設計者が 産業用制御装置や医療機器 その他のコンパクトシステム用のディスプレイを選択する際には より小さなスクリーンで より多くの情報を表示するだけでなく視力を向上させる必要がありますさらに,開発を加速しながらコストを削減する必要があります.
伝統的なソリューションを使用すると サイズ,解像度,明るさ,および工業性能の合理的な組み合わせを達成することは困難です統合の難易度は問題になります小型の工業用ディスプレイは,通常ディスプレイパネルやモジュールの形をとりますが,設計者は低レベルのドライバ,バックライト,そして電磁気干渉 (EMI) の緩和.
この記事では,まず,コンパクトシステムの開発時にデザイナーが直面する課題を簡潔に紹介します.その後,ニューヘイブンディスプレイの3.5インチ高画質のプラグアンドプレイディスプレイを紹介します.このディスプレイを迅速に統合して展開する方法を示します.
市場における高解像度のコンパクトディスプレイの需要は増加し続けています
小型のデバイスは常に低解像度ディスプレイをほとんど使用することができなかった.機能的制限のために,これらの伝統的なシステムは単純なメニューと基本的な指標ラベルのみを必要としています.複雑なデータを表示し,完璧なユーザー体験を達成するために,現代のデバイスは高解像度ディスプレイを必要とします..
物联网 (IoT) の接続性と複雑な分析能力の導入がこれらの変化を推進しています.このような装置の機能は,フィードバック測定データを提供すること以上のものですまた,デバイスの動作の詳細なパフォーマンス分析を出力し,トラブルシューティング中に視覚操作ガイドを提供する必要があります.
プラットフォームの開発も解像度への需要を増加させています.従来の埋め込みRTOS環境がLinux,Windows Embedded,Raspberry Piなどの近代的なプラットフォームに取って代わられるにつれて,デザイナー は 実用 的 な 限界 に 直面 し て い ます: 現代のオペレーティングシステムでは,少なくとも 640 × 480 のディスプレイ解像度が必要で,従来の小型デバイスのディスプレイはそれだけでは満たせない.
デスクトップやタブレット向けに開発されたユーザーインターフェースフレームワーク,ウィジェット,アイコンライブラリを再利用するより高い解像度を持つ組み込みシステムが現実になりましたこの再利用は,製品ラインのブランドと機能の一貫性を確保し,低レベルのグラフィカルユーザーインターフェース (GUI) の作業を1回避けるのに役立ちます.
なぜ伝統的な小さなディスプレイが統合を複雑にするのか
これらの要求に応えるため,設計者は小型ディスプレイの一般的な320 × 240の解像度から 640 × 480の薄膜トランジスタ (TFT) の精密な色とより広い視角を実現するために,平面内スイッチング (IPS) などの技術を採用するピクセル数の4倍増加は優れたユーザーインターフェースをもたらしましたが,また,相互に関連した2つの課題をもたらしました.
5インチ未満の高解像度ディスプレイは,通常,裸の画面形式で提供され,24ビットRGB,LVDS,またはMIPI-DSIなどのインターフェースを通じて接続することができます.これらのディスプレイを統合するために,設計者は高速回路設計などの問題を解決しなければなりません低周波信号によって生成される EMI のような,複雑な配線や,低周波信号によって生成される EMI のような,小さなディスプレイのバックライトは,通常は"最も基本的な"構成のみである.設計者はLEDドライバを自分で購入し 調光制御機能を導入する必要があります.
ソフトウエアに関しては,裸画面には標準化された検出メカニズムがない.設計者は手動でディスプレイタイムを設定し,タッチ入力とバックライト制御のためのカスタマイズドドライバーを開発する必要があります.しかし製品チームの中心的な焦点ではなく,テスト,製造,施設内での保守がより複雑になる.
HDMI と USB を使って小さなディスプレイの統合を簡素化
Newhaven Displayの3.5インチIPS HDMI TFTディスプレイ (図1) は,640 × 480のディスプレイパネル,高明るさのバックライトドライバー,EMIシールド構造,そしてオプションの容量感触モジュールで,完全なディスプレイ部品にこれらのディスプレイパネルのピクセル密度は1インチあたり228ピクセル (PPI),情報密集型人間機械インターフェイス (HMI) の解像度要件を満たし,従来のハードウェア設計の問題を回避する.
Newhaven Displayの3.5インチIPS HDMI TFTディスプレイスクリーン
図1: 3.5インチ IPS HDMI TFT ディスプレイは,透明な 640 × 480 ディスプレイパネルを完全なプラグアンドプレイコンポーネントに統合しています. (画像源:ニューヘイブン ディスプレイ)
システムデバッグを簡素化できます.ホストシステムでは,このディスプレイは標準的なHDMIモニターのようなものです.パーソナライズされたタイマーを必要とする未知の裸のディスプレイパネルではなく標準的なHDMIモニターのようにこのインターフェイスは,拡張ディスプレイ識別データ (EDID) を通して640x480モードを宣言し,Windowsなどの一般的なシングルボードコンピュータ (SBC) プラットフォームで自動検出を達成することができます.この方法により,低レベルのグラフィックドライバの開発は必要なくなり,解像度設定エラーのリスクは最大限に最小限に抑えることができます.
触覚感のあるNHD-3.5-HDMI-HR-RSXP-CTU (図2) は,標準インターフェースの設計概念を,その投影容量触覚入力 (PCAP) に拡張する.この容量触覚製品では,マイクロUSBコネクタは5V電源とタッチデータの両方を同時に提供できます. タッチコントローラが標準USBヒューマンインターフェイスデバイス (USB-HID) として表示される WindowsおよびLinuxシステム,特定のベンダーカーネルモジュールを必要とせず,自動的にドライバーをインストールします..
ニューヘブンディスプレイ NHD-3.5-HDMI-HR-RSXP-CTU (拡大するにはクリック)
図2:NHD-3.5-HDMI-HR-RSXP-CTUは,透明な640 × 480のディスプレイパネルを完全なディスプレイ組成に統合し,高周波部品の周りにEMI遮蔽装置が設置されています.(画像源): Newhaven ディスプレイ,著者によって修正)
これらのモジュールはまた,組み立てプロセスを全体的に簡素化します.裸のディスプレイパネルソリューションを使用する場合,設計者は複数のステップの統合を実行する必要があります:カスタマイズされたフレームにTFTガラスをインストールし,独立したドライバーボードをホイスの内部の他の位置に固定する部品間には精密なリボンケーブルを設置し,単一のLEDドライバ回路の設置スペースを決定する.5 "IPS HDMI TFTは,上記のプロセスを簡素化し,四角にあるマウントホールを介してのみ組み立てることができます.
デュアルケーブル (ビデオ用HDMI,電源とタッチ用マイクロUSB) は,柔軟な回路を標準ケーブルに置き換える.接続器が印刷回路板 (PCボード) の片端に沿って配置され,直接的な配線が容易になります統合されたEMIシールド構造により,シェルレベルでの反干渉要件はさらに減少します.
日光の下での視力を向上させるIPS技術
伝統的な扭曲ネマティック (TN) または垂直アライナメント (VA) ディスプレイパネルと比較して,IPS ディスプレイは優れた光学性能を持っています.IPS は,あらゆる方向で 85° の広い視角を達成し,異なる視角で一貫した色とコントラストを維持します.容量型モデルの典型的な明るさは1平方メートルあたり810キャンドル (cd/m2) で,周囲の強い照明環境での使用をサポートし,手持ち楽器,制御パネル,外壁や産業用環境での他の用途は,はっきりと見えます.
ノンタッチ NHD-3.5-HDMI-HR-RXPディスプレイ (図3) は,同じ全体的なアーキテクチャを採用しているが,PCAPの重複を排除している.その結果,ディスプレイの明るさは950 cd/m2である.物理ボタンまたは他の外部コントローラで入力処理するアプリケーションの日光下でのよりよい可読性ノンタッチモデルの電流消費も少し低い (典型的な値は490mAではなく460ミリアンプ (mA) である).このモデルはHDMIとUSB接続方法も使用している.しかしUSBは電力を供給するだけです.
Newhaven DisplayのNHD-3.5-HDMI-HR-RSXPディスプレイ画面,画像に指定された特定の寸法 (拡大するにはクリック)
図3:NHD-3.5-HDMI-HR-RXPモデルは, 640 × 480 のディスプレイをプリインテグレーションし,容量感触の配置ではなくベーゼル開口設計を採用している. (画像源:ニューヘイブンディスプレイ,作者によって修正された)
両モデルの作業温度範囲は -20 °Cから+70 °C,保管温度範囲は -30 °Cから+80 °Cです.検証試験には熱循環,振動,電気静止放電試験電圧は空気中の ± 8 kV,接触時の ± 4 kVである.これらの特性により,両製品は工業,輸送,軽い屋外環境で使用できます.設計者自身でディスプレイレベル認証を行う必要はありません.
ハードウェアとソフトウェアの設定を迅速に起動
ハードウェアレベルでは,統合は主に3つの主要なインターフェース (図4) に焦点を当てています.HDMI A型コネクターはビデオ入力を提供するために使用されます.USB Micro-Bコネクターは5V電圧を提供するために使用されます.容量型モデルである場合USB-HIDのタッチデータも送信できます. 小さな端末ブロックはバックライトドライバーの制御ピンを出します.シンプルな有効信号またはパルス幅調節波形を5kHzから100kHzまで受け入れることができるLED状態指示灯は電源,HDMIリンク検出,容量型バージョンのタッチアクションを表示し,起動デバッグと現場トラブルシューティングに役立ちます.
ニューヘイブンディスプレイの主な機能 3.5 "IPS HDMI TFT
図4のIPS HDMI TFTの主な特徴3.5には,HDMI (1) およびUSB Micro-B (2) インターフェイス,HDMI,DC電源,タッチ検出LED指示灯 (3-5),バックライト端末ブロック (6) が含まれる. (画像源:ニューヘイブンディスプレイ)
画面は自動的に通常のHDMIモニターとして検出されます. USBリンクが接続されると,容量型モデルはUSB-HIDタッチデバイスとして記載されます.専用のドライバをインストールする必要はありません. 標準的なディスプレイ設定とタッチ・キャリブレーションツールを使用できます.
Linux ベースのシステムは,通常,同様の方法で自動モード検出のために HDMI と EDID を使用します.ほとんどの構成では,モジュールは標準的なHDMIモニターとして表示され,システムは自動的に640 × 480モードを選択しますRaspberry Pi のようなプラットフォームでは,ユーザーガイドでは,必要に応じて希望モードとタイミングの使用を強制するための設定ステートメントの例が提供されています.容量型バージョンのディスプレイ画面のタッチ入力が標準Linux入力サブシステムを通じてUSB-HIDデバイスとして表示される共通グラフィックフレームワークとの統合を簡素化します.
バックライトの明るさは, LED ドライバの制御ピンを介して,別のドライバ回路を必要とせずに調整できます.静的論理レベルは,簡単なオン/オフ制御に使用できます.パルス幅調節入力では,低照明環境に適応したり,オイールタイムの消費電力を減らすために明るさを調整することができます.この方法は,メイン回路板の離散高電圧LEDドライバの設計によって引き起こされるスイッチングノイズとレイアウトの複雑さを回避する.