平视显示器未来趋势:影像大尺寸化和高亮度化

2013-04-25 15:54:14来源: 互联网
       平视显示器(HUD)可让驾驶员无需移动视点即可阅览信息。随着人们对汽车安全功能的需求的提高,配备这种显示器的车型今后将会迅速增加。为促进普及,低成本化、影像大尺寸化及高亮度化的竞争已经开始。 

       电装信息通信设备开发部第二开发室主任金森直人说,“希望HUD成为一个增长的业务领域”。 

       在汽车前挡风玻璃等位置显示车速及前进方向等的平视显示器(HUD)的市场今后估计会快速扩大(图1)。据电装介绍,2012年HUD的市场规模为100万台左右,预计2013年以后将逐年增加,2020年将达到700万~1000万台的规模。 

图1 2020年HUD的市场规模将达到1000万台
HUD从1980年代后半期开始配备于汽车,功能逐年提高。2012年配备HUD的市售车载导航仪问世。因人们对汽车安全功能的需求高涨,估计今后HUD市场还会扩大,到2020年,将由2012年的约100万台增至700万~1000万台。

汽车的安全性需求是助推剂 

       HUD在汽车领域的采用不断增多的原因是,要求汽车更加“放心安全”的呼声日益高涨。使用HUD时,与配置在中控台部分的车载导航仪及位于驾驶座前方的仪表相比,驾驶员几乎无需移动视线即可获得信息(图2)。将目光焦点由注视前方的状态调整到浏览HUD信息的状态所需要的时间也比调整到导航仪或仪表短。因此,可以实现更为安全的驾驶。 

图2 HUD的视认性出色
HUD的影像显示在驾驶时的注视点附近,从而可缩短驾驶员移动视线的时间(a)。调整焦点所需时间也比看仪表时要短(b)。(该图由《日经电子》根据电装的资料绘制)

       而且,HUD还非常适合实时显示信息。除了显示速度、限速信息及导航仪信息以外,还能及时提醒驾驶员注意各种紧急信息,包括偏离车道、与前方车辆碰撞、后方有车辆接近以及检测到行人等的各种警报。 

       由于具备这些优点,在车道速度规定细致、高速公路数量较多、开车上下班的人较多的欧洲和美国,HUD的需求非常大。因此,欧美汽车厂商都在以高档车为主,增加采用HUD的车型。 

       而且,在驾驶辅助系统的功能越来越多、向驾驶员提示的信息量日益增多的形势下,从安全性考虑,市场对视认性出色的HUD的需求日益高涨。尽管目前HUD的成本较高,配备HUD的主要是高档车,但抓住这些需求之后,HUD的构成部件的价格就会降低,估计最近4~5年内HUD会在普及价位的车型中得到更广泛的采用。 

影像更亮、更大 

       通常的HUD主要由投影仪部分、平面镜、放大镜及显示部分构成。显示影像时,首先从投影仪部分向平面镜投射影像,然后通过放大镜放大其反射影像,同时把影像向前投射到前挡风玻璃或半透明反光板上。 

       HUD厂商目前除了降低成本之外,还在为提高视认性而开展提高亮度、扩大显示画面方面的研发。电装的目标是,投射相当于前方2米10英寸的影像时实现1万cd/m2的亮度,15英寸影像实现1.3万cd/m2的亮度,33英寸影像实现1.5万cd/m2的亮度。 

       提高亮度的重点是光源部分的散热和光学系统的设计等。尽管未透露这方面的详情,但电装表示通过自主开发的安装在白色LED光源上的透镜,提高了效率(图3)。该公司已使相当于在前方2米处投射7.5英寸影像的HUD实用化,并开始向起亚“K9”供货。而且试制出了10英寸产品,今后还打算增加显示画面的尺寸。 

图3 HUD的工作原理
HUD将影像投射到平面镜上,然后利用放大镜放大其反射影像,并将其显示在前挡风玻璃上(a、b)。各公司通过改进光源、显示元件及光学系统实现了差异化。比如,电装就自主开发出了安装在白色LED光源上的透镜,从而提高了效率(c)。(图(a)由《日经电子》根据电装的资料绘制)

自主开发液晶显示元件和MEMS反光镜 

       JVC建伍也是致力于开发HUD的厂商之一。该公司强调,其优势是自主开发作为HUD投影仪部分显示元件的LCOS(硅基液晶)以及MEMS反光镜。 

       LCOS通过使白色LED光源发出的光发生反射来生成影像。因此,与透射型液晶面板相比容易提高亮度和像素。JVC建伍的LCOS产品实现了超过1万cd/m2的高亮度。2012年实现了产品化的、安装在车内后视镜上的HUD实现了高达1.5万cd/m2的亮度,像素高达1280×720(图4)注1)。 

图4 通过自主开发的显示元件挑战HUD业务
JVC建伍开发出了可用作HUD显示元件的LCOS和MEMS反光镜。采用LCOS的产品方面,该公司开发出了可安装于车内后视镜的HUD以及可设置在仪表上部的HUD(a、b)。前者通过ZMP对外销售。还试制出了光源采用激光器元件、显示元件采用MEMS反光镜的HUD(c)。

注1)截至2013年3月12日,JVC建伍仍通过ZMP公司销售该产品。该公司打算今后自己也开展销售。

       此外,JVC建伍还开发出了将影像投射到半透明反光板上的LCOS产品。向前挡风玻璃投射影像时,需要按车型制作投影部分,所以LCOS都是专用产品。而采用半透明反光板的话,可将HUD装置设置在驾驶席前方仪表部分的上方,既容易向多种车型推广,又可轻松降低成本。该公司打算向普及价位的车型推广采用半透明反光板的LCOS产品。 

       而MEMS反光镜的特点是容易提高影像的对比度。原因是可利用MEMS反光镜使激光发生反射并扫描,从而生成影像。因为只有影像部分发光,所以容易提高对比度。采用MEMS反光镜的HUD试制品实现了10000:1的对比度。 

       但JVC建伍介绍说,与LCOS产品相比,MEMS反光镜还存在很多课题。主要课题在于激光器元件,不仅价格高,而且工作温度范围很难扩大。 

       成本方面,绿色半导体激光器的出货量较少,成本高于红色和蓝色半导体激光器。今后,JVC建伍打算通过更多地应用于HUD,来降低激光器的成本。 

       工作温度范围方面,要求激光器在+60℃以上的温度下稳定运行。激光器是对温度十分敏感的元件,振荡波长会随着温度发生变化。使用帕尔帖元件等冷却元件的话,虽然可以抑制温度变化,但同时成本、安装体积及耗电量也会增加。 

       因此,激光器元件厂商正在努力扩大工作温度范围。比如,夏普就开发出了封装温度为+60℃、可以实现100mW光输出功率的红色半导体激光器。从2013年1月开始提供样品,2013年3月开始量产。 

       即便如此,车载用途大多仍要求激光器的工作温度达到80~90℃,因此夏普表示将进一步扩大该产品的工作温度范围。

关键字:影像

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2013/0425/article_7035.html
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