WO2019093116A1 - 面状照明装置 - Google Patents

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WO2019093116A1
WO2019093116A1 PCT/JP2018/039297 JP2018039297W WO2019093116A1 WO 2019093116 A1 WO2019093116 A1 WO 2019093116A1 JP 2018039297 W JP2018039297 W JP 2018039297W WO 2019093116 A1 WO2019093116 A1 WO 2019093116A1
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WO
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light
liquid crystal
refractive index
guide plate
crystal film
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PCT/JP2018/039297
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English (en)
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Inventor
慎一郎 園田
Original Assignee
富士フイルム株式会社
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B5/00—Doors, windows, or like closures for special purposes; Border constructions therefor
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B9/00—Screening or protective devices for wall or similar openings, with or without operating or securing mechanisms; Closures of similar construction
    • E06B9/24—Screens or other constructions affording protection against light, especially against sunshine; Similar screens for privacy or appearance; Slat blinds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S11/00—Non-electric lighting devices or systems using daylight
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements

Definitions

  • the present invention relates to, for example, a planar illumination device used as a transparent window in the daytime and as a planar illumination at night.
  • the conventional planar illumination device for example, when the light source is turned on at night, light emitted from the light source and light incident on the light guide plate from the light incident surface is emitted from the light exit surface and emits light.
  • an opaque scatterer layer is provided on the light exit surface of the light guide plate to scatter light and make it uniform. Therefore, for example, even when the light source is turned off in the daytime, the scatterer layer does not become transparent, and the planar illumination device can not be used as a transparent window.
  • Patent Documents 2 and 3 are prior art documents relevant to the present invention.
  • Patent Document 2 in order to support area active drive (local dimming), a plurality of columnar regions filled with a liquid crystal material are provided in the light guide plate, and a plurality of voltages for driving the respective liquid crystal materials are applied. And a lighting device is provided to drive each liquid crystal material independently by applying a voltage to each liquid crystal material, and delivering a desired amount of light to a desired area in the light guide plate. There is.
  • Patent Document 3 discloses a PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) having a pair of transparent substrates, a light modulation layer provided in a gap between the pair of transparent substrates, and a plurality of electrodes provided on the surface of one transparent substrate. Disclosed is a lighting device in which a light modulation element such as liquid crystal is adhered to a light guide plate, the light modulation layer exhibits transparency when voltage is applied to the electrode, and scattering property when voltage is not applied to the electrode. It is done.
  • a light modulation element such as liquid crystal
  • Patent Documents 2 and 3 a large number of electrodes are provided to control the alignment state of each liquid crystal material. Therefore, there is a problem that the structure of the lighting apparatus becomes complicated and the manufacturing cost becomes high.
  • Patent Document 3 in a planar illumination device in which light is incident from a light source to one side surface which is a light incident surface of a light guide plate, and light is guided by the light guide plate from the light incident surface to an upper surface which is a light emission surface. The light is scattered while guiding light from the light incident surface to the light emitting surface, and the electric field intensity of the light gradually attenuates as it travels from the light incident surface to another side surface that is the opposite surface, There is a problem that it is difficult to make the brightness of the light emitted from the light emitting surface of the light guide plate uniform.
  • a first object of the present invention is to provide a planar lighting device which is simple in structure and can be manufactured inexpensively.
  • a second object of the present invention is, in addition to the first object, to provide a planar illumination device capable of making the luminance of light emitted from the light emission surface of the light guide plate uniform. .
  • the present invention relates to a transparent rectangular light guide plate;
  • a light source which is disposed along the length direction of one side surface which is a light incident surface of the light guide plate, and which is disposed over the entire area in the length direction and which injects light into the light guide plate from the light incident surface;
  • a scattering mode in which light is transmitted when it has a pair of electrodes and is set to a transmission mode in which light is transmitted when a voltage is applied to the pair of electrodes, and light is scattered when a voltage is not applied to a pair of electrodes
  • the difference between the refractive index of the light guide plate and the refractive index of the low refractive index layer is 0.001 to 0.5
  • the low refractive index layer has a light incident surface opposite to the light incident surface such that the electric field strength of light is uniform over the entire propagation direction of light propagating from the light incident surface to another side surface which is an opposite surface of the light incident surface.
  • the light source when the light source is turned off and the liquid crystal film is set to the transmission mode, light incident on the liquid crystal film from the thickness direction of the liquid crystal film is transmitted through the liquid crystal film,
  • the light source is turned on and the liquid crystal film is set to the scattering mode, it is preferable that light which is incident on the light guide plate from the light source and further incident on the liquid crystal film from the light guide plate is scattered and emitted by the liquid crystal film.
  • the liquid crystal film is A pair of transparent substrates, A light scattering layer disposed between and in contact with the pair of transparent substrates; With one pair of electrodes, Each of the pair of electrodes is provided on the outer surface of the pair of transparent substrates, Preferably, light is transmitted by the light scattering layer when it is set to the transmission mode, and light is scattered by the light scattering layer when it is set to the scattering mode.
  • the pair of transparent substrates is made of plastic film or glass.
  • a liquid crystal material containing a plurality of liquid crystal particles is dispersed in a resin, When no electric field is applied to the light scattering layer, the liquid crystal material becomes randomly oriented and light is scattered by the light scattering layer, When an electric field is applied to the light scattering layer, the liquid crystal material is preferably oriented in the electric field direction, and light is preferably transmitted through the light scattering layer in the electric field direction.
  • the liquid crystal film is preferably a polymer dispersed liquid crystal film.
  • the light guide plate is preferably made of acrylic resin, and the low refractive index layer is preferably made of silicone resin.
  • the light guide plate is preferably made of glass, polycarbonate or polymer.
  • the light source is configured by arranging a plurality of LEDs, LDs or incandescent lamps, which are point light sources, in a line.
  • the light source is preferably a linear light source of a cold cathode tube, a hot cathode tube or a neon tube.
  • the pair of electrodes is made of ITO, ZnO or PEDOT.
  • copper be coated on the upper surface of the pair of electrodes.
  • the refractive index of the low refractive index layer is reduced in accordance with the direction from the light incident surface to the opposing surface, and the thickness does not change over the entire light propagation direction.
  • the liquid crystal film can be set to the transmission mode or the scattering mode according to the presence or absence of voltage application to the pair of electrodes, so the structure is simple and inexpensive. It can be manufactured. Further, by arranging the low refractive index layer between the light guide plate and the liquid crystal film, the electric field intensity of light, that is, the light power can be made uniform over the entire area in the light transport direction. The luminance of light emitted from the light emission surface can be made uniform.
  • planar illumination device of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the attached drawings.
  • FIG. 1A and FIG. 1B are side conceptual views of the first embodiment showing the configuration of the planar illumination device of the present invention.
  • the planar lighting device 10A shown in FIGS. 1A and 1B is, for example, fitted into a window frame of a building, used as a transparent window in the daytime, and used as planar lighting in the nighttime, for example.
  • the planar illumination device 10A includes a light guide plate 12, a light source 14, a first power supply 16, a first switch 18, a liquid crystal film 20, a second power supply 22, a second switch 24, and a low power supply. And a refractive index layer 26A.
  • the light guide plate 12 is a rectangular parallelepiped transparent plate having an upper surface, a lower surface, and four side surfaces, and is an upper surface which is emitted from the light source 14 and which is incident from one side surface serving as a light incident surface. Lead to the bottom.
  • the light guide plate 12 also serves as a support for supporting the low refractive index layer 26A and the liquid crystal film 20.
  • the light guide plate 12 of the present embodiment is made of an acrylic resin (a transparent thermoplastic resin such as polymethyl methacrylate (PMMA)), but as the light guide plate 12, glass, polycarbonate, high refractive index polymer (http: // Other transparent materials such as www.mgc.co.jp/php/files/151221.pdf) may be used.
  • the light source 14 is disposed over the entire area in the length direction along the length direction of the light incident surface of the light guide plate 12 (the extension direction of the side where the light incident surface of the light guide plate 12 contacts the light output surface). Light enters the light guide plate 12 from the light incident surface.
  • the light source 14 of the present embodiment is configured by arranging a plurality of LEDs (Light Emitting Diodes), which are point light sources, in a line.
  • LEDs Light Emitting Diodes
  • other point light sources such as LD (Laser Diode: laser diode) and an incandescent lamp may be used, or linear light sources such as a cold cathode tube, a hot cathode tube, and a neon tube are used. May be
  • the light source 14 is connected to a first power supply (DC: DC power supply) 16 via a first switch 18 by an electric wire.
  • a first power supply DC: DC power supply
  • FIG. 1A when the first switch 18 is set to the on state, the light source 14 is connected to the first power supply 16 and turned on.
  • FIG. 1B when the first switch 18 is set to the off state, the light source 14 is disconnected from the first power supply 16 and turned off.
  • the liquid crystal film 20 has a pair of transparent substrates 28A, 28B, a light scattering layer 30, and a pair of electrodes 32A, 32B.
  • the liquid crystal film 20 When a voltage is applied to the pair of electrodes 32A and 32B, the liquid crystal film 20 is set to a transmission mode in which light is transmitted through the light scattering layer 30, and no voltage is applied to the pair of electrodes 32A and 32B. , Is set to a scattering mode in which light is scattered by the light scattering layer 30.
  • the liquid crystal film 20 of the present embodiment is a PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal: polymer dispersed liquid crystal) film, but as the liquid crystal film 20, another light scattering film other than PDLC may be used.
  • the pair of transparent substrates 28A and 28B support the light scattering layer 30, and is made of a plastic film, glass equipment, or the like. Other transparent resin films, glass devices, etc. may be used as the pair of transparent substrates 28A, 28B.
  • the light scattering layer 30 is formed by dispersing a liquid crystal material including a plurality of liquid crystal particles in a resin, and is disposed between the pair of transparent substrates 28A and 28B in contact with the pair of transparent substrates 28A and 28B. It is done.
  • the liquid crystal material when no electric field is applied, the liquid crystal material is randomly oriented, and light is scattered.
  • the liquid crystal material is aligned in the electric field direction, and light is transmitted in the electric field direction.
  • the pair of electrodes 32A and 32B generate an electric field in the thickness direction of the liquid crystal film 20 in the light scattering layer 30 when a voltage is applied, and each of them forms a pair of transparent substrates 28A and 28B.
  • ITO Indium Tin Oxide: indium tin oxide
  • the pair of electrodes 32A, 32b other transparent conductive materials such as ZnO (zinc oxide), PEDOT (polyethylenedioxythiophene), etc. may be used.
  • the pair of electrodes 32A, 32B of the liquid crystal film 20 is connected to a second power supply (AC 100 V: AC power supply) 22 through a second switch 24 by an electric wire.
  • a second power supply AC 100 V: AC power supply
  • the liquid crystal film 20 is set to the transmission mode when the second switch 24 is turned on and a voltage is applied from the second power supply 22 to the pair of electrodes 32A and 32B. Ru.
  • the liquid crystal material is oriented in the electric field direction, that is, in the thickness direction of the liquid crystal film 20, and the light incident on the liquid crystal film 20 from the thickness direction of the liquid crystal film 20 is the thickness direction of the liquid crystal film 20 It is transparent to
  • the liquid crystal film 20 is set to the scattering mode when the second switch 24 is set to the off state and a voltage is not applied from the second power supply 22 to the pair of electrodes 32A and 32B. Be done.
  • the liquid crystal material is randomly oriented, and is incident on the light guide plate 12 from the light source 14, and light incident on the liquid crystal film 20 from the light guide plate 12 is scattered by the liquid crystal film 20 to be the liquid crystal film It is emitted from 20.
  • the low refractive index layer 26A is disposed between the light guide plate 12 and the liquid crystal film 20 so as to be in contact with the light guide plate 12 and the liquid crystal film 20 and has a refractive index lower than that of the light guide plate 12. is there. Further, the low refractive index layer 26A has the electric field intensity of light, that is, the light in the entire propagation direction of the light propagating from the light incident surface of the light guide plate 12 to another side surface which is the opposite surface of the light incident surface. The thickness is reduced according to the direction from the light incident surface to the opposite surface so that the power of the light source is uniform, and the cross section is wedge-shaped. As a material of the low refractive index layer 26A, a transparent material such as silicone resin or fluorine resin is used.
  • the light guide plate 12 is made of acrylic resin
  • the low refractive index layer 26A is made of silicone resin.
  • the refractive index of the acrylic resin for sodium d-line light (wavelength 589 nm), that is, the refractive index nd1 of the light guide plate 12 is about 1.49
  • the refractive index of the silicone resin, that is, the low refractive index layer 26A The refractive index nd2 is about 1.41.
  • polycarbonate having a refractive index nd of about 1.59 and a high refractive index polymer having a refractive index nd of about 1.80 (http://www.mgc.co.jp/php/files/151221.pdf ) May be used, or a fluorine resin having a refractive index nd of about 1.35 may be used as the low refractive index layer.
  • the light incident on the inner surface of the upper surface and the lower surface of the light guide plate 12 has a critical angle or less.
  • the light is totally reflected on the inner surfaces of the upper and lower surfaces and is propagated from the light incident surface to the opposite surface.
  • the low refractive index layer 26A When the low refractive index layer 26A is disposed in contact with the light guide plate 12 as in the planar illumination device 10A, since light is an electromagnetic wave, while light is propagated from the light incident surface toward the opposing surface, Light leaks from the light guide plate 12 to the low refractive index layer 26A, and the electric field strength of the light gradually attenuates as it travels from the light incident surface to the opposite surface. As the difference ⁇ in refractive index increases, the amount of light exudation decreases, and as the difference ⁇ in refractive index decreases, the amount of light exuding increases.
  • the difference ⁇ in refractive index is about 0.1, but the difference ⁇ in refractive index is preferably 0.001 to 0.5 in consideration of the amount of light exudation. It is more preferably 0.08 to 0.45, and most preferably 0.08 to 0.14.
  • the numerical range represented by “to” includes the lower limit and the upper limit.
  • the thickness of the low refractive index layer 26A will be described.
  • FIG. 3 is a conceptual view showing the relationship between the position in the thickness direction of the light guide plate and the position in the light transport direction.
  • the position of the side where the light incident surface of the light guide plate 12 and the lower surface are in contact with each other is the origin 0 of the vertical axis x and the horizontal axis z.
  • the vertical axis x represents the position from the origin 0 in the thickness direction of the light guide plate 12, in other words, the thickness of the low refractive index layer 26A
  • the horizontal axis z represents the position from the origin 0 in the light transport direction.
  • nd1 and nd2 represent the refractive index of the light guide plate 12 and the low refractive index layer 26A
  • d represents the thickness of the light guide plate 12.
  • the low refractive index layer 26A is also disposed in contact with the upper surface of the light guide plate 12 for ease of explanation. Represents a conceptual diagram of the
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the position in the thickness direction of the light guide plate at a certain position in the light transport direction and the light power.
  • the vertical axis x is the same as in FIG. 3, and the vertical axis P represents the power of light at a certain position in the light transport direction.
  • the power of light is proportional to the square of the electric field strength of light, and is uniquely determined when the thickness d of the light guide plate 12, the refractive index nd1 of the light guide plate 12 and the refractive index nd2 of the low refractive index layer 26A are determined.
  • a region between two broken lines represents the power of light in the light guide plate 12, and a hatched region outside the two broken lines is from the light exit surface of the light guide plate 12. It represents the power of light that leaks to the low refractive index layer 26A.
  • FIG. 5A is a graph in which the power of the oozed light is enlarged in the graph of FIG.
  • the vertical axis x and the horizontal axis P are the same as in the graph of FIG.
  • the graph shown to FIG. 5B interchanges and represents the vertical axis
  • the light leaks from the light guide plate 12 to the low refractive index layer 26A as the position in the thickness direction of the light guide plate 12 decreases, that is, as the thickness of the low refractive index layer 26A decreases. Power will increase. In other words, as the position in the thickness direction of the light guide plate 12 increases, that is, as the thickness of the low refractive index layer 26A increases, the power of the light that leaks out decreases.
  • the light power at the position x 0 in the thickness direction of the light guide plate 12 is 1 / e 2 (e Is the base of natural logarithms, and the power of light at position x 1 (x 0 ⁇ x 1 ) is 0.5 / e 2 .
  • the power of light that exudes at the position z 0 in the light transport direction is 1, and the power of light that exudes at the position z 1 (z 0 ⁇ z 1 ) is 0.5.
  • the thickness of the corresponding thickness of the low refractive index layer 26A at the position z 1 to position x can be the same 0.5 / e 2 .
  • the thickness of the low refractive index layer 26A can be determined in the same manner for each of the other positions in the light transport direction. This makes it possible to equalize the power of the light that leaks out over the entire area in the light transport direction, that is, the electric field strength of the light.
  • the transmission mode is set in the daytime, and the scattering mode is used in the nighttime.
  • the transmission mode and the scattering mode can be switched regardless of time.
  • the first switch 18 is turned off and the light source 14 is turned off, and the second switch 24 is turned on, and the second power source 22 receives a pair of electrodes.
  • the liquid crystal film 20 is set to the transmission mode, light incident on the liquid crystal film 20 from the thickness direction of the liquid crystal film 20 is transmitted through the liquid crystal film 20. Therefore, the liquid crystal film 20 becomes transparent, and the planar illumination device 10A functions as a transparent window.
  • the first switch 18 is turned on to turn on the light source 14 and the second switch 24 is turned off, and the pair of electrodes 32A and 32B is turned on.
  • the liquid crystal film 20 is set to the scattering mode without applying a voltage to the light source, light that is incident on the light guide plate 12 from the light source 14 and further incident on the liquid crystal film 20 from the light guide plate 12 is scattered by the liquid crystal film 20 The light is emitted from the liquid crystal film 20. Therefore, the planar illumination device 10A functions as planar illumination.
  • planar illumination device 10A can be used as a transparent window, for example, in the daytime, and can be used as planar illumination at night.
  • FIG. 6 and FIG. 7 are photographs of the state in which the planar illumination device of the present embodiment and the conventional light guide plate are arranged side by side in daytime and nighttime.
  • the planar illumination device 10A of this embodiment is disposed on the right side
  • the conventional light guide plate is disposed on the left side.
  • the conventional light guide plate is in a state where the light source is turned off.
  • the conventional light guide plate is a mere transparent acrylic plate, and the keyboard on the back side can be seen through.
  • the planar illumination device 10A of the present embodiment the light source is turned off and the liquid crystal film 20 is set to the transmission mode. In this case, light incident on the liquid crystal film 20 from the thickness direction of the liquid crystal film 20 is transmitted through the liquid crystal film 20, and the liquid crystal film 20 becomes transparent. Therefore, the planar illumination device 10A becomes a transparent window and the chair on the back side I can see through.
  • the conventional light guide plate is in a state where the light source is turned on.
  • light emitted from the light source is introduced into the light guide plate from one side surface which is the light incident surface of the light guide plate, is guided from the light incident surface to the other side surface which is the opposite surface, and is opposed It is emitted from
  • the planar illumination device 10A of the present embodiment the light source 14 is turned on and the liquid crystal film 20 is set in the scattering mode. In this case, the light incident on the light guide plate 12 from the light source 14 and the light incident on the liquid crystal film 20 from the light guide plate 12 are scattered by the liquid crystal film 20 and emitted, and the planar illumination device 10A becomes planar illumination. ing.
  • the planar illumination device 10A can set the liquid crystal film 20 in the transmission mode or the scattering mode according to the presence or absence of voltage application to the pair of electrodes 32A and 32B, so the structure is simple and inexpensive. It can be manufactured. Further, by arranging the low refractive index layer 26A between the light guide plate 12 and the liquid crystal film 20, the electric field intensity of the light, that is, the light power can be made uniform over the entire area in the light conveyance direction. The brightness of the light emitted from the light emission surface of the light guide plate 12 can be made uniform.
  • the thickness of the low refractive index layer 26A is reduced according to the direction from the light incident surface to the opposing surface, but this is not essential. Accordingly, the refractive index nd2 of the low refractive index layer 26A may be reduced.
  • FIGS. 8A and 8B are side conceptual views of the second embodiment showing the configuration of the planar illumination device of the present invention.
  • the planar illumination device 10B shown in FIGS. 8A and 8B is obtained by replacing the low refractive index layer 26A with a low refractive index layer 26B in the planar illumination device 10A shown in FIGS. 1A and 1B. That is, the planar illumination device 10 B includes the light guide plate 12, the light source 14, the first power supply 16, the first switch 18, the liquid crystal film 20, the second power supply 22, and the second switch 24. , And the low refractive index layer 26B.
  • the low refractive index layer 26 B is disposed between the light guide plate 12 and the liquid crystal film 20 in contact with the light guide plate 12 and the liquid crystal film 20, and has a refractive index lower than that of the light guide plate 12. Further, in the low refractive index layer 26B, the refractive index nd2 is reduced in the direction from the light incident surface to the opposite surface so that the electric field intensity of light, ie, the light power, becomes uniform throughout the light propagation direction. ing. The thickness of the low refractive index layer 26B does not change over the entire region in the light propagation direction, and has a rectangular parallelepiped shape.
  • the low refractive index layer 26B is, for example, a plurality of kinds of coating liquids such as silicone which gradually decrease the refractive index nd2 while scanning the low refractive index layer 26B in the light transport direction using a resin dripping device called a dispenser.
  • a coating solution in which an acrylic resin and a silicone resin are dispersed in a UV (Ultra Violet) curable resin is sequentially applied while changing the blending ratio so that the compounding amount of the resin gradually increases, and the coating solution
  • the low refractive index layer 26B applied may be bonded to the liquid crystal film 20, followed by UV curing.
  • the refractive index nd2 of the low refractive index layer 26B is reduced according to the direction from the light incident surface to the opposing surface so that the electric field intensity of light becomes uniform throughout the light propagation direction.
  • the electric field strength of the light can be made uniform over the entire light propagation direction.
  • FIG. 9 is a graph showing the power of light that leaks from the light guide plate to the low refractive index layer.
  • the vertical axis P and the horizontal axis x of the graph shown in FIG. 9 are the same as in the graph of FIG. 5B.
  • the power of light that leaks from the light guide plate 12 to the low refractive index layer 26B is represented.
  • the light power is 1 / e 2 when the refractive index difference ⁇ is 0.05, and the refractive index The light power is assumed to be 0.5 / e 2 when the difference ⁇ is 0.1. Further, it is assumed that the power of light that exudes at the position z 0 in the light transport direction is 1, and the power of light that exudes at the position z 1 (z 0 ⁇ z 1 ) is 0.5.
  • the power of the light that exudes at the positions z 0 and z 1 is the same It can be 0.5 / e 2 .
  • the refractive index of the low refractive index layer 26B can be determined in the same manner for each other position in the light transport direction. This makes it possible to equalize the power of the light that leaks out over the entire area in the light transport direction, that is, the electric field strength of the light.
  • planar illumination device 10B having the low refractive index layer 26B can obtain the same effect as the planar illumination device 10A having the low refractive index layer 26A.
  • 10A, 10B planar illumination device 12 light guide plate 14 light source 16 first power source 18 first switch 20 liquid crystal film 22 second power source 24 second switch 26A, 26B low refractive index layer 28A, 28B transparent substrate 30 light scattering Layer 32A, 32B electrode

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Abstract

面状照明装置は、透明な導光板と、導光板の光入射面から導光板内へ光を入射する光源と、１対の電極に電圧が印加された場合に、光が透過する透過モードに設定され、１対の電極に電圧が印加されない場合に、光が散乱される散乱モードに設定される液晶フィルムと、導光板と液晶フィルムとの間に配置され、屈折率が導光板の屈折率よりも低い低屈折率層とを備える。導光板の屈折率と低屈折率層の屈折率との差は、０．００１～０．５であり、低屈折率層は、光の伝搬方向の全域にわたって光の電界強度が均一になるように、光入射面から対向面へ向かうに応じて、厚みまたは屈折率が減じられている。

Description

面状照明装置
　本発明は、例えば、昼間に透明窓として使用され、夜間に面状照明として使用される面状照明装置に関する。
　従来の面状照明装置は、例えば夜間に光源が点灯された場合、光源から発せられ、光入射面から導光板に入射された光が、光出射面から出射されて発光する。しかし、従来の面状照明装置には、例えば特許文献１等に記載されているように、導光板の光出射面の上に、光を散乱させて均一にする不透明な散乱体層が設けられているため、例えば昼間に光源が消灯された場合であっても散乱体層が透明になることはなく、面状照明装置を透明窓として使用することはできなかった。
　ここで、本発明に関連性のある先行技術文献として、特許文献２および３がある。
　特許文献２には、エリアアクティブ駆動（ローカルディミング）に対応できるように、導光板内に、液晶材料により充填された複数の柱状の領域を設け、さらに各液晶材料を駆動する電圧を印加する複数の透明電極を設け、各液晶材料に電圧を印加することによって各液晶材料を独立して駆動し、導光板内の所望の領域に対して、所望の量の光を届ける照明装置が記載されている。
　特許文献３には、一対の透明基板、一対の透明基板の隙間に設けられた光変調層および一方の透明基板の表面に設けられた複数の電極を有するＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid Crystal：高分子分散液晶）等の光変調素子を導光板に接着し、光変調層が、電極に電圧が印加されている時に透明性を示し、電極に電圧が印加されていない時に散乱性を示す照明装置が開示されている。
国際公開第２０１４／１２９６４６号 国際公開第２０１１／０８０９４８号 特開２０１４－３８６９５号公報
　特許文献２および３においては、各液晶材料の配向状態を制御するために多数の電極が設けられている。そのため、照明装置の構造が複雑になり、製造コストが高くなるという問題があった。
　また、特許文献３のように、光源から導光板の光入射面となる１つの側面に光を入射し、導光板によって光入射面から光出射面となる上面まで導光する面状照明装置においては、光入射面から光出射面に導光する間に光が散乱されて、光入射面からその対向面となる別の１つの側面に向かうに応じて光の電界強度が次第に減衰するため、導光板の光出射面から出射される光の輝度を均一にすることが難しいという問題があった。
　従って、本発明の第１の目的は、構造が簡単であり、安価に製造することができる面状照明装置を提供することにある。
　また、本発明の第２の目的は、上記第１の目的に加えて、導光板の光出射面から出射される光の輝度を均一にすることができる面状照明装置を提供することにある。
　上記目的を達成するために、本発明は、直方体形状の透明な導光板と、
　導光板の光入射面となる１つの側面の長さ方向に沿って、長さ方向の全域にわたって配置され、光入射面から導光板内へ光を入射する光源と、
　１対の電極を有し、１対の電極に電圧が印加された場合に、光が透過する透過モードに設定され、１対の電極に電圧が印加されない場合に、光が散乱される散乱モードに設定される液晶フィルムと、
　導光板と液晶フィルムとの間に、導光板および液晶フィルムと接して配置され、屈折率が導光板の屈折率よりも低い低屈折率層とを備え、
　導光板の屈折率と低屈折率層の屈折率との差は、０．００１～０．５であり、
　低屈折率層は、光入射面から光入射面の対向面となる別の１つの側面へ伝搬する光の伝搬方向の全域にわたって光の電界強度が均一になるように、光入射面から対向面へ向かうに応じて、厚みまたは屈折率が減じられている面状照明装置を提供する。
　ここで、光源が消灯され、かつ液晶フィルムが透過モードに設定された場合に、液晶フィルムの厚み方向から液晶フィルムに入射される光が液晶フィルムを透過し、
　光源が点灯され、かつ液晶フィルムが散乱モードに設定された場合に、光源から導光板に入射され、さらに導光板から液晶フィルムに入射される光が液晶フィルムにより散乱されて出射されることが好ましい。
　また、液晶フィルムは、
　１対の透明基板と、
　１対の透明基板の間に、１対の透明基板に接して配置された光散乱層と、
　１対の電極とを有し、
　１対の電極の各々は、１対の透明基板の外側の表面上に設けられ、
　透過モードに設定された場合に、光が光散乱層を透過し、散乱モードに設定された場合に、光が光散乱層によって散乱されることが好ましい。
　また、１対の透明基板は、プラスチックフィルムまたはガラス機材で構成されていることが好ましい。
　また、光散乱層は、複数の液晶粒子を含む液晶材料が樹脂の中に分散されたものであり、
　電界が光散乱層に印加されていない場合に、液晶材料がランダムに配向された状態になり、光は光散乱層によって散乱され、
　電界が光散乱層に印加された場合に、液晶材料が電界方向に配向された状態になり、光は光散乱層を電界方向に透過されることが好ましい。
　また、液晶フィルムは、高分子分散液晶フィルムであることが好ましい。
　また、導光板はアクリル樹脂で構成され、低屈折率層はシリコーン樹脂で構成されていることが好ましい。
　また、導光板は、ガラス、ポリカーボネートまたはポリマーで構成されていることが好ましい。
　また、光源は、点状光源である複数のＬＥＤ、ＬＤまたは白熱電球を一列に配置して構成されていることが好ましい。
　また、光源は、冷陰極管、熱陰極管またはネオン管の線状光源であることが好ましい。
　また、１対の電極は、ＩＴＯ、ＺｎＯまたはＰＥＤＯＴで構成されていることが好ましい。
　また、１対の電極の上面に銅が被覆されていることが好ましい。
　また、低屈折率層は、光入射面から対向面へ向かうに応じて、屈折率が減じられ、光の伝搬方向の全域にわたって厚みが変化していないことが好ましい。
　本発明の面状照明装置によれば、１対の電極への電圧の印加の有無に応じて、液晶フィルムを透過モードまたは散乱モードに設定することができるため、構造が簡単であり、安価に製造することができる。また、導光板と液晶フィルムとの間に低屈折率層を配置することにより、光の搬送方向の全域にわたって光の電界強度、つまり、光のパワーを均一にすることができるため、導光板の光出射面から出射される光の輝度を均一にすることができる。
本発明の面状照明装置の構成を表す第１の実施形態の側面概念図である。 本発明の面状照明装置の構成を表す第１の実施形態の側面概念図である。 液晶フィルムの構成を表す一実施形態の側面概念図である。 導光板の厚み方向の位置と光の搬送方向の位置との関係を表す概念図である。 光の搬送方向の、ある位置における導光板の厚み方向の位置と光のパワーとの関係を表すグラフである。 図４のグラフにおいて、染み出す光のパワーを拡大して表したグラフである。 図５Ａのグラフの縦軸と横軸とを入れ替えて表したグラフである。 昼間に、本実施形態の面状照明装置および従来の導光板を並べて配置した状態を撮影した写真である。 夜間に、本実施形態の面状照明装置および従来の導光板を並べて配置した状態を撮影した写真である。 本発明の面状照明装置の構成を表す第２の実施形態の側面概念図である。 本発明の面状照明装置の構成を表す第２の実施形態の側面概念図である。 導光板から低屈折率層に染み出す光のパワーを表すグラフである。
　以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の面状照明装置を詳細に説明する。
　図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の面状照明装置の構成を表す第１の実施形態の側面概念図である。図１Ａおよび図１Ｂに示す面状照明装置１０Ａは、例えば、建物の窓枠等に嵌め込まれ、例えば昼間に透明窓として使用され、夜間に面状照明として使用されるものである。面状照明装置１０Ａは、導光板１２と、光源１４と、第１の電源１６と、第１のスイッチ１８と、液晶フィルム２０と、第２の電源２２と、第２のスイッチ２４と、低屈折率層２６Ａとを備えている。
　導光板１２は、上面、下面および４つの側面を有する直方体形状の透明な板であり、光源１４から発せられ、光入射面となる１つの側面から入射される光を光出射面となる上面および下面に導く。また、導光板１２は、低屈折率層２６Ａおよび液晶フィルム２０を支持する支持体の役割を果たす。本実施形態の導光板１２は、アクリル樹脂（ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などの透明熱可塑性樹脂）で構成されているが、導光板１２として、ガラス、ポリカーボネート、高屈折率ポリマー（http://www.mgc.co.jp/php/files/151221.pdf）等の他の透明な材料を使用してもよい。
　続いて、光源１４は、導光板１２の光入射面の長さ方向（導光板１２の光入射面と光出射面とが接する辺の延在方向）に沿って、長さ方向の全域にわたって配置され、光入射面から導光板１２内へ光を入射する。本実施形態の光源１４は、点状光源である複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を一列に配置して構成されている。なお、光源１４として、ＬＤ（Laser Diode：レーザダイオード）および白熱電球等の他の点状光源を使用してもよいし、冷陰極管、熱陰極管およびネオン管等の線状光源を使用してもよい。
　光源１４は、電線により第１のスイッチ１８を介して第１の電源（ＤＣ：直流電源）１６に接続されている。図１Ａに示すように、第１のスイッチ１８がオン状態に設定された場合に、光源１４は第１の電源１６に接続されて点灯される。また、図１Ｂに示すように、第１のスイッチ１８がオフ状態に設定された場合に、光源１４は第１の電源１６から切り離されて消灯される。
　続いて、液晶フィルム２０は、図２に示すように、１対の透明基板２８Ａ、２８Ｂと、光散乱層３０と、１対の電極３２Ａ、３２Ｂとを有する。
　液晶フィルム２０は、１対の電極３２Ａ、３２Ｂに電圧が印加された場合に、光が光散乱層３０を透過する透過モードに設定され、１対の電極３２Ａ、３２Ｂに電圧が印加されない場合に、光が光散乱層３０によって散乱される散乱モードに設定される。本実施形態の液晶フィルム２０は、ＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid Crystal：高分子分散液晶）フィルムであるが、液晶フィルム２０として、ＰＤＬＣ以外の他の光散乱フィルムを使用してもよい。
　１対の透明基板２８Ａ、２８Ｂは、光散乱層３０を支持するものであり、プラスチックフィルム、ガラス機材等で構成されている。なお、１対の透明基板２８Ａ、２８Ｂとして、他の透明な樹脂フィルム、ガラス機材等を使用してもよい。
　光散乱層３０は、複数の液晶粒子を含む液晶材料が樹脂の中に分散されたものであり、１対の透明基板２８Ａ、２８Ｂの間に、１対の透明基板２８Ａ、２８Ｂに接して配置されている。光散乱層３０においては、電界が印加されていない場合に、液晶材料がランダムに配向された状態になり、光は散乱される。また、電界が印加された場合に、液晶材料が電界方向に配向された状態になり、光は電界方向に透過される。
　１対の電極３２Ａ、３２Ｂは、電圧が印加された場合に、光散乱層３０内において、液晶フィルム２０の厚み方向に電界を発生させるものであり、その各々は１対の透明基板２８Ａ、２８Ｂの外側の表面上に設けられている。本実施形態の１対の電極３２Ａ、３２Ｂは、上面に銅が被覆されたＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）で構成されている。ＩＴＯの上面に銅を被覆することは必須ではないし、他の金属を被覆してもよい。また、１対の電極３２Ａ、３２ｂとして、例えばＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＰＥＤＯＴ（polyethylenedioxythiophene：ポリエチレンジオキシチオフェン）等の他の透明な導電性材料を使用してもよい。
　液晶フィルム２０の１対の電極３２Ａ、３２Ｂは、電線により第２のスイッチ２４を介して第２の電源（ＡＣ１００Ｖ：交流電源）２２に接続されている。
　液晶フィルム２０は、図１Ｂに示すように、第２のスイッチ２４がオン状態に設定され、第２の電源２２から１対の電極３２Ａ、３２Ｂに電圧が印加された場合に透過モードに設定される。透過モードにおいては、液晶材料が電界方向、つまり、液晶フィルム２０の厚み方向に配向された状態になり、液晶フィルム２０の厚み方向から液晶フィルム２０に入射される光は、液晶フィルム２０の厚み方向に透過される。
　一方、液晶フィルム２０は、図１Ａに示すように、第２のスイッチ２４がオフ状態に設定され、第２の電源２２から１対の電極３２Ａ、３２Ｂに電圧が印加されない場合に散乱モードに設定される。散乱モードにおいては、液晶材料がランダムに配向された状態になり、光源１４から導光板１２に入射され、さらに導光板１２から液晶フィルム２０に入射される光は液晶フィルム２０により散乱されて液晶フィルム２０から出射される。
　続いて、低屈折率層２６Ａは、導光板１２と液晶フィルム２０との間に、導光板１２および液晶フィルム２０に接して配置され、その屈折率が導光板１２の屈折率よりも低いものである。また、低屈折率層２６Ａは、導光板１２の光入射面から、この光入射面の対向面となる別の１つの側面へ伝搬する光の伝搬方向の全域にわたって光の電界強度、つまり、光のパワーが均一になるように、光入射面から対向面へ向かうに応じて厚みが減じられており、その断面はくさび形になっている。低屈折率層２６Ａの材料はシリコーン樹脂、フッ素樹脂等の透明な材料が用いられる。
　本実施形態の場合、前述のように導光板１２はアクリル樹脂で構成され、低屈折率層２６Ａは、シリコーン樹脂で構成されている。例えば、ナトリウムのｄ線（波長５８９ｎｍ）の光に対するアクリル樹脂の屈折率、つまり、導光板１２の屈折率ｎｄ１は約１．４９であり、シリコーン樹脂の屈折率、つまり、低屈折率層２６Ａの屈折率ｎｄ２は約１．４１である。本実施形態の場合、屈折率ｎｄ１と屈折率ｎｄ２との差Δ（＝ｎｄ１－ｎｄ２）は約０．０８である。また、導光板として、屈折率ｎｄが約１．５９のポリカーボネート、屈折率ｎｄが約１．８０の高屈折率ポリマー（http://www.mgc.co.jp/php/files/151221.pdf）を用いてもよいし、低屈折率層として、屈折率ｎｄが約１．３５のフッ素樹脂を用いてもよい。
　光源１４から発せられ、光入射面から導光板１２内に入射される光のうち、導光板１２の上面および下面の内側の面に入射される角度が臨界角以下の光は、導光板１２の上面および下面の内側の面に当たって全反射され、光入射面から対向面へ向かって伝搬される。
　面状照明装置１０Ａのように、導光板１２に接して低屈折率層２６Ａが配置されている場合、光は電磁波であるため、光入射面から対向面へ向かって伝搬されていく間に、導光板１２から低屈折率層２６Ａに光が染み出し、光入射面から対向面へ向かうに応じて光の電界強度は徐々に減衰していく。屈折率の差Δが大きくなるほど、光の染み出し量は小さくなり、屈折率の差Δが小さくなるほど、光の染み出し量は大きくなる。
　本実施形態の場合、屈折率の差Δは約０．１であるが、この屈折率の差Δは、光の染み出し量を考慮すると、０．００１～０．５であるのが好ましく、０．０８～０．４５であるのが更に好ましく、０．０８～０．１４であるのが最も好ましい。
　なお、「～」で表される数値範囲は、その下限および上限を含むものとする。
　次に、低屈折率層２６Ａの厚みについて説明する。
　図３は、導光板の厚み方向の位置と光の搬送方向の位置との関係を表す概念図である。図３の概念図においては、導光板１２の光入射面と下面とが接する辺の位置を縦軸ｘおよび横軸ｚの原点０としている。縦軸ｘは、導光板１２の厚み方向における原点０からの位置、言い換えると低屈折率層２６Ａの厚みを表し、横軸ｚは、光の搬送方向における原点０からの位置を表す。ｎｄ１およびｎｄ２は、導光板１２および低屈折率層２６Ａの屈折率を表し、ｄは、導光板１２の厚みを表す。
　なお、面状照明装置１０Ａの導光板１２の上面は空気に接しているが、説明を容易にするために、図３は、導光板１２の上面にも低屈折率層２６Ａが接して配置されている場合の概念図を表している。
　続いて、図４は、光の搬送方向の、ある位置における導光板の厚み方向の位置と光のパワーとの関係を表すグラフである。図４のグラフにおいて、縦軸ｘは、図３の場合と同じであり、縦軸Ｐは、光の搬送方向の、ある位置における光のパワーを表す。光のパワーは、光の電界強度の二乗に比例し、導光板１２の厚みｄ、導光板１２の屈折率ｎｄ１および低屈折率層２６Ａの屈折率ｎｄ２が決まると一意に決まる。
　図４のグラフにおいて、２つの破線で挟まれた領域は導光板１２内における光のパワーを表し、２つの破線の外側の斜線を付けて表された領域は、導光板１２の光出射面から低屈折率層２６Ａに染み出す光のパワーを表す。
　続いて、図５Ａは、図４のグラフにおいて、染み出す光のパワーを拡大して表したグラフである。図５Ａに示すグラフにおいて、縦軸ｘおよび横軸Ｐは、図４のグラフの場合と同じである。また、図５Ｂに示すグラフは、見やすさを考慮して図５Ａのグラフの縦軸と横軸とを入れ替えて表したものである。つまり、図５Ｂのグラフの縦軸Ｐは光のパワーを表し、横軸ｘは、導光板１２の厚み方向における位置を表す。
　図５Ａおよび図５Ｂのグラフから分かるように、導光板１２の厚み方向の位置が小さくなるほど、つまり、低屈折率層２６Ａの厚みが薄くなるほど、導光板１２から低屈折率層２６Ａに染み出す光のパワーは大きくなる。言い換えると、導光板１２の厚み方向の位置が大きくなるほど、つまり、低屈折率層２６Ａの厚みが厚くなるほど、染み出す光のパワーは小さくなる。
　図５Ａおよび図５Ｂのグラフに示すように、例えば、染み出す光のパワーの最大値を１とした場合に、導光板１２の厚み方向の位置ｘ０における光のパワーが１／ｅ２（ｅは自然対数の底）であり、位置ｘ１（ｘ０＜ｘ１）における光のパワーが０．５／ｅ２であるとする。また、光の搬送方向の位置ｚ０において染み出す光のパワーが１であり、位置ｚ１（ｚ０＜ｚ１）において染み出す光のパワーが０．５であるとする。
　この場合、位置ｚ０における低屈折率層２６Ａの厚みを位置ｘ１に対応する厚みとし、位置ｚ１における低屈折率層２６Ａの厚みを位置ｘ０に対応する厚みとすることにより、位置ｚ０およびｚ１において染み出す光のパワーを同じ０．５／ｅ２にすることができる。光の搬送方向における他の各位置についても同様にして、低屈折率層２６Ａの厚みを決定することができる。これにより、光の搬送方向の全域にわたって染み出す光のパワー、つまり、光の電界強度を同じにすることができる。
　次に、面状照明装置１０Ａの動作を説明する。
　面状照明装置１０Ａにおいては、例えば昼間に透過モードに設定され、夜間に散乱モードに設定されて使用される。なお、透過モードと散乱モードは時間に関係なく切り換えることができる。
　図１Ｂに示すように、例えば昼間に、第１のスイッチ１８がオフ状態にされて光源１４が消灯され、かつ第２のスイッチ２４がオン状態にされ、第２の電源２２から１対の電極３２Ａ、３２Ｂに電圧が印加されて液晶フィルム２０が透過モードに設定された場合に、液晶フィルム２０の厚み方向から液晶フィルム２０に入射される光は液晶フィルム２０を透過する。従って、液晶フィルム２０は透明になり、面状照明装置１０Ａは透明窓として機能する。
　一方、図１Ａに示すように、例えば夜間に、第１のスイッチ１８がオン状態とされて光源１４が点灯され、かつ第２のスイッチ２４がオフ状態に設定され、１対の電極３２Ａ、３２Ｂに電圧が印加されずに液晶フィルム２０が散乱モードに設定された場合に、光源１４から導光板１２に入射され、さらに導光板１２から液晶フィルム２０に入射される光が液晶フィルム２０により散乱されて液晶フィルム２０から出射される。従って、面状照明装置１０Ａは面状照明として機能とする。
　このように、面状照明装置１０Ａは、例えば昼間に、透明窓として使用することができ、夜間に、面状照明として使用することができる。
　図６および図７は、昼間および夜間に、本実施形態の面状照明装置および従来の導光板を並べて配置した状態を撮影した写真である。図６および図７の写真において、本実施形態の面状照明装置１０Ａは右側に配置され、従来の導光板は左側に配置されている。
　図６の写真において、従来の導光板は、光源が消灯された状態である。この場合、従来の導光板は単なる透明なアクリル板であり、奥側のキーボードが透けて見えている。これに対し、本実施形態の面状照明装置１０Ａは、光源が消灯され、かつ液晶フィルム２０が透過モードに設定された状態である。この場合、液晶フィルム２０の厚み方向から液晶フィルム２０に入射される光は液晶フィルム２０を透過し、液晶フィルム２０が透明になるため、面状照明装置１０Ａは透明窓となり、奥側にある椅子が透けて見えている。
　図７の写真において、従来の導光板は、光源が点灯された状態である。この場合、光源から発せられる光は、導光板の光入射面となる１つの側面から導光板内に入射され、光入射面からその対向面となる別の１つの側面に導光され、対向面から出射されている。これに対し、本実施形態の面状照明装置１０Ａは、光源１４が点灯され、かつ液晶フィルム２０が散乱モードに設定された状態である。この場合、光源１４から導光板１２に入射され、さらに導光板１２から液晶フィルム２０に入射される光は液晶フィルム２０により散乱されて出射されるため、面状照明装置１０Ａは面状照明となっている。
　面状照明装置１０Ａは、１対の電極３２Ａ、３２Ｂへの電圧の印加の有無に応じて、液晶フィルム２０を透過モードまたは散乱モードに設定することができるため、構造が簡単であり、安価に製造することができる。また、導光板１２と液晶フィルム２０との間に低屈折率層２６Ａを配置することにより、光の搬送方向の全域にわたって光の電界強度、つまり、光のパワーを均一にすることができるため、導光板１２の光出射面から出射される光の輝度を均一にすることができる。
　なお、面状照明装置１０Ａにおいては、低屈折率層２６Ａの厚みが光入射面から対向面へ向かうに応じて減じられているが、これは必須ではなく、光入射面から対向面へ向かうに応じて、低屈折率層２６Ａの屈折率ｎｄ２が減じられるようにしてもよい。
　図８Ａおよび図８Ｂは、本発明の面状照明装置の構成を表す第２の実施形態の側面概念図である。図８Ａおよび図８Ｂに示す面状照明装置１０Ｂは、図１Ａおよび図１Ｂに示す面状照明装置１０Ａにおいて、低屈折率層２６Ａを低屈折率層２６Ｂに置き換えたものである。つまり、面状照明装置１０Ｂは、導光板１２と、光源１４と、第１の電源１６と、第１のスイッチ１８と、液晶フィルム２０と、第２の電源２２と、第２のスイッチ２４と、低屈折率層２６Ｂとを備えている。
　低屈折率層２６Ｂは、導光板１２と液晶フィルム２０との間に、導光板１２および液晶フィルム２０に接して配置され、屈折率が導光板１２の屈折率よりも低いものである。また、低屈折率層２６Ｂは、光の伝搬方向の全域にわたって光の電界強度、つまり、光のパワーが均一になるように、光入射面から対向面へ向かうに応じて屈折率ｎｄ２が減じられている。低屈折率層２６Ｂは、光の伝搬方向の全域にわたって厚みが変化しておらず、直方体形状になっている。
　低屈折率層２６Ｂは、例えばディスペンサと呼ばれる樹脂の滴下装置を用いて、低屈折率層２６Ｂを光の搬送方向にスキャンしながら、かつ屈折率ｎｄ２が次第に小さくなる複数種類の塗布液、例えばシリコーン樹脂の配合量が次第に多くなるように、アクリル樹脂およびシリコーン樹脂が、その配合比を変えながらＵＶ（UltraViolet：紫外線）硬化性の樹脂の中に分散された塗布液を順次塗布し、塗布液が塗布された低屈折率層２６Ｂを液晶フィルム２０に貼り合わせた後、ＵＶ硬化することによって作製することができる。
　このように、光の伝搬方向の全域にわたって光の電界強度が均一になるように、光入射面から対向面へ向かうに応じて低屈折率層２６Ｂの屈折率ｎｄ２が減じられていることにより、光の伝搬方向の全域にわたって光の電界強度を均一にすることができる。
　図９は、導光板から低屈折率層に染み出す光のパワーを表すグラフである。図９に示すグラフの縦軸Ｐおよび横軸ｘは、図５Ｂのグラフの場合と同じである。図９のグラフには、導光板１２の屈折率ｎｄ１と低屈折率層２６Ｂの屈折率ｎｄ２との差Δ（＝ｎｄ１－ｎｄ２）が、０．０５の場合、０．１の場合および０．２の場合について、導光板１２から低屈折率層２６Ｂに染み出す光のパワーが表されている。
　図９のグラフに示すように、例えば、低屈折率層２６Ｂの厚みがｘ０の場合において、屈折率の差Δが０．０５の場合の光のパワーが１／ｅ２であり、屈折率の差Δが０．１の場合の光のパワーが０．５／ｅ２であるとする。また、光の搬送方向の位置ｚ０において染み出す光のパワーが１であり、位置ｚ１（ｚ０＜ｚ１）において染み出す光のパワーが０．５であるとする。
　この場合、位置ｚ０における屈折率の差Δを０．１とし、位置ｚ１における屈折率の差Δを０．０５とすることにより、位置ｚ０およびｚ１において染み出す光のパワーを同じ０．５／ｅ２にすることができる。また、光の搬送方向における他の各位置についても同様にして、低屈折率層２６Ｂの屈折率を決定することができる。これにより、光の搬送方向の全域にわたって染み出す光のパワー、つまり、光の電界強度を同じにすることができる。
　従って、低屈折率層２６Ｂを有する面状照明装置１０Ｂは、低屈折率層２６Ａを有する面状照明装置１０Ａと同様の効果を得ることができる。
　以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
　１０Ａ、１０Ｂ　面状照明装置
　１２　導光板
　１４　光源
　１６　第１の電源
　１８　第１のスイッチ
　２０　液晶フィルム
　２２　第２の電源
　２４　第２のスイッチ
　２６Ａ、２６Ｂ　低屈折率層
　２８Ａ、２８Ｂ　透明基板
　３０　光散乱層
　３２Ａ、３２Ｂ　電極

Claims (13)

  1. 　直方体形状の透明な導光板と、
    　前記導光板の光入射面となる１つの側面の長さ方向に沿って、前記長さ方向の全域にわたって配置され、前記光入射面から前記導光板内へ光を入射する光源と、
    　１対の電極を有し、前記１対の電極に電圧が印加された場合に、光が透過する透過モードに設定され、前記１対の電極に電圧が印加されない場合に、光が散乱される散乱モードに設定される液晶フィルムと、
    　前記導光板と前記液晶フィルムとの間に、前記導光板および前記液晶フィルムと接して配置され、屈折率が前記導光板の屈折率よりも低い低屈折率層とを備え、
    　前記導光板の屈折率と前記低屈折率層の屈折率との差は、０．００１～０．５であり、
    　前記低屈折率層は、前記光入射面から前記光入射面の対向面となる別の１つの側面へ伝搬する光の伝搬方向の全域にわたって光の電界強度が均一になるように、前記光入射面から前記対向面へ向かうに応じて、厚みまたは屈折率が減じられている面状照明装置。
  2. 　前記光源が消灯され、かつ前記液晶フィルムが前記透過モードに設定された場合に、前記液晶フィルムの厚み方向から前記液晶フィルムに入射される光が前記液晶フィルムを透過し、
    　前記光源が点灯され、かつ前記液晶フィルムが前記散乱モードに設定された場合に、前記光源から前記導光板に入射され、さらに前記導光板から前記液晶フィルムに入射される光が前記液晶フィルムにより散乱されて出射される請求項１に記載の面状照明装置。
  3. 　前記液晶フィルムは、
    　１対の透明基板と、
    　前記１対の透明基板の間に、前記１対の透明基板に接して配置された光散乱層と、
    　前記１対の電極とを有し、
    　前記１対の電極の各々は、前記１対の透明基板の外側の表面上に設けられ、
    　前記透過モードに設定された場合に、光が前記光散乱層を透過し、前記散乱モードに設定された場合に、光が前記光散乱層によって散乱される請求項１または２に記載の面状照明装置。
  4. 　前記１対の透明基板は、プラスチックフィルムまたはガラス機材で構成されている請求項３に記載の面状照明装置。
  5. 　前記光散乱層は、複数の液晶粒子を含む液晶材料が樹脂の中に分散されたものであり、
    　電界が前記光散乱層に印加されていない場合に、前記液晶材料がランダムに配向された状態になり、光は前記光散乱層によって散乱され、
    　電界が前記光散乱層に印加された場合に、前記液晶材料が電界方向に配向された状態になり、光は前記光散乱層を前記電界方向に透過される請求項３または４に記載の面状照明装置。
  6. 　前記液晶フィルムは、高分子分散液晶フィルムである請求項１ないし５のいずれか一項に記載の面状照明装置。
  7. 　前記導光板はアクリル樹脂で構成され、前記低屈折率層はシリコーン樹脂で構成されている請求項１ないし６のいずれか一項に記載の面状照明装置。
  8. 　前記導光板は、ガラス、ポリカーボネートまたはポリマーで構成されている請求項１ないし７のいずれか一項に記載の面状照明装置。
  9. 　前記光源は、点状光源である複数のＬＥＤ、ＬＤまたは白熱電球を一列に配置して構成されている請求項１ないし８のいずれか一項に記載の面状照明装置。
  10. 　前記光源は、冷陰極管、熱陰極管またはネオン管の線状光源である請求項１ないし８のいずれか一項に記載の面状照明装置。
  11. 　前記１対の電極は、ＩＴＯ、ＺｎＯまたはＰＥＤＯＴで構成されている請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の面状照明装置。
  12. 　前記１対の電極の上面に銅が被覆されている請求項１１に記載の面状照明装置。
  13. 　前記低屈折率層は、前記光入射面から前記対向面へ向かうに応じて、前記屈折率が減じられ、前記光の伝搬方向の全域にわたって厚みが変化していない請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の面状照明装置。
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