(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0008】
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。
【0009】
[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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
[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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
図4は、液晶表示装置30の一例を示す断面図である。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
[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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
[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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
[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。
【0040】
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。
【0041】
[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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
[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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。