JPWO2018084215A1 - 表示装置及び画素ユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】低消費電力でＬＥＤディスプレイを構成可能とした表示装置及び画素ユニットを提供する。【解決手段】複数の画素を一定間隔で配置した表示装置１０００であって、外形を六角柱状とし、内部を空洞として一方を開口端とした反射構造体１０と、前記反射構造体１０の開口端を閉塞するように配置された、透光性を有する拡散シート２０と、前記反射構造体１０の他方の端縁において、該端縁の中央部分に配置された、赤色、緑色、青色に発光可能な発光ダイオード５０とで構成された画素ユニット１００を、複数、各画素ユニット１００の六角柱状の側面同士を積層して、天面の拡散シート２０で構成される画素発光領域同士を隣接させて、大きな表示領域を構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置及び画素ユニットに関する。
ディスプレイ等の表示装置には液晶ディスプレイが用いられている。１００インチ以上といった大型のディスプレイにおいては、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）を用いたＬＥＤディスプレイが利用されている。ＬＥＤディスプレイは、画素毎に赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを組み合わせて、フルカラー表示を実現している。
このようなＬＥＤディスプレイは、矩形状の表示領域に、画素毎にＬＥＤを配置して構成しているため、一般にディスプレイの画面サイズが大きくなるほど、ＬＥＤの使用量が増え、これに応じて消費電力も増大していく。ＬＥＤの使用量を減らすには、画素の密度を小さくすることが考えられる。画素同士の間の隙間（ピッチ）を大きくするほど、ＬＥＤの使用量は減るが、逆に表示可能な解像度は低くなる。特にＬＥＤは点光源であるため、直進性が強く、ピッチが大きくなると発光部分と発光しない領域との差が顕著となってドット感が強く感じられるようになり、不均一な粗い画面となる。
このように、ＬＥＤの使用量の低減すなわち消費電力の低減と、表示品質とはトレードオフの関係にあり、特に大画面になるほどこの問題が顕著となり、低消費電力の大型ディスプレイを構築することは困難とされていた。また大型ディスプレイに限らず、近年は東日本大震災に伴う電力供給不足、原発の稼働停止や石油等天然資源の枯渇、ＣＯ2の削減といった地球環境への配慮が強く求められており、消費電力の削減は緊急の課題である。
米国特許第６０８２８８５号明細書 米国特許第５８７３６４５号明細書
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり。本発明の目的の一は、低消費電力でＬＥＤディスプレイを構成可能とした表示装置及び画素ユニットを提供することにある。
 課題を解決するための手段及び発明の効果
上記目的を達成するため、本発明の第１の形態に係る表示装置によれば、複数の画素を一定間隔で配置した表示装置であって、外形を六角柱状とし、内部を空洞として一方を開口端とした反射構造体と、前記反射構造体の開口端を閉塞するように配置された、透光性を有する拡散シートと、前記反射構造体の他方の端縁において、該端縁の中央部分に配置された、赤色、緑色、青色に発光可能な発光ダイオードとで構成された画素ユニットを、複数、各画素ユニットの六角柱状の側面同士を積層して、天面の拡散シートで構成される画素発光領域同士を隣接させて、大きな表示領域を構成することができる。上記構成により、発光ダイオードの点状光源からの光を拡散シートで面状に拡げると共に、拡散シートで構成される面発光領域を隣接させることで、従来のＬＥＤディスプレイでは発光ダイオード同士の間が非発光のため表示面が不均一となっていた問題を解消できる。すなわち、発光ダイオード同士の間隔を拡げても、各画素を面状光源とし、かつこれらを近接させたことで、従来のような画素同士の間に存在する非発光領域を低減して、表示領域全体で均一な発光が得られ、結果として使用する発光ダイオードの数を低減しても、均一でドット感の少ない高品質な表示装置を実現できる。また画素ユニットの画素発光領域を隣接させてより大きな表示領域を構成できる。この際、画素ユニットを六角柱状としたことで、十分な強度を備えさせ、多数の画素ユニットを積層しても型崩れしない利点も得られる。
また、第２の形態に係る表示装置によれば、さらに前記発光ダイオードを駆動する駆動回路と、前記駆動回路を、外部機器から無線接続にて制御可能とするための通信回路とを備えることができる。
さらに、第３の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記反射構造体の側面を、正方形状とすることができる。上記構成により、反射構造体に配置した発光ダイオードの光が反射構造体の内部で拡散されて、影の少ない、むらの低減された面状光源として拡散シート状に表れるよう構成できる。
さらにまた、第４の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記拡散シートの厚さを３８μｍ〜１２５μｍとすることができる。
さらにまた、第５の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記拡散シートを樹脂製の硬質な板状として、透光性を有する反射板で構成することができる。
さらにまた、第６の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記反射板を、アクリル製とできる。
さらにまた、第７の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記拡散シートを、前記反射板の表面に積層される、拡散材を塗布した樹脂製の拡散フィルムを備えさせることができる。
さらにまた、第８の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記拡散フィルムを、前記画素ユニットの表面側に位置するよう、前記反射板上に積層することができる。
さらにまた、第９の形態に係る表示装置によれば、前記発光ダイオードを複数備えると共に、前記複数の発光ダイオードを被覆するレンズ体を備えることができる。上記構成により、発光ダイオードを複数個使用して光量を増す一方で、これらの光が拡散シートで面発光となるように集光させることが可能となる。
さらにまた、第１０の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記反射構造体の他方の端縁を、底面板で閉塞することができる。
さらにまた、第１１の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記底面板の中央部分に開口部を形成し、該開口部から前記発光ダイオードを前記反射構造体の内部に挿入することができる。
さらにまた、第１２の形態に係る表示装置によれば、前記発光ダイオードが、前記開口部に挿通可能な円筒状の筒状体と、前記筒状体と隣接して形成された、前記開口部よりも大きい鍔部とを備えており、前記筒状体は、ねじ溝を形成しており、前記表示装置はさらに、前記ねじ溝に螺合可能な環状のリング体を備えており、前記発光ダイオードの筒状体が、前記開口部に前記反射構造体の発光面側から挿入された状態で、前記反射構造体の背面側から突出された筒状体のねじ溝に、前記リング体が螺合されて、前記発光ダイオードが前記反射構造体に固定させることができる。上記構成により、反射構造体の底面に発光ダイオードを簡単に固定することが可能となる。
さらにまた、第１３の形態に係る表示装置によれば、前記拡散シートを前記反射構造体から着脱可能とし、前記拡散シートを前記反射構造体から脱離した状態で、前記反射構造体を折り畳み可能に構成することができる。上記構成により、嵩張る反射構造体を折り畳んでコンパクトな状態とすることができ、運搬、保管に便利とできる。特に、多数の反射構造体を用いる場合には低コストでの運搬等が実現される。
さらにまた、第１４の形態に係る表示装置によれば、前記反射構造体の底面が、六角柱状の各側面とそれぞれ連続するように、複数の底板片に分割されており、前記反射構造体を折り畳み状態としたとき、各底板片は分離され、前記反射構造体を展開状態としたとき、各底板片が互いに係合されて一体の底面板を形成すると共に、該底面板の中央部分に円形の開口部を形成しており、前記発光ダイオードが、前記開口部に挿通可能な筒状体と、前記筒状体と隣接して形成された、外径を前記開口部の内径よりも大きくする鍔部とを備えており、前記筒状体は、ねじ溝を形成しており、前記表示装置はさらに、前記ねじ溝に螺合可能な環状のリング体を備えており、前記発光ダイオードの筒状体が、前記開口部に前記反射構造体の発光面側から挿入された状態で、前記反射構造体の背面側から突出された筒状体のねじ溝に、前記リング体が螺合されて、前記発光ダイオードを前記反射構造体に固定することができる。上記構成により、折り畳み可能な反射構造体に、発光ダイオードを固定することで、併せて反射構造体を折り畳み姿勢から展開姿勢に維持できる。
さらにまた、第１５の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記中央部分を、前記反射構造体の六角柱状の底面の中心から各頂点に向かう線分上の４２％の点で囲まれた六角形状の内部とすることできる。上記構成により、発光ダイオードを六角形の中心に位置させることで、画素発光領域を均一に発光させることが可能となる。
さらにまた、第１６の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記発光ダイオードの配光分布を１００°〜１５０°とすることができる。上記構成により、発光ダイオードの配光分布のピークとなる位置が、画素ユニットの高さのほぼ中央となるように位置させることで、画素発光領域を均一に発光させることが可能となる。
さらにまた、第１７の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記画素発光領域の中心に対する、該画素発光領域の隅部における相対光度を７０％以上とできる。
さらにまた、第１８の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記発光ダイオードを、一つのパッケージに赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ、青色ＬＥＤチップを組み込んだ発光ダイオードとすることができる。
さらにまた、第１９の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記発光ダイオードを、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオードを近接して配置させた発光ダイオード集合体とすることできる。
さらにまた、第２０の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記反射構造体の側面に、他の反射構造体と連結するための連結機構を設けることができる。上記構成により、画素ユニット同士を連結機構で連結して、大きな表示装置を構築できる。また画素ユニットをユニット式に連結可能としたことで、連結数を調整すれば、表示装置の表示領域の大きさを調整できる。
さらにまた、第２１の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記反射構造体の内部を白色とすることができる。上記構成により、簡単な構造で反射構造体の内部の反射率を高めることができる。
さらにまた、第２２の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記反射構造体を紙製とすることができる。上記構成により、安価で軽量に表示装置を構成できる。
さらにまた、第２３の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、さらに前記拡散シートを保持すると共に、前記反射構造体の開口端を閉塞する蓋枠を備えることができる。
さらにまた、第２４の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記蓋枠を前記拡散シートの六角形状の外周を被覆する枠状に形成することができる。
さらにまた、第２５の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記拡散シートを、前記反射構造体の開口端に直接貼付することができる。
さらにまた、第２６の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記複数の画素ユニットが隣接された状態で、各反射構造体の開口端に、共通の拡散シートを貼付することができる。
さらにまた、第２７の形態に係る画素ユニットによれば、上記構成に加えて、ディスプレイの一画素を構成し、複数を組み合わせて大きな表示装置を構成するための画素ユニットであって、外形を六角柱状とし、内部を空洞として一方を開口端とした反射構造体と、前記反射構造体の開口端を閉塞するように配置された、透光性を有する拡散シートと、前記反射構造体の他方の端縁において、該端縁の中央部分に配置された、赤色、緑色、青色に発光可能な発光ダイオードとを備えることができる。上記構成により、発光ダイオードの点状光源からの光を拡散シートで面状に拡げると共に、拡散シートで構成される面発光領域を隣接させることで、従来のＬＥＤディスプレイでは発光ダイオード同士の間が非発光のため表示面が不均一となっていた問題を解消できる。すなわち、発光ダイオード同士の間隔を拡げても、各画素を面状光源とし、かつこれらを近接させたことで、従来のような画素同士の間に存在する非発光領域を低減して、表示領域全体で均一な発光が得られ、結果として使用する発光ダイオードの数を低減しても、均一でドット感の少ない高品質な表示装置を実現できる。また六角柱状としたことで、十分な強度を備えさせ、多数の画素ユニットを積層しても型崩れしない利点も得られる。
本発明の実施形態１に係る表示装置を示す平面図である。 表示装置を構成する画素ユニットの斜視図である。 画素ユニットを正面側から見た分解斜視図である。 画素ユニットを背面側から見た分解斜視図である。 図１の表示装置を、図２の画素ユニットを積層して構成する様子を示す分解斜視図である。 反射構造体の底面においてＬＥＤを配置する領域を示す模式平面図である。 表面実装型のＬＥＤを示す斜視図である。 赤色ＬＥＤを２個、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤをそれぞれ１個配置して一画素を構成したＬＥＤ集合体を示す模式平面図である。 ＳＭＤ型ＬＥＤの視野角を示す模式断面図である。 砲弾型のＬＥＤの視野角を示す模式断面図である。 図１１ＡはＳＭＤ型ＬＥＤを用いた画素ユニットの平面図、図１１Ｂは図１１ＡのＸＢ−ＸＢ線におけるＬＥＤの配光曲線を示す模式断面図である。 正六角柱状の反射構造体を示す斜視図である。 画素発光領域におけるＬＥＤの配光分布を示す模式平面図である。 側面を設けない画素ユニットでＬＥＤを点灯させた画素発光領域を示すイメージ図である。 図１４のＸＶ−ＸＶ線におけるＬＥＤの相対発光強度を示すグラフである。 図１６Ａは、砲弾型ＬＥＤを用いた画素ユニットの平面図であり、図１６Ｂは図１６ＡのＸＩＢ−ＸＩＢ線におけるＬＥＤの配光曲線を示す模式断面図である。 画素ピッチを示す模式平面図である。 点状の画素を行列状に配置した表示領域を示す模式平面図である。 正方形状の画素を行列状に配置した表示領域を示す模式平面図である。 ＬＥＤを反射材と離間させて発光させた場合の光の強度分布を示す模式側面図である。 正方形状の画素を示す模式平面図である。 六角形状の画素を示す模式平面図である。 六角形状の画素ユニットの内部を示す垂直断面図である。 六角形状の画素を配置した表示領域を示す模式平面図である。 点状の画素を行毎にオフセット配置した表示領域を示す模式平面図である。 六角柱状の画素ユニットを積層したときの加重の分散を示す模式側面図である。 導光板を用いた面発光光源を示す模式断面図である。 拡散レンズを用いた面発光光源を示す模式断面図である。 拡散シートの拡大断面図である。 変形例に係る拡散シートの拡大断面図である。 反射材と拡散材による光の拡散、反射を示す模式断面図である。 ＬＥＤを反射構造体の内部に配置する様子を示す模式断面図である。 反射板の厚さを異ならせた画素ユニットを発光させた状態を示す写真である。 反射板の厚さを異ならせた画素ユニットを発光させた状態を示す写真である。 側面を設けた画素ユニットでＬＥＤを点灯させた画素発光領域を示すイメージ図である。 変形例に係る画素ユニットを示す断面図である。 ＬＥＤユニットの一例を示す斜視図である。 ＬＥＤユニットを反射構造体に固定する状態を示す分解斜視図である。 ＬＥＤユニットを反射構造体に固定した状態を背面側から見た斜視図である。 各画素ユニットを点灯駆動する駆動回路を示すブロック図である。 通信機能を備える表示装置を示すブロック図である。 図４２Ａは変形例に係る連結機構、図４２Ｂは別の変形例に係る連結機構を示す斜視図である。 図４３Ａは折り畳み自在とした画素ユニットの折り畳み状態、図４３Ｂは展開状態を示す斜視図である。 図４４Ａは図４３Ａを背面から見た斜視図、図４４Ｂは図４３Ｂを背面から見た斜視図である。 折り畳み自在とした画素ユニットの展開図である。 図４６Ａは二重構造の反射構造体の分解斜視図、図４６Ｂは図４６Ａにさらに蓋枠を被せる状態を示す分解斜視図、図４６Ｃは図４６Ｂの状態から蓋枠を被せた画素ユニットの分解斜視図を示す斜視図である。 図４７Ａは折り畳み自在な外層を複数連結して折り畳んだ状態、図４７Ｂは展開した状態を示す正面である。 図４８Ａは折り畳み自在な画素ユニットを複数連結した画素ユニット群の折り畳み状態、図４８Ｂは画素ユニット群の展開状態を示す正面である。 背面ボードを示す正面図である。 図４９の背面ボードの下段に画素ユニットを配置した状態を示す正面図である。 図５０の背面ボードの二段目に画素ユニットを配置した状態を示す正面図である。 変形例に係る表示装置を示す正面図である。 フレームレスの画素ユニットを示す分解斜視図である。 複数の画素ユニットを連結した表示装置を示す分解斜視図である。 実施例１及び比較例１に係る画素ユニットを発光させた状態を正面から撮影した写真である。 Ｐ２０のＬＥＤパネルを示す平面図である。 実施例１に係る表示装置を示す平面図である。 実施例１及び比較例１に係る表示装置の消費電力を比較したグラフである。 実施例１に係る画素ユニットの正面から４５°の角度で撮影した写真である。 実施例１に係る画素ユニットの正面から６０°の角度で撮影した写真である。 図６１Ａは画素ユニットを組み合わせて文字を表現する例、図６１Ｂは図形を表示する例を示す模式平面図である。 本発明の実施形態２に係る表示装置の分解斜視図である。 本発明の実施形態２に係る表示装置を示す平面図である。 複数の画素ユニットを連結した画素モジュールを示す分解斜視図である。 複数の画素モジュールを連結した表示装置を示す分解斜視図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための表示装置を例示するものであって、本発明は表示装置を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１に係る表示装置１０００を図１の平面図に、またこの表示装置１０００を構成する画素ユニット１００の斜視図を図２に、それぞれ示す。これらの図に示すように、画素ユニット１００を複数台積層して、表示装置１０００を構成する。各画素ユニット１００は、画素ユニット１００同士を連結するための連結機構４０を設けている。このように表示装置の一画素を構成する画素ユニットをユニット式としたことで、画素ユニットの縦横の連結数を変更することで、任意の大きさの表示装置を構築できる。
（画素ユニット１００）
画素ユニット１００の斜視図を図２に、正面側すなわち発光領域側から見た分解斜視図を図３に、背面側から見た分解斜視図を図４に、それぞれ示す。これらの図に示す画素ユニット１００は、反射構造体１０と、拡散シート２０と、発光ダイオード（ＬＥＤ）５０とを備える。
反射構造体１０は、外形を六角柱状とし、内部を空洞として一方を開口端としている。
拡散シート２０は、反射構造体１０の開口端を閉塞するように配置された、透光性を有する部材である。この拡散シート２０は、画素発光領域を構成する。
ＬＥＤ５０は、反射構造体１０の他方の端縁において、この端縁の中央部分に配置された、赤色、緑色、青色に発光可能な発光ダイオードである。
この画素ユニット１００を複数台、各画素ユニット１００の六角柱状の側面同士を図５に示すように積層して、天面の拡散シート２０で構成される画素発光領域同士を隣接させて、大きな表示領域を構成している。この構成により、ＬＥＤ５０の点状光源からの光を拡散シート２０で面状に拡げると共に、拡散シート２０で構成される面発光領域を隣接させることで、従来のＬＥＤディスプレイではＬＥＤ同士の間が非発光のため表示面が不均一となっていた問題を解消できる。すなわち、ＬＥＤ同士の間隔を拡げても、各画素を面状光源とし、かつこれらを近接させたことで、従来のような画素同士の間に存在する非発光領域を低減して、表示領域全体で均一な発光が得られ、結果として使用するＬＥＤの数を低減しても、均一でドット感の少ない高品質な表示装置を実現できる。また画素ユニット１００を六角柱状としたことで、十分な強度を備えさせ、多数の画素ユニット１００を積層しても型崩れしない利点も得られる。
（反射構造体１０）
反射構造体１０は、図３の分解斜視図に示すように、外形を六角柱状とし、正面側に拡散シート２０を配置している。この画素ユニット１００は、反射構造体１０の正面側を開放した有底筒状に形成し、開放端に蓋枠３０を挿入し、蓋枠３０と反射構造体１０との間に拡散シート２０を挟持するよう構成している。蓋枠３０は、底面を開放して開口窓としており、この開口窓から拡散シート２０が表出される。拡散シート２０は、反射構造体１０の端縁とほぼ同じ大きさとし、かつ蓋枠３０の内径よりも若干小さくする。この蓋枠３０は、拡散シート２０の六角形状の外周を被覆する枠状に形成されている。
また反射構造体１０の他方の端縁すなわち底は、底面板で閉塞している。この底面板の中央部分に開口部ＯＰを形成し、この開口部ＯＰからＬＥＤ５０を反射構造体１０の内部に挿入している。
反射構造体１０の内部は、反射性に優れた色や材質とする。例えば内面を白色とすることで、反射構造体１０の内部の反射率を容易に高めることができる。またこの反射構造体１０は、好ましくは紙製とする。これにより、安価で軽量に表示装置を構成できる。特に屋内に配置される表示装置であれば、耐水性や耐候性が求められず、紙製でも十分に対応できる。紙は再生紙としてもよく、これにより環境負荷を低減したリサイクル社会に適合できる。また紙製以外にも、木材、ポリプロピレン、プラスチック等を使用することで、軽量化が可能となり、コストの削減にも繋がる。またアルミニウム等の軽量の金属製としてもよい。さらに反射構造体１０は、複数の画素ユニット１００同士を連結するための連結機構４０を設けている（詳細は後述）。
反射構造体１０の側面は、正方形状とすることが好ましい。これにより、反射構造体１０に配置したＬＥＤ５０の光が反射構造体１０の内部で拡散されて、影の少ない、むらの低減された面状光源として拡散シート２０状に表れるよう構成できる。図２、図３等の例では、側面を９５ｍｍの正方形としている。正方形状とすることの利点については、後述する。
また反射構造体１０の端縁をなす底面の平面図を図６に示す。この図に示すように、ＬＥＤ５０は六角形状の底面の中心部分に配置される。この中央部分とは、反射構造体１０の六角柱状の底面の中心から各頂点に向かう線分上の４２％の点で囲まれた六角形状の内部である。このようにすることで、ＬＥＤ５０を六角形の中心に位置させることで、画素発光領域を均一に発光させることが可能となる。このような配置とすることの詳細な利点については、後述する。
（ＬＥＤ５０）
ＬＥＤ５０は、表面実装型（ＳＭＤ）又は砲弾型のものを使用する。特に表面実装型は、配光範囲が広く、拡散させるのに適している。好ましくは図７の斜視図に示すように、一つのパッケージに赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ、青色ＬＥＤチップを組み込んだマルチダイスあるいは３ｉｎ１等と呼ばれるタイプのＬＥＤ５０Ｍを使用する。このようにＲＧＢの発光色を組み合わせることで、混色により白色を含めたフルカラー表示が可能となる。ただ、必ずしも一のパッケージに複数のチップを組み込む必要はなく、個別のパッケージで構成された赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを並べて使用することもできる。あるいは、何れか２つのＬＥＤを共通のパッケージに組み込み、他のＬＥＤを個別のパッケージとする組み合わせや、任意の色、例えば図８に示すように赤色ＬＥＤのみ２個使用して一画素を構成してもよい。特に、他の色に比して輝度の低いＬＥＤを用いる場合は、複数個のＬＥＤを組み合わせることで、各色のＬＥＤの発光輝度が均一になるように調整することが好ましい。これらのＬＥＤの組み合わせが可能であることは、ＳＭＤ、砲弾型ともに適用できることはいうまでもない。また、要求される光量等の仕様に応じて、ＳＭＤや砲弾型のＬＥＤを複数個用いることもできる。例えばＳＭＤ型のＬＥＤを一の画素ユニットに３個、６個、９個並べて使用することができる。
ＬＥＤ５０の配光分布を示す半減角は、１００°〜１５０°とすることが好ましい。このようにすることで、ＬＥＤ５０の配光分布のピークとなる位置が、画素ユニット１００の高さのほぼ中央となるように位置させることで、画素発光領域を均一に発光させることが可能となる。
図９に、ＳＭＤ型ＬＥＤ５０Ｓの視野角、図１０に砲弾型のＬＥＤ５０Ｈの視野角の例を、それぞれ示す。このように、一般にＳＭＤ型のＬＥＤは砲弾型のＬＥＤと比べて視野角が広いため、面状光源とするのに適している。
図１１Ａの平面図に示す画素ユニット１００に、ＲＧＢに発光可能なマルチカラーのＳＭＤ型のＬＥＤ５０を配置した反射構造体１０の、内部における配光曲線を図１１Ｂに示す。ここでは、図１１Ａの平面図に示す画素ユニット１００の、１辺ｘ［ｍｍ］、長辺２ｘ［ｍｍ］の正六角形の底面の中央のＯ点にＬＥＤ５０を配置したときの、ＸＢ−ＸＢ線における断面から見た配光特性を示している。また図１１ＡにおけるＳ面、すなわち六角形の頂点を１つ飛ばして隣接する点同士を結ぶ線で構成された面における配光分布を考えると、その高さは図１１Ｂに示すように六角柱側面を正方形とするとき、ｘ［ｍｍ］となる。
また高さ方向の中点であるａ点においては、高さはｘ／２［ｍｍ］である。底面のＯ点に配置されたＬＥＤ５０からａ点に向かう光は、ａ点を通過して直進し、ｂ’点すなわち六角柱の角部に至る。また仮想的にａ点で反射が生じるとすると、六角柱の天面の中心ｂ点に向かうことになる。図１１Ｂに示すように、ａ点での入射角は４５°となる。このことから、六角柱の高さｄは、ｘ（＝ｘ／２＋ｘ／２）以上必要と考えられる。ただ、六角柱を高くするほど、いいかえるとＬＥＤ５０と、画素発光領域である天面との距離ｄをｘ以上離すと、混色するものの、反射構造体がないため画素発光領域の外周部が暗くなり、中央部分に色むらが生じるため好ましくない。一方で六角柱の高さｄがｘよりも短いと、中央部が白飛びする。そこで、輝度を確保しつつも、輝度むらを低減する観点から、反射構造体１０の高さをｘ、すなわち六角柱の側面を正方形とすることで、輝度を確保しつつも輝度むらを抑制する画素ユニットが構築される。このように、反射構造体１０の側面は、正方形状とすることが好ましいことが証明される。なおＳ面はＬＥＤ選択の指標として与えた仮想平面であって、実際には反射は生じない。
このＳＭＤ型ＬＥＤの半減角は、約１２０°である。この場合、ＬＥＤ５０から６０°で出射される光が六角柱の反射構造体１０内部の壁面で反射されると、その反射光は天面の中心であるｂ点には至らず、その周囲に反射されることになる。この結果、本来的にＬＥＤ５０から直接照射される光が集まる天面の中心近傍でなく、その周辺に反射光が照射されることで、結果的に画素発光領域である天面の中心のみが明るくなって輝度むらが発生する事態を、反射光が周辺部分に照射されるように調整することで、輝度むらを緩和して均一化を図る効果が得られる。このような設計によって、六角柱の底面の中央に配置されたＬＥＤ５０からの光を、天面の画素発光領域に均一に照射することが可能となる。
図１２に示すように、側面の辺と高さが等しい正六角柱状の反射構造体を使用する場合、図１１Ａに示すように入射角４５°近傍における相対光度が７０％以上得られるように、ＬＥＤを選別することが好ましい。いいかえると、図１３に示すように、使用するＬＥＤの平面視における配光分布が、六角形状の画素発光領域の中心に対して、頂点における相対光度が７０％以上となるように設計する。半減角が１２０°や１５０°といった広角のＬＥＤを用いることで、入射角４５°において相対光度７０％以上を示して実現できる。なお相対光度は配光測定装置等で測定できる。
そして発光面を上から見たとき、ＬＥＤの配光分布を示す円形に六角形が内接するように、ＬＥＤは正六角形の中央に配置される。またＬＥＤは点光源に近い配光分布を示すことが望ましい。この際、一のＬＥＤパッケージに赤色、青色、緑色等複数の発光素子（ダイス）を実装している場合は、各発光素子の高さや配列によって、配光分布が異なり、赤色、緑色、青色のすべてを完全に六角形の頂点に内接させることは容易でない。一例として３ｉｎ１タイプと呼ばれるマルチダイスパッケージのＳＭＤ型ＬＥＤにおいて、赤色ＬＥＤのみを最大輝度にて発光させたときの画素発光領域の様子を図１４に、また図１４のＸＶ−ＸＶ線におけるＬＥＤの相対発光強度を示すグラフを図１５に、それぞれ示す。ここでは、反射板２２として厚さ１ｍｍのアクリル板を使用し、また反射構造体１０の側面の一辺を９５ｍｍとしている。また図１５のグラフでは、赤色ＬＥＤの発光強度の最高値（画素値）により正規化した相対発光強度を示している。この図に示すように、相対発光強度のピークは、画素発光領域の中心である点Ｏでなく、中心Ｏより８．２５ｍｍ左方向にずれた点Ｏ’において示されている。これは、マルチダイスパッケージのＳＭＤ型ＬＥＤの内部において、発光素子は赤色、緑色、青色の順に配置されているためと考えられる。よって、相対発光強度について、六角形状の頂点において７０％以上となるように設定することが好ましい。
次に、ＳＭＤ型に代えて砲弾型ＬＥＤを用いた場合の配光特性について、図１６Ａ、図１６Ｂに基づいて検討する。ここでは、発光色の異なる３つの砲弾型ＬＥＤである赤色ＬＥＤ５０Ｒ、青色ＬＥＤ５０Ｂ及び緑色ＬＥＤ５０Ｇを用いて、混色によりフルカラー表示可能とした画素ユニット１００Ｂを検討する。まず図１６Ａの平面図に示すように、赤色ＬＥＤ５０Ｒ、青色ＬＥＤ５０Ｂ及び緑色ＬＥＤ５０Ｇの順で、六角形の底面の中心（図において一点鎖線で示す）に沿って配置する。ここで図１６Ｂに示すように、青色ＬＥＤ５０Ｂは、底面の中心Ｏ点に、赤色ＬＥＤ５０Ｒ及び緑色ＬＥＤ５０Ｇは、それぞれ二点鎖線で示すＳ’面、Ｓ面と中心線の交差する点上に、それぞれ配置される。ここで各砲弾型ＬＥＤの半減角がそれぞれ約６０°として、図１６Ｂに示すような配光曲線を有するとした場合、ＲＢＧのＬＥＤの直接光で混色される領域（直接混色エリア）は、矢印で示した領域のみとなる。いいかえると、他の領域では色むらが発生し易い。また、当然輝度むらも生じる。特に、両側に配置した赤色ＬＥＤ５０Ｒ及び緑色ＬＥＤ５０Ｇの光は反射構造体１０内部の壁面で反射され、また中央の青色ＬＥＤ５０Ｂの光も、６０°の範囲でしか照射されない結果、画素発光領域である六角柱の天面の隅部には光が照射され難くなってしまう。
そこで、広角レンズを備える砲弾型ＬＥＤを用いることで、例えば半減角を１２０°等とすることができ、ＳＭＤ型と同様の扱いが可能となる。また、赤色ＬＥＤ５０Ｒ、青色ＬＥＤ５０Ｂ及び緑色ＬＥＤ５０Ｇを、中央部分に集中して配置してもよい。この例では、赤色ＬＥＤ５０Ｒ及び緑色ＬＥＤ５０ＧをＳ面よりも内側に配置して、青色ＬＥＤ５０Ｂとの間隔を狭くしている。この結果、ＲＢＧのＬＥＤの直接光で混色される直接混色エリアを拡大することが可能となる。さらに両側に配置した赤色ＬＥＤ５０Ｒ及び緑色ＬＥＤ５０Ｇからの直接光が天面の隅部に至るように設定すれば、輝度の低下も抑制することができる。いいかえると、外縁に配置されたＬＥＤの半減角に応じて、画素発光領域である天面の隅部に直接光が照射できるような高さに、反射構造体の高さを設計することが好ましい。
ここで、多くの砲弾型ＬＥＤが半減角６０°前後であることを考慮し、仮に半減角６０°のＬＥＤを配置する位置を計算すると、画素ユニットのように、赤色ＬＥＤ５０Ｒを配置する位置Ｒは、高さをｘ［ｍｍ］としたとき、三平方の定理により左端からｘ／√３の位置となる。そして左端から底面の中心Ｏ点までの距離はｘ［ｍｍ］であるから、中心Ｏ点からＲまでの距離はｘ［ｍｍ］−ｘ／√３［ｍｍ］となる。よって、中心Ｏ点からＲまで比率を計算すれば、（ｘ−ｘ／√３）÷ｘとなり、１−１／√３≒０．４２となる。したがって、図６の模式平面図に示すように、側面を正方形とする六角柱状の画素ユニットの底面の中心から４２％の範囲内にＬＥＤを配置することで、むらの少ない画素発光領域を得ることが可能となる。
なお、このように各ＬＥＤを互いに近接してＬＥＤ集合体とすることで、熱が集中しやすくなり放熱性が課題となるが、本実施形態によれば、ＬＥＤ集合体の周囲は広い空間となる。また画素ユニット同士を連結することで、さらに隣接するＬＥＤ集合体同士の間隔が広くなる。このように、本実施形態によれば画素ピッチを大きく取ることができるので、ＬＥＤ集合体間の間隔を広く取ることができ、この領域からの放熱が促進されて、十分な放熱性を発揮できる。また、放熱性能を確保することで、ヒートシンクのような放熱のための別部材を追加する必要性をなくし、軽量化や小型化、低コスト化にも寄与する。なお画素ピッチは、図１７に示すように正六角形の一辺をｘとしたとき、ｘ√３で表現される。
表示装置に用いるＬＥＤの数は、表示領域（ディスプレイの面積）、すなわち幅（ｗ）と高さ（ｈ）、さらに画素ピッチ（ｐｐ）、及び一画素を構成するＬＥＤの個数によって決定される。ＬＥＤの個数は、例えば上述した図７の斜視図に示すように、一つのパッケージに赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ、青色ＬＥＤチップを組み込んだタイプのＬＥＤ５０Ｍであれば、１個のＬＥＤを一画素に配置してもカラー表示が可能となる。あるいは砲弾型のＬＥＤであれば、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを近接して配置させた構成としてもよい。この場合は一画素に最低３種類のＬＥＤを配置する必要がある。あるいは同じ発光色のＬＥＤを複数組み合わせてもよく、例えば図８に示すように、赤色ＬＥＤ５０Ｒを２個、緑色ＬＥＤ５０Ｇ及び青色ＬＥＤ５０Ｂをそれぞれ１個ずつ配置してもよい。これらは、用いるＬＥＤの出力等に応じて設計される。また複数のＬＥＤの配置方法も、横一列や縦一列といった一直線上に並べる他、図８に示すように行列状に配置してもよい。また異なる発光色のＬＥＤ同士は近接されることで、発光される光の混色を高めることができる。一方で放熱性を考慮して、ＬＥＤには放熱機構を付加することも好ましい。これによって長期に渡って安定的に発光性能を維持できる。このように複数個のＬＥＤで構成されたＬＥＤ集合体でもって一画素を構成する。
表示装置において、ＬＥＤの使用数を低減するには、図１８に示すように、画素を構成するＬＥＤ５０同士の間隔すなわちピッチを広くする必要がある。この場合、表示領域において発光する部位が点状となる結果、非発光となる点以外の領域とのコントラスト差が顕著となり、発光部のみが目立つドット感の強い表示装置となってしまう。これを回避するには、光源を点状で無く面状として、画素間の非発光領域を極力小さくすることが考えられる。例えば一画素を図１８のような点状から、図１９に示すような正方形状の画素５２に変更することを考える。ＬＥＤの点状光源を、面状光源に変換するには、図２０の模式側面図に示すように、画素発光領域となる反射材６０（例えば、アクリルやポリカーボネート、塩化ビニル等の透明な乳白色の板材）を用意し、ＬＥＤ５０を反射材６０から離間させて配置することが考えられる。この場合、ＬＥＤ５０の照射光を反射材６０に当てると、図２１に示すように、四角形の画素の中央に光が集中し、逆に破線で囲んだ四隅の部分では相対的に光量が少なくなって、輝度むらや色むらが発生する。
そこで本実施形態では、画素ユニットの反射構造体を六角柱状とし、その底面の内正面側の画素表示領域を六角形状としている。このように構成すると、図２２に示すように、画素表示領域である六角形状の周辺部、特に破線で囲んだ頂点の部分の光量低下が低減され、色むらが抑制される。このように、画素表示領域が正方形状では四隅において光が均一に照射されないものの、六角形状としたことで隅まで一様に照射させることが可能となる。また画素ユニットの反射構造体を六角柱状としたことで、図２３の垂直断面図に示すように、内部においても立方体等の構造に比べ、より多く側面で光を反射し、画素内の上層部すなわち画素表示領域に光を充填できる効果が得られる。
ここで、六角形状の面状光源で画素を構成することが好ましい理由を説明する。平面視を六角形状とする画素ユニット１００は、図２４のように、平面内を有限種類の平面図形（タイル）で隙間なく敷き詰める平面充填を行う。点光源の放射に従うのは円形が最も好ましいが、円形同士を平面充填することはできず、デッドスペースが生じてしまう。そこで正平面充填形として、一種類で平面充填可能なタイルの形状を検討すると、正三角形、正方形、正六角形が挙げられる。
この内、表示装置には六角形状が最も好ましい。すなわち、図１８に示すようなマトリックス状に配置された点状光源で表示領域を構成する状態から、図２５に示すように、各行をオフセット状に配置した点状光源の配置例を検討し、この状態で図２４に示すように各画素間を六角形状に区切ることで、図１に示すような面状光源の画素で構成された表示領域を構成できる。
またＬＥＤディスプレイを構成する際に、画素ユニット１００を多数個重ね合わせる必要があるところ、画素ユニット１００を六角柱状としたことで、側面を積み上げる平面充填したハニカム構造となり、図２６に示すように上部からの荷重を分散できるため、型崩れすること無く十分な強度を維持できる。すなわち画素材料の軽量化が図られる。
次に既存の面発光技術について説明する。面発光として最も一般的な構成は、図２７の断面図に示すような導光板（Light Guiding Panel：ＬＧＰ）である。ここでは、側面から入射した光を導光板ＬＧ内で反射させている。図２７の例では、拡散材６０’と導光板ＬＧと反射材６０を積層している。また導光板ＬＧのパネル表面に、レーザー加工によりドットパターンを形成している。この構成では、ＬＥＤ５０を導光板ＬＧの側面（対面や外周）に配置する必要がある。すなわち表示領域の一パネルに重ねる導光板ＬＧの辺りに数十個のＬＥＤが必要となり、消費電力が増加することが避けられない。
一方で、図２８の断面図に示すように拡散レンズＤＬを用いた構成も考えられる。ここでは、点光源であるＬＥＤの前面に離間して配置したレンズにより光を拡散させて面状光源に変換している。図２８の例では、レンズの上面に拡散板６０”を配置している。この構成では、拡散レンズＤＬの光学設計がパネル毎に必要となる。いいかえると、拡散材の面積に合わせレンズの再設計や配置変更が必要となり、設計コストが高騰するという問題があった。
これに対して実施形態１に係る表示装置１０００では、画素ユニット１００を六角柱状のハニカム構造としている。また反射板２２と拡散フィルム２４を貼り合わせて拡散シート２０を構成している。このように画素ユニット１００をユニット式に連結することで、画素サイズを可変とできる。また面状光源としたことで、ＬＥＤの個数を削減することができ、消費電力の削減を達成している。
特に図２３の断面図に示すように、反射構造体１０の内部に光を充填させることで、均一な光に変換している。さらに図２９の拡大断面図に示すように、照射面から照射された光を拡散層で拡散させ、反射層を透過させることで、光の強さを一定に均一化できる。この結果、各画素の隅部、特に頂点近傍における色むらの発生を低減できる。
（拡散シート２０）
また反射構造体１０の六角柱状の一端の開口端には、画素表示領域を構成する拡散シート２０が配置される。拡散シート２０は、反射板２２で構成される。反射板２２は樹脂製の硬質な板状で構成され、内部に拡散材を分散させている。このようにすることで、ＬＥＤ５０から受けた光を拡散シート２０の内部で散乱させて、より均一な面発光が得られる。さらに、外部から拡散シート２０を通じて反射構造体１０の内部を見たとき、ＬＥＤ５０が視認できないようにする効果も得られる。特にＬＥＤ５０の点灯時においてＬＥＤ５０が確認できないようにすることで、ドット感を低減した高品質な面状光源とできる。このため反射板２２は乳白半透明色とすることが好ましい。
このような反射板２２には、アクリル板やポリカーボネート、ポリプロピレン、塩化ビニル樹脂、ＰＥＴ樹脂等が好適に利用できる。また反射板２２の厚さは、１ｍｍ〜２ｍｍとすることが好ましい。ここでは、アクリサンデー社製のアクリル素材ＩＲ−４３２を使用している。この反射板２２の光の透過率は、３ｍｍ厚を基準に特性評価した場合、全光線透過率が５８％、反射率４３％、拡散率８４％である。また本発明者らが行った試験によれば、アクリル板の厚さを１ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍのいずれとしても、乳白色で半透明のアクリル素材で、全光線透過率が５５％〜７０％程度であれば、点灯時にＬＥＤが視認できない状態となって好適に使用できることが確認された。このように、反射板２２の色は、乳白色とし、半透明とすることが好ましい。
（拡散フィルム２４）
さらに拡散シート２０は、反射板２２に拡散フィルム２４を組み合わせて構成してもよい。拡散フィルム２４は、拡散材を塗布した樹脂製のフィルムシートであり、反射板２２の表面に積層して使用される。このような拡散フィルム２４にはポリエステルフィルムが好適に利用できる。また拡散フィルム２４の厚さは、ＬＥＤ光源やアクリル板の厚さに応じて設定され、３８μｍ〜１２５μｍとすることが好ましい。ここでは、Tochiman technical paper co. ltd製の、厚さ３８μｍのポリエステルフィルムを用いた。また拡散フィルム２４は樹脂製とする他、紙製としてもよい。また、反射板と拡散フィルムを一枚のシートで構成する場合や、より薄い厚みとすることができる。
図２９に示すように、拡散フィルム２４を、画素ユニットの表面側に位置させることで、反射板２２による周囲の光の映り込みを押さえられ、またＬＥＤ５０が外部から見え難くなる目隠しの効果が得られる。ただ、拡散フィルム２４と反射板２２の積層順は上記に限らず、図３０に示すように逆に拡散フィルム２４の上に反射板２２を配置してもよい。これにより反射板２２の上に拡散フィルム２４を配置した場合と比べ、発色が改善される利点が得られる。
図３の例では、反射板２２として乳白色透明のアクリル板１ｍｍを用い、拡散フィルム２４にポリエステルフィルム３８μｍｍを用いている。これらの反射板２２と拡散フィルム２４は貼り合わせて密接させる。これにより、図３１の断面図に示すように反射構造体１０の内部で上層部に集まった光が拡散材内で乱反射し、画素表面における光の強さを均一にできる。
この構成であればＬＥＤには光を拡散させるレンズ等が必要なく、図３２の模式断面図に示すようにＬＥＤを画素中央部に配置するのみで足りる。いいかえるとレンズ等の光学設計が不要となるため、製造コストを安価に抑制できる。このようにして、画素表示領域において均一な光の強さが得られる。またＬＥＤの発光量の調整により画素の階調表現が可能となり、ＬＥＤディスプレイの画質を向上できる。
ここで、反射板の厚さを変えて試験した結果を図３３及び図３４に示す。これらの図において用いた画素ユニットは、アクリル板の反射板の左側で厚さを２ｍｍ、右側で厚さを１ｍｍとして、ＬＥＤを発光させた状態で画素表示領域を撮影している。なお拡散フィルムは、いずれも使用していない。また図３３及び図３４は同じ画素ユニットを撮影しており、図３３は画素表示領域の正面より斜め右側の１ｍｍ側から撮影した状態、図３４は逆に正面より斜め左側の２ｍｍ側から撮影した状態を示している。これらの図に示すように、図３３においてはＬＥＤ光源が視認でき、一方図３４においてはＬＥＤ光源が確認できないことが判る。
このように、厚さを厚めの２ｍｍとした反射板では、拡散フィルムのない状態でも光源のＬＥＤが視認されず、輝度むらを抑制できる。ただし、厚くした分だけ１ｍｍ厚の例と比べて全体に暗くなる。一方、１ｍｍ厚の反射板では、より明るいものの、点灯時に光源のＬＥＤが視認できる。よって、１ｍｍ厚の反射板に、拡散フィルム２４を組み合わせることがより好ましいといえる。
さらに、反射構造体の側面の有無により面発光状態が変化する様子を比較した例を図３５及び図１４に示す。これらの図において、図３５は側面を設けた六角柱状の反射構造体、図１４は側面を除去して蓋枠３０のみとした反射構造体において、ＬＥＤを発光させた状態をそれぞれ示している。これらの図から明らかなとおり、側面を有しない構成では、画素発光領域が全体に暗く、また中心部分が明るく、周囲に向かうほど暗くなる不均一な発光面となっている。これに対して側面を反射面として利用することで、画素発光領域を全体に明るく、かつ周囲にわたって均一に発光させることが可能となることが確認された。
（レンズ体６５）
なお、本発明は必ずしもレンズを不要とする構成に限定するものでなく、必要に応じて適宜レンズを採用することもできる。例えば図３６に示す変形例に係る画素ユニット１００Ｆのように、光量を稼ぐために反射構造体１０内に複数個のＬＥＤ５０を備える場合は、レンズ体６５でこれら複数個のＬＥＤ５０を被覆し、各ＬＥＤ５０が発する光を集光させ、これらの光が拡散シートで面発光となるように調整することが可能となる。特に屋内で使用される画素ユニットや表示装置の場合は、蛍光灯などの室内照明下でもＬＥＤの面発光が綺麗に表現されるよう、ある程度の光量が必要となり、ＬＥＤの使用数が増える分だけ、ＬＥＤ光の分布が不均一となり、光量の高い領域が白飛びすることがあった。これに対して上記変形例によれば、レンズ体６５を用いてＬＥＤ光を均一に集光、分散させることが可能となり、高品質な面発光の光源が得られる。なおレンズ体６５とは、ＬＥＤ光を集光させる機能を奏する構成、分散させる機能を奏する構成のいずれをも含む意味で使用する。
（ＬＥＤユニット５５）
また、レンズ体６５を備えるＬＥＤは、ユニット状とすることが好ましい。このような例を変形例として図３７の斜視図に示す。この図に示すＬＥＤユニット５５は、ＬＥＤチップ５０Ｃと、これらＬＥＤチップ５０Ｃを実装する実装板５３と、実装板５３を封止するレンズ体６５と、実装板５３の背面側に延長された筒状体５６とを備える。
ＬＥＤチップ５０Ｃは、要求される光量や定格などの仕様に応じてサイズや個数が選択される。光量を多くするためには、複数個実装していることが好ましい。図３７の例では、表面実装（ＳＭＤ）型ＬＥＤチップ５０Ｃを６個、環状に実装している。ただ本発明は、ＬＥＤチップの数や配置パターンをこの例に限定せず、例えばＬＥＤチップを３個や８個等、任意の数としてもよい。またＬＥＤチップの配置パターンも、矩形状や直線状などに配置することもできる。
実装板５３は、ガラスエポキシ基板やセラミック基板等が利用できる。好ましくは実装板５３の表面側にＬＥＤチップ５０Ｃを実装し、駆動回路や保護回路は裏面側に実装する。また裏面側はシリコーン樹脂等の封止樹脂で封止されることが好ましい。
レンズ体６５は、複数のＬＥＤチップ５０Ｃの周囲を覆う。このレンズ体６５は、無色透明、あるいは乳白色透明など、透光性の樹脂等でドーム状に形成されている。レンズ体６５は、複数個のＬＥＤが発する光を拡散シート面上に均一に集光、分散させるように光学的に設計される。またレンズ体６５の内部は空洞としているが、この構成に限られず、例えばＬＥＤチップをレンズ体で封止してもよい。
（筒状体５６）
さらにレンズ体６５の裏面側には、筒状体５６が設けられる。筒状体５６は円筒状に形成され、その内面は実装板５３の裏面側と連通しており、上述の通り実装板５３の裏面側に実装された各種回路や電子部品が、封止樹脂で封止されている。また駆動回路等と接続するための電気信号線である接続用ハーネス５７が、筒状体５６から外部に引き出されている。接続用ハーネス５７は、先端にコネクタ５８を備えている。複数のＬＥＤユニット５５を用いる場合は、各ＬＥＤユニット５５の接続用ハーネス５７のコネクタ５８同士をデイジーチェーン接続することで、これらを通信可能な状態に接続できる。
また筒状体５６は、側面にねじ溝を形成しており、別部材のリング体９０やボルトのような、内面にねじ溝を設けたねじ穴に挿入し螺合可能としている。さらに筒状体５６とレンズ体６５との境界には、鍔部５９が設けられている。鍔部５９は、筒状体５６よりも外径を大きくしており、リング体９０を螺合する際に、リング体９０の螺合位置を規定するストッパとなる。
ここで、リング体９０を用いてＬＥＤユニット５５を反射構造体１０に固定する例を、図３８の分解斜視図に基づいて説明する。まず、反射構造体１０の底面１１には、予め円形の開口部ＯＰが開口されている。開口部ＯＰの大きさは、ＬＥＤユニット５５の筒状体５６が挿入でき、かつ鍔部５９が通過できない大きさとする。いいかえると開口部ＯＰの直径は、筒状体５６の外径よりも大きく、かつ鍔部５９の外径よりも小さい。
この開口部ＯＰに、接続用ハーネス５７を前面側から裏面側に通して、かつ筒状体５６を反射構造体１０の裏面側に表出させた状態とし、図３９の斜視図に示すように裏面側からリング体９０を筒状体５６に螺合する。これにより、リング体９０と鍔部５９で、反射構造体１０の底面１１を狭持した状態として、ＬＥＤユニット５５を画素ユニットに固定できる。この方法であれば、ドライバなどの工具を不要として、極めて簡単にＬＥＤユニット５５を反射構造体１０に固定できる。
（駆動回路）
各ＬＥＤ５０は駆動回路により点灯駆動される。図４０に、各画素ユニット１００を点灯駆動する駆動回路のブロック図を示す。この図に示すように、各発光ユニットのＬＥＤ５０は、コントローラ７０に接続されている。コントローラ７０は、外部の画像ソース等から入力された、あるいは予め設定された、表示領域に表示すべき内容、例えば静止画像や動画像、テキストなどの情報を受け、これに応じて発光させる画素の位置や発光色などを決定し、必要な画素に対して制御を行う。例えば所望の輝度や色度で発光させるよう、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの駆動電流量を調整する。またこのコントローラ７０は、外部の電源から電力供給を受けて、各画素ユニット１００のＬＥＤ５０に対して必要な駆動電力を供給する。たとえば後述する図５９〜図６０の例では、表示装置の発光色を自動で３６０°色相が循環するように表示させている。
なお図４０の例では、各画素ユニット１００を点灯駆動する駆動回路を、共通のコントローラ７０で構成し制御しているが、画素ユニット毎に駆動回路を設けてもよい。
あるいはまた、図４１の変形例に示すように、コントローラに外部機器と無線通信するための通信回路７２を付加してもよい。通信回路７２は、外部機器から無線操作でＬＥＤの点灯を制御できるようにするための部材である。この通信回路７２が外部機器からの無線操作を受け付けるためのワイヤレス接続方式には、電波、マイクロ波、光通信等等が利用できる。電波の場合は、短距離無線、無線ＰＡＮ、無線ＬＡＮ等が利用できる。特にＷｉＦｉやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＺｉｇＢｅｅ、６ＬｏＷＰＡＮ、Ｓｕｂ−１ＧＨｚ（いずれも商品名）等の規格化された無線通信とすることで、低コストでの実装や導入が可能となる。特にＢｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ（ＢＬＥ）等の低消費電力に対応した通信方式とすることが好ましい。また、外部機器として、スマートフォンにアプリをインストールした機器を利用することで、手軽に外部からのＬＥＤ点灯の無線操作が可能となる。さらにＬＥＤ照明用の制御信号として一般的なＤＭＸ等の規格化された方式を利用する他、専用の制御信号を利用することもできる。
加えて、外部機器との通信は、ＬＥＤの点灯を操作する他、表示装置からの情報配信を外部機器側で受けるように構成することもできる。例えば表示装置をゲーム機器のモニタとして利用し、外部機器をコントローラとして操作可能に構成してもよい。例えばオセロゲームやマインスイーパ（いずれも商品名）等に利用することが可能となる。
あるいはまた、表示装置を広告用のＰＯＰなどに利用することもできる。この場合、ｉＯＳのｉＢｅａｃｏｎ（登録商標）やＡｎｄｒｏｉｄＯＳのＥｄｄｙｓｔｏｎｅなどのビーコン技術を用いて情報の配信を行うことも可能である。例えば文字や動画を表示装置で表示させる一方、専用のアプリをインストールしたスマホを持つユーザが近付くと、商品紹介ホームページのＵＲＬやクーポンの配信などを自動的に行うことができる。またクーポンを利用したユーザに対して、専用の特典映像を表示させるなどの表示動作を行わせてもよい。
さらに各画素ユニット１００とコントローラ７０との接続は、図４０に示すように並列接続とする他、図４１に示すように数珠繋ぎのデイジーチェーン方式とすることもできる。特にデイジーチェーン方式は、多数の画素ユニットを直列に繋ぐことで、接続台数の制限を受け難く容易に接続数を変更できるので、好ましい。
（連結機構４０）
反射構造体１０の側面には、他の反射構造体１０と連結するための連結機構４０を設けられる。図２等の例では、連結機構４０として六角柱状の反射構造体１０の側面の縁部に、面ファスナを固定している。たとえば面ファスナを構成するフックとループのいずれか一方を、側面の対向する辺の一方に、フックとループのいずれ片方を、側面の対向する辺の他方に、それぞれ設ける。この画素ユニットを積層すれば、反射構造体１０の対向する面において、フックとループの組み合わせとなるため、これらを容易に連結できる。また図２等の例では、六角柱状の反射構造体１０の高さ方向、すなわち両側の底面の頂点同士を結ぶ辺に沿って面ファスナを設けている。ただ、本発明はこの構成に限らず、たとえばこれらと直交する辺、すなわち底面を構成する各辺に沿って面ファスナを設けてもよい。この場合は、長さ方向に隣接する面ファスナ同士でフックとループを交互に配置することで、連結し易くできる。また面ファスナは、必ずしも反射構造体の側面の辺の全部に設ける必要は無く、たとえば隅部のみとしたり、辺に沿って一定間隔を空けて均等に配置してもよい。
また連結機構４０は、面ファスナに限定されず、機械的な嵌合機構や係合機構等、着脱可能な既知の機構が適宜利用できる。変形例に係る連結機構４０Ｂを備えた画素ユニット１００Ｄの斜視図を図４２Ａに示す。この例では、断面視Ｌ字状に折曲させた鉤状の硬質な連結フックを設けており、Ｌ字状同士を互いに係合させて係止させることができる。また図４２Ｂに示す他の変形例に係る画素ユニット１００Ｅの連結機構４０Ｃでは、ホックを用いている。
このように画素ユニット同士を連結機構４０で連結して、大きな表示装置を構築できる。また画素ユニットをユニット式に連結可能としたことで、連結数を調整すれば、表示装置の表示領域の大きさを調整できる。ただ、必ずしも連結機構でもって着脱式とする構成に限定されず、両面テープや接着材などで反射構造体同士を固定してもよい。
このように複数個の画素ユニットを連結させる際は、上述した背面ボードで各画素ユニットを支持する構成とすることで、安定的に保持できる。特に、後述する図４３〜図４５に示すような、画素ユニットの底面を分割式として組立時に自動的に組み上がる構造とした場合は、底面を一枚のシートで構成する場合と比較して機械強度が低下するため、多数の画素ユニットを積層する場合は下段の画素ユニット程、荷重が集中し易くなる。そこで背面ボード１８を利用することで、このような加重の集中を軽減して補強することが可能となる。
また背面ボード１８は、図４９等に示したように、必ずしも背面開口部ＢＯを開口した形状とする必要はなく、用いる画素ユニットの態様に応じて、例えば開口のない平板状の背面ボードを構成してもよい。
（折り畳み構造）
さらに各画素ユニットを、折り畳み可能な構造とすることもできる。反射構造体を折り畳んで板状にすることで、嵩張る部材をコンパクトな状態として、運搬や保管に有利となる。特に、多数の反射構造体を用いる場合には低コストでの運搬等が実現される。このような例を図４３Ａ〜図４５に示す。これらの図において図４３Ａは折り畳み自在とした画素ユニットの折り畳み状態、図４３Ｂは展開状態を示す斜視図、図４４Ａは図４３Ａを背面から見た斜視図、図４４Ｂは図４３Ｂを背面から見た斜視図、図４５は折り畳み自在とした画素ユニットの展開図を、それぞれ示している。これらの図に示す画素ユニットは、拡散シートを外した状態で、反射構造体１０Ｂを折り畳み自在としている。ここでは、拡散シートを保持する蓋枠３０を着脱式としており、蓋枠３０を外した六角柱状の反射構造体１０Ｂを折り畳み式としている。この反射構造体１０Ｂの底面板は、複数の底板片１４に分割している。図４５の展開図に示すように、反射構造体１０Ｂの六角柱状の各側面１３は、底板片１４と連続しており、各底板片１４は互いに分離されている。この底板片１４は、図４３Ａや図４４Ａに示すように、反射構造体１０Ｂを折り畳み状態としたとき、それぞれが側面１３と接するように折り畳まれて、平らな折り畳み状態となる。一方、図４３Ｂや図４４Ｂに示すように反射構造体１０Ｂを組み立てる状態、すなわち展開状態としたとき、各底板片１４は互いに係合されて一体の底面板を形成する。
このとき、底面板の中央部分に円形の開口部ＯＰが形成されるように、予め各底板片１４を形成しておくことが好ましい。これにより、図３８等で示したようにＬＥＤユニット５５の筒状体５６を開口部ＯＰに挿入して、リング体９０でもって螺合して固定することができる。この構成であれば、リング体９０と鍔部５９で開口部ＯＰの周辺を挟持して固定できるので、複数の底板片１４を組み合わせて構成される底面板を一体的に保持できる。言い換えると、リング体９０と筒状体５６の螺合は、ＬＥＤユニット５５を反射構造体１０Ｂに固定する機能と共に、折り畳み式の反射構造体１０Ｂを展開状態に保持する機能も奏することができる。
（多層構造）
また画素ユニットを多層構造としてもよい。例えば六角柱状を構成する反射構造体を、二層を重ねた二重構造とする。このような例を図４６Ａ〜図４６Ｃに示す。これらの図において、図４６Ａは二重構造の反射構造体１０Ｃの分解斜視図、図４６Ｂは図４６Ａにさらに蓋枠３０Ｃを被せる状態を示す分解斜視図、図４６Ｃは図４６Ｂの状態から蓋枠３０Ｃを被せた画素ユニットの分解斜視図を示す斜視図を、それぞれ示している。これらの図に示す反射構造体１０Ｃは、中空の六角柱状の外層１５と、この外層１５の内面に挿入される、外層１５よりも一回り小さい内層１６で構成される。内層１６は、外層１５よりも高さを若干高く形成し、内層１６を外層１５に挿入した状態で内層１６の一部が突出するように構成する。この状態で、開口端を閉塞するように蓋枠３０Ｃを被せると、図４６Ｃに示すように画素ユニットの側面において蓋枠３０Ｃと反射構造体１０Ｃとをほぼ同一面とすることができる。特に蓋枠３０Ｃや反射構造体１０Ｃを紙製で構成する場合、同じ厚さの紙で蓋枠３０Ｃや反射構造体１０Ｃを構成して、蓋枠３０Ｃと反射構造体１０Ｃとの境界部分の段差を無くすことができ、外観の見栄えを良くすることができる。また内層１６側に、上述した底板片１４を形成することもできる。
（複数ユニット連結機能）
さらに、複数の画素ユニットを連結して大きな表示装置を構成する場合、画素ユニットを複数連結した画素ユニット群を積層することで、このような表示装置を得ることができる。この際に、二層構造の反射構造体を利用すれば、画素ユニット同士の連結を容易に行える。すなわち、図４７Ａ〜図４７Ｂに示すように、中空の六角柱状の外層１５同士を予め連結した外層群１５Ｇを用意しておき、この外層群１５Ｇの各外層１５内にそれぞれ、内層１６を挿入する。内層１６は予め外層群１５Ｇに挿入しておくことが好ましい。これにより、図４８Ａ〜図４８Ｂに示すように、反射構造体１０Ｃを折り畳んだ状態から、展開状態とすることで、複数個の画素ユニットを同時に組み立てることが可能となり、作業性が向上する。なお図４７Ａ〜図４８Ｂの例では、３個の画素ユニットを横方向に連結した画素ユニット群１００Ｇの例を示しているが、画素ユニットの連結数はこれに限らず、２個、あるいは４個以上とすることもできる。
またこのような画素ユニット群を積み上げて表示装置を構成する例を、図４９〜図５１に基づいて説明する。まず、図４９に示すような背面ボード１８を準備する。背面ボード１８は、画素ユニットの連結後の形状を示す型紙であり、この上に各画素ユニットが配置される。また画素ユニットの配置位置には、背面開口部ＢＯが形成されている。このような背面ボード１８を用いることで、画素ユニットの積層時に印加される負荷の集中を軽減できる。特に画素ユニットを多数積層していくと、最下段の画素ユニットに荷重が集中するところ、各画素ユニットを背面ボードに固定することで応力を分散させて負荷を軽減できる。
次に図５０に示すように、背面ボード１８の最下段に画素ユニット群を配置する。ここでは、図４８Ｂに示した二層構造の反射構造体群１０Ｇを背面ボード１８上に、各開口部ＯＰが背面ボード１８の背面開口部ＢＯと一致するように重ねて、この状態で各開口部ＯＰにＬＥＤユニット５５を固定する。各ＬＥＤユニット５５は筒状体５６を反射構造体１０Ｃの発光面側から挿入し、背面ボード１８の背面から突出させ、筒状体５６のねじ溝にリング体９０を螺合して固定する。このようにして、最下段の画素ユニット群において各ＬＥＤユニット５５が固定され、さらに各反射構造体１０Ｃが展開状態に保持される。この状態で、各反射構造体１０Ｃの開口端に、蓋枠３０Ｃを被せて閉塞する。
次に図５１に示すように、最下段の画素ユニット群１００Ｇの上、すなわち下から二段目の行に、別の反射構造体群１０Ｇ’を配置する。以下同様にしてＬＥＤユニット５５をそれぞれ固定し、蓋枠３０Ｃで閉塞する。このようにして各行の画素ユニットを固定し、最終的に表示装置を得ることができる。
また、六角柱状の画素ユニットを複数積層した表示装置は、図１等のように最下段を六角柱状とした場合、平面上に載置すると接触面積が少なく、軽量であることと相俟って不安定となることがある。そこで、上述した図４９に示すように、背面ボード１８の最下段を直線状としたり、あるいは図５２に示す変形例に係る表示装置３０００のように、最下段のみ五角柱状の画素ユニット１００Ｈを配置してもよい。この構成であれば、表示装置の底面を面状として、一層安定させることが可能となる。
（フレームレス画素ユニット）
さらにまた、上述した例では蓋枠を用いて拡散シートを保持しているため、各画素ユニットは枠状が視認されることとなる。よって、このような枠状をより細くするため、別部材の蓋枠を使用せずに直接拡散シートを、反射構造体の開口端に貼付してもよい。このような例を図５３に示す。この例では、予め開口端の六角形状に形成した拡散シート２０Ｄを準備すると共に、反射構造体１０Ｄの開口端に接着材を塗布して、貼付している。ただ、この構成では拡散シート２０Ｄの位置決め作業が面倒になる。そこで、図５４の斜視図に示すように、予め複数の画素ユニットを連結した状態で、一枚の大きな拡散シート２０Ｅを貼付するよう構成してもよい。この場合は、複数の画素ユニットを隙間が殆ど無いように詰めて配置した状態で、各反射構造体の開口端に、共通の拡散シートを貼付している。この方法であれば、位置決めの手間が緩和される。また拡散シート２０Ｅの貼付後に、必要に応じて拡散シート２０Ｅの不要な部分をカットすることで、さらに位置決め作業の手間を省力化できる。
あるいは、拡散シートの形状も長方形状に限らず、予め画素ユニットの接続形態に応じた形状にカットしておくこともできる。例えば図６４に示すように、反射構造体１０Ｄを連結した形態に応じて予め形成された拡散シート２０Ｆを準備しておき、反射構造体１０Ｄを積層した状態で開口端に貼付する。例えば各開口端の端縁に接着材を塗布して接着する。
また、複数個の画素ユニットを連結した画素モジュールを構成し、さらに複数の画素モジュールを組み合わせてより大きな画像表示装置を構成することもできる。例えば図６４に示した横３個×縦４個の画素ユニットを連結した集合体を一の画素モジュール１００Ｉとして、これを複数個組み合わせることで、更に多数の画素ユニットを有する表示装置を構築できる。例えば図６５に示す例では、図６４の表示装置を画素モジュール１００Ｉとして複数個用意し、これらの画素モジュール１００Ｉを横２個×縦２個に連結することで、画素ユニット数として横６個×縦８個の大きな表示装置４０００を構成している。なお、画素ユニットの数は画素モジュール１００Ｉ同士を連結し易いよう、偶数個とすることが好ましい。また画素モジュール同士の連結には、例えば連結後の表示装置４０００の外形に予め形成された一の背面ボードを用意して、各画素モジュール１００Ｉの背面側を固定することができる。
（実施例１）
ここで本発明性の有用性を示すべく、実施例１に係る画素ユニットを作成し、さらに比較例として、表示領域を四角形とした画素ユニットを作成し、それぞれ同じ発光色、輝度でＬＥＤを発光させた状態で正面から撮影した。この結果を図５５に示す。ここでは、画素ユニットの側面を１辺７ｃｍの正方形とした。また画素ピッチを約１２ｃｍとした。この図に示すように実施例１に係る六角形状では表面の色調、明るさが適切に調整されていることが確認された。一方比較例に係る四角形状では、部位によって輝度むら、色むらが見られ、また中央付近ではＬＥＤの点状光源が視認できるほどに強く、白飛びが顕著であった。このように、本実施例では混色が均一になされ、また輝度も画素発光領域の全体で均一に得られていることが確認された。
（ディスプレイのサイズ）
一般にディスプレイサイズを大型化、高解像度化すると消費電力が大きくなり、設置場所が極めて限定される。このためディスプレイサイズと消費電力とはトレードオフの関係にある。そこで本実施例に係る表示装置では、ディスプレイサイズを大きくしてもＬＥＤの使用数を低減することで、消費電力の上昇を回避している。この方法では、画素を構成するＬＥＤ間のピッチが長くなるため、解像度が低下する。一般に、ＬＥＤディスプレイでは１ｍ2当たりの消費電力が指標として用いられる。例えば図５６に示すような、市販されているＬＥＤパネルでＰ２０等と呼ばれるピッチが２０ｍｍのタイプでは、１ｍ当たり１０００÷２０＝５０個となるので、１ｍ2当たりのＬＥＤ個数は、５０ｘ５０＝２５００個である。これに対して図５７で示す本実施例１では、上述の通り六角形状の画素ユニットを１辺９．５ｃｍ、画素ピッチ約１２ｃｍ（Ｐ１２０）としており、１０００÷１２０＝８．３３であるから、８ｘ８＝６４個である。同じ定格のＬＥＤを用いた場合の消費電力は、図５８のグラフに示すように、比較例１に対して実施例１では約１／４０に削減している。このため、一般家庭用の１００Ｖの商用電源でも大型ディスプレイを使用可能とできる。例えば消費電力１５００Ｗで最大約１３ｍｘ６ｍの大型ディスプレイを構成できる。
また、消費電力を比較するに当たり、１ｍ2に換算した消費電力で比較すると、市販されている画素ピッチ約２０ｍｍ（Ｐ２０）のＬＥＤパネルにおいて、ＬＥＤの使用量は２５００個／ｍ2であり、その消費電力は１０００ｗ／ｍ2である。一方で、実施例で使用した３ｉｎ１タイプのＳＭＤ型ＬＥＤの駆動電圧／電流は、定格値５Ｖ／６０ｍＡのため、１個辺りの消費電力は５Ｖ×６０ｍＡ＝０．３Ｗである。このＬＥＤを一辺９．５ｃｍの正六角形状の反射構造体１０に配置した場合、約６４個（８個ｘ８個）に相当するので、その消費電力は０．３Ｗ×６４個＝１９．２Ｗ／ｍ2となる。この画素ユニットは、Ｐ２０のＬＥＤパネルに比べ、消費電流を１０００ｗ／ｍ2÷１９．２ｗ／ｍ2≒５２．０８となり、約１／５２に削減できることが判る。また、一般家庭用電源でも１５００Ｗで約７８ｍ2（１５００Ｗ／１９．２Ｗ）、最大約１３ｍｘ６ｍのディスプレイを構成できる。これを、仮にＰ２０のＬＥＤパネルで同規格の砲弾型広角ＬＥＤを用いてディスプレイを構成した場合と比較すると、約１／３９（６４個／２５００個）の消費電力の削減が可能となる。
さらに表示領域すなわちディスプレイ形状も自由にアレンジできるという利点が得られる。従来の一般的なディスプレイの形状は、複数個のＬＥＤをマトリックス状に配置した基本モジュールが正方形または長方形のため、四角形に限られる。これに対して本実施例では、一画素を基本モジュールとし、かつその形状を六角形状の画素ユニットとしたことで、より柔軟な配置やレイアウトが可能となる。すなわち、このような画素ユニットの組み合わせにより、平面配置、曲面配置、自由空間への配置が可能となり、設置場所に合わせ、柔軟なディスプレイサイズや形状の提案が可能となる。
（視認距離及び角度）
また、既存の多くのＬＥＤディスプレイでは、ＬＥＤから直接放たれる光（直接光）を利用しているため、近距離や側面からの視聴は困難であった。これに対して本実施例では、ＬＥＤの直接光を用いず、画素ユニットによりＬＥＤの光を拡散させた上で視認するため、視認距離を選ばず、近距離からの視認が可能で、さらに側面からの視聴が可能となる。ここで、実施例１に係る画素ユニットの視野角を確認すべく、ＬＥＤを緑色に発光させた状態で、画素ユニットの正面から４５°の角度で撮影した写真を図５９に、同じく６０°の角度から撮影した写真を図６０に示す。いずれも、混色された状態で視認できることが確認され、本実施例によれば側面からの視認性も良好であることが示された。また、ハニカム構造を生かした新しいイフェクトも提案可能である。たとえば図６１Ａ、図６１Ｂに示すような文字や図形を描くことが可能となる。
また一般的なＬＥＤディスプレイでは、ＬＥＤをパネルモジュールに多数のＬＥＤを集積しているため、ＬＥＤの発熱を効率良く放熱させるために、アルミニウム製の大型のヒートシンクや金属シャーシ等が用いられ、また放熱ファンを設ける等の放熱対策が必要となる。これに対して本実施例によれば、画素毎にユニット化したことで、画素間のピッチが広くなり、単位面積当たりのＬＥＤ使用量が少なくなった結果、放熱量を低減できるため、放熱のための特別な機構を不要とできる。この結果、構成の簡素化や軽量化、製造コスト削減が図られる。
（実施形態２）
以上の例では、画素ユニットを多数連結して表示装置を構成する例を説明した。ただ本発明はこの構成に限られず、一体的に表示装置を構成することもできる。このような例を図６２の分解斜視図及び図６３の平面図に示す。これらの図に示す表示装置２０００は、レーザー加工機を用いて金属製の枠体８０に六角形状の開口窓８２を形成し、各開口窓８２に拡散シート２０を配置している。なお、予め表示領域の大きさに拡散シート２０を形成し、さらに開口窓８２を形成した枠体８０のこの上に積層して構成してもよい。また拡散シート２０の裏面には、ケーシング１２が配置される。ケーシング１２は各開口窓８２に対応する位置及び大きさに中空の六角柱状、すなわちハニカム状に区画されている。さらにケーシング１２の背面側には、各開口窓８２に対応する位置にそれぞれＬＥＤ５０を配置したＬＥＤ実装基板５４が配置される。このように、予め所望の表示領域の大きさにケーシング１２や枠体８０、ＬＥＤ実装基板５４を設計して表示装置を構成することも可能である。さらに、このようにして多数のＬＥＤ５０を画素毎に面状光源とした表示装置を、複数台連結して、より大きな表示領域を有する大型の表示装置を構成することもできる。
本発明の表示装置及び画素ユニットによれば、大画面の文字や画像の表示ディスプレイ、インテリジェント照明等として好適に利用できる。
１０００、２０００、３０００、４０００…表示装置
１００、１００Ｂ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ…画素ユニット
１００Ｇ…画素ユニット群
１００Ｈ…五角柱状の画素ユニット
１００Ｉ…画素モジュール
１０、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ…反射構造体
１０Ｇ、１０Ｇ’…反射構造体群
１１…底面
１２…ケーシング
１３…側面
１４…底板片
１５…外層；１５Ｇ…外層群
１６…内層
１８…背面ボード
２０、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆ…拡散シート
２２…反射板
２４…拡散フィルム
３０、３０Ｃ…蓋枠
４０、４０Ｂ、４０Ｃ…連結機構
５０…発光ダイオード（ＬＥＤ）；５０Ｃ…ＬＥＤチップ
５０Ｒ…赤色ＬＥＤ；５０Ｇ…緑色ＬＥＤ；５０Ｂ…青色ＬＥＤ
５０Ｍ…マルチダイスＬＥＤ；５０Ｓ…ＳＭＤ型ＬＥＤ；５０Ｈ…砲弾型ＬＥＤ
５２…正方形状の画素
５３…実装板
５４…ＬＥＤ実装基板
５５…ＬＥＤユニット
５６…筒状体
５７…接続用ハーネス
５８…コネクタ
５９…鍔部
６０…反射材
６０’…拡散材；６０”…拡散板
６５…レンズ体
７０…コントローラ
７２…通信回路
８０…枠体
８２…開口窓
９０…リング体
ＯＰ…開口部
ＢＯ…背面開口部
ＬＧ…導光板
ＤＬ…拡散レンズ
本発明は、表示装置及び画素ユニットに関する。
ディスプレイ等の表示装置には液晶ディスプレイが用いられている。１００インチ以上といった大型のディスプレイにおいては、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）を用いたＬＥＤディスプレイが利用されている。ＬＥＤディスプレイは、画素毎に赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを組み合わせて、フルカラー表示を実現している。
このようなＬＥＤディスプレイは、矩形状の表示領域に、画素毎にＬＥＤを配置して構成しているため、一般にディスプレイの画面サイズが大きくなるほど、ＬＥＤの使用量が増え、これに応じて消費電力も増大していく。ＬＥＤの使用量を減らすには、画素の密度を小さくすることが考えられる。画素同士の間の隙間（ピッチ）を大きくするほど、ＬＥＤの使用量は減るが、逆に表示可能な解像度は低くなる。特にＬＥＤは点光源であるため、直進性が強く、ピッチが大きくなると発光部分と発光しない領域との差が顕著となってドット感が強く感じられるようになり、不均一な粗い画面となる。
このように、ＬＥＤの使用量の低減すなわち消費電力の低減と、表示品質とはトレードオフの関係にあり、特に大画面になるほどこの問題が顕著となり、低消費電力の大型ディスプレイを構築することは困難とされていた。また大型ディスプレイに限らず、近年は東日本大震災に伴う電力供給不足、原発の稼働停止や石油等天然資源の枯渇、ＣＯ2の削減といった地球環境への配慮が強く求められており、消費電力の削減は緊急の課題である。
米国特許第６０８２８８５号明細書 米国特許第５８７３６４５号明細書
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり。本発明の目的の一は、低消費電力でＬＥＤディスプレイを構成可能とした表示装置及び画素ユニットを提供することにある。
課題を解決するための手段及び発明の効果
上記目的を達成するため、本発明の第１の形態に係る表示装置によれば、複数の画素を一定間隔で配置した表示装置であって、外形を六角柱状とし、内部を空洞として一方を開口端として内面で反射させるようにした反射構造体と、前記反射構造体の六角柱状の一端の開口端に配置された、透光性を有する拡散シートと、前記反射構造体の他方の端縁において、該端縁の中央部分に配置された、赤色、緑色、青色に発光可能な発光ダイオードとで構成された画素ユニットを、複数、各画素ユニットの六角柱状の側面同士を積層して、天面の拡散シートで構成される画素発光領域同士を隣接させて、大きな表示領域を構成することができる。上記構成により、発光ダイオードの点状光源からの光を拡散シートで面状に拡げると共に、拡散シートで構成される面発光領域を隣接させることで、従来のＬＥＤディスプレイでは発光ダイオード同士の間が非発光のため表示面が不均一となっていた問題を解消できる。すなわち、発光ダイオード同士の間隔を拡げても、各画素を面状光源とし、かつこれらを近接させたことで、従来のような画素同士の間に存在する非発光領域を低減して、表示領域全体で均一な発光が得られ、結果として使用する発光ダイオードの数を低減しても、均一でドット感の少ない高品質な表示装置を実現できる。また画素ユニットの画素発光領域を隣接させてより大きな表示領域を構成できる。この際、画素ユニットを六角柱状としたことで、十分な強度を備えさせ、多数の画素ユニットを積層しても型崩れしない利点も得られる。
また、第２の形態に係る表示装置によれば、さらに前記発光ダイオードを駆動する駆動回路と、前記駆動回路を、外部機器から無線接続にて制御可能とするための通信回路とを備えることができる。
さらに、第３の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記反射構造体の側面を、正方形状とすることができる。上記構成により、反射構造体に配置した発光ダイオードの光が反射構造体の内部で拡散されて、影の少ない、むらの低減された面状光源として拡散シート状に表れるよう構成できる。
さらにまた、第４の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記拡散シートの厚さを３８μｍ〜１２５μｍとすることができる。
さらにまた、第５の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記拡散シートを樹脂製の硬質な板状として、透光性を有する反射板で構成することができる。
さらにまた、第６の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記反射板を、アクリル製とできる。
さらにまた、第７の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記拡散シートを、前記反射板の表面に積層される、拡散材を塗布した樹脂製の拡散フィルムを備えさせることができる。
さらにまた、第８の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記拡散フィルムを、前記画素ユニットの表面側に位置するよう、前記反射板上に積層することができる。
さらにまた、第９の形態に係る表示装置によれば、前記発光ダイオードを複数備えると共に、前記複数の発光ダイオードを被覆するレンズ体を備えることができる。上記構成により、発光ダイオードを複数個使用して光量を増す一方で、これらの光が拡散シートで面発光となるように集光させることが可能となる。
さらにまた、第１０の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記反射構造体の他方の端縁を、底面板で閉塞することができる。
さらにまた、第１１の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記底面板の中央部分に開口部を形成し、該開口部から前記発光ダイオードを前記反射構造体の内部に挿入することができる。
さらにまた、第１２の形態に係る表示装置によれば、前記発光ダイオードが、前記開口部に挿通可能な円筒状の筒状体と、前記筒状体と隣接して形成された、前記開口部よりも大きい鍔部とを備えており、前記筒状体は、ねじ溝を形成しており、前記表示装置はさらに、前記ねじ溝に螺合可能な環状のリング体を備えており、前記発光ダイオードの筒状体が、前記開口部に前記反射構造体の発光面側から挿入された状態で、前記反射構造体の背面側から突出された筒状体のねじ溝に、前記リング体が螺合されて、前記発光ダイオードが前記反射構造体に固定させることができる。上記構成により、反射構造体の底面に発光ダイオードを簡単に固定することが可能となる。
さらにまた、第１３の形態に係る表示装置によれば、前記拡散シートを前記反射構造体から着脱可能とし、前記拡散シートを前記反射構造体から脱離した状態で、前記反射構造体を折り畳み可能に構成することができる。上記構成により、嵩張る反射構造体を折り畳んでコンパクトな状態とすることができ、運搬、保管に便利とできる。特に、多数の反射構造体を用いる場合には低コストでの運搬等が実現される。
さらにまた、第１４の形態に係る表示装置によれば、前記反射構造体の底面が、六角柱状の各側面とそれぞれ連続するように、複数の底板片に分割されており、前記反射構造体を折り畳み状態としたとき、各底板片は分離され、前記反射構造体を展開状態としたとき、各底板片が互いに係合されて一体の底面板を形成すると共に、該底面板の中央部分に円形の開口部を形成しており、前記発光ダイオードが、前記開口部に挿通可能な筒状体と、前記筒状体と隣接して形成された、外径を前記開口部の内径よりも大きくする鍔部とを備えており、前記筒状体は、ねじ溝を形成しており、前記表示装置はさらに、前記ねじ溝に螺合可能な環状のリング体を備えており、前記発光ダイオードの筒状体が、前記開口部に前記反射構造体の発光面側から挿入された状態で、前記反射構造体の背面側から突出された筒状体のねじ溝に、前記リング体が螺合されて、前記発光ダイオードを前記反射構造体に固定することができる。上記構成により、折り畳み可能な反射構造体に、発光ダイオードを固定することで、併せて反射構造体を折り畳み姿勢から展開姿勢に維持できる。
さらにまた、第１５の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記中央部分を、前記反射構造体の六角柱状の底面の中心から各頂点に向かう線分上の４２％の点で囲まれた六角形状の内部とすることできる。上記構成により、発光ダイオードを六角形の中心に位置させることで、画素発光領域を均一に発光させることが可能となる。
さらにまた、第１６の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記発光ダイオードの配光分布を１００°〜１５０°とすることができる。上記構成により、発光ダイオードの配光分布のピークとなる位置が、画素ユニットの高さのほぼ中央となるように位置させることで、画素発光領域を均一に発光させることが可能となる。
さらにまた、第１７の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記画素発光領域の中心に対する、該画素発光領域の隅部における相対光度を７０％以上とできる。
さらにまた、第１８の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記発光ダイオードを、一つのパッケージに赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ、青色ＬＥＤチップを組み込んだ発光ダイオードとすることができる。
さらにまた、第１９の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記発光ダイオードを、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオードを近接して配置させた発光ダイオード集合体とすることできる。
さらにまた、第２０の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記反射構造体の側面に、他の反射構造体と連結するための連結機構を設けることができる。上記構成により、画素ユニット同士を連結機構で連結して、大きな表示装置を構築できる。また画素ユニットをユニット式に連結可能としたことで、連結数を調整すれば、表示装置の表示領域の大きさを調整できる。
さらにまた、第２１の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記反射構造体の内部を白色とすることができる。上記構成により、簡単な構造で反射構造体の内部の反射率を高めることができる。
さらにまた、第２２の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記反射構造体を紙製とすることができる。上記構成により、安価で軽量に表示装置を構成できる。
さらにまた、第２３の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、さらに前記拡散シートを保持すると共に、前記反射構造体の開口端を閉塞する蓋枠を備えることができる。
さらにまた、第２４の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記蓋枠を前記拡散シートの六角形状の外周を被覆する枠状に形成することができる。
さらにまた、第２５の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記拡散シートを、前記反射構造体の開口端に直接貼付することができる。
さらにまた、第２６の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記複数の画素ユニットが隣接された状態で、各反射構造体の開口端に、共通の拡散シートを貼付することができる。
さらにまた、第２７の形態に係る表示装置によれば、上記構成に加えて、前記拡散シートが、紙を含むことができる。
さらにまた、第２８の形態に係る画素ユニットによれば、上記構成に加えて、ディスプレイの一画素を構成し、複数を組み合わせて大きな表示装置を構成するための画素ユニットであって、外形を六角柱状とし、内部を空洞として一方を開口端として内面で反射させるようにした反射構造体と、前記反射構造体の六角柱状の一端の開口端に配置された、透光性を有する拡散シートと、前記反射構造体の他方の端縁において、該端縁の中央部分に配置された、赤色、緑色、青色に発光可能な発光ダイオードとを備えることができる。上記構成により、発光ダイオードの点状光源からの光を拡散シートで面状に拡げると共に、拡散シートで構成される面発光領域を隣接させることで、従来のＬＥＤディスプレイでは発光ダイオード同士の間が非発光のため表示面が不均一となっていた問題を解消できる。すなわち、発光ダイオード同士の間隔を拡げても、各画素を面状光源とし、かつこれらを近接させたことで、従来のような画素同士の間に存在する非発光領域を低減して、表示領域全体で均一な発光が得られ、結果として使用する発光ダイオードの数を低減しても、均一でドット感の少ない高品質な表示装置を実現できる。また六角柱状としたことで、十分な強度を備えさせ、多数の画素ユニットを積層しても型崩れしない利点も得られる。
本発明の実施形態１に係る表示装置を示す平面図である。 表示装置を構成する画素ユニットの斜視図である。 画素ユニットを正面側から見た分解斜視図である。 画素ユニットを背面側から見た分解斜視図である。 図１の表示装置を、図２の画素ユニットを積層して構成する様子を示す分解斜視図である。 反射構造体の底面においてＬＥＤを配置する領域を示す模式平面図である。 表面実装型のＬＥＤを示す斜視図である。 赤色ＬＥＤを２個、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤをそれぞれ１個配置して一画素を構成したＬＥＤ集合体を示す模式平面図である。 ＳＭＤ型ＬＥＤの視野角を示す模式断面図である。 砲弾型のＬＥＤの視野角を示す模式断面図である。 図１１ＡはＳＭＤ型ＬＥＤを用いた画素ユニットの平面図、図１１Ｂは図１１ＡのＸＢ−ＸＢ線におけるＬＥＤの配光曲線を示す模式断面図である。 正六角柱状の反射構造体を示す斜視図である。 画素発光領域におけるＬＥＤの配光分布を示す模式平面図である。 側面を設けない画素ユニットでＬＥＤを点灯させた画素発光領域を示すイメージ図である。 図１４のＸＶ−ＸＶ線におけるＬＥＤの相対発光強度を示すグラフである。 図１６Ａは、砲弾型ＬＥＤを用いた画素ユニットの平面図であり、図１６Ｂは図１６ＡのＸＩＢ−ＸＩＢ線におけるＬＥＤの配光曲線を示す模式断面図である。 画素ピッチを示す模式平面図である。 点状の画素を行列状に配置した表示領域を示す模式平面図である。 正方形状の画素を行列状に配置した表示領域を示す模式平面図である。 ＬＥＤを反射材と離間させて発光させた場合の光の強度分布を示す模式側面図である。 正方形状の画素を示す模式平面図である。 六角形状の画素を示す模式平面図である。 六角形状の画素ユニットの内部を示す垂直断面図である。 六角形状の画素を配置した表示領域を示す模式平面図である。 点状の画素を行毎にオフセット配置した表示領域を示す模式平面図である。 六角柱状の画素ユニットを積層したときの加重の分散を示す模式側面図である。 導光板を用いた面発光光源を示す模式断面図である。 拡散レンズを用いた面発光光源を示す模式断面図である。 拡散シートの拡大断面図である。 変形例に係る拡散シートの拡大断面図である。 反射材と拡散材による光の拡散、反射を示す模式断面図である。 ＬＥＤを反射構造体の内部に配置する様子を示す模式断面図である。 反射板の厚さを異ならせた画素ユニットを発光させた状態を示す写真である。 反射板の厚さを異ならせた画素ユニットを発光させた状態を示す写真である。 側面を設けた画素ユニットでＬＥＤを点灯させた画素発光領域を示すイメージ図である。 変形例に係る画素ユニットを示す断面図である。 ＬＥＤユニットの一例を示す斜視図である。 ＬＥＤユニットを反射構造体に固定する状態を示す分解斜視図である。 ＬＥＤユニットを反射構造体に固定した状態を背面側から見た斜視図である。 各画素ユニットを点灯駆動する駆動回路を示すブロック図である。 通信機能を備える表示装置を示すブロック図である。 図４２Ａは変形例に係る連結機構、図４２Ｂは別の変形例に係る連結機構を示す斜視図である。 図４３Ａは折り畳み自在とした画素ユニットの折り畳み状態、図４３Ｂは展開状態を示す斜視図である。 図４４Ａは図４３Ａを背面から見た斜視図、図４４Ｂは図４３Ｂを背面から見た斜視図である。 折り畳み自在とした画素ユニットの展開図である。 図４６Ａは二重構造の反射構造体の分解斜視図、図４６Ｂは図４６Ａにさらに蓋枠を被せる状態を示す分解斜視図、図４６Ｃは図４６Ｂの状態から蓋枠を被せた画素ユニットの分解斜視図を示す斜視図である。 図４７Ａは折り畳み自在な外層を複数連結して折り畳んだ状態、図４７Ｂは展開した状態を示す正面である。 図４８Ａは折り畳み自在な画素ユニットを複数連結した画素ユニット群の折り畳み状態、図４８Ｂは画素ユニット群の展開状態を示す正面である。 背面ボードを示す正面図である。 図４９の背面ボードの下段に画素ユニットを配置した状態を示す正面図である。 図５０の背面ボードの二段目に画素ユニットを配置した状態を示す正面図である。 変形例に係る表示装置を示す正面図である。 フレームレスの画素ユニットを示す分解斜視図である。 複数の画素ユニットを連結した表示装置を示す分解斜視図である。 実施例１及び比較例１に係る画素ユニットを発光させた状態を正面から撮影した写真である。 Ｐ２０のＬＥＤパネルを示す平面図である。 実施例１に係る表示装置を示す平面図である。 実施例１及び比較例１に係る表示装置の消費電力を比較したグラフである。 実施例１に係る画素ユニットの正面から４５°の角度で撮影した写真である。 実施例１に係る画素ユニットの正面から６０°の角度で撮影した写真である。 図６１Ａは画素ユニットを組み合わせて文字を表現する例、図６１Ｂは図形を表示する例を示す模式平面図である。 本発明の実施形態２に係る表示装置の分解斜視図である。 本発明の実施形態２に係る表示装置を示す平面図である。 複数の画素ユニットを連結した画素モジュールを示す分解斜視図である。 複数の画素モジュールを連結した表示装置を示す分解斜視図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための表示装置を例示するものであって、本発明は表示装置を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１に係る表示装置１０００を図１の平面図に、またこの表示装置１０００を構成する画素ユニット１００の斜視図を図２に、それぞれ示す。これらの図に示すように、画素ユニット１００を複数台積層して、表示装置１０００を構成する。各画素ユニット１００は、画素ユニット１００同士を連結するための連結機構４０を設けている。このように表示装置の一画素を構成する画素ユニットをユニット式としたことで、画素ユニットの縦横の連結数を変更することで、任意の大きさの表示装置を構築できる。
（画素ユニット１００）
画素ユニット１００の斜視図を図２に、正面側すなわち発光領域側から見た分解斜視図を図３に、背面側から見た分解斜視図を図４に、それぞれ示す。これらの図に示す画素ユニット１００は、反射構造体１０と、拡散シート２０と、発光ダイオード（ＬＥＤ）５０とを備える。
反射構造体１０は、外形を六角柱状とし、内部を空洞として一方を開口端としている。
拡散シート２０は、反射構造体１０の開口端を閉塞するように配置された、透光性を有する部材である。この拡散シート２０は、画素発光領域を構成する。
ＬＥＤ５０は、反射構造体１０の他方の端縁において、この端縁の中央部分に配置された、赤色、緑色、青色に発光可能な発光ダイオードである。
この画素ユニット１００を複数台、各画素ユニット１００の六角柱状の側面同士を図５に示すように積層して、天面の拡散シート２０で構成される画素発光領域同士を隣接させて、大きな表示領域を構成している。この構成により、ＬＥＤ５０の点状光源からの光を拡散シート２０で面状に拡げると共に、拡散シート２０で構成される面発光領域を隣接させることで、従来のＬＥＤディスプレイではＬＥＤ同士の間が非発光のため表示面が不均一となっていた問題を解消できる。すなわち、ＬＥＤ同士の間隔を拡げても、各画素を面状光源とし、かつこれらを近接させたことで、従来のような画素同士の間に存在する非発光領域を低減して、表示領域全体で均一な発光が得られ、結果として使用するＬＥＤの数を低減しても、均一でドット感の少ない高品質な表示装置を実現できる。また画素ユニット１００を六角柱状としたことで、十分な強度を備えさせ、多数の画素ユニット１００を積層しても型崩れしない利点も得られる。
（反射構造体１０）
反射構造体１０は、図３の分解斜視図に示すように、外形を六角柱状とし、正面側に拡散シート２０を配置している。この画素ユニット１００は、反射構造体１０の正面側を開放した有底筒状に形成し、開放端に蓋枠３０を挿入し、蓋枠３０と反射構造体１０との間に拡散シート２０を挟持するよう構成している。蓋枠３０は、底面を開放して開口窓としており、この開口窓から拡散シート２０が表出される。拡散シート２０は、反射構造体１０の端縁とほぼ同じ大きさとし、かつ蓋枠３０の内径よりも若干小さくする。この蓋枠３０は、拡散シート２０の六角形状の外周を被覆する枠状に形成されている。
また反射構造体１０の他方の端縁すなわち底は、底面板で閉塞している。この底面板の中央部分に開口部ＯＰを形成し、この開口部ＯＰからＬＥＤ５０を反射構造体１０の内部に挿入している。
反射構造体１０の内部は、反射性に優れた色や材質とする。例えば内面を白色とすることで、反射構造体１０の内部の反射率を容易に高めることができる。またこの反射構造体１０は、好ましくは紙製とする。これにより、安価で軽量に表示装置を構成できる。特に屋内に配置される表示装置であれば、耐水性や耐候性が求められず、紙製でも十分に対応できる。紙は再生紙としてもよく、これにより環境負荷を低減したリサイクル社会に適合できる。また紙製以外にも、木材、ポリプロピレン、プラスチック等を使用することで、軽量化が可能となり、コストの削減にも繋がる。またアルミニウム等の軽量の金属製としてもよい。さらに反射構造体１０は、複数の画素ユニット１００同士を連結するための連結機構４０を設けている（詳細は後述）。
反射構造体１０の側面は、正方形状とすることが好ましい。これにより、反射構造体１０に配置したＬＥＤ５０の光が反射構造体１０の内部で拡散されて、影の少ない、むらの低減された面状光源として拡散シート２０上に表れるよう構成できる。図２、図３等の例では、側面を９５ｍｍの正方形としている。正方形状とすることの利点については、後述する。
また反射構造体１０の端縁をなす底面の平面図を図６に示す。この図に示すように、ＬＥＤ５０は六角形状の底面の中心部分に配置される。この中央部分とは、反射構造体１０の六角柱状の底面の中心から各頂点に向かう線分上の４２％の点で囲まれた六角形状の内部である。このようにすることで、ＬＥＤ５０を六角形の中心に位置させることで、画素発光領域を均一に発光させることが可能となる。このような配置とすることの詳細な利点については、後述する。
（ＬＥＤ５０）
ＬＥＤ５０は、表面実装型（ＳＭＤ）又は砲弾型のものを使用する。特に表面実装型は、配光範囲が広く、拡散させるのに適している。好ましくは図７の斜視図に示すように、一つのパッケージに赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ、青色ＬＥＤチップを組み込んだマルチダイスあるいは３ｉｎ１等と呼ばれるタイプのＬＥＤ５０Ｍを使用する。このようにＲＧＢの発光色を組み合わせることで、混色により白色を含めたフルカラー表示が可能となる。ただ、必ずしも一のパッケージに複数のチップを組み込む必要はなく、個別のパッケージで構成された赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを並べて使用することもできる。あるいは、何れか２つのＬＥＤを共通のパッケージに組み込み、他のＬＥＤを個別のパッケージとする組み合わせや、任意の色、例えば図８に示すように赤色ＬＥＤのみ２個使用して一画素を構成してもよい。特に、他の色に比して輝度の低いＬＥＤを用いる場合は、複数個のＬＥＤを組み合わせることで、各色のＬＥＤの発光輝度が均一になるように調整することが好ましい。これらのＬＥＤの組み合わせが可能であることは、ＳＭＤ、砲弾型ともに適用できることはいうまでもない。また、要求される光量等の仕様に応じて、ＳＭＤや砲弾型のＬＥＤを複数個用いることもできる。例えばＳＭＤ型のＬＥＤを一の画素ユニットに３個、６個、９個並べて使用することができる。
ＬＥＤ５０の配光分布を示す半減角は、１００°〜１５０°とすることが好ましい。このようにすることで、ＬＥＤ５０の配光分布のピークとなる位置が、画素ユニット１００の高さのほぼ中央となるように位置させることで、画素発光領域を均一に発光させることが可能となる。
図９に、ＳＭＤ型ＬＥＤ５０Ｓの視野角、図１０に砲弾型のＬＥＤ５０Ｈの視野角の例を、それぞれ示す。このように、一般にＳＭＤ型のＬＥＤは砲弾型のＬＥＤと比べて視野角が広いため、面状光源とするのに適している。
図１１Ａの平面図に示す画素ユニット１００に、ＲＧＢに発光可能なマルチカラーのＳＭＤ型のＬＥＤ５０を配置した反射構造体１０の、内部における配光曲線を図１１Ｂに示す。ここでは、図１１Ａの平面図に示す画素ユニット１００の、１辺ｘ［ｍｍ］、長辺２ｘ［ｍｍ］の正六角形の底面の中央のＯ点にＬＥＤ５０を配置したときの、ＸＢ−ＸＢ線における断面から見た配光特性を示している。また図１１ＡにおけるＳ面、すなわち六角形の頂点を１つ飛ばして隣接する点同士を結ぶ線で構成された面における配光分布を考えると、その高さは図１１Ｂに示すように六角柱側面を正方形とするとき、ｘ［ｍｍ］となる。
また高さ方向の中点であるａ点においては、高さはｘ／２［ｍｍ］である。底面のＯ点に配置されたＬＥＤ５０からａ点に向かう光は、ａ点を通過して直進し、ｂ’点すなわち六角柱の角部に至る。また仮想的にａ点で反射が生じるとすると、六角柱の天面の中心ｂ点に向かうことになる。図１１Ｂに示すように、ａ点での入射角は４５°となる。このことから、六角柱の高さｄは、ｘ（＝ｘ／２＋ｘ／２）以上必要と考えられる。ただ、六角柱を高くするほど、いいかえるとＬＥＤ５０と、画素発光領域である天面との距離ｄをｘ以上離すと、混色するものの、反射構造体がないため画素発光領域の外周部が暗くなり、中央部分に色むらが生じるため好ましくない。一方で六角柱の高さｄがｘよりも短いと、中央部が白飛びする。そこで、輝度を確保しつつも、輝度むらを低減する観点から、反射構造体１０の高さをｘ、すなわち六角柱の側面を正方形とすることで、輝度を確保しつつも輝度むらを抑制する画素ユニットが構築される。このように、反射構造体１０の側面は、正方形状とすることが好ましいことが証明される。なおＳ面はＬＥＤ選択の指標として与えた仮想平面であって、実際には反射は生じない。
このＳＭＤ型ＬＥＤの半減角は、約１２０°である。この場合、ＬＥＤ５０から６０°で出射される光が六角柱の反射構造体１０内部の壁面で反射されると、その反射光は天面の中心であるｂ点には至らず、その周囲に反射されることになる。この結果、本来的にＬＥＤ５０から直接照射される光が集まる天面の中心近傍でなく、その周辺に反射光が照射されることで、結果的に画素発光領域である天面の中心のみが明るくなって輝度むらが発生する事態を、反射光が周辺部分に照射されるように調整することで、輝度むらを緩和して均一化を図る効果が得られる。このような設計によって、六角柱の底面の中央に配置されたＬＥＤ５０からの光を、天面の画素発光領域に均一に照射することが可能となる。
図１２に示すように、側面の辺と高さが等しい正六角柱状の反射構造体を使用する場合、図１１Ａに示すように入射角４５°近傍における相対光度が７０％以上得られるように、ＬＥＤを選別することが好ましい。いいかえると、図１３に示すように、使用するＬＥＤの平面視における配光分布が、六角形状の画素発光領域の中心に対して、頂点における相対光度が７０％以上となるように設計する。半減角が１２０°や１５０°といった広角のＬＥＤを用いることで、入射角４５°において相対光度７０％以上を示して実現できる。なお相対光度は配光測定装置等で測定できる。
そして発光面を上から見たとき、ＬＥＤの配光分布を示す円形に六角形が内接するように、ＬＥＤは正六角形の中央に配置される。またＬＥＤは点光源に近い配光分布を示すことが望ましい。この際、一のＬＥＤパッケージに赤色、青色、緑色等複数の発光素子（ダイス）を実装している場合は、各発光素子の高さや配列によって、配光分布が異なり、赤色、緑色、青色のすべてを完全に六角形の頂点に内接させることは容易でない。一例として３ｉｎ１タイプと呼ばれるマルチダイスパッケージのＳＭＤ型ＬＥＤにおいて、赤色ＬＥＤのみを最大輝度にて発光させたときの画素発光領域の様子を図１４に、また図１４のＸＶ−ＸＶ線におけるＬＥＤの相対発光強度を示すグラフを図１５に、それぞれ示す。ここでは、反射板２２として厚さ１ｍｍのアクリル板を使用し、また反射構造体１０の側面の一辺を９５ｍｍとしている。また図１５のグラフでは、赤色ＬＥＤの発光強度の最高値（画素値）により正規化した相対発光強度を示している。この図に示すように、相対発光強度のピークは、画素発光領域の中心である点Ｏでなく、中心Ｏより８．２５ｍｍ左方向にずれた点Ｏ’において示されている。これは、マルチダイスパッケージのＳＭＤ型ＬＥＤの内部において、発光素子は赤色、緑色、青色の順に配置されているためと考えられる。よって、相対発光強度について、六角形状の頂点において７０％以上となるように設定することが好ましい。
次に、ＳＭＤ型に代えて砲弾型ＬＥＤを用いた場合の配光特性について、図１６Ａ、図１６Ｂに基づいて検討する。ここでは、発光色の異なる３つの砲弾型ＬＥＤである赤色ＬＥＤ５０Ｒ、青色ＬＥＤ５０Ｂ及び緑色ＬＥＤ５０Ｇを用いて、混色によりフルカラー表示可能とした画素ユニット１００Ｂを検討する。まず図１６Ａの平面図に示すように、赤色ＬＥＤ５０Ｒ、青色ＬＥＤ５０Ｂ及び緑色ＬＥＤ５０Ｇの順で、六角形の底面の中心（図において一点鎖線で示す）に沿って配置する。ここで図１６Ｂに示すように、青色ＬＥＤ５０Ｂは、底面の中心Ｏ点に、赤色ＬＥＤ５０Ｒ及び緑色ＬＥＤ５０Ｇは、それぞれ二点鎖線で示すＳ’面、Ｓ面と中心線の交差する点上に、それぞれ配置される。ここで各砲弾型ＬＥＤの半減角がそれぞれ約６０°として、図１６Ｂに示すような配光曲線を有するとした場合、ＲＢＧのＬＥＤの直接光で混色される領域（直接混色エリア）は、矢印で示した領域のみとなる。いいかえると、他の領域では色むらが発生し易い。また、当然輝度むらも生じる。特に、両側に配置した赤色ＬＥＤ５０Ｒ及び緑色ＬＥＤ５０Ｇの光は反射構造体１０内部の壁面で反射され、また中央の青色ＬＥＤ５０Ｂの光も、６０°の範囲でしか照射されない結果、画素発光領域である六角柱の天面の隅部には光が照射され難くなってしまう。
そこで、広角レンズを備える砲弾型ＬＥＤを用いることで、例えば半減角を１２０°等とすることができ、ＳＭＤ型と同様の扱いが可能となる。また、赤色ＬＥＤ５０Ｒ、青色ＬＥＤ５０Ｂ及び緑色ＬＥＤ５０Ｇを、中央部分に集中して配置してもよい。この例では、赤色ＬＥＤ５０Ｒ及び緑色ＬＥＤ５０ＧをＳ面よりも内側に配置して、青色ＬＥＤ５０Ｂとの間隔を狭くしている。この結果、ＲＢＧのＬＥＤの直接光で混色される直接混色エリアを拡大することが可能となる。さらに両側に配置した赤色ＬＥＤ５０Ｒ及び緑色ＬＥＤ５０Ｇからの直接光が天面の隅部に至るように設定すれば、輝度の低下も抑制することができる。いいかえると、外縁に配置されたＬＥＤの半減角に応じて、画素発光領域である天面の隅部に直接光が照射できるような高さに、反射構造体の高さを設計することが好ましい。
ここで、多くの砲弾型ＬＥＤが半減角６０°前後であることを考慮し、仮に半減角６０°のＬＥＤを配置する位置を計算すると、画素ユニットのように、赤色ＬＥＤ５０Ｒを配置する位置Ｒは、高さをｘ［ｍｍ］としたとき、三平方の定理により左端からｘ／√３の位置となる。そして左端から底面の中心Ｏ点までの距離はｘ［ｍｍ］であるから、中心Ｏ点からＲまでの距離はｘ［ｍｍ］−ｘ／√３［ｍｍ］となる。よって、中心Ｏ点からＲまで比率を計算すれば、（ｘ−ｘ／√３）÷ｘとなり、１−１／√３≒０．４２となる。したがって、図６の模式平面図に示すように、側面を正方形とする六角柱状の画素ユニットの底面の中心から４２％の範囲内にＬＥＤを配置することで、むらの少ない画素発光領域を得ることが可能となる。
なお、このように各ＬＥＤを互いに近接してＬＥＤ集合体とすることで、熱が集中しやすくなり放熱性が課題となるが、本実施形態によれば、ＬＥＤ集合体の周囲は広い空間となる。また画素ユニット同士を連結することで、さらに隣接するＬＥＤ集合体同士の間隔が広くなる。このように、本実施形態によれば画素ピッチを大きく取ることができるので、ＬＥＤ集合体間の間隔を広く取ることができ、この領域からの放熱が促進されて、十分な放熱性を発揮できる。また、放熱性能を確保することで、ヒートシンクのような放熱のための別部材を追加する必要性をなくし、軽量化や小型化、低コスト化にも寄与する。なお画素ピッチは、図１７に示すように正六角形の一辺をｘとしたとき、ｘ√３で表現される。
表示装置に用いるＬＥＤの数は、表示領域（ディスプレイの面積）、すなわち幅（ｗ）と高さ（ｈ）、さらに画素ピッチ（ｐｐ）、及び一画素を構成するＬＥＤの個数によって決定される。ＬＥＤの個数は、例えば上述した図７の斜視図に示すように、一つのパッケージに赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ、青色ＬＥＤチップを組み込んだタイプのＬＥＤ５０Ｍであれば、１個のＬＥＤを一画素に配置してもカラー表示が可能となる。あるいは砲弾型のＬＥＤであれば、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを近接して配置させた構成としてもよい。この場合は一画素に最低３種類のＬＥＤを配置する必要がある。あるいは同じ発光色のＬＥＤを複数組み合わせてもよく、例えば図８に示すように、赤色ＬＥＤ５０Ｒを２個、緑色ＬＥＤ５０Ｇ及び青色ＬＥＤ５０Ｂをそれぞれ１個ずつ配置してもよい。これらは、用いるＬＥＤの出力等に応じて設計される。また複数のＬＥＤの配置方法も、横一列や縦一列といった一直線上に並べる他、図８に示すように行列状に配置してもよい。また異なる発光色のＬＥＤ同士は近接されることで、発光される光の混色を高めることができる。一方で放熱性を考慮して、ＬＥＤには放熱機構を付加することも好ましい。これによって長期に渡って安定的に発光性能を維持できる。このように複数個のＬＥＤで構成されたＬＥＤ集合体でもって一画素を構成する。
表示装置において、ＬＥＤの使用数を低減するには、図１８に示すように、画素を構成するＬＥＤ５０同士の間隔すなわちピッチを広くする必要がある。この場合、表示領域において発光する部位が点状となる結果、非発光となる点以外の領域とのコントラスト差が顕著となり、発光部のみが目立つドット感の強い表示装置となってしまう。これを回避するには、光源を点状で無く面状として、画素間の非発光領域を極力小さくすることが考えられる。例えば一画素を図１８のような点状から、図１９に示すような正方形状の画素５２に変更することを考える。ＬＥＤの点状光源を、面状光源に変換するには、図２０の模式側面図に示すように、画素発光領域となる反射材６０（例えば、アクリルやポリカーボネート、塩化ビニル等の透明な乳白色の板材）を用意し、ＬＥＤ５０を反射材６０から離間させて配置することが考えられる。この場合、ＬＥＤ５０の照射光を反射材６０に当てると、図２１に示すように、四角形の画素の中央に光が集中し、逆に破線で囲んだ四隅の部分では相対的に光量が少なくなって、輝度むらや色むらが発生する。
そこで本実施形態では、画素ユニットの反射構造体を六角柱状とし、その底面の内正面側の画素表示領域を六角形状としている。このように構成すると、図２２に示すように、画素表示領域である六角形状の周辺部、特に破線で囲んだ頂点の部分の光量低下が低減され、色むらが抑制される。このように、画素表示領域が正方形状では四隅において光が均一に照射されないものの、六角形状としたことで隅まで一様に照射させることが可能となる。また画素ユニットの反射構造体を六角柱状としたことで、図２３の垂直断面図に示すように、内部においても立方体等の構造に比べ、より多く側面で光を反射し、画素内の上層部すなわち画素表示領域に光を充填できる効果が得られる。
ここで、六角形状の面状光源で画素を構成することが好ましい理由を説明する。平面視を六角形状とする画素ユニット１００は、図２４のように、平面内を有限種類の平面図形（タイル）で隙間なく敷き詰める平面充填を行う。点光源の放射に従うのは円形が最も好ましいが、円形同士を平面充填することはできず、デッドスペースが生じてしまう。そこで正平面充填形として、一種類で平面充填可能なタイルの形状を検討すると、正三角形、正方形、正六角形が挙げられる。
この内、表示装置には六角形状が最も好ましい。すなわち、図１８に示すようなマトリックス状に配置された点状光源で表示領域を構成する状態から、図２５に示すように、各行をオフセット状に配置した点状光源の配置例を検討し、この状態で図２４に示すように各画素間を六角形状に区切ることで、図１に示すような面状光源の画素で構成された表示領域を構成できる。
またＬＥＤディスプレイを構成する際に、画素ユニット１００を多数個重ね合わせる必要があるところ、画素ユニット１００を六角柱状としたことで、側面を積み上げる平面充填したハニカム構造となり、図２６に示すように上部からの荷重を分散できるため、型崩れすること無く十分な強度を維持できる。すなわち画素材料の軽量化が図られる。
次に既存の面発光技術について説明する。面発光として最も一般的な構成は、図２７の断面図に示すような導光板（Light Guiding Panel：ＬＧＰ）である。ここでは、側面から入射した光を導光板ＬＧ内で反射させている。図２７の例では、拡散材６０’と導光板ＬＧと反射材６０を積層している。また導光板ＬＧのパネル表面に、レーザー加工によりドットパターンを形成している。この構成では、ＬＥＤ５０を導光板ＬＧの側面（対面や外周）に配置する必要がある。すなわち表示領域の一パネルに重ねる導光板ＬＧの辺りに数十個のＬＥＤが必要となり、消費電力が増加することが避けられない。
一方で、図２８の断面図に示すように拡散レンズＤＬを用いた構成も考えられる。ここでは、点光源であるＬＥＤの前面に離間して配置したレンズにより光を拡散させて面状光源に変換している。図２８の例では、レンズの上面に拡散板６０”を配置している。この構成では、拡散レンズＤＬの光学設計がパネル毎に必要となる。いいかえると、拡散材の面積に合わせレンズの再設計や配置変更が必要となり、設計コストが高騰するという問題があった。
これに対して実施形態１に係る表示装置１０００では、画素ユニット１００を六角柱状のハニカム構造としている。また反射板２２と拡散フィルム２４を貼り合わせて拡散シート２０を構成している。このように画素ユニット１００をユニット式に連結することで、画素サイズを可変とできる。また面状光源としたことで、ＬＥＤの個数を削減することができ、消費電力の削減を達成している。
特に図２３の断面図に示すように、反射構造体１０の内部に光を充填させることで、均一な光に変換している。さらに図２９の拡大断面図に示すように、照射面から照射された光を拡散層で拡散させ、反射層を透過させることで、光の強さを一定に均一化できる。この結果、各画素の隅部、特に頂点近傍における色むらの発生を低減できる。
（拡散シート２０）
また反射構造体１０の六角柱状の一端の開口端には、画素表示領域を構成する拡散シート２０が配置される。拡散シート２０は、反射板２２で構成される。反射板２２は樹脂製の硬質な板状で構成され、内部に拡散材を分散させている。このようにすることで、ＬＥＤ５０から受けた光を拡散シート２０の内部で散乱させて、より均一な面発光が得られる。さらに、外部から拡散シート２０を通じて反射構造体１０の内部を見たとき、ＬＥＤ５０が視認できないようにする効果も得られる。特にＬＥＤ５０の点灯時においてＬＥＤ５０が確認できないようにすることで、ドット感を低減した高品質な面状光源とできる。このため反射板２２は乳白半透明色とすることが好ましい。
このような反射板２２には、アクリル板やポリカーボネート、ポリプロピレン、塩化ビニル樹脂、ＰＥＴ樹脂等が好適に利用できる。また反射板２２の厚さは、１ｍｍ〜２ｍｍとすることが好ましい。ここでは、アクリサンデー社製のアクリル素材ＩＲ−４３２を使用している。この反射板２２の光の透過率は、３ｍｍ厚を基準に特性評価した場合、全光線透過率が５８％、反射率４３％、拡散率８４％である。また本発明者らが行った試験によれば、アクリル板の厚さを１ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍのいずれとしても、乳白色で半透明のアクリル素材で、全光線透過率が５５％〜７０％程度であれば、点灯時にＬＥＤが視認できない状態となって好適に使用できることが確認された。このように、反射板２２の色は、乳白色とし、半透明とすることが好ましい。
（拡散フィルム２４）
さらに拡散シート２０は、反射板２２に拡散フィルム２４を組み合わせて構成してもよい。拡散フィルム２４は、拡散材を塗布した樹脂製のフィルムシートであり、反射板２２の表面に積層して使用される。このような拡散フィルム２４にはポリエステルフィルムが好適に利用できる。また拡散フィルム２４の厚さは、ＬＥＤ光源やアクリル板の厚さに応じて設定され、３８μｍ〜１２５μｍとすることが好ましい。ここでは、Tochiman technical paper co. ltd製の、厚さ３８μｍのポリエステルフィルムを用いた。また拡散フィルム２４は樹脂製とする他、紙製としてもよい。また、反射板と拡散フィルムを一枚のシートで構成する場合や、より薄い厚みとすることができる。
図２９に示すように、拡散フィルム２４を、画素ユニットの表面側に位置させることで、反射板２２による周囲の光の映り込みを押さえられ、またＬＥＤ５０が外部から見え難くなる目隠しの効果が得られる。ただ、拡散フィルム２４と反射板２２の積層順は上記に限らず、図３０に示すように逆に拡散フィルム２４の上に反射板２２を配置してもよい。これにより反射板２２の上に拡散フィルム２４を配置した場合と比べ、発色が改善される利点が得られる。
図３の例では、反射板２２として乳白色透明のアクリル板１ｍｍを用い、拡散フィルム２４にポリエステルフィルム３８μｍｍを用いている。これらの反射板２２と拡散フィルム２４は貼り合わせて密接させる。これにより、図３１の断面図に示すように反射構造体１０の内部で上層部に集まった光が拡散材内で乱反射し、画素表面における光の強さを均一にできる。
この構成であればＬＥＤには光を拡散させるレンズ等が必要なく、図３２の模式断面図に示すようにＬＥＤを画素中央部に配置するのみで足りる。いいかえるとレンズ等の光学設計が不要となるため、製造コストを安価に抑制できる。このようにして、画素表示領域において均一な光の強さが得られる。またＬＥＤの発光量の調整により画素の階調表現が可能となり、ＬＥＤディスプレイの画質を向上できる。
ここで、反射板の厚さを変えて試験した結果を図３３及び図３４に示す。これらの図において用いた画素ユニットは、アクリル板の反射板の左側で厚さを２ｍｍ、右側で厚さを１ｍｍとして、ＬＥＤを発光させた状態で画素表示領域を撮影している。なお拡散フィルムは、いずれも使用していない。また図３３及び図３４は同じ画素ユニットを撮影しており、図３３は画素表示領域の正面より斜め右側の１ｍｍ側から撮影した状態、図３４は逆に正面より斜め左側の２ｍｍ側から撮影した状態を示している。これらの図に示すように、図３３においてはＬＥＤ光源が視認でき、一方図３４においてはＬＥＤ光源が確認できないことが判る。
このように、厚さを厚めの２ｍｍとした反射板では、拡散フィルムのない状態でも光源のＬＥＤが視認されず、輝度むらを抑制できる。ただし、厚くした分だけ１ｍｍ厚の例と比べて全体に暗くなる。一方、１ｍｍ厚の反射板では、より明るいものの、点灯時に光源のＬＥＤが視認できる。よって、１ｍｍ厚の反射板に、拡散フィルム２４を組み合わせることがより好ましいといえる。
さらに、反射構造体の側面の有無により面発光状態が変化する様子を比較した例を図３５及び図１４に示す。これらの図において、図３５は側面を設けた六角柱状の反射構造体、図１４は側面を除去して蓋枠３０のみとした反射構造体において、ＬＥＤを発光させた状態をそれぞれ示している。これらの図から明らかなとおり、側面を有しない構成では、画素発光領域が全体に暗く、また中心部分が明るく、周囲に向かうほど暗くなる不均一な発光面となっている。これに対して側面を反射面として利用することで、画素発光領域を全体に明るく、かつ周囲にわたって均一に発光させることが可能となることが確認された。
（レンズ体６５）
なお、本発明は必ずしもレンズを不要とする構成に限定するものでなく、必要に応じて適宜レンズを採用することもできる。例えば図３６に示す変形例に係る画素ユニット１００Ｆのように、光量を稼ぐために反射構造体１０内に複数個のＬＥＤ５０を備える場合は、レンズ体６５でこれら複数個のＬＥＤ５０を被覆し、各ＬＥＤ５０が発する光を集光させ、これらの光が拡散シートで面発光となるように調整することが可能となる。特に屋内で使用される画素ユニットや表示装置の場合は、蛍光灯などの室内照明下でもＬＥＤの面発光が綺麗に表現されるよう、ある程度の光量が必要となり、ＬＥＤの使用数が増える分だけ、ＬＥＤ光の分布が不均一となり、光量の高い領域が白飛びすることがあった。これに対して上記変形例によれば、レンズ体６５を用いてＬＥＤ光を均一に集光、分散させることが可能となり、高品質な面発光の光源が得られる。なおレンズ体６５とは、ＬＥＤ光を集光させる機能を奏する構成、分散させる機能を奏する構成のいずれをも含む意味で使用する。
（ＬＥＤユニット５５）
また、レンズ体６５を備えるＬＥＤは、ユニット状とすることが好ましい。このような例を変形例として図３７の斜視図に示す。この図に示すＬＥＤユニット５５は、ＬＥＤチップ５０Ｃと、これらＬＥＤチップ５０Ｃを実装する実装板５３と、実装板５３を封止するレンズ体６５と、実装板５３の背面側に延長された筒状体５６とを備える。
ＬＥＤチップ５０Ｃは、要求される光量や定格などの仕様に応じてサイズや個数が選択される。光量を多くするためには、複数個実装していることが好ましい。図３７の例では、表面実装（ＳＭＤ）型ＬＥＤチップ５０Ｃを６個、環状に実装している。ただ本発明は、ＬＥＤチップの数や配置パターンをこの例に限定せず、例えばＬＥＤチップを３個や８個等、任意の数としてもよい。またＬＥＤチップの配置パターンも、矩形状や直線状などに配置することもできる。
実装板５３は、ガラスエポキシ基板やセラミック基板等が利用できる。好ましくは実装板５３の表面側にＬＥＤチップ５０Ｃを実装し、駆動回路や保護回路は裏面側に実装する。また裏面側はシリコーン樹脂等の封止樹脂で封止されることが好ましい。
レンズ体６５は、複数のＬＥＤチップ５０Ｃの周囲を覆う。このレンズ体６５は、無色透明、あるいは乳白色透明など、透光性の樹脂等でドーム状に形成されている。レンズ体６５は、複数個のＬＥＤが発する光を拡散シート面上に均一に集光、分散させるように光学的に設計される。またレンズ体６５の内部は空洞としているが、この構成に限られず、例えばＬＥＤチップをレンズ体で封止してもよい。
（筒状体５６）
さらにレンズ体６５の裏面側には、筒状体５６が設けられる。筒状体５６は円筒状に形成され、その内面は実装板５３の裏面側と連通しており、上述の通り実装板５３の裏面側に実装された各種回路や電子部品が、封止樹脂で封止されている。また駆動回路等と接続するための電気信号線である接続用ハーネス５７が、筒状体５６から外部に引き出されている。接続用ハーネス５７は、先端にコネクタ５８を備えている。複数のＬＥＤユニット５５を用いる場合は、各ＬＥＤユニット５５の接続用ハーネス５７のコネクタ５８同士をデイジーチェーン接続することで、これらを通信可能な状態に接続できる。
また筒状体５６は、側面にねじ溝を形成しており、別部材のリング体９０やボルトのような、内面にねじ溝を設けたねじ穴に挿入し螺合可能としている。さらに筒状体５６とレンズ体６５との境界には、鍔部５９が設けられている。鍔部５９は、筒状体５６よりも外径を大きくしており、リング体９０を螺合する際に、リング体９０の螺合位置を規定するストッパとなる。
ここで、リング体９０を用いてＬＥＤユニット５５を反射構造体１０に固定する例を、図３８の分解斜視図に基づいて説明する。まず、反射構造体１０の底面１１には、予め円形の開口部ＯＰが開口されている。開口部ＯＰの大きさは、ＬＥＤユニット５５の筒状体５６が挿入でき、かつ鍔部５９が通過できない大きさとする。いいかえると開口部ＯＰの直径は、筒状体５６の外径よりも大きく、かつ鍔部５９の外径よりも小さい。
この開口部ＯＰに、接続用ハーネス５７を前面側から裏面側に通して、かつ筒状体５６を反射構造体１０の裏面側に表出させた状態とし、図３９の斜視図に示すように裏面側からリング体９０を筒状体５６に螺合する。これにより、リング体９０と鍔部５９で、反射構造体１０の底面１１を狭持した状態として、ＬＥＤユニット５５を画素ユニットに固定できる。この方法であれば、ドライバなどの工具を不要として、極めて簡単にＬＥＤユニット５５を反射構造体１０に固定できる。
（駆動回路）
各ＬＥＤ５０は駆動回路により点灯駆動される。図４０に、各画素ユニット１００を点灯駆動する駆動回路のブロック図を示す。この図に示すように、各発光ユニットのＬＥＤ５０は、コントローラ７０に接続されている。コントローラ７０は、外部の画像ソース等から入力された、あるいは予め設定された、表示領域に表示すべき内容、例えば静止画像や動画像、テキストなどの情報を受け、これに応じて発光させる画素の位置や発光色などを決定し、必要な画素に対して制御を行う。例えば所望の輝度や色度で発光させるよう、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの駆動電流量を調整する。またこのコントローラ７０は、外部の電源から電力供給を受けて、各画素ユニット１００のＬＥＤ５０に対して必要な駆動電力を供給する。たとえば後述する図５９〜図６０の例では、表示装置の発光色を自動で３６０°色相が循環するように表示させている。
なお図４０の例では、各画素ユニット１００を点灯駆動する駆動回路を、共通のコントローラ７０で構成し制御しているが、画素ユニット毎に駆動回路を設けてもよい。
あるいはまた、図４１の変形例に示すように、コントローラに外部機器と無線通信するための通信回路７２を付加してもよい。通信回路７２は、外部機器から無線操作でＬＥＤの点灯を制御できるようにするための部材である。この通信回路７２が外部機器からの無線操作を受け付けるためのワイヤレス接続方式には、電波、マイクロ波、光通信等等が利用できる。電波の場合は、短距離無線、無線ＰＡＮ、無線ＬＡＮ等が利用できる。特にＷｉＦｉやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＺｉｇＢｅｅ、６ＬｏＷＰＡＮ、Ｓｕｂ−１ＧＨｚ（いずれも商品名）等の規格化された無線通信とすることで、低コストでの実装や導入が可能となる。特にＢｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ（ＢＬＥ）等の低消費電力に対応した通信方式とすることが好ましい。また、外部機器として、スマートフォンにアプリをインストールした機器を利用することで、手軽に外部からのＬＥＤ点灯の無線操作が可能となる。さらにＬＥＤ照明用の制御信号として一般的なＤＭＸ等の規格化された方式を利用する他、専用の制御信号を利用することもできる。
加えて、外部機器との通信は、ＬＥＤの点灯を操作する他、表示装置からの情報配信を外部機器側で受けるように構成することもできる。例えば表示装置をゲーム機器のモニタとして利用し、外部機器をコントローラとして操作可能に構成してもよい。例えばオセロゲームやマインスイーパ（いずれも商品名）等に利用することが可能となる。
あるいはまた、表示装置を広告用のＰＯＰなどに利用することもできる。この場合、ｉＯＳのｉＢｅａｃｏｎ（登録商標）やＡｎｄｒｏｉｄＯＳのＥｄｄｙｓｔｏｎｅなどのビーコン技術を用いて情報の配信を行うことも可能である。例えば文字や動画を表示装置で表示させる一方、専用のアプリをインストールしたスマホを持つユーザが近付くと、商品紹介ホームページのＵＲＬやクーポンの配信などを自動的に行うことができる。またクーポンを利用したユーザに対して、専用の特典映像を表示させるなどの表示動作を行わせてもよい。
さらに各画素ユニット１００とコントローラ７０との接続は、図４０に示すように並列接続とする他、図４１に示すように数珠繋ぎのデイジーチェーン方式とすることもできる。特にデイジーチェーン方式は、多数の画素ユニットを直列に繋ぐことで、接続台数の制限を受け難く容易に接続数を変更できるので、好ましい。
（連結機構４０）
反射構造体１０の側面には、他の反射構造体１０と連結するための連結機構４０を設けられる。図２等の例では、連結機構４０として六角柱状の反射構造体１０の側面の縁部に、面ファスナを固定している。たとえば面ファスナを構成するフックとループのいずれか一方を、側面の対向する辺の一方に、フックとループのいずれ片方を、側面の対向する辺の他方に、それぞれ設ける。この画素ユニットを積層すれば、反射構造体１０の対向する面において、フックとループの組み合わせとなるため、これらを容易に連結できる。また図２等の例では、六角柱状の反射構造体１０の高さ方向、すなわち両側の底面の頂点同士を結ぶ辺に沿って面ファスナを設けている。ただ、本発明はこの構成に限らず、たとえばこれらと直交する辺、すなわち底面を構成する各辺に沿って面ファスナを設けてもよい。この場合は、長さ方向に隣接する面ファスナ同士でフックとループを交互に配置することで、連結し易くできる。また面ファスナは、必ずしも反射構造体の側面の辺の全部に設ける必要は無く、たとえば隅部のみとしたり、辺に沿って一定間隔を空けて均等に配置してもよい。
また連結機構４０は、面ファスナに限定されず、機械的な嵌合機構や係合機構等、着脱可能な既知の機構が適宜利用できる。変形例に係る連結機構４０Ｂを備えた画素ユニット１００Ｄの斜視図を図４２Ａに示す。この例では、断面視Ｌ字状に折曲させた鉤状の硬質な連結フックを設けており、Ｌ字状同士を互いに係合させて係止させることができる。また図４２Ｂに示す他の変形例に係る画素ユニット１００Ｅの連結機構４０Ｃでは、ホックを用いている。
このように画素ユニット同士を連結機構４０で連結して、大きな表示装置を構築できる。また画素ユニットをユニット式に連結可能としたことで、連結数を調整すれば、表示装置の表示領域の大きさを調整できる。ただ、必ずしも連結機構でもって着脱式とする構成に限定されず、両面テープや接着材などで反射構造体同士を固定してもよい。
このように複数個の画素ユニットを連結させる際は、上述した背面ボードで各画素ユニットを支持する構成とすることで、安定的に保持できる。特に、後述する図４３〜図４５に示すような、画素ユニットの底面を分割式として組立時に自動的に組み上がる構造とした場合は、底面を一枚のシートで構成する場合と比較して機械強度が低下するため、多数の画素ユニットを積層する場合は下段の画素ユニット程、荷重が集中し易くなる。そこで背面ボード１８を利用することで、このような加重の集中を軽減して補強することが可能となる。
また背面ボード１８は、図４９等に示したように、必ずしも背面開口部ＢＯを開口した形状とする必要はなく、用いる画素ユニットの態様に応じて、例えば開口のない平板状の背面ボードを構成してもよい。
（折り畳み構造）
さらに各画素ユニットを、折り畳み可能な構造とすることもできる。反射構造体を折り畳んで板状にすることで、嵩張る部材をコンパクトな状態として、運搬や保管に有利となる。特に、多数の反射構造体を用いる場合には低コストでの運搬等が実現される。このような例を図４３Ａ〜図４５に示す。これらの図において図４３Ａは折り畳み自在とした画素ユニットの折り畳み状態、図４３Ｂは展開状態を示す斜視図、図４４Ａは図４３Ａを背面から見た斜視図、図４４Ｂは図４３Ｂを背面から見た斜視図、図４５は折り畳み自在とした画素ユニットの展開図を、それぞれ示している。これらの図に示す画素ユニットは、拡散シートを外した状態で、反射構造体１０Ｂを折り畳み自在としている。ここでは、拡散シートを保持する蓋枠３０を着脱式としており、蓋枠３０を外した六角柱状の反射構造体１０Ｂを折り畳み式としている。この反射構造体１０Ｂの底面板は、複数の底板片１４に分割している。図４５の展開図に示すように、反射構造体１０Ｂの六角柱状の各側面１３は、底板片１４と連続しており、各底板片１４は互いに分離されている。この底板片１４は、図４３Ａや図４４Ａに示すように、反射構造体１０Ｂを折り畳み状態としたとき、それぞれが側面１３と接するように折り畳まれて、平らな折り畳み状態となる。一方、図４３Ｂや図４４Ｂに示すように反射構造体１０Ｂを組み立てる状態、すなわち展開状態としたとき、各底板片１４は互いに係合されて一体の底面板を形成する。
このとき、底面板の中央部分に円形の開口部ＯＰが形成されるように、予め各底板片１４を形成しておくことが好ましい。これにより、図３８等で示したようにＬＥＤユニット５５の筒状体５６を開口部ＯＰに挿入して、リング体９０でもって螺合して固定することができる。この構成であれば、リング体９０と鍔部５９で開口部ＯＰの周辺を挟持して固定できるので、複数の底板片１４を組み合わせて構成される底面板を一体的に保持できる。言い換えると、リング体９０と筒状体５６の螺合は、ＬＥＤユニット５５を反射構造体１０Ｂに固定する機能と共に、折り畳み式の反射構造体１０Ｂを展開状態に保持する機能も奏することができる。
（多層構造）
また画素ユニットを多層構造としてもよい。例えば六角柱状を構成する反射構造体を、二層を重ねた二重構造とする。このような例を図４６Ａ〜図４６Ｃに示す。これらの図において、図４６Ａは二重構造の反射構造体１０Ｃの分解斜視図、図４６Ｂは図４６Ａにさらに蓋枠３０Ｃを被せる状態を示す分解斜視図、図４６Ｃは図４６Ｂの状態から蓋枠３０Ｃを被せた画素ユニットの分解斜視図を示す斜視図を、それぞれ示している。これらの図に示す反射構造体１０Ｃは、中空の六角柱状の外層１５と、この外層１５の内面に挿入される、外層１５よりも一回り小さい内層１６で構成される。内層１６は、外層１５よりも高さを若干高く形成し、内層１６を外層１５に挿入した状態で内層１６の一部が突出するように構成する。この状態で、開口端を閉塞するように蓋枠３０Ｃを被せると、図４６Ｃに示すように画素ユニットの側面において蓋枠３０Ｃと反射構造体１０Ｃとをほぼ同一面とすることができる。特に蓋枠３０Ｃや反射構造体１０Ｃを紙製で構成する場合、同じ厚さの紙で蓋枠３０Ｃや反射構造体１０Ｃを構成して、蓋枠３０Ｃと反射構造体１０Ｃとの境界部分の段差を無くすことができ、外観の見栄えを良くすることができる。また内層１６側に、上述した底板片１４を形成することもできる。
（複数ユニット連結機能）
さらに、複数の画素ユニットを連結して大きな表示装置を構成する場合、画素ユニットを複数連結した画素ユニット群を積層することで、このような表示装置を得ることができる。この際に、二層構造の反射構造体を利用すれば、画素ユニット同士の連結を容易に行える。すなわち、図４７Ａ〜図４７Ｂに示すように、中空の六角柱状の外層１５同士を予め連結した外層群１５Ｇを用意しておき、この外層群１５Ｇの各外層１５内にそれぞれ、内層１６を挿入する。内層１６は予め外層群１５Ｇに挿入しておくことが好ましい。これにより、図４８Ａ〜図４８Ｂに示すように、反射構造体１０Ｃを折り畳んだ状態から、展開状態とすることで、複数個の画素ユニットを同時に組み立てることが可能となり、作業性が向上する。なお図４７Ａ〜図４８Ｂの例では、３個の画素ユニットを横方向に連結した画素ユニット群１００Ｇの例を示しているが、画素ユニットの連結数はこれに限らず、２個、あるいは４個以上とすることもできる。
またこのような画素ユニット群を積み上げて表示装置を構成する例を、図４９〜図５１に基づいて説明する。まず、図４９に示すような背面ボード１８を準備する。背面ボード１８は、画素ユニットの連結後の形状を示す型紙であり、この上に各画素ユニットが配置される。また画素ユニットの配置位置には、背面開口部ＢＯが形成されている。このような背面ボード１８を用いることで、画素ユニットの積層時に印加される負荷の集中を軽減できる。特に画素ユニットを多数積層していくと、最下段の画素ユニットに荷重が集中するところ、各画素ユニットを背面ボードに固定することで応力を分散させて負荷を軽減できる。
次に図５０に示すように、背面ボード１８の最下段に画素ユニット群を配置する。ここでは、図４８Ｂに示した二層構造の反射構造体群１０Ｇを背面ボード１８上に、各開口部ＯＰが背面ボード１８の背面開口部ＢＯと一致するように重ねて、この状態で各開口部ＯＰにＬＥＤユニット５５を固定する。各ＬＥＤユニット５５は筒状体５６を反射構造体１０Ｃの発光面側から挿入し、背面ボード１８の背面から突出させ、筒状体５６のねじ溝にリング体９０を螺合して固定する。このようにして、最下段の画素ユニット群において各ＬＥＤユニット５５が固定され、さらに各反射構造体１０Ｃが展開状態に保持される。この状態で、各反射構造体１０Ｃの開口端に、蓋枠３０Ｃを被せて閉塞する。
次に図５１に示すように、最下段の画素ユニット群１００Ｇの上、すなわち下から二段目の行に、別の反射構造体群１０Ｇ’を配置する。以下同様にしてＬＥＤユニット５５をそれぞれ固定し、蓋枠３０Ｃで閉塞する。このようにして各行の画素ユニットを固定し、最終的に表示装置を得ることができる。
また、六角柱状の画素ユニットを複数積層した表示装置は、図１等のように最下段を六角柱状とした場合、平面上に載置すると接触面積が少なく、軽量であることと相俟って不安定となることがある。そこで、上述した図４９に示すように、背面ボード１８の最下段を直線状としたり、あるいは図５２に示す変形例に係る表示装置３０００のように、最下段のみ五角柱状の画素ユニット１００Ｈを配置してもよい。この構成であれば、表示装置の底面を面状として、一層安定させることが可能となる。
（フレームレス画素ユニット）
さらにまた、上述した例では蓋枠を用いて拡散シートを保持しているため、各画素ユニットは枠状が視認されることとなる。よって、このような枠状をより細くするため、別部材の蓋枠を使用せずに直接拡散シートを、反射構造体の開口端に貼付してもよい。このような例を図５３に示す。この例では、予め開口端の六角形状に形成した拡散シート２０Ｄを準備すると共に、反射構造体１０Ｄの開口端に接着材を塗布して、貼付している。ただ、この構成では拡散シート２０Ｄの位置決め作業が面倒になる。そこで、図５４の斜視図に示すように、予め複数の画素ユニットを連結した状態で、一枚の大きな拡散シート２０Ｅを貼付するよう構成してもよい。この場合は、複数の画素ユニットを隙間が殆ど無いように詰めて配置した状態で、各反射構造体の開口端に、共通の拡散シートを貼付している。この方法であれば、位置決めの手間が緩和される。また拡散シート２０Ｅの貼付後に、必要に応じて拡散シート２０Ｅの不要な部分をカットすることで、さらに位置決め作業の手間を省力化できる。
あるいは、拡散シートの形状も長方形状に限らず、予め画素ユニットの接続形態に応じた形状にカットしておくこともできる。例えば図６４に示すように、反射構造体１０Ｄを連結した形態に応じて予め形成された拡散シート２０Ｆを準備しておき、反射構造体１０Ｄを積層した状態で開口端に貼付する。例えば各開口端の端縁に接着材を塗布して接着する。
また、複数個の画素ユニットを連結した画素モジュールを構成し、さらに複数の画素モジュールを組み合わせてより大きな画像表示装置を構成することもできる。例えば図６４に示した横３個×縦４個の画素ユニットを連結した集合体を一の画素モジュール１００Ｉとして、これを複数個組み合わせることで、更に多数の画素ユニットを有する表示装置を構築できる。例えば図６５に示す例では、図６４の表示装置を画素モジュール１００Ｉとして複数個用意し、これらの画素モジュール１００Ｉを横２個×縦２個に連結することで、画素ユニット数として横６個×縦８個の大きな表示装置４０００を構成している。なお、画素ユニットの数は画素モジュール１００Ｉ同士を連結し易いよう、偶数個とすることが好ましい。また画素モジュール同士の連結には、例えば連結後の表示装置４０００の外形に予め形成された一の背面ボードを用意して、各画素モジュール１００Ｉの背面側を固定することができる。
（実施例１）
ここで本発明性の有用性を示すべく、実施例１に係る画素ユニットを作成し、さらに比較例として、表示領域を四角形とした画素ユニットを作成し、それぞれ同じ発光色、輝度でＬＥＤを発光させた状態で正面から撮影した。この結果を図５５に示す。ここでは、画素ユニットの側面を１辺７ｃｍの正方形とした。また画素ピッチを約１２ｃｍとした。この図に示すように実施例１に係る六角形状では表面の色調、明るさが適切に調整されていることが確認された。一方比較例に係る四角形状では、部位によって輝度むら、色むらが見られ、また中央付近ではＬＥＤの点状光源が視認できるほどに強く、白飛びが顕著であった。このように、本実施例では混色が均一になされ、また輝度も画素発光領域の全体で均一に得られていることが確認された。
（ディスプレイのサイズ）
一般にディスプレイサイズを大型化、高解像度化すると消費電力が大きくなり、設置場所が極めて限定される。このためディスプレイサイズと消費電力とはトレードオフの関係にある。そこで本実施例に係る表示装置では、ディスプレイサイズを大きくしてもＬＥＤの使用数を低減することで、消費電力の上昇を回避している。この方法では、画素を構成するＬＥＤ間のピッチが長くなるため、解像度が低下する。一般に、ＬＥＤディスプレイでは１ｍ2当たりの消費電力が指標として用いられる。例えば図５６に示すような、市販されているＬＥＤパネルでＰ２０等と呼ばれるピッチが２０ｍｍのタイプでは、１ｍ当たり１０００÷２０＝５０個となるので、１ｍ2当たりのＬＥＤ個数は、５０ｘ５０＝２５００個である。これに対して図５７で示す本実施例１では、上述の通り六角形状の画素ユニットを１辺９．５ｃｍ、画素ピッチ約１２ｃｍ（Ｐ１２０）としており、１０００÷１２０＝８．３３であるから、８ｘ８＝６４個である。同じ定格のＬＥＤを用いた場合の消費電力は、図５８のグラフに示すように、比較例１に対して実施例１では約１／４０に削減している。このため、一般家庭用の１００Ｖの商用電源でも大型ディスプレイを使用可能とできる。例えば消費電力１５００Ｗで最大約１３ｍｘ６ｍの大型ディスプレイを構成できる。
また、消費電力を比較するに当たり、１ｍ2に換算した消費電力で比較すると、市販されている画素ピッチ約２０ｍｍ（Ｐ２０）のＬＥＤパネルにおいて、ＬＥＤの使用量は２５００個／ｍ2であり、その消費電力は１０００ｗ／ｍ2である。一方で、実施例で使用した３ｉｎ１タイプのＳＭＤ型ＬＥＤの駆動電圧／電流は、定格値５Ｖ／６０ｍＡのため、１個辺りの消費電力は５Ｖ×６０ｍＡ＝０．３Ｗである。このＬＥＤを一辺９．５ｃｍの正六角形状の反射構造体１０に配置した場合、約６４個（８個ｘ８個）に相当するので、その消費電力は０．３Ｗ×６４個＝１９．２Ｗ／ｍ2となる。この画素ユニットは、Ｐ２０のＬＥＤパネルに比べ、消費電流を１０００ｗ／ｍ2÷１９．２ｗ／ｍ2≒５２．０８となり、約１／５２に削減できることが判る。また、一般家庭用電源でも１５００Ｗで約７８ｍ2（１５００Ｗ／１９．２Ｗ）、最大約１３ｍｘ６ｍのディスプレイを構成できる。これを、仮にＰ２０のＬＥＤパネルで同規格の砲弾型広角ＬＥＤを用いてディスプレイを構成した場合と比較すると、約１／３９（６４個／２５００個）の消費電力の削減が可能となる。
さらに表示領域すなわちディスプレイ形状も自由にアレンジできるという利点が得られる。従来の一般的なディスプレイの形状は、複数個のＬＥＤをマトリックス状に配置した基本モジュールが正方形または長方形のため、四角形に限られる。これに対して本実施例では、一画素を基本モジュールとし、かつその形状を六角形状の画素ユニットとしたことで、より柔軟な配置やレイアウトが可能となる。すなわち、このような画素ユニットの組み合わせにより、平面配置、曲面配置、自由空間への配置が可能となり、設置場所に合わせ、柔軟なディスプレイサイズや形状の提案が可能となる。
（視認距離及び角度）
また、既存の多くのＬＥＤディスプレイでは、ＬＥＤから直接放たれる光（直接光）を利用しているため、近距離や側面からの視聴は困難であった。これに対して本実施例では、ＬＥＤの直接光を用いず、画素ユニットによりＬＥＤの光を拡散させた上で視認するため、視認距離を選ばず、近距離からの視認が可能で、さらに側面からの視聴が可能となる。ここで、実施例１に係る画素ユニットの視野角を確認すべく、ＬＥＤを緑色に発光させた状態で、画素ユニットの正面から４５°の角度で撮影した写真を図５９に、同じく６０°の角度から撮影した写真を図６０に示す。いずれも、混色された状態で視認できることが確認され、本実施例によれば側面からの視認性も良好であることが示された。また、ハニカム構造を生かした新しいイフェクトも提案可能である。たとえば図６１Ａ、図６１Ｂに示すような文字や図形を描くことが可能となる。
また一般的なＬＥＤディスプレイでは、ＬＥＤをパネルモジュールに多数のＬＥＤを集積しているため、ＬＥＤの発熱を効率良く放熱させるために、アルミニウム製の大型のヒートシンクや金属シャーシ等が用いられ、また放熱ファンを設ける等の放熱対策が必要となる。これに対して本実施例によれば、画素毎にユニット化したことで、画素間のピッチが広くなり、単位面積当たりのＬＥＤ使用量が少なくなった結果、放熱量を低減できるため、放熱のための特別な機構を不要とできる。この結果、構成の簡素化や軽量化、製造コスト削減が図られる。
（実施形態２）
以上の例では、画素ユニットを多数連結して表示装置を構成する例を説明した。ただ本発明はこの構成に限られず、一体的に表示装置を構成することもできる。このような例を図６２の分解斜視図及び図６３の平面図に示す。これらの図に示す表示装置２０００は、レーザー加工機を用いて金属製の枠体８０に六角形状の開口窓８２を形成し、各開口窓８２に拡散シート２０を配置している。なお、予め表示領域の大きさに拡散シート２０を形成し、さらに開口窓８２を形成した枠体８０のこの上に積層して構成してもよい。また拡散シート２０の裏面には、ケーシング１２が配置される。ケーシング１２は各開口窓８２に対応する位置及び大きさに中空の六角柱状、すなわちハニカム状に区画されている。さらにケーシング１２の背面側には、各開口窓８２に対応する位置にそれぞれＬＥＤ５０を配置したＬＥＤ実装基板５４が配置される。このように、予め所望の表示領域の大きさにケーシング１２や枠体８０、ＬＥＤ実装基板５４を設計して表示装置を構成することも可能である。さらに、このようにして多数のＬＥＤ５０を画素毎に面状光源とした表示装置を、複数台連結して、より大きな表示領域を有する大型の表示装置を構成することもできる。
本発明の表示装置及び画素ユニットによれば、大画面の文字や画像の表示ディスプレイ、インテリジェント照明等として好適に利用できる。
１０００、２０００、３０００、４０００…表示装置
１００、１００Ｂ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ…画素ユニット
１００Ｇ…画素ユニット群
１００Ｈ…五角柱状の画素ユニット
１００Ｉ…画素モジュール
１０、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ…反射構造体
１０Ｇ、１０Ｇ’…反射構造体群
１１…底面
１２…ケーシング
１３…側面
１４…底板片
１５…外層；１５Ｇ…外層群
１６…内層
１８…背面ボード
２０、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆ…拡散シート
２２…反射板
２４…拡散フィルム
３０、３０Ｃ…蓋枠
４０、４０Ｂ、４０Ｃ…連結機構
５０…発光ダイオード（ＬＥＤ）；５０Ｃ…ＬＥＤチップ
５０Ｒ…赤色ＬＥＤ；５０Ｇ…緑色ＬＥＤ；５０Ｂ…青色ＬＥＤ
５０Ｍ…マルチダイスＬＥＤ；５０Ｓ…ＳＭＤ型ＬＥＤ；５０Ｈ…砲弾型ＬＥＤ
５２…正方形状の画素
５３…実装板
５４…ＬＥＤ実装基板
５５…ＬＥＤユニット
５６…筒状体
５７…接続用ハーネス
５８…コネクタ
５９…鍔部
６０…反射材
６０’…拡散材；６０”…拡散板
６５…レンズ体
７０…コントローラ
７２…通信回路
８０…枠体
８２…開口窓
９０…リング体
ＯＰ…開口部
ＢＯ…背面開口部
ＬＧ…導光板
ＤＬ…拡散レンズ

Claims (27)

  1. 複数の画素を一定間隔で配置した表示装置であって、
    外形を六角柱状とし、内部を空洞として一方を開口端とした反射構造体と、
    前記反射構造体の開口端を閉塞するように配置された、透光性を有する拡散シートと、
    前記反射構造体の他方の端縁において、該端縁の中央部分に配置された、赤色、緑色、青色に発光可能な発光ダイオードと、
    で構成された画素ユニットを、複数、各画素ユニットの六角柱状の側面同士を積層して、天面の拡散シートで構成される画素発光領域同士を隣接させて、表示領域を構成してなる表示装置。
  2. 請求項１に記載の表示装置であって、さらに、
    前記発光ダイオードを駆動する駆動回路と、
    前記駆動回路を、外部機器から無線接続にて制御可能とするための通信回路と、
    を備える表示装置。
  3. 請求項１又は２に記載の表示装置であって、
    前記反射構造体の側面が、正方形状である表示装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の表示装置であって、
    前記拡散シートが、厚さを３８μｍ〜１２５μｍとしてなる表示装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の表示装置であって、
    前記拡散シートが、樹脂製の硬質な板状で、透光性を有する反射板で構成されてなる表示装置。
  6. 請求項５に記載の表示装置であって、
    前記反射板が、アクリル製である表示装置。
  7. 請求項５又は６に記載の表示装置であって、
    前記拡散シートが、前記反射板の表面に積層される、拡散材を塗布した樹脂製の拡散フィルムを備えてなる表示装置。
  8. 請求項７に記載の表示装置であって、
    前記拡散フィルムが、前記画素ユニットの表面側に位置するよう、前記反射板上に積層されてなる表示装置。
  9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の表示装置であって、
    前記発光ダイオードを複数備えると共に、
    前記複数の発光ダイオードを被覆するレンズ体を備えてなる表示装置。
  10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の表示装置であって、
    前記反射構造体の他方の端縁を、底面板で閉塞してなる表示装置。
  11. 請求項１０に記載の表示装置であって、
    前記底面板の中央部分に開口部を形成し、該開口部から前記発光ダイオードを前記反射構造体の内部に挿入してなる表示装置。
  12. 請求項１１に記載の表示装置であって、
    前記発光ダイオードが、
    前記開口部に挿通可能な円筒状の筒状体と、
    前記筒状体と隣接して形成された、前記開口部よりも大きい鍔部と、
    を備えており、
    前記筒状体は、ねじ溝を形成しており、
    前記表示装置はさらに、前記ねじ溝に螺合可能な環状のリング体を備えており、
    前記発光ダイオードの筒状体が、前記開口部に前記反射構造体の発光面側から挿入された状態で、前記反射構造体の背面側から突出された筒状体のねじ溝に、前記リング体が螺合されて、前記発光ダイオードが前記反射構造体に固定されてなる表示装置。
  13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の表示装置であって、
    前記拡散シートを前記反射構造体から着脱可能とし、
    前記拡散シートを前記反射構造体から脱離した状態で、前記反射構造体を折り畳み可能に構成してなる表示装置。
  14. 請求項１３に記載の表示装置であって、
    前記反射構造体の底面が、六角柱状の各側面とそれぞれ連続するように、複数の底板片に分割されており、
    前記反射構造体を折り畳み状態としたとき、各底板片は分離され、
    前記反射構造体を展開状態としたとき、各底板片が互いに係合されて一体の底面板を形成すると共に、該底面板の中央部分に円形の開口部を形成しており、
    前記発光ダイオードが、
    前記開口部に挿通可能な筒状体と、
    前記筒状体と隣接して形成された、外径を前記開口部の内径よりも大きくする鍔部と、
    を備えており、
    前記筒状体は、ねじ溝を形成しており、
    前記表示装置はさらに、前記ねじ溝に螺合可能な環状のリング体を備えており、
    前記発光ダイオードの筒状体が、前記開口部に前記反射構造体の発光面側から挿入された状態で、前記反射構造体の背面側から突出された筒状体のねじ溝に、前記リング体が螺合されて、前記発光ダイオードが前記反射構造体に固定されてなる表示装置。
  15. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載の表示装置であって、
    前記中央部分が、前記反射構造体の六角柱状の底面の中心から各頂点に向かう線分上の４２％の点で囲まれた六角形状の内部である表示装置。
  16. 請求項１〜１５のいずれか一項に記載の表示装置であって、
    前記発光ダイオードの配光分布が１００°〜１５０°である表示装置。
  17. 請求項１〜１６のいずれか一項に記載の表示装置であって、
    前記画素発光領域の中心に対する、該画素発光領域の隅部における相対光度が７０％以上である表示装置。
  18. 請求項１〜１７のいずれか一項に記載の表示装置であって、
    前記発光ダイオードが、一つのパッケージに赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ、青色ＬＥＤチップを組み込んだ発光ダイオードである表示装置。
  19. 請求項１〜１７のいずれか一項に記載の表示装置であって、
    前記発光ダイオードが、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、青色発光ダイオードを近接して配置させたＬＥＤ集合体である表示装置。
  20. 請求項１〜１９のいずれか一項に記載の表示装置であって、
    前記反射構造体の側面に、他の反射構造体と連結するための連結機構を設けてなる表示装置。
  21. 請求項１〜２０のいずれか一項に記載の表示装置であって、
    前記反射構造体の内部を白色としてなる表示装置。
  22. 請求項１〜２１のいずれか一項に記載の表示装置であって、
    前記反射構造体を紙製としてなる表示装置。
  23. 請求項１〜２２のいずれか一項に記載の表示装置であって、さらに、
    前記拡散シートを保持すると共に、前記反射構造体の開口端を閉塞する蓋枠を備える表示装置。
  24. 請求項２３に記載の表示装置であって、
    前記蓋枠は、前記拡散シートの六角形状の外周を被覆する枠状に形成されてなる表示装置。
  25. 請求項１〜２２のいずれか一項に記載の表示装置であって、
    前記拡散シートが、前記反射構造体の開口端に直接貼付されてなる表示装置。
  26. 請求項１〜２５のいずれか一項に記載の表示装置であって、
    前記複数の画素ユニットが隣接された状態で、各反射構造体の開口端に、共通の拡散シートを貼付してなる表示装置。
  27. ディスプレイの一画素を構成し、複数を組み合わせて大きな表示装置を構成するための画素ユニットであって、
    外形を六角柱状とし、内部を空洞として一方を開口端とした反射構造体と、
    前記反射構造体の開口端を閉塞するように配置された、透光性を有する拡散シートと、
    前記反射構造体の他方の端縁において、該端縁の中央部分に配置された、赤色、緑色、青色に発光可能な発光ダイオードと、
    を備える画素ユニット。
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