具有屏幕过热防护的显示装置以及包括该装置的抬头显示器的制作方法

1.本发明涉及一种显示装置，其包括用于生成待显示图像的液晶显示(lcd)屏幕。
2.本发明更具体地涉及一种显示装置，除lcd屏幕之外，该显示装置还包括用于该屏幕的背光装置，以及对由该屏幕辐射的红外辐射敏感的传感器，该传感器被设置成检测至少一些该辐射。
3.本发明还涉及一种配备有这种显示装置的抬头显示器，并且特别有利地适用于车辆，例如机动车辆。


背景技术：

4.对于机动车辆的驾驶员而言，能够查看与车辆运行相关的信息、与车辆前方的道路相关的信息以及其他信息、而不必为此将其视线从道路上转移、是特别有帮助的。
5.为此，已知车辆配备有抬头显示器，其包括如上所述的显示装置。这种抬头显示器还被配置成，通过向车辆的挡风玻璃上反射或者通过向设置在挡风玻璃和驾驶员眼睛之间的被称为组合器的专用光学部件上反射，在驾驶员的视野中形成lcd屏幕的虚拟图像。然后，对于驾驶员来说，包括待显示的信息的该虚拟图像在视觉上被叠加到车辆前方的环境上。
6.然而，使用这种显示器时，阳光可以沿与源自屏幕的光相反的方向进入显示器，然后聚焦在显示器上。这种光，加上来自用于该屏幕的背光装置的光，会导致屏幕明显过热，这可能会中断其操作，甚至对其造成不可逆的损坏。
7.然后，已知的是借助于上述传感器来检测屏幕的过热，并且在过热的情况下，将遮光屏幕放置在lcd屏幕的前面，以保护其免受阳光照射。
8.然而，待显示的信息对驾驶员而言不再是可见的。


技术实现要素：

9.在这种情况下，本发明提出了一种如引言中所定义的显示装置，并且该显示装置还包括电子控制单元，该电子控制单元被编程为根据由所述传感器传递的电信号来控制用于给背光装置供电的电功率，使得从所述信号导出的屏幕温度保持为低于给定的温度阈值。
10.该装置通过减少为背光装置供电的电力来帮助防止屏幕过热，而不必完全切断电源。生成的图像即使不太亮，用户仍然可以看到，并且减少了由于屏幕的背光而导致的过热。
11.此外，从红外辐射传感器所传送的信号中导出的屏幕温度允许远程、无接触地测量该温度。因此，这避免了使用温度传感器，例如热电偶或热敏电阻，这些温度传感器需要被放置在屏幕上以测量其温度，因此会模糊待显示的图像的一部分。
12.根据本发明的显示装置的进一步的非限制性和有利的特征，单独地或以任何技术上可能的组合来看，如下：
[0013]-电子控制单元被编程为：当从所述信号导出的屏幕温度大于所述温度阈值时，控制背光装置熄灭；
[0014]-电子控制单元被编程为：当从所述信号导出的屏幕温度低于温度阈值时，控制用于为背光装置供电的电功率，使得当所述屏幕温度接近温度阈值时，电功率降低；
[0015]-电子控制单元被编程为：根据代表显示装置外部环境中的环境亮度的数据来控制所述电功率；
[0016]-电子控制单元还被编程为：当从所述信号导出的屏幕温度小于极限温度时，控制所述电功率达到与屏幕温度无关的设定点值；
[0017]-电子控制单元被编程为：当从所述信号导出的屏幕温度大于所述极限温度并且小于所述温度阈值时，控制所述电功率，使得其根据温度而降低并且低于所述设定点值；
[0018]-温度阈值是这样的阈值：超过该阈值时，屏幕被不可逆地损坏，并且低于该阈值时，屏幕不会被不可逆地损坏；
[0019]-温度阈值在110摄氏度至130摄氏度的范围内；
[0020]-所述极限温度在70摄氏度至100摄氏度的范围内；
[0021]-传感器对6微米至14微米的范围内的至少一个波长的红外辐射敏感；
[0022]-显示装置还包括设置在屏幕和传感器之间的所述红外辐射所遵循的路径上的滤光器，该滤光器对于6微米至14微米的范围内的该波长的透射系数的值大于在可见光范围内的该透射系数的平均值。
[0023]
本发明还涉及一种包括如上所述的显示装置的抬头显示器。
[0024]
根据本发明的抬头显示器的其他非限制性和有利特征，单独地或以任何技术上可能的组合来看，如下：
[0025]-显示器包括具有出射孔的外壳，屏幕和传感器位于外壳中，屏幕发射的可见光用于显示经由所述出射孔离开外壳的所述图像；
[0026]-显示器还包括导管，该导管从lcd屏幕延伸到外壳的出射孔，在导管的侧壁中形成侧孔，传感器设置在导管的外部并且相对于所述侧壁缩进；
[0027]-传感器相对于所述侧孔与屏幕相对设置；
[0028]-由传感器检测到的红外辐射的所述部分在到达传感器之前穿过导管的侧孔；
[0029]-所述侧孔比外壳的出射孔更靠近屏幕；
[0030]-传感器设置在由壁限定的空腔的底部；
[0031]-所述空腔经由所述侧孔在导管中显现；
[0032]-空腔的壁连接到导管的所述侧壁；
[0033]-在侧孔与屏幕相对的一侧，空腔的壁和所述侧壁通过一起形成锐角而连接在一起；
[0034]-背光装置产生的光以光束的形式离开屏幕，并且该光束以平均发射轴线为中心；将传感器连接到屏幕的测量轴线与所述平均发射轴线的偏离角超过30度；
[0035]-显示器还包括反射镜，该反射镜被设置成：当屏幕发射的可见光从屏幕行进到外壳的出射孔时、反射该可见光，该反射镜对于传感器检测到的所述红外辐射至少是部分透明的，所述可见光从反射镜的一侧反射，而传感器位于反射镜的另一侧；
[0036]-由传感器检测到的红外辐射的所述部分在到达传感器之前穿过该反射镜；
[0037]-所述滤光器通过所述反射镜产生；
[0038]-传感器位于刺眼区之外，所述刺眼区是会被经由外壳的出射孔进入外壳的红外辐射覆盖的区域，该红外辐射的传播方向与可见光离开外壳的方向相反；
[0039]-所述刺眼区覆盖该外壳内的、会被来自外壳外部并且经由其出射孔进入外壳的全向红外辐射接触到的全部区域。
附图说明
[0040]
以下参考作为非限制性示例提供的附图的描述将有助于理解本发明及其如何产生。
[0041]
附图中：
[0042]
图1示意性地示出了根据本发明的教导的第一实施例的抬头显示器的侧视图；
[0043]
图2示意性地示出了根据本发明的教导的第二实施例的抬头显示器的侧视图；以及
[0044]
图3示意性地示出了用于为图1中显示器的背光装置供电的电功率随该显示器的lcd屏幕的温度而变化。
具体实施方式
[0045]
图1和2示出了抬头显示器1的两个实施例1；1’，其装配在车辆上，比如汽车、船只、电车或巴士。
[0046]
在这些实施例中的每一实施例中，显示器1；1’包括显示装置10；10’，该显示装置包括液晶显示(lcd)屏幕11。该屏幕允许生成待显示的图像。
[0047]
显示装置10；10’还包括红外辐射传感器15，用于远程测量屏幕11的温度，以便检测其可能的过热。
[0048]
图1和2中分别示出的两个实施例之间的主要区别涉及传感器15的定位。
[0049]
因此，在不同的附图中，这两个实施例中相同或相似的元件将尽可能使用相同的附图标记，并且不会每次都进行描述。
[0050]
首先描述显示装置10；10’本身，并且稍后描述装配其的显示器1；1’的整体结构。
[0051]
在这些实施例中的每一实施例中，显示装置10；10’除了该屏幕11和传感器15之外，还包括用于lcd屏幕11的背光装置12。
[0052]
该背光装置12包括例如通过发光二极管产生的光源13。其还可以包括反射器14，反射器14被配置为将光源13产生的可见光引导到屏幕11。
[0053]
光源13由向其提供电功率pe的电子功率部件供电。这些电子功率部件由电子控制单元16控制，从而控制为光源13供电的电功率pe的值。作为一种变型，控制单元可以集成有前述的电子功率部件。
[0054]
如前所述，装配在该显示装置10；10’上的传感器15允许基于屏幕11辐射的红外辐射、对屏幕11的温度进行远程、非接触测量。
[0055]
这种红外辐射是热型的。考虑到红外辐射的热源和屏幕的温度，这种辐射的功率主要包含在1微米至15微米的波长范围内。由于屏幕的温度实际上在大约-40摄氏度至140摄氏度的范围内，大部分热辐射功率更具体地在6微米至14微米的范围内。
[0056]
传感器15对由屏幕11辐射的至少一些红外辐射敏感。因此，传感器15对一定波长范围内的红外辐射敏感，该波长范围例如覆盖6微米至14微米的波长范围中的至少一些范围。在这种情况下，在这里描述的实施例中，传感器15对5.5微米至14微米的波长范围内的红外辐射敏感。在传感器15敏感的波长范围内，其传送电信号s，该电信号s取决于传感器15接收的红外辐射的功率。该信号s代表传感器15在所述波长范围内接收的红外辐射的功率。
[0057]
传感器15可以例如通过包括热电堆的高温计或者通过光电二极管生成。
[0058]
控制单元16被编程为：基于由传感器15传递的信号s来确定屏幕11的温度t。
[0059]
以值得注意的方式，控制单元16还被编程为：根据由传感器15传递的电信号s来控制用于为背光装置12供电的电功率pe(即，在这种情况下，用于为光源13供电的电功率pe)，使得从该信号s导出的屏幕11的温度t保持为低于给定的温度阈值t1。
[0060]
因此，利用该装置，在屏幕11过热的情况下，可以降低为背光装置12供电的电功率pe，而不必完全切断电源。这有助于防止过热，并且同时为用户保留可视图像(即使它不太亮)。
[0061]
电子控制单元16被更具体地编程为：
[0062]-当从信号s导出的屏幕的温度t大于温度阈值t1时，控制背光装置12熄灭，即：控制电功率pe使其为零；并且
[0063]-当该温度t小于温度阈值t1时，控制用于为背光装置12供电的电功率pe，使得当温度t接近温度阈值t1时，电功率pe降低。
[0064]
因此，在已经达到温度阈值t1之前，以某种方式降低该电功率pe，从而允许预测屏幕过热。电功率的这种逐渐缓和，使得可以避免背光装置12的熄灭，或者，如果不能避免这种熄灭，则允许延迟熄灭，由此使得生成的图像在更长时间内保持对用户可见。
[0065]
温度阈值t1是这样的阈值：超过该阈值时，屏幕11被不可逆地损坏，并且低于该阈值时，屏幕11不会被不可逆地损坏。这取决于所使用的液晶显示屏幕的型号，并且在这种情况下，该温度阈值在110摄氏度至130摄氏度的范围内。
[0066]
如图3所示，电子控制单元16被编程为：
[0067]-当屏幕的温度t小于极限温度t2时，独立于屏幕的温度t、控制所述电功率pe，使其达到设定点值p
e,o
；以及
[0068]-当屏幕的温度t大于所述极限温度t2并且小于温度阈值t1时，控制电功率pe，使其小于设定点值p
e,o
并且随着温度t而减小。
[0069]
电子控制单元16可以被编程，例如，以使得在极限温度t2和温度阈值t1之间的温度范围内，电功率pe根据温度t，例如以精确的方式，从所述设定点值p
e,o
(对于t＝t2)连续降低到零(对于t＝t1)。在该温度范围内，电子控制单元16可以被编程，例如，以通过将设定点值p
e,o
乘以介于0至1范围内的系数来确定可以控制该电功率pe的值，该值随着温度t而减小。
[0070]
电子控制单元16还被编程为：根据代表显示装置外部环境e中的环境亮度的数据来确定设定点值p
e,o
。该设定点值例如以这样的方式确定：使得在该环境e中亮度越大，该设定点值越大。这种设置允许在驾驶员的视觉环境中投影的图像相对于该环境而言足够亮，以使得即使在环境非常亮时，该图像对用户也是可见的。当该环境中的环境亮度较低时，这也允许避免不必要地以全功率点亮屏幕11。
[0071]
在这种情况下，温度阈值t1可以在110摄氏度和130摄氏度之间的范围内。电功率pe从极限温度t2开始逐渐降低，关于该极限温度t2，在这里描述的特定示例中，其例如在70摄氏度和100摄氏度之间的范围内。
[0072]
应当注意的是，这里的电功率pe表示，例如在0.1秒至5秒之间的时间段内、为背光装置12供电的瞬时电功率的平均值。因此，可以如下调节电功率pe的值，例如：
[0073]-通过控制该瞬时电功率的值(特别是在为背光装置12直接供电的情况下)；和/或
[0074]-通过以高频率(例如，大于100赫兹)以及0％至100％之间可调的可调占空比、交替地为背光装置12供电来改变电功率pe。
[0075]
现在更详细地示出配备有该显示装置10；10’的显示器1；1’的整体结构。
[0076]
显示器1；1’包括光学投影系统，该光学投影系统被配置成将屏幕11发射的可见光投影到部分透明的条带7上，在这种情况下，该部分透明的条带7是通过车辆的挡风玻璃产生的。然后，该条带7将接收到的光朝向车辆驾驶员的眼睛8反射。通过透明特性，驾驶员因此可以通过条带7观察车辆的环境，同时观察由条带7和光学投影系统在该环境中形成的屏幕11的虚像。
[0077]
在附图所示的例子中，光学投影系统包括第一反射镜5；5’和第二反射镜6。第一反射镜5；5’设置成将屏幕11发射的可见光朝向第二反射镜6反射。在这种情况下为凹面的该第二反射镜6被设置成：朝向条带7反射来自第一反射镜5；5’的光。
[0078]
作为一种变型，光学投影系统可以包括其他光学部件或者甚至可以省略该光学投影系统(在这种情况下，屏幕被设置成直接朝向该部分透明的条带发射所述光)。
[0079]
显示器1；1’还包括由外壁3限定的外壳2，该外壳的出射孔4形成在外壁3中。由屏幕11发射的可见光经由该出射孔4离开外壳2并且朝向该部分透明的条带7。
[0080]
显示器1；1’还包括导管20；20’，其从lcd屏幕11延伸到出射孔4。在这种情况下，导管包括大致管状的第一部分，其从屏幕11延伸到第一反射镜5；5’附近。导管还包括在第一反射镜5；5’附近连接到该第一部分的第二部分，并且该第二部分延伸到出射孔4。形成这些大致管状的第一和第二部分的该导管20；20’的壁是不透明的。因此，这允许引导屏幕11发射的光通过导管20；20’的内部空间，该内部空间由这些第一和第二部分的壁限定。
[0081]
红外辐射传感器15放置在导管20；20’的外部，即：该内部空间之外。因此，这防止传感器接收屏幕发射的可见光。这种布置，以与放置在传感器15前面以消除可能到达该传感器的残留可见光的滤光器17的存在相同的方式，有助于提高借助传感器进行的屏幕温度测量的可靠性。
[0082]
在第一实施例中(图1)，红外辐射传感器15放置在屏幕11附近，比出射孔4更靠近屏幕。然后，形成在导管20的侧壁21中的侧孔22允许由屏幕11辐射的一些红外辐射到达传感器15(该红外辐射以实际上全向的方式发射)。
[0083]
传感器15更具体地被设置成使得：
[0084]-平均发射轴线xe，屏幕11发射的可见光以该平均发射轴线xe为中心；和
[0085]-测量轴线xm，其将传感器15的中心连接到屏幕11的中心，
[0086]
彼此分开大于30度的角度α。
[0087]
传感器15的这个离轴位置阻止其接收来自屏幕11的可见光。
[0088]
此外，由于使用了反射器14，由背光装置12的光源13辐射的红外辐射也在屏幕11之后、以近似平行于平均发射轴xe并以该平均发射轴xe为中心的光束的形式传播。因此，传
感器15的离轴位置还防止光源13发射的红外辐射到达传感器15。因此，通过传感器15获得的屏幕11的温度测量的可靠性得以提高。
[0089]
传感器15相对于产生侧孔22的侧壁21而缩进设置，占据由不透明壁24限定的空腔23的底部。该壁24保护传感器免受外壳2中可能存在的任何杂散辐射的影响。
[0090]
在侧孔22的与屏幕11相对的一侧，空腔23的壁24和侧壁21通过一起形成锐角β而连接在一起，该锐角β例如在20度至60度之间的范围内。在空腔23的壁24和侧壁21通过形成锐角β而连接的区域中，这些壁因此形成一种插置于传感器15和导管20内部之间的悬垂部。这种悬垂部防止了来自外壳2外部并经由出射孔4进入外壳的可见光或红外辐射到达传感器15。
[0091]
更一般地，在这种情况下，传感器15位于第一刺眼区ze之外，该第一刺眼区ze是会被经由外壳2的出射孔4进入外壳2的红外辐射覆盖的区域，并且该红外辐射的传播方向与可见光离开外壳2的方向相反。假设第一和第二反射镜5和6在红外波段是反射性的，则图1中用阴影表示的第一刺眼区ze在这种情况下将覆盖导管20的整个内部空间，但不会覆盖容纳传感器15的空腔23。
[0092]
显示器1还包括设置在屏幕11和传感器15之间的前述滤光器17，并且该滤光器对于传感器15所敏感的红外辐射的透射系数大于对于可见光的透射系数。为了更清楚起见，在图1中，滤光器17和传感器15被示出为彼此分开。滤光器17仍然可以集成在传感器15中。该滤光器17是如下所述的滤光器：
[0093]-该滤光器的第一透射值，等于其在传感器15所敏感的波长范围内的透射系数的平均值(在这种情况下，作为提醒，波长范围为5.5微米至14微米)，大于
[0094]-该滤光器的第二透射值，等于其在可见光范围内的透射系数的平均值。
[0095]
例如，第一透射值大于40％，甚至大于60％。关于第二透射值，例如，其小于10％。
[0096]
在第二实施例中(图2)，传感器15不是相对于平均发射轴线横向偏移的，而是放置在该轴线的延长线上。然而，其之后被放置在第一反射镜5’的后面，该反射镜5’在传感器15所敏感的上述波长范围内至少是部分透明的。
[0097]
该反射镜5’在可见光范围内是反射性的，特别满足上述滤光器17的作用：其允许传感器15接收由屏幕11辐射的一部分红外辐射，同时防止源自屏幕11的可见光到达传感器15。因此，第一反射镜5’的反射系数在可见光范围内并且在使用其的入射下的平均值例如大于60％，甚至大于80％(该反射系数可以通过例如沉积在第一反射镜5’的其中一个面上的薄反射层来获得)。关于其透射系数的平均值，例如，在传感器15所敏感的波长范围内，该平均值大于40％，甚至大于60％。例如，第一反射镜5’的衬底可以由硅或锗制成。
[0098]
传感器15相对于第一反射镜5’与屏幕11相对放置。传感器15也被放置在由壁24’限定的空腔23’的底部。该壁24’从传感器15延伸到第一反射镜5’。
[0099]
此外，在该第二实施例中，传感器15位于第二刺眼区z’e
的外部。以类似于第一实施例的方式，在这种情况下，该第二刺眼区z’e
是会被经由外壳2的出射孔4进入该外壳2的红外辐射覆盖的区域，该红外辐射的传播方向与可见光离开外壳2的方向相反(在图2中，该区域具有阴影)。假设第二反射镜6在红外波段被反射，那么第二刺眼区z’e
覆盖导管20的第二部分的内部空间，并在第一反射镜5’后面延伸，因为该反射镜在红外波段是部分透明的。在第一反射镜5’的后面，即：在该反射镜的与屏幕11相对的一侧，第二刺眼区z’e
占据了从
第一反射镜5’延伸的区域r，作为将第二反射镜6连接到第一反射镜5’的轴线的延伸部分(图2)。传感器15被放置在该区域之外。因此，这有利地防止了来自太阳的可能强烈的红外辐射到达传感器15。
[0100]
此外，传感器15可以集成与第一实施例的滤光器类似的滤光器(未示出)，并且该滤光器防止可能已经穿过第一反射镜5’的残余可见光到达传感器的敏感表面。
[0101]
在该第二实施例的变型中，红外辐射传感器可以被放置在第二反射镜的后面，第二反射镜的与第一反射镜相对的一侧上。在该变型中，第二反射镜在红外辐射传感器所敏感的上述波长范围内是至少部分透明的。