智能座舱之HUD-发展趋势深度解析
HUD，即汽车抬头显示仪，可以把重要的信息，映射在风挡玻璃上，使驾驶员不必低头就可以看清重要汽车信息。整体结构主要包括主控PCB板，LED光源，投影显示以及反射镜，其实质是一个光学器件。
HUD的技术壁垒主要存在于：PGU、自由曲面反射镜、挡风玻璃。
HUD当前仍属小众，但其全面推广具备必然性。主要装配HUD对于终端使用者来讲存在三大必要性：行车安全性、交互便捷性、行车智能性，三大需求端的必要性必然推动HUD的全面普及。2019年新上市车型中搭载HUD的数量为325款，渗透率为6.4%，拐点初现，最直接的原因是中低端自主品牌的入局，更重要的是HUD多年用户习惯培育下市场认知度提升、产业链成熟规模效应提升充分降本。因此，2020年以来，以红旗、吉利、蔚来为代表的自主品牌积极装配，尤其三季度哈弗H6入局引爆装配需求，预计未来3-5年国内HUD渗透率有望自6.4%提升至40%。
2020年往后，HUD配套格局或受自主品牌装配率提升颠覆，将打破现有总体市场配套格局，配套需求有望充分对接到华阳为代表的国产供应商，短期内市占率颠覆性改变。推荐产业链核心标的华阳集团，福耀玻璃。
一、HUD简介与技术壁垒
HUD，即汽车抬头显示仪，整体结构主要包括主控PCB板，LED光源，投影显示以及反射镜，其实质是一个光学器件。HUD最核心部件为投影单元（PGU），用于投影成像，约占其总价值量的五成。
投影单元（PGU）是HUD的核心壁垒，其技术路线的选择也是决定未来产业发展路线的核心，具体可分为：TFT-LCD、DLP和MEMS激光投影三种技术。针对此，主要结论为：1）当前TFT-LCD为最成熟的主流方案；2）AR-HUD趋势下DLP优势凸显；3）激光投影可挖掘潜力大但当前仍存在明显缺陷。
【TFT-LCD投影成像技术】：TFT（薄膜晶体管）作为HUD投影单元，其结构为偏振片、滤色器基板、液晶、TFT基板、偏振片、背光源。投影原理为LED背光源发光，电场控制两片基板 之间的液晶分支旋转方向，改变光的行进方向和呈现颜色。
优点：方案成熟，清晰度高，主要应用于W-HUD前装市场。
缺点：投影距离、背光要求功率高，导致散热问题
LCD厂家：中国大陆（京东方，天马）、中国台湾（友达光电、奇美电）、日韩（夏普、日立、三洋、三星）
【DLP投影成像技术】：DLP（数位光数处理技术）是美国德州仪器的专利技术。透过集成数十万个超微型镜片的DMD，可将强光源经过反射后投影出来。
优点：光学设计灵活且亮度高，2018年推出第二代方案可视面积高，满足AR-HUD场景， 工作温度-40-105℃。
缺点：反射非球面镜精度要求高，导致整体成本较高。
DLP方案PGU厂家：中国大陆（广景视睿、水晶光电）。
【MEMS激光投影投影成像技术】：将RGB三基色激光模组与微机电系统结合的投影方式。激光源扫描式投影，结构简单，光学引擎大幅度简化。
优点：体积小，色彩更好，功耗低，发热量小，可靠性高。
缺点：需要有机玻璃做光学分散，成本较高；达不到车规级85℃要求。
激光投影方案PGU厂家：Microvision、上海丰宝电子、浙江视境传感
HUD的第二个技术壁垒在于内置的自由曲面反射镜。核心为了解决前挡风玻璃的自由曲面导致的成像画面畸变。
解决方案：需要HUD的自由曲面反射镜来和挡风玻璃进行拟合以尽可能消除画面畸变。自由曲面镜模具需要用精密仪器制造，做成纳米级，非球面镜需要一次成形。如W型HUD自由曲面镜材料为PC或者COC塑胶材质，要求高面型精度，高反射率，良好的耐候性能。
厂商：舜宇光学（引入DLP反射镜产线） 、亮宇光学（华阳供应商）、福建富兰光学。
第三大技术壁垒体现在前挡风玻璃上。前挡风玻璃为反光面，前后两个面造成重影。Know how由福耀等玻璃厂商掌握。
解决方案1：将夹层玻璃内部PVB膜片设计成楔形状， 即呈现上厚下薄的状态，重叠主像和副像，校正重影。
解决方案2：前挡风玻璃增加一层反射膜层，附加在外层玻璃或者内层玻璃的内表面上，校正重影。
二、HUD三大技术路线
HUD现有三种技术路线，逐渐由后装为主的C-HUD，升级至当前直接投影至前挡风玻璃的W-HUD，未来，AR-HUD普及逐渐具备可行性。
HUD当前仍属小众，但其全面推广具备必然性。主要装配HUD对于终端使用者来讲存 在三大必要性：行车安全性、交互便捷性、行车智能性，三大需求端的必要性必然推动HUD的全面普及。
痛点1：驾驶员驾驶需频繁低头看仪表盘，同时人眼在道路和仪表之间来回切换需要调整眼睛的焦点，容易导致视觉疲劳和注意力分散。
HUD保障行车安全：采用HUD后，驾驶员想查看车辆信息时，通过HUD只需低下头5- 10°；而看组合仪表的话，则需低20-25°。
痛点2：车载信息人机交互需求存在瓶颈，信息复杂，干扰着驾驶用户必要前方瞭望时间。
HUD促进交互便捷：HUD具有克服现有车载信息人机交互需求瓶颈的潜力，将车况信息、ADAS、车联网等多项信息呈现于HUD界面，且往往通过近投影、远投影两个投影面， 多种显示界面类型来呈现不同信息，高效、直观、便捷。
痛点3：二维车载导航界面有局限性：导航指向不明及不流畅，GPS在高度上存在感知缺陷。
HUD促进行车智能：AR-HUD将与自动驾驶（或ADAS）深度绑定，使用了增强投影面技术， 通过数字微镜元件生成图像元素， 成像幕通过反射镜最终射向挡风玻璃，增强过后的导航信息在驾驶员视野中与车道线已经进行了融合。
三、HUD发展趋势
W-HUD仍有缺陷：传统HUD的视角（FOV）窄，VID（投影距离）近，且投影信息相对较少。
AR-HUD性能优越：真正安全且不会疲劳的HUD必须是宽视角，VID超过7.5米的AR-HUD， 只有AR-HUD具备感知，实时融合道路景象的功能，适合加入ADAS信息和高级导航信息。
核心难点1：AR-HUD要比W-HUD多感知、识别和融合三个环节，因此融合算法为核心难点。
核心难点2：AR HUD各项性能都是最佳，但体积最大，典型AR HUD体积8-15升。
核心难点3：AR HUD的宽视角带来的挑战是阳光负载，或者说阳光倒灌。
解决方案：
①采用DLP投影技术，更高的亮度和对比度，能源效率更高，且对温度的 适应已达车规级，可靠性更高，能够支持激光二极管做光源，从而支持各种光波导和HOE。
②未来可考虑进一步采用光波导和HOE（全息膜技术），不仅能缩小AR HUD 尺寸，也能增加FOV。