Wyświetlacze dotykowe OLED zdefiniują interfejs użytkownika w motoryzacji

Dla producentów samochodów staje się coraz ważniejsze, aby pokazać pojazd z jak najlepszej strony, bo wiadomo, że pierwsze wrażenia, dobre lub złe, są później trudne do zmiany. Stąd kładzie się duży nacisk na parametry użytych wyświetlaczy oraz jakość rozwiązań interfejsu człowiek-maszyna (HMI). W tym kontekście technologia wyświetlaczy OLED (Organic Light Emitting Diode) nie tylko zapewnia dobry sposób na zapewnienie najlepszego pierwszego wrażenia, ale także przynosi realne korzyści zarówno użytkownikom, jak i projektantom kokpitów w samochodach.

Według raportu Korea Display Industry Association (KDIA), globalny rynek wyświetlaczy samochodowych będzie rosnąć w średnim rocznym tempie 7,8%, zwiększając się z 8,86 mld dol. w 2022 r. do około 12,63 mld dol. w 2027 r. Wprowadzenie wyświetlaczy OLED w pojazdach jest wymieniane jako jeden z kluczowych czynników napędowych dla tego wzrostu. W 2022 r. wyświetlacze OLED miały zaledwie 2,8% udziału w rynku, ale oczekuje się, że do 2027 r. współczynnik ten wzrośnie do 17,2%. Przyjrzyjmy się zatem czynnikom napędzającym wzrost technologii wyświetlaczy OLED w samochodach.

OLED w wyświetlaczach samochodowych

Do niedawna w samochodach dominowały wyświetlacze ciekłokrystaliczne (LCD). Są to dojrzałe i dopracowane technologie z branży konsumenckiej, które zostały dostosowane do zastosowań motoryzacyjnych.

Elektronika konsumencka w szybkim tempie przechodzi na OLED-y, od smartfonów po monitory komputerowe i telewizory, ze względu na jej wysokiej jakości obraz i niewielką grubość tych jednostek. Przemysł motoryzacyjny interesuje się OLED-ami z podobnych powodów, ale w rzeczywistości wiele cech technologii OLED jest niezwykle atrakcyjnych do zastosowań motoryzacyjnych.

Prawdziwa czerń i wysoki kontrast

Ponieważ OLED-y emitują światło, nie są technologią wyświetlania emisyjnego – gdy piksel jest wyłączony, nie emituje żadnego światła, więc czerń jest w tym przypadku "prawdziwą czernią". Natomiast zasada działania LCD polega na blokowaniu światła pochodzącego z podświetlenia, co prowadzi do ciemnoszarej, ale nie "prawdziwej czerni". Producenci LCD próbują przezwyciężyć tę wadę, stosując zamiast jednorodnego podświetlenia macierz LED-ów zapewniających lokalne przyciemnianie poprzez wyłączanie podświetlenia w strefach z czarnymi pikselami. Chociaż poprawia to kontrast, może jednocześnie prowadzić do niepożądanych efektów, takich jak cienie lub aureole. Ponadto macierz LED i jej elektroniczne sterowanie zwiększają grubość, wagę i koszt jednostki. Aspekty te stają się jeszcze bardziej istotne wraz ze wzrostem rozmiaru ekranu.

Jakie są więc korzyści z technologii OLED w przypadku motoryzacji?

• Większość graficznych interfejsów użytkownika (GUI) w samochodach wykorzystuje czarne tło, aby nie rozpraszać uwagi kierowcy i pasażera podczas jazdy nocą. Dzięki prawdziwej czerni w OLED-ach komfort użytkownika jest znacznie lepszy,
• Wysoki kontrast poprawia czytelność wyświetlacza, przyczyniając się do ogólnego bezpieczeństwa,
• Szerokie kąty widzenia zapewniają doskonałą prezentację treści z różnych pozycji w pojeździe.
• W niskich temperaturach wyświetlacze OLED zachowują krótki czas reakcji, w przeciwieństwie do innych rozwiązań. Informacje są wyraźnie widoczne bez opóźnień, nawet w zimne dni,
• OLED jest przyjazny dla oczu, ponieważ nie wymaga podświetlenia i związanego z nim migotania światła, co zmniejsza zmęczenie oczu.

Zintegrowany kokpit i niższe zużycie energii

Technologia OLED pomaga producentom samochodów rozwiązać kilka problemów. Wraz ze wzrostem rozmiaru wyświetlacza OLED-y mają coraz więcej zalet w porównaniu z LCD. Wyświetlacz taki ma mniej warstw i cieńszą strukturę, dając producentom samochodów lepsze możliwości integracji z kokpitem:

• mniejsza waga i cienka konstrukcja, co ma znaczenie przy dużych ekranach,
• możliwość kompozycji zakrzywionego wyświetlacza dopasowanego do krzywizn deski rozdzielczej.
• dzięki prawdziwej czerni ramka wyświetlacza może "zniknąć" w czarnym wykończeniu, zapewniając estetyczny wygląd,
• niskie zużycie energii – zwłaszcza gdy obraz w tle jest ciemny,
• przyjazność dla środowiska, gdyż konstrukcja wykorzystuje mniej plastiku niż porównywalne jednostki LCD.

Niski pobór mocy i niewielka waga są szczególnie korzystne dla producentów pojazdów elektrycznych zasilanych akumulatorem, ponieważ nie wpływa negatywnie na zasięg.

Technologia OLED dostosowała się do wymagań motoryzacyjnych

Producenci, którzy pamiętają poprzednie wady starszych rozwiązań wyświetlaczy OLED, powinni zwrócić uwagę na to, że wypalanie się pikseli spowodowane statyczną treścią oraz problemy z jasnością w przypadku czytelności w świetle słonecznym zostały już rozwiązane dzięki postępom w technologii.

Wyświetlacze OLED dwuwarstwowe lub o strukturze tandem mają znacznie poprawioną jasność. Dodatkowa warstwa organiczna w strukturze rozprasza energię cieplną z diod OLED, zapewniając większą stabilność i dłuższą żywotność. Dzięki tym usprawnieniom OLED-y pojawiają się coraz liczniej w pojazdach wysokiej klasy.

Interfejs dotykowy

Niezależnie od technologii wyświetlacza, interfejs dotykowy jest kluczowym komponentem dla zapewnienia doskonałych wrażeń użytkownika. A wymagania dotyczące ekranu dotykowego w pojeździe są znacznie wyższe niż w przypadku urządzeń konsumenckich. Obejmują one:

• niezawodne działanie przy szerszych zmianach temperatury otoczenia.
• obsługa w rękawiczkach,
• kompatybilność elektromagnetyczna w zakresie odporności i emisji,
• bezpieczeństwo funkcjonalne ISO26262 ASIL-B, ponieważ krytyczne dla bezpieczeństwa jazdy kontrolki mechaniczne zamieniają się na wirtualny przycisk na ekranie dotykowym.

W ostatnich latach większość producentów wyświetlaczy LCD zintegrowała funkcjonalność multidotyku ze swoimi wyświetlaczami, korzystając z technologii on-cell lub in-cell. Ponieważ OLED ma katodę o niskiej impedancji umieszczoną nad pikselami, w tym przypadku używana jest tylko struktura on-cell. W rezultacie wszyscy główni producenci samochodów OLED mają lub rozwijają ten typ konstrukcji, ponieważ umożliwia on produkcję cieńszych, lżejszych i bardziej elastycznych wyświetlaczy dotykowych.

Wprawdzie technologia on-cell pozwala produkować cieńsze wyświetlacze OLED, niesie ona ze sobą również nowe wyzwania dla kontrolera ekranu dotykowego. Elektrody dotykowe są tutaj bliżej warstwy katodowej i pikseli wyświetlacza (patrz rys. 1) i mają teraz większe obciążenie pojemnościowe do masy. Ponieważ inne pojemności się nie zmieniły, czułość detekcji uległa pogorszeniu.

Aby lepiej opisać ten problem, rozważmy następujący przykład. W przypadku poprzedniej technologii wyświetlania wykrywanie pojemności dotyku palca przypomina pomiar zmiany poziomu wody podczas dodawania jednej szklanki do małego wiadra. Natomiast w przypadku cienkiej struktury OLED typu on-cell proces ten jest teraz porównywalny do pomiaru tej samej zmiany w wannie pełnej wody!

Kontroler dotykowy

Zaburzenia elektromagnetyczne generowane przez sygnały przełączania pikseli przy silnym sprzężeniu pojemnościowym z elektrodami dotykowymi zwiększają ryzyko fałszywej detekcji dotyku lub nieczułości.

Z tego powodu konieczne jest wybranie kontrolera ekranu dotykowego, który zapewni wysoki współczynnik sygnału do szumu (SNR) i będzie zawierał następujące elementy:

• obwody detekcyjne dołączone do elektrod będzie miał dostosowane do charakterystyki czujnika dotykowego OLED on-cell,
• będzie miał zaimplementowane techniki redukcji szumów,
• zapewni szybkie i wydajne przetwarzanie sygnału w celu zapewnienia wysokiej częstotliwości odczytu i małego opóźnienia pierwszego dotyku (wybudzanie z uśpienia).

 

Rys. 1. Układ warstw w wyświetlaczach OLED z interfejsem dotykowym on-cell do zastosowań w motoryzacji

Wyświetlanie obrazu wysokiej jakości i wrażenia high-tech

Bezsprzecznie możliwość prezentacji w wyświetlaczach OLED obrazu wysokiej jakości, dostępność prawdziwie czarnego tła, zwiększona efektywność energetyczna i lekka cienka konstrukcja mechaniczna tworzą produkt końcowy, który spodoba się współczesnym nabywcom i pozytywnie wpłynie na decyzje zakupowe.

Oprócz obrazu także wrażenia ze sterowania dotykowego muszą być równie idealne, pomimo problemów technicznych związanych z technologią on-cell stosowaną w motoryzacji. Kontrolery ekranów dotykowych maXTouch firmy Microchip nie tylko oferują sprawdzoną technologię szybkiego, dokładnego i wodoodpornego wykrywania wielodotykowego – nawet w rękawiczkach – ale także zapewniają dużą elastyczność dopasowania do współczynnika proporcji stosowanego w aplikacjach motoryzacyjnych.

Najnowsza generacja kontrolerów ekranów dotykowych maXTouch M1 firmy Microchip zapewnia nowe mechanizmy sterowania i wykrywania, w połączeniu z zaawansowanym przetwarzaniem sygnału, aby zapewnić szybką, niezawodną i bezpieczną obsługę dotykową na nowych wyświetlaczach OLED w motoryzacji.

Thomas Souche, Microchip Technology

Microchip
www.microchip.com