用于发光、尤其用于产生图像的装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于发光、尤其用于产生图像的装置(1)。该装置(1)具有至少一个光源(13)、至少一个散热器(19、20)、用于将所述光源(13)发出的光散射且均匀化的散射器并且包括导热装置(22、22'、22”)。所述光源(13)构造得热耦合到散热器(19)上。所述导热装置(22、22'、22”)也构造得热耦合到散热器(20)，使得由所述光源(13)产生的热量被传递到所述导热装置(22、22'、22”)并从所述导热装置(22、22'、22”)被传递到所述散热器(20)。所述导热装置(22、22'、22”)还构造为用于使所述光源(13)发出的光散射且均匀化的散射器。
【专利说明】
用于发光、尤其用于产生图像的装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于发光、尤其用于产生图像的装置。所述装置具有至少一个光源、至少一个散热器、用于使该光源发出的光散射且均匀化的散射器以及具有导热装置。所述光源构造得热耦合到散热器上。
[0002]发明背景
[0003]从现有技术已知的用于产生图像的系统(也称为“图片产生单元”或“图像产生单元”并且缩写为P⑶或IGU)构造有具有增大的功率和照明强度的发光二极管以及构造有特定透镜、尤其是准直透镜。用于通过高功率发光二极管(另外也称为高功率LED)产生图像的系统构造用于提高显示照明的强度并从而增加所产生的虚拟图像的强度。
[0004]高功率LED的使用还引起系统内部发热增加，尤其发光元件前面的区域中、即特别是在发光元件、准直透镜与显示装置之间的区域中发热增加。由于发热增加，发光元件前面的区域中的温度这样升高:使得超出显示装置的工作温度的容许极限。显示装置可能发生故障或毁坏。所述区域又被称为高温区域。
[0005]传统的用于产生图像的系统具有构造为冷却体的散热器。然而，通过在背侧热耦合地布置在发光元件上的冷却体不能将高功率LED发出的热量完全导出，从而准直透镜与显示装置之间的高温区域内的温度剧烈上升。
[0006]用于产生图像的系统也用作显示装置、如所谓的“平视显示器(head-up-display)” 的组成部分并且例如布置在机动车前窗玻璃的区域中。 “平视显示器” ( 也缩写为 HUD)在此应理解为一种显示器系统，在该显示器系统的情况下，因为信息被投影到使用者的视野内，所以该使用者在观察显示的信息时可将头部姿势或者说视向保持在最初取向。 HUD通常具有产生图像的成像单元、光学模块和投影面。光学模块将图像传导到构造为可透光反射盘的投影面上。驾驶员看到成像单元的被反射的信息并且同时看到位于所述盘后方的实际环境。
[0007]US 2007/0064174 A1教示了一种具有光单元和显示器单元、尤其HUD的装置。所述光单元具有布置在反射器与阻热盘之间的照明元件，该照明元件作为光源透射过液晶面板。布置在照明元件与液晶面板之间的阻热盘阻挡照明元件朝散射器板方向和液晶面板方向发送的热射线，以尤其保护液晶面板免受过强的热渗透。[00〇8]在EP 1 865 534 B1中公开了一种发光装置，其具有发光面板和面向该发光面板的散射板，该散射板用于使发光面板发出的光散射。所述装置具有布置在发光面板与散射板之间的导热板，该导热板由具有高导热能力的材料制成。所述发光面板具有用于发光的作用区并且具有非作用区，其中，所述非作用区基本上在共同的平面中环绕作用区布置。
[0009]此外，在现有技术中除了阻热盘和导热板之外还使用通风机、冷却盘管或吸热滤光器。
[0010]从现有技术已知的系统具有多个布置在由发光元件发出的光的光线内的并且直至光从装置射出为止降低光强度的部件。设置在所述装置中的部件仅能不充分地导出发出的热量。此外，发光装置与显示装置并不处于连接，所述显示装置尤其应针对过大的热输入进行保护。
【发明内容】
[0011]本发明的任务在于提供一种用于发光、尤其用于产生图像的装置并且改进该装置，其中，由发光元件、例如高功率LED发出的热量从高温区域被有效率地导出，以避免装置毁坏或受损。用于导出热量的元件这样与用于产生图像的装置构成连接:使得不会达到或超过各个部件的极限温度。一方面，所述用于发光的装置的部件数量应该很小，以将制造成本最小化。另一方面，用于导出热量的部件这样构造:使得不会附加地影响或降低光强度。
[0012]所述任务通过具有独立权利要求特征的主题来解决。在从属权利要求中给出扩展方案。
[0013]所述任务通过根据本发明的用于发光、尤其用于产生图像的装置来解决。该装置具有至少一个光源、至少一个散热器、用于使由该光源发出的光散射和均匀化的散射器以及具有导热装置。所述光源构造得热耦合到散热器上。[〇〇14]所述热耦合使得在互相连接的部件之间不仅能通过热辐射或对流进行热量传递， 而且也能够通过直接导热进行热量传递。因此，热耦合的部件导热地相互连接。
[0015]根据本发明的方案，所述导热装置构造得热耦合到散热器上，从而由光源产生和发出的热量被传递到导热装置且从导热装置被传递到散热器。另外，根据本发明，导热装置构造为用于使光源发出的光散射并均匀化的散射器。
[0016]在此，光源或光单元为辐射热量且发光的元件。优选使用高功率LED作为光源。 [〇〇17]根据本发明的一种优选构型，所述装置具有第一散热器和第二散热器。在此，所述光源构造得热耦合到第一散热器上。第二散热器与光源隔开间距地布置，导热装置构造得与第二散热器热耦合，从而光源产生的热量被传递到导热装置并且从导热装置被传递到第二散热器上。[0〇18]根据本发明的第一替代构型，第一散热器和第二散热器在空间上相互分开地布置。在此，在这些散热器之间不构成直接的导热连接。
[0019]根据本发明的第二替代构型，第一散热器和第二散热器相互热耦合或一体地构造。因此，热耦合到第二散热器上的导热装置也通过第二散热器与第一散热器热连接。
[0020]散热器有利地构造为所述装置的壁。
[0021]根据本发明的一种扩展方案，所述导热装置至少区段地或全周边地与散热器热耦合。
[0022]本发明的另一有利构型在于，所述装置构造有反射器。所述反射器在径向方向上环绕所述光源地布置，该反射器在远离光源的端部上具有开口，并且该反射器热耦合到散热器上。因此，由光源发出的并且积聚在反射器所包围的体积内的热量被传递到散热器上。
[0023]根据本发明的扩展方案，所述装置包括用于将光平行定向的准直器，该准直器布置在光源发出的光的方向上。另外，导热装置构造在以垂直于被准直器平行定向的光的方式取向的平面中。
[0024]根据本发明的一种优选构型，所述装置具有用于产生图像的显示装置。在此，导热装置在光源发出的光的方向上布置在显示装置之前并因此布置在光源与显示装置之间，从而穿过导热装置的光透射过显示装置。
[0025]因此，本发明的该构型由带有显示装置的光源作为投影器单元或者用于产生图像的系统(优选用高功率LED来产生图像)以及由用于导出热量以对各个部件进行热保护的装置构成。所述投影器单元或者说用于产生图像的系统例如作为HUD被使用在车辆、飞机、船舶或类似运输工具中。[〇〇26] 所述显示装置有利地构造为TFT显示器。
[0027]本发明的另一优选构型在于:散热器构造为冷却体并且具有用于将热量传递到周围空气的肋条。
[0028]根据本发明的另一有利构型，导热装置由良好导热的材料例如铝、铜、钛或镁或由提到的这些成分组成的合金或具有这些成分的合金构成。
[0029]本发明的构型，尤其在有效率地导出具有高光功率的发光元件产生的热量的同时仅有少量的部件方面，使得所述装置能与用于产生虚拟图像的光学部件组合地使用在机动车中。在此，将虚拟图像在驾驶员的在通过前窗玻璃看向行驶方向时的视向上投影到前窗玻璃上。所述装置和附加的这些光学部件布置在仪表板内。
[0030]概括地说，根据本发明的装置具有多种优点:
[0031]-部件数量少，
[0032]-制造方面成本很低，以及
[0033]-不会由于附加部件而降低光强度，并且[〇〇34]-有效率地导出具有高光功率的发光元件所产生的热量且由此保护显示装置免受由于过热造成的损害以及确保长的使用寿命。【附图说明】
[0035]本发明的构型的其它细节、特征和优点由在下面参照附图对实施例进行的描述得知。附图示出用于发光的、尤其用于产生图像的装置。附图示出:
[0036]图1:机动车中的组件内的该装置，该组件具有用于将信息示出为虚拟图像的光学部件，[〇〇37]图2:组装状态下的该装置，带有布置在仪表板内的第一和第二偏转镜，[〇〇38]图3:以标出高温区域的剖视图示出该装置，
[0039]图4:以剖视图示出该装置，具有布置在高温区域中的导热装置，及
[0040]图5:以切开的立体图示出该装置，[〇〇411图6a、图6b:不同实施方式中的导热装置。【具体实施方式】
[0042]图1示出机动车中的组件内的用于发光的、尤其用于产生虚拟图像11的装置1，所述组件具有用于示出信息的光学部件。虚拟图像11投影在驾驶员2透过前窗玻璃9看向行驶方向时的视向上。
[0043]装置1与光学部件(尤其是第一偏转镜3和第二偏转镜4)布置在仪表板8内部。从装置1发出的光线束7经由平面或非球面地且凸形地构造的第一偏转镜3被传导到非球面地且凹形地构造的第二偏转镜4。光线束7穿过未示出的眩光光阱从仪表板8射出。布置在该眩光光阱旁的另一光阱6与该眩光光阱组合起来防止可导致反光且导致驾驶员2受刺激的光射出。
[0044]光线束7被偏转向机动车的前窗玻璃9的预先确定区域、也称为投影面，在该预先确定的区域中，前窗玻璃9构造有用于示出图像的光学部件。用于发光且用于产生虚拟图像 11的装置1以及偏转镜3、4与构成在前窗玻璃9上的投影面结合地作为HUD起作用。
[0045]在此，为驾驶员2提供这样的可能性:不必为了感知虚拟图像11和其中包含的信息而增大头部运动及眼部运动的范围10。因为所述信息被投影到驾驶员2的视野中，所以驾驶员可保持头部姿势及视向，这使驾驶员2为接收信息而进行的偏转最小化。
[0046]装置1产生虚拟图像11，所述虚拟图像传导到前窗玻璃9的可透光的反射式投影面上。驾驶员2作为前窗玻璃投影器的使用者而看到装置1的被反射的信息并且同时看到在视向上处于前窗玻璃9后的真实环境。[〇〇47]虚拟图像11与驾驶员2隔开一可感知间距(所谓的投影距离S)地在视觉路径12上成像。
[0048]图2示出处于与布置在仪表板8内的第一偏转镜3和第二偏转镜4相连接的组装状态下的用于发光、尤其用于产生虚拟图像11的装置1。
[0049]装置1将所产生的光线束7朝驾驶员2的方向发送到第一偏转镜3上，该第一偏转镜将这些光线反射到第二偏转镜4上。
[0050]图3以标出高温区域21的剖视图示出用于发光的装置1。图4示出用于发光的装置 1，具有布置在高温区域21中的导热装置22。
[0051]光源13布置在电路板18上并且通过电路板18与构造为冷却体的第一散热器19热地且机械地耦合。第一散热器19的构造在光源13背侧的冷却体具有空气加载的肋条。尤其有多个高功率发光二极管(也被称为高功率LED)用作光源13。
[0052]可编程且构造为功率继电器的电路板18—方面与光源13连接而另一方面与散热器19连接，使得光源13产生的热量经由热传导和热辐射传递到冷却体上。所述热量从冷却体被朝外导出到包围装置1的空气上。
[0053]光源13在背离电路板18的区域中被反射器14包围，该反射器在远离光源13的端部上具有开口。因此，从光源13发出的全部的光被传导到反射器14的该开口。
[0054]在反射器14的该开口上布置有构造为准直器15的透镜，用于产生光线的平行走向或者说产生平行的光线束。在此，准直器15基本上盖住反射器14的整个开口，用于将从光源 13发出的所有光线平行定向地传导向显示装置17。在准直器15与显示装置17之间构造有滤光器16。显示装置17例如构造为彩色且高分辨率的TFT显示器，即构造为具有薄层晶体管控制装置(Dunnschichttransistoransteuerung)的显示器或构造为薄层晶体管显示器。
[0055]由光源13发出并且由准直器15平行定向的光线透射过显示装置17,以产生虚拟图像11。
[0056]因为高功率LED—方面产生并发出具有极高强度的光但另一方面也产生并发出高热量，所以装置1内部的温度、尤其是光源13前面的区域中的温度上升。在此，高温区域21基本上从光源13或准直器15延伸直至显示装置17。[〇〇57] 在装置1的高温区域21中，在周围温度为55°C时，准直器15和滤光器16的温度达到约130 °C，而在周围温度为44 °C时，达到约120 °C。准直器15的极限温度为约120 °C。滤光器16 的极限温度与其相比处于95°C到105°C之间。因此，超过了显示装置17和滤光器16的工作温度的容许极限，这能导致显示装置17的损毁和故障并进而导致装置1的损毁和故障。[〇〇58] 如从图4中可看到，在高温区域21中构造有导热装置22,该导热装置布置在准直器 15与显示装置17之间，尤其布置在准直器15与滤光器16之间。导热装置22构成在一垂直于被准直器15平行定向的光线地取向的平面中，并且分别延伸直至高温区域21的边界并且因此延伸直至装置1的壳体。壳体的壁部有利地由金属构成。[〇〇59] 导热装置22用于将由光源13朝显示装置17和滤光器16方向发出的热辐射导出，以保护显示装置17和滤光器16免受过强的热渗透并且从而防止超过极限温度。
[0060]导热装置22与构造为冷却体的第二散热器20热地且机械地耦合，从而光源13产生的热量被传递到导热装置22并且基本上通过热传导从导热装置22被传递到散热器20。所述热量从冷却体被向外导出到包围装置1的空气上。第二散热器20的构造在装置1侧面(尤其上侧和下侧)上的冷却体具有空气加载的肋条。[0〇61 ]在一种未不出的实施方式中，第一散热器19和第二散热器20相互热親合，或一体地构造为一个散热器，使得导热装置22也通过第二散热器2与第一散热器19热连接。[〇〇62]在此，导热装置22—方面构造用于将热量导出到第二散热器20上，而另一方面构造为用于由光源13发出的光的散射器。所述散射器适合作为光散射元件使强直光变柔和并且使强的光-阴影对比降低以及使干扰反射减弱。散射器与装置1组合地引起显示装置17的均匀照明。
[0063]图5以被切开的立体图示出用于发光、尤其用于产生图像11的装置1。电路板18与布置在前侧的光源13—起与第一散热器19热地且机械地耦合。电路板18的背离光源13的背侧面式地贴靠在第一散热器19的冷却体上。在此，电路板18通过未示出的保持元件固定在该冷却体上。[〇〇64]环绕光源13地布置的反射器14以其整个表面的很大部分贴靠在第二散热器20的冷却体上并且因此与该冷却体热耦合，使得从光源13发出的并且积聚在反射体14所包围的体积内的热量被朝外导出到周围空气上。
[0065]布置在高温区域21中并且以垂直于被平行定向的光线的方式取向地布置的导热装置22延伸直至装置1的壳体，所述壳体全面地构造为第二散热器20的冷却体。因此，装置1 在背侧被第一散热器19的冷却体包围而在周侧以及前侧或者说正侧被第二散热器20的冷却体包围。第二散热器20的构成在装置1的侧面及前侧的冷却体具有空气加载的肋条。
[0066]导热装置22在所有的棱边区域都与第二散热器20的冷却体热耦合，使得被导热装置22接收的热量通过热传导被传递到所述冷却体上并从该冷却体传递到包围装置1的空气上。[〇〇67]由光源13发出的且被平行定向的光线穿过未示出的准直器并穿过导热装置22到达滤光器16且到达显示装置17,以透射过显示装置17并产生虚拟图像11。显示装置17通过固定元件23布置在装置1的前侧。在显示装置17的区域中，所述壳体、尤其是第二散热器20 的冷却体构成有开口，从光源13发出的并且透射过显示装置17的光线穿过该开口从装置1 射出。[〇〇68]图6a和图6b示出不同实施方式中的构造为散射器的导热装置22’、22”。[〇〇69]导热装置22’、22”分别构造为尤其由金属构成的网、格栅或织物，并且除了用于导出热量之外还用作与冷却体固定连接的光散射器。导热装置22’、22”将热量从光线束的中心轴线向外朝第二散热器20的冷却体导出。
[0070]导热装置22’、22”由良好导热的材料构成，即由具有高导热系数的材料例如铝、 铜、钛或镁构成。
[0071]光基本上竖直地照射到导热装置22’、22”上、穿过构成在网、格栅或织物内的开口，在此被均匀化并且被继续传导向显示装置17。导热装置22’、22”具有使光均匀化的形状。[〇〇72]装置1可被使用在所有用于产生图像的系统中，例如使用在讯^、？61]、161]、光单元和具有高功率LED的投影器单元或除了发光还发热的其它发光元件中。[〇〇73]附图标记列表
[0074]1装置
[0075]2驾驶员
[0076]3第一偏转镜[〇〇77]4第二偏转镜
[0078]6光阱[〇〇79]7光线束
[0080]8仪表板[〇〇81]9前窗玻璃[〇〇82]10驾驶员2的头部运动及眼部运动范围
[0083]11虚拟图像
[0084]12视觉路径[〇〇85]13光源
[0086]14反射器
[0087]15准直器[〇〇88]16滤光器
[0089]17显示装置
[0090]18电路板
[0091]19第一散热器[〇〇92]20第二散热器[〇〇93]21高温区域[〇〇94]22、22’、22”导热装置=光散射器[〇〇95]23显示装置17的固定元件[〇〇96]S投影距离
【主权项】
1.用于发光、尤其用于产生图像的装置(1)，具有 -至少一个光源(13)，-至少一个散热器(19，20 )，其中，所述光源(13)构造得热耦合在所述散热器(19)上，-散射器，用于使由所述光源(13)发出的光散射并均匀化，以及 -导热装置(22,22’，22”)，其特征在于，所述导热装置(22，22 ’，22”)-构造得热耦合在散热器(20)上，使得由所述光源(13)产生的热量被传递到所述导热 装置(22,22’，22”)上并且从该导热装置(22、22’、22”)被传递到所述散热器(20)上，并且 -构造为用于使所述光源(13)发出的光散射并均匀化的散射器。2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，构造有第一散热器(19)和第二散热器 (20)，其中，-所述光源(13)构造得热耦合在第一散热器(19)上，而第二散热器(20)与所述光源 (13)隔开间距地布置，并且-所述导热装置(22,22’，22”)构造得与第二散热器(20)热耦合，使得由所述光源(13) 所产生的热量被传递到所述导热装置(22,22’，22”)上并从该导热装置(22,22’，22”)被传 递到第二散热器(20)上。3.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述散热器(19,20)构造为所述装 置(1)的壁部。4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述导热装置(22,22’， 22”)构造为至少区段地或全周边地与所述散热器(19,20)热耦合。5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置(1)，其特征在于，构造有反射器(14)，该反 射器-在径向方向上环绕所述光源(13)地布置，-在远离所述光源(13)的端部上具有开口，并且 -构造得热耦合到所述散热器(19，20)上，使得由所述光源(13)发出的且积聚在由所述反射器(14)所包围的体积内的热量被传 递到所述散热器(19,20)上。6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置(1)，其特征在于，在由所述光源(13)发出的 光的方向上布置有用于将所述光平行定向的准直器(15)，并且所述导热装置(22,22’，22”) 布置在一垂直于被所述准直器(15)平行定向的光地取向的平面中。7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置(1)，其特征在于，构造有用于产生图像(11) 的显示装置(17)，其中，所述导热装置(22,22’，22”)在由所述光源(13)发出的光的方向上 布置在所述显示装置(17)之前，从而穿过所述导热装置(22,22’，22”)的光透射过所述显示 装置(17)。8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述散热器(19,20)构造 为具有用于将热量导出到周围空气上的肋条的冷却体。9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述导热装置(22,22’， 22”)由良好导热的材料构成，例如由铝、铜、钛或镁构成。10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置(1)与用于产生虚拟图像(11)的光学部件在机动车中的应用，其中，所述虚拟图像(11)在驾驶员(2)的在通过前窗玻璃(9)看向行驶 方向时的视向上投影到所述前窗玻璃(9)上，并且所述装置(1)和所述光学部件布置在仪表 板⑶内。
【文档编号】F21V29/70GK106090842SQ201610285423
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】D·安德烈耶夫
【申请人】威斯通全球技术公司