一, Corrispondenza delle prestazioni ottiche: garantire chiarezza e uniformità del display
1. Corrispondenza accurata tra dimensione della finestra e area di visualizzazione
L'area di visualizzazione (area attiva, area AA) dell'LCD è determinata dalla matrice di pixel e la dimensione della finestra deve coprire rigorosamente l'area AA e riservare spazio per l'installazione. Ad esempio, la dimensione del display di un LCD da 7- pollici (modello T-EF070K08000480ALI) è 154,08 mm × 85,92 mm. Se il design della finestra misura 155 mm × 86 mm, alcuni pixel potrebbero essere oscurati a causa delle tolleranze del telaio; Se l'apertura della finestra è troppo grande (ad esempio 160 mm × 90 mm), potrebbero verificarsi i seguenti problemi:
Perdita: la retroilluminazione trabocca dal bordo della finestra, formando un alone nello stato scuro, influenzando il contrasto;
Interferenza meccanica: attrito tra il bordo dello schermo LCD e la parete interna del pannello, con conseguente visualizzazione anomala o danneggiata.
Soluzione: secondo i disegni 2D forniti dal produttore dell'LCD, la dimensione della finestra dovrebbe essere 0,2 mm~0,5 mm più grande di un lato dell'area AA (a seconda del tipo di pannello). Ad esempio, gli schermi TN possono essere 0,2 mm e gli schermi IPS possono essere 0,5 mm a causa della migliore resistenza agli urti.
2. Ottimizzazione dell'angolo di visione e della posizione della finestra
L'angolo di visione dell'LCD (come 178 gradi/178 gradi per gli schermi IPS) deve corrispondere all'angolo di visione dello strumento. Ad esempio, il cruscotto dell'auto deve garantire una chiara lettura dei dati da parte del conducente entro un angolo di visione orizzontale di -45 gradi ~+45 gradi. Se la posizione della finestra devia dal centro o è installata ad angolo, potrebbero causare i seguenti problemi:
Spostamento del colore: gli schermi TN subiscono una diminuzione del contrasto e della distorsione del colore quando si deviano dall'angolazione normale;
Interferenza riflettente: il bordo della finestra forma un angolo con la superficie LCD, che potrebbe riflettere la luce ambientale.
Soluzione: utilizzare un software di simulazione ottica (come LightTools) per simulare l'effetto di visualizzazione a diverse angolazioni e ottimizzare la posizione della finestra. Ad esempio, il cruscotto di un determinato veicolo elettrico adotta un design in vetro curvo, allineando il centro del finestrino con la linea visiva del conducente e aumentando l'angolo di visione effettivo a ± 60 gradi.
2, abbinamento del progetto strutturale: bilanciamento della resistenza e dell'efficienza dell'assemblaggio
1. Lo spessore del pannello è coordinato con lo spessore del vetro LCD
Lo spessore del vetro LCD (solitamente 0,4 mm~1,1 mm) influisce direttamente sulla profondità dell'apertura della finestra del pannello. Se lo spessore del pannello (T) non corrisponde allo spessore del vetro (d), potrebbero verificarsi i seguenti problemi:
Concentrazione dello stress: Vetro sottile (d<0.7mm) is prone to cracking in thick panels (T>3mm) a causa della pressione di montaggio;
Excessive gap: Thick glass (d>1,0 mm) può causare la deformazione del display nei pannelli sottili (T<2mm) due to insufficient support.
Soluzione: selezionare la struttura del pannello in base allo spessore del vetro:
Vetro sottile (d inferiore o uguale a 0,7 mm): adotta una struttura di compensazione "telaio in ferro+schiuma", ad esempio aggiungendo un telaio in acciaio inossidabile da 0,3 mm all'esterno del vetro da 0,55 mm e riempiendo lo spazio vuoto con schiuma di silicone da 0,2 mm;
Thick glass (d>0,7mm): direttamente annegato nel pannello, ma le prestazioni di resistenza all'urto devono essere verificate tramite analisi agli elementi finiti (FEA). Ad esempio, un dispositivo HMI industriale che utilizza vetro da 0,9 mm ha mostrato una diminuzione del tasso di guasto dal 3,2% allo 0,5% nei test di cicli di temperatura da -30 gradi a +85 gradi.
2. Trattamento dei bordi delle finestre e prevenzione della polvere e dell'acqua
Smussi, sbavature o spigoli vivi sul bordo della finestra potrebbero graffiare la superficie dello schermo LCD o accumulare polvere, influenzando l'effetto del display. Ad esempio, il cruscotto di un dispositivo medico non è stato trattato con un angolo a C-sul bordo del finestrino, con conseguente formazione di "punti neri" quando entrava la polvere.
Soluzione:
Lavorazione meccanica: il bordo della finestra viene smussato con C0,5~C1 e le bave vengono rimosse;
Design di tenuta: riempire di silicone o nastro biadesivo-tra lo schermo LCD e il pannello. Ad esempio, uno strumento per esterni adotta un design con livello di protezione IP67 ed è impermeabile e resistente alla polvere grazie a un anello di tenuta in silicone spesso 0,5 mm.
3, Adattabilità ambientale: risposta a condizioni di lavoro estreme
1. Dilatazione termica e adattamento termico dei materiali
L'intervallo di temperatura di funzionamento del display LCD (-30 gradi ~+85 gradi) deve essere abbinato al materiale del pannello. Se la differenza del coefficiente di espansione termica (CTE) tra i materiali del pannello (come la plastica del PC) e il vetro LCD è eccessiva, potrebbe causare i seguenti problemi:
Frattura fragile a bassa temperatura: il CET del PC è 60 × 10 ⁻⁶/ grado , mentre quello del vetro è 3 × 10 ⁻⁶/ grado . A -30 gradi, il ritiro del PC è 20 volte quello del vetro, il che può portare alla concentrazione dello stress sul bordo del vetro;
Deformazione dovuta alla temperatura elevata: a +85 gradi, il PC potrebbe ammorbidirsi, causando una modifica nella dimensione della finestra superiore a 0,1 mm e influenzando l'allineamento del display.
Soluzione:
Selezione del materiale: utilizzare materiali a basso CTE (come plastica PPS, CTE di 20 × 10 ⁻⁶/ grado) o pannelli metallici (come lega di alluminio, CTE di 23 × 10 ⁻⁶/ grado);
Compensazione strutturale: riservare uno spazio di 0,1 mm~0,2 mm tra lo schermo LCD e il pannello e assorbire la deformazione termica attraverso elementi elastici (come le piastre a molla).
2. Protezione da vibrazioni e urti
Gli strumenti industriali o le apparecchiature di bordo devono resistere alle vibrazioni (come 5 Hz~200 Hz) o agli impatti (come 10 g/11 ms). Se la dimensione della finestra è troppo grande o la resistenza strutturale è insufficiente, potrebbero verificarsi i seguenti problemi:
Spostamento del display LCD: le vibrazioni causano cambiamenti nello spazio tra il display LCD e il pannello, portando al disallineamento del display;
Rottura del vetro: l'energia dell'impatto viene trasmessa al display LCD attraverso il pannello. Ad esempio, nel cruscotto di un certo macchinario da costruzione, il tasso di rottura del vetro ha raggiunto il 15% nei test di vibrazione a causa della mancanza di una struttura tampone.
Soluzione:
Design del buffer: incolla schiuma PORON spessa 0,5 mm sul retro del display LCD per aumentare il tasso di assorbimento dell'energia d'impatto all'85%;
Metodo fisso: viene utilizzato il doppio fissaggio con "viti+fibbie". Ad esempio, il cruscotto di un'auto utilizza 4 viti M2 e 2 fibbie per fissare il display LCD e la funzione del display rimane normale durante i test di impatto.
4, Analisi del caso applicativo tipico
Caso 1: Progettazione del cruscotto di un veicolo elettrico
Il cruscotto di una certa marca di veicolo elettrico adotta un display LCD IPS da 12,3 pollici (risoluzione 1920×720), e i punti chiave del design dei suoi finestrini sono i seguenti:
Corrispondenza delle dimensioni: la dimensione della finestra è 291,84 mm × 109,44 mm (0,3 mm più grande dell'area AA su un lato), con uno smusso C0,5 sul bordo;
Compensazione strutturale: vengono utilizzati pannelli in lega di alluminio spessi 0,8 mm e gli spazi vuoti sono riempiti con schiuma siliconica da 0,3 mm;
Adattamento ambientale: l'intervallo di temperatura di lavoro è -40 gradi ~+85 gradi e la deformazione termica verificata da FEA è inferiore a 0,05 mm.
Caso 2: Progettazione di apparecchiature HMI industriali
L'apparecchiatura HMI del quadro elettrico di una determinata fabbrica adotta un LCD TFT da 7 pollici (risoluzione 800 × 480) e i punti chiave del design delle finestre sono i seguenti:
Antipolvere e impermeabile: riempi il bordo della finestra con un anello di tenuta in silicone spesso 0,5 mm per raggiungere il livello di protezione IP65;
Protezione dalle vibrazioni: sul retro del display LCD è incollata schiuma PORON spessa 1 mm e la funzione del display è normale dopo il test delle vibrazioni (10 Hz ~ 500 Hz);
Ottimizzazione dei costi: viene utilizzato uno schermo TN (costo inferiore del 40% rispetto a IPS) e l'angolo di visione viene compensato tramite algoritmi software (angolo di visione effettivo effettivo ± 60 gradi).
