Wyświetlacze do urządzeń elektronicznych – najważniejszy element interfejsu człowiek-maszyna

Jasny i kontrastowy wyświetlacz z ekranem dotykowym razem z wydajnym mikrokontrolerem to dzisiaj dwa najważniejsze komponenty urządzeń elektronicznych, którym konstruktorzy poświęcają zawsze wiele uwagi, gdyż determinują one w dużej mierze funkcjonalność oraz atrakcyjność urządzeń. Graficzny interfejs użytkownika z ekranem dotykowym otwiera drzwi do wielu nowych branż, np. inteligentnego budynku, systemów bezpieczeństwa i ochrony mienia, branży reklamy, no i oczywiście do przemysłu, czyli sektora najbardziej wartościowego w naszym kraju.

Coraz więcej krajowych producentów docenia jakość wyświetlaczy i umie oszacować oszczędności w kosztach serwisu oraz zysk wynikający z lepszej marży spowodowanej pozycjonowaniem ich urządzenia jako zaawansowanego i trwałego. Firmy powracają do ugruntowanego łańcucha dostaw, najczęściej kierują się do lokalnego dużego przedstawiciela i kończą eksperymenty z kupowaniem bezpośrednio tych elementów w Azji. Obydwa te zjawiska powoli zbliżają nas do rynków zachodnich, które cechują się zarabianiem na unikalnych cechach produktu, a nie tylko na wytwarzaniu tego samego co inni, byle taniej.

OLED I E-PAPER

Wyświetlacze OLED są dzisiaj nowością na rynku wyświetlaczy, niemniej warto zauważyć, że produkt ten jest dostępny komercyjnie już od 15 lat. OLED-y zawsze kojarzyły się z wieloma walorami technicznymi, takimi jak niski pobór mocy, wysoki kontrast i duża jasność, jednak te zalety były okupione dość dużą ich ceną i niekoniecznie wielką trwałością. To oczywiście jest przeszłość, bo technologia produkcji została udoskonalona i obecnie nie ma problemu ani z jakością, ani trwałością tych jednostek. Ceny też spadły do poziomu akceptowalnego przez wielu klientów.

Aktualnie bez problemu można kupić wyświetlacze tego typu o małych przekątnych, a więc takie, które najczęściej są używane w elektronice, zarówno jako elementy graficzne, jak i zamienniki alfanumeryczne dla typowych rozwiązań modułowych LCD. W zasadzie można powiedzieć nawet, że asortyment OLED-ów jest na tyle duży, że można przebierać do woli.

Podobne zjawiska można zaobserwować w zakresie wyświetlaczy typu e-paper, a więc w jednostkach, które wykorzystywane są w książkach elektronicznych. One także stają się dostępne dla systemów elektroniki profesjonalnej i przestały być domeną e-booków Kindle. Wyświetlacze takie pojawiają się w ofertach coraz częściej i jest to wyraźny znak, że w krajowych OEM-ach są one rozważane i analizowane pod kątem aplikacyjnym. Ich ceny są też coraz bardziej przystępne.

Główne czynniki odpowiedzialne za sprzedaż

 

Zestawienie najważniejszych czynników odpowiedzialnych za sprzedaż otwiera oczywiście cena, która przebija parametry techniczne oraz jakość wykonania, a zapewne także to w jakiej technologii jest wykonana jednostka wyświetlacza. Innymi słowy, chcemy wyświetlaczy o dobrych parametrach i jakości, niemniej koszt zakupu musi się zmieścić w budżecie. Poza wymienionymi czynnikami dość wysoko znalazły się kryteria związane z krótkim czasem dostawy i długą dostępnością danych modeli na rynku. Wydaje się, że jest to konsekwencja specyfiki rynku polskiego bazującego na specjalistycznych urządzeniach i krótkich seriach. Wyświetlacze są też dość drogie, więc producenci wolą nie kupować ich na zapas.

ZAAWANSOWANE KONTROLERY I BIBLIOTEKI OPROGRAMOWANIA

Nowoczesny interfejs użytkownika opiera się dzisiaj na kolorowej grafice, coraz częściej zawierającej nie tylko elementy statyczne, ale animacje, a także treść dopasowującą się do kontekstu realizowanego zadania. Jednocześnie dla programistów systemów embedded obsługa wyświetlacza graficznego jest bardziej skomplikowana, gdyż w większości przypadków wymaga tworzenia treści jako map bitowych, a więc poprzez zapalanie i gaszenie pojedynczych pikseli.

Tworzenie grafiki, rysowanie elementów interfejsu takich jak przyciski, okienka, a także pisanie tekstu w trybie graficznym wymaga posiadania oprogramowania pozwalającego na rastrowanie takich elementów, wykreślanie figur i dokonywanie podstawowych operacji jak na przykład wypełnianie obszaru kolorem. Do tego wykorzystuje się biblioteki graficzne, czyli zestawy gotowych procedur realizujących takie operacje, zawierające niezbędne kroje czcionek i pozwalające na parametryzację działania pod dany model wyświetlacza. Tworzenie grafiki „na piechotę”, a więc bez oprogramowania narzędziowego nie jest ani łatwe, ani przyjemne, a poza tym nie ma na taką "zabawę" czasu. W obszarze wyświetlaczy rozwój technologii jest dzisiaj szybki a liczba nowych produktów, wersji kontrolerów i opcji wymagających uwagi ze strony projektantów jest dzisiaj bardzo duża. Standardowa biblioteka procedur pozwala opanować tę zmienność i przestać się skupiać na szczegółach. Oznacza to, że dostępność oprogramowania wspierającego tworzenie grafiki, nowoczesnego GUI i generalnie ułatwiającego komunikację z użytkownikiem staje się jednym z bardziej istotnych zagadnień i narzędziem wspierającym sprzedaż.

W tym obszarze rynku sporo się dzieje. Są wyświetlacze z wbudowanym zaawansowanym kontrolerem pozwalającym na obsługę grafiki za pomocą poleceń wysokiego poziomu, a w praktyce komend jak z języka Basic. Taki kontroler jest w praktyce małym komputerkiem z pamięcią, interfejsem komunikacyjnym i oprogramowaniem firmware, ale w praktyce pozwala on na banalną implementację większości niezbędnych grafik. Inne podejście bazuje na specjalizowanym oprogramowaniu, które obsługuje popularne jednostki wyświetlaczy i zawiera nie tylko gotowe procedury do ich obsługi, ale także szablony i zestawy przykładów pozwalające na ich modyfikację i przeróbki.

ZBLIŻA SIĘ KRES MODUŁÓW ZNAKOWYCH

Znakowe moduły wyświetlaczy LCD z kontrolerem, zawierające od jednej do czterech linii po kilkanaście znaków, są znane chyba wszystkim. Z pewnością elementy te zapisały się pozytywnie w ostatnich kilkunastu latach w rozwoju branży elektronicznej, zapewniając prostotę obsługi i niezłe parametry. Niemniej trudno nie zauważyć, że słabo przystają już one do wymagań współczesnej elektroniki. Im bardziej specjalistyczny sprzęt, a ilość informacji, którą trzeba przekazać użytkownikowi jest mniejsza, im znaczenie jakości komunikacji staje się bardziej pomijalne, tym większa możliwość aplikacyjna dla tych jednostek. Warto zauważyć, że wyświetlacze tego typu są tanie, produkowane przez wiele firm, a więc łatwe do kupienia. Ich parametry też są często poprawiane, a ich wytwórcy nieustannie eksperymentują z kolorem podświetlenia, kontrastem i czytelnością treści po to, aby nie była to konstrukcja zamknięta. Nowe opracowania dają szansę na odmłodzenie starszych urządzeń, ale fakty są nieubłagane – rynek rozwija się w innym kierunku i elementy te są wypierane z rynku przez nowsze technologie.

POBÓR MOCY STAJE SIĘ WAŻNY

Chęć zapewnienia niskiego poboru mocy kieruje uwagę konstruktorów w stronę wyświetlaczy w innych technologiach, a więc na OLED-y i e-papery, gdzie nie ma podświetlenia, czyli tego najbardziej energochłonnego czynnika. W przypadku e-paperu bilans energetyczny jest jeszcze bardziej korzystny, bo statyczny obraz nie wymaga zasilania, odświeżania ani nawet nadzoru ze strony mikrokontrolera.

Ważne i poszukiwane funkcje techniczne

 

Skoro dominującą technologią realizacji interfejsu użytkownika we współczesnej elektronice jest kolorowy wyświetlacz graficzny z panelem dotykowym, to naturalne jest, że klienci poszukują kompletnej jednostki złożonej z tych dwóch elementów razem z kontrolerem. Znaczenie rynkowe wersji o rozszerzonym zakresie temperatur pracy oraz czytelnych przy bezpośrednim oświetleniu słonecznym też jest pochodną przemysłowego charakteru naszego rynku, bo wyświetlaczy do elektroniki konsumenckiej nie kupuje się z reguły u dystrybutorów. Zgodność ze starymi wersjami to innymi słowy dostępność zamienników zgodnych mechanicznie i elektrycznie, ale wykonanych w nowszych technologiach. W wielu przypadkach pozwalają one odmłodzić konstrukcję urządzenia małym nakładem pracy, stąd zapewne biorą się ich tak dobre notowania w tym zestawieniu.

Trzeba też dostrzec, że chęć zapewnienia dobrego bilansu energetycznego cały czas utrzymuje spore zapotrzebowanie na znakowe wyświetlacze panelowe LCD. Są to płytki szklane z ciekłym kryształem, bez kontrolera i wyświetlające z góry ustalone znaki, takie jak cyfry lub symbole. Panelowe wyświetlacze znakowe LCD pobierają znikomą moc, zapewniają dobry kontrast i czytelność w oświetleniu słonecznym, przez co mogą być aplikowane w sprzęcie profesjonalnym. Trochę gorzej jest z zakresem temperatur pracy, bo w ujemnych temperaturach stają się bardzo wolne, ale tę wadę daje się pokonać niewielkim kosztem. Wiele mikrokontrolerów zawiera kontroler takiego wyświetlacza segmentowego, przez co aplikacja jest nieskomplikowana. Producenci tych elementów chętnie podejmują się wykonania wersji o indywidualnym charakterze, co pozwala nie tylko uatrakcyjnić produkt, ale też w pewien sposób chronić go przed kopiowaniem.

Innymi słowy, trend energooszczędności powoduje wzrost zainteresowania klientów technologiami innymi niż TFT LCD, co należy uznać za zjawisko pozytywne. Jest to także czynnik sprawczy tego, że rozwiązania takie jak wyświetlacze próżniowe VFD wypadają na margines. One nie tylko pobierają dużą moc wymaganą do podgrzewania katody, ale także wymagają wyższych napięć zasilających, a więc z reguły niezbędne jest dodanie dodatkowej przetwornicy. VFD stają się tym, czym są dzisiaj cyfrowe wyświetlacze Nixie – ładnym symbolem technologii, które zmieniły elektronikę w pozytywnym sensie i mogą odejść na zasłużoną emeryturę.

Znaczenie rynkowe panelowych wyświetlaczy LCD

 

Wyświetlacze panelowe LCD, a więc płytki szklane bez kontrolera wyświetlające cyfry i symbole, znaleźć można w tysiącach urządzeń elektronicznych. Są tanie i pobierają znikomą moc, dlatego cały czas znajdują nabywców i są aplikowane w urządzeniach. Jak widać z danych pokazanych na wykresie ich pozycja rynkowa się nie zmienia, a nawet w pewnych obszarach rośnie. Jest to wynik tego, że są one tanie i niezawodne, bo technologia jest bardzo dojrzała. Wiele mikrokontrolerów zawiera wbudowane kontrolery takich jednostek LCD i sterowanie nimi nie jest problemem konstrukcyjnym od strony sprzętu i oprogramowania. Poza tym za ich pomocą niewielkim kosztem można stworzyć wersje indywidualne.

WERSJE PRZEMYSŁOWE

Przez wiele lat oferta rynku w zakresie wyświetlaczy przemysłowych była wyraźnie uboższa od tej dostępnej dla rynku konsumenckiego. Jednostek przemysłowych było w ofertach niewiele, zwłaszcza takich bardziej poszukiwanych: o większych rozdzielczościach, z matrycami IPS o szerokim zakresie temperatur pracy, o szerokim kącie obserwacji itd. Utrudniało to aplikację, degradowało tempo rozwoju rynku, a także tworzyło często patologie takie, że komponenty konsumenckie trafiały do urządzeń przemysłowych i aby działały poprawnie były "odbudowywane" dodatkowymi systemami, np. chłodzenia i podgrzewania.

Najważniejsze czynniki pozytywnie wspierające rozwój rynku wyświetlaczy

 

W zestawieniu najważniejszych czynników wspierających sprzedaż wyświetlaczy za najważniejsze uznano dostępność bibliotek graficznych i oprogramowania narzędziowego ułatwiającego tworzenie oprogramowania i graficznego interfejsu użytkownika, a także dostępność nowych rozwiązań technologicznych w ofercie. Można to tłumaczyć w taki sposób, że producenci elektroniki są zawsze zainteresowani możliwościami prezentacji, jakie kryją się w nowych jednostkach, ale szukają pomocy i ułatwień w ich aplikacji, gdyż z uwagi na presję czasu nie są w stanie dogłębnie analizować ich działania i obsługi. Użycie wyświetlacza w projekcie musi być nieskomplikowane, bo technologie dzisiaj zmieniają się zbyt szybko, aby konstruktor był w stanie panować nad wszystkim. Takie same wnioski płyną z trzeciej pozycji na wykresie – kompletny moduł wyświetlacza z panelem dotykowym i kontrolerem jest postrzegany jako najbardziej typowe rozwiązanie.

Producenci wyświetlaczy w mniejszym stopniu angażowali się w rozwój takich jednostek dlatego, że wymagania rynku przemysłowego związane z koniecznością zapewnienia wieloletniej dostępności i niezmienności takich komponentów nie pasowały do strategii rozwoju opierającej się na rynku konsumenckim. Wyświetlacze przemysłowe mają dłuższy czas pracy, tzn. wykonane są z materiałów o wyższej jakości i tym samym droższych. Są też produkowane przez wiele lat, więc muszą wykorzystywać starsze linie i technologie, ponadto często wytwarzane są w mniejszych partiach i utrzymywane w magazynach producentów i dystrybutorów, co również prowadzi do wyższej ceny jednostkowej. Te ograniczenia stają się obecnie coraz mniej istotne, a asortyment dostępnych rozwiązań się poszerzył w ostatnich latach.

KOMPETENCJE SĄ POSZUKIWANE

Przy sprzedaży wyświetlaczy widać wyraźnie znaczenie kompetentnego wsparcia technicznego, bo liczba problemów, jakie pojawiają się przy aplikacji najnowszych komponentów, jest spora. Stąd kompetentni inżynierowie po stronie dystrybutora i nierzadko także dodatkowa pomoc i próbki ze strony producenta przesądzają o kupnie tego lub innego produktu oraz o współpracy z klientem. Dział wsparcia technicznego znający się na wyświetlaczach jest też jednym z bardziej widocznych różnic pomiędzy zwykłymi firmami handlowymi a specjalizowanymi dostawcami.