特許 6045441 調色装置及び調色素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6045441

(24)【登録日】2016年11月25日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】調色装置及び調色素子

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20160101AFI20161206BHJP

   F21V 9/10 20060101ALI20161206BHJP

   G02B 5/02 20060101ALI20161206BHJP

   G02F 1/13 20060101ALI20161206BHJP

   G02F 1/1335 20060101ALI20161206BHJP

   G02B 6/00 20060101ALI20161206BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20161206BHJP

【ＦＩ】

   F21S2/00 435

   F21V9/10 400

   G02B5/02 B

   G02F1/13 505

   G02F1/1335

   G02B6/00 331

   F21S2/00 453

   F21S2/00 451

   F21Y115:10

【請求項の数】7

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-120124(P2013-120124)

(22)【出願日】2013年6月6日

(65)【公開番号】特開2014-238945(P2014-238945A)

(43)【公開日】2014年12月18日

【審査請求日】2015年11月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000131430

【氏名又は名称】シチズン電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100133835

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 努

(72)【発明者】

【氏名】田辺 綾乃

(72)【発明者】

【氏名】松本 健志

(72)【発明者】

【氏名】宮下 純司

【審査官】 竹中 辰利

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−１５３９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１０７５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−００５４１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｆ２１Ｖ ９／１０

Ｇ０２Ｂ ５／０２

Ｇ０２Ｂ ６／００

Ｇ０２Ｆ １／１３

Ｇ０２Ｆ １／１３３５

Ｆ２１Ｙ １１５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源からの光を入射させる入射面と、該入射面から入射して内部を伝搬した光を散乱させる散乱面とを有し、該散乱面で散乱された光を出射する導光体と、
前記導光体と前記散乱面で接するように配置され、印加される電圧に応じて屈折率が変化する屈折率変化層と、
前記屈折率変化層を挟んで対向するように設けられた二つの透明電極と、
前記二つの透明電極間に電圧を印加し、かつ該電圧を調整することにより、前記導光体を出射する光の色を変更可能なコントローラと、
を有することを特徴とする調色装置。

【請求項2】

前記散乱面には、前記光源からの光をミー散乱させることが可能なサイズを有する１以上の構造が形成される、請求項１に記載の調色装置。

【請求項3】

前記導光体は板状に形成され、前記入射面は前記導光体の一つの側面であり、前記散乱面は、前記入射面と対向しない面に形成される、請求項１または２に記載の調色装置。

【請求項4】

前記二つの透明電極のうちの少なくとも一方は、互いに絶縁された第１の部分電極と第２の部分電極とを有する、請求項１〜３の何れか一項に記載の調色装置。

【請求項5】

光源からの光を入射させる入射面と、該入射面から入射して内部を伝搬した光を散乱させる散乱面とを有し、該散乱面で散乱された光を出射する導光体と、
前記導光体と前記散乱面で接するように配置され、印加される電圧に応じて屈折率が変化する屈折率変化層と、
前記屈折率変化層を挟んで対向するように設けられた二つの透明電極と、を有し、
前記散乱面には、前記光源からの光をミー散乱させることが可能なサイズを有する１以上の構造が形成されることを特徴とする調色素子。

【請求項6】

入射面から入射して内部を伝搬した光を散乱させ、印加される電圧に応じて屈折率が変化する複数の屈折率可変体を内部に有し、該複数の屈折率可変体で散乱された光を出射する導光体と、
前記導光体を挟んで対向するように設けられた二つの透明電極と、
前記二つの透明電極間に電圧を印加し、かつ該電圧を調整することにより前記複数の屈折率可変体の屈折率と前記導光体の屈折率の差を変えることにより、前記導光体から出射する光の色を変更可能なコントローラと、
を有することを特徴とする調色装置。

【請求項7】

前記複数の屈折率可変体のそれぞれは、前記内部を伝搬した光をミー散乱させることが可能なサイズを有する、請求項６に記載の調色装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光の色を調節可能な調色装置及び調色素子に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、透過する光の色を調節可能な素子が提案されている（例えば、特許文献１及び２を参照）。例えば、特許文献１には、電界の印加／除去に応じて、液晶中に分散された小片と液晶との間に相対的な屈折率差が生じる液晶セルが、画素単位毎に領域分割された画像表示素子を用いたディスプレイが開示されている。このディスプレイでは、小片の粒径が380nmから780nmの範囲内で、特定の値を中心として±100nmの範囲で均一であり、液晶との屈折率の差異に応じて、画像表示素子への入射光のうち、小片の粒径と等しい特定波長の範囲の光を選択的に強く散乱し、それ以外の範囲の波長の光は散乱せずに透過する機能を持つ。

【0003】

また、特許文献２には、導光体の端部に光源を備え、拡散粒子が導光体基材へ含有され、導光方式により端部に直交する面が発光する発光体が開示されている。この発光体において、拡散粒子の重量平均粒径が、拡散粒子の位相遅延量に対する青色散乱効率と赤色散乱効率の比が所定の範囲外となるように定められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２−１８２１８７号公報

【特許文献2】特開２０１２−１８３２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記の技術では、液晶セルまたは導光体の同じ位置から出射する光の色は特定の色になり、同じ位置から出射する光の色を変えることはできない。

【0006】

そこで、本発明は、出射する光の色を変更可能な調色装置及び調色素子を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一つの側面によれば、調色装置が提供される。この調色装置は、光源からの光を入射させる入射面と、入射面から入射して内部を伝搬した光を散乱させる散乱面とを有し、散乱面で散乱された光を出射する導光体と、導光体と散乱面で接するように配置され、印加される電圧に応じて屈折率が変化する屈折率変化層と、屈折率変化層を挟んで対向するように設けられた二つの透明電極と、二つの透明電極間に電圧を印加し、かつ電圧を調整することにより、導光体を出射する光の色を変更可能なコントローラとを有する。

【0008】

この調色装置において、導光体の散乱面には、光源からの光をミー散乱させるサイズを有する１以上の構造が形成されることが好ましい。

【0009】

またこの調色装置において、導光体は板状に形成され、入射面は導光体の一つの側面であり、散乱面は、入射面と対向しない面に形成されることが好ましい。

【0010】

さらに、この調色装置において、二つの透明電極のうちの少なくとも一方は、互いに絶縁された第１の部分電極と第２の部分電極とを有することが好ましい。

【0011】

本発明の他の側面によれば、調色素子が提供される。この調色素子は、光源からの光を入射させる入射面と、入射面から入射して内部を伝搬した光を散乱させる散乱面とを有し、散乱面で散乱された光を出射する導光体と、導光体と散乱面で接するように配置され、印加される電圧に応じて屈折率が変化する屈折率変化層と、屈折率変化層を挟んで対向するように設けられた二つの透明電極とを有する。そして散乱面には、光源からの光をミー散乱させるサイズを有する１以上の構造が形成される。

【0012】

本発明のさらに他の側面によれば、調色装置が提供される。この調色装置は、入射面から入射して内部を伝搬した光を散乱させ、印加される電圧に応じて屈折率が変化する複数の屈折率可変体を内部に有し、複数の屈折率可変体で散乱された光を出射する導光体と、導光体を挟んで対向するように設けられた二つの透明電極と、二つの透明電極間に電圧を印加し、かつ電圧を調整することにより複数の屈折率可変体の屈折率と導光体の屈折率の差を変えることにより、導光体から出射する光の色を変更可能なコントローラとを有することを特徴とする。

【0013】

この調色装置において、複数の屈折率可変体のそれぞれは、光源からの光をミー散乱させるサイズを有することが好ましい。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る調色装置及び調色素子は、出射する光の色を変更することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一つの実施形態による調色装置の概略構成図である。

【図2】（ａ）は、調色素子の一例の概略斜視図であり、（ｂ）は、調色素子の一例の概略側面断面図である。

【図3】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、液晶層の屈折率から導光体の屈折率を減じた屈折率差Δｎが0.15、0.125、0.1の場合における、３種類の波長の光についての微細構造の窪みの半径と散乱効率の関係を示すグラフである。

【図4】（ａ）及び（ｂ）は、導光体と液晶層の屈折率の差と出射光の色の関係を表す色度図であり、（ｃ）は、白色光源の波長成分を示すスペクトル図である。

【図5】（ａ）は、調色素子の他の一例の概略斜視図であり、（ｂ）は、調色素子の他の一例の概略側面断面図である。

【図6】変形例による、複数の部分電極を有する透明電極２５の平面図である。

【図7】第２の実施形態による調色装置が有する調色素子の概略側面断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図を参照しつつ、第１の実施形態による調色装置について説明する。この調色装置は導光体を有する。導光体の少なくとも一つの面には、ミー散乱を生じさせる入射光の波長オーダーの微細構造が形成され、導光体の一端から入射した光は、その微細構造で散乱されてから導光体を出射する。また導光体の微細構造を有する面に接するように、印加する電圧に応じて屈折率を変化させることが可能な屈折率可変層が設けられる。そしてこの調色装置は、屈折率可変層に印加する電圧を調節して導光体と屈折率可変層との間の屈折率差を調節することで、導光体と屈折率可変層の境界面の微細構造により生じるミー散乱の波長ごとの効率を変化させる。これにより、この調色装置は、導光体から出射する光の色を調節する。

【0017】

図１は、一つの実施形態による調色装置の概略構成図である。図１に示すように、この調色装置１は、調色素子１１と、コントローラ１２とを有する。そして光源１０から発した光は、調色素子１１に含まれる導光体を透過する。その際、コントローラ１２が調色素子１１に含まれる屈折率可変層に印加する電圧を調節することにより、導光体から出射する光の色が調節される。
なお、本実施形態では、調色素子１１自体は発光しないので、調色素子１１から出射する光の波長は、光源１０から発した光の波長範囲に含まれる。したがって、調色素子１１から出射する光の色を様々に変化させるために、光源１０は、比較的広い発光帯域を持つことが好ましい。そこで、光源１０は、例えば、蛍光灯あるいは水銀灯あるいはRGBの三色のLEDを加法混色させた白色LEDあるいは青色LEDとYAG蛍光体の組合せによる白色LEDといった、可視光域全体にわたる発光帯域を持つ白色光源とすることが好ましい。

【0018】

図２（ａ）は、調色素子１１の一例の概略斜視図であり、図２（ｂ）は、調色素子１１の一例の概略側面断面図である。調色素子１１は、光が出射する側を上側として、上側から順に、導光体２１と、液晶層２２と、透明基板２３と、反射板２４とを有する。導光体２１、透明基板２３及び反射板２４は、例えば、光源１０からの光が入射する側の側面を除いてそれらの外周を囲むように設けられた鏡枠（図示せず）によって互いの位置関係が変わらないように保持される。あるいは、導光体２１、透明基板２３及び反射板２４は、例えば、それらの４隅に設けられた支持部材によって互いの位置関係が変わらないように固定されてもよい。

【0019】

導光体２１は、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネートまたはガラスといった、光源１０から発する光に対して透明な材質により形成された、厚さが約0.1mm〜1mmの平行平板である。そして光源１０から発した光は、導光体２１の側面の一つであり、光源１０と対向する入射面２１ａから入射し、導光体２１の内部を伝搬する。そしてその光は導光体２１の下側の面である散乱面２１ｂに設けられた微細構造２１ｃにより散乱されて導光体２１の上側の面である出射面２１ｄから出射する。あるいは、導光体２１に入射した光は、導光体２１の散乱面２１ｂを透過して反射板２４により反射されるか、透明基板２３の下面で全反射された後、再度導光体２１に入射してその出射面２１ｄから出射する。この導光体２１の散乱面２１ｂを透過する光の一部も、微細構造２１ｃにより散乱される。

【0020】

微細構造２１ｃは、本実施形態では、導光体２１の散乱面２１ｂに、２次元状に配列された複数の半球状の窪みとして形成される。各窪みの半径は、光源１０から発した光の波長のオーダー、例えば、約100nm〜2μmの範囲内の何れかの値に設定される。また、隣接する窪み間の間隔に制限は無いが、例えば、その間隔は、個々の窪みの直径と同程度またはそれ以上に設定される。特に、調色装置全体の輝度を均一とするためには、光源１０から遠ざかるにつれて間隔が密になるように窪み間の間隔が設定されることがより好ましい。

【0021】

透明基板２３は、アクリルなどの透明樹脂またはガラスにより形成された平行平板であり、透明基板２３の上側の面が導光体２１の散乱面２１ｂと略平行となるように配置される。

【0022】

液晶層２２は、屈折率可変層の一例であり、透明基板２３と導光体２１の間に設けられ、液晶分子２７が封入されている。また、液晶分子２７が液晶層２２から漏れ出さないように、導光体２１と透明基板２３の外縁に沿って、封止材２８が設けられている。
また液晶層２２を挟むように、導光体２１の散乱面２１ｂの表面と、透明基板２３の液晶層２２側の表面には、それぞれ、透明電極２５、２６が設けられる。透明電極２５、２６は、例えば、ＩＴＯと呼ばれる、酸化インジウムに酸化スズを添加した材料により形成される。なお、透明電極２５、２６は、それぞれ、液晶層２２内の液晶分子を駆動するアクティブ領域全体を覆うように形成される。

【0023】

透明電極２５、２６は、それぞれ、コントローラ１２と接続されている。そしてコントローラ１２は透明電極２５と透明電極２６の間に電圧を印加することで、液晶層２２に電圧を印加することが可能となっている。なお、液晶層２２の厚さは、例えば、数μm程度である。液晶層２２が薄いほど、印加する電圧を変更したときの液晶層２２の屈折率変化の応答速度は速くなる。

【0024】

透明電極２５と透明電極２６の間に電圧が印加されていない状態では、液晶層２２に封入された液晶分子２７は、例えば、ホモジニアス配向によって、導光体２１の散乱面２１ｂと液晶分子２７の長軸方向が略平行となるように配向されている。そのために、透明電極２５及び透明電極２６の液晶層２２側の表面に、配向膜が形成されてもよい。

【0025】

透明電極２５と透明電極２６の間に印加される電圧に応じて、液晶分子２７は、その長軸方向が導光体２１の散乱面２１ｂの法線方向に近づくように向きを変える。これにより、透明電極２５と透明電極２６の間に印加される電圧に応じて、液晶層２２の屈折率が変化する。液晶分子２７の長軸方向と、電圧が印加された方向、すなわち、散乱面２１ｂの法線方向とがなす角をψとする。このとき、液晶分子２７が配向された方向と平行な偏光成分に対する液晶分子の屈折率をn_ψとすると、n_o≦n_ψ≦n_eとなる。ただし、n_oは液晶分子２７の長軸方向に直交する偏光成分に対する屈折率であり、n_eは液晶分子２７の長軸方向に平行な偏光成分に対する屈折率である。
なお、液晶分子２７は、ホモジニアス配向にかかわらず、液晶層２２に印加される電圧に応じて液晶層２２の屈折率が変化するどのような配向方法に従って配向されていてもよい。

【0026】

上述したように、微細構造２１ｃの窪みは、波長オーダーの半径を有している。そのため、導光体２１の散乱面２１ｂに達した光の微細構造２１ｃによる散乱は、ミー散乱となる。したがって、波長ごとの散乱効率は、導光体２１の屈折率と、導光体２１の散乱面２１ｂに接するように設けられる液晶層２２の屈折率の差Δｎによって変化する。特に、微細構造２１ｃの窪みの半径は、液晶層２２と導光体２１との間の屈折率差Δｎをその下限から上限まで変化させる間に、光源１０からの光の波長域内で散乱効率が最大となる波長が入れ替わるように設定されることが好ましい。これにより、液晶層２２に印加する電圧に応じて散乱効率が最大となる波長が変わるので、その電圧の違いによる出射光の色の違いが明りょうとなる。

【0027】

図３（ａ）〜図３（ｃ）は、それぞれ、液晶層２２の屈折率から導光体２１の屈折率を減じた屈折率差Δｎが0.15、0.125、0.1の場合における、３種類の波長の光についての、微細構造２１ｃの窪みの半径と散乱効率の関係を示すグラフである。図３（ａ）〜図３（ｃ）において、横軸は窪みの半径を表し、縦軸は散乱効率を表す。図３（ａ）において、曲線３０１〜３０３は、それぞれ、屈折率差Δｎが0.15の場合における波長465nm、545nm、625nmの光についての窪みの半径と散乱効率の関係を表す。また図３（ｂ）において、曲線３１１〜３１３は、それぞれ、屈折率差Δｎが0.125の場合における波長465nm、545nm、625nmの光についての窪みの半径と散乱効率の関係を表す。さらに、図３（ｃ）において、曲線３２１〜３２３は、それぞれ、屈折率差Δｎが0.1の場合における波長465nm、545nm、625nmの光についての窪みの半径と散乱効率の関係を表す。

【0028】

図３（ａ）〜図３（ｃ）から明らかなように、窪みの半径が一定の値であれば、Δｎを変化させることによって、散乱効率の高い波長を変化させることができることが分かる。例えば、窪みの半径が約1.4μmであれば、Δｎが0.15の場合、波長625nmの光に対する散乱効率が最も高くなり、Δｎを0.15から0.1へ低下させるにつれて、散乱効率が最も高くなる波長が徐々に短くなる。したがって、光源１０が白色光源であれば、Δｎが0.15の場合には、導光体２１から出射する光は比較的赤色に近い色合いとなり、Δｎが小さくなるにつれて、導光体２１から出射する光の色は、黄色から青色へ変化していく。

【0029】

図４（ａ）および図４（ｂ）は、本実施形態による調色装置において、導光体２１と液晶層２２の屈折率の差と出射光の色の関係を表す色度図である。図４（ｃ）は光源１０の波長成分を示すスペクトル図である。図４（ａ）の点４００は、光源１０が白色光源であり、かつ、液晶層２２の屈折率と導光体２１の屈折率の差Δｎが0の場合の出射光の色、すなわち、光源１０からの光の色そのものを表す。点４００の色を示す光源１０には任意の白色光源を選ぶことができるが、ここでは図４（ｃ）に示すように465nm,545nm,625nmにピークを持つ光源を用いて説明する。

【0030】

図４（ａ）において点４０１〜４０３は、それぞれ、光源１０からの光の色が点４００で表される場合における、液晶層２２の屈折率から導光体２１の屈折率を減じた屈折率差Δｎが0.15、0.125、0.1のときの出射光のうち、ミー散乱によって導光体２１の出射面２１ｄから出射した出射光の色を表す。屈折率差Δｎが小さくなるほど、色合いが青に近づくことが分かる。

【0031】

図４（ｂ）において点４１１〜４１３は、それぞれ、屈折率差Δｎが0.15、0.125、0.1のときのミー散乱による出射光と、ミー散乱によらない出射光とを混色した出射光の色を表す。すなわち、図４（ａ）の各屈折率差Δｎにおける点４０１〜４０３の色と、それぞれ、点４００の色とが混色された出射光全体の色に対応する。ミー散乱による出射光の割合は出射光全体のおおよそ半分のため、点４１１〜４１３の色は、それぞれ、点４０１〜点４０３と点４００との中間となる。

【0032】

なお、光源１０として、図４（ｃ）に示すような、465nm,545nm,625nmのそれぞれにピーク４２１〜４２３を持つ光を加法混色した白色光源を用いた。しかし、光源１０として、可視光領域に連続スペクトルをもつ白色光源あるいは青色と黄色の光を混色した白色光源などを用いてもよい。その場合、ミー散乱は光源に含まれる各波長の散乱効率に依るため、光源のスペクトルが異なれば各屈折率差Δnにおける色度図の座標、すなわち出射光の色が異なることは言うまでもない。

【0033】

反射板２４は、平行平板状に形成され、例えば、透明基板２３側の表面である反射面にアルミニウムなどの金属の薄膜あるいは多層膜を有する。そして反射板２４は、透明基板２３の下面との間に空気層を挟んで、透明基板２３の下面と反射板２４の反射面が略平行となるように配置される。そして反射板２４は、導光体２１から液晶層２２及び透明基板２３を通って下側へ出射してきた光をその反射面で反射し、再度透明基板２３及び液晶層２２を介して導光体２１へ入射させることで、光の利用効率を向上させる。

【0034】

コントローラ１２は、例えば、プロセッサと、メモリとを有する。そしてコントローラ１２は、光源１０に対して所定の電力を供給することにより、光源１０を発光させる。

【0035】

またコントローラ１２は、図示しない駆動回路を有し、その駆動回路を介して液晶層２２に印加する電圧を制御することで、導光体２１の屈折率と液晶層２２の屈折率との差Δｎを調節する。これにより、導光体２１から出射する光が調色される。そのために、コントローラ１２が有するメモリには、例えば、液晶層２２に印加する電圧と導光体２１から出射する光の色との関係を表すテーブルが記憶される。そしてコントローラ１２が有するプロセッサは、そのプロセッサ上で動作する調色制御用のコンピュータプログラムまたは図示しないユーザインターフェースを介した利用者による出射光の色を指示する信号に従って、そのテーブルを参照することにより、出射光の色が所望の色になるように印加する電圧を決定する。そしてプロセッサは、駆動回路にその電圧を液晶層２２に印加させる。
なお、駆動回路から液晶層２２に対して印加される駆動電圧は、例えば、パルス高さ変調（ＰＨＭ）またはパルス幅変調（ＰＷＭ）された交流電圧であってもよい。

【0036】

以上説明してきたように、本発明の一つの実施形態に係る調色装置は、液晶層に印加する電圧を調節することにより、調色素子の導光体から出射する光の色を変えることができる。また、コントローラが液晶層に印加する電圧を時間的に変化させることで、出射光の色も時間的に変化させることができる。さらにこの調色装置では、光源からの光は導光体の側面から入射するのに対して、導光体の上面から散乱光を出射させるので、利用者は、入射光を直接見ずに散乱光のみを観察できるので、出射する散乱光の色の変化をより明りょうに知覚できる。

【0037】

なお、本発明は上記の実施形態に限定されない。例えば、導光体の散乱面に形成される微細構造は、それぞれ半球状の窪みでなく、円筒状、あるいは円錐状であってもよく、あるいは、その窪みの断面形状が楕円状、あるいは多角形状となっていてもよい。また、微細構造は、１次元状の構造であってもよい。

【0038】

図５（ａ）は、調色素子１１の他の一例の概略斜視図であり、図５（ｂ）は、調色素子１１の他の一例の概略側面断面図である。この例では、導光体２１の散乱面に形成される微細構造２１ｃは、光源１０からの光の入射面２１ａに対して略平行な複数の三角波状の格子として形成される。この場合、入射面２１ａと直交する方向に沿った格子の各溝の幅が、光源１０からの光がその溝でミー散乱されるように、光源１０からの光の波長のオーダーに設定される。なお、各溝の形状は三角波状に限られず、矩形波状であってもよく、あるいは、正弦波状であってもよい。この例では、液晶層２２内の液晶分子は、例えば、格子方向と垂直な方向に沿って配向されることが好ましい。格子状の散乱体の場合において、格子方向と平行な偏光成分にとっては、散乱体粒径が波長のオーダーとはいえないためミー散乱が生じない。従って、格子方向と垂直な偏光成分の変調を主体的に考えるのがよいためである。

【0039】

なお、変形例によれば、液晶層２２の屈折率よりも、導光体２１の屈折率の方が高くてもよい。また、液晶層２２に印加される電圧の変動範囲内で、光源１０から発する光の波長範囲内の何れかの波長について、液晶層２２の屈折率と導光体２１の屈折率の差Δｎが０となるように、導光体２１及び液晶分子の材質が選択されてもよい。この場合、液晶層２２に印加される電圧を調節することによって特定の波長の光が散乱されなくなると、出射光の色はその特定の波長の色の補色に近い色となる。

【0040】

また、他の変形例によれば、導光体２１の散乱面２１ｂの微細構造２１ｃは、液晶層２２側へ向けた突起状の構造であってもよい。

【0041】

さらに他の変形例によれば、透明電極２５、２６の少なくとも一方は、複数の部分電極に分割され、部分電極ごとに独立して印加する電圧が制御されるようになっていてもよい。

【0042】

図６は、変形例による、複数の部分電極を有する透明電極２５の平面図である。透明電極２５は、８の字型に配置された、７個の長方形上の部分電極２５１〜２５７と、部分電極２５１〜２５７の内部に配置された部分電極２５８、２５９と、部分電極２５１〜２５７を囲むように配置された部分電極２６０を有する。各部分電極は、互いに絶縁され、独立してコントローラ１２と接続される。なお、図６では、簡略化のために、各部分電極とコントローラ１２とを接続する導線は省略されている。
コントローラ１２が部分電極ごとに電圧を調整することで、調色装置は、その部分電極のパターンに応じて出射光の色を空間的に変えることができる。例えば、出射光に、部分電極２５１〜２５７の配置パターンに相当する８の字状のパターンを浮かび上がらせることができる。

【0043】

さらに他の変形例によれば、導光体２１の出射面に接して液晶層が設けられるとともに、導光体と液晶層の境界面に、光をミー散乱させる微細構造が形成されてもよい。この変形例でも、上記の実施形態と同様に、液晶層に印加する電圧を変えることによって、導光体から液晶層を通って出射する光の色が調節される。
なお、この変形例でも、光の利用効率を高めるために、液晶層と導光体を挟んで対向する側の面に反射板が配置されることが好ましい。

【0044】

次に、第２の実施形態による調色装置について説明する。第２の実施形態による調色装置は、第１の実施形態による調色装置と比較して、導光体と別個に液晶層が設けられる代わりに、導光体がPDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)によって形成される点で異なる。第２の実施形態による調色装置の他の構成要素については、第１の実施形態による調色装置の対応する構成要素の説明を参照されたい。

【0045】

図７は、第２の実施形態による調色装置が有する調色素子の概略側面断面図である。第２の実施形態による調色素子１３は、平行平板状に形成された二つの透明基板３１、３２と、その透明基板３１と透明基板３２の間に設けられた導光体３３とを有する。また調色素子１３は、透明基板３１と導光体３３の間に配置された透明電極３４と、導光体３３と透明基板３２の間に配置された透明電極３５とを有する。さらに、透明基板３２の導光体３３と反対側の面には、空気層を挟んで、透明基板３２と平行平板状に形成された反射板３６が配置される。

【0046】

透明基板３１、３２は、例えば、ガラスまたは樹脂など、光源が発する光に対して透明な材料により形成される。また透明電極３４、３５は、例えば、ＩＴＯにより形成される。なお、透明電極３４、３５は、それぞれ、導光体３３全体を覆うように形成される。
さらに、各基板及び導光体の外周のうち、光源からの光が入射する一端を除いて、各基板及び導光体を保持するための鏡枠（図示せず）が配置されてもよい。

【0047】

導光体３３は、例えば、光源からの光に対して透明な樹脂と、樹脂と相分離した液晶滴３３ａにより形成され、例えば、数μm〜数十μmの厚さを持つ。液晶滴３３ａ中にはある一定の方向に配向している液晶分子３７が含まれる。また、液晶滴３３ａ中の液晶の配向方向は、液晶滴３３ａごとに異なっている。液晶滴３３ａは、屈折率可変体の一例である。各液晶滴３３ａの半径は、その液晶滴３３ａによって導光体３３に入射した光がミー散乱するように、その入射光の波長のオーダーに設定される。したがって、導光体３３の側面に設けられ、光源１０と対向する入射面３３ｂから入射した光は、液晶滴３３ａによりミー散乱されて、透明基板３１を通って出射する。一方、導光体３３の下側の面から出た光は、反射板３６により反射されるか、透明基板３２と空気層の境界により全反射されて再度導光体３３に入射した後、導光体３３の上側の面から透明基板３１を通って出射する。

【0048】

前述したように、電圧無印加の状態では、液晶滴３３ａごとに液晶の配向方向が異なっている。そしてコントローラにより、透明電極３４と透明電極３５の間に電圧が印加されるとその印加された電圧に応じて、全ての液晶滴３３ａ内の液晶分子の長軸方向が透明基板３１と透明基板３２に対してある一方向を向くように、液晶分子３７が傾く。そのため、透明電極３４と透明電極３５の間に印加される電圧に応じて、全ての液晶滴３３ａの屈折率が変化し、樹脂と液晶滴３３ａの間で屈折率差が生じ入射した光の散乱性を制御することができる。
液晶滴３３ａの屈折率が変化すると、液晶滴３３ａの屈折率と樹脂の屈折率との差Δｎも変化する。そのため、第１の実施形態による調色素子と同様に、コントローラが導光体３３に印加する電圧を変えることで、導光体３３から出射する光の色も変化する。

【0049】

この実施形態によれば、導光体と別個に液晶層を設ける必要が無いので、調色素子を薄くすることができる。

【0050】

なお、上記の実施形態または変形例において、屈折率可変層及び屈折率可変体は、液晶に限られず、電気光学素子といった、印加される電圧によって屈折率が変化する他の素子によって形成されてもよい。

【0051】

また、上記の各実施形態または変形例において、導光体の形状は板状に限られず、例えば、棒状であってもよい。あるいは、導光体は、光源が入射する側が厚く、光源から離れるにつれて薄くなるように形成されてもよい。
また、上記の各実施形態または変形例において、反射板と透明基板の間の空気層をなくして調色素子を薄型化するために、透明基板と反射板とを密着させてもよい。
また、導光体の入射面は、導光体の側面に限られず、導光体の出射側の面と反対側の面が入射面となっていてもよい。さらに調色素子に入射する光は、太陽光などの自然光であってもよい。

【0052】

以上のように、当業者は、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。

【符号の説明】

【0053】

１ 調色装置
１０ 光源
１１、１３ 調色素子
１２ コントローラ
２１ 導光体
２１ａ 入射面
２１ｂ 散乱面
２１ｃ 微細構造
２１ｄ 出射面
２２ 液晶層
２３ 透明基板
２４ 反射板
２５、２６ 透明電極
２７ 液晶分子
２８ 封止材
３１、３２ 透明基板
３３ 導光体
３３ａ 液晶滴
３３ｂ 入射面
３４、３５ 透明電極
３６ 反射板
３７ 液晶分子

【図1】

【図2】

【図3】

【図5】

【図6】

【図7】

【図4】