LCD vs. OLED vs. EPD – welche Display-Technologie sollten Sie für HMIs in der industriellen Automatisierung wählen?

Das Display entwickelt sich zunehmend zu einem zentralen Bestandteil einer HMI-Anwendung. Es ermöglicht den Anwendern den Zugriff auf Daten, Gerätestatus, Alarme und wichtige Informationen, die für den Betrieb einer Maschine, eines Systems oder eines Prozesses erforderlich sind. Aus diesem Grund sollte die Wahl der richtigen Displaytechnologie nicht allein auf der Bildschirmgröße oder der Auflösung basieren. Ebenso wichtig sind die Lichtverhältnisse, die Art der dargestellten Informationen, die Bedienungsweise, der Stromverbrauch, die Langlebigkeit sowie die Integrationsanforderungen. In diesem Artikel vergleichen wir die wichtigsten Display-Technologien, die in industriellen HMI-Anwendungen zum Einsatz kommen, und erläutern, wie LCD, OLED und EPD den unterschiedlichen Geräteanforderungen und Betriebsbedingungen gerecht werden.

In HMI-Anwendungen können verschiedene Display-Technologien zum Einsatz kommen, wobei deren Auswahl vom Gerätetyp, der Betriebsumgebung und den darzustellenden Daten abhängen sollte. In diesem Artikel konzentrieren wir uns in erster Linie auf Anwendungen in der industriellen Automatisierung – darunter Messgeräte, lokale Bedienfelder und Prozessleitsysteme.

Wir behandeln die LCD-Technologie in zwei Varianten: monochrome LCDs für einfachere industrielle Benutzeroberflächen, die Zustände, Messwerte und Meldungen anzeigen, sowie Farb-LCD-TFTs für moderne Bedienfelder in Maschinen und Produktionslinien. Zudem gehen wir auf OLED-Displays ein – kompakte, kontrastreiche Lösungen für Geräte, die einen schnellen Zugriff auf wichtige Informationen erfordern. Abschließend befassen wir uns mit EPDs, auch E-Paper genannt, die in Betracht gezogen werden sollten, wenn sich Inhalte nur selten ändern und ein geringer Stromverbrauch wichtig ist.

Monochrome LCDs in HMI-Anwendungen

Monochrome LCDs werden seit vielen Jahren in HMI-Anwendungen eingesetzt und sind nach wie vor eine praktische Wahl für zahlreiche Geräte. Sie eignen sich besonders dann, wenn die Benutzeroberfläche grundlegende Daten wie Messwerte, Zustände, Alarme, Betriebsmodi, kurze Servicemeldungen oder einfache Symbole anzeigen soll.

Diese Art von Display kann unter anderem in folgenden Bereichen eingesetzt werden:

• Bedienfelder von Industriegeräten – zur Anzeige von Betriebsparametern, Zuständen, Alarmen, Betriebsmodi und einfachen Wartungsmeldungen;
• industrielle Steuer- und Regelgeräte – beispielsweise für Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Druck, Drehzahl, Durchfluss oder Füllstand;
• Mess- und Regelgeräte – wie beispielsweise Messgeräte, Zähler, Datenlogger, Betriebsparameteranalysatoren oder Diagnosemodule;
• Maschinen- und Fertigungslinien-Steuerungssysteme – zur Anzeige von Grundzuständen, Sollwerten, Alarmmeldungen und Betriebsinformationen;
• Hilfsgeräte für die Automatisierungstechnik – wie beispielsweise Netzteile, programmierbare Relais, E/A-Module, Wechselrichter oder einfache Service-Terminals.

Wann lohnt es sich, ein monochromes LCD zu wählen?

Ein monochromes LCD ist eine gute Wahl, wenn die Anwendung eine einfache, langlebige und kostengünstige Möglichkeit zur Darstellung grundlegender Informationen erfordert. Es eignet sich besonders gut für klassische industrielle Anwendungen, bei denen Zuverlässigkeit, geringe Hardware-Anforderungen, eine einfache Integration in die Geräteelektronik und ein vorhersehbarer Betrieb über einen langen Produktlebenszyklus hinweg wichtig sind.

Bei der Auswahl eines monochromen LCD-Displays sollten Sie nicht nur die Modulgröße, die Anzahl der Zeilen und Spalten, die Auflösung, die Hintergrundfarbe und die Anzeigefarbe berücksichtigen, sondern auch Parameter, die die Lesbarkeit, die Montage und die Integration in das Gerät beeinflussen. Die wichtigsten davon werden im Folgenden beschrieben.

Zeichen- und Grafikvarianten

Monochrome LCDs sind in Zeichen- und Grafikvarianten erhältlich. Jede Variante handhabt das Layout und die Darstellung von Informationen auf unterschiedliche Weise.

Zeichenanzeigen, auch als alphanumerische Anzeigen bekannt, stellen Informationen mithilfe vordefinierter Zeichen dar – Buchstaben, Ziffern und grundlegende Symbole. Sie eignen sich für Benutzeroberflächen, die einfache Meldungen, Zahlenwerte, Betriebszustände oder kurze Beschreibungen von Gerätefunktionen anzeigen müssen.

Grafikanzeigen bieten mehr Flexibilität bei der Anordnung von Inhalten auf dem Bildschirm. Sie können nicht nur Text, sondern auch Piktogramme, Symbole, einfache Diagramme, Grafiken oder andere grafische Elemente anzeigen, wodurch sie sich besser für Anwendungen eignen, die eine flexiblere Gestaltung der Informationen erfordern.

Blickrichtung

Monochrome LCMs weisen in der Regel begrenzte Betrachtungswinkel auf, weshalb bei der Auswahl des Displays die Betrachtungsrichtung berücksichtigt werden sollte. Die gängigsten Varianten werden als 6:00 oder 12:00 definiert und richten sich nach der Position des Bildschirms im Verhältnis zum Benutzer. Eine Betrachtungsrichtung von 6:00 wird typischerweise verwendet, wenn sich der Bildschirm oberhalb der Augenhöhe des Benutzers befindet und von unten betrachtet wird. Eine Betrachtungsrichtung von 12:00 wird verwendet, wenn sich der Bildschirm unterhalb der Augenhöhe befindet und von oben betrachtet wird.

Optischer Aufbau des Moduls

Bei monochromen LCDs beeinflusst die optische Struktur des Moduls, wie das Licht genutzt wird und wie gut der Inhalt unter bestimmten Betriebsbedingungen lesbar bleibt. Die gängigsten Varianten sind:

• Reflektierende Displays – hier wird eine reflektierende Schicht hinter den Flüssigkristallen eingesetzt; das Licht tritt von vorne in das Modul ein, durchläuft die Display-Schichten, wird vom Reflektor reflektiert und kehrt zum Betrachter zurück, wodurch ein sichtbares Bild entsteht;
• Transmissive Displays – nutzen Licht, das von einer hinter der LCD-Matrix angeordneten Hintergrundbeleuchtung erzeugt wird; die Flüssigkristalle modulieren dieses Licht, um Zeichen, Symbole oder Grafiken auf dem Bildschirm darzustellen;
• Transflektive Displays – kombinieren reflektierende und transmissive Elemente, sodass das Modul sowohl das Licht der Hintergrundbeleuchtung als auch das von der reflektierenden Schicht reflektierte Umgebungslicht nutzen kann.

Die optische Struktur sollte entsprechend den Betriebsbedingungen des Geräts ausgewählt werden. Wird der Bildschirm in einer gut beleuchteten Produktionshalle eingesetzt, kann eine transflektive Variante eine gute Wahl sein – sie nutzt das Umgebungslicht zur Verbesserung der Lesbarkeit, während die Hintergrundbeleuchtung die Sichtbarkeit bei abnehmender Beleuchtungsstärke unterstützt.

Modulaufbau

Monochrome LCMs sind in verschiedenen Bauformen erhältlich, darunter COB und COG. Diese Lösungen unterscheiden sich darin, wie der Treiber-IC in das Displaymodul integriert ist:

• COB (Chip-on-Board) – der Controller ist auf der Leiterplatte des Moduls montiert;
• COG (Chip-on-Glass) – der Controller wird direkt auf dem Displayglas montiert, wodurch die Anzahl der Zwischenelemente reduziert und ein kompakterer Aufbau ermöglicht wird.

Die Modulstruktur sollte entsprechend den Konstruktionsanforderungen des Geräts ausgewählt werden. In vielen klassischen HMI-Anwendungen ist COB nach wie vor die naheliegende Wahl – bewährt, weit verbreitet und einfach zu integrieren. COG ist in Projekten in Betracht zu ziehen, in denen aufgrund begrenzter Einbauräume eine kompaktere Bauweise erforderlich ist.

Kommunikationsschnittstelle

Bei monochromen LCDs kommen häufig einfache parallele oder serielle Schnittstellen zum Einsatz, wie beispielsweise SPI oder I²C. Diese sind gut auf die Eigenschaften dieser Module abgestimmt, die in der Regel zur Darstellung grundlegender Daten – Betriebszustände, Alarme, Messwerte oder Servicemeldungen – verwendet werden. Da diese Art von Informationen weder eine hohe Bandbreite noch eine komplexe Grafiksteuerung erfordert, tragen einfache Schnittstellen dazu bei, die Komplexität des Designs zu verringern, die Integration in einen Mikrocontroller zu vereinfachen und einen stabilen, vorhersehbaren Betrieb in industriellen Anwendungen zu gewährleisten.

TFT-LCDs in HMI-Anwendungen

TFT-LCDs gehören zu den am häufigsten gewählten Lösungen in modernen HMI-Anwendungen. Ihre Vielseitigkeit ist einer ihrer wesentlichen Vorteile: Sie sind in einer Vielzahl von Größen erhältlich, bieten unterschiedliche Helligkeitsstufen und Schnittstellenoptionen und lassen sich mit einem Touchpanel oder einem Deckglas kombinieren.

Die TFT-LCD-Technologie eignet sich besonders gut für Anwendungen, bei denen auf dem Bildschirm komplexe Informationen dargestellt werden müssen – Diagramme, Rezepturen, Alarme, Prozessabläufe, Produktionsdaten, Symbole, Menüs und Bedienelemente. Damit ist sie ideal für moderne Industriegeräte geeignet, bei denen die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) als zentrale Schnittstelle zwischen dem Bediener und der Maschine dient.

Beispiele für HMI-Anwendungen mit TFT-LCDs

In der industriellen Automatisierung erweisen sich TFT-LCDs insbesondere dort als nützlich, wo verschiedene Arten von Daten, Parametern und Meldungen übersichtlich dargestellt werden müssen. Sie kommen unter anderem in folgenden Bereichen zum Einsatz:

• Bedienfelder für Maschinen und Fertigungslinien – zur lokalen Gerätebedienung, zur Parametereinstellung, zur Auswahl von Betriebsarten sowie zur Anzeige von Alarmen, Rezepturen und Prozessdaten;
• industrielle Automatisierungssysteme, einschließlich SCADA – zur Überwachung von Prozessen, Anlagen oder ganzen Produktionsbereichen sowie zur Datenanalyse, Trendvisualisierung, Erstellung von technologischen Diagrammen und Berichten;
• Bedienfelder – zur Steuerung von Prüfständen, Zusatzgeräten, Wartungsmodulen oder lokalen Steuerungsstellen;
• Mess-, Steuer- und Diagnosegeräte – zur Darstellung von Ergebnissen, Diagrammen, Sollwerten, Warnmeldungen und Servicedaten.

Was sollten Sie bei der Auswahl eines TFT-LCD-Displays für eine industrielle HMI-Anwendung beachten? Bildschirmgröße und Auflösung sind zwar wichtig, aber nicht die einzigen entscheidenden Parameter. Auch Helligkeit, Kontrast, Betrachtungswinkel, Kommunikationsschnittstelle und Lebensdauer der Hintergrundbeleuchtung sollten vor der Auswahl eines bestimmten Modells geprüft werden.

Bildschirmgröße

In HMI-Anwendungen kommen häufig TFT-LCDs mit Diagonalen von 7″, 10,1″, 12,1″ oder 15,6″ zum Einsatz. Kleinere Bildschirme eignen sich gut für kompakte Geräte mit begrenztem Einbauraum, bei denen das Display hauptsächlich grundlegende Parameter, Zustände und Meldungen anzeigt. Größere Bildschirme hingegen erleichtern die übersichtliche Darstellung komplexerer Daten – beispielsweise mehrere Ansichten gleichzeitig, Diagramme, Rezepturen, Alarme oder Prozessdiagramme.

Bei der Auswahl der Größe sollte die Diagonale nicht das einzige Kriterium sein. Auch die aktive Fläche, die Außenabmessungen des Moduls und die Art der Montage im Gehäuse spielen eine wichtige Rolle. Dies ist insbesondere bei Projekten von Bedeutung, bei denen das Display mit einem Touchpanel, einem Deckglas, einem Rahmen oder weiteren mechanischen Elementen integriert wird.

Optische Parameter

Bei TFT-LCDs sind die optischen Parameter entscheidend für die Lesbarkeit der angezeigten Informationen und den Komfort des Bedieners. Bei der Auswahl eines Moduls sollten Sie insbesondere auf Auflösung, Helligkeit, Kontrast und Betrachtungswinkel achten.

Auflösung

Die Auflösung sollte der Menge und Art der auf dem Bildschirm dargestellten Informationen entsprechen. Bei einfacheren Anwendungen können niedrigere Auflösungen ausreichend sein, beispielsweise 800 × 480 px für 7-Zoll-Displays oder 1024 × 600 px für 10,1-Zoll-Bildschirme. Bei anspruchsvolleren Bedienfeldern sind höhere Auflösungen – wie beispielsweise 1024 × 768 px, 1280 × 800 px oder 1920 × 1080 px – in Betracht zu ziehen, da sie eine klare Darstellung von Text, Symbolen, Diagrammen, Alarmen und Bedienelementen ermöglichen.

Helligkeit und Kontrast

Die Displayhelligkeit sollte an die Betriebsumgebung des Geräts angepasst werden, beispielsweise an die Lichtverhältnisse in einer Produktionshalle. Der Bildschirm kann starker künstlicher Beleuchtung, Sonnenlicht aus nahegelegenen Fenstern oder Oberlichtern sowie lokal beleuchteten Arbeitsplätzen ausgesetzt sein, sodass die Standardhelligkeit nicht immer ein angenehmes Ablesen der Daten gewährleistet. In vielen industriellen Anwendungen lohnt es sich, TFT-LCDs mit einer Helligkeit von etwa 1000 cd/m² oder mehr in Betracht zu ziehen.

Die Helligkeit allein reicht jedoch nicht aus, wenn das Bild keinen ausreichenden Kontrast aufweist. Der Kontrast bestimmt, wie deutlich helle und dunkle Elemente der Benutzeroberfläche voneinander getrennt sind und somit, wie leicht der Bediener die Informationen auf dem Bildschirm ablesen kann. In der Praxis verbessert ein richtig gewählter Kontrast die Lesbarkeit, ohne dass die Helligkeit der Hintergrundbeleuchtung übermäßig erhöht werden muss, was auch für den Stromverbrauch und die Lebensdauer des Moduls von Bedeutung ist.

Blickwinkel

Weite Betrachtungswinkel sind ebenfalls wichtig für den Bedienkomfort. Bei HMI-Anwendungen blicken die Benutzer nicht immer direkt von vorne auf den Bildschirm – Daten können von der Seite, von oben oder von unten abgelesen werden. Aus diesem Grund lohnt es sich in vielen Industrieprojekten, Displays zu wählen, die aus verschiedenen Betrachtungsrichtungen eine stabile Lesbarkeit gewährleisten, wie beispielsweise IPS-Matrizen oder Lösungen mit nahezu vollständigen Betrachtungswinkeln, zum Beispiel 89°/89°/89°/89°.

Kommunikationsschnittstelle

TFT-LCDs, die in HMI-Anwendungen zum Einsatz kommen, unterstützen verschiedene Signalschnittstellen, darunter RGB, SPI, MCU, LVDS, MIPI DSI, eDP und HDMI. Die Wahl sollte von der Architektur des gesamten Geräts abhängen – vom Typ des Prozessors oder Mikrocontrollers, der erforderlichen Auflösung, der Übertragungsbandbreite, der Verbindungslänge, der Verfügbarkeit von Anschlüssen und der Störfestigkeit.

In einfacheren Systemen können für Mikrocontroller geeignete Schnittstellen und niedrigere Auflösungen verwendet werden, wie beispielsweise SPI, MCU oder RGB. In anspruchsvolleren Anwendungen, beispielsweise solchen, die auf einem Industriecomputer, einem SoM-Modul oder einem Anwendungsprozessor basieren, kommen häufiger Schnittstellen mit höherer Bandbreite wie LVDS, MIPI DSI, eDP oder HDMI zum Einsatz. Diese unterstützen höhere Auflösungen, größere Datenmengen und komplexere grafische Benutzeroberflächen.

In industriellen Anwendungen reicht die Signalkompatibilität allein nicht aus – ebenso wichtig ist die Kommunikationsstabilität. Bei der Auswahl einer Schnittstelle sollten daher die Kabellänge, die Signalführung, die Störfestigkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen sowie die Verfügbarkeit der gewählten Lösung über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg berücksichtigt werden.

Erfahren Sie in unseren Leitfäden mehr über Kommunikationsschnittstellen:

• Ein Überblick über gängige Schnittstellen zur Bildübertragung – Teil 1,
• Ein Überblick über gängige Schnittstellen für die Bildübertragung – Teil 2.

Lebensdauer der Hintergrundbeleuchtung

Bei TFT-LCDs ist die Lebensdauer der LED-Hintergrundbeleuchtung einer der wichtigsten Betriebsparameter. Dies ist insbesondere in industriellen Anwendungen von Bedeutung, in denen Geräte unter Umständen im Dauerbetrieb oder über lange Zeiträume hinweg in Betrieb sind.

Bei der Auswahl eines TFT-LCD-Displays für eine HMI-Anwendung sollten Sie die voraussichtliche Betriebsdauer des Geräts, den Nutzungsmodus, die angegebene Lebensdauer der Hintergrundbeleuchtung sowie die zu erwartende Helligkeit nach langjährigem Betrieb berücksichtigen. Ebenfalls von Bedeutung ist die Verfügbarkeit der Module über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg, insbesondere bei Industrieprojekten, die über viele Jahre hinweg gewartet und instand gehalten werden müssen.

In Industrieprojekten wirkt sich die Lebensdauer der Hintergrundbeleuchtung unmittelbar auf die Zuverlässigkeit der Geräte und die Wartungskosten aus. Aus diesem Grund sollten bei der Auswahl von Displays nicht nur die Bildparameter zu Beginn des Projekts berücksichtigt werden, sondern auch die langfristige Betriebsstabilität.

Unisystem-TFT-LCDs – Unisystem Lite, Unisystem Core und Unisystem Pro

Unisystem hat auf der Grundlage jahrzehntelanger Erfahrungen aus Display-Projekten eigene Produktreihen von TFT-LCDs entwickelt. Das Portfolio wurde als Antwort auf die Anforderungen geschaffen, die bei industriellen Anwendungen, darunter auch HMI-Systeme, festgestellt wurden.

Das Unisystem-Portfolio an proprietären TFT-LCD-Lösungen umfasst drei Produktreihen, die für unterschiedliche Anwendungsanforderungen konzipiert sind:

• Unisystem Lite – Module für Geräte, die in Innenräumen unter stabilen Bedingungen betrieben werden,
• Unisystem Core – der Industriestandard für den intensiven Einsatz,
• Unisystem Pro – Module für Geräte, die im Außenbereich eingesetzt werden, auch unter anspruchsvollen Umgebungsbedingungen.

Die Unterteilung in die Varianten „Lite“, „Core“ und „Pro“ erleichtert es, die Anzeigeparameter an die tatsächlichen Anforderungen einer bestimmten HMI-Anwendung anzupassen – ohne die Lösung überdimensioniert zu gestalten oder ihre Kosten unnötig zu erhöhen, während gleichzeitig Kompromisse vermieden werden, wenn höhere technische Parameter erforderlich sind.

Möchten Sie mehr über die Entwicklung des eigenen Produktportfolios von Unisystem erfahren? Lesen Sie das Interview: Von Unisystem entwickelte neue Produkte: industrielle LCD-TFTs in drei Varianten.

OLED-Displays in HMI-Anwendungen

In HMI-Anwendungen eignen sich OLED-Displays am besten als kompakte Lösungen – in der Regel handelt es sich dabei um kleine Bildschirme, die dort zum Einsatz kommen, wo wichtige Informationen klar und kontrastreich dargestellt werden müssen. Sie eignen sich besonders gut für Geräte, bei denen die Benutzeroberfläche nicht komplex sein muss, sondern die Aufmerksamkeit des Bedieners sofort auf einen Status, einen Alarm, einen Messwert oder eine Servicemeldung lenken soll.

OLED, kurz für „Organic Light Emitting Diode“, ist eine selbstleuchtende Technologie. Das bedeutet, dass jedes Pixel sein eigenes Licht ausstrahlt, ohne dass eine separate Hintergrundbeleuchtung erforderlich ist . Daher bieten OLED-Displays tiefes Schwarz, lebendige Farben, hohen Kontrast und eine sehr gute Lesbarkeit – selbst bei kleinen Bildschirmgrößen. Dies ist besonders wichtig bei kompakten Industriegeräten, bei denen Anwender schnellen Zugriff auf die wichtigsten Daten benötigen.

In der industriellen Automatisierung können OLED-Displays unter anderem in folgenden Bereichen eingesetzt werden:

• Kompakte Bedienfelder – zur Darstellung von Betriebszuständen, Alarmen, Betriebsmodi und Kurznachrichten;
• Regler und Steuerungen – beispielsweise für Temperatur, Druck, Feuchte, Durchfluss, Drehzahl oder Füllstand;
• Mess- und Prüfgeräte – wie beispielsweise Messgeräte, Analysatoren, Datenlogger, Kalibriergeräte oder Prüfgeräte;
• Informations-, Diagnose- und Servicemodule – zur Anzeige von Fehlercodes, Steuerungsparametern, Betriebsmeldungen oder grundlegenden Servicedaten;
• Tragbare Geräte und Zusatzgeräte – überall dort, wo kompakte Abmessungen, gute Lesbarkeit und schneller Zugriff auf wichtige Informationen von Bedeutung sind.

Wann sollten Sie sich für ein OLED-Display entscheiden?

Ein OLED-Display ist eine gute Wahl, wenn die Anwendung einen kleinen, gut lesbaren Bildschirm mit hohem Kontrast erfordert. In der Praxis eignet es sich besonders gut für Geräte, die nur eine begrenzte Datenmenge anzeigen, bei denen jedoch ein schnelles und eindeutiges Ablesen erforderlich ist. Dazu können Betriebszustände, Alarme, Messwerte, Betriebsmodi, Fehlercodes oder kurze Meldungen für den Bediener gehören.

Die OLED-Technologie eignet sich zudem hervorragend für Benutzeroberflächen mit dunklem Hintergrund, bei denen nur die aktiven Elemente beleuchtet werden. Dieser Ansatz sorgt für eine hervorragende Lesbarkeit und kann zudem dazu beitragen, den Stromverbrauch zu senken, da Energie hauptsächlich von den aktiven Pixeln verbraucht wird.

Bei der Auswahl eines OLED-Displays sollten Sie nicht nur die Modulgröße, die Ausführung (monochrom oder farbig) und die Art der Inhaltsdarstellung berücksichtigen, sondern auch Parameter, die die Lesbarkeit, die Integration und den Langzeitbetrieb beeinflussen. Die wichtigsten davon werden im Folgenden beschrieben.

Varianten der Inhaltsdarstellung

OLED-Displays sind sowohl in Zeichen- als auch in Grafikvarianten sowie in monochromen und farbigen Ausführungen erhältlich. Zeichenvarianten eignen sich gut für einfache Benutzeroberflächen, bei denen auf dem Bildschirm hauptsächlich Ziffern, Buchstaben und kurze Meldungen angezeigt werden. Grafikvarianten bieten mehr Freiheit bei der Anordnung von Informationen auf dem Bildschirm – sie können Symbole, Zeichen, einfache Diagramme, Fortschrittsbalken oder Meldungen in einem flexibleren Layout darstellen.

Monochrome OLED-Displays zeigen Informationen in einer einzigen Farbe an, meist vor schwarzem Hintergrund. Sie eignen sich am besten für Anwendungen, bei denen der Bildschirm grundlegende Daten wie Messwerte anzeigt und keine Farben erforderlich sind, um zwischen verschiedenen Arten von Informationen zu unterscheiden. Farb-OLED-Displays hingegen ermöglichen die Verwendung mehrerer Farben. Sie sind in Betracht zu ziehen, wenn Farbe eine informative Rolle spielt, beispielsweise indem sie dabei hilft, den Normalbetrieb von einer Warnung, einem Alarm, einem Fehler oder einem Zustand zu unterscheiden, der ein Eingreifen des Bedieners erfordert. In solchen Anwendungen ist Farbe nicht nur ein visuelles Element, sondern kann auch die Intuitivität der gesamten Benutzeroberfläche unterstützen.

Kontrast

Einer der wesentlichen Vorteile von OLED-Displays ist ihr extrem hoher Kontrast. Da jedes Pixel unabhängig Licht ausstrahlt, können schwarze Bereiche des Bildschirms vollständig ausgeschaltet bleiben, während aktive Bedienelemente sich deutlich vom Hintergrund abheben. Dadurch sind Informationen auch auf kleinen Bildschirmen sehr gut lesbar.

Blickwinkel

OLED-Displays bieten zudem sehr große Betrachtungswinkel. Dies ist besonders wichtig bei Geräten, die nicht immer direkt von vorne betrachtet werden – beispielsweise bei kompakten Displays, tragbaren Geräten oder Modulen, die in unterschiedlichen Winkeln montiert sind. Dadurch bleiben die Informationen unabhängig von der Position des Benutzers klar und gut lesbar, selbst wenn der Bediener den Bildschirm von der Seite, von oben oder von unten betrachtet.

Schnittstellen

OLED-Module nutzen häufig SPI-, I²C- oder parallele Schnittstellen. Diese Schnittstellen sind für die Eigenschaften von OLED-Displays gut geeignet, da kleine OLED-Bildschirme in der Regel keine hohe Bandbreite oder einen ausgefeilten Grafikpfad erfordern. Dies vereinfacht die Integration in einen Mikrocontroller und ermöglicht die Entwicklung kompakter eingebetteter Geräte, ohne die Komplexität des Systems unnötig zu erhöhen.

EPD-Displays – können sie in HMI-Anwendungen eingesetzt werden?

EPDs, auch als E-Paper bezeichnet, sind zwar nicht die gängigste Wahl für HMI-Anwendungen, können jedoch in bestimmten Szenarien eine wertvolle Lösung darstellen. Sie eignen sich besonders gut für Anwendungen, bei denen sich die Inhalte nicht dynamisch ändern und bei denen Energieeffizienz, Lesbarkeit bei Umgebungslicht sowie Bildhaltbarkeit ohne ständigen Stromverbrauch von Bedeutung sind.

Die EPD-Technologie basiert auf einem anderen Funktionsprinzip als LCD oder OLED. Vereinfacht ausgedrückt entsteht das Bild dadurch, dass Pigmentpartikel in Mikrokapseln unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes bewegt werden. Sobald der Inhalt angezeigt wird, benötigt der Bildschirm keine kontinuierliche Stromversorgung mehr, um das Bild aufrechtzuerhalten – Energie wird hauptsächlich während der Bildaktualisierung verbraucht. Dadurch eignet sich E-Paper besonders gut für Anwendungen, bei denen sich die Daten in regelmäßigen Abständen ändern und der Bildschirm über lange Zeiträume hinweg lesbar bleiben muss.

In der industriellen Automatisierung können EPDs unter anderem in folgenden Bereichen in Betracht gezogen werden:

• Statusanzeigen für Industriegeräte – zur Darstellung von Maschinenstatus, Prozessnummern, Servicemeldungen oder Betriebsinformationen;
• Kennzeichnung von Arbeitsplätzen, Bauteilen und Ressourcen – beispielsweise als elektronische Etiketten für Fertigungslinien, Regale, Behälter, Werkzeuge oder Geräte;
• Informations-, Diagnose- und Servicemodule – zur Anzeige von Anweisungen, Codes, Statusmeldungen, Identifikationsdaten oder regelmäßig aktualisierten Meldungen;
• Telemetriesysteme – zur Darstellung von Parametern, Kennungen, Referenzwerten oder Informationen zum Gerätestatus;
• batteriebetriebene und stromsparende Geräte – bei denen die Reduzierung des Stromverbrauchs wichtiger ist als eine schnelle Bildaktualisierung.

Wann sollten Sie sich für eine EPD entscheiden?

Ein EPD ist eine Überlegung wert, wenn der Bildschirm dazu bestimmt ist, Daten darzustellen, die sich nicht in Echtzeit ändern. Dazu können der Gerätestatus, die Kennzeichnung eines Arbeitsplatzes, die Prozessnummer, eine Servicemeldung, ein Identifikationscode oder ein Parameter gehören, der nur in regelmäßigen Abständen aktualisiert wird. Vor der Entscheidung für diese Art von Anzeige sollten jedoch mehrere wichtige Faktoren analysiert werden: die Lichtverhältnisse, die Anzahl der Farben, die erforderliche Aktualisierungszeit, die Art der Kommunikation mit der Geräteelektronik sowie der geplante Betriebsmodus. Diese Faktoren entscheiden darüber, ob E-Paper die richtige Technologie für eine bestimmte HMI-Anwendung ist.

Lesbarkeit und Lichtverhältnisse

Einer der wesentlichen Vorteile von EPDs ist ihre hervorragende Lesbarkeit bei Umgebungslicht. Das Bild ähnelt einem Druck auf Papier, sodass die Informationen auch bei starker Beleuchtung, einschließlich Sonnenlicht, klar erkennbar bleiben. Dies ist ein wichtiger Unterschied zu emittierenden oder hintergrundbeleuchteten Technologien, bei denen starkes Außenlicht die Lesbarkeit des Bildschirms beeinträchtigen kann.

Es ist jedoch zu beachten, dass herkömmliche EPDs von sich aus kein Licht abgeben. Bei schlechten Lichtverhältnissen kann daher eine zusätzliche Bildschirmbeleuchtung erforderlich sein.

Farben

EPDs sind in verschiedenen Farbvarianten erhältlich – von monochromen über 3- und 4-farbige Versionen bis hin zu Vollfarb-Lösungen. In industriellen Anwendungen reicht monochromes E-Paper oft aus, insbesondere wenn der Bildschirm zur Darstellung von Text, Zahlen, Codes, Statusangaben oder Markierungen verwendet wird. Varianten mit zusätzlichen Farben sind in Betracht zu ziehen, wenn Farbe eine informative Funktion erfüllt, beispielsweise durch Hervorhebung einer Warnung, eines Status, der Aufmerksamkeit erfordert, oder einer Änderung des Gerätestatus. Es ist jedoch zu beachten, dass mehr Farben in der Regel eine längere Aktualisierungszeit bedeuten, was bei Anwendungen, bei denen Inhalte häufiger aktualisiert werden, von Bedeutung sein kann.

Aktualisierungszeit

Bei der Auswahl eines E-Paper-Displays ist die Aktualisierungszeit einer der wichtigsten zu berücksichtigenden Parameter. Die Aktualisierung von Bildern dauert in der Regel länger als bei LCD- oder OLED-Technologien, und die genaue Aktualisierungszeit hängt vom jeweiligen Modul, der Bildschirmgröße, der Anzahl der Farben und der Aktualisierungsmethode ab. Aus diesem Grund eignet sich E-Paper am besten für Meldungen, Statusangaben, Markierungen und Daten, die in regelmäßigen Abständen aktualisiert werden. Sollte der Bildschirm dynamische Prozessänderungen darstellen müssen, ist ein E-Paper-Display nicht die optimale Wahl.

Schnittstelle

EPDs nutzen häufig Schnittstellen, die sich gut für energieeffiziente eingebettete Systeme eignen, wie beispielsweise SPI. Dies entspricht dem Wesen dieser Technologie, da der Bildschirm keine kontinuierliche Übertragung großer Datenmengen erfordert – Inhalte werden in der Regel in regelmäßigen Abständen aktualisiert und nicht in Echtzeit geändert.

Daher lässt sich E-Paper in Mikrocontroller und batteriebetriebene Geräte integrieren, ohne die Komplexität des Systems unnötig zu erhöhen. Bei anspruchsvolleren Projekten sollten jedoch auch die Auswahl des Controllers, das Aktualisierungsmanagement sowie der für die Darstellung des Bildes erforderliche Speicher berücksichtigt werden.

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Die Auswahl eines Displays für eine HMI-Anwendung sollte sich nach den tatsächlichen Betriebsbedingungen des Geräts, dem Umfang der dargestellten Daten und den Erwartungen des Endnutzers richten. Bei kompakten Benutzeroberflächen sind monochrome LCDs und monochrome OLED-Displays oft die beste Wahl – erstere als einfache, langlebige und kostengünstige Lösung, letztere als fortschrittlichere Option für Anwendungen, die ein schnelles Ablesen der Daten erfordern. Bei fortschrittlichen Bedienfeldern werden meist TFT-LCDs gewählt, da sie viele Arten von Informationen gleichzeitig übersichtlich darstellen können. E-Paper hingegen ist eine Überlegung wert, wenn Inhalte regelmäßig aktualisiert werden, ein geringer Stromverbrauch unerlässlich ist und der Bildschirm in einer Umgebung betrieben wird, in der ständig eine externe Lichtquelle zur Verfügung steht.

Entwickeln Sie ein HMI-Gerät und suchen Sie nach einem Display, das auf eine bestimmte Anwendung zugeschnitten ist? Kontaktieren Sie uns – wir helfen Ihnen bei der Auswahl der richtigen Technologie, der passenden Parameter und der geeigneten Integrationsmethode für Ihr Gerät.

FAQ – Anzeigen für HMI-Anwendungen in der industriellen Automatisierung

Welches Display eignet sich für ein Bedienfeld, beispielsweise in einer Produktionslinie?

In Bedienfeldern für Maschinen und Fertigungslinien kommen am häufigsten TFT-LCDs zum Einsatz. Sie ermöglichen eine übersichtliche Darstellung von Prozessparametern, Alarmen, Rezepturen, Diagrammen, Betriebszuständen und Bedienelementen. Bei der Auswahl eines Displays sollten Sie folgende Aspekte berücksichtigen: Bildschirmgröße, Auflösung, Helligkeit, Betrachtungswinkel, Schnittstelle, Lebensdauer der Hintergrundbeleuchtung sowie die Möglichkeit der Integration mit einem Touchpanel oder einem Deckglas.

Wie wählt man das richtige Display für ein Industriegerät mit integriertem Bildschirm aus?

Die Wahl des Displays hängt von der Funktion der Benutzeroberfläche ab. Wenn auf dem Bildschirm umfangreiche Prozessdaten, Alarme, Rezepturen oder Bedienelemente dargestellt werden sollen, ist ein TFT-LCD in der Regel die beste Wahl. Bei einfacheren Maschinen, bei denen der Bildschirm grundlegende Statusmeldungen, Sollwerte oder Meldungen anzeigt, kann ein monochromes LCD- oder OLED-Display ausreichend sein.

Welches Display sollten Sie für ein Mess- oder Steuergerät wählen?

Bei Mess- und Regelgeräten hängt die Wahl des Displays von der Menge und Art der angezeigten Daten ab. Wenn auf dem Bildschirm hauptsächlich Messwerte, Zustände und kurze Meldungen angezeigt werden, ist ein monochromes LCD- oder OLED-Display möglicherweise die optimale Wahl.

Wann reicht ein monochromes LCD- oder OLED-Display in einer HMI-Anwendung aus?

Ein monochromes LCD- oder OLED-Display eignet sich zur Darstellung grundlegender Informationen: Zahlenwerte, Statusmeldungen, Alarme, Meldungen und einfache Symbole. Diese Lösungen sind besonders gut für einfache HMI-Schnittstellen geeignet, bei denen eine klare Datenanzeige und eine komfortable Bedienung grundlegender Gerätefunktionen im Vordergrund stehen. Sie kommen häufig in Reglern, Steuerungen, Zählern und Diagnosemodulen zum Einsatz.

Wann lohnt sich der Einsatz eines TFT-LCD-Bildschirms?

Der Einsatz eines TFT-LCD-Displays empfiehlt sich, wenn die HMI-Anwendung die Darstellung komplexerer Informationen erfordert – Menüs, Symbole, Diagramme, Rezepturen, Alarme, Prozessdiagramme oder Produktionsdaten. Diese Technologie eignet sich besonders gut für Maschinenbedienfelder, lokale Steuerpulte und Überwachungssysteme.

In welchen HMI-Anwendungen lohnt es sich, ein EPD in Betracht zu ziehen?

Ein EPD ist eine Überlegung wert, wenn sich die angezeigten Inhalte nur selten ändern und ein geringer Stromverbrauch sowie eine gute Lesbarkeit bei Umgebungslicht im Vordergrund stehen. E-Paper eignet sich gut für Statusanzeigen, elektronische Beschriftungen an Arbeitsplätzen, Informationsmodule, Telemetriesysteme und batteriebetriebene Geräte. Für die dynamische Darstellung von Daten ist es jedoch nicht die beste Lösung.

Welches Display eignet sich für batteriebetriebene Geräte?

Bei batteriebetriebenen Geräten ist je nach Funktionsweise der Benutzeroberfläche der Einsatz von EPD- oder OLED-Technologie in Betracht zu ziehen. EPD eignet sich, wenn Daten in regelmäßigen Abständen aktualisiert werden und der Bildschirm ein statisches Bild ohne ständigen Stromverbrauch anzeigen muss. OLED ist die bessere Wahl bei kompakten Geräten mit kurzen Meldungen oder aktiven Elementen auf dunklem Hintergrund.

Kann ein HMI-Display mit einem Touchpanel, einem Deckglas oder einem Gehäuse integriert werden?

Ja, ein HMI-Display kann mit einem Touchpanel, einem Deckglas, einem Rahmen oder einem Gerätegehäuse kombiniert werden. Dies trägt dazu bei, das Modul an die Betriebsbedingungen, die Art der Nutzung und die mechanischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung anzupassen. Bei der Konzeption sollten die Art des Touchpanels, die Art des Glases, die Befestigungsart, die Abdichtung sowie die vorgesehene Betriebsumgebung berücksichtigt werden.

Können HMI-Displays mit mechanischen Elementen wie Tasten, Schaltern oder Tastaturen kombiniert werden?

Ja, HMI-Displays lassen sich mit Tasten, Schaltern, Drehgebern, Tastaturen oder Signalisierungselementen kombinieren. Diese Lösung eignet sich besonders dort, wo die Bedienung per Touchscreen allein nicht ausreicht – beispielsweise aufgrund von Handschuhen, Umgebungsbedingungen, ergonomischen Anforderungen oder der Notwendigkeit, schnell auf bestimmte Funktionen zugreifen zu können.