JPH09186366A - Led表示器及びそれを用いた表示装置 - Google Patents

Led表示器及びそれを用いた表示装置

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JPH09186366A
JPH09186366A JP34214595A JP34214595A JPH09186366A JP H09186366 A JPH09186366 A JP H09186366A JP 34214595 A JP34214595 A JP 34214595A JP 34214595 A JP34214595 A JP 34214595A JP H09186366 A JPH09186366 A JP H09186366A
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led
display device
substrate
led display
leds
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Hideaki Yoneda
秀昭 米田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本願発明は、長時間使用しても高輝度で信頼性
が高く、耐候性の高いLED表示器及びそれを用いた表
示装置を提供することにある。 【課題を解決する手段】本願発明は、複数のLEDが配
置された基板と、少なくとも前記基板の周囲を覆い保護
すると共に前記基板を固定するためのきょう体と、前記
LEDと前記基板及び前記きょう体間に充填された充填
材と、を有するLED表示器において、前記基板上に配
されたLED間に充填材を介して熱伝導率100W/
(m・K)以上の遮光部材が設けられてたLED表示器
及びそれを用いた表示装置である。 【効果】本願発明は、耐候性が高く長時間使用しても色
ずれや輝度低下がなく信頼性の高いLED表示器及びそ
れを用いた表示装置とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、視認性及び耐候性
に優れたLED表示器及びそれを用いた表示装置に関
し、特に、長時間使用しても色ずれがなく信頼性に優れ
たLED表示器及びそれを用いた表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】今日、LSI等のシリコンテクノロジー
及び光通信技術等の発展により、大量の情報を処理及び
伝送が可能となった。これに伴い、多量な画像情報を処
理可能なフルカラー化及び大型化した表示装置に対する
社会の要求が、ますます高まりを見せている。特に、不
特定多数の人々が視認する大型表示装置については、極
めて要求が高い。この様な大型表示装置としては、冷陰
極管を多数組み合わせて表示するマルチビジョンや液晶
フィルターを利用した液晶プロジェクター等が知られて
いる。
【0003】しかしながら、前述の方式は装置重量、装
置体積が大きい。また、駆動のために高電圧を使用する
ため保守点検がしにくい。或いは使用環境が制限される
などの問題がある。そのため、大型表示装置は、本格的
に普及するまでには至っていない。一方、最近フルカラ
ー表示が可能であるRGB(赤、緑、青)三原色がそれ
ぞれ高輝度に発光可能な固体発光素子(以下、LEDと
呼ぶ。)が開発された。このLEDの開発にともない大
型表示装置等としてにわかにLEDが注目されている。
LEDを用いた表示装置は、従来の表示装置と比べ装置
体積、装置重量が極めて小さくすることが可能であると
同時に長寿命化が可能である。また、従来の冷陰極管を
使用したデイスプレイ等と比較して製造が比較的容易で
あり、駆動電圧及び消費電力が極めて小さいために大型
表示装置として特に有望視されている。LEDで多色に
発光させるには、共通基板であるステム等の上に赤色、
緑色及び青色からなる3つ以上のLEDチップを配置し
それぞれの発光色の組み合わせによりフルカラー表示さ
せることができる。具体的には、全てのLEDチップを
点灯させると白色になり、赤と緑でイエロー、緑と青で
シアンとなる。さらに、各LEDの明るさを調整して種
種の発光色とすることができる。LEDを基板上にマト
リックス状に配置しLED、基板及びきょう体間を充填
材で保護しLED表示器として利用できる。この様なL
ED表示器としては、特開平7ー261674号、特開
平7ー288342号等が挙げられる。
【0004】LEDを用いた表示器の具体的一例を図5
及び図6に示す。このフルカラー表示可能なLED表示
器は、きょう体501と、きょう体内に収納された基板
上502にマトリックス配置されたLED503と、L
ED及びきょう体内部を保護する充填材である封入樹脂
504と、を備えてある。なお、視認性向上のために遮
光部材としてフード505がエポキシ樹脂からなるきょ
う体501と一体成形されている。
【0005】しかしながら、視認性及び信頼性の向上が
求められる今日においては上記構成の表示装置では十分
ではなく、更なる信頼性の向上及び高耐久性が求められ
ている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本願発明は、上記課題
に鑑み長時間使用しても信頼性が高く、耐候性の高いL
ED表示器及びそれを用いた表示装置を提供することに
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本願発明は、複数のLE
Dが配置された基板と、少なくとも前記基板の周囲を覆
い保護すると共に前記基板を固定するためのきょう体
と、前記LEDと前記基板及び前記きょう体間に充填さ
れた充填材と、を有するLED表示器において、前記基
板上に配されたLED間に充填材を介して熱伝導率10
0W/(m・K)以上の遮光部材が設けられたLED表
示器である。複数のLEDがマトリックス状に配置され
ているLED表示器である。また、本願発明は、前記L
EDが発光波長が610から700nmの半導体と、発
光波長が495から565nmの半導体と、発光波長が
430から490nmの半導体と、を有するLED表示
器である。さらに、上記LED表示器と、該LED表示
器と電気的に接続された駆動手段と、を有する表示装置
である。
【0008】
【発明の効果】本願発明の請求項1の構成とすることに
よりLEDから放出される熱を集熱すると共に外部に放
出するためLEDの光度劣化を抑え長寿命化することが
できる。さらに、充填材ときょう体との密着性が向上す
ることによりきょう体内部にまでゴミ、水等の侵入を抑
えることができる。外部量子効率が向上するとともに消
費電力を抑制することもできる。更に、本願発明の請求
項2の構成とすることによってディスプレイ表示器とし
て、色ずれによる変化を低減させたることができる。本
願発明の請求項3の構成とすることによって発熱量の多
いフルカラー表示においても光度劣化による色ずれが抑
えられると共に信頼性が向上させることができる。特
に、半導体ごとの輝度特性のずれ、耐久性の違いによる
輝度特性のずれに伴う色ずれを防止することができる。
本願発明の請求項4の構成とすることにより、長時間使
用しても信頼性の高いLED表示装置とすることができ
る。
【0009】
【発明の実施の形態】本願発明者は種種の実験の結果視
認性及び信頼性が、LEDが保護されるきょう体の構造
と遮光部材の特定配置によって大きく変わることを新た
に見いだし、これに基づいて発明するに至った。以下本
願発明について詳述する。
【0010】LEDは、外部からの加熱あるいはLED
の発光に伴う発熱により発光輝度が変調し所望の発光色
が得られないといった問題点を有する。特に多色発光す
るLEDにおいては発熱量が多く、輝度変化が大きな色
むらになって表れるという問題がある。また、発光波長
の異なる半導体ごとに温度変化に対する輝度変化の特性
が違うことや熱耐久性特性の違い半導体ごとの輝度変化
が表示器全体の色むらとなって表れるという問題があ
る。時のさらにLEDに使用する半導体の発光波長がず
れる場合もある。一方、放熱性の良い部材をきょう体に
用いてLED表示装置を構成するとその駆動にともなっ
て、きょう体、LEDを支持するプリント基板及び充填
材である封入樹脂の熱膨張率等の違いや樹脂劣化により
きょう体と充填材との密着性が低下し部分的に剥がれる
場合がある。剥れが生じると表示装置の内部に水やゴミ
等が侵入しLEDの発光輝度が低下する。ひどい場合は
LED及びその駆動回路が破壊され表示できなくなるこ
とがある。特に、きょう体の枠界面はLEDを配置した
基板がないとことろでもあり、機械的強度が弱く表示装
置内部や駆動回路側に水分やゴミなどが侵入しやすくL
ED表示器が破壊され易いという問題点を有する。本願
発明者は、上記問題点を解決するためにきょう体と遮光
部材を分離して構成し、充填材を介して遮光兼集放熱機
能を行う遮光部材と、充填材との密着性を向上させたき
ょう体構造と、に機能分離することによって色ずれを低
減し信頼性を向上させたLED表示器及びそれを用いた
表示装置とするものである。以下、図を用いて本願発明
を詳細に説明する。
【0011】図1は、本願発明の概略断面図であり、図
2は、本願発明の概略模式図である。きょう体である樹
脂ケース101中には、LED102をマトリックス状
に配置しそれぞれ電気的に接続させたプリント基板10
3をシリコン樹脂などの充填材104で封入させてあ
る。各LED間にはアルミニウム合金の平板を遮光兼集
放熱部材として利用した平板アルミルーバ105の凸部
を樹脂ケースの勘合部にはめ込み固定させている。遮光
部材105の一部は、各LED間とプリント基板との間
に充填材104である封入樹脂を介して配置されてい
る。したがって各放熱部材は、LEDから放出された熱
を充填材104を介して集熱し外部に放熱させることが
できる。一方、きょう体101はLED102からの発
熱を直接集熱することがないあるいは少ないためにLE
Dの発熱に伴う温度変化などが低くてすみ、きょう体1
01の枠側部106における充填材104の密着性が向
上すると考えられる。また、仮に遮光部材105と充填
材104との密着性が低下して部分的に剥がれることが
あったとしてもその下側には基板103があり十分な機
械的強度を保持させることができる。したがって、枠側
の密着性が向上し不純物の混入を防ぎ信頼性が大幅に向
上すると考えられる。以下本願発明の各構成について説
明する。
【0012】(きょう体101)基板上にマトリックス
状など所望の形状に配置したLEDを外部から機械的に
保護する物であって、所望の大きさに形成させることが
できる。きょう体としては、遮光部材が集放熱機能を有
するためにLEDからの熱の影響をうけることが少ない
が充填材との密着性を考慮して熱膨張率の小さい物が好
ましい。また、きょう体の材料としては成形のしやすさ
などからポリカーボネート樹脂、ABS樹脂、エポキシ
樹脂、フェノール樹脂等が好ましい。きょう体は、充填
材や遮光部材の温度変化などに伴う変形により遮光部材
の配置が変化しないよう遮光部材固定用の凹部を設ける
ことが好ましい。これにより、視認性を向上させたり遮
光部材や封入樹脂の応力を分散させることができる。凹
部の形状により遮光板の角度を種種に変更させることが
できる。或いは、ネジ止めなどによる固定部を設けても
良い。さらに、きょう体の内部表面をエンボス加工させ
て接着面積を増やしたり、プラズマ処理して充填材との
密着性を向上させても良い。本願発明の高熱伝導性を有
する遮光部材はLED間に配置されるものであるためき
ょう体の最上部或いは最下部のLED用遮光板として
は、きょう体の一部を延長させ遮光部材の機能を持たせ
ることもできる。
【0013】(LED102)LED102は、種種の
半導体を樹脂でモールドし形成した発光素子が用いられ
る。LED中の半導体は一種類で単色発光させても良い
し複数用いて単色或いは多色発光させても良い。具体的
には、液相成長法やMOCVD法により基体上にGaA
lN、ZnS、ZnSe、SiC、GaP、GaAlA
s、AlInGaP、InGaN、GaN、AlInG
aN等の半導体を発光層として形成させた物が用いられ
る。半導体の構造としては、MIS接合やPN接合を有
したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成の
ものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によっ
て発光波長を紫外光から赤外光まで種種選択することが
できる。LEDのモールドは、各LEDチップ等を外部
から保護するために設ける。一般的には樹脂を用いて構
成する。また、樹脂モールドに拡散剤を含有させること
によってLEDからの指向性を緩和させ視野角を増やす
ことができる。更に、樹脂モールドを所望の形状にする
ことによってLEDからの発光を集束させたり拡散させ
たりするレンズ効果を持たせることができる。従って、
樹脂モールドは複数積層した構造でもよい。具体的に
は、凸レンズ形状、凹レンズ形状やそれらを複数組み合
わせた物である。さらに樹脂モールド自体に着色させ所
望外の波長をカットするフィルターの役目をもたすこと
もできる。上記樹脂モールドの材料としては、エポキシ
樹脂、ユリア樹脂などの耐候性に優れた透明樹脂が好適
に用いられる。また、拡散剤としては、チタン酸バリウ
ム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等が好適
に用いられる。
【0014】野外などでLED表示装置の使用を考慮す
る場合、緑色系及び青色系として窒化ガリウム系化合物
半導体を用いることが好ましく、また、赤色系ではガリ
ウム・アルミニウム・砒素系の半導体やアルミニウム・
インジュウム・ガリウム・燐系の半導体を用いることが
好ましい。発光輝度が高い代わりに発熱量が多く半導体
の材質が異なる上記半導体のLEDでは特に本願発明の
効果が大きい。また、所望によって波長の異なるLED
チップをステム上に複数配置した多色発光素子とするこ
ともできる。 例えば青色を2個、緑色及び赤色をそれ
ぞれ1個ずつのLEDチップとすることが出来る。この
場合も発熱量が特に多くなるため本願発明の効果が大き
い。なお、カラー表示器としてLEDを利用するために
は赤色の発光波長が610nmから700nm、緑色が
495nmから565nm、青色の発光波長が430n
mから490nmの半導体を用いたLEDを使用するこ
とが好ましい。
【0015】(基板103)LED102を配置する基
板103としては、各LEDを所望の形状に配置し電気
的に接続するために用いられるものであり、場合によっ
ては駆動回路用の基板と兼用しても良い。LEDの配置
はディスプレイ用として使用する場合はマトリックス形
状とすることができる。また、本願発明の遮光部材が配
置できる限り矢印信号など所望に応じてLEDを配置す
れば良い。本願発明の基板103としては、機械的強度
が高く熱変形の少ないものが好ましい。具体的にはセラ
ミックス、ガラス、アルミニウム合金等を用いたプリン
ト基板が好適に利用できる。LEDが実装される基板表
面はLED表示面と一致するためコントラスト向上のた
めに着色してあることが好ましい。また、充填材103
との密着性向上のために凹凸加工させても良い。
【0016】(充填材104)充填材104としては、
LED102、きょう体101、LEDが配置された基
板103及び遮光部材105との密着性がよいことが求
められる。また、内部回路を保護するために機械的強度
及び耐候性が要求される。さらに、LEDの発熱を効率
よく遮光部材に熱伝導させる必要がある。熱伝導率とし
ては0.1W/(m・K)以上が好ましく、より好まし
くは0.15W/(m・K)以上である。この様な充填
材として具体的には、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シ
リコン樹脂などが挙げられる。また、コントラスト向上
のためにこれらの樹脂中に着色染料を含有させても良
い。さらに、熱伝導を向上させる目的で熱伝導部材を含
有させても良い。熱伝導部材としてはLED間にも配さ
れることから電気電導しないことが求められる。具体的
には酸化銅、酸化銀が挙げられる。
【0017】(遮光部材105)本願発明の遮光部材1
05は、LED102の各々が外来光によって視認しに
くくなることを防止する。一方、LED102からの発
熱を充填材104を介して集熱し外部に放熱させるため
に用いられる熱伝導部材でもある。本願発明においては
遮光部材の熱伝導がよければ必然的に熱膨張も小さくな
り特に好ましい。したがって、遮光部材105の熱伝導
率は、好ましくは100W/(m・K)以上の熱伝導率
を有し、より好ましくは130W/(m・K)以上の熱
伝導率を有する。具体的には、アルミニウム、銅の単体
及びそれらの合金である。これらの熱伝導度は合金の組
成などによって種種選択することができる。すなわち、
母体となる金属中にMg、Si、Fe、Cu、Mn、C
r、Zn、Ni、Ti、Pb、Snなど他の金属を所望
量含有されることによって熱伝導度や金属の膨張率、硬
度などを選択できる。また、遮光部材を異なる部材を用
いて多層構成とし電磁波吸収と放熱等複数の機能を持た
せることができる。放熱効果を向上させるため遮光部材
の被表面積を大きくさせることが好ましい。具体的に
は、遮光部材の形状を波型形状としたり、遮光部材の構
造をハニカム形状、多孔質部材とすることができる。本
願発明に好適に用いられる遮光部材を図4に示す。図4
(A)は、遮光部の構造を、銅をアルミニウム合金で挟
んだ多層にしてある。図4(B)は、遮光部の中央部を
多孔質形状としてある。図4(C)は、遮光部材の形状
を波型形状としてある。また、充填材に接している遮光
部材と接していない遮光部材の形状のみをかえ冷却及び
放熱効果を高めることもできる。さらに、遮光効率を向
上させる目的で遮光部材を黒色などに着色させることが
好ましい。遮光部材は、視認距離に合わせてその角度を
変更できるようきょう体の凹部と構成させることが好ま
しい。また、遮光部材の角度を変更することでLEDか
ら放出される電磁波の吸収を効率的に行うことができ
る。この場合視認角度や距離によって所望に選択できる
が好ましくは、基板103の垂直に対して0度から10
度が好ましい。遮光部材105の配置としてはマトリッ
クス状のLED間に充填材104を介して配置すること
により集熱効率をより高めることができる。この場合、
遮光部材105をLED間に対してマトリックス即ち、
十文字に形成させても良いし、LED間の行あるいは列
に沿って設けても良い。
【0018】(駆動手段301)本願発明に用いられる
駆動手段301とは、点灯回路などを有しLEDを複数
個配置したLED表示器302と電気的に接続されるも
のである。具体的には、駆動回路からの出力パルスによ
ってマトリックス状などに配置したLED表示器を駆動
する。駆動回路としては、入力される表示データを一時
的に記憶させるRAM(Random Access
Memory)と、該RAMに記憶されるデータからL
EDを所定の明るさに点灯させるための階調信号を演算
する階調制御回路と、階調制御回路の出力信号でスイッ
チングされて、LEDを点灯させるドライバーとを備え
る。この様な駆動手段はCPUを用いて形成させること
ができる。階調制御回路は、RAMに記憶されるデータ
からLEDの点灯時間を演算してパルス信号を出力す
る。階調制御回路から出力されるパルス信号である階調
信号は、LEDのドライバーに入力されてドライバをス
イッチングさせる。ドライバーがオンになるとLEDが
点灯され、オフになると消灯することができる。以下、
本願発明の実施例について説明するが、本願発明は具体
的実施例のみに限定されるものではないことは言うまで
もない。
【0019】[実施例1]LEDは多色発光させるため
に緑色、青色及び赤色の発光層の半導体としてそれぞれ
InGaN(発光波長525nm)、InGaN(発光
波長470nm)、GaAlAs(発光波長660n
m)半導体を使用し電気的接続部と接続させた後、エポ
キシ樹脂で被覆させて構成させた。このLEDをプリン
ト基板上に7×7のマトリックス状に配置した。次にフ
ェノール樹脂によって形成されたきょう体内部に配置し
固定させた。次にアルミニウムを母体としてMg、S
i、Fe、Cu、Mn、Cr、Znが含有されたアルミ
ニウム合金の平板である遮光部材の一部をきょう体に設
けられた凹部と符合させることによってLEDが並べら
れた基板上に基板と略垂直に保持した。アルミニウム合
金の熱伝導率は138W/(m・K)である。遮光部材
の一部はマトリックス状に配置されたLEDの行間に挿
入されている。LEDの先端部を除いてきょう体、LE
D、基板及び遮光板の一部をシリコンゴムによって充填
させた。その後、常温で硬化させLED表示器を構成さ
せた。次に、このLED表示器を駆動回路と電気的に接
続させ図3に示したLED表示装置を形成させた。
【0020】TOPUKON社製BMー7によってLE
D表示装置の平均値がx・y色度図(Kell Cha
rt)において白色時(x=0.28、y=0.31)
の輝度を測定した。色ずれ試験とし室温で1000時間
連続点灯させた。耐候性試験として、温度50℃、湿度
95%、時間1分及び温度20℃、時間1分を500サ
イクル行い表示装置の点灯チェックと外観のチェックを
行った。測定結果は、実施例1の結果を1として比較例
1、2と相対比較し表1にそれぞれ示してある。
【0021】[比較例1]きょう体及び遮光部材をフェ
ノール樹脂によって形成した以外は実施例1と同様にし
てLED表示パネル及びLED表示装置を形成させた。
このLED表示装置を実施例1と同様にして測定した。
【0022】[比較例2]きょう体及び遮光部材をアル
ミニウムを母体としてMg、Si、Fe、Cu、Mn、
Cr、Znが含有されたアルミニウム合金によってそれ
ぞれ形成した以外は実施例1と同様にしてLED表示パ
ネル及びLED表示装置を形成させた。この時の熱伝導
率は138W/(m・K)である。このLED表示装置
を実施例1と同様にして測定した。表1の結果から本願
発明のLED表示器を用いた表示装置が比較のために示
した表示装置より明らかに信頼性、耐候性及び輝度に優
れていることが分かった。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本願発明は、長時
間使用しても信頼性が高く、耐候性の高いLED表示器
及びそれを用いた表示装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明のLED表示器の概略断面図である。
【図2】本願発明のLED表示器の概略模式図である。
【図3】本願発明のLED表示器を利用した表示装置の
概略模式図である。
【図4】本願発明に好適に用いられる遮光部材
【図5】本願発明と比較のために示したLED表示器の
概略断面図である。
【図6】本願発明と比較のために示したLED表示器の
概略模式図である。
【符号の説明】
101 きょう体 102 LED 103 プリント基板 104 充填材 105 遮光部材 301 駆動手段 302 LED表示器 501 きょう体 502 基板上 503 LED 504 封入樹脂 505 フード
【表1】 なお、対候性に関しては、 枠側部分に ○:外観状変化がないもの △:割れが見つかったもの、としてある。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数のLEDが配置された基板と、少なく
    とも前記基板の周囲を覆い保護すると共に前記基板を固
    定するためのきょう体と、前記LEDと前記基板及び前
    記きょう体間に充填された充填材と、を有するLED表
    示器において、前記基板上に配されたLED間に充填材
    を介して熱伝導率100W/(m・K)以上の遮光部材
    が設けられていることを特徴とするLED表示器。
  2. 【請求項2】前記複数のLEDがマトリックス状に配置
    されている請求項1記載のLED表示器
  3. 【請求項3】前記LEDが発光波長が610から700
    nmの半導体と、発光波長が495から565nmの半
    導体と、発光波長が430から490nmの半導体と、
    を有する請求項1記載のLED表示器。
  4. 【請求項4】請求項1記載のLED表示器と、該LED
    表示器と電気的に接続された駆動手段と、を有する表示
    装置。
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