JP2023173658A - 照明装置、表示装置及びヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板からヒートシンクへの放熱効率を高めることができる照明装置、表示装置及びヘッドアップディスプレイ装置を提供する。【解決手段】照明装置７０は、照明光を発する光源７１と、光源７１が実装される実装面７２ａを有する基板７２と、実装面７２ａに伝熱部材７７を介して接触し、基板７２からの熱を外部へ放熱するヒートシンク８０と、を備える。【選択図】図４

Description

本開示は、照明装置、表示装置及びヘッドアップディスプレイ装置に関する。

例えば、特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイ装置は、光源が実装面に実装された回路基板と、回路基板の背面に熱伝導シートを介して重ねられたヒートシンクと、を備える。

国際公開第２０２０／１５８６０３号

上記特許文献１に記載の構成においては、回路基板からヒートシンクへの放熱効率に改善の余地があった。

本開示は、上記実状を鑑みてなされたものであり、基板からヒートシンクへの放熱効率を高めることができる照明装置、表示装置及びヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示の第１の観点に係る照明装置は、照明光を発する光源と、前記光源が実装される実装面を有する基板と、前記実装面に直接又は第１伝熱部材を介して接触し、前記基板からの熱を外部へ放熱するヒートシンクと、を備える。

上記目的を達成するため、本開示の第２の観点に係る表示装置は、前記照明装置と、前記照明光を受けて表示光を発するディスプレイと、を備える。

上記目的を達成するため、本開示の第３の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置は、前記表示装置を備え、前記表示装置は、前記表示光を被投射部材に投射することにより虚像を表示する。

本開示によれば、照明装置、表示装置及びヘッドアップディスプレイ装置において、基板からヒートシンクへの放熱効率を高めることができる。

本開示の第１の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置が搭載された車両の概略図である。 本開示の第１の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の模式的な概略図である。 本開示の第１の実施形態に係る表示装置の模式的な平面図である。 図３の４－４線の模式的な断面図である。 図３の５－５線の模式的な断面図である。 本開示の第２の実施形態に係る表示装置の模式的な平面図である。 図６の７－７線の模式的な断面図である。 図６の８－８線の模式的な断面図である。 本開示の第３の実施形態に係る表示装置の模式的な断面図である。 本開示の第３の実施形態に係る表示装置の模式的な断面図である。

（第１の実施形態）
本開示の第１の実施形態に係る照明装置、表示装置及びヘッドアップディスプレイ装置について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、車両２００のダッシュボード内に搭載されている。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、車両２００の被投射部材の一例であるウインドウシールド２０１に向けて画像を表す表示光Ｌを放射する。表示光Ｌはウインドウシールド２０１で反射して視認者１（主に車両２００の運転者）に到達する。これにより、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、視認者１により視認可能に車両情報を含む虚像Ｖを表示する。

図２に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、表示装置１０と、反射鏡２０と、凹面鏡３０と、筐体６０と、を備える。

反射鏡２０は、表示装置１０からの表示光Ｌを凹面鏡３０に向けて反射させる平面鏡である。なお、反射鏡２０は凹面鏡であってもよい。
凹面鏡３０は、反射鏡２０で反射した表示光Ｌをウインドウシールド２０１（図１参照）に向けて拡大させつつ反射させる。
筐体６０は、遮光性樹脂により箱状に形成されており、表示装置１０、反射鏡２０及び凹面鏡３０を収容する。筐体６０は、凹面鏡３０にて反射した表示光Ｌが透過する透光性樹脂又はガラスからなる窓部６１を備える。

表示装置１０は、画像を表す表示光Ｌを放射する。
図４及び図５に示すように、表示装置１０は、照明装置７０と、ディスプレイ９０と、ディスプレイホルダ９５と、を備える。
以下の説明では、表示装置１０の車幅方向に対応する方向をＸ方向と規定し、表示装置１０の車両前後方向に対応する方向をＹ方向と規定し、高さ方向をＺ方向と規定する。

照明装置７０は、複数の光源７１と、基板７２と、レンズ７３と、ライトボックス７４と、伝熱部材７７と、ネジ７９と、ヒートシンク８０と、を備える。
基板７２は、Ｘ方向及びＹ方向に沿って延び、Ｘ方向に長い長方形板状をなすプリント基板である。基板７２は、複数の光源７１が実装される実装面７２ａと、実装面７２ａとは反対側の面である裏面７２ｂと、を備える。基板７２は、紙基材、ガラス布基材、フェノール樹脂又はエポキシ樹脂からなる基材を備える。実装面７２ａは、この基材よりも熱伝導率が高いパターン層からなる銅箔層を備える。一方、裏面７２ｂは、銅箔層を備えない。この場合、基板７２の実装面７２ａの熱伝導率は、基板７２の裏面７２ｂの熱伝導率よりも高い。このため、実装面７２ａに伝熱部材７７を介してヒートシンク８０に接触させることにより、実装面７２ａから効率的に伝熱部材７７を介してヒートシンク８０に熱を逃がすことが可能となる。なお、裏面７２ｂが銅箔層を備える場合であっても、基板７２の内部は熱伝導率が低く、実装面７２ａから裏面７２ｂへの熱伝導は緩やかであるので、ヒートシンク８０は実装面７２ａを放熱することが望ましい。
図４に示すように、基板７２には、基板７２の厚さ方向に貫通する複数のネジ孔７２ｈ及び複数のピン通過孔７２ｇが形成されている。

図３に示すように、複数の光源７１は、基板７２の実装面７２ａに縦（Ｙ方向）２×横（Ｘ方向）４のマトリクス状に配置されている。各光源７１は、照明光を照射するＬＥＤ（Light Emitting Diode)からなり、直方体をなす。各光源７１の配置間隔は、５ｍｍ～１８ｍｍに設定されている。

図４に示すように、ライトボックス７４は、遮光性樹脂により、複数の光源７１からの照明光をディスプレイ９０に導く筒状をなす。ライトボックス７４は、Ｚ方向に延びる矩形筒状をなし、複数の光源７１の周囲を囲むように基板７２の実装面７２ａに設置されている。
図５に示すように、ライトボックス７４の実装面７２ａとは反対側の先端部は、ディスプレイ９０を支持する部位であり、Ｙ方向に傾斜して形成されている。
レンズ７３は、ライトボックス７４内に位置し、複数の光源７１からの照明光を平行化するコンデンサレンズである。レンズ７３は、各光源７１にＺ方向に対応して位置する複数の凸曲面部７３ａを備える。

図５に示すように、ディスプレイ９０は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）型の液晶パネルである。ディスプレイ９０は、各光源７１からのライトボックス７４を経た照明光を受けて表示光Ｌを放射する。ディスプレイ９０は、ライトボックス７４の先端部に設置されている。

ディスプレイホルダ９５は、ディスプレイ９０の外周を囲む枠状のベゼルである。ディスプレイホルダ９５は、ディスプレイ９０をライトボックス７４の先端部に向けて押し付けるようにライトボックス７４の外側面に係止されている。

図４及び図５に示すように、伝熱部材７７は、基板７２の実装面７２ａとヒートシンク８０の間に介在し、各光源７１が発した熱を基板７２の実装面７２ａからヒートシンク８０に伝達する。伝熱部材７７は、柔軟で密着性に優れた良熱伝導性のシリコーン、アクリル又はポリオレフィン等の樹脂製の伝熱シートである。
なお、伝熱部材７７は、樹脂製の基材にセラミックフィラー等の金属フィラーを配合することで熱伝導性を高めたものであってもよい。また、伝熱部材７７は、伝熱グリスであってもよい。
図３に示すように、伝熱部材７７は、複数の光源７１を囲むように、基板７２の実装面７２ａの外周側に枠状に形成されている。

図４及び図５に示すように、ヒートシンク８０は、基板７２の実装面７２ａに伝熱部材７７を介して接触し、基板７２の実装面７２ａから伝熱部材７７を介して受けた熱を外部（大気）へ放出する。ヒートシンク８０は、アルミニウム等の金属、又は樹脂に高熱伝導性フィラーを配合した高熱伝導性樹脂材料によって形成されている。

ヒートシンク８０は、Ｘ方向から見てＬ字板状をなす。ヒートシンク８０は、基板対向部８１と、立設部８５と、備える。
基板対向部８１は、ライトボックス７４の外周を囲む枠板状をなす。基板対向部８１の中央部には孔部８１ｈが形成されている。基板対向部８１は、伝熱部材７７を介して基板７２の実装面７２ａに接触する。
図４の下部に拡大して示すように、基板対向部８１は、複数のピン８２を備える。各ピン８２は、基板対向部８１における基板７２の実装面７２ａに対向する裏面に位置し、円柱状に形成されている。複数のピン８２は、それぞれ伝熱部材７７を厚さ方向に貫通し、基板７２に形成される複数のピン通過孔７２ｇに挿入される。これにより、ヒートシンク８０が基板７２に対して位置決めされる。基板対向部８１は、伝熱部材７７を介して基板７２の実装面７２ａに接触する接触面８１ａを備える。

図４に示すように、基板対向部８１の裏面には、ネジ７９が螺合する複数のネジ穴が形成されている。ネジ７９の頭部が基板７２の裏面７２ｂに対向して位置し、ネジ７９の軸部が基板７２のネジ孔７２ｈを通過し、基板対向部８１のネジ穴に螺合している。ネジ７９により、基板７２が伝熱部材７７を介して基板対向部８１の裏面側に押し付けられた状態に保持される。２つのネジ７９は、Ｘ方向から伝熱部材７７を挟み込むように配置されている。

図５に示すように、立設部８５は、基板対向部８１のＹ方向の一辺側（図５の右端部側）に連結され、基板対向部８１に対して直交する上方向に延びる。立設部８５は、放熱フィン８５ｆを備える。放熱フィン８５ｆは、Ｘ方向に沿って延び、Ｚ方向に並ぶ。立設部８５のＹ方向の外側の面に形成されている。放熱フィン８５ｆは、ヘッドアップディスプレイ装置の外部に露出して形成されている。

光源７１が発光することにより、光源７１が発熱すると、光源７１からの熱は、基板７２の実装面７２ａ（特に、パターン層）を介して、伝熱部材７７からヒートシンク８０に伝わる。ヒートシンク８０は、基板７２からの熱を吸収し、吸収した熱をヒートシンク８０の表面（特に、放熱フィン８５ｆ）から放出する。

（効果）
以上、説明した第１の実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）照明装置７０は、照明光を発する光源７１と、光源７１が実装される実装面７２ａを有する基板７２と、実装面７２ａに第１伝熱部材の一例である伝熱部材７７を介して接触し、基板７２からの熱を外部へ放熱するヒートシンク８０と、を備える。
この構成によれば、一般的に、基板７２の実装面７２ａは、銅箔層の作用によって基板７２の内部よりも熱伝導率が高い。このため、基板７２の実装面７２ａからヒートシンク８０へ伝熱させることにより、基板７２からヒートシンク８０への放熱効率を高めることができる。

（２）基板７２の基材は、紙基材、ガラス布基材、フェノール樹脂又はエポキシ樹脂からなる。
この構成によれば、安価な基板７２を採用しても、実装面７２ａからヒートシンク８０へ伝熱させることにより、基板７２からヒートシンク８０への放熱効率を高めることができる。

（３）表示装置１０は、照明装置７０と、照明装置７０からの照明光を受けて表示光Ｌを発するディスプレイ９０と、を備える。
この構成によれば、表示装置１０において、基板７２からヒートシンク８０への放熱効率を高めることができる。

（４）ヘッドアップディスプレイ装置１００は、表示装置１０を備える。表示装置１０は、表示光Ｌを被投射部材の一例であるウインドウシールド２０１に投射することにより虚像Ｖを表示する。
この構成によれば、ヘッドアップディスプレイ装置１００において、基板７２からヒートシンク８０への放熱効率を高めることができる。

（第２の実施形態）
本開示の第２の実施形態に係る照明装置、表示装置及びヘッドアップディスプレイ装置について、図面を参照して説明する。以下では、上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

図６～図８に示すように、ヒートシンク１８０は、上記第１の実施形態のヒートシンク８０と同様の基板対向部１８１及び立設部１８５に加えて、光源包囲部１８２を備える。光源包囲部１８２は、ヒートシンク１８０の基板対向部１８１の孔部１８１ｈ内に位置し、Ｘ方向及びＹ方向に沿って延び、基板対向部１８１よりも薄い板状をなす。光源包囲部１８２の上面の外周には、ライトボックス７４及びレンズ７３が設置されている。光源包囲部１８２は、Ｙ方向に沿って延び、孔部１８１ｈの内側面に連結されている。

光源包囲部１８２は、複数の開口部１８３を備える。
複数の開口部１８３は、それぞれ１つの光源７１を囲み、光源包囲部１８２の厚さ方向に貫通した貫通孔として形成されている。図６に示すように、開口部１８３は、Ｚ方向から見て、円形の貫通孔をなし、この貫通孔の中心位置に光源７１が位置する。
図８の下部に拡大して示すように、開口部１８３の内周面１８３ａは、光源７１からの光の拡散方向に沿うようにレンズ７３に近づくにつれて拡径するようにテーパー形状で形成されている。内周面１８３ａは、光源７１からの光を反射するリフレクタとして機能する。内周面１８３ａには、光反射塗料からなる光反射層、又は光反射材が形成されていてもよい。

図８の下部に拡大して示すように、伝熱部材１７７は、光源包囲部１８２の裏面と基板７２の実装面７２ａの間に介在している。伝熱部材１７７は、伝熱部材７７と同様の材質及び厚さで形成されている。伝熱部材１７７は、光源包囲部１８２の各開口部１８３にＺ方向に対向して位置する開口部１７７ａを備える。伝熱部材１７７の複数の開口部１７７ａは、それぞれ１つの光源７１を囲み、光源包囲部１８２の厚さ方向に貫通した貫通孔として形成されている。伝熱部材１７７は、基板７２の実装面７２ａの各光源７１の周囲からヒートシンク１８０へ熱を伝える。

図６に示すように、立設部１８５は、Ｚ方向に延び、Ｘ方向に並ぶ放熱フィン１８５ｆを備える。
また、図７に示すように、ネジ１７９により、基板７２が筐体６０の内面に固定されている。

（効果）
以上、説明した第２の実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）ヒートシンク１８０は、各光源７１の周囲を囲む開口部１８３を有し、第２伝熱部材の一例である伝熱部材１７７を介して実装面７２ａに接触する光源包囲部１８２を備える。
この構成によれば、光源包囲部１８２により、実装面７２ａの光源７１に近い位置の熱をヒートシンク１８０に伝えることができる。よって、実装面７２ａの光源７１に近い位置の温度上昇が抑制され、基板７２からヒートシンク１８０への放熱効率を高めることができる。

（２）開口部１８３は、照明光の放射方向に向かって広がるようにテーパー形状で形成されている。
この構成によれば、開口部１８３がリフレクタとして機能し、光源７１からの光を効率良くレンズ７３（本例では、各凸曲面部７３ａ）に供給することができる。

（第３の実施形態）
本開示の第３の実施形態に係る照明装置、表示装置及びヘッドアップディスプレイ装置について、図面を参照して説明する。以下では、上記第２の実施形態との相違点を中心に説明する。

図９及び図１０に示すように、照明装置７０は、ヒートシンク１８０に加えて、ヒートシンク２８０を備える。ヒートシンク２８０は、図９に示すように、Ｙ方向から見てヒートシンク１８０を囲むように、上方向に開口したコの字状（四角形の上側の一辺が省略された形状）をなす。ヒートシンク２８０は、底壁部２８１と、側壁部２８２，２８３と、を備える。底壁部２８１は、基板７２の裏面７２ｂ側に配置されている。側壁部２８２，２８３は、底壁部２８１のＸ方向の両側に位置し、底壁部２８１に直交する。伝熱部材２７７は、底壁部２８１と基板７２の裏面７２ｂの間に介在している。伝熱部材２７７は、伝熱部材７７と同様の材質及び厚さで形成されている。伝熱部材２７７は、実装面７２ａに光源７１が配置される領域を含む範囲にわたって形成されている。伝熱部材２７７は、基板７２の裏面７２ｂからヒートシンク２８０へ熱を伝える。基板７２は、ヒートシンク２８０の底壁部２８１に対して伝熱部材２７７を介在させつつネジ２７９により固定されている。

（効果）
以上、説明した第３の実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）照明装置７０は、基板７２の実装面７２ａとは反対側の裏面７２ｂに伝熱部材２７７を介して接触し、第１ヒートシンクの一例であるヒートシンク１８０とは異なる第２ヒートシンクの一例であるヒートシンク２８０を備える。
この構成によれば、基板７２からヒートシンク１８０，２８０への放熱効率を高めることができる。

なお、本開示は以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本開示の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。以下に、変形の一例を説明する。

（変形例）
上記第３の実施形態においては、ヒートシンク１８０とヒートシンク２８０の間に新たな伝熱部材が介在していてもよい。例えば、図９の破線で示すように、新たな伝熱部材３７７は、ヒートシンク２８０の側壁部２８２，２８３とヒートシンク１８０の間に介在していてもよい。
この変形例によれば、以下の効果を奏する。
（１）ヒートシンク１８０は放熱フィン１８５ｆを備える。照明装置７０は、ヒートシンク１８０及びヒートシンク２８０の間に位置し、ヒートシンク１８０及びヒートシンク２８０の間で熱を伝える第３伝熱部材の一例である伝熱部材３７７を備える。
この構成によれば、伝熱部材３７７により２つのヒートシンク１８０，２８０の間で熱を伝達可能とする。このため、基板７２から伝熱部材２７７→ヒートシンク２８０→伝熱部材３７７→ヒートシンク１８０→放熱フィン１８５ｆ（図６参照）という熱経路が形成される。よって、放熱効率を高めることができる。

上記第１実施形態においては、伝熱部材７７は、基板７２の実装面７２ａとヒートシンク８０の間に介在していたが、伝熱部材７７は省略されてもよい。この場合、基板７２の実装面７２ａとヒートシンク８０が直接的に接触してもよい。同様に、上記第２実施形態及び上記第３実施形態において、伝熱部材１７７，２７７は省略されて、基板７２とヒートシンク１８０，２８０が接触してもよい。

上記第２の実施形態においては、開口部１８３の内周面１８３ａは、凹状に湾曲していてもよい。例えば、内周面１８３ａは、湾曲カップ状をなしていてもよい。
また、上記各実施形態では、１つの開口部１８３に１つの光源７１が設置されていたが、これに限らず、１つの開口部１８３に複数の光源７１が設置されていてもよい。

上記第３の実施形態においては、ヒートシンク１８０が放熱フィン１８５ｆを備えていたが、これに加えて、又はこれに代えて、ヒートシンク２８０がフィンを備えていてもよい。

上記各実施形態においては、基板７２の基材は、紙基材、ガラス布基材、フェノール樹脂又はエポキシ樹脂等からなるものであったが、基材は、これに限らず、アルミニウムからなる基材であってもよいし、銅インレイを埋め込んだ基材であってもよい。

上記各実施形態においては、ヘッドアップディスプレイ装置１００は車両２００に搭載されていたが、車両２００以外の飛行機、船等の乗り物に搭載されていてもよい。また、被投射部材はウインドウシールド２０１に限らず、専用のコンバイナであってもよい。
表示装置１０は、ヘッドアップディスプレイ装置１００に適用されていたが、これに限らず、表示装置１０のディスプレイ９０を直接視認可能に構成されていてもよい。また、照明装置７０は、表示装置１０に適用されていたが、表示装置１０以外の装置に適用されてもよい。

１ 視認者
１０ 表示装置
２０ 反射鏡
３０ 凹面鏡
６０ 筐体
６１ 窓部
７０ 照明装置
７１ 光源
７２ 基板
７２ａ 実装面
７２ｂ 裏面
７２ｇ ピン通過孔
７２ｈ ネジ孔
７３ レンズ
７３ａ 凸曲面部
７４ ライトボックス
７７，１７７，２７７，３７７ 伝熱部材
１７７ａ 開口部
７９，１７９，２７９ ネジ
８０，１８０，２８０ ヒートシンク
８１，１８１ 基板対向部
８１ａ 接触面
８１ｈ，１８１ｈ 孔部
８２ ピン
８５，１８５ 立設部
８５ｆ，１８５ｆ 放熱フィン
９０ ディスプレイ
９５ ディスプレイホルダ
１００ ヘッドアップディスプレイ装置
１８２ 光源包囲部
１８３ 開口部
１８３ａ 内周面
２００ 車両
２０１ ウインドウシールド
２８１ 底壁部
２８２，２８３ 側壁部
Ｌ 表示光
Ｖ 虚像

Claims (7)

1. 照明光を発する光源と、
   前記光源が実装される実装面を有する基板と、
   前記実装面に直接又は第１伝熱部材を介して接触し、前記基板からの熱を外部へ放熱するヒートシンクと、を備える、
   照明装置。
2. 前記ヒートシンクは、複数の前記光源の何れか１つ以上の周囲を囲む開口部を有し、前記実装面に直接又は前記第１伝熱部材を介して接触する光源包囲部を備える、
   請求項１に記載の照明装置。
3. 前記開口部は、前記照明光の放射方向に向かって広がるようにテーパー形状で形成されている、
   請求項２に記載の照明装置。
4. 前記基板の前記実装面とは反対側の裏面に直接又は第２伝熱部材を介して接触し、前記ヒートシンクである第１ヒートシンクとは異なる第２ヒートシンクを備える、
   請求項１から３の何れか１項に記載の照明装置。
5. 前記第１ヒートシンク及び前記第２ヒートシンクの何れか一方はフィンを備え、
   前記照明装置は、前記第１ヒートシンク及び前記第２ヒートシンクの間に位置し、前記第１ヒートシンク及び前記第２ヒートシンクの間で熱を伝える第３伝熱部材を備える、
   請求項４に記載の照明装置。
6. 請求項１から３の何れか１項に記載の照明装置と、
   前記照明光を受けて表示光を発するディスプレイと、を備える、
   表示装置。
7. 請求項６に記載の表示装置を備え、
   前記表示装置は、前記表示光を被投射部材に投射することにより虚像を表示する、
   ヘッドアップディスプレイ装置。