Startseite > Optoelektronik > Displays > Head-up-Displays

Optoelektronik / MEMS-Projektortechnik

Head-up-Displays

4. April 2017, 13:50 Uhr | Uli Hiller, Applikationsingenieur LED, Osram Opto Semiconductors

▶ Diesen Artikel anhören

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Anforderungen für HUD-Systeme

Ein HUD-System muss auch bei Tageslicht auf hellem Untergrund lesbar sein, das bedingt hohe Helligkeitsanforderungen: Typischerweise Leuchtdichten von 15 kCd/m² des virtuellen Bilds. Im Nachtbetrieb genügen bereits 3 Cd/m², dies entspricht einem Dimmverhältnis von 5000:1.
Die Größe des virtuellen Bildes wird als Sichtfeld (FOV) bezeichnet und beschreibt die Ausdehnung des virtuellen Bildes in horizontaler und vertikaler Richtung in Winkelgrad. Das typische menschliche Auflösungsvermögen im Bereich einer Bogenminute bedeutet für die HUD-Auflösung etwa 80 Pixel pro Grad FOV. Die HUD-Größe steigert so die Applikationskomplexität. Sehr große Sichtfelder werden teilweise bereits als »Augmented Reality« (AR) bezeichnet: Dort werden Prozessinformationen direkt angezeigt (im Auto: Abstandswarnung, Navigationsinformation oder Gefahrenmarkierung). Mit zunehmendem FOV steigt auch das Volumen eines HUD-Systems.

Technik der Bildgeber

Eine PGU kann mit drei unterschiedlichen Techniken entworfen werden. Die serienfertige HUD-Technologie kombiniert weiße LED-Hintergrundbeleuchtung mit einem Aktiv-Matrix-Farb-LCD in der PGU. Aktuell kommen dabei 1,2-, 1,8- und 3,1-Zoll-LCDs zum Einsatz. Der Pixelpitch liegt jeweils im Bereich von 85 µm. Die absolute Pixelanzahl in horizontaler Richtung variiert zwischen 168 und 800 Pixel, das maximale horizontale FOV erreicht zwischen 2 Grad und 10 Grad.

Matchmaker+ Anbieter zum Thema

zu Matchmaker+

Allerdings bewirken die Farbfilter der RGB-Subpixel eine Gelbverschiebung zwischen dem Farbort der LED und dem LC-Display, diese sollte auf LED-Ebene kompensiert werden. Qualitativ hochwertige HUDs nutzen daher bevorzugt LEDs mit Farborten im bläulich-weißen Bereich. Die Transmission der LCD-Panels (bei weißem Bild) beträgt ungefähr 5%. Das restliche Licht wird im LC-Display in Wärme umgesetzt. Weitere Wärmequelle ist die Display-LED selbst. HUDs sind derzeit mit den Wärmeeigenschaften der LCD-Panels auf FOV-Leuchtdichten von 12 kCd/m² begrenzt. Die Farbfilter sind auf hohe Lichttransmissionen ausgelegt, was den erzielbaren Farbgamut auf dem HUD entsprechend begrenzt.
Osrams Hochleistungs-LED »Oslon Compact CL« mit 1-mm²-Chip ist für den HUD-Einsatz geeignet: Der Farbort liegt mit cx 0,28/cy 0,25 im leicht bläulichen Weißbereich. Keramikkomponenten im Gehäuse und bei der Konversion bedingen einen geringen Wärmewiderstand (8 K/W) und gute Farbortstabilität bei Temperaturschwankungen. Mit kompaktem Gehäuse eignen sie sich zur Clusterung in geringen Abständen. HUD-Displays benötigen gerichtetes Licht, da nur ein bestimmter Winkelbereich in die Eye-Box trifft. Das LED-Licht muss vor Passieren des LCDs entsprechend kollimiert werden (enge Strahlbündelung). Technische Ansätze und Backlightdesigns hierzu sind Matrixanordnung, Lineare Anordnung, Einzel-LED oder LED-Cluster. LCD-basierte HUDs sind wenig effizient, da nur etwa ein Prozent des LED-Lichts in der Eye-Box ankommt.