JP6447822B2 - 車両用表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、放熱構造を備える車両用表示装置に関する。

従来の車両用表示装置は、例えば、特許文献１に開示されるものがある。
特許文献１の図１に示されるように、発熱素子を有する電子部品の接続不良を防止すると共に放熱効率を高める電子制御装置において、発熱素子（３１）（括弧付き数字は、特許文献１に記載された符号を示す。以下同様）と、この発熱素子（３１）の放熱を促すヒートシンク（３２）を有する電子部品（３０）は、放熱側（３０ｂ）にて金属製の筐体（２０）の上蓋（２１）の底壁（２１ａ）に当接すると共に反放熱側（３０ｃ）にて基板（４０）の上面（４０ａ）に当接するように配置されている。

また、基板（４０）の貫通穴（４１）を挿通するボルト（２４）を各スペーサ（２３）に締結することにより、筐体（２０）の底壁（２１ａ）が、電子部品（３０）の放熱側（３０ｂ）に押圧されると共に、基板（４０）の上面（４０ａ）が、電子部品（３０）の反放熱側（３０ｃ）に押圧されている。また、電子部品（３０）及び基板（４０）は、可撓性を有するフレキシブル基板（５０）を介して電気的に接続されている。

近年の車両用表示装置において、表示するコンテンツの増加や、より分かり易い画像表現を出力する必要性から、グラフィック回路の高性能化が進んでおり、回路の複雑化と共に基板の多層化が採用される。基板を多層化するとコストが嵩む。

その上、グラフィック回路の高性能化の中心となるグラフィックプロセッサは、グラフィック性能向上のためシステムクロックの高周波数化、画像処理データの並列処理を行うためのグラフィックプロセッサの内部配線のバス幅拡張及び配線並列化、パッケージサイズ縮小化のための内部バス配線の多層化、また、処理速度の高速化に伴う消費電流の増大によって、発熱が増大する。

この増大する発熱に対処するためには、特許文献１の構造であれば、ヒートシンク（３２）の面積を拡大して、伝熱量を稼ぐ必要がある。しかし、ヒートシンク（３２）の大型化は、表示装置のコストアップを招くと共に表示装置の大型化及び重量増加を招く。

近年、性能の高度化と、表示装置の小型・軽量化という相反する２つの要求が出される。
そこで、性能を高度化しつつ、表示装置の小型・軽量化が図れるような構造の車両用表示装置が求められる。

特開２００９−２９５７０６号公報

本発明は、性能を高度化しつつ、表示装置の小型・軽量化が図れるような構造の車両用表示装置を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、車両情報を表示するための液晶表示モジュールと、
車両情報を表示するためのアナログゲージ若しくはインジケータ用の光学部品を搭載し変形可能な金属製配線基板と、
前記液晶表示モジュールと前記金属製配線基板との間に設置され、前記液晶表示モジュールを制御する回路を搭載した制御配線基板と、を備えており、
前記制御配線基板に実装され前記液晶表示モジュールを制御する制御回路デバイス、若しくは制御回路周辺デバイスは、前記金属製配線基板と密着していることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、金属製配線基板は、金属製ベースと、この金属製ベースの少なくとも片面に絶縁層を介して被せられ配線パターンとなる銅箔層と、からなり、１枚の配線基板として構成されることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、金属製配線基板は、制御配線基板に実装された部品群の凹凸に沿って変形しており、制御配線基板に近接して配置されることを特徴とする。

請求項４に係る発明では、車両情報を表示するための液晶表示モジュールと、
車両情報を表示するためのアナログゲージ若しくはインジケータ用の光学部品を搭載し変形可能な金属製配線基板と、
前記液晶表示モジュールと前記金属製配線基板との間に設置され、前記液晶表示モジュールを制御する回路を搭載した制御配線基板と、を備えており、
前記制御配線基板に実装され前記液晶表示モジュールを制御する制御回路デバイス、若しくは制御回路周辺デバイスは、前記金属製配線基板に伝熱材を介して当たることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、制御配線基板に実装され液晶表示モジュールを制御する制御回路デバイス又は制御回路周辺デバイスと、金属製配線基板とを密着させることにより、制御回路デバイス又は制御回路周辺デバイスが発生する熱を、金属製配線基板経由で拡散することができる。この熱拡散作用により制御回路デバイス又は制御回路周辺デバイスの温度上昇が抑制され、制御回路デバイス等のより安定した動作を確保することができる。

すなわち、請求項１に係る発明では、従来のヒートシンクが不要である。ヒートシンクを収納するスペースが不要になるため、表示装置の小型化が図れ、ヒートシンクが不要であるため、表示装置の軽量化が図れる。

請求項２に係る発明では、金属製配線基板は、金属製ベースをベースとするため、配線パターンを形成する銅箔層だけでない、金属製ベースそのものが放熱板として機能を有する。
また、金属製ベースは塑性加工が可能であり、所望の形状を形成し保持することができる。すなわち、形状付加が比較的簡単であるため、意匠及び設計上から要求される構成に対応しつつも、複数の配線基板を１枚に集約することができる。１枚であれば、複数枚よりも組立てが容易になる。
つまり、組立性が良好で、構成部品の点数削減が図れ、部品の管理などが楽になる。

請求項３に係る発明では、金属製ベースが銅やアルミニウムである場合、形状加工が容易であり、制御配線基板に実装されている部品が形成する凹凸部分に沿った形状にすることができ、金属製配線基板と制御配線基板とを合わせた厚さを小さくすることができる。また、湾曲したデザイン（意匠）の車両用表示装置であっても、その形状に則した形状にすることができ、より厚みの少ないデザインにも対応が可能である。

請求項４に係る発明では、制御配線基板に実装され液晶表示モジュールを制御する制御回路デバイス又は制御回路周辺デバイスと、金属製配線基板とを伝熱材を介して当てることにより、請求項１と同様に、制御回路デバイス又は制御回路周辺デバイスが発生する熱を、金属製配線基板経由で拡散することができる。この熱拡散作用により制御回路デバイス又は制御回路周辺デバイスの温度上昇が抑制され、制御回路デバイス等のより安定した動作を確保することができる。

伝熱材の厚さを変更することが可能であるため、金属製配線基板の形状設計に自由度を持たせることができる。また、金属製配線基板に、製造上の不可避的ばらつきが存在しても、このばらつきを伝熱材で吸収させることが可能となり、金属製配線基板の製造コストを下げることができる。

本発明に係る車両用表示装置の正面図である。 図１の２−２線断面図である。 車両用表示装置の分解図である。 図３の４部拡大図である。 システムブロック構成図である。 図２の６−６線断面図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

図１に示すように、車両用表示装置１０は、例えば、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）モジュールからなる液晶表示モジュール１１を中央に備え、この液晶表示モジュール１１の左右にアナログゲージ１２、１３を備え、上辺１４、左・右辺１５、１６にワーニング意匠１７、１８、１９を備えているところの車載用のコンビネーションメータである。

この例では、左のアナログゲージ１２は、エンジン回転数を示す文字板２１と指針２２とを有する回転メータであり、右のアナログゲージ１３は、車速を示す文字板２３と指針２４とを有するスピードメータである。
すなわち、コンビネーションメータは、自動車の運転席前方に、運転者から視認可能な位置に配置されており、走行距離や外気温等の車両情報等の各種情報を表示して運転者に視認させる表示装置である。

図２及び図３で車両用表示装置１０の構成を説明する。理解を容易にするため、図３を先に説明する。
図３に示すように、車両用表示装置１０は、レンズ２６と、見返し２７と、液晶表示モジュール１１と、インナーケース２８と、制御配線基板２９と、金属製配線基板３１と、ケース体３２と、カバー３３とを備えている。

レンズ２６は、ワーニング意匠やゲージ表示領域やＴＦＴ表示領域を区切るための黒枠等の意匠が設けられた透光体であり、例えばアクリル樹脂や、ポリカーボネート等の薄板から形成される。ワーニング意匠（図１、符号１７〜１９）は、レンズ２６の上面又は下面に印刷等を施すことで形成しても良いし、予め印刷が施されているフィルムを射出成形の際にインサートして一体化しても良い。

これら意匠やゲージやＴＦＴなどの表示範囲以外の部分には、不透光性あるいは半透光性を有する着色層を設けると共に意匠は透光性を有する着色層で形成する。金属製配線基板３１に備える光源３４、３５によって照らされると、透過輝度の違いにより、コントラストで表示される。すなわち、光源３４、３５は、インジケータ用の光学部品であり、ＬＥＤ（発光ダイオード）が好適である。

見返し２７は、レンズ２６の外周及び背面を囲む部材である。この見返し２７は、遮光性のある着色された合成樹脂、例えば黒色ＡＢＳ樹脂等で形成され、レンズ２６を粘着剤等により保持する。金属製配線基板３１に備える光源３４、３５からの光を、見返し２７に一体形成された隔壁によって仕切ることで、所望の範囲だけ発光するように構成されている。

ＴＦＴモジュールからなる液晶表示モジュール１１は、細かい内部構造は省略したが、液晶パネルと、バックライトと、液晶パネル及びバックライトを収納し支持するフレームと、このフレームの背面を覆う金属板３７とを備え、この金属板３７に設けた取付け部を通じて複数本のビスにより、インナーケース２８と、制御配線基板２９と、金属製配線基板３１と、ケース体３２とに共締めされる。

そして、ＴＦＴモジュールからなる液晶表示モジュール１１に可撓性回路基板の一端が接続され、この可撓性回路基板の他端が制御配線基板２９に接続されることで、液晶表示モジュール１１と制御配線基板２９とが電気的に接続される。

インナーケース２８は、遮光性のある例えば白色の合成樹脂からなり、ワーニング用の光源３４、３５や、ゲージ用光源を囲うように、見返し２７と金属製配線基板３１との間に隔壁を形成し、それぞれの照明範囲を仕切っている。また、前面側に液晶表示モジュール１１を収容する収容部３８を備えている。

制御配線基板２９は、銅箔パターンが形成されたガラス繊維強化プラスチック（ガラスエポキシ樹脂）等からなる硬質配線板であり、コンビネーションメータ（車両用表示装置１０）の主な機能回路が担持された機能回路基板である。

後で、図に基づいて説明するが、制御配線基板２９には、車両からの電気信号に基づいて光源３４、３５を点灯するための制御回路や、車両側と通信する通信回路や、マイクロコンピュータや光源３４、３５を駆動する電源回路等の諸回路が含まれ、ＴＦＴモジュール（液晶表示モジュール１１）に画像を描かせるためのＩＣ４９、その他のデバイス５７、５８が実装されている。
つまり、実装されるデバイスには、表示制御ＩＣ等の電磁ノイズを発生したり、熱を発生するものが含まれている。

金属製配線基板３１は、ワーニング用の光源３４、３５や、アナログゲージ用光源や、ムーブメント３９、３９など、コンビネーションメータのデザインに基づく設計要求によって必要な部品が実装される、デザイン回路基板である。金属製配線基板３１は、制御配線基板２９と接続部材を介して電気的に接続され、所望の位置に配置されたワーニング用の光源３４、３５やゲージ用光源等を、制御配線基板２９からの電気信号に基づいて点灯、消灯させるなどするものである。

金属製配線基板３１は、ワーニング意匠（図１、符号１７〜１９）を、照光する光源３４、３５等を左右辺及び上辺に実装し、そのための抵抗を実装し、場合によっては光源駆動回路の一部を実装する。

アナログゲージ１２、１３は、指針２２、２４、文字板２１、２３、カラー、導光体などから構成され、金属製配線基板３１に実装されるムーブメント３９、３９により指針２２、２４が回動され、車速などの指示値を示す。

図４に示すように、金属製配線基板３１は、好ましくは、金属製ベース４１と、この金属製ベース４１の片面又は両面に絶縁層４２を介して被せられ回路を構成する銅箔層４３とで構成される。金属製ベース４１は、０．３ｍｍ程度の厚さのアルミニウム板が好適である。アルミニウム板は、炭素鋼板に比較して軽量で、熱伝導性が大きい。

金属製ベース４１は、プレス等による塑性変形が可能であり、この例では、図３に示すように、制御配線基板２９を収容する凹部４４を一体形成したと共に制御配線基板２９に向かって突出する凸部４５を一体形成した。

図３にて、ケース体３２は、遮光性のある例えば黒色の合成樹脂等からなり、バスタブ状に形成された収納部には、金属製配線基板３１と制御配線基板２９とインナーケース２８と液晶表示モジュール１１とが収納される。そして、ケース体３２の外縁に沿って複数の締結部が設けられていて、見返し２７に設けられる締結ボスにスクリュー固定され、収納部に収納される金属製配線基板３１と制御配線基板２９とインナーケース２８と液晶表示モジュール１１とを、見返し２７とで挟み込むことで、固定、保持する。

カバー３３は合成樹脂等からなるパネル状の部材であり、メータ背面側からケース体３２にフックや両面テープ等で固定される。

以上を組み合わせると、図２に示す車両用表示装置１０が得られる。
すなわち、図２に示すように、車両用表示装置１０は、レンズ２６と、見返し２７と、液晶表示モジュール１１と、インナーケース２８と、制御配線基板２９と、金属製配線基板３１と、ケース体３２と、カバー３３とを備えている。

金属製配線基板３１は、制御配線基板２９に実装された部品５７、５８等が造る凹凸に沿って変形しており、制御配線基板２９に近接して配置される。結果、車両表示装置１０を薄型にすることができる。

次に、制御配線基板２９及び金属製配線基板３１のシステムブロック構成を詳しく説明する。
図５に示すように、車両用表示装置１０は、車両側から、画像表示を指示する表示命令コマンドを、信号線ｂ１経由により、制御配線基板２９の通信回路４７で受信する。通信回路４７は、信号レベルを変換し、表示命令コマンドを、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと略記する。）４８へ送信する。表示命令コマンドを受信したマイコン４８は、表示命令情報に基づいて１画面の表示内容を決定する。

なお、表示命令情報は、１画面の表示命令に限らず、アニメーション画面のような連続する画面表示の命令や、ＭＰＥＧやＭＯＶなどの動画ファイル、ナビゲーション情報やカメラ画像などのビデオ信号等の、表示命令であってもよく、その種類や形態は任意である。

マイコン４８は、実行中のプログラム処理の中で、命令処理の優先順位を確認し、適正なタイミングで、信号線ｂ２を経由し、表示命令コマンドを表示制御ＩＣ４９へ送信する。
なお、信号線ｂ２の通信形式は、表示制御ＩＣ４９にＣＰＵが内蔵されている場合が一般的であることから、シリアル通信を使用することが多い。表示制御ＩＣ４９にＣＰＵが内蔵されていない場合は、マイコン４８の外部パスに接続され、命令を受けるようにしても良い。

表示命令コマンドを受信した表示制御ＩＣ４９は、１画面を構成するために必要な画像ブロックデータを不揮発性メモリ５１から読み込み、揮発性メモリ５２へ転送する。
表示制御ＩＣ４９は、揮発性メモリ５２を使って、画像ブロックを元に、１画面分の絵データを作成する。表示制御ＩＣ４９は、揮発性メモリ５２で一画面分の絵データの完成が確認できたところで、描画タイミングに合わせて、信号線ｂ３経由で液晶表示モジュール１１に転送する。

ＭＰＥＧやＭＯＶなどの動画ファイルの表示命令は、データが不揮発性メモリ５１に保存されており、揮発性メモリ５２に一度データが展開された後、表示制御ＩＣ４９で液晶表示モジュール１１へデータを転送する。画像データの一括転送か部分転送かは、表示制御ＩＣ４９で受けた表示命令コマンド内容に従う。

ナビゲーション情報やカメラ画像などの画像データの表意命令は、信号線（ビデオ信号）ｂ６からその画像データを表示ＩＣ４９へ取り込み場合が有り、表示制御ＩＣ４９が、表示命令コマンドに従って、適切な処理で画像を液晶表示モジュール１１へ転送する。

次に、車両速度などの指示値を指示するアナログゲージや、上辺及び左・右辺に配置された光源の点灯によって警告情報等を示すワーニング類の制御について説明する。

車両側から車両速度、エンジン回転数、水温レベル、燃料レベル等のメモリ位置を指示する命令コマンドが信号線ｂ１を経由して、制御配線基板２９の通信回路４７へ伝達される。命令コマンドを受信した通信回路４７は、信号レベルを変換し、指示命令コマンドを、マイコン４８へ送信する。指示命令コマンドを受信したマイコン４８は、指示情報を信号線ｂ４を経由して、指針ドライバ５３へ伝達する。

指針ドライバ５３は、指定されたメモリ位置まで指針２２及び指針２４を駆動する。ワーニング類を示す光源３４、３５の点灯／点滅も同様に、車両側からの命令コマンドにより、通信回路４７→マイコン４８→信号線ｂ５→シフトレジスタ５４を経由し、光源３４及び光源３５を制御する。

制御配線基板２９に実装された表示制御ＩＣ４９は、使用時に熱を発する。この熱を効率よく排出し、温度上昇を防止することが、本発明の目的であり、その構造を次に説明する。
図２において、制御配線基板２９に実装された表示制御ＩＣ４９は、金属製配線基板３１に凸部４５を介して直接に密着しており、表示制御ＩＣ４９で発生した熱は、金属製配線基板３１を経由して拡散される。

なお、金属製配線基板３１の変形によって、表示制御ＩＣ４９に押し当てるようにして熱伝達可能な当接状態を保持できる。
また、表示制御ＩＣ４９は、金属製配線基板３１に直接に密着させる他、熱伝導率のよい良伝熱材５６を介して金属製配線基板３１に当てるようにしても良い。良伝熱材５６は、熱伝導率がよく、片面又は両面に粘着層が付いている硬質シートや軟質シートが推奨される。
また、良伝熱材５６に軟質シート等の弾性材を適用することによって、車両の走行に伴

金属製配線基板３１に直接又は間接的に密着させる部品は、表示制御ＩＣ４９の他、表示制御ＩＣ４９周辺の発熱部品５７や、電源回路等の発熱部品５８が対象となる。

このような構造を採用することで、制御配線基板２９に実装された発熱部品が発する熱は、金属製配線基板３１により拡散される。結果、各部品のパッケージ温度の上昇を抑えることができ、各部品の安定的動作を保持することができる。

熱拡散について、図６に基づいて、説明を補足する。
図６に示すように、車両用表示装置１０は、例えば車両用のインストルメントパネル６０の段部に取付けられる。車両用表示装置１０のケース体３２は、下部に上通気孔６１及び下通気孔６２を備え、中央から上部までがカバー３３で覆われている。カバー３３は意匠面を構成する。

車両のインストルメントパネル６０の段部は、下段６３と、この下段６３より上位にある上段６４と、下段６３と上段６４の間に設けられる開口６５とからなる。
例えば、下段６３に、見返し２７を当て、開口６５に、上通気孔６１及び下通気孔６２を挿入し、上段６４にカバー３３の下辺を当てる。

乗員は、下段６３越しにレンズ２６が視認できる。また、意匠面を構成するカバー３３が上段６４上に存在するため、通行人らは、フロントガラスを通して綺麗なカバー３３を視認することとなり、美観性が保たれる。

制御配線基板２９に実装された表示制御ＩＣ４９が金属製配線基板３１の凸部４５に密着している。表示制御ＩＣ４９から熱が金属製配線基板３１に伝えられ拡散（板内伝導）する。一方、比較的冷たい空気６６が下通気孔６２からケース体３２内へ進入する。進入した空気６６は、金属製配線基板３１に接触し、金属製配線基板３１の熱を奪いながら上昇する。温められた空気６７は、自然対流の原理に基づいて上昇し、上部開口である上通気孔６１から流出する。すなわち、空気６６、６７の循環により、効率よく金属製配線基板３１を冷却し、発熱部品４９、５７、５８等の温度上昇を防止する。

尚、本実施形態の車両用表示装置１０は、車載用のコンビネーションメータに好適あるが、他の用途の車両用表示装置や汎用のメータに適用することは差し支えない。

本発明は、車載用コンビネーションメータに好適ある。

１０…車両用表示装置、１１…液晶表示モジュール、１２、１３…アナログゲージ、２９…制御配線基板、３１…金属製配線基板、３４、３５…光学部品としての光源、４１…金属製ベース、４２…絶縁層、４３…銅箔層、４４…凹部、４５…凸部、４９…制御回路デバイスとしての表示制御ＩＣ、５６…良伝熱材、５７、５８…制御回路周辺デバイスとしての発熱部材。

Claims (4)

1. 車両情報を表示するための液晶表示モジュールと、
   車両情報を表示するためのアナログゲージ若しくはインジケータ用の光学部品を搭載し変形可能な金属製配線基板と、
   前記液晶表示モジュールと前記金属製配線基板との間に設置され、前記液晶表示モジュールを制御する回路を搭載した制御配線基板と、を備えており、
   前記制御配線基板に実装され前記液晶表示モジュールを制御する制御回路デバイス、若しくは制御回路周辺デバイスは、前記金属製配線基板と密着していることを特徴とした車両用表示装置。
2. 前記金属製配線基板は、金属製ベースと、この金属製ベースの少なくとも片面に絶縁層を介して被せられ配線パターンとなる銅箔層と、からなり、１枚の配線基板として構成されることを特徴とする請求項１記載の車両用表示装置。
3. 前記金属製配線基板は、前記制御配線基板に実装された部品群の凹凸に沿って変形しており、前記制御配線基板に近接して配置されることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
4. 車両情報を表示するための液晶表示モジュールと、
   車両情報を表示するためのアナログゲージ若しくはインジケータ用の光学部品を搭載し変形可能な金属製配線基板と、
   前記液晶表示モジュールと前記金属製配線基板との間に設置され、前記液晶表示モジュールを制御する回路を搭載した制御配線基板と、を備えており、
   前記制御配線基板に実装され前記液晶表示モジュールを制御する制御回路デバイス、若しくは制御回路周辺デバイスは、前記金属製配線基板に伝熱材を介して当たることを特徴とした車両用表示装置。

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