平視顯示器未來趨勢：影像大尺寸化和高亮度化

平視顯示器（HUD）可讓駕駛員無需移動視點即可閱覽信息。隨著人們對汽車安全功能的需求的提高，配備這種顯示器的車型今后將會迅速增加。為促進普及，低成本化、影像大尺寸化及高亮度化的競爭已經開始。

電裝信息通信設備開發(fā)部第二開發(fā)室主任金森直人說，“希望HUD成為一個增長的業(yè)務領域”。

在汽車前擋風玻璃等位置顯示車速及前進方向等的平視顯示器（HUD）的市場今后估計會快速擴大（圖1）。據電裝介紹，2012年HUD的市場規(guī)模為100萬臺左右，預計2013年以后將逐年增加，2020年將達到700萬～1000萬臺的規(guī)模。

圖1 2020年HUD的市場規(guī)模將達到1000萬臺 HUD從1980年代后半期開始配備于汽車，功能逐年提高。2012年配備HUD的市售車載導航儀問世。因人們對汽車安全功能的需求高漲，估計今后HUD市場還會擴大，到2020年，將由2012年的約100萬臺增至700萬～1000萬臺。

汽車的安全性需求是助推劑

HUD在汽車領域的采用不斷增多的原因是，要求汽車更加“放心安全”的呼聲日益高漲。使用HUD時，與配置在中控臺部分的車載導航儀及位于駕駛座前方的儀表相比，駕駛員幾乎無需移動視線即可獲得信息（圖2）。將目光焦點由注視前方的狀態(tài)調整到瀏覽HUD信息的狀態(tài)所需要的時間也比調整到導航儀或儀表短。因此，可以實現更為安全的駕駛。

圖2 HUD的視認性出色 HUD的影像顯示在駕駛時的注視點附近，從而可縮短駕駛員移動視線的時間（a）。調整焦點所需時間也比看儀表時要短（b）。（該圖由《日經電子》根據電裝的資料繪制）

而且，HUD還非常適合實時顯示信息。除了顯示速度、限速信息及導航儀信息以外，還能及時提醒駕駛員注意各種緊急信息，包括偏離車道、與前方車輛碰撞、后方有車輛接近以及檢測到行人等的各種警報。

由于具備這些優(yōu)點，在車道速度規(guī)定細致、高速公路數量較多、開車上下班的人較多的歐洲和美國，HUD的需求非常大。因此，歐美汽車廠商都在以高檔車為主，增加采用HUD的車型。

而且，在駕駛輔助系統(tǒng)的功能越來越多、向駕駛員提示的信息量日益增多的形勢下，從安全性考慮，市場對視認性出色的HUD的需求日益高漲。盡管目前HUD的成本較高，配備HUD的主要是高檔車，但抓住這些需求之后，HUD的構成部件的價格就會降低，估計最近4～5年內HUD會在普及價位的車型中得到更廣泛的采用。

影像更亮、更大

通常的HUD主要由投影儀部分、平面鏡、放大鏡及顯示部分構成。顯示影像時，首先從投影儀部分向平面鏡投射影像，然后通過放大鏡放大其反射影像，同時把影像向前投射到前擋風玻璃或半透明反光板上。

HUD廠商目前除了降低成本之外，還在為提高視認性而開展提高亮度、擴大顯示畫面方面的研發(fā)。電裝的目標是，投射相當于前方2米10英寸的影像時實現1萬cd/m²的亮度，15英寸影像實現1.3萬cd/m²的亮度，33英寸影像實現1.5萬cd/m²的亮度。

提高亮度的重點是光源部分的散熱和光學系統(tǒng)的設計等。盡管未透露這方面的詳情，但電裝表示通過自主開發(fā)的安裝在白色LED光源上的透鏡，提高了效率（圖3）。該公司已使相當于在前方2米處投射7.5英寸影像的HUD實用化，并開始向起亞“K9”供貨。而且試制出了10英寸產品，今后還打算增加顯示畫面的尺寸。

圖3 HUD的工作原理 HUD將影像投射到平面鏡上，然后利用放大鏡放大其反射影像，并將其顯示在前擋風玻璃上（a、b）。各公司通過改進光源、顯示元件及光學系統(tǒng)實現了差異化。比如，電裝就自主開發(fā)出了安裝在白色LED光源上的透鏡，從而提高了效率（c）。（圖（a）由《日經電子》根據電裝的資料繪制）

自主開發(fā)液晶顯示元件和MEMS反光鏡

JVC建伍也是致力于開發(fā)HUD的廠商之一。該公司強調，其優(yōu)勢是自主開發(fā)作為HUD投影儀部分顯示元件的LCOS（硅基液晶）以及MEMS反光鏡。

LCOS通過使白色LED光源發(fā)出的光發(fā)生反射來生成影像。因此，與透射型液晶面板相比容易提高亮度和像素。JVC建伍的LCOS產品實現了超過1萬cd/m²的高亮度。2012年實現了產品化的、安裝在車內后視鏡上的HUD實現了高達1.5萬cd/m²的亮度，像素高達1280×720（圖4）^注1）。

圖4 通過自主開發(fā)的顯示元件挑戰(zhàn)HUD業(yè)務 JVC建伍開發(fā)出了可用作HUD顯示元件的LCOS和MEMS反光鏡。采用LCOS的產品方面，該公司開發(fā)出了可安裝于車內后視鏡的HUD以及可設置在儀表上部的HUD（a、b）。前者通過ZMP對外銷售。還試制出了光源采用激光器元件、顯示元件采用MEMS反光鏡的HUD（c）。

注1）截至2013年3月12日，JVC建伍仍通過ZMP公司銷售該產品。該公司打算今后自己也開展銷售。

此外，JVC建伍還開發(fā)出了將影像投射到半透明反光板上的LCOS產品。向前擋風玻璃投射影像時，需要按車型制作投影部分，所以LCOS都是專用產品。而采用半透明反光板的話，可將HUD裝置設置在駕駛席前方儀表部分的上方，既容易向多種車型推廣，又可輕松降低成本。該公司打算向普及價位的車型推廣采用半透明反光板的LCOS產品。

而MEMS反光鏡的特點是容易提高影像的對比度。原因是可利用MEMS反光鏡使激光發(fā)生反射并掃描，從而生成影像。因為只有影像部分發(fā)光，所以容易提高對比度。采用MEMS反光鏡的HUD試制品實現了10000:1的對比度。

但JVC建伍介紹說，與LCOS產品相比，MEMS反光鏡還存在很多課題。主要課題在于激光器元件，不僅價格高，而且工作溫度范圍很難擴大。

成本方面，綠色半導體激光器的出貨量較少，成本高于紅色和藍色半導體激光器。今后，JVC建伍打算通過更多地應用于HUD，來降低激光器的成本。

工作溫度范圍方面，要求激光器在+60℃以上的溫度下穩(wěn)定運行。激光器是對溫度十分敏感的元件，振蕩波長會隨著溫度發(fā)生變化。使用帕爾帖元件等冷卻元件的話，雖然可以抑制溫度變化，但同時成本、安裝體積及耗電量也會增加。

因此，激光器元件廠商正在努力擴大工作溫度范圍。比如，夏普就開發(fā)出了封裝溫度為+60℃、可以實現100mW光輸出功率的紅色半導體激光器。從2013年1月開始提供樣品，2013年3月開始量產。

即便如此，車載用途大多仍要求激光器的工作溫度達到80～90℃，因此夏普表示將進一步擴大該產品的工作溫度范圍。