HUD抬头显示主要通过将影像源(PGU)的图像经光学镜片反射后投影至挡风玻璃最终反射进人眼中,使驾驶员不用低头就可以看到相关信息,以实现安全驾驶。就目前的市场而言,能实现与实物相结合,具备更好的显示效果的AR HUD成为市场的主要开发方向。

      AR HUD 创新投影技术——LCoS 华为 AR HUD 实拍,来源华为光网bilibili
纵观市面上量产或即将量产的AR HUD,现在的AR HUD还面临着很多问题,比如说体积过大、阳光倒灌的问题较为严重,成本过高,此外由于算法方面不够成熟导致AR 实际效果并不够理想。因此,各厂商希望通过对AR HUD的不同技术路线进行对比,从而选择适合的方案实现AR HUD的量产。
   AR HUD 创新投影技术——LCoS      
在PGU部分,目前业界主要是四种方案:TFT、DLP、LCoS、LBS。其中,目前主流的方案是TFT与DLP类型。剩余两种中LBS目前在成本与量产性相对较差;而LCoS技术在AR眼镜方面已经有着一定产品,如谷歌眼镜、微软HoloLens1代和MagicLeap,但受限于车规级限制,目前几乎没有能直接实现量产的AR HUD产品。但LCoS技术在不断进步,业界开始对LCoS技术产生信心,随着一数科技、华为的先后入场,以及相关车规级芯片的问世,LCoS技术开始备受关注。
 

性能参数

一数科技

华为

视场角FOV

12°×4°

13°×5°

投影距离VID

10m

7.5m

投影面积

100英寸

70英寸

分辨率

1920×1080

1920×640

亮度

8000~10000nits

12 000nits

产品体积

7.5L

10L

一数科技与华为发布采用LCoS技术的AR HUD参数

相信很多朋友对LCoS技术其实比较陌生,那么什么是LCoS技术?用在汽车AR HUD上又有着怎样的优劣势呢?今天小编就来简单聊一聊。
       AR HUD 创新投影技术——LCoS 一数科技LCoS AR HUD结构图
 
AR HUD 创新投影技术——LCoS
识别二维码,加入群聊
 

一、什么是LCoS技术

 

LCoS(Liquid Crystal on Silicon),翻译过来叫液晶附硅,也叫硅基液晶,是一种基于反射模式,尺寸比较小的矩阵液晶显示装置。这种矩阵采用CMOS技术在硅芯片上加工制作而成。它属于新型的反射式micro LCD投影技术。
       AR HUD 创新投影技术——LCoS华为AR HUD光路图
延伸阅读:华为AR-HUD介绍

1、LCoS的结构

 

从结构上看,LCoS硅基液晶通常包含以7层(由下至上):

  • 印刷电路板(PCB):显示器基底层,用于将指令和电力传送给设备

  • 硅层(芯片或传感器):硅层利用来自设备像素驱动器的数据来控制液晶体,通常每个像素使用1个晶体管

  • 反光涂层:用于反射入射光

  • 液晶层:用于控制到达反光涂层并允许反射回去的光量

  • 对位层:用于使液晶层保持正确对位,以确保液晶层能够准确地引导光线

  • 透明电极:与硅层和液晶体共同构成电路

  • 盖玻片:保护和密封系统

              AR HUD 创新投影技术——LCoS典型LCoS微型显示器的组成。(图片:, CC 3.0 Unported)

 

2、LCoS与LCD

 

与LCD类似,LCoS显示器的工作原理是,液晶体使光的偏振发生旋转,而电场中的波动则用于控制液晶体的旋转量,这决定了穿过液晶层的光量。换言之就是光源“穿过偏振滤光片到达设备上,液晶体充当闸门或阀门,控制到达反光表面的光量。特定像素的晶体接收的电压越高,晶体允许通过的光量则越多。
而与LCD不同的是,LCD属于穿透式,也就是说光源发出的光是直接穿过LCD面板,光利用效率只有3%左右而且分辨率不易提高。LCoS属于反射式投射,光利用效率可达40%以上。据行业人士表示,目前LCoS的反射率在65%下一代将提升到80%。
 
     AR HUD 创新投影技术——LCoS
透射型LCD面板与反射型LCoS显示面板技术之比较
其最大的优势是可利用最广泛使用、最便宜的CMOS制程,毋需额外的投资,并可随半导体制程快速的微细化,易于提高解析度。
 

3、小结:

 

LCoS最初是在21世纪初开发的,当时主要应用于投影电视,现已得到广泛应用,包括:波长选择切换、结构化照明(例如:光束成形)、近眼显示器、光脉冲成形等。
      AR HUD 创新投影技术——LCoS华为AR HUD,来源华为
 
而在热点话题“元宇宙”中,LCoS硅基液晶技术也是目前AR 眼镜的重要投影技术之一,具有高分辨率、视觉清晰度高、低能耗、小尺寸等优点。
 
根据液晶材料的不同,LCoS分为振幅型和相位型,其中振幅型应用广泛,常见的AR、微投等应用上都是振幅型的LCoS;另外一种相位型,就是常说的SLM空间光调制器(华为),可以用来实现三维全息显示。目前在HUD领域常用的还是实现二维显示的振幅型LCoS,而在未来需要做3D AR HUD时,便需要使用相位型LCoS。
       AR HUD 创新投影技术——LCoS         
在汽车AR HUD方面,LCoS具备以下一些优缺点:
优点:
 
1、分辨率高,DLP能做到1920×1080的真实分辨率,而LCoS则能够做到4k甚至8k的真实分辨率。
2、体积小,0.69英寸的LCoS已经可以对标3.1英寸的TFT
3、成本合适,借用群友的说法是,TFT物美价廉,LCoS端庄秀丽,DLP贵气逼人
4、芯片供应商相较于DLP更多,交期与降本可能性更高
5、更低的功耗
缺点:
因为液晶材料,LCoS只会反射偏振光,如果用LED光源的话,光效会直接减半,所以未来肯定还是需要使用激光作为光源。但目前来看激光不仅能实现车规级厂商主要是日亚、艾迈斯欧司朗少数,且在LCoS应用中还存在散斑的问题。

二、LCoS微显示器芯片厂商

 

随着各厂商车规级LCoS芯片的发布,激光光源问题的解决,LCoS方案将更具优势。下面小编就带大家一起盘点下LCoS的芯片厂家。
 
目前LCoS芯片的厂商有Ominivision、奇景光电、南京芯视元、Syndiant等。后续这几家厂商应该会先后推出车规级产品。
 

OmniVision

 

豪威科技2018年推出了行业首款具集成驱动和存储功能的1080p液晶覆硅(LCoS)微显示器——OP02220。该微显示器具有紧凑设计、低功耗以及具性价比等特点,专为如眼镜和头戴式显示等需持久性,紧凑和轻量等要求的AR应用而设计。

韦尔股份表示,豪威科技的OP02220可用于AR 眼镜、高速通讯、微型投影仪、抬头显示系统HUD。据悉,OmniVision车规级LCoS芯片明年一季度就量产了。

 AR HUD 创新投影技术——LCoS

图为OP02220产品图

HIMAX 奇景光电

              

今年5月,奇景光电推出了其最新的硅基液晶(LCoS)技术、相位调制LCoS,用于AR抬头显示器(“AR HUD”),可用于全息汽车显示器。

奇景以相位调变LCoS作为全息影像显示的车用AR抬头显示器平台,展现了比一般抬头显示器方案 更引人注目的视觉体验。不仅可达到更明亮、更高对比度度的影像质量,而且还可以 同时显示多个焦点平面影像,并具有更低功耗、更低成本和更小外形尺寸等特点。

AR HUD 创新投影技术——LCoS         

以提供两个焦平面的车载AR 抬头显示器为例,使用奇景LCoS相位调变技术的AR抬头显示器,可将汽车仪表板信息,直接投射在驾驶视线内的汽车挡风玻璃上,显示在焦点50公分处的焦点平面;并可同时投 射导航地图或实时导航等讯息在挡风玻璃上,显示在焦点约10m处的焦点平面上,将虚拟信息融入实际环境,从而更自然与安全的接收各种驾驶辅助讯息。

南京芯视元

南京芯视元电子有限公司是一家专注于智慧显示芯片研发的高新技术企业,公司坐落于“芯片之城”南京江北新区核心地带。公司产品主要有硅基LCoS微显示芯片、硅基OLED微显示芯片、硅基Micro LED微显示芯片、空间光调制器。产品广泛应用于AR/VR/MR眼镜、车载HUD、头戴显示器、光通讯LCoS-WSS,激光雷达、光计算、3D打印等领域。

目前南京芯视元有多款量产LCoS芯片,而后续的4K分辨率以上芯片目前已在研发阶段。

       AR HUD 创新投影技术——LCoS南京芯视元目前的多款量产LCoS芯片

 

Syndiant

 
Syndiant 为近眼、超便携和高亮度投影系统设计和制造世界上最具创新性的全数字 LCoS 微显示技术。

       AR HUD 创新投影技术——LCoS 慧新辰

上海慧新辰实业有限公司是一家高新技术企业,专业从事LCoS(硅基液晶)芯片的开发、核心器件生产、应用方案开发和产业整合。慧新辰在广东深圳设立了芯片研发中心,在广东东莞设立了生产线。

LCoS芯片广泛应用于近眼设备(尤其是AR)、投影仪和光通信(特别是LCoS SLM)。慧新辰致力于向全球客户提供从硅背板到LCoS模组的整体解决方案。

其他可能参与到汽车AR HUD的LCOS芯片制造商如滨松光电等。以上为小编的简单理解,如有不足之处欢迎加入艾邦AR HUD交流群探讨。
 
本文部分资料参考贤集网、相关资讯,感谢群友南京芯视元、OmniVision等群友支持

原文始发于微信公众号(智能汽车俱乐部):AR HUD 创新投影技术——LCoS

  艾邦现建有汽车抬头显示HUD微信群,大陆电子、未来黑科技、泽景、马瑞利、华阳多媒体、法雷奥、怡利电子、前海智云谷、613所、矢崎仪表、疆程、乐驾科技、京龙睿信、均胜电子、炽云科技、锐思华创、舜宇光学、广景、宝沃汽车、北汽、日产、比亚迪、一汽、上汽、蔚来、吉利、3M、积水、福耀玻璃、富兰光学、亮宇光学、京瓷、瑞霏光电等,欢迎扫码加入。加入前请转发本文。

长按识别二维码,加入群聊

作者 ma, binxue