JP2007265807A

JP2007265807A - 照明装置

Info

Publication number: JP2007265807A
Application number: JP2006089569A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Yoshida; 和雄吉田; Koji Fujimoto; 幸司藤本; Atsushi Otsubo; 篤大坪
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-03-28
Also published as: JP4706534B2

Abstract

【課題】液晶フィルタを２枚重ねて用いながらも色むらを低減することができる照明装置を提供する。
【解決手段】それぞれ液晶フィルタ２に交流の駆動電圧を供給するフィルタ駆動部４は、互いに重ねられた各液晶フィルタ２に加えられる駆動電圧を互いに共通とするとともに、一方の液晶フィルタ２に加わる駆動電圧Ｖｆ１の位相を他方の液晶フィルタ２に加わる駆動電圧Ｖｆ２の位相に対してπずらしている。これにより、駆動電圧Ｖｆ１，Ｖｆ２の周波数を各液晶フィルタ２で互いに異ならせたり駆動電圧Ｖｆ１，Ｖｆ２間の位相差をπ以外とする場合に比べ、互いに異なる液晶フィルタ２に設けられて互いに近接する透明電極間の電位差の変動が抑制され、これらの透明電極間の浮遊容量への充放電が低減されていることにより、色むらが低減されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気信号により色の変更が可能な液晶フィルタを備える照明装置に関するものである。

従来から、図８に示すように、例えば蛍光灯などの光源Ｌｐと、光源Ｌｐを収納した収納凹部を有する装置本体１と、装置本体１に取り付けられて収納凹部１０を覆う液晶フィルタ２とを備える照明装置が提供されている（例えば、特許文献１参照）。図８の照明装置は、光源Ｌｐの点灯・消灯を切り替える点灯スイッチＳＷ１と、液晶フィルタ２に加える電圧のオンオフを切り替える色スイッチＳＷ２とを備える。

液晶フィルタ２は、例えば図９に示すように、互いに対向する２枚の透明基板２１と、各透明基板２１の対向面にそれぞれ設けられた透明電極２２と、透明電極２２間に充填された透明樹脂２３と、透明樹脂２３中に２色性色素２４を混合して分散されたネマチック液晶２５とを備えるものである。透明基板２１の材料としては例えばアクリル樹脂やガラスが用いられる。透明電極２２の材料としては、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）が用いられる。透明樹脂２３としては、例えばアクリル樹脂やエポキシ樹脂が用いられる。ネマチック液晶２５としては、耐光性が高いことが望ましく、例えばシアノビフニェール系やシクロヘキサン系などが用いられる。２色性色素２４としては、、ネマチック液晶２５によく溶解するものが望ましく、例えばアントラキノン系やアゾ系などが用いられる。

上記液晶フィルタ２では、透明電極２２間に駆動電圧が加わると、液晶分子の向きが変化し、これに合わせて２色性色素２４の分子の向きが変化することにより、透過光の色が変化する。図８の照明装置では、色スイッチＳＷ２をオンして液晶フィルタ２に駆動電圧をかけると、液晶フィルタ２が着色された状態から透明な状態に切り替わることにより、照明の効果を変化させることができる。ここで、液晶分子の電極反応による劣化を抑制するため、駆動電圧としては交流電圧が用いられる。
特開平５−１５９６１２号公報

ところで、近年、図１０に示すように互いに色の異なる２枚の液晶フィルタ２を互いに重ねて用いてこれらの液晶フィルタ２を個別に制御することにより、液晶フィルタ２を単独で用いる場合よりも多様な色を得ることが提案されている。しかし、２枚の液晶フィルタ２を互いに重ねて用いた場合、各液晶フィルタ２において他方の液晶フィルタ２に近い側の透明電極２２間に浮遊容量Ｃが生じ、これらの透明電極２２間の電位差が変化する際に、この浮遊容量Ｃへの充放電電流の影響により色むらが発生する可能性があった。例えば、図１１（ａ）に示す一方の液晶フィルタ２の駆動電圧Ｖｆ１の周波数を、図１１（ｂ）に示す他方の液晶フィルタの駆動電圧Ｖｆ２の周波数の３倍とした場合、上記充放電電流は図１１（ｂ）の駆動電圧の１周期の間に６回発生することになる。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、液晶フィルタを２枚重ねて用いながらも色むらを低減することができる照明装置を提供することにある。

請求項１の発明は、光源を点灯させる点灯手段と、それぞれ扁平な形状であって厚さ方向に互いに重ねられて厚さ方向の一面が光源に向けられる２枚の液晶フィルタと、各液晶フィルタにそれぞれ交流の駆動電圧を供給するフィルタ駆動手段とを備え、各液晶フィルタは、それぞれ、厚さ方向に対向した透明電極と透明電極間に配置された液晶とを有し、フィルタ駆動手段から入力されて透明電極間に加えられた駆動電圧で液晶が駆動されることにより、入力された駆動電圧に応じて透過する光の色を変化させるものであって、フィルタ駆動手段は、２枚の液晶フィルタ間で駆動電圧の周波数を互いに一致させるとともに、一方の液晶フィルタに対する駆動電圧の位相を他方の液晶フィルタに対する駆動電圧の位相に対してπずらすことを特徴とする。

この発明によれば、駆動電圧を液晶フィルタ間で互いに異ならせたり駆動電圧間の位相差をπ以外とする場合に比べ、互いに異なる液晶フィルタに設けられて互いに近接する透明電極間の電位差の変動が抑制され、これらの透明電極間の浮遊容量への充放電が低減されることにより、色むらが低減される。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、フィルタ駆動手段は駆動電圧の振幅を液晶フィルタ毎に個別に制御することを特徴とする。

この発明によれば、請求項１の条件を満たしつつも、各液晶フィルタを個別に制御することができる。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、点灯手段は、交流の調光信号を入力され、調光信号の実効電圧に応じて光源の光出力を制御するものであって、駆動電圧の周波数と調光信号の周波数とを互いに共通としたことを特徴とする。

この発明によれば、照明装置全体としての輻射ノイズを低減することができる。

２枚の液晶フィルタ間で駆動電圧の周波数を互いに一致させるとともに、一方の液晶フィルタに対する駆動電圧の位相を他方の液晶フィルタに対する駆動電圧の位相に対してπずらしたので、駆動電圧を液晶フィルタ間で互いに異ならせたり駆動電圧間の位相差をπ以外とする場合に比べ、互いに異なる液晶フィルタに設けられて互いに近接する透明電極間の電位差の変動が抑制され、これらの透明電極間の浮遊容量への充放電が低減されることにより、色むらが低減される。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

本実施形態は、図１に示すように、光源としての放電灯Ｌａと、放電灯Ｌａが収納される収納凹部１０を有する装置本体１と、それぞれ円板形状であって厚さ方向において互いに重なる形で装置本体１に取り付けられて収納凹部１０を覆う２枚の液晶フィルタ２と、放電灯Ｌａを点灯させる点灯手段としての点灯部３と、液晶フィルタ２に一対一に対応して２個設けられそれぞれ液晶フィルタ２を駆動するフィルタ駆動部４と、使用者による操作入力が受け付けられる操作部５１と、操作部５１への操作入力に応じて点灯部３と各フィルタ駆動部４とをそれぞれ制御する制御部５２と、制御部５２に動作用のクロック信号を供給するクロック部５３とを備える。放電灯Ｌａの光は、液晶フィルタ２を通じ、床面や机上面といった被照面（図示せず）に照射される。各部の電源は、それぞれ交流電源ＡＣから供給される。なお、液晶フィルタ２の構造は従来例と共通であるので、同じ符号を付して図示並びに詳細な説明を省略する。

２枚の液晶フィルタ２のうち、放電灯Ｌａに近い側の液晶フィルタ２は、通常、図２（ａ）に直線Ｂ２，Ｂ３で示すように、波長が長い光に対してほど、透過率が低くなる青色フィルタである。また、放電灯Ｌａから離れた側の液晶フィルタ２は、通常、図２（ｂ）に直線Ｙ２，Ｙ３で示すように、波長が短い光に対してほど、透過率が低くなる黄色フィルタである。いずれの液晶フィルタ２も、駆動電圧の実効値が十分に大きければ、直線Ｂ１，Ｙ１で示すように可視領域の全ての波長の光を略１００％透過させる透明な状態となる。また、駆動電圧の実効値が小さいほど、全体としての透過率は低下し、波長毎の透過率の差すなわち直線Ｂ２，Ｂ３，Ｙ２，Ｙ３の傾きは大きくなる。言い換えると、駆動電圧の実効値が小さいほど、青色の液晶フィルタ２は青色が濃くなって色温度を上昇させ、黄色の液晶フィルタ２は黄色が濃くなって色温度を低下させる。

点灯部３は、図３に示すように、交流電源ＡＣから供給された交流電力を直流電力に変換するコンバータ部３１と、コンバータ部３１が出力した直流電力を交流電力に変換して放電灯Ｌａに供給するインバータ部３２とを備える。

コンバータ部３１は、、交流電源ＡＣから入力された交流電流を全波整流する整流器ＤＢ１と、ＤＢ１の出力端間に接続されたインダクタＬ１とダイオードＤ１と平滑コンデンサＣ１との直列回路と、一端がインダクタＬ１を介して整流器ＤＢ１の一方の出力端に接続されるとともに他端がＤＢ１の他方の出力端に接続されたスイッチング素子Ｑ１とを備え、平滑コンデンサＣ１の両端を出力端とする周知の昇圧型コンバータである。

インバータ部３２は、コンバータ部３１の出力端間に接続されたスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の直列回路と、一端がスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点に接続され他端が放電灯Ｌａの一方のフィラメントに接続されたコンデンサＣ２とインダクタＬ２との直列回路と、一端がコンデンサＣ２とインダクタＬ２との上記直列回路を介してローサイドのスイッチング素子Ｑ３の一端に接続され他端がローサイドのスイッチング素子Ｑ３の他端に接続されたコンデンサＣ３とを備える、周知のハーフブリッジ型のインバータ回路である。また、始動時に放電灯Ｌａのフィラメントを予熱するために、放電灯Ｌａの各フィラメントの両端間には、それぞれ、トランスＴ１の２個の２次巻き線の一方ずつがコンデンサＣ５，Ｃ６を介して接続されている。トランスＴ１の１次巻き線は、コンデンサＣ２，Ｃ４を介してローサイドのスイッチング素子Ｑ３の両端間に接続されている。

また、点灯部３は、コンバータ部３１のスイッチング素子Ｑ１をオンオフ駆動するとともに、インバータ部３２のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を交互にオンオフ駆動する駆動制御部３３を備える。制御部５２は操作部５１への操作入力に応じた調光信号を生成して駆動制御部３３に入力しており、駆動制御部３３は、入力される調光信号に応じて、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を交互にオンオフする周波数（以下、「動作周波数」と呼ぶ。）を制御することにより、放電灯Ｌａの光出力を制御する。具体的に説明すると、コンバータ部３１のスイッチング素子Ｑ１をオンオフ駆動するとともに、インバータ部３２のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を交互にオンオフ駆動する駆動回路３３ａを備える。駆動回路３３ａは入力端子を有し、この入力端子から流出する電流量に応じて動作周波数を決定する。また、駆動制御部３３は、正の入力端子と出力端子との間に抵抗Ｒ３とコンデンサＣ１１との並列回路が接続されて作動増幅器を構成するとともに出力端子が抵抗Ｒ４とダイオードＤ２とを介して駆動回路３３ａの入力端子に接続されたオペアンプＯＰ１を備える。また、駆動回路３３ａの入力端子は、抵抗Ｒ５を介してコンバータ部３１の低電圧側の出力端に接続されている。ローサイドのスイッチング素子Ｑ３は抵抗Ｒ１を介してコンバータ部３１の低電圧側の出力端に接続されており、スイッチング素子Ｑ３と抵抗Ｒ１との接続点の電位が抵抗Ｒ２を介してオペアンプＯＰ１の正の入力端子に接続されている。オペアンプＯＰ１の負の入力端子には、抵抗Ｒ３０を介して制御部５２に接続されるとともにコンデンサＣ３０を介して接地されている。ここで、制御部５２から入力される調光信号は、図４のようなＰＷＭ信号からなる。図４において、縦軸は調光信号の電圧値を示し、横軸は時間を示す。この調光信号がコンデンサＣ３０によって平滑され、調光信号のデューティ比に応じた電圧がオペアンプＯＰ１の負の入力端子に入力されることになる。すなわち、駆動制御部３３では、調光信号のデューティ比に応じた（調光信号の実効電圧に応じた）一定の電力が放電灯Ｌａに供給されるように動作周波数が制御される。

フィルタ駆動部４は、交流電源ＡＣの出力した交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部４１と、コンバータ部４１の出力した直流電圧を交流電圧に変換して液晶フィルタ２の透明電極２２間に印加するインバータ部４２とからなる。

コンバータ部４１は、図５（ａ）に示すように、１次巻き線の両端間に交流電源ＡＣが接続される伝送トランスＴＲ１と、伝送トランスＴＲ１の２次巻き線に誘導された電流を全波整流する整流器ＤＢ２と、整流器ＤＢ２の出力端間に接続されたスイッチング素子Ｑ１０とインダクタＬ５と平滑コンデンサ１３との直列回路と、整流器ＤＢ２の出力端間に接続されてたコンデンサＣ１２と、カソードがスイッチング素子Ｑ１０とインダクタＬ５との接続点に接続されるとともにアノードが整流器ＤＢ２の低電圧側の出力端に接続されたダイオードＤ３と、スイッチング素子Ｑ１０をオンオフ駆動する駆動制御回路４１ａとを備え、平滑コンデンサＣ１３の両端を出力端とする、周知の降圧型コンバータである。制御部５２は操作部５１への操作入力に応じた調色信号を生成して駆動制御回路４１ａに入力しており、駆動制御回路４１ａが入力された調色信号に応じてスイッチング素子Ｑ１０をオンオフするデューティ比や周波数を変更することにより、コンバータ部４１の出力電圧すなわち駆動電圧の振幅が制御され、これによって駆動電圧の実効値が変動する。

インバータ部４２は、図５（ｂ）に示すように、コンバータ部４１の平滑コンデンサＣ１３の出力端間に接続されたスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の直列回路と、一端がスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の接続点に接続され他端が液晶フィルタ２の一方の透明電極２２に接続されたインダクタＬ３と、それぞれ一端がスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５の直列回路の一端ずつに接続され他端が液晶フィルタ２の他方の透明電極に接続されたコンデンサＣ８１，Ｃ８２と、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ５を所定の駆動周波数で交互にオンオフ駆動することにより交流の駆動電圧を液晶フィルタ２の透明電極２２間に加える駆動回路４２ａとを備える。

ここで、本実施形態では、各フィルタ駆動部４の駆動周波数を互いに共通とするとともに、一方の液晶フィルタ２に加わる駆動電圧Ｖｆ１の位相を他方の液晶フィルタ２に加わる駆動電圧Ｖｆ２の位相に対してπずらしている。つまり、各液晶フィルタ２において、他方の液晶フィルタ２から離れた側の一方の透明電極２２に対する、他方の透明電極２２の電位の位相Ｖｆ１，−Ｖｆ２は、図６（ａ）（ｂ）に示すように各液晶フィルタ２で互いに共通となっている。また、液晶フィルタ２の色を調整するに当たっては、フィルタ駆動部４のコンバータ部４１においてスイッチング素子Ｑ１０をオンオフするデューティ比を変更することにより駆動電圧の振幅を変更しているから、図７（ａ）（ｂ）に示すように各液晶フィルタ２の色を個別に制御した場合であっても上記電位の位相の関係は維持される。これにより、駆動周波数を各フィルタ駆動部４で互いに異ならせたり駆動電圧間の位相差をπ以外とする場合に比べ、互いに異なる液晶フィルタ２に設けられて互いに近接する透明電極２２間の電位差の変動が抑制され、これらの透明電極２２間の浮遊容量への充放電が低減されているから、色むらが低減されている。

また、調光信号の周波数と駆動電圧の周波数とを互いに等しくしている。これにより、照明装置全体としての輻射ノイズが低減されている。

なお、液晶フィルタ２は、従来例で説明した構造のものに限られず、例えば、透明樹脂２３を用いる代わりに、液晶分子を配向させるラビングが施された配向膜（図示せず）を各透明電極２２の対向面上に設けるとともに、配向膜間に２色性色素２４を混合したネマチック液晶２５を充填した構造など、周知の構造を適宜採用することができる。

本発明の実施形態の構成を示す説明図である。同上に用いられる液晶フィルタの特性を、縦軸に透過率をとり横軸に対象となる光の波長をとって示す説明図であり、（ａ）は青色の液晶フィルタの特性を示し、（ｂ）は黄色の液晶フィルタの特性を示す。同上の点灯部を示す回路図である。調光信号の電圧値を縦軸にとり時間を横軸にとって調光信号の波形を示す説明図である。同上のフィルタ駆動部を示す回路図であり、（ａ）はコンバータ部を示し、（ｂ）はインバータ部を示す。（ａ）（ｂ）は互いに異なる液晶フィルタについて、それぞれ他方の液晶フィルタから離れた側の一方の透明電極に対する他方の透明電極の電位を縦軸にとり、時間を横軸にとった駆動電圧の波形を、駆動電圧の実効値を液晶フィルタ間で共通とした場合について示す説明図である。（ａ）（ｂ）は互いに異なる液晶フィルタについて、それぞれ他方の液晶フィルタから離れた側の一方の透明電極に対する他方の透明電極の電位を縦軸にとり、時間を横軸にとった駆動電圧の波形を、駆動電圧の実効値を液晶フィルタ間で互いに異ならせた場合について示す説明図である。従来の液晶フィルタ付き照明装置の構成を示す説明図である。液晶フィルタの構造の例を示す断面図である。２枚の液晶フィルタを互いに重ねて用いる場合に生じる問題を示す説明図である。（ａ）（ｂ）は互いに異なる液晶フィルタについて、それぞれ他方の液晶フィルタから離れた側の一方の透明電極に対する他方の透明電極の電位を縦軸にとり、時間を横軸にとった駆動電圧の波形を、従来例について示す説明図である。

符号の説明

２液晶フィルタ
３点灯部
４フィルタ駆動部
２２透明電極
２５ネマチック液晶
５２制御部
Ｌａ放電灯

Claims

光源を点灯させる点灯手段と、それぞれ扁平な形状であって厚さ方向に互いに重ねられて厚さ方向の一面が光源に向けられる２枚の液晶フィルタと、各液晶フィルタにそれぞれ交流の駆動電圧を供給するフィルタ駆動手段とを備え、
各液晶フィルタは、それぞれ、厚さ方向に対向した透明電極と透明電極間に配置された液晶とを有し、フィルタ駆動手段から入力されて透明電極間に加えられた駆動電圧で液晶が駆動されることにより、入力された駆動電圧に応じて透過する光の色を変化させるものであって、
フィルタ駆動手段は、２枚の液晶フィルタ間で駆動電圧の周波数を互いに一致させるとともに、一方の液晶フィルタに対する駆動電圧の位相を他方の液晶フィルタに対する駆動電圧の位相に対してπずらすことを特徴とする照明装置。
フィルタ駆動手段は駆動電圧の振幅を液晶フィルタ毎に個別に制御することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
点灯手段は、交流の調光信号を入力され、調光信号の実効電圧に応じて光源の光出力を制御するものであって、
駆動電圧の周波数と調光信号の周波数とを互いに共通としたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の照明装置。