JP6188408B2 - Ｌｅｄ表示素子および映像表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、３色のＬＥＤチップが一体化されたＬＥＤ表示素子およびこのＬＥＤ表示素子を使用した映像表示装置に関する。

大型映像表示装置には、３色のＬＥＤ（Laser Emission Diode）チップが使われている。３色のＬＥＤチップは、材料の構成上、指向特性がそれぞれ異なる。青色チップと緑色チップは、光の指向特性が似通っているが、赤色チップは青色チップおよび緑色チップとはかなり異なった指向特性を有する。３色のＬＥＤチップを同一のＬＥＤ表示素子の中に搭載した場合、指向特性の違いが混色に偏りを発生する。

ＬＥＤ表示素子の混色を改善するため、赤色ＬＥＤチップを真ん中に配置し、さらに隣り合うＬＥＤチップの向きを反対に配置することが行われている（例えば特許文献１）。このように配置することで、指向特性に偏りを生じない表示が可能とされている。３色のＬＥＤチップの配置や向きに制約がある場合、ＬＥＤ表示素子を実装する回路基板が限定されるため、ＬＥＤ表示素子の互換性が低くなる。

３色のＬＥＤチップを一体化したカラーディスプレイ用のＬＥＤ表示素子は３イン１ＬＥＤとも呼ばれている。大型映像表示装置用の３イン１ＬＥＤは、トップ面がフラット形状をしており、個々のＬＥＤチップの効率がＬＥＤ表示素子全体の効率を左右する。高輝度なＬＥＤ表示素子を製造するためには、高価な高効率チップが使用されている。また、一方向には曲率を持つが、それと直交する方向には曲率を持たないシリンドリカルレンズを使用する３イン１ＬＥＤでは、曲率を持たない方向の光が集光できない。垂直方向の視野角をあまり必要としない大型映像表示装置においては、視野角外での光はロスとなる。

特開２００２−８２６３５号公報

本願は、カラーディスプレイ対応の大型映像表示装置において ３色のＬＥＤチップの指向特性を揃えることで、色むらが少ない表示を目標にするものである。

本願に係るＬＥＤ表示素子は、一端が第１のリードフレームに接続されている青色ＬＥＤチップと、一端が第２のリードフレームに接続されている赤色ＬＥＤチップと、一端が第３のリードフレームに接続されている緑色ＬＥＤチップと、青色ＬＥＤチップと赤色ＬＥＤチップと緑色ＬＥＤチップが載置されていて、封止樹脂で充填されているカップ電極と、封止樹脂で充填されているカップ電極を囲繞し、天頂部が光の出射方向に向かって膨らんでいる樹脂パッケージと、を備えている。樹脂パッケージは、天頂部の曲率が、互いに直交する第１方向と第２方向で異なり、樹脂パッケージの底面は、黒色に着色されているものである。

３色のＬＥＤチップの指向特性を揃えることで、上下左右どこから見ても発色に偏りの少ない表示を実現できる。

大型映像表示装置を示す全体構成図である。 ＬＥＤ表示素子の外観構成を示す全体斜視図である。 ＬＥＤ表示素子の内部構成を示す正面図（図３Ａ）と側面図（図３Ｂ）である。 ＬＥＤ表示素子のリードフレームの構成を示す図である。 緑色ＬＥＤチップ（図５Ａ）、赤色ＬＥＤチップ（図５Ｂ）および青色ＬＥＤチップ（図５Ｃ）からの出射光の軌跡をそれぞれ現している図である。 基板の色が画質のコントラストに影響を与えることを説明するための平面図（図６Ａ）と側面図（図６Ｂ）である。 封止樹脂の形態が、凸型の場合（図７Ａ）、フラットの場合（図７Ｂ）、凹型の場合（図７Ｃ）を説明するための図である。 封止樹脂に含まれる拡散剤を説明するための図である。 高さの等しい３個のＬＥＤチップがカップ部に配置されている状況を説明するための図である。 ３個のＬＥＤチップが接着剤で高さを揃えてカップ部に配置されている状況を説明するための図である。 ３個のＬＥＤチップの高さを揃えるために考案されたカップ部の構造を説明するための図である。 樹脂パッケージの側面と角部の曲面を説明するための図である。 ＬＥＤ表示素子のリードフレーム及び基板が防水処理された状況を説明するための図である。 ３個のＬＥＤチップの配置の仕方を説明するための図（図１４Ａ〜図１４Ｃ）である。 円形のカップ部に載置された３個のＬＥＤチップの配置の仕方を説明するための図（図１５Ａおよび図１５Ｂ）である。 樹脂パッケージの外周にベースが形成されていることを説明するための図である。

以下に本発明にかかる大型映像表示装置およびＬＥＤ表示素子の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態に係る大型映像表示装置を示す全体構成図である。大型映像表示装置１００は、映像データ伝送配線３０、表示ユニット３１、中央分配装置３４、メンテナンス装置３５、アドレスデータ伝送配線３６などから構成されている。マトリクス状に配置されている表示ユニット３１は、少なくとも１台の映像表示ユニット３３と、これらを制御する制御装置３２を備えている。それぞれの表示ユニット３１はアドレスＸとアドレスＹを使って、標識Ｕ（Ｘ，Ｙ）で区別することができる。ここでは、４行３列の表示ユニットが図示されているが、本発明に係わる大型映像表示装置１００はこれに制限されるものではない。

表示ユニット３１は、ここでは、４個の映像表示ユニット３３を備えている。それぞれの映像表示ユニット３３は、例えば、６４×６４のＬＥＤ表示素子１から構成されている。大型映像表示装置１００には、左上から映像データ伝送配線３０を使って映像データが送られてくる。表示ユニット３１は、自分が担当するユニット領域の映像データを取り込み、映像表示ユニット３３に伝送する。

図２は実施の形態によるＬＥＤ表示素子１の外観を示す全体斜視図である。３イン１型のＬＥＤ表示素子１は、３色のＬＥＤチップを内蔵している。３色のＬＥＤチップは樹脂パッケージ５によりモールドされている。樹脂パッケージ５の天頂部５ｔは、３色のＬＥＤチップからの放出光の出射方向に向かって膨らんでいる。ＬＥＤチップのそれぞれには金属製のリードフレーム４から電流が供給される。樹脂パッケージ５は直交する２方向（Ｘ方向およびＹ方向）で屈折力が異なるトロイダルレンズを形成している。ここで、トロイダルレンズとは、レンズの少なくとも片面が、トロイダル面で構成されているレンズを指している。トロイダル面とは、樽の表面やドーナツの表面のようにＸ方向とＹ方向の曲率が異なる面のことである。

図３はＬＥＤ表示素子１の全体構成を示す正面図（図３Ａ）と側面図（図３Ｂ）である。青色ＬＥＤチップ１３、赤色ＬＥＤチップ１４及び緑色ＬＥＤチップ１５はカップ部４ｃに載置されている。封止樹脂１６は、カップ部４ｃに載置された３色のＬＥＤチップを封止している（図７参照）。トロイダル形状を有する樹脂パッケージ５は、封止樹脂１６が充填されているカップ部４ｃを囲繞している。樹脂パッケージ５は、Ｘ方向の曲率６ｘとＹ方向の曲率６ｙが異なる。樹脂パッケージ５は、前面５ｚ、後ろ面５ｕ、右側面５ｍ、左側面５ｈ、底面５ｓ、天頂面５ｊを有している。

ＬＥＤ表示素子１のリードフレーム４の構成を図４に示す断面図を使って説明する。リードフレーム４は、一対のリードフレーム４ｂと、一対のリードフレーム４ｒと、一対のリードフレーム４ｇと、一対のリードフレーム４Ｇと、３色のＬＥＤチップが載置されるカップ部４ｃから構成されている。リードフレーム４Ｇはカップ部４ｃと繋がっている。ここでは、一対のリードフレーム４ｂ、リードフレーム４ｒ並びにリードフレーム４Ｇ、および一対のリードフレーム４ｇが、それぞれ、青色ＬＥＤチップ１３、赤色ＬＥＤチップ１４および緑色ＬＥＤチップ１５に使用されている。この他、リードフレーム４Ｇを共通端子として、３色のＬＥＤチップの一端に接続しても良い。

次に図５Ａ〜図５Ｃに基づいて樹脂パッケージ５によるトロイダルレンズの作用を説明する。図５Ａは緑色ＬＥＤチップ１５の集光状況を示している。緑色ＬＥＤチップ１５は２本のボンディングワイヤ１７によってリードフレーム４ｇのそれぞれに接続されている。図５Ｂは赤色ＬＥＤチップ１４の集光状況を示している。赤色ＬＥＤチップ１４は一端がボンディングワイヤ１７によってリードフレーム４ｒに接続され、他端はカップ４ｃに直接接続されている。図５Ｃは青色ＬＥＤチップ１３の集光状況を示している。青色ＬＥＤチップ１３は２本のボンディングワイヤ１７によってリードフレーム４ｂに接続されている。

青色光２１ｂ，赤色光２１ｒ，緑色光２１ｇはそれぞれ出射方向２０ｓに向かって進行している。ＬＥＤチップの出射面から樹脂パッケージ５の天頂までの高さは、赤色ＬＥＤチップ１４において最も高い。樹脂パッケージ５によるレンズとＬＥＤチップの位置関係を変更できるため、集光を自在に調整できる。すなわち、赤色光２１ｒを樹脂パッケージ５によるレンズで集光した赤色光２０ｒと、青色光２１ｂを樹脂パッケージ５によるレンズで集光した青色光２０ｂの、指向特性を揃えることが可能となる。

同様に、赤色光２１ｒを樹脂パッケージ５によるレンズで集光した赤色光２０ｒと、緑色光２１ｇを樹脂パッケージ５によるレンズで集光した緑色光２０ｇの、指向特性を揃えることが可能となる。さらに、垂直方向のレンズ作用により、表示装置であまり必要とされない垂直方向の広視野角の光を正面に集光することで、高効率な表示を実現できる。尚、上記実施例では、樹脂パッケージ５の曲率６ｘおよび曲率６ｙは左右で対称としているが、左右で曲率が異なっていてもよい。

本願に係るＬＥＤ表示素子によれば、樹脂パッケージ５のトップが凸レンズ形状となっている。樹脂パッケージはＸ方向の曲率とＹ方向の曲率が異なるトロイダル形状のレンズとして作用する。樹脂パッケージの曲率６ｙによりＸ方向の３色の指向特性を調整しカラーシフトを抑制できる。樹脂パッケージの曲率６ｘによりＹ方向の光を集光し、輝度を向上させることができる。樹脂パッケージとレンズを一体化（モールド成形）することで光軸とレンズの中心との位置ずれを抑制し、光学特性の製造バラツキを軽減することができる。樹脂パッケージとレンズを一体化することで、ＬＥＤチップとレンズの間に空気層がなくなるため、全反射による光のロスをなくすことができる。

ＬＥＤ表示素子１では樹脂パッケージ５は透明な樹脂で構成される。ＬＥＤ表示素子背面を黒色にした場合、表示面にしめる黒色の割合を増やすことができ、高コントラストを得られるようになる。ＬＥＤ表示素子は基板に実装されている。図６は、ＬＥＤ表示素子１と基板２の関係を表している。大型映像表示装置を正面から見た場合、基板２の表面２ａの色が、ＬＥＤ表示素子１の斜線部２２を透過して見える。この時、基板２の表面の色が黒色であれば、表示面にしめる黒色の割合を増やすことができ、コントラストの高い、高画質の表示面を得られるという利点がある。また、樹脂パッケージ５の底面５ｓを黒く着色しても、上記と同様の効果を得られる。

ＬＥＤ表示素子の底面５ｓを黒色に着色することは、ＬＥＤ表示素子の樹脂パッケージが透明（もしくは半透明）である場合に、黒色が占める面積の割合に関わる。黒色の面積が占める割合が多ければ、表示映像のコントラストが良くなり、画質が向上する。防水が必要とされる屋外用の表示装置では、一般的に、ＬＥＤ表示素子のリードフレームの防水目的で、ＬＥＤ表示素子の周囲に防水シリコーンが塗付されている（図１３参照）。防水シリコーンは、一般的に黒色である。着色しない場合、底面が浮いているＬＥＤ表示素子では、防水シリコーンが底面に回りこむことで、着色することと同等の効果を得られる。

実施の形態２．
ＬＥＤチップが装着されたリードフレームのカップ部４ｃには封止樹脂１６が充填されている。この封止樹脂１６の量を増減することで、指向特性の微調整が可能となる。封止に使用する樹脂は、樹脂パッケージに用いるものとは異なっていてもよい。カップ部４ｃの内部で３色の光が拡散されるため、混色がよくなり、正面の輝度が上がる効果も生まれる。封止樹脂１６の量を変化させることで、レンズの受光面の形状を凸型、フラット型または凹型に調整でき、樹脂パッケージの成形金型を変更することなく、指向特性の微調整が可能となる。

赤色ＬＥＤチップ１４における、封止樹脂１６の形態を説明する。図７Ａは、封止樹脂１６が凸型の場合を示している。図７Ｂは、封止樹脂１６がフラットの場合を示している。図７Ｃは、封止樹脂１６が凹型の場合を示している。封止樹脂１６を増やすことでレンズの受光面の形状を凸型にできる。封止樹脂１６の量を少なくすると、レンズの受光面の形状をフラット型にできる。封止樹脂１６の量をさらに少なくすると、レンズの受光面の形状を凹型にできる。受光面の調整により、レンズ形状を変更することなく、所望の指向特性を得ることが可能となる。すなわち、樹脂パッケージ５の成形金型を変更することなく、低コストで指向特性の微調整が可能となる。

実施の形態３．
ＬＥＤチップが装着されたリードフレームのカップ部４ｃには封止樹脂１６が充填されている。実施の形態３に係るＬＥＤ表示素子は、ＬＥＤチップが搭載されたリードフレームのカップ部分を、アクリル系粒子などの拡散剤を混入した樹脂で封止している。カップ部４ｃの内部で３色の光が拡散されるため、混色がよくなり、正面の輝度が上がる効果もある。封止樹脂１６の量を変化させることで、レンズの受光面の形状を凸型、フラット型または凹型に調整でき、樹脂パッケージの成形金型を変更することなく、指向特性の微調整が可能となる。

図８は、リードフレームのカップ部４ｃと封止樹脂１６の関係を表している。封止樹脂１６には拡散剤１６ｃが混入されている。３色の光が混ざりやすくなることで、上下左右どこから見ても発色に偏りのない表示を実現できる。また、カップ部４ｃで３色の光が十分に拡散することで、正面の輝度が上がる効果も生じる。

実施の形態４．
ＬＥＤ表示素子では３色のＬＥＤチップの発光部の上面（出射面）が同じ位置（高さ）にあると、３色のＬＥＤチップの指向特性が揃いやすい。これを実現するため、図９に示すように、３色のＬＥＤチップの厚みを同一とする方法がある。発光面の位置（高さ）が近いと指向特性が近づくという傾向があるため、上記実施例よって、３色の指向特性が近くなる。これにより、簡略なレンズ形状で指向特性の調整が可能となるため、複雑な加工が不要となる利点がある。

発光部の上面を同じ位置にする方法として、図１０に示すように、ＬＥＤチップを装着するための接着剤１８の厚みにより調整してもよい。ここでは青色ＬＥＤチップ１３と緑色ＬＥＤチップ１５に薄いものを使用し、赤色ＬＥＤチップ１４には厚めのものを用いている。青色ＬＥＤチップ１３と緑色ＬＥＤチップ１５に接着剤１８を使用し、全体の高さが揃えられている。

また、図１１のように、リードフレームのカップ部４ｃに段差４ｄを持たせることにより調整してもよい。ここでも青色ＬＥＤチップ１３と緑色ＬＥＤチップ１５に薄いものを使用し、赤色ＬＥＤチップ１４には厚めのものを用いている。カップ部４ｃの真中を低くして、全体の高さが揃えられている。

実施の形態５．
実施の形態５に係るＬＥＤ表示素子では、樹脂パッケージの側面と樹脂パッケージの角部が連続な面で構成される曲面を形成する。レンズ面に角を形成しないことで、光の特異な屈折を防ぎ、表示品質を上げる効果が生まれる。レンズ面を拡大し、集光率を上げる効果も発生する。角部に入射した光の特異な屈折を防ぎ、表示品質を上げる効果も有する。またＬＥＤ表示素子のリードフレーム及びＬＥＤ表示素子が実装された基板の防水処理のため、防水シリコーンを塗布する場合、角がないことによって、パッケージと防水シリコーンとの密着がよくなり、防水性が向上する。

図１２に示すように、樹脂パッケージの側面と樹脂パッケージの角部５ｃが連続した面で構成される曲面５ａを形成する。上記実施例では、樹脂パッケージ５の側面（前面５ｚ、後ろ面５ｕ、右側面５ｍ、左側面５ｈ）と樹脂パッケージ５の角部５ｃの境界に角がないため、レンズ面以外に入射した光の特異な屈折を防ぎ、なめらかな輝度変化をする表示面となり、表示品質を上げる効果がある。上記実施例において、樹脂パッケージの角部５ｃに、Ｘ方向のレンズとＹ方向のレンズと連続な曲面５ａを形成した場合、レンズの面積が拡大するため、集光率が上がり、正面輝度を上げる効果がある。

実施の形態５に係るＬＥＤ表示素子では、図１３に示すように、ＬＥＤ表示素子１のリードフレーム４及びＬＥＤ表示素子１が実装された基板２の防水処理のため、防水シリコーン３を塗布する。樹脂パッケージ５の角部５ｃがアールを持つことによって、樹脂パッケージ５と防水シリコーン３との密着がよくなり、防水性が向上する。曲面５ａを形成することにより、レンズ面積を広げ、取り込む光を増やし、レンズゲインを上げることができる。コーナー部（角部５ｃ）までレンズ面の曲率を維持することで、コーナーに入射した光の特異な屈折を防ぎ、また、レンズ面積を広げ、取り込む光を増やし、レンズゲインを上げることができる。

実施の形態６．
ここでは、青色ＬＥＤチップ１３、赤色ＬＥＤチップ１４及び緑色ＬＥＤチップ１５の配置を扱っている。３色のＬＥＤチップは直線上に配置されている。図１４Ａでは、カップ部４ｃに３色のチップが、上から青色ＬＥＤチップ１３、赤色ＬＥＤチップ１４及び緑色ＬＥＤチップ１５の順で一列に配設されている。図１４Ｂでは、カップ部４ｃに３色のチップが、上から青色ＬＥＤチップ１３、緑色ＬＥＤチップ１５及び赤色ＬＥＤチップ１４の順で一列に配設されている。図１４Ｃでは、カップ部４ｃに３色のチップが、上から赤色ＬＥＤチップ１４、青色ＬＥＤチップ１３及び緑色ＬＥＤチップ１５の順で一列に配設されている。

実施の形態７．
ここでは、青色ＬＥＤチップ１３、赤色ＬＥＤチップ１４及び緑色ＬＥＤチップ１５が、円形のカップ部４ｃに載置されている。図１５Ａおよび図１５Ｂでは、Ｘ軸を対称軸にして、３色のＬＥＤチップが線対称に配置されている。どちらの場合も樹脂パッケージ５によるレンズは、ＬＥＤチップの位置関係に応じて変更できるため、集光を自在に調整できる。

実施の形態８．
図１６は、樹脂パッケージ５の外周にベース７が形成されていることを説明するための図である。ベース７は樹脂パッケージ５と一体で形成されている。ベース７を形成したことにより、レンズ部が保護され、基板に実装しやすくなる。

本願に係るＬＥＤ表示素子によれば、樹脂パッケージ５のトップがレンズ形状となっている。樹脂パッケージはＸ方向の曲率とＹ方向の曲率が異なるトロイダル形状のレンズとして作用する。樹脂パッケージの曲率６ｙによりＸ方向の３色の指向特性を調整しカラーシフトを抑制できる。樹脂パッケージの曲率６ｘによりＹ方向の光を集光し、輝度を向上させることができる。樹脂パッケージとレンズを一体化（モールド成形）することで光軸とレンズの中心との位置ずれを抑制し、光学特性の製造バラツキを軽減することができる。樹脂パッケージとレンズを一体化することで、ＬＥＤチップとレンズの間に空気層がなくなるため、全反射による光のロスをなくすことができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、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 ＬＥＤ表示素子、２ 基板、３ 防水シリコーン、４ リードフレーム、４ｃ カップ部、５ 樹脂パッケージ、６ 曲率、７ ベース、１３ 青色ＬＥＤチップ、１４ 赤色ＬＥＤチップ、１５ 緑色ＬＥＤチップ、１６ 封止樹脂、１７ ボンディングワイヤ、１８ 接着剤、２０ｂ 青色光、２０ｒ 赤色光、２０ｇ 緑色光、２１ｂ 青色光、２１ｒ 赤色光、２１ｇ 緑色光、２２ 斜線部、３０ 映像データ伝送配線、３１ 表示ユニット、３４ 中央分配装置、３５ メンテナンス装置、３６ アドレスデータ伝送配線、３３ 映像表示ユニット、３２ 制御装置、１００ 大型映像表示装置

Claims (12)

1. 一端が第１のリードフレームに接続されている青色ＬＥＤチップと、
   一端が第２のリードフレームに接続されている赤色ＬＥＤチップと、
   一端が第３のリードフレームに接続されている緑色ＬＥＤチップと、
   前記青色ＬＥＤチップと前記赤色ＬＥＤチップと前記緑色ＬＥＤチップが載置されていて、封止樹脂で充填されているカップ電極と、
   前記封止樹脂で充填されているカップ電極を囲繞し、天頂部が光の出射方向に向かって膨らんでいる樹脂パッケージと、を備え、
   前記樹脂パッケージは、前記天頂部の曲率が、互いに直交する第１方向と第２方向で異なり、
   前記樹脂パッケージの底面は、黒色に着色されていることを特徴とするＬＥＤ表示素子。
2. 前記封止樹脂は、表面が膨らんでいることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ表示素子。
3. 前記封止樹脂は、表面が平坦であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ表示素子。
4. 前記封止樹脂は、表面が窪んでいることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ表示素子。
5. 前記樹脂パッケージは、透明であることを特徴とする請求項２から４の何れか１項に記載のＬＥＤ表示素子。
6. 前記カップ電極に載置されている青色ＬＥＤチップと赤色ＬＥＤチップと緑色ＬＥＤチップは、光の出射面の高さが揃えられていることを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤ表示素子。
7. 前記カップ電極は、底部に窪みが形成されていることを特徴とする請求項６に記載のＬＥＤ表示素子。
8. 前記封止樹脂は、拡散剤を含んでいることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載のＬＥＤ表示素子。
9. 前記カップ電極に載置されている青色ＬＥＤチップと赤色ＬＥＤチップと緑色ＬＥＤチップは、直線上に配置されていることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載のＬＥＤ表示素子。
10. 前記赤色ＬＥＤチップは、真ん中に配置されていることを特徴とする請求項９に記載のＬＥＤ表示素子。
11. 請求項１から１０の何れか１項に記載のＬＥＤ表示素子が複数個実装されている基板と、
    前記ＬＥＤ表示素子を制御するｍ行ｎ列に配置された複数の制御装置と、
    前記複数の制御装置に映像信号を配信する映像データ伝送配線と、を備えている映像表示装置。
12. 前記第１のリードフレーム、前記第２のリードフレーム、前記第３のリードフレームと前記基板が防水シリコーンで被覆されていることを特徴とする請求項１１に記載の映像表示装置。