JPH05119707A - ドツトマトリクス発光表示体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】発光の指向特性の選定が簡単なドットマトリク
ス発光表示体を提供することを目的とする。 【構成】表示体基板１０ａを配線基板１とマスク板４と
で構成し、配線基板１の縦横に例えば、８×８個のＬＥ
Ｄ発光素子２を一定間隔で配設し、各ＬＥＤ発光素子２
に対応して８×８個の透孔３を形成したマスク板４を重
ね合わせて接合一体とし、各透孔３内に各ＬＥＤ発光素
子２に対応して透明な透孔性球体５を配置し、透明な透
孔性樹脂６を充填することにより８×８個の発光ドット
７を形成したもので、透光性球体５の光屈折率に対して
封止する透光性樹脂６の光屈折率を小さいものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、屋外用途等に好適なド
ットマトリクス発光表示体とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ドットマトリクス発光表示体としては、
例えば、図９及び図１０に示す構造のものが知られてい
る。即ち、このドットマトリクス発光表示体は、配線基
板１００上に多数のＬＥＤ発光素子１０１を縦横に配設
配線して点灯回路を構成し、その上に多数の円形すり鉢
状の透孔１０２を縦横に形成したマスク板１０３を接合
して各透孔１０２内にＬＥＤ発光素子１０１を収容する
と共に、各透孔１０２内を透光性樹脂１０４で封止した
発光ドット１０５をマトリクスに配列形成したものであ
る。

【０００３】このようなドットマトリクス発光表示体
は、各発光ドット１０５を選択的に点灯制御することに
より、所望の文字、図形、記号等の表示パターンを発光
表示できるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ド
ットマトリクス発光表示体では、各ＬＥＤ発光素子１０
１の発する光を円形すり鉢状の各透孔１０２の傾斜面に
よって反射させて周囲に発散放出させているので指向特
性（視野角）が広くなりすぎ、屋外等に配置して点灯制
御した場合、昼間には周囲の明るさとの相対輝度が実用
視野位置で低下し、コントラストも弱くなって表示が不
明瞭となり、見え難くなるといった問題があった。特に
大型のドットマトリクス発光表示体を構成した場合に顕
著であった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のドットマトリクス発光表示体は、表示体本体
の表面に多数の透孔を縦横に形成すると共に、前記各透
孔内に少なくとも１個のＬＥＤ発光素子をそれぞれ配設
収容してなるドットマトリクス発光表示体において、上
記各透孔内のＬＥＤ発光素子に対応して透光性球体を配
置すると共に、各透孔を前記球体の光屈折率より小さい
光屈折率を有する透光性樹脂で封止したことを特徴とす
る。

【０００６】また、その製造方法としては、表示体本体
の表面に縦横に形成される多数の透孔内に少なくとも１
個のＬＥＤ発光素子を配設収容し、各透孔内のＬＥＤ発
光素子に対応させて透光性球体を配置してから該球体の
光屈折率より小さい光屈折率を有する透光性樹脂をそれ
ぞれの透孔内に充填して封止する工程を含むことを特徴
とする。

【０００７】

【作用】上記構成のドットマトリクス発光表示体は、各
透孔内に収容されたＬＥＤ発光素子の発した光は、対応
して配置された透光性球体による収束と、また、透孔内
に充填された上記透孔性球体の光屈折率より小さい光屈
折率を有する透光性樹脂による光屈折率の相関関係によ
り発光の指向特性を調整できるようになり、各透孔の形
状や収容される球体サイズの選定と合わせてその組み合
わせにより所望の指向特性（視野角）を有する発光表示
体となる。

【０００８】また、配線基板に多数のＬＥＤ発光素子を
配設し、多数の透孔を縦横に形成したマスク板を接合一
体に重ね合わせ、各透孔内に少なくとも１個のＬＥＤ発
光素子を収容した上で、各透孔内のＬＥＤ発光素子に対
応させて透光性球体を配置し、該球体の光屈折率より小
さい光屈折率を有する透光性樹脂をそれぞれの透孔内に
充填効果させるだけで容易に製造でき、特に封止する封
止樹脂の光屈折率を上記の条件内で選択することによ
り、ＬＥＤ発光素子の発する光の指向特性を所望の指向
特性となるように調整できるようになる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。

【００１０】図１は本発明の一実施例に係るドットマト
リクス発光表示体Ｈ1の概略断面図である。

【００１１】この実施例のドットマトリクス発光表示体
Ｈ1 は、配線基板１とマスク板４とで表示体本体１０ａ
が構成されるもので、矩形状の配線基板１の縦横に例え
ば、８×８個のＬＥＤ発光素子２を一定間隔で配設し、
各ＬＥＤ発光素子２に対応して８×８個の透孔３を形成
したマスク板４を重ね合わせて接合一体とし、各透孔３
内に各ＬＥＤ発光素子２に対応して透孔性球体５を配置
し、透光性樹脂６を充填することにより８×８個の発光
ドット７を形成したものである。

【００１２】上記配線基板１は、ガラスエポキシや紙フ
ェノール等を基材とした銅張積層板の表面に縦８本の導
電パターン１１ａ（例えばカソード側のＹパターン群）
をエッチング加工等の手段で形成すると共に、裏面に横
８本の導電パターン１１ｂ（例えばアノード側のＸパタ
ーン群）を形成したものであって、裏面の導電パターン
１１ｂはＬＥＤ発光素子２の近傍に穿孔されたスルーホ
ール１２に沿って配線基板１の表面側に導出されてい
る。そして、各導電パターン１１ｂの上にＬＥＤ発光素
子２を銀ペースト等の導電ペーストで固着し、ボンディ
ングワイヤ１３で基板表面の導電パターン１１ａと接続
して、Ｘ−Ｙのマトリクス点灯回路を構成している。

【００１３】この配線基板１の表面に接合されるマスク
板４は、シリコーンゴムやネオプレンゴム等のゴム弾性
体が好適に利用され、上方開口に向かって末広がりのす
り鉢状透孔３が縦横に８×８個形成されており、表面は
表示コントラストを良好として視認性を高めるため黒色
ないし灰色系の光吸収面に構成され、各透孔３の内周面
３１は白色ないし銀色の光反射面とし、各ＬＥＤ発光素
子２の発光に伴う見掛け上の発光ドット７の面積を拡大
すると共に、輝度を高め、各隣接するＬＥＤ発光素子２
間での光の漏れも防止する役目を果たしている。

【００１４】尚、上記表示体本体１０ａは材質の異なる
配線基板１とマスク板４とを接合一体とした例示である
が、表示体本体としては、配線基板とマスク板を同一材
質とし、多層積層構造体等として一体成形したものであ
ってもよいことは云うまでもない。

【００１５】各ＬＥＤ発光素子２に対応して配置される
透孔性球体５は、例えば、石英ガラス等の光屈折率が
１．４５以上の透明無機ガラス球が用いられる。このよ
うな石英ガラスの球体５は安価で多量に製造できるの
で、マスク板４の厚みや各透孔３のサイズ及び内周面３
１の傾き等により所望の外径を有する球体５を簡単に製
造できるので好適である。

【００１６】そして、マスク板４の透孔３内に充填され
る透光性樹脂６は、例えば、マスク板４と同様の透明シ
リコーンゴム等または透明エポキシ樹脂等が用いられ、
その光屈折率が前記球体５より小さく、約１．４１程度
のものが用いられ、表面の中央部分を凹ませた凹レンズ
状に形成されている。この透光性樹脂６により、マスク
板４の各透孔３内に配置される各ＬＥＤ発光素子２及び
これと対応して配置される前記球体５を密封している。

【００１７】上記構成のドットマトリクス発光表示体Ｈ
1 では、表示体本体１０ａの配線基板１に配設された各
ＬＥＤ発光素子２の発する光が、透光性樹脂６の光屈折
率により屈折しながら透光３の内周面３１で反射を繰り
返し、または透光性樹脂６を進んで直接透光性の球体５
に入射し、該球体５の光屈折率で屈折して更に透光性樹
脂６内を屈折して進み、透孔３の表面の凹球面で更に屈
折されて外部に放出される。即ち、透光性樹脂６と透光
性球体５のそれぞれの光屈折率の差異と凹表面によって
透孔３が凸と凹の複合レンズの役目をなすようになる。

【００１８】この場合、透孔３内に充填される透光性樹
脂６の光屈折率を球体５の光屈折率より小さい範囲で適
宜選択して使用することにより、光の屈折が微妙に変動
し、透光３から発する光、即ち発光ドット７に所望の指
向特性を得ることができ、また、透孔３のすり鉢状の開
口形状と球体５のサイズや位置が同じでも透光性樹脂６
の光屈折率を選定することにより指向特性が変えられる
ようになる。

【００１９】例えば、透孔３の開口径を６ｍｍ、球体５
の直径を４．５ｍｍ，その光屈折率を１．４５、また、
透光性樹脂６の光屈折率を１．４１とした場合、正面の
０°位置の輝度を１００％としたときの各視認角度での
相対的な輝度比の関係は図１１の特性曲線（ａ）に示す
輝度分布となり、±３０度程度の輝度半値角を有する発
光表示体Ｈ1 となる。この場合、球体５と透光性樹脂６
との光屈折率の差異により指向特性が変化するもので、
両者の差異が少なくとも０．０２以上から０．０５程度
の範囲内で小さければ輝度半値角は上記特性曲線（ａ）
より広がり、逆に差異が大きくなると輝度半値角は狭め
られ、各発光ドット７を所望の視野角度に選定できるよ
うになる。従って、各発光ドット７を選択的に点灯制御
して所望のドット構成の文字、図形、記号等の表示パタ
ーンを発光表示する場合に、設置する位置等を考慮し、
球体５と透光性樹脂６の光屈折率を適宜選択して各発光
ドット７の指向特性を目的に合わせて選定したドットマ
トリクス発光表示体を提供できるようになる。

【００２０】尚、従来例のドットマトリクス発光表示体
における各発光ドット１０５は図１１の特性曲線（ｂ）
に示すように輝度半値角が広いものであり、また、ＬＥ
Ｄ発光素子２に対応して球体５だけを配置して透光性樹
脂６にて封止しなければ、図１１の特性曲線（ｃ）に示
すように輝度半値角で±３度程度と極めて狭く収束され
た発光となる。更に、また、球体５の半円球部分以上が
突出する形で配置し、下部のみを透光性樹脂６にて封止
したもの（不図示）であってもほぼ同様、輝度半値角で
±５度程度と極めて狭いものである。

【００２１】また、図２に示すように、各ＬＥＤ発光素
子２に対応して表示体本体１０ｂのマスク板４の各透孔
３に収容配置される球体５の上方部分を一部透孔３より
突出させて透光性樹脂６にて封止した構造の発光ドット
７１としたドットマトリクス発光表示体Ｈ2 としてもよ
い。このドットマトリクス発光表示体Ｈ2 においても、
各ＬＥＤ発光素子２と対応して配置される球体５と透孔
３内に充填される透光性樹脂６との光屈折率を既述した
条件で選定とすることで、球体５の上方部分が透光性樹
脂６より突出していても透光性樹脂６を選択して光屈折
率を選定することで、所望の指向特性を有するドットマ
トリクス発光表示体Ｈ2 を形成できる。この場合、各球
体５の径をＲ、透光性樹脂６から突出する球体５の突出
高さをｈとすると、 ｈ≦Ｒ／４ の関係とするのが視
野角をある程度広くでき実用上好ましい。

【００２２】このように球体５の上方部分をマスク板４
より突出させるには、透孔３に対して球体５の外径を大
きくするか、または、マスク板４の厚みを薄くするなど
すればよい。

【００２３】ここで、上記ドットマトリクス発光表示体
Ｈ2 の透孔３の開口径を６ｍｍ、球体５の直径を４．５
ｍｍ，その光屈折率を１．４５，透光性樹脂６からの突
出高さｈを０．５ｍｍ、また、透光性樹脂６の光屈折率
を１．４１とすると、図１１に示す特性曲線（ｄ）とな
り輝度半値角で±２５度程度を有する発光表示体Ｈ2と
なる。

【００２４】更に、図３及び図４に示すように、表示体
本体１０ｃのマスク板４１の各透孔３２内に収容配設さ
れるＬＥＤ発光素子２に対応して該透孔３３内にマスク
板４１と一体または別体の例えば、三方に延びる球体受
け３３を形成し、該球体受け３３に球体５を載置した状
態で透光性樹脂６で封止したドットマトリクス発光表示
体Ｈ3 としてもよい。このようなドットマトリクス発光
表示体Ｈ3 であれば、各透孔３３内に球体５を収容配置
するときに、球体５がＬＥＤ発光素子２やワイヤ１３と
接触して破壊する等の問題が防止されると共に、この球
体受け３３により、透孔３３内での球体５の外径の選定
がある程度自由になり、各透孔３３のサイズと形状及び
配置する球体５の外径を適当に選択し、かつ、前記球体
５と透光性樹脂６との光屈折率の差の選定とを組み合わ
せて所望の指向特性を更に容易に選定でき、各発光ドッ
ト７は輝度半値角で±１０度から±６０度程度の広い範
囲で所望の指向特性とするドットマトリクス発光表示体
Ｈ3 となる。

【００２５】尚、球体受け３３としては、図３に示す三
方の延びる球体受け３３に限らず、ＬＥＤ発光素子２等
に接触しないように球体５を配置できればその形状は特
に限定されるものではない。

【００２６】次に、本発明の製造方法を上記ドットマト
リクス発光表示体Ｈ1を一例に説明する。即ち、図５に
示すように、表示体本体１０ａを構成する配線基板１に
は、縦横の導電パターン１１ａ，１１ｂをエッチング等
により形成すると共に、一方の導電パターン１１ａの所
定位置にＬＥＤ発光素子２を銀ペースト等の導電性接着
剤によりダイボンディングして接合一体とし、他方の導
電パターン１１ｂと対応するＬＥＤ発光素子２の表面と
をワイヤ１３でワイヤボンディングして８×８のマトリ
クス点灯回路を構成する。

【００２７】一方、マスク板４には、上記配線基板１に
配設される各ＬＥＤ発光素子２の８×８のマトリクス状
の配列に対応して上方の開口面積を下方より大きくした
すり鉢状の透孔３を縦横に８×８個形成し、各透孔３の
内周面３１を光反射面として準備する。

【００２８】また、マスク板４の各透孔３内の内周面３
１に支持されて収容される透孔性球体５を透孔３のサイ
ズを考慮して開口数だけ準備する。

【００２９】そして、上記配線基板１にマスク板４を重
ね合わせて接着剤等を用いて接合一体とし、各マスク板
４の透孔３内にそれぞれのＬＥＤ発光素子２を配置させ
てから、図６に示すように、各透孔３内にそれぞれ球体
５を挿入配置する。これにより各ＬＥＤ発光素子２に対
応して球体５が透孔３内に位置され、最後に透光性樹脂
６を各透孔３内に充填硬化させて完成する。

【００３０】上記したように、本発明のドットマトリク
ス発光表示体Ｈ1 …は、マスク板４の各透孔３内に球体
５を収容配置して透光性樹脂６を充填硬化させるだけて
簡単に製造され、前述の所望の指向特性を得るために、
各透孔形状、球体サイズや透光性樹脂６を変更選定する
だけで簡単に対応できる。

【００３１】更に、カラーで発光表示を行うドットマト
リクス発光表示体にも利用できる。この種の発光表示体
Ｈ4 としては、例えば、図７及び図８に示すように、表
示体本体１０ｄの配線基板１に赤色発光を行う赤色ＬＥ
Ｄ発光素子２１、緑色発光を行う緑色ＬＥＤ発光素子２
２、青色発光を行う青色ＬＥＤ発光素子２３とを正三角
形状に配設し、それぞれ３個のＬＥＤ発光素子２１，２
２，２３を一組としてマスク板４に形成される各透孔３
内に収容配置し、このＬＥＤ発光素子２１，２２，２３
をまず透明シリコーン樹脂等の透光性樹脂６１で封止す
ると共に、各ＬＥＤ発光素子２１，２２，２３の中心線
に対応してそれぞれの透光性球体５１の中心線を一致さ
せて更に透光性樹脂６で封止したものである。この場
合、各ＬＥＤ発光素子２１，２２，２３の発光は、対応
するそれぞれ球体５１の中心線と一致しているので、各
発光素子の指向特性をぼほ均一に揃えることができ、見
る位置や角度による発光色の色ズレが少なくなる。尚、
各透孔内に同一発光色のＬＥＤ発光素子がそれぞれ複数
個配設するなど多数個配設されているもの（不図示）等
であっても、各ＬＥＤ発光素子に対応してそれぞれ各球
体の中心線を一致させれば各発光素子の指向特性を均一
化でき、同様に色ズレ等が少なくできることは云うまで
もない。

【００３２】このようなドットマトリクス発光表示体Ｈ
4 では、各発光ドット７の発光色毎に選択的に点灯表示
できるマトリクス点灯回路を構成し、外部の点灯制御回
路と接続して所望のドット構成の文字、記号等をカラー
表示できるもので、ＬＥＤ発光素子２２及び２３の発光
は図１２に示す特性曲線（ｅ），（ｆ）となって正面位
置からのズレが殆どなく、それぞれの発光色の指向特性
がほぼ均一となり、見る位置（角度）が変わっても色ズ
レが少ない発光ドット７を有するドットマトリクス発光
表示体Ｈ4 となる。また、この場合、前記ドットマトリ
クス発光表示体Ｈ2 と同様に、ＬＥＤ発光素子２１，２
２，２３に対応して封止される各球体５１の上方部分を
透光性樹脂６より突出させて透孔３内に配置してもよい
ことは云うでもない。

【００３３】尚、上記ドットマトリクス発光表示体Ｈ4
の場合、透孔３内の略中心位置に１つの透光性球体５を
配置して透光性樹脂６にて封止してもよいが、この場
合、図１２の特性曲線（ｇ），（ｈ）に示すように、各
ＬＥＤ発光素子２２，２３の指向特性は正面位置からず
れて偏るため、見る位置（角度）によって各発光素子毎
の指向特性にズレ（色ズレ）が生じて均一にならない。
従って、上記ドットマトリクス発光表示体Ｈ4 のように
各ＬＥＤ発光素子２１，２２，２３に対応して各球体５
の中心線を一致させて配置するのが一般的と云える。

【００３４】また、各ＬＥＤ発光素子２１…を透光性樹
脂６１で封止しておくと、透光性樹脂６を充填する前の
球体５を挿入配置する時に、それぞれのＬＥＤ発光素子
２１…やワイヤ１３の破損等を防止すると共に、球体５
を各ＬＥＤ発光素子２１，２２，２３に対応させてそれ
ぞれ安全かつ確実に配置させるためである。更に、ま
た、各ＬＥＤ発光素子２１，２２，２３を予め封止する
透光性樹脂６１と、球体５を封止する透光性樹脂６とを
異なる光屈折率のものとすれば、各発光ドット７の指向
特性をさらに微妙に選定することもできるが、製造コス
ト等や指向特性の調整等を考慮すると何れも同質の既述
した透明シリコーン樹脂等の透光性樹脂とすることが好
ましい。

【００３５】更に、この場合、図３及び図４で既述した
のと同様に、球体受け（不図示）を設ければ球体５を挿
入配置してから透光性樹脂６だけを充填して封止できる
ことは云うまでもない。

【００３６】また、既述したドットマトリクス発光表示
体Ｈ1 ，Ｈ2 において、予めＬＥＤ発光素子２だけを透
光性樹脂で封止してから、更に球体５を配置して透光性
樹脂で封止してもよい。この場合、ＬＥＤ発光素子２等
が透光性樹脂で予め保護されるので、透孔３内に配置す
る球体５の外径の選定がある程度自由になることは云う
までもない。

【００３７】尚、図１１及び図１２に示したそれぞれの
特性曲線（ａ）…は、あくまでも正面位置での輝度を１
００％としたときの各視認角度での相対的な輝度比を示
したもので、同一光度を有するＬＥＤ発光素子であれ
ば、正面位置における輝度の絶対値は輝度分布の狭いも
のほど高くなることは云うまでもない。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のドットマトリクス発光表示体は、各ＬＥＤ発光素子か
ら発せられた光が対応する透光性球体と周囲の透光性樹
脂との光屈折率との相関関係により、所望の指向特性を
有した発光が得られるドットマトリクス発光表示体とな
る。また、表示体本体の各透孔のＬＥＤ発光素子に対応
して球体を配置し、透光性樹脂を充填するだけで簡単に
製造でき、球体及び透光性樹脂の光屈折率を選択し、ま
た、各透孔形状や収容される球体のサイズを設定するこ
とで所望の指向特性となる表示体を簡単に得ることがで
きるといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るドットマトリクス発光
表示体の概略断面図。

【図２】本発明の他の実施例に係るドットマトリクス発
光表示体の概略断面図。

【図３】本発明のその他の実施例に係るドットマトリク
ス発光表示体の概略平面図。

【図４】図３のＡ−Ａ線に沿った概略断面図。

【図５】同実施例に係るドットマトリクス発光表示体の
製造方法を説明する拡大断面図。

【図６】同実施例に係るドットマトリクス発光表示体の
製造方法を説明する拡大断面図。

【図７】本発明の更にその他の実施例に係るドットマト
リクス発光表示体の概略一部平面図。

【図８】図６のＢ−Ｂ線に沿った概略断面図。

【図９】従来のドットマトリクス発光表示体の概略斜視
図。

【図１０】図９のＣ−Ｃ線に沿った概略拡大断面図。

【図１２】図１、図２及び従来のドットマトリクス発光
表示体における指向特性の範囲を示す指向特性図。

【図１３】図７及び図８のドットマトリクス発光表示体
における指向特性の範囲を示す指向特性図。

【符号の説明】

１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ 表示体本体 ２，２１，２２，２３ ＬＥＤ発光素子 ３，３１ 透孔 ５ 球体 ７，７１ 透光性樹脂

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【手続補正書】

【提出日】平成４年１１月９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るドットマトリクス発光
表示体の概略断面図。

【図２】本発明の他の実施例に係るドットマトリクス発
光表示体の概略断面図。

【図３】本発明のその他の実施例に係るドットマトリク
ス発光表示体の概略平面図。

【図４】図３のＡ−Ａ線に沿った概略断面図。

【図５】同実施例に係るドットマトリクス発光表示体の
製造方法を説明する拡大断面図。

【図６】同実施例に係るドットマトリクス発光表示体の
製造方法を説明する拡大断面図。

【図７】本発明の更にその他の実施例に係るドットマト
リクス発光表示体の概略一部平面図。

【図８】図６のＢ−Ｂ線に沿った概略断面図。

【図９】従来のドットマトリクス発光表示体の概略斜視
図。

【図１０】図９のＣ−Ｃ線に沿った概略拡大断面図。

【図１１】図１、図２及び従来のドットマトリクス発光
表示体における指向特性の範囲を示す指向特性図。

【図１２】図７及び図８のドットマトリクス発光表示体
における指向特性の範囲を示す指向特性図。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表示体本体の表面に多数の透孔を縦横に形
   成すると共に、前記各透孔内に少なくとも１個のＬＥＤ
   発光素子をそれぞれ配設収容してなるドットマトリクス
   発光表示体において、 上記各透孔内のＬＥＤ発光素子に対応して透光性球体を
   配置すると共に、各透孔を前記球体の光屈折率より小さ
   い光屈折率を有する透光性樹脂で封止したことを特徴と
   するドットマトリクス発光表示体。
2. 【請求項２】表示体本体の表面に縦横に形成される多数
   の透孔内に少なくとも１個のＬＥＤ発光素子を配設収容
   し、各透孔内のＬＥＤ発光素子に対応させて透光性球体
   を配置してから該球体の光屈折率より小さい光屈折率を
   有する透光性樹脂をそれぞれの透孔内に充填して封止す
   る工程を含むことを特徴とするドットマトリクス発光表
   示体の製造方法。