(57)【要約】【課題】  再設置や交換が比較的簡単にできるＬＥＤ表示ユニットや信号灯とする。【解決手段】  本発明は、複数の発光ダイオードと、発光観測面側から見て上記発光ダイオードが所望の形状に配置されるケースと、を備えたＬＥＤ表示ユニットであって、上記ケースは、上記発光観測面の反対側となる裏面側に、上記ＬＥＤ表示ユニットの回転や取り替えをするときの取っ手となる保持手段３１１を有しており、上記保持手段あるいは上記ケースの裏面側に設けられた、突起部３１２、凹部あるいは印刷部によって示された発光ダイオードの配列や方向と、上記保持手段３１１の方向とは、略同じ方向であることを特徴とする。さらに、本発明は、上記ＬＥＤ表示ユニットが灯箱に固定された信号灯である。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光ダイオードと、発光観測面側から見て前記発光ダイオードが所望の形状に配置されるケースと、を備えたＬＥＤ表示ユニットであって、
前記ケースは、前記発光観測面の反対側となる裏面側に、前記ＬＥＤ表示ユニットの回転や取り替えをするときの取っ手となる保持手段を有しており、その保持手段あるいは前記ケースの裏面に設けられた、突起部、凹部あるいは印刷部によって示された発光ダイオードの配列や方向と、前記保持手段の方向とは、略同じ方向であることを特徴とするＬＥＤ表示ユニット。
【請求項２】
前記請求項１に記載のＬＥＤ表示ユニットが灯箱に固定された信号灯。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、複数の発光ダイオードを用いたＬＥＤ表示ユニットに係わり、特に、特定配置された発光ダイオードを比較的簡単に再設置や交換可能なＬＥＤ表示ユニット及びこれを用いた信号灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、一般に道路用もしくは鉄道用などの信号機は光源に白色電球を利用している。このような信号機のうち矢印信号などは、図４の如き断面構成となっている。即ち、青、黄、赤の各信号灯と灯箱４０９などを共用しランプユニットを交換できるように構成されている。通常の信号灯と矢印信号の違いは、矢印信号がカラーフィルターとしても働くレンズ部材４０８に加えて矢印が表示できるよう矢印マスク４１０を用いる。これによりマスクを用いて白色電球からの光を矢印形状に発光させることができる。
【０００３】
このような矢印信号は、他の信号灯と共用できると共に図５の如く灯箱４０９からユニット４０４を外すと共にその矢印の方向をマスク４１０の方位を変えるだけで比較的簡単に直進用、左折用や右折用など種々選択することができる。したがって、量産性が良いばかりでなく矢印信号の設置時やすでに設置され駆動している矢印の向きの変更時など信号灯を駆動させたまま比較的容易に変更させることができる。
【０００４】
一方、最近青色系、緑色系、黄色系、赤色系など１０００ｍｃｄ以上にも及ぶ超高輝度に発光可能な発光ダイオードが開発されてきた。このような発光ダイオードは、単色性ピーク波長を持つためカラーフィルターを用いる必要がない。そのため白熱電球からの光を反射板で反射させカラーフィルターなどを通して視認する従来の信号灯に生ずる疑似点灯現象がない。また、白熱電球の６０Ｗから７０Ｗに対し２０Ｗ以下の信号ユニットを構成させることが可能であり消費電力を小さくさせることができる。さらに、発光ダイオードは寿命が長く発光部の交換回数が少ないメンテナンスフリーとさせた信号灯などとすることができる。このような種々の利点から発光ダイオードを利用した信号灯が考えられる。特に、発光ダイオードを利用した信号灯などは、その発光ダイオードの配置を種々選択させることによって、種々の形状に発光可能であり矢印用のマスクそのものを除去させることが可能である。
【０００５】
このような、信号灯はマスクを用いた信号灯とは異なり発光部自体に方向性を持つため矢印の向きを変更させる場合には、発光ダイオードが内部に配されているＬＥＤ表示ユニット全体の向きを変更させなければならない。
【特許文献１】特開平７−２９６２９４号公報。
【特許文献２】特開平８−２４１０５６号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ユニットは裏面から設置されるものであり矢印の方向が不明確である。また、マスクという比較的軽量であり方向性のあるものに対して発光ダイオードを配置させた信号灯は、ユニット全体を移動させなければならない。また、車両用信号ユニットは、ある程度規格で定められており直径３０ｃｍ以上にも及ぶ大きさがあるものもある。そのため信号灯内のユニット全体を交換させるのは大がかりとなる場合があり、信号灯を停止させなければならないという問題がある。したがって、本願発明は、上記問題を解決し量産性に優れ信号ユニットの交換が簡単で矢印方位などを比較的簡単に変えられるＬＥＤ表示ユニット及びこれを用いた信号灯を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のＬＥＤ表示ユニットは、複数の発光ダイオードと、発光観測面側から見て上記発光ダイオードが所望の形状に配置されるケースと、を備えたＬＥＤ表示ユニットである。特に、上記ケースは、上記発光観測面の反対側となる裏面側に、上記ＬＥＤ表示ユニットの回転や取り替えをするときの取っ手となる保持手段を有しており、その保持手段あるいは上記ケースの裏面に設けられた、突起部、凹部あるいは印刷部によって示された発光ダイオードの配列や方向と、上記保持手段の方向とは、略同じ方向であることを特徴とする。さらに、本発明は、上記ＬＥＤ表示ユニットが灯箱に固定された信号灯である。
【発明の効果】
【０００８】
ＬＥＤ表示器を利用したユニットにおいては、白色電球を用いた信号灯とは異なり、玉切れ時に裏面の略中心に設置された発光部（電球）を交換する必要がない。そのためユニットの裏面側を比較的自由に設計させることができる。本願発明は、ＬＥＤ表示ユニットの設計自由度が広いことを利用しＬＥＤ表示ユニットの裏面側においてユニット保持手段を構成させる。これによって、比較的容易にＬＥＤ表示器の発光部を交換させることができる。また、矢印信号など発光ダイオードが特定の形状や角度に配置させた場合における方向性をユニット保持手段で認識させるものである。そのため発光ダイオードが配置された矢印の方向などを非発光面から認識してＬＥＤ表示ユニットを比較的容易に方向転換させることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明者は種々の実験の結果、複数の発光ダイオードを用いたＬＥＤ表示ユニットの設置や交換時において、ＬＥＤ表示ユニットの非発光面側にユニット保持手段を形成させることによって設置作業効率などが格段に向上できることを見いだし本願発明を成すに到った。
【００１０】
即ち、裏面側から発光部を取り出すことがなく非発光部側であるＬＥＤ表示ユニットの裏面側にＬＥＤ表示ユニットの回転や取り替えが可能なパッケージ保持手段を構成させるものである。具体的には、発光ダイオードを矢印形状など所望の形状に設置保持させた基板と、この基板と電気的に接続され発光ダイオードを所望に点灯させるドライバーが、外部環境からの保護などのためのパッケージ内に配置されている。パッケージは、発光ダイオードの発光観測面側のクリアレンズとパッキンを介して固定されるバックケースから構成されている。また、バックケースの一部から発光ダイオードなどへ電力を供給させるコードが延びている。バックケースには、ユニット全体の方向を変更させ得るユニット保持手段として取っ手が取り付けられている。パッケージ保持手段である取っ手の方向は、バックケースに固定され基板上に配置された発光ダイオードの矢印の示す向きと同方向に配置させてある。このように形成されたＬＥＤ表示ユニットを車両用信号機の灯箱に固定させることによって信号機を構成させることができる。以下、本願発明の各構成について詳述する。
【００１１】
（パッケージ）
本発明に用いられるパッケージとしては、基板２０３上に配置した各発光ダイオード２０２などを外部から機械的に保護するものであって、所望の大きさ及び形状に種々形成させることができる。パッケージは、発光ダイオード２０２の光を集光させる或いは散乱させるレンズ効果を有するレンズ部材２０８と、バックケース２０４とをパッキンを介して固定させることによって好適に形成させることができる。また、バックケース２０４は、外部から内部に固定された発光ダイオードに電力を供給させるためのコード３０４がパッキンを介して導出されている。さらに、レンズ部材２０８は、所望に応じて着色させることもできる。
【００１２】
パッケージは、外部環境にさらされるため水分、塵芥などが入らないようにレンズ部材２０８とバックケース２０４の勘合部、発光ダイオードとの電気的導通を取る電気コードの開口部などとをパッキンにより封止してあることが好ましい。また、灯箱２０９の気密性が高い場合には、バックケース２０４の裏面側に開口部を設け発光ダイオードが配置されたパッケージ内部内の空気を循環させたり、外部に放出させたりすることもできる。
【００１３】
パッケージは、発光ダイオード２０２などからの熱の影響をうけるため、熱膨張率の小さい物が好ましい。また、所望の形状に形成させることから成形のしやすいものが望ましい。このようなパッケージの材料として具体的には、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂、フエノール樹脂などの各種樹脂やアルミニウム及びその合金等が好ましい。特に、アルミニウムは、発光ダイオードの熱を外部に効率よく放出させることができるため特に好ましい。また、電源が交流の場合はパッケージ内に各発光ダイオードを駆動させるための整流回路を設けるなどして発光ダイオードの電源とすることができる。
【００１４】
（パッケージ保持手段３０１、３１１、３２１）
本発明に用いられるパッケージ保持手段３０１、３１１、３２１としては、ＬＥＤ表示ユニットの回転や信号機の灯箱からＬＥＤ表示ユニットの取り替えが可能な如く形成されるものである。したがって、ＬＥＤ表示ユニットと一体的に形成させることもできるし、バックケース形成後にパッケージ保持手段を後付けさせることもできる。また、パッケージ保持手段が発光ダイオードの配列や発光特性などの配置がわかるように構成されていることがより好ましい。具体的には、矢印方向とパッケージ保持手段を略平行とさせることによって裏面からも矢印の方向が簡単にわかるものである。
【００１５】
パッケージ保持手段は、ＬＥＤ表示ユニットの交換などが行いやすいように２以上設けることもできる。また、灯箱自体に密閉性があるときは、パッケージ保持手段の形成と共にＬＥＤ表示ユニットからの熱を外部に放出できるよう空孔を設けてもよい。パッケージ保持手段は、突起状のみならず凹部やバックケースに設けられた孔を利用して形成させることもできる。さらに、パッケージの裏面に発光ダイオードの配列や方向がわかるように印刷を行うこともできる。また、パッケージ保持手段とは別に、パッケージ裏面やパッケージ保持手段の表面を利用して発光ダイオードの配列や方向がわかるよう突起部３１２、凹部３０２、印刷部３２２から選択される少なくとも一種を設けることもできる。
【００１６】
（発光ダイオード１０１、２０２）
本願発明に用いられる発光ダイオード１０１、２０２は、種々の半導体を用いた発光素子が好適に用いられる。具体的には、液相成長法、ＨＤＶＰＥ法やＭＯＣＶＤ法などにより基体上にＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等の半導体を発光層として形成させたものが用いられる。半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが好適に挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を紫外光から赤外光まで種々選択することができる。さらに、発光層を量子効果を持つ薄膜とした単一量子井戸構造、多重量子井戸構造などとさせても良い。
【００１７】
野外など比較的外来光が強い場所でＬＥＤ表示ユニットを使用する場合、超高輝度に発光可能な発光素子として緑色系及び青色系が窒化ガリウム系化合物半導体を用いることが好ましい。また、赤色系及び黄色系ではガリウム・アルミニウム・砒素系の半導体やアルミニウム・インジュウム・ガリウム・燐系の半導体を用いることが好ましい。
【００１８】
ユニットや灯箱などの密閉性が高い場合、発光ダイオードはＬＥＤチップのまま用いてもよいがＬＥＤチップを樹脂や硝子などで保護しても良い。樹脂などで保護するためには、ＬＥＤチップをマウント・リードのカップ上に固定させＬＥＤチップの正負両電極或いは一方の電極と、インナー・リードなどとを、金線、白金やアルミニウム線などの導電性ワイヤーにより電気的に接続させる。一方の極性の電極にしか導電性ワイヤーを使用しない場合には、ＬＥＤチップの固定をＡｇ、Ｃ、ＩＴＯ、ＳｎＯ2、ＺｎＯなどの導電性物質を樹脂バインダーに混合させた導電性ペーストなどで固着させると共にマウント・リードなどと電気的接続を取ってもよい。次に、電気的導通が取られたものをＬＥＤチップやその電気的接続のための金属ワイヤー等を外部力や水分などから保護するためのモールド部材で被覆させることにより発光ダイオードを形成させることもできる。
【００１９】
モールド部材は、所望に応じて拡散剤、光安定化材、着色剤や蛍光物質など種々の添加材を含有させることができる。拡散材を含有させることによってＬＥＤチップから光の指向性を緩和させ視野角を増やすこともできる。拡散剤としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等が好適に用いられる。また、着色材を含有させることによって不要な波長をカットし所望の発光波長を有する発光ダイオードとすることもできる。したがって、発光ダイオードの発光色（発光光の主ピークである主発光波長）に応じて染料及び／又は顔料が種々選択される。光安定化材は、外来光からの光やＬＥＤチップから照射される光に紫外域光を含む場合に、モールド部材に用いられる樹脂劣化などを防止し長期間に渡って安定した発光特性を得ることができる。光安定化材としてはベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ヒンダードアミン系光安定化剤などが好適に用いられる。ＬＥＤチップの光によって励起され発光する蛍光物質を含有させることで１つのＬＥＤチップのみでは発光させることができない白色系などを発光させることもできる。具体的には、青色系発光ダイオードに発光ダイオードからの光によって黄色系の発光色を発光する蛍光物質を光学的に結合させることによって単一のＬＥＤチップを用いて白色系を発光させることができる。蛍光物質としては、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体やペリレン系誘導体などが挙げられる。
【００２０】
このような添加材は、所望に応じてモールド部材中に種々の割合で分散させて形成させても良い。すなわち、ＬＥＤチップに近づくにつれ含有濃度を増やしたり或いは減少させたり種々選択することができる。モールド部材は、モールド部材の原材料中などに種々の添加材を混合攪拌などさせる。その後、砲弾形状など所望のモールド部材の形状に形成できる型にＬＥＤチップなどとモールド部材の原材料とを共に入れ硬化させることによって形成させることができる。
【００２１】
また、モールド部材を所望の形状にすることによってＬＥＤチップが発光した光を集束させたり拡散させたりするレンズ効果を持たせることができる。従って、モールド部材は複数積層した構造でもよい。具体的には、凸レンズ形状、凹レンズ形状やそれらを複数組み合わせたものなどである。また、発光ダイオードの発光観測面側から見た形状においても真円形、楕円形や正方形などその目的によって種々形成することができる。上記モールド部材の材料としては、エポキシ樹脂、ユリア樹脂などの耐候性に優れた透光性樹脂や硝子などが好適に用いられる。
【００２２】
（基板１０２、２０３）
基板１０２、２０３は、複数の発光ダイオードを矢印形状など所望の形状に配置させるために好適に用いられる。したがって、発光ダイオード１０１、２０２のリードフレームを利用して直接電気的に接続させ発光ダイオードが所定の形状に維持できる場合などは、基板１０２、２０３を用いない場合もある。
【００２３】
発光ダイオードを配置する基板としては、発光ダイオードの配置のみならず駆動回路用の基板２０７と兼用しても良い。基板１０２、２０３、２０７は、機械的強度が高く熱変形の少ないものが好ましい。具体的には銅箔などの導電体が形成されたセラミックス、ガラスエポキシ樹脂やアルミニウム等を利用した基板が好適に利用できる。発光ダイオードが実装される基板１０２、２０３表面はＬＥＤ表示ユニットの表示面と一致するためコントラスト向上のために暗褐色や黒色などに着色してあることがより好ましい。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明の具体的実施例について説明するが、本発明はこれのみに限定されるものではないことは言うまでもない。
（実施例１）
車両用信号機の灯箱の大きさに合わせてクリアレンズ及びパッケージの裏面であるバックケースを構成させた。パッケージ内には、ＬＥＤ表示器として青緑色の発光ダイオードを４２０個使用して構成させた。発光ダイオードは、窒化ガリウム系化合物半導体を発光層とし青緑色が発光可能なものを用いた。発光ダイオードを基板上に配置させ駆動基板と電気的に接続させることによってＬＥＤ表示器を構成させた。
【００２５】
一方、ＬＥＤ表示ユニットのパッケージは、ウレタン樹脂によって図３（Ａ）の如きバックケースの構成とさせ非発光面である裏面側にユニット保持手段３０１を構成させた。ＬＥＤ表示器とパッキンを通して電力コード３０４とを電気的に接続させた後、ＬＥＤ表示ユニットのバックケースとＬＥＤ表示器とをネジによって固定させた。また、パッケージとクリアレンズとをゴムパッキンによって固定させる。形成されたＬＥＤ表示ユニット自体をネジによって灯箱に固定させてある。灯箱に固定させたネジを締める或いは緩めることによって、比較的簡単に灯箱と着脱可能であり信号機の駆動中に電球式の信号灯ユニットからＬＥＤ表示ユニットの交換をスムーズに行えるものである。
【００２６】
（実施例２）
車両用信号機の灯箱の大きさに合わせてクリアレンズ及びパッケージの裏面を構成させた。パッケージ内には、ＬＥＤ表示器として青緑色の発光ダイオードを１２０個使用して構成させた。発光ダイオードは、窒化ガリウム系化合物半導体を発光層とし青緑色が発光可能なものを用いた。図１の如く各発光ダイオードを矢印形状に視認できるよう基板上に配置させた。各発光ダイオードが配置された基板と基板の裏面側に配された駆動基板とを電気的に接続させることによってＬＥＤ表示器を構成させた。
【００２７】
一方、ＬＥＤ表示ユニットのパッケージは、ウレタン樹脂によって図３（Ｂ）の如き矢印の方向と平行に形成させ裏面側から矢印の方向がわかるように突起部３１２を有するユニット保持手段３１１を構成させた。ＬＥＤ表示器とパッキンを通して電力コードとを電気的に接続させた後、ＬＥＤ表示ユニットのパッケージとネジによって固定させた。また、パッケージとクリアレンズとをパッキンによって固定させた。こうして形成されたＬＥＤ表示ユニット自体をネジによって灯箱に固定させた。ＬＥＤ表示ユニットは、ネジを緩める或いは締めることにより灯箱に比較的簡単に着脱可能であり信号機の駆動中に電球式の信号灯ユニットからＬＥＤ表示ユニットの交換をスムーズに行えるものである。また、矢印の向きを設置時においても容易に認識することができ直進用、右折用、左折用など比較的簡単に設置させることができる。
【００２８】
（実施例３）
鉄道用信号機の灯箱の大きさに合わせてクリアレンズ及びパッケージの裏面を構成させた。パッケージ内には、ＬＥＤ表示器として青緑色の発光ダイオードを４２０個使用して構成させた。発光ダイオードは、窒化ガリウム系化合物半導体を発光層としたＬＥＤチップを用いた。ＬＥＤチップ上には、ＬＥＤチップからの青色系光によって励起され黄色系が発光可能なセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体としてＹ3Ａｌ5Ｏ12：ＣｅをＬＥＤチップ上に塗布させた。これによって白色光が発光可能な発光ダイオードとしこれを用いた。発光ダイオードを基板上に配置させ駆動基板と電気的に接続させることによってＬＥＤ表示器を構成させた。発光ダイオードは全て基板に対して一定の角度に傾斜させてある。
【００２９】
一方、ＬＥＤ表示ユニットのパッケージは、ウレタン樹脂によって図３（Ｃ）の如き構成とさせ裏面側にユニット保持手段を構成させた。パッケージ裏面には、ユニット保持手段として長方形の開口部３２１があいておりＬＥＤ表示器から放出される熱が灯箱内で流動しやすい構造とさせてある。ＬＥＤ表示器とパッキンを通して電力コードとを電気的に接続させた後、なお、発光ダイオードが全て傾斜させることによって発光特性が特定方向に向かう。この発光特性の向かう方向（矢印３２２）を印刷部３２２により示してある。ＬＥＤ表示ユニットのパッケージとネジによって固定させた。また、パッケージとクリアレンズとをパッキンによって固定させた。こうして形成されたＬＥＤ表示ユニット自体をネジによって灯箱に固定させ信号灯を形成させた。ＬＥＤ表示ユニットは、ネジを緩める或いは締めることにより灯箱に比較的簡単に着脱可能であり発光ダイオードの熱の影響をより少ないＬＥＤ表示ユニットととすることができる。
【００３０】
本発明の構成とすることによって、ＬＥＤ表示ユニットを比較的簡単に電球式の信号ユニットと交換させることができる。
【００３１】
また、ＬＥＤ表示ユニットを比較的簡単に交換させることができると共に表示ユニットの回転なども容易に行うことができる。また、発光ダイオードの配置を裏面側から認識できるために所望の方向へＬＥＤ表示ユニットを向かせることができる。
さらに、本発明の構成とすることによって、ＬＥＤ表示ユニットを比較的簡単に電球式の信号ユニットと交換可能な信号灯とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
再設置や交換が比較的簡単にできるＬＥＤ表示ユニットや信号灯として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本願発明のＬＥＤ表示ユニットを示す模式的正面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａにおける模式的断面図である。
【図３】図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、何れも本願発明のＬＥＤ表示ユニットの裏面側を示す模式図である。
【図４】図４は、本願発明と比較のために示す電球を用いた信号ユニットの模式的断面図である。
【図５】図５は、本願発明と比較のために示す電球を用いた矢印信号ユニットの方向を変える模式的説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０１・・・発光ダイオード
１０２・・・基板
２０１・・・パッケージ保持手段
２０２・・・発光ダイオード
２０３・・・基板
２０４・・・パッケージ裏面であるバックケース
２０５・・・パッケージを灯箱にネジで固定させる固定部材
２０７・・・駆動回路
２０８・・・レンズ部材
２０９・・・灯箱
３０１、３１１、３２１・・・パッケージ保持手段
３０２・・・発光ダイオードの配置を示す凹部
３０３・・・バックケースにパッケージ保持手段を固定させる固定部材
３０４・・・ＬＥＤ表示器に電力を供給させる電気コード
３１２・・・パッケージ保持手段に設けられ発光ダイオードの配置を示す突起部
３２２・・・バックケースに設けられ発光ダイオードの配置を示す印刷部
４０２・・・白熱電球
４０４・・・リフレクターとなるユニット
４０５・・・パッケージを灯箱にネジで固定させる固定部材
４０８・・・レンズ部材
４０９・・・灯箱
４１０・・・マスク
【図１】
2006293401.tif 000003
【図２】
2006293401.tif 000004
【図３】
2006293401.tif 000005
【図４】
2006293401.tif 000006
【図５】
2006293401.tif 000007