(57)【要約】【課題】    液晶素子を効果的に温めることができる車両用灯具を提供する。【解決手段】    当該車両用灯具は、光源と、前記光源から出射される光を拡大投影する投影光学系と、前記光源と前記投影光学系との間に配置される液晶素子と、前記光源と前記液晶素子との間に配置される第１の偏光板と、前記液晶素子と前記投影光学系との間に配置される第２の偏光板と、前記第１の偏光板と前記液晶素子との間隔を調整する第１の間隔調整機構と、を備える。【選択図】    図２−１
2020017368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射される光を拡大投影する投影光学系と、
前記光源と前記投影光学系との間に配置される液晶素子と、
前記光源と前記液晶素子との間に配置される第１の偏光板と、
前記液晶素子と前記投影光学系との間に配置される第２の偏光板と、
前記第１の偏光板と前記液晶素子との間隔を調整する第１の間隔調整機構と、
を備える車両用灯具。
【請求項２】
前記第１の間隔調整機構は、前記第１の偏光板を移動させることにより、前記第１の偏光板と前記液晶素子との間隔を調整する、請求項１記載の車両用灯具。
【請求項３】
さらに、前記液晶素子と前記第２の偏光板との間隔を調整する第２の間隔調整機構と、を備える請求項１または２記載の車両用灯具。
【請求項４】
前記第１および第２の偏光板は、光吸収型の偏光フィルムである請求項１〜３いずれか１項記載の車両用灯具。
【請求項５】
さらに、前記第１および第２の偏光板各々を、前記液晶素子に対して傾倒させる第１および第２の傾倒機構と、を備える請求項１〜４いずれか１項記載の車両用灯具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶素子を含む車両用灯具に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両には、周辺（特に進行方向前方）を明るくするための照明装置（前照灯・ヘッドライト）が取り付けられる。車両用前照灯は、通常、白色光を出射する光源と、光源から出射される光を拡大投影する投影光学系と、光源および投影光学系を支持するハウジングと、光源の前方（光出射方向）に配置され、ハウジングとともに光源および投影光学系を囲って、それらを保護するアウターレンズと、を具備する。
【０００３】
近年、車両用の前照灯において、前方の状況、即ち対向車や前走車等の有無およびその位置に応じて配光形状をリアルタイムで制御する技術（ＡＤＢ，ａｄａｐｔｉｖｅ  ｄｒｉｖｉｎｇ  ｂｅａｍ等と呼ばれる）が注目されている。また、ハンドルの舵角に合わせて進行方向の配光を調整する前照灯システム（ＡＦＳ，ａｄａｐｔｉｖｅ  ｆｒｏｎｔ−ｌｉｇｈｔｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ等と呼ばれる）が一般化されつつある。ＡＤＢやＡＦＳの配光制御素子として、液晶素子を利用することができる（たとえば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０３３９００号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
液晶素子は、低温環境下において応答速度が低下することが一般に知られている。
【０００６】
本発明の主な目的は、液晶素子を含む車両用灯具であって、低温環境下において液晶素子を効果的に温めることができる車両用灯具を提供することある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の主な観点によれば、光源と、前記光源から出射される光を拡大投影する投影光学系と、前記光源と前記投影光学系との間に配置される液晶素子と、前記光源と前記液晶素子との間に配置される第１の偏光板と、前記液晶素子と前記投影光学系との間に配置される第２の偏光板と、前記第１の偏光板と前記液晶素子との間隔を調整する第１の間隔調整機構と、を備える車両用灯具、が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
液晶素子を効果的に温めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】車両用灯具（ヘッドライト）の概要を示す断面図である。
【図２−１】、
【図２−２】および、
【図２−３】図２ａ〜図２ｃは、車両用灯具において、液晶素子の近傍を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、実施例による車両用前照灯（ヘッドライト）１００を概略的に示す断面図である。便宜のため、水平面を構成するＸ軸およびＹ軸、ならびに、それらに直交するＺ軸からなるＸＹＺ直交座標系を定義する。
【００１１】
ヘッドライト１００は、主に、光源１０、液晶素子（偏光変換素子）１８、および、投影光学系２２が、カバーレンズ３０およびハウジング４０により画定される灯室５０に収容された構成を有する。蓋状のカバーレンズ３０および容器状のハウジング４０は、各々の嵌合部３０Ｃ，４０Ｃが嵌合して、相互に連結している。各種構成要素は、直接的に、または、機構部材など介して間接的に、ハウジング４０に支持ないし固定されている。
【００１２】
光源１０は、たとえば、自然光ＬをＸ軸に沿う方向に出射する半導体発光素子（ＬＥＤ）と、当該ＬＥＤで生じる熱を効率的に外部に放出する放熱板（ヒートシンク）と、を含む。ＬＥＤは、たとえば、青色光を出射する、窒化物系半導体材料を含む発光体と、当該青色光を吸収して、黄色光を放出するＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）などの蛍光体と、を有し、全体として合成白色光を出射する。
【００１３】
光源１０から出射された白色光（自然光）Ｌは、集光レンズ１２を通過して、偏光板（偏光子）１９に入射される。偏光板１９は、光源１０から出射された自然光のうち、たとえばＹ軸に沿う偏光成分のみを透過する。
【００１４】
偏光板１９を透過した白色光（偏光）Ｌは、液晶素子１８に入射する。液晶素子１８は、複数の電極が設けられた一対の透明基板の間に、液晶材料が封入された構成である。液晶材料は、たとえば垂直配向型（ＶＡタイプ）が用いられる。
【００１５】
液晶素子（偏光変換素子）１８は、少なくとも、入射光（偏光）を、その偏光方向を回転・変換せずに透過させるモードと、その偏光方向を回転・変換して透過させるモードと、を有する。それらのモードは、電極を介して液晶材料に印加される電圧の有無によって切り換わる。
【００１６】
液晶素子１８を透過した白色光Ｌは、偏光板（検光子）２０に入射される。偏光板２０は、液晶素子１８を透過した、たとえばＺ軸に沿う偏光成分のみを透過する。すなわち、偏光板１９，２０は、クロスニコルに配置される。
【００１７】
偏光板１９，２０には、たとえば光吸収型の偏光フィルムが用いられる。光吸収型の偏光フィルムとは、透過する偏光成分とは異なる偏光成分を吸収する、ヨウ素系や染料系などの一般的な偏光フィルムである。なお、用途に応じて、偏光板１９，２０の一方、または、両方に、ワイヤーグリッド偏光フィルムなどの光反射型の偏光フィルムを用いることができる。また、ワイヤーグリッドを直接ガラス基板に形成した偏光板を用いてもよい。
【００１８】
偏光板２０を透過した白色光（偏光）Ｌは、投影レンズ２２およびガバーレンズ３０を通過して、ヘッドライト１００（灯室５０）の外部に出力される。カバーレンズ３０には、たとえばポリカーボネートやアクリルなどの透光性樹脂部材が用いられる。
【００１９】
集光レンズ１２および投影レンズ２２は、一般に車両用灯具に用いられる樹脂製レンズを用いることができる。これらの構造・構成については、特に限定されることはない。また、ハウジング４０も、一般に用いられる、たとえば樹脂部材などにより、任意の形状に成形することができる。
【００２０】
ヘッドライト１００は、さらに、光源１０および液晶素子１８等を制御する制御装置６０を備える。制御装置６０は、光源１０の光出力を制御する。また、液晶素子１８への印加電圧を制御する。
【００２１】
液晶素子１８および一対の偏光板１９，２０は、偏光制御素子（光スイッチング素子）２３として機能する。実施例においては、ノーマリーブラックモード、つまり、液晶素子１８を駆動しない（電極を介して液晶材料に電圧を印加しない）場合において光が透過しない状態（暗表示状態，黒表示状態）、を実現する。
【００２２】
たとえば、Ｚ軸負方向側（図中下方）により多くの光が出力されるように液晶素子１８を制御（電圧印加する電極を選択）することにより、ヘッドライト１００としていわゆるロービーム状態を実現することができる。逆に、Ｚ軸正方向側（図中上方）により多くの光が出力されるように液晶素子１８を制御（電圧印加する電極を選択）することにより、ヘッドライト１００としていわゆるハイビーム状態を実現することができる。液晶素子１８の駆動を制御することにより、所望の配光パターンを実現することができる。
【００２３】
なお、液晶素子１８は、低温環境下において応答速度が低下することが知られている。このため、低温環境下、たとえば０℃以下の環境において、ヘッドライト１００を使用する場合には、液晶素子１８を加熱できることが望ましい。
【００２４】
図２ａ〜図２ｃは、液晶素子および一対の偏光板（光スイッチング素子）の近傍を拡大して示す断面図である。ヘッドライト１００は、さらに、液晶素子１８と入射側偏光板（偏光子）１９との距離・間隔を調整する間隔調整機構７２、および、液晶素子１８と出射側偏光板（検光子）２０との距離・間隔を調整する間隔調整機構７４、を備えている。なお、偏光板１９，２０は、相互に離反する方向に付勢されているものとする。
【００２５】
間隔調整機構７２，７４は、中心から円周までの距離が一定ではない形状、たとえば滴状ないし卵状の板材８２を回転軸８４に取り付けた円板カム８０を複数含む。回転軸８４には、モータ（回転動力）がジョイントされており、モータを制御することにより、板材８２の回転を制御することができる。板材８２を回転させることにより、板材８２の円周に接する偏光板１９，２０を移動させ、偏光板１９，２０と液晶素子１８とを任意の位置関係にすることができる。
【００２６】
間隔調整機構７２，７４（ないしそれらを構成するカム８０、より言えばそれにジョイントするモータ）は、制御装置６０により制御される。制御装置６０は、液晶素子１８の駆動を制御するとともに、液晶素子１８の温度を監視できるものとする。
【００２７】
図２ａに示すように、回転軸８４から離れた板材８２の円周部に偏光板１９，２０が接するように、間隔調整機構７２，７４を制御する（カム８０を回転する）と、偏光板１９，２０を液晶素子１８に密着させることができる。光源１０（図１参照）から出射された自然光Ｌが光スイッチング素子２３に入射する場合を考える。
【００２８】
入射側偏光板１９は、本実施例では入射される自然光のうち、Ｙ軸方向の偏光成分を透過させ、Ｚ軸方向の偏光成分を吸収する。この場合、偏光板がクロスニコルに配置されていればよく、必ず水平、垂直である必要はない。吸収される光のエネルギーは、主に熱エネルギーに変換される。つまり、入射光の少なくとも５０％以上のエネルギーが熱エネルギーに変換される。
【００２９】
入射側偏光板１９は液晶素子１８に密着しているため、偏光板１９で生じた熱は、直接、液晶素子１８に伝導する。このため、液晶素子１８が効果的に温められる。なお、入射側偏光板１９と液晶素子１８とが密着しておらず、隙間が生じている場合であっても、輻射にて伝熱しうる。
【００３０】
同様に、出射側偏光板２０は、液晶素子１８により偏光方向が変換された光（Ｚ軸方向の偏光成分）を透過させ、液晶素子１８により偏光方向が変換されなかった光（Ｙ軸方向の偏光成分）を吸収する。液晶素子１８を駆動しない場合（液晶素子１８により、入射側偏光板１９を透過した光の偏光方向が変換されない場合）、液晶素子１８を透過した光の全エネルギーが、熱エネルギーに変換される。
【００３１】
出射側偏光板２０は液晶素子１８に密着しているため、偏光板２０で生じた熱は、直接、液晶素子１８に伝導する。このため、液晶素子１８を駆動しない場合には、液晶素子１８がさらに効果的に温められる。なお、出射側偏光板２０と液晶素子１８とが密着しておらず、隙間が生じている場合であっても、輻射にて伝熱しうる。
【００３２】
このように、間隔調整機構７２，７４を制御して、偏光板１９，２０と液晶素子１８とを近づけることにより、液晶素子１８を効果的に加熱・保温することができる。これにより、低温環境下においてヘッドライト１００を使用する場合、低温雰囲気において液晶素子１８の応答速度を向上させることができる。
【００３３】
たとえば、室温時においては約70Wの入射光エネルギーにおいて10秒程度で液晶は雰囲気温度＋20度程度まで加熱されることが確認された。更に倍の140W程度まで電力印加を増加させると約10秒で雰囲気温度＋37℃程度まで上昇する。よって雰囲気が氷点下においても光源への投入電力を可変することで液晶素子（ないし液晶層）の温度を制御可能であり、これにより低温での特性を改善できる。
【００３４】
なお、液晶素子は、高温環境下において、液晶材料が相転移し、液化してしまうため、偏光変換素子として機能しなくなる。このため、相転移温度、たとえば８０℃に達する前に、偏光板１９，２０を液晶素子１８から遠ざけることが望ましい。
【００３５】
図２ｂに示すように、回転軸８４に近い板材８２の円周部に偏光板１９，２０が接するように、間隔調整機構７２，７４を制御する（カム８０を回転する）と、偏光板１９，２０を液晶素子１８から離すことができる。なお、上述したように、偏光板１９，２０は、相互に離反する方向に付勢されている。熱源としての偏光板１９，２０を液晶素子１８から離すことができるため、液晶素子１８の温度上昇を抑制することができる。
【００３６】
このように、間隔調整機構７２，７４を制御して、偏光板１９，２０と液晶素子１８とを遠ざけることにより、液晶素子１８が必要以上に高温になることを防ぐことができる。さらに言えば、制御装置６０により液晶素子１８の温度を監視しながら、液晶素子１８の温度が一定（たとえば２０℃）になるように、偏光板１９，２０と液晶素子１８との間隔を調整することもできる。偏光板１９，２０各々と液晶素子１８との間隔は、たとえば０ｍｍ（すなわち密着状態）〜１０ｍｍ程度の範囲内で自由に調整することができる。
【００３７】
セルと偏光板を遠ざけると距離の２乗で液晶セルの単位面積に達するエネルギーは減少するので、指数関数的に温度は低下する。なお、間隔調整機構７２，７４は、灯具内の温度分布や、雰囲気温度を考慮してそれぞれ独立に制御してもよい。つまり、間隔調整機構７２を制御して、偏光板１９と液晶素子１８との間隔だけを調整してもよし、間隔調整機構７４を制御して、偏光板２０と液晶素子１８との間隔だけを調整してもよい。
【００３８】
液晶素子１８を駆動して、光スイッチング素子２３全領域を明表示状態（ホワイトモード）にした場合、入射側偏光板１９は所定の偏光成分を吸収して発熱するが、出射側偏光板２０は、液晶素子１８により偏光変換された光を透過するため発熱しない（発熱量が少ない）。このような場合には、入射側の間隔調整機構７２のみ制御して、偏光板１９と液晶素子１８との間隔だけを調整してもよい。
【００３９】
図２ｃに示すように、偏光板１９，２０が液晶素子１８に対して傾くように、間隔調整機構７２，７４（ないし複数のカム８０）を制御してもよい。つまり、Ｚ軸正方向側に配置されるカム８０において、回転軸８４から比較的遠い板材８２の円周部に偏光板１９，２０が接し、Ｚ軸負方向側に配置されるカム８０において、回転軸８４に比較的近い板材８２の円周部に偏光板１９，２０が接するように、間隔調整機構７２，７４を制御してもよい。このような制御も含めて、偏光板１９，２０と液晶素子１８との間隔を調整することにより、より細かく、液晶素子１８の温度を調整することが可能となろう。
【００４０】
なお、間隔調整機構には、カムに限らず、たとえばバイメタルやソレノイドなどを用いてもよく、偏光板と液晶素子との間隔を調整できればどのような可動手段を用いてもかまわない。さらに、偏光板ではなく、液晶素子の位置を変化させて、偏光板と液晶素子との間隔を調整してもよい。また、ｚ軸方向へ移動させるだけではなくあおりをつけて回転することでも効果がある。
【００４１】
また、実施例では、光スイッチング素子がノーマリーブラックモードである場合を説明したが、ノーマリーホワイトモードであってもかまわない。この場合、液晶素子を駆動しないとき（明表示状態）に入射側の偏光板のみ発熱し、液晶素子を駆動したとき（暗表示状態）に入射側および出射側の偏光板が発熱する。
【００４２】
低温雰囲気下でノーマリーホワイトの場合で自動車が冷状態から起動するとき、液晶セルは雰囲気で冷却され、かつ出射側の偏光板は透過してしまう。この場合入射偏光板のみで液晶セルは加熱されるが、冷状態でのシステムオン、エンジン起動ではそれでも熱量が不足してしまう場合がある。そこで、ノーマリーホワイト動作でも安定して冷状態から起動するため、エンジン・システムオフにした場合、あらかじめ液晶セルに通電しておき、遮光状態を作っておく。これにより冷状態でのシステムオン、エンジン起動し、同時にＬＥＤを点灯させることで、出射側の偏光板で遮光され、効果的に液晶セルを加熱・保温することができる。
【００４３】
以上、実施例に沿って、本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。実施例で示した、間隔調整機構を含む光スイッチング素子は、液晶プロジェクタなどの液晶表示装置に転用しても有効であろう。その液晶表示装置は、光源と、当該光源の光軸上に配置される液晶素子と、当該光源の光軸上に、当該液晶素子を挟んで配置される一対の偏光板と、当該液晶素子と、当該一対の偏光板の、当該光源に近い位置に配置される偏光板と、の間隔を調整する間隔調整機構と、を備える構成になるであろう。その他、種々変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００４４】
１０…ＬＥＤ光源、１２…集光レンズ、１８…液晶素子（偏光変換素子）、１９…入射側偏光板（偏光子）、２０…出射側偏光板（検光子）、２２…投影レンズ、２３…配光制御素子（光スイッチング素子）、３０…カバーレンズ（アウターレンズ）、４０…ハウジング、５０…灯室、６０…制御装置、７２，７４…間隔調整機構、８０…カム機構、８２…板材、８４…回転軸、１００…車両用灯具（ヘッドライト）。
【図１】
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【図２−１】
2020017368.tif 000004
【図２−２】
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【図２−３】
2020017368.tif 000006