(57)【要約】  発光素子（１）は、凹部（６）を備えるケース（２）と、ケース（２）の凹部（６）の内部に配置されたＬＥＤチップ（３ｇ）と、ＬＥＤチップ（３ｇ）の発光を透過させるとともに、ケース（２）の外部の空間と接する境界面（９）にケース（２）の外側に膨らむ凸曲面を備える封止部材（８）と、を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を備えるケースと、
前記ケースの前記凹部に配置された光源と、
前記光源の発光を透過させるとともに、前記ケースの外部の空間と接する境界面に前記ケースの外側に膨らむ凸曲面を備える透明部材と、
を備える発光素子。
【請求項２】
前記透明部材は、
前記凹部に充填されて、前記光源を前記凹部に封止する封止部材の表面に、前記ケースの外側に膨らむ凸曲面を備える追加部材を取り付けて構成される
請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記透明部材は、
前記封止部材の表面に、複数個の前記追加部材を取り付けて構成される
請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
縦方向及び横方向にマトリクス状に配列された、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の複数個の発光素子を備える映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光素子と、発光素子を備える映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示画面上に多数個の発光素子を縦方向及び横方向にマトリクス状に配列した大型の映像表示装置は、スポーツ施設、建物壁等、屋外に設置されることが多い。映像表示装置は、外部から入力されるビデオ信号に応じて、各発光素子の輝度と発光色を変化させて、表示画面上に、文字、図形及びその他の画像を表示する（例えば、特許文献１，２）。【０００３】
映像表示装置に使用される発光素子は、例えばＬＥＤ（light emitting diode、発光ダイオード）のような光源をケースの凹部に配置して、凹部に透明樹脂を充填して構成される。光源が放射する光線は透明樹脂を透過して外部に放出される。ケースの外部の空間と接する透明樹脂の境界面、つまり、発光素子の発光面はフラットに形成される（例えば、特許文献３，４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３０５６８９号公報
【特許文献２】特開２００６−３０８７１３号公報
【特許文献３】特開２０１２−１０９４６１号公報
【特許文献４】特開２０１５−２６８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したように、大型の映像表示装置は主に屋外に設置されるので、太陽光が表示画面に入射して、表示画面で反射することがある。太陽光が表示画面で反射すると、表示画面に表示された画像のコントラストが低下する。発光素子の発光が反射光の中に埋もれてしまうからである。画像のコントラストが低下すると、観者が画像を視認しづらくなる。そのため、映像表示装置においては、太陽光のような外部光の入射に起因するコントラストの低下を抑制することが求められている。【０００６】
例えば、特許文献１，２に記載の映像表示装置は、発光素子の水平方向の配列の間に庇状部材を配置して、斜め上方から表示画面に入射する太陽光を遮って、反射光の発生を抑制している。このように配置された庇状部材は、太陽が高い位置にある場合には、太陽光を効果的に遮ることができる。一方、太陽が低い位置にある場合には、太陽光は浅い角度で入射して、庇状部材の下を潜って、表示画面に到達する。もっとも、庇状部材を高くすれば、太陽が低い位置にあっても太陽光の入射を遮ることができる。しかしながら、庇状部材を高くすると、斜め下方あるいは斜め上方から発光素子の発光を視認することが難しくなるので、表示画面に表示された画像を視認できる範囲（視野角）が狭くなる。そのため、庇状部材の高さには限界がある。したがって、朝や夕方など、太陽が低い位置にある場合に、表示画面に入射する太陽光を庇状部材で遮ることはできない。【０００７】
また、一般に発光素子の発光面は、特許文献３，４に記載の発光素子のようにフラットに形成されている。そのため、発光素子の発光面に入射した全ての太陽光は同じ方向に反射される。太陽光が反射する方向にいる観者の目には全ての反射光が発光素子の発光と一緒に入射するので、発光素子の発光が反射光の中に埋没して、表示画面が一様に明るく見える。つまり、画像のコントラストが低下して、画像全体が明るく見える。そのため、観者は、表示画面上の画像を視認しづらくなる。【０００８】
この発明は、このような背景に基づいてなされたものであり、発光素子に外部光が入射した場合に、全ての外部光が同じ方向に反射しない発光素子を提供することを目的とする。また、表示画面に外部光が入射しても、表示画面上の画像の視認性が低下しにくい映像表示装置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】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明は、凹部を備えるケースと、ケースの凹部に配置された光源と、光源の発光を透過させるとともに、ケースの外部の空間と接する境界面にケースの外側に膨らむ凸曲面を備える透明部材と、を備えて発光素子を構成するものである。  
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、発光素子に入射した外部光は凸曲面で反射されて、様々な方向に発散するので、観者が発光素子をどの方向から見ても、全ての反射光が観者の目に入射することがない。そのため、発光素子の発光が反射光の中に埋没して、表示画面が一様に明るく見える現象が抑制される。つまり、画像のコントラストの低下が抑制される。その結果、外部光が入射する環境における映像表示装置の画像の視認性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本発明の実施形態に係る発光素子の平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示した発光素子の側面図である。
【図１Ｃ】図１Ａに示した発光素子を、図１ＡのＡ−Ａ’線で切断した断面図である。
【図２】図１Ａから図１Ｃに示した発光素子の作用を説明する側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る映像表示装置の構成図である。
【図４】図３に示した映像表示装置の使用状態を示す構成図である。
【図５】図３に示した映像表示装置の作用を説明する側面図である。
【図６】図１Ａから図１Ｃに示した発光素子の透明部材の湾曲部の膨らみの大きさを示す側面図である。
【図７】発光素子の変形例を示す構成図であり、図１Ｃに対応する断面図である。
【図８】発光素子の別の変形例を示す構成図であり、図１Ｃに対応する断面図である。
【図９】発光素子の更に別の変形例を示す構成図であり、図１Ｃに対応する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明に係る発光素子及び映像表示装置の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面においては、同一または同等の部分に同一の符号を付している。
【００１３】
図１Ａから図１Ｃまでの各図は、この発明の実施形態に係る発光素子１の構成図である。図１Ａは、発光素子１の平面図であり、図１Ｂは発光素子１の側面図である。また、図１Ｃは発光素子１を図１ＡのＡ−Ａ’線で切断した断面図である。
【００１４】
図１Ａに示すように、発光素子１は、ケース２の内部に、発光素子１の光源として機能する３個のＬＥＤチップ３ｒ、３ｇ、３ｂを収容している。ＬＥＤチップ３ｒ、３ｇ、３ｂは、それぞれ赤色、緑色、青色に発光する発光ダイオード（light emitting diode）を備えている。発光素子１はＬＥＤチップ３ｒ、３ｇ、３ｂの発光強度（輝度）を変化させて、様々な発光色を得ることができる。また、ケース２の外部には、３組の引出電極４ｒ、５ｒ、４ｇ、５ｇ、４ｂ、５ｂの端部が露出している。なお、ケース２はＬＥＤチップ３ｒ、３ｇ、３ｂ等を保持して、発光素子１の外殻を構成する樹脂成形品である。ケース２の素材は、例えば、ポリフタルアミド樹脂等の熱可塑性樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂であるが、これらには限定されない。
【００１５】
図１Ｃに示すように、ケース２には凹部６が形成されている。凹部６には引出電極４ｇ、５ｇが配置されている。引出電極４ｇ、５ｇはケース２の外側に延びていて、前述したように、その端部はケース２の外部に露出している。引出電極４ｒ、５ｒ、４ｂ、５ｂも同様に配置されている。
【００１６】
凹部６の内部に配置されたＬＥＤチップ３ｇは引出電極４ｇの上に載置されて、引出電極４ｇに電気的に接続されている。ＬＥＤチップ３ｇの上面にはボンディングワイヤ７の一方端が電気的に接続され、ボンディングワイヤ７の他方端は引出電極５ｇに電気的に接続されている。同様に、ＬＥＤチップ３ｒ、３ｂも、それぞれ引出電極４ｒ、４ｂに載置され、引出電極４ｒ、４ｂに電気的に接続されている。そして、ＬＥＤチップ３ｒ、３ｂも、それぞれボンディングワイヤ７を介して引出電極５ｒ、５ｂに電気的に接続されている。凹部６には透明な樹脂が充填され、封止部材８を形成している。封止部材８は、凹部６を閉蓋して、ＬＥＤチップ３ｒ、３ｇ、３ｂを凹部６の内部に封止する部材であって、この発明の透明部材の例示である。また、封止部材８は、ＬＥＤチップ３ｒ、３ｇ、３ｂが発する光線を透過させる部材でもある。封止部材８の素材は、例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂であるが、これらには限定されない。
【００１７】
封止部材８はケース２の外側に膨出していて、発光素子１の外側の空間との境界面９は凸レンズ状の凸曲面を形成している。図１Ｂに示すように、境界面９は、その中心、つまりＬＥＤチップ３ｇの光軸１０と境界面９の交点１１において凹部６の底面６ａから最も離隔していて、中心（交点１１）から遠ざかるに従って、凹部６の底面６ａに漸近するように傾斜している。また、境界面９の傾斜は交点１１から遠ざかるに従って大きくなる。
【００１８】
なお、封止部材８は、この発明の透明部材の例示である。前述したように、封止部材８は透明な樹脂で構成されていて、ＬＥＤチップ３ｒ、３ｇ、３ｂが放射する発光は、封止部材８を透過してケース２の外に放出される。また、封止部材８はケース２の上面の開口、つまり凹部６の入口を閉蓋している。
【００１９】
発光素子１は、以下のようなプロセスで製造される。まず、図示しない成形型の内部に、引出電極４ｒ、５ｒ、４ｇ、５ｇ、４ｂ、５ｂを配置して、該成形型に樹脂を注入して、ケース２を成形すると同時に、引出電極４ｒ、５ｒ、４ｇ、５ｇ、４ｂ、５ｂをケース２に固定する。前述したように、ケース２の素材は、例えば、ポリフタルアミド樹脂等の熱可塑性樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂である。また、光反射率を向上させるために、樹脂に二酸化チタン等の光反射粒子を混合しても良い。
【００２０】
ケース２が成形されたら、ケース２の凹部６の内部において、ＬＥＤチップ３ｒ、３ｇ、３ｂを引出電極４ｒ、４ｇ、４ｂに接合する。そして、ボンディングワイヤ７を介して、ＬＥＤチップ３ｒ、３ｇ、３ｂと引出電極５ｒ、５ｇ、５ｂを電気的に接続する。
【００２１】
最後に、凹部６に液状の透明な樹脂を注入して、封止部材８を形成する。この時、凹部６の容積を超える量の樹脂を、低い注入速度で凹部６に注入する。樹脂を低速度で注入すると、凹部６から溢れた樹脂の液面は、表面張力の作用で凸レンズ状に盛り上がる。これをそのまま硬化させると、凸レンズ状の境界面９が形成される。なお、前述したように、封止部材８の素材は、例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂である。
【００２２】
次に、図２を参照して、発光素子１の作用を説明する。図２に示すように太陽光１２は平行光なので、太陽光１２は発光素子１の封止部材８の境界面９の全てに同じ方向から入射する。一方、封止部材８の境界面９には、ケース２の外側に膨らむ凸曲面が形成されているので、太陽光１２は様々な方向に反射される。反射光１３の方向は、太陽光１２が境界面９の何処に当たるかによって異なる。つまり、境界面９で生じる反射光１３は発散する。このように、境界面９では、全ての太陽光１２が同じ方向に反射することがない。そのため、発光素子１をどの方向から見ても、全ての反射光１３が観者の目に入ることがない。
【００２３】
図３はこの発明の実施形態に係る映像表示装置１４の構成図である。図３に示すように、映像表示装置１４の表示画面１５は基板１６の上に多数の発光素子１を縦方向及び横方向にマトリクス状に配列して構成される。すなわち、多数の発光素子１を水平方向に配列して、発光素子列１７を形成し、多数の発光素子列１７を垂直方向に配列している。また、基板１６には図示されない配線パターンが形成されていて、各発光素子１の引出電極４ｒ、５ｒ、４ｇ、５ｇ、４ｂ、５ｂ（図３において図示せず）は、それぞれ、該配線パターンに接続される。
【００２４】
映像表示装置１４は、ドライバ１８を備える。ドライバ１８は前述した配線パターンを介して各発光素子１に接続され、電源から供給される電力を各発光素子１に分配して、発光素子１の輝度と発色を個々に調整する電気回路である。
【００２５】
図４に示すように、映像表示装置１４は、上位コントローラ１９を介してビデオ信号源２０に接続されて使用される。ビデオ信号源２０は、例えば、事前に保存されたビデオ信号を上位コントローラ１９に出力するサーバである。上位コントローラ１９はビデオ信号源２０から入力されたビデオ信号を、映像表示装置１４における発光素子１の配列に合わせて変換し、個々の発光素子１の輝度と発色を決定して、ドライバ１８に指令するコンピュータである。
【００２６】
このようにして、映像表示装置１４は、基板１６上に多数配置された発光素子１の輝度と発色を個々に調整して、表示画面１５上に画像を表示する。また、該画像を時間の経過に従って変化させて、動画像（映像）を表示する。映像表示装置１４の表示画面１５は、小型の映像表示装置、例えば液晶ディスプレイのスクリーンに相当し、１個の発光素子１は１画素に相当する。
【００２７】
前述したように、発光素子１に入射した太陽光１２は、様々な方向に反射されるから、図５に示すように、映像表示装置１４に入射した太陽光１２の反射光１３は、様々な方向に発散する。そのため、映像表示装置１４に入射した太陽光１２の全てが同じ方向に反射することがない。
【００２８】
なお、図１及び図２において、境界面９を大きく湾曲させて描いたが、境界面９が備える凸曲面は顕著なものでなくても良い。図６に示すように、凹部６の直径をｄとした場合に、ケース２の端面から計った境界面９の最大高さｔがｄ／１００以上であれば、上記の効果が得られる。つまり境界面９はわずかに盛り上がっていれば、上記の効果が得られる。また、境界面９が備える凸曲面は球面には限られない。凸曲面は非球面であっても良い。
【００２９】
以上、説明したように、この発明に係る発光素子の表面に外部光が入射される場合に、反射光は様々な方向に発散される。そのため、この発明に係る発光素子を基板上に縦方向及び横方向にマトリクス状に配列して、映像表示装置を構成すれば、映像表示装置に外部光が入射した場合に、反射光は様々な方向に発散される。そのため、映像表示装置をどの方向から見ても、画像のコントラストの低下は生じない。その結果、この発明によれば、外部光が入射する環境の置かれた映像表示装置の画像の視認性を向上させることができる。
【００３０】
なお、上記実施形態はこの発明の具体的な実施態様の例示であって、この発明の技術的範囲は、上記実施形態の記載によっては限定されない。この発明は、請求の範囲に示された技術的思想の範囲において、自由に変形あるいは改良して実施することが出来る。また、上記実施形態に開示されていない構成要素の追加は任意である。
【００３１】
上記実施形態においては、封止部材８の中心軸と光軸１０を同軸に配置した例を示したが、両者の関係は同軸には限定されない。封止部材８の中心軸と光軸１０がずれていても良い。また、封止部材８の境界面９が備える凸曲面として、凸レンズのような三次曲面を例示したが、凸曲面は三次曲面には限定されない。凸曲面は二次曲面であっても良い。
【００３２】
上記実施形態においては、液状の樹脂をケース２の凹部６に注入充填して、その後硬化させて封止部材８を形成する例を示したが、透明部材は、かかるプロセスで製造された封止部材８には限定されない。例えば、図７に示すように、別の工程で製造された、つまり、事前に固体化された透明部材２１を凹部６に嵌め込むようにしても良い。
【００３３】
あるいは、封止部材８の上面をフラットに仕上げた後に、封止部材８の上面に、凸曲面を備える別の部材を追加しても良い。例えば、図８に示すように、上面がフラットに仕上げられた封止部材８の上に、透明な材料で構成されて、上面が凸レンズ状に盛り上がった追加部材２２を取り付けても良い。追加部材２２は、図示された形状に事前に成形されて、成形後に封止部材８の上に載置されて、接着されるようにしても良い。あるいは、封止部材８の上に、樹脂液を滴下して、表面張力の作用で樹脂液の表面を盛り上げて、盛り上がった状態で硬化させて、追加部材２２を形成するようにしても良い。あるいは、封止部材８の上に成形型を置いて、該成形型に樹脂材料を注入して追加部材２２を形成しても良い。
【００３４】
封止部材８上の複数の箇所に樹脂液を滴下して、図９に示すような複数個の追加部材２２を封止部材８上に形成しても良い。この場合、一箇所に滴下される樹脂液の量が少ないので、樹脂液の重量に比べて表面張力が大きくなる。そのため、追加部材２２を高く盛り上げることが容易になる。
【００３５】
もちろん、複数個の追加部材２２を事前に構成して、封止部材８の上に貼り付けて、図９に示すように構成しても良い。封止部材８の上に成形型を置いて、該成形型に樹脂材料を注入して複数個の追加部材２２を形成しても良い。
【００３６】
発光素子１が備えるＬＥＤチップ３ｒ、３ｇ、３ｂの数は３個には限定されない。１個あるいは２個であっても良いし、４個以上であっても良い。また、発光素子１の発光色は限定されない。発光色の組合せは任意である。１個の基板に発色の異なる複数個の発光ダイオードを備えたチップを光源として備えても良い。
【００３７】
上記実施形態においては、上位コントローラ１９を映像表示装置１４の外部装置としたが、上位コントローラ１９が映像表示装置１４の内部に組み込まれていても良い。
【００３８】
なお、上記実施形態においては、外部光の具体例として、太陽光を例示したが、この発明における外部光は太陽光には限定されない。例えば、室内照明器具や屋外照明装置のような人工照明から発光素子１や映像表示装置１４に入射する光線も外部光に該当する。
【００３９】
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
【００４０】
本出願は、２０１５年３月１２日に出願された、日本国特許出願特願２０１５−０４８９７９号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０１５−０４８９７９号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
【符号の説明】
【００４１】
１  発光素子、２  ケース、３ｒ，３ｇ，３ｂ  ＬＥＤチップ、４ｒ，４ｇ，４ｂ，５ｒ，５ｇ，５ｂ  引出電極、６  凹部、６ａ  底面、７  ボンディングワイヤ、８  封止部材、９  境界面、１０  光軸、１１  交点、１２  太陽光、１３  反射光、１４  映像表示装置、１５  表示画面、１６  基板、１７  発光素子列、１８  ドライバ、１９  上位コントローラ、２０  ビデオ信号源、２１  透明部材、２２  追加部材
【図１Ａ】
2016143151.tif 000003
【図１Ｂ】
2016143151.tif 000004
【図１Ｃ】
2016143151.tif 000005
【図２】
2016143151.tif 000006
【図３】
2016143151.tif 000007
【図４】
2016143151.tif 000008
【図５】
2016143151.tif 000009
【図６】
2016143151.tif 000010
【図７】
2016143151.tif 000011
【図８】
2016143151.tif 000012
【図９】
2016143151.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成29年4月27日(2017.4.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明は、凹部を備えるケースと、ケースの凹部に配置された光源と、光源の発光を透過させるとともに、ケースの外部の空間と接する境界面にケースの外側に膨らむ凸曲面を備える透明部材とを備え、ケースの上端面から計った透明部材の凸曲面の最大高さは、凹部の平面形の直径の１／１００である発光素子を構成するものである。  
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を備えるケースと、
前記ケースの前記凹部に配置された光源と、
前記光源の発光を透過させるとともに、前記ケースの外部の空間と接する境界面に前記ケースの外側に膨らむ凸曲面を備える透明部材とを備え、
前記ケースの上端面から計った前記透明部材の凸曲面の最大高さは、前記凹部の平面形の直径の１／１００である発光素子。
【請求項２】
前記透明部材は、
前記凹部に充填されて、前記光源を前記凹部に封止する封止部材の表面に、前記ケースの外側に膨らむ凸曲面を備える追加部材を取り付けて構成される
請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記透明部材は、
前記封止部材の表面に、複数個の前記追加部材を取り付けて構成される
請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
縦方向及び横方向にマトリクス状に配列された、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の複数個の発光素子を備える映像表示装置。
【国際調査報告】
2016143151.tif 000014
2016143151.tif 000015
2016143151.tif 000016
2016143151.tif 000017