一, Kết hợp hiệu suất quang học: đảm bảo độ rõ nét và tính đồng nhất của màn hình
1. Sự tương ứng chính xác giữa kích thước cửa sổ và khu vực hiển thị
Vùng hiển thị (Vùng hoạt động, vùng AA) của LCD được xác định bởi mảng pixel và kích thước cửa sổ phải bao phủ chặt chẽ vùng AA và dự trữ dung lượng lắp đặt. Ví dụ: kích thước hiển thị của màn hình LCD 7- inch (model T-EF070K08000480ALI) là 154,08mm × 85,92mm. Nếu thiết kế cửa sổ là 155mm × 86mm, một số pixel có thể bị che khuất do dung sai khung hình; Nếu cửa sổ mở quá lớn (chẳng hạn như 160mm × 90mm), có thể gây ra các vấn đề sau:
Rò rỉ: Ánh sáng ngược tràn qua mép cửa sổ, tạo thành quầng sáng trong trạng thái tối, ảnh hưởng đến độ tương phản;
Nhiễu cơ học: Ma sát giữa mép màn hình LCD và thành trong của tấm nền, dẫn đến màn hình hiển thị bất thường hoặc bị hỏng.
Giải pháp: Theo bản vẽ 2D do nhà sản xuất LCD cung cấp, kích thước cửa sổ phải lớn hơn một bên của khu vực AA 0,2mm ~ 0,5mm (tùy thuộc vào loại bảng điều khiển). Ví dụ màn hình TN có thể 0,2mm, còn màn hình IPS có thể 0,5mm do khả năng chống va đập tốt hơn.
2. Tối ưu hóa góc nhìn và vị trí cửa sổ
Góc nhìn của LCD (chẳng hạn như 178 độ/178 độ đối với màn hình IPS) cần phù hợp với góc nhìn của thiết bị. Ví dụ: bảng điều khiển ô tô cần đáp ứng khả năng đọc dữ liệu rõ ràng của người lái xe trong góc nhìn ngang -45 độ ~+45 độ . Nếu vị trí cửa sổ lệch khỏi tâm hoặc được lắp đặt ở một góc có thể gây ra các vấn đề sau:
Hiện tượng lệch màu: Màn hình TN bị giảm độ tương phản và biến dạng màu sắc khi lệch so với góc bình thường;
Giao thoa phản chiếu: Cạnh cửa sổ tạo thành một góc với bề mặt LCD, có thể phản chiếu ánh sáng xung quanh.
Giải pháp: Sử dụng phần mềm mô phỏng quang học (như LightTools) để mô phỏng hiệu ứng hiển thị ở các góc khác nhau và tối ưu hóa vị trí cửa sổ. Ví dụ: một bảng điều khiển xe điện nhất định sử dụng thiết kế kính cong, căn chỉnh tâm cửa sổ với tầm nhìn của người lái và tăng góc nhìn hiệu quả lên ± 60 độ.
2, Thiết kế kết cấu phù hợp: cân bằng độ bền và hiệu quả lắp ráp
1. Độ dày của tấm nền phối hợp với độ dày của kính LCD
Độ dày của kính LCD (thường là 0,4mm ~ 1,1mm) ảnh hưởng trực tiếp đến thiết kế độ sâu của việc mở cửa sổ bảng điều khiển. Nếu độ dày tấm (T) không khớp với độ dày kính (d) thì có thể gây ra các vấn đề sau:
Nồng độ ứng suất: Thủy tinh mỏng (d<0.7mm) is prone to cracking in thick panels (T>3 mm) do áp suất lắp ráp;
Excessive gap: Thick glass (d>1.0mm) có thể gây biến dạng màn hình ở các tấm nền mỏng (T<2mm) due to insufficient support.
Giải pháp: Chọn kết cấu panel dựa trên độ dày kính:
Kính mỏng (d Nhỏ hơn hoặc bằng 0,7mm): sử dụng cấu trúc bù "khung sắt + bọt", ví dụ: thêm khung thép không gỉ 0,3mm ở bên ngoài kính 0,55mm và lấp đầy khoảng trống bằng bọt silicon 0,2mm;
Thick glass (d>0,7mm): được nhúng trực tiếp vào bảng điều khiển, nhưng hiệu suất chống va đập cần được xác minh thông qua phân tích phần tử hữu hạn (FEA). Ví dụ: một thiết bị HMI công nghiệp sử dụng kính 0,9 mm cho thấy tỷ lệ hỏng hóc giảm từ 3,2% xuống 0,5% trong các thử nghiệm chu trình nhiệt độ từ -30 độ đến+85 độ .
2. Xử lý mép cửa sổ và chống bụi, nước
Các vết vát, gờ hoặc cạnh sắc trên mép cửa sổ có thể làm xước bề mặt màn hình LCD hoặc tích tụ bụi, ảnh hưởng đến hiệu ứng hiển thị. Ví dụ: bảng điều khiển của thiết bị y tế không được xử lý bằng góc C{1}}ở mép cửa sổ, dẫn đến hình thành các "đốm đen" khi bụi lọt vào.
Giải pháp:
Gia công cơ khí: Các cạnh của cửa sổ được vát bằng C0,5 ~ C1 và loại bỏ các gờ;
Thiết kế bịt kín: Đổ silicone hoặc băng dính hai mặt-vào giữa màn hình LCD và bảng điều khiển. Ví dụ: một thiết bị ngoài trời áp dụng thiết kế cấp độ bảo vệ IP67, có khả năng chống nước và chống bụi thông qua vòng đệm silicon dày 0,5mm.
3, Phù hợp với khả năng thích ứng môi trường: đáp ứng các điều kiện làm việc khắc nghiệt
1. Mở rộng nhiệt độ và kết hợp nhiệt vật liệu
Phạm vi nhiệt độ hoạt động của LCD (-30 độ ~+85 độ) cần phải phù hợp với vật liệu bảng điều khiển. Nếu chênh lệch hệ số giãn nở nhiệt (CTE) giữa vật liệu tấm nền (chẳng hạn như nhựa PC) và kính LCD quá lớn, có thể gây ra các vấn đề sau:
Gãy giòn ở nhiệt độ thấp: CTE của PC là 60 × 10 ⁻⁶/ độ, trong khi của thủy tinh là 3 × 10 ⁻⁶/ độ. Ở -30 độ, độ co ngót của PC gấp 20 lần so với kính, có thể dẫn đến tập trung ứng suất ở mép kính;
Biến dạng ở nhiệt độ cao: Ở mức +85 , PC có thể mềm đi, gây ra thay đổi kích thước cửa sổ vượt quá 0,1mm và ảnh hưởng đến việc căn chỉnh màn hình.
Giải pháp:
Lựa chọn vật liệu: Sử dụng vật liệu có CTE thấp (như nhựa PPS, CTE 20 × 10 ⁻⁶/ độ ) hoặc tấm kim loại (như hợp kim nhôm, CTE 23 × 10 ⁻⁶/ độ );
Bù cấu trúc: Dành khoảng cách 0,1mm ~ 0,2mm giữa màn hình LCD và bảng điều khiển và hấp thụ biến dạng nhiệt thông qua các phần tử đàn hồi (chẳng hạn như tấm lò xo).
2. Chống rung và va đập
Dụng cụ công nghiệp hoặc thiết bị trên tàu phải chịu được rung động (chẳng hạn như 5Hz~200Hz) hoặc va đập (chẳng hạn như 10g/11ms). Nếu kích thước cửa sổ quá lớn hoặc cường độ kết cấu không đủ có thể dẫn đến các vấn đề sau:
Độ dịch chuyển của màn hình LCD: Rung gây ra những thay đổi về khoảng cách giữa màn hình LCD và bảng điều khiển, dẫn đến hiển thị sai lệch;
Vỡ kính: Năng lượng va chạm được truyền tới màn hình LCD thông qua tấm nền. Ví dụ: trong bảng điều khiển máy móc xây dựng nhất định, tỷ lệ vỡ kính đạt 15% trong thử nghiệm độ rung do thiếu thiết kế cấu trúc đệm.
Giải pháp:
Thiết kế đệm: Dán bọt PORON dày 0,5mm vào mặt sau LCD để tăng tỷ lệ hấp thụ năng lượng va chạm lên 85%;
Phương pháp cố định: Sử dụng cố định kép bằng "vít+khóa". Ví dụ: một bảng điều khiển ô tô nào đó sử dụng 4 ốc vít M2 và 2 khóa để cố định màn hình LCD và chức năng hiển thị vẫn bình thường trong quá trình thử nghiệm va đập.
4, Phân tích trường hợp ứng dụng điển hình
Trường hợp 1: Thiết kế bảng điều khiển xe điện
Bảng điều khiển của một thương hiệu xe điện nhất định sử dụng màn hình IPS LCD 12,3 inch (độ phân giải 1920 × 720) và các điểm chính trong thiết kế cửa sổ của nó như sau:
Phù hợp với kích thước: Kích thước cửa sổ là 291,84mm × 109,44mm (lớn hơn 0,3mm so với diện tích AA ở một bên), với cạnh vát C0,5;
Bù cấu trúc: sử dụng tấm hợp kim nhôm dày 0,8mm và lấp đầy các khoảng trống bằng bọt silicon 0,3mm;
Thích ứng với môi trường: Phạm vi nhiệt độ làm việc là -40 độ ~ +85 độ và biến dạng nhiệt được FEA xác minh là nhỏ hơn 0,05mm.
Trường hợp 2: Thiết kế thiết bị HMI công nghiệp
Thiết bị HMI của tủ điều khiển của một nhà máy nào đó sử dụng màn hình LCD LCD 7 inch (độ phân giải 800 × 480) và các điểm chính trong thiết kế cửa sổ của nó như sau:
Chống bụi và chống nước: Lấp đầy mép cửa sổ bằng vòng đệm silicon dày 0,5mm để đạt mức bảo vệ IP65;
Bảo vệ chống rung: Bọt PORON dày 1mm được dán ở mặt sau của màn hình LCD và chức năng hiển thị là bình thường sau khi kiểm tra độ rung (10Hz ~ 500Hz);
Tối ưu hóa chi phí: Sử dụng màn hình TN (chi phí thấp hơn 40% so với IPS), góc nhìn được bù đắp thông qua thuật toán phần mềm (góc nhìn hiệu quả thực tế ± 60 độ).
