ＬＥＤ発光表示装置

【課題】装置全体の薄型化、簡素化に適し、防水性が良好で、照射光の指向特性も変更もし得る、多用途展開に好適なＬＥＤ発光表示装置を提供する。
【解決手段】本発明のＬＥＤ発光表示装置１は、ＲＧＢ三色の発光素子が一体的にモールドされてなる表面実装型ＬＥＤ２を、基板３の表面にドットマトリクス状に配設して、該基板３を背面フレーム４の前面に取り付け、上記表面実装型ＬＥＤ２の各々の前面に重畳されるレンズ部６１が透光性樹脂によって一体的に形成されてなる水密形状のレンズケース６を、その周壁部６３が上記基板３及び背面フレーム４の外側に被さるようにして、基板３及び背面フレーム４の前面に交換自在に取り付けたものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドットマトリクス状に配設された多数個のＬＥＤ（発光ダイオード）素子を点灯制御することによって様々な文字や映像を表示するＬＥＤ発光表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
平面状に２次元的に配設した多数個のＬＥＤを、照明装置や表示装置のための発光ユニットとして利用する技術が公知である。近年では、赤色系（Ｒ）、緑色系（Ｇ）、青色系（Ｂ）の高輝度発光が可能なＬＥＤ素子を用いて混色発光させるフルカラータイプのＬＥＤ発光表示装置が広く普及しつつあり、屋外用の大型映像表示装置等にも利用されている。
【０００３】
この種のＬＥＤ発光表示装置の基本的構成としては、例えば本出願人の出願に係る特許文献１にも開示されているように、略平面状をなす実装基板の表面に、砲弾型ＬＥＤを、縦横複数行列のドットマトリクス状に配設してＬＥＤアレイパネルを構成するのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３２８６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来のような、砲弾型ＬＥＤを利用するＬＥＤアレイパネルは、ＬＥＤのランプ部（レンズ部）自体の高さが１０〜１５ｍｍになるので、装置全体を薄型化するのが困難である。さらに、各砲弾型ＬＥＤの電極（リードフレーム）が基板を貫通して基板の裏面に接続される構造を採用しているので、基板の裏側に電子部品を配置するに際して空間的な制約が大きくなる。そのため、基板を、ＬＥＤ実装基板とＬＥＤ駆動基板という２つのピースに分けて構成しており、この点も、装置全体の構造の簡素化やコンパクト化を妨げる要因になっている。
【０００６】
また、上記従来のようなＬＥＤアレイパネルを屋外の表示装置等に使用する場合、防水上の必要から、砲弾型ＬＥＤの隙間、及び砲弾型ＬＥＤと基板との間に熱硬化性流動樹脂を充填してＬＥＤアレイパネルの水密性を確保することが多い。しかし、熱硬化流動樹脂の充填作業は、コスト面や安全面（揮発性、臭気、毒性など）での負担が大きいので、極力、樹脂充填に依存しない防水構造の実現も望まれるところである。
【０００７】
また、上記従来のようなＬＥＤアレイパネルによれば、ＬＥＤ素子をモールドする砲弾型樹脂レンズの形状によって、照射光の指向特性が個々に決定される。つまり、ＬＥＤアレイパネルの製造段階で、その用途が概ね限定されてしまうことになるので、ＬＥＤアレイパネルを様々な用途に利用しようとしても、その対応が実質的に困難である。
【０００８】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであって、装置全体の薄型化や構造的な簡素化が可能で、熱硬化性流動樹脂の充填に依らずとも良好な防水性を確保することができ、さらに、照射光の指向特性の変更も可能で多用途展開に好適なＬＥＤ発光表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成するため、本発明のＬＥＤ発光表示装置は、ＲＧＢ三色の発光素子が一体的にモールドされてなる表面実装型ＬＥＤを、基板の表面にドットマトリクス状に配設して、該基板を背面フレームの前面に取り付け、上記表面実装型ＬＥＤの各々の前面に重畳されるレンズ部が透光性樹脂によって一体的に形成されてなる水密形状のレンズケースを、その周壁部が上記基板及び背面フレームの外側に被さるようにして、基板及び背面フレームの前面に交換自在に取り付けたものとして特徴づけられる。
【００１０】
この構成に係るＬＥＤ発光表示装置は、砲弾型ＬＥＤに替えて表面実装型ＬＥＤを使用しているので、これを配設するための基板が１枚で済み、部品点数が削減されて、装置全体の薄型化も容易になる。
【００１１】
また、基板に配設したＬＥＤの間に熱硬化性流動樹脂を充填せずとも、基板及び背面フレームの前面に被せる水密形状のレンズケースによって基板の防水を図ることができるので、コスト面や安全面で有利になり、屋外での用途も拡張される。さらに、このレンズケースを交換自在とすることにより、照射光の指向特性を変化させることができるので、多用途への対応がさらに容易になる。
【００１２】
上記の構成においては、レンズケースにおけるレンズ部の各段の間に遮光用の庇板が設けられてもよく、これにより屋外の明るい場所でも視認性がさらに向上する。庇板については、レンズケースの前面にレンズケースと一体に成形してもよいが、複数枚の庇板を枠組みした遮光ルーバをレンズケースとは別体に形成して、レンズケースの前面に交換自在に取り付けてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
上述のように構成される本発明のＬＥＤ発光表示装置は、表面実装型ＬＥＤを使用することによって基板周りの構造の薄型化を可能にしており、また、水密形状のレンズケースを基板に被せることによって良好な防水性を確保しており、さらに、レンズケースの交換によって照射光の指向特性を変更するのも容易になっている。これらの効果により、特に屋外での用途が大幅に拡張されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るＬＥＤ発光表示装置の全体的構成を示す分解斜視図（前面側）である。
【図２】同ＬＥＤ発光表示装置の全体的構成を示す分解斜視図（背面側）である。
【図３】同ＬＥＤ発光表示装置の正面図（兼断面位置案内図）である。
【図４】同ＬＥＤ発光表示装置の背面図である。
【図５】同ＬＥＤ発光表示装置の上面図である。
【図６】同ＬＥＤ発光表示装置の底面図である。
【図７】同ＬＥＤ発光表示装置の右側面図である。
【図８】同ＬＥＤ発光表示装置のＡ−Ａ断面図である。
【図９】同ＬＥＤ発光表示装置のＢ−Ｂ断面図である。
【図１０】同ＬＥＤ発光表示装置におけるレンズケース及び遮光ルーバの詳細形状を示す部分拡大図であって、レンズ部の縦横２個分ずつに相当する領域を切り出した部分の正面図（兼断面位置案内図）である。
【図１１】同切り出し部分の背面図である。
【図１２】同切り出し部分の上面図である。
【図１３】同切り出し部分の底面図である。
【図１４】同切り出し部分の右側面図である。
【図１５】同切り出し部分のＣ−Ｃ断面図である。
【図１６】同切り出し部分のＤ−Ｄ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。図１及び図２は本発明の実施形態に係るＬＥＤ発光表示装置の全体的構成を示す分解斜視図であり、図３〜図７は該ＬＥＤ発光表示装置の外観図、図８及び図９は同じく断面図である。また、図１０〜図１４は、レンズケースと遮光ルーバの詳細形状を示す部分拡大図であって、行（横）方向及び列（縦）方向に配列されたレンズ部の縦横２個分ずつの領域を切り出し、該切り出し部分の外観を示した図、図１５及び図１６は同じく該切り出し部分の断面図である。
【００１６】
本発明のＬＥＤ発光表示装置１を構成する主要部材は、多数個のＬＥＤ２がマトリクス状に配設された基板３と、該基板３を保持する背面フレーム４と、背面フレーム４の裏側に重畳されるパッキン５と、背面フレーム４の前面に取り付けられるレンズケース６と、さらに、レンズケース６に重ねて取り付けられる遮光ルーバ７の、５部材である。
【００１７】
本発明においては、発光素子であるＬＥＤ２として、いわゆる３ｉｎ１タイプの表面実装型マルチチップＬＥＤを使用する。この表面実装型マルチチップＬＥＤは、セラミックや樹脂などで成型したパッケージ内にＲＧＢ三色の発光素子を実装し、それらの発光素子をエポキシやシリコーンなどの樹脂で一体的にモールドしたものである。このように構成される表面実装型マルチチップＬＥＤは、砲弾型ＬＥＤに比べて小さい外形サイズ内でのＲＧＢ混色発光を可能にする。
【００１８】
基板３は、例えばガラス繊維強化エポキシ樹脂を基材とする銅張積層板の表面にＬＥＤ２の点灯駆動回路を構成する導電パターンがエッチング等の手段で形成された一般的なプリント配線基板である。ＬＥＤ２のパッケージにおける対向側面には、ＲＧＢ各色に対応する三対の電極（図示せず）がそれぞれ露出しており、それらの電極が基板３の表面にハンダ付けされる。例示形態にあっては、正面視略正方形状に形成された基板３の前面（オモテ面）に、行（横）方向１６個×列（縦）方向１６個のＬＥＤ２が、発光面の向きを揃え、適宜の隣接間隔を空けて配設されている。基板３の四隅にはビス挿通孔３１が形成されている。
【００１９】
この構成によれば、ＬＥＤ２と基板３との接続が基板３の前面のみで完結するので、基板３にＬＥＤ２のリードフレーム等を挿通させるための貫通孔等を形成する必要がなくなり、ＬＥＤ２と基板３との接続領域周辺の断面構造が大幅に簡素化される。したがって、従来、ＬＥＤ実装基板とは別体のＬＥＤ駆動基板に実装していた電子部品等を、この基板３の裏面に直接、配設することができ、装置全体のさらなる薄型化が可能になる。なお、図２、図４、図８、図９には基板３の裏面が表されているが、図面の煩雑化を防ぐため、これらの図面では基板３の裏面に配設される電子部品等の表現を省略している。
【００２０】
上記のようにしてＬＥＤ２が配設された基板３は、背面フレーム４の前面に重ねて取り付けられる。背面フレーム４は、例えばポリカーボネイト樹脂等からなる成形品であって、中央部分に大きな開口が形成された背枠部４１と、背枠部４１の外周縁から一定の出寸法で前方にせり出す外周リブ４２とを有している。図８及び図９に示すように、例示形態にあっては、背面フレーム４における外周リブ４２の外形寸法と、基板３の外形寸法とが合致しており、基板３の周縁部と外周リブ４２の前端縁とを当接させるようにして両部材が重ねられる。背枠部４１の前面四隅には略筒状のビス挿通部４３が形成されていて、このビス挿通部４３に背面フレーム４の裏側から取付ビス（図示せず）を挿入することにより、背面フレーム４、基板３、レンズケース６を重ねて結合することができるようになっている。
【００２１】
なお、基板３と背面フレーム４の重畳形態に関する変形例としては、背面フレーム４の外周リブ４２を基板３の外形寸法よりもひと回り大きく形成し、外周リブ４２の内側に基板３の厚みに相当する段差を設けるなどして、背面フレーム４の内側に基板３を落とし込んだ状態で、これらを結合することも可能である。
【００２２】
基板３の裏側には、図示しないコネクタを介して電源線や信号線のケーブルが接続され、それらのケーブルは背面フレーム４の開口を通じて外部へと取り回される。
【００２３】
背枠部４１に形成された開口の内周縁には、後方にせり出す背面突設部４４が形成されている。この背面突設部４４は、図８及び図９に示すように、ＬＥＤ発光表示装置１の設置面Ｓに予め形成された取付用開口部（図示せず）等に嵌装されて、設置面Ｓの背後に配置される諸々の部品・部材等との結合に利用される。例示形態においては、設置面Ｓは平坦な板金部材等からなり、その表面には、ＬＥＤ発光表示装置１の配設間隔に合わせて正面視略正方形状の取付用開口部が形成されている。
【００２４】
背面フレーム４は、背面突設部４４を設置面Ｓの取付用開口部に嵌装させた状態で、適宜の固定手段により設置面Ｓに固定される。例示形態においては、背面フレーム４の背枠部４１における上記ビス挿通部４３の近傍４ヶ所に、雌ネジ孔を有する正面視略長円形の厚肉脚部４５が形成されている。背面フレーム４を設置面Ｓに当てがうと、この厚肉脚部４５が設置面Ｓに当接する。設置面Ｓの裏側から固定ビスを厚肉脚部４５の雌ネジ孔に螺合することにより、背面フレーム４が設置面Ｓに固定される。
【００２５】
背面フレーム４と設置面Ｓとの間には、両部材間の水密性を確保するためにパッキン５が介装される。パッキン５は、合成ゴムや高分子エラストマー等からなる可撓性部材で、背面フレーム４の背枠部４１に沿う正面視矩形の枠状をなしている。例示形態においては、背面フレーム４の厚肉脚部４５に合致する位置に、厚肉脚部４５を嵌挿させるための長円孔５１が形成されている。また、パッキン５の前面側の四隅には、略筒状の突起部５２が形成されている。この突起部５２は、背面フレーム４の四隅に形成されたビス挿通部４３の背面側の開口に嵌め込まれて、取付ビスを防水する。
【００２６】
レンズケース６は、例えばメタクリル樹脂等の透光性樹脂からなる成形品であって、この正面形状も上記基板３及び背面フレーム４と略合致する正方形状をなしている。レンズケース６の正面には、後端が平坦面をなす略卵型のレンズ部６１が、基板３上に実装されたＬＥＤ２の配置に合わせて、行方向１６個×列方向１６個、配設されている。隣接するレンズ部６１同士の隙間は、略一定厚さの平坦部６２によって、全面にわたり隙間無く封止されている。平坦部６２は、レンズ部６１の奥行きにおける中間よりもやや後方寄りの位置であって、レンズ部６１の径が最大になるあたりの位置に形成されている。
【００２７】
平坦部６２を介して一体的に結合されたレンズ部６１の集合体の四周には、一定の奥行きで後方にせり出す周壁部６３が、平坦部６２と一体的に形成されている。これにより、レンズケース６は、全体として前面側が水密的な透明カバー形状をなす。周壁部６３によって囲まれた裏側スペースの内寸は、上記した基板３及び背面フレーム４の外寸と略合致している。そして、周壁部６３を基板３及び背面フレーム４の外側に被せるようにして、レンズケース６が基板３及び背面フレーム４の前方に重畳される。レンズケース６の中央と四隅近傍には、後方にのみ開口する有底略筒状の雌ネジ部６４が形成されており、背面フレーム４の裏側からこの雌ネジ部６４に螺入されるビス（図示せず）によって、これらの部材が一体的に結合される。
【００２８】
こうして、ＬＥＤ２を実装した基板３の前面に水密形状のレンズカバー６を被せた防水構造が得られる。前述のパッキン５は、図８及び図９に示すように、レンズカバー６の周壁部６３と、背面フレーム４の外周リブ４２との当接面に対する水密部材としても機能する。なお、本発明において、レンズカバー６と背面フレーム４との取り合い部分や、背面フレーム４と設置面Ｓとの取り合い部分については、各部材の成形性や強度を損なわない範囲で若干、変形可能であり、それに応じてパッキン５の断面形状も、各取り合い部分の水密性を良好に確保しうるよう、適切に設計されるものとする。
【００２９】
例示形態に係るレンズ部６１は、図１０〜図１６にその詳細な形状を示すとおり、左右方向の集光性よりも上下方向の集光性が若干強くなるよう、正面から見てやや偏平に形成されている。また、レンズ部６１の縦断面形状は、集光軸が水平面よりも斜め下向きになる凸面形状となされ、下方向から見上げたときの視認性が特に良くなるように配慮されている。
【００３０】
ＬＥＤ２からの照射光の配光特性はレンズ部６１の断面形状や屈折率によって決定されるが、この構成に係るレンズケース６は、基板３及び背面フレーム４に対して着脱自在であるから、基板３やＬＥＤ２を変更せずとも、レンズケース６のみの交換によってＬＥＤ２の配光特性を変化させることができる。レンズケース６は、基板３及び背面フレーム４に対し、背面フレーム４の裏側から螺入されるビスを用いて取り付けられるので、前方に対する水密性を損なわずに容易に交換が可能である。したがって、基板３、ＬＥＤ２及び背面フレーム４を共用したまま、レンズケース６だけを用途に応じて選択・交換することにより、本装置の用途を、特に屋外においても無理なく拡張することができる。
【００３１】
レンズケース６の前面には、さらに、上記レンズケース６と略合致する正面視略正方形状の遮光ルーバ７が重ねて取り付けられる。遮光ルーバ７は、例えばポリカーボネイト樹脂やアルミニウム合金等からなる成形品であって、その表面が黒色その他の光吸収面となされている。遮光ルーバ７の正面板７１には、上記レンズケース６の前方に突出したレンズ部６１の位置に合わせて、行方向１６個×列方向１６個の窓孔が形成されており、それらの窓孔が各レンズ部６１に個々に挿装される。さらに、正面板７１には、上記窓孔の行方向２個分おきに、列方向に延びるリブ７２が形成されている。
【００３２】
また、窓孔の１行毎に、窓孔の上方から前方に突出する庇板７３が形成されている。庇板７３は、基端から前端に向かって薄くなるテーパ状の断面を有している。庇板７３は、ＬＥＤ２に太陽光が直接、当たるのを遮って、点灯時のコントラストを強調し、表示画面の視認性を高める作用をなす。例示形態にあっては、下方向から見上げたときの視認性に配慮して、各庇板７３は若干、前方下向きに傾斜している。また、各庇板７３の基端近傍には、行方向に隣接するレンズ部６１の２個分ずつに跨がるようにして、上面視略弓形の開口７４が形成されている。この弓形開口７４は、庇板７３の間に雨水が溜まるのを防ぐための雨水抜きである。
【００３３】
遮光ルーバ７は、予めレンズケース６と一体的に形成されてもよいが、例示形態にあっては、レンズケース６とは別体に形成されて、レンズケース６に対し交換自在に装着される。レンズケース６に対する装着は、遮光ルーバ７の上縁及び下縁から後方に突設させた係合爪片７５を、レンズケース６の上面及び下面に形成した係合溝部６５に弾性嵌合させることにより行う。この装着構造によれば、レンズケース６の前面に形成した水密面が損なわれない。庇板７３の断面形状は、ＬＥＤ発光表示装置１の設置場所や用途に応じて適宜、変更されるのが望ましいが、こうして遮光ルーバ７もレンズケース６と同様に交換自在とすることにより、配光特性のさらなる多様化が可能になり、ＬＥＤ発光表示装置１の用途を一層、拡張することができる。
【００３４】
なお、上述した実施形態は一例であって、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で多少、改変可能であることはもちろんである。
【符号の説明】
【００３５】
１ＬＥＤ発光表示装置
２表面実装型ＬＥＤ
３基板
４背面フレーム
５パッキン
６レンズケース
６１レンズ部
６３周壁部
７遮光ルーバ
７３庇板

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＧＢ三色の発光素子が一体的にモールドされてなる表面実装型ＬＥＤを、基板の表面にドットマトリクス状に配設して、該基板を背面フレームの前面に取り付け、上記表面実装型ＬＥＤの各々の前面に重畳されるレンズ部が透光性樹脂によって一体的に形成されてなる水密形状のレンズケースを、その周壁部が上記基板及び背面フレームの外側に被さるようにして、基板及び背面フレームの前面に交換自在に取り付けたことを特徴とするＬＥＤ発光表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＬＥＤ発光表示装置において、レンズケースにおけるレンズ部の各段の間に遮光用の庇板が設けられたことを特徴とするＬＥＤ発光表示装置。

【図１】