JP6091189B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置に関するものであり、特に、多数のレンズ付きＬＥＤと呼ばれるＬＥＤ素子を規則的に配列して、表示部を構成する表示装置に関する。

従来の多数のレンズ付きＬＥＤを規則的に配置して表示部を構成する表示装置においては、表示面のＬＥＤ配置部を除いた部分をブラックマトリクスと呼ばれる樹脂性の穴開きカバー板（樹脂製カバー）が覆い、ＬＥＤを実装した基板上に被せられて用いられることが多い。これは、基板面の色や反射を抑制するため、また均一な表示面を構成するために、樹脂の均一な表面で表示部の多くの部分をカバーするためである。
しかしながら、表示面の均一性の達成度には課題があり、板状の樹脂製カバー表面からの反射を抑制する技術が様々に開発されている（例えば、特許文献１、２参照。）。

特開２００１−５６６４７号公報 特開２０１１−９０１５２号公報

従来の表示装置においては、樹脂製カバーの表面からの反射を抑制する構造は開示されているが、ＬＥＤ素子のレンズ部と、樹脂製カバーに開口した開口部との間隙部からの光の反射を抑制するための対策がなされておらず、その間隙部に外光が入射した場合に、ＬＥＤ素子間を樹脂封止により埋設する防水樹脂層表面において外光が反射してしまう構造となっていた。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、ＬＥＤ素子のレンズ部と樹脂製カバーとの間にできる間隙に外光が入射したとしても、その外光の反射を抑制できる表示装置を得ることを目的とする。

この発明に係わる表示装置は、光を出射するレンズ部と基板に実装される実装部が一体形成されたＬＥＤ素子、上記基板上に行列配置された複数の上記ＬＥＤ素子の実装面を覆い、上記ＬＥＤ素子のレンズ部を表出させる開口部が開口された樹脂製カバー、上記基板の実装面と上記樹脂製カバーとの間に、上記ＬＥＤ素子の外周部を取り囲む形状に形成され、光の反射を抑制する反射率調整面部を備え、上記反射率調整面部は、各々の上記ＬＥＤ素子の外周部に装着されて用いられる環状部材を含み、隣り合う複数の上記環状部材は、応力を緩和する構造の連結部材によって繋げられ、一続きの格子状をなすものである。

この発明の表示装置によれば、基板の実装面と樹脂製カバーとの間に、ＬＥＤ素子の外周部を取り囲む形状に、光の反射を抑制する反射率調整面部を設けたことで、ＬＥＤ素子のレンズ部と樹脂製カバーとの間にできる隙間に入射した外光を反射率調整面部にて反射させて、反射率を調整することが可能となる。

この発明の実施の形態１による表示装置を示すものであり、ＬＥＤ素子の平面図、表示装置の断面図及び平面図、樹脂製カバーの平面図である。 この発明の実施の形態２による表示装置を示すものであり、環状部材の平面図、表示装置の断面図及び平面図、樹脂製カバーの平面図である。 この発明の実施の形態３による表示装置を示すものであり、表示装置の断面図、複数の環状部材とそれを連結する連結部材の配置を示す平面図である。 この発明の課題を説明するための図であり、従来の表示装置の断面図及び平面図である。 この発明の効果を説明するための表示装置の断面図であり、従来構造の表示装置と実施の形態２の表示装置の外光の反射率を模式的に示す図である。

実施の形態１．
まず、本発明の発明者による課題の考察について、図４を用いてより詳細に説明する。図４は、この発明の課題を説明するための図であり、従来の表示装置１００の断面図（ａ）及び平面図（ｂ）を示している。図４に示すように、砲弾型のＬＥＤ素子２１が基板１０上に実装され、基板１０上は防水樹脂層２０で封止されており、ＬＥＤ素子２１のＬＥＤチップ（図示せず）からの光を出射するレンズ部が、基板１０上に被せられた樹脂製カバー１５の開口部１５ａから外部に表出する状態では、開口部１５ａの外周とＬＥＤ素子２１のレンズ部外周との間に間隙ｄが生じる。
通常、従来技術を示す図面等において、表示装置には、クリアランスが無いように図示されるが、実際には１ｍｍ〜２ｍｍ幅程度の間隙ｄが、ＬＥＤ素子２１のレンズ部と樹脂製カバー１５との間に必要となる。

板状の樹脂製カバー１５は、その耐侯性や経済性などの観点から、ポリカーボネイト樹脂が使われることが多いが、ポリカーボネイト樹脂は、線膨張係数が、各種合成樹脂の中では比較的大きいという性質がある。その熱膨張係数は、樹脂グレードなどにより差はあるが概ね約7.0*10^(-5)となっている。
例えば、600mmの長さを持つ薄板状の樹脂製カバー１５を想定し、0℃→50℃の温度変化とすると熱膨張長さΔＬは次のように表される。ここで薄板とは厚み5ｍｍ〜10ｍｍ程度である。
ΔL＝7.0*10^(-5)*(50-0)*600=2.1mm

一方、ＬＥＤ素子２１を実装する基板１０は、ＦＲ−４と呼ばれるガラス繊維入りエポキシ基板が使われる事が多い。この材料は1.0〜2.0*10^(-5)と線膨張係数が小さいことと、温度上昇が樹脂製カバー１５に比べれば小さいことから、基板１０と樹脂製カバー１５の伸長度合が異なってくることが分かる。
そのため、ＬＥＤ素子２１のレンズ部と樹脂製カバー１５の開口部１５ａ間の間隙ｄが小さい場合、基板１０上に実装されたＬＥＤ素子２１と、樹脂製カバー１５に設けられた開口部１５ａとが、それぞれの熱膨張係数の違いによる伸長度合の差に起因したズレによって干渉してしまい、樹脂製カバー１５の曲がりや浮きが発生し、表示品質を大きく悪化させてしまうことが考えられる。
ＬＥＤ素子２１と開口部１５ａの寸法に差を付けることで、間隙ｄを設け干渉を防止していた。
しかし、ＬＥＤ素子２１のレンズ部と開口部１５ａとの間隙ｄが有る為に、その部分での外光の反射が発生し、通常時の表示装置１００の表示品質を低下させるという問題があった。

表示装置１００のＬＥＤ実装ピッチ（ここでの実装ピッチは、ＬＥＤ間の間隙とする。）は８ｍｍ〜２０ｍｍであり、そのピッチにおいて１ｍｍの間隙の与える影響は大きなものとなる。
屋外型の表示装置１００の場合は、通常、ＬＥＤ素子２１間は防水樹脂層２０により封止されているが、その防水樹脂層２０の表面は平滑であるため、黒色の樹脂であっても表面反射率は、樹脂製カバー１５の表面の反射防止溝形成面部の反射率よりも大きいものとなり、その部分での外光の反射で表示品質を低下させていた。

そこで、本発明の実施の形態１の表示装置１では、図１にその模式図を示すように、ＬＥＤ素子１１のレンズ部１２と樹脂製カバー１５の開口部１５ａとの間隙ｄ、外光の反射を抑制する反射率調整面部１４を新たに設けることにより、表示品質を向上させることを提案する。

図１は、この発明の実施の形態１である表示装置１を部分的に表示した模式図であり、図１（ａ）は、本発明の反射率調整面部１４を含むＬＥＤ素子１１の平面図、図１（ｂ）は、ＬＥＤ素子１１が実装された、図１（ａ）の破線Ａに沿った断面に相当する表示装置１の断面図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）の表示装置１の平面図、図１（ｄ）は、表示装置１を構成する樹脂製カバー１５の平面図であり、表面が反射防止溝形成面部１６となるようにチェッカー模様が彫り込まれた状態を模式的に示している。

ここで、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＬＥＤ素子１１は、ＬＥＤチップから光を外部に出射する部分であって、樹脂製カバー１５の開口部１５ａから外部に表出する部分であるレンズ部１２と、レンズ部１２と一体構造であり、基板１０に実装される側の実装部となり、樹脂製カバー１５と基板１０との間に位置する部分である台座部１３によって構成されている。図示したように、ＬＥＤ素子１１の実装部は、レンズ部１２よりも大きく広がりを持つ台座部１３を持ち、その台座部１３の表面には、反射防止用の溝が、例えばチェッカー模様となるように刻まれた反射率調整面部１４が形成されている。また、反射率調整面部１４は、台座部１３の表面におけるレンズ部１２の外周から、樹脂製カバー１５の開口部１５ａの外周までの範囲を含み、さらに外側に広がりを持つ面部として形成され、樹脂製カバー１５の裏側（基板１０の実装面と樹脂製カバー１５との間。）に、カバー板と平行となるように配設される。

また、図１（ｄ）に例示したように、樹脂製カバー１５の表面にも、反射防止の溝が刻まれて反射防止溝形成面部１６が形成されており、図１（ｃ）の表示装置１の平面図に示すように、表示装置１の上面は、ＬＥＤ素子１１のレンズ部１２以外の領域は、樹脂製カバー１５の反射防止溝形成面部１６か、ＬＥＤ素子１１の台座部１３の反射率調整面部１４によって覆われた状態となる。

なお、図１（ａ）及び（ｄ）では、反射率調整面部１４、反射防止溝形成面部１６の反射防止用の溝がチェッカー模様である例を示していたが、この模様以外の溝形状とすることも可能であり、溝を形成する以外にも、反射率を低減させることが可能となる加工を施すことによって反射率調整面部１４、反射防止溝形成面部１６を形成しても良いことは言うまでもない。

このように、光を出射するレンズ部１２と基板１０に実装される台座部（実装部）１３が一体形成されたＬＥＤ素子１１、その基板１０上のＬＥＤ素子１１の実装面を覆い、ＬＥＤ素子１１のレンズ部１２を表出させる開口部１５ａが開口された樹脂製カバー１５、基板１０の実装面と樹脂製カバー１５との間に、ＬＥＤ素子１１の外周部を取り囲む形状に形成され、光の反射を抑制する反射率調整面部１４を設けた表示装置１は、反射率調整面部１４と反射防止溝形成面部１６の反射率を揃えることによって、正面からの光が樹脂製カバー１５に当たって反射する場合と、レンズ部１２の周囲の間隙ｄに外光が入射し、レンズ部１２周囲部分の台座部１３の表面の反射率調整面部１４に当たって反射する場合の差が少なく、均一な表示面を得ることができる。

また、従来と同様、樹脂製カバー１５の開口部１５ａやＬＥＤ素子１１のレンズ部１２の配置を変更することがないため、温度変化の収縮による変形の影響を樹脂製カバー１５に与えることなく、実質的に、従来構造における開口部１５ａとレンズ部１２との間隙ｄの悪影響を無くし、良好な表示特性を得ることが可能となる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２の表示装置２について説明する。上述の実施の形態１では、反射率調整面部１４を、ＬＥＤ素子１１のレンズ形状を変化させることで形成したが、この実施の形態２では、別部材を用いて反射率調整面部１４を形成する。
図２は、この発明の実施の形態２の表示装置２を模式的に示した図であり、図２（ａ）は、本発明の特徴となる反射率調整面部１４が設けられた環状部材３０の平面図であり、その反射率調整面部１４は、チェッカー模様などの反射防止用の溝が形成され、光の反射率が抑制されるよう構成されている。この実施の形態２ではＬＥＤ素子２１は砲弾型の形状であり、光が出射されるレンズ部２２と、基板１０に実装される側の実装部２３とがほぼ同寸となるように形成されている。また、環状部材３０の内径は、レンズ部２２の外周よりわずかに大径となるように、また、環状部材３０の外径は、開口部１５ａの外周よりも大径となるようにし、表示装置２に装着後に、開口部１５ａの外周と環状部材３０との間に防水樹脂層２０が露出しないような寸法に調整する。

図２（ｂ）は、実施の形態２の表示装置２の断面構造を示す模式図であり、間隙ｄに入射する光の反射率を抑制する環状部材３０は、上述したように、ＬＥＤ素子２１とは別の部品として形成され、この環状部材３０が、砲弾型のＬＥＤ素子２１の外周に、かつ樹脂製カバー１５よりも基板１０側に嵌め込まれて用いられる。なお、環状部材３０は、フローティング状態で配置することができる。環状部材３０を他部に接着するなどして固定して用いることもできるが、その場合は熱的な変形を考慮し、表示特性に影響を与えない固定箇所とする。なお、環状部材３０の外径は、樹脂製カバー１５の開口部１５ａの開口寸法よりも大きいため、フローティング状態で装着しても脱落することは無い。なお、図２（ｂ）では、図１（ｂ）のような反射率調整面部１４または反射防止溝形成面部１６の、チェッカー模様などの反射防止用の溝をイメージした凹凸ハッチングは略記している。

図２（ｃ）に、表示装置２の平面図を示すように、レンズ部２２と開口部１５ａとの間隙ｄには、環状部材３０の反射率調整面部１４が露出する構造が得られる。ここで、図２（ｄ）に、樹脂製カバー１５の平面図を示すように、樹脂製カバー１５の上面は反射防止溝形成面部１６となるように加工が施されている。環状部材３０の反射率調整面部１４の反射率は、反射防止溝形成面部１６と同等の反射率となるように調整されている。

ここで、図５を用いて、本発明の実施の形態２の表示装置２と、従来構造の表示装置１００との外光の反射状態を比較する。図５（ａ）は、従来構造の表示装置１００に斜め方向から外光５０が入射した場合の光の反射の状態を示している。図示するように、外光５０が基板１０に対し斜め方向から入射し、樹脂製カバー１５の表面に入射した場合は、樹脂製カバー１５の上面に形成された反射防止溝形成面部１６の効果により反射光５１は、所定の大きさに低減されて反射する。一方、ＬＥＤ素子２１の外周と樹脂製カバー１５の開口部１５ａとの間隙ｄに相当する領域に入射した外光５０は、防水樹脂層２０の表面にて反射し、その反射率は反射防止溝形成面部１６の反射率より大きいため、反射光５２の反射率は、反射光５１のそれよりも大きなものとなる。

図５（ｂ）に、実施の形態２の表示装置２に斜め方向から外光５０が入射した場合の光の反射の状態を示すように、間隙ｄとなる領域が、環状部材３０により塞がれ、環状部材３０の上面（反射率調整面部１４）にて反射した反射光５３は、環状部材３０の上面の反射率調整面部１４の反射率で反射され、樹脂製カバー１５の上面で反射した反射光５１と同等の反射率となる。また、反射率調整面部１４と反射防止溝形成面部１６とが互いに平行な面部となるよう配置されるため、反射方向も均一化し、反射光強度においても反射方向においても表示特性が均一化された表示装置２が得られたことが分かる。

このように構成された実施の形態２の表示装置２は、環状部材３０の上面の反射率調整面部１４と樹脂製カバー１５の表面に形成された反射防止溝形成面部１６との光の反射率を均一化でき、正面からの光が樹脂製カバー１５に当たって反射する場合と、ＬＥＤ素子２１の周囲部分の環状部材３０の上面（反射率調整面部１４）に当たって反射する場合の差を少なくでき、表示特性を向上させることが可能である。これにより、温度変化の収縮による変形の影響を樹脂製カバー１５に与えることなく、ＬＥＤ素子２１と樹脂製カバー１５の間隙ｄの影響を実質的に排除することができる。

実施の形態３．
上述の実施の形態２では、環状部材３０は、各ＬＥＤ素子２１の外周に１個ずつ装着された状態で用いられる例を示した。この実施の形態２では、環状部材３０の複数個を連結するための連結部材４０を用い、複数の環状部材３０が一続きに繋げられて用いられる例について説明する。図３は、この実施の形態３による表示装置３を示しており、図３（ａ）は表示装置３の断面図、図３（ｂ）は、４つ（２×２）の環状部材３０が、応力を緩和する連結部材４０によって連結されて一続きの格子状部材４１が形成された状態を示す平面図を示している。

このように構成された表示装置３は、基板１０上に複数のＬＥＤ素子２１が実装され、各々のＬＥＤ素子２１に環状部材３０が装着され、隣接する複数の環状部材３０は、応力を緩和する構造の連結部材４０によって繋げられ、格子状部材４１を構成している。
ＬＥＤ素子２１への環状部材３０の装着は、環状部材３０を連結部材４０で組み合わせて格子状とした格子状部材４１を、樹脂製カバー１５装着前の基板に実装されたＬＥＤ素子２１の外周に環状部材３０を嵌め込むことによって行い、この装着動作は上述の実施の形態２と同様である。格子状部材４１の装着後、実装基板に樹脂製カバー１５を組み付けることで、樹脂製カバー１５の裏側（基板１０側）に格子状部材４１を配置することができる。

なお、格子状部材４１の樹脂製カバー１５の開口部１５ａに位置する環状部材３０の反射率調整面部１４には、反射防止の溝が刻まれている。また、樹脂製カバー１５の表面にも同様の反射防止の溝が刻まれ、反射防止溝形成面部１６が形成されている。
格子状部材４１となる樹脂成型品の連結部材４０には、応力を緩和させる構造として、一部にＺ状またはジグザグ状に形成された湾曲部分を設けている。

このように、複数の環状部材３０を連結部材４０によって繋いで格子状部材４１を形成することで、一つの格子状部材４１をＬＥＤ素子実装基板に装着させることで、一度の作業で複数の環状部材３０をＬＥＤ素子２１に一度に複数個装着させることが可能であり、作業性を向上させることができる。

このように構成された表示装置３は、実施の形態２の場合と同様に、ＬＥＤ素子２１が実装された基板１０を覆うように、格子状部材４１が取り付けられた状態では、正面からの光が樹脂製カバー１５の反射防止溝形成面部１６に当たって反射する場合と、ＬＥＤ素子２１の周囲部分の環状部材３０の表面である反射率調整面部１４に当たって反射する場合の差が少なく、均一な表示特性の表示面が得られる。そのため、表示面全体としての反射率を均一化させることができ、表示特性の均一性を向上させることが可能となる。また、連結部材４０が応力緩和構造であるため、格子状部材４１の温度変化による収縮等の変形の影響を他部に与えることがない。このように、環状部材３０と連結部材４０が繋げられた格子状部材４１を用いた場合においても、ＬＥＤ素子２１と樹脂製カバー１５の開口
部の間隙を実質的に無くした状態とでき、良好な表示特性を得ることができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１，２，３，１００ 表示装置、１０ 基板、１１，２１ ＬＥＤ素子、１２，２２ レンズ部、１３ 台座部（実装部）、１４ 反射率調整面部、
１５ 樹脂製カバー、１５ａ 開口部、１６ 反射防止溝形成面部、２０ 防水樹脂層、２３ 実装部、３０ 環状部材、４０ 連結部材、４１ 格子状部材、５０ 外光、５１，５２，５３ 反射光。

Claims (3)

1. 光を出射するレンズ部と基板に実装される実装部が一体形成されたＬＥＤ素子、上記基板上に行列配置された複数の上記ＬＥＤ素子の実装面を覆い、上記ＬＥＤ素子のレンズ部を表出させる開口部が開口された樹脂製カバー、上記基板の実装面と上記樹脂製カバーとの間に、上記ＬＥＤ素子の外周部を取り囲む形状に形成され、光の反射を抑制する反射率調整面部を備え、
   上記反射率調整面部は、各々の上記ＬＥＤ素子の外周部に装着されて用いられる環状部材を含み、隣り合う複数の上記環状部材は、応力を緩和する構造の連結部材によって繋げられ、一続きの格子状をなすことを特徴とする表示装置。
2. 上記連結部材は、湾曲部分を含むことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 上記反射率調整面部は、上記レンズ部の外周から上記開口部の外周までの範囲を含む領
   域にかけて設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の表示装置。