CN111458869A - 一种反射式透明显示装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反射式透明显示装置，属于光学显示技术领域，该装置包括主机本体和反射盖板，所述主机本体出射的光线到达反射盖板后经由反射盖板反射至人眼，所述主机本体包括像源装置，该像源装置用于出射光线，像源装置用于出射的光线到达反射盖板后经由反射盖板反射至人眼，反射盖板包括透明基材和设在透明基材表面上的偏振透反膜，该装置光效高，功耗低，可以实现驾驶员非常清晰地观察虚像显示信息，同时不妨碍查看外界环境。

Description

一种反射式透明显示装置及其应用

技术领域

本发明属于光学显示技术领域，具体是涉及一种反射式透明显示装置及其应用。

背景技术

HUD抬头显示器，可以帮助人们不需要低头查看仪表盘，只需通过平视HUD抬头显示器就可以查看到自己需要的各类驾驶信息，降低低头查看仪表盘的概率，避免注意力中断以及丧失对状态意识的掌握，因为HUD的方便性以及能够提高飞行、驾驶等安全，现已经被很多行业应用。

HUD抬头显示器在使用过程中，可以向驾驶员展示很多类型信息，这些信息通过HUD抬头显示器的光学成像系统所成的像显示出来，例如各类仪表盘上信息，速度、胎压、油耗等信息，人们不需要低头查看仪表盘只需平视HUD就可以查看到自己需要的各类驾驶信息，虽然非常方便但存在另一个问题，就是HUD抬头显示器不仅要向驾驶员眼睛投射来自像源的光线，还要投射来自外界的环境光线。因此，如何确保像源的光线和外界环境光线都能绝大多数到达驾驶员眼睛中，使人眼不仅可以清晰看到像源的像，还能清晰看到外界环境，具有重要的研究意义。

中国专利申请CN20172135845X，公开了一种抬头显示装置，其包括HUD照明系统和光学成像系统，其中HUD照明系统中包括准直均匀元件和强度分布调整元件，准直均匀元件和强度分布调整元件沿光源方向依次设置，准直均匀元件用于将光源光束调整为近准直均匀光束，强度分布调整元件用于折射、反射及将入射光束进行散射，该抬头显示装置通过采用该种HUD照明系统，从而实现调整光源光束，最终使得光源光束集中在人眼盒区域内，从而提高光效，同时降低系统功耗。但是该种方法仅通过在HUD照明系统中设置准直均匀元件和强度分布调整元件，来实现调整光源光束，实验结果证明光源光束最终并不能全部或绝大多数集中在眼盒中，虽然从一定程度上提高了像的亮度，降低了系统功耗，但是光效还是较差；而且对于同时存在的外界环境光，即不能高效地透过到人眼，又与来自光学成像系统所成的像之间形成互扰，使得人眼既不能看清楚来自学成像系统所成的像，又不能看清外界环境，影响驾驶安全，还不能体现抬头显示装置的使用功能。

中国专利申请CN2018106309248，公开了一种可配合偏光墨镜使用并消除重影的HUD，该HUD包括光源模组和反射模组，光源模组出射P偏振光，反射模组包括能够反射P偏振光、透射S偏振光的汽车风挡玻璃，采用包括玻璃内表面、P光反射层和玻璃外表面该三层结构的汽车风挡玻璃，可以反射P光透射S光，驾驶员佩戴偏光墨镜的时候P光不会被过滤，还能使得P光反射层对P光的反射率控制在5％到20％之间，以保证汽车挡风玻璃的透光性大于70％，该专利具有以下缺陷：缺陷一：P光反射层设在玻璃内表面和玻璃外表面之间，且该HUD装置为WHUD装置，在汽车厂家制作挡风玻璃时，加大了制作挡风玻璃工艺难度；缺陷二：反射模组对于光源模组发出的P偏振光的反射率极低，只能控制在5％到20％之间，对于驾驶员来说HUD中显示图像信息并不清晰，而且光效差，功耗较大。

因此，需要提出一种新型的抬头显示装置。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中HUD抬头显示装置光效差、功耗高的问题，本发明提供一种反射式透明显示装置，该装置光效高，功耗低。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种反射式透明显示装置，包括主机本体和反射盖板，所述主机本体出射的光线到达反射盖板后经由反射盖板反射至人眼，所述主机本体包括像源装置，该像源装置用于出射光线，像源装置用于出射的光线到达反射盖板后经由反射盖板反射至人眼，该装置光效高，功耗低，可以实现驾驶员非常清晰地观察显示信息，以及同时不妨碍查看外界环境。

进一步地，所述像源装置包括背光系统和LCD，所述背光系统出射光源光线到达LCD后，所述LCD再出射光线到达反射盖板，经由反射盖板反射至人眼。

进一步地，所述反射盖板包括透明基材，采用透明基材，可以防止反射盖板在不透明或透过率较差的情况下，不影响驾驶员查看外界环境光。

进一步地，所述背光系统出射偏振光，所述反射盖板反射偏振光，在反射盖板为透明基材时，反射盖板也可以反射偏振光，例如当背光系统出射S偏振光时，反射盖板可以反射该S偏振光，最终形成虚像至人眼。

进一步地，所述反射盖板包括偏振透反膜，该偏振透反膜设在透明基材内表面上，所述背光系统出射偏振光，所述偏振透反膜反射偏振光，例如当背光系统出射S偏振光时，偏振透反膜可以反射该S偏振光，最终形成虚像至人眼；当背光系统出射P偏振光时，偏振透反膜可以反射该P偏振光，最终形成虚像至人眼；当背光系统出射圆偏振光、椭圆偏振光或线偏振光时，偏振透反膜可以对应反射该圆偏振光、椭圆偏振光或线偏振光，最终形成虚像至人眼。

进一步地，所述背光系统出射S偏振光，所述偏振透反膜采用反S偏振光透P偏振光的偏振透反膜，所述反S偏振光透P偏振光的偏振透反膜采用氧化物薄膜或高分子薄膜制作而成，采用氧化物薄膜制作而成的反S偏振光透P偏振光采用若干层膜镀膜的方式得到，该反S偏振光透P偏振光的偏振透反膜能够高反射像源装置出射光线，可以实现驾驶员较清晰地观察显示信息，以及同时不妨碍查看外界环境。

进一步地，所述背光系统出射P偏振光，所述偏振透反膜采用反P偏振光透S偏振光的偏振透反膜，该反P偏振光透S偏振光的偏振透反膜采用高分子薄膜制作而成，该高分子薄膜采用相邻膜层之间呈现高低折射率变化的膜层堆叠而成，该反P偏振光透S偏振光的偏振透反膜能够使得像源装置出射光线的反射率高达100％，且同时保证外界环境光透射率达到50％以上，真正实现了HUD抬头显示装置高反高透，驾驶员可以非常清晰地观察虚像显示信息，以及同时不妨碍查看外界环境。

进一步地，所述反射盖板还包括增透膜，该增透膜设在透明基材外表面上，在透明基材内表面上设有偏振透反膜，背光系统出射偏振光，偏振透反膜反射偏振光，形成虚像至人眼，设在透明基材外表面上的增透膜可以增加外部环境光的透射率，使得驾驶员即可以清楚看到虚像，又可以清楚看到外部环境。

本发明提出的反射式透明显示装置在汽车中的应用，采用如上任意技术方案所述的反射式透明显示装置，该反射式透明显示装置位于车控台上，例如可以放置于正对驾驶员的位置。

进一步地，反射式透明显示装置在汽车中的应用中，所述反射式透明显示装置与汽车之间通过OBD接口连接。反射式透明显示装置形成的虚像不仅可以向驾驶员展示相关驾车信息，还可提供额外的功能，如打电话、导航等。

有益效果：本发明与现有技术比较，具有的优点是：

1、本发明的反射式透明显示装置，该装置光效高，功耗低，可以实现驾驶员较清晰地观察显示信息，以及同时不妨碍查看外界环境；

2、本发明的反射式透明显示装置，采用高分子薄膜制作而成的反S偏振光透P偏振光的偏振透反膜，对来自像源装置的S偏振光的反射率可达100％，对来自外界环境光的P偏振光的透过率可达50％以上，光效高，功耗低；

2、本发明的反射式透明显示装置，采用高分子薄膜制作而成的反P偏振光透S偏振光的偏振透反膜，对来自像源装置的P偏振光的反射率可达100％，对来自外界环境光的S偏振光的透过率可达50％以上，光效高，功耗低，真正实现了HUD抬头显示装置高反高透，驾驶员可以非常清晰地观察显示信息，以及同时不妨碍查看外界环境；

3、本发明的反射式透明显示装置，在同等功耗的情况下，能够使得像源装置光线反射率达100％，且同时保证外界环境光透射率达到50％以上，不仅实现了HUD抬头显示装置高反高透，而且降低了达到相同效果的使用功耗，适用性强；

4、本发明的反射式透明显示装置，背光系统出射P偏振光，偏振透反膜采用反P偏振光透S偏振光的偏振透反膜，当驾驶员在佩戴墨镜的情况下，依然可以清晰地看到图像；

5、本发明的反射式透明显示装置，背光系统出射P偏振光，偏振透反膜采用反P偏振光透S偏振光的偏振透反膜，该反P偏振光透S偏振光的偏振透反膜采用高分子薄膜制作而成，高分子薄膜本身加工方便，且很容易贴合在透明基材表面上，加工工艺简单方便；

6、本发明的反射式透明显示装置，背光系统出射P偏振光，并入射到透明基材表面上设有的反P偏振光透S偏振光的偏振透反膜上，通过反P偏振光透S偏振光的偏振透反膜对P偏振光的反射至人眼形成虚像，传统P偏振光从空气介质到达玻璃介质经过反射存在布鲁斯特角的缺陷，而本发明P偏振光从空气介质到达偏振透反膜材质上，反射过程中不存在布鲁斯特角带来的缺陷，说明本发明反射式透明显示装置的优越性；

7、本发明的反射式透明显示装置在汽车中的应用，将反射式透明显示装置置于车控台上，反射式透明显示装置与汽车之间通过OBD接口连接，反射式透明显示装置形成的虚像不仅可以向驾驶员展示相关驾车信息，还可提供额外的功能，如打电话、导航等。

附图说明

图1是本发明反射式透明显示装置结构示意图。

图2是本发明主机本体结构示意图。

图3是本发明反射盖板结构示意图。

图4是本发明中采用反S偏振光透P偏振光的偏振透反膜时光学成像系统示意图。

图5是本发明中采用反P偏振光透S偏振光的偏振透反膜时光学成像系统示意图。

标号说明：1、主机本体；100、背光系统；101、LCD；2、反射盖板；200、透明基材；201、偏振透反膜；202、增透膜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作更进一步的说明。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

需要说明的是，为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施方式来对本发明的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本发明的方案。但是很明显，本发明的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本发明的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据……”是指“至少根据……，但不限于仅根据……”。“第一”、“第二”等仅用于对特征的指代，而并不意图对该特征进行任何限制、例如顺序上的限制。由于汉语的语言习惯，下文中没有特别指出一个成分的数量时，意味着该成分可以是一个也可以是多个，或可理解为至少一个。

实施例一：

本实施例的一种反射式透明显示装置，参照图1，包括主机本体1和反射盖板2，主机本体1出射的光线到达反射盖板2后经由反射盖板2反射至人眼，主机本体1反射盖板2之间可连接或可分离，主机本体1反射盖板2之间可固定连接或活动连接，主机本体1和反射盖板2之间可通过电动转轴活动连接，在通过电动转轴活动连接时可使用步进电机控制电动转轴从而使得主机本体1相对反射盖板2转动，此时主机本体1和反射盖板2之间形成一定角度；

其中主机本体1包括外壳和像源装置，该外壳可采用铝合金外壳或其他材料外壳，该像源装置用于出射光线，像源装置出射的光线到达反射盖板2后经由反射盖板2反射至人眼，形成虚像。

实施例二：

本实施例的一种反射式透明显示装置，基于实施例一，参照图1、图2和图3，其中像源装置包括背光系统100和LCD101，但不仅限于此结构，该背光系统100用于出射光源光线，该光源光线到达LCD101后，LCD101出射像源光线到达反射盖板2，经由反射盖板2反射至人眼形成虚像。

其中反射盖板2包括透明基材200，该透明基材200可用于反射来自像源装置的出射光线，也可用于透射来自外界的环境光，透明基材200反射来自像源装置的出射光线后在人眼前形成虚像，同时人眼可观看外界环境。

实施例三：

本实施例的一种反射式透明显示装置，基于实施例二，参照图1、图2和图3，其中反射盖板2包括偏振透反膜201，该偏振透反膜201设在透明基材200内表面上，在具体应用时，偏振透反膜201设在透明基材200内表面上，即面向驾驶员的一侧面上。此时，背光系统100出射偏振光，反射盖板2反射偏振光，例如：当背光系统100出射S偏振光时，设在透明基材200内表面上的偏振透反膜201反射S偏振光，从而在人眼前形成虚像；当背光系统100出射P偏振光时，设在透明基材200内表面上的偏振透反膜201反射P偏振光，从而在人眼前形成虚像；当背光系统100出射圆偏振光、椭圆偏振光或线偏振光时，设在透明基材200内表面上的偏振透反膜201对应反射圆偏振光、椭圆偏振光或线偏振光，从而在人眼前形成虚像。

实施例四：

本实施例的一种反射式透明显示装置，基于实施例三，参照图1、图2和图3，其中背光系统100出射S偏振光，偏振透反膜201采用反S偏振光透P偏振光的偏振透反膜，该反S偏振光透P偏振光的偏振透反膜采用氧化物薄膜或高分子薄膜制作而成，当背光系统100出射S偏振光时，参照图4，像源装置出射的S偏振光线以一定角度α入射到设于透明基材200内表面上(即透明基材面向驾驶员的一侧面上)的反S偏振光透P偏振光的偏振透反膜上，设于透明基材200内表面上(即透明基材面向驾驶员的一侧面上)的反S偏振光透P偏振光的偏振透反膜反射该S偏振光，至人眼形成虚像，外界环境光的P偏振光通过反S偏振光透P偏振光的偏振透反膜到达人眼，采用高分子材料制作的反S偏振光透P偏振光的偏振透反膜对S偏振光的反射率较高，对P偏振光的透射率较高。

在本发明实施例中，α的角度范围即背光系统100出射的S偏振光入射到反S偏振光透P偏振光的偏振透反膜上的角度范围优选为10度～80度。

在本发明实施例中，采用氧化物薄膜制作而成的反S偏振光透P偏振光的偏振透反膜，可以由至少两种具有不同折射率的膜层堆叠而成，膜层的成分选自五氧化二但、二氧化钛、氧化镁、氧化锌、氧化锆、二氧化硅、氟化镁、氮化硅、氮氧化硅、氟化铝中的一种或多种，加工时堆叠的膜层层数较多。通过该反S偏振光透P偏振光的偏振透反膜，可以实现对S偏振光的高反，反射率较高，且对外界环境光的透射率较高，外界环境光的P偏振光透过该反S偏振光透P偏振光的偏振透反膜，实现人眼不仅可以观察到虚像中显示的信息，还可以较为清楚地看到外界环境。

实施例五：

本实施例的一种反射式透明显示装置，基于实施例三，参照图1、图2和图3，其中背光系统100出射P偏振光，偏振透反膜201采用反P偏振光透S偏振光的偏振透反膜，该反P偏振光透S偏振光的偏振透反膜采用高分子薄膜制作而成，当背光系统100出射P偏振光时，参照图5，像源装置出射的P偏振光线以一定角度α入射到设于透明基材200内表面上(即透明基材面向驾驶员的一侧面上)的反P偏振光透S偏振光的偏振透反膜上，设于透明基材200内表面上(即透明基材面向驾驶员的一侧面上)的反P偏振光透S偏振光的偏振透反膜反射该P偏振光，至人眼形成虚像。通过该反P偏振光透S偏振光的偏振透反膜，可以实现对P偏振光的高反，反射率极高，且对外界环境光的透射率较高，外界环境光的S偏振光透过反P偏振光透S偏振光的透反膜，实现人眼不仅可以清晰观察到虚像中显示的信息，还可以较为清楚地看到外界环境.

在本发明实施例中，α的角度范围即背光系统100出射的P偏振光入射到反P偏振光透S偏振光的偏振透反膜上的角度范围优选为10度～80度。

实施例六：

本实施例的一种反射式透明显示装置，基于实施例五，反P偏振光透S偏振光的偏振透反膜采用高分子薄膜制作而成，该高分子薄膜采用相邻膜层之间呈现高低折射率变化的膜层堆叠而成。通过高分子薄膜制作而成的反P偏振光透S偏振光的偏振透反膜，可以实现对P偏振光的高反，反射率极高，外界环境光的S偏振光透过反P偏振光透S偏振光的透反膜，对外界环境光的透射率较高，实现人眼不仅可以清晰观察到虚像中显示的信息，还可以较为清楚地看到外界环境。

在本发明实施例中，α的角度范围即背光系统100出射的P偏振光入射到反P偏振光透S偏振光的偏振透反膜上的角度范围优选为30度～70度。

上述反P偏振光透S偏振光的偏振透反膜能够对P偏振光的反射率高达100％，且保证外界环境光的S偏振光的透射率达到50％以上，真正实现了HUD抬头显示装置高反高透，驾驶员可以非常清晰地观察虚像显示信息，以及同时清晰查看外界环境。

实施例七：

本实施例的一种反射式透明显示装置，基于实施例六，参照图1、图2和图3，像源装置还包括准直膜102，该准直膜102设于背光系统100和LCD101之间，该准直膜102用于调整来自背光系统100的光束，将来自背光系统100的光束调整为近准直光束，之后LCD出射光线到达反射盖板2，通过准直膜102调整来自背光系统100的光束为近准直光束，可以将像源装置出射的光线集中到人眼盒区域内，进一步提高了光效，降低了功耗。

实施例八：

本实施例的一种反射式透明显示装置在汽车中的应用，该反射式透明显示装置采用上述实施例七所述的反射式透明显示装置，该反射式透明显示装置位于车控台上，例如设于车控台上正对着驾驶员的位置，再将反射式透明显示装置与汽车之间通过OBD接口连接，实现反射式透明显示装置在汽车中的应用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种反射式透明显示装置，其特征在于，包括主机本体(1)和反射盖板(2)，所述主机本体(1)出射的光线到达反射盖板(2)后经由反射盖板(2)反射至人眼，所述主机本体(1)包括像源装置，该像源装置用于出射光线。

2.根据权利要求1所述的反射式透明显示装置，其特征在于，所述像源装置包括背光系统(100)和LCD(101)，所述背光系统(100)出射光线到达LCD(101)后，所述LCD(101)出射光线到达反射盖板(2)。

3.根据权利要求2所述的反射式透明显示装置，其特征在于，所述反射盖板(2)包括透明基材(200)。

4.根据权利要求3所述的反射式透明显示装置，其特征在于，所述背光系统(100)出射偏振光，所述反射盖板(2)反射偏振光。

5.根据权利要求4所述的反射式透明显示装置，其特征在于，所述反射盖板(2)包括偏振透反膜(201)，该偏振透反膜(201)设在透明基材(200)内表面上。

6.根据权利要求5所述的反射式透明显示装置，其特征在于，所述背光系统(100)出射S偏振光，所述偏振透反膜(201)采用反S偏振光透P偏振光的偏振透反膜。

7.根据权利要求6所述的反射式透明显示装置，其特征在于，所述反S偏振光透P偏振光的偏振透反膜采用氧化物薄膜或高分子薄膜制作而成。

8.根据权利要求5所述的反射式透明显示装置，其特征在于，所述背光系统(100)出射P偏振光，所述偏振透反膜(201)采用反P偏振光透S偏振光的偏振透反膜。

9.根据权利要求8所述的反射式透明显示装置，其特征在于，所述反P偏振光透S偏振光的偏振透反膜采用高分子薄膜制作而成。

10.根据权利要求4、5、7、9中任意一项所述的反射式透明显示装置，其特征在于，所述反射盖板(2)包括增透膜(202)，该增透膜(202)设在透明基材(200)外表面上。

11.根据权利要求4所述的反射式透明显示装置，其特征在于，所述像源装置包括准直膜(102)，该准直膜(102)设于背光系统(100)和LCD(101)之间。

12.一种如上述权利要求1至11任意一项所述的反射式透明显示装置在汽车中的应用，其特征在于，该反射式透明显示装置位于车控台上。

13.根据权利要求12所述的反射式透明显示装置在汽车中的应用，其特征在于，所述反射式透明显示装置与汽车之间通过OBD接口连接。

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