防窥显示装置、抬头显示器及交通工具的制作方法

1.本公开涉及光学显示技术领域，尤其涉及一种防窥显示装置、抬头显示器及交通工具。


背景技术：

2.通过将hud(head up display)的光源发出的光线投射到成像面板上，例如，成像面板可以为车辆的挡风玻璃，驾驶员无需低头就能看到画面，能够避免驾驶员在驾驶过程中低头看仪表盘所导致的分心，提高用户体验。


技术实现要素：

3.本公开的至少一个实施例提供一种防窥显示装置、抬头显示器及交通工具。
4.第一方面，本公开的至少一个实施例提供一种防窥显示装置，包括：光源，被配置为发射光线；显示面板，光线以准直方式入射到显示面板,并被显示面板处理成图像光线，图像光线入射至防窥显示装置的眼盒区域内，防窥显示装置被配置为使图像光线对应的显示内容在眼盒区域内对用户可视，并且在除眼盒区域以外的区域内具有防窥功能。
5.第二方面，本公开的至少一个实施例提供一种抬头显示器，包括：如上所述的防窥显示装置。
6.第三方面，本公开的至少一个实施例提供一种交通工具，包括：如上所述的防窥显示装置。
7.在一些实施例中，在上述第一至第三方面中的任一实施例的基础上，防窥显示装置还包括：光波导，设置在光源和显示面板之间，光波导包括光提取结构，其中，光源发射的光线在光波导中传播，光提取结构使在光波导中传播的光线以准直方式由光波导的出光面的多个位置耦出。
8.在一些实施例中，在上述第一至第三方面中的任一实施例的基础上，光波导还包括波导介质，光提取结构包括多个透反元件，多个透反元件依次设置在波导介质中。
9.在一些实施例中，在上述第一至第三方面中的任一实施例的基础上，多个透反元件相对于出光面倾斜设置。
10.在一些实施例中，在上述第一至第三方面中的任一实施例的基础上，光波导的出光面和出光面的相对面对传播的光线进行全反射；或者，光源发射的光线在光波导中沿直线传播；或者，所述光波导的出光面和所述出光面的相对面对传播的光线进行非全反射的反射。
11.在一些实施例中，在上述第一至第三方面中的任一实施例的基础上，沿光线在光波导中的传播方向，多个透反元件的反射率依次增加。
12.在一些实施例中，在上述第一至第三方面中的任一实施例的基础上，传播至多个透反元件的各透反元件的光线的一部分被透反元件以准直方式反射出光波导的出光面后入射至显示面板，传播至多个透反元件的各透反元件的光线的另一部分透过透反元件后继
续在光波导中传播。
13.在一些实施例中，在上述第一至第三方面中的任一实施例的基础上，光提取结构包括多个光栅，其中，多个光栅间隔设置于光波导的出光面处。
14.在一些实施例中，在上述第一至第三方面中的任一实施例的基础上，光源发射的光线从多个光栅的间隔中耦出。
15.在一些实施例中，在上述第一至第三方面中的任一实施例的基础上，光源位于显示面板的背侧，显示面板包括显示面和与显示面相对的背侧。
16.在一些实施例中，在上述第一至第三方面中的任一实施例的基础上，显示面板为透射式液晶显示面板，被配置为对入射光线进行透射。
17.在一些实施例中，在上述第一至第三方面中的任一实施例的基础上，防窥显示装置还包括挡风窗，图像光线从显示面板入射至挡风窗，并经挡风窗反射至眼盒区域内。
18.在一些实施例中，在上述第一至第三方面中的任一实施例的基础上，入射到显示面板的光线的发散角为θ1，-10
°
≤θ1≤10
°
。
19.在一些实施例中，在上述第一至第三方面中的任一实施例的基础上，在显示面板出光面处的图像光线的发散角为θ2，-12
°
≤θ2≤12
°
。
20.在一些实施例中，在上述第一至第三方面中的任一实施例的基础上，防窥显示装置省略防窥膜。
21.在一些实施例中，在上述第一至第三方面中的任一实施例的基础上，防窥显示装置还包括：方向控制元件，被配置为对光源发射的光线汇聚至预设区域内，眼盒区域包括预设区域；和/或，扩散元件，被配置为对光源发射的光线进行扩散。
22.在一些实施例中，在上述第一至第三方面中的任一实施例的基础上，光源包括：发光元件；准直元件，准直元件被配置为对发光元件发射的光线进行准直。
23.在一些实施例中，在上述第一至第三方面中的任一实施例的基础上，准直元件包括：透明灯杯或反光罩灯杯，其中，发光元件位于透明灯杯外部，或者发光元件位于反光罩灯杯内部。
24.在一些实施例中，在上述第一至第三方面中的任一实施例的基础上，防窥显示装置还包括：偏振透反元件，对光源发出的光线中的一种偏振光进行反射，另一种偏振光进行透射；反射元件，对偏振透反元件反射的偏振光进行反射；相位延迟光学元件，改变偏振透反元件透射的偏振光的偏振态。
25.在一些实施例中，在上述第一至第三方面中的任一实施例的基础上，相位延迟光学元件为二分之一波片。
26.本公开的防窥显示装置能够控制光线以准直方式入射到显示面板，起到防窥的作用。
附图说明
27.为了更清楚地说明本公开的技术方案，下面将对实施例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公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本公开要求保护的范围。
28.图1是防窥膜的示意图；
29.图2是本公开实施例防窥显示装置的示意图；
30.图3是本公开实施例光波导的示意图；
31.图4是本公开实施例具有光栅的防窥显示装置的示意图；
32.图5是本公开实施例交通工具的示意图；
33.图6是本公开实施例发散角θ1的示意图；
34.图7是本公开实施例发散角θ2的示意图；
35.图8是本公开实施例方向控制元件和扩散元件的示意图；
36.图9是本公开实施例光源的示意图；
37.图10是本公开实施例形成偏振光的示意图。
具体实施方式
38.下面结合本公开实施例中的附图，对本公开的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
39.名词解释：
40.眼盒(eyebox)，指用户双眼所在的，可以看到显示设备呈现的显示内容的区域。眼盒区域具有一定的尺寸，用户双眼只要处于眼盒区域内，就都可以看到显示设备的显示内容。显示设备可以为手机、计算机、电视机、汽车仪表、智能手表、车载多媒体设备、车机、导航仪、行车记录仪、抬头显示器(hud)、电子后视镜、ar眼镜等。当显示设备为hud时，hud可以投射虚像，用户双眼在眼盒范围内即可观看到该虚像。
41.电子设备越来越得到普及，为了保护使用者的隐私性，使用者常常会在屏幕表面贴附防窥膜。各个图中的箭头表示光线的传播方向，防窥膜的结构如图1所示，防窥膜2’包括多个阵列排布的阻挡单元21’，像源1’的光线射出后，阻挡单元21’能够对预设方向的光线进行阻挡，以对射出防窥膜2’的光线方向进行控制，将光线的出光方向限定在预设角度之内，起到防窥的作用。但是，由于部分光线被遮挡，会导致光效的降低，降低用户的使用体验。
42.本公开的防窥显示装置、抬头显示器可以起到防窥作用。在一些实施例中，本公开的防窥显示装置、抬头显示器可以在起到防窥作用的同时提高光线利用率。并且，显示面板上无需设置防窥膜，减小了显示面板的厚度。
43.实施例1
44.如图2所示，本公开的实施例提供一种防窥显示装置100，防窥显示装置100包括光源1和显示面板2。光源1被配置为发射光线。光线以准直方式入射到显示面板2，并被显示面板2处理成图像光线，图像光线入射至防窥显示装置100的眼盒区域内，防窥显示装置100被配置为使图像光线对应的显示内容在眼盒区域内对用户可视，并且在除眼盒区域以外的区域内具有防窥功能。
45.例如，该防窥显示装置100的显示内容，在防窥显示装置100的眼盒区域内可视，在眼盒区域以外的区域用户无法看到该显示内容或从眼盒区域以外的区域观看该显示内容
时，该显示内容的可视性(例如清晰度、或亮度等)小于(例如远小于)从眼盒区域内观看该显示内容时的可视性，本公开的防窥显示装置在实现防窥的同时，还具有光线的利用率高，功耗低的特点。
46.可选地，眼盒区域可以是hud设备的眼盒，或是非hud设备的眼盒。本公开的防窥显示装置可以应用在hud设备中，或非hud设备中。
47.如图2和3所示，在一些实施例中，防窥显示装置100还包括光波导3，光波导3设置在光源1和显示面板2之间。光源1发射的光线在光波导3中传播。
48.光波导3包括光提取结构31和波导介质32。波导介质32可以为空气；也可以由可实现波导功能的材料制成，通常为折射率大于1的透明材料。例如，波导介质32的材料可以包括二氧化硅、铌酸锂、绝缘体上硅(soi,silicon-on-insulator)、高分子聚合物、
ⅲ‑ⅴ
族半导体化合物和玻璃等中的一种或多种。
49.光提取结构31使在光波导中传播的光线以准直方式由光波导的出光面的多个位置耦出。可选地，光波导3耦出的光线入射到显示面板2，并被显示面板2处理成图像光线。
50.本实施例的防窥显示装置100，通过光波导3使光线以准直的方式耦出，起到防窥的作用，并且光线利用率高。光线由光波导3的出光面的多个位置耦出，能够将点光源或线光源调节为面光源，增大出光面积，提高出光均匀性。
51.可选地，防窥显示装置可以包括其他用于将光源发射的光线调整为以准直方式入射至显示面板的控制元件，即使用该控制元件代替上述实施例中的光波导。
52.在一些实施例中，光提取结构31包括多个透反元件311，透反元件311可选用透反镜或透反膜。多个透反元件311依次阵列在波导介质32中。透反元件311能够使一部分光线反射，另一部分光线透射。透反元件311反射的光线由光波导的出光面耦出，透反元件311透射的光线继续在光波导中传播。多个阵列的透反元件311使得光线由出光面的多个位置均匀耦出。
53.在一些实施例中，多个透反元件311相对于光波导的出光面倾斜设置。多个透反元件311相对于光波导的出光面倾斜的角度根据需求设置，例如，可以为30
°
、35
°
、40
°
、45
°
。
54.在一些实施例中，由于光波导3的周围均是空气，通过控制光源1的光线耦入光波导的角度，能使光波导的出光面和出光面的相对面对传播的光线进行全反射。光线在波导介质32中以全反射的方式传播的过程中，遇到透反元件311，透反元件311能够使一部分光线反射，另一部分光线透射。透反元件311反射的光线由出光面耦出，透反元件311透射的光线继续在波导介质32中传播。采用光线在波导介质32中全反射的传播方式，对波导介质32的要求较低，无需在波导介质32上设置反光层。
55.在一些实施例中，光源1的光线耦入波导介质32后，光线在波导介质32中沿一条直线传播。可选地，光线在波导介质32中传播的方向平行于出光面。光线遇到透反元件311，透反元件311能够使一部分光线反射，另一部分光线透射。透反元件311反射的光线由出光面耦出，透反元件311透射的光线继续在波导介质32中传播。采用光线在波导介质32中直线传播的方式，对光线耦入波导介质32的角度要求较高，但对光波导3的要求较低。
56.在一些实施例中，光波导的出光面和出光面的相对面能够对光线进行非全反射的反射，例如，在出光面和出光面的相对面涂覆反光层，涂覆反光层的位置根据需求设置。光源1的光线耦入波导介质32后，光波导的出光面和出光面的相对面对传播的光线进行反射。
光线在波导介质32中以非全反射的反射的方式传播的过程中，遇到透反元件311，透反元件311能够使一部分光线反射，另一部分光线透射。透反元件311反射的光线由出光面耦出，透反元件311透射的光线继续在波导介质32中传播。
57.在一些实施例中，为了防窥显示装置100能够投射出均匀性较好的面光源，对多个透反元件311设置不同的反光率，沿光线的传播方向，多个透反元件311的反射率依次增加。例如，透反元件311的数量为四个，沿光线的传播方向，多个透反元件311的反射率分别设置为20％、40％、60％和80％。
58.在一些实施例中，透反元件311能够使一部分光线反射，另一部分光线透射。传播至多个透反元件311的各透反元件的光线的一部分被透反元件311以准直方式反射出光波导的出光面后入射至显示面板2。传播至多个透反元件311的各透反元件的光线的另一部分透过透反元件311后继续在波导介质32中传播。光波导3耦出的光线被显示面板2处理成图像光线。
59.如图4所示，在一些实施例中，光提取结构31包括光栅312，多个光栅312间隔设置于光波导的出光面。通过光栅312控制光线耦出光波导3，结构简单。
60.在一些实施例中，光线以全反射方式或非全反射的反射方式在波导介质32中传播时。光源1发射的光线耦入波导介质32中，并在波导介质32中传播，光线从多个光栅312的间隔中耦出。
61.如图2所示，在一些实施例中，光源1位于显示面板2的背侧，显示面板2包括显示面21和与显示面相对的背侧22，用户由显示面21一侧观看图像。将光源1设置在显示面板2的背侧，有利于简化防窥显示装置100的结构。
62.在一些实施例中，显示面板2为透射式液晶显示面板，被配置为对入射光线进行透射，提升用户体验。
63.如图5所示，在一些实施例中，防窥显示装置100还包括挡风窗4，例如，挡风窗4为汽车的挡风窗。图像光线从显示面板2入射至挡风窗4，并经挡风窗4反射至眼盒区域400内，以起到防窥的作用。
64.如图6所示，在一些实施例中，入射到显示面板2的光线的发散角为θ1，-10
°
≤θ1≤10
°
。发散角θ1为入射到显示面板2的光线与显示面板2的法线之间的角度。可选地，-5
°
≤θ1≤5
°
。
65.如图7所示，在一些实施例中，显示面板2出光面处的图像光线的发散角为θ2，-12
°
≤θ2≤12
°
，例如-10
°
≤θ2≤10
°
，-6
°
≤θ2≤6
°
。发散角θ2为显示面板2出射的图像光线与显示面板2的法线之间的夹角。可选地，当-10
°
≤θ1≤10
°
时，-12
°
≤θ2≤12
°
，例如-10
°
≤θ2≤10
°
；当-5
°
≤θ1≤5
°
时，-6
°
≤θ2≤6
°
，例如-5
°
≤θ2≤5
°
。
66.在一些实施例中，防窥显示装置100设置在显示设备中起到防窥作用，显示设备无需设置防窥膜，减小显示设备的厚度。
67.如图8所示，在一些实施例中，防窥显示装置100还包括方向控制元件4和/或扩散元件5。其中，方向控制元件4用于对光线进行方向控制并且能够起到光线会聚的作用，以将光线汇聚至预设区域内，眼盒区域包括预设区域。扩散元件5用于对光线进行扩散以形成预定面积的光斑，提高光线的出光面积。一种可选的方案中，方向控制元件4位于光波导3和扩散元件5之间。另一种可选的方案中，扩散元件5位于方向控制元件4和光波导3之间。光波导
3耦出的光线先经过方向控制后经过扩散时，投影光线的出光面积会较小。光波导3耦出的光线先经过扩散后经过方向控制时，投影光线的出光面积会较大。方向控制元件4和/或扩散元件5的位置根据需求设置。方向控制元件4可选择包括透镜和/或菲涅尔透镜，扩散元件5可选择匀光片。
68.如图9所示，光源1包括发光元件11和准直元件12。例如，发光元件11为led灯珠，led灯珠发射出的光线具有一定的发散角，较大发散角的光线可能无法耦入至光波导中，降低了光线利用率。为了提高光线的利用率，通过准直元件12对光线进行准直，降低光线的发散角，从而提高光线的利用率。
69.可选地，准直元件12包括透明灯杯或反光罩灯杯，其中，发光元件11位于透明灯杯外部，或者发光元件11位于反光罩灯杯内部。例如，反光罩灯杯为抛物面反光灯杯。
70.在显示设备中，显示面板经常采用lcd面板，对于非偏振光源，lcd只能够利用非偏振光中的一种偏振光来进行成像，例如对于非偏振光源发射的s光+p光，只能利用其中的s光或p光，而另一种偏振光则会被浪费，从而降低了光线的利用率。
71.如图10所示，在一些实施例中，防窥显示装置100还包括：偏振透反元件6、反射元件7和相位延迟光学元件8。光源1发出的光线为非偏振光，光线照射到偏振透反元件6上，偏振透反元件6对光线中的一种偏振光进行反射，另一种偏振光进行透射。例如，偏振透反元件6对s光进行反射，对p光进行透射。偏振透反元件6反射的s光射在反射元件7上，反射元件7对偏振透反元件6反射的s光进行反射。相位延迟光学元件8改变偏振透反元件透射的偏振光的偏振态。本实施例中，偏振透反元件6透射的p光经过相位延迟光学元件8改变为s光。反射元件7反射的s光与相位延迟光学元件8处理得到的s光相互平行的射出。光源发出的光线都能够被lcd面板同时利用，从而提高了光线的利用率。
72.可选地，偏振透反元件6可选用偏振透反镜，反射元件7可选用反射镜，相位延迟光学元件8可选用二分之一波片。
73.实施例2
74.如图5所示，本实施例提供一种交通工具300，交通工具300包括如上所述的防窥显示装置100。光线投影到挡风玻璃4上以显示图像。
75.可选地，交通工具300还包括光线控制装置200，光线控制装置200可选用已有的装置。例如，交通工具300为车辆，防窥显示装置100可以安装在车内，光线控制装置200则安装在车辆的中控台上。图像光线能够入射至光线控制装置200，光线控制装置200用于改变光线的方向，使得光线在经过挡风玻璃4反射后入射至眼盒区域400。
76.可选地，本实施例的交通工具300包括但不限于陆用交通工具、空中交通工具和水中交通工具中的一种。
77.以上对本公开实施例进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本公开的技术方案及其核心思想。因此，本领域技术人员依据本公开的思想，基于本公开的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本公开保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本公开的限制。

技术特征：
1.一种防窥显示装置，其特征在于，包括：光源，被配置为发射光线；显示面板，所述光线以准直方式入射到所述显示面板,并被所述显示面板处理成图像光线，所述图像光线入射至所述防窥显示装置的眼盒区域内，所述防窥显示装置被配置为使所述图像光线对应的显示内容在所述眼盒区域内对用户可视，并且在除所述眼盒区域以外的区域内具有防窥功能。2.根据权利要求1所述的防窥显示装置，其特征在于，所述防窥显示装置还包括：光波导，设置在所述光源和所述显示面板之间，所述光波导包括光提取结构，其中，所述光源发射的光线在所述光波导中传播，所述光提取结构使在所述光波导中传播的光线以准直方式由所述光波导的出光面的多个位置耦出。3.根据权利要求2所述的防窥显示装置，其特征在于，所述光波导还包括波导介质，所述光提取结构包括多个透反元件，所述多个透反元件依次设置在所述波导介质中。4.根据权利要求3所述的防窥显示装置，其特征在于，所述多个透反元件相对于所述出光面倾斜设置；和/或，沿光线在所述光波导中的传播方向，所述多个透反元件的反射率依次增加；和/或，传播至所述多个透反元件的各透反元件的光线的一部分被所述透反元件以准直方式反射出所述光波导的出光面后入射至所述显示面板，传播至所述多个透反元件的各透反元件的所述光线的另一部分透过所述透反元件后继续在所述光波导中传播。5.根据权利要求3所述的防窥显示装置，其特征在于，所述光波导的出光面和所述出光面的相对面对传播的光线进行全反射；或者，所述光源发射的光线在所述光波导中沿直线传播；或者，所述光波导的出光面和所述出光面的相对面对传播的光线进行非全反射的反射。6.根据权利要求2所述的防窥显示装置，其特征在于，所述光提取结构包括多个光栅，其中，所述多个光栅间隔设置于所述光波导的出光面处。7.根据权利要求6所述的防窥显示装置，其特征在于，所述光源发射的光线从所述多个光栅的间隔中耦出。8.根据权利要求1所述的防窥显示装置，其特征在于，所述光源位于所述显示面板的背侧，所述显示面板包括显示面和与所述显示面相对的背侧；和/或，所述显示面板为透射式液晶显示面板，被配置为对入射光线进行透射；和/或，所述防窥显示装置还包括挡风窗，所述图像光线从所述显示面板入射至所述挡风窗，并经所述挡风窗反射至所述眼盒区域内。9.根据权利要求1-8任一项所述的防窥显示装置，其特征在于，入射到所述显示面板的光线的发散角为θ1，-10
°
≤θ1≤10
°
；和/或，在所述显示面板出光面处的图像光线的发散角为θ2，-12
°
≤θ2≤12
°
。10.根据权利要求9所述的防窥显示装置，其特征在于，-5
°
≤θ1≤5
°
；和/或，-6
°
≤θ2≤6
°
。11.根据权利要求1-8任一项所述的防窥显示装置，其特征在于，所述防窥显示装置省略防窥膜；和/或，其中，所述防窥显示装置还包括：方向控制元件，被配置为对所述光源发射的光线汇聚
至预设区域内，所述眼盒区域包括所述预设区域，和/或，扩散元件，被配置为对所述光源发射的光线进行扩散；和/或，其中，所述光源包括：发光元件；准直元件，所述准直元件被配置为对所述发光元件发射的光线进行准直；和/或，其中，所述防窥显示装置还包括：偏振透反元件，对所述光源发出的光线中的一种偏振光进行反射，另一种偏振光进行透射；反射元件，对所述偏振透反元件反射的偏振光进行反射；相位延迟光学元件，改变所述偏振透反元件透射的偏振光的偏振态。12.根据权利要求11所述的防窥显示装置，其特征在于，所述准直元件包括：透明灯杯或反光罩灯杯，其中，所述发光元件位于所述透明灯杯外部，或者所述发光元件位于所述反光罩灯杯内部；所述相位延迟光学元件为二分之一波片。13.一种抬头显示器，其特征在于，包括：如权利要求1-12任一项所述的防窥显示装置。14.一种交通工具，其特征在于，包括：权利要求1-12任一项所述的防窥显示装置。

技术总结
本公开涉及一种防窥显示装置、抬头显示器及交通工具。防窥显示装置包括：光源，被配置为发射光线；显示面板，光线以准直方式入射到显示面板,并被显示面板处理成图像光线，图像光线入射至防窥显示装置的眼盒区域内，防窥显示装置被配置为使图像光线对应的显示内容在眼盒区域内对用户可视，并且在除眼盒区域以外的区域内具有防窥功能。本公开的防窥显示装置通过对光线的处理达到防窥的目的。过对光线的处理达到防窥的目的。过对光线的处理达到防窥的目的。


技术研发人员：吴慧军 徐俊峰
受保护的技术使用者：未来（北京）黑科技有限公司
技术研发日：2022.08.30
技术公布日：2023/2/9