CN107045203A - 一种抬头显示系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及抬头显示技术领域，特别是涉及镀膜的抬头显示系统，具体是一种膜面反射颜色美观的抬头显示系统。该抬头显示系统包括投影光源和夹层玻璃，所述投影光源能够产生P偏振光，在所述夹层玻璃的内玻璃板最远离热塑性膜片的表面上沉积透明纳米膜，所述P偏振光能够入射到所述透明纳米膜上，所述透明纳米膜包括从内玻璃板向外依次沉积的中折射率层、高折射率层、低折射率层和最外层。本发明能够使50～68°入射角时无重影，甚至在高入射角例如大于70°、甚至大于73°时也均无重影，并且整体结构和工艺简单、成本低廉，同时其外观美观尤其是镀膜面的反射色美观甚至全角度反射色美观，呈现淡蓝色或中性色。

Description

一种抬头显示系统
技术领域：
本发明涉及抬头显示技术领域，特别是涉及镀膜的抬头显示系统，具体是一种膜面反射颜色美观的抬头显示系统。
背景技术：
随着科学技术的发展，抬头显示(HUD，Head Up Display)系统被越来越多地在汽车上使用。汽车上的抬头显示系统能够将重要的行车信息，例如速度、发动机转数、油耗、胎压、导航以及外接智能设备的信息实时地显示在前挡风玻璃上驾驶员的视野中，这样使得驾驶员不必低头，就可以看到行车信息，从而避免分散对前方道路的注意力；同时使得驾驶员不必在观察远方的道路和近处的仪表之间调节眼睛，可以避免眼睛的疲劳，能够极大地增强行车安全和改进驾驶体验。
目前抬头显示技术的实现主要通过发光成像和投影成像两种方式，其中投影成像利用汽车前挡风玻璃本身或者额外设置的光学元件进行投影显示，而采用前挡风玻璃来反射投影图像是结构最简单的方式。一般的前挡风玻璃均为夹层玻璃，其是由至少两片具有一定曲率的玻璃基板中间夹设热塑性聚合物膜片(如聚乙烯醇缩丁醛即PVB)构成，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，特别是在夹层玻璃的厚度较厚(一般超过3mm)的情况下会更加明显，这极大地限制了投影显示图像的清晰度。
为解决汽车前挡风玻璃上抬头显示系统的重影问题，现有技术中可以通过采用楔形的聚合物膜片作为夹层玻璃的中间层、在夹层玻璃的表面或中间设置能够改变偏振光方向的光学功能层或能够反射P偏振光或S偏振光的反射偏振镜或者在玻璃基板的表面增设镀膜，例如P偏振光增反射膜，目前的镀膜均难以通过工艺调节达到理想的反射色，尤其是入射角为55～70°的时候；如图1所示，在实际应用时，这些镀膜的膜面100在反射时容易在反射图像101的周边出现偏红色的阴影区域102，使得反射色不够美观清晰。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中抬头显示系统的反射色不够美观清晰、甚至会出现偏红的阴影区域等缺点，提供一种抬头显示系统。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种抬头显示系统，包括投影光源和夹层玻璃，所述投影光源能够产生P偏振光，所述夹层玻璃包括外玻璃板、内玻璃板以及夹在外玻璃板和内玻璃板之间的热塑性膜片，在内玻璃板最远离热塑性膜片的表面上沉积透明纳米膜，所述P偏振光能够入射到所述透明纳米膜上，所述透明纳米膜对所述P偏振光的反射率大于或等于6％；其特征在于：所述透明纳米膜包括从内玻璃板向外依次沉积的中折射率层、高折射率层、低折射率层和最外层；
所述中折射率层的折射率为1.8～2.2，其物理厚度为20～70nm；
所述高折射率层的折射率大于或等于2.4，其物理厚度为40～90nm；
所述低折射率层的折射率小于或等于1.6，其物理厚度为90～140nm；
所述最外层的折射率大于或等于1.8，其物理厚度为2～15nm。
进一步地，所述中折射率层的材料选自Zn、Sn、Ti、Nb、Zr、Ni、In、Al、Ce、W、Mo、Sb、Bi元素的氧化物及其混合物，或Si、Al、Zr、Y、Ce、La元素的氮化物、氮氧化物及其混合物中的至少一种。
进一步地，所述高折射率层的材料选自Ti的氧化物、氮氧化物，或Cu的氧化物以及混合物中的至少一种。
进一步地，所述低折射率层的材料选自Si的氧化物、氮氧化物、碳氧化物及其混合物的一种。
优选地，所述低折射率层的材料还掺杂有Al、Zn、Sn、Ti、Nb、Zr、Ni、In、Al、Ce、W、Mo、Sb、Bi、Si、Al、Zr、Y、Ce、La中的至少一种。
进一步地，所述最外层的材料选自Zn、Sn、Ti、Nb、Zr、Ni、In、Al、Ce、W、Mo、Sb、Bi元素的氧化物及其混合物，或Si、Al、Zr、Y、Ce、La元素的氮化物、氮氧化物及其混合物中的至少一种。
进一步地，所述夹层玻璃和透明纳米膜的反射色的a值小于或等于2，其b值小于或等于2。
进一步地，所述透明纳米膜对垂直入射时的可见光的反射率小于或等于16％。
进一步地，所述中折射率层选用折射率为1.9～2.2的Ti的氧化物或1.8～2.0的Si的氮氧化物。
进一步地，所述外玻璃板为吸热玻璃。
本发明由于采取了上述技术方案，其具有如下有益效果：
本发明所述的抬头显示系统，通过合理的膜层折射率和物理厚度设计，能够使50～68°入射角时无重影，甚至在高入射角例如大于70°、甚至大于73°时也均无重影，并且整体结构和工艺简单、成本低廉，同时其外观美观尤其是镀膜面的反射色美观甚至全角度反射色美观，呈现淡蓝色或中性色。
附图说明：
图1为现有技术的抬头显示系统的膜面反射示意图；
图2为本发明所述的抬头显示系统的结构示意图；
图3为本发明所述的透明纳米膜的膜层结构示意图；
图4为本发明所述的抬头显示系统的膜面反射示意图。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明的内容作进一步说明。
如图2所示，本发明所述的抬头显示系统，包括投影光源1和夹层玻璃2，所述投影光源1能够产生P偏振光11，所述夹层玻璃2包括外玻璃板21、内玻璃板22以及夹在外玻璃板21和内玻璃板22之间的热塑性膜片23，在内玻璃板22最远离热塑性膜片23的表面上沉积透明纳米膜3，所述P偏振光11能够入射到所述透明纳米膜3上，所述透明纳米膜3对所述P偏振光11的反射率大于或等于6％；这样；利用透明纳米膜3对P偏振光11的反射率较高的特性，使得人眼12在目视观察夹层玻璃2上的反射成像时仅仅观察到透明纳米膜3的反射像，从而消除目视重影现象；更优选所述透明纳米膜3对P偏振光11的反射率大于或等于8％。同时，将所述透明纳米膜3直接沉积在内玻璃板22的内表面上，可以无需改变原有的夹层安全玻璃结构，使整体结构和工艺简单，成本低廉；在本发明中，优选所述P偏振光11的入射角θ为50～73度。
为了获得外观美观的抬头显示系统，如图3所示，本发明设置透明纳米膜3包括从内玻璃板22向外依次沉积的中折射率层31、高折射率层32、低折射率层33和最外层34；
其中，所述中折射率层31的折射率为1.8～2.2，其物理厚度为20～70nm；其材料选自Zn、Sn、Ti、Nb、Zr、Ni、In、Al、Ce、W、Mo、Sb、Bi元素的氧化物及其混合物，或Si、Al、Zr、Y、Ce、La元素的氮化物、氮氧化物及其混合物中的至少一种。可选地，本发明所述的中折射率层31含有子层，即包括一个以上中折射率子层，如SiN/ZnSnOx，ZnSnOx/SiN。
其中，所述高折射率层32的折射率大于或等于2.4，其物理厚度为40～90nm；其材料选自Ti的氧化物、氮氧化物，或Cu的氧化物以及混合物中的至少一种。在本发明中更优选所述高折射率层32的折射率大于或等于2.45，尤其大于或等于2.50。可选地，本发明所述的高折射率层可含有子层，即包括一个以上高折射率子层，如可由不同高折射率材料TiOx构成，如TiOx(折射率为2.40)/TiOx(折射率为2.55)。
其中，所述低折射率层33的折射率小于或等于1.6，其物理厚度为90～140nm；其材料选自Si的氧化物、氮氧化物、碳氧化物及其混合物的一种。优选所述低折射率层33的材料还掺杂有Al、Zn、Sn、Ti、Nb、Zr、Ni、In、Al、Ce、W、Mo、Sb、Bi、Si、Al、Zr、Y、Ce、La中的至少一种。可选地，本发明所述的低折射率层含有子层，可包括一个以上的低折射率层，如SiOxNy/SiO2。
其中，所述最外层34的折射率大于或等于1.8，其物理厚度为2～15nm；优选其物理厚度为2～10nm；所述最外层的材料选自Zn、Sn、Ti、Nb、Zr、Ni、In、Al、Ce、W、Mo、Sb、Bi元素的氧化物及其混合物，或Si、Al、Zr、Y、Ce、La元素的氮化物、氮氧化物及其混合物中的至少一种。择优选用TiO2、SiN、ZnSnOx等。
针对中折射率层31和高折射率层32以及最外层34可能选用的Ti的氧化物，根据制备工艺条件，其折射率可在1.9～2.6之间变化；具体地，中折射率层31选用的是折射率为1.9～2.2的Ti的氧化物，高折射率层32选用的是折射率为2.4～2.6的Ti的氧化物，而最外层34选用的是折射率大于或等于1.8的Ti的氧化物，也就是说1.9～2.6的Ti的氧化物都满足最外层34的要求。
针对中折射率层31和低折射率层33以及最外层34可能选用的Si的氮氧化物，根据制备工艺条件，其折射率可在1.5～2.0之间变化；具体地，中折射率层31选用的是折射率为1.8～2.0的Si的氮氧化物，低折射率层33选用的是折射率为1.5～1.6的Si的氮氧化物，而最外层34选用的是1.8～2.0的Si的氮氧化物。
在本发明中，所述抬头显示系统的外观美观，包括玻璃面反射色美观、透明纳米膜3的膜面反射色美观以及由内玻璃板22和透明纳米膜3反射造成的反射色也美观，由内玻璃板22和透明纳米膜3反射造成的反射色被称之为第一膜面反射色。
准备一块沉积有本发明所述的透明纳米膜的夹层玻璃，所述夹层玻璃与空气接触的两个表面中，一个镀有透明纳米膜，即为膜面；另一个没有镀膜的表面，即为玻璃面；对所述夹层玻璃进行膜面反射色测试、玻璃面反射色测试和第一膜面反射色测试，具体方法如下：
膜面反射色测试：用光度计(如Cary7000)测试膜面的不同入射角的反射光谱，并计算膜面反射色；
玻璃面反射色测试：用光度计(如Cary7000)测试玻璃面的不同入射角的反射光谱，并计算玻璃面反射色；
第一膜面反射色测试：对夹层玻璃的玻璃面进行喷砂或磨砂处理，然后进行涂覆黑色油墨或喷涂黑色油墨处理，进而对油墨进行固化处理，最后进行变角度反射光谱测试，并计算第一膜面反射色。
本发明所述的外观美观，能够实现50～73度美观，乃至全角度(0～90°)美观，这就要求所述夹层玻璃和透明纳米膜的反射色的a值小于或等于2，其b值小于或等于2，更优选其a值小于或等于0，其b值小于或等于0。并且，进一步地，所述透明纳米膜对垂直入射时的可见光的反射率小于或等于16％，优选小于或等于15％。
在本发明中，所述外玻璃板21优选为吸热玻璃，例如solargreen玻璃(SG玻璃)。同时，所述热塑性膜片23可以具有隔音/吸音/阻音、UV阻挡、防火、防弹、楔形、隔热等额外功能中的至少一种，典型的有隔音PVB膜片。
为了更详细地说明和更具说服力地支撑本发明的技术方案，现列举一些实施例进行详细阐述。
实施例1～2和对比例1
以福耀集团生产的厚度为2.1毫米的钠钙硅酸盐浮法玻璃为基片，经过切割、磨边、洗涤和烘干等工序后，进入磁控溅射镀膜线进行镀膜沉积，根据以下膜层的设置在白玻基片上依次沉积：
实施例1：白玻(2.1mm)/PVB(0.76mm)/SG(2.1mm)
膜系：白玻/SiN(44.5nm)/TiOx(n＝2.55，54.6nm)/SiO2(115.3nm)/TiOx(n＝2.40，2.0nm)
实施例2：白玻(2.1mm)/PVB(0.76mm)/SG(2.1mm)
膜系：白玻/SiN(40.9nm)/TiOx(n＝2.55，58.5m)/SiO2(113.9nm)/SiN(4.0nm)
对比例1：白玻(2.1mm)/PVB(0.76mm)/SG(2.1mm)
膜系：白玻/SiN(51.0nm)/TiOx(n＝2.38，41.0nm)/SiO2(117.0nm)/TiOx(n＝2.40，2.0nm)
其中，膜层厚度为经过600℃以上高温热处理后的厚度；TiOx的折射率n是经过600℃以上高温热处理后的折射率。
膜层沉积结束后，以福耀集团生产的厚度为2.1毫米的SG玻璃为配片，按照汽车玻璃高温成型工艺成型，再中间夹上一片0.76毫米厚度PVB胶片，然后在高压釜中高压合片，还经过其他处理例如附件安装后制成包括透明纳米膜的夹层玻璃。
实施例1～2和对比例1的抬头显示系统中的投影光源为LED背光的TFT-LCD投影机，能够产生P偏振光，其中还包含多个反射镜，调节投影机位置和出射光的角度入射方向使观察者能够观察到的显示图像达到最清晰。
实施例1～2和对比例1构成的抬头显示系统中将投影光源产生的P偏振光以50°、60°、66°、70°、73°为入射，其他设置参数和显示图像质量、外观美观情况均在表1中示出。
表1：实施例1～2和对比例1构成的抬头显示系统及其显示图像质量
由表1中可知：实施例1～2构成的抬头显示系统能够消除重影现象，即使P偏振光的入射角达到73°，也能够清晰显示图像，并且外观美观；尤其是第一膜面美观，明显优于对比例1；特别地，实施例1不但能够50-73°美观，而且还可做到全角度美观。

Claims (10)

1.一种抬头显示系统，包括投影光源和夹层玻璃，所述投影光源能够产生P偏振光，所述夹层玻璃包括外玻璃板、内玻璃板以及夹在外玻璃板和内玻璃板之间的热塑性膜片，在内玻璃板最远离热塑性膜片的表面上沉积透明纳米膜，所述P偏振光能够入射到所述透明纳米膜上，所述透明纳米膜对所述P偏振光的反射率大于或等于6％；其特征在于：所述透明纳米膜包括从内玻璃板向外依次沉积的中折射率层、高折射率层、低折射率层和最外层；
所述中折射率层的折射率为1.8～2.2，其物理厚度为20～70nm；
所述高折射率层的折射率大于或等于2.4，其物理厚度为40～90nm；
所述低折射率层的折射率小于或等于1.6，其物理厚度为90～140nm；
所述最外层的折射率大于或等于1.8，其物理厚度为2～15nm。
2.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于：所述中折射率层的材料选自Zn、Sn、Ti、Nb、Zr、Ni、In、Al、Ce、W、Mo、Sb、Bi元素的氧化物及其混合物，或Si、Al、Zr、Y、Ce、La元素的氮化物、氮氧化物及其混合物中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于：所述高折射率层的材料选自Ti的氧化物、氮氧化物，或Cu的氧化物以及混合物中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于：所述低折射率层的材料选自Si的氧化物、氮氧化物、碳氧化物及其混合物的一种。
5.根据权利要求4所述的抬头显示系统，其特征在于：所述低折射率层的材料还掺杂有Al、Zn、Sn、Ti、Nb、Zr、Ni、In、Al、Ce、W、Mo、Sb、Bi、Si、Al、Zr、Y、Ce、La中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于：所述最外层的材料选自Zn、Sn、Ti、Nb、Zr、Ni、In、Al、Ce、W、Mo、Sb、Bi元素的氧化物及其混合物，或Si、Al、Zr、Y、Ce、La元素的氮化物、氮氧化物及其混合物中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于：所述夹层玻璃和透明纳米膜的反射色的a值小于或等于2，其b值小于或等于2。
8.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于：所述透明纳米膜对垂直入射时的可见光的反射率小于或等于16％。
9.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于：所述中折射率层选用折射率为1.9～2.2的Ti的氧化物或1.8～2.0的Si的氮氧化物。
10.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于：所述外玻璃板为吸热玻璃。
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