增強(qiáng)第四屏：TDDI擴(kuò)展汽車顯示選項(xiàng)

它被稱為第四屏幕——我們?nèi)粘Ｉ钪凶詈笠粋€(gè)“未征服”的屏幕。由于駕駛員平均每天在車上花費(fèi)近一個(gè)小時(shí)，因此如何在路上提供信息和娛樂(lè)變得越來(lái)越重要。考慮到 5G 連接和自動(dòng)駕駛汽車的潛力等趨勢(shì)，難怪車載顯示器越來(lái)越受到關(guān)注。

隨著聯(lián)網(wǎng)汽車越來(lái)越成為現(xiàn)實(shí)，汽車制造商正在尋求通過(guò)更大、更亮和更具交互性的顯示屏來(lái)進(jìn)一步區(qū)分和增強(qiáng)用戶體驗(yàn)。IHS Markit 的研究表明，在過(guò)去五年中，北美制造的顯示屏尺寸為 7 英寸或以上的汽車數(shù)量增長(zhǎng)了近 75%，從 630 萬(wàn)輛增至 1090 萬(wàn)輛。歐洲汽車制造商也處于類似的軌道上，如果不是更快的話。IHS 表示，在此期間，屏幕的平均尺寸也從 6.4 英寸增加到 7.3 英寸。

同時(shí)，消費(fèi)者希望在車內(nèi)使用移動(dòng)設(shè)備獲得同樣的視覺(jué)、直觀和觸覺(jué)體驗(yàn)。這包括按下、捏合、滑動(dòng)和使用虛擬旋鈕控制功能的能力。這促使汽車行業(yè)關(guān)注在移動(dòng)領(lǐng)域得到驗(yàn)證的組合觸摸/顯示解決方案，其中大多數(shù)設(shè)備現(xiàn)在使用集成電容觸摸屏和液晶顯示器 (LCD) 作為其用戶界面。

汽車面臨的挑戰(zhàn)是以可接受的價(jià)格提供所需的性能，同時(shí)滿足不同的設(shè)計(jì)需求并滿足比消費(fèi)設(shè)備更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)將觸控和顯示（傳統(tǒng)上是獨(dú)立的組件）整合到單個(gè) IC 內(nèi)嵌式解決方案中，汽車制造商可以降低成本，但仍能獲得所需的用戶體驗(yàn)和外形尺寸。

TDDI 將觸摸傳感器和顯示驅(qū)動(dòng)器結(jié)合在一個(gè)解決方案中

因此，通過(guò)觸摸和顯示驅(qū)動(dòng)集成 (TDDI) 實(shí)現(xiàn)的 LCD 顯示器已成為車載顯示器數(shù)量和尺寸不斷增長(zhǎng)的首選選項(xiàng)。特別是具有交互式和動(dòng)態(tài)導(dǎo)航和信息娛樂(lè)系統(tǒng)的大型 LCD 中央堆棧顯示器加速了需求。嵌入式頭枕顯示器、后視攝像頭和側(cè)視攝像頭開(kāi)始取代幾代車輛中使用的外后視鏡，也代表了更多顯示器的機(jī)會(huì)。

應(yīng)該指出的是，有機(jī) LED (OLED)——它已在移動(dòng)設(shè)備、電視和可穿戴設(shè)備中得到廣泛采用——在汽車領(lǐng)域并沒(méi)有取得類似的成功。在最近的一次汽車顯示器行業(yè)活動(dòng)中，一位觀察者看到只有一個(gè) OLED 顯示器被展示，一位顯示器供應(yīng)商直接指出，“OLED 在汽車顯示器中沒(méi)有獲得吸引力。” 盡管有幾款車型采用 OLED，但成本、耐用性和亮度問(wèn)題是 OLED 在汽車中更廣泛普及的主要缺點(diǎn)。

汽車制造商的其他要求包括高亮度、低陽(yáng)光反射率和無(wú)傳感器圖案可見(jiàn)性，所有這些都可以通過(guò)傳統(tǒng)的多組件方法在不同程度上實(shí)現(xiàn)。然而，汽車行業(yè)也需要簡(jiǎn)化的供應(yīng)鏈，這是推動(dòng)更加集成化方法的另一個(gè)因素。

此外，車載顯示解決方案必須遵守重要的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，例如電磁兼容性 (EMC)，這對(duì)于早期的分立式觸摸傳感器來(lái)說(shuō)可能具有挑戰(zhàn)性。

TDDI 解決方案在移動(dòng)領(lǐng)域很常見(jiàn)，在 Synaptics 提供的短短四年內(nèi)，大約 60% 的智能手機(jī)市場(chǎng)已經(jīng)遷移到 TDDI。該技術(shù)在使最終產(chǎn)品更薄、顯示屏更亮、無(wú)邊框設(shè)計(jì)和成本更低方面有著良好的記錄。

為滿足汽車制造商的需求而發(fā)展，TDDI 以新穎的方式集成了觸摸控制器和顯示驅(qū)動(dòng)器，減少了組件數(shù)量并簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。通過(guò)將觸摸傳感器從層壓在 LCD 外部移動(dòng)到作為 LCD 制造過(guò)程的一部分嵌入傳感器，LCD 制造商可以大幅降低成本并同時(shí)提高光學(xué)清晰度。

如今，OEM 和 Tier One 采用的汽車 TDDI 解決方案將復(fù)雜的觸摸和顯示技術(shù)融入混合嵌入式設(shè)計(jì)中，通過(guò)利用 LCD 中的現(xiàn)有層來(lái)消除分立式觸摸傳感器。通過(guò)將觸摸傳感器集成到薄膜晶體管 (TFT) 玻璃上的顯示電極中，TDDI 和全嵌入式可減少顯示疊層頂部的層數(shù)。這簡(jiǎn)化了供應(yīng)鏈，消除了傳感器面板供應(yīng)商和傳感器層壓工藝。Tier Ones 和 OEM 現(xiàn)在可以直接從 LCD 制造商處獲得完全集成的顯示和觸控模塊。

滿足汽車行業(yè)的要求

通過(guò) TDDI 實(shí)現(xiàn)的觸摸和顯示技術(shù)的結(jié)合為汽車制造商提供了所有條件。它提供了豐富而直觀的用戶體驗(yàn)。在大型顯示器中實(shí)施不是問(wèn)題，因?yàn)榧?jí)聯(lián)技術(shù)支持各種屏幕尺寸（例如，對(duì)角線 7 到 17 英寸）、縱橫比以及 HD 到 UHD 顯示分辨率。通過(guò)消除顯示噪音的同步技術(shù)實(shí)現(xiàn)了卓越的光學(xué)性能。此外，顏色匹配工具可確?？缍鄠€(gè)顯示器的一致性。

對(duì)系統(tǒng)功率、復(fù)雜性和工業(yè)設(shè)計(jì)的要求可以通過(guò)單個(gè)芯片和將傳感器組合到玻璃上的顯示電極中來(lái)滿足。最重要的是，可變力感應(yīng)允許額外的用戶輸入選項(xiàng)和新的 UI 功能。

電容式觸摸有可能在顯示器中引入噪聲。用于汽車的 TDDI 解決方案旨在滿足汽車對(duì)集成觸摸傳感器 (ISO 11452) 顯示器輻射電磁干擾 (EMI) 的嚴(yán)格要求。從射頻源注入觸摸傳感器的 EMI 也在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的限制范圍內(nèi) (CISPR25)。

其他質(zhì)量問(wèn)題通過(guò)在 LCD 生產(chǎn)和車輛生命周期期間的顯示器制造良率管理和 LCD 缺陷檢測(cè)得到解決。

最重要的是，與多個(gè)分立 IC 相比，成本可以顯著降低，將成本降低多達(dá) 10 至 15 美元/車，并簡(jiǎn)化供應(yīng)鏈。如今，13 家頂級(jí)汽車 OEM 正在遷移到 TDDI 以滿足其車載顯示需求。

光學(xué)清晰度和顏色增強(qiáng)

車載觸摸屏集成解決方案的一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)是改善用戶體驗(yàn)——即，無(wú)論觀看條件如何，都能提供生動(dòng)（一致）的色彩和最高的光學(xué)清晰度。

在這方面重要的功能包括：

移除外部傳感器面板可提高顯示器的光學(xué)清晰度，因?yàn)橛|摸傳感器電極不再對(duì)眼睛可見(jiàn)

由于消除了離散傳感器，透射損失高達(dá) 10%

消除了帶有離散傳感器和粘合劑的附加層的反射

局部區(qū)域自動(dòng)對(duì)比度優(yōu)化 (LAACO) 支持按區(qū)域控制對(duì)比度，以同時(shí)優(yōu)化圖像的明暗區(qū)域

陽(yáng)光可讀性增強(qiáng) (SRE) 通過(guò)自動(dòng)調(diào)整伽馬來(lái)提高圖像在明亮陽(yáng)光下的可見(jiàn)度，以提高對(duì)比度和最佳觀看效果

獨(dú)立的白點(diǎn)調(diào)整色調(diào) (RGBCMY)，彼此獨(dú)立的白點(diǎn)可在不同的顯示變化中產(chǎn)生生動(dòng)的圖像

支持完整的顏色范圍（高達(dá)十億或更多）

使用 AMP 集成觸控和顯示驅(qū)動(dòng)程序

借助 TDDI，一個(gè)完整的內(nèi)嵌式觸摸傳感器將電容式觸摸傳感器集成到 LCD 的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)中，而無(wú)需添加層。它基于相同的顯示掩模步驟——提供最佳的光學(xué)特性。

Synaptics 的 AMP（高級(jí)矩陣焊盤）等完全集成 的內(nèi)嵌架構(gòu)允許電容感應(yīng)，而無(wú)需在標(biāo)準(zhǔn)的廣視角顯示疊層中添加額外的層。通常，LCD 面板的 Vcom 電極被分割成一個(gè)單獨(dú)的觸敏電極陣列?？梢栽谂c顯示源極和柵極相同的 TFT 金屬層中進(jìn)行路由和通路連接。即使使用 TFT 柵極，也可以在各種工藝（例如，Si、LTPS 和 IGZO）中以高顯示分辨率（例如，F(xiàn)HD 和 QHD）實(shí)現(xiàn)全內(nèi)嵌傳感。

圖 2：將電容式觸摸傳感器集成到 LCD 的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)中，可提供最佳光學(xué)性能。

通過(guò)這種方式，可以消除額外電容觸摸層、連接和布線的限制。

除了電容式傳感器與 LCD 面板的集成之外，還可以通過(guò) ASIC 添加其他功能。因此，源極驅(qū)動(dòng)器輸出和觸摸模擬可以組合在同一個(gè)玻璃/柔性芯片 (COG/COF) 中，以及 TCON 和觸摸控制器組合在同一個(gè) TDDI 封裝中。

圖 3： 分割 AMP 電極的 VCOM 層

內(nèi)嵌系統(tǒng)中力感應(yīng)與顯示器的集成消除了對(duì)更多組件和層的需求，以實(shí)現(xiàn)最薄、約束最小的工業(yè)設(shè)計(jì)。然而，在所需的裝配公差和操作位移方面存在挑戰(zhàn)。必須準(zhǔn)確測(cè)量顯示面板和鏡頭相對(duì)于框架的偏斜和彎曲，同時(shí)顯示和觸控功能正常運(yùn)行。

與其他類型的 in-cell、on-cell 和分立傳感器技術(shù)相比，TDDI 通過(guò)利用 AMP 實(shí)現(xiàn)了完整的 in-cell 優(yōu)勢(shì)，同時(shí)為觸摸提供了最高的信噪比 (SNR)。AMP 帶寬通常在 100–200 kHz 范圍內(nèi)，用于具有出色干擾過(guò)濾功能的觸摸感應(yīng)。同時(shí)，AMP 將一小部分顯示刷新時(shí)間用于觸摸感應(yīng)（例如，對(duì)整個(gè)傳感器進(jìn)行一次完整掃描的時(shí)間為 5%）。

在 LCD 的 TFT 中實(shí)施 AMP 對(duì)常規(guī) LCD 制造工藝的破壞最小，因?yàn)樗鼰o(wú)需在 TFT 上使用跳線，也無(wú)需為觸摸電極使用低電阻材料。此外，金屬布線工藝與 LCD 源極線工藝相同。

通過(guò)使用 AMP 結(jié)構(gòu)，與每個(gè)單獨(dú)電極的電容耦合最小化，因?yàn)轱@示器被分割成數(shù)百個(gè)部分。這將耦合到任何單個(gè) AFE 的干擾的動(dòng)態(tài)范圍和耦合到每個(gè)電極的總面板電容降低到更易于管理的水平。

在電容傳感測(cè)量和顯示分辨率的縮放方面有幾個(gè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。首先，在具有更多顯示線的更高分辨率下，更受建立時(shí)間的限制，感測(cè)電極和顯示元件都獲得了高性能、低電容面板的優(yōu)勢(shì)。此外，高分辨率面板源極驅(qū)動(dòng)器的增加與可用電極路徑的增加以及可用于高性能觸摸感應(yīng)的硅的比例數(shù)量之間存在聯(lián)系。通常，對(duì)更高分辨率和更高觸摸性能的需求對(duì)應(yīng)于類似的優(yōu)質(zhì)和更大的顯示器。

將電容傳感器集成到顯示器中還有其他設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。不僅可以從系統(tǒng)中移除外部 IC、柔性互連和連接器，而且傳感器外形本身也得到了改進(jìn)。離散傳感器需要在顯示區(qū)域之外進(jìn)行布線以連接電極，這些電極僅部分透明，并且在組裝時(shí)需要單獨(dú)的層壓粘合劑和厚度。集成顯示器可以更亮、更薄、邊框更窄且無(wú)需額外連接，所有這些都具有最高的觸控和顯示性能。

缺陷檢測(cè)

為了最大限度地降低制造過(guò)程中的成本和缺陷檢測(cè)以及車輛的使用壽命，TDDI 需要一種內(nèi)置功能，該功能可以在模塊組裝過(guò)程的早期檢測(cè)帶有缺陷 AMP 觸摸傳感器的 LCD。制造過(guò)程中的 LCD 缺陷示例包括 AMP 電極之間的短路、TFT 上的布線裂縫以及 TDDI 與 TFT 玻璃或薄膜上的觸點(diǎn)之間的粘合缺陷或污染。

TDDI 的檢測(cè)器允許客戶根據(jù)精確的觸摸性能標(biāo)準(zhǔn)（根據(jù)定位誤差的要求限制）或物理水平（根據(jù)短路或面板的電阻限制）來(lái)識(shí)別和拒絕有缺陷的 LCD。

圖 4：根據(jù) CISPR-25 測(cè)量的峰值電磁干擾發(fā)射，使用 TDDI LCD 并應(yīng)用正弦波調(diào)制進(jìn)行觸摸

概括

車載顯示器為提高車輛的安全性、便利性和用戶體驗(yàn)提供了廣泛的機(jī)會(huì)。隨著更先進(jìn)的 ADAS 功能和以汽車為中心的應(yīng)用程序的出現(xiàn)，自動(dòng)駕駛時(shí)代的到來(lái)，以及 5G 連接有望以更多方式連接汽車和基礎(chǔ)設(shè)施并提供內(nèi)容，顯示器已成為許多人的關(guān)鍵差異化功能水平。

現(xiàn)代 LCD 面板可以使用單芯片 TDDI 將顯示和觸摸感應(yīng)集成到單個(gè)用戶界面模塊中，而無(wú)需額外的層。這允許將觸摸屏和顯示器縮放到高分辨率和現(xiàn)在在車輛中流行的所需大顯示器尺寸，同時(shí)在模塊設(shè)計(jì)中保持最大的靈活性。此外，無(wú)需對(duì)觸摸面板模塊及其安裝進(jìn)行重大設(shè)計(jì)更改，即可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的壓力感應(yīng)和低延遲響應(yīng)。這允許重要的新 UI 功能，而無(wú)需在車輛中添加額外的組件和約束，從而節(jié)省成本并簡(jiǎn)化供應(yīng)鏈。

審核編輯：湯梓紅