HUD 抬頭顯示技術最早搭載在軍用飛機上，隨著技術的發(fā)展與延伸逐漸滲透至汽車產業(yè)。除了用以替代儀表，顯示各類儀表盤上的信息(如速度、胎壓、油耗、限速、警示等)，HUD還可以顯示導航、輔助駕駛、自動駕駛等原先顯示在中控多媒體屏上的信息，使得駕駛者在開車時幾乎完全不用低頭，極大地提升駕駛安全性。
HUD工作原理解析，PGU成像部分是核心
HUD的核心部件主要包括PGU(圖像生成單元)、Concave Mirror(自由曲面鏡)和Windshield(擋風玻璃)，其中PGU用以產生圖形、控制亮度;自由曲面鏡用以放大畫面，消除擋風玻璃造成的畸變;擋風玻璃負責再次放大畫面，消除重影(如通過楔形玻璃)后再將圖形反射至人眼。由于HUD畫面虛像由擋風玻璃反射而來，所以給人的視覺感覺就像畫面懸浮在玻璃外，呈現出一種全息影像的效果。
作為HUD中非常重要的核心部件，目前行業(yè)公認的PGU技術路徑可以分為四條，主要包括TFT-LCD投影(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)、DLP投影(Digital Light Processing)、LBS激光掃描投影(Laser Beam Scanning)、LCOS投影(Liquid Crystal on Silicon)等。
TFT-LCD投影技術比較成熟，其原理是利用液晶顯示面板成像，主要供應廠商包括日本的京瓷、JDI以及國內的京東方、天馬、信利等;
DLP是美國德州儀器的專利技術，通過集成數十萬個超微型鏡片的DMD(Digital Micromirror Device)將強光源經過反射后投影出來，在Diffuser(擴散片)上成像;
LCOS技術通過具有較高功率的紅、綠、藍三色激光器或LED為光源，再通過合光系統(tǒng)照射在LCOS上，最終在Diffuser上形成影像，包括華為、一數科技等均基于該技術提供解決方案;
LBS激光掃描投影以激光作為光源，通過MEMS(Microelectromechanical systems)微振鏡在掃過顯示區(qū)域時RGB彩色激光二極管將同步施以脈沖，將圖像投射于Difusser上成像，主要參與者包括Microvision、豐寶電子、銳思華創(chuàng)等。
TFT-LCD與DLP之爭，基于TFT做不了AR HUD嗎?
經過對搭載HUD功能的上市車型所采用的PGU進行調研可以發(fā)現，目前TFT-LCD和DLP投影技術仍是市場主流。而隨著HUD行業(yè)不斷向AR HUD進階，關于TFT-LCD和DLP的技術路線之爭也愈演愈烈。
有觀點認為，“TFT-LCD雖然技術成熟、性價比高，但更適用于小視場的WHUD，在清晰度、對比度上都無法滿足AR HUD大視場角、遠投影距離的要求，甚至由于‘陽光倒灌’引起的熱負載壓力過大，從而導致LCD模組失效。另外，TFT-LCD的光效和亮度等相對DLP來說，也欠缺優(yōu)勢。而DLP是目前AR HUD領域最為成熟的技術，依靠優(yōu)異的顯示性能，在畫面亮度、尺寸和陽光倒灌問題的應對上都具有優(yōu)勢，是最適合AR HUD的PGU路線”。
對此，FUTURUS首席科學家吳慧軍博士表示，在行業(yè)認知里，通常認為HUD的成像質量(清晰度、對比度、色域等)與PGU的類型高度相關。但事實上，PGU的類型并不能直接決定上述參數的好壞。究其根本，PGU只是一種像源。不管是TFT-LCD、DLP、LCOS還是LBS，并不決定HUD的代次，也不直接決定HUD的光學性能。
如果DLP、LCOS和LBS的背光模組以及Diffuser設計的不夠好，其性能甚至可能遠不如TFT-LCD像源。原因之一在于 Diffuser是這三種技術路線里都必須要使用且是極為重要的一個光學部件，其性能直接決定了畫面的清晰度、對比度和光效。在吳博士看來，雖然三種技術方案均非常有前景，也有很多明顯的優(yōu)勢，但就目前來說，需要提高的地方還很多，需要業(yè)內同行一起努力，以盡快實現更優(yōu)秀的光學表現。
近些年來隨著技術的發(fā)展，DLP、LCOS和LBS這三種路線的光學性能已經逐步接近或達到TFT-LCD的光學性能，在某幾個參數上的差異已經微乎其微。從主機廠的角度考慮，無論采用哪種技術路徑，都必須優(yōu)先考慮可靠性和成本問題。而綜合功能、性能、可靠性、成本、供應鏈成熟度，TFT-LCD都是主機廠在短期內的最佳方案。
選擇TFT-LCD就一定會燒屏嗎?
吳博士還提到，目前行業(yè)普遍存在的一個錯誤認知需要被糾正：選擇TFT-LCD技術方案并不意味著一定會“燒屏”，而“燒屏”也不直接等同于“陽光倒灌”。
PGU的熱管理面臨著來自內部和外部的三重熱源壓力：
1、是背光溫升，即PGU工作時LED發(fā)出的光線被液晶屏吸收產生的溫升，以及LED自身發(fā)熱對液晶屏產生的溫升;
2、是陽光溫升，HUD中用作放大光路的自由曲面鏡通常采用凹面鏡設計，而凹面鏡也有光學聚焦的特性，當太陽光照射進PGU，可能會出現因光線匯聚而導致溫度過高而失效，甚至導致PGU被燒毀的風險;
3、是環(huán)境溫升，即設備的工作環(huán)境溫度。
針對行業(yè)普遍擔憂的TFT-LCD“燒屏”風險，FUTURUS也提出了相對應的技術解決方案，通過自研PGU和專利背光設計，可以精確控制LED發(fā)出光線的傳播方向，提高能量利用效率，降低背光熱效應，在維持低功耗的同時產生非常高的畫面亮度，有效緩解因功耗太高導致PGU燒屏的問題。同時還優(yōu)化了光學結構設計，可以有效降低或分散射入自由曲面鏡的太陽光，降低陽光倒灌壓力。
吳博士號召，進入AR HUD階段以后，HUD供應商更需要拋棄對PGU的執(zhí)念，在實景識別、圖形渲染以及如何達成完美的虛實融合等軟件、算法及HMI設計上下功夫。FUTURUS也期待與更多行業(yè)PGU合作伙伴攜手，攻克PGU光路設計及空間干涉難題，加速AR HUD上車，讓更多用戶體驗AR HUD帶來的安全與便利。
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