DLP漫射显示优势发威 车用HUD扩大虚拟图像距离

目前市场上的抬头显示器(HUD)系统多半显示冗余信息，如一些在车内其他设备也能取得的信息。不同于既有产品，新世代抬头显示器技术HUD2.0则是将抬头显示器定位为专为高级辅助驾驶系统(ADAS)设计的显示器，透过加装车内传感器、摄影机与车对车/架构通讯技术(V2X)，汽车所能感知的四周环境信息就会倍数激增(表1)。

 

HUD2.0成ADAS一级显示平台

这种技术面临的挑战在于如何有效地将汽车所得知的关键信息传达给驾驶员，而在半自动与全自动驾驶功能逐渐成熟之际，这些信息势必将随之成长。

 

HUD2.0的技术能够实现以自然且直觉的讯息传递方式来扩充驾驶的视野，显示的内容会随车外实境调整(World-fixed)，以适形绘图影像 (Conformal Graphics)显示车辆所得知的讯息，而导航指示、车道偏离警告(LDW)与主动式车距维持定速系统(ACC)等指示信息，会在最适合驾驶的自然影像距离显示出来。

借助HUD2.0技术，驾驶视野中的实境能够加以扩充，实时提供有用信息，且影像色彩鲜明，并以自然距离重迭在实体对象之上，如此驾驶就能轻松取得关键信息，并将干扰降至最低。除此之外，有别于现行抬头显示器多半用来显示用户接口中的次级信息，HUD2.0技术可以成为人机接口(HMI)策略的重心，肩负起显示主要信息的功能。因此，优异的影像质量及在不同光线状况下的可阅读性，是新世代HUD技术必须具备的要项。

扩增虚拟图像距离　HUD2.0满足高显示亮度需求

相较于传统抬头显示器的设计，HUD2.0在许多层面上都必须满足新的需求，如图1所示，视野(FOV)与虚拟图像距离(VID)都对驾驶所见虚拟图像的大小扮演关键角色。传统抬头显示器只能覆盖车道的一小部份，HUD2.0则以更大的视野和更长的虚拟图像距离，让驾驶可以看见单一车道以外的影像。要加大视野并拉长虚拟图像距离有几项必要条件--更高的显示亮度、更加饱和的色彩、更高效的电力使用，以及对阳光照射更强的耐受度。

 

图1　FOV与VID影响抬头显示器影像大小

在达成这些新参数要求的同时，HUD2.0还是要满足所有汽车环境既有一贯的需求，表2即是针对HUD2.0与传统抬头显示器部分参数的比较。

 

亮度与能源效率

更大的视野加上更高的亮度能给予驾驶更易于观看的影像。此外，为确保在不同光线状况下信息皆清晰可读，抬头显示器必须能实现亮度介于每平方公尺15,000～30,000烛光的虚拟图像。

然而显示影像时产生的绝对功率仍应维持低水平-除了达到最低数值以利热管理，也必须在光源(LED)的有效运作范围内维持光通量(Luminous Flux)，不过要同时达到大视野与高亮度且不致增加耗电，需要效率更高的成像器。

市面上的DLP 0.3吋WVGA Type A100数字微镜装置(DMD)的效率超过66%，可大幅提升系统效率，进而达到上述参数的需求，其采用DLP技术搭配RGB LED光源的抬头显示器系统，可在确保效率提升的前提下，实现必要的亮度及更大的视野。

举例来说，在系统设计上采用0.3吋WVGA数字微镜装置搭配欧司朗(OSRAM)Q8WP RGB LED，只须6.0瓦(W)LED能耗就能达到每平方公尺15,000烛光以上的亮度，且视野可达10度，能耗比市场上现有小型次级抬头显示器系统还低，整套系统的效率为每瓦10.6流明(lm/W)。

色彩饱和度

许多传统TFT/LCD抬头显示器都使用白色LED，并利用滤光片滤出红、绿、蓝三种颜色。相较之下，采用DLP技术的抬头显示器系统则是运用红色、绿色与蓝色的LED，呈现更加饱和的色彩。这种做法能提升抬头显示器上显示影像的可读性。此外也可利用关键效能度量标准来评断系统的色彩效能，包括跟NTSC 色域(Color Gamut)进行比较以测量色域大小，或以其主波长与色彩饱和度来定义每一种颜色的色调(Hue)。

表3比较了TFT/LCD白色LED架构与采用DLP技术搭配RGB LED的抬头显示器架构，结果显示采用RGB LED可大幅提升效能，不仅色域大于NTSC，红蓝两色也更深层饱和。

 

阳光照射下的热负载

当抬头显示器系统的视野加大，显示器光学组件所汇集的太阳热能也随之增加;同时为了让驾驶能够以最合适的角度观看随实境调整的影像，虚拟图像距离因而加大，导致来自阳光的热能更加集中在抬头显示器的内部成像器上。如此一来，系统吸收更多阳光，且热能都集中在面积更小的内部影像上，可能对系统造成伤害。

DLP技术的抬头显示器系统是以漫射(Diffusing)屏幕材质生成抬头显示器系统的内部影像;而传统的抬头显示器系统，则是由成像器(典型的TFT面板)直接发出影像。

漫射屏幕这种被动组件具有两大优势。第一，它不会吸收阳光热能-而是将光线扩散;第二，漫射屏幕本身不会产生热能。这些属性让采用DLP技术的抬头显示器系统更能因应大视野与较长的虚拟图像距离，而这两者都是扩充实境抬头显示器系统的必要条件。

偏光太阳眼镜

抬头显示器呈现的虚拟图像除了必须具备足够的亮度，并且能在各种自然光线状况下清楚显示之外，当驾驶戴上偏光太阳眼镜时也要能够清晰可读。DLP技术因为能发射非偏光(Unpolarized Light)，相关制造厂商便可基于该技术优化抬头显示器，使其适用于偏光太阳眼镜。

严苛环境

应用于车用抬头显示器系统的成像技术，必须在严苛的环境条件下也能可靠运转，例如高湿度，气温剧烈变化、极端气温、陡震或振动。数字微镜装置是一种微机电系统，有些人可能会质疑它是否能适应汽车环境下的温度循环、陡震与振动。[!--empirenews.page--]

事实上，新款DLP数字微镜装置即有能力应付这些状况。由于反射镜的振动频率远超过100kHz，即使遭遇陡震或振动(小于5kHz的范围内)，机械结构仍能保持稳固。

汽车导入高级辅助驾驶系统已然蔚为潮流，车用抬头显示器也随之成为汽车人机接口策略的重要元素之一，而DLP技术凭借过去近20年在消费及商业市场广为应用所奠定的基础，将有助打造新世代车用抬头显示器。