JP2022183786A - 液晶素子、照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶素子を用いる照明装置等における照射光の明るさを向上させること。【解決手段】第１基板及び第２基板と、カイラル材を含有する負の誘電率異方性の液晶材料を用いて構成され、９０°未満のプレティルト角を有して略垂直配向している液晶層と、前記第１基板側に配置された第１偏光板と、前記第２基板側に配置された第２偏光板と、を含み、前記第１偏光板と前記第２偏光板は、互いの透過軸を略直交に配置されており、前記液晶層へ閾値の２．５倍以上の電圧が印加されたときに前記液晶層と前記第１基板及び前記第２基板の各々との界面における実質的な配向方位である第１配向方位及び第２配向方位とのなす角度が７０°以上１１０°以下であり、前記第１偏光板の透過軸と前記第１配向方位とのなす角度が１１０°以下７０°以上であり、かつ前記第２偏光板の透過軸と前記第２配向方位とのなす角度が１１０°以下７０°以上である、液晶素子である。【選択図】図１

Description

本開示は、液晶素子、照明装置に関する。

特開２０１９－１２８４４９号公報（特許文献１）には、垂直配向型の液晶素子を用いた照明装置の一例として可変配光ヘッドランプが記載されている。しかし、照明装置から出射させる照射光の明るさ向上という観点で改良の余地があった。

特開２０１９－１２８４４９号公報

本開示に係る具体的態様は、液晶素子を用いる照明装置等における照射光の明るさを向上させることを目的の１つとする。

［１］本開示に係る一態様の液晶素子は、（ａ）対向配置される第１基板及び第２基板と、（ｂ）前記第１基板の一面と前記第２基板の一面の間に配置されており、カイラル材を含有する負の誘電率異方性の液晶材料を用いて構成され、９０°未満のプレティルト角を有して略垂直配向している液晶層と、（ｃ）前記第１基板の前記一面と対向する他面側に配置された第１偏光板と、（ｄ）前記第２基板の前記一面と対向する他面側に配置された第２偏光板と、を含み、（ｅ）前記第１偏光板と前記第２偏光板は、互いの透過軸を略直交に配置されており、（ｆ）前記液晶層へ前記液晶材料の閾値の２．５倍以上の電圧が印加されたときに、前記液晶層と前記第１基板との界面における実質的な配向方位である第１配向方位と、前記液晶層と前記第２基板との界面における実質的な配向方位である第２配向方位とのなす角度が７０°以上１１０°以下であり、（ｇ）前記第１偏光板の透過軸と前記第１配向方位とのなす角度が１１０°以下７０°以上であり、かつ前記第２偏光板の透過軸と前記第２配向方位とのなす角度が１１０°以下７０°以上である、液晶素子である。
［２］本開示に係る一態様の照明装置は、前記［１］の液晶素子と当該液晶素子に光を入射させる光源を含む、照明装置である。

上記構成によれば、液晶素子を用いる照明装置等における照射光の明るさを向上させることができる。

図１は、一実施形態の液晶素子の構成例を示す模式的な断面図である。 図２（Ａ）は、実施例１及び比較例１の液晶素子の方位角配向分布を示す図である。図２（Ｂ）は、実施例１及び実施例２の液晶素子の方位角配向分布を示す図である。図２（Ｃ）は、実施例及び比較例２、３の液晶素子の方位角配向分布を示す図である。 図３は、実質ねじれ角とｄ／ｐの関係を示す図である。 図４（Ａ）は、実施例の液晶素子における両基板の配向容易軸、電圧印加時の実質的な配向方位及び各偏光板の透過軸の関係を示した図である。図４（Ｂ）は、比較例１における両基板の配向容易軸、電圧印加時の実質的な配向方位及び各偏光板の透過軸の関係を示した図である。図４（Ｃ）は、実施例２における両基板の配向容易軸、電圧印加時の実質的な配向方位及び各偏光板の透過軸の関係を示した図である。 図５（Ａ）は、実施例１の液晶素子の透過率特性の測定例を示す図である。図５（Ｂ）は、比較例１の液晶素子の透過率特性の測定例を示す図である。 図６は、透過率測定における測定系の配置を説明するための図である。 図７は、一実施形態の車両用灯具システムの構成を示す図である。

図１は、一実施形態の液晶素子の構成例を示す模式的な断面図である。ここではセグメント表示型の液晶素子を例示する。具体的には、液晶素子１０は、対向配置された第１基板１１および第２基板１２、複数の画素電極１３、共通電極（対向電極）１４、配向膜１５、１６、液晶層１９を含んで構成される液晶パネルと、この液晶パネルを挟んで対向配置される一対の偏光板２１、２２を含んで構成されている。

第１基板１１および第２基板１２は、それぞれ、例えば平面視において矩形状の基板であり、互いに対向して配置されている。各基板としては、例えばガラス基板、プラスチック基板等の透光性基板を用いることができる。第１基板１１と第２基板１２の間には、例えば樹脂膜などからなる球状スペーサー（図示省略）が分散配置されており、それら球状スペーサーによって基板間隙が所望の大きさ（例えば数μｍ程度）に保たれている。なお、球状スペーサーに代えて、樹脂等からなる柱状体を第１基板１１側若しくは第２基板１２側に設け、それらをスペーサーとして用いてもよい。

複数の画素電極１３は、第１基板１１の一面側に設けられている。共通電極１４は、第２基板１２の一面側に設けられている。この共通電極１４は、各画素電極１３と対向するようにして一体に設けられている。各画素電極１３及び共通電極１４は、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜を適宜パターニングすることによって構成されている。

配向膜１５は、第１基板１１の一面側において各画素電極１３を覆うようにしてそれらの上側に配置されている。配向膜１６は、第２基板１２の一面側において共通電極１４を覆うようにしてその上側に配置されている。これらの配向膜１５、１６は、液晶層１９の初期状態（電圧無印加時）の配向状態を規定するためのものである。各配向膜１５、１６は、例えばラビング処理等の一軸配向処理が施されており、その方向に沿って液晶層１９の液晶分子の配向を規定する一軸配向規制力を有している。一軸配向規制力の発現する方向を配向容易軸と呼ぶ。各配向膜１５、１６への配向処理の方向は、例えば互い違い（アンチパラレル）となるように設定される。各配向膜１５、１６と液晶層１９との界面近傍におけるプレティルト角は例えば８９°程度である。

液晶層１９は、第１基板１１と第２基板１２の間に設けられている。液晶層１９は、例えば、流動性を有するネマティック液晶材料を用いて構成される。本実施形態では、液晶層１９は、負の誘電率異方性を有し、カイラル材が添加された液晶材料を用いて構成される。液晶層１９の層厚は、例えば４μｍ程度とすることができる。

図２（Ａ）は、実施例１及び比較例１の液晶素子の方位角配向分布を示す図である。なお、図２（Ａ）において液晶層厚０μｍの位置が裏基板の表面（配向膜表面）に対応し、４μｍの位置が表基板の表面（配向膜表面）に対応する。また、方位角の座標系は、３時方位を０°、１２時方位を９０°、９時方位を１８０°、６時方位を２７０°とする。ここでは、実施例１として液晶層厚４μｍ、プレティルト角８９°、裏基板（第１基板１１）の配向容易軸を４５°方位として表基板（第２基板１２）の配向容易軸を２２５°としたアンチパラレル配向とし、かつ、液晶層厚ｄとカイラル材のピッチｐの比であるｄ／ｐを０．３１５に設定可能な左ねじれのカイラル材を添加された液晶素子を想定し、この液晶素子に対して液晶材料の閾値の２．５倍である５Ｖの印加電圧を与えたときの方位角配向分布をシミュレーションにより求めた。シミュレーションにはシンテック製LCDMASTER9（一次元解析）を用いた。また、比較例１として、裏基板（第１基板１１）の配向容易軸を１３５°方位として表基板（第２基板１２）の配向容易軸の方位を３１５°とした以外は同条件の液晶素子を想定し、同様に方位角配向分布を求めた。また各シミュレーションでは、両基板表面でのアンカリングエネルギーとして強いアンカリング条件を設定した。

図示のように、実施例１、比較例１ともに、強いアンカリング条件を想定しているため、両基板表面ではアンチパラレル配向が維持されているが、表面近傍ではカイラル材によるねじれ力が影響して配向方位が大きく変化している。実施例１、比較例１ともに、方位角配向分布はおおよそＳ字状の曲線となっている。これは上記したように強いアンカリング条件を想定しているためである。実際の配向膜ではこのような強いアンカリング条件は得られないため、実際の液晶素子では図示の表面近傍における配向方位とほぼ等しい配向方位が基板表面でも得られていると考えられる。

図示の方位角配向分布では、液晶層の層厚方向の中心位置（２μｍ位置）を挟んで約±１μｍの範囲ではほぼ直線状の配向分布が得られている。この直線状部分を上下に外挿した直線を図中点線で示している。この外挿直線の液晶層厚０μｍでの位置及び４μｍでの位置における配向方位が実際の両基板表面での配向方位に対応すると考えられる。図中右側に示す実施例１の液晶素子での方位角配向分布によれば、実際の両基板表面での配向方位は概ね０°と９０°であるので、両基板間でのねじれ角は概ね９０°ということになる。以下、このように推測される実際の配向方位から得られるねじれ角を「実質ねじれ角」と呼ぶ。

また、シミュレーションから得られる基板表面近傍での配向方位に基づいて求められる最大のねじれ角は約７２°となる。これは、裏基板表面近傍での配向方位が約８１°であり、表基板表面近傍での配向方位が約９°であることから求められる。以下、このように求められるねじれ角を「計算によるねじれ角」と呼ぶ。

比較例１の液晶素子においても同様に求めると、実際の両基板表面での配向方位は概ね９０°と１８０°であるので、実質ねじれ角は概ね９０°となる。また、シミュレーションから得られる表基板表面近傍での配向方位が約９９°であり、裏基板表面近傍での配向方位が約１７１°であるので、計算によるねじれ角は概ね７２°となる。この比較例１の液晶素子を実施例１の液晶素子と対比すると、両基板表面における電圧印加時の実際の配向方位が略９０°異なる方位となる。

図２（Ｂ）は、実施例１及び実施例２の液晶素子の方位角配向分布を示す図である。ここでは、実施例２として、上記した比較例１におけるカイラル材のねじれ方向を逆に設定し、それ以外は同条件の液晶素子を想定し、同様に方位角配向分布を求めた。実施例１の方位角配向分布（図中左側）は上記図２（Ａ）と同じである。図示のように実施例２の液晶素子では、方位角配向分布（図中右側）はおおよそ逆Ｓ字状の曲線となっている。配向分布の直線状部分を上下に外挿すると、実際の両基板表面での配向方位は概ね９０°と１８０°であるので、両基板間での実質ねじれ角は概ね９０°ということになる。両基板表面における配向方位は実施例１の液晶素子の配向方位と略平行になる。

図２（Ｃ）は、実施例１及び比較例２、３の液晶素子の方位角配向分布を示す図である。ここでは、比較例２として、両基板の配向容易軸を９０°交差配置とした以外は実施例１と同条件の液晶素子を想定し、比較例３として、両基板の配向容易軸を１８０°交差配置（パラレル配置）とした以外は実施例１と同条件の液晶素子を想定し、それぞれの方位角配向分布を求めた。実施例１、比較例２、３のいずれにおいても電圧印加時の配向分布は液晶層厚０μｍと４μｍの間を直線で結ぶような配向分布とはなっていない。実施例１及び比較例３では、強いアンカリング条件のため両基板表面近傍において急激に配向方位が変化していることから、実質ねじれ角が異なっているものと考えられる。比較例２では両基板表面近傍でも配向方位の急激な変化は生じていない。すなわち、電圧印加時の実質ねじれ角は９０°になっていると考えられる。実施例１と比較例３では、強いアンカリング条件により比較例２とは差異が生じているがその差はわずかであり、実質的にはほぼ同等なねじれ配向状態が得られていると考えられる。

図３は、実質ねじれ角とｄ／ｐの関係を示す図である。ここでは、上記した実施例１及び比較例２について、上記した条件のうちｄ／ｐをパラメータとして変化させてそれぞれにおける実質ねじれ角をシミュレーションにより求め、ｄ／ｐを横軸、実質ねじれ角を縦軸としてプロットした。図示のように、実施例１のプロットは線形近似することができる。実質ねじれ角をｙ、ｄ／ｐをｘとすると、ｙ＝２７８．０２２８６４１７ｘ＋１．２３５８９３４６と表せる。また、比較例２についても実施例１と同様の実質ねじれ角が得られている。これらのことから、閾値の約２．５倍の印加電圧を与えた際の実質ねじれ角は、両基板表面での配向方位（配向容易軸により定まる方位）に対する依存が小さく、ｄ／ｐにより定まることが分かる。したがって、図３に基づくと、実質ねじれ角を７０°～１１０°にするには、ｄ／ｐを０．２４７～０．３９１に設定することが好ましい。詳細を後述するように、この範囲においては、液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子の配向方向の差異による透過率の差異（すなわち出射光の最大光度の差異）を生じることが確認された。なお、プレティルト角については８０°～８９．９５°の範囲であれば同様な現象が生じると考えられる。

図４（Ａ）は、上記した実施例１の液晶素子における両基板の配向容易軸、電圧印加時の実質的な配向方位及び各偏光板の透過軸の関係を示した図である。図４（Ａ）に示すように、実施例１の液晶素子では、裏基板の配向容易軸３１は４５°方位、表基板の配向容易軸は２２５°方位である。すなわち、両基板表面（液晶層との界面）での電圧無印加時の配向方位は裏基板で４５°方位、表基板で２２５°方位である。また、各偏光板の透過軸は、裏基板側偏光板の透過軸３３が０°－１８０°方位、表基板側偏光板の透過軸３４が９０°－２７０°方位であり互いに直交している。そして、電圧印加時の実質的配向方位は、図示のように裏基板側の実質的配向方位３５が９０°方位、表基板側の実質的配向方位３６が０°方位である。そして、裏基板側偏光板の透過軸３３と裏基板側の実質的配向方位３５は互いに直交しており、表基板側偏光板の透過軸３４と裏基板側の実質的配向方位３６も互いに直交している。

図４（Ｂ）は、上記した比較例１における両基板の配向容易軸、電圧印加時の実質的な配向方位及び各偏光板の透過軸の関係を示した図である。図４（Ｂ）に示すように、比較例１の液晶素子では、裏基板の配向容易軸３１は１３５°方位、表基板の配向容易軸は３１５°方位である。すなわち、両基板表面（液晶層との界面）での電圧無印加時の配向方位は裏基板で１３５°方位、表基板で３１５°方位である。また、各偏光板の透過軸は、裏基板側偏光板の透過軸３３が０°－１８０°方位、表基板側偏光板の透過軸３４が９０°－２７０°方位であり互いに直交している。そして、電圧印加時の実質的配向方位は、図示のように裏基板側の実質的配向方位３５が１８０°方位、表基板側の実質的配向方位３６が９０°方位である。そして、裏基板側偏光板の透過軸３３と裏基板側の実質的配向方位３５は互いに平行であり、表基板側偏光板の透過軸３４と裏基板側の実質的配向方位３６も互いに平行である。

図４（Ｃ）は、上記した実施例２における両基板の配向容易軸、電圧印加時の実質的な配向方位及び各偏光板の透過軸の関係を示した図である。上記のように実施例２は比較例１とねじれ方向を逆にしたものであり、具体的には比較例１が左ねじれ配向、実施例２が右ねじれ配向である。図４（Ｃ）に示すように、実施例２の液晶素子では、裏基板の配向容易軸３１は１３５°方位、表基板の配向容易軸は３１５°方位である。すなわち、両基板表面（液晶層との界面）での電圧無印加時の配向方位は裏基板で１３５°方位、表基板で３１５°方位である。また、各偏光板の透過軸は、裏基板側偏光板の透過軸３３が０°－１８０°方位、表基板側偏光板の透過軸３４が９０°－２７０°方位であり互いに直交している。そして、電圧印加時の実質的配向方位は、図示のように裏基板側の実質的配向方位３５が９０°方位、表基板側の実質的配向方位３６が１８０°方位である。そして、裏基板側偏光板の透過軸３３と裏基板側の実質的配向方位３５は互いに直交しており、表基板側偏光板の透過軸３４と裏基板側の実質的配向方位３６も互いに直交している。

なお、上記においてはｄ／ｐ＝０．３１５の場合について示しているが、図３で示した通り、電圧印加時の実質ねじれ角はｄ／ｐが０．２４７～０．３９１の範囲において７０°～１１０°となる。この範囲では図４（Ａ）に示した実施例と同等の効果が得られると考えられる。このとき、裏基板側での実質的配向方位３５と裏基板側偏光板の透過軸３３がなす角度は９０°未満７０°以上、または９０°より大きく１１０°以下となる。

図５（Ａ）は、実施例１の液晶素子の透過率特性の測定例を示す図であり、図５（Ｂ）は、比較例１の液晶素子の透過率特性の測定例を示す図である。また、図６は、透過率測定における測定系の配置を説明するための図である。図６に示すように、極角θは液晶素子の各基板面に略直交する軸（法線方向）を基準にして定義され、方位角φは液晶素子の各基板面に略水平な軸を基準に定義される。液晶素子と各偏光板（表側偏光板、裏側偏光板）との相対的な配置関係は図４（Ａ）、図４（Ｂ）と同様である。この測定系では、光源からの光が液晶素子を透過して受光器により受光されるように構成されており、その際の極角θ、方位角φを可変に設定できる。また、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）では、極角θについては同心円状に軸が設定されており、円の中心が極角θ＝０に対応し、最外周が極角θ＝４０°に対応する。また、方位角φについては図中の左右方向が０°－１８０°に対応し、図中の上下方向が９０°－２７０°に対応している。また、この測定例は、液晶素子の液晶層１９に閾値電圧の２．５倍以上の十分に高い電圧（例えば１２Ｖ）が印加された場合のものである。

図５（Ａ）に示すように、実施例１の液晶素子における最良視認方位はφ＝２２５°の方位（７時半方位）であり、図中に当該方位における透過率の具体的な数値例を示すように極角θが大きいほど透過率が上昇する傾向にある。また、最良視認方位に直交する２つの方位においても透過率は比較的高くなるが、最良視認方位と１８０°異なる方位である反視認方向（φ＝４５°の方位）では透過率が相対的に低くなっている。これは、電圧印加時の液晶層では液晶分子が一方位に傾斜配向する状態であるモノドメイン配向が生じているからである。他方で、図５（Ｂ）に示すように、比較例１の液晶素子における最良視認方位はφ＝３１５°の方位（４時半方位）であるが、むしろそれと直交する２つの方位において極角θが大きくなるほど透過率が高くなる傾向が見られ、最良視認方位の極角θが大きい領域では透過率が相対的に低くなる傾向が見られる。更に、反視認方位では透過率の低下度合いが大きい。

以上のように、閾値の２．５倍以上の印加電圧を与えている状態での両基板表面での実質的配向方位と、各基板に近接して配置される各偏光板の透過軸との配置を互いに略直交する状態にするか、又は両者のなす角度を１１０°以下７０°以上とすることで、実質ねじれ角が７０°～１１０°である場合に、透過光の透過率をより高くすることが可能となる。そして、このような液晶素子を用いる照明装置において、出射光の光度を上昇させることができる。次に、液晶素子を用いる照明装置の一例として車両用灯具並びにこれを備える車両用灯具システムの一実施形態を説明する。

図７は、一実施形態の車両用灯具システムの構成を示す図である。図１に示す車両用灯具システムは、車両用灯具（ランプユニット）１００と、コントローラ１０２と、カメラ１０３を含んで構成されている。この車両用前照灯システムは、カメラ１０３によって撮影される画像に基づいて自車両の周囲に存在する前方車両や歩行者の顔等の位置を検出し、前方車両等の位置を含む一定範囲を非照射範囲（減光領域）に設定し、それ以外の範囲を光照射範囲に設定して選択的な光照射を行うとともに、路面上へ種々形状の光照射を行うものである。

車両用灯具１０１は、車両前部の所定位置に配置されており、車両前方を照明するための照射光を形成する。なお、車両用灯具１０１は車両の左右それぞれに１つずつ設けられるがここでは１つのみ図示する。

コントローラ１０２は、車両用灯具１０１の光源１１０や液晶素子１１５の動作制御を行うものである。このコントローラ１０２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を有するコンピュータシステムを用い、このコンピュータシステムにおいて所定の動作プログラムを実行させることによって実現される。本実施形態のコントローラ１０２は、運転席に設置されたライトスイッチ（図示せず）の操作状態に応じて光源１１０を点灯させるとともに、カメラ１０３によって検出される前方車両（対向車両、先行車両）、歩行者、道路標識、路上白線などの対象体に応じた配光パターンを設定し、この配光パターンに対応する像を形成するための制御信号を液晶素子１１５へ供給する。

カメラ１０３は、自車両の前方空間を撮影して画像を生成し、この画像に対して所定の画像認識処理を行って上記した前方車両等の対象体の位置、範囲、大きさ、種別などを検出する。画像認識処理による検出結果は、カメラ１０３と接続されているコントローラ１０２へ供給される。カメラ１０３は、自車両の車室内の所定位置（例えば、フロントガラス上部）に設置されるか、または自車両の車室外の所定位置（例えば、フロントバンパー内）に設置される。車両に他の用途（例えば、自動ブレーキシステム等）のためのカメラが備わっている場合にはそのカメラを共用してもよい。

なお、カメラ１０３における画像認識処理の機能をコントローラ１０２にて代替してもよい。その場合には、カメラ１０３は、生成した画像をコントローラ１０２へ出力、この画像に基づいてコントローラ１０２側で画像認識処理が行われる。あるいは、カメラ１０３から画像とそれに基づく画像認処理の結果の双方がコントローラ１０２へ供給されてもよい。その場合に、コントローラ１０２は、カメラ１０３から得た画像を用いてさらに独自の画像認識処理を行ってもよい。

図１に示す車両用灯具１０１は、光源１１０、リフレクタ（反射部材）１１１、１１３、偏光ビームスプリッタ１１２、１／２波長板１１４、液晶素子１１５、光学補償板１１６、偏光板１１７、投影レンズ１１８を含んで構成されている。これらの各要素は、例えば１つのハウジング（筐体）に収容されて一体化されている。また、光源１１０と液晶素子１１５は、それぞれコントローラ１０２と接続されている。

光源１１０は、コントローラ１０２による制御を受けて光を放出する。この光源１１０は、例えばいくつかの白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光素子と駆動回路を含んで構成される。なお、光源１１０の構成はこれに限定されない。例えば、なお、光源１１０としては、レーザ素子、さらには電球や放電灯など車両用灯具に一般的に使用されている光源が使用可能である。

リフレクタ１１１は、光源１１０に対応づけて配置されており、光源１１０から放出される光が液晶素子１１５の位置で焦点を結ぶように反射および集光して偏光ビームスプリッタ１１２の方向へ導き、液晶素子１１５へ入射させる。リフレクタ１１１は、例えば楕円面状の反射面を有する反射鏡である。この場合、光源１１０は、リフレクタ１１１の反射面の焦点付近に配置することができる。なお、リフレクタ１１１に代えて集光部として集光レンズを用いてもよい。

偏光ビームスプリッタ１１２は、入射光のうち特定方向の偏光を透過し、これと直交方向の偏光を反射させる透過反射型偏光素子であり、液晶素子１１５の光入射面側に配置されている。このような偏光ビームスプリッタ１１２としては、例えばワイヤーグリッド型偏光板（偏光素子）や光学多層膜による透過反射型偏光板（偏光素子）などを用いることができる。

リフレクタ１１３は、偏光ビームスプリッタ１１２によって反射される光が入射し得る位置に設けられており、入射した光を偏光ビームスプリッタ１１２の方向へ反射させる。

１／２波長板１１４は、偏光ビームスプリッタ１１２とリフレクタ１１３の間の光路上に配置されている。なお、１／４波長板が配置されてもよいし、１／２波長板と１／４波長板の両方が配置されてもよい。後者の場合、１／２波長板１１４を偏光ビームスプリッタ１１２に近い側へ配置する。

液晶素子１１５は、リフレクタ１１１、１１３のそれぞれにより反射および集光された光の焦点に対応して配置され、当該光が入射するように配置されている。液晶素子１１５は、互いに独立に制御可能な複数の画素部（光変調部）を備えている。本実施形態では、液晶素子１１５は、各画素部に駆動電圧を与えるためのドライバ（図示せず）を有している。ドライバは、コントローラ１０２から供給される制御信号に基づいて、液晶素子１１５に対して、各画素部を個別に駆動するための駆動電圧を与える。図示のように液晶素子１１５に入射する光は、液晶素子１１５の光入射面に対して広角に入射する。具体的には、光入射面の法線方向に対して４０°～５０°くらいの広角に光が入射する。この液晶素子１１５として上記した実施形態（実施例）の液晶素子１０が用いられる。

光学補償板１１６は、液晶素子１１５を透過した光の位相差を補償し、偏光度を高めるためのものであり、液晶素子１１５の光出射面側に配置されている。具体的には、光学補償板１１６は、液晶層１５の位相差と合算した位相差が０またはそれに近い値となるようにその位相差が設定される。なお、光学補償板１１６は省略されてもよい。

偏光板１１７は、液晶素子１１５の光出射面側に配置されている。偏光ビームスプリッタ１１２、偏光板１１７とこれらの間に配置された液晶素子１１５によって、自車両の前方へ照射する光の配光パターンに対応した像が形成される。

投影レンズ１１８は、リフレクタ１１１、１３により反射および集光され、液晶素子１１５を透過した光が入射し得る位置に配置されており、この入射した光を自車両の前方へ投影する。投影レンズ１１８は、その焦点が液晶素子１１５の液晶層の位置に対応するように配置されている。

上記した構成の車両用灯具システムにおいて、偏光板１１７として光学多層膜による透過反射型偏光板を用い、１／２波長板１１４としてノルボルネン系環状オレフィンポリマー製の光学波長板を用い、光学補償板１１６としてノルボルネン系環状オレフィンポリマー製で厚さ方向位相差が４４０ｎｍの光学波長板を用い、かつ、上記した実施例１の液晶素子において液晶層に左ねじれカイラル材がｄ／ｐ＝０．３１となるように添加された誘電率異方性が負の液晶材料を用い、液晶層厚ｄと屈折率異方性Δｎの積で表されるリターデーションΔｎ・ｄを約４００ｎｍとし、プレティルト角を８９°程度としたものを液晶素子１１５として用いて、出射光（照射光）の光度の測定を行った。また、同様の条件にした比較例１の液晶素子を液晶素子１１５として用いた場合についても光度の測定を行った。光度の測定は、車両用灯具システムから１０ｍ離れた位置に投影角度０．１°未満のサイズの照度計を配置し、上下左右に照射方向を回転させて回転角度依存性を測定した。その中で得られた最大光度を比較すると、実施例の液晶素子を用いた場合には最大光度が約７１０００ｃｄであり、比較例１の液晶素子を用いた場合には最大光度が約６００００ｃｄであり、両者には明確な明るさの差異を生じることが分かった。

以上のような各実施形態によれば、液晶素子を用いる照明装置等における照射光の明るさを向上させることが可能となる。

なお、本開示は上記した実施形態の内容に限定されるものではなく、本開示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。例えば、上記した実施形態では照明装置の一例として車両用灯具を挙げていたが本開示の適用範囲はこれに限定されない。例えば街路灯、踏切照明装置、方向案内照明装置など種々の照明装置に本開示に係る構成を適用することができる。また、車両用灯具の光学系についても上記した実施形態の構成に限定されない。

１１：第１基板、１２：第２基板、１３：画素電極、１４：共通電極、１５、１６：配向膜、１９：液晶層、２１、２２：偏光板、３１、３２：配向容易軸、３３、３４：透過軸、３５、３６：電圧印加時の実質的配向方位

Claims (10)

1. 対向配置される第１基板及び第２基板と、
   前記第１基板の一面と前記第２基板の一面の間に配置されており、カイラル材を含有する負の誘電率異方性の液晶材料を用いて構成され、９０°未満のプレティルト角を有して略垂直配向している液晶層と、
   前記第１基板の前記一面と対向する他面側に配置された第１偏光板と、
   前記第２基板の前記一面と対向する他面側に配置された第２偏光板と、
   を含み、
   前記第１偏光板と前記第２偏光板は、互いの透過軸を略直交に配置されており、
   前記液晶層へ前記液晶材料の閾値の２．５倍以上の電圧が印加されたときに、前記液晶層と前記第１基板との界面における実質的な配向方位である第１配向方位と、前記液晶層と前記第２基板との界面における実質的な配向方位である第２配向方位とのなす角度が７０°以上１１０°以下であり、
   前記第１偏光板の透過軸と前記第１配向方位とのなす角度が１１０°以下７０°以上であり、かつ前記第２偏光板の透過軸と前記第２配向方位とのなす角度が１１０°以下７０°以上である、
   液晶素子。
2. 前記液晶層のプレティルト角が８０°以上９０°未満である、
   請求項１に記載の液晶素子。
3. 前記第１配向方位は、前記液晶層へ電圧が印加されていないときの当該液晶層と前記第１基板との界面における配向方位と異なり、
   前記第２配向方位は、前記液晶層へ電圧が印加されていないときの当該液晶層と前記第２基板との界面における配向方位と異なる、
   請求項１又は２に記載の液晶素子。
4. 前記カイラル材のピッチｐと前記液晶層の層厚ｄの比であるｄ／ｐが０．２２以上０．４２以下である、
   請求項１～３の何れか１項に記載の液晶素子。
5. 前記第１偏光板及び／又は前記第２偏光板は、光学多層膜による透過反射型偏光板又はワイヤーグリッド型偏光板である、
   請求項１～４の何れか１項に記載の液晶素子。
6. 前記液晶層へ電圧が印加されていないときの当該液晶層と前記第１基板との界面における配向方位及び前記液晶層へ電圧が印加されていないときの当該液晶層と前記第２基板との界面における配向方位は、前記第１偏光板及び前記第２偏光板の各々の透過軸と略４５°の角度をなす、
   請求項１～５の何れか１項に記載の液晶素子。
7. 請求項１～６の何れか１項に記載の液晶素子と当該液晶素子に光を入射させる光源を含む、照明装置。
8. 前記光源から出射する光を前記液晶素子の位置へ集光させるリフレクタ又はレンズを更に含む、
   請求項７に記載の照明装置。
9. 前記液晶素子へ入射する光が直線偏光である、
   請求項７又は８に記載の照明装置。
10. 前記液晶素子の光出射側に配置される投影レンズを更に含む、
    請求項７～９の何れか１項に記載の照明装置。

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