抬头显示系统(Head up Display,HUD)也称汽车平视显示系统,它是利用光学反射原理,将汽车驾驶辅助信息、导航信息、检查控制信息以及ADAS信息等以投影方式显示在风挡玻璃上或约2m远的前方、发动机罩尖端的上方,同时还可以显示来自各个驾驶辅助系统的警告信息,例如车道偏离警告、来自带行人识别功能的夜视辅助系统的行人避让警告等,避免驾驶员在行车过程中频繁低头看仪表或车载屏幕,对于行车安全起着很好的辅助作用。
HUD投影技术图像生成器形成图像,通过一系列光学手段将图像放大、拉远后呈现在驾驶员前方。目前HUD使用的投影技术主要有TFT-LCD投影、DLP投影、MEMS激光扫描投影和LCOS投影四种。
汽车网址导航01 TFT-LCD投影技术
TFT-LCD投影技术以TFT作为HUD的投影单元,投影原理是LED背光源发光,随后以电场控制液晶分支的旋转方向,从而改变光的行进方向和呈现颜来成像。TFT-LCD由于技术基本成熟、成本较低,成为当前最主流的HUD投影技术方案,广泛应用于W-HUD产品中。然而TFT-LCD存在投影距离较近、耐高温性能较差等问题,在AR-HUD产品上的应用需要攻克以上难题。
02 DLP投影技术
DLP(Digital Light Processing,数字光处理技术)是美国德州仪器(TI)的专利技术。在DLP投影技术中,图像是由DMD(Digital Micro-mirror Device,数字微镜器件)产生的。DMD集成50-130万个微型镜片,每个镜片代表1个像素,通过控制镜片的转动来反射需要的光,同时通过吸收器来吸收不需要的光,实现对图像的投影。
DLP具有高亮度、高对比度和高分辨率等优点;工作温度区间-40-105℃,满足车规级要求;能够实现5米以上的成像距离,满足AR-HUD的宽视角工作场景,因此成为当前AR-HUD的最优解决方案。但由于DLP投射的是整个屏幕,为改善显示效果需要针对不同的挡风玻璃定制高精度的反射非球面镜,导致整体成本较高。DLP是目前最受认可的AR-HUD技术路径。
03 MEMS激光扫描投影
MEMS激光扫描投影是将激光模组与微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)结合的投影显示技术方案。MEMS投影技术属于扫描式投影显示,在MEMS扫描振镜扫过显示区域时RGB彩激光二极管将同步施以脉冲,将图像直接投射于挡风玻璃上。M
EMS投影技术采用聚焦的激光束投射图像,不需要重新对焦,因此能大幅度简化光学系统的尺寸和复杂度、降低整体成本,同时实现较高的对比度和亮度。
但MEMS投影目前仍然存在两个问题:
(1)分辨率不高导致图像较为模糊,并且改善分辨率成本较高;
(2)激光二极管耐高温性较差,目前难以实现车规级应用。
04 LCOS投影
LCOS(Liquid Crystal on silicon,硅基液晶)投影技术是一种基于反射式的微型矩阵液晶显示技术。硅基液晶可视为LCD的一种,传统的LCD是做在玻璃基板上,LCOS则是做在硅晶圆上。LCoS结构中液晶分子填充于上层玻璃基板和下层金属反光层之间,金属反光层和顶层ITO公共电极之间的电压共同决定液晶分子的光通性能并展现出不同的像素灰阶,而显示驱动电路直接在硅基板上完成制备。同时,为了避免入射光对硅基板内部晶体管照射形成光生载流子,影响驱动电路性能,通常在电路走线层和金属反光层之间添加一层金属遮光层,实现对入射光的屏蔽目的导向层可以确定液晶分子的有序排列。LCoS的显示原理是通过施
加在液晶层像素两端电压大小来影响液晶分子的光通性能,进而决定该像素的显示灰阶。具体而言当液晶层像素的外加电压为零时,入射光经过液晶层后将不发生偏振并经过PBS棱镜沿原光路反射回来。此时光线不进入投影光路,即此时不进行成像。相反,当液晶像素存在外加电压时,入射光经过液晶层后将发生偏振,并经过PBS棱镜发射至投影光路并在屏幕上显示成像。