Anforderungen an TFT-Displays in Industriequalität
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1. Produktzuverlässigkeit
Die überwiegende Mehrheit der LCD-Displays ist für Verbrauchergeräte wie Smartphones, Kameras, Tablet-Computer und Spielgeräte konzipiert. Allerdings stellen sie ganz andere Anforderungen als für industrielle Anwendungen. Aufgrund der sehr wettbewerbsfähigen Preise und der schnellen Produktionszyklen bieten Consumer-Displaymodule nicht immer die Haltbarkeit, Zuverlässigkeit und fortschrittlichen Funktionen, die für den Einsatz in einer industriellen Umgebung erforderlich sind. Auch bei Verbraucheranwendungen sind die Produktlebenszyklen typischerweise deutlich kürzer. Für diese Anwendungen hergestellte Bildschirme sind in der Regel nur ein, im besten Fall zwei Jahre verfügbar. Im Gegensatz dazu erfordern Anzeigemodule für industrielle Anwendungen lange Produktlebenszyklen – oft bis zu zehn Jahre oder mehr. Wenn ein Industriemodul vom Hersteller abgekündigt wird, sollte außerdem ein Nachfolgeprodukt abwärtskompatibel sein, damit es in das bestehende Gehäuse passt, ohne dass eine Neugestaltung des gesamten Systems erforderlich ist.
2. Betriebsumgebung
Auch die Fähigkeit, Temperaturschwankungen sowie Stößen und Vibrationen standzuhalten, ist ein wichtiger Gesichtspunkt bei der Auswahl von Displays für heutige Industrieanwendungen. Sie müssen widerstandsfähig genug sein, um häufigen Stößen oder Erschütterungen durch Maschinenbediener und umgebende Geräte standzuhalten, und außerdem müssen sie verschiedenen Betriebstemperaturen standhalten können.
Breiter Betriebstemperaturbereich
Industriedisplays sind typischerweise in einem Gehäuse als Teil eines größeren Geräts untergebracht. In diesen Situationen wird die von den umgebenden Geräten erzeugte Wärme im Gehäuse eingeschlossen, was für viele Displays schädlich sein kann. Daher ist es wichtig, bei der Auswahl eines Displays die tatsächlichen Lager- und Betriebstemperaturanforderungen im Auge zu behalten. Zwar können Maßnahmen ergriffen werden, um die erzeugte Wärme abzuleiten – etwa durch den Einsatz von Lüftern innerhalb des Gehäuses – doch die effizienteste Möglichkeit, die Einhaltung der Lager- und Betriebstemperaturanforderungen sicherzustellen, besteht darin, ein Display auszuwählen, das für diese Art von Umgebungen optimiert ist. Glücklicherweise haben Verbesserungen bei Flüssigkristallmaterialien es möglich gemacht, den Betriebstemperaturbereich von LCDs derzeit von –30 auf 80 Grad zu erweitern.
Stöße, Vibrationen, elektromagnetische Störungen und mechanische Schäden
Generell sollten Industriegeräte im Vergleich zu Standardgeräten robuster sein. Eine Möglichkeit, eine höhere Stoß- und Vibrationsfestigkeit zu erreichen, ist die Minimierung der Anzahl von Stift- und Buchsenanschlüssen und die Einführung von Chip-on-Glass-Halbleitern. Außerdem trägt die Installation von Metallblenden anstelle von Kunststoffgehäusen dazu bei, die EMI-Eigenschaften und die mechanische Beständigkeit des Geräts zu verbessern. Durch die Zugabe von chemisch gehärtetem Frontglas werden Kratzer und Flecken auf der Benutzeroberfläche vermieden.
3. Lesbarkeit
Helligkeit
Es ist wichtig, dass in industriellen Anwendungen verwendete Displays eine klare und präzise Anzeige aus mehreren Winkeln und unter verschiedenen Umgebungslichtbedingungen unterstützen. Je heller die Umgebung, desto schwieriger kann es sein, ein standardmäßiges transmissives LCD-Display mit einer typischen Helligkeit von 250 bis 300 cd/m2 abzulesen. NVD hat Displays entwickelt, die im 800-cd/m2-und höheren Bereich arbeiten können, indem sie hocheffiziente LEDs für die Hintergrundbeleuchtungseinheit einsetzen – bei Bedarf in Kombination mit speziellen Folien zur Helligkeitssteigerung.
Kontrastverhältnis
Die Erhöhung des Kontrastverhältnisses des Displays ist eine weitere effektive Möglichkeit, mit der Displayhersteller die Lesbarkeit des Displays in hellen Umgebungen verbessern können. Typische Kontrastverhältnisse für nicht-industrielle Displays liegen im Bereich von 200:1 bis 300:1, was möglicherweise nicht ausreicht, wenn ein Maschinenbediener das Display aus einiger Entfernung betrachtet. Displays mit Kontrastverhältnissen um 500:1 oder mehr eignen sich besser für industrielle Umgebungen. Ein weiterer Vorteil dieser Methode besteht darin, dass sie den Stromverbrauch nicht erhöht.
Transflektive LCDs
Transflektive LCDs sind eine gute Lösung für Umgebungen mit variabler Beleuchtung. Transflektive LCDs verfügen sowohl über transmissive als auch über reflektive Eigenschaften und bieten die Möglichkeit, bei schwachem Licht eine Hintergrundbeleuchtung zu verwenden (transmissiver Modus) und bei hellem Licht reflektive Eigenschaften zu nutzen (reflektiver Modus). Dies reduziert den Stromverbrauch und die Wärmeentwicklung im Reflexionsmodus, da die Hintergrundbeleuchtung nicht verwendet wird.
Blickwinkel
Die Lesbarkeit aus mehreren Blickwinkeln ist ein weiterer wichtiger Auswahlfaktor. In einer typischen Industrieumgebung sitzt ein Maschinenbediener eher schräg als direkt vor dem Bildschirm. Die Implementierung eines für Verbraucheranwendungen konzipierten Displays funktioniert in dieser Situation normalerweise nicht gut, da es bei schräger Betrachtung zu Bildverzerrungen und Farbverschiebungen kommt. Es wurden jedoch eine Reihe von Technologien eingesetzt, um die Betrachtung von Displays außerhalb des Betrachtungswinkels zu verbessern und sie für industrielle Anwendungen geeignet zu machen. Einige filmbasierte Technologien ermöglichen Betrachtungswinkel von 160° horizontal und 140° vertikal, in manchen Fällen reicht dies jedoch immer noch nicht aus. Alternativen bieten In-Plane-Switching-Technologie (IPS), Multi-Domain Vertical Alignment (MVA) und Fringe Field Switching (FFS). Diese proprietären Technologien sind in der Lage, Betrachtungswinkel von fast 90-Grad in alle vier Richtungen ohne Farbverschiebung zu erreichen.
Erhöhte Größe und Auflösung
Größe und Auflösung spielen ebenfalls eine Rolle für die allgemeine Lesbarkeit. In industriellen Anwendungen werden am häufigsten Displays mit einer Diagonale von 2 bis 25- Zoll verwendet. Diese Größen bieten ausreichend Fläche zum Anzeigen von Figuren, Wellenformen und anderen grafischen Daten, ohne zu viel Platz auf einem Gerät zu beanspruchen.
Von einem anfänglichen Seitenverhältnis von 4:3 wechseln Industriedisplays nun zu Breitformaten mit WVGA- bis WXGA-Auflösungen. Das Breitbildformat ermöglicht es Benutzern, längere Wellenformen und mehr Daten auf einem einzigen Display anzuzeigen. Diese Anzeigemodule können auch so konzipiert werden, dass sie Touch-Key-Funktionen integrieren, sodass Gerätehersteller auf physische Schalter und Tasten verzichten und HMIs eher auf Software als auf Hardware basieren können.
