JP2017537354A - バックライト装置、とりわけヘッドアップディスプレイ用のバックライト装置及び自動車用ヘッドアップディスプレイ - Google Patents
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Abstract
本発明は、とりわけヘッドアップディスプレイ用のバックライト装置(14)に関する。この装置は、光ビームを放つ少なくとも1つの発光ダイオード(16)と、光ビームを成形するための光学系(20)と、成形された光ビームを受ける光拡散器(22)とを備え、前記拡散器が、ベースプレート(50)と、このベースプレートに取り付けられた少なくとも1つのストリップ(52)とを含む少なくとも2つの部品で形成されたヒートシンク(18)をさらに備えることを特徴とする。ストリップは、少なくとも1つの冷却フィン(80)を形成するための少なくとも1つの折り曲げ部(90)と、前記ベースプレート(50)に熱接触するように意図された少なくとも1つの領域(60)とを備える。
Description
本発明は、バックライト装置、とりわけ自動車用のヘッドアップディスプレイのためのバックライト装置に関する。
本発明は、例えば、自動車のユーザ、とくには自動車の運転者に情報を提供するために、自動車に適用することが可能である。
自動車にヘッドアップディスプレイまたはHUD(英語の「ヘッドアップディスプレイ(head-up display)」を表す)としても知られるヘッドアップビューア(head-up viewer)を装備する既知のやり方が存在する。このようなディスプレイは、自動車の運転者の視野内に配置され、車両または交通の状態に関する情報あるいは他の情報を表示する。
この種の自動車用ヘッドアップディスプレイは、ユーザ、とりわけ車両の運転者が、あらゆる状況、昼間、夜間、および種々の気象条件(日照または雲)において画像を充分に見て取ることができるように、充分な明るさの画像を生成する必要がある。
ヘッドアップディスプレイによるそのような画像の形成に関して考えられる技術のなかでも、液晶スクリーン技術、とくにはTFT−LCD(英語の「薄膜トランジスタ液晶表示装置(Thin-Film Transistor Liquid Crystal Display)」を表す)として知られる薄膜トランジスタ液晶スクリーン技術が、先行技術において最も幅広く使用されている。これらのTFT−LCDスクリーンは、画像を表示するために、通常は複数の発光ダイオード(フランス語ではDEL、英語では発光ダイオード(Light-Emitting Diode)を表すLED)によってもたらされるバックライトを必要とする。実際には、このTFT−LCDスクリーンおよびバックライトは、画像生成装置または「イメージャ(imager)」と呼ばれるアセンブリに含まれている。
しかしながら、これらのTFT−LCDスクリーンは、偏光にもとづいて動作するため、バックライトによってもたらされる光出力が大幅に減少するという欠点を有しており、従来からのTFT−LCDスクリーンが使用される場合、スクリーンの透過率はバックライトの光出力の約5%であると概算される。この低い値は、とりわけ、スクリーンにおける第1の偏光子が特定の偏光に対応する光の通過だけを許す一方で、LEDは複数の偏光を有する光を生成し、したがって偏光子を通過することができる偏光に該当しないすべての偏光が、失われてしまうことに起因する。
したがって、表示される画像はバックライトの出力の約5%の光出力を有することになるため、表示装置によって画像を充分な光出力で示すことができるようにするために、高い光出力を有するバックライトを使用しなければならない。これは、エネルギー消費の増大ならびに熱のかたちでの顕著な損失につながり、熱はコンポーネントに損傷をもたらす可能性もあり、かさばるヒートシンクの使用を必要とする。
本発明は、上記の欠点の少なくともいくつかを克服することを意図している。
とくに、本発明は、高い光学効率をより小さな全体寸法と組み合わせて有するバックライト装置を提供することを意図している。
この目的のために、本発明は、
光ビームを放つ少なくとも1つの発光ダイオードと、
前記光ビームを成型するための光学系と、
前記形成された光ビームを受ける光拡散器と、
を備え、
一方でベースプレートと、他方で前記ベースプレートに固定された少なくとも1つのストリップと、を含む少なくとも2つの部品で作れられたヒートシンクをさらに備え、善意ストリップは、少なくとも1つの冷却フィンを形成するための少なくとも1つの曲がり部と、前記ベースプレートに熱接触するように設計された少なくとも1つの領域とを備えること、を特徴とするバックライト装置、とりわけヘッドアップディスプレイ用のバックライト装置を提案する。
光ビームを放つ少なくとも1つの発光ダイオードと、
前記光ビームを成型するための光学系と、
前記形成された光ビームを受ける光拡散器と、
を備え、
一方でベースプレートと、他方で前記ベースプレートに固定された少なくとも1つのストリップと、を含む少なくとも2つの部品で作れられたヒートシンクをさらに備え、善意ストリップは、少なくとも1つの冷却フィンを形成するための少なくとも1つの曲がり部と、前記ベースプレートに熱接触するように設計された少なくとも1つの領域とを備えること、を特徴とするバックライト装置、とりわけヘッドアップディスプレイ用のバックライト装置を提案する。
ベントストリップ(bent strip)とも呼ばれる曲げられたシートメタル製のフィンは、鋳造によって作られたフィンよりも良好な熱効率を有する。ダイオードにより生成される熱が、2部品ヒートシンクによって効率的に放散させられるため、成形用の光学系をダイオードのより近くに、とりわけダイオードから約0.5mmに配置することができる。したがって、バックライト装置の高さおよびサイズを小さくすることができ、結果として、全体としてのヘッドアップディスプレイ(HUD)の全体寸法が小さくなる。最後の特徴は、全体寸法のミリメートル刻みの節約がきわめて重要であるディスプレイを組み込むべきダッシュボードに関して、きわめて重要である。また、成形用の光学系をより近くに配置することにより、光の円錐の横方向の損失が低減されるため、装置の光学効率も高めることができる。このように、本発明によれば、光学性能を低下させることなく、より小さな全体寸法内に配置されるヘッドアップディスプレイを提供することが可能である。
バックライト装置は、個々に又は組み合わせとして考えられる、以下の特性の1又は複数を有していてもよい。
前記ストリップは、複数の曲がり部と、前記ベースプレートに接触した複数の領域とを有する。
前記ストリップは、クレネレーション形状を有する。
熱伝導ペーストが、前記ベースプレートと前記ストリップの前記少なくとも1つの接触領域との間に挿入されている。
前記ストリップは、溶接、ねじ留め、または圧着によって前記ベースプレートに固定されている。
前記ストリップおよび/または前記ベースプレートは、アルミニウムで作られている。
前記ストリップは、前記発行ダイオードを有している前記ベースプレートの上面の反対側の前記ベースプレートの下面に配置されている。
前記ヒートシンクの前記ベースプレートは、前記発光ダイオードを有しているメントは反対側の面に、前記フィンを収容する溝を備えている。
前記溝は、湾曲した断面または平坦な断面を有し、前記冷却フィンの前記接触領域は、曲げられたストリップの形態に作られ、曲げ返し部が、湾曲した断面または平坦な断面を有している前記溝に収容されて固定されている。
前記ストリップは、前記発光ダイオードに一直線に位置している。
前記ストリップは、前記発光ダイオードの位置に対してずらされており、前記ベースプレートの延長部上に配置されている。
前記ベースプレートの前記延長部は、前記ベースプレートのうち前記発光ダイオードに一直線に位置する部分とは異なる向きを有している。
前記ベースプレートは、前記ベースプレートの延長部が前記ベースプレートのうち前記発光ダイオードに一直線に位置する部分とは異なる向きを有することができるように、ベンドを備えている。
前記成形用の光学系は、レンズの格子を備え、各々のレンズは、発光ダイオードに面して配置され、コリメータを形成している。
本発明はまた、とくにはヘッドアップディスプレイ用の画像生成装置であって、液晶スクリーンと、前記液晶スクリーン用の上記で定義したバックライト装置とを備える画像生成装置に関する。
本発明はまた、上記で定義した画像生成装置を備えるヘッドアップディスプレイに関する。
前記ヘッドアップディスプレイは、例えば、少なくとも1つの反射鏡を備える。
一実施形態によれば、前記画像生成装置は、ヘッドアップディスプレイのハウジング内に保持され、前記ヒートシンクが、前記ヘッドアップディスプレイのハウジングの外部につきだしている。
これは、発光ダイオードにより生成される熱の放散をさらに改善する。
他の利点および特徴は、本発明の説明および添付の図面を精読することによって明らかになるであろう。
これらの図において、同一の構成要素には、同一の参照符号が与えられている。
以下で、図面を参照して、例示的な実施形態を説明する。
以下の実施形態は、いくつかの例である。説明は1つ以上の実施形態に言及するが、これは、必ずしも、各々の言及が同じ実施形態に関係していることを意味せず、あるいは特徴がただ1つの実施形態にのみ当てはまることを意味しない。異なる実施形態の簡単な特徴を組み合わせて、他の実施形態を提供することもできる。
図1が、本発明の一実施形態による画像生成装置10の断面の概略図を示している。
画像生成装置10は、例えば薄膜トランジスタを用いた液晶スクリーン、この場合には液晶スクリーン12(LCDスクリーン)と、バックライト装置14とを備えている。液晶スクリーン12は、アクティブマトリクス式またはパッシブマトリクス式であってよい。薄膜トランジスタ液晶スクリーン12は、一般に、TFT−LCD(英語の薄膜トランジスタ液晶表示装置(Thin-Film Transistor Liquid Crystal Display)を表す)スクリーンと呼ばれ、画像生成装置10による画像の形成を可能にする。スクリーン12は、例えば、多導体フラットケーブルまたは可撓回路13によって電子制御システムに接続される。
バックライト装置14は、画像の形成に必要な光をスクリーン12にもたらす働きを有する。この目的のために、バックライト装置14は、
光ビームを放つ複数の発光ダイオード16(フランス語でDEL、または英語で「発光ダイオード(Light Emitting Diode)」を表すLEDとも呼ばれ、以下の説明ではLEDが使用される)と、
光ビームを成形するための光学系20と、
成形された光ビームを受ける光拡散器22と
を備える。
光ビームを放つ複数の発光ダイオード16(フランス語でDEL、または英語で「発光ダイオード(Light Emitting Diode)」を表すLEDとも呼ばれ、以下の説明ではLEDが使用される)と、
光ビームを成形するための光学系20と、
成形された光ビームを受ける光拡散器22と
を備える。
装置14は、ヒートシンク18をさらに備え、ヒートシンク18は、少なくとも2つの部品を備えており、すなわち一方では下面54において平坦なベースプレート50を備えるとともに、接触領域を形成する平坦部分60が例えば接着または溶接によってベースプレート50の下面54に対して直接取り付けられているクレネレーション(cre'neaux(仏:e'は、アクサン・テギュを表す)、crenellation(英))状に曲げられたストリップ52を備えている。良好な熱交換を提供するために、高い熱伝導率を有する熱伝導性ペーストが、ベースプレート50とストリップ52との間に挿入される。本発明のこれに限られるわけではない別の例示的な実施形態によれば、ストリップを、圧着(crimping)によってベースプレート50上に保持することもできる。他の実施形態によれば、接触領域60は、必ずしも平坦である必要はなく、例えば図3に示されるように、丸みを帯びていてもよい。
複数の曲げ部を有するストリップ52は、冷却フィン80を形成する。ストリップのクレネレーション形状により、冷却流体は、外側へ開いたチャネル82または言うまでも無く両端において開いており、外側へは閉じたチャネル84を形成しているフィン80に沿って、自然対流運動にて移動することができる。
これに限られるわけではない例として、高いレベルの熱伝導率および/または冷却流体との熱交換を得るために、ベースプレート50および/またはストリップ52は、アルミニウムで作られる。
ストリップは、ワンピースにて製作可能である。ストリップは、2つ以上のピースにて製作されていてもよく、例えば各ピースが文字Lのように形作られ、文字Lの一方のセグメントがベースプレートに固定される一方で、他方のセグメントが冷却フィンを形成する。本発明の文脈において、任意の形状のストリップが実現可能であり、形状は、本明細書に記載された例に限定されない。
自然対流の場合、この対流を可能な限り促進するように、フィンの形状および向きが決定される。同じことが、強制対流の場合にも当てはまる。
ベースプレート50の上面55が、光源16のための電源回路21を備えている。この電源回路21は、PCB(英語のプリント回路基板(Printed Circuit Board)を表す)とも呼ばれるプリント回路であってよい。使用されるプリント回路は、例えばFR4(英語のFlame Resistant 4を表す)またはIMS(英語の絶縁金属基板(Insulated Metal Substrate)を表す)として知られる種類のプリント回路であってよい。熱伝導率がきわめて高い熱伝導性ペーストが、電源回路とベースプレートの上面55との間に適用される。
ヒートシンク18は、放熱器として作用するベースプレート50と、プリント回路を載せた面とは反対側の面54に配置され、ベースプレート50に垂直に向けられた冷却フィン80とを備える。
LED16は、例えば、スクリーン12に向かって光を放するように配置され、とくには3W以上の出力を有するパワーLEDである。画像生成装置がヘッドアップディスプレイにおいて使用されるとき、スクリーン12は、垂直虚像をもたらすために、好ましくは0°〜40°の間の所定の角度に傾けられる。
成形用の光学系20は、例えば、光の一部がスクリーン12の方へ導かれない場合に光出力の損失を抑えるために、LED16からの光をコリメートするためのレンズ25の格子を備える。レンズの格子は、通常は、LED16ごとに1つのレンズ25を備え、各々のレンズ25が各々のLED16の上方に位置する。
拡散器22を、高品質の画像、すなわち実質的に均一な輝度の画像の形成を可能にすべく、均一な様相でスクリーン12を照明するために、光を均質にするために使用してもよい。さらに、拡散器22を、バックライト装置の内部を隠すために使用してもよい。
例えば交差プリズムフィルタまたは偏光フィルムなどの他の光学系も、拡散器22とスクリーン12との間に配置することができる。
本発明による2部品ヒートシンクの使用により、ダイオード16により生成される熱が、より効率的に放散させられ、したがって成形用の光学系20を、LED16のより近くに配置することができる。実際に、レンズ25の下面70とLED16との間の距離dは、0.3〜0.7mmの間、典型的には約0.5mmの値になる(図2参照)。
これは、バックライト装置の高さおよびサイズを小さくすることも可能にし、とりわけ同じバックライト装置10の光出力において、全体としてのヘッドアップディスプレイ(HUD)の全体的な寸法をより小さくする。
最後の特徴は、ミリメートル刻みの節約がきわめて重要であるヘッドアップディスプレイを組み込むべきダッシュボードの下方の空間に関して、きわめて重要である。また、成形用の光学系20がより近くに配置されることにより、LED16によって放射される光ビームの円錐の横方向の損失が低減されるため、装置の光学効率を高めることもできる。
LED16からスクリーン12に向かって伝播する光がバックライト装置14内にとどまることを保証するために、LED16とスクリーン12との間に含まれる空間は、とりわけ自動車の分野において一般に「ライトボックス」と呼ばれるハウジング28によって取り囲まれている。光の吸収に起因するハウジング28における光出力の損失を避けるために、ハウジングは、ポリカーボネート(PCと略記される)をベースにした反射材料で作られる。最適な光反射をもたらすために、ハウジング28は、きわめて滑らかな研磨面を有さなければならない。
図示されていない一変形例によれば、プリント回路もまた、LED16の位置を除いて反射膜で覆われていてもよい。この反射膜は、反射係数が90%よりも大きく、あるいは好ましくは98%以上であるポリカーボネート(PC)の膜であってよい。他の材料も、装置10の他の制約条件を満たす限りにおいて、反射膜に充分に使用され得る。
一変形例においては、図3および図4に示されるように、ヒートシンク18のベースプレート50が、例えばその表面54に、チャネルの形態の湾曲した断面を有する溝56を有し、冷却フィン80は、曲げられたストリップの形態にて作られ、曲げ返し部58が溝56に収容されて固定される。一変形例においては、これらの溝が、上述のようなクレネレーション形状のストリップ52を受け入れるために、平坦であってもよい。
非鋳造(non-molded)のアルミニウムの熱伝導率は、鋳造による(molded)アルミニウムの熱伝導率のほぼ2倍である。この実施形態によれば、同等のサイズの装置において熱放散が大きく改善される。一変形例において、これは、ヒートシンクのサイズの縮小を可能にし、したがって全体としてのバックライト装置のサイズの縮小を可能にする。このより良い熱放散により、発光ダイオードの温度を下げることができ、したがってこれらのダイオードの寿命も長くなる。
溝の湾曲した部分は、ストリップの湾曲部との接触面を増加させることができ、したがって、やはりより良好な熱放散をもたらす。
図5は、ベースプレートの下面54が異なる向きを有する2つの平面を有するようにベースプレート50がエルボ(elbow)またはベンド(bend)94にて曲げられている本発明による装置の変種の実施形態を示す。一例として、第1の平面92は、プリント回路21および冷却すべきLED16を収容するハウジング28と一直線にある。この場合、ベースプレート50の下面54は、この面92には冷却ストリップを有していない。この状況は、例えば、この位置に冷却ストリップの配置に利用することができる空間が存在しない場合に生じ得る。別の理由は、例えば高温の空気が最小限の制約で上方へ容易に移動することができるようにフィン80を向けることによってより良好な自然対流をもたらすために、ストリップを別の向きに配置することが望ましい点にある。したがって、図5の実施形態において、ストリップは、上述の平面92とは異なる平面98内に向けられたベースプレート50の下面54に配置される。ベースプレート50は、ストリップが配置される片持ち梁を形成するように、ハウジング28に対し、とりわけLED16の位置に対して延ばされ、この片持ち梁は、この場合には、ハウジング28を支持する平面とは異なる平面内に向けられている。
穴86が、ストリップを固定するためのねじの通過を可能にする。
一変形例においては、例えば全体的な寸法に関する理由から、ベースプレート50は、単純な片持ち梁、すなわちベースプレート50におけるベンド94がない片持ち梁を有することができる。この場合、上述の2つの平面92および98は一体化される。
さらに、図6に示されるように、本発明は、本発明による画像生成装置10を備えるヘッドアップディスプレイ200に関する。
図1を参照して説明した画像生成装置10は、液晶スクリーン12によって画像を形成する。
このディスプレイ200は、光ビームの移動方向におけるスクリーン12の下流に、少なくとも1つの半反射光学部品126と、スクリーン12と半反射ブレード126との間の画像の経路上に介在させられた反射装置125とを備えており、反射装置125は、図6に示されるように、1つ以上の平面鏡または凹面鏡を含む。この図において、画像の経路は、半反射ブレード126によって表示される前に、反射装置125において反射させられた、点線の3つの矢印30によって示されている。後者は、透明性により、半反射ブレードを過ぎ、とりわけ該当の車両のフロントガラスを過ぎて、半反射ブレード126によってもたらされる仮想の画面130上に画像を拡大および/または表示することを可能にする。
このブレード126は、少なくとも20%の反射率を有し、表示された画像の視認を可能にするコントラスト向上の利益を享受しつつ、ユーザがブレードを通して車両が辿る経路を見ることを可能にする。あるいは、画像の表示を、このディスプレイ装置200を備えた車両のフロントガラスの位置で行うことができる。
図6に示されるように、画像生成装置10がヘッドアップディスプレイのハウジング210内に保持され、バックライト装置10のヒートシンク18がヘッドアップディスプレイのハウジング210の外部に突出することにより、発光ダイオード16により生成される熱の放散がさらに改善される。
反射装置125によって反射された光線をハウジング210から出すことができるように、凹状の透明窓132が、ハウジング210に形成されている。
ベースプレート50とストリップ52とで構成されるヒートシンク18の使用により、熱放散が改善されるので、レンズ25をLED16のより近くに配置してもよい。したがって、画像生成装置の全体的な寸法が縮小される。このようにして、スクリーン12をヒートシンク18から隔てる距離d1の数ミリメートルの利得が、ヘッドアップディスプレイ200のハウジング210内に配置される種々の鏡の増幅または拡大効果ゆえに、画像発生装置10をヘッドアップディスプレイ200(HUD)のハウジング210の底から隔てる距離d2における数センチメートルの省スペースをもたらすことができる。
Claims (18)
- 光ビームを放つ少なくとも1つの発光ダイオード(16)と、
前記光ビームを成形するための光学系(20)と、
前記成形された光ビームを受ける光拡散器(22)と
を備える特にはヘッドアップディスプレイ用のバックライト装置(14)であって、
一方で、ベースプレート(50)と、他方で、前記ベースプレートに固定された少なくとも1つのストリップ(52)と、を含む少なくとも2つの部品で作られたヒートシンク(18)をさらに備え、
前記ストリップは、少なくとも1つの冷却フィン(80)を形成するための少なくとも1つの曲がり部(90)と、前記ベースプレート(50)に熱接触するように設計された少なくとも1つの領域(60)とを備える、ことを特徴とする装置。 - 前記ストリップ(52)は、複数の曲がり部(90)と、前記ベースプレート(50)に接触した複数の領域(60)とを有する、ことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記ストリップは、クレネレーション形状を有する、ことを特徴とする請求項2に記載の装置。
- 熱伝導ペーストが、前記ベースプレート(50)と前記少なくとも1つの接触領域(60)との間に挿入されている、ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。
- 前記ストリップは、溶接、ねじ留め、または圧着によって前記ベースプレート(50)に固定されている、ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の装置。
- 前記ストリップ(52)および/または前記ベースプレート(50)は、アルミニウムで作られている、ことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の装置。
- 前記ストリップ(52)は、前記発光ダイオード(16)を有している前記ベースプレートの上面(55)の反対側の前記ベースプレート(50)の下面(54)に配置されている、ことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の装置。
- 前記ヒートシンク(18)の前記ベースプレート(50)は、前記発光ダイオード(16)を有している前記面とは反対側の面に、前記フィン(80)を収容する溝(56)を備えている、ことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の装置。
- 前記溝は、湾曲した断面または平坦な断面を有し、前記冷却フィン(80)の前記接触領域(60)は、曲げられたストリップの形態に作られ、曲げ返し部が、湾曲した断面または平坦な断面を有している前記溝(56)に収容されて固定されている、ことを特徴とする請求項8に記載の装置。
- 前記ストリップ(52)は、前記発光ダイオード(16)に一直線に位置している、ことを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の装置。
- 前記ストリップ(52)は、前記発光ダイオード(16)の位置に対してずらされており、前記ベースプレート(50)の延長部(98)上に配置されている、ことを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の装置。
- 前記ベースプレート(50)の前記延長部(98)は、前記ベースプレートのうちの前記発光ダイオード(16)に一直線に位置する部分とは異なる向きを有している、ことを特徴とする請求項11に記載の装置。
- 前記ベースプレート(50)は、ベンド(94)を備え、前記ベースプレート(50)の延長部(98)が前記ベースプレートのうちの前記発光ダイオード(16)に一直線に位置する部分とは異なる向きを有する、ことを特徴とする請求項12に記載の装置。
- 前記成形用の光学系(20)は、レンズ(25)の格子を備え、各々のレンズ(25)は、1つの発光ダイオード(16)に面して配置され、コリメータを形成している、ことを特徴とする請求項1から13のいずれか一項に記載の装置。
- とくにはヘッドアップディスプレイ用の画像生成装置(10)であって、液晶スクリーン(12)と、前記液晶スクリーン(12)用の請求項1から14のいずれか一項に記載のバックライト装置(14)とを備えている画像生成装置。
- 請求項15に記載の画像生成装置(10)を備えるヘッドアップディスプレイ(200)。
- 少なくとも1つの反射鏡(125)を備える、ことを特徴とする請求項16に記載のヘッドアップディスプレイ(200)。
- 前記画像生成装置(10)は、ヘッドアップディスプレイのハウジング(210)内に保持され、かつ、前記ヒートシンク(18)が、前記ヘッドアップディスプレイのハウジング(210)の外部に突き出している、ことを特徴とする請求項16または17に記載のヘッドアップディスプレイ(200)。
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