技 術 紹 介 １１．タッチパネル付き液晶モニタ （ＵＴ３−ＳＡＧ２−Ａ）の開発 Development of Touch Input LCD Monitor (UT3-SAG2-A) 西来路 秀明 Hideaki Sairaiji システム機器事業部 技術ニ部 キーワード：ＬＣＤ、タッチパネル Keywords: LCD, touch panel 要 旨 SUMMARY 当社はこれまで半導体製造装置、計測機器、窓 口端末等の入力用モニタを使用用途とする各種 産業機器向け液晶モニタを開発、納入してきました。 今回チップマウンタ用として、12.1インチＳＶＧＡ液 晶（800×600ドット）に抵抗膜式タッチパネルを 装備し、スーパーインポーズ機能・OSD機能を付 加した液晶モニタを開発しました。タッチパネル の入力データはホストコンピュータと接続可能な RS-232Cから出力されます。 JAE has developed and supplied LCD monitors for various industries, for input use in semiconductor production systems, measuring equipment, window terminals, etc. We have now developed a 12.1 inch SVGA LCD monitors (800 x 600 dot) with resistant film touch panel, and superimpose and OSD as added functions, for chip mounting use. The touch panel input data is output from the RS-232C, which can be connected to the host computer. フロントモニタ Front monitor リアモニタ Rear monitor 制御部 Controls 写真1 UT3-SAG2-A外観 航空電子技報 No.25 技術紹介 １ 11.タッチパネル付き液晶モニタ（UT3-SAG2-A）の開発 まえがき 従来、産業機器などに使用されるモニタの表示状態（例えば表示位置のずれやちらつ き）の調整は、パネル上に取り付けられたスイッチを操作したり通信コマンドを利用し たりすることにより行なわれてきましたが、狭額縁化、キー入力の簡略化（キーボード の削除）、操作性の向上を目的としてタッチパネルを利用し表示画面内の一部分に表示さ れた調整画面（OSD:On Screen Display）をタッチすることで画面調整を行なうケースが 増えてきました。 また、半導体製造装置やチップマウンタでは操作画面をディスプレイに表示させる他 にウェハーやチップの状態をモニタする必要があり、１つのディスプレイで操作画面と モニタ画面を切り替えて表示する機能や、操作画面内にカメラ映像を重畳させる機能（ス ーパーインポーズ）などが要求されるようになってきました。 今回、これらの市場要求に対応した液晶モニタを製品化しましたので御紹介いたしま す。 ２ 仕様 UT3-SAG2-A の主な仕様を表１、概観を写真 1 に示します。本製品はホストコンピュー タからの映像信号と CCD カメラからの映像信号を処理・分配する制御部と画面を表示す る LCD 部から構成され LCD 部はフロントモニタ、リアモニタの２つのモニタをもちます。 フロントモニタ、リアモニタには同じ画面を分配して表示します。 1 航空電子技報 No.25 技術紹介 11.タッチパネル付き液晶モニタ（UT3-SAG2-A）の開発 表１ UT3-SAG2-A 暫定仕様 項目 一般仕様 表示部 電源 AC100~240V 50/60Hz 0.6A 使用温度範囲 0℃~+40℃ 保存温度範囲 －10℃~+50℃ 使用周囲湿度範囲 85%RH 以下（結露なきこと） 冷却方式 自然冷却 質量 制御部 :2.0kg 以下 フロント:2.8kg 以下 リア :2.3kg 以下 表示画素数 800×600 ドット 表示エリア 246mm×184.5ｍｍ ドットピッチ 0.31mm×0.31ｍｍ 表示色 262,144 色 バックライト 冷陰極管(CFL) 入力信号 Ch1:HSYNC 37.88KHz VSYNC 60.32Hz DOTCLK 40MHz Ch2:HSYNC 35.16KHz VSYNC 56.26Hz DOTCLK 36MHz スイッチ検出方式 透明電極対向型アナログ方式 分解能 640×480 1024×1024 出力 ASCII コード 作動力 0.78N(80gf)以上 操作部 ３ 内容 本製品の特長 ３.１ 画面表示、切り替え機能 本製品はホストコンピュータからの映像信号（アナログ RGB 信号）を制御部のチャ ンネル１、CCD カメラからの映像信号（アナログ RGB 信号）を制御部のチャンネル 2 に入力し、各チャンネルで映像信号を A/Ｄ変換（図１．①）した後、フィールドメモ リ（図１．②）にデータを記憶します。フィールドメモリに蓄えられたデータを読み 2 航空電子技報 No.25 技術紹介 11.タッチパネル付き液晶モニタ（UT3-SAG2-A）の開発 出す際に表示したいチャンネルのメモリの出力を動作させ、表示したくないチャンネ ルのメモリの出力を停止させることで LCD に選択したチャンネルの映像が表示されま す。表示するチャンネルを切り替える時には動作させるメモリを切り替えます。フィ ールドメモリは非同期リード／ライト（メモリの書き込み周波数と読み出し周波数が ずれていても正常に書き込み・読み出しをおこなうことができる）が可能であり FIFO （First-in First-out：書き込んだ順に読み出しデータが出力される）動作をおこな うため、入力される信号の周波数（メモリのライト周波数）と LCD の動作周波数（メ モリのリード周波数）が異なっていても画面表示開始位置のアドレスがずれることが なく入力される順に LCD にデータを表示することができます。さらにライトマスク機 能（本回路ではドットクロックをメモリの書き込みクロックとして使用していますが、 非表示区間のデータをメモリに記憶させないようにするためクロックが入力されても この区間では書き込み動作されないようにしています）やリードデータの読み飛ばし 機能（表示したい方のチャンネルのメモリを動作させ、表示したくない方のチャンネ ルのメモリはデータを出力させず、アドレスだけをインクリメントしていきます）に より画像データの処理が簡略化できます。 VGA 画面、VGA テキスト画面を表示する際にはアドレスカウンタの値が表示領域にあ る区間だけメモリからデータを読み出し、非表示区間にある時にはメモリの出力を停 止させ黒画面を出力します。 メモリの書き込み、読み出しの制御回路は FPGA を利用し、回路の集積化、開発時間 の短縮を図りました。（図１参照） R[5:0] SVGA ① RGB A/DC ﾁｬﾝﾈﾙ 1 G[5:0] B[5:0] ② ﾌｨｰﾙﾄﾞ ﾒﾓﾘ 38.362MHz OSC (FIFO) ﾄﾗﾝｽﾐｯﾀ 2 IC ③ FPGA 19.6608MHz SRAM 内蔵 CPU OSC ﾓﾆﾀ RS422 ﾄﾗﾝｽﾐｯﾀ I2C ｶﾒﾗ信号 RGB ﾁｬﾝﾈﾙ 2 R[5:0] ① A/DC G[5:0] B[5:0] ﾘｱ ﾓﾆﾀ ﾌｨｰﾙﾄﾞ RS422 ﾒﾓﾘ LCD 部 (FIFO) ② RS232C ﾌﾛﾝﾄ 制御部 図１ ブロック図 3 航空電子技報 No.25 技術紹介 ３.２ 11.タッチパネル付き液晶モニタ（UT3-SAG2-A）の開発 スーパーインポーズ機能 スーパーインポーズ機能とは一つの画面に別の画面を重畳して表示する機能のことで あり本製品ではチャンネル１の画面をベースにチャンネル２の画面を 1/4 にして重ねて 表示、またはチャンネル２の画面をベースにチャンネル１の画面を 1/4 にして重ねて表 示します。 画面を１／４表示するためには、フィールドメモリにデータを書き込む際、スーパー インポーズをする側のチャンネルのデータを１ドットごと、なおかつ１ラインごとに間 引きします。フィールドメモリからのデータの読み出しの際に重ねあわせたい位置にア ドレスカウンタの値がきたときだけ重畳するメモリの出力を動作させ、ベース画面側の メモリの出力を停止させることでスーパーインポーズを実現しました。 アドレスカウンタの値を比較している表示位置設定値の値を変化させることで任意の 位置に重畳する画面を移動できますが、本製品では左上、左下、右上、右下の４ヶ所を 選択可能位置としました。（写真２参照） 写真２ スーパーインポーズ機能 4 航空電子技報 No.25 技術紹介 ３.３ 11.タッチパネル付き液晶モニタ（UT3-SAG2-A）の開発 OSD 機能 RS-232C からの通信コマンド、もしくは OSD を利用することで画面の調整等各種の設定 が可能です。OSD から画面の調整をおこなうときにはフロントモニタ、リアモニタのうち どちらを調整するかを先に選択します。OSD で調整可能な項目は輝度、コントラスト、位 相、水平垂直位置などです。 OSD を画面に表示させるためには SRAM（図１．③）に表示する画面のデータを一時記憶 し、OSD 表示位置にアドレスカウンタの値がきたときだけ SRAM からデータを取り出し、 表示順にデータを出力します。（写真３参照）また、OSD 表示位置もアドレスカウンタの 値を比較している表示位置設定値の値を変化させることで任意の位置に移動することが できますが左上、左下、右上、右下の４ヶ所を選択可能位置としました。 本製品ではプリント基板に実装するチップの数を減らすとともにメモリ制御を容易に するために SRAM を内蔵した FPGA を採用しています。 写真３ OSD 機能 5 航空電子技報 No.25 技術紹介 11.タッチパネル付き液晶モニタ（UT3-SAG2-A）の開発 ３.４ TMDS 伝送 制御部への映像信号入力には PC との接続が可能であり、汎用性の高いアナログ RGB 信号を採用しておりますが、この信号をそのまま分配し２台の LCD に３から５ｍのケー ブルで引き回して接続すると信号が劣化し画面が乱れます。そこで制御部にてアナログ 信号をデジタル信号に変換し、制御部・LCD 部間の画像データの伝送にデジタル信号を 用いることで制御部・LCD 部間での信号の劣化を防ぐことができます。デジタル信号の 伝送方式には LVDS、TMDS、GVIF などの規格がありますが、当社のモニタでも実績のある TMDS（Transition Minimized Differential Signaling）規格を採用しました。 TMDS 信号は１チャンネルのクロック伝送路と３チャンネルの画像データ伝送路を有し 画像データ８bit と同期信号もしくはコントロール信号２bit 分をシリアル伝送します。 伝送速度は SVGA で４００Mbps となり、確実に画像データを伝送するために基板作製時 にインピーダンスの整合、等長配線を実施しています。 ４ 表示判定回路 スーパーインポーズ画面や OSD 画面を表示させるためにはフィールドメモリから読み 出そうとしているデータがスーパーインポーズ画面の表示区間にあるのか OSD の表示区 間にあるのかを判定しなければなりません。 そこで水平方向にはドットクロック、垂直方向には水平同期信号をアドレスカウンタ のクロックとして入力しカウンタの値で水平垂直位置を判別します。そしてスーパーイ ンポーズ画面や OSD 画面を表示したい位置のアドレスを設定し（水平垂直表示開始アド レスと水平垂直表示終了アドレス）この値とアドレスカウンタの値を比較することで現 在のアドレスがベース画面、スーパーインポーズ画面、OSD 画面のどの画面を表示させ なければならないかを判断します。 （図２、３参照） 判定結果をもとにどのメモリのデータを出力させるかを決定します。 6 航空電子技報 No.25 技術紹介 11.タッチパネル付き液晶モニタ（UT3-SAG2-A）の開発 表示開始 ﾃﾞｰﾀ A ｱﾄﾞﾚｽ ﾗｯﾁ B EQ J K 表示終了 ﾃﾞｰﾀ A ｱﾄﾞﾚｽ ﾗｯﾁ B DOTCLK >C EQ Q 水平表示区間 Q 垂直表示区間 >C DOTCLK ｱﾄﾞﾚｽｶｳﾝﾀ 表示開始 ﾃﾞｰﾀ A ｱﾄﾞﾚｽ ﾗｯﾁ B EQ J K 表示終了 ﾃﾞｰﾀ A ｱﾄﾞﾚｽ ﾗｯﾁ B HSYNC >C EQ >C HSYNC ｱﾄﾞﾚｽｶｳﾝﾀ 図２ 表示判定回路 ｽｰﾊﾟｰｲﾝﾎﾟｰｽﾞ H 終了 ｽｰﾊﾟｰｲﾝﾎﾟｰｽﾞ OSD H,V 開始 H,V 開始 OSD H 終了 ｽｰﾊﾟｰｲﾝﾎﾟｰｽﾞ V 終了 OSD V 終了 図３ 表示画面 7 航空電子技報 No.25 技術紹介 ５ 11.タッチパネル付き液晶モニタ（UT3-SAG2-A）の開発 評価 試作品に対する各種試験結果を以下に示します。 Emission 放射電界強度(EN55011-A) 水平 575.453MHz で最大 43.4ｄＢ 電源端子雑音(EN55011-A) N Phase:0.168MHz で最大 52.6dBμV(QP) 42.7dBμV(AV) L1 Phase:0.168MHz で最大 52.6dBμV(QP) 42.6dBμV(AV) Immunity 静電気試験(EN61000-4-2/A1) Contact:±2kV、±4kV Air :±2kV、±4kV、±8kV 放射イミュニティー試験(EN61000-4-3/A1) 80-1000MHz 10V/m 1kHz AM80%変調 EFT/Burst 試験(EN61000-4-4) AC power port:±0.5kV、±1kV、±2kV Signal port :±0.5kV、±1kV 雷サージ試験(EN61000-4-5) AC power port:±0.5kV、±1kV、±2kV 伝導イミュニティー試験(EN61000-4-6) 0.15-80MHz 10V(emf) 1kHz AM80%変調 AC power port、Signal port 磁界イミュニティー試験(EN61000-4-8) 50Hz/60Hz 30A(rms/m) X、Y、Z 電源 dips/瞬停試験(EN61000-4-11) 電源 dips:30% reduction for 0.5 period 60% reduction for 5 periods 瞬停：60% reduction for 50 periods >95% reduction for 250 periods 8 航空電子技報 No.25 技術紹介 ６ 11.タッチパネル付き液晶モニタ（UT3-SAG2-A）の開発 むすび 今後、産業機器向けモニタは高輝度化、高解像度化とともにさらなるローコスト化が 求められるようになります。今回開発した技術を他製品に応用し、反映させることで開 発の効率化、スピードアップをおこない製品のコストダウンにつなげていきたいと考え ます。 9