SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Тонкопленочные электролюминесцентные дисплеи как качественное решение для промышленных систем отображения информации

В современном широком сегменте дисплейной продукции электролюминесцентные дисплеи (EL-дисплеи) занимают свою особую нишу среди устройств отображения. Их с успехом используют в медицинском оборудовании, системах управления промышленными объектами, контрольно-измерительном оборудовании, на транспорте, в системах связи, авиационном оборудовании. По мнению многих специалистов, EL-дисплеи имеют ряд преимуществ перед различными современными устройствами отображения, созданными по другим технологиям. Это касается как разрешающей способности, контрастности, угла обзора EL-дисплеев, так и (в некоторых случаях) экономии энергопотребления.

Komponenta.png



О том, что некоторые материалы (сульфид цинка, арсенид галлия, фосфор и пр.) обладают способностью при прохождении тока излучать видимый свет, известно еще с 1937 года. Однако практическое применение в плоских дисплеях этот эффект нашел спустя почти 50 лет, когда появились тонкопленочные электролюминесцентные материалы.

Электролюминесцентный дисплей (Electroluminescent Display, ELD) – тип дисплея, созданный из слоя электролюминесцентного материала, который состоит из специально обработанных кристаллов фосфора (P) или арсенида галлия (GaAs) между двумя слоями проводника (тонким алюминиевым электродом и прозрачным электродом). При подключении переменного напряжения на проводники электролюминесцентный материал начинает светиться (рис. 1).

Ris_1.png

Рис. 1. Структура электролюминесцентного дисплея

Свечение люминофора EL-дисплеев очень стабильно, яркость и контрастность остаются практически неизменными на протяжении длительного срока непрерывной эксплуатации. Срок службы EL-дисплеев достигает 15 лет без потери качества передаваемого изображения.

Прорыв в технологии создания электролюминесцентных дисплеев был осуществлен американской компанией Planar Systems, Inc. в середине 80-х годов прошлого столетия.

Дисплейная продукция PLANAR («Планар») сразу привлекла пристальное внимание специалистов электроники во всем мире своим качеством изображения, повышенной надежностью работы в неблагоприятных условиях окружающей среды (при температуре от –40 до +65 °C), отменной прочностью (выдерживает удар до 100 g и виброускорение до 5 g), долговременной работоспособностью (гарантированный эксплуатационный ресурс составляет от 100 000 до 250 000 часов).

В конце 2012 года компания Beneq Oy («Бенек», Финляндия) объявила о приобретении финского подразделения по производству и торговле электролюминесцентными дисплеями у компании Planar Systems, Inc., в то время – лидера в дисплейных технологиях для локальных цифровых видеосетей, используемых для демонстрации мультимедийной рекламы и информационных сообщений.

Новое подразделение финской компании получило наименование Lumineq («Люминек»). Дисплеи, ранее разработанные Planar, теперь изготавливаются под новым брендом Lumineq. Это имя для Beneq связано с выпуском изделий по тонкопленочной электролюминесцентной технологии (TFEL – Thin Film Electroluminescence): с помощью нанесения тонкопленочных покрытий ALD (атомно-слоевое осаждение) на различные поверхности для создания барьерных слоев, пленок диэлектриков, металла, люминофора. Именно данная технология позволяет получить дисплеи, способные функционировать при экстремальных условиях эксплуатации.

При промышленном производстве данного вида продукции специалисты Lumineq дополнительно применили в техпроцессе усовершенствованную технологию ICEBrite™ (Integral Contrast and Brightness Enhancement), позволяющую в два раза увеличить контрастность изображения до значений более чем 50:1 (рис. 2).

Ris_2.png

Рис. 2. Малоформатный графический дисплей TFEL EL320.240.36, созданный с применением технологии ICEBrite™ (повышенная контрастность и яркость)

В результате всех этих мер визуальные характеристики EL-дисплея стали в четыре раза лучше. Контрастность была улучшена путем специальной обработки стекла, уменьшающей отражение падающего извне света (рис. 3).

Ris_3.png

Рис. 3. Технология ICEBrite™ увеличивает контрастность за счет устранения переотражений

Тонкопленочные электролюминесцентные дисплеи (TFEL) имеют некоторые преимущества перед изделиями аналогичного назначения, выполненными по другим технологиям, в частности, очень широкий диапазон рабочих температур (от –50 до +85 °C), угол обзора 179˚ при любом угле наблюдения, устойчивость к вибрациям и ударам. Благодаря этим качествам TFEL-дисплеи особенно подходят для оборудования бортовых систем транспортных средств. Например, в панели управления водоснабжением аэробуса A350 применяется популярная модель EL-дисплея EL320.240.36HB (рис. 4).

Ris_4.png

Рис. 4. Компактный графический QVGA-дисплей EL320.240.36-HB

По специфике подключения к управляющим видеоконтроллерам дисплеи Lumineq достаточно консервативны. В основной массе дисплеев предусмотрены интерфейсы, разработанные для плоскопанельных устройств отображения еще в 1980-х годах. Для управления используются 1-, 2-, 4- и 8-битные дисплейные интерфейсы. Поэтому для управления электролюминесцентными панелями подойдут типовые видеоконтроллеры, которые обеспечивают стандартный ряд параллельных интерфейсов для ЖК-панелей с пассивной адресацией. Но компания Lumineq не стоит на месте, и за последнее время на рынок были выпущены модели дисплеев с поддержкой более современных интерфейсов LVDS и SPI, в частности, такие модификации, как EL640.480-AF LVDS и EL160.120.39-SPI.

Применение при производстве различных методов осаждения атомных слоев для нанесения пленок из светоизлучающих материалов позволило производителю в последних моделях дисплеев, помимо стандартного напряжения питания +12 В, использовать источник питания с напряжением от 8 до 30 В.

Энергопотребление EL-панелей напрямую привязано к числу светящихся пикселей или символов на экране. Это надо иметь в виду при разработке графики пользовательского интерфейса (рис. 5).

Ris_5.png

Рис. 5. График электропотребления EL-дисплея разрешением 600 × 480 пикселей

Для снижения энергопотребления не нужно перенасыщать экран излишней графикой. При оптимальном использовании графических объектов потребление электролюминесцентных панелей сравнимо с энергопотреблением TFT – ЖК-панелей с аналогичной площадью экрана. К примеру, потребление энергии у дисплея форматом 640 × 480 пикселей (активное поле 129,3 × 97 мм) составляет около 9 Вт при белом экране. При отображении реальной информации потребление существенно снижается. А если использовать регулировку по яркости, можно получить дополнительную экономию потребляемой мощности. Для снижения энергопотребления производителем также рекомендуется использовать автоматическое выключение экрана при отсутствии активности оператора.

EL-дисплеи Lumineq характеризуются широким углом обзора (более 179˚) как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении. При этом уровни яркости и контраста остаются неизменными при всех углах обзора. Это качество весьма востребовано в ситуациях, где чтение дисплея может происходить под острым углом, потому что пользователь не будет привязан к наилучшей точке обзора.

Время отклика EL-дисплеев не превышает одной миллисекунды и практически постоянно во всем диапазоне рабочих температур (рис. 6).

Ris_6.png

Рис. 6. Сравнительный график времени отклика дисплеев, изготовленных по разным технологиям, в зависимости от температуры окружающей среды

Компания Beneq Oy, которая и до этого занималась производством оборудования на базе тонкопленочной технологии, теперь предлагает услуги по нанесению покрытий и изготовлению дисплейных изделий в более широком спектре – по техническим условиям заказчиков. Она взяла на себя обязательство о долго­временном развитии линейки продукции Lumineq и поставила перед собой цель выпускать изделия для новых областей применения, которые являются коммерчески выгодными.

Линейка стандартных графических TFEL-дисплеев Lumineq включает двенадцать типов устройств с разрешением от 160 × 80 до 640 × 480 точек и диагональю от 3 до 10,4 дюйма. А если учесть различные конструктивные исполнения, то выпускается свыше 60 моделей дисплеев. В линейке присутствуют модели со встроенной сенсорной панелью (тач-скрином) и встроенным дисплейным контроллером. В большинстве случаев они монохромные, однако есть несколько дисплеев с многоцветным изображением. В отдельных моделях реализована функция регулировки яркости изображения, что позволяет уменьшить энергопотребление и обеспечить больший комфорт оператору при наблюдении в условиях различной внешней освещенности.

На российском рынке дисплейной продукции производителя Lumineq успешно представляет компания «Компонента», которая предлагает своим клиентам широкий доступ ко всему модельному ряду выпускаемых электролюминесцентных дисплеев. Проанализировав рынок сбыта и располагая статистической информацией, специалисты компании рекомендуют обратить внимание на наиболее популярные модели TFEL-дисплеев, зарекомендовавшие себя у потребителя данного вида продукции:

Ris_7.png

Рис. 7. TFEL-дисплей EL160.120.39

Ris_8.png

Рис. 8. TFEL-дисплей EL320.240-FA3

 - малоформатный графический TFEL-дисплей EL160.120.39 (рис. 7), выполненный с применением технологии ICEBrite™, с янтарным оттенком изображения и максимальной контрастностью 59:1;
 - многоцветный TFEL-дисплей EL320.240-FA3 (рис. 8), разработанный для применения в жестких условиях окружающей среды. Имеет 16 цветов на основе красного и зеленого, суб-пиксельное и псевдосмешение цветов кадра, угол обзора 179˚ при любом угле наблюдения. Может быть рекомендован для применения в подвижном медицинском оборудовании;
 - графический TFEL-дисплей EL640.480-AM8 ETL (рис. 9) с форматом изображения VGA. Опции: антибликовая пленка, защитное покрытие печатной платы, соединитель с блокировкой, регулировка яркости, рабочая температура –60 ˚C;
 - сегментный дисплей высокой яркости EL40S‑40 (рис. 10) с рабочей температурой –60 ˚C.

Ris_9.png

Рис. 9. TFEL-дисплей EL640.480-AM8 ETL

Ris_10.png

Рис. 10. Сегментный дисплей EL40S-40

TFEL-дисплеи Lumineq отличаются прочностью и надежностью. Твердотельная структура люминофоров позволяет эффективно эксплуатировать эти изделия при низких температурах. Простая и жесткая конструкция TFEL-дисплеев при использовании демпфирующего крепежа и прокладок между стеклом и платой гарантирует устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам. Твердотельная структура и электроника TFEL-дисплеев позволяет обеспечить рабочую температуру от –60 до +85 ˚C без размытости изображения движущегося объекта и с быстрым откликом во всем температурном диапазоне. Практика эксплуатации показывает длительные сроки службы TFEL-дисплеев с незначительной (10–15 %) потерей яркости по сравнению с первоначальной. 

Тонкопленочные электролюминесцентные дисплеи Lumineq адаптированы к различным управляющим интерфейсам и напряжениям питания и могут быть успешно использованы в сопряжении со многими современными промышленными разработками. 

Все вышеперечисленные TFEL-дисплеи Lumineq представляют собой качественное и надежное решение информационной визуализации в составе разнообразного технического оборудования, создаваемого для эксплуатации в сложных и ответственных условиях работы. 

Подробнее с техническими характеристиками представленных моделей TFEL-дисплеев, а также многих других изделий можно ознакомиться на сайте производителя Lumineq (lumineq.com/) или на сайте компании «Компонента» по адресу: komponenta.ru/displays/.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 5(65)_2016

АО «Компонента», г. Москва,
тел.: +7 (495) 150-2-150,
e-mail: info@komponenta.ru,
сайт: komponenta.ru