AR HUD 成像方案之LCoS技术与相关供应商简介

从2020年奔驰S级发布AR HUD开始，市面上陆陆续续出现十来款标配或选配AR HUD的车型。2022年，国内车企新增三款AR HUD相关车型：上汽飞凡R7，哪吒S，长安深蓝S385。从上述这些车型我们可以看到，国内主机厂正在积极导入AR HUD，且相关车型价格正在下探，AR HUD出货量将稳步上升。

 

AR HUD车型汇总

 

虽然现在AR HUD已量产，但还有很多方面有优化的地步比如说体积过大、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。

    

作为ARHUD的核心，PGU单元中的创新是当下的一个重点。就目前业界主要的四种方案TFT、DLP、LCoS、LBS来看：主流方案中TFT在阳光倒灌、成像亮度等多方面有着比较大的劣势；DLP虽然效果更好，但是其是TI独家产品，成本、采购上处于劣势；LBS则缺少量产成熟度（激光光斑问题等）。

  华为LCoS方案的 AR HUD 实拍，来源华为光网bilibili

相对来说，近来LCoS方案是一个很好的发展方向。随着今年上半年上汽飞凡R7宣布采用华为的LCoS方案，该方案在车规级方面有了重大进展。业界对LCoS技术开始越发关注。目前业界宣传已经开发出LCoS方案PGU的厂商有很多如华为、一数科技、瀚思通等，而华阳、泽景、未来黑科技、疆程、怡利等大部分行业领先企业也都在关注甚至着手研发这一技术。当然，目前对LCoS方案PGU有着细节描述的企业仅有一数与华为。

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

相信很多朋友还是对LCoS技术比较陌生，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？今天小编就带大家一起来复习一下。

        一数科技LCoS AR HUD结构图

 

 

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。

       华为AR HUD光路图

延伸阅读：华为AR-HUD介绍

上汽飞凡关于LCoS方案AR HUD的光路简介

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

              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%。

     

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。

      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。

                

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。

 

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。

         

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。

       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。

        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

在接下来的7月15号，《第四届车载抬头显示HUD高峰论坛》上，瀚思通、豪威等业内知名厂商将为大家介绍LCoS技术在AR HUD上的应用及最新进展，欢迎各位参与。

原文始发于微信公众号（艾邦VR产业资讯）：AR HUD 成像方案之LCoS技术与相关供应商简介