JP2019144544A - ヘッドアップディスプレイアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】所望の輝度均一性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】複数の発光素子１４を有するプリント回路基板１２を含むヘッドアップディスプレイアセンブリ１０は、表示要素２０と、全内部反射（ＴＩＲ）レンズアレイ５０とを有する。表示要素２０は、複数の発光素子１４によって照明される。ＴＩＲレンズアレイ５０は、複数のＴＩＲレンズを含む。複数のＴＩＲレンズの各々は、複数の発光素子１４によって発せられた光を表示要素２０に反射して表示要素２０を照らすために、複数の発光素子１４のうちの異なる１つと位置合わせされる。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照

この出願は、２０１８年２月２３日に出願された米国仮出願第６２／６３４４１７号の利益を主張する。上記出願の全開示が、参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、例えば車両用の、ヘッドアップディスプレイアセンブリに関する。

この欄は、必ずしも公知技術に該当しない、本開示に関連する背景情報を提供する。

車両のヘッドアップディスプレイ用の一般的なバックライト設計は、ＬＥＤからの光を集める第１の要素、光束をコリメートする第２の要素、および、中心から左右のアイボックスの位置にエネルギーを拡散および／または再分布するための第３の要素などの、２つもしくは３つの光学要素を含むことが多い。

現在のヘッドアップディスプレイのバックライト設計は、意図された用途に適しているが、改善の対象でもある。例えば、現在の設計は、アイボックス上に所望の輝度均一性を提供することができない。

本開示は、有利にも、単一の光学要素だけで、アイボックスでの輝度強度を最大にし、輝度の均一性に関する業界の要件を満たし、左右のアイボックス位置に輝度強度を調整する柔軟性を実現するヘッドアップディスプレイアセンブリを提供する。本開示は、本明細書で詳細に説明され、当業者が理解するであろう、多くの他の利点を提供する。

この欄は、開示の概要を提供するが、その全範囲またはその全特徴の包括的な開示ではない。

本開示は、ヘッドアップディスプレイアセンブリを含む。ヘッドアップディスプレイアセンブリは、複数の発光素子を有するプリント回路基板を含む。表示要素は、複数の発光素子によって照明される。全内部反射（total internal reflection：ＴＩＲ）レンズアレイは、複数のＴＩＲレンズを含む。複数のＴＩＲレンズの各々は、表示要素を照らすために、複数の発光素子によって発せられた光を表示要素に反射し、屈折させるように、複数の発光素子の異なる１つと位置合わせされる。

さらなる適用可能分野は、本明細書の説明から明らかとなろう。本概要の説明および具体例は単に例示の目的を意図しており、本開示の範囲を限定することを意図していない。

以下に説明される図面は、選択された実施形態を図示する目的だけのためのものであり、全ての可能な実施例を示すものではなく、また、本開示の範囲を限定することを意図するものでもない。
本開示によるヘッドアップディスプレイアセンブリの分解組立図である。 図１のヘッドアップディスプレイアセンブリのレンズアレイの斜視図である。 図２の３−３線に沿った断面図である。そして 図３の領域Ａの拡大図である。

複数の図面に渡って、対応する参照番号は、対応する部分を示している。

例示的な実施形態が、添付の図面を参照してより詳細に説明される。

最初に図１を参照すると、本開示によるヘッドアップディスプレイ（head-up display：ＨＵＤ）アセンブリが、全体的に参照番号１０で示されている。ＨＵＤアセンブリ１０は、複数の発光素子を有するプリント回路基板（Printed circuit board：ＰＣＢ）１２を含む。発光ダイオード（light emitting element：ＬＥＤ）１４などの、任意の適切な発光素子が含められえる。ＬＥＤ１４は表示要素２０を照明する。表示要素２０は、液晶ディスプレイのような任意の適切なディスプレイとすることができる。薄膜トランジスタ液晶ディスプレイのような、任意の適切な液晶ディスプレイが含まれてもよい。ＬＥＤ１４からの光は、本開示による全内部反射（ＴＩＲ）レンズアレイ５０によって表示要素２０に向けられる。ＴＩＲレンズアレイ５０と表示要素２０との間に、任意の適切な光拡散器２２が配置されてもよい。

ＨＵＤアセンブリ１０は、ユーザに情報を伝達するために、任意の適切な車両用途または非車両用途で使用するように構成されてもよい。車両用途に関して、ＨＵＤアセンブリ１０は、車両の安全な操作を強化するために、運転者の視線内に情報を表示するように構成することができる。限定されないが、以下の、現在の車両速度、道路制限速度、エンジン回転数上限、ナビゲーションのコマンド、車両の進行方向、および娯楽システム情報（例えば、現在のラジオ局、選択されたポッドキャストなど）のような、任意の適切な情報がＨＵＤアセンブリ１０によって表示されてもよい。ＨＵＤアセンブリ１０は、また、航空機用途、船舶用途、軍事用途などのような任意の適切な非車両用途において使用するように適合されてもよい。

引き続き図１を参照し、さらに図２−図４を参照して、ＴＩＲレンズアレイ５０が、さらに詳細に説明される。ＴＩＲレンズアレイ５０は、前面５２（例えば、図１および図３参照）および背面５４（図２および図３参照）を有する。ＴＩＲレンズアレイ５０は、複数のＴＩＲレンズ６０を含む。各ＬＥＤ１４に対して１つのＴＩＲレンズのように、任意の適切な数のＴＩＲレンズ６０を含めることができる。ＴＩＲレンズ６０の各々は、光入力開口６２を画定する。ＴＩＲレンズアレイ５０は、各光入力開口６２がＬＥＤ１４の１つと位置合わせされるように、ＰＣＢ１２上に配置される（ＴＩＲレンズ６０とＬＥＤ１４との間の位置合わせを示す図４参照）。

図４を参照すると、例えば、各ＴＩＲレンズ６０は、光入力開口６２に第１の光透過面７０を有する。第１の光透過面７０は、側壁７２と、ＰＣＢ１２の方向に対して凸状の曲面（または湾曲したレンズ）７４とを含む。側壁７２を囲むのは、屈折面８０である。屈折面８０は、側壁７２の周りに延在し、ＴＩＲレンズ６０をティーカップ状のレンズとして提供する。

光入力開口６２の反対側には、前面５２に第２の光透過面８２があり、それは負のレンズレットとすることができる。第２の光透過面８２は、ＴＩＲレンズアレイ５０の前面５２に広がる任意の適切な材料を含むことができる。第２の光透過面８２は、さらに、ホットスポットを除去し、そこを通過する光束をより均質にするために、任意の適切な溝、テクスチャ、および／または凹凸面を含むことができる。

図４に示すように、ＬＥＤ１４からの光が第１の光透過面７０の側壁７２を通過すると、光は屈折面８０から反射し、散乱することなく第２の光透過面８２に導かれて通過する。曲面７４に進んだＬＥＤ１４からの光は、曲面７４を通過し、第２の光透過面８２を通ってＴＩＲレンズ６０から真っ直ぐに導出される。

ＴＩＲレンズ６０の各々は、有利にも、ＬＥＤ１４からの光を収集してコリメート（焦点を合わせる、焦点をぼかす）するものであり、それは、輝度均一性を達成するために、より効果的な光拡散器２２の使用を可能にする。単一のＴＩＲレンズ６０は、均一な光を収集し、コリメートし、再分布することができるので、本開示は、有利にも、光を収集し、コリメートし、中心から左右のアイボックスの位置に光を拡散および／または再分布することの各々に複数のコンポーネントを必要とする既存のヘッドアップディスプレイアセンブリに対して、コストの節約を提供する。さらに、ＴＩＲレンズアレイ５０は光強度を最大にするので、既存のアセンブリと比較してＬＥＤ１４の数を減らすことができ、その結果、エネルギーを節約することができる。さらに、ＴＩＲレンズアレイ５０は、既存のアセンブリと比較して比較的薄い厚さを有するので、有利にも、高さの低減との結果をもたらす。一体のＴＩＲレンズ６０は、また、有利にも、既存のアセンブリと比較して、製造に少ない時間しか必要とされない。

上述した実施形態の説明は、例示および説明の目的のために提供されている。それは、網羅的であることも、開示を限定することも意図するものではない。特定の実施形態の個々の要素や特徴は、一般に、その特定の実施形態に限定されることなく、具体的に図示または説明されなくとも、適用可能である場合、交換可能であり、選択された実施形態で使用することが可能である。同上のものはまた、多くのやり方で変更されてもよい。そのような変更は、本開示からの逸脱として見なすべきではなく、全てのそのような修正は、本開示の範囲内に含まれることが意図される。

例示の実施形態は、本開示が完全なものとされ、また、その範囲を当業者に十分に伝えるように提供されている。具体的構成部品、装置、および方法の例などの、多数の具体的な詳細は、本開示の実施形態の完全な理解を提供するために説明される。しかし、具体的な詳細が使用される必要はなく、例示の実施形態は多くの異なる形で具現化されてもよく、いずれも本開示の範囲を限定すると解釈されるべきではないことが、当業者には明らかであろう。いくつかの例示の実施形態において、公知のプロセス、公知の装置構造、および公知の技術は、詳細には説明されない。

本明細書で使用される用語は、単に特定の例示の実施形態を説明する目的のためのものであって、限定することを意図するものではない。本明細書で使用する場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、文脈上明らかに単数形であることが示されない限り、複数形も同様に含むことが意図される。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えて（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、包括的であり、それ故、記載される特徴、整数、工程、動作、要素、および／または構成要素の存在を指定するが、１つ以上の他の特徴、整数、工程、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在あるいは追加を排除しない。本明細書に記載される方法工程、プロセス、および動作は、実行の順序として具体的に特定されない限り、図示または説明される特定の順序でのそれらの実行を必然的に要求するものとして解釈するべきではない。追加的または代替的な工程が採用されてもよいことも理解されるべきである。

ある要素または層が、別の要素または層「の上に（ｏｎ）」あるか、「に係合（ｅｎｇａｇｅｄ ｔｏ）」するか、「に接続（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｔｏ）」するか、もしくは「に結合（ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ）」するとして言及される場合、それは、他の要素または層の直接上にあるか、係合するか、接続するか、もしくは結合する場合があり、あるいは介在する要素または層が存在する場合がある。対照的に、要素または層が、別の要素または層「の直接上に（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｏｎ）」あるか、「に直接係合（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｅｎｇａｇｅｄ ｔｏ）」するか、「に直接接続（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｔｏ）」するか、もしくは「に直接結合（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ）」するとして言及される場合、介在する要素または層は存在しない場合がある。要素間の関係を説明するために使用される他の語は、同様の方式で解釈されるべきである（例えば、「〜間で（ｂｅｔｗｅｅｎ）」に対する「直接〜間で（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｂｅｔｗｅｅｎ）」、「隣接して（ａｄｊａｃｅｎｔ）」に対する「直接隣接して（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｄｊａｃｅｎｔ）」など）。本明細書で使用されるように、用語「および／または」は、関連して列挙される項目の１つ以上の、任意および全ての組み合わせを含む。

第１、第２、第３などの用語が、様々な要素、構成部品、領域、層、および／または区域を説明するために本明細書で使用される場合があるが、これらの要素、構成部品、領域、層、および／または区域は、それらの用語によって限定されるべきではない。これらの用語は、１つの要素、構成部品、領域、層、または区域を、別の要素、構成部品、領域、層、または区域から識別するためにのみ使用される場合がある。「第１」、「第２」などの用語、および他の数値的用語は、本明細書で使用する場合、文脈上明らかな指定がない限り、順序、または順番を示唆するものではない。従って、説明される第１の要素、構成部品、領域、層、または区域は、例示の実施形態の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成部品、領域、層、または区域と呼ばれる可能性がある。

「内側（ｉｎｎｅｒ）」、「外側（ｏｕｔｅｒ）」、「下（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下方（ｂｅｌｏｗ）」、「底部（ｌｏｗｅｒ）」、「上方（ａｂｏｖｅ）」、「上部（ｕｐｐｅｒ）」などのような、空間的に相対的な用語が、図に示されるような、１つの要素または特徴部の、別の要素または特徴部に対する関係性を説明するための説明の容易性のために使用される場合がある。空間的に相対的な用語は、図に示される方向に加えて、使用時または動作時の装置の、異なる方向を包含することを意図する場合がある。例えば、図中の装置が反転された場合には、他の要素または特徴部の「下方」もしくは「下」として説明される要素は、他の要素または特徴部の「上方」に指向されることになる。それゆえ、例示の用語「下方」は、上方および下方の双方の方向を包含する可能性がある。装置は、他の方式で指向（９０度または他の方向に回転）されてもよく、本明細書で使用される空間的に相対的な記述語は、適宜に解釈される。

１０：ヘッドアップディスプレイアセンブリ、１２：プリント回路基板、１４：発光ダイオード、２０：表示要素、２２：光拡散器、５０：ＴＩＲレンズアレイ、６０：ＴＩＲレンズ、６２：光入力開口、７０：第１の光透過面、７２：側壁、７４：曲面、８０：屈折面、８２：第２の光透過面

Claims (20)

1. 複数の発光素子を含むプリント回路基板と、
   複数の発光素子によって照明される表示要素と、
   複数の全内部反射（ＴＩＲ）レンズを含み、複数のＴＩＲレンズの各々は、表示要素を照らすために、複数の発光素子によって発せられた光を表示要素に反射し、屈折させるように、複数の発光素子の異なる１つと位置合わせされるＴＩＲレンズアレイと、を備えるヘッドアップディスプレイアセンブリ。
2. 複数の発光素子は発光ダイオードである、請求項１のヘッドアップディスプレイアセンブリ。
3. 表示要素は液晶ディスプレイを含む、請求項１のヘッドアップディスプレイアセンブリ。
4. 表示要素は、薄膜トランジスタ液晶ディスプレイである請求項１のヘッドアップディスプレイアセンブリ。
5. 複数のＴＩＲレンズの各々は、光入力開口を画定し、発光素子の各々は、複数のＴＩＲレンズの異なる１つの光入力開口と位置合わせされる、請求項１のヘッドアップディスプレイアセンブリ。
6. 複数のＴＩＲレンズの各々は、光入力開口を画定し、
   発光素子の各々からの光は、複数のＴＩＲレンズのうちの異なる１つの光入力開口内に延びている請求項１のヘッドアップディスプレイアセンブリ。
7. 複数のＴＩＲレンズの各々は、ティーカップ状レンズである請求項１のヘッドアップディスプレイアセンブリ。
8. 複数のＴＩＲレンズの各々は、
   複数の発光素子のうちの１つからの光を受け入れる光入力開口を画定し、
   光入力開口に、発光素子からの光が透過する第１の透過面を含み、
   光入力開口を取り囲む屈折面を含み、そして
   ＴＩＲレンズを出る光が通過する第２透過平面を含む、請求項１のヘッドアップディスプレイアセンブリ。
9. 第１の透過面は、側壁および曲面を含む、請求項８のヘッドアップディスプレイアセンブリ。
10. 曲面は、光入力開口に向かう発光素子と第２の透過面との間にある請求項９のヘッドアップディスプレイアセンブリ。
11. 曲面は、光入力開口において発光素子に対して凸状である請求項９のヘッドアップディスプレイアセンブリ。
12. 曲面を通過する光は、屈折面によって反射されることなく、第２の透過面に直接導かれる請求項９のヘッドアップディスプレイアセンブリ。
13. 第２の透過面が負のレンズレットである、請求項８に記載のヘッドアップディスプレイアセンブリ。
14. 第２の透過面はＴＩＲレンズの前面に広がる材料を含む、請求項８に記載のヘッドアップディスプレイアセンブリ。
15. 第２の透過面が、溝、テクスチャ、凹凸面の少なくとも１つを含む、請求項８のヘッドアップディスプレイアセンブリ。
16. 複数の発光素子を含むプリント回路基板と、
    複数の発光素子によって照明される表示要素と、
    複数の全内部反射（ＴＩＲ）レンズを含むＴＩＲレンズアレイと、
    複数のＴＩＲレンズの各々によって画定される光入力開口と、
    複数のＴＩＲレンズの各々の光入力開口は、光を反射して、表示要素を照明するために、複数の発光素子の異なる１つからの光を受け入れ、
    複数のＴＩＲレンズの各々に含まれる、第１の光透過面、光屈折面、および第２の光透過面と、
    第１の光透過面に含まれる湾曲レンズと、
    湾曲レンズは、発光素子の１つと第２の光透過面との間にあり、
    第１の光透過面に含まれる側壁と、
    側壁は、光入力開口の周りに延在し
    光屈折面は、光入力開口および第１の光透過面を取り囲む、ヘッドアップディスプレイアセンブリ。
17. 第２の光透過面は、ＴＩＲレンズの前面に広がる材料を含む、請求項１６のヘッドアップディスプレイアセンブリ。
18. 第２の光透過面が負のレンズレットである、請求項１６のヘッドアップディスプレイアセンブリ。
19. ＴＩＲレンズアレイは、発光素子からの光を集めてコリメートする、請求項１６のヘッドアップディスプレイアセンブリ。
20. 第２の光透過面は、溝、テクスチャ、凹凸面の少なくとも１つを含む、請求項１６に記載のヘッドアップディスプレイアセンブリ。