(57)【要約】ヒートシンクの放熱性を向上させることができるヘッドアップディスプレイを提供する。ＬＥＤ３１と、ＬＥＤ３１に接続する配線３７と、が実装された回路基板３３と、回路基板３３が配置された一方の面４１ａおよび一方の面の逆面である他方の面４１ｂを有する土台４１と、他方の面４１ｂから突出した複数の第一放熱フィン４４と、他方の面４１ｂから突出した各第一放熱フィン４４と交差し交点４８を形成する複数の第二放熱フィン４５と、を有し、高熱伝導性樹脂材料によって形成されるヒートシンク３５と、を備える。交点４８は、土台４１を介して、配線３７と重なり合う位置に形成される。
2020158603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤと、前記ＬＥＤに接続する配線と、が実装された回路基板と、
前記回路基板が配置された一方の面および前記一方の面の逆面である他方の面を有する土台と、前記他方の面から突出した複数の第一放熱フィンと、前記他方の面から突出した各前記第一放熱フィンと交差し交点を形成する複数の第二放熱フィンと、を有し、高熱伝導性樹脂材料によって形成されるヒートシンクと、を備え、
前記交点は、前記土台を介して、前記配線と重なり合う位置に形成される、ヘッドアップディスプレイ。
【請求項２】
前記配線は、前記ＬＥＤよりも幅が広く前記回路基板の面方向に広がって形成される、請求項１記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項３】
前記ＬＥＤは、表面実装型ＬＥＤであり、
前記交点と重なり合う位置にある前記配線は、前記ＬＥＤのカソード端子と接続する、請求項２記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項４】
前記他方の面から前記第一放熱フィンよりも小さく突出した第三放熱フィンを更に備える、請求項１記載のヘッドアップディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、表示装置の透過照明に用いられる照明装置を備えたヘッドアップディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドアップディスプレイにおいて、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の照明装置は、高熱伝導性樹脂によって構成された、複数の放熱部を有するヒートシンクを有する。また、照明装置は、ヒートシンクに重ねられた、複数の光源を実装する回路基板を有する。放熱部の少なくとも一部は、複数の放熱部の先端側から見て複数の光源に対し重なる位置に配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−１３７０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の照明装置は、光源から放散された熱を、光源に近い放熱部から効率良く放散することを目的とするものであった。しかし、今日の光源の高輝度化の中で、より放熱効率を高めることが求められている。【０００５】
本開示はこのような事情を考慮してなされたもので、ヒートシンクの放熱性を向上させることができる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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の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、ＬＥＤと、前記ＬＥＤに接続する配線と、が実装された回路基板と、前記回路基板が配置された一方の面および前記一方の面の逆面である他方の面を有する土台と、前記他方の面から突出した複数の第一放熱フィンと、前記他方の面から突出した各前記第一放熱フィンと交差し交点を形成する複数の第二放熱フィンと、を有し、高熱伝導性樹脂材料によって形成されるヒートシンクと、を備え、前記交点は、前記土台を介して、前記配線と重なり合う位置に形成される。
【発明の効果】
【０００７】
本開示のヘッドアップディスプレイにおいては、ヒートシンクの放熱性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の実施形態によるヘッドアップディスプレイを搭載した車両の説明図。
【図２】図１に示されるヘッドアップディスプレイの断面図。
【図３】図２に示される照明装置の分解斜視図。
【図４】光源の実装面から見た回路基板の構成図。
【図５】ヒートシンクを放熱部側から見た構成図。
【図６】回路基板と第一放熱フィンおよび第二放熱フィンとの関係を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
【００１０】
図１は、本開示の実施形態によるヘッドアップディスプレイ２０を搭載した車両１０の説明図である。
図２は、図１に示されるヘッドアップディスプレイ２０の断面図である。
図３は、図２に示される照明装置２３の分解斜視図である。
なお、図中、Ｕｐは上、Ｄｎは下を示す。
【００１１】
図１に示されるように、乗用車などの車両１０は、車室１１の前部にダッシュボード１２を備える。このダッシュボード１２は、上部にヘッドアップディスプレイ２０を内蔵する。このヘッドアップディスプレイ２０から投射された表示光Ｌｄは、車両１０のウィンドシールド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。
【００１２】
図２に示されるように、ヘッドアップディスプレイ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、を有する。表示装置２１、反射器２２、および照明装置２３は、収納ボックス２４に収納される。図２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。
【００１３】
表示装置２１は、走行情報など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する。この液晶表示装置は、液晶パネルの他に、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、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有する（図示省略）。
【００１４】
反射器２２は、表示装置２１から投射された表示光Ｌｄを拡大してウィンドシールド１３（図１参照）に向けて反射させる凹面鏡からなる。
【００１５】
図２および図３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）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、レンズアレイ３２、回路基板３３、および熱伝導シート３４は、ケース３６に収納される。
【００１６】
図３に示されるように、ケース３６は、土台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。土台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が埋設される。複数のインサートナット５２は、金属材料からなり、土台４１に一体に埋設される。
【００１７】
図３に示されるように、複数の光源３１は、例えば表面実装型のＬＥＤ（Light Emitting Diode、発光ダイオード）によって構成される。ここで、図４は、光源３１の実装面３３ａから見た回路基板３３の構成図である。
【００１８】
複数の光源３１（図４においては上下方向に２個ずつ、左右方向（上下方向に直交する方向）に３個ずつ）は、回路基板３３の実装面３３ａに所定のピッチで配列される。各光源３１は、実装面３３ａにハンダによって実装される、一対のアノード端子３６ａ（アノード電極側の端子）と、カソード端子３６ｂ（カソード電極側の端子）と、を有する。複数の光源３１は、上下方向に隣接する一の光源３１（例えば光源３１ａ）のアノード端子３６ａと他の光源３１（例えば光源３１ｂ）のカソード端子３６ｂとが配線（銅箔配線パターン）３７により直列接続されて、回路基板３３上に実装される。なお、図４においては、説明のため、配線３７はハッチングで示されている。配線３７の一端は、回路基板３３に実装されたアノード電極３８ａに接続される。配線３７の他端は、回路基板３３に実装されたカソード電極３８ｂに接続される。これにより、光源３１は、配線３７により数珠つなぎに直列接続される。
【００１９】
回路基板３３は、熱伝導性が優れた金属板材（例えばアルミニウム合金）上に、絶縁層（例えばガラスエポキシ基板）を形成し、この絶縁層の実装面３３ａ（前面）に光源３１および配線３７を形成した金属ベース回路基板によって構成される。回路基板３３の実装面３３ａは、レンズアレイ３２の入射面に対向する。背面３３ｂである金属板材が露出する面は、ヒートシンク３５に対向する。
【００２０】
また、配線３７は、図４に示すように表面積ができるだけ広くなるように実装面３３ａの面方向に広がって略矩形状などに延びる放熱パターンとして形成されている。この放熱パターンは、少なくとも光源３１よりも幅が広く（左右方向に長く）、且つ、光源３１同士の配線長が短くなるように形成されている。
【００２１】
熱伝導シート３４は、柔軟で密着性に優れた良熱伝導性のシリコーンやアクリル、ポリオレフィンなどの樹脂製のシートであり、回路基板３３の熱をヒートシンク３５へ効率よく伝達する。また、熱伝導シート３４は、樹脂製の基材にセラミックフィラーなど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もよい。
【００２２】
図２および図３に示されるように、ヒートシンク３５は、高熱伝導性樹脂材料によって形成された成型品である。本開示では、高熱伝導性樹脂は、ナイロンなどの樹脂にセラミックフィラーなどの高熱伝導性フィラーを配合したものであり、熱伝導率（熱伝導係数）が少なくとも１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の混合樹脂と定義する。高熱伝導性フィラーは、例えば、セラミックスの一種である酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどの絶縁性を持つフィラーが好ましい。しかし、放熱性を高めたいならば、高熱伝導性フィラーとして、アルミニウム、銅、黒鉛などの電気絶縁性を持たないフィラーを選択してもよい。各構成における熱伝導率の一例を示すと、ナイロン樹脂は単体で０．２２〜０．４３Ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率である。これに対し、ナイロン樹脂に電気絶縁性を持つセラミックスフィラーを混合した高熱伝導性樹脂の熱伝導率は約５Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。また、ナイロン樹脂に電気絶縁性を持たないフィラーを混合した高熱伝導性樹脂の熱伝導率は約５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、高熱伝導性樹脂は通常の樹脂に比べ熱伝導性が高くなる。この高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に重ねられた土台４１と、この土台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。
【００２３】
図５は、ヒートシンク３５を放熱部４２側から見た構成図である。
【００２４】
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。
【００２５】
土台４１は、回路基板３３の背面３３ｂに対向する一方の面としての基板側面４１ａと、基板側面４１ａの逆面である他方の面としての放熱部側面４１ｂと、を有する（図２）。基板側面４１ａは、熱伝導シート３４（回路基板３３）を支持する面である。放熱部側面４１ｂは、放熱部４２が形成される側の面である。基板側面４１ａおよび放熱部側面４１ｂは、平坦な平板状であり、照明装置２３の使用状態において、土台４１の面方向は略縦向き（略上下方向）に設定される。
【００２６】
放熱部４２は、角筒状の枠部４３によって囲まれる。この枠部４３は、土台４１の放熱部側面４１ｂの縁から放熱部４２の突出方向に沿って延びており、放熱部４２と共に土台４１に一体成形される。放熱部４２は、放熱部側面４１ｂから突出する複数の第一放熱フィン４４と、複数の第二放熱フィン４５と、を有する。
【００２７】
複数の第一放熱フィン４４は、放熱部側面４１ｂに沿って一方へ延びる。具体的には、第一放熱フィン４４は、上下方向に対して若干の傾きを有して延びる。複数の第二放熱フィン４５は、放熱部側面４１ｂに沿いつつ複数の第一放熱フィン４４に対して交差する方向へ延びる。具体的には、第二放熱フィン４５は、左右方向に対して若干の傾きを有して、第一放熱フィン４４と格子状に直交するように延びる。第一放熱フィン４４および第二放熱フィン４５は、複数の交点４８を形成する。
【００２８】
第一放熱フィン４４の先端４４ａは、枠部４３の先端面４３ａを越えて延びる（図２）。これに対し、第二放熱フィン４５の先端４５ａは、第一放熱フィン４４の先端４４ａよりも短く、放熱部側面４１ｂ側に位置する。一般に、横板状の（略左右方向に延びる）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、本実施形態では、略左右方向へ延びる第二放熱フィン４５の長さを、短く抑えるようにした。このため、複数の放熱部４２から放散された熱気を、この付近で籠もらせることなく、効率よく放散できる。
【００２９】
放熱部４２は、更に複数の第三放熱フィン４６を有する。第三放熱フィン４６は、第一放熱フィン４４よりも小さく、第二放熱フィン４５よりも大きくなるよう、各第一放熱フィン４４の間の放熱部側面４１ｂから突出する。第三放熱フィン４６が第一放熱フィン４４よりも短い長さを有することにより、成型時において、金型からヒートシンク３５を抜く際にフィンが割れて破損することを低減することができる。
【００３０】
第三放熱フィン４６は、第一放熱フィン４４と略平行に放熱部側面４１ｂに沿いつつ、複数の第二放熱フィン４５に対して交差する方向へ延びる。第三放熱フィン４６および第二放熱フィン４５は、複数の交点４９を形成する。ヒートシンク３５は、交点４９を有することにより、表面積を増やし、輻射伝熱を増加させることができる。第三放熱フィン４６は、第一放熱フィン４４と異なり、略上下方向に連続的に延びた縦板ではなく、第二放熱フィン４５と交差する位置に断続的に設けられた縦板である。これにより、放熱部４２は、表面積を増やすことができ、放熱性を高めることができる。
【００３１】
ここで、光源３１に接続される配線３７を実装面３３ａの面方向に広がって延びる放熱パターンとして形成した場合、光源３１が発した熱が効率よく配線３７に伝わるため、光源３１の直下よりも、光源３１に接続される配線３７の方が高温となることが、わかった。そのため、光源３１の直下よりも、光源３１に接続される配線３７を冷却することが、光源３１の保護に効果的であることが、わかった。特に、光源３１として用いられる表面実装型発光ダイオードは、ＬＥＤチップが設けられるカソード端子側リードフレームと、アノード側リードフレームと、をボンディングワイヤで電気的に接続する構造となっており、カソード端子３６ｂに接続される側の配線３７の方に熱が伝わりやすく高温となるため、カソード端子３６ｂに接続される側の配線３７を優先して冷却することが、光源３１の保護に効果的であることが、わかった。そこで、本実施形態における照明装置２３は、放熱性を向上させるよう、ヒートシンク３５を構成した。以下、具体的に説明する。
【００３２】
ここで、図６は、回路基板３３と第一放熱フィン４４および第二放熱フィン４５との関係を示す説明図である。図６においては、土台４１を介して回路基板３３に対向する第一放熱フィン４４および第二放熱フィン４５が点線で示されている。図６に示されるように、上述した第一放熱フィン４４と第二放熱フィン４５との各交点４８は、土台４１を介して、配線３７と重なり合う位置に少なくとも形成される。これにより、発熱の大きい配線３７は、表面積が大きく輻射伝熱による放熱性の高い交点４８と熱的に接続される（近接する）ことになり、照明装置２３の発熱効率を向上させることができる。特に、ヒートシンク３５を高熱伝導性樹脂製とする場合においては、発熱箇所に近い部分の表面積を大きくして輻射伝熱量を増加させることが、熱容量を大きくすることに比べ放熱の観点で有利である。
【００３３】
なお、図６の例においては、上下方向および左右方向（第一方向および第一方向に直交する第二方向）に配列された複数の光源３１のアノード端子３６ａおよびカソード端子３６ｂが光源３１から延びる方向が上下方向である場合、配線３７は、各端子３６ａ、３６ｂを上下方向に接続する略矩形の領域を複数有している。また、例えば、上下方向において下端に位置する光源３１ｃのアノード端子３６ａは、右方向に隣接し上端に位置する光源３１ｄのカソード端子３６ｂである。この場合、光源３１ｃのアノード端子３６ａと光源３１ｄのカソード端子３６ｂとを接続する配線３７は、矩形領域３７ａと矩形領域３７ｂとを繋ぐ、上下方向に延びた直線的な接続領域３７ｃとで接続された形状を有する。このような場合、「カソード端子３６ｂと接続される配線３７」は、矩形領域３７ｂを指す。
【００３４】
また、交点４８は、各配線３７の略中央（例えば矩形の略中央位置）に形成されるのが好ましい。これにより、各配線３７上の全範囲において、均一に冷却でき、より放熱性を高めることができる。
【００３５】
更に、交点４８は、配線３７の一の矩形領域にアノード端子３６ａとカソード端子３６ｂが上下方向に位置する場合（例えば図６の矩形領域３７ｄ）には、より発熱が大きいカソード端子３６ｂ寄りに形成されていてもよい。
【００３６】
以上のような本実施形態における照明装置２３およびヘッドアップディスプレイ２０は、光源３１の発熱箇所に応じてヒートシンク３５を好適に設計したため、ヒートシンク３５の放熱性を向上させることができる。
【００３７】
本開示では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が可能であり、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。
【００３８】
例えば、本開示のヘッドアップディスプレイは、車両１０に搭載される場合を例に説明したが、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。
【００３９】
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。
【００４０】
更に、光源３１は、表面実装型のＬＥＤ以外にも、砲弾型（リードフレーム型）ＬＥＤであってもよい。また、光源３１は、白熱電球、ＥＬ（Electro-Luminescence）パネルなどの面状光源、フィラメントバルブなどの点状光源、蛍光表示管などの線状光源であってもよく、また、これらを組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０  車両
１１  車室
１２  ダッシュボード
１３  ウィンドシールド
２０  ヘッドアップディスプレイ
２１  表示装置（投射器）
２２  反射器
２３  照明装置
２４  収納ボックス
２５  透過部
３１、３１ａ、３１ｂ  光源（ＬＥＤ）
３２  レンズアレイ
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
３６  ケース
３６ａ  アノード端子
３６ｂ  カソード端子
３７  配線
３８ａ  アノード電極
３８ｂ  カソード電極
４１  土台
４１ａ  基板側面
４１ｂ  放熱部側面
４２  放熱部
４３  枠部
４３ａ  先端面
４４  第一放熱フィン
４４ａ  先端
４５  第二放熱フィン
４５ａ  先端
４６  第三放熱フィン
４８、４９  交点
５１  ネジ部材
５２  インサートナット
Ｌｄ  表示光
Ｖｉ  虚像
【図１】
2020158603.tif 000003
【図２】
2020158603.tif 000004
【図３】
2020158603.tif 000005
【図４】
2020158603.tif 000006
【図５】
2020158603.tif 000007
【図６】
2020158603.tif 000008
【国際調査報告】
2020158603.tif 000009
2020158603.tif 000010
2020158603.tif 000011
2020158603.tif 000012
2020158603.tif 000013
2020158603.tif 000014