JP7331834B2 - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、車両等に搭載される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、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、例えば、表示パネル、及び表示パネルを照明するためのバックライトユニットを有している。バックライトユニットは、光源が実装された基板、及び光源が発する熱をケース外部に放熱するヒートシンクを有している。ヒートシンクは、例えばアルミニウム等の熱伝導性が高い金属で形成されている。

特開２０１０－６１９６号公報

ヘッドアップディスプレイの製造性の向上や軽量化を図るため、ヒートシンクを熱伝導樹脂材で形成することが考えられる。しかし、熱伝導性樹脂は、金属に比べて脆い。このため、ヘッドアップディスプレイに加わる衝撃により、ヒートシンクは破損してしまう恐れがある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、ハンドリング性に優れ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。

本発明に係るヘッドアップディスプレイは、上述した課題を解決するために、表示パネルと、前記表示パネルを背面から照射する光源を有する基板と、前記基板から伝わる熱を放熱するヒートシンクと、前記ヒートシンクを収容するケースと、を備え、前記ケースは、前記ヒートシンクに備えられる並設された複数のフィンを露出する開口と、前記開口から突出した前記複数のフィンの突出量よりも大きい突出量を有し、前記開口から突出した前記複数のフィンを跨いだ状態で保護する保護壁と、を有することを特徴とする。

本発明に係るヘッドアップディスプレイにおいては、ハンドリング性に優れている。

本発明に係るヘッドアップディスプレイの一実施形態であり、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縦断面図。 バックライトユニットの分解斜視図。 下ケースの保護壁及びバックライトユニットの固定構造周辺を特に示す平面図。 下ケースとバックライトユニットとの関係を特に説明する斜視図。 突出片とケースとの関係を特に説明する斜視図。 変形例としてのヘッドアップディスプレイであり、弾性部材周辺を特に示す断面図。

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、例えば自動車等の車両に搭載される。

図１は、本発明に係るヘッドアップディスプレイの一実施形態であり、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の縦断面図である。

図３は、バックライトユニット４１の分解斜視図である。

図４は、下ケース２２の保護壁６０及びバックライトユニット４１の固定構造周辺を特に示す平面図である。

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（図６）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、液晶表示パネル４０と、バックライトユニット４１と、を有している。

液晶表示パネル４０（表示パネル）は、液晶セル及び偏光板を有している。液晶セルは、透明電極膜が形成された一対の透光性基板、及びこの透光性基板に封入された液晶層を有している。偏光板は、液晶セルの前後両面に貼り付けられている。バックライトユニット４１のレンズ５１からの平行光となった光線は、液晶表示パネル４０を透過して表示光となり出力される。

バックライトユニット４１は、図３に示すように、光源基板５０と、レンズ５１と、レンズホルダ５２と、ヒートシンク５３と、熱伝導シート５４と、を有している。バックライトユニット４１は、ヒートシンク５３上に積層された熱伝導シート５４、光源基板５０、及びレンズ５１をレンズホルダ５２に収容する。ヒートシンク５３は、レンズ５１、光源基板５０等を収容するレンズホルダ５２と、ネジ５７により固定されている。

光源基板５０は、液晶表示パネル４０を背面から照射する光源５６を有している。光源５６は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等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。

レンズホルダ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。レンズホルダ５２は、レンズ５１から出射される平行光を液晶表示パネル４０へ導く。レンズホルダ５２は、バックライトユニット４１全体をケース６に固定するための構造を有している（詳細は後述）。また、バックライトユニット４１は、図６に示すレンズカバー５８と、レンズ５９と、をさらに有している（図３において図示省略）。レンズ５９は、レンチキュラレンズであり、レンズカバー５８によりレンズホルダ５２に固定されている。

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。

ヒートシンク５３は、フィン５３ａにおいて、光源基板５０から伝わる、光源５６が発する熱を放熱する。ヒートシンク５３は、熱伝導性樹脂で形成されている。ヒートシンク５３は、ケース６の開口２８から一部（フィン５３ａ）が露出している。

図２に示すように、平面鏡４（反射鏡）は、例えば合成樹脂材料からなる基材と、蒸着等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は、例えば合成樹脂材料からなる基材と、蒸着等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する。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。凹面鏡５は、アクチュエータにより回転軸周りに回転する。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は、例えば黒色の遮光性を有する合成樹脂から形成される上ケース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（ヒートシンク５３）と、平面鏡４と、凹面鏡５とを収容する内部空間２３（図２）を有している。また、ケース６は、上ケース２１（第２ケース）が下ケース２２（第１ケース）と嵌まり合うことで、ヒートシンク５３の少なくとも一部、すなわちフィン５３ａを露出する開口２８を形成する。

図１に示すように、上ケース２１は、フロントガラスに対向する部分に設けられた開口２７を有している。開口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。特に、下ケース２２は、バックライトユニット４１を固定するための構造を有している（詳細は後述）。下ケース２２は、開口２８から突出したヒートシンク５３（フィン５３ａ）を保護する保護壁６０を有している。

保護壁６０は、ケース側面２２ａに対して、開口２８から突出したヒートシンク５３の突出量よりも大きい突出量を有している。保護壁６０は、側面側保護壁６０ａと、底面側保護壁６０ｂとを有している。

側面側保護壁６０ａは、ヒートシンク５３の左右側面（Ｙ方向に向く面）を保護する。

底面側保護壁６０ｂは、ヒートシンク５３の底面（－Ｚ方向に向く面）を保護する。図４に示すように、底面側保護壁６０ｂは、排熱口６１と、水抜き穴６２と、を有している。排熱口６１は、ヒートシンク５３が放熱する熱を対流させる。すなわち、排熱口６１は、空気を取り入れ、下から上への熱の対流を促す。これにより、ヒートシンク５３を３面で囲う保護壁６０によるヒートシンク５３の放熱を妨げない。水抜き穴６２は、底面側保護壁６０ｂにおける最も鉛直方向下側（－Ｚ方向）となる位置に設けられている。水抜き穴６２は、保護壁６０から下ケース２２内部（保護壁６０より内側）に浸入しようとする水分を排水する。

制御基板７は、表示装置３等の動作を制御する制御部が実装されたプリント回路板である。制御部は、例えば、記憶装置及び演算装置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。図２に示すように、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に覆われて、基板カバー３１と共に下ケース２２に固定されている。

次に、バックライトユニット４１をケース６に固定するために、レンズホルダ５２及び下ケース２２に設けられた構造について詳細に説明する。

図５は、下ケース２２とバックライトユニット４１との関係を特に説明する斜視図である。

図６は、突出片８３とケース６との関係を特に説明する斜視図である。なお、図６においては、保護壁６０の図示は省略されている。

下ケース２２は、２つのケース側ネジ穴７１と、突出片受け部７５と、を有している。

ケース側ネジ穴７１（図４）は、上下方向（Ｚ方向）にネジ７２を受ける。ネジ穴７１は、水平面（ＸＹ面）に略一致する座面を有するケース側台座７３に設けられている。ネジ穴７１は、ホルダ側ネジ穴８１の位置に対応する２箇所に設けられている。ネジ穴７１及びケース側台座７３は、レンズホルダ５２をネジ７２により固定する２つの固定部として機能する。

突出片受け部７５は、レンズホルダ５２の突出片８３の底面８３ａ（－Ｚ方向に向く面）と面接触する、平坦面を有している。突出片受け部７５は、下ケース２２と上ケース２１とが嵌まり合った後、ネジ止め等により固定される箇所６ａ（図６）に近い箇所に設けられることが好ましい。

レンズホルダ５２は、２つのホルダ側ネジ穴８１と、突出片８３と、を有している。

ホルダ側ネジ穴８１は、上下方向（Ｚ方向）にネジ７２を受ける。ネジ穴８１は、水平面（ＸＹ面）に略一致する座面を有するホルダ側台座８２に設けられている。ネジ穴８１は、光源５６の光軸方向（Ｘ方向）に対して左右方向（Ｙ方向）に略対称となるように２箇所設けられている。

突出片８３は、レンズホルダ５２（バックライトユニット４１）の外側に突出した、平坦な薄板形状を有している。図６に示すように、突出片８３は、下ケース２２の突出片受け部７５に底面８３ａが面するよう設置された後、下ケース２２（第１ケース）及び上ケース２１（第２ケース）で挟み込まれる。これにより、レンズホルダ５２は、ケース６に固定される。突出片８３は、下ケース２２と上ケース２１との嵌まり合う方向である上下方向（Ｚ方向）に対してほぼ垂直に、ケース６の外側（－Ｘ方向）に突出している。なお、突出片８３は、挟み込まれた上でさらに下ケース２２にネジ止めされていてもよいし、挟み込まれることに代えて、下ケース２２にネジ止めされてもよい。

レンズホルダ５２は、ネジ穴８１におけるネジ７２による２箇所のネジ止め、及び下ケース２２及び上ケース２１による突出片８３の挟み込みによる固定により、３箇所でケース６に固定されている。

このようなＨＵＤ１は、上述したとおり、ヒートシンク５３が熱伝導性樹脂で形成されることにより、製造性の向上や軽量化を図ることができる。その一方で、熱伝導性樹脂は、衝撃に弱く、持ち運び時や組み立て時に衝撃を受けた場合に破損する恐れがある。

これに対し、ＨＵＤ１は、下ケース２２にケース６から突出し露出したヒートシンク５３を、保護壁６０を設けることにより保護した。このため、ＨＵＤ１は、ヒートシンク５３に直接衝撃が加わり、破損することを防止することができる。故に、ＨＵＤ１は、持ち運びや組み立て時におけるハンドリング性に優れている。

また、保護壁６０を設けヒートシンク５３を囲うことにより放熱性が低下する恐れがある。これに対しては、保護壁６０に排熱口６１を設けた。よって、ＨＵＤ１は、ヒートシンク５３の保護をすると同時に、放熱性も維持することができる。

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共に、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、レンズホルダ５２は、下ケース２２及び上ケース２１による突出片８３の挟み込みによる固定に代えて、ヒートシンク５３の底面を弾性部材により支持してもよい。

図７は、変形例としてのＨＵＤ１００であり、弾性部材１０１周辺を特に示す断面図である。なお、図７においては、ＨＵＤ１と対応する構成及び部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

弾性部材１０１は、下ケース２２の底面側保護壁６０ｂの水抜き穴６２の位置に設けられた、板バネである。弾性部材１０１は、底面５３ｂに接触する上に凸の押し当て部１０１ａを有している。押し当て部１０１ａがヒートシンク５３の底面５３ｂに接触することにより、下ケース２２とネジ止めされた２箇所を支点にバックライトユニット４１が振動した場合であっても、弾性部材１０１が振動を吸収することができる。これにより、バックライトユニット４１のケース６に対する保持性を向上させることができる。

また、設計上、突出片８３や、突出片受け部７５を設けることができない場合であっても、保護壁６０（底面側保護壁６０ｂ）が必ず設けられる領域にバックライトユニット４１を支持する構造を設ける領域を兼ねることができる。このため、バックライトユニット４１の保持性を維持することができる。

さらに、下ケース２２を射出成形により形成する場合、弾性部材１０１の成形工程上、穴が空く。この穴は、上述した水抜き穴６２として機能させることができる。

ＨＵＤ１は、突出片８３の挟み込みによる固定と共に、弾性部材１０１によりバックライトユニット４１を支持してもよい。弾性部材１０１は、バックライトユニット４１の振動を抑制することができれば、下ケース２２に限らず上ケース２１に設けられてもよい。

また、突出片８３は、レンズホルダ５２（バックライトユニット４１）の外側に突出し挟み込まれることが可能な形状であれば、平坦な薄板形状以外（例えば円柱形状等）であってもよい。

ヒートシンク５３が熱伝導性樹脂で形成される例を説明したが、本発明のＨＵＤは、これに限らずヒートシンクへの衝撃を低減させる必要のあるＨＵＤ全てに適用することができる。

１ ヘッドアップディスプレイ
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
２２ａ ケース側面
２３ 内部空間
２７、２８ 開口
２９ 外面
３０ 透光カバー
３１ 基板カバー
４０ 液晶表示パネル
４１ バックライトユニット
５０ 光源基板
５１ レンズ
５１ａ レンズ部
５２ レンズホルダ
５３ ヒートシンク
５３ａ フィン
５３ｂ 底面
５４ 熱伝導シート
５６ 光源
５７ ネジ
５８ レンズカバー
５９ レンズ
６０ 保護壁
６０ａ 側面側保護壁
６０ｂ 底面側保護壁
６１ 排熱口
６２ 水抜き穴
７１ ケース側ネジ穴
７２ ネジ
７３ ケース側台座
７５ 突出片受け部
８１ ホルダ側ネジ穴
８２ ホルダ側台座
８３ 突出片
８３ａ 底面
１０１ 弾性部材
１０１ａ 押し当て部

Claims (4)

1. 表示パネルと、
   前記表示パネルを背面から照射する光源を有する基板と、
   前記基板から伝わる熱を放熱するヒートシンクと、
   前記ヒートシンクを収容するケースと、を備え、
   前記ケースは、
   前記ヒートシンクに備えられる並設された複数のフィンを露出する開口と、
   前記開口から突出した前記複数のフィンの突出量よりも大きい突出量を有し、前記開口から突出した前記複数のフィンを跨いだ状態で保護する保護壁と、を有することを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
2. 前記ケースは、前記ヒートシンクを収容する第１ケースと、前記表示パネルが出力する表示光を透過反射部に照射するための照射用開口が形成された第２ケースとを有していることを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ。
3. 前記保護壁は、前記ヒートシンクが放熱する熱を対流させる排熱口を有することを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ。
4. 前記保護壁は、前記保護壁における最も鉛直方向下側となる位置に水分を排水する水抜き穴を有することを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ。
   

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