CN219065891U - 光机、显示设备及交通工具 - Google Patents

Abstract

本申请涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种光机、显示设备及交通工具。本申请将光机的内部通过反射型偏光膜分隔成第一导光腔和第二导光腔，背光源发出的光只有部分透射过反射型偏光膜后经过第二导光腔到达像源，而部分偏振的光会被反射型偏光膜反射回第一导光腔，并在第一导光腔形成热量。本申请可以有效控制光机的温升结果，提高了光机的散热性能及寿命、可靠性。

Description

光机、显示设备及交通工具

技术领域

本申请涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种光机、显示设备及交通工具。

背景技术

HUD（Head Up Display，抬头显示）正在逐步应用于车载显示上，可以将车辆的状态信息及导航信息等直接投影到车辆的前挡风玻璃上，提高驾驶员观看信息的便利性。然而，光机作为HUD显示设备投影成像的核心部件，散热问题始终无法得到合理解决，其温度剧烈升高一方面是由于阳光倒灌，另一方面是由于背光源照射，光机的使用寿命和可靠性受到很大的影响，尤其对于TFT-LCD像源很容易造成烧屏现象。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种光机、显示设备及交通工具，解决了现有技术中光机的温升控制不好，散热性能不佳的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：

第一方面，提供了一种光机，包括：

壳体，所述壳体包括相对设置的第一安装面及第二安装面，所述第一安装面固定背光源，所述第二安装面固定像源；

介于所述第一安装面及第二安装面之间的所述壳体内部包括第一导光腔及第二导光腔，所述第一导光腔与所述第二导光腔之间通过反射型偏光膜分隔，所述背光源发出的至少部分光经过所述第一导光腔、反射型偏光膜、第二导光腔后到达所述像源；

所述反射型偏光膜通过支撑架固定在所述壳体内部，与所述壳体的内表面配合，以使所述第一导光腔的空气流通与所述第二导光腔的空气流通分离。

在第一方面的一种可选实施方式中，所述反射型偏光膜为多层聚酯薄膜。

在第一方面的一种可选实施方式中，所述反射型偏光膜通过支撑架固定在所述壳体内部包括：

所述壳体的内表面上设置有与所述支撑架配合的凸台，所述支撑架固定在所述凸台上形成上下分隔的所述第一导光腔与第二导光腔。

在第一方面的一种可选实施方式中，所述第一安装面固定背光源包括：

所述壳体在靠近所述第一安装面的四周及所述背光源设置有相互配合的第一卡扣，通过所述第一卡扣将所述背光源固定在所述壳体上；

所述反射型偏光膜通过支撑架固定在所述壳体内部包括：

所述背光源包括延伸到所述壳体内部与所述支撑架配合的凸台，所述支撑架固定在所述凸台上并与所述背光源之间形成所述第一导光腔。

在第一方面的一种可选实施方式中，所述光机还包括苏打玻璃，所述苏打玻璃通过OCA层贴敷在所述像源朝向所述壳体外部的一面。

在第一方面的一种可选实施方式中，所述第二安装面固定像源包括：

所述壳体在所述第二安装面的四周设置有限位承载部，所述像源卡合在所述限位承载部中；

所述壳体在所述第二安装面上通过第二卡扣套设有中空的固定上盖，所述固定上盖抵持住所述像源边缘的至少部分表面；

贴敷在所述像源上的所述苏打玻璃至少部分通过所述固定上盖的中间延伸到所述壳体外部。

在第一方面的一种可选实施方式中，所述OCA层厚度小于0.2毫米。

在第一方面的一种可选实施方式中，所述苏打玻璃厚度小于4毫米。

第二方面，本申请提供一种显示设备，包括第一方面所述的光机。

第三方面，本申请提供一种交通工具，包括第一方面所述的光机或第二方面所述的显示设备。

与现有技术相比，本申请将光机的内部通过反射型偏光膜分隔成第一导光腔和第二导光腔，背光源发出的光只有部分透射过反射型偏光膜后经过第二导光腔到达像源，而部分偏振的光会被反射型偏光膜反射回第一导光腔，并在第一导光腔形成热量。本申请可以有效控制光机的温升结果，提高了光机的散热性能及寿命、可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对技术方案描述中所需使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些示例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本申请一些示例中HUD投影显示示意图。

图2为本申请一些示例中光机的模块示意图。

图3为本申请一些示例中HUD显示设备模块示意图。

图4为本申请一些示例中光机示意图。

图5为本申请一些示例中光机示意图。

图6为本申请一些示例中光机示意图。

图7为本申请一些示例中交通工具示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本申请进行详细的描述，但描述的内容仅仅是本申请中记载的一些示例，并不限制本申请，本领域普通技术人员根据这些示例所作出的结构、方法或功能等方面的变换均包含在本申请的保护范围内。

需要说明的是，在不同的示例中，可能使用相同的标号或标记，但是这些并不代表结构或功能上的绝对联系关系。并且，各示例中可能提到的“第一”、“第二”等仅仅是为了描述的方便，并不代表结构或功能上的绝对区分关系，也不能理解为指示或暗示相对重要性或者相应对象的数量。除非特别说明，描述中可能涉及到的“至少一个”是指一个或者一个以上，“多个”是指两个或两个以上。

另外，在表示特征时，字符“/”可以表示前后关联对象存在或的关系，例如，抬头显示/平视显示，可以表示为抬头显示或平视显示。在表示运算时，字符“/”可以表示前后关联对象存在相除的关系，例如，放大倍数M=L/P，可以表示为L(虚像大小)除以P（像源大小）。并且，不同示例中的“和/或”仅仅是为了描述前后关联对象的关联关系，这种关联关系可以包括三种情况，例如，凹面镜和/或凸面镜，可以表示为单独存在凹面镜、单独存在凸面镜、同时存在凹面镜和凸面镜。

HUD主要利用光学的反射原理，将待显示的信息投影在透明表面上，用户可以直接在透明表面上观看相应的信息，由于不需要专门的显示屏，因此为信息显示提供了另一种方便的实现方式。应用在车载显示中，即可以是通过在车辆上设置有投射具有相关车辆信息功能的光机，光机投射出的光线经过光路规划投影在车辆的前挡风玻璃上，驾驶员可以在驾驶时直接观看前挡风玻璃上显示的车辆参数信息，而不是低头去查看仪表盘的数据，这样大大提高观看信息的便利性，同时驾驶员在驾驶车辆观看信息时不需要将视野转到车辆前方以外的地方，也提高了驾驶员驾驶车辆的安全性。

如图1所示，在一些示例中，可以在车辆方向盘前的中控台上嵌入有实现HUD功能的显示设备，其中，显示设备至少包括光机1、第一反射镜2、第二反射镜3。如图2所示，光机1包括背光源17及像源18，背光源17和像源18可以集成在一个模块中，也可以分立为两个模块，可选地，背光源17与像源18之间还会设置用于提高背光源17发出光使用效率的导光板。背光源17为像源18提供光源，通过调整背光源17的亮度来调整像源18显示图像的亮度。像源18可以是LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示）等，将处理器发送的相关信息显示在像源18上，并将像源18中的显示内容通过各种光学镜片的配合投影在车辆的挡风玻璃上。在一些示例中，第一反射镜2、第二发射镜3可以根据需求设置为凹面镜、凸面镜等自由曲面镜。

光机1投射出显示相应信息的光线，通过第一反射镜2、第二反射镜3实现光路规划，可以在较小的显示设备空间内进行定制光路，并满足不同的投影显示要求。光机1投射出的光线经过第一反射镜2、第二反射镜3的多次反射最终投影在车辆的挡风玻璃6上，在车内的驾驶员4可以对着挡风玻璃6看到光机1的投射光线在挡风玻璃6上形成的虚像5，对应的可以是车辆的参数信息等。需要补充的是，不同的光机对应地还可以设置有散光镜，调整相应的成像效果。在一些示例中，显示设备中还可以包括菲涅尔透镜、波导光学器件、衍射光学器件、全息光学器件、锥形光纤等模块实现光路规划及优化。

在一些示例中，上述集成在车辆中控台的显示设备可以是车辆购置后加装的，在一些示例中，也可以是在车辆出厂前直接集成安装好的。为了显示车辆的参数信息，相应的显示设备还可以与车机进行交互。图3示出了显示设备（HUD）与车机20之间的模块示意图，显示设备由车机20提供电源及数据。显示设备可以包括处理器10、以太网接口11、CAN（Controller Area Network，控制器域网）接口12、电源管理模块13、运行内存14、存储内存15、电机16、背光源17、像源18等。

需要说明的是，图3中列举的各个模块仅仅是示例性的描述，并不构成任何的限定，在一些示例中显示设备还可以包括其他模块。另外，上述的模块在不同的示例中可以在一个或多个硬件中实现，或者单个模块由多个硬件组合实现。

其中，处理器10作为显示设备的控制中心，包括任何类型的一个或多个处理单元，包括但不限于CPU（Central Processing Unit，中央处理器）、GPU（Graphics ProcessingUnit，图形处理器）、微控制器、DSP（Digital Signal Processor，数字信号控制单元）、NPU（Neural-network Processing Unit，神经网络处理器）或其任意组合。处理器10用于根据计算机程序产生操作控制信号，实现对其他各个模块的控制。

以太网接口11是局域网通信的网络数据连接端口，定义了一系列的软件和硬件标准，通过以太网接口可以将多个电子设备连接在一起，在本示例中，可以与车机20进行信息交互。

CAN接口12是控制器局域网的网络数据连接端口，为汽车内部的控制系统和嵌入式工业控制提供标准的总线，实现控制各节点之间的通信交互，在本示例中，同样可以与车机20进行信息交互。

电源管理模块13连接车机20接收车机20提供的电源，为显示设备各个模块提供稳压电源供电，保证处理器10等不会被烧坏。

运行内存14用于存储处理器10执行的计算机程序，及暂时存放的运算数据、与存储内存交换的数据，可以为SDRAM(Synchronous Dynamic Random-access Memory，同步动态随机存取内存)等。

存储内存15用于存放显示设备的相关显示内容等资源，可以为Flash，也可以提供接口接入外部存储器。

电机16用于驱动显示设备中的光学镜片发生转动，从而实现相应的光路定制。

背光源17，用于提供光源及根据处理器10的控制调整显示的亮度，与像源18配合实现光机的主要功能。

像源18，用于根据处理器10的控制显示相应信息的图像并投射出去，包括LCD等。

如图4、图5所示，在一些示例中，光机包括壳体45，壳体45用于承载背光源48及像源44，通过壳体45在背光源48与像源44之间形成一个相对封闭的导光腔，背光源48发出的光可以沿着导光腔到达像源44，并还可以利用导光腔形成散热空间。可选地，背光源48包括发出光线的LED板（比如焊接有若干个LED灯珠的印制板）、提高光使用效率的导光板及起固定、支撑作用的结构件（比如卡扣结构、支撑件等）。壳体45可以是一个立方体或圆柱体，具体的形状可以根据安装在壳体45上的背光源48及像源44的形状决定的。在一些示例中，对于立方体的壳体45而言，有四个连续环绕的面是通过相应的壳体材料制成，成为壳体45的侧面，壳体45的剩余两面即分别是壳体45的第一安装面及第二安装面，第一安装面与第二安装面相对设置，不被壳体材料包裹，第一安装面与第二安装面之间是壳体中空的导光腔内部，第一安装面上固定背光源48，第二安装面上固定像源44，这样可以保证背光源48与像源44之间相对固定设置，且能实现背光源48发出光线可以传导到像源44，最终像源44可以将显示的图像投射到壳体之外，根据应用场景的实际需要，投影在相应的透明表面上。

需要说明的是，为了保证背光源48可以固定在第一安装面上，像源44可以固定在第二安装面上，可以采用各种卡扣结构来实现，卡扣结构的方式可以提高整个结构的稳定性，而且很容易实现安装与拆卸。在一些示例中，背光源48与壳体45之间可以通过第一卡扣来实现，相应地，在壳体45的四周设置有卡扣结构，在背光源48上也会设置有与之配合的卡扣结构，当背光源48置于第一安装面的时候，可以将背光源48上的卡扣结构紧紧地卡在壳体45对应的卡扣结构上，由于相互之间力的作用，两者并不容易脱落，为了容易地将两者之间进行卡合，可以将壳体45上的卡扣结构设置在靠近第一安装面的位置。为了加强固定的稳定性，可以在壳体的侧面四周设置若干个卡扣结构，可选地，在四个侧面分别都设置有相应的卡扣结构，并在背光源48对应设置若干个卡扣结构，当四周皆有相互作用的力，则更不会使背光源48从壳体45上脱落。

在一些示例中，壳体45在第二安装面的四周设置有限位承载部，可选地，限位承载部在壳体45的四周恰好围成了一个容纳像源44的槽，像源44在第二安装面上固定时可以卡合在限位承载部形成的槽中，由于限位承载部的限制，可以保证像源44不会向壳体45的四周移动。进一步为了使像源44不会从壳体45的顶部（以图4壳体45的放置方向为准）脱落，可以在壳体45对应于第二安装面之上套设有一个中空的固定上盖41，用固定上盖41抵持住像源44的上表面，保证像源44不从壳体45的顶部脱落。同时，由于固定上盖41的中间是空的，所以像源44边缘的仅部分表面被固定上盖41抵持住，而像源44的中间大部分表面是暴露在外的，并不会影响像源44向壳体45外部投射光线。可选地，固定上盖41是恰好卡在壳体45侧面的表面上，相应地，壳体45上设置有第二卡扣，其结构可以是弹性凸起件，固定上盖41对应的卡扣结构是一个卡孔，当壳体45上的弹性凸起件刚好卡在固定上盖41的卡孔内时，会发出清脆的卡合声音，弹性凸起件在弹性力的作用下卡在卡孔上，保证弹性凸起件不易从卡孔中取出，因此可以保证固定上盖41可以紧紧地卡在壳体45上，相应的像源44即使在整个光机发生了晃动、反转等也不会从壳体45的第二安装面脱落。为了加强固定的稳定性，可以在壳体45的侧面设置若干个弹性凸起件，可选地，在四个侧面分别都设置有相应的弹性凸起件，并在固定上盖41对应设置若干个卡孔，当四周皆有第二卡扣的固定，则更不会使像源44从壳体45上脱落。

在一些示例中，壳体45内部的导光腔包括第一导光腔51及第二导光腔52，第一导光腔51与第二导光腔52之间采用反射型偏光膜46分隔，反射型偏光膜46可以是多层聚酯薄膜，比如VRP(Visible-light Reflective Picture Generating Unit(PGU)，可见光反射型画面生成单元)膜。反射型偏光膜46不仅可以把壳体45内部分隔成两部分，还可以将背光源48到像源44的一部分光反射回去，减少对像源的温度影响。具体地，反射型偏光膜46可以让背光源48产生的特定偏振输出的光透过反射型偏光膜46到达像源44，而不符合偏振要求的光被反射回去，反射回去的光仅在第一腔室51传播并损耗。

在一些示例中，反射型偏光膜46通过支撑架47固定在壳体45内部，可选地，支撑架47上设置有定位柱，比如对称的四个，反射型偏光膜46上设置有与定位柱配合的圆孔，通过圆孔与定位柱的配合关系，将反射型偏光膜46安装在支撑架47上。支撑架47可以与壳体45一体成型，也可以通过特定结构固定在一起，比如，在壳体45的内表面上设置有与支撑架47配合的凸台50，凸台50可以环绕壳体45的内表面，与内表面配合形成用于支撑架47卡合的沟槽，支撑架47的支撑脚恰好卡在相应的沟槽上，这样支撑架47与壳体45的下半部分形成第一导光腔51，支撑架47与壳体45的上半部分形成第二导光腔52。由于支撑架47与壳体45的内表面通过沟槽密闭连接，所以第一导光腔51与第二导光腔52相互隔离，相互之间并不发生空气流通，减少了温度的交换。在一些示例中，与支撑架47配合的凸台50不是直接连接在壳体45的内表面上的，而是设置在背光源48四周的结构件上，当背光源48通过卡扣固定在壳体45的第一安装面时，对应的凸台50会相应地延伸到壳体45的内部，可选地，凸台50抵持在壳体45的内表面上，与壳体45的内表面配合形成沟槽，支撑架47卡合在沟槽内以使反射型偏光膜46固定在壳体45内部。

如图6所示，通过反射型偏光膜的分隔，在壳体内部形成了上下分隔的第一导光腔51及第二导光腔52，第一导光腔51靠近背光源，第二导光腔52靠近像源，当背光源向像源提供亮度时，光线先经过第一导光腔51到达反射型偏光膜，如上所述，反射型偏光膜会反射回去一部分能量的光线，也就是说一部分热量仅停留在了第一导光腔51内，而透过反射型偏光膜的光会通过第二导光腔52到达像源，像源由于并没有接收到所有能量的光，所以在温升方面得到了一定的控制。由于第一导光腔51与第二导光腔52上下是分隔的，因此具有独立的空气流通，这样可以减少将靠近背光源的热量扩散到像源一边。进一步，反射型偏光膜反射回来的热量在第一导光腔51内吸收及损失时，是与第二导光腔52的空气流通相对隔离的，这样第一导光腔51的热量对像源的影响会受到中间的第二导光腔52的缓冲作用，减弱了高热量对像源的直接影响。这样的上下两层设计首先从生产制造上并不会带来较大的成本，同时靠近像源的第二导光腔52作为一个独立的空气流通空间，本身具有隔热作用，而靠近背光源的第一导光腔51可以尽量吸收一部分能量的热量，避免对像源的影响，这种上下配合的关系，可以大大提高温度控制的效果。

在一些示例中，为了减少阳光倒灌等从外部对像源的影响，如图4、图5所示，可以在像源44朝向壳体45外部的表面上贴敷有具有高导热的苏打玻璃42，苏打玻璃42可选的厚度小于4毫米，导热系数可以达到5瓦/米·度，通过苏打玻璃42可以吸收阳光倒灌的能量，并可以使得像源44上的热量迅速传递到苏打玻璃42上并散发到空气中，减少阳光倒灌等对像源44的影响。如上所述，像源44通过中空的固定上盖41抵持住，从而不会从壳体45上脱落，在本示例中，为了增加苏打玻璃42的散热效果，苏打玻璃42贴敷在像源44外表面的同时通过固定上盖41的中间延伸到壳体45的外部，即苏打玻璃42的安装面是高于固定上盖41对应的第二安装面，苏打玻璃42可以不是依靠固定上盖41的抵持而固定在像源44的外表面。可选地，在苏打玻璃42与像源44之间设置OCA（Optically Clear Adhesive，光学透明胶粘剂）层43，OCA层43作为苏打玻璃42与像源44之间的胶接层，具有高透光性、高粘着力，厚度可控、能够提供均匀的间距，而且长期使用还不会产生黄化、变质的风险，这样就可以保证苏打玻璃42可以稳定的贴敷在像源44上的同时，还不会影响像源投射出去的光线显示效果。可选地，OCA层43厚度小于0.2毫米。由于苏打玻璃42是通过OCA层43直接粘接在像源44上，因此苏打玻璃42的面积可以小于像源44，以保证整块苏打玻璃42都可以伸出固定上盖41之外，增加散热的面积且不受固定上盖41的限制。

如图7所示，在一些示例中，汽车上可以集成有显示设备，通过投影将相应的参数信息投影在前挡风玻璃上，从驾驶舱内观看前挡风玻璃的效果就是，可以看到车辆的行驶速度和导航路线信息等。而相应的显示设备可以包括上述的光机结构，以提高光机特别是像源的温升影响，增加使用寿命及可靠性。需要说明的是，交通工具并不局限于上述的汽车，也可以包括公交车、卡车、挖掘机、摩托车、火车、高铁、轮船、游艇、飞机、宇宙飞船等。投影的挡风玻璃也不局限于汽车的前挡风玻璃，也可以是其他位置的透明表面。

综上所述，本申请将光机的内部通过反射型偏光膜分隔成第一导光腔和第二导光腔，背光源发出的光只有部分透射过反射型偏光膜后经过第二导光腔到达像源，而部分偏振的光会被反射型偏光膜反射回第一导光腔，并在第一导光腔形成热量。本申请可以有效控制光机的温升结果，提高了光机的散热性能及寿命、可靠性。

应当理解，虽然本说明书包括一些示例，但这些示例中的任何一个并非仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为了清楚的目的。本领域普通技术人员应当将说明书作为一个整体，各示例中的技术方案也可以进行适当的组合，形成本领域普通技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡是未脱离本申请教导内容所作的等效实施方式或变型均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光机，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体包括相对设置的第一安装面及第二安装面，所述第一安装面固定背光源，所述第二安装面固定像源；

介于所述第一安装面及第二安装面之间的所述壳体内部包括第一导光腔及第二导光腔，所述第一导光腔与所述第二导光腔之间通过反射型偏光膜分隔，所述背光源发出的至少部分光经过所述第一导光腔、反射型偏光膜、第二导光腔后到达所述像源；

所述反射型偏光膜通过支撑架固定在所述壳体内部，与所述壳体的内表面配合，以使所述第一导光腔的空气流通与所述第二导光腔的空气流通分离。

2.根据权利要求1所述的光机，其特征在于，所述反射型偏光膜为多层聚酯薄膜。

3.根据权利要求1所述的光机，其特征在于，所述反射型偏光膜通过支撑架固定在所述壳体内部包括：

所述壳体的内表面上设置有与所述支撑架配合的凸台，所述支撑架固定在所述凸台上形成上下分隔的所述第一导光腔与第二导光腔。

4.根据权利要求1所述的光机，其特征在于，所述第一安装面固定背光源包括：

所述壳体在靠近所述第一安装面的四周及所述背光源设置有相互配合的第一卡扣，通过所述第一卡扣将所述背光源固定在所述壳体上；

所述反射型偏光膜通过支撑架固定在所述壳体内部包括：

所述背光源包括延伸到所述壳体内部与所述支撑架配合的凸台，所述支撑架固定在所述凸台上并与所述背光源之间形成所述第一导光腔。

5.根据权利要求1所述的光机，其特征在于，所述光机还包括苏打玻璃，所述苏打玻璃通过OCA层贴敷在所述像源朝向所述壳体外部的一面。

6.根据权利要求5所述的光机，其特征在于，所述第二安装面固定像源包括：

所述壳体在所述第二安装面的四周设置有限位承载部，所述像源卡合在所述限位承载部中；

所述壳体在所述第二安装面上通过第二卡扣套设有中空的固定上盖，所述固定上盖抵持住所述像源边缘的至少部分表面；

贴敷在所述像源上的所述苏打玻璃至少部分通过所述固定上盖的中间延伸到所述壳体外部。

7.根据权利要求5所述的光机，其特征在于，所述OCA层厚度小于0.2毫米。

8.根据权利要求5所述的光机，其特征在于，所述苏打玻璃厚度小于4毫米。

9.一种显示设备，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的光机。

10.一种交通工具，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的光机，或权利要求9所述的显示设备。

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