Màn hình, cảm ứng và quang học cảm biến - một bảng mặt trước mạch lạc

Một cái nhìn dài hạn về màn hình cảm ứng IPS 5,94 inch 720×1280 với liên kết MIPI 4 làn, được viết cho các kỹ sư và người mua muốn toàn bộ câu chuyện ở một nơi thay vì nằm rải rác trên một bảng thông số kỹ thuật.

Một mặt trước tốt không phải là một màn hình được dán một lớp cảm ứng.Đó là một ngăn xếp cơ học và quang học duy nhất trong đó kính bạn chạm vào, lưới cảm biến bên dưới nó, tế bào tinh thể lỏng vẽ hình ảnh và - đặc biệt là trong mô-đun này - các cửa sổ quang học nhỏ cho phép cảm biến nhìn xuyên qua lớp vỏ đều hoạt động cùng nhau. Khi các bộ phận đó được thiết kế như một, kết quả sẽ mỏng hơn, sáng hơn và ít gặp khó khăn hơn khi tích hợp. TXW600017S0-CTP được xây dựng chính xác dựa trên tiền đề đó:IPS 5,94 inch, 720×1280bảng điều khiển, một cứngCảm ứng điện dung G+F+Fbề mặt, mộtMIPI 4 lànliên kết hình ảnh và một tấm kính che dành chỗ cho cửa sổ hồng ngoại tiệm cận và cửa sổ ánh sáng xung quanh. Bài viết này đi sâu vào toàn bộ thiết kế, từng phần, một cách chi tiết liên tục.

Tại sao bảng điều khiển tích hợp lại thắng

Mọi sản phẩm cảm ứng đều có cùng một quyết định ban đầu: mua màn hình và cảm ứng riêng biệt hoặc mua chúng đã được gắn sẵn. Tuyến đường riêng biệt có vẻ rẻ hơn trên BOM và hầu như không bao giờ như vậy. Nó buộc bạn phải xác định tiêu chuẩn của hai nhà cung cấp, quản lý dung sai căn chỉnh giữa cảm biến và màn hình, thêm bước liên kết quang học thứ hai và chịu trách nhiệm về bất kỳ khe hở không khí nào xuất hiện ở các cạnh. Mỗi bước trong số đó đều có nguy cơ làm giảm năng suất hoặc thu hồi sản phẩm và mỗi bước đều tiêu tốn thời gian kỹ thuật mà sản phẩm hiếm khi có.

Một mô-đun tích hợp, liên kết sẽ loại bỏ hoàn toàn loại rủi ro đó. TXW600017S0-CTP xuất hiện dưới dạng một bộ phận hoàn thiện — bảng điều khiển TFT, trình điều khiển, đèn nền, mạch linh hoạt và bảng cảm ứng điện dung đã được lắp ráp và thử nghiệm cùng nhau. Có một mã số bộ phận để gắn, một FPC để đặt vào đầu nối của nó và một nhà cung cấp đứng đằng sau kết quả. Các giao diện cơ học đã được biết đến, ngăn xếp quang học ổn định và bề mặt cảm ứng được đảm bảo phẳng với độ cong dưới 0,3%, do đó ngón tay không bao giờ cảm thấy sóng trong kính. Đối với sản phẩm cầm tay hoặc gắn trên bảng điều khiển, quyết định duy nhất đó có xu hướng tiết kiệm hàng tuần.

Màn hình: 720×1280 IPS rõ nét

Ở trung tâm của mô-đun là bảng điều khiển ma trận hoạt động TFT truyền qua, thường có màu đen với720×1280độ phân giải — canvas HD đích thực — trải rộng trên đường chéo 5,94 inch. Điều đó diễn ra gần đúng247 pixel mỗi inchtrên một0,10275mmcao độ pixel, trên một vùng hoạt động của73,98 × 131,52mm. Nó đủ dày đặc để văn bản nhỏ vẫn dễ đọc, các biểu tượng có thể nằm gần nhau mà không va chạm và đường nét giao diện tinh tế hiển thị rõ ràng, đó chính xác là những gì một màn hình giàu dữ liệu cần.

Bảng điều khiển hiển thị16,7 triệu màu- 8 bit chính hãng trên mỗi kênh màu đỏ, xanh lá cây và xanh lam. Độ sâu đó là thứ cho phép độ dốc, màu trạng thái tinh tế và loại khử răng cưa hiển thị mượt mà thay vì chia thành các bước có thể nhìn thấy được. Chế độ IPS là nửa còn lại của câu chuyện: nó giữ màu sắc nhất quán trên toàn bộ bề mặt và ổn định khi góc nhìn thay đổi. Được ghép nối với bảng điều khiểnTẤT CẢ GIỜđánh giá, không có một hướng "tốt nhất" nào để đối mặt với màn hình; thiết bị cầm trên tay, đặt nghiêng trên ghế hoặc đọc từ bên cạnh sẽ giữ được hình ảnh nhất quán, dễ đọc.

Kết hợp lại với nhau, những đặc tính đó có nghĩa là màn hình không chỉ trông đẹp trong điều kiện phòng thí nghiệm — nó vẫn hoạt động tốt ở những nơi sản phẩm thực tế tồn tại. Một biểu đồ đọc rõ ràng theo chiều thẳng cũng đọc rõ ràng ở một góc; một bức ảnh trông đẹp ở giữa sẽ không bị đổi màu ở góc. Đối với thiết bị hiển thị dữ liệu, bản đồ hoặc hình ảnh trực tiếp cho một người, tính nhất quán đó chính là điểm mấu chốt.

Chạm vào rồi biến mất trong kính

Bề mặt cảm ứng là mộtG+F+Fngăn xếp lái xe quaI2C. Vỏ của nó là0,7mmkính có nguồn gốc từ AGC, được đánh giá6Hđể chống trầy xước và được hoàn thiện bằng mộtchống chói (AG)xử lý làm dịu đi sự phản chiếu, nếu không sẽ làm mờ hình ảnh trong phòng sáng. Sự truyền ánh sáng là≥85%, do đó, đầu ra của đèn nền vẫn tồn tại qua kính và truyền tới mắt, đồng thời hiện tượng cong vênh được giữ bên dưới0,3%nhờ đó bề mặt vẫn phẳng và phản hồi cảm ứng đồng đều trên toàn bộ bảng điều khiển.

Điều khiến bề mặt cảm ứng có cảm giác dễ chịu không liên quan nhiều đến mẫu điện cực mà liên quan đến độ ổn định của tín hiệu. Cảm biến điện dung hoạt động bằng cách giải quyết những thay đổi nhỏ về điện dung lẫn nhau so với đường cơ sở ổn định; Tín hiệu đó càng rõ ràng so với nhiễu điện xung quanh nó - tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu - cảm giác chạm càng chính xác và phản hồi nhanh hơn. Một ngăn kính có kích thước ổn định, một cụm liên kết không có khe hở không khí và một tấm thu hồi mặt đất sạch đều làm tăng tỷ lệ đó. Đây là lý do tại sao một bảng điều khiển được thiết kế tốt cho cảm giác sắc nét trong khi một bảng điều khiển giá rẻ lại có cảm giác lag, ngay cả khi cả hai đều mang cùng một bộ điều khiển.

Vì bảng cảm ứng và màn hình được liên kết thành một bộ phận nên không có bước cán cảm biến riêng biệt và không có dung sai căn chỉnh để quản lý giữa chúng. Hai công việc khó khăn nhất trong thiết kế sản phẩm cảm ứng — gắn cảm biến với màn hình và giữ cho hai cảm biến thẳng hàng hoàn hảo — đã được thực hiện, kiểm tra và đảm bảo vào thời điểm mô-đun đến dây chuyền của bạn.

Cầu nối từ màn hình đến hệ thống: MIPI 4 làn

Dữ liệu hình ảnh đến bảng điều khiển qua mộtMIPI DSI 4 làngiao diện: một cặp đồng hồ vi sai và bốn cặp dữ liệu vi sai, cộng với mộtCÀI LẠIdòng (hoạt động ở mức thấp) khởi tạo trình điều khiển. MIPI là liên kết có số lượng pin thấp, băng thông cao được sử dụng trên khắp các điện thoại và hệ thống nhúng hiện đại, đó chính xác là lý do tại sao nó rất phù hợp ở đây. Nó mang khung hình HD một cách thoải mái trong khi sử dụng ít chân cắm, do đó, một máy chủ khiêm tốn — MCU hoặc SoC có thiết bị ngoại vi hiển thị MIPI — có thể điều khiển bảng điều khiển mà không cần chip cầu nối can thiệp.

Thật đáng để đưa ra những con số vì chúng giải thích sự dễ dàng của việc tích hợp. Một khung hình 720×1280 chứa921.600 pixel. Với tốc độ 24 bit trên mỗi pixel, tức là khoảng22,1 triệu bittrên mỗi khung hình và ở mức khoảng 60 khung hình mỗi giây1,33 Gbit/scủa dữ liệu pixel. Trải rộng trên bốn làn đường, đó chỉ là khoảng330 Mbit/s mỗi làn— một phần nhỏ những gì MIPI có thể mang lại, để lại khoảng trống cho khoảng trống và tốc độ khung hình trong tương lai. Nói một cách dễ hiểu: đây không phải là một liên kết đòi hỏi phải thực hiện và số lượng pin thấp giúp bảng của bạn trở nên đơn giản.

Ánh sáng, từ đèn LED đến mắt

Phía sau bảng điều khiển là một đèn nền chiếu sáng cạnh16 đèn LED trắng, chạy ở mức danh nghĩa40 mAvới điện áp chuyển tiếp là22,5-26 V. Sự sắp xếp điện áp cao hơn, dòng điện thấp hơn đó dễ dàng được điều khiển từ giai đoạn dòng điện không đổi nhỏ gọn và nó được đánh giá cho một30.000 giờtuổi thọ đến một nửa độ sáng khi đèn LED chạy ở mức 20 mA mỗi đèn. Chạy chúng mạnh hơn — trên khoảng 25 mA cho mỗi đèn LED — và con số đó rút ngắn lại, vì quá trình lão hóa của đèn LED là một quá trình do nhiệt: bộ phát xuống cấp nhanh hơn khi chúng chạy càng nóng.

Đó là lý do tại sao mô-đun bao gồm mộttấm tản nhiệt graphenecùng với lá đồng ở khu vực đèn nền. Graphene mang nhiệt ra khỏi mép đèn LED, giữ cho bộ phát mát hơn để đầu ra của chúng ổn định và tuổi thọ của chúng được kéo dài. Đó là một sự bổ sung nhỏ sẽ mang lại lợi ích trong suốt thời gian sử dụng của sản phẩm, bởi vì đèn nền mờ dần là sản phẩm trông mới lâu hơn.

Về mặt điện, mô-đun chạy từ một2,8 Vnguồn logic thông thường, có phạm vi sử dụng được từ 2,5 đến 3,3 V và đường ray MIPI cũng mất 2,5 đến 3,3 V. Cực dương và cực âm của đèn nền được đưa ra trên mạch linh hoạt cùng với các cặp dữ liệu, vì vậy máy chủ chỉ cần một đường ray logic sạch và trình điều khiển đèn nền — không cần cây nguồn phức tạp.

Cảm biến quang học phía sau kính

Điều làm nên sự khác biệt của mô-đun này là những gì nó làm được ngoài pixel và cảm ứng. Hai chức năng quang học được in vào mặt kính. Đầu tiên là mộtcửa sổ tiệm cận hồng ngoại: nó đi qua IR tại940 nm với độ truyền ít nhất 80%đồng thời chặn ánh sáng nhìn thấy được ở bên dưới5%, do đó, cảm biến tiệm cận có thể phát hiện các vật thể ở gần mà cửa sổ không coi đó là lỗ hổng rõ ràng trong thiết kế. Thứ hai là mộtcửa sổ ánh sáng xung quanh, vượt qua đại khái20%±5% ở 550nmVàít nhất 80% ở 850 nm, cung cấp cho cảm biến ánh sáng chế độ xem được hiệu chỉnh của căn phòng để độ sáng màn hình có thể tự động điều chỉnh.

Giá trị thực tế rất đáng kể. Một sản phẩm muốn có hành vi kiểu điện thoại - màn hình mờ trong phòng tối, cảm biến tiệm cận làm trống màn hình trong khi gọi - thường phải thiết kế một khe hở ở viền hoặc lắp một cửa sổ riêng, với tất cả khả năng chịu đựng cơ học và tính thẩm mỹ đòi hỏi. Ở đây, các bộ phận quang học đó là một phần của cùng một bộ phận lắp ráp đủ tiêu chuẩn như màn hình và cảm ứng. Ít bộ phận hơn, ít dung sai hơn, kiểu dáng công nghiệp sạch hơn và một nhà cung cấp chịu trách nhiệm về toàn bộ bảng điều khiển phía trước.

Chịu đựng thế giới thực

Mô-đun được chỉ định để hoạt động từ-20°C đến +60°Cvà được lưu trữ từ-30°C đến +70°C, ở độ ẩm tương đối lên tới 90%. Những giới hạn đó là các điều kiện ranh giới mà vỏ bọc, hệ thống thông gió và hệ thống nhiệt của bạn phải tôn trọng. Trong điều kiện lạnh, phản ứng của tinh thể lỏng chậm lại khi độ nhớt tăng lên; khi có nhiệt, đèn nền thường là nguồn nhiệt chiếm ưu thế, do đó khả năng tản nhiệt ở cạnh đèn LED thực hiện nhiệm vụ kép. Nhận biết sớm cả hai tác động này là điều tạo nên sự khác biệt giữa thiết kế đúng lần đầu và lợi nhuận thực tế.

Để đảm bảo những con số đó, mô-đun được đưa vào một loại pin có độ tin cậy tiêu chuẩn: bảo quản ở nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp ở +70 °C và -30 °C trong 96 giờ; hoạt động ở nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp ở +60 °C và -20 °C trong 96 giờ; ngâm độ ẩm ở 50°C và 90% RH trong 96 giờ; Và50 chu kỳ sốc nhiệtdao động trong khoảng từ -20 ° C đến +60 ° C. Tiêu chí vượt qua loại bỏ các dạng lỗi có thể xuất hiện tại hiện trường: các phân đoạn bị thiếu hoặc bị rút ngắn, các phân đoạn không rõ ràng, không hiển thị và hiển thị bất thường, rò rỉ tinh thể lỏng, bong bóng nhiệt độ thấp, vòng đệm cuối bị lỏng và cầu vồng khung.

Đưa nó lên mà không có gì ngạc nhiên

Ánh sáng đầu tiên với bảng điều khiển MIPI 4 làn thường là một đường đi ngắn nếu tuân thủ trình tự. Cung cấp đường ray logic và MIPI trước, sau đó xác nhậnCÀI LẠIđể khởi tạo trình điều khiển, sau đó bắt đầu luồng MIPI. Bởi vì giao diện là tiêu chuẩn và trình điều khiển là một phần được ghi chép đầy đủ nên việc đưa lên có xu hướng là vấn đề về thứ tự nguồn điện chính xác và phân bổ làn đường chính xác hơn là kỹ thuật thông minh.

Giữ sẵn một mẫu thử nghiệm đơn giản — một đoạn đường nối màu xám và một lưới thanh màu. Nó phát hiện nhiều lỗi giao diện trong ba mươi giây hơn là một giờ đoán và nó tách vấn đề về thời gian hoặc làn đường khỏi vấn đề cài đặt hình ảnh ngay lập tức. Một vài phút kiểm tra có phương pháp ở giai đoạn này sẽ đáng giá hàng giờ để gỡ lỗi sau đó.

Thiết kế bao vây xung quanh nó

Mô-đun này nhỏ gọn và mỏng. Màn hình hiển thị một mình đo76,84 × 139,46 × 2,02 mmvà lắp ráp hoàn chỉnh với các biện pháp cảm ứng83,84 × 146,50 × 3,32 mm— đủ mỏng cho các thiết kế cầm tay và gắn trên bảng điều khiển nơi mỗi milimet đều có giá trị. Vùng hoạt động được đặt ở giữa trong đường viền và mạch linh hoạt mang bus dữ liệu, đường ray đèn nền và kết nối cảm ứng.

Ba ghi chú lập kế hoạch giúp quá trình tích hợp diễn ra suôn sẻ. Để lại khoảng trống ở nơi phần mềm thoát ra và tôn trọng bán kính uốn cong của nó trong quá trình lắp ráp để kết nối luôn đáng tin cậy. Bố trí viền xung quanh đường viền của mô-đun sao cho mặt kính nằm ngang với bề mặt sản phẩm, mang lại mặt trước liền mạch, sạch sẽ. Và ghép cạnh đèn LED với bất kỳ loại đồng hoặc khung nào có sẵn để sức nóng của đèn nền sẽ được giải tỏa. Việc suy tính trước một chút ở đây sẽ ngăn ngừa được hai vấn đề thường gặp ở hiện trường: kết nối không liên tục ở đầu nối và đèn nền bị lão hóa sớm.

Nơi nó thuộc về

Màn hình cảm ứng IPS 720×1280 có kích thước này là giao diện người dùng tự nhiên ở bất cứ nơi nào một người tương tác trực tiếp với một thiết bị nhỏ gọn: dụng cụ cầm tay và di động, bảng điều khiển thiết bị và nhà thông minh, thiết bị cầm tay y tế, thiết bị đầu cuối ki-ốt và kiểm soát truy cập, giao diện kiểu điện thoại cần cảm biến khoảng cách và ánh sáng xung quanh cũng như giao diện người-máy nhúng muốn có màn hình sắc nét và cảm ứng nhạy trong một diện tích nhỏ. Trong mỗi trường hợp, sự hấp dẫn là như nhau: một bộ phận được liên kết mang các pixel, cảm ứng, cảm biến quang học và giao diện cơ học cùng nhau.

Phù hợp với sản phẩm của bạn

Mỗi sản phẩm có một chút khác biệt, vì vậy mô-đun được cung cấp với tính linh hoạt OEM/ODM. In trên kính có thể mang logo và lớp hoàn thiện của bạn, đồng thời bố cục cửa sổ cảm biến có thể được sắp xếp để phù hợp với cảm biến mà bạn dự định sử dụng. Cấu hình cảm ứng, độ sáng đèn nền và định tuyến FPC đều có thể được điều chỉnh để phù hợp với vỏ và đầu nối của bạn. Các mẫu có sẵn để đánh giá và nhóm của chúng tôi làm việc với mẫu của bạn từ nguyên mẫu đầu tiên cho đến sản xuất số lượng lớn.

Con đường nhanh nhất để có được một mặt trước tuyệt vời là sớm đưa nhà cung cấp màn hình đến, trong khi vỏ, cấu trúc nguồn và giao diện vẫn còn rẻ để thay đổi. Hãy cho chúng tôi biết về thiết bị, môi trường của bạn và các cảm biến bạn định đặt phía sau kính và chúng tôi sẽ giúp bạn biến mô-đun này thành mặt trước hoàn thiện của sản phẩm.