Wyświetlacze w aplikacjach Internetu Rzeczy

Aktualnie można zauważyć dwie główne gałęzie rozwoju IoT. Pierwsza to aplikacje konsumenckie, np. rozwiązania typu „inteligentny dom”, gdzie mamy szereg połączonych ze sobą sprzętów, którymi można zarządzać poprzez aplikację mobilną. Druga to IIoT (ang. Industrial Internet of Things) – rozwiązania przemysłowe służące do zarządzania i optymalizacji produkcji. Szacuje się, że w roku 2018 globalnie zanotujemy około 20 miliardów urządzeń działających w ramach IoT.

Prognozy rynkowe przygotowane przez IDC (International Data Corporation) pokazują, że inwestycje w sprzęty Internetu Rzeczy będą przez najbliższe lata zdecydowanie rosły. Szacunkowe ogólnoświatowe wydatki w roku 2018 mogą wynieść 772,5 mld USD, co oznacza 14,6% wzrost względem roku 2017.

Do większość aplikacji IoT potrzebny jest odpowiedni wyświetlacz. W zależności od potrzeb aplikacji, środowiska w jakim będzie zamontowane urządzenie końcowe, czy też energochłonności, mamy do dyspozycji kilka całkowicie różnych technologii. Aby ułatwić wybór, przedstawiamy poniżej trzy najpopularniejsze możliwości wraz z ich zaletami i wadami.

TFT LCD – bogaty kontent, szybkie odświeżanie

Technologia TFT LCD dzięki wielu zaletom (np. szybki czas reakcji) znajduje zastosowanie głównie w rozwiązaniach konsumenckich. Sprawne wyświetlanie dynamicznej, kolorowej treści, pozwala na użycie jej w aplikacjach, gdzie na pierwszym miejscu stawia się multimedialność. Minusem tej technologii jest ilość poboru energii. Ze względu na swoją budowę, panele LCD TFT są najmniej energooszczędnymi urządzeniami z możliwości przedstawionych w artykule.

Istnieje wiele przykładów konsumenckiego zastosowania wyświetlaczy LCD. Sprzęty gospodarstwa domowego, takie jak inteligentne pralki czy lodówki, różnego typu sterowniki, np. wbudowany w ścianę termostat, czy urządzenia ubieralne (np. smartwatche) to tylko niektóre przykłady. Internet Rzeczy w połączniu z TFT LCD możemy zastosować wszędzie tam, gdzie mamy dostęp do stałego zasilania lub tam, gdzie użytkownikowi nie przeszkadza częstsze ładowanie urządzenia.

Wyświetlacze LCD TFT mają wbudowane podświetlenie, więc mogą być wykorzystywane w miejscach, gdzie oświetlenie zewnętrzne jest słabe lub gdzie zamontowanie dodatkowego oświetlenia jest niemożliwe. Z drugiej strony zastosowanie wyświetlacza LCD TFT w miejscu mocno nasłonecznionym jest problematyczne ze względu na potrzebę montażu mocniejszego podświetlenia, tak by światło odbite miało mniejszą wartość od światła emitowanego przez moduł TFT. Takie rozwiązanie może negatywnie wpłynąć na grubość wyświetlacza i zwiększa energochłonność urządzenia, a tym samym koszty użytkowania.

OLED – idealne kolory, pełne kąty obserwacji

Dzięki spadkowi cen względem poprzednich lat oraz wielu zaletom konstrukcyjnym, wyświetlacze OLED-owe są coraz częściej wykorzystywane w szeregu urządzeń elektronicznych. Dodatkowymi atutami, w porównaniu z modułami mono LCM, są: wyższy kontrast, szybszy czas reakcji, pełne kąty obserwacji i mniejsze zużycie energii. Większa energooszczędność spowodowana jest zastosowaniem substancji organicznej emitującej samoczynnie światło, dzięki czemu wyświetlacze OLED nie potrzebują dodatkowej warstwy podświetlenia. Takie rozwiązanie nie tylko poprawia ekonomię użytkowania, ale również znacząco zmniejsza grubość wyświetlacza, a tym samym całego urządzenia końcowego. W tej technologii źródłem światła emitowanego w odpowiednim kolorze są piksele. Bardzo dobry kontrast osiąga się poprzez wyłączenie odpowiednich pikseli i uzyskanie w tej sposób idealnej czerni.

Inną zaletą, której nie posiadają wyświetlacze TFT, jest możliwość naniesienia organicznej substancji na podłoże z tworzywa sztucznego. W ten sposób tworzone są elastyczne wyświetlacze, które można dopasować do obudowy urządzenia końcowego. Można je znaleźć m. in. w smartfonach, smartwatchach, czy inteligentne okulary. Niestety zastosowanie OLED-ów to nadal dla wielu producentów stosunkowo kosztowne rozwiązanie. Cena modułów OLED jest wciąż wyższa od wyświetlaczy LCD TFT, natomiast energooszczędność jest zależna od jasności i kolorów wyświetlanej treści. Najbardziej optymalne są obrazy z czarnym tłem i jasnymi elementami.

EPD – wysoka oszczędność energii, imitacja papieru

Aplikacje Internetu Rzeczy często są zasilane przy użyciu baterii, więc energooszczędność nierzadko stanowi kluczowy punkt podczas wyboru komponentów. Doskonałym wyborem pod względem niskiego poboru prądu jest technologia e-papierowa (ang. EPD, Electronic Paper Display). Jej działanie oparte jest na bistabilności, co oznacza, że potrzebny prąd pobierany jest jedynie w momencie odświeżania lub zmiany wyświetlanej treści. Natomiast raz włączony obraz jest stale widoczny, a wyświetlacz w tym trybie w ogóle nie zużywa energii.

Wyświetlacze EPD zostały stworzone tak, aby imitować tradycyjny papier. W przeciwieństwie do modułów TFT LCD i OLED, e-papier jest idealnie czytelny nawet w bezpośrednim naświetleniu słonecznym. Jednak z drugiej strony, brak podświetlenia może stać się problematyczny w sytuacji, gdy chcemy korzystać z tej technologii w słabo oświetlonych miejscach. Można tutaj rozważyć dodanie podświetlenia, ale trzeba pamiętać, że takie rozwiązanie zwiększy pobór energii.

Najpopularniejsze moduły EPD to wersje z czarno-białą matrycą. Jednak, jeżeli w danej aplikacji ważne jest podkreślenie części wyświetlanej informacji warto rozważyć również zastosowanie wersji z dodatkowym trzecim kolorem (czerwonym lub żółtym). Tego typu panele idealnie nadają do wykorzystania, np. jako e-ceny.

Wyświetlacze EPD zyskują coraz większą popularność. Oprócz rynku konsumenckiego (e-czytniki, smartwatche), są stosowane w aplikacjach przemysłowych (np. e-ceny, e-badge, inteligentne systemy rejestracji czasu pracy) oraz w digital signage (tablice informacyjne na przystankach autobusowych, e-plakaty, systemy do nawigacji wewnątrz budynków), a nawet w architekturze, jako elementy dekoracyjne (np. E Ink Prism). Wszędzie tam, gdzie nie trzeba dodatkowo oświetlać wyświetlacza, gdzie ważna jest energooszczędność, a odświeżanie treści jest stosunkowo rzadkie.