汽车hud抬头显示系统组成工作原理（汽车行业抬头显示）

汽车hud抬头显示系统组成工作原理（汽车行业抬头显示）第二代 W-HUD（Windshield HUD）风挡式抬头显示系统，是目前应用最广泛的 HUD，已经实现量产。W-HUD利用光学反射将行车信息投射到汽车前挡风玻璃上。W-HUD 较 C-HUD 显示范围更大、投影距离更远。 第一代为 C-HUD（Combiner HUD），组合式抬头显示系统。C-HUD采用半透明树脂板作为显示介质，具有安装便利的优点，但是成像区域小、显示信息少，由于 C-HUD 是以配件的形式加装在车辆上，在发生事故时容易对驾驶员造成二次伤害。 随着2020年奔驰新 S 级推出业界首款量产AR-HUD（增强现实型抬头显示系统），整个 HUD 市场再次按下加速键。1.2 W-HUD 为市场主流，AR-HUD 初露锋芒 车载 HUD 经历三代升级，成像质量不断优化，信息量持续增加，科技感大幅增强。目前市场上 W-HUD 为主流，AR-HUD 加速落地量产。

（报告出品方/分析师：海通国际 Yuntao Jin）

1. HUD（抬头显示）技术为汽车智能化赋能

1.1 HUD 抬头显示系统：从航空领域到汽车行业

HUD（Heads Up Display）抬头显示系统，作为一种综合电子显示设备，可以将车辆的信息，如车速、油耗、发动机转速、导航等，投影到前挡风玻璃上或其他显示介质上，供驾驶者查看，从而减少驾驶者因低头或视线转移而带来的安全隐患。

HUD起源于航空领域 1988年通用汽车首次将 HUD 应用在汽车领域。2003年，宝马成为欧洲车企中第一家配备 HUD 的公司，此后多家整车厂，如奔驰、奥迪、丰田、本田等，也开始推出装配 HUD 的车型。

随着2020年奔驰新 S 级推出业界首款量产AR-HUD（增强现实型抬头显示系统），整个 HUD 市场再次按下加速键。

1.2 W-HUD 为市场主流，AR-HUD 初露锋芒

车载 HUD 经历三代升级，成像质量不断优化，信息量持续增加，科技感大幅增强。目前市场上 W-HUD 为主流，AR-HUD 加速落地量产。

第一代为 C-HUD（Combiner HUD），组合式抬头显示系统。C-HUD采用半透明树脂板作为显示介质，具有安装便利的优点，但是成像区域小、显示信息少，由于 C-HUD 是以配件的形式加装在车辆上，在发生事故时容易对驾驶员造成二次伤害。

第二代 W-HUD（Windshield HUD）风挡式抬头显示系统，是目前应用最广泛的 HUD，已经实现量产。W-HUD利用光学反射将行车信息投射到汽车前挡风玻璃上。W-HUD 较 C-HUD 显示范围更大、投影距离更远。

第三代 AR-HUD（Augmented Reality HUD）增强现实抬头显示系统，是一种全新的抬头显示技术，和传统的 W-HUD 相比，AR-HUD 投影范围大、信息量多，可以更好地结合 ADAS 采集到的数据，进行场景融合，通过数字图像与真实场景的叠加，增强 HUD 的实用性和科技感。

1.3 HUD 技术原理

HUD 系统由投影单元和显示介质两大关键部件组成。投影单元内部集成了投影仪、反射镜、投影镜、调节电机及控制单元。其中，控制单元通过车辆数据总线获取车况、导航等信息，并通过投影仪输出图像。显示介质负责成像，成像载体主要是半透明树脂玻璃和汽车前挡风玻璃。

HUD 的原理和幻灯片投影类似，投影仪产生的图像经过反射镜、投影镜反射到汽车前挡风玻璃，驾驶员可以以平视的角度获取 HUD 所投射的信息。

光源由图像生成单元 PGU（Picture Generation Unit）生成，高亮度图像信息通过多次平面或曲面镜进行放大和耦合，最后通过挡风玻璃反射的至驾驶员的眼部活动区域，即眼盒（Eyebox）。

1.4 远虚像距离（VID）和大视场角(FOV)是 AR-HUD 的核心要求

AR-HUD 将驾驶信息的投射虚像与现实事物叠加，实现图形与现实世界深度融合。为了实现这一功能，AR-HUD 要求在驾驶员前方至少 7m 处投射虚像。在 7m 或更远时，人类视觉对深度的感知能力降低，在这个距离投影图像会使驾驶者产生图像与现实世界融合的错觉。较长虚像距离（VID）还可以缩短眼睛在现实世界物体和 HUD 图像之间调节和适应的时间。同时 AR-HUD对视场角（FOV）也有更高的要求，较大的虚像尺寸使得显示内容更加丰富。

和 W-HUD 相比，AR-HUD 显示信息增加。

AR-HUD 通过前置雷达和摄像头等设备收集到车外环境的数据，通过 AR 算法，计算得到所需呈现的图像和数据信息，再通过 AR-HUD 中的光学结构将图像反射到挡风玻璃上，在挡风玻璃的前方产生叠加在实物上的虚像。

1.5 常用图像生成单元（PGU）技术：TFT-LCD 和 DLP 为主流技术

目前运用在 HUD 上的投影技术，主要有投影 TFT-LCD（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display）、DLP 投影（Digital Light Processing）、激光扫描投影、LCOS（Liquid Crystal on Silicon）投影等技术，其中 TFT-LCD 大量运用于 W-HUD，DLP 是目前 AR-HUD 领域最为成熟的技术，但其成本较高。

基于 LCOS 的 AR-HUD 解决方案正在快速推进中，未来可能成为黑马。TFT-LCD 投影技术比较成熟，其原理是利用液晶显示面板透射成像，透过背光照明，液晶挡住了大部分光，所以亮度不够，且产生大量热量。

DLP 是美国德州仪器的专利技术，通过集成了数十万个超微型镜片的 DMD （Digital Micromirror Device）将强光源经过反射后投影出来。相较于 TFT 成像技术，DLP 不需要液晶偏光片，而是采用 DMD 反射式投影，减少亮度损失。DLP 技术产生的图像分辨率高，对比度高，成像逼真，但成本较高。

LCOS 技术使光源经过分色镜后投射至三片 LCOS 面板，再通过合光系统形成影像。LCOS 在分辨率、亮度、色彩等方面有优势。

LCOS 芯片车规级化正在进行中，豪威、奇景光电等芯片产商已拥有成熟的 LCOS 芯片生产线，华为、一数科技等厂商先后入场推出基于 LCOS 的 AR-HUD 解决方案。（报告来源：远瞻智库）

激光扫描投影以激光作为光源，通过 MEMS（Microelectromechanical systems）微振镜形成投影，具有组件小、能耗低、亮度高、视场大的优点，但是成本很高，激光二极管对温度较敏感，不能达到 85℃的工作要求，因此激光扫描投影暂未大规模应用于车载 HUD。

2. HUD 产业链：国内供应商实力凸显

HUD 产业链可分为上、中、下游，上游为 PGU 供应商、PGU 芯片供应商、光学镜面供应商、挡风玻璃供应商和相关光学或 AR 软件供应商。中游为 HUD 厂商，可分为国际厂商、国内厂商和初创公司。HUD 的下游为整车厂。

2.1 上游：PGU 和自由曲面镜为核心部件

（1）图像生成单元 PGU

HUD 产业链上游的 PGU 为 HUD 的核心技术之一。在较为成熟的 TFT-LCD 领域，国内厂商已经能够实现量产，但是在 DLP 领域，所需的 DMD 芯片完全被德州仪器垄断。国内 LCOS 技术尚处于研发阶段，华为和一数科技前后入场 LCOS 解决方案市场。

基于 TFT-LCD 的主要 PGU 供应商有京东方、天马微电子、日本 JDI 等。

基于 DLP 的 PGU 供应商有水晶光电和广景视睿等。水晶光电在 HUD 行业耕耘已久，生产基于 TFT 和 DLP 的 PGU，同时也具备 HUD 整机生产能力。水晶光电的 AR-HUD 在红旗 EHS-9 车型上实现量产。广景视睿主要是基于德州仪器的 DLP 开发 PGU，目前应用于投影电视、AR 眼镜、汽车 HUD 等方面。

基于 MEMS 激光扫描的 PGU 供应商有丰宝电子、Microvision 等，LCOS 供应商包括一数科技、Digilens、Waveoptics 等。

成像芯片是 PGU 的核心，DLP 所芯片为德由州仪器独家生产，议价能力强。TFT-LCD 芯片主要由爱普生提供，LCOS 芯片厂商有索尼、JVC 等，MEMS 激光扫描的芯片供应商主要有意法半导体、MicroVision、日本理光等。

（2）自由曲面镜

汽车前挡风玻璃是无对称性的自由曲面，会使成像扭曲，因此 HUD 系统中需要使用自由曲面投影镜来抵消畸变，主要厂商有舜宇光学、亮宇光学、福建富兰光学。

舜宇光学作为国内领先的光学元件生产企业，可以生产自由曲面，投影光机、整机等产品。根据舜宇光学 2021 年年报，公司已实现用于 HUD 的自由曲面镜的量产；应用于全息 AR-HUD 方案的核心光学引擎已开始小批量供货。亮宇光学为华阳 HUD 的供应商，富兰光学是国内 W-HUD 自由曲面镜的批量出货厂家之一。

（3）显示介质

在 HUD 显示介质供应商方面，福耀玻璃为 AR-HUD 的落地助力，其 HUD 抬头显示玻璃将夹层玻璃内部 PVB 膜片设计成楔形状，重叠主像和副像，校正重影，并在前挡风玻璃内部镀有透明纳米膜，增强主像亮度，消除重影。

2.2 中游：打破国际巨头垄断，国内制造商持续发力

HUD 行业市场空间广阔，吸引了众多供应商，包括全球汽车零部件供应商，如伟世通、日本精机、日本电装、德国大陆等，也有国内 HUD 供应商华阳集团和江苏泽景等，以及 HUD 初创公司，如未来黑科技、锐思华创、WayRay 等。日本精机、日本电装、德国大陆等主要服务于中高端品牌，如奔驰、宝马、奥迪、别克、本田和丰田等，本土供应商多服务于国内车企，如红旗、长城、吉利、东风和蔚来等。

根据高工智能汽车研究院数据，2021 年国内 W/AR-HUD 供应商市场份额（依据上险量统计），日本电装、华阳集团和怡利电子排名前三，占比分别为 39.37%、16.18%、16.01%，搭载上险量分别为 43.09 万辆、17.71 万辆和 17.52 万辆，打破 2020 年日本精机、大陆集团和日本电装 CR3 占比 80%的局面。国内厂商在 2020 年市场份额仅为 15.11%，2021 年迅速提甚至 36%，实力开始凸显。

华阳多媒体（华阳集团）是国内 HUD 龙头企业，自 2012 年组建 HUD 团队已深耕 HUD 领域近十年，拥有百余 HUD 相关专利技术，产品覆盖三代 HUD。华阳自行搭建了完整的 AR-HUD 的平台，包括 ADAS、仪表、DMS，导航的输入，在 HUD 方面在软件方面也具备雄厚的开发实力，从算法到 AR 平台的搭建完全自主。客户包含长城、长安、奇瑞、广汽、北汽等。

江苏泽景目前主要专注于 W-HUD 和 AR-HUD 领域，其自主研发的 AR Cyber 是适配于 AR-HUD 的平台化应用软件，能够实现 AR 信息推送和渲染、生成 AR 画面。主要客户包括北汽、长城、吉利、奇瑞等。

水晶光电在 HUD 行业耕耘已久，生产基于 TFT 和 DLP 的 PGU 以及 HUD 整机。水晶光电的 AR-HUD 在红旗 EHS-9 车型上实现量产。

日本精机（Nippon Seiki）主营车载仪表业务、零部件业务、树脂材料业务等，是全球最大的 HUD 设计制造商之一，主要有宝马、奥迪、通用等客户。日本精机将 HUD 定位为其仪器仪表后业务扩展的支柱，从 1987 开始研发，90 年代后期实现量产，目前主要产品为 W-HUD。日本精机在 AR-HUD 领域已经研发多年，目前已在奔驰 GLE 级车型上配置并批量生产。

德国大陆集团（Continental）从 2003 开始生产全彩 HUD，2010 年第二代 HUD 开始批量供应奔驰、宝马、奥迪等品牌。该公司也是全球最早部署 AR-HUD 研发的公司之一，2018年与全息光波导技术公司AR显示器初创公司DigiLens建立合作伙伴关系。

日本电装（Denso）是世界汽车系统零部件的顶级供应商之一，其 HUD 产品主要客户为丰田等日系品牌。

伟世通（Visteon）是智能座舱领域的主要供应商之一。伟世通在其 SmartCore 智能座舱中集成 HUD 系统，主要客户为福特、斯巴鲁和 PSA。

LG 电子 AR-HUD 已经实现量产，主要客户为奥迪和大众。LG 与自动驾驶汽车解决方案商 Strad Vision 展开合作，不断优化其车载 AR-HUD 方案。

松下与英国全息显示初创公司 ENVISICS 合作，推出基于双板激光全息影像打造的 AR HUD，应用于凯迪拉克近期推出的首款电动车 Lyriq 中。

2.3 下游：HUD 渗透率增长，AR-HUD 搭载量节点来临

目前 HUD 的前装产量以 W-HUD 为主，W-HUD 逐步从选配向标配渗透。AR 也开始规模化落地。根据高工智能汽车研究院数据，2021 年度中国市场乘用车（不含进出口）新车前装标配搭载 HUD 上险量为 116.72 万辆，同比增长超 50%，前装标配搭载率为 5.72%，品牌车型选装 HUD 上险量为 131.13 万辆。其中，标配 W-HUD 或 AR-HUD 搭载量为 109.45 万辆，同比增长 57.96%。

在 HUD 搭载量方面，2021 年国内市场丰田、哈弗和别克搭载上险量排名前三位，在 HUD 搭载率上，红旗以 45.72%的搭载率排名榜首。（报告来源：远瞻智库）

在国内 AR-HUD 细分市场，2021 年 AR-HUD 前装搭载量突破 5 万辆，搭载 AR-HUD 的车型陆续上市，如红旗 E-HS9、奔驰 S 级、大众 ID 系，应用规模迅速增长。

3. 2025 年全球前装 HUD 市场规模将达 840 亿元

根据高工智能汽车研究院，2021 年中国市场 HUD 前装标配搭载率为 5.72%，搭载量为 116.72 万辆，其中 C-HUD 占比为 6.23%，W-HUD 占比为 89.49%，AR-HUD 占比为 4.28%。

假设 2025 年 W-HUD 仍为车企主流方案，但由于 AR-HUD 的普及，W-HUD 占比下降至 60%，AR-HUD 占比上升至 40%，C-HUD 市场由于成像效果、安全等多个因素的影响，将在 2025 年逐渐萎缩至 0%。

新思界产业研究中心发布的《2021-2026 年中国 HUD 行业应用市场需求及开拓机会研究报告》显示，2025年 HUD在中国市场的渗透率将达到 45%，经我们测算，2025 年 C-HUD、W-HUD、AR-HUD 的渗透率分别为 0%、27%、18%。

观研天下的数据显示，2019 年我国 C-HUD、W-HUD、AR-HUD 的单车价值分别为 900 元、1500 元、2700 元。

佐思产研的数据显示，2020 的 W-HUD 的平均价格约为 245 美元。假设随着规模效应的增加，HUD 的单车价值在 2020-2025 年期间以每年 2% 的速度稳定下降，则 2025 年 C-HUD、W-HUD、AR-HUD 的单车价值分别为 773 元、1 329 元、2 392 元。

根据天津大学中国汽车战略发展研究中心的预测，2025 年乘用车销量将达到 2526 万辆，由此，根据我们预测，2025 年我国前装 HUD 市场规模将达到 199 亿元。

ResearchAndMarkets 的数据显示，2021 年全球 HUD 市场的规模约为 11 亿美元，根据我们的估算，2021 年国内 HUD 市场规模为 17 亿人民币，中国市场占全球市场比约为 23.74%。假设国内 HUD 市场占比保持稳定，2025 年全球 HUD 市场规模约为 840 亿元。

4. 华阳集团：国内 HUD 的龙头企业

华阳集团创立于 1993 年，是领先的汽车电子产品及其零部件的系统供应商，近年来重点围绕汽车智能化、轻量化进行产品布局，业务板块涵盖汽车电子、精密压铸、LED 照明、精密电子部件等。

华阳集团汽车电子产品线涵盖智能座舱、智能驾驶、智能网联三大领域，目前是国内智能座舱产品线最齐全的企业之一，主要产品包括座舱域控制器、抬头显示 HUD、流媒体后视镜、空调控制器、自动泊车系统（APA）、盲区监测（BSD）、驾驶员监测系统（DMS）等，公司持续丰富和升级产品线，增强配套能力。

2021Q1-Q3，面对汽车行业芯片短缺、疫情不稳定等形势，华阳集团采取多种保障物料供应措施，同时积极扩展新客户和新项目，公司经营业绩大幅提升，实现营业收入 31.31 亿元，较上年同期增长 47.78%，实现归母净利润 2.08 亿元，较上年同期增长 133.13%。

从营业收入的构成来看，2020 年华阳集团汽车电子业务的营业收入占公司总营业收入的 60%以上，公司近年来对汽车智能化的布局初显成效。精密压铸是公司营业收入的另一个增长引擎，占比 19%。从毛利占比来看，汽车电子（61%）贡献最高，其次是精密压铸（25%）。

华阳集团电子汽车业务 2020 年销售量 407.44 万套，同比增长 0.19%，生产量 417.80 万套，同比增长 1.17%，公司精密压铸业务销售量 25 880.51 万件，同比增长 5.13%，生产量 25 732.29 万件，同比增长 4.13%。

近年来，公司积极拓展新业务，承接了长安福特、PSA、北京现代、长城、长安、蔚来、威马以及赛力斯等客户的新项目，在车载信息娱乐系统、车载显示屏、HUD、数字仪表等产品上的出货量及销售收入均实现同比大幅度增长。

公司精密压铸业务成功导入上海联电、芜湖纬湃、大疆、富临精工、北美及欧洲采埃孚等新项目，其中新能源汽车相关项目订单持续增加。

华阳集团全资子公司华阳多媒体自 2012 年开始自主研发 HUD 产品，目前 W-HUD 已实现规模化量产，实现产品升级，推出的 W-HUD 2.0 是对 W-HUD 1.0 产品的大幅升级，FOV 和 VID 等关键参数有明显提升，增强了显示效果和客户体验。同时，在 AR-HUD 领域，华阳集团实现了 TFT 和 DLP 方案技术的研发，在 2021 年下半年，公司已经实现 AR-HUD 落地量产。

华阳集团的 HUD 产品线拥有长城汽车作为稳定客户，2020 年公司的 W-HUD 在长城的三款车型上实现搭载量产。同时，公司自2021年以来获得多家车企的定点项目，如长城、长安、广汽、东风本田、北汽、奇瑞、比亚迪、越南 Vinfast 等，业务开拓取得明显进展。

得益于多年在汽车电子以及相关领域的布局，华阳集团在国内 HUD 市场上的份额快速上升，由 2020 年的 2.39%迅速上升至 2021 年的 16.18%，成为国内市场仅次于传统 HUD 巨头日本电装的供应商，成为国内 HUD 的龙头企业。

随着 HUD 市场的不断扩大，以及公司在 W-HUD 和 AR-HUD 领域的深耕，HUD 有望助力华阳集团实现长期高速的业绩增长。

5. 风险提示

下游渗透率不及预期。

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