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一文读懂汽车大屏的前世今生系列

2018-09-29 10:06:38 作者: 0人读过 | 我要赞

一文读懂汽车大屏的前世今生系列

汽车中控屏,是一个老生常谈的话题。中控屏的历史并不久,最开始中控部分只有车载,那要追溯到百年之前的1910年了,恩,乍一听,很老了,但这只是最原始中控部分所承担的功能,还谈不上屏。

后来收音机在1924年出现了,但由于人们恐惧新鲜事物,直到1970年,汽车大省美国才有60%的车辆配备了收音机。

接下来,便是卡带机、CD、USB接口、U盘出现在中控位置,直到这时候,中控还没有一点屏的样子,顶多是配一个绿色的类似于“BB机”的显示屏。直到导航的出现,中控才有了出现屏的需求。

1983年,Blaupunkt公司研发出了首个用于汽车的导航系统原型:Electronic Pilot for Drviers。

中控台彩色大屏尺寸需4.3英寸以上,且可以显示时间、温度、日期、音频等基本信息,如果车辆配备了GPS或者DVD,则可以显示GPS的地图和播放视频画面等功能。随着2006年美国开放民用GPS精度,中控屏也开始经历变化。

从最开始的4.3寸,衍生出了当下主流的 7/8/9寸屏,也催生出了10寸以上的大屏市场。

2017年拜腾也推出了震撼业界的1.25米巨屏,横贯仪表盘、中控屏副驾驶位置。在惊艳用户的同时,我们不禁在思考,中控屏未来会越来越大吗?从现在的主流7/8/9寸,到未来的17寸甚至全尺寸屏要等多久?屏的入门门槛高不高?

主流的LCD

现在屏主要有两大类,LCD和OLED,LCD(Liquid Crystal Display )为液晶显示器,技术比较成熟,主要包含了TN、STN 、TFT、IPS、LIPS、PVA、MVA、VA几种。OLED即有机发光二极管, 三星的AMOLED系列屏幕则隶属于OLED的范畴。

TN(Twisted Nematic扭曲向列型布列LCD)型是较早的液晶显示器采用的模式,曾广泛应用于入门级和中端的面板。市场上看到的TN面板都是改良型的TN+film,film即补偿膜,由于他的输出灰阶级数较多,液晶分子偏转速度快,致使它的响应时间容易提高。

目前市场上8ms以下液晶产品均采用的是TN面板

一文读懂汽车大屏的前世今生系列

,可视角度不会超过160度。TN型价格便宜,响应时间能满足游戏要求使它的优势所在,可视角度不理想和色彩表现不真实又是明显的劣势。

STN(Super Twisted Nematic,也称超扭曲向列型LCD)型的显示原理与TN相类似,有CSTN(colors STN-彩色STN)、DSTN(Dual ST-双超STN)、FSTN(Film STN-薄层STN)之分。

不同的是,TN扭转式向列场效应的液晶分子是将入射光旋转90度,而STN超扭转式向列场效应是将入射光旋转180~270度。DSTN是通过双扫描方式来扫描扭曲向列型液晶显示屏,从而达到完成显示目的。

DSTN是由超扭曲向列型显示器(STN)发展而来的。由于DSTN采用双扫描技术,因此显示效果相对STN来说,有大幅度提高。

TFT(Thin Film Transistor薄膜场效应晶体管LCD),TFT材质其实是AMLCD(有源矩阵液晶显示器)的一种。其材料本身并不发光,因此需外加背光源。TFT的每个液晶像素点都是由集成在像素点后方的薄膜晶体管来驱动,可以做到高速、高亮、高对比度显示屏幕信息。

TFT就是传说中的三缺一屏,普通的TFT屏的下视角或者右视角在斜着看的时候就会有所变色或则干脆黑漆漆的看不清楚。

TFT-LCD技术已经成熟,长期困扰液晶平板显示器的三大难题:视角、色饱和度、亮度已经获得解决。采用多区域垂直排列模式(MVA模式)和面内切换模式(IPS模式)使液晶平板显示的水平视角都达到了170度。MVA模式还使响应时间缩短到20ms。

TFT有出色的色彩饱和度,还原能力和更高的对比度,太阳下依然看的非常清楚,但是缺点是比较耗电,而且成本也较高。

IPS(In-Plane Switching,平面转换)俗称为Super TFT,是使用了IPS技术的TFT。LTPS(Low Temperature Poly-silicon低温多晶硅)和IPS都是这种屏幕显示技术,其实本质上它们都是TFT材质,不过二者都是改良型的TFT,不过改良方式不同。

IPS是改变TFT的内部分子结构排列,来增强可视角度和色彩还原;LTPS是在改变TFT分子结构组成和排列,来实现分子内部电子移动速率和增强显示效果。因此LTPS技术屏幕除了拥有IPS屏幕的可视角度高,色彩还原好的特点外,还比IPS屏幕更省电。

IPS是日立于2001推出的面板技术,它也被俗称为 “Super TFT”。从技术角度看,传统LCD显示器的液晶分子一般都在垂直-平行状态间切换,MVA和PVA将之改良为垂直-双向倾斜的切换方式,而IPS 技术与上述技术最大的差异就在于,不管在何种状态下液晶分子始终都与屏幕平行,只是在加电/常规状态下分子的旋转方向有所不同。

这样的设计带来的问题是双重的,一方面可视角度问 题得到了解决,另一方面由于边际电场效应导致液晶光效低(光线透过率),所以IPS也有响应时间较慢的缺点。16.7M色、178度可视角度和16ms响应时间代表现在IPS液晶显示器的最高水平。

VA(VERTICAL alignMENT,垂直排列),PVA和MVA(MULTI-DOMAIN VERTICAL alignMENT,多区域垂直排列)均属于VA面板的衍生产品。VA型液晶面板在目前的显示器产品中应用较为广泛的,使用在高端产品中,16.7M色彩(8bit面板)和大可视角度是它最为明显的技术特点,目前VA型面板分为两种:MVA、PVA。

PVA是三星面板的一个概称,比TN来说就是色彩饱和度这种参数提升了,偏暖色调,可视角度大了些,有低端C-PVA和高端S-PVA之分。PVA型:是三星推出的一种面板类型,是一种图像垂直调整技术,该技术直接改变液晶单元结构,让显示效能大幅提升可以获得优于MVA的亮度输出和对比度。

此外,在这两种类型基础上又延出改进型S-PVA和P-MVA两种面板类型,在技术发展上更趋向上,可视角度可达170度,响应时间被控制在20毫秒以内(采用Overdrive加速达到8ms GTG),而对比度可轻易超过700:1的高水准,三星自产品牌的大部份产品都为PVA液晶面板。

MVA是日本面板的一个技术,比PVA的优势就是黑色更黑,对比度增加了,想象成夏普面板就行了,当然和夏普没关系,这种面板一般不多见,价格也不便宜。

MVA型:全称为是一种多象限垂直配向技术。它是利用突出物使液晶静止时并非传统的直立式,而是偏向某一个角度静止;当施加电压让液晶分子改变成水平以让背光通过则更为快速,这样便可以大幅度缩短显示时间。

也因为突出物改变液晶分子配向,让视野角度更为宽广。在视角的增加上可达160度以上,反应时间缩短至20ms以内。

面向未来的OLED

OLED(Organic Light-Emitting Diode)又称为有机电激光显示、有机发光半导体。OLED显示技术具有自发光、广视角、几乎无穷高的对比度、较低耗电、极高反应速度等优点。

但是,作为高端显示屏,价格上也会比LCD要贵。相比于LCD,OLED具有自发光、快速响应、,不需要背光源,发光效率高、宽视角、宽温度,易于实现软屏显示的特性。

根据驱动方式的不同,OLED可分为主动式驱动(有源驱动 AM OLED)和被动式驱动(无源驱动 PM OLED)。

AM OLED(Active Matrix OLED)是有源矩阵有机发光二极体面板,屏幕非常薄,可在屏幕中集成触摸层,做超薄机更有优势。由于AM OLED有一定的柔韧性,因此不易损坏。有源驱动无占空比问题,驱动不受扫描电极数的限制,易于实现高亮度和高分辨率。因此AM OLED屏也代表着颜色更鲜艳、靓丽。

AM OLED被称为下一代显示技术,包括三星电子、三星SDI、LG飞利浦都十分重视这项新的显示技术。目前除了三星电子与LG飞利浦以发展大尺寸AMOLED产品为主要方向外,三星SDI、友达等都是以中小尺寸为发展方向。AMOLED比起TFT液晶显示器来说还要具竞争力。

从理论上来说,AMOLED无须背光模块及彩色滤光片等材料,因此就材料成本比重上,要比TFT液晶显示器低。不过,生产成本过高,可能导致AMOLED缺乏竞争力。

PM-OLED(Passive Matrix Organic Light-EmitTIng Diodes),拥有自发光、轻薄、高应答速度、广视角、低驱动电压、宽广的操作温度范围等特性,适合车用显示器与强调体积、影音功能的消费性电子产品。

然而,发光效率不足、产品寿命无法与主流的LCD相比以及量产技术不成熟等,都是PM-OLED厂商亟需克服的难题。

PM-OLED发光原理是利用材料能阶差,将释放出来的能量转换成光子,所以我们可以选择适当的材料当作发光层或是在发光层中掺杂染料以得到我们所需要的发光颜色。此外,一般电子与电洞的结合反应均在数十奈秒(ns)内,故PM-OLED的应答速度非常快。

目前在汽车大屏领域,应用的最广泛的还是LCD屏,尺寸在10寸以下,未来有向更大屏发展的趋势。但经历了近20年的发展,汽车大屏的进展一直都比较缓慢。

业内人士告诉,造成这种现状的原因有多种,一方面我们所看到的屏幕更新迭代很快,但大都位于消费类产品,而车规级产品的性能和指标普遍要求更高,价格也在同尺寸消费类产品的5倍左右,因此液晶屏在汽车上的应用,一直比较缓慢。

另一方面,液晶屏本身的技术、工艺也在制约着汽车产业的更新换代,国内外液晶屏厂商在技术上价格上有着明显的代差,反馈到国内OEM产业链中,无论在价格还是在技术成熟度上,推进也都有着不小的阻力。

在现有的屏幕中,整体的性能对比是TN/STNTFTIPSOLED。 未来车内大屏的尺寸势必会增加,OLED的技术也可能会引入,但在引进的时间点上,还趋于保守。

车内大屏的引入,有着更多的工作要做。我们接下来还将继续“一文读懂汽车大屏的前世今生”系列,从屏幕核心技术、生产厂商、工艺难度、国内外代差等几个维度,深度剖析汽车大屏的技术难点和发展困境。

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