DE102010047517A1

DE102010047517A1 - Licht emittierende Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Licht ablenkenden Flüssigkristallzelle

Info

Publication number: DE102010047517A1
Application number: DE102010047517A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Toko
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2009-10-06
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2011-08-04
Also published as: US20110080554A1; JP2011081985A; CN102032518B; KR20110037905A; CN102032518A; JP5612292B2

Abstract

Eine Licht emittierende Vorrichtung weist ein Laminat einer ersten und einer zweiten Licht ablenkenden Flüssigkristallzelle auf, eine Spannungsversorgung legt Spannungen an die Licht ablenkenden Flüssigkristallzellen an und ein optisches System wirft einfallendes Licht auf die erste Licht ablenkende Flüssigkristallzelle. Jede Zelle weist eine Prismaschicht mit einem Prisma auf, das sich in einer vorbestimmten Richtung erstreckt, einen Ausrichtungsfilm, der auf der Prismaschicht ausgebildet ist und eine Flüssigkristallschicht mit Flüssigkristallmolekülen. Längsachsenrichtungen der Flüssigkristallmoleküle sind in der vorbestimmten Richtung auf einer Schnittstelle zwischen dem Ausrichtungsfilm und der Flüssigkristallschicht in der ersten Zelle und einer Richtung orthogonal zu der vorbestimmten Richtung in der zweiten Zeile orientiert. Die Flüssigkristallzellen können die Richtung des Lichts durch Ablenken beider polarisierter Lichtkomponenten des einfallenden Lichts ändern.

Description

Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung 2009-232 308 , eingereicht am 6. Oktober 2009, wobei der gesamte Inhalt dieser Anmeldung durch Referenzierung in der vorliegenden Anmeldung enthalten ist.
Hintergrund der Erfindung
A) Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Licht emittierende Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Licht ablenkenden Flüssigkristallzelle und insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf eine Licht emittierende Vorrichtung, die die Richtung von Licht mittels einer Flüssigkristallzelle ablenkt und auf ein Verfahren zur Herstellung der Flüssigkristallzelle, die in der Licht emittierenden Vorrichtung verwendet wird.
B) Beschreibung der verwandten Technik
Eine Glühlampe, wie zum Beispiel eine Halogenlampe oder eine Hochintensitätsentladungslampe (HID), wie zum Beispiel eine Halogen-Metalldampflampe wird weit verbreitet als Lichtquelle für einen Fahrzeugscheinwerfer verwendet, welcher einer von mehreren Lampen für ein Fahrzeug ist. Seit kurzem wird in einem technischen Gebiet von Fahrzeugscheinwerfern darüber nachgedacht, Licht emittierende Dioden (LED) anstatt der Glühlampen und der HID Lampen zu verwenden. Die LED ist eine leichte und kleine Lichtquelle, die eine längere Lebensdauer aufweist und weniger elektrische Leistung benötigt als die oben beschriebenen konventionellen Lichtquellen; deshalb wird davon ausgegangen, dass dies die neuen Lichtquellen für Scheinwerfer sind.
Zwei Arten der Lichtverteilung, beispielsweise Abblendlicht und Fernlicht, werden für einen Fahrzeugscheinwerfer benötigt. Die folgenden Verfahren zum Umschalten der Lichtverteilung sind bekannt. Als ein erstes Verfahren zum Umschalten der Verteilung werden zwei verschiedene Lichtquellen verwendet, eine für das Fernlicht und eine für das Abblendlicht, die entsprechend der Lichtverteilungen umgeschaltet werden. Dieses Verfahren wird verbreitet bei Scheinwerfern angewendet, die eine Glühlampe verwenden. Als ein zweites Verfahren zum Umschalten der Verteilung wird ein beweglicher, Licht abschirmender Teil zum Umschalten der zwei Arten von Verteilungen verwendet. Dieses Verfahren ist weit verbreitet bei Scheinwerfern, die HID Lampen verwenden. Jedoch sind beim Verwenden derartiger Umschaltverfahren entweder zwei verschiedene Arten von Lichtquellen oder ein beweglicher, Licht abschirmender Teil notwendig; dadurch nimmt die Größe und das Gewicht eines Scheinwerfers zu.
Um dieses Problem zu lösen wird ein Umschaltverfahren, das ein optisches Flüssigkristall Element verwendet, wurde beschrieben. Beispielsweise offenbart das offen gelegte japanische Patent 2006-147377 (im Folgenden als Patentdokument 1 bezeichnet) eine Technik zum Ablenken von Licht durch die Verwendung einer Flüssigkristallzelle mit einem Prisma, das auf einer inneren Oberfläche von einem von einem Paar von Substraten, ausgebildet ist. Beim Umschalten vom Anlegen einer Spannung und nicht Anlegen einer Spannung wird der Brechungsindex einer Flüssigkristallschicht verändert, um die Richtung des Lichts umzuschalten (abzulenken). Jedoch kann die Technik die durch das Patentdokument 1 offenbart wird nur eine von zwei polarisierten Lichtkomponenten von Licht, das eine Flüssigkristallzelle beleuchtet, ablenken, deren Polarisationsrichtungen senkrecht zueinander stehen, wie in 10 und den Absätzen [0053] und [0016] in dem Patentdokument 1 gezeigt.
Das offen gelegte japanische Patent 2009-026641 (im Folgenden als Patentdokument 2 bezeichnet) offenbart eine Technik zum Beugen von viel Licht in einer Richtung, durch das Überlagern zweier Flüssigkristallzellen, deren Orientierungsrichtungen senkrecht zueinander sind. Jedoch kann die Technik, die durch das Patentdokument 2 offenbart wird, nicht das gesamte einfallende Licht beugen, wodurch etwas Licht gerade hindurch geht.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine Licht emittierende Vorrichtung bereitzustellen, die eine Lichtemissionsrichtung durch die Verwendung einer Flüssigkristallzelle zum Ablenken von beiden polarisierten Lichtkomponenten von einfallendem Licht ändern kann.
Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Licht emittierende Vorrichtung vorgesehen, die Folgendes aufweist: eine erste Licht ablenkende Flüssigkristallzelle, die durch Licht beleuchtet wird und ein paar von ersten und zweiten transparenten Substraten, die sich gegenüber liegen, ein paar von ersten und zweiten transparenten Elektroden, die auf dem ersten und dem zweiten transparenten Substrat ausgebildet sind und eine Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten transparenten Substrat anlegen, eine erste Prismaschicht, die auf dem ersten und dem zweiten transparenten Substrat ausgebildet ist und mit einem Prisma, das sich in einer ersten Richtung ausdehnt, einen ersten Ausrichtungsfilm, der auf der ersten Prismaschicht ausgebildet ist und zudem ein Ausrichtungsvorgang der in der ersten Richtung durchgeführt wird und eine erste Flüssigkristallschicht aufweist die zwischen dem ersten und dem zweiten transparenten Substrat angeordnet ist und das Flüssigkristallmoleküle aufweist, deren Längsachsenrichtung in der ersten Richtung einer Schnittstelle zwischen der ersten Flüssigkristallschicht und dem ersten Ausrichtungsfilm angeordnet ist, aufweist; eine zweite Licht ablenkende Flüssigkristallzelle, die durch das Licht, welches durch die erste Licht ablenkende Flüssigkristallzelle hindurch geht, beleuchtet wird, weist ein paar von dritten und vierten transparenten Substraten, die sich gegenüber liegen, auf, ein paar von dritten und vierten transparenten Elektroden, die auf dem dritten und dem vierten transparenten Substrat ausgebildet sind und eine Spannung zwischen dem dritten und dem vierten transparenten Substrat anlegen, eine zweite Prismaschicht, die auf dem dritten und dem vierten transparenten Substrat ausgebildet ist und ein Prisma, das sich in einer ersten Richtung ausdehnt aufweist, einen zweiten Ausrichtungsfilm, der auf der zweiten Prismaschicht ausgebildet ist und an dem ein Ausrichtungsprozess in einer zweiten Richtung orthogonal zu der ersten Richtung ausgeführt wird und eine zweite Flüssigkristallschicht, die zwischen dem dritten und dem vierten transparenten Substrat angeordnet ist und Flüssigkristallmoleküle aufweist, deren Längsachsenrichtung in der zweiten Richtung auf einer Schnittstelle zwischen der zweiten Flüssigkristallschicht und dem zweiten Ausrichtungsfilm angeordnet ist; eine Spannungsversorgung die die Spannung an die erste bis zur vierten transparenten Elektrode anlegt; und ein optisches System das Licht auf die erste Licht ablenkende Flüssigkristallzelle wirft.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Licht ablenkenden Flüssigkristallzelle vorgesehen, das die folgenden Schritte aufweist: Vorsehen eines Paares von transparenten Substraten; Ausbilden eines Paares von transparenten Elektroden auf dem Paar von transparenten Substraten, die eine Spannung an das Paar von transparenten Substraten Anlegen; Ausbilden einer Prismaschicht mit einem Prisma, das sich entlang einer ersten Richtung über einem von dem Paar von transparenten Substraten erstreckt; Ausbilden eines Ausrichtungsfilms auf der ersten Prismaschicht; Durchführen eines Ausrichtungsprozesses in der ersten Richtung zu dem Ausrichtungsfilm; Verbinden des Paares von transparenten Substraten mit einem Abstand zwischen ihnen; und Füllen von Flüssigkristall in den Abstand zwischen dem Paar von transparenten Substraten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Licht emittierende Vorrichtung, die eine Lichtemissionsrichtung durch die Verwendung einer Flüssigkristallzelle zum Ablenken von beiden polarisierten Lichtkomponenten von einfallendem Licht verändernd kann, vorgesehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Schnittansicht einer Licht ablenkenden Flüssigkristallzelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische, perspektivische Ansicht einer Prismaschicht.
3 ist eine schematische Draufsicht auf die Prismaschicht.
4A ist eine schematische, perspektivische Ansicht einer laminierten Zelle gemäß des Ausführungsbeispiels und 4B ist eine Fotografie der laminierten Zelle.
5 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Licht emittierende Vorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt.
6A und 6B sind Diagramme, die die Veränderungen in einer Abbildungsdarstellung von Licht durch das ein- und ausschalten der Spannung zeigt, wenn ein kreisförmiger Lichtstrom die laminierte Zelle 25 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beleuchtet.
7 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Licht ablenkende Flüssigkristallzelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Eine optische Randbedingung ist dadurch gegeben, dass ein Brechungsindex einer Längsachse von Flüssigkristallmolekülen größer ist als der Brechungsindex von Prismamaterial, wenn eine Flüssigkristallschicht oberhalb einer Prismaoberfläche ausgebildet ist, der Brechungsindex des Prismamaterials und der einer kürzeren Achse (Querachse) der Flüssigkristallmoleküle ungefähr gleich sind und der Brechungsindex der Längsachse größer ist als der der kürzeren Achse.
Die Form eines Flüssigkristallmoleküls ist lang und schmal und Licht, das in einer bestimmten Richtung (einer Längsachsenrichtung eines Flüssigkristallmoleküls) polarisiert ist, kann gebeugt (abgelenkt) werden, jedoch Licht, das in einer anderen Richtung (einer Querachsenrichtung eines Flüssigkristallmoleküls) polarisiert ist, passiert hindurch ohne gebeugt zu werden. Im Ergebnis ist das gebeugte (abgelenkte) Licht in einem linear polarisierten Zustand. Somit kann eine Schicht der Flüssigkristallzelle nur eine Hälfte des einfallenden Lichts steuern.
Mit einer Technik, die in der Beschreibung der japanischen Patentanmeldung 2008-321402 offenbart ist und durch den Erfinder der vorliegenden Erfindung erfunden wurde, kann das gesamte einfallende Licht gesteuert werden durch das Laminieren zweier Flüssigkristallzellen unter dem Steuern der Ausrichtungszustände der zweiten Zelle auf einer Schnittstelle zwischen einer Flüssigkristallschicht und einem Substrat nahe einer Einfallsebene derart, dass sie parallel zu einer Polarisationsrichtung des Lichts ist, das nicht durch die erste Zelle gebeugt wurde.
Jedoch existiert noch etwas Licht das nicht durch die beiden Zellen des oben beschriebenen Standes der Technik gebeugt wurde. Dies geschieht dadurch, dass kein Ausrichtungsfilm auf einer Prismaschicht ausgebildet ist und ein Ausrichtungsprozess (Schleifen) direkt auf der Prismaschicht ausgeführt wird. Es sei angemerkt dass die geschliffene Prismaschicht keine ausreichende Flüssigkristallorientierungsregelleistung aufweist und dadurch sind nicht alle Flüssigkristallmoleküle in der Schleifrichtung ausgerichtet.
Obwohl die Ausrichtungsregelleistung durch das Ausbilden eines Ausrichtungsfilms auf der Prismaschicht ausreichend sein kann, kann sich dieser verschlechtern, da der Wärmebeständigkeit eines Materials zum Ausbilden eines Prismas gering ist und sich dessen Eigenschaften durch einen Wärmebehandlungsprozess (180 bis 220°C) zum Ausbilden eines Ausrichtungsfilms aus Polyimid oder Ähnlichem, verschlechtern. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat Experimente durchgeführt und Material zum Ausbilden einer Prismaschicht gefunden, dessen Eigenschaften durch einen Wärmebehandlungsprozess zum Ausbilden eines Ausrichtungsfilms nicht verschlechtert werden.
In den Experimenten wurden Unterschiede in der Durchlässigkeit einer Vielzahl von Materialien zum Ausbilden einer Prismaschicht vor und nach einem Wärmebehandlungsprozess (2 Stunden bei 220°C) herausgefunden. Im Ergebnis zeigten Ultraviolettstrahlen (UV) aushärtbare Acryl Harze die gleiche Durchlässigkeit vor und nach dem Wärmebehandlungsprozess über annähernd den gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich obwohl die Durchlässigkeit nach dem Wärmebehandlungsprozess bei kurzen Wellenlängen geringfügig verringert war. Die UV aushärtbaren Acryl Harze haben nicht nur wärmebeständige Eigenschaften sondern besitzen auch eine gute Haftung an Glas und gute Ablöseeigenschaften von Metall; deshalb ist es vorteilhaft UV aushärtbare Acryl Harze als Material zum Ausbilden einer Prismaschicht zu verwenden, entsprechend den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
Darüber hinaus haben Epoxydharze gute Wärmebeständigkeitseigenschaften und können auch als Material zum Ausbilden einer Prismaschicht entsprechend den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Weiterhin können Polyimide als Material zum Ausbilden einer Prismaschicht gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Ein LCD Ausrichtungsfilm, der aus Polyimid oder Ähnlichem gebildet ist, kann auf einer Prismaschicht durch die Verwendung von Material (auf das ein Wärmebehandlungsprozess über 180°C angewendet wird) dessen Eigenschaften (insbesondere Durchlässigkeit) nicht wesentlich durch einen Wärmebehandlungsprozess über 180°C verändert wird, ausgebildet werden. In dieser Beschreibung bedeutet ein Zustand der die Eigenschalten (insbesondere Durchlässigkeit) nicht wesentlich verändert, ein Zustand bei dem die Änderung der Eigenschaften (insbesondere Durchlässigkeit) nach dem Wärmebehandlungsprozess nicht über 2% ist.
Das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben, in dem eine Prismaschicht durch die Verwendung von Material ausgebildet ist, dessen Eigenschaften (insbesondere Durchlässigkeit) nicht wesentlich durch einen Wärmebehandlungsprozess über 180°C (im folgenden als wärmebeständiges Prismamaterial bezeichnet) verändert wird. In dem ersten Ausführungsbeispiel wird eine laminierte Zelle durch das Laminieren einer ersten und einer zweiten Licht ablenkenden Flüssigkristallzelle hergestellt, wobei jede eine Prismaschicht aufweist, die auf einem von einem Paar von ITO Glas Substraten ausgebildet ist, unter Verwendung von hitzebeständigem Prismamaterial und einem Ausrichtungsfilm, der auf der Prismaschicht ausgebildet ist. Verfahren zur Herstellung der ersten und der zweiten Licht ablenkenden Flüssigkristallzelle werden im Folgenden beschrieben. Die Verfahren sind ähnlich zueinander obwohl diese unterschiedlich beschrieben werden.
1 ist eine schematische Schnittansicht einer Licht ablenkenden Flüssigkristallzelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Ein paar von Glas Substraten auf dem jeweils transparente Elektroden ausgebildet sind (ein Glas Substrat 1 auf dem eine transparente Elektrode 2 ausgebildet ist, ein Glas Substrat 11 auf dem eine transparente Elektrode 12 ausgebildet ist) wird bereitgestellt. Die Glas Substrate 1 und 11 weisen Dicken auf von 0,7 mm und sind aus nicht alkalischem Glas hergestellt. Die transparenten Elektroden 2 und 12 weisen eine Dicke auf von 150 nm und sind aus einem Indium Zinn Oxid (ITO) hergestellt und sind in einer gewünschten Form angeordnet.
Eine Prismaschicht 3 wird auf der transparenten Elektrode 2 auf dem Glas Substrat 1 ausgebildet. Die Prismaschicht 3 ist in einer Form ausgebildet, in der die Prismen 3a auf der Basisschicht 3b ausgerichtet sind. Die Dicke der Basisschicht 3b beträgt ungefähr 30 bis 40 μm.
2 ist eine schematische, perspektivische Schnittdarstellung der Prismaschicht 3 und eine vergrößerte Darstellung einer Schnittansicht des Prismas 3a ist auf der rechten Seite gezeigt. Jedes Prisma 3a ist in der Form eines dreieckigen Prismas mit einem Scheitelwinkel von ungefähr 75° und Basiswinkeln von ungefähr 15° und ungefähr 90° angeordnet. Eine Vielzahl der Prismen 3a sind in einer Richtung (im Folgenden als Prismenquerrichtung bezeichnet) senkrecht zu einer Richtung in der sich die Prismen 3a erstrecken (im Folgenden als Prismenlängsrichtung bezeichnet) ausgerichtet. Eine Höhe des Prismas 3a ist ungefähr 5,2 μm und die Länge der Basis (ein Abstand) des Prismas 3a ist ungefähr 20 μm.
3 ist eine schematische Draufsicht, die die Prismaschicht 3 über dem Glas Substrat 1 zeigt. Als erstes wird ein Ausbildungsverfahren der Prismaschicht 3 erläutert. Eine Gießform für die Prismaschicht 3 wird ausgebildet. Danach wird eine vorbestimmte Menge des wärmebeständigen Prismamaterials 3R (beispielsweise UV aushärtbares Acryl Harz) auf die Prisma Gießform aufgebracht, die mit einem Gießform Ablösungsmittel oder einem Beschichtungsmittel beschichtet wurde. Als nächstes wird die transparente Elektrode 2 auf dem Glas Substrat 1 (150 mm lang, 150 mm breit und 0,7 mm dick) auf der Prisma Gießform angeordnet, wobei durch das Anordnen eines dicken Quarzes auf der Rückseite des Substrats 1 die transparente Elektrode 2 abgestützt und in diesem Zustand gepresst wird. Eine Größe der Prisma Gießform (eine Größe des Prisma bildenden Bereichs) ist 80 mm lang und 80 mm breit.
Das wärmebeständige Prismenmaterial 3R wird ausreichend verteilt durch das unter Druck halten des Substrats für über 1 Minute und danach wird das hitzebeständige Prismenmaterial 3R mit 200 mJ/cm^2 UV Licht ausgehärtet. Eine Strahlungsmenge von UV Licht kann beliebig gewählt werden um das Harz auszuhärten. ITO hat die Eigenschaft UV Strahlen zu absorbieren, so dass der Betrag von UV Strahlung notwendigerweise geändert werden muss, wenn die Dicke der transparenten Elektroden verändert wird.
Nachdem das wärmebeständige Prismenmaterial 3R ausgehärtet ist, wird der Quarz und die Druck Einspannvorrichtung entfernt und das Glas Substrat 1 wird hoch gedrückt, um es von der Prisma Gießform abzulösen.
Eine Größe der Prismaschicht 3 wird durch das Steuern des Betrags von eingebrachtem wärmebeständigen Prismenmaterial 3R, eingestellt. Die Prismaschicht 3 wird in dem notwendigen Bereich A2 (60 mm lang und 60 mm breit) in dem gesamten Prisma ausbildenden Bereich A1 (80 mm lang und 80 mm breit) durch das Anpassen des Betrags von eingebrachtem wärmebeständigen Prismenmaterial 3R ausgebildet.
Kommen wir zurück zu 1 womit die Erklärung fortgesetzt wird. Das Glas Substrat 1 mit der Prismaschicht 3 wird mit einem Reiniger gesäubert. Eine Bürstenreinigung mit einem alkalischen Reinigungsmittel, eine Klarwasserreinigung, eine Luftgebläsereinigung, sowie UV Strahlung und IR Trocknung werden nacheinander ausgeführt. Ein Reinigungsverfahren ist nicht auf das oben beschriebene beschränkt und eine Hochdruckreinigung, eine Plasmareinigung oder Ähnliches kann ebenso verwendet werden.
Danach werden Ausrichtungsfilme 13 aus Polyimid oder Ähnlichem auf der transparenten Elektrode 12 eines weiteren Glas Substrats 11 und der Prismaschicht 13 des Glas Substrats 1 ausgebildet. Jeder Ausrichtungsfilm 13 wird durch das Ausbilden eines Films mit einer Dicke von 80 nm mit SE-410, das von der Nissan Chemical Industries, LTD. hergestellt wird, durch ein Flexoprintverfahren gebildet und wird für 1,5 Stunden bei 180°C gebacken. Nach dem Backen wird ein Schleifprozess auf den Ausrichtungsfilmen 13 ausgeführt. Die Schleifrichtungen auf den Ausrichtungsfilmen 13 auf der Prismaschicht 13 auf dem Glas Substrat 1 und auf der transparenten Elektrode 12 eines weiteren Glas Substrats 11 werden anti-parallel eingestellt wenn beide Glas Substrate 1 und 11 laminiert werden um eine laminierte Zelle zu bilden.
Der Schleifprozess auf dem Ausrichtungsfilm 13 und der Prismaschicht 3 der ersten Licht ablenkenden Flüssigkristallzelle 25a (4A) wird in einer x-Richtung ausgeführt (der ersten Richtung), die in 2 gezeigt ist, um die Längsachsenrichtung der Flüssigkristallmoleküle parallel zu einer Richtung auszurichten (im folgenden Prisma Richtung genannt) in der sich ein Grat des Prismas 3a erstreckt.
Der Schleifprozess auf dem Ausrichtungsfilm 13 auf der Prismaschicht 3 der zweiten Licht ablenkenden Flüssigkristallzelle 25b (4A) wird in einer y-Richtung ausgeführt (der zweiten Richtung), die wie in 2 gezeigt 90° zu der x-Richtung gedreht ist, um die Längsachsenrichtung der Flüssigkristallmoleküle senkrecht zu der Prisma Richtung auszurichten. Das bedeutet, der Schleifprozess wird von der linken Seite zu der rechten Seite in 1 und in einer Richtung ansteigend zu der Spitze des Prismas 3a von dem 15° Basiswinkel in der Schnittansicht ausgeführt.
Das bedeutet, der Schleifprozess auf dem Ausrichtungsfilm 13 auf der Prismaschicht 3 der ersten Licht ablenkenden Flüssigkristallzelle 25a (4A) wird parallel zu der Prisma Richtung ausgeführt und der Schleifprozess auf dem Ausrichtungsfilm 13 auf der Prismaschicht 3 der zweiten Licht ablenkenden Flüssigkristallzelle 25b (4A) wird senkrecht zu der Prisma Richtung ausgeführt.
Als nächstes wird ein Hauptabdichtungsraster 16, das zwei Gewichtsprozent bis fünf Gewichtsprozent Fugenregler enthält auf dem Glas Substrat 1 mit der Prismenschicht 3 ausgebildet. Siebdruck, ein Verteiler oder Ähnliches wird für die Anordnung des Hauptabdichtungsrasters 16 verwendet. Der Fugenregler wurde so ausgewählt, dass die Flüssigkristallschicht 15 eine Dicke von 10 bis 15 μm, inklusive der Dicke (2 bis 30 μm) der Basisschicht 3b und der Höhe (0 bis 5 μm) des Prismas 3a aufweist. Die Höhe der Prismaschicht 3 variiert von Position zu Position und damit variiert ebenfalls die Dicke der Flüssigkristallschicht 15 entsprechend.
In diesem Ausführungsbeispiel wurden Plastikkugeln mit einem Durchmesser von 30 μm, die von Sekisui Chemical Co., LTD. hergestellt wurden, als Fugenregler ausgewählt (Abstandshalter) und das Abdichtmittel ES-7500, das von Mitsui Chemicals hergestellt wurde, das mit den vier Gewichtsprozent des Fugenreglers angereichert wird, wird als Material für das Hauptabdichtungraster 16 verwendet.
Auf dem Glassubstrat 11 auf dem die Prismaschicht 3 nicht ausgebildet wurde, wurden Plastikkugeln mit einem Durchmesser von 17 μm, die von Sekisui Chemical Co., LTD. als Fugenregler (Abstandshalter) 14 hergestellt wurden, mittels einer Trocken Typ Abstandshalter Aufsprühvorrichtung aufgesprüht.
Danach wurden beide Glas Substrate 1 und 11 laminiert und ein Wärmebehandlungsprozess wurde auf die laminierten Substrate 1 und 11 in einem Zustand in dem ein vorbestimmter Druck auf die Substrate angelegt wurde, angewendet. In diesem Ausführungsbeispiel wurde der Wärmebehandlungsprozess bei einer Temperatur von 150°C für 3 Stunden ausgeführt.
Die Flüssigkristallschicht 15 wurde durch das Füllen von Flüssigkristall in die freie Zelle, die durch den oben beschriebenen Prozess hergestellt wurde, ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel wurde Flüssigkristall mit positivem Δε und Δn = 0.298, das durch die DIC Corporation hergestellt wurde, verwendet.
Nach dem Füllen des Flüssigkristalls wurde Endabdichtungsmaterial an einen Einfüllanschluss angebracht, um diesen abzudichten. Nach dem Abdichten wurde der Wärmebehandlungsprozess bei 120°C für eine Stunde ausgeführt, um die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle einzustellen. Mittels des oben beschriebenen Prozesses wurden zwei Licht ablenkende Flüssigkristallzellen 25a und 25b (4A) hergestellt.
In der Licht ablenkenden Flüssigkristallzelle gemäß des Ausführungsbeispiels, liegt die Längsachse des Flüssigkristallsmoleküls entlang der Prismalängsrichtung wenn keine Spannung angelegt ist und steigt in eine Richtung senkrecht zu dem Substrat an, wenn eine Spannung angelegt ist. Der Flüssigkristall, der in dem Ausführungsbeispiel verwendet wurde, weist einen Brechungsindex von 1,823 für eine polarisierte Lichtkomponente auf, deren Schwingungsrichtung des elektrischen Vektors parallel zu der Längsachse des Flüssigkristallmoleküls ist, während es einen Brechungsindex von 1,525 für eine polarisierte Lichtkomponente aufweist, deren Schwingungsrichtung des elektrischen Vektors senkrecht zu der Längsachse des Flüssigkristallmoleküls ist.
Ein Brechungsindex des UV aushärtbaren Acryl Harzes, das die Prismaschicht 3 bildet, beträgt 1,51 und ist ähnlich dem Brechungsindex der polarisierten Lichtkomponente dessen Schwingungsrichtung des elektrischen Vektors senkrecht zu der Längsachse des Flüssigkristallmoleküls ist. In dieser Beschreibung sind die Brechungsindize des ersten und des zweiten Materials als ähnlich anzusehen, wenn ein Unterschied zwischen den Brechungsindize innerhalb von 3% (vorzugsweise 2%) des Brechungsindex des ersten oder des zweiten Materials ist.
Ferner kann die Metallgießform zum Ausbilden des Prismas eine Mikronut aufweisen, damit Luft entweichen kann. Die Metallgießform und das Substrat können in einem Vakuum laminiert werden. Ein Flüssigkristall Füllverfahren ist nicht beschränkt auf das Vakuum füllen, sondern es kann auch ein Ein-Tropfen-Füll-Verfahren (one drop filling method – ODF) oder ähnliches verwendet werden.
In der Licht ablenkenden Flüssigkristallzelle gemäß dem Ausführungsbeispiel werden rechteckförmige Elektrodenraster, welche sich unter 90° miteinander kreuzen und breiter sind als das Prisma Raster, auf dem unteren und oberen Substrat 1 und 11 ausgebildet und außerdem werden Anschlüsse auf beiden Substraten ausgebildet. Weiterhin stehen sich die Elektroden auf dem unteren und dem oberen Substrat 1 und 11 nicht auf dem Hauptabdichtungsteil gegenüber um einen Kurzschluss zu vermeiden. Wenn es nötig ist einen Anschluss nur auf einer Seite eines Substrats auszubilden, kann eine Struktur aufgenommen werden, bei der Au Kugeln zum Anschluss von beiden Substraten der Hauptabdichtung hinzugefügt werden.
4A ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die eine laminierte Zelle 25 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels zeigt. 4B ist eine Fotografie der laminierten Zelle 25 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels.
Die laminierte Zelle 25 ist ein Laminat der ersten und der zweiten Licht ablenkenden Flüssigkristallzelle 25a und 25b durch Anordnung derselben, so dass die Längsrichtung (die x-Richtung oder die erste Richtung) der Prismen 3a durch Anordnung derselben parallel zueinander in einer Ebene sind, so dass sich die geneigten Oberflächen der Prismen in dieselbe Richtung neigen. Weiterhin ist jede Zelle 25a und 25b so angeordnet, dass das Substrat 11 ohne die Prismaschicht 3 ein oberes Substrat bildet, auf das ein Lichtstrahl fällt, und das Substrat 1 der Prismaschicht ein unteres Substrat bildet, von dem ein Lichtstrahl emittiert wird. Die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle an einer Schnittstelle zwischen der Flüssigkristallschicht 15 und dem Ausrichtungsfilm 13 der ersten Licht ablenkenden Flüssigkristallzelle 25a ist in Richtung der x-Richtung (der ersten Richtung) und die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle an einer Schnittstelle zwischen der Flüssigkristallschicht 15 und dem Ausrichtungsfilm 13 der zweiten Licht ablenkenden Flüssigkristallzelle 25b ist in Richtung der y-Richtung (der zweiten Richtung). Deshalb sind die Orientierungsrichtungen der ersten und der zweiten Licht ablenkenden Flüssigkristallzellen 25a und 25b senkrecht zueinander. Nicht gezeigte Stiftanschlüsse sind mit den Elektroden der ersten und der zweiten Licht ablenkenden Flüssigkristallzelle 25a und 25b verbunden, um eine elektrische Verbindung zwischen diesen herzustellen.
Der Erfinder dieser Erfindung stellte eine erste Licht emittierende Vorrichtung her, die durch die Kombination der laminierten Zelle 25 mit einem optischen System, das eine Lichtquelle aufweist, als Scheinwerfer für ein Fahrzeug verwendet wurde.
5 ist eine schematische quer (horizontale) Schnittansicht der ersten Licht emittierenden Vorrichtung. Eine Hochintensitäts-Entladungslampe (HID) wurde als eine Lichtquelle 21 verwendet. Ein Lichtstrahl, der von der Lichtquelle 21 emittiert wurde wird durch einen ovalen Reflektor 22 reflektiert und auf eine Abschirmung 23 konzentriert, die in einem Focus des ovalen Reflektors 22 angeordnet ist. Der Lichtstrahl der durch die Abschirmung 23 ausgesendet wurde ist weitestgehend durch eine Linse 24 kollimiert und auf die laminierte Zelle 25 geworfen. Der Lichtstrahl wird von der Licht emittierenden Vorrichtung über die laminierte Zelle 25 emittiert. Eine Spannungsversorgung 26 ist elektrisch mit der laminierten Zelle 25 verbunden und schaltet die Spannungen die an die laminierte Zelle 25 angelegt werden. Die laminierte Zelle 25 ist derart konfiguriert, dass die Prisma Richtung horizontal ist wenn man frontal auf die Licht emittierende Vorrichtung sieht.
6A und 6B sind Diagramme die eine Veränderung eines projizierten Bildes des Lichtstrahls bei ein und ausgeschalteter Spannung zeigen, wenn ein kreisförmiger Lichtstrom gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf die laminierte Zelle 25 geworfen wird.
Wie in 6A gezeigt ist, verläuft der Lichtstrahl gerade aus und ein klares Abgrenzungsmuster wird projiziert, wenn keine Spannung angelegt wurde (Spannung aus). Diese Situation entspricht einem niedrigen Strahl (Abblendlicht) eines Scheinwerfers eines Fahrzeugs. Der Lichtstrahl, der in ungewollte Richtungen abgelenkt wurde, wie zum Beispiel Streu Licht, wurde nicht weiter beobachtet.
Wie in 6B gezeigt ist, ist der Lichtstrahl (projiziertes Bild) nach oben gerichtet, wenn eine Spannung angelegt wurde (Spannung an). Der Lichtstrahl ist um circa 6° nach oben gerichtet. Die Heiligkeit des Lichtstrahls war annähernd gleich zu dem Lichtstrahl wenn keine Spannung angelegt wurde. Ferner war kein Abgrenzungsmuster an einer Position verblieben wo das Abgrenzungsmuster hin projiziert wurde wenn keine Spannung angelegt wurde; deshalb ist anzumerken das alle Lichtstrahlen die durch die laminierte Zelle 25 transmittiert wurden vollständig durch die laminierte Zelle 25 gebeugt (abgelenkt) wurden. Ferner hat sich die Form des projizierten Bildes nicht verändert, sogar dann nicht wenn der Lichtstrahl (projiziertes Bild) nach oben gerichtet wurde, das heißt, eine Translation des Lichtstrahls wurde beobachtet.
Ferner ist es bevorzugt die laminierte Zelle derart zu konfigurieren dass die Prisma Richtung Ausfall sicher horizontal ist, obwohl es möglich ist zwischen einem niedrigen Strahl und einem hohen Strahl umzuschalten wenn die laminierte Zelle 25 kopfüber konfiguriert ist.
In dem oben beschriebenen Experiment war das dargestellte Bild nicht kontinuierlich weiter nach oben verschoben wenn die angelegte Spannung stufenweise erhöht wurde, es war jedoch nach oben gerichtet mit einer leichten Ausdehnung seiner Form nach oben und unten und das projizierte Bild war klar dargestellt wenn eine hohe Spannung (nicht weniger als 20 V, 150 Hz) angelegt wurde. Es wird angenommen dass der Grund hierfür das im Folgenden erläuterte ist. Die Prismaschicht 3 existiert zwischen der ITO Elektrode auf dem Substrat und der Flüssigkristallschicht 15, so dass eine Dicke der Flüssigkristallsschicht 15 von Position zu Position variiert und eine Spannung die an den Flüssigkristall angelegt wurde variiert somit ebenfalls von Position zu Position.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. In dem ersten Ausführungsbeispiel ist das ITO Raster unterhalb der Prismaschicht 3 ausgebildet; jedoch ist in diesem zweiten Ausführungsbeispiel das ITO Raster oberhalb der Prismaschicht 3 ausgebildet. Es war schwierig ein ITO Raster auf einer Prismaschicht mit konventionellen Materialien aufgrund der geringen Wärmebeständigkeitseigenschaften des Materials auszubilden. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat herausgefunden, dass eine Flüssigkristallvorrichtung durch das Ausbilden eines Prismas mit dem wärmebeständigen Prismamaterial, das in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wurde ohne Probleme hergestellt werden kann, wobei das ITO auf die Prismaschicht auf gespritzt wird.
7 ist eine schematische Schnittdarstellung einer Licht ablenkenden Flüssigkristallzelle gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Zwei Paare von Glas Substraten (Glas Substrat 51 und Glas Substrat 61 mit einer transparenten Elektrode 12) wurden vorgesehen. Die Glas Substrate 51 und 61 sind aus Natron-Kalk-Glas hergestellt und weisen eine Dicke von 0,7 mm auf. Die transparente Elektrode 12 wurde auf dem Glas Substrat 61 ausgebildet und ist aus Indium Zinn Oxid (ITO) mit einer Dicke von 150 nm hergestellt.
Als erstes wurde eine Prismaschicht 3, die in 2 und in 3 gezeigt ist, auf dem Glas Substrat 51 durch den gleichen Prozess wie in dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Beispielsweise wurde eine vorbestimmte Menge des wärmebeständigen Prismamaterials 3R (beispielsweise UV aushärtbares Acryl Harz) auf die Prisma Gießform getropft, die mit einem Gießform ablösenden Mittel oder einem Beschichtungsmittel beschichtet war. Als nächstes wurde das Glas Substrat 51 (150 mm lang, 150 mm breit und 0,7 mm dick) auf der Prisma Gießform angeordnet, wobei das Glas Substrat 51 durch das Anordnen eines dicken Quarzes auf der Rückseite des Substrats 51 abgestützt wurde und in diesem Zustand gepresst wurde. Eine Größe der Prisma Gießform (eine Größe des Prisma ausbildenden Bereichs) ist 80 mm lang und 80 mm breit. Das wärmebeständige Prismamaterial 3R war dadurch ausreichend verteilt, wobei das Substrat für über eine Minute gepresst wurde und danach wurde das wärmebeständige Prismamaterial 3R mittels UV Licht ausgehärtet um die Prismaschicht 3 zu bilden.
Als nächstes wurde ein ITO Film 52 auf der Prismaschicht 3 ausgebildet. Das Glas Substrat 51 mit der Prismaschicht 3 wurde mit einem Reiniger gereinigt. Eine Bürstenreinigung mit einem alkalischen Reinigungsmittel, eine Klarwasserreinigung, eine Luftgebläsereinigung, sowie UV Strahlung und IR Trocknung werden nacheinander ausgeführt. Ein Reinigungsverfahren ist nicht auf das oben beschriebene beschränkt und eine Hochdruckreinigung, eine Plasmareinigung oder Ähnliches kann ebenso verwendet werden.
Der ITO Film 52 würde ohne Probleme direkt auf der Prismaschicht 3 ausgebildet werden können, jedoch wurde ein dünner SiO₂ Film 53 auf der Prismaschicht 3 ausgebildet und der ITO Film 52 wurde zur Steigerung der Anhaftung durch ein Aufspritzverfahren (Sputter-Verfahren) aufgebracht (Wechselstromentladung). Das Substrat wurde auf 80°C aufgeheizt und der SiO₂ Film 53 wurde mit einer Dicke von 50 nm ausgebildet.
Danach wurde der ITO Film 52 auf dem SiO₂ Film 53 mittels dem Aufspritzverfahren (Wechselstromentladung) ausgebildet. Das Substrat wurde auf 100°C aufgeheizt und der ITO Film 52 wurde mit einer Dicke von 100 nm ausgebildet. Zu diesem Zeitpunkt kann eine SUS Maske verwendet werden damit in nicht benötigten Bereichen kein ITO Film ausgebildet wird. Das Ausbildungsverfahren ist nicht begrenzt auf das Aufspritzverfahren, es kann auch durch Aufdampfen, ein Ionenstrahlverfahren, ein chemische Beschichtung aus der Gasphase (CVD) Verfahren oder Ähnliches verwendet werden.
Als nächstes wurde der ITO Film 52 auf dem Glas Substrat 61 in einem gewünschten Muster angeordnet. Das Glas Substrat 61 mit dem ITO Film 52 wurde mit einem Reiniger mittels derselben Methode wie das Glas Substrat 51 gereinigt und ein Anordnungsprozess wurde durchgeführt mittels eines bekannten Photolithographieverfahrens. Nassätzen (Eisenoxid) wurde als Ätzverfahren in diesem Ausführungsbeispiel verwendet.
Danach wurden das Glas Substrat 51 mit der Prismaschicht 3 und das Glas Substrat 61 mit dem ITO Raster mit einem Reiniger gereinigt. Eine Bürstenreinigung mit einem alkalischen Reinigungsmittel, eine Klarwasserreinigung, eine Luftgebläsereinigung, sowie UV Strahlung und IR Trocknung werden nacheinander ausgeführt. Ein Reinigungsverfahren ist nicht auf das oben beschriebene beschränkt und eine Hochdruckreinigung, eine Plasmareinigung oder Ähnliches kann ebenso verwendet werden.
Die Ausrichtungsfilme 13, die aus Polyimid oder Ähnlichem hergestellt sind, wurden auf der Prismaschicht 3 und auf der transparenten Elektrode 12 auf dem Glas Substrat 61 durch den gleichen Prozess wie in dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Das Ausbildungsverfahren und der Wärmebehandlungsprozess und der Schleifprozess für die Ausrichtungsfilme 13 sind die gleichen wie die in dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass deren Erläuterung vermieden wird.
Als nächstes wird ein Hauptabdichtungsraster 16, das zwei Gewichtsprozent bis fünf Gewichtsprozent Fugenregler enthält auf dem Glas Substrat 51 mit der Prismenschicht 3 ausgebildet und Plastikkugeln mit einem Durchmesser von 17 μm, die von Sekisui Chemical Co., LTD. als Fugenregler (Abstandshalter) 14 hergestellt wurden, wurden mittels einer Trocken Typ Abstandshalter Aufsprühvorrichtung aufgesprüht. Danach wurden beide Glas Substrate 51 und 61 laminiert und ein Wärmebehandlungsprozess wurde auf die laminierten Substrate 51 und 61 in einem Zustand angewendet in dem ein vorbestimmter Druck auf die Substrate angelegt wurde, um das Hauptabdichtungsraster 16 zu härten.
Die Flüssigkristallschicht 15 wurde gleich wie im ersten Ausführungsbeispiel durch das Füllen von Flüssigkristall in die freie Zelle, die durch den oben beschriebenen Prozess hergestellt wurde, ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel wurde Flüssigkristall mit positivem Δε und Δn = 0.298, das durch die DIC Corporation hergestellt wurde, verwendet. Nach dem Füllen des Flüssigkristalls wurde Endabdichtungsmaterial an einen Einfüllanschluss angebracht, um diesen abzudichten. Nach dem Abdichten wurde der Wärmebehandlungsprozess bei 120°C für eine Stunde ausgeführt um die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle einzustellen. Mittels des oben beschriebenen Prozesses wurden zwei Licht ablenkende Flüssigkristallzellen hergestellt.
Der Erfinder dieser Erfindung laminierte die zwei hergestellten Licht ablenkenden Flüssigkristallzellen entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel und stellte eine zweite Licht emittierende Vorrichtung her, die als ein Scheinwerfer für ein Fahrzeug durch eine Kombination der laminierten Zelle 25 mit einem optischen System, das eine Lichtquelle gleich der aus dem ersten Ausführungsbeispiel aufweist, verwendet wird. Eine Struktur der zweiten Licht emittierenden Vorrichtung ist ähnlich zu der Licht emittierenden Vorrichtung, die in 5 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt ist, außer dass die laminierte Zelle 25 durch die laminierte Zelle 25 aus dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgetauscht ist.
Wie in 6A gezeigt ist, verläuft der Lichtstrahl auch im zweiten Ausführungsbeispiel gerade aus und ein klares Abgrenzungsmuster wird projiziert, wenn keine Spannung angelegt wurde (Spannung aus). Diese Situation entspricht einem niedrigen Strahl (Abblendlicht) eines Scheinwerfers eines Fahrzeugs. Der Lichtstrahl, der in nicht benötigte Richtungen abgelenkt wurde, wie zum Beispiel Streu Licht, wurde nicht weiter beobachtet. Ferner wird, wie in 6B gezeigt ist, der Lichtstrahl (projiziertes Bild) nach oben gerichtet, wenn eine Spannung angelegt wurde (Spannung an). Der Lichtstrahl ist um circa 6° nach oben gerichtet. Die Heiligkeit war annähernd gleich zu dem Lichtstrahl wenn keine Spannung angelegt wurde. Ferner war kein Abgrenzungsmuster an einer Position verblieben wo das Abgrenzungsmuster hin projiziert wurde wenn keine Spannung angelegt wurde; deshalb ist anzumerken das alle Lichtstrahlen die durch die laminierte Zelle 25 transmittiert wurden vollständig durch die laminierte Zelle 25 gebeugt (abgelenkt) wurden. Ferner hat sich die Form des projizierten Bildes nicht verändert, sogar dann nicht wenn der Lichtstrahl (projiziertes Bild) nach oben gerichtet wurde, das heißt, eine Translation des Lichtstrahl wurde beobachtet. Ferner wird es bevorzugt die laminierte Zelle derart zu konfigurieren, dass die Prisma Richtung Ausfall sicher horizontal angeordnet ist, obwohl es möglich ist zwischen einem niedrigen Strahl und einem hohen Strahl umzuschalten, wenn die laminierte Zelle 25 kopfüber konfiguriert ist.
In dem Experiment in dem die laminierte Zelle 25 gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels verwendet wurde, wurde das projizierte Bild kontinuierlich nach oben verschoben wenn sich die angelegte Spannung stufenweise erhöht. Zu diesem Zeitpunkt war die angelegte Spannung ungefähr 5 V was auch ausreichend war. Dies resultiert daraus, dass die Prismaschicht 3 nicht zwischen der transparenten Elektrode 52 auf dem Substrat 51 und der Flüssigkristallschicht 15 existiert, und die Spannung direkt an den Flüssigkristall angelegt werden kann. Ferner wird angenommen, dass dies daher kommt, dass der Schwellenwert der anti-parallelen Ausrichtung des nematischen Flüssigkristalls, der in dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wurde, stark von der Dicke der Flüssigkristallzelle abhängt und der Brechungsindex an der Schnittstelle mit dem Prisma sich stark mit der Position verändert, sogar dann wenn die Dicke der Flüssigkristallschicht sich von Position zu Position verändert.
In dem Experiment begann das projizierte Bild sich bei 2,5 V zu verschieben und stoppte bei 4 V sich zu verschieben. Zwischen den Spannungen konnte eine graduelle Translation des projizierten Bildes beobachtet werden, während ein Beibehalten seiner Form beobachtet werden konnte. Hieraus ergibt sich, dass das zweite Ausführungsbeispiel die Spannung verringern kann um Lichtstrahlen zu beugen und kontinuierlich die Lichtverteilung zu Steuern. Deshalb kann das zweite Ausführungsbeispiel für eine automatische Niveauregulierung verwendet werden.
Wie in den obigen Ausführungsbeispielen beschrieben kann die Licht emittierende Vorrichtung gemäß der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung die Richtung eines Lichtstrahls durch ein- und ausschalten einer Spannung, die an eine Licht ablenkende Flüssigkristallzelle angelegt wird, ohne mechanisch bewegliche Teile verschieben. Ferner wurde in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen das Umschalten einer Richtung eines Lichtstrahsl auf zwei Arten durch ein- und ausschalten der Spannung grundsätzlich erläutert; jedoch kann die Richtung eines Lichtstrahls auch kontinuierlich durch Anlegen von Zwischenspannungen, wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben wird, gesteuert werden.
Ferner können alle Lichtstrahlen, die durch die Flüssigkristall Vorrichtung (laminierte Zelle 25) transmittieren gebeugt werden. Der Winkel der Beugung der Lichtstrahlen kann bis zu 6° mit den Strukturen in den Ausführungsbeispielen geändert werden, jedoch hängt dies von der Struktur der Zellen ab (eine Form des Prisma, des Brechungsindex, der Anisotropie oder Ähnlichem). Beispielsweise kann vorhergesagt werden, dass die Richtung des Lichtstrahls um ungefähr 18° abgelenkt werden kann, wenn einer der Basiswinkel des Prismas 3s auf ungefähr 45° vergrößert wird. Ein notwendiger Bereich der Verschiebung der Richtung des Lichtstrahls für einen Scheinwerfer für ein Fahrzeug liegt im Bereich von ungefähr 3 bis 5° zum Umschalten zwischen einem Hoch/Niedrig Strahl, ungefähr 3° für eine automatische Niveauregulierung und ungefähr 15° für ein aktives Frontlichtsystem (AFS); somit haben die Licht emittierenden Vorrichtungen gemäß den Ausführungsbeispielen eine ausreichende Leistung.
Obwohl in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispielen das Substrat ohne das Prisma nahe der Lichtquelle konfiguriert ist und das Substrat mit dem Prisma fern der Lichtquelle konfiguriert ist, ist es für beide Licht ablenkenden Flüssigkristallzellen möglich einen Lichtstrahl mit einer entgegengesetzten Konfiguration zu beugen. Das bedeutet, dass das Substrat mit dem Prisma nahe der Lichtquelle konfiguriert sein kann und das Substrat ohne das Prisma kann entfernt von der Lichtquelle konfiguriert sein.
Die Licht ablenkende Flüssigkristallzelle und die laminierte Zelle gemäß den Ausführungsbeispielen haben höhere Durchlässigkeiten als eine optische Flüssigkristall Vorrichtung, die einen Polarisator verwendet. Schätzungsweise hat jede Zelle eine Lichtdurchlässigkeit von nicht weniger als 90% oder eine Lichtdurchlässigkeit von nicht weniger als 95% wenn eine Entspiegelung vorliegt und die laminierte Zelle hat eine Lichtdurchlässigkeit von 80 bis 90%.
Obwohl ein als Dreiecksprisma geformtes Prisma mit den Basiswinkeln von 15° und 90° in den obigen Ausführungsbeispielen verwendet wird sind die Basiswinkel nicht hierauf beschränkt. Eine geneigte Oberfläche, die von dem Substrat mit einem losen Winkel ansteigt fungiert als ein Prisma für einen einfallenden Lichtstrahl, der senkrecht auf das Substrat geworfen wird und eine Oberfläche senkrecht zu dem Substrat fungiert nicht als ein Prisma für einen einfallenden Lichtstrahl. Mittels einer derartigen Struktur kann jede Zelle die Richtung eines Lichtstrahls in eine Richtung ablenken (beugen). Einer der Basiswinkel der Dreiecksprismaform ist vorzugsweise in einem Bereich von 5 bis 60° und ein weiterer Winkel ist vorzugsweise in einem Bereich von 85 bis 90°.
Ferner ist in den obigen Ausführungsbeispielen der Abstand der als Dreiecksprisma geformten Prismen 20 μm. Vorzugsweise ist der Abstand der Prismen in einem Bereich von 1–100 μm.
Ferner kann beispielsweise die Form des Prismas einen sinuskurvenförmigen Querschnitt aufweisen, anders als der, der in den Ausführungsbeispielen gezeigt ist. Ferner kann in den Ausführungsbeispielen eine obere Oberflächenform der Prismaschicht eine Streifenform sein, die obere Oberflächenform kann aber auch in Form eines Gitters, konzentrischen Kreisen, eines Ovals, einer Fresnel-Linse, Punkten oder Ähnlichem ausgebildet sein. Weiterhin können die Formen der Prismen der ersten und zweiten Licht ablenkenden Flüssigkristallzellen unterschiedlich voneinander sein
Die Lichtquelle für die Licht emittierenden Vorrichtungen gemäß den Ausführungsbeispielen kann eine Licht emittierende Diode (LED), eine Feldemissionslichtquelle (FE), eine fluoreszierende Lampe oder Ähnliches, jedoch keine HID Lampe sein.
Beispielsweise können die Licht emittierenden Vorrichtungen gemäß den Ausführungsbeispielen auf Beleuchtungen (Scheinwerfer, Zusatzlampen, Nebelleuchten, Kurvenleuchten oder Ähnliches) für Fahrzeuge mit Vierradantrieb (Autos, Laster, Busse oder Ähnliches) angewendet werden und für Beleuchtungen (eine Lichtverteilungssteuerung) für Zweiradfahrzeuge (ein Motorrad, ein Fahrrad oder Ähnliches). Ferner können die Ausführungsbeispiele generell auf Lichtausrüstungen, wie zum Beispiel eine Innenraumbeleuchtung, eine Straßenbeleuchtung, ein Blitzlicht oder Ähnliches verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung wurde in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben. Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die obigen Ausführungsbeispiele. Es ist offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen, Verbesserungen, Kombinationen und Ähnliches durch einen Fachmann ausgeführt werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009-232308 [0001]
JP 2006-147377 [0005]
JP 2009-026641 [0006]
JP 2008-321402 [0020]

Claims

Eine Licht emittierende Vorrichtung, die Folgendes aufweist: eine erste Licht ablenkende Flüssigkristallzelle, die durch Licht beleuchtet wird und folgendes aufweist, ein paar von ersten und zweiten transparenten Substraten, die sich gegenüber liegen, ein paar von ersten und zweiten transparenten Elektroden, die auf dem ersten und dem zweiten transparenten Substrat ausgebildet sind und eine Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten transparenten Substrat anlegen, eine erste Prismaschicht, die auf dem ersten und dem zweiten transparenten Substrat ausgebildet ist und mit einem Prisma, das sich in einer ersten Richtung ausdehnt, einen ersten Ausrichtungsfilm, der auf der ersten Prismaschicht ausgebildet ist und an dem ein Ausrichtungsprozess in der ersten Richtung durchgeführt wird und eine erste Flüssigkristallschicht, die zwischen dem ersten und dem zweiten transparenten Substrat angeordnet ist und Flüssigkristallmoleküle aufweist, deren Längsachsenrichtung in der ersten Richtung auf einer Schnittstelle zwischen der ersten Flüssigkristallschicht und dem ersten Ausrichtungsfilm angeordnet ist; eine zweite Licht ablenkende Flüssigkristallzelle, die durch das Licht, welches durch die erste Licht ablenkende Flüssigkristallzelle hindurch geht, beleuchtet wird, die Folgendes aufweist, ein paar von dritten und vierten transparenten Substraten, die sich gegenüber liegen, ein paar von dritten und vierten transparenten Elektroden, die auf dem dritten und dem vierten transparenten Substrat ausgebildet sind und eine Spannung zwischen dem dritten und dem vierten transparenten Substrat anlegen, eine zweite Prismaschicht, die über dem dritten und dem vierten transparenten Substrat ausgebildet ist und ein Prisma, das sich in einer ersten Richtung ausdehnt aufweist, einen zweiten Ausrichtungsfilm, der auf der zweiten Prismaschicht ausgebildet ist und an dem ein Ausrichtungsprozess in einer zweiten Richtung orthogonal zu der ersten Richtung ausgeführt wird und eine zweite Flüssigkristallschicht, die zwischen dem dritten und dem vierten transparenten Substrat angeordnet ist und Flüssigkristallmoleküle aufweist, deren Längsachsenrichtung in der zweiten Richtung auf einer Schnittstelle zwischen der zweiten Flüssigkristallschicht und dem zweiten Ausrichtungsfilm angeordnet ist; eine Spannungsversorgung die die Spannung an die erste bis zur vierten transparenten Elektrode anlegt; und ein optisches System das Licht auf die erste Licht ablenkende Flüssigkristallzelle wirft.
Die Licht emittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die erste Prismaschicht auf der ersten und der zweiten transparenten Elektrode ausgebildet ist, und die zweite Prismaschicht auf der dritten und der vierten transparenten Elektrode ausgebildet ist.
Die Licht emittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die erste Prismaschicht zwischen dem ersten transparenten Substrat und der ersten transparenten Elektrode oder zwischen dem zweiten transparenten Substrat und der zweiten transparenten Elektrode ausgebildet ist, und die zweite Prismaschicht zwischen dem dritten transparenten Substrat und der dritten transparenten Elektrode oder zwischen dem vierten transparenten Substrat und der vierten transparenten Elektrode ausgebildet ist.
Die Licht emittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Prismaschicht aus einem Material hergestellt sind, das geeignet ist einen Wärmebehandlungsprozess bei einer Temperatur von nicht weniger als 180°C standzuhalten.
Die Licht emittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Hauptflächen der ersten und zweiten Licht ablenkenden Flüssigkristallzellen senkrecht zu einer Grundfläche sind, und die erste Richtung parallel zu der Grundfläche ist.
Die Licht emittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Prismaschicht eine Struktur aufweisen, in der Prismen in einer Form eines Dreiecksprismas mit einem Basiswinkel von 5 bis 60° und einem Basiswinkel von 85 bis 95° in der gleichen Richtung ausgerichtet sind.
Die Licht emittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein Brechungsindex der ersten Prismaschicht und ein Brechungsindex der ersten Flüssigkristallsschicht für eine polarisierte Lichtkomponente, deren Schwingungsrichtung eines elektrischen Vektors senkrecht zu der Längsachsenrichtung der Flüssigkristallmoleküle ist, ähnlich sind, und ein Brechungsindex der zweiten Prismaschicht und ein Brechungsindex der zweiten Flüssigkristallschicht für eine polarisierte Lichtkomponente, deren Schwingungsrichtung eines elektrischen Vektors senkrecht zu der Längsachsenrichtung der Flüssigkristallmoleküle ist, ähnlich sind.
Die Licht emittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Prismaschicht aus einem transparenten Material mit ähnlichen Brechungsindize hergestellt sind, und die erste und die zweite Flüssigkristallsschicht aus Flüssigkristallmaterial hergestellt sind, die ähnliche Brechungsindize für eine polarisierte Lichtkomponente, deren Schwingungsrichtung eines elektrischen Vektors parallel zu der Längsachsenrichtung der Flüssigkristallmoleküle ist und ebenso für eine polarisierte Lichtkomponente, deren Schwingungsrichtung eines elektrischen Vektors senkrecht zu der Längsachsenrichtung der Flüssigkristallmoleküle ist.
Die Licht emittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das optische System eine Licht emittierende Diode als eine Lichtquelle aufweist.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Licht ablenkenden Flüssigkristallzelle, das die folgenden Schritte aufweist: Vorsehen eines Paares von transparenten Substraten; Ausbilden eines Paares von transparenten Elektroden an dem Paar von transparenten Substraten, die eine Spannung an das Paar von transparenten Substraten anlegt; Ausbilden einer Prismaschicht mit einem Prisma, das sich entlang einer ersten Richtung über einem von dem Paar von transparenten Substraten erstreckt; Ausbilden eines Ausrichtungsfilms auf der ersten Prismaschicht; Durchführen eines Ausrichtungsprozesses in der ersten Richtung an dem Ausrichtungsfilm; Verbinden des Paares von transparenten Substraten mit einem Abstand zwischen ihnen; und Füllen von Flüssigkristall in den Abstand zwischen dem Paar von transparenten Substraten.