車(chē)用液晶面板的設(shè)計(jì)技巧

歡迎進(jìn)入IT技術(shù)社區(qū)論壇，與200萬(wàn)技術(shù)人員互動(dòng)交流 >>進(jìn)入 引言 90年代內(nèi)置TFT屏幕的汽車(chē)導(dǎo)航儀問(wèn)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(jiàn)的數(shù)字電子產(chǎn)品，日本地區(qū)超過(guò)70%的新車(chē)配備導(dǎo)航儀。 汽車(chē)廠(chǎng)商的可靠性評(píng)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(wàn)技術(shù)人員互動(dòng)交流 >>進(jìn)入

　　90年代內(nèi)置TFT屏幕的汽車(chē)導(dǎo)航儀問(wèn)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(jiàn)的數(shù)字電子產(chǎn)品，日本地區(qū)超過(guò)70%的新車(chē)配備導(dǎo)航儀。

　　汽車(chē)廠(chǎng)商的可靠性評(píng)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(kāi)發(fā)、質(zhì)量管理系統(tǒng)、日常的生產(chǎn)活動(dòng)，必須建立汽車(chē)專(zhuān)用的操作系統(tǒng)。以下本文要介紹車(chē)用液晶顯示器的開(kāi)發(fā)技巧與今后的發(fā)展動(dòng)向。

　　要求特性

　　耐環(huán)境性

　　車(chē)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(chē)用液晶顯示器的可靠性試驗(yàn)規(guī)范。隨著汽車(chē)廠(chǎng)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(huà)面輝度

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

　　類(lèi)似汽車(chē)導(dǎo)航儀的觸控面板粘貼在畫(huà)面上，觸控面板會(huì)造成穿透率下降，此外觸控面板的表面會(huì)反射外部光線(xiàn)，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?chē)?，試圖以此改善觸控面板的光線(xiàn)穿透率與反射問(wèn)題，不過(guò)這樣會(huì)使制程與制作成本變得更復(fù)雜、昂貴。

　　車(chē)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(jí)車(chē)配合整體設(shè)計(jì)，引擎未啟動(dòng)時(shí)液晶顯示器畫(huà)面呈全黑狀，這種情況汽車(chē)廠(chǎng)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(guò)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(chē)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?chē)用液晶顯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(huà)面當(dāng)作正面使用，只要維持正面輝度作為商品就沒(méi)問(wèn)題，不過(guò)車(chē)用的場(chǎng)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(guān)賞畫(huà)面，因此汽車(chē)與手機(jī)用途的配光特性截然不同，不過(guò)這些特性可以透過(guò)背光模塊構(gòu)成組件的光學(xué)膜片組合獲得。

　　車(chē)用液晶顯示器若與手機(jī)比較，即使相同畫(huà)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(chē)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(huà)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(chē)用液晶顯示器的光源大約需要24倍，換句話(huà)說(shuō)車(chē)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(chē)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(huì)體現(xiàn)，例如－20℃點(diǎn)燈開(kāi)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(chǎng)商曾經(jīng)針對(duì)背光照明模塊設(shè)計(jì)各種對(duì)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(guò)一般認(rèn)為根本解決對(duì)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(kāi)始就使用LED，車(chē)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(huà)面大小總合的影響，車(chē)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(chē)用的溫度條件下為確保可靠性，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(kāi)始被當(dāng)作車(chē)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(chē)公司一直向環(huán)保行動(dòng)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(chē)導(dǎo)航儀與低價(jià)機(jī)型還未立即普及化，不過(guò)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(huì)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(huà)題的焦點(diǎn)，主要原因是大型液晶電視對(duì)運(yùn)動(dòng)等快速移動(dòng)的畫(huà)面容易發(fā)生殘影影響畫(huà)質(zhì)，不過(guò)這個(gè)問(wèn)題只是單純室溫下的現(xiàn)象。

　　車(chē)用液晶顯示器爭(zhēng)論的是-20℃與-30℃時(shí)的反應(yīng)速度，液晶低溫時(shí)粘度會(huì)增加，反應(yīng)速度則急速降低。此外車(chē)用液晶顯示器的畫(huà)面尺寸比液晶電視小，而且不要求大型液晶電視的高畫(huà)質(zhì)化，因此常溫時(shí)無(wú)法成為討論的對(duì)象。

　　低溫時(shí)的反應(yīng)速度一旦低于150ms，例如電影中汽車(chē)突然碾過(guò)腳踏車(chē)時(shí)，就無(wú)法清楚識(shí)別該場(chǎng)景，某些場(chǎng)合還會(huì)發(fā)生液晶顯示器顯示的指針等行車(chē)數(shù)據(jù)模糊，無(wú)法識(shí)別讀取等危險(xiǎn)狀況。

　　為解決上述問(wèn)題，要求液晶材料溫度特性范圍非常寬廣，車(chē)用液晶材料使用－40℃以下凝固溫度的材料，不過(guò)液晶一旦接近該凝固溫度時(shí)粘度會(huì)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(duì)液晶的反應(yīng)速度有很大的幫助，不過(guò)以窄液晶間隙控制方式生產(chǎn)液晶顯示器，對(duì)良品率也會(huì)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(chē)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(huà)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(guò)黑與灰色等中間色級(jí)的反應(yīng)速度卻很遲緩，解決對(duì)策例如追加過(guò)驅(qū)動(dòng)(Overshoot drive)電路，就可以克服色級(jí)之間的差異。

　　其它液晶顯示器廠(chǎng)商高畫(huà)質(zhì)面板使用的IPS(In Plane Switching)液晶，并無(wú)類(lèi)似ASV液晶中間色級(jí)遲緩問(wèn)題，而且任何色級(jí)都沒(méi)有明顯差異，不過(guò)液晶整體在低溫時(shí)還稱(chēng)不上高速反應(yīng)，一般認(rèn)為IPS液晶未來(lái)勢(shì)必采用與ASV液晶+過(guò)驅(qū)動(dòng)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(chē)用LCD的發(fā)展動(dòng)向

　　高畫(huà)質(zhì)化

　　汽車(chē)導(dǎo)航儀開(kāi)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(jí)機(jī)型卻持續(xù)高畫(huà)質(zhì)化發(fā)展，主要理由第一是家用液晶電視不斷向高畫(huà)質(zhì)進(jìn)化，造成高級(jí)汽車(chē)持有者也希望追求高畫(huà)質(zhì)的車(chē)用顯示器，第二是高畫(huà)質(zhì)的根本手段是提高影像的對(duì)比使黑色畫(huà)面更黑，即使夜間顯示黑色畫(huà)面，背光模塊的光線(xiàn)也不會(huì)漏光，可以完全融入周?chē)h(huán)境與設(shè)計(jì)。

　　圖1 高對(duì)比的汽車(chē)儀表板設(shè)計(jì)范例

　　所謂對(duì)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(huà)說(shuō)無(wú)限制使對(duì)比的數(shù)值變大，可以使黑色顯示的影像無(wú)限接近黑色。

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