DE102020135007A1

DE102020135007A1 - Bilderzeugungseinheit für ein head-up-display

Info

Publication number: DE102020135007A1
Application number: DE102020135007.4A
Authority: DE
Inventors: Min Ho Shin
Original assignee: Hyundai Mobis Co Ltd
Current assignee: Hyundai Mobis Co Ltd
Priority date: 2020-08-10
Filing date: 2020-12-29
Publication date: 2022-02-10
Also published as: US20220043258A1; US11592666B2

Abstract

Eine Bilderzeugungseinheit (PGU) zur Verwendung in einem Head-up-Display (HUD) umfasst eine gedruckte Leiterplatte (PCB), die eine Vielzahl von Lichtquellen hat, eine Displayeinheit, die vor der Vielzahl von Lichtquellen angeordnet und derart ausgebildet ist, dass sie ein Bild erzeugt, das für das HUD bereitgestellt wird, und ein Gehäuse, das zwischen der PCB und der Displayeinheit angeordnet ist und eine Innere-Reflexion-Struktur aufweist, die derart ausgebildet ist, dass sie optische Strahlen von der Vielzahl von Lichtquellen zu der Displayeinheit führt und eine Lichtstärke der auf die Displayeinheit einfallenden optischen Strahlen homogenisiert, wobei die Innere-Reflexion-Struktur eine Vielzahl von ersten Trichtern, die jeweils entsprechend der Vielzahl von Lichtquellen angeordnet sind, und einen zweiten Trichter, der als einzelner Trichter vor den ersten Trichtern in einer Form angeordnet ist, dass er die Vielzahl von ersten Trichtern umgibt, aufweist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht Priorität und Nutznießung der Koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2020-0099807 und der Koreanischen Patentanmeldung Nummer 10-2020-0099809 , beide eingereicht am 10. August 2020, die hiermit zu sämtlichen Zwecken durch Verweis einbezogen sind.
HINTERGRUND
GEBIET
Ausführungsformen betreffen eine Bilderzeugungsvorrichtung für ein Head-up-Display (HUD). Insbesondere betreffen die erfinderischen Konzepte eine HUD-Bilderzeugungseinheit, die einen Doppeltrichterreflektor aufweist.
DISKUSSION DES HINTERGRUNDS
Die Angaben in diesem Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformationen, die sich auf die erfinderischen Konzepte beziehen, und stellen nicht notwendigerweise den Stand der Technik dar.
Ein HUD ist eine Fahrinformations-Displayvorrichtung, die zum sicheren Fahren für Autofahrer entwickelt worden ist. Fahrinformationen werden in Form einer Abbildung in einer Bilderzeugungseinheit (picture generation unit - PGU) gebildet, durchlaufen ein optisches System und werden dann auf die Windschutzscheibe oder einen durchscheinenden reflektierenden Bildschirm, der in dem Fahrzeug angeordnet ist, projiziert, um für den Fahrer bereitgestellt zu werden. Die PGU umfasst ein LCD, das eine Abbildung erzeugt, und eine Hinterleuchtungseinheit (back-light unit - BLU), die hinter dem LCD angeordnet ist, um die Abbildung auf das optische System in dem HUD zu projizieren.
Das HUD muss in der Lage sein, eine Abbildung mit einem solchen Level bereitzustellen, dass der Fahrer dieses selbst in einer Tageslichtumgebung, in der der vordere Teil des Fahrzeugs sehr hell ist, erkennen kann. Die auf dem LCD erzeugte Abbildung wird durch ein optisches System vergrößert und dann auf die Windschutzscheibe oder einen durchscheinenden reflektierenden Bildschirm projiziert. Die Helligkeit der final projizierten optischen Abbildung ist kleiner als diejenige der optischen Abbildung auf dem LCD. Daher muss im Vergleich zu einem allgemeinen Display die BLU für das HUD eine extrem hohe Lichtstärke bereitstellen.
Generell kann die BLU für das HUD eine Vielzahl von lichtemittierenden Dioden (LEDs) zum Schaffen einer hohen Lichtstärke aufweisen.
Die in diesem Hintergrund-Abschnitt dargelegten Informationen dienen nur einem besseren Verständnis des Hintergrunds der Erfindung und können daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik darstellen.
ÜBERBLICK
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung stellen eine Bilderzeugungseinheit (PGU) bereit, die eine gedruckte Leiterplatte, eine Displayeinheit und ein Gehäuse aufweist. Die gedruckte Leiterplatte weist eine Vielzahl von Lichtquellen auf. Die Displayeinheit ist vor der Vielzahl von Lichtquellen angeordnet und derart ausgebildet, dass sie eine Abbildung erzeugt, die für das HUD bereitgestellt wird. Das Gehäuse ist zwischen der gedruckten Leiterplatte und der Displayeinheit angeordnet und weist eine Innere-Reflexion-Struktur auf, die derart ausgebildet ist, dass sie optische Strahlen von der Vielzahl von Lichtquellen zu der Displayeinheit führt und eine Lichtstärke der auf die Displayeinheit einfallenden optischen Strahlen homogenisiert. Die Innere-Reflexion-Struktur umfasst eine Vielzahl von ersten Trichtern, die jeweils entsprechend der Vielzahl von Lichtquellen angeordnet sind, und einen zweiten Trichter, der als einzelner Trichter vor den ersten Trichtern in einer Form angeordnet ist, dass er die Vielzahl von ersten Trichtern umgibt.
Das Gehäuse kann durch Spritzgießen unter Verwendung eines Kunststoffmaterials, in dem Titandioxid- (TiO₂) Mikropartikel dispergiert sind, hergestellt werden.
Die Innere-Reflexion-Struktur kann ein Lichtreflexionsvermögen von 60 % oder mehr haben.
Die Innere-Reflexion-Struktur kann spiegelnde Reflexionscharakteristiken und diffuse Reflexionscharakteristiken haben, die auf der Basis einer Größe und eines Gehalts der TiO₂-Mikropartikel, die in der Innere-Reflexion-Struktur enthalten sind, gesteuert werden.
Die Größe der TiO₂-Mikropartikel, die derart ausgelegt ist, dass sie der Innere-Reflexion-Struktur die spiegelnden Reflexionscharakteristiken verleiht, kann in einem Bereich von 200 nm bis 300 nm liegen.
] Die Größe der TiO₂-Mikropartikel, die derart ausgelegt ist, dass sie der Innere-Reflexion-Struktur die diffusen Reflexionscharakteristiken verleiht, kann in einem Bereich von 500 nm bis 5 µm liegen.
Das Kunststoffmaterial kann Polycarbonat (PC) oder Acrylnitril-Butadien-Styrol- (ABS) Copolymer aufweisen.
Das Kunststoffmaterial kann ein Pigment enthalten, das derart ausgelegt ist, dass es dem Gehäuse eine weiße oder nahezu weiße Farbe verleiht.
Die ersten Trichter können in Abhängigkeit von einer zugeordneten Position jeweils eine unterschiedliche Form haben.
Die ersten Trichter können jeweils eine Erste-Trichter-Eingangsöffnung, eine Erste-Trichter-Ausgangöffnung mit einer größeren Querschnittabmessung als die Erste-Trichter-Eingangsöffnung und eine Erste-Trichter-Lichtreflektorstruktur aufweisen, die derart ausgebildet ist, dass sie die Erste-Trichter-Eingangsöffnung und die Erste-Trichter-Ausgangsöffnung verbindet. Die Erste-Trichter-Lichtreflektorstruktur wird unter Berücksichtigung des Lichtemissionsmusters der Lichtquellen geformt, so dass die Lichtstärke der optischen Strahlen an der Erste-Trichter-Ausgangöffnung homogen wird.
Die Erste-Trichter-Ausgangsöffnung kann einen rechteckigen Querschnitt haben.
Die Erste-Trichter-Eingangsöffnung kann einen rechteckigen Querschnitt haben.
Die Erste-Trichter-Ausgangsöffnung kann eine Querschnittform haben, die vier Krümmungen aufweist, die in Richtung der entsprechenden Lichtquellen konkav sind und in einer quadratischen Anordnung zugeordnet sind.
Die Erste-Trichter-Eingangsöffnung kann eine Querschnittform haben, die vier Krümmungen aufweist, die von den entsprechenden Lichtquellen weg konvex sind und in einer quadratischen Anordnung zugeordnet sind.
Die Erste-Trichter-Lichtreflektorstruktur kann durch Morphen einer Querschnittform der Erste-Trichter-Eingangsöffnung in eine Querschnittform der Erste-Trichter-Ausgangsöffnung mittels eines ersten Skalierverhältnisses ausgebildet werden.
Das erste Skalierverhältnis kann ein konstanter Wert sein.
Das erste Skalierverhältnis kann ein erstes Profil haben, das sich zuerst verkleinert und dann vergrößert, so dass die Erste-Trichter-Lichtreflektorstruktur von den entsprechenden Lichtquellen aus betrachtet in einer Vorn-Hinten-Richtung konvex ist.
Das erste Skalierverhältnis kann ein zweites Profil haben, das sich zuerst vergrößert und dann verkleinert, so dass die Erste-Trichter-Lichtreflektorstruktur von den entsprechenden Lichtquellen aus betrachtet in einer Vorn-Hinten-Richtung konkav ist.
Die Erste-Trichter-Lichtreflektorstruktur kann derart ausgebildet sein, dass sie aus der Erste-Trichter-Ausgangsöffnung emittiertem Licht dadurch zumindest teilweise einen Kollimationseffekt verleiht, dass das zweite Profil ein Parabolprofil ist, das eine konkave Parabolfläche bildet.
Das Gehäuse kann ferner einen einstückig mit dem Gehäuse ausgebildeten Displaysitz zum Platzieren der Displayeinheit vor einem Ausgang des zweiten Trichters aufweisen.
Das Gehäuse kann ferner einen Diffusorfoliensitz aufweisen, der zwischen dem Displaysitz und der Ausgangsöffnung des zweiten Trichters einstückig ausgebildet ist und derart ausgeführt ist, dass eine Diffusorfolie auf diesem sitzt, die derart ausgebildet ist, dass sie eine Ungleichmäßigkeit der Leuchtstärke des auf die Displayeinheit einfallenden Lichts verringert.
Das Gehäuse kann ferner mindestens eine Gedruckte-Leiterplatte-Angreifvorrichtung aufweisen, die sich von dem Gehäuse nach außen erstreckt und derart ausgebildet ist, dass sie die gedruckte Leiterplatte am hinteren Teil des Gehäuses befestigt
Bei einer weiteren Ausführungsform stellen die erfinderischen Konzept eine Bilderzeugungseinheit (PGU) zur Verwendung in einem Head-up-Display (HUD) bereit, die eine gedruckte Leiterplatte, eine Displayeinheit und ein Gehäuse aufweist. Die gedruckte Leiterplatte weist eine Vielzahl von Lichtquellen auf. Die Displayeinheit ist vor der Vielzahl von Lichtquellen angeordnet und derart ausgebildet, dass sie eine Abbildung erzeugt, die für das HUD bereitgestellt wird. Das Gehäuse ist zwischen der gedruckten Leiterplatte und der Displayeinheit angeordnet und weist eine Innere-Reflexion-Struktur auf, die derart ausgebildet ist, dass sie optische Strahlen von der Vielzahl von Lichtquellen zu der Displayeinheit führt und eine Lichtstärke der auf die Displayeinheit einfallenden optischen Strahlen homogenisiert. Die Innere-Reflexion-Struktur umfasst eine Vielzahl von ersten Trichtern, die jeweils entsprechend der Vielzahl von Lichtquellen angeordnet sind, und einen zweiten Trichter, der als einzelner Trichter vor den ersten Trichtern in einer Form angeordnet ist, dass er die Vielzahl von ersten Trichtern umgibt. Die ersten Trichter können jeweils eine optische Mittelachse in einer Anordnung aufweisen, die um einen vorbestimmten Winkel von einer optischen Primärachse der Innere-Reflexion-Struktur, die rechtwinklig zu der gedruckten Leiterplatte angeordnet ist, gedreht wird; der vorbestimmte Winkel ist von einer zugeordneten Position jedes der ersten Trichter abhängig.
Zumindest ein Teil des zweiten Trichters kann als Parabolspiegel ausgebildet sein, und die Vielzahl von ersten Trichtern kann derart ausgebildet sein, dass sie bewirkt, dass die optischen Strahlen auf den zweiten Trichter einfallen, wobei die optischen Strahlen ein Lichtmuster haben, das im Wesentlichen zu einem Lichtmuster aus einer einzelnen virtuellen Lichtquelle äquivalent ist, die an einer Fokusposition des Parabolspiegels des zweiten Trichters angeordnet ist.
Das Gehäuse kann aus einem Kunststoffmaterial gefertigt sein, das Polycarbonat (PC) oder Acrylnitril-Butadien-Styrol- (ABS) Copolymer aufweist, und aus einem Material spritzgegossen sein, das aus in dem Kunststoffmaterial dispergierten Titandioxid- (TiO₂) Mikropartikeln gebildet ist.
Die Innere-Reflexion-Struktur kann spiegelnde Reflexionscharakteristiken und diffuse Reflexionscharakteristiken haben, die auf der Basis einer Größe und eines Gehalts der TiO₂-Mikropartikel, die in der Innere-Reflexion-Struktur enthalten sind, gesteuert werden.
Die ersten Trichter können jeweils eine Erste-Trichter-Eingangsöffnung, eine Erste-Trichter-Ausgangöffnung mit einer größeren Querschnittabmessung als die Erste-Trichter-Eingangsöffnung und eine Erste-Trichter-Lichtreflektorstruktur aufweisen, die derart ausgebildet ist, dass sie die Erste-Trichter-Eingangsöffnung und die Erste-Trichter-Ausgangsöffnung verbindet. Die Erste-Trichter-Lichtreflektorstruktur wird unter Berücksichtigung des Lichtemissionsmusters der Lichtquellen geformt, so dass die Lichtstärke der optischen Strahlen an der Erste-Trichter-Ausgangöffnung homogen wird.
Die Erste-Trichter-Lichtreflektorstruktur kann derart ausgebildet sein, dass sie ein Parabolprofil hat, das von einer optischen Mittelachse jedes der ersten Trichter aus betrachtet in einer konkaven Parabolfläche ausgebildet ist, um zumindest teilweise einen Kollimationseffekt des aus der Erste-Trichter-Ausgangsöffnung emittierten Lichts zu schaffen.
Die Innere-Reflexion-Struktur kann derart ausgebildet sein, dass sie eine vorbestimmte Oberflächenrauigkeit hat, um diffuse Reflexionscharakteristiken des aus den Lichtquellen reflektierten Lichts zu schaffen.
Die Displayeinheit kann rechteckig sein, und die ersten Trichter können jeweils eine optische Mittelachse mit einem Winkelbereich der Anordnung haben, der einen Bereich von ±14 Grad in Richtung einer langen Seite und einen Bereich von ±6 Grad in Richtung einer kurzen Seite relativ zu der optischen Primärachse umfasst.
Die ersten Trichter können jeweils eine optische Mittelachse mit einem Positionsbereich einer Anordnung haben, der auf der Basis eines Schnittpunkts jeder der optischen Mittelachsen in einer Ebene bestimmt wird, in der die Vielzahl von Lichtquellen angeordnet ist, wobei der Positionsbereich der Anordnung innerhalb von 12 mm in Richtung der langen Seite und innerhalb von 14 mm in Richtung der kurzen Seite liegt.
Jeder der vorbestimmten Winkel der optischen Mittelachse der ersten Trichter kann derart vorgesehen sein, dass er sich mit der Entfernung der zugeordneten Position jedes der ersten Trichter von der Mitte der Vielzahl von Lichtquellen vergrößert.
Es versteht sich, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und veranschaulichend sind und eine weitere Erläuterung der beanspruchten Erfindung bieten.
Figurenliste
Die beiliegenden Zeichnungen, die beigefügt sind, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu bieten, und die in diese Patentschrift eingearbeitet und Teil derselben sind, stellen Ausführungsformen der Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.

1 ist eine Prinzipskizze zur Darstellung eines typischen Fahrzeug-HUD mit einer Bilderzeugungseinheit.
2 zeigt perspektivische Explosionsansichten zur Darstellung der Struktur einer typischen Bilderzeugungseinheit eines Fahrzeug-HUD.
3 zeigt eine Lange-Seite- oder Längsschnittansicht und eine teilweise vergrößerte Ansicht zur Darstellung einer optischen Struktur gemäß mindestens einer Ausführungsform der erfinderischen Konzepte.
4(a) und 4(b) sind eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht zur Darstellung einer optischen Struktur gemäß mindestens einer Ausführungsform der erfinderischen Konzepte.
5(a) und 5(b) sind eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht eines Gehäuses, das eine optische Struktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfinderischen Konzepte ist.
6(a) und 6(b) sind eine Lange-Seite- oder Längsschnittansicht und eine Kurze-Seite- oder Breitenschnittansicht zur Darstellung einer Organisation von optischen Achsen einer Innere-Reflexion-Struktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfinderischen Konzepte.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER DARGESTELLTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind, genauer beschrieben. Diese Erfindung kann jedoch in vielen unterschiedlichen Formen ausgeführt werden und darf nicht als auf die her dargelegten Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden. Vielmehr sind diese Ausführungsformen derart vorgesehen, dass diese Offenbarung vollständig ist und Fachleuten auf dem Sachgebiet den Umfang der Erfindung vollständig vermittelt. In den Zeichnungen können die Größe und die relativen Größen von Schichten und Regionen der Klarheit halber überbetont sein. Gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente.
Die erfinderischen Konzepte, die hier bei den Ausführungsformen dargestellt und beschrieben werden, stellen eine HDU-Bilderzeugungseinheit (PGU) bereit, die eine Hinterleuchtungseinheit (BLU) aufweist, mit der eine strukturelle Verbesserung geboten wird, durch die die Effizienz bei der Verwendung von Licht aus Lichtquellen der BLU vergrößert werden kann und die Konfiguration der BLU vereinfacht werden kann.
Einige Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte werden nachstehend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen vorzugsweise gleiche Elemente, auch wenn die Elemente in unterschiedlichen Zeichnungen dargestellt sind. Ferner entfällt bei der folgenden Beschreibung einiger Ausführungsformen aus Gründen der Klarheit und um der Kürze willen eine detaillierte Beschreibung von hier vorgesehenen bekannten Funktionen und Konfigurationen.
Des Weiteren werden verschiedene Ausdrücke, wie z.B. „erste(r, s), „zweite(r, s), (A) (B), (a), (b) etc. allein zum Zweck der Unterscheidung einer Komponente von einer anderen verwendet, sie implizieren nicht die Substanzen, die Reihenfolge oder Sequenz der Komponenten und legen diese auch nicht nahe. In dieser Patentschrift bedeutet durchgängig dann, wenn ein Teil eine Komponente „aufweist“ oder „umfasst“, dass das Teil ferner andere Komponenten aufweist und diese nicht ausschließt, sofern es nicht eine besondere gegenteilige Beschreibung gibt. Die Ausdrücke, wie z.B. „Einheit“, „Modul“ und dergleichen beziehen sich auf Einheiten, die derart ausgebildet sind, dass sie mindestens eine Funktion oder Operation verarbeiten, die von Hardware, Software oder einer Kombination daraus implementiert werden kann.
1 ist eine Prinzipskizze zur Darstellung eines typischen Fahrzeug-HUD mit einer Bilderzeugungseinheit (PGU).
Wie in 1 dargestellt, projiziert ein Fahrzeug-HUD 10 ein optische Abbildung auf eine Fahrzeugwindschutzscheibe oder einen separaten Bildschirm, so dass der Fahrer diese sehen kann. Die optische Abbildung des HUD 10 wird von der PGU 20 erzeugt und wird durch das innere optische System des HUD 10 vergrößert und projiziert. Die PGU 20 weist ein LCD 200, das derart ausgebildet ist, dass es eine auf den Bildschirm zu projizierendes Abbildung erzeugt, und eine BLU 30 auf, die hinter dem LCD 200 platziert ist und derart ausgebildet ist, dass sie Licht durch das LCD 200 bereitstellt, um die optische Abbildung auf das optische System des HUD 10 zu projizieren.
Die BLU 30 ist derart ausgeführt, dass sie das LCD 200 mit Licht mit einer gleichförmigen Verteilung und in einem geeigneten Diffusionswinkelbereich des Lichts beleuchtet. Mindestens eine Ausführungsform der erfinderischen Konzepte betrifft eine optische Struktur, die in der BLU 30 enthalten ist. Die optische Struktur kann auch als Gehäuse 32 (in 3 und 4 dargestellt) der BLU 30 dienen. Bei der optischen Struktur kann die Vorderseite auch derart ausgebildet sein, dass sie das LCD 200 aufnimmt.
Die PGU 20 weist bei mindestens einer Ausführungsform die BLU 30 und das mit einem vorderen Bereich der BLU 30 verbundene LCD 200 auf, aus dem Licht emittiert wird.
Die BLU 30 umfasst bei mindestens einer Ausführungsform eine Vielzahl von Lichtquellen (nicht dargestellt), eine gedruckte Leiterplatte (printed circuit board - PCB) mit einer Fläche, auf der die Vielzahl von Lichtquellen angeordnet ist, ein Gehäuse 32, das eine optische Struktur ist und deren hinterer Bereich mit der einen Fläche der PCB verbunden ist, und eine Diffusorfolie (nicht dargestellt), die in einem vorderen Bereich des Gehäuses 32 aufgenommen ist.
Die Lichtquelle der BLU 30 kann eine LED-Lichtquelle sein. Die PCB kann eine Wärmeabführstruktur (nicht dargestellt) haben, die auf der anderen Fläche angeordnet ist.
2(a) und 2(b) sind perspektivische Explosionsansichten zur Darstellung der Struktur unterschiedlicher BLUs eines Fahrzeug-HUD.
Bei einer PGU kann die BLU eine geeignete optische Struktur aufweisen, so dass optische Strahlen aus einer Vielzahl von LEDs mit einer konstanten Lichtstärke hinter einem LCD-Gehäuse homogen abgestrahlt werden. 2(a) weist eine Gehäusestruktur 220 und 240 auf. 2(b) weist eine Gehäusestruktur 270 auf. In 2(a) kann eine optische Struktur ein Linsenarray 210 aufweisen. In 2(b) kann eine optische Struktur ein Trichterarray aufweisen. Eine Prismenfolie, wie z.B. ein Helligkeitsverstärkungsfilm (brightness enhancement film - BEF) (nicht dargestellt), ein Doppel-Helligkeitsverstärkungsfilm (double brightness enhancement film - DBEF) 260 und eine Diffusorfolie (nicht dargestellt), kann verwendet werden. Diese Komponenten dienen auch zum Begrenzen des Diffusionswinkelbereichs des hinter dem LCD einfallenden Lichts auf einen effektiven Bereich. Der effektive Bereich entspricht dem Bereich der optischen Abbildung des Bildschirms, der in der finalen Projektionsposition der optischen Abbildung liegt.
Wenn das Linsenarray 210 verwendet wird, kann ein optischer Verlust an der Grenzfläche des Linsenarrays 210 auftreten. Im Fall des Trichterarrays 250 kann der optische Verlust klein sein, dann sind aber die Herstellkosten zum Ausbilden einer Reflexionsbeschichtung in dem Trichter hoch. Eine Fresnel-Linse 230 kann in der PGU von 2(a) zum Fokussieren von aus dem Linsenarray 210 emittiertem Licht verwendet werden. In 2(b) können eine Fresnel-Linse plus ein Diffusor 280 zum Fokussieren von aus dem Trichterarray 250 ausgegebenem Licht verwendet werden. Die Prismenfolie kann zum Steuern des Diffusorwinkelbereichs von Licht verwendet werden. Durch die Verwendung einer Prismenfolie erhöhen sich jedoch die Herstellkosten der BLU.
3 zeigt eine Lange-Seite- oder Längsschnittansicht und eine teilweise vergrößerte Ansicht zur Darstellung einer optischen Struktur gemäß mindestens einer Ausführungsform der erfinderischen Konzepte.
4(a) und 4(b) sind eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht zur Darstellung einer optischen Struktur gemäß mindestens einer Ausführungsform der erfinderischen Konzepte.
Wie in 3 dargestellt, ist ein Inneres des Gehäuses 32 aus einer Innere-Reflexion-Struktur 300 mit einer Bi-Level-Struktur gebildet. Für eine einfachere Beschreibung wird eine Lichtquellenseite als erstes Level bezeichnet und wird die LCD-200-Seite als zweites Level bezeichnet. Die Lichtquelle auf der einen Fläche einer PCB 380 ist derart angeordnet, dass sie Licht in die Innere-Reflexion-Struktur 300 emittiert. Die Innere-Reflexion-Struktur 300, die bei mindestens einer Ausführungsform in dem Gehäuse 32 gebildet ist, kann die Form eines Doppeltrichterreflektors haben, der mit einer Vielzahl von ersten Trichtern 310 auf dem ersten Level und einem einzelnen zweiten Trichter 320, der derart ausgebildet ist, dass er sämtliche erste Trichter 310 umgibt, auf dem zweiten Level ausgebildet ist.
Das Gehäuse 32 kann durch Spritzgießen unter Verwendung von Kunststoffmaterial, wie z.B. Polycarbonat (PC) oder Acrylnitril-Butadien-Styrol- (ABS) Copolymer, hergestellt werden. Dem Material des Gehäuses 32 kann ein Pigment zugefügt werden, um eine weiße Farbe oder eine Farbe, die weiß nahekommt, zur Verbesserung der Lichtreflexion zu erhalten.
Insbesondere kann das Kunststoffmaterial zum Herstellen des Gehäuses 32 bei mindestens einer Ausführungsform ein Material sein, in dem Titandioxid- (TiO₂) Mikropartikel dispergiert sind. Die Größe und der Gehalt der TiO₂-Mikropartikel in dem Kunststoffmaterial können derart gewählt sein, dass sie ein geeignetes Lichtreflexionsvermögen und/oder Reflexionscharakteristiken auf der Innenseite des Gehäuses 32 haben, das die Innere-Reflexion-Struktur 300 bereitstellt.
Das Gehäuse 32 gemäß mindestens einer Ausführungsform ist mit den Lichtreflexionscharakteristiken der Innenflächen der ersten und des zweiten Trichter(s) 310 und 320 ausgebildet, die durch Spritzgießen eines Kunststoffmaterials, in dem TiO₂-Partikel dispergiert sind, bestimmt werden. Daher kann das Gehäuse 32 keine separate Reflexionsbeschichtung für die Lichtreflexion an den Innenflächen der ersten und des zweiten Trichter(s) 310 und 320 aufweisen. Mit anderen Worten können die Lichtreflexionscharakteristiken der Innere-Reflexion-Struktur 300 durch die Partikelgröße und den Gehalt an TiO₂-Partikeln eingestellt werden. Hier umfasst die Lichtreflexionscharakteristik eine reguläre Reflexion oder eine spiegelnde Reflexion, wobei die Reflexion eine Spiegelreflexion und eine diffuse Reflexion ist, durch die das reflektierte Licht diffundiert wird.
Die Hauptreflexionscharakteristiken der TiO₂ enthaltenden Fläche können dahingehend klassifiziert werden, ob die Partikelgröße größer oder kleiner als die Größe einer halben Wellenlänge von sichtbarem Licht ist. Insbesondere wenn eine Größe von 200 bis 350 nm, die die halbe Wellenlänge von 400 bis 700 nm ist, als Referenz verwendet wird, bewirkt eine Größe, die kleiner als die Referenzgröße ist, z.B. 100 nm oder weniger, dass die spiegelnden Reflexionscharakteristiken dominieren. Eine größere Größe, z.B. im Bereich von 500 nm bis 5 µm, bewirkt, dass die diffusen Reflexionscharakteristiken dominieren.
Selbst wenn die TiO₂-Mikropartikel in einer Größe von 200 bis 350 nm vorgesehen sind, kann eine Agglomeration oder dergleichen beim Prozess des Ausbildens der Mikropartikel diejenigen umfassen, die eine größere Einheitspartikelgröße haben, und die Verteilung der Mikropartikelgrößen ausweiten. Das Gehäuse 32 gemäß mindestens einer Ausführungsform kann Lichtreflexionscharakteristiken der Innenfläche der ersten und des zweiten Trichter(s) 310 und 320 durch Wählen und Verwenden eines solchen Materials steuern, bei dem die TiO₂-Mikropartikel in einer Größe, die innerhalb eines geeigneten Bereichs liegt, dispergiert sind. Zum Wählen der Größe der Mikropartikel können Sieben als allgemein bekanntes oder andere Verfahren angewendet werden.
Die Lichtreflexionscharakteristiken der Innenfläche der ersten und des zweiten Trichter(s) 310 und 320 können bei mindestens einer Ausführungsform durch Modifizieren der Oberflächenrauigkeit des Spritzgussteils durch eine Oberflächenbearbeitung nach dem Spritzgießen oder durch Anwendung anderer Verfahren eingestellt werden, während die TiO₂-Partikel mit einer Größe im Bereich von 200 bis 350 nm verwendet werden. Die Doppeltrichter-Reflektorstruktur kann bei mindestens einer Ausführungsform durch Spritzgießen eines Kunststoffmaterials, wie z.B. PC oder ABS ohne TiO₂-Partikel hergestellt werden und kann derart ausgebildet werden, dass sie eine vorgesehene gewünschte Oberflächenrauigkeit hat, wobei die Innere-Reflexion-Struktur derselben mit Metall beschichtet ist, um die Lichtreflexionseffizienz zu erhöhen.
Bei Annahme eines idealen Falls hat die Strahlung von Licht aus der Chipfläche der LED ein Lambert-Strahlungsmuster. Bei den meisten handelsüblichen LED-Lichtquellen wird das Strahlungsmuster von Licht durch einen Wellenleiter in der LED-Vorrichtung oder eine Mikrostruktur, die als auf der Vorrichtung angeordnete Linse fungiert, auf die vorgesehene Form eingestellt. Das Lichtstrahlungsmuster der LED-Lichtquelle kann bei jedem Hersteller ein anderes Muster sein. Zum Beispiel kann das Strahlungsmuster der LED-Lichtquelle verschiedene Formen haben, wie z.B. unter anderem die Form eines Heißluftballons, die Form eines Kokons, eine Kegelform, eine Ellipsenform.
Die Konturen der ersten und des zweiten Trichter(s) 310 und 320 der Innere-Reflexion-Struktur 300 werden bei mindestens einer Ausführungsform unter Berücksichtigung eines Lichtstrahlungsmusters einer verwendeten handelsüblichen LED-Lichtquelle ausgelegt. Insbesondere kann die Struktur der Vielzahl von ersten Trichtern 310, die angrenzend an die LED-Lichtquellen unter den Trichtern angeordnet sind, unter Berücksichtigung des Lichtstrahlungsmusters der LED-Lichtquellen in verschiedenen Formen ausgelegt werden.
Jeder erster Trichter 310 ist als Struktur ausgebildet, die eine Eingangsöffnung 312, eine Ausgangsöffnung 314 und eine Lichtreflektorstruktur 316 zwischen der Eingangsöffnung 312 und der Ausgangsöffnung 314 aufweist. Auf im Wesentlichen gleiche Weise ist der zweite Trichter 320 ebenfalls als Struktur ausgebildet, die eine Eingangsöffnung, eine Ausgangsöffnung und eine dazwischen angeordnete Lichtreflektorstruktur aufweist. Die Vielzahl von Ausgangsöffnungen 314 der ersten Trichter 310 ist eine Vielzahl von Eingangsöffnungen des zweiten Trichters 320.
Die Erste-Trichter-Eingangsöffnungen 312 sind jeweils entsprechend jeder der LED-Lichtquellen auf einer gedruckten Leiterplatte 380, die unter den Erste-Trichter-Eingangsöffnungen 312 angeordnet ist, ausgebildet. Die Erste-Trichter-Eingangsöffnung 312 ist derart ausgebildet, dass sie größer ist als die entsprechenden LED-Lichtquellen. Die Mitte der Erste-Trichter-Eingangsöffnung 312 kann derart angeordnet sein, dass sie mit derjenigen der entsprechenden LED-Lichtquellen zusammenfällt. Die Ausgangsspezifikation der LED-Lichtquellen und die Anzahl und das Layout der auf der gedruckten Leiterplatte 380 angeordneten LED-Lichtquellen können unter Berücksichtigung der von der HUD 10 verwendeten Lichtstärke, der Größe des LCD 200 und dergleichen bestimmt werden.
Die Gesamtkontur der Vielzahl von Erste-Trichter-Ausgangsöffnungen 314 ist derart ausgeführt, dass eine Randform derselben der Zweiter-Trichter-Eingangsöffnung entspricht. Daher ist die gesamte äußere Form, die von der Vielzahl von Erste-Trichter-Ausgangsöffnungen 314 gebildet ist, nahtlos mit der Zweiter-Trichter-Eingangsöffnung verbunden.
Die Zweiter-Trichter-Ausgangsöffnung ist derart ausgebildet, dass sie dem Abbildungsbereich des LCD 200 entspricht.
Ein Diffusorfoliensitz 350 kann in Form eines gestuften Abschnitts außerhalb der Zweiter-Trichter-Ausgangsöffnung ausgebildet sein. Ein LCD-Sitz 360 kann außerhalb des Diffusorfoliensitzes 350 ausgebildet sein.
Bei mindestens einer Ausführungsform führt die Innere-Reflexion-Struktur 300 mit einer Doppeltrichterstruktur, die die ersten und den zweiten Trichter 310 und 320 aufweist, jeden optischen Strahl aus jeder LED-Lichtquelle durch jeden der ersten Trichter 310 zu dem zweiten Trichter 320, wobei die Vielzahl von optischen Strahlen, die die ersten Trichter 310 durchlaufen haben, zusammengeführt wird, und nach dem Durchlaufen des Diffusorfoliensitzes 350 fällt diese auf den LCD-Sitz 360 und den hinteren Teils des LCD 200 ein.
Das Gehäuse 32 kann extern mit Gedruckte-Leiterplatte-Befestigungsabschnitten 370, die derart ausgeführt sind, dass sie das Gehäuse 32 mit der gedruckten Leiterplatte verbinden, ausgebildet sein.
Das Gehäuse 32 gemäß mindestens einer Ausführungsform umfasst eine Vielzahl von ersten Trichtern 310 auf der Lichtquellenseite, einen einzelnen zweiten Trichter 320 auf der LCD-200-Seite, den Diffusorfoliensitz 350 zwischen der Zweiter-Trichter-Ausgangsöffnung und dem LCD 200 und den LCD-Sitz 360 vor dem Diffusorfoliensitz 350. Des Weiteren kann das Gehäuse 32 Gedruckte-Leiterplatte-Befestigungsabschnitte 370 an äußeren Abschnitten desselben aufweisen.
Bei mindestens einer Ausführungsform kann die Region sichtbaren Lichts der Innenflächen der ersten und des zweiten Trichter(s) 310 und 320 derart ausgebildet sein, dass sie ein Reflexionsvermögen von 60 % oder mehr hat. Vorzugsweise können die Innenflächen der ersten und des zweiten Trichter(s) 310 und 320 derart ausgebildet sein, dass sie sowohl Charakteristiken einer Spiegelnde-Reflexion-Fläche als auch einer Diffuse-Reflexion-Fläche aufweisen.
Wie oben beschrieben, können die Konturen der ersten und des zweiten Trichter(s) 310 und 320 unter Berücksichtigung des Lichtstrahlungsmusters der verwendeten LED-Lichtquelle und der Flächenreflexionscharakteristiken der Innenflächen der ersten und des zweiten Trichter(s) 310 und 320 ausgelegt werden.
Zum Beispiel können durch Computersimulation, wie z.B. das Monte-Carlo-Optische-Lichtstrahlen-Verfolgung-Verfahren, die ersten und der zweite Trichter 310 und 320 derart konturiert sein, dass der für die BLU 30 verwendete Diffusionswinkelbereich von Licht und die Lichthomogenität im Abbildungsbereich des LCD 200, unter anderen Charakteristiken, geschaffen werden.
Die erfinderischen Konzepte stellen eine Konfiguration bereit, bei der die aus der Vielzahl von LED-Lichtquellen emittierten optischen Strahlen die ersten und den zweiten Trichter 310 und 320 durchlaufen und das diffus reflektierte Licht und das spiegelnd reflektierte Licht gemischt werden, so dass das gemischte Licht in Form von flachem Licht mit einem im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt, der dem des LCD 200 im Wesentlichen gleich ist, und mit einer homogenen Lichtstärke hinter dem LCD 200 einfällt.
Die BLU 30 gemäß mindestens einer Ausführungsform ist zu der Innere-Reflexion-Struktur 300 mit einer Doppelfilterstruktur ausgebildet, die die ersten und den zweiten Trichter 310 und 320 aufweist, welche derart ausgebildet sind, dass sie die Charakteristiken der Lichthomogenität und einen geeigneten Diffusionswinkelbereich des Lichts bieten, wodurch die Verwendung einer Prismenfolie nicht erforderlich ist, was zu einer einfachen Konfiguration führt, bei der nur der Diffusorfoliensitz 350 vorgesehen ist.
Andererseits ist die elementarste Form der ersten und des zweiten Trichter(s) 310 und 320 gemäß mindestens einer Ausführungsform die Eingangsöffnung und die Ausgangsöffnung, die rechteckig sind, und die Lichtreflektorstruktur, bei der der quadratische Querschnitt aufgeweitet ist und die sich von der Eingangsöffnung zur Ausgangsöffnung erstreckt. Des Weiteren ist gewünscht, dass die Querschnittform des emittierten Lichts eine rechteckige Form ist, die an die Form des LCD 200 angepasst ist.
Das Licht aus den LED-Lichtquellen kann jedoch normalerweise einen rechteckigen Lichtquerschnitt rechtwinklig zu der Lichtlaufrichtung in den Lichtwegen, die sich von den Erste-Trichter-Eingangsöffnungen 312 zu der Zweiter-Trichter-Ausgangsöffnung erstrecken, nicht aufrechterhalten. Dies ist darauf zurückzuführen, dass selbst dann, wenn die LED-Lichtquelle in einer Rechteckform ausgebildet ist, die daraus emittierten optischen Strahlen in 360 Grad omnidirektional aus jeweiligen lokalen Lichtstartpunkten abgestrahlt werden, damit sie ein oben beschriebenes Lambert-Strahlungsmuster haben.
Das Lambert-Strahlungsmuster hat eine Gauß-Verteilung, bei der die Dichte des Lichtquerschnitts entlang der Mittelachse des Lichts am höchsten ist und in Richtung der Peripherie abnimmt. Zum Beispiel kann das Lichtstrahlungsmuster eine Verteilung zeigen, bei der 90 % der Leuchtstärke im Bereich von ±20 Grad konzentriert ist und 50 % der Leuchtstärke im Bereich von ±60 Grad relativ zur optischen Primärachse vor den Lichtquellen enthalten ist. Die dreidimensionale Verteilung der Lichtdichte für den Bereich vor den LED-Lichtquellen kann sich bei jedem Typ von verwendeter LED-Lichtquelle unterscheiden.
Die Querschnittprofile, die rechtwinklig zur Vorn-Hinten-Richtung der ersten und des zweiten Trichter(s) 310 und 320 verlaufen, und die Konturen der Lichtreflektorstruktur der ersten und des zweiten Trichter(s) 310 und 320 gemäß mindestens einer Ausführungsform sind derart ausgebildet, dass sie andere Formen haben als eine quadratische Querschnittform, um die Homogenität des auf den Abbildungsbereich des LCD 200 einfallenden Lichts zu verbessern.
Obwohl nicht dargestellt, kann zum Beispiel die Erste-Trichter-Eingangsöffnung 312 eine quadratische Basisform mit einer Krümmung haben, bei der jede Seite in Richtung der Mitte des Quadrats konkav ist. Mit anderen Worten kann die Erste-Trichter-Eingangsöffnung 312 eine Querschnittform haben, die aus vier konkaven Krümmungen gebildet ist, bei denen jeweils ein mittlerer Abschnitt nahe der optischen Mittelachse der Lichtquelle liegt und die gemeinsam in einer Quadratform angeordnet sind.
Die Erste-Trichter-Ausgangsöffnung 314 kann eine im Wesentlichen gleiche Form haben. Die Erste-Trichter-Ausgangsöffnung 314 kann jedoch einen kleineren Grad an konkavem Eintritt jeder Seite haben im Vergleich zu der Erste-Trichter-Eingangsöffnung 312. Dabei wären die Reflexionsflächen der Erste-Trichter-Lichtreflektorstruktur 316, die die Erste-Trichter-Eingangsöffnung 312 und die Erste-Trichter-Ausgangsöffnung 314 verbindet, nicht planar, sondern gekrümmt und konvex in Richtung der Mittelachse des ersten Trichters 310.
In diesem Fall wird das dreidimensionale Lichtmuster mit einem Lambert-Strahlungsmuster aus den LED-Lichtquellen spiegelnd reflektiert und diffus reflektiert von den Reflexionsflächen der Erste-Trichter-Lichtreflektorstruktur 316, die die Form von konvex gekrümmten Flächen haben, so dass der Lichtquerschnitt mit einer homogenen Lichtdichte an der Erste-Trichter-Austrittsöffnung 314 von einem kreisförmigen zu einem quadratischen Querschnitt abgeleitet werden kann. Von den Flächenreflexionscharakteristiken bestimmt die spiegelnde Reflexionscharakteristik das gesamte Lichtmuster und trägt die diffuse Lichtreflexionscharakteristik durch Ausbreiten des reflektierten Lichts zu einer Lichtstärkenmittlung bei.
Die Eingangsöffnung des zweiten Trichters 320 kann der Form entsprechen, die von der Vielzahl von Erste-Trichter-Ausgangsöffnungen 314 gebildet ist, und die Ausgangsöffnung des zweiten Trichters 320 kann der Form des LCD 200 entsprechen. Die Zweite-Trichter-Lichtreflektorstruktur kann konkave Reflexionsflächen haben, die derart ausgebildet sind, dass sie ermöglichen, dass auf das LCD 200 einfallendes Licht im Wesentlichen rechtwinklig zur Rückfläche des LCD 200 verläuft.
Die oben beschriebene Ausführungsform ist lediglich ein Beispiel, und die detaillierte Struktur der ersten und des zweiten Trichter(s) 310 und 320 kann verschiedene Formen unter Berücksichtigung eines Lichtstrahlungsmusters der verwendeten LED-Lichtquellen und der Flächenreflexionscharakteristiken der ersten und des zweiten Trichter(s) 310 und 320 haben. Dies kann durch Computersimulation optimiert werden.
Somit wird anstelle einer Überlagerung einer Vielzahl von im Querschnitt kreisförmigen Lichtmustern zum Bilden eines einzelnen homogenen quadratischen Lichtmusters bestimmt, eine Vielzahl von im Querschnitt rechteckigen Lichtmustern übereinanderzulegen, um eine Homogenität des Lichtmusters sicherzustellen. Daher kann, da das Querschnittmuster von Licht von der Vielzahl von ersten Trichtern 310 mit der modifizierten Querschnittform in eine Rechteckform geführt wird, die Vielzahl der von dem zweiten Trichter 320 zusammengeführten Lichtmuster die Homogenität der Lichtdichte leichter sicherstellen.
Als weitere Ausführungsform kann die Querschnittform der Erste-Trichter-Eingangsöffnung 312 quadratisch sein, während sie eine gekrümmte Form hat, bei der jede Seite von der Mitte des Quadrats aus nach außen konvex ist. Mit anderen Worten kann die Erste-Trichter-Eingangsöffnung 312 eine Querschnittform haben, die aus vier konvexen Krümmungen gebildet ist, von denen jede einen mittleren Abschnitt hat, der von der optischen Mittelachse der Lichtquelle entfernt ist, und die gemeinsam in einer Quadratform angeordnet sind.
Die Erste-Trichter-Lichtreflektorstruktur 316 gemäß mindestens einer Ausführungsform kann auch derart ausgebildet sein, dass sie den Diffusionswinkelbereich von Licht begrenzt, und ferner eine spezifische Form in der Vorn-Hinten-Richtung der Struktur 316 aufweisen, um dem hinter dem LCD 200 einfallenden Licht einen Richt- oder Kollimationseffekt zu verleihen.
Die Erste-Trichter-Lichtreflektorstruktur 316 gemäß mindestens einer Ausführungsform wird durch das Querschnittprofil der Erste-Trichter-Eingangsöffnung 312 gebildet, das bei einem ersten Skalierverhältnis in das Querschnittprofil der Erste-Trichter-Ausgangsöffnung 314 gemorpht wird. Hierbei bezieht sich „morphen“ darauf, dass sich das Querschnittprofil der Erste-Trichter-Eingangsöffnung 312 entlang der Vorn-Hinten-Erstreckung der Erste-Trichter-Lichtreflektorstruktur 316 kontinuierlich zu demjenigen der Erste-Trichter-Ausgangsöffnung 314 verändert. Wenn zum Beispiel die Erste-Trichter-Eingangsöffnung 312 vier konkave Seiten hat und die Erste-Trichter-Ausgangsöffnung 314 ein rechteckiges Querschnittprofil hat, kann sich der konkave Querschnitt der Erste-Trichter-Lichtreflektorstruktur 316 von der Erste-Trichter-Eingangsöffnung 312 in Richtung des vorderen Teils graduell dehnen und an der Erste-Trichter-Ausgangsöffnung 314 zu vier geraden Seiten werden.
In diesem Fall können dann, wenn das erste Skalierverhältnis konstant ist, die Reflexionsflächen der Erste-Trichter-Lichtreflektorstruktur 316 durch Morphen und Dehnen der Querschnittform der Erste-Trichter-Eingangsöffnung 312 in einem bestimmten Grad in der Vorn-Hinten-Richtung gebildet werden.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform, bei der das erste Skalierverhältnis ein erstes Profil hat, das sich zuerst verkleinert und dann vergrö-ßert, kann die Erste-Trichter-Lichtreflektorstruktur 316 bei Betrachtung von den Lichtquellen aus in der Vorn-Hinten-Richtung konvex sein.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform, bei der das erste Skalierverhältnis ein zweites Profil hat, das sich zuerst vergrößert und dann verkleinert, kann die Erste-Trichter-Lichtreflektorstruktur 316 bei Betrachtung von den Lichtquellen aus in der Vorn-Hinten-Richtung konkav sein.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform ist das zweite Profil ein Parabolprofil. Die entsprechend ausgebildete Erste-Trichter-Lichtreflektorstruktur 316 bildet Parabolflächen, die in der Vorn-Hinten-Richtung konkav sind, und dienen dadurch dazu, dem aus der Erste-Trichter-Ausgangsöffnung 314 emittierten Licht zumindest teilweise den Kollimationseffekt zu verleihen oder die Richtcharakteristik des aus der Erste-Trichter-Ausgangsöffnung 314 emittierten Lichts zu verstärken.
Andererseits kann eine Innere-Reflexion-Struktur 400 gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfinderischen Konzepte eine Vielzahl von ersten Trichtern 410 und einen einzelnen zweiten Trichter 420 aufweisen, wobei bei zumindest einigen der Trichter 410 die optischen Achsen relativ zur optischen Primärachse der gesamten Innere-Reflexion-Struktur 400 geneigt sein können.
5(a) und 5(b) sind eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht eines Gehäuses, das eine optische Struktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfinderischen Konzepte ist.
6(a) und 6(b) sind eine Längsschnittansicht und eine Breitenschnittansicht zur Darstellung einer Organisation von optischen Achsen einer Innere-Reflexion-Struktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfinderischen Konzepte.
Wie in 5(a) bis 6(b) dargestellt, hat bei der Innere-Reflexion-Struktur 400 gemäß mindestens einer Ausführungsform die Vielzahl von ersten Trichtern 410 jeweils eine optische Mittelachse, die in der Lange-Seite- oder Längsrichtung angeordnet ist, und eine Anordnung, die um einen Winkel von der optischen Primärachse der Innere-Reflexion-Struktur 400 geneigt ist, wobei der Winkel von der Mitte sämtlicher erster Trichter 410 weg inkrementiert.
Das LCD 200, das eine Displayeinheit ist, hat typischerweise eine Rechteckform, und die entsprechende BLU 30 ist ebenfalls in einer Rechteckform ausgebildet. Die vorliegende Ausführungsform stellt eine Gruppe von fünf Lichtquellen 450, die in der Richtung der langen Seite angeordnet sind, und die entsprechend ausgebildeten fünf ersten Trichter 410 dar. Die ersten Trichter 410 haben in der Mitte ihre optische Mittelachse, die parallel zu einer optischen Primärachse 482 verläuft. Je weiter die verbliebenen ersten Trichter 410 von dem mittleren ersten Trichter 410 entfernt angeordnet sind, desto stärker sind die optischen Mittelachsen 484 und 486 derselben von der optischen Primärachse 482 weg geneigt. In 5 und 6(a) sind Gedruckte-Leiterpatte-Befestigungsabschnitte 470 vorgesehen, um das Gehäuse mit der gedruckten Leiterplatte zu verbinden.
6(b) stellt eine Gruppe von drei Lichtquellen dar, die in Richtung der kurzen Seite angeordnet sind. Bei der dargestellten Ausführungsform verlaufen die optischen Mittelachsen der ersten Trichter 410 in Richtung der kurzen Seite parallel zu den optischen Primärachsen 482 und 488. Wie jedoch in 6(a) dargestellt, können die ersten Trichter 410, die außerhalb des mittleren ersten Trichters 410 angeordnet sind, derart ausgebildet sein, dass ihre optischen Mittelachsen von der optischen Primärachse weiter nach außen geneigt sind.
Ein zweiter Trichter 420 kann derart ausgebildet sein, dass er bewirkt, dass die aus der Vielzahl von ersten Trichtern 410 einfallenden optischen Strahlen homogen zusammengeführt werden, und ermöglicht, dass das zu dem LCD 200 gesendete Licht einen geeigneten Diffusionswinkelbereich von Licht hat.
Bei mindestens einer Ausführungsform liegt ein Winkelbereich der Anordnung der optischen Mittelachsen jedes der ersten Trichter 410 in einem Bereich von ±14 Grad in einer Richtung der langen Seite und einem Bereich von ±6 Grad in einer Richtung der kurzen Seite relativ zu den optischen Primärachsen. Bei mindestens einer Ausführungsform liegt der Positionsbereich der Anordnung der optischen Mittelachsen jedes der ersten Trichter 410 innerhalb von 12 mm in der Richtung der langen Seite und innerhalb von 14 mm in der Richtung der kurzen Seite auf der Basis eines Schnittpunkts jeder der optischen Mittelachsen in einer Ebene, in der die Vielzahl von Lichtquellen angeordnet ist.
Ein solcher Winkelbereich der Anordnung und Positionsbereich der Anordnung kann unter Berücksichtigung eines Diffusionswinkelbereichs von Licht und der Homogenität von aus der Ausgangsöffnung des zweiten Trichters 420 auf das LCD 200 einfallendem Licht ausgewählt werden.
Bei einer Struktur, die die Vielzahl von ersten Trichtern 410 mit unterschiedlichen optischen Achsen 482, 484, 486, 488 gemäß mindestens einer Ausführungsform aufweist, kann leicht die Vorn-Hinten-Höhe der Innere-Reflexion-Struktur 400, die die ersten und den zweiten Trichter 410 aufweist, verringert werden.
Es ist bekannt, dass bei reflektiertem Licht aus einer einzelnen Lichtquelle, die am Brennpunkt eines Parabolspiegels mit einer Parabolfläche platziert ist, welche dadurch erhalten wird, dass sie in einer Parabel um ihre Achse gedreht wird, das Licht in kollimierter Form nach vorn emittiert wird.
Es ist gewünscht, das HUD 10 mit einem hohem Level an Lichtstärke anzuzeigen, das selbst bei Tageslicht leicht zu erkennen ist. Das Bereitstellen einer solchen hohen Lichtstärke aus einer einzelnen Lichtquelle kann bei einem hohen Level an Wärmeerzeugung ein Problem darstellen. Zum Steuern der Wärmeerzeugung der Lichtquelle auf ein geeignetes Level oder weniger besteht eine Überlegung darin, eine Anordnung aus mehreren Lichtquellen zu verwenden. Mehrere Lichtquellen, die auf einer planaren gedruckten Leiterplatte weit auseinander angeordnet sind und eine optische Mittelachse in einer Richtung rechtwinklig zu der gedruckten Leiterplatte haben, können jedoch selbst dann, wenn ihre emittierten optischen Strahlen an einer einzelnen Parabolfläche reflektiert werden, nicht leicht Kollimationscharakteristiken oder Richtcharakteristik sicherstellen. Andererseits können die erfinderischen Konzepte bei mindestens einer Ausführungsform derart ausgebildet sein, dass die Mittelachse jedes ersten Trichters 410, der vor einer Vielzahl von Lichtquellen angeordnet ist, jeweils entsprechend der zugeordneten Position jedes ersten Trichters 410 geneigt ist, wodurch dem zweiten Trichter 420 ein Lichtemissionsmuster verliehen wird, das demjenigen im Wesentlichen gleich ist, das von einer einzelnen Lichtquelle erzeugt werden könnte, die andernfalls weiter hinter der Vielzahl von Lichtquellen angeordnet wäre.
Die Innere-Reflexion-Struktur 400 gemäß mindestens einer Ausführungsform kann dadurch eine in der Vorn-Hinten-Richtung gemessene stark verringerte Höhe aufweisen, dass sie die Vielzahl von ersten Trichtern 410 enthält, die insbesondere dazu ausgebildet sind, dem zweiten Trichter 420 ein Lichtemissionsmuster zu verleihen, und zwar im Wesentlichen das gleiche, das von einer einzelnen Lichtquelle erzeugt werden könnte, die andernfalls an der parabolischen Fokusposition des zweiten Trichters 420 angeordnet wäre, wobei eine Vielzahl von Lichtquellen vor der gleichen parabolischen Fokusposition des zweiten Trichters 420 angeordnet ist.
Die erfinderischen Konzept bilden bei einigen Ausführungsformen eine optische Struktur aus den Hinterleuchtungseinheits- (BLU) Komponenten der Bilderzeugungseinheit (PGU), die eine Abbildung auf dem HUD bereitstellt, in Form einer Doppelfilter-Reflektorstruktur, wodurch die Effizienz der Verwendung von Licht aus den Lichtquellen der BLU verbessert wird und die Konfiguration der BLU vereinfacht wird, während die Herstellkosten der PGU verringert werden.
Obwohl Ausführungsbeispiele der erfinderischen Konzepte zu Veranschaulichungszwecken beschrieben worden sind, erkennen Fachleute auf dem Sachgebiet, dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne dass von der Idee und dem Umfang der beanspruchten Erfindung abgewichen wird. Daher sind aus Gründen der Kürze und Klarheit Ausführungsbeispiele der erfinderischen Konzepte beschrieben worden. Der Umfang der technischen Idee der vorliegenden Ausführungsformen wird durch die Darstellungen nicht eingeschränkt. Entsprechend erkennt ein Durchschnittsfachmann, dass der Umfang der beanspruchten Erfindung nicht durch die oben explizit beschriebenen Ausführungsformen beschränkt wird, sondern von den Ansprüchen und deren Äquivalenten definiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 1020200099807 [0001]
KR 1020200099809 [0001]

Claims

Bilderzeugungseinheit (PGU) zur Verwendung in einem Head-up-Display (HUD), wobei die Bilderzeugungseinheit aufweist: eine gedruckte Leiterplatte, die eine Vielzahl von Lichtquellen aufweist; eine Displayeinheit, die vor der Vielzahl von Lichtquellen angeordnet und derart ausgebildet ist, dass sie eine Abbildung erzeugt, die für das HUD bereitgestellt wird; ein Gehäuse, das zwischen der gedruckten Leiterplatte und der Displayeinheit angeordnet ist und eine Innere-Reflexion-Struktur aufweist, die derart ausgebildet ist, dass sie optische Strahlen von der Vielzahl von Lichtquellen zu der Displayeinheit führt und eine Lichtstärke der auf die Displayeinheit einfallenden optischen Strahlen homogenisiert, wobei die Innere-Reflexion-Struktur aufweist: eine Vielzahl von ersten Trichtern, die jeweils entsprechend der Vielzahl von Lichtquellen angeordnet sind; und einen zweiten Trichter, der als einzelner Trichter vor den ersten Trichtern in einer Form angeordnet ist, dass er die Vielzahl von ersten Trichtern umgibt.
Bilderzeugungseinheit nach Anspruch 1, bei der das Gehäuse durch Spritzgießen unter Verwendung eines Kunststoffmaterials, in dem Titandioxid- (TiO₂) Mikropartikel dispergiert sind, hergestellt wird.
Bilderzeugungseinheit nach Anspruch 2, bei der die Innere-Reflexion-Struktur TiO₂-Mikropartikel aufweist und spiegelnde Reflexionscharakteristiken und diffuse Reflexionscharakteristiken hat, die auf der Basis einer Größe und eines Gehalts der TiO₂-Mikropartikel gesteuert werden.
Bilderzeugungseinheit nach Anspruch 3, bei der die Größe der TiO₂-Mikropartikel, die derart ausgelegt ist, dass sie der Innere-Reflexion-Struktur die spiegelnden Reflexionscharakteristiken verleiht, in einem Bereich von 200 nm bis 300 nm liegt.
Bilderzeugungseinheit nach Anspruch 3, bei der die Größe der TiO₂-Mikropartikel, die derart ausgelegt ist, dass sie der Innere-Reflexion-Struktur die diffusen Reflexionscharakteristiken verleiht, in einem Bereich von 500 nm bis 5 µm liegt.
Bilderzeugungseinheit nach Anspruch 1, bei der die ersten Trichter in Abhängigkeit von einer zugeordneten Position jeweils eine unterschiedliche Form haben.
Bilderzeugungseinheit nach Anspruch 1, bei der die ersten Trichter jeweils aufweisen: eine Erste-Trichter-Eingangsöffnung; eine Erste-Trichter-Ausgangöffnung mit einer größeren Querschnittabmessung als die Erste-Trichter-Eingangsöffnung; und eine Erste-Trichter-Lichtreflektorstruktur, die derart ausgebildet ist, dass sie die Erste-Trichter-Eingangsöffnung und die Erste-Trichter-Ausgangsöffnung verbindet, wobei die Erste-Trichter-Lichtreflektorstruktur unter Berücksichtigung eines Lichtemissionsmusters der Lichtquellen geformt ist, so dass die Lichtstärke der optischen Strahlen an der Erste-Trichter-Ausgangöffnung homogen wird.
Bilderzeugungseinheit nach Anspruch 7, bei der die Erste-Trichter-Ausgangsöffnung einen rechteckigen Querschnitt hat.
Bilderzeugungseinheit nach Anspruch 7, bei der die Erste-Trichter-Eingangsöffnung einen rechteckigen Querschnitt hat.
Bilderzeugungseinheit nach Anspruch 7, bei der die Erste-Trichter-Ausgangsöffnung eine Querschnittform hat, die aufweist: vier Krümmungen, die in Richtung der entsprechenden Lichtquellen konkav und in einer quadratischen Anordnung zugeordnet sind.
Bilderzeugungseinheit nach Anspruch 7, bei der die Erste-Trichter-Eingangsöffnung eine Querschnittform hat, die aufweist: vier Krümmungen, die von den entsprechenden Lichtquellen weg konvex sind und in einer quadratischen Anordnung zugeordnet sind.
Bilderzeugungseinheit nach Anspruch 7, bei der die Erste-Trichter-Lichtreflektorstruktur durch Morphen einer Querschnittform der Erste-Trichter-Eingangsöffnung in eine Querschnittform der Erste-Trichter-Ausgangsöffnung mittels eines ersten Skalierverhältnisses ausgebildet wird.
Bilderzeugungseinheit nach Anspruch 12, bei der das erste Skalierverhältnis ein konstanter Wert ist.
Bilderzeugungseinheit nach Anspruch 12, bei der das erste Skalierverhältnis ein erstes Profil hat, das sich zuerst verkleinert und dann vergrö-ßert, so dass die Erste-Trichter-Lichtreflektorstruktur von den entsprechenden Lichtquellen aus betrachtet in einer Vorn-Hinten-Richtung konvex ist.
Bilderzeugungseinheit nach Anspruch 12, bei der das erste Skalierverhältnis ein zweites Profil hat, das sich zuerst vergrößert und dann verkleinert, so dass die Erste-Trichter-Lichtreflektorstruktur von den entsprechenden Lichtquellen aus betrachtet in einer Vorn-Hinten-Richtung konkav ist.
Bilderzeugungseinheit nach Anspruch 15, bei der die Erste-Trichter-Lichtreflektorstruktur derart ausgebildet ist, dass sie aus der Erste-Trichter-Ausgangsöffnung emittiertem Licht dadurch zumindest teilweise einen Kollimationseffekt verleiht, dass das zweite Profil ein Parbolprofil ist, das eine konkave Parabolfläche bildet.
Bilderzeugungseinheit nach Anspruch 1, bei der das Gehäuse ferner aufweist: einen einstückig mit dem Gehäuse ausgebildeten Displaysitz zum Platzieren der Displayeinheit vor einem Ausgang des zweiten Trichters.
Bilderzeugungseinheit nach Anspruch 17, bei der das Gehäuse ferner aufweist: einen Diffusorfoliensitz, der zwischen dem Displaysitz und der Ausgangsöffnung des zweiten Trichters einstückig ausgebildet und derart ausgeführt ist, dass eine Diffusorfolie auf diesem sitzt, die derart ausgebildet ist, dass sie eine Ungleichmäßigkeit der Leuchtstärke des auf die Displayeinheit einfallenden Lichts verringert.
Bilderzeugungseinheit nach Anspruch 17, bei der das Gehäuse ferner aufweist: mindestens einen Gedruckte-Leiterplatte-Befestigungsabschnitt, der sich von dem Gehäuse nach außen erstreckt und derart ausgebildet ist, dass er die gedruckte Leiterplatte am hinteren Teil des Gehäuses befestigt.