光学膜片、其制备方法、抬头显示器及车辆与流程

1.本技术涉及显示技术领域，具体而言，涉及一种光学膜片、其制备方法、应用该光学膜片的抬头显示器以及应用该抬头显示器的车辆。


背景技术：

2.现有的抬头显示器，应用于车辆上时，存在阳光倒灌的问题，导致抬头显示器内的器件(如，图像生成单元)升温，影响抬头显示器的寿命。


技术实现要素：

3.本技术第一方面提供一种光学膜片，其包括：
4.透明的基材；
5.透明的微结构层，位于所述基材上，所述微结构层包括与所述基材的表面直接接触的基底部以及从所述基底部朝向远离所述基材的一侧突出的多个突起部；以及
6.多个挡光层，每一个所述挡光层部分覆盖一个所述突起部，每一个所述挡光层包括吸收光的吸收膜或反射光的反射膜。
7.该光学膜片中，基材和微结构层均为透明的，可使光透过。其中，微结构层部分表面设置有挡光层，以反射或吸收光，微结构层的未设置有挡光层的部分，可透射光。因此，当该光学膜片应用于抬头显示器时，可以利用挡光层反射或吸收环境光(即，太阳光)，以克服阳光倒灌的问题，避免阳光倒灌问题导致的抬头显示器内的器件(如，图像生成单元)升温，延长hud的寿命。此外，可以微结构层的未设置有挡光层的部分透射图像生成单元产生的图像光，而不会影响hud的成像。
8.本技术第二方面提供一种光学膜片的制备方法，其包括：
9.于透明的基材上形成透明的微结构层，所述微结构层包括与所述基材的表面直接接触的基底部以及从所述基底部朝向远离所述基材的一侧突出的多个突起部；以及
10.形成多个挡光层，每一个所述挡光层部分覆盖一个所述突起部，每一个所述挡光层包括吸收光的吸收膜或反射光的反射膜。
11.本技术第三方面提供一种抬头显示器，其包括：
12.具有容纳腔的壳体，所述壳体包括出光口，所述出光口处设置有透明罩；
13.图像生成单元，收容于所述容纳腔内，用于出射图像光；
14.反射组件，收容于所述容纳腔内，用于反射所述图像光至所述出光口；以及
15.第一方面所述的光学膜片；
16.其中，所述光学膜片设置于所述透明罩上，经所述反射组件反射的所述图像光自所述光学膜片出射至投影介质以成像。
17.该抬头显示器包括第一方面的光学膜片，因此其具有防止阳光倒灌、减缓老化，增长使用寿命的优点。而且，其还可以降低外在环境所带来的热量，利于加快散热。
18.本技术第四方面提供一种车辆，其包括：
19.挡风玻璃；以及
20.根据第三方面所述的抬头显示器；
21.其中，所述挡风玻璃为所述投影介质。
22.该车辆包括第三方面所述的抬头显示器，因此，其至少具有与第三方面所述的抬头显示器相同的优点，不再赘述。
附图说明
23.图1为应用本技术一实施例的抬头显示器的车辆的结构示意图。
24.图2为图1中光学膜片的剖面示意图。
25.图3为图2中光学膜片的立体示意图。
26.图4为应用本技术另一实施例的抬头显示器的车辆的结构示意图。
27.图5为本技术一实施例中，光学膜片的制备方法的流程示意图。
28.图6为图5中光学膜片的制备方法的各步骤的剖面示意图。
29.主要元件符号说明：
30.车辆
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100a、100b
31.抬头显示器
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10a、10b
32.壳体
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11
33.容纳腔
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11a
34.出光口
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11b
35.透明罩
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12
36.第一表面
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12a
37.第二表面
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12b
38.图像生成单元
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13
39.反射组件
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14
40.第一反射镜
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141
41.第二反射镜
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142
42.光学膜片
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15
43.基材
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151
44.微结构层
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152
45.基底部
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1521
46.突起部
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1522
47.第一侧面
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1522a
48.第二侧面
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1522b
49.第三侧面
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1522c
50.挡光层
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153
51.第一方向
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d1
52.第二方向
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d2
53.第三方向
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d3
54.车体
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20
55.挡风玻璃
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21
56.仪表盘
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22
57.投影介质
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30
58.图像光
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l1
59.环境光
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l2
60.第一角度
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α
61.第二角度
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β
62.第三角度
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γ
63.驾驶人员
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200
具体实施方式
64.抬头显示(head up display，hud)技术又称平视显示技术，近年来逐步在汽车领域、航空航天领域以及航海领域获得了越来越广泛地应用。例如，可以应用于车辆上，也可以应用于飞机、航天航空飞行器、轮船等其他交通工具上。为便于描述，在本技术中，均以车载hud为例进行描述。但应理解，这并不能作为对本技术的限定。
65.具体地，抬头显示器利用光学反射的原理，将重要的驾驶相关信息(如，行驶速度、电瓶电压、水箱水温、引擎转速、车辆油耗、导航路线等)投射在挡风玻璃上面，平衡反射进驾驶人员的眼睛中，辅助驾驶人员驾驶车辆，避免驾驶人员在驾驶过程中低头去看仪表板而分心，提高驾驶安全系数，同时也能带来更好的驾驶体验。
66.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
67.图1为应用本技术一实施例的抬头显示器的车辆的结构示意图。车辆100a包括车体20以及设置于车体20内的抬头显示器10a。图1中，示例性地示出了车体20中的仪表盘22和挡风玻璃21，而省略了车体20中的其他组件。图1中，抬头显示器10a为挡风玻璃型抬头显示器(windshield hud，whud)，投影介质30为车辆100a的挡风玻璃21。抬头显示器10a设置于仪表盘22的前方并位于仪表盘22和挡风玻璃21之间。
68.需要说明的是，本技术实施例中，whud是指利用车辆的挡风玻璃在驾驶员的视线范围内显示必要的信息的hud。一般来说，whud是可以被包含在车辆中的。“透明”指特定波段(尤其是可见光和红外光波段)的波长的光的透过率高，例如，该波段的光的透过率为70％以上，甚至80％以上。
69.如图1所示，抬头显示器10a包括壳体11、图像生成单元(picture generation unit，pgu)13和反射组件14。壳体11具有容纳腔11a。图像生成单元13和反射组件14收容于容纳腔11a内。壳体11还包括与容纳腔11a连通的出光口11b。出光口11b处设置有透明罩12。透明罩12例如为透明的玻璃。透明罩12包括朝向容纳腔11a的第一表面12a和与第一表面12a相对的第二表面12b。透明罩12的第一表面12a设置有光学膜片15。
70.图像生成单元13用于出射图像光l1。反射组件14用于将图像生成单元13出射的图像光l1反射至出光口11b。光学膜片15能够反射或吸收抬头显示器10a的外部的环境光l2(也称太阳光)，同时能够透射抬头显示器10a内部的图像光l1。
71.由于光学膜片15能够反射或吸收外部的环境光l2，因此，能够防止太阳光倒灌，减
缓抬头显示器的老化，增长抬头显示器的使用寿命。另，由于环境光l2会被光学膜片15吸收或反射，光学膜片15还降低了外部的环境光l2带来的热量，使抬头显示器散热更快。此外，经反射组件14反射的图像光l1仍能够经光学膜片15透射出，并出射至投影介质30以成像。因此，光学膜片15不会影响抬头显示器的成像。
72.一些实施例中，图像生成单元13例如包括用于产生光线的光源(图未示)及用于将光源出射的光线转换成图像光的显示元件(图未示)。光源例如为发光二极管、有机发光二极管等。显示元件例如为液晶面板。
73.反射组件14包括第一反射镜141和第二反射镜142。第一反射镜141位于图像生成单元13的出光侧，用于将图像生成单元13的图像光l1反射至第二反射镜142。第二反射镜142位于靠近出光口11b的一侧，用于将第一反射镜141出射的图像光l1反射至光学膜片15。图像光l1从光学膜片15透射后，进入投影介质30(即车辆100a的挡风玻璃21或者结合器)后，被反射至驾驶人员200的人眼中。
74.因为挡风玻璃21或结合器为倾斜状态，会导致图像会变形，因此，第一反射镜141和第二反射镜142至少其中之一为位置可调的球面镜。图1中，第一反射镜141为位置不可调的球面镜，第二反射镜142为位置可调的球面镜。通过调整第二反射镜142的位置，调整抬头显示器在投影介质30上的图像的位置，从而使图像能够清晰、完整地显示，使得驾驶人员200能够看清hud投影显示的虚像。
75.一些实施例中，球面镜例如为自由曲面凹面镜(freeform concave mirror)，以放大图像并提供更远的成像距离。其他实施例中，反射组件14不限于包括两个反射镜，例如其还可以包括第三反射镜。第四反射镜等。
76.其他实施例中，第一反射镜141可以为位置可调的球面镜，第二反射镜142为位置不可调的球面镜，可通过调整第一反射镜141的位置，调整hud在投影介质30上图像的位置，以使图像清晰完整的显示。
77.图2为图1中光学膜片的剖面示意图。图3为图2中光学膜片的立体示意图。图2和图3中，仅示意出四个突起部1522，可理解地，在光学膜片15的实际结构中，突起部1522的数量不限于此。
78.如图2所示，光学膜片15包括基材151、位于基材151上的微结构层152以及位于微结构层152远离基材151一侧的多个挡光层153。沿光学膜片15的厚度方向上的剖面中，突起部1522大致呈三角形。每一个挡光层153对应一个突起部1522设置，并部分覆盖一个突起部1522的表面。
79.基材151和微结构层152均为透明的，以使图像光l1能够透过。基材151的材料例如为聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene glycol terephthalate，pet)、聚碳酸酯(polycarbonate，pc)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymeric methyl methacrylate，pmma)、无色聚酰亚胺(colorless polyimide，cpi)、或环烯烃共聚物(cycloolefin copolymer，coc)等光学高分子透明的薄膜基材。微结构层152的材料例如为热固化材料或紫外光固化材料。例如，微结构层152的材料为压克力(acrylic)、硅系(silicon type)固化材料、或有机与无机的混成材料(如，压克力与硅氧共聚物，即acrylic&sio-共聚物)。
80.每一个挡光层153包括吸收光的吸收膜或反射光的反射膜。其中，在挡光层153具有吸收膜的情况下，入射至吸收膜的环境光l2至少部分被吸收并衰减。在挡光层153包括反
射膜的情况下，入射至反射膜的环境光l2至少部分被反射。吸收膜的材料例如包括紫外线吸收剂或起偏振作用的偏光材料，以吸收外部的环境光l2。反射膜的材料例如包括金属粒子或氧化物粒子。金属粒子例如为铝(a1)、银(ag)、铜(cu)、钼(mo)、铬(cr)、钛(ti)、镍(ni)、钨(w)、铁(fe)等元素单质，以及包含一种或多种这些元素的合金。氧化物粒子例如为钛(ti)、硅(si)等元素的氧化物或其组合。
81.可理解地，吸收膜及反射膜的材料不限于上述材料，吸收膜的材料能够吸收特定波段的环境光l2的材料即可，反射膜的材料能够反射特定波段的环境光l2的材料即可。此外，光学膜片15中，所有的挡光层153可以均为吸收膜，或均为反射膜，以利于简化制程，但不限于此。即，光学膜片15中，所有的挡光层153中，可部分为吸收膜，部分为反射膜。
82.如图3所示，基材151大致呈矩形，并具有平坦的表面。其他实施例中，基材151的形状并没有特别的限定，其可根据透明罩12的形状及大小进行配置。例如，基材151可配置为具有完曲的表面，并与透明罩12的大小适配。
83.微结构层152包括与基材151的表面直接接触的基底部1521以及从基底部1521朝向远离基材151的一侧(即，第三方向d3)突出的多个突起部1522。基底部1521用于支撑突起部1522。基底部1521与多个突起部1522为一体成型的，即，基底部1521与多个突起部1522之间没有膜层分界。由于微结构层152中形成有基底部1521，与突起部直接形成于基材上相比，可以提高突起部1522的强度，进而提高微结构层152的耐久性。而且，由于基底部1521的整个表面与基材151密接，因此，可以提高微结构层152的耐剥离性。
84.每一个突起部1522沿第一方向d1上延伸呈条状。多个突起部1522沿与第一方向d1交叉的第二方向d2上连续且无间隔地分布。其中，第一方向d1、第二方向d2及第三方向d3两两垂直，构成直角坐标系。基底部1521大致呈矩形。每一个突起部1522呈三棱柱。三棱柱包括顺次连接的第一侧面1522a、第二侧面1522b以及第三侧面1522c。第一侧面1522a、第二侧面1522b以及第三侧面1522c均为四边形。第一侧面1522a与基底部1521直接接触，第二侧面1522b设置有挡光层153，第三侧面1522c能够使光透过。需要说明的是，图3中第一侧面1522a为虚拟的平面(虚线示出)，而非真实存在的界面。每一个挡光层153呈矩形状，并完全覆盖一个突起部1522的第二侧面1522b。其他实施例中，挡光层153可部分覆盖突起部1522的第二侧面1522b，不限于此。
85.请再次参阅图1，光学膜片15的基材151未设置有微结构层152的表面与透明罩12结合(如，通过透明胶贴附)。当车辆100a迎着太阳光(即，环境光l2)行驶时，环境光l2经投影介质30(即，挡风玻璃21)入射至挡光层153上，并被挡光层153被反射或吸收而无法进入壳体11内部，避免了太阳光进入壳体11内部后，经反射组件14反射至图像生成单元13，导致图像生成单元13升温。而经反射组件14反射的图像光l1经透明罩12、基材151、突起部1522未设置有挡光层153的位置依次透射至投影介质30上以成像，经投影介质30反射的图像光l1进入驾驶人员200的眼睛而被观测到。
86.具体地，光学膜片15可贴附于透明罩12上后，再将透明罩12与壳体11进行组装；或者，透明罩12与壳体11进行组装后，再贴附光学膜片15，制程灵活。
87.图1中，定义入射至光学膜片15上的环境光l2与第二侧面1522b的角度为第一角度α，定义入射至光学膜片15上的图像光l1与第三侧面1522c的角度为第二角度β。一些实施例中，第一角度α的范围为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学膜片15上的环境光l2被阻挡。第二角度β的范围为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学膜片15上的图像光l1可被透射。
88.如图2所示，定义第二侧面1522b与第三侧面1522c之间的角度为第三角度γ。一些实施例中，第三角度γ的范围为30
°
至150
°
(如，30
°
至50
°
、50
°
至70
°
、70
°
至90
°
、90
°
至120
°
、120
°
至150)。第三角度γ在该范围内，可保证减少环境光l2入射量的情况下，hud的内部的图像光l1的出光量不被干扰。
89.其他实施例中，突起部1522的形状不限于此，其能够部分透过图像光l1，部分反射或吸收外部环境光l2即可。例如，在沿光学膜片15的厚度方向上的截面中，突起部1522可以为矩形、梯形、椭圆形、半圆形等。需要说明的是，突起部1522的截面为三角形、矩形、梯形、椭圆形、半圆形等，利于纳米压印形成微结构层152时的脱模。而且，突起部1522为三棱柱的结构，由于第二侧面1522b和第三侧面1522c为平面，可避免弧面设计对图像光l1折射而影响抬头显示器的成像质量。
90.其他实施例中，突起部1522和基底部1521可以为非一体成型的。即，基底部1521和突起部1522可分别成型于基材151上。其中，突起部1522和基底部1521一体成型，一方面可简化制程，另一方面二者之间没有明显的界面，不会对光路产生影响。
91.其他实施例中，光学膜片15例如还包括至少覆盖挡光层153表面的保护膜(图未示)，以提高光学膜片15的耐刮擦性、防污性和防水性。可理解地，保护膜也可覆盖光学膜片15的整体外部表面。
92.图4为应用本技术另一实施例的抬头显示器的车辆的结构示意图。车辆100b与图1中车辆100a的区别在于，抬头显示器10b中，光学膜片15设置于透明罩12的第二表面12b。光学膜片15的基材151未设置有微结构层152的表面与透明罩12结合(如，通过透明胶贴附)。当车辆100a迎着太阳光行驶时，外部的环境光l2经透明罩12、光学膜片15的基底部1521、突起部1522后，透射在挡光层153上，并在挡光层153处被吸收或反射，而无法进入壳体11内部。因此，避免了环境光l2进入抬头显示器10b内部后对图像生成单元13的影响。而经反射组件14反射的图像光l1直接经突起部1522未设置有挡光层153的表面、基底部1521透射出透明罩12，并进一步入射至投影介质30以成像，经投影介质30反射的图像光l1进入驾驶人员200的眼睛而被观测到。
93.具体地，光学膜片15可贴附于透明罩12上后，再将透明罩12与壳体11进行组装，并通过调整反射组件14中可调的反射镜的位置，调整图像光l1入射至光学膜片15上的角度，以使投影到投影介质30上的图像清晰完整。
94.图5为本技术一实施例中，光学膜片的制备方法的流程示意图。图6为图5中光学膜片的制备方法的各步骤的剖面示意图。如图5和图6所示，该制备方法包括以下步骤。
95.步骤s1：于透明的基材上形成透明的微结构层。
96.一些实施例中，通过激光处理、光刻(或者称光微影技术)或纳米压印的方式之一在图6所示的基材151上形成微结构层152。
97.具体地，激光处理形成微结构层152的步骤，例如包括在基材151上形成微结构层的材料层，然后利用激光对该材料层进行处理，使部分材料层被去除，而部分材料层被保留，以此得到微结构层152。其中，激光处理形成微结构层152的方式，步骤简单。
98.光刻(或者称光微影技术)形成微结构层152的步骤，例如包括在待形成微结构层的材料层上形成图案化的光阻层。利用该图案化的光阻层对该待形成微结构层的材料层图案化，以使其形成凹凸结构，得到微结构层152。由于该方式涉及到光刻设备等，因此成本较贵。
99.纳米压印形成微结构层152的步骤，例如包括在基材151上涂布用于形成微结构层的材料层，然后将形成有凹凸结构的模具设置在该材料层上，并照射紫外线或加热，以使该材料层固化，经脱模后转印形成具有基底部和突起部的微结构层152。纳米压印技术形成微结构层152，与光刻技术相比具有降低生产成本及复杂性的优点。
100.此外，步骤s1中，微结构层152直接形成在基材151上，而非通过胶粘合至基材151。由于胶的耐热性和散热性较差，因此，本技术实施例的光学膜片15具有较佳的散热性和耐热性。此外，微结构层152直接形成在基材151上，相较于胶合的方式，还可减少光学膜片15的厚度，并降低成本，同时还能够减少胶层对光路折射的影响。
101.步骤s2：形成多个挡光层。
102.一些实施例中，通过涂布、镀膜、喷涂或溅射的方式之一在图6的微结构层152上挡光层153。其中，可从倾斜方向进行挡光层153的涂布、镀膜、喷涂或溅射。上述方式中，可通过变更成膜条件、成膜材料等，以调控形成的挡光层153的具体形态。
103.以上实施方式仅用以说明本技术的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本技术的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本技术技术方案的精神和范围。