觸摸屏技術(shù)在車載行業(yè)中的運(yùn)用分析

王春平

2020年9月22日中國在第75屆聯(lián)合國大會上提出“雙碳”目標(biāo)，并于2021年10月24日正式落地相關(guān)政策，中國新能源汽車開始呈現(xiàn)井噴式發(fā)展[1]。在國內(nèi)市場汽車總銷量基本維持穩(wěn)定的情況下，新能源汽車的銷量占比從10%以下增長至2022年的25.6%。從對車載顯示的影響來看，隨著國內(nèi)汽車電動(dòng)化趨勢的加速，更智能化、美觀化的車載屏幕將逐步替代傳統(tǒng)的儀表盤、中控屏。無論從連接方法、使用體驗(yàn)還是美觀度來說，車載面板顯示都更適合新能源車。

而近年來，車載觸摸屏的發(fā)展開始趨于多屏化、大屏化，對車載觸控顯示屏的顯示效果要求越來越高。對于傳統(tǒng)的無任何表面處理和光學(xué)處理的觸控顯示屏而言，在復(fù)雜的車內(nèi)光線環(huán)境中會有多種不良影響。首先極易產(chǎn)生眩光，嚴(yán)重危害駕駛安全。其次，在多屏化的浪潮下，顯示效果差的屏幕容易使車輛呈現(xiàn)“廉價(jià)感”。因此，更佳的觸控顯示效果，更好的光學(xué)效果是未來車載觸控顯示技術(shù)的發(fā)展趨勢。

而觸摸模組內(nèi)嵌化、蓋板3A處理、光學(xué)一體黑設(shè)計(jì)是未來幾年內(nèi)車載觸控顯示技術(shù)的具體發(fā)展方向。

一、車載觸摸屏發(fā)展現(xiàn)狀

（一）車載屏幕多屏化

根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2021年全球車載顯示面板的出貨量為1.6億片，而2021年全球汽車出貨量約8000萬輛。因此，單車平均顯示面板數(shù)量約在2塊左右。但隨著現(xiàn)如今單車多屏化趨勢，新上市的新能源汽車搭載三四塊屏幕的情況也并不鮮見。根據(jù)Sigmaintell及華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院的預(yù)測數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2025年車載顯示面板的出貨量可達(dá)2.26億片。

（二）車載屏幕大屏化

不論是傳統(tǒng)燃油汽車還是新能源汽車，針對車載交互及顯示面板的變化體現(xiàn)在屏幕尺寸變大和顯示技術(shù)升級兩方面。根據(jù)高工智能汽車數(shù)據(jù)顯示，2020H1 中國乘用車10吋以上中控屏裝配率為32.6%，2022H1裝配率提升到52.6%。以傳統(tǒng)車企所推出的寶馬5系為例，2009年發(fā)布的第六代搭載7吋觸控液晶屏，而2021款已經(jīng)搭載12.3吋的儀表盤和12.3吋中控屏，大屏和多屏趨勢明顯[2]。

圖1 全球車載顯示面板出貨量

圖2 部分車載觸控顯示面板

二、車載觸摸屏技術(shù)種類分析

當(dāng)前車載觸摸屏主要分為兩大類，一種為外掛式，一種為內(nèi)嵌式。主要區(qū)別在于觸控sensor與LCM顯示之間是否獨(dú)立。外掛式觸摸屏的觸控sensor為獨(dú)立結(jié)構(gòu)，通過貼合的方式與LCM組合；而內(nèi)嵌式觸摸屏中，觸控sensor線路集成在LCM屏幕上。

圖3 外掛式觸摸屏及內(nèi)嵌式觸摸屏結(jié)構(gòu)

（一）外掛式觸摸屏

目前車載顯示行業(yè)的外掛式觸摸屏主要分為OGS和G+G兩種類型：

G+G結(jié)構(gòu)為一片玻璃蓋板加一片觸控sensor，G+G電容屏的優(yōu)勢是堅(jiān)硬耐磨、耐腐蝕、高可靠性，但其后端工藝相對復(fù)雜、成本高，總體厚度較厚。而OGS結(jié)構(gòu)則是在一片玻璃上同時(shí)實(shí)現(xiàn)觸控圖案加工及BM圖案加工。相對于G+G結(jié)構(gòu)而言，OGS在可以做到輕量化的同時(shí)，不損失透光率及觸控手感。同時(shí)因?yàn)闇p少了貼合工序和一片玻璃基板，OGS的成本相對于G+G結(jié)構(gòu)也有所降低。但OGS結(jié)構(gòu)由于一般為大片制程，小片切割后強(qiáng)度相對較低。

圖4 OGS結(jié)構(gòu)與G+G結(jié)構(gòu)

外掛式的兩種結(jié)構(gòu)曾作為車載市場的主流，但由于其性能及顯示效果相對于內(nèi)嵌式有一定差異。因此，其市場份額正在被內(nèi)嵌式觸摸屏替代。

（二）內(nèi)嵌式觸摸屏

伴隨著車載顯示行業(yè)的發(fā)展，目前規(guī)模化的顯示面板廠傾向于推動(dòng)On-Cell和In-Cell車載觸控解決方案。即將觸控功能層內(nèi)嵌在液晶面板的玻璃上。

On-Cell是指將觸摸屏嵌入到顯示屏的彩色濾光片基板和偏光片之間的方法，即在液晶面板上配觸控sensor。但因?yàn)榇思夹g(shù)需要將觸控sensor圖案制作在CF面基板上，因此總體良率會有所降低，成本相對于外掛式觸摸屏?xí)兴黾印５玂n-Cell技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于可以讓屏幕看起來更加通透，增強(qiáng)了屏幕的顯示效果，顯示的畫面直接呈現(xiàn)在眼前。

In-Cell技術(shù)則是潛在的觸摸及顯示的終極方案。與On-Cell技術(shù)不同的是，In-Cell技術(shù)是將觸摸sensor直接集成在TFT面板之上，因此具有更高的加工難度。In-Cell技術(shù)無論是整體模組的厚度、顯示色彩等都是最優(yōu)的方案，且只需要一道貼合制程，因此能夠節(jié)省不少的制造費(fèi)用。但該工藝門檻相當(dāng)高，且生產(chǎn)良率仍然偏低。得益于車規(guī)級TDDI芯片（觸控、顯示驅(qū)動(dòng)一體化技術(shù)）的發(fā)展，近年來車廠的部分項(xiàng)目也有采用In-Cell方案。

圖5 On-cell和In-cell結(jié)構(gòu)圖

三、車載觸摸屏表面處理技術(shù)

車載觸摸屏作為用戶直接接觸、使用的窗口，表面需要進(jìn)行一定的處理以提升用戶使用體驗(yàn)。主要包含AG、AF、AR三種表面處理方式及一體黑系統(tǒng)化設(shè)計(jì)。

（一）表面AG處理技術(shù)

1. AG技術(shù)的應(yīng)用

AG即Anti-glare，車載顯示行業(yè)稱為車載顯示面板防眩光。由于車內(nèi)外的環(huán)境光線影響，未做AG處理的玻璃表面會產(chǎn)生鏡面反射，影響駕駛員視覺體驗(yàn)，甚至看不清顯示界面。AG處理可將玻璃表面變成啞光的漫反射，降低了環(huán)境光線干擾，使顯示的圖像更為清晰、色彩更為艷麗、顏色更為飽和。目前AG的加工方式主要分為三類：噴涂AG、化學(xué)刻蝕AG、貼AG膜。

圖6 AG玻璃效果

2.AG加工工藝及優(yōu)缺點(diǎn)

噴涂AG是通過噴涂化學(xué)藥劑附著在玻璃表面形成啞光效果的膜層。噴涂加工是相對便捷的加工方式，能加工出不同光澤度和霧度的產(chǎn)品，但產(chǎn)品總體光澤度較低，且耐摩擦性能不好，因此一般作為低成本項(xiàng)目解決方案。

化學(xué)刻蝕AG是通過特殊的化學(xué)工藝，刻蝕玻璃表面形成啞光漫反射面。通過化學(xué)刻蝕加工后的AG玻璃表面光澤度高，且防腐、防指紋、防劃傷，耐摩擦性能佳。該工藝門檻較高，表面粗糙度一致性要求高，具有較高的工藝難度，但卻是比較理想的AG處理方式。

貼膜方式是將有AG效果的膜直接貼在玻璃表面，使玻璃成品具有AG效果。對于模組廠商而言，此類AG加工方式最為簡單便捷。但因?yàn)槟げ馁|(zhì)地偏軟，貼膜AG方式的耐久性能不佳。

表1 不同AG工藝優(yōu)缺點(diǎn)

（二）表面AF處理技術(shù)

1.AF技術(shù)的應(yīng)用

AF即Anti-fingerprint，中文為抗指紋。在玻璃表面形成一層疏油層，使玻璃表面具有較強(qiáng)的疏水性、抗油污、抗指紋性。由于表面光滑，與未經(jīng)處理的表面相比，手指將更容易滑動(dòng)，產(chǎn)生的臟污也將更容易清潔。AF的實(shí)現(xiàn)方式也分為三種：一種是在玻璃表面直接噴涂AF藥液，其次是利用蒸鍍設(shè)備進(jìn)行真空鍍膜，最后則是直接購買具有AF效果的膜材貼合在玻璃表面。

圖7 不同水滴角示意圖

上圖是不同水滴角示意圖。通常情況下，水滴角大于100°時(shí)，產(chǎn)品具有一定的抗指紋、抗污能力；水滴角大于110°時(shí)，產(chǎn)品具有較好的防指紋效果；水滴角大于120°時(shí)，產(chǎn)品具有超疏水效果。AF技術(shù)的發(fā)展幾乎取決于氟技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前消費(fèi)市場的AF都是基于氟材料——全氟聚醚類。因此，對于蓋板類產(chǎn)品的實(shí)際最大水滴角一般在110-120°。

2.AF加工工藝及其優(yōu)缺點(diǎn)

三種AF處理方式中，貼膜方式最為簡單方便，缺點(diǎn)是綜合性能較差。而噴涂AF加工的產(chǎn)品，產(chǎn)品加工工藝簡單、加工成本低，且產(chǎn)品綜合性能也能滿足一般車載市場的需求。而蒸鍍AF工藝，其具有最佳的綜合性能，但由于采用的是真空鍍膜設(shè)備，因此加工成本較高。但也正是由于其采用了真空鍍膜設(shè)備，生產(chǎn)廠商一般會將AR鍍膜設(shè)備與AF鍍膜設(shè)備連線，因此變相減少了一次工藝流程[3]。

（三）表面AR處理技術(shù)

AR即Anti-reflection，中文為減反射。當(dāng)光從光疏物質(zhì)射向光密物質(zhì)時(shí)，反射光會有半波損失。在玻璃上鍍AR膜后，表面的反射光與膜層下反射光的光程差相差半個(gè)波長時(shí)，薄膜前后兩個(gè)表面的反射光相消，減少了玻璃表面的反射光。搭配AG處理后，屏幕表面的反射率極大地降低，使顯示面板的色彩更鮮艷，更真實(shí)。

AR的處理方式一般分為兩大類：一種為貼膜方案，另一種則是鍍膜方案。貼膜方案的原理與AR或AF相同。鍍膜方案則是在蓋板表面通過磁控濺射鍍膜或者蒸鍍的方式沉積AR減反層。總體而言，鍍膜方式的AR層具有更好的減反效果，但需要較高的工藝設(shè)備門檻。圖8為蓋板BM上的反射率差異，相比于無AR效果玻璃，不論是貼膜還是鍍膜AR，反射率都有大幅度的降低。而采用鍍膜AR時(shí)，反射率相比于貼膜AR可進(jìn)一步降低約1%。

圖8 不同AR效果反射率差異

圖9 無AR效果和有AR（右側(cè)）差異

（四）車載顯示一體黑系統(tǒng)化設(shè)計(jì)

當(dāng)前大多顯示屏的油墨區(qū)與視窗區(qū)通常是不同顏色的，顯示屏在息屏狀態(tài)下，顯示區(qū)與邊緣油墨區(qū)有明顯的色差界限，視覺效果較差。隨著消費(fèi)者審美的提升，大家對美感的追求越來越高，于是就有了能夠使中控屏在息屏狀態(tài)下，顯示區(qū)與邊緣油墨區(qū)用肉眼較難區(qū)分的技術(shù)方案，這就是“一體黑”技術(shù)[4]。

量化而言，一體黑指的是顯示觸控模組成品的BM區(qū)域和可視區(qū)在D65光源10°視場下反射L*a*b*的接近程度。反映的是在息屏狀態(tài)下，BM區(qū)域與可視區(qū)的一體化程度。其中L*反映了物體表面反射亮度，a*反映了物體表面的紅綠情況（a*為正，則為紅色；a*為負(fù)，則為綠色），b*反映了物體表面的黃藍(lán)情況（b*為正，則為黃色；b*為負(fù)，則為藍(lán)色）。實(shí)際管控中，反射Lab又包含了兩種類型，一種為SCI（鏡面反射+漫反射），一種為SCE（漫反射），兩種測量方式的數(shù)據(jù)差異較大，為了確保一體的黑效果，通常兩種模式下的ΔE需要同時(shí)管控。ΔE計(jì)算公式為：

根據(jù)人眼的分辨能力與理論數(shù)據(jù)對比，ΔE＜2時(shí)，具有良好的一體黑效果；ΔE≤1時(shí)，一體黑效果極佳。影響一體黑效果的因素較多，LCM屏的色度、觸控sensor或OGS的可視區(qū)色度、BM區(qū)域的色度、AR層、OCA、水膠等都會影響一體黑設(shè)計(jì)。因此車載一體黑的設(shè)計(jì)必須系統(tǒng)化進(jìn)行，充分考慮各層材料的光學(xué)效果。與此同時(shí)，傳統(tǒng)屏幕的使用通常只考慮正視，而車載中控屏無論是司機(jī)方向還是乘客方向，通常都包含斜視。而LCM屏由于內(nèi)部偏光片的原因，正視和斜視方向的L*a*b*會有較大差異。因此，車載一體黑的設(shè)計(jì)通常還需綜合考慮這兩個(gè)角度的情況。

總結(jié)

車載顯示及觸控是智能座艙的重要載體，未來汽車座艙的發(fā)展必然會大屏化、多屏化，包括但不限于液晶儀表盤、中控屏、扶手屏、后排顯示、副駕駛顯示、流媒體后視鏡、HUD等。同時(shí)隨著用戶對車載顯示效果要求的不斷提升，更好的使用體驗(yàn)、更低的價(jià)格也必定是未來各企業(yè)所追求的方向。因此，不論車載顯示及觸控面板的發(fā)展方向如何，3A效果、一體黑效果在未來觸控顯示的不同發(fā)展分支上都將不可或缺。

參考文獻(xiàn)：

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