JP2024002512A

JP2024002512A - 照明装置

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Publication number: JP2024002512A
Application number: JP2022101734A
Authority: JP
Inventors: 誠長谷川; Makoto Hasegawa; 延幸鈴木; Nobuyuki Suzuki; 真文岡田; Masafumi Okada
Original assignee: Japan Display Inc
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2022-06-24
Filing date: 2022-06-24
Publication date: 2024-01-11
Also published as: US20230417396A1

Abstract

【課題】外形が矩形であり、配光角度が小さく、照射光の形状を容易に変化させることが出来る表示装置を実現する。【解決手段】これを実現するために、本発明は、次のような構成をとる。すなわち、光源が配置した第１の孔と光を出射する第２の孔と、前記第１の孔と前記第２の孔を連結する反射曲面を有し、前記第１の孔の中心と前記第２の孔の中心を結ぶ線を第１の方向とするファンネル型反射体と、前記ファンネル型反射体の前記第２の孔と対向し、反射面の主面が前記第１の方向に対して第１の角度傾いている反射板と、前記反射板と対向し、入射面の主面が前記反射板の主面に対して第２の角度傾いている液晶レンズを有し、前記ファンネル型反射体から出射した光は、前記反射板で反射し、前記液晶レンズから出射することを特徴とする照明装置である。【選択図】図５

Description

本発明は、コンパクトで、かつ、照射光の形状を容易に変化させることが出来る照明装置に関する。

照明器具としては、いわゆるＺライト、ＬＥＤを線状に配置したデスクライト、筒状スタンドライト等種々の器具が存在している。

一方、出射光がコリメートされている照明装置を使用したいという要求がある。特許文献１には、ロッドレンズ等を用いて光源からの光を平行光にして出射する照明装置が記載されている。また、引用文献１には、ロッドレンズ等によってコリメートされた光を液晶バルブ（液晶表示装置）のバックライトとして使用する構成も記載されている。

特開２００４－１８４６１２号公報

従来使用されてきた、いわゆるＺライト、ＬＥＤを線状に配置したデスクライト、筒状スタンドライト等の照明器具はサイズが大きく、小さなスペースでの使用は困難なものが多い。また、これらの照明器具からコリメートされた光を得ることは難しい。

従来コリメート光を得るためには、ロッドレンズ等が使用されてきたが、一般には、ロッドレンズのみでは、十分なコリメート光を得ることが出来ないので、追加のレンズ等の光学部品が必要になる。そうすると、照明装置の出射方向の長さが大きくなる。

本発明の課題は、コンパクトで、かつ、光の出射方向における照明装置の長さを小さくできる照明装置を実現することである。また、照明装置としてはコンパクトでありながら、出射光の配光角を小さくすることが出来る照明装置を実現することである。さらに、光スポットの形状を容易に変化させることが出来る照明装置を実現することである。

本発明は上記課題を解決するものであり、主な具体的な手段は次のとおりである。すなわち、光源が配置した第１の孔と光を出射する第２の孔と、前記第１の孔と前記第２の孔を連結する反射曲面を有し、前記第１の孔の中心と前記第２の孔の中心を結ぶ線を第１の方向とするファンネル型反射体と、前記ファンネル型反射体の前記第２の孔と対向し、反射面の主面が前記第１の方向に対して第１の角度傾いている反射板と、前記反射板と対向し、入射面の主面が前記反射板の主面に対して第２の角度傾いている液晶レンズを有し、前記ファンネル型反射体から出射した光は、前記反射板で反射し、前記液晶レンズから出射することを特徴とする照明装置である。

比較例による照明装置の側面図である。実施例１の照明装置の平面図である。照明装置を上側から視た斜視図である。照明装置を下側から視た斜視図である。実施例１の構成を示す断面図ある。ファンネル型反射体の斜視図である。液晶レンズの動作を説明する断面図である。液晶レンズの動作を説明する他の断面図である。液晶レンズの動作を説明するさらに他の断面図である。第１液晶レンズの断面図である。第１液晶レンズの電極形状を示す平面図である。第１液晶レンズと第２液晶レンズの動作を示す斜視図である。第１液晶レンズと第２液晶レンズを積層した状態を示す断面図である。第１液晶レンズ、第２液晶レンズ、第３液晶レンズ、第４液晶レンズの動作を示す斜視図である。実施例１による液晶レンズの種々の作用を示す表である。液晶レンズの他の例による電極構成を示す平面図である。図１６における液晶レンズのレンズ要素の平面図である。液晶レンズへの入射光の形状を示す平面図である。液晶レンズが特定方向に発散作用をおこなっている状態を示す断面図である。図１９に示す特定方向と直角方向には、液晶レンズの発散作用が無い場合を示す断面図である。液晶レンズを時分割駆動する場合のチャートである。実施例２による液晶レンズの作用を示す断面図及びグラフである。実施例２の液晶レンズの電極構成を示す平面図である。実施例２の液晶レンズの他の電極構成を示す平面図である。実施例３における液晶レンズの作用を示す平面図と断面図である。実施例３による液晶レンズの種々の作用の例を示す表である。実施例３によるファンネル型反射体の斜視図である。図２７のファンネル型反射体を底面方向（Ｂ方向）から視た図である。図２７のＡ－Ａ断面図である。

以下に実施例を用いて本発明を詳細に説明する。

図１は、比較例としての照明装置である。図１は、照明装置１をベース３からのアーム２で支える構成となっている。図１の照明装置１の概略形状は、断面が幅ｄ２の正方形であり、長さがｄ１の直方体である。図１における照明装置１の基本的な構成は、光源にはＬＥＤを用い、ＬＥＤからの光を、内壁がパラボラ曲面を有するファンネル型反射体によって、平行光を得るものである。

ファンネル型反射体の詳細は後で説明するが、コリメート光を得るためには、ファンネル型反射体は光軸方向に所定の長さが必要である。図１の照明装置１の長さｄ１においては、はファンネル型反射体の長さｄ１が大きな割合を示す。したがって、図１において、出射光４の配光角θを出来るだけ小さくしようとすると、照明装置１の出射方向の長さが大きくなる。そうすると、照明装置１の出射孔から作業面３１までの距離ｈ１を十分とれなくなるという問題が生ずる。

図２は、図１の構成における問題点を対策した実施例１の概略側面図である。図２が図１と異なる点は、アーム２に付けた照明装置１が横向きになっており、出射光４は、照明装置１の側面に配置した出射光から出射することである。出射光４を照明装置１の側面から出射させるために、図２の照明装置１の内部には、光の進行方向に対して４５度傾斜した反射板が配置されており、照明装置１の外形も、これに倣って傾斜面が形成されている。

図２の構成であれば、照明装置１から作業面３１までの距離を十分にとることが出来る。また、出射光４の配光角θをさらに小さくするために、照明装置１の長さｄ３を長くしても照明装置１の幅ｄ４は変わらないので。照明装置１から作業面３１までの距離ｈ２は変わらない。

図３は、図２の照明装置１を斜め上方向から視た斜視図である。図３において、照明装置１の筐体５には、光源であるＬＥＤとファンネル型反射体が配置し、外形が傾斜している部分には、光の向きを変えるための反射板が配置している。図４は図３をＡ方向から視た斜視図である。すなわち、図４は照明装置１の底面の形状を示すものである。図４において、円形の光の出射孔６は、照明装置１の底面に配置している。また、後で説明するように、出射孔６の直前には、出射光４の形状を変化させるための液晶レンズが配置している。

図５は、実施例１の構成を示す断面図であり、筐体５内に配置された部品の断面図である。図５の構成の概略は次のとおりである。図５において、ファンネル型反射体１０のＬＥＤ用孔に光源であるＬＥＤ２０がはめ込まれている。ＬＥＤ２０はＬＥＤ基板２１に配置されている。ＬＥＤ２０から出射した光はファンネル型反射体１０の内面に形成されたパラボラ曲面によって、光軸と平行方向にコリメートされ、ファンネル型反射体１０の出射光から反射板３０に向かう。

光の方向は、反射板３０によって９０度曲げられ、図５の下方に向かう。照明装置１の用途によっては、光が曲げられる方向は、９０度には限る必要は無い。光の曲げられる方向は図５に示す反射板３０の傾斜角度φによって決められる。反射板３０で反射した光７は、液晶レンズ１００に入射し、液晶レンズ１００によって、レンズ作用を受けた後、出射光４となって照明装置の出射孔から出射する。図５では、液晶レンズに入射した光は、発散作用を受けている。図５の液晶レンズ１００は、４枚の液晶レンズセットで構成されている。

図５においては、反射板３０の主面と液晶レンズ１００の主面の角度φは４５度となっているが、この角度は、４５度に限る必要はない。照明装置の用途によっては、４５度からずれることもあり得る。

図５の構成によれば、光の出射方向における照明装置の厚さを小さくすることが出来る。また、液晶レンズ１００を反射板３０とファンネル型反射体１０との間に配置するのではなく、反射板３０によって光が曲げられた後に配置することによって、液晶レンズ１００のレンズ作用をより効果的に発揮させることが出来る。また、反射板３０とファンネル型反射体１０の出射孔との距離を小さくすることが出来、光学設計の自由度を増すことが出来る。

図６はファンネル型反射体１０の斜視図である。図５では、ファンネル型反射体１０は横向きに配置されているが、図６では縦向きに配置されている。ファンネル型反射体１０の外形は直方体となっている。直方体の内部には、ファンネル状に凹部が形成され、凹部の壁面はパラボラ曲面１１となっている。この凹部の形状は、ｘ－ｙ平面では円であり、ｚ軸方向の断面はパラボラとなっている。パラボラ曲面によって、光は、ｚ軸と平行方向にコリメートされる。なお、凹部の壁面は、一部がパラボラ曲面となっている構成でもよい。

図６において、直方体の上面には、ＬＥＤ２０用の孔１３が形成されている。小型のＬＥＤは平面で視て１．５ｍｍ□程度の小さいものも市販されている。ＬＥＤ孔１３は、このような小さなＬＥＤが組み込まれるだけの径が空いていればよい。直方体の下面には、出射孔１２が形成されている。出射孔１２は、例えば直径ｄｄが６．５ｍｍ程度の円である。

ＬＥＤ用孔１３と出射孔１２の間はパラボラ曲面１１でつながっている。パラボラ曲面１１によってＬＥＤ２０から出射した光はコリメートされて出射孔１２から出射する。図６において、出射孔１２の径ｄｄとファンネル型反射体１０の高さｈｆの比（ｈｆ／ｄｄ）が大きいほど、よりコリメートされた光、すなわち、配光角の小さな出射光を得ることが出来る。（ｈｆ／ｄｄ）をアスペクト比と呼ぶこともある。

アスペクト比は、２以上であることが好ましく、３以上であればより好ましく、４以上であればさらに好ましい。図５の本発明の構成では、ファンネル型反射体１０は横向きで使用されるので、アスペクト比を大きくしても、照明装置の高さは変わらない。したがって、図２に示すｈ２は維持することが出来る。

図５に戻り、本発明では、照明装置１から出射する光の形状は液晶レンズ１００によって変化させられる。液晶レンズ１００によって光スポットの形状をより正確に決めるには、液晶レンズ１００に入射する光は、出来るだけコリメートされた光であることが望ましい。ファンネル型反射体１０は小さな外形でありながら、配光角の小さな光を出射することが出来るので、図５のような光学的な構成には好適である。

図５において、ファンネル型反射体１０から出射した光は、反射板３０において反射され、９０度向きを変えて進む。反射光の配向角は、反射板３０で反射した後も、ほとんど変化がないことは実験的に確認されている。なお、図５では、反射板３０の主面の光軸に対する角度は４５度であるが、照明装置の用途によって変化させることが出来る。

反射板３０において反射した光は液晶レンズ１００に入射し、液晶レンズ１００による作用によって、必要に応じて色々な光スポット形状に変化させることが出来る。液晶レンズ１００は、第１液晶レンズ１１０、第２液晶レンズ１２０、第３液晶レンズ１３０、第４液晶レンズ１４０の、４枚の液晶レンズがセットになっている。

図５の構成によれば、液晶レンズ１００への入射光はファンネル型反射体１０によってコリメートされた光であり、反射板３０で反射された後も小さな光スポット径を維持している。したがって、液晶レンズ１００のサイズを大きくする必要がない。なお、各液晶レンズ１１０、１２０、１３０、１４０は、ＴＦＴ基板と対向基板で構成され、各基板の厚さは０．５ｍｍ程度なので、1枚の液晶レンズの厚さは１ｍｍ程度であり、４個の液晶レンズを重ねると、合計の厚さは４ｍｍ程度となる。

図７は、液晶レンズ１００の原理を示す断面図である。図７において、液晶層３００の左側からコリメートされた光が入射している。図７におけるＰは入射光の偏向方向の意味である。通常の光の偏向方向はランダム分布しているが、液晶は屈折率に異方性があるので、図７はＰ方向に偏向している光についての作用を示すものである。

図７において、液晶層３００には、電極によって液晶分子３０１が液晶層３００の周辺に行くにしたがって、傾きが大きくなるように配向している。液晶分子３０１は細長い形状であり、液晶分子３０１の長軸方向の実効屈折率は、液晶分子３０１の短軸方向の実効屈折率よりも大きいので、液晶層３００の周辺ほど屈折率が大きくなるため、凸レンズが形成される。図７における点線は光波面ＷＦであり、ｆはレンズのフォーカス距離である。

液晶は、屈折率に異方性があるので、レンズを形成するには、第１のレンズが作用する光の偏向方向と直角方向に偏向する光に作用する第２のレンズが必要になる。図８はこのレンズ構成を示す分解斜視図である。図８において、左側の平行四辺形は光の波面である。つまり、Ｘ方向とＹ方向に偏向した光が液晶層３００に入射する。第１液晶レンズ１１０はＸ偏光光に作用するレンズであり、第２液晶レンズ１２０はＹ偏光光に作用するレンズである。

図８において、第１液晶レンズ１１０と第２液晶レンズ１２０では液晶分子３０１の初期配向方向が９０度異なっている。液晶分子３０１の初期配向は、液晶レンズ内の配向膜の配向方向によって決定される。つまり、図８では、２枚の液晶レンズ１１０、１２０において、光が入射する側の基板における配向膜の配向方向が互いに直角方向になっている。

図９は液晶レンズによって凹レンズを形成する場合である。図９において、波面ＷＦが液晶層３００に平行で、１方向に偏向した光が、左側から液晶層３００に入射する。図９において、液晶層３００における液晶分子３０１は、電極によって光軸付近において最も大きく配向され、周辺に行くにしたがって、配向角度が小さくなっている。このような液晶配向によるレンズ構成によって、液晶層３００を通過した光の波面ＷＦは図９の点線で示すような曲線になって凹レンズが形成される。なお、凹レンズの場合も、図８に示すように、２枚の液晶レンズが必要なことは同じである。

図１０は、液晶レンズ１１０の詳細断面図である。図１０において、ＴＦＴ基板１１１の上には、第１電極１１２が形成され、第１電極１１２を覆って第１配向膜１１３が形成されている。第１配向膜１１３の配向方向によって、入射光のうちの、液晶レンズによって作用を受ける方向の偏光光が決められる。対向基板１１５の内側には、第２電極１１６が形成され、第２電極１１６を覆って第２配向膜１１７が形成されている。第１配向膜１１３の配向方向と第２配向膜１１７の配向方向の関係は、どのような液晶を使用するかによって決められる。ＴＦＴ基板１１１と対向基板１１５の間に液晶層３００が挟持されている。

図１１の左側は第１基板１１１に形成された第１電極１１２の平面図である。第１電極１１２は同心円状の円となっている。円状の各電極１１２には電圧を印加するための引き出し配線１１４が接続されている。図１１の右側の図は、対向基板１１５に形成された第２電極１１６の形状を示す平面図である。第２電極１１６は、平面電極であり、対向基板１１５のほぼ全面にわたって形成されている。

図１１において、第１電極１１２と第２電極１１６間の電圧を変化させることによって種々の強度のレンズを形成することができる。図１０、図１１の例は、第１電極１１１が同心円で形成されているので、円形のレンズを容易に形成できるという特徴を有している。

図１０及び図１１で説明した液晶レンズ１１０は、１方向、例えば偏光光ＰＸに対して作用するレンズである。しかし、ＬＥＤ１０からの光は、あらゆる方向に偏光しているので、少なくとも、ＰＸと直角方向に偏光した光ＰＹに対して作用する液晶レンズが必要である。

図１２はこの構成を示す斜視図である。図１２において、ＬＥＤからの光ＬＬが左側から入射すると、第１液晶レンズ１１０によってＰＸ方向に偏光した光が液晶レンズの作用を受ける。ＰＹ方向に偏光した光は第１液晶レンズ１１０の影響を受けない。ＰＹ方向に偏光した光は、第２液晶レンズ１２０によって液晶レンズの作用を受ける。ＰＸ方向に偏光した光は、第２液晶レンズ１２０の作用は受けない。これによって、ｘ方向に偏光した光もｙ方向に偏光した光も液晶レンズの作用を受けることが出来る。

図１３は、第１液晶レンズ１１０と第２液晶レンズ１２０を積層した状態を示す断面図である。第１液晶レンズ１１０と第２液晶レンズ１２０は透明接着材２００によって接着している。図１３において、第２液晶レンズ１２０の電極構成は、第１液晶レンズ１１０と同じである。つまり、第２液晶レンズ１２０において、ＴＦＴ基板１２１に第３電極１２２が形成され、その上に第３配向膜１２３が形成されている。対向基板１２５の上に第４電極１２６が形成され、その上に第４配向膜１２７が形成されている。

第２液晶レンズ１２０が第１液晶レンズ１１０と異なる点は、配向膜１２３の配向方向である。図１３において、ＡＬは配向膜１１３の配向方向を示している。図１３において、第１液晶レンズ１１０におけるＴＦＴ基板１１１に形成された第１配向膜１１３の配向方向は例えばｘ方向である。第２液晶レンズ１２０のＴＦＴ基板１２１に形成された第３配向膜１２３の配向方向は、例えばｙ方向である。つまり、ｘ方向に偏光した光もｙ方向に偏光した光も、２枚の液晶レンズ１１０及び１２０によって作用を受けることが出来る。

なお、第１液晶レンズ１１０における対向基板１１５に形成された第２配向膜１１７の配向方向、及び第２液晶レンズ１２０の対向基板１２５に形成された第４配向膜１２７の配向方向は、液晶３００としてどのような液晶を使用するかによって決まる。つまり、第１液晶レンズ１１０における第２配向膜１１７は第１配向膜１１３と同じ方向に配向する場合もあるし、直角方向に配向する場合もある。第２液晶レンズ１２０における第３配向膜１２３と第４配向膜１２７の関係も同じである。

ところで、ＬＥＤ１０からの光は、全方向に偏光しているので、ＰＸあるいはＰＹの偏光光にのみ作用したのでは、液晶レンズの十分な作用を得られない場合がある。この場合は、図１４に示すように、例えば、ｘ方向に対して４５度方向に偏光している光Ｐ４５に対して作用する液晶レンズ１３０、ｘ方向に対して１３５度方向に偏光している光Ｐ１３５に対して作用する液晶レンズ１４０を加えればよい。

液晶レンズには、単に収束、発散の作用だけでなく、光スポットの形状を変える作用を持たせることも出来る。図１５に示す表は、その代表的な例である。図１５において、１５Ａは小さな円形のビームを大きな円形に変換する場合であり、１５Ｂは横方向にのみ拡大する場合であり、１５Ｃは縦方向にのみ拡大する場合であり、１５Ｄはクロス状に拡大する場合である。

１５Ａは図１１のレンズ構成によって対応することが出来るが、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ等は、図１１のレンズ構成では対応できない。図１６は、このような作用をもつことが出来る液晶レンズ１１０の平面図である。図１６において、ＴＦＴ基板１１１と対向基板１１５が周辺においてシール材１５０で接着し、内部に液晶が封入されている。ＴＦＴ基板１１１と対向基板１１５が重なった領域がレンズ領域１７０となる。

ＴＦＴ基板１１１は対向基板１１５よりも大きく形成され、ＴＦＴ基板１１１において、対向基板１１５と重なっていない部分は端子領域１６０である。端子領域１６０には、液晶レンズを駆動するドライバＩＣ１６５等が配置している。

図１６のレンズ領域１７０において、横方向（ｘ方向）に走査線１５１が延在し、縦方向（ｙ方向）に配列している。また、信号線１５２が縦方向に延在し、横方向に配列している。走査線１５１と信号線１５２に囲まれた領域にレンズ要素電極（以後単に要素電極という）を含むレンズ要素１５３が形成される。要素電極と対向基板に形成されたコモン電極との間に電圧を印加して、液晶分子を必要な方向に配向させて、光を屈折させる。

図１７はレンズ要素１５３の平面図である。図１７において、走査線１５１と信号線１５２に囲まれた領域に要素電極１５４が形成されている。要素電極１５４と信号線１５２との間に走査信号によってスイッチングされるＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒｎｓｉｓｔｏｒ）が形成されている。ＴＦＴは走査線１５１から分岐したゲート電極２１０、半導体膜２１１、信号線１５３から分岐したドレイン電極２１２、及びソース電極１２３で形成され、ソース電極２１３はスルーホール２１４を介して要素電極１５４と接続する。他の液晶レンズ１２０、１３０、１４０も同様な構成となっている。

図１８は、液晶レンズ１００に対して、図５に示すように、反射板３０からの光７が入射している状態を示す平面図である。矩形の液晶レンズ１００に対して略円形の光７が入射している。この光７に対し、液晶レンズ１００を、図１９に示すようにｘ方向に発散させるように作用させ、図２０に示すようにｙ方向にはレンズ作用を与えないようにすれば、図１５Ｂのような横長の光スポットを得ることが出来る。なお、図１９及び図２０の白矢印は光の進行方向を示す。

一方、液晶レンズ１００によって、図１５Ｃに示すように、縦方向に長い光スポットを得るには、ｙ方向には液晶レンズ１００を図１９のように発散させるように作用させ、ｘ方向には、図２０に示すように、レンズ作用を与えないようにすればよい。

しかし、液晶レンズ１００によって、図１５Ｄに示すように、クロス形状の光スポットを得るには、同様な方法では難しい。そこで、図１５のような光スポットを得るには、図１５Ｂの横長の光スポットと図１５Ｃの縦長の光スポットを時分割で表示すればよい。図２１は、クロス形状の光スポットを得るための時分割駆動の例である。図２１に示すように、最初のＴ１の間は横長のスポットを表示し、続くＴ１の間は縦長のスポットを表示する。Ｔ１はフリッカーが目立たないような時間を選べばよい。

液晶レンズ１００による作用としては、発散や収束等のレンズ作用のみでなく、光を偏向させたいような場合もある。以下に、直角方向に偏光する光に対して作用する２枚の液晶レンズをペアとして使用する場合について説明する。各液晶レンズは図１６及び図１７で説明したような構成を用いることが出来る。図２２は、ペアの液晶レンズのうちの、第１液晶レンズ１１０の作用を示す断面図である。

図２２は液晶レンズ１１０によって、光を左方向に偏向する場合の原理を示す図である。図２２において、上側の図は、液晶レンズ１１０の断面図である。液晶レンズ１１０の第１基板１１１の上に第１電極１１２が形成され、その上に第１配向膜１１３が形成されている。第２基板１１５の上に第２電極１１６が形成され、その上に第２配向膜１１７が形成されている。第１配向膜１１３と第２配向膜１１７の間に液晶層３００が存在している。液晶層３００はシール材１５０によって封止されている。

図２２の第１電極１１２と第２電極１１６の間に、図２２の下側のグラフに示すように、電位差が左から右に大きくなるような電圧ｖを印加すると、液晶分子３０１の配向角度が場所ごとに変化し、液晶層３００の実効複屈率Δｎがグラフのように変化する。このような液晶層３００の構成によって、液晶レンズ１１０に下側から入射した光ＬＬは左方向に偏向されて出射することになる。

入射光に対して右方向に屈折させたい場合は、図２２の場合と逆に、電位差が右から左に徐々に大きくなるように、各電極に電圧を印加すればよい。そうすると、液晶分子３０１の配向角度が場所ごとに変化し、液晶層３００の実効複屈率Δｎが図２２の下側のグラフと逆に変化し、下側から液晶レンズに入射した光は右方向に偏向されることになる。

図２３は図２２に対応する第１液晶レンズ１１０の電極構成を示す平面図である。第１電極１１２も第２電極１１６もＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）等のような、透明導電膜で形成される。図２３の上側は、対向基板１１５に形成された第２電極１１６の形状を示す。第２電極１１６は、第２基板１１５全体に平面的に形成されている。

図２３の下側は、ＴＦＴ基板１１１であり、ストライプ状の電極１１２が形成されている。図２３において、ストライプ状の電極１１２はｙ方向に延在し、ｘ方向に配列している。液晶レンズ１１０を動作させる場合は、各ストライプ状の電極１１２には、一方の端から順に電圧が上昇、あるいは低下するように印加される。なお、図１６に示すように、要素電極１５４がマトリクス状に配置する場合であっても、1列あるいは１行に配列している要素電極１５４に同じ電圧を印加することによって、ストライプ状の電極と同じ効果を得ることが出来る。

第１液晶レンズ１１０のＴＦＴ基板１１１及び対向基板１１５の電極構造は、第２液晶レンズ１２０も同じである。第１液晶レンズ１１０と第２液晶レンズ１２０が異なる点は、第１液晶レンズ１１０における第１配向膜１１３及び第２配向膜１１７の配向方向と、第２液晶レンズ１２０における第１配向膜１２３及び第２配向膜１２７の配向方向とが互いに９０度の角度をなしている点である。

つまり、第１液晶レンズ１１０と第２液晶レンズ１２０の配向方向の関係は、図１２に示したのと同じである。また、第１液晶レンズ１１０と第２液晶レンズ１２０の積層構造、第１配向膜１１３と第３配向膜１２３の配向方向、第２配向膜１１７と第１配向膜１１４の関係、第４配向膜１２７と第３配向膜１２３の関係は、図１３で説明したのと同じである。

図２３の第１液晶レンズ１１０の電極構成は、光を、平面で視て、左右方向に偏光させる場合である。図２４は、光を、平面で視て、上下方向に偏光させる場合の電極構成を示す図である。図２４において、対向基板１１５に形成された第２電極１１６は平面形状であり、図２３と同じである。図２４の下側に示すＴＦＴ基板１１１に形成された第１電極１１２は、ｘ方向に延在し、y方向に配列している。つまり、図２３の第１電極１１２と直交関係にある。したがって、図２２で説明したと同様な作用によって、光を上下方向に偏光させることが出来る。

このように、図２３に示す電極構造を持つ液晶レンズと図２４に示す電極構造を示す液晶レンズを用いることによって、光を、平面で視て、上下、左右に偏光させることが出来る。なお、光を偏向する場合も、より完全な液晶レンズの作用を行うためには、図１４に示すように、平面で視て、左右方向、あるいは、平面で視て上下方向の各々に対して、４枚の液晶レンズを使用すればよい。

実施例１では、液晶レンズ１００に入射する、光７の断面が図１８に示すように円形となっている。したがって、照射面に照射される光スポットは横方向あるいは縦方向に延びた長円のような形状となっている。液晶レンズ１００は、入射した光に対して発散収束をすることはできるが、形状を変化させることは比較的難しい。図２５の上側の図は液晶レンズに入射する光７の断面が矩形である光を入射した場合の平面図であり、下側の図は、この入射光７が液晶レンズ１００によって発散作用を受けた状態の出射光４の断面図である。

図２６に示す表は、図２５に示すような液晶レンズ１００に入射する矩形の光７を、液晶レンズ１００の作用によって、種々の形状に変化させる場合の例である。図２６における液晶レンズ１００の作用は図１５において説明したのと同じであるが、液晶レンズ１００に入射する光７が矩形であるので、照射光４は、シャープな矩形となっている。図２６において、２６Ａは小さな矩形の光を大きな矩形に変換する場合であり、２６Ｂは横方向にのみ拡大する場合であり、２６Ｃは縦方向にのみ拡大する場合であり、２６Ｄはクロス状に拡大する場合である。

図２７は、液晶レンズ１００に矩形の入射光を供給するための、ファンネル型反射体１５の斜視図である。図２７のファンネル型反射体１５が図６のファンネル型反射体１０と異なる点は、ファンネル型反射体１５の開口１７及びＬＥＤ用孔１８が矩形だということである。これによって、ファンネル型反射板１５からの出射光の形状を矩形にすることが出来る。

図２８は、図２７のファンネル型反射体１５をＢ方向、すなわち、下から視た底面図である。図２８に示すように、ファンネル型反射体１５の開口１７は矩形であり、出射光は、この矩形に対応した形状となる。図２９は図２７のファンネル型反射体１５のＡ－Ａ断面図である。ＬＥＤ用孔１８と開口１７の間は、断面の少なくとも一部がパラボラである曲面１６によって接続されている。これによって、出射孔１７からは、コリメートされた、断面が矩形の光が出射される。

ファンネル型反射体１５の高さと出射孔１７の径の比であるアスペクト比は、次のように定義することが出来る。出射孔１７が正方形であれば、ｈｆ／（ｄｘ又はｄｙ）、出射孔１７が長方形であれば、ｈｆ／（ｄｘまたはｄｙのいずれか大きい方）。アスペクト比は、好ましくは２以上、より好ましくは３以上、さらに好ましくは４以上である。

以上説明したように、本発明によれば、コンパクトで、かつ、出射光のスポット形状を任意に変化させることが出来る照明装置を得ることが出来る。

１…照明装置、２…アーム、３…ベース、４…投射光、５…筐体、６…出射孔、７…液晶レンズへの入射光、１０…ファンネル型反射体、１１…パラボラ反射面、１２…開口、１３…ＬＥＤ用孔、１５…角型ファンネル型反射体、１６…パラボラ反射、１７…開口、１８…ＬＥＤ用孔、２０…ＬＥＤ、２１…ＬＥＤ基板、３０…反射板、３１…光照射面、１００…液晶レンズ、１１０…第１液晶レンズ、１１１…ＴＦＴ基板、１１２…第１電極、１１３…第１配向膜、１１４…引き出し配線、１１５…対向基板、１１６…第２電極、１１７…第２配向膜、１２０…第２液晶レンズ、１２１…ＴＦＴ基板、１２２…第３電極、１２３…第３配向膜、１２５…対向基板、１２６…第４電極、１２７…第４配向膜、１５０…シール材、１５１…走査線、１５２…信号線、１５３…レンズ要素、１５４…要素電極、１６０…端子領域、１６５…ドライバＩＣ、１７０…レンズ領域、２１０…ゲート電極、２１１…半導体膜、２１２…ドレイン電極、２１３…ソース電極、２１４…スルーホール、３００…液晶層、３０１…液晶分子

Claims

光源が配置した第１の孔と光を出射する第２の孔と、前記第１の孔と前記第２の孔を連結する反射曲面を有し、前記第１の孔の中心と前記第２の孔の中心を結ぶ線を第１の方向とするファンネル型反射体と、
前記ファンネル型反射体の前記第２の孔と対向し、反射面の主面が前記第１の方向に対して第１の角度傾いている反射板と、
前記反射板と対向し、入射面の主面が前記反射板の主面に対して第２の角度傾いている液晶レンズを有し、
前記ファンネル型反射体から出射した光は、前記反射板で反射し、前記液晶レンズから出射することを特徴とする照明装置。
前記第１の角度は４５度であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記第２の角度は４５度であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記ファンネル型反射体の外形は直方体であり、
前記第１の孔は、前記直方体の第１の面に形成され、
前記第２の孔は、前記直方体において、前記第１の面に対向する第２の面に形成され、
前記ファンネル型反射体の第１の孔は第２の孔よりも小さく、
前記第１の孔と前記第２の孔を結ぶ曲面の少なくとも一部は、パラボラ曲面であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記ファンネル型反射体の前記第２の孔は円であることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
前記ファンネル型反射体の前記第２の孔は矩形であることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
前記ファンネル型反射体において、前記第２の孔の直径と前記ファンネル型反射体の前記第１の面と前記第２の面の距離の比は２以上であることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
前記ファンネル型反射体の前記第２の孔は正方形であり、
前記第２の孔の辺の長さと前記ファンネル型反射体の前記第１の面と前記第２の面の距離の比は２以上であることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
前記液晶レンズは、第１の液晶レンズ、第２の液晶レンズ、第３の液晶レンズ、第４の液晶レンズを有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記第１の液晶レンズ、前記第２の液晶レンズ、前記第３の液晶レンズ、前記第４の液晶レンズは、入射光のうちの、異なる偏光光に対して作用することを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
前記第１の液晶レンズ、前記第２の液晶レンズ、前記第３の液晶レンズ、前記第４の液晶レンズは、入射光に対して発散または収束作用を有することを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
前記第１の液晶レンズ、前記第２の液晶レンズ、前記第３の液晶レンズ、前記第４の液晶レンズは、特定方向には発散作用を有し、前記特定方向と直角方向には発散を有しないことを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
前記第１の液晶レンズ、前記第２の液晶レンズ、前記第３の液晶レンズ、前記第４の液晶レンズは、特定方向に偏向作用を有することを特徴とする請求項９に記載の照明装置。