汽车电子仪表的显示装置

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汽车电子仪表的显示装置是用来向驾驶员指示汽车上各个主要系统工作情况的。现代汽车对显示的要求越来越高，不仅要求显示直观、清晰、稳定、响应速度快、显示精度高，而且要求体积小、重量轻、便于装配和维护。随着汽车电子仪表的开发和使用，汽车仪表的显示技术也进入了电子化时代。这些装置功能更完善、性能更优越。目前汽车电子仪表中的显示装置的显示方式主要有指针指示、数字显示、声光和图形辅助显示等。
  

一、汽车常用电子显示器件的种类和要求

　　显示元器件在汽车电子仪表中是重要的元器件之一，只有通过它们正确、清晰的显示，驾驶员才能获得汽车状态的重要信息。目前在汽车上使用的显示元器件有许多不同的类型，并且各有特点。最常用的电子显示器件可分为发光型和非发光型两大类。发光型显示器自身发光，容易获得鲜艳的流行色显示，非发光型显示器靠反射环境光显示。　　发光型显示器件主要有：真空荧光管（VFD）、发光二极管（LED）、阴极射线管（CRT）、等离子显示器件（PDP）和电致发光显示器件（ELD）等几种，非发光型显示器件有液晶显示器件（LCD）和电致变色显示器件（ECD）等。这些都可以作为汽车电子显示器件使用，既可做成数字式的，也可做成图形或指针式的。它们的基本性能和有关情况见表6-1所示。
　　由于汽车的工作条件较为苛刻，所以要求汽车电子仪表所用的显示器件具有很高的可靠性，各种信息的显示必须准确、及时、清晰、可靠。对汽车用电子显示器件的要求见表6-1所示。
　　表6-1汽车用电子显示器件的要求 名称  要求
工作温度 -30～+85℃
响应时间  500ms(-30℃)
对比度  10：1
视角范围  ±45°
亮 度  1713cd/  
颜 色  红、绿、蓝
工作电压  5v
显示面积  100mm×200mm
寿 命  > h  
　　作为汽车电子仪表显示器件，一般情况下采用真空荧光管（VFD）和液晶显示器件（LCD）为好，它们的性能和显示效果都比较好。当然，作为信息终端显示来说，用阴极射线管（CRT）更好，但其体积太大。所以作为汽车电子仪表用显示器件，用的最多的还是真空荧光管（VFD）和液晶显示器件（LCD）。

　　1．真空荧光管（VFD）

　　真空荧光管实际上是一种低压真空管，它是最常用的数字显示器，如图6-11所示，其由钨丝、栅极和涂有磷光物质的屏幕构成，它们被封闭在抽真空后充以氩气或氖气的玻璃壳内。负极是一组细钨丝制成的灯丝，钨丝表面涂有一层特殊材料，受热时释放出电子。多个涂有荧光材料的数字板片为正极，夹在负极与正极之间用于控制电子流的为栅极。正极接电源正极，每块数字板片接有导线，导线铺设在玻璃板上，导线上覆盖绝缘层，数字板片在绝缘层上面。
　　其发光原理与晶体三极管载流子运动原理相似，如图6-12所示。当其上施加正向电压时，即灯丝与电源负极相接，屏幕与电源正极相接时，电流通过灯丝并将灯丝加热至600℃左右，从而导致灯丝释放出电子，数字板片会吸引负极灯丝放出的电子。当电子撞击数字板片上的荧光材料时，使数字板发光，通过正面玻璃板的滤色镜显示出数字。因此，如图6-13所示，若要使某一块板片发光就需在它上面施加正向电压，否则该板片就不会发光。
　　栅极处于比负极高的正电位。它的每一部分都可等量地吸引负极灯丝放出的电子，确保电子能均匀地撞击正极，使发光均匀。
　　与其它显示设备相比，VFD具有较高的可靠性和抵抗恶劣环境的能力，且只需要较低的操作电压，真空荧光管色彩鲜艳、可见度高、立体感强。真空荧光管的缺点：由于是真空管，为保持一定强度，必须采用一定厚度的玻璃外壳，故体积和重量较大。

　　2．发光二极管（LED）

　　发光二极管是一种把电能转换成光能的固态发光器件，实际上也是一种晶体管,它是应用最广泛的低压显示器件。
　　发光二极管一般都是用半导体材料，如砷化镓（GaAs）、磷化镓(GaP)、磷砷化镓(GaAsP)和砷铝化镓（GaAlAs）等制成。当在正、负极引线间加上适当正向电压后，二极管导通，半导体晶片便发光，通过透明或半透明的塑料外壳显示出来。发光的强度与通过管芯的电流成正比。外壳起透镜作用，可利用它来改变发光型式和发光颜色以适应不同的用途。当反向电压加到二极管上，二极管截止，管芯无电流通过，不再发光。
发光二极管可通过透明的塑料壳发出红、绿、黄、橙等不同颜色的光，以便需要时使用。发光二极管可单独使用，也可用于组成数字、字母或光条图。发光二极管响应速度较快、工作稳定、可靠性高、体积小、重量轻、耐振动、寿命长，因此汽车电子仪表中常用发光二极管作为汽车仪表板上的指示灯，数字符号段或不太复杂的图符显示。

　　3．液晶显示器件（LCD）

　　在两层做有镶嵌电极或交叉电极的玻璃板之间夹一层液晶材料，当板上各点加有不同电场时，各相应点上的液晶材料即随外加电场的大小而改变晶体特殊分子结构，从而改变这些特殊分子光学特性。利用这一原理制成的显示器件叫液晶显示器件。现在广泛采用的液晶显示器类型是TN（Twisted Nematic ）型和GH（Gust Host）型。它们的组成如图6-14所示。

　　液晶是有机化合物，由长形杆状分子构成。在一定的温度范围和条件下，它具有普通液体的流动性质，也具有固体的结晶性质。液晶显示器件的结构如图6-15所示。它有两块厚约lmm的玻璃基板，玻璃基板的一面均涂有透明的导电材料作为电极，其中一面的电极做成图形供显示用，两基极间注入一层约10um（微米）厚的液晶，四周密封，两块玻璃基板的外侧分别贴有偏光板，它们的偏振轴互成90°夹角。与偏振轴平行的光波可通过偏光板，与偏振轴垂直的光波则不能透过偏光板。当入射光线经过前偏光板时，仅有平行于偏振轴的光线透过，当此入射光经过液晶时，液晶使该入射光线旋转90°后射向后偏光板，由于后偏光板偏振轴恰好与前偏光板偏振轴垂直，所以该入射光可透过后偏光板并经反射镜反射，顺原路径返回（图6-15a）。此时液晶显示板形成一个背景发亮的整块图象。

　　当以一定电压对两个透明导体面电极通电时，位于通电电极范围内（即要显示的数字、符号及图形）的液晶分子重新排列，失去使偏振入射光旋转90°的功能，这样的入射光便不能通过后偏光板，因而也不能经反射镜反射形成反射光。这样，通电部分电极就形成了在发亮背景下的黑色字符或图形（图6-16b）。
　　由于液晶显示器件为非发光型显示器件，所以只有在光亮的环境中才能观察液晶显示器的内容，由于在较暗的环境中难于观察液晶显示器的内容，因此在汽车上所用的液晶显示器通常采用白炽灯作为背景照明光源。

　　液晶显示的优点很多，如：工作电压低（3V左右），功耗非常小；显示面积大、示值清晰，通过滤光镜可显示不同颜色；电极图形设计灵活，设计成任意显示图形的工艺都很简单。因此在汽车上得到广泛应用。缺点是液晶为非发光型物质，白天靠日光显示，夜间必须使用照明光源。低温条件下灵敏度较低，有时甚至不能正常工作。汽车的使用工作环境变化较大，在摄氏零下十几度、几十度的环境下使用也是常事。为了克服液晶显示器的这一缺陷，现在往往在液晶显示器件上附加加热电路，驱动方式也进行了改进，扩大了它在汽车电子仪表上的应用。

　　4．阴极射线管（CRT）

　　阴极射线管也称显象管或电子束管，它是一种特殊的真空管。阴极射线管具有全彩色显示、图象显示的灵活性大、分辨率和对比度高等特点。且具有-50～100℃的工作温度范围，有微秒级以下的响应速度，所以它是目前显示图象质量最高的一种显示器件。
阴极射线管显示器作为标准配备，首先出现在1986年的别克（Buick Riviera）上，如图6-17所示，通过触摸屏幕上的按钮（菜单），便能变更显示信息的内容。驾驶员可挑选显示汽车工作的个别内容。项目菜单包括收音机、空调、行程计算器和仪表板仪表信息等。修理人员可通过阴极射线管进行故障诊断。但是阴极射线管作为汽车电子仪表显示器件，体积太大。尽管扁平型的阴极射线管已经实用化，但仍嫌太长、太重，不便安装。另外，阴极射线管还要采用10kv以上的高压，不仅安全性差，而且对其它电子电器有很大的无线电干扰。然而，阴极射线管确实是一种值得研究开发的汽车电子仪表显示系统。

  

二、汽车电子仪表的显示方法
　　发光二极管、液晶显示器件与真空荧光显示器等均可以用以下数种显示方法提供给驾驶员。

　　1．字符段显示法

　　字符段显示法通常是真空荧光管、发光二极管或液晶显示器采用的方法。它是一种利用七段、十四段或十六小线段进行数字或字符显示的方法。用七段小线段可以组成数字0～9，用十四（或十六）段小线段可以组成数字0～9与字母A～Z，每段可以单独点亮或成组点亮，以便组成任何一个数字、字符或一组数字、字符。每段都有一个独立的控制荧屏，由作用于荧屏的电压来控制每段的照明。为显示特定的数位，电子电路选择出代表该数位的各段，并进行照明。当用发光二极管进行显示时，也是用电子电路来控制每段发光二极管，方法与真空荧光显示器相同。图6-18所示为七字符段和十四字符段。图6-19所示为用七只发光二极管组成的数字显示板。图6-20和图6-21为七字符段和十四字符段显示的数字和字母。 　　　　　　　　　　　

　　2．点阵显示法

　　点阵是一组成行和成列排列的元件，有7行5列、9行7列等。点阵元素可为独立发光的二极管或液晶显示，或是真空荧光管显示的独立荧屏。电子电路供电照明各点阵元素，数字0～9和字母A～Z可由各种元素组合而成，如图6-22所示为发光二极管组成的5×7点阵显示板，如图6-23所示为5×7 矩阵代表的一些数字与字母。

　　3．特殊符号显示法

　　真空荧光管与液晶显示器还可取代数字与字母，显示特殊符号。如图6-24所示为电子仪表显示板显示的ISO (国际标准化组织)符号。图6-25为电子仪表显示板显示的特殊符号。

　　4．图形显示法

　　图形显示法以图形的方式提供给驾驶员。如图6-26表示用图形显示提醒驾驶员注意大灯、小灯与制动灯的故障以及清洗液与油量多少的方法。图形显示警告器上显示出汽车顶视外观图形。在所需警告显示的部位上均装有发光二极管显示装置，当这个部位上出现故障时，传感器即向电子组件提供信息，控制加在发光二极管上的电压，使发光二极管闪光，以提醒驾驶员注意。
　　还有一种用杆图进行油量等显示的方法，如图6-27所示。用32条亮杆代表油量，当油箱装满时，所有的杆都亮；当油量降至三条亮杆时，油量符号开始闪烁，提醒驾驶员该加油了。
　　也有的厂商喜欢用光条图进行油量等的显示。如图6-28所示

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现在很少用VFD和CRT了，用的最多的是LCD和LED。LCD用于里程计，LED用于各种警示灯。国外仪表厂商在探索OLED用于汽车仪表的可能性，国内稍高档的轿车开始采用点阵式TFT。

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国内稍高档的轿车开始采用点阵式TFT

笑笑的爱

非常感谢非常感谢