JP2006221067A - 表示デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】
屋外の環境下で使用する場合でも、最適な表示を長時間維持できるＬＥＤ表示デバイスを提供する。
【解決手段】
ＬＥＤ表示デバイス１０は、前面側が開口し、その底部に複数のＬＥＤ１２を配置したプリント基板１１を設けた金属製筐体１３と、金属製筐体１３の開口を覆う耐紫外線性能を有する透明プレート１４とを備える。プリント基板１１の少なくとも前面側表面には、耐候性に優れた透光性樹脂から成る透光性樹脂被覆層（シリコン樹脂被覆層）１５が、ＬＥＤ１２を覆うようにして設けられており、シリコン樹脂被覆層１５のうちプリント基板の前面側表面を覆う被覆層部分１５ａ上に、透明プレート１４が密着されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、屋外での使用に適するＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）表示デバイス等の表示デバイスに関する。

図１１は従来のＬＥＤ表示デバイスを示す図である。図１１（ａ）に示すように、従来の表示デバイス１００は、複数若しくは単数のＬＥＤ１０１を、配線基板１０２上に配設・配線し、このＬＥＤ１０１の上部を、エポキシ樹脂などの有機系の透光性樹脂１０３により被覆するものである（例えば、特許文献1参照）。

しかし、ＬＥＤ１０１を被覆するエポキシ樹脂は、紫外線に弱い。このため、紫外線の照射を受けることでエポキシ樹脂の透明性が低下し、光度が低下する。また、エポキシ樹脂は、親水性を有する。このため、高湿度下に置かれると、樹脂が劣化し、光度が低下する。このように従来のＬＥＤ表示デバイスは、耐候性に欠け、屋外での使用に適さないという問題がある。

このような従来のＬＥＤ表示デバイスを屋外用として使用する場合には、例えば図１１（ｂ）に示すように、耐紫外線性を有し、防水構造の筐体で、ＬＥＤ表示デバイスを覆うことが提案されている。図１１（ｂ）の例では、ＬＥＤ表示デバイス１００は、防水構造の筐体１０４で覆われている。表示部には、透明な部材で作られた窓１０５が設けられている。また、配線基板１０２の裏面には、ＬＥＤからの発熱を放熱するための金属製の放熱板１０６が設けられている。

また、耐候性に優れたシリコン樹脂を用いて、ＬＥＤを被覆する方法も提案されている。

実開平５−８１８７４号公報（図２）

しかし、筐体１０４でＬＥＤ表示デバイス１００を覆う場合には、製品全体の大きさが大きくなり、その構造も複雑になるという問題がある。通常、筐体１０４でＬＥＤ表示デバイス１００を覆った場合、その厚みは、３０ｍｍ〜５０ｍｍ程度である。また、ＬＥＤデバイス１００と表示部の窓１０５との間には、空気層が存在する。特に、冬場に使用する場合は、この空気層においても結露が生じ、表示部が曇ることにより最適な表示を実現できない。さらに、空気層に含まれる水分が、エポキシ樹脂を劣化させる原因となる。

また、青色発光ダイオードのように、発光波長が短い発光素子を用いる場合、紫外線照射と同様に、エポキシ樹脂の劣化を招く。このため、フルカラー表示のＬＥＤ表示デバイスとして用いる場合に、ＬＥＤが設けられているＬＥＤ表示デバイス内部から劣化を生じるため、長期使用に適さない。

さらに、シリコン樹脂は硬化後ゴム状であるので、ＬＥＤの上部を覆う樹脂としてシリコン樹脂を用いた場合には、硬度が十分ではない。このため、プレート上方向から大きな負荷がかかった場合には、その負荷が直接ＬＥＤに及び、ＬＥＤが損傷してしまう。

本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、比較的簡単な構造であり、屋外の環境下で使用する場合でも、最適な表示を長時間維持できる表示デバイスを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、前面側が開口し、底部に、複数もしくは単数の光半導体素子を配置したプリント基板を設けた金属製筐体と、前記金属製筐体の開口を覆う、耐紫外線性能を有する透明プレートと、を備え、前記プリント基板の少なくとも前面側表面には、耐候性に優れた透光性樹脂から成る透光性樹脂被覆層が、前記光半導体素子を覆うようにして設けられており、前記透光性樹脂被覆層のうちプリント基板の前面側表面を覆う被覆層部分上に、前記透明プレートが密着されていることを特徴とする。

上記構成によれば、プリント基板を被覆する透光性樹脂として、耐候性に優れた透光性樹脂を用いるので、紫外線下で使用しても、樹脂の劣化が防止される。この結果、屋外環境下で、長時間使用できる表示デバイスを実現できる。また、この透光性樹脂が耐湿性を有し、且つ、金属製筐体と透明プレートとの間に空気層が存在しない構造であることから、湿度環境下で使用しても、長時間使用できる表示デバイスを実現できる。さらに、表示デバイス全体を覆う筐体を必要としないので、装置構成の簡単な小型の表示デバイスを実現できる。

さらに、金属製筐体の開口を覆うように金属製筐体に透明プレートが設けられるので、透明プレートは金属筐体をストッパーとした構造となる。この結果、透明プレート上方向から大きな負荷がかかった場合でも、光半導体素子を保護することができる。なお、光半導体素子としては、ＬＥＤ、フォトダイオード等が挙げられる。
さらに、本発明では、光半導体素子上には、耐候性に優れた透光性樹脂が設けられている。このため、波長の短い発光をする光半導体素子を用いても、樹脂が劣化しない。この結果、ＲＧＢ３素子によるマルチカラー発光などを行うことができる。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の表示デバイスであって、透光性樹脂は、前記プリント基板の裏面を含む全面を被覆しており、このプリント基板の裏面側表面を覆う被覆層部分は、前記金属製筐体の底部と密着していることを特徴とする。

上記構成により、プリント基板の裏面と金属製筐体の底部との密着性が向上するので、プリント基板の裏面と金属製筐体の底部との間に空気層が介在しないことになり、プリント基板から金属製筐体への放熱効果を向上することができる。

また、請求項３記載の発明は、前面側が開口し、底部に、複数もしくは単数の光半導体素子が配置された筐体状のメタル基板と、前記メタル基板の開口を覆う、耐紫外線性能を有する透明プレートと、を備え、前記メタル基板の底部表面には、耐候性に優れた透光性樹脂から成る透光性樹脂被覆層が前記光半導体素子を覆うようにして設けられており、前記透光性樹脂被覆層上に、前記透明プレートが密着されていることを特徴とする。

メタル基板を用いる場合であっても、その形状が、前面側が開口した筐体状のものを使用すると、上記請求項１記載の表示デバイスと同様に、屋外環境下で、使用できる表示デバイスを実現できる。さらに、本発明の表示デバイスの場合には、金属製筐体を省略できるので、さらなる薄型化と、部品点数の削減を図ることができる。

また、請求項４記載の発明は、請求項1〜３の何れかに記載の表示デバイスであって、前記金属筐体または前記メタル基板の裏面部には色制御可能な駆動回路と電源部とが設けられていることを特徴とする。

上記構成により、駆動回路と電源部を備えた表示デバイスが実現できる。

本発明の表示デバイスでは、プリント基板と、金属製筐体と、透明プレートとを、耐候性に優れた透光性樹脂を用いて一体化させた構造が得られるので、薄型の表示デバイスが実現できる。

また、本発明の表示デバイスでは、金属製筐体またはメタル基板と、透明プレートとの間に、耐候性に優れる樹脂を用いるので、紫外線や湿度による光半導体素子の劣化を有効に防止することができる。この結果、屋外で、長時間使用できる表示デバイスが得られる。

（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。なお、本実施の形態では、表示デバイスの一例としてＬＥＤ表示デバイスを挙げて説明する。図１は本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ表示デバイスの一部を破断して示す概略縦断面図であり、図２は本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ表示デバイスの平面図であり、図３は本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ表示デバイスの底面図であり、図４は図１の一部拡大図であり、図５は図２の一部拡大図である。本実施の形態のＬＥＤ表示デバイス１０は、図に示すように、前面側が開口しその底部にガラスエポキシ樹脂から成るプリント基板１１を設けた金属製筐体１３と、金属製筐体１３の開口を覆う耐紫外線性能を有する透明プレート１４とを備えている。プリント基板１１には、複数の光半導体素子としてのＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）１２が配置されている。ＬＥＤ１２は電極パッド６０上にマウントされ、ボンディングワイヤ６２を介して電極パッド６１に接続されている（図５参照）。なお、本実施の形態では、光半導体素子としてはＬＥＤ１２を使用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、フォトダイオード等であってもよい。また、プリント基板１１に配置されるＬＥＤ１２は単数であってもよい。

前記プリント基板１１は、耐候性に優れた透光性樹脂から成る透光性樹脂被覆層としてのシリコン樹脂被覆層１５によって被覆されている。このシリコン樹脂被覆層１５は、ＬＥＤ１２を覆うべくプリント基板１１の前面側表面に設けられると共に、プリント基板１１の側面にも回り込んで設けられている（図４参照）。このシリコン樹脂被覆層１５のうちプリント基板１１の前面側表面を覆う被覆層部分１５ａ上に、透明プレート１４が密着した状態で固着されている。そして、この透明プレート１４は、その裏面周縁部が金属製筐体１３の開口周縁部に載置された状態となっている。なお、透明プレート１４は必ずしも裏面周縁部全周が金属製筐体１３の開口周縁部に載置されている必要はなく、裏面周縁部の一部が載置されていれば良い。また、本実施の形態では、耐候性に優れた透光性樹脂としてはシリコン樹脂を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、耐候性に優れた透光性樹脂であればシリコン樹脂以外のものを用いてもよく、また、シリコンオイルのようなゲル状材料を用いることも可能である。但し、ゲル状材料を用いる場合は、そのゲル状材料を完全に封止する構造とする必要がある。

透明プレート１４は、耐紫外線性能を有すればよく、ガラス板、ポリカーボネートのような透明な樹脂を用いることができる。

金属製筐体１３の底部には、電極パッド５０，５１の導出位置に対応した開口部１７が設けられており、この電極パッド５０，５１を介して例えば電源供給用の配線１６が外部に引き出されている。

上記構成のＬＥＤ表示デバイス１０は、以下のようにして製造される。図６は本実施に形態に係るＬＥＤ表示デバイスの製造方法を説明する図である。

図６（ａ）に示すように、凹部を有する金属製筐体１３の底部に、ＬＥＤ１２が配置されたプリント基板１１を載置する。

次に、図６（ｂ）に示すように、金属製筐体１３内を、シリコン樹脂（硬化後はシリコン樹脂被覆層１５に相当）のモノマーまたはオリゴマーを重合開始剤とともに満たす。シリコン樹脂は、耐候性に優れていることに加えて、耐光性、耐水性、電気絶縁性に優れるので、ＬＥＤ表示デバイス１０の光度劣化を有効に抑制できる。シリコン樹脂のモノマーまたはオリゴマーを重合開始剤とともに、金属製筐体１３の内に充填する。このときに、空気層を生じない程度の量のモノマーまたはオリゴマーを充填する。

次に、図６（ｃ）に示すように透明プレート１４を載置した後に、加熱あるいは室温に放置して、シリコン樹脂を硬化させればよい。また、図示はしていないが、プリント基板１１の下に、シリコン樹脂のモノマーまたはオリゴマーを塗布しておいてもよく、金属製筐体１３内に過剰に充填してもよい。このようにすれば、プリント基板１１の裏面に設けられた電極の周辺もシリコン樹脂で保護することができるとともに、プリント基板１１の裏面と金属製筐体１３の底部との密着性が向上するので、プリント基板１１から金属製筐体１３への放熱効果を向上することができる。

このようにして得られたＬＥＤ表示デバイス１０は、プリント基板１１がシリコン樹脂（シリコン樹脂被覆層１５に相当する）を介して透明プレート１４と直接固着されることになるので、透明プレート１４とシリコン樹脂被覆層１５間に空気層が存在せず、そのため結露の発生を防止することができる。また、シリコン樹脂被覆層１５は耐紫外線性能を有するので、屋外で使用しても、ＬＥＤ１２が劣化せず、長期間使用できる。

上記方法で製造されたＬＥＤ表示デバイス１０は、プリント基板１１と、透明プレート１４と、金属製筐体１３とが、シリコン樹脂で一体化されているので、従来のＬＥＤ表示デバイスに比べ、薄型にすることができる。この図で示す例では、ＬＥＤ表示デバイス１０の厚みは、６ｍｍ程度であり、従来のＬＥＤ表示デバイスに比べてはるかに薄型化している。

また、ＬＥＤ表示デバイス１０は、金属製筐体１３と耐紫外線性能を有する透明プレート１４とにより、プリント基板１１とシリコン樹脂との周囲を取り囲む構造となる。この結果、硬度が十分でなく、単独で使用することには適さないシリコン樹脂の耐候性、耐水性を有効に利用することができる。

また、透明プレート１４の周縁部は、金属製筐体１３の開口周縁部に載置されるので、金属製筐体１３が透明プレート１４のストッパーとして機能する構造となるため、透明プレート１４の上方向から大きな負荷がかかった場合でも、ＬＥＤ１２を有効に保護できる。

さらに、以下のような、金属製筐体１３を用いる利点がある。

（１）金属製筐体１３は、プリント基板１１に直接接するため、放熱部材を設けなくても、ＬＥＤ１２からの発熱に対する放熱効果を有する。

（２）ＬＥＤ表示デバイス１０を、耐候性能を保有したパッケージ品として取り扱うことができる。特に、本発明に係るＬＥＤ表示デバイス１０は、金属製筐体１３に接続具を容易に取り付けることができるので、省スペース化が図られ、取り付け部品の削減、組み立て工数の簡略化を図ることができる。図７は本発明のＬＥＤ表示デバイス１０の応用例を示す図である。たとえば、図７（ａ）に示すように、金属製筐体１３の裏面にボルト１９を直接溶着・接着することができる。あるいは、図７（ｂ）に示すように、金属製筐体１３にボルト取り付け用の耳穴２０を付加することも容易である。

（３）また、図７（ｃ）に示すように、金属製筐体１３の裏面にコネクタ２１などの接続部品を設けて、多数のＬＥＤ表示デバイスを継ぎ目なく、繋げることができる。この結果、大面積ＬＥＤ表示用ディスプレイやマトリクスＬＥＤ表示用ディスプレイとして、用いることができる。

さらに、透明プレート１４を、レンズ性能を持ったプレートに置き換えれば、高輝度化・高視野角化した表示デバイスにすることができる。また、透明プレート１４を、波長変換機能を持ったプレートに置き換えれば、多色化機能を有するＬＥＤ表示デバイスにすることができる。

上記ＬＥＤ表示デバイスでは、可視光、赤外光、紫外光の単色発光、ＲＧＢ３素子によるマルチカラー発光、青色ＬＥＤと波長変換材料（蛍光体）を組み合わせたカラー発光を行うことができる。特に、発光波長が短い青色ＬＥＤを用いても、シリコン樹脂が耐紫外線能を有しているので、青色ＬＥＤによる劣化が防止できる。

（実施の形態２）
図８は本発明の別の実施の形態を示す概略縦断面図である。この例では、図８に示すように、上記実施の形態１で用いられた金属製筐体１３及びプリント基板１１に代えて、筐体状のメタル基板１８を用いる。使用するメタル基板１８の材質としては、アルミニウムなど公知のメタル基板材料として使用できるものが使用できる。

このように、メタル基板１８を用いることで、上記実施の形態１で得られる効果に加え、さらに薄型化することができ、部品点数を削減することができる。

（実施の形態３）
図９は本発明の別の実施の形態を示す概略縦断面図である。この例では、図９に示すように、上記の表示デバイス１０に駆動回路と電源部とからなる回路ユニット３０を加えたものである。

上記したように、本発明のＬＥＤ表示デバイス１０は、カラー発光に用いることができる。したがって、図９に示すように、色制御可能な駆動回路と電源とを加えることで、色の制御が可能な薄型表示ユニットを得ることができる。

（使用例）
上記したように、本発明のＬＥＤ表示デバイス１０は、薄型で、耐候性に優れるので、屋外環境下での使用に適する。具体的には、図１０に示すような道路標識４０として使用でき、その他、電車方向表示器などの鉄道関係での使用、あるいはインテリア、エクステリア壁面照明用のタイルとして使用することもできる。

また、太陽電池構造とＬＥＤとを同パッケージ内に内蔵するハイブリッドＬＥＤへの応用が可能である。

以上、本発明のＬＥＤ表示デバイス１０が屋外で使用することに好適であることを説明したが、屋内で使用することを妨げるものではない。

本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ表示デバイスの一部破断して示す概略縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ表示デバイスの平面図である。 本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ表示デバイスの底面図である。 図１の一部拡大図である。 図２の一部拡大図である。 本実施に形態に係るＬＥＤ表示デバイスの製造方法を説明する図である。 本発明のＬＥＤ表示デバイスの応用例を示す図である。 本発明の別の実施の形態を示す概略縦断面図である。 本発明の別の実施の形態を示す概略縦断面図である。 本発明のＬＥＤ表示デバイスの使用例を説明する図である。 従来のＬＥＤ表示デバイスを示す図である。図１１（ａ）は、従来のＬＥＤ表示デバイスを示し、図１１（ｂ）は、従来のＬＥＤ表示デバイスを、屋外で使用する場合の使用例を示す図である。

符号の説明

１０ ＬＥＤ表示デバイス
１１ プリント基板
１２ ＬＥＤ
１３ 金属製筐体
１４ 透明プレート
１５ シリコン樹脂被覆層
１６ 配線
１８ メタル基板
１９ ボルト
２０ 耳穴
２１ コネクタ
１００ ＬＥＤ表示デバイス
１０１ ＬＥＤ
１０２ 配線基板
１０３ 透光性樹脂
１０４ 筐体
１０５ 窓
１０６ 放熱板

Claims (4)

1. 前面側が開口し、底部に、複数もしくは単数の光半導体素子を配置したプリント基板を設けた金属製筐体と、
   前記金属製筐体の開口を覆う、耐紫外線性能を有する透明プレートと、
   を備え、
   前記プリント基板の少なくとも前面側表面には、耐候性に優れた透光性樹脂から成る透光性樹脂被覆層が、前記光半導体素子を覆うようにして設けられており、前記透光性樹脂被覆層のうちプリント基板の前面側表面を覆う被覆層部分上に、前記透明プレートが密着されていることを特徴とする表示デバイス。
2. 前記透光性樹脂は、前記プリント基板の裏面を含む全面を被覆しており、このプリント基板の裏面側表面を覆う被覆層部分は、前記金属製筐体の底部と密着している、請求項１記載の表示デバイス。
3. 前面側が開口し、底部に、複数もしくは単数の光半導体素子が配置された筐体状のメタル基板と、
   前記メタル基板の開口を覆う、耐紫外線性能を有する透明プレートと、
   を備え、
   前記メタル基板の底部表面には、耐候性に優れた透光性樹脂から成る透光性樹脂被覆層が前記光半導体素子を覆うようにして設けられており、前記透光性樹脂被覆層上に、前記透明プレートが密着されていることを特徴とする表示デバイス。
4. 前記金属筐体または前記メタル基板の裏面部には色制御可能な駆動回路と電源部とが設けられていることを特徴とする請求項1〜３の何れかに記載の表示デバイス。