Richtlijnen voor de helderheid van industriële schermen (Nits) voor HMI's en buitenapparatuur

Inleiding

De zichtbaarheid van het scherm is een kritieke ontwerpparameter in industriële apparatuur. Operators vertrouwen op grafische interfaces om de systeemstatus te controleren, parameters aan te passen en op alarmen te reageren. Als het display niet duidelijk kan worden afgelezen in de bedrijfsomgeving, kan dit ten koste gaan van de bruikbaarheid en operationele efficiëntie.

Industriële systemen werken onder een breed scala aan lichtomstandigheden. Apparatuur kan worden geïnstalleerd in overdekte fabrieksomgevingen met sterke overheadverlichting, buiteninfrastructuur die wordt blootgesteld aan direct zonlicht, of semi-buitenlocaties zoals transportterminals en openbare kiosken.

Voor engineers die HMI's en ingebedde besturingsinterfaces ontwerpen, is het selecteren van de juiste industrieel display helderheid is een belangrijke stap in de beeldschermspecificatie. Onvoldoende helderheid vermindert de leesbaarheid, terwijl een te hoge helderheid het stroomverbruik, de thermische belasting en de systeemkosten verhoogt.

Helderheid alleen is niet bepalend voor de zichtbaarheid van een beeldscherm. Contrastverhouding, optische hechting, oppervlaktebehandelingen en het ontwerp van de behuizing hebben allemaal invloed op hoe een beeldscherm presteert in echte gebruiksomstandigheden.

Ingenieurs die beeldschermarchitecturen evalueren kunnen extra context vinden in de overzicht industriële display engineering beschikbaar in de Gids voor monitoren voor industriële apparatuur.

Wat is de helderheid van industriële schermen?

De helderheid van een industrieel beeldscherm verwijst naar de luminantieoutput van een beeldscherm, gemeten in nits (cd/m²). Een hogere helderheid verbetert de leesbaarheid van het scherm in omgevingen met veel omgevingslicht, zoals fabrieksvloeren, buitenapparatuur, kiosken en EV-oplaadstations.

Industriële systemen gebruiken meestal schermen tussen 500 en 1500+ nits, afhankelijk van de omgevingsverlichting.

Typische helderheidsbereiken die in industriële systemen worden gebruikt, zijn onder andere:

Veel industriële interfaces geïmplementeerd via industriële aanraakschermen gebruiken helderheidsniveaus die hoger zijn dan die van consumentendisplays om de leesbaarheid in veeleisende omgevingen te behouden.

Hoe helder moet een industrieel beeldscherm zijn?

De vereisten voor helderheid worden voornamelijk bepaald door de omgevingsverlichting in de installatieomgeving.

Omgevingslicht wordt meestal gemeten in lux, terwijl de helderheid van het scherm wordt gemeten in neten. Als het omgevingslicht toeneemt, moet het beeldscherm een hogere luminantie produceren om een acceptabel contrast te behouden.

De onderstaande tabel geeft een overzicht van algemene technische richtlijnen die worden gebruikt bij het selecteren van beeldschermen.

In buitenopstellingen kan zonlicht het waargenomen schermcontrast aanzienlijk verminderen. Om deze reden, in zonlicht afleesbare schermen combineren doorgaans een hoge helderheid met optische hechting en ontspiegeld glas.

Zonlicht leesbare industriële displays

In buitenomgevingen wordt de zichtbaarheid van displays sterk beïnvloed door direct zonlicht en reflecties op het displayoppervlak. Zelfs panelen met een hoge helderheid kunnen moeilijk afleesbaar worden als de reflectie niet goed onder controle wordt gehouden.

A in zonlicht afleesbaar industrieel display combineert meestal verschillende ontwerpelementen:

• helderheid boven 1000 nits
• optische verlijming om interne reflecties te elimineren
• ontspiegeld of ontspiegeld dekglas
• LCD-schermen met hoog contrast

Deze technologieën verminderen schitteringen en verbeteren het waargenomen contrast bij sterke omgevingsverlichting.

In zonlicht leesbare beeldschermen worden vaak gebruikt in:

• EV-laadstations
• buitenkiosken
• transportterminals
• interfaces voor bouwmaterieel
• mariene navigatiesystemen

Bij het ontwerpen van interfaces voor buitenapparatuur moeten helderheid en reflectieregeling samen worden geëvalueerd in plaats van afzonderlijk.

Technologieën die de helderheid van beeldschermen beïnvloeden

Verschillende hardware- en optische technologieën bepalen hoe goed een industrieel beeldscherm presteert in omgevingen met hoge helderheid.

Krachtige LED-achtergrondverlichtingssystemen

De meeste industriële LCD-schermen werken met LED-achtergrondverlichtingssystemen. Om de helderheid te verhogen is meestal een hogere lichtopbrengst van de LED-array nodig.

Ontwerpen met een hoge helderheid kunnen zijn:

• LED-driverschakelingen met hoger vermogen
• geoptimaliseerde lichtgeleider- en diffusielagen
• verbeterde structuren voor warmtedissipatie

Een uniforme lichtverdeling is nodig om zichtbare variatie in helderheid over het scherm te voorkomen.

Optische verlijming

Optische hechting verbetert de zichtbaarheid door de luchtspleet tussen het LCD-paneel en het beschermende afdekglas of de aanraaksensor te elimineren.

Een transparante lijmlaag verbindt de schermcomponenten met elkaar, waardoor interne reflecties worden verminderd.

Voordelen zijn onder andere:

• verbeterde contrastverhouding
• minder interne reflecties
• betere leesbaarheid bij zonlicht
• verhoogde mechanische sterkte van de beeldschermeenheid

Optische hechting wordt vaak gebruikt in industriële beeldschermen voor buiten en transportapparatuur.

Antireflecterende en antireflecterende oppervlakken

Externe reflecties kunnen de effectieve helderheid aanzienlijk verminderen.

Industriële beeldschermen hebben vaak oppervlaktebehandelingen die zijn ontworpen om reflecties te beheersen, zoals:

• antireflecterende optische coatings
• geëtst ontspiegeld glas
• beschermende lagen met lage reflectie

Deze behandelingen verminderen schittering door zonlicht en sterke overheadverlichting.

PCAP Touch-integratie

Veel industriële HMI's gebruiken geprojecteerd capacitief (PCAP) aanraaktechnologie.

De integratie van een aanraaksensor zorgt voor extra lagen in de displaystapel. Glasdikte, sensormaterialen en kleefstoffen beïnvloeden allemaal de lichttransmissie en reflectiekarakteristieken.

Ingenieurs ontwerpen industriële aanraakschermen moet een evenwicht vinden tussen duurzaamheid bij aanraking en optische prestaties.

Technische overwegingen

Om de helderheid van een scherm te selecteren, moeten verschillende factoren op systeemniveau worden geëvalueerd.

Omringende verlichtingsomstandigheden

De installatieomgeving is de belangrijkste factor.

Typische voorbeelden zijn:

• fabrieksvloeren met LED-verlichting met hoge intensiteit
• buiteninfrastructuur blootgesteld aan direct zonlicht
• transportterminals met gemengde lichtomstandigheden

Displays die buiten worden geïnstalleerd, hebben meestal helderheidsniveaus nodig boven 1000 nits gecombineerd met in zonlicht leesbare ontwerptechnieken.

Thermisch beheer

Voor een hogere helderheid is meer vermogen voor de achtergrondverlichting nodig, wat extra warmte genereert.

Een te hoge temperatuur kan de degradatie van LED's versnellen en de levensduur van displays verkorten.

Industriële beeldschermen bevatten meestal:

• aluminium chassisconstructies
• passieve paden voor warmteafvoer
• thermische interfacematerialen

Thermisch beheer is vooral belangrijk in afgesloten buitenbehuizingen.

Stroomverbruik

Het stroomverbruik van de achtergrondverlichting neemt toe met de helderheid.

Voor systemen met beperkte beschikbaarheid van stroom - zoals infrastructuur op zonne-energie of apparaten op batterijen - moet helderheid worden afgewogen tegen energiebeperkingen.

Adaptieve helderheidsregeling met omgevingslichtsensoren wordt soms geïmplementeerd.

Betrouwbaarheid op lange termijn

Industriële apparatuur kan vele jaren continu in bedrijf zijn.

LED-achtergrondverlichting verliest geleidelijk helderheid na verloop van tijd. Ingenieurs specificeren vaak beeldschermen met een hogere aanvankelijke helderheid om de degradatie op lange termijn te compenseren.

Robuuste industriële aanraakschermen die zijn ontworpen voor industriële omgevingen bevatten meestal LED-achtergrondverlichtingssystemen met een lange levensduur.

Systeemintegratie

Industriële beeldschermen zijn zelden op zichzelf staande componenten. Ze zijn meestal geïntegreerd met ingebedde computerplatforms of besturingselektronica.

In veel systemen zijn beeldschermen aangesloten op paneel-PC gebaseerde HMI-systemen, waarmee de helderheid, het energiebeheer en de schermtiming softwarematig kunnen worden geregeld.

Voor gespecialiseerde apparatuurontwerpen kunnen beeldschermen ook worden ontworpen via OEM-aanraakoplossingen op maat om te voldoen aan de geometrie en afdichtingsvereisten van de behuizing.

Typische toepassingen

De helderheidseisen voor industriële beeldschermen variëren afhankelijk van de gebruiksomstandigheden.

EV-oplaadstations

EV-oplaadsystemen worden meestal buiten geïnstalleerd en moeten leesbaar blijven in direct zonlicht. Deze systemen gebruiken vaak schermen tussen 1000 en 1500 nits, gecombineerd met optische verlijming en ontspiegeld glas.

Industriële automatiseringsapparatuur

Productieapparatuur interfaces worden over het algemeen binnenshuis geïnstalleerd, maar kunnen werken onder sterke fabrieksverlichting.

Helderheidsniveaus van 500-800 nits worden vaak gebruikt voor deze HMI's.

Openbare kiosken en terminals

Zelfbedieningskiosken in transportknooppunten of openbare infrastructuuromgevingen moeten onder gemengde lichtomstandigheden werken en duurzame aanraakinterfaces ondersteunen.

HMI's voor bouwuitrusting

Bouwmachines zoals graafmachines en laders werken vaak in direct zonlicht. Beeldschermen die in deze omgevingen worden gebruikt, vereisen meestal 1000+ nits helderheid gecombineerd met robuuste aanraakinterfaces.

Maritieme navigatiesystemen

Scheepsuitrusting werkt onder sterke zonlichtreflecties van wateroppervlakken. Beeldschermen voor de scheepvaart zijn daarom afhankelijk van hoge helderheid, optische hechting en antireflecterende coatings om de leesbaarheid te behouden.

Wanneer schermen met hoge helderheid geschikt zijn

Beeldschermen met een hogere helderheid zijn geschikt wanneer apparatuur wordt gebruikt in omgevingen met veel omgevingslicht.

Typische situaties zijn onder andere:

• interfaces voor buitenapparatuur
• openbare infrastructuurinstallaties
• fabrieksvloeren met sterke verlichting
• transportmiddelen

In deze omgevingen verbeteren helderheidsverbeteringen in combinatie met reflectieregeling de bruikbaarheid aanzienlijk.

Conclusie

De helderheid van industriële schermen is een belangrijke factor bij het bepalen van de bruikbaarheid van interfaces van apparatuur. Helderheid alleen is echter geen garantie voor leesbaarheid.

Voor een effectief ontwerp van industriële schermen is het nodig om helderheid in balans te brengen met het ontwerp van optische stapels, reflectiecontrole, contrastprestaties en omgevingsomstandigheden.

Door helderheid te evalueren als onderdeel van de algehele industriële HMI-architectuur, kunnen technici displaysystemen ontwerpen die leesbaar en betrouwbaar blijven gedurende de hele levensduur van de apparatuur.

FAQ

Welk helderheidsniveau is vereist voor industriële beeldschermen voor buiten?

Voor buitenapparatuur zijn meestal schermen nodig tussen 1000 en 1500+ nits, gecombineerd met optische verlijming en antireflecterende oppervlakken.

Verbetert een hogere helderheid altijd de leesbaarheid?

De leesbaarheid van het scherm hangt ook af van de contrastverhouding, de reflectiecontrole en het ontwerp van de optische stapel.

Wat wordt beschouwd als een in zonlicht leesbaar industrieel beeldscherm?

Een in zonlicht leesbaar scherm biedt meestal 1000 nits of hogere helderheid gecombineerd met optische verlijming en ontspiegeld glas.

Welke invloed heeft helderheid op de levensduur van het scherm?

Een hogere helderheid verhoogt de belasting van de LED-achtergrondverlichting, waardoor de helderheid na verloop van tijd sneller kan afnemen.