TASEL — прозрачные тонкопленочные электролюминесцентные дисплеи, технология и области применения

Компания Lumineq — подразделение финской компании Beneq, специализируется на производстве электролюминесцентных дисплеев повышенной прочности, предназначенных для тяжелых условий эксплуатации.
В первую очередь это возможность работы при экстремально низкой и высокой температуре, при сильной вибрации и наличии механических ударов.

Благодаря своим превосходным эксплуатационным характеристикам дисплеи Lumineq занимают лидирующее положение среди других подобных устройств. Прозрачные тонкопленочные электролюминесцентные дисплеи компании — уникальная по совокупности параметров продукция Lumineq обеспечивает футуристический дизайн и новый уровень человеко-машинных интерфейсов нового поколения.

Все эти качества предопределили широкое применение дисплеев TASEL в промышленности, на транспорте, в медицине, а также в военных приложениях.

О компании Beneq

Финская компания Beneq (www.beneq.com) образована в 2005 году и является ведущим поставщиком производственного и исследовательского оборудования для нанесения тонкопленочных покрытий, а также ведущим мировым изготовителем и разработчиком тонкопленочных электролюминесцентных (TFEL) дисплеев. Основное направление деятельности компании Beneq — активный выпуск оборудования атомно-слоевого осаждения (ALD). Производство Beneq находится в пригородах Хельсинки, в городах Вантаа (вакуумное оборудованиея для нанесения тонких пленок) и Эспоо — подразделение Lumineq (электролюминесцентные дисплеи — сборка готовой продукции). Своим клиентам Beneq гарантирует преемственность разработок Planar, стабильность и финансовую поддержку, необходимые для обеспечения непрерывных поставок продукции и услуг. В 2012 году компания «Роснано» инвестировала в Beneq 1 млрд рублей и включила ее в список своих портфельных компаний.

История компаний Lumineq

Финская компания Lumineq была основана в 1980‑х годах. Производство электролюминесцентных дисплеев было организовано в г. Эспоо. В конце 2012 года компания Beneq (Финляндия) приобрела бизнес по производству электролюминесцентных дисплеев у американской компании Planar Systems, с подразделением FinLux, находящимся в Финляндии. Одновременно была приобретена и компания Lumineq. Дисплеи, ранее разработанные Planar, стали выпускаться под новым брендом Lumineq, которая проектирует и выпускает стандартные дисплеи TFEL (Thin Film Electroluminescent Displays) и прозрачные дисплеи TASEL (Transparent Electroluminescent Displays), используя преимущества технологии атомно‑слоевого осаждения для нанесения функциональных покрытий — ключевой технологии материнской компании Beneq. Компания насчитывает 130 сотрудников, имеет представительства в России, США, Германии, Китае.

Целевые сегменты рынка применений дисплеев — оборонная отрасль, авиация, морская промышленность, медицина, нефтяная и газовые отрасли, добывающая промышленность. Одной из главных целей компании Lumineq является поиск новых секторов и приложений для рынка прозрачных TASEL‑дисплеев.

Технология атомно-слоевого осаждения ALD (Atomic Layer Deposition)

Актуальность этой технологии обусловлена возможностью управления свойствами материалов на атомарном уровне при нанесении слоев пленок практически из любого материала с разной структурой и толщиной, что позволяет достичь требуемых характеристик. Спектр применений нанотехнологии ALD достаточно широк: с ее помощью осуществляется синтез  материалов, предназначенных для микро- и наноэлектроники, фотовольтаики, освещения (LED и OLED), оптики, медицины, ювелирного дела. В большинстве технологий осаждения атомных  слоев используют два химических соединения,  которые называют прекурсорами. Они реагируют  с поверхностью поочередно, сначала один, затем  другой, что приводит к формированию тонкой пленки. Эта технология во многом напоминает химическое осаждение из газовой фазы. Отличие состоит в том, что в технологии осаждения атомных слоев используют две отдельные химические  реакции, в которых прекурсоры не соприкасаются. Разделение прекурсоров обеспечивается продувкой азотом или аргоном. Поскольку используются самоограниченные реакции, суммарная  толщина слоев определяется не продолжительностью реакции, а количеством циклов, и толщину  каждого слоя удается контролировать с очень  высокой точностью.

Электролюминесцентные дисплеи Lumineq

Применение технологии ALD в производстве электролюминесцентных дисплеев позволило получить в первую очередь долговечные и надежные, качественные дисплеи с высокой яркостью и контрастом. Поскольку процесс изготовления довольно сложный и в нем используются дорогие материалы, стоимость дисплеев относительно высока. Однако отличное качество и уникальные характеристики дисплеев Lumineq полностью соответствуют этой цене. Дисплеи данного типа не претендуют на широкий спектр приложений и не являются конкурентами, например, для TFT ЖК‑дисплеев в секторе бытовой электроники. Компания Lumineq продолжает производство линеек стандартных графических малоформатных электролюминесцентных дисплеев, ранее разработанных компанией Planar,  а также заказных символьных, сегментных индикаторов с отображением специализированной графики интерфейса пользователя.

Основные преимущества прозрачных электролюминесцентных дисплеев Lumineq:

  • устойчивость к ударным и вибрационным воздействиям: ускорения до 200g;
  • расширенный диапазон рабочих температур (есть исполнения –60…+105 °C);
  • низкий уровень электромагнитного излучения;
  • высокая контрастность изображения: до 1:500 при внешнем освещении 500 лк;
  • широкий угол обзора: 360°;
  • время отклика: менее 1 мс;
  • высокая долговечность: более 85% первоначальной яркости сохраняется после 10 лет эксплуатации;
  • среднее время безотказной работы: до 250 000 ч.

Основные сферы применения:

  • военная техника;
  • транспорт;
  • промышленность;
  • электроника;
  • медицина;
  • общественная безопасность;
  • морской транспорт.

Уже более 30 лет технология электролюминесцентных дисплеев используется в очень суровых условиях в оборонной, промышленной, морской и аэрокосмической отраслях. Прозрачные стеклянные дисплеи применяются для оптических устройств и транспортных средств. Например, индикаторы Lumineq широко распространены в танках и бронетехнике стран НАТО, в кабинах тракторов Valtra, электропоездах метро Чэнду, в гоночном мотоцикле Honda.

Структура и технология прозрачных электролюминесцентных дисплеев Lumineq

Структура электролюминесцентной панели сформирована на стеклянной подложке. Для адресации элементов изображения в электролюминесцентной панели используется пассивная матричная адресация, которая обеспечивается системой ортогональных электродов строк и столбцов. Прямая адресация пикселей частный случай матричной при числе строк = 1. На стеклянной подложке методом фотолитографии по пленке ITO(Indium Tin Oxide) сформированы прозрачные электроды столбцов. Активным светоизлучающим материалом дисплейной панели является слой люминофора (сульфид цинка, ZnS, легированный ионами марганца, Mn), который наносится поверх слоя прозрачного диэлектрика, отделяющего его от слоя электродов столбцов. Затем на слой люминофора наносится слой непрозрачного (для обычной EL‑технологии) диэлектрика. И наконец, поверх диэлектрика фотолитографией по металлической пленке формируется слой электродов строк.

Толщина слоев:

  • проводящих пленок In2O3: 2000A;
  • слой диэлектрика Al2O3: 2000A;
  • слой люминофора ZnS; Mn: 5000A.

Активация элементов индикации (сегментов люминофора в узлах матрицы адресации) производится в процессе развертки изображения, подачей высоковольтных импульсов напряжения на электроды адресации. После возбуждения люминофор светится в течение нескольких миллисекунд. Яркость и цвет свечения пикселя определятся типом люминофора, частотой развертки и амплитудой управляющих сигналов (энергией активации). Сигналы управления электродами строк и столбцов формируют микросхемы высоковольтных драйверов. Типовые амплитуды напряжений 170–250 В. Микросхемы драйверов строк и столбцов питаются высоким напряжением, которое формируется на плате дисплейного модуля преобразователем напряжения. Для развертки используется частота кадров 60 Гц – 1,5 кГц. Необходимая частота определяется типом дисплея (матричный или сегментный) и типом люминофора. Легирование люминофора другими химическими элементами позволяет создавать иные цвета (например, легирование ионами тербия позволяет создать зеленый цвет). В настоящее время компания использует два разных люминофора — желтый и зеленый. Для эксплуатации в уличных условиях предпочтителен желтый цвет, так как он по умолчанию ярче и обеспечивает лучший внешний контраст. Для помещений и оптических устройств предназначены люминофоры зеленого свечения. Темный контрастный фон или же прозрачный фон в панели обеспечивает пленка второго слоя диэлектрика. Коэффициент пропускания для дисплеев TASEL превышает 80%. Интерфейсы загрузки данных — любые по требованию заказчика. Типовая структура электролюминесцентной панели показана на рис. 1.

Структура типового TASEL-дисплея

Печатная плата, содержащая управляющую электронику, подключена непосредственно к задней части стеклянной панели. Пиксель на дисплее освещается при подаче напряжения на электроды строки и столбца, в результате чего область люминофора под действием приложенного эффективного напряжения возбуждается и начинает излучать свет. Сам дисплейный модуль, как правило, имеет питание от источников 12 и 5 В. Для дисплейных видоискателей или прицелов компания предлагает демокит со встроенным низковольтным источником питания на основе 3‑В литиевой батареи. Применение сверхтонких стеклянных пленок компаний Shcrott и Corning толщиной 25–200 мкм в качестве подложек для TFEL Lumineq позволяет получать структуры толщиной менее 500 мкм. Это значительно расширяет границы применения ламинирования прозрачных TFEL‑дисплеев различных в стекла транспортных средств в качестве базовых узлов человеко‑машинных интерфейсов нового поколения.

Области применения прозрачных тонкопленочных электролюминесцентных дисплеев Lumineq

Компания Lumineq заинтересована в развитии данного типа дисплеев, который имеет значительный потенциал для обеспечения новых и необычных концепций при реализации пользовательского интерфейса в различных приборах и системах. В настоящее время эта область применений развивается и пока ограничена лишь фантазиями и готовностью заказчика к необычным дизайнерским решениям. Использование сверхтонких и изогнутых стеклянных подложек в заказных дисплеях TASEL обеспечивает дизайнерам дополнительные возможности для воплощения своих эстетических новаторских концепций.

Прозрачные TASEL‑дисплеи легкоинтегрировать в высокотехнологичные приложения, поскольку их отличают уникальные свойства:

  • отличная прозрачность;
  • угол обзора; 360°;
  • высокая надежность и технические характеристики высочайшего класса;
  • возможность применения в дисплеях разнообразных конструкторских решений, соответствующих требованиям заказчиков по размеру, форме, углам изгиба;
  • отличная эстетика дисплеев, превосходящая микро‑LED и прозрачные LCD;
  • возможность отображения текста или графической информации по спецификации заказчиков.

Компания Lumineq определила несколько ключевых направлений для применения своих TASEL дисплеев:

  • встроенная оптика (прицелы, видоискатели, дальномеры, приборы ночного видения, перископы, бинокли, окуляры телескопов);
  • HeadUp‑дисплеи, сенсорные интерфейсы и информационные табло в легковых автомобилях;
  • HeadUp‑дисплеи и сенсорный интерфейс в транспортных средствах (поезда, метро, авионика, морской транспорт, строительная техника и ЖКХ);
  • дисплейные устройства промышленной автоматики и систем управления;
  • дисплеи в аппаратуре военной техники.

Таблица. Номенклатура демокомплектов

TASEL Lumineq в оптических устройствах

К таким устройствам относятся различные объективы, электронные видоискатели приборов ночного видения, видоискатели телескопических прицелов, дальномеров, окуляры микроскопов, перископов, телескопов.
Рынок таких устройств очень широк и включает изделия как военного, так и гражданского назначения. На рис. 2 показан общий вид типичного электронного прицела ночного видения. На рис. 3 представлена структура
и конструкция прицела ночного видения.

Общий вид электронного прицела ночного видения

Такие оптикоэлектронные приборы состоят из входной оптики, рассчитанной на работу со спектром ближнего ИК‑диапазона, преобразователя изображения ИК‑спектра в изображение видимого спектра (для зрительной системы оператора), выходного окуляра, приводов регулировки положения объективов оптики (наведение на резкость), дальномера (опция), электронной схемы, встроенного источника питания. Индикация прицельной метки в поле изображения окуляра, расстояния до объекта (цели) и другие функциональные символы отображаются с помощью индикаторного устройства.

Структура и конструкция прицела ночного видения


Плоскость индикаторного устройства располагается по оптической оси системы между входной оптикой и окуляром. Настройка на резкость может производиться вручную или автоматически по азимуту наблюдения и показаниям дальномера. В традиционной оптической схеме таких устройств для синтеза изображений сигнальной метки и прочих символов ранее использовались ЖК‑ и OLEDмодуляторы, выполненные на базе матричных цветных или монохромных микродисплеев. Отдельные модули таких модуляторов (light engine) занимают достаточно большой объем, требуют сложной схемы управления, имеют большое потребление и высокую стоимость. Кроме этого, для совмещения реального изображения и синтезированного требуется дополнительный оптический узел — комбайнер (combiner), который тоже занимает пространство, и его наличие не только увеличивает вес и стоимость всего устройства, но и снижает яркость сигнала исходного изображения. В большинстве случаев использование матричных модуляторов для синтеза прицельной метки явно избыточно, если это не системы дополненной виртуальной реальности. OLED‑микродисплеи к тому же имеют паразитный эффект — burn‑in (выгорание), деградацию по яркости люминофора при индикации постоянных изображений. Следует отметить, что и рабочий температурный диапазон OLED и AMOLED, которые используются в электронных прицелах, ограничен пределами –40…+85 °C. Известна также технология TOLED, прозрачных как и TASEL, дисплеев. Но светоизлучающий слой в TOLED в отличие от TASEL испускает свет только в одном направлении, что уменьшает сферу применения. К тому же TOLED имеет те же недостатки, что и обычный OLED. Это узкий по сравнению с дисплеями TASEL Lumineq рабочий температурный диапазон, недостаточная стойкость к ударам и вибрации (требуются дополнительные конструктивные элементы), невысокая влагостойкость, малый ресурс и, как правило, небольшой период производственного выпуска (не более 5 лет против 20 лет у TASEL). TFT ЖК-матричные микродисплеи, используемые для этого же сектора применения, также значительно уступают дисплеям TASEL по многим параметрам. В первую очередь это узкий температурный диапазон. При высоких температурах происходит деградация химических и оптических свойств слоя ЖК‑материала. При низких температурах возможны механические разрушения структуры ЖК‑дисплея. При высокой влажности могут повреждаться поляризационные пленки ЖК‑дисплеев. ЖК‑дисплеи не предназначены для работы в условиях повышенного или пониженного атмосферного давлений. Дисплеи TASEL прошли успешно испытания в открытой атмосфере на высотах до 18 км. Для работы в условиях высоких уровней вибраций или ударов для ЖК‑дисплеев необходимо дополнительная амортизация и защита.

Пример изображения, наблюдаемого через окуляр c встроенным дисплеем Lumineq, формирующего прицельную метку и отображающего значения дальномераСтереоизображение видимое через электронный видоискатель бинокля ночного видения

Технология прозрачных тонкопленочных электролюминесцентных дисплеев Lumineq обеспечивает кардинальное решение всех проблем при использовании их в конструкции прицелов ночного видения. Во‑первых, TASEL светоэмиссионные, поэтому обеспечивают лучшую энергоэффективность при формировании изображения прицельной метки. Не требуется комбайнер, объем индикатора при размещении в конструкции корпуса прицела на порядок меньше, чем при использовании микродисплеев OLED или ЖК. Схема управления существенно проще. Управление индикатором может выполняться простым недорогим 8‑разрядным микроконтроллером. В целом реализация функции управляемой прицельной метки на базе TASEL Lumineq значительно дешевле. И это очевидно. Дополнительный бонус — для обеспечения стойкости к вибрации и ударам TASEL не требуется дополнительные конструктивные элементы. По своей природе прозрачные TASEL не боятся ни ударов, ни вибрации. Им не страшны условия высокой влажности. И, как уже было сказано, рабочий температурный диапазон позволяет применять их и в раскаленных песках жарких пустынь и в холодах Антарктиды (–60…+105 °C). То есть любое исполнение TASEL‑индикаторов обладает потенциалом rugged (упрочненного исполнения), рассчитанным на эксплуатацию в тяжелых внешних условиях.

Приборы ночного видения (ПНВ) делятся на три поколения. По мере их модернизации улучшались технические характеристики приборов — коэффициент усиления света, чувствительность фотокатода и разрешение. ПНВ ранних поколений могли работать только в условиях «четверть луны на небосводе», второму поколению было достаточно уже света звезд, а последние экземпляры получили возможность обнаруживать фигуру человека на расстоянии 400 м даже ненастной ночью. Электронные (с цифровым вводом в поле зрения) прицельные метки современных ПНВ имеют регулируемую яркость свечения.

Особо точная стрельба требует точного знания дистанции. Встроенный лазерный дальномер с дальностью действия свыше 600 м позволяет измерять расстояние в режиме одиночных замеров и сканирования с точностью ±1 м. 

На рис. 4 показан пример изображения наблюдаемого в окуляре прибора ночного видения с встроенным TASEL‑дисплеем Lumineq. А на рис. 5 — стереоизображение, наблюдаемое в бинокле ночного видения.

Возможности применения дисплейного формирователя прицельной метки в окулярах оптических устройств демонстрируются с помощью демокита ELT32S‑RETICLE‑BAT.

Демокит ELT32S-RETICLE-BAT

ELT32S‑RETICLE‑BAT — это демокит модулятора с прозрачной сеткой прицельной метки для оптики. Топология выполнена на основе 32 сегментов и разработана специально для применения в телескопических прицелах. Дисплей Lumineq позволяет накладывать дополнительную информацию (прицельную метку и дальность до цели) непосредственно в поле изображения прямой видимости без использования дополнительной оптики для объединения изображений. На рис. 6 показана оптическая схема применения TASEL‑дисплея в окуляре электронного прицела. На рис. 7 показан общий вид демокита ELT32S‑RETICLE‑BAT.

 Оптическая схема применения TASEL дисплея в окуляре прицела

Основные характеристики демокита

Демонстрационный образец состоит из прозрачного дисплея с сеткой нитей прицела и управляющей электроникой на плате с гибким шлейфом. Полностью прозрачное стекло дисплея круглой формы может быть интегрировано в оптические устройства. 32 индивидуально адресуемых сегмента — поле трехзначного десятичного значения дальности, перекрестие прицельной метки с (10 или 20 мкм) точками.

Сценарии демонстрационных режимов:

  • регулировка яркости и чувствительности;
  • сегментный дисплей с 15 фиксированными сегментами;
  • активная площадь экрана: 50x57 мм;
  • яркость; 1500 нит.

Общий вид дисплейного модуля демокита

Технические характеристики:

  • технология — прозрачная тонкопленочная электролюминесценция;
  • цвет люминофора — желтый;
  • тип индикатора — сегментный, 32 иконки;
  • прозрачность — ~85% (в фоновом поле); 90% при использовании AR (по специальному запросу);
  • угол обзора: 360°, полностью прозрачный;
  • время отклика: <1 мс;
  • яркость: регулируется от уровня яркости дневного света до NVIS;
  • диаметр индикатора: 20,5 мм (плюс контактная поверхность);
  • толщина индикатора: 2,2 мм (с защитным стеклом);
  • интерфейсный гибкий кабель (FPC): прямой, длина 250 мм;
  • размер печатной платы: 75x34x44 мм;
  • потребляемая мощность: несколько мВт в зависимости от яркости;
  • источник питания схемы управления: литиевая CR‑батарея 123 A, 3 В;
  • интерфейсы: Trimknob (скриптовые режимы) и UART для пользовательских сценариев.

На рис. 8 показана топология контактной зоны дисплейной панели. Ширина контактных площадок для присоединения полиимидного интерфейсного кабеля всего 76 мкм. Шаг выводов 152 мкм. Длина и конфигурация кабеля может быть любой в соответствии со спецификацией заказчика. На рис. 9 показан плата модуля управления дисплеем. Размер микросхемы драйвера на 16 сегментов всего 5x5 мм. Габариты гибкого интерфейсного соединительного кабеля (FPC) 10x40 мм. Размеры микроразьема 3x3 мм. На рис. 10 показаны конструктивные решения, предлагаемые компанией Lumineq для реализации миниатюрных заказных оптических модулей со встроенными схемами управления. Размер микросхемы драйвера на 64 сегмента — 4x25 мм.

Вид дисплея Lumineq для прицелаЗона контактных площадок дисплеяПлата схемы управления дисплеем видоискателя прицела

Сравнение ключевых характеристик технологий TASEL, TOLED и просветных ЖК-диплеев

Следует начать с того, что в большинстве случаев технология TASEL не претендует на рынок смартфонов, телевизоров и прочих электронных товаров широкого применения, где преимущественное использование ЖК‑ и OLED‑дисплеев бесспорно.

Температурный диапазон TFEL по сравнению с TFT ЖК-дисплеями

Прозрачные тонкопленочные электролюминесцентные дисплеи Lumineq имеют ряд ключевых преимуществ, которые и обеспечивают им несомненное преимущество в секторах, где с ними могли бы конкурировать аналогичные по электрооптическим характеристикам ЖК‑ или OLED‑дисплеи. В первую очередь таким преимуществом является широкий рабочий температурный диапазон. Для военных приложений, приложений на транспорте это ключевой фактор при выборе решений. На рис. 11 сравниваются температурные диапазоны TFEL (TASEL имеет такой же диапазон) и стандартных TFT‑дисплеев и TFT‑дисплеев с расширенным температурным диапазоном.

По сравнению с другими дисплейными технологиями технология TASEL Lumineq обладает комплексом важных достоинств, обеспечивающих высокие конкурентные преимущества:

  • длительный жизненный цикл TASEL‑моделей при производстве: свыше 20 лет (гарантирует производитель);
  • долговечность продукции: не менее 20 лет (обеспечивается технологией);
  • высокая надежность: простота и отработанность технологических процессов;
  • высокая устойчивость к механическим ударам и вибрации;
  • высокий выход годных: практически 100%;
  • высокая оптическая однородность;
  • высокая прозрачность: свыше 80%.

У TOLED прозрачность не более 50%. К тому же технология OLED пока существенно дороже. Эффект парения светящегося изображения физически не реализуем с помощью просветных ЖК‑дисплеев. Технология TASEL позволяет легко реализовать сенсорную емкостную чувствительность In‑touch. Сигналы приближения и прикосновения руки оператора считываются через те же электроды адресации сегментов изображения. Распознавание касания обеспечивается в контроллере после обработки сигналов сенсора. Не требуется нанесения дополнительных сенсорных пленок поверх индикатора.

Основные преимущества использования TASEL Lumineq в HUD-дисплеях

Одним из ключевых применений технологии прозрачных люминесцентных дисплеев являются HUD (Head Up Display). Это так называемые козырьковые дисплеи, которые формируют вспомогательное изображение на фоне основного наблюдаемого сквозь него оператором.

рис. 12. HUD-дисплей Lumineq на приборной панели автомобиля

Использование ламинированных в многослойное автомобильные стекло дисплеев Дисплей Lumineq для HUD упрощает настройку, экономит место и не имеет ограничения по углу обзора. Типовая оптическая схема HUD использует проекционные дисплейные системы для проецирования изображения на лобовое стекло автомобиля. Он содержит три основных компонента: проектор, комбайнер (оптическая система линз для объединения в поле зрения синтезируемого и видимых изображений в одно целое) и видеопроцессор для синтеза вспомогательного изображения. Хотя эта установка такой сложности вполне подходит для реализации в автомобилях, она занимает ценное пространство в авто, где существуют строгие требования к углу проецирования. Более того, он не работает для вертикальных лобовых стекол в автобусах, грузовиках или промышленных транспортных средствах. Благодаря ламинированию тонкопленочного прозрачного дисплея в стекле информация может отображаться прямо на лобовом стекле без каких‑либо дополнительных настроек. Это экономит место, а также может снизить стоимость. На рис. 12 показан вариант реализации вспомогательного HUD‑дисплея на отдельном стекле. Благодаря технологии прозрачных дисплеев можно расширить границы дизайна автомобилей и других транспортных средств, превращая любую стеклянную поверхность, такую как лобовое стекло, боковые окна или двери (в автобусах, поездах метро), в интерактивный прозрачный дисплей. Прозрачное стекло дисплея можно ламинировать, сверлить или разрезать в соответствии с заданной пользователем формой для решения различных дизайнерских концепций.

Безопасность и комфорт Прозрачные дисплеи могут значительно повысить безопасность автомобиля. Например, отображение критической информации на лобовом стекле в пределах прямой видимости значительно улучшает безопасность и комфорт водителей транспортных средств. Предупреждающие сигналы легче увидеть и трудно не заметить, когда они находится внутри лобового стекла или окна. При вождении информация в зоне прямой видимости водителя также помогает не отвлекаться на контроль текущих важных параметров. Дисплеи в транспортных средствах, включая автобусы, грузовики, поезда, самолеты, лодки, играют важную роль в обеспечении безопасной езды и плавного перемещения. В современных кабинах есть несколько экранов, отображающих важную информацию для водителя. Постоянно переводить взгляд с приборной панели на дорогу и обратно может быть опасно, особенно в ситуациях, когда водителю необходимо сосредоточиться и держать голову высоко. Ламинирование прозрачного дисплея на лобовом стекле — оптимальное решение для обеспечения большей безопасности водителя. Информация, которая обычно требовала, чтобы водитель повернул голову, теперь может отображаться прямо в поле его зрения. Это также упрощает процесс принятия решений, поскольку водитель получает возможность смотреть только в направлении движения. Эргономика водителя значительно улучшается, так как остается меньше отвлекающих факторов, а информация о транспортном средстве доступна в прямой видимости.

На рис. 13 показан вариант реализации HUD ламинированного в ветровое стекло автомобиля. На рис. 14 показана реализация HUD на ветровом стекле катера.

Система оповещения об ограничении скорости Ламинированный TASEL-дисплей Head Up на ветровом стекле катера

Дизайн встроенного в окна сенсорного дисплейного интерфейса на базе Lumineq

В китайском поезде на магнитной подвеске (рис. 15), движущемся со скоростью 600 км/ч,используются окна футуристического дизайна с ламинированными прозрачными дисплеями Lumineq. Компания Lumineq Displays была выбрана в качестве одного из технологических партнеров и предоставила технологию сенсорного ламинированного прозрачного дисплея как пассажирского интерфейса управления степенью затемнения окон купе.

Скоростной поезд на магнитной подушке

С давних времен в пассажирских поездах для защиты окон купе от слепящего солнечного света используются светонепроницаемые жалюзи, но это ограничивает возможности пассажиров для комфортного созерцания видов из окна вагона. В новой разработке поезда на магнитной подвеске предусмотрены затемняемые окна с функцией управляемого коэффициента пропускания. В качестве управляющего пользовательского интерфейса применена технология прозрачного дисплея Lumineq. Ламинированный в четырехслойное стекло окна такой сенсорный дисплей позволяет активизировать сам процесс регулировки затенения и задавать степень комфортного затемнения в соответствии с яркостью солнечного света. Пассажиры могут вручную регулировать степень затемнения, нажимая подсвеченные кнопки «+» или «–» на оконном стекле (рис. 16). Есть и режим автоматической настройки затемнения в соответствии с текущей яркостью солнечного света за окном.

Окно с регулируемой прозрачностью в купе скоростного поезда

На рис. 17 показано аналогичное решение интерфейса управления пассажиром степенью затемнения иллюминатором в салоне авиалайнера.

Управление затемнением в иллюминаторах салона авиалайнера

Встраивание TASEL в боковые стекла автомобиля

Боковое стекло автомобиля ранее никогда не рассматривалось дизайнерами как место для размещения дисплеев. Дизайнеры Lumineq разработали концепцию применения такого дисплея (рис. 18). Базовые функции — идентификация водителя, разблокировка дверей и запуск двигателя. Это альтернатива традиционному ключу с брелком управления центральным замком и охранной сигнализацией.

Сенсорный интерфейс на боковом стекле автомобиля

Дисплей, размещенный на стороне автомобиля, рядом с крышкой топливного бака, может предоставить важную информацию для обслуживания авто — это, например. индикация уровня тормозной жидкости, уровень масла и давление в шинах.

Для комфортного сервиса при зарядке аккумулятора электромобиля полезно индицировать степень зарядки (емкость энергии) и обеспечиваемый при этом запас хода (рис. 19).

рис. 19. Индикация уровня заряда и запаса хода в процессе заряда аккумулятора электромобиля на зарядной станции

Сигнализация намерения при автономном вождении автомобиля

По мере приближения транспортного средства трудно определить, замедляется ли он, чтобы пешеход мог безопасно перейти дорогу на переходе. С сообщением о безопасности, например «Безопасно переходить» (видимым для пешеходов), мигающим на лобовом стекле или боковых окнах, пешеходы могут выйти на дорогу, не подвергая опасности свою жизнь (рис. 20). Это особенно важно, когда зрительный контакт с водителем ограничен или отсутствует, и будет иметь решающее значение, когда наступит эра автономности.

Индикация сообщений для пешеходов Можно безопасно проходить

Эргономичность и безопасность

Эргономичность и безопасность тяжелой техники, такой как тракторы, краны и погрузчики, могут быть значительно улучшенным с помощью отображения рабочих параметров и подсказок на лобовом стекле. С удачно размещенной информацией в ограниченном пространстве кабины, оператор может избегать ненужных повторяющихся движений, сделанных при попытках проверить важную информацию.

Индикация границы зоны безопасного движения стрелы и ковша экскаватора

Другие применения TASEL

Отличным примером удачного дизайнерского решения для эффективного и эргономичного применения прозрачного светоэмиссионого дисплея является выдвижной дисплей в считывателе штрих‑кода (рис. 22). Необходимая информация находится в поле зрения водителя: ему не нужно изменять угол зрения или поворачивать голову, что обеспечивает комфортную работу и меньшую утомляемость.

Выдвижной экран в считывателе штрих-кода

Дисплей, ламинированный в защитную крышку смарт-часов

Как отмечалось ранее, TASEL можно ламинировать в тонкие стеклянные подложки любых форм. Примером такого решения является ламинированное в защитную крышку смарт‑часов вспомогательное табло с функцией индикации почты и звонков, информирующее владельца, например, о поступлении звонков, или СМС, или почтовых сообщений на его смартфон (рис. 23). Дисплей в смарт‑часах является удаленным терминалом владельца смартфона, который обеспечивает дополнительный уровень комфорта коммуникаций.

Прозрачный дисплей в стеклянной крышке смарт-часов

Заключение

Технология TASEL несомненно обладает огромным потенциалом как для своего развития, так и для расширения секторов применения. В настоящее время TFEL‑ и TASEL‑дисплеи Lumineq находят широкое применение в самых передовых разработках транспорта будущего, обеспечивая потребителям новый уровень комфорта и безопасности.

Литература
  1. Самарин А. Beneq (Lumineq) — новый бренд на рынке электролюминесцентных дисплеев // Компоненты и технологии. 2014. № 8.
  2. Майоров Э. Реализация нанотехнологии атомно‑слоевого осаждения на оборудовании компании Beneq: от лаборатории к промышленности // Компоненты и технологии. 2013. № 10.
  3. Top 5 guidelines for designing transparent vehicle displays. Lumineq Olarinluoma 9, Espoo, Finland.
  4. Костина О., Данько А., Белецкий В. Электролюминесцентные дисплеи фирмы Planar // Компоненты и технологии. 2007. № 7.
  5. Льюис Л. Современные электролюминесцентные дисплеи на примере продукции компании PlanarSystem // Компоненты и технологии. 2007. № 7.
Перевод

Александр Самарин

Андрей Смирнов,displays@macrogroup.ru

Журнал Компоненты и Технологии № 8 2021 год.