Led照明装置的制作方法

专利名称：Led照明装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用LED的照明装置，其通过与液晶面板进行组合来调节照明的质量和范围。
背景技术：
近几年来，随着惊人的技术发展，通过对化合物半导体的P-N结施加直流电压来进行发光的LED也逐渐被用于家庭照明中。而且，通过P-N结的多层化，将多个LED(发光元件)安装在底座上等，从而能够达到高输出化。但是，在发光部的结构上，由于光的指向性强、下射光等，而仅限于有限的使用，不能像现有的白炽灯和荧光灯那样照亮房间的大部分。另外，也不能根据需要来调节照明的质量和范围。
专利文献1 特开2008-28275号公报
专利文献2 特表2009-500232号公报
专利文献3 特开平11-353907号公报
专利文献4 特开平05-210077号公报
专利文献5 专利第3913184号
专利文献6 特开2004464549
专利文献7 美国专利6859333号
非专利文献 1 Richard Stevenson, "The LED’ s dark secret，，，IEEE Spectrum, 08.09，2009，pp.22-27
非专利文献2 板东完治、‘‘LED照明的发展⑴”，照明学会杂志V0L92，N0. 6,2008, pp.301-306
非专利文献3 日本经济新闻，2009年8月30日，第6页，LED特集
非专利文献4 冈崎淳、加藤正明、小西胜之，“照明用LED的现状和将来”，夏普科技报，V0L99，8，2009，pp. 10-16
非专利文献5 横田省二，“照明用LED设备”，夏普科技报，V0L99，8，2009， pp.17-19
非专利文献6 松本正一、角田市良，“液晶的基础和应用”，工业调查会，pp341-342 发明内容
发明所要解决的课题
由于现在的白炽灯和荧光灯是线发光或面发光，因此能够对比较宽的范围进行照明，但是由于LED(发光元件)是极其微小的芯片因而是点光源，在背面和周围设置反射板， 或者在玻璃容器的内面涂敷有扩散涂料而使光散射，但不能照射到房间的大部分范围。另外，也不能根据需要使局部的亮度发生变化。
用于解决课题的手段
为了解决这些课题，本发明是在LED(发光元件)的前部配置了液晶面板的照明装置。通过施加电场而使液晶的细长分子的排列发生变化，进而对光的性质发生变化，并被广泛地用于显示器上。
液晶面板是在相对的电极板之间插入液晶。在代表性的液晶材料的情况下，当没有在电极之间施加电压时，则液晶分子根据电极板的边界条件而与面平行，当施加电压时， 液晶分子为电场的方向、即垂直方向。因此，对于垂直于液晶面板的光，在没有施加电压时进行反射，通过施加电压而透射光。另外，通过施加电压，光的折射率也发生变化。
图IA表示本发明的照明装置的基本结构。1表示LED基板，2表示LED (发光元件)，3表示来自LED(发光元件)的光线，4表示液晶面板，5表示来自液晶面板的光线。一般来说，如果液晶面板4的结构和组成不均勻，则来自液晶面板的光会散射或者扩散。
发明的效果
因为本发明的LED照明装置能够调节来自LED的照明光的分布，所以能够实现从来没有过的照明，所述照明是能够使光集中在需要的部分、使光扩散、或使光分散、或者用间接光对整个房间进行照明等，并能够大大改善照明的质量。另外，现有技术中需要两个照明装置，而本发明有一个照明装置就足够了，这对节能和环境问题也做出了很大的贡献。


图IA是本发明照明装置的基本结构的剖面图。
图IB是表示本发明照明装置的基本结构的详细剖面图。
图IC是表示在本发明照明装置的液晶面板中，当施加电压为零时的液晶分子的方向图。
图ID是表示在本发明照明装置的液晶面板中，在施加了电压后的液晶分子的方向图。
图2A是设置了具有凹透镜功能的液晶面板的本发明照明装置的剖面图。
图2B是表示设置了液晶面板的本发明照明装置的详细结构的剖面图，所述液晶面板形成具有凹透镜功能的微透镜。
图2C是表示设置了液晶面板的本发明照明装置的详细结构的剖面图，所述液晶面板形成了未设置电极的区域。
图2D是表示设置了液晶面板的本发明照明装置的详细结构的剖面图，所述液晶面板形成了具有凸透镜功能的微透镜。
图2E是表示设置了液晶面板的本发明照明装置的详细结构的剖面图，所述液晶面板形成了具有菲涅耳透镜功能的微透镜。
图2F是表示设置了液晶面板的本发明照明装置的详细结构的剖面图，所述液晶面板形成具有各种功能的微透镜。
图3A是设置了聚合物分散型液晶面板的本发明照明装置的剖面图。
图IBB是表示在设置了聚合物分散型液晶面板的本发明照明装置的液晶面板中， 施加电压为零时的液晶分子的方向图。
图3C是表示在设置了聚合物分散型液晶面板的本发明照明装置的液晶面板中， 施加了电压后的液晶分子的方向图。
图4是设置了不同功能的液晶面板部分(section)的本发明照明装置的剖面
图。
图5是交替设置了不同功能的液晶面板部分的本发明照明装置的剖面图。图6是以层状设置了不同功能的液晶面板的本发明照明装置的剖面图。图7是电灯型的本发明照明装置的剖面图。图8A是对不同功能的液晶面板进行层压设置的电灯型的本发明照明装置的剖面 图。图8B是对不同功能的曲面状液晶面板进行层压设置的电灯型的本发明照明装置 的剖面图。图9是用于天花板的本发明的照明装置。图IOA是本发明所使用的液晶面板之一例的俯视图。图IOB是本发明所使用的液晶面板之一例的剖面图。图IOC是本发明所使用的液晶面板之一例的剖面图。图IOD是本发明所使用的液晶面板之一例的剖面图。图IOE是本发明所使用的液晶面板之一例的剖面图。图IOF是本发明所使用的液晶面板之一例的剖面图。图IOG是本发明所使用的液晶面板之一例的剖面图。图IOH是本发明所使用的液晶面板之一例的剖面图。图101是本发明所使用的液晶面板之一例的剖面图。图11是相对于LED (发光元件)基板而倾斜配置了液晶面板的本发明照明装置的 剖面图。图12是分别沿相反的方向而倾斜配置了两个液晶面板的本发明照明装置的剖面 图。图13A是本发明所使用的液晶面板的电极之一例的俯视图。图13B是本发明所使用的液晶面板的电极之一例的俯视图。图13C是本发明所使用的液晶面板的电极之一例的俯视图。图14A是本发明所使用的液晶面板的电极之一例的俯视图。图14B是本发明所使用的液晶面板的电极之一例的俯视图。图15A是表示本发明所使用的液晶面板的电极之一例的剖面图。图15B是表示本发明所使用的液晶面板的电极之一例的剖面图。图15C是表示本发明所使用的液晶面板的电极之一例的剖面图。图16A是本发明所使用的LED之一例的俯视图。图16B是本发明所使用的液晶面板之一例的俯视图。图16C是表示本发明所使用的液晶面板的电极之一例的剖面图。图16D是表示本发明所使用的液晶面板的电极之一例的剖面图。图16E是表示本发明所使用的液晶面板的电极之一例的剖面图。图16F是表示本发明所使用的液晶面板的电极之一例的剖面图。图17A是本发明所使用的液晶面板之一例的俯视图。图17B是表示本发明所使用的液晶面板的电极之一例的剖面图。图17C是表示本发明所使用的液晶面板的电极之一例的剖面图。
图18A是表示对本发明所使用的液晶面板的电极施加的电压的示例图。
图18B是表示对本发明所使用的液晶面板的电极施加的电压的示例图。
图18C是表示对本发明所使用的液晶面板的电极施加的电压的示例图。
图18D是表示对本发明所使用的液晶面板的电极施加的电压的示例图。
图19A是说明对本发明所使用的液晶面板的电极施加的电压的示例图。
图19B是说明对本发明所使用的液晶面板的电极施加的电压的示例图。
图20A是以层状设置了不同功能的液晶面板的本发明照明装置的剖面图。
图20B是以层状设置了不同功能的液晶面板的本发明照明装置的剖面图。
图20C是以层状设置了不同功能的液晶面板的本发明照明装置的剖面图。
图20D是以层状设置了不同功能的液晶面板的本发明照明装置的剖面图。
图20E是以层状设置了不同功能的液晶面板的本发明照明装置的剖面图。
图21A是本发明所使用的液晶面板之-一例的剖面图。
图21B是本发明所使用的液晶面板之--例的俯视图。
图21C是本发明所使用的液晶面板之--例的俯视图。
图21D是本发明所使用的液晶面板之-一例的剖面图。
图21E是本发明所使用的液晶面板之-一例的剖面图。
图21F是本发明所使用的液晶面板之-一例的剖面图。
图22k是本发明所使用的液晶面板之-一例的剖面图。
图22B是本发明所使用的液晶面板之-一例的剖面图。
图22C是本发明所使用的液晶面板之--例的俯视图。
图23是本发明所使用的液晶面板之一 例的俯视图。
图24是本发明的电灯型照明装置的剖面图。
附图标记的说明
1: LED (发光元件)基板2: LED (发光元件)3:来自LED (发光元件)的光4、4A、4B:液晶面板5、5A、5B、5C:来自液晶面板的光 6:电灯的破璃容器7:电灯的灯头 13:遥控传感器 12: LED驱动电路 41:玻璃基板 43:液晶 41B:孔41D:菲涅耳透镜部81 盖14:液晶驱动电路15:商用电源 42:透明电极 41A:凸透镜部 41C:凹透镜部 400:液晶分子401:微胶嚢具体实施方式
参照图1B，来详细说明本发明的LED照明装置的结构。本发明的照明装置具有 安装在基板1上的LED (发光元件)2、液晶面板4、LED驱动电路12、遥控传感器13以及液晶驱动电路14。LED驱动电路12、遥控传感器13以及液晶驱动电路14，与家庭用的商用电源15相连接。即，LED驱动电路和液晶驱动电路提供来自共用的商用电源的电压。透明电极42与液晶驱动电路14相连接。LED(发光元件)2与LED驱动电路12相连接。另外，在本发明的照明装置中，通过组装有人感传感器，能自动检测人所存在的区域，从而得到舒适且节能的照明。
液晶面板4是通过在两个平行的玻璃基板41之间封入液晶材料43而构成的，所述玻璃基板41上设置了由ITO等的透明导电膜组成的电极42。当对电极42施加几伏特的电压时，液晶分子400的方向会发生变化，光学特性也会发生变化。这里的光学特性包括光的透射率、折射率和衰减率等。
根据本实施例，通过液晶驱动电路，能够使液晶面板的光学特性变为所希望的状态。例如，能够使光的透射率以及折射率变为所希望的值。
关于这点将在以后详细说明。因此，能够使来自LED照明装置的照明光变为所希望的状态。并且，在以下进行详细说明，根据本发明，能够使液晶面板的电极的形状以及结构变为各种状态。即使这样，也能够使来自LED照明装置的照明光变为所希望的状态。
当LED(发光元件)2由一个P-N结组成时，其在数伏特的直流电压下进行动作。由于LED (发光元件)和液晶面板基本都在数伏特的电压下进行动作，因此进行驱动的电子电路的匹配性非常好，还能够将两个驱动电子电路集成化。
即使是在为了 LED的高输出化而将多个LED (发光元件)进行串联和并联连接时，驱动电压在10-15伏特左右，液晶面板也在10-15伏特左右下进行动作，两个电子器件的匹配性都非常好。
参照图IC以及图ID进行说明。本实施例的液晶面板的液晶材料采用向列液晶， 电极间距为4微米。如图IC所示，当施加电压为零时，液晶分子400的方向与电极面大致平行，并使入射光3不易通过。如图ID所示，当交变电压上升时，液晶分子400的方向发生变化，从而使入射光3通过，在5伏特左右几乎变为透明。但是，该特性会因液晶基板的处理而发生较大变化，而且，也因液晶材料而发生较大变化。
现在被广泛使用的液晶应用于显示器，在从完全为零到100%的广泛范围内对细微像素的光的透射进行控制，而本发明是在较大的面积中，只要得到某个范围的光的透射和反射、散射即可，因此，液晶面板的结构极其简单，制造容易且便宜。
图2A是在本发明中使用了具有凹透镜作用的液晶面板的本发明的实施例，所述液晶面板通过使液晶面板的电极具备微透镜结构和菲涅耳结构，从而起到凹透镜作用。通过将表现出透镜作用的液晶面板4与LED基板1平行配置，从而使来自LED (发光元件)2 的指向性较强的光3进行扩散，并成为如5那样的光，能够对较大的范围进行照明。另外， 如果设置利用电极的孔结构和菲涅耳结构，来表现出凸透镜作用的液晶面板，则能使来自 LED(发光元件)的光聚焦，从而得到能够使局部极其明亮的照明装置。
图2B所示的例子是在玻璃基板41上，形成有使液晶表现出凹透镜作用的微透镜结构41A。图2C所示的例子是在玻璃基板41上，形成有未设置电极的区域41B。图2D所示的例子是在玻璃基板41上，形成有使液晶表现出凸透镜作用的微透镜结构41C。图2E所示的例子是在玻璃基板41上，形成有菲涅耳透镜41D。
图2F所示的例子是在玻璃基板41上，形成有多个微透镜、菲涅耳透镜等。这些透镜的结构为，在LED(发光元件)的正下方形成比较大的透镜结构，或者对非常小的微透镜进行排列，能够根据所需的特性进行选择。
图3A是对使用液晶材料的液晶面板进行设置的实施例，所述液晶材料使微胶囊化液晶分散在聚合物中。当没有对液晶面板施加电压时，由于微胶囊化液晶是随机存在的， 因此来自LED (发光元件)的光3被液晶面板4反射，并如光5那样进行散射，该照明装置可提供间接照明。另外，一直以来，该液晶面板被用作遮光挡板。
参照图;3B和图3C进行说明。在本实施例的液晶面板中，电极间距为10微米，包含液晶的微胶囊401的大小约为1微米，将其分散于聚合物402中。如图;3B所示，在零电压时不会使来自LED的光通过，而是散射、反射，并成为间接照明。如图3C所示，由于在施加电压时能使光通过，在大约5伏特下成为透明，所以在照明器具的下方能够获得明亮的照明。
另外，本发明也可以使用一种利用聚合物分散液晶的反射型液晶面板，所述聚合物分散液晶用于移动电话的显示器。在这种情况下，当施加电压为零时，能使来自LED的光进行反射、散射，当电压为5伏特时能使光通过，从而得到明亮的照明。
进一步，由于在使用聚合物分散型的液晶、且将电极结构设为以LED(发光元件) 的下面为中心的多个同心圆结构的液晶面板中，通过光的衍射效果而获得透镜效果，所以能够使来自LED元件的光进一步集中、发散，从而能够控制较大范围的照明。
图4为，不是利用一样的液晶面板，而是通过将液晶面板分为多个部分，并使其具有不同的功能，从而能实现复杂照明的装置。图4中的液晶面板的右部分4B是聚合物分散型液晶，使来自LED(发光元件)的光3进行散射，并如光5A和5B那样进行分散，但左部分 4A是具有凹透镜功能的液晶面板，能使来自LED (发光元件)的光3进行透射分散，并成为光5C，从而使房间的左半部分明亮，右半部分获得间接照明。
图5是将分为多个部分、不同功能的液晶面板进行交替设置的实施例，其是在较大范围内提供柔和照明的照明装置，通过调节对具有各功能的部分的液晶面板所施加的电压，能够对大范围的照明的质量进行控制。另外，在将相同功能的液晶面板分为多个部分的照明装置中，通过控制各部分，能够对照明的质量进行调节。
图6是以层状设置了不同功能的液晶面板的实施例，第一液晶面板4B是聚合物分散型液晶面板，第二液晶面板4A是具有凹透镜功能的液晶面板。由于在对第一液晶面板施加电压后变得几乎透明，所以通过控制对第二液晶面板所施加的电压，从而获得进行适当扩散后的照明。通过降低施加在第一液晶面板上的电压、或将其变为零，从而获得间接照明。
图7是将本发明应用于最近在市场销售的电灯型LED灯的例子。在玻璃容器6内的与排列了 LED(发光元件)2的发光基板1分开的位置处，设置了表现出凹透镜功能的液晶面板4，通过调节对液晶面板所施加的电压，能够获得如光5所示的广泛的照明。
图8A是相同的电灯型的灯，其是将不同功能的两个液晶面板4A、4B层压重叠为液晶面板的实施例，将图6的结构应用于电灯，通过对各液晶面板施加电压，从而能够获得非常丰富多彩的照明。即使是图8B的电灯型的灯，也可以将不同功能的两个液晶面板4A、4B 进行层压重叠并使用。但是，在本实施例中，液晶面板4A、4B弯曲成与电灯相同的形状。艮口， 液晶面板4A、4B形成为半球状。
图9是本发明的安装于天花板上的照明器具的剖面，在该实施例中，通过位于前面的半圆筒形的液晶面板4，从而将来自盖8内部的半圆筒形基板1上的LED (发光元件)2 的指向性强的光3，变为经过调节后的柔和的光5。通过使用薄膜液晶面板，能易于获得这种半圆筒形的液晶面板4。
在图9以及图8B的例子中，使用了弯曲的薄膜型液晶面板。这种液晶面板可以使用塑料基板来代替玻璃基板。
图IOA是用于本发明的液晶面板的俯视图，也是用于本发明的液晶面板的示例， 不通过如实施例1所述的微透镜，而通过形成网眼状的电极(设置电极的部分42A和未设置电极的部分41B)，从而产生电场分布不均勻，液晶的光学性质产生规则的变化，并使光进行扩散。
图IOB是图IOA所示的液晶面板的剖面图。非电极部分(未设置电极的部分)41B 的尺寸为L，两个电极42A、42B之间的尺寸为d。图IOB中，在上侧的电极42A上，形成有尺寸L的非电极部分41B。另一方面，下侧的电极42B形成在玻璃基板41的整个面上。从图 IOC到图10F，均表示L/d发生变化时的例子，所述L/d是非电极部分41B的尺寸L与两个电极42A、42B之间的尺寸d之比。
在图IOC和图IOD的例子中，两个电极42A、42B之间的尺寸d比较大，略等于尺寸 L。在图IOC的情况下，对两个电极间所施加的电压为V = 0。此时，来自LED(发光元件) 的大部分的光3进行反射，一部分的光3进行透射分散。因此，房间变暗。在图IOD的情况下，在两个电极间施加电压V = V。此时，来自LED(发光元件)的光3，能透过设置电极的部分，在未设置电极的部分，大部分的所述光3进行反射，一部分进行透射分散。因此，房间通过间接照明而变得明亮。
在图IOE和图IOF的例子中，两个电极42A、42B之间的尺寸d比较小，比尺寸L小很多。在图IOE的情况下，对两个电极间施加的电压为V = 0。此时，来自LED(发光元件) 的大部分的光3进行反射。因此，房间变暗。在图IOF的情况下，对两个电极间施加电压V =V0此时，来自LED(发光元件)的光3，能透过设置电极的部分，所述光3在未设置电极的部分进行反射。因此，房间通过间接照明而变得明亮。
图IOG至图101是表示整个面上都形成有两个电极42A、42B，且没有设置非电极部分的例子。在这些例子中，在一个电极的一部分区域内，电极间的间隙变得狭窄，在除此之外的区域，电极间的间隙的尺寸d为通常的大小。即，在这些例子中，设置有两个电极间的间隙狭小的区域，来代替配置有未设置电极的部分。将电极间的间隙尺寸d变得狭小区域的尺寸设为L。
在图IOG以及图IOH的例子中，将两个电极42A、42B分别设置在玻璃基板41的整个内面。但是，其中一个玻璃基板41中的一部分的厚度变大。在玻璃基板41的厚度变大的区域41E中，液晶43的厚度以及两个电极间的间隙都变小。
在图IOG的情况下，对两个电极间施加的电压为V = 0。此时，来自LED(发光元件)的大部分的光3进行反射。因此，房间变暗。在图IOH的情况下，对两个电极间施加电压V = %。来自LED(发光元件)的光3，大部分能透过电极间的间隙变窄的区域。因此， 房间通过间接照明而变得明亮。
在图101的例子中，在上侧的玻璃基板41的内面，形成上侧的电极42A，而在下侧的玻璃基板41的内面，形成下侧的电极42B。虽然两个玻璃基板的厚度以及插入到两个基板之间的液晶43的厚度是恒定的，但是两个电极间的间隙不是恒定的。此时，当对两个电极间施加电压V = Vtl时，则来自LED (发光元件)的光3，大部分能透过电极间的间隙变窄的区域。因此，房间通过间接照明而变得明亮。
在目前为止所说明的表现出透镜功能的液晶面板中，由于不需要如文献所示的焦点距离清晰的透镜，只要表现出模糊的集光或扩散的功能即可，所以如果像本实施例那样形成不均勻的电极，则电极的强度也会不均勻，其结果是，液晶材料的折射率等光学特性也变得不均勻，从而要进行光的聚焦或扩散。
图11是将液晶面板相对于LED (发光元件)基板进行倾斜配置的本发明的实施例，通过倾斜，来自LED (发光元件)的光3在液晶面板4的表面进行反射，从而成为5A，并且成为如5B那样的透射光，还成为如5C那样的散射光，来自LED (发光元件)2的光3扩散到极其广阔的范围，从而能够有效地照射空间。
图12是分别沿相反的方向而倾斜配置了两个液晶面板4A、4B的本发明的实施例， 其能够对左右的空间对称地进行大幅度的照明。并且，对多个液晶面板进行这种配置，并通过控制对各液晶面板的电信号，能够实现极其多样的照明。
图13A至图13C是，图IOA所示的实施例的变形例，并且是表示各种形状的电极结构的例子。这些电极结构由电极部分42A和非电极部分41B组成。本实施例的电极是通过在玻璃基板的整个面上形成透明电极，并在规定形状的部分中去除透明电极而得到的。非电极部分41B的形状是圆形、三角形等形状，并具有各种尺寸。透明电极的图形能够利用已知的平版印刷技术进行制造。LED(发光元件)的配置是自由的，例如可以在比较大的尺寸的圆形非电极部分41B的正上方配置LED (发光元件)。
图14A和图14B进一步表示了各种形状的电极结构的例子。这些电极结构由电极部分42A和非电极部分41B组成。本实施例的电极结构是，通过在玻璃基板上的规定形状的区域中形成透明电极而得到的。优选为，在电极部分42A中的面积比较大区域的正上方配置LED (发光元件)。
参照图15A至图15C，对电极结构进行详细说明。液晶面板4是在两个平行的玻璃基板41之间封入液晶材料43而成的，所述两个平行的玻璃基板41上设置了由ITO等透明导电膜组成的电极42A、42B。
在这些例子中，上侧的电极42A是控制电极，下侧的电极42B是共用电极。上侧的控制电极42A是通过相互分离的多个电极而构成的。即，控制电极42A被非电极部分41B 隔开。在多个控制电极42A中的任意一个电极与下侧的共用电极42B之间，施加所希望的电压。
在图15A的例子中，共用电极42B形成在下侧的玻璃基板41的整个内面。在图 15B的例子中，共用电极42B和控制电极42A具有相同形状，且两者被配置在相对应的位置。 在图15C的例子中，共用电极42B和控制电极42A具有相同形状，且两者被配置在相互错开的位置。于是，可以自由设定共用电极42B和控制电极42A的相对位置。
图13A至图13C、图14A至图14C所示的电极是控制电极，而与此相对的共用电极可以任意设定。但是，由于根据共用电极42B和控制电极42A之间的相对位置关系，而使液晶分子的方向发生变化，因此透射光的光量以及性质会发生变化。
图16A表示安装在基板1上的LED (发光元件)2的平面结构，图16B表示配置在该LED (发光元件)2之下的液晶面板的控制电极的形状。控制电极42A由内侧的圆形部分 42A-1和外侧的环状部分42A-2组成。圆形部分和环状部分通过非电极部分41B而相互分离，并被分别独立地施加电压。
参照图16C至图16F，来说明图16A和图16B所示的LED照明装置的动作。图16C 表示安装在基板1上的LED(发光元件)2的剖面结构。图16D至图16F表示安装在基板1 上的LED (发光元件)2和液晶面板4的剖面结构。
图16D表示施加电压为零的情况，来自LED (发光元件)2的光通过液晶面板进行散射，而几乎不透射。图16E表示对控制电极的圆形部分42A-1和环状部分42A-2两者施加电压的情况，来自LED (发光元件)2的光能透过液晶面板。图16F表示对圆形部分42A-1 施加电压，且环状部分42A-2的施加电压为零的情况，来自LED (发光元件)2的光能透过圆形部分42A-1，并在环状部分42A-2进行散射。
图17A表示安装在基板1上的LED (发光元件)2。将LED 2配置为环状。图17B 表示施加电压为零的情况，来自LED的光在液晶面板进行散射。图17C表示施加电压不是零的情况，来自LED的光能透过液晶面板。
图18A表示对普通液晶面板所施加的电压。对用于显示装置的液晶面板，正负交替地施加规定大小的电压。图18B以及图18C表示对用于本发明LED照明装置的液晶面板所施加的电压的例子。在本例子中，在时间tv内施加正电压，接着在时间、内将施加电压设为零。然后，在时间、内施加负电压，接着，在时间、内将施加电压设为零。重复以上操作。将1秒钟内所施加的正的施加电压的次数称为频率。频率可以是数十个到数百个循环。
在1个周期T内，将施加正或负的电压的时间比例称为占空比(duty)。例如，图 18A的例子中，占空比为1，在图18B的例子中，占空比为0. 5，在图18C的例子中，占空比为 0. 25。通过将占空比和频率设定为任意的值，能够通过照明装置而射出所需要的光量的光。 图18D表示将施加电压设为零的情况，来自LED的光通过液晶面板进行散射。
图19A表示对液晶面板所施加的电压与光的透射量之间的关系。电压为Vtl时，光的透射量极其小，但如果将电压增加到Vm时，则光的透射量会增加。如果将电压设为大于 Vs时，则光的透射量变为最大。在液晶显示装置中，要决定是遮断光、或者是使光透射中的任意一种情况，从而利用施加电压为V = 0或者Vtl和V = Vs中的任意一种。即，不利用中间值Vmo
图19B表示对本发明照明装置的液晶面板所施加的电压的例子。在本例子中，在时间、内施加正电压Vh，接着在时间、内施加正电压\。然后，在时间、内施加负电压VH， 接着，在时间、内施加负电压八。重复以上操作。1个周期为时间aH+tJX2。可以将电压\和八设定为任意的值。高电压乂11可以是图19A中的Vs，而低电压八可以是图19A中的Vtl或\。在本实施例的液晶面板中，在时间、，可使来自LED (发光元件)2的大部分的光进行透射，在时间、，仅使来自LED (发光元件)2的一部分光透射，而大部分进行散射。在这里，已对如下的情况进行了说明通过改变施加电压的大小，而使液晶的光透射率发生变化的情况。一般通过控制施加电压，而使液晶的光学特性发生变化。这里的光学特性包括光的透射率、折射率、衰减率等。本发明通过控制施加电压，而使液晶的光学特性变为所希望的状态。因此，能够使来自LED照明装置的照明光变为所希望的状态。
参照图20A至图20E进行说明。图6表示层压了两个液晶面板的例子。在本实施例的液晶面板中，具有与层压了两个液晶面板的结构相同的结构。本实施例的液晶面板具有三个平行的玻璃基板411、412、413。在上侧的玻璃基板411的内面，形成有第一控制电极421，在中间的玻璃基板412的两面形成有共用电极422、423，在下侧的玻璃基板413的内面形成有第二控制电极424。在这三个平行玻璃基板之间分别封入液晶431、432。
第一液晶面板由第一控制电极421和共用电极422构成，第二液晶面板由第二控制电极4 和共用电极423构成。对第一液晶面板所施加的电压为V1，对第二液晶面板所施加的电压为V2。
图20B表示两个液晶面板的施加电压都是零的情况。S卩，V1 = V2 = 0。此时，来自LED (发光元件)2的大部分的光3进行反射和散射。图20C表示第一液晶面板的施加电压V1为V1 = Vs，且第二液晶面板的施加电压V2 = 0或Vtl的情况。此时，来自LED (发光元件)2的大部分的光3能透过第一液晶面板，但透过的大部分的光通过第二液晶面板进行反射、散射。
图20D表示两个液晶面板的施加电压都是Vm的情况。即V1 = V2 = \。此时，来自LED (发光元件)2的大约一半的光3能透过第一液晶面板，透过的光的大约一半能透过第二液晶面板。于是，通过分别适当改变对两个液晶面板的施加电压，从而能够获得所希望的照明光。
图20E表示本发明的层压型液晶面板的其他例子。本实施例的液晶面板，可使用图15A至图15C所示的控制电极。与图20A的例子相比，不同点是第一控制电极421和第二控制电极4 为分离型。控制电极421、422通过非电极部分411B、413B，而分别被分离为多个电极，能够对各电极独立地施加电压。
图21A表示液晶面板的其他实施例的剖面结构。本实施例的液晶面板具有两个玻璃基板41和在其之间所封入的液晶43。玻璃基板41之间的空间，通过隔板44被分割成多个区域。在各区域中分别封入不同的液晶43。在玻璃基板41的内面，设置有共用电极421和控制电极422。控制电极422被设置在各个区域中。图21B表示本实施例的液晶面板的控制电极的平面结构。在这些多个控制电极422中的任意的电极与共用电极421之间，施加所希望的电压。虽然图15A至图15C所记载的液晶面板只能使用一种液晶，但本实施例的液晶面板，能够使用相互不同的多种液晶。图21C表示本实施例的液晶面板的平面结构。本实施例的液晶面板具有与对相互不同的液晶面板进行平面组合的面板相同的功能。图21B的实施例是，与对不同的液晶面板进行条纹状排列的面板相同，图21C的实施例是，与对不同的液晶面板进行瓦片状排列的面板相同。
图21D至图21F表示组装在图21B或图21C所示的液晶面板中的液晶面板单元的其他实施例。本实施例中，组合控制电极的结构相互不同的液晶面板。在图21D和图21E 的实施例中，将上侧的控制电极设为菲涅耳透镜结构，在图21F的实施例中，使用普通的平面的控制电极。另外，在图21D和图21E的实施例中，菲涅耳透镜的方向相互不同。通过组合这些液晶面板而作为图21C的各液晶面板4A、4B，能够提供所希望的照明光。
参照图22A至图22C，来说明本发明的液晶面板的其他实施例。图22A表示本实施例的液晶面板的剖面结构。本实施例的液晶面板，可以与图21A的液晶面板相同。本实施例中，可使用宾主型的液晶43。宾主型的液晶43中，添加了吸收色不同的色素。即，在本实施例中，可使用添加了相互不同的色素的宾主型的液晶43，来代替使用相互不同的多种液晶。图22B为，对提供三原色RGB的光的液晶进行组合。第一液晶431提供红色光，第二液晶432提供绿色光，第三液晶433提供蓝色光。于是，图22C表示提供三原色RGB的光的液晶面板的平面结构。
图23表示格子状的液晶面板的实施例。本实施例的液晶面板是将多个正方形或长方形的液晶面板进行排列。如图所示，两个玻璃基板之间的空间被隔板44分割为多个区域。在各个区域中，配置有控制电极423。于是生成多个正方形或长方形的液晶面板。构成本实施例的液晶面板的一个液晶面板的尺寸非常小，例如可以小于等于lcm，也可以是几个毫米。
图M表示将图21A或图22k的液晶面板应用于图7的电灯型LED灯。能够对各液晶面板独立地施加所希望的电压。
以上说明了本发明的实施例，但本发明并不局限于上述的实施例。对本领域技术人员来说很容易了解如下情况在权利要求书所记载的发明范围内能够进行各种变更。
产业上的可利用性
本发明的LED照明装置，在工业上容易生产，而且，包括家庭和办事处的需求很广，在产业上的价值非常大。特别是，虽然用于显示器的液晶面板需要偏光板和液晶基板的取向处理等高超的技术，但由于本发明的液晶面板并不一定需要偏光板和取向处理，并且制造极其容易，因此能够进行廉价生产，并且普及的可能性非常高。
权利要求
1.一种LED照明装置，其特征在于，具有LED ；用于驱动该LED点灯的LED驱动电路；配置在来自上述LED的光的光路上的液晶面板；对提供给该液晶面板的施加电压进行控制的液晶驱动电路，所述LED驱动电路和上述液晶驱动电路，提供有来自共用的电源的电压，所述施加电压具有包括正负值的周期性波形，通过上述液晶驱动电路使上述周期性波形的形状或频率发生变化，从而能够使所述液晶面板的光学特性变成所希望的状态。
2.根据权利要求1所述的LED照明装置，其特征在于，所述周期性波形包括上述液晶的光透射率变为最大的电压部分；上述液晶的光透射率变为零的电压部分；上述液晶的光透射率变为中间值的电压部分。
3.根据权利要求1所述的LED照明装置，其特征在于，在所述周期性波形的一个周期内，当将上述液晶的光透射率变为最大的电压部分的时间比例称为占空比时，通过上述液晶驱动电路，能够使该占空比变成所希望的值。
4.根据权利要求1所述的LED照明装置，其特征在于，所述液晶面板由被层压的多个液晶面板部分而构成，通过所述液晶驱动电路，对施加在各液晶面板部分的电压进行相互独立的控制。
5.根据权利要求4所述的LED照明装置，其特征在于，所述液晶面板具有多个基板以及插入在该基板之间的液晶材料，所述多个基板包括两个外侧的基板和至少一个内侧的基板；在上述外侧的基板的内面设有电极，在上述内侧的基板的两面设有电极。
6.根据权利要求1所述的LED照明装置，其特征在于，所述液晶面板由沿着平面排列的多个液晶面板部分而构成，通过所述液晶驱动电路， 对施加在各液晶面板部分的电压进行相互独立的控制。
7.根据权利要求6所述的LED照明装置，其特征在于，通过设置在两个基板之间的隔板，将所述多个液晶面板部分进行分离。
8.根据权利要求4或6所述的LED照明装置，其特征在于，在所述多个液晶面板部分的每个基板上，分别形成有相互不同的微透镜或菲涅耳透^Mi ο
9.根据权利要求4或6所述的LED照明装置，其特征在于，所述液晶面板由宾主型的液晶而构成，在所述多个液晶面板部分的每一个上，分别添加有用于发出相互不同颜色的光的色素。
10.根据权利要求1所述的LED照明装置，其特征在于，所述液晶面板具有两个平行的基板；封入在该基板之间的液晶材料；和设置于上述基板的电极，上述电极具有控制电极和共用电极，上述控制电极由相互分离的多个电极部分而构成，对施加在各电极部分和共用电极之间的电压进行相互独立的控制。
11.根据权利要求10所述的LED照明装置，其特征在于，将上述LED、上述LED驱动电路、上述液晶面板以及上述液晶驱动电路封入到电灯型玻璃容器内。
12.根据权利要求1所述的LED照明装置，其特征在于，上述液晶面板由薄膜型液晶面板所形成，并具有弯曲形状。
13.—种LED照明装置，是使用LED的照明装置，其特征在于， 在LED的前部配置液晶面板。
14.根据权利要求1所述的LED照明装置，其特征在于， 上述液晶面板具备微透镜。
15.根据权利要求1所述的LED照明装置，其特征在于， 上述液晶面板具备菲涅耳结构。
16.根据权利要求1所述的LED照明装置，其特征在于， 上述液晶面板具有电极不均勻部。
17.根据权利要求1所述的LED照明装置，其特征在于， 上述液晶面板的液晶是聚合物分散液晶。
18.根据权利要求1所述的LED照明装置，其特征在于， 上述液晶面板由多个部分组成。
19.根据权利要求1所述的LED照明装置，其特征在于， 上述液晶面板由不同结构的部分组成。
20.根据权利要求1所述的LED照明装置，其特征在于， 对多个上述液晶面板进行层压。
21.根据权利要求1所述的LED照明装置，其特征在于， 上述液晶面板具备遥控信号接收部。
22.根据权利要求1所述的LED照明装置，其特征在于， 上述液晶面板具备人感传感器。
全文摘要
来自LED(发光元件)的光的指向性较强，不能进行大范围的照明。另外，也不能调节照明的质量和分布。通过在LED(发光元件)的前部配置液晶面板，对来自LED(发光元件)的光进行控制，从而能够调节照明的质量和分布。
文档编号F21V23/00GK102498340SQ20108004039
公开日2012年6月13日 申请日期2010年3月16日 优先权日2009年9月11日
发明者片冈照幸, 片冈照荣 申请人:片冈照幸, 片冈照荣