劉婷婷 聶菁 馮朝曦 李海華 陳小玲

1.文華學(xué)院 機(jī)械與電氣工程學(xué)部 湖北省武漢市 430074 2.神龍汽車有限公司 技術(shù)中心 湖北省武漢市 430056

1 引言

汽車中控顯示屏是汽車與駕駛員之間的重要人機(jī)交互窗口，隨著液晶顯示技術(shù)的飛速發(fā)展和在汽車電子領(lǐng)域的不斷應(yīng)用更新，現(xiàn)代汽車更多的智能化電子應(yīng)用及功能被集成到車載顯示中，如車速、導(dǎo)航信息、天氣等各種行車信息，娛樂信息等都集中顯示在中控顯示屏中。車載顯示系統(tǒng)的逐漸向集智能、多媒體、以及網(wǎng)絡(luò)化為一體的方向發(fā)展，以汽車中控顯示屏為例，目前7寸、8寸顯示屏是入門級車型的標(biāo)配，10寸屏已是眾多主機(jī)廠主打車型的主流配置，而高配置甚至高檔車型中更多的配置12寸及以上尺寸的車載顯示屏，甚至有廠家推出了三聯(lián)屏中控顯示，消費(fèi)者對汽車中控顯示品的尺寸需求往大尺寸方向發(fā)展。

隨著車聯(lián)網(wǎng)等汽車智能化功能的提高，車載處理器性能升級，車載顯示屏的清晰度越來越高，色彩越來越豐富，對車載顯示屏的要求就越高。隨著社會的快速發(fā)展，現(xiàn)代汽車在綠色節(jié)能、網(wǎng)絡(luò)化、娛樂性、智能化、安全舒適等方面要求不斷提高，使得車載電子系統(tǒng)越來越復(fù)雜。車載電子系統(tǒng)匯集和處理各種信息，包括汽車運(yùn)行狀態(tài)信息、車身控制信息、診斷信息基礎(chǔ)，以及來自車載信息娛樂系統(tǒng)、車載導(dǎo)航系統(tǒng)、保障救援和緊急通信系統(tǒng)的和來自外部車聯(lián)網(wǎng)的豐富信息都匯集到車載主機(jī)等電子設(shè)備上，并通過車載主機(jī)屏幕等車載顯示系統(tǒng)反饋給駕駛員，這樣才能使駕駛員及時、全面地獲取掌握各種信息，對特別情況做出準(zhǔn)確處理，并提升駕乘體驗(yàn)。

正是在于車載顯示屏技術(shù)的更新迭代和車載信息的集中顯示，汽車中控屏的故障問題不容忽視。車載顯示常見故障有黑屏、卡滯、誤觸發(fā)、觸摸失效等，一旦出現(xiàn)故障，人機(jī)交互及信息顯示將無法進(jìn)行，也給安全駕駛帶來極大隱患?，F(xiàn)代汽車的中控顯示屏故障問題需要及時的解決，并杜絕已知問題的再次發(fā)生。因此，汽車中控顯示屏的結(jié)構(gòu)設(shè)計、軟件安全等需要更加地重視和嚴(yán)謹(jǐn)，制造工藝也需要不斷的更新和升級，確保其可靠性和穩(wěn)定性。本文將以某車型9寸中控顯示屏為例，分析誤觸發(fā)的技術(shù)問題并提出解決方案。

2 車載中控屏顯示技術(shù)

2.1 顯示屏結(jié)構(gòu)

隨著技術(shù)的更新發(fā)展，目前的汽車中控顯示屏一般為電容式觸摸顯示屏。中控觸摸顯示屏按像素來顯示，中小尺寸一般為標(biāo)清顯示，大尺寸一般為高清顯示。從觸摸顯示屏結(jié)構(gòu)設(shè)計角度，顯示屏由3個主要的部分組成，從上到下分別是保護(hù)玻璃、觸摸屏、TFT顯示屏，如圖1所示。這三個主要部件之間需要進(jìn)行依次貼合，一般需要經(jīng)過兩次貼合工藝才能完成。第一次是在保護(hù)玻璃和觸摸屏之間進(jìn)行一次貼合，第二次是將觸摸屏與顯示屏進(jìn)行貼合。根據(jù)屏幕尺寸大小和分辨率的不同，有框貼和全貼合兩種工藝?？紤]到成本因素，一般中小尺寸使用框貼工藝，大尺寸使用全貼合工工藝。

圖1 傳統(tǒng)顯示屏結(jié)構(gòu)

2.2 框貼技術(shù)

框貼技術(shù)，即采用專用雙面膠將觸摸屏與顯示屏沿四周邊緣進(jìn)行貼合，類似于口字型固定，因此可稱為口字膠貼合。又因?yàn)橹虚g存在空氣間隙層，因此又稱為空氣貼合?？蛸N是目前大部分中小顯示屏所采用的貼合技術(shù)，如圖2所示。其優(yōu)點(diǎn)在于工藝簡單且成本低廉，但正因?yàn)轱@示屏與觸摸屏間存在著空氣層，在光線折射后導(dǎo)致顯示顯示屏反光較大，這也是框貼技術(shù)的最大缺點(diǎn)。

圖2 框貼工藝顯示屏剖面圖

框貼的特點(diǎn)是會產(chǎn)生空氣層。空氣層加上觸摸屏和保護(hù)玻璃以及顯示屏，會產(chǎn)生光線反射和折射，影響顯示效果。通過框貼工藝貼合進(jìn)行貼合的顯示屏，會分別在液晶屏與觸摸屏、觸摸屏與保護(hù)玻璃之間產(chǎn)生空氣層，并在3個表面產(chǎn)生光線反射和折射現(xiàn)象，如圖3所示。將導(dǎo)致背光效率損失，顯示亮度變低；外界光線經(jīng)過多次反射和折射，一部分變成雜散光或鏡面反射光進(jìn)入人眼，產(chǎn)生眩光，導(dǎo)致對比度和亮度降低，顯示效果較差。 空氣層間隙的厚度即觸摸屏和顯示屏的間距是非常重要的技術(shù)參數(shù)。間距須設(shè)置在一個合理的數(shù)值，距離過大或過小均會引起鏟平故障，如間距過大會引起顯示屏水汽、起霧、反射率過大等問題；間距過小會引起誤觸發(fā)等觸摸不良的問題。因此，在進(jìn)行顯示屏設(shè)計時，尤其要重點(diǎn)考慮間隙參數(shù)。

圖3 框貼工藝的顯示屏截面圖反射分析

3 誤觸發(fā)故障復(fù)現(xiàn)

3.1 故障現(xiàn)象

某車型的9寸中控屏，在連續(xù)3個月內(nèi)出現(xiàn)了13起汽車中控屏誤觸發(fā)故障，該顯示屏均由同一供應(yīng)商供貨。故障描述如下：當(dāng)車輛行駛在顛簸路面時，顯示屏右上角功能誤觸發(fā)；顯示屏右上角在行駛顛簸路時，屏幕來回跳。

3.2 故障復(fù)現(xiàn)

故障件返回后，外觀檢查正常，進(jìn)行臺架功能測試，晃動或按壓邊框時屏幕右上角邊緣會處于觸發(fā)狀態(tài)，故障可復(fù)現(xiàn)，可判定是顯示屏產(chǎn)品的問題。

對觸摸屏連接測試工具，對顯示屏不上電，而將支架出連接導(dǎo)線將TFT屏/鎂框/支架/PCBA和測試工具的GND進(jìn)行連通，測試觸摸屏的寄生電容。售后件故障件的寄生電容右上角值(2pcs)＞600，而且圖形存在一個尖角，良品寄生電容(5pcs)＜200?？梢姡瑴y試不良品結(jié)果顯示寄生電容變化值大于600，引起右上角誤觸發(fā)。故障件和良品電容值測試如表1所示。

表1 故障件和良品電容值測試

4 故障原因分析

故障現(xiàn)象為屏幕右上角誤觸發(fā)，處于同一位置。初步分析可能的原因有：（1）框貼時溢膠導(dǎo)致誤觸發(fā)；（2）觸摸屏或TFT顯示屏本體故障；（3）觸摸屏或TFT顯示屏貼合的相對位置即貼合間隙過小導(dǎo)致誤觸發(fā)。對于上述可能的原因，一一進(jìn)行排查。

4.1 框貼時溢膠原因分析

臺架測試觸摸屏或TFT顯示屏本體故障排出，進(jìn)一步對故障件進(jìn)行拆解分析，在擠壓金屬美框或者晃動過程中，顯示屏有觸發(fā)現(xiàn)象。懷疑異物接觸到TFT液晶顯示，在產(chǎn)品拆件后發(fā)現(xiàn)異常點(diǎn)：框貼膠有輕微外溢現(xiàn)象。下一步將進(jìn)行TFT顯示屏內(nèi)部拆件分析，以確認(rèn)驗(yàn)證結(jié)果。開膠可確認(rèn)屏幕右上角存在輕微溢膠現(xiàn)象，如圖4所示。但查詢故障件的生產(chǎn)記錄，點(diǎn)膠參數(shù)記錄無異常，溢膠原因可能由于觸摸屏或TFT顯示屏距離過近導(dǎo)致溢膠。

圖4 顯示屏溢膠現(xiàn)象

4.2 觸摸屏和顯示屏間距分析

影響觸摸屏和顯示屏間距的因素之一是固定顯示屏的金屬支架螺絲柱高度。正常金屬支架的螺絲柱高度為1.35mm，尺寸要求如圖5所示。故障件金屬支架的螺絲柱高度測試數(shù)據(jù)見表2所示。故障件在點(diǎn)1、點(diǎn)2和點(diǎn)4三個位置的螺絲柱高度小于正常尺寸。金屬支架的螺絲柱高度過小，會擠壓顯示屏靠近觸摸屏，結(jié)果會致溢膠和間距偏小。點(diǎn)1位置即顯示屏誤觸發(fā)的右上角位置，此尺寸超下限，引起此位置整體下陷， 最終導(dǎo)致裝上TFT顯示屏后，TFT顯示屏跟著下陷。TFT顯示屏與TP觸摸屏在此位置間隙隨之減小。因?yàn)榘惭bTFT顯示屏后，點(diǎn)1位置強(qiáng)度高，4點(diǎn)位置強(qiáng)度低，所以4點(diǎn)位置也會被拉著走下限，尺寸跟著減小。

圖5 金屬支架的螺絲柱高度要求

表2 金屬支架的螺絲柱高度數(shù)據(jù)測試

對故障件進(jìn)行間距測試數(shù)據(jù)如表3所示，結(jié)果顯示故障件的觸摸屏和顯示屏在點(diǎn)1和點(diǎn)4的兩個位置間距偏小。

表3 觸摸屏和顯示屏間距

綜上測試結(jié)果可知，根本原因是觸摸屏和顯示屏在右上角位置間距過小導(dǎo)致誤觸發(fā)。正常情況狀態(tài)TFT顯示屏邊沿遠(yuǎn)離觸摸屏激活區(qū)，不會形成有效的電容改變，因此不會出現(xiàn)誤報點(diǎn)。但在異常狀態(tài)下，假如膠層變薄，降低了TFT顯示屏和TP觸摸屏的間距，或者膠層有部分溢出，接近觸摸屏的激活區(qū)。以上兩個因素，均會形成有效的觸發(fā)寄生電容，從而出現(xiàn)誤報點(diǎn)。

根據(jù)以上分析，對2pcs產(chǎn)品復(fù)現(xiàn)件模擬溢膠以及觸摸屏和TFT顯示屏間距偏小的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)2個復(fù)現(xiàn)件均出現(xiàn)和售后件相同的故障現(xiàn)象，且右上角誤觸發(fā)顯示屏右上件電容值大于600。測試數(shù)據(jù)見表4所示。對售后137#故障件在無損拆解后，按照目前生產(chǎn)工藝（膠寬3.9mm調(diào)整到2.8mm）重新組裝成成品。右上角電容值230，正常小于600。測試結(jié)果：功能測試正常，未出現(xiàn)右上角誤觸發(fā)的現(xiàn)象。

表4 復(fù)現(xiàn)件測試數(shù)據(jù)對比

因此綜上原因分析，可得出結(jié)論，本次顯示屏誤觸發(fā)的根本原因有兩個：（1）TP觸摸屏和TFT顯示屏右上角存在溢膠問題；（2）TP觸摸屏和TFT顯示屏右上角間距偏小。

5 解決方案

短期解決方案：（1）對成品出貨前100%臺架檢驗(yàn)；（2）增加檢驗(yàn)治具對產(chǎn)品的寄生電容進(jìn)行檢測，用來篩選不良屏，電容檢測值大于600則視為有誤觸發(fā)風(fēng)險。（3）先對產(chǎn)線生產(chǎn)的200pcs進(jìn)行全檢，如果沒有發(fā)現(xiàn)異常 則后續(xù)每4小時抽檢2pcs。短期解決方案有效杜絕不良品流出。

長期解決方案：（1）提高工藝改善溢膠。對涂膠量進(jìn)行嚴(yán)格控制，將膠量設(shè)置由3.9mm調(diào)整到2.8mm，上下限由1.5～5.3調(diào)整到1.5～3.2mm；（2）調(diào)整公差保證TP觸摸屏和TFT顯示屏間距。修改金屬支架螺絲柱高度，將藍(lán)色面高度調(diào)整至尺寸上偏差，如圖6所示。將TP觸摸屏和TFT顯示屏間距調(diào)整至1.7mm，避免溢膠以及間隙過小導(dǎo)致誤觸發(fā)。（3）金屬支架生產(chǎn)時供應(yīng)商對螺絲柱高度做SPC管控。（4）對以上措施進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。檢測初始寄生電容，樣件冷熱沖擊試驗(yàn)，樣件振動實(shí)驗(yàn)，樣件測試后檢測寄生電容。長期解決方案實(shí)施后，售后誤觸發(fā)問題不再出現(xiàn)，解決方式有效。

圖6 調(diào)整金屬支架螺絲柱高度

6 結(jié)束語

本文對某車型9寸框貼工藝的汽車中控顯示屏誤觸發(fā)問題進(jìn)行性原因分析和研究。受到框貼工藝的局限性，在最小改動的情況下提出了有效的解決方案。其實(shí)，如采用全貼合工藝，可以避免空氣層帶來的觸摸和顯示的故障問題。隨著成本的改善和產(chǎn)品良率的提高，相信全貼合的技術(shù)將會逐漸稱為貼合的主流技術(shù)。