Un display a prova di futuro

Scegliere un display per un’applicazione consumer quale uno smartphone comporta rischi minimi per il progettista dal punto di vista del tempo di vita, poiché un telefono spesso comporta volume sufficienti a giustificare una produzione dedicata o anche un display custom. Ogni nuovo anno si annuncia un nuovo modello con un nuovo display e il modello dello scorso anno diventa rapidamente discontinuato, lasciando allo sfortunato industrial designer la sfida di trovare un sostituto e aggiornare il progetto in poche settimane, piuttosto che investire le proprie risorse nella creazione di nuovo valore. Molte applicazioni industriali devono rimanere in produzione per molti anni, ma può un display industriale durare per tutta la vita produttiva dell'apparecchiatura? In molti casi questa può essere di 10 o anche 20 anni! È possibile che un display sia disponibile per un periodo così lungo? In questo documento si esaminano i fattori chiave che possono influenzare la vita di un display Lcd grafico, in modo da poter fornire un aiuto al raggiungimento della corretta conclusione e aiutare a prendere le giuste decisioni per le proprie particolari circostanze ed esigenze.

Criteri per la selezione di un display

Alcune aree richiedono un’attenta considerazione progettuale e dovrebbero consentire un certo grado di manutenzione o di rielaborazione senza grandi riprogettazioni dell’apparecchiatura o del pannello frontale. Queste aree includono il degrado della retroilluminazione, del touchscreen o semplicemente il phase out del pannello stesso, così che il progettista deve considerare: la diminuzione del rischio di obsolescenza del pannello; il montaggio meccanico del display; la tecnologia di retroilluminazione e durata intrinseca della stessa; la durata del touchscreen; la temperatura ambiente operativa; la modalità di pilotaggio del display. Il display stesso I display grafici industriali possono facilmente funzionare per più di 10 anni. Tuttavia il tempo di vita tipico per un display può essere anche di soli pochi anni, a seconda del produttore e dell'uso finale previsto. Dovrebbe anche essere ricordato che le regole della domanda e dell'offerta non si applicano solo al fabbricante di Lcd, ma anche ai fornitori di tutti i componenti che compongono un display. È quindi necessaria una scelta accurata. I display Monochromatici Stnsono ancora utilizzati in molte applicazioni industriali e offrono un costo contenuto, dimensioni dei pannelli da 1” a circa 10”, con risoluzione fino a Vga (640 x 480 pixels). Sono ancora disponibili in formato riflettivo, trasmissivo e transflettivo e con un ampio range di formati dello schermo. I pannelli Tft a coloritendono ad essere usati in applicazioni consumer a sono quindi maggiormente esposti ad un rischio di discontinuazione. Le dimensioni variano in un range da 3,5” fino a 19” tipicamente, con risoluzioni fino a full HD (1920 x 1080) con formato standard o wide. I più popolari sono i piccoli display da 5” o 6,5” che offrono una buona combinazione di grafica, luminosità e costo, mentre settori industriali quali la factory automation preferisce display Tft di formato più grande (da 10,4” a 15.6”) che possono fornire un livello più elevato sia di informazioni che di animazioni. La vita operativa utile di un pannello Lcd è normalmente determinata dalla retroilluminazione. Molti produttori oggi impiegano una tecnologia Led a basso consumo e di lunga durata al fine di fornire migliori luminosità e leggibilità e una vita più lunga. Queste backlight hanno vite operative tipiche attorno alle 100.000 ore (la vita operativa della retroilluminazione è solitamente caratterizzata al 50% della massima luminosità). La retroilluminazione spesso è anche sostituibile, così incrementando ulteriormente la vita del pannello. Ogni pannello deve essere pilotato e ci sono svariate possibilità che dipendono dalla risoluzione. I display a bassa risoluzione, fino a circa Wqvga (480 x 272 pixel) puossono essere pilotati direttamente da alcuni Mcu senza la necessità di un controller esterno. I display che hanno interfacce Cmos o Ttl generalmente non richiedono segnali addizionali, mentre le interfacce a bassa tensione quali Lvds (Low voltage differential signalling) richiederanno specifici interfacciamenti tra il microcontrollore e il display. Display con maggiori risoluzioni richiederanno un controllore grafico dedicato o una scheda grafica di controllo poiché il micro da solo non è in grado di fornire i segnali ad alta velocità richiesti. La connessione ai controllori grafici tipicamente utilizza il bus esterno del Mcu con segnali dedicati al pilotaggio del pannello Lcd. Le schede di controllo grafiche offrono un'ampia gamma di interfacce che includono Usb e Ethernet. Si dovrebbe rammentare che tutti questi componenti posso essere affetti da obsolescenza, causando così una riprogettazione del sistema, e tutto ciò deve essere attentamente considerato dal progettista, al fine di rendere il sistema il più possibile flessibile.

Problemi di retroilluminazione

La retroilluminazione è fondamentale per la longevità del display poiché ha un numero finito di ore operative che incide sul tempo totale e che può variare in modo sostanziale in dipendenza dell'applicazione. In pratica ci saranno periodi in cui il sistema potrebbe non essere operativo quali la manutenzione, le vacanze e i fine settimana, che sono naturalmente dipendenti dall'applicazione e dall'industria. Alcune industrie operano quasi al 100% del tempo, per esempio fabbriche in cui il sistema può solo essere spento durante la fase di manutenzione. Questa fase comunque non ha un grosso impatto, aggiungendo circa 336 ore di vita e assumendo uno spegnimento una volta all'anno per due settimane. Per mezzo di una attenta selezione la vita operativa del pannello prevista può essere raggiunta senza necessariamente dover fare qualcosa di speciale, ma cosa succede se la retroilluminazione è pilotata tramite dimming o spenta durante il periodo di inattività? Quale è l'impatto sulla vita totale del display? Proviamo a comparare differenti scenari di operatività della backlight, per il 100%, il 50% e il 25% del tempo. È chiaro che utilizzare la tecnica di dimmering o spegnere la retroilluminazione o anche l'intero pannello può permettere un risparmio di energia e permettere anche un tempo di vita che ben si adatta a molte applicazioni industriali, e utilizzando la più recente tecnologia Led rende possibile fino a 20 anni di vita del prodotto. Le applicazioni che operano solo durante la settimana lavorativa richiederebbero un totale di 124,000 ore operando al 100% del tempo. Implementando gli effetti del dimming, dello spegnimento della retro illuminazione o del display intero, raggiungere il tempo di vita richiesto è possibile specialmente poiché sia le backlight Ccfl che a Led sono normalmente sostituibili, fornendo un livello aggiuntivo di sicurezza contro i guasti.

Considerazioni sul touchscreen

I tipi più comuni usati oggi nei display industriali sono resistivi a 5 fili e Pct (Projected Capacitive Technology), che offrono una buona sensibilità al tocco, opzioni di interfacciamento e possono essere forniti come unità add-on o installati in fabbrica dal fornitore. L'uso del touchscreen di qualsiasi tipo diminuirà la luminosità del pannello di circa un 20% per il resistivo e da 10 a 15% per il Pct, che potrebbe portare a un maggior livello di retroilluminazione, diminuendo così la sua vita operativa. I display resistivi tendono ad essere realizzati usando un materiale morbido per la superficie, producendo un minor impatto, una resistenza ai graffi e una durata di circa 3 milioni di tocchi. La linearità e il drift possono essere un problema che potrebbe richiedere una ricalibrazione, e l'interfacciamento può essere fatto direttamente via analogica o seriale attraverso un controllore touch integrato. I pannelli che utilizzano la tecnologia Projected Capacitance sono generalmente fatti di un materiale piuttosto duro che offre un miglior impatto e una miglior resistenza ai graffi, e una durata virtualmente illimitata di tocchi. Linearità e drift sono non-esistenti e non richiedono ricalibrazione. Le interfacce sono normalmente RS232 o Usb fornite dal controllore del touch capacitivo. La durata del touchscreen è difficile da prevedere poiché alla domanda “quanti tocchi vengono fatti per giorno” la risposta varierà da applicazione a applicazione. Sia la tecnologia resistiva che quella capacitiva sono progettate per durare quanto il pannello, ma il Pct sembra offrire la miglior soluzione poiché non ci sono limitazioni nella vita del touchscreen. Adattare un touchscreen non è un compito semplice e dovrebbe essere gestito dal costruttore o da uno specialista per assicurare un buon allineamento e la corretta connessione al display. Sostituire un touchscreen è in molti casi molto complicato o anche impossibile, portando alla sostituzione dell'intero pannello. Ovviamente l'uso di un touchscreen è una delle opzioni, e in alcune applicazioni le funzioni di controllo potrebbero essere implementate in un touch separato o su un pannello di controllo, o anche non richieste del tutto, così che alcune preoccupazioni circa l'uso di un touch screen vengono completamente rimosse.

Montaggio meccanico

Montare o cambiare un display può essere difficoltoso perché i costruttori non forniscono la compatibilità tra pannelli della stessa dimensione. Un suggerimento può essere quello di montare il pannello su una piastra secondaria in modo che questa possa essere sostituita per ospitare il fissaggio di un display alternativo mentre l'assemblaggio del pannello frontale rimanga lo stesso. Il principio permette al pannello di essere sostituito facilmente in caso di guasto. Se è richiesta una vita molto lunga questo sistema è altamente raccomandato, lasciando il progetto protetto dai capricci delle discontinuità dei vari prodotti e dai cambi di tecnologia.

Domanda e offerta 

Essendo la vita produttiva di un display di sette anni nel migliore dei casi, la disponibilità delle richieste di vita di alcune attrezzature risulta inferiore. Tutti i maggiori produttori offrono una politica di obsolescenza con notifiche e “last time to buy” di uno o due anni. Ciò permette agli utilizzatori di approvvigionare un numero di pannelli e tempo per pianificare il passaggio a un altro display o a un altro fornitore. In alcuni casi questo consente all'utilizzatore di acquisire abbastanza prodotti per raggiungere il fine vita dell'attrezzatura su cui il display è montato. L'uso di prodotti progettati per il mercato consumer (anche se molto attrattiva e utilizzante gli ultimi ritrovati della tecnologia) dovrebbe essere evitata per tutte quelle applicazioni che richiedono un tempo di vita lungo. La vita produttiva di questo tipo di display può a volte essere inferiore a un anno.

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