(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板と；
配線基板に実装された複数の発光ダイオードと；
配線基板および発光ダイオードの間に充填され、隣接する発光ダイオード間に凹窪部を形成しているシリコーン系合成樹脂層と；
シリコーン系合成樹脂層および発光ダイオードの表面に形成されるととも上記凹窪部における膜厚が発光ダイオードの表面の膜厚より大きい光触媒膜と；
を具備していることを特徴とする表示ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は屋外または屋内において使用される発光ダイオードを用いた表示ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオードは白熱電球や放電表示素子と比べて表示素子の小形化が可能で、しかも長寿命のため、また近時光量の大きい発光ダイオードが開発され、さらには従来未開発であった青系の発光ダイオードが実用化されてフルカラー表示が可能となったこともあって、屋外または屋内において表示用に応用することが急増しつつある。
【０００３】
ところで、発光ダイオードを表示に使用するには、発光ダイオードの複数個を配線基板上に整列して実装し、配線基板と発光ダイオードの間に合成樹脂を充填して防湿防水処理を施すとともに、発光ダイオードを固定した表示ユニットを作成し、この表示ユニットを必要数表示装置本体に装着して表示装置を構成するのが一般的である。
【０００４】
この種の表示装置は、使用中に車両の排気ガス中のばい煙、タバコの脂などの有機質の汚れ物質が発光ダイオードに付着して光度低下を来す。そこで、一定期間ごとに少なくとも表示面を清掃することが望ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、屋外においてはたとえば道路情報板のように道路上に設置されていたり、野球場、運動競技場および建築物の外壁面などに設置される大形テレビジョン映像表示装置のように非常に大形で、しかも高所に設置されているなどの理由から、清掃は甚だ困難である。また、屋内においてもたとえば体育館の大形テレビジョン映像表示装置などでは設置場所がやはり高所に設置されているため、清掃は困難であるのが実状である。
【０００６】
さらに、清掃するにしても、設置環境から水洗いは困難なため、布などで拭き清掃することになる。ところが、発光ダイオード群の表示面は凹凸があるため、思うように拭き清掃ができないという問題がある。
【０００７】
一方、汚れとは別に、発光ダイオードを長期間屋外において外気に暴露した状態で使用すると、光度が低下するという問題がある。これは発光ダイオードのモールドタイプの外囲器内に水分が浸透して発光ダイオード素子を劣化させるのが主な原因である。また、太陽光線中の紫外線によって外囲器の合成樹脂が横変して光透過率が低下するのも他の原因である。
【０００８】
本発明は、近時注目されつつある光触媒を利用して、付着した有機質の汚れ物質を分解して、清掃を要しないか、ないしは清掃間隔を大幅に長くでき、あるいはまた光触媒膜によって外囲器を保護して水分の浸透や紫外線による劣化を防止する発光ダイオードを用いた表示ユニットを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を達成するための手段】
請求項１の発明の表示ユニットは、配線基板と；配線基板に実装された複数の発光ダイオードと；配線基板および発光ダイオードの間に充填され、隣接する発光ダイオード間に凹窪部を形成しているシリコーン系合成樹脂層と；シリコーン系合成樹脂層および発光ダイオードの表面に形成されるととも上記凹窪部における膜厚が発光ダイオードの表面の膜厚より大きい光触媒膜と；を具備していることを特徴としている。
【００１０】
本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。
【００１１】
配線基板は、後述する発光ダイオードの複数を実装する。
【００１２】
発光ダイオードは、発光ダイオード素子が外囲器の内部に収納されているものであれば、内部構造、発光色はどのようなものであってもよい。すなわち、外囲器は、エポキシ樹脂のような透光性合成樹脂製で、発光ダイオード素子を外囲器内に埋設する構造の他に、透光性気密容器内に発光ダイオード素子を封入したような構造であってもよい。
【００１３】
なお、ここで透光性とは、透明性または光拡散性のものをいう。透明性とは、無色透明だけでなく、それぞれの発光色を強調し、または補正するような機能を有する色フィルターであっても、直線透過率の高い透明質であればよい。
【００１４】
また、発光ダイオード素子は、その複数が単一の外囲器内に埋設されていてもよい。この場合、発光ダイオード素子の発光色が異なっていてもよいし、同色であってもよい。さらに、発光ダイオード素子を外部から切り換え可能にしてもよい。
【００１５】
さらに、発光ダイオード素子は、その発光ダイオード本体の外表面に透光性で無機質の保護層を後述する光触媒膜との間に介在させることができる。
【００１６】
透光性で無機質の保護層について説明する。透光性とは、前述の外囲器と同様である。
【００１７】
保護層とは、光触媒膜の触媒作用に対して基材を保護することを意味し、本発明では発光ダイオードの外囲器に対しては触媒作用を影響させないために用いる。光触媒膜の製膜および発光ダイオードの外囲器の構成如何によっては、光触媒膜が外囲器を劣化させることがある。たとえば、発光ダイオードの外囲器として透光性合成樹脂製のものを用いる場合、光触媒膜はその強い触媒作用を外囲器に対しても影響させてしまうことがある。すなわち、外囲器が光触媒作用により、酸化または還元されて白濁化したり、耐久性が損なわれるなどの悪影響が発生することがある。このような場合に保護層は有効である。そうして、外囲器と光触媒膜との間に透光性の保護層が介在していることにより、上述の心配がない。
【００１８】
保護層の材料としては、シリカＳｉＯ２、アルミナＡｌ２Ｏ３、酸化マグネシウムＭｇＯなどの金属酸化物を用いることができる。これらの材料は、透光性で、緻密な膜を形成することができる。
【００１９】
本発明において、発光ダイオードの外囲器と光触媒膜との間には、保護層が介在していてもいなくてもよい。
【００２０】
シリコーン系合成樹脂は、配線基板および発光ダイオードの間に充填され、隣接する発光ダイオード間の表面が凹窪部を形成している。
【００２１】
隣接する発光ダイオード間において、シリコーン系合成樹脂層の凹窪部に形成するには、たとえばシリコーン系合成樹脂層の粘度と発光ダイオードとの濡れ性を適当に設定することにより、容易に実現することができる。
【００２２】
光触媒膜は、シリコーン系合成樹脂層および発光ダイオードの表面に形成されるととも上記凹窪部における膜厚が発光ダイオードの表面の膜厚より大きくなっている。
【００２３】
また、シリコーン系合成樹脂の上には保護層を形成しなくても、この樹脂は光触媒作用に対して安定であるから、さしつかえない。しかし、必要に応じてシリコーン系合成樹脂層の上に保護層が存在することを禁じるものではない。そうして、保護層が介在していることにより、上述の心配がない。
【００２４】
光触媒膜とは、たとえばアナターゼ形酸化チタンのような金属酸化物半導体の微粒子を適宜製膜したものである。金属酸化物半導体は、それが有するバンドキャップより高い光エネルギーを吸収すると、価電子帯の電子が伝導帯に光励起され、半導体の表面に電子、正孔対が生成し、それぞれが強い酸化、還元作用を呈する。光触媒膜のバンドギャップより高い光エネルギーとしては、概ね波長４１０ｎｍ以下の紫外線が有効であり、このような光を照射すれば、光触媒膜を活性化することができる。上記波長域の紫外線は太陽光線を始め、蛍光ランプ、白熱電球および高輝度放電ランプなどの人工光源の放射光に含まれている。
【００２５】
光触媒作用を発揮する材料としては、上記の他にＬａＲｈＯ３、ＦｅＴｉＯ３、ＣｄＳｅ、ＧｅＡｓ、ＧａＰ、ＲｕＯ２など既知の種々のものを使用することができる。
【００２６】
光触媒膜の活性化方法は、以下のとおりである。すなわち、発光ダイオードを屋外にて使用するのであれば、太陽光線に含まれる紫外線によって光触媒膜を活性化することができる。また、屋内であれば、一般照明用の光源の放射光中に含まれる紫外線によって光触媒膜は活性化することができる。しかし、必要であれば、専用の紫外線発生装置を付設することができる。
【００２７】
本発明の表示ユニットを製造する手順としては、たとえば配線基板に発光ダイオードを実装し、次にシリコーン系合成樹脂を配線基板と複数の発光ダイオードの間に充填する。保護膜を介在させる場合には、次いで、必要に応じてシリカ微粉末と結着剤を溶媒中にけん濁して得た保護膜用材料液に浸漬してから乾燥し、その後光触媒物質の微粉末をけん濁して得た光触媒膜材料液中に浸漬してから配線基板を下にして乾燥させる。最後に低温加熱して光触媒膜を得る。
【００２８】
そうして、以上説明した構成の本発明においては、発光ダイオードの外囲器の外表面およびシリコーン系合成樹脂の凹窪部を含めてそれぞれの表面に光触媒膜が形成されているので、発光ダイオードおよびシリコーン系合成樹脂の表面にばい煙、ほこり、たばこの脂などの有機質の汚れが付着しても、光触媒膜の触媒作用によって汚れは分解される。分解されると、汚れが消失するか、雨水によって容易に流れ落ちたり、簡単な清掃で容易に落とせる。
【００２９】
したがって、本発明によれば、長期間にわたって表示ユニットの清掃が不要となる。換言すれば、清掃の周期を長期化するか、不要とするので、清掃のための経費が大幅に軽減する。また、長期間にわたって所要の光度に保てるので、見え方の低減の少ない表示などを行うことができる。
【００３０】
さらに、光触媒膜は、一般に合成樹脂に比べると緻密な膜であるから、外部からの水分の浸透を阻止する作用がある。したがって、発光ダイオードの外囲器はこの光触媒膜によって水分に対して保護される。
【００３１】
さらにまた、外来する紫外線は、光触媒膜に吸収されるので、外囲器に到達する紫外線は少なくなる。このことは、光触媒膜が発光ダイオードの外囲器が紫外線によって劣化するのを低減ないし阻止することを意味する。
【００３２】
加えて、本発明によれば、シリコーン系合成樹脂層に凹窪部が形成されていて、この凹窪部は少なくとも光触媒膜を材料液に浸漬してから配線基板を下にして乾燥させる際に余剰の材料液の溜まり場となるため、発光ダイオードを配線基板に実装した後に一括して表示ユニット単位で複数の発光ダイオードに光触媒膜を均一な膜厚に形成することができる。
【００３３】
さらに、本発明によれば、シリコーン系合成樹脂層に形成された凹窪部にも光触媒膜が形成され、しかも凹窪部に形成されている光触媒膜は、発光ダイオードの表面のそれより肉厚が大きくなっており、したがって凹窪部に溜まった有機質の汚れも分解される。
【００３４】
なお、本発明によれば、配線基板と発光ダイオードとの間にシリコーン系合成樹脂が充填されているから、表示ユニットを直接外気に暴露するような形態で使用しても、雨水や湿気が配線部分に侵入しない。したがって、表示ユニットの前面を防水性のカバーで覆う必要はない。しかし、必要に応じて防水性のカバーを配設して、さらに防水性をより一層完全なものにすることを妨げるものではない。また、シリコーン系合成樹脂層により発光ダイオードを所定の位置に固定する作用がある。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３６】
図１は、本発明の発光ダイオードの第１の実施形態を示す断面図である。
【００３７】
図において、１は発光ダイオード本体、２は光触媒膜である。
【００３８】
発光ダイオード本体１は、発光ダイオード素子１ａ１、１ａ２、微小反射体１ｂ１、１ｂ２、外囲器１ｃおよびリード線１ｄ１、１ｄ２、１ｄ３からなる。外囲器１ｃは、先端が凸レンズ状に整形してなる透明エポキシ樹脂製のモールド形のものである。そして、発光ダイオード素子１ａ１、１ａ２および微小反射体１ｂ１、１ｂ２は、リード線１ｄ１、１ｄ２、１ｄ３の先端部とともに外囲器１ｃ内に埋設されている。
【００３９】
微小反射体１ｂ１、１ｂ２は、発光ダイオード素子１ａ１、１ａ２をその焦点近傍に位置させるとともに、発光ダイオード素子１ａ１、１ａ２およびリード線１ｄ１、１ｄ２に電気的に接続している。各発光ダイオード素子１ａ１、１ａ２は直列接続され、さらにリード線１ｄ３に接続している。
【００４０】
光触媒膜２は、アナターゼ結晶形の酸化チタンを主成分とするものである。この光触媒膜２は、有機チタン化合物を主成分としてアルコールなどの溶剤に溶解してチタンアルコレート溶液を調整した後、この溶液に平均粒径５〜５０ｎｍの前記酸化チタン微粒子を分散、懸濁し、その懸濁液を外囲器の外表面に塗布した後、乾燥してから焼成することによって形成した。
【００４１】
上記によって形成された光触媒膜２は、膜厚が０．０１〜０．５μｍで、３８０〜７６０ｎｍの波長領域内の少なくとも一部の波長の可視光線に対して８０％以上の透過率を有している。
【００４２】
図２は、本発明の発光ダイオードの第２の実施形態を示す一部断面正面図である。
【００４３】
図において、図１と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００４４】
本実施形態は、外囲器１ｃと光触媒膜２との間に保護膜３を形成してある点で主として異なる。すなわち、保護膜３は、シリカなどの透光性で無機質の物質からなっている。
【００４５】
図３は、本発明の表示ユニットの第１の実施形態を示す要部拡大一部断面正面図である。
【００４６】
図において、４は配線基板で、図はその一部を切欠して示している。配線基板４の板面には図示しないが所要の配線が施されている。５はシリコーン系合成樹脂層で、配線基板４と発光ダイオードとの間に充填されて、表示ユニットを防湿防水処理および発光ダイオードを固定している。
【００４７】
本実施形態の場合、発光ダイオードの光触媒膜３は、配線基板４に複数の発光ダイオードを実装し、シリコーン系合成樹脂層５を形成した後に形成してある。これに対して、保護層３は各発光ダイオードごとに予め形成する。
【００４８】
図４は、本発明の表示ユニットの第２の実施形態を示す要部拡大一部断面正面図である。
【００４９】
図において、６は凹窪部で、シリコーン系合成樹脂層５の表面の隣接する発光ダイオードの間の部分に形成したものである。この凹窪部６は光触媒膜２を材料液に浸漬してから乾燥するまでの間に発光ダイオードに付着した余剰液が垂れて溜まる場所を提供し、その結果均一な膜厚の光触媒膜を得ることができる。
【００５０】
また、図４に示されているように、光触媒膜２は、凹窪部６に形成されている部分の膜厚が発光ダイオード１の表面に形成されている部分の膜厚より大きくなっている。
【００５１】
図５は、本発明の発光ダイオードの第３の実施形態および表示ユニットの第３の実施形態を示す要部拡大一部断面正面図である。
【００５２】
図において、７はガラス製のキャップで、発光ダイオード本体１に装着され、その外表面には光触媒膜２が形成されている。
【００５３】
本実施形態の発光ダイオードとしては、光触媒膜を備えていないものを用いることができる。それは、光触媒膜を形成したキャップ７を装着することにより、発光ダイオードが汚れに対して保護されるとともに、キャップに付着した汚れ物質はキャップに形成した光触媒膜によって分解されるからである。
【００５４】
図６は、本発明の表示ユニットの第４の実施形態を示す要部拡大一部断面正面図である。
【００５５】
図において、８はルーバで、その基端はシリコーン系合成樹脂層５に埋設されることによって固定されている。ルーバ８は、各発光ダイオード間を光学的に区分して太陽直射光や強い人工光線の照射に対して表示効果を低下させない役割を持たせている。
【００５６】
９ａはカバーからなる単位透明体で、各発光ダイオードごとにその前方に対向して配設される。そして、単位透明体９ａの前面には光触媒膜１０が形成されている。
【００５７】
したがって、発光ダイオードには光触媒膜はなくてよい。
【００５８】
図７は、本発明の表示ユニットの第５の実施形態を示す要部拡大一部断面正面図である。
【００５９】
図６と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。図において、９ｂはレンズからなる単位透明体で、ルーバ８に支持されている。そして、単位透明体９ｂの前面には光触媒膜２が形成されている。
【００６０】
単位透明体９ｂは、発光ダイオードの視野角特性を調整する必要のあるときに用いられるが、このような場合に本実施形態は構造をさらに複雑化することなく汚れ物質分解の機能を追加できる。
【００６１】
図８は、本発明の表示ユニットの第６の実施形態を示す要部拡大一部断面正面図である。
【００６２】
本実施形態は、図７の実施形態において、さらにルーバ８の先端部に光触媒膜１０を形成している点において異なる。
【００６３】
図９は、本発明の表示ユニットの第７の実施形態を示す断面図である。
【００６４】
本実施形態は、発光ダイオードの前面に光触媒膜２を形成した透明性ユニットカバー１１を配設するとともに、配線基板４をケース１２に収納したものである。いいかえると、配線基板４およびこれに実装した発光ダイオード群をケース１２およびユニットカバー１１とで包囲したものである。これによって、配線基板４および発光ダイオードを電気的および機械的に保護すると同時に汚れに対してもユニットカバー１１で保護するようにしたものである。
【００６５】
本実施形態の表示ユニットを用いて表示装置を構成する場合には、表示装置本体の表示面に表示ユニットを整列して取り付けるだけ、表示面の汚れを低減できる。
【００６６】
図１０は、本発明の表示装置の第１の実施形態を示す一部切欠断面図である。
【００６７】
図において、２０は表示装置本体、２１は表示ユニット、２２は透明性表示面カバーである。
【００６８】
表示装置本体２０は、外枠２０ａおよび支持部２０ｂなどを備えている。
【００６９】
表示ユニット２１は、表示装置本体の前面に高さ方向および幅方向のそれぞれにおいて、所望の表示面積となるように必要個数が使用される。
【００７０】
各表示ユニット２１は、ルーバ２３の枠２３ａ内に抱持されている。枠２３ａは、支持部２０ｂに固定されることによって、表示ユニット２１が複数同一面内に配列されて表示面２０ｃを構成する。
【００７１】
透明性表示面カバー２２の前面には、光触媒膜２２ａが形成されている。そして、この透明性表示面カバー２２は、表示面２０ｃの全面を覆うが、その面積によっては表示面を複数のブロックに分割するように複数に分割形成されることを許容するものである。
【００７２】
発光ダイオードは、透明性表示面カバー２２によって外部から汚れ物質の侵入を阻止しており、透明性表示面カバー２２の前面に付着する汚れ物質は光触媒膜２２ａによって分解される。
【００７３】
図１１は、本発明の表示装置の第２の実施形態を示す一部切欠断面図である。
【００７４】
図１０と同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００７５】
図において、２４は照明装置で、表示装置本体２０の前方上部に腕２５を介して固定されている。
【００７６】
照明装置２４は、内部にランプ（図示しない。）を有していて、紫外線を表示面に向けて放射する。
【００７７】
そうして、照明装置２４から放射される紫外線によって光触媒膜２２ａは活性化され、触媒作用を発揮する。
【００７８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、配線基板と発光ダイオードとの間にシリコーン系樹脂を充填して凹窪部を形成し、発光ダイオードの表面およびシリコーン系樹脂層の凹窪部を含めて表面に光触媒膜を形成したので、表示ユニットの該当部分を光触媒膜材料液中に浸漬してから乾燥させる過程において発光ダイオードの表面に形成される光触媒膜の膜厚が均一になるとともに、凹窪部に形成される光触媒膜の膜厚が発光ダイオードの表面に形成される光触媒膜の膜厚より大きくて、シリコーン系樹脂層の表面の凹窪部に溜まった有機質の汚れも分解される表示ユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光ダイオードの第１の実施形態を示す拡大断面図
【図２】本発明の発光ダイオードの第２の実施形態を示す拡大一部断面正面図
【図３】本発明の表示ユニットの第１の実施形態を示す要部拡大一部断面正面図
【図４】本発明の表示ユニットの第２の実施形態を示す要部拡大一部断面正面図
【図５】本発明の表示ユニットの第３の実施形態を示す要部拡大一部断面正面図
【図６】本発明の表示ユニットの第４の実施形態を示す要部拡大一部断面正面図
【図７】本発明の表示ユニットの第５の実施形態を示す要部拡大一部断面正面図
【図８】本発明の表示ユニットの第６の実施形態を示す要部拡大一部断面正面図
【図９】本発明の表示ユニットの第７の実施形態を示す断面図
【図１０】本発明の表示装置の第１の実施形態を示す一部切欠断面図
【図１１】本発明の表示装置の第２の実施形態を示す一部切欠断面図
【符号の説明】
１…発光ダイオード本体
１ｃ…外囲器
２…光触媒膜
３…保護層
４…配線基板
５…シリコーン系合成樹脂層
６…凹窪部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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