JP6885098B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置の透過照明に用いられる照明装置に関する。

ヘッドアップディスプレイ装置において、表示装置の透過照明に用いられる照明装置に関する従来技術として、例えば特許文献１に開示される技術がある。特許文献１で知られている照明装置は、ヘッドアップディスプレイ装置の液晶表示装置の透過照明に用いられる。この照明装置は、複数の光源（発光ダイオード）を実装した回路基板と、この回路基板の背面に熱伝導部材を介して連結されたヒートシンクとを有している。このヒートシンクは、金属材料によって構成されているので、熱伝導率が高い。

近年、ヒートシンクの熱伝導特性を維持しつつ軽量化を図ることを目的として、ヒートシンクを熱伝導性樹脂によって構成する技術の開発が進められている。熱伝導性樹脂（高熱伝導性樹脂とも言われている）は、熱伝導性が優れているので、一般に回路基板などに多用されている。しかし、一般的な熱伝導性樹脂は、アルミニウム合金よりも熱伝動特性が低い。その分だけヒートシンクの放熱面積を増す必要がある。照明装置の小型化を図る上で改良の余地がある。

特開２００５−１７０１６９号公報

本発明は、ヒートシンクの熱伝導特性を維持しつつ、小型化を実現可能とする技術を提供することを課題とする。

請求項１による発明によれば、照明装置は、情報を表示する表示装置の透過照明に用いられる複数の光源と、この複数の光源が実装された回路基板と、この回路基板の背面に重ねられたヒートシンクとを含む。前記ヒートシンクは、熱伝導性樹脂材料によって形成され、前記回路基板に重ねられたヒートシンク基板と、このヒートシンク基板から前記回路基板とは反対側へ延びた複数の放熱部とを含む。この複数の放熱部は、前記ヒートシンク基板の前記背面に沿って一方へ延びた複数の第１放熱フィンと、前記ヒートシンク基板の前記背面に沿いつつ前記複数の第１放熱フィンに対して交差する方向へ延びた複数の第２放熱フィンと、から成る。前記複数の放熱部が前記光源に対して重なる位置は、前記複数の第１放熱フィンと前記複数の第２放熱フィンとの各々が交差した位置である、ことを特徴とする。

請求項２に記載のごとく、好ましくは、前記複数の光源は、前記回路基板の実装面にハンダによって実装されてなる、それぞれ一対の端子を有している。前記複数の第１放熱フィンと前記複数の第２放熱フィンとの、いずれか一方は、前記複数の放熱部の先端側から見て、前記複数の光源の前記それぞれ一対の端子に対し重なる位置に配置されている。

請求項３に記載のごとく、好ましくは、前記ヒートシンク基板は、縦向きに設定されている。前記複数の第１放熱フィンは、上下方向へ延びている。前記複数の第２放熱フィンは、横方向へ延びている。前記ヒートシンク基板の前記背面から前記複数の第２放熱フィンの先端までの長さは、前記ヒートシンク基板の前記背面から前記複数の第１放熱フィンの先端までの長さよりも、短く設定されている。

請求項４に記載のごとく、好ましくは、前記ヒートシンク基板にネジ部材によって取り付け可能なケースを有する。このケースには、前記複数の光源が収納されている。前記ヒートシンク基板には、前記ネジ部材を結合するためのインサートナットが埋設されてなる。

請求項１に係る発明では、複数の放熱部は、複数の第１放熱フィンと複数の第２放熱フィンとによって構成されている。複数の第１放熱フィンと複数の第２放熱フィンとの各々が交差した位置は、複数の放熱部の先端側から見て、複数の光源に対し重なっている。このように、複数の第１放熱フィンと複数の第２放熱フィンとの各々が交差した位置を、複数の光源の真裏に配置している。第１放熱フィンと第２放熱フィンとの交差した部分は、光源に対して縦方向と横方向の両方で重なっている。このため、この交差した部分が光源に対して重なる面積（投影面積）は、大きい。各放熱フィンの厚みを大きくすることなく、この交差した部分（光源に近い部分）の体積を増すことができる。ヒートシンクを熱伝導性樹脂によって構成したにもかかわらず、ヒートシンクの熱伝導特性を維持することができる。この結果、ヒートシンクの大型化を抑制することができる。しかも、ヒートシンクの成形時に、ヒートシンク基板の積層面に発生するヒケ現象を防止することができる。

請求項２に係る発明では、光源のなかの、熱影響を受けやすい各端子に対して、第１放熱フィン又は第２放熱フィンが重なって位置している。このため、光源から各端子を介してヒートシンク基板へ伝わった熱を効率よく放散して、各端子に与える熱影響を抑制することができる。

請求項３に係る発明では、横方向へ延びている複数の第２放熱フィンの長さは、上下方向へ延びている複数の第１放熱フィンの長さよりも短い。このため、複数の放熱部から放散された熱気を、この付近で籠もることなく、効率よく放散することができる。

請求項４に係る発明では、ヒートシンク基板にネジ部材を結合するためのインサートナットが埋設されてなる。このため、熱伝導性樹脂によってヒートシンクを構成しつつ、ヒートシンク基板にネジ部材によってケースを確実に結合することができる。

本発明の実施例によるヘッドアップディスプレイ装置を搭載した車両の説明図である。 図１に示されるヘッドアップディスプレイ装置の断面図である。 図２に示される収納ボックスとヒートシンクの組立構成の斜視図である。 図２に示される照明装置の分解図である。 図４に示されるヒートシンクを放熱部側から見た斜視図である。 図５に示されるヒートシンクの背面及び断面の構成図である。 図６に示されるヒートシンクの放熱部と光源との関係の拡大図である。 本発明の変形例によるヒートシンクを放熱部側から見た斜視及び要部拡大図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。本実施の形態では、表示装置の透過照明に用いられる照明装置を、車載のヘッドアップディスプレイ装置に採用した例について説明する。但し、表示装置及び照明装置は、ヘッドアップディスプレイ装置に採用した構成に限定されるものではない。なお、図中Ｕｐは上、Ｄｎは下を示している。

図１に示されるように、乗用車等の車両１０は、車室１１の前部にダッシュボード１２を備えている。このダッシュボード１２の上部には、ヘッドアップディスプレイ装置２０が内蔵されている。このヘッドアップディスプレイ装置２０から投射された表示光Ｌｄは、車両１０のフロントガラス１３に画像として表示される。運転者は、車両１０の前方の背景と共に、虚像Ｖｉを視認することができる。

図２に示されるように、ヘッドアップディスプレイ装置２０は、表示光Ｌｄを投射する表示装置２１（投射器２１）と、投射された表示光Ｌｄを反射させる反射器２２と、表示装置２１の透過照明に用いられる照明装置２３とからなる。表示装置２１と反射器２２と照明装置２３とは、収納ボックス２４に収納されている。図２及び図３に示されるように、この収納ボックス２４は、表示装置２１から投射された表示光Ｌｄを外部へ透過可能な透過部２５を備える。

表示装置２１は、走行情報等の各種の情報を表示するものであって、例えば液晶表示装置によって構成される。この液晶表示装置は、表示媒体（表示素子）として例えばＴＦＴ型の液晶パネルを採用している。この液晶表示装置は、液晶パネルの他に、ここでの詳細図示は省略するが、液晶パネルの表示制御を行うための制御部が実装された回路基板や液晶パネルと当該回路基板とを電気的に接続するためのフレキシブル配線板などを含むように構成されている。

反射器２２は、表示装置２１から投射された表示光Ｌｄを拡大してフロントガラス１３（図１参照）に向けて反射させる凹面鏡からなる。

図２及び図４に示されるように、照明装置２３は、表示装置２１の透過照明に用いられる複数の光源３１と、この複数の光源３１が発した光の照度分布を均一化するレンズアレイ３２と、複数の光源３１が実装面３３ａに実装された回路基板３３と、この回路基板３３の背面３３ｂ（実装面３３ａとは反対側の面３３ｂ）に熱伝導シート３４を介して重ねられたヒートシンク３５と、を含む。複数の光源３１とレンズアレイ３２と回路基板３３と熱伝導シート３４とは、ケース３６に収納されている。

図４に示されるように、複数の光源３１は、例えば発光ダイオードによって構成されている。この発光ダイオードの一例としては、表面実装型発光ダイオードがある。複数の光源３１は、回路基板３３の実装面３３ａに所定のピッチで配列されるとともに、この実装面３３ａにハンダによって実装されてなる、それぞれ一対の端子３１ａ，３１ｂ（アノード電極３１ａとカソード電極３１ｂ）を有している。

回路基板３３は、熱伝導性が優れた板材、例えばアルミニウム合金によって構成されている。熱伝導シート３４は、回路基板３３からの放熱をヒートシンク３５へ効率よく伝達する板材、例えばアルミニウム合金によって構成されている。

図２及び図４に示されるように、ヒートシンク３５は、熱伝導性樹脂の成型品である。この熱伝導性樹脂（高熱伝導性樹脂とも言われている）は、比較的熱伝導性が良好な樹脂である。この熱伝導性樹脂材料によって形成されたヒートシンク３５は、熱伝導シート３４に重ねられたヒートシンク基板４１と、このヒートシンク基板４１から熱伝導シート３４とは反対側へ延びた複数の放熱部４２とを含む。

次に、ヒートシンク３５について、図５〜図７に基づいて詳しく説明する。図５は、ヒートシンク３５を放熱部４２側から見た全体構成を示している。図６（ａ）は、図５に示されるヒートシンク３５を放熱部４２側から見た構成を示している。図６（ｂ）は、図６（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面構成を示している。図６（ｃ）は、図６（ａ）のｃ−ｃ線に沿った断面構成を示している。図６（ｄ）は、図６（ａ）のｄ−ｄ線に沿った断面構成を示している。図７（ａ）は、図６（ａ）に示されるヒートシンク３５を拡大して表している。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示されるｂ部を拡大、つまり放熱部４２と光源３１との関係を拡大して表している。

ヒートシンク３５の全体形状は、放熱部４２側から見て略矩形状である。ヒートシンク基板４１は、少なくとも熱伝導シート３４に重ねられる積層面４１ａ（載置面４１ａ）が平坦な平板状に形成されてなり、照明装置２３の使用状態において、ヒートシンク基板４１は縦向きに設定されている。

複数の放熱部４２は、角筒状の枠部４３によって囲まれている。この枠部４３は、ヒートシンク基板４１の背面４１ｂ（積層面４１ａとは反対側の面４１ｂ）の縁から複数の放熱部４２に沿って延びており、複数の放熱部４２と共にヒートシンク基板４１に一体成形されてなる。この複数の放熱部４２は、複数の第１放熱フィン４４と複数の第２放熱フィン４５と、から成る。複数の第１放熱フィン４４は、ヒートシンク基板４１の背面４１ｂに沿って一方へ延びている。複数の第２放熱フィン４５は、ヒートシンク基板４１の背面４１ｂに沿いつつ複数の第１放熱フィン４４に対して交差する方向へ延びている。

より好ましくは、複数の放熱部４２は、実質的に（基本的に）格子状に組み合わせられた構成である。複数の第１放熱フィン４４は上下方向へ延びた縦板からなる。複数の第２放熱フィン４５は横方向へ延びた横板からなる。

複数の第１放熱フィン４４の先端４４ａは、枠部４３の先端面４３ａまで延びている。ヒートシンク基板４１の背面４１ｂから複数の第１放熱フィン４４の先端４４ａまでの長さＬ１、つまり第１放熱フィン長さＬ１は一定である。

これに対し、複数の第２放熱フィン４５の先端４５Ｃａ，４５Ｅａは、複数の第１放熱フィン４４の先端４４ａよりもヒートシンク基板４１の背面４１ｂ側に位置している。ヒートシンク基板４１の上下方向に整列している複数の第２放熱フィン４５において、上下方向中央に位置している第２放熱フィン４５のことを「中央側の第２放熱フィン４５Ｃ」といい、この中央側の第２放熱フィン４５よりも上側や下側に位置している第２放熱フィン４５のことを「上下の第２放熱フィン４５Ｅ」という。

ヒートシンク基板４１の背面４１ｂから中央側の第２放熱フィン４５Ｃの先端４５Ｃａまでの長さＬ２は、ヒートシンク基板４１の背面４１ｂから上下の第２放熱フィン４５Ｅの先端４５Ｅａまでの長さＬ３よりも長い。

ヒートシンク基板４１の背面４１ｂから複数の第２放熱フィン４５の先端４５Ｃａ，４５Ｅａまでの長さＬ２，Ｌ３、つまり第２放熱フィン長さＬ２，Ｌ３は、第１放熱フィン長さＬ１よりも短く設定されている。一般に、横板状の放熱フィンは、複数の放熱部４２から放散された輻射熱の上昇気流を抑制する傾向にある。これに対し、実施例では、横方向へ延びている複数の第２放熱フィン４５の長さＬ２，Ｌ３を、短く抑えるようにした。このように、横方向へ延びている複数の第２放熱フィン４５の長さＬ２，Ｌ３は、上下方向へ延びている複数の第１放熱フィン４４の長さＬ１よりも短い。このため、複数の放熱部４２から放散された熱気を、この付近で籠もることなく、効率よく放散することができる。

図７（ａ），（ｂ）に示されるように、この複数の放熱部４２の少なくとも一部は、この複数の放熱部４２の先端側から見て、複数の光源３１に対し重なる位置Ｐｏ（投影方向の位置Ｐｏ）に配置されている。つまり、この重なる位置Ｐｏは、複数の光源３１の真裏に位置している。複数の放熱部４２が複数の光源３１に対して重なる位置Ｐｏは、複数の第１放熱フィン４４と複数の第２放熱フィン４５との各々が交差した位置である。この位置Ｐｏのことを、以下「重なり位置Ｐｏ」ということにする。

一般に、熱伝導性樹脂製品の熱収縮率は、アルミニウム合金製品の熱収縮率よりも大きい。熱伝導性樹脂製のヒートシンク３５において、複数の第１及び第２放熱フィン４４，４５の厚みが過大であると、成形時にヒートシンク基板４１の積層面４１ａ（図４参照）にヒケ現象が発生して、凹凸ができる。これでは、熱伝導シート３４（図４参照）に対する積層面４１ａの接触面積が減るので、伝熱効率が下がる。

これに対して実施例では、図７（ａ），（ｂ）に示されるように、複数の第１放熱フィン４４と複数の第２放熱フィン４５との各々が交差した位置を、複数の光源３１の真裏に配置している。第１放熱フィン４４と第２放熱フィン４５との交差した部分は、光源３１に対して縦方向と横方向の両方で重なっている。このため、この交差した部分が光源３１に対して重なる面積（投影面積）は、大きい。各放熱フィン４４，４５の厚みを大きくすることなく、この交差した部分（光源３１に近い部分）の体積を増すことができる。ヒートシンク３５を熱伝導性樹脂によって構成したにもかかわらず、ヒートシンク３５の熱伝導特性を維持することができる。この結果、ヒートシンク３５の大型化を抑制することができる。しかも、ヒートシンク３５の成形時に、ヒートシンク基板４１の積層面４１ａ（図４参照）に発生するヒケ現象を防止することができる。

以上の説明をまとめると、次の通りである。図４及び図７に示されるように、ヒートシンク３５は熱伝導性樹脂によって構成されている。このため、ヒートシンク基板４１から熱伝導シート３４とは反対側へ延びた複数の放熱部４２の、形状の自由度を高めることができるとともに、ヒートシンク３５の軽量化を図ることができる。

加えて、複数の放熱部４２の少なくとも一部は、この複数の放熱部４２の先端４４ａ，４５Ｃａ，４５Ｅａ側から見て、複数の光源３１に対し重なる位置に配置されている。このため、複数の放熱部４２の一部は、光源３１に対して、より近くに位置する。光源３１から複数の放熱部４２の一部までの、伝熱経路が短くなるので、光源３１から複数の放熱部４２の一部へ熱が伝わり易い。つまり、光源３１から複数の放熱部４２の一部への熱伝導効率が高まる。光源３１から放散された熱を、この光源３１に近い放熱部４２から効率よく放散することができる。この結果、ヒートシンク３５の大型化を抑制することができる。ヒートシンク３５の熱伝導特性を維持しつつ、小型化を実現可能とするものである。照明装置２３を小型化できる。

図７（ａ），（ｂ）に示されるように、複数の第１放熱フィン４４と複数の第２放熱フィン４５との、いずれか一方は、複数の放熱部４２の先端側から見て、複数の光源３１のそれぞれ一対の端子３１ａ，３１ｂに対し重なる位置（投影方向の位置）に配置されている。より好ましくは、光源３１の一対の端子３１ａ，３１ｂに対して第１放熱フィン４４が重なっている。このように、光源３１のなかの、熱影響を受けやすい各端子３１ａ，３１ｂに対して、第１放熱フィン４４又は第２放熱フィン４５が重なって位置している。このため、光源３１から各端子３１ａ，３１ｂを介してヒートシンク基板４１へ伝わった熱を効率よく放散して、各端子３１ａ，３１ｂに与える熱影響を抑制することができる。

図４に示されるように、ケース３６は、ヒートシンク基板４１に複数のネジ部材５１（例えばビス５１）によって取り付け可能である。ヒートシンク基板４１には、複数のネジ部材５１を結合するための複数のインサートナット５２が埋設されてなる。複数のインサートナット５２は、金属材料からなり、例えば次の２つのインサート方法によってヒートシンク基板４１に一体に埋設されてなる。

第１のインサート方法は、溶融した熱伝導性樹脂によってヒートシンク３５を射出成形するときに、複数のインサートナット５２を一体化する、いわゆるインサート成形の方法である。第２のインサート方法は、溶融した熱伝導性樹脂によってヒートシンク３５を射出成形した後に、複数のインサートナット５２を一体化する、いわゆる熱圧入方法である。この熱圧入方法では、射出成形のときに予め下孔を成形しておき、その後に複数のインサートナット５２を熱圧入機を用いて埋め込む。

一般には、樹脂製品にネジ孔を設けるのに、セルフタップ（self-tapping）の手法を採用している。セルフタップとは、ビス等のネジを回して製品中にねじ込んでいく際に、雄ネジのネジ山によってネジ孔（雄ネジ）を切りながら、ネジを挿入し且つ固定する方法である。このセルフタップの手法によれば、樹脂製品に下孔を開けておくだけで、樹脂製品にネジをねじ込むことができる。セルフタップの手法を用いる場合には、樹脂製品そのものに割れの発生など脆くない材料特性、いわゆるセルフタップ性が求められる。しかし、一般に熱伝導性樹脂は、熱伝導率を高めるための添加物（フィラー）の含有率が大きい。このため、熱伝導性樹脂製の製品は機械的強度が比較的小さいので、セルフタップ性も比較的低いことが多い。

これに対し、実施例では、ヒートシンク基板４１にインサートナット５２が一体形成されてなる。このため、熱伝導性樹脂によってヒートシンク３５を構成しつつ、ヒートシンク基板４１にネジ部材５１によってケース３６を確実に結合することができる。

＜変形例＞
本発明の変形例の照明装置２３Ａを図８に基づいて説明する。図８（ａ）は図５に対応させて表している。図８（ｂ）は図７（ｂ）に対応させており、変形例の光源３１と放熱部４２Ａとの関係を拡大して表している。変形例の照明装置２３Ａは、図５に示されるヒートシンク３５の複数の放熱部４２を、図８に示されるヒートシンク３５Ａの複数の放熱部４２Ａに変更したことを特徴とし、その他の基本的な構成については、実施例による照明装置２３と共通する。実施例と共通する部分については、符号を流用すると共に、詳細な説明を省略する。

変形例のヒートシンク３５Ａでは、複数の放熱部４２Ａはバー（ピン）によって構成されていることを特徴とする。この複数の放熱部４２Ａの長さは、全て同一である。図８（ｂ）に示されるように、この複数の放熱部４２Ａの少なくとも一部は、この複数の放熱部４２Ａの先端側から見て、光源３１に対して重なる位置に配置されている。つまり、この複数の放熱部４２Ａの少なくとも一部は、複数の光源３１の真裏に位置している。さらに、この複数の放熱部４２Ａの少なくとも一部は、この複数の放熱部４２Ａの先端側から見て、複数の光源３１のそれぞれ一対の端子３１ａ，３１ｂに対し重なる位置に配置されている。

変形例によれば、複数の放熱部４２Ａをバー（ピン）によって構成したので、複数の放熱部４２Ａから放散された熱気を、この付近で籠もることなく、効率よく放散することができる。その他の作用、効果は上記実施例と同等であり、説明を省略する。

なお、本発明によるヘッドアップディスプレイ装置２０は、車両１０を例に説明したが、その他の乗り物にも適用可能であり、これらの形式のものに限られるものではない。すなわち、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例や変形例に限定されるものではない。
また、ヒートシンク３５は、回路基板３３の背面３３ｂに、熱伝導シート３４を介することなく重ねられた構成であってもよい。

本発明の照明装置２３，２３Ａは、液晶式ヘッドアップディスプレイ装置の照明に採用するのに好適である。

２０ ヘッドアップディスプレイ装置
２１ 表示装置
２３ 照明装置
２３Ａ 照明装置（変形例）
３１ 光源
３１ａ 端子
３１ｂ 端子
３３ 回路基板
３３ａ 実装面
３３ｂ 背面
３４ 熱伝導シート
３５ ヒートシンク
３５Ａ ヒートシンク（変形例）
３６ ケース
４１ ヒートシンク基板
４１ａ 積層面
４１ｂ 背面（積層面とは反対側の面）
４２ 放熱部
４２Ａ 放熱部（変形例）
４４ 第１放熱フィン
４４ａ 先端
４５ 第２放熱フィン
４５Ｃａ 先端
４５Ｅａ 先端
５１ ネジ部材
５２ インサートナット
Ｌ１ ヒートシンク基板の背面から第１放熱フィンの先端までの高さ
Ｌ２ ヒートシンク基板の背面から第２放熱フィンの先端までの長さ
Ｌ３ ヒートシンク基板の背面から第２放熱フィンの先端までの長さ
Ｐｏ 光源に対し重なる位置（重なり位置）

Claims (4)

1. 情報を表示する表示装置の透過照明に用いられる複数の光源と、この複数の光源が実装された回路基板と、この回路基板の背面に重ねられたヒートシンクとを含む、照明装置において、
   前記ヒートシンクは、熱伝導性樹脂材料によって形成され、前記回路基板に重ねられたヒートシンク基板と、このヒートシンク基板から前記回路基板とは反対側へ延びた複数の放熱部とを含み、
   前記複数の放熱部は、
   前記ヒートシンク基板の前記背面に沿って一方へ延びた複数の第１放熱フィンと、
   前記ヒートシンク基板の前記背面に沿いつつ前記複数の第１放熱フィンに対して交差する方向へ延びた複数の第２放熱フィンと、から成り、
   前記複数の放熱部が前記光源に対して重なる位置は、前記複数の第１放熱フィンと前記複数の第２放熱フィンとの各々が交差した位置である、ことを特徴とする照明装置。
2. 前記複数の光源は、前記回路基板の実装面にハンダによって実装されてなる、それぞれ一対の端子を有しており、
   前記複数の第１放熱フィンと前記複数の第２放熱フィンとの、いずれか一方は、前記複数の放熱部の先端側から見て、前記複数の光源の前記それぞれ一対の端子に対し重なる位置に配置されている、ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記ヒートシンク基板は、縦向きに設定されており、
   前記複数の第１放熱フィンは、上下方向へ延びており、
   前記複数の第２放熱フィンは、横方向へ延びており、
   前記ヒートシンク基板の前記背面から前記複数の第２放熱フィンの先端までの長さは、前記ヒートシンク基板の前記背面から前記複数の第１放熱フィンの先端までの長さよりも、短く設定されている、ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の照明装置。
4. 前記ヒートシンク基板にネジ部材によって取り付け可能なケースを有し、
   このケースには、前記複数の光源が収納されており、
   前記ヒートシンク基板には、前記ネジ部材を結合するためのインサートナットが埋設されてなる、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の照明装置。
   

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