利用局部調光技術 從像素到畫質提升車用顯示器品質

作者：Logan Cummins

由於汽車規格及環境因素，車用顯示器市場一直在對比度、黑階、解析度、曲度和外型尺寸方面落後消費性顯示器產業。汽車製造商正試圖為資訊娛樂人機介面（HMI）顯示器提供差異化產品，追上現今智慧手機、平板及電視螢幕所常見的各種技術進展。

液晶顯示器（LCD）已滲透現代生活各種層面，且日益盛行用於汽車以取代類比及混合式儀表顯示，逐漸成為汽車中央資訊顯示及乘員娛樂領域的標準配備。然而，這類顯示器仍缺乏消費者使用個人電子裝置時所體驗到的影像品質與對比度。 

看了個人電子市場的例子後您或許會假設，有機發光二極體（OLED）或micro LED等發射型顯示器是打造理想車用顯示器的最佳方式。但諸多設計與製造上的挑戰— 包括產品壽命、成本及峰值亮度方面的考量— 都延誤了OLED顯示器應用於車用系統的實作。

那麼汽車製造商該如何滿足現代消費者對顯示器的期望？全陣列、局部調光的背光架構就很有潛力，可將LCD的對比度提升到接近OLED的水準，且所耗電力低於傳統背光技術。

照亮汽車應用裡的LCD螢幕

傳統上，車用顯示器使用全域調光的側照式背光架構提供照明功能，透過薄膜電晶體（TFT）LCD面板裡的液晶和彩色濾光片產生彩色像素。液晶讓光可以穿透或阻絕光線使其無法傳送至彩色濾光片以產生子像素。不論子像素開啟或關閉，採用全域背光架構的LCD面板每一處都能產生光線，而且只靠液晶來阻絕光線。如圖1所示，LCD面板固有的阻絕光線能力將決定顯示器的對比度與黑階。

圖1：LCD面板內部分層（資料來源：Meko）

汽車應用裡的OLED

OLED和micro LED屬於發射型顯示器，每個像素由3個RGB子像素發光二極體（LED）所組成。不同於TFT LCD面板，發射型顯示器只在需要像素的地方製造光線。OLED顯示器的對比度較高— 最高可達1百萬比1— 相較之下一般TFT LCD面板僅2千比1。然而它的峰值照度能力也較低，這點對車用顯示器來說十分重要，才能克服環境光較強的狀況。當黑色的儀表板背景及選單因為LCD漏光而產生灰色調效應，車用顯示器的對比度與黑階較低可能造成夜視效果欠佳。 

車用顯示器比對應的消費性產品更容易受環境變數影響：不論白天、黑夜、大熱天、冷天，甚或是路面顛簸造成車輛上下震動。車用顯示器有嚴格的溫度運轉範圍；電磁放射限制；以及抗擾度、震動及產品壽命標準。許多應用於消費性顯示器的技術進展仍無法克服這些嚴格的環境條件。舉例來說，多年來很多人都預期OLED技術將更廣泛應用於汽車，但至今仍因產品壽命、峰值照度與成本考量而未能普及。 

局部調光案例

局部調光背光技術是一種直下式發光架構，如圖2所示LED乃直接位於LCD面板後方。每顆LED或每一區的LED都能分別調光，根據顯示器上影像內容動態調適，只照亮顯示器中必要的特定像素。

圖2：分別切換LED以達到更佳顯示效果

使用全陣列局部調光架構的好處包括：

• 將內容較暗像素的背光區調暗，藉此減少漏光，
• 對比度提升（最高可達數十萬比1）並依照顯示器的調光區數量、峰值照度和原始對比度而定。
• 非必要不點亮LED，因此耗電低於全域調光背光。

表1比較了車用顯示器不同選項的優點及考量因素。

表1：同步比較各種顯示器選項 

設計人員必須小心定義系統參數，以確保局部調光的效能足以超越附加的系統成本以及因此引起之偽像，例如光暈效應或模組厚度。