JP2014022106A

JP2014022106A - 照明装置

Info

Publication number: JP2014022106A
Application number: JP2012157683A
Authority: JP
Inventors: Yuki Shirakawa; 友樹白川; Kazuo Yoshida; 和雄吉田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2014-02-03

Abstract

【課題】液晶素子を用いて光制御を行うものであり、照射パターンを円形に近づけることができる照明装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ光源１３と、このＬＥＤ光源１３に対応し各光源１３からの光を集光させる光学部１４と、該光学部１４により集光された光の広がり角を制御する液晶部１５とを備える。前記液晶部１５は、入射する光の偏光成分の一方を制御する第１液晶素子部２１ａと、偏光成分の他方を制御する第２液晶素子部２１ｂとを備え、前記第１液晶素子部２１ａにより制御された光のパターンが前記第２液晶素子部２１ｂにより制御された光のパターンが前記光源１３の光軸周りである周方向にずれるように構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、照明装置に関するものである。

従来、照明装置として、液晶素子を用いて光源から出射される光の広がり角を制御するものが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００５−３１７８７９号公報

ところで、液晶素子は、１つ用いる場合に、主に１方向に光を広げるものがある。また、照明装置では、光源からの光は放射状に広がるため、照射パターンは円形に近いほど好ましい。即ち、照明装置の光源の光を広げる場合、液晶素子１つで光を１方向のみでは対応できない。そこで、例えば、同一構造の液晶素子を２つ使って光の広がり方向を直交させて２方向に広げることが考えられるが、この場合、光の照射パターンは略四角となる虞がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、液晶素子を用いて光制御を行うものであり、照射パターンを円形に近づけることができる照明装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の照明装置は、光源と、該光源に対応し各光源からの光を集光させる光学部と、該光学部により集光された光の広がり角を制御する液晶部とを備え、前記液晶部は、入射する光の偏光成分の一方を制御する第１液晶素子部と、偏光成分の他方を制御する第２液晶素子部とを備え、前記第１液晶素子部により制御された光のパターンが前記第２液晶素子部により制御された光のパターンが前記光源の光軸周りである周方向にずれることが好ましい。

また上記構成において、前記第１液晶素子部を構成する電極の電極方向と、前記第２液晶素子部を構成する電極の電極方向とが前記周方向に４５度ずれて積層されることが好ましい。

また上記構成において、前記液晶部を透過した光を拡散する光拡散部を備えることが好ましい。

本発明によれば、液晶素子を用いて光制御を行うものであり、照射パターンを円形に近づけることができる照明装置を提供することができる。

実施形態における照明装置の斜視図である。同上における照明装置の分解斜視図である。液晶素子について説明するための断面図である。液晶素子部の各液晶素子について説明するための斜視図である。（ａ）（ｂ）は液晶素子の光制御について説明するための説明図である。複数の液晶素子を用いた光制御について説明するための説明図である。（ａ）（ｂ）は液晶素子の透明電極に電圧を印加した際の液晶分子の並び方と、この並びの変化に伴って変化する屈折率とについて説明するための説明図である。液晶素子の光制御について説明するための説明図である。照明装置の照射パターンについて説明するための説明図である。

以下、照明装置の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の照明装置１０の筐体１１は、略有底筒状の筐体本体１１ａと、この筐体本体１１ａの開口部を覆う略円板状の蓋部１１ｂとを備える。蓋部１１ｂは、後述するＬＥＤ光源１３の光を透過する孔部１１ｃが形成される。

図２に示すように筐体１１ｂ内には、板状の回路基板１２と、この回路基板１２上に設けられるＬＥＤ光源１３と、このＬＥＤ光源１３に対応する光学部１４と、液晶部１５と、拡散フィルタ１７とを備える。

回路基板１２の上面には、ＬＥＤ素子を有する前記ＬＥＤ光源１３が１つ配設される。ＬＥＤ光源１３は、図示しない電源からの電力供給により点灯されるようになっている。
光学部１４は、前記ＬＥＤ光源１３の光軸の略中心に備えられ、ＬＥＤ光源１３から照射された光を集光する。また、光学部１４は、アクリルやポリカーボネイトなどの樹脂、又はガラス等で構成される。

図２に示すように液晶部１５は、筐体本体１１ａに一体形成されたホルダ１６により保持される。また、液晶部１５は、図４に示すように２組の第１及び第２液晶素子部２１ａ，２１ｂを備える。各液晶素子部２１ａ，２１ｂは、液晶素子２２ａ〜２２ｄを有する。具体的には第１液晶素子部２１ａは、２つの液晶素子２２ａ，２２ｂを有する。第２液晶素子部２１ｂは、２つの液晶素子２２ｃ，２２ｄを有する。

ここで、液晶素子の構造の一例として図３を用いて説明する。液晶素子は、２枚の透明基板３１が対向する対向面上に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明電極３２ａ，３２ｂ．３２ｃがそれぞれ配設される。また、液晶素子の透明電極３２ａ，３２ｂ．３２ｃは、一方側の透明基板３１に配設される櫛刃状の櫛刃電極３２ａ，３２ｂと、他方の透明基板３１に配設される平板状の共通電極３２ｃとを有する。櫛刃電極３２ａは、前記共通電極３２ｃと同電位とされる電極３２ａと、図示しない電源から前記電極３２ａよりも高電位となる電極３２ｂとを有する。また、電極３２ａと電極３２ｂは、これら櫛刃部位の延出する方向（電極方向）と直交するとともに光軸方向と直交する方向において交互に並設される。

図３に示すように、透明基板３１には前記透明電極３２ａ，３２ｂ．３２ｃを含めて前記対向面を概ね覆う態様で配向膜３３を有する。ここで、配向膜３３は、液晶層３４の液晶を所定の角度にチルトさせ電圧無印加の状態で所定の方向に整列配光させるように配向処理が施したものである。なお、後述する配向方向とは、配向膜３３により液晶が整列配向される方向を指す。

図３に示すように、透明基板３１間には、ネマチック液晶等の液晶層３４が封入され、シール材３５にて封止されている。ここで、前記電極３２ａ，３２ｂは、前記電源と接続される端子部３２ｄがシール材３５から外部に露出している。

拡散フィルタ１７は、光を透過する部材（樹脂やガラスなど）の表面に凹凸を設けて構成し、光を拡散するものである。なお、拡散フィルタ１７は、光を透過する部材に例えば二酸化チタン（ＴｉＯ_２）などの光拡散物質を混合することで拡散効果を図ってもよい。

次に、本実施形態の照明装置１０の作用について説明する。
先ず、図５（ａ）（ｂ）に示すように、液晶素子部２１ａ，２１ｂを構成する液晶素子を１つ用いて光制御を行う場合、配向膜３３の配向方向と略同方向の偏光成分の光しか制御できない。このため、図６に示すように液晶素子を用いて配向方向が直交するように配置することで、直交する偏光成分の両方を光制御することができる。

また、液晶素子は、例えば櫛刃電極３２ａ，３２ｂに電圧を印加すると、図７（ａ）に示すように液晶分子が電界に沿って液晶分子が並ぶ。このように櫛刃電極３２ａ，３２ｂの一方の電極に電圧を印加することで、液晶分子の並び方（向き）が変化する。これに伴って、図７（ｂ）に示すように、液晶素子に入射される入射光が実効的に影響を受ける複屈折率である実効複屈折率が変化する。ここで実効複屈折率が変化することで、入射光が曲げられるため、櫛刃状の櫛刃電極３２ａ，３２ｂを有する液晶素子は、電極方向に沿って入射光を広げることができ、図８に示すように櫛刃電極３２ａ，３２ｂの電極方向が直交するように液晶素子を２つ重ねて用いることで２方向（２次元的）に入射した光を広げることができる。

上述したことを勘案し、本実施形態の液晶部１５の第１液晶素子部２１ａを構成する液晶素子２２ａ，２２ｂは、配向方向が略同一で電極方向が略直交するように積層する。また、液晶素子部２１ｂを構成する液晶素子２２ｃ，２２ｄは、配向方向が略同一で電極方向が略直交するように積層する。また第１液晶素子部２１ａの液晶素子２２ａ，２２ｂと、液晶素子部２１ｂの液晶素子２２ｃ，２２ｄとは、配向方向が直交する構成とされる。そして液晶素子２２ａ，２２ｂは、液晶素子２２ｃ，２２ｄと積層する際に、液晶素子２２ａ，２２ｂの電極方向と液晶素子２２ｃ，２２ｄの電極方向とが周方向に４５度ずらして積層される。なお、各液晶素子２２ａ〜２２ｄの積層の順番は適宜変更してもよい。

上記構成の各液晶素子部２１ａ，２１ｂはそれらの各照射パターンＰ１，Ｐ２が図９に示すように角丸四角形状をなす。このため、前述のように、各液晶素子部２１ａ，２２ａの電極方向を周方向に所定角度（４５度）ずらすことで同一形状の照射パターンＰ１，Ｐ２が照射面で周方向にずれ、重ね合わせた照射パターンＰＴが円形状に近づくこととなる。また、拡散フィルタ１７を用いているため、さらに円形状に近づくこととなる。

次に、本実施形態の効果を記載する。
（１）ＬＥＤ光源１３と、このＬＥＤ光源１３に対応し各光源１３からの光を集光させる光学部１４と、該光学部１４により集光された光の広がり角を制御する液晶部１５とを備える。前記液晶部１５は、入射する光の偏光成分の一方を制御する第１液晶素子部２１ａと、偏光成分の他方を制御する第２液晶素子部２１ｂとを備え、前記第１液晶素子部２１ａにより制御された光のパターンが前記第２液晶素子部２１ｂにより制御された光のパターンが前記光源１３の光軸周りである周方向にずれるように構成される。ここで、各液晶素子部２１ａ，２１ｂにより略四角形に入射した光が広げられたとしても、光のパターンＰ１，Ｐ２が一致せずに周方向にずれるため、重ね合わせた光のパターンＰＴを円形状に近づけることができる。

（２）前記第１液晶素子部２１ａを構成する電極の電極方向と、前記第２液晶素子部２１ｂを構成する電極の電極方向とが前記周方向に４５度ずれて積層される。このような構成とすることで、パターンＰ１，Ｐ２の角部を等間隔とすることができるため、より確実にパターンＰ１，Ｐ２を重ね合わせたパターンＰＴを円形に近づけることができる。

（３）拡散フィルタ１７を用いているため、パターンＰＴをさらに円形状に近づけることが可能となる。
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。

・上記実施形態では、光源としてＬＥＤ光源１３を採用したが、これに限らない。
・上記実施形態では、拡散フィルタ１７を設ける構成としたが、省略してもよい。また、液晶素子部２１ａ，２１ｂの出射面に凹凸を設けて拡散する構成を採用してもよい。

１０…照明装置、１３…光源、１４…光学部、１５…液晶部、１７…拡散フィルタ（光拡散部）、２１ａ…第１液晶素子部、２１ｂ…第２液晶素子部、３２ａ，３２ｂ…電極、Ｐ１，Ｐ２…パターン。

Claims

光源と、該光源に対応し各光源からの光を集光させる光学部と、該光学部により集光された光の広がり角を制御する液晶部とを備え、
前記液晶部は、入射する光の偏光成分の一方を制御する第１液晶素子部と、偏光成分の他方を制御する第２液晶素子部とを備え、前記第１液晶素子部により制御された光のパターンが前記第２液晶素子部により制御された光のパターンが前記光源の光軸周りである周方向にずれることを特徴とする照明装置。
請求項１に記載の照明装置において、
前記第１液晶素子部を構成する電極の電極方向と、前記第２液晶素子部を構成する電極の電極方向とが前記周方向に４５度ずれて積層されることを特徴とする照明装置。
請求項１又は２に記載の照明装置において、
前記液晶部を透過した光を拡散する光拡散部を備えたことを特徴とする照明装置。