汽车电子显示装置检修技术

汽车上使用的显示装置主要有以下几种：发光二极管（LED）、真空荧光显示屏（VFD）、液晶显示屏（LCD）、场致发光屏（DCEL）、阴极射线管（CRT）。

8.1.1　汽车电子显示装置的组成及工作原理

1.发光二极管（LED）

发光二极管最简单，应用最广泛，在很大程度上已代替了过去仪表板常用的白炽灯泡，如图8-1所示。

图8-1　发光二极管结构

1—塑料外壳；2—二极管芯片；3—阴极缺口标记；4—阴极引线；5—阳极引线；6—导线

发光二极管是一种固态发光元件，体积小，结构简单，使用寿命可达50000h，能在较低的外加电压下（如5V），发出相当亮的光。由于发光二极管正向电阻很小，因此必须使用串联电阻器，以限制其电流。当以1.5～2.0V的正向电压加到二极管上时，二极管导通。二极管的光线辐射形状取决于管壳的材料，若管壳透明时，二极管的光辐射角度很小；当管壳半透明时，光线散射，其辐射角度较大。由于管壳起到透镜的作用，因此可利用它来改变发光形式和发光颜色，以适应不同的用途。单个PN结用环氧树脂封装成半导体发光二极管；多个PN结可按特点、段式或矩阵式封装做成半导体数码管和点阵显示器，如图8-2、图8-3所示。

图8-2　7划发光二极管显示装置

1—二十进制编码输入；2—逻辑电路；3—译码器；4—恒流源；5—小数点；6—发光二极管电源；7—“8”字形

图8-3　光点矩阵型发光二极管显示装置

二极管的发光强度取决于通过二极管的PN结电流的大小。红色光的范围为7000～9000μA，其相应色泽从粉红到栗色。如在砷化镓中掺入杂质，还可使二极管发出黄光、绿光，常用的有红色、橙色、黄色和绿色。

当以反向电压加到二极管上时，二极管截止，不再发光，它能在极短的时间（0.5ms）内通断。发光二极管还常用作汽车仪表上的警告指示灯。

发光二极管的缺点：其通过调制二极管电流调制光的输出，亮度较强时，需要相当大的电流，功率消耗较大；亮度较低时，在阳光的直射下很难辨认，且难以实现大屏幕显示。

2.真空荧光显示屏

真空荧光显示屏是一种主动显示系统，使用寿命长，色谱宽，易于和控制电路连接，环境温度适应性强，可改变显示亮度，适用于显示数字、单词和柱状图表等，但因封装在玻璃壳内而容易震碎。真空荧光显示屏由真空玻璃盒、热阴极、栅极和荧光屏组成，如图8-4所示。

图8-4　真空荧光显示屏结构原理

1—阴极（灯丝）；2—电子；3—加速栅极；4—阳极笔划段；5—玻璃面板

恒定电压作用于阴极（灯丝）上，当它被加热到600℃左右，其表面释放出热电子，因栅网和阳极都有较高的正电位，因而使自由电子加速，通过栅网射向阳极。阳极上的荧光物质因电子冲击而受激发光。阳极由不同的笔划段组成，在数字电路的开关控制下能显示不同的字母和数字，如图8-5、图8-6所示。

图8-5　4位真空荧光屏显示装置

1—阴极（灯丝）；2—栅网

图8-6　14划图形

1—图形宽；2—图形高；3—笔划宽

真空荧光装置显示图形有2种方式，即7笔划段和14笔划段。14笔划段能显示全部字母和数字。

3.液晶显示屏

液晶是一种有机化合物，在一定温度范围内，既具有液体的流动性，又具有晶体的某些光学特性。液晶显示屏是一种被动显示装置，具有显示面积大、耗能少、显示清晰、通过滤光镜可显示不同颜色、在阳光直射下不受影响等特点，应用十分广泛。液晶显示与发光二极管、真空荧光显示的主要区别是发光二极管和真空荧光显示在电源的作用下自己能发光，液晶显示本身不能发光，只能起到吸收、反射或透光的作用，因此液晶显示装置需要日光或某种人造光线作为外光源。

液晶显示本身没有色彩，只是靠液晶元件后面的有色透光片形成色彩，透光片通常采用荧光液着色，当光线通过时能形成所需要的色彩。液晶显示利用偏振光的特性成像。正常的光线包括多平面振动的波，如果让光通过一个有特殊性能的偏振滤波物体，则只有与滤波器轴同一平面的振动电波能够通过，其余大部分波受阻不能通过。液晶显示屏的结构如图8-7所示。液晶显示屏显示板的结构，如图8-8所示。

图8-7　液晶显示屏的结构

1—前偏振片；2—前玻璃板；3—笔划电极；4—接线端；5—背板；6—前端密封件；7—密封面；8—玻璃背板；9—右偏振片；10—反射镜(www.xing528.com)

图8-8　液晶显示屏显示板的结构

1—反射偏振片；2—透明导体；3—玻璃基；4—液晶；5—偏振片；6—反射光；7—旋转90°后的反射光；8—偏振片轴

前玻璃板的内表面涂有几层金属，用于显露符号笔划的形状，后玻璃板上也涂有金属。金属层为导电透明的材料，兼作电极。玻璃板中间夹着长杆状向列形分子组成的液晶，厚度为10μm，四周密封。两块玻璃板的外侧为两块偏振滤波片，它们的轴成90°，上面装有电源接头和通往每个笔划的接头。当低频电压作用于笔划段上时，它受激而成为受光体或透光体。

液晶显示装置可分为动态散射、扭曲向列和二向色3种类型，目前汽车上广泛采用的是扭曲向列型液晶显示装置。扭曲向列型显示装置结构如图8-9所示。

4.场致发光屏

场致发光屏也是一种固态元件，其结构和液晶显示屏类似，只是其活性材料用硫化锌层代替了液晶层。

这种装置具有和液晶显示装置一样的很多优点，不同的是它在电场作用下能够发光，而不像液晶显示装置要依赖于反射光。因此，在无外部光照条件下也可使用。场致发光也可产生多种颜色，其电源可以是交流的，也可以是直流的，但通常用直流电。直流场致发光板常用来为液晶显示装置提供背光。

图8-9　扭曲向列型显示装置结构

5.阴极射线管

仪表板使用单独的整体目视显示装置（VDU）向驾驶员提供各种信息，可以降低使用成本。阴极射线管就是这样的显示装置。

阴极射线管要在较高电压下才能发出电子束，比其他显示装置脆弱、笨重。但根据飞机制造部门的经验，这种装置具有亮度高、响应速度快、清晰度高和启动比较简易等优点，因此很适于仪表系统使用。

8.1.2　电子仪表板

电子仪表板应用数字显示、字母数字混合显示、曲线图和柱状图表等形式向驾驶员发出汽车各种工作状态的信号和故障警告信号。不论采用何种显示形式，其结构基本相同。

1.电子仪表板的多路复用传输

电子仪表板需要很多导电接头向光柱或光点供电。7笔划字形显示需要7个电接头来形成1位数字，车速显示需要3位数，因此需要21个电接头和21根缆线，同时还需用1个搭铁接头。为降低成本、节省空间，电子仪表板采用了多路复用传输，即几个数字采用独立的搭铁接头，3位数字共用7位电接头。仪表板启动后，电流在各位数字间快速扫描，并通过独立的搭铁接头形成回路，虽然每次仅有1个数字发亮，因为每个笔划每秒都要开关数千次，加上人眼具有暂留图像的特点，因此看到的还是连续发亮而不是闪烁的数字和图像，如图8-10所示。

图8-10　7笔划显示的多路复用传输

2.信息选送

汽车一旦起动，发动机转速、温度、燃油液位等多种信息同时传输给计算机进行处理。由于传输信息项目多，需要采用多路传输技术（总线把各种不同信号分开），因此采用多路传输（总线）信号转换开关选择信号源。

信息经计算机处理后，还需要1个与其能正确配合的开关，以把信号适时传输给相应的显示装置，为此采用了信号分离开关。

安装在电子仪表板上的计算机在同一时刻能处理一项信息，而传输给它的信息量大且数目多。为解决这一问题，设计人员根据各项信息的快慢，如冷却水温度变化慢、发动机转速变化快的特点，计算出不同信息源开关接通的时间，即确定对某一信号源在一段时间内选送信息的次数，再根据项目数据的多少，编出相应的控制电路，以实现上述控制功能。图8-11所示为用多路传输信号转换开关进行信息传输的示意图。

图8-11　用多路传输信号转换开关进行信息传输的示意图

3.显示系统结构

图8-12所示是一个有6个仪表，包含3种显示方式，由1个计算机系统控制的显示系统。传感器信号经A／D转换成8位数码后，由信号转换开关传输给中央处理装置。显示系统由模拟显示、开闭型警告灯和7笔划数字显示等不同方式组成。信号经过中央处理装置处理后，再以8位数码式开关信号形式由信号分离开关输出，以启动相应的显示装置。

图8-12　各种显示装置的多路传输系统

4.仪表控制单元

由于使用电子仪表系统和各种相关的传感器，因此可以比较方便地利用这些信号为行车控制单元提供信息输入。

仪表控制单元系统显示日期和时间，还能计算平均车速、行车时间、燃油消耗量、瞬时耗油量和平均耗油量等。除里程表和时钟所需信号外，基本仪表系统中还要安装相应传感器，以满足行车微机系统的需要。

5.语音合成器

除主仪表显示外，为了在紧急情况下向驾驶员发出警告，还装有语音合成器，用来弥补视觉信号可能没有引起驾驶员注意的问题。这种系统由仪表显示板发出警告主信号，同时由语音合成器发出音频信号，视觉和音响信号通常包括发动机温度、油压、蓄电池充电状况、制动蹄片磨损、制动力不足、驻车制动未解除、灯泡故障、车门未关、大气温度状况、已到维护时间、各种液位不足等。各种信息依据其重要程度分为几个等级，如“油压低”和其他同时显示的次要信息相比较，就属于优先项目。

语音合成器是通过采用计算机技术和音响装置的扬声器来实现的。事先将所需的单元词或词组的语音转换成信号存储在控制单元中，当发出警告时，控制单元产生所需要的语言电信号，再由声响装置的扬声器把电信号转换成声音，控制单元可以储存几种不同的声音，还可以模仿男女语音以供选用。