(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線が入射する第１の基板と、
前記第１の基板と対向し、前記光線が出射する第２の基板と、
前記第１及び第２の基板の間に挟まれた液晶層と、
前記第１及び第２の基板の一方の前記液晶層側内面に、該液晶層と接するように、第１の方向に長いプリズムが形成されたプリズム層と、
前記液晶層とプリズム層との界面における液晶分子の長軸方向が、前記第１の方向と平行になるように制御する配向構造と
を有し、
前記液晶層は、電気ベクトルの振動方向が液晶分子の長軸方向に平行な偏光成分に対する第１の屈折率と、電気ベクトルの振動方向が液晶分子の長軸方向に垂直な偏光成分に対する第２の屈折率とが相互に異なり、該第２の屈折率と、前記プリズム層の屈折率とが同等であり、
前記液晶層と前記プリズムとの界面において、前記第１の方向と平行に配向した液晶分子の長軸方向と平行な電気ベクトルの振動方向を持つ偏光成分が、前記第２の基板から出射したとき、この偏光成分の電気ベクトルの振動方向が鉛直方向となるように、前記第１の方向が選択されている車両用光照射装置。
【請求項２】
前記プリズム層は、前記第２の基板側に形成されており、前記第１の方向は、鉛直方向である請求項１に記載の車両用光照射装置。
【請求項３】
前記配向構造は、前記プリズム層に、前記プリズムの長さ方向にラビングを施すことにより形成されている請求項１または２に記載の車両用光照射装置。
【請求項４】
さらに、前記第１の基板上に形成された第１の電極と、前記第２の基板上に形成された第２の電極と、該第１及び第２の電極間への印加電圧を変化させる制御装置を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用光照射装置。
【請求項５】
さらに、前記第１の基板に前記光線を入射させる光源を有し、該光源は発光ダイオードを含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両用光照射装置。
【請求項６】
光線が入射する第１の基板と、
前記第１の基板と対向し、前記光線が出射する第２の基板と、
前記第１及び第２の基板上にそれぞれ形成された第１及び第２の電極と、
前記第１及び第２の基板の間に挟まれた液晶層と、
前記第２の基板の前記液晶層側内面に、該液晶層と接するように、鉛直方向に長いプリズムが形成されたプリズム層と、
前記液晶層とプリズム層との界面における液晶分子の長軸方向が、鉛直方向と平行になるように制御する配向構造と、
前記第１及び第２の電極間への印加電圧を変化させる制御装置と
を有し、
前記液晶層は、電気ベクトルの振動方向が液晶分子の長軸方向に平行な偏光成分に対する第１の屈折率と、電気ベクトルの振動方向が液晶分子の長軸方向に垂直な偏光成分に対する第２の屈折率とが相互に異なり、該第２の屈折率と、前記プリズム層の屈折率とが同等である車両用光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光照射装置に関し、特に、液晶により光線の進行方向を曲げる光偏向を行う光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばアダプティブフロントライティングシステム（ＡＦＳ）に用いる前照灯は、車両の操舵角に応じて左右方向に配光を変化させる。前照灯に配光を変化させるための可動部があると、構造が大きくなったり、信頼性を高めるのが難しくなったりする。液晶セルを用いて可動部なしに配光方向を変化させられる光照射装置が、特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１は、一対の基板の一方の内面にプリズムを形成した液晶セルを用い、電圧無印加状態と電圧印加状態とを切り替えて、液晶層の屈折率を切り替えることにより、光の進行方向を切り替える。
【０００４】
特許文献１の段落［００５３］や図１１等に示されているように、液晶セルに入射する光線の、電気ベクトルの振動方向（偏光方向）がプリズム長さ方向（グレーティング溝方向）に平行な偏光成分は屈折されずそのまま直進し、プリズム長さ方向に垂直な偏光成分が屈折される。なお、特許文献１は、特に上下方向に配光を変化させて、走行用配光とすれ違い用配光とを切り替えている。
【０００５】
特許文献２は、前方を照らす光をすべて、偏光方向が鉛直方向となる偏光成分（垂直偏光）にして照射する前照灯を開示する。偏光の分離に偏光ビームスプリッタを使い、偏光状態の変換に１／２波長板を用いている。照射する光をすべて垂直偏光とすることにより、濃霧・豪雨時に空中に存在する扁平な水滴による垂直方向への反射を抑え、遠方まで光が達することが図られる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１４７３７７号公報
【特許文献２】特開２００４−２３５１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
雨天時等、左右方向に光を広げると、ロービームであっても、路面で反射した光を対向車のドライバーや歩行者が眩しく感じる。
【０００８】
本発明の一目的は、例えば雨天時の車両用灯具として用いたとき、対向車のドライバーや歩行者が感じる眩しさを抑制した配光が行える光照射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一観点によれば、光線が入射する第１の基板と、前記第１の基板と対向し、前記光線が出射する第２の基板と、前記第１及び第２の基板の間に挟まれた液晶層と、前記第１及び第２の基板の一方の前記液晶層側内面に、該液晶層と接するように、第１の方向に長いプリズムが形成されたプリズム層と、前記液晶層とプリズム層との界面における液晶分子の長軸方向が、前記第１の方向と平行になるように制御する配向構造と
を有し、前記液晶層は、電気ベクトルの振動方向が液晶分子の長軸方向に平行な偏光成分に対する第１の屈折率と、電気ベクトルの振動方向が液晶分子の長軸方向に垂直な偏光成分に対する第２の屈折率とが相互に異なり、該第２の屈折率と、前記プリズム層の屈折率とが同等であり、前記液晶層と前記プリズムとの界面において、前記第１の方向と平行に配向した液晶分子の長軸方向と平行な電気ベクトルの振動方向を持つ偏光成分が、前記第２の基板から出射したとき、この偏光成分の電気ベクトルの振動方向が鉛直方向となるように、前記第１の方向が選択されている車両用光照射装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
電気ベクトルの振動方向（偏光方向）が液晶分子長軸方向に平行な偏光成分が、液晶層とプリズム層との界面で曲げられ、曲げられて出射した光の偏光方向が鉛直方向である。偏光方向が液晶分子長軸方向と垂直な偏光成分は、液晶層とプリズム層との界面で曲げられずにそのまま出射する。
【００１１】
例えば、光照射装置を雨天時の車両用前照灯として用いたとき、曲げられずにそのまま出射する光で前方を照らし、曲げられた光で対向車や歩行者を照らすことができる。曲げられた光の偏光方向が鉛直方向であるので、例えば路面での反射が抑えられ、対向車のドライバーや歩行者の眩しさが抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の第１の実施例の光照射装置について説明する。まず、第１の実施例の光照射装置が有する光偏向液晶セルについて説明する。
【００１３】
図１（Ａ）は、第１の実施例の光偏向液晶セルの概略断面図である。表面に透明電極が形成された一対のガラス基板（透明電極２が形成されたガラス基板１、及び、透明電極１２が形成されたガラス基板１１）を用意した。ガラス基板１及び１１は、それぞれ、例えば厚さ０．７ｍｍｔの青板ガラスである。透明電極２及び１２は、それぞれ、例えば厚さ８０ｎｍであり、例えばインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）からなる。本実施例では、透明電極２及び１２として、ベタパターンのものを用いた。
【００１４】
片側のガラス基板１の透明電極２上に、プリズム層３を形成した。プリズム層３は、ベース層３ｂ上に複数のプリズム３ａが並んだ構造を有する。各プリズム３ａは、頂角が９０度で、底角が両方とも４５度の三角柱状であり、プリズム３ａの長さ方向と直交する方向に並んでいる。ベース層３ｂの厚さは、例えば２０μｍ〜４０μｍである。各プリズム３ａの高さは、例えば２０μｍであり、各プリズム３ａの幅（隣り合うプリズム３ａ間のピッチ）は、例えば４０μｍである。
【００１５】
図１（Ｂ）は、プリズム層３を形成したガラス基板１を、基板法線方向から見た写真である。
【００１６】
プリズム層３の作製方法について説明する。ガラス基板１の透明電極２上に、紫外（ＵＶ）硬化性樹脂（例えばロックタイト製３７６Ｌ）を滴下し、その上に、プリズム３ａに対応する型が形成された金型を置き、厚手の石英部材などをガラス基板１の裏側に配置して補強した状態でプレスを行った。なお、用いた金型は、全体の大きさが直径約５０ｍｍの円形状である。なお、金型にはエア抜き用の微小な溝を形成してもよい。また、真空中で重ね合わせてもよい。
【００１７】
プレス後、圧力をかけた状態で１分以上放置し、ＵＶ硬化性樹脂を面方向に充分広げた後、ガラス基板１の裏側（ＵＶ硬化性樹脂層と反対側）から紫外線を照射し、ＵＶ硬化性樹脂を硬化させた。紫外線の照射量は、例えば３００ｍＪ／ｃｍ２である。紫外線の照射量は、樹脂が硬化するように、適宜設定すればよい。なお、ＩＴＯは紫外線を吸収するため、透明電極の膜厚が変われば必要な紫外線照射量も変わることになる。
【００１８】
次に、プリズム層３を形成したガラス基板１上に、ギャップコントロール剤を２ｗｔ％〜５ｗｔ％含んだメインシール剤４を形成した。形成方法として、例えば、スクリーン印刷やディスペンサが用いられる。プリズム３ａの頂点から、対向配置されるガラス基板１１上の透明電極１２までの距離が、例えば５μｍ〜３０μｍとなるように、ギャップコントロール剤が選択される。本実施例では、ギャップコントロール剤として、積水化学製の径が７５μｍのプラスチックボールを選び、このプラスチックボールを、三井化学製のシール剤ＥＳ−７５００に４ｗｔ％添加して、メインシール剤４とした。
【００１９】
もう一方のガラス基板１１の透明電極１２上には、ギャップコントロール剤１５を散布した。本実施例では、ギャップコントロール剤１５として、積水化学製の径が２０μｍのプラスチックボールを、乾式のギャップ散布機を用いて散布した。
【００２０】
次に、両ガラス基板１及び１１の重ね合わせを行い、プレス機などで圧力を一定に加えた状態で熱処理することにより、メインシール剤４を硬化させて、空セルを作製した。本実施例では、１５０℃で３時間の熱処理を行った。なお、ギャップコントロール剤１５は、プリズム層３の凹部に入り込むように配置される。
【００２１】
このようにして作製された空セルに、液晶を真空注入して、液晶層６を形成した。なお、液晶は、プリズム３ａの長さ方向に注入した。本実施例では、液晶として、誘電率異方性Δεが正で、屈折率異方性Δｎ＝０．２９８の大日本インキ化学工業製のものを用いた。なお、セル内にプリズム層３が形成されているので、液晶層６の厚さは基板面内方向位置により変化する。液晶注入後、注入口にエンドシール剤を塗布し封止した。このようにして、第１の実施例の光偏向液晶セルを作製した。
【００２２】
本実施例に用いた液晶は、電気ベクトルの振動方向（偏光方向）が液晶分子の長軸方向に平行な偏光成分に対して、屈折率１．８２３を示し、偏光方向が液晶分子の長軸方向に垂直な偏光成分に対して、屈折率１．５２５を示す。
【００２３】
プリズム層３を構成するＵＶ硬化性樹脂の屈折率は、１．５１であり、偏光方向が液晶分子の長軸方向に垂直な偏光成分に対する液晶の屈折率と同等である。なお、第１の材料の屈折率と第２の材料の屈折率との差が、第１の材料の屈折率または第２の材料の屈折率に対して３％以内（より好ましくは２％以内）であるとき、両材料の屈折率が同等であるとする。
【００２４】
次に、図２を参照して、第１の実施例の光照射装置の構成について説明する。図２は、実施例の光照射装置の構成を示すダイアグラムである。実施例の光照射装置は、光源２０から放出された光ＬＢを、上述のように作製された光偏向液晶セル２１を介して照射する。
【００２５】
光源２０が、進行方向が概ね一方向に揃えられた光線ＬＢを放出する。プリズムの長さ方向が水平面に対して垂直、つまり鉛直方向となるように、光偏向液晶セル２１が配置される。例えば、プリズムを形成しないガラス基板が光源２０に近い側（光入射側）に配置され、プリズムを形成したガラス基板が光源２０から遠い側（光出射側）に配置される。光偏向液晶セル２１の対向する透明電極間に印加される電圧、及び光源２０の発光状態を、制御装置２２が制御する。
【００２６】
次に、図３（Ａ）〜図３（Ｆ）を参照して、第１の実施例の光照射装置の光偏向液晶セルに対する印加電圧を変化させて配光状態の変化を調べた実験について説明する。図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は、それぞれ、印加電圧オフ、５Ｖ、１０Ｖ、及び２０Ｖの場合の配光状態を示す写真である。これらの写真で、紙面上下方向が鉛直方向であり、紙面左右方向が水平方向である。
【００２７】
図３（Ａ）に示す印加電圧オフ時は、光照射装置から照射された光が、３本に分かれて水平方向に並んでいる。これら３本の光の偏光状態を調べた。
【００２８】
図３（Ｅ）が、これら３本の光の偏光状態を示す概略図である。中央の光は、偏光方向が水平方向の偏光であり、その両脇に配置された２本の光は、偏光方向が垂直方向（鉛直方向）の偏光であることがわかった。
【００２９】
図３（Ｂ）〜図３（Ｄ）に示すように、印加電圧が増加するにつれ、印加電圧オフ時に中央の光の左右両脇に配置されていた２本の光が、それぞれ、中央の光の照射位置に近づく。印加電圧が例えば２０Ｖに達すると、これら３本の光の照射位置が一致する。すなわち、光照射装置から１本の光が照射されるようになる。
【００３０】
図３（Ｆ）に示すように、高い印加電圧時に１本にまとまった光は、水平方向の偏光と垂直方向の偏光とが混ざった非偏光の状態である。
【００３１】
次に、第１の実施例の光照射装置の動作原理について考察する。図３（Ａ）〜図３（Ｆ）を参照して説明したように、印加電圧オフ時は、垂直方向の偏光（垂直方向偏光と呼ぶこととする）と、水平方向の偏光（水平方向偏光と呼ぶこととする）とが分離される挙動が見られた。印加電圧オフ時は、光照射装置の有する光偏向液晶セルの液晶層が、垂直方向偏光と水平方向偏光とに対し、それぞれ異なる屈折率を示していることが示唆される。
【００３２】
上述のように、実施例の光偏向液晶セルの液晶層は、偏光方向が液晶分子の長軸方向に平行な偏光成分に対して、プリズムよりも高い屈折率を示し、偏光方向が液晶分子の長軸方向に垂直な偏光成分に対しては、プリズムと同等な屈折率を示す。
【００３３】
図３（Ａ）〜図３（Ｆ）を参照して説明した挙動から、印加電圧オフ時に、水平方向偏光の光路から、垂直方向偏光の光路が分かれるように、垂直方向偏光が曲げられているものと考えられる。従って、印加電圧オフ時の液晶分子が、長軸方向を垂直方向に揃えて、つまりプリズムの長さ方向に揃えて配向しているものと考えられる。
【００３４】
なお、第１の実施例の光偏向液晶セルでは、ラビング等の液晶分子配向処理を行っていないが、液晶をプリズムの長さ方向に注入したことにより、液晶分子長軸方向がプリズムの長さ方向に揃ったのではないかと推測される。なお、液晶分子長軸方向をプリズム長さ方向に揃えるラビング処理を行った後述の第２の実施例の結果と整合することからも、このことが裏付けられる。
【００３５】
図４（Ａ）は、印加電圧オフ時の、光偏向液晶セル２１を透過する光線を上方向から見た光路を示す概略断面図であり、液晶分子の長軸がプリズムの長さ方向に揃っている状態を示す。水平方向偏光Ｐｈに対する液晶層６の屈折率が、プリズム層３の屈折率とほぼ等しく、垂直方向偏光Ｐｖに対する液晶層６の屈折率が、プリズム層３の屈折率と異なる。
【００３６】
光偏向液晶セル２１に入射した水平方向偏光Ｐｈは、液晶層６とプリズム層３との界面に斜めに入射しても、屈折率差がなくこの界面で進行方向が曲げられず、そのまま透過する。一方、光偏向液晶セル２１に入射した垂直方向偏光Ｐｖは、液晶層６とプリズム層３との界面に斜めに入射して、屈折率差によりこの界面で進行方向が水平方向に（進行方向が水平面内で振られるように）曲げられる。
【００３７】
第１の実施例の光偏向液晶セル２１のプリズム層３では、各プリズムの稜線を挟んで左側の界面と右側の界面とで、入射した垂直方向偏光Ｐｖの曲げられる方向が、左右反対向きとなる。
【００３８】
このようにして、印加電圧オフ時には、光偏向液晶セル２１に入射した光線が、進行方向を曲げられず透過する水平方向偏光Ｐｈと、水平方向偏光が照らす範囲の左右両脇を照らす２本の垂直方向偏光Ｐｖとに分けられるのではないかと考えられる。
【００３９】
図４（Ｂ）は、充分高い電圧（例えば２０Ｖ）印加時の、光偏向液晶セル２１を透過する光線を上方向から見た光路を示す概略断面図であり、液晶分子の長軸が基板同士の対向方向（電極同士の対向方向）に揃っている状態を示す。液晶分子の長軸方向が、水平方向偏光Ｐｈ及び垂直方向偏光Ｐｖの両方の偏光方向に対して垂直となり、両偏光成分Ｐｈ、Ｐｖについて、液晶層６の屈折率がプリズム層３の屈折率と同等となる。
【００４０】
従って、光偏向液晶セル２１に入射した偏光成分Ｐｈ及びＰｖの両方ともプリズム層３で進行方向を曲げられず、そのまま透過する。このようにして、偏光成分ＰｈとＰｖとが分離されず、光偏向液晶セル２１から１本の光が出射するのではないかと考えられる。
【００４１】
以上説明したように、第１の実施例の光照射装置は、水平方向偏光によりまっすぐ前方を照らし、垂直方向偏光により水平方向偏光の照射範囲の左右を照らす配光状態を得ることができる。さらに、印加電圧を切り替えることにより、水平方向偏光と垂直方向偏光の両方によりまっすぐ前方を照らす配光状態を得ることができる。
【００４２】
なお、印加電圧を連続的に変化させることにより、水平方向偏光と垂直方向偏光との進行方向が分離した状態から、両偏光の進行方向が一致する状態まで、配光方向を連続的に制御することもできる。
【００４３】
次に、第２の実施例の光照射装置について説明する。第２の実施例の光照射装置が有する光偏向液晶セルについて説明する。第１の実施例の光偏向液晶セルとの主な違いは、プリズム形状と、液晶分子配向処理を行ったことである。
【００４４】
図５（Ａ）は、第２の実施例の光偏向液晶セルの概略断面図である。表面に透明電極が形成された一対のガラス基板（透明電極３２が形成されたガラス基板３１、及び、透明電極４２が形成されたガラス基板４１）を用意した。ガラス基板３１及び４１は、それぞれ、例えば厚さ０．７ｍｍｔの無アルカリガラスである。透明電極３２及び４２は、それぞれ、例えば厚さ１５０ｎｍであり、例えばＩＴＯからなる。本実施例では、透明電極３２及び４２として、ベタパターンのものを用いた。
【００４５】
片側のガラス基板３１の透明電極３２上に、プリズム層３３を形成した。プリズム層３３は、第１の実施例と同様に、ベース層３３ｂ上に複数のプリズム３３ａが、プリズム３３ａの長さ方向と直交する方向に並んだ構造を有するが、各プリズム３３ａは、頂角が４５度で、底角が４５度及び９０度の三角柱状である。
【００４６】
ベース層３３ｂの厚さは、例えば２０μｍ〜４０μｍである。各プリズム３３ａの高さは、例えば２０μｍであり、各プリズム３３ａの幅（隣り合うプリズム３３ａ間のピッチ）は、例えば２０μｍである。
【００４７】
プリズム層３３は、第１の実施例のプリズム層３作製と同様な工程により、ＵＶ硬化性樹脂（例えばロックタイト製３７６Ｌ）を金型で成型し紫外線硬化させて作製される。本実施例では、ＩＴＯ電極が第１の実施例よりも厚いので、紫外線の照射量は、例えば５００ｍＪ／ｃｍ２とする。なお、用いた金型は、全体の大きさが横１００ｍｍ×縦５０ｍｍの矩形状である。
【００４８】
図５（Ｂ）は、第２の実施例のプリズム層３３の概略斜視図である。第２の実施例では、プリズム層３３に、プリズム３３ａの長さ方向にラビング処理を行った。これにより、プリズム３３ａの長さ方向と平行に長軸方向が並ぶように、プリズム層３３との界面近傍の液晶分子の配向が制御される。
【００４９】
プリズム層３３を形成したガラス基板３１と対向するガラス基板４１の透明電極４２上には、ポリイミド等の配向膜４７を形成した。本実施例では、日産化学製のＳＥ−４１０をフレキソ印刷で厚さ８０ｎｍ形成し、１８０℃で１．５時間焼成した。焼成後、配向膜４７にラビング処理を行った。ラビング方向は、対向ガラス基板３１と重ね合わせたときに、プリズム３３ａの長さ方向と平行に液晶分子の長軸方向が並ぶように定めた。
【００５０】
次に、プリズム層３３を形成したガラス基板３１上に、ギャップコントロール剤を２ｗｔ％〜５ｗｔ％含んだメインシール剤３４を形成した。形成方法として、例えば、スクリーン印刷やディスペンサが用いられる。プリズム３３ａの頂点から、対向配置されるガラス基板４１上の配向膜４７までの距離が、例えば５μｍ〜３０μｍとなるように、ギャップコントロール剤が選択される。本実施例では、ギャップコントロール剤として、積水化学製の径が７５μｍのプラスチックボールを選び、このプラスチックボールを、三井化学製のシール剤ＥＳ−７５００に４ｗｔ％添加して、メインシール剤３４とした。
【００５１】
もう一方のガラス基板４１の透明電極４２上には、ギャップコントロール剤４５を散布した。本実施例では、ギャップコントロール剤４５として、積水化学製の径が１５μｍのプラスチックボールを、乾式のギャップ散布機を用いて散布した。
【００５２】
次に、両ガラス基板３１及び４１の重ね合わせを行い、プレス機などで圧力を一定に加えた状態で熱処理することにより、メインシール剤３４を硬化させて、空セルを作製した。第１の実施例と同様に、１５０℃で３時間の熱処理を行った。このようにして作製された空セルに、液晶を真空注入して、液晶層３６を形成し、液晶注入後、注入口にエンドシール剤を塗布し封止して、第２の実施例の光偏向液晶セルを作製した。液晶として第１の実施例と同様なものを用いた。
【００５３】
第２の実施例では、プリズムの稜線を挟んで一方の面の底角が９０°であり、他方の面の底角が４５°である。底角９０°の面は、光偏向液晶セルに入射する光線の進行方向とほぼ平行となるので、光線を屈折させる界面として働かず、底角４５°の面が、光線を屈折させる界面として働く。このため、第２の実施例の光偏向液晶セルを用いると、印加電圧オフ時に、進行方向を曲げられず透過する水平方向偏光と、一方に曲げられた垂直方向偏光との２本の光が得られることになる。
【００５４】
図６（Ａ）は、第２の実施例の光偏向液晶セルの概略平面図である。多数の細長いプリズム３３ａが、ストライプ状に配置されている。プリズム層３３の形成されている領域はカマボコ型であり、その寸法は、例えば、プリズム３３ａの並ぶ方向（図６（Ａ）の横方向、カマボコ型の底辺方向）が８０ｍｍであり、プリズム３３ａの長さ方向（図６（Ａ）の縦方向、カマボコ型の高さ方向、ただし出っ張りを含まない部分の寸法）が５０ｍｍである。
【００５５】
図６（Ｂ）は、第２の実施例の光偏向液晶セルの写真である。基板を傾けた状態の光偏向液晶セルの向こう側に配置された直線を観察している。光偏向液晶セルは高い透過率を示し、光偏向液晶セルの向こう側にある直線が、光偏向液晶セルをそのまま透過する偏光成分による像と、曲げられて透過する偏光成分による像の２本に分離して見え、光偏向液晶セルを透過する光の約半分が曲げられずにそのまま透過し、残りの約半分が横方向に曲げられていることがわかる。
【００５６】
第２の実施例の光照射装置は、図２を参照して説明した光照射装置の光偏向液晶セル２１として、第２の実施例の光偏向液晶セルを用いるものである。第１の実施例の光照射装置と同様に、プリズムの長さ方向が鉛直方向となるように、光偏向液晶セル２１が配置される。
【００５７】
次に、第２の実施例の光照射装置の配光状態を調べた実験について説明する。
【００５８】
図７は、この実験の測定系の写真である。画面奥から順に、光源と光偏向液晶セルとが配置され、さらに手前に、光偏向液晶セルを透過した光が照射されるスクリーンが配置されている。スクリーン上の像を観察した。
【００５９】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、それぞれ、印加電圧オフ時の像を示す写真、及び印加電圧２０Ｖでの像を示す写真である。印加電圧オフ時に２本に分離していた光のうち、相対的に右側（以下単に右側と呼ぶ）の光の照射位置が、印加電圧増加につれ、相対的に左側（以下単に左側と呼ぶ）の光の照射位置に近づき、印加電圧が２０Ｖに達すると、左側の光の照射位置と一致した。すなわち、印加電圧２０Ｖで光照射装置から１本の光が照射されるようになった。左側の光は、光偏向液晶セルをほぼまっすぐ透過している。
【００６０】
光偏向液晶セルとスクリーンとの間に偏光板を挿入して、印加電圧オフ時に左右に分かれた２本の光の偏光状態を調べた。
【００６１】
図８（Ｃ）に示すように、透過軸が水平方向となるように偏光板を挿入した場合は、左側の像はほとんど光量変化がなかったが、右側の像はほとんど観察されなくなった。一方、図８（Ｄ）に示すように、透過軸が垂直方向となるように偏光板を挿入したときは、右側の像はほとんど光量変化がなかったが、左側の像はほとんど観察されなくなった。すなわち、左側の光は水平方向偏光であり、右側の光は垂直方向偏光であった。
【００６２】
図８（Ａ）〜図８（Ｄ）を参照して説明した結果から、水平方向偏光が、電圧の印加無印加に関わらずそのまま直進し、垂直方向偏光が、電圧オフ時には曲げられ、充分に高い電圧印加時は水平方向偏光といっしょの方向に照射されることがわかる。なお、印加電圧オフ時に垂直方向偏光が曲げられる角度を測定したところ約１２°であった。
【００６３】
さらに、スクリーンを外し、光偏向液晶セルを透過した光が入射する位置に、水平にガラス板を配置して、ガラス板表面による光の反射状態を調べた。
【００６４】
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、それぞれ、水平方向偏光の反射状態を示す写真、及び垂直方向偏光の反射状態を示す写真である。水平方向偏光は強く反射されているのに対し、垂直方向偏光はそれほど強く反射されていないことがわかる。水平なガラス板表面に対し、水平方向偏光は、入射面に垂直なＳ偏光成分となり、垂直方向偏光は、入射面に平行なＰ偏光成分となる。
【００６５】
図１３は、反射面への入射角度に対するＳ偏光成分及びＰ偏光成分の反射率の関係を示す一般的なグラフの例である。曲線Ｒｓ及びＲｐが、それぞれ、Ｓ偏光成分及びＰ偏光成分の反射率を示す。Ｐ偏光成分は、Ｓ偏光成分に比べて、反射率が小さく、また、特定の角度φｂ（ブリュースター角）で反射率０を取りうる。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示した例では、垂直方向偏光の反射率が、水平方向偏光の反射率より低くなる。  
【００６６】
以上説明したように、第２の実施例の光照射装置でも、第１の実施例の光照射装置と同様に、水平方向偏光によりまっすぐ前方を照らし、垂直方向偏光により水平方向偏光の照射範囲の脇を照らす配光状態を得ることができる。さらに、印加電圧を切り替えることにより、水平方向偏光と垂直方向偏光の両方によりまっすぐ前方を照らす配光状態を得ることができる。
【００６７】
また、水平方向偏光の照射範囲の脇を照らす垂直方向偏光は、特に水平な反射面に対して、水平方向偏光よりも反射しづらい（なお、これは、第１の実施例の光照射装置でも同様となる）。
【００６８】
次に、第３及び第４の実施例として、自動車等車両用の前照灯（ヘッドライトや補助ライト等）について説明する。光偏向液晶セルとして、例えば第２の実施例のものが用いられる。
【００６９】
図１０は、第３の実施例の前照灯を示す概略上面断面図である。高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ５１から放出された光線が、楕円型リフレクタ５２で反射され、楕円型リフレクタ５２の焦点に配置されたシェード５３に集光される。シェード５３を透過した光線が、レンズ５４でほぼ平行光にされて、実施例の光偏向液晶セル５５に入射する。光偏向液晶セル５５を透過した光がカバー５６を介して照射される。
【００７０】
図１１は、第４の実施例の前照灯を示す概略側面断面図である。発光ダイオード（ＬＥＤ）６１から放出された光線が、リフレクタ６２で反射され、ほぼ平行光にされ、インナーレンズ６３を介して実施例の光偏向液晶セル６４に入射する。光偏向液晶セル６４を透過した光がカバー６５を介して照射される。
【００７１】
これらの前照灯では、まっすぐ前方を特に強く照射したいとき、水平方向偏光と垂直方向偏光の両方がまっすぐ前方を照らす配光状態とする。対向車や歩行者等を確認しやすくするために、まっすぐ前方から少し横方向も照らしたいときは、垂直方向偏光を曲げて水平方向偏光の脇を照らす配光状態とする。
【００７２】
対向車や歩行者に向けられる光が、垂直方向偏光である。例えば雨天時等、路面が濡れて反射しやすい状態となっていたときでも、対向車や歩行者に向けられた光が、路面で反射しづらい。これにより、路面で反射した光により対向車のドライバーや歩行者が眩しさを感じることを抑制できる。アダプティブフロントライティングシステム（ＡＦＳ）の悪天候モードに採用したとき、大きな効果が期待される。
【００７３】
なお、上記実施例では、光偏向液晶セルのプリズムが形成されていない側の基板を光入射側に配置し、プリズムが形成された側の基板を光出射側に配置したが、この反対の配置としても光偏向を行うことは可能である。ただし、プリズムを形成していない基板側から光を入射した場合の方が、投影される像の形状がシャープである。
【００７４】
なお、上記実施例では、上下基板間で液晶分子が平行配向状態となる場合について説明したが、上下基板間で直交配向等の捩れ配向でも構わない。液晶中にカイラル剤を添加することや、上下基板間で配向処理方向を変えること等により、捩れ配向を形成することができる。
【００７５】
図１２を参照して、捩れ配向とした光偏向液晶セルの動作例について考察する。この例では、入射側のプリズムが形成されていない基板との界面の液晶分子が水平面に対して水平方向に配向しており、出射側のプリズムとの界面の液晶分子は水平面に対して垂直方向に配向しており、９０°の捩れ配向となっている。
【００７６】
光偏向液晶セルへの入射時の水平方向偏光Ｐｈｉが、液晶層を透過して垂直方向偏光Ｐｖｏとなってプリズムとの界面に入射する。この光は、偏光方向が液晶分子長軸方向に対して平行なので、プリズム界面での屈折率差で進行方向を曲げられて光偏向液晶セルから出射する。
【００７７】
一方、光偏向液晶セルへの入射時の垂直方向偏光Ｐｖｉが、液晶層を透過して水平方向偏光Ｐｈｏとなってプリズムとの界面に入射する。この光は、偏光方向が液晶分子長軸方向に対して垂直なので、プリズム界面で屈折率差がなく曲げられずに光偏向液晶セルから出射する。
【００７８】
プリズム界面の液晶分子の長軸が、プリズムの長さ方向に揃っていることにより、光偏向液晶セルから出射する時点の垂直方向偏光を曲げることができる。
【００７９】
なお、９０°捩れ配向で入射側にプリズムが配置され、プリズムの長さ方向が水平方向に設定されている例も考えられる。
【００８０】
液晶分子が基板に対し平行に倒れているときの、プリズム界面での液晶分子の長軸方向は、プリズムの長さ方向に揃えたい。このために、ラビング等の配向処理を行うことができる。なお、第１の実施例で説明したように、配向処理は必ずしも行わなくてよい。例えば、液晶をプリズムの長さ方向に真空注入することにより、所望の液晶分子配向を得やすい。なお、液晶層の注入方法は真空注入に限らず、例えばＯｎｅ Ｄｒｏｐ Ｆｉｌｌ（ＯＤＦ）法を用いることもできる。ただし、ＯＤＦ法の場合は、ラビング等の配向処理を行うことが好ましい。
【００８１】
液晶分子長軸方向を、プリズム長さ方向に揃えるための構造を、配向構造と呼ぶこととする。例えば、プリズム層に、プリズム長さ方向にラビングを施す場合は、ラビングを施したプリズム層が配向構造となる。また、配向処理を施さずとも、例えば、液晶をプリズムの長さ方向に真空注入した場合は、注入時に長軸がプリズム長さ方向に向くように流れた液晶分子がプリズム表面にアンカーされて、これが配向構造となっているものと推測される。
【００８２】
なお、上記実施例では、断面が三角形状のプリズムを例示したが、プリズム形状はこれに限らない。例えば、サインカーブ状の断面形状のプリズムとすることもできる。
【００８３】
なお上記実施例では、プリズムのピッチが４０μｍまたは２０μｍの例を説明したが、プリズムのピッチは、１０μｍ〜１００μｍの範囲であれば好適である。
【００８４】
なお、上記実施例では、光偏向液晶セルにΔεが正の液晶を用いたが、Δεが負の液晶を用いることも考えられる。Δεが正の液晶の場合と概ね反対の挙動が期待される。つまり、電圧無印加時に、光偏向液晶セルから出射する垂直方向偏光及び水平方向偏光の両方をほぼ同じ方向に出射させ、電圧印加時に、水平方向偏光の進行方向から垂直方向偏光を曲げることができる。プリズムの長さ方向に液晶分子が倒れ込むように、例えば、プリズム層のラビングによりプレチルト角を付与することができる。
【００８５】
なお、上記実施例では、ベタパターンの透明電極を例示したが、透明電極は必要に応じてパターニングされたものを用いることができる。例えば、片方の側から端子を取りたい場合は、パターニングを行う。また、メインシール部分の上下両方には電極が配置されていない構造の方が、液晶層劣化抑制等の点から好ましい。
【００８６】
なお、光照射装置に用いる光源として、ＨＩＤランプ、ＬＥＤの他に、例えば電界放射（ＦＥ）光源、蛍光灯等が考えられる。点光源を用いると、光を平行化しやすく、光偏向液晶セルに平行光線束を入射させて、方向の揃った照射光を得やすい。この観点からは、光源にＬＥＤを用いることが好ましい。
【００８７】
なお、実施例の光偏向液晶セルは、偏光板を用いる液晶光学素子に比べ高透過率であり、９０％以上、反射防止コーティングを行えば９５％以上の透過率を得ることが可能である。
【００８８】
実施例の光照射装置は、例えば、自動車用（普通乗用車、軽自動車、トラック、バス等）の灯具（前照灯、補助灯、フォグランプ、コーナリングライト）や、二輪用（オートバイ、自転車等）の灯具に適用できる。さらに、一般照明器具（屋内照明、街路灯、懐中電灯）等に応用してもよい。
【００８９】
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。例えば、種々の変更、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。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の第１の実施例の光偏向液晶セルの概略断面図であり、図１（Ｂ）は、プリズム層を形成したガラス基板の写真である。
【図２】図２は、実施例の光照射装置の構成を示すダイアグラムである。
【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は、第１の実施例の光照射装置の配光状態を示す写真であり、図３（Ｅ）及び図３（Ｆ）は、偏光状態を示す概略図である。
【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、それぞれ、第１の実施例の光偏向液晶セルを透過する光線の、印加電圧オフ時の光路を示す概略断面図、及び、充分高い電圧印加時の光路を示す概略断面図である。
【図５】図５（Ａ）は、第２の実施例の光偏向液晶セルの概略断面図であり、図５（Ｂ）は、第２の実施例のプリズム層の概略斜視図である。
【図６】図６（Ａ）は、第２の実施例の光偏向液晶セルの概略平面図であり、図６（Ｂ）は、第２の実施例の光偏向液晶セルの写真である。
【図７】図７は、第２の実施例の光照射装置の配光状態を調べた実験の測定系の写真である。
【図８】図８（Ａ）〜図８（Ｄ）は、第２の実施例の光照射装置の配光状態を示す写真である。
【図９】図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、それぞれ、第２の実施例の光照射装置から出射した水平方向偏光の反射状態を示す写真、及び垂直方向偏光の反射状態を示す写真である。
【図１０】図１０は、第３の実施例の前照灯を示す概略上面断面図である。
【図１１】図１１は、第４の実施例の前照灯を示す概略側面断面図である。
【図１２】図１２は、捩れ配向の光偏向液晶セルを透過する光線の光路を示す概略断面図である。
【図１３】図１３は、Ｓ偏光成分及びＰ偏光成分の入射角度に対する反射率を示す一般的なグラフの例である。
【符号の説明】
【００９１】
１、１１、３１、４１  ガラス基板
２、１２、３２、４２  透明電極
３、３３  プリズム層
３ａ、３３ａ  プリズム
３ｂ、３３ｂ  ベース層
４、３４  メインシール剤
１５、４５  ギャップコントロール剤
６、３６  液晶層
４７  配向膜
２０  光源
２１  光偏向液晶セル
２２  制御装置
５１  ＨＩＤランプ
５２  楕円型リフレクタ
５３  シェード
５４  レンズ
５５  光偏向液晶セル
５６  カバー
６１  ＬＥＤ
６２  リフレクタ
６３  インナーレンズ
６４  光偏向液晶セル
６５  カバー
【図２】
0005210682.tif 000002
【図４】
0005210682.tif 000003
【図５】
0005210682.tif 000004
【図１０】
0005210682.tif 000005
【図１１】
0005210682.tif 000006
【図１２】
0005210682.tif 000007
【図１３】
0005210682.tif 000008
【図１】
0005210682.tif 000009
【図３】
0005210682.tif 000010
【図６】
0005210682.tif 000011
【図７】
0005210682.tif 000012
【図８】
0005210682.tif 000013
【図９】
0005210682.tif 000014