JP2017116887A - Ｌｅｄ表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３Ｄ表示が可能なＬＥＤ表示装置について、簡易で且つ厚さ方向にコンパクトな構成でありながら、視認者に実際の光源の垂直配置の差異以上の奥行を、視認者に感じさせることができるＬＥＤ表示装置を提供する
。
【解決手段】多層ＬＥＤ素子基板２０と、ＬＥＤ素子１１、１２、１３と、を含んでなり、多層ＬＥＤ素子基板２０を構成するフレキシブル基板２１、２２、２３のうち、少なくとも、最背面側に配置されるフレキシブル基板２３を除くその他のフレキシブル基板２１、２２は透明フレキシブル基板であって、フレキシブル基板毎のＬＥＤ素子の配置形状が、フレキシブル基板の間で相互に相似形状であって、最表面側のフレキシブル基板２１から背面側のフレキシブル基板２３に向けて、ＬＥＤ素子１１、１２、１３の配置ピッチが漸次小さくなるように、フレキシブル基板２１、２２、２３にＬＥＤ素子１１、１２、１３が実装されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤ表示装置、詳しくは、フレキシブル基板を用いた、３Ｄ表示が可能なＬＥＤ表示装置に関する。

ＬＥＤ素子を選択的に発光させることにより、所望の文字、記号、又は図柄を構成して表示するドットマトリックス表示装置等の各種のＬＥＤ表示装置の普及が進んでいる。例えば、電子部品を収納した筐体面に表示窓を形成し、複数のＬＥＤ素子をマトリックス状に配線基板上に配列したＬＥＤ表示パネルを設け、表示制御装置でこのＬＥＤ表示パネルのＬＥＤ素子を表示制御するように構成されているＬＥＤ表示装置等が、その一般的な態様として知られている（特許文献１参照）。

近年のＬＥＤ表示装置の広範な普及の中で、ＬＥＤ表示装置の応用的な実施形態として、文字や映像等を、視認者に３次元的な奥行きを感じさせることができる態様で表示することができる、所謂３Ｄ表示が可能なＬＥＤ表示装置の開発も進みつつある。

特開２００６−１４５６８２号公報

本発明は、近年、開発が進みつつある３Ｄ表示が可能なＬＥＤ表示装置について、簡易で且つ厚さ方向にコンパクトな構成でありながら、視認者に実際の光源の垂直配置の差異以上の奥行を、視認者に感じさせることができるＬＥＤ表示装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、ＬＥＤ素子を発光源とするＬＥＤ表示装置において、ＬＥＤ素子を多層ＬＥＤ素子基板の各層に分離して配置し、光源として実装するＬＥＤ素子の実際の配置を遠近法の原理を応用した配置とすることによって、視認者に実際の光源の垂直配置の差異以上の奥行を、視認者に感じさせることができるＬＥＤ表示装置を得ることができることを見出すに至った。具体的に本発明は以下のものを提供する。

（１） 樹脂基板に金属配線部が形成されてなるフレキシブル基板が、複数枚積層されてなる多層ＬＥＤ素子基板と、前記多層ＬＥＤ素子基板の各前記フレキシブル基板に実装されているＬＥＤ素子と、を含んでなり、各前記フレキシブル基板のうち、少なくとも、最背面側に配置されるフレキシブル基板を除いたその他のフレキシブル基板は透明フレキシブル基板であって、各前記フレキシブル基板毎の前記ＬＥＤ素子の配置形状が、各前記フレキシブル基板の間で相互に相似形状であって、且つ、最表面側の前記フレキシブル基板から背面側の前記フレキシブル基板に向けて、前記ＬＥＤ素子の配置ピッチが漸次小さくなるように、各前記フレキシブル基板に前記ＬＥＤ素子が実装されているＬＥＤ表示装置。

（１）の発明は、ＬＥＤ素子を発光源とする表示装置であって、鑑賞者が遠近法の原理により実際の物理的な配置以上の奥行きを感じさせることができる３Ｄ表示が可能となる。このＬＥＤ表示装置は、より詳しくは、ＬＥＤ表示装置の限られた小さな厚みの中で、実際のＬＥＤ素子の配置の奥行以上の奥行きを鑑賞者に感じさせながら、文字や図形等の情報を表示することができる。
尚、本明細書における「フレキシブル基板」とは、可撓性を有する樹脂シートを支持基板とする所謂フレキシブル配線基板のことを言い、更に、「透明フレキシブル基板」とは、上記の「フレキシブル基板」であって、尚且つ、支持基板のヘーズ値が、８％以下であるもののことを言うものとする。又、本明細書における「ヘーズ値」とは、ＪＩＳＫ７１３６に準じた透明性試験によって測定したヘーズ値（％）のことを言うものとする。
又、上記の「最背面側」とは、ＬＥＤ表示装置の表示面側を前面側とした場合におけるＬＥＤ表示装置の反対側、即ち、非表示面側のことを言う。例えば、図２のＬＥＤ表示装置１においては、多層ＬＥＤ素子基板２０を構成するフレキシブル基板２１〜２３のうち、フレキシブル基板２３が「最背面側の」フレキシブル基板である。

（２） 各前記フレキシブル基板のうち、前記ＬＥＤ表示装置の表示面に対する垂直方向において隣接する２枚の前記フレキシブル基板の間における前記配置ピッチの縮小比が、いずれも等しい比である（１）に記載のＬＥＤ表示装置。

（２）の発明は、（１）のＬＥＤ表示装置において表示される視覚情報に係る上記の「奥行きを感じさせることができる」効果を、遠近法に基づいて、より高品位で発現させることができる。

（３） 全ての前記フレキシブル基板が透明フレキシブル基板であって、
全ての前記フレキシブル基板の前記金属配線部による表面被覆率が、いずれも２％以上１０％以下であることにより、前記多層ＬＥＤ素子基板の基板開口率が、８０％以上である（１）又は（２）に記載のＬＥＤ表示装置。

（３）の発明は、（１）又は（２）のいずれかに記載のＬＥＤ表示装置を表示画面の背面側に配置される視覚情報の視認が可能なシースルー型のＬＥＤ表示装置とすることができる。

（４） 前記多層ＬＥＤ素子基板の総厚さが１５ｍｍ以下である（１）から（３）のいずれかに記載のＬＥＤ表示装置。

（４）の発明は、（１）から（３）のＬＥＤ表示装置において、「鑑賞者が、視覚的に３次元的な奥行きを感じることができる」という本願における特徴的な視覚効果を、極めて、奥行きの小さい表示装置によって実現することができる。

本発明によれば、近年、開発が進みつつある３Ｄ表示が可能なＬＥＤ表示装置について、簡易で且つ厚さ方向にコンパクトな構成でありながら、視認者に実際の光源の垂直配置の差異以上の奥行を、視認者に感じさせることができるＬＥＤ表示装置を提供することができる。

本発明のＬＥＤ表示装置におけるＬＥＤ素子の実装態様を模式的に示す平面図である。 本発明のＬＥＤ表示装置の層構成を模式的に示す断面図である。 本発明のＬＥＤ表示装置の実施形態を模式的に示す斜視図である。

以下、本発明のＬＥＤ表示装置の実施形態について順次説明する。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されず、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。

＜ＬＥＤ表示装置＞
本発明のＬＥＤ表示装置は、ＬＥＤ素子を発光源として、文字や図形等の視覚情報を、「鑑賞者が、視覚的に３次元的な奥行きを感じることができる」態様で表示することができる表示装置である。主として、情報伝達に係る実用的な用途と優れた審美性による場や空間の装飾用途を兼ねた使用が想定される。

図３に実施形態の概要を模式的に示す本発明のＬＥＤ表示装置１は、可撓性を有する樹脂フィルム等からなる支持基板に多数のＬＥＤ素子を、以下に詳細を説明する独自の配置で実装可能な金属配線部が形成されたフレキシブル基板２１、２２、２３を積層してなる多層ＬＥＤ素子基板２０と、多層ＬＥＤ素子基板２０を構成する各フレキシブル基板２１、２２、２３に、以下に説明する所定の配置で実装されるＬＥＤ素子とを含んで構成されるＬＥＤ表示装置である。

図２に示す通り、ＬＥＤ表示装置１においては、ＬＥＤ素子１１、１２、１３を多層ＬＥＤ素子基板２０を構成する各フレキシブル基板２１、２２、２３の各基板に振り分けて配置する。そして、各フレキシブル基板２１、２２、２３毎のＬＥＤ素子１１、１２、１３の配置形状が、図１、図２、図３に示すように、各前記フレキシブル基板２１、２２、２３の間で相互に相似形状となるような配置とする。そして、更に、最表面側のフレキシブル基板２１から背面側の前記フレキシブル基板２３に向けて、ＬＥＤ素子１１、１２、１３の配置ピッチＰ１、Ｐ２、Ｐ３が漸次小さくなるようにする。即ち、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３となるようにする。又、ＬＥＤ素子１１、１２、１３の各配置ピッチの縮小比は、いずれも等しい比であること、即ち、Ｐ２／Ｐ１＝Ｐ３／Ｐ２であることがより好ましい。

上記のようなＬＥＤ素子の特定の立体配置によれば、図３に示すように、遠近法の原理によって、鑑賞者が実際の光源（ＬＥＤ素子）の位置関係によって規定される奥行以上の奥行を、表示される文字や図形に感じることができる。尚、「相互に相似形状となる」配置であることは、厳密に全てのＬＥＤ素子の配置位置が相似形の配置となっていることまでを求めるものではなく、表示域の大部分（９０％以上、好ましくは９５％以上）がそのような配置となっていることによって、上述した「鑑賞者が、視覚的に３次元的な奥行きを感じることができる」図形や文字等の情報を表示可能な配置であればよいものとする。

多層ＬＥＤ素子基板２０を構成するフレキシブル基板の積層枚数は２以上であればよく、特定の枚数に限定されないが、２枚以上であって、１０枚以下程度であることが好ましい。以下においては、説明の簡便化のため、３枚のフレキシブル基板からなる多層ＬＥＤ素子基板２０を備えるＬＥＤ表示装置を代表的な実施形態として、これについて詳細を説明する。

ＬＥＤ表示装置１の情報表示面側からフレキシブル基板２１、２２、２３が順に積層されてなるものである場合、少なくとも、最背面側に配置されるフレキシブル基板２３を除く他の表面側寄りのフレキシブル基板２１、２２は透明フレキシブル基板である。最背面側に配置されるフレキシブル基板２３の透明性については特段限定されないが、この最背面側に配置されるフレキシブル基板２３も含めて、全てのフレキシブル基板を透明フレキシブル基板とすることによって、ＬＥＤ表示装置１をシースルー型の表示装置とすることもできる。

尚、ＬＥＤ表示装置１のサイズについては、特段の限定はない。但し、基板材料としてフレキシブル基板からなる基板を用いていることより、基板のサイズ加工の自由度が高いため、特に屋外での使用を前提とした大型のＬＥＤ表示装置に好ましく用いることができる。

［多層ＬＥＤ素子基板］
図１及び図２に示すように多層ＬＥＤ素子基板２０は、フレキシブル基板２１、２２、２３が、積層されて構成される多層回路基板である。図２に示すように、多層ＬＥＤ素子基板２０は、フレキシブル基板２１、２２、２３が、通常の実施形態において好ましくは相互に平行に配置される。各フレキシブル基板２１、２２、２３の背面とＬＥＤ素子１１、１２、１３との間の間隔は、表示すべき３Ｄ表示の奥行を、どの程度に設定するか等の表示対象のデザイン設計に応じて適宜調整すればよいが、一般的な例としては、この間隔が、２ｍｍ以上４０ｍｍ以下程度であることが想定される。この基板の間の適切な間隔は金属フレーム等の外枠の所定の位置に各パネルを固定することによって保持することができるが、両パネルの間に適切な厚さの透明な樹脂封止材を介在させてもよい。尚、上記の２ｍｍという下限値は一般的なＬＥＤ素子の厚みよりも大きい厚みであることが加味されている値であり、又、４０ｍｍの上限値は、一般的なＬＥＤ素子の配置ピッチよりも小さくすべきであることが加味されている数値である。

多層ＬＥＤ素子基板２０の厚さは、例えば、３枚のフレキシブル基板からなる本実施形態の場合、厚さ６ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましく、特にフレキシブル基板の加工の自由度を生かした薄型化の観点からは、１０ｍｍ以下であることがより好ましい。

（フレキシブル基板）
フレキシブル基板２１、２２、２３としては、透明な樹脂フィルム等からないる支持基板の表面に銅箔等からなる金属配線部（図示せず）が、本願所定の配置態様でＬＥＤ素子を実装可能に形成されているものであれば、従来公知のフレキシブル基板を適宜用いることができる。但し、先に述べた通り、最背面側に配置されるフレキシブル基板２３に用いる支持基板２３１については、必ずしも透明性は必須ではない。又、金属配線部は、ＬＥＤ素子間を導通して必要な電流を流して電気を供給する機能を有するとともに、フレキシブル基板２１、２２、２３における放熱部としての作用も発揮する。

最背面側に配置されるフレキシブル基板２３を除く他のフレキシブル基板２１、２２については、一定以上の「透明性」を有する回路基板であることが求められる。本明細書においては、フレキシブル基板が「透明性を有する」とは、上記の樹脂フィルム等からなる支持基板の、可視光域における、ヘーズ値が８％以下、好ましくは４％以下、より好ましくは３％以下であることを言うものとする。

フレキシブル基板２１、２２、２３の支持基板２１１、２２１、２３１として用いる樹脂の好ましい例としては、一定以上の耐熱性や絶縁性を有するものであることが好ましいという観点から、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、非晶ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、フッ素樹脂、液晶ポリマー等を挙げることができる。中でも、アニール処理等の耐熱性向上処理を施すことによって耐熱性と寸法安定性を向上させたポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）を特に好ましく用いることができる。フレキシブル基板２１、２２、２３の支持基板２１１、２２１、２３１の厚さは、特に限定されないが、概ね５０μｍ以上２００μｍ以下程度であることが好ましい。又、ロール・トゥ・ロール方式による製造を行う場合の生産性を良好に維持する観点からも上記厚さ範囲であることが好ましい。

金属配線部を構成する金属としては、アルミニウム、金、銀、銅等の金属箔が例示できる。尚、フレキシブル基板のシースルー機能を最大化するために、金属配線部を透明電極で形成することも考えられる。しかしながら、透明電極は、ＬＥＤ素子用基板の全面に配置される回路全体に安定的に均一な電圧を正確にかける上での信頼性や、製造コストの面で、従来、広く用いられている銅箔等の金属配線に劣る。又、基板からの放熱を促進するために金属配線は熱伝導性が高いものであることが好ましいが、この点においても、銅箔等が明らかに優位である。この金属箔優位の傾向は、特に、表示面の画面サイズが大型になるほど顕著となる。

本発明のＬＥＤ表示装置を、シースルータイプのＬＥＤ表示装置として用いる場合には、ＬＥＤ表示装置を構成する多層ＬＥＤ素子基板２０の各層を構成するフレキシブル基板２１、２２、２３は、その金属配線部による表面被覆率が、いずれも２％以上１０％以下であることが好ましい。金属配線部による表面被覆率が、いずれも２％以上１０％以下であることにより、多層ＬＥＤ素子基板２０の基板開口率を、８５％以上９０％以上として、十分なシースルー機能をＬＥＤ表示装置に備えさせることができる。尚、「多層ＬＥＤ素子基板の基板開口率」とは、多層ＬＥＤ素子基板の基板開口率の表面のうち、平面視上、金属配線部が存在しない部分の面積比率として定義される比率のことを言うものとする。

尚、金属配線部と支持基板２１１、２２１、２３１の表面上の電気的接合が必要となる一部分を除いた他の部分には、必要に応じて絶縁保護膜が積層される。絶縁保護膜には、支持基板２１１、２２１と同様、フレキシブル基板２１、２２の透明性を保持しうるものであることが求められる。絶縁保護膜に求められるヘーズ値及びその他の光学特性は、支持基板２１１、２２１に求められる同特性と同様であり、ヘーズ値が８％以下、好ましくは４％以下である。

フレキシブル基板２１、２２、２３に実装して発光源とするＬＥＤ素子１１、１２、１３は、特に限定されないが、表面実装用のチップ型ＬＥＤ素子を好ましく用いることができる。チップ型ＬＥＤ素子とは、回路上に直接実装するための電極（アノード及びカソード）や反射板等を一体化した樹脂製等の微細な梱包体に、Ｐ型半導体とＮ型半導体が接合されてなる発光体であるダイオード型の発光チップを内蔵した素子である。又、ＬＥＤ素子は表示のデザイン設計に応じて、様々な発光色のものを水平方向及び垂直方向に自在に配置することができる。例えば、多色表示が可能な３ｉｎ１タイプのＬＥＤ素子を各層に実装しておくことにより、様々な色彩・模様・明るさの３Ｄ表示がＬＥＤ表示装置１において可能となる。

＜ＬＥＤ表示装置の実施態様例＞
ＬＥＤ表示装置１は、例えば、図１に示すような実施態様が想定される。即ち、特定の文字情報を伝達可能な表示を行い、同時に、その表示を審美性に富む立体表示とすることで、実用性と装飾性を兼ね備えた表示装置としての設置である。

１ ＬＥＤ表示装置
１１、１２、１３ ＬＥＤ素子
２０ 多層ＬＥＤ素子基板
２１、２２、２３ フレキシブル基板
２２１、２２１、２３１ 支持基板

Claims (4)

1. 樹脂基板に金属配線部が形成されてなるフレキシブル基板が、複数枚積層されてなる多層ＬＥＤ素子基板と、
   前記多層ＬＥＤ素子基板の各前記フレキシブル基板に実装されているＬＥＤ素子と、を含んでなり、
   各前記フレキシブル基板のうち、少なくとも、最背面側に配置されるフレキシブル基板を除いたその他のフレキシブル基板は透明フレキシブル基板であって、
   各前記フレキシブル基板毎の前記ＬＥＤ素子の配置形状が、各前記フレキシブル基板の間で相互に相似形状であって、且つ、最表面側の前記フレキシブル基板から背面側の前記フレキシブル基板に向けて、前記ＬＥＤ素子の配置ピッチが漸次小さくなるように、各前記フレキシブル基板に前記ＬＥＤ素子が実装されているＬＥＤ表示装置。
2. 各前記フレキシブル基板のうち、前記ＬＥＤ表示装置の表示面に対する垂直方向において隣接する２枚の前記フレキシブル基板の間における前記配置ピッチの縮小比が、いずれも等しい比である請求項１に記載のＬＥＤ表示装置。
3. 全ての前記フレキシブル基板が透明フレキシブル基板であって、
   全ての前記フレキシブル基板の前記金属配線部による表面被覆率が、いずれも２％以上１０％以下であることにより、前記多層ＬＥＤ素子基板の基板開口率が、８０％以上である請求項１又は２に記載のＬＥＤ表示装置。
4. 前記多層ＬＥＤ素子基板の総厚さが１５ｍｍ以下である請求項１から３のいずれかに記載のＬＥＤ表示装置。

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