歡迎進(jìn)入IT技術(shù)社區(qū)論壇，與200萬技術(shù)人員互動交流 >>進(jìn)入 引言 90年代內(nèi)置TFT屏幕的汽車導(dǎo)航儀問世至今歷經(jīng)20年的發(fā)展，目前已經(jīng)成為生活中隨處可見的數(shù)字電子產(chǎn)品，日本地區(qū)超過70%的新車配備導(dǎo)航儀。 汽車廠商的可靠性評鑒與品管基準(zhǔn)的嚴(yán)苛，根本不是一般

歡迎進(jìn)入IT技術(shù)社區(qū)論壇，與200萬技術(shù)人員互動交流 >>進(jìn)入

　　90年代內(nèi)置TFT屏幕的汽車導(dǎo)航儀問世至今歷經(jīng)20年的發(fā)展，目前已經(jīng)成為生活中隨處可見的數(shù)字電子產(chǎn)品，日本地區(qū)超過70%的新車配備導(dǎo)航儀。

　　汽車廠商的可靠性評鑒與品管基準(zhǔn)的嚴(yán)苛，根本不是一般家電、計(jì)算機(jī)、數(shù)字電子機(jī)器等消費(fèi)性產(chǎn)業(yè)可以比較的，它涉及高可靠性液晶顯示器的開發(fā)、質(zhì)量管理系統(tǒng)、日常的生產(chǎn)活動，必須建立汽車專用的操作系統(tǒng)。以下本文要介紹車用液晶顯示器的開發(fā)技巧與今后的發(fā)展動向。

　　要求特性

　　耐環(huán)境性

　　車用液晶顯示器最基本的要求特性就是耐環(huán)境性，表1是車用液晶顯示器的可靠性試驗(yàn)規(guī)范。隨著汽車廠商的不同，要求條件更嚴(yán)苛的耐環(huán)境試驗(yàn)，例如高溫+95℃、低溫-40℃，高溫高濕65℃、濕度90%，試驗(yàn)時(shí)間2000小時(shí)等特性，面臨這種情況，業(yè)者利用隨機(jī)抽樣樣品進(jìn)行試驗(yàn)，確認(rèn)使用上完全符合耐環(huán)境試驗(yàn)要求的特性。

　　畫面輝度

　　與其它用途截然不同的車用液晶顯示器特性首推畫面輝度，主要原因是車用液晶顯示器在室外強(qiáng)烈陽光下，要求很高的影像畫面可視度，一般手機(jī)可以在室內(nèi)或是室外強(qiáng)烈陽光下使用，手機(jī)改變方向或是利用手、身體都可以遮蓋陽光，然而固定在車內(nèi)的液晶顯示器卻無法任意改變方向，因此要求畫面輝度必須超過陽光。

　　類似汽車導(dǎo)航儀的觸控面板粘貼在畫面上，觸控面板會造成穿透率下降，此外觸控面板的表面會反射外部光線，導(dǎo)致液晶顯示器的可視度降低。

　　雖然日本SHARP公司將觸控傳感器制作在薄膜晶體管周圍，試圖以此改善觸控面板的光線穿透率與反射問題，不過這樣會使制程與制作成本變得更復(fù)雜、昂貴。

　　車用液晶顯示器的輝度通常都很高，某些液晶顯示器內(nèi)嵌(In-panel)穿透率低于50%的保護(hù)亞克力板，高級車配合整體設(shè)計(jì)，引擎未啟動時(shí)液晶顯示器畫面呈全黑狀，這種情況汽車廠商特別需要高輝度的液晶顯示器。

　　一般液晶顯示器將450~500cd/m2的輝度當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)值，某些情況要求450~500cd/m2以上，甚至超過1000cd/m2以上的規(guī)格，主要原因是液晶顯示器的穿透率有一定極限，因此必須大幅提高背光照明模塊的輝度。車用液晶顯示器與手機(jī)、NB、PC的另外一個(gè)差異是輝度的角度特性，因?yàn)檐囉靡壕э@示器的配光特性非常特殊。手機(jī)、NB、PC與其它個(gè)人用電子設(shè)備大多將顯示畫面當(dāng)作正面使用，只要維持正面輝度作為商品就沒問題，不過車用的場合液晶顯示器大多固定在儀表板側(cè)面，從駕駛員與助手席大約30度的角度觀賞畫面，因此汽車與手機(jī)用途的配光特性截然不同，不過這些特性可以透過背光模塊構(gòu)成組件的光學(xué)膜片組合獲得。

　　車用液晶顯示器若與手機(jī)比較，即使相同畫面面積，光源要求的輝度大約是：正面輝度的比大約2倍×配光特性構(gòu)成的比大約1.4倍=2.8倍

　　此處以7寸車用液晶顯示器與2.75寸手機(jī)用液晶顯示器為例，上述2.8倍需要再乘上兩者畫面顯示范圍的面積比大約8.6倍，接著再依此單純計(jì)算車用液晶顯示器的光源大約需要24倍，換句話說車用背光照明模塊的消費(fèi)電力、發(fā)熱、成本，都比小型攜帶用機(jī)器大非常多。

　　CCFL與LED輝度的顯示特性

　　車用液晶顯示器背光照明模塊的光源主要使用冷陰極燈管(CCFL)，低溫時(shí)特別是點(diǎn)燈后數(shù)分~數(shù)十分輝度才會體現(xiàn)，例如－20℃點(diǎn)燈開始的輝度是常溫穩(wěn)定狀態(tài)的10~20%左右，因此冷陰極燈管方式的液晶顯示器，低輝度一直被視為重大課題。到目前為止液晶面板廠商曾經(jīng)針對背光照明模塊設(shè)計(jì)各種對策，例如降低冷陰極燈管的氣體壓力、電流調(diào)節(jié)器(Boost)，不過一般認(rèn)為根本解決對策是背光照明模塊LED化。

　　其實(shí)手機(jī)背光照明模塊的光源從開始就使用LED，車用背光照 明模塊遲遲未使用LED光源，主要原因分別如下:

　　受到輝度、配光特性、畫面大小總合的影響，車用液晶顯示器要求的能量非常大，加上以往LED的發(fā)光效率很低，因此LED的消費(fèi)電力一直都比冷陰極燈管方式高。

　　在車用的溫度條件下為確?？煽啃?，每個(gè)LED的最大容許電流、溫度必須大幅降低，亦即高溫時(shí)施加的最大電流值必須降至常溫的60~710%，輝度降低的部份則增加LED的使用數(shù)量維持輝度。

　　惡化循環(huán)的結(jié)果，造成LED背光照明模塊的制作成本暴增。

　　最近幾年LED的發(fā)光效率大幅提升，2005年LED的消費(fèi)電力終于實(shí)現(xiàn)與冷陰極燈管相同水平，開始被當(dāng)作車用背光照明模塊的光源使用。

　　背光照明模塊的LED化，首先解除低溫時(shí)的輝度特性課題，此外變成環(huán)保負(fù)擔(dān)物質(zhì)的水銀也完全被排除，尤其是全球各大汽車公司一直向環(huán)保行動融入、參與視為重要的課題。

　　基于LED背光照明模塊的制作成本限制，目前汽車導(dǎo)航儀與低價(jià)機(jī)型還未立即普及化，不過隨著LED的發(fā)光效率提升與高可靠性的落實(shí)，今后背光照明模塊會全部LED化。

　　反應(yīng)速度

　　最近大型液晶電視的液晶顯示器反應(yīng)速度經(jīng)常成為話題的焦點(diǎn)，主要原因是大型液晶電視對運(yùn)動等快速移動的畫面容易發(fā)生殘影影響畫質(zhì)，不過這個(gè)問題只是單純室溫下的現(xiàn)象。

　　車用液晶顯示器爭論的是-20℃與-30℃時(shí)的反應(yīng)速度，液晶低溫時(shí)粘度會增加，反應(yīng)速度則急速降低。此外車用液晶顯示器的畫面尺寸比液晶電視小，而且不要求大型液晶電視的高畫質(zhì)化，因此常溫時(shí)無法成為討論的對象。

　　低溫時(shí)的反應(yīng)速度一旦低于150ms，例如電影中汽車突然碾過腳踏車時(shí)，就無法清楚識別該場景，某些場合還會發(fā)生液晶顯示器顯示的指針等行車數(shù)據(jù)模糊，無法識別讀取等危險(xiǎn)狀況。

　　為解決上述問題，要求液晶材料溫度特性范圍非常寬廣，車用液晶材料使用－40℃以下凝固溫度的材料，不過液晶一旦接近該凝固溫度時(shí)粘度會急速增加，因此液晶材料必須低粘度化，同時(shí)使挾持液晶材料的2片玻璃基板間隙變窄，因?yàn)檎壕чg隙化對液晶的反應(yīng)速度有很大的幫助，不過以窄液晶間隙控制方式生產(chǎn)液晶顯示器，對良品率也會發(fā)生一定的影響。

　　液晶顯示器的反應(yīng)速度隨著液晶的顯示模式有很大的差異，以往車用液晶顯示器以TN液晶主流，TN液晶的低溫反應(yīng)速度非常優(yōu)秀，設(shè)計(jì)上比較容易實(shí)現(xiàn)低成本化，相較之下追求高畫質(zhì)的ASV(Advanced Super View)液晶，黑白之間的反應(yīng)速度媲美TN液晶，不過黑與灰色等中間色級的反應(yīng)速度卻很遲緩，解決對策例如追加過驅(qū)動(Overshoot drive)電路，就可以克服色級之間的差異。

　　其它液晶顯示器廠商高畫質(zhì)面板使用的IPS(In Plane Switching)液晶，并無類似ASV液晶中間色級遲緩問題，而且任何色級都沒有明顯差異，不過液晶整體在低溫時(shí)還稱不上高速反應(yīng)，一般認(rèn)為IPS液晶未來勢必采用與ASV液晶+過驅(qū)動相同的技術(shù)，才能夠有效改善液晶顯示器的反應(yīng)速度。

　　車用LCD的發(fā)展動向

　　高畫質(zhì)化

　　汽車導(dǎo)航儀開始普及逐漸成為所謂的日常性商品，普及機(jī)型除了維持原本的特性之外，成本反而變得最為重要。

　　高級機(jī)型卻持續(xù)高畫質(zhì)化發(fā)展，主要理由第一是家用液晶電視不斷向高畫質(zhì)進(jìn)化，造成高級汽車持有者也希望追求高畫質(zhì)的車用顯示器，第二是高畫質(zhì)的根本手段是提高影像的對比使黑色畫面更黑，即使夜間顯示黑色畫面，背光模塊的光線也不會漏光，可以完全融入周圍環(huán)境與設(shè)計(jì)。

　　圖1 高對比的汽車儀表板設(shè)計(jì)范例

　　所謂對比特性是以“白色輝度”/“黑色輝度”百分比的方式計(jì)算，換句話說無限制使對比的數(shù)值變大，可以使黑色顯示的影像無限接近黑色。

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