JP3629742B2 - 発光ダイオード素子表示装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば表示装置用の発光ダイオード素子(以下LEDということにする)を画素としてカラー画像を表示することのできる発光ダイオード素子表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
各種表示デバイスによる大型画面の表示装置が知られているが、このような大型画面の表示装置として、近年の青色の発光ダイオード素子(以下LED(Light Emitted Diode)と略す)の高輝度化に伴い、この青色のLEDと赤色のLED及び緑色のLEDを用いてフルカラー画像を表示するLED表示装置が開発されてきている。
【0003】
図7は、このようなLED表示装置の表示パネル部分の一例を示す図であり、この図に示すLED表示装置1には、例えば発光素子である表示装置用のLED2がドットマトリクス状に配されて画像表示を行うようにされている。このようなLED2としては、例えば図8に示すように略半球状の軸対称レンズタイプの形状のエポキシ樹脂レンズ3により内部のペレット(図示しない)をモールドしたものが知られている。4は電極リードを示す。
なお、この図に示すLED表示装置1では、16(縦)×16(横)=256個のLED2が設けられているが、これはあくまでも概念的なもので、例えば実際には、この図のような表示パネルを複数組み合わせて、更に多くの数のLED2により大型画面による表示がなされる。また、実際にフルカラー画像表示に対応する場合には、例えば青色、赤色、緑色LEDの組み合わせにより1画素を形成し、これらの画素単位がX−Y軸上でマトリクス状に配置されることになる。
【0004】
LED表示装置に用いるLEDとしては、青色、赤色、緑色LEDのように単色で発光するLEDを組み合わせるのではなく、例えば青色、赤色、緑色のうち、2色のペレットを1つのLED素子内に設けて2色の発光を可能とした2色LEDと、他の1色が発光するLEDからなる2つのLEDにより色画素を形成して色再現を行うようにすることも考えられている。
【0005】
図9(a)(b)(c)に、上記2色LED2の内部構造を側面図、平面図及び正面図により示す。なお、その外形形状は図8に示したものと同様でよいものとされるが、この場合には電極リード4が3本となる。
これらの図に示すように、2色LED2では、中央の負電極リード4aにそれぞれ異なる色が発光する2つのペレット5(C1 )及び5(C2 )が設けられている。これらペレット5(C1 )、5(C2 )はよく知られているように、半導体のPN接合部により形成したもので、このPN接合部を形成している半導体の材質によって異なる発光色を得るものである。そして、表示装置用LEDの場合であれば、色C1 、C2 には赤、緑、青のうち、例えば、比較的発光が容易な赤と緑のペレットが用いられる。
また、図10はペレット5(C1 )、(C2 )の周辺部分を示す拡大斜視図であり、実際には、負電極リード4a上にペレットから出射される光をほぼ正面方向に反射させるためのリフレクタRが形成され、このリフレクタR内にペレット5(C1 )、(C2 )があるように配置される。
そして、これらのペレット5(C1 )及び5(C2 )は、図9(a)(b)(c)から分かるように、それぞれ正電極リード4b,4cとボンディングワイヤ6、6により接続され、これを軸対称タイプの樹脂レンズ3によりモールドして構成される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図9に示したような構造の2色LED2は、軸対称タイプの樹脂レンズ3の作用により、図11(a)に示すように、ペレット5(C1 )、(C2 )からの光が、ほぼレンズの中心軸Jに沿うように屈折される。つまり出射光に比較的狭い指向性を与えて、例えば、図9(a)の平面方向から観視した場合に高輝度が得られるようにしている。ところが、この場合には、ペレット5(C1 )、(C2 )の配列方向に沿う観視位置によっては、ペレット5(C1 )と(C2 )の発光色の輝度比が異なってしまうという不都合が生じる。従って、実際にこの2色LED2を用いてLED表示装置を構成した場合、ペレット5(C1 )、(C2 )の配列方向に沿った観視位置が正面からずれるにしたがって、画像の色相が適正でなくなってくる。
【0007】
また、大画面によるLED表示装置としての使用条件を考慮すると、上下(垂直)方向の視野角はそれほど要求されないが 少なくとも左右方向の視野角はできるだけ広く取れるようにすることが好ましい。しかし、図8や図9に示したような軸対称タイプの樹脂レンズ3のLED素子では、そのレンズの収束作用によって、指向性が比較的強くなるため、このようなLED2を表示素子に用いた表示装置では、視野角を広く取るようにすることが困難となる。
【0008】
そこで対策として、樹脂レンズ3に光を拡散させる作用を有する拡散剤を混入することが知られており、このようにすれば図10(b)の破線の矢印に示すようにLED2からは光が拡散して広い指向性で出射されるため、視野角(この場合は垂直/水平の両方向)を広く取ることができる。また、2色LED2であれば、ペレット5(C1 )、(C2 )の配列方向に沿った観視位置によって発光色の輝度比が異なることも解消される。
【0009】
ところが、樹脂レンズ3に光拡散剤を混入すると出射光が拡散するのに応じて輝度が低下してしまい、この場合には、高輝度が求められる表示装置用のLEDとしては適さなくなってしまうという問題を抱えることになる。
【0010】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明の発光ダイオード素子表示装置は上記した問題点を解決するため、赤色を発光する赤色ペレットと、緑色を発光する緑色ペレットと、前記赤色ペレットおよび前記緑色ペレットをモールドして所定の一方向に光が収束するような形状に形成されたレンズ 部とを有して構成される第1の発光ダイオード素子と、青色を発光する青色ペレットと、前記青色ペレットをモールドして所定の一方向に光が収束するような形状に形成されたレンズ部とを有して構成される第2の発光ダイオード素子とを有し、前記第1の発光ダイオード素子と前記第2の発光ダイオード素子とを組み合わせて全部または一部の画素を構成するようにされていることとした。
【0011】
また、前記第2の発光ダイオード素子の青色ペレットが、前記第1の発光ダイオード素子の緑色ペレットよりも赤色ペレットに近接するように、前記第1の発光ダイオード素子と前記第2の発光ダイオード素子とを組み合わせて配置して画素を構成することとした。
また、前記第1の発光ダイオード素子と第2の発光ダイオード素子とから構成される画素と、前記第1の発光ダイオード素子のみから構成される画素とが混在するようにされていることとした。
【0012】
【作用】
上記本発明の表示装置において、赤色ペレットと緑色ペレットが配列された2色LEDと、青色ペレットのみによる単色のLEDの組み合わせにより1画素を形成することで、赤色、緑色、青色のうち混色しにくいとされる赤色と緑色の互いの距離が近くなるため、視覚的に複数の色が混色して見えるようになるまでの距離(混色距離という)を短くすることができる。
また、この際、青色LEDを、2色LEDの赤色ペレットが配列された側に配置するようにして、赤色、緑色、青色ペレットの配列状態として、赤色ペレットが画素の中央に位置するようにすれば、例えば混色距離よりも近付いた状態で表示装置をみたような場合も色の分離が目立ちにくくなるようにすることが可能となる。
【0013】
【実施例】
図1の斜視図と、図2(a)(b)(c)の側面図、正面図及び平面図に本発明の実施例となるLED表示装置に用いられるLEDの外観及び内部構造を示し、図8及び図9と同一部分は同一符号を付して説明を省略する。
先ず、本実施例のLED表示装置においては、図1に示すように赤色ペレットと緑色ペレットを備えて赤色と緑色の2色が発光可能な2色LED2(R・G)と、青色ペレットのみが設けられる青色LED2(B)を、水平方向に並べるように配置した組み合わせにより、色再現を行う1画素を形成するようにされている。
【0014】
そして、例えばこの組み合わせによる色画素(2色LED2(R・G)及び青色LED2(B))がX−Y軸上にマトリクス状に配置されてLED表示装置を構成することになる。
ここで、図3に本実施例の2色LED2(R・G)及び青色LED2(B)を用いたLED表示装置1の前面パネルを示す。なお、この場合も先に図7に示したLED表示装置1で述べたと同様に、16(縦)×16(横)=256個のLED2が設けられているがあくまでも概念的なものであって、例えば実際には更に多くのパネルの組み合わせにより大型画面を形成することになる。
【0015】
また、本実施例では2色LED2(R・G)及び青色LED2(B)の樹脂レンズ3は、図1及び図2から分かるように、一方向にのみ出射光が収束するレンズ作用を有するシリンドリカルレンズとして形成されて、例えば図1の配置状態であれば、垂直方向にのみレンズ作用を有することになる。即ち、本実施例の場合、垂直方向ではレンズ作用によって出射光が集光して狭い指向性が得られ、水平方向では光が拡散して広い指向性を有することになる。
これにより、2色LED2(R・G)の場合、図2(c)の実線の矢印に示すように水平方向(レンズ作用を有しない方向となる)の観視位置が異なっても、従来例として図11(a)で説明したような発光色の輝度比の変化を解消するようにされる。また、垂直方向の出射光は集光されて輝度を維持することができる。
【0016】
また、2色LED2(R・G)の赤色及び緑色ペレット5(R),5(G)は、図2(b)に示すように、それぞれ樹脂レンズ3のシリンドリカル形状の中心軸Jに沿って並べるようにして配置される。また、青色LED2(B)の青色ペレット5(B)も同様に、樹脂レンズ3の中心軸Jにあるようにされる。そして、これら2色LED2(R・G)及び青色LED2(B)は、例えば表示装置の表示パネル上において、図1及び図2(b)に示すように水平方向に互いの中心軸Jが一致するようにして配置される。
【0017】
上記のように、2色LED2(R・G)及び青色LED2(B)が配置された場合の、発光源となる赤色ペレット5(R)、緑色ペレット5(G)及び青色ペレット5(B)の位置関係を図4に示す。なお、この図におけるPは各ペレット5(R)、5(G)、5(B)により形成される画素を示す。
この図のように、2色LED2(R・G)の赤色ペレット5(R)と緑色ペレット5(G)に加え、青色LED2(B)の青色ペレット5(B)も同様に樹脂レンズ3の中心軸Jに沿って並ぶように位置する。このため、R、G、Bの全ての発光色は垂直方向において、それぞれ均一な指向性により出射されることになる。このため、R、G、Bそれぞれの発光色は、垂直方向の観視位置によっても輝度比が変化しないことになる。
【0018】
例えば、このような2色LED2(R・G)及び青色LED2(B)により構成されるLED表示装置1(図3参照)では、水平方向はレンズ作用の影響を受けずに光が出射されるため、例えば大型画面の表示装置で要求されるような、左右方向における広い視野角を得ることができる。また、一般に広い視野角が要求されない上下(垂直)方向は、レンズ作用により出射光を集光させて狭い指向性を与えているので輝度の低下が防がれることになる。更には、垂直及び水平方向における観視位置による画像の色相変化も解消される。
【0019】
また、本実施例では2色LED2(R・G)と青色LED2(B)の組み合わせとされていることから、例えば、図4からも分かるように、青色ペレット5(B)に対して赤色ペレット5(R)と緑色ペレット5(G)間の距離が短くなる。
これにより、混色しにくいとされている赤色と緑色が近接するようにされるため、混色距離の短いLED表示装置を構成することが可能になる。さらに、本実施例では1画素内におけるペレットの配列状態として、例えば図4のように左から5(R)−5(G)−5(B)として、1画素内において赤色が内側にあるようにしており、例えば上記混色距離より近い位置で表示装置を見た場合にも色の分離が目立ちにくいようにしている。
なお、図4においては上記のように左から5(G)−5(R)−5(B)と各ペレットが配列されているが、結果的に1画素内において赤色ペレットが内側に位置していればよく、例えば左から5(B)−5(R)−5(G)となるように、2色LED2(R・G)の向きと青色LED2(B)の組み合わせ位置を変更しても構わない。
【0020】
ところで、肉眼の網膜にあるといわれている赤、緑、青の3原色に対応する各受光器の視感度は、青が一番感度が悪く、次に赤であり、緑が最も感度が良いことが知られている。そして、このような視感度特性に基づけば、赤、緑、青のうち少なくとも青色の要素を間引いた単位画素を適宜マトリクス状の配列に混在させるようにして組み込んでLED表示装置を構成しても、フルカラー画像の色再現に影響を及ぼさないようにすることができるわけである。
【0021】
図5は、本実施例の2色LED2(R・G)と青色LED2(B)を配列して構成するLED表示装置の水平ラインを拡大して概念的に示す図とされ、例えば、画素P1 、P3 、P4 、P6 は2色LED2(R・G)と青色LED2(B)からなるR、G、Bにより1画素が形成されている。これに対して、画素P2 と画素P5 は、2色LED2(R・G)のみによって、つまりR、Gの色要素のみによって1画素が形成される。このように、適当に2色LED2(R・G)のみによる画素を混在させることによって、高価な青色LED2(B)の使用数を削減してコストを大幅に低減させることができる。
なお、表示画面全体に対する2色LED2(R・G)のみの画素の混在率や、列及び行方向における混在パターンは、視覚的な色の再現性に影響がないようにして適宜設定される。
【0022】
次に、図6は本実施例の2色LED2内のペレット5(R)、5(G)の周辺部を拡大して示す斜視図であり、図10と同一部分は同一符号を付して説明を省略する。
例えば、通常のペレット5(R)、5(G)の周囲に対しては、先に示した図10のように、円形による皿状のリフレクタRを電極リード4に形成したものが知られているが、本実施例の場合には、例えば図6に示すように、図示しない樹脂レンズ3のシリンドリカルレンズの中心軸Jに沿った反斜面RS 、RS を有するように形成することが好ましい。このようにすれば、垂直方向に屈折して出射される光量をより効率よく取り出すことができて、それだけ輝度も向上する。
【0023】
なお、本発明の表示装置用LED及びLED表示装置は、これまで説明してきた実施例に限定されるものではなく、例えば表示装置用LEDの具体的形状などは実際の使用条件等に応じて変更されて構わない。
【0024】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、表示装置用LEDの樹脂レンズをシリンドリカルレンズとして、内部のペレットをシリンドリカルレンズの中心軸に沿って配列することによって、所定の一方向にのみ出射光に対してレンズ作用を与えると共に、2色LEDであれば観視位置による輝度比の変化の無いものを得ることができる。
そして、これらの表示装置用LEDを配列して構成したLED表示装置では、特に大画面の表示装置に要求される水平方向の広い視野角を確保しながら、垂直方向に狭い指向性を与えて高輝度も維持でき、また、観視位置による色相の差が解消されるという効果も有している。
【0025】
また、赤色と緑色の2色が発光する2色LEDと、青色が単色で発光する青色LEDの組み合わせにより画素を形成するようにしていることで、混色しにくい赤色と緑色の発光源(ペレット)が近接するため、その混色距離を短くすることができるという効果を有している。この際、画素内において赤色ペレットが内側にくるように2色LEDと青色LEDを配列すれば、混色距離より近くで表示画像を見ても、色の分離が目立たないようにすることができる。更に、これら2つのLEDのうち、高価とされる青色LEDを適宜間引いて、赤色と緑色の2色LEDにみによる画素を混在させるようにすれば、大幅にコストを抑えることも可能になるという効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例としての表示装置用LEDの外観を示す斜視図である。
【図2】本実施例の表示装置用LEDの内部構造を示す側面図、正面図及び平面図である。
【図3】本実施例の表示装置用LEDを配列して構成されるLED表示装置の前面パネルを概念的に示す図である。
【図4】画素単位におけるR、G、Bのペレットの配列状態を示す説明図である。
【図5】本実施例のLED表示装置において、水平ラインにおける表示装置用LEDの配列状態を示す説明図である。
【図6】本実施例の表示装置用LEDのリフレクタの形状を示す拡大斜視図である。
【図7】従来例におけるLED表示装置の前面パネルを概念的に示す図である。
【図8】従来例における表示装置用LEDの外観を示す斜視図である。
【図9】従来例における表示装置用LEDの内部構造を示す側面図、平面図及び正面図である。
【図10】表示装置用LEDのリフレクタの一般的な形状を示す拡大斜視図である。
【図11】従来例における表示装置用LEDの出射光の状態を示す説明図である。
【符号の説明】
1 LED表示装置
2(R・G) 2色LED
2(B) 青色LED
3 樹脂レンズ
4a,4b,4c 電極リード
5(R) 赤色ペレット
5(G) 緑色ペレット
5(B) 青色ペレット
J レンズ中心軸
R リフレクタ
Claims (3)
- 赤色を発光する赤色ペレットと、緑色を発光する緑色ペレットと、前記赤色ペレットおよび前記緑色ペレットをモールドして所定の一方向に光が収束するような形状に形成されたレンズ部とを有して構成される第1の発光ダイオード素子と、
青色を発光する青色ペレットと、前記青色ペレットをモールドして所定の一方向に光が収束するような形状に形成されたレンズ部とを有して構成される第2の発光ダイオード素子とを有し、
前記第1の発光ダイオード素子と前記第2の発光ダイオード素子とを組み合わせて全部または一部の画素を構成するようにされていることを特徴とする発光ダイオード素子表示装置。 - 前記第2の発光ダイオード素子の青色ペレットが、前記第1の発光ダイオード素子の緑色ペレットよりも赤色ペレットに近接するように、前記第1の発光ダイオード素子と前記第2の発光ダイオード素子とを組み合わせて配置して画素を構成することを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード素子表示装置。
- 前記第1の発光ダイオード素子と第2の発光ダイオード素子とから構成される画素と、
前記第1の発光ダイオード素子のみから構成される画素とが混在するようにされていることを特徴とする請求項1記載の発光ダイオード素子表示装置。
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