TW202338400A - 光學膜片、其製備方法、抬頭顯示器及車輛 - Google Patents

Abstract

本申請實施例涉及顯示技術領域，旨在解決習知的抬頭顯示器存在的陽光倒灌的問題，並提供一種光學膜片、其製備方法、抬頭顯示器以及車輛。其中，該光學膜片包括透明的基材、位於所述基材上的透明的微結構層以及複數擋光層。所述微結構層包括與所述基材的表面直接接觸的基底部以及從所述基底部朝向遠離所述基材的一側突出的複數突起部。每一個所述擋光層部分覆蓋一個所述突起部，每一個所述擋光層包括吸收光的吸收膜或反射光的反射膜。應用該光學膜片的抬頭顯示器，能夠防止陽光倒灌，增長抬頭顯示器的壽命。

Description

光學膜片、其製備方法、抬頭顯示器及車輛

本申請涉及顯示技術領域，具體而言，涉及一種光學膜片、其製備方法、應用該光學膜片的抬頭顯示器以及應用該抬頭顯示器的車輛。

習知的抬頭顯示器，應用於車輛上時，存在陽光倒灌的問題，導致抬頭顯示器內的器件（如，圖像生成單元）升溫，影響抬頭顯示器的壽命。

本申請第一方面提供一種光學膜片，其包括： 透明的基材； 透明的微結構層，位於所述基材上，所述微結構層包括與所述基材的表面直接接觸的基底部以及從所述基底部朝向遠離所述基材的一側突出的複數突起部；以及 複數擋光層，每一個所述擋光層部分覆蓋一個所述突起部，每一個所述擋光層包括吸收光的吸收膜或反射光的反射膜。

該光學膜片中，基材和微結構層均為透明的，可使光透過。其中，微結構層部分表面設置有擋光層，以反射或吸收光，微結構層的未設置有擋光層的部分，可透射光。是故，當該光學膜片應用於抬頭顯示器時，可以利用擋光層反射或吸收環境光（即，太陽光），以克服陽光倒灌的問題，避免陽光倒灌問題導致的抬頭顯示器內的器件（如，圖像生成單元）升溫，延長HUD的壽命。另，可以微結構層的未設置有擋光層的部分透射圖像生成單元產生的圖像光，而不會影響HUD的成像。

本申請第二方面提供一種光學膜片的製備方法，其包括： 於透明的基材上形成透明的微結構層，所述微結構層包括與所述基材的表面直接接觸的基底部以及從所述基底部朝向遠離所述基材的一側突出的複數突起部；以及 形成複數擋光層，每一個所述擋光層部分覆蓋一個所述突起部，每一個所述擋光層包括吸收光的吸收膜或反射光的反射膜。

本申請第三方面提供一種抬頭顯示器，其包括： 具有容納腔的殼體，所述殼體包括出光口，所述出光口處設置有透明罩； 圖像生成單元，收容於所述容納腔內，用於出射圖像光； 反射組件，收容於所述容納腔內，用於反射所述圖像光至所述出光口；以及 第一方面所述的光學膜片； 其中，所述光學膜片設置於所述透明罩上，經所述反射組件反射的所述圖像光自所述光學膜片出射至投影介質以成像。

該抬頭顯示器包括第一方面的光學膜片，是故其具有防止陽光倒灌、減緩老化，增長使用壽命的優點。而且，其還可以降低外在環境所帶來的熱量，利於加快散熱。

本申請第四方面提供一種車輛，其包括： 擋風玻璃；以及 根據第三方面所述的抬頭顯示器； 其中，所述擋風玻璃為所述投影介質。

該車輛包括第三方面所述的抬頭顯示器，是故，其至少具有與第三方面所述的抬頭顯示器相同的優點，不再贅述。

抬頭顯示(Head Up Display，HUD)技術又稱平視顯示技術，近年來逐步在汽車領域、航空航太領域以及航海領域獲得了越來越廣泛地應用。例如，可以應用於車輛上，也可以應用於飛機、航太航空飛行器、輪船等其他交通工具上。為便於描述，在本申請中，均以車載HUD為例進行描述。但應理解，這並不能作為對本申請的限定。

具體地，抬頭顯示器利用光學反射的原理，將重要的駕駛相關資訊（如，行駛速度、電瓶電壓、水箱水溫、引擎轉速、車輛油耗、導航路線等）投射在擋風玻璃上面，平衡反射進駕駛人員的眼睛中，輔助駕駛人員駕駛車輛，避免駕駛人員在駕駛過程中低頭去看儀錶板而分心，提高駕駛安全係數，同時也能帶來更好的駕駛體驗。

下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。

圖1為應用本申請一實施例的抬頭顯示器的車輛的結構示意圖。車輛100a包括車體20以及設置於車體20內的抬頭顯示器10a。圖1中，示例性地示出了車體20中的儀錶盤22和擋風玻璃21，而省略了車體20中的其他組件。圖1中，抬頭顯示器10a為擋風玻璃型抬頭顯示器(Windshield HUD，WHUD)，投影介質30為車輛100a的擋風玻璃21。抬頭顯示器10a設置於儀錶盤22的前方並位於儀錶盤22和擋風玻璃21之間。

需要說明的是，本申請實施例中，WHUD是指利用車輛的擋風玻璃在駕駛員的視線範圍內顯示必要的資訊的HUD。一般來說，WHUD是可以被包含在車輛中的。“透明”指特定波段（尤其是可見光和紅外光波段）的波長的光的透過率高，例如，該波段的光的透過率為70%以上，甚至80%以上。

如圖1所示，抬頭顯示器10a包括殼體11、圖像生成單元（Picture Generation Unit，PGU）13和反射組件14。殼體11具有容納腔11a。圖像生成單元13和反射組件14收容於容納腔11a內。殼體11還包括與容納腔11a連通的出光口11b。出光口11b處設置有透明罩12。透明罩12例如為透明的玻璃。透明罩12包括朝向容納腔11a的第一表面12a和與第一表面12a相對的第二表面12b。透明罩12的第一表面12a設置有光學膜片15。

圖像生成單元13用於出射圖像光L1。反射組件14用於將圖像生成單元13出射的圖像光L1反射至出光口11b。光學膜片15能夠反射或吸收抬頭顯示器10a的外部的環境光L2（也稱太陽光），同時能夠透射抬頭顯示器10a內部的圖像光L1。

由於光學膜片15能夠反射或吸收外部的環境光L2，是故，能夠防止太陽光倒灌，減緩抬頭顯示器的老化，增長抬頭顯示器的使用壽命。另，由於環境光L2會被光學膜片15吸收或反射，光學膜片15還降低了外部的環境光L2帶來的熱量，使抬頭顯示器散熱更快。另，經反射組件14反射的圖像光L1仍能夠經光學膜片15透射出，並出射至投影介質30以成像。是故，光學膜片15不會影響抬頭顯示器的成像。

一些實施例中，圖像生成單元13例如包括用於產生光線的光源（圖未示）及用於將光源出射的光線轉換成圖像光的顯示元件（圖未示）。光源例如為發光二極體、有機發光二極體等。顯示元件例如為液晶面板。

反射組件14包括第一反射鏡141和第二反射鏡142。第一反射鏡141位於圖像生成單元13的出光側，用於將圖像生成單元13的圖像光L1反射至第二反射鏡142。第二反射鏡142位於靠近出光口11b的一側，用於將第一反射鏡141出射的圖像光L1反射至光學膜片15。圖像光L1從光學膜片15透射後，進入投影介質30（即車輛100a的擋風玻璃21）後，被反射至駕駛人員200的人眼中。

因為擋風玻璃21為傾斜狀態，會導致圖像會變形，是故，第一反射鏡141和第二反射鏡142至少其中之一為位置可調的球面鏡。圖1中，第一反射鏡141為位置不可調的球面鏡，第二反射鏡142為位置可調的球面鏡。藉由調整第二反射鏡142的位置，調整抬頭顯示器在投影介質30上的圖像的位置，從而使圖像能夠清晰、完整地顯示，使得駕駛人員200能夠看清HUD投影顯示的虛像。

一些實施例中，球面鏡例如為自由曲面凹面鏡(Freeform Concave Mirror)，以放大圖像並提供更遠的成像距離。其他實施例中，反射組件14不限於包括兩個反射鏡，例如其還可以包括第三反射鏡。第四反射鏡等。

其他實施例中，第一反射鏡141可以為位置可調的球面鏡，第二反射鏡142為位置不可調的球面鏡，可藉由調整第一反射鏡141的位置，調整HUD在投影介質30上圖像的位置，以使圖像清晰完整的顯示。

圖2為圖1中光學膜片的剖面示意圖。圖3為圖2中光學膜片的立體示意圖。圖2和圖3中，僅示意出四個突起部1522，可理解地，在光學膜片15的實際結構中，突起部1522的數量不限於此。

如圖2所示，光學膜片15包括基材151、位於基材151上的微結構層152以及位於微結構層152遠離基材151一側的複數擋光層153。沿光學膜片15的厚度方向上的剖面中，突起部1522大致呈三角形。每一個擋光層153對應一個突起部1522設置，並部分覆蓋一個突起部1522的表面。

基材151和微結構層152均為透明的，以使圖像光L1能夠透過。基材151的材料例如為聚對苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene glycol terephthalate，PET）、聚碳酸酯（polycarbonate，PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（polymeric methyl methacrylate，PMMA）、無色聚醯亞胺(Colorless Polyimide，CPI)、或環烯烴共聚物(cycloolefin copolymer，COC)等光學高分子透明的薄膜基材。微結構層152的材料例如為熱固化材料或紫外光固化材料。例如，微結構層152的材料為壓克力(Acrylic)、矽系（silicon type）固化材料、或有機與無機的混成材料(如，壓克力與矽氧共聚物，即Acrylic & SiO-共聚物)。

每一個擋光層153包括吸收光的吸收膜或反射光的反射膜。其中，在擋光層153具有吸收膜的情況下，入射至吸收膜的環境光L2至少部分被吸收並衰減。在擋光層153包括反射膜的情況下，入射至反射膜的環境光L2至少部分被反射。吸收膜的材料例如包括紫外線吸收劑或起偏振作用的偏光材料，以吸收外部的環境光L2。反射膜的材料例如包括金屬粒子或氧化物粒子。金屬粒子例如為鋁(A1)、銀(Ag)、銅(Cu)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鎢(W)、鐵(Fe)等元素單質，以及包含一種或多種這些元素的合金。氧化物粒子例如為鈦(Ti)、矽（Si）等元素的氧化物或其組合。

可理解地，吸收膜及反射膜的材料不限於上述材料，吸收膜的材料能夠吸收特定波段的環境光L2的材料即可，反射膜的材料能夠反射特定波段的環境光L2的材料即可。另，光學膜片15中，所有的擋光層153可以均為吸收膜，或均為反射膜，以利於簡化製程，但不限於此。即，光學膜片15中，所有的擋光層153中，可部分為吸收膜，部分為反射膜。

如圖3所示，基材151大致呈矩形，並具有平坦的表面。其他實施例中，基材151的形狀並沒有特別的限定，其可根據透明罩12的形狀及大小進行配置。例如，基材151可配置為具有完曲的表面，並與透明罩12的大小適配。

微結構層152包括與基材151的表面直接接觸的基底部1521以及從基底部1521朝向遠離基材151的一側（即，協力廠商向D3）突出的複數突起部1522。基底部1521用於支撐突起部1522。基底部1521與複數突起部1522為一體成型的，即，基底部1521與複數突起部1522之間沒有膜層分界。由於微結構層152中形成有基底部1521，與突起部直接形成於基材上相比，可以提高突起部1522的強度，進而提高微結構層152的耐久性。而且，由於基底部1521的整個表面與基材151密接，是故，可以提高微結構層152的耐剝離性。

每一個突起部1522沿第一方向D1上延伸呈條狀。複數突起部1522沿與第一方向D1交叉的第二方向D2上連續且無間隔地分佈。其中，第一方向D1、第二方向D2及協力廠商向D3兩兩垂直，構成直角坐標系。基底部1521大致呈矩形。每一個突起部1522呈三棱柱。三棱柱包括順次連接的第一側面1522a、第二側面1522b以及第三側面1522c。第一側面1522a、第二側面1522b以及第三側面1522c均為四邊形。第一側面1522a與基底部1521直接接觸，第二側面1522b設置有擋光層153，第三側面1522c能夠使光透過。需要說明的是，圖3中第一側面1522a為虛擬的平面（虛線示出），而非真實存在的介面。每一個擋光層153呈矩形狀，並完全覆蓋一個突起部1522的第二側面1522b。其他實施例中，擋光層153可部分覆蓋突起部1522的第二側面1522b，不限於此。

請再次參閱圖1，光學膜片15的基材151未設置有微結構層152的表面與透明罩12結合（如，藉由透明膠貼附）。當車輛100a迎著太陽光（即，環境光L2）行駛時，環境光L2經投影介質30（即，擋風玻璃21）入射至擋光層153上，並被擋光層153被反射或吸收而無法進入殼體11內部，避免了太陽光進入殼體11內部後，經反射組件14反射至圖像生成單元13，導致圖像生成單元13升溫。而經反射組件14反射的圖像光L1經透明罩12、基材151、突起部1522未設置有擋光層153的位置依次透射至投影介質30上以成像，經投影介質30反射的圖像光L1進入駕駛人員200的眼睛而被觀測到。

具體地，光學膜片15可貼附於透明罩12上後，再將透明罩12與殼體11進行組裝；或者，透明罩12與殼體11進行組裝後，再貼附光學膜片15，製程靈活。

圖1中，定義入射至光學膜片15上的環境光L2與第二側面1522b的角度為第一角度α，定義入射至光學膜片15上的圖像光L1與第三側面1522c的角度為第二角度β。一些實施例中，第一角度α的範圍為5°至150°（如，5°至20°、20°至40°、40°至60°、60°至90°、90°至120°、120°至150°），以使大部分入射至光學膜片15上的環境光L2被阻擋。第二角度β的範圍為5°至150°（如，5°至30°、30°至50°、50°至70°、70°至90°、90°至120°、120°至150°），以使大部分入射至光學膜片15上的圖像光L1可被透射。

如圖2所示，定義第二側面1522b與第三側面1522c之間的角度為第三角度γ。一些實施例中，第三角度γ的範圍為30°至150°（如，30°至50°、50°至70°、70°至90°、90°至120°、120°至150）。第三角度γ在該範圍內，可保證減少環境光L2入射量的情況下，HUD的內部的圖像光L1的出光量不被干擾。

其他實施例中，突起部1522的形狀不限於此，其能夠部分透過圖像光L1，部分反射或吸收外部環境光L2即可。例如，在沿光學膜片15的厚度方向上的截面中，突起部1522可以為矩形、梯形、橢圓形、半圓形等。需要說明的是，突起部1522的截面為三角形、矩形、梯形、橢圓形、半圓形等，利於奈米壓印形成微結構層152時的脫模。而且，突起部1522為三棱柱的結構，由於第二側面1522b和第三側面1522c為平面，可避免弧面設計對圖像光L1折射而影響抬頭顯示器的成像品質。

其他實施例中，突起部1522和基底部1521可以為非一體成型的。即，基底部1521和突起部1522可分別成型於基材151上。其中，突起部1522和基底部1521一體成型，一方面可簡化製程，另一方面二者之間沒有明顯的介面，不會對光路產生影響。

其他實施例中，光學膜片15例如還包括至少覆蓋擋光層153表面的保護膜（圖未示），以提高光學膜片15的耐刮擦性、防汙性和防水性。可理解地，保護膜也可覆蓋光學膜片15的整體外部表面。

圖4為應用本申請另一實施例的抬頭顯示器的車輛的結構示意圖。車輛100b與圖1中車輛100a的區別在於，抬頭顯示器10b中，光學膜片15設置於透明罩12的第二表面12b。光學膜片15的基材151未設置有微結構層152的表面與透明罩12結合（如，藉由透明膠貼附）。當車輛100a迎著太陽光行駛時，外部的環境光L2經透明罩12、光學膜片15的基底部1521、突起部1522後，透射在擋光層153上，並在擋光層153處被吸收或反射，而無法進入殼體11內部。是故，避免了環境光L2進入抬頭顯示器10b內部後對圖像生成單元13的影響。而經反射組件14反射的圖像光L1直接經突起部1522未設置有擋光層153的表面、基底部1521透射出透明罩12，並進一步入射至投影介質30以成像，經投影介質30反射的圖像光L1進入駕駛人員200的眼睛而被觀測到。

具體地，光學膜片15可貼附於透明罩12上後，再將透明罩12與殼體11進行組裝，並藉由調整反射組件14中可調的反射鏡的位置，調整圖像光L1入射至光學膜片15上的角度，以使投影到投影介質30上的圖像清晰完整。

圖5為本申請一實施例中，光學膜片的製備方法的流程示意圖。圖6為圖5中光學膜片的製備方法的各步驟的剖面示意圖。如圖5和圖6所示，該製備方法包括以下步驟。

步驟S1：於透明的基材上形成透明的微結構層。

一些實施例中，藉由雷射處理、光刻（或者稱光微影技術）或奈米壓印的方式之一在圖6所示的基材151上形成微結構層152。

具體地，雷射處理形成微結構層152的步驟，例如包括在基材151上形成微結構層的材料層，然後利用雷射對該材料層進行處理，使部分材料層被去除，而部分材料層被保留，以此得到微結構層152。其中，雷射處理形成微結構層152的方式，步驟簡單。

光刻（或者稱光微影技術）形成微結構層152的步驟，例如包括在待形成微結構層的材料層上形成圖案化的光阻層。利用該圖案化的光阻層對該待形成微結構層的材料層圖案化，以使其形成凹凸結構，得到微結構層152。由於該方式涉及到光刻設備等，是故成本較貴。

奈米壓印形成微結構層152的步驟，例如包括在基材151上塗佈用於形成微結構層的材料層，然後將形成有凹凸結構的模具設置在該材料層上，並照射紫外線或加熱，以使該材料層固化，經脫模後轉印形成具有基底部和突起部的微結構層152。奈米壓印技術形成微結構層152，與光刻技術相比具有降低生產成本及複雜性的優點。

另，步驟S1中，微結構層152直接形成在基材151上，而非藉由膠黏合至基材151。由於膠的耐熱性和散熱性較差，是故，本申請實施例的光學膜片15具有較佳的散熱性和耐熱性。另，微結構層152直接形成在基材151上，相較於膠合的方式，還可減少光學膜片15的厚度，並降低成本，同時還能夠減少膠層對光路折射的影響。

步驟S2：形成複數擋光層。

一些實施例中，藉由塗佈、鍍膜、噴塗或濺射的方式之一在圖6的微結構層152上擋光層153。其中，可從傾斜方向進行擋光層153的塗佈、鍍膜、噴塗或濺射。上述方式中，可藉由變更成膜條件、成膜材料等，以調控形成的擋光層153的具體形態。

以上實施方式僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施方式對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神及範圍。

100a、100b:車輛 10a、10b:抬頭顯示器 11:殼體 11a:容納腔 11b:出光口 12:透明罩 12a:第一表面 12b:第二表面 13:圖像生成單元 14:反射組件 141:第一反射鏡 142:第二反射鏡 15:光學膜片 151:基材 152:微結構層 1521:基底部 1522:突起部 1522a:第一側面 1522b:第二側面 1522c:第三側面 153:擋光層 D1:第一方向 D2:第二方向 D3:協力廠商向 20:車體 21:擋風玻璃 22:儀錶盤 30:投影介質 L1:圖像光 L2:環境光 α:第一角度 β:第二角度 γ:第三角度 200:駕駛人員

圖1為應用本申請一實施例的抬頭顯示器的車輛的結構示意圖。

圖2為圖1中光學膜片的剖面示意圖。

圖3為圖2中光學膜片的立體示意圖。

圖4為應用本申請另一實施例的抬頭顯示器的車輛的結構示意圖。

圖5為本申請一實施例中，光學膜片的製備方法的流程示意圖。

圖6為圖5中光學膜片的製備方法的各步驟的剖面示意圖。

100a:車輛

10a:抬頭顯示器

11:殼體

11a:容納腔

11b:出光口

12:透明罩

12a:第一表面

12b:第二表面

13:圖像生成單元

14:反射組件

141:第一反射鏡

142:第二反射鏡

15:光學膜片

1522b:第二側面

1522c:第三側面

20:車體

21:擋風玻璃

22:儀錶盤

30:投影介質

L1:圖像光

L2:環境光

α:第一角度

β:第二角度

200:駕駛人員

Claims (14)

1. 一種光學膜片，其改良在於，包括： 透明的基材； 透明的微結構層，位於所述基材上，所述微結構層包括與所述基材的表面直接接觸的基底部以及從所述基底部朝向遠離所述基材的一側突出的複數突起部；以及 複數擋光層，每一個所述擋光層部分覆蓋一個所述突起部，每一個所述擋光層包括吸收光的吸收膜或反射光的反射膜。
2. 根據請求項1所述的光學膜片，其中，沿第一方向上，每一個所述突起部延伸呈條狀；沿與所述第一方向交叉的第二方向上，所述複數突起部連續且無間隔地分佈。
3. 根據請求項2所述的光學膜片，其中，每一個所述突起部呈三棱柱，所述三棱柱包括順次連接的第一側面、第二側面以及第三側面；所述第一側面、所述第二側面以及所述第三側面均為四邊形，所述第一側面與所述基底部直接接觸，所述第二側面設置有所述擋光層，所述第三側面能夠使光透過。
4. 根據請求項3所述的光學膜片，其中，所述第二側面與所述第三側面之間的角度範圍為30°至150°。
5. 根據請求項1至4中任意一項所述的光學膜片，其中，所述反射膜的材料包括金屬粒子或氧化物粒子；所述吸收膜的材料包括紫外線吸收劑或起偏振作用的偏光材料。
6. 根據請求項1至4中任意一項所述的光學膜片，其中，所述基底部與所述複數突起部為一體成型的。
7. 一種光學膜片的製備方法，其中，包括： 於透明的基材上形成透明的微結構層，所述微結構層包括與所述基材的表面直接接觸的基底部以及從所述基底部朝向遠離所述基材的一側突出的複數突起部；以及 形成複數擋光層，每一個所述擋光層部分覆蓋一個所述突起部，每一個所述擋光層包括吸收光的吸收膜或反射光的反射膜。
8. 根據請求項7所述的光學膜片的製備方法，其中，藉由雷射處理、光刻或奈米壓印的方式之一形成所述微結構層；藉由塗佈、鍍膜、噴塗或濺射的方式之一形成所述擋光層。
9. 一種抬頭顯示器，其中，包括： 具有容納腔的殼體，所述殼體包括出光口，所述出光口處設置有透明罩； 圖像生成單元，收容於所述容納腔內，用於出射圖像光； 反射組件，收容於所述容納腔內，用於反射所述圖像光至所述出光口；以及 根據請求項1至6中任意一項所述的光學膜片； 其中，所述光學膜片設置於所述透明罩上，經所述反射組件反射的所述圖像光自所述光學膜片出射至投影介質以成像。
10. 根據請求項9所述的抬頭顯示器，其中，所述透明罩包括相對的第一表面和第二表面，所述第一表面朝向所述容納腔；所述光學膜片設置於所述第一表面；或者所述光學膜片設置於所述第二表面。
11. 根據請求項9所述的抬頭顯示器，其中，所述反射組件包括至少一個位置可調的球面鏡。
12. 根據請求項9所述的抬頭顯示器，其中，所述光學膜片中，每一個所述突起部呈三棱柱，所述三棱柱包括順次連接的第一側面、第二側面以及第三側面；所述第一側面、所述第二側面以及所述第三側面均為四邊形，所述第一側面與所述基底部直接接觸，所述第二側面設置有所述擋光層，所述第三側面能夠使光透過，入射至所述光學膜片的所述圖像光與所述第三側面的角度的範圍為5°至150°。
13. 根據請求項12所述的抬頭顯示器，其中，入射至所述光學膜片上的環境光與所述第二側面的角度的範圍為5°至150°。
14. 一種車輛，其中，包括： 擋風玻璃；以及 根據請求項9至13中任意一項所述的抬頭顯示器； 其中，所述擋風玻璃為所述投影介質。

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