平視顯示器未來(lái)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(wú)需移動(dòng)視點(diǎn)即可閱覽信息。隨著(zhù)人們對汽車(chē)安全功能的需求的提高，配備這種顯示器的車(chē)型今后將會(huì )迅速增加。為促進(jìn)普及，低成本化、影像大尺寸化及高亮度化的競爭已經(jīng)開(kāi)始。

電裝信息通信設備開(kāi)發(fā)部第二開(kāi)發(fā)室主任金森直人說(shuō)，“希望HUD成為一個(gè)增長(cháng)的業(yè)務(wù)領(lǐng)域”。

在汽車(chē)前擋風(fēng)玻璃等位置顯示車(chē)速及前進(jìn)方向等的平視顯示器（HUD）的市場(chǎng)今后估計會(huì )快速擴大（圖1）。據電裝介紹，2012年HUD的市場(chǎng)規模為100萬(wàn)臺左右，預計2013年以后將逐年增加，2020年將達到700萬(wàn)～1000萬(wàn)臺的規模。

圖1 2020年HUD的市場(chǎng)規模將達到1000萬(wàn)臺 HUD從1980年代后半期開(kāi)始配備于汽車(chē)，功能逐年提高。2012年配備HUD的市售車(chē)載導航儀問(wèn)世。因人們對汽車(chē)安全功能的需求高漲，估計今后HUD市場(chǎng)還會(huì )擴大，到2020年，將由2012年的約100萬(wàn)臺增至700萬(wàn)～1000萬(wàn)臺。

汽車(chē)的安全性需求是助推劑

HUD在汽車(chē)領(lǐng)域的采用不斷增多的原因是，要求汽車(chē)更加“放心安全”的呼聲日益高漲。使用HUD時(shí)，與配置在中控臺部分的車(chē)載導航儀及位于駕駛座前方的儀表相比，駕駛員幾乎無(wú)需移動(dòng)視線(xiàn)即可獲得信息（圖2）。將目光焦點(diǎn)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(shí)間也比調整到導航儀或儀表短。因此，可以實(shí)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(shí)的注視點(diǎn)附近，從而可縮短駕駛員移動(dòng)視線(xiàn)的時(shí)間（a）。調整焦點(diǎn)所需時(shí)間也比看儀表時(shí)要短（b）。（該圖由《日經(jīng)電子》根據電裝的資料繪制）

而且，HUD還非常適合實(shí)時(shí)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(shí)提醒駕駛員注意各種緊急信息，包括偏離車(chē)道、與前方車(chē)輛碰撞、后方有車(chē)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(diǎn)，在車(chē)道速度規定細致、高速公路數量較多、開(kāi)車(chē)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(chē)廠(chǎng)商都在以高檔車(chē)為主，增加采用HUD的車(chē)型。

而且，在駕駛輔助系統的功能越來(lái)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(chǎng)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(chē)，但抓住這些需求之后，HUD的構成部件的價(jià)格就會(huì )降低，估計最近4～5年內HUD會(huì )在普及價(jià)位的車(chē)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(shí)，首先從投影儀部分向平面鏡投射影像，然后通過(guò)放大鏡放大其反射影像，同時(shí)把影像向前投射到前擋風(fēng)玻璃或半透明反光板上。

HUD廠(chǎng)商目前除了降低成本之外，還在為提高視認性而開(kāi)展提高亮度、擴大顯示畫(huà)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(shí)實(shí)現1萬(wàn)cd/m²的亮度，15英寸影像實(shí)現1.3萬(wàn)cd/m²的亮度，33英寸影像實(shí)現1.5萬(wàn)cd/m²的亮度。

提高亮度的重點(diǎn)是光源部分的散熱和光學(xué)系統的設計等。盡管未透露這方面的詳情，但電裝表示通過(guò)自主開(kāi)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(shí)用化，并開(kāi)始向起亞“K9”供貨。而且試制出了10英寸產(chǎn)品，今后還打算增加顯示畫(huà)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(fēng)玻璃上（a、b）。各公司通過(guò)改進(jìn)光源、顯示元件及光學(xué)系統實(shí)現了差異化。比如，電裝就自主開(kāi)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(jīng)電子》根據電裝的資料繪制）

自主開(kāi)發(fā)液晶顯示元件和MEMS反光鏡

JVC建伍也是致力于開(kāi)發(fā)HUD的廠(chǎng)商之一。該公司強調，其優(yōu)勢是自主開(kāi)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(guò)使白色LED光源發(fā)出的光發(fā)生反射來(lái)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(chǎn)品實(shí)現了超過(guò)1萬(wàn)cd/m²的高亮度。2012年實(shí)現了產(chǎn)品化的、安裝在車(chē)內后視鏡上的HUD實(shí)現了高達1.5萬(wàn)cd/m²的亮度，像素高達1280×720（圖4）^注1）。

圖4 通過(guò)自主開(kāi)發(fā)的顯示元件挑戰HUD業(yè)務(wù) JVC建伍開(kāi)發(fā)出了可用作HUD顯示元件的LCOS和MEMS反光鏡。采用LCOS的產(chǎn)品方面，該公司開(kāi)發(fā)出了可安裝于車(chē)內后視鏡的HUD以及可設置在儀表上部的HUD（a、b）。前者通過(guò)ZMP對外銷(xiāo)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(guò)ZMP公司銷(xiāo)售該產(chǎn)品。該公司打算今后自己也開(kāi)展銷(xiāo)售。

此外，JVC建伍還開(kāi)發(fā)出了將影像投射到半透明反光板上的LCOS產(chǎn)品。向前擋風(fēng)玻璃投射影像時(shí)，需要按車(chē)型制作投影部分，所以L(fǎng)COS都是專(zhuān)用產(chǎn)品。而采用半透明反光板的話(huà)，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(chē)型推廣，又可輕松降低成本。該公司打算向普及價(jià)位的車(chē)型推廣采用半透明反光板的LCOS產(chǎn)品。

而MEMS反光鏡的特點(diǎn)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(shí)現了10000:1的對比度。

但JVC建伍介紹說(shuō)，與LCOS產(chǎn)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(jià)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(guò)更多地應用于HUD，來(lái)降低激光器的成本。

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

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

即便如此，車(chē)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(jìn)一步擴大該產(chǎn)品的工作溫度范圍。