Displays Kundenspezifische Anzeigesysteme

Displays sind überall präsent; kaum ein technisches Gerät kommt noch ohne aus. Dem steht eine große Vielfalt an Standard-Bildschirmen von vielen Herstellern und Systemintegratoren gegenüber. Doch gibt es immer wieder Gründe, sich gegen das Display von der Stange zu entscheiden und eine kundenspezifische Lösung in Auftrag zu geben.

Typische industrielle Anwendungen sind beispielsweise Füllstandanzeigen, Bedienpanels, oder Steuerungen. Obwohl Standard-Displays meistens durchaus ausreichen würden, kommen hier immer wieder maßgeschneiderte Lösungen zum Einsatz. Die Gründe sind vielfältig und reichen vom gewünschten Alleinstellungsmerkmal bis hin zu Kosteneinsparungen durch Weglassen bestimmter Eigenschaften.

In diesen Applikationsbereichen spielen moderne Technologien wie OLED oder Plasma keine Rolle, hier sind passive LC-Displays oder LED-Anzeigesysteme Stand der Technik. Wer nun ein eigenes Anzeigesystem in Auftrag geben möchte, sollte sich erst einmal Gedanken darüber machen, welche Informationen das Gerät dem Anwender oder Benutzer vermitteln soll.

Welches ist das Richtige?

Handelt es sich dabei um eher simplere Informationen, wie etwa reine Zahlenwerte beispielsweise von Mess-ergebnissen, sind 7-Segment-anzeigen in der Regel vollkommen ausreichend. Ein permanenter Aufdruck auf der Displayoberfläche kann even-tuell noch für eine optische Aufwertung der Anzeige sorgen. Diese Art von Anzeigen, in der Fachsprache Symbol- oder Segmentanzeigen genannt, benötigen nicht unbedingt einen eigenen LCD-Controller zur Ansteuerung. Sie werden oftmals von externen Mikrocontrollern inklusive LCD-Treiberfähigkeit angesteuert.

Die nächsthöhere Hierarchiestufe stellen die alphanumerischen Displayanzeigen dar. Bei dieser Art Anzeigen können abhängig vom internen Zeichensatz im Speicher des LCD-Controllers Buchstaben, Zahlen und Sonderzeichen willkürlich auf dem Display dargestellt werden. Die Darstellung von Texten, die darüber hinaus per Sonderfunktionsmöglichkeiten sowohl vertikal als auch horizontal verschoben werden können, ist möglich.

Einfachere Kassensysteme sind ein mögliches Anwendungsbeispiel dafür. Den höchsten Darstellungsgrad erreicht man letztendlich allerdings nur mit vollgrafischen Anzeigen, und deshalb werden auch überwiegend Grafikdisplaymodule für kundenspezifische Projekte gewünscht. Das Darstellen von Grafiken jeglicher Art wie Kennlinien, Kreise, Rechtecke oder zoombare Zeichen sind eben nur damit zu bewerkstelligen. Grafische Anzeigen bieten für die Entwickler von Bedienoberflächen also den größten Spielraum, was die Darstellungsmöglichkeiten anbelangt. Dabei sind auch Mischvarianten der genannten Typen möglich, also beispielsweise gemischte Grafik- und Segmentdarstellung.

Ausgeblendet

Ein weiterer wichtiger Punkt, der sorgfältig bedacht werden muss, ist, unter welchen Umgebungslichtverhältnissen das Gerät später einmal eingesetzt werden soll - ausschließlich in Gebäuden, nur im Freien oder sowohl als auch? Daran entscheidet sich die grundsätzliche Auslegung für möglichst gute Darstellungsqualität. Am sparsamsten sind reflektierende Displays.

In diesem Fall ist ausschließlich das Licht von außen, also das Umgebungslicht, für eine ausreichend gute Ablesbarkeit der Anzeigen verantwortlich. Dies kann sowohl Sonnenlicht als auch künstliches Umgebungslicht, beispielsweise Zimmerdeckenbeleuchtung oder Schreibtischlampen, sein. Das Licht wandert dabei durch das Display hindurch und wird vom rückwärtig aufgebrachten Displaypolarisator vollständig zurückgeworfen.

Vorausgesetzt die Lichtverhältnisse sind immer ausreichend gut, ist diese reflektierende Variante vollkommen ausreichend und macht den Einsatz einer Hintergrund-beleuchtung für das Display überflüssig, was sich auf die Stückkosten positiv auswirkt. Auch stellt sie die zugleich energiesparsamste Displayvariante dar. Falls Displayanzeigen unter sehr schwankenden Lichtverhältnissen ihren Dienst verrichten sollen, so empfiehlt sich der Einsatz eines transflektierenden Rückpolarisators, der wie ein Halbspiegel wirkt und Licht sowohl von vorne reflektieren, als auch Licht von der Rückseite, also von einer Hintergrundbeleuchtung kommend, durchlassen kann.

Wenn auch nicht aus beiden Richtungen in voller Intensität. Bei diesen Anzeigen ist eine permanent gute Ablesbarkeit der Fall, denn sollte nicht genügend Licht von außen kommen, so sorgt die Hintergrundbeleuchtung dafür, dass die Anzeige gut abzulesen bleibt. Um Energie zu sparen, lässt sich mittels Fotosensoren das Backlight abhängig vom Umgebungslicht regeln.

Bei batteriebetrieben Applikationen ist dies sinnvoll, um damit den Produktlebenszyklus auf ein Maximum zu heben, ohne Batterien austauschen zu müssen. Lichtdurchlässige oder transmissive Anzeigen kommen in der Regel für negativ darstellende LC-Displays zum Einsatz. Negative Darstellung bedeutet bei Passiv-LCD-Anzeigen, dass der Hintergrund dunkler als die eigentliche Information ist.

Bei positiv darstellenden Anzeigen ist es dementsprechend umgekehrt, also heller Hintergrund auf dunkler Darstellung. Für das optische Erscheinungsbild der Anzeigen ist die Farbe der Hintergrundbeleuchtung maßgeblich, da Außenlicht kaum reflektiert wird und somit kaum eine Rolle spielt. Vielmehr gelangt das Licht der Hintergrundbeleuchtung nahezu ungehindert durch die LCD-Zelle.

Da sich starkes Licht von außen kommend eher störend auf die optischen Darstellungseigenschaften für diesen Modus auswirkt, werden solche Displays überwiegend im Indoor-Bereich eingesetzt. Hier schließt sich zwingend die Frage nach der Robustheit an. Zunächst ist zu klären, in welchen Temperaturbereichen die Displays später zum Einsatz kommen. Sollten die Module nur in Gebäuden zum Einsatz kommen, so genügt in der Regel der Standardtemperaturbereich von 0 °C bis +50 °C.

Werden die Displays später auch im Außenbereich eingesetzt, sollten diese mindestens einem Temperaturbereich zwischen -20 °C bis +70 °C standhalten können. Darüber hinaus gibt es Applikationen, die noch höhere oder niedrigere Temperaturen aushalten müssen, etwa für Automobil-Anwendungen, wo mindestens -30 °C bis +80 °C gefordert wird.

Sollen Displays bei noch tieferen Temperaturen arbeiten, wie es bei militärischen Einsätzen oder in polaren Regionen der Fall ist, so kommt man um eine ein Heizelement für das Displaymodul nicht herum. Wenn eine bestimmte Minustemperatur unterschritten wird, sorgt die Heizung dafür, dass das LCD dieser Temperatur nicht ausgesetzt wird, da es sonst Schäden davontragen könnte. Weitere Punkte, die in Bezug auf raue Umgebungsbedingungen bedacht werden sollten, sind zusätzlich Luftfeuchtigkeit, Vibration und Schockbelastungen.

Hinterleuchtet

Wer sich nun für eine Variante entschieden hat, ist mit der Hintergrundbeleuchtung konfrontiert. Dabei kommen praktisch nur noch Leuchtdioden als Lichtquelle zum Einsatz. CFL-Röhren und EL-Folien haben ausgedient, da die LEDs wesentlich mehr Vorteile bieten. Der Hauptvorteil liegt eindeutig in der einfacheren Handhabung und Ansteuerung, da bei den anderen beiden Techniken ein zusätzlicher DC/AC-Inverter notwendig ist.

Im Allgemeinen wird das LED-Licht seitlich in einen Lichtleiter eingekoppelt und mittels Prismen- oder Reflektorstruktur so homogen wie möglich nach oben ausgekoppelt. Eine auf der Oberseite angebrachte Diffusor-Folie verschafft der Hintergrundbeleuchtung eine gleichmäßige Lichtstärkenverteilung. Die heute am häufigsten berücksichtigte Anzeigen-Designvariante sind die sogenannten CoG-Module (Chip on Glass) (Bild 1).

Das liegt sowohl an mechanischen Vorzügen - sie können sehr kompakt aufgebaut werden - als auch an der sehr großen Auswahl an CoG-Treiber-ICs. Die beliebteste Verbindung von CoG-Modul zur Kundenseite sind Folienkabel (FPC), die auf Kundenseite mittels ZIF-Connector kontaktiert werden. Sehr oft werden kundenspezifische CoG-Module mit Hintergrundbeleuchtung realisiert, wobei ein speziell geformter Plastik-rahmen das LCD einfasst, der eine einfachere Montage während der Fertigung ermöglichen soll.

Vielfalt für alle!   
Je nach Displaygröße realisiert Data Modul voll kundenspezifische TFTs ab 800  Einheiten pro Monat. Dabei kann die Form und Auflösung frei gewählt werden, wobei auch Wide-Viewing-Angle-Techniken verfügbar sind. Es stehen verschiedenen Schnittstellen zur Auswahl. Optional können resistive oder kapazititve Touchpanels im Reinraum aufgebracht werden. Der »Optical Bonding«-Prozess ermöglicht besondere optische Leistungsdaten. Neben den technischen Aspekten kann durch die Auswahl der Komponenten auch ein besonderes Augenmerk auf die Langzeitverfügbarkeit gelegt werden.
Semi-kundenspezifische-TFTs sind eine andere Option, bei denen sich Veränderungen der Beleuchtungseinheit, der Spritzgussteile oder der Anschlussleitung realisieren lassen.