Индустриализация TFT-LCD: на волне эволюции

Опубликовано в номере:
PDF версия
Получить, считать, обработать информацию — такими были и остаются основные функции любого узла коммутации между человеком и автоматикой со времени первых аналоговых приборов. Появление электровакуумных устройств дало толчок развитию средств отображения, и этот путь оказался весьма неочевиден: эксперты, буквально вчера делавшие ставки на современные OLED-технологии, сегодня пророчат успех TFT на десятки лет. В статье пойдет речь об основных особенностях современных индустриальных модулей индикации на примере линейки TFT-LCD компании Mitsubishi Electric.

TFT-LCD

Высокая точность отображения данных и возможность унифицировать выделенное под узлы индикации пространство всегда были наиболее привлекательными особенностями TFT-LCD-модулей в цифровых устройствах. Однако, несмотря на распространенную идеологию промышленного минимализма, современные индустриальные TFT не только с отрывом в несколько поколений превзошли аналоговые тахометры и манометры, но и даже стали соответствовать по оптико-эстетическим параметрам мультимедийным: имеют широкие углы обзора, высокую контрастность и натуральную цветовую гамму.

Среди диагоналей до 5–6″ рынок все еще наполнен ЖКИ с пассивной матрицей, которые за полвека существования нашли применение во всех возможных областях, не дотягивая лишь по скорости отклика до OLED и по крайним нижним значениям температуры эксплуатации — до вакуумно- и электролюминесцентных индикаторов. Но даже в этой области TFT «выбивают» конкурентов с ведущих позиций благодаря развивающимся технологиям в сочетании с одним простым правилом: цена на модуль зависит от массовости его производства.

По мере увеличения диагоналей TFT и вовсе не имеют конкуренции, хоть и не во всех сферах применения. В качестве примера развития рассмотрим линейку продукции Mitsubishi Electric, которая является одним из лидеров на рынке промышленных TFT-модулей. Обладая сравнительно небольшими производственными мощностями, компания массово выпускает матрицы только нишевых индустриальных размеров. Ряд таких решений, как некоторое ограничение номенклатуры, вывел компанию вперед, оставив позади таких гигантов, как LG, AUO, InnoLux, хотя, как уже было упомянуто, — в индустриальных, но не потребительских применениях.

Чем дольше, тем лучше

Если посмотреть на рынок индикаторов с точки зрения нахождения в производстве, то складывается следующая картина: вплоть до 2–3 месяцев могут выпускаться коммерческие модули, до 2–3 лет — «китайские середнячки» и от 5 лет — индустриальные TFT-панели. Компания Mitsubishi после снятия заменяет модель на конструктивно идентичную, разве что становится выше яркость или шире — температурный диапазон эксплуатации.

Первое, на что производители индустриальных TFT-модулей сделали упор в развитии устройств — срок службы подсветки. В настоящий момент достигнута цифра в 100 000 ч наработки, что эквивалентно 12,5 года непрерывной работы матрицы. Этот показатель означает, что за время активной эксплуатации яркость подсветки упадет не более чем в два раза.

Следующим немаловажным аспектом стало расширение температурных диапазонов (рабочих и хранения). Большинство индустриальных решений, в отличие от коммерческих, должно учитывать довольно жесткие условия эксплуатации: в таких сферах, как производственное оборудование, железнодорожный транспорт, авионика, судостроение и др., невозможно снизить требования к компонентам. На рис. 1 представлена схема развития модельного ряда различных диагоналей Mitsubishi Electric с сохранением жизненного цикла в 100 000 ч.

Расширение температурного диапазона

Рис. 1. Расширение температурного диапазона эксплуатации ряда TFT-LCD-модулей Mitsubishi Electric

Яркость ценою в жизнь

Параллельно с проработкой показателей долговечности и надежности возникла необходимость увеличить яркость подсветки, позволяющей свободно воспринимать передаваемую информацию. Приведем один из стандартных примеров: в солнечный день машинист электровоза при возникновении аварийной ситуации должен совершить комплекс мер, направленных на снижение скорости состава. Однако, не зная точных значений скорости, он просто не сможет должным образом оценить обстановку, и ценой ошибки может стать чья-то жизнь. Показателями высокой яркости считаются значения от 800 нит, и их можно дополнить антиотражательными и антибликовыми покрытиями стекла. В то же время отклонение направления взгляда от нормали к поверхности дисплея компенсируется применением IPS (таблица) и чуть менее эффективных технологий семейства VA, к которым относятся MVA, AHVA и др. В документации на матрицы с расширенными углами обзора, как правило, указано, что восприятие изображения возможно при отклонении на 85° от нормали в вертикальном/горизонтальном направлениях с падением контрастности не менее чем на 10% от максимального значения.

Transflective

Рис. 2. Поперечное сечение пикселя Transflective — матрицы Mitsubishi Electric

Однако в некоторых случаях одной лишь сверхъяркой подсветки недостаточно, а иногда она и вовсе не соответствует выдвигаемым требованиям к потребляемой мощности или мешает комфортному восприятию показаний, вводя оператора в состояние стресса. Даже в самых массовых устройствах — смартфонах — до сих пор не решена проблема с автоматической регулировкой яркости: большинство пользователей отключает эту функцию, переходя в ручной режим управления. На борьбу с прямыми солнечными лучами, высоким энергопотреблением и необходимостью постоянной регулировки яркости пришла технология Transflective, предусматривающая два режима подсветка изображения (рис. 2). Каждый пиксель матрицы разбит на две соответствующие ячейки. Одна из них работает стандартным образом — свет от подсветки проходит через поляризаторы, пленки, цветофильтры, электроды и сами жидкие кристаллы, давая привычную картинку. А вторая область вместо подсветки использует зеркала для отражения внешнего света и органическую структуру, которая регулирует яркость, вместо жидких кристаллов. Так, Transflective-матрицы могут полноценно отображать информацию даже при выключенной подсветке, если рядом есть достаточно яркие источники света. Еще одно интересное свойство подобных индикаторов — высокая скорость отклика при низких температурах.

Куда нажать?

Помимо отображения, коммутационные узлы зачастую должны предоставлять возможность ввода данных. Универсальным решением практически для любых применений является PCAP — проекционно-емкостная сенсорная панель. Этот тип сенсора давно оставил конкурентов позади, о чем написано уже немало статей: резистивные, инфракрасные сенсоры и сенсоры на ПАВ считаются или устаревшими, или очень специфическими решениями. Самыми важными особенностями PCAP являются:

  • возможность установки защитного стекла — вплоть до 5 мм;
  • наличие контроллеров с широким температурным диапазоном, соответствующим модельному ряду TFT-матриц;
  • реализация поддержки до 10 одновременных касаний;
  • функционирование в условиях попадания капель воды или работы в перчатках;
  • наличие решений с высокой электромагнитной совместимостью.

Большое значение имеет выход на рынок комплексных решений — уже склеенных на стороне производителей TFT-матриц и сенсорных панелей (PCAP). Существует два варианта реализации такой склейки: с помощью двухсторонней клейкой ленты или оптическим способом, когда воздушный зазор заполняется специальным гелем. Последний подход — полезное новшество: меньшее количество оптических границ сред позволяет значительно снизить процент отраженного света. Это дает важное преимущество в таких применениях, как авионика, где из-за частых изменений температуры возможно появление конденсата в области между сенсором и матрицей.

Заключение

Тенденции развития рынка индустриальных TFT-LCD-модулей показывают, что ключевые игроки данного направления постоянно прислушиваются к требованиям заказчиков, выпуская в свет все более широкую номенклатуру изделий. Помимо основных решений, описанных в статье, пользователям доступны вытянутые панели для применений в информационных табло, тонкие матрицы для индустриальных планшетов, виброустойчивые модели и т.  д. На данный момент основными направлениями развития промышленных индикаторов являются:

  • увеличение номенклатуры изделий с высоким разрешением;
  • расширение температурного диапазона эксплуатации модулей, в частности повышение скорости отклика при низких температурах;
  • удешевление стоимости производства и как следствие — разработка модулей Transflective, с PCAP и виброустойчивостью, чаще всего больших диагоналей.

Многообразие современных решений в области промышленных TFT-LCD должно соответствовать требованиям разработчиков, помогать справляться с поставленными задачами операторам, машинистам и медикам, а также удовлетворять эстетическим представлениям дизайнеров и конечных пользователей. Казалось бы, консенсус к настоящему времени уже достигнут, но с выходом новых моделей рынок открывает нам все новые горизонты совершенства.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *