CN102998839A

CN102998839A - 一种抬头显示器

Info

Publication number: CN102998839A
Application number: CN 201210528024
Authority: CN
Inventors: 陈彦良; 林欣龙
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2013-03-27

Abstract

本发明提供了一种抬头显示器，包括：背光模组，用于提供背光源；第一偏光片，设置于背光模组的上方，其透光轴与水平方向的夹角为45度；液晶显示单元，位于第一偏光片的上方，包括多个像素，每一像素具有多个子像素，该子像素为平行四边形且非矩形的结构并包括多个氧化铟锡条纹；以及第二偏光片，设置于液晶显示单元的上方，其透光轴与水平方向的夹角为135度。采用本发明，将液晶显示单元上下方的两偏光片各自的透光轴设置为相互垂直，且每一像素中的子像素具有多个ITO条纹，从而利用子像素的非矩形结构及轴向旋转使得整个偏振轴向转成45度倾斜，从而改善布鲁斯特角所造成的反射率低落现象。

Description

一种抬头显示器

技术领域

本发明涉及一种液晶显示器，尤其涉及一种抬头显示器。

背景技术

近年来，基于行车安全与驾驶环境等考量，可提高汽车可靠性与驾驶视认性的辅助装置已经逐渐普及。举例而言，全球定位***（Global Positioning System，GPS）或是抬头显示器（HUD，Head-Up Display）均为常见的车用辅助装置。

具体地，抬头显示器可将虚拟图像映射在挡风玻璃上，以提供如仪表盘状态与导航资讯等行车相关信息。由于驾驶人无需低头或转头观看，因此可将视线集中在前方，较不容易分散驾驶人的注意力。在现有技术中，种类繁多的抬头显示器的其中一种为利用非自发光显示器，例如液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）来显示影像，再利用诸如发光二极管阵列的一背光模组将影像投射并反射至驾驶人的视线范围。此种习知的背光模组是将光源发散性地射出，使得驾驶人以外的乘客在各个角度皆可观看到影像。然而，由于各光源射出的路径不集中，使得单一光源照射至驾驶人的强度减弱。

另一方面，当光线以非垂直角度穿透光学元件（如分光镜）的表面时，反射和透射特性均依赖于偏振现象。此种情形下，使用的坐标系是用含有输入光束和反射光束的那个平面定义的，若光线的偏振矢量在这个平面内，则称为P偏振光；若偏振矢量垂直于该平面，则称为S偏振光。以抬头显示器为例，由于抬头显示器将虚拟图像显示于挡风玻璃时，P偏振光的反射率与S偏振光的反射率不同，如此一来，P偏振光会遭遇布鲁斯特角（Brewsterangle）所引起的反射率低落现象，S偏振光在反射后会遇到驾驶人带P型偏振式太阳眼镜而看不到影像的问题，导致抬头显示器的视认功能降低。

有鉴于此，如何设计一种新颖的抬头显示器，以有效地解决现有方案中的由于P偏振光或S偏振光所引起的上述缺陷，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。

发明内容

针对现有技术中的抬头显示器使用时所存在的上述缺陷，本发明提供了一种新颖的抬头显示器。

依据本发明的一个方面，提供了一种抬头显示器，包括：

一背光模组，用于提供所述抬头显示器的背光源；

一第一偏光片，设置于所述背光模组的上方，所述第一偏光片的透光轴与水平方向的夹角为45度；

一液晶显示单元，位于所述第一偏光片的上方，所述液晶显示单元包括多个像素，每一像素具有多个子像素，其中，所述子像素为平行四边形且非矩形的结构，并且每一子像素包括多个ITO（氧化铟锡）条纹；以及

一第二偏光片，设置于所述液晶显示单元的上方，所述第二偏光片与所述第一偏光片相垂直，所述第二偏光片的透光轴与水平方向的夹角为135度，

其中，所述抬头显示器从所述第二偏光片出射的偏振光既具有P偏振分量也具有S偏振分量，以便改善布鲁斯特角（Brewsterangle）造成的反射率低落现象。

在其中的一实施例中，液晶显示单元设置为一增强型多区域垂直排列模式（AMVA，Advanced Multi-domain VerticalAlignment）。优选地，子像素的ITO条纹为轮胎胎纹形状。

在其中的一实施例中，液晶显示单元设置为一超视角高清晰（AHVA，Advanced Hyper Viewing Angle）模式。

优选地，子像素包括彼此平行的多个第一条纹以及彼此平行的多个第二条纹，其中，所述第一条纹与相应的第二条纹相交于一点，且所述第一条纹与所述第二条纹相互垂直。

在其中的一实施例中，子像素的摩擦配向（rubbing direction）为竖直方向。例如，第一条纹与水平方向的夹角为45度，所述第二条纹与水平方向的夹角为315度。

在其中的一实施例中，子像素的摩擦配向（rubbing direction）为水平方向。例如，第一条纹与水平方向的夹角为135度，所述第二条纹与水平方向的夹角为225度。

采用本发明的抬头显示器，将液晶显示单元下方的第一偏光片和液晶显示单元上方的第二偏光片各自的透光轴设置为相互垂直，并且该液晶显示单元的每一像素中的子像素具有多个ITO条纹，从而利用子像素的非矩形结构及轴向旋转使得整个偏振轴向转成45度倾斜，因此，该抬头显示器从第二偏光片出射的偏振光既具有P偏振分量也具有S偏振分量，从而改善布鲁斯特角所造成的反射率低落现象。

附图说明

读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，

图1示出传统的一抬头显示器的光路原理图；

图2示出传统抬头显示器中的液晶显示单元为AMVA模式时的光路原理图；

图3示出传统抬头显示器中的液晶显示单元为AHVA模式时的光路原理图；

图4示出依据本发明的一实施方式的抬头显示器的结构组成及其光路原理示意图；

图5示出图4的抬头显示器中的子像素结构的第一实施例；

图6示出图4的抬头显示器中的子像素结构的第二实施例；以及

图7示出图4的抬头显示器中的子像素结构的第三实施例。

具体实施方式

为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。

下面参照附图，对本发明各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。

图1示出传统的一抬头显示器的光路原理图。如前所述，车用抬头显示器可将虚拟图像映射在挡风玻璃上，以提供如仪表盘状态与导航资讯等行车相关信息。由于驾驶人无需低头或转头观看，因此可将视线集中在前方，较不容易分散驾驶人的注意力。参照图1，利用背光模组10将实景图像所对应的光线P投射至挡风玻璃20。其中，光线P可分为P偏振光P11和S偏振光P12，并且P偏振光P11和S偏振光P12相互垂直。

在图1中，光线P于挡风玻璃20靠近驾驶人的一面发生透射和反射，该光线P与法线之间的夹角为θ。其中，P偏振光P11透射至挡风玻璃20的反射面的背面。S偏振光P12在挡风玻璃20的反射面进行反射，反射后的S偏振光P12沿水平方向进入驾驶人的视野，此时，驾驶人平视即可看到本来位于其下方的图像或资讯信息。但是，在该抬头显示器***中，P偏振光往往会遭遇布鲁斯特角（Brewster angle）所引起的反射率低落现象，另外，S偏振光P12在反射后会遇到驾驶人带P型偏振式太阳眼镜而看不到影像的问题，致使视认功能降低。

图2示出传统抬头显示器中的液晶显示单元为AMVA（Advanced Multi-domain Vertical Alignment，增强型多区域垂直排列模式）模式时的光路原理图。

参照图2，该抬头显示器***依次包括一背光模组302、下偏光片304、四分之一波板（QWP，Quarter-Wave Plate）306、液晶显示单元308、四分之一波板310和上偏光片312。其中，四分之一波板306用于将线偏振光转化为圆偏振光，四分之一波板310用于将圆偏振光转化为线偏振光。更具体地，背光模组302出射的光线包括P偏振光束和S偏振光束，经过下偏光片304后，原来的P偏振光束中仅有水平方向的光束被允许透过，而原来的S偏振光束中仅有竖直方向的光束被允许透过。然后，四分之一波板306将水平方向的线性P偏振光转化为逆时针方向的圆形P偏振光，以及将竖直方向的线性S偏振光转化为逆时针方向的圆形S偏振光。接着，液晶显示单元308中的液晶分子对入射的光线进行折射、反射和透射，从而将圆形P偏振光逆时针旋转90度，以及将圆形S偏振光顺时针旋转90度。然后，四分之一波板310将圆形P偏振光转化为线性P偏振光且将圆形S偏振光转化为线性S偏振光。最后，线性P偏振光和线性S偏振光在挡风玻璃314的表面上发生透射和反射。

由图2可知，上偏光片312出射的线性P偏振光和线性S偏振光与挡风玻璃314之间具有一夹角，亦即，线性P偏振光和线性S偏振光并不是以垂直于挡风玻璃314的方向入射至反射表面。如此一来，P偏振光也会遭遇布鲁斯特角（Brewsterangle）所引起的反射率低落现象。

图3示出传统抬头显示器中的液晶显示单元为AHVA（Advanced Hyper Viewing Angle，超视角高清晰）模式时的光路原理图。

参照图3，该抬头显示器***依次包括一背光模组402、下偏光片404、液晶显示单元408和上偏光片412。具体地，背光模组402出射的光线包括P偏振光束和S偏振光束，经过下偏光片404后，原来的P偏振光束中仅有水平方向的光束被允许透过，而原来的S偏振光束中仅有水平方向的光束被允许透过。接着，液晶显示单元408中的液晶分子对入射的光线进行折射、反射和透射，从而将原来位于水平方向的P偏振光旋转至竖直方向，以及将原来位于竖直方向的S偏振光旋转至水平方向。最后，P偏振光和S偏振光在挡风玻璃414上发生透射和反射。

类似于图2，在图3的光路示意图中，上偏光片412出射的P偏振光和S偏振光与挡风玻璃414之间具有一夹角，亦即，P偏振光和S偏振光并不是以垂直于挡风玻璃414的方向入射至反射表面。如此一来，P偏振光也会遭遇布鲁斯特角（Brewster angle）所引起的反射率低落现象。

为解决图2和图3所遭遇的缺陷或不足，图4示出依据本发明的一实施方式的抬头显示器的结构组成及其光路原理示意图。

参照图4，该抬头显示器***包括一背光模组502、下偏光片504、液晶显示单元508和上偏光片512。其中，背光模组502用于提供背光源，从而将实景图像转化为出射光束。从图2和图3可知，该出射光束也包括线性P偏振光和S偏振光。下偏光片304设置于背光模组502的上方以及液晶显示单元508的下方，由于下偏光片504的透光轴与水平方向的夹角为45度，因此，出射光束中位于倾斜45度方向的光束被允许通过。接着，液晶显示单元508中的液晶分子对入射的光线进行折射、反射和透射，从而将原来与水平方向夹45度角的光束旋转至于水平方向夹135度角的方向。然后，将上偏光片512的透光轴设置为与水平方向之间的夹角为135度（亦即，上偏光片512的透光轴与下偏光片504的透光轴相互垂直），此时，上偏光片512允许位于倾斜135度方向的光束通过。结合图2和图3，此时，从上偏光片512出射的光束刚好与挡风玻璃相垂直，因此，P偏振光并不会遭遇布鲁斯特角（Brewster angle）所引起的反射率低落现象。

在一具体实施例中，液晶显示单元设置为AHVA模式时，子像素包括彼此平行的多个第一条纹S1以及彼此平行的多个第二条纹S2。其中，第一条纹S1与相应的第二条纹S2相交于一点，且第一条纹S1与第二条纹S2相互垂直。

图5示出图4的抬头显示器中的子像素结构的第一实施例。为配合液晶显示单元508的液晶分子的光学特性，该液晶显示单元包括多个像素，每一像素具有多个子像素，例如，子像素601、子像素603和子像素605。其中，子像素601、603和605中的每一子像素为平行四边形且非矩形的结构，并且每一子像素包括多个ITO（氧化铟锡）条纹。在图5的该实施例中，子像素的摩擦配向（rubbing direction）为竖直方向，第一条纹S1与水平方向的夹角为45度，第二条纹S2与水平方向的夹角为315度（以逆时针定义的正角度值）。

图6示出图4的抬头显示器中的子像素结构的第二实施例。类似地，每一像素包括多个子像素，例如，子像素607、子像素609和子像素611。子像素607、609和611中的每一子像素为平行四边形且非矩形的结构，并且每一子像素包括多个ITO（氧化铟锡）条纹。在图6的该实施例中，子像素的摩擦配向（rubbing direction）为水平方向，第一条纹S1与水平方向的夹角为135度，第二条纹S2与水平方向的夹角为225度。

图7示出图4的抬头显示器中的子像素结构的第三实施例。在该实施例中，液晶显示单元设置为AMVA模式。与图5、图6相同的是，图7的子像素613、615和617中的每一子像素也为平行四边形且非矩形的结构。不同的时，这些子像素中的ITO条纹S3为轮胎胎纹形状。

上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。

Claims

1.一种抬头显示器（Head-Up Display），其特征在于，所述抬头显示器包括：

一背光模组，用于提供所述抬头显示器的背光源；

2.根据权利要求1所述的抬头显示器，其特征在于，所述液晶显示单元设置为一增强型多区域垂直排列模式（AMVA，Advanced Multi-domain Vertical Alignment）。

3.根据权利要求2所述的抬头显示器，其特征在于，所述子像素的ITO条纹为轮胎胎纹形状。

4.根据权利要求1所述的抬头显示器，其特征在于，所述液晶显示单元设置为一超视角高清晰（AHVA，Advanced HyperViewing Angle）模式。

5.根据权利要求4所述的抬头显示器，其特征在于，所述子像素包括彼此平行的多个第一条纹以及彼此平行的多个第二条纹，其中，所述第一条纹与相应的第二条纹相交于一点，且所述第一条纹与所述第二条纹相互垂直。

6.根据权利要求5所述的抬头显示器，其特征在于，所述子像素的摩擦配向（rubbing direction）为竖直方向。

7.根据权利要求6所述的抬头显示器，其特征在于，所述第一条纹与水平方向的夹角为45度，所述第二条纹与水平方向的夹角为315度。

8.根据权利要求5所述的抬头显示器，其特征在于，所述子像素的摩擦配向（rubbing direction）为水平方向。

9.根据权利要求8所述的抬头显示器，其特征在于，所述第一条纹与水平方向的夹角为135度，所述第二条纹与水平方向的夹角为225度。