CN116300190A - 一种液晶屏、抬头显示器和载具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液晶屏、抬头显示器和载具，其中液晶屏包括：背光模组、沿背光模组出光方向依次设置的第一偏光片、玻璃基板、液晶、滤光片、分光元件和第二偏光片；其中，分光元件沿背光模组出光方向依次设置有基底和分光结构，基底与玻璃基板对盒形成液晶盒；滤光片设置有阵列排列的多个像素单元，像素单元包括第一子像素、第二子像素和第三子像素，沿第一方向，第一子像素、第二子像素和第三子像素依次循环排列；分光结构包括沿第一方向设置的多个透光部，透光部在滤光片上的垂直投影覆盖滤光片上的沿第一方向排列的多个子像素，透光部用于出射出传播方向不同第一光束和第二光束。可以避免在眼盒区域分区较多形成的串扰。

Description

一种液晶屏、抬头显示器和载具
技术领域
本发明涉及抬头显示器技术领域，尤其涉及一种液晶屏、抬头显示器和载具。
背景技术
抬头显示器(HeadUpDisplay)，简称HUD，是运用在汽车上的驾驶辅助仪器，是一种由电子组件、显示组件、控制器等组成的综合电子显示设备。它能将车速、导航信息、告警等信息，以图像、字符的形式，通过光学部件投射到驾驶员前方。
当前的抬头显示器，在显示图像时，用户的左眼和右眼看到的图像之间容易产生串扰，即用户左右眼在眼盒区域内移动时，用户的左眼看到想要给右眼观看的图像，或者右眼看到想要给左眼观看的图像的情况，这样导致用户体验下降。相关技术中通常通过利用摄像头实时追踪用户的眼睛位置，以获取用户的双眼随着用户的头部或身体的移动而发生的位移，并通过相应的图像切换策略切换眼盒区域内的成像情况，以避免串扰的发生。
但其存在的问题是，这种方案需要增加额外的摄像头来追踪用户眼睛位置，增加了整个系统的硬件成本。并且要制定较为复杂的图像切换策略，无疑增加了软件开发成本。
发明内容
本发明提供了一种液晶屏、抬头显示器和载具，以解决相关技术中在眼盒区域内的成像发生串扰的问题。
为解决上述问题，本发明第一方面实施例提出了一种抬头显示器用的液晶屏，包括：
背光模组、沿背光模组出光方向依次设置的第一偏光片、玻璃基板、液晶、滤光片、分光元件和第二偏光片；
其中，所述分光元件沿所述背光模组出光方向依次设置有基底和分光结构，所述基底与所述玻璃基板对盒形成液晶盒；
所述滤光片设置有阵列排列的多个像素单元，所述像素单元包括第一子像素、第二子像素和第三子像素，沿第一方向，所述第一子像素、所述第二子像素和所述第三子像素依次循环排列；
所述分光结构包括沿第一方向设置的多个透光部，所述透光部在所述滤光片上的垂直投影覆盖所述滤光片上的沿第一方向排列的多个子像素，所述透光部用于出射出传播方向不同第一光束和第二光束。
可选地，所述分光元件为柱镜光栅。
可选地，所述透光部在所述滤光片上的垂直投影覆盖所述滤光片上的沿第一方向排列的4-5个子像素。
可选地，所述分光结构还包括多个遮光部，所述遮光部与所述透光部相间排列。
可选地，所述分光元件为狭缝光栅。
可选地，沿所述背光模组的出光方向，所述液晶层的上表面至所述第二偏光片之间的间距小于或等于0.2mm。
为解决上述问题，本发明第二方面实施例提出了一种抬头显示器，包括本发明任一实施例所述的抬头显示器用的液晶屏，还包括：反射组件；
所述反射组件用于反射所述液晶屏出射的第一光束和第二光束至所述挡风玻璃，所述挡风玻璃的再次反射所述第一光束和所述第二光束入射至驾驶员的眼盒区域，其中，所述眼盒区域包括第一区域和第二区域，所述第一光束用于所述第一区域的成像，所述第二光束用于所述第二区域的成像。
可选地，所述反射组件包括第二反射镜。
可选地，所述反射组件包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜用于反射所述液晶屏出射的第一光束和第二光束至所述第二反射镜，所述第二反射镜再次反射所述第一光束和所述第二光束入射至所述挡风玻璃。
可选地，所述第一反射镜为平面反射镜或曲面反射镜，所述第二反射镜为曲面反射镜。
为解决上述问题，本发明第三方面实施例提出了一种载具，包括本发明任一实施例所述的抬头显示器。
根据本发明实施例提出的液晶屏、抬头显示器和载具，其中液晶屏包括：背光模组、沿背光模组出光方向依次设置的第一偏光片、玻璃基板、液晶、滤光片、分光元件和第二偏光片；其中，分光元件沿背光模组出光方向依次设置有基底和分光结构，基底与玻璃基板对盒形成液晶盒；滤光片设置有阵列排列的多个像素单元，像素单元包括第一子像素、第二子像素和第三子像素，沿第一方向，第一子像素、第二子像素和第三子像素依次循环排列；分光结构包括沿第一方向设置的多个透光部，透光部在滤光片上的垂直投影覆盖滤光片上的沿第一方向排列的多个子像素，透光部用于透射出出射方向不同第一光束和第二光束。由于基底与玻璃基板对盒形成液晶盒，并且基底上设置了分光结构，这样，整体减小了液晶屏作为3D裸眼显示器显示图像时的厚度，使得分光元件离背光模组更近，由于分光元件的发光角度固定，进而，分光元件离背光模组越近时，一个子像素出射的光覆盖所述分光元件的分光部越少，进而对应的观察成像的眼盒区域分区也越少，从而避免了在眼盒区域分区较多形成的串扰。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是相关技术提出的抬头显示器的裸眼3D原理示意图；
图2是相关技术提出的抬头显示器的眼盒示意图；
图3是本发明实施例提出的抬头显示器用的液晶屏的结构图；
图4是本发明实施例提出的抬头显示器用的液晶屏的滤光片的俯视结构图；
图5是本发明一个实施例提出的抬头显示器用的液晶屏的结构图；
图6是相关技术提出的抬头显示器用的液晶屏的结构图；
图7是本发明实施例提出的抬头显示器用的液晶屏的柱镜光栅结构图；
图8是本发明另一个实施例提出的抬头显示器用的液晶屏的结构图；
图9是本发明实施例提出的抬头显示器的结构示意图；
图10是本发明一个实施例提出的抬头显示器的场景图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
裸眼3D显示技术，就是让用户不借助任何外部设备如3D眼镜，凭肉眼将平面二维图片或视频看出三维立体的效果。裸眼3D显示的主流技术手段包括柱镜光栅、狭缝光栅等技术，狭缝光栅/柱镜光栅技术主要是在液晶屏前贴合狭缝/柱镜光栅，对图像光线进行分光，利用双目视差让人感到3D效果显示。
抬头显示器的裸眼3D原理如下：如图1所示，通过对抬头显示器进行光学设计，使得用户左眼通过成像结构(例如挡风玻璃)看到图像P1、右眼看到图像P2。由于图像P1、图像P2是具有视差的两张图片，使得用户看到的物体有纵深感和空间感，左眼看到左眼的图像与右眼看到右眼的图像在用户大脑合成一副有纵深感的立体画面。
在一些实施例中，可以通过改变上述两张图像之间的位置，调整双目视差，使得用户主观感受到的虚像距离发生了变化(实际上虚像距离是不变的)，俩图像离的越近，用户主观感受到的虚像距离越近；反之，上述两张图像离的越远，用户主观感受到的虚像距离越远。
对于一个确定的裸眼3DHUD(head-updisplay，抬头显示)光学系统，其眼盒区域通常具有确定的尺寸，而分光元件例如柱镜光栅的厚度，与成像元件例如液晶屏的厚度，往往会影响到用户的观看体验。例如，当液晶屏的较厚时，有可能会导致用户左右眼在眼盒区域内移动时，用户的左眼看到想要给右眼观看的图像，或者右眼看到想要给左眼观看的图像的情况，用户左眼与右眼看到的图像之间产生串扰。
如图2所示，眼盒分为6个子区域可能会发生串扰；眼盒分为6个子区域：E1-E6，6个子区域中分别对应左右眼所看到的图像，T1为右眼所看到的图像，T2为左眼所看到的图像，左眼右眼在E2子区域和E5子区域中间，划分3个子区域长度为两眼之间的距离。由于实际上眼盒的各个子区域之间并非是如图2所示具有严格的界限的，当用户稍微移动头部时，左眼落在E1和E2子区域的交界处，右眼落在E4和E5子区域交界处时易发生串扰，左眼看到的图像实际上可能是属于右眼所看到的T1图像。由于眼盒区域不是严格划分的，并当子区域宽度较小的情况下，DMS(Driver monitoringsystem，驾驶员监测系统)本身对眼球的识别扰动就相对变大，容易在接近区域分界时使图像出现跳变。
图3是本发明实施例提出的抬头显示器用的液晶屏的结构图。如图3和图4所示，该液晶屏包括：
背光模组100、沿背光模组100出光方向依次设置的第一偏光片101、玻璃基板102、液晶层103、滤光片104、分光元件105和第二偏光片106；
其中，分光元件105沿背光模组100出光方向依次设置有基底1051和分光结构1052，基底1051与玻璃基板102对盒形成液晶盒；
滤光片104设置有阵列排列的多个像素单元107，像素单元107包括第一子像素1071、第二子像素1072和第三子像素1073，沿第一方向，第一子像素1071、第二子像素1072和第三子像素1073依次循环排列；
分光结构1052包括沿第一方向设置的多个透光部108，透光部108在滤光片104上的垂直投影覆盖滤光片104上的沿第一方向排列的多个子像素，透光部108用于出射出传播方向不同的第一光束和第二光束。
可以理解的是，背光模组100出光后，液晶屏中的液晶层103加电压之后可以通过背光模组100的出光，背光模组100的出光通过滤光片104后，由分光元件105分为第一光束和第二光束，第一光束和第二光束用于抬头显示器的左眼和右眼的成像。
需要说明的是，由于分光元件105设置在液晶层103的上方，并与玻璃基板102形成对盒，这样，分光元件105在起到分光的作用下，还起到了相关技术中的液晶屏的上玻璃板与下玻璃板对盒的作用，这样，分光元件105的透光部108距离滤光片104更近，由于透光部108的出光角度不变，使得同一像素单元出射的光仅由最近的透光部108出射，而不会出现分光元件105与液晶103距离较远时的，同一像素单元出射的光由相邻的多个透光部108透过，导致同一像素单元出射的光束到达眼盒的多个子区域，进而避免了同一像素单元出射的光被偏折到眼盒其他区域，从而避免了驾驶员眼睛左右移动时，原本想要给用户左眼看到的图像结果被用户右眼看到，原本想要给用户右眼看到的图像结果被用户左眼看到，从而避免左右图像形成串扰。
示例性的，如图5所示，当分光元件105距离液晶层103较近时，同样的发光角度内仅有两个方向的单束光，当成像时，一束光用于左眼盒成像，另一束光用于右眼盒成像，两者不会发生干扰。如图6所示，在同样的发光角度内有多束光，这样可能导致同一像素单元的出光本来应该偏向左眼盒，结果方向稍微偏向了右眼盒(如图6中由左至右的三个透光部中，向左偏移的光束越来越右移，从左至右的第三个透光部的左光束明显的比第一个透光部的左光束右偏)，这样当用户左右眼稍微移动时，该束光就有可能由左眼盒移动到了右眼盒，从而发生了左右眼图像串扰的情况。
如图5所示，通过透光部108覆盖多个子像素，并且基底1051与玻璃基板102形成对盒。其中，在上述实施例中，如图4所示，滤光片104上可布置多个像素单元107，像素单元包括第一子像素1071、第二子像素1072和第三子像素1073，沿第一方向，第一子像素1071、第二子像素1072和第三子像素1073依次循环排列；第一子像素1071可以为红色子像素、第二子像素1072可以为绿色子像素，第三子像素1073可以为蓝色子像素。
可选地，如图7所示，分光元件105可以为柱镜光栅。柱镜光栅通过折射的方式折射出第一光束和第二光束。柱镜光栅的透光部108优选覆盖4-5个子像素，使得在眼盒区域分为两个区域，进而成像时不发生串扰。
可选地，如图8所示，分光结构1052还包括多个遮光部，遮光部109与透光部108相间排列。
可选地，如图8所示，分光元件105可以为狭缝光栅。
其中，狭缝光栅通过狭缝透射出第一光束和第二光束。
可选地，沿背光模组100的出光方向，液晶层103的上表面至第二偏光片之间的间距小于或等于0.2mm。这样，极大了减薄了液晶屏，使得在液晶屏的相同的发光角度内，一个子像素出射的光束由光栅的一个透光部出射，避免了一个字像素出射的光线被光栅的多个透光部出射进入眼盒的多个区域，造成成像分散，由此，并使得液晶屏投射的图像进行成像时，在眼盒区域不会发生串扰。
由此，在不违反物理原理并满足设计需要的情况下减小液晶屏和光栅的整体厚度，去掉液晶屏中的上玻璃基板，将光栅的基板配置为玻璃基板，将该玻璃基板作为液晶屏的上玻璃基板，在该玻璃基板上压印光栅纹理，其他的结构不变，这样使得液晶屏和光栅的整体厚度因为少了一层玻璃基板而变薄，眼盒分区变少，可做到柱镜光栅上表面至液晶上表面的厚度≤0.2mm，而现有光学方案无法达到此0.2mm的要求，光上层玻璃基板就有0.5mm。
图9是本发明实施例提出的抬头显示器的结构示意图。如图9和图10所示，该抬头显示器包括本发明任一实施例的抬头显示器用的液晶屏200，还包括：反射组件300；
反射组件300用于反射液晶屏200出射的第一光束和第二光束至挡风玻璃400，挡风玻璃400的再次反射第一光束和第二光束入射至驾驶员的眼盒区域500，其中，眼盒区域500包括第一区域和第二区域，第一光束用于第一区域的成像，第二光束用于第二区域的成像。
可以理解的是，液晶屏200出射透射光束，透射光束通过反射组件300的反射至挡风玻璃400，再由挡风玻璃400反射至驾驶员的眼盒区域500。由于采用了前一实施例的液晶屏200，进而，眼盒区域500仅有两个区域，即第一区域和第二区域，这样即使驾驶员的左右眼移动，也不会发生串扰。
可选地，反射组件300可以包括第二反射镜。
可选地，反射组件300可以包括第一反射镜301和第二反射镜302，第一反射镜301用于反射液晶屏出射的第一光束和第二光束至第二反射镜，第二反射镜再次反射第一光束和第二光束入射至挡风玻璃。
可选地，第一反射镜301为平面反射镜或曲面反射镜，第二反射镜302为曲面反射镜。
其中，反射组件300可以仅包括一个反射镜，该反射镜为曲面反射镜，或者，可以包括两个反射镜，第一反射镜301可以为平面镜，第二反射镜302为曲面镜。
在一个实施例中，若分光元件为柱镜光栅，抬头显示器的液晶屏200中相邻像素的光线通过柱镜光栅折射后，出射角度不同，依次经过反射组件300、成像结构(例如载具的挡风玻璃400)的折射后，分别进入驾驶员的左眼和右眼，驾驶员左眼和右眼看到的图像不同，实现分光。
其中，柱镜光栅的固定的发光角度，是由抬头显示器的成像设计决定的，即“在特定的光学系统中，确定的FOV(视场角)和确定的眼盒尺寸所对应的光源出光角度是确定的”，可知道光线在液晶屏200表面的发光角度也是不变的，也就可以确定整个眼盒区域和虚像成像区域所需的光线也是以固定的发光角度发出,并且该角度下的光线可通过光学系统分布到的光线所能看到整个眼盒的虚像的源区。
可根据柱镜光栅的面型、厚度、材料折射率、光栅和液晶屏200之间贴合的胶水的折射率、胶水的厚度、以及液晶屏200的光学参数(包括液晶屏200的滤光片104到液晶屏200上表面之间涉及的各个层的厚度、折射率)可确定眼盒的分区方案，并可在光学软件中进行调整参数。也就是说，当抬头显示器的成象设计好之后，相应的柱镜光栅的面型、厚度等参数以及眼盒分区均可以确定下来。
在一个实施例中，若分光元件为狭缝光栅，抬头显示器的液晶屏200中相邻像素的光线经过狭缝限制后，出射角度不同。狭缝光栅出射的光线依次经过反射组件300、成像结构(例如载具的挡风玻璃400)的折射后，分别进入驾驶员的左眼和右眼，驾驶员左眼和右眼看到的图像不同，实现分光。
其中，眼盒分为2个区，可以根据需要划分眼盒区域，设置狭缝的宽度，可以通过抬头显示器自身的成像光学设计参数，确定狭缝光栅的参数(狭缝的长度，宽度，倾斜程度距离像源器件的距离)。
同样的，可根据狭缝光栅的面型、厚度、材料折射率、光栅和液晶屏200之间贴合的胶水的折射率、胶水的厚度、以及液晶屏200的光学参数(包括液晶屏200的滤光片104到液晶屏200上表面之间涉及的各个层的厚度、折射率)可确定眼盒的分区方案，并可在光学软件中进行调整参数。也就是说，当抬头显示器的成象设计好之后，相应的狭缝光栅的面型、厚度等参数以及眼盒分区均可以确定下来。
上述实施例中，眼盒区域(如130*50mm)是固定的(眼盒范围在此不做限定)，所分成的子区域也均是在该眼盒范围内进行分区，如：2个区也是130*50，6个区范围也是130*50mm。抬头显示器的成像设计可简单理解为在光学软件里利用一系列光学的设计参数(如：眼盒范围130*50，视场角13*5°、液晶屏厚度等)和光学器件(如曲面镜、平面镜等)模拟分析形成的一整套光学系统，包括成像光线、成像质量等分析。
本发明实施例还提出了一种载具，包括本发明任一实施例所述的抬头显示器。其中，载具可以为车辆、航母或战斗机等。
综上所述，根据本发明实施例提出的液晶屏、抬头显示器和载具，其中液晶屏包括：背光模组、沿背光模组出光方向依次设置的第一偏光片、玻璃基板、液晶、滤光片、分光元件和第二偏光片；其中，分光元件沿背光模组出光方向依次设置有基底和分光结构，基底与玻璃基板对盒形成液晶盒；滤光片设置有阵列排列的多个像素单元，像素单元包括第一子像素、第二子像素和第三子像素，沿第一方向，第一子像素、第二子像素和第三子像素依次循环排列；分光结构包括沿第一方向设置的多个透光部，透光部在滤光片上的垂直投影覆盖滤光片上的沿第一方向排列的多个子像素，透光部用于出射出传播方向不同第一光束和第二光束。由于基底与玻璃基板对盒形成液晶盒，并且基底上设置了分光结构，这样，整体减小了液晶屏作为3D裸眼显示器显示图像时的厚度，使得分光元件离背光模组更近，由于分光元件的发光角度固定，进而，分光元件离背光模组越近时，一个子像素出射的光覆盖所述分光元件的分光部越少，进而对应的观察成像的眼盒区域分区也越少，从而避免了在眼盒区域分区较多形成的串扰。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (11)

1.一种抬头显示器用的液晶屏，其特征在于，包括：
背光模组、沿背光模组出光方向依次设置的第一偏光片、玻璃基板、液晶、滤光片、分光元件和第二偏光片；
其中，所述分光元件沿所述背光模组出光方向依次设置有基底和分光结构，所述基底与所述玻璃基板对盒形成液晶盒；
所述滤光片设置有阵列排列的多个像素单元，所述像素单元包括第一子像素、第二子像素和第三子像素，沿第一方向，所述第一子像素、所述第二子像素和所述第三子像素依次循环排列；
所述分光结构包括沿第一方向设置的多个透光部，所述透光部在所述滤光片上的垂直投影覆盖所述滤光片上的沿第一方向排列的多个子像素，所述透光部用于出射出传播方向不同第一光束和第二光束。
2.根据权利要求1所述的抬头显示器用的液晶屏，其特征在于，所述分光元件为柱镜光栅。
3.根据权利要求2所述的抬头显示器用的液晶屏，其特征在于，所述透光部在所述滤光片上的垂直投影覆盖所述滤光片上的沿第一方向排列的4-5个子像素。
4.根据权利要求1所述的抬头显示器用的液晶屏，其特征在于，所述分光结构还包括多个遮光部，所述遮光部与所述透光部相间排列。
5.根据权利要求4所述的抬头显示器用的液晶屏，其特征在于，所述分光元件为狭缝光栅。
6.根据权利要求1所述的抬头显示器用的液晶屏，其特征在于，沿所述背光模组的出光方向，所述液晶层的上表面至所述第二偏光片之间的间距小于或等于0.2mm。
7.一种抬头显示器，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的抬头显示器用的液晶屏，还包括：反射组件；
所述反射组件用于反射所述液晶屏出射的第一光束和第二光束至挡风玻璃，所述挡风玻璃的再次反射所述第一光束和所述第二光束入射至驾驶员的眼盒区域，其中，所述眼盒区域包括第一区域和第二区域，所述第一光束用于所述第一区域的成像，所述第二光束用于所述第二区域的成像。
8.根据权利要求7所述的抬头显示器，其特征在于，所述反射组件包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜用于反射所述液晶屏出射的第一光束和第二光束至所述第二反射镜，所述第二反射镜再次反射所述第一光束和所述第二光束入射至所述挡风玻璃。
9.根据权利要求7所述的抬头显示器，其特征在于，所述反射组件包括第二反射镜。
10.根据权利要求8所述的抬头显示器，其特征在于，所述第一反射镜为平面反射镜或曲面反射镜，所述第二反射镜为曲面反射镜。
11.一种载具，其特征在于，包括如权利要求7-10任一项所述的抬头显示器。
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