(57)【要約】      （修正有）【課題】非混色領域が発生しないかつ照明効率が高い光照射装置を提供する。【解決手段】光源１上に液体アクチュエータ２が設けられ、直流電圧供給回路３は直流電圧Vを発生して液体アクチュエータ２に供給する。集光レンズ４は液体アクチュエータ２からの光を照射場所へ照射させる。液体アクチュエータ２は、透明基板２１、透明な下部電極層２２、下部電極層２２の周縁部に設けられた絶縁性のスペーサ層２３とそれに囲まれた下部電極層２２上の液体層２４、封止層２５及びその上面に設けられた環状の上部電極層２６よりなる。封止層２５の周縁部がスペーサ層２３上に位置し、封止層２５の周縁部の内側部分が液体層２４を封止する。液体層２４には、光源１の青色光の一部を橙色光に波長変換するナノメートルオーダの橙色蛍光体粒子２４ａが均一分散されている。橙色蛍光体粒子２４ａは下部電極層２２、上部電極層２６間の直流電圧Vに応じて移動する。【選択図】図１
2015084305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
該光源上に設けられた液体アクチュエータと
を具備し、
該液体アクチュエータは、
透明基板と、
該透明基板上に設けられた下部電極層と、
該下部電極層の周縁部上に設けられた絶縁性のスペーサ層と、
該スペーサ層によって囲まれ、前記下部電極層上に設けられ、前記光源の光を波長変換するための波長変換粒子が均一分散された液体層と、
封止層と、
該封止層の上面の少なくとも一部に設けられた上部電極層と
を具備し、前記封止層の周縁部が該スペーサ層上に位置し、かつ、前記封止層の周縁部の内側部分が該液体層上にあって該液体層を封止した光照射装置であって、
前記下部電極層と前記上部電極層との間に電圧を印加することにより前記液体層の厚さを変化させて任意の色温度を実現するようにしたことを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
前記上部電極層は、前記封止層の周縁部上に環状に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【請求項３】
前記上部電極層は複数個に分割され、前記下部電極層と前記各分割された上部電極層との間に異なる電圧を印加するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【請求項４】
前記光源は、青色発光ダイオード素子及び該青色発光ダイオード素子の青色光の一部を黄色光に波長変換する黄色波長変換粒子を具備することを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。    
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は色温度可変の光照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光照明装置として色温度可変の３色型光照明装置がある（参照：特許文献１）。たとえば、青色発光ダイオード（LED）素子及び波長変換するための蛍光体粒子を組合わせて赤色発光ユニット、緑色発光ユニット及び青色発光ユニットを構成し、これらの光束比を調整することにより黒体放射軌跡上における任意の色温度を実現する。
【０００３】
説明を簡単にするために、従来の2色型光照明装置を図９を参照して説明する。
【０００４】
図９の2色型光照明装置は、図１０の黒体放射軌跡L上の色温度6000K付近を実現する高色温度発光ユニット１０１と、図１０の黒体放射軌跡L上の色温度3500K付近を実現する低色温度発光ユニット１０２と、高色温度発光ユニット１０１及び低色温度発光ユニット１０２上に配置された集光レンズ１０３とにより構成されている。
【０００５】
高色温度発光ユニット１０１は、ランプハウス１０１１と、ランプハウス１０１１内に設けられた青色LED素子（λ=450〜460nm）１０１２と、青色LED素子１０１２上に設けられ、青色LED素子１０１２の青色光の一部を黄色光に波長変換するYAG等よりなる黄色蛍光体粒子１０１３ａを含む樹脂層１０１３とにより構成されている。この結果、高色温度発光ユニット１０１は図１０の黒体放射軌跡上における色温度6000K（青白光）付近を実現する。
【０００６】
また、低色温度発光ユニット１０２は、ランプハウス１０２１と、ランプハウス１０２１内に設けられた青色LED素子（λ=450〜460nm）１０２２と、青色LED素子１０２２上に設けられ、青色LED素子１０２２の青色光の一部を黄色光に波長変換するYAG等よりなる黄色蛍光体粒子１０２３ａ及び青色LED素子１０２２の青色光の一部を赤色光に波長変換するCaSn等よりなる赤色蛍光体粒子１０２３ｂを含む樹脂層１０２３により構成されている。この結果、低色温度発光ユニット１０２は図１０の黒体放射軌跡L上の色温度3500K（温白光）付近を実現する。
【０００７】
従って、高色温度発光ユニット１０１の青白光（6000K）と低色温度発光ユニット１０２の温白光（3500K）とを適当な点灯比率で点灯させると、集光レンズ１０３を通過し、照射場所において、青白光と温白光とが上記点灯比率で混色されて図１０の黒体放射軌跡L上の6000K〜3500Kの任意の色温度を実現できる。
【０００８】
上述の点灯比率は青色LED素子１０１１、１０２１の駆動電流比もしくは駆動時間比で可変とする。たとえば、図１０の黒体放射軌跡L上の色温度6000K付近を実現する場合には、青色LED素子１０１１、１０２１の各駆動電流を最大駆動電流に対して100％、0％とし、また、図１０の黒体放射軌跡L上の色温度4800K付近を実現する場合には、青色LED素子１０１１、１０２１の各駆動電流を最大駆動電流に対して50％、50％とし、さらに、図１０の黒体放射軌跡L上の色温度3500K付近を実現する場合には、青色LED素子１０１１、１０２１の各駆動電流を最大駆動電流に対して0％、100％とすればよい。
【０００９】
尚、図９に示す従来の2色型光照明装置は、集光レンズ１０３あるいはリフレクタを必要とするスポットライト、投光器、自動車用ヘッドライト等に適用したものであり、他の2色型光照明装置においては、集光レンズ１０３あるいはリフレクタは不要となることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１１―１５４８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述の図９に示す従来の2色型光照明装置においては、照明場所の中央領域は、青白光（6000K）と温白光（3500K）とが混色されて任意の色温度を実現する混色領域となっているが、その周辺領域は、青白光（6000K）、温白光（3500K）が混色されていない青白光あるいは温白光の非混色領域となっているという課題がある。特に、集光レンズ１０３あるいはリフレクタ等を用いるスポットライト、投光器、街路灯、自動車用ヘッドライトにおいては、顕著な問題となる。
【００１２】
また、各青色LED素子１０１２、１０２２の駆動能力を同時に高い状態たとえば最大駆動電流の100％で発揮していないので、照明効率が低いという課題もある。
【００１３】
尚、上述の課題は3色以上の多色型光照明装置においても同様である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の課題を解決するために、本発明に係る光照明装置は、光源と、光源上に設けられた液体アクチュエータとを具備し、液体アクチュエータは、透明基板と、透明基板上に設けられた下部電極層と、下部電極層の周縁部上に設けられた絶縁性のスペーサ層と、スペーサ層によって囲まれ、下部電極層上に設けられ、光源の光を波長変換するための波長変換粒子が均一分散された液体層と、封止層と、封止層の上面の少なくとも一部に設けられた上部電極層とを具備し、封止層の周縁部がスペーサ層上に位置し、かつ、封止層の周縁部の内側部分が液体層上にあって液体層を封止した光照明装置であって、下部電極層と上部電極層との間に電圧を印加することにより、液体層の形状を、部分的に厚さが大きくなるよう変化させることにより、任意の色温度を実現するようにしたものである。電圧を印加すると、電圧印加されていない状態と比べて、液体層の中央部の厚さが増大する結果、光源から出た光が液体層を透過する距離が長くなるので、より多くの光が波長変換粒子により波長変換され、光照明装置から出射する光は、より低色温度の領域の光へと変化する。これにより、光源が1つであるので、混色現象は存在せず、また、光源の駆動能力を常に高い状態たとえば最大駆動電流の100％で発揮する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、混色現象自体が存在しないので、従来の非混色領域の発生はない。また、光源の駆動能力を常に高い状態たとえば最大駆動電流の100％で発揮するので、照明効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る光照明装置の実施の形態を示す断面図である。
【図２】図１の上部電極層の上面図である。
【図３】図１の光源、液体アクチュエータ及び集光レンズの各光の黒体放射軌跡上における色温度を説明するための色度図である。
【図４】図１の光照明装置の第１の動作例を説明するための断面図である。
【図５】図１の光照明装置の第２の動作例を説明するための断面図である。
【図６】図１の光照明装置の第３の動作例を説明するための断面図である。
【図７】図２の上部電極層の第１の変更例を示す上面図である。
【図８】図２の上部電極層の第２の変更例を示す上面図である。
【図９】従来の2色型光照明装置を示す断面図である。
【図１０】図９の高色温度発光ユニット、低色温度発光ユニット及び集光レンズの各光の黒体放射軌跡上における色温度を説明するための色度図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は本発明に係る光照明装置の実施の形態を示す断面図である。
【００１８】
図１において、光源１上に液体アクチュエータ２が設けられている。また、直流電圧供給回路３は液体アクチュエータ２を駆動するための直流電圧Vを発生して液体アクチュエータ２に供給する。さらに、集光レンズ４は液体アクチュエータ２からの光を照射場所へ照射させるためのものである。
【００１９】
光源１においては、ランプハウス１１内の基板１２上に青色LED素子（λ=450〜460nm）１３が搭載され、さらに、青色LED素子１３上には、青色LED素子１３の青色光の一部を黄色光に波長変換するYAG等よりなる黄色蛍光体粒子１４ａを含む樹脂層１４が形成されている。この場合、青色LED素子１３には図示しない制御回路から駆動電流Idが高い状態たとえば最大駆動電流Imで供給され、光源１は図３の黒体放射軌跡L上における色温度8000K付近を実現する。
【００２０】
液体アクチュエータ２は、透明基板２１、シート状の透明な下部電極層２２、下部電極層２２の周縁部に設けられた絶縁性のスペーサ層２３、スペーサ２３によって囲まれ下部電極層２２上に設けられた液体層２４、封止層２５及び封止層２５の周縁部に設けられた環状の上部電極層２６よりなる。この場合、封止層２５の周縁部がスペーサ層２３上に位置し、かつ、封止層２５の周縁部の内側部分が液体層２４を封止する。液体層２４は、下部電極層２２、スペーサ層２３、封止層２５によって定義される空間内に位置する。尚、上部電極層２６は、図２に示すごとく、環状に設けられているが、ＩＴＯ膜等の透明電極層を用いれば、環状でなく、全面に設けてよい。
【００２１】
液体層２４には、光源１の青色光の一部を橙色光に波長変換する数10nm〜数100nmのナノメートルオーダの橙色蛍光体粒子２４ａが均一分散されている。
【００２２】
図４は図１の光照明装置の第１の動作例を説明するための断面図である。尚、この場合、青色LED素子１３には最大駆動電流Id（=Im）が供給されているものとする。
【００２３】
図４においては、直流電圧供給回路３の直流電圧Vは0Vである。従って、下部電極層２２と上部電極層２６との間には電圧が印加されていないので、下部電極層２２と上部電極層２６との間には引力は作用しない。この結果、液体層２４は変形せず、液体層２４の中央部の厚さは最も小さく、本実施の形態では、約120μmである。つまり、液体層２４の中央部の厚さは最も小さく、液体層２４の中央部における橙色蛍光体粒子２４ａの量は最も少ない。従って、光源１からの黒体放射軌跡L上の色温度8000K付近の青白光の一部は液体層２４の橙色蛍光体粒子２４ａによって橙色光に変換されるが、その変換量は最も少ない。この結果、液体層２４からの光は図３の黒体放射軌跡L上に示す色温度6000K付近の青白光となる。従って、混色現象は存在しないので、集光レンズ４からの光も図３の黒体放射軌跡L上に示す色温度6000K付近の青白光となる。
【００２４】
図５は図１の光照明装置の第２の動作例を説明するための断面図である。尚、この場合も、青色LED素子１３には最大駆動電流Id（=Im）が供給されているものとする。
【００２５】
図５においては、直流電圧供給回路３の直流電圧Vは300Vである。従って、下部電極層２２と上部電極層２６との間には電圧300Vが印加されるので、下部電極層２２と上部電極層２６との間には大きな引力が作用する。この結果、液体層２４の液体が周縁部から中央部へ移動して液体層２４は大きく変形し、液体層２４の中央部の厚さは最も大きくなり、本実施の形態では、約160μmであり、液体層２４の中央部における橙色蛍光体粒子２４ａの量は最も多くなる。つまり、液体層の厚さが増大する結果、光源１から放射された光が液体層２４を透過する距離が長くなるので、より多くの蛍光体粒子２４ａにより波長変換され、この結果、液体層２４を透過した光は、電圧印加前の状態と比べて、より低色温度の領域の光となる。従って、光源１からの黒体放射軌跡L上の色温度8000K付近の青白光の一部は液体層２４の橙色蛍光体粒子２４ａによって橙色光に変換されるが、その変換量は極めて多く、この結果、液体層２４からの光は図３の黒体放射軌跡L上に示す色温度3500K付近の温白光となる。従って、混色現象は存在しないので、集光レンズ４からの光も図３の黒体放射軌跡L上に示す色温度3500K付近の温白光となる。
【００２６】
図６は図１の光照明装置の第３の動作例を説明するための断面図である。尚、この場合も、青色LED素子１３には最大駆動電流Id（=Im）が供給されているものとする。
【００２７】
図６においては、直流電圧供給回路３の直流電圧Vは0Vから300Vの間の値たとえば150Vである。従って、下部電極層２２と上部電極層２６との間には電圧150Vが印加されるので、下部電極層２２と上部電極層２６との間にはこの電圧150Vに応じた引力が作用する。この結果、液体層２４の液体が周縁部から中央部へ移動して液体層２４は変形し、液体層２４の中央部の厚さは電圧150Vに応じた厚さ、つまり、第１の動作例と第２の動作例との中間の厚さになり、本実施の形態では、約140μmとなる。液体層２４の中央部における橙色蛍光体粒子２４ａの量は、電圧150Vに応じた中間の値となる。つまり、液体層２４の厚さが適度に増大する結果、光源１から放射された光が液体層２４を透過する距離が適度に長くなるので、適度の多くの蛍光体粒子２４ａにより波長変換され、液体層２４を透過した光は、電圧印加前の状態と比べて、適度に低色温度側の領域の光となる。従って、光源１からの黒体放射軌跡L上の色温度8000K付近の青白光の一部は液体層２４の橙色蛍光体粒子２４ａによって橙色光に変換されるが、その変換量は電圧150Vに応じた量となり、この結果、液体層２４からの光は図３の黒体放射軌跡L上に示す色温度6000K〜3500Kの間の光となる。従って、混色現象は存在しないので、集光レンズ４からの光も図３の黒体放射軌跡L上に示す色温度6000K〜3500Kの光となる。
【００２８】
次に、液体アクチュエータ２の製造方法を説明する。
【００２９】
始めに、ガラス、ポリエチレンテレフタラート樹脂、アクリル樹脂等よりなる透明基板２１を準備する。
【００３０】
次に、透明基板２１上にITOよりなるシート状の下部電極層２２を形成する。
【００３１】
次に、ポリテトラフルオロエチレンもしくはアモルファス系フッ素樹脂たとえばアモルファスフルオロカーボンポリマを被膜してパターニングしてスペーサ層２３を下部電極層２２の周縁部に形成する。  
【００３２】
次に、下部電極層２２上にナノメートルオーダの橙色蛍光体粒子２４ａが均一分散された液体媒質たとえばシリコーンオイル、液体パラフィン、グリセリン、イオン性液体等を滴下する。この場合、スペーサ層２３が液体媒質の境界面をなすので、液体媒質がそれ自体の表面張力によって上方へ盛り上がった状態となって液体層２４を形成する。尚、蛍光体粒子の種類、大きさ、液体媒質中の濃度は、蛍光体粒子が沈降しないように、所望の色温度に応じて、適宜選択されてよい。
【００３３】
スペーサ層２３の液体層２４と接する部分は、液体層２４に対する壁面の一部を構成する、つまり、下部電極層２２上のスペーサ層２３が設けられていない部分に滴下された液体が横方向に拡がる境界面を構成する。本実施の形態においては、スペーサ層２３と液体層２４との境界面は、略円筒形状の面とする。
【００３４】
液体層２４の形状は、スペーサ層２３と液体層２４の境界面の形状と、液体層２４の表面張力とにより定まる。本実施の形態においては、液体層２４は、上面視で直径１２mmの略円形をなし、かつ、光照明装置の光軸方向に沿った垂直断面視で略長円形状となる。
【００３５】
次に、液体層２４の表面上に、ポリパラキシレンよりなる厚さ約1μmの封止層２５を真空蒸着法によって形成する。尚、この場合、蒸着重合する他の材料たとえばポリイミドでもよい。
【００３６】
最後に、封止層２５上に、厚さ約10〜100nmの金（Au）あるいはアルミニウム（Al）、あるいはＩＴＯを形成し、パターニングして環状の上部電極層２６を封止層２５の周縁部に形成する。ここで、光照明装置の配光の形状は、上部電極層２６の光の透過率が低い場合は、上部電極層２６の形状によって定義される。上部電極層２６の光の透過率が高い場合は、スペーサ層２３と液体層２４との境界面によって定義される。
【００３７】
図７は図２の第１の変更例を示す上面図である。図７に示すように、図２の上部電極層２６を２分割して２つの上部電極層２６−１、２６−２とし、直流電圧供給回路３−１、３−２により別個の電圧Ｖ１、Ｖ２によって制御するようにしたものである。これにより、光源１と液体アクチュエータ２の中心とを結ぶ軸上に非対称な配光を発生できる。図７の上部電極層２６−１の電圧Ｖ１を上部電極層２６−２の電圧Ｖ２より高くすると、光源１から出て液体アクチュエータ２を透過する光の配光は、光源１と液体アクチュエータ２の中心とを結ぶ軸（中心軸）から上部電極層２６−２の方向に傾く。逆に、上部電極層２６−２の電極の電圧Ｖ２を上部電極層２６−１の電圧Ｖ１より高くすると、上記配光は、中心軸から上部電極層２６−１の方向に傾く。
【００３８】
図８は図２の第２の変更例を示す上面図である。図８に示すように、図２の上部電極層２６を４分割して４つの上部電極層２６−１、２６−２、２６−３、２６−４とし、直流電圧供給回路３−１、３−２、３−３、３−４により別個の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４によって制御するようにしたものである。これにより、やはり、光源１と液体アクチュエータ２の中心とを結ぶ軸上に非対称な配光を発生できる。たとえば、図８の上部電極層２６−１の電圧Ｖ１の電圧を電圧Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４より高くすると、光源１から出て液体アクチュエータ２を透過する光の配光が、中心軸方向から、線対称の上部電極層２６−４の方向に傾く。また、上部電極層２６−２の電圧Ｖ２を電圧Ｖ１，Ｖ３，Ｖ４より高くすると、上記配光が、中心軸方向から線対称の上部電極層２６−３の方向に傾く。
【００３９】
図７、図８のいずれも、電圧Ｖ１，Ｖ２, 又は、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を制御することにより、配光の色温度を所望の色温度にシフトさせるだけでなく、光軸方向を所望の方向に向けることができる。従って、光軸方向の調整を電圧制御により行うことができるので、機械的な光軸調整機構は不要である。この結果、光照明装置の小型化が可能であり、機械的制御では困難な微妙な調整が可能である。
【００４０】
尚、図２の上部電極層２６は、上述の２分割、４分割以外の任意の数で分割することも可能であるが、その分、制御が複雑となる。
【００４１】
また、本発明は上述の実施の形態の自明の範囲のいかなる変更も適用し得る。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係る光照射装置は、スポットライト、投光器、街路灯、自動車用ヘッドライト等の各種光照射装置に利用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１：光源
１１：ランプハウス
１２：基板
１３：青色LED素子
１４：樹脂層
１４ａ：黄色蛍光体粒子
２：液体アクチュエータ
２１：透明基板
２２：下部電極層
２３：スペーサ層
２４：液体層
２４ａ：橙色蛍光体粒子
２５：封止層
２６、２６−１、２６−２、２６−３、２６−４：上部電極層
３、３−１、３−２、３−３、３−４：直流電圧供給回路
４：集光レンズ
１０１：高色温度発光ユニット
１０１１：ランプハウス
１０１２：青色LED素子
１０１３：樹脂層
１０１３ａ：黄色蛍光体粒子
１０２：低色温度発光ユニット
１０２１：ランプハウス
１０２２：青色LED素子
１０２３：樹脂層
１０２３ａ：黄色蛍光体粒子
１０２３ｂ：赤色蛍光体粒子
１０３：集光レンズ
【図１】
2015084305.tif 000003
【図２】
2015084305.tif 000004
【図３】
2015084305.tif 000005
【図４】
2015084305.tif 000006
【図５】
2015084305.tif 000007
【図６】
2015084305.tif 000008
【図７】
2015084305.tif 000009
【図８】
2015084305.tif 000010
【図９】
2015084305.tif 000011
【図１０】
2015084305.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月1日(2014.7.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上述の点灯比率は青色LED素子１０１２、１０２２の駆動電流比もしくは駆動時間比で可変とする。たとえば、図１０の黒体放射軌跡L上の色温度6000K付近を実現する場合には、青色LED素子１０１２、１０２２の各駆動電流を最大駆動電流に対して100％、0％とし、また、図１０の黒体放射軌跡L上の色温度4800K付近を実現する場合には、青色LED素子１０１２、１０２２の各駆動電流を最大駆動電流に対して50％、50％とし、さらに、図１０の黒体放射軌跡L上の色温度3500K付近を実現する場合には、青色LED素子１０１２、１０２２の各駆動電流を最大駆動電流に対して0％、100％とすればよい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2015084305.tif 000013