2020年11月09日 | 要用汽车玻璃看电影，人类需要跨越哪些技术鸿沟

就在我们习惯将液晶大屏标记为智能驾驶舱的关键元素时，潮流又领先了我们一步——或许“无屏幕”的形式才是未来智能座舱该有的样子。

当然了，为了满足我们海量的信息获取需求，“无屏幕”并不是真正的没有屏幕，而是把屏幕变透明，让你感觉不到它的存在。

汽车玻璃目前看来是最佳的载体，因为像HUD，AR+HUD，智能车窗等显示技术都可以围绕着车窗玻璃打做文章。

比如跑来凑热闹的苹果，脑洞大开发明了一项把显示屏嵌入前风挡内的专利。

难道苹果又要引领一波科技创新？

作为一名汽车工程师，我深知专利和产品之间的鸿沟，所以不得不问一句，显示屏和前风挡真能完美结合在一起，为我们带来全新使用体验吗？

显示屏变透明不新鲜，与“光”打交道却很难

要将显示屏嵌入前风挡，第一个步骤就是让显示屏变透明。

将显示屏变透明并不是一件新鲜事儿，尤其是近几年随着透明OLED屏幕技术突破，各种透明电子产品也随之映入眼帘，比如小米透明电视就很赞。

▲早在十年前爱立信就推出了全球首款透明屏幕的手机，LG也发布了透明可操作的键盘屏幕

但目前的透明显示屏，更多的是炫技耍酷，实际的使用体验并不理想。

小米电视很赞吧，但实物看起来还是有一层灰暗觉，而且画面效果还比不上普通的液晶电视。

之所以会这样，是因为OLED显示屏的透明率和分辨率会互相制约。

小米透明电视为了获得大约40%左右的透光率，不得不牺牲分辨率（降低到1080P），想要竞争4K、8K分辨率的显示屏就没招了。

▲透明OLED屏幕与普通OLED屏幕的区别是增加了透明区域，透明区域的存在就是让光可以穿透，达到屏幕透明的效果，但是透明区域越多，成像区域也就越小，屏幕的像素自然而然就降低了

虽然我们可以通过进一步降低分辨率来增加透光率，但根据法规要求，汽车的挡风玻璃透光率可是不允许小于70%，分辨率就不够看了。

除此之外，在风挡夹层中嵌入一层透明OLED面板，势必会导致玻璃的内部表面凹凸不平，以及局部光学不均匀，最终产生光学畸变，极易产生视觉疲劳。

▲光畸变是评价光线通过前风挡后的变形扭曲程度，测试时需要在投影仪前放置直径一个8mm的光阑，测量投影到屏幕上圆的直径变化，然后计算光畸变极限值

我们以前有一种“减速玻璃”的说法。

原因之一就是因为有的车玻璃质量比较差，看到的景物有光学畸变，给运动的物体叠加了一种由于变形而产生的恍惚，容易使驾驶员产生视觉疲劳。

这里稍微插一句，提醒大家，如果要给挡风玻璃贴膜，我们说的透光率和光学畸变一定要多加关注。

比如下图这种，就有明确透光率的表现。

▲现在挡风玻璃贴膜市场还是比较成熟的，大家也不用太担心。但给挡风玻璃增加一层透明OLED面板，那就是一门全新的学问了，大家不要把二者划等号

我们接着说回“做显示屏风挡夹心饼干”的课题。

做显示屏风挡夹心饼干可不简单

往好的一面想，OLED面板不需要背光源，结构可以做的非常轻薄，而且还可以任意弯曲，能与挡风玻璃的型面相匹配，是非常适合的夹心材料。

不过将显示屏嵌入前风挡内并不像做夹层饼干“2+1”那么简单。

一来，前风挡玻璃本身就是“2+1”的夹层结构，PVB膜在中间将内外两层玻璃牢固的粘结在一起。

所以 OLED面板别无选择只能嵌入到PVB中，其实就是“2+1+1”结构更准确。

▲汽车挡风玻璃为什么破损后没有脱落，其实就是因为中间有夹层结构

不过目前汽车夹层的PVB膜厚度小于1mm，因此OLED面板的厚度要非常薄，才能融入到现在的前风挡结构中去。

在夹层玻璃生产工艺中一道重要的“高压”工序，直接关系到夹层玻璃的强度。

在高压过程中，前风挡玻璃需要放置到像高压锅一样的高压釜内。

而高压釜内的温度有140℃左右，压力高达13bar，相当于13个大气压。

这对OLED面板的耐高温高压性将会造成非常严酷的考验。

▲合片将两块玻璃夹在一起，中间放上PVB膜，PVB的含水量对夹层玻璃的性能有影响。高压是用较大均匀的压力和适合的温度，彻底排出夹层中的气体，使玻璃和PVB膜完全粘合牢固

总之，做嵌入式的“无屏幕”风挡，我认为难度还非常大。

虽然在今年的CES展上，宝马推出的自动驾驶概念车宝马 i Interaction Ease，配备了一款AR挡风玻璃。

但这款产品的概念性实在太强，我们这代人恐怕得等到晚年才能享受到完全沉浸式体验。

“投影版”风挡显示屏-HUD

大家也不要灰心，虽然嵌入结构的风挡显示技术困难重重，但“无屏幕”模式也可以采用投影的方式，比如HUD。

HUD虽然是靠反射光线形成的画面，却能给人一种前风挡本身就是显示屏的错觉。

虽然成本比较高，一般只装配在高端车型上比如BBA，但这些年不少自主品牌的走量车型也有配备的，好歹是我们能触碰得到的产品。

▲通过镜面反射成像，可以将液晶仪表盘投影到风挡前方，需要低头实时看到车速、导航等信息

HUD本质上也相当于一部投影仪，投影设备的内部光源就是投影仪的大灯，而前风挡玻璃则是幕布，只不过前风挡是透明的。

不过提醒大家，普通的前风挡玻璃由于上下的厚度一样，反射回来的影像会出现偏移，因此会降低HUD显示的使用效果，无法直接作为HUD设备的投影界面。

这也是为什么后装HUD总会出现投影画面模糊重影的原因。

▲抬头显示系统的投影光源发出的光经过夹层玻璃与空气接触的两个表面时会发生反射，两个表面上的反射影像会产生偏移从而形成两个相互干扰的重影

想要解决投影画面重影的问题，前风挡玻璃需要满足特殊的光学结构。

具体来说，前风挡玻璃需要由原来的厚度均匀的结构变化成上薄下厚的结构，玻璃原片是浮法工艺成型因此厚度会均匀一致。

▲只能采用上薄下厚的楔形的PVB膜替代普通的厚度均匀的PVB膜来达到夹层特殊光学的结构，改善HUD投影的重影问题。这就是高端车挡风玻璃贵的秘密之一

为了让重影控制在人眼无法识别的程度，HUD风挡对投影区域的型面要求非常的高，型面偏差只允许+/-0.5mm以内。

同时，还需要高亮度、高对比度的投影光源相互配合才能得到比较完美的成效效果。

当然，依照惯例，我们还得说不足，有待提高之处。

最让人吐槽的部分，恐怕是目前的HUD功能相对简单，一般只能显示车速，转速、和导航等行车数据信息，智能化的程度还不太完善，只有信息输出，没有输入，无法与设备进行交互。

虽然保时捷在2018年的时候，就与WayRay展开合作，大秀HUD导航技术，但几年过去了，现在也没能完成量产落地，足见技术难点还是不少。

▲HUD动态展示

最后两句

如果你想要做一个汽车潮人，必然得知道什么是智能化座舱。

今天就是希望帮助大家，从一个每天都会触碰到的物件切入，去感受智能化座舱背后隐藏的诸多难点。

好的产品终究会到来，思路是对的，但前路并不好走。

比如M-Byte的共享全面屏甚至做到了夸张的48英寸，后来大家也都知道了，这家迟迟未能量产，直至破产倒闭。

所以，更何况将“透明OLED面板植入前风挡玻璃”？

短时来说，HUD这种“投影版”的风挡显示屏，不仅能满足风挡显示的需求，而且工艺更加成熟成本更低，也许会更早一步普及大众。

不过作为汽车工程师，我还是时儿会做梦。

人类如此追求的极简化设计，或许最终会把内嵌式的智能风档显示屏难题克服，这事谁说得准呢。