Светодиодные лампы для автомобилей, дома и офиса

Светодиодные сенсорные экраны

LED Touchscreens На сегодняшний день это самое современное, самое распространенное и самое популярное устройство во всем мире. По нему можно провести пальцем, на него можно нажать, можно сделать щипок и сузить изображение, и можно его расширить вновь, сделав обратное движение пальцами. Сенсорный экран, это устройство будущего для ввода информации.

Пользователи оценили по достоинству простоту и удобство сенсорного дисплея в использовании. В производстве расширяется горизонт применения сенсорных дисплеев для различных устройств. Из небольшого дисплея на смартфоне, к огромным экранам, подходящим для работы нескольких человек, существует много различных технологий, используемых в этом широком  ассортименте продукции. До сих пор, решения на основе оптических сенсорных датчиков не были предпочтительными для больших дисплеев. С развитием высокоэффективных инфракрасных (ИК) светодиодов, эта технология стала привлекательной даже для небольших сенсорных дисплеев, например, как на ноутбуках и планшетах.

Запуск Windows 8 в октябре 2012 года дал уже популярным сенсорным экранам дополнительный импульс.  Эта операционная система была специально разработана для данного типа ввода и является движущей силой развития соответствующим образом оборудованных компьютеров и ноутбуков. Первые отзывы от пользователей, указывает, на то что они ценят возможность использовать полнофункциональную компьютерную программу, работая непосредственно на экране особенно с фотографиями и графикой.

Существуют различные способы обнаружения положения пальца или стилуса на экране. Резистивные дисплеи используются как традиционные. Подобные дисплеи оснащены, нанесенными на них, двумя проводящими пленками, разделенными воздушным зазором. Нажатие пальцем сокращает разрыв между двумя слоями пленки, что позволяет проходить току. Электрическое сопротивление затем используется, чтобы вычислить точки контакта. 

Емкостные решения также распространены широко. Они производят электрическое поле в специальном поверхностном слое. Контакт между этим слоем и проводящим объектом, например пальцем, вызывает изменение в электрическом поле . 

Оптический сенсорный экран может быть реализован путем создания световой сетки на дисплее с помощью ИК светодиодов, в котором объект прикосновения к дисплею в зависимости от конструкции или отбрасывает тень или вызывает отражение света. 

Оптические сенсорные экраны

Оптические решения пользуются большой популярностью, особенно для больших дисплеев.  Их преимуществом является отличное качество изображения, потому для них не нужны никакие специальные покрытия, которые поглощают определенный процент от подсветки. Они могут обнаружить любой тип указателя, будь то стилус или же пальцы в перчатках, потому что они не зависят от проводимости этих объектов. Оптическая конструкция не чувствительна к царапинам и, в зависимости от мощности излучателей, может быть использована для экрана любого размера. В большинстве случаев оптические компоненты установлены в рамке вокруг дисплея, так что эта технология может быть использована для модернизации существующих дисплеев без значительных затруднений. Оптические сенсорные дисплеи ранее считались слишком дорогими, слишком большими, и слишком чувствительными к окружающему освещению. Благодаря новым, компактным и в то же время мощным ИК светодиодам, которые в настоящее время обеспечивают основу экономически эффективным, низкопрофильным сенсорным экранам, тем самым вытесняя первые два вышеперечисленных аргумента. Третий недостаток, а именно чувствительность окружающего света, может быть преодолен путем соответствующих методов проектирования экрана, которые мы рассмотрим.

К вашему вниманию высокоэффективные тонкопленочные чиповые технологии, которые служат основой для компактных ИК светодиодов с высоким оптическим выходом.

Существует широкий спектр пакетов для всех вариантов дизайна - от небольших излучателей для световой решетки, и до мощных излучателей используемых для освещения больших дисплеев. С длиной волны 850 нм, ИК светодиоды вполне отвечают требованиям для сенсорных экранов. Их свет едва заметен невооруженным глазом, но легко регистрируется детекторами. В исключительных случаях, в которых недопустим остаточный видимый свет от 850-нм излучателя,  возможно применение излучателей с длинной световой волны 940-нм.

Световые сетки

Самым простым решением для оптических сенсорных экранов  является световая решетка созданная рядами инфракрасных излучателей и детекторов, расположенных друг напротив друга.  Компоненты смонтированы вокруг экрана,  в низкопрофильной рамке, всего несколько миллиметров глубиной, известной как панель. Прикосновение пальца или стилуса блокирует световую передачу, в результате чего детектор регистрирует ослабление сигнала в соответствующей точке. Такая конструкция может быть использована в качестве сенсорной версии, если излучатели и детекторы включены последовательно, а сигналы обрабатываются соответствующим образом.

Важными факторами при выборе излучателя служат размер компонента, его оптический выход, и интенсивность излучения, - другими словами, распределение света. 

Высокая интенсивность излучения является синонимом остроты лучевого угла. Высокая интенсивность излучателя даёт возможность охватить  экраны с широкой диагональю. Острый лучевой угол, в сочетании с острым углом обнаружения на детекторах, гарантирует, что даже на больших дисплеях лучи от отдельных излучателей не будут зафиксированы более чем одним датчиком. Для создания световой решетки идеально подходят ИК светодиоды и фототранзисторы низкопрофильного пакета с углом ± 15 °, такие как OSRAM, высотой 1,6 - мм, что позволяет создавать панели толщиной около 2,3 мм. Светодиодный чип позволяет сделать рамки толщиной даже менее 2 мм. В некоторых случаях, особенно там, где есть яркое освещение, целесообразно использовать фильтры дневного света, для уменьшения влияния окружающего света на детекторы. Конструкция такой световой сетки легко масштабируется до широко диагональных экранов. По сравнению с не оптической технологией, это масштабирование несёт за собой гораздо меньшие затраты, благодаря тому, что функциональные компоненты установлены в рамке вокруг дисплея. Коэффициент масштабирования в случае с оптическими сенсорными дисплеями зависит от окружности, во всех же других технологиях коэффициент масштабирования зависит от площади экрана. Однако необходимо помнить, что световой поток уменьшается пропорционально квадрату расстояния от детектора. Это в свою очередь приводит к увеличению помех для сенсорного сигнала и в связи, с чем соответственно необходимо  регулировать ток излучателя. В связи с этим, размер требований может оказать влияние на подбор компонентов в блоке управления.

Свет из углов

Оптическая конструкция с линейным сканированием оптических датчиков, камер по существу, нуждается в гораздо меньшем количестве компонентов, чем проект световой решетки. В этой конфигурации, используется пара мощных ИК светодиодов, чтобы залить дисплей с инфракрасным светом из двух углов. Есть также детекторы - оптически разделенные во избежание перекрёстных помех,  которые только принимают сигнал, в момент отражения объектом на экране инфракрасных лучей. В большинстве случаев применяются датчики линейного сканирования, например у считывателей штрих кода или у планшетных сканеров. Точное положение и размер пальца или стилуса рассчитывается путем оценки обоих сигналов с помощью процедуры, аналогичной триангуляции.

В зависимости от разрешения датчика расположенного в углу, конструкция является потенциальной, для производства сенсорных экранов с гораздо более высоким разрешением, чем с другими технологиями. Эта конструкция также является особенно привлекательной, поскольку она может быть расширена до больших экранов без необходимости использования дополнительных компонентов, до тех пор, как вы будете убеждены, что излучатели производят достаточно света.  В настоящее время в основном используется дисплеи с диагональю экрана 12 дюймов и более.

В несколько модифицированном варианте,  световоды (устройства для направленной передачи света) установлены вокруг экрана и насыщают его светом ИК светодиодов из углов. Свет выходит из световода через определенные промежутки вдоль его длины, что создает световой занавес над дисплеем. Линейные датчики регистрируют тени, которые образованы от объекта (палец, стилус) на экране. 

Оба подхода требуют ИК светодиоды с достаточным оптическим излучением, чтобы осветить весь экран. Однако они должны быть маленьких размеров достаточно для низкопрофильных дисплеев. Последней разработкой в этой области применения является чип LED SFH 4053. С размерами 0,5 × 1 × 0,45 мм, он является одним из самых тонких компонентов среди продукции своего класса.

С микросхемой размером 8 тысячных дюйма в тонкопленочной технологии, эта ИК подсветка производит 40 мВт при 70 мА и до 260 мВт при 700 мА в импульсном режиме. Этого вполне достаточно для того, чтобы легко осветить экран ноутбука. 

В то время как ИК светодиоды с широким углом светового потока прекрасно подходят для углового освещения, выбор излучателей для световода зависит от конструкции световода. Тип светодиодов Midled обладающих острым углом светового потока и плоской поверхностью идеально подходят для передачи света световодам. Osram опубликовал руководство по применению, которое обеспечивает более подробной информацией о конструкции световода. Один из возможных подходов, который состоит в сокрытии сенсорного сигнала от воздействий света окружающей среды -  сначала измеряется уровень освещенности, без инфракрасной подсветки, а затем проводится измерение с ИК подсветкой и вычисляется разность между двумя сигналами. 

Проекция для больших дисплеев

Большие проекционные панели представляют еще один вид сложностей,  тем не менее преодолимых для оптической технологии сенсорного экрана. Система может проецировать инфракрасный свет от задней панели так же, как проецируется изображение на экране. В таком случае на дисплее будет отражаться свет от пальца или стилуса и фиксироваться одной или несколькими ИК камерами. Такая конструкция делает возможным излучение инфракрасных лучей проекции на поверхности. Если экран снимается камерой - например, в ТВ-студии - свет может мешать сигналу камеры. Одним из возможных решений является использование излучателей с длинной волны 940-нм. В данной ситуации можно воспользоваться альтернативным способом, при котором инфракрасные лучи выводятся на стеклянную плоскость дисплея. ИК светодиоды, например, излучают свет в стекле таким образом, что лучи полностью отражаются на верхней и нижней поверхностях. Только в тот момент, когда объект соприкасается с поверхностью, происходит отражение и рассеивание света, которые фиксируют детекторы.  Данный метод известен как нарушение полного внутреннего отражения (НПВО). 

Эти два варианта оптических сенсорных экранов не требуют панели и поэтому дают дизайнерам большую гибкость. Для проекционного решения обычно требуются ИК светодиоды с чрезвычайно высокой производительности, такие как Dragon, Oslon, or Ostar LEDs от Osram. В системе НПВО конструкция должна обеспечивать высокое число внутренних отражений. Инструкция по применению описывает соответствующие требования и перечисляет соответствующие излучатели. В зависимости от устройства в качестве компонентов могут быть например светодиоды с острым углом рассеивания Midleds для того, чтобы достичь максимально высокогой выходной мощности или инфракрасные светодиоды Oslon, в настоящее время самые маленькие ИК светодиоды с мощностью 1Вт.

Сенсоры в ячейках

Ячеечная технология является  относительно новой. В данных сенсорных панелях фото транзистор встроен в каждый пиксель ЖК дисплея. В ярком фоне палец или стилус бросает тень на детекторы, в условиях недостаточной освещенности они отражаются ЖК подсветкой.  В темной среде с тёмным дисплеем сигнал фототранзистора очень слабый. Это исправляется дополнительной инфракрасной подсветкой со стороны, например супер маленькими компонентами Smartled.

Таким образом, мощные ИК светодиоды обеспечивает основу для оптических сенсорных экранов с широкой диагональю. Процесс передачи этих чиповых технологий инфракрасным светодиодам привел к экономически эффективным решениям в области производства маленьких и средних сенсорных дисплеев. 

Автор статьи Harry Feltges - менеджер по маркетингу инфракрасных устройств OSRAM Opto Semiconductors.

Реклама