CN107924084A - 平视显示器系统 - Google Patents

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CN107924084A
CN107924084A CN201680047620.8A CN201680047620A CN107924084A CN 107924084 A CN107924084 A CN 107924084A CN 201680047620 A CN201680047620 A CN 201680047620A CN 107924084 A CN107924084 A CN 107924084A
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China
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head
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reflective polarizer
combiner screen
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D·J·卡缅加
W·L·托纳尔
D·L·波尔
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Gentex Corp
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Abstract

本发明公开一种车辆的平视显示器系统,包含组合器屏幕,所述组合器屏幕具有:第一基本透明的衬底,其界定第一表面和第二表面;第二基本透明的衬底,其界定第三表面和第四表面。主密封件安置于所述第一和第二衬底之间。所述密封件以及所述第一和第二衬底在其间界定腔。电光材料定位于所述腔内,且反射性偏振器定位于所述第一和第二表面中的一个上。投影仪朝向所述第一衬底的所述第一表面投射具有第一偏振的光。

Description

平视显示器系统
技术领域
本发明大体上涉及一种平视显示器,并且更具体地说,涉及一种具有半透射半反射层的平视显示器。
背景技术
车辆的平视显示器可提供覆叠于透射穿过显示器的环境光上的信息。在一些情况下,显示器表面的反射率可产生不合需要的双重成像。
发明内容
根据本发明的至少一个方面,一种车辆的平视显示器系统包含组合器屏幕,所述组合器屏幕具有:第一基本透明的衬底,其界定第一表面和第二表面;第二基本透明的衬底,其界定第三表面和第四表面。主密封件安置于所述第一和第二衬底之间。所述密封件以及所述第一和第二衬底在其间界定腔。电光材料定位于所述腔内,且反射性偏振器定位于所述第一和第二表面中的一个上。投影仪朝向所述第一衬底的所述第一表面投射具有第一偏振的光。
根据本发明的另一方面,一种用于平视显示器的组合器屏幕包含以间隔开的配置定位的至少两个基本透明的衬底。电光材料定位于所述至少两个基本透明的衬底之间。反射性偏振器定位于所述电光材料和所述衬底中的至少一个之间。组合器屏幕包含导电层。反射性偏振器和导电层定位来电光材料的相对侧上。
根据本发明的另一方面,一种车辆的平视显示器系统包含用于投射第一偏振的光的投影仪以及组合器屏幕。所述组合器屏幕包含界定第一表面和第二表面的基本透明的衬底。所述衬底沿着至少一个轴线弯曲。反射性偏振器定位于基本透明的衬底的第二表面上。组合器屏幕具有对第一偏振的光的大于约40%的反射率。
参考以下说明书、权利要求书和附图,所属领域的技术人员将进一步理解和了解本公开的这些和其它特征、优势和目的。
附图说明
在附图中:
图1A是根据一个实例的平视显示器系统的前正视图;
图1B是根据另一实例的平视显示器系统的前正视图;
图2A是根据一个实例的在图1A的线IIA处取得的组合器屏幕的横截面图;
图2B是根据一个实例的在图1A的线IIB处取得的组合器屏幕的横截面图;
图2C是根据一个实例的在图1A的线IIC处取得的组合器屏幕的横截面图;
图3A描绘根据另一实例的在图1A的线IIIA处取得的组合器屏幕的横截面图;
图3B描绘根据另一实例的在图1A的线IIIB处取得的组合器屏幕的横截面图;
图4A描绘根据一个实例的平视显示器系统的示意图;以及
图4B描绘根据另一实例的平视显示器系统的示意图。
具体实施方式
将在下面的详细描述中阐明本发明的额外特征和优点,且所属领域的技术人员将从说明书中显而易见或者通过实施说明书以及权利要求书和附图中所描述的本发明而认识到这些特征和优点。
如本文所用,术语“和/或”当在两个或更多个项目的列举中使用时,意味着所列举的项目中的任一个都可单独地被采用,或者所列举的项目中的两个或更多个的任何组合可被采用。举例来说,如果组合物被描述为包含组分A、B和/或C,则所述组合物可包含:仅A;仅B;仅C;A和B的组合;A和C的组合;B和C的组合;或A、B和C的组合。
在本文档中,例如“第一”和“第二”、“顶部”和“底部”等的关系术语仅用来将一个实体或动作与另一个实体或动作区别开来,而未必要求或暗示此类实体或动作之间的任何实际的此类关系或顺序。术语“包括”、“包含”或其任何其它变型旨在涵盖非排它的包括,使得包括一系列要素的过程、方法、制品或设备不仅包括这些要素,而且可包括未明确列举的或此类过程、方法、制品或设备固有的其它要素。跟在“包括……”之后的元素并不会以任何约束来妨碍包括所述元素的过程、方法、物件或设备中的额外相同元素的存在。之后的要素并不排除在包括所述要素的过程、方法、制品或装置中另外的相同要素的存在。
关于图1A-2A,元件符号10大体上指定车辆14的平视显示器系统。平视显示器10可包含组合器屏幕18。组合器屏幕18可包含第一基本透明的衬底22,其界定第一表面22A和第二表面22B。第二基本透明的衬底26界定第三表面26A和第四表面26B。主密封件34安置于第一衬底22和第二衬底26之间。密封件34以及第一衬底22和第二衬底26以间隔开的配置定位以在其间界定腔38。电光材料42定位于腔38内。半透射半反射层46定位于第一表面22A上。投影仪50将光朝向第一衬底22的第一表面22A投射。来自投影仪50的光可不偏振或偏振。从投影仪50发出的偏振光可具有水平或竖直偏振角度(例如,第一或第二光偏振)、45°角偏振或其间的变体。
关于图1A和1B,描绘车辆14内的平视显示器系统10。应理解,虽然描绘用于车辆14内,但平视显示器系统10同样可用于航空应用、窗口应用、幻灯片应用、增强现实应用和其它应用中,其中观察者可能希望同时看到信息(例如,车辆相关功能或驾驶员辅助系统,例如警报、警告或车辆诊断设备)和组合器屏幕18后方的状况。作为实例,在图1A和1B中,在组合器屏幕18上使用速度计的图像显示车辆14的速度。平视显示器在多数汽车和航空应用中用以在允许同时性前视的同时将信息呈现给驾驶员或飞行员。在所描绘的车辆14内的实例中,组合器屏幕18可从仪表板62和/或组合罩盖66(图1A)延伸或直接定位于车辆14的挡风玻璃70(图1B)上或集成为所述挡风玻璃的部分。在其中组合器屏幕18从仪表板62和/或组合罩盖66延伸的实例中,组合器屏幕18可为独立部件。此类实例在为组合器屏幕18提供不同于挡风玻璃70的形状(例如,曲率)方面可为有利的。在其中组合器屏幕18位于挡风玻璃70上或内的实例中,组合器屏幕18可与挡风玻璃70共享一个或更多个衬底(例如,第一衬底22或第二衬底26)。此类实例可有利于降低平视显示器系统10和车辆14的复杂性、重量和制造成本。
投影仪50定位成邻近组合器屏幕18并且被配置成将光投射到组合器屏幕18上,如下文更详细地解释,以形成朝向目标观察者(例如,驾驶员或车辆14的乘客)反射的图像。投影仪50可位于邻近组合罩盖66处,或位于车辆14的顶板74中。投影仪50是能够生产不偏振或偏振光的光引擎,包括(但不限于)特定液晶显示器(liquid crystal display,LCD)、激光二极管和有机发光二极管(organic light emitting diode,OLED)。在投影仪50的偏振光实例中,发出的偏振光可具有水平或竖直偏振角度或其间的变体。在一些例子中,可圆偏振来自投影仪50的偏振光。举例来说,可当来自投影仪50的线性偏振光通过1/4波片时达成光的圆偏振。平视显示器系统10的组合器屏幕18被塑形,如下文更详细地解释,使得所得的反射的图像“看起来”在组合器屏幕18前面并且在车辆14前面。实现此特性所需的组合器屏幕18的精确表面轮廓随投影仪50的性质、组合器屏幕18的位置、投影仪50的位置和观察者(例如,信息既定显示给的驾驶员和/或乘客)的位置而变。使图像投射在车辆14前方允许观察者在不必改变观察者的眼睛的焦距的情况下获得所需信息。在位于车辆14内的传统显示器中,观察者的眼睛通常必须重新聚焦到更短观察距离,由此减少观察道路所花费的时间。此外,观察者的眼睛接着还必须向前重新聚焦到道路上,这进一步减少观察道路和前方条件所花费的时间。还应选择组合器屏幕18的形状,以便保留所投射图像的基本特征(即,直线保持笔直,保留图像的高宽比等)。
虽然描绘于车辆14的驾驶员侧,但应理解,平视显示器系统10或其部件(例如,组合器屏幕18和/或投影仪50)可在不脱离本文中所提供的教示的情况下定位于车辆14的乘客侧,或挡风玻璃70的顶部。根据一个实例,组合器屏幕18可位于挡风玻璃70的上部部分上或邻近处。如下文中更详细地解释,组合器屏幕18可在不同透射率大小下操作以影响多种功能。例如,当车辆14前部的环境光级相对高时,组合器屏幕18可在变暗状态下操作以增加从其反射的信息的可见性。在另一个例子中,组合器屏幕18可在变暗状态下操作以充当遮阳板,进而为观察者的眼睛遮蔽入射的阳光。因此,应了解,可独立于显示器功能性来调整组合器屏幕18的透射率大小。也就是说,组合器屏幕18的透射率大小是可调整的,与是否正在显示信息或投影仪50正在发射光无关。在一些例子中,可能需要具有大于一个组合器屏幕18。举例来说,第一组合器屏幕18可定位于驾驶员侧以向驾驶员显示信息(例如,车辆相关信息)并且/或充当遮阳板。第二组合器屏幕18可定位于乘客侧以向乘客显示信息(例如,车辆相关信息和/或媒体,例如电影和游戏)并且/或充当遮阳板。预期可自动和/或手动地控制本文中所描述的组合器屏幕18的各种功能。举例来说,组合器屏幕18可响应于车辆光传感器(例如,邻近挡风玻璃70或在后视镜总成中)感测到的环境光级而变暗。根据各种实例,组合器屏幕18可被配置成在透明状态(即,环境光仍可通过组合器屏幕18)下失效。
现参考图2A,在所描绘的实例中,组合器屏幕18包含第一衬底22和第二衬底26。第一衬底22可由基本透明的材料(例如玻璃,例如碱石灰玻璃)、聚合材料(例如,丙烯酸和/或塑料合金)或其组合组成。第一衬底22可具有小于约2.2mm、2.0mm、1.5mm、1.2mm或小于约1.0mm的厚度。第一衬底22可呈现多种形状,包含正方形、矩形、圆形、长方形以及其组合。第一衬底22可具有约10mm或更大、20mm或更大、50mm或更大、75mm或更大、85mm或更大、100mm或更大、150mm或更大、175mm或更大、200mm或更大、250mm或更大、300mm或更大、或者500mm或更大的长度和/或宽度尺寸。根据各种实例,第一衬底22可具有跨越衬底22的长度或宽度(即,竖直或水平轴线)的曲率。举例来说,第一衬底22可具有小于约2000mm、1500mm、1300mm、1250mm、1200mm、1100mm、1000mm、900mm、800mm、700mm、600mm、500mm、400mm、300mm、200mm或小于约100mm的曲率半径(即,从第一表面22A的曲率的理论中心点测量)。在具体实例中,第一衬底22的第一表面22A可为约500mm。在第一衬底22的球面曲率实例中,第一表面22A在竖直方向和水平方向上的曲率半径可近似相等(例如,约500mm)。在又其它实例中,第一衬底22可为弯曲的以具有“自由形式”形状(例如,沿着水平和/或竖直方向的曲率可变化)。第一衬底22的曲率可使第一衬底22朝向观察者显著地凸出或凹入。应理解,第一衬底22可由多个单独部件“拼接”在一起形成较大第一衬底22。应理解,第一衬底22的拼接实例的单独部件的尺寸、厚度和/或曲率可在单独部件之间相等或变化。
在所描绘的实例中,第一衬底22是电光元件78的部分。电光元件78包含第一衬底22、第二衬底26、主密封件34和电光材料42。第二衬底26可由例如玻璃等基本透明的材料(例如碱石灰玻璃)、聚合材料(例如,丙烯酸)或其组合组成。应理解,第二衬底26可具有与第一衬底22相同或不同的尺寸、厚度和/或曲率半径。此外,应理解,第二衬底26可以与结合第一衬底22描述的方式类似的方式“拼接”在一起。在具体实例中,第二衬底26的厚度可为大约1.6mm。第二衬底26可沿着其长度和宽度具有与第一衬底22的曲率类似的曲率。在具体实例中,第二衬底26可具有大约1250mm的球面曲率半径。第一衬底22和第二衬底26的边缘可为大体上圆形的。圆形边缘的曲率半径可大于约2.5mm。
当层合两个刚性衬底(例如,第一衬底22和第二衬底26)时,重要的是在最终层合体中使应力减到最小。举例来说,如果存在厚度为3mm的两个弯曲玻璃件,那么每一件的曲率不会良好地匹配,保持两个件平行所需的力较高,并且随时间推移,尤其是在汽车和航空应用中通常存在的高温下,层合可能失效。此应力问题的一个解决方案是确保衬底上的曲率非常准确地匹配。在具体实例中,第一衬底22和第二衬底26以及如下文所描述的所有介入层可在高温下一起弯曲或折弯以形成匹配对,使得在第一衬底22和第二衬底26之间存在高曲率匹配。
在描绘的实施例中,导电层86定位于相应的第一衬底22和第二衬底26的第二表面22B和第三表面26A上。导电层86可包含透明导体,例如透明金属氧化物(例如,氧化铟锡、F:SnO2、ZnO、IZO)、碳(石墨烯和/或石墨)和/或导电金属网(例如,纳米线)。在氧化铟锡实例中,导电层86可具有大约12欧姆/平方的薄层电阻。
第一衬底22和第二衬底26可以平行关系定位并且使用主密封件34围绕周边进行密封。密封件34围绕第二表面22B和第三表面26A延伸以将电光材料42限制在第一衬底22和第二衬底26之间。有关形成第一衬底和第二衬底之间的密封的额外信息可发现于标题为“形成光学透明密封的方法以及通过所述方法形成的密封(METHOD OF FORMING OPTICALLYTRANSPARENT SEAL AND SEAL FORMED BY SAID METHOD)”美国专利第5,790,298号中,所述美国专利以全文引用的方式并入本文中。
根据一个实例,电光元件78可为液晶装置,包含液晶媒体(例如,电光材料42),被配置成减少透射穿过组合器屏幕18的光(即,减少光穿过组合器屏幕18的透射率)。在另一实例中,电光元件78可为悬浮颗粒装置。在又另一实例中,电光元件78可为电致变色元件。在此实例中,电光元件78的电光材料42是包含至少一种溶剂、至少一种阳极材料和至少一种阴极材料的电致变色介质。通常,阳极材料和阴极材料两个均为电活性材料且其中至少有一个为电致变色材料。应理解,不论其通常含义如何,术语“电活性”可以表示在暴露于特定电位差之后,氧化状态会发生改变的材料。另外,将理解,不论其通常含义如何,术语“电致变色”可以表示在暴露于特定电位差之后,在一个或更多个波长下的消光系数会发生改变的材料。如本文中所描述,电致变色部件包含颜色或不透明度会受到电流影响的材料,使得当将电流施加到材料时,其颜色或不透明度会从第一相变成第二相。如在以下中所描述,电致变色部件可以是单层单相部件、多层部件或多相部件:标题为“电致变色层以及包括电致变色层的装置(ELECTROCHROMIC LAYER AND DEVICES COMPRISING SAME)”的美国专利第5,928,572号;标题为“电致变色化合物(ELECTROCHROMIC COMPOUNDS)”的美国专利第5,998,617号;标题为“能产生预选颜色的电致变色介质(ELECTROCHROMIC MEDIUM CAPABLEOF PRODUCING A PRE-SELECTED COLOR)”的美国专利第6,020,987号;标题为“电致变色化合物(ELECTROCHROMIC COMPOUNDS)”的美国专利第6,037,471号;标题为“用于产生预选颜色的电致变色介质(ELECTROCHROMIC MEDIA FOR PRODUCING A PRE-SELECTED COLOR)”的美国专利第6,141,137号;标题为“电致变色系统(ELECTROCHROMIC SYSTEM)”的美国专利第6,241,916号;标题为“近红外吸收的电致变色化合物以及包括近红外吸收的电致变色化合物的装置(NEAR INFRARED-ABSORBING ELECTROCHROMIC COMPOUNDS AND DEVICESCOMPRISING SAME),”的美国专利第6,193,912号;标题为“具有光稳定的双阳离子氧化态的偶联的电致变色化合物(COUPLED ELECTROCHROMIC COMPOUNDS WITH PHOTOSTABLEDICATION OXIDATION STATES)”的美国专利第6,249,369号;以及标题为“具有浓度增强的稳定性的电致变色介质、其制备方法以及在电致变色装置中的用途(ELECTROCHROMICMEDIA WITH CONCENTRATION ENHANCED STABILITY,PROCESS FOR THE PREPARATIONTHEREOF AND USE IN ELECTROCHROMIC DEVICES)”的美国专利第6,137,620;标题为“电致变色装置(ELECTROCHROMIC DEVICE)”的美国专利申请公开案第2002/0015214A1号;以及标题为“电致变色聚合物固体膜,使用此固体膜制造电致变色装置,以及制备此固体膜和装置的方法(ELECTROCHROMIC POLYMERIC SOLID FILMS,MANUFACTURING ELECTROCHROMICDEVICES USING SUCH SOLID FILMS,AND PROCESSES FOR MAKING SUCH SOLID FILMS ANDDEVICES)”的国际专利申请案第PCT/US98/05570号;标题为“电致变色聚合物体系(ELECTROCHROMIC POLYMER SYSTEM)”的PCT/EP98/03862;以及标题为“电致变色聚合物固体膜,使用此固体膜制造电致变色装置,以及制备此固体膜和装置的方法(ELECTROCHROMICPOLYMERIC SOLID FILMS,MANUFACTURING ELECTROCHROMIC DEVICES USING SUCH SOLIDFILMS,AND PROCESSES FOR MAKING SUCH SOLID FILMS AND DEVICES)”的PCT/US98/05570,以上各专利以全文引用的方式并入本文中。根据各种实例,电光元件78可被配置成在透明状态下失效,使得即使在失效情况下,组合器屏幕18仍可为可用的。电光元件78的电致变色实例的使用可为有利的,这是因为电致变色材料可具有极宽灰度阶。此外,电致变色材料的灰度阶可为角度独立的,使得所感知到的电光元件78变暗不会因为驾驶员转移其在组合器屏幕18上的视角而发生变化。
现在参考图2A和2B,组合器屏幕18可包含一个或更多个半透射半反射层46。半透射半反射层46是可透射入射光的一部分并且反射入射光的一部分的层。根据各种实例,半透射半反射层46可被配置成反射任何偏振角度的一百分比的光,或可被配置成反射仅特定偏振角度的光。半透射半反射层46被配置成反射来自投影仪50(图1A)的主要图像,同时还准许环境光通过组合器屏幕18。在所描绘的实例中,半透射半反射层46可定位于第一衬底22的第一表面22A上(图2A)和/或第一衬底22的第二表面22B上。应理解,半透射半反射层46可在不脱离本文中所提供的教示的情况下替代地定位于第三表面26A或第四表面26B上。半透射半反射层46和导电层86(例如,第三表面26A上)定位于电光材料42的相对侧上。
根据各种实例,半透射半反射层46可包含一个或更多个反射性偏振器。此类反射性偏振器可包含膜。使用反射性偏振器作为半透射半反射层46可增加平视显示器系统10的效率。举例来说,50%反射性的非偏振敏感性反射器将反射50%的偏振光,同时透射剩余的偏振光。相反地,当反射性偏振器取向成使得其反射轴线平行于投影仪50输出的光的偏振角度时,将反射大约100%的偏振光,将透射大约50%的环境光(例如,归因于环境光的随机偏振角度)。反射性偏振器可包含线栅偏振器或多层塑料膜,例如双亮度增强膜(dualbrightness enhancement film,DBEF)偏振器。
在半透射半反射层46并入有DBEF膜反射性偏振器的实例中,反射性偏振器可直接层合到第一衬底22和/或第二衬底26的弯曲实例。虽然将膜层合到平坦的刚性衬底在所属领域中是已知的,但可发现,反射性偏振器(具体地说,反射性偏振器的DBEF膜实例)层合到弯曲的衬底可产生优良的半透射半反射层46。再有,出人意料地且非预期地发现DBEF膜可以两个维度中的曲率(例如,球面弯曲)成功地层合到衬底。半透射半反射层46的DBEF膜实例可以在竖直和/或水平方向上具有大于或等于约500mm、600mm、700mm、800mm、900mm、1000mm、1100mm、1200mm、1230mm、1300mm、1400mm或约1500mm的半径的曲率层合到衬底(例如,第一衬底22和/或第二衬底26)。DBEF膜的层合实例可具有大于约5%、10%、20%、30%、40%、45%、49%、50%或大于约51%的环境光反射率。DBEF膜的层合实例可具有大于约5%、10%、20%、30%、40%、45%、49%、50%或大于约51%的环境光透射率。此外,DBEF膜的层合实例对于具有大体上等于反射性偏振器的反射性偏振角度的偏振角度的光可具有大于约30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、91%、95%、或99%的反射率。根据具体实例,DBEF膜定位和层合于两个具有500mm的球面半径和175mm×85mm的大小的碱石灰玻璃件之间。层合实例的反射率是大约51%,且透射率是大约46%。当用交叉的吸收型线偏振器进行测量时,透射率下降到约1.5%。与平坦玻璃衬底类似的构造产生相同的结果,表明对于此构造,不会因为层合到折弯衬底而改变反射性偏振器性质。
现参考图2B,描绘平视显示器10的组合器屏幕18的替代实例。在所描绘的实例中,半透射半反射层46定位于第一衬底26的第二表面22B上的电光元件78内。在此实例中,半透射半反射层46可包含线栅偏振器。应理解,半透射半反射层46在不脱离本文中所提供的教示的情况下也可应用于第三表面26A。在所描绘的实例中,半透射半反射层46充当导电层86中的一个以提供电力到电光元件78的电光材料42。换句话说,半透射半反射层的线栅偏振器实例与电光材料42电连接。
在所描绘的配置中(即,电光元件78内)使用线栅偏振器作为半透射半反射层46可提供数个优点。如果线栅是导电的,那么其可用作电光装置78的导电层86中的一个,使得线栅偏振器将同时充当半透射半反射层46和电极。半透射半反射层46的此实例可与其它涂层组合以改进导电率,从而更好地充当电极。线栅偏振器/导电层86可与投影仪50的偏振角度对准,以使主要图像的反射达到最大。
现在参考图2A和2B,关于组合器屏幕18并入有电光元件78的实例,投射到组合器屏幕18上的图像的亮度应足以使得在任何条件下都能看到所述图像。这在车辆14外部的灯光明亮时尤其具有挑战性。来自组合器屏幕18的反射光与组合器屏幕18后方的灯光之间的对比度在明亮的晴天可能较低。更亮更强烈的光源(例如,投影仪50)改进对比度,增加组合器屏幕18的反射图像的亮度,但可能不是最经济的解决方案,并且亮度足以在非常明亮的白天条件下提供合理对比度的反射图像在其它条件下可能太亮。虽然可使用控制来处理亮度变化,但是特定于组合器屏幕18的背景在车辆14移动时不断变化且部分取决于驾驶员的眼睛的位置。因此,如上文所描述,电光元件78可被配置成降低组合器屏幕18的透射率,增加反射图像相对于组合器屏幕18的背景的对比度。
如上文所解释,取决于应用,可能需要不暗状态下的较高或较低透射率、用于最佳对比率的不同反射率值和/或更广动态范围的透射率大小。投影仪50的能力和其光输出能力以及挡风玻璃70(图1A)的透光率大小进一步复杂化组合器屏幕18的反射率和透射率初始性质和范围性质。挡风玻璃70对组合器屏幕18的对比率和可见性具有直接影响。存在影响挡风玻璃70的透射率大小的多个因素。挡风玻璃70的最小透光率是基于出售车辆14所在地区的规章,但较高透射率大小可能基于装备和销售车辆14的方式呈现。此因素范围需要可以适用于不同车辆和环境条件的解决方案。因此,可以控制电光元件78以基于来自控制电路的输入而改变穿过组合器屏幕18的光透射的量。举例来说,在白天条件下,组合器屏幕18可变暗以改进对比率并且允许改进来自组合器屏幕18的反射图像的可见性。
电光元件78可具有大约25%的明亮状态反射率以及大约24%的透射率。电光元件78可具有大约10.5%的低端透射率和约15%的低端反射率。或者,在其它实例中,高端透射率可大于约45%或甚至约60%。也可更改所述装置的特性使得低端透射率小于约7.5%或甚至小于约5%。在一些实例中,可达成低至约2.5%或更小的透射率大小。如上文所解释,可以通过使用具有低吸收率的涂层和材料来增加高端透射率。可以通过包含具有较高吸收率的材料来获得较低的低端透射率。如果需要宽动态范围,那么低吸收率材料可以与在活化状态下实现较高吸收率的电光材料42和单元间距组合使用。所属领域的技术人员将认识到,存在可选择用于实现特定装置特性的涂层和电光材料42、单元间距和涂层导电水平的多种组合。
现参考图2C,在所描绘的实例中,组合器屏幕18包含第三衬底30。第三衬底30可界定第五表面30A和第六表面30B。第三衬底30可由基本透明的材料(例如玻璃,例如碱石灰玻璃)、聚合材料(例如,丙烯酸)或其组合组成。第三衬底30可具有小于约2.2mm、2.0mm、1.5mm、1.2mm、1.0mm、0.8mm、0.6mm或小于约0.5mm的厚度。第三衬底30可呈现多种形状,包含正方形、矩形、圆形、长方形以及其组合。第三衬底30可具有约10mm或更大、20mm或更大、50mm或更大、75mm或更大、85mm或更大、100mm或更大、150mm或更大、175mm或更大、200mm或更大、250mm或更大、300mm或更大、或者500mm或更大的长度和/或宽度尺寸。根据各种实例,第三衬底30可具有跨越衬底30的长度或宽度(即,竖直或水平轴线)的曲率。举例来说,第三衬底30可具有小于约1300mm、1200mm、1100mm、1000mm、900mm、800mm、700mm、600mm、500mm、400mm、300mm、200mm或小于约100mm的曲率半径(即,从第五表面30A的曲率的理论中心点测量)。在具体实例中,第三衬底30的第五表面30A可为约500mm。在第三衬底30的球面曲率实例中,第五表面30A在竖直方向和水平方向上的曲率半径可近似相等(例如,约500mm)。在又其它实例中,第三衬底30可弯曲为具有所谓的“自由形式”形状(例如,沿着水平和/或竖直方向的曲率可变化)。第三衬底30的曲率可使第三衬底30朝向观察者显著地凸出或凹入。应理解,第三衬底30可由多个单独部件“拼接”在一起形成较大第三衬底30。应理解,第三衬底30的拼接实例的单独组件的尺寸、厚度和/或曲率可在单独组件之间相等或变化。
在具体实例中,第一衬底22和第三衬底30以及所有介入层(例如,半透射半反射层46)可在高温下一起弯曲或折弯以形成匹配对,使得在第一衬底22和第三衬底30之间存在高曲率匹配。减少应力的另一方法是使衬底中的一个(例如,第三衬底30)变薄。即使曲率不良好地匹配,较薄衬底仍可具有显著地减小的强度。因此,可减小总应力。由于衬底的强度与厚度的立方有关,所以降低厚度会对强度产生较大影响,并且因此对衬底和任何介入层的应力产生较大影响。此外,如下文中更详细地解释,薄第三衬底30可出于反射率原因而为有利的。在所描绘的实例中,组合器屏幕18包含相对于观察者定位在第三衬底30后方的半透射半反射层46。在此实例中,可能有利的是使用第三衬底30的薄实例。当投影仪50(图1A)与半透射半反射层46对准时,大体上存在两个反射。第一反射是从半透射半反射层46的一次反射。二次反射是从第三衬底30的第五表面30A的反射。除非添加抗反射涂层,否则从第五表面30A的反射针对第三衬底30的玻璃实例刚超过4%。对于最佳反射图像,可有利的是在一次反射和二次反射的位置之间具有尽可能小的偏移,而与反射图像的强度无关。较薄第三衬底30减小两个图像之间的偏移。如果将抗反射涂层添加到第三衬底30的第五表面30A,那么从第五表面30A的反射可小于约0.5%,或小于约0.3%,或小于约0.2%。使用第三衬底30可为有利的,这是因为其可提供对半透射半反射层46的保护(例如,免受可存在于汽车环境中的刮擦、污垢、水、灰尘等)。此外,使用第三衬底30的薄实例和半透射半反射层46在第六表面30B和第一表面22A之间的位置可允许减少或抵消组合器屏幕18内的抗反射层。
现在参考图3A和3B,描绘不包含电光元件78的组合器屏幕18的实例。参考图3A,组合器屏幕18可以由单个衬底(例如,第一衬底22)形成。在所描绘的实例中,半透射半反射层46定位于第一衬底22的第一表面22A上。在所描绘的实例中,第一衬底22如结合组合器屏幕18的实例所描述地弯曲,所述组合器屏幕结合图2A和2B进行公开。在半透射半反射层46暴露于环境(即,不被衬底覆盖或保护)时,任选的保护层可安置于半透射半反射层46上方以保护其免于暴露环境。其中组合器屏幕18包含第一衬底22的第一表面22A上的半透射半反射层46的此类实例可为有利的,这是因为这可消除可归因于衬底存在于半透射半反射层46和观察者之间造成的任何双重反射。应理解,在实践中,从第一表面22A的反射与从半透射半反射层46的反射相比可不产生任何显著双重图像(例如,从第一表面22A的反射可为约4%或更小)。由于第一表面22A和第二表面22B可大体上平行,所以两个图像的偏移通常较小,且因此从第一表面的4%反射可不产生令人不快的双重图像。较薄第一衬底22(例如,类似于第三衬底30)可减少图像之间的偏移。第一衬底22的厚度小于1.6mm可为优选的。
现参考图3B,半透射半反射层46描绘为定位于第一衬底22和第二衬底26之间。在此实例中,组合器屏幕18可包含一个或更多个隐藏结构以隐藏半透射半反射层46的边缘。此外,组合器屏幕18可包含定位于第一表面22A到第四表面26B上的一个或更多个抗反射涂层。
现在参考图4A和4B,描绘处于操作中的平视显示器10的实例,并且示出为具有(图4B)和不具有(图4A)偏振观察窗格104(例如,偏振太阳镜)。为了使主要图像从组合器屏幕18的半透射半反射层46的反射达到最大,需要使投影仪50的偏振角度与半透射半反射层46的反射性偏振角度对准。虽然可使用任何偏振角度,但对于选择偏振角度存在一些考虑因素。在一种情况下(图4A),半透射半反射层46的透射偏振角度可接近竖直,且在投影仪50发出具有水平角度偏振的光时,反射性偏振角度将在水平角度下大致对准。此配置可为有利的,这是因为可在反射来自投影仪50的几乎所有的光的同时,防止眩光(例如,从表面反射的水平偏振光)透射穿过组合器屏幕18。举例来说,来自投影仪50的大于50%、60%、70%、80%、90%或大于99%的偏振光可朝向观察者反射。在另一情况下(图4B),投影仪50的偏振角度可接近竖直,且组合器屏幕18的半透射半反射层46的反射性偏振角度也可接近竖直。在此情况下,即使在佩戴偏振太阳镜(例如,偏振观察窗格104或其它偏振观察滤波器)时也可容易地看见从投影仪50反射的主要图像,这是因为太阳镜的透射偏振角度也是竖直的。在此实例中,组合器屏幕18可能看起来几乎不透明,这是由于太阳镜将阻挡透射穿过半透射半反射层46的水平偏振光;观察者仍能够观察到主要图像。应理解,在其中投影仪发出水平偏振光的实例中,使用偏振观察窗格104可消除观察者可得的反射图像,但组合器屏幕18看起来仍是透明的。在又一情况下,从投影仪50发出的光和半透射半反射层46的反射性偏振角度可取向为45度。此实例可允许佩戴太阳镜的观察者观察到来自投影仪50的光中的一些以及透射穿过组合器屏幕18的光中的一些。可为有利的另一配置是使用来自投影仪50的圆偏振光以及半透射半反射层46的反射性圆形偏振器实例。在此配置中,投影仪50将发出第一圆偏振的光,且半透射半反射层46将反射第一圆偏振的光并且透射第二圆偏振的光。由于太阳镜(例如,偏振观察窗格104)通常是线性偏振的,所以第一圆偏振的一些光和第二圆偏振的一些光将透射穿过偏振太阳镜到达观察者。在此配置中,观察者可看到所投射图像和环境背景图像两个,而与佩戴偏振太阳镜的头部取向无关。
使用本发明可提供数个优点。第一,使用半透射半反射层46的反射性偏振器实例允许组合器屏幕18的效率增加。由于反射性偏振器同时反射一个偏振的光并且透射另一偏振的光,所以这能够在减少穿过组合器屏幕18的光透射的同时通过反射来自投影仪50的高百分比的光来增加组合器屏幕18的对比度。第三,以上公开内容允许形成光和用于平视显示器的具成本效益的组合器屏幕18。由于本文中所提供的实例并不总是需要电光元件78,所以组合器屏幕18可与半透射半反射层46一样简单地形成于弯曲的衬底(例如,第一衬底22或第二衬底26)上。第四,本文中所提供的平视显示器10的实例仍可在使用偏振太阳镜和偏振观察窗格104的情况下起作用。第五,组合器屏幕18可用以减少观察者经历的眩光,同时还充当遮光罩。第六,在使用反射性偏振器作为半透射半反射层46的实例中,可能不存在来自投影仪50的光从反射性偏振器后方(例如,相对于投影仪50)的表面的显著反射,这是因为几乎没有显示光通过。此实例可为有利的,这是因为其将允许减少或消除除了投影仪50和反射性偏振器之间的抗反射涂层的表面上的抗反射涂层。第七,使用电光元件78的电致变色实例可允许电光元件78的明亮(或透明状态)的失效模式使得即使当电光元件78失效时,环境光仍可通过组合器屏幕18(即,仍可使用组合器屏幕18)。此外,使用电光元件78的电致变色实例可允许组合器屏幕18的角度独立灰度阶。如此,组合器屏幕18的观察视角的偏移可能不会影响所感知的组合器屏幕18的环境光衰减水平或图像对比度。
所属领域的技术人员以及制作或使用本发明的技术人员可以对本公开做出修改。因此,应理解,在附图中示出且在上文描述的实施例仅用作说明的目的,且并不旨在限制本发明的范围,本发明的范围由根据包含等同原则的专利法来解释的所附权利要求书界定。
所属领域的技术人员应理解,所描述的公开内容和其它部件的构造不限于任何特定材料。除非在本文中另外描述,否则本文中所公开的本公开的其它示范性实施例可由各种材料形成。
出于本公开的目的,术语“联接”(以其所有形式)通常意味着两个部件(电气的或机械的)彼此直接或间接接合。此接合可以是在本质上静止或在本质上可移动的。此接合可以使用两个部件(电气的或机械的)以及与两个部件一体地形成为单个整体的任何额外的中间构件实现。除非另外说明,否则此接合可以是本质上永久性的,或者可以是本质上可移除的或可释放的。
另外值得注意的是,示范性实施例中所示的本公开的元件的构造和布置仅是说明性的。虽然在本公开中仅详细地描述了本发明的少数实施例,但审阅本公开的所属领域的技术人员将容易了解,在不实质上脱离所述主题的新颖教示和优势的情况下,许多修改是可能的(例如,各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料的使用、色彩、定向等的变体)。举例来说,一体地形成的元件可由多个零件构成,或展示为多个零件的元件可一体地形成,可颠倒或以其它方式改变接口的操作,可改变结构的长度或宽度和/或系统的构件或连接器或其它元件,可改变提供于元件之间的调整位置的性质或数目。应注意,系统的元件和/或部件可以由提供足够强度或耐久性的多种材料中的任何一种构成,且可以是各种色彩、纹理和组合中的任何一个。因此,所有此类修改希望包含在本发明的范围内。可在不脱离本发明的精神的情况下在所要和其它示范性实施例的设计、操作条件和布置方面进行其它取代、修改、改变和省略。
应理解,任何所描述的过程或在所描述过程内的步骤可与其它所公开过程或步骤组合以形成在本公开的范围内的结构。本文中所公开的示范性结构和过程用于说明性目的,而不应理解为限制性的。
还应理解,在不脱离本公开的概念的情况下,可以对上述结构和方法做出变化和修改,且另外应理解,此类概念希望由所附权利要求书涵盖,除非这些权利要求的措辞明确说明并非如此。此外,所附权利要求书并入到具体实施方式中并且构成具体实施方式的部分。

Claims (20)

1.一种车辆的平视显示器系统,包括:
组合器屏幕,包括:
第一基本透明的衬底,其界定第一表面和第二表面;
第二基本透明的衬底,其界定第三表面和第四表面;
主密封件,其安置于所述第一和第二衬底之间,其中所述密封件以及所述第一和第二衬底在其间界定腔;
电光材料,其定位于所述腔内;以及
反射性偏振器,其定位于所述第一和第二表面中的一个上;以及
投影仪,其用于使具有第一偏振的光朝向所述第一衬底的所述第一表面投射。
2.根据权利要求1所述的平视显示器系统,其中所述反射性偏振器包括线栅偏振器并且定位于所述第一衬底的所述第二表面上。
3.根据权利要求书1和2中任一项所述的平视显示器系统,其中所述反射性偏振器电连接到所述电光材料。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的平视显示器系统,其中所述反射性偏振器被配置成允许透射第二偏振光并且反射所述具有第一偏振的光。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的平视显示器系统,其中所述反射性偏振器包括双亮度增强膜。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的平视显示器系统,其中所述第一衬底具有球面曲率。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的平视显示器系统,另外包括:
第三衬底,其定位于所述第一衬底与所述投影仪之间,其中所述反射性偏振器定位于所述第一衬底的所述第一表面上。
8.根据权利要求1到7中任一项所述的平视显示器系统,其中所述组合器屏幕具有对来自所述投影仪的所述光的大于约50%的反射率。
9.一种用于平视显示器的组合器屏幕,包括:
至少两个基本透明的衬底,其以间隔开的配置定位;
电光材料,其定位于所述至少两个基本透明的衬底之间;
反射性偏振器,其定位于所述电光材料和所述衬底中的至少一个之间;以及
导电层,其中所述反射性偏振器和所述导电层定位于所述电光材料的相对侧上。
10.根据权利要求9所述的组合器屏幕,其中所述反射性偏振器是导电性的。
11.根据权利要求9和10中任一项所述的组合器屏幕,其中所述反射性偏振器是线栅偏振器。
12.根据权利要求9到11中任一项所述的组合器屏幕,其中所述至少两个基本透明的衬底包括三个基本透明的衬底。
13.根据权利要求9到12中任一项所述的组合器屏幕,其中所述反射性偏振器被配置成反射竖直偏振光。
14.一种车辆的平视显示器系统,包括:
投影仪,其用于投射第一偏振的光;以及
组合器屏幕,包括:
第一基本透明的衬底,其界定第一表面和第二表面,其中所述衬底沿着至少一个轴线弯曲;以及
反射性偏振器,其定位于所述基本透明的衬底的所述第二表面上,其中所述组合器屏幕具有对第一偏振的光的大于约40%的反射率。
15.根据权利要求14所述的平视显示器系统,另外包括:
电光元件,其定位于所述反射性偏振器的与所述基本透明的衬底相对的侧上。
16.根据权利要求14和15中的任一项所述的平视显示器系统,其中所述衬底沿着至少两个轴线弯曲。
17.根据权利要求14到16中任一项所述的平视显示器系统,其中所述衬底具有小于或等于约1250mm的球面曲率的半径。
18.根据权利要求14到17中任一项所述的平视显示器系统,其中所述衬底具有小于或等于约750mm的球面曲率的半径。
19.根据权利要求14到18中任一项所述的平视显示器系统,其中所述反射性偏振器包括双亮度增强膜。
20.根据权利要求14到19中任一项所述的平视显示器系统,另外包括:
电光材料,其与所述反射性偏振器电连接。
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Application publication date: 20180417

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