什么是 In-Cell 技术

你听说过内嵌式触摸屏技术吗?如果没有,你可能会好奇它的含义。

在这篇博客中,我们将仔细研究内嵌技术,同时揭示其工作原理及其带来的好处。

从智能手机和平板电脑到人机界面 (HMI) 等,许多触摸屏现在都采用内嵌技术设计。

显示器行业的 In-Cell 技术是指一种触摸屏集成方法,其中触摸传感器直接嵌入到 LCD 或 OLED 显示层中,从而无需单独的触摸层。

近年来,显示技术发展迅速。 GFF,  在细胞和 TDDI/内嵌式 技术是最重要的创新之一。这些技术重塑了各种设备(包括消费电子产品和工业系统)中触摸屏的设计和性能。

有关 TDDI 的更多信息,请参阅 Orient Display 博客部分的以下链接:

https://www.orientdisplay.com/introduction-to-embedded-touch-display-driver-chip-tddi/

In-cell 技术的优势和好处

  1. 更纤薄、更轻巧的设计:由于触摸传感器集成在显示屏像素中,无需额外的触摸面板,从而能够减少整体厚度。In-cell 技术可以实现更薄的显示屏,非常适合紧凑型设备。
  2. 更好的显示质量:层数更少,反射更少,更多的光线穿过,亮度/对比度更高。
  1. 提高触摸灵敏度和准确度:直接集成可减少信号干扰,从而实现更快、更精确的触摸响应。
  2. 成本效益:内嵌式显示器具有成本效益,因为它们减少了对多个组件的需求。
  3. 减轻触摸屏的重量:  同时具有显示层和数字转换器层的触摸屏比仅具有单层集成层的触摸屏更重。虽然两者之间的差异并不大,但使用 In-cell 技术仍然可以减轻触摸屏的重量。
  4. 尺寸和分辨率 Orient Display 开发,如下图所示,尺寸范围从 1.9” 到 12.1”,更多尺寸即将推出,请联系 Orient Display 支持工程师

In-cell 技术提供更纤薄的设计、更快的触控响应时间和更佳的耐用性。随着对更紧凑、更高效设备的需求不断增长,我们相信 In-cell 技术将在塑造显示和触控解决方案的未来方面发挥关键作用。了解这些创新,让我们得以一窥显示技术的未来及其将如何影响各个行业。

Mini LED显示技术简介

Mini LED,又称“亚毫米发光二极管”,是一种尺寸更小的LED芯片。通常,Mini LED的芯片尺寸在50至200微米之间。这意味着在相同的面积内,Mini LED可以容纳更多数量的灯珠,从而实现更精确的局部调光控制。

Mini LED技术最初广泛应用于电视行业。但近年来,随着背光技术的不断进步,LED芯片尺寸已缩小至50μm,Mini LED背光的应用领域也逐渐从适合远距离观看的电视扩展到更适合近距离观看的显示器。

与传统显示器相比,Mini LED 显示屏画质更细腻,亮度更高,外形更轻薄。它们完整保留了 RGB 原色,从而拥有更佳的色彩完整性和更宽广的色域,亮度水平接近 OLED 显示屏。由于 Mini LED 比传统 LED 更小,因此能够更精确地控制 LCD 面板的背光。结合先进的局部调光技术,对比度显著提升。因此,Mini LED 显示屏也更加轻薄。所有这些优势使 Mini LED 成为色彩精准度、分辨率和整体性能至关重要的专业显示应用的理想选择。

Mini LED 本质上仍然属于 LCD 屏幕,由背光模组、液晶层、彩色滤光片等部件组成。背光模组作为主光源,由众多 LED 灯珠依次排列构成。Mini LED 与传统 LCD 屏幕最显著的区别在于 LED 灯珠的尺寸——在相同的面板尺寸下,Mini LED 面板可以容纳更多 LED 灯珠,从而显著提升显示亮度。

Mini LED已成为当前最佳选择,并被认为是未来小间距LED向Micro LED的过渡技术。相较于小间距LED,Mini LED显示屏拥有更小的LED芯片尺寸、更密集的LED排列和更高的分辨率(PPI),尤其适合大尺寸4K/8K LED电视。

  •  Mini LED的优势

 

  • 显示产品的要求

  • 显示产品趋势

  • 技术路线:更小的LED芯片

  • Mini LED不同基板比较

  • 被动式Mini LED玻璃基板结构

  • Mini LED 高可靠性测试助力汽车应用

  • Mini LED 在汽车应用领域的应用示例

如果您有任何问题,请联系我们 东方显示工程师.

增亮膜 (BEF) 和双增亮膜 (DBEF) 分析

增亮膜 (BEF)

增亮膜(BEF),又称棱镜片,是TFT-LCD背光模组中的关键部件。 它是一种具有精密微结构的光学薄膜,可将光源散射的光集中到前方,使散射角缩小至约70度。这使其成为液晶显示器中重要的节能元件。

单张BEF膜通常可提升约40%至60%的亮度。当两张BEF膜一起使用,且其棱镜方向彼此呈90度角时,可实现更高的亮度提升。

增亮膜 (BEF) 的作用是将原本会散射到大角度的光线引导至更窄的前向角度,从而增强正面可见的光线强度。本质上,增亮膜是一种棱镜片,它能够折射、反射和聚集光线,从而增强亮度。

BEF 的缺点是,在相同的亮度水平下,从正面直接观看时屏幕显得更亮,但从某个角度观看时图像会变暗。

DBEF(双重增亮膜)

DBEF(双重增亮膜)是一种反射式偏光片,它能够在 S 偏振光被 LCD 面板吸收之前将其反射。通过反复反射,它可使约 40% 的 S 偏振光得到重复利用。

背光源出射的光可以分解为偏振方向正交的P偏振光和S偏振光,DBEF可以回收利用原本会被偏振片吸收的S偏振光,从而提高背光系统的光利用效率。

与BEF相比,DBEF提高了光利用率,提升了亮度,同时克服了BEF的视角限制。因此,BEF有时被称为“准直膜”,而DBEF则被称为“增亮膜”。

BEF和DBEF可以一起使用,以最大限度地提高发光效率并优化成本。

请参考以下Orient Display制作的实际产品图片。右侧图片仅包含BEF,右侧图片为BEF和DBEF的组合。

 

如果您有任何问题,请联系我们 技术支持团队.

嵌入式系统术语及比较

Arduino的

Arduino兼容板

它们与 Arduino IDE 和库一起使用:

  1. 西杜伊诺 (Seeed Studio 出品)
    • 完全兼容 Arduino;通常更紧凑或更便宜。
    • Seeeduino Lotus 等版本包括 Grove 端口,可轻松集成传感器。
  2. SparkFun红板
    • 与 Arduino Uno 相同的 ATmega328P 芯片。
    • 设计旨在实现更好的 USB 兼容性和稳健性。
  3. Adafruit Metro
    • 兼容 Arduino Uno。
    • 有 ATmega328 或 M0/M4(更强大的 ARM)变体。
  4. Elegoo Uno / Mega / Nano
    • 更便宜的 Arduino 开发板克隆版。
    • 非常适合初学者或大量课堂使用。

更强大的微控制器

它们提供了更多的处理能力或功能:

  1. 树莓派 Pico / Pico W
    • 基于RP2040芯片(双核ARM Cortex-M0+)。
    • 可在 MicroPython、C/C++ 或通过 Arduino IDE(带配置)进行编程。
  2. Teensy(由 PJRC 提供)
    • 非常强大(Cortex-M4或M7);支持音频、实时控制。
    • 通过 Teensyduino 插件兼容 Arduino IDE。
  3. ESP8266 / ESP32(乐鑫出品)
    • 内置 Wi-Fi(以及用于 ESP32 的蓝牙)。
    • 与 Arduino IDE 兼容,非常适合物联网。

工业/教育委员会

它们的设计是为了耐用性、教育或扩展用例:

  1. Micro:bit(BBC)
    • ARM Cortex-M0/M4;非常适合教育。
    • 具有内置传感器、LED、蓝牙。
  2. STM32 Nucleo 开发板
    • 基于 STM32 ARM Cortex-M 微控制器。
    • Arduino 引脚兼容性 + STM32Cube 生态系统。
  3. 粒子光子/氩
  • 专注于云连接物联网。
  • 与 Particle Cloud 配合使用并支持类似 Arduino 的开发。

 

Raspberry Pi的

直接使用 Raspberry Pi 的替代品

  1. Banana Pi系列 (例如,BPI-M5,BPI-M2 Pro)
    • 基于 ARM;类似的外形尺寸和 GPIO 布局。
    • 通常需要更多的 RAM 或更好的 I/O,但软件支持可能会滞后。
  2. Orange Pi系列 (例如,Orange Pi 5、Orange Pi Zero 2)
    • 强大的基于 Rockchip/Allwinner 的主板。
    • 就价格而言,规格很棒,但操作系统/软件支持不太成熟。
  3. Rock Pi 系列(Radxa 作品) (例如 Rock Pi 4、Rock Pi 5)
    • 基于 Rockchip RK3399 或 RK3588(比 Pi 4 强大得多)。
    • 性能良好,AI加速比Raspberry Pi更好。
  4. Odroid 系列(由 Hardkernel 制作) (例如,Odroid-C4、Odroid-N2+、Odroid-XU4)
    • ARM Cortex-A73/A55 或基于 Exynos。
    • 功能强大,具有良好的 Linux 支持和活跃的社区。
  5. 自由电脑板 (例如,Le Potato、Tritium)
    • 与 Raspberry Pi 兼容的外形尺寸。
    • 主线 Linux 内核支持;专注于开源。

更强大的 SBC(边缘 AI / 桌面替代品)

  1. NVIDIA Jetson系列 (例如,Jetson Nano、Jetson Orin Nano)
  • 专为人工智能和计算机视觉(CUDA/GPU 加速)打造。
  • 非常适合机器人和机器学习项目。
  1. BeagleBone 黑色 / AI-64
  • 更加注重实时控制和 I/O(PRU)。
  • BeagleBone AI-64 在性能上与 Jetson 和 Pi 5 竞争。
  1. UP 主板系列(AAEON 出品)
  • 基于 Intel x86 的 SBC。
  • 适用于工业、Windows/Linux 桌面或边缘 AI。

超紧凑型主板(Raspberry Pi Zero 竞争对手)

  1. NanoPi系列(FriendlyELEC出品) (例如 NanoPi Neo、NanoPi R5S)
    • 体积小、价格实惠,具有多种性能水平。
    • 非常适合无头物联网和嵌入式项目。
  2. LattePanda系列
  • 带有可选 Arduino 协处理器的 Intel Atom/x86 SBC。
  • PC 电源和微控制器 I/O 的独特组合。

 

STM32

一些微控制器系列与 STM32(意法半导体公司生产)直接竞争,根据应用提供类似或更好的功能:

ARM Cortex-M竞争对手

  1. NXP LPC系列(LPC800/LPC1100/LPC54000等)
  • ARM Cortex-M0/M3/M4/M33 内核。
  • 以低功耗和良好的 USB 支持而闻名。
  • 通过 MCUXpresso 提供强大的 IDE 支持。
  1. 瑞萨 RA 和 RX 系列
  • RA:ARM Cortex-M(带有 M2/M4 的 RA6、RA23、RA33)。
  • RX:专有32位内核,高性能、低功耗。
  • 工业可靠性和长期可用性。
  1. 北欧半导体 nRF52 / nRF53 系列
  • 集成低功耗蓝牙的 ARM Cortex-M4/M33。
  • 非常适合低功耗无线应用。
  1. 德州仪器 MSP432 / Tiva C 系列
  • MSP432:ARM Cortex-M4F,低功耗、高精度 ADC。
  • Tiva C:ARM Cortex-M4,通用。
  1. Silicon Labs EFM32 Gecko 系列
  • ARM Cortex-M0+/M3/M4。
  • 极低的功率(Energy Micro 采集)。
  • 非常适合电池供电的设备。

专注于物联网的Wi-Fi/蓝牙芯片

  1. 乐鑫 ESP32 / ESP32-S3 / ESP32-C6
  • 双核或单核 RISC-V/ARM 变体。
  • 内置Wi-Fi + BLE。
  • 低成本,支持 Arduino 和 MicroPython。
  1. 树莓派RP2040
  • 双核 Cortex-M0+(原始功率不是 STM32 级别)。
  • PIO(可编程IO)是独一无二的。
  • 因价格和社区支持而受欢迎。

更高端的 SoC(用于更强大的任务)

  1. NXP i.MX RT系列(“跨界” MCU)
  • ARM Cortex-M7 运行速度高达 600 MHz。
  • 弥合 MCU 和 MPU 之间的差距(例如,STM32H7 与 i.MX RT1060)。
  1. Microchip SAM E / D / L系列(原Atmel)
  • ARM Cortex-M0+/M4/M7 变体。
  • 良好的 IDE(MPLAB X),与外围设备和 TrustZone 很好地集成。

 

嵌入式系统使用的软件

实时操作系统 (RTOS)

它们用于计时精度和低延迟至关重要的领域(例如机器人、医疗、汽车):

RTOS 主要功能 竞争对手
FreeRTOS的 (亚马逊提供) 轻量级、便携、广泛的 MCU 支持、AWS 集成 Zephyr、ChibiOS、ThreadX
和风RTOS (Linux基金会供稿) 可扩展、本机设备树支持、内置网络 FreeRTOS、NuttX
ChibiOS/RT 占用空间小、实时、HAL 支持 FreeRTOS、CMSIS-RTOS
线程X (Azure RTOS) 确定性,由 Microsoft 支持 FreeRTOS、Zephyr
防暴操作系统 专为低功耗、低内存的物联网设备设计 Contiki,TinyOS
坚果X (由 Apache 提供) 符合 POSIX 标准,支持基于 MMU 的处理器 Zephyr,Linux
Micrium uC/OS-II / III 工业级 RTOS(现为 Silicon Labs 的一部分) 线程X

 

嵌入式Linux发行版

用于边缘计算、网关和媒体设备等应用中更强大的处理器(例如 ARM Cortex-A、x86):

Linux发行版 主要功能 竞争对手
Yocto 项目 为嵌入式系统构建自己的 Linux 发行版 Buildroot,OpenWRT
构建根 轻量级、简单的 Linux rootfs 构建器 约克托,阿尔卑斯山
OpenWRT的 专用于网络/路由器 DD-WRT,pfSense
Raspberry Pi OS 基于 Debian;Raspberry Pi 官方版本 Armbian、Ubuntu 核心
Ubuntu核心 适用于物联网的最小、基于 snap 的安全操作系统 Yocto、Raspbian

 

裸机/SDK/HAL

为了实现超低延迟和简单性(无操作系统):

平台 主要功能 竞争对手
CMSIS(ARM) ARM 的 Cortex-M 抽象标准 STM32 HAL,爱特梅尔 ASF
Arduino框架 用于嵌入式开发的简单 C/C++ 包装器 PlatformIO、Energia
mbed 操作系统(由 ARM 开发) C++ RTOS 和 IoT SDK,现已合并到 Mbed TLS Zephyr、FreeRTOS

 

IDE 和工具链

工具链/IDE 笔记 竞争对手
STM32CubeIDE 与 STM32 HAL 和 FreeRTOS 集成 Keil MDK、IAR 嵌入式工作台
Keil MDK(Arm) 专业的ARM IDE,实时调试器 IAR、MPLAB X
IAR嵌入式工作台 高性能、行业标准 Keil、STM32CubeIDE
平台IO 支持多种框架的现代跨平台 CLI/IDE Arduino IDE,MPLAB X
MPLAB X IDE(微芯片) 适用于 PIC、AVR、SAM 设备 Atmel Studio,Keil
赛格嵌入式工作室 以 J-Link 调试器集成而闻名 IAR,凯尔

 

专注于物联网的软件

物联网实时操作系统(RTOS)

RTOS 理想的用例 核心亮点
FreeRTOS(亚马逊) 基于 MCU 的物联网传感器、BLE 设备、家庭自动化 轻量级、模块化、AWS IoT 集成、优秀的社区
和风RTOS 工业物联网、安全设备、BLE/Wi-Fi 传感器 可扩展、本机设备树支持、现代 API
ThreadX(Azure RTOS) 消费物联网设备、可穿戴设备 紧凑、确定性;内置 Azure IoT SDK
防暴操作系统 低功耗受限的物联网节点 IPv6/6LoWPAN,开源,节能
Contiki-NG 无线传感器网络,6LoWPAN/CoAP 经过研究验证,支持 IPv6,具有功耗意识
坚果X 类似 POSIX 的操作系统,适用于更复杂的 MCU 应用 兼容SMP,支持文件系统和TCP/IP

 

适用于边缘物联网和网关的嵌入式 Linux

对于功能更强大的物联网设备(例如网关、智能集线器):

发行 理想的用例 核心亮点
Yocto 项目 适用于工业物联网的定制 Linux 发行版 对内核和软件包的精细控制
构建根 适用于受限边缘设备的轻量级 Linux 比 Yocto 更简单,构建时间更快
Ubuntu核心 安全网关和OTA更新的物联网设备 基于 Snap 的更新,设计安全
OpenWRT的 联网物联网网关、路由器 强大的网络支持,可扩展
树莓派操作系统/Armbian 基于 Pi 的 IoT 中心 开发更简单、社区更庞大、GPIO 访问

 

SDK/框架/中间件

平台 最适合 功能
Arduino框架 物联网传感器的快速原型设计 简单、快速、广泛的硬件支持
平台IO 跨平台物联网开发 支持 ESP32、STM32、RP2040 和 RTOS
mbed 操作系统 ARM Cortex-M 物联网设备 TLS、云 SDK、RTOS + HAL 层
乐鑫 IDF (ESP32 SDK) 基于Wi-Fi/BLE的物联网 精细控制,针对 ESP32 系列进行优化
小围棋 小型物联网 MCU 非常适合实验,编译为 ARM Cortex-M

 

物联网云集成(可选中间件)

云SDK 最适合 笔记
AWS IoT Core + FreeRTOS 云连接嵌入式设备 安全 OTA、MQTT、影子设备
Azure IoT + ThreadX / RTOS 物联网产业 与 Azure 服务紧密集成
Google Cloud IoT Core(第三方 SDK) 使用 ESP32/RPi 进行原型设计 官方已弃用,但仍然可用
ThingsBoard / Node-RED 本地或自定义 IoT 仪表板 非常适合 DIY/本地控制系统

 

按物联网设备类型推荐

设备类型 推荐堆栈
电池供电的传感器 FreeRTOS 或 Zephyr + MQTT + PlatformIO
智能家电(Wi-Fi) ESP32 + FreeRTOS 或 Espressif IDF
可穿戴/BLE设备 Zephyr + Nordic nRF52 + NimBLE
物联网网关 Raspberry Pi + Ubuntu Core 或 Yocto + Node-RED
工业传感器节点 STM32 + ThreadX / Zephyr + MQTT/CoAP

 

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LCD 专用屏幕保护膜

幻影玻璃 是一个品牌 高端钢化玻璃屏幕保护膜 专为智能手机、平板电脑和笔记本电脑等电子设备设计。

它是市场上最坚固、最强的玻璃屏幕保护膜之一。

主要功能包括:

  • 高强度防护:它可以承受剧烈撞击、刮擦和日常磨损。
  • 超清晰透明度:它几乎是看不见的,保持了设备屏幕原有的清晰度和色彩。
  • 防指纹和防污迹:它具有特殊涂层,使其更容易清洁并保持屏幕看起来清新。
  • 安装方便:通常设计用于无气泡应用。
  • 完美契合:针对不同品牌、不同型号的设备进行定制。

一流的抗冲击性
9H 表面硬度

Phantom Glass 采用离子交换强化玻璃制成,具有出色的抗冲击、抗划痕和抗表面磨损的耐用性。
在严格的测试中,Phantom Glass 成功通过 从 10 米高处连续 1 次跌落至屏幕,满足严格的标准 航空级产品.

Phantom Glass 具有极强的弹性,可在最苛刻的条件下确保最大程度的保护和结构完整性。

简而言之,Phantom Glass 旨在尽可能地保护您的设备屏幕,同时又不影响其外观或感觉。

 

结构和数据:

 

电子纸/电子墨水前置灯介绍

LCD 模块通常带有背光,因为它们是透射式的,而电子纸是反射式的,无需背光,因此在日光下也能完美使用。然而,电子纸在夜间也有应用需求,因此出现了一个新术语“前光”。这其中也包括与电子纸显示器相关的触控技术和层压技术的讨论。

电子纸触控前光模组结构

这是电子纸模组的整体示意图,上方红框表示触控贴合,下方红框表示导光组件,下方依次为EPD模组和EMR模组。触控贴合模组由盖板、传感器、柔性电路和OCA胶片组成。前光组件包括导光板、OCA胶片和含珠子的柔性电路。OCA胶片至少有三层,因此至少需要六道贴合工序。该组装方案设计为一种导光方式(导光板的点状图案)、两种发光方式(冷色和暖色,或者标准色域和高色域)、三种材料(导光板、传感器和OCA胶片的材料),以及至少六道贴合工序。

光导原理

本描述涉及一种前置照明系统的示意图,该系统利用类似齿轮的输入结构和底部的点状图案来控制来自侧面光源的光线。这些结构会折射或反射LED光线,改变其方向,使其均匀分布在整个导光板上。右图展示了从点(光源)到线(光带)再到导光板整个表面的这一过程。

色彩饱和度:导光板解决方案

与单色电子纸模块相比,彩色电子纸模块需要光线两次穿过RGB彩色滤光片,导致光损失严重,亮度降低,色彩也更淡。为了提升亮度,我们改进了导光板上的点阵图案。更小的点阵尺寸和角度调整提高了有效光反射率。点阵角度从50°调整到30°,经测试,光输出提升了10%。

 

色彩饱和度:LED 灯珠解决方案

另一种增强色彩饱和度的方法是使用LED灯。具体来说,就是使用蓝色LED芯片,激发红色和绿色荧光粉,使其产生各自的颜色。通过扩大这些相互作用发生的三角形区域,可以显著拓宽整体色域。在讨论的图像中,左侧由于这种效应而呈现出一些偏黄的色彩失真。尽管除了LED灯珠的类型外,其他方面都相同,但这却导致了截然不同的视觉效果。

 

OCA材料的影响

OCA材料:导光板带有点状结构,通常呈凹陷状。压合后,OCA会完全浸入导光板的点状结构中,对光学匹配和导光性能产生很大影响。左侧图像整体偏暗,测试数据中也体现了这一点,而右侧数据则整体偏亮。仅仅是OCA材料的差异就会导致这种差异,因此选择不同的OCA材料对于对应产品的压合至关重要。

 

传感器材料的影响

目前使用的传感器材料主要有ITO Film和Metal Mesh两种。在透明度方面,尤其是彩色电子纸对透明度的要求更高,彩色电子纸通常更倾向于使用Metal Mesh。ITO Film和Metal Mesh与单色电子纸配合良好,没有任何问题。

导光材料的影响

导光板的材料对其性能有显著的影响,因为不同的材料对点图案的有效性的影响不同。

如果您对前灯有任何疑问,请联系 我们的工程师.

 

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电子报

电子纸简介

1.电子纸的概念

电子纸在断电状态下仍能保持显示,具有一定的记忆能力,具备传统纸张的大部分功能。电子纸的基材主要为聚酯化合物,表面涂有电路,通过外界电场的变化控制电路内电子胶囊的运动,改变文字和图像。电子纸具有功耗低、可弯曲等特点,显示效果细腻,视角广,阳光下可视性好,无盲区。

1999年,E Ink公司首次推出采用电子墨水的显示器。2007年,亚马逊发布第一代Kindle电子阅读器,搭载6英寸、4级电子墨水显示屏。从经典的黑白电子墨水显示屏发展到如今,已实现八原色全彩显示能力。相比传统显示器,电子墨水屏具有双稳态特性,仅在像素颜色变化时消耗电量,断电后屏幕仍能保留图像。而且,作为一种显示技术,电子墨水屏可以模拟印刷和在纸上书写的视觉体验。

2. 电子纸显示原理

电子纸的技术路线有多种,包括电泳显示技术(EPD)、胆固醇液晶显示技术(Ch-LCD)、双稳态扭曲向列液晶技术(Bi-TNLCD)、电润湿显示技术(EWD)、电流体显示技术(EFD)、干涉调制技术(iMod)等,其中以电泳显示技术最具代表性,已量产多年,工艺成熟,成本低,性能高,与传统纸张最为相似。

电泳显示技术是最早开发的类纸显示技术之一,其基本原理是利用外部电场控制液体中带电粒子的运动,当这些粒子移动到特定位置时,就会显示出不同的颜色。

电泳墨水技术,俗称电子墨水,是将电子墨水涂在一层塑料薄膜上,再在上面覆盖一层薄膜晶体管(TFT)电路,在驱动IC的控制下,形成像素图形,形成电子纸显示器(EPD)。与一般利用光发射产生图像的平板显示器不同,电子墨水屏幕主要采用电泳显示技术,依靠反射环境光来显示图像,使阅读更加舒适。而且,即使在阳光直射下,显示的图像仍然清晰,视角非常广,理论上可达180度。

 

3. 电子纸的构造

电子纸显示器 (EPD) 通常由防眩光玻璃、前光源、触摸功能、电子墨水膜、TFT 背板、控制器和电源管理器等组件组成。电子墨水膜通常由数百万个微胶囊组成。这些微胶囊包含带正电或负电的黑色和白色粒子。它们响应电场的变化而移动,使特定区域呈现黑色或白色,从而形成相应的像素图形。

E Ink元太科技微胶囊电子墨水技术的核心物质是电子墨水,主要由黑色染料和白色带电二氧化钛电泳粒子两部分组成。

电子粒子悬浮在染料中,排列均匀,运动随机,被透明外壳包裹,在外界电场作用下,白色粒子可以感应电荷,向不同方向运动,白色粒子聚集的一侧可以显示白色,而另一侧则显示染料的颜色,即黑色。电子纸就是利用这一原理,实现文字和图像的色彩过渡。

4. 电子纸材料

  • 基材:电子纸基板通常由塑料(例如聚酯薄膜)或玻璃制成。塑料基板具有重量轻和可弯曲的优点,适合制造可弯曲的电子纸。另一方面,玻璃基板提供更好的保护和耐用性。
  • 微胶囊材料: 微胶囊是电子纸的核心部件,通常由高分子材料制成,每个微胶囊内有黑色和白色颗粒,一般由炭黑或白色二氧化钛等材料制成,微胶囊的尺寸一般在几微米到几十微米之间。
  • 导电材料: 电子纸的透明电极一般采用氧化铟锡(ITO)或者其他导电材料,这些材料不仅导电性好,而且透明度高,能够有效传导电流,且不影响显示质量。
  • 油墨材料: 电子墨水中使用的颜料粒子通常由无机或有机材料制成,具有良好的分散性和稳定性,以保证显示图像的清晰度和寿命。
  • 保护膜: 为了提高电子纸的耐用性,通常会在电子纸表面涂上一层保护膜。这层膜有助于防止划痕和外部损坏,从而延长电子纸的使用寿命。

 

5. 电子纸制造流程

电泳墨水技术(通常称为电子墨水)是电子纸制造工艺的核心。该工艺涉及在塑料薄膜上涂一层电子墨水。然后将薄膜晶体管 (TFT) 电路层压到此涂膜上。在驱动器 IC 的控制下,这种布置有助于形成像素图形,而像素图形是电子纸显示器 (EPD) 的组成部分。这种方法可以精确控制和操纵微胶囊内的墨水颗粒,使显示器能够通过在电影响下重新排列这些颗粒来显示图像和文本。

为了控制生产成本,并考虑到电泳显示材料的特性,目前微胶囊电泳显示薄膜的生产方式多采用卷对卷涂布方式,此种制程可快速生产符合产品应用需求的显示材料,上图即为此种连续制程中薄膜材料卷的示意图。

6.电子纸的优点和缺点

· 产品优势

    • 低能耗: 电子纸的耗电量非常低,通常只在刷新显示时消耗电力,因此在待机模式下几乎不消耗任何电量。
    • 良好的可读性: 电子纸由于其反射式显示特性,在强光下也能保持良好的可读性,与传统纸张相似。
    • 轻巧灵活: 电子纸的轻便性和灵活性使其适用于各种便携式设备和柔性显示器。
    • 眼部舒适度: 电子纸可减少眩光和蓝光辐射,让长时间阅读更加舒适。

· 缺点

    • 收费标准: 电子纸的生产成本相对较高,这限制了它在某些低端市场的普及。然而,由于电泳显示技术(尤其是微胶囊显示技术)的制造工艺简单,采用与纸张生产类似的卷对卷涂布方法,预计其产量将逐年提高。随着产量和产量的提高,电子纸显示器的成本预计将逐年下降。与其他电子产品一样,电子纸显示器的价格可能会继续下降,随着成本的下降,各种新兴应用也将随之出现。
    • 刷新率较慢: 电子纸的刷新率相对较慢,不适合显示动态视频或快速变化的内容。为了满足双稳态的性能要求,电子纸显示技术牺牲了响应速度,更新时间长达数百毫秒,这对于视频应用而言是不够的。随着技术的进步,响应速度更快的电子纸材料已经出现,响应时间已缩短至数十毫秒,未来还有进一步改进的潜力,以满足客户的需求。
    • 全彩色化: 目前,电子纸显示技术大多以单色为主,彩色电子纸的成本较高,技术难度较大。目前,彩色电泳显示电子纸有两种实现方式:一是在黑白电子纸上加彩色滤光片;二是使用彩色粒子或染料,目前已有样品。但由于电子纸依靠反射光成像,因此与液晶屏幕的亮度和色彩准确度相比,电子纸屏幕显得有些暗淡。因此,彩色化是电子纸技术的革命性突破,目前已投入大量资源进行研发,彩色电子纸显示技术未来必将大有可为。
    • 耐用性: 电子纸虽然耐用性较好,但在高温高湿等极端条件下,电子纸的性能可能会受到影响。与传统阅读器不习惯将书卷起来不同,柔性电子纸显示屏的主要目的不是可卷曲,而是便携性和抗冲击性。柔性电子纸显示屏可以选择塑料基板作为背板。采用塑料基板的电子纸比采用玻璃材料的电子纸轻约 80%,厚度仅为约 0.3 毫米,满足了轻薄和抗冲击的需求。然而,塑料基板面临的最大挑战是其耐热性和化学稳定性,需要不断改进基板材料。

 

7. 电子纸的应用

  • 电子书阅读器: 电子纸最常用于电子书阅读器,例如亚马逊的 Kindle。由于电子纸具有与纸张相似的阅读体验,因此用户即使长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。

  • 广告牌和信息显示屏: 许多企业和公共场所开始使用电子纸作为广告牌和信息显示系统。电子纸在阳光下清晰且能耗低,非常适合长时间显示信息。

  • 智能标签: 在零售和物流领域,电子纸标签​​(如电子货架标签)应用广泛,可实时更新价格和产品信息,降低人工更新成本。
  • 可穿戴设备: 一些智能手表和健身追踪器已经开始采用电子纸显示技术,以延长电池寿命并提高各种光照条件下的可读性。

  • 教育设备: 电子纸技术正逐渐被应用于教育领域,例如电子试卷、学习平板电脑等,提供更灵活、更环保的学习方式。

 

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电子报

核心板到基板的连接

核心板与基板的物理连接方法取决于设计要求、成本、可靠性和制造工艺。以下是一些常见的连接方法:

 

1.插座连接器:

  • 利用板对板连接器,这是一种非常常见的连接方法。通过使用插座连接器,核心板可以插入预装在底板上的相应插座中。这种连接方式通常用于需要经常更换或升级核心板的场合,例如计算机主板和 CPU 之间的接口。

 

2.直接焊接:

  • 核心板的引脚或焊盘可直接焊接到基板上。此方法可提供非常稳定可靠的连接,适合不需要拆卸的永久安装,例如在某些嵌入式系统应用中。

 

  • DIP(双列直插式封装)插入:这是一种特定的直接焊接类型,其中将 DIP 封装的元件插入基板上的通孔中然后进行焊接。

  • 邮票孔技术:
    • 这种方法是将两块木板的边缘用一小条材料连接起来,小条材料上有许多小孔,便于折断。折断后,木板的边缘类似于邮票的穿孔边缘,因此这种镶板被称为“邮票孔”。
    • 随着印刷电路板制造对模块化电路板的需求增加,更精细的孔(也称为邮票孔)的使用变得越来越普遍。对于不规则形状的PCB,例如圆形,邮票孔用于方便面板连接,这使得它们在非标准板设计中特别有用。
    • 从稳定性上看,邮票孔设计是最佳选择。DIP引脚和板对板连接器在接线和焊接方面存在挑战,板对板连接器虽然可以采用贴片式进口接口,但价格昂贵,多次插拔后容易接触不良。邮票孔成本低、接线方便、稳定、焊接牢固、体积小,是要求高抗震性产品的最佳选择。但是邮票孔也存在一些难点,比如测试验证核心板的完整性比较困难,焊接后很难拆除,可能会损坏核心板和基板。

 

3. 插槽和边缘连接器,或金手指:

  • 核心板可以设计为边缘连接器,可插入底板上相应的插槽。这种方法通常用于内存条和显卡等 PC 部件,也适用于一些高性能嵌入式系统。边缘连接器为组件的组装和拆卸提供了一种可靠且快速的方法,方便升级和维护。

 

4. 螺钉安装或支架:

  • 使用螺钉将核心板直接固定到基板上。这种方法增强了物理稳定性,使其适用于易受振动的环境或需要额外机械固定的其他应用。支架提供必要的间距和支撑,以保持板的完整性并防止电气短路,确保安装持久可靠。

 

5.背板和主板:

  • 在一些大型系统中,多个核心板或模块可以通过背板连接,背板又连接到主板。这种布置支持核心板的高密度安装,常见于服务器和电信设备。使用背板可以实现集中连接和配电,便于升级和维护,同时优化系统的性能和可扩展性。

 

6. 柔性扁平电缆(FFC)或带状电缆:

  • 核心板和基板通过柔性电缆连接,这提供了一定的物理定位灵活性。这种方法特别适合空间有限或布线要求复杂的设备。柔性扁平电缆和带状电缆有助于在紧密或复杂的布局中更轻松地布线和连接,从而降低安装和维护过程中发生损坏的风险,同时确保可靠的信号传输。

 

每种连接方法都有其特定的应用、优点和缺点,选择合适的方法取决于项目的具体需求和预算。如果您有特定的项目或设计考虑,我们可以进一步讨论最合适的连接解决方​​案。

液晶显示器ESD标准及改进

IEC 61000-4-2 是国际电工委员会 (IEC) 制定的电磁兼容性 (EMC) 标准,专门用于测试抗静电放电 (ESD) 能力。该标准旨在评估和验证电子设备和系统抵抗静电放电的能力。它定义了静电放电测试程序和各种测试级别。

1. IEC 61000-4-2 测试级别

IEC 61000-4-2 标准定义了两种主要放电类型:

1)接触放电:通过与设备接触的测试电极将静电放电直接施加到设备上。

空气放电:通过将测试电极靠近设备(非直接接触)来施加静电放电。

每种放电都有不同的电压测试等级,以模拟各种环境中可能遇到的静电放电强度。IEC 61000-4-2 中定义的标准测试等级如下:

接触放电水平:

  • 1级:2kV
  • 2级:4kV
  • 3级:6kV
  • 4级:8kV
  • 特殊等级:>8kV(用户可根据实际需要定义更高的电压等级)

空气排放水平:

  • 1级:2kV
  • 2级:4kV
  • 3级:8kV
  • 4级:15kV
  • 特殊等级:>15kV(同样,用户可以根据实际需要定义更高的电压等级)

仅对于 LCD 显示器,最高测试为 4 级。

 

2.测试程序

在实际测试过程中,设备必须经过一系列规定的静电放电操作,以确保其能够承受预期的静电放电环境。具体测试程序包括:

1) 选择测试级别:根据设备预期的使用环境,选择合适的测试级别(1级至4级,或更高的特殊级别)。

2) 设置测试设备:使用 IEC 61000-4-2 标准规定的静电放电枪和其他必要的测试设备。

3)放电方法:

  • 接触放电:让放电枪尖端与设备的金属部件直接接触。
  • 空气排放:将放电枪的尖端靠近设备的非金属部件,逐渐靠近直至发生放电。

4) 重复放电:通常,每个测试点需要进行多次放电(通常 10 次或更多),以验证设备在所有测试点上的静电放电抗扰度。

5) 观察与记录:每次放电后,观察设备的反应(如重启、数据丢失、功能失效等)并记录测试结果。

 

3.液晶屏ESD测试失败的主要现象

当液晶屏未通过 ESD(静电放电)测试时,通常会出现以下现象:

1)屏幕 闪烁 or 闪烁:由于静电放电引起的不稳定性,显示屏可能会间歇性闪烁或闪烁。

2)永久性 显示伪像:屏幕上可能会出现永久的线条、斑点或扭曲,表明 LCD 面板或电路已损坏。

3) 屏风 冻结:显示器可能会冻结或无响应,需要重新启动或电源循环才能恢复。

4) 色彩失真:屏幕上的颜色可能会失真或不正确,这可能是由于显示驱动器或其他电子元件损坏造成的。

5) 显示功能丧失:屏幕可能完全空白或无法显示任何图像,这表明屏幕内部组件出现更严重的故障。

6) 触摸功能故障 (如果适用):在触摸式 LCD 屏幕中,发生 ESD 事件后,触摸功能可能会变得无响应或不稳定。

7) 意外重启:由于 ESD 影响设备的电源管理或控制电路,设备可能会意外重启。

8) 数据丢失或损坏:可能会丢失或损坏数据,特别是当 ESD 影响内存或存储组件时。
这些现象表明液晶屏或其相关电子设备已受到静电放电的损害,需要进一步调查,并可能需要额外的屏蔽或电路保护。

 

4. 静电放电(ESD)改善措施

1)设计阶段的预防措施

a. 板级设计

  • 地平面设计:确保 PCB 具有完整的接地平面,以增强其抗干扰能力。坚固的接地平面有助于为电流提供低阻抗路径,有效降低噪声并提高电路板的整体电磁兼容性 (EMC)。
  • ESD保护装置:在关键信号线上添加 ESD 保护器件,例如 TVS(瞬态电压抑制)二极管和 ESD 保护电容器。这些元件有助于钳制电压尖峰并安全地消散 ESD 能量,保护敏感电路免受损坏。
  • 信号返回路径优化:优化信号返回路径,以最大限度地减少通过关键电路的 ESD 电流。正确设计的返回路径可确保 ESD 电流远离敏感区域,从而降低电路损坏的可能性并提高整体 ESD 弹性。

b. 外壳设计

  • 导电涂层:在塑料外壳内部涂上导电涂层,以提供屏蔽效果。该涂层有助于阻挡和消散静电放电 (ESD),保护内部组件。
  • 金属外壳接地:确保金属外壳正确接地,为 ESD 放电提供有效路径。良好的接地有助于安全地将静电从敏感电子设备上消散。
  • 增加TFT LCD金属框架与产品PCB之间的接地面积:扩大 TFT LCD 金属框架与产品 PCB 之间的接地面积。这有助于创建更有效的 ESD 路径,并提高设备整体对静电放电的免疫力。
  • 增加外壳和 TFT 触摸屏之间的浮动间隙:增加外壳和 TFT 触摸屏之间的浮动间隙。更大的间隙可以提供更多空间让潜在放电消散,而不会影响敏感元件,从而有助于最大限度地减少 ESD 对触摸屏的直接影响。

2)布线及布局优化

  • 关键部件的保护:将敏感组件放置在可能接触 ESD 的区域之外,例如按钮、连接器和接口。这可降低 ESD 到达这些组件并造成损坏的风险。
  • 短接地线:尽量缩短接地线的长度,以降低接地电阻和电感。较短的接地路径为 ESD 电流消散提供了更有效的路径,从而提高了整体保护效果。
  • 隔离区:在 PCB 上创建专用的 ESD 保护区,将敏感电路与可能接触 ESD 的区域隔离。这可能涉及添加屏障、接地平面或保护线,以保护关键组件免受潜在放电路径的影响。

3)过滤和缓冲

  • 滤波电容器:在关键信号线添加滤波电容,以吸收 ESD 脉冲。
  • 串联电阻:将小电阻与信号线串联以限制 ESD 电流。

4)过滤和缓冲

  • 滤波电容器:在关键信号线上添加滤波电容,吸收ESD脉冲。
  • 串联电阻:将小电阻与信号线串联以限制 ESD 电流。

5)屏蔽和接地

  • 屏蔽罩:在液晶显示器上安装金属或ITO(氧化铟锡)屏蔽罩,以减少ESD的直接影响。
  • 接地路径优化:确保屏蔽罩、导电涂层和金属外壳具有良好的接地连接,以形成低阻抗的 ESD 放电路径。

6)接口和按钮保护

  • 接口保护:在显示屏的输入输出接口处添加ESD保护器件,如TVS二极管。
  • 按钮保护:为按钮设计适当的屏蔽和接地,以减少通过它们传导的 ESD 干扰。

7)电源和地线处理

  • 隔离变压器:使用隔离变压器将电源部分与信号部分分开,降低ESD通过电源传导的可能性。
  • 地面线路处理:在电源输入端添加共模电感器和滤波电容,以减少ESD通过电源线传导的可能性。

8)产品测试和验证

  • ESD 枪测试:使用 ESD 枪进行模拟测试,找出薄弱环节并实施纠正措施。
  • 重复验证:在不同环境下进行重复的ESD测试,以确保纠正措施有效。

9)材料选择

  • 防静电材料:为显示器外壳选择具有防静电性能的材料,例如防静电塑料。
  • 导电胶:按键及接口处采用导电橡胶,增强防静电能力。

 

5.具体改进示例

1)监视器接口的 SD 保护

为了保护显示器上的 HDMI、VGA、USB 和其他接口免受 ESD(静电放电)的影响,请考虑以下保护策略:

  • 并联 TVS 二极管:在 HDMI、VGA、USB 和其他接口的信号线上并联安装瞬态电压抑制 (TVS) 二极管。TVS 二极管有助于钳制由 ESD 引起的电压尖峰,保护敏感电路免受高压浪涌的影响。
  • 添加小电容器:在接口附近放置小电容,形成低通滤波器。这些电容有助于吸收和滤除高频 ESD 脉冲,进一步保护显示器的内部元件。

 

2)按钮的 ESD 保护

为了保护按钮免受静电放电 (ESD) 的影响,可以采取以下措施:

  • 导电橡胶垫:在按钮和电路板之间放置导电橡胶垫,以确保按下按钮时有效接地。导电橡胶为 ESD 提供了一条安全消散到地面的路径,降低了电路损坏的风险。
  • 串联电阻:在按钮线上串联小电阻。这些电阻有助于限制可能流入电路的 ESD 电流,通过减少 ESD 脉冲的影响为敏感元件提供额外保护。

3)电源线的ESD保护

为了防止通过电源线的静电放电(ESD),可以采取以下措施:

  • 共模扼流圈:在电源输入端安装共模电感器。这些电感器有助于抑制共模噪声并减少可通过电源线传导的 ESD 能量。
  • X/Y 电容器:在电源输入端使用 X 和 Y 电容来滤除通过电源线传导的 ESD 脉冲。X 电容跨接在线路和中性线之间,而 Y 电容连接在线路/中性线和地之间。它们共同构成一个有效的滤波网络,以吸收和缓解高频 ESD 脉冲。

4) 带 RC 电路的复位引脚

为了保护复位引脚免受 ESD 的影响并确保稳定运行,可以添加 RC(电阻-电容)电路。建议的元件值为:

  • R1 = 1kΩ(1千欧姆):该电阻有助于限制流向复位引脚的电流,从而缓冲由于 ESD 引起的突然电压尖峰。
  • C1 = 0.1 µF(微法拉):该电容器充当滤波器,平滑任何快速的电压变化并为复位信号提供稳定性。
  • C2 = 0.047 µF(微法拉):可以并联一个额外的电容器来进一步完善滤波,确保复位引脚不易受到高频噪声和 ESD 脉冲的影响。

该 RC 电路有助于消除复位引脚的抖动,并提供额外的保护以防止静电放电和瞬态电压波动。

5)添加 ESD 环

建议在静电接触点处添加 TVS ESD 保护器件,利用其防静电特性,形成 ESD 放电路径,增强保护效果。此外,在面板上添加静电放电环 (ESD 环)。该环为静电放电提供了接地路径,从而保护 VCOM 和 Gate 线免受潜在损坏。

 

6)在每个 VCOM 点添加一个 TVS

建议在每个 VCOM 点添加 TVS(瞬态电压抑制)二极管,以增强 ESD 保护。具体来说,使用雷茂电子的 DFN0511 封装的 ULC1006CDN。该组件已成功应用,并在众多显示器客户中表现出令人满意的效果。

7)面板上裸露的走线

在面板上任何裸露的线路上涂抹绝缘胶或胶带。这有助于防止意外短路并保护线路免受 ESD 损坏。

8) 未使用的引脚

未使用的引脚不应悬空;相反,应将其连接到 MVDDL(最小电压差分数字逻辑)。这可防止悬空引脚拾取噪声或导致电路出现意外行为。

9)软件复位

实现软件重置功能。通过将软件重置为已知的良好状态,系统可以从 ESD 事件或其他问题导致的意外情况或故障中恢复。

10)示例:汽车液晶显示屏

问题描述:在静电放电 (ESD) 测试期间,屏幕在 ±6 kV 接触放电下通过,但在 ±8 kV 空气放电下失败。

分析:液晶屏与主控通过线材连接,接口类型为LVDS(Low-Voltage Differential Signaling,低压差分信号)。目前大屏主要采用LVDS和VBO(Video Bus Output,视频总线输出)差分接口,这种接口对共模干扰有较好的抑制作用。测试中发现的屏幕闪烁现象,可能是LVDS线受到干扰导致的。对LVDS线每条信号线施加500V-1000V的接触放电,发现在两对差分时钟线上,在500V-1000V时均出现屏幕闪烁现象。由此可以确定差分时钟信号特别容易受到ESD干扰。

解决方案:在LVDS线上增加铁氧体磁珠(磁环),增加磁环后再次进行ESD测试,测试通过。所选用的铁氧体磁珠频率阻抗特性曲线如下:
[若有可视格式的铁氧体磁珠的频率阻抗特性曲线,请在此处注明。]
通过使用这些铁氧体磁珠,可以显著降低对 ESD 干扰的敏感性,从而稳定差分时钟信号并防止屏幕闪烁。

11)不同外壳的防静电方法

TFT LCD 显示器很容易受到电磁干扰 (EMI) 和静电放电 (ESD) 的影响,尤其是当它们具有内置触摸屏时。关于 ESD,TFT LCD 显示器齐平安装在设备外部。放电可以到达 LCD 框架的边缘,并且不会被产品外壳完全消散。

更详细地讲,LCD 屏幕的框架通常连接到产品 PCB 的信号接地 (GND)。因此,任何放电电流都可能流入设备电路板。解决方案取决于最终产品的外壳是导电的还是非导电的。

  • 导电(金属)外壳:确保 LCD 框架和边框台阶边缘之间的所有表面均紧密电连接。使用透明导电涂层,例如 ITO(氧化铟锡),表面电阻率延伸至边框台阶边缘。
  • 非导电外壳:提供TFT LCD显示屏作为ESD的入口点。使用屏蔽扁平电缆将LCD框架连接到PCB接地;增加产品外壳和LCD显示模块之间的绝缘间隙(浮动)。

12)示例:白屏/蓝屏问题

白屏或者蓝屏是指模块的屏幕只显示背光,就像刚开机时一样,即使调整对比度也没有任何反应。
该问题是由于模块的电源线(VDD 或 VSS)或 RESET 信号线在工作过程中受到干扰,导致模块复位,从而导致模块内部寄存器初始化,显示屏关闭。

解决方案:

  • 如果干扰来自于电源线,建议在 VDD 和 VSS 电源线之间尽量靠近模块的地方添加去耦电容(10µF)和滤波电容(0.1µF/0.01µF)。
  • 如果干扰在RESET信号线上,建议在RESET信号线与VSS之间尽量靠近模块处增加滤波电容(容值为0.1µF或者0.01µF)。
    电容值的选择应根据实际测试结果来确定。

13) 显示屏显示不正确的字符或随机像素(数据错误),只能通过电源循环解决

该问题是由于控制信号受到干扰,导致寄存器参数被修改,一般在显示数据时,没有对主工作寄存器参数进行重复写入,从而导致上述问题。

解决方案:
如果传输线上存在干扰:

  • 使用铁氧体磁珠,或者用锡箔或薄铜片等材料屏蔽线路。
  • 改变传输线的布线,避开有干扰的区域。
  • 缩短传输线的长度或添加线路驱动器以增加驱动强度并提高抗噪能力。

14)找不到干扰点或电路预防措施不足以消除干扰时该怎么办?

如果无法识别干扰或电路预防措施无法防止其影响,请考虑以下解决方案:
定期寄存器初始化:不使用RESET信号,直接对寄存器进行操作进行初始化。如果发生崩溃且无法恢复,请使用RESET信号进行初始化。但这可能会导致正常显示时屏幕闪烁。为确保正常显示不受初始化影响:
a. 使用寄存器读取数据进行初始化:以从寄存器读取的数据,比如读取显示状态字或者特定的SRAM单元数据,作为判断是否需要初始化的依据。
b. 使用带背光控制的负显模块:对于带负显的模块,不使用时请关闭背光,这样不容易看清显示内容。当需要观察显示内容时,请打开背光,以此时刻作为重新初始化模块的时机,不太引人注意。

15)产品外壳(特别是产品面板)静电干扰测试导致模块白屏或显示错误

这种干扰主要是因为模块的金属框架或玻璃干扰了模块的电路。为了改善这种情况,请考虑以下方法:

  1. 将模块的金属框架接地。
  2. 将模块的金属框架连接到VSS(电路地)。
  3. 让模块的金属框架保持浮动(不连接任何东西)。
  4. 在模块的金属框架和金属外壳之间添加绝缘垫;绝缘垫越厚,静电的减少越多。

这四种方法都应该在实际产品中进行测试,以确定哪一种方法最有效。

16)无外界干扰源也会出现白屏或显示错误
这种情况也属于干扰,但属于系统内部干扰,主要由软件冲突引起。第一步是确定干扰发生的模式。此类问题更有可能发生在模块写入过程中,导致模块冻结或显示错误。
而婴儿腹泻的基本病因又包含以下几个方面:

  • 模块操作(I/O寻址模式)期间中断例程干扰,导致修改控制信号或数据等错误操作,这可能导致模块冻结或显示不正确。
    解决方案:操作模块时禁用中断响应,以防止在关键过程中受到干扰。

17)示例:使用TFT显示屏,产品底盘为金属材质,进行8000V静电放电(ESD)测试,导致显示屏显示乱码。重置和重新初始化模块无效,必须关闭电源并重新启动设备才能恢复正常运行。行业规定不允许底盘接地。
解决方案是将金属底盘换成丙烯酸(有机玻璃)外壳,并在主软件程序中添加定时循环刷新(初始化)程序。在 ESD 测试期间,当 LCD 模块因静电放电而重置时,刷新(初始化)程序会纠正该问题,只会导致短暂闪烁,然后恢复正常运行,从而通过测试。

18)示例:采用TFT显示屏,对产品底盘进行8kV静电放电(ESD)测试,导致模块无显示
为了改善这种情况,在模块的电源引脚上增加了一个 330μF 电容和一个浪涌保护二极管 (P6K1),在驱动电源的输出 (VOUT) 上也增加了一个 330μF 电容。这些措施显著改善了这种情况。此外,模块的金属框架与底盘绝缘,保持 2mm 的间隙,这有助于通过 ESD 测试。
然而,尽管进行了这些改进,仍然偶尔会出现无显示的情况。为了彻底解决这个问题,我们在程序中增加了一个定期初始化例程,用于重置模块并从干扰中恢复。这彻底解决了显示干扰问题。

19)例:使用TFT显示器,在系统主电源线上施加4kV、150Hz正脉冲群干扰信号试验时,显示器出现乱码
针对此问题,我们在液晶模块接口处的电源线上增加了浪涌吸收器,并减少了冗余传输线的长度,这些措施使得系统通过了测试。

20)开关柜上使用TFT显示屏,受高压电磁干扰,模块无显示
为解决该问题,我们将系统电源更换为隔离电源,在模块的/RESET引脚接入0.01μF电容,断开模块金属边框与VSS的跳线,并加装绝缘垫,将模块金属边框与开关柜隔离。

21) TFT 显示屏与系统主板之间的连接线长度超过 700mm。在重复写入图形数据时,图形的右侧会逐步复制图形数据的最右字节

模块接口的输入信号波形测量结果良好,/WR = 0 宽度为 2μs。在接口信号中添加电容和上拉电阻后,波形没有明显改善。缩短电缆和添加铁氧体磁珠后波形明显改善,但并未完全解决问题。
在/WR信号线中插入施密特触发电路(74HC14)后,问题彻底解决。另外,在/WR信号线中插入680Ω电阻,也能彻底解决问题。

22)示例:LCD 显示屏出现蓝屏

在 ESD(静电放电)测试中,一台工业显示器每次在网络端口、USB 和串行端口以 ±6kV 进行测试时都会出现蓝屏,导致系统崩溃。它会在电源循环后自动恢复,但测试未通过。该板之前曾进行过多次设计修改,重点是接地、滤波和隔离,但这些都无法解决问题。因此,这次采取了一种诊断和纠正根本原因的策略,以识别和解决系统的弱点。
分析与解决方案:
根据观察到的现象,怀疑是CPU功能单元受到干扰,对核心子板(CPU模块电路)引脚进行分析,结合实践经验和信号功能性,发现信号特别敏感,容易受到ESD干扰。
为了识别 ESD 敏感信号,我们使用 ESD 枪对核心子板上的各个信号针脚施加 100V、300V、600V 和 1000V 的接触放电。在这些测试中,问题没有再次发生,从而排除了这些信号是问题的根源。
对核心子板上敏感电路的进一步分析表明,当对敏感的 DDR_CLK 信号施加 100V 接触放电时,问题始终会重复出现。每次施加放电时,问题都会重现。DDR_CLK 走线宽度为 4 mil,设计中没有测试焊盘,这限制了可用的缓解选项。
为了确定静态电磁场是否影响 DDR_CLK 时钟信号,将接地的金属线直接放置在 DDR_CLK 走线上方,并使用 ESD 枪以 6kV 电压对接地线的铜片进行放电。该问题在五次放电内重现,证实 ESD 的电磁辐射影响了 DDR_CLK 信号和 DDR 组件。
分辨率 :
在确认电磁辐射影响核心板上的DDR模块,导致ESD问题再次发生后,我们用铜箔屏蔽并接地核心板区域,保护敏感的DDR信号和模块。屏蔽核心板模块后,对IO接口进行±6kV、8kV、10kV接触放电,每个测试连续放电40次。系统继续正常运行,表明问题已得到解决。
原因分析:
进一步验证发现影响整个系统的ESD是由于辐射耦合或电容耦合引起的,分析静电放电路径为:IO接口→单板PGND→金属背板→金属机箱→机箱盖→地线。
该路径解释了 ESD 如何影响敏感组件,证实了需要额外的屏蔽和接地来防止干扰。

当机箱盖未拧紧在金属机箱上或机箱盖未安装到位时,观察到没有静电放电(ESD)问题。这排除了辐射耦合的问题。在这种情况下,ESD放电路径如下:IO接口→单板PGND→金属背板→金属机箱。这表明核心板上敏感的DDR区域与机箱盖之间存在静电电容耦合(因为它们彼此非常接近),如下图所示。

综上所述,整个系统核心子板上的静电耦合简化模型如下图所示:

诊断时,在核心子板增加屏蔽罩后,此时的静电耦合模型如下图所示。
从图中可以看出,在核心子板上加装屏蔽罩后,机箱后盖的静电能量会直接耦合到金属屏蔽罩上,再通过屏蔽罩的接地针脚泄放到地上,从而避免了ESD直接耦合到DDR敏感模块上,解决了该问题。
综合以上分析,此次ESD问题是由于机箱后盖的静电干扰通过电容耦合到DDR模块电路引起的。
由于核心子板为客户公司的平台产品,模块上的DDR电路敏感度较高,因此建议无论在测试还是量产时,都使用屏蔽罩对敏感的核心子板模块进行保护,该方案简单有效、可靠。

 

23)LCD 显示器的 EMI 保护

主要方法是屏蔽容易受到EMI影响的元件。
a. 对于触摸控制器和LCD驱动IC等敏感元件,使用EMI屏蔽织物提供单面或双面保护。
b.由于部分液晶屏会发出高频信号,因此可以在底部采用金属框架,在顶部采用ITO(氧化铟锡)层进行屏蔽。

 

两轮电动车触摸屏对触摸控制器的独特要求

尽管关于交通运输未来的无数文章都聚焦于四轮电动车,但越来越多的出行方式更加依赖经济型两轮电动车,包括踏板车、重型摩托车、电动摩托车、电动轻便摩托车和电动自行车。这些两轮电动车遵循了四轮电动车的设计趋势,采用触摸屏进行控制,取代了物理旋钮、按钮和机械表盘。

采用触摸屏使两轮电动车设计师能够设计出外观时尚、布局灵活、设计时尚的车型。它还可以根据不同车型甚至个别车辆轻松定制。用户友好的菜单系统可以满足两轮电动车更复杂的控制、显示和功能要求,同时还可以实现导航、信息娱乐系统、远程支付和车辆安全等增值功能。

两轮电动车的触摸屏经常暴露在恶劣的户外环境中,容易受到雨、雪、灰尘或沙子的影响。在炎热的气候下,这些车辆有时可能会停在阳光直射下,受到强烈的紫外线和红外线辐射。此外,它们还容易发生事故或被故意损坏。

考虑到这些因素,两轮电动车的触摸屏最好具有 IP65/68 防护等级和厚盖玻璃,以保护底层触摸传感器和 LCD 或 OLED 显示屏组件。为了防止阳光和紫外线辐射造成的损害,需要使用紫外线/红外线滤光片,并应使用防反射/防眩光涂层,以增强所有照明条件下的屏幕可见度。

因此,显示屏堆栈需要采用厚的多层设计。然而,每增加一层,手指和电容式触摸传感器之间的距离就会增加,这让准确检测屏幕表面的触摸输入变得更加困难。

在寒冷地区,驾驶员经常戴着厚手套操作触摸屏,这进一步增加了手指与触摸传感器之间的距离。此外,在潮湿的天气里,屏幕上的雨水或雪水也会导致误触或漏输入。

高品质的触摸屏不仅必须可靠地跟踪手指在屏幕上移动的路径,还必须准确检测在潮湿条件下戴着厚手套做出的多指手势,从而实现地图导航等功能。触摸屏需要满足各种环境要求,对触摸屏控制器 IC 提出了严格的要求,必须解决以下设计挑战:

更厚的显示屏堆栈

触摸屏控制器必须支持高度的灵活性,以适应显示屏堆栈中触摸传感器上方的各个层。需要采用等效厚度为 10 毫米或更大的先进技术,从而能够使用防反射和防眩光涂层,以及 4 毫米厚的盖玻璃,并允许戴着 3 毫米厚的手套进行操作。或者,触摸屏设计师可以在屏幕和玻璃之间留出一个气隙,以便在损坏时更换顶部玻璃层而无需更换整个显示屏。然而,厚度的增加使触摸屏控制器更难以准确检测和解码触摸输入。控制器必须迎接这一挑战。

可靠的触摸性能

两轮电动车在其使用寿命的大部分时间里通常在户外使用。触摸屏控制器算法必须防止水滴被误认为触摸,仅检测手指或戴手套的手的输入。电容式感应还必须区分导电清洁溶液(如漂白剂)及其与水的混合物,确保不会发生误触摸。

功能安全

全球各地的两轮电动车都需要功能安全功能来保护使用触摸屏的骑手。骑行过程中的导航和免提通话等功能可能会分散注意力。屏幕可能需要符合 ISO 26262 (ASIL-B) 等安全标准。控制器必须提供自检功能、文档和指南以支持认证。

安全性

在租赁场景中,触摸屏可用于输入 PIN,授予租车人车辆访问权限。它们还支持通过信用卡或智能手机进行非接触式支付。触摸屏控制器必须包含加密和固件身份验证,以确保数据隐私。

噪音抗扰度

驱动电动机的动力系统电路会产生辐射和传导电磁噪声。基于开关电源的充电器会将噪声引入车辆电源线,照明系统也可能导致传导噪声。甚至 LCD 或 OLED 面板也会发出电磁干扰。如果没有适当的噪声控制,这些源可能会降低触摸屏的功能。控制器必须包含噪声过滤算法,以避免误激活,尤其是在运行期间。

Microchip 的 maXTouch® 触摸屏控制器

Microchip 的 maXTouch® 系列配备了满足这些严格要求并增强触摸屏体验的功能。主要功能包括:

  • 支持2至34英寸各种宽高比的屏幕。
  • 兼容厚度达 10 毫米的厚盖玻璃以及 0.2 毫米或更大的气隙。
  • 通过 5 毫米厚的手套(例如滑雪手套或摩托车手套)进行精确的触摸检测。
  • 防潮,防止由水滴、水流、3.5%盐水或清洁溶液引起的误触摸。
  • 加密消息和隐藏的 PIN 配置。
  • 与NFC(近场通信)技术的互操作性。
  • 高传导噪声抗扰度(通过 A 级 IEC 61000-4-6 认证)。
  • 自我诊断和报告功能。
  • 支持 Linux®/Android™ 操作系统。

结论

两轮电动车的设计与四轮车非常相似,非常复杂。设计师不断添加新功能以满足不断变化的消费者期望。增强型触摸屏由功能强大的触摸屏控制器支持,可提供将这些功能集成到车辆设计中所需的灵活性。通过满足独特要求并精心选择触摸屏控制器,可以有效满足两轮电动车设计的需求。