CN220933280U - 大视角抬头显示薄膜、前挡玻璃及显示系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种大视角抬头显示薄膜、前挡玻璃及显示系统，大视角抬头显示薄膜包括基材层；S偏振光反射层，布置在所述基材层一面，所述S偏振光反射层为厚度0.5nm～5nm的高折射率反射层，或厚度30～70nm的中折射率反射层；所述高折射率反射层的折射率为2.0～2.3，所述中折射率反射层的折射率为1.8～2.0。本申请的大视角抬头显示薄膜能够显著提高对S偏振光的反射率，在应用至前挡玻璃的内表面上后，能够使前挡玻璃的内表面和外表面反射图像的强度对比度达到4以上，使得由前挡玻璃的内表面反射的第一图像的强度远强度于外表面反射的第二图像的强度，从而有效解决重影问题。

Description

大视角抬头显示薄膜、前挡玻璃及显示系统

技术领域

本申请属于抬头显示技术领域，具体涉及一种大视角抬头显示薄膜、前挡玻璃及显示系统。

背景技术

HUD抬头显示薄膜技术在汽车、航空和军事领域具有重要的应用价值，通过将关键信息直接投影到驾驶员或操作员的视线上方，提供了更便捷、更安全的信息展示方式。

HUD将挡风玻璃作为虚拟图像和真实场景的结合器，来自HUD的光线会经由挡风玻璃反射至人眼，使驾驶员能够看到投影的虚像。挡风玻璃存在一定的厚度，也就是说，它有两个表面。当光机中的一束光线以斜角入射时，因空气和玻璃介质折射率的不同，光线会在挡风玻璃的第一表面分别发生反射和折射；而折射后的光线在触达玻璃第二表面之后，会继续发生反射和折射。

由此，同一束入射光线通常会在挡风玻璃的第一、第二表面上发生两次反射，而这两次的反射光线并不会完全重合，两者会以错开的形式到达人眼；内外两层玻璃分别反射的光线同时入眼，形成两个内容相同、位置错开的图像。由挡风玻璃第一表面反射的图像是我们需要的主图像，而由第二表面反射的图像就是人们通常说的重影。重影的存在不仅会降低成像质量，而且还会给观看者带来眩晕感，影响驾驶者的行车体验。特别的，HUD系统通常有一个特定的有效视角范围，在大角度下，超出这个范围的观察者可能会遇到更加严重的重影问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种大视角抬头显示薄膜、前挡玻璃及显示系统，以解决现有技术中存在的HUD系统同一束入射光线会在挡风玻璃的第一、第二表面上发生两次反射，造成重影现象，大视角下重影问题更加严重的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的一个技术方案是：

提供一种大视角抬头显示薄膜，包括：

基材层；

S偏振光反射层，布置在所述基材层一面，所述S偏振光反射层为厚度0.5nm～5nm的高折射率反射层，或厚度30～70nm的中折射率反射层；

其中，所述高折射率反射层的折射率为2.0～2.3，所述中折射率反射层的折射率为1.8～2.0。

在一个或多个实施方式中，所述高折射率反射层为镍铬合金层。

在一个或多个实施方式中，所述中折射率反射层为氧化锌层。

在一个或多个实施方式中，还包括加硬层，所述加硬层布置在所述基材层和所述S偏振光反射层之间，所述加硬层为丙烯酸树脂层，且所述加硬层的折射率为1.5～1.6，厚度为1～5um。

在一个或多个实施方式中，所述基材层为厚度50～125μm的PC基材层。

在一个或多个实施方式中，还包括AF层，所述AF层布置在所述S偏振光反射层背离所述基材层一面，且所述AF层的厚度为5～15nm。

在一个或多个实施方式中，还包括光学胶层，所述光学胶层布置在所述基材层背离所述S偏振光反射层一面。

为实现上述目的，本申请采用的另一个技术方案是：

提供一种前挡玻璃，包括相对设置的内表面和外表面，所述内表面设有上述任一实施方式所述的大视角抬头显示薄膜，所述大视角抬头显示薄膜的所述基材层背离所述S偏振光反射层一面粘合固定在所述内表面。

在一个或多个实施方式中，所述前挡玻璃的所述内表面贴合所述大视角抬头显示薄膜后在380～780nm的整个光谱范围内对60°入射角的S偏振光具有至少26％的平均反射率。

为实现上述目的，本申请采用的又一个技术方案是：

提供一种显示系统，包括：

上述任一实施方式所述的前挡玻璃，内表面设有HUD区域；

投影光源，发光端对准所述HUD区域，所述投影光源用于以60～70°的入射角向所述HUD区域发射S偏振光。

区别于现有技术，本申请的有益效果是：

本申请的大视角抬头显示薄膜能够显著提高对S偏振光的反射率，在应用至前挡玻璃的内表面上后，能够使前挡玻璃的内表面和外表面反射图像的强度对比度达到4以上，使得由前挡玻璃的内表面反射的第一图像的强度远强于外表面反射的第二图像的强度，从而有效解决重影问题。

附图说明

图1是本申请大视角抬头显示薄膜一实施方式的结构示意图；

图2是本申请前挡玻璃一实施方式的结构示意图；

图3是本申请抬头显示系统一实施方式的结构示意图；

图4是本申请效果例1中贴合有实施例1的大视角抬头显示薄膜的前挡玻璃针对入射光的反射率曲线图；

图5是本申请效果例1中贴合有实施例2的大视角抬头显示薄膜的前挡玻璃针对入射光的反射率曲线图；

图6是本申请效果例1中贴合有对比例1的显示薄膜的前挡玻璃针对入射光的反射率曲线图；

图7是本申请效果例2中贴合有实施例1的大视角抬头显示薄膜的前挡玻璃的透过率曲线图；

图8是本申请效果例2中贴合有实施例2的大视角抬头显示薄膜的前挡玻璃的透过率曲线图；

图9是本申请效果例3中贴合有实施例2的大视角抬头显示薄膜的前挡玻璃的显示图像；

图10是本申请效果例3中贴合有对比例1的显示薄膜的前挡玻璃的显示图像。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本申请进行详细描述。但该等实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。

HUD(Head-Up Display)抬头显示薄膜技术是一种在汽车、航空、军事等领域广泛应用的创新技术。HUD抬头显示薄膜技术方案包括使用透明聚合物薄膜或光学级玻璃材料制成的背景薄膜，结合反射镜、投影装置和图像处理算法等技术组成的系统。这些系统能够精确地将信息投影到驾驶员或操作员的视线范围内，并通过特殊的光学设计来解决眩光和反射等问题，以保证清晰可见的显示效果。

同一束入射光线通常会在挡风玻璃的第一、第二表面上发生两次反射，而这两次的反射光线并不会完全重合，两者会以错开的形式到达人眼；内外两层玻璃分别反射的光线同时入眼，形成两个内容相同、位置错开的图像。由挡风玻璃第一表面反射的图像是我们需要的主图像，而由第二表面反射的图像就是人们通常说的重影。重影的存在不仅会降低成像质量，而且还会给观看者带来眩晕感，影响驾驶者的行车体验。

HUD系统通常有一个特定的有效视角范围。在大角度下，超出这个范围的观察者可能会遇到重影问题，因为他们所处的位置无法完全接收到正确的投影图像。

但在HUD的长期应用下发现，HUD抬头显示设计为与驾驶员呈60°角左右时能够提供更好的可视性和驾驶体验。具体原因如下：

1.信息投影：通过将HUD显示器设置在与驾驶员呈大视角的位置上，可以将关键信息直接投影到驾驶员的视野范围内，而无需转移目光离开道路。这使得驾驶员能够同时观察到HUD上的信息和前方道路，减少了他们需要分散注意力的次数。

2.视觉舒适性：将HUD显示器设置为较大的视角可以提供更广阔的视野，减少对驾驶员眼睛的紧张和疲劳，相比于较小的视角，较大的视角可以让驾驶员更轻松地注视HUD上的信息，减少眼睛的转动和调整。

3.防止遮挡：将HUD抬头显示设置为与驾驶员呈60度角度可以避免其他对象(如方向盘、车窗等)遮挡HUD上的信息，驾驶员可以清晰地看到投影在HUD上的信息，而无需做出额外的努力。

为此，本申请开发了一种能够在60°角左右的大视角下有效解决重影问题的大视角抬头显示薄膜，该薄膜贴合在前挡玻璃内表面后能够显著提高内表面对S偏振光的反射率，从而提高前挡玻璃两个表面的反射图像的对比度，从而消除重影问题。

具体地，请参阅图1，图1是本申请大视角抬头显示薄膜一实施方式的结构示意图。

如图1所示，该大视角抬头显示薄膜10包括基材层100、布置在基材层100一面的S偏振光反射层200以及布置在基材层100另一面的光学胶层300。

其中，S偏振光反射层200为厚度0.5nm～5nm的高折射率反射层，或厚度30～70nm的中折射率反射层；所述高折射率反射层的折射率为2.0～2.3，所述中折射率反射层的折射率为1.8～2.0。

具体地，在一个实施方式中，基材层100可以采用PC材料，厚度可以是50～125μm。PC材料具有高强度、高冲击强度、耐疲劳性佳、尺寸稳定性良好、蠕变小、高度透明性良好的优点，有助于提高膜层的机械性能。

在其他实施方式中，基材层100也可以采用本领域中其他能够应用至玻璃贴膜基材中的材料，其厚度可以基于实际工况进行调整，能够保证透过率即可。

在一个实施方式中，当S偏振光反射层200为高折射率反射层时，其可以采用镍铬合金材质，在其他实施方式中，也可以采用其他折射率相近的材料制备，均能够实现本实施方式的效果。

在一个实施方式中，当S偏振光反射层200为中折射率反射层时，其可以采用氧化锌材质，在其他实施方式中，也可以采用其他折射率相近的材料制备，均能够实现本实施方式的效果。

通过布置S偏振光反射层200能够显著增大薄膜对S偏振光的反射率，特别是针对60～70°大角度入射的S偏振光，能够取得更加明显的增反效果。

为了进一步提高增反膜的机械性能，同时提高S偏振光反射层200和基材层100的结合强度，基材层100和S偏振光反射层200之间还布置有加硬层400。

具体地，加硬层400可以采用硬度较高同时与S偏振光反射层200有高结合力的涂层。在一个实施方式中，加硬层400可以采用折射率在1.5～1.6之间的丙烯酸树脂，其可以通过湿法涂布(微凹涂布)在基材层100表面，涂布厚度可以在1～5μm，硬度可达到2H(750g)，可在与S偏振光反射层200保持高结合力的同时提高材料耐用性能。

为了避免指纹、污渍等粘连在S偏振光反射层200背离基材层100一面，S偏振光反射层200背离基材层100一面还布置有AF层500。

具体地，AF层500可以选用低折射率的含氟树脂，折射率可以为1.3～1.4，优选的，其可以选用纳米级全氟聚醚材质，厚度可以为10～15nm。

本申请还提供了一种前挡玻璃，请参阅图2，图2是本申请前挡玻璃一实施方式的结构示意图。

如图2所示，该前挡玻璃20包括相背设置的内表面21和外表面22，其中内表面21设置有上述任一实施方式的大视角抬头显示薄膜10。

具体地，大视角抬头显示薄膜10通过光学胶层300粘合固定在前挡玻璃20的内表面21，从而在针对由前挡玻璃20的内表面21入射的S偏振光时，有效增大前挡玻璃20的内表面21对S偏振光的反射率，同时前挡玻璃20的外表面22正常反射S偏振光，由前挡玻璃20的内表面21反射的第一图像的强度远强度于外表面22反射的第二图像的强度，从而有效解决重影问题。

本申请还提供了一种抬头显示系统，请参阅图3，图3是本申请抬头显示系统一实施方式的结构示意图。

如图3所示，该抬头显示系统包括投影光源30，以及上述任一实施方式的前挡玻璃20。

其中，前挡玻璃20的内表面21设由HUD区域；投影光源30的发光端对准HUD区域，并以60～70°的入射角向HUD区域发射S偏振光。

下面结合具体实施例进一步详细本申请技术方案的效果。

实施例1：

一种大视角抬头显示薄膜，包括依次设置的光学胶层、基材层、加硬层、S偏振光反射层和AF层。

其中，基材层为50μm的PC膜；加硬层为4μm的低折射率丙烯酸树脂；S偏振光反射层为2nm的镍铬合金层；AF层为10nm的纳米级全氟聚醚防污涂层。

实施例2：

一种大视角抬头显示薄膜，包括依次设置的光学胶层、基材层、加硬层、S偏振光反射层和AF层。

其中，基材层为100μm的PC膜；加硬层为3μm的低折射率丙烯酸树脂；S偏振光反射层为60nm的氧化锌层；AF层为5nm的纳米级全氟聚醚防污涂层。

对比例1：

一种显示薄膜，包括依次设置的光学胶层、基材层、加硬层和AF层。

其中，基材层为100μm的PC膜；加硬层为5μm的低折射率丙烯酸树脂；AF层为10nm的纳米级全氟聚醚防污涂层。

效果例1：

分别将实施例1、2和对比例1的薄膜通过光学胶层贴合在前挡玻璃的内表面上，之后用投影仪向实施例1、2和对比例1的薄膜以60°角入射不同波长的S偏振光，检测前挡玻璃的内表面和外表面针对入射光的反射率，得到图4、图5和图6。

请参阅图4、图5和图6，图4是本申请效果例1中贴合有实施例1的大视角抬头显示薄膜的前挡玻璃针对入射光的反射率曲线图，图5是本申请效果例1中贴合有实施例2的大视角抬头显示薄膜的前挡玻璃针对入射光的反射率曲线图，图6是本申请效果例1中贴合有对比例1的显示薄膜的前挡玻璃针对入射光的反射率曲线图。

如图6所示，贴合有对比例1的显示薄膜的前挡玻璃的内表面针对60°角的入射S偏振光在380～780nm波段的平均反射率为18.31％，内表面和外表面对于入射S偏振光的总反射率平均为30.93％，可以计算得到前挡玻璃的外表面对于入射S偏振光的平均反射率为12.62％。

前挡玻璃两面的反射率接近，参照公式：强度对比度＝(玻璃内表面反射率)/(玻璃外表面反射率)＝(玻璃内表面反射率)/(玻璃内外表面总反射率-玻璃内表面反射率)，可以计算出前挡玻璃内表面和外表面反射图像的强度对比度为1.5，两面的图像强度对比度较小，导致图像相互干扰，造成重影问题。

如图4所示，贴合有实施例1的大视角抬头显示薄膜的前挡玻璃的内表面针对60°角的入射S偏振光在380～780nm波段的平均反射率为26.43％，内表面和外表面对于入射S偏振光的总反射率平均为33.14％，可以计算得到前挡玻璃的外表面对于入射S偏振光的平均反射率为6.71％。

前挡玻璃两面的反射率相差数倍，参照公式：图像强度对比度＝(玻璃内表面反射率)/(玻璃外表面反射率)＝(玻璃内表面反射率)/(玻璃内外表面总反射率-玻璃内表面反射率)，可以计算出前挡玻璃内表面和外表面反射图像的强度对比度为4，两面的图像强度对比度较高，能够避免两个图像相互干扰，有效解决了重影问题。

如图5所示，贴合有实施例2的大视角抬头显示薄膜的前挡玻璃的内表面针对60°角的入射S偏振光在380～780nm波段的平均反射率为47.29％，内表面和外表面对于入射S偏振光的总反射率平均为52.86％，可以计算得到前挡玻璃的外表面对于入射S偏振光的平均反射率为5.57％。

前挡玻璃两面的反射率相差数倍，参照公式：图像强度对比度＝(玻璃内表面反射率)/(玻璃外表面反射率)＝(玻璃内表面反射率)/(玻璃内外表面总反射率-玻璃内表面反射率)，可以计算出前挡玻璃内表面和外表面反射图像的强度对比度为8.5，两面的图像强度对比度较高，能够避免两个图像相互干扰，有效解决了重影问题。

进一步的，由上述效果例可知，在使用氧化锌层作为S偏振光反射层时，前挡玻璃的内表面反射图像和外表面反射图像的强度对比度更高，更有助于避免重影问题，但氧化锌的镀膜成本更高，可基于实际需求选择。选用氧化锌和镍铬合金均能够在大视角入射光下有效解决重影问题。

效果例2：

分别将实施例1、2的薄膜通过光学胶层贴合在前挡玻璃的内表面上，检测前挡玻璃在60°下的透过率，得到图7和图8。

请参阅图7和图8，图7是本申请效果例2中贴合有实施例1的大视角抬头显示薄膜的前挡玻璃的透过率曲线图，图8是本申请效果例2中贴合有实施例2的大视角抬头显示薄膜的前挡玻璃的透过率曲线图。

如图7和图8所示，前挡玻璃贴合实施例1的大视角抬头显示薄膜后透过率在73％左右，贴合实施例2的大视角抬头显示薄膜后透过率在75％左右，均满足汽车前挡玻璃使用需求。

效果例3：

分别将实施例2和对比例1的薄膜通过光学胶层贴合在前挡玻璃的内表面上，之后用投影仪向实施例2和对比例1的薄膜以60°角入射S偏振光图像，得到图9和图10。

请参阅图9和图10，图9是本申请效果例3中贴合有实施例2的大视角抬头显示薄膜的前挡玻璃的显示图像，图10是本申请效果例3中贴合有对比例1的显示薄膜的前挡玻璃的显示图像。

如图9和图10所示，贴合有实施例2的大视角抬头显示薄膜的前挡玻璃的显示图像的清晰度远优于对比例1，图像非常清晰，无重影问题。

本公开内容的上述描述被提供来使得本领域任何普通技术人员能够实现或者使用本公开内容。对于本领域普通技术人员来说，对本公开内容进行的各种修改是显而易见的，并且，也可以在不脱离本公开内容的保护范围的情况下，将本文所对应的一般性原理应用于其它变型。因此，本公开内容并不限于本文所描述的示例和设计，而是与符合本文公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

Claims (10)

1.一种大视角抬头显示薄膜，其特征在于，包括：

基材层；

S偏振光反射层，布置在所述基材层一面，所述S偏振光反射层为厚度0.5nm～5nm的高折射率反射层，或厚度30～70nm的中折射率反射层；

其中，所述高折射率反射层的折射率为2.0～2.3，所述中折射率反射层的折射率为1.8～2.0。

2.根据权利要求1所述的大视角抬头显示薄膜，其特征在于，所述高折射率反射层为镍铬合金层。

3.根据权利要求1所述的大视角抬头显示薄膜，其特征在于，所述中折射率反射层为氧化锌层。

4.根据权利要求1所述的大视角抬头显示薄膜，其特征在于，还包括加硬层，所述加硬层布置在所述基材层和所述S偏振光反射层之间，所述加硬层为丙烯酸树脂层，且所述加硬层的折射率为1.5～1.6，厚度为1～5um。

5.根据权利要求1所述的大视角抬头显示薄膜，其特征在于，所述基材层为厚度50～125μm的PC基材层。

6.根据权利要求1所述的大视角抬头显示薄膜，其特征在于，还包括AF层，所述AF层布置在所述S偏振光反射层背离所述基材层一面，且所述AF层的厚度为5～15nm。

7.根据权利要求1所述的大视角抬头显示薄膜，其特征在于，还包括光学胶层，所述光学胶层布置在所述基材层背离所述S偏振光反射层一面。

8.一种前挡玻璃，其特征在于，包括相对设置的内表面和外表面，所述内表面设有权利要求1至6任一所述的大视角抬头显示薄膜，所述大视角抬头显示薄膜的所述基材层背离所述S偏振光反射层一面粘合固定在所述内表面。

9.根据权利要求8所述的前挡玻璃，其特征在于，所述前挡玻璃的所述内表面贴合所述大视角抬头显示薄膜后在380～780nm的整个光谱范围内对60°入射角的S偏振光具有至少26％的平均反射率。

10.一种显示系统，其特征在于，包括：

权利要求8或9所述的前挡玻璃，内表面设有HUD区域；

投影光源，发光端对准所述HUD区域，所述投影光源用于以60～70°的入射角向所述HUD区域发射S偏振光。