KR101381248B1 - Led 조명장치 - Google Patents
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Abstract
LED(발광소자)로부터의 빛은 지향성이 강하고 넓은 범위의 조명을 할 수 없었다. 또한, 조명의 품질이나 분포의 조절은 불가능했다. LED(발광소자)의 앞부분에 액정 패널을 배치함으로써 LED(발광소자)로부터의 빛을 제어하여, 조명의 품질이나 분포를 가능하게 하였다.
Description
본 발명은 LED를 이용한 조명장치에 관한 것으로서, 액정 패널과 조합함으로써 조명의 품질 및 범위를 조절할 수 있도록 한 것이다.
화합물 반도체의 P-N 접합에 직류의 전압을 인가함으로써 빛을 발하는 LED 는 근년 눈부신 기술의 발전에 의해, 가정의 조명에도 이용되게 되었다. P-N 접합의 다층화에 의해, 또, 복수개의 LED(발광소자)를 기판에 마운트하여 고출력화도 가능하게 되었다. 그러나, 발광부의 구조상, 빛의 지향성이 강하고, 다운 라이트 등, 한정된 사용에 머물러, 종래의 백열전구나 형광등과 같이 방의 넓은 부분의 조명은 불가능했다. 또, 필요에 따라서, 조명의 품질이나 범위를 조절할 수도 없었다.
비특허 문헌 1: Richard Stevenson, "The LED's dark secret", IEEE Spectrum, 08.09, 2009 , pp. 22-27
비특허 문헌 2: Kanji Bando, 「LED 조명의 발전(1)」, 조명학회잡지, VOL92, NO.6, 2008, pp. 301-306
비특허 문헌 3: 일본경제신문, 2009.08.30, 6 페이지, LED 특집
비특허 문헌 4: Jun Okazaki, Masaaki Kato, Katsuyuki Konishi, 「조명용 LED의 현재와 미래」, 샤프기술보고서, VOL99, 8, 2009, pp. 10-16
비특허 문헌 5: Shoji Yokota, 「조명용 LED 디바이스」, 샤프기술보고서, VOL99, 8, 2009, pp. 17-19
비특허 문헌 6: Shoichi Matsumoto, Kazuyoshi Tsunoda, 「액정의 기초와 응용」, 공업조사회, pp. 341-342.
종래의 백열전구나 형광등은 선발광(line-emitting) 혹은 면발광(surface-emitting)이기 때문에, 넓은 범위에 걸쳐서 조명할 수가 있었지만, LED(발광소자)는 지극히 미소한 칩이기 때문에 점광원(point light source)이며, 배면이나 주위에 반사판을 마련하거나 확산 도료를 유리 용기의 내면에 도포해 빛을 산란시키거나 하고 있지만, 방의 넓은 범위를 비추는 것은 불가능했다. 또, 필요에 따라서, 부분적으로 밝음을 변화시키는 것은 불가능했다.
이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 LED(발광소자)의 앞부분에 액정 패널을 배치한 조명장치이다. 액정은 홀쪽한 분자의 배열이 전기장의 인가에 의해 변화하여, 빛에 대한 성질이 바뀌어서, 디스플레이에 넓게 이용되고 있다.
액정 패널은 두 개의 대립되는 전극 플레이트에 액정을 삽입한 것이다. 대표적인 액정 재료의 경우에는, 전극 사이에 전압이 인가되지 않을 때는, 전극판의 경계 조건에 의해 액정 분자는 면에 평행이 되고, 전압이 인가되면, 액정 분자는 전기장의 방향, 즉 수직이 된다. 그 때문에, 액정 패널에 수직인 빛에 대해, 전압이 인가되지 않을 때는 반사하고, 전압의 인가에 의해 빛을 투과하게 된다. 또, 인가 전압에 의해 빛의 굴절률도 변화한다.
도 1a 는 본 발명에 의한 조명장치의 기본 구성을 나타낸다. 도면부호 1 은 LED 기판, 2 는 LED(발광소자), 3 은 LED 에서의 광선, 4 는 액정 패널, 5 는 액정 패널에서의 광선을 나타낸다. 일반적으로 액정 패널 (4) 의 구조나 조성에 불균일이 있으면 액정 패널로부터의 빛은, 산란, 혹은 확산한다.
본 발명의 LED 조명장치에서는 LED 로부터의 조명 빛의 분포를 조절할 수 있으므로, 필요한 부분에 빛을 집중시키거나 빛을 확산시키거나 빛을 분산시키거나 혹은 방전체를 간접 조명으로 조명하는 등, 종래 없었던 조명이 가능해져, 조명의 품질을 크게 개선할 수가 있다. 또, 종래 2 개의 조명장치에 대해, 본 발명의 하나의 조명장치로 대체 가능하며, 이로인해 에너지 절약이나 환경 문제에도 크게 공헌할 수 있다.
도 1a 는 본 발명의 조명장치의 기본 구성의 단면도를 나타낸다.
도 1b 는 본 발명의 조명장치의 기본 구성의 상세 단면도를 나타낸다.
도 1c 는 본 발명의 조명장치의 액정 패널에 전압이 인가되지 않는 경우의 액정 분자의 방향을 나타내는 도면이다.
도 1d 는 본 발명의 조명장치의 액정 패널에 전압을 인가했을 경우의 액정 분자의 방향을 나타내는 도면이다.
도 2a 는 오목 렌즈의 기능을 가지는 액정 패널을 배치한 본 발명의 조명장치의 단면도를 나타낸다.
도 2b 는 오목 렌즈의 기능을 가지는 마이크로 렌즈를 형성한 액정 패널을 배치한 본 발명의 조명장치의 상세 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2c 는 전극이 설치되지 않은 영역이 형성된 액정 패널을 배치한 본 발명의 조명장치의 상세 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2d 는 볼록 렌즈의 기능을 가지는 마이크로 렌즈를 형성한 액정 패널을 배치한 본 발명의 조명장치의 상세 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2e 는 볼록 렌즈의 기능의 프레넬(Fresnel) 구조를 형성한 액정 패널을 배치한 본 발명의 조명장치의 상세 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2f 는 여러가지 기능을 가지는 마이크로 렌즈를 형성한 액정 패널을 배치한 본 발명의 조명장치의 상세 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3a 는 폴리머 분산형 액정 패널을 배치한 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 3b 는 폴리머 분산형 액정 패널을 배치한 본 발명의 조명장치의 액정 패널에 대해, 전압이 인가되지 않은 경우의 액정 분자의 방향을 나타내는 도면이다.
도 3c 는 폴리머 분산형 액정 패널을 배치한 본 발명의 조명장치의 액정 패널에 대해, 전압을 인가했을 경우의 액정 분자의 방향을 나타내는 도면이다.
도 4 는 다른 기능의 액정 패널의 섹션을 배치한 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 5 는 다른 기능의 액정 패널의 섹션을 교대로 배치한 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 6 는 다른 기능의 액정 패널을 층상으로 배치한 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 7 은 전구형의 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 8a 는 다른 기능의 액정 패널을 적층으로 배치한 전구형의 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 8b 는 다른 기능의 곡면상의 액정 패널을 적층으로 배치한 전구형의 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 9 는 천정용의 본 발명의 조명장치를 나타낸다.
도 10a 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 평면도이다.
도 10b 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 10c 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 10d 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 10e 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 10f 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 10g 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 10h 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 10i 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 11 은 액정 패널을 LED(발광소자) 기판에 대해서 기울여 배치한 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 12 는 2매의 액정 패널을 각각 반대의 방향으로 기울여 배치한 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 13a 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예의 평면도이다.
도 13b 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예의 평면도이다.
도 13c 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예의 평면도이다.
도 14a 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예의 평면도이다.
도 14b 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예의 평면도이다.
도 15a 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예를 나타내는 단면도이다.
도 15b 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예를 나타내는 단면도이다.
도 15c 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예를 나타내는 단면도이다.
도 16a 는 본 발명에 이용되는 LED의 예의 평면도이다.
도 16b 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 평면도이다.
도 16c 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예를 나타내는 단면도이다.
도 16d 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예를 나타내는 단면도이다.
도 16e 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예를 나타내는 단면도이다.
도 16f 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예를 나타내는 단면도이다.
도 17a 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 평면도이다.
도 17b 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예를 나타내는 단면도이다.
도 17c 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예를 나타내는 단면도이다.
도 18a 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극에 인가하는 전압의 예를 나타내는 도면이다.
도 18b 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극에 인가하는 전압의 예를 나타내는 도면이다.
도 18c 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극에 인가하는 전압의 예를 나타내는 도면이다.
도 18d 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극에 인가하는 전압의 예를 나타내는 도면이다.
도 19a 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극에 인가하는 전압의 예를 설명하는 도면이다.
도 19b 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극에 인가하는 전압의 예를 설명하는 도면이다.
도 20a 는 다른 기능의 액정 패널을 층상으로 배치한 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 20b 는 다른 기능의 액정 패널을 층상으로 배치한 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 20c 는 다른 기능의 액정 패널을 층상으로 배치한 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 20d 는 다른 기능의 액정 패널을 층상으로 배치한 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 20e 는 다른 기능의 액정 패널을 층상으로 배치한 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 21a 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 21b 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 평면도이다.
도 21c 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 평면도이다.
도 21d 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 21e 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 21f 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 22a 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 22b 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 22c 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 평면도이다.
도 23 은 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 평면도이다.
도 24 는 본 발명의 전구형의 조명장치의 단면도이다.
도 1b 는 본 발명의 조명장치의 기본 구성의 상세 단면도를 나타낸다.
도 1c 는 본 발명의 조명장치의 액정 패널에 전압이 인가되지 않는 경우의 액정 분자의 방향을 나타내는 도면이다.
도 1d 는 본 발명의 조명장치의 액정 패널에 전압을 인가했을 경우의 액정 분자의 방향을 나타내는 도면이다.
도 2a 는 오목 렌즈의 기능을 가지는 액정 패널을 배치한 본 발명의 조명장치의 단면도를 나타낸다.
도 2b 는 오목 렌즈의 기능을 가지는 마이크로 렌즈를 형성한 액정 패널을 배치한 본 발명의 조명장치의 상세 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2c 는 전극이 설치되지 않은 영역이 형성된 액정 패널을 배치한 본 발명의 조명장치의 상세 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2d 는 볼록 렌즈의 기능을 가지는 마이크로 렌즈를 형성한 액정 패널을 배치한 본 발명의 조명장치의 상세 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2e 는 볼록 렌즈의 기능의 프레넬(Fresnel) 구조를 형성한 액정 패널을 배치한 본 발명의 조명장치의 상세 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2f 는 여러가지 기능을 가지는 마이크로 렌즈를 형성한 액정 패널을 배치한 본 발명의 조명장치의 상세 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3a 는 폴리머 분산형 액정 패널을 배치한 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 3b 는 폴리머 분산형 액정 패널을 배치한 본 발명의 조명장치의 액정 패널에 대해, 전압이 인가되지 않은 경우의 액정 분자의 방향을 나타내는 도면이다.
도 3c 는 폴리머 분산형 액정 패널을 배치한 본 발명의 조명장치의 액정 패널에 대해, 전압을 인가했을 경우의 액정 분자의 방향을 나타내는 도면이다.
도 4 는 다른 기능의 액정 패널의 섹션을 배치한 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 5 는 다른 기능의 액정 패널의 섹션을 교대로 배치한 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 6 는 다른 기능의 액정 패널을 층상으로 배치한 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 7 은 전구형의 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 8a 는 다른 기능의 액정 패널을 적층으로 배치한 전구형의 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 8b 는 다른 기능의 곡면상의 액정 패널을 적층으로 배치한 전구형의 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 9 는 천정용의 본 발명의 조명장치를 나타낸다.
도 10a 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 평면도이다.
도 10b 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 10c 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 10d 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 10e 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 10f 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 10g 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 10h 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 10i 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 11 은 액정 패널을 LED(발광소자) 기판에 대해서 기울여 배치한 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 12 는 2매의 액정 패널을 각각 반대의 방향으로 기울여 배치한 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 13a 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예의 평면도이다.
도 13b 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예의 평면도이다.
도 13c 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예의 평면도이다.
도 14a 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예의 평면도이다.
도 14b 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예의 평면도이다.
도 15a 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예를 나타내는 단면도이다.
도 15b 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예를 나타내는 단면도이다.
도 15c 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예를 나타내는 단면도이다.
도 16a 는 본 발명에 이용되는 LED의 예의 평면도이다.
도 16b 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 평면도이다.
도 16c 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예를 나타내는 단면도이다.
도 16d 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예를 나타내는 단면도이다.
도 16e 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예를 나타내는 단면도이다.
도 16f 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예를 나타내는 단면도이다.
도 17a 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 평면도이다.
도 17b 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예를 나타내는 단면도이다.
도 17c 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극의 예를 나타내는 단면도이다.
도 18a 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극에 인가하는 전압의 예를 나타내는 도면이다.
도 18b 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극에 인가하는 전압의 예를 나타내는 도면이다.
도 18c 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극에 인가하는 전압의 예를 나타내는 도면이다.
도 18d 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극에 인가하는 전압의 예를 나타내는 도면이다.
도 19a 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극에 인가하는 전압의 예를 설명하는 도면이다.
도 19b 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 전극에 인가하는 전압의 예를 설명하는 도면이다.
도 20a 는 다른 기능의 액정 패널을 층상으로 배치한 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 20b 는 다른 기능의 액정 패널을 층상으로 배치한 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 20c 는 다른 기능의 액정 패널을 층상으로 배치한 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 20d 는 다른 기능의 액정 패널을 층상으로 배치한 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 20e 는 다른 기능의 액정 패널을 층상으로 배치한 본 발명의 조명장치의 단면도이다.
도 21a 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 21b 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 평면도이다.
도 21c 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 평면도이다.
도 21d 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 21e 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 21f 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 22a 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 22b 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 단면도이다.
도 22c 는 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 평면도이다.
도 23 은 본 발명에 이용되는 액정 패널의 예의 평면도이다.
도 24 는 본 발명의 전구형의 조명장치의 단면도이다.
도 1b 를 참조하여 본 발명의 LED 조명장치의 구조를 상세하게 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 조명장치는, 기판 (1) 에 장착된 LED(발광소자) (2), 액정 패널 (4), LED 구동 회로 (12), 리모콘·센서 (13), 및 액정 구동 회로 (14) 를 가진다. LED 구동 회로 (12), 리모콘·센서 (13), 및 액정 구동 회로 (14) 는 가정용의 상용 전원 (15) 에 접속되어 있다. 즉, LED 구동 회로와 액정 구동 회로는 공통의 상용 전원으로부터의 전압이 공급된다. 투명 전극 (42) 는 액정 구동 회로 (14) 에 접속되어 있다. LED (2)는 LED 구동 회로 (12) 에 접속되어 있다. 본 발명의 실시예에 따른 조명장치에 인체 감지 센서를 내장함으로써, 인체의 존재 영역을 자동 검지하여, 쾌적하고 에너지가 절약되는 조명을 얻을 수 있다.
액정 패널 (4) 은 ITO 등의 투명 도전막으로 이루어진 전극 (42) 이 구비된 2 매의 평행한 유리 기판 (41) 사이에 액정 재료 (43) 를 봉입하여 구성한다. 전극 (42) 에 수 볼트의 전압을 인가하면 액정 분자 (400) 의 방향이 변화하여 광학 특성이 변화한다. 여기서 광학 특성은 빛의 투과율, 굴절률, 감쇠율 등을 포함한다.
본 실시예에 의하면, 액정 구동 회로에 의해, 액정 패널의 광학 특성을 원하는 모드로 변화시킬 수가 있다. 예를 들면, 빛의 투과율 및 굴절률을 원하는 값으로 변화시킬 수가 있다.
이에 대해서는 후에 상세하게 설명한다. 이에 의해, LED 조명장치로부터의 조명 빛을 원하는 모양으로 변화시킬 수가 있다. 또한, 이하에 상세하게 설명하는 바와 같이, 본 발명에 의하면, 액정 패널의 전극의 형상 및 구조를 여러가지 모양으로 변화시킨다. 이에 의하여도, LED 조명장치로부터의 조명 빛을 소망한 모양에 변화시킬 수가 있다.
LED(발광소자) (2) 는 하나의 P-N 접합으로 이루어진 경우에는, 수 볼트의 직류 전압으로 동작한다. LED(발광소자) 및 액정 패널 모두 기본적으로는 수 볼트의 전압으로 동작하므로, 구동하는 전자 회로의 정합성이 상당히 높고, 구동 전자 회로를 집적화 할 수도 있다.
LED 의 고출력화를 위해서 다수의 LED(발광소자)를 직렬 및 병렬로 접속하는 경우에도, 구동 전압은 10-15 볼트 정도이며, 액정 패널도 10-15 볼트 정도로 동작하는 것도 있어, 전자 부품으로서 LED 와 액정 패널 사이의 정합성은 지극히 좋다.
도 1c 및 도 1d 를 참조해 설명한다. 본 발명의 실시예의 액정 패널에서는, 액정 재료에 네마틱(nematic) 액정을 이용해 전극간 거리가 4 미크론이 된다. 도 1c 에 나타낸 바와 같이, 인가 전압이 0 인 경우에는, 액정 분자 (400) 의 방향은 전극면에 거의 평행이며, 이에 의해 입사광 (3) 을 그다지 통과하지 않는다. 도 1d 에 나타낸 바와 같이, 공급 전압을 올리면 액정 분자 (400) 의 방향이 바뀌고, 입사광 (3) 을 통과하게 되어, 5 볼트 정도에서 거의 투명하게 된다. 그러나, 이러한 특성은 액정 기판의 처리에 의해 크게 변화하고, 또한 액정 재료에 의해 크게 변화한다.
현재, 넓게 이용되고 있는 액정의 응용은 디스플레이이며, 미세한 픽셀의 빛의 투과를 완전한 0 부터 100퍼센트의 넓은 범위에 걸쳐 제어하지만, 본 발명의 경우에는 넓은 면적에 걸쳐, 특정 범위의 빛의 투과나 반사, 산란을 얻는 것이 요구되므로, 액정 패널의 구조는 지극히 단순하고, 제조가 용이하며 염가로 할 수 있다.
도 2a 는, 액정 패널의 전극에 마이크로 렌즈의 구조나 프레넬 구조를 갖춤으로써, 액정 패널이 오목 렌즈 작용을 나타내는 본 발명의 실시예이다. 렌즈의 기능을 나타내는 액정 패널 (4) 을 LED 기판 (1) 에 평행하게 배치함으로써, LED(발광소자) (2) 로부터의 지향성이 강한 빛 (3) 을 확산시켜, 5 와 같은 빛을 생성하여, 넓은 범위의 조명을 가능하게 한 예이다. 또한, 전극의 구멍 구조나 프레넬 구조에 의해, 볼록 렌즈 작용을 나타내는 액정 패널을 마련하면, LED(발광소자)로부터의 빛을 수렴하여, 국부적으로 상당히 밝은 조명을 가능하게 하는 조명장치를 얻을 수 있다.
도 2b 에 나타내는 예에서는, 유리 기판 (41) 에 액정이 오목 렌즈의 작용을 나타내는 마이크로 렌즈 구조 (41A) 가 형성되어 있다. 도 2c 에 나타내는 예에서는, 유리 기판 (41) 에 전극이 설치되지 않은 영역 (41B) 이 형성되어 있다. 도 2d 에 나타내는 예에서는, 유리 기판 (41) 에 액정이 볼록 렌즈의 작용을 나타내는 마이크로 렌즈 구조 (41C) 가 형성되어 있다. 도 2e 에 나타내는 예에서는, 유리 기판 (41) 에 프레넬 렌즈 (41D) 가 형성되어 있다.
도 2f 에 나타내는 예에서는, 유리 기판 (41) 에 다수의 마이크로 렌즈, 프레넬 렌즈 등이 형성되어 있다. 이러한 렌즈의 구조에서는, 비교적 큰 렌즈 구조를 LED(발광소자)의 바로 밑에 구성하거나 매우 작은 마이크로 렌즈를 늘어놓거나 필요로 하는 특성에 의해 선택할 수가 있다.
도 3a 는 마이크로 캡슐화한 액정을 폴리머에 분산시킨 액정 재료를 이용한 액정 패널을 배치한 실시예로서, 액정 패널에 전압을 인가하지 않는 경우에는, 마이크로 캡슐 액정은 랜덤하게 존재하고 있기 때문에, LED(발광소자)로부터의 빛 (3) 은 액정 패널 (4) 로 반사되어 빛 (5) 과 같이 산란하고, 이 조명장치는 간접조명을 제공한다. 또한, 이러한 액정 패널은, 종래 차광 블라인드로서 이용되고 있다.
도 3b 및 도 3c 를 참조해 설명한다. 본 실시예의 액정 패널에서는, 전극간 거리가 10 미크론, 액정을 포함한 마이크로 캡슐 (401) 의 크기가 약 1 미크론이며, 복수개의 마이크로 캡슐은 폴리머 (402) 에 분산된다. 도 3b 에 나타낸 바와 같이, 전압이 0 인 경우, LED로부터의 빛을 통과하지 않고, 산란, 반사하여 간접조명이 된다. 도 3c 에 나타낸 바와 같이, 전압을 가하면 빛을 통과시키게 되어, 약 5 볼트에서 투명하게 되므로, 조명기구 아래에서 밝은 조명을 얻을 수 있다.
또, 휴대전화의 디스플레이에 이용되는 폴리머 분산 액정을 이용한 반사형의 액정 패널을 본 발명에 사용할 수도 있다. 이 경우, 인가 전압이 0 인 경우에는, LED로부터의 빛을 반사, 산란하지만, 전압이 5볼트인 경우에는, 빛을 통과하게 되어 밝은 조명을 얻을 수 있다.
게다가, 폴리머 분산형의 액정을 이용해 전극의 구조를, LED(발광소자) 아래를 중심으로 한 다수의 동심원 구조로 한 액정 패널에서는, 빛의 회절 효과에 의해 렌즈 효과를 얻을 수 있으므로, LED 소자로부터의 빛을 한층 더 집중시키거나 발산시킬 수 있기 때문에, 폭넓은 조명의 제어가 가능해진다.
도 4 는 균일한 액정 패널은 아니고, 액정 패널을 복수의 섹션으로 나누어 다른 기능을 갖게 하는 것으로, 복잡한 조명을 실현하는 장치이다. 도 4 에서, 액정 패널의 오른쪽 부분 (4B) 은 폴리머 분산형 액정으로, LED(발광소자)로부터의 빛 (3) 을 산란시켜, 빛 (5A) 나 빛 (5B) 와 같이 분산시키지만, 왼쪽 부분 (4A) 은 오목 렌즈의 기능을 가지는 액정 패널로, LED(발광소자)로부터의 빛 (3) 을 투과 분산시켜, 빛 (5C) 와 같이 되어, 방의 왼쪽 반은 밝게 하고, 오른쪽 반은 간접조명을 얻을 수 있다.
도 5 는 복수의 섹션으로 나누어, 기능이 다른 액정 패널을 교대로 마련한 실시예로서, 넓은 범위에 걸쳐서 부드러운 조명을 제공하는 조명장치로, 각각의 기능의 섹션의 액정 패널에 가해지는 전압을 조정함으로써, 넓은 범위의 조명의 품질의 제어가 가능하다. 또, 같은 기능의 액정 패널을 다수의 섹션으로 나눈 조명장치에서는, 각각의 섹션을 제어함으로써 조명의 품질을 조정할 수가 있다.
도 6 은 다른 기능의 액정 패널을 층상으로 배치한 실시예로서, 제 1 액정 패널 (4B) 은 폴리머 분산형 액정 패널이고, 제 2 액정 패널 (4A) 은 오목 렌즈 기능을 가지는 액정 패널이다. 제 1 액정 패널에 전압을 가하면 대부분 투명하게 되므로, 제 2 액정 패널에 가해지는 전압의 제어에 의해 적당하게 확산된 조명을 얻을 수 있다. 제 1 액정 패널에 가해지는 전압을 저하시키거나, 또는 0 으로 하는 것에 의해 간접조명을 얻을 수 있다.
도 7 은 최근 시판된 전구형 LED 램프에 본 발명을 적용한 것이다. 유리 용기 (6) 내의 LED(발광소자) (2) 의 배열된 발광 기판 (1) 보다 멀어진 위치에 오목 렌즈의 기능을 나타내는 액정 패널 (4) 을 마련한 것으로, 액정 패널에 가해지는 전압을 조정함으로써 빛 (5) 과 같은 확산 조명을 얻을 수 있다.
도 8a 는 유사한 전구형 램프이지만, 액정 패널에 기능이 다른 2 매의 액정 패널 (4A, 4B) 를 적층하여 이용한 실시예로서, 도 6 의 구성을 전구에 응용한 것이며, 이에 의해 각각의 패널에 인가하는 전압에 의해 지극히 다채로운 조명을 얻을 수 있다. 도 8b 의 전구형 램프에서도, 기능이 다른 2 매의 액정 패널 (4A, 4B) 을 적층하여 이용한다. 그렇지만, 본 실시예에서는, 액정 패널 (4A, 4B) 은 전구와 같은 형상으로 만곡되어 있다. 즉, 액정 패널 (4A, 4B) 은 반구상으로 형성되어 있다.
도 9 는 본 발명의 천정에 설치하는 조명기구의 단면도로서, 커버 (8) 의 내부의 반 원통형의 기판 (1) 상의 LED(발광소자) (2) 로부터의 지향성이 강한 빛 (3) 을, 그 전면에 위치하는 반 원통형의 액정 패널 (4) 에 의해 조절된 부드러운 빛 (5) 으로 하는 실시예이다. 이러한 반 원통형의 액정 패널 (4) 은 필름 액정 패널을 이용함으로써 용이하게 얻을 수 있다.
도 9 및 도 8b 의 예에서는 만곡한 필름형 액정 패널을 이용한다. 이러한 액정 패널에서는 유리 기판 대신에 플라스틱 기판이 이용되어도 좋다.
도 10a 는 본 발명에 이용하는 액정 패널의 평면도로서, 실시예 1 에서 언급한 마이크로 렌즈가 아니어도, 메시 전극(전극이 설치된 부분 (42A) 과 전극이 설치되지 않은 부분 (41B)) 을 형성함으로써, 전기장 분포에 불균일이 생겨, 액정의 광학적 성질에 규칙적인 변화를 일으켜, 빛을 확산하는 본 발명에 따른 액정 패널의 예이다.
도 10b 는 도 10a 에 나타내는 액정 패널의 단면도이다. 비전극 부분(전극이 설치되지 않은 부분) (41B) 의 치수를 L 이라 하고, 2개의 전극 (42A, 42B) 의 사이의 치수를 d 라 한다. 도 10b 에서는 위쪽의 전극 (42A) 에, 치수 L 의 비전극 부분 (41B) 이 형성되어 있다. 한편, 아래쪽의 전극 (42B) 은 유리 기판 (41) 에 전면적으로 형성되어 있다. 도 10c 내지 도 10f 는 비전극 부분 (41B) 의 치수 L 과 2개의 전극 (42A, 42B) 사이의 치수 d 와의 비 L/d 를 변화시키는 경우의 예를 나타낸다.
도 10c 및 도 10d 의 예에서는 2개의 전극 (42A, 42B) 사이의 치수 d 는 비교적 크고, 치수 L 과 대충 같다. 도 10c 의 경우, 2개의 전극 사이에 인가하는 전압을 V=0 으로 한다. 이 경우, LED(발광소자)로부터의 빛 (3) 의 대부분은 반사되고, 일부분은 투과 분산된다. 따라서, 방은 어두워진다. 도 10d 의 경우, 2개의 전극 사이에 전압 V=V 를 인가한다. 이 경우, LED(발광소자)로부터의 빛 (3) 은 전극이 설치되고 있는 부분에서는 투과하고, 전극이 설치되지 않은 부분에서는 대부분 반사하고 일부분은 투과 분산한다. 따라서, 방은 투과광과 반사광에 의한 간접조명에 의해 밝아진다.
도 10e 및 도 10f 의 예에서는, 2개의 전극 (42A, 42B) 의 사이의 치수 d 는 비교적 작고, 치수 L 보다 충분히 작다. 도 10e 의 경우, 2개의 전극 사이에 인가하는 전압을 V=0 으로 한다. 이 경우, LED(발광소자)로부터의 빛 (3) 의 대부분은 반사한다. 따라서, 방은 어두워진다. 도 10f 의 경우, 2개의 전극 사이에 전압 V=V 를 인가한다. 이 경우, LED(발광소자)로부터의 빛 (3) 은 전극이 설치되고 있는 부분에서는 투과하고, 전극이 설치되지 않은 부분에서는 반사한다. 따라서, 방은 투과광과 반사광에 의한 간접조명에 의해 밝아진다.
도 10g 내지 도 10i 는 2개의 전극 (42A, 42B) 이 전면적으로 형성되어 비전극 부분을 구비되지 않는 예를 나타낸다. 이러한 예에서는, 어느 한쪽의 전극의 일부의 영역에 있어서, 전극 간의 간극이 좁고, 그 이외의 영역에서는, 전극 간의 간극의 치수 d 는 통상의 크기이다. 즉, 이러한 예에서는, 전극이 설치되지 않은 부분을 구비하는 대신, 2 개의 전극 간의 간극이 좁은 영역을 구비한다. 전극간의 간극의 치수 d 가 좁아지고 있는 영역의 치수를 L 이라 한다.
도 10g 및 도 10h 의 예에서는, 2개의 전극 (42A, 42B) 은 유리 기판 (41) 의 내면에, 각각 전면적으로 설치되고 있다. 그렇지만, 한편의 유리 기판 (41) 의 두께가 일부분에 대해 커지고 있다. 유리 기판 (41) 의 두께가 큰 영역 (41E) 에서는 액정 (43) 의 두께 및 2 개의 전극 간의 간극이 작아지고 있다.
도 10g 의 경우, 2개의 전극 사이에 인가하는 전압을 V=0 으로 한다. 이 경우, LED(발광소자)로부터의 빛 (3) 의 대부분은 반사된다. 따라서, 방은 어두워진다. 도 10h 의 경우, 2개의 전극 사이에 전압 V=V0 를 인가한다. LED(발광소자)로부터의 빛 (3) 은 전극간의 간극이 좁아지고 있는 영역에서 대부분은 투과된다. 따라서, 방은 투과광과 반사광에 의한 간접조명에 의해 밝아진다.
도 10i 의 예에서는, 위쪽 전극 (42A) 은 위쪽 유리 기판 (41) 의 내면에 형성되고 있지만, 아래쪽 전극 (42B) 은 아래쪽 유리 기판 (41) 의 내부에 형성된다. 2 개의 유리 기판의 두께 및 2 개의 기판의 사이에 삽입된 액정 (43) 의 두께는 일정하지만, 2개 의 전극 간의 간극은 일정하지 않다. 이 경우, 2 개의 전극 사이에 전압 V=V0 를 인가하면, LED(발광소자)로부터의 빛 (3) 은 전극 간의 간극이 좁아지고 있는 영역에서, 대부분은 투과된다. 따라서, 방은 투과광과 반사광에 의한 간접조명에 의해 밝아진다.
지금까지 설명해 온 렌즈의 기능을 나타내는 액정 패널에서는, 문헌에 개시된 것과 같은 초점거리가 뚜렷한 렌즈일 필요는 없고, 막연히 집광 혹은 확산 기능을 나타내는 것으로도 좋은 바, 본 실시예와 같이 불균일하게 전극을 구성하면 전계의 강함도 불균일하게 되고, 결과적으로 액정 재료의 굴절률 등 광학 특성이 불균일하게 되어, 빛이 수렴 또는 확산한다.
도 11 은 액정 패널을 LED(발광소자) 기판에 대해서 기울여 배치한 본 발명의 실시예로서, 기울이는 것에 의해 LED(발광소자)로부터의 빛 (3) 은 빛 (5A) 과 같이 액정 패널 (4) 의 표면에서 반사되는 것과 동시에 투과광은 5B 와 같이, 산란빛은 5C 와 같이 되어, LED(발광소자) (2) 로부터의 빛 (3) 은 지극히 넓은 범위로 넓어져, 효율적으로 공간을 비출 수가 있다.
도 12 는 2매의 액정 패널 (4A, 4B) 을 각각 반대 방향으로 기울여 배치한 본 발명의 실시예로서, 좌우의 공간에 대해서 밸런스를 취해 폭넓게 조명할 수 있다. 게다가 다수의 액정 패널을 이와 같이 배치하여, 각각의 액정 패널에의 전기신호를 제어함으로써, 극히 다양한 조명이 가능해진다.
도 13a 내지 도 13c 는 도 10a 에 나타낸 실시 예의 변형예이며, 여러 가지 형상의 전극 구조의 예를 나타낸다. 이러한 전극 구조는 전극 부분 (42A) 과 비전극 부분 (41B) 으로 이루어진다. 본 실시예의 전극은 유리 기판에 투명 전극을 전면적으로 형성하고, 소정의 형상의 부분에서 투명 전극을 제거함으로써 얻을 수 있다. 비전극 부분 (41B) 은 원형, 삼각형 등의 형상으로 이루어지고, 여러 가지 치수를 가진다. 투명 전극의 패턴은 기존의 리소그래피 기술을 이용해 제조할 수 있다. LED(발광소자)의 배치는 자유롭다. 예를 들면, 비교적 큰 치수의 원형의 비전극 부분 (41B) 의 바로 위에, LED(발광소자)를 배치할 수도 있다.
도 14a 및 도 14b 는 더욱 여러가지 형상의 전극 구조의 예를 나타낸다. 이러한 전극 구조는 전극 부분 (42A) 과 비전극 부분 (41B) 으로 이루어진다. 본 실시예의 전극 구조는 유리 기판상의 소정의 형상의 영역에 투명 전극을 형성함으로써 얻을 수 있다. 전극 부분 (42A) 가운데 비교적 면적이 큰 영역의 바로 위에 LED(발광소자) 를 배치하는 것이 바람직하다.
도 15a 로부터 도 15c 를 참조해, 전극 구조를 상세하게 설명한다. 액정 패널 (4) 은 ITO 등의 투명 도전막으로 이루어지는 전극 (42A, 42B) 이 구비된 2 매의 평행한 유리 기판 (41) 사이에 액정 재료 (43) 를 봉입하여 구성된다.
이러한 예에 있어서, 위쪽 전극 (42A) 이 제어 전극, 아래 쪽 전극 (42B) 이 공통 전극이다. 위쪽 제어 전극 (42A) 은 서로 분리된 복수의 전극에 의해 구성되어 있다. 즉, 제어 전극 (42A) 은 비전극 부분 (41B) 에 의해 분리되어 있다. 이러한 복수의 제어 전극 (42A) 가운데 임의의 전극과 아래 쪽 공통 전극 (42B) 사이에 소망한 전압이 인가된다.
도 15a 의 예에서는, 공통 전극 (42B) 은 아래 쪽 유리 기판 (41) 의 내면에 고르게 형성되어 있다. 도 15b 의 예에서는, 공통 전극 (42B) 과 제어 전극 (42A) 은 동일 형상을 갖고, 대응하는 위치에 배치된다. 도 15c 의 예에서는, 공통 전극 (42B) 과 제어 전극 (42A) 은 동일 형상을 갖고, 서로 어긋난 위치로 배치된다. 이와 같이, 공통 전극 (42B) 과 제어 전극 (42A) 의 상대적인 위치는 자유롭게 설정 가능하다.
도 13a 내지 도 13c, 도 14a 내지 도 14b 에 나타낸 전극은 제어 전극이지만, 그에 대한 공통 전극은 임의로 설정해도 좋다. 단, 공통 전극 (42B) 과 제어 전극 (42A) 사이의 상대적인 위치 관계에 의해 액정 분자의 방향이 변화하기 때문에, 투과광의 광량 및 성질이 변화한다.
도 16a 는 기판 (1) 에 장착된 LED(발광소자) (2) 의 평면 구성을 나타내며, 도 16b 는 LED(발광소자) (2) 아래에 배치된 액정 패널의 제어 전극의 형상을 나타낸다. 제어 전극 (42A) 은 안쪽의 원형 부분 (42A-1) 과 외측의 링 섹션 (42A-2) 으로 이루어진다. 원형 부분과 링 섹션은 비전극 부분 (41B) 을 개입시켜 서로 분리되어 있으며, 각각 독립적으로 전압이 인가된다.
도 16c 내지 도 16f 를 참조하여, 도 16a 및 도 16b 에 나타낸 LED 조명장치의 동작을 설명한다. 도 16c 는 기판 (1) 에 장착된 LED(발광소자) (2) 의 단면 구성을 나타낸다. 도 16d 내지 도 16f 는 기판 (1) 에 장착된 LED(발광소자) (2) 와 액정 패널 (4)의 단면 구조를 나타낸다.
도 16d 는 인가 전압이 0 인 경우이다. LED(발광소자) (2) 로부터의 빛은 액정 패널에 의해 산란되고, 대부분 투과하지 않는다. 도 16e 는 제어 전극의 원형 부분 (42A-1) 과 링 섹션 (42A-2) 의 양자에 전압을 인가했을 경우로서, LED(발광소자) (2) 로부터의 빛은 액정 패널을 투과한다. 도 16f 는 원형 부분 (42A-1) 에 전압을 인가하고, 링 섹션 (42A-2) 의 인가 전압이 0 인 경우이다. LED(발광소자) (2) 로부터의 빛은 원형 부분 (42A-1) 을 투과하여, 링 섹션 (42A-2) 에서 산란한다.
도 17a 는 기판 (1) 에 장착된 LED(발광소자) (2) 를 나타낸다. LED (2) 는 링 형상으로 배치된다. 도 17b 는 인가 전압이 0 인 경우를 나타내며, LED 로부터의 빛은 액정 패널에서 산란된다. 도 17c 는 인가 전압이 0 이 아닌 경우를 나타내며, LED 로부터의 빛은 액정 패널을 투과한다.
도 18a 는 통상의 액정 패널에 인가되는 전압을 나타낸다. 표시장치에 이용되는 액정 패널에서는 소정의 크기의 전압을 정부 교대로 인가한다. 도 18b 및 도 18c 는 본 발명에 의한 LED 조명장치에 이용하는 액정 패널에 인가하는 전압의 예를 나타낸다. 본례에서는 시간 tv 에 대해 양(posotive)의 전압을 인가하고, 그 후 시간 t0 에 대해 인가 전압을 0 으로 한다. 다음으로, 시간 tv 에 대해 음(negative)의 전압을 인가하고, 그 후, 시간 t0 에 대해 인가 전압을 0 으로 한다. 이것을 반복한다. 1초간에 인가하는 양의 인가 전압의 회수를 주파수로 칭하는 것으로 한다. 주파수는, 수십에서 수백 사이클일 수 있다.
1 주기 (T) 내에서 양 또는 음의 전압을 인가하고 있는 시간의 비율을 듀티(duty) 라고 칭하기로 한다. 예를 들면, 도 18a 의 예에서는 듀티가 1, 도 18b 의 예에서는 듀티가 0.5, 도 18c 의 예에서는 듀티가 0.25 이다. 듀티와 주파수를 임의의 값으로 설정함으로써, 조명장치보다 소망한 광량의 빛을 출력할 수가 있다. 도 18d 는 인가 전압을 0 으로 했을 경우이다. LED로부터의 빛은 액정 패널에 의해 산란한다.
도 19a 는 액정 패널에 인가하는 전압과 빛의 투과량의 관계를 나타낸다. 전압이 V0 에서는 빛의 투과량은 지극히 작지만, 전압을 VM 으로 증가시키면 빛의 투과량이 증가한다. 전압을 VS 보다 크게 하면, 빛의 투과량은 최대가 된다.
도 19b 는 본 발명의 조명장치의 액정 패널에 인가하는 전압의 예를 나타낸다. 본 실시예에서는 시간 tH 의 사이에 양의 전압 VH 를 인가하고, 그 후, 시간 tL 의 사이에 양의 전압 VL 를 인가한다. 다음으로, 시간 tH 의 사이에 음의 전압 VH 를 인가하고, 그 후, 시간 tL 의 사이에 부의 전압 VL 를 인가한다. 이것을 반복한다. 1 주기는 시간 (tH+tL)×2 이다. 전압 VH 및 VL 를 임의의 값으로 설정할 수 있다. 고전압 VH 는 도 19a 의 그래프의 VS 일 수 있으며, 저전압 VL 는 도 19a 의 그래프의 V0 또는 VM 일 수 있다. 따라서, 본 실시예에서, 액정 패널에서는, 시간 tH 에서는, LED(발광소자) (2)로 부터의 빛의 대부분을 투과시키고, 시간 tL 에서는, LED(발광소자) (2) 로부터의 빛의 일부분만을 투과시켜, 대부분을 산란시킨다. 여기에서는, 인가 전압의 크기를 변화하는 것으로써 액정의 광투과율을 변화시키는 경우를 설명했다. 일반적으로, 인가 전압을 제어하는 것으로써, 액정의 광학 특성이 변화한다. 여기서 광학 특성은, 빛의 투과율, 굴절률, 감쇠율 등을 포함한다. 본 발명에서는 인가 전압을 제어함으로써, 액정의 광학 특성을 소망한 모양에 변화시킨다. 그에 따라, LED 조명장치로부터의 조명 빛을 소망한 모양으로 변화시킬 수가 있다.
도 19a 및 도 20a 내지 도 20e 를 참조해 설명한다. 도 6 에 2 매의 액정 패널을 적층한 예를 나타냈다. 본 실시예의 액정 패널에서는, 2매의 액정 패널을 적층한 것과 같은 구조를 가진다. 본 실시예의 액정 패널은, 3 장의 평행한 유리 기판 (411, 412, 413) 을 가진다. 위쪽 유리 기판 (411) 의 내면에는 제1의 제어 전극 (421) 이 형성되어 중간 유리 기판 (412) 의 양면에는 공통 전극 (422, 423) 이 형성되고 아래 쪽 유리 기판 (413) 의 내면에는 제2의 제어 전극 (424) 이 형성되어 있다. 이러한 3 장의 평행한 유리 기판의 사이에 액정 (431, 432) 이 각각 봉입된다.
제 1 제어 전극 (421) 과 공통 전극 (422) 에 의해 제 1 액정 패널이 구성되며, 제 2 제어 전극 (424) 과 공통 전극 (423) 에 의해 제 2 액정 패널이 구성된다. 제 1 액정 패널에 인가하는 전압을 V1, 제 2 액정 패널에 인가하는 전압을 V2 라 한다.
도 20b 는 2 개의 액정 패널의 인가 전압을 모두 제로로 하는 경우를 나타낸다. 즉, V1=V2=0 으로 한다. 이 경우, LED(발광소자) (2) 로부터의 빛 (3) 의 대부분은 반사하여 산란한다. 도 20c 는 제 1 액정 패널의 인가 전압 V1 이 V1=VS, 제 2 액정 패널의 인가 전압이 V2=0 또는 V0 의 경우이다. 이 경우, LED(발광소자) (2) 로부터의 빛 (3) 의 대부분은 제 1 액정 패널을 투과 하지만, 투과한 빛의 대부분은, 제 2 액정 패널을 반사하여 산란한다.
도 20d 는 2 개의 액정 패널의 인가 전압을 모두 VM 으로 한 경우, 즉, V1=V2=VM 인 경우를 나타낸다. 이 경우, LED(발광소자) (2) 로부터의 빛 (3) 의 약 절반은 제 1 액정 패널을 투과하고, 투과한 빛의 약 절반은 제 2 액정 패널을 투과한다. 이와 같이, 2개의 액정 패널의 인가 전압의 각각을 적당하게 변화시켜 소망한 조명 빛을 얻을 수 있다.
도 20e 는 본 발명의 적층형 액정 패널의 또 다른 예를 나타낸다. 본 실시예의 액정 패널에서는, 도 15a 내지 도 15c 에 나타낸 제어 전극을 이용한다. 도 20a 의 예와 비교하여, 제 1 제어 전극 (421) 과 제 2 제어 전극 (422) 이 분리형인 점이 다르다. 제어 전극 (421, 423) 은 비전극 부분 (411B, 413B) 에 의해 각각 복수의 전극으로 분리되어, 각 전극에는 독립적으로 전압을 인가할 수가 있다.
도 21a 는 액정 패널의 다른 예의 구성을 나타내는 단면도이다. 본 실시예의 액정 패널은 2매의 유리 기판 (41) 과 그 사이에 봉입된 액정 (43) 을 갖는다. 유리 기판 (41) 의 사이 공간은 세퍼레이터 (44) 에 의해 복수의 영역으로 분할된다. 각 영역에는 각각 다른 액정 (43) 이 봉입된다. 유리 기판 (41) 의 내면에는 공통 전극 (421) 과 제어 전극 (422) 이 설치된다. 제어 전극 (422) 은 각 영역마다 설치되어 있다. 도 21b 는 본 실시예의 액정 패널의 제어 전극의 평면 구성을 나타낸다. 이러한 복수의 제어 전극 (422) 가운데 임의의 전극과 공통 전극 (421) 사이에 소망한 전압이 인가된다. 도 15a 내지 도 15c 에 기재된 액정 패널에서는 한 종류의 액정 밖에 이용할 수가 없지만, 본 실시예의 액정 패널은 서로 다른 복수의 종류의 액정을 사용할 수 있다. 도 21c 는 본 실시예의 액정 패널의 평면 구성을 나타낸다. 본 실시예의 액정 패널은 서로 다른 액정 패널을 평면적으로 조합한 것과 동등한 기능을 가진다. 도 21b 의 예에서는, 다른 액정 패널을 스트라이프 형으로 배열한 것과 동등하고, 도 21c 의 예에서는, 다른 액정 패널을 타일 형태로 배열한 것과 동등하다.
도 21d 내지 도 21f 는, 도 21b 또는 도 21c 에 나타낸 액정 패널에 내장되는 액정 패널 유닛의 다른 예를 나타낸다. 본 실시예에서는, 제어 전극의 구조가 서로 다른 액정 패널을 조합한다. 도 21d 및 도 21e 의 예에서는, 위쪽 제어 전극을 프레넬 렌즈 구조로 하고, 도 21f 의 예에서는 통상의 평면적인 제어 전극을 이용한다. 그 후, 도 21d 및 도 21e 의 예에서는, 프레넬 렌즈의 방향은 서로 다르다. 이러한 액정 패널을 도 21c 의 각 액정 패널 (4A, 4B) 로서 내장함으로써 소망한 조명 빛을 제공할 수가 있다.
도 22a 내지 도 22c 를 참조하여 본 발명의 액정 패널의 또 다른 예를 설명한다. 도 22a 는 본 실시예의 액정 패널의 단면 구성을 나타낸다. 본 실시예의 액정 패널은 도 21a 의 액정 패널과 동일할 수 있다. 본 실시예서는, 게스트·호스트형의 액정 (43) 을 이용한다. 게스트·호스트형의 액정 (43) 에서는 흡수색이 다른 색소가 첨가되고 있다. 즉, 본 실시예에서는, 서로 다른 복수의 종류의 액정을 사용하는 대신에, 서로 다른 색소를 첨가한 게스트·호스트형의 액정 (43) 을 이용한다. 도 22b 는 삼원색 RGB 빛을 제공하는 액정을 조합한다. 제 1 액정 (431) 은 적색빛을 제공하고, 제 2 액정 (432) 은 녹색빛을 제공하며, 제 3 액정 (433) 은 청색빛을 제공한다. 도 22c 는 이와 같이 삼원색 RGB 빛을 제공하는 액정 패널의 평면 구성을 나타낸다.
도 23 은 격자모양의 액정 패널의 예를 나타낸다. 본 실시예의 액정 패널은 정방형 또는 구형의 액정 패널을 다수개 배열한 것이다. 도시된 바와 같이, 2 매의 유리 기판의 사이 공간은 세퍼레이터 (44) 에 의해 복수의 영역으로 분할된다. 각 영역에 제어 전극 (423) 이 배치되어 있다. 이렇게 하여 다수의 정방형 또는 구형의 액정 패널이 생성된다. 본 실시예의 액정 패널을 구성하는 1개의 액정 패널의 치수는 지극히 작으며, 예컨대 1 cm 이하로, 즉 수 밀리미터일 수도 있다.
도 24 는 도 7 의 전구형 LED 램프에, 도 21a 또는 도 22a 의 액정 패널을 적용한 것이다. 각 액정 패널에는 독립적으로 소망한 전압을 인가할 수가 있다.
이상 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 특허 청구범위에 기재된 발명의 범위에서 여러 가지 변경이 가능하다는 점은 당업자에 의해 용이하게 이해될 수 있다.
본 발명에 관한 LED 조명장치는 공업적으로 생산이 용이하고, 또 가정 및 사업소를 포함하여, 수요가 넓고 산업상 가치가 매우 크다. 특히, 디스플레이에 사용하는 액정 패널은 편광판이나 액정 기판의 배향 처리 등 고도의 기술을 필요로 하지만, 본 발명의 액정 패널은 편광판이나 배향 처리를 반드시 필요로 하지 않고, 제조가 지극히 용이하기 때문에, 염가로 생산할 수 있어 보급의 가능성은 지극히 높다.
1: LED(발광소자) 기판 2: LED(발광소자)
3: LED(발광소자)로부터의 빛 4, 4A, 4B: 액정 패널
5, 5A, 5B, 5C: 액정 패널로부터의 빛
6: 전구의 유리 용기 7: 전구의 꼭지쇠
8: 커버 13: 리모콘·센서
14: 액정 구동 회로 12: LED 구동 회로
15: 상용 전원 41: 유리 기판
42: 투명 전극 43: 액정
41A: 볼록 렌즈부 41B: 구멍
41C: 오목 렌즈부 41D: 프레넬 렌즈부
400: 액정 분자 401: 마이크로 캡슐
3: LED(발광소자)로부터의 빛 4, 4A, 4B: 액정 패널
5, 5A, 5B, 5C: 액정 패널로부터의 빛
6: 전구의 유리 용기 7: 전구의 꼭지쇠
8: 커버 13: 리모콘·센서
14: 액정 구동 회로 12: LED 구동 회로
15: 상용 전원 41: 유리 기판
42: 투명 전극 43: 액정
41A: 볼록 렌즈부 41B: 구멍
41C: 오목 렌즈부 41D: 프레넬 렌즈부
400: 액정 분자 401: 마이크로 캡슐
Claims (22)
- LED 와;
상기 LED 의 점등을 구동하는 LED 구동 회로와;
상기 LED 로부터의 빛의 광로에 배치된 액정 패널; 및
상기 액정 패널에 공급하는 인가 전압을 제어하는 액정 구동 회로를 포함하며,
상기 LED 구동 회로와 상기 액정 구동 회로는 공통의 전원으로부터 각각 전압이 공급되고,
상기 인가 전압은 주기적 파형을 가지며,
상기 액정 구동 회로에 의해, 상기 주기적 파형의 형상 또는 주파수를 변화시킴으로써, 상기 액정 패널의 광학 특성을 변화시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 주기적 파형은 상기 액정의 광투과율이 커지는 전압 부분과, 상기 액정의 광투과율이 작아지는 전압 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 주기적 파형의 1 주기 내에서 상기 액정의 광투과율이 커지는 전압 부분의 시간적 비율을 듀티라고 칭할 때, 상기 듀티는 상기 액정 구동 회로에 의해 변화될 수 있는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
- LED 와;
상기 LED 의 점등을 구동하는 LED 구동 회로와;
상기 LED 로부터의 빛의 광로에 배치된 액정 패널; 및
상기 액정 패널에 공급하는 인가 전압을 제어하는 액정 구동 회로를 포함하며,
상기 액정 패널은 기능이 다른 복수의 액정 패널 부분에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
- 제 4 항에 있어서,
각 액정 패널 부분에 인가되는 전압은 상기 액정 구동 회로에 의해 서로 독립적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 액정 패널은 적층된 복수의 액정 패널 부분에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 액정 패널은 2 개의 외측 기판, 적어도 1 개의 내측 기판을 포함하는 복수의 기판, 및 상기 기판들 사이에 삽입되는 액정 재료를 포함하며, 상기 외측 기판의 내면에 전극이 설치되고, 상기 내측 기판의 양면에 전극이 설치되는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 액정 패널은 평면을 따라 정렬되는 복수의 액정 패널 부분에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
- 제 8 항에 있어서,
상기 복수의 액정 패널 부분은 2 개의 기판의 사이에 설치된 세퍼레이터에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 복수의 액정 패널 부분의 기판 각각에는 서로 다른 마이크로 렌즈 또는 프레넬 렌즈가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 액정 패널은 게스트·호스트형의 액정에 의해 구성되고, 상기 복수의 액정 패널 부분의 각각에는 서로 다른 색을 발광하는 색소가 첨가되는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 액정 패널은 2 개의 평행한 기판, 상기 기판의 사이에 봉입된 액정 재료, 및 상기 기판에 설치된 전극을 포함하며, 상기 전극은 제어 전극과 공통 전극을 갖고, 상기 제어 전극은 서로 분리된 복수의 전극 부분에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 액정 패널은 필름형 액정 패널에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 액정 패널의 액정은 폴리머 분산형 액정인 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 액정 구동 회로는 리모콘 신호 수신부를 갖는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 액정 구동 회로는 인체 감지 센서를 갖는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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