4K 17.3インチ液晶・タッチパネルキット
4K解像度・17.3インチのタッチパネル液晶キットです。(3840x2160)
ノート用に使われている4k液晶の中でも、一番大きいサイズを用いてタッチパネル液晶にしました。
要点
液晶・基板側
- 4k解像度・17.3インチサイズ液晶
- 10点認識 ガラス製タッチパネル
- 4k RGBピクセル・非ペンタイル
- スイッチ基板変更
ケース側
- スイッチを操作しやすい場所に配置
- スクリーン分離式、タップ時の圧力影響を排除
- スクリーン・外装ベゼルの高さを統一
外装
外装部のデザインはこれまで通りです。
外装側は汚れや傷の目立ちにくいマットアクリルを使用しています。
サイズ：420 x 287 x 30(mm)
液晶部厚み:14mm ユニット部厚み:16mm
重量：2.65kg
液晶・基板
まず中身の部品について
液晶は4k解像度・17.3インチ。
AUO B173ZAN01.0(1.1)、IPS液晶を用いています。
映像基板は4k15.6TPと同じく、DisplayPort入力。
Ebay - ElecRealm氏の物を使用しています。
GPUやケーブル相性があります。下記を参考にしてください。
スイッチは物理式・タクトスイッチを使用しています。
映像基板は一緒ですが、以前のタッチセンサー式が入手出来なくなったので変更しました。
映像入力はDisplayPort接続。電源は12V3A以上が必用になります。
液晶
RGBピクセル構成で、発色は強目です。
ペンタイル ＆ RGBWサブピクセルではないので、ジャギーが出ません。
発色傾向
素の状態だと発色に癖があります。色の調整が必用です。
WindowsではOS側からの調整が容易ですが、Android(x86)ではアプリ側での調整が必要になります。
『CF.lumen』などを使って手動調整が必用になります。
素の傾向・印象を言い表すと。
中間色の色が強く出るのと、暖色気味な傾向があります。
パステルカラーや柔らかめの中間色が強調されます。
パステルカラーなのに、ビビッドに感じる発色をします。
バックライト・発熱
バックライト光量は十分な明るさがあります。眩しく感じるくらい明るくなります。
発色が優れている・画面サイズが大きいこともあって、長時間使うには光量を落とす使い方になると思います。
以前に初感として『暗い』と書きましたが、発色が強いせいで暗く感じただけでした。
その他
DPケーブルとの相性は下記を参考に。
電源のノイズ・安定性がDP側に影響を与える事があります。
推奨ACアダプタは、秋月電子のATS065-P120になります。
タッチパネル
4k15.6TPで使用したのと同じく、Greentouch&TouchKitの部品を使っています。
それもあって、反応・操作性は良好です。
操作するのための実用性はクリアしています。
スクリーンは静電容量方式。
表裏側ともにガラス構成。硬度6H。厚さは2mm。
コントローラーはUSB接続。識別解像度は4096x4096。
対応OSはWindows10・Android6.0/7.1で動作を確認。
タッチ・操作認識は10点まで可能です。
コーティング
コーティングは施されてないので、こちらでフッ素コート剤を添付します。
メーカー品のコーティングしてあるタブレットに比べると、滑りは劣りますが、まめにメンテナンス・コーティングして維持できるので、実用性で見ると同じくらいです。半月くらいで効果が落ち始めますが、気が向いたらコーティングしておく感じでメンテナンスをすれば、十分使っていけます。
操作性
スクリーンサイズを除けば、15.6インチと操作感触とレスポンスは同じです。
スクリーンサイズが大きいのが良くも悪くも特徴です。
良い所は、画面が大きく見やすい。細かい操作がしやすい。
悪い所は、操作範囲が広い。操作移動距離が増える。
良し悪しはありますが、手を広げて指が届くサイズ感なので、慣れれば扱いやすいと思います。
スクリーンとケースとのギャップ
液晶とスクリーンを近づけて、操作と映像のギャップを少なくしています。
スクリーンを液晶上にマウント・保持するため、液晶上にケースが張り出している部分があります。
この張り出し部を1mm厚まで削ると共に、液晶の下にスペーサー挿入して間を詰めています。
スクリーンは2.0mm厚のガラス製になっていて、タッチしてもたわむことのない強度があります。
スクリーン自体に強度があることに加えて液晶とスクリーン部分を分離してあることによって。
操作時にスクリーンが変形したり、スクリーンが液晶に接して映像に影響を与える事がありません。
スクリーンと外装ベゼル部分の高さを合わせています。
画面端まで指を移動させた際、ベゼル部に指が引っ掛からないようになっています。
サイズ比較
比較用にワイヤレスマウス、2k13.3TP、Shield K1を載せた状態。
外装・ケースレイアウト
ここからケース側の話。
レーザーカッターでの加工限界に関わる、愚痴っぽい話です。
質問頂くかもしれないので、一応事前に知らせて置いたほうが良いかな？』程度の内容です。
ここは読まずに飛ばしてもらってokです。
加工量が多くなった事で、試作に時間が掛かってしまいました。
4k15.6TPと同じ手法・レイアウトが取れなかったのも理由です。
- タッチスクリーンから伸びるケーブルの位置が悪くて設計しづらかった
- タッチスクリーンのベゼルが狭いので、スクリーンとの接合箇所・面積が稼げない
- スイッチ基板を収納する場所の確保、ケース内部での配置スペースの問題
- 映像基板を配置出来る位置が限られたので、ケーブル接続口が向かって右手側に配置することに
- 液晶自体の発熱が大きく、4k15.6TPと同じ放熱設計では追いつかない
- ケース加工のサイズが大きくなるため、加工での誤差が拡大した
- 加工箇所と時間が増えることで、加工時のレーザーの熱による歪みが発生
- レーザー彫刻して厚みを削る面積が広くなったため、加工時間の増加
- これらの修正や改善の繰り返しが重なって、修正時に掛かる時間の増加
タッチスクリーン配置
とにかく4k15.6TPの時よりも設計しづらい部品。
まずベゼルが狭くてケースとの接合面積・接地場所を稼げない。
ケーブルが上部・奥側から出ていて、配線の処理に困る。
ケーブルの位置をスペックシートを見た際。
図面が誤って逆さまになっているのかもしれないと思ったら、本当にこの配置方向だった。
なんでこんな風になったかと唸ってましたが…。
4k17.3インチに合わせられる部品がこれしかありませんでした。
部品の選択出来る余地が無い事。何ともならないなら『何とかするのが作る』という事なので。
完成してもまだ幾らか課題が残っていますが、この部品を使って製作してみた次第です。
スクリーン部・ベゼル
ベゼルが狭い上に、スクリーンがほぼ液晶と同じサイズになっています。
ベゼルに見える部分にも電極があるため、接合に使えるベゼル箇所は限られています。
液晶の上に乗せてテープ接着する『液晶と一体化』する方法もあるのですが、液晶とスクリーンが分離できない構造だと、後々のメンテナンス性が悪くなることや、操作時のスクリーンへの圧力の影響を受けてしまうので、今回も液晶とスクリーンは別体を維持する事を目的に設計することにしました。
液晶とスクリーンがほぼ同じサイズで、そのままではマウント出来ない事がとにかく問題。
17.3インチ対応スクリーンはサイズが大きい上に重量もあります。
そのためしっかり保持・固定できるだけの接続方法が必要になります。
液晶の直上にスクリーンをマウントしつつ接合箇所を稼ぐため、ケース部分が液晶上に乗り出す『張り出し』を設けています。
この張り出しに厚みが出ると、映像と操作部のギャップが大きなり、操作時の違和感が出てしまいます。
そのため張り出し部分は1mm厚まで削って、液晶とスクリーンを近づけています。
広範囲に渡って削って薄くすると、張り出し部分の強度と、それを支える外装・フレーム側の問題になります。
そのためフレーム側を10mm以上の幅を持たせた上で、張り出し部分を全て繋げることで、加工時の熱による歪みの抑制と、スクリーンとケースをテープ接着できる面積の確保しています。
ケース内部、黒く見える所が液晶の上に張り出すための張り出し部分です。
液晶の形状に合わせて干渉する部分を削ってあります。
削ることで横側をようやく5mm程度、接合箇所を増やしています。
液晶の表示部ギリギリまで張り出しを設けています。
この張り出し部分をすべて削るのに、30分ほど掛かってます。
レーザーカッターで1mm削るとなると、レーザーの照射時間を長くする必要があります。
レーザー出力を高めた状態でゆっくり照射する事で深く削っています。
このパーツを分割して出力すると早く加工することが出来るのですが、部品が分割していると張り出し部分が別々に歪んでしまうため、一枚の部品で出力していています。
このような感じで、そろそろレーザーカッターで加工するには限界が来ています。
タッチスクリーン・ケーブル
ケーブルを根本に近い所から曲げたり、ひっぱって負荷がかかると、ケーブルに根本が切れたり、スクリーン部分から剥離してしまいます。組立時や使用時にケーブルに負荷が掛からないように、ケーブルを少し奥側・上側に引き出してから、ケース背面のコントローラー基板まで結んでいます。
その経路の確保しつつケーブル配線に余裕を持たせるため、上部のベゼル幅が広くなっています。
少しでもベゼルが薄く見えるように、角に向けてシェイプさせています。
スイッチ配置
拡大したベゼル部分を利用して、ベゼル上部にスイッチ基板を配置しています。
画面・ケースサイズが大きくなった事もあり、裏面の手の届きやすい位置に配置しています。
タッチパネルとして低傾斜で使うと、接地面との間に指が入りません。
そのため、背面ユニット部以外の場所に配置することにしました。
上部ベゼルがタッチパネルケーブル配線のためだけに広げることになっては、この無駄さが目立って悔しいのと、幸いスイッチ基板が変わって寸法が小さくなったため、ベゼル部分を活用して収納しています。
LEDが見えるように設計したのですが…。
導光・インジケーターとしてはイマイチで効果は気休めです。
ボタンの高さはケース外装よりも高くなっています。
ボタンが高いほうが、背面に手を回した際に操作しやすいため変更しました。
不意に押すことが無い位置に配置出来たので、高さを上げても誤作動させる心配が無くなりました。
放熱
液晶・ユニット部から出る熱が大きいため、放熱スリットを多く設けています。
室内気温30度・バックライト光量最大で、スクリーン部が45-50度くらいになります。試作時に4k15.6インチTPと同じスリット配列を1段で試してみたら、スクリーン部分の温度が60度を超えてしまったため、スリットを2段に増やしました。
内部に空気が多く流入すると内部の液晶画面が汚れるため、スリットは背面・部分的な設置に留めています。
基板配置
DPケーブルなどのケーブル配線は、向かって右手側になります。
左手側の方が邪魔になりにくいのですが、配線の都合上やむを得ず右手側に出しました。
映像基板を左手側に配置するためにケーブル長を伸ばすと、ノイズ・ジッタ影響を受けて液晶が映らなくなるため、使えるケーブルでの限界としてこの配置にしました。
サブモニターとして使う場合、ケーブルがマウス操作と干渉するかもしれません。
何とかしたかったのですが…ケーブルが伸ばせる限界があるので、今後もここは、このままになると思います。
ケース側ベゼル
スクリーン部を囲むように、ケース側のベゼルを設けています。
細い部分が折れやすく扱いにくいため、左右上下でパーツを分割しています。
囲むように設けた目的は…
- スクリーン側面部の隠蔽
- スクリーンケーブルの隠蔽
- 組立時のスクリーンと液晶の座標合わせとしての機能
奥側・ケーブル隠蔽部分は、ケーブルが干渉する部分を削って干渉を防いでいます。
ここも1mmほど削っているのですが、レーザーカッターでは熱で歪むため、CNCを使っています。
上記のはレーザーでの加工した部品で、熱で湾曲しています。
レーザーカッターで削るほうが早いので、なんとかならないかとやってみたのですが。
裏打ちしたり、出力を下げて分けて加工してもダメでした。
これがCNCでの加工。
この問題はいつかあるだろうと思っていたので、CNC利用の準備と覚悟をしていたのが幸いでした。
削った部分は1mm厚のため、押し込むと、たわんで落ち込みが生じます。
強度が落ちるので触るとたわみはしますが、よほど押し込まないと折れる事はありません。
厚みのある部品を使うと強度は出るのですが、ベゼル部分がフラットになることを重視しました。
高さを合わせてフラットにしておくほうが、タッチパネルとしての操作性は優れています。
※今後の強度の様子を見て問題なるようなら、厚みのある部品に変更するかもしれません。
熱接着
これはもはやいつもの。
2mm厚アクリルを2枚重ねて、溶剤での接着と熱による溶解接着をして強度を出しています。
今回は加工する部品が大きく、熱による歪みが出やすくなったので、工程の都度、矯正したり応力を抜いたりして補正しています。
原因は他にも、張り出しの部分が変形しやすいなど、いくつ原因があるのですが。
レーザーカッターを借りて作業するには限界が出てしましまいました。
ひとまず。今後はこれらのこともあって自前のレーザーカッター調達して効率向上と加工方法の研究をして、次にCNC調達での精度向上と金属素材の使用などで、改良していく事になりそうです。
いつもの
液晶用スペーサー
液晶を持ち上げるため、マウント金具の下に敷くスペーサーを設けています。
目的は液晶とスクリーンを近づけるためです。
液晶ユニット部分の排熱効率を上げるため、液晶を持ち上げています。
5.5mm持ちげるため、3mm厚と2.5mm厚の部品で構成しています。
コネクタ部カバー
開口部分を埋めるため、コネクタ部分にカバーを設けています。
自立して押し込んでも変形しないよう、圧入して組み立てる形になっています。
Vesa・三脚固定
背面にVesa・三脚固定用のナットを挿入してあります。
今回は三脚での固定はオススメしません。
重量・サイズが大きくなったためです。
引っ掛けて使う場合はVesaを使用してください。
使えない・使えるか分からない機能を付けている訳ですが…。
もしかすると何らかの活用方法があるかもしれないので、一応付けてあります。
スタンド
画像撮り忘れたので、4k15.6インチの画像で。
スタンドパーツを付けて、低傾斜で利用出来るようにしています。
組み立て順序
組み込み順の説明。
液晶とEDPケーブルを用意して接続。
ケーブルを液晶接続部、根本付近で折り返します。
L4部品を用意。(前面から数えて4枚目の部品レイヤー)
L4にある、EDPケーブル用スリットにケーブルを通しつつ、液晶をセットします。
液晶の四方にあるマウント金具と、L4に設けてある液晶固定用のネジ穴を合わせる。
スペーサーと、M2 低頭ネジ8本を準備。
液晶をスペーサー・ネジを使ってL4にマウント。
3mmと2.5mmスペーサーを合わせて組み込み、液晶を5.5mm持ち上げます。
スイッチ基板用のケーブルを、向かって奥側にある開口を使って通します。
L3部品を用意してセット。(ネジ固定無し・乗せるだけ)
ここでもスイッチ基板用のケーブルを通します。
スイッチ基板と、スイッチ基板の下に敷くスペーサーを用意。
スイッチ基板と、開口に通してあったケーブルを接続。
ボタンが下側・うつ伏せの形にして、スイッチ基板をセット。
スペーサーは基板の背面側に載せてセットします。
L2を用意。
ネジ固定は無いので、載せるだけ。
液晶との干渉を確認しつつ、L2をセットします。
L2に『液晶位置調整用』として、+ドライバーを通すホールを設けてあります。
L2をセットした状態で液晶固定用ネジを締緩しつつ、液晶の位置を調整します。
次の作業が見やすいように、位置転換。
タッチスクリーンを用意。
画像右側、L2-L4に設けてあるケーブル用スリットに、ケーブルを通します。
動作確認後に最終組み込みをする場合。この段階で両面テープを付けて固定します。
最初の動作確認用・仮組み時は両面テープ無し・マスキングテープで固定して確認してください。
ここから裏返して作業をするので、その準備。
次は一旦ケースを持ち上げて、FPCケーブルを背面に回します。
スクリーンガラスに傷が付かないよう、タオルなどを敷いて作業をします。
タオルと一緒にひっくり返して、ケースを裏返します。
スイッチ基板から伸びるケーブルを、ホルダーx3を使って固定。
スイッチ操作用の、スイッチブロックを挿入。
スタンド用のナットを四隅に挿入します。
L5(黒マット)を用意。
EDP・スクリーンケーブル・スイッチケーブルをL5に通します。
乗せる際、スイッチブロックがこぼれやすいので注意。
ここから背面ユニット部分の作業になるので、メイン部・外周側をネジ止めします。
L6を用意してセット。(置くだけ)
ケーブル類を通します。
L7を用意してセット。(置くだけ)
ここも同じようにケーブル類を通します。
中央のランド部分の部品を用意。
2枚重ねて、ポリカネジM3 L6で固定。
コントローラー・映像基盤を用意。
基盤をポリカネジで留めた後、それぞれのケーブルを接続します。
USBケーブルを用意。USBコネクタの基盤側を、ポリカネジM3 L4で固定。
コントローラー側のケーブル接続します。
ケーブルホルダーを差し込んで、全てのケーブルを固定。
L8を用意。破損防止のため、分割部品になっています。
それぞれの位置・切り欠きを合わせてセット。
ケーブルの間を分離するパーツを用意。
切り欠きを合わせてセット。ポリカねじ・M3 L4を使って固定。
L9を用意。ここも破損防止のため、分割部品。
位置・切り欠きを合わせてセット。
L10を用意してセット。
L11を用意してセット。
L12を用意してセット。Vesa・三脚用のナット挿入します。
L12(黒マット)をセット。
ユニット部外周をネジ止め。
内部ケーブルの干渉を防ぐため、ネジ締緩位置は非対称配置になっています。
再度裏返して、液晶・スクリーン側に表に向けます。
L1を用意してセット。
スクリーン固定用の両面テープを使って、L1ベゼル部品を固定します。
◆座標合わせ
液晶とスクリーンの座標は、L1ベゼルを使います。
ケースの外装外形にL1を合わせてセット。空いた中央スペースにスクリーンをセットすると、座標が合うようになっています。
蛇足
要・改善箇所が残ったままで申し訳ないです。
設備の限界、加工時間の増加、他の提供物の作業など。
作業に限界があって、追い込みきれませんでした。
4k15.6TPもスイッチ基板変更が必用になり、あちらもケース設計変更しなければならないのですが…。両方とも作業を進めていると、提供出来る4kTPが当面無くなる事や、自分のリソースが逼迫していつまでも出せない状態が続くことになるので、まだ改良すべき余地はありますが出来る事はやりつくしたので、4k173TPとしてひとまず出すことを優先しました。
改善するにも、別も加工方法を試すにも、自前で加工機材が無いと難しい状況まで来ました。
委託生産の話がよくあがるのですが、機動性・コスト・リスクを考慮すると、まだデメリットの方が大きいので、まだしばらく自前で加工する方向で続けて行こうと思います。
国内のfabにあるCNCは出力も加工範囲も弱くて、加工に向かないのばかりです。レーザーカッターもコンディションが安定しないのが難点です。使い捨ての治具や、調整が必用な治具を使う場合、機材を借りて作業してると加工時間よりも加工の準備に時間が掛かってくるようになり、作るのが難しくなってきました。
全ての製作物に言えることですが、自前で設備が整ったらいずれも改良したいきたいと思います。
少なくとも、レーザーカッターだけでも使えるようになれば、作業時間を短縮して時間の余裕が出来るようになると思います。他の調査をしたり、作業の幅を広げたい。
ケースに対しての要求で『Galaxyとかiphoneみたいに』と言われますが、あれほどの設備・部材を調達するのは難しいです。メーカーとしてのシェア取るくらいの採算・販売規模を見込めないと無理です。少量作って、リスク無く採算が取れて、欲しいと思える価格にしてくれるなら自作などせずお願いしたいのですけどね。
と言いつつも、そういう出来ない事や、物が無いなら自前で何とかするのが肝心なので。
ひとまず入手できる機材も限界がありますが、構造と素材を変えることが可能になりますし、コスト転嫁を抑えて試作しやすくなる & 作業ペースも上がるので、まずはCNCとレーザーカッター導入して、頑張ってみたいと思います。
試作使ってもらう件、予定がうまく回らなくて申し訳ないです。
年内の予定をなんとかして時間を作りたい。
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