JPH10233534A

JPH10233534A - Ｌｅｄ表示器及びそれを用いた表示装置

Info

Publication number: JPH10233534A
Application number: JP3679297A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Yoneda; 秀明米田
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 1998-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】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を
提供することにある。【解決手段】本願発明は、ＬＥＤランプが配置された基
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、前記充填在中に赤外線反射
部材を有するＬＥＤ表示器である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、行き先表示板、
ＬＥＤディスプレイや各種表示器などに利用されるＬＥ
Ｄ表示器などに関し、特に、長時間使用しても安定した
発光特性と野外などでの信頼性に優れた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、大容量の情報を処理及
び伝送することが可能となった。これに伴い、大容量の
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。このような大型表示装置
としては、冷陰極管を多数組み合わせて表示する表示装
置や液晶フィルターを利用した液晶プロジェクターが知
られている。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
などのため保守点検がしにくい。後述の方法は、大型化
が難しく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、現在のところ本格的に普及する
までには至っていない。

【０００３】一方、最近フルカラー表示が可能であるＲ
ＧＢ（赤色系、緑色系、青色系）三原色がそれぞれ超高
輝度に発光可能な半導体発光素子が開発された。この半
導体発光素子を利用したＬＥＤランプの開発にともない
大型表示装置等としてにわかにＬＥＤランプを利用した
ものが注目されている。ＬＥＤランプを用いた表示装置
は、他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、冷陰極管を使用したディ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。

【０００４】多色に発光させるには、１つのＬＥＤラン
プ中において共通基板であるステム等の上に赤色系、緑
色系及び青色系からなる３種類以上の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。或いは、赤色系、緑色系、青色系が個々に発
光可能なＬＥＤランプを組み合わせて表示してもよい。
具体的には、ＲＧＢ全てのＬＥＤチップを点灯させると
混色表示により白色とすることができる。赤色系と緑色
系でイエロー、緑色系と青色系でシアンとなる。さら
に、各ＬＥＤチップの明るさを調整して種々の発光色と
することができる。このような、ＬＥＤランプを利用し
たＬＥＤ表示器は、きょう体と、きょう体内に収納され
た基坂上にマトリックス配置されたＬＥＤランプと、Ｌ
ＥＤランプ及びきょう体内部を保護する充填材である封
入樹脂と、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がエポキシ樹脂からなるきょう体と
一体成形されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＬＥＤ
表示器の広がりと共により厳しい環境下での使用におい
ても安定した特性が要求される。したがって、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耐
侯性が求められている。本願発明は、上記課題にかんが
み長時間使用しても信頼性が高く、耐侯性の高い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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本願発明は、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、前記充填在中に
赤外線反射部材を有するＬＥＤ表示器である。さらに、
また上述のＬＥＤ表示器と、該ＬＥＤ表示器と電気的に
接続された駆動回路と、を有する表示装置である。

【０００７】

【効果】ＬＥＤチップは、昇温するにつれ発光波長がず
れる及び／又は輝度が低下するという特性を持つ。本願
発明に用いられるＴｉ０₂は、赤外線を反射すると共に
可視光を吸収する。そのため、外部からの輻射熱などに
よるＬＥＤ表示器の温度上昇を抑えることによりＬＥＤ
ランプの発光波長ずれや輝度低下を抑えることができ
る。また、充填材の熱膨張を極めて小さくすることがで
きるためＬＥＤランプやきょう体などと充填材との密着
性を向上させ耐侯性を高めることもできる。さらに、Ｔ
ｉ０₂自体が可視光を吸収することによりコントラスト
を向上させることができる。したがって、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。

【０００８】

【発明の実施の形態】本願発明者は種々の実験の結果、
ＬＥＤランプを保護する充填材中に特定の物質を含有さ
せることによって、視認性及び信頼性が大きく変わるこ
とを見いだし、これに基づいて発明するに至った。

【０００９】即ち、野外等の条件下で使用されるＬＥＤ
表示器においてはＬＥＤランプ自体が発光する熱の他、
外部環境からの赤外線などにより充填材を介してＬＥＤ
ランプが昇温する。特に、表示面における充填材の面積
は少なくない。そのため野外などにおいては、ＬＥＤ表
示器表面からの昇温が特に大きな影響を与えることがあ
り無視することができない。また、コントラスト向上の
ため、暗色系に着色されている場合は、さらに大きく影
響すると考えられる。このような外部環境からの赤外線
照射などに伴うＬＥＤ表示器の変化としては、ＬＥＤラ
ンプの発光波長の変調、発光輝度ずれや充填材の密着性
低下が挙げられる。このような発光特性の変化は、ＬＥ
Ｄ表示器の色バランスを崩し所望の色調とすることがで
きない。また、熱膨張係数の違いなどによる充填材の密
着性低下は、水分の侵入などに伴う信頼性の低下を引き
起こす場合もある。本願発明は外部環境からの赤外線を
反射する赤外線反射部材を充填材に含有させることによ
ってＬＥＤ表示器の昇温を抑制し、色むら及び／又は輝
度むらの低減及び信頼性を向上させたＬＥＤ表示器など
とすることができるものである。以下、図を用いて本願
発明を詳細に説明する。

【００１０】図１は、本願発明の概略斜視図であり、図
２は、本願発明の模式的断面図である。きょう体である
樹脂ケース１０１中には、ＲＧＢが発光可能なＬＥＤラ
ンプ１０２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１０３をシリコン樹脂などの充
填材１０４で封入させてある。各ＬＥＤランプ間には平
板を遮光兼集放熱部材として利用したアルミニウム製ル
ーバー１０５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ランプ間と
プリント基板との間に充填材を介して配置されている。
充填在１０４中には赤外線反射部材としてＴｉ０₂が含
有されている。したがって各放熱部材は、ＬＥＤランプ
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、ＬＥＤ表示器の表面は
外部からの赤外線等にさらされるが赤外線反射部材によ
り赤外線が反射されるため充填材に吸収される熱は極め
て少ない。したがって、熱による充填材の劣化、ＬＥＤ
ランプの色ずれ、輝度低下などに伴うや色むら、輝度む
らなどが極めて少ない。以下、本願発明の各構成につい
て詳述する。

【００１１】（赤外線反射部材）本願発明に用いられる
赤外線反射部材としては、ＬＥＤ表示器表面を昇温させ
る外部からの赤外線を反射するものである。充填材中に
含有される赤外線反射部材は、充填材と十分な密着性が
保持される必要がある。このような、赤外線反射部材と
してＴｉ０₂等が挙げられる。また、赤外線反射部材と
してＴｉ０₂を用いた場合は赤外線を反射すると共に可
視光を吸収するため表示器の表面コントラストが向上し
特に好ましい。さらに、図３（Ａ）の如く充填材を多層
化すると共に赤外線反射部材の含有量を個々の層に合わ
せて変えても良い。図３（Ａ）は、充填材の厚み方向に
おける赤外線反射部材の分布を示し、上側（表面側）に
多く下側（基板側）に少なくしてある。同様に図３
（Ｂ）の如く膜厚方向に対して連続的に赤外線反射部材
の含有量を変えてもよい。具体的には表示面の表面側に
設けられた充填材中が含有する赤外線反射部材をより内
部側に設けられた充填材中の赤外線反射部材よりも傾斜
的に多くすることによって効率的に赤外線を反射するこ
とができる。このような具体的、赤外線反射部材として
のＴｉ０₂は、チタン塩水溶液から水酸化物を沈殿分離
し強熱することによって形成させることができる。形成
されたＴｉ０₂は、所望の粒径が得られるよう篩にかけ
ることもできる。

【００１２】（充填材１０４）本願発明に用いられる充
填材１０４としては、ＬＥＤランプ１０２、きょう体１
０１、ＬＥＤランプが配置された基板１０３、遮光部材
１０５及び赤外線反射部材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ランプの発熱を
効率よく外部に熱伝導させる必要がある。このような充
填材として具体的には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂
などが好適に挙げられる。また、充填材を目的に合わせ
て多層構成とすることもできる。具体的には、きょう体
内に初めに注入させる充填材を第１の充填材とし酸化
銅、酸化銀などを含有させたエポキシ樹脂やナイロン樹
脂などとする。次に第２の充填材としてＬＥＤランプの
表示面側に赤外線反射部材含有の耐侯性の高いシリコー
ン樹脂などの充填材を使用する例が挙げられる。上記構
成では、内部で生じた熱を均一に分散させると共にきょ
う体内部に配される第１の充填材は第２の充填材に比べ
て耐候性のより低い樹脂を用いて形成させても良く、そ
れぞれの充填材を機能分離して形成させることもでき
る。

【００１３】（ＬＥＤランプ１０２）ＬＥＤランプ１０
２は、種々の半導体を樹脂やガラスなどでモールドし形
成した発光素子が挙げられる。具体的には、液相成長法
やＭＯＣＶＤ法により基体上にＧａＡｌＮ、ＺｎＳ、Ｚ
ｎＳｅ、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡＩＡｓ、ＡＩＩｎＧａ
Ｐ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＡｌＩｎＧ
ａＮ等の半導体を発光層として形成させたものが好適に
用いられる。半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩ
Ｎ接合やＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるい
はダブルヘテロ構造のものが挙げられる。また、発光層
を量子効果が生ずる薄膜とした単一量子井戸構造、多重
量子井戸構造とすることもできる。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々
選択することができる。

【００１４】モールド部材は、ＬＥＤチップ等を外部か
ら保護するために好適に設ける。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チップからの指向性を緩和させ視野
角を増やすことができる。また、着色剤を含有させるこ
とによって不要な発光波長をカットすることもできる。
さらに、蛍光物質を用いて白色系など他の色に変換させ
ることもできる。更に、モールド部材を所望の形状にす
ることによってＬＥＤチップ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、モールド部材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
組み合わせたものである。モールド部材の材料として
は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂などの耐
侯性に優れた透光性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。蛍光物質
としては、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系
蛍光物質やペリレン系誘導体などが挙げられる。

【００１５】野外などでＬＥＤ表示装置の使用を考慮す
る場合、超高輝度且つ安定した発光特性などのため緑色
系及び青色系として室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。ま
た、混色性の良い白色系を得るためなど所望によって発
光波長の異なる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。例えば緑色系を２
個、青色系及び赤色系がそれぞれ１個ずつのＬＥＤチッ
プをリード端子上に配し樹脂モールドしたＬＥＤランプ
とすることもできる。なお、フルカラー表示器としてＬ
ＥＤチップを利用するためには赤色系の発光波長が６１
０ｎｍから７００ｎｍ、緑色系が４９５ｎｍから５６５
ｎｍ、青色系の発光波長が４３０ｎｍから４９０ｎｍの
半導体を用いたＬＥＤチップを使用することが好まし
い。

【００１６】（基板１０３）ＬＥＤランプ１０２を配置
する基板１０３としては、各ＬＥＤランプを所望の形状
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。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、ガラスや各種樹脂を用いた基板が好適に利用でき
る。ＬＥＤランプ１０２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
てあることがより好ましい。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。

【００１７】（きょう体１０１）本願発明に用いられる
きょう体１０１は、基板１０３上にマトリックス状など
所望の形状に配置したＬＥＤランプ１０２を外部から機
械的に保護するものであって、所望の大きさに形成させ
ることができる。きょう体１０１は、充填材との密着性
が優れているものが好ましい。きょう体１０１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適に
挙げられる。また、きょう体に凹部を設け遮光部材の凸
部と勘合させ凹部の形状により遮光板の角度を種々に変
更させることができる。さらに、きょう体１０１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。

【００１８】（遮光部材１０５）遮光部材１０５は、Ｌ
ＥＤランプ１０２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、ＬＥＤランプ１０２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として利用することもでき
る。具体的には、アルミニウム、ステンレスの単体及び
その合金などである。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が変更できる
ようきょう体の凹部と羽目合わせによる構成させること
がより好ましい。遮光部材１０５の配置としてはマトリ
ックス状のＬＥＤランプ間に充填材１０４を介して配置
することにより集熱効率を高めることができる。この場
合、遮光部材１０５をＬＥＤランプ間に対してマトリッ
クスに形成させても良いし、ＬＥＤランプ間の行あるい
は列に沿って設けても良い。

【００１９】（駆動装置）駆動装置としては、点灯回路
などを有しＬＥＤランプを複数個配置した本願発明のＬ
ＥＤ表示器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
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、Ｒ
ＡＭに記憶されるデータからＬＥＤランプを所定の明る
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、階網制御回路の出力信号でスイッチングされて、各
ＬＥＤランプを点灯させるドライバーとを備える。階調
制御回路は、ＲＡＭに記憶されるデータからＬＥＤラン
プの点灯時間及び／又は輝度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ランプのドライバーに入力されてド
ライバーをスイッチングさせる。ドライバーがオンにな
るとＬＥＤランプが点灯され、オフになると消灯され
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。

【００２０】

【実施例】

（実施例１）ＬＥＤランプを多色発光させるために緑色
系、青色系及び赤色系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ランプを
導電性パターンが形成された基坂上に１６×１６のマト
リックス状に配置し、自動半田づけ装置を用いて実装さ
せた。これをエポキシ樹脂によって形成されたきょう体
内部に基板ごとに配置しネジで固定させた。

【００２１】次に赤外線反射部材として、水酸化チタン
を四化のチタン塩水溶液中で加熱し、篩いに通すことに
よってＴｉ０₂の粉末を形成する。Ｔｉ０₂粉末をシリコ
ン樹脂中に混合、撹拌させることによって赤外線反射部
材含有の充填材となるスラリーを得た。ＬＥＤランプの
先端部を除いてきょう体、ＬＥＤランプ、基板及び遮光
部材の一部を赤外線反射部材含有のシリコーン樹脂によ
って充填させた。その後、常温において硬化させ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たＬＥＤ表示装置を５０個形成さ
せた。

【００２２】ＬＥＤ表示装置を全点灯させ平均値がｘ・
ｙ色度図（ＫｅｌｌＣｈａｒｔ）において白色（ｘ＝
０．３１、ｙ＝０．３１）に設定した後、疑似太陽光を
用いて１０００時間連続点灯させ、この時の輝度及び色
ずれを観測した。また、耐候性試験として、サンシャイ
ンウエザーメーターを用いて温度５０℃、湿度９５％、
時間１分と温度２０℃、湿度９５％時間１分と、を５０
０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。

【００２３】（比較例１）赤外線反射部材としてＴｉ０
₂を含有させないシリコーン樹脂を充填材として用いた
以外は実施例１と同様にしてＬＥＤ表示パネル及びＬＥ
Ｄ表示装置を５０個形成させた。このＬＥＤ表示装置を
実施例１と同様にして輝度及び色ずれを測定し、耐侯試
験を行った。測定結果は、実施例１の平均輝度を１とし
た場合、比較例１の平均は、０．７であった。また、実
施例１においては、色ずれが生じていなかったが、比較
例１において色ずれが生じているものもあった。さら
に、実施例１においてきょう体と充填材との界面におい
て剥離が観測されたものはなく全て点灯可能であった。
比較例１においては、部分的に点灯しないものがあっ
た。これらのＬＥＤ表示器を観測した結果、きょう体と
充填材との界面に剥離を生じていた。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本願発明のＬＥＤ
表示器及びそれを用いた表示装置は、野外等使用環境が
厳しい条件下において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を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本願発明のＬＥＤ表示器の模式的斜視
図である。

【図２】図２は、図１Ａ一Ａにおける本願発明のＬＥＤ
表示器の概略断面図である。

【図３】図３は、本願発明の赤外線反射部材が含有され
た充填材の模式的断面図であり、図３（ａ）は、充填材
を多層構成としたものである。図３（ｂ）は、充填在中
の赤外線反射部材含有量に傾斜を持たせたものである。

【符号の説明】

１０１・・・きょう体１０２・・・ＬＥＤ１０３・・・プリント基板１０４・・・充填材１０５・・・遮光部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＬＥＤランプ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ランプと前記基板
及び前記きょう体間に充填された充填材と、を有するＬ
ＥＤ表示器において、前記充填在中に赤外線反射部材を有することを特徴とす
るＬＥＤ表示器。
【請求項２】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回路と、を有する表示
装置。