การออกแบบ HMI ระบบสัมผัสความสว่างสูง: เอกสารทางเทคนิคเกี่ยวกับโมดูล LCD ระบบสัมผัสแบบ Capacitive Touch ขนาด 6.0 นิ้ว IPS MIPI (TXW600045H0-CTP)
ข้อมูลอ้างอิงทางวิศวกรรมเชิงลึกสำหรับโมดูล LTPS IPS TFT LCD ขนาด 6.0 นิ้วที่ผสานรวมแผงสัมผัสแบบ projective capacitive, อินเทอร์เฟซ MIPI D-PHY 4 เลน, IC ไดรเวอร์ JD9522TS และไฟแบ็คไลท์ที่ส่องสว่างที่ขอบ 1000 cd/m²
เชิงนามธรรม
เนื่องจากแพลตฟอร์ม HMI แบบฝังโยกย้ายไปสู่ความหนาแน่นของพิกเซลที่สูงขึ้น ข้อกำหนดด้านคอนทราสต์โดยรอบที่สูงขึ้น และขอบเขตกลไกที่บางลง ระบบย่อยของจอแสดงผลจึงกลายเป็นปัจจัยกำหนดที่สำคัญของประสิทธิภาพระดับระบบ ที่TXW600045H0-CTPจัดการกับการบรรจบกันนี้: แผง LTPS IPS TFT ขนาด 6.0 นิ้วที่ให้ความละเอียด 1080×RGB×1920 พิกเซล เชื่อมต่อแบบออปติคอลกับเซ็นเซอร์สัมผัสแบบ capacitive แบบฉายภาพและเลนส์ฝาครอบนิรภัย และขับเคลื่อนผ่านลิงก์ MIPI D-PHY 4 เลนโดยคอนโทรลเลอร์ JD9522TS เอกสารไวท์เปเปอร์นี้จะตรวจสอบฟิสิกส์ของอุปกรณ์พื้นฐาน สถาปัตยกรรมไฟฟ้า ออปติคัลสแต็กอัพ และข้อเสียของการบูรณาการ และให้คำแนะนำที่มุ่งเน้นคุณสมบัติสำหรับทีมออกแบบ OEM/ODM
1. บทนำ: ความต้องการที่บรรจบกันของจอแสดงผลแบบฝัง
ผลิตภัณฑ์มือถือ อุตสาหกรรม และอุปกรณ์สมัยใหม่กำหนดข้อจำกัดสามประการพร้อมกันบนจอแสดงผล: (i) ความหนาแน่นของพิกเซลที่เพียงพอสำหรับการพิมพ์ตัวอักษรขนาดเล็กที่อ่านง่ายและ UIs กราฟิกหนาแน่น; (ii) พื้นที่ส่วนหัวของความสว่างเพื่อรักษาคอนทราสต์ภายใต้แสงสว่างโดยรอบสูง และ (iii) อินเทอร์เฟซแบบสัมผัสที่ผสานรวมด้วยแสงซึ่งรักษาการส่งผ่านและความบางของกลไก การปรับข้อจำกัดเหล่านี้ต้องอาศัยการเลือกเทคโนโลยีแบ็คเพลน โหมดผลึกเหลว มาตรฐานอินเทอร์เฟซ และสถาปัตยกรรมการเคลือบที่สอดคล้องกัน ซึ่งแต่ละเทคโนโลยีได้รับการวิเคราะห์ด้านล่างสำหรับ TXW600045H0-CTP
2. สถาปัตยกรรมการแสดงผล
2.1 LTPS Backplane และความหนาแน่นของพิกเซลสูง
ที่เส้นทแยงมุม 6.0 นิ้วที่มีพิกเซล 1080×RGB×1920 และระยะพิกเซลที่ 0.023 (W)×0.069 (H) มม. แผงจะเข้าสู่โหมดความละเอียดที่การเคลื่อนที่ของผู้ให้บริการแบ็คเพลนกลายเป็นสิ่งสำคัญ โพลีซิลิคอนอุณหภูมิต่ำ (LTPS) ให้ความคล่องตัวของเอฟเฟกต์สนามที่สูงกว่า TFT แบบอะมอร์ฟัสซิลิกอน (a-Si) ทั่วไป ทำให้อุปกรณ์สวิตชิ่งมีขนาดเล็กลง อัตราส่วนรูรับแสงที่สูงขึ้น และรูปทรงพิกเซลที่แคบยิ่งขึ้น โดยรวมทำให้มีปัจจัยการเติมและความหนาแน่นสูงตามที่โมดูลนี้ต้องการ ในขณะที่ยังคงส่งผ่านข้อมูลได้เพียงพอ
2.2 IPS ปกติ - โหมดส่งสัญญาณสีดำ
แผงควบคุมทำงานในIPS (การสลับในระนาบ) ปกติเป็นสีดำแบบส่งผ่านโหมด. เนื่องจากตัวกำกับผลึกเหลวหมุนภายในระนาบของสารตั้งต้น ค่าการหักเหของแสงที่มีประสิทธิผลที่ผู้สังเกตเห็นจึงแปรผันตามมุมมองน้อยกว่าการกำหนดค่าแบบ Twisted-nematic (TN) มาก ส่งผลให้โมดูลทุกทิศทางลักษณะการรับชมที่มีการสูญเสียคอนทราสต์นอกแกนน้อยที่สุดและการเปลี่ยนสีที่จำกัด คุณลักษณะสีดำปกติจะจับคู่สถานะที่ไม่ได้รับพลังงานกับภาพที่มืด ซึ่งเป็นประโยชน์ต่ออัตราส่วนคอนทราสต์และพฤติกรรมของพลังงานในฉาก UI ที่มืดเป็นส่วนใหญ่
2.3 ไดร์เวอร์ IC และโทโพโลยีอินเทอร์เฟซ
ข้อมูลการแสดงผลจะถูกส่งผ่านทางMIPI 4 เลน D-PHYอินเทอร์เฟซที่ควบคุมโดยJD9522TSไอซีไดรเวอร์ เมื่อเทียบกับ RGB แบบขนานแบบเดิม (ซึ่งต้องการเฟล็กซ์ขนาดใหญ่ที่ไวต่อ EMI และมีความกว้างบัสกว้าง) หรือ LVDS MIPI D-PHY ใช้การส่งสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลแรงดันต่ำบนคู่ที่มีความยาวตรงกัน ลดจำนวน I/O การแผ่รังสี และกำลังต่อบิต ซึ่งเป็นคุณลักษณะที่สำคัญเมื่อปรับขนาดความละเอียดและซองจดหมายของโมดูลจะหดตัวลง
3. ระบบย่อยการตรวจจับแบบสัมผัส
แบบบูรณาการprojective (ร่วมกัน) capacitiveแผงสัมผัสจะตรวจจับการรบกวนของความจุร่วมกันระหว่างอิเล็กโทรดส่งและรับ รูปแบบการตรวจจับนี้มีความทนทานต่อการปนเปื้อนบนพื้นผิว และช่วยให้มัลติทัชมีความแม่นยำและมีความหน่วงต่ำ เซ็นเซอร์ถูกสอบปากคำเหนือไอทูซีอินเทอร์เฟซการควบคุม (TP_SCL/TP_SDA) ที่ลอจิก 1.8 V พร้อมอินเทอร์รัปต์เฉพาะ (TP_INT) และรีเซ็ต (TP_RST) บรรทัดเพื่อปรับปรุงการโพลฝั่งโฮสต์และการจัดการพลังงาน แนะนำให้ให้ความสนใจกับเส้นทางกลับกราวด์และการป้องกัน ESD ที่ขอบเลนส์ครอบเลนส์อย่างระมัดระวัง เพื่อรักษาระยะขอบของสัญญาณต่อเสียงรบกวนในตู้ที่มีสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า
3.1 เลนส์ครอบเลนส์และวิศวกรรมพื้นผิว
1.80 มมกระจกนิรภัยแพนด้าฝาครอบเลนส์มีส่วนช่วย≥85%การส่งผ่านแสงและ≥7Hความแข็งของพื้นผิวพร้อมการรักษาพื้นผิวแบบมัลติฟังก์ชั่น:ป้องกันลายนิ้วมือ (AF)ชั้นเพื่อจัดการความสกปรกจากน้ำมันป้องกันแสงสะท้อน (AG)การแกะสลักเพื่อระงับการสะท้อนแบบ specular ภายใต้แสงโดยรอบที่มีทิศทาง และการพิมพ์ซิลค์สกรีนสีดำป้องกันรังสียูวีเพื่อความคมชัดของกรอบที่ทนทาน หน้าต่างสีดำกึ่งโปร่งใสให้อินเทอร์เฟซแบบออปติคอลที่ใช้งานได้สำหรับการตรวจจับด้านหลังกระจก (การส่งผ่านแสงที่มองเห็นที่ 550 นาโนเมตรของ 15%±5%; การส่งผ่านอินฟราเรดที่ 940 นาโนเมตรเกิน 80%)
4. การเชื่อมด้วยแสงและการวางซ้อน
จอแสดงผล เซนเซอร์ระบบสัมผัส และเลนส์ฝาครอบถูกรวมเข้ากับกาวใส (OCA) แทนที่จะเป็นช่องว่างอากาศ ซึ่งเป็นการตัดสินใจที่ช่วยปรับปรุงระบบออพติคของระบบได้อย่างมาก การเคลือบแบบเต็มจะยับยั้งการสะท้อนของ Fresnel และการกระเจิงของแสงโดยรอบของปรสิตที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบช่องว่างอากาศ เพิ่มความเปรียบต่างที่มีประสิทธิภาพภายใต้แสงจ้า ลดแสงรั่วภายใน และปรับปรุงความทนทานทางกลต่อการกระแทกและการปนเปื้อน ออพติคัลสแต็กที่เป็นผลลัพธ์ให้ผลเป็น LCM+CG เอเวอปของ92.88×159.78×6.08 มมโดยมีพื้นที่ใช้งานครอบคลุม74.52×132.48 มม.
5. สถาปัตยกรรมไฟฟ้าและพลังงาน
โมดูลจะแยกแยะโดเมนลอจิกแรงดันต่ำจากรางอะนาล็อกแรงดันสูง: แหล่งจ่าย I/Oไอโอวีซีซีมีการระบุไว้ที่ 1.65–1.95 V (ประเภท 1.8 V) ในขณะที่ไดรฟ์ต้นทาง/เกตของแผงควบคุมมาจากแหล่งจ่ายไฟแบบไบโพลาร์วีเอสพี (+6 โวลต์)และVSN (−6 โวลต์). แนวปฏิบัติในการออกแบบควรบังคับใช้ลำดับการเปิด/ปิดเครื่องที่เป็นไปตามข้อกำหนด เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาการล็อคอัพและประจุไฟฟ้าตกค้าง โดยมีการแยกส่วนเฉพาะที่ตัวเชื่อมต่อและการควบคุมการไหลเข้าบนรางแบ็คไลท์
5.1 ลักษณะทางไฟฟ้าของแบ็คไลท์
การรวมแสงพื้นหลังที่มีแสงขอบไฟ LED สีขาว 48 ดวงทำงานที่กระแสไปข้างหน้าที่กำหนดของ180 มิลลิแอมป์มีหน้าต่างแรงดันไปข้างหน้าของ22.4–25.6 โวลต์. แนะนำให้ใช้ไดรเวอร์ LED แบบกระแสคงที่เพื่อสร้างภูมิคุ้มกันความส่องสว่างให้กับ Vเอฟbinning และดริฟท์ความร้อนโดยใช้ PWM หรือการลดแสงแบบอะนาล็อกเพื่อขยายช่วงความสว่างที่ใช้งานได้โดยไม่มีการเปลี่ยนสี
6. ข้อพิจารณาด้านโฟโตเมตริกและความร้อน
โมดูลผลิต1,000 ซีดี/ตรมความสว่าง (พร้อม LCD + CG) ที่มีความสม่ำเสมอของแผง85%โดยให้พื้นที่ส่วนหัวของความสว่างที่จำเป็นในการรักษาอัตราส่วนคอนทราสต์ที่ใช้งานได้กับสภาพแวดล้อมที่มีสภาพแวดล้อมสูง อายุการใช้งาน LED ที่ได้รับการจัดอันดับคือ30,000 ชม; โปรดทราบว่าอายุการใช้งานถูกกำหนดไว้ที่จุดที่ความสว่างของโมดูลลดลงถึง 50% ของค่าเริ่มต้น และขึ้นอยู่กับอุณหภูมิทางแยกและกระแสไฟของไดรฟ์ - กระแสไฟ LED ที่เพิ่มขึ้นจะช่วยเร่งการเสื่อมค่าของการส่องสว่าง ดังนั้น การจัดการระบายความร้อนของสายไฟ LED และการระบายความร้อนที่เพียงพอของด้านหลังโมดูลจึงเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นในการคงอายุการใช้งานที่ระบุ
7. กรอบความน่าเชื่อถือและคุณสมบัติ
โมดูลได้รับการระบุโดยเทียบกับเมทริกซ์คุณสมบัติด้านสิ่งแวดล้อมที่กำหนดไว้ ซึ่งรองรับการใช้งานที่มีการสัมผัสกับความร้อนในวงกว้าง:
| รายการทดสอบ | เงื่อนไข |
|---|---|
| การจัดเก็บที่อุณหภูมิสูง | +80°C / 96 ชม |
| การจัดเก็บที่อุณหภูมิต่ำ | -30°C / 96 ชม |
| การทำงานที่อุณหภูมิสูง | +70°C / 96 ชม |
| การทำงานที่อุณหภูมิต่ำ | -20°C / 96 ชม |
| การจัดเก็บอุณหภูมิสูง / ความชื้น | 50°C × 90%RH / 96 ชม |
| ช็อกความร้อนและเย็น | -20°C (30 นาที) ↔ +70°C (30 นาที) 10 รอบ |
เกณฑ์การผ่านไม่รวมความผิดปกติในการทำงาน ส่วนที่ขาดหายไปหรือสั้นลง ความชัดเจนลดลง สถานะไม่แสดงผล และการรั่วไหลของผลึกเหลว เพื่อให้มั่นใจว่าโมดูลจะรักษาความสมบูรณ์ทางไฟฟ้าและแสงทั่วทั้งซองที่ผ่านการรับรอง
8. แนวทางการรวมระบบ
- ขนาดหน้าต่างระบบสัมผัส:เพิ่มหน้าต่างเลนส์ครอบข้างเดียว 0.3–0.5 มม. สัมพันธ์กับพื้นที่ใช้งาน LCD เพื่อรองรับความทนทานต่อการยึดเกาะ
- การกำหนดเส้นทางเครื่องกล:สังเกตโปรไฟล์การดัด FPC ที่ระบุ ความหนาของ FPC และ PI อยู่ที่ 0.30 ± 0.03 มม. เพื่อรักษาความน่าเชื่อถือในการดัดงอ
- ความสมบูรณ์ของสัญญาณและ EMC:รักษาการจับคู่ความยาวคู่ดิฟเฟอเรนเชียลและความต่อเนื่องของพื้นอ้างอิง โมดูลนี้รวมเอาการลด EMI และเส้นทางกราวด์ที่เป็นเหล็ก
- ESD และการต่อสายดิน:ให้การส่งคืนแชสซีที่มีความต้านทานต่ำและการป้องกัน ESD ในขอบเขต เพื่อปกป้องตัวควบคุมระบบสัมผัสภายใต้สภาพสนาม
9. การแลกเปลี่ยนเทคโนโลยีเชิงเปรียบเทียบ
| มิติ | โมดูลนี้ (LTPS IPS + MIPI + CTP) | ทางเลือกทั่วไป |
|---|---|---|
| โหมดแอลซี | IPS, ปกติเป็นสีดำ — มุมมองภาพกว้าง, การเลื่อนนอกแกนต่ำ | TN — คอนทราสต์ที่สูงขึ้นที่อุบัติการณ์ปกติ, การเสื่อมนอกแกนที่เข้มกว่า |
| แบ็คเพลน | LTPS — ความคล่องตัวสูง, PPI สูง | a-Si — ต้นทุนต่ำกว่า ความหนาแน่นจำกัด |
| อินเทอร์เฟซ | MIPI 4 เลน D-PHY — EMI ต่ำ, จำนวนพินต่ำ | Parallel RGB — บัสกว้าง, การปล่อยมลพิษสูงกว่า |
| สัมผัส | Projective capacitive, I2C — มัลติทัช, ทนทาน | ตัวต้านทาน — ส่งผ่านต่ำกว่า มีแนวโน้มสึกหรอ |
| การเคลือบ | การเคลือบ OCA เต็มรูปแบบ — คอนทราสต์สูง เพรียวบาง | ช่องว่างอากาศ — การสะท้อนภายในหนาขึ้น |
10. โดเมนแอปพลิเคชัน
การรวมกันของความสว่าง 1,000 cd/m² ซองอุณหภูมิกว้าง การสัมผัสในตัว และความหนาแน่นของพิกเซลสูงทำให้โมดูลนี้เหมาะอย่างยิ่งกับเทอร์มินัลมือถือและเครื่องรวบรวมข้อมูลแบบพกพา HMI อุตสาหกรรมและแผงควบคุมเครื่องจักร อินเทอร์เฟซระบบอัตโนมัติสำหรับบ้านและอาคารอัจฉริยะ อุปกรณ์ทางการแพทย์และการวินิจฉัย และเครื่องมือทดสอบแบบพกพา — แพลตฟอร์มใดๆ ก็ตามที่จอสัมผัสขนาดกะทัดรัดความละเอียดสูงและอ่านง่ายกลางแสงแดดเป็นข้อกำหนดที่แตกต่าง
11. การปรับแต่งและความสามารถ ODM
สำหรับโปรแกรมระดับเสียง โมดูลสามารถปรับแต่งได้ทั่วทั้งแกนเครื่องกล ออปติคอล และไฟฟ้า: โครงร่างและพินเอาท์ของ FPC รูปทรงเลนส์ฝาครอบ การพิมพ์เพื่อการตกแต่งและการเคลือบออพติคัล การกำหนดค่าอินเทอร์เฟซ และโทโพโลยีแบ็คไลท์ แนะนำให้มีส่วนร่วมกับทีมออกแบบตั้งแต่เนิ่นๆ เพื่อร่วมกันเพิ่มประสิทธิภาพกลยุทธ์การวางซ้อน การต่อสายดิน และระบายความร้อนกับกล่องหุ้มเป้าหมาย
12. คำถามที่พบบ่อย
ถาม: จอแสดงผลและระบบสัมผัสใช้อินเทอร์เฟซใด
ตอบ: ข้อมูลที่แสดงใช้ลิงก์ MIPI D-PHY 4 เลนกับ IC ไดรเวอร์ JD9522TS; แผงสัมผัสแบบ capacitive สื่อสารผ่าน I2C ที่ 1.8 V.
ถาม: เหตุใดจึงต้องเลือก IPS แทนที่จะเป็น TN
ตอบ: IPS ให้มุมมองการรับชมที่กว้างทุกทิศทางโดยมีความเปรียบต่างนอกแกนและการเปลี่ยนสีน้อยที่สุด ซึ่งเหมาะกว่าสำหรับการใช้งาน HMI แบบหลายผู้ชมและแบบหมุน
ถาม: โมดูลสามารถอ่านแสงแดดได้หรือไม่
ตอบ: ไฟแบ็คไลท์ 1000 cd/m² ที่มีความสม่ำเสมอ 85% ผสมผสานกับการเคลือบ OCA เต็มรูปแบบและการปรับสภาพพื้นผิว AG ช่วยให้มองเห็นได้ชัดเจนในสภาพแวดล้อมสูง
ถาม: ช่วงอุณหภูมิการทำงานและการเก็บรักษาคือเท่าใด
ตอบ: การทำงาน -20°C ถึง +70°C; การเก็บรักษา -30°C ถึง +80°C
ถาม: โมดูลเป็นไปตามข้อกำหนด RoHS หรือไม่
ตอบ: ใช่ — วัสดุและการประมวลผลทั้งหมดปลอดสารตะกั่วและเป็นไปตามข้อกำหนด RoHS
13. บทสรุปและการติดต่อ
TXW600045H0-CTP แสดงถึงคำตอบที่จงใจบูรณาการสำหรับปัญหาการแสดงผลแบบฝังสมัยใหม่ โดยรวมแบ็คเพลน LTPS IPS, เซ็นเซอร์สัมผัสแบบ capacitive แบบฉายภาพ, การเชื่อมต่อแบบออปติคัล OCA, อินเทอร์เฟซ MIPI 4 เลน EMI ต่ำ และไฟแบ็คไลท์ความสว่างสูงภายในซองจดหมายขนาดบาง 6.08 มม. สำหรับทีมออกแบบที่ระบุหน้าจอสัมผัสความละเอียดสูงและความสว่างสูงขนาด 6.0 นิ้ว โมดูลนี้นำเสนอแพลตฟอร์มที่แข็งแกร่งสำหรับการสร้างความแตกต่างของผลิตภัณฑ์ ติดต่อเราเพื่อขอตัวอย่าง เอกสารข้อมูล และการสนับสนุนการปรับแต่ง OEM/ODM และทีมวิศวกรของเราจะช่วยเหลือในการออกแบบและการวางแผนคุณสมบัติ