车用液晶面板的设计技巧

前言

　　90年代内置TFT屏幕的汽车导航仪问世至今历经20年的发展，目前已经成为生活中随处可见的数字电子产品，日本地区超过70%的新车配备导航仪。

　　根据调查，多数日本人希望可以在车内收看电视，特别是支持地面数字电视、数字音响等功能的硬盘型导航仪，已经成为驱动导航仪购买意愿的主要因素。

　　欧洲地区配备汽车导航仪的汽车低于10%，它与导航仪内建各种娱乐功能的日系汽车截然不同，欧系汽车将人机界面(HMI)当作行车支持接口，以高级汽车为中心配备液晶显示器的车型非常多。

　　美国地区的情况又不一样，由于美国的道路规划非常有系统，只要依照街道名称、号码就可以到达目的地，因此对汽车导航仪的需求并不大，反而是全家长距离外出旅游时，在后座利用液晶显示器观赏DVD、电视游乐器的实时娱乐用途很发达。

　　肩负路径导航、行车支持、游戏娱乐发展的车用液晶显示器，在汽车严苛环境条件下，伴随着汽车导航仪的普及推广，目前正进行重大的应用蜕变，最近甚至跨越汽车导航仪，成为汽车仪表的警示与行车辅助用显示器。

　　汽车厂商的可靠性评鉴与品管基准的严苛，根本不是一般家电、计算机、数字电子机器等消费性产业可以比较的，它涉及高可靠性液晶显示器的开发、质量管理系统、日常的生产活动，必须建立汽车专用的操作系统。以下本文要介绍车用液晶显示器的开发技巧与今后的发展动向。

要求特性

　　耐环境性
车用液晶显示器最基本的要求特性就是耐环境性，表1是车用液晶显示器的可靠性试验规范。随着汽车厂商的不同，要求条件更严苛的耐环境试验，例如高温+95℃、低温-40℃，高温高湿65℃、湿度90%，试验时间2000小时等特性，面临这种情况，业者利用随机抽样样品进行试验，确认使用上完全符合耐环境试验要求的特性。

　　画面辉度
与其它用途截然不同的车用液晶显示器特性首推画面辉度，主要原因是车用液晶显示器在室外强烈阳光下，要求很高的影像画面可视度，一般手机可以在室内或是室外强烈阳光下使用，手机改变方向或是利用手、身体都可以遮盖阳光，然而固定在车内的液晶显示器却无法任意改变方向，因此要求画面辉度必须超过阳光。

　　类似汽车导航仪的触控面板粘贴在画面上，触控面板会造成穿透率下降，此外触控面板的表面会反射外部光线，导致液晶显示器的可视度降低。

　　虽然日本SHARP公司将触控传感器制作在薄膜晶体管周围，试图以此改善触控面板的光线穿透率与反射问题，不过这样会使制程与制作成本变得更复杂、昂贵。

　　车用液晶显示器的辉度通常都很高，某些液晶显示器内嵌(In-panel)穿透率低于50%的保护亚克力板，高级车配合整体设计，引擎未启动时液晶显示器画面呈全黑状，这种情况汽车厂商特别需要高辉度的液晶显示器。

　　一般液晶显示器将450~500cd/m2的辉度当作标准值，某些情况要求450~500cd/m2以上，甚至超过1000cd/m2以上的规格，主要原因是液晶显示器的穿透率有一定极限，因此必须大幅提高背光照明模块的辉度。车用液晶显示器与手机、NB、PC的另外一个差异是辉度的角度特性，因为车用液晶显示器的配光特性非常特殊。手机、NB、PC与其它个人用电子设备大多将显示画面当作正面使用，只要维持正面辉度作为商品就没问题，不过车用的场合液晶显示器大多固定在仪表板侧面，从驾驶员与助手席大约30度的角度观赏画面，因此汽车与手机用途的配光特性截然不同，不过这些特性可以透过背光模块构成组件的光学膜片组合获得。

　　车用液晶显示器若与手机比较，即使相同画面面积，光源要求的辉度大约是：

　　正面辉度的比大约2倍×配光特性构成的比大约1.4倍=2.8倍

　　此处以7寸车用液晶显示器与2.75寸手机用液晶显示器为例，上述2.8倍需要再乘上两者画面显示范围的面积比大约8.6倍，接着再依此单纯计算车用液晶显示器的光源大约需要24倍，换句话说车用背光照明模块的消费电力、发热、成本，都比小型携带用机器大非常多。

　　CCFL与LED辉度的显示特性
车用液晶显示器背光照明模块的光源主要使用冷阴极灯管(CCFL)，低温时特别是点灯后数分~数十分辉度才会体现，例如－20℃点灯开始的辉度是常温稳定状态的10~20%左右，因此冷阴极灯管方式的液晶显示器，低辉度一直被视为重大课题。到目前为止液晶面板厂商曾经针对背光照明模块设计各种对策，例如降低冷阴极灯管的气体压力、电流调节器(Boost)，不过一般认为根本解决对策是背光照 明模块LED化。

　　其实手机背光照明模块的光源从开始就使用LED，车用背光照 明模块迟迟未使用LED光源，主要原因分别如下:
·受到辉度、配光特性、画面大小总合的影响，车用液晶显示器要求的能量非常大，加上以往LED的发光效率很低，因此LED的消费电力一直都比冷阴极灯管方式高。
·在车用的温度条件下为确保可靠性，每个LED的最大容许电流、温度必须大幅降低，亦即高温时施加的最大电流值必须降至常温的60~710%，辉度降低的部份则增加LED的使用数量维持辉度。
·恶化循环的结果，造成LED背光照明模块的制作成本暴增。