AR HUD目前常見的有三種技術，分別是TFT、DLP和LCoS，新興的也有三種，分別是基于LBS的MEMS、硅上OLED即OLEDoS和Micro LED。 ?

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普通的HUD的采購價大約1000-1500元人民幣，AR HUD采用TFT的大概2000-2500元，DLP的要3000-4000元。 ?

HUD核心元件包括PGU圖像生成單元和自由曲面反射鏡，大型的HUD廠家都源自汽車儀表領域，上游布局完整，能夠自己生產PGU和自由曲面反射鏡，自由曲面反射鏡生產門檻很高，需要十萬級無塵室和精密光學鍍膜經驗。這只有日本精機、大陸汽車這一級別的廠家才能完成。AR HUD的出現導致HUD的軟件復雜度飛增，同時也要考慮定位、傳感器融合和ADAS，因此產業出現了細分，一部分專精軟件的HUD企業出現，另一部分原光學領域的企業進入，專門生產PGU和自由曲面反射鏡，產業鏈拉長了。軟件企業還在進一步細分，一部分專精HMI人機交互的設計，另一部分專精和儀表乃至ADAS系統的聯合工作。國內舜宇最早從事自由曲面反射鏡研究，應該是國內做得最好的。

HUD的技術路線，實際應該是PGU的技術路線，但PGU并非HUD的全部，其他部分也能影響HUD的性能和成本。

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TFT最大缺點是分辨率低，不可能顯示復雜圖案，對比度和亮度也最低，陽光下看不清，其他缺點還有光線為偏振光，不能帶太陽鏡，再有就是投影面積越大，陽光倒灌就越強，溫度上升快，如果不做處理，幾分鐘PGU就燒了，減少進光量是最基本解決辦法，但這意味著出光量也少了，對比度和亮度表現更差。再有就是用采用 3M、BrightView的光學膜片減少反射。TFT優點是成本低，技術成熟。TFT-LCD供應商主要是日本京瓷和JDI，國內則有信利和天馬。 ?

圖片來源：互聯網

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DLP的缺點是需要平行光源，體積太大，奔馳S級用的AR HUD為了達到最佳效果，整個系統高達27L，國內廣汽傳祺的二代GS8是14.5L，只有很大的車型才能允許這么大的體積。這個用光波導可以大幅度縮小體積，不過相對其他路線，體積還是略高。再有就是成本高。優點是可靠性高，不用擔心陽光倒灌。不使用偏振光，不用擔心太陽鏡問題，支持光波導和全息技術，對比度和亮度都不錯。VID虛擬景象距離可以超過7.5米，比較適合做兩片或多片圖像。FOV也比較寬。 ?

奔馳S級上的DLP ARHUD。圖片來源：奔馳

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LCoS近期比較活躍，LCoS不是什么新技術，早在上世紀90年代就已經出現，2012年前后成為AR眼鏡的最佳技術，谷歌為此一度收購了中國臺灣省的奇景光電的部分股份，不過AR眼鏡始終無法打開市場，關鍵原因是眼鏡不能太重，因此，散熱、續航成了AR眼鏡的死穴，時至今日也無法解決。自2014年后LCoS沉寂了很長一段時間，2020年前后，LCoS再出江湖。 ?

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LCoS結構，液晶器件制作于單晶硅基底上，通過反射光形成圖像。硅基底中集成 CMOS 驅動電路，表面通過化學機械拋光（CMP）等工藝形成像素電極，在電極上制作定向層，蓋上覆有 ITO 電極的玻璃，灌入液晶形成 LCoS。液晶體使光的偏振發生旋轉，而電場中的波動則用于控制液晶體的旋轉量，這決定了穿過液晶層的光量。換言之就是光源“穿過偏振濾光片到達設備上，液晶體充當閘門或閥門，控制到達反光表面的光量。特定像素的晶體接收的電壓越高，晶體允許通過的光量則越多。 ? LCoS不僅可以用于顯示領域，在光通信領域也有一席之地，這也是華為為何切入的原因之一，可重構全光交換 (OXC) 系統是現代光纖通信網絡的核心組成部分，支撐了近10年網絡容量的高速增長。波長選擇開關（WSS）是OXC系統的核心組成部分。WSS通常具有一個輸入端口和n個輸出端口，可以將輸入端口接收到的任意波長信道切換至任意輸出端口。一個 OXC 系統通常由多個 WSS 配對級聯組成，使光纖網絡運營商在網絡節點處可以靈活地調度各個波長信道，讓光纖通信網絡在波長級具有可重構性，大幅降低了網絡的傳輸和運營成本。早期 WSS 可以基于純相位型 LCoS 技術、液晶技術或者 MEMS 技術。近年來基于 LCoS 技術的 WSS 成為業界的主流選擇。WSS 系統對 LCoS 器件的反射率、衍射效率、瞬時相位抖動和可靠性有極高的要求，目前僅有少數LCoS 廠商可以支持該應用。華為是光通訊霸主，自然也很熟悉LCoS。 ? LCoS 在強光照射下容易產生形變，造成畫面不均勻，同時強光在 LCoS 芯片內來回 2 次，相當于將LCoS 的液晶層厚度減半，強光作用也會降低液晶的壽命。近年來這些問題有所改善，特別是目前汽車的更新換代周期大大縮短了，不像以前一輛車開十幾年甚至幾十年，現在年輕人5年就想換車了。 ? 業界的LCoS供應商，主要包含了七家公司：Compound Photonics、Raontech、Syndiant (晶典)、Himax（奇景光電）、Ominivision、4DD（Kopin旗下全資子公司）和Jasper。不過日本一眾大廠索尼、松下、佳能、富士、愛普生都有能力生產LCoS，只不過市場太小，它們看不上。 ? 第一個推出車載AR HUD用LCoS的是奇景，奇景在此領域研發超過20年，技術積累深厚，AR眼鏡領域近乎壟斷，2021年推出相位調制LCoS，主打雙層（Plane）顯示AR HUD，同時也可以用于WSS，產能高達每月30萬片，并計劃增加到200萬片/月。 ? 國內豪威科技在2020年也推出了OP02220。 ?

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OP02220目標市場主要還是AR眼鏡，LC工作溫度范圍在10℃-70℃之間，集成度很高，集成了幀緩存和驅動，是業內第一款單芯片LCoS顯示。 ? 國內市場比較活躍的還有韓國的RANOTECH、上海慧新辰實業和南京芯視元電子。 ? LCoS最顯著優點是高分辨率，高對比度。受限于工藝復雜程度，DLP 器件的原生分辨率始終停滯于2K。而 LCoS 器件原生分辨率達到4K和8K，因此目前主流高端激光投影數字影院系統均采用 LCoS 技術。再有就是體積小，LCoS首選目標市場都是AR眼鏡，體積自然很小。如果配合光波導，體積可以更小。然后就是成本低，畢竟它是CMOS工藝的，大部分制造工藝類似芯片，量大了成本可以做得很低。 ? LCoS缺點包括亮度低，反射型的器件亮度自然低于穿透型，LED做光源時這個缺點比較明顯，最好用激光做光源，但車規級激光基本被日亞化學一家壟斷，特別是綠光，價格很高。光源是偏振光，不能配合太陽鏡使用。此外還有散斑問題。 ? 最后來看LBS。

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激光掃描示意圖，LBS由來已久，2010年先鋒就曾將其做成車載HUD，售價超過5千美元。LBS優點是對比度和亮度超高，陽光下也完全沒問題，是視覺效果最佳的HUD，沒有之一。體積也很小，與LCoS相比差不多，微軟曾經有意將LBS用在AR眼鏡上。 ? 缺點就是貴，分辨率難以提高，不過用在HUD上足夠，松下聲稱可以做到4K，但一般是1280*720，分辨率提升會導致成本暴增。激光光源的散熱也是個問題，不過還容易解決。對LBS比較看好的廠家有日本松下、先鋒，中國臺灣的FIC（大眾電腦）、上海豐寶電子、浙江視鏡傳感科技、美國MicroVision和微軟。 ? 除了上面說的4種，還有兩種鮮為人熟知，即OLEDoS（硅基OLED）和Micro-LED。 ?

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OLEDoS也有叫Micro OLED。結合CMOS工藝和OLED技術，以單晶硅作為有源驅動背板而制作的主動式有機發光二極管顯示器件。硅基OLED器件結構包括驅動背板和OLED器件兩個部分。驅動背板應用標準的CMOS工藝制作，形成硅基OLED微顯需要的像素電路、行列驅動電路以及其他的功能電路。在CMOS電路的頂層金屬中通常制作高反射的金屬，作為OLED器件的陽極。OLED器件部分通常包括空穴注入層、空穴傳輸層、發光層、電子傳輸層、電子注入層、半透明的頂電極。在頂電極上制作薄膜封裝層，用于阻隔水氧，接著旋涂透明貼合膠層，貼合玻璃進行器件強度保護。 ? 硅基OLED采用成熟的集成電路CMOS工藝，并結合了OLED快速響應、大視角、低功耗等突出優點，不但實現顯示屏像素的有源尋址矩陣，還實現了如SRAM存儲器TCON等多種功能的驅動控制電路，減少了器件的外部連線，増加了可靠性，實現了輕量化，具有自發光、厚度薄、質量輕、視角大、發光效率高等特性，更容易實現高PPI (像素密度)、易于攜帶、功耗低等特性，特別適用于AR/VR等近眼顯示設備。 ? 目前索尼、松下、三星、LGD、TCL、京東方都在此領域發力，索尼技術最為優秀，處于領先位置，已經有商業化產品，三星和LGD則緊追不舍。 ? OLEDoS優缺點和LCoS接近，不過目前還有對OLEDoS壽命的質疑。

Micro LED是理論上最優秀的顯示技術。Micro LED即LED微縮技術，是指將傳統LED陣列化、微縮化后定址巨量轉移到電路基板上，形成超小間距LED，將毫米級別的LED長度進一步微縮到微米級，以達到超高像素、超高解析率。Micro-LED 在亮度指標上，性能明顯高于 OLEDoS，具有較大優勢，可同時適用于室內與室外場景。Micro-LED像素間距一般小于 10um，微米等級的間距，每一點像素都能定址控制及單點驅動發光。與其他LED相比，Micro-LED 具有最高的發光效率和發光能量密度，且還有提升空間。LCoS 的響應速度為毫秒級別，OLEDoS和Micro-LED 都屬于電流驅動， OLED的響應速度為微秒級別。Micro-LED 的響應速度為納秒級別，更容易滿足VR/AR的要求。Micro-LED 分辨率也很容易達到4K。

? Micro-LED壽命也更長，目前主要缺點是技術成熟度很低特別是全彩化非常困難，不過在車載HUD領域，對色彩需求很低。技術成熟度方面，芯片底板、巨量轉移、接合、驅動等各個環節都還不成熟，良率很低，最主要廠家意愿不強，因為三星、索尼、LG顯示這些巨頭在OLED領域均投入了巨額研發資金，這些巨頭想將OLED技術壽命盡量延長，獲取更多利潤，對Micro-LED只是關注，不想真心去做，只要Micro-LED沒有威脅OLED的市場，這些巨頭就不會真心做Micro-LED，而小公司在量產方面缺乏經驗，以至于從2015年喊到現在，Micro-LED沒有太多實質進展。 ? HUD大多是選配，標配不多，廠家最在乎的還是成本，未來5-10年內，恐怕TFT還是主流。LCoS恐怕是過渡技術，大廠開始在OLEDoS持續發力，未來5年很可能取代LCoS，Micro-LED是終極方向，不過可能要等到10年后。DLP成本下降空間小，即使量大也難以降低成本，未來局限在高端。未來LBS將挑戰DLP的高端地位，豪華品牌可能更傾向于LBS。 ? ?

編輯：黃飛

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