車両用灯具
【課題】機械的な作動部を用いずに照射光を制御でき、かつ光利用効率を高めることが可能な車両用灯具を提供する。
【解決手段】車両用灯具は、光源1と、光源からの光の進路中に配置され、当該光のほぼ全ての成分を同一の振動方向の偏光に変換する偏光変換素子4と、偏光変換素子からの偏光の進路中に配置され、当該偏光の進路を制御する光学素子5、を含む。光学素子は、対向配置された第１基板及び第２基板、第１基板上に配置された第１電極、第２基板上に配置された第２電極、第１基板と第２基板の間に配置された液晶層、および第１基板と液晶層との間に配置されたプリズムアレイを有する。
【解決手段】車両用灯具は、光源1と、光源からの光の進路中に配置され、当該光のほぼ全ての成分を同一の振動方向の偏光に変換する偏光変換素子4と、偏光変換素子からの偏光の進路中に配置され、当該偏光の進路を制御する光学素子5、を含む。光学素子は、対向配置された第１基板及び第２基板、第１基板上に配置された第１電極、第２基板上に配置された第２電極、第１基板と第２基板の間に配置された液晶層、および第１基板と液晶層との間に配置されたプリズムアレイを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶素子等の光学素子を用いて構成される車両用灯具に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００６−３４１６９６号公報（特許文献１）には、投影レンズ、光源、光源からの照射光を反射するリフレクタ、リフレクタからの光の一部を遮光する可動シェード、この可動シェードを動作させるアクチュエータ等を備えた車両用灯具が開示されている。この車両用灯具においては、可動シェードの位置を制御することによって、いわゆるハイビームとロービームの切り替えが実行される。
【０００３】
しかしながら、上記文献に開示される先行例においては、機械的な作動部を用いて照射光の状態（例えばハイビームとロービーム）を切り替えるので、動作不良を生じやすいという不都合がある。また、可動シェードによって光の一部を遮る場合があることから、光利用効率が低いという点でも未だ改良の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１３６８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明に係る具体的態様は、機械的な作動部を用いずに照射光を制御でき、かつ光利用効率を高めることが可能な車両用灯具を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る一態様の車両用灯具は、（ａ）光源と、（ｂ）上記光源からの光の進路中に配置され、当該光のほぼ全ての成分を同一の振動方向の偏光に変換する偏光変換素子と、（ｃ）上記偏光変換素子からの上記偏光の進路中に配置され、当該偏光の進路を制御する光学素子、を含む。そして、上記光学素子は、対向配置された第１基板及び第２基板、上記第１基板上に配置された第１電極、上記第２基板上に配置された第２電極、上記第１基板と上記第２基板の間に配置された液晶層、および上記第１基板と上記液晶層の間に配置されたプリズムアレイを有する。
【０００７】
上記の車両用灯具においては、光学素子へ入射した偏光は、プリズムアレイと液晶層との屈折率差に応じた屈折角を与えられて光学素子から出射する。このとき、光学素子の液晶層へ与える電圧の大きさを適宜に設定して当該液晶層内の液晶分子の配向状態を制御することにより、上記の屈折角を自在に変化させることができる。したがって、機械的な作動部を用いずに照射光の進路を制御可能となる。また、光学素子へ入射させる偏光を発生させるための手段として、光源からの光のほぼ全ての成分を同一の振動方向に変換する偏光変換素子を用いているので、光の利用効率を高めることができる。
【０００８】
上記の車両用灯具においては、上記偏光変換素子から出射する上記偏光の振動方向と上記光学素子の上記液晶層における液晶分子の配向方向が略一致していることも好ましい。
【０００９】
それにより、光の利用効率を更に高めることができる。
【００１０】
上記の車両用灯具において、上記偏光変換素子は、例えば、対向する２面、上記２面の間に当該２面と略平行な一方向に沿って間欠的に配置された複数のプリズム部、上記２面の間に当該２面と略平行な一方向に沿って間欠的に配置された複数のミラー部、および上記２面のうち上記光学素子に近い側の面上に、上記複数のミラー部と重畳しないように間欠的に配置された複数のλ／２波長板を有する。
【００１１】
また、上記の車両用灯具は、上記偏光変換素子の前段に配置されたマイクロレンズアレイを更に備えることも好ましい。
【００１２】
それにより、光源からの光をより効率よく偏光変換素子へ入射させることが可能となるので、光利用効率を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態の車両用灯具の構成を示す図である。
【図２】偏光素子の詳細構造を説明するための模式的な上面図である。
【図３】光学素子の構造を示す模式的な断面図である。
【図４】プリズムアレイの模式的な斜視図を示す図である。
【図５】ロービームを照射する場合の車両用灯具の動作状態を示す図である。
【図６】ハイビームを照射する場合の車両用灯具の動作状態を示す図である。
【図７】光学素子の他の構成例を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、一実施形態の車両用灯具の構成を示す図である。詳細には、図１（ａ）は車両用灯具の上面図であり、図１（ｂ）は車両用灯具の側面図である。図１に示す本実施形態の車両用灯具は、光源１、反射部（リフレクタ）２、マイクロレンズアレイ３、偏光素子（偏光変換素子）４、光学素子（液晶素子）５を含んで構成されている。
【００１６】
光源１は、例えば高輝度ＬＥＤであり、図示しない駆動手段により駆動されて外部へ光を放出する。なお、光源１は、ＬＥＤ以外のもの、例えば白熱電球、ハロゲン電球、ＨＩＤ、ＦＥ光源、蛍光灯等であってもよい。
【００１７】
反射部２は、光源１の周囲に設けられている。光源１から出射した光の一部はこの反射部２で反射され、マイクロレンズアレイ３へ向けてほぼ一方向に進行する。なお、反射部２は省略されてもよい。
【００１８】
マイクロレンズアレイ３は、複数のマイクロレンズを配列して構成されており、光源１から出射する光の進路中に配置されている。マイクロレンズアレイ３によって集光された光は偏光素子４へ入射する。
【００１９】
偏光素子４は、マイクロレンズアレイ３を挟んで光源１の前方（光源１からの光の進行方向）に配置されている。光源１から出射し、マイクロレンズアレイ３によって集光された光が偏光素子４を通過することにより、当該光はそのほぼ全ての成分が同一の振動方向の直線偏光となる。偏光素子４の構造の詳細については後述する。
【００２０】
光学素子５は、外観上ほぼ透明な薄板状の素子であり、偏光素子４の前方に配置されている。この光学素子５は、図示しない駆動装置から供給される駆動信号に応じて、入射する光の進路を制御する。光学素子５の構造の詳細については後述する。
【００２１】
図２は、偏光素子４の詳細構造を説明するための模式的な上面図である。図２（ａ）に示すように、偏光素子（偏光プリズム）４は、対向する２面（第１面および第２面）の間に設けられた複数のプリズム部４１および複数のミラー部４２と、複数のλ／２波長板（１／２波長板）４３を備える。各プリズム部４１は、上記した２面に対して略４５度に傾いた斜面を有しており、当該２面と平行な一方向に沿って間欠的に配置されている。各ミラー部４２は、上記した２面に対して略４５度に傾いた斜面を有しており、当該２面と平行な一方向に沿って間欠的に配置されている。また、図示のように各プリズム部４１と各ミラー部４２は、上記した２面と平行な一方向に沿って交互に配置されている。各λ／２波長板４３は、上記した２面のうち光学素子５に近い側の面に、各ミラー部４２と重畳しないように間欠的に配置されている。また、図示のように偏光素子４は、各λ／２波長板４３とマイクロレンズアレイ３の各マイクロレンズの位置がほぼ対向するように配置されている。図２（ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ３の各マイクロレンズに入射した光は、各λ／２波長板４３の配置方向へ向けて集光される。
【００２２】
ここで、図２（ｃ）を用いて、偏光素子４に入射した光を同一の振動方向の直線偏光に変換される原理を説明する。マイクロレンズアレイ３に入射した光は、各プリズム部４１に集光される。すなわち、偏光素子４に入射した光（ランダム光）は、偏光素子４の内部において複数箇所に分散して集光される。各プリズム部４１に入射した光のうち、Ｓ偏光は各プリズム部４１の斜面で反射され、Ｐ偏光はそのまま透過する。各プリズム部４１の斜面で反射されたＳ偏光は、ミラー部４２へ入射し、当該ミラー部４２で反射され、Ｓ偏光のまま偏光素子４から出射する。一方、各プリズム部４１を透過したＰ偏光は、各λ／２波長板４３に入射し、当該λ／２波長板４３によってＳ偏光に変換されて偏光素子４から出射する。以上のように、原理上、偏光素子４へ入射した光の全成分はＳ偏光となって偏光素子４から出射する。このため、一般的な偏光素子を用いる場合に比べて光の利用効率を高めることができる。
【００２３】
図３は、光学素子５の構造を示す模式的な断面図である。なお、便宜上、一部構成を除いてハッチング記載を省略する。図５に示すように本実施形態の光学素子５は、第１基板５１、第１電極５２、プリズムアレイ５３、配向膜（第１配向膜）５４、第２基板５５、第２電極５６、配向膜（第２配向膜）５７、液晶層５８を含んで構成される。
【００２４】
第１基板５１および第２基板５５は、それぞれ、例えばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板である。第１基板５１と第２基板５５との相互間には、例えば多数のスペーサー（粒状体）が分散して配置されており、それらのスペーサーによって第１基板５１と第２基板５５との相互間隔が保たれる。
【００２５】
第１電極５２は、第１基板５１の一面側に設けられている。同様に、第２電極５６は、第２基板５５の一面側に設けられている。第１電極５２および第２電極５６、それぞれ、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜を用いて構成される。例えば本実施形態では、第１電極５２、第２電極５６ともに、基板一面に形成されている。なお、第１電極５２、第２電極５６は、適宜パターニングされていてもよい。
【００２６】
プリズムアレイ５３は、複数の微少な傾斜状の突起形状(プリズム)を一方向に配列して構成されている。図４にプリズムアレイ５３の模式的な斜視図を示す。図４のように、本実施形態における各プリズムの断面形状は直角三角形（例えば頂角７５°、底角が１５°と９０°）である。また、各プリズムの配置ピッチＰは例えば２０μｍ程度、高さｔは例えば５．２μｍ程度である。図４に示すように、プリズムアレイ５３は、上面側から見るとスリット形状に形成されている。このプリズムアレイ５３は、例えば耐熱性および密着性に優れた樹脂材料を成形することにより得られる。プリズムアレイ５３の成形方法の詳細については後述する。
【００２７】
配向膜５４は、第１基板５１の一面側に、第１電極５２およびプリズムアレイ５３を覆うようにして設けられている。また、配向膜５７は、第２基板５５の一面側に、第２電極５６を覆うようにして設けられている。本実施形態においては、配向膜５４および配向膜５７として、液晶層５８の液晶分子の初期状態（電圧無印加時）における配向状態を水平配向状態に規制するもの（水平配向膜）が用いられている。これらの配向膜５４、５７に対しては、所定の配向処理（ラビング処理、光配向処理等）が施されている。図４に示したように、第１基板５１の配向膜５４には、プリズムアレイ５３の各プリズムの長手方向（延在方向）とほぼ直交する方向に配向処理が施されている。また、第２基板５５の配向膜５７に対しても一方向に配向処理が施されている。そして、第１基板５１と第２基板５５は、各々の配向膜に施された配向処理がアンチパラレルの関係になるように配置されている。
【００２８】
液晶層５８は、第１基板５１の一面と第２基板５５の一面の相互間に設けられている。本実施形態においては、誘電率異方性Δεが正（Δε＞０）、屈折率異方性Δｎが０．２９８程度のネマティック液晶材料を用いて液晶層５８が構成されている。液晶層５８に図示された太線は、液晶層５８内の液晶分子を模式的に示したものである。図示のように、電圧無印加時における液晶分子は、第１基板５１および第２基板５５の各基板面に対して所定のプレチルト角を有してほぼ水平に配向する。
【００２９】
図３に示す光学素子５においては、第１電極５２および第２電極５６を介して液晶層５８に電圧を印加することにより液晶分子の配列が変化する。これにより、液晶層５８の屈折率値が変化するため、複数の微少な傾斜状の突起形状であるプリズムアレイ５３と液晶層５８との界面を透過する光の屈折角が変化する（スネルの法則）。液晶層５８へ印加される電圧を交流電圧とすることで、プリズムアレイ５３と液晶層５８との界面を通過する光の屈折角の大きさを変化させることができる。偏光素子４から出射する光の偏光方向と、液晶層５８における液晶分子の配向方向とをほぼ一致させておくことにより、光学素子５を透過する全ての光の屈折角を電気的に制御できる。屈折角の大きさは、プリズムアレイ５３の形状や液晶層５８の屈折率異方性の値等により一概にいえないが、上記した数値例で製造した光学素子５においては６°程度である。また、プリズムアレイ５３の斜面の傾斜角度を４５°にすると最大で１８°程度までの範囲で屈折角を変えることができる。
【００３０】
本実施形態の車両用灯具は上記の構成を備えており、次にその動作について詳細に説明する。
【００３１】
図５は、ロービーム（第１照射光）を照射する場合の車両用灯具の動作状態を示す図である。詳細には、図５（ａ）は車両用灯具の上面図であり、図５（ｂ）は車両用灯具の側面図である。光学素子５の液晶層５８に電圧を印加していない場合には、プリズムアレイ５３と液晶層５８との界面を通過する光の屈折角が相対的に大きくなる。それにより、図５（ｂ）の側面図に示すように、液晶層５８を透過する光の進路が下向きに変わる。すなわち、車両用灯具からロービームが照射される。
【００３２】
図６は、ハイビーム（第２照射光）を照射する場合の車両用灯具の動作状態を示す図である。詳細には、図６（ａ）は車両用灯具の上面図であり、図６（ｂ）は車両用灯具の側面図である。光学素子５の液晶層５８にしきい値以上の適宜な大きさの電圧を印加した場合には、プリズムアレイ５３と液晶層５８との界面を通過する光の屈折角が相対的に小さくなり、場合によっては屈折角がゼロとなる。それにより、図６（ｂ）の側面図に示す洋に、液晶層５８を透過する光の進路はほとんど変化しない。すなわち、車両用灯具からハイビームが照射される。
【００３３】
なお、上記ではロービームとハイビームを発生させる場合について例示したが、マイクロレンズアレイ３、偏光素子４および光学素子５の配置を適宜設定することにより、車両用灯具からの照射光の向きを、車両を基準として前方向または横方向のいずれかに変えることも可能である。この場合は、例えばＡＦＳ（Adaptive Front-lighting System）機能を搭載した前照灯として本実施形態の車両用灯具を用いることができる。
【００３４】
次に、本実施形態の車両用灯具における光学素子５の製造方法の一例について詳述する。
【００３５】
まず、第１基板５１および第２基板５５として用いるためのガラス基板を用意する。これらのガラス基板としては、予めＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などの透明導電材料からなる導電膜を有するものがより好ましい。例えば、厚さが１５００ÅのＩＴＯ膜を有し、板厚が０．７ｍｍ、ガラス材質が無アルカリガラスであるガラス基板を１セット用意する。第１基板５１、第２基板５５のそれぞれについて、ＩＴＯ膜を適宜パターニングすることにより、第１電極５２、第２電極５６を形成する。
【００３６】
次に、第１基板５１の第１電極５２上にプリズムアレイ５３を形成する。ここでは、断面が三角形状であり、そのピッチＰが２０ミクロン、高さｔが約５．２μｍ、頂角７５°、底角が１５°と９０°であり、上面から見るとスリット形状を有する金型（全体の大きさが例えば横８０ｍｍ×縦８０ｍｍ）を用いた樹脂成形によってプリズムアレイ５３を形成する。ここで、一般にプリズム用材料は耐熱性が低く、プリズムアレイ５３上に配向膜５４を形成する際の熱処理（例えば１８０℃以上）により特性が劣化してしまう場合が多い。これに対して、本実施形態では熱処理前後での透過率特性の低下がほとんど生じない光硬化性（紫外線硬化性）のアクリル系樹脂を用いる。ここで用いるアクリル系樹脂は、耐熱性だけでなくガラスへの密着性も優れているとともに金属には密着しにくい（離型性が良い）という性質を有しており、本実施形態のプリズムアレイ５３を形成する材料として好適である。なお、これ以外のエポキシ系の樹脂も耐熱性に優れており、適用可能と考えられる。
【００３７】
次いで、プリズムアレイ５３が形成された第１基板５１を洗浄機により洗浄する。洗浄は、例えば、アルカリ洗剤を用いたブラシ洗浄、純水洗浄、エアーブロー、紫外線（ＵＶ）照射、赤外線（ＩＲ）乾燥の順に行うことができるがこれに限定されない。高圧スプレー洗浄やプラズマ洗浄などを行ってもよい。
【００３８】
次いで、第１基板５１に配向膜５４を形成する。同様に、第２基板５５に配向膜５７を形成する。ここでは例えばポリイミドを配向膜として用いる。フレキソ印刷法、インクジェット法、スピンコート法、スリットコート法、スリット法とスピンコート法の組みあわせ等の適宜の方法で配向膜材料を第１基板５１上、第２基板５５上にそれぞれ適当な膜厚（例えば８００Å程度）で塗布し、熱処理（例えば１８０℃で１．５時間の焼成）を行う。そして、熱処理によって得られた配向膜５４、５７のそれぞれに対して配向処理を行う。ここでは配向処理として、例えばラビング処理を行うが、光配向処理等の配向処理であってもよい。また、この配向処理は、第１基板５１と第２基板５５とを重ね合わせたときに各基板上の液晶分子の配向方向がアンチパラレル配向になるように行う。また、上記したように配向膜５４に対する配向処理の方向は、プリズムアレイ５３の各プリズムの長手方向（延在方向）とほぼ直交する方向に設定される。
【００３９】
次いで、一方の基板（例えば第１基板５１）上に、ギャップコントロール剤を適量（例えば２〜５ｗｔ％）含んだメインシール剤を形成する。メインシール剤の形成は、例えばスクリーン印刷やディスペンサーによる。また、ギャップコントロール剤の径は、プリズムアレイ５３のベース層（本例では２０μｍ〜４０μｍ程度）とプリズムの高さ（本例では０より大きく５μｍ以下程度）を含め、液晶層５８の厚さが５μｍ〜１５μｍ程度となるように材料を選ぶことができる。本実施形態では、ギャップコントロール剤としてその径が５０μｍ程度のプラスチックボールを用いる。また、他方の基板（例えば第２基板５５）上にはギャップコントロール剤を散布する。例えば本実施形態では１０μｍ径のプラスチックボールを乾式のギャップ散布機によって散布する。
【００４０】
次いで、第１基板５１と第２基板５５とを重ね合わせ、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、メインシール剤を硬化させる。ここでは、例えば１５０℃で３時間の熱処理を行う。その後、第１基板５１と第２基板５５の間隙に液晶材料を充填することにより液晶層５８を形成する。液晶材料の充填は、例えば真空注入法によって行う。本実施形態では、誘電率異方性△εが正、屈折率異方性Δｎが０．２９８の液晶材料を用いる。液晶材料の注入後、その注入口にエンドシール剤を塗布し封止する。そして、封止後に適宜熱処理（例えば１２０℃で１時間）を行うことにより、液晶層５８の液晶分子の配向状態を整える。
【００４１】
以上により、内部に微小なプリズムアレイ５３を有する光学素子５が作製される。なお、本実施形態の光学素子５においてはプリズムアレイ５３と液晶層５８との界面での屈折率差を利用できることが重要である。このため、第１基板５１と第２基板５５の間隙（換言すればセル厚）は光学素子５の性能にほとんど影響を与えない。
【００４２】
ところで、上述した実施形態においては、第１電極５２の上側にプリズムアレイ５３を配置した光学素子５を用いていたが、プリズムアレイ上に第１電極を配置してもよい。上記したような高い耐熱性を有する樹脂材料を用いて形成されたプリズムアレイ上であれば、その上側にＩＴＯ等の透明導電材料からなる第１電極を設けることができる。以下、詳細に説明する。なお、車両用灯具の全体構成および動作は上記した実施形態の場合と同様であるのでここでは説明を省略する。
【００４３】
図７は、光学素子の他の構成例を示す模式的な断面図である。図７に示す光学素子５ａは、第１基板５１、第１電極５２ａ、プリズムアレイ５３ａ、配向膜５４ａ、第２基板５５、第２電極５６、配向膜５７、液晶層５８を含んで構成される。上記実施形態に係る光学素子５との相違点は、第１基板５１上にプリズムアレイ５３ａが形成され、その上側に第１電極５２ａ、配向膜５４ａが形成されている点である。それ以外の共通要素については詳細な説明を省略する。
【００４４】
次に、図７に示した光学素子５ａの製造方法の一例を詳述する。
【００４５】
まず、第１基板５１および第２基板５５として用いるためのガラス基板を用意する。本例では、第１基板５１としては導電膜を有しないガラス基板を用意する。また、第２基板５５としては、予めＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などの透明導電材料からなる導電膜を有するガラス基板を用意することが好ましい。
【００４６】
次いで、第１基板５１の一面上に、プリズムアレイ５３ａを形成する。プリズムアレイ５３ａの形成方法については上記した実施形態におけるプリズムアレイ５３の場合と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００４７】
次いで、第１基板５１のプリズムアレイ５３ａ上に、第１電極５２ａを形成する。例えば、まずプリズムアレイ５３ａが形成された第１基板５１を洗浄機にて洗浄する。洗浄方法としては、例えばアルカリ洗剤を用いたブラシ洗浄、純水洗浄、エアーブロー、ＵＶ照射、ＩＲ乾燥の順に行うことができるが、これに限定されない。高圧スプレー洗浄やプラズマ洗浄などを行ってもよい。その次に、プリズムアレイ５３ａ上に、第１電極５２ａとなるべき透明導電膜を形成する。本例ではプリズムアレイ５３ａ上にＩＴＯ膜を成膜する。
【００４８】
ここで、プリズムアレイ５３ａ上に直接にＩＴＯ膜を成膜してもよいが、ＩＴＯ膜の密着性をより向上させるために、プリズムアレイ５３ａ上に酸化珪素（ＳｉＯ２）膜を薄く形成することも好ましい。酸化珪素膜の形成は、例えばスパッタ法（交流放電）を用いて行うことができる。例えば、第１基板５１を８０℃に加熱しながら成膜を行うことにより、５００Å程度の膜厚の酸化珪素膜を形成する。それに引き続き、例えばスパッタ法（交流放電）にてＩＴＯ膜を形成する。例えば、第１基板５１を１００℃に加熱しながら成膜を行うことにより、約１０００Å程度の膜厚のＩＴＯ膜を形成する。このときＳＵＳマスクなどを用いて余分な所にはＩＴＯ膜が形成されないようにしてもよい。その後、必要に応じてＩＴＯ膜をパターニングすることにより、第１電極５２ａが得られる。なお、ここでは成膜方法の一例としてスパッタ法を挙げたが、真空蒸着法、イオンビーム法、化学気相堆積法（ＣＶＤ法）などの成膜方法を用いてもよい。
【００４９】
また、第２基板５５について、ＩＴＯ膜を適宜パターニングすることにより第２電極５６を形成する。例えば、ＩＴＯ膜付きのガラス基板を上記方法で洗浄した後に、一般的なフォトリソ工程を用いてＩＴＯ膜をパターニングする。エッチング方法としては、例えば第二塩化鉄を用いたウェットエッチングを採用できる。
【００５０】
次いで、第１基板５１、第２基板５５のそれぞれを洗浄機により洗浄する。洗浄方法としては、例えばアルカリ洗剤を用いたブラシ洗浄、純水洗浄、エアーブロー、ＵＶ照射、ＩＲ乾燥の順に行うことができるが、これに限定されない。高圧スプレー洗浄やプラズマ洗浄などを行ってもよい。
【００５１】
次いで、プリズムアレイ５３ａが形成された第１基板５１に配向膜５４ａを形成する。同様に、第２基板５５に配向膜５７を形成する。ここでは例えばポリイミドを配向膜として用いる。各配向膜５４ａ、５７の形成方法については上記した実施形態と同様であり、ここでは説明を省略する。この配向処理は、第１基板５１と第２基板５５とを重ね合わせたときに各基板上の液晶分子の配向方向がアンチパラレル配向になるように行う。
【００５２】
次いで、一方の基板（例えば第１基板５１）上に、ギャップコントロール剤を適量含んだメインシール剤を形成する。また、他方の基板（例えば第２基板５５）上にはギャップコントロール剤を散布する。本工程についてもその詳細は実施形態と同様であり、ここでは説明を省略する。
【００５３】
次いで、第１基板５１と第２基板５５とを重ね合わせ、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、メインシール剤を硬化させる。その後、第１基板５１と第２基板５５の間隙に液晶材料を充填することにより液晶層５８を形成する。液晶材料の注入後、その注入口にエンドシール剤を塗布し封止する。そして、封止後に適宜熱処理を行うことにより、液晶層５８の液晶分子の配向状態を整える。本工程についてもその詳細は第１実施形態と同様であり、ここでは説明を省略する。以上により図７に示した構成例の光学素子５ａが得られる。
【００５４】
本例の光学素子５ａにおいては、液晶層５８に印加する電圧の大きさは数ボルト程度で十分であり、上記実施形態の光学素子５に比較して駆動電圧の低電圧化が図られる。これは、光学素子５ａにおいては、第１基板５１上の第１電極５２ａと液晶層５８との間にプリズムアレイ５３ａが存在することなく、第１電極５２ａから直接的に液晶層５８へ電圧を印加できることが一因であると考え得る。
【００５５】
以上のように本実施形態の車両用灯具においては、光学素子へ入射した偏光は、プリズムアレイと液晶層との屈折率差に応じた屈折角を与えられて光学素子から出射する。このとき、液晶層へ与える電圧の大きさを適宜に設定して当該液晶層内の液晶分子の配向状態を制御することにより、上記の屈折角を自在に変化させることができる。したがって、機械的な作動部を用いずに照射光の進路を制御可能となる。また、光学素子へ入射させる偏光を発生させるための手段として、光源からの光のほぼ全ての成分を同一の振動方向に変換する偏光変換素子を用いているので、光の利用効率を高めることができる。
【００５６】
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。
【００５７】
例えば上記した実施形態においては、光学素子に含まれるプリズムアレイの断面形状を片ノコギリ状としていたが、当該形状はこれに限定されない。例えば、プリズムアレイの断面形状をピラミッド状とした場合には、光学素子の液晶層へ電圧を無印加のときには照射光が広がって進む状態となり、電圧を印加したときには照射光が集光した状態となるように、車両用灯具の照射光を制御できる。そのほか、プリズムアレイの形状等の条件を適宜に設定することにより、自在な配光設計を実現できる。
【００５８】
また、上記した実施形態においては、電圧無印加状態における液晶分子の配向モードが水平配向に設定された液晶層を有する光学素子が用いられていたが、液晶層の配向モードはこれに限定されない。
【符号の説明】
【００５９】
１…光源 ２…反射部 ３…マイクロレンズアレイ ４…偏光素子 ５、５ａ…光学素子 ４１…プリズム部 ４２…ミラー部 ４３…λ／２波長板（１／２波長板） ５１…第１基板 ５２、５２ａ…第１電極 ５３、５３ａ…プリズムアレイ ５４、５４ａ…配向膜（第１配向膜） ５５…第２基板 ５６…第２電極 ５７…配向膜（第２配向膜） ５８…液晶層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶素子等の光学素子を用いて構成される車両用灯具に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００６−３４１６９６号公報（特許文献１）には、投影レンズ、光源、光源からの照射光を反射するリフレクタ、リフレクタからの光の一部を遮光する可動シェード、この可動シェードを動作させるアクチュエータ等を備えた車両用灯具が開示されている。この車両用灯具においては、可動シェードの位置を制御することによって、いわゆるハイビームとロービームの切り替えが実行される。
【０００３】
しかしながら、上記文献に開示される先行例においては、機械的な作動部を用いて照射光の状態（例えばハイビームとロービーム）を切り替えるので、動作不良を生じやすいという不都合がある。また、可動シェードによって光の一部を遮る場合があることから、光利用効率が低いという点でも未だ改良の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１３６８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明に係る具体的態様は、機械的な作動部を用いずに照射光を制御でき、かつ光利用効率を高めることが可能な車両用灯具を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る一態様の車両用灯具は、（ａ）光源と、（ｂ）上記光源からの光の進路中に配置され、当該光のほぼ全ての成分を同一の振動方向の偏光に変換する偏光変換素子と、（ｃ）上記偏光変換素子からの上記偏光の進路中に配置され、当該偏光の進路を制御する光学素子、を含む。そして、上記光学素子は、対向配置された第１基板及び第２基板、上記第１基板上に配置された第１電極、上記第２基板上に配置された第２電極、上記第１基板と上記第２基板の間に配置された液晶層、および上記第１基板と上記液晶層の間に配置されたプリズムアレイを有する。
【０００７】
上記の車両用灯具においては、光学素子へ入射した偏光は、プリズムアレイと液晶層との屈折率差に応じた屈折角を与えられて光学素子から出射する。このとき、光学素子の液晶層へ与える電圧の大きさを適宜に設定して当該液晶層内の液晶分子の配向状態を制御することにより、上記の屈折角を自在に変化させることができる。したがって、機械的な作動部を用いずに照射光の進路を制御可能となる。また、光学素子へ入射させる偏光を発生させるための手段として、光源からの光のほぼ全ての成分を同一の振動方向に変換する偏光変換素子を用いているので、光の利用効率を高めることができる。
【０００８】
上記の車両用灯具においては、上記偏光変換素子から出射する上記偏光の振動方向と上記光学素子の上記液晶層における液晶分子の配向方向が略一致していることも好ましい。
【０００９】
それにより、光の利用効率を更に高めることができる。
【００１０】
上記の車両用灯具において、上記偏光変換素子は、例えば、対向する２面、上記２面の間に当該２面と略平行な一方向に沿って間欠的に配置された複数のプリズム部、上記２面の間に当該２面と略平行な一方向に沿って間欠的に配置された複数のミラー部、および上記２面のうち上記光学素子に近い側の面上に、上記複数のミラー部と重畳しないように間欠的に配置された複数のλ／２波長板を有する。
【００１１】
また、上記の車両用灯具は、上記偏光変換素子の前段に配置されたマイクロレンズアレイを更に備えることも好ましい。
【００１２】
それにより、光源からの光をより効率よく偏光変換素子へ入射させることが可能となるので、光利用効率を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態の車両用灯具の構成を示す図である。
【図２】偏光素子の詳細構造を説明するための模式的な上面図である。
【図３】光学素子の構造を示す模式的な断面図である。
【図４】プリズムアレイの模式的な斜視図を示す図である。
【図５】ロービームを照射する場合の車両用灯具の動作状態を示す図である。
【図６】ハイビームを照射する場合の車両用灯具の動作状態を示す図である。
【図７】光学素子の他の構成例を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、一実施形態の車両用灯具の構成を示す図である。詳細には、図１（ａ）は車両用灯具の上面図であり、図１（ｂ）は車両用灯具の側面図である。図１に示す本実施形態の車両用灯具は、光源１、反射部（リフレクタ）２、マイクロレンズアレイ３、偏光素子（偏光変換素子）４、光学素子（液晶素子）５を含んで構成されている。
【００１６】
光源１は、例えば高輝度ＬＥＤであり、図示しない駆動手段により駆動されて外部へ光を放出する。なお、光源１は、ＬＥＤ以外のもの、例えば白熱電球、ハロゲン電球、ＨＩＤ、ＦＥ光源、蛍光灯等であってもよい。
【００１７】
反射部２は、光源１の周囲に設けられている。光源１から出射した光の一部はこの反射部２で反射され、マイクロレンズアレイ３へ向けてほぼ一方向に進行する。なお、反射部２は省略されてもよい。
【００１８】
マイクロレンズアレイ３は、複数のマイクロレンズを配列して構成されており、光源１から出射する光の進路中に配置されている。マイクロレンズアレイ３によって集光された光は偏光素子４へ入射する。
【００１９】
偏光素子４は、マイクロレンズアレイ３を挟んで光源１の前方（光源１からの光の進行方向）に配置されている。光源１から出射し、マイクロレンズアレイ３によって集光された光が偏光素子４を通過することにより、当該光はそのほぼ全ての成分が同一の振動方向の直線偏光となる。偏光素子４の構造の詳細については後述する。
【００２０】
光学素子５は、外観上ほぼ透明な薄板状の素子であり、偏光素子４の前方に配置されている。この光学素子５は、図示しない駆動装置から供給される駆動信号に応じて、入射する光の進路を制御する。光学素子５の構造の詳細については後述する。
【００２１】
図２は、偏光素子４の詳細構造を説明するための模式的な上面図である。図２（ａ）に示すように、偏光素子（偏光プリズム）４は、対向する２面（第１面および第２面）の間に設けられた複数のプリズム部４１および複数のミラー部４２と、複数のλ／２波長板（１／２波長板）４３を備える。各プリズム部４１は、上記した２面に対して略４５度に傾いた斜面を有しており、当該２面と平行な一方向に沿って間欠的に配置されている。各ミラー部４２は、上記した２面に対して略４５度に傾いた斜面を有しており、当該２面と平行な一方向に沿って間欠的に配置されている。また、図示のように各プリズム部４１と各ミラー部４２は、上記した２面と平行な一方向に沿って交互に配置されている。各λ／２波長板４３は、上記した２面のうち光学素子５に近い側の面に、各ミラー部４２と重畳しないように間欠的に配置されている。また、図示のように偏光素子４は、各λ／２波長板４３とマイクロレンズアレイ３の各マイクロレンズの位置がほぼ対向するように配置されている。図２（ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ３の各マイクロレンズに入射した光は、各λ／２波長板４３の配置方向へ向けて集光される。
【００２２】
ここで、図２（ｃ）を用いて、偏光素子４に入射した光を同一の振動方向の直線偏光に変換される原理を説明する。マイクロレンズアレイ３に入射した光は、各プリズム部４１に集光される。すなわち、偏光素子４に入射した光（ランダム光）は、偏光素子４の内部において複数箇所に分散して集光される。各プリズム部４１に入射した光のうち、Ｓ偏光は各プリズム部４１の斜面で反射され、Ｐ偏光はそのまま透過する。各プリズム部４１の斜面で反射されたＳ偏光は、ミラー部４２へ入射し、当該ミラー部４２で反射され、Ｓ偏光のまま偏光素子４から出射する。一方、各プリズム部４１を透過したＰ偏光は、各λ／２波長板４３に入射し、当該λ／２波長板４３によってＳ偏光に変換されて偏光素子４から出射する。以上のように、原理上、偏光素子４へ入射した光の全成分はＳ偏光となって偏光素子４から出射する。このため、一般的な偏光素子を用いる場合に比べて光の利用効率を高めることができる。
【００２３】
図３は、光学素子５の構造を示す模式的な断面図である。なお、便宜上、一部構成を除いてハッチング記載を省略する。図５に示すように本実施形態の光学素子５は、第１基板５１、第１電極５２、プリズムアレイ５３、配向膜（第１配向膜）５４、第２基板５５、第２電極５６、配向膜（第２配向膜）５７、液晶層５８を含んで構成される。
【００２４】
第１基板５１および第２基板５５は、それぞれ、例えばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板である。第１基板５１と第２基板５５との相互間には、例えば多数のスペーサー（粒状体）が分散して配置されており、それらのスペーサーによって第１基板５１と第２基板５５との相互間隔が保たれる。
【００２５】
第１電極５２は、第１基板５１の一面側に設けられている。同様に、第２電極５６は、第２基板５５の一面側に設けられている。第１電極５２および第２電極５６、それぞれ、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜を用いて構成される。例えば本実施形態では、第１電極５２、第２電極５６ともに、基板一面に形成されている。なお、第１電極５２、第２電極５６は、適宜パターニングされていてもよい。
【００２６】
プリズムアレイ５３は、複数の微少な傾斜状の突起形状(プリズム)を一方向に配列して構成されている。図４にプリズムアレイ５３の模式的な斜視図を示す。図４のように、本実施形態における各プリズムの断面形状は直角三角形（例えば頂角７５°、底角が１５°と９０°）である。また、各プリズムの配置ピッチＰは例えば２０μｍ程度、高さｔは例えば５．２μｍ程度である。図４に示すように、プリズムアレイ５３は、上面側から見るとスリット形状に形成されている。このプリズムアレイ５３は、例えば耐熱性および密着性に優れた樹脂材料を成形することにより得られる。プリズムアレイ５３の成形方法の詳細については後述する。
【００２７】
配向膜５４は、第１基板５１の一面側に、第１電極５２およびプリズムアレイ５３を覆うようにして設けられている。また、配向膜５７は、第２基板５５の一面側に、第２電極５６を覆うようにして設けられている。本実施形態においては、配向膜５４および配向膜５７として、液晶層５８の液晶分子の初期状態（電圧無印加時）における配向状態を水平配向状態に規制するもの（水平配向膜）が用いられている。これらの配向膜５４、５７に対しては、所定の配向処理（ラビング処理、光配向処理等）が施されている。図４に示したように、第１基板５１の配向膜５４には、プリズムアレイ５３の各プリズムの長手方向（延在方向）とほぼ直交する方向に配向処理が施されている。また、第２基板５５の配向膜５７に対しても一方向に配向処理が施されている。そして、第１基板５１と第２基板５５は、各々の配向膜に施された配向処理がアンチパラレルの関係になるように配置されている。
【００２８】
液晶層５８は、第１基板５１の一面と第２基板５５の一面の相互間に設けられている。本実施形態においては、誘電率異方性Δεが正（Δε＞０）、屈折率異方性Δｎが０．２９８程度のネマティック液晶材料を用いて液晶層５８が構成されている。液晶層５８に図示された太線は、液晶層５８内の液晶分子を模式的に示したものである。図示のように、電圧無印加時における液晶分子は、第１基板５１および第２基板５５の各基板面に対して所定のプレチルト角を有してほぼ水平に配向する。
【００２９】
図３に示す光学素子５においては、第１電極５２および第２電極５６を介して液晶層５８に電圧を印加することにより液晶分子の配列が変化する。これにより、液晶層５８の屈折率値が変化するため、複数の微少な傾斜状の突起形状であるプリズムアレイ５３と液晶層５８との界面を透過する光の屈折角が変化する（スネルの法則）。液晶層５８へ印加される電圧を交流電圧とすることで、プリズムアレイ５３と液晶層５８との界面を通過する光の屈折角の大きさを変化させることができる。偏光素子４から出射する光の偏光方向と、液晶層５８における液晶分子の配向方向とをほぼ一致させておくことにより、光学素子５を透過する全ての光の屈折角を電気的に制御できる。屈折角の大きさは、プリズムアレイ５３の形状や液晶層５８の屈折率異方性の値等により一概にいえないが、上記した数値例で製造した光学素子５においては６°程度である。また、プリズムアレイ５３の斜面の傾斜角度を４５°にすると最大で１８°程度までの範囲で屈折角を変えることができる。
【００３０】
本実施形態の車両用灯具は上記の構成を備えており、次にその動作について詳細に説明する。
【００３１】
図５は、ロービーム（第１照射光）を照射する場合の車両用灯具の動作状態を示す図である。詳細には、図５（ａ）は車両用灯具の上面図であり、図５（ｂ）は車両用灯具の側面図である。光学素子５の液晶層５８に電圧を印加していない場合には、プリズムアレイ５３と液晶層５８との界面を通過する光の屈折角が相対的に大きくなる。それにより、図５（ｂ）の側面図に示すように、液晶層５８を透過する光の進路が下向きに変わる。すなわち、車両用灯具からロービームが照射される。
【００３２】
図６は、ハイビーム（第２照射光）を照射する場合の車両用灯具の動作状態を示す図である。詳細には、図６（ａ）は車両用灯具の上面図であり、図６（ｂ）は車両用灯具の側面図である。光学素子５の液晶層５８にしきい値以上の適宜な大きさの電圧を印加した場合には、プリズムアレイ５３と液晶層５８との界面を通過する光の屈折角が相対的に小さくなり、場合によっては屈折角がゼロとなる。それにより、図６（ｂ）の側面図に示す洋に、液晶層５８を透過する光の進路はほとんど変化しない。すなわち、車両用灯具からハイビームが照射される。
【００３３】
なお、上記ではロービームとハイビームを発生させる場合について例示したが、マイクロレンズアレイ３、偏光素子４および光学素子５の配置を適宜設定することにより、車両用灯具からの照射光の向きを、車両を基準として前方向または横方向のいずれかに変えることも可能である。この場合は、例えばＡＦＳ（Adaptive Front-lighting System）機能を搭載した前照灯として本実施形態の車両用灯具を用いることができる。
【００３４】
次に、本実施形態の車両用灯具における光学素子５の製造方法の一例について詳述する。
【００３５】
まず、第１基板５１および第２基板５５として用いるためのガラス基板を用意する。これらのガラス基板としては、予めＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などの透明導電材料からなる導電膜を有するものがより好ましい。例えば、厚さが１５００ÅのＩＴＯ膜を有し、板厚が０．７ｍｍ、ガラス材質が無アルカリガラスであるガラス基板を１セット用意する。第１基板５１、第２基板５５のそれぞれについて、ＩＴＯ膜を適宜パターニングすることにより、第１電極５２、第２電極５６を形成する。
【００３６】
次に、第１基板５１の第１電極５２上にプリズムアレイ５３を形成する。ここでは、断面が三角形状であり、そのピッチＰが２０ミクロン、高さｔが約５．２μｍ、頂角７５°、底角が１５°と９０°であり、上面から見るとスリット形状を有する金型（全体の大きさが例えば横８０ｍｍ×縦８０ｍｍ）を用いた樹脂成形によってプリズムアレイ５３を形成する。ここで、一般にプリズム用材料は耐熱性が低く、プリズムアレイ５３上に配向膜５４を形成する際の熱処理（例えば１８０℃以上）により特性が劣化してしまう場合が多い。これに対して、本実施形態では熱処理前後での透過率特性の低下がほとんど生じない光硬化性（紫外線硬化性）のアクリル系樹脂を用いる。ここで用いるアクリル系樹脂は、耐熱性だけでなくガラスへの密着性も優れているとともに金属には密着しにくい（離型性が良い）という性質を有しており、本実施形態のプリズムアレイ５３を形成する材料として好適である。なお、これ以外のエポキシ系の樹脂も耐熱性に優れており、適用可能と考えられる。
【００３７】
次いで、プリズムアレイ５３が形成された第１基板５１を洗浄機により洗浄する。洗浄は、例えば、アルカリ洗剤を用いたブラシ洗浄、純水洗浄、エアーブロー、紫外線（ＵＶ）照射、赤外線（ＩＲ）乾燥の順に行うことができるがこれに限定されない。高圧スプレー洗浄やプラズマ洗浄などを行ってもよい。
【００３８】
次いで、第１基板５１に配向膜５４を形成する。同様に、第２基板５５に配向膜５７を形成する。ここでは例えばポリイミドを配向膜として用いる。フレキソ印刷法、インクジェット法、スピンコート法、スリットコート法、スリット法とスピンコート法の組みあわせ等の適宜の方法で配向膜材料を第１基板５１上、第２基板５５上にそれぞれ適当な膜厚（例えば８００Å程度）で塗布し、熱処理（例えば１８０℃で１．５時間の焼成）を行う。そして、熱処理によって得られた配向膜５４、５７のそれぞれに対して配向処理を行う。ここでは配向処理として、例えばラビング処理を行うが、光配向処理等の配向処理であってもよい。また、この配向処理は、第１基板５１と第２基板５５とを重ね合わせたときに各基板上の液晶分子の配向方向がアンチパラレル配向になるように行う。また、上記したように配向膜５４に対する配向処理の方向は、プリズムアレイ５３の各プリズムの長手方向（延在方向）とほぼ直交する方向に設定される。
【００３９】
次いで、一方の基板（例えば第１基板５１）上に、ギャップコントロール剤を適量（例えば２〜５ｗｔ％）含んだメインシール剤を形成する。メインシール剤の形成は、例えばスクリーン印刷やディスペンサーによる。また、ギャップコントロール剤の径は、プリズムアレイ５３のベース層（本例では２０μｍ〜４０μｍ程度）とプリズムの高さ（本例では０より大きく５μｍ以下程度）を含め、液晶層５８の厚さが５μｍ〜１５μｍ程度となるように材料を選ぶことができる。本実施形態では、ギャップコントロール剤としてその径が５０μｍ程度のプラスチックボールを用いる。また、他方の基板（例えば第２基板５５）上にはギャップコントロール剤を散布する。例えば本実施形態では１０μｍ径のプラスチックボールを乾式のギャップ散布機によって散布する。
【００４０】
次いで、第１基板５１と第２基板５５とを重ね合わせ、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、メインシール剤を硬化させる。ここでは、例えば１５０℃で３時間の熱処理を行う。その後、第１基板５１と第２基板５５の間隙に液晶材料を充填することにより液晶層５８を形成する。液晶材料の充填は、例えば真空注入法によって行う。本実施形態では、誘電率異方性△εが正、屈折率異方性Δｎが０．２９８の液晶材料を用いる。液晶材料の注入後、その注入口にエンドシール剤を塗布し封止する。そして、封止後に適宜熱処理（例えば１２０℃で１時間）を行うことにより、液晶層５８の液晶分子の配向状態を整える。
【００４１】
以上により、内部に微小なプリズムアレイ５３を有する光学素子５が作製される。なお、本実施形態の光学素子５においてはプリズムアレイ５３と液晶層５８との界面での屈折率差を利用できることが重要である。このため、第１基板５１と第２基板５５の間隙（換言すればセル厚）は光学素子５の性能にほとんど影響を与えない。
【００４２】
ところで、上述した実施形態においては、第１電極５２の上側にプリズムアレイ５３を配置した光学素子５を用いていたが、プリズムアレイ上に第１電極を配置してもよい。上記したような高い耐熱性を有する樹脂材料を用いて形成されたプリズムアレイ上であれば、その上側にＩＴＯ等の透明導電材料からなる第１電極を設けることができる。以下、詳細に説明する。なお、車両用灯具の全体構成および動作は上記した実施形態の場合と同様であるのでここでは説明を省略する。
【００４３】
図７は、光学素子の他の構成例を示す模式的な断面図である。図７に示す光学素子５ａは、第１基板５１、第１電極５２ａ、プリズムアレイ５３ａ、配向膜５４ａ、第２基板５５、第２電極５６、配向膜５７、液晶層５８を含んで構成される。上記実施形態に係る光学素子５との相違点は、第１基板５１上にプリズムアレイ５３ａが形成され、その上側に第１電極５２ａ、配向膜５４ａが形成されている点である。それ以外の共通要素については詳細な説明を省略する。
【００４４】
次に、図７に示した光学素子５ａの製造方法の一例を詳述する。
【００４５】
まず、第１基板５１および第２基板５５として用いるためのガラス基板を用意する。本例では、第１基板５１としては導電膜を有しないガラス基板を用意する。また、第２基板５５としては、予めＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などの透明導電材料からなる導電膜を有するガラス基板を用意することが好ましい。
【００４６】
次いで、第１基板５１の一面上に、プリズムアレイ５３ａを形成する。プリズムアレイ５３ａの形成方法については上記した実施形態におけるプリズムアレイ５３の場合と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００４７】
次いで、第１基板５１のプリズムアレイ５３ａ上に、第１電極５２ａを形成する。例えば、まずプリズムアレイ５３ａが形成された第１基板５１を洗浄機にて洗浄する。洗浄方法としては、例えばアルカリ洗剤を用いたブラシ洗浄、純水洗浄、エアーブロー、ＵＶ照射、ＩＲ乾燥の順に行うことができるが、これに限定されない。高圧スプレー洗浄やプラズマ洗浄などを行ってもよい。その次に、プリズムアレイ５３ａ上に、第１電極５２ａとなるべき透明導電膜を形成する。本例ではプリズムアレイ５３ａ上にＩＴＯ膜を成膜する。
【００４８】
ここで、プリズムアレイ５３ａ上に直接にＩＴＯ膜を成膜してもよいが、ＩＴＯ膜の密着性をより向上させるために、プリズムアレイ５３ａ上に酸化珪素（ＳｉＯ２）膜を薄く形成することも好ましい。酸化珪素膜の形成は、例えばスパッタ法（交流放電）を用いて行うことができる。例えば、第１基板５１を８０℃に加熱しながら成膜を行うことにより、５００Å程度の膜厚の酸化珪素膜を形成する。それに引き続き、例えばスパッタ法（交流放電）にてＩＴＯ膜を形成する。例えば、第１基板５１を１００℃に加熱しながら成膜を行うことにより、約１０００Å程度の膜厚のＩＴＯ膜を形成する。このときＳＵＳマスクなどを用いて余分な所にはＩＴＯ膜が形成されないようにしてもよい。その後、必要に応じてＩＴＯ膜をパターニングすることにより、第１電極５２ａが得られる。なお、ここでは成膜方法の一例としてスパッタ法を挙げたが、真空蒸着法、イオンビーム法、化学気相堆積法（ＣＶＤ法）などの成膜方法を用いてもよい。
【００４９】
また、第２基板５５について、ＩＴＯ膜を適宜パターニングすることにより第２電極５６を形成する。例えば、ＩＴＯ膜付きのガラス基板を上記方法で洗浄した後に、一般的なフォトリソ工程を用いてＩＴＯ膜をパターニングする。エッチング方法としては、例えば第二塩化鉄を用いたウェットエッチングを採用できる。
【００５０】
次いで、第１基板５１、第２基板５５のそれぞれを洗浄機により洗浄する。洗浄方法としては、例えばアルカリ洗剤を用いたブラシ洗浄、純水洗浄、エアーブロー、ＵＶ照射、ＩＲ乾燥の順に行うことができるが、これに限定されない。高圧スプレー洗浄やプラズマ洗浄などを行ってもよい。
【００５１】
次いで、プリズムアレイ５３ａが形成された第１基板５１に配向膜５４ａを形成する。同様に、第２基板５５に配向膜５７を形成する。ここでは例えばポリイミドを配向膜として用いる。各配向膜５４ａ、５７の形成方法については上記した実施形態と同様であり、ここでは説明を省略する。この配向処理は、第１基板５１と第２基板５５とを重ね合わせたときに各基板上の液晶分子の配向方向がアンチパラレル配向になるように行う。
【００５２】
次いで、一方の基板（例えば第１基板５１）上に、ギャップコントロール剤を適量含んだメインシール剤を形成する。また、他方の基板（例えば第２基板５５）上にはギャップコントロール剤を散布する。本工程についてもその詳細は実施形態と同様であり、ここでは説明を省略する。
【００５３】
次いで、第１基板５１と第２基板５５とを重ね合わせ、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、メインシール剤を硬化させる。その後、第１基板５１と第２基板５５の間隙に液晶材料を充填することにより液晶層５８を形成する。液晶材料の注入後、その注入口にエンドシール剤を塗布し封止する。そして、封止後に適宜熱処理を行うことにより、液晶層５８の液晶分子の配向状態を整える。本工程についてもその詳細は第１実施形態と同様であり、ここでは説明を省略する。以上により図７に示した構成例の光学素子５ａが得られる。
【００５４】
本例の光学素子５ａにおいては、液晶層５８に印加する電圧の大きさは数ボルト程度で十分であり、上記実施形態の光学素子５に比較して駆動電圧の低電圧化が図られる。これは、光学素子５ａにおいては、第１基板５１上の第１電極５２ａと液晶層５８との間にプリズムアレイ５３ａが存在することなく、第１電極５２ａから直接的に液晶層５８へ電圧を印加できることが一因であると考え得る。
【００５５】
以上のように本実施形態の車両用灯具においては、光学素子へ入射した偏光は、プリズムアレイと液晶層との屈折率差に応じた屈折角を与えられて光学素子から出射する。このとき、液晶層へ与える電圧の大きさを適宜に設定して当該液晶層内の液晶分子の配向状態を制御することにより、上記の屈折角を自在に変化させることができる。したがって、機械的な作動部を用いずに照射光の進路を制御可能となる。また、光学素子へ入射させる偏光を発生させるための手段として、光源からの光のほぼ全ての成分を同一の振動方向に変換する偏光変換素子を用いているので、光の利用効率を高めることができる。
【００５６】
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。
【００５７】
例えば上記した実施形態においては、光学素子に含まれるプリズムアレイの断面形状を片ノコギリ状としていたが、当該形状はこれに限定されない。例えば、プリズムアレイの断面形状をピラミッド状とした場合には、光学素子の液晶層へ電圧を無印加のときには照射光が広がって進む状態となり、電圧を印加したときには照射光が集光した状態となるように、車両用灯具の照射光を制御できる。そのほか、プリズムアレイの形状等の条件を適宜に設定することにより、自在な配光設計を実現できる。
【００５８】
また、上記した実施形態においては、電圧無印加状態における液晶分子の配向モードが水平配向に設定された液晶層を有する光学素子が用いられていたが、液晶層の配向モードはこれに限定されない。
【符号の説明】
【００５９】
１…光源 ２…反射部 ３…マイクロレンズアレイ ４…偏光素子 ５、５ａ…光学素子 ４１…プリズム部 ４２…ミラー部 ４３…λ／２波長板（１／２波長板） ５１…第１基板 ５２、５２ａ…第１電極 ５３、５３ａ…プリズムアレイ ５４、５４ａ…配向膜（第１配向膜） ５５…第２基板 ５６…第２電極 ５７…配向膜（第２配向膜） ５８…液晶層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光の進路中に配置され、当該光のほぼ全ての成分を同一の振動方向の偏光に変換する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの前記偏光の進路中に配置され、当該偏光の進路を制御する光学素子、
を含み、
前記光学素子は、
対向配置された第１基板及び第２基板と、
前記第１基板上に配置された第１電極と、
前記第２基板上に配置された第２電極と、
前記第１基板と前記第２基板の間に配置された液晶層と、
前記第１基板と前記液晶層の間に配置されたプリズムアレイ、
を有する車両用灯具。
【請求項２】
前記偏光変換素子から出射する前記偏光の振動方向と前記光学素子の前記液晶層における液晶分子の配向方向が略一致している、請求項１に記載の車両用灯具。
【請求項３】
前記偏光変換素子は、
対向する２面と、
前記２面の間に当該２面と略平行な一方向に沿って間欠的に配置された複数のプリズム部と、
前記２面の間に当該２面と略平行な一方向に沿って間欠的に配置された複数のミラー部と、
前記２面のうち前記光学素子に近い側の面に、前記複数のミラー部と重畳しないように間欠的に配置された複数のλ／２波長板、
を有する、請求項１又は２に記載の車両用灯具。
【請求項４】
複数のマイクロレンズを有し、前記偏光変換素子の前段に配置されたマイクロレンズアレイを更に備える、請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用灯具。
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光の進路中に配置され、当該光のほぼ全ての成分を同一の振動方向の偏光に変換する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの前記偏光の進路中に配置され、当該偏光の進路を制御する光学素子、
を含み、
前記光学素子は、
対向配置された第１基板及び第２基板と、
前記第１基板上に配置された第１電極と、
前記第２基板上に配置された第２電極と、
前記第１基板と前記第２基板の間に配置された液晶層と、
前記第１基板と前記液晶層の間に配置されたプリズムアレイ、
を有する車両用灯具。
【請求項２】
前記偏光変換素子から出射する前記偏光の振動方向と前記光学素子の前記液晶層における液晶分子の配向方向が略一致している、請求項１に記載の車両用灯具。
【請求項３】
前記偏光変換素子は、
対向する２面と、
前記２面の間に当該２面と略平行な一方向に沿って間欠的に配置された複数のプリズム部と、
前記２面の間に当該２面と略平行な一方向に沿って間欠的に配置された複数のミラー部と、
前記２面のうち前記光学素子に近い側の面に、前記複数のミラー部と重畳しないように間欠的に配置された複数のλ／２波長板、
を有する、請求項１又は２に記載の車両用灯具。
【請求項４】
複数のマイクロレンズを有し、前記偏光変換素子の前段に配置されたマイクロレンズアレイを更に備える、請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用灯具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２５８５００（Ｐ２０１１−２５８５００Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３３８１９（Ｐ２０１０−１３３８１９）
【出願日】平成２２年６月１１日（２０１０．６．１１）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１１日（２０１０．６．１１）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]