JPH07199829A - 発光ユニットおよび表示装置ならびに照明装置 - Google Patents

発光ユニットおよび表示装置ならびに照明装置

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JPH07199829A
JPH07199829A JP33526093A JP33526093A JPH07199829A JP H07199829 A JPH07199829 A JP H07199829A JP 33526093 A JP33526093 A JP 33526093A JP 33526093 A JP33526093 A JP 33526093A JP H07199829 A JPH07199829 A JP H07199829A
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JP
Japan
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light emitting
emitting unit
light
led chips
led chip
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Application number
JP33526093A
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English (en)
Inventor
Atsushi Heike
敦 平家
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HARRISON DENKI KK
Toshiba Lighting and Technology Corp
Original Assignee
HARRISON DENKI KK
Harison Denki Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by HARRISON DENKI KK, Harison Denki Corp filed Critical HARRISON DENKI KK
Priority to JP33526093A priority Critical patent/JPH07199829A/ja
Publication of JPH07199829A publication Critical patent/JPH07199829A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched

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  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
  • Fastening Of Light Sources Or Lamp Holders (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 LEDチップから反射面に入射した光を効率
よくハウジングの開口部から放射し、明るさや輝度を向
上させることを目的とする。 【構成】 複数個のLEDチップ3、3、…を配線パタ
ーン2A上に直線状またはマトリックス状に配設した配
線基板1と、各LEDチップ3、3、…と対応させて光
放射孔6を設けたハウジング5とを具備したものおい
て、上記光放射孔6は裁頭円錐状または裁頭角錐状をな
しその基板1側の開口部6bはLEDチップ部3を囲繞
する大きさであるととも他方の配線パターン2Bに接続
する金属細線4配設用の溝部8を連設している発光ユニ
ットUおよびこの発光ユニットUを用いた表示装置ある
いは照明装置。 【効果】 LEDチップからの放射光は光放射孔の周壁
面で反復反射が繰り返される損失を少なくした構成で、
光放射孔や光放射体から放射する光量や輝度などを高め
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は発光ダイオードを用い文
字、数字や画像などの表示あるいは照明などを行う発光
ユニットおよびこの発光ユニットを用いた表示装置なら
びに照明装置に関する。
【0002】
【従来の技術】たとえば電光表示装置の光源として電球
に代え、小型(薄型)軽量、低電力、低発熱、低価格で
しかも耐振性に強く長寿命な発光ダイオード(以下、L
EDと称する。)としたものが多用されつつある。
【0003】このLEDを用いた電光表示装置たとえば
道路情報板等においては、たとえば縦×横の寸法が約5
cm×約5cmの基板にマトリックス状に縦横9行9列
にLEDチップを計81個配置したものを1モジュール
として発光ユニットを構成し、さらにこのモジュール化
した発光ユニットをたとえば縦横に10枚×20枚マト
リックス状に枠などに取付けるなどして、点灯制御回路
を介して所定のLEDチップに通電して点灯させること
により、通行に必要な道路情報を表示提供するようにし
ている。
【0004】そして従来、この発光ユニットUの構成は
図1(図1は本発明の実施例であるが外観は従来と同じ
であるので援用した。)および図9に示すようであっ
た。すなわち、図1および図9において1は電気絶縁性
の合成樹脂からなる配線基板、2A、2Bはこの基板1
上に形成した配線パターン、3、3、…(図面上は図9
に1個のみ示す。)はこの配線パターン2A上に所定の
間隔を隔てて形成したLEDチップ、4はこのLEDチ
ップ上面とアノード配線パターン2Bとを接続している
金属細線である。
【0005】また、5はこの基板1上に固定されたハウ
ジングであって、上記基板1の配線パターン2A上に形
成した各LEDチップ3、3、…と対面する部分には隔
壁6c、6c、…で区画した貫通する光放射孔6が形成
されていて、この光放射孔6の周壁は基板1側より上方
開口部6a側の径が大きい裁頭円錐状をした傾斜面で、
この傾斜面は白色化等した反射面7となっている。そし
て、上記の各LEDチップ3、3、…は各光放射孔6、
6、…の中心軸にあって、LEDチップ3を点灯した
際、その放射光が反射面7を介して効率よくハウジング
5外に放射されるようになっている。
【0006】このような構成の発光ユニットUは、消費
電力が少なく耐振性もあり長寿命で保守管理も容易にな
るという利点があるが、車両の運転者等からはさらに輝
度を高くし識別し易くして欲しいという要望がある。
【0007】これは、表示板全般に言えることである
が、特に屋外に設置された情報表示板は、晴天日の明る
い環境下において太陽光が表示面に当たっている場合、
入射する太陽光のため表示面の輝度比が低下し表示が見
えにくくなり、車両の運転者等の視認者が表示内容を視
認することができなくなってしまうことがあり、表示面
の表示が明瞭に識別できるような高輝度化が望まれてい
る。
【0008】そこで、本発明者はこの発光ユニットUに
ついてさらに検討した。この検討の結果から、従来のハ
ウジング5に形成した裁頭円錐状の光放射孔6は配線基
板1側より上方開口部6a側の径の方が大きいが、基板
1側の孔6b径も配線基板1の配線パターン2Bに接続
した金属細線4部分を含むLEDチップ3全体を囲む大
きさであって結構大きく、この上下の開口部6a、6b
を結ぶ傾斜面(6)の拡開角度θは小さく形成されてい
た。
【0009】そして、この傾斜面(6)の拡開角度θが
小さいということは、LEDチップ3からの放射光のう
ち大部分は傾斜した反射面7に入射するが、この反射面
7の傾斜角θ/2が小さいために図9に矢印Aで示すよ
うに反射面7内を数回の反射を繰り返しながら開口部6
aに達しハウジング5外に放射されることになる。この
ように反射面7で反復反射が繰り返されることは拡散、
吸収等で光が減衰され、1回の反射で開口部6aから放
射される場合に比べて弱光となり、発光面の輝度が低く
なるということが分かった。
【0010】そこで、上記ハウジング5に形成した反射
面7の傾斜角度を大きくすることも考えられるが、発光
面側の面積が同じで開口部6aを大きくすることはLE
Dチップ3、3、…の数を減らさなくてはならないこと
で、このLEDチップ3、3、…を減らせば従前より光
量が減少してしまうことは明らかであり、また、逆に基
板1に形成するLEDチップ3、3、…の数を増やすこ
とは、配線パターン2A、2Bの絶縁間隔等の問題があ
ることと反射面7の傾斜角度がより小さくなって、その
割りに光量や輝度が増加しないということがある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、LEDチップから反射面に入射した光を効率よく
ハウジングの開口部から放射できない点である。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に記載
の発光ユニットは、複数個のLEDチップを配線パター
ン上に直線状またはマトリックス状に配設した配線基板
と、この配線基板上の各LEDチップと対応させて光放
射孔を設けたハウジングとを具備した発光ユニットにお
いて、上記光放射孔は裁頭円錐状または裁頭角錐状をな
しその基板側の開口部はLEDチップ部を囲繞する大き
さであるととも他方の配線パターンに接続する金属細線
配設用の溝部を連設していることを特徴としている。
【0013】本発明の請求項2に記載の発光ユニット
は、複数個のLEDチップを配線パターン上に直線状ま
たはマトリックス状に配設した配線基板と、この配線基
板上の直列した複数個のLEDチップと対応させて樋状
の光放射体を設けたハウジングとを具備した発光ユニッ
トにおいて、上記光放射体は短辺側の断面が裁頭円錐状
または裁頭角錐状をなす連続した長尺体でその基板側の
開口部幅はLEDチップ部を囲繞する大きさであるとと
も各LEDチップから他方の配線パターンに接続する金
属細線配設用の溝部を各LEDチップの近傍に連設して
いることを特徴としている。
【0014】本発明の請求項3に記載の発光ユニット
は、ハウジングに形成した裁頭円錐状または裁頭角錐状
の光放射孔の拡開角度θは20〜100度であることを
特徴としている。
【0015】本発明の請求項4に記載の表示装置は、上
記請求項1ないし請求項3のいずれかに記載された発光
ユニットを1組ないし複数組と、この発光ユニットに直
列接続された電流制限回路とを具備していることを特徴
としている。
【0016】本発明の請求項5に記載の表示装置は、上
記請求項1ないし請求項3のいずれかに記載された発光
ユニットを1組ないし複数組と、この発光ユニットを出
力側に接続して複数個のLEDチップを選択的に点灯さ
せる点滅駆動回路とを具備していることを特徴としてい
る。
【0017】本発明の請求項6に記載の照明装置は、上
記請求項1ないし請求項3のいずれかに記載された発光
ユニットを1組ないし複数組と、この発光ユニットに直
列接続された電流制限回路とを具備していることを特徴
としている。
【0018】本発明の請求項7に記載の照明装置は、上
記請求項1ないし請求項3のいずれかに記載された発光
ユニットを1組ないし複数組と、この発光ユニットを出
力側に接続して複数個のLEDチップを選択的に点灯さ
せる点滅駆動回路とを具備していることを特徴としてい
る。
【0019】
【作用】ハウジングの基板側の開口部を金属細線の延在
部分を除き小径として傾斜角度の大きい反射面を有する
光放射孔としたので、LEDチップから反射面に入射し
た光は反復反射することが少なくなって損失が低減で
き、効率よくハウジングの開口部から放射される。
【0020】
【実施例】以下,本発明の第一の実施例を図1〜図4を
参照して説明する。図1は発光ユニットの斜視図、図2
は図1においてD方向から見た要部の上面図、図3は図
1においてX−X線に沿って縦断した要部の断面図、図
4は図1においてY−Y線に沿って縦断した要部の断面
図である。
【0021】この発光ユニットUの外装は電気絶縁性の
合成樹脂からなる配線基板1と、この配線基板1の一面
に組合わされた合成樹脂からなるハウジング5とからな
る。たとえばこの配線基板1は縦×横の寸法が約5cm
×約5cmで、この基板1上には銅箔等からなる配線パ
ターン2A、2Bが形成されていて、一方の延在してい
る共通の配線パターン2A上には所定の間隔たとえば約
5mmを隔ててマトリックス状に縦横9行×9列計81
個のGaPやGaAlAs等からなるLEDチップ3、
3、…(図面上は図2〜図4に1個のみを示す。)が導
電性接着剤を介して固着されている。
【0022】また、他方の単独せる各配線パターン2
B、2B、…(図面上は図2〜図4に1個のみを示
す。)と上記のLEDチップ3、3、…の上面(アノー
ド)とを結び金属細線4、4、…(図面上は図2〜図4
に1本のみを示す。)が配線接続されている。
【0023】また、この配線基板1と組合わせられる合
成樹脂等からなるハウジング5は、基板1上の各LED
チップ3、3、…と対面する部分に隔壁6c、6c、…
で区画した計81個の光放射孔6、6、…が形成されて
いて、各LEDチップ3、3、…と各光放射孔6の中心
軸とは同軸かほぼ同軸上に在る。この光放射孔6の周壁
は基板1側の開口部6bより上方側の開口部6aの径が
大きい裁頭円錐状をなしている傾斜面で、上方側の開口
部6aの径は約4mmで従来と変わらないが、基板1側
の開口部6bの径はLEDチップ3から他方の単独の配
線パターン2Bに延在している金属細線4の中央部位ま
での約1,5mmで従来より小径で、その拡開角度θは
約40度と傾斜が緩やかになっている。また、この光放
射孔6の周壁の一部は切欠してスリット状の溝部8が形
成されていて、光放射孔6と連通した溝部8内には上記
金属細線4が通るようになっている。また、この光放射
孔6の傾斜面には白色などの光反射性を有する反射膜7
が形成してある。
【0024】そして、この発光ユニットUの組立ては、
まず配線基板1上の所定位置に銅箔などで連設している
配線パターン2Aおよび分割している配線パターン2
B、2B、…を形成し、ついで、上記連設している配線
パターン2A上に所定間隔でLEDチップ3、3、…を
導電接着剤を介し接合していく。つぎに、このLEDチ
ップ3、3、…の上面(アノード側になるかカソード側
になるかはLEDがpn接合かnp接合によって変わ
る。)と分割形成した配線パターン2B、2B、…との
間に金属細線4、4、…をさしわたしつぎつぎにボンデ
ィングして接続する。 このボンディングが終了した
ら、配線基板1の上面にハウジング5をもってきて、L
EDチップ3、3、…の位置と各光放射孔6、6、…の
位置とを合わせ、両者を図示しない接着剤、凹凸による
係止、ねじ止めなどの固着手段で固定することによって
完成する。
【0025】この発光ユニットUの点灯は、LEDチッ
プ3、3、…と配線基板1あるいは基板1とは別体に設
けた電流制限回路(図示しない。)とを直列接続して、
電源から給電することによって行われる。また、表示を
変化させる場合は点滅駆動回路(図示しない。)によっ
て、所定のLEDチップ3、3、…を個々あるいは群毎
に点灯制御し(本実施例の場合は各個の配線パターン2
B側のオンオフにより制御する。)、その点灯させた各
LEDチップ3、3、…の発光組合わせによって所定の
文字、数字、画像等の表示をすることで、電光表示シス
テムの発光ユニットUとして機能するようになってい
る。
【0026】そして、このような構成の発光ユニットU
は所定のLEDチップ3、3、…に通電して点灯する
と、LEDチップ3から放射された光は図において上方
へ直進する直射光BとLEDチップ3周壁の傾斜面に形
成した反射面7に入射して光放射孔6外に向かう反射光
Aが放射される。
【0027】本発明の場合この光放射孔6の周壁が形成
する傾斜面の傾斜角度θ/2が従来のものより大きいの
で、LEDチップ3からの放射光は反射面7で反復反射
が繰り返されることが少なく、大部分が1回の反射で開
口部6aに達しハウジング5外に放射される。
【0028】したがって、光放射孔6の周壁の傾斜面で
光を損失する部分は細い金属細線4を通すスリット状の
溝部8部分だけで、全体からみれば僅かで光放射孔6か
ら放射する光量や輝度などを高め、明るさの増した発光
ユニットUを得ることができる。
【0029】そして、もちろんこの発光ユニットUは1
組でも使用することができるが、たとえば図5に示すよ
うに道路情報表示板として複数組の発光ユニットUを、
縦横にたとえば10枚×20枚マトリックス状に支柱9
a、9aを有する筐体9などに取付けるなどして、点滅
駆動回路(図示しない。)を介して所定のLEDチップ
に通電して点灯させることにより、通行に必要な情報を
表示提供できる。
【0030】また、図6および図7は本発明の第二の実
施例を示し、図中図1〜図4と同一部分には同一の符号
を付してその説明は省略する。この実施例のものはハウ
ジング5に形成した光放射孔6、6、…を、基板1側の
開口部6bより上方側の開口部6aの辺の長さを大きく
した裁頭角錐状たとえば四角錐状の傾斜面としたもの
で、この上下の開口部6a、6bを結ぶ傾斜面の傾斜角
度θ/2は従来より大きい角度で形成されている。
【0031】この裁頭四角錐状の光放射孔6の場合も、
各光放射孔6、6、…と各LEDチップ3、3、…との
中心軸とは同軸かほぼ同軸上に在り、光放射孔6の周壁
の一部は切欠して溝部8が形成されていて、光放射孔6
と連通した溝部8内には上記金属細線4が通っていて、
金属細線4の途中からおよび他方の配線パターン2Bは
トンネル状の溝部内で光放射孔6の上方からは見えな
い。
【0032】本実施例の場合も上記実施例と同様に、L
EDチップ3からの放射光は反射面(6)で反復反射が
繰り返されることが少なく、大部分が1回の反射で開口
部6aに達しハウジング5外に放射される。したがっ
て、光放射孔6の周壁の傾斜面(6)で光を損失する部
分は細い金属細線4を通すスリット状の僅かな溝部8部
分だけで、放射する光量や輝度などを高め得ることがで
きる。
【0033】また、図8は本発明の第三の実施例を示
し、図中図1〜図7と同一部分には同一の符号を付して
その説明は省略する。上記実施例では配線基板1上に縦
横マトリックス状にLEDチップ3、3、…を配設した
が、この実施例のものは配線基板1上に複数個のLED
チップ3、3、…を直列的に一列ないし数列ここでは一
列配設したものである。そして、ハウジング5について
は光放射体61(上記実施例の光放射孔6に相当)は複
数個のLEDチップ3、3、…に対応した短辺側の断面
が裁頭円錐状または裁頭角錐状で長尺な略逆ハ字形をな
す樋状(但し底辺にはLEDチップ3、3、…が臨み切
欠けられている)であって、各LEDチップ3、3、…
の近傍には光放射体61の周壁の一部を切欠して溝部
8、8、…が形成されていて、光放射体61と連通した
各溝部8、8、…内には上記金属細線4、4、…が通る
ようになっている。なお、図中2Cは共通する配線パタ
ーン2Aの給電部である。
【0034】このような構成の発光ユニットUも、一部
断面が上記実施例と同様な反射特性を有する光放射体6
1が形成してあるので、その発光特性は従来品に比べて
高い値を示した。
【0035】なお、本発明は上記実施例のものに限定さ
れるものではなく、たとえばハウジング5に形成される
裁頭円錐状または裁頭角錐状の光放射孔6や光放射体6
1の傾斜面は完全な直線状ではなく、図8に示すように
放物曲線面や楕円曲線面など湾曲している面であっても
よく、要するにLEDチップ3から傾斜面(6)(反射
面7)に向かった光線が傾斜面(6)(反射面7)を反
復反射することなく少ない反射回数で光放射孔6や光放
射体61から放射される構造であればよい。また、本発
明者の試験によれば、光放射孔6や光放射体61の拡開
角度はあまり広くても散光して輝度が低下し、実用上は
20〜100度位が発光特性も向上してよく、特に40
〜60度が集光性もよく大幅な特性向上がはかれた。
【0036】また、上記実施例では光放射孔6の周壁に
反射膜7を形成したが、ハウジング5自体が白色体であ
れば特に反射膜7を形成しなくてもよい。
【0037】また、光放射孔6や光放射体61の配線基
板1側に形成した金属細線4を通す溝部8はできる限り
幅が狭いほど光の損失が少なく特性が向上でき、この溝
部8は傾斜面(6)の表面にまででなく細線4の入口以
外の部分はトンネル状に形成してあって上方から細線4
全体が見えなくてもよい。
【0038】また、実施例では道路情報表示用の表示装
置および発光ユニットについて述べたが、第三実施例に
示す小型のものなどは複写機やファックスなどのOA機
器用、ストップランプなどの車両用あるいは装飾用や展
示品の照明用などでもよく、また、第二、三の実施例に
示す発光ユニットUも1組でもあるいは複数組を一体化
して種々の電光掲示板や案内板、標識、広告ディスプレ
イなどの表示用として屋内外に拘らず広く適用できるも
のである。
【0039】さらに、この発光ユニットUの使用に際し
てハウジング5の光放射孔6、6、…が臨む光放射面
に、保護用の透明保護体、着色体、レンズやフィルタな
どを配置しても差支えない。
【0040】さらにまた、この発光ユニットUの組立て
手順などは実施例に限らず、単にハウジング側に金属細
線用の溝部を形成しておけばよいので格別な工程を要さ
ず作業上従来と何等の変化もない。
【0041】
【発明の効果】以上詳述したように本発明は、LEDチ
ップ(発光ダイオードチップ)からの放射光は光放射孔
や光放射体の周壁面で反復反射が繰り返されることが少
なく、大部分が1回の反射で光放射孔の開口部に達しハ
ウジング5外に放射される構成としたので、したがっ
て、光放射孔から放射する光量や輝度などを高め、明る
さの増した発光ユニットおよび表示装置や照明装置を得
ることができる。
【0042】また、ハウジング表面を同一発光面積とし
た場合LEDチップの数量を増やさず、また、従来通り
の作業で製造できるのでコストも易くできるなど種々の
利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の発光ユニットの第一実施例を示す斜視
図である。
【図2】図1においてZ方向から見た一つの光放射孔部
分を拡大して示す上面図である。
【図3】図1において一つの光放射孔部分をX−X線に
沿って切断した面を拡大して示す正面図である。
【図4】図1において一つの光放射孔部分をY−Y線に
沿って切断した面を拡大して示す側面図である。
【図5】本発明の表示装置の実施例を示す斜視図であ
る。
【図6】本発明の発光ユニットの第二実施例を示す斜視
図である。
【図7】図6においてZ方向から見た一つの光放射孔部
分を拡大して示す上面図である。
【図8】本発明の発光ユニットの第三実施例を示す斜視
図である。
【図9】従来の発光ユニットの要部を拡大して示す上面
図である。
【符号の説明】
U:発光ユニット 1:配線基板 2A、2B:配線パターン 3:LEDチップ(発光ダイオードチップ) 4:金属細線 5:ハウジング 6:光放射孔(傾斜面) 61:光放射体(傾斜面) 6a、6b:開口部 7:反射面 8:溝部(スリット) θ:拡開角度 θ/2:傾斜面の傾斜角度

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数個のLEDチップを配線パターン上
    に直線状またはマトリックス状に配設した配線基板と、
    この配線基板上の各LEDチップと対応させて光放射孔
    を設けたハウジングとを具備した発光ユニットにおい
    て、上記光放射孔は裁頭円錐状または裁頭角錐状をなし
    その基板側の開口部はLEDチップ部を囲繞する大きさ
    であるととも他方の配線パターンに接続する金属細線配
    設用の溝部を連設していることを特徴とする発光ユニッ
    ト。
  2. 【請求項2】 複数個のLEDチップを配線パターン上
    に直線状またはマトリックス状に配設した配線基板と、
    この配線基板上の直列した複数個のLEDチップと対応
    させて樋状の光放射体を設けたハウジングとを具備した
    発光ユニットにおいて、上記光放射体は短辺側の断面が
    裁頭円錐状または裁頭角錐状をなす連続した長尺体でそ
    の基板側の開口部幅はLEDチップ部を囲繞する大きさ
    であるととも各LEDチップから他方の配線パターンに
    接続する金属細線配設用の溝部を各LEDチップの近傍
    に連設していることを特徴とする発光ユニット。
  3. 【請求項3】 上記ハウジングに形成した裁頭円錐状ま
    たは裁頭角錐状の光放射孔の拡開角度θは20〜100
    度であることを特徴とする発光ユニット。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし請求項3のいずれかに記
    載された発光ユニットを1組ないし複数組と、この発光
    ユニットに直列接続された電流制限回路とを具備してい
    ることを特徴とする表示装置。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし請求項3のいずれかに記
    載された発光ユニットを1組ないし複数組と、この発光
    ユニットを出力側に接続して複数個のLEDチップを選
    択的に点灯させる点滅駆動回路とを具備していることを
    特徴とする表示装置。
  6. 【請求項6】 請求項1ないし請求項3のいずれかに記
    載された発光ユニットを1組ないし複数組と、この発光
    ユニットに直列接続された電流制限回路とを具備してい
    ることを特徴とする照明装置。
  7. 【請求項7】 請求項1ないし請求項3のいずれかに記
    載された発光ユニットを1組ないし複数組と、この発光
    ユニットを出力側に接続して複数個のLEDチップを選
    択的に点灯させる点滅駆動回路とを具備していることを
    特徴とする照明装置。
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