JP2016091608A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 照明機能を備えるとともに、画像表示機能を備える照明装置を提供する。【解決手段】 照明装置１０は、光源部２１と、光源部２１から光を受け、カラーフィルターが設けられていない第１領域と、前記第１領域を囲みかつカラーフィルターが設けられた第２領域とを有する液晶セル３１と、液晶セル３１を挟み、第１領域に対応する位置にそれぞれが開口部を有する第１及び第２偏光素子３２、３３と、光源部２１及び液晶セル３１を収容するケース２２と、ケース２２に固定され、第２領域を透過する表示光が投影されるシェード１２とを含む。【選択図】 図１

Description

本発明は、照明装置に係り、特にデザイン表示機能を有する照明装置に関する。

机上などで使用される照明スタンド（電気スタンド）が知られている。また、時計を備えた照明スタンドが知られている。

特開２００６−１２０５８０号公報

本発明は、照明機能を備えるとともに、画像表示機能を備える照明装置を提供する。

本発明の一態様に係る照明装置は、光源部と、前記光源部から光を受け、カラーフィルターが設けられていない第１領域と、前記第１領域を囲みかつカラーフィルターが設けられた第２領域とを有する液晶セルと、前記液晶セルを挟み、前記第１領域に対応する位置にそれぞれが開口部を有する第１及び第２偏光素子と、前記光源部及び前記液晶セルを収容するケースと、前記ケースに固定され、前記第２領域を透過する表示光が投影されるシェードとを具備することを特徴とする。

本発明によれば、照明機能を備えるとともに、画像表示機能を備える照明装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る照明装置の断面図。 照明装置の側面図。 液晶表示装置の模式図。 液晶表示装置の一例を示す断面図。 照明装置の動作を説明する模式的な断面図。 照明装置が表示する画像の一例を説明する図。 本発明の第２実施形態に係る照明装置の断面図。 本発明の第３実施形態に係る照明装置の断面図。 本発明の第４実施形態に係る照明装置の断面図。

以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らないことに留意すべきである。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

［第１実施形態］
［１］照明装置の構成
図１は、本発明の第１実施形態に係る照明装置１０の断面図である。図２は、照明装置１０の側面図である。照明装置１０は、投影装置１１と、投影装置１１に取り付けられたシェード（投影部材）１２とを備える。

投影装置１１は、ヒートシンク（熱吸収部材）２０、光源部２１、液晶表示装置３０、レンズ群（第１レンズＬ１乃至第５レンズＬ５）、及びケース２２を備える。なお、以下に述べる構造の説明において、“上方”とは、光源部２１からの光が進む方向側を意味する。

光源部２１は、基板２１ａと、基板２１ａ上に設けられた１個又は複数個の発光素子２１ｂとを備える。発光素子２１ｂとしては、例えば、高輝度のＬＥＤ（Light Emitting Diode）が用いられ、具体的には、高輝度の白色ＬＥＤ、又は高輝度のＲＧＢ−ＬＥＤを使用することができる。基板２１ａは、発光素子２１ｂに電源を供給するための配線が設けられた回路基板から構成される。基板２１ａには、図示せぬ電源線を介して電源が供給される。基板２１ａの底面には、ヒートシンク２０が設けられる。ヒートシンク２０は、熱を吸収又は放射する機能を有する。

光源部２１の上方には、第１レンズＬ１、及び第２レンズＬ２が互いに離間して設けられる。第１レンズＬ１、及び第２レンズＬ２は、光源光学系を構成し、この光源光学系は、光源部２１が発する光を集光するとともに、平行光、若しくは平行光に近い状態に屈折させる。第１レンズＬ１は，例えば平凸レンズであり、第２レンズＬ２は、例えば、両凸レンズ、平凸レンズ、又はフレネルレンズである。光源光学系を構成するレンズの数及び種類は、任意に設計可能である。

第２レンズＬ２の上方には、液晶表示装置３０が設けられる。液晶表示装置３０は、光源部２１からの光を透過すると共に、画像（デザインなど）を表示する。液晶表示装置３０の具体的な構成については後述する。液晶表示装置３０には、図示せぬ電源線を介して電源が供給される。

液晶表示装置３０の上方には、第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、及び第５レンズＬ５が互いに離間して設けられる。第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、及び第５レンズＬ５は、投影光学系を構成する。この投影光学系（第３レンズＬ３、第４レンズＬ４、及び第５レンズＬ５）は、液晶表示装置３０を透過した光の一部をシェード１２の開口部へ出射するとともに、液晶表示装置３０を透過した光の一部をシェード１２に投影する。第３レンズＬ３は、例えば両凸レンズであり、第４レンズＬ４は、例えば平凸レンズであり、第５レンズＬ５は、例えばメニスカスレンズである。投影光学系を構成するレンズの数及び種類は、任意に設計可能である。

光源部２１、液晶表示装置３０、及びレンズ群（第１レンズＬ１乃至第５レンズＬ５）は、ケース２２に収容されると共に、ケース２２に設けられた支持部材によって支持及び固定される。ケース２２は、素子を囲むように形成され、また、ヒートシンク２０上に設けられる。ケース２２は、例えば樹脂から構成される。

シェード１２は、光源部２１からの光が進む方向側におけるケース２２の端部に固定される。シェード１２は、光透過性を有し、例えば、アクリル樹脂、クロス、又はガラスから構成される。シェード１２は、照明光が透過するのを抑制するとともに、液晶表示装置３０が表示するデザインが投影されるスクリーンとしての機能を有する。シェード１２は、ケース２２の周囲に傘状に形成される。又は、シェード１２は、筒状、又は円錐形状を有する。なお、図２では、一例として、シェード１２は、波状に構成されているが、他の表面形状を有していても良い。

［２］液晶表示装置３０の構成
次に、液晶表示装置３０の構成について説明する。図３は、液晶表示装置３０の模式図である。

液晶表示装置３０は、液晶セル３１、及び偏光素子３２、３３を備える。図３では、偏光素子３２、液晶セル３１、及び偏光素子３３を分離して図示しているが、実際には、偏光素子３２、３３は、液晶セル３１に接着される。

液晶セル３１は、画像を表示可能なアクティブ領域（表示領域）３１Ａと、アクティブ領域３１Ａに含まれる画素アレイを駆動する駆動回路３４とを備える。アクティブ領域３１Ａには、照明領域３１Ｂが設けられる。照明領域３１Ｂには、カラーフィルターが設けられておらず、照明領域３１Ｂは、光源部２１からの照明光をそのまま透過する。照明領域３１Ｂは、アクティブ領域３１Ａの中央に配置され、照明領域３１Ｂの平面形状は、例えば、円である。照明領域３１Ｂを除くアクティブ領域３１Ａには、カラーフィルターが設けられ、所定の画像が表示される。

偏光素子３２、３３は、液晶セル３１を挟むように設けられる。偏光素子３２、３３は、液晶セル３１を透過する偏光を制御する。偏光素子３２、３３は、円偏光板から構成される。偏光素子３２、３３はそれぞれ、照明領域３１Ｂと同じサイズの開口部３２Ａ、３３Ａを有する。これにより、開口部３２Ａ、３３Ａを通る照明光の損失を低減できる。

図４は、液晶表示装置３０の一例を示す断面図である。

液晶表示装置３０は、スイッチング素子及び画素電極等が形成されるＴＦＴ基板４１と、カラーフィルター及び共通電極等が形成されかつＴＦＴ基板４１に対向配置されるカラーフィルター基板（ＣＦ基板）４２と、ＴＦＴ基板４１及びＣＦ基板４２間に挟持された液晶層４３とを備える。ＴＦＴ基板４１及びＣＦ基板４２の各々は、透明基板（例えば、ガラス基板）から構成される。例えば、ＴＦＴ基板４１は、光源部２１側に配置され、光源部２１からの照明光は、ＴＦＴ基板４１側から液晶表示装置３０に入射する。図４において、ＴＦＴ基板４１及びＣＦ基板４２と、これらに挟まれた部材が液晶セル３１に対応する。

液晶層４３は、ＴＦＴ基板４１及びＣＦ基板４２間を貼り合わせるシール材（図示せず）によって封入された液晶材料により構成される。液晶材料は、ＴＦＴ基板４１及びＣＦ基板４２間に印加された電界に応じて液晶分子の配向が操作されて光学特性が変化する。液晶モードとしては、例えばＶＡ（Vertical Alignment）モードが用いられるが、勿論、ＴＮ（Twisted Nematic）モードやホモジニアスモードなど他の液晶モードであっても良い。

ＴＦＴ基板４１の液晶層４３側には、複数のスイッチング素子４４が設けられる。スイッチング素子４４としては、例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor）が用いられる。ＴＦＴ４４は、走査線に電気的に接続されるゲート電極と、ゲート電極上に設けられたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられた半導体層（例えばアモルファスシリコン層）と、半導体層上に離間して設けられたソース電極及びドレイン電極とを備える。ソース電極は、信号線に電気的に接続される。

ＴＦＴ４４上には、絶縁層４５が設けられる。絶縁層４５上には、複数の画素電極４６が設けられる。絶縁層４５内かつＴＦＴ４４のドレイン電極上には、画素電極４６に電気的に接続されたコンタクトプラグ４７が設けられる。

ＣＦ基板４２の液晶層４３側には、カラーフィルター４８が設けられる。カラーフィルター４８は、複数の着色フィルター（着色部材）を備え、具体的には、複数の赤フィルター４８−Ｒ、複数の緑フィルター４８−Ｇ、及び複数の青フィルター４８−Ｂを備える。一般的なカラーフィルターは光の三原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）で構成される。隣接したＲ、Ｇ、Ｂの三色のセットが表示の単位（画素）となっており、１つの画素中のＲ、Ｇ、Ｂのいずれか単色の部分はサブピクセル（サブ画素）と呼ばれる最小駆動単位である。ＴＦＴ４４及び画素電極４６は、サブピクセルごとに設けられる。以下の説明では、画素とサブ画素との区別が特に必要な場合を除き、サブ画素を画素と呼ぶものとする。

赤フィルター４８−Ｒ、緑フィルター４８−Ｇ、及び青フィルター４８−Ｂの境界部分、及び画素（サブピクセル）の境界部分には、遮光用のブラックマトリクス（遮光膜）ＢＭが設けられる。例えば、ブラックマトリクスＢＭは、網目状に形成される。ブラックマトリクスＢＭは、着色部材間の不要な光を遮蔽し、コントラストを向上させるために設けられる。

カラーフィルター４８及びブラックマトリクスＢＭ上には、共通電極４９が設けられる。共通電極４９は、液晶表示装置３０の表示領域全体に平面状に形成される。

偏光素子３２、３３は、ＴＦＴ基板４１及びＣＦ基板４２を挟むように設けられる。偏光素子３２、３３は、円偏光板から構成され、具体的には、直線偏光子と１／４波長板とから構成される。

画素電極４６、コンタクトプラグ４７、及び共通電極４９は、透明電極から構成され、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）が用いられる。絶縁層４５としては、透明な絶縁材料が用いられ、例えば、シリコン窒化物（ＳｉＮ）が用いられる。

［３］照明装置１０の動作
次に、照明装置１０の動作について説明する。図５は、照明装置１０の動作を説明する模式的な断面図である。

照明装置１０の電源がオンされると、光源部２１は、照明光を発光する。また、液晶表示装置３０は、アクティブ領域３１Ａに特定の画像を表示する。この時、液晶表示装置３０の照明領域３１Ｂには、画像が表示されず、よって、照明領域３１Ｂは、光源部２１からの照明光を透過する。照明装置１０が備える投影光学系により、液晶表示装置３０が表示した画像は、シェード１２の投影領域５１に投影される。

具体的には、照明領域３１Ｂを透過した光と、照明領域３１Ｂの周囲のアクティブエリア３１Ａを透過した光とは、図１に示すように、レンズＬ３に入射する位置が異なる。このため、照明領域３１Ｂを透過した光は、レンズＬ３の中央部に入射し、その後、レンズＬ４及びレンズＬ５の中央部を通り、これが照明光となる。

一方、アクティブ領域３１Ａを透過した光（表示画像）は、レンズＬ３の周辺部に入射し、その後、レンズＬ４及びレンズＬ５を通り、シェード１２に結像する。これにより、シェード１２の投影領域５１に画像が表示される。

図６は、照明装置１０が表示する画像（デザイン）の一例を説明する図である。図６に示すように、照明装置１０は、様々な画像をシェード１２に表示することができる。また、照明装置１０は、時刻などの情報をシェード１２に表示することも可能である。

［４］効果
以上詳述したように第１実施形態では、照明装置１０は、光源部２１と、光源部２１から光を受ける液晶表示装置３０とを備える。液晶表示装置３０は、カラーフィルターが設けられていない照明領域３１Ｂと、照明領域３１Ｂを囲みかつカラーフィルターが設けられたアクティブ領域３１Ａとを有する液晶セル３１と、液晶セル３１を挟み、照明領域３１Ｂに対応する位置にそれぞれが開口部を有する偏光素子３２、３３とを備える。そして、アクティブ領域３１Ａを透過した画像は、投影光学系を介してシェード１２に表示され、また、照明領域３１Ｂを透過した照明光は、投影光学系を介してシェード１２の開口部から出射される。

従って第１実施形態によれば、照明機能及び画像表示機能を両立した照明装置１０を実現できる。また、様々な種類の画像又はデザインを表示可能な照明装置１０を実現できる。

また、１つの光源部を用いて、照明光を発光できるとともに、シェード１２に画像を表示することができる。

［第２実施形態］
図７は、本発明の第２実施形態に係る照明装置１０の断面図である。シェード１２における開口部側の端部には、照明光を集光するためのレンズ５２が設けられる。レンズ５２は、シェード１２に固定される。レンズ５２としては、凸レンズが用いられ、より具体的には、レンズの厚さを抑えるために、例えばフレネルレンズが用いられる。

このように構成された照明装置１０では、フレネルレンズ５２を透過した照明光は、スポットライト状になる。第２実施形態では、第１実施形態と異なる状態の照明光を生成することができる。なお、フレネルレンズ５２は、シェード１２の端部に配置されるため、シェード１２に表示される画像には影響を与えない。

［第３実施形態］
図８は、本発明の第３実施形態に係る照明装置１０の断面図である。照明装置１０は、光源部５３と、光源部５３を支持する複数の支持部材５４とをさらに備える。

光源部５３は、シェード１２の開口部に向けて照明光を発光する。光源部５３は、基板５３ａと、基板５３ａ上に設けられた１個又は複数個の発光素子５３ｂとを備える。発光素子５３ｂとしては、例えば、高輝度のＬＥＤが用いられ、具体的には、高輝度の白色ＬＥＤ、又は高輝度のＲＧＢ−ＬＥＤを使用することができる。基板５３ａは、発光素子５３ｂに電源を供給するための配線が設けられた回路基板から構成される。基板５３ａには、図示せぬ電源線を介して電源が供給される。

支持部材５４としては、例えばワイヤーが用いられる。図８には、２本のワイヤー５４−１、５４−２を示しているが、ワイヤーの数は任意に設定可能である。ワイヤー５４の一端は、光源部５３に固定され、ワイヤー５４の他端は、シェード１２の端部に固定される。このように構成された複数のワイヤー５４により、光源部５３は、シェード１２の内側かつ上から見て中央に配置される。また、光源部５３は、シェード１２に画像を表示するための表示光を妨げないように、シェード１２の下部に配置される。

液晶セル３１は、全面にカラーフィルターを備える。また、偏光素子３２、３３は、開口部を有していない。すなわち、本実施形態の液晶表示装置３０は、一般的な液晶表示装置である。液晶表示装置３０は、アクティブ領域（表示領域）全体に画像を表示する。

このように構成された照明装置１０では、照明機能を光源部５３が担うことで、照明光の輝度を向上させることができる。なお、光源部５３は、シェード１２の下部に配置されるため、シェード１２に表示される画像には影響を与えない。

また、第３実施形態の光源部５３を第１実施形態に適用しても良い。この構成の場合、光源部２１の照明光の輝度が足りない部分を光源部５３で補うことができる。

［第４実施形態］
図９は、本発明の第４実施形態に係る照明装置１０の断面図である。照明装置１０は、リフレクター５５をさらに備える。

リフレクター５５は、円錐形状を有する。リフレクター５５の内面には、反射膜が設けられる。リフレクター５５の上部には、光源部５３が固定される。リフレクター５５の下部は、シェード１２の端部に固定される。リフレクター５５は、光源部５３からの照明光を反射する。第４実施形態に係る液晶表示装置３０の構成は、第３実施形態と同じである。

このように構成された照明装置１０では、照明光の輝度を向上させることができる。なお、光源部５３及びリフレクター５５は、シェード１２の下部に配置されるため、シェード１２に表示される画像には影響を与えない。

上記各実施形態で説明した照明装置１０は、例えば照明スタンド（電気スタンド）に適用することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、１つの実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合わせ、若しくは異なる実施形態に開示される構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されても、発明が解決しようとする課題が解決でき、発明の効果が得られる場合には、これらの構成要素が削除された実施形態が発明として抽出されうる。

１０…照明装置、１１…投影装置、１２…シェード、２０…ヒートシンク、２１…光源部、２２…ケース、３０…液晶表示装置、３１…液晶セル、３２，３３…偏光素子、３４…駆動回路、４１，４２…基板、４３…液晶層、４４…スイッチング素子、４５…絶縁層、４６…画素電極、４７…コンタクトプラグ、４８…カラーフィルター、４９…共通電極、５２…レンズ、５３…光源部、５４…支持部材、５５…リフレクター。

Claims (5)

1. 光源部と、
   前記光源部から光を受け、カラーフィルターが設けられていない第１領域と、前記第１領域を囲みかつカラーフィルターが設けられた第２領域とを有する液晶セルと、
   前記液晶セルを挟み、前記第１領域に対応する位置にそれぞれが開口部を有する第１及び第２偏光素子と、
   前記光源部及び前記液晶セルを収容するケースと、
   前記ケースに固定され、前記第２領域を透過する表示光が投影されるシェードと
   を具備することを特徴とする照明装置。
2. 前記第２領域からの表示光を前記シェードに投影する投影光学系をさらに具備する
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記投影光学系は、複数のレンズを備え、前記第１領域からの照明光を前記シェードの開口部へ出射する
   ことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記シェードの前記ケースと反対側の端部に配置され、前記第１領域からの照明光を集光するレンズをさらに具備する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の照明装置。
5. 前記第２領域の平面形状は、円である
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の照明装置。