© Pixabay
Technologie |
Wybór odpowiedniego wyświetlacza dla urządzeń IoT
Szacuje się, że rynek Internetu Rzeczy (IoT) będzie się zwiększał z roku na rok, z miliardami a nawet dziesiątkami miliardów urządzeń, które w ciągu następnej dekady zostaną podłączone do Internetu.
Obecnie aplikacje IoT posiadają bardzo różnorodne zastosowania. Pod pojęciem IoT zamknięto wszystko co dotyczy rynku rzeczy ubieralnych „wearables”, zaczynając od opasek fitness, które monitorują aktywność, poprzez inteligentne obuwie i ubrania, które pomagają osiągnąć lepsze wyniki na treningach, po urządzenia z wbudowanymi czujnikami pozyskującymi energię z otoczenia, w celu przesyłania danych o otaczającym je środowisku. Wybór odpowiedniego ekranu dla tak różnorodnego zestawu aplikacji wymaga w pierwszej kolejności analizy potrzeb dla każdego z projektowanych urządzeń.
To nie znaczy jednak, że nie możliwe jest dodanie nowych funkcjonalności do istniejących urządzeń Internetu rzeczy. Weźmy pod uwagę wymienione czujniki do monitorowania środowiska. Dla tych urządzeń ważne jest zminimalizowanie ich zużycia energii w celu wydłużenia czasu pracy pomiędzy cyklami ładowania. Takie urządzenia nie posiadają odpowiedniego zapasu energii aby na przykład uruchomić podświetlenie kolorowych wyświetlaczy o wysokiej rozdzielczości.
Z drugiej strony, w wielu sytuacjach użyteczne byłoby posiadanie wyświetlacza w każdym urządzeniu, w celu odczytania poziomu naładowania baterii, czy zmiany parametrów, bez konieczności korzystania z innych urządzeń lub serwerów zewnętrznych opartych na „chmurze”. Istnieje kilka technologii wytwarzania wyświetlaczy, pierwszą z nich jest E-papier.
Rysunek 1. Zasada działania e-papieru opartego o technologię E Ink
Ta bardzo energooszczędna technologia stwarza możliwości dodawania wyświetlaczy do nawet najprostszych urządzeń Internetu rzeczy, dzięki czemu tworzy bezpośredni i czytelny interfejs komunikacji dla użytkownika. Przykładem zastosowania mogą być karty płatnicze, które pokazują aktualny stan konta, wyświetlają informacje o aktualnych ofertach lub reklamują jakiś produkt. Oczywiście, wyświetlacz e-papierowy jest znacznie mniej przydatny w sytuacji, w której urządzenie musi wyświetlić szybko zmieniające się obrazy lub pracuje w ciemnym miejscu. W tego rodzaju sytuacjach wyświetlacze oparte o technologię TFT LCD lub OLED mogą stanowić przydatną alternatywę.
Rysunek 2. Budowa typowego wyświetlacza TFT LCD
Rysunek 3. Budowa wyświetlacza OLED
W OLED-ach możliwa jest kontrola jasności poszczególnych pikseli, umożliwiając wyświetlanie głębokiej czerni i obrazu o bardzo wysokim nasyceniu barw i kontraście. Oferują również znacznie lepsze kąty widzenia niż wiele ekranów LCD. Mogą być również wytwarzane na podłożach wykonanych z tworzyw sztucznych, tworząc niepowtarzalne kształty, jak to ma miejsce w przypadku zegarka Apple Watch. Nie potrzebują dodatkowego źródła światła, bo same je generują. Dzięki czemu aktywowane są tylko te piksele, które wyświetlają obraz, co wpływa na ich dużą energooszczędność.
Podobnie jak w większości technologii, wyświetlacze OLED posiadają również wady związane ze starzeniem się niektórych materiałów elektroluminescencyjnych, małą odpornością na wodę, co przyczynia się do kosztownej ich hermetyzacji. Podobnie jak LCD nie są wystarczająco czytelne w świetle dziennym. Technologia OLED jest cały czas kosztowna i pomimo licznych zalet, które posiada nie znajduje jeszcze szerokiego zastosowania w elektronice konsumenckiej.
Obecnie termin Internet rzeczy jest już tak szeroki, że praktycznie nie definiuje już niczego konkretnego. Wybór odpowiedniego wyświetlacza dla aplikacji IoT związany jest przede wszystkim z uświadomieniem sobie jakie wymagania ma użytkownik w stosunku do urządzenia a następnie dobór wyświetlacza, który w pełni do tych wymagań pasuje. Oprócz tego, projektanci powinni zwrócić uwagę na dodatkowe korzyści jakie może przynieść stosowanie odpowiednich wyświetlaczy, czyli pomóc wyodrębnić ich urządzenie spośród miliarda innych aplikacji tworzących obecny Internet rzeczy.
Artykuł uzyskany dzięki uprzejmości © Digi-Key Electronics.
E-papier
Monochromatyczne wyświetlacze takie jak papier elektroniczny, które były używane z dużym sukcesem w e-czytnikach takich jak Amazon Kindle, są ekonomicznie uzasadnione z dwóch kluczowych powodów. Po pierwsze, wyświetlacz zużywa energię tylko podczas samej zmiany barwy. To oszczędza potrzebną energię, która może być wykorzystana do odświeżania obrazu. Po drugie, wyświetlacze e-papierowe same odbijają światło, więc nie potrzebują energochłonnego podświetlenia aby ich zawartość była widoczna – przynajmniej w umiarkowanym świetle otoczenia.
Rysunek 1. Zasada działania e-papieru opartego o technologię E Ink
Ta bardzo energooszczędna technologia stwarza możliwości dodawania wyświetlaczy do nawet najprostszych urządzeń Internetu rzeczy, dzięki czemu tworzy bezpośredni i czytelny interfejs komunikacji dla użytkownika. Przykładem zastosowania mogą być karty płatnicze, które pokazują aktualny stan konta, wyświetlają informacje o aktualnych ofertach lub reklamują jakiś produkt. Oczywiście, wyświetlacz e-papierowy jest znacznie mniej przydatny w sytuacji, w której urządzenie musi wyświetlić szybko zmieniające się obrazy lub pracuje w ciemnym miejscu. W tego rodzaju sytuacjach wyświetlacze oparte o technologię TFT LCD lub OLED mogą stanowić przydatną alternatywę.
Wyświetlacz TFT LCD
W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat jakość produkcji wyświetlaczy typu LCD zdecydowanie wzrosła, głównie dzięki szerokiemu zastosowaniu płaskich ekranów w telewizorach, telefonach komórkowych i monitorach komputerowych. Rozdzielczość niektórych ekranów jest obecnie tak wysoka, że praktycznie niemożliwe jest dostrzeżenie pojedynczych pikseli gołym okiem. Pierwsze wyświetlacze LCD charakteryzowały się małą dynamiką wyświetlanego obrazu, co przekładało się na rozmyty i niewyraźny obraz podczas oglądania szybko zmieniających się scen. Obecnie zdarza się, że zapaleni gracze i maniacy filmów akcji zwiększają częstotliwość odświeżania ekranu do granic możliwości ale dzięki najnowszym rozwiązaniom w budowie tych wyświetlaczy nawet najszybsza akcja jest doskonale widoczna. Oznacza to, że wyświetlacze LCD najlepiej nadają się do aplikacji Internetu rzeczy o dużych wymaganiach multimedialnych lub które przeznaczone są do użycia w słabo oświetlonych miejscach, gdzie podświetlenie może zapewnić niezbędny kontrast ekranu. Z tego samego powodu wyświetlacze LCD są mniej czytelne w jasnym świetle. Pomimo niewątpliwych zalet, wyświetlacze LCD są z natury bardziej energochłonną technologią wyświetlania niż e-papier. Najlepiej zatem zarezerwować je do urządzeń Internetu rzeczy, które posiadają stale zasilane lub na przykład dla telefonów komórkowych, których użytkownicy chętnie je ładują. Fakt, że LCD potrzebuje podświetlenia oznacza również, że moduł LCD będzie znacznie grubszy i cięższy, niż odpowiednik w postaci e-papieru oraz będzie dodatkowo zużywać więcej energii, a więc i sumarycznie więcej kosztował każdego użytkownika.
Rysunek 2. Budowa typowego wyświetlacza TFT LCD
Wyświetlacz OLED
Trzecią alternatywą wśród wyświetlaczy dla urządzeń IoT jest technologia OLED, która znajduje zastosowanie w wysokiej klasy telewizorach, telefonach komórkowych i zegarkach typu smart. Wyświetlacze OLED posiadają lepszą wydajność w odróżnieniu od LCD, ponieważ wykorzystują materiały elektroluminescencyjne do emitowania światła, a nie materiały ciekłokrystaliczne, które do swojego działania potrzebują podświetlenia.
Rysunek 3. Budowa wyświetlacza OLED
W OLED-ach możliwa jest kontrola jasności poszczególnych pikseli, umożliwiając wyświetlanie głębokiej czerni i obrazu o bardzo wysokim nasyceniu barw i kontraście. Oferują również znacznie lepsze kąty widzenia niż wiele ekranów LCD. Mogą być również wytwarzane na podłożach wykonanych z tworzyw sztucznych, tworząc niepowtarzalne kształty, jak to ma miejsce w przypadku zegarka Apple Watch. Nie potrzebują dodatkowego źródła światła, bo same je generują. Dzięki czemu aktywowane są tylko te piksele, które wyświetlają obraz, co wpływa na ich dużą energooszczędność.
Podobnie jak w większości technologii, wyświetlacze OLED posiadają również wady związane ze starzeniem się niektórych materiałów elektroluminescencyjnych, małą odpornością na wodę, co przyczynia się do kosztownej ich hermetyzacji. Podobnie jak LCD nie są wystarczająco czytelne w świetle dziennym. Technologia OLED jest cały czas kosztowna i pomimo licznych zalet, które posiada nie znajduje jeszcze szerokiego zastosowania w elektronice konsumenckiej.
Obecnie termin Internet rzeczy jest już tak szeroki, że praktycznie nie definiuje już niczego konkretnego. Wybór odpowiedniego wyświetlacza dla aplikacji IoT związany jest przede wszystkim z uświadomieniem sobie jakie wymagania ma użytkownik w stosunku do urządzenia a następnie dobór wyświetlacza, który w pełni do tych wymagań pasuje. Oprócz tego, projektanci powinni zwrócić uwagę na dodatkowe korzyści jakie może przynieść stosowanie odpowiednich wyświetlaczy, czyli pomóc wyodrębnić ich urządzenie spośród miliarda innych aplikacji tworzących obecny Internet rzeczy.
Artykuł uzyskany dzięki uprzejmości © Digi-Key Electronics.
