户外的新颖超高亮度显示屏特征与应用

1 新的挑战
工业显示屏的应用范围越来越广如工厂自动化、ATM、售票机等领域。现在工业显示屏随处可见．传统上，工业显示屏仅用于显示信息，而随着触摸屏和云技术的发展，工业显示屏已转变为互动式人机界面(HM1)，这样就出现了越来越多的应用。户外应用的规格与一般显示屏截然不同。对于户外应用，需要考虑许多不同的环境因素。例如，在户外使用手机时(通常为350nit--尼特--亮度单位），屏幕在强光下看上去像洗过一样，甚至会看不见，这是因为周围光线太强（通常为10,000nit），强反射降低了屏幕的可读性。户外应用的温度波动也比较大，会使两层玻璃（LCD*触摸传感器）之间的屏幕雾化，造成图像不清晰。
与商用显示屏相比，工业显示屏需要坚固性和耐用性，且能够适应宽温和极端天气状况。工业显示屏背光灯模块和光学薄膜采用更可靠的材料，使用寿命更长。通常工业显示屏具有更好的光学性能和500nit左右的高亮度，而商业级LCD的亮度为200—300nit。由于工业应用更为多样化，要求也更加苛刻，工业显示屏需要具有多种尺寸以及增值解决方案，如强光下可读性和防水／防尘性以满足不同的应用环境。为了优化客户应用，研华提供采用领先显示技术的增值显示屏解决方案，可灵活定制，从而为客户提供更合适的显示屏产品。在核心技术中，研华专注于光学增强技术，如强光下可读性、超高亮度、光学贴合和触摸屏集成。
为了解决这些问题，非常适合户外和半户外应用的新颖1200nit超高亮度显示屏方案IDK—2000型系列已经问世。其中IDK—2000技术方案就是一典例。
值此本文将对新颖超高亮度显示技术与应用作研讨，并以IDK—2000技术方案的应用特征为例作重点分析。
2 IDK—2000技术特征
2.1 1200nit(尼特-亮度单位)超高亮度显示屏
DK-2000是具有1200nit高亮度显示屏，其亮度足以在阳光直射下阅读。由于具有高亮度和宽视角，IDK-2000系列在直射或非直射光下均可提供最佳阅读性。因为增强了背光灯亮度，还提高了色彩饱和度并能更好地适应强光环境下周围光性能和可视性。
2.2 内置高性能、低功耗LED背光灯
IDK—2000采用高亮度LED背光灯技术，具有高性能、低功耗优势。该系列用LED灯条取代CCFL作为背光灯源。因此，光学薄膜、导光管底部的高级反射模式设计以及特殊辐射技术的结合使其能以低功耗背光灯源达到1200nit亮度。通过高级LED背光灯设计，IDK-2000系列实现了卓越的能效性，与同亮度的其它竞争产品相比能耗降低了20％。例如，1000nit亮度的17'“LCD通常功耗为35W而IDK-2000系列仅为29.47W，这就使显示屏散热更好、阅读性更强。通常情况下，背光灯亮度增强时，散热问题也更严重。为了解决这个问题，开发了特殊的散热技术，使显示屏启动时表面温度低于40℃。
2.3 工业领先的超高亮度技术
对于通常安装在强光下的户外应用，如自动停车系统和户外数字看板，强光下可读性是必需的。由于多数显示屏都是应用在室内，亮度仅为250-400的显示屏将使图像如冲洗过—样，因为周围光线太强，比显示屏本身的数值要高，阳光反射将使阅读和观看变得困难起来。此外，在有触摸屏部署的应用中，触摸屏削弱了从显示屏反射的光线，从而使其变暗。为了解决这个问题，通过内部设计的LED背光灯模块开发了超高亮度解决方案。
为了提供1200nit高亮度并保持低功耗，设计了背光灯模块，包括LED灯条和导光管。LED灯条设计了高效的低功耗LED，具有特殊的散热解决方案布局设计，其功耗比竞争模块降低了20％，且使显示屏表面温度保持在40℃以下．这也提供了更好的色彩饱和度和一致性。特殊的导光管还优化了LED的光性能并提供最佳亮度效果。研华超高亮度技术实现了卓越的强光下可读性，并采用智能自动调光功能，使显示屏能够检测当前环境光照度并相应调节显示屏的亮度。所检测的环境光将以不同电压输入等级的形式提交为LED驱动板卡，然后再生成不同的电压来补偿显示屏的背光灯亮度。例如，在中午阳光很强时，显示屏将使用强背光灯以提供较好的可视性，而在晚上，显示屏将减小背光灯亮度以节约能耗，仅提供足够的可视性。IDK-2000系列设计适合所有不同的光照条件，是户外应用的最佳选择。
3 独特应用特征--超高亮度显示屏都可兼容嵌入式板卡和系统
超高亮度显示屏与嵌入式平台无缝整合成为最为独特的应用显示屏方案。为此将对其在智能自动调光功能与全面的触摸驱动支持功能及其户内外应用作分析。先述超高亮度显示屏与嵌入式平台无缝整合的显示屏技术解方案。
3.1 超高亮度显示屏与嵌入式平台无缝整合的显示屏技术方案
一般情况下，系统开发者在应用中集成LCD显示屏和工业嵌入式板卡时，第一步是确认显示屏的信号和电源通过嵌入式板卡成功连接。同样，用户需要检查LCD显示屏信号是否与嵌入式板卡相兼容，以及嵌入式板卡的电源输入是否满足显示要求。若信号输入连接错误，显示屏将出现蓝屏无图像。此外，若LCD背光灯电源输入连接错误，可能会造成背光灯故障，或背光灯模块烧毁。除了信号和电源输入不兼容，还需考虑其它一些因素。
工程师在获得嵌入式板卡和LCD显示屏后，首先需检查显示屏和嵌入式板卡上的针脚定义，以了解信号接口和背光灯电源输出信息。配置合适的信号和电缆可能需要时间。收到电缆后，工程师需确认视频(BIOS)设置是否支持理想的显示分辨率。事实上，要解决所有兼容性问题以获得理想的显示图像可能要花很长时间。整个验证流程可能需要半月左右，以确认LCD显示屏与嵌入式板卡协调工作。若仍然有问题，还需要许多反复试验以测试和调试所有问题，因此找到更好的方法解决所有这些兼容性问题将非常有用。
而对于LCD显示屏不能正常工作的最常见的原因有如下：蓝屏无图像，背光灯未打开或视频设置错误；图像不清晰，时序设置错误；图像不正常，LVD5通道设置错误；触摸传感器不能作为鼠标使用，触摸驱动安装不正确。
为了解决所有这些问题，设计者为系统集成商提供了有用的工具和服务以选择与嵌入式板卡无缝集成的显示屏解决方案。并提供适用于不同OS平台的兼容电缆、合适的视频设置以及触摸控制器驱动，这样系统开发者无需自行配置所有设置，而专注于设计工作提高其核心价值。
3.2 统一LVDS电缆设计
当今TFT LCD显示屏背光灯设计有两种类型：传统CCFL（灯泡）或LED背光灯。面板制造商趋于要求背光灯设计逐渐采用LED技术。LED背光灯设计功耗小，降低了能耗，同时节能型LED也很环保。背光灯电源通常为5V或12V输入，因此嵌入式板卡每个接口同时提供这两个数值，通过不同的针脚定义进行控制。CCFL设计需要逆变器作为背光灯驱动，LED背光灯设计还需要LED驱动板卡，而逆变器和LED驱动板卡都需要12V电源输入。一般情况下，LED驱动板卡通过PWM调光控制背光灯，而逆变器通过DC调光控制背光灯，因此嵌入式板卡必须提供背光灯调光控制以正确调节亮度。
3.3 强光下可读显示屏技术IDK—2000系列
提供1200nit超亮度解决方案，以便为户外应用提供超可视性。IDK-2000系列支持自动调光功能，光传感器可检测周围环境光线并自动调节显示亮度。在白天日照较强时，显示屏将需要更高的亮度以提供更好的可视性；而在晚上，显示屏可将亮度降低到30％，即足以在夜晚阅读使用。研华还提供了软件服务iManager，已内置在嵌入式板卡中，可通过LED驱动板卡上的光传感器控制调光功能。
4 超高亮度显示屏智能自动调光功能
4.1 智能自动调光技术
对于超高亮度显示屏的工业应用，电源管理是个重要的问题，以确保设备的长使用寿命。在LED背光灯模块上设计了智能自动调光光传感器，这样显示屏可自动根据外部环境调节亮度。自动调光光传感器可检测外部环境的周围光照，并在光照变强时增强显示屏亮度，反之则减少亮度，这可将能耗降低50％。由于户外应用经常面临波动温度变化，IDK-2000系列显示屏支持-30℃~85℃工作温度，LED驱动板卡支持-20℃-70℃工作温度，从而确保设备即使在恶劣环境下也能正常工作。提供8.4”～31.5”全面的1200nit工业显示屏，具有灵活可定制触摸屏解决方案和光学贴合技术；所有显示屏都可兼容嵌入式板卡和系统。将来，越来越多的户外应用还会在许多领域中出现，如火车站的信息显示屏、快餐店外面的免下车数字菜单、加油站自助服务机等，潜在市场巨大。为了满足这个需求，研华开发了全面的高亮度显示屏产品集成增值解决方案，从而使您的嵌入式开发更快速、更高效。在超亮显示屏IDK-2000系列背光灯上设计了智能自动传感器。显示屏可自动根据外部环境调节亮度，因此可将能耗降低50％之多。图1为超高亮度显示屏智能自动调光功能示意图。
为了提供有效的完整解决方案以节约开发时间，为不同的嵌入式板卡搭配了可兼容的电缆和背光灯显示屏解决方案。在线“Build Your Display”功能是一个智能选择指导，可帮助用户快速找到合适的电缆配置。用户只需点击一下鼠标即可获得解决方案包，包括嵌入式板卡、IDK系列工业显示屏套件以及LVDS和背光灯电缆产品料号。
图2为超高亮度显示屏外形示意图。其技术指标为：尺寸31.5“、分辨率1366×768、色彩16.7M、对比度3000:1、亮度1200nit、工作温度0℃~50℃、功耗61.9W、触摸选项N/A。