HUD研究：AR-HUD上演“技術(shù)爭霸”，誰將摘得量產(chǎn)桂冠？

佐思汽研發(fā)布《2023年汽車HUD產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告》。

車載抬頭顯示系統(tǒng)（Head Up Display，即HUD）又叫平視顯示系統(tǒng)，是利用光學(xué)原理，將車速、導(dǎo)航、ADAS等信息實(shí)時(shí)顯示在車輛前方，主要作用：一是避免因駕駛員低頭、轉(zhuǎn)移視線等帶來安全隱患；二是提升智能座艙使用體驗(yàn)，使導(dǎo)航更加智能化，車況顯示更豐富和便利。

按照顯示屏的不同，HUD可分為C-HUD（Combiner HUD）、W-HUD（Windshield HUD）、AR-HUD（Augmented Reality HUD）三種類型，其中，AR-HUD（增強(qiáng)抬頭顯示）是繼C-HUD、W-HUD之后的第三代HUD產(chǎn)品。

01、乘用車HUD裝配量正在加速

根據(jù)佐思汽研統(tǒng)計(jì)，2023年1-6月中國市場（不含進(jìn)出口）前裝裝配HUD的乘用車為87.9萬輛，同比增長45.6%；滲透率為9.5%，同比增加2.7個百分點(diǎn)。其中，2023年二季度，前裝裝配HUD的乘用車為50.4萬輛，同比增長65%；滲透率為9.7%，同比增加3.5個百分點(diǎn)。

佐思汽研在《2023Q2 HUD數(shù)據(jù)與公司跟蹤分析報(bào)告》中預(yù)計(jì)2023年第二季度中國乘用車市場HUD裝配量達(dá)到46.4萬臺，?根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，二季度中國乘用車HUD裝配量為50.4萬，高于預(yù)期。HUD上車正在加速。

2021-2023年各季度中國乘用車新車HUD裝配量及同比增長

來源：佐思汽研數(shù)據(jù)庫

其中，2022年國內(nèi)裝配AR-HUD的乘用車超過10萬輛，較2021年增長195.4%；2023年1-6月為6.35萬輛，同比增長81.4%，全年總量有望翻番。

主機(jī)廠AR-HUD上車時(shí)間表

來源：佐思汽研《2023年汽車HUD產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告》

02、光源技術(shù)多樣，TFT、DLP率先進(jìn)入規(guī)模量產(chǎn)

AR-HUD按照成像方式可分為TFT、DLP、LCoS，以及基于MEMS技術(shù)的LBS 四種技術(shù)。究竟哪一種技術(shù)更適合規(guī)模應(yīng)用，一直未有定論。

TFT技術(shù)成熟且具成本優(yōu)勢，是當(dāng)前主流方案，已應(yīng)用在大眾、奧迪、吉利、長安、長城、紅旗等十多款車型上。其中，多款車型采用3.1英寸TFT技術(shù)，視場角（FOV）約為8°×3°。為使畫面效果更佳（如FOV 10°×4°，分辨率80pix/°以上），LCD尺寸甚至要做到4.1英寸，但需要有效解決陽光倒灌問題。

2023年6月，疆程率先推出新一代獨(dú)家TFT技術(shù) AR-HUD方案，LCD尺寸約3.6英寸，視場角（FOV）突破了之前TFT方案的技術(shù)瓶頸，最高可達(dá)12°x5°；是一款具備高性價(jià)比——即產(chǎn)品性能優(yōu)異、整車布置方便、產(chǎn)品成本更平價(jià)的AR-HUD。

該方案采用疆程全定制專用TFT和獨(dú)創(chuàng)背光耦合透鏡系統(tǒng)，結(jié)合疆程獨(dú)創(chuàng)的低動態(tài)畸變光學(xué)仿真軟件，實(shí)現(xiàn)了成像效果的顯著提升，以10°x4°為例，有效可視像素較3.1英寸方案提升50%以上。同時(shí)，該方案也有效解決了陽光倒灌問題，具有體積小、參數(shù)性能好、成本低、性價(jià)比高等優(yōu)勢。

DLP具備高亮度，也適合大視場AR-HUD，且能應(yīng)對陽光倒灌問題，缺點(diǎn)是受制于 TI 專利限制，成本偏高、體積偏大。奔馳S級就搭載日本精機(jī)的DLP AR-HUD，體積超過25升。采用DLP技術(shù)方案的國內(nèi)車型有廣汽傳祺GS8、北京魔方、哪吒S等。

其中，廣汽傳祺GS8 是國內(nèi)首個搭載DLP技術(shù)的AR-HUD車型，方案提供商為華陽多媒體。該方案選用TI DLP3030技術(shù)，F(xiàn)OV可達(dá)10°×4°，VID達(dá)8m 、畫面尺寸為60英寸；北汽魔方搭載的AR-HUD也是60英寸，方案提供商為疆程。與TFT技術(shù)相比，DLP顯示效果更優(yōu)，但體積較大。

2023年上海車展，TI 推出了最新一款A(yù)R-HUD用DLP 技術(shù)：DLP4620S-Q1 ，與上一代DLP5530相比，視場角更大（12.8°×4°），分辨率更高（100 pix/°）、亮度更高（15,000cd/㎡ ）；PGU體積僅0.3L，較同類型產(chǎn)品減少約10%-15%，整體成本有望較上一代降低15%以上。此外，還支持下一代顯示技術(shù)，如光波導(dǎo)、全息光學(xué)元件 (HOE) 和不同的薄膜技術(shù)。

來源：TI

基于DLP4620，歌爾快速布局，2023年2月率先推出新一代車載AR-HUD PGU模組PGU4620，7月又迭代到Gen2。相較第一代，PGU4620 Gen2 增加了多色溫可調(diào)節(jié)功能，亮度提升80%，達(dá)到200lm；結(jié)合最新DLPC技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高刷新率120Hz，高對比度1800:1，使AR-HUD整機(jī)的顯示效果更優(yōu)。

來源：歌爾

LCoS可滿足高分辨率、大視場角、小體積需要，但技術(shù)開發(fā)難度較大。當(dāng)前，華為、疆程、一數(shù)科技等是該方案的主要推動者。2022年9月，華為自主研發(fā)的LCoS AR-HUD已率先應(yīng)用在飛凡R7上。

2023年上海車展，華為再次升級LCoS技術(shù)，推出HUAWEI xHUD AR-HUD，采用車規(guī)級LCoS（微米級像素單元、2K級分辨率）、三色LED光源（入眼亮度12000nits，色域NTSC＞85%），短焦鏡頭（成像更清晰、畸變＜2%），偏振組件（光能量利用率90%，對比度1200:1），可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)最大畫幅（7.5 米處 70 英寸、10 米處 96 英寸）和最高分辨率（1920x730 像素）。該產(chǎn)品將于2023年內(nèi)搭載在問界M9上，后續(xù)還將在更多車型上應(yīng)用。

來源：華為

相比之下，LBS尚處于研發(fā)階段，但已有PGU 推出，如龍馬璞芯的LM-PGU-1000，銳思華創(chuàng)的微型激光全彩高清顯示模組Opticalcore?。

可以預(yù)見，未來2-3年內(nèi)，TFT依然會是量產(chǎn)主流方案；DLP或在未來5年快速放量，穩(wěn)居高端市場；LCoS技術(shù)將持續(xù)迭代，有望“后來者居上”；LBS技術(shù)可能1-2年內(nèi)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)上車。

03、顯示技術(shù)持續(xù)演進(jìn)，雙/多焦面方案量產(chǎn)在即

迄今，國內(nèi)已量產(chǎn)的AR-HUD產(chǎn)品多為單焦面2D顯示。為了提升顯示效果，大眾、奧迪等車型采用了雙焦面3D顯示方案。其中，上部區(qū)域顯示導(dǎo)航等信息，VID可達(dá)10 米，下部顯示車速和車輛狀態(tài)等信息，VID約 3m。

奧迪基于TFT技術(shù)的雙焦面AR-HUD產(chǎn)品

國內(nèi)的華陽多媒體、澤景電子、怡利電子、未來黑科技等也紛紛開發(fā)出了雙焦面 AR-HUD 量產(chǎn)解決方案。其中，華陽的雙焦面AR-HUD 采用單光機(jī)雙光路方案，基于DLP 5530 打造，近距為2米，視場角為12°×1°；遠(yuǎn)距可達(dá)10米，視場角為12°×3°。該方案已獲定點(diǎn)，即將量產(chǎn)。

來源：華陽多媒體；佐思汽研《2023年汽車HUD產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告》

澤景電子的雙焦面AR-HUD同樣搭載DLP 5530方案，并采用自研AR Cyber軟件系統(tǒng)技術(shù)等，可適配不同規(guī)格、不同數(shù)據(jù)源、不同應(yīng)用場景的光學(xué)系統(tǒng)，達(dá)到虛實(shí)融合的視覺效果。該產(chǎn)品已獲訂單，計(jì)劃2023年量產(chǎn)。

疆程的雙焦面AR-HUD方案最早完成于2017年，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距7.5m、近2.2m的可上車AR-HUD方案，且體積控制在10L以下，屬當(dāng)時(shí)國內(nèi)最早雙焦面方案；但受限于當(dāng)時(shí)AR-HUD在國內(nèi)尚未普及，疆程于近兩年開始基于車廠需求重新提供雙焦面量產(chǎn)方案。

除了雙焦面，部分企業(yè)開始探索多焦面（2個以上）顯示技術(shù)。未來黑科技在研的光場AR-HUD就具備多焦面光學(xué)成像能力，計(jì)劃2024年量產(chǎn)；正在開發(fā)的空間光場AR-HUD，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)變焦效果，將不同位置的真實(shí)物體與HUD虛擬影像在視覺上融合。

HUD顯示技術(shù)演進(jìn)歷程

來源：睿維視

04、新一代光波導(dǎo)HOE+CGH技術(shù)將打開AR-HUD量產(chǎn)新通道

目前，國內(nèi)量產(chǎn)的AR-HUD基本采用自由曲面反射鏡系統(tǒng)，受離軸反射鏡組光學(xué)原理限制，F(xiàn)OV、VID與系統(tǒng)體積一直存在難以平衡的矛盾。然而，光波導(dǎo)技術(shù)的引入，打破了這一固有矛盾，可在有限體積下獲得大FOV和VID。

AR光波導(dǎo)技術(shù)分為幾何光波導(dǎo)和衍射光波導(dǎo)，其中衍射光波導(dǎo)又分為表面浮雕光柵波導(dǎo)和體全息光柵波導(dǎo)。當(dāng)前，體全息光柵波導(dǎo)HOE是業(yè)界普遍看好的技術(shù)方向。該技術(shù)的領(lǐng)軍者是DigiLens，已獲得大陸多輪投資。

國內(nèi)的三極光電、蘇大維格、至格科技、瓏璟光電、靈犀微光等光波導(dǎo)企業(yè)也受到廣泛關(guān)注。2022年9月，華陽多媒體與瓏璟光電建立戰(zhàn)略合作關(guān)系，將共同促進(jìn)光波導(dǎo)技術(shù)與AR-HUD市場的深度融合。

此外，WayRay 基于DLP激光投影+HOE全息薄膜打造了一款A(yù)R-HUD產(chǎn)品（Deep Reality Display?），較傳統(tǒng)AR-HUD相比，體積可做到更小，畫面尺寸FOV可更大。2023年5月，WayRay表示已成功將全息技術(shù)應(yīng)用于特斯拉Model 3 車型，將率先進(jìn)入瑞士，后續(xù)將在美國發(fā)售。

來源：WayRay

與光波導(dǎo)、HOE（靜態(tài)全息）不同，計(jì)算全息CGH技術(shù)（動態(tài)全息）不需要傳統(tǒng)光學(xué)結(jié)構(gòu)的參與，利用計(jì)算機(jī)和算法生成全息圖像，能在任意焦平面成像，且在封裝尺寸上具有顯著優(yōu)勢。

基于此，多家主機(jī)廠和供應(yīng)商布局，如大眾投資SeeReal，松下和摩比斯投資Envisics，電裝投資CY Vision。在國內(nèi)，瓏璟光電、睿維視也在推進(jìn)CGH計(jì)算全息AR-HUD技術(shù)的開發(fā)。

2023年3月，Envisics獲得5000萬美元C輪融資，投資方為現(xiàn)代摩比斯、捷豹路虎旗下風(fēng)投機(jī)構(gòu)InMotion Ventures和Stellantis等。2024款凱迪拉克車型Lyriq將集成Envisics的二代AR-HUD（雙焦面，最高亮度可達(dá) 25000 cd/m2 ）。