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  • Schim­mel und Kor­ro­sion im Outdoor-​Einsatz

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Quod erat demonstrandum

Quod erat demonstrandum

Tat­säch­lich ste­hen Möglichkeiten zur Ver­fü­gung, um Dis­plays oder deren Kom­po­nen­ten angemessen für den indus­triellen Anwen­dungs­bere­ich zu testen. Sie zeigen etwaige Prob­le­men oder ob das Dis­play über­spez­i­fiziert wäre.
Wie mit dem Display-​Fingerabdruck zer­störungs­frei und gün­stig gemessen wer­den kann, ob ein elek­tro­n­is­ches Flach-​Display zur vorgegebe­nen Anwen­dung passt.

Welche Möglichkeiten ste­hen zur Ver­fü­gung, um Dis­plays oder deren Kom­po­nen­ten angemessen für den indus­triellen Anwen­dungs­bere­ich zu testen? Eine Frage, die sich nicht nur indus­trielle Sys­te­men­twick­ler – wenn auch ger­ade diese – stellen. Ihr Ziel wäre es entweder her­auszufinden, ob sie mit Prob­le­men im Echt-​Betrieb der Anwen­dung rech­nen müssen, oder ob sie gar zu vor­sichtig sind und das gewählte Dis­play für die vorgegebene Anwen­dung über­spez­i­fiziert beziehungsweise somit zu teuer wäre. Was sich nach Wun­schdenken anhört, ist in diesem Fall aus­nahm­sweise Real­ität. Ein Überblick.

Tat­säch­lich steht ein Testver­fahren zur Ver­fü­gung, das nach einem Traum aus 1000 und 1 Dis­plays klingt: Der soge­nan­nte Display-​Fingerabdruck ist eine zer­störungs­freie Analyse und kann somit gren­zen­los wieder­holt wer­den. Er ist auch bei fer­ti­gen Sys­tem nach beliebiger Betrieb­szeit repro­duzier­bar, um eine sichere Doku­men­ta­tion der Eigen­schaften zu erstellen. Die Ergeb­nisse lassen sich ein­fach inter­pretieren, mit anderen Resul­taten ver­gle­ichen, doku­men­tieren und aus­tauschen. Sie spren­gen nicht ein­mal das Zeit– und auch nicht das Kosten-​Budget. Der einzige Haken ist, dass dem Entwick­ler zunächst klar­w­er­den muss, welche Infor­ma­tio­nen, in welcher Art benötigt wer­den und von wo er sie bekommt. Bei Dis­plays führt nor­maler­weise der erste Weg über eine Spezifikation.

Spez­i­fika­tion

Eine Spez­i­fika­tion stellt detail­lierte Charak­ter­is­tiken und Daten unter­schiedlicher Typen von embedded-​Systemen sowie Dis­plays mit und ohne Touch-​Funktion zur Ver­fü­gung. Sie ist umso effek­tiver, je genauer und voll­ständi­ger die Angaben sind. Zu ihnen zählen beispiel­sweise mech­a­nis­che Infor­ma­tio­nen, Tol­er­anzen, physikalis­che Max­i­mal­w­erte, Schnittstellen/​Anschlüsse, Beziehun­gen zwis­chen Farb­spek­trum und Ein­gangs­datensignal oder Ver­sorgungss­pan­nungsse­quen­zen. Jedoch sind solche Angaben oft genug mehrdeutig, nicht aktuell, unvoll­ständig oder schlichtweg untauglich. In manchen Fällen kor­re­spondieren sie nicht ein­mal wirk­lich mit dem vor­liegen­den Display.

Charakteristika einer Displayspezifikation
Abbil­dung 1

Abbil­dung 1 zeigt optis­che Charak­ter­is­tika einer Dis­playspez­i­fika­tion. Zu sehen ist beispiel­sweise nur, dass der Kon­trast im Ide­al­fall genau bei fünf Punk­ten definiert ist. So beträgt der Kon­trast gemessen am Mit­telpunkt aus der Senkrechten typ­isch 600. Gemessen oben (+Y) beziehungsweise zwölf Uhr bei einer typ­is­chen 45 Grad Nei­gung von der Senkrechten Rich­tung +Y beträgt er min­destens 10. Analoges gilt für unten (-Y) beziehungsweise sechs Uhr bei typ­is­cher 55 Grad Nei­gung von der Senkrechten Rich­tung –Y. Auch für die Mes­sun­gen unten (+X sowie –X) bei typ­is­cher 70 Grad Nei­gung von der Senkrechten Rich­tung +X respek­tive –X beträgt der Kon­trast eben­falls min­destens 10. Hier gilt sogar für alle Angaben jew­eils eine erlaubte Abwe­ichung von nur +/​-​0 Grad. Sie erin­nern damit stark an aufge­hüb­schte Abgaswerte diverser Autos, da alle Mes­sun­gen nur in Laborkon­stel­la­tion gelten.

Dem­nach ist dem Dis­playen­twick­ler nicht unmit­tel­bar klar, welche Angaben er wirk­lich hat, ob diese aus­re­ichen und wie es um deren Qual­ität bestellt ist. Manche Display-​Hersteller geben daher etwas mehr Daten an. Zum Beispiel in Form eines Polar-​Diagramms, das Daten zum Kon­trastver­lauf bein­hal­tet (Abbil­dung 2). Der Kon­trast kann zwis­chen den in der Spez­i­fika­tion angegebe­nen Blick­winkeln völ­lig anders verteilt sein, als Beispiele sind hier mehrere Dia­gramme abge­bildet. Das macht es nicht ein­facher für den Entwick­ler (Abbil­dung 3). Oft – beziehungsweise zum Ärg­er­nis für den Entwick­ler – sind solche Polar-​Diagramme jedoch nicht angegeben. Zusät­zlich benötigt der Entwick­ler aber auch Daten von der kün­fti­gen Anwen­dung, denn diese soll mit dem aus­gewählten Dis­play möglichst lange rei­bungs­los funk­tion­ieren. Daher ist es für den Entwick­ler nötig Daten wie sie beispiel­sweise in Abbil­dung 4 dargestellt sind, zu beschaf­fen und zu bew­erten. Solche Anwen­dung­spro­file kann es nur vom Anwen­der beziehungsweise seinem Kun­den geben. Ohne diese wird es schwierig bis unmöglich das passende Dis­play auszuwählen.

Polar-Diagramm
Abbil­dung 2
Polar-Diagramm
Abbil­dung 3
Spider Diagramm
Abbil­dung 4

Wenn das Nutzung­spro­fil dann vor­liegt, muss her­aus­ge­fun­den wer­den, ob und wie gut es beziehungsweise die aus­gewählten Dis­plays auf dieses Anwen­dung­spro­fil passen. Nicht nur the­o­retisch passen, son­dern auch tat­säch­lich. Mit den Daten aus dem Display-​Fingerabdruck, die aus der echten Ist-​Situation stam­men, lässt sich jetzt das geforderte Nutzung­spro­fil abgle­ichen und bewerten.

Display-​Fingerabdruck

Es bleibt damit dem­nach die Erken­nt­nis, dass ohne weit­ere Infor­ma­tio­nen eine echte Bew­er­tung schlicht und ergreifend noch nicht möglich ist. In den meis­ten Fällen hilft dann nur eine selbst durchge­führte Mes­sung, die Koop­er­a­tion mit einem Dien­stleis­ter beziehungsweise ein Blick in eine – zum Beispiel die eigene – Daten­bank, ob da gegebe­nen­falls schon ein passender Fin­ger­ab­druck für das anvisierte Dis­play aus einer vorheri­gen Nutzung hin­ter­legt ist. Dadurch ist auf jeden Fall gewährleis­tet, dass sich die Angaben auch tat­säch­lich auf das jew­eilige Dis­play beziehen. Gle­ichzeitig gilt: Wenn ein Mes­sauf­bau schon gemacht wer­den soll, kann der Entwick­ler par­al­lel die gesam­melten Daten detail­lierter und aus­sagekräftiger gemäß den eige­nen Schw­er­punk­ten auswerten. Auf diese Weise kön­nen viele gehaltvolle Infor­ma­tio­nen über die Anwen­dung kat­e­gorisiert wer­den. Erst dann kön­nen Sys­te­men­twick­ler unkom­pliziert fest­stellen, welcher respek­tive welche Para­me­ter entschei­dend sind. Diese Anforderun­gen müssen sich mit dem aus­gewählten Dis­play oder zumin­d­est im Zusam­men­spiel mit dem gesamten Sys­tem in der vorgegebe­nen Anwen­dung abdecken lassen. Das gilt auch für Gehäuse und Gehäuse­mechanik, Verk­a­belung, Massekonzept, weit­ere Sub­sys­teme und Bau­grup­pen samt benötigter Firm– und Software.

Eine völ­lig unfehlbare Meth­ode wird es sicher­lich auch hier nicht geben. Jedoch haben eigene Mes­sun­gen neben echten, detail­lierten Werten für alle Winkel und Posi­tio­nen zahlre­iche weit­ere Vorteile. So gilt zum Beispiel: Sie sind schnell. Mit den richti­gen Geräten samt Vor­bere­itung und Auswer­tung sind bere­its in eini­gen Stun­den erste, belast­bare und repro­duzier­bare Daten ver­füg­bar. Ist der Entwick­ler respek­tive der Dien­stleis­ter erfahren, kann die Dauer weiter verkürzt wer­den. Sie sind ferner sehr prak­tik­a­bel. Denn: Sowohl das nackte Panel als auch das gesamte Sys­tem, in Abhängigkeit von der tat­säch­lichen Bau­größe, kann zer­störungs­frei und ohne Demon­tage gemessen wer­den. Sie sind gün­stig, da zum einen wenig Zeit und Aufwand gerin­gere Kosten bedeuten und die Mes­sung infolge der gerin­gen Vorar­beit zum anderen häu­figer angewen­det wer­den kann. Prinzipbe­d­ingt sind sie ein­fach repro­duzier­bar. Viele Prüflinge einer Serie kön­nen ein­fach über­prüft und auf Einzelfehler getestet wer­den. Wenn nötig, kön­nen Mes­sun­gen auch unter reell erwart­baren Rah­menbe­din­gun­gen wie zum Beispiel Umge­bungslicht oder Tem­per­atur geprüft werden.

Diese Display-​Fingerabdrücke zeigen somit tech­nisch eine Samm­lung von möglichst vie­len Messpunk­ten aus allen zu erwartenden Blick­winkeln, sortiert nach den Messergeb­nis­sen für die Wieder­gabe von jew­eils Rot, Grün und Blau sowie Weiß als Resul­tierende. Es gibt unter­schiedliche Mess­geräte, die solche Daten messen und entsprechend auswerten kön­nen. Voraus­ge­set­zung ist, dass sie blick­winke­laufgelöste Daten gener­ieren kön­nen. Dazu zählen beispiel­sweise conoskopis­che sowie goniometrische Ver­fahren oder Leucht­dichtekam­eras mit entsprechen­der Optik. Wichtig ist auch die jew­eils entsprechende Soft­ware. Diese ist üblicher­weise bere­its in der nor­malen Aus­führung in der Lage, solche oder ver­gle­ich­bare Auswer­tun­gen zu erstellen.

Farb­dreiecke

Farbdreieck
Abbil­dung 5

Natür­lich gilt, dass jede beliebige Darstel­lung genutzt wer­den kann. Wer­den die gesam­melten Mess­werte aber in einem Farb­dreieck gemäß CIE 1931 dargestellt, ergibt das dann den Display-​Fingerabdruck (Abbil­dung 5). Dort kön­nen sie nicht nur direkt aus­gew­ertet wer­den. Da bei diesem Messver­fahren die Messergeb­nisse für die jew­eili­gen Far­ben über alle Blick­winkel gesam­melt und in der zuge­höri­gen Farbe dargestellt wer­den, ergibt sich zudem meist eine „Wolke“ von Daten aus allen Blick­winkel­ergeb­nis­sen für die jew­eilige Farbe. Das Beispiel-​Diagramm zeigt damit zunächst, dass die Anzahl der darstell­baren Far­ben (color gamut) bei dem vor­liegend gemesse­nen Dis­play bei unter­schiedlichen Blick­winkeln sehr unter­schiedlich aus­fällt. Der größte Gamut, der sich bei dem ver­messe­nen Dis­play nicht über unter­schiedliche Blick­winkel verän­dert, kann somit im näch­sten Schritt über das Dreieck, das sich zwis­chen den inner­sten Farbpunk­ten von jew­eils Rot, Grün und Blau auf­s­pan­nen lässt, geometrisch aus­gew­ertet wer­den. Ver­gle­ich­bares gilt für den the­o­retisch best­möglichen Gamut. Zwar gilt dieser tat­säch­lich nur the­o­retisch, kommt bei dieser Mes­sung jedoch dem Zahlen­wert der Hersteller-​Display-​Spezifikation wahrschein­lich am näch­sten (Abbil­dung 6). Zudem kön­nen Sys­te­men­twick­ler direkt auf einen Blick erken­nen, ob bei eini­gen Betra­ch­tungswinkeln gegebe­nen­falls sogar Farbin­ver­sio­nen entste­hen. In diesem Fall würde die dargestellte Farbe kip­pen, wodurch deren Kom­ple­men­tär­farbe dargestellt wer­den würde (Abbil­dung 7). Das ist ein­fach zu erken­nen, wenn sich Messpunkte einer Farbe auf der jew­eils anderen Seite des Weißpunk­tes befinden.

Farbdreieck
Abbil­dung 6
Farbdreieck
Abbil­dung 7

Zusät­zlich lässt sich eben­falls sehr ein­fach erken­nen, dass selbst the­o­retisch im besten Falle bei dem hier gemesse­nen Dis­play keine wirk­lich gesät­tigten Far­ben dargestellt wer­den kön­nen (Abbil­dung 8). Anson­sten müssten sich die jew­eili­gen Messpunkte stärker und näher in den Bere­ichen der Grund­far­ben konzen­tri­eren. Mit etwas Übung kön­nen Sys­te­men­twick­ler sogar noch wesentlich mehr aus den Dia­gram­men ableiten. So zum Beispiel Aus­sagen zu den einge­set­zten Farb­fil­tern, den ver­wen­de­ten Polfil­tern oder Art und Eig­nung der ver­wen­de­ten Kom­pen­sa­tions­filme (Retarder) und vieles mehr. Abbil­dung 9 zeigt einen kleinen Überblick von Ergeb­nis­sen ver­schiedener Dis­plays. Dabei zeigt das beste Dis­play die „kle­in­sten Wolken mit größtem Abstand“. Im Ide­al­fall mit nur jew­eils einem Punkt für Rot, Grün und Blau, der sich möglichst in den Ecken der Primär­far­ben befindet. Das Messergeb­nis im linken oberen Dia­gramm der Abbil­dung beweist, dass dies tat­säch­lich auch möglich ist. Im Übri­gen han­delt es sich bei all den hier gezeigten Mess­werten auss­chließlich um Color-​TFTs. Ohne Display-​Fingerabdruck beziehungsweise bei herkömm­licher Doku­men­ta­tion hätte allen mit hoher Wahrschein­lichkeit die gle­iche Spez­i­fika­tion zuge­ord­net wer­den können.

Farbdreieck
Abbil­dung 8
Farbdreiecke
Abbil­dung 9

Wenn solche Mes­sun­gen häu­figer, über län­gere Zeiträume oder für mehrere gle­iche respek­tive gle­ichar­tige Dis­plays und Embedded-​Systeme durchge­führt wer­den, lässt sich zer­störungs­frei und aufwand­sarm beispiel­weise sehr ein­fach nach­weisen und doku­men­tieren, wie sich die Qual­ität und Eigen­schaften über die Nutzungszeit verän­dert. Zudem kön­nen Qual­itäts­beauf­trage erken­nen, welche Qual­itätss­chwankun­gen bei unter­schiedlichen Liefer­losen auftreten oder ob soge­nan­nte „second-​source“ Pro­dukte mit ver­meintlich gle­icher Spez­i­fika­tion auch tat­säch­lich gle­ich sind. Mit diesem Auss­chnitt an Anwen­dungsmöglichkeiten des Display-​Fingerabdrucks lässt sich nur anreißen welche Kosteneinsparun­gen und Risiko­min­imierun­gen damit tat­säch­lich möglich sind.

Über den Autor und das Unternehmen:

Klaus Wammes ist Geschäfts­führer der Wammes & Part­ner GmbH. Das Unternehmen ist spezial­isiert auf die Forschung und Pro­duk­tion im Bere­ich der Optoelek­tronik. Durch mehr als 20 Jahre Erfahrung in Entwick­lung und Her­stel­lung von Flach­bild­schir­men und Dis­plays für extreme Anwen­dungs­bere­iche ist er zu einer Anlauf­stelle für Fra­gen rund um elek­tro­n­is­che Dis­plays gewor­den — in allen App­lika­tio­nen und für alle Hersteller.

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