JP7531049B2 - 調光装置 - Google Patents
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Description
本発明は、調光装置に関する。
従来、ＬＥＤ等の光源にプリズムパターンが刻まれた薄型レンズを組み合わせ、光源と薄型レンズとの距離を変化させることにより、配光角を変化させる照明器具がある。このような照明器具では、光源と薄型レンズとの距離を変化させるために薄型レンズを駆動するために小型モーターを用いている。また、例えば、透明電球の前面を液晶調光素子で覆い、液晶層の透過率を変えることで直達光と散乱光とを切り替える照明器具が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
液晶セルを用いた構成では、液晶層を挟む２枚の基板に電極が設けられ、この２枚の基板にそれぞれ設けられた電極間に駆動電圧が印加されることにより、液晶分子の配向が制御される。配向膜は、電極が設けられることによって液晶分子の配向を制御可能な領域に設けられるが、その周辺の領域では、液晶分子の制御が行えないために配向乱れが生じて光漏れが生じ、調光機能の低下を招く可能性がある。
本発明は、調光機能の低下を抑制することができる調光装置を提供することを目的とする。
本開示の一態様に係る調光装置は、光源から照射される光を偏光する調光領域を有する複数の液晶セルが光の照射方向に積層された調光装置であって、前記液晶セルは、複数の第１金属配線が設けられる第１基板と、複数の第２金属配線が設けられ、前記第１基板との間に液晶層を挟む第２基板と、を備え、複数の前記第１金属配線は、それぞれ前記第１基板上の配線層において間隔を空けて設けられており、複数の前記第２金属配線は、それぞれ前記第２基板上の配線層において間隔を空けて設けられており、複数の前記液晶セルのうちの少なくとも１つの液晶セルは、前記調光領域の外側の周辺領域の全面において、複数の前記第１金属配線の間の隙間が、前記光の照射方向において、前記第２金属配線によって遮光され、複数の前記第２金属配線の間の隙間が、前記光の照射方向において、前記第１金属配線によって遮光されている。
本開示の一態様に係る調光装置は、光源から照射される光を偏光する調光領域を有する複数の液晶セルが光の照射方向に積層された調光装置であって、前記液晶セルは、第１基板と、前記第１基板との間に液晶層を挟む第２基板と、を備え、複数の前記液晶セルのうちの少なくとも１つの液晶セルは、前記調光領域の外側の周辺領域の全面において、前記第１基板と前記第２基板とのうち、光の照射対象により近い方の基板に遮光層が設けられている。
発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
図１は、実施形態に係る調光装置が設けられた照明器具の一例を示す斜視図である。ここでは、まず、実施形態に係る調光装置１の概略説明を行う。
図１に示すように、本実施形態の調光装置１は、第１液晶セル２と、第２液晶セル３と、を含む。
照明器具１００は、調光装置１と、光源４と、を含む。光源４は、調光装置１に向けて光を照射する。光源４は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）で構成される。
図１において、調光装置１の平面の一方向がＤｘ方向とされ、調光装置１の平面においてＤｘ方向と直交する方向がＤｙ方向とされている。また、Ｄｘ－Ｄｙ平面に直交する方向がＤｚ方向とされている。
Ｄｚ方向は、光源４の光の照射方向を示している。照明器具１００は、Ｄｚ方向に第１液晶セル２と第２液晶セル３とが積層されて構成される。以下、Ｄｚ方向にみて調光装置１から光が放射される放射面（又は上面）がある側を放射面側（又は上面側）とも称し、Ｄｚ方向にみて放射面（又は上面）とは反対の背面（又は下面）がある側を入射面側（又は下面側）とも称する。
配向膜１８と配向膜１９とは、後述するようにラビング方向が異なっている。第１液晶セル２と第２液晶セル３とは同様の構成である。本実施形態において、第１液晶セル２は、ｐ波偏光用の液晶セルとする。また、第２液晶セル３は、ｓ波偏光用の液晶セルとする。これにより、フレキシブルな調光制御が可能となる。なお、第１液晶セル２をｓ波偏光用の液晶セルとし、第２液晶セル３をｐ波偏光用の液晶セルとする態様であっても良い。第１液晶セル２と第２液晶セル３とは、何れか一方がｐ波偏光用の液晶セルであり、他方がｓ波偏光用の液晶セルであれば良い。
第１液晶セル２及び第２液晶セル３は、第１基板５と、第２基板６と、を備える。図２は、第１基板をＤｚ方向から見た概略平面図である。図３は、第２基板をＤｚ方向から見た概略平面図である。図４は、第１基板と第２基板とをＤｚ方向に重ねた液晶セルの透視図である。図５は、図４に示すＡ－Ａ’線断面図である。
図５に示すように、第１液晶セル２及び第２液晶セル３は、第１基板５と第２基板６との間に、周囲が封止材７で封止された液晶層８を備えている。
液晶層８は、電界の状態に応じて、液晶層８を通過する光を変調するものである。液晶層８は、例えば、ＩＰＳ（インプレーンスイッチング）の一形態であるＦＦＳ（フリンジフィールドスイッチング）等の横電界モードであっても良いし、縦電界モードを用いても良い。例えば、ＴＮ（Twisted Nematic：ツイステッドネマティック）、ＶＡ（Virtical Alignment：垂直配向）、ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence：電界制御複屈折）等の各種モードの液晶を用いても良く、液晶層８の種類や構成により限定されるものではない。
図２に示すように、図５に示す第１基板５の基材９の液晶層８側には、複数の駆動電極１０ａ，１０ｂと、これらの駆動電極１０に印加する駆動電圧を供給する複数の金属配線１１ａ，１１ｂと、後述する第２基板６に設けられる複数の駆動電極１３ａ，１３ｂ（図３参照）に印加する駆動電圧を供給する複数の金属配線１１ｃ，１１ｄと、を備える。金属配線１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、第１基板５の配線層に設けられる。金属配線１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、第１基板５上の配線層において間隔を空けて設けられている。以下、複数の駆動電極１０ａ，１０ｂを単に「駆動電極１０」と称することがある。また、複数の金属配線１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを「第１金属配線１１」と称することがある。図２に示すように、第１基板５上の駆動電極１０は、Ｄｘ方向（第１方向）に延在する。
図３に示すように、図５に示す第２基板６の基材１２の液晶層８側には、複数の駆動電極１３ａ，１３ｂと、これらの駆動電極１３に印加する駆動電圧を供給する複数の金属配線１４ａ，１４ｂと、を備える。金属配線１４ａ，１４ｂは、第２基板６の配線層に設けられる。金属配線１４ａ，１４ｂは、第２基板６上の配線層において間隔を空けて設けられている。以下、複数の駆動電極１３ａ，１３ｂを単に「駆動電極１３」と称することがある。また、複数の金属配線１４ａ，１４ｂを「第２金属配線１４」と称することがある。図３に示すように、第２基板６上の駆動電極１３は、Ｄｙ方向（第２方向）に延在する。
駆動電極１０及び駆動電極１３は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透光性導電材料（透光性導電酸化物）で形成される透光性電極である。第１基板５及び第２基板６は、ガラスや樹脂などの透光性基板である。第１金属配線１１及び第２金属配線１４は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、モリブデン（Ｍｏ）又はこれらの合金の少なくとも１つの金属材料で形成される。また、第１金属配線１１及び第２金属配線１４は、これらの金属材料を１以上用いて、複数積層した積層体としてもよい。アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、モリブデン（Ｍｏ）又はこれらの合金の少なくとも１つの金属材料は、ＩＴＯ等の透光性導電酸化物よりも低抵抗である。
第１基板５の金属配線１１ａと第２基板６の金属配線１４ａとは、例えばビア等の導通部１５ａにより接続される。また、第１基板５の金属配線１１ｄと第２基板６の金属配線１４ｂとは、例えばビア等の導通部１５ｂにより接続される。
また、第１基板５上の第２基板６とＤｚ方向に重ならない領域には、不図示のフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuits）と接続される接続（Flex-on-Board）端子部１６ａ，１６ｂが設けられている。接続端子部１６ａ，１６ｂは、それぞれ、金属配線１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに対応する４つの接続端子を備えている。
接続端子部１６ａ，１６ｂは、第１基板５の配線層に設けられる。第１液晶セル２及び第２液晶セル３は、接続端子部１６ａ又は接続端子部１６ｂに接続されたＦＰＣから、第１基板５上の駆動電極１０ａ，１０ｂ及び第２基板６上の駆動電極１３ａ，１３ｂに印加する駆動電圧が供給される。以下、接続端子部１６ａ，１６ｂを単に「接続端子部１６」と称することがある。
図４に示すように、第１液晶セル２及び第２液晶セル３は、第１基板５と第２基板６とがＤｚ方向（光の照射方向）に重なり、Ｄｚ方向から見て、第１基板５上の複数の駆動電極１０と第２基板６上の複数の駆動電極１３とが交差する。このように構成された第１液晶セル２及び第２液晶セル３は、第１基板５上の複数の駆動電極１０及び第２基板６上の複数の駆動電極１３にそれぞれ駆動電圧が供給されることにより、液晶層８の液晶分子１７の配向方向の制御が可能となる。この液晶層８の液晶分子１７の配向方向の制御が可能となる領域を、「調光領域ＡＡ」と称する。この調光領域ＡＡにおいて、液晶層８の屈折率分布が変化することにより、第１液晶セル２及び第２液晶セル３の調光領域ＡＡを透過する光の制御が可能となる。この調光領域２００の外側の領域において、液晶層８が封止材７で封止された領域を、「周辺領域ＧＡ」（図５参照）と称する。
図５に示すように、第１基板５の調光領域は、配向膜１８によって駆動電極１０（図５では、駆動電極１０ａ）が覆われている。また、第２基板６の調光領域は、配向膜１９によって駆動電極１３（図５では、駆動電極１３ａ，１３ｂ）が覆われている。上述したように、配向膜１８と配向膜１９とでは、ラビング方向が異なっている。
図６Ａは、第１基板の配向膜のラビング方向を示す図である。図６Ｂは、第２基板の配向膜のラビング方向を示す図である。
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、第１基板の配向膜１８のラビング方向と、第２基板の配向膜１９のラビング方向とは、平面視で互いに交差する方向である。具体的に、図６Ａに示す第１基板５の配向膜１８のラビング方向は、駆動電極１０ａ，１０ｂの延在方向に直交している。また、図６Ｂに示す第２基板６の配向膜１９のラビング方向は、駆動電極１３ａ，１３ｂの延在方向に直交している。
なお、本実施形態では、図２に示すように、第１基板５と第２基板６とがＤｚ方向に重ならない、第１基板５上のＤｘ方向に延在する領域とＤｙ方向に延在する領域とのそれぞれに向きが異なる接続端子部１６ａ，１６ｂを設けている。これにより、第１液晶セル２と第２液晶セル３とのそれぞれに対して異なる方向からＦＰＣを接続することができ、作業性が向上する。
上述した本実施形態に係る調光装置１と用いた図１に示す構造とすることで、照明器具１００の小型化が可能となる。
また、本実施形態では、ｐ波偏光用の第１液晶セル２及びｓ波偏光用の第２液晶セル３をそれぞれ１つ積層した構成について説明しているが、この構成に限るものではなく、例えば、第１液晶セル２及び第２液晶セル３を積層した組み合わせを複数有する構成であっても良い。例えば、第１液晶セル２及び第２液晶セル３を積層した組み合わせを２つ有する構成、すなわち、ｐ波偏光用の液晶セルとｓ波偏光用の液晶セルとをそれぞれ２つ有する構成とすることで、よりフレキシブルな調光制御が可能となる。
（実施形態１）
調光領域ＡＡの外側の周辺領域ＧＡは、上述した調光制御が不可能な領域である。このため、調光領域ＡＡの外側の周辺領域ＧＡでは、液晶分子１７の配向乱れが生じる。周辺領域ＧＡに設けられた第１基板５上の第１金属配線１１、第２基板６上の第２金属配線１４は、ＩＴＯ等の透光性導電酸化物に比較して遮光性があるが、図５に示すように、例えば、第１基板５上の第１金属配線１１間の隙間から光漏れが生じて、調光機能の低下を招く可能性がある。
調光領域ＡＡの外側の周辺領域ＧＡは、上述した調光制御が不可能な領域である。このため、調光領域ＡＡの外側の周辺領域ＧＡでは、液晶分子１７の配向乱れが生じる。周辺領域ＧＡに設けられた第１基板５上の第１金属配線１１、第２基板６上の第２金属配線１４は、ＩＴＯ等の透光性導電酸化物に比較して遮光性があるが、図５に示すように、例えば、第１基板５上の第１金属配線１１間の隙間から光漏れが生じて、調光機能の低下を招く可能性がある。
図７は、実施形態１に係る調光装置の第１基板上の周辺領域をＤｚ方向から見た平面図である。図８は、実施形態１に係る調光装置の第２基板上の周辺領域をＤｚ方向から見た平面図である。図９は、実施形態１に係る調光装置の第１基板と第２基板とをＤｚ方向に重ねた透視図である。図１０は、図９に示すＢ－Ｂ’線断面図である。なお、図７、図８、図９では、説明を容易とするために、調光領域ＡＡ内の図示を省略している。
図７、図８、図９、図１０に示す実施形態１の構成では、図９に示す透視図に示すように、調光領域ＡＡの外側の周辺領域ＧＡの全面において、第１基板５ａ上の複数の第１金属配線１１（金属配線１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）の間の隙間が、光の照射方向（Ｄｙ方向）において、第２基板６上の複数の第２金属配線１４（金属配線１４ａ，１４ｂ）によって遮光されている。また、第２基板６上の複数の第２金属配線１４（金属配線１４ａ，１４ｂ）の間の隙間が、光の照射方向（Ｄｙ方向）において、第１基板５ａ上の複数の第１金属配線１１（金属配線１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）によって遮光されている。これにより、第１基板５ａ上の第１金属配線１１と、第２基板６上の第２金属配線１４とは、Ｄｚ方向に一部重畳して設けられる。
第１基板５ａの第１金属配線１１及び第２基板６の第２金属配線１４の幅は、例えば１０［μｍ］程度であり、第１基板５ａの第１金属配線１１と第２基板６ａの第２金属配線１４とが重畳する重畳部ＳＰの幅は、例えば５［μｍ］程度である。
なお、例えば、第１基板５ａの第１金属配線１１及び第２基板６ａの第２金属配線１４の幅が広すぎると、静電気破壊等のＥＳＤ問題が起きやすくなる。従って、例えば図８に示すように、第２基板６ａの第２金属配線１４（第１基板５ａの第１金属配線１１）にスリットＳＬを設け、配線幅が広くなり過ぎないようにすることが望ましい。
このような構成とすることにより、調光領域ＡＡの外側の周辺領域ＧＡにおいて、液晶分子１７の配向乱れに起因する光漏れを抑制することができる。
なお、第１液晶セル２ａと第２液晶セル３ａとを積層して調光装置１を構成する場合、少なくとも何れか一方の液晶セルにおいて、図７、図８、図９、図１０に示す実施形態１の構成を適用すれば良い。より好ましくは、照明器具１００による光照射の対象物により近い第２液晶セル３ａにおいて、図７、図８、図９、図１０に示す実施形態１の構成を適用することが望ましい。また、例えば、第１液晶セル２ａ及び第２液晶セル３ａを積層した組み合わせを複数有する構成では、照明器具１００による光照射の対象物により近い液晶セルにおいて、図７、図８、図９、図１０に示す実施形態１の構成を適用することが望ましい。
上述した実施形態１の構成によれば、調光領域ＡＡの外側の周辺領域ＧＡにおいて、液晶分子１７の配向乱れに起因する光漏れを抑制することができ、調光機能の低下を抑制することができる。
（実施形態２）
図１１は、実施形態２に係る調光装置の第２基板上の周辺領域をＤｚ方向から見た平面図である。図１２は、実施形態２に係る調光装置の第１基板と第２基板とをＤｚ方向に重ねた透視図である。図１３は、図１２に示すＣ－Ｃ’線断面図である。なお、以下の説明では、上述した実施形態１で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略し、実施形態１とは異なる点について説明する。また、図１１及び図１２では、説明を容易とするために、調光領域ＡＡ内の図示を省略している。
図１１は、実施形態２に係る調光装置の第２基板上の周辺領域をＤｚ方向から見た平面図である。図１２は、実施形態２に係る調光装置の第１基板と第２基板とをＤｚ方向に重ねた透視図である。図１３は、図１２に示すＣ－Ｃ’線断面図である。なお、以下の説明では、上述した実施形態１で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略し、実施形態１とは異なる点について説明する。また、図１１及び図１２では、説明を容易とするために、調光領域ＡＡ内の図示を省略している。
図１１、図１２、図１３に示す実施形態２の構成では、調光領域ＡＡの外側の周辺領域ＧＡの全面において、第２基板６ｂに遮光層２０が設けられている。
遮光層２０は、第２基板６ｂの基材１２ａの液晶層８側に設けられている。遮光層２０が設けられた第２基板６ｂの基材１２ａの液晶層８側は、平坦化膜２１で覆われている。平坦化膜２１は、例えば有機材料からなる樹脂絶縁膜である。平坦化膜２１の液晶層８側に、駆動電極１３と第２金属配線１４とが設けられる。
遮光層２０は、例えば黒色の樹脂材料によって構成されている。また、遮光層２０は、黒色の樹脂材料に限るものではなく、例えば、遮光性の金属材料によって構成されていても良い。
このような構成とすることにより、調光領域ＡＡの外側の周辺領域ＧＡにおいて、液晶分子１７の配向乱れに起因する光漏れを抑制することができる。
なお、第１液晶セル２ｂと第２液晶セル３ｂとを積層して調光装置１を構成する場合、少なくとも何れか一方の液晶セルにおいて、図１１、図１２、図１３に示す実施形態２の構成を適用すれば良い。より好ましくは、照明器具１００による光照射の対象物により近い第２液晶セル３ｂにおいて、図１１、図１２、図１３に示す実施形態１の構成を適用することが望ましい。また、例えば、第１液晶セル２ｂ及び第２液晶セル３ｂを積層した組み合わせを複数有する構成では、照明器具１００による光照射の対象物により近い液晶セルにおいて、図１１、図１２、図１３に示す実施形態２の構成を適用することが望ましい。
上述した実施形態２の構成によれば、調光領域ＡＡの外側の周辺領域ＧＡにおいて、液晶分子１７の配向乱れに起因する光漏れを抑制することができ、調光機能の低下を抑制することができる。
以上、本開示の好適な実施の形態を説明したが、本開示このような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本開示の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本開示の技術的範囲に属する。
１ 調光装置
２ 第１液晶セル
３ 第２液晶セル
４ 光源
５，５ａ 第１基板
６，６ａ，６ｂ 第２基板
７ 封止材
８ 液晶層
９ 基材
１０，１０ａ，１０ｂ 駆動電極
１１ 第１金属配線
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 金属配線
１２ 基材
１３，１３ａ，１３ｂ 駆動電極
１４ 第２金属配線
１４ａ，１４ｂ 金属配線
１５ａ，１５ｂ 導通部
１６ａ，１６ｂ 接続端子部
１７ 液晶分子
１８ 配向膜
１９ 配向膜
２０ 遮光層
２１ 平坦化膜
ＡＡ 調光領域
ＧＡ 周辺領域
ＳＬ スリット
ＳＰ 重畳部
２ 第１液晶セル
３ 第２液晶セル
４ 光源
５，５ａ 第１基板
６，６ａ，６ｂ 第２基板
７ 封止材
８ 液晶層
９ 基材
１０，１０ａ，１０ｂ 駆動電極
１１ 第１金属配線
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 金属配線
１２ 基材
１３，１３ａ，１３ｂ 駆動電極
１４ 第２金属配線
１４ａ，１４ｂ 金属配線
１５ａ，１５ｂ 導通部
１６ａ，１６ｂ 接続端子部
１７ 液晶分子
１８ 配向膜
１９ 配向膜
２０ 遮光層
２１ 平坦化膜
ＡＡ 調光領域
ＧＡ 周辺領域
ＳＬ スリット
ＳＰ 重畳部
Claims (2)
- 光源から照射される光を液晶の配向により制御可能な調光領域を有する複数の液晶セルが光の照射方向に積層された調光装置であって、
前記液晶セルは、
複数の第１金属配線が設けられる第１基板と、
複数の第２金属配線が設けられ、前記第１基板との間に液晶層を挟む第２基板と、
を備え、
複数の前記第１金属配線は、それぞれ前記第１基板上の配線層において間隔を空けて設けられており、
複数の前記第２金属配線は、それぞれ前記第２基板上の配線層において間隔を空けて設けられており、
複数の前記液晶セルのうちの少なくとも１つの液晶セルは、前記調光領域の外側の周辺領域の全面において、複数の前記第１金属配線の間の隙間が、前記光の照射方向において、前記第２金属配線によって遮光され、複数の前記第２金属配線の間の隙間が、前記光の照射方向において、前記第１金属配線によって遮光されている、
調光装置。 - 複数の前記液晶セルのうち、前記光源からより遠い１つの液晶セルは、前記調光領域の外側の周辺領域の全面において、複数の前記第１金属配線の間の隙間が、前記光の照射方向において、前記第２金属配線によって遮光され、複数の前記第２金属配線の間の隙間が、前記光の照射方向において、前記第１金属配線によって遮光されている、
請求項１に記載の調光装置。
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