LCOS技术有望成为AR-HUD的主流选择方案之一

——LCOS（Liquid Crystal onSilicon）是一种结合了 CMOS 集成电路设计工艺和液晶封装技术的硅基微显示技术，其结构是在硅片上，利用半导体制程制作驱动面板（又称 CMOS-LCD），然后在电晶体上通过研磨技术磨平，并镀上铝当作反射镜，形成 CMOS 基板，然后将 CMOS 基板与含有透明电极的上玻璃面板贴合，再注入液晶，进行封装测试。LCOS 具有体积小、分辨率高和高帧率等特点，可广泛应用于便携激光投影、AR 眼镜、车载 HUD 和智能制造等领域。

LCOS 的基本原理与 LCD 相似，只是 LCOS 是利用 LCOS 面板来调变由光源发射出来投影至屏幕的光信号。LCD是利用光源穿过 LCD 作调变，属于穿透式；而 LCOS 是利用反射的架构，所以光源发射出来的光并不会穿透LCOS 面板，属于反射式。LCOS 面板是以 CMOS 芯片为电路基板及反射层，然后再涂布液晶层后，以玻璃平板封装。

LCOS剖面结构图

资料来源：《微纳电子与智能制造》

晶圆级LCOS制造流程

资料来源：《微纳电子与智能制造》

相较于HTPS-LCD（高温多晶硅LCD）和DLP（数字光处理）等其他常用投影技术，LCOS技术主要具有以下优势：

（1）光利用效率高：LCOS属于反射式成像，所以光利用效率可达40％以上，与DLP相当，而穿透式LCD仅有3%-10％左右。

（2）体积小：LCOS可将驱动IC等外围线路完全整合至CMOS基板上，减少外围IC的数目及封装成本，并使体积缩小。

（3）分辨率高：由于LCOS晶体管及驱动线路都制作于硅基板内，位于反射面之下，不占表面面积，所以仅有像素间隙占用开口面积，而穿透式LCD的TFT及导线皆占用开口面积，故理论上LCOS不论分辨率或开口率都会比穿透式LCD高。分辨率普遍达到SXGA等级（1280×1024）。

（4）制造技术成熟：LCOS的制造可分为前道的半导体CMOS制造及后道的液晶面板贴合封装制造，前道的半导体CMOS制造已有成熟的设计、仿真、制作及测试技术，目前良率已可达90%以上，成本极为低廉，后道的液晶面板贴合封装制造利率也在不断提高。

（5）不存在专利问题：HTPS-LCD目前是索尼和爱普生拥有专利权，DLP是TI的独家专利，而LCOS则无专利问题。

——AR-HUD大势所趋，LCOS技术大有可为。HUD（Head Up Display，抬头显示器）是从战斗机应用过渡向车载的光学投影技术。HUD 显示主要通过将影像源的图像经过光学镜片反射后投影至挡风玻璃，最终反射进人眼，从而提高驾驶员的反应时间和态势感知能力，可以显示速度、限速、导航提示等车辆信息以及车道偏离和碰撞警告等高级安全功能。

根据盖世汽车统计，国内乘用车前装 HUD 装配量呈持续攀升状态，2020年增速大幅提升，配套出货量累计达到76.5万套，同比增长超过100%；2021 年上半年，HUD出货量达到50.32%，渗透率提升至 5%；预计到2025年，国内乘用车HUD产品配套渗透率将接近40%，前装配套规模将超过900万套。

国内乘用车前装HUD产品配套渗透率

资料来源：盖世汽车

国内乘用车HUD产品装配量（万套）

资料来源：盖世汽车

从具体形态来看，目前，HUD已经形成三种量产产品形态：C-HUD、W-HUD和AR-HUD。C-HUD由于成像效果小，安全性和舒适性较差，市场选择配置此方案的厂商逐渐变少；当前主流应用产品为W-HUD，可以呈现驾驶辅助信息，提升驾驶的安全性和舒适性；而作为更高阶形态的 HUD，AR-HUD产品应用的成像区域更大、投射距离更远且可与真实驾驶道路环境高度融合，可以让驾驶者拥有效果应用更佳的体验。

HUD的三种主要类型比较

资料来源：公开资料

随着光学、AR、图像识别等技术不断突破，AR-HUD（增强现实HUD）以一种更加自然的图像处理方式呈现在驾驶员视野中，它可以在驾驶员视线区域内合理叠加显示一些驾驶信息，并结合于实际交通路况中，更加形象生动，是HUD未来的主要发展方向。相较于传统的HUD，AR-HUD不再是单纯的信息显示设备，而是需要和辅助驾驶系统深度融合，以实现更高级的效果和功能，AR-HUD显示范围更大，距离更远，而且更为复杂。

AR-HUD支持更大的视场和更远的虚像距离

资料来源：TI

从AR-HUD的技术原理和具体构成来看，AR-HUD 通过将图像生成单元（Picture Generation Unit，PGU）的图像经过光学镜片反射后投影至挡风玻璃最终反射进入人眼中。AR-HUD 的核心部件包括图像生成单元（PGU）、光学零件以及上盖等三个部分。（1）PGU：包含光源反射器、显示屏组合（光机）、下固定器等部件；（2）光学零部件：包括反射镜、投射镜、镜面固定器、轴承组合、光学遮蔽等部件；（3）上盖：包含杂光阱和炫光阱，主要为了防止太阳光的直射与反射。

AR-HUD主要零部件构成

资料来源：大陆集团

其中PGU为核心组件，占整个AR-HUD BOM成本的50%左右，直接决定AR-HUD的显示效果和技术参数，当前主流技术路线包括：TFT-LCD、DLP（数字光学处理技术）、LCOS和LSP（MEMS 光扫描微投影）等四种技术。

AR-HUD四种主流技术方案对比

资料来源：公开资料

当前市面上量产或即将量产的AR-HUD仍以TFT-LCD和DLP方案为主，但仍然面临诸多问题，比如体积过大、阳光倒灌等问题。随着LCOS技术的不断成熟，华为、一数科技等厂商先后入场，且相关车规级芯片也逐步问世，LCOS技术有望成为AR-HUD的主流选择方案之一。