JP2019012182A - バックライトユニット及びヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】製造性に優れたバックライトユニット及びそれを備えたヘッドアップディスプレイを提供する。【解決手段】光源が実装され、第１の位置決め穴６０を有する基板５０と、光源の熱を放熱し、第２の位置決め穴６１を有するヒートシンク５３と、光源からの光線を集光させ、第１の位置決め穴６０及び第２の位置決め穴６１に順次挿入される位置決めピン６５を有するレンズ５１と、を備える。位置決めピン６５は、太ピン部６５ａと、細ピン部６５ｂと、テーパ部６５ｃとを有し、細ピン部６５ｂ、テーパ部６５ｃ及び太ピン部６５ａを先端側から順に有している。第２の位置決め穴６１は、太穴部６１ａと細穴部６１ｂとを有している。レンズ５１は、太ピン部６５ａが第１の位置決め穴６０に挿入されることにより基板５０に対して位置決めされ、細ピン部６５ｂが細穴部６１ｂに挿入されることによりヒートシンク５３に対して位置決めされる。【選択図】図５

Description

本発明は、バックライトユニット及びそのバックライトユニットを備えたヘッドアップディスプレイに関する。

ヘッドアップディスプレイは、例えば車両に搭載され、運転者に運転に必要な情報などをフロントガラスなどの透過反射部を介して虚像表示する。これにより、ヘッドアップディスプレイは、車両前方の景色と重ね合わせて情報を表示することができ、運転者は、運転中に大きな視線移動を行うことなく、必要な情報を把握することができる。

ヘッドアップディスプレイは、表示画像を表示するための表示装置を有している。この表示装置は、液晶表示パネルと、この液晶パネルを照明するためのバックライトユニットとを有している。バックライトユニットは、光源が実装された基板、及び光源からの光を集光させるレンズを有している。また、バックライトユニットは、ヒートシンク及び熱伝導シートを有することにより、光源が発する熱を外部に放熱している。

特開２００９−２５５８５１号公報

レンズは、光源の光を効率よく集光するように設計されている。このため、レンズと基板とは、精度よく位置決めされなければならない。

ここで、バックライトユニットは、レンズ、基板、熱伝導シート及びヒートシンクが順次組み立てられることにより製造される。例えば、各部品を位置決めピンと対応した穴とを用いて精度よく位置決めしようとすると、位置決めピンと穴との間のクリアランスを小さくする必要がある。一方、組立時の作業性を向上させようとすると、クリアランスは大きい方がよい。このため、位置決め精度と作業性との両立は課題であった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、製造性に優れたバックライトユニット及びそれを備えたヘッドアップディスプレイを提供することを目的とする。

本発明に係るバックライトユニットは、上述した課題を解決するために、光源が実装され、第１の位置決め穴を有する基板と、前記光源の熱を放熱し、第２の位置決め穴を有するヒートシンクと、前記光源からの光線を集光させ、前記第１の位置決め穴及び前記第２の位置決め穴に順次挿入される位置決めピンを有するレンズと、を備え、前記位置決めピンは、太ピン部と、前記太ピン部より細い細ピン部と、前記太ピン部と前記細ピン部とを接続するテーパ部とを有し、前記細ピン部、前記テーパ部及び前記太ピン部を先端側から順に有し、前記第２の位置決め穴は、太穴部と前記太穴部より細い細穴部とを有し、前記レンズは、前記太ピン部が前記第１の位置決め穴に挿入されることにより前記基板に対して位置決めされ、前記細ピン部が前記細穴部に挿入されることにより前記ヒートシンクに対して位置決めされる。

本発明に係るバックライトユニット及びヘッドアップディスプレイにおいては、製造性を向上させることができる。

本発明に係るヘッドアップディスプレイの実施形態であり、全体構成を説明する斜視図。 上ケース及び透光カバーを外した状態のヘッドアップディスプレイの平面図。 図１のヘッドアップディスプレイの縦断面図。 バックライトユニットの分解斜視図。 バックライトユニットの位置決めを説明するための断面図。 レンズを説明するための背面から見た斜視図。

本発明に係るヘッドアップディスプレイの実施形態を添付図面に基づいて説明する。本発明に係るヘッドアップディスプレイは、例えば自動車などの車両に搭載される。本実施形態においては、本発明に係るヘッドアップディスプレイが自動車に搭載される例を用いて説明する。

図１は、本発明に係るヘッドアップディスプレイの実施形態であり、全体構成を説明する斜視図である。

図２は、上ケース２１及び透光カバー３０を外した状態のヘッドアップディスプレイ１の平面図である。

図３は、図１のヘッドアップディスプレイ１の縦断面図である。

ヘッドアップディスプレイ１（以下、ＨＵＤ１という。）は、自動車のインストルメントパネル内に配置される。ＨＵＤ１は、表示装置３と、平面鏡４と、凹面鏡５と、ケース６と、制御基板７と、を主に有している。ＨＵＤ１は、表示装置３が表示した表示画像を表す表示光を、リレー光学系を構成する平面鏡４と凹面鏡５とで反射させ、透過反射部の一例である自動車のフロントガラスに照射する。視認者（主に運転者）は、車両前方の実景と重ねて表示画像の虚像を視認することができる。

表示装置３は、表示光を出力する。表示装置３は、例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor）型の液晶表示装置である。表示装置３は、バックライトユニット４０と、バックライトユニット４０からの光を受けて前記表示光を発する液晶表示パネル４１とを有し、ここでの詳細図示は省略するが、液晶表示パネル４１は平面鏡４側に位置し、バックライトユニット４０は後述するヒートシンク側に位置している。

図４は、バックライトユニット４０の分解斜視図である。バックライトユニット４０は、光源基板５０と、レンズ５１と、レンズケース５２と、ヒートシンク５３と、熱伝導シート５４と、を有している。光源基板５０は、光源５６が実装されている。光源５６は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光素子からなり、光線を発する。光源基板５０は、例えば熱伝導率に優れたアルミナ（セラミックス）基板である。レンズ５１は、光源５６から出射される光線を集光し、ＨＵＤ１の光軸に対して平行化する。レンズ５１は、１個の光源５６に対して１つのレンズ部５１ａを対応させている。すなわち、光源５６が複数使用される場合、レンズ５１はレンズ部５１ａを複数有している。レンズケース５２は、非透過性樹脂材料から形成される筒状のケースである。レンズケース５２は、光源基板５０とレンズ５１とを収容する。また、レンズケース５２は、レンズ５１から出射される平行光を液晶表示パネル４１へ導く。ヒートシンク５３は、ケース６の開口部２８に設けられている。ヒートシンク５３は、例えばアルミニウムなどの金属で形成されている。ヒートシンク５３は、フィン５３ａにおいて光源５６が発する熱を空中に放出する。熱伝導シート５４は、光源基板５０とヒートシンク５３との間に設けられ、光源５６の熱を効率よくヒートシンク５３に伝える。

液晶表示パネル４１（図２）は、液晶セルと偏光板とを有している。液晶セルは、透明電極膜が形成された一対の透光性基板と、この透光性基板に封入された液晶層とを有している。偏光板は、液晶セルの前後両面に貼り付けられている。レンズ５１からの平行光となった光線は、液晶表示パネル４１を透過して表示光となり出力される。

平面鏡４（反射鏡）は、例えば合成樹脂材料からなる基材と、蒸着などにより基材の表面に形成された反射膜とを有している。平面鏡４は、表示装置３から出力された表示光を凹面鏡５に向けて反射させる。

凹面鏡５（反射鏡）は、例えば合成樹脂材料からなる基材と、蒸着などの手段により基材の表面に形成された反射膜とを有している。凹面鏡５は、平面鏡４で反射した表示光をフロントガラスに向けて反射させる。凹面鏡５は、拡大鏡としての機能を有し、表示画像を拡大してフロントガラスへ反射する。これにより、視認者は、表示画像が拡大された虚像を視認する。また、凹面鏡５は、フロントガラスの曲面による表示光の歪みを凹面状の曲面にて補正する。凹面鏡５は、アクチュエータにより回転軸（図示せず）周りに回転する。アクチュエータは、凹面鏡５を回転させることで凹面鏡５の角度を調整し、表示光の照射位置を調整したり、外光が凹面鏡５によって表示装置３に向かうように反射されない角度に調整したりする。

ケース６（図１）は、例えば黒色の遮光性を有する合成樹脂から形成され、上ケース２１と、下ケース２２とを有している。ケース６は、上ケース２１と下ケース２２とを組み合わせることで、表示装置３と、平面鏡４と、凹面鏡５とを収容する内部空間２３を有している。上ケース２１は、開口部２７を有している。開口部２７は、フロントガラスに対向する部分に設けられる。開口部２７は、透光性を有する透光カバー３０に覆われている。下ケース２２は、表示装置３、平面鏡４、凹面鏡５、及び制御基板７を主に取り付けるための構造を有している。

制御基板７は、表示装置３などの動作を制御する制御部（図示せず）が実装されたプリント回路板である。制御部は、例えば、記憶装置と、演算装置とを有するマイクロコンピュータを有している。制御部は、車内ネットワークや各種センサから取得した各種車両情報に基づいて、記憶装置が予め記憶した動作プログラムに従い演算装置が適宜演算することにより、表示装置３に表示画像を表示させる。制御基板７は、下ケース２２の内部空間２３外の外面２９に基板カバー３１とともに下ケース２２に固定されている。

以下、バックライトユニット４０の組み立てについて、詳細に説明する。

図５は、バックライトユニット４０の位置決めを説明するための断面図である。

図６は、レンズ５１を説明するための背面から見た斜視図である。

バックライトユニット４０は、レンズ５１、光源基板５０、及び熱伝導シート５４がヒートシンク５３に位置決めされ固定された後、レンズケース５２がレンズ５１、光源基板５０、及び熱伝導シート５４を覆いヒートシンク５３にネジにより固定されることにより、一つのユニットとして組み立てられている。

レンズ５１、光源基板５０、熱伝導シート５４、及びヒートシンク５３は、位置決めのための構造を有している。具体的には、光源基板５０は、第１の位置決め穴６０（以下単に、「基板の穴６０」という）を有している。基板の穴６０は、光源基板５０を貫通している。ヒートシンク５３は、第２の位置決め穴６１（以下単に、「ヒートシンクの穴６１」という）を有している。ヒートシンクの穴６１は、開口側から順に太穴部６１ａと細穴部６１ｂとを有している（図５）。熱伝導シート５４は、第３の位置決め穴６２（以下単に、「シートの穴６２」という）を有している。シートの穴６２は、熱伝導シート５４を貫通している。本実施形態においては、基板の穴６０、ヒートシンクの穴６１、及びシートの穴６２は、円形である。また、シートの穴６２及び太穴部６１ａは、組立時の作業性を考慮し、基板の穴６０よりも大きい。

レンズ５１は、基板の穴６０、ヒートシンクの穴６１、及びシートの穴６２の中心とほぼ同一軸上に配置された、断面形状が円形の位置決めピン６５を有している。位置決めピン６５は、太ピン部６５ａと、細ピン部６５ｂと、テーパ部６５ｃと、を有している。太ピン部６５ａは、位置決めピン６５の根元側に設けられている。細ピン部６５ｂは、太ピン部６５ａよりも細く、位置決めピン６５の先端側に設けられている。テーパ部６５ｃは、太ピン部６５ａと細ピン部６５ｂとを接続する。すなわち、位置決めピン６５は、細ピン部６５ｂ、テーパ部６５ｃ及び太ピン部６５ａを位置決めピン６５の先端側から順に有している。細ピン部６５ｂは、ヒートシンクの穴６１の細穴部６１ｂと嵌まり合うことにより、ヒートシンク５３とレンズ５１とを位置を決めする。太ピン部６５ａは、基板の穴６０と嵌まり合うことにより、レンズ５１と光源基板５０とを位置決めする。また、太穴部６１ａは、基板の穴６０（太ピン部６５ａ）よりも大きく（太く）なっている。

このような位置決めのための構成を有するバックライトユニット４０は、以下の通り位置決めされる。

まず、熱伝導シート５４及び光源基板５０が、ヒートシンク５３上に順次配置される。ヒートシンク５３には位置決め壁５３ｂ（図４）が設けられている。熱伝導シート５４及び光源基板５０は、この位置決め壁５３ｂに合わせて配置される。

次に、レンズ５１の位置決めピン６５が、基板の穴６０と、シートの穴６２とを貫通して、ヒートシンクの穴６１に挿入される。シートの穴６２、太穴部６１ａは、基板の穴６０よりも大きい。このため、位置決めピン６５を挿入する際に、正しい位置からずれてしまった光源基板５０がシートの穴６２、太穴部６１ａを隠してしまうことにより位置決めピン６５の挿入を阻害することがない。

ここで、ヒートシンク５３と光源基板５０との位置決めの精度上、位置決めピン６５挿入時に基板の穴６０がヒートシンクの穴６１に対してずれている場合がある。これに対しては、位置決めピン６５がヒートシンクの穴６１に挿入され、細ピン部６５ｂが細穴部６１ｂに挿入されて嵌まり合い、レンズ５１とヒートシンク５３とは正しく位置決めされる。同時に、基板の穴６０に位置するテーパ部６５ｃが光源基板５０をスライドさせて正しい位置に案内する。これにより、太ピン部６５ａが基板の穴６０に挿入されて嵌まり合い、レンズ５１と光源基板５０とは正しく位置決めされる。すなわち、位置決めピン６５がヒートシンクの穴６１に挿入されることにより、光源基板５０とレンズ５１との位置が決まると同時に、レンズ５１とヒートシンク５３との位置が決まる。

このような本実施形態におけるバックライトユニット４０及びＨＵＤ１は、バックライトユニット４０の組立時の作業性を向上させることにより、製造性を向上させることができる。すなわち、光源５６の光線を設計通りに集光及び平行化するためにはレンズ５１と光源基板５０とが精度よく位置決めされなければいけない。本実施形態におけるバックライトユニット４０及びＨＵＤ１においては、レンズ５１の位置決めピン６５が太ピン部６５ａと細ピン部６５ｂとを接続するテーパ部６５ｃを有している。このため、組立時にヒートシンク５３上の光源基板５０と熱伝導シート５４とが本来の位置からずれている場合であっても、テーパ部６５ｃが作用することにより、レンズ５１をヒートシンク５３に位置決めすると同時に、レンズ５１を光源基板５０に正しく位置決めすることができる。このため、別途、レンズ５１と光源基板５０との位置決めのための作業を行う必要がない。

また、テーパ部６５ｃがない場合、すなわち、太ピン部６５ａと細ピン部６５ｂとの接続箇所に段差がある場合、光源基板５０がヒートシンク５３に対してずれる結果、ヒートシンク５３の光源基板５０（熱伝導シート５４）設置面にこの段差が引っ掛かり、位置決めピン６５がヒートシンク５３に正しく挿入されないことが考えられる。組み立て作業者がこれに気づかず、次工程であるレンズケース５２の取付をしてしまうと、レンズ５１による光線の集光及び平行化が適切に行われず、表示画像が本来の性能表示されない恐れがある。これに対し、本実施形態におけるバックライトユニット４０及びＨＵＤ１は、上述したとおり、レンズ５１を正しい位置に取り付けることができるため、上記問題が発生することを防止できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、熱伝導シート５４は省略してもよい。

１ ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）
３ 表示装置
４ 平面鏡
５ 凹面鏡
６ ケース
７ 制御基板
２１ 上ケース
２２ 下ケース
３０ 透光カバー
４０ バックライトユニット
４１ 液晶表示パネル
５０ 光源基板
５１ レンズ
５２ レンズケース
５３ ヒートシンク
５４ 熱伝導シート
５６ 光源
６０ 第１の位置決め穴（基板の穴）
６１ 第２の位置決め穴（ヒートシンクの穴）
６１ａ 太穴部
６１ｂ 細穴部
６２ 第３の位置決め穴（シートの穴）
６５ 位置決めピン
６５ａ 太ピン部
６５ｂ 細ピン部
６５ｃ テーパ部

Claims (3)

1. 光源が実装され、第１の位置決め穴を有する基板と、
   前記光源の熱を放熱し、第２の位置決め穴を有するヒートシンクと、
   前記光源からの光線を集光させ、前記第１の位置決め穴及び前記第２の位置決め穴に順次挿入される位置決めピンを有するレンズと、を備え、
   前記位置決めピンは、太ピン部と、前記太ピン部より細い細ピン部と、前記太ピン部と前記細ピン部とを接続するテーパ部とを有し、前記細ピン部、前記テーパ部及び前記太ピン部を先端側から順に有し、
   前記第２の位置決め穴は、太穴部と前記太穴部より細い細穴部とを有し、
   前記レンズは、前記太ピン部が前記第１の位置決め穴に挿入されることにより前記基板に対して位置決めされ、前記細ピン部が前記細穴部に挿入されることにより前記ヒートシンクに対して位置決めされることを特徴とするバックライトユニット。
2. 前記太穴部は、前記第１の位置決め穴よりも太いことを特徴とする請求項１記載のバックライトユニット。
3. 請求項１に記載の前記バックライトユニットと液晶表示パネルとを有し、表示光を出力する表示装置と、
   前記表示光を反射させる反射鏡と、を有し、
   前記反射鏡によって反射された前記表示光を透過反射部に照射することを特徴とするヘッドアップディスプレイ。

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