CN219799902U - 一种显示装置、抬头显示器和交通工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种显示装置、抬头显示器和交通工具，包括：光波导和保护装置；光波导包括波导基底、以及设于波导基底上的耦入区域和耦出区域；其中，耦入区域用于接收图像光束，并使图像光束耦入至波导基底；耦出区域用于使耦入的图像光束由波导基底耦出；保护装置用于在第一工作状态下不遮挡图像光束，在第二工作状态下屏蔽环境光。该显示装置后续应用于抬头显示器和交通工具中，当保护装置处于第一工作状态时，图像光束可经挡风玻璃反射至人眼，实现抬头显示，当保护装置处于第二工作状态时，保护装置可遮挡入射至光波导的环境光，从而减少阳光对采用光波导的HUD的损害，提高使用寿命。

Description

一种显示装置、抬头显示器和交通工具

技术领域

本实用新型实施例涉及光学技术领域，特别涉及一种显示装置、抬头显示器和交通工具。

背景技术

抬头显示(Head Up Display，HUD)逐步称为智能座舱中最为关键的交互显示系统，在车载市场的占有率逐步提升，未来有望取代中控屏幕，能够提升驾驶的安全性和体验感，具有重要的应用价值。

然而现有的HUD显示系统，主要基于自由曲面反射镜组的传统光学成像原理，实现大的视场角(Field of View，FOV)和大的眼盒需要更大的体积，一般体积达到十升以上，不利于汽车前装的应用。

而采用光波导的HUD系统，可通过波导的扩瞳功能实现眼盒的放大，而大的FOV可由光机提供，从而可以实现小体积的HUD显示系统，是未来HUD显示系统的主流方案。然而，光波导在强光下照射时会导致光波导老化的问题，如光波导上设有由银盐材料制成的体全息光栅时，其在较强的紫外光照射下会老化颜色变深，缩短采用光波导的HUD系统的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种显示装置、抬头显示器和交通工具，能够减少阳光对采用光波导的HUD的损害，提高其使用寿命。

第一方面，本实用新型实施方式采用的一个技术方案是：提供一种显示装置，包括：光波导和保护装置；所述光波导包括波导基底、以及设于所述波导基底上的耦入区域和耦出区域；其中，所述耦入区域用于接收图像光束，并使所述图像光束耦入至所述波导基底；所述耦出区域用于使耦入的所述图像光束由所述波导基底耦出；所述保护装置用于在第一工作状态下不遮挡所述图像光束，在第二工作状态下屏蔽环境光。

在一些实施例中，所述光波导还包括设于所述波导基底上的转折区域；所述转折区域用于使耦入的所述图像光束传播至所述耦出区域；所述耦出区域用于使经所述转折区域传播的图像光束由所述波导基底耦出。

在一些实施例中，所述光波导为体全息光波导。

在一些实施例中，所述保护装置包括电致遮光型保护装置或非电致遮光型保护装置。

在一些实施例中，所述电致遮光型保护装置包括电致变色玻璃或全息聚合物分散液晶。

在一些实施例中，所述非电致遮光型保护装置包括遮光组件。

在一些实施例中，所述非电致遮光型保护装置还包括机械组件；所述机械组件连接所述遮光组件；其中，所述机械组件用于控制所述遮光组件不遮挡所述图像光束或屏蔽所述环境光。

在一些实施例中，所述遮光组件包括遮光部和透光部；在第一工作状态下，所述耦出区域所在的平面被所述透光部所覆盖，以使所述图像光束不被遮挡；在第二工作状态下，所述耦出区域所在的平面被所述遮光部所覆盖，以屏蔽所述环境光。

在一些实施例中，所述显示装置还包括控制单元；所述控制单元电连接所述保护装置；所述控制单元用于控制所述保护装置处于所述第一工作状态或所述第二工作状态。

第二方面，本实用新型实施例提供一种抬头显示器，该抬头显示器包括如第一方面任意一项实施例所述的显示装置。

第三方面，本实用新型实施例提供一种交通工具，该交通工具包括如第二方面所述的抬头显示器。

在一些实施例中，所述交通工具还包括挡风玻璃；所述挡风玻璃设于所述耦出区域的出光侧，所述挡风玻璃用于反射所述图像光束。

在一些实施例中，所述保护装置与所述挡风玻璃之间的距离大于所述保护装置与所述光波导之间的距离。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例中提供一种显示装置、抬头显示器和交通工具，包括：光波导和保护装置；光波导包括波导基底、以及设于波导基底上的耦入区域和耦出区域；其中，耦入区域用于接收图像光束，并使图像光束耦入至波导基底；耦出区域用于使耦入的图像光束由波导基底耦出；保护装置用于在第一工作状态下不遮挡图像光束，在第二工作状态下屏蔽环境光。该显示装置后续应用于抬头显示器和交通工具中，当保护装置处于第一工作状态时，图像光束可经挡风玻璃反射至人眼，实现抬头显示，当保护装置处于第二工作状态时，保护装置可遮挡入射至光波导的环境光，从而减少阳光对采用光波导的HUD的损害，提高使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施例或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1是本实用新型实施例提供的一种交通工具的部分结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种光波导的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的另一种光波导的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种保护装置的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种保护装置的部分结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施例，对本申请进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

需要说明的是，如果不冲突，本实用新型实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。

第一方面，本实用新型实施例提供一种显示装置，请参阅图1，该显示装置包括：光波导100和保护装置200。请参阅图2，光波导100包括波导基底10、以及设于波导基底10上的耦入区域11和耦出区域12；其中，耦入区域11用于接收图像光束，并使图像光束耦入至波导基底10；耦出区域12用于使耦入的图像光束由波导基底10耦出；保护装置200用于在第一工作状态下不遮挡图像光束，在第二工作状态下屏蔽环境光。

在该显示装置中，当保护装置200处于第一工作状态时，图像光束经耦出区域12耦出后，不会受到保护装置200的遮挡，耦出的图像光束会正常出射；当保护装置200处于第二工作状态时，保护装置200会屏蔽入射至光波导100的环境光，如屏蔽入射至波导基底10上的阳光。

这样，当该显示装置应用于抬头显示器和交通工具中，当保护装置200处于第一工作状态时，因耦出的图像光束会正常出射，图像光束经挡风玻璃300反射后可进入人眼，实现抬头显示，且当保护装置200处于第二工作状态时，保护装置200可遮挡外界的环境光，从而减少阳光对采用光波导100的HUD的损害，降低光照及热量直接对波导产生的损耗，提高显示装置的使用寿命。

在其中一些实施例中，请参阅图3，光波导100还包括设于波导基底10上的转折区域13。转折区域13用于使耦入的图像光束传播至耦出区域12；耦出区域12用于使经转折区域13传播的图像光束由波导基底10耦出。在该显示装置中，图像光束经耦入区域11耦入后，经过转折区域13转折后才进入耦出区域12耦出。相比于一维扩瞳光波导，本实施例中的光波导100采用二维扩瞳光波导，能提高视场角和显示效果。

在其中一些实施例中，光波导100为体全息光波导。具体的，若光波导100为一维扩瞳光波导，则耦入区域11和耦出区域12上设有体全息光栅，耦入区域11上和耦出区域12上的体全息光栅可贴设在波导基底10的同侧或异侧；若光波导100为二维扩瞳光波导，则耦入区域11、转折区域13和耦出区域12上设有体全息光栅，耦入区域11上、转折区域13上和耦出区域12上的体全息光栅可贴设在波导基底10的同侧或异侧。其中，体全息光栅可以是反射式体全息光栅或透射式体全息光栅，可根据实际需要进行设置在此不做限定。

在本实施例中，该显示装置中的保护装置200可缓解体全息光波导100上的体全息感光材料在强光下照射导致的体全息光栅收缩或老化的问题，从而提高采用体全息光波导100的HUD的使用寿命和性能。

在其中一些实施例中，请参阅图4，保护装置200包括第一遮挡保护装置210和第二遮挡保护装置220。在沿波导基底10的法线方向进行投影时，波导基底10的投影区域和第一遮挡保护装置210与第二遮挡保护装置220的投影区域之和重合，第二遮挡保护装置220的投影区域和耦出区域12的投影区域重合。其中，第一遮挡保护装置210用于屏蔽入射至除耦出区域12外的环境光，第二遮挡保护装置220用于在第一工作状态下不遮挡图像光束，在第二工作状态下屏蔽入射至耦出区域12的环境光。

第一遮挡保护装置210与第二遮挡保护装置220可以一体设置，也可以分开设置，在此不做限定，可以理解的是，若二者分开设置，则第一遮挡保护装置210为内有通孔结构，该通孔结构沿波导基底10的法线方向进行投影时的投影区域与耦出区域12的投影区域重合。

在本实施例中，第一遮挡保护装置210可在光波导100工作过程中也能屏蔽入射至波导基底10上的环境光，如入射至耦入区域11或转折区域13上的环境光，进一步提高光波导100的使用寿命和性能。

在一些实施例中，保护装置200包括电致遮光型保护装置。电致遮光型保护装置包括通电后能改变自身透射光线的能力的材料，如电致变色玻璃或全息聚合物分散液晶。对于电致变色玻璃，其在加电时处于透明状、可不遮挡图像光束，在不加电时处于深色状，可屏蔽环境光。对于全息聚合物分散液晶，其在加电时处于透明状、可不遮挡图像光束，在不加电时处于散射状，可屏蔽环境光。可以理解的是，第一遮挡保护装置210和第二遮挡保护装置220可均设有电致遮光型保护装置，或仅在第二遮挡保护装置220上设有电致遮光型保护装置、在第一遮挡保护装置210上设置不可透光的遮光器件，遮光器件可以是挡板或遮光膜等。

在另一些实施例中，保护装置200包括非电致遮光型保护装置。非电致遮光型保护装置为除电致遮光型保护装置外的保护装置200，其采用不需要通电即可遮挡光束通过的材料制成。可以理解的是，第一遮挡保护装置210和第二遮挡保护装置220可均设有非电致遮光型保护装置，或仅在第二遮挡保护装置220上设有非电致遮光型保护装置、在第一遮挡保护装置210上设置不可透光的遮光器件，遮光器件可以是挡板或遮光膜等。

在其中一些实施例中，非电致遮光型保护装置包括遮光组件。遮光组件可以是挡板或遮光膜，在保护装置200处于第一工作状态时，遮光组件不遮挡图像光束，在保护装置200处于第二工作状态时，遮光组件会屏蔽入射至光波导100的环境光。

在其中一些实施例中，非电致遮光型保护装置还包括机械组件；机械组件连接遮光组件；其中，机械组件用于控制遮光组件不遮挡图像光束或屏蔽环境光。具体的，机械组件可以是并列布置在光波导两侧的滚动轴，也可以是并列布置在光波导两侧的固定夹，还可以是在光波导一侧设置滚动轴，另一侧设置固定夹等，只要能够配合遮光组件达到在不同工作状态下可自由地切换到不遮挡图像光束或屏蔽环境光的状态即可，对于能够达到该目的的机械组件，均属于本申请保护范围内。

在其中一些实施例中，遮光组件包括遮光部和透光部。在第一工作状态下，耦出区域所在的平面被透光部所覆盖，以使所述图像光束不被遮挡；在第二工作状态下，耦出区域所在的平面被遮光部所覆盖，以屏蔽所述环境光。

具体的，请参阅图5，该遮光膜包括遮光部241和透光部242，机械组件采用并列设置在光波导两侧的两个滚动轴230，在保护装置处于第二工作状态时，两个滚动轴230可带动遮光膜平移，使遮光部241覆盖耦出区域所在平面，即光波导出光所在的一面完全被遮光部241所遮住，在保护装置处于第一工作状态时，两个滚动轴230带动遮光膜平移，使透光部242覆盖耦出区域所在平面，即光波导出光所在的一面完全被透光部所覆盖。不仅不会影响图像光束的正常耦出，还可以起到防尘作用。可以理解的是，两个滚动轴230的转动方向一致。在本实施例中，通过利用机械组件控制遮光膜平移，可在光波导不需要显示时、保护光波导不受环境直射光照射，降低光照及热量直接对光波导产生的损耗，提高显示装置的使用寿命。

在其中一些实施例中，遮光膜仅有遮光部分，没有透光部分，也可以保护光波导不受环境光照射。在本实施例中，机械组件可以是并列设置在光波导两侧的固定夹，当处于第一工作状态时，对应将遮光膜的两端固定住，即可起到屏蔽环境光的效果；当处于第二工作状态时，将遮光膜的一端或两端从固定夹中取出，移至光波导所在区域之外，即可使图像光束正常耦出；此外，在本实施例中，机械组件也可以是设置在光波导一侧的滚动轴及设置在光波导另一侧的固定夹组成，将遮光膜一端与滚动轴固定，另一端可根据工作状态的切换将其固定在固定夹上或是从固定夹中取出，卷绕在滚动轴上。

在其中一些实施例中，显示装置还包括控制单元；控制单元电连接保护装置200；控制单元用于控制保护装置200处于第一工作状态或第二工作状态。控制单元可为微处理控制器。

第二方面，本实用新型实施例提供一种抬头显示器，该抬头显示器包括如第一方面任意一项实施例的显示装置。在本实施例中，显示装置具有与如第一方面任意一项所述的显示装置相同的结构与功能，在此不再赘述。

在其中一些实施例中，该抬头显示器还包括光机，该光机邻近光波导100的耦入区域11设置，该光机用于提供图像光束至耦入区域11。光机可以是LCOS、DMD、LED等能发出带有图像光束的器件。

第三方面，本实用新型实施例提供一种交通工具，该交通工具包括如第二方面的抬头显示器。在本实施例中，抬头显示器具有与如第二方面任意一项实施例所述的显示装置相同的结构与功能，在此不再赘述。交通工具可以是车辆、轮船、飞机等交通工具。具体的，第一工作状态为交通工具启动状态，此时，保护装置不会遮挡图像光束，第二工作状态为交通工具关闭状态，此时，保护装置遮挡环境光，保护光波导不受环境直射光照射，降低光照及热量直接对光波导产生的损耗，提高抬头显示器的使用寿命。

在其中一些实施例中，交通工具还包括挡风玻璃300；挡风玻璃300设于耦出区域12的出光侧，挡风玻璃300用于反射图像光束。在该交通工具中，当保护装置200处于第一工作状态时，图像光束经耦出区域12耦出后，不会受到保护装置200的遮挡，耦出的图像光束会正常出射，经挡风玻璃300反射后可进入人眼，实现抬头显示；当保护装置200处于第二工作状态时，保护装置200会屏蔽入射至光波导100的环境光，如屏蔽入射至波导基底10上的阳光，从而减少阳光对采用光波导100的HUD的损害，降低光照及热量直接对波导产生的损耗，提高显示装置的使用寿命。

在其中一些实施例中，保护装置200与挡风玻璃300之间的距离大于保护装置200与光波导100之间的距离。即在本实施例中，保护装置200邻近光波导100设置，具体的，保护装置200与光波导100之间的距离可以为10mm，从而减少显示装置的体积，以减少显示装置置放在交通工具中的体积。

需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种显示装置，其特征在于，包括：光波导和保护装置；

所述光波导包括波导基底、以及设于所述波导基底上的耦入区域和耦出区域；

其中，所述耦入区域用于接收图像光束，并使所述图像光束耦入至所述波导基底；

所述耦出区域用于使耦入的所述图像光束由所述波导基底耦出；

所述保护装置用于在第一工作状态下不遮挡所述图像光束，在第二工作状态下屏蔽环境光。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光波导还包括设于所述波导基底上的转折区域；

所述转折区域用于使耦入的所述图像光束传播至所述耦出区域；

所述耦出区域用于使经所述转折区域传播的图像光束由所述波导基底耦出。

3.根据权利要求1或2所述的显示装置，其特征在于，所述光波导为体全息光波导。

4.根据权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述保护装置包括电致遮光型保护装置或非电致遮光型保护装置。

5.根据权利要求4所述的显示装置，其特征在于，所述电致遮光型保护装置包括电致变色玻璃或全息聚合物分散液晶。

6.根据权利要求4所述的显示装置，其特征在于，所述非电致遮光型保护装置包括遮光组件。

7.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，所述非电致遮光型保护装置还包括机械组件；

所述机械组件连接所述遮光组件；

其中，所述机械组件用于控制所述遮光组件不遮挡所述图像光束或屏蔽所述环境光。

8.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于，所述遮光组件包括遮光部和透光部；

在第一工作状态下，所述耦出区域所在的平面被所述透光部所覆盖，以使所述图像光束不被遮挡；

在第二工作状态下，所述耦出区域所在的平面被所述遮光部所覆盖，以屏蔽所述环境光。

9.根据权利要求4所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括控制单元；

所述控制单元电连接所述保护装置；

所述控制单元用于控制所述保护装置处于所述第一工作状态或所述第二工作状态。

10.一种抬头显示器，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的显示装置。

11.一种交通工具，其特征在于，包括如权利要求10所述的抬头显示器。

12.根据权利要求11所述的交通工具，其特征在于，所述交通工具还包括挡风玻璃；

所述挡风玻璃设于所述耦出区域的出光侧，所述挡风玻璃用于反射所述图像光束。

13.根据权利要求12所述的交通工具，其特征在于，所述保护装置与所述挡风玻璃之间的距离大于所述保护装置与所述光波导之间的距离。