抬头显示装置及汽车的制作方法

1.本发明涉及抬头显示装置技术领域，尤其涉及一种抬头显示装置及汽车。


背景技术：

2.抬头显示装置又称hud(全称，heads up display)，现有技术中抬头显示装置利用挡风玻璃进行反射，通过在挡风玻璃在人眼前形成虚像，实现虚拟信息和现实的结合，从而提供信息或者显示图像的功能，使得驾驶者不用低头看仪表盘。然而这种方法会造成抬头显示装置的体积非常大，尤其是埋在仪表盘下的图像投影部分。这使得抬头显示装置难以安装上车或者无法配备到更紧凑的车型中，限制了其应用的范围。
3.鉴于此，有必要提供一种新的抬头显示装置及汽车，以解决或至少缓解上述技术缺陷。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提供一种抬头显示装置及汽车，旨在解决现有技术中抬头显示装置体积大、适用范围小的技术问题。
5.为实现上述目的，根据本发明的一方面，本发明提供一种抬头显示装置，包括：
6.光机、反射面板和液晶全息膜，所述液晶全息膜设置于所述反射面板面对所述光机的一侧，以使得从所述光机发出的光线经过所述液晶全息膜衍射后汇聚到眼盒区域。
7.在一实施例中，所述液晶全息膜包括配向层和液晶层，所述配向层与所述反射面板连接，所述液晶层设置于所述配向层远离所述反射面板的一侧，所述配向层用于提供所述液晶层的排布方式。
8.在一实施例中，所述液晶全息膜部分覆盖所述反射面板，所述液晶全息膜设置于所述反射面板靠近所述光机的一侧。
9.在一实施例中，所述液晶全息膜全部覆盖所述反射面板。
10.在一实施例中，所述液晶全息膜对所述光机发出的光线具有偏振选择性。
11.在一实施例中，所述液晶全息膜衍射右旋光；或，所述液晶全息膜衍射左旋光。
12.在一实施例中，所述光机包括壳体，设置于所述壳体内的图像源和反射镜面。
13.在一实施例中，所述抬头显示装置还包括光波导，所述光波导包括耦入端和耦出端，所述光机靠近所述耦入端设置，所述耦出端靠近所述液晶全息膜设置，以使得从所述光机从所述耦入端进入，从所述耦出端射出至所述液晶全息膜。
14.在一实施例中，所述反射面板为挡风玻璃。
15.根据本发明的另一方面，本发明还提供一种汽车，所述汽车包括上述所述的抬头显示装置。
16.上述方案中，抬头显示装置包括光机、反射面板和液晶全息膜，液晶全息膜设置于反射面板面对光机的一侧，以使得从光机发出的光线经过液晶全息膜衍射后汇聚到眼盒区域。通过在反射面板上设置液晶全息膜，在光线照射到液晶全息膜后，可以以衍射的方式汇
聚到人眼形成眼盒区域，使得光机可以以较小的面积发射光线，即可以采用更小体积的光机。该发明减小了光机的体积，进而减小了整个抬头显示装置的体积，使其可以适用于小车型上，扩大了抬头显示装置的使用范围。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术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方式，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示出的结构获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例抬头显示装置的结构示意图；
19.图2为现有技术中抬头显示装置的结构示意图(没有液晶全息膜)；
20.图3为本发明实施例抬头显示装置的另一结构示意图；
21.图4为本发明实施例抬头显示装置一具体应用的结构示意图(部分覆盖液晶全息膜)；
22.图5为本发明实施例抬头显示装置另一具体应用的结构示意图(全部覆盖液晶全息膜)；
23.图6为本发明实施例抬头显示装置液晶全息膜偏振选择性的光路示意图；
24.图7为本发明实施例抬头显示装置的又一结构示意图；
25.图8为本发明实施例抬头显示装置的再一结构示意图。
26.附图标号说明：
27.1、光机；11、壳体；12、图像源；13、反射镜面；2、反射面板；3、液晶全息膜；31、配向层；32、液晶层；5、光波导；51、耦入端；52、耦出端；6、人眼位置；a、眼盒区域。
28.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
30.需要说明，本发明实施方式中所有方向性指示(诸如上、下
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
31.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
32.并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
33.参见图1-图2，根据本发明的一个方面，本发明提供一种抬头显示装置，包括：
34.光机1、反射面板2和液晶全息膜3，液晶全息膜3设置于反射面板2面对光机1的一侧，以使得从光机1发出的光线经过液晶全息膜3衍射后汇聚到眼盒区域a。
35.需要说明的是，参照图2，现有技术中，是直接利用挡风玻璃(也就是反射面板2)对光线进行反射，由于受制于反射定律，会需要较大体积的光机1，造成整个抬头显示装置体积较大，这使得抬头显示装置难以安装上车或者无法配备到更紧凑的车型中。尤其是在大视场要求下，例如，hud视场达到30
°
时，光机1部分的体积将会超过30l，会占据较大的车内空间，由于车内空间本身比较紧张，会使hud无法安放或者只能装配在少部分大型车，影响了大视场hud的广泛应用。
36.具体地，对于没有全息反射膜的抬头显示装置，请参照图2，在反射面板2处光线受到反射定律的约束，由于要形成有效的眼盒区域a，光机1必须以较大的面积发射汇聚光并通过档风玻璃反射在人眼处形成眼盒区域a，因此需要的光机1的体积较大。而对于有液晶全息膜3的抬头显示装置，请参照图1，光线能通过衍射的方式更自由的改变传播方向，如此，光机1可以以较小的面积发射发散光，在光线照射到液晶全息膜3后，可以以衍射的方式汇聚到人眼形成眼盒区域a。有图1和图2的对比可知，对于形成同样大小的眼盒区域a，带有液晶全息膜3的光机1的体积显著小于不带有液晶全息膜3的光机1的体积。并且，采用本实施例的抬头显示装置，光机1照射的光可以是发散的光。
37.上述实施例中，通过在反射面板2上设置液晶全息膜3，在光线照射到液晶全息膜3后，可以以衍射的方式汇聚到人眼形成眼盒区域a，使得光机1可以以较小的面积发射光线，即可以采用更小体积的光机1。该实施例减小了光机1的体积，进而减小了整个抬头显示装置的体积，使其可以适用于小车型上，扩大了抬头显示装置的使用范围。如上所述，反射面板2可以是汽车的挡风玻璃。
38.在一实施例中，请参照图3，液晶全息膜3包括配向层31和液晶层32，配向层31与反射面板2连接，液晶层32设置于配向层31远离反射面板2的一侧，配向层31用于提供液晶层32的排布方式。具体地，液晶层32的排布方式可以通过光控取向或者摩擦取向写进配向层31内，其中，光控取向可以通过干涉曝光或直写系统写进配向层31。配向层31写好后，可以将液晶溶液直接涂布在配向层31上，液晶会自动按照配向层31上写好的排布方式进行排布。当液晶涂布完成后，对其进行固化处理就可以形成最终的液晶全息膜3。图3给出了一种液晶全息膜3的反射光线路径，光机1放在反射面板2的下侧仪表盘处，光机1向上出射光线照射到液晶全息膜3，液晶全息膜3将光衍射向人眼位置6。
39.在一实施例中，作为液晶全息膜3的一种具体应用方式，液晶全息膜3部分覆盖反射面板2。请参照图4，液晶全息膜3设置于反射面板2靠近光机1的一侧。该实施例中，液晶全息膜3仅覆盖了挡风玻璃的下侧一部分，这一部分的液晶全息膜3可以提供覆盖整个道路路面附近的虚像视场信息，同时外界光可以较为自由的通过挡风玻璃，不会被液晶全息膜3影响，驾驶员在人眼位置6会看到更直观清晰的外界环境。该实施例不仅能减小抬头显示装置体积，还具有不会影响驾驶员观察外部环境清晰度的优点。
40.在一实施例中，作为液晶全息膜3的一种具体应用方式，液晶全息膜3全部覆盖反射面板2。请参照图5，液晶全息膜3覆盖了整个挡风玻璃的面积，为全风挡显示，通过与图4中的虚像视场比较可知，该实施例可以为驾驶员或乘客在人眼位置6提供更大的虚像视场，除了提示路面信息外，也可以提供更为丰富的显示信息。但是由于覆盖了液晶全息膜3，外
界光在通过挡风玻璃是会有一部分被反射，使外界光强略有下降，因此，该实施例尤其适用于具有自动驾驶的智能汽车上。
41.在一实施例中，液晶全息膜3对光机1发出的光线具有偏振选择性。液晶全息膜3可知只衍射右旋光；或，液晶全息膜3可知只衍射左旋光。请参照图6，假设液晶全息膜3只衍射右旋光而透过左旋光，液晶全息膜3的这种偏振选择性使得抬头显示装置具有更高的光学衍射效率同时，保障了更好的透光性，外界光会更好的穿过挡风玻璃进入人眼。作为本实施例的一种具体实现方式，可以使得液晶全息膜3的衍射效率设定在20％且只对右旋光响应，比传统全息膜的10％的效率要高出一倍，但对外界光在通过液晶全息膜3时只会损耗10％的光，与传统全息膜损耗相当。由于液晶全息膜3特有的偏振选择性，在不影响透光性的前提下，可以提升抬头显示装置一倍左右的衍射效率。该实施例具有能够提高抬头显示装置衍射效率的优点。
42.在一实施例中，参照图7，光机1包括壳体11，设置于壳体11内的图像源12和反射镜面13。由于液晶全息膜3的衍射特性，光机1部分的体积将会比不贴液晶全息膜3的体积减小一半以上，尤其是在大视场的抬头显示装置中。例如，在20度以上视场的情况下，采用传统的不设置液晶全息膜的抬头显示装置，光机1部分的体积会做到20l以上，而加装了液晶全息膜3的抬头显示装置其光机1部分的体积会缩小2倍到4倍。这将使光机1占据更小的车前部空间，适配到更紧凑的车型中。此外，液晶全息膜3还可以补偿整个系统的像差，比如矫正畸变等，使抬头显示装置的成像质量更高。
43.在一实施例中，参照图8，抬头显示装置还包括光波导5，光波导5包括耦入端51和耦出端52，光机1靠近耦入端51设置，耦出端52靠近液晶全息膜3设置，以使得从光机1从耦入端51进入，从耦出端52射出至液晶全息膜3。由于液晶全息膜3的衍射特性，光波导5的面积将会比不贴液晶全息膜3减小一半以上，尤其是在大视场的抬头显示装置中。并且，当所需光波导5的面积太大时，将会面临光波导5无法加工的难题。以20度以上视场为例，光波导5的面积至少要做到400mm
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240mm，此时12英寸晶元的标准加工工艺将不能满足，导致无法制作。然而在设置了液晶全息膜3的抬头显示装置中，光波导5的面积可以缩减到200mm
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150mm，12英寸晶元可以支持。该实施例减小了所需光波导5的体积，避免了光波导5过大导致无法制作的难题，提高了制作大视场抬头显示装置的可能性。
44.根据本发明的另一方面，本发明还提供一种汽车，汽车包括上述的抬头显示装置。由于汽车包括了上述所有抬头显示装置的全部实施例的所有技术方案，因此，至少具有上述所有技术方案带来的一切有益效果，在此不再一一赘述。
45.以上仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的技术构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。