CN115335741A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于实现薄型、耗电量小、且发光效率高的照明装置。为此，本发明采用如下的构成。照明装置的特征在于，在具有第一主面和第一背面且在中央具有第一孔的圆板状的第一导光板(13)之上配置有具有第二主面和第二背面且在中央具有第二孔的圆板状的第二导光板(14)，在所述第一导光板(13)的所述背面侧配置有反射片(12)，在所述第二导光板(14)的所述主面侧配置有棱镜片(15)，在所述棱镜片(15)上呈同心圆状地形成有第一棱镜阵列，在所述第一导光板(13)的所述孔的侧面沿周向配置有多个第一LED(20)，在所述第二导光板(14)的所述孔的侧面沿周向配置有多个第二LED(20)，所述第一LED(20)和所述第二LED(20)在方位角方向上错位配置。

Description

照明装置

技术领域

本发明涉及配光角度小、薄型、且耗电量小的照明装置。

背景技术

越来越多地将发光二极管(LED：Light Emitting Diode)用作照明装置。LED的发光效率高，有利于减少耗电量。然而，LED为点光源，因此，需要转换成面光源来用作照明装置。

在专利文献1中记载了照明装置，该照明装置的射出面为平面，并将背面设为相对于射出面具有规定的角度的反射面，使从侧面入射的LED的光在所述反射面反射并从所述射出面射出，由此得到面光源。

在专利文献2中记载了通过使来自LED的光经由准直透镜射出、且在射出面配置液晶透镜而使光透射、漫射、或者偏转的构成。

在专利文献3中记载了使用液晶透镜控制光束形状的构成。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：WO2013/080903

专利文献2：JP特开2019-169435

专利文献3：US2019/0025657A1

发明内容

即使为照明装置，例如在想要用作聚光灯的情况等下，要求配光角度很小的光源。以往，这种光源采用了使用抛物面镜来形成平行光的构成。然而，这种光源需要深度，难以将光源自身小型化、或者薄型化。

另外，若LED变成高温则发光效率下降。因此，优选发热小、即整体耗电量小的光源。另外，只要来自光源的发热变小，则也不需要额外配置散热器等。

本发明的课题在于，实现薄型、耗电量比较小、且配光角度小的显示装置。

本发明用来解决上述课题，主要的具体手段如下。

(1)照明装置的特征在于，在具有第一主面和第一背面且在中央具有第一孔的圆板状的第一导光板之上配置有具有第二主面和第二背面且在中央具有第二孔的圆板状的第二导光板，在所述第一导光板的所述背面侧配置有反射片，在所述第二导光板的所述主面侧配置有棱镜片，在所述棱镜片呈同心圆状地形成有第一棱镜阵列，在所述第一导光板的所述孔的侧面沿周向配置有多个第一LED，在所述第二导光板的所述孔的侧面沿周向配置有多个第二LED，所述第一LED与所述第二LED在方位角方向上错位配置。

(2)根据(1)所述的照明装置，其特征在于，在所述第一导光板的所述主面形成有沿径向呈放射状延伸且沿周向排列的第二棱镜阵列，在所述第一导光板的所述背面形成有沿周向呈同心圆状形成的第三棱镜阵列，在所述第二导光板的所述主面形成有沿径向呈放射状延伸且沿周向排列的第四棱镜阵列，在所述第一导光板的所述背面形成有沿周向呈同心圆状形成的第五棱镜阵列。

(3)根据(1)所述的照明装置，其特征在于，所述第一导光板具有与所述第一LED在径向上相对置的扇形的第一区域、以及不与所述第一LED在径向上相对置的第二区域，所述第二棱镜阵列和所述第三棱镜阵列形成于所述第一区域，且没有形成于所述第二区域，所述第二导光板具有与所述第二LED在径向上相对置的扇形的第三区域、以及不与所述第二LED在径向上相对置的第四区域，所述第四棱镜阵列和所述第五棱镜阵列形成于所述第三区域，且没有与形成于所述第四区域。

(4)根据(3)所述的照明装置，其特征在于，所述第一导光板的所述第一区域和所述第二导光板的所述第四区域在俯视下重合。

(5)根据(1)所述的照明装置，其特征在于，在所述棱镜片之上配置有外形为圆形的第一液晶透镜，该第一液晶透镜具有沿第一方向延伸且沿第二方向排列的多个透镜。

(6)根据(5)所述的照明装置，其特征在于，在所述第一液晶透镜之上配置有外形为圆形的第二液晶透镜，该第二液晶透镜具有沿所述第二方向延伸且沿所述第一方向排列的多个透镜。

(7)根据(5)或者(6)所述的照明装置，其特征在于，所述第一液晶透镜以及所述第二液晶透镜中的液晶分子的初始取向为平行取向。

(8)根据(1)所述的照明装置，其特征在于，在所述棱镜片之上配置有具有同心圆状的多个透镜的、外形为圆形的液晶透镜，所述液晶透镜中的液晶分子的初始取向为垂直方向。

(9)根据(1)所述的照明装置，其特征在于，在所述棱镜片之上配置有外形为圆形且在第一基板与第二基板之间夹持有液晶层的液晶透镜，在所述第一基板形成有同心圆状的多个第一电极，在所述第二基板形成有呈平面状形成的圆形的电极，所述液晶透镜通过对所述多个第一电极施加彼此不同的电压而发挥透镜作用，所述液晶层中的液晶分子的初始取向为垂直方向。

附图说明

图1是照明装置的立体图。

图2是示出配光角度的定义的图。

图3是示出使用抛物面镜照射准直光的照明装置的俯视图。

图4是图3的A-A剖视图。

图5是实施例1的照明装置的俯视图。

图6是图5的B-B剖视图。

图7是照明装置的分解立体图。

图8是示出框体的轴附近的剖视图的图7的C-C剖视图。

图9是示出将第一导光板和第二导光板重合的状态的俯视图。

图10A是第一导光板的俯视图。

图10B是图10A的E-E剖视图。

图10C是图10A的F-F剖视图。

图11是导光板表面中的亮度等高线。

图12是对比第一导光板与第二导光板的俯视图。

图13是示出重叠配置第一导光板与第二导光板的状态的俯视图。

图14是示出LED的配置的立体图。

图15A是棱镜片的俯视图。

图15B是图15A的D-D剖视图。

图16是示出照度分布的测定例的剖视图。

图17是示出照度分布的例子的图。

图18是光源使用LED的各种各样的照明装置的特性的比较表。

图19A是在使用了实施例2以及实施例3的液晶透镜的情况下的照度分布的例子。

图19B是在对射出面进行划分后的区域配置了液晶透镜的情况下的与各区域对应的照度分布的例子。

图19C是表示为了示出实施例2以及实施例3的液晶透镜的作用而将射出面划分为区域的概念的剖视图。

图20是实施例2的显示装置的俯视图。

图21是图20的G-G剖视图。

图22是图21的液晶透镜的剖视图。

图23是第1液晶透镜的第2基板的俯视图。

图24是第1液晶透镜的第1基板的俯视图。

图25是第2液晶透镜的第3基板的俯视图。

图26A是示出液晶透镜的动作的剖视图。

图26B是示出液晶透镜的动作的另一剖视图。

图26C是示出液晶透镜的动作的又一剖视图。

图27是示出液晶透镜的动作的曲线图。

图28是示出液晶透镜的其他形状的例子的剖视图。

图29是示出液晶透镜的其他形态的剖视图。

图30是示出图29的第1电极的施加电压的俯视图。

图31是示出液晶透镜的作用的剖面示意图。

图32是示出向产生图31的效果的第1电极施加的施加电压的例子的俯视图。

图33A是示出在使用TN液晶构成液晶透镜的情况下的动作的剖视图。

图33B是示出在使用TN液晶构成液晶透镜的情况下的动作的另一剖视图。

图34A是示出向齿梳电极间施加电压来构成液晶透镜的动作的剖视图。

图34B是示出向齿梳电极间施加电压来构成液晶透镜的动作的另一剖视图。

图34C是示出向齿梳电极间施加电压来构成液晶透镜的动作的又一剖视图。

图35是示出向作为第一电极的齿梳电极间施加电压来构成液晶透镜的情况下的第1电极的形状的俯视图。

图36是示出实施例2以及3的液晶透镜对照度分布的作用的示意剖视图。

图37是实施例3的剖视图。

图38是图37中的液晶透镜的剖视图。

图39是图38的液晶透镜的第1基板的俯视图。

图40A是示出与图39的J-J剖面相当的液晶透镜的动作的剖视图。

图40B是示出与图39的J-J剖面相当的液晶透镜的动作的另一剖视图。

图40C是示出与图39的J-J剖面相当的液晶透镜的动作的又一剖视图。

图41是实施例4的液晶透镜中的第1基板的俯视图。

图42是实施例4的液晶透镜中的第2基板的俯视图。

图43是示出实施例4的液晶透镜的动作的剖视图。

图44是示出实施例4的液晶透镜的动作的另一剖视图。

图45是实施例5的照明装置的剖视图。

图46A是图45的导光板的俯视图。

图46B是图46A的E-E剖视图。

图46C是图46A的F-F剖视图。

图47是实施例5的另一方式的照明装置的剖视图。

具体实施方式

图1是聚光灯所使用的照明装置10的例子。来自该照明装置10的光被准直化，从射出面110向被照射面120照射点状的光130。为了得到点状的光130，射出光的配光角度例如为12度左右。

图2是示出配光角度的定义的图。图2例如是在从配置于顶部的射出面110朝向地面照射了光点的情况下的图。射出面110的法线方向的光强度最大，随着极角变大，光的强度变小。将法线方向的光的强度设为100％，在将光强度为50％时的极角设为θ的情况下，取向角为2θ。通常的准直光要求的配光角度为12度以下。

为了得到这种准直光，以往使用所谓的抛物面镜200。图3是使用了抛物面镜200的照明装置的俯视图，图4是该照明装置的剖视图。在图3中，在抛物面镜200的中央配置有LED20。LED20例如配置在LED用PCB基板30。LED20是高亮度LED的，为高温，因此，配置在散热器300之上。在图3中，在抛物面镜200的背面可看到散热器300的一部分。

图4是图3的A-A剖视图。在图4中，在抛物面镜200的底面配置有LED20。从LED20射出的光除了趋向正上方的光以外在抛物面镜200发生反射，成为与光轴平行的光。然而，为了使抛物面镜200充分发挥功能，需要设置抛物面镜200的高度h1。为了得到配光角度12度左右，抛物面镜的高度h1需要为60mm左右。实际上，这加上散热器的高度h2(例如20mm左右)，使得照明装置整体的厚度需要80mm以上。另外，图3、4示出的照明装置需要向构成光源的一个LED供给很大的功率，因此，LED的发热量很大，需要散热器。

本发明的课题在于，实现厚度薄、耗电量比较小、且能够产生准直光的照明装置。以下使用实施例来详细说明本发明。

【实施例1】

图5是实施例1的照明装置10的俯视图，图6是图5的B-B剖视图。如图5所示，照明装置10的平面形状为圆，在最外表面配置有棱镜片15。图5中的各光学构件为圆板状，插入具有中央的轴111和圆形的凸缘112的金属框体11的轴111。包围框体11的轴111地配置有搭载了LED20的柔性布线基板21，框体11的轴111与柔性21布线基板利用导热片25来粘接。由LED20产生的热量经由导热片25从框体的轴111朝向凸缘112散出。照明装置10的外形(直径)dd例如为98mm。

图6是图5的B-B剖视图。在图6中，在由金属形成的框体11的凸缘112上按顺序层叠有反射片12、上导光板13、下导光板14、棱镜片15。这些光学构件在中央附近挖出圆形的槽，插入框体11的轴111。搭载有LED20的柔性布线基板21绕框体11的轴111周围贴附。柔性布线基板21的一部分从形成于框体11的凸缘112的一部分的切缺口延伸至框体11的背面。柔性布线基板21和框体11的轴111借助具有优异的热传导性的导热胶带25而粘接在一起。

在图6中，在凸缘112之上配置有反射片12。反射片12例如能够使用3M制的ESR(Enhanced Specular Reflector：增强镜面反射器)。厚度例如为70μm左右。本实施例的特征之一在于，在反射片12之上配置有下导光板13和上导光板14。与各导光板13、14的内侧侧面对应地配置有LED20。

箭头表示从各LED20入射至导光板13、14的光的光路的例子。入射至上导光板14以及下导光板13的光一边在导光板的各界面反复反射，一边趋向上侧、即趋向射出面方向。在图6的构成中，在上导光板14和下导光板13的界面也发生反射，因此，与导光板为一张的情况相比，能够更有效地使光趋向射出面方向。在后面说明导光板的详细构成。

本实施例的另一特征如图5以及图6所示，通过沿着上导光板14和下导光板13的孔的内壁配置多个LED20，来抑制各LED20的耗电量，抑制各LED20的温度上升，防止LED20的发光效率下降。在图6中，从上导光板14的主面射出的光通过载置在上导光板14之上的棱镜片15而进一步被准直化，趋向照明装置10的射出面的法线方向。

图7是在图6中说明的构成的分解立体图。在图7中，绕框体11的轴111借助导热片25而贴附有搭载有LED20的柔性布线基板21。图8是图7的C-C剖视图，是框体11的轴111附近的详细剖视图。在图8中，搭载于柔性布线基板21的LED20形成有两层，配置为与上导光板14和下导光板13的内壁相对置。LED20为高温，但LED20的热量经由薄的柔性布线基板21和具有优异的热传递性的导热片25而向由金属形成的框体11的轴111散出。

返回至图7，向框体11的轴111插入反射片12、下导光板13、上导光板14、棱镜片15。图9是上导光板14和下导光板13的俯视图。在下导光板13以及上导光板14存在形成有棱镜阵列的图案区域131、141和没有形成棱镜阵列的无图案区域132、142。当将下导光板13与上导光板14重叠时，下导光板13的图案区域131重合于上导光板14的无图案区域142，或者下导光板13的无图案区域132重合于上导光板14的图案区域141。

图10A是示出下导光板13的棱镜阵列的构成的俯视图。在图10A中，交替配置有形成有棱镜阵列的区域131和没有形成棱镜阵列的区域132。形成于导光板13的上侧(此后也称为主面侧)的棱镜阵列在径向上呈放射状形成，形成于导光板13的下侧(此后也称为背面侧)的棱镜阵列为同心圆状。然后，LED20与形成有棱镜阵列的区域的内侧面相对配置。

图10B是图10A的E-E剖视图，是示出形成于导光板13的主面侧的棱镜阵列的剖视图。主面侧的棱镜阵列是从中心在径向上呈放射状延伸的图案。因此，棱镜的间距pt根据不同场所而变化。导光板的厚度例如为1.5mm。棱镜阵列的高度例如为0.1μm，顶角θt例如为90度。

图10C为图10A的F-F剖视图，是示出形成于导光板13的背面侧的棱镜阵列的剖视图。背面侧的棱镜阵列是呈同心圆状形成的图案。同心圆的间距pb例如为0.1μm，棱镜的高度hb例如为0.02μm，顶角θb例如为90度。形成于背面的棱镜的高度hb比形成于主面的棱镜的高度ht小。

然而，形成于导光板13的任一面的棱镜阵列的间距均比此后说明的棱镜片15中的棱镜阵列的高度以及间距小很多。因此，在导光板13的主面以及背面形成有密度更高的棱镜阵列。此外，在以上的说明中，说明了形成于导光板13的棱镜阵列为突起状的棱镜阵列，但也能够利用在表面形成V槽而构成的棱镜阵列，能够发挥同样的效果。

以上，说明了下导光板13，但上导光板14也能够采用完全相同的形状。上导光板13和下导光板14只要在组装时在方位角方向上错开而使上导光板14的图案区域与下导光板13的无图案区域对应配置即可。

图11是示出在将在导光板13的内侧内壁配置的LED20点亮的情况下的导光板13的主面中的亮度的俯视图。在图11中，LED20与导光板13的图案区域131对应配置。利用反射片12、和形成于导光板13的主面以及背面的棱镜阵列，使来自配置于导光板13的孔的侧面的LED20的光从图案区域131中的导光板13的主面方向射出。

图11中的b1、b2、b3表示亮度的等高线，b1为最亮的区域。图11的特征在于，来自LED20的光被限定为向导光板13的、对应的图案区域131射出。也就是说，通过形成于导光板13的主面以及背面的棱镜阵列使来自LED20光有效地聚集至图案区域131的主面侧。以上的动作在上导光板14中也相同。

图12是示出在点亮了LED20的情况下的、上导光板14和下导光板13的主面中的亮度分布的俯视图。在图12的上导光板14和下导光板13中，阴影部分为明亮的部分、即，为配置有LED20的部分。图12的上侧示出的配置于上导光板14的LED20和图12的下侧示出的配置于下导光板13的LED20各自为不同的LED。

图13是在将上导光板14与下导光板13重叠配置的情况下的亮度分布。上导光板14和下导光板13以使被射出来自LED20的光的明亮的区域和没有被射出LED20的光的很暗的区域彼此重叠的方式来配置，因此，从导光板14的主面基本均匀地射出光。

图14是示出配置在下导光板13和上导光板14的内壁的LED20的配置的立体图。LED20在上层和下层呈圆周状配置，且上层的LED20和下层的LED20在方位角方向上彼此错开地配置。通过设为这种配置，能够配置更多的LED20，因此能够抑制各个LED20的耗电量，能够抑制发热。

图15A是配置在上导光板14之上的棱镜片15的俯视图。棱镜片15是棱镜阵列形成在上导光板14一侧的面的、所谓反向棱镜片。在图15中，棱镜阵列呈同心圆状形成，因此在整周上将来自上导光板14的光聚集至棱镜片15的主面的法线方向。

图15B是图15A的D-D剖视图，是示出棱镜阵列的形状的剖视图。在图15B中，棱镜片15的厚度tp例如为200微米，V槽的深度vd例如为75微米，顶角θp例如为66度，间距pp例如为100微米。像这样，形成于棱镜片15的棱镜阵列的高度、间距等与形成于下导光板13或者上导光板14的主面以及背面的棱镜阵列的高度或间距相比非常大。

以上说明的照明装置10在中心附近存在框体11的轴111，不从该部分射出光。于是，在图16示出的这种构成中，测定了光点的照度分布。图16是示出从照明装置10朝向顶部投射了光的状态的图。在图16中，照明装置10的射出面的直径为98mm，从射出面到作为被照射面120的顶部为止的距离为2000mm。

图17是光点的照度分布。如图17的上侧的图所示，照度分布几乎为同心圆状，如图17的下侧的图所示，强度呈接近正态分布的形状。因此，即使在照明装置10的中央部分存在不射出光的区域，投射来的光点也不受该区域的影响。此外，图17示出的照明装置的配光角大约为12度。

图18是对用于得到同等照度的、各种各样的照明装置进行比较而得到的表。图18的比较对象(Comparison)在与本实施例不同的构成中为使用了一个LED的情况下的照明装置。图18的(1)～(4)在本实施例的构成中为使LED的规格、使用数量等变化的情况。在图18中，进行了在这些规格中耗电量和发热量的比较。

在图18中，“luminus flux/LED”是每一个LED的光束，“necessary numbers ofLED”是用于得到必要的照度的每台照明装置的LED的数量，“power consumption(W)/LED”是每一个LED的耗电量，“total power consumption(W)”是每一个LED的的耗电量×必要的LED的数量，“calorific value(Kcal)”是将“total power consumption(W)”换算为热量而得到的值。

如图18所示，根据本实施例的构成，LED的整体的耗电量能够变得比将一个LED设为光源的情况小。另外，各LED中的温度也能够变小，因此，能够抑制LED的发光效率的降低。另外，能够减少照明装置整体的发热，因此，有时也可以不需要额外安装风扇等散热器。还能够减小照明装置整体的厚度。另外，配光角能够实现12度左右。

【实施例2】

实施例2涉及通过在照明装置的射出面配置液晶透镜来控制射出光的构成。图19A～图19C是示出用于使液晶透镜发挥作用的概念的图。图19C是照明装置10的剖视图。在图19C中，将射出面110划分为各区域A、B、C等。光以规定的配光角从各区域射出。

图19B示出图19C中的与射出面相距dz的场所的照度的例子。图19B的纵轴为来自各区域A、B、C等的光的照度。Ad、Bd、Cd为照度分布，例如，呈接近正态分布的形状。图19A是将图19B示出的来自各区域的光量合计后的情况下的照度。图19A的纵轴是来自射出面110的各区域的照度的合计值。在图19A中，照明装置的与射出面110相距dz的位置，即，示出了被照射面120中的整体的照度分布为梯形。

实施例2是通过在射出面110配置液晶透镜，使从处于规定的距离dz的各区域A、B、C等照射来的光的照度分布、即，图19B中的照度分布Ad、Bd、Cd等变化，由此，控制被照射面120中的照度分布。

图20是实施例2的照明装置10的俯视图。图20除了在照明装置10的最外表面存在液晶透镜用的上偏振片70以外，与实施例1的图5相同。图21是图20的G-G剖视图。在图21中，框体11到棱镜片15的构成与图6相同。在图21中，在棱镜片15之上配置有液晶透镜用的下偏振片60，在其上配置有下液晶透镜40，在其上配置有上液晶透镜50，在其上配置有上偏振片70。

图22是下液晶透镜40和上液晶透镜50的剖视图。在下液晶透镜40中，第1基板41和第2基板42在周边利用密封材料45来粘接，在内部封固有液晶43。在上液晶透镜50中，第3基板51和第4基板52在周边利用密封材料55来粘接，在内部封固有液晶53。

图23是示出在下液晶透镜40的第2基板42形成的第2电极421的形状的俯视图。图24是示出在第1基板41形成的第1电极411的俯视图。在图24中，第1电极411在y方向上延伸且在x方向上排列。

图25是示出在第2液晶透镜50的第3基板51形成的第3电极511的形状的俯视图。第3电极511在x方向上延伸且在y方向上排列。在第2液晶透镜50的第4基板52形成的第4电极与图23示出的、第1液晶透镜40的第2电极421相同。形成于液晶透镜40、50的第1电极～第4电极全部由ITO(Indium Tin Oxide：氧化铟锡)等的透明导电膜形成。

图26A～图26C是说明液晶透镜的动作的剖视图，例如与图24的H-H剖面相当。图26A～图26C是以第1液晶透镜40为例进行了说明，但第2液晶透镜50的情况也相同。在图26A中，在第1基板41形成有齿梳状的电极411，在第2基板42形成有平面状的电极421。若没有对这些电极间施加电压，则液晶分子431被取向为与基板平行。即，成为平行取向(homogeneous orientation)。

图26B是在第1基板41的齿梳电极411与第2基板42的平面电极421之间施加了电压的情况下的电力线LF的例子。图26C是示出对第1电极411施加了电压的情况下的液晶分子431的取向的剖视图。在图26C中，液晶分子431沿着电力线LF取向，在液晶层内，在折射率产生分布，形成有液晶透镜。这种透镜被称为折射率分布型GRIN(Gradient Index：梯度折射率)透镜。

图27是示出折射率分布型透镜的例子的图。图27的纵轴为折射率。折射率在作为第1电极411的齿梳电极上最小，在齿梳电极411与齿梳电极411的中间地点最大。图27为漂亮的2次曲线，但折射率的分布能够根据第1电极411与第2电极412间的施加电压、作为第1电极411的齿梳电极的间隔、液晶43的层厚等而大幅度变化。以上的动作在第2液晶透镜50的情况下也相同。但在第1液晶透镜和第2液晶透镜中，透镜的作用方向成为彼此直角方向。

液晶透镜的间距大多根据射出面的划分数量来决定。另一方面，液晶透镜中的液晶的层厚g受制的情况很多。图28是示出齿梳电极411的间隔s与液晶的层厚g相比非常大的情况下的液晶分子431的取向方向和折射率分布的图。在图28中，纵轴为液晶透镜内的各位置中的平均折射率，Δneff为液晶透镜中的折射率的差。在图28的透镜中，在齿梳电极411的附近形成有曲率半径小的透镜，在齿梳电极411与齿梳电极411的中间附近形成有具有比较大的曲率半径的透镜。

也有使用图28示出的这种具有曲率的透镜的情况，但也有需要透镜的曲率呈2次曲线这种分布的液晶透镜的情况。图29是示出不改变透镜的间距或者液晶的层厚地将透镜形状设为2次曲线或者平滑的曲线的构成的例子的剖视图。在图29中为如下的例子，即，利用7个电极411形成一个透镜，向各电极411施加不同的电压，由此，以使折射率呈近似2次曲线的形状的方式控制液晶分子413的取向。在图29中，施加了V1＞V2＞V3＞V4这样的电压。图30是与图29对应的齿梳电极411的俯视图。图30中的区域B例如与图19C中的区域B对应。

有时并不想要使来自照明装置10的射出光朝向与射出面110垂直的方向，而是想要朝向某一方向射出。图31是从各区域A、B、C相对于射出面110不向垂直方向而向角度

的方向射出光的情况的例子。这种作用能够通过将在各区域配置的液晶透镜的形状设为非对称来实现。

图32是示出为了将透镜设为非对称而将施加电压设为非对称的情况下的齿梳电极411的俯视图。如图32所示，施加电压为V1＞V2＞V3＞V4、且V1＞V5≠V3以及V1＞V6≠V2。由此，在图29示出的这种液晶透镜的剖视图中，能够以形成非对称的液晶透镜的方式使液晶分子431取向。

液晶透镜不仅能够用在图26A或者图29等中示出的那样平行取向的情况的液晶实现，还能够用各种方式的液晶装置来实现。图33A以及图33B是通过TN(Twisted Nematic：扭曲向列)方式的液晶构成了液晶透镜的例子。TN方式在第1基板41与第2基板42之间，使液晶分子431的取向方向旋转90度。

图33A是没有向第1电极411与第2电极421之间施加电压的情况。在该情况下，液晶分子431取向为与第1基板41或者第2基板42平行的方向，但在第1基板41附近和第2基板42附近，液晶分子的取向方向旋转90度。图33B是向第1电极411与第2电极421之间施加了电压的情况。在该情况下，在作为第1电极411的齿梳电极的正上方，液晶分子431相对于基板41取向为垂直方向，因此，光被遮断。然而，在齿梳电极411与齿梳电极411的中间地点，液晶分子431不受电场的影响，维持与基板41平行方向、且在俯视观察时维持90度的旋转，因此，透射率不变化。

当将图33B的构成作为透镜来评价时，齿梳电极411的正上方的折射率最小，齿梳电极411与齿梳电极411的中间的折射率最大。因此，形成有折射率分布型GRIN(GradientIndex：梯度指数)透镜。在由TN型液晶构成液晶透镜的情况下，也能够通过设为图29或者图32这种的电极配置，构成各种各样的透镜形状。

图34A～图34C是示出通过在齿梳状的第1电极411间施加电压构成液晶透镜的情况的例子的剖视图。在图34A中，在第1基板41形成有齿梳状电极411。另一方面，在第2基板42不存在电极。即，通过向作为第1电极411的齿梳电极间施加电压，使液晶分子取向来构成液晶透镜，因此，第2电极421并非必要。第2电极421由ITO(Indium Tin Oxide：氧化铟锡)等的透明导电膜来形成，但即使时透明导电膜也在某一程度上反射或吸收光，因此，从透镜的透射率这一点来看，不存在第2电极421是有利的。但在想要使透镜形状变化的情况下，也可以在第2基板42形成第2电极421。

图34B示出在齿梳电极411间施加了电压的情况下产生的电力线LF。即，电力线LF在齿梳电极411的正上方相对于基板41朝向垂直方向，在齿梳电极411与齿梳电极411之间，朝向与基板41平行的方向。液晶分子431沿着该电力线LF取向。

图34C是示出沿着图34B这种电场使液晶分子431取向的状态的剖视图。在图34C中，齿梳电极411的正上方的折射率最小，齿梳电极411与齿梳电极411的中间的折射率最大。因此，在该情况下，也形成折射率分布型GRIN(Gradient Index)透镜。

图35是形成于第1基板41的第1电极411的俯视图。在图35中，第一齿梳电极411和第二齿梳电极411嵌套配置。通过向第一齿梳电极411与第二齿梳电极411之间施加电压，来形成图34C示出的这种液晶透镜。在该情况下，也通过使液晶层的厚度g、齿梳电极间的距离s、齿梳电极间的电压V变化，能够形成各种各样的形状的液晶透镜。

像这样，液晶透镜不仅能够根据构成透镜的电极间距离、液晶层的层厚、施加电压，还能够根据液晶透镜的方式，形成具有各种各样的作用的透镜。图36示出使用液晶透镜使照度分布变化的情况的例子。图36为与图19B、图19C相同的构成，但仅记载了来自区域A的射出光。图36示出了能够利用配置于区域A的液晶透镜将来自区域A的射出光的分布改变为各种形状的情形。

Ad1为照度分布接近正态分布的形状，Ad2虽接近正态分布但成为更聚光的形状。Ad3为通过将液晶透镜设为发散透镜而成为接近梯形的照度分布的情况，Ad3为将液晶透镜设为非对称使照度分布的中心偏移的情况。

如在图19A～图19C中说明的那样，屏幕中的光的照度分布聚集了来自照明装置的射出面的各区域的光。也就是说，投射至被照射面120的光的照度分布能够通过改变来自射出面的区域A、B、C等的照度分布而任意改变。

【实施例3】

图37是示出实施例3的剖视图。实施例3构成为使液晶透镜作用于圆的径向。在图37中，液晶透镜80仅为一张，其他构成与图5或者图21相同。为了构成向径向作用的液晶透镜，液晶采用VA(Vertical Alignment：垂直对准)类型、也就是说，垂直的取向。这是因为，若采用VA则不需要使用摩擦方式、或者光取向方式使液晶分子431沿着取向膜取向的处理。

图38是液晶透镜80的剖视图，图39是形成于液晶透镜80的第1基板81的第1电极811的俯视图。图38相当于图39的I-I剖面。图38的液晶透镜通过在第2基板82没有形成有电极、且在形成于第1基板81的环状的第1电极811间施加电压，来构成液晶透镜。

在图39中，第1电极81呈环状且同心圆状地形成有多个。能够对环状的电极81的每一个独立地施加电压。图40A～图40C相当于图39的J-J剖面，是说明本实施例的透镜作用的剖视图。图40A是示出没有对第1电极811施加电压的状态的剖视图。本实施例中的液晶为垂直的取向，因此，液晶分子431相对于第1基板81以及第2基板82而向垂直方向取向。

图40B示出在对第1电极811间施加了电压的情况下的电力线的例子。即，电力线LF在齿梳电极811的正上方相对于基板81朝向垂直方向，在齿梳电极811与齿梳电极811之间，朝向与基板41平行的方向。液晶分子431沿着该电力线LF取向。

图40C是示出沿着图40B的电场使液晶分子431取向的状态的剖视图。在图40C中，齿梳电极811的正上方的折射率最小，齿梳电极811与齿梳电极811的中间的折射率最大。因此，在该情况下，形成有折射率分布型GRIN(Gradient Index)透镜。

在该情况下形成的各透镜形成为在环状电极811、或者圆形的第1基板81、第2基板82的径向具有透镜作用。然而，各透镜的照明装置中的作用与在图19A～图19C、图36等中说明的相同。

【实施例4】

本实施例是作为外形为圆形的液晶透镜整体而形成一个透镜的情况的例子。图41～图44示出该例子。此外，实施例4的照明装置整体的俯视图与图20相同，剖视图与图37相同。另外，下偏振片60、上偏振片70也能够使用与图37等相同的偏振片。图41示出形成于圆形的第1基板81的第1电极811的例子。第1电极811由多个同心圆状的环构成。环的宽度比图39的情况大。此外，在图41中，省略了引绕线。

图42是形成于圆形的第2基板82的第2电极821的例子。第2电极821以圆形呈平面状地形成。在第1基板81与第2基板82支架夹持液晶来构成液晶透镜。图43以及图44是在将第1基板81和第2基板82组装之后的、与图41的K-K剖面相当的剖视图。

图43是示出没有在圆形的平面状的第2电极821与环状的第1电极811之间施加电压的状态的剖视图。在图34中，液晶为垂直的取向，因此，液晶分子431相对于第1基板81以及第2基板82的主面垂直取向。在图43中，r方向表示圆的径向。

图44是示出对环状的多个第1电极811施加了不同电压的状态的剖视图。在图44中，对第2电极821施加的电压为V1，对第1电极811从环状电极的外侧施加V1、V2、V3、V4、V5的电压，V1＜V2＜V3＜V4＜V5。随着电压变大，液晶分子431的倾斜变大，在第1基板81的中央附近，液晶分子431几乎与第1基板81平行。

当尝试将图44设为液晶透镜时，对第1电极811施加V5，液晶分子431与第1基板81平行的中央附近的折射率最大，对第1电极81施加V1，在液晶分子431与第1基板81的主面垂直的周边附近，折射率最小。因此，从液晶透镜的周边到中央形成有折射率分布型GRIN(Gradient Index)透镜。像这样形成的液晶透镜能够根据向形成有多个的环状的第1电极811施加的电压、环状电极的数量、液晶的层厚g等而任意地变化。

【实施例5】

图6示出的实施例1使用了两张导光板。然而，在难以使用两张导光板的情况下，也能够利用一张导光板16来替换。图45是该情况下的照明装置10的剖视图。图45对应的照明装置10的俯视图与图5相同。在图45中，在导光板16的孔的内侧面形成有两层LED20。LED20的配置与图14相同。因此，作为光源的亮度与实施例1相同。

图46A～图46C是示出导光板16的形状的图。图46A是导光板16的俯视图。在图46A中，在主面形成有在径向上呈放射状的第1棱镜阵列。该第1棱镜阵列与实施例1的图10A不同，形成在整周上。另外，在导光板16的背面呈同心圆状地形成有第2棱镜阵列。该第2棱镜阵列也与实施例1的10A不同，形成在整周上。

图46B是示出形成于主面的第1棱镜阵列的形状的剖视图。该剖面与在图10B中说明的形状相同。图46C是示出形成于背面的第2棱镜阵列的形状的剖视图。该剖面与在图10C中说明的形状相同。

实施例1的构成存在两张导光板，因此，在上导光板14与下导光板13的界面产生反射，但本实施例中的图45的构成为一张导光板，因此，不存在会在这种界面产生的反射。其他作用与在实施例1中说明的作用相同。

图47是示出想要将照明装置10设为非常薄的情况下的构成的剖视图。与图47对应的照明装置10的俯视图与实施例1的图5相同。图47与图45不同点在于将LED20设为1层，减小导光板17的厚度。该情况下的形成于导光板17的主面的第1棱镜阵列的形状、以及形成于背面的第2棱镜阵列的形状可以使用图10A～图10C的这种形状，也可以使用图46A～图46C的这种形状。图47的其他构成与图6或者图45相同。

在以上的说明中，在实施例1中，说明了使用两张导光板的构成、在实施例5中使用一张导光板的构成。然而，本发明不限于此，还能够应用于重叠三张以上导光板来使用的情况。该情况下的形成于导光板的主面以及背面的棱镜阵列能够采用遵照实施例1的构成。

附图标记说明

10照明装置、11基板、12反射片、13下导光板、14上导光板、15棱镜片、16导光板、17导光板、20 LED、21 LED用柔性布线基板、25导热胶带、30 LED用基板、40下液晶透镜、41第1基板、42第2基板、43液晶、45密封材料、50上液晶透镜、51第3基板、52第4基板、53液晶、55密封材料、60下偏振片、70上偏振片、80液晶透镜、81第1基板、82第2基板、85密封材料、110射出面、120被照射面、130照射点、131导光板图案区域、132导光板无图案区域、141导光板图案区域、142导光板无图案区域、200放物线鏡、300散热器、411第1电极、412第2电极、431液晶分子、511第3电极、521第4电极、811第1电极、812第2电极、b1、b2、b3亮度等高线。

Claims (15)

1.一种照明装置，其特征在于，

在具有第一主面和第一背面且在中央具有第一孔的圆板状的第一导光板之上，配置有具有第二主面和第二背面且在中央具有第二孔的圆板状的第二导光板，

在所述第一导光板的所述背面侧配置有反射片，

在所述第二导光板的所述主面侧配置有棱镜片，

在所述棱镜片上呈同心圆状地形成有第一棱镜阵列，

在所述第一导光板的所述孔的侧面沿周向配置有多个第一LED，在所述第二导光板的所述孔的侧面沿周向配置有多个第二LED，

所述第一LED与所述第二LED在方位角方向上错位配置。

2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，

在所述第一导光板的所述主面形成有沿径向呈放射状延伸且沿周向排列的第二棱镜阵列，在所述第一导光板的所述背面形成有沿周向呈同心圆状形成的第三棱镜阵列，

在所述第二导光板的所述主面形成有沿径向呈放射状延伸且沿周向排列的第四棱镜阵列，在所述第一导光板的所述背面形成有沿周向呈同心圆状形成的第五棱镜阵列。

3.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，

所述第一导光板具有与所述第一LED在径向上相对置的扇形的第一区域、以及不与所述第一LED在径向上相对置的第二区域，

所述第二棱镜阵列和所述第三棱镜阵列形成于所述第一区域，且没有形成于所述第二区域，

所述第二导光板具有与所述第二LED在径向上相对置的扇形的第三区域、以及不与所述第二LED在径向上相对置的第四区域，

所述第四棱镜阵列和所述第五棱镜阵列形成于所述第三区域，且没有形成于所述第四区域。

4.根据权利要求3所述的照明装置，其特征在于，

所述第一导光板的所述第一区域和所述第二导光板的所述第四区域在俯视下重合。

5.根据权利要求2所述的照明装置，其特征在于，

所述第一棱镜阵列的高度比所述第二棱镜阵列的高度以及所述第四棱镜阵列的高度大。

6.根据权利要求2所述的照明装置，其特征在于，

所述第一棱镜阵列的间距比所述第二棱镜阵列的间距以及所述第四棱镜阵列的间距大。

7.根据权利要求2所述的照明装置，其特征在于，

所述第一棱镜阵列的高度以及间距比所述第三棱镜阵列以及所述第五棱镜阵列的高度以及间距大。

8.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，

所述照明装置还具备框体，该框体形成在圆板状的凸缘和所述圆板的中心附近，且在所述圆板的中央附近具有呈圆柱状突出的轴，

所述反射片、所述第一导光板、所述第二导光板、所述棱镜片按照该顺序载置在所述凸缘之上，

在所述轴的周围安装有所述多个第一LED和所述多个第二LED。

9.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，

所述棱镜片的所述第一棱镜阵列形成于所述棱镜片的与所述第二导光板相对置的面。

10.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，

在所述棱镜片之上配置有外形为圆形的第一液晶透镜，该第一液晶透镜具有沿第一方向延伸且沿第二方向排列的多个透镜。

11.根据权利要求10所述的照明装置，其特征在于，

在所述第一液晶透镜之上配置有外形为圆形的第二液晶透镜，该第二液晶透镜具有沿所述第二方向延伸且沿所述第一方向排列的多个透镜。

12.根据权利要求10或者11所述的照明装置，其特征在于，

所述第一液晶透镜以及所述第二液晶透镜中的液晶分子的初始取向为平行取向。

13.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，

在所述棱镜片之上配置有外形为圆形的液晶透镜，该液晶透镜具有呈同心圆状的多个透镜，

所述液晶透镜中的液晶分子的初始取向为垂直方向。

14.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，

在所述棱镜片之上配置有外形为圆形的液晶透镜，该液晶透镜在第一基板与第二基板之间夹持有液晶层，

在所述第一基板形成有同心圆状的多个第一电极，

在所述第二基板形成有呈平面状形成的圆形的电极，

所述液晶透镜通过向所述多个第一电极施加彼此不同的电压而发挥透镜作用，

所述液晶层中的液晶分子的初始取向为垂直方向。

15.根据权利要求14所述的照明装置，其特征在于，

形成于所述液晶层的透镜的折射率在所述液晶透镜的端部最小，在所述液晶透镜的中央部最大。

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