车辆用显示装置的制作方法

1.本发明涉及安装于汽车等车辆的显示装置，尤其涉及平视显示器装置(以下，hud装置)。


背景技术：

2.作为hud装置，提出了向汽车的前挡风玻璃投射构成图像的光，通过其反射光，驾驶员等乘员能够目视确认该图像的虚像。另外，以下也将能够目视确认虚像的情况称为显示图像。在专利文献1中提出了如下的hud装置：用平面镜以及凹面镜依次反射显示于液晶面板等显示单元的图像的光(以下，图像光)，并投射到汽车的前挡风玻璃上，从而目视确认虚像。
3.在这种hud装置中，为了构成为使显示的图像的大小亦即虚像的大小成为某种程度的大小，需要将制作虚像的凹面镜的焦点距离设定成与其相应的长度。在专利文献1中，通过用平面镜暂时反射显示单元的图像光，能够缩短hud装置的尺寸、尤其是凹面镜的光轴方向的长度，能够构成小型的hud装置。另外，也提出有代替平面镜而使用凸面镜的构成。
4.专利文献1：日本专利公开公报特开2018-174583


技术实现要素：

5.在专利文献1的hud装置中，为了实现进一步的小型化，需要分别将显示单元、平面镜以及凹面镜尽可能地接近配置。但是，专利文献1的hud装置由于是利用平面镜以及凹面镜使从显示单元到前挡风玻璃的图像光的光路沿着汽车的前后方向弯曲成折叠状态的构成，所以有时被平面镜反射后的图像光的一部分被显示单元遮挡。另外，有时被凹面镜反射后的图像光的一部分被平面镜遮挡。
6.这样，如果图像光的一部分被遮挡，则该被遮挡的图像光无法投射到前挡风玻璃上，图像的一部分变得无法显示，hud装置中的图像的显示质量降低。另外，由于被遮挡的光，有时显示单元、平面镜也被加热。尤其是，在用液晶装置构成显示单元的情况下，由于在用于从液晶装置射出图像光的光源产生的热，液晶装置变得容易受到热损伤，hud装置的耐热性降低。
7.本发明的目的在于提供一种图像显示质量高且耐热性高的小型的hud装置。
8.本发明是一种车辆用显示装置，具备：图像显示部，具备显示图像的显示面板；以及光学系统，将所显示的图像的图像光投射到车辆的挡风玻璃上，车辆用显示装置通过被挡风玻璃反射的光而能够目视确认图像的虚像，图像显示部的显示图像的有效显示区域设定在偏向显示面板的一方的端部的区域。
9.在本发明的优选方式中，光学系统具备：第一反射部，反射从图像显示部射出的图像光；以及第二反射部，将第一反射部的反射光朝向挡风玻璃反射，从图像显示部到第二反射部的图像光的光路被设定为折叠状态。并且，图像显示部与第一反射部对置配置，显示面板以其一方的端部朝向第二反射部侧的姿势配置。
10.作为本发明的图像显示部的优选方式，显示面板由透射型的液晶面板构成，该液晶面板支承于壳体，在该壳体配设有液晶面板的背光用的光源以及散热器。并且，显示面板的除了有效显示区域之外的无效显示区域与散热器热耦合。
11.根据本发明，能够提供能够防止从图像显示部射出的图像光被遮挡、能够显示适合的图像的质量高的小型的车辆用显示装置。另外，根据本发明，能够提供提高了在图像显示部的散热效果的耐热性高的车辆用显示装置。
附图说明
12.图1是hud装置的概念构成图。
13.图2是从侧面观察hud装置的示意图。
14.图3是图像显示部的纵剖视图。
15.图4是图像显示部的概要的局部分解立体图。
16.图5是液晶面板的俯视图。
17.图6是表示hud装置的图像显示部与光学系统的位置关系的概要的侧视图。
18.图7是hud装置的(a)参照例1以及(b)参照例2的概要的侧视图。
19.图8是hud装置的变形例的概要的侧视图。
20.图9是图像显示部的变形例1的纵剖视图。
21.图10是图像显示部的变形例2的纵剖视图。
22.图11是图像显示部的变形例3的纵剖视图。
23.图12是图像显示部的变形例4的纵剖视图。
具体实施方式
24.接着，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是应用于汽车的hud装置1的概念构成图。在汽车的仪表板db内配设有hud装置1，使从该hud装置1射出的图像光l通过该仪表板db的上表面开口h投射到汽车的前挡风玻璃(称为挡风玻璃)ws上。所投射的图像光l被挡风玻璃ws反射而射向汽车的驾驶员等乘员m。该图像光l进入乘员m的眼睛，由此，该乘员m能够透过挡风玻璃ws在汽车的前方位置目视确认由图像光形成的虚像i，进行该图像的显示。在该例子中，作为要显示的图像，在左右方向上并排显示速度表图像以及导航图像。另外，以后的上下方向以及前后方向分别表示以汽车为基准的上下方向以及前后方向。
25.在图2中表示从侧面方向观察所述hud装置1的示意图。该hud装置1具备图像显示部2以及光学系统3，该光学系统3将显示于该图像显示部2的图像投射到挡风玻璃ws上。该图像显示部2具备后述的显示面板，在该显示面板的图像显示面显示图像。所述光学系统3具备：第一反射部31，反射在图像显示部2显示的图像的图像光l；以及第二反射部32，进一步反射被该第一反射31反射后的光并投射到挡风玻璃ws上。该第一反射部31由凸面镜构成，第二反射部32由凹面镜构成。
26.所述凹面镜32由成为所需的焦点距离的曲率的球面或非球面或自由曲面构成。所述凸面镜31是为了改善凹面镜31的像差且实质上延长凹面镜32的焦点距离而设置的。并且，通过以在所述图像显示部2显示的图像配置在凹面镜32的焦点距离内的方式构成hud装置1，由此乘员m能够目视确认所显示的图像的虚像i。
27.图3是表示图像显示部2的概要构成的剖视图，图4是其概要构成的分解立体图。图像显示部2具备由导热性高的部件构成的壳体21，作为显示面板的透射型的液晶面板22支承于该壳体21的上表面的至少一部分。如在图5中概要图示了该液晶面板22的图像显示面那样，将该图像显示面的一部分的区域设定为有效显示区域22a。即，由于液晶面板22的图像显示面的纵横尺寸比(纵横比(aspect ratio))与通过图1所示的挡风玻璃ws显示的图像i的纵横比不同，所以将图像显示面的整个区域中的与图像i的纵横比对应的区域设定为有效显示区域22a，构成为在该有效显示区域22a显示图像i。
28.在该实施方式中，液晶面板22的图像显示面的纵横比为3：4，与此相对，所显示的图像的纵横比大致为1：2，因此将满足该图像的纵横比的区域作为有效显示区域22a。另外，由于所述液晶面板22的图5的左方向与所显示的图像的下方对应，所以将该液晶面板22的左侧设定为画面下方向。因此，该有效显示区域22a被设定在偏向图5的左端、即相当于液晶面板22的画面下侧的一方的端部的区域。该液晶面板22的比有效显示区域22a靠右侧的区域被设定为无助于图像的显示的无效显示区域22b。
29.所述壳体21的与液晶面板22的有效显示区域22a对应的区域构成从上表面朝向下方凹陷设置的光源室21a，在该光源室21a的内底面配置有背光光源23。该背光光源23由搭载有led(发光二极管)23a的电路基板23b构成，该led23a发光时射出的白色光向所述液晶面板22的背面侧投射。该光源室21a的内壁面以从led23a朝向液晶面板22扩展的方式倾斜，led23a的白色光在该内壁面被反射而朝向液晶面板22。投射到液晶面板22的白色光透过液晶面板22作为具有所需的色相的图像光射出。
30.所述液晶面板22在载置到所述壳体21的上表面后，通过以从其上侧覆盖的方式盖上的盖24固定于所述壳体21。该盖24在一部分形成有使液晶面板22的有效显示区域22a露出的开口窗24a，另一方面，以覆盖包括液晶面板22的无效显示区域22b的其他区域的方式且以盖24的周缘与壳体21嵌合的方式进行安装。
31.由导热性高的弹性材料构成的传热片25、26分别夹设在这些壳体21与液晶面板22之间、以及液晶面板22与盖24之间。在所述传热片25、26形成有使有效显示区域22a露出的开口窗25a、26a。另外，各传热片25、26利用本身的弹性使对液晶面板22施加的外力均匀化，防止产生对液晶面板22造成机械损伤这样的局部应力。该传热片25、26配设在液晶面板22的周缘区域、以及除了有效显示区域22a之外的无效显示区域22b的区域。
32.此外，所述壳体21在除了所述光源室21a之外的部位的外壁面形成有多个散热片21b，通过散热片21b释放在壳体21产生的热尤其是由led23a产生的热以及在液晶面板22产生的热。通常，在显示图像的显示倍率大的hud装置中，显示图像的光的密度降低，因此需要使用发光亮度高的led，led的发热变高。另外，伴随于此，液晶面板的由于吸光作用而产生的热量也变高。
33.在以上构成的图像显示部2中，如果通过图中未示出的控制单元驱动液晶面板22，则在该液晶面板22的有效显示区域22a显示规定的图像。此处，如图5中示意性地所示，与图1中示出的图像i对应地在左右方向上并排显示有速度表图像以及导航图像。另外，与此同时，led23a发光，从该led23a射出的白色光向有效显示区域22a照射。从led23a射出的白色光被光源室21a的内壁反射而作为均匀的亮度分布的背光向有效显示区域22a照射。由此，透过了所显示的图像i的光亦即图像光l从液晶面板22射出。
34.这样，在led23a的光透过液晶面板22时光的一部分在液晶面板22转换成热而产生热，另外由于led23a发光而产生热。这些热传递到壳体21，另一部分的热经由盖24传递到壳体21，进而传递到形成于壳体2的作为散热器的散热片21b并从该散热片21b散热。尤其是，液晶显示面板22的整个区域中的除了有效显示区域22a之外的无效显示区域22b经由传热片25、26与壳体21以及盖24密接，因此能够尽可能地增大液晶面板22的散热面积，能够提高散热效果。通过该散热能够抑制液晶面板22的温度上升，能够提高液晶面板22的热可靠性。
35.如图2所示，该构成的图像显示部2配置在所述光学系统3的凸面镜31的下方区域。图6是表示图像显示部2与光学系统2的位置关系的概要的放大侧视图，如果将汽车的前后方向作为基准，则图像显示部2从凸面镜31的前方的斜下方配置在下方，从液晶面板22的有效显示区域22a射出的图像光向凸面镜31投射。该投射的图像光在凸面镜31朝向前方被反射，投射到凹面镜32后被反射，通过仪表板db的上表面开口h投射到汽车的挡风玻璃ws上。因此，来自液晶面板22的图像光经由沿着汽车的前后方向折叠的状态的光路投射到挡风玻璃ws上。
36.此处，如在图7的(a)中示出的参照例1所示，当将图像显示部2接近配置在凸面镜31的下方区域时，有时图像显示部2a的一部分x1进入图像光l的光路，图像光l的一部分被遮挡。即，如在同图中点描所示，有时从液晶面板22的有效显示区域22a射出的图像光l的一部分被遮挡，而无法投射到挡风玻璃ws上，无法显示适合的图像。尤其是，在有效显示区域22a设定在液晶面板22的画面上下方向的中央区域或画面上方向的图像显示部2a中，在将有效显示区域22a相对于凸面镜31设定在规定的位置时，图像显示部2配置在偏向凹面镜32侧的位置，图像显示部2a的一部分x1容易进入图像光l的光路内。
37.这样，如果为了防止图像显示部2a的一部分进入被凸面镜31反射后的图像光l的光路而调整图像显示部2a或凸面镜31的位置，则如图7的(b)中示出的参照例2所示，这次，有时凸面镜31的一部分x2进入被凹面镜32反射后的图像光l的光路内。如在同图中点描所示，在该情况下，向挡风玻璃ws投射的图像光l的一部分也被遮挡，无法显示适合的图像。尤其是，如果为了增大显示的图像的放大率而增大凹面镜32的曲率半径，则伴随于此，图像光l的光路的区域扩展，凸面镜31的一部分x2容易进入光路内。
38.在所述实施方式的图像显示部2中，液晶面板22的有效显示区域22a配设在偏向与图像显示部2的画面下方向对应的一方的端部的区域。并且，图像显示部2以该一方的端部朝向在凸面镜31中图像光l被反射的一侧、即位于前方的凹面镜32侧的姿势配置。换言之，当在凸面镜31的反射面上假想规定的法线时，液晶面板22配置在该法线的一侧，凹面镜32配置在法线的另一侧，液晶面板22的有效显示区域22a以朝向接近该法线的一侧的姿势配置。
39.因此，即使在以有效显示区域22a相对于凸面镜31成为规定的位置的方式配置了图像显示部2的情况下，图像显示部2的一部分也不会相对于凸面镜31显著地向前方侧突出。即，即使在以有效显示区域22a相对于凸面镜31成为规定的位置关系的方式配置了图像显示装置2的情况下，与图7的(a)、(b)所示的参照例1、2相比，图像显示部2的前方侧的部位也不会进入被凸面镜31反射后的图像光l的光路。
40.由此，能够防止如参照例1那样被凸面镜31反射后的图像光l的一部分被图像显示部2遮挡，能够显示适合的图像。另外，通过这样做，能够减小凸面镜31与图像显示部2的相
对间隔尺寸，有利于hud装置1的小型化。同时，能够将凸面镜31构成为小型，也能够防止如参照例2那样凸面镜31进入被凹面镜32反射后的图像光l的光路内。因此，即使为了增大所显示的图像的放大率而减小凹面镜32的曲率半径、凹面镜32的端部向显示装置2的方向突出，也能够显示适合的图像。
41.在本发明中，如图8中示出的hud装置的变形例所示，第一反射部也可以由凹面镜31a构成。或者，虽然省略了图示，但是第一反射部也可以由平面镜构成。在图8的变形例中，将凹面镜31a称为第一凹面镜，将与所述实施方式相同的凹面镜32称为第二凹面镜。这样，在由第一凹面镜31a构成凸面镜的情况下，能够使图像显示部2与第一凹面镜31a的上下的位置关系相反。由此，被第一凹面镜31a反射后的图像显示部2的图像光成为大致接近水平的光路，图像显示部2难以进入被第一凹面镜31a反射后的图像光l以及被第二凹面镜32反射后的图像光l各自的光路内。因此，能够进一步减小图像显示部2与第一凹面镜31a的间隔尺寸。具备该第一凹面镜31a的方式适合应用于将第二凹面镜32的曲率半径足够大的hud装置。
42.另外，在本发明中，图像显示部2的壳体21是反射类型的光学系统，但也可以适当变更为透镜等的折射类型等。此外，形成于壳体21的散热结构也可以适当变更。在以后的变形例中，对与所述实施方式等价的部分标注相同的附图标记并省略详细的说明。图9是图像显示部2的变形例1的纵剖视图。形成于壳体21的散热片21b的间隔、数量部分地不同。另外，虽然省略了图示，但散热片的尺寸也可以部分地不同。虽然省略了图示，但也可以将壳体21以及散热片21b的一部分变更为传热性低的材料。通过如此适当地设计散热片21b的形态，能够控制壳体21的散热分布，能够得到led23a以及液晶面板22各自的适合的散热效果。
43.图10是图像显示部2的变形例2的纵剖视图。散热风扇27安装在与形成于壳体1的散热片21b对置的位置。当驱动图像显示部2时，同步地驱动散热风扇27，由此能够提高壳体21亦即散热片21b的散热效果。该散热风扇27同样可以应用于图9中示出的变形例1的图像显示部2的壳体21。
44.图11是图像显示部2的变形例3的纵剖视图。在盖24的一部分一体地形成有辅助散热片28。即，在盖24的表面的一部分尤其是与液晶面板22的无效显示区域22b对应的区域一体地形成有一个以上的辅助散热片28。在该构成中，在液晶面板22产生的热从无效显示区域22b向盖24传递，从辅助散热片28散热。这样，由于从比较宽广的面积的无效显示区域22b进行散热，所以能够提高散热效果。该辅助散热片28以在配设于hud装置1时不与凸面镜31等其他构成部件干涉的形态配置。
45.图12是图像显示部2的变形例4的纵剖视图。在壳体21未形成有散热片，壳体21通过热导管29与分体构成的分体式散热器4热连接。此处，分体式散热器4配置于内置有图像显示部2的hud装置1的外壳11的外部。并且，通过贯通该外壳11而延长配置的热导管29将壳体21与分体式散热器4连结。在led23a以及液晶面板22产生的热从壳体21经由热导管29向分体式散热器4传热，从分体式散热器4散热。由于分体式散热器4配置在外壳11的外部，所以能够进一步提高散热效果。也可以与变形例4同样地从盖24经由热导管29连接分体式散热器4，由此提高散热效果。
46.在以上的实施方式以及变形例中，设置于图像显示部2的传热片25、26优选是传热性高且具有吸收液晶面板22与壳体21以及盖24之间的应力的效果的材料，例如可以使用传
热润滑脂(grease)。但是，在使用传热润滑脂时，可以容易地想象由于使用环境的影响等，发生润滑脂流出、附着到有效显示区域22a的不利情况。因此，当然也可以在有效显示区域与传热片25以及26的边界设置用于防止流出的结构。
47.在本发明中，由于图像显示部2的显示面板只要是射出与所显示的图像对应的图像光的构成即可，所以也可以是由将微小镜矩阵配置、选择性地反射光源的光并射出图像光的dmd装置构成。或者，也可以由有机el、电致变色元件构成。
48.本发明的挡风玻璃并不现定于记载于实施方式的汽车的前挡风玻璃，也可以是车辆所具备的具有透光性的车窗等车身的一部分。
49.本国际申请主张基于2020年6月5日提出的日本专利申请特愿2020-098086号的优先权，本国际申请引用该日本专利申请特愿2020-098086号的全部内容。
50.针对本发明的特定实施方式的上述说明是以例示为目的而提示的。这些说明并非旨在穷举或将本发明限制为记载的实施方式本身。对于本领域技术人员而言，显然可以参照上述的记载内容而进行大量的变形和变更。
51.附图标记说明
52.1hud装置
53.2图像显示部
54.3光学系统
55.4分体式散热器
56.21壳体
57.21b散热片
58.22显示面板(液晶面板)
59.22a有效显示区域
60.22b无效显示区域
61.23背光光源
62.23aled(发光二极管)
63.24盖
64.25、26传热片
65.27散热风扇
66.28辅助散热片
67.29热导管
68.31第一反射部(凸面镜)
69.32第二反射部(凹面镜)
70.ws挡风玻璃
71.l图像光
72.i虚像(显示图像)