从阴极射线管(CRT)显示器到冷阴极荧光灯(CCFL)背光液晶显示器(lcd)，再到现在的白色发光二极管(LED)背光液晶显示器，触摸屏人机界面或操作界面自20世纪90年代初推出以来已经走过了漫长的道路。平板显示器在自动化行业已经变得非常流行，例如工业计算机和人机界面(HMIs)连接到plc和嵌入式控制器板。

了解一项技术的历史和发展可以极大地帮助你在特定的应用中正确地使用它。hmi，特别是hmi背后的背光，在汽车、医疗、包装、制药、食品和饮料、运输和许多其他行业已经发生了重大变化。

在决定使用哪种HMI时，理解HMI背后的技术非常重要。在决定哪种HMI最适合应用程序及其环境时，诸如显示寿命、图像质量和显示亮度等参数都会发挥作用。带有lcd的现代hmi由几个组件组成。液晶显示器最重要的组成部分之一是背光，负责从屏幕发出的光。当平板液晶显示器取代了老式的CRT显示器，比如罗克维尔自动化公司的老式Panelview 1200和1500中使用的显示器时，上面提到的每个参数都有了显著的进步。与老式的CRT显示器相比，具有CCFL背光的lcd极大地提高了hmi的质量、亮度和寿命。液晶显示器的CCFL背光最初的寿命只有5000小时。随着时间的推移，CCFL背光lcd得到了改善，从10,000增加到15,000到20,000小时，背光寿命一直增加到50,000小时。CCFL背光lcd的寿命取决于HMI环境温度和湿度。CCFL背光液晶显示器更昂贵的薄膜晶体管(TFT)液晶显示器在25摄氏度(77华氏度)下工作通常持续约50,000小时，但背光寿命随着温度的变化而急剧变化。 For example, if the temperature of the LCD rises to about 40 C (104 F), CCFL backlight life deteriorates to roughly 20,000 hr (Figure 1).

至于相对湿度对寿命的影响，CCFL背光HMI的“湿球温度”为39摄氏度(102.2华氏度)。一旦CCFL背光LCD在给定温度下达到最大额定湿度，背光就会放弃(图2)。

CCFL的挑战与它们的工作方式有关。CCFL光源被归类为电子元件，简单地说，是一种气体放电光源，它从玻璃灯外壳内的受激荧光粉涂层产生输出。典型的CCFL是一个中空的玻璃圆筒，内部涂有由稀土元素组成的荧光粉材料，并在两端用得到的(无杂质)电极密封(图3)。

在253.7 nm处的紫外线能量是通过对电极施加高压使汞和潘宁气体混合物电离产生的。来自汞放电的紫外线能量刺激荧光粉涂层，产生光。CCFL可以描述为将电能转换为光能的换能器。令人惊讶的是，CCFL背光LCD需要超过1000 V的电源电压，通常为1200 - 1500 V。耗电的逆变器板驱动CCFL背光(图4)。

尽管有这个名字，冷阴极在工作时不会保持低温;它们会变得非常热，这对CCFL背光lcd来说是个问题。背光温度的升高会显著降低使用寿命，并可能导致不稳定的运行。hmi销往全球，包括印度、墨西哥、中国和中东，这些地区的环境温度达到45摄氏度(113华氏度)，湿度为95%。

为了更长的寿命和更高的可靠性，高端制造商正在转向高效率的白光led，这种固态器件由掺杂杂质的半导体材料芯片组成，以产生p-n结。与其他二极管一样，电流很容易从p侧(阳极)流向n侧(阴极)。图5显示了LED的结构。

与ccfl不同，白光led没有需要高电压的气体和荧光粉，但可以在5 V至24 V的范围内工作，无需逆变器板，产生的热量比ccfl少。白光LED背光LCD显示屏的使用时间通常是CCFL背光的两倍——75000小时到100000小时，不受温度影响(图1)。CCFL背光LCD显示屏的工作温度为25℃;白色的led背光能够在高达95%的湿度下工作到60 C (140 F)(图6)。

基于led的照明具有很高的效率，以每单位功率输入的光输出来衡量。标准触摸屏HMI亮度通常以NITS(流明/平方米)衡量。白色LED背光的HMI通常显示约500尼特，相比之下，CCFL背光LCD显示器大约为200-300尼特。使用白色LED背光LCD，背光寿命增加两倍，亮度增加。

冗余是另一个优势。当一个CCFL灯泡坏了，整个液晶显示器就无法读取。使用白色LED背光HMI，如果其中一个LED烧坏，显示会按比例变暗，但它仍然可以用于重要的机器操作。随着hmi在室内和室外的许多应用和环境中使用，这些都是白光LED在操作员界面中使用的关键优势。

白光LED背光液晶显示屏具有更长的寿命、更高的亮度和更高的温度额定值，在标准液晶电视显示器和笔记本电脑上取得了重大进展。自2005年以来，索尼在高端超薄Vaio笔记本电脑上使用了LED背光。2007年，华硕、戴尔和苹果在一些笔记本电脑中引入了白色LED背光。2008年10月，苹果公司宣布在其笔记本电脑上使用LED背光，并用于新的24英寸苹果影院显示器。

在触摸屏人机界面方面，AVG Automation的Uticor部门推出了首款白色LED背光人机界面，在60℃和95%的湿度下，背光可达10万小时。显示器有4-，6-，8-，10-和15-英寸。大小。在印度次大陆等地区，控制面板内部温度为55-60℃，环境温度为45℃是正常的。

——由Mark T. Hoske编辑，CFE Media内容经理，控制工程AVG/Uticor副总裁Vikram Aditya Kumar提供了相关信息。

www.uticor.net

www.avg.net

Inception:改造工程白色LED背光照明

整个HMI产品线的白色led灵感有一个热的开始。

AVG自动化公司首席执行官Shalabh Kumar说:“我在印度艾哈迈达巴德降落时想到了[LED背光]，飞行员说晚上7:30气温是42摄氏度(108华氏度)。我问白天的温度是多少，是48摄氏度。在制造工厂中，面板很容易承受60摄氏度(140华氏度)的高温，这会迅速降低操作寿命。然后我们与使用CCFL显示器的操作界面的机器制造商进行了交谈。对于屏幕来说，一年半的寿命并不罕见。”

“虽然一些屏幕制造商试图让灯泡易于更换，但我们采访过的人中没有人真正在现场更换它们。它们取代了整个操作界面，这增加了相当大的成本。”Kumar说。

使用白光led的操作面板寿命长达6年，而ccfl的最长寿命为1.5至3年，工作温度范围要大得多;他建议，在恶劣环境下，特别是在高温地区，通过避免在同一作业期间多次更换OI，可以很容易地弥补较高的初始成本。

Kumar在3月14日的采访中表示，AVG是世界上唯一一家在其Uticor Tough Panel系列人机界面中提供白色LED背光作为标准的公司。

- Mark T. Hoske是CFE Media的内容经理。控制工程。

//www.globalelove.com/hmi

https://flash.ezautomation.net/eztouch/eztouch_overview.htm

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