Display per applicazioni automotive

Introduzione

L’industria automobilistica mondiale sta attraversando un periodo di cambiamenti significativi, determinati soprattutto dai rapidi progressi compiuti da tecnologie innovative come guida autonoma, realtà aumentata, comunicazione intraveicolare e mobilità elettrica.

Il mercato dei display automotive, uno dei settori verticali che ha abbracciato queste tecnologie senza soluzione di continuità, è destinato ad incrementare le prospettive di mercato future, con soluzioni tecnologiche sempre più avanzate e integrate.

La digitalizzazione e la connettività stanno sempre più plasmando l’interno dei veicoli, garantendo elevati livelli di sicurezza, comfort e personalizzazione, sia per il conducente che per i passeggeri.

I più avanzati display per l’industria automobilistica stanno progressivamente sostituendo la strumentazione e i controlli tradizionali presenti sul cruscotto e sulla plancia delle autovetture, consentendo ai conducenti un controllo più intuitivo e avanzato dei sistemi di bordo. Lo sviluppo dei display automotive ha permesso di migliorare l’esperienza utente nel controllo di funzionalità come sistema di intrattenimento, sistemi di assistenza alla guida (ADAS), navigatore e altro ancora.

Caratteristiche dei display automotive

L’ampia varietà di soluzioni per la visualizzazione richiesta dall’industria automobilistica presenta delle sfide significative sia per quanto riguarda la progettazione che la produzione di questi dispositivi. I produttori devono essere in grado di soddisfare la domanda per diverse tipologie di display, tenendo conto di fattori quali: visibilità in ogni condizione ambientale, gestione termica, resistenza strutturale e facilità di installazione a bordo del veicolo.

Il primo requisito che ogni display automotive deve possedere è quello di assicurare che le informazioni critiche siano sempre facilmente visibili.

Ciò richiede un perfetto controllo dell’illuminazione e del contrasto, minimizzando le riflessioni e aumentando l’efficienza. La luce solare intensa crea riflessi sul display, oscurando il contenuto dello schermo anche nella visione frontale. La luminosità e la leggibilità possono essere migliorate attraverso l’adozione di tecnologie ottiche prismatiche e multistrato in grado di riciclare e dirigere la luce dove essa è maggiormente richiesta.

Un trattamento in grado di aumentare la luminosità del display in condizioni di luce intensa, sia indoor che outdoor, è ad esempio l’optical bonding. Applicabile sia ai display LCD che TFT, questo processo consente di ridurre drasticamente le riflessioni interne riempiendo l’intercapedine presente tra il piano del display e la superficie esterna del pannello (che può anche essere di tipo touch).

Il materiale acrilico utilizzato per riempire l’intercapedine conferisce inoltre al display una maggiore resistenza meccanica a urti e pressioni. In Figura 1 possiamo osservare il confronto tra due display, senza e con applicazione dell’optical bonding. Si noti come nel secondo caso la quantità di luce riflessa sia notevolmente inferiore, con conseguente miglioramento della visibilità.

Figura 1: il processo di optical bonding

La leggibilità del display può anche essere migliorata applicando apposite pellicole riflettenti, come gli o-film, in grado di incrementare di 10°, in ogni direzione, l’angolo di visione. Queste pellicole sono anche in grado di ridurre l’assorbimento di potenza mantenendo inalterate le prestazioni e l’intensità dei colori.

Un secondo requisito dei display automotive riguarda la gestione termica, un fattore critico per questi dispositivi elettronici, esposti a temperature estreme di caldo e freddo. Il montaggio di un filtro a infrarossi (IR) sovrapposto al display e l’utilizzo di appositi filtri ultravioletti (UV) sono tra le possibili misure da adottare per ridurre il riscaldamento prodotto dai raggi solari e prevenire lo scolorimento e l’alterazione dei colori.

Il terzo requisito riguarda la capacità del display di bloccare e assorbire le interferenze elettromagnetiche (EMI). L’immunità a elevati livelli di interferenza elettromagnetica (EMI) rappresenta una importante sfida nel settore automobilistico, a causa dell’elevato numero di sistemi e dispositivi elettronici concentrati in uno spazio ristretto. Selezione dei componenti, spessore del vetro del display, sistema di messa a terra, schermatura EMI e ottimizzazione del firmware di controllo sono alcuni tra i fattori che contribuiscono all’immunità dalle interferenze elettromagnetiche.

Non da ultimo va ricordato il requisito legato alla sicurezza. A differenza degli schermi che utilizziamo nelle nostre case, i display progettati per il settore automobilistico devono essere in grado di sopportare sollecitazioni estreme, urti e un range di temperature compreso tra -40°C e +120°C. Inoltre, la protezione degli occupanti dei veicoli e la sicurezza dei passeggeri rivestono una priorità assoluta. È quindi necessario impiegare materiali come vetro o plastica appositamente temprati che non si frantumino, ad esempio, in caso di urto con il corpo umano. A questo proposito, i display automotive sono sottoposti ad un accurato test di impatto con la testa, prima di ottenere la necessaria approvazione per l’utilizzo automobilistico.

Per quanto riguarda la tecnologia di fabbricazione, la tendenza più recente nel settore automotive è quella di migrare verso le soluzioni OLED, che si stanno imponendo per l’elevata qualità delle immagini prodotte.

Rispetto alle soluzioni standard basate sulle tecnologie LCD e TFT, i display OLED offrono visibilità, qualità dell’immagine e nitidezza superiori. Gli OLED possono essere resi flessibili e trasparenti, aprendo così la strada a nuove ed attraenti soluzioni per la visualizzazione. Già da alcuni anni, display automotive curvi OLED sono utilizzati con successo per la realizzazione dei cruscotti, così come pannelli OLED flessibili, curvi o trasparenti consentono di modellare la forma dei display utilizzati dal sistema di navigazione, dal sistema di infotainment o dalla plancia di controllo.

Su alcuni modelli prodotti su scala ridotta, la tecnologia OLED è stata impiegata con successo per realizzare le luci posteriori del veicolo, proponendosi come un’alternativa all’illuminazione a led, altrettanto valida ed innovativa. Display flessibili full HD sviluppati con tecnologia PMOLED (OLED con controllo a matrice passiva) o AMOLED (display con controllo a matrice attiva) sono attualmente utilizzati su alcuni veicoli di fascia alta. Due display identici sono tipicamente installati sul cruscotto: l’unità posta a sinistra visualizza la classica strumentazione di bordo, mentre il display gemello sulla destra visualizza la mappa e le informazioni provenienti dal sistema di navigazione.

Una tecnologia emergente che sta riscontrando un notevole successo anche nel settore automobilistico è la realtà aumentata (AR), utilizzata per la proiezione di informazioni in formato digitale direttamente sul parabrezza. A questo proposito, i display head-up per la realtà aumentata dimostrano come le soluzioni per la visualizzazione a bordo del veicolo non si limitino a relegare le informazioni in un piccolo angolo del display, ma possono coprire (senza pregiudicare la sicurezza e la guida del veicolo) l’intero parabrezza.

In Figura 2 è mostrato un esempio di display head-up, con proiezione sul parabrezza della velocità e di informazioni relative a possibili ostacoli o pericoli presenti lungo il tragitto, ottenute tramite integrazione con i sistemi di assistenza alla guida ADAS.

Figura 2: esempio di display head-up (fonte: Hyunday)




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Posizionamento dei display

Il numero di display presente nei veicoli di ultima generazione è in continua crescita. Ognuno di essi ha assegnata una propria funzione e posizione, a partire dal più importante, il display del conducente (il numero ‘1’ di Figura 3). Per garantire la sicurezza e ottimizzare il comfort per il conducente, deve essere possibile leggere le informazioni visualizzate in modo affidabile in ogni condizione, sia che si tratti di una giornata luminosa che di notte.

L’innovativa tecnologia dei display LCD con oscuramento locale produce un forte contrasto, neri perfetti e colori vivaci. In alternativa, è sempre disponibile la tecnologia OLED citata precedentemente. Il display posto in posizione centrale sul cruscotto (‘2’ in Figura 3) è normalmente destinato a visualizzare le informazioni del sistema di infotainment, incluso l’eventuale navigatore e la connettività.

Per evitare distrazioni del conducente, è diffuso l’utilizzo di tecnologie di interazione avanzate come i display touchscreen con feedback tattile, oppure il sistema di controllo gestuale o tramite il movimento degli occhi. Il display per i passeggeri (‘3’ in Figura 3) permette a tutti gli occupanti del veicolo di godere di un’esperienza di intrattenimento personalizzata, senza interferire con la guida del conducente.

È ad esempio possibile godersi la visione di un film, oppure cercare informazioni contestuali su internet come il parcheggio o il ristorante più vicini. Le stesse case automobilistiche possono sfruttare questa ampia area dello schermo per offrire agli utenti funzionalità, app e servizi aggiuntivi o su richiesta. I pulsanti e i controlli analogici sono destinati a scomparire quasi completamente dagli abitacoli, lasciando il posto a display interattivi controllabili tramite touch o encoder rotativi (‘4’ in Figura 3) e dotati di feedback tattile.

L’obiettivo finale è sempre lo stesso: ottenere un’esperienza utente superiore utilizzando elementi di controllo intuitivi e privi di distrazioni.

Figura 3: classica posizione dei display nell’abitacolo

Ref. https://www.data-modul.com/en

Redazione Fare Elettronica