In industriellen Steuerungsgeräten, Messgeräten und Embedded-Systemen werden häufig Displays mit hellen Zeichen auf schwarzem Hintergrund eingesetzt, um Gerätestatus, Betriebsinformationen und Überwachungsdaten anzuzeigen. Sowohl monochrome PMOLED-Displays als auch VATN-LCDs im Negativmodus ermöglichen diese Darstellungsform. Die zugrunde liegenden Funktionsprinzipien unterscheiden sich jedoch grundlegend: Bei PMOLED-Displays erzeugen die Pixel ihr Licht selbst, während VATN-LCDs die Lichtdurchlässigkeit für das Licht einer LED-Hintergrundbeleuchtung steuern.
Dieser Unterschied wirkt sich auch auf die Anzeigeleistung, den Stromverbrauch und das Verhalten im Langzeitbetrieb aus. Bei Geräten, die über längere Zeit statische Informationen anzeigen oder Texte und Grafiken häufig aktualisieren, können diese Eigenschaften die Wahl der Displaytechnologie beeinflussen.
Dieser Artikel vergleicht die Funktionsprinzipien, die Anzeigeleistung, die Modulbauhöhe und den konstruktiven Aufbau, den Stromverbrauch, die Betriebslebensdauer sowie das Verhalten bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen von monochromen PMOLED-Displays und VATN-LCDs. Darüber hinaus erläutert er die wichtigsten technischen Kriterien, die Entwickler bei der Auswahl von Displaymodulen für industrielle Anwendungen berücksichtigen sollten.
Sowohl OLED-Displays als auch VATN-LCDs können helle Zeichen auf dunklem Hintergrund darstellen. Die sichtbaren Bilder entstehen jedoch auf unterschiedliche Weise. OLED-Pixel erzeugen ihr Licht selbst, während VATN-LCDs die Lichtdurchlässigkeit für das Licht einer Hintergrundbeleuchtung steuern.
OLED (Organic Light-Emitting Diode, organische Leuchtdiode) ist eine selbstleuchtende Displaytechnologie, bei der organische Materialien durch elektrischen Strom Licht emittieren, ohne dass eine separate Hintergrundbeleuchtung erforderlich ist. Die monochromen PMOLED-Displays (Passive-Matrix OLED) von WINSTAR nutzen eine zeilen- und spaltenweise Ansteuerung der Pixel. Dadurch lassen sich Texte, Zahlen und Grafiken in einer Punktmatrix darstellen. Da ausgeschaltete Pixel kein Licht emittieren, ermöglichen PMOLED-Displays tiefe Schwarztöne und einen hohen Kontrast zwischen dem Hintergrund und den leuchtenden Anzeigeinhalten.
VATN-LCD (Vertical Alignment Twisted Nematic Liquid Crystal Display) ist eine nicht selbstleuchtende Displaytechnologie, bei der elektrische Spannung die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle verändert und so die Lichtdurchlässigkeit des Displays steuert. Die in diesem Artikel behandelten VATN-LCDs im Negativmodus verwenden in der Regel eine LED-Hintergrundbeleuchtung. Bereiche ohne angezeigte Inhalte erscheinen dunkel, während die für Zeichen oder Symbole vorgesehenen Bereiche das Licht der Hintergrundbeleuchtung durchlassen. So entstehen helle Anzeigeinhalte auf dunklem Hintergrund.
Abbildung 1. Funktionsprinzipien von PMOLED-Displays und VATN-LCDs im Negativmodus.
Sowohl PMOLED-Displays als auch VATN-LCDs können helle Zeichen auf dunklem Hintergrund darstellen. Die Art und Weise, wie der dunkle Hintergrund erzeugt wird, unterscheidet sich jedoch und beeinflusst die jeweiligen Kontrasteigenschaften.
Bei monochromen PMOLED-Displays emittieren ausgeschaltete Pixel kein Licht. Dadurch entstehen tiefe Schwarztöne und in dunkler Umgebung in der Regel hohe Kontrastwerte. VATN-LCDs hingegen steuern den Lichtdurchlass der Hintergrundbeleuchtung durch die Flüssigkristallschicht. In Bereichen ohne angezeigte Inhalte kann weiterhin etwas Licht durchdringen. Daher hängen der Schwarzwert und das Kontrastverhältnis von den Flüssigkristallmaterialien, den Polarisatoren und der Auslegung der Hintergrundbeleuchtung ab.
Ein höheres Kontrastverhältnis bedeutet jedoch nicht zwangsläufig eine bessere Ablesbarkeit unter allen Bedingungen. Wird ein Display beispielsweise in einer Umgebung mit starkem Umgebungslicht installiert, können die Displayhelligkeit und Reflexionen an der Oberfläche die Erkennbarkeit der Zeichen beeinflussen. Deshalb sollten der Kontrast in dunkler Umgebung und die Ablesbarkeit unter den tatsächlichen Lichtverhältnissen getrennt bewertet werden.
Der Betrachtungswinkel beschreibt, aus welchen Richtungen Bediener die angezeigten Informationen deutlich ablesen können.
PMOLED-Displays bieten typischerweise einen weiten Betrachtungswinkel von 160° und bleiben auch bei seitlicher Betrachtung oder aus unterschiedlichen Positionen gut ablesbar. Bei VATN-LCDs kann sich der Kontrast dagegen je nach Betrachtungsrichtung verändern, abhängig von den Flüssigkristallmaterialien und der optischen Auslegung.
Ein Display, das beispielsweise weit oben oder unten in einem Geräte-Rack montiert ist, muss möglicherweise von unten oder oben abgelesen werden. In solchen Fällen reicht die Angabe des Betrachtungswinkels allein unter Umständen nicht aus. Entscheidend ist auch der Kontrast aus der tatsächlichen Betrachtungsposition.
Die Reaktionszeit beschreibt, wie lange ein Anzeigeelement benötigt, um von einem Anzeigezustand in einen anderen zu wechseln. Sie beeinflusst, wie klar sich verändernde Inhalte auf dem Bildschirm dargestellt werden.
PMOLED-Pixel reagieren in der Regel schneller. Dadurch verringert sich die Wahrscheinlichkeit von Bewegungsunschärfen durch das Umschalten der Pixel, wenn sich Texte, Messwerte oder Grafiken schnell ändern. Bei VATN-LCDs müssen sich dagegen die Flüssigkristallmoleküle neu ausrichten, was normalerweise mehr Zeit benötigt. Bei niedrigen Betriebstemperaturen können sich die Reaktionszeiten zusätzlich verlängern.
Bei Geräten, die hauptsächlich feste Zeichen oder nur selten wechselnde Informationen anzeigen, hat eine längere Reaktionszeit möglicherweise nur geringe praktische Auswirkungen. Anwendungen mit schnellen Aktualisierungen oder häufigen Bildschirmwechseln sollten jedoch sowohl die Reaktionszeit der Anzeigeelemente als auch die tatsächliche Aktualisierungsfähigkeit des Moduls berücksichtigen.
Monochrome PMOLED-Displays nutzen eine selbstleuchtende Technologie und benötigen kein separates Hintergrundbeleuchtungsmodul. Dies bietet Vorteile bei der Entwicklung besonders flacher Displays. Die in diesem Artikel behandelten VATN-LCDs benötigen hingegen eine LED-Hintergrundbeleuchtung. Ihre Gesamtdicke wird daher durch den Aufbau der Hintergrundbeleuchtung und die Modulkonstruktion beeinflusst.
Die Dicke eines vollständigen Displaymoduls hängt jedoch nicht nur vom Panel und der Hintergrundbeleuchtung ab, sondern auch von der Leiterplatte (PCB), den Treiberkomponenten, den Steckverbindern und weiteren mechanischen Konstruktionselementen. Obwohl PMOLED-Displays durch den Wegfall der Hintergrundbeleuchtung Vorteile bei flachen Bauformen bieten, muss die tatsächliche Moduldicke anhand der Spezifikationen des jeweiligen Modells überprüft werden.
Bei Industrieanlagen mit begrenztem Einbauraum sollten Entwickler die Gesamtdicke, die Außenabmessungen und die Montageanforderungen der jeweiligen Module vergleichen, um die Kompatibilität mit der mechanischen Konstruktion des Geräts sicherzustellen.
PMOLED-Displays und VATN-LCDs unterscheiden sich in ihren Stromverbrauchseigenschaften, insbesondere darin, wie sich die angezeigten Inhalte auf den Energiebedarf für die Lichterzeugung auswirken.
Bei monochromen PMOLED-Displays hängt der Stromverbrauch von der Anzahl der leuchtenden Pixel und der eingestellten Displayhelligkeit ab. Werden beispielsweise nur wenige Zeichen oder Zahlen angezeigt, müssen entsprechend weniger Pixel leuchten. Größere Grafiken oder höhere Helligkeitseinstellungen führen dagegen zu einem höheren Stromverbrauch. Daher kann dasselbe PMOLED-Modul je nach angezeigtem Inhalt unterschiedlich viel Strom verbrauchen.
Bei VATN-LCDs benötigt die LCD-Ansteuerschaltung in der Regel relativ wenig Strom, während die LED-Hintergrundbeleuchtung einen erheblichen Anteil am gesamten Stromverbrauch des Moduls ausmachen kann. Da die Hintergrundbeleuchtung normalerweise die gesamte Anzeigefläche ausleuchtet, führt die Darstellung weniger Zeichen nicht zu einer vergleichbaren Stromeinsparung wie bei einem PMOLED-Display mit weniger leuchtenden Pixeln. Die Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung, der Ansteuerstrom und die Einschaltdauer sind die wesentlichen Faktoren für den gesamten Stromverbrauch.
Keine der beiden Technologien ist zwangsläufig in jeder Anwendung energieeffizienter. Bei Geräten, die dauerhaft nur wenige Informationen anzeigen oder das Display beziehungsweise die Hintergrundbeleuchtung regelmäßig ausschalten, kann der tatsächliche Stromverbrauch erheblich variieren. Daher sollte der gesamte Stromverbrauch der Module unter vergleichbaren Betriebsbedingungen bewertet werden.
Sowohl PMOLED-Displays als auch VATN-LCDs benötigen geeignete Ansteuerschaltungen. Sie unterscheiden sich jedoch in der Ansteuerung der Anzeigeinhalte und den Anforderungen an die Stromversorgung.
Die monochromen PMOLED-Module von WINSTAR verfügen je nach Modell über integrierte Controller-/Treiber-ICs. Diese übernehmen die Pixelansteuerung und Displaysteuerung, während der Host-Mikrocontroller (MCU) Befehle und Anzeigedaten über SPI, I²C oder eine andere unterstützte Schnittstelle überträgt. Einige Module verfügen über eine interne Spannungsanhebung, während andere eine extern bereitgestellte Display-Ansteuerspannung benötigen. Die Konfiguration der Stromversorgung und die Controller-Einstellungen hängen daher vom ausgewählten Modul ab.
VATN-LCDs benötigen Wechselspannungs-Ansteuersignale und geeignete Bias-Spannungsverhältnisse, um den Zustand der Flüssigkristalle zu steuern. Bei Modulen mit LED-Hintergrundbeleuchtung müssen außerdem die Stromversorgung und die Helligkeitsregelung der Hintergrundbeleuchtung berücksichtigt werden.
Bei der Systemintegration müssen bei PMOLED-Lösungen die Controller-Schnittstelle und die Anforderungen an die Displayversorgung überprüft werden. Bei VATN-LCD-Lösungen sind dagegen die LCD-Ansteuerung und die Schaltung der Hintergrundbeleuchtung zu berücksichtigen. Die tatsächliche Schaltungskonfiguration hängt vom Integrationsgrad des ausgewählten Moduls ab. Deshalb lässt sich nicht grundsätzlich davon ausgehen, dass eine der beiden Technologien in jedem Fall einfacher zu implementieren ist.
PMOLED- und VATN-LCD-Technologien weisen unterschiedliche Lebensdauereigenschaften auf. Dies liegt hauptsächlich daran, dass der Rückgang der Leuchtdichte bei den beiden Technologien auf unterschiedliche Komponenten zurückzuführen ist.
Monochrome PMOLED-Displays verwenden organische Materialien, die selbst Licht emittieren. Mit zunehmender Betriebsdauer nimmt die Leuchtdichte der Pixel allmählich ab. Höhere Helligkeitseinstellungen und längere Leuchtzeiten können die Alterung dieser lichtemittierenden Materialien beschleunigen.
VATN-LCDs verwenden eine LED-Hintergrundbeleuchtung als Lichtquelle. Auch deren Leuchtdichte nimmt mit der Zeit ab. Dieser Alterungsmechanismus unterscheidet sich jedoch von der Alterung der PMOLED-Pixel. Die Flüssigkristallstruktur und andere Komponenten unterliegen eigenen Zuverlässigkeitsgrenzen. Daher entspricht die angegebene Lebensdauer der Hintergrundbeleuchtung nicht zwangsläufig der Lebensdauer des gesamten Moduls.
Beim Vergleich von Lebensdauerangaben ist zu prüfen, ob sich die Werte auf den Leuchtdichteverlust eines PMOLED-Displays oder auf die Lebensdauer der Hintergrundbeleuchtung eines VATN-LCDs beziehen. Auch die jeweiligen Prüfbedingungen müssen berücksichtigt werden. Allein anhand der angegebenen Betriebsstunden lassen sich die beiden Technologien nicht direkt vergleichen.
Industriegeräte zeigen häufig über längere Zeit unveränderte Informationen an, beispielsweise Gerätebezeichnungen, Bedienmenüs, Statussymbole oder Überwachungswerte. Sowohl PMOLED-Displays als auch VATN-LCDs können diese Informationen darstellen. Ein längerer Betrieb wirkt sich jedoch unterschiedlich auf die beiden Technologien aus.
Jedes PMOLED-Pixel erzeugt sein eigenes Licht. Wenn Texte oder Symbole über lange Zeit an derselben Position angezeigt werden, sammeln die leuchtenden Pixel mehr Betriebsstunden an als die umliegenden Pixel. Dies kann zu einer ungleichmäßigen Leuchtdichte oder zu dauerhaften Einbrenneffekten (Burn-in) führen. Eine geringere Displayhelligkeit, das regelmäßige Verschieben feststehender Symbole oder das Ausschalten des Displays bei Nichtgebrauch können dazu beitragen, die unterschiedliche Alterung der Pixel zu verringern.
VATN-LCDs nutzen eine LED-Hintergrundbeleuchtung. Daher verursachen statische Anzeigeinhalte nicht dieselbe unterschiedliche Alterung selbstleuchtender Pixel wie bei PMOLED-Displays. Dies kann bei Anwendungen von Vorteil sein, in denen feste Zeichen oder Statusinformationen über längere Zeit angezeigt werden. Allerdings nimmt auch die Leuchtdichte der Hintergrundbeleuchtung mit zunehmender Nutzungsdauer ab.
Bei Geräten, die dauerhaft unveränderte Informationen anzeigen, sollte ein VATN-LCD vorrangig in Betracht gezogen werden. PMOLED-Displays bieten eine größere Flexibilität bei den Anzeigeinhalten. Bei der Displayentwicklung muss jedoch die Alterung der Pixel in dauerhaft beleuchteten Bereichen berücksichtigt werden.
Industriegeräte können in Außengehäusen, industriellen Steuerungssystemen oder Umgebungen mit starken Temperaturschwankungen eingesetzt werden. WINSTAR bietet monochrome PMOLED- und VATN-LCD-Module mit erweiterten Betriebstemperaturbereichen an. Allerdings wirken sich Temperaturänderungen bei beiden Technologien unterschiedlich auf die Anzeigeleistung aus.
Die meisten standardmäßigen monochromen PMOLED-Module von WINSTAR unterstützen einen Betriebstemperaturbereich von −40°C bis +80°C und einen Lagertemperaturbereich von −40°C bis +85°C. PMOLED-Displays weisen im Allgemeinen auch bei niedrigen Temperaturen schnelle Pixelreaktionszeiten auf. Allerdings kann die Temperatur die Leuchtdichte und die elektrischen Eigenschaften der organischen Leuchtmaterialien beeinflussen. Erhöhte Temperaturen können zudem die Materialalterung beschleunigen.
Die aktuellen Standard-VATN-LCD-Module von WINSTAR unterstützen einen Betriebstemperaturbereich von −20°C bis +70°C und einen Lagertemperaturbereich von −30°C bis +80°C. Damit erfüllen sie die Anforderungen vieler industrieller Anwendungen mit erweitertem Temperaturbereich. Da VATN-LCDs Flüssigkristallmaterialien verwenden, können niedrige Temperaturen die Reaktionszeiten verlängern, während hohe Temperaturen den Kontrast und die allgemeine Anzeigeleistung beeinflussen können. Kundenspezifische VATN-LCD-Module können für einen Betriebstemperaturbereich von −30°C bis +80°C und einen Lagertemperaturbereich von −40°C bis +85°C ausgelegt werden.
Neben den Modulspezifikationen ist auch die tatsächliche Temperatur im Geräteinneren ein wichtiges Auswahlkriterium. Beispielsweise kann die Temperatur in geschlossenen Gehäusen über der Umgebungstemperatur liegen. Daher sollte die Anzeigeleistung unter den tatsächlichen Betriebsbedingungen des Geräts bewertet werden. Die angegebenen Lagertemperaturbereiche gelten für den ausgeschalteten Zustand und geben nicht an, innerhalb welcher Temperaturen ein Modul ordnungsgemäß betrieben werden kann. Die tatsächlichen Temperaturspezifikationen sind anhand des Datenblatts des ausgewählten Modells zu überprüfen.
Bei der Auswahl zwischen monochromen PMOLED-Displays und VATN-LCDs sollte zunächst berücksichtigt werden, welche Informationen das Gerät anzeigen muss. Das aktuelle Standardsortiment von WINSTAR umfasst bei VATN-LCDs hauptsächlich Zeichenmodule, die sich für Texte mit festem Anzeigeformat, numerische Messwerte und Gerätestatusinformationen eignen. Für Anwendungen, die Grafiken oder flexibel gestaltbare Bildschirmlayouts erfordern, bietet WINSTAR monochrome PMOLED-Grafikmodule mit Punktmatrix als Standardprodukte an. VATN-LCD-Module können je nach kundenspezifischen Anforderungen auch für die Darstellung bestimmter Symbole oder vordefinierter Muster angepasst werden.
Wenn Standardmodule das erforderliche Anzeigeformat oder die mechanischen Spezifikationen nicht erfüllen, kommen sowohl bei PMOLED-Displays als auch bei VATN-LCDs kundenspezifische Lösungen infrage. VATN-LCDs können Vorteile hinsichtlich der Gestaltungsflexibilität und der Werkzeugkosten bieten. Die tatsächliche Umsetzbarkeit und die anfallenden Kosten hängen jedoch von den jeweiligen Spezifikationen und Entwicklungsanforderungen ab.
Bei Geräten, die über längere Zeit unveränderte Informationen anzeigen, sollte zunächst ein VATN-LCD in Betracht gezogen werden, sofern das Anzeigeformat eines Standardmoduls oder einer kundenspezifischen Ausführung die Anforderungen der Anwendung erfüllt. Wird ein PMOLED-Display gewählt, sollten bereits in der Entwicklungsphase die Displayhelligkeit und der Umgang mit statischen Bildinhalten berücksichtigt werden, um die unterschiedliche Alterung der Pixel zu verringern.
Sobald das Anzeigeformat und das Nutzungsprofil festgelegt sind, sollten die Betriebstemperatur, der Stromverbrauch, der Betrachtungswinkel, die Schnittstelle und die mechanischen Abmessungen der infrage kommenden Module verglichen werden. Muss ein Gerät beispielsweise bei −30°C betrieben werden, können Entwickler Standard-PMOLED-Module berücksichtigen, deren spezifizierter Betriebstemperaturbereich diese Temperatur einschließt, oder kundenspezifische VATN-LCD-Module, die für einen erweiterten Betriebstemperaturbereich ausgelegt sind. Da sich die Reaktionszeiten von VATN-LCDs bei niedrigen Temperaturen verlängern können, sollte die tatsächliche Anzeigeaktualisierung bei der vorgesehenen Betriebstemperatur überprüft werden, um sicherzustellen, dass sie den Anforderungen der Anwendung entspricht.
WINSTAR bietet OLED- und VATN-LCD-Module für Industrieanlagen und Embedded-Systeme an. In den folgenden Produktkategorien finden Sie verfügbare Modelle, Displayspezifikationen und technische Informationen.
〉WINSTAR OLED-Displaymodule
〉WINSTAR VATN-LCD-Module
Der wesentliche Unterschied liegt in der Art der Bilderzeugung. OLED ist eine selbstleuchtende Displaytechnologie, bei der die Pixel ihr Licht direkt erzeugen und keine Hintergrundbeleuchtung benötigen. VATN-LCDs hingegen steuern den Lichtdurchlass einer LED-Hintergrundbeleuchtung. Beide Technologien können helle Inhalte auf dunklem Hintergrund darstellen, unterscheiden sich jedoch hinsichtlich Kontrast, Reaktionszeit, Stromverbrauch und Alterungsmechanismen im Langzeitbetrieb.
Für Geräte, die dauerhaft feste Zeichen, Statusinformationen oder vordefinierte Muster anzeigen, ist ein VATN-LCD eine sinnvolle Option. WINSTAR bietet derzeit standardmäßige VATN-LCD-Zeichenmodule an. Für Anwendungen, die bestimmte Symbole oder vordefinierte Muster erfordern, können auch kundenspezifische VATN-LCD-Module in Betracht gezogen werden. Bei VATN-LCDs tritt nicht die für PMOLED-Displays typische ungleichmäßige Alterung dauerhaft leuchtender Pixel auf. Die Lebensdauer der LED-Hintergrundbeleuchtung muss jedoch weiterhin berücksichtigt werden.
WINSTAR bietet außerdem standardmäßige monochrome PMOLED-Grafikmodule mit Punktmatrix an, bei denen sich Anzeigeinhalte und Bildschirmlayouts per Software anpassen lassen. PMOLED-Displays können ebenfalls in Geräten für den Dauerbetrieb eingesetzt werden. Dabei sollten jedoch die Displayhelligkeit und der Umgang mit statischen Bildinhalten berücksichtigt werden.
Ja. Das aktuelle Standardsortiment von WINSTAR umfasst bei VATN-LCDs hauptsächlich Zeichenmodule. Für Anwendungen, die bestimmte Icons, Symbole oder vordefinierte Muster erfordern, können kundenspezifische VATN-LCD-Lösungen entwickelt werden. Die Anzeigeinhalte und das Layout müssen bei diesen kundenspezifischen Ausführungen bereits während der Entwicklung festgelegt werden. Im Gegensatz dazu ermöglichen Grafikmodule mit Punktmatrix die softwaregesteuerte Ansteuerung einzelner Pixel.
Nicht unbedingt. Selbst wenn beide Module ähnlich aussehen, können sich ihre mechanischen Abmessungen, Pinbelegungen, Anforderungen an die Stromversorgung, Steuerschnittstellen und Anzeigeformate unterscheiden. Vor einem Austausch müssen daher die Kompatibilität der Schaltung, der Firmware und der mechanischen Konstruktion überprüft werden. Eine ähnliche Displaygröße oder ein vergleichbares Erscheinungsbild allein gewährleisten keine direkte Austauschbarkeit.
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