; фотография, которая выглядит правильно в центре, не меняет цвет в углах. Для оборудования, которое показывает человеку живые данные, карты или изображения, вся суть в такой последовательности.

Прикосновение, исчезающее в стекле

Сенсорная поверхность представляет собойГ+Ж+Жстек переезжалI2C. Его обложка0,7 ммстекло от AGC, номинал6Чдля устойчивости к царапинам и обработаныантибликовый (АГ)обработка, смягчающая отражения, которые в противном случае размыли бы изображение в ярко освещенной комнате. Светопропускание есть≥85%, поэтому выходная мощность подсветки сохраняется на стекле и достигает глаз, а коробление удерживается ниже0,3%поэтому поверхность остается плоской, а отклик на прикосновение остается равномерным по всей панели.

То, что делает сенсорную поверхность приятной, связано не столько с рисунком электродов, сколько со стабильностью сигнала. Емкостный датчик работает, распознавая малейшие изменения взаимной емкости относительно постоянной базовой линии; чем четче этот сигнал по сравнению с электрическим шумом вокруг него (отношением сигнал/шум), тем точнее и отзывчивее ощущается прикосновение. Стеклянная труба со стабильными размерами, склеенная сборка без воздушного зазора и чистый возврат грунта — все это повышает это соотношение. Вот почему хорошо спроектированная панель кажется четкой, а дешевая — тормозящей, даже если обе имеют один и тот же контроллер.

Поскольку сенсорная панель и дисплей соединены как одна деталь, между ними не требуется отдельного этапа ламинирования датчика и не требуется допуск на выравнивание. Две самые сложные задачи при проектировании сенсорного продукта — прикрепление датчика к дисплею и поддержание их идеального выравнивания — уже выполнены, протестированы и гарантированы к тому моменту, когда модуль достигнет вашей линии.

Мост от экрана к системе: 4-полосный MIPI

Данные изображения достигают панели через4-полосный MIPI DSIинтерфейс: одна дифференциальная пара часов и четыре дифференциальные пары данных, а такжеПЕРЕЗАГРУЗИТЬлиния (активный низкий уровень), которая инициализирует драйвер. MIPI — это тот же канал с малым количеством контактов и высокой пропускной способностью, который используется во всех телефонах и современных встроенных системах, и именно поэтому он хорошо подходит здесь. Он легко переносит кадр HD, используя несколько контактов, поэтому скромный хост — MCU или SoC с периферийным дисплеем MIPI — может управлять панелью без промежуточного мостового чипа.

Стоит добавить к этому цифры, потому что они объясняют простоту интеграции. Кадр размером 720×1280 содержит921 600 пикселей. При 24 битах на пиксель это примерно22,1 миллиона битза кадр и примерно при 60 кадрах в секунду1,33 Гбит/сданных пикселей. Распределение по четырем полосам движения, это всего лишь около330 Мбит/с на полосу— удобная часть того, что может нести MIPI, оставляя запас для интервалов гашения и будущей частоты кадров. Проще говоря: это не сложная ссылка для реализации, а небольшое количество контактов делает вашу плату простой.

Свет, от светодиода до глаза

За панелью расположена подсветка с боковой подсветкой.16 белых светодиодов, работающий на номинале40 мАс прямым напряжением22,5–26 В. Эта схема с более высоким напряжением и меньшим током легко управляется с помощью компактного каскада постоянного тока, и она рассчитана на30 000 часовсрок службы до половины яркости, когда светодиоды работают при токе 20 мА каждый. Если использовать их с большей нагрузкой — выше примерно 25 мА на светодиод — и эта цифра уменьшится, потому что старение светодиодов — это термический процесс: эмиттеры деградируют тем быстрее, чем сильнее они нагреваются.

Именно поэтому модуль включает в себяграфеновый теплораспределяющий листвместе с медной фольгой в зоне подсветки. Графен отводит тепло от края светодиода, сохраняя излучатели более холодными, поэтому их выходная мощность остается стабильной, а срок их службы — долгим. Это небольшое включение окупается на протяжении всего срока службы продукта, поскольку медленно угасающая подсветка — это продукт, который дольше выглядит новым.

С электрической стороны модуль работает от2,8 Втипичный источник логики с полезным диапазоном от 2,5 до 3,3 В, а шина MIPI также потребляет напряжение от 2,5 до 3,3 В. Анод и катод подсветки выводятся на гибкую схему вместе с парами данных, поэтому хосту нужна только чистая логическая шина и драйвер подсветки — никакого сложного дерева питания.

Сенсорная оптика за стеклом

Что отличает этот модуль, так это то, что он делает помимо пикселей и сенсорного управления. На покровном стекле напечатаны две оптические функции. Первый – этоинфракрасное окно приближения: он проходит IR в940 нм с пропусканием не менее 80%блокируя видимый свет снизу5%, поэтому датчик приближения может обнаруживать близлежащие объекты, не воспринимая окно как очевидную дыру в конструкции. Второй — этоокно с рассеянным светом, который проходит примерно20%±5% при 550 нмине менее 80% при 850 нм, предоставляя датчику освещенности калиброванное изображение комнаты, чтобы яркость экрана могла регулироваться автоматически.

Практическая ценность значительна. Продукт, которому требуется поведение в стиле телефона — затемнение экрана в темной комнате, датчик приближения, отключающий дисплей во время разговора, — обычно должен спроектировать отверстие на лицевой панели или установить отдельное окно со всеми вытекающими из этого механическими допусками и косметическими компромиссами. Здесь эта оптика входит в ту же квалифицированную сборку, что и дисплей и тач. Меньше деталей, меньше допусков, более чистый промышленный дизайн и один поставщик, отвечающий за всю переднюю панель.

Выдержать реальный мир

Модуль предназначен для работы отот -20 °С до +60 °Си храниться изот -30 °С до +70 °С, при относительной влажности до 90%. Эти ограничения представляют собой граничные условия, которые должны соблюдаться в вашем корпусе, вентиляции и тепловом плане. На холоде реакция жидких кристаллов замедляется по мере увеличения вязкости; в жару подсветка обычно является доминирующим источником тепла, поэтому тепловой сброс на краю светодиода выполняет двойную функцию. Раннее распознавание обоих эффектов – это то, что отличает правильный проект с первого раза от успеха в эксплуатации.

Для подтверждения этих цифр модуль проходит через батарею стандартной надежности: высоко- и низкотемпературное хранение при +70 °C и -30 °C в течение 96 часов; высоко- и низкотемпературная работа при +60°С и -20°С в течение 96 часов; выдержка во влажной среде при 50 °C и относительной влажности 90% в течение 96 часов; и50 циклов термического удараколебание от -20 °C до +60 °C. Критерии прохождения исключают виды отказов, которые в противном случае могли бы проявиться в полевых условиях: отсутствующие или закороченные сегменты, нечеткие сегменты, неотображение и ненормальное отображение, утечка жидких кристаллов, низкотемпературные пузырьки, ослабленные торцевые уплотнения и радуга на рамке.

Обойдемся без сюрпризов

Первый свет с 4-полосной панелью MIPI обычно представляет собой короткий путь, если соблюдается последовательность. Сначала обеспечьте логику и рельсы MIPI, затем подтвердитеПЕРЕЗАГРУЗИТЬдля инициализации драйвера, затем запустите поток MIPI. Поскольку интерфейс стандартен, а драйвер является хорошо документированной частью, настройка, как правило, сводится к правильному порядку питания и правильному назначению полос, а не к умной инженерии.

Держите под рукой простой тестовый шаблон — серую рамку и сетку цветных полос. Он выявляет больше ошибок интерфейса за тридцать секунд, чем за час догадок, и мгновенно отделяет проблему синхронизации или полосы движения от проблемы настройки изображения. Несколько минут методической проверки на этом этапе стоят часов последующей отладки.

Проектирование ограждения вокруг него

Модуль компактный и тонкий. Только дисплей измеряет76,84×139,46×2,02 мм, и полная сборка с сенсорными мерами83,84×146,50×3,32 мм— достаточно тонкий для портативных и панельных конструкций, где важен каждый миллиметр. Активная область расположена по центру контура, а гибкая цепь несет в себе шину данных, шины подсветки и сенсорное соединение.

Три примечания по планированию облегчают интеграцию. Оставьте зазор в месте выхода гибкого кабеля и соблюдайте радиус его изгиба во время сборки, чтобы соединение оставалось надежным. Расположите лицевую панель по контуру модуля так, чтобы защитное стекло прилегало к поверхности продукта, создавая чистую и бесшовную переднюю часть. И соедините край светодиода с любой доступной медью или шасси, чтобы теплу подсветки было куда отводиться. Небольшая предусмотрительность предотвращает две классические проблемы эксплуатации: прерывистые соединения в разъеме и преждевременное старение подсветки.

Где это принадлежит

Сенсорный IPS-дисплей такого размера с разрешением 720×1280 является естественным интерфейсом везде, где человек напрямую взаимодействует с компактным устройством: портативные и портативные инструменты, панели умного дома и бытовой техники, медицинские телефоны, терминалы контроля доступа и киоски, интерфейсы в стиле телефона, для которых требуется распознавание приближения и окружающего освещения, а также встроенные человеко-машинные интерфейсы, которым нужен четкий экран и отзывчивое прикосновение при небольшом занимаемом пространстве. В каждом случае привлекательность одна и та же: одна склеенная часть объединяет пиксели, сенсорный экран, оптику датчика и механический интерфейс.

Специально для вашего продукта

Каждый продукт немного отличается, поэтому модуль предлагается с возможностью OEM/ODM. Печать на защитном стекле может нанести ваш логотип и отделку, а расположение окон датчиков можно настроить в соответствии с датчиками, которые вы планируете использовать. Сенсорную настройку, яркость подсветки и маршрутизацию FPC можно настроить в соответствии с вашим корпусом и разъемом. Образцы доступны для оценки, и наша команда работает с вашими образцами от первого прототипа до серийного производства.

Самый быстрый путь к созданию отличной передней панели — привлечь поставщика дисплея на ранней стадии, пока замена корпуса, архитектуры питания и интерфейса еще не требует больших затрат. Расскажите нам о своем устройстве, окружающей среде и датчиках, которые вы собираетесь разместить за стеклом, и мы поможем вам превратить этот модуль в готовую лицевую часть вашего продукта.