CN203909400U - 一种基于偏振光的平视显示系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于光学成像技术，提供了一种基于偏振光的平视显示系统，包括平板显示器件、显示控制单元和反射式偏振器件；所述平板显示器件用于产生携带有图像信息的线偏振光；所述显示控制单元与平板显示器件相连接，用于提供驱动所述平板显示器件的信号以及控制所述平板显示器件上显示的图像信息；所述反射式偏振器件贴附于汽车前挡风玻璃内表面，其透光轴方向与平板显示器件表面的偏光片的透光轴方向垂直，用于将接收到的平板显示器件所发出的载有图像信息的线偏振光进行全反射。所述的基于偏振光的平视显示系统可以在反射式偏振器件中呈现清晰的虚像，具有结构简单、可视范围宽、成像清晰、光利用率高的特点。

Description

一种基于偏振光的平视显示系统

技术领域

本实用新型涉及光学成像技术，尤其涉及一种基于偏振光的平视显示系统。

背景技术

车载平视显示系统，又称抬头显示器系统(Head-Up Display，HUD)，是显示于汽车前挡风玻璃上的一种显示系统，用于显示汽车速度、转速、油耗、导航信息等，驾驶员不用低头即可观察到车辆的诸多信息。平视显示系统能避免驾驶员低头观看仪表盘信息时可能存在的交通安全隐患。

常见的HUD系统，在汽车前挡风玻璃内表面上镀有或贴附一层表面反射率较高的薄膜，作为半透射半反射薄膜，用于透射环境光线及反射玻璃下方的显示器件的光线，显示器件使用投影方式或者简单的液晶显示或LED显示。由于这两类显示所使用的半透射半反射薄膜为全光谱反射膜，能够反射可见光范围内的所有偏振状态的光线，因此半透射半反射膜对显示器件周围物体的反射也会比较强，显示画面与背景区分不明显，使得显示效果不理想。同时由于这类半透射半反射薄膜需要兼顾透射率和反射率，一般光透射率在70％左右，表面反射率20％以上。作为汽车前挡风玻璃，要求有很高的透射率，而作为HUD的反射膜，需要有高的反射率，这与汽车前挡风玻璃对透光率的要求是矛盾的，这类HUD系统的光利用率都很低，因此就要求显示器件具有高亮度的光输出，对显示器件设计与制作提出了更高的要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种基于偏振光的平视显示系统，旨在解决现有的汽车平视显示系统透视性不好，光能利用率低的问题。

本实用新型是这样实现的，一种基于偏振光的平视显示系统，包括平板显示器件、显示控制单元和反射式偏振器件；

所述平板显示器件用于产生携带有图像信息的线偏振光；

所述显示控制单元与所述平板显示器件相连接，用于向所述平板显示器件提供电源，还用于提供驱动所述平板显示器件的信号以及控制所述平板显示器件上显示的图像信息，同时还用于控制所述平板显示器件的光输出功率来调整画面的亮度；

所述反射式偏振器件贴附于汽车前挡风玻璃内表面，其透光轴方向与所述平板显示器件表面的偏光片的透光轴方向垂直，用于将接收到的平板显示器件所发出的载有图像信息的线偏振光进行全反射，使全反射的光束能被观察者观看到。

进一步地，所述平视显示系统还包括光强传感器和系统控制单元，所述光强传感器与所述系统控制单元相连接，用于探测周围环境的光强度，并把光强度数据反馈给所述系统控制单元；

所述系统控制单元与所述显示控制单元相连接，所述系统控制单元根据接收到的光强度数据向所述显示控制单元发出调整所述平板显示器件输出亮度的信号，还负责与外界进行数据通讯。

进一步地，所述平板显示器件为液晶显示屏，所述液晶显示屏的背面贴附有背光源。

进一步地，所述液晶显示屏为透射式液晶显示屏、多基色方式的液晶显示屏或场序彩色方式的液晶显示屏。

进一步地，所述平视显示系统还包括背光控制模块，所述背光控制模块的一端与所述系统控制单元相连接，所述背光控制模块的另一端与所述平板显示器件相连接，用于控制平板显示器件发出的光源的强度。

进一步地，所述平板显示器件为贴附有圆偏振片的有机发光显示器件，所述圆偏振片的线偏光膜为线偏振光的出射面。

进一步地，所述反射式偏振器件为基于多层介质膜的反射式偏振器件。

进一步地，所述反射式偏振器件与所述平板显示器件之间的夹角为45度。

本实用新型与现有技术相比，所述基于偏振光的平视显示系统采用反射式偏振器件的透光轴方向与平板显示器件表面的偏光片的透光轴方向垂直的设计可以提高光源的光能利用率，且所述的反射式偏振器件具有对环境光透过率高和对显示器件光线的反射率高的特点。该平视显示系统通过平板显示器件、显示控制单元和反射式偏振器件相结合的构造，可以在反射式偏振器件中呈现清晰的虚像，且该平视显示系统具有结构简单、可视范围宽、成像清晰的特点。

附图说明

图1是本实用新型基于偏振光的平视显示系统的第一种实施例的结构示意图；

图2是本实用新型基于偏振光的平视显示系统的第二种实施例的结构示意图；

图3是含有背光源的液晶显示器件的结构示意图；

图4是贴附有圆偏振片的有机发光显示器件的结构示意图；

图5是反射式偏振器件对垂直于其透光轴方向的偏振光的反射光谱示意图；

图6是反射式偏振器件对平行于其透光轴方向的偏振光的反射光谱示意图；

图7是反射式偏振器件对非偏振光的透过光谱示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，为本实用新型一较佳的实施例，一种基于偏振光的平视显示系统，包括平板显示器件100、显示控制单元102和反射式偏振器件107。平板显示器件100用于产生携带有图像信息的线偏振光。显示控制单元102与平板显示器件100相连接，用于向平板显示器件100提供电源，还用于提供驱动平板显示器件100的信号以及控制平板显示器件100上显示的图像信息，同时还用于控制平板显示器件100的光输出功率来调整画面的亮度。反射式偏振器件107贴附于汽车前挡风玻璃内表面，其透光轴方向与平板显示器件100表面的偏光片的透光轴方向垂直，用于将接收到的平板显示器件100所发出的载有图像信息的线偏振光进行全反射，使全反射的光束能被观察者观看到。

平板显示器件100为液晶显示屏104，液晶显示屏104的背面贴附有背光源105，液晶显示屏104的结构如图3所示。该液晶显示屏104包含偏光片301和311、透明玻璃基板302和310、透明电极303和309、取向层304和308、封边胶305、液晶层306、间隔粒子307。由于液晶显示屏自身不发光，需要搭配背光源105才能用于图像的显示，通常情况下，液晶显示屏104贴附于背光源105的出光面的表面，从背光源105发出的光线穿透液晶显示屏104，因此从液晶显示屏104透射的光线均为线偏振光，偏振方向平行于光线出射一侧的偏光片的透过轴方向。优选的，液晶显示屏104可以为透射式液晶显示屏、多基色方式的液晶显示屏或场序彩色方式的液晶显示屏。平视显示系统还包括用于控制背光源105光强度的背光控制模块103，背光控制模块103的一端与系统控制单元101相连接，背光控制模块103的另一端与背光源105相连接，用于控制背光源105发出的光源强度。

该平视显示系统还包括光强传感器106和系统控制单元101，光强传感器106与系统控制单元101相连接，用于探测周围环境的光强度，并把光强度数据反馈给系统控制单元101。系统控制单元101与显示控制单元102相连接，用于协调显示控制单元102和光强传感器106的协同工作，即系统控制单元101根据接收到的光强度数据向显示控制单元102发出调整平板显示器件100输出亮度的信号。同时，系统控制单元101还负责与外界进行数据通讯。例如，当光强传感器106探测到周围环境光的强度比较弱时，系统控制单元101根据光强传感器106反馈的信号，发送指令给背光控制模块103，调低背光源105的光输出，从而调低显示画面的亮度，保护了观察者的视力；当光强传感器106探测到周围环境光比较强时，系统控制单元101根据光强传感器106反馈的信号，调高背光源105的光输出，使显示画面亮度高于背景画面的亮度，以保证画面的清晰。

如图2所示，为本实用新型另一较佳的实施例，平视显示系统包括平板显示器件100、系统控制单元101、显示控制单元102、光强传感器106和反射式偏振器件107。平板显示器件100为贴附有圆偏振片201的有机发光显示器件202，圆偏振片201的线偏光膜为线偏振光的出射面，如图4所示，该贴附有圆偏振片201的有机发光显示器件202包含基板401、金属电极402、有机发光层403、透明电极404、透明基板405、四分之一波长延迟膜406和线偏光片407，其中基板401、金属电极402、有机发光层403、透明电极404、透明基板405构成有机发光显示器件202，四分之一波长延迟膜406和线偏光片407构成圆偏振片201。圆偏振片201贴附于有机发光显示器件202的出光面，由有机发光显示器件202发出的光线无偏振性，经过圆偏振片201中的四分之一波长延迟膜406后仍无偏振性，最后经过线偏光片407后变为线性偏振光。

在有机发光显示技术中，有机发光显示器件202底部的金属电极402通常会有很高的反射率，因此当外界光线比较强时，会导致无法看清有机发光显示器件202所显示的画面，为了解决这个问题，通常在有机发光显示器件表面贴附一层圆偏振片，其中圆偏振片的四分之一波长延迟膜与有机发光显示器件相贴附，圆偏振片中的线偏光片贴附于四分之一波长延迟膜的外表面。当环境光照射到贴有圆偏振片的有机发光显示器件表面时，先穿透线偏光片，光线变为线偏振光，再经过四分之一波长延迟膜后变为圆偏振光；圆偏振光经过各层后到达金属电极层，在金属电极表面发生镜面反射，此时圆偏振光将变成旋转方向与反射前相反的圆偏振光；当反射光线被经过四分之一波长延迟膜后，将转化为线偏振光，其偏振方向刚好与线偏光片的偏振方向垂直，因此无法透过线偏振片。因此，使用圆偏振片将有效解决有机发光显示器件的金属电极对环境光线的反射问题，也正是因为贴附了圆偏振片，从有机发光显示器件发出的光线也转化为线偏振光，从而满足了该平视显示系统的要求。

与上述各个实施例相结合，反射式偏振器件107为基于多层介质膜的反射式偏振器件，反射式偏振器件107可贴附于汽车前挡风玻璃内表面，且反射式偏振器件107与平板显示器件100之间的夹角为45度，该夹角的度数不要求很精确，在45度正负5度左右都可以。该反射式偏振器件107可以透过汽车外部50％左右的光线，并且可以反射平板显示器件100将近100％的光线，其平衡了光源的反射性和透光性，达到较高的光源利用率。液晶显示屏104水平放置于反射式偏振器件107的正下方，并保证正视时其表面偏光片311的透光轴方向与反射式偏振器件107的透光轴方向垂直。

在实际使用时，基于偏振光的平视显示系统进入到驾驶员眼中的光线分为三部分，第一部分来自于平板显示器件100且经过反射式偏振器件107的反射后入射到人眼中的光线；第二部分为外界光线经过平板显示器件100显示区域以外的物体表面反射后，再经反射式偏振器件107反射进入人眼108的光线；第三部分为车外环境光线经过反射式偏振器件107透射后进入到人眼108的光线。

对于第一部分的光线，透过平板显示器件100后的光线为线偏振光，经过所述的反射式偏振器件107表面时，由于偏振方向与反射式偏振器件107的透光轴方向垂直，光线将几乎全部被反射，进入到驾驶员眼中。反射式偏振器件107对于偏振方向与其自身透光轴方向垂直的线偏振光的反射率接近100％，其反射光谱如附图5所示，因此液晶显示器件的出射光线基本全部被反射至驾驶员眼中。通常情况下，自然光经过反射后将带有部分线偏振的特性，其偏振方向为水平方向，因此偏光太阳眼镜的吸收轴被设计为水平方向，相应的透光轴为竖直方向，用于吸收大部分的反射光线中的线偏振光，从而过滤掉驾驶员眼中的多种干扰光线，保证驾驶安全。即，该基于偏振光的平视显示系统在使用时可以结合偏光太阳眼镜一起使用，光源的光能利用率会更加好。当然，该平视显示系统在没有偏光太阳镜的情况下也不会影响其使用和相关的功能。考虑到与偏光太阳镜的兼容性，本实施例中，在正视时反射式偏振器件107的透光轴方向为水平方向，液晶显示器件104的表面偏光片透光轴方向为竖直方向，因此从平板显示器件100发出的光线将被反射式偏振器件107全部反射。

对于第二部分光线，当太阳光照射到平板显示器件100显示区域以外的物体表面时，其反射光线将带有部分偏振光，偏振方向为水平方向，因此在经过反射式偏振器件107时将大部分透过而不被反射。因为对于偏振角度与反射式偏振器件107相同的线偏振光，其反射率约在3％左右，反射光谱如附图6所示。因此液晶显示器件显示区域以外的物体所反射的光线在反射式偏振器件107中将不被明显的反射，这样就提高了显示图像与周围物体的对比差异，显示画面更加清晰。

对于第三部分光线，从车窗外进入车内的光线，在经过波长选择性反射器件反射式偏振器件107时仅有45％左右的光透过反射式偏振器件107，从一定程度上降低了对反射图像的干扰，有助于提高反射图像与车外背景的反差。反射式偏振器件107对自然光的透过光谱如附图7所示，在可见光波段范围内透光率在46％左右。若驾驶员佩戴偏光太阳眼镜，因偏光太阳眼镜的偏振方向与反射式偏振器件107的偏振方向垂直，因此在车外光线穿过反射式偏振器件107后再经过偏光太阳眼镜时将被全部滤掉，仅有液晶显示器件表面的光线进入驾驶员眼中，可以完全过滤车外背景光线对反射图像的干扰，因此所述的基于偏振光的平视显示系统在使用时搭配偏光太阳眼镜将进一步提高本平视显示系统的成像效果。

所述的基于偏振光的平视显示系统采用液晶显示器件104或贴附有防反射的圆偏振片201的有机发光显示器件202作为平板显示器件100，使用反射式偏振器件作为图像的反射器件。由于反射式线偏振器件107对偏振方向垂直于其透过轴的线偏振光的反射率接近100％，使得从显示器件所发出的线偏振光都能被反射式偏振器件反射，而对于非偏振光的反射率仅为50％左右，因此显示区域以外的图像在反射式偏振器件上的反射率可大大降低，从而使得反射画面在亮度上与画面以外物体区分开，提高反射画面的亮度及与背景的对比度，从而提升成像效果。同时，该平视显示系统还具有结构简单、可视范围宽等特点。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于偏振光的平视显示系统，其特征在于，包括平板显示器件、显示控制单元和反射式偏振器件；

所述平板显示器件用于产生携带有图像信息的线偏振光；

所述显示控制单元与所述平板显示器件相连接，用于向所述平板显示器件提供电源，还用于提供驱动所述平板显示器件的信号以及控制所述平板显示器件上显示的图像信息，同时还用于控制所述平板显示器件的光输出功率来调整画面的亮度；

所述反射式偏振器件贴附于汽车前挡风玻璃内表面，其透光轴方向与所述平板显示器件表面的偏光片的透光轴方向垂直，用于将接收到的平板显示器件所发出的载有图像信息的线偏振光进行全反射，使全反射的光束能被观察者观看到。

2.根据权利要求1所述的基于偏振光的平视显示系统，其特征在于，所述平视显示系统还包括光强传感器和系统控制单元，

所述光强传感器与所述系统控制单元相连接，用于探测周围环境的光强度，并把光强度数据反馈给所述系统控制单元；

所述系统控制单元与所述显示控制单元相连接，所述系统控制单元根据接收到的光强度数据向所述显示控制单元发出调整所述平板显示器件输出亮度的信号，还负责与外界进行数据通讯。

3.根据权利要求1或2所述的基于偏振光的平视显示系统，其特征在于，所述平板显示器件为液晶显示屏，所述液晶显示屏的背面贴附有背光源。

4.根据权利要求3所述的基于偏振光的平视显示系统，其特征在于，所述液晶显示屏为透射式液晶显示屏、多基色方式的液晶显示屏或场序彩色方式的液晶显示屏。

5.根据权利要求2所述的基于偏振光的平视显示系统，其特征在于，所述平视显示系统还包括背光控制模块，所述背光控制模块的一端与所述系统控制单元相连接，所述背光控制模块的另一端与所述平板显示器件相连接，用于控制平板显示器件发出的光源的强度。

6.根据权利要求1或2所述的基于偏振光的平视显示系统，其特征在于，所述平板显示器件为贴附有圆偏振片的有机发光显示器件，所述圆偏振片的线偏光膜为线偏振光的出射面。

7.根据权利要求1或2所述的基于偏振光的平视显示系统，其特征在于，所述反射式偏振器件为基于多层介质膜的反射式偏振器件。

8.根据权利要求1或2所述的基于偏振光的平视显示系统，其特征在于，所述反射式偏振器件与所述平板显示器件之间的夹角为45度。