CN117826475A - 一种带有显示功能的电子后视镜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带有显示功能的电子后视镜，包括显示器和设在显示器前侧的电控反射镜；电控反射镜包括镜面层和设在镜面层前侧的液晶控光件；镜面层为半透反射膜，其是由多层高低折射率的光学介质膜重叠构成的多层光学膜；液晶控光件包括液晶盒和设在液晶盒前侧的第一偏光片，第一偏光片具有第一偏光轴；液晶盒采用垂直配向液晶盒，其液晶层的光程差至少为λ/4，其液晶层具有与第一偏光轴呈第一半直角的定向轴；液晶盒上设有第一光学膜，第一光学膜为具有垂直快轴的补偿膜这种电子后视镜不仅能够使电控反射镜各处具有一致且较高的反射率及透过率，可避免显示画面的明暗不均，而且可有效改善电子后视镜的视角特性，并且造价更低，易于普及应用。
Description
技术领域
本发明涉及汽车后视镜领域，具体涉及一种带有显示功能的电子后视镜。
背景技术
带有显示功能的电子后视镜一般同时具有防远光和影像显示的功能，已成为智能汽车的首选。这种电子后视镜一般包括电控反射镜和显示器，电控反射镜一般包括镜面层，而其防远光功能可通过设置在镜面层前侧的液晶控光件(如液晶光阀)来实现，当汽车感应到车后有远光灯照射时，液晶控光件可快速降低电控反射镜的反射率，以减少灯光对驾驶员的视觉干扰，提高驾驶的安全性。
由于电控反射镜的镜面层需兼顾镜面反射和画面透过的双层功能，目前一般采用偏光反射膜，偏光反射膜是反射光和透射光偏振垂直的一种反射膜，而目前全球仅有3M公司能提供，其价格昂贵，国内无法自主生产，由此限制了这种电子后视镜的普及应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种带有显示功能的电子后视镜，这种电子后视镜不仅能够使电控反射镜各处具有一致且较高的反射率及透过率，可避免显示画面的明暗不均，而且可有效改善电子后视镜的视角特性，并且造价更低，易于普及应用。采用的技术方案如下：
一种带有显示功能的电子后视镜，包括显示器和设置在显示器前侧的电控反射镜；电控反射镜包括镜面层和液晶控光件，液晶控光件设置在镜面层的前侧，液晶控光件用于控制所述电控反射镜的反射态；其特征在于：所述镜面层为半透反射膜，其是由多层高低折射率的光学介质膜重叠构成的多层光学膜；所述液晶控光件包括液晶盒和设置在液晶盒前侧的第一偏光片，第一偏光片具有第一偏光轴；液晶盒采用垂直配向液晶盒，其液晶层的光程差至少为λ/4，且其液晶层具有与第一偏光轴呈第一半直角的定向轴；液晶盒上设有第一光学膜，第一光学膜为具有垂直快轴的补偿膜。
所述显示器可以是液晶显示器、有机发光显示器或LED显示器等。所述显示器可以是单色显示器，也可以是彩色显示器。所述显示器可以是用于显示简单图案的笔段式显示器，也可以是点阵显示器，尤其是高清点阵显示器（如高清TFT显示器）。所述显示器可通过结构固定、框贴或全贴合等方式与电控反射镜进行组合。
所述镜面层为半透反射膜，其是由多层高低折射率的光学介质膜重叠构成的多层光学膜，例如：高折射率介质膜的折射率为1.8～2.7，其具体膜层材料可以是TiO2、Ti3O5、Nb2O5、Ta2O5等薄膜；低折射率介质膜的折射率为1.3～1.6，其具体膜层材料可以是MgF2、SiO2等薄膜，多层光学膜相比金属膜，其各处具有更一致的反射率和透过率，由此可避免显示画面的明暗不均。所述镜面层可设置在一独立的透明板（如玻璃板）上，再将其与液晶控光件进行组合；所述镜面层也可通过结构固定、框贴或全贴合(优选)等方式与液晶控光件进行组合。一种具体方案中，所述镜面层设置在所述液晶控光件的后侧面上。
所述垂直配向液晶盒即为垂直配向模式的液晶盒，具体地，其包括第一透明板、第二透明板(如玻璃基板)和液晶层，液晶层夹设在第一透明板和第二透明板之间，其是由负性液晶(液晶分子受电场作用时倾向于与电场垂直的向列液晶)构成，第一透明板靠近液晶层的侧面上设有第一透明电极(如ITO电极)和第一配向层，第二透明板靠近液晶层的侧面上设有第二透明电极(如ITO电极)和第二配向层，第一配向层、第二配向层为垂直配向层，使得液晶层中的液晶分子在自然状态下呈现为垂直配向。所述液晶层的光程差即为液晶层的厚度d与液晶双折射Δn的乘积Δn×d，其一般可设置为λ/4的1.2～3倍，或是140～400nm。所述定向轴是在一轴向角度上对配向层施加定向摩擦而得到的，具体地，其可以对第一配向层或第二配向层施加定向摩擦，或同时对第一配向层、第二配向层施加同轴反向的定向摩擦，使得液晶分子在该轴向上具有微小预倾角(预倾角不大于5°，依然可认为是垂直配向)。
具体地，所述第一光学膜可通过贴附方式设置在液晶盒的前侧面(第一光学膜处在第一偏光片与液晶盒之间)或后侧面(第一光学膜处在液晶盒与镜面层之间)，具有垂直快轴的补偿膜一般称为C--plate补偿膜，其补偿量可设计为与液晶层的光程差接近或相等，如为液晶层光程差的0.6～1.4倍。通过设置第一光学膜，经补偿膜的补偿，在高反射态时，倾斜视角上光线的延迟量得以减少或消除，使得反射光在倾斜视角上的偏光状态变化较少甚至不变，因而反射率也得以保持，由此可改善电子后视镜的视角特性。
上述液晶控光件用于控制所述电控反射镜的反射态，其可通过驱动电压将电控反射镜控制为高反射态或低反射态。当在液晶盒的第一透明电极、第二透明电极未施加电压(或电压小于阈值电压)时，其液晶层的光学延迟量几乎为零(至少在垂直视角上)，外界光线通过第一偏光片入射到液晶控光件后，其被第一偏光片转变为线偏光片，在通过液晶层、经镜面层反射、再次通过液晶层的整个过程中，其偏振态都不改变，最后通过第一偏光片出射时不会被吸收，由此电控反射镜呈现为高反射态；当在液晶盒的第一透明电极、第二透明电极上施加超过阈值的电压时，其液晶层的液晶分子沿着该轴向进一步偏转倾斜而使液晶层表现出光学延迟，通过电压控制可使其延迟量达到λ/4，外界光线在通过第一偏光片入射到液晶控光件后，其先被第一偏光片转变为线偏光，再被液晶盒的液晶层转变圆偏光，圆偏光经镜面层反射后转变为另一旋向(如左旋变为右旋、右旋变为左旋)的圆偏光，其再次通过液晶层时转变为与原来线偏光的偏振角度垂直的另一线偏光，最终被第一偏光片吸收而不会出射，由此使得电控反射镜呈现为低反射态。这种电子后视镜采用液晶控光件进行控光，通过是否施加电压使液晶层在高反射态与低反射态之间进行切换，由于液晶控光件仅设有第一偏光片，其光线的损失较少，其在高反射态时具有较高的反射率，能够弥补镜面层的反射率损失，而在低反射态下，外界入射光无法透射出干涉显示器的出光，从而提高电子后视镜的整体透过率，且无需采用价格昂贵的偏光反射膜，造价更低，易于普及应用。
作为本发明的优选方案，所述镜面层的反射率至少为80%。由此可提高电控反射镜的反射率，而虽然显示器的显示画面仅有20%左右的透过率，但是可通过提高背光亮度来保证。
作为本发明的优选方案，所述电子后视镜还包括能够将所述电控反射镜控制为低反射态或高反射态的控制器，控制器与所述显示器联动；当显示器显示画面时，控制器将电控反射镜控制为低反射态。这种液晶控光件在低反射态时，其对后侧显示器穿透镜面层的出光仍具有较高的透过率，显示器在显示画面时，通过所述控制器将电控反射镜控制为低反射态，可避免反射景象与显示画面重叠而降低观看体验。
作为本发明的优选方案，所述电子后视镜还包括第二偏光片和第二光学膜，第二偏光片设置在所述显示器的前侧面上，第二偏光片具有第二偏光轴；第二光学膜设置在第二偏光片与所述镜面层之间，第二光学膜为具有水平光轴且延迟量为λ/4或－λ/4的延迟膜，第二光学膜的水平光轴与第二偏光轴呈第二半直角。一般地，所述显示器是液晶显示器，而第二偏光片为其前偏光片。由此，显示器的出光可由第二光学膜转变为圆偏光，当第二半直角设置为合适的正角或负角(在具体方案中，可根据第二光学膜的光轴为快轴或慢轴，以及第一半直角的正负，将第二半直角设置为＋45°或－45°，以达到所需光学效果为准)，且当电控反射镜控制为低反射态时，显示器出光的圆偏光旋向与镜面层反射光相反，镜面层反射光不能出射而显示器出光的透过率则更高，由此可以进一步提高其显示亮度。除此之外，当镜面层由多层高低折射率的光学介质膜重叠构成时，显示器的出光被第二光学膜转变为圆偏光，对于镜面层内部各光学膜界面而言，圆偏光的P光、S光分量在各倾斜视角上都一致，其在各视角上的透射率也一致，由此可避免偏光导致的视角问题(即不同视角的透过率不一致)，使得后视镜的显示具有更好的视角特性。
作为本发明的优选方案，所述第一偏光片为透过率55%以上的高透偏光片。高透偏光片即偏光吸收较少(＜45%)而具有较高透过率(＞55%)的偏光片。由于电控反射镜仅设有第一偏光片，第一偏光片采用高透偏光片，其可进一步减少光线的吸收，使得其高反射态的反射率更高(是以低反射率的反射率也偏高作为代价的)。
在本说明书中，“水平面”是与后视镜镜面平行的平面，如无特别说明，各角度、轴均指投射到水平面之内的角度和轴，“垂直”是指与后视镜镜面垂直，“垂直视角”是指从后视镜正面观看后视镜的视角。后视镜及其组成部件的前侧是指其相对靠近使用者的一侧，后侧是指其相对远离使用者的另一侧。上、下、左、右侧分别指后视镜安装在车内并摆正时，其上、下、左、右的各侧，上视角、下视角、左视角、右视角是指后视镜的使用者分别从后视镜的上、下、左、右侧的前方观看后视镜的各个视角，上、下、左、右视角也统称为倾斜视角，当使用者观看后视镜的景象或显示图像，且其最佳视角并非垂直视角时，“正视角”是指具有最佳观看效果的倾斜视角，“反视角”是指具有最差观看效果的倾斜视角。
在本说明书中，在严格或优选的情况下，第一半直角、第二半直角指角度绝对值为45°的角，而在非严格的情况下，第一半直角、第二半直角也可指角度绝对值接近45°，如40～50°范围内的角。
在本说明书中，λ/4指可见光中心波长的四分之一，如137nm。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
（1）这种电子后视镜采用液晶控光件进行控光，通过是否施加电压使液晶层在高反射态与低反射态之间进行切换，由于液晶控光件仅设有第一偏光片，其光线的损失较少，其在高反射态时具有较高的反射率，能够弥补镜面层的反射率损失，而在低反射态下，外界入射光无法透射出干涉显示器的出光，从而提高电子后视镜的整体透过率，且无需采用偏光反射膜，造价更低，易于普及应用；
（2）这种电子后视镜采用半透反射膜作为镜面层，其是由多层高低折射率的光学介质膜重叠构成的多层光学膜，多层光学膜相比金属膜，其各处具有更一致的反射率和透过率，由此可避免显示画面的明暗不均；
（3）这种电子后视镜通过设置第一光学膜，经补偿膜的补偿，在高反射态时，倾斜视角上光线的延迟量得以减少或消除，使得反射光在倾斜视角上的偏光状态变化较少甚至不变，因而反射率也得以保持，由此可改善后视镜的视角特性。
附图说明
图1是本发明优选实施例一的电子后视镜的结构示意图。
图2是图1所示电子后视镜的外形示意图。
图3是本发明优选实施例一中液晶控光件的工作原理图。
图4是本发明优选实施例一中其电控反射镜处在高反射态时的光学原理示意图。
图5是本发明优选实施例一中其第一光学膜在高反射态时对倾斜视角光线的补偿原理示意图。
图6是本发明优选实施例一的电子后视镜在其电控反射镜处在低反射态时的光学原理示意图。
图7是本发明优选实施例二的电子后视镜在取消第二光学膜的情况下其电控反射镜处在低反射态时的光学原理示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1-图6所示，这种带有显示功能的电子后视镜，包括显示器1和设置在显示器1前侧的电控反射镜2；电控反射镜2包括镜面层21和液晶控光件22，液晶控光件22设置在镜面层21的前侧，液晶控光件22用于控制电控反射镜2的反射态；镜面层21为半透反射膜；液晶控光件22包括液晶盒221和设置在液晶盒221前侧的第一偏光片222，第一偏光片222具有第一偏光轴2221；液晶盒221采用垂直配向液晶盒（即垂直配向模式的液晶盒），其液晶层2213的光程差至少为λ/4，且其液晶层2213具有与第一偏光轴2221呈第一半直角的定向轴22131。
在本实施例中，液晶盒221包括第一透明板2211、第二透明板2212(如玻璃基板)和液晶层2213，液晶层2213夹设在第一透明板2211和第二透明板2212之间，其是由负性液晶(液晶分子受电场作用时倾向于与电场垂直的向列液晶)构成，第一透明板2211靠近液晶层2213的侧面上设有第一透明电极2214(如ITO电极)和第一配向层2215，第二透明板2212靠近液晶层2213的侧面上设有第二透明电极2216(如ITO电极)和第二配向层2217，第一配向层2215、第二配向层2217为垂直配向层，使得液晶层2213中的液晶分子在自然状态下呈现为垂直配向。液晶层2213的光程差即为液晶层2213的厚度d与液晶双折射Δn的乘积Δn×d，其一般可设置为λ/4的1.2～3倍，或是140～400nm。定向轴22131是在一轴向角度上对配向层施加定向摩擦而得到的，具体地，其可以对第一配向层2215或第二配向层2217施加定向摩擦，或同时对第一配向层2215、第二配向层2217施加同轴反向的定向摩擦，使得液晶分子在该轴向上具有微小预倾角(预倾角不大于5°，依然可认为是垂直配向)。
在本实施例中，镜面层21设置在液晶控光件22的后侧面上，镜面层21为半透反射膜，其可以是较薄且具有一定透过率的金属膜（如铝膜或银膜），也可以是由多层高低折射率的光学介质膜重叠构成的多层光学膜，例如：高折射率介质膜的折射率为1.8～2.7，其具体膜层材料可以是TiO2、Ti3O5、Nb2O5、Ta2O5等薄膜；低折射率介质膜的折射率为1.3～1.6，其具体膜层材料可以是MgF2、SiO2等薄膜。镜面层21可设置在一独立的透明板（如玻璃板）上，再将其与液晶控光件22进行组合；镜面层21也可通过结构固定、框贴或全贴合(优选)等方式与液晶控光件22进行组合。
在本实施例中，显示器1可通过结构固定、框贴或全贴合等方式与电控反射镜2进行组合。
在本实施例中，镜面层21的反射率至少为80%。由此可提高电控反射镜2的反射率，而虽然显示器1的显示画面仅有20%左右的透过率，但是可通过提高背光亮度来保证。
在本实施例中，液晶盒221上设有第一光学膜223，第一光学膜223为具有垂直快轴2231的补偿膜。具有垂直快轴2231的补偿膜一般称为C--plate补偿膜，其补偿量可设计为与液晶层2213的光程差接近或相等，如为液晶层2213光程差的0.6～1.4倍。通过设置第一光学膜223，经补偿膜的补偿，在高反射态时，倾斜视角上光线的延迟量得以减少或消除，使得反射光在倾斜视角上的偏光状态变化较少甚至不变，因而反射率也得以保持，由此可改善后视镜的视角特性。
在本实施例中，所述电子后视镜还包括能够将电控反射镜2控制为低反射态或高反射态的控制器3，控制器3与显示器1联动；当显示器1显示画面时，控制器3将电控反射镜2控制为低反射态。这种液晶控光件22在低反射态时，其对后侧显示器1穿透镜面层21的出光仍具有较高的透过率，显示器1在显示画面时，通过控制器3将电控反射镜2控制为低反射态，可避免反射景象与显示画面重叠而降低观看体验。
在本实施例中，所述电子后视镜还包括第二偏光片4和第二光学膜5，第二偏光片4设置在显示器1的前侧面上，第二偏光片4具有第二偏光轴41；第二光学膜5设置在第二偏光片4与镜面层21之间，第二光学膜5为具有水平光轴51且延迟量为λ/4或－λ/4的延迟膜，第二光学膜5的水平光轴51与第二偏光轴41呈第二半直角。显示器1是液晶显示器，而第二偏光片4为其前偏光片。由此，显示器1的出光可由第二光学膜5转变为圆偏光，当第二半直角设置为合适的正角或负角(在具体方案中，可根据第二光学膜5的光轴为快轴或慢轴，以及第一半直角的正负，将第二半直角设置为＋45°或－45°，以达到所需光学效果为准)，且当电控反射镜2控制为低反射态时，显示器1出光的圆偏光旋向与镜面层21反射光相反，镜面层21反射光不能出射而显示器1出光的透过率则更高，由此可以进一步提高其显示亮度。除此之外，当镜面层21由多层高低折射率的光学介质膜重叠构成时，显示器1的出光被第二光学膜5转变为圆偏光，对于镜面层21内部各光学膜界面而言，圆偏光的P光、S光分量在各倾斜视角上都一致，其在各视角上的透射率也一致，由此可避免偏光导致的视角问题(即不同视角的透过率不一致)，使得后视镜的显示具有更好的视角特性。
下面简述一下本电子后视镜的工作原理：
液晶控光件22用于控制电控反射镜2的反射态，其可通过驱动电压将电控反射镜2控制为高反射态或低反射态。
当在液晶盒221的第一透明电极2214、第二透明电极2216未施加电压(或电压小于阈值电压)时，其液晶层2213的光学延迟量几乎为零(至少在垂直视角上)，外界光线通过第一偏光片222入射到液晶控光件22后，其被第一偏光片222转变为线偏光片，在通过液晶层2213、经镜面层21反射、再次通过液晶层2213的整个过程中，其偏振态都不改变，最后通过第一偏光片222出射时不会被吸收，由此电控反射镜2呈现为高反射态；当在液晶盒221的第一透明电极2214、第二透明电极2216上施加超过阈值的电压时，其液晶层2213的液晶分子沿着该轴向进一步偏转倾斜而使液晶层2213表现出光学延迟，通过电压控制可使其延迟量达到λ/4，外界光线在通过第一偏光片222入射到液晶控光件22后，其先被第一偏光片222转变为线偏光，再被液晶盒221的液晶层2213转变圆偏光，圆偏光经镜面层21反射后转变为另一旋向(如左旋变为右旋、右旋变为左旋)的圆偏光，其再次通过液晶层2213时转变为与原来线偏光的偏振角度垂直的另一线偏光，最终被第一偏光片222吸收而不会出射，由此使得电控反射镜2呈现为低反射态。
实施例2
参考图7，在其他部分均与实施例一相同的情况下，其区别在于：在本实施例中，第一偏光片222为透过率55%以上的高透偏光片，并且第二偏光片4与镜面层21之间没有设置第二光学膜5。高透偏光片即偏光吸收较少(＜45%)而具有较高透过率(＞55%)的偏光片。由于电控反射镜2仅设有第一偏光片222，第一偏光片222采用高透偏光片，其可进一步减少光线的吸收，使得其高反射态的反射率更高(是以低反射率的反射率也偏高作为代价的)。在取消第二光学膜5后，其显示画面依然有一定的透过率。
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 (6)
1.一种带有显示功能的电子后视镜，包括显示器和设置在显示器前侧的电控反射镜；电控反射镜包括镜面层和液晶控光件，液晶控光件设置在镜面层的前侧，液晶控光件用于控制所述电控反射镜的反射态；其特征在于：所述镜面层为半透反射膜，其是由多层高低折射率的光学介质膜重叠构成的多层光学膜；所述液晶控光件包括液晶盒和设置在液晶盒前侧的第一偏光片，第一偏光片具有第一偏光轴；液晶盒采用垂直配向液晶盒，其液晶层的光程差至少为λ/4，且其液晶层具有与第一偏光轴呈第一半直角的定向轴；液晶盒上设有第一光学膜，第一光学膜为具有垂直快轴的补偿膜。
2.根据权利要求1所述的一种带有显示功能的电子后视镜，其特征在于：所述镜面层设置在所述液晶控光件的后侧面上。
3.根据权利要求1所述的一种带有显示功能的电子后视镜，其特征在于：所述镜面层的反射率至少为80%。
4.根据权利要求1所述的一种带有显示功能的电子后视镜，其特征在于：所述第一偏光片为透过率55%以上的高透偏光片。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种带有显示功能的电子后视镜，其特征在于：所述电子后视镜还包括能够将所述电控反射镜控制为低反射态或高反射态的控制器，控制器与所述显示器联动；当显示器显示画面时，控制器将电控反射镜控制为低反射态。
6.根据权利要求1-4任一项所述的一种带有显示功能的电子后视镜，其特征在于：所述电子后视镜还包括第二偏光片和第二光学膜，第二偏光片设置在所述显示器的前侧面上，第二偏光片具有第二偏光轴；第二光学膜设置在第二偏光片与所述镜面层之间，第二光学膜为具有水平光轴且延迟量为λ/4或－λ/4的延迟膜，第二光学膜的水平光轴与第二偏光轴呈第二半直角。
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