汽車平視顯示器技術(shù)未來將怎樣發(fā)展？

隨著平視顯示器（HUD，Heads Up Display）技術(shù)的不斷發(fā)展，其成本越來越低，汽車HUD已經(jīng)不再是前幾年高端車的專利，開始越來越普及。IDTechEx預(yù)計(jì)，到2034年，汽車HUD市場將達(dá)到100億美元以上，復(fù)合年增長率為24%。這也讓業(yè)界對HUD在智能座艙中的應(yīng)用高度期待。

未來十年HUD市場價(jià)值

HUD將徹底改變汽車顯示器行業(yè)，并對道路安全產(chǎn)生積極的影響；它可以增加車輛定制個(gè)性化，加強(qiáng)前排乘客與車輛之間的溝通。汽車自主性的興起表明，主機(jī)廠更需要提供乘客體驗(yàn)，而不僅僅是駕駛體驗(yàn)解決方案，未來HUD將可以為駕駛帶來更加身臨其境的娛樂體驗(yàn)。

《2022中國智能汽車發(fā)展趨勢洞察報(bào)告》也預(yù)測，AR-HUD在HUD市場的份額將顯著增長。到2030年，其市場份額將增至約43%，表明AR-HUD在智能汽車領(lǐng)域具有巨大的市場潛力和廣闊發(fā)展空間。

什么是HUD？

HUD是一種平視顯示器，也叫抬頭顯示器，早期被用于軍事用途，以確保戰(zhàn)斗機(jī)飛行員不低頭也能迅速了解飛行數(shù)據(jù)。1988年，通用汽車發(fā)布的新車Oldsmobile（奧茲莫比爾）Cutlass Supreme PaceCar首次搭載車用HUD。過去20多年，HUD經(jīng)歷了緩慢發(fā)展，近年來AR技術(shù)的崛起及HUD顯示效果和成本的顯著改善，使HUD技術(shù)重新煥發(fā)了生機(jī)，迎來了快速發(fā)展。

目前，市場上的HUD主要有C-HUD（組合式HUD）、W-HUD（風(fēng)擋式HUD）和AR-HUD（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)HUD）三種類型。C-HUD結(jié)構(gòu)緊湊，采用半透明樹脂作為投影介質(zhì)，成像方式簡單，價(jià)格比較便宜。由于采用2D技術(shù)，所有信息都以固定距離投影，在發(fā)出信號并顯示道路上的障礙物時(shí)，有限的深度可能會產(chǎn)生一些問題。駕駛員在觀察車輛周圍環(huán)境和HUD顯示的圖像時(shí)，必須不斷調(diào)整焦點(diǎn)，會妨礙駕駛員的駕駛體驗(yàn)，并可能導(dǎo)致進(jìn)一步疲勞，因此無法成為一種額外的安全措施。另外，C-HUD投影范圍有限，不能提供沉浸感，顯示內(nèi)容較少，已被W-HUD和AR-HUD替代。

W-HUD應(yīng)用最為廣泛，它利用光學(xué)投影原理，將豐富的行車信息直接投影在擋風(fēng)玻璃上。其投影范圍更大，圖像清晰度也顯著提升。W-HUD不僅提供更多駕駛輔助信息，還增強(qiáng)了駕駛員視覺體驗(yàn)，使駕駛更加安全、便捷。

在駕駛安全方面，W-HUD能夠?qū)⑻摂M圖像直接投影到駕駛員視線，將車載診斷及GPS等直接投影到組合屏幕或車輛擋風(fēng)玻璃上。駕駛員不需要將視線從道路上移開查看儀表板和中央信息顯示屏（CID）。與1.8秒獲取信息的下視顯示器相比，HUD可以在1.0秒內(nèi)提供信息，減少精神疲勞，避免分心。

在車輛個(gè)性化定制方面，HUD定制功能將成為一個(gè)明顯賣點(diǎn)，還能將儀表板顯示從駕駛員擴(kuò)展到連接駕駛員和前排座椅乘客的全車（pillar-to pillar）顯示器，增強(qiáng)前排乘客與車輛的溝通。

AR-HUD則是最新的HUD技術(shù)，投影質(zhì)量非常高，通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)將虛擬導(dǎo)航信息和實(shí)際路況結(jié)合，疊加到實(shí)際行駛道路上。AR-HUD采用3D技術(shù)，有不同的焦點(diǎn)，可為駕駛員提供進(jìn)一步的視角，并主動向道路上的障礙物發(fā)出信號，能夠使駕駛員直接、高效地獲取道路信息，還大大增強(qiáng)了汽車投影與現(xiàn)實(shí)路況的互動。AR-HUD更具沉浸感，能夠提供更為真實(shí)、生動的駕駛視覺體驗(yàn)。隨著設(shè)備成本的逐漸降低，有望替代W-HUD。

主導(dǎo)技術(shù)確保HUD最佳性能

IDTechEx認(rèn)為，目前HUD的主導(dǎo)技術(shù)是TFT-LCD，但與其他應(yīng)用不同，HUD需要更高的亮度水平以及耐用性和彈性。亮度必須非常高，使圖像能夠投影到環(huán)境照明條件非常好的區(qū)域，即使在陽光直射下也能顯示圖像；而在黑暗或陰天情況下，虛擬圖像仍然可以看到。

Omdia也認(rèn)為，內(nèi)嵌觸控式TFT LCD顯示屏將成為汽車控屏應(yīng)用的主流，預(yù)計(jì)2023年達(dá)到2620萬臺，出貨份額為35.1%，在2025年占出貨量的50%以上。

Omdia顯示研究高級研究經(jīng)理Calvin Hsieh表示，智能座艙趨勢還推動了對更大的汽車中控屏的需求，從而導(dǎo)致內(nèi)嵌觸控式TFT LCD顯示屏的出貨量增加。“由于智能手機(jī)和平板電腦應(yīng)用增長停滯不前，面板制造商正在將目標(biāo)轉(zhuǎn)向汽車應(yīng)用。這種轉(zhuǎn)變在汽車應(yīng)用的觸控式顯示屏整體出貨量中很明顯。盡管2024年預(yù)測的增長速度低于預(yù)期，但內(nèi)嵌TFT LCD顯示屏的出貨量將繼續(xù)增長，在2025年占據(jù)超過50%的出貨份額。”

IDTechEx指出，隨著自動駕駛汽車和高級駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）的日益普及，需要具有更大甚至不同視場（FOV）和深度的HUD。為此，一些替代技術(shù)浮出水面，如數(shù)字光處理（DLP）、計(jì)算機(jī)生成全息術(shù)（CGH）、激光掃描MEMS和MicroLED。

隨著一些公司計(jì)劃在未來幾年導(dǎo)入汽車產(chǎn)品，CGH獲得了很大的吸引力。其相干（激光）光源要求其非常明亮，且在不損失分辨率的情況下投影3D虛擬圖像，這意味著可以通過真實(shí)深度提示突出道路上的關(guān)鍵障礙物圖像，駕駛員可以像處理日常物體一樣，無縫地聚焦和散焦虛擬物體，以獲得更舒適的駕駛體驗(yàn)。

雖然全息術(shù)應(yīng)用于HUD具有明顯優(yōu)勢，但其迄今為止在挑戰(zhàn)TFT-LCD方面仍甘拜下風(fēng)，主要原因在于成本和尺寸。TFT-LCD更加成熟，有更多供應(yīng)商競相提供最優(yōu)惠的價(jià)格。在成本方面，CGH無法與其競爭。其次，外形尺寸是另一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別因素。全息HUD需要大量光學(xué)器件和附加組件，只有大型高級車輛最適合采用。然而，隨著技術(shù)的成熟，成本及尺寸下降，預(yù)計(jì)全息技術(shù)將開始被更多車輛采用。

此外，從C-HUD、W-HUD到更具沉浸感的AR-HUD的主要驅(qū)動因素是提高道路安全潛力，因?yàn)轳{駛員分心引起的事故數(shù)量一直在增加。通過將關(guān)鍵駕駛信息直接顯示在駕駛員視線上，可在一定程度上減輕其分心。不過，過多的注釋和虛擬圖像可能會阻礙道路的可見性，不利于乘客安全，所以沉浸感必須適度。

在技術(shù)方面，TFT-LCD存在太陽光倒灌和偏振光影響的問題，由于AR-HUD是投影系統(tǒng)，其光路可逆，外界強(qiáng)烈的光線可通過HUD系統(tǒng)的光路反向進(jìn)入并聚焦在影像源上，可能對影像源造成影響。TFT設(shè)計(jì)原理會導(dǎo)致駕駛員佩戴偏振片太陽眼鏡時(shí)，可能看不到屏幕上的圖像。

近年來，日漸成熟的DLP技術(shù)顯示出很大優(yōu)勢。其核心組件是DMD（Digital Micromirror Device）芯片，由數(shù)百萬個(gè)高反射鋁制微型鏡片組成陣列。每個(gè)微型鏡片都可以通過一個(gè)超小型數(shù)字光開關(guān)來精確控制其角度，從而實(shí)現(xiàn)對光線的反射和投影。這些微型鏡片的動作非?？?，可以在微秒級完成角度切換，實(shí)現(xiàn)圖像的快速刷新。每個(gè)鏡片都可以獨(dú)立控制，使DLP技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率和高對比度的圖像顯示。

DLP技術(shù)可在AR-HUD系統(tǒng)中生成高質(zhì)量圖像，由于其在成像時(shí)需要進(jìn)行光擴(kuò)散，對太陽光有一定發(fā)散作用，因此可以解決TFT的陽光倒灌問題。另外，由于DLP是用RGB LED或激光光源直接成像，不存在偏振光問題。

中國HUD應(yīng)用“遙遙領(lǐng)先”

相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，2023年1-6月中國市場（不含進(jìn)出口）前裝HUD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(gè)百分點(diǎn)。

目前，W-HUD仍然是主流車用HUD產(chǎn)品，C-HUD已逐漸淡出市場。盡管AR-HUD具有技術(shù)優(yōu)勢，但因成本高昂及技術(shù)成熟度不夠，尚未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)并廣泛應(yīng)用。相比之下，憑借技術(shù)成熟、顯示效果出色及適中的價(jià)格，W-HUD已成為中國HUD市場的主導(dǎo)產(chǎn)品，占比已超過90%。

隨著HUD技術(shù)的不斷演進(jìn)，加上汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展的需求，未來5年HUD將會加速滲透，到2028年HUD市場滲透率將突破40%，很有可能成為未來家用車的標(biāo)配，所采用的技術(shù)也會逐漸從W-HUD向AR-HUD特別是DLP AR-HUD技術(shù)演進(jìn)，為用戶帶來身臨其境的駕駛體驗(yàn)，讓安全相關(guān)信息一目了然。