4K 17.3インチ液晶・タッチパネルキット

17.3インチ・解像度4k(3840x2160)のタッチパネル液晶キットです。
ノート用・4k液晶で一番大きいサイズを使い、タッチパネル液晶化しました。

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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
  • スイッチ位置を操作しやすい位置に配置
  • 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

加工誤差と4k液晶の入手性など。
バランスを考慮して、17.3インチを使用しています。
大きい画面で実用的に使うには、これくらいが限度かも。


外装

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パッと見のデザインはこれまで通りです。
外装側は汚れ・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

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まず部品周り。

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と同じ部品。
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DP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。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。 

とは言え、これが当たり前なのと、4k15.6インチ・ペンタイル(LG)も優れていたので、比較するとちょっと良くなったかなといった感じです。LG LP156UD1は画面サイズが15.6インチに抑えられていて、ジャギーが目立ちにくい。精細感・発色も悪くないので、乗り換えて使う場合は『こんなもんか』と思うかもしれません。むしろ画面サイズが上がってドットピッチ拡大・色が強い事もあって、こちらは大味に感じるかも。


◆発色傾向 
素の状態だと発色に癖があります。調整が必用です。
Android x86では手動で調整が必要になる = 手動調整するのに癖を掴んでおく必用があります。

素の傾向・印象を言い表すと、中間色の色が強く出る、暖色気味な傾向。
パステルカラー・柔らかめの中間色が強調される。
パステルカラーなのに、ビビッドに感じる発色をします。

これは、Windows/AMD GPU上であれば問題ありません。
色温度・自動調整を使えば適切になります。
調整後は4k15.6インチ・LG LP156UD1よりも良好です。


Android x86で使う場合が問題で、『CF.lumen』などを使って手動調整が必用になります。
RGBを減少方向に調整するため、暗くなる・色が薄くする調整になりますが、AUO B173ZAN01.0(1.1)は素の発色が強い傾向にあるので、落としても十分調整出来る余地があります。

癖を把握するのに時間が掛かりますが、調整すればちゃんと綺麗になります。


バックライト・発熱
バックライト光量は十分あります。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『暗い』と書いたのは、色のバランスが崩れていたせいで暗く感じたようです。

一旦目を離して画面に目を戻したら、明るさに目が追いつかないくらい明るくなります。
それで視線外した時、『現実って発色弱いな・解像度低いな』と感じたりします。


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。
ACアダプタは、秋月電子のATS065-P120が推奨です。

タッチパネル

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4k15.6TPで使用したのと同じ、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。
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
コーティングが施されてないので、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

サイズを除けば、15.6インチと操作感触・レスポンスは同じです。
手を広げると、手の親指から小指を広げて、横幅側とほぼ同じ。手が届く一杯のサイズになります。

そのため。欠点は、操作範囲が広い。操作移動距離が増える事。

利点は、画面が見やすい事。
タイミングが測りやすい。細かい操作がしやすい事です。
慣れてしまえば、画面が大きくて見栄えが良いですし、ダイナミックな操作が楽しめるはず。

※入手出来る4k液晶は、17.3インチ以上になると24インチになってしまいます。そのため、操作性と4kでの画面サイズのバランスを考えると、恐らく実用出来るギリギリの所じゃないかなと。

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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。
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。

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スクリーンは2.0mm厚のガラス製。
スクリーン自体に強度がある事と、液晶とスクリーン部分を分離してあることで、操作時にスクリーンが変形したり、液晶に接して映像が乱れる事がありません。

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。
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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限界という事と、愚痴っぽい話ですが。
『一応事前に知らせて置いたほうが良いかな?』程度なので、飛ばしてもらってokです。

4k15.6TPと同じ手法・レイアウトが取れなかった事。
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。

  • タッチスクリーンのケーブル位置が扱いづらい
  • タッチスクリーンのベゼルが狭い
  • 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
  • 基板配置とケーブル接続口が向かって右手側に
  • 液晶の発熱が大きい

  • 加工サイズが大きくなり、加工誤差の拡大
  • 加工時の熱による歪み
  • 彫刻箇所が多く、加工時間の増加
  • 以上の問題が重なって、修正時に掛かる時間の増加


タッチスクリーン配置

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とにかく4k15.6TPの時よりも悪い。

ベゼルが狭くて接合箇所が少ない。
ケーブルが上部・奥側から出ていて、配線の処理に困ります。

スペックシートを見た際、図面が間違っているのだろうと思ったら、本当にこの配置でした。
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無い。
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。
幾らか課題が残ってしまいましたが、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
参考に4k15.6インチTP。
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スクリーン・ベゼル部分が大きく張り出していました。
外形が液晶よりも大きいので、そのまま乗っけるような形で液晶・ケースにマウント出来ました。

電極層を挟むガラス層、ベゼル部に段もありました。
液晶とスクリーンの座標を合わせる、位置合わせも、ここを使って合わせやすくしていました。
ケースと接合する際も、ベゼルが広いため、電極層の無い所を使ってテープ接合しやすかった。

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スクリーンから伸びるケーブルは手前・下部側から伸びていたので、パームレストを載せて隠蔽しています。

17.3インチも、同じ方法で出来れば、すぐ終わったのですが。


今回の17.3インチ。

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。
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液晶の上に乗せる・液晶と接合する方法もあるのですが、液晶とスクリーンが分離していない・できない構造はメンテナンス性や操作時の圧力影響が出るので、今回も、液晶とスクリーンはケースを介して分離して接続しています。

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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で、17.3インチサイズのスクリーンは大きい上に重量もあるので、しっかり保持・固定しなければなりません。

そのため、液晶の直上に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。

張り出しに厚みがあると、映像と操作部のギャップが大きくなっています。ギャップがあると操作時の違和感が出るので、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。
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広範囲に渡って削って薄くすると、今度は張り出し部分の強度と、それを支える外装・フレーム側の問題が出ます。フレーム側を10mm以上持たせた上、張り出し部分を全て繋げることで、歪みの抑制と共に、スクリーンを保持する強度を稼いでいます。

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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。
奥側・上部以外の干渉する部分を削ってあります。

横側はこれでようやく5mm程度、接合箇所が取れる。
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液晶の表示部ギリギリまで張り出しを設けています。
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この張り出しを1mm削った上で切り出すのに、30分ほど掛かってます。

1mm削るとなると、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。
分割して出力すると、張り出し部分がそれぞれ歪んでしまうため、一枚の部品で出力しているのですが、加工面積が広いため、時間が掛かっています。

他にも加工時に生じる熱によって、歪みが生じる事もあって、そろそろレーザーカッターで加工するには限界が来てたりします。

◆タッチスクリーン・ケーブル
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位置が最悪なタッチスクリーンのケーブルです。

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、剥離するため、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。

その経路の確保して、ケーブル配線に余裕を持たせるため、外装をベゼル位置よりも拡大してあります。気休めですが。少しでもベゼルが薄く見えるよう、角に向けてシェイプしています。

スイッチ配置

拡大したベゼル部分を利用して、スイッチ基板を配置しています。
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これまでのように、ユニット部にスイッチ基板を配置すると、画面・ケースサイズが大きくなった事もあり、背面まで手が届きにくくなっています。加えて、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、今回はユニット部以外の場所に配置しています。

奥側ベゼルがケーブル配線のためだけに広がっていると無駄さが目立って悔しいのと、スイッチ基板が変わって、寸法が小さく収めやすくなったため、ベゼル部分にスイッチ基板を収納・活用しています。
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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す。気休めです。

試作の後半にベセル部分への配置を決めた事もあり、導光利用するテストが足りていません。
いずれ表側から見えるよう改良したいのですが…導光部品を作って、ケース側にも細工が必用なので、いずれ大きな改良をする際に、全て一辺にやりたいと思います。

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今回、ボタンの高さはケース外装よりも高くなっています。

寝かせた際に不意に押すことが無い位置になった事。
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。

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。
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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、スリット配列を1段で試してみたら、スクリーン部分が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ので、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。
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液晶のEDPコネクタ位置が原因で、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ケーブル長を伸ばすと、ノイズ影響を受けて液晶が映らなくなります。そのためケーブルで配置出来る距離として、この配置にしています。

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サブモニターとして使う場合、マウス操作と干渉する可能性があります。
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。
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囲むように設けた目的は…
  • スクリーン側面の隠蔽
  • スクリーンケーブルの隠蔽
  • スクリーンと液晶の座標合わせ
  • スクリーン保持する、張り出しの補強

一つの部品で切り出すと、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。

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。

これがレーザーでの加工。歪んでいます。
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これがCNCでの加工。
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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。
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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。
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ではなくなります。
高さを合わせてフラットにすることでの操作性が良いため、なるべく犠牲にはしたくないのですが、強度の様子を見て、もし問題なるようなら、今後変更するかもしれません。

熱接着

これはもはや、いつものですが。
2mm厚アクリルを2枚重ねて、溶剤接着と熱による溶解接着をして、強度を出しています。
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今回は加工する部品が大きく、加工量が多く熱が溜まりやすくなっています。
熱による歪みが出やすくなったので、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。
次にCNC調達。精度向上と金属素材の使用して、改良していく事になりそうです。

いつもの

毎度のですが一応。

◆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。
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目的は液晶とスクリーンを近づける事。
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。
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◆コネクタ部カバー
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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
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Vesa・三脚固定用に、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。
使う方によっては三脚以外の活用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。
4kTP156-ma-071.jpg4kTP156-ma-072.jpg 4kTP156-ma-073.jpg4kTP156-ma-074.jpg



組み立て順序

組み込み順の説明。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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L2を用意。
ネジ固定は無いので、載せるだけ。
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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。
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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。

17-4k173TP-0081.jpg17-4k173TP-0080.jpg 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。

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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。

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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。

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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。
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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。
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L6を用意してセット。(置くだけ)
ケーブル類を通します。
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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。
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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。
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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。
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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。

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ケーブルホルダーを差し込んで、全てのケーブルを固定。

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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。

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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。

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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。

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L10を用意してセット。

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L11を用意してセット。

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L12を用意してセット。Vesa・三脚用のナット挿入します。

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L12(黒マット)をセット。
ユニット部外周をネジ止め。
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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。
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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。
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◆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・改善箇所が残したままになり、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。状況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。改良できる余地はありますが、今出来る事はやりつくしたので、4k173TPを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、自前で機材が無いと難しい状況です。
委託生産の話はよくあがるのですが、機動性・コスト・リスクを考慮すると、デメリットの方が大きいので、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。レーザーカッターもコンディションが安定しない。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、加工時間よりも準備に時間がかかり、割に合わなくなってきました。

全ての製作物に言えることですが、これからは自前で設備が整ったら、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れば、他の調査をしたり、作業の工夫をすることが出来そう。

Galaxyとかiphoneみたいにと言われますが、あれは設備・部材が調達出来ませんし、メーカー並のシェア取るくらい、採算と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なるならお願いしたいのですが…。

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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4k 17.3インチ液晶 & タッチパネル (HDMI2.0対応)
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