2024年汽车HUD发展趋势和TOP10分析报告

执行摘要 》HUD技术1960年代从飞机应用起步，1990年代开始上车，经历了漫长的技术选代过程，目前已经从高端车型应用进入普及阶段中国市场逐步引领了全球HUD应用的发展； HUD产品不断经过新I日技术路线的替代，目前W-HUD占据市场主导地位，AR-HUD技术开始薪露头角：AR-HUD领域多条技术路线并行发展，在性能指标、大规模量产工艺、成本等方面各有擅长：同时，W-HUD通过持续的产品改善和创新，仍维持着旺盛的生命力； 从产业链角度来看，DLP技术路线受制于供应链风险会逐步被其他技术方案替代。其他各技术路线从芯片、光学零部件、屏幕、软件与算法等方面，国内公司都较为活跃：仅楔形膜存在技术障碍，但已有厂商在推出不带楔形膜的技术方案； HUD产品的技术创新和技术选代仍较为活跃，新概念层出不穷，多焦面、斜投影、裸眼3D、光波导、全息方案等新技术不断被验证 >随着舱驾融合的发展，HUD的技术突破，HUD将发展为智能座舱第一屏，从而带来革命性的产品体验； 在技术转换的窗口期，外资零部件巨头反应较慢，国产HUD供应商抓住了机遇，整体上实现了对外资产品的替代，部分国产供应商如华阳多媒体、水晶光电等市场份额快速提升。气位 车载HUD产业链概况01OverviewoftheAutomotiveHUDIndustryChain 车载HUD的市场概况OverviewofAutomotiveHUDMarket佐思汽研 02 目录CONTENTS 车载HUD的技术趋势TechnologyTrendsofAutomotiveHUD 03 车载HUD供应链企业TOP10TOP10AutomotiveHUDSupplyChainEnterprises左芯 04 HUD发展经历三阶段，逐步从高端市场向下渗透 2020-今 1960-1988 1988-2020 汽车搭载加速 汽车行业起步 飞机应用探索 1960年，平视显示系统作为HUD的前身成功运用于美国的A-5舰载机。平视显示系统将飞机的飞行数据等投射到飞行员视野前方的透视镜，方便飞行员更安全、高效、舒适地观测相关信息，提高飞行安全。》1980年，HUD技术开始应用于民航客机，开始仅显示导航信息。 1988年，通用汽车推出了首款应用HUD技术的汽车，HUD技术从飞行领域过渡至汽车领域。们)1991年日本丰田公司在皇冠车型上搭载HUD。1997年通用汽车首次搭载彩色显示。2003年HUD开始在宝马、奔驰、奥迪等豪华品牌使用。>车载HUD在发展前期主要以CHUD组合式抬头显示为主。 》2020年奔驰S级发布ARHUD（增强现实型抬头显示系统）。在奔驰的ARHUD系统上AR技术令虚拟数字信息与实景道路直接誉加。一类驾驶重要信息、二类辅助驾驶信息以及三类舒适度信息均能与外部实景融合直观地展现在驾驶者眼前，极大程度上提升驾驶安全性、信息易读性与舒适性。2021年至今中国市场HUD渗透率加速，2024年上半年HUD渗透率已经接近15%。新的AR-HUD产品技术不断推出。 AR-HUD技术逐步成为产品主流 按照显示屏不同，HUD产品可划分为四类：C-HUD由于成像效果差、成像尺寸有限且存在安全隐患，正逐步被淘汰：W-HUD相比C-HUD在成像尺寸、成像质量等方面均有所提升，技术相对成熟：AR-HUD利用了增强现实技术，极大扩展了HUD的使用场景，结合ADAS功能提供预警信息，此外还可将行车电脑中的车辆数据与道路实景有机结合，进行AR呈现。全景HUD利用涂层印刷技术可以横跨整个A柱显示，可以提供极高的对比度。 AR-HUD的主要构成部件，PGU的价值占比最高 PGU(PictureGenerationUnit)成像单元是AR-HUD的关键部件，直接影响HUD的成像效果与产品化成本。在AR-HUD成本中，PGU价值占比最大可达整机BOM的30%~50%。目前行业公认的PGU技术路径可以分为四条，主要包括TFT-LCD（ThinFilm TransistorLiquidCrystalDisplay)DLP（DigitalLightProcessing）、LBS激光扫描（LaserBeamScanning）、LCOS（LiquidCrystalonSilicon）等。 HUD的核心部件主要包括PGU（图像生成单元）ConcaveMirror（自由曲面镜）和Windshield（挡风玻璃）PGU用以产生图形、控制亮度：自由曲面镜用以放大画面，消除挡风玻璃造成的畸变：挡风玻璃负责再次放大画面，消除重影（如通过楔形玻璃）后再将图形反射至人眼。由于HUD画面虚像由挡风玻璃反射而来，所以给人的视觉感觉就像画面悬浮在玻璃外，呈现出一种全息影像的效果。 图1：AR-HUD系统设计需要紧密结合导航、高精地图、车况感知、摄像头等 图2：HUD显示原理 TFT-LCD显示技术是目前HUD的主流应用技术，存在较多性能挑战 薄膜电晶体液晶显示器（TFT-LCD）技术，即两片玻璃基板中间夹有一层液晶，上层玻璃基板是彩色滤光片，下层玻璃则镶嵌着电晶体，当电流通过电晶体时会产生电场变化，使得液晶分子原本的旋转排列发生扭转，进而改变光线通过的旋转幅度，并以不同比例照射在彩色滤光片上，进而产生不同的颜色。由于LCD需要额外的背光源，所以厚度较厚，功耗较高，且具有光利用率和对比度低的短板。 TFT-LCD是最常见的HUD类型，技术成熟、成本低，但是同时也存在热管理难度大、亮度对比度有限、视场有限、清晰度有限的问题 DLP显示技术成熟度高，但受限于TI专利垒断，发展存在瓶颈 DLP全称DigitalLightProcession，是美国德州仪器公司以数字微镜装置（DMD）芯片作为成像器件，通过调节反射光实现投射图像的一种显示技术。DLP芯片是一个由数以万计的微镜片所组成的反射表面。每个微镜片代表一个单独的像素。来自光源的光线被定向到DLP芯片的表面，镜片来回改变斜率，将光线反射到镜头路径上来开启该像素或使光线离开镜头路径来关闭该像素。为了定义色彩，需要使用一个包含红色、绿色和蓝色滤镜的色轮。 DLP相较于TFT光机，具有高亮度、高对比度、高可靠性的优势，在温控领域存在显著优势，可有效解决阳光倒灌问题。但是同时DLP光机也存在体积大、机械稳定性较差以及支持2K分辨率较困难的问题。 图6：DLP方案显示原理 LCoS技术分辨率高，显示性能具优势 LCoS(LiquidCrystalonSilicon）是一种新型的反射式微液晶显示技术，其原理是利用半导体技术和镀铝膜技术，形成有源点阵反射CMOS基板，然后将基板与含有ITO透明电极的玻璃贴合，最后在基板和玻璃之间灌入液晶形成并封装成LCoS器件。 LCoS光机工作时，需要对入射光做启偏处理形成偏振光（比如S光），光线进入LCoS面板到达反射层后全部原路返回。控制LCoS背板的电极可精确控制经过每个液晶像素中的S光转换为另一偏振方向的线偏振光（例如P光）的比例，成像光路中仅处理P光晨终实现可视图像生成 LCoS技术的主要优势是分辨率高、光效率较高，但技术仍处于发展过程中，需要照明单元导致模组体积大、存在背光、功耗高、低温适应性等。 在华为带动下，LCoS产业生态在加快完善 从产业链来看，多家公司具备芯片自研能力，芯片、PGU模组不会遭遇供应链风险； 从量产产品来看，华为、瀚思通已推出2代产品，水晶光电双焦面AR-HUD量产，华阳多媒体、疆程、智云谷、欧菲光等厂商已发布量产产品，另外多家公司在2024北京车展或2023上海车展上展出了LCOS方案的AR-HUD样机。 MEMS-LBS显示技术性能优秀，但MEMS微镜开发难度高，量产仍处于起步阶段 RGB三色激光从激光模组发出后，经由光学元件做准直和合光后抵达MEMSMirror，经由MEMSMirror反射之后，耦合到波导中继续传输波导就像一般眼镜的镜片一样，最终投影到使用者的眼睛中。激光器发出红绿蓝三色激光脉冲，经过光路调整，然后射到两面镜片。一面镜子高速转动，负责横向扫描：另一面镜子转速低，负责纵向扫描。 MEMS-LBS（MEMSLaserBeamScanningDisplay）利用MEMS微镜的扫描和激光器光强的调制，实现激光扫描投影。MEMS-LBS主要由激光和光学器件、以及MEMSMirror组成 相比于传统的DLP等投影技术，MEMSLBS具有色域大、体积小、光机效率高，能耗低、无需聚焦等更优异的性能。 图9:LBS显示驱动逻辑 图10：LBS显示原理示意图 从性能看，MicroLED可能是AR显示下一阶段的发展方向但商业化仍须时日 LED行业遵循海兹定律，即LED产业每18-24个月亮度提升1倍，每10年输出流明提升20倍、成本降至原来的1/10。在海兹定律驱动下，LED的升级路径沿着成本下降、尺寸缩小以及发光效率提升的方向演进。MicroLED在海兹定律或实现快速成本下降，引领下一代技术发展，在AR领域成熟及实现商业化落地。 MicroLED全称MicroLightEmittingDiode，MicroLED是LED的阵列的高密度集成，其阵列中的像素点间距为微米量级，不仅制造出来的设备更轻便、更省电、使用寿命更长，而且能达到超高密度的像素级别，色域广成像分辨率极高。其体积大小可达到主流LED的1% MicroLED受制于巨量转移/全彩显示等技术尚没有大规模量产，中国企业在MicroLED领域布局并不落后，京东方、华星光电处于全球第一阵营。 国内公司在Micro-LED专利布局处于全球第一阵营。深天马的7.6英寸HUD显示器采用MicroLED技术，实现了5000nits的高亮度，且具有更薄结构、更宽色域和更快响应等优势。 图12：LED海兹定律 总结：从性能、成本、产业链成熟度等多维度考虑，AR-HUD技术路线的选代是一个长期的过程 LBS与Micro-LED技术在对比度、亮度、体积结构、功耗及使用寿命方面有显著优势，并能与最新技术结合，为远期ARHUD的理想方案。虽然当下LBS、Micro-LED在技术突破以及实现量产仍存在一定难点，但也将成为行业竞争的分水岭。率先实现技术突破实现上车量产势必给厂商带来具有竞争力的技术壁垒，使其在行业长期竞争中脱颖而出。 短期内，TFT与DLP仍将是ARHUD微显示的主流方案、具备性价比的选择，而LBS、Micro-LED因具有更高的性能潜力则或成为ARHUD微显示方案的长期发展趋势。同时，TFT-LCD成本低、仍存在改进的空间 中期阶段，LCoS技术在体积、亮度、分辨率和解决阳光倒灌问题上较前两个技术均有一定提升，但LCoS仍存在对比度低、色彩饱和度差，亮度无法满足衍射光波导技术的高亮需求等问题，限制其与最新技术结合的远期发展。 表：LBS、Micro-LED技术在对比度、亮度、体积结构、功耗及使用寿命方面有优势 PGU芯片，除DLP技术路线为TI断，其他各技术路线均有国内企业介入 应用于HUD的芯片，除DLP所使用的DMD芯片为德州仪器独家供应外，其他各技术路线的芯片均有国内企业介入，但整体能力较外资半导体巨头仍有较大差距。芯片之外，HUD产业链其他环节均有国内企业参与。 AR-HUD主要组成部分：AR引擎 目前已经有小部分车型的AR引擎以SDK的形式整合进座舱域控制器，这将是AR-HUD软硬分离的发展方向。在AR-HUD系统本身里只会保留图像矫正的部分GUI和AR引擎部分都会集成在域控制器内。 Elektrobit开发了名为EBarware的AR引擎，其中EBGUIDEarware是用于于创建增强现实解决方案 车辆传感器提供的信息，例如来自ADAS电子控制单元的对象数据地图和向导信息提供者提供的信息由EBGUIDEarware计算的信息来自上述来源，例如通过融合地图和传感器数据车载信息娱乐系统通过EBGUIDEStudio界面提供的信息EBGUIDEarware包含