WO2019123557A1 - Ｌｅｄ表示装置及びその製造方法 - Google Patents

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led
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display device
optical system
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重教 渋江
浅村　吉範
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an LED display device having a light emitting diode (LED) and a method of manufacturing the same.
  • LED light emitting diode
  • LED display devices that perform display using LEDs are widely used for outdoor and indoor advertisement display and the like due to technological development and cost reduction of LEDs. Although these LED display devices have been mainly used to display natural images and moving images of animations until now, the visual distance has become shorter as the pixel pitch has become narrower, so it can be used in conference rooms, surveillance applications, etc. Are also used in indoor applications.
  • the LED chips of three colors of red (R), green (G) and blue (G) of each LED element are arranged at the apex of the isosceles triangle.
  • a technology has been proposed in which color mixing is appropriately performed by setting the distance between LED elements close to each other (see, for example, Patent Document 1).
  • the viewing angles of left, right, upper and lower are obtained by the arrangement of LEDs of three colors and the diffusion effect in the package. It is possible to improve to some extent the color change that is dependent on. However, depending on the physical dimensions of the LED element, the package size, the pixel pitch and the viewing angle, the color shift is still confirmed because the adjacent LED element packages interfere with each other and become shadows.
  • this invention is made in view of the above problems, and an object of this invention is to provide the technique which can suppress the change of the color by a viewing angle.
  • an LED display unit in which a plurality of LED elements each having an LED chip of a plurality of colors are arranged in the horizontal direction and the vertical direction, light emission of each LED element with respect to the plurality of LED elements
  • a first optical system that is disposed to accommodate points and performs equalization and waveform shaping of the luminance distribution of the light emitted from each of the LED elements, and is provided at an emission portion of the first optical system;
  • a second optical system which diffuses the light emitted from the optical system and emits the light from the pixel surface which is the light emission surface of itself.
  • the first optical system is disposed so as to accommodate the light emitting points of each LED element with respect to the plurality of LED elements, and makes the luminance distribution uniform and waveform shaping for the emitted light of each LED element.
  • the second optical system is provided at the output portion of the first optical system, and diffuses the light emitted from the first optical system to be emitted from the pixel surface which is the light output surface of the first optical system. According to such a configuration, it is possible to suppress a change in color due to the viewing angle.
  • FIG. 1 is a plan view showing a configuration of an LED display device according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an LED display device according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an LED display device according to Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a perspective view for explaining the function of the light tunnel and the diffusion plate according to the first embodiment. It is a top view which shows the luminance distribution after diffusing plate permeation
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of an LED display device according to Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a plan view showing a configuration of an LED display device according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an LED display device according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an LED
  • FIG. 6 is a plan view showing a configuration of an LED display device according to Embodiment 2.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a configuration of an LED display device according to a modification of Embodiment 2.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the LED display device in accordance with Embodiment 3.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing a configuration of an LED display device in accordance with Embodiment 4.
  • Embodiment 1 1 to 3 are diagrams showing the configuration of the LED display device 20 according to Embodiment 1 of the present invention. Specifically, FIG. 1 is a plan view, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA 'in FIG. 1, and FIG. 3 is a perspective view.
  • the LED display device 20 includes an LED display unit 9, a light tunnel 12, a diffusion plate 13, and an adhesive 14. Note that, in FIG. 1, the illustration of a part of the diffusion plate 13 is omitted so that the internal structure of the LED display device 20 can be seen, and the illustration of a part of the light tunnel 12 and a part of the diffusion plate 13 is omitted in FIG. It is done.
  • the LED display unit 9 includes a plurality of LED elements 10 and a substrate 11.
  • Each of the plurality of LED elements 10 includes a red LED chip 10R, a green LED chip 10G, and a blue LED chip 10B.
  • each of the plurality of LED elements 10 is not limited to this, and may have LED chips of colors other than red, green and blue.
  • the red LED chip 10R, the green LED chip 10G, and the blue LED chip 10B may be collectively referred to as "LED chips 10R to 10B".
  • the plurality of LED elements 10 are mounted on the substrate 11 and arranged in a matrix. That is, in the substrate 11, and in the LED display unit 9, the plurality of LED elements 10 are disposed in the horizontal direction and the vertical direction (vertical direction and horizontal direction of the substrate 11). In the example of FIG. 1, a configuration in which a total of sixteen LED elements 10 are arranged in a matrix is shown. Further, each LED element 10 in FIG. 1 is an element of a so-called 3-in-1 package in which the LED chips 10R to 10B are mounted. Each LED element 10 is connected to a drive unit such as an LED driver for driving the LED chips 10R to 10B, and is controlled to light to a desired color by, for example, a PWM (Pulse Width Modulation) method.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • each LED element 10 can express a desired color as one pixel, it is possible to display a video composed of a total of 16 pixels.
  • the LED display unit 9 is composed of 16 LED elements 10 consisting of 4 in the horizontal direction and 4 in the vertical direction, but the number of LED elements 10 in the LED display 9 is the same. It is not limited to
  • the substrate 11 and the light tunnel 12 are connected by penetrating the lower part of the light tunnel 12 in the through hole provided in the substrate 11 and fitting the through hole.
  • the exit which is the exit portion of the light tunnel 12 and the diffusion plate 13 are connected by the adhesive 14.
  • these connections are not limited to this, and for example, the substrate 11 and the light tunnel 12 may be connected by an adhesive.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of one pixel of the LED display device 20. As shown in FIG. 4
  • the light tunnel 12 which is a light guiding member included in the concept of the first optical system, is disposed by individually housing the bright spots (light emitting spots) of the LED elements 10 with respect to the plurality of LED elements 10.
  • the light tunnel 12 is an optical element having an inner side surface 12a for guiding the emitted light of the LED chips 10R to 10B of each LED element 10 to its own exit by repeating reflection.
  • the light tunnel 12 has a hollow square shape in a plan view of FIG. 1 and a hollow square pole or a substantially square pole in a stereoscopic view of FIG.
  • the inner side surface 12a corresponding to the rectangular inner peripheral portion is a mirror surface.
  • the light tunnel 12 has a honeycomb structure in which a plurality of square shapes are combined in an array in a plan view.
  • slits are formed at a pixel interval in a plurality of thin plates made of metal, resin, glass, etc. whose surfaces are mirror-finished to improve regular reflectance.
  • Another production method is a method of forming aluminum or silver on a resin or metal molded product by vapor deposition or sputtering to form a mirror surface.
  • the thickness of the light tunnel 12 is determined in consideration of the distance between the LED elements 10, the mass, the cost, and the like. Moreover, when the terminal of the LED element 10 is exposed, the space between the terminal and the light tunnel 12 is disposed via a space or an insulator so that the insulation between the terminal and the light tunnel 12 is secured. It will be set up.
  • FIG. 5 is a plan view showing the luminance distribution after transmission through the diffusion plate 13, and the density of dots corresponds to the luminance.
  • FIG. 6 is a diagram showing the luminance distribution along the line B-B 'of FIG.
  • the diffusion plate 13 provided at the exit of the light tunnel 12 functions as a screen.
  • the pixel surface of the LED display device 20 can be obtained, in which the luminance distribution is uniform within the square shape identical to the planar shape of the light exit of the light tunnel 12 and can be detected visually. .
  • the pixel surface has a uniform luminance distribution regardless of the arrangement positions of the LED chips 10R to 10B of the LED element 10. Therefore, the pixel plane is caused by the arrangement positions of the LED chips 10R to 10B and depends on the viewing angle. It is possible to eliminate the color change.
  • the light tunnel 12 can also perform light waveform shaping. For this reason, according to the light tunnel 12 as described above, it is possible to perform the equalization of the luminance distribution and the waveform shaping on the outgoing light of each LED element 10.
  • luminance using the light tunnel 12 can be improved, so that there are many reflections.
  • the length of the light tunnel 12 be adjusted so that the number of reflections is about 3 times on average.
  • the diffusion plate 13 included in the concept of the second optical system is a light diffusion member which is provided at the exit of the light tunnel 12 and diffuses the light emitted from the light tunnel 12 to be emitted from the pixel surface which is its own exit surface. .
  • the diffusion of the light of the diffusion plate 13 has the advantage of widening the viewing angle.
  • the size of the pixel surface is enlarged by the diffusion plate 13 than the light emission size of each of the LED chips 10R to 10B of the LED element 10. That is, it means that the light emission area size which is a ratio of the light emission size per pixel size determined by the arrangement interval of the LED elements 10 is increased.
  • the light emission size of each of the LED chips 10R to 10B of the LED element 10 is 200 ⁇ m ⁇ 200 ⁇ m
  • the pixel size is 1.5 m (the distance between the LED elements 10)
  • the inner surface size of the light tunnel 12 is 1.0 mm. In the case of ⁇ 1.0 mm, the light emitting area size is 25 times.
  • the light tunnel 12 does not depend on the arrangement positions of the LED chips 10R to 10B and thus the LED element 10, and the brightness of the LED element 10 Make it uniform.
  • the diffusion plate 13 diffuses the light emitted from the light tunnel 12 and emits the light from the pixel surface which is the light emission surface of itself.
  • the pixel surface of the wide viewing angle is configured by the diffusion plate 13 provided at the exit of the light tunnel 12, adjacent pixel surfaces are present in the same plane. For this reason, since the interference of the packages of LED element 10 can be suppressed, the change of the color depending on a viewing angle can be suppressed.
  • the luminance near the boundary between pixels is not sufficient. It looks rough.
  • the area of the light output from the diffusion plate 13 and hence the pixel area can be made larger than the light emitting area of the LED chips 10R to 10B.
  • the LED element 10 may be detached from the substrate 11 due to the contact of the user's hand or the like.
  • the LED element 10 is covered by the light tunnel 12 and the diffusion plate 13. For this reason, such drop-off can be suppressed.
  • the pixel surface of the LED display device 20 is a relatively flat emission surface of the diffusion plate 13, it is also possible to provide a touch panel.
  • the plural colors of the LED chips 10R to 10B include at least three colors of red, green and blue. Therefore, a full color image can be reproduced.
  • the first optical system for uniforming the luminance distribution and shaping the waveform has a light guide having an inner side surface 12a for guiding the light emitted from the LED chips 10R to 10B to its own emission part by repeating reflection. Including a light member. According to such a configuration, it is possible to enhance the uniformity of the luminance distribution at the emission portion of the light guide member.
  • the above-described light guide member includes the light tunnel 12 which has a hollow square shape in a plan view and whose inner side surface is a mirror surface. According to such a configuration, it is possible to effectively take in the emitted light of the LED chips 10R to 10B, so it is possible to suppress the reduction in luminance. In addition, since the LED elements 10 are separated by the light tunnel 12, light leakage and interference between the LED elements 10 can be suppressed. Therefore, even if the LED elements 10 are arranged close to each other, the color change depending on the viewing angle can be eliminated, and a high definition image can be displayed.
  • the light tunnel 12 has a honeycomb structure in which a plurality of square shapes are combined in a plan view. For this reason, since the light tunnel 12 can disperse the impact from the outside, the strength of the LED display device 20 is improved.
  • the light tunnel 12 may be connected to the substrate 11 by being mechanically pressed to the substrate 11.
  • the substrate 11 is bent at the time of solder reflow, the above-described connection makes it possible to correct the bending of the substrate 11. For this reason, the member for curve correction becomes unnecessary, and cost reduction can be expected.
  • the light tunnel 12 is made of a material having good thermal conductivity such as aluminum, the heat generated in the LED element 10 and the LED driver can be efficiently equalized. Therefore, the temperature of the LED element 10 can be made uniform, and it is also possible to suppress a change in color due to a change in temperature of the LED element 10 versus a change in luminous efficiency.
  • Second Embodiment 7 and 8 are diagrams showing the configuration of the LED display device 20 according to Embodiment 2 of the present invention. Specifically, FIG. 7 is a cross-sectional view similar to FIG. 2, and FIG. 8 is a plan view similar to FIG.
  • constituent elements according to the second embodiment constituent elements that are the same as or similar to the above constituent elements are given the same reference numerals, and different constituent elements are mainly described.
  • a light shielding layer 15 which is a light shielding member is added to the LED display device 20 according to the first embodiment.
  • the diffusion plate 13 is divided for each LED element 10 by the light shielding layer 15.
  • the light shielding layer 15 is embedded in the diffusion plate 13.
  • the light emitted from the LED element 10 is reflected, whereby the luminance distribution of the light emitted from the light tunnel 12 is made uniform at the light exit of the light tunnel 12 (FIG. 4).
  • the light in the diffusion plate 13 leaks to the adjacent pixel through the diffusion layer in the diffusion plate 13.
  • the light shielding layer 15 is provided on the diffusion plate 13. Interference with the leaked light from the pixel can be suppressed. Furthermore, the light shielding layer 15 absorbs external light to improve the contrast.
  • the diffusion plate 13 is divided for each LED element 10 by the light shielding layer 15. According to such a configuration, interference of light and leaked light between LED elements adjacent to each other can be suppressed. In addition, as the contrast is improved, clear pixel display can be performed in the entire LED display device 20.
  • the light shielding member is the light shielding layer 15 provided on the diffusion plate 13, and the diffusion plate 13 is divided by the light shielding layer 15, but the invention is not limited to this.
  • the light blocking member may be a side wall portion of the light tunnel 12, and the diffusion plate 13 may be divided by the side wall portion.
  • the gap between the diffusion plate 13 and the light tunnel 12 may be closed by the light shielding layer 15. According to such a configuration, leaked light can be further suppressed.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of the LED display device 20 according to Embodiment 3 of the present invention, and specifically, is a cross-sectional view similar to FIG.
  • the same or similar components as or to the components described above are designated by the same reference numerals, and different components will be mainly described.
  • a transparent resin 16 is provided in a part of each internal space of the light tunnel 12. According to the LED display device 20 according to the third embodiment, the strength against external shock can be further improved. Further, if the material of the transparent resin 16 is appropriately selected, the reflection of light in the diffusion plate 13 can be suppressed, and the loss of luminance can be suppressed.
  • FIG. 11 is a diagram showing the configuration of the LED display device 20 according to the fourth embodiment of the present invention, and more specifically, is a cross-sectional view similar to FIG.
  • constituent elements according to the fourth embodiment constituent elements that are the same as or similar to the above constituent elements are given the same reference numerals, and different constituent elements are mainly described.
  • the LED chips 10R to 10B of the LED element 10 are directly mounted on the substrate 11.
  • the entire inside space of the light tunnel 12 is filled with the transparent resin 16.
  • the strength against an external impact can be further improved.
  • the air layer between the LED chips 10R to 10B and the transparent resin 16 is not substantially present, the reflection at the interface due to the refractive index difference can be reduced, and the loss of luminance can be suppressed.
  • the material of the transparent resin 16 is appropriately selected, the reflection of light in the diffusion plate 13 can be suppressed, and the loss of luminance can be suppressed.
  • each embodiment and each modification can be freely combined, or each embodiment and each modification can be suitably modified or omitted.
  • LED display unit 10 LED elements, 10R red LED chip, 10G green LED chip, 10B blue LED chip, 11 substrates, 12 light tunnels, 12a inner side, 13 diffusion plates, 15 light shielding layers, 16 transparent resin.

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Abstract

視野角による色の変化を抑制可能な技術を提供することを目的とする。ＬＥＤ表示装置は、ＬＥＤ表示部９と、第１光学系であるライトトンネル１２と、第２光学系である拡散板１３とを備える。ライトトンネル１２は、複数のＬＥＤ素子１０に対し各ＬＥＤ素子１０の発光点を収容して配設され、各ＬＥＤ素子１０の出射光に対して輝度分布の均一化及び波形整形を行う。拡散板１３は、ライトトンネル１２の出射部分に設けられ、ライトトンネル１２の出射光を拡散して自身の出射面である画素面から出射する。

Description

ＬＥＤ表示装置及びその製造方法
　本発明は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を有するＬＥＤ表示装置、及び、その製造方法に関する。
　ＬＥＤを用いて表示を行うＬＥＤ表示装置は、ＬＥＤの技術発展及び低コスト化によって屋外及び屋内の広告表示等に多く使用されている。これらのＬＥＤ表示装置は、これまで自然画及びアニメーションの動画像の表示に主に使用されていたが、画素ピッチの狭ピッチ化に伴い視認距離が短くなったことにより、会議室や監視用途などの屋内用途においても使用されている。
　さて、フルカラーを表示する場合、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｇ）の３色のＬＥＤチップが、物理的に離れて配置される。このようなＬＥＤ表示装置では、ＬＥＤのパッケージの配置、ＬＥＤのパッケージ内のＬＥＤチップの配置、及び、画素ピッチの影響を受け、上下及び左右の視野角に依存して色が変化するカラーシフトなどの画質低下が生じる。このように視認位置に依存して色が変化するＬＥＤ表示装置では、使用者は表示内容を正しく認識できなくなる可能性があり、使用者にとって不都合が生じることがある。監視用途のＬＥＤ表示装置では、視認位置が画面の正面だけでなく、画面の斜めであることも多いことから、上記の色の変化は特に問題となる。
　このような視認位置に依存する色の変化を低減するために、各ＬＥＤ素子の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｇ）の３色のＬＥＤチップをそれぞれ二等辺三角形の頂点に配設し、ＬＥＤ素子同士の距離を近づけることで適切に混色させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　また、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｇ）の３色のＬＥＤ素子を、重ねられた２種類の樹脂でモールドし、一方の樹脂に拡散材を添加することで、指向特性を改善し、カラーシフトを低減する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特表２０１１－５１５７９６号公報 特開２０１６－１２７３４号公報
　赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｇ）の３色のＬＥＤチップが実装されたＬＥＤパッケージ単体では、３色のＬＥＤの配置の工夫及びパッケージ内の拡散効果によって、左右上下の視野角に依存する色の変化（カラーシフト）をある程度改善することは可能である。しかしながら、ＬＥＤ素子の物理的な寸法、パッケージサイズ、画素ピッチ及び視野角によっては、隣接するＬＥＤ素子のパッケージ同士が互いに干渉して影となるため、カラーシフトが依然として確認される。例えば、ＬＥＤパッケージ寸法が幅１.０ｍｍ×奥行１.０ｍｍ×高さ０．６５ｍｍ、画素ピッチが２．０ｍｍ程度であるＬＥＤ表示装置では、ＬＥＤ素子（画素）から発せられる広角の出射光が、隣接のＬＥＤ素子（画素）と干渉し、視野角によって色が変化する問題があった。
　また、ＬＥＤ素子内の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｇ）のＬＥＤチップの物理的な位置の違いにより、水平方向（画面の横方向）における色の変化量と、垂直方向（画面の縦方向）における色の変化量とが異なる問題があった。なお、この問題を解決するために、特許文献２の技術のように、パッケージにレンズ特性をもたせ、広角の出射光レベルを抑え、干渉を軽減する構成が考えられる。しかしながら、この構成では視野角による輝度変化が大きくなり視野角特性が悪化するという別の問題が生じる。
　そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、視野角による色の変化を抑制可能な技術を提供することを目的とする。
　本発明に係るＬＥＤ表示装置は、それぞれが複数色のＬＥＤチップを有する複数のＬＥＤ素子が水平方向及び垂直方向に配設されたＬＥＤ表示部と、前記複数のＬＥＤ素子に対し各ＬＥＤ素子の発光点を収容して配設され、前記各ＬＥＤ素子の出射光に対して輝度分布の均一化及び波形整形を行う第１光学系と、前記第１光学系の出射部分に設けられ、前記第１光学系の出射光を拡散して自身の出射面である画素面から出射する第２光学系とを備える。
　本発明によれば、第１光学系は、複数のＬＥＤ素子に対し各ＬＥＤ素子の発光点を収容して配設され、各ＬＥＤ素子の出射光に対して輝度分布の均一化及び波形整形を行い、第２光学系は、第１光学系の出射部分に設けられ、第１光学系の出射光を拡散して自身の出射面である画素面から出射する。このような構成によれば、視野角による色の変化を抑制することができる。
　本発明の目的、特徴、態様及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
実施の形態１に係るＬＥＤ表示装置の構成を示す平面図である。 実施の形態１に係るＬＥＤ表示装置の構成を示す断面図である。 実施の形態１に係るＬＥＤ表示装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態１に係るライトトンネル及び拡散板の機能を説明するための透視図である。 拡散板透過後の輝度分布を示す平面図である。 拡散板透過後の輝度分布を示す図である。 実施の形態２に係るＬＥＤ表示装置の構成を示す断面図である。 実施の形態２に係るＬＥＤ表示装置の構成を示す平面図である。 実施の形態２の変形例に係るＬＥＤ表示装置の構成を示す断面図である。 実施の形態３に係るＬＥＤ表示装置の構成を示す断面図である。 実施の形態４に係るＬＥＤ表示装置の構成を示す断面図である。
　＜実施の形態１＞
　図１～図３は、本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ表示装置２０の構成を示す図である。具体的には、図１は平面図、図２は図１内のＡ－Ａ’線に沿った断面図、図３は斜視図である。
　図１～図３に示すように、ＬＥＤ表示装置２０は、ＬＥＤ表示部９と、ライトトンネル１２と、拡散板１３と、接着材１４とを備える。なお、ＬＥＤ表示装置２０の内部構造が見えるように、図１では拡散板１３の一部の図示が省略され、図３では、ライトトンネル１２の一部及び拡散板１３の一部の図示が省略されている。
　ＬＥＤ表示部９は、複数のＬＥＤ素子１０と、基板１１とを備える。複数のＬＥＤ素子１０のそれぞれは、赤色ＬＥＤチップ１０Ｒ、緑色ＬＥＤチップ１０Ｇ、及び、青色ＬＥＤチップ１０Ｂを有している。ただし複数のＬＥＤ素子１０のそれぞれは、これに限ったものではなく、赤色、緑色及び青色以外の色のＬＥＤチップを有してもよい。なお、以下の説明では、赤色ＬＥＤチップ１０Ｒ、緑色ＬＥＤチップ１０Ｇ、及び、青色ＬＥＤチップ１０Ｂをまとめて「ＬＥＤチップ１０Ｒ～１０Ｂ」と記すこともある。
　複数のＬＥＤ素子１０は、基板１１に搭載され、マトリクス状に配設されている。つまり、基板１１、ひいてはＬＥＤ表示部９では、複数のＬＥＤ素子１０が水平方向及び垂直方向（基板１１の縦方向及び横方向）に配設されている。図１の例では、合計１６個のＬＥＤ素子１０がマトリクス状に配設された構成が示されている。また、図１の各ＬＥＤ素子１０は、ＬＥＤチップ１０Ｒ～１０Ｂが実装された、いわゆる３イン１のパッケージの素子である。各ＬＥＤ素子１０は、ＬＥＤチップ１０Ｒ～１０Ｂを駆動するＬＥＤドライバなどの駆動部に接続され、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式によって所望の色に点灯制御される。
　このように図１のＬＥＤ表示部９では、各ＬＥＤ素子１０が１画素として所望の色を表現することができるため、合計１６画素からなる映像を表示することができる。なお図１では、水平方向に４個、垂直方向に４個からなる合計１６個のＬＥＤ素子１０で、ＬＥＤ表示部９が構成されているが、ＬＥＤ表示部９におけるＬＥＤ素子１０の数はこれに限ったものではない。
　図２の例では、基板１１に設けられた貫通穴にライトトンネル１２の下部を貫通させて当該貫通穴に嵌めることによって、基板１１とライトトンネル１２とが接続されている。一方、ライトトンネル１２の出射部分である出射口と、拡散板１３とは接着材１４で接続されている。ただし、これらの接続はこれに限ったものではなく、例えば、基板１１とライトトンネル１２とは接着材で接続されてもよい。
　次に、ライトトンネル１２及び拡散板１３の機能について説明する。図４はＬＥＤ表示装置２０の１画素分の構成を示す透視図である。
　第１光学系の概念に含まれる導光部材であるライトトンネル１２は、複数のＬＥＤ素子１０に対し各ＬＥＤ素子１０の輝点（発光点）を個別に収容して配設されている。このライトトンネル１２は、各ＬＥＤ素子１０のＬＥＤチップ１０Ｒ～１０Ｂの出射光を、反射の繰り返しによって自身の出射口に導く内側面１２ａを有する光学素子である。
　本実施の形態１では、ライトトンネル１２は、図１の平面視において中空の四角形状を有し、図３の立体視において中空の四角柱状または略四角柱状を有している。そして、四角形状の内周部分に対応する内側面１２ａは鏡面（ミラー）となっている。また、ライトトンネル１２は、平面視において複数の四角形状をアレイ状に組み合わせたハニカム構造を有している。
　縦横アレイ状に配設されたライトトンネル１２の製造方法としては、正反射率を向上させるために表裏が鏡面化された金属、樹脂、ガラスなどからなる複数の薄板に画素間隔でスリットを入れ、縦横交互に配置した複数の薄板をスリット同士で連結して格子状に形成する方法がある。別の製造方法としては、樹脂または金属成型品にアルミニウムまたは銀を蒸着またはスパッタリングして鏡面を形成する方法などがある。
　なお、ライトトンネル１２の板厚は、ＬＥＤ素子１０間の距離、質量、コストなどを考慮して決定される。また、ＬＥＤ素子１０の端子が露出している場合には、当該端子とライトトンネル１２との絶縁が確保されるように、当該端子とライトトンネル１２との間に空間または絶縁物を介して配設される。
　さて、ＬＥＤ素子１０のＬＥＤチップ１０Ｒ～１０Ｂからの光が、ライトトンネル１２に入射されると、当該光は内面（ミラー）で反射を繰り返して、ライトトンネル１２の出射口に設けられた拡散板１３に導かれる。この反射の繰り返しによって、ＬＥＤチップ１０Ｒ～１０Ｂからの光の放射角度が保存されるとともに、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色ともに輝度分布が均一となる。
　図５は、拡散板１３透過後の輝度分布を示す平面図であり、ドットの密度は輝度に相当する。図６は、図５のＢ－Ｂ’線に沿った輝度分布を示す図である。ライトトンネル１２の出射口に設けられた拡散板１３はスクリーンとして機能する。この結果、図５に示すように、ライトトンネル１２の出射口の平面形状と同一の四角形状内において輝度分布が均一であり、視覚的に検知可能な、ＬＥＤ表示装置２０の画素面が得られる。
　この画素面は、ＬＥＤ素子１０の各ＬＥＤチップ１０Ｒ～１０Ｂの配設位置に関係なくそれぞれ輝度分布が均一となるため、各ＬＥＤチップ１０Ｒ～１０Ｂの配設位置に起因し、視野角に依存する色変化を解消することができる。
　また、ライトトンネル１２は、光の波形整形を行うことも可能である。このため、以上のようなライトトンネル１２によれば、各ＬＥＤ素子１０の出射光に対して輝度分布の均一化及び波形整形を行うことが可能である。
　なお、ライトトンネル１２を使用した輝度の均一化は、反射回数が多いほど高めることができる。しかしながら、反射回数を多くすると、鏡面の反射率に依存する輝度劣化、及び、ライトトンネル１２の長さが長くなってしまう。このため、これらのバランスを考慮し、平均して約３回程度の反射回数となるようにライトトンネル１２の長さが調整されることが好ましい。
　第２光学系の概念に含まれる拡散板１３は、ライトトンネル１２の出射口に設けられ、ライトトンネル１２の出射光を拡散して自身の出射面である画素面から出射する光拡散部材である。拡散板１３の光の拡散により視野角が広がるという利点がある。
　また、画素面のサイズは、拡散板１３によってＬＥＤ素子１０の各ＬＥＤチップ１０Ｒ～１０Ｂの発光サイズよりも拡大される。すなわち、ＬＥＤ素子１０の配設間隔で決まる、画素サイズあたりの発光サイズの割合である発光エリアサイズが増大することを意味する。一例として、ＬＥＤ素子１０の各ＬＥＤチップ１０Ｒ～１０Ｂの発光サイズが２００μｍ×２００μｍであり、画素サイズが１．５ｍ(各ＬＥＤ素子１０の間隔)であり、ライトトンネル１２の内面サイズが１．０ｍｍ×１．０ｍｍである場合には、発光エリアサイズは２５倍になる。
　このように発光エリアサイズが大きくなることで、各ＬＥＤチップ１０Ｒ～１０Ｂの輝点の視認が解消されるともに、各画素の外周部分の非発光エリアが低減する。この結果、近距離からの視認でも画素間の連続性がスムースで見やすい画像となる。
　＜実施の形態１のまとめ＞
　以上のような本実施の形態１に係るＬＥＤ表示装置２０によれば、ライトトンネル１２は、各ＬＥＤチップ１０Ｒ～１０ＢひいてはＬＥＤ素子１０の配設位置に依存せずに、ＬＥＤ素子１０の輝度を均一化する。そして、拡散板１３は、ライトトンネル１２の出射光を拡散して自身の出射面である画素面から出射する。このような構成によれば、ライトトンネル１２の出射口に設けられた拡散板１３によって広視野角の画素面が構成されるので、隣接する画素面同士が同一平面内に存在することになる。このため、ＬＥＤ素子１０のパッケージ同士の干渉を抑制することができるので、視野角に依存する色の変化を抑制することができる。
　ここで、従来のＬＥＤ表示装置を使用者が近距離で見た場合、ＬＥＤ素子１０の間隔及びＬＥＤチップ１０Ｒ～１０Ｂの面積によっては、画素同士の境界付近の輝度が十分足りずに表示映像が粗く見える。これに対して本実施の形態１では、拡散板１３から出力される光の面積、ひいては画素面積を、ＬＥＤチップ１０Ｒ～１０Ｂの発光面積よりも大きくすることができる。このため、各ＬＥＤチップ１０Ｒ～１０Ｂの特性による輝点が緩和され、画素同士の境界付近の輝度を高めることができるので、近距離からの視認性が向上する。
　また、仮にＬＥＤ素子１０が剥き出した面を画素面とした構成では、使用者の手などの接触によってＬＥＤ素子１０が基板１１から脱落することがある。これに対して、本実施の形態１では、ＬＥＤ素子１０がライトトンネル１２及び拡散板１３によって覆われる。このため、このような脱落を抑制することができる。また、ＬＥＤ表示装置２０の画素面は拡散板１３の比較的平坦な出射面であるため、タッチパネルを設けることも可能となる。
　また本実施の形態１では、ＬＥＤチップ１０Ｒ～１０Ｂの複数色は、少なくとも赤、緑、青の３色を含んでいる。このため、フルカラーの画像を再現することができる。
　さらに本実施の形態１では、輝度分布の均一化及び波形整形を行う第１光学系は、ＬＥＤチップ１０Ｒ～１０Ｂの出射光を、反射の繰り返しによって自身の出射部分に導く内側面１２ａを有する導光部材を含む。このような構成によれば、導光部材の出射部分において、輝度分布の均一性を高めることができる。
　また本実施の形態１では、上述した導光部材は、平面視において中空の四角形状を有し、内側面が鏡面であるライトトンネル１２を含む。このような構成によれば、ＬＥＤチップ１０Ｒ～１０Ｂの出射光を有効に取り込むことができるので、輝度の低減を抑制することができる。また、ＬＥＤ素子１０同士間はライトトンネル１２で仕切られているので、ＬＥＤ素子１０同士間の光の漏れ及び干渉を抑制することができる。したがって、ＬＥＤ素子１０同士を近接して配設しても視野角に依存する色変化を解消でき、かつ、高精細な画像を表示することができる。
　さらに本実施の形態１では、ライトトンネル１２は、平面視において複数の四角形状を組み合わせたハニカム構造を有する。このため、ライトトンネル１２は外部からの衝撃を分散することができるため、ＬＥＤ表示装置２０の強度が向上する。
　なお、この強度の向上に鑑みて、ライトトンネル１２は、基板１１に機械的に加圧されたことによって基板１１に接続されてもよい。基板１１は半田リフロー時に曲がりを生じるが、上述のような接続によれば基板１１の曲がりを矯正することが可能となる。このため、曲がり矯正専用の部材が不要となり、コストダウンが期待できる。
　さらに、ライトトンネル１２をアルミニウムなどの熱伝導の良好な素材で構成すれば、ＬＥＤ素子１０やＬＥＤドライバで発生する熱を効率よく均熱化することができる。このため、ＬＥＤ素子１０の温度を均一化することができ、ＬＥＤ素子１０の温度変化対発光効率変化による色の変化を抑制することも可能である。
　＜実施の形態２＞
　図７及び図８は、本発明の実施の形態２に係るＬＥＤ表示装置２０の構成を示す図である。具体的には、図７は図２と同様の断面図であり、図８は図１と同様の平面図である。以下、本実施の形態２に係る構成要素のうち、上述の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
　図７及び図８に示すように本実施の形態２に係るＬＥＤ表示装置２０は、実施の形態１に係るＬＥＤ表示装置２０に、遮光部材である遮光層１５が追加されている。拡散板１３は、この遮光層１５によって各ＬＥＤ素子１０ごとに区分されており、図７及び図８の例では、遮光層１５は、拡散板１３に埋設されている。
　さて上述したように、ライトトンネル１２内では、ＬＥＤ素子１０の出射光が反射することにより、ライトトンネル１２の出射光の輝度分布が、ライトトンネル１２の出射口において均一化する（図４）。しかしながら、図２の構成では、拡散板１３内の光が、拡散板１３内の拡散層を通して隣接する画素に漏れる。このため、ＬＥＤ表示装置２０全体で見ると、１画素を構成するＬＥＤ素子１０の光に、隣接画素から漏れた光が加算されてしまい、画像が不鮮明となる。これに対して本実施の形態２に係るＬＥＤ表示装置２０では、図７及び図８に示すように拡散板１３に遮光層１５を設けているので、ある画素の光と、当該画素に隣接する画素からの漏れ光との干渉を抑制することができる。さらに、遮光層１５が外光を吸収することで、コントラストが向上する。
　＜実施の形態２のまとめ＞
　以上のような本実施の形態２に係るＬＥＤ表示装置２０によれば、拡散板１３は、遮光層１５によって各ＬＥＤ素子１０ごとに区分されている。このような構成によれば、互いに隣接するＬＥＤ素子同士の光及び漏れ光の干渉を抑制することができる。また、コントラストが向上することにより、ＬＥＤ表示装置２０全体において鮮明な画素表示が可能となる。
　＜実施の形態２の変形例＞
　実施の形態２では、遮光部材が、拡散板１３に設けられた遮光層１５であり、拡散板１３が、遮光層１５によって区分されていたがこれに限ったものではない。例えば図９に示すように、遮光部材が、ライトトンネル１２の側壁部であり、拡散板１３が、当該側壁部によって区分されてもよい。そして、拡散板１３とライトトンネル１２との隙間を遮光層１５によって塞ぐようにしてもよい。このような構成によれば、漏れ光をさらに抑制することができる。
　＜実施の形態３＞
　図１０は、本発明の実施の形態３に係るＬＥＤ表示装置２０の構成を示す図であり、具体的には、図２と同様の断面図である。以下、本実施の形態３に係る構成要素のうち、上述の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
　図１０に示すように、本実施の形態３では、ライトトンネル１２の各内部空間の一部に、透明樹脂１６が設けられている。このような本実施の形態３に係るＬＥＤ表示装置２０によれば、外部からの衝撃に対する強度をさらに向上させることができる。また、透明樹脂１６の材質を適切に選べば、拡散板１３における光の反射を抑制することができ、輝度のロスを抑制することができる。
　＜実施の形態４＞
　図１１は、本発明の実施の形態４に係るＬＥＤ表示装置２０の構成を示す図であり、具体的には、図２と同様の断面図である。以下、本実施の形態４に係る構成要素のうち、上述の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
　図１１に示すように、本実施の形態４では、ＬＥＤ素子１０のＬＥＤチップ１０Ｒ～１０Ｂが基板１１上に直接実装されている。また、ライトトンネル１２の内部空間の全部に透明樹脂１６が充填されている。このような本実施の形態４に係るＬＥＤ表示装置２０によれば、外部からの衝撃に対する強度をさらに向上させることができる。また、ＬＥＤチップ１０Ｒ～１０Ｂと透明樹脂１６との間の空気層が実質的に存在しなくなるため、屈折率差による界面での反射を少なくでき、輝度のロスを抑制できる。また、透明樹脂１６の材質を適切に選べば、拡散板１３における光の反射を抑制することができ、輝度のロスを抑制することができる。
　なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態及び各変形例を自由に組み合わせたり、各実施の形態及び各変形例を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
　本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
　９　ＬＥＤ表示部、１０　ＬＥＤ素子、１０Ｒ　赤色ＬＥＤチップ、１０Ｇ　緑色ＬＥＤチップ、１０Ｂ　青色ＬＥＤチップ、１１　基板、１２　ライトトンネル、１２ａ　内側面、１３　拡散板、１５　遮光層、１６　透明樹脂。

Claims (8)

  1. 　それぞれが複数色のＬＥＤチップを有する複数のＬＥＤ素子が水平方向及び垂直方向に配設されたＬＥＤ表示部と、
    　前記複数のＬＥＤ素子に対し各ＬＥＤ素子の発光点を収容して配設され、前記各ＬＥＤ素子の出射光に対して輝度分布の均一化及び波形整形を行う第１光学系と、
    　前記第１光学系の出射部分に設けられ、前記第１光学系の出射光を拡散して自身の出射面である画素面から出射する第２光学系と
    を備える、ＬＥＤ表示装置。
  2. 　請求項１に記載のＬＥＤ表示装置であって、
    　前記複数色は少なくとも赤、緑、青の３色を含む、ＬＥＤ表示装置。
  3. 　請求項１または請求項２に記載のＬＥＤ表示装置であって、
    　前記第１光学系は、
    　前記ＬＥＤチップの出射光を、反射の繰り返しによって前記出射部分に導く内側面を有する導光部材を含む、ＬＥＤ表示装置。
  4. 　請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のＬＥＤ表示装置であって、
    　前記第２光学系は、光拡散部材を含み、
    　前記光拡散部材は、遮光部材によって前記各ＬＥＤ素子ごとに区分されている、ＬＥＤ表示装置。
  5. 　請求項３に記載のＬＥＤ表示装置であって、
    　前記導光部材は、
    　平面視において中空の四角形状を有し、当該四角形状の内周部分に対応する前記内側面が鏡面であるライトトンネルを含む、ＬＥＤ表示装置。
  6. 　請求項５に記載のＬＥＤ表示装置であって、
    　前記ライトトンネルは、
    　平面視において複数の前記四角形状を組み合わせたハニカム構造を有する、ＬＥＤ表示装置。
  7. 　請求項５または請求項６に記載のＬＥＤ表示装置であって、
    　前記ライトトンネルの内部空間の一部または全部に設けられた透明樹脂をさらに備える、ＬＥＤ表示装置。
  8. 　請求項６に記載のＬＥＤ表示装置の製造方法であって、
    　前記ＬＥＤ表示部は、前記複数のＬＥＤ表示が配設された基板を含み、
    　前記ライトトンネルは、前記基板に機械的に加圧されたことによって前記基板に接続されている、ＬＥＤ表示装置の製造方法。
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