(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示パネル基板と、該表示パネル基板上にマトリクス状に配列される複数個の発光素子と、該発光素子のそれぞれに一致させて凸部が形成され、該発光素子の表面側に設けられるレンズケースとからなり、前記レンズケースは、前記凸部の内部に前記発光素子を内包し得る底面形状が四角形の空洞部を有し、かつ、該空洞部より外周に前記発光部から横方向に出射する光を前記凸部の方に反射させる平面状の傾斜面を有する空隙部が前記複数の発光素子の境界部に格子状に形成されると共に、前記空洞部の側壁は、前記発光素子ごとに周囲を完全に被覆するように前記表示パネル基板上に密着させて設けられ、かつ、前記傾斜面は前記表示パネル基板表面から延びるように形成され、さらに、前記凸部は、平面的に見て、前記傾斜面の少なくとも一部に重なるように大きく形成されながら、隣接する発光素子用の凸部とは凸部同士で連結しないように形成されてなるドットマトリクス表示装置。
【請求項２】
前記空洞部の側壁面が曲面または前記基板の垂直面に対して中心部側に傾いた傾斜面になるように形成されてなる請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記空洞部の頂面が、平面または前記レンズケース凸部の曲率より大きい曲率となるように形成されてなる請求項１または２記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子をマトリクス状に配列して、各発光素子を１つのドットとして表示するドットマトリクス表示装置に関する。さらに詳しくは、発光素子が周囲に反射壁を有しないチップ型ＬＥＤまたはＬＥＤのベアチップがマウントされる場合でも、表示パネルの正面側に光を集光させ、正面側にとくに強い指向特性を有し、輝度の大きい表示装置とすることができる構造のドットマトリクス表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のドットマトリクス表示装置は、たとえば図３（ａ）にその一例の断面説明図が示されるように、表示パネル基板５１の表面側にたとえばチップ型の発光素子（以下ＬＥＤという）５２がマトリクス状に並べられ、表示パネル基板５１の裏面に図示しない駆動回路や、各ＬＥＤ５２への電源供給用端子などが設けられ、マトリクス状に並べられたＬＥＤ５２を選択的にオンオフさせることにより、所望の文字や図形を表示する構成になっている。また、ＬＥＤ５２の表面側には、断面形状が半円形、または楕円形のレンズケース５４が設けられることにより、正面側に光を集光して輝度を向上させる構造にされる場合がある。そして、この表示装置が何個も縦横に並べられて大型の表示ボードとして、公共の掲示板などに用いられている。
【０００３】
前述のレンズケース５４は、その底面が平坦面で、並べられたＬＥＤ５２の上に載置できる構造であるが、図３（ｂ）に示されるようにＬＥＤ５２を囲む四角状の空洞部が形成される場合もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のドットマトリクス表示装置に用いられるＬＥＤ５２が、図３（ａ）に示されるように、周囲に反射壁５７を有するチップ型ＬＥＤであれば、ＬＥＤチップ５２ａから横方向に進んだ光もその反射壁５７により上方に反射されるため、その上部に設けられたレンズケース５４により集光されて強い指向性が得られる。しかし、ＬＥＤ５２が反射ケース５７を有しないチップ型発光素子やチップだけのベアチップの場合、横や斜め方向に進む光は、全発光量の３０〜４０％程度あるにも拘わらず、これらの光は、レンズケース５４の凸部に入射しないで、全反射して減衰したり、隣のドット（ＬＥＤ５２）の方に進んで、発光すべきでないドットを明るくして妨害をするだけで、本来のドットの輝度に何ら寄与しない。そのため、充分に輝度を向上させることができないという問題がある。
【０００５】
また、図３（ｂ）に示されるように、レンズケース５４でＬＥＤ５２を覆い込む構造にしても、そのＬＥＤ５２周囲の空洞の構造が、４角形などの垂直面の組合せでは、充分に光をレンズケース５４内に取り込むことができないと共に、せっかくレンズケース５４内に取り込まれても、レンズケース５４内を進んで隣のドットの方に進むだけとなり、充分に利用することができない。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、反射壁を有しないチップ型発光素子や、ベアチップのＬＥＤをそのまま用いる場合でも、正面側にできるだけ多くの光を集光させ、正面側で輝度が大きく、また、隣のドットに光を漏れにくくして、認識しやすく表示品質の優れたドットマトリクス表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によるドットマトリクス表示装置は、表示パネル基板と、該表示パネル基板上にマトリクス状に配列される複数個の発光素子と、該発光素子のそれぞれに一致させて凸部が形成され、該発光素子の表面側に設けられるレンズケースとからなり、前記レンズケースは、前記凸部の内部に前記発光素子を内包し得る底面形状が四角形の空洞部を有し、かつ、該空洞部より外周に前記発光部から横方向に出射する光を前記凸部の方に反射させる平面状の傾斜面を有する空隙部が前記複数の発光素子の境界部に格子状に形成されると共に、前記空洞部の側壁は、前記発光素子ごとに周囲を完全に被覆するように前記表示パネル基板上に密着させて設けられ、かつ、前記傾斜面は前記表示パネル基板表面から延びるように形成され、さらに、前記凸部は、平面的に見て、前記傾斜面の少なくとも一部に重なるように大きく形成されながら、隣接する発光素子用の凸部とは凸部同士で連結しないように形成されている。
【０００８】
この構造にすることにより、レンズケースが発光素子を覆いこみ、横方向に進む光もレンズケース内に取り込み、しかもその周囲には、横方向に進んだ光を凸部方向に反射させる傾斜面を有する空隙部が形成されているため、横方向に進んできた光を効率よく正面側に反射させることができる。この空隙部は、集光用の凸部を形成する際の金型の形状を変更するだけで、何ら工数を増やすことなく簡単に形成することができる。そのため、発光素子に反射壁を有する高価な発光素子を用いなくても、集光用のレンズケースに反射用の空隙部を形成するだけで、発光素子の光を有効に利用することができると共に、隣のドットに紛れ込む光を大幅に減らすことができ、視認特性の優れたドットマトリクス型表示装置となる。
【０００９】
前記空洞部の側壁が曲面または前記基板の垂直面に対して中心部側に傾いた傾斜面になるように形成されることにより、発光素子からの光をレンズケース内に取り込みやすいため好ましい。
【００１０】
前記空洞部の頂面が、平面または前記レンズケース凸部の曲率より大きい曲率となるように形成されることにより、レンズケース内に光を取り込みやすく、かつ、レンズケースから正面側に光を放射しやすいため好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明のドットマトリクス表示装置について説明をする。本発明によるドットマトリクス表示装置は、図１（ａ）〜（ｃ）にその一実施形態の斜視図および一部の断面説明図と、レンズケースの底面側から見た図が示されるように、表示パネル基板１上に発光素子２がマトリクス状に配列されると共に、その発光素子２のそれぞれに一致させて凸部４１が形成されたレンズケース４が、その発光素子２の表面側に設けられている。そのレンズケース４は、凸部４１の内部に前述の発光素子２を内包し得る空洞部４２を有し、かつ、その空洞部４２より外周に、発光素子２から横方向に出射する光を前述の凸部４１の方に反射させる傾斜面４３を有する空隙部４４が形成されている。なお、図１で５は、たとえばアルミニウムなどからなる取付板である。
【００１２】
表示パネル基板１は、たとえばアルミコア基板からなり、その表面に図示しない配線パターンが形成されており、表面に実装される発光素子２の各電極と接続される構造になっている。なお、表示パネル基板１の裏面には、各発光素子のオンオフを制御する制御回路や、発光素子２を駆動する駆動回路の抵抗などが設けられているが、図では省略されている。
【００１３】
発光素子２は、たとえば図１（ｂ）に断面説明図が示されるように、絶縁基板２１の表面の両端部から側面および裏面にかけて端子電極２２、２３が設けられており、その一方の電極２２上にＬＥＤチップ２４がダイボンディングされている。そして、ＬＥＤチップ２４の他方の電極と第２の端子電極２３との間が金線などのワイヤ２５により電気的に接続されている。そして、その周囲が透明なエポキシ樹脂などにより被覆され、表面が平坦なパッケージ２６が形成されることにより構成されている。この発光素子２は、この例に示されるように、反射壁を有しないチップ型発光素子や、ＬＥＤチップのみのベアチップが、反射壁を有するチップ型発光素子やランプタイプの発光素子より横方向に進む光が多く、その光を有効に利用することができるため、効果が大きい。この発光素子２はその両端部の端子電極２２、２３がハンダなどにより表示パネル基板１の配線パターン上に電気的に接続されると共に固定されている。
【００１４】
この発光素子２が、図１（ａ）に示されるように、１個のユニットに、たとえば１６×１６個または２４×２４個取り付けられている。そして、たとえば駅の行先表示や公共の掲示板などに使用する大型の表示ボードを構成する場合、このユニットが多数個１列または複数列に並べられて、１個のユニットで１文字を表示させ、連続的な文字列を順次変化させて表示したり、またはスクロール表示したり、縦横にマトリクス状にユニットを多数個並べて全体で表示をすることにより、大型の表示ボードが構成される。
【００１５】
レンズケース４は、図１（ｂ）に断面説明図が示されるように、たとえばアクリルまたはポリカーボネートなどからなる板状体の一面側で、発光素子２の位置に相当する部分に、凸部４１が形成されると共に、その内部に発光素子２を包含し得るように空洞部４２が形成されている。さらに、その空洞部４２の外周側に、空隙部４４が形成されている。
【００１６】
凸部４１の形状は、たとえば球形状で各々の発光素子２をカバーして覆うような形状に形成されるが、完全な球形状でなくても、横に長く、上下に小さい断面が楕円形状の構造でもよく、中心軸に対してほぼ対称に形成されておればよい。この凸部４１は光をある程度集光させる機能を有しているが、光が平行光で入射するのではなく、とくに反射壁を有しない発光素子２の表面では、広い指向性であらゆる方向に光が放射されており、凸部４１に入る光もあらゆる方向に向かって入ってくる。そのため、凸部４１から出る光は完全に中心軸上に集光しないで、あらゆる方向に出るが、凸レンズ効果により外側には余り広がらないで、ある程度は集光し、真正面からでなくて斜め方向から観察する場合でも良好に視認することができる。
【００１７】
レンズケース４の凸部４１が形成された面と反対面は、前述のように空洞部４２が形成されている。この空洞部４２は、発光素子２を内包すると共に、発光素子２からの光をできるだけ取り込んで正面側に屈折させることができるように、その側壁が形成されている。すなわち、レンズケース４の屈折率が１.５９程度と空気の屈折率１より大きいことにより屈折するため、正面側に屈折しやすくするように曲率の大きい曲面、または中心側に傾斜した傾斜面に形成されている。この空洞部４２の頂面は、図１（ｂ）に示されるように、ほぼ平面の形状に形成される場合もある。さらに底面の形状は発光素子２を内包できる構造であればよく、４角形以上の多角形または円形に形成される。底面が４角形状で、側壁を曲面にした空洞部４２の形状例が図２に示されている。Ｔが頂面、Ｓが側壁、Ｂが底面をそれぞれ示す。
【００１８】
空洞部４２の周囲に設けられる空隙部４４は、前述のようにレンズケース４の屈折率が１.５９程度と空気の１より大きいことを利用して、発光素子２から横方向に出射されてレンズケース４内に取り込まれた光を全反射させて、正面側に向わせるためのもので、正面側に全反射をしやすい傾斜面４３となるように形成されている。すなわち、傾斜面４３の基板１とのなす角度θが、たとえばθ＝６０°程度以下となるように形成されることにより、横方向にきた光を全反射させて正面側に向わせることができる。この空隙部４４は、隣接するドット間に形成され、前述の空洞部４２の底面形状が４角形状である場合のレンズケース４の一部底面図が図１（ｃ）に示されるように、格子状に空隙部４４が形成されている。なお、図１（ｃ）でＭは空隙部の頂部を示し、Ｔ、Ｓ、Ｂは図２と同じ部分を示す。
【００１９】
このレンズケース４は、アクリル、ポリカーボネート樹脂などを金型に流し込むことにより容易に製造することができるため、複雑な形状でも、一旦金型を作製すれば、容易に製造することができる。このレンズケース４は、接着剤により表示パネル基板１に固定されてもよいし、レンズケース４にフックを設けて表示パネル基板１と固定する構造、または図示しないカシメピンが設けられたカバーケースをレンズケース４の上から抑えつけてカシメピンにより固定する構造などにすることもできる。
【００２０】
本発明のドットマトリクス表示装置によれば、正面側に光を集光するレンズケースに、横方向に進む光を正面側に反射させる空隙部が一体に形成されているため、発光素子が反射壁を有しないチップ型発光素子やベアチップのＬＥＤで、横方向に進む光も、空隙部との境界面である傾斜面で反射して、図１（ｂ）に矢印で示されるように、正面側に光が集まる。その結果、非常に有効に正面側に光を集光することができ、出力効率が非常に向上する。しかも、レンズケースは金型で一体に成形されるため、従来のレンズケースよりコストアップになることはなく、発光素子に反射壁を有しない安価な発光素子を用いながら、輝度の大きいドットマトリクス表示装置が得られる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、簡単な構造の発光素子を用いながら、正面側の輝度が大きく、しかも隣接するドット間で光の干渉のないドットマトリクス表示装置が得られる。その結果、駅の行先表示、電光ニュースなど公共表示を、遠くからもしっかりと認識することができる、安価な表示装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるドットマトリクス表示装置の一実施形態の説明図である。
【図２】図１に示されるレンズケースの空洞部の一例を示す説明図である。
【図３】従来のドットマトリクス表示装置の一例を説明する図である。
【符号の説明】
１    表示パネル基板
２    発光素子
４    レンズケース
４１    凸部
４２    空洞部
４３    傾斜面
４４    空隙部
【図１】
0004091233.tif 000002
【図２】
0004091233.tif 000003
【図３】
0004091233.tif 000004