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1、前言一、车载屏幕的发展与变迁1.1 车载屏幕的历史进程1.1.1 机械化阶段1.1.2 电子化阶段1.1.3 智能化阶段1.2 显示技术推动车载屏幕的体验不断升级1.3 车载屏幕产业面临的挑战1.3.1 用户体验受限1.3.2 屏幕过大过多影响主驾安全,私密性低1.3.3 前沿创新技术布局不足二、车载屏幕的新品类车载光场屏2.1 什么是车载光场屏2.2 车载光场屏的优势2.2.1 远景象大画幅,车载影院级新体验2.2.2 远距观看,保护眼健康2.2.3 运动信息一致,有效降低晕车感2.2.4 主驾安全驾驶,屏幕隐私保护2.2.5 技术自主可控,促进产业链转型升级2.3 车载光场屏赋能多种场景2
2、.3.1 车载观影,尊享影院级体验2.3.2 儿童安抚,护眼大屏陪伴2.3.3 商务办公,保护隐私安全2.3.4 游戏娱乐,还原真实体验2.4 光场屏的核心技术2.4.1 空间光学系统设计2.4.2 关键光学部件介绍2.4.3 图像处理算法目 录0109三、车载光场屏未来展望3.1 车载光场屏产业发展趋势3.1.1 车内娱乐需求带动车载屏幕应用加速3.1.2 车载屏幕成为座舱的新热点3.2 光场屏的技术发展趋势3.2.1 全息光学元件HOE3.2.2 光波导技术四、推动车载光场屏行业发展建议4.1 政策规划端4.2 标准法规端4.3 行业标准端18目 录22前言在汽车新四化快速发展演进的背景下
3、,汽车逐渐成为人们除居住空间、工作空间之外的“第三空间”,用户对汽车的需求从基本的代步工具演进为集娱乐、办公、生活等场景于一体的“第三生活空间”。座舱作为汽车实现空间塑造的核心载体也在不断演进,而车载屏幕作为智能座舱的核心交互入口,也在不断探索、推陈出新,希望提供给用户更多更好的娱乐和生活体验价值,丰富和拓展应用场景。但在发展过程中仍存在一些共性挑战如屏幕尺寸受限、用眼疲劳、舒适体验感较差等问题。在此背景下,编写组深度分析了车载屏幕的演进历史,涉及的相关显示技术,剖析了现有传统屏幕存在的痛点及挑战,在此研究的基础上对未来车载屏幕的新品类车载光场屏及其技术、优势、应用场景进行了分析,最后提出针对
4、车载屏幕行业的政策、行业发展措施和建议等,形成车载光白皮书。本报告由CAICV联盟智能车载光显示任务组组织研究编制,感谢参与车载光场屏白皮书编撰、研讨、审核修订的全体专家的努力和贡献!特别感谢编写组李晓龙、张懿坤、邹艳、唐秋阳、林剑伟、李家琦、雷何兵、曹刚、刘静、张兆全、高乙等专家和老师的成果贡献!感谢国汽智联、华为、中国汽研、广汽、比亚迪、一汽、长安、北汽、东风、赛力斯等单位对本报告的评审及专业指导!一、车载屏幕的发展与变迁随着人们生活范围不断扩大和智能汽车的普及率不断提高,汽车逐渐成为许多消费者除居住空间和工作场所外最常接触的场景,同时伴随着自动驾驶和智能座舱的不断升级,用户的手、脚、眼、
5、脑开始获得解放,能够支持用户在智能座舱内进行娱乐、办公等消费场景的实现,人们对汽车的需求已不再是单纯的代步工具,用户希望在车内即可实现娱乐、办公、生活,汽车有望进化成为家庭、办公场所之外的“第三生活空间”。汽车智能化主要体现在感知、决策、执行、应用与交互,而应用与交互主要体现在智能座舱上,车载显示屏幕作为智能座舱的重要载体,是提高驾驶操控和乘车娱乐性的重点方向。随着智能汽车向着“第三生活空间”迈进,车载屏幕也从机械时代、电子时代迈入了智能化时代。1.1 车载屏幕的历史进程经过百余年的发展,技术不断的迭代升级,汽车从机械时代向电气化、智能化时代演进,汽车座舱也从机械式座舱演进到电子化座舱,进而迭
6、代升级到现阶段的智能座舱。用户对车载屏幕的需求也随之不断变化,从驾驶信息的核心载体,演变为人、车、环境的核心交互窗口。汽车及座舱历史阶段性的发展,使得用户对车载屏幕不断衍生出新的需求,从而进一步牵引相关技术的不断完善与演进,推动车载屏幕不断的升级迭代。1980s2000s2012s1950s智能化时代(2012s-至今)电气化时代(1980s-2000s)驾驶信息载体车内信息载体及初级的娱乐功能座舱中人机交互的核心窗口!#$%$()*+,*-机械化时代(1950s).*-图 1-1 车载屏幕的历史进程121.1.1 机械化阶段20世纪中叶,汽车逐步开始配置机械式仪表盘,可显示车速,油量,水
7、温等驾驶员信息,在此阶段车载屏幕主要用于反映车辆机械件运行情况,人车通过机械仪表完成交互,可实现的功能相对简单,注重信息功能性。此外1960年的8轨道播放器汽车立体声与1970年卡式录音带的诞生,开始扩展了乘客的娱乐方式。图 1-2 机械式仪表1.1.2 电子化阶段20世纪末至21世纪初,人们对于车载屏幕的需求随着电气技术的完善进一步演变,希望车载屏幕显示更为精确与便捷,显示内容及功能上更加丰富。1976年,阿斯丹顿马丁采用了阴极射线管(CRT)显示技术,将电子屏首次应用至Lagonda汽车上,显示内容开始更加精确和丰富。同时随着电气技术的发展,越来越多的电子设备得以进入汽车座舱,1980年代
8、,市场逐步出现彩色显示屏幕,提供了GPS及图像显示功能,并增加导航,蓝牙等功能,方便车主提高驾驶安全性和行车效率。2000年初,部分车型开始配备中控屏,并提供了多媒体播放设备,用户对于娱乐方面的需求开始被发掘,车载屏幕的功能性逐渐增加。图 1-3 Lagonda汽车电子显示屏幕1.1.3 智能化阶段随着技术的发展,中控功能逐步实现智能化,提供更丰富的人机交互。随着汽车座舱变为一个交互的空间,市场不再单独只满足于主驾的需求,各个车企开始重视乘车人的乘车需求,信息娱乐系统屏幕已经不局限于中控屏幕,副驾及后排的娱乐屏幕开始为乘车人提供全新的体验,座舱“一芯多屏”和集中式控制推动多屏显示成为新趋势,大
9、屏化、多屏化成为了汽车座舱的主旋律,屏幕也成为了智能座舱布局的核心。车载屏幕的功能价值不再是单一的辅助驾驶,而是提供给用户更多的娱乐和生活体验价值,这极大程度丰富了汽车座舱的功能性,提高了用户的驾乘体验。1)大屏化2012年,特斯拉Model S 17英寸智能车载屏幕不仅开启了车载显示大屏化趋势,同时对传统的实体按钮交互方式进行了升级,车内的空调调节、娱乐设备调节等功能全部集成到统一大屏中,除了应急灯等法律要求保留的实体开关,其他数十个物理键都被淘汰。受益于大屏化趋势,车载屏幕的信息显示更加全面,用户可操作性更强,各车企纷纷加入,布局车载大屏。2)多屏化近年来随着座舱软件系统升级,高算力芯片的
10、搭载,软硬件上限制逐渐减少,座舱的设计思路得以释放,多屏化也逐渐成为车载屏幕的另一个新潮流。相比于传统的单一显示屏幕,多屏化中各屏幕的分工更加明确,根据下游应用场景分为车载中控屏、液晶仪表盘、副驾驶显示屏、后排显示屏、电子后视镜等。多屏化不仅能够充分利用座舱内空间增大显示面积,还能满足乘客个性化的驾驶和娱乐需求,提升驾乘体验。其中副驾及后排屏幕从功能的角度来看大多是被定义为娱乐屏,其最核心的功能就是供副驾驶及后排的乘客娱乐使用,使乘客可以拥有一块独立的区域,从而实现在线看视频、听音乐、导航、查看车辆信息等功能,这样的分区设计能够最大化满足所有乘客的情感化和个性化需求。随着未来车载娱乐内容越来越
11、丰富,为副驾和后排乘客提供一块甚至多块屏幕将会是新趋势。31.2 显示技术推动车载屏幕的体验不断升级车载屏幕的主要性能要求包括亮度高、寿命长、反应快、运作温度区间大等。如车载显示屏的亮度需达到能够保证驾驶员可清楚看到路况信息与汽车参数的水平;汽车平均寿命为7-12 年,车载显示器需达到相应寿命年限;车载显示屏的反应时间决定了屏幕显示有无拖影,影响成像的清晰度与用户交互体验。由于汽车常在各类户外环境中,所以车载显示器需要具有足够的耐热与抗寒能力,以保证设备的正常运行。随着屏幕品类、形态不断拓展更新,显示技术也在不断发展,在满足性能要求的同时满足用户不断提升的观看体验需求。当前车载屏幕主流的技术路
12、线主要有以下几类:LCD技术其原理是通过电流改变两片计划材料间的液体水晶溶液的排布成像,是目前车上应用最广泛的显示技术,技术相对成熟,受限于自身结构和发光原理导致显示效果有诸多劣势,但成本较低且使用寿命较长。4图 1-4 LCD技术OLED技术其原理是通过载流子的注入与复合而产生发光现象的电流型有机发光元件,相较于LCD,OLED 是有机发光层自发光,显示屏上的每个发光点都能通过电压控制敏感,因此其色域、对比度、HDR 等效果都会非常好。但由于其自身依靠有机物实现发光,故而寿命短,能承受的温度范围比较窄,存在烧屏现象,并不完全适合车规级要求。5图 1-5 OLED技术Mini LED技术Min
13、i LED 是自发光技术,依靠无机发光二极管,通过精准控光以实现很高的明暗对比、动态显示,继而在对比度、HDR、色域方面都有非常大的提升。此外,采用这种背光方案在显示画面更真实的同时,还可以提升整体屏幕亮度,寿命方面也比OLED延长3-5倍。图 1-6 Mini LED技术图Micro LED技术Micro LED 技术是将LED显示屏微缩化至微米级的显示技术,其微米级别的像素间距使其可以轻松适配从中小尺寸显示到中大尺寸显示等各个应用场景,集成了 LCD 和OLED 的全部优势,具有画质高、能耗低、寿命长等显著优点,但制造工艺难度大,生产成本高。6图 1-7 Micro LED技术图参数参数
14、LCDLCD OLEDOLED MiniMini LEDLED MicroMicro LEDLED 亮度亮度 5000:1 1000000:1 100000:1 1000000:1 成本成本 低 中 高 高 材料寿命材料寿命 低 中 高 高 对比度对比度 低 高 高 高 柔性柔性 不可曲 可曲 不可曲 可曲 可视角可视角 160oC 180oC 180oC 180oC 技术成熟度技术成熟度 成熟 成熟 可实现 不成熟 图 1-8 车载显示技术对比此外,随着用户体验感及娱乐需求的增加,以及光学技术的不断发展,VR、AR、裸眼3D、全息等新兴技术也逐步在车载屏幕上应用,创新显示方案不断推陈出新。1
15、.3 车载屏幕产业面临的挑战车载屏幕产业持续探索,致力于为用户提供更加卓越的体验,但发展过程中仍存在一些共性的挑战,如屏幕尺寸受限、用眼疲劳、舒适体验感较差等难以解决。1.3.1 用户体验受限1)屏幕尺寸受限随着车载信息娱乐系统的升级,以及用户对屏幕显示效果的要求不断提高,大屏化逐渐成为用户的主要需求点。但对于车载液晶屏幕来讲,其显示尺寸完全受限于所装载位置的物理尺寸大小,同时车载屏幕的数量也受限于车内空间和布置。从现有上市车型来看,中高端车型屏幕尺寸明显高于低端车型,中高端车型虽然在车机屏幕尺寸上可以满足用户的需求,但价格相对交高。对于中小型轿车而言,车内空间的有限也使得副驾与后排的屏幕难以
16、装载,或屏幕尺寸与内容适配程度较低,影响屏幕应用。2)眩晕感强,易导致晕车在汽车智能化时代,车内屏幕应用已经成为了一种不可或缺的功能,然而电动汽车具有强劲的动力性能,其加速度往往比传统燃油汽车更大。在这种情况下,当乘客专注于车内屏幕时,很容易出现晕车的情况,尤其是当屏幕用于观看视频或者玩游戏等娱乐场景时,晕车的症状更为明显。这是因为当车辆在行驶时,在静止的屏幕上看到的画面与外部环境的运动速度不一致,就会导致晕车。同时,对于传统车载屏幕,人体观测屏幕距离过近,用户观看角度不佳,副驾屏幕相对于后排屏幕观看距离更近,晕车感比后排更为明显。3)长时间观看,引起视疲劳传统车载显示屏幕大多为实像显示,受车
17、内空间限制较大,导致其观看距离过近(0.5米左右),形成近焦观看,用户长时间使用,容易引起用眼疲劳。1.3.2 屏幕过大过多影响主驾安全,私密性低随着车辆的不断增多,道路路况变得更加复杂,而车内屏幕日益增加带来的干扰和光污染非常容易令驾驶员分心,或右后视镜的观察,对驾驶员带来较大干扰,影响驾驶安全。为了保障行驶安全,驾驶员需要车载屏幕需要尽量减少光污染,并尽量减少对驾驶员的干扰。7同时,随着车辆应用场景的日益扩展,人们对于车载屏幕私密性的需求不断提升,如何保护乘驾人员的隐私逐渐成为热门话题。尤其是对于需要在车上进行商务接待或者会议的商务人士来说,保护隐私是他们关注的重点。1.3.3 前沿创新技
18、术布局不足“显示无处不在”的理念已深入人心。过去十多年来,中国新型显示产业取得了跨越式发展,对于当前较为传统的LCD技术,中国已经与国际水平保持持平,但OLED等较为前沿的技术仍然被国外企业把控,国外企业掌握了核心技术与上游生产设备、原材料,使其能够保持其在车载显示行业竞争格局中的优势地位,如 OLED 上游产业链中最重要的有机材料部分目前仍被部分韩国与日本企业所垄断。所以,在新型显示技术布局上,我国需抢占产业发展高地,特别要提高关键材料和设备的国产化率,提升我国显示产业链的自主化能力。加大力度研发新技术,持续加速产业链上下游国产化进程,才能让中国显示产业稳步发展。8针对目前传统车载屏幕面临的
19、挑战,同时为了提高乘车人的乘车体验满足其娱乐及生活需求,提高用户的体验感,行业各界在新的显示技术和品类方面持续进行探索,新的显示线路和新的品类不断涌现并上车应用,“车载光场屏”作为一个新的显示品类由此崭露头角。2.1 什么是车载光场屏光场屏是一种全新的采用光场引擎技术来突破车内物理空间限制的显示线路和方案。为了提高用户使用车载屏幕的舒适度,车载光场屏跳出传统车载屏幕的形式,基于空间光学技术原理,通过光线多次折返射增加视距,实现3米远以上的远距成像效果,以小尺寸的物理屏幕尺寸可承载显示超大画幅,实现影院级体验真正上车。因为是远焦观看图像,可大大减少用户晕车及用眼疲劳等体验问题,大幅提升视觉感知。
20、9图 2-1 光场屏幕图示在场景应用方面,光场屏可与车载音响、娱乐系统高度融洽配合,显著地提升车内的观影或游戏体验,营造私人影院般的沉浸感。光场屏的推出为用户带来了颠覆性的体验感,打破了现有的车载娱乐屏体验格局,开拓出一个车载视觉体验的新品类。二、车载屏幕的新品类车载光场屏2.2 车载光场屏的优势2.2.1 用户体验受限光场屏独有的成像原理,在车内实现了在距离用户眼睛约3m远,35英寸以上的远大画幅的体验,这是区别于现有方案的极大差异点;光场屏内部的黑腔结构隔绝了图像与外界环境的直接接触,提供给用户影院后排观影的体验,配合车内的音响及舒适的座椅,打造出视觉,听觉,感觉的全方面享受,实现真正意义
21、上的车载影院。2.2.2 远距观看,保护眼健康依据医学上的理论,睫状肌调节力程度与观看的距离成反比,即观看的事物距离越远即可调用的睫状肌调节力越少,眼部疲劳越小,即可实现用眼更健康更舒适。光场屏实际可以做到观看3m以上的视距图像,对比当前的近焦观看屏幕的方案大大降低眼疲劳程度,多个权威眼科医院的临床测试也验证了次理论的正确性,光场屏对比液晶屏幕可降低睫状肌调节力96%,对于青少年的用眼健康尤其有价值。10图 2-2 屏幕成像图示2.2.3 运动信息一致,有效降低晕车感晕车感又称为晕动症,是在行车过程中常见的眩晕反应,它的主要根因是眼睛与耳前庭毛细血管的运动感知不一致造成的。行车中,耳前庭里的淋
22、巴液会像是红酒一样晃动,告诉大脑“正在运动”,但是眼睛近焦观看屏幕,余光中的行车运动信息处于远焦面是模糊的导致视觉感知受限,所以眼睛传递的信息是“静止”,两种信息冲突导致大脑“思维混乱”引发晕车呕吐。11图 2-3 行车过程近距观看图示光场屏拉远成像实现核心视觉范围内画面处于远焦面,可清晰感受运动状态,眼耳感知同步,大脑接受的都是“运动”信息,即可有效缓解晕车。图 2-4 拉远成像图示光场屏的缓解晕车效果经过权威机构的测试验证,通过主观体验及客观脑电仪测试,晕车系数对比液晶屏可以下降35%,对比VR眼镜可以下降90%。2.2.4 主驾安全驾驶,屏幕隐私保护光场屏由于是虚像原理,天然带有观看视场
23、角的概念,只有坐在正位的人才能正常观看,超出观看角度20度以上便无法获取完成图像,光场屏的该特性用于车载时,既能减少光污染保障主驾安全驾驶,也能提升对车内用屏的额隐私保护。鉴于观看角度集中的设计,当副驾乘客使用光场屏时,主驾的视线角度超出光场屏的观看范围,无法摄取到屏幕外射的干扰光线,能极大程度减少驾驶员位置的光污染和驾驶干扰信息,确保主驾精力聚焦行驶安全。隐私保护也是汽车消费者重点关注的问题之一,目前市场上方案难以完全满足,很多情况下要额外增加防窥膜来加强隐私保护并减少对驾驶员和其他人员的干扰,而防窥膜对目标用户的视觉体验如亮度等造成很大程度的下降。车载光场屏具有天然的防窥特性,能完美匹配消
24、费者的隐私保护诉求。2.2.5 技术自主可控,促进产业链转型升级目前,车载显示屏产业链中游市场集中度高,韩国、日本、中国台湾企业占据行业头部。由于相比于国内显示屏制造厂商,国际企业技术更为成熟,使国际企业在上游材料成本方面具有更强的优势。所以从企业发展布局安排看,发展好光场屏产业,国内显示屏制造企业可以基于新型显示产业抓住市场发展机遇实现弯道超车,以光学技术为核心,蓄力布局车载显示,对车载显示产业链进行革新转化升级,设备国产化率提升,提高大规模量产能力嘛,从而提高在产业链中的话语权。122.3 车载光场屏赋能多种场景在智能化和电动化变革趋势下,汽车的使用场景迎来深度、广度和宽度的拓展,座舱应用
25、开始逐渐延伸到办公、生活以及娱乐等更多场景。而光场屏幕因其“沉浸感,眼健康,防晕车”的特性,不论是长途还是短距离,甚至在驻车情况下,都能大幅提升消费者的体验感受,在保护驾乘人员视力健康的前提下,进一步提升车载屏幕的使用频率,尤其在车载观影、商务办公、儿童安抚、游戏娱乐等日常车内高频场景光场屏更能凸显发挥其特有价值,本节将对此进行详细介绍。2.3.1 车载观影,尊享影院级体验行驶途中,音乐和影视一直是用户用于缓解疲劳和烦躁的伴侣。随着消费升级及智能汽车的快速发展,舱内音效系统也逐步升级,用户对车内影音效果要求逐渐提高,更加渴望沉浸式影院效果。光场屏采用独特的光技术,基于3米以上的远距成像效果,能
26、够在视觉上呈现出35英寸以上的画幅,有效提升了车内的观影体验,同时不会因为远距成像导致画面不清晰,画面显示效果清晰细腻,完美实现了在一个小体积空间大画幅、景深感、远视距的体验。光场屏对比传统车载液晶屏,可以完美融合车载音响系统,联合打造沉浸式车载私人影院,重新定义了移动影院。13图 2-5 车载私人影院场景2.3.2 儿童安抚,护眼大屏陪伴对于儿童乘车人用户群体,家长对其使用后排娱乐屏幕同样也有一定的需求,例如如何降低长期乘车情况下儿童在车上看动画片对视力的影响,如何依据儿童身高调整座椅以匹配演进与屏幕的最佳位置,减少晕车现象。对于儿童乘车人用户群体,家长对其使用后排娱乐屏幕同样也有一定的需求
27、,例如如何降低长期乘车情况下儿童在车上看动画片对视力的影响,如何依据儿童身高调整座椅以匹配演进与屏幕的最佳位置,减少晕车现象。光场屏可以实现3米以上远距成像,这样儿童可以平视成像内容,同时余光也可以感知车外的运动环境,实现与耳前庭的运动信息一致,从而降低晕车情况的发生。同时拉远成像的做法,不仅改善了儿童的坐姿,还能够在很大程度上保护儿童的视力,因为眼睛聚焦的距离越远,睫状肌调节力就越小,眼睛就越会保持在放松状态,更远的成像距离能够在很大程度上使眼睛放松下来,很好地保护儿童的视力。14图 2-6 儿童出行场景2.3.3 商务办公,保护隐私安全商务人士经常需要利用车上碎片化时间进行商务办公会议等,
28、对于这类用户场景,首先需要提供画质清晰的屏幕,能够更清楚、方便的查看办公文档,同时在观看的时候能减少晕车感,同时作为商务人士,对个人隐私也有较高的要求。2.3.4 游戏娱乐,还原真实体验近几年随着智能汽车的发展,为缓解等待焦虑、碎片时间的利用、沉浸式游戏体验、多人间的互动式体验等需求,车载游戏逐渐成为座舱设计的新场景。为保障驾驶安全,目前市场上的车载游戏主要还是通过副驾大屏和后排屏幕来实现的。光场屏幕的加成,能有效地利用车内环境中的座椅、震动、声音、灯光等辅助条件,为乘客带来更加沉浸的游戏体验,结合车辆驾驶情况进行游戏场景运动,为乘客带来游戏的真实感,更是给未来车载游戏的发展提供了更多的想象空
29、间。同时,光场屏幕还可以满足副驾、前后排、多人互动的游戏场景,在提供娱乐的同时还能增强社交性。15图 2-8 车载游戏场景图 2-7 商务办公场景而光场屏幕根据其产品特征都可以满足商务办公场景的这些需求,提供高清、不晕不累的画面屏幕,同时因其独特的光技术,减少屏幕的光源分散,保证只有使用者能看到屏幕,满足商务人士对个人隐私保护的人性化体验追求。2.4 光场屏的核心技术2.4.1 空间光学系统设计光场屏是利用光场折叠技术,通过多次折反射和高精度曲面镜集成实现拉远成像;首先光线从像源屏出发,经过物理镜面透反屏幕的一次折射到高精度曲面镜,曲面镜将全部光线再度折射到透反屏幕,此时光线穿过透反屏幕聚焦后
30、射入人眼,根据虚像成像原理,人眼沿着光线的反方向看过去,会在曲面镜后方的远方位置看到一个大屏幕:光场屏,如此便产生了“观看光场屏,图像拉远放大”效果。基于人因体验的要求,对于整体系统的折返射角度,曲面镜的每个像素点的反射率等设计是舒适观看的关键,可最终实现更大更远的影院级效果。16图 2-9 光场屏原理示意图2.4.2 关键光学部件介绍1)准直像源屏由于光线具有散射的特点,光场屏如果使用普通像源屏就容易产生内部杂散光及鬼像等问题,会严重影响用户的体验感受,所以需要将像源屏的光线进行准直,高亮等专门设计,控制光束发散角度以此下降屏幕内部的杂散光及鬼像亮度的影响,以达成保证画面纯净无杂质的效果;同
31、时因为光线发散角度集中,可实现图像更亮,能耗更小的优势。2)高精度曲面镜曲面镜是光场屏图像放大的关键,如果曲面镜面型设计不合理便会出现元畸变扭曲的现象。曲面镜设计要基于人因体验的要求,将体验指标映射为物料参数,在带入到曲面镜的设计多项式解析中,并经过分析,仿真与测试的环节,逐步调优设计方案,如此的曲面镜才可以呈现最符合用户观看习惯的图像。同时曲面镜作为系统的一部分,在内腔中的固定位置对于光线的折反率设计不合理也会导致图像失真,所以还要严格计算曲面镜的固定位置来配合整体空间光学设计共同实现舒适的放大图像的效果。3)偏振膜材屏幕外表面的炫光及强光光晕等问题一直是影响观看体验的一大痛点,光场屏在普通
32、方案下也将面临此问题,所以光场屏在屏幕表面增加偏振膜材设计来提升产品整体视觉体验,例如增加防眩光外保护层,防反射外保护层,补偿内保护层,等多种介质实现消除光晕、防止眩光的功能。但是由于光线的波长极短,每增加一层偏振介质设计都会引进光线偏移的问题,如此会导致观看的图像失真,非常影响体验。需要针对光线的波长及相位偏移进行精准补偿,这便要在设计初期考虑到整体系统化思考中,同时还要求制作过程中针对每一层材料进行精密和平整贴合,从而达成整体画面清澈纯净的体验效果。2.4.3 图像处理算法由于光学系统中的曲面镜是非平面的,正常人眼看到的成像画面会带有畸变问题,为了消除畸变可以对空间光学的设计进行优化,但不
33、能从根本上消除畸变问题,因此还需要通过图像处理算法对像源屏输出的每帧图像进行畸变矫正处理,预畸变图像经过光学系统射入人眼后,用户即可看到方正平整、又大又远的画面。同时,配合图像色彩渲染等算法加持,将光场屏呈现的图像做到精益求精,可提供最终真实,清晰的图文内容,给用户带来更好的视觉感受。173.1 车载光场屏产业发展趋势3.1.1 车内娱乐需求带动车载屏幕应用加速用户对座舱舒适性及娱乐性要求提升。受消费电子产品影响,用户提升座舱体验的需求日趋强烈,逐步将关注点放在了座舱舒适性和娱乐性上,消费者开始偏好更大及更清晰的屏幕、语音交互方式以及个性化的应用服务,对屏幕性能、座舱环境及车载娱乐软件的要求逐
34、步提高。年轻一代对车内娱乐的需求更高。根据汽车之家的调研结果,相对于80后,95后年轻人更加偏好车内娱乐配置,95后年轻人偏好副驾娱乐屏和车载光场屏的占比分别是15%和12%。18图 3-1 不同年龄段新兴配置偏好智能座舱成为中国消费者购车的关键要素:随着消费者需求层次的不断提升,汽车逐渐从单一的出行工具转型为“第三生活空间”。根据IHS Market 数据,2021年智能科技成为中国消费者购买汽车考虑的第三大因素,达26.7%。用户对车载屏及娱乐的需求逐年增加,未来车载屏幕市场广阔,具有较大的发展空间。三、车载光场屏未来展望3.1.2 车载屏幕成为座舱的新热点车载屏幕产品是车企差异化竞争的焦
35、点。在新能源快速发展大趋势中,电动化已是标配,相对于自动驾驶技术,智能座舱技术门槛低且法律方面安全、风险监管压力较小,商业化更加容易,智能座舱成为各大车企竞争主要发力点。其中,车载显示作为人车交互的窗口,消费者最容易感知,并且成本较低、技术较为成熟;因此车载显示成为了主机厂差异化竞争的焦点。车载屏幕产品是新的流量入口。经过智能手机对用户的前期培育,用户对于在座舱内体验更多娱乐功能的需求提升,驾驶员与乘客都希望能够在座舱内使用更多的娱乐软件,例如音乐、电影、地图和游戏等。所以车载屏幕作为软件应用的载体,是打开流量变现的窗口。而光场屏幕在娱乐软件方面应用融合度较高,软件体验感良好,未来有机会成为智
36、能座舱方面新的流量入口。同时相较于传统车载显示屏幕技术已基本成熟,价格方面也较为固定,光场屏幕方面由于产品厂家较少,价格范围较宽,盈利模式较为丰富。19图 3-2 2021年中国用户购车要素TOP10质保服务车载WI-FI外观设计内饰设计能耗动力与尺寸购车价格智能科技被动安全主动安全2021年中国用户购车要素TOP103.2 光场屏的技术发展趋势基于空间光学方案的光场屏产业链可借用HUD/AR/VR产品,较为成熟,可以在车实现内快速商用。但空间光学方案相对来说体积较大未来HOE、光波导等新技术的应用可以进一步减少屏幕体积,便于上车适配。3.2.1 全息光学元件HOE全息技术是利用干涉原理实现光
37、波的相位转换,因此使用相干光照明被记录物体后,来自物体的光波与另一束参考光在记录介质上产生干涉,将这些干涉图样记录下来并经过一定处理形成全息图,当再用与参考光相同的光波照明全息图时,即可重现原来景物的立体图像。全息光学元件是利用全息术原理制造的光学元件,通常制作在感光薄膜材料上,该HOE薄膜具有透镜作用的薄膜;因此HOE方案可以缩小整机体积。由于目前的全息膜还不能满足健康环保以及车规级的要求,因此基于HOE方案还不能实现大规模量产。20图 3-3 HOE方案3.2.2 光波导技术由于光波导自身的超薄平板结构和极大的二维扩瞳能力,该方案可以进一步降低整机的体积。光波导技术的基本原理主要是,光在介
38、质中通过全反射原理传播,其中常见的介质材料为高折射率无机玻璃,或者其他高折射率的有机材料。要满足全反射传播原理,两个基本的要求是:(1)光的传播介质的折射率要比周围的介质折射率高;(2)光进入波导的入射角需要大于临界角。所以光在波导传播是平行传播,光波导的“全反射”在保证成像清晰、图像对比度高的基础上,还能为用户提高较大的视场角。21图 3-4 全反射原理示意图但目前光导波产品尚处于研发探索阶段,整个产业链准备尚不完善。如果要实现产品的量产化落地还需整个产业链的全面发展。目前研究的光波导技术主要分为几何光波导和衍射光波导。几何波导和光栅波导的主要差异点在于耦入结构和耦出结构。耦入结构的作用是使
39、得图像源的主光线变换角度斜入射进入基底,满足全反射条件;耦出结构,是使得基底内部传输的光线变换方向,垂直射出到人眼。图 3-5 光波导方案车载娱乐屏产业当前处在快速发展期,光场屏是一个新兴的车载显示方向,其沉浸式、低晕动的观看体验和不影响主驾、健康护眼等方面的特点,对智能网联汽车驾乘体验和车辆行车安全的提升将产生极大的助力。然而光场屏产业要快速发展,还面临不少挑战:1)标准体系尚未建立,车载应用相关规范待完善目前光场屏属于新兴技术线路和产业,相关标准体系尚未建立。实验方面,基于人因体验、临床验证等测试数据,还需积累测试,车载应用方面相关规范还不完善。2)用户认知体系不成熟,消费习惯仍需培养光场
40、屏产业刚刚起步,当前普及程度较低,用户的认知体系及使用习惯需要培养,需要投入时间培养用户习惯,为未来沉淀用户打下基础。3)产品实际应用方面,对车载应用体积和安全要求高大部分普通车型车内空间有限,特别是后排娱乐屏需要集成到前排座椅头枕中,所以产品体积需要尽量缩小。同时安全方面,车内要考虑碰撞等极限情况,对屏幕安全防护等级要求较高。4)上下游产业链配套尚不成熟,仍需发展光场屏目前作为车载显示的新兴发展方向,产业链上下游企业较少,配套尚不成熟。未来车载娱乐内容提供、配套软硬件、互联互通等生态都需孵化发展。4.1 政策规划端目前,中国政府与各地方政府陆续出台了多项政策,提供上游设备、原材料、元器件技术
41、方面的帮助与税收扶持,助力推进新型显示的发展与突破,提高优质电子显示企业的技术创新能力,逐步摆脱国际企业在技术上的垄断。2018年8月工信部、国家发改委扩大和升级信息消费三年行动计划(2018-2020年)提升消费电子产品的供给水平,推进超高清终端设备的研发和产业化,加快新型显示产品发展,深化智能网联汽车发展。攻克车载智能芯片、自动驾驶操作系统、车辆智能算法等关键技术。22四、推动车载光场屏行业发展建议2021年7月工信部等联发关于加快培育发展制造业优质企业的指导意见提出要“提高优质企业技术创新能力,加大基础零部件、基础电子元器件、基础软件、基础材料、基础工艺、高端仪器设备、集成电路、网络安全
42、等领域关键核心技术、产品、装备攻关和示范应用”。光场屏产业的健康快速发展需要政策的助力,才能更好地服务智能网联汽车产业,满足日益提升的汽车消费需求,因此建议:从显示和汽车产业政策层面,基于行业龙头企业的诉求进行政策牵引和支持方面的探索。从地方到中央基于各地产业特色和实际显示产业和汽车产业发展现状按需探索制定相关扶持光场屏产业方向的政策。针对光场屏应用的核心领域和标杆项目,可以考虑采用财政补贴牵引的方式助力产业发展起步。4.2 标准法规端标准化是科研、生产、工程使用三者的桥梁。车载显示的标准化方向要以安全因素为基础,对驾驶人员保护、行人保护、行驶安全等方面,逐步向智能化和人因体验、人因安全提升的
43、场景方向扩展。随着车内显示屏增多,怎么减少中控娱乐屏、副驾屏对驾驶员的干扰已成为确保驾驶安全的一大重点。业界对车载显示屏对驾驶员的干扰行为也相当重视,各厂家也纷纷推出相关产品,如大陆集团、伟世通、马瑞利、龙腾光电等知名车载显示屏供应商都发布了类似定义的产品。光场屏有天然和独特的视场角约束,智能座舱不论在副驾还是在座椅配置,都能起到很好的防干扰分心、保护隐私的效果,最大成度降低对驾驶员的干扰,同时保证观看人员的沉浸式高质量体验,并大幅减少车内的光污染。随着智能座舱和车载显示产业不同技术路线的发展演变,相关的标准、法规配套也需要尽快跟上以匹配行业的发展。建议通过相关生态企业、标准组织、认证测试机构
44、,共同构建车载光显示标准体系,制定全新智能安全的标准,构筑车载显示的量化分级评价体系和驾乘体验标准,进一步辅助和助力车载显示产业的健康有序发展。4.3 行业应用端随着显示技术的不断升级,未来车载显示屏幕高端化趋势明显。光场屏幕技术不论是从显示效果,还是用户的体验舒适感上优势都更加明显,但由于光场屏幕还处于刚开始应用的阶段,应用装备率以及装车率都还处于较低的水平,同时技术方面成熟度也有待提升,应用场景和生态也还需完善。23车载显示技术需要逐步实现显示技术自主可控,同时行业应用的健康快速扩大需要在应用场景可靠的基础上形成覆盖产业链环节的生态体系,并且实现产业链各环节之间相融相促以及推进作用放大的效
45、果。为推动智能座舱及车载显示行业的稳定和快速发展,建议由行业协会或学会牵头建立汽车显示技术创新及应用推进产业平台,联合汽车整车企业、Tier1 零部件企业、Tier2零部件企业、高校及研究机构形成完整的产业链生态体系,可以从以下几个方面开展相关工作:1)加强光场屏等车载显示方向的研究投入研究机构和产业智库加强对光场屏等车载显示方向的支持和研究投入,推动和解决产业和技术上的发展瓶颈和核心挑战。例如,光场屏关于屏幕体积进一步减小、车内人因体验设计等方向还需各大学、研究机构和产业智库的进一步研究和支持,助力光场屏技术和车载显示产业进一步地升级演进。2)多方平台推进光场屏产业应用推广国家汽车和显示产业官方和主流产业峰会、论坛广泛邀请光场屏产业代表性企业和产业链上下游企业参与,分享光场屏解决方案和应用场景、产业发展的前景和挑战,支持面向车企、消费者的宣传介绍和产业发展相关的合作和探索。行业联盟和组织的建立将会集合产业链各个环节形成合力,极大地推动增强车载显示技术发展、应用推广,并形成持续发展、不断扩大和有机成长的生态体系。24!#$%&()*+,-.!/012345678%zhangyikunchina-