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

隨著聯(lián)網(wǎng)汽車越來越成為現(xiàn)實，汽車制造商正在尋求通過更大、更亮和更具交互性的顯示屏來進(jìn)一步區(qū)分和增強用戶體驗。IHS Markit 的研究表明，在過去五年中，北美制造的顯示屏尺寸為 7 英寸或以上的汽車數(shù)量增長了近 75%，從 630 萬輛增至 1090 萬輛。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，消費者希望在車內(nèi)使用移動設(shè)備獲得同樣的視覺、直觀和觸覺體驗。這包括按下、捏合、滑動和使用虛擬旋鈕控制功能的能力。這促使汽車行業(yè)關(guān)注在移動領(lǐng)域得到驗證的組合觸摸/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)是以可接受的價格提供所需的性能，同時滿足不同的設(shè)計需求并滿足比消費設(shè)備更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。通過將觸控和顯示（傳統(tǒng)上是獨立的組件）整合到單個 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和外形尺寸。

TDDI 將觸摸傳感器和顯示驅(qū)動器結(jié)合在一個解決方案中

因此，通過觸摸和顯示驅(qū)動集成 (TDDI) 實現(xiàn)的 LCD 顯示器已成為車載顯示器數(shù)量和尺寸不斷增長的首選選項。特別是具有交互式和動態(tài)導(dǎo)航和信息娛樂系統(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會。

應(yīng)該指出的是，有機 LED (OLED)——它已在移動設(shè)備、電視和可穿戴設(shè)備中得到廣泛采用——在汽車領(lǐng)域并沒有取得類似的成功。在最近的一次汽車顯示器行業(yè)活動中，一位觀察者看到只有一個 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、耐用性和亮度問題是 OLED 在汽車中更廣泛普及的主要缺點。

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

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)，這對于早期的分立式觸摸傳感器來說可能具有挑戰(zhàn)性。

TDDI 解決方案在移動領(lǐng)域很常見，在 Synaptics 提供的短短四年內(nèi)，大約 60% 的智能手機市場已經(jīng)遷移到 TDDI。該技術(shù)在使最終產(chǎn)品更薄、顯示屏更亮、無邊框設(shè)計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)動器，減少了組件數(shù)量并簡化了設(shè)計。通過將觸摸傳感器從層壓在 LCD 外部移動到作為 LCD 制造過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)計中，通過利用 LCD 中的現(xiàn)有層來消除分立式觸摸傳感器。通過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 TDDI 實現(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。在大型顯示器中實施不是問題，因為級聯(lián)技術(shù)支持各種屏幕尺寸（例如，對角線 7 到 17 英寸）、縱橫比以及 HD 到 UHD 顯示分辨率。通過消除顯示噪音的同步技術(shù)實現(xiàn)了卓越的光學(xué)性能。此外，顏色匹配工具可確?？缍鄠€顯示器的一致性。

對系統(tǒng)功率、復(fù)雜性和工業(yè)設(shè)計的要求可以通過單個芯片和將傳感器組合到玻璃上的顯示電極中來滿足。最重要的是，可變力感應(yīng)允許額外的用戶輸入選項和新的 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)量問題通過在 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 缺陷檢測得到解決。

最重要的是，與多個分立 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，并簡化供應(yīng)鏈。如今，13 家頂級汽車 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

車載觸摸屏集成解決方案的一個關(guān)鍵目標(biāo)是改善用戶體驗——即，無論觀看條件如何，都能提供生動（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，因為觸摸傳感器電極不再對眼睛可見

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)域自動對比度優(yōu)化 (LAACO) 支持按區(qū)域控制對比度，以同時優(yōu)化圖像的明暗區(qū)域

陽光可讀性增強 (SRE) 通過自動調(diào)整伽馬來提高圖像在明亮陽光下的可見度，以提高對比度和最佳觀看效果

獨立的白點調(diào)整色調(diào) (RGBCMY)，彼此獨立的白點可在不同的顯示變化中產(chǎn)生生動的圖像

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)動程序

借助 TDDI，一個完整的內(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 電極被分割成一個單獨的觸敏電極陣列?？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 ASIC 添加其他功能。因此，源極驅(qū)動器輸出和觸摸模擬可以組合在同一個玻璃/柔性芯片 (COG/COF) 中，以及 TCON 和觸摸控制器組合在同一個 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更多組件和層的需求，以實現(xiàn)最薄、約束最小的工業(yè)設(shè)計。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)確測量顯示面板和鏡頭相對于框架的偏斜和彎曲，同時顯示和觸控功能正常運行。

與其他類型的 in-cell、on-cell 和分立傳感器技術(shù)相比，TDDI 通過利用 AMP 實現(xiàn)了完整的 in-cell 優(yōu)勢，同時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濾功能的觸摸感應(yīng)。同時，AMP 將一小部分顯示刷新時間用于觸摸感應(yīng)（例如，對整個傳感器進(jìn)行一次完整掃描的時間為 5%）。

在 LCD 的 TFT 中實施 AMP 對常規(guī) LCD 制造工藝的破壞最小，因為它無需在 TFT 上使用跳線，也無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。

通過使用 AMP 結(jié)構(gòu)，與每個單獨電極的電容耦合最小化，因為顯示器被分割成數(shù)百個部分。這將耦合到任何單個 AFE 的干擾的動態(tài)范圍和耦合到每個電極的總面板電容降低到更易于管理的水平。

在電容傳感測量和顯示分辨率的縮放方面有幾個技術(shù)優(yōu)勢。首先，在具有更多顯示線的更高分辨率下，更受建立時間的限制，感測電極和顯示元件都獲得了高性能、低電容面板的優(yōu)勢。此外，高分辨率面板源極驅(qū)動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，對更高分辨率和更高觸摸性能的需求對應(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)計優(yōu)勢。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，并且在組裝時需要單獨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

為了最大限度地降低制造過程中的成本和缺陷檢測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程的早期檢測帶有缺陷 AMP 觸摸傳感器的 LCD。制造過程中的 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之間的粘合缺陷或污染。

TDDI 的檢測器允許客戶根據(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）來識別和拒絕有缺陷的 LCD。

圖 4：根據(jù) CISPR-25 測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、便利性和用戶體驗提供了廣泛的機會。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)，自動駕駛時代的到來，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)集成到單個用戶界面模塊中，而無需額外的層。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，同時在模塊設(shè)計中保持最大的靈活性。此外，無需對觸摸面板模塊及其安裝進(jìn)行重大設(shè)計更改，即可實現(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，而無需在車輛中添加額外的組件和約束，從而節(jié)省成本并簡化供應(yīng)鏈。

審核編輯：湯梓紅