高反射率双层液晶聚合物薄膜：消除汽车抬头显示重影的创新解决方案

为解决汽车增强现实抬头显示（AR-HUD）中因风挡玻璃双反射导致的能量浪费和重影问题，研究人员设计了一种由胆甾相液晶（Cholesteric LC）层和液晶波片层组成的双层聚合物薄膜。该结构通过偏振选择性反射和波片调制，实现了80%的PGU光反射率、70%的环境光透射率以及100:1的主次图像对比度，将HUD能效提升三倍以上，为AR-HUD风挡玻璃提供了高性能光学解决方案。

　　

随着汽车智能化发展，增强现实抬头显示（AR-HUD）技术成为提升驾驶安全的关键装备。然而，风挡玻璃的双反射效应导致虚拟图像出现重影，而传统楔形薄膜因环境光透射率限制，对图像生成单元（PGU）光的反射率不足20%，造成严重能量浪费。如何兼顾高反射率与低重影成为行业难题。

针对这一挑战，中国研究人员提出了一种创新的双层液晶（LC）聚合物薄膜结构。该薄膜由胆甾相液晶层和液晶波片层组成，通过严格耦合波分析（RCWA）优化设计并实验制备。胆甾相液晶层选择性反射PGU发出的左旋圆偏振（LHC）光，波片层则调制后表面反射光的偏振态，阻止其再次进入视窗。实验表明，该结构对525 nm绿光的反射率达80%，环境光透射率超70%，主次图像对比度突破100:1，完全满足奔驰等车企的安全标准。

研究采用三项关键技术：1）基于RCWA的液晶层光学参数优化；2）旋涂法制备SD1取向层与LC聚合物薄膜；3）光谱仪（USB2000+）量化光学性能。通过调控手性分子浓度和紫外固化工艺，实现了精确的螺距（pitch）控制与聚合物网络固化。

设计原理
分析显示，当PGU发射LHC偏振光时，胆甾相液晶层可高效反射入射光，而波片层将透射的残余光转换为右旋圆偏振（RHC），避免后表面反射光二次进入视窗。理论计算证实该设计在56°入射角（风挡玻璃Brewster角）下具有最优性能。

LC聚合物薄膜制备
采用旋涂工艺在玻璃基底上沉积光取向层，通过紫外固化LC单体（RM257）与手性掺杂剂（CB15），形成具有特定螺距的胆甾相结构。波片层通过拉伸聚碳酸酯薄膜实现λ/4相位延迟。

LC聚合物薄膜表征
光谱测试显示，薄膜在525 nm处LHC光反射峰达80%，且环境光P偏振反射率低于10%。偏振显微镜证实波片层成功将残余LHC光转换为RHC偏振，有效抑制重影形成。

讨论与结论
该研究突破传统楔形薄膜的能效限制，首次将LC聚合物薄膜应用于AR-HUD风挡玻璃。尽管薄膜在475-575 nm波段存在轻微色偏，但通过优化双折射率可进一步改善透明度。研究成果发表于《Optics》，为智能汽车显示系统提供了兼具高能效、低重影和良好环境可视性的解决方案，推动AR-HUD技术向更节能、更安全的方向发展。