CN109455148A - 一种包括同屏异像显示装置的汽车 - Google Patents

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林伟浩
沈奕
吴锡淳
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Abstract

汽车，包括主、副驾驶座和中控台，第一、二区域分别为主、副驾驶座上方的车内空间；中控台设有显示装置，其包括显示屏和背光，背光包括透镜部和发光部；透镜部包括正透镜单元，发光部包括对应的发光单元组，发光单元组包括水平并排的第一、二发光体，第一、二发光体处于透镜单元的第一、二焦平面间且与主、副驾驶座互为对侧；显示屏挡设在透镜部上，第一、二发光体交替发光，显示屏交替地刷显出时间上与其对应的第一、二图像，由此第一、二图像分别被投射到第一区域和第二区域。这种汽车，上述同屏异像的显示装置不仅可满足正、副驾驶座的乘坐人员观看各自显示图像的需求，还能够保证观看到亮度足够高的显示图像。

Description

一种包括同屏异像显示装置的汽车
技术领域
本发明涉及一种汽车，尤其是一种包括同屏异像显示装置的汽车。
技术背景
吉利公司在其申请号为201710457988.8的“一种双视角车载导航娱乐***及控制方法”的专利申请中，提出了在汽车的中控台使用一种具有同屏异像功能的显示装置，其正、副驾驶座的乘车人员依据其座位相对中控台所具有的不同观看角度(左右角度)，可以在显示装置中观看到不同的显示图像。这种设计不需为正、副驾驶座设置不同的显示器，而是仅需一个显示器即可满足正、副驾驶座的乘坐人员观看各自显示图像的需求，其车内空间的设计、尤其是中控台的布局设计能够获得极大的优化。
目前的同屏异像显示装置，一般采用视差遮挡栅来实现其同屏异像功能。视差遮挡栅即设置在显示屏前方的一个包括多个垂直遮挡条的遮挡板，正、副驾驶座的乘坐人员依据其观看的角度，透过遮挡条的间隙分别看到显示屏上不同的显示区域，由此，在显示屏的上述不同显示区域显示不同的内容，即可使正、副驾驶座的乘坐人员看到不同的图像。
然而，正、副驾驶座相对设置在中控台的显示屏具有非常大的角度(>45°)，而一般的显示屏(如液晶显示屏)发射到中间角度的光线要远多于其左右角度，在这种采用视差遮挡栅来实现同屏异像功能的显示装置中，遮挡栅会遮挡掉大部分从中间角度发射出来的光线，而仅透过左右角度的光线，使得显示屏的光损失非常大，因此，这种显示装置的亮度往往非常低。一般地，汽车在白天使用时，驾驶室的环境亮度非常高，而这种带有同屏异像功能的显示装置，由于其亮度非常低，在高亮度环境下使用，乘坐人员往往很难看清楚其显示图像，其实际体验往往很难让人满意。
发明内容
本发明的目的为提供一种包括同屏异像显示装置的汽车，其同屏异像显示装置不仅可满足正、副驾驶座的乘坐人员观看各自显示图像的需求，还能够保证观看到亮度足够高的显示图像，所采用的技术方案如下：
一种包括同屏异像显示装置的汽车，其特征为：
包括主驾驶座、副驾驶座和中控台，所述中控台设置在主驾驶座与副驾驶座之间的前方，定义第一区域为主驾驶座上方的车内空间，第二区域为副驾驶座上方的车内空间；
所述显示装置设置在中控台上，其包括一透射式显示屏以及一背光装置，所述背光装置包括透镜部和发光部；
所述透镜部至少包括一为正透镜的透镜单元，所述透镜单元具有第一焦平面和第二焦平面；
所述发光部至少包括一发光单元组，每个所述发光单元组与每个透镜单元相对应，所述发光单元组包括在水平方向并排的第一发光体和第二发光体，所述第一发光体和第二发光体处于透镜单元的第一焦平面与第二焦平面之间；
所述第一发光体与所述主驾驶座分别处于该第一发光体对应的透镜单元的光轴的两侧，使得该第一发光体发出的光线由所述透镜单元投射到第一区域；
至少所述第二发光体的主体部分与所述副驾驶座分别处于该第二发光体对应的透镜单元的光轴的两侧，使得该第二发光体发出的光线至少由所述透镜单元投射到第二区域；以及，
所述显示屏挡设在所述透镜部的前方或后方，所述第一发光体与第二发光体交替发光，所述显示屏可交替地刷显(即一帧一帧地刷新以进行显示)出第一图像和第二图像，所述第一图像和第二图像在显示时间上分别与第一发光体、第二发光体的发光时间相对应，由此被所述透镜单元分别投射到第一区域和第二区域上。
所述汽车一般为小汽车等民用汽车，其主驾驶座和副驾驶座一般为车内前排并列的两个座位，其中，主驾驶座可以为左驾驶座，副驾驶座则为右驾驶座(左舵车)，或者主驾驶座为右驾驶座而副驾驶座为左驾驶座(右舵车)。所述第一、二区域分别为主、副驾驶座上方的车内空间，由此，按照人在车内的乘坐姿势，当乘坐人员分别乘坐在主、副驾驶座上时，其眼部可分别处在第一、二区域内。所述显示装置可以设置在中控台的顶部、中部或是底部，按照汽车内部主、副驾驶座及中控屏幕的一般布局，主、副驾驶座的中间位置(认为是第一、二区域的中心)距离汽车中轴线的水平距离Lx一般为0.3 m〜0.6m，而中控台(尤其是所述显示装置)一般设置在汽车的中轴线上，其距主、副驾驶座的前后距离Ly一般为0.4 m〜0.8m。在本说明书中，以显示装置的屏幕面为基准，定义从左到右为x方向的正方向，x方向即水平方向，从下到上为y方向的正方向，从近到远为z方向的正方向。
所述透镜部可以仅包括一透镜单元(对应显示屏较小的情况)，也可优选为由多个透镜单元并列构成，以便于与较大面积的显示屏相搭配。所述透镜单元为正透镜，具体地，其可以为球面或抛物面的凸透镜或是沿y方向延长的柱状透镜。上述透镜，无论是球面镜、抛物面镜或是柱状透镜，均可优选为菲涅尔透镜，以减少透镜的厚度。
进一步优选地，所述透镜单元为沿着y方向延长的柱状透镜，其在水平方向上并列排布以构成所述透镜部。更进一步优选地，在所述透镜部中，靠近主驾驶座的透镜单元，其偏转以朝向副驾驶座，而靠近副驾驶座的透镜单元，其偏转以朝向主驾驶座，由此可避免离驾驶座较远的透镜单元，其折射角度过大而引起的色散等问题。
所述发光单元组包括水平并排的第一、二发光体，即是第一、二发光体在水平方向上并排且不交叠，第一、二发光体之间可以保留一定的间隔。所述第一、二发光体可以为LED灯或是LED灯组合的发光面，尤其是带有一定扩散结构(如沿着y方向扩散)的LED灯或LED灯组合的发光面；所述第一、二发光体还可以为荧光管、OLED灯等电致发光装置的发光面；第一、二发光体在形态上优选为具有一定的发光面积，如为方状发光面(对应透镜单元为球面或抛物面透镜的情况)或是条状发光面，如沿着y轴延伸且具有一定宽度的条状发光面(对应透镜单元为柱状透镜的情况)，所述第一、二发光体设计为可通过电路控制，以与显示屏所显示的第一、二图像相配合以进行交替地发光。
所述第一、二发光体设置在与其对应的透镜单元的第一、二焦面之间，即其相对所对应透镜单元的物距为u1、u2，透镜单元的焦距为f，有f<u1<2f、f<u2<2f。
第一发光体与主驾驶座分别处于透镜单元光轴相对的两侧，即第一发光体相对透镜单元的光轴(对应柱状透镜来说，也可以为光轴面)，在x方向上具有远离主驾驶座的水平偏离d1，一般来说，即使在第一发光体具有一定宽度w1的情况下，其也不会越过到光轴的另一侧。
第二发光体的主体部分，指的是在第二发光体中，光线能够被所对应的透镜单元投射到第二区域的部分。至少所述第二发光体的主体部分与所述副驾驶座分别处于透镜单元光轴相对的两侧，即第二发光体相对透镜单元的光轴，其主体部分在x方向上具有远离副驾驶座的水平偏离d2，在第二发光体具有一定宽度的情况下，其可以设计为不越过到光轴的另一侧(仅包括主体部分)，也可以设计为部分越过到光轴的另一侧(定义为其非主体部分)。
依据上述的设计，第一、二发光体分别在透镜单元的右前方和左前方成放大实像，当u1、d1、u2、d2设置为合适的值时，第一、二发光体可以分别成像到第一、二区域中。当所述透镜部包括多个并列的透镜单元时，在对应各个透镜单元的发光单元组中，其第一、二发光体的位置还可以根据发光单元组在发光部中的位置进行适当微调，以提高不同发光单元组的多个第一发光体(或第二发光体)所成的像的重叠度，使其发出的光线能够更集中在第一区域(或第二区域)。具体地，对于远离主驾驶座的发光单元组，可适当地增大其第一发光体的d1值而减少其第二发光体的d2值，而对于远离副驾驶座的发光单元组，可适当地增大其第二发光体的d2值而减少其第一发光体的d1值。
在本发明的一优选方案中，可设计u1=v1f/(v1 +f)，u2=v2f/(v2 +f)，其中v1、v2的值取为0.4m〜0.8m，由此，按照一般汽车主、副驾驶座和中控台的位置关系，可使第一、二发光体所发出的光线更好地汇聚到主、副驾驶座乘坐人员的眼部，提高主、副驾驶座的乘坐人员所观看到的显示亮度。或者优选地，u1、u2的取值均为Lyf/(Ly +f)，由此可使第一、二发光体所发出的光线更准确地汇聚到主、副驾驶座乘坐人员的眼部，进一步提高乘坐人员所观看到的显示亮度。
在本发明的一优选方案中，d1值设计为(0.4〜1.5) u1，由此，按照一般汽车主驾驶座和中控台的位置关系，第一发光体能够有效地成像到第一区域上。或者优选地，d1值可设计d1= u1Lx/Ly，由此，所述第一发光体能够以更准确的角度成像到第一区域上。
d2值也可设计为(0.4〜1.5) u2，由此，按照一般汽车副驾驶座和中控台的位置关系，第二发光体的主体部分能够有效地成像到第二区域上。或者优选地，d2值也可设计为d2=u2Lx/Ly，由此，所述第二发光体能够以更准确的角度成像到第二区域上。
在本发明的一优选方案中，所述第一发光体的宽度分别为w1，可设计w1 =W1(u1-f)/f，其中W1取0.2m〜0.6m。W1即第一发光体所成实像的宽度，其也可定义为第一区域的宽度，其值为0.2m〜0.6m，使得主驾驶座乘坐人员保持一般的坐姿时，即使头部存在着平常的活动，眼部也不会越出第一区域，保证能够看清楚显示的内容。
在本发明的一优选方案中，所述第二发光体主体部分的宽度为w2，可设计w2=W2(u1-f)/f，其中W2取0.2m〜0.6m。W2即第二发光体主体部分所成实像的宽度，其也可定义为第二区域的宽度，其值为0.2m〜0.6m，使得副驾驶座乘坐人员保持一般的坐姿时，即使头部存在着平常的活动，眼部也不会越出第二区域，保证能够看清楚显示的内容。
为了保证发光部所发出的光线能够充分地为所述显示屏调制形成图像，优选所述显示屏贴紧地设置在所述透镜部之上，具体地，其可贴紧地设置在透镜部的内侧或外侧。优选所述显示屏为透射式的液晶显示屏，尤其是TFT液晶显示屏；除此之外，所述显示屏还可以为MEMS(微机械)显示屏等其他类型的透射式显示屏。优选所述显示屏的帧频在60Hz以上，以使所述第一图像和第二图像能够刷入到其交替的帧中而不被人眼所觉察。
相比于现有的技术方案，本发明的有益效果在于：
在本发明所提供的具有同屏异像显示装置的汽车中，其显示装置不需采用遮挡栅来实现其同屏异像功能，而是利用透镜部中的透镜单元，将发光部中的第一、二发光体所发出的光线汇聚到汽车主、副驾驶座之上的第一、二区域中，再配合透射式显示屏的图像输入来实现其同屏异像功能。由此，在本发明的汽车中，其同屏异像显示装置的发光部的光线几乎被透镜部有效地汇聚、投射到第一、二区域上而不是浪费在其他角度上，更不会被遮挡掉，由此能够保证主、副驾驶座的乘坐人员观看到亮度足够高的显示图像，解决了汽车在白天使用时，驾驶室的环境亮度非常高使得乘坐人员很难看清楚显示图像的问题。
以下通过附图和实施例，来对本发明的技术方案做进一步的说明。
附图说明
图1为实施例一的一汽车内部示意图；
图2为实施例一的一汽车，其显示装置的构成示意图，用于表示显示装置的构成；
图3为实施例一的一汽车，其显示装置的剖面示意图，用于表示显示装置的安装结构；
图4为实施例一的一汽车，其显示装置的透镜单元和发光单元组的位置关系示意图；
图5为实施例一的一汽车，其显示装置的光线投射示意图；
图6为实施例一的汽车，其显示装置的光线投射示意图，以第一发光部做示意，表示微调d1值使多个第一发光部所成的像重叠；
图7为实施例一的一汽车，其显示装置的影像投射示意图；
图8为实施例一的另一汽车，其显示装置的透镜单元和发光单元组的位置关系示意图；
图9为实施例一的另一汽车，其显示装置的透镜单元和发光单元组的位置关系示意图；
图10为实施例一的另一汽车，其显示装置的影像投射示意图；
图11为实施例一的另一汽车，其显示装置的剖面示意图，用于表示显示装置的安装结构；
图12为实施例一的另一汽车，其显示装置的剖面示意图，其透镜单元为菲涅尔透镜；
图13为实施例一的另一汽车，其显示装置的构成示意图，其透镜单元为球面或抛物面透镜。
具体实施方式
实施例一
家用小汽车，其车内前部空间的布局100如图1所示，包括主驾驶座11、副驾驶座12和中控台13，主驾驶座11和副驾驶座12距汽车中轴线101的水平距离Lx为0.35m，中控台13设置在中轴线101上，其在主驾驶座11与副驾驶座12之间前方约Ly=0.55m的位置，显示装置20设置在中控台13中部(也可为底部或顶部)，第一、二区域111、121分别为主、副驾驶座11、12上方的车内空间。
如图2—4所示，显示装置20包括显示屏21，显示屏21背后设有背光装置，背光装置包括透镜部30和发光部40。透镜部30包括3组(也可为更少或更多组)沿y方向延伸的柱状透镜单元31，透镜单元31的焦距f为20mm(也可为其他值，如5mm〜40mm)，具有第一焦平面F和第二焦平面(无画出)。
如图2—4所示，发光部40包括发光单元组41，发光单元组41由内壁黑色(或吸光)的隔离腔42相互隔离。每个发光单元组41与每个透镜单元31相对应，其包括在水平方向上并排、沿y方向延伸的第一、二发光体411、412，第一、二发光体411、412为均匀扩散的长条状LED灯组(也可为荧光管、OLED灯等电致发光装置)的发光面，其相对所对应的透镜单元31的物距u1、u2均为20.75m(第一、二焦平面之间)，由此其像距约为0.55m，与Ly相当。
如图4、5所示，以所对应的透镜单元31的光轴K(或光轴面)为准，第一发光体411处于主驾驶座11的对侧(即第一发光体411与主驾驶座11分别处于光轴K相对的两侧)，其中心C1在x方向上具有远离主驾驶座11的偏离距离d1，第二发光体412处于副驾驶座12的对侧(即第二发光体412与副驾驶座12分别处于光轴K相对的两侧)，其中心C2在x方向上具有远离副驾驶座12的偏离距离d2，d1、d2约为13mm(即Lyf/(Ly +f))，由此使得d1/u1和d2/u2≈0.64(即Lx/Ly)，第一、二发光体411、412分别能够以准确的角度，被其对应的透镜单元31成像到第一、二区域111、121上；除此之外，对于左、右侧的发光单元组，其第一、二发光体的d1、d2可依据成像规律做适当的微调，以使其所成的像与中间发光单元组的第一、二发光体所成的像重叠(如图6所示)。
如图4、5所示，第一、二发光体411、412的宽度w1、w2均为18.8mm(即W1(u1-f)/f或W2(u1-f)/f)，由此，第一、二发光体411、412的成像宽度W1、W2约为0.5m，可由此定义第一、二区域111、121的宽度为0.5m。
显示屏21为一TFT液晶显示屏(前方还可包括一定的触摸屏)，其挡设在透镜部30的前方，通过显示驱动电路的控制，可以使显示屏21交替地刷显(即一帧一帧地刷新以进行显示)出第一图像211和第二图像212，同时，显示驱动电路还可为第一、二发光体411、412的驱动电路提供触发信号，以控制第一、二发光体411、412的交替发光，使其发光时间与第一、二图像211、212的播放时间相对应，由此，如图7所示，第一、二图像211、212可被多个透镜单元31分别投射到第一区域111和第二区域121上。
在本实施例的其他具体方案中，汽车内主驾驶座、副驾驶座和中控台的布局可以不一样，由此显示装置内各器件的设计参数f、u1、d1、w1、u2、d2、w2的值可做相应的调整：一般来说，可设计u1=v1f/(v1 +f)，u2=v2f/(v2 +f)，其中v1、v2的值取0.4m〜0.8m之间，d1的取值在(0.4〜1.5) u1之间，d2的取值在(0.4〜1.5) u2之间，以及设计w1 =W1(u1-f)/f、w2=W2(u1-f)/f，其中W1、W2取值在0.2m〜0.6m之间。
在本实施例的其他具体方案中，主、副驾驶座距小汽车中轴面的水平距离Lx在0.3m〜0.6m的范围内变化，而显示装置距主、副驾驶座之间前方的距离Ly在0.4 m〜0.8m的范围内变化，可设计u1=Lyf/(Ly +f)、u2=Lyf/(Ly +f)、d1= u1Lx/Ly、d2= u2Lx/Ly、w1 =W1(u1-f)/f、w2=W2(u1-f)/f，其中W1、W2取值在0.2m〜0.6m之间。
如图8所示，在本实施例的另一具体方案中，在保留第一、二发光体411、412中间间隔的情况下，还可将第一、二发光体411、412的宽度往侧面进一步地展宽(仅需考虑隔离腔的限制)，由此，第一、二图像还可被透镜单元分别投射到第一区域和第二区域更外侧的区域，其一般不会影响到这种汽车内的显示装置的同屏异像功能。
如图9、图10所示，在本实施例的另一具体方案中，各个发光单元组的第二发光体412还可往中间区域拓宽形成非主体部分412’，如图10所示，非主体部分的光线可以投射到中控台的中间视角上，使得汽车后排座位(假设汽车有后排座位)的乘坐人员能够透过主、副驾驶座之间的缝隙观看到第二图像212。
如图11所示，在本实施例的另一具体方案中，处于透镜部30侧边的透镜单元311偏转以朝向主驾驶座，透镜单元312偏转以朝向副驾驶座(发光单元组也要做相应的偏转)，由此可避免其对光线的折射角度过大而引起的色散等问题。
如图12所示，在本实施例的另一具体方案中，其透镜单元为菲涅尔透镜31’。
如图13所示，在本实施例的另一具体方案中，透镜单元为在水平方向和垂直方向并列的球面或抛物面透镜31’’，第一、二发光单元则为与其对应的方形面状光源411’’、412’’，以使得光线在垂直方向也具有汇聚作用，进一步提高显示的亮度。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种包括同屏异像显示装置的汽车，其特征为：
包括主驾驶座、副驾驶座和中控台，所述中控台设置在主驾驶座与副驾驶座之间的前方，定义第一区域为主驾驶座上方的车内空间，第二区域为副驾驶座上方的车内空间；
所述显示装置设置在中控台上，其包括一透射式显示屏以及一背光装置，所述背光装置包括透镜部和发光部；
所述透镜部至少包括一为正透镜的透镜单元，所述透镜单元具有第一焦平面和第二焦平面；
所述发光部至少包括一发光单元组，每个所述发光单元组与每个透镜单元相对应，所述发光单元组包括在水平方向并排的第一发光体和第二发光体，所述第一发光体和第二发光体处于透镜单元的第一焦平面与第二焦平面之间；
所述第一发光体与所述主驾驶座分别处于该第一发光体对应的透镜单元的光轴的两侧，使得该第一发光体发出的光线由所述透镜单元投射到第一区域；
至少所述第二发光体的主体部分与所述副驾驶座分别处于该第二发光体对应的透镜单元的光轴的两侧，使得该第二发光体发出的光线至少由所述透镜单元投射到第二区域；以及，
所述显示屏挡设在所述透镜部的前方或后方，所述第一发光体与第二发光体交替发光，所述显示屏可交替地刷显(即一帧一帧地刷新以进行显示)出第一图像和第二图像，所述第一图像和第二图像在显示时间上分别与第一发光体、第二发光体的发光时间相对应，由此被所述透镜单元分别投射到第一区域和第二区域上。
2.如权利要求1所述的汽车，其特征为：所述透镜单元为菲涅尔透镜。
3.如权利要求1所述的汽车，其特征为：所述透镜部由多个透镜单元并列构成。
4.如权利要求3所述的汽车，其特征为：所述透镜单元为沿着y方向延长的柱状透镜，其在水平方向上并列排布以构成所述透镜部。
5.如权利要求4所述的汽车，其特征为：在所述透镜部中，靠近主驾驶座的透镜单元，其偏转以朝向副驾驶座，而靠近副驾驶座的透镜单元，其偏转以朝向主驾驶座。
6.如权利要求1所述的汽车，其特征为：所述第一、二发光体为具有发光面积的方状发光面或条状发光面。
7.如权利要求1所述的汽车，其特征为：所述第一、二发光体相对所对应透镜单元的物距为u1、u2，所述透镜单元的焦距为f，u1、u2的设计值为：u1=v1f/(v1 +f)，u2=v2f/(v2 +f)，其中v1、v2的值取0.4m〜0.8m。
8.如权利要求1所述的汽车，其特征为：所述第一、二发光体相对所对应透镜单元的物距为u1、u2，所述透镜单元的焦距为f，所述显示装置距主驾驶座或副驾驶座的前后距离为Ly，所述u1、u2的值为Lyf/(Ly +f)。
9.如权利要求1所述的汽车，其特征为：所述第一发光体相对所对应透镜单元的物距为u1，第一发光体相对透镜单元光轴的水平偏离为d1，d1的值为(0.4〜1.5) u1。
10.如权利要求1所述的汽车，其特征为：所述主驾驶座的中间位置距离汽车中轴线的水平距离为Lx，显示装置距主驾驶座的前后距离为Ly，所述第一发光体相对所对应透镜单元的物距为u1，第一发光体相对透镜单元光轴的水平偏离为d1，d1的值为u1Lx/Ly。
11. 如权利要求1所述的汽车，其特征为：所述第二发光体相对所对应透镜单元的物距为u2，第二发光体相对透镜单元光轴的水平偏离为d2，d2的值为(0.4〜1.5) u2。
12.如权利要求1所述的汽车，其特征为：所述副驾驶座的中间位置距离汽车中轴线的水平距离为Lx，显示装置距副驾驶座的前后距离为Ly，所述第二发光体相对所对应透镜单元的物距为u2，第二发光体相对透镜单元光轴的水平偏离为d2，d2的值为u2Lx/Ly。
13. 如权利要求1所述的汽车，其特征为：所述第一发光体相对所对应透镜单元的物距为u1，所述透镜单元的焦距为f，第一发光体的宽度w1 为W1(u1-f)/f，其中W1取0.2m〜0.6m。
14.如权利要求1所述的汽车，其特征为：所述第二发光体相对所对应透镜单元的物距为u2，所述透镜单元的焦距为f，第二发光体的宽度w2 为W2(u2-f)/f，其中W2取0.2m〜0.6m。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110297686A (zh) * 2019-07-03 2019-10-01 北京梧桐车联科技有限责任公司 内容显示方法及装置
CN112140994A (zh) * 2019-06-26 2020-12-29 比亚迪股份有限公司 车载抬头显示装置及其显示控制方法、装置和车辆
CN112908184A (zh) * 2021-03-23 2021-06-04 厦门天马微电子有限公司 背光模组和显示装置

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