CN114326110A - 抬头显示装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一种抬头显示装置及其操作方法，具有一侦测电路板用以侦测阳光的照射强度、侦测聚光位置，并搭配抬头显示装置内环境温度与背光元件的背光亮度做判断，适时减弱或关闭背光元件的背光亮度，避免显示面板因为阳光热聚焦而损坏，也避免减弱或关闭背光元件的频率过于频繁。

Description

抬头显示装置及其操作方法

技术领域

本发明关于一种显示器，特别是一种车载抬头显示装置及其操作方法。

背景技术

现今车辆使用的抬头显示器技术，是一种光学***，一般由投射器和叠像镜二个主要装置组成。投射器是由信号光源、投影镜，与其他光学元件所组成。投射器的信号光源，由LCD液晶显示器或CRT阴极射线管等装置构成，从信号光源发出光线，然后通过投影器投射到玻璃上的叠像镜(或特制的透明屏幕上)，再由叠像镜显示出文字或图像。

常见如日本专利公开号JP2000347127A的车用抬头显示器，如图1(A)所示，抬头显示器(HUD)显示在挡风玻璃A1前方的虚像，是利用凹面镜A3将显示画面放大，近似于凸透镜的放大原理。如图1(B)所示，HUD装设在汽车前挡玻璃A1下方，在阳光特定角度射入时，其光线通过凹面镜A3聚光在显示面板A4上，这时会使显示面板(如液晶屏幕)温度快速升高以致烧毁。尤其是AR-HUD的虚像距离(VID)要求约10米甚至更远，所以凹面镜放大倍率需要超过20倍以上。放大倍率越高代表的是显示面板越接近凹面镜的焦点，而越接近焦点，太阳光的聚集面积越小，热度集中效果越大，因此太阳光热就变成AR-HUD最难克服的议题。

请参阅图2，当阳光斜射进入HUD，在第二反射镜B2聚焦之后，通过第一反射镜B1反射到达显示面板B3。当阳光被聚焦在显示面板B3的边角位置，因为光路的距离变长，更加接近凹面镜焦点，将使得这种聚焦的效果达到最大。

请参阅图3为一种现有的解决方法，是在显示面板容易产生太阳光聚焦的边角位置附近设置温度传感器T1，因为HUD的背光元件也是影响显示面板温度上升的重要因素，当温度上升到足以损害显示面板之前，就降低背光亮度或关闭背光。由于温度传感器T1会挡住光线，无论摆放在显示面板的正面、背面或内部TFT基板上，都会对显示效果产生不良的影响，而把温度传感器T2摆放在显示面板的周边，如玻璃基板侧边、TFT延伸板或驱动IC电路板上，如此侦测温升会有延迟与失准的问题。为了确保显示面板不会受损伤，宁可误判为危险也不能漏判，因此关闭或降低背光元件亮度的机率增加许多，大大影响HUD的画面显示品质。

请参阅图4为另一种现有的解决方法，美国专利US9423615为一种防止外部光线的进入而损坏液晶显示面板的平视显示装置(HUD)，在第一反射镜C1或第二反射镜C2使用冷镜(Cold mirror)，让可见光反射，让红外光穿透，以减少射入液晶面板的太阳光能量。并在此冷镜的后方设置红外光传感器C3，侦测穿透冷镜的红外光强度，只要强度超过一预先设定的阈值，就降低或关闭背光。如此同样会有降低背光亮度或关闭背光的频率过于频繁的问题。

所使用的冷镜是特殊面镜，如图5所示，虽然具有不反射红外光的机能，可以少掉一半以上的太阳光能量，但使用在第一反射镜，面积大且成本高，若使用在第二面镜上，面积更大且更加浪费。

为了解决以上所述的技术瓶颈，业界不断提出各种解决的技术方案，相关的技术可参酌US9638918、JP4788882B2、CN103270436B、US9251738、US 10102826、US9612463、CN209366054U、CN208459693U、CN207374131U、CN109932824A、CN109952527A等专利前案，以上各专利前案虽已揭露相关抬头显示器的运用技术，但是在使用上普遍仍存在缺失。

发明内容

基于上述缺失，本发明的目的在于提供一种抬头显示装置，特别是一种避免显示面板因为阳光热聚焦而损坏的抬头显示器。

根据本发明目的，提供一种抬头显示装置，包括一主体，内部设有一容置空间与一出光口；一显示模块，设置于该容置空间，该显示模块包括一显示面板及一背光元件，该背光元件具有一背光亮度；一第一反射镜，设置于该容置空间内；一第二反射镜，设置于该容置空间内，该第二反射镜与该第一反射镜相面对设置；以及一侦测电路板，设置于该容置空间内且位于该第一反射镜相对远离该第二反射镜的后侧，该侦测电路板设置有多个光传感元件；其中一阳光射入该出光口，被第二反射镜聚集该阳光至该第一反射镜，再被该第一反射镜反射至该显示面板，其中该侦测电路板根据所述多个光传感元件的信号分布取得该阳光投射至该显示面板的聚光位置，根据所述多个光传感元件的信号强度取得该阳光的照射强度。

较佳的，该抬头显示装置进一步包括一热镜，其设置于该显示面板至出光口的一光路中的任何位置。

较佳的，该抬头显示装置进一步包括一偏光片，其设置于该显示面板至该出光口的一光路中的任何位置。

较佳的，该抬头显示装置进一步包括一风扇。

较佳的，该抬头显示装置的该容置空间内进一步包括一温度传感模块。

较佳的，该第二反射镜为一凹面镜或一曲面镜。

较佳的，该第一反射镜为一平面镜或一曲面镜。

较佳的，该第一反射镜在可见光与红外光频段的平均透射率低于15％。

较佳的，该光传感元件可侦测可见光、红外光或可见光与红外光。

本发明的另一配置，提供一种抬头显示装置，包括一主体，内部设有一容置空间与一出光口；一显示模块，设置于该容置空间，该显示模块包括一显示面板及一背光元件，该背光元件具有一背光亮度；一第一反射镜，设置于该容置空间内；一第二反射镜，设置于该容置空间内；一热镜，其设置于该显示面板至第一反射镜的一光路中的任何位置，且热镜的一镜面与光路呈一小于90度且大于0度的夹角θ；以及一侦测电路板，设置于该容置空间内且位于该第一反射镜与该热镜之间光路的旁侧，该侦测电路板设置有多个光传感元件；其中一阳光射入该出光口，被第二反射镜聚集该阳光至该第一反射镜，再被该第一反射镜反射至该热镜，部分阳光穿透该热镜后抵达该显示面板，另一部分阳光被该热镜反射后抵达该侦测电路板，其中该侦测电路板根据所述多个光传感元件的信号分布取得该阳光投射至该显示面板的聚光位置，根据所述多个光传感元件的信号强度取得该阳光的照射强度。

较佳的，该抬头显示装置进一步包括一偏光片，其设置于该显示面板至该出光口的一光路中的任何位置。

较佳的，该抬头显示装置进一步包括一风扇。

较佳的，该抬头显示装置的该容置空间内进一步包括一温度传感模块。

较佳的，该第二反射镜为一凹面镜或一曲面镜。

较佳的，该第一反射镜为一平面镜或一曲面镜。

较佳的，该光传感元件可侦测可见光、红外光或可见光与红外光。

进一步地，该温度传感模块侦测该抬头显示装置内环境温度，并根据该聚光位置、该照射强度、该环境温度、该背光亮度，比对软件模拟或实际实验结果预测显示面板聚光点的可能温度-时间曲线，在该显示面板聚光点达到一耐热极限温度的时间点之前降低背光亮度或关闭背光，避免显示面板因为阳光热聚焦而损坏，也避免降低背光亮度或关闭背光的频率过于频繁。

此外本发明还提供一种抬头显示装置的操作方法，该抬头显示装置的虚像显示的光路上至少依序设置一背光元件、一显示面板、一第一反射镜、一第二反射镜以及一挡风玻璃，该操作方法的步骤包括：通过一侦测电路板的多个光传感元件，感测抵达且穿透一第一反射镜的一阳光或感测置于该第一反射镜与该显示面板之间的一热镜所反射的一部份阳光，取得该阳光投射于一显示面板的一聚光位置以及一照射强度，根据该聚光位置、该照射强度、该背光元件的一背光亮度以及该抬头显示装置内的一环境温度计算该显示面板聚光点达到一耐热极限温度的时间，以及在到达该时间之前降低该背光元件亮度、关闭该背光元件或先降低该背光元件的背光亮度再关闭该背光元件。

其中该显示面板达到该耐热极限温度的时间是利用一温度预测公式进行计算，该温度预测公式使用的参数包括该照射强度，该聚光位置，该环境温度，以及该背光亮度。

其中所述多个光传感元件定义多个照射位置，该聚光位置是根据所述多个照射位置中的一信号读值中，选择高于一阈值的数值或最高数值而得。

本发明使用普通反射镜，利用反射镜小部分的穿透光，包括可见光与红外线来侦测阳光，或使用热镜反射的部分光线来侦测阳光，可有效降低成本，且不使用显示面板上的温度传感器，不会挡到投影的光线，不影响画面品质，此外本发明具有高预测准确度，只在必要时才降低背光亮度或关闭背光。

附图说明

图1为现有抬头显示装置示意图。

图2为现有抬头显示装置阳光投射示意图。

图3为现有液晶显示面板与温度传感器示意图。

图4为现有阳光热对策的抬头显示器。

图5为现有冷镜示意图。

图6为本发明的第一实施方案图。

图7为太阳光聚焦示意图。

图8为太阳光聚焦另一示意图。

图9为本发明的第二实施方案图。

图10为本发明的第三实施方案图。

图11为本发明的第四实施方案图。

图12为本发明的第五实施方案图。

图13为太阳光聚焦时显示面板聚光点温度-时间曲线模拟示意图。

图14为第一至第五实施方案判断阳光聚焦信号分布之示意图。

图15及图16为本发明的第六实施方案图。

图17为本发明的第七实施方案图。

图18为本发明的第八实施方案图。

图19为本发明的第九实施方案图。

图20为第六至第九实施方案判断阳光聚焦信号分布之示意图。

附图标记列表：〔背景技术〕A1-挡风玻璃；A3-凹面镜；A4-显示面板；B1-第一反射镜；B2-第二反射镜；B3-显示面板；C1-第一反射镜；C2-第二反射镜；C3-红外光传感器；T1,T2-温度传感器。〔本发明〕S-阳光；G-挡风玻璃；θ-夹角；1-主体；11-容置空间；12-出光口；2-显示模块；21-显示面板；22-背光元件；3-第一反射镜；4-第二反射镜；5-侦测电路板；51-光传感元件；6-热镜；61-镜面；7-偏光片；8-风扇；9-温度传感模块。

具体实施方式

为了清楚说明本发明之具体实施方式、构造及所达成之效果，提供实施例并配合图式说明如下：

请参阅图6至图12，绘示一种抬头显示装置，包括一主体1，该主体内部设有一容置空间11与一出光口12，该主体1设置于一挡风玻璃G的下方且埋入车辆的仪表台；一显示模块2，设置于该容置空间11，该显示模块2用以投射一影像光，该显示模块2包括一显示面板21与一背光元件22；一第一反射镜3，设置于该容置空间11，该第一反射镜3为一平面镜或一曲面镜；一第二反射镜4，设置于该容置空间11，该第二反射镜4与该第一反射镜3相面对设置，该第二反射镜4为一凹面镜或一曲面镜；一侦测电路板5，设置于该容置空间11，该侦测电路板5设置于该容置空间11内且位于该第一反射镜3的相对远离该第二反射镜4的后侧，该侦测电路板5设置有多个光传感元件51。

于本实施方案中，该第一反射镜3为具有少许透射率的反射镜，一车外阳光S由该挡风玻璃G射入该出光口12，被该第二反射镜4聚光后并反射至该第一反射镜3，再被该第一反射镜3反射至该显示面板21，其中该第一反射镜3的透射率低(透射率低于15％，反射率高于85％)，大部分光线(例如约94％)反射到该显示面板21，但少部分比例(例如约0.05％)穿透该第一反射镜3到达该侦测电路板5，设置于第一反射镜3后方的光传感元件51可侦测可见光、红外光或可见光与红外光，根据所述多个光传感元件51的信号分布，取得该阳光S投射至该显示面板21的聚光位置；及根据所述多个光传感元件51的信号强度取得该阳光S的照射强度是否足以损害显示面板21。

该阳光S与该显示模块2投射的影像光皆会照射在该第一反射镜3上，但是足以损害该显示面板21的阳光S，亮度高于投射的影像光，而且该阳光射入该抬头显示装置后，经过该第二反射镜4聚光，才会到达该第一反射镜3，亮度远高于该阳光S原有的亮度，因此从所述多个光传感元件51的信号强度，可以明确判别目前是否受到强烈阳光S照射，是否足以损害该显示面板21。例如仅有该显示面板21投射的影像光时，所述多个光传感元件51的信号读值最高为0.2，当足以损害该显示面板21的阳光聚焦时，所述多个光传感元件51的信号读值最高大于2，两者信号读值相差10倍以上，因此***可以明确判别信号是否为阳光S照射所造成。

请参阅图7及图8为阳光S聚焦的示意图，温度上升最高时，该阳光S射入该抬头显示装置的总热量不一定最高，而是该阳光S斜射，聚光落在该显示面板21角落时，是热聚焦效果最好，导致该显示面板21聚光点被特别加热时，才会是最热的情况，在该阳光S热聚焦现象产生时，根据照射强度与聚光位置，例如照射强度大于预设值门槛值且聚光位置落在特定的区域，来决定是否启动降低背光元件22的背光亮度、降低多少背光元件22的背光亮度或关闭背光元件22，以避免该显示面板21聚光点过热。

请参阅图9为本发明的第二实施方案，该抬头显示装置还包括一热镜6(hotmirror)设置于该容置空间11内位于该显示模块2的一侧，阳光S照射到地面的能量频谱，约46％的能量出现在波长700nm以下的可见光与紫外光(～1％)，另外有约54％能量出现在波长大于700nm的红外光。在该显示面板21前侧加一片反射红外光、透射可见光的热镜6，让阳光S中的红外光离开投影光路，过滤一半以上的太阳光热，其中该热镜6面积小，价格便宜且能够达到降低温度的效果。于其他实施方案中，该热镜6可以设置于该显示面板21至该出光口12的光路中的任何位置。

请参阅图10为本发明的第三实施方案，其中该抬头显示装置还包括一偏光片7设置于该热镜6与该显示面板21之间，过滤穿透挡风玻璃G的P偏振太阳光，达到降低温度的效果。于其他实施方案中，该偏光片7可以设置于该显示面板21至该出光口12的光路中的任何位置。

请参阅图11为本发明的第四实施方案，其中该抬头显示装置还包括一风扇8设置于该显示面板21的一侧，该风扇8能帮助该显示面板21散热，达到降低温度的效果。

请参阅图12为本发明的第五实施方案，其中该抬头显示装置还包括一温度传感模块9设置于该容置空间内，该温度感模块9能侦测该抬头显示装置内的环境温度，并协助显示面板21温度预测的评估。

请参阅图13为太阳光聚焦时显示面板21聚光点的温度-时间曲线模拟示意图，该显示面板21聚光点的温度-时间曲线可以通过光学模拟软件来模拟，也可以通过实际实验测量，得出不同照射强度、不同聚光位置、不同环境温度、不同背光亮度的条件下聚光点的温度-时间曲线，并将此数据储存于抬头显示器内，以供之后的聚光点温度预测。例如该显示面板21耐热极限温度为105度(℃)，该抬头显示装置内环境温度为70度(℃)，该背光元件22的背光亮度为100％，车外太阳照度1400W/m²聚光在该显示面板21的中央区域，光传感元件信号读值为2.0，由图中可得知，若无采用任何对策，四分钟后该显示面板21聚光点会达到130度(℃)，超出该显示面板21耐热极限温度，而于本发明中可以在持续此状态1分钟后启动降低背光元件22的背光亮度50％，持续此状态2分钟后关闭背光，避免聚光点温度超过105度(℃)上限。

如果该抬头显示装置内环境温度为40度(℃)，由图13中可知，该显示面板21聚光点四分钟后达到95度(℃)，还在该显示面板21耐热极限范围内，因此持续此聚光状态四分钟内可以不降低该背光元件22的背光亮度，持续此聚光状态四分钟后才降低背光元件的背光亮度25％，减少影响使用者观看抬头显示器的品质。车辆行驶过程中，车辆会转向、太阳会移动，聚光位置不一定会固定在同一位置很长时间，本发明利用侦测该阳光S照射强度、侦测聚光位置、侦测该抬头显示装置内环境温度、侦测背光元件的背光亮度，根据这些条件比对软件模拟或实际实验结果，对应到最接近的数值曲线，预测显示面板21聚光点的可能温度-时间曲线，在估算的时间点降低背光亮度或关闭背光元件，能够避免该显示面板21因为该阳光S热聚焦而损坏，也避免降低背光亮度或关闭背光元件的频率过于频繁，而影响显示品质。

此外本发明还提供一种抬头显示装置的操作方法，通过侦测电路板5的多个光传感元件51，所述多个光传感元件51感测穿透该第一反射镜3的一部份阳光S，判断该阳光S投射在一显示面板21的一聚光位置L、一照射强度IS，以及通过温度传感模块9感测该抬头显示装置内的一环境温度ET，加上取得背光元件22的一背光亮度B；根据该聚光位置L、该照射强度IS、该环境温度ET及该背光亮度B计算出显示面板21的阳光聚光点在此条件下多久时间后会达到耐热极限温度，评估何时要降低背光元件22的亮度或关闭该背光元件22，避免该显示面板21因为该阳光S热聚焦而损坏，也避免降低背光亮度或关闭背光元件的频率过于频繁，而影响显示品质。

阳光S穿透该第一反射镜3照射在侦测电路板5上的位置，与阳光S在显示面板21上的聚光位置如图14A；计算中的聚光位置L，是先将显示面板21定义多个聚光位置，如图14C，再根据所述多个光传感元件51接受到阳光S的信号强度与分布，取得阳光S照射在侦测电路板5的分布中心，如图14B，由此分布中心对应到图14C中显示面板21的聚光位置L；而聚光位置L的值，与聚光点面积成反比，聚光越集中，聚光点面积越小，所对应的聚光位置L的值就越大，聚光越不集中，聚光点面积越大，所对应的聚光位置L的值就越小；例如可以将显示面板21画为二十五宫格，也就是画分成二十五个聚光位置，中央区域的值为0.1，边缘区域的值为1.6，中央至边缘之间区域依等比数列递增，如图14C所示，除此之外也可以划分成其他格数，与使用其他数列递增；阳光S在侦测电路板5的分布中心的判断，例如可以由多个光传感元件51的信号读值中，读值高于上四分位数值的那些光传感元件位置分布判断出分布中心，比如图14B中的位置BA，再对应到显示面板的聚光位置L的值，比如图14C中的值0.8，或由最高读值的光传感元件位置当作分布中心，对应到聚光位置L的值。

其计算中的照射强度IS是根据光传感元件51接受到的阳光S信号强度，判断此时阳光S的照射强度IS，每个光传感元件51的信号读值举例可能由0.1～3.0，由多个光传感元件的信号读值中，例如取高于上四分位数值的那些读值，再做平均或是RMS运算，或取最高信号读值，得到一个代表目前阳光照射强度的值IS；

其计算中的环境温度ET是目前抬头显示器内部的环境温度，由温度传感模块9得到，单位为摄氏。

其计算中的背光元件21的背光亮度B，范围由0％～100％，其对应的值例如为0～1.0。

请参阅图15与图16为本发明的第六实施方案，一种抬头显示装置，包括一主体1，该主体内部设有一容置空间11与一出光口12，该主体1设置于一挡风玻璃G的下方且埋入车辆的仪表台；一显示模块2，设置于该容置空间11，该显示模块2用以投射一影像光，该显示模块2包括一显示面板21与一背光元件22；一第一反射镜3，设置于该容置空间11，该第一反射镜3为一平面镜或一曲面镜；一第二反射镜4，设置于该容置空间11，该第二反射镜4为一凹面镜或一曲面镜；一热镜6设置于该显示模块2至第一反射镜3的一光路中的任何位置，且热镜6的一镜面61与光路呈一小于90度且大于0度的夹角θ；一侦测电路板5，设置于该容置空间11，且位于该第一反射镜3与该热镜6之间的一光路的旁侧，该侦测电路板5设置有多个光传感元件51。

于第六实施方案中，一车外阳光S由该挡风玻璃G射入该出光口12，被该第二反射镜4聚光后并反射至该第一反射镜3，再被该第一反射镜3反射至该热镜6，部分阳光穿透该热镜6后抵达该显示面板21，另一部分阳光被该热镜反射后抵达该侦测电路板5，其中该热镜6反射大部分的红外光(例如高于85％的红外光)到该侦测电路板5，透射大部分的可见光(例如高于85％的可见光)到该侦测电路板5，设置于侦测电路板5上的光传感元件51可侦测可见光、红外光或可见光与红外光，根据所述多个光传感元件51的信号分布，取得该阳光S投射至该显示面板21的聚光位置；及根据所述多个光传感元件51的信号强度取得该阳光S的照射强度是否足以损害显示面板21。

请参阅图17为本发明的第七实施方案，其中该抬头显示装置还包括一偏光片7设置于该热镜6与该显示面板21之间，过滤穿透挡风玻璃G的P偏振太阳光，达到降低温度的效果。于其他实施方案中，该偏光片7可以设置于该显示面板21至该出光口12的光路中的任何位置。

请参阅图18为本发明的第八实施方案，其中该抬头显示装置还包括一风扇8设置于该显示面板21的一侧，该风扇8能帮助该显示面板21散热，达到降低温度的效果。

请参阅图19为本发明的第九实施方案，其中该抬头显示装置还包括一温度传感模块9设置于该容置空间内，该温度感模块9能侦测该抬头显示装置内的环境温度，并协助显示面板21温度预测的评估。

本发明还提供另一种抬头显示装置的操作方法，通过侦测电路板5的多个光传感元件51，所述多个光传感元件51感测该第一反射镜3与该显示面板21之间的一热镜6所反射的一部份阳光S，判断该阳光S投射在一显示面板21的一聚光位置L、一照射强度IS，以及通过温度传感模块9感测该抬头显示装置内的一环境温度ET，加上取得背光元件22的一背光亮度B；根据该聚光位置L、该照射强度IS、该环境温度ET及该背光亮度B计算出显示面板21的阳光聚光点在此条件下多久时间后会达到耐热极限温度，评估何时要降低背光元件22的亮度或关闭该背光元件22，避免该显示面板21因为该阳光S热聚焦而损坏，也避免降低背光亮度或关闭背光元件的频率过于频繁，而影响显示品质。

该热镜6反射该阳光S至该侦测电路板5上的位置及阳光S在显示面板21上的聚光位置如图20A；计算中的聚光位置L，是先将显示面板21定义多个聚光位置，如图20C，再根据所述多个光传感元件51接受到阳光S的信号强度与分布，取得阳光S照射在侦测电路板5的分布中心，如图20B，由此分布中心对应到图20C中显示面板21的聚光位置L；而聚光位置L的值，与聚光点面积成反比，聚光越集中，聚光点面积越小，所对应的聚光位置L的值就越大，聚光越不集中，聚光点面积越大，所对应的聚光位置L的值就越小；例如可以将显示面板21画为二十五宫格，也就是画分成二十五个聚光位置，中央区域的值为0.1，边缘区域的值为1.6，中央至边缘之间区域依等比数列递增，如图20C所示，除此之外也可以划分成其他格数，与使用其他数列递增；阳光S在侦测电路板5的分布中心的判断，例如可以由多个光传感元件51的信号读值中，读值高于上四分位数值的那些光传感元件位置分布判断出分布中心，比如图14B中的位置BA，再对应到显示面板的聚光位置L的值，比如图14C中的值0.8，或由最高读值的光传感元件位置当作分布中心，对应到聚光位置L的值。

其计算中的照射强度IS是根据光传感元件51接受到的阳光S信号强度，判断此时阳光S的照射强度IS，每个光传感元件51的信号读值举例可能由0.1～3.0，由多个光传感元件的信号读值中，例如取高于上四分位数值的那些读值，再做平均或是RMS运算，或取最高信号读值，得到一个代表目前阳光照射强度的值IS；

其计算中的环境温度ET是目前抬头显示器内部的环境温度，由温度传感模块9得到，单位为摄氏。

其计算中的背光元件21的背光亮度B，范围由0％～100％，其对应的值例如为0～1.0。

本发明计算在聚光位置L、照射强度IS、环境温度ET与背光亮度B之下，持续多久的照射时间T之后，显示面板21的聚光点温度会超过规格上的耐热极限温度，在预测的显示面板21聚光点温度将要超过耐热极限温度之前，先降低背光元件22的背光亮度或是关闭背光元件22，以避免显示面板21温度超出耐热极限温度而损毁，如此也可避免仅仅依靠阳光S照射强度，就降低背光元件22的背光亮度或是关闭背光元件22，太过频繁的切换，影响显示的品质。

其中显示面板21聚光点一温度预测公式如下：

；

显示面板21的耐热极限温度TP，可由显示面板规格得到；k₁&k₂为面板温度系数，k₃&k₄为面板升温系数，C为温度补偿系数，这些系数可由软件模拟或实验数据求得；以此温度预测公式来预测在此条件下经过多久的照射时间T之后，显示面板21的聚光点温度会超过规格上的耐热极限温度TP。

关于该温度预测公式中的

的说明：显示面板21会因为背光元件22发热而升高温度，依不同的背光亮度B产生不同加热效果，以LED的发光效率为例，其亮度越高，发光效率越差，传导到显示面板的热越多，显示面板吸收的辐射热也越多，因此显示面板温度就越高；其亮度越低，发光效率越佳，传导到显示面板的热越少，显示面板吸收的辐射热也越少，显示面板温度就越低，越接近环境温度ET，可推导出显示面板21的温度与背光亮度B之间的关系为指数函数；显示面板21在背光元件22的加热下，温度升高的程度也与当时的环境温度ET有关，根据牛顿冷却定律，当温差越大，散热速度越快，因此当环境温度ET越低，显示面板21散热速度越快，显示面板21因为背光元件22加热而升高的温度也越低，当环境温度ET越高，显示面板21散热速度越慢，显示面板21因为背光元件22加热而升高的温度也越高，可推导出显示面板21的温度与环境温度ET之间的关系亦为指数函数，环境温度ET为显示面板温度的最低极限值，以绝对温度为计算转换；综合此两点因素，可推导出当环境温度维持在ET，背光亮度维持在B时，无阳光照射下，显示面板温度为

关于该温度预测公式中的

的说明：阳光的照射强度IS越高，聚光点温度上升也越高，阳光的照射强度IS越低，聚光点温度上升也就越低，因此照射强度IS与聚光点上升温度成正比，为线性函数；而阳光聚光于显示面板21的不同位置，其聚光点面积各有不同，当聚光点面积越小，太阳光热越集中，聚光点温度上升也越高，当聚光点面积越大，太阳光热越不集中，聚光点温度上升也就越低，因此聚光点面积与聚光点上升温度成反比，而聚光点面积与聚光位置L的值成反比，也就是聚光位置L的值与聚光点上升温度成正比，亦为线性函数；而阳光的照射时间T越长，聚光点温度上升也越高，阳光照射的时间越短，聚光点温度上升也越低，因此照射时间T与聚光点上升温度成正比，亦为线性函数；此外显示面板21在阳光照射的加热下，聚光点温度升高的程度也与当时的环境温度有关，根据牛顿冷却定律，当温差越大，散热速度越快，因此当环境温度越低，显示面板21散热速度越快，聚光点因为阳光照射加热而升高的温度也越低，当环境温度越高，显示面板21散热速度越慢，聚光点因为阳光照射加热而升高的温度也越高，可推导出显示面板21的聚光点上升温度与环境温度ET之间的关系为指数函数，以显示面板工作温度25度(℃)为参考值，以绝对温度为计算转换；综合此四点因素，可推导出当环境温度维持在ET，阳光照射强度IS，聚光位置L，经过照射时间T，显示面板的聚光点上升温度为

本发明相较于背景技术具有下列优点，本发明使用普通反射镜，利用反射镜小部分的穿透光，包括可见光与红外线来侦测阳光，可有效降低成本，且不使用显示面板上的温度传感器，不会挡到投影的光线，不影响画面品质，此外本发明没有显示面板温度侦测迟滞的问题，提高预测准确度，减少不必要的误判，只在必要时才降低或关闭背光。

Claims (20)

1.一种抬头显示装置，包括：

一主体，内部设有一容置空间与一出光口；

一显示模块，设置于该容置空间，该显示模块包括一显示面板及一背光元件；

一第一反射镜，设置于该容置空间内；

一第二反射镜，设置于该容置空间内，该第一反射镜设于该第二反射镜对侧；

其中，一阳光射入该出光口，被该第二反射镜聚光并反射至该第一反射镜，再被该第一反射镜反射至该显示面板，其特征在于：一侦测电路板，设置于该容置空间内且位于该第一反射镜相对远离该第二反射镜的一后侧，该侦测电路板设置有多个光传感元件，感测穿透该第一反射镜的一部分阳光，根据所述多个光传感元件的信号分布取得该阳光投射至该显示面板的聚光位置，根据所述多个光传感元件的信号强度取得该阳光的照射强度。

2.根据权利要求1所述的抬头显示器装置，其特征在于，该抬头显示装置还包括一热镜，其设置于该显示面板至该出光口的一光路中的任何位置。

3.根据权利要求1所述的抬头显示器装置，其特征在于，该抬头显示装置还包括一偏光片，其设置于该显示面板至该出光口的一光路中的任何位置。

4.根据权利要求1所述的抬头显示器装置，其特征在于，该抬头显示装置还包括一风扇，其设置于该显示模块的一侧。

5.根据权利要求1所述的抬头显示器装置，其特征在于，该抬头显示装置的该容置空间内还包括一温度传感模块，该温度传感模块侦测该抬头显示装置内环境温度。

6.根据权利要求1所述的抬头显示器装置，其特征在于，该第一反射镜为一平面镜或一曲面镜，该第二反射镜为一凹面镜或一曲面镜。

7.根据权利要求1所述的抬头显示器装置，其特征在于，该第一反射镜的透射率低于15％。

8.根据权利要求1所述的抬头显示器装置，其特征在于，该光传感元件可侦测可见光、红外光或可见光与红外光。

9.一种抬头显示装置的操作方法，该抬头显示装置的虚像显示的光路上至少依序设置一背光元件、一显示面板、一第一反射镜以及一第二反射镜，其特征在于，该操作方法的步骤包括：

通过一侦测电路板的多个光传感元件，感测穿透该第一反射镜的一部分阳光，取得该阳光投射在该显示面板的一聚光位置以及一照射强度；

根据该聚光位置、该照射强度、该背光元件的一背光亮度以及该抬头显示装置内的一环境温度，预测该显示面板的该聚光位置达到一耐热极限温度的时间；以及在到达该时间之前减弱或关闭该背光元件的该背光亮度。

10.根据权利要求9所述抬头显示装置的操作方法，其特征在于，该显示面板的该聚光位置达到该耐热极限温度的时间是利用一温度-时间曲线或是一温度预测公式进行计算，其中该温度预测公式使用的参数包括该照射强度，该聚光位置，该环境温度，该背光元件的该背光亮度。

11.根据权利要求9所述抬头显示装置的操作方法，其特征在于，该显示面板定义多个聚光位置，该聚光位置是根据所述多个光传感元件中的一信号读值中，选择高于一阈值的数值的光传感元件分布中心位置或最高数值的光传感元件位置所对应的聚光位置而得。

12.一种抬头显示装置，包括：

一主体，内部设有一容置空间与一出光口；

一显示模块，设置于该容置空间，该显示模块包括一显示面板及一背光元件；

一第一反射镜，设置于该容置空间内；

一第二反射镜，设置于该容置空间内；

一热镜，其设置于该显示面板至第一反射镜的一光路中的任何位置，且热镜的一镜面与光路呈一小于90度且大于0度的夹角；

其中，一阳光射入该出光口，被该第二反射镜聚光并反射至该第一反射镜，再被该第一反射镜反射至该热镜，部分阳光穿透该热镜后抵达该显示面板，另一部分阳光被该热镜反射，其特征在于：一侦测电路板，设置于该容置空间内且位于该第一反射镜与该热镜之间的一光路的旁侧，该侦测电路板设置有多个光传感元件，感测该热镜反射的一部分阳光，根据所述多个光传感元件的信号分布取得该阳光投射至该显示面板的聚光位置，根据所述多个光传感元件的信号强度取得该阳光的照射强度。

13.根据权利要求12所述的抬头显示器装置，其特征在于，该抬头显示装置还包括一偏光片，其设置于该显示面板至该出光口的一光路中的任何位置。

14.根据权利要求12所述的抬头显示器装置，其特征在于，该抬头显示装置还包括一风扇，其设置于该显示模块的一侧。

15.根据权利要求12所述的抬头显示器装置，其特征在于，该抬头显示装置的该容置空间内还包括一温度传感模块，该温度传感模块侦测该抬头显示装置内环境温度。

16.根据权利要求12所述的抬头显示器装置，其特征在于，该第一反射镜为一平面镜或一曲面镜，该第二反射镜为一凹面镜或一曲面镜。

17.根据权利要求12所述的抬头显示器装置，其特征在于，该光传感元件可侦测可见光、红外光或可见光与红外光。

18.一种抬头显示装置的操作方法，该抬头显示装置的虚像显示的光路上至少依序设置一背光元件、一显示面板、一第一反射镜以及一第二反射镜，其特征在于，该操作方法的步骤包括：

通过一侦测电路板的多个光传感元件，感测置于该第一反射镜与该显示面板之间的一热镜所反射的一部分阳光，取得该阳光投射在该显示面板的一聚光位置以及一照射强度；

根据该聚光位置、该照射强度、该背光元件的一背光亮度以及该抬头显示装置内的一环境温度，预测该显示面板的该聚光位置达到一耐热极限温度的时间；以及在到达该时间之前减弱或关闭该背光元件的该背光亮度。

19.根据权利要求18所述抬头显示装置的操作方法，其特征在于，该显示面板的该聚光位置达到该耐热极限温度的时间是利用一温度-时间曲线或是一温度预测公式进行计算，其中该温度预测公式使用的参数包括该照射强度，该聚光位置，该环境温度，该背光元件的该背光亮度。

20.根据权利要求18所述抬头显示装置的操作方法，其特征在于，该显示面板定义多个聚光位置，该聚光位置是根据所述多个光传感元件中的一信号读值中，选择高于一阈值的数值的光传感元件分布中心位置或最高数值的光传感元件位置所对应的聚光位置而得。

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