人機(jī)界面（HMI）是物理，電子或虛擬環(huán)境，人類操作員和機(jī)器之間發(fā)生交互。用戶界面上人與機(jī)器之間交互的目的是有效地操作和控制機(jī)器或系統(tǒng)，并監(jiān)控來自機(jī)器的反饋，這有助于操作員做出操作決策。

示例用戶界面中的HMI包括計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，手動(dòng)工具，重型機(jī)械操作員控制和過程控制的交互方面。在創(chuàng)建用戶界面時(shí)適用的設(shè)計(jì)考慮涉及人體工程學(xué)和心理學(xué)等多種學(xué)科。

LED和相關(guān)的固態(tài)照明技術(shù)在人機(jī)界面和圖形用戶界面（GUI）中越來越多地使用，這兩者都是關(guān)鍵特性現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)。各種可見光譜顏色的各個(gè)LED用作可變條件指示器，而它們的條帶和塊也可以作為背光板配置在面板顯示器中，通常與LCD覆蓋層配合使用。

最新的防爆范圍，基于LED的HMI提供了巨大的優(yōu)勢(shì)，不僅在顯示方面，而且在能效，可靠性和延長的使用壽命方面（圖1）。這是由于使用了LED背光技術(shù)，這需要高達(dá)傳統(tǒng)冷陰極熒光燈（CCFL）顯示器所用能量的一半。

圖1：R Stahl的Screen-Tec T-Ex系列防爆HMI由于采用了LED背光技術(shù)，因此具有顯示質(zhì)量和能效優(yōu)勢(shì)。

通常情況下，基于LED的顯示器使用大約40-50 W，而類似的CCFL顯示器使用至少75 W.與頻繁閃爍和故障相比，LED背光顯示器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是LED的壽命相對(duì)較長。 CCFL光源。此外，與CCFL背光相比，LED背光可以產(chǎn)生更大范圍的色彩。

對(duì)比度為1000：1，基于LED顯示屏的HMI非常明亮，使用戶可以輕松看到過程信息。此外，基于LED的背光顯示器不含任何汞，鎘或鉛，這意味著它們比傳統(tǒng)的CCFL顯示器更容易回收和處理。

圖2：來自Chicago Miniature Lighting的高亮度面板安裝LED系列樣品。

考慮到許多HMI系統(tǒng)位于惡劣環(huán)境，制造或加工行業(yè)，抗沖擊和振動(dòng)，以及幾乎總是需要加熱，灰塵和液體進(jìn)入。 Chicago Miniature Lighting最新系列的面板安裝LED指示燈，包括700多種元件和組合，涵蓋各種尺寸，顏色和電壓范圍，專為沖擊和振動(dòng)可大大縮短傳統(tǒng)燈泡壽命的應(yīng)用而設(shè)計(jì)（圖2） ）。這些持久耐用的設(shè)備 - 平均壽命通常為100,000小時(shí)（比白熾燈等效時(shí)間長30-50倍） - 功耗也相對(duì)較低。

采用最新的銦 - 氮化鎵和鋁 - 銦 - 鎵 - 磷化物模具技術(shù)，有多種顏色可供選擇，LED單元可提供啞光，緞面或黑色鉻邊框以及各種各樣的鏡片形狀和大小。為了應(yīng)對(duì)惡劣的環(huán)境，所有部件的額定值均為IP40或IP67。 Chicago Miniature Lighting表示，這些面板安裝LED非常適用于工業(yè)控制面板或其他苛刻環(huán)境等應(yīng)用。它們也非常適合運(yùn)輸應(yīng)用，如飛機(jī)駕駛艙照明，鐵路，卡車和公共汽車，船舶，石油鉆井和其他要求苛刻的應(yīng)用。

圖3 ：工業(yè)光纖IF-E93是一款高輸出綠色LED，采用無連接器塑料光纖封裝。

除了能夠承受高溫和灰塵和液體等環(huán)境威脅外，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和HMI系統(tǒng)通常必須設(shè)計(jì)成避免產(chǎn)生靜電干擾，這種干擾可能會(huì)在某些氣體或粉塵條件下引起爆炸，或損害敏感的分析測(cè)量。這些考慮使光學(xué)而非電子通信具有吸引力。因此，除了用于讀數(shù)和顯示背光外，LED光源還用于HMI和SCADA（監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集）系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸。

例如，工業(yè)光纖的IF-E93是一款高輸出，高速，綠色LED，采用無連接器型塑料光纖封裝（圖3）。綠色LED的輸出光譜由氮化鎵染料產(chǎn)生，其在530nm的波長處達(dá)到峰值，理想地映射到PMMA塑料芯光纖的最低衰減窗口，其可以是有效的工業(yè)通信介質(zhì)，更靈活并且比玻璃纖維更容易制備。 IF-E93采用內(nèi)部LED微透鏡，PBT塑料外殼可確保與標(biāo)準(zhǔn)1000μm芯塑料光纜的高效光耦合。

IF-E93的高輸出和快速過渡時(shí)間使它適用于低成本的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)鏈路。當(dāng)耦合到PMMA塑料光纖時(shí)，衰減小于0.1 dB/m，而常用的650 nm LED的衰減小于0.16 dB/m。 IF-E93 LED使用標(biāo)準(zhǔn)的1 mm芯塑料光纖，數(shù)據(jù)速率為5 Mbit/s時(shí)，距離超過150 m。此類LED的典型應(yīng)用是用于局域網(wǎng)（LAN），光學(xué)傳感器，機(jī)器人通信，調(diào)制解調(diào)器和熒光儀器中的通信。

該產(chǎn)品系列中的所有設(shè)備均設(shè)計(jì)用于工業(yè)通用1.0毫米或1000微米芯塑料光纖。典型的光纖電纜的結(jié)構(gòu)是PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）芯，薄的氟化聚合物包層和稱為護(hù)套的附加層，導(dǎo)致總直徑為2.2mm。與市場上許多其他光纖LED和光電探測(cè)器相比，工業(yè)光纖表示其設(shè)備不需要在光纖端進(jìn)行光纖連接或拋光。沒有連接意味著用戶和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)者的成本降低，他們只需要使用鋒利的刀或剃刀刀片正好切割光纖以準(zhǔn)備操作。

測(cè)試和測(cè)量

圖4：測(cè)試和測(cè)量中的HMI龕具有多種要求，包括儀器;生產(chǎn)，試驗(yàn)和產(chǎn)量分析;檢查;和合規(guī)性測(cè)試。 （照片來源：Lumex）。

位于美國伊利諾斯州Palatine和***Chu Dung的Lumex認(rèn)為測(cè)試和測(cè)量（T＆amp; M）市場 - 通過HMI解釋工業(yè)加工的關(guān)鍵方面系統(tǒng) - 應(yīng)用程序的本質(zhì)面臨著獨(dú)特的挑戰(zhàn)。由于包括基于LED的應(yīng)用在內(nèi)的光電子學(xué)的使用在T＆amp; M中迅速擴(kuò)大，因此客戶經(jīng)常尋找單一的供應(yīng)商合作伙伴來減輕來自多個(gè)供應(yīng)商的采購負(fù)擔(dān)（圖4）。

30多年來，Lumex一直是光電子行業(yè)的重要參與者，擁有廣泛的高效率，高性能LED和LCD系統(tǒng)，包括標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品和定制設(shè)計(jì)。該公司的光學(xué)系列包括廣泛的光譜，包括紫外，可見和紅外波長。

通過與各種T＆amp; M公司合作，Lumex定期為這些市場推出新穎的光電和顯示技術(shù)。據(jù)報(bào)道，其LED和LCD解決方案系列使客戶能夠?qū)⑵鋺?yīng)用程序的性能和耐用性提升到更高水平。產(chǎn)品系列包括：大功率LED;表面貼裝和通孔LED;紅外設(shè)備; LED顯示屏，陣列和背光源。

值得注意的是Lumex產(chǎn)品系列近期增加了一個(gè)“極端溫度”產(chǎn)品系列，包括：-40°C至85°C單色LCD系列;高溫LED背光，工作溫度高達(dá)100°C;和電容式觸摸屏TFT模塊。

Lumex是ITW Photonics集團(tuán)的合作伙伴公司，該集團(tuán)旨在匯集和發(fā)展專注于光子技術(shù)的各個(gè)公司的技術(shù)專長，并涵蓋全方位的光譜技術(shù)。波長該集團(tuán)包括：Lumex（LED和LCD技術(shù)）;校準(zhǔn)傳感器（紅外探測(cè)器和發(fā)射器）;和Opto Diode Corp（LED，硅光電二極管和電光組裝技術(shù)）。 ITW一起為工業(yè)控制，醫(yī)療和軍事領(lǐng)域提供光子解決方案。

LED對(duì)于顯示器發(fā)展至關(guān)重要

位于馬來西亞的Avago Technologies公司承認(rèn)使用紅色，綠色和藍(lán)色用于背光液晶顯示器（LCD）面板的LED是在顯示器和電視中實(shí)現(xiàn)卓越色域的“必須”。該公司固態(tài)照明部門的作者M(jìn)ok Thye Linn于2010年3月發(fā)表題為“用于LCD監(jiān)視器和電視背光的超薄型RGB LED模塊”的白皮書中評(píng)論說，“使用RGB-LED背光的權(quán)衡包括效率和成本LED組件?！?/p>

需要一個(gè)新的封裝來妥善解決這個(gè)LED背光市場。因此，Avago Technologies開發(fā)了一種板上芯片（COB）封裝，它結(jié)合了緊湊和薄型封裝外形，良好的色彩混合和高效的熱管理。該封裝表明COB技術(shù)仍然是LED封裝設(shè)計(jì)人員的一個(gè)有吸引力的選擇，因?yàn)樗哂谐杀拘б婧徒Y(jié)合簡單電氣連接的能力。

每年生產(chǎn)數(shù)億個(gè)LCD面板。根據(jù)Avago的說法，2010年，不到1％的人使用RGB LED進(jìn)行背光照明。已經(jīng)提出許多RGB LED解決方案來解決這個(gè)市場，但是它們都不能滿足薄型，良好的顏色混合，簡單的熱管理，即插即用和成本效益的要求。冷陰極熒光燈（CCFL）仍然是LCD顯示器和電視的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。分立式LED封裝因其更大的尺寸和色彩混合和熱管理所需的額外工作而無法經(jīng)濟(jì)地替代CCFL解決方案。為了加速在LED系統(tǒng)中常用的LCD監(jiān)視器中采用RGB LED背光，Avago Technologies開發(fā)了板上芯片封裝RGB LED光源，如圖5所示。

圖5：Avago的板上芯片封裝，旨在加速將RGB LED背光應(yīng)用于液晶顯示器，常用于HMI系統(tǒng)。

工業(yè)遷移到全LED線

2011年5月在洛杉磯舉行的信息顯示學(xué)會(huì)第49屆年度顯示周展覽會(huì)上，夏普宣布推出新的和替換LED背光面板以滿足客戶需求并繼續(xù)從CCFL-LCD遷移產(chǎn)品采用全LED背光陣容。

夏普表示，“這些顯示器的特性規(guī)格非常適合滿足工業(yè)應(yīng)用市場的苛刻要求。這些產(chǎn)品包括出色的可視性，抗機(jī)械沖擊和振動(dòng)性能，極長的使用壽命和極端溫度下的性能 - 包括上電時(shí)達(dá)到全亮度，無論環(huán)境溫度如何。與基于CCFL的產(chǎn)品相比，LCD中的LED背光有助于降低功耗并降低電磁干擾（EMI）。 LED也不含汞，進(jìn)一步提高了LED背光LCD產(chǎn)品的環(huán)保性能。夏普表示，其目標(biāo)是幫助客戶從CCFL產(chǎn)品轉(zhuǎn)向LED背光顯示器，并幫助設(shè)計(jì)人員更好地了解相關(guān)技術(shù)優(yōu)勢(shì)和設(shè)計(jì)考慮因素。

結(jié)論

圍繞在人機(jī)界面中使用LED和相關(guān)技術(shù)的幾種趨勢(shì)正在出現(xiàn)。雖然與許多其他照明和照明領(lǐng)域一樣，主導(dǎo)技術(shù)仍然是白熾燈泡和傳統(tǒng)的冷陰極熒光燈，但LED和其他固態(tài)照明技術(shù)的興起似乎是不可逆轉(zhuǎn)的。

原因很明確：更大范圍的可控顏色和輸出功率，更好的電氣和熱效率，簡單集成到靈活的控制和監(jiān)控系統(tǒng)，以及堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)，可以應(yīng)對(duì)惡劣的工業(yè)環(huán)境。

外部因素監(jiān)管（無論是來自政府或工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)）是否符合環(huán)境和能源標(biāo)準(zhǔn)以及LED相對(duì)較低的單位成本，人們可以預(yù)期，在不久的將來，LED技術(shù)將在HMI系統(tǒng)中發(fā)揮主導(dǎo)作用。