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Eine Standardlösung oder doch eine Sonderanfertigung?: Ausgabe 14/2019, 05.09.2019

Welches Display soll es sein?

Ein Display ist die Visitenkarte eines Geräts. Neben Prozessor und Speicher ist es ein Hauptbestandteil der Elektronik und steht auf der Stückliste auf Grund seiner Kosten meist ganz oben. Natürlich beeinflusst es wesentlich das Erscheinungsbild der Anwendung. Hinterlässt das Display keinen guten Eindruck, hat das auch einen negativen Einfluss auf die Kaufentscheidung.

Autor: Christian Forthuber, CODICO Produkt Manager, christian.forthuber@codico.com, Text und Bilder

Bei der Dispaly-Auswahl ist man gut beraten, die Anzeige einer genaueren Betrachtung zu unterziehen. Idealerweise finden diese Überlegungen gleich am Projektbeginn statt, denn einige Display-Parameter sind auch massgebend für die Ansteuerelektronik. Später erleichtern diese festgelegten Auswahlkriterien die Entscheidung für oder gegen einen bestimmten Typ. Der Leitfaden gibt einige Ansatzpunkte, die die endgültige Wahl erleichtern sollen. Die Anwendung ist eigentlich der wichtigste Punkt, da sich davon alle anderen wesentlichen Definitionen grob ableiten und später sich einfacher verfeinern lassen. Viele Punkte sind dabei voneinander abhängig.

Was soll dargestellt werden?
Vom darzustellenden Inhalt hängt im Wesentlichen die Auflösung ab. Dabei gilt: keine ungewöhnlichen oder seltenen Auflösungen wählen. Es besteht dabei die Gefahr, dass ein solches Display eine Sonderanfertigung ist und falls nicht mehr verfügbar, kein Ersatz zu bekommen ist. Falls es die Anwendung erfordert, kann man auch zu einer Nicht-StandardAuflösung greifen. Falls eine 2nd Source gefragt ist, kann man sich im Vorfeld umsehen. Steht die Pixelanzahl fest, kann bereits ein Teil der Hardware-Anforderung und die SoftwareVoraussetzung dafür festgelegt werden.
Der verfügbare Platz im Endgerät und der Abstand des Betrachters bestimmen die Grösse des Displays (Diagonale). Ebenso spielt die Funktion – Info-Anzeige, Eingabeterminal, Werbedisplay usw. – bei der Dimensionierung eine Rolle. Auch hier sollte man eine Standarddiagonale wählen, oder sich zumindest vergewissern, dass das Display für die geplante Lebensdauer des Gerätes zur Verfügung steht. Um Überraschungen vorzubeugen, bindet man am besten den Designer der Benutzeroberfläche hier gleich mit ein.

Welches Interface ist vorhanden oder notwendig?
Schnittstellen sind weitere wichtige Punkte, die mit der Auflösung zusammenhängen und Einfluss auf die verwendete Hardware haben. Anzutreffen ist nach wie vor RGB- und LVDS-Interface. RGB ist bei Displays bis zu einer Grösse von 10,4"/12,1" zu finden, LVDS beginnt etwa bei 5"­Displays und ist auch bei grossen Diagonalen bis 47" zu finden. Kleine Anzeigen bis 3,5“ verwenden zum Teil auch serielle Interfaces wie SPI oder I²C oder haben eine Anbindung über eine parallele Schnittstelle. Grosse Anzeigen verfügen zum Teil über eDP (embedded Display Port). Das Interface hat sich aber im Industriebereich (noch) nicht wirklich durchgesetzt.
Eine interessante Entwicklung gibt es in einem anderen Bereich. Getrieben von günstigen Controllern mit MIPI-Interface, steigt das Interesse an Displays mit MIPI DSI. Aktuell sind die Diagonalen 5", 7" und 10,1" gefragt. Sowohl Controller als auch Displays mit diesem Interface haben ihren Ursprung im Smartphone-Bereich. Das ergibt einen Preisvorteil gegenüber reinen Industriedisplays, aber die Langzeitverfügbarkeit ist begrenzt.

Wo wird das Gerät eingesetzt?
Dahinter verbergen sich Kriterien wie Lichtverhältnisse oder Umgebungsbedingungen. Je nach Einsatzort – innen oder aussen – gelten zum Teil gänzlich andere Kriterien für Helligkeit und Kontrast. Bei der Verwendung innen genügt meist eine Helligkeit zwischen 250 bis 350 cd/m2 und der Kontrast muss ebenfalls nicht zwingend hoch sein. Bei Aussenanwendungen gelten andere Massstäbe. Helligkeiten von 600 bis 1200 cd/m2 oder bei grossen Displays bis zu 4000 cd/m2 sind notwendig, um bei direktem Sonnenlicht das Bild noch akzeptabel sehen zu können. Auch transflektive Polarizer werden verwendet. Sie nutzen das Sonnenlicht, um den Kontrast und damit die Lesbarkeit zu erhöhen. Nachteil dabei ist, dass Displays mit dieser Technik nur bis zu einer ca. 7"­Diagonale erhältlich sind. Womit wir bei Umgebungsbedingungen angelangt wären. Ein entscheidender Faktor ist die Temperatur. Das Armaturenbrett eines Fahrzeuges kann bei Sonneneinstrahlung um die 60 bis 80 °C heiss werden. Industrielle Anzeigen haben meist einen Betriebs-Temperaturbereich von –20 bis +70 °C. Das reicht für die meisten Anwendungsfälle. Ein Blick ins Datenblatt ist unabdingbar.

Soll die Anzeigeeinheit auch interaktiv genutzt werden? Soll die Displayeinheit auch einen Touch erhalten, gilt es auf weitere Punkte Rücksicht zu nehmen. Durch den Einsatz des projiziert kapazitiven Touch bei Smartphones hat diese Touch-Technologie mittlerweile auch in der Industrie eine hohe Akzeptanz erlangt. Die mit deren Einsatz verbundenen Vorteile erfordern aber auch zusätzliche Überlegungen.
Wir kommen nun in den Bereich der Mechanik, die, da der PCT (Projected Capacitive Touch) mit elektrischen Feldern arbeitet, einen Einfluss auf das Touch­Verhalten haben kann. Es beginnt bei der Montage. Wird die Einheit von hinten in das Gehäuse eingesetzt, sind keine besonderen Vorkehrungen zu treffen. Soll das Touch-Display von vorne befestigt werden, müssen gehäuseseitig Massnahmen für einen ordnungsgemässen Einbau geschaffen werden. Die Schutzklasse IP67 (frontseitig) stellt somit kein Problem dar. Bei der Gestaltung der Glasfront sind nahezu keine Grenzen gesetzt. Es gibt einen breiten Spielraum für Form und Bedruckung, die mehrfarbig ausfallen kann, wobei auch Logos möglich sind.

Glas hat eine höhere Dielektrizitätskonstante als Plexiglas
Die Dicke des Glases erfordert wieder mehr Aufmerksamkeit. Ist erhöhte Bruchsicherheit oder Vandalensicherheit gefordert, sollte das Glas mindestens 3 mm dick sein, wobei dies abhängig von der Grösse des Displays ist. Entsprechend grössere Diagonalen benötigen auch stärkeres Glas. Gegen mechanische Beschädigung hilft auch optisches Bonding. Die vollflächige Verklebung des Touch mit dem Display erhöht die Stabilität der gesamten Einheit. Wird anstelle von Glas ein Kunststoff (PMMA, auch als Plexiglas bekannt) verwendet, lässt sich die gleiche Festigkeit mit dünnerer Materialstärke erreichen.
Nachteil dabei ist, dass die Dielektrizitätskonstante von PMMA (3 bis 4) niedriger ist als die von Glas (5 bis 6) und damit das elektrische Feld doppelt so stark geschwächt wird. Es muss daher auch der Touch-Controller entsprechend ausgewählt werden, damit eine problemlose Funktion gewährt ist. Eine Bedienung mit Handschuhen ist die nächste Herausforderung. Sind die Handschuhe dünn oder dick, aus welchem Material bestehen sie? Ist mit Flüssigkeiten auf dem Touch zu rechnen? Alle diese Informationen sollten im Vorfeld bekannt sein und in die Auswahl des Touch­Controllers einfliessen.

Fazit
Der Leitfaden behandelt grob die wichtigsten Fragen rund ums Display. Es kann aber durchaus sinnvoll sein, die Überlegungen bei der Display-Auswahl etwas weiter zu fassen und dadurch einen besseren Überblick über die tatsächlichen Anforderungen zu gewinnen. Das Hinzuziehen von Spezialisten ist auf jeden Fall empfehlenswert.

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Das Armaturenbrett und damit auch das Display eines Fahrzeuges können bei Sonneneinstrahlung um die 60 bis 80°C heiss werden


Einige Display-Parameter sind massgebend für wichtige Teile der Ansteuerelektronik