JP2004342780A - ディスプレイ装置およびディスプレイ装置用レンズ - Google Patents
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Abstract
【課題】選択的な集光性を実現して見やすくすると共に、埃等による性能劣化を軽減しメンテナンスが容易なディスプレイ装置およびレンズを提供する。
【解決手段】ディスプレイ装置は、複数の発光素子が略平面状に配置された表示部と、表示部と対向する位置に設けられ、表示部を構成する各発光素子の発光を偏光、収束して外部に放出するレンズ体とを備える。レンズ体は、発光素子と対向する面を、水平方向に延長された互いに略平行な複数の突出部を備えるフレネルレンズ形状、シリンドリカルレンズ形状、またはプリズムレンズ形状のいずれかに形成され、かつ外部に表出する面を略平面状に形成している。これによって、水平方向には広く垂直方向には狭い指向性を備える集光機能を実現すると共に、レンズを外部に表出させずに埃等から保護することが実現される。
【選択図】 図1
【解決手段】ディスプレイ装置は、複数の発光素子が略平面状に配置された表示部と、表示部と対向する位置に設けられ、表示部を構成する各発光素子の発光を偏光、収束して外部に放出するレンズ体とを備える。レンズ体は、発光素子と対向する面を、水平方向に延長された互いに略平行な複数の突出部を備えるフレネルレンズ形状、シリンドリカルレンズ形状、またはプリズムレンズ形状のいずれかに形成され、かつ外部に表出する面を略平面状に形成している。これによって、水平方向には広く垂直方向には狭い指向性を備える集光機能を実現すると共に、レンズを外部に表出させずに埃等から保護することが実現される。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面をレンズ体で被覆したディスプレイ装置、およびこのディスプレイ装置に使用されるレンズに関する。
【0002】
【従来の技術】
今日、発光ダイオード(Light Emitting Diode、以下「LED」とも呼ぶ。)等の高輝度の発光素子が、光の三原色である赤(Red)、緑(Green)、青(Blue)のRGBそれぞれにつき開発されたため、大型の自発光型フルカラーディスプレイが作製されるようになっている。中でも、LEDディスプレイは軽量、薄型化が可能で且つ消費電力が低い等の特徴を有し、屋外でも使用可能な大型ディスプレイとして需要が急激に増加している。また、その用途も多様化しつつあり、大型テレビ、広告、ビルボード、交通情報、立体表示器、照明用等あらゆるアプリケーションに柔軟に対応できるシステムが求められている。
【0003】
上述のLEDディスプレイにおいては、例えば、砲弾型のリードフレームタイプのLEDランプが用いられている。このようなLEDランプは、全周囲に対してほぼ同じ指向性を備えている。よってこのLEDランプを使用したLEDディスプレイの輝度を高めるため、各LEDランプの前面にレンズを配置して集光性を高めることが行われている(例えば特許文献1)。
【0004】
一方で、LEDディスプレイを見る観察者の視点に対して上下方向には配光の範囲を広くとる必要がないため、上述のように範囲を絞って集光させることで輝度を高めたいという要望があるが、逆に左右方向の配光は広範囲であることが一般に好ましい。例えば、観察者の視点は、上下方向については観察者の身長で決まるためほぼ一定の範囲内に収まるのに対し、左右方向については様々な位置からディスプレイを観察できるよう広く配光させ、広い視野を確保したいという要求がある。
【0005】
このような要求に対し、LEDディスプレイの表面に、特定の一方向のみに配光するよう集光させる性質のレンズを設けることが行われている。一方向の光出射指向性がそれと直角方向の光出射指向性よりも強い特性を有するレンズとしては、例えば、特許文献2に示すような半円柱状のシリンドリカルレンズや、特許文献3に示すようなプリズム状のレンズ、フレネルレンズ等がある。
【0006】
【特許文献1】
特開2002−43629号公報
【特許文献2】
特開平6−104488号公報
【特許文献3】
特開2002−25326号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のLEDランプをLEDディスプレイに適用した場合、半円柱形状、プリズム形状、フレネルレンズ形状がLEDディスプレイの水平方向に延出した形で配置されることから、これらの段部の上面に埃やゴミ等が溜まりやすいという問題があった。その結果レンズの透明度が低下し、輝度が低下する。また汚れた場合の掃除や手入れが、凹凸があるため困難であるという問題もある。
【0008】
さらに、レンズ部分が外部にさらされる構造のため、レンズに傷が付きやすく、運搬時や設置時においても突出するレンズ部分が接触し易くなり破損するおそれもあった。
【0009】
次に、図6に上述の半円柱形状のシリンドリカルレンズを用いたLEDランプ500の概略図を示す。図6(a)はLEDランプ500を光出射側から見た正面図である。図6(b)はLEDランプ500を図6(a)において一点波線VIbから見た横断面図である。図6(c)はLEDランプ500を図6(a)において波線VIcから見た縦断面図である。LEDランプ500は、LEDチップ520と、レンズ510とを備える。LEDチップ520は上面全体を発光面として表示している。レンズ510は、半円柱形状、いわゆる蒲鉾形状のレンズ部511と、LEDチップ520を内部に備えるベース部512とから構成される。レンズ部511はシリンドリカルレンズ構造とし、図6(c)に示すようにLEDチップ520から光入射面513に入射される光が、光出射面514から出射される際に平行光となるように、レンズの曲率が設定されている。レンズ部511は平面状の光入射面513と非平面状の光出射面514とを有し、光出射面514の形状は図6(a)の縦方向に関しては光入射面513からの高さが円弧状に変化し、横方向に関してはどの点をとっても光入射面513からの高さが一定である。レンズ部511は、その光出射面514をこのように蒲鉾形状に形成することにより、図6(a)において横方向に関しては出射光に指向性が小さく、縦方向に関しては出射光の指向性が大きい構成とすることができる。なお、図6(b)中、t1はレンズ部511の平面状の光入射面513に対する最大高さを示している。
【0010】
さらに上述のLEDランプ500を詳細に検討すると、このLEDランプ500は、図6(b)に示すように、LEDチップ520の発光面である上面から放出される光は、波線の矢印で示す範囲内の光のみがレンズ部511から外部に出射され、配光される。いいかえると、波線の外側の領域においては、LEDチップ520から放出された光がレンズ部511に正しく入射されず、よって配光も正しく行われずロスとなる。すなわち、図6(b)においては、θ5で示す範囲、より詳細にはLEDチップ520の発光面である上面と、LEDチップ520の上面端部からレンズ部511の同じく上面端部を通る直線とのなす角θ5の範囲において、光の取り出しロスが生じる。このロスはレンズ部511の両端において発生するため、LEDランプ500の出力光を有効利用できない領域が比較的広範囲に生じてしまい、効率が悪く輝度を向上できないという問題がある。
【0011】
同様に、図7に上述のフレネルレンズを用いたLEDランプ600の概略図を示す。図7(a)はLEDランプ600を光出射側から見た正面図である。図7(b)はLEDランプ600を図7(a)において一点波線VIIbから見た横断面図である。図7(c)はLEDランプ600を図7(a)において波線VIIcから見た縦断面図である。LEDランプ600は、LEDチップ620と、レンズ610とを備える。レンズ610は、部分的な円柱形状の突出部611aが形成されたフレネルレンズとしてのレンズ部611と、LEDチップ620を内部に備えるベース部612とから構成される。レンズ部611はフレネルレンズ構造とし、図7(c)に示すようにLEDチップ620から光入射面613に入射される光が、光出射面614から出射される際に平行光となるように、フレネルの角度が設定されている。レンズ部611は、平面状の光入射面613と非平面状の光出射面614とを有し、光出射面614の形状は図7(a)の縦方向に関しては光入射面613からの高さがフレネルレンズ形状に変化し、横方向に関してはどの点をとっても光入射面613からの高さが一定である。このようにレンズ部611を形成することにより、図7(a)の横方向に関しては出射光に指向性が小さく、縦方向に関しては出射光の指向性が大きい構成とすることができる。なお、図7(b)中、t2はレンズ部611の平面状の光入射面613に対する最大高さを示している。
【0012】
さらに、このLEDランプ600についても詳細に検討を行う。LEDランプ600においては、厚いレンズと同様の光学的性質を持つように階段状に作られた薄いレンズであるフレネルレンズの形状に形成されたレンズ部611の最大高さt2は、半円柱形状に形成された上述のレンズ部511の最大高さt1やプリズム形状に形成されたレンズ部の高さよりも小さい。このため、レンズ部611の両端において光の取り出しロスが発生する範囲θ6は、上述の半円柱形状に形成されたレンズ部511における角度θ5よりは小さいものの、フレネルレンズの形状に形成されたレンズ部611を有するLEDランプ600は、図7(b)に示すようにLEDチップ620とレンズ部611の横方向の端部とのなす角θ6の範囲に依然として比較的大きな光の取り出しロスが生じる。このようなロスは、いずれもLEDランプの出力の利用効率が悪いという問題となっていた。
【0013】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、レンズ部分を保護して長期間にわたって集光性能を維持できるディスプレイ装置およびディスプレイ装置用レンズを提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の面状光源は、複数の発光素子が略平面状に配置された表示部と、前記表示部と対向する位置に設けられ、前記表示部を構成する各発光素子の発光を偏光、収束して外部に放出するレンズ体とを備えるディスプレイ装置であって、前記レンズ体の備える光の集光性が、前記表示部を構成する平面と平行な第1の方向において、前記表示部を構成する平面と平行であって前記第1の方向と直交する第2の方向よりも大きく、かつ前記集光性を奏するレンズ構造は前記表示部と対向する面に形成されてなり、なおかつ前記レンズ体の他方の面は略平面状であることを特徴とする。この構成によって、レンズ体のレンズ構造を外部に表出させず保護することができる。
【0015】
また、本発明の請求項2に記載されるディスプレイ装置は、請求項1に記載される特徴に加えて、前記レンズ体が前記第2の方向における集光性を持たないことを特徴とする。この構成によって、選択的な集光性が実現され、見やすさを維持しつつ輝度の向上を図ることができ、特に屋内のディスプレイ用途に好適に利用できる。
【0016】
さらに、本発明の請求項3に記載されるディスプレイ装置は、請求項1または2に記載される特徴に加えて、前記レンズ体のレンズ構造がフレネルレンズ形状、シリンドリカルレンズ形状、またはプリズムレンズ形状のいずれかであることを特徴とする。この構成によって、例えば左右方向には広く上下には狭い指向性を有するとともに、集光機能を実現するフレネルレンズ形状、シリンドリカルレンズ形状、またはプリズム形状等の非平面状の光入射面を発光デバイス等の光源の直近に配置することができ、レンズ体の側面付近における光の取り出しロスを低減することができる。
【0017】
さらにまた、本発明の請求項4に記載されるディスプレイ装置は、請求項1から3のいずれかに記載される特徴に加えて、前記表示部を構成する各発光素子が、R、G、Bいずれかに発光可能なLEDであることを特徴とする。この構成によって、カラーディスプレイが実現されると共に、LEDを保護して長寿命のディスプレイ装置が実現できる。
【0018】
さらにまた、本発明の請求項5に記載されるディスプレイ装置は、請求項1から3のいずれかに記載される特徴に加えて、前記表示部を構成する各発光素子が、R、G、Bにそれぞれ発光可能な複数のLEDチップを備えることを特徴とする。この構成によって、フルカラーディスプレイが実現されると共に、LEDを保護して長寿命のディスプレイ装置が実現できる。
【0019】
さらに、本発明の請求項6に記載されるディスプレイ装置は、複数の発光素子が略平面状に配置された表示部と、前記表示部と対向する位置に設けられ、前記表示部を構成する各発光素子の発光を偏光、収束して外部に放出するレンズ体とを備えるディスプレイ装置であって、前記レンズ体は、前記発光素子と対向する面を、水平方向に延長された互いに略平行な複数の突出部を備えるフレネルレンズ形状、シリンドリカルレンズ形状、またはプリズムレンズ形状のいずれかに形成され、かつ外部に表出する面を略平面状に形成したことを特徴とする。この構成によって、レンズを外部に表出させず保護することができる。
【0020】
また、本発明の請求項7に記載されるディスプレイ装置用レンズは、複数の発光素子が略平面状に配置された表示部を備えるディスプレイ装置に使用されるレンズであって、前記レンズは前記ディスプレイ装置の表示部と対向する位置に設けられ、前記表示部を構成する各発光素子の発光を偏光、収束して外部に放出するものであり、前記レンズの備える光の集光性が、前記表示部を構成する平面と平行な第1の方向において、前記表示部を構成する平面と平行であって前記第1の方向と直交する第2の方向よりも大きく、かつ前記集光性を奏するレンズ構造は前記表示部と対向する面に形成されてなり、なおかつ前記レンズの他方の面は略平面状であることを特徴とする。この構成によって、レンズ体のレンズ構造を外部に表出させず保護することができる。
【0021】
また、本発明の請求項8に記載されるディスプレイ装置用レンズは、請求項7に記載される特徴に加えて、前記レンズが前記第2の方向における集光性を持たないことを特徴とする。この構成によって、選択的な集光性が実現され、見やすさを維持しつつ輝度の向上を図ることができ、特に屋内のディスプレイ用途に好適に利用できる。
【0022】
さらにまた、本発明の請求項9に記載されるディスプレイ装置用レンズは、請求項7または8に記載される特徴に加えて、前記レンズの構造がフレネルレンズ形状、シリンドリカルレンズ形状、またはプリズムレンズ形状のいずれかであることを特徴とする。この構成によって、例えば左右方向には広く上下には狭い指向性を有するとともに、集光機能を実現するフレネルレンズ形状、シリンドリカルレンズ形状、またはプリズム形状等の非平面状の光入射面を発光デバイス等の光源の直近に配置することができ、レンズ体の側面付近における光の取り出しロスを低減することができる。
【0023】
さらにまた、本発明の請求項10に記載されるディスプレイ装置用レンズは、請求項7から9のいずれかに記載される特徴に加えて、前記レンズは更に、前記発光素子と対向する面に形成されたレンズ構造が、水平方向に延長された互いに略平行な複数の突出部を備えてなり、前記発光素子を複数配置された状態で、隣接した発光素子に対して共通の光入射面をなすことを特徴とする。この構成によって、レンズ構造をシンプルとして製造が容易でコストを抑えたレンズとすることができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのディスプレイ装置およびディスプレイ装置用レンズを例示するものであって、本発明はディスプレイ装置およびディスプレイ装置用レンズを以下のものに特定しない。
【0025】
また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を随時省略する。
【0026】
さらに本明細書においてディスプレイ装置とは、文字情報を表示する電光掲示板や動画、静止画等を表示させるモニタ等の表示装置の他、照明用途やその他の光源として使用する照明装置を含む意味で使用する。また本明細書において発光素子には、その名称に関わらずLED等の発光素子や発光チップ等を組み込んだ発光デバイスも含むものとする。
【0027】
[第一の実施の形態]
図1は、本発明の第一の実施の形態に係るフレネルレンズを用いたディスプレイ装置を構成する発光素子およびレンズの部分を拡大して表示した概略図である。図1(a)はLEDランプ1を光出射側から見た正面図である。図1(b)はLEDランプ1の図1(a)の一点波線Ibにおける横断面図である。図1(c)はLEDランプ1の図1(a)の点線Icにおける縦断面図である。LEDランプ1は、発光デバイス2と、レンズ10とを備える。発光デバイス2とレンズ10とは実装基板3上に配置される。発光デバイス2は上面全体を発光面として表示している。レンズ10は、部分的な円柱形状の突出部11aがレンズの外周方向(図1(c)において縦方向)に形成されたフレネルレンズとしてのレンズ部11と、発光デバイス2を内部に備える側壁からなるベース部12とから構成される。レンズ10は、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネイト、エポキシ樹脂等種々の透光性材料から構成することができる。レンズ10は無色透明とするが、使用態様によっては着色してもよい。
【0028】
レンズ部11は、非平面状の光入射面13と略平面状の光出射面14とを有する。レンズ部11はフレネルレンズ構造とし、図1(c)に示すように発光デバイス2から光入射面13に入射される光が、光出射面14から出射される際に平行光となるように、フレネルレンズの突出部11aの角度が設定されている。さらにフレネルレンズの角度を調整することで、任意の配光を外部に取り出すことも可能である。光入射面13に形成されたレンズ構造形状は、図1(a)に示すように複数の突出部11aが略平行に形成され、レンズ10の内面、すなわち発光デバイス2に向かって突出している。この形状のレンズ10は、図1(a)の縦方向に関しては図1(c)に示すように光入射面13から光出射面14までの高さがフレネルレンズ形状に変化する一方、図1(a)の横方向に関しては図1(b)に示すようにどの点をとっても光出射面14からの高さが一定である。このようにレンズ部11を形成することにより、図1(a)において横方向に関しては出射光に指向性が小さく、縦方向に関しては出射光の指向性が大きい構成とすることができる。
【0029】
図1(b)において、実線13aで表した線は、非平面状の光入射面13の最も内側の位置、ここでは突出部11aの先端を示し、破線13bで表した線は非平面状の光入射面13の最も外側の位置、ここでは突出部と突出部の間の谷の部分を示す。
【0030】
この図に示すようにレンズ部11の突出部11aを内面に配置し、外面を平面状とすることで、レンズを保護できる構成となる。凹凸のあるレンズ部分が外部に表出する構造では、レンズの隙間にゴミや埃、砂塵等が溜まりやすく、レンズの透明度が低下し、光の取り出し効率が悪くなる原因となる。溜まった砂塵はレンズに傷を付ける原因ともなるため、さらに輝度が低下する。またレンズの掃除や手入れも、凹凸の突起が邪魔となり作業が困難となる。これに対し本発明のように外部に表出しない内面にレンズの凹凸条を配置することによって、外部からのゴミや埃といった異物の侵入が抑制され、レンズを保護することができる。またレンズの凹凸条が外部に突出しないので、ディスプレイ装置の運搬時や設置時においてもレンズが破損する危険性を回避できる。さらにまた、レンズの反対側を平面状とすることで、この部分が外部に晒されても埃が溜まることなく、また清掃作業も簡単に行うことができるというメリットが得られる。このように、本実施の形態に係るディスプレイ装置は、特に屋外で使用される使用環境において、埃による性能劣化を極減し、さらに清掃等の管理作業を容易にできるという優れた特長が実現される。
【0031】
発光デバイス2は、発光素子として砲弾型のLEDやLEDチップ等を利用できる。一方、例えばLEDを用いたディスプレイにおいては、高精細且つ広視野角に発光可能なディスプレイが求められていることから、より高密度実装が可能な表面実装型LEDデバイスを発光デバイス2として用いることが好ましい。表面実装型LEDデバイスは、基板上に貫通孔等を設ける必要なく、直接半田により固定可能であるため高密度実装が比較的容易となるからである。
【0032】
(表面実装型LEDデバイス)
次に、本発明の第一の実施の形態に係るLEDランプ1に用いられる発光デバイス2の一例として、表面実装型LEDデバイスを説明する。表面実装型LEDデバイスとは、積載される実装基板上に貫通孔等を設ける必要なく実装基板上に固定可能なLEDデバイスである。具体的には、図2(a)〜(d)に示すような種々の発光デバイスが挙げられる。図2(a)の表面実装型LEDデバイスは、LEDチップ401そのものを表面実装型LEDデバイスとして利用したものである。具体例として、サファイア基板405上にPN接合を有する窒化ガリウム系化合物半導体404を堆積させたLEDチップが利用できる。P型導電性を有する半導体及びN型導電性を有する半導体のそれぞれに電極403が形成されている。図において電極は、同一表面側に設けられている。また、電極間は半田付けにより短絡しないよう保護膜402を形成している。LEDチップの電極403と実装基板とは半田付け、導電性接着剤や異方性導電膜により固定することができる。これにより極めて小さい表面実装型LEDデバイスとすることができる。
【0033】
図2(b)の表面実装型LEDデバイスは、デバイス基板415に配置させた外部電極413a上にLEDチップ411を配置させたものである。LEDチップ411とデバイス基板415上の外部電極413bとは、金、銀や銅の細線や金、銀、カーボン等の導電性部材が含有された導電性接着剤により電気的に接続されている。LEDチップ上には、LEDチップ等を保護する透光性樹脂416が形成されている。
【0034】
図2(c)の表面実装型LEDデバイスは、前面に開口部を有する絶縁性樹脂ケース427底面にLEDチップ421を配置させたものである。デバイス基板425には、LEDチップ421に電力が供給できるよう外部から内部に配置された外部電極423a、bが設けられている。LEDチップ421の各電極と外部電極423a、bとは、導電性ワイヤや導電性ペーストを利用して電気的に接続されている。また、開口部は透光性樹脂426によって封止されている。
【0035】
また図2(d)の表面実装型LEDデバイスは、LEDチップ431の電極形成面をデバイス基板435の外部電極433a、bと対向させ、半田付けや導電性接着材を介して直接載置するフリップチップ実装を採用している。絶縁性樹脂ケース437の開口部は同様に透光性樹脂436によって封止される。このようなフリップチップ型の表面実装型LEDデバイスを用いると、ワイヤによる配線の必要がなく、さらに光出射側にワイヤや電極面がないためこれらの部材で光が妨げられることもなく、光の取り出し効率が改善される。
【0036】
以上の図2(b)〜(d)の表面実装型LEDデバイスにおいては、レンズ10の発光デバイスとの距離Lは、レンズ部11の下面11bとLEDチップの発光面である上面との距離に相当する。発光デバイスは、LEDチップを1種類で複数配置することもできるし、2種類以上配置することもできる。また、RGBのLEDチップを配置させることにより、フルカラー発光が可能な表面実装型LEDデバイスとすることができる。
【0037】
さらに、青色が発光可能なLEDチップと、それによって励起され黄色が発光可能な蛍光物質を利用することにより1種類のLEDチップを用いて白色光が発光可能な表面実装型LEDデバイスとすることもできる。白色光が発光可能な表面実装型LEDデバイスは、例えば透光性樹脂中に蛍光物質を含有させることにより容易に形成させることができる。蛍光物質としては、ペリレン系誘導体やセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウムガーネット系蛍光体が好適に利用できる。青色系が発光可能なLEDチップとしては、窒化物系化合物半導体が好適に利用できる。
【0038】
表面実装型LEDデバイスに用いられるLEDチップとしては、その発光色や用途により種々のものを選択できる。LEDチップに用いられる発光層の半導体材料としては、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInP、InN、GaN、AlN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等が挙げられる。また、半導体の構造も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造のものが挙げられる。ディスプレイ装置においては、半導体層の材料やその混晶度により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、量子効果を持たせるため発光層を単一量子井戸構造、多重量子井戸構造とさせてもよい。
【0039】
以上の例では、発光デバイス2として表面実装型LEDデバイスを用いる例を示したが、リードを基板のリード穴に貫通させて半田付けするタイプの発光デバイスを用いることもできる。
【0040】
[第二の実施の形態]
次に、図3に本発明の第二の実施の形態に係るディスプレイ装置を構成するLEDランプ100の概略図を示す。図3(a)はLEDランプ100を光出射側から見た正面図である。図3(b)は図3(a)の一点波線IIIbにおけるLEDランプ100の横断面図である。図3(c)は図3(a)の波線IIIcにおけるLEDランプ100の縦断面図である。この図に示すLEDランプ100も、発光デバイス2と、レンズ110とを備える。発光デバイス2とレンズ110とは実装基板3上に配置される。レンズ110は、シリンドリカルレンズを構成する半円柱形状、いわゆる蒲鉾形状に形成されたレンズ部111と、発光デバイス2を内部に備える側壁からなるベース部112とから構成される。レンズ部111は、略平面状の光入射面113と非平面状の光出射面114とを有する。レンズ部111は半円柱状のシリンドリカルレンズ構造とし、図3(c)に示すように発光デバイス2から光入射面113に入射される光が、光出射面114から出射される際に平行光となるように、レンズの曲率が設定されている。光出射面114の形状は、図3(a)の縦方向に関しては図3(c)に示すように光入射面113からの高さが円弧状に変化し、横方向に関しては図3(b)に示すようにどの点をとっても光入射面113からの高さが一定である。レンズ部111は、その光出射面114をこのように蒲鉾形状に形成することにより、図3(a)の横方向に関しては出射光に指向性が小さく、縦方向に関しては出射光の指向性が大きい構成とすることができる。
【0041】
図3(b)において、実線113aで表した線は、非平面状の光入射面13の最も内側の位置、円柱部分の最上部を示し、破線113bで表した線は非平面状の光入射面13の最も外側の位置、ここでは円柱部分とベース部112との接続部を示す。ここでは、レンズ部111の内側が半円柱形状に形成された例を示したが、フレネルレンズ以外のプリズム形状に形成することもできる。また、略球面状に形成してもよい。
【0042】
ここで、本発明の第一の実施の形態に係るレンズ1と、本発明の第二の実施の形態に係るレンズ100との光の取り出しロスについて説明する。本発明の第一の実施の形態に係るレンズ部11は、図1(a)において横方向に延長されており、ベース部12の内面まで形成されると共に、フレネルレンズ形状の突出部11aが形成された非平面状の光入射面13がレンズ10の内側、すなわち発光デバイス2側に配置されている。このため、図1(b)に示すように、集光機能を実現するフレネルレンズ形状の突出部11aが発光デバイス2に接近するように配置される。したがって、発光デバイス2からの出射光がレンズ1で集光されて取り出される範囲は、図1(b)に示すように発光デバイス2の右上点と、突出部11aの先端13aとベース部12とが交差する接合部とを通過する直線で決定される。この直線と発光デバイス2の発光面である上面とがなす角をθ1とすると、θ1は外部に取り出しできない光の範囲を示す。一方、フレネルレンズの谷部13bについて、発光デバイス2の上面となす角をθ2とする。図6、図7と比較すると、上記の構成によってθ1、θ2は十分に小さくすることができ、光の取り出しロスを大きく低減することができる。
【0043】
一方、本発明の第二の実施の形態に係るレンズ部111は、図3(a)の横方向のベース部112の内面の端部まで形成されるとともに、円柱状に形成された非平面状の光入射面113がレンズ110の内側、すなわち発光デバイス2側に配置されている。このため、図3(b)に示すように、集光機能を実現する非平面状の光入射面113を発光デバイス2に接近して配置することができる。光入射面113の最上部113aの横方向の端部と発光デバイス2とのなす角をθ3、および光入射面113の接続部113bと発光デバイス2とのなす角をθ4とすると、これらの角度は上記の構成によって、図6、図7と比較して十分に小さくすることができ、光の取り出しロスを大きく低減することができる。
【0044】
上述した光の取り出しロスを示す角度の差Δθ(θ2−θ1、θ4−θ3)の範囲では、部分的に偏光が行われ、一部の光はロスとなる。本発明の第一の実施の形態に係るレンズ1においては、レンズ部11は、厚いレンズと同等の光学的性質を持つように階段状に形成された薄いレンズであるフレネルレンズの形状に形成されている。したがって、図1に示す第一の実施の形態に係る薄手のレンズ1における光の取り出しロスが生じる角度の差Δθ(=θ2−θ1)は、半円柱形状や三角形状のプリズム形状に形成された第二の実施の形態に係る厚手のレンズ100において光の取り出しロスの生じる角度の差Δθ(=θ4−θ3)よりも小さい。
【0045】
このように、LEDランプ100の内面に凹レンズを設ける構造では、図3(b)に示すようにレンズの肉厚が厚くなる。図1(b)と対比すれば明らかなとおり、光の取り出しロスを低減するにはレンズの面積が広いほど、またレンズの肉厚が薄いほど好ましい。したがって内面にフレネルレンズを設ける構成は好ましい。本発明の第一の実施の形態に係るレンズ1は、図1(b)のLEDランプ1の端部における光の取り出しロスのばらつきが小さいので、第二の実施の形態より一層、均質かつ効率的に光を取り出し、かつ集光することができるという極めて優れた効果を奏する。
【0046】
以上の実施の形態においては、一のレンズと一の発光デバイスについて説明したが、本発明の実施の形態においては、これらを複数配置して使用することができる。例えば図1、図3に示すレンズを連結したり一体的に成形する等して、縦または/および横方向に延長したレンズとすることができる。図4に、本発明の実施の形態に係るディスプレイ装置の概略的な断面図を示す。図4(a)に示すディスプレイ装置200のレンズ210は、第一の実施の形態に係るレンズ1を複数、側壁12を共有する状態で一体化した構造を備える。レンズ210において、共有された側壁12は、発光デバイス2を配置する発光デバイス配置部201を形成する仕切り部212を構成する。各発光デバイス配置部201における突出部211aは同じ方向に形成される。レンズ210においては、複数の発光デバイスに対して共通の平面状の光出射面214を備えることから、複数の発光デバイスが個々に光出射面を備えるディスプレイ装置よりも、より一層埃が溜まり難く、清掃が容易となる。個々の発光デバイスの光出射面間の隙間がないからである。レンズ210の非平面状の光入射面213は、レンズ1の非平面状の光入射面13と同様に構成される。
【0047】
図4(a)の例では、発光デバイス配置部201が図1(a)における縦方向に複数配列された構成を示したが、横方向に複数配列してもよく、また、m×n個のマトリックス状に複数配列してもよい。例えば、図8に示すディスプレイ装置用レンズ810は、図4(a)のレンズ210において発光デバイス配置部201を紙面を貫く方向に延長し、発光デバイスを一列に複数配置できるようにしたものである。これによって発光デバイスをマトリクス状に配置することができる。特にこの構成においては、レンズ構造を集光性を有しない方向に延長しているため、この方向における光の取り出しロスを極減することができる。また、各発光デバイス配置部201には、発光デバイスを2列以上配置できるように、各発光デバイス配置部201に設けられる光入射面のパターンを、フレネルレンズ構造を2列以上連続させたものに変更してもよい。
【0048】
また図9に示すディスプレイ装置用レンズ910は、図8と90°異なる方向に発光デバイス配置部201を延長した例を示している。この構造では、各発光デバイス配置部201に発光デバイスを2列以上配置する場合、レンズ構造を変更する必要がない。さらに図10に示すディスプレイ装置用レンズ1010は、縦横に発光デバイス配置部を形成する仕切り部を構成している。
【0049】
図4(b)に示すディスプレイ装置300のレンズ310は、第一の実施の形態に係る複数のレンズ100が側壁112を共有して一体化した構造を備える。レンズ310において、共有された側壁112は、発光デバイス2を配置する発光デバイス配置部301を形成する仕切り部312を構成する。各発光デバイス配置部301における半円柱形状あるいはプリズム形状は同じ方向に形成される。レンズ310においては、複数の発光デバイスに対して共通の平面状の光出射面314を備えることから、複数の発光デバイスが個々に光出射面を備えるディスプレイ装置よりも、より一層埃が溜まり難く、清掃が容易となる。個々の発光デバイスの光出射面間の隙間がないからである。レンズ310の非平面状の光入射面313は、レンズ100の非平面状の光入射面113と同様に構成される。図4(b)の例では、発光デバイス配置部301が図2(a)における縦方向に複数配列された構成を示したが、上述した図4(a)と同様、横方向に複数配列してもよく、また、m×n個のマトリックス状に複数配列してもよい。さらに後述するように、発光デバイス配置部等の区画を省略してもよい。さらにまた、後述する図5、図8〜図10のいずれにおいても、図4(a)のレンズ構造と図4(b)のレンズ構造を任意に組み合わせて使用してもよい。例えば一行おきにフレネルレンズ構造とシリンドリカルレンズ構造を交互に成形する構成とすることができる。
【0050】
以上説明した本発明の実施の形態に係るレンズ210、310の各発光デバイス配置部201、301に発光デバイスを配置して、複数の発光デバイスを有するディスプレイ装置として構成することができる。このようなディスプレイ装置は、大きな光量を発生することができることから、例えば、照明光源として用いることができる。また、画素に対応する発光デバイスごとに発光がマトリックス制御され、文字、静止画、動画等種々の表示を行うディスプレイとして構成することができる。ここでは、レンズ210、310が、仕切り部212、312によって各発光デバイス配置部201、301を形成する例を示したが、仕切り部212、312がない構成とすることもできる。すなわち、平面状のプレート部材の内側の表面にレンズの端部から端部にわたって連続的に非平面状の光入射面213、313を所定の方向に形成する構成としてもよい。また、このようにレンズの端部から端部にわたって連続的に非平面状の光入射面213、313が所定の方向に形成されたプレート部材の四辺に側壁を形成して筐体状に構成してもよい。この場合、発光デバイスはこれらの非平面状の光入射面213、313の下に所定の方向にわたって配置される。
【0051】
[第三の実施の形態]
(ディスプレイ装置用レンズ)
次に、本発明の第三の実施の形態に係るディスプレイ装置の構成例を、図5に基づいて説明する。図5は、実装基板3上に複数の発光デバイス2を5×5のマトリックス状に配置し、その上部にディスプレイ装置用レンズ10を配置した状態を示している。図において可視部分は太線で、非可視部分は細線でそれぞれ示している。この図に示すレンズ10は、複数条の突出部11aを略平行に形成した一体のレンズであり、レンズ10の端部から端部まで連続的に突出部11aが設けられている。このレンズ10は一のレンズで複数の発光デバイス2に対して共通の光入射面として機能する。図5の例では、複数の発光デバイス2は5×5のマトリックス状に配置されているが、上述の実施の形態とは異なり、複数配置されたLEDデバイス毎に仕切り部等で発光デバイス配置部を区画することなく、隣接する発光デバイス2を同一のレンズ10で集光させている。またこの図に示すディスプレイ装置用レンズは、フレネルレンズ形状の突出部11aに円弧状の面を設けない平面のみで構成しているが、図1等と同様に部分的に円弧状の面を有する構成としてもよいことはいうまでもない。このレンズは形状を極めて簡単にでき、製造が容易でコストを安価に抑えることができる。また構造が単純になる分、埃の付着もより一層低減され、ゴミ等が溜まり難く、かつ清掃が容易なレンズとすることができる。さらに、集光機能を実現するフレネルレンズ形状、シリンドリカルレンズ形状、プリズム形状等の非平面状の光入射面を発光デバイスの直近に配置することができ、レンズ部分の側面において生じる光の取り出しロスも低減される。
【0052】
以上のディスプレイ装置用レンズを使用したディスプレイ装置においては、レンズの突出部11aの並ぶ方向が、ディスプレイ装置の観察者に対して水平方向となるように配置される。特に、以上説明したディスプレイ装置は、左右方向には広く上下には狭い指向性を有するという特徴を有することから、LEDランプをマトリックス状に複数配置したマトリックスディスプレイに好適である。一般に、ディスプレイは複数人の観察者によって任意の位置から見られるが、各観察者の視線の高さには大差がない。したがって、ディスプレイは、左右方向については広い指向性を備えていることが好ましいが、上下方向については狭い指向性で足りるからである。マトリックスディスプレイにおいては、画素に対応するLEDランプごとに発光がマトリックス制御され、文字、静止画、動画等種々の表示を行うことができる。
【0053】
例えば、本発明の実施の形態に係るLEDランプ1を用いたディスプレイを、フルカラーLEDディスプレイとして構成する場合、RGBが発光可能なLEDランプ1を実装基板上に16×32画素分配置するもの等が挙げられる。この場合、RGBそれぞれを個々のLEDランプから構成してもよいし、また、RGBを一つのLEDランプで発光可能なLEDランプを用いることもできる。もちろん、単色のLEDランプを用いた単色ディスプレイ、あるいは2色以上のLEDランプを用いたマルチカラーディスプレイとして構成することもできる。
【0054】
以上の説明では、発光素子としてLEDデバイスを例に説明したが、本発明はLEDに限られず、EL素子、白熱電球等種々の発光デバイスを用いることができる。
【0055】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、選択的な集光性を実現してディスプレイを見やすくすると共に、埃等による性能劣化を軽減しメンテナンスが容易なディスプレイ装置およびディスプレイ装置用レンズが実現される。それは、本発明のディスプレイ装置およびディスプレイ装置用レンズが、レンズの突出部を発光素子と対向する面に設けることにより、直接外部に晒されないようにして保護できるからである。レンズの突出部を外部に表出させないことで、砂塵や埃の侵入が低減され、レンズの透明度悪化による輝度の低下が防止され、性能劣化の少ない高品質なディスプレイ装置およびディスプレイ装置用レンズが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施の形態に係るディスプレイ装置の平面図及び断面図である。
【図2】本発明の第一の実施の形態に係るディスプレイ装置に使用可能なLED発光デバイスを示す断面図である。
【図3】本発明の第二の実施の形態に係るディスプレイ装置の平面図及び断面図である。
【図4】本発明の実施の形態に係るディスプレイ装置を示す概略断面図である。
【図5】本発明の第三の実施の形態に係るディスプレイ装置を示す概略斜視図である。
【図6】従来のシリンドリカルレンズを用いたLEDランプの平面図及び断面図である。
【図7】従来のフレネルレンズを用いたLEDランプの平面図及び断面図である。
【図8】本発明の実施の形態に係るディスプレイ装置用レンズを示す概略斜視図である。
【図9】本発明の実施の形態に係るディスプレイ装置用レンズを示す概略斜視図である。
【図10】本発明の実施の形態に係るディスプレイ装置用レンズを示す概略斜視図である。
【符号の説明】
1、100、500、600・・・LEDランプ
2・・・発光デバイス
3・・・実装基板
10、110、210、310、510、610、810、910、1010・・・レンズ
11、111、511、512・・・レンズ部
11a、611a・・・突出部
13b・・・谷部
12、112、512、612・・・ベース部
13、113、213、513、613・・・光入射面
14、114、214、314、514、614・・・光出射面
200、300・・・ディスプレイ装置
201、301・・・発光デバイス配置部
212、312・・・仕切り部
401、411、421、431、520、620・・・LEDチップ
402・・・保護膜
403、403a、b・・・電極
404・・・窒化ガリウム系化合物半導体
405・・・サファイア基板
413a,b、423a,b、433a,b・・・外部電極
415、425、435・・・デバイス基板
416、426、436・・・透光性樹脂
427、437・・・絶縁性樹脂ケース
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面をレンズ体で被覆したディスプレイ装置、およびこのディスプレイ装置に使用されるレンズに関する。
【0002】
【従来の技術】
今日、発光ダイオード(Light Emitting Diode、以下「LED」とも呼ぶ。)等の高輝度の発光素子が、光の三原色である赤(Red)、緑(Green)、青(Blue)のRGBそれぞれにつき開発されたため、大型の自発光型フルカラーディスプレイが作製されるようになっている。中でも、LEDディスプレイは軽量、薄型化が可能で且つ消費電力が低い等の特徴を有し、屋外でも使用可能な大型ディスプレイとして需要が急激に増加している。また、その用途も多様化しつつあり、大型テレビ、広告、ビルボード、交通情報、立体表示器、照明用等あらゆるアプリケーションに柔軟に対応できるシステムが求められている。
【0003】
上述のLEDディスプレイにおいては、例えば、砲弾型のリードフレームタイプのLEDランプが用いられている。このようなLEDランプは、全周囲に対してほぼ同じ指向性を備えている。よってこのLEDランプを使用したLEDディスプレイの輝度を高めるため、各LEDランプの前面にレンズを配置して集光性を高めることが行われている(例えば特許文献1)。
【0004】
一方で、LEDディスプレイを見る観察者の視点に対して上下方向には配光の範囲を広くとる必要がないため、上述のように範囲を絞って集光させることで輝度を高めたいという要望があるが、逆に左右方向の配光は広範囲であることが一般に好ましい。例えば、観察者の視点は、上下方向については観察者の身長で決まるためほぼ一定の範囲内に収まるのに対し、左右方向については様々な位置からディスプレイを観察できるよう広く配光させ、広い視野を確保したいという要求がある。
【0005】
このような要求に対し、LEDディスプレイの表面に、特定の一方向のみに配光するよう集光させる性質のレンズを設けることが行われている。一方向の光出射指向性がそれと直角方向の光出射指向性よりも強い特性を有するレンズとしては、例えば、特許文献2に示すような半円柱状のシリンドリカルレンズや、特許文献3に示すようなプリズム状のレンズ、フレネルレンズ等がある。
【0006】
【特許文献1】
特開2002−43629号公報
【特許文献2】
特開平6−104488号公報
【特許文献3】
特開2002−25326号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のLEDランプをLEDディスプレイに適用した場合、半円柱形状、プリズム形状、フレネルレンズ形状がLEDディスプレイの水平方向に延出した形で配置されることから、これらの段部の上面に埃やゴミ等が溜まりやすいという問題があった。その結果レンズの透明度が低下し、輝度が低下する。また汚れた場合の掃除や手入れが、凹凸があるため困難であるという問題もある。
【0008】
さらに、レンズ部分が外部にさらされる構造のため、レンズに傷が付きやすく、運搬時や設置時においても突出するレンズ部分が接触し易くなり破損するおそれもあった。
【0009】
次に、図6に上述の半円柱形状のシリンドリカルレンズを用いたLEDランプ500の概略図を示す。図6(a)はLEDランプ500を光出射側から見た正面図である。図6(b)はLEDランプ500を図6(a)において一点波線VIbから見た横断面図である。図6(c)はLEDランプ500を図6(a)において波線VIcから見た縦断面図である。LEDランプ500は、LEDチップ520と、レンズ510とを備える。LEDチップ520は上面全体を発光面として表示している。レンズ510は、半円柱形状、いわゆる蒲鉾形状のレンズ部511と、LEDチップ520を内部に備えるベース部512とから構成される。レンズ部511はシリンドリカルレンズ構造とし、図6(c)に示すようにLEDチップ520から光入射面513に入射される光が、光出射面514から出射される際に平行光となるように、レンズの曲率が設定されている。レンズ部511は平面状の光入射面513と非平面状の光出射面514とを有し、光出射面514の形状は図6(a)の縦方向に関しては光入射面513からの高さが円弧状に変化し、横方向に関してはどの点をとっても光入射面513からの高さが一定である。レンズ部511は、その光出射面514をこのように蒲鉾形状に形成することにより、図6(a)において横方向に関しては出射光に指向性が小さく、縦方向に関しては出射光の指向性が大きい構成とすることができる。なお、図6(b)中、t1はレンズ部511の平面状の光入射面513に対する最大高さを示している。
【0010】
さらに上述のLEDランプ500を詳細に検討すると、このLEDランプ500は、図6(b)に示すように、LEDチップ520の発光面である上面から放出される光は、波線の矢印で示す範囲内の光のみがレンズ部511から外部に出射され、配光される。いいかえると、波線の外側の領域においては、LEDチップ520から放出された光がレンズ部511に正しく入射されず、よって配光も正しく行われずロスとなる。すなわち、図6(b)においては、θ5で示す範囲、より詳細にはLEDチップ520の発光面である上面と、LEDチップ520の上面端部からレンズ部511の同じく上面端部を通る直線とのなす角θ5の範囲において、光の取り出しロスが生じる。このロスはレンズ部511の両端において発生するため、LEDランプ500の出力光を有効利用できない領域が比較的広範囲に生じてしまい、効率が悪く輝度を向上できないという問題がある。
【0011】
同様に、図7に上述のフレネルレンズを用いたLEDランプ600の概略図を示す。図7(a)はLEDランプ600を光出射側から見た正面図である。図7(b)はLEDランプ600を図7(a)において一点波線VIIbから見た横断面図である。図7(c)はLEDランプ600を図7(a)において波線VIIcから見た縦断面図である。LEDランプ600は、LEDチップ620と、レンズ610とを備える。レンズ610は、部分的な円柱形状の突出部611aが形成されたフレネルレンズとしてのレンズ部611と、LEDチップ620を内部に備えるベース部612とから構成される。レンズ部611はフレネルレンズ構造とし、図7(c)に示すようにLEDチップ620から光入射面613に入射される光が、光出射面614から出射される際に平行光となるように、フレネルの角度が設定されている。レンズ部611は、平面状の光入射面613と非平面状の光出射面614とを有し、光出射面614の形状は図7(a)の縦方向に関しては光入射面613からの高さがフレネルレンズ形状に変化し、横方向に関してはどの点をとっても光入射面613からの高さが一定である。このようにレンズ部611を形成することにより、図7(a)の横方向に関しては出射光に指向性が小さく、縦方向に関しては出射光の指向性が大きい構成とすることができる。なお、図7(b)中、t2はレンズ部611の平面状の光入射面613に対する最大高さを示している。
【0012】
さらに、このLEDランプ600についても詳細に検討を行う。LEDランプ600においては、厚いレンズと同様の光学的性質を持つように階段状に作られた薄いレンズであるフレネルレンズの形状に形成されたレンズ部611の最大高さt2は、半円柱形状に形成された上述のレンズ部511の最大高さt1やプリズム形状に形成されたレンズ部の高さよりも小さい。このため、レンズ部611の両端において光の取り出しロスが発生する範囲θ6は、上述の半円柱形状に形成されたレンズ部511における角度θ5よりは小さいものの、フレネルレンズの形状に形成されたレンズ部611を有するLEDランプ600は、図7(b)に示すようにLEDチップ620とレンズ部611の横方向の端部とのなす角θ6の範囲に依然として比較的大きな光の取り出しロスが生じる。このようなロスは、いずれもLEDランプの出力の利用効率が悪いという問題となっていた。
【0013】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、レンズ部分を保護して長期間にわたって集光性能を維持できるディスプレイ装置およびディスプレイ装置用レンズを提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の面状光源は、複数の発光素子が略平面状に配置された表示部と、前記表示部と対向する位置に設けられ、前記表示部を構成する各発光素子の発光を偏光、収束して外部に放出するレンズ体とを備えるディスプレイ装置であって、前記レンズ体の備える光の集光性が、前記表示部を構成する平面と平行な第1の方向において、前記表示部を構成する平面と平行であって前記第1の方向と直交する第2の方向よりも大きく、かつ前記集光性を奏するレンズ構造は前記表示部と対向する面に形成されてなり、なおかつ前記レンズ体の他方の面は略平面状であることを特徴とする。この構成によって、レンズ体のレンズ構造を外部に表出させず保護することができる。
【0015】
また、本発明の請求項2に記載されるディスプレイ装置は、請求項1に記載される特徴に加えて、前記レンズ体が前記第2の方向における集光性を持たないことを特徴とする。この構成によって、選択的な集光性が実現され、見やすさを維持しつつ輝度の向上を図ることができ、特に屋内のディスプレイ用途に好適に利用できる。
【0016】
さらに、本発明の請求項3に記載されるディスプレイ装置は、請求項1または2に記載される特徴に加えて、前記レンズ体のレンズ構造がフレネルレンズ形状、シリンドリカルレンズ形状、またはプリズムレンズ形状のいずれかであることを特徴とする。この構成によって、例えば左右方向には広く上下には狭い指向性を有するとともに、集光機能を実現するフレネルレンズ形状、シリンドリカルレンズ形状、またはプリズム形状等の非平面状の光入射面を発光デバイス等の光源の直近に配置することができ、レンズ体の側面付近における光の取り出しロスを低減することができる。
【0017】
さらにまた、本発明の請求項4に記載されるディスプレイ装置は、請求項1から3のいずれかに記載される特徴に加えて、前記表示部を構成する各発光素子が、R、G、Bいずれかに発光可能なLEDであることを特徴とする。この構成によって、カラーディスプレイが実現されると共に、LEDを保護して長寿命のディスプレイ装置が実現できる。
【0018】
さらにまた、本発明の請求項5に記載されるディスプレイ装置は、請求項1から3のいずれかに記載される特徴に加えて、前記表示部を構成する各発光素子が、R、G、Bにそれぞれ発光可能な複数のLEDチップを備えることを特徴とする。この構成によって、フルカラーディスプレイが実現されると共に、LEDを保護して長寿命のディスプレイ装置が実現できる。
【0019】
さらに、本発明の請求項6に記載されるディスプレイ装置は、複数の発光素子が略平面状に配置された表示部と、前記表示部と対向する位置に設けられ、前記表示部を構成する各発光素子の発光を偏光、収束して外部に放出するレンズ体とを備えるディスプレイ装置であって、前記レンズ体は、前記発光素子と対向する面を、水平方向に延長された互いに略平行な複数の突出部を備えるフレネルレンズ形状、シリンドリカルレンズ形状、またはプリズムレンズ形状のいずれかに形成され、かつ外部に表出する面を略平面状に形成したことを特徴とする。この構成によって、レンズを外部に表出させず保護することができる。
【0020】
また、本発明の請求項7に記載されるディスプレイ装置用レンズは、複数の発光素子が略平面状に配置された表示部を備えるディスプレイ装置に使用されるレンズであって、前記レンズは前記ディスプレイ装置の表示部と対向する位置に設けられ、前記表示部を構成する各発光素子の発光を偏光、収束して外部に放出するものであり、前記レンズの備える光の集光性が、前記表示部を構成する平面と平行な第1の方向において、前記表示部を構成する平面と平行であって前記第1の方向と直交する第2の方向よりも大きく、かつ前記集光性を奏するレンズ構造は前記表示部と対向する面に形成されてなり、なおかつ前記レンズの他方の面は略平面状であることを特徴とする。この構成によって、レンズ体のレンズ構造を外部に表出させず保護することができる。
【0021】
また、本発明の請求項8に記載されるディスプレイ装置用レンズは、請求項7に記載される特徴に加えて、前記レンズが前記第2の方向における集光性を持たないことを特徴とする。この構成によって、選択的な集光性が実現され、見やすさを維持しつつ輝度の向上を図ることができ、特に屋内のディスプレイ用途に好適に利用できる。
【0022】
さらにまた、本発明の請求項9に記載されるディスプレイ装置用レンズは、請求項7または8に記載される特徴に加えて、前記レンズの構造がフレネルレンズ形状、シリンドリカルレンズ形状、またはプリズムレンズ形状のいずれかであることを特徴とする。この構成によって、例えば左右方向には広く上下には狭い指向性を有するとともに、集光機能を実現するフレネルレンズ形状、シリンドリカルレンズ形状、またはプリズム形状等の非平面状の光入射面を発光デバイス等の光源の直近に配置することができ、レンズ体の側面付近における光の取り出しロスを低減することができる。
【0023】
さらにまた、本発明の請求項10に記載されるディスプレイ装置用レンズは、請求項7から9のいずれかに記載される特徴に加えて、前記レンズは更に、前記発光素子と対向する面に形成されたレンズ構造が、水平方向に延長された互いに略平行な複数の突出部を備えてなり、前記発光素子を複数配置された状態で、隣接した発光素子に対して共通の光入射面をなすことを特徴とする。この構成によって、レンズ構造をシンプルとして製造が容易でコストを抑えたレンズとすることができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのディスプレイ装置およびディスプレイ装置用レンズを例示するものであって、本発明はディスプレイ装置およびディスプレイ装置用レンズを以下のものに特定しない。
【0025】
また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を随時省略する。
【0026】
さらに本明細書においてディスプレイ装置とは、文字情報を表示する電光掲示板や動画、静止画等を表示させるモニタ等の表示装置の他、照明用途やその他の光源として使用する照明装置を含む意味で使用する。また本明細書において発光素子には、その名称に関わらずLED等の発光素子や発光チップ等を組み込んだ発光デバイスも含むものとする。
【0027】
[第一の実施の形態]
図1は、本発明の第一の実施の形態に係るフレネルレンズを用いたディスプレイ装置を構成する発光素子およびレンズの部分を拡大して表示した概略図である。図1(a)はLEDランプ1を光出射側から見た正面図である。図1(b)はLEDランプ1の図1(a)の一点波線Ibにおける横断面図である。図1(c)はLEDランプ1の図1(a)の点線Icにおける縦断面図である。LEDランプ1は、発光デバイス2と、レンズ10とを備える。発光デバイス2とレンズ10とは実装基板3上に配置される。発光デバイス2は上面全体を発光面として表示している。レンズ10は、部分的な円柱形状の突出部11aがレンズの外周方向(図1(c)において縦方向)に形成されたフレネルレンズとしてのレンズ部11と、発光デバイス2を内部に備える側壁からなるベース部12とから構成される。レンズ10は、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネイト、エポキシ樹脂等種々の透光性材料から構成することができる。レンズ10は無色透明とするが、使用態様によっては着色してもよい。
【0028】
レンズ部11は、非平面状の光入射面13と略平面状の光出射面14とを有する。レンズ部11はフレネルレンズ構造とし、図1(c)に示すように発光デバイス2から光入射面13に入射される光が、光出射面14から出射される際に平行光となるように、フレネルレンズの突出部11aの角度が設定されている。さらにフレネルレンズの角度を調整することで、任意の配光を外部に取り出すことも可能である。光入射面13に形成されたレンズ構造形状は、図1(a)に示すように複数の突出部11aが略平行に形成され、レンズ10の内面、すなわち発光デバイス2に向かって突出している。この形状のレンズ10は、図1(a)の縦方向に関しては図1(c)に示すように光入射面13から光出射面14までの高さがフレネルレンズ形状に変化する一方、図1(a)の横方向に関しては図1(b)に示すようにどの点をとっても光出射面14からの高さが一定である。このようにレンズ部11を形成することにより、図1(a)において横方向に関しては出射光に指向性が小さく、縦方向に関しては出射光の指向性が大きい構成とすることができる。
【0029】
図1(b)において、実線13aで表した線は、非平面状の光入射面13の最も内側の位置、ここでは突出部11aの先端を示し、破線13bで表した線は非平面状の光入射面13の最も外側の位置、ここでは突出部と突出部の間の谷の部分を示す。
【0030】
この図に示すようにレンズ部11の突出部11aを内面に配置し、外面を平面状とすることで、レンズを保護できる構成となる。凹凸のあるレンズ部分が外部に表出する構造では、レンズの隙間にゴミや埃、砂塵等が溜まりやすく、レンズの透明度が低下し、光の取り出し効率が悪くなる原因となる。溜まった砂塵はレンズに傷を付ける原因ともなるため、さらに輝度が低下する。またレンズの掃除や手入れも、凹凸の突起が邪魔となり作業が困難となる。これに対し本発明のように外部に表出しない内面にレンズの凹凸条を配置することによって、外部からのゴミや埃といった異物の侵入が抑制され、レンズを保護することができる。またレンズの凹凸条が外部に突出しないので、ディスプレイ装置の運搬時や設置時においてもレンズが破損する危険性を回避できる。さらにまた、レンズの反対側を平面状とすることで、この部分が外部に晒されても埃が溜まることなく、また清掃作業も簡単に行うことができるというメリットが得られる。このように、本実施の形態に係るディスプレイ装置は、特に屋外で使用される使用環境において、埃による性能劣化を極減し、さらに清掃等の管理作業を容易にできるという優れた特長が実現される。
【0031】
発光デバイス2は、発光素子として砲弾型のLEDやLEDチップ等を利用できる。一方、例えばLEDを用いたディスプレイにおいては、高精細且つ広視野角に発光可能なディスプレイが求められていることから、より高密度実装が可能な表面実装型LEDデバイスを発光デバイス2として用いることが好ましい。表面実装型LEDデバイスは、基板上に貫通孔等を設ける必要なく、直接半田により固定可能であるため高密度実装が比較的容易となるからである。
【0032】
(表面実装型LEDデバイス)
次に、本発明の第一の実施の形態に係るLEDランプ1に用いられる発光デバイス2の一例として、表面実装型LEDデバイスを説明する。表面実装型LEDデバイスとは、積載される実装基板上に貫通孔等を設ける必要なく実装基板上に固定可能なLEDデバイスである。具体的には、図2(a)〜(d)に示すような種々の発光デバイスが挙げられる。図2(a)の表面実装型LEDデバイスは、LEDチップ401そのものを表面実装型LEDデバイスとして利用したものである。具体例として、サファイア基板405上にPN接合を有する窒化ガリウム系化合物半導体404を堆積させたLEDチップが利用できる。P型導電性を有する半導体及びN型導電性を有する半導体のそれぞれに電極403が形成されている。図において電極は、同一表面側に設けられている。また、電極間は半田付けにより短絡しないよう保護膜402を形成している。LEDチップの電極403と実装基板とは半田付け、導電性接着剤や異方性導電膜により固定することができる。これにより極めて小さい表面実装型LEDデバイスとすることができる。
【0033】
図2(b)の表面実装型LEDデバイスは、デバイス基板415に配置させた外部電極413a上にLEDチップ411を配置させたものである。LEDチップ411とデバイス基板415上の外部電極413bとは、金、銀や銅の細線や金、銀、カーボン等の導電性部材が含有された導電性接着剤により電気的に接続されている。LEDチップ上には、LEDチップ等を保護する透光性樹脂416が形成されている。
【0034】
図2(c)の表面実装型LEDデバイスは、前面に開口部を有する絶縁性樹脂ケース427底面にLEDチップ421を配置させたものである。デバイス基板425には、LEDチップ421に電力が供給できるよう外部から内部に配置された外部電極423a、bが設けられている。LEDチップ421の各電極と外部電極423a、bとは、導電性ワイヤや導電性ペーストを利用して電気的に接続されている。また、開口部は透光性樹脂426によって封止されている。
【0035】
また図2(d)の表面実装型LEDデバイスは、LEDチップ431の電極形成面をデバイス基板435の外部電極433a、bと対向させ、半田付けや導電性接着材を介して直接載置するフリップチップ実装を採用している。絶縁性樹脂ケース437の開口部は同様に透光性樹脂436によって封止される。このようなフリップチップ型の表面実装型LEDデバイスを用いると、ワイヤによる配線の必要がなく、さらに光出射側にワイヤや電極面がないためこれらの部材で光が妨げられることもなく、光の取り出し効率が改善される。
【0036】
以上の図2(b)〜(d)の表面実装型LEDデバイスにおいては、レンズ10の発光デバイスとの距離Lは、レンズ部11の下面11bとLEDチップの発光面である上面との距離に相当する。発光デバイスは、LEDチップを1種類で複数配置することもできるし、2種類以上配置することもできる。また、RGBのLEDチップを配置させることにより、フルカラー発光が可能な表面実装型LEDデバイスとすることができる。
【0037】
さらに、青色が発光可能なLEDチップと、それによって励起され黄色が発光可能な蛍光物質を利用することにより1種類のLEDチップを用いて白色光が発光可能な表面実装型LEDデバイスとすることもできる。白色光が発光可能な表面実装型LEDデバイスは、例えば透光性樹脂中に蛍光物質を含有させることにより容易に形成させることができる。蛍光物質としては、ペリレン系誘導体やセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウムガーネット系蛍光体が好適に利用できる。青色系が発光可能なLEDチップとしては、窒化物系化合物半導体が好適に利用できる。
【0038】
表面実装型LEDデバイスに用いられるLEDチップとしては、その発光色や用途により種々のものを選択できる。LEDチップに用いられる発光層の半導体材料としては、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInP、InN、GaN、AlN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等が挙げられる。また、半導体の構造も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造のものが挙げられる。ディスプレイ装置においては、半導体層の材料やその混晶度により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、量子効果を持たせるため発光層を単一量子井戸構造、多重量子井戸構造とさせてもよい。
【0039】
以上の例では、発光デバイス2として表面実装型LEDデバイスを用いる例を示したが、リードを基板のリード穴に貫通させて半田付けするタイプの発光デバイスを用いることもできる。
【0040】
[第二の実施の形態]
次に、図3に本発明の第二の実施の形態に係るディスプレイ装置を構成するLEDランプ100の概略図を示す。図3(a)はLEDランプ100を光出射側から見た正面図である。図3(b)は図3(a)の一点波線IIIbにおけるLEDランプ100の横断面図である。図3(c)は図3(a)の波線IIIcにおけるLEDランプ100の縦断面図である。この図に示すLEDランプ100も、発光デバイス2と、レンズ110とを備える。発光デバイス2とレンズ110とは実装基板3上に配置される。レンズ110は、シリンドリカルレンズを構成する半円柱形状、いわゆる蒲鉾形状に形成されたレンズ部111と、発光デバイス2を内部に備える側壁からなるベース部112とから構成される。レンズ部111は、略平面状の光入射面113と非平面状の光出射面114とを有する。レンズ部111は半円柱状のシリンドリカルレンズ構造とし、図3(c)に示すように発光デバイス2から光入射面113に入射される光が、光出射面114から出射される際に平行光となるように、レンズの曲率が設定されている。光出射面114の形状は、図3(a)の縦方向に関しては図3(c)に示すように光入射面113からの高さが円弧状に変化し、横方向に関しては図3(b)に示すようにどの点をとっても光入射面113からの高さが一定である。レンズ部111は、その光出射面114をこのように蒲鉾形状に形成することにより、図3(a)の横方向に関しては出射光に指向性が小さく、縦方向に関しては出射光の指向性が大きい構成とすることができる。
【0041】
図3(b)において、実線113aで表した線は、非平面状の光入射面13の最も内側の位置、円柱部分の最上部を示し、破線113bで表した線は非平面状の光入射面13の最も外側の位置、ここでは円柱部分とベース部112との接続部を示す。ここでは、レンズ部111の内側が半円柱形状に形成された例を示したが、フレネルレンズ以外のプリズム形状に形成することもできる。また、略球面状に形成してもよい。
【0042】
ここで、本発明の第一の実施の形態に係るレンズ1と、本発明の第二の実施の形態に係るレンズ100との光の取り出しロスについて説明する。本発明の第一の実施の形態に係るレンズ部11は、図1(a)において横方向に延長されており、ベース部12の内面まで形成されると共に、フレネルレンズ形状の突出部11aが形成された非平面状の光入射面13がレンズ10の内側、すなわち発光デバイス2側に配置されている。このため、図1(b)に示すように、集光機能を実現するフレネルレンズ形状の突出部11aが発光デバイス2に接近するように配置される。したがって、発光デバイス2からの出射光がレンズ1で集光されて取り出される範囲は、図1(b)に示すように発光デバイス2の右上点と、突出部11aの先端13aとベース部12とが交差する接合部とを通過する直線で決定される。この直線と発光デバイス2の発光面である上面とがなす角をθ1とすると、θ1は外部に取り出しできない光の範囲を示す。一方、フレネルレンズの谷部13bについて、発光デバイス2の上面となす角をθ2とする。図6、図7と比較すると、上記の構成によってθ1、θ2は十分に小さくすることができ、光の取り出しロスを大きく低減することができる。
【0043】
一方、本発明の第二の実施の形態に係るレンズ部111は、図3(a)の横方向のベース部112の内面の端部まで形成されるとともに、円柱状に形成された非平面状の光入射面113がレンズ110の内側、すなわち発光デバイス2側に配置されている。このため、図3(b)に示すように、集光機能を実現する非平面状の光入射面113を発光デバイス2に接近して配置することができる。光入射面113の最上部113aの横方向の端部と発光デバイス2とのなす角をθ3、および光入射面113の接続部113bと発光デバイス2とのなす角をθ4とすると、これらの角度は上記の構成によって、図6、図7と比較して十分に小さくすることができ、光の取り出しロスを大きく低減することができる。
【0044】
上述した光の取り出しロスを示す角度の差Δθ(θ2−θ1、θ4−θ3)の範囲では、部分的に偏光が行われ、一部の光はロスとなる。本発明の第一の実施の形態に係るレンズ1においては、レンズ部11は、厚いレンズと同等の光学的性質を持つように階段状に形成された薄いレンズであるフレネルレンズの形状に形成されている。したがって、図1に示す第一の実施の形態に係る薄手のレンズ1における光の取り出しロスが生じる角度の差Δθ(=θ2−θ1)は、半円柱形状や三角形状のプリズム形状に形成された第二の実施の形態に係る厚手のレンズ100において光の取り出しロスの生じる角度の差Δθ(=θ4−θ3)よりも小さい。
【0045】
このように、LEDランプ100の内面に凹レンズを設ける構造では、図3(b)に示すようにレンズの肉厚が厚くなる。図1(b)と対比すれば明らかなとおり、光の取り出しロスを低減するにはレンズの面積が広いほど、またレンズの肉厚が薄いほど好ましい。したがって内面にフレネルレンズを設ける構成は好ましい。本発明の第一の実施の形態に係るレンズ1は、図1(b)のLEDランプ1の端部における光の取り出しロスのばらつきが小さいので、第二の実施の形態より一層、均質かつ効率的に光を取り出し、かつ集光することができるという極めて優れた効果を奏する。
【0046】
以上の実施の形態においては、一のレンズと一の発光デバイスについて説明したが、本発明の実施の形態においては、これらを複数配置して使用することができる。例えば図1、図3に示すレンズを連結したり一体的に成形する等して、縦または/および横方向に延長したレンズとすることができる。図4に、本発明の実施の形態に係るディスプレイ装置の概略的な断面図を示す。図4(a)に示すディスプレイ装置200のレンズ210は、第一の実施の形態に係るレンズ1を複数、側壁12を共有する状態で一体化した構造を備える。レンズ210において、共有された側壁12は、発光デバイス2を配置する発光デバイス配置部201を形成する仕切り部212を構成する。各発光デバイス配置部201における突出部211aは同じ方向に形成される。レンズ210においては、複数の発光デバイスに対して共通の平面状の光出射面214を備えることから、複数の発光デバイスが個々に光出射面を備えるディスプレイ装置よりも、より一層埃が溜まり難く、清掃が容易となる。個々の発光デバイスの光出射面間の隙間がないからである。レンズ210の非平面状の光入射面213は、レンズ1の非平面状の光入射面13と同様に構成される。
【0047】
図4(a)の例では、発光デバイス配置部201が図1(a)における縦方向に複数配列された構成を示したが、横方向に複数配列してもよく、また、m×n個のマトリックス状に複数配列してもよい。例えば、図8に示すディスプレイ装置用レンズ810は、図4(a)のレンズ210において発光デバイス配置部201を紙面を貫く方向に延長し、発光デバイスを一列に複数配置できるようにしたものである。これによって発光デバイスをマトリクス状に配置することができる。特にこの構成においては、レンズ構造を集光性を有しない方向に延長しているため、この方向における光の取り出しロスを極減することができる。また、各発光デバイス配置部201には、発光デバイスを2列以上配置できるように、各発光デバイス配置部201に設けられる光入射面のパターンを、フレネルレンズ構造を2列以上連続させたものに変更してもよい。
【0048】
また図9に示すディスプレイ装置用レンズ910は、図8と90°異なる方向に発光デバイス配置部201を延長した例を示している。この構造では、各発光デバイス配置部201に発光デバイスを2列以上配置する場合、レンズ構造を変更する必要がない。さらに図10に示すディスプレイ装置用レンズ1010は、縦横に発光デバイス配置部を形成する仕切り部を構成している。
【0049】
図4(b)に示すディスプレイ装置300のレンズ310は、第一の実施の形態に係る複数のレンズ100が側壁112を共有して一体化した構造を備える。レンズ310において、共有された側壁112は、発光デバイス2を配置する発光デバイス配置部301を形成する仕切り部312を構成する。各発光デバイス配置部301における半円柱形状あるいはプリズム形状は同じ方向に形成される。レンズ310においては、複数の発光デバイスに対して共通の平面状の光出射面314を備えることから、複数の発光デバイスが個々に光出射面を備えるディスプレイ装置よりも、より一層埃が溜まり難く、清掃が容易となる。個々の発光デバイスの光出射面間の隙間がないからである。レンズ310の非平面状の光入射面313は、レンズ100の非平面状の光入射面113と同様に構成される。図4(b)の例では、発光デバイス配置部301が図2(a)における縦方向に複数配列された構成を示したが、上述した図4(a)と同様、横方向に複数配列してもよく、また、m×n個のマトリックス状に複数配列してもよい。さらに後述するように、発光デバイス配置部等の区画を省略してもよい。さらにまた、後述する図5、図8〜図10のいずれにおいても、図4(a)のレンズ構造と図4(b)のレンズ構造を任意に組み合わせて使用してもよい。例えば一行おきにフレネルレンズ構造とシリンドリカルレンズ構造を交互に成形する構成とすることができる。
【0050】
以上説明した本発明の実施の形態に係るレンズ210、310の各発光デバイス配置部201、301に発光デバイスを配置して、複数の発光デバイスを有するディスプレイ装置として構成することができる。このようなディスプレイ装置は、大きな光量を発生することができることから、例えば、照明光源として用いることができる。また、画素に対応する発光デバイスごとに発光がマトリックス制御され、文字、静止画、動画等種々の表示を行うディスプレイとして構成することができる。ここでは、レンズ210、310が、仕切り部212、312によって各発光デバイス配置部201、301を形成する例を示したが、仕切り部212、312がない構成とすることもできる。すなわち、平面状のプレート部材の内側の表面にレンズの端部から端部にわたって連続的に非平面状の光入射面213、313を所定の方向に形成する構成としてもよい。また、このようにレンズの端部から端部にわたって連続的に非平面状の光入射面213、313が所定の方向に形成されたプレート部材の四辺に側壁を形成して筐体状に構成してもよい。この場合、発光デバイスはこれらの非平面状の光入射面213、313の下に所定の方向にわたって配置される。
【0051】
[第三の実施の形態]
(ディスプレイ装置用レンズ)
次に、本発明の第三の実施の形態に係るディスプレイ装置の構成例を、図5に基づいて説明する。図5は、実装基板3上に複数の発光デバイス2を5×5のマトリックス状に配置し、その上部にディスプレイ装置用レンズ10を配置した状態を示している。図において可視部分は太線で、非可視部分は細線でそれぞれ示している。この図に示すレンズ10は、複数条の突出部11aを略平行に形成した一体のレンズであり、レンズ10の端部から端部まで連続的に突出部11aが設けられている。このレンズ10は一のレンズで複数の発光デバイス2に対して共通の光入射面として機能する。図5の例では、複数の発光デバイス2は5×5のマトリックス状に配置されているが、上述の実施の形態とは異なり、複数配置されたLEDデバイス毎に仕切り部等で発光デバイス配置部を区画することなく、隣接する発光デバイス2を同一のレンズ10で集光させている。またこの図に示すディスプレイ装置用レンズは、フレネルレンズ形状の突出部11aに円弧状の面を設けない平面のみで構成しているが、図1等と同様に部分的に円弧状の面を有する構成としてもよいことはいうまでもない。このレンズは形状を極めて簡単にでき、製造が容易でコストを安価に抑えることができる。また構造が単純になる分、埃の付着もより一層低減され、ゴミ等が溜まり難く、かつ清掃が容易なレンズとすることができる。さらに、集光機能を実現するフレネルレンズ形状、シリンドリカルレンズ形状、プリズム形状等の非平面状の光入射面を発光デバイスの直近に配置することができ、レンズ部分の側面において生じる光の取り出しロスも低減される。
【0052】
以上のディスプレイ装置用レンズを使用したディスプレイ装置においては、レンズの突出部11aの並ぶ方向が、ディスプレイ装置の観察者に対して水平方向となるように配置される。特に、以上説明したディスプレイ装置は、左右方向には広く上下には狭い指向性を有するという特徴を有することから、LEDランプをマトリックス状に複数配置したマトリックスディスプレイに好適である。一般に、ディスプレイは複数人の観察者によって任意の位置から見られるが、各観察者の視線の高さには大差がない。したがって、ディスプレイは、左右方向については広い指向性を備えていることが好ましいが、上下方向については狭い指向性で足りるからである。マトリックスディスプレイにおいては、画素に対応するLEDランプごとに発光がマトリックス制御され、文字、静止画、動画等種々の表示を行うことができる。
【0053】
例えば、本発明の実施の形態に係るLEDランプ1を用いたディスプレイを、フルカラーLEDディスプレイとして構成する場合、RGBが発光可能なLEDランプ1を実装基板上に16×32画素分配置するもの等が挙げられる。この場合、RGBそれぞれを個々のLEDランプから構成してもよいし、また、RGBを一つのLEDランプで発光可能なLEDランプを用いることもできる。もちろん、単色のLEDランプを用いた単色ディスプレイ、あるいは2色以上のLEDランプを用いたマルチカラーディスプレイとして構成することもできる。
【0054】
以上の説明では、発光素子としてLEDデバイスを例に説明したが、本発明はLEDに限られず、EL素子、白熱電球等種々の発光デバイスを用いることができる。
【0055】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、選択的な集光性を実現してディスプレイを見やすくすると共に、埃等による性能劣化を軽減しメンテナンスが容易なディスプレイ装置およびディスプレイ装置用レンズが実現される。それは、本発明のディスプレイ装置およびディスプレイ装置用レンズが、レンズの突出部を発光素子と対向する面に設けることにより、直接外部に晒されないようにして保護できるからである。レンズの突出部を外部に表出させないことで、砂塵や埃の侵入が低減され、レンズの透明度悪化による輝度の低下が防止され、性能劣化の少ない高品質なディスプレイ装置およびディスプレイ装置用レンズが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施の形態に係るディスプレイ装置の平面図及び断面図である。
【図2】本発明の第一の実施の形態に係るディスプレイ装置に使用可能なLED発光デバイスを示す断面図である。
【図3】本発明の第二の実施の形態に係るディスプレイ装置の平面図及び断面図である。
【図4】本発明の実施の形態に係るディスプレイ装置を示す概略断面図である。
【図5】本発明の第三の実施の形態に係るディスプレイ装置を示す概略斜視図である。
【図6】従来のシリンドリカルレンズを用いたLEDランプの平面図及び断面図である。
【図7】従来のフレネルレンズを用いたLEDランプの平面図及び断面図である。
【図8】本発明の実施の形態に係るディスプレイ装置用レンズを示す概略斜視図である。
【図9】本発明の実施の形態に係るディスプレイ装置用レンズを示す概略斜視図である。
【図10】本発明の実施の形態に係るディスプレイ装置用レンズを示す概略斜視図である。
【符号の説明】
1、100、500、600・・・LEDランプ
2・・・発光デバイス
3・・・実装基板
10、110、210、310、510、610、810、910、1010・・・レンズ
11、111、511、512・・・レンズ部
11a、611a・・・突出部
13b・・・谷部
12、112、512、612・・・ベース部
13、113、213、513、613・・・光入射面
14、114、214、314、514、614・・・光出射面
200、300・・・ディスプレイ装置
201、301・・・発光デバイス配置部
212、312・・・仕切り部
401、411、421、431、520、620・・・LEDチップ
402・・・保護膜
403、403a、b・・・電極
404・・・窒化ガリウム系化合物半導体
405・・・サファイア基板
413a,b、423a,b、433a,b・・・外部電極
415、425、435・・・デバイス基板
416、426、436・・・透光性樹脂
427、437・・・絶縁性樹脂ケース
Claims (10)
- 複数の発光素子が略平面状に配置された表示部と、前記表示部と対向する位置に設けられ、前記表示部を構成する各発光素子の発光を偏光、収束して外部に放出するレンズ体とを備えるディスプレイ装置であって、
前記レンズ体の備える光の集光性が、
前記表示部を構成する平面と平行な第1の方向において、
前記表示部を構成する平面と平行であって前記第1の方向と直交する第2の方向よりも大きく、かつ
前記集光性を奏するレンズ構造は前記表示部と対向する面に形成されてなり、なおかつ前記レンズ体の他方の面は略平面状であることを特徴とするディスプレイ装置。 - 前記レンズ体が前記第2の方向における集光性を持たないことを特徴とする請求項1記載のディスプレイ装置。
- 前記レンズ体のレンズ構造がフレネルレンズ形状、シリンドリカルレンズ形状、またはプリズムレンズ形状のいずれかであることを特徴とする請求項1または2記載のディスプレイ装置。
- 前記表示部を構成する各発光素子が、R、G、Bいずれかに発光可能なLEDであることを特徴とする請求項1から3のいずれか記載のディスプレイ装置。
- 前記表示部を構成する各発光素子が、R、G、Bにそれぞれ発光可能な複数のLEDチップを備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか記載のディスプレイ装置。
- 複数の発光素子が略平面状に配置された表示部と、前記表示部と対向する位置に設けられ、前記表示部を構成する各発光素子の発光を偏光、収束して外部に放出するレンズ体とを備えるディスプレイ装置であって、
前記レンズ体は、前記発光素子と対向する面を、水平方向に延長された互いに略平行な複数の突出部を備えるフレネルレンズ形状、シリンドリカルレンズ形状、またはプリズムレンズ形状のいずれかに形成され、かつ外部に表出する面を略平面状に形成したことを特徴とするディスプレイ装置。 - 複数の発光素子が略平面状に配置された表示部を備えるディスプレイ装置に使用されるレンズであって、前記レンズは前記ディスプレイ装置の表示部と対向する位置に設けられ、前記表示部を構成する各発光素子の発光を偏光、収束して外部に放出するものであり、
前記レンズの備える光の集光性が、
前記表示部を構成する平面と平行な第1の方向において、
前記表示部を構成する平面と平行であって前記第1の方向と直交する第2の方向よりも大きく、かつ
前記集光性を奏するレンズ構造は前記表示部と対向する面に形成されてなり、なおかつ前記レンズの他方の面は略平面状であることを特徴とするディスプレイ装置用レンズ。 - 前記レンズが前記第2の方向における集光性を持たないことを特徴とする請求項7記載のディスプレイ装置用レンズ。
- 前記レンズの構造がフレネルレンズ形状、シリンドリカルレンズ形状、またはプリズムレンズ形状のいずれかであることを特徴とする請求項7または8記載のディスプレイ装置用レンズ。
- 前記レンズは更に、前記発光素子と対向する面に形成されたレンズ構造が、水平方向に延長された互いに略平行な複数の突出部を備えてなり、前記発光素子を複数配置された状態で、隣接した発光素子に対して共通の光入射面をなすことを特徴とする請求項7から9のいずれか記載のディスプレイ装置用レンズ。
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