CN107257936A - 背光照明装置、特别地用于平视显示器，和用于机动车辆的平视显示器 - Google Patents

背光照明装置、特别地用于平视显示器，和用于机动车辆的平视显示器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种背光照明装置(14)，特别地用于平视显示器。所述装置包括：‑至少一个发光二极管(16)，其发射光束，‑光学系统(20)，用于为光束塑形，和‑光漫射器(22)，接收被塑形的光束，其特征在于，所述漫射器还包括制造为由至少两个部件形成的热沉(18)，其包括基板(50)和附连在所述基板上的至少一个条带(52)。条带包括至少一个弯折部(90)，用于形成至少一个冷却翅(80)和意图用于与所述基板(50)热接触的至少一个区域(60)。

Description

背光照明装置、特别地用于平视显示器，和用于机动车辆的平 视显示器
技术领域
本发明涉及一种背光照明装置，特别地用于用于机动车辆的平视显示器。
背景技术
本发明将例如应用于机动车辆，用于将信息提供给车辆的用户，特别地，用于将信息提供给它们的驾驶员。
已知为机动车辆装备平视观察器的已知方法，所述平视观察器还已知为平视显示器或HUD(英语的“平视显示器”)。这样的显示器布置在机动车辆驾驶员的视野中，并显示关于车辆或交通的状态的信息，或其他信息。
用于机动车辆的该类型的平视显示器要求产生具有足够亮度的图像，以允许用户、特别是机动车辆的驾驶员在所有情况下、白天、黑夜以及在不同气象条件下(晴天或多云)时具有足够的图像视图。
在用于通过平视显示器形成这样的图像的可行技术中，现有技术中使用最多的是液晶屏技术，特别是薄膜晶体管液晶屏技术，已知为TFT-LCD(英语的薄膜晶体管液晶显示器)。为了显示图像，这些TFT-LCD屏要求背光照明，其通常通过多个发光二极管(DEL为法语中的发光二极管，或LED为英语中的发光二极管)提供。在实践中，该TFT-LCD屏和背光照明器件包含在称为图像生成装置或“成像器”的组件中。
但是，因为它们的操作基于偏振光，这些TFT-LCD屏具有明显减小背光照明器件提供的光输出的缺点：当传统TFT-LCD屏被使用时，屏的透射率估计大约为背光照明的光输出的大约5％。该低值特别地是由于屏的第一偏振器，其仅允许与一定偏振对应的光通过，而LED产生具有多个偏振的LED：由此，所有不与偏振器允许通过的偏振相对应的偏振被丢失。
因此，为了允许图像通过显示器以足够的光输出显示，具有高光输出的背光照明必须被使用，因为被显示的图像将具有该背光照明输出的大约5％的光输出。这导致高能量消耗，以及以热的形式的明显损失，这可还损害部件，使得必须使用大的热沉。
发明内容
本发明意图克服至少一些上述缺点。
特别地，本发明意图为背光照明装置提供高光学效率，且具有小的总体尺寸。
为此目的，本发明提出一种背光照明装置，特别地用于平视显示器，包括：
-至少一个发光二极管，其发射光束，
-光学系统，用于为光束塑形，和
-光漫射器，接收被塑形的光束，
其特征在于，其还包括制造为至少两个部件的热沉，其包括基板和固定到所述基板的至少一个条带，条带包括至少一个弯折部，以形成至少一个冷却翅和被设计为与所述基板热接触的至少一个区域。
由弯折金属板制成的翅——还称为弯折条带——具有比模制制成的翅更好的热效率。由于二极管产生的热通过两部件式热沉更高效地耗散，塑形光学系统可更靠近二极管，特别地距其大约0.5mm。由此，背光照明装置的高度和尺寸可减小，导致平视显示器(HUD)整体上较小的总体尺寸。后一点相对于仪表板来说非常重要，平视显示器被并入在该仪表板中，在那里总体尺寸节省每一毫米都非常重要。装置的光学效率可还由于塑形光学系统更靠近地布置而增加，因为光锥的侧向损失减小。由此，由于本发明，可以将平视显示器设置在较小总体尺寸下，而没有使光学性能降级。
背光照明装置还可以具有一个或多个以下特征，单独地或结合地考虑：
-条带具有多个弯折部和与基板接触的多个区域。
-条带具有城墙形状。
-导热胶插置在基板和条带的至少一个接触区域之间。
-条带通过焊接、螺纹连接或压接而固定到基板。
-条带和/或基板由铝制成。
-条带布置在基板的下部面上，所述下部面与基板的携带发光二极管的上部面相反。
-在其与携带发光二极管的面相反的面上，热沉的基板包括容纳翅的沟槽。
-沟槽具有弯曲或平的横截面，冷却翅的接触区域制成为弯折条带的形式，返回弯折部容纳和固定在具有弯曲或平的横截面的沟槽中。
-条带布置为与发光二极管对齐。
-条带相对于发光二极管的位置偏置，且定位在基板的延伸部上。
-基板的延伸部具有与布置为与发光二极管对齐的基板的部分不同的取向。
-基板具有弯折部，从而基板的延伸部可具有与布置为与发光二极管对齐的基板的部分不同的取向。
-塑形光学系统包括透镜阵列，每个透镜布置为面向发光二极管且形成校准器。
本发明还涉及一种图像发生装置，特别地用于平视显示器，包括液晶屏和用于该液晶屏的如上限定的背光照明装置。
本发明还涉及一种平视显示器，包括如上限定的图像生成装置。
平视显示器例如包括至少一个反射镜。
根据一个方面，图像生成装置保持在平视显示器壳体中，且热沉在平视显示器壳体之外凸伸。
这进一步改善发光二极管产生的热的耗散。
附图说明
其他优势和特征将从研究本发明说明书和附图变得清晰，在附图中：
图1是根据本发明的装置的实施例的示意截面透视图，
图2是根据本发明的装置的实施例的示意详细截面图，
图3是热沉的示例实施例的示意侧视图，
图4是热沉的基板的下部面的示意透视图，
图5是根据本发明的装置的实施例的透视图，
图6是根据本发明的图像生成装置和平视显示器的示意图。
具体实施方式
在这些附图中，相同的元件被提供相同的附图标记。
现将参考附图描述示例性实施例。
以下实施例仅是例子。尽管说明书涉及一个或多个实施例，这并不是必须意味着每个附图标记涉及同一实施例，或特征仅应用于单个实施例。不同实施例的简单特征也可组合以提供其他实施例。
图1示出根据本发明实施例的图像生成装置10的示意图。
图像生成装置10包括液晶屏，在该情况下为，液晶屏12(LCD屏)，其例如利用薄膜晶体管；还包括背光照明装置14。液晶屏12可以是有源或无源矩阵类型。薄膜晶体管液晶屏12通常称为TFT-LCD(英语的薄膜晶体管液晶显示器)屏，且允许图像通过图像生成装置10形成。屏12例如通过多导体平缆线或柔性电路13连接到电子控制系统。
背光照明装置14用于为屏12提供必须的光，以形成图像。为此目的，背光照明装置14包括：
-多个发光二极管16(DEL为法语中的发光二极管，或LED为英语中的发光二极管，这将用在以下说明书中)，其发射光束，
-光学系统20，用于为光束塑形，
-光漫射器22，接收被塑形的光束。
装置14还包括热沉18，其包括至少两个部件，即，平的基板50，另一方面在其下部面54上，弯曲为城墙形的条带52，形成接触区域的平部分60例如通过连结或焊接直接抵靠基板50的下部面54固定。为了提供良好的热交换，具有高热导率的导热胶插置在基板50和条带52之间。根据本发明的另一非限制性示例实施例，条带可还通过压接在基板50上被保持。根据其他实施例，接触区域60不是必须为平的，且可为圆的，例如如图3所示。
具有多个弯折部的条带52形成冷却翅80。条带的城墙形形状允许冷却流体以自然对流运动沿形成通道的翅80移动，所述通道是向外侧开放的通道82，或闭合的通道84，这些闭合通道在两个端部处显示开放的。
作为非限制性的例子，为了获得高水平的热导率和/或与冷却流体的热交换，基板50和/或条带52由铝制成。
条带可制成为单件。其可还制成为多于一个件，每件例如成形为字母L，其一段固定至基板，而另一段形成为冷却翅。在本发明的背景下，任何形状的条带是可行的，且形状不限于在此描述的例子。
在自然对流的情况下，翅的形状和取向将被确定为尽可能多地促进该对流。这同样在强制对流的情况下适用。
基板50的上部面55携带用于光源16的供电电路21。该供电电路21可以是印刷电路板，还称为PCB(英语的印刷电路板)。所使用的印刷电路可例如是已知为FR4(英语的阻燃剂4)或IMS(英语的绝缘金属基板)的类型。具有非常高的热导率的导热胶施加于基板的上部面55和电源电路之间。
热沉18包括用作散热器的基板50和冷却翅80，其定位在面54上，该面与携带印刷电路的面相反且垂直于基板50取向。
LED16例如是功率LED，其特别地具有大于或等于3W的功率，其布置为朝向屏12发射光。屏12以预限定角倾斜，优选地为0°至40°，以便当图像生成装置用在平视显示器中时提供垂直的虚拟图像。
塑形光学系统20例如包括透镜25的阵列，用于校准来自LED 16的光，以在一些光没有朝向屏12引导时限制光输出的损失。透镜阵列通常是每个LED16包括一个透镜25，每个透镜25定位在每个LED 16上方。
漫射器22可用于使光均匀化，以便以均一的方式照明屏12，以允许形成高质量图像，也就是说基本一致亮度的图像。另外，漫射器22可用于掩盖背光照明装置的内部。
其他光学系统可还布置在漫射器22和屏12之间，例如交叉棱柱形滤光器(crossedprismatic filter)或偏振膜。
由于使用根据本发明的两部件式热沉，二极管16产生的热更高效地耗散，从而塑形光学系统20可更靠近LED 16定位。实际中，透镜25的下部面70和LED 16之间的距离d值为0.3至0.7mm，典型地为0.5mm(见图2)。
特别是对于背光照明装置10的相同光输出，这还使得可以减小背光照明装置的高度和尺寸，导致整体上平视显示器(HUD)的较小总体尺寸。
后一点对于仪表板下的空间来说非常重要，平视显示器被并入在该空间中，在那里所节省的每一毫米都非常重要。装置的光学效率可还由于塑形光学系统20更靠近地布置而增加，因为LED 16发出的光束锥的侧向损失减小。
为了确保从LED 16朝向屏12传播的光保持在背光照明装置14内，包含在LED 16和屏12之间的空间被壳体28包围，该壳体通常称为“光盒”，特别是在机动车辆领域中。为了避免由于光吸收而导致的壳体28中的光输出损失，壳体由基于聚碳酸酯(缩写为PC)的反射材料制成。为了提供理想的光反射，壳体28必须具有非常光滑的抛光表面。
根据没有示出的变体，印刷电路可还覆盖有反射膜，除了在LED 16的位置处。该反射膜可以是聚碳酸酯(PC)膜，其具有大于90％、或优选地大于或等于98％的反射系数。可行地，其他材料可用于反射膜，只要它们满足装置10的其他约束。
在变体中，如图3和4所示，热沉18的基板50例如在面54上具有沟槽56，所述沟槽具有弯曲的横截面且具有通道的形式，冷却翅80制成为弯曲条带的形式，返回弯折部58被容纳和固定在沟槽56中。在变体中，这些沟槽可以是平的，以接收如上所述的城墙形形状的条带52。
非模制铝的热导率实际上是模制铝的两倍。通过该实施例，相对于同等尺寸的装置，散热明显改善。在变体中，这使得可以减小热沉的尺寸，且因此减小背光照明装置的整体尺寸。该良好散热允许发光二极管处的温度减小，由此增加这些二极管的寿命。
沟槽的弯曲部分允许与条带弯折部接触的表面增加，由此还提供更好的散热。
图5示出根据本发明的装置的变体实施例，其中，基板50在肘部或弯折部94中弯折，从而基板的下部面54包括具有不同取向的两个平面。作为例子，第一平面92与要被冷却的容纳印刷电路21和LED16的壳体28对齐。在该例子中，基板50的下部面54在该平面92上没有携带冷却条带。例如如果在该位置没有空间放置冷却条带的话，可发生该情况。另一原因在于，期望以另一取向布置条带，例如为了通过使翅80取向而提供更好的自然对流，从而热空气可以最小约束容易地向上移动。由此，在图5的实施例中，条带布置在沿平面98取向的基板50的下部面54上，该平面98与上述平面92不同。基板50相对于壳体28延伸，特别是相对于LED 16的位置，以便形成条带布置在其上的悬臂，该悬臂在该情况下沿一平面取向，该平面与支撑壳体28的平面不同。
孔86允许用于固定条带的螺钉通过。
在变体中，由于例如与总尺寸有关的原因，基板50可具有简单的悬臂，即，在基板50中没有弯折部94的悬臂。在该情况下，上述两个平面92和98重合。
如图6所示，本发明还涉及一种平视显示器200，包括根据本发明的图像生成装置10。
参考图1所述的图像生成装置10通过液晶屏12形成图像。
沿光束移动的方向在屏12的下游，所述显示器200包括至少一个半反射光学元件126和反射装置125，该反射装置插置在屏12和半反射片126之间的图像路径上，反射装置125包括一个或多个平或凹镜，如图6所示。在该图中，图像路径通过三个点线箭头30表示，它们在通过半反射片126显示之前从反射装置125反射。半反射片126允许图像借助通过半反射片126提供的透明度越过半反射片、特别是越过被装备的车辆的风挡被放大和/或显示在虚拟屏130上。
该片126具有至少20％的反射率，允许用户通过片看到车辆采取的路线，同时得益于允许被显示图像被看到的增强对比度。替换地，图像的显示可在装备有所述显示装置200的车辆的风挡的位置处发生。
如图6所示，图像生成装置10保持在平视显示器壳体210中，背光照明装置10的热沉18在平视显示器壳体210之外凸伸，由此进一步改善发光二极管16产生的热的耗散。
凹形状的透明窗132形成在壳体210中，以允许反射装置125反射的光束从壳体210显现(emerge)。
包括基板50和条带52的热沉18的使用改善散热，从而透镜25可更靠近LED 16布置。图像发生器的总体尺寸因此减小。由此，将屏12与热沉18分开的距离d1的几毫米的收益可导致将图像发生器10与平视显示器200(HUD)的壳体210的底部分开的距离d2的几厘米空间节省，这是由于布置在平视显示器200的壳体210中的各个镜的扩大或放大作用。

Claims (18)

1.一种背光照明装置(14)，特别地用于平视显示器，包括：
-至少一个发光二极管(16)，其发射光束，
-光学系统(20)，用于为光束塑形，和
-光漫射器(22)，接收被塑形的光束，
其特征在于，其还包括制造为至少两个部件的热沉(18)，其一方面包括基板(50)，另一方面包括固定到所述基板的至少一个条带(52)，所述条带包括至少一个弯折部(90)，以形成至少一个冷却翅(80)和被设计为与所述基板(50)热接触的至少一个区域。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述条带(52)具有多个弯折部(90)和与所述基板(50)接触的多个区域(60)。
3.如前一权利要求所述的装置，其特征在于，所述条带具有城墙形状。
4.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，导热胶插置在所述基板(50)和至少一个接触区域(60)之间。
5.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述条带通过焊接、螺纹连接或压接而固定到基板(50)。
6.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述条带(52)和/或所述基板(50)由铝制成。
7.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述条带(52)布置在所述基板(50)的下部面(54)上，所述下部面与所述基板的携带发光二极管(16)的上部面(55)相反。
8.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述热沉(18)的基板(50)在其与携带发光二极管(16)的面相反的面上包括容纳所述翅(80)的沟槽(56)。
9.如前一权利要求所述的装置，其特征在于，所述沟槽具有弯曲或平的横截面，且在于，所述冷却翅(80)的接触区域(60)制成为弯折条带的形式，返回弯折部容纳和固定在具有弯曲或平的横截面的沟槽(56)中。
10.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，所述条带(52)定位为与所述发光二极管(16)对齐。
11.如权利要求1至9中的任一项所述的装置，其特征在于，所述条带(52)相对于所述发光二极管(16)的位置偏置，且定位在所述基板(50)的延伸部(98)上。
12.如前一权利要求所述的装置，其特征在于，所述基板(50)的延伸部(98)具有与布置为与所述发光二极管(16)对齐的基板的部分不同的取向。
13.如前一权利要求所述的装置，其特征在于，所述基板(50)具有弯折部(94)，使得所述基板(50)的延伸部(98)可具有与布置为与所述发光二极管(16)对齐的基板的部分不同的取向。
14.如权利要求1至13中的任一项所述的装置，其特征在于，所述塑形光学系统(20)包括透镜(25)阵列，每个透镜(25)布置为面向所述发光二极管(16)且形成校准器。
15.一种图像生成装置(10)，特别地用于平视显示器，包括液晶屏(12)和用于该液晶屏(12)的如权利要求1至14中的任一项所述的背光照明装置(14)。
16.一种平视显示器(200)，包括如权利要求15所述的图像生成装置(10)。
17.如权利要求16所述的平视显示器(200)，其特征在于，其包括至少一个反射镜(125)。
18.如权利要求16或17所述的平视显示器(200)，其特征在于，所述图像生成装置(10)保持在平视显示器壳体(210)中，且在于，所述热沉(18)在所述平视显示器壳体(210)之外凸伸。
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