(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チップ型発光素子と、該チップ型発光素子のそれぞれに一致させて凸部が形成されたレンズケースと、該レンズケースの前記凸部を逃げて平面部を押さえ付けるカバーケースとからなり、前記カバーケースにカシメピンが設けられ、該カシメピンが前記レンズケースおよび表示パネル基板を貫通して前記表示パネル基板の裏面でカシメにより固定されてなるドットマトリクス表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はチップ型発光素子を用いたドットマトリクス表示装置に関する。さらに詳しくは、周囲にある程度の指向性を有しながら正面側にとくに強い指向特性を有する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にその一例の斜視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。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】
この表示装置に用いられるＬＥＤ５２は、前述のようにチップ型ＬＥＤとランプ型ＬＥＤが用いられる場合とがある。チップ型ＬＥＤは、図４（ａ）にその一例の斜視図が示されるように、絶縁基板５５上にＬＥＤチップ５２ａがダイボンディングされ、絶縁基板５５の表面に設けられた電極との間でワイヤ５６のボンディングがなされ、その周囲が透明な樹脂により上面が平らになるように被覆されてパッケージ５７が形成されることにより構成されている。なお、パッケージ５７の周囲に反射板が設けられ、光が真横には放射されないような構造にしたり、異なる色のＬＥＤチップ５２ａが２個以上封入されることもある。また、ランプ型ＬＥＤは、図５（ａ）に断面図が示されるように、１本のリード６１の先端の湾曲部６１ａにＬＥＤチップ５２ａがダイボンディングされ、他方の電極がもう１本のリード６２とワイヤ６３によりボンディングされ、その周囲が透明樹脂によりドーム状に被覆されてパッケージ６４が形成されることにより構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、ＬＥＤを用いたドットマトリクス表示装置では、ＬＥＤとして、チップ型ＬＥＤが用いられる場合と、ランプ型ＬＥＤが用いられる場合とがあるが、一般にチップ型ＬＥＤは図４（ｂ）に放射特性が示されるように、四方に光が放射され、これを用いて表示ボードを構成した場合、その正面から見なくても斜め方向からでもみやすい反面、光が全体に広がるため弱くなり、正面から見ても遠くからは認識しにくいという問題がある。一方、ランプ型ＬＥＤが用いられると、図５（ｂ）にその放射特性が示されるように、ドーム形状のパッケージにより、光が正面側に絞られ、正面には強い光が放射されるものの、横方向にはほとんど放射されず、これを用いて表示ボードを構成した場合、真正面に対して斜め方向から認識するのが困難となり、公共の不特定多数の人が観察する表示ボードには方向によって見にくいという問題がある。
【０００５】
また、たとえば特開平６−１０４４８８号公報に開示されているように、表示ボードの左右方向には光が広がり、上下方向には光が広がらないようにチップ型ＬＥＤをマトリクス状に並べたドットマトリクス表示装置の正面側にシリンドリカルレンズまたは上下方向と左右方向とでその曲率が異なるレンズを設ける構造が開示されている。しかし、駅などの行き先案内などの公共表示では、背の低い人が下側から見上げる場合もあり、四方に光が放射されると共に、できるだけ光を集光して明るく表示するドットマトリクス表示装置が要望されている。また、このようなレンズを外付けする場合、その取付構造が簡単で、コストアップにつながらないことが要求される。
【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、ＬＥＤを用いたドットマトリクス表示装置を多数個配列して大型の表示ボードを構成する場合にも、視野角が広くてあらゆる方向から見やすくすると共に、その明るさを明るくして遠くからでも認識しやすくする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チップ型発光素子と、該チップ型発光素子のそれぞれに一致させて凸部が形成されたレンズケースと、該レンズケースの前記凸部を逃げて平面部を押さえ付けるカバーケースとからなり、前記カバーケースにカシメピンが設けられ、該カシメピンが前記レンズケースおよび表示パネル基板を貫通して前記表示パネル基板の裏面でカシメにより固定されている。
【０００８】
ここにチップ型発光素子とは、平面状の基板表面に発光ダイオードチップをボンディングしてその周囲を表面が平らになるように被覆された発光素子を意味し、発光ダイオードチップが２個以上設けられたり、側壁の周囲に遮光壁が設けられたものも設けられていないものも含む意味である。
【０００９】
この構造にすることにより、チップ型ＬＥＤで指向特性が広がった光の前面に凸部を有するレンズケースを介して光を放射するため、比較的広い範囲に光が放射されると共に、凸型のレンズによりある程度集光されるため、強い光が正面側の広い範囲に放射される。すなわち、従来のチップ型ＬＥＤとランプ型ＬＥＤとの中間程度の指向性と光の強度のドットマトリクス表示装置が得られる。
【００１０】
【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。
【００１１】
本発明のドットマトリクス表示装置は、図１（ａ）〜（ｃ）にその平面図および側面図とその一部の断面図が示されるように、表示パネル基板１上にマトリクス状にチップ型ＬＥＤ２が配列されると共に、そのチップ型ＬＥＤ２のそれぞれに一致させて凸部３ａが形成されたレンズケース３がチップ型ＬＥＤ２の上に設けられ、そのレンズケース３の凸部３ａを逃げて平面部を押さえ付けるカバーケース４とからなっている。そして、後述するように、カバーケース４に設けられたカシメピンにより、レンズケース３を挟み込んで表示パネル基板１の裏面でカシメにより固定されている。なお、図１で５は取付板で、６は空気抜きの孔である。
【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、表面に実装されるチップ型ＬＥＤ２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ＬＥＤのオンオフを制御する制御回路や、ＬＥＤ２を駆動する抵抗部などの回路が形成されているが、図では省略されている。
【００１３】
チップ型ＬＥＤ２は、図１（ｃ）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。なお、図１（ｃ）に示される例では、パッケージ２６の外周側に反射壁２７が設けられており、真横に光が進まないで上面側に効率よく放射されるようになっている。しかし、ランプ型ＬＥＤのように、ＬＥＤチップ２４がリード先端の湾曲部にボンディングされるのと異なり、平坦部にボンディングされていることと、横方向に放射される光がＬＥＤチップから離れた位置にある遮光壁２７により上方に反射されるため、指向性が広がった放射ビームになる。このチップ型ＬＥＤ２はその両端部の端子電極２２、２３がハンダ２８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】
図１（ａ）に示される例は、２個分のユニットが連結された状態になっているが、１個分のユニットに、１６×１６個または２４×２４個のＬＥＤ２が取り付けられる。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３は、図２（ａ）にレンズケース３とカバーケース４との分解図が示されているように、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のＬＥＤ２の位置に相当する部分に、凸部３ａが形成されたもので、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。凸部３ａの形状は、たとえば球形状で各々のチップ型ＬＥＤの発光部を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３ａ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訳ではなく、チップ型ＬＥＤ２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３ａ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３ａ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、ある程度は集光する。レンズケース３の凸部３ａが形成された面と反対面は、前述のように板状で平坦であるため、チップ型ＬＥＤ２の表面に載置することにより、安定して重ねることができる。
【００１６】
カバーケース４は、黒色のＰＰＥ、ＰＣ、ＡＢＳなどからなる板状体で、前述のレンズケース３の凸部３ａに対応する部分に切欠部が設けられており、マトリクス状に孔４ｂが開けられている。そしてその裏面側に、たとえば４か所程度、カシメピン４ａが設けられている。このカシメピン４ａは、レンズケース３の板厚分と表示パネル基板１およびＬＥＤ２の厚さ分とを足したものよりさらに数ｍｍ程度分長くした長さで形成されている。そして、このカシメピン４ａの位置に対応するレンズケース３および表示パネル基板１にもスルーホール３ｂ、１ｂが予め形成されており、図２（ｂ）に示されるように、カバーケース４をレンズケース３の表面側に重ねて、カシメピン４ａを表示パネル基板１の裏面まで貫通させ、表示パネル基板１の裏面でカシメピン４ａをかしめることにより、固定される構造になっている。
【００１７】
本発明のドットマトリクス表示装置によれば、チップ型ＬＥＤがマトリクス状に配列されると共に、その各々のＬＥＤごとに凸部が形成されたレンズケースが設けられているため、広い方向に光が放射されると共に、表示装置の正面側に光が集光され、広い視野角で、かつ、輝度の大きい表示装置が得られる。すなわち、従来のランプ型ＬＥＤでは、ＬＥＤチップそのものが椀状の凹部に入れられてさらにドーム状のパッケージにより被覆されるため、ドームの中心から発光する状態となり、ドームの中心線の近傍に殆どの光が集光して放射されるため、中心軸状に強い光が放射されるが、中心軸からずれた横方向には極端に光の強度が弱くなって斜め方向からは見ずらくなる。しかし、本発明の表示装置によれば、チップ型ＬＥＤの表面では広い指向性で表面側のあらゆる方向に放射され、その表面側に凸部のレンズが設けられているため、斜め方向に向かって出てくる光は、ある程度正面側に曲げられるが完全に中心側までは曲げられず、正面側にある程度集光される程度にとどまる。したがって、ランプ型ＬＥＤのように極端に狭い視野角ではなく、かなり広い範囲で光が照射されながら、チップ型ＬＥＤのように横方向には余り広がらず、正面側に強い光が照射される。その結果、広い視野角で、比較的輝度の大きい表示装置が得られ、公共表示のような大勢の人がいろんな方向から観察する表示装置に最適となる。なお、凸部が中心軸に対してほぼ対称になるように形成されることにより、左右方向からも下方向からも広い範囲で観察することができる。
【００１８】
さらに、本発明のドットマトリクス表示装置によれば、レンズケースを金型成形などにより簡単に製造しながら、カバーケースにより挟み付けてかしめるだけで各チップ型ＬＥＤの表面に凸レンズを形成することができ、非常に簡単に製造することができる。すなわち、チップ型ＬＥＤの表面に凸部を形成しようとすると、樹脂塗布工程などが必要となり、非常に大変であるが、本発明によれば、レンズケースを簡単に形成することができ、そのレンズケースをカバーケースを用いて固定するだけで、簡単に広い指向性の光をある程度集光することができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、簡単な構造でドットマトリクス表示装置の視野角を広くしながら正面側で大きな輝度の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の表示装置をあらゆる方向から一度に多くの人が観察できると共に、遠くからもしっかりと認識することができる表示装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の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のレンズケースおよびカバーケース部分の分解説明図および表示パネルと固定する部分の断面説明図である。
【図３】従来のドットマトリクス表示装置の一例の斜視説明図である。
【図４】図３の表示装置に用いるＬＥＤの一例とその指向特性を示す図である。
【図５】図３の表示装置に用いるＬＥＤの他の例とその指向特性を示す図である。
【符号の説明】
１    表示パネル基板
２    ＬＥＤ
３    レンズケース
３ａ  凸部
４    カバーケース
４ａ  カシメピン
【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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