(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明電極と、
配向膜形成面と略平行に液晶を配向させる配向力を有する配向膜を備えた一対の透明基板と、
前記透明基板に挟持された液晶層と、
前記液晶層に含まれる液晶と、
前記液晶層に形成されたグレーティング部と、
を備え、
前記液晶は正の誘電率異方性を備え、
前記液晶は透明電極を介して電位差を与えると、液晶の分子長軸が電界方向に平行になるように配向し、
前記配向膜は、液晶に一軸の平行配向を与える表面処理が施され、前記表面処理の方向は、前記グレーティング部の線部の延在方向に対して所定の角度により施され、
前記液晶は、前記電位差を与えられたとき前記液晶と前記グレーティング部との間に屈折率の界面を生じ、
前記グレーティング部の線幅は１０〜１００μｍの範囲内、開口幅は１０〜１００μｍの範囲内であり、
前記グレーティング部はストライプ状に形成され、
前記透明電極には前記液晶層に対する電圧印加手段が接続され、
たことを特徴とする液晶光学素子。
【請求項２】
前記配向処理の方向は、
前記グレーティング部の線部の延在方向に直交する方向を基準として、
±４５°の範囲内である、
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項３】
前記グレーティング部は、
前記液晶と重量比率１〜１５ｗｔ％の範囲内の光硬化性樹脂のモノマーを含んだ混合材料に対して、
光照射で得られた樹脂硬化物を含有することを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の液晶光学素子。
【請求項４】
前記光硬化性樹脂のモノマーは、自身が液晶性を示す液晶モノマーであり、
前記液晶性モノマーは、前記液晶と略等しい屈折率分布を有する、
ことを特徴とする請求項３に記載の液晶光学素子。
【請求項５】
光源とリフレクタとを備えた車両用灯具において、前記光源から出射された光が外部への照射光となる光路途中に請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶光学素子が配設され、
前記電圧印加手段を介して前記液晶光学素子に信号を与えることによって照明配光を制御することを特徴とする車両用灯具。
【請求項６】
前記光照射は、前記混合材料に対してフォトマスクを介した紫外線照射を行なうものであり、
前記光照射の照射時間は１０〜１２０ｓの範囲内である、
ことを特徴とする請求項３又は４のいずれか１項に記載の液晶光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶光学素子及びその製造方法並びにそれを使用した車両用灯具に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源、リフレクタおよびレンズを主構成要素とする車両用灯具に於いて、灯具の照射光の配光を制御する手法として、光源から出射されて光源の前方に向かう直接光と、光源から出射されてリフレクタに向かいリフレクタの反射面で反射されて光源の前方に向かう反射光とによって光源の前方に設けられたレンズ面に形成される照射パターンを、レンズカットによって制御する方法と、光源から出射されて光源の前方に向かう直接光を遮光し、光源から出射されてリフレクタに向かいリフレクタの反射面で反射されて光源の前方に向かう反射光のみによってレンズ面に形成される照射パターンを、リフレクタの反射面によって制御する方法とがある。この場合、光源の前方に設けられるレンズは配光制御に寄与しない素通しレンズである。
【０００３】
また、上記リフレクタあるいはレンズによる配光制御の他に、液晶パネルを使用した配光制御手段が提案されている。それは、光源と光源の前方に設けられたレンズとの間に液晶パネルを配設し、光源から出射してレンズに向かう光を液晶パネル内に導入し、液晶パネルの透過率を部分的に制御して液晶パネル内に導入された光の透過光量を部分的に制御することによって液晶パネルを経てレンズ面に形成される照射パターンを制御するようにしたものである。
【特許文献１】特開平７−２９６６０５号公報
【特許文献２】特開平１１−２２２０７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記液晶パネルを使用した車両用灯具の配光制御手段においては、液晶パネルは透過率可変シャッタ或いは光学マスクとして機能するために液晶パネル内を導光される光の光量制御は行っても光路制御については関与しない。従って、配光の制御可能範囲は、基本的には光源とリフレクタとレンズとで形成される灯具の基本配光の範囲内に限定される。
【０００５】
また、このような用途に使用される液晶は高分子分散液晶が採用されることが多いが、高分子分散液晶の一般的な特性として、電圧印加時には透明であるが、電圧無印加時には白濁の不透明状態を示すものである。そのため、何らかの原因で液晶パネルに対して電圧の印加が停止した場合、液晶の白濁によって液晶パネルの透過率が低減し、その結果、灯具の照射光量が減少して視認性が低下することによって車両の運転に支障をきたすことになる。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、主に光源とリフレクタとレンズとで形成される車両用灯具の基本配光の範囲内に限定されることなく、基本配光の範囲を超える広い範囲に亘って配光制御が可能であり、且つ液晶パネルに対する電圧の印加が停止した場合（電圧無印加時）でも光源とリフレクタとレンズとで形成される基本配光が維持され、異常時に於いても灯具としての機能が確保できるような、液晶光学素子を使用した車両用灯具を実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、  透明電極と、 配向膜形成面と略平行に液晶を配向させる配向力を有する配向膜を備えた一対の透明基板と、前記透明基板に挟持された液晶層と、前記液晶層に含まれる液晶と、前記液晶層に形成されたグレーティング部と、を備え、前記液晶は正の誘電率異方性を備え、前記液晶は透明電極を介して電位差を与えると、液晶の分子長軸が電界方向に平行になるように配向し、前記配向膜は、液晶に一軸の平行配向を与える表面処理が施され、前記表面処理の方向は、前記グレーティング部の線部の延在方向に対して所定の角度により施され、前記液晶は、前記電位差を与えられたとき前記液晶と前記グレーティング部との間に屈折率の界面を生じ、前記グレーティング部の線幅は１０〜１００μｍの範囲内、開口幅は１０〜１００μｍの範囲内であり、前記グレーティング部はストライプ状に形成され、前記透明電極には前記液晶層に対する電圧印加手段が接続され、たことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記配向処理の方向は、前記グレーティング部の線部の延在方向に直交する方向を基準として、±４５°の範囲内である、ことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１〜２のいずれか１項において、前記グレーティング部は、前記液晶と重量比率１〜１５ｗｔ％の範囲内の光硬化性樹脂のモノマーを含んだ混合材料に対して、光照射で得られた樹脂硬化物を含有することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項３において、前記光硬化性樹脂のモノマーは、自身が液晶性を示す液晶モノマーであり、前記液晶性モノマーは、前記液晶と略等しい屈折率分布を有する、ことを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の請求項５に記載された発明は、光源とリフレクタとを備えた車両用灯具において、前記光源から出射された光が外部への照射光となる光路途中に請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶光学素子が配設され、前記電圧印加手段を介して前記液晶光学素子に信号を与えることによって照明配光を制御することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項６に記載された発明は、請求項３又は４のいずれか１項において、前記光照射は、前記混合材料に対してフォトマスクを介した紫外線照射を行なうものであり、前記光照射の照射時間は１０〜１２０ｓの範囲内である、ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、液晶光学素子の液晶層に、液晶の初期配向を維持したポリマー硬化部分と非硬化部分がスリット状に配列したグレーティング部を形成し、液晶光学素子の電圧無印加時には透明、電圧印加時には硬化部と非硬化部の間で屈折率異方性に差が生じ、光が散乱されるようにした。
【００１７】
このような構成の液晶光学素子を、光源とリフレクタとレンズとによって構成される車両用灯具内の光路途中に配設するようにした。
【００１８】
その結果、液晶光学素子に電圧を印加することによって光源とリフレクタとレンズとで形成される車両用灯具の基本配光の範囲を超える広い範囲に亘って配光制御が可能であり、且つ液晶パネルに対する電圧の印加が停止した場合でも光源とリフレクタとレンズとで形成される基本配光が維持され、異常時に於いても灯具としての機能が確保できるような液晶光学素子を使用した車両用灯具を実現することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図８を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
【００２０】
図１は本発明に係わる液晶光学素子の実施形態を示す断面図である。液晶光学素子１の基本構成は、ガラス、樹脂等からなる透明基板２を略平行に所定の間隔を保って対向させ、夫々の透明基板２の互いに対向する側の表面上にＩＴＯ膜等からなる透明電極３が蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等によって形成されている。
【００２１】
そして、夫々の透明電極３の表面上に、液晶分子を一定方向に配列させるためのポリイミド系樹脂等の有機高分子膜からなる配向膜４が形成され、所定の間隔を保って対向する配向膜４間の周縁部にはシール材（図示せず）が塗布されて、対向する配向膜４とシール材とによって囲まれた領域内に液晶５が充填されている。
【００２２】
なお、配向膜４の表面には、液晶分子の分布を均一に、且つ液晶分子の配向を所定の方向に配列させるための配向処理が施されている。配向処理は天然繊維、もしくはレーヨンなどの合成繊維で配向膜の表面を図１の矢印で示す方向に擦ること（ラビング）によって微細な溝を形成することで達成される。配向膜４の表面状態を利用してラビングを行なわない、すなわちノンラビング（ＮＲ）のままセルを作製し、液晶分子の配向方向はランダムで、且つ液晶分子を配向膜面と水平に並べてもよい。この場合、液晶分子同士が自発的配向する性質により完全なランダム配向ではなく、隣り合う液晶分子同士はほぼ平行、つまり短距離秩序はあるが、離れた液晶分子の配向方向は一様でない、つまり長距離秩序はない状態、いわゆるアモルファス配向を形成する。なお、配向膜の表面エネルギーがおおむね４０ｄｙｎ／ｃｍ以上の表面状態を有する配向膜であれば液晶分子は配向膜面と水平に並ぶ。
【００２３】
上記構成のアンチパラレルセルに液晶が充填されている配向膜の間隔（セルギャップ）は４〜７５μｍの範囲内で設定されている。左記セルギャップの範囲内においては、液晶層の散乱性は１５μｍが最適であり、応答速度は４μｍが最適で散乱性も良好である。
【００２４】
液晶の特性は、誘電率異方性Δεが正（Δε＞０）であり、透明電極を介して電位差を与えると、液晶の分子長軸が電界方向に平行になるように配向する。
【００２５】
また、屈折率異方性Δｎは約０．２５である。（常光に対する屈折率ｎｏは約１．５１、異常光に対する屈折率ｎｅは約１．７６、屈折率異方性Δｎ＝ｎｅ−ｎｏ≒０．２５）
【００２６】
液晶には光硬化性モノマー（本実施形態に於いては液晶性を示すモノマーを採用）が１〜１５ｗｔ％の範囲内の重量比率で添加されており、紫外線を部分的に照射することによってモノマーをポリマー化することができる。
【００２７】
光硬化性モノマーは光硬化性であれば特に限定されるものではなく、本実施形態においては、ＵＶキュアラブル液晶ＵＣＬ−００１（大日本インキ化学工業株式会社製）を液晶に対して０．５〜２０ｗｔ％の重量比率で添加して実験を試み、後に述べるように１〜１５ｗｔ％の範囲内の重量比率であればほぼ同じ結果が得られることを確認した。
【００２８】
光硬化性モノマーが添加された液晶に紫外線を照射してモノマーをポリマーに重合する方法は、ガラス基板上に透過部と遮光部の夫々のストライプを交互に形成したガラスマスクや、あるいは金属板に貫通部と非貫通部の夫々のストライプを交互に形成した金属マスク等のフォトマスクを液晶層を挟持するガラスの少なくとも一方の外面に載置し、その外側から液晶層に向けて紫外線を照射することにより行なわれる。
【００２９】
フォトマスクの紫外線透過部と遮断部の夫々のストライプの幅は、紫外線透過部については１０〜１００μｍの範囲内が好ましく、更に好ましくは２０〜５０μｍの範囲内である。紫外線遮断部については１０〜１００μｍの範囲内が好ましく、更に好ましくは２０〜５０μｍの範囲内である。本実施形態においては紫外線透過部を３０μｍ、遮断部を３０μｍとしている。紫外線の照射時間は１０〜１２０ｓの範囲内が好ましく、更に好ましくは３０〜１２０ｓの範囲内である。本実施形態においては６０ｓを採用している。
【００３０】
すると、図１に示すように、液晶５層において、液晶に添加された液晶性モノマーがポリマーに重合された部分（グレーティング部６）と重合されなかった部分（非グレーティング部７）とが交互にストライプ状に形成されている。ストライプと配向処理との関係は、ストライプの線部の延在方向に略直交するように設定されている。なお、ラビング方向はストライプの線部の延在方向に対して略直角な方向に限られるものではなく、ストライプの線部の延在方向に直交する方向を基準に±４５°の範囲内に形成されるのが好ましく、更に好ましくは±５°の範囲内である。
【００３１】
そこで、図１の液晶光学素子の光学系について説明する。まず、液晶光学素子１に電圧が印加されていないときは、重合されポリマー化されたグレーティング部６と液晶部の間には屈折率の大きく異なる界面が存在しない。これはポリマー化されたグレーティング部６は液晶の初期配向が固定された構造となっており、また重合前の液晶性モノマーと液晶の屈折率分布がほぼ一致しており、この屈折率分布が重合後においても維持されているためである。このため透過する光束に対してほとんど影響を及ぼさない。重合の際にポリマー中に液晶を巻き込んでいたとしてもやはり屈折率分布がほぼ一致しているために光学的影響は軽微である。
【００３２】
一方、液晶光学素子１に電圧が印加されているときには、グレーティング部６においては構造が固定されているため変化がない。
【００３３】
一方、非グレーティング部７を構成する液晶は、印加電圧に応じてその配向方向を変化させる。誘電率異方性が正の液晶であれば分子長軸が電界に沿う方向に、負であれば分子長軸が電界に直交するように配向方向を変化させる。本実施形態では、誘電率異方性が正であるため液晶の配向方向が電界に沿った方向に変化し、液晶の屈折率分布とグレーティング部の屈折率分布にずれが生じ、液晶とグレーティング部の間に屈折率の界面が発生する。
【００３４】
従って、上記構成の液晶光学素子１においては、電圧を印加しない場合、液晶光学素子の一方の面から照射された光は透明部材を透過したと同様の挙動を示し、他方の面から出射される光が形成する配光にはほとんど変化がない。
【００３５】
一方、液晶光学素子１に電圧を印加した場合、図２に示すように液晶光学素子の一方の面に照射された光のうち、グレーティング部と非グレーティング部との界面に向かう光は、前記界面を介して屈折率差の存在する光路を進むことになる。このとき、光路上の屈折率の変化に応じて光束は屈折することになる。液晶およびグレーティング部は、ともに屈折率異方性をもつ光学媒体であるため、その界面における屈折率差は光束の進入角度によって異なる値となる。加えて、紫外線照射によりポリマー化したグレーティング部の表面には微小な凸凹が存在するため、界面に入射した光束は射出方向にばらつきが生じ、ある程度の散乱をしつつ界面毎に総体において特定方向へ進行することになる。
【００３６】
図３および図４は、配向処理を施さないノンラビングセル（ＮＲ）と配向処理を施したアンチパラレルセル（Ｒ）の夫々について、液晶に添加する液晶性モノマーの液晶に対する重量比率（ｗｔ％）を変えたときに、液晶光学素子の電圧を印加しないときのｈａｚｅ値（ＶｏｆｆＨａｚｅ）に対する電圧を印加したときのｈａｚｅ値（ＶｏｎＨａｚｅ）の比率（ＶｏｎＨａｚｅ／ＶｏｆｆＨａｚｅ：散乱度）をグラフ化したものである。また、図３はセルギャップ（液晶層の厚み）を４μｍにした液晶光学素子、図４は１５μｍにした液晶光学素子の測定結果である。
【００３７】
なお、ｈａｚｅ（ヘイズ）値とは雲価とも呼ばれ、例えば、フィルムに可視光を照射したときの全透過光に対する拡散透過光の割合である。つまり、数値が大きいほど全透過光のうちの拡散光が占める割合が多くなる。従って、図３および図４で示される（ＶｏｎＨａｚｅ／ＶｏｆｆＨａｚｅ）は、数値が大きくなるほど電圧を印加しないときに対する電圧を印加したときの拡散透過光の割合が多くなることを示している。
【００３８】
図３によると、液晶に添加するモノマーの重量比率が１５ｗｔ％以内の場合は、配向処理を施さないノンラビングセル（ＮＲ）および配向処理を施したアンチパラレルセル（Ｒ）は共に、モノマーの重量比率が大きくなるに伴なって散乱度も大きくなることがわかる。また、モノマーの重量比率が約６ｗｔ％以上になると配向処理を施さないノンラビングセル（ＮＲ）よりも配向処理を施したアンチパラレルセル（Ｒ）の方が散乱度が大きくなることも明らかになった。
【００３９】
図４によると、液晶に添加するモノマーの重量比率が１５ｗｔ％以内の場合は、配向処理を施さないノンラビングセル（ＮＲ）はモノマーの重量比率が約１０ｗｔ％で散乱度の最高値を示すのに対し、配向処理を施したアンチパラレルセル（Ｒ）はモノマーの重量比率が増加するに伴なって散乱度が小さくなるのがわかる。
【００４０】
セルギャップ４μｍの液晶光学素子と１５μｍの液晶光学素子の散乱度の絶対値を比較した場合、セルギャップ４μｍの配向処理を施したアンチパラレルセル（Ｒ）のモノマーの重量比率が約６％ｗｔ以上のものが最も大きい散乱度を示している。
【００４１】
図５は液晶光学素子の試作品を実際の光学系に組込み、液晶光学素子を透過したの光の広がり状態を測定した測定結果のデータシートである。測定方法は図６に示すように、液晶光学素子をＬＥＤ灯具に組込むことを想定して光源にＬＥＤを使用し、ＬＥＤ８光源の前方に順次正方形の光透過窓９を設けた遮光板１０、液晶光学素子１およびスクリーン１１を配置する。
【００４２】
測定手順は、まず、液晶光学素子１に電圧を印加しない状態でＬＥＤ８光源を点灯し、ＬＥＤ８と液晶光学素子１との距離、液晶光学素子１とスクリーン１１との距離の夫々の距離を相対的に調整し、スクリーン１１上に１ｃｍ角の照射パターンが投影されるように夫々の距離を設定する。
【００４３】
次に、液晶光学素子１に所定の電圧を印加し、そのときスクリーン１１上に投影された照射パターンの縦方向および横方向の夫々の寸法および形態を測定する。
【００４４】
被測定サンプルは、配向処理を施さないノンラビングセル（ＮＲ）と配向処理を施したアンチパラレルセル（Ｒ）の夫々についてセルギャップ４μｍ、１５μｍ、７５μｍの３種類のセルを作成し、夫々のセルについて重量比率２％、４％、６％、８％、１０％、１５％、および２０％の液晶性モノマーを添加した液晶を注入した液晶光学素子を夫々２個づつ作成した。
【００４５】
図５はその測定結果を示すデータシートである。図５より、配向処理を施さないノンラビングセル（ＮＲ）は光学的異方性が低く、光が縦方向にも散乱していることがわかる。特に、データシート中に（  ）で表した液晶光学素子は投影光の照射パターンの形状が崩れ、円或いは楕円の形状を呈している。また、配向処理を施したアンチパラレルセル（Ｒ）について比較すると、投影光の照射パターンの横方向の広がりは、セルギャップ１５μｍの液晶セルで約１０ｃｍ、セルギャップ４μｍの液晶セルで約９ｃｍ程度であることがわかる。一方、投影光の照射パターンの縦方向の広がりはいずれも、液晶パネルに電圧を印加しないときの１ｃｍに対して１〜２倍程度であった。特に、セルギャップ１５μｍ、液晶に対するモノマーの重量比率２ｗｔ％の液晶光学素子が縦方向の散乱度が小さく優れた特性を示している。なお、配向処理を施したアンチパラレルセル（Ｒ）については全体的に、光学的異方性の光硬化性モノマーの添加比率に対する依存度はそれほど大きくはなかった。
【００４６】
なお、セルギャップ１５μｍの液晶光学素子の応答速度は約９０ｍｓ、セルギャップ４μｍの液晶光学素子の応答速度は約３０ｍｓであった。また液晶に対して光硬化性モノマーを重量比率２０ｗｔ％以上添加して硬化すると液晶が固まってしまい、電圧を印加しても液晶分子の配向が変わらなかった。
【００４７】
上記特性を有する液晶光学素子は、例えば図７に示すような使用方法が可能である。それは、光源１２と光源１２の周囲に配置されたリフレクタ１３と光源１２の前方に配置されたレンズ１４とを有する灯具１５において、光源１２とレンズ１４との間に液晶光学素子１を配置する。
【００４８】
すると、液晶光学素子１に電圧を印加しないときは、光源１２からの光は液晶光学素子１をそのまま透過してレンズ１４面に至り、レンズ１４のレンズカットによって所望の配光が得られる。一方、液晶光学素子１に電圧を印加すると、光源１２から液晶光学素子１に至った光の一部（ａ〜ｄ）は液晶光学素子１によって所定方向に屈折され、屈折された散乱光を含む光が所定方向に広がった照射パターンの形態でレンズ１４面に至り、更にレンズ１４のレンズカットによって所定方向に方向に広がった配光が得られる。
【００４９】
つまり、液晶光学素子を組み込んだ灯具は、液晶光学素子に電圧を印加しないときは、従来の灯具のように光源とリフレクタとレンズとで形成される基本配向パターンを形成し、液晶光学素子に電圧を印加したときは、液晶光学素子の光学的異方性と従来の灯具の配光特性との組み合わせによる配光パターンを形成するものである。
【００５０】
図８は液晶光学素子を組み込んだ灯具の配光をスクリーン上に投影したときの投影図である。（ａ）は液晶光学素子に電圧を印加しないときの灯具の配光パターン、（ｂ）は液晶光学素子に電圧を印加したときの灯具の配光パターンである。
【００５１】
液晶光学素子が動作していないときの配光パターンに比較して、液晶光学素子が動作しているときの配光パターンの方が明らかに水平方向の広がりが大きくなっている。また、配光パターンの垂直方向は液晶光学素子の動作、非動作に係わらずほとんど広がっていない。これは、液晶光学素子の光学的異方性が有効に機能していることを示していると共に、例えば車両用前照灯に求められる配光特性に対応できる光学特性を有することを証明している。
【００５２】
以上説明したように、本発明の液晶光学素子は、液晶に光硬化性の液晶性モノマーを添加した液晶材料をセルに注入し、配向処理によって液晶分子および液晶性モノマーが一様に配向した液晶セルに部分的に紫外線を照射することによってモノマーがポリマー化して硬化した部分と非硬化の部分とを互いに隣接するようにスリット状に形成した。そのため、電圧非印加時は紫外線照射以前の配向と同等の配向であるため透明となり、電圧印加時は紫外線照射によって硬化した部分と紫外線が照射されずに非硬化のままの部分との屈折率の差によって光を所定方向に散乱させるものである。
【００５３】
なお、本発明の液晶光学素子は表示素子としての使用を目的とするものではないために偏光板が不要であり、セルギャップも薄く、低電圧駆動ができる。従って、光の透過率が９５％以上と良好で、３０ｍｓ程度の高速応答が可能であり、且つＡＣ２．５ｖ程度の低電圧で駆動可能であるために、電気的に駆動する光学素子として優れた特性を有するものである。
【００５４】
そこで、上記特性を有する液晶光学素子を灯具（特に、車両用前照灯）に採用すると、以下のような効果を生じる。
【００５５】
まず、従来車両用灯具に採用されていた液晶光学素子は光の透過・遮断を制御するシャッタとして使用されていた。そのため、液晶光学素子の働きは光源とリフレクタとレンズとによって形成される基本配光の範囲内で配光分布を制御することであり、基本配光の範囲外までは配向制御が及ばなかった。
【００５６】
それに対し、本発明の液晶光学素子は光を屈折することによって所望する方向に大きく散乱させ、基本配光の範囲外まで亘る配光制御をすることができる。従って、車両に搭載したときに垂直方向の照射範囲をほとんど変えることなく水平方向の照射範囲を大きく拡大することができ、対向車に対する眩しさを与えることのない灯具が実現できる。
【００５７】
また、液晶光学素子に印加する電圧によって光の散乱度を無段階に制御することができる。従って、照射パターンも所望する形態に合わせて無段階で制御することが可能である。
【００５８】
また、液晶光学素子はシャッタ動作ではないことから、照射光を遮断することがなく、光の有効利用が図られる。よって、近年実用化に向けて活発に開発が進められているものの未だ光量不足によって実現されていないＬＥＤ灯具の実現に向けて、光損失の少ない光学系で構成される配光制御技術として非常に有効な手段である。
【００５９】
また、何らかの原因で液晶光学素子に電圧が印加されなくなった場合、液晶光学素子は透明を呈する。そのため、異常時においても光源とリフレクタとレンズとで形成される基本配光が維持され、運転者の視認性を妨げることがない。
【００６０】
また、光源とリフレクタとレンズとで形成される基本配光パターンを超えて照射光の制御が可能となるため、外部に対する光出射面が小さい灯具であっても広い範囲に亘る照射が実現でき、灯具及び灯具を搭載する車両に対する設計の自由度を高めることが可能となる。
【００６１】
なお、本実施例では、平行配向を採用しているが、本発明において配向形態をこれに限定するものではない。電圧非印加時に透明である特徴は他の配向形態、例えば垂直配向、ねじれ水兵配向などでも有効である。また特に垂直配向を採用することは、液晶の各分子の全面投影面積が少なくなることで、外光による液晶の劣化を軽減する効果が見込まれる。特に紫外線が多く発生する放電灯を用いた灯具に適用する場合において好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に係わる液晶光学素子の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係わる液晶光学素子の液晶層内を導かれる光の光路を示す概略図である。
【図３】本発明に係わる液晶光学素子の光の散乱度を示すグラフである。
【図４】同じく、本発明に係わる液晶光学素子の光の散乱度を示すグラフである。
【図５】本発明に係わる液晶光学素子を光学系に組み込んだときの光の広がり状態の測定結果を示すデータシートである。
【図６】本発明に係わる液晶光学素子を光学系に組込んだときの光の広がり状態の測定方法を示す概略図である。
【図７】本発明に係わる液晶光学素子を組み込んだ灯具を示す断面図である。
【図８】本発明に係わる液晶光学素子を組み込んだ灯具の配光を示す投影図である。
【符号の説明】
【００６３】
１    液晶光学素子
２    透明基板
３    透明電極
４    配向膜
５    液晶
６    グレーティング部
７    非グレーティング部
８    ＬＥＤ
９    光透過窓
１０    遮光板
１１    スクリーン
１２    光源
１３    リフレクタ
１４    レンズ
１５    灯具
【図１】
0005238124.tif 000002
【図２】
0005238124.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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