JP2023177001A - 照明装置、車両用灯具システム - Google Patents

Abstract

【課題】配光パターン中の暗領域の発生を抑えること。【解決手段】光源と、集光部と、前記集光部によって集光される前記光の焦点位置に配置される液晶素子１５と、前記光源と液晶素子１５との間に配置される偏光ビームスプリッタと、液晶素子１５を透過する前記光が入射し得る位置に配置される投影レンズと、液晶素子１５と前記投影レンズとの間に配置される偏光素子と、を含み、前記光源から放出される前記光は、最大光度の発光ピークを４５０ｎｍ以下の波長域に有する白色光であり、液晶素子１５は、前記光が入射することによる放射エネルギーが３６０００Ｊ／ｍｍ２以上となる被照射領域を有しており、液晶素子１５の第１基板５１及び／又は第２基板５２は、液晶層５７から遠い側の面において前記被照射領域を含む第１領域における第１基板厚が当該第１領域以外の第２領域における第２基板厚の１／３以下である、照明装置である。【選択図】図１３

Description

本開示は、照明装置、車両用灯具システムに関する。

特開２０１９－１２８４４９号公報（特許文献１）には、液晶素子を用いて配光パターンを可変に制御する車両用前照灯（照明装置）が記載されている。この車両用前照灯では、光源から出射する光を集光して液晶素子へ入射させ、液晶素子において明暗の像を形成し、その像をレンズによって拡大投影することで車両前方に照射される光の配光パターンを可変に設定している。この車両用前照灯では、光源として出射光が広角に広がるＬＥＤ素子を用いるため、レンズやリフレクタなどの集光手段で集光した光を液晶素子へ入射させている。しかし、累積使用時間が長くなると、光の照度が相対的に高くなる焦点付近に対応して、配光パターン中の一部で暗領域（相対的に明るさの低い領域）を生じる場合がある。

特開２０１９－１２８４４９号公報

本開示に係る具体的態様は、配光パターン中の暗領域の発生を抑えることが可能な技術を提供することを目的の１つとする。

［１］本開示に係る一態様の照明装置は、（ａ）発光ダイオードを用いて構成されており光を放出する光源と、（ｂ）前記光源から放出される前記光を集光する集光部と、（ｃ）各々がガラスからなる第１基板及び第２基板と、当該第１基板と第２基板との間に配置される液晶層を有しており、前記集光部によって集光される前記光の焦点位置に配置される液晶素子と、（ｄ）前記光源と前記液晶素子との間に配置される偏光ビームスプリッタと、（ｅ）前記液晶素子を透過する前記光が入射し得る位置に配置される投影レンズと、（ｆ）前記偏光ビームスプリッタの透過軸と略直交する方向に配置された透過軸を有しており前記液晶素子と前記投影レンズとの間に配置される偏光素子と、を含み、（ｇ）前記光源から放出される前記光は、最大光度の発光ピークを４５０ｎｍ以下の波長域に有する白色光であり、（ｈ）前記液晶素子は、前記光が入射することによる放射エネルギーが３６０００Ｊ／ｍｍ^２以上となる被照射領域を有しており、（ｉ）前記第１基板及び／又は前記第２基板は、前記液晶層から遠い側の面において前記被照射領域を含む第１領域における第１基板厚が当該第１領域以外の第２領域における第２基板厚の１／３以下である、照明装置である。
［２］本開示に係る一態様の車両用前照灯システムは、（ａ）前記［１］に記載の照明装置を用いて構成される車両用灯具と、（ｂ）車両周辺を撮影するカメラと、（ｃ）前記カメラにより撮影される画像に基づいて前記液晶素子の動作を制御するコントローラと、を含む、車両用前照灯システムである。

上記構成によれば、照明装置ないしこれを用いる車両用灯具システムにおける配光パターン中の暗領域の発生を抑えることが可能となる。

図１は、検証に用いた液晶素子の構成を模式的に示す断面図である。 図２は、検証に用いる光源から出射される光の発光スペクトル（分光放射強度）を示す図である。 図３は、検証用光源の点灯時における検証用液晶素子の光入射面内における放射照度分布とその計算値を示す図である。 図４は、検証用液晶素子の図３に示した原点に相当する位置を中心にＹ軸に沿って正面観察時の透過率分布を測定した結果を示すグラフである。 図５は、ガラス基板を単体で用いた場合における光照射前（０Ｈ）の初期状態と光照射を５００時間連続で行った後の状態のそれぞれにおける透過率分布の相対値を示す図である。 図６は、ガラス基板単体での相対透過率変化の連続照射時間依存を示すグラフである。 図７は、検証用液晶素子とガラス基板単体における透過率の経過時間依存性を示したグラフである。 図８は、紫外発光ＬＥＤランプによる紫外光照射を行う前後のソーダライムガラスの透過分光スペクトルを示すグラフである。 図９は、ソーダライムガラスに対して白色ＬＥＤ光源の光を集光して５００時間照射した際の最大放射照度が照射された領域における照射前後における透過分光スペクトルを示す図である。 図１０は、ガラス基板の試験材料の成分表を示す図である。 図１１は、一実施形態のガラス基板の構造を模式的に示す平面図である。 図１２（Ａ）～図１２（Ｃ）は、ガラス基板の構造例を示す模式的な断面図である。図１２（Ｄ）～図１２（Ｅ）は、ガラス基板の構造例を示す模式的な断面図である。 図１３は、上記した実施形態のガラス基板を用いて構成される液晶素子の模式的な断面図である。 図１４（Ａ）は、上記した実施形態の液晶素子を用いて構成される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１４（Ｂ）は、変形実施例の車両用灯具システムの構成を示す図である。 図１５は、液晶素子の実施例を示す平面図である。

本願発明者は、ＬＥＤ（発光ダイオード）から広角に広がって出射する光をレンズ等によって集光して液晶素子へ入射させて配光パターンを形成する照明装置等において、累積使用時間が長くなった際に配光パターン中の一部で暗領域を生じる場合についてその原因を検証した。以下では、まず検証内容について説明し、次いでその検証により得られた知見に基づく液晶素子並びにこれを用いる照明装置、車両用前照灯システムについて説明する。

図１は、検証に用いた液晶素子の構成を模式的に示す断面図である。図示の検証用液晶素子１００は、対向配置される第１基板１０１と第２基板１０２、第１基板１０１の第２基板１０２と対向する面に設けられた複数の画素電極１０３、第２基板１０２の第１基板１０１と対向する面に設けられた共通電極（対向電極）１０４、第１基板１０１の第２基板１０２と対向する面において各画素電極１０３を覆って設けられた配向膜１０５、第２基板１０２の第１基板１０１と対向する面において共通電極１０４を覆って設けられた配向膜１０６、第１基板１０１と第２基板１０２の間において各配向膜１０５、１０６に接して設けられた液晶層１０７、第１基板１０１と第２基板１０２の間において液晶層１０７を囲んで設けられた封止材１０８を含んで構成されている。

第１基板１０１及び第２基板１０２としては、ソーダライムガラスからなるガラス基板が用いられている。図示を省略するが、第１基板１０１には各画素電極１０３の下層側に約２０ｎｍ厚のＳｉＯ_２アンダーコート膜が設けられており、第２基板１０２には共通電極１０４の下層側に約２０ｎｍ厚のＳｉＯ_２アンダーコート膜が設けられている。各画素電極１０３、共通電極１０４は、それぞれインジウム錫酸化物膜（ＩＴＯ膜）をパターニングすることによって形成されている。各配向膜１０５、１０６は、例えばシロキサン系垂直配向膜をフレキソ印刷法にて塗布し、２００℃で焼成した後、ラビング処理によって一軸配向処理が施されており、それぞれが一軸配向規制力を有する。各配向膜１０５、１０６は、それぞれへの一軸配向処理の方向が逆平行（アンチパラレル）となるように配置されている。液晶層１０７は、各配向膜１０５、１０６による一軸配向規制力を受けて、８９°程度のプレティルト角を有して一様に配向している。また、第１基板１０１と第２基板１０２の間には図示しない粒径４μｍの樹脂スペーサーが均一に配置されている。それにより、液晶層１０７の層厚は約４μｍとなっている。液晶層１０７は、誘電率異方性が負の値であり、屈折率異方性が約０．１１の液晶材料を用いて構成されている。封止材１０８はエポキシ系接着剤を用いて形成されている。

図２は、検証に用いる光源から出射される光の発光スペクトル（分光放射強度）を示す図である。検証用光源は、青色ＬＥＤと青色ＬＥＤの発光が入射する位置に配置された黄色蛍光体とを備えた白色ＬＥＤであり、青色ＬＥＤにて黄色蛍光体を励起し、青色と黄色の混色によって白色光を得るものである。図示のように、光源の出射光は、最大光度を示す波長ピークの波長が４４０ｎｍである。２番目の光度を示す発光ピークの波長は５４５ｎｍ付近である。

後述する図１４（Ａ）又は図１４（Ｂ）に示すような照明光学系において、液晶素子１５に代えて検証用液晶素子１００を配置するとともに光源１０に代えて検証用光源を配置し、検証用液晶素子１００に対して各画素電極１０３と共通電極１０４の間に液晶層１０７の閾値以上の電圧を印加して透過光が明状態となるようにし、検証用光源を点灯させて液晶素子１００へ連続的に光照射を行った。

図３は、検証用光源の点灯時における検証用液晶素子の光入射面内における放射照度分布とその計算値を示す図である。ここでは、検証用液晶素子１００の第１基板１０１の外側面（第２基板１０２と対向しない側の面）を光入射面とする。図中の左右方向軸（Ｘ軸）及び上下方向軸（Ｙ軸）の各座標は検証用液晶素子１００の光入射面内での位置を示している。両座標の原点は、最大照度が得られる位置に対応付けられている。また、Ｘ軸上及びＹ軸上の放射照度分布についてのグラフも示している。原点における放射照度は０．１８１Ｗ／ｍｍ^２であり、Ｘ軸方向で放射照度が半分になる位置は原点より±２．７ｍｍの位置、Ｙ軸方向で放射照度が半分になる位置は－１．１ｍｍ及び＋１．５ｍｍの各位置である。Ｙ軸方向において原点より－３．５ｍｍとなる位置での放射照度は０．０２０Ｗ／ｍｍ^２であった。

図４は、検証用液晶素子の図３に示した原点に相当する位置を中心にＹ軸に沿って正面観察時の透過率分布を測定した結果を示すグラフである。透過率分布の測定には大塚電子製ＬＣＤ５２００を用いた。検証用光源からの光照射を５００時間行った後に、透過率分布を測定した。１スポットの測定エリアを０．７ｍｍΦとして、そのスポット位置を一定ステップで移動させることにより透過率分布を測定した。この測定においては、偏光素子などは用いずに検証用液晶素子１００を単体で用いて透過率分布を測定している。

図４では、検証用光源からの光照射が５００時間経過した後の検証用液晶素子１００単体での透過率分布の相対値が示されている。ここでは、透過率の低下が最も大きいＹ軸原点での透過率を相対透過率１として規格値して透過率がプロットされている。なお、Ｙ軸の測定範囲は±２．５ｍｍ、測定ステップは０．５ｍｍ間隔とした。図示のように、Ｙ軸のマイナス側において透過率低下の度合いが小さく、Ｙ軸のプラス側において透過率低下の度合いが大きい傾向がみられる。

次に、検証用液晶素子１００において使用するガラス基板と同じガラス基板を単体で用いて上記と同様な光照射を行った場合の透過率変化を測定した。なお、測定範囲としてはＹ軸に対して±３．５ｍｍ、測定ステップは０．７ｍｍ間隔とした。

図５は、ガラス基板を単体で用いた場合における光照射前（０Ｈ）の初期状態と光照射を５００時間連続で行った後の状態（以後「５００Ｈ経過後の状態」という。）のそれぞれにおける透過率分布の相対値を示す図である。図５では、初期状態での原点における相対透過率を１として透過率を規格化して示している。初期状態においてはＹ軸方向の位置が＋３．５ｍｍから－３．５ｍｍの間で変化しても測定誤差によると考えられるバラツキはみられるものの、透過率は均一であると考えられる。

一方、５００Ｈ経過後の状態では、Ｙ軸の原点に相当する位置で相対透過率が最も低くなっており、原点から＋３．５ｍｍの位置及び原点から－３．５ｍｍの位置では多少バラツキはみられるものの初期状態との間での透過率差は観察されないことが分かった。すなわち、上記図３に示した放射照度分布によって透過率分布が生じていると考えられる。Ｙ軸の－３．５ｍｍの位置においては初期状態と５００Ｈ経過後の状態で透過率に差異が観察されないことから、この位置における放射照度である０．０２０Ｗ／ｍｍ^２による積算光量である０．０２×１８００００ｓ＝３６０００Ｊ／ｍｍ^２以下であれば透過率の変化が生じないと考えられる。換言すれば、上記した値を超える放射照度になると透過率の低下が観察されることが分かった。したがって、透過率の低下には一定以上の積算光量が必要であることが明らかとなった。

図６は、ガラス基板単体での相対透過率変化の連続照射時間依存を示すグラフである。この測定の場合には、測定スポットは３ｍｍΦ、測定位置はＸ軸及びＹ軸の原点（図３参照）とした。初期状態での相対透過率を１とすると、約２５０時間経過後に最大透過率比が０．９８程度まで急激に低下し、その後１５００時間経過までは透過率変化の傾斜は緩やかだが確実に低下する傾向がある。その後１５００時間よりもさらに時間が経過すると透過率の変化がほとんどなく推移する傾向がみられる。

図７は、検証用液晶素子とガラス基板単体における透過率の経過時間依存性を示したグラフである。上記したガラス基板単体での検証と同様に検証用液晶素子１００に対して連続的に光照射を行い、透過率の変化を測定した。図中の特性線ａはガラス基板単体での特性を示し、特性線ｂはガラス基板を２枚重ねた場合の特性をガラス基板単体での特性（特性線ａ）から試算して得られた特性を示し、特性線ｃは検証用液晶素子１００における特性を示す。

図示のように、２５０時間経過より以前の範囲では検証用液晶素子１００とガラス基板単体での測定時が異なっているため差異が生じているが、２５０時間経過以降では２つのガラス基板（検証用液晶素子１００における第１基板１０１と第２基板１０２に相当）を想定して求められた特性線ｂと検証用液晶素子１００の特性線ｃとの一致性が高い傾向が観察された。これらの結果によれば、連続的な光照射による透過率低下はほぼガラス基板によって生じるものと考えられる。

ここで、一般にソーダライムガラスには、アルカリ金属であるＮａＯ_２とＫ_２Ｏが含まれており、一例として、ＮａＯ_２と１３．１％、Ｋ_２Ｏが０．７２％含まれている（特開２０００－１４３２８４号公報参照）。また、遷移金属であるＦｅはイオン化する際に２価と３価に陽イオン化する。２価のＦｅ^２＋は赤外域の光吸収特性を有し、３価のＦｅ^３＋は短波長可視域の光吸収特性を示す。価数が異なるＦｅのソーダライムガラス内での比率は、３２０ｎｍ以下の紫外線を照射することにより変化させることができ、その結果として可視領域の透過率が変化する現象が観察される。この現象はソラリゼーションと呼ばれている（例えば特開平０３－１７０３４４号公報参照）。

図８は、紫外発光ＬＥＤランプによる紫外光照射を行う前後のソーダライムガラスの透過分光スペクトルを示すグラフである。紫外発光ＬＥＤランプの照射強度は、１８５ｎｍにて１７．９Ｗ／ｃｍ^２、２５４ｎｍにて６０．４Ｗ／ｃｍ^２であり、照射時間は４５秒間である。図８の特性線ａは照射前、特性線ｂは照射後の透過分光スペクトルを示している。図示のように、紫外光照射の前後にて明らかに透過率変化が観察され、短波長側の透過率が減少し、長波長側の赤外域はほぼ変化ないか、または上昇する傾向が観察された。

図９は、ソーダライムガラスに対して白色ＬＥＤ光源の光を集光して５００時間照射した際の最大放射照度が照射された領域における照射前後における透過分光スペクトルを示す図である。上記図８にて示した紫外光照射によるＦｅの価数変化にて組成割合が変化したときの透過分光スペクトルとは全く異なる傾向が見られ、短波長における透過率変化は小さく、４６０ｎｍ以上の可視波長における透過率変化が著しいことが分かる。従って、白色ＬＥＤ光源の光を長時間照射した場合には、上記したＦｅ還元による価数変化とは異なる反応により透過率変化が生じていると考えられる。

Ｆｅなどの遷移金属と同様に反応性が高い材料としてはアルカリ金属が考えらえる。以下ではアルカリ金属に着目した組成の異なるガラス基板に対し上記と同様な連続光照射を行った結果を示す。試験材料の成分表を図１０に示す。図中のサンプルＡは上記したソーダライムガラスである。サンプルＢは、アルカリ金属を含有せずにアルミナとホウ酸を含有する無アルカリガラス（日本電気硝子株式会社製）であり、サンプルＣは低アルカリガラス（日本電気硝子株式会社製）である。

サンプルＢは、ＮａＯ_２やＫ_２Ｏ等のアルカリ金属を含まない代わりに、アルミナ、ホウ酸及びアルカリ土類金属がその減少を補う組成となっており、遷移金属のＦｅも含有していない。なお、実際は完全にアルカリ金属を含有していないわけではなく、僅かながらソラリゼーションを生じる可能性がある。

サンプルＣは、アルカリ金属であるＮａＯ_２を６．３％、Ｋ_２Ｏを０．９％含有している。ソーダライムガラスであるサンプルＡに比較すると、Ｋ_２Ｏは０．１８％増加し、ＮａＯ_２は６．８％に半減している。また、アルカリ土類金属の含有率もサンプルＡ、Ｃより低く抑制されており、遷移金属のＦｅも含有してない。

無アルカリガラスであるサンプルＢについては、２０００時間の連続光照射を行った後でも透過率変化は確認されなかった。また、低アルカリガラスであるサンプルＣにおいても、２０００時間の連続光照射を行った後の透過率変化は認められなかった。以上の結果、白色ＬＥＤ光源を照射した場合、ソーダライムガラスに含有されるアルカリ金属であるナトリウムイオンの含有量が透過率変化に影響を与えていると推察される。ＮａＯ_２を６．３％以下にすることで着色（透過率低下）が抑制される。

以上のような検証結果から、ソーダライムガラスからなるガラス基板を用いた液晶素子において、白色ＬＥＤ光源からの光照射による光入射面内の高照度帯における透過率低下を軽減して面内透過率のムラを抑制するには、ガラス基板自体の透過率低下を抑制する必要があると考えられる。上記した図７に示したように、２枚のソーダライムガラス基板を積層した際の透過率の計算値が検証用液晶素子１００の透過率に一致または近い値を示すためである。そこで、本願発明者は、ガラス基板自体の透過率低下を抑制するには、ガラス基板の光入射面に照射される光の放射照度に応じて基板厚を調整すること、より具体的には高照度帯ほど基板厚を小さくすることが有効であることを見いだした。

上記した図３に示したガラス基板表面における白色ＬＥＤ光の放射照度分布によれば、Ｙ軸方向の原点から±３．５ｍｍの範囲内における放射照度は０．０２０Ｗ／ｍｍ^２である。この位置では上記した図５に示した５００時間後の透過率低下は誤差範囲内と考えられる。原点（中心部）の放射照度は０．１８１Ｗ／ｍｍ^２であることから、ガラス基板が元の基板厚である０．７ｍｍの１／９の厚さになれば、原点においても５００時間経過後における透過率変化が生じなくなると考えられる。例えば、透過率変化の許容値をガラス基板単体で１％以内とすれば、図５にて、Ｙ軸位置の中心を基準にして規格化透過率が９９％になるのは－２．５ｍｍの位置であり、この位置における放射照度は図３から０．０４４２Ｗ／ｍｍ^２であることから、０．０４４２／０．０２＝２．２１倍となる。このため、元のガラス基板の基板厚０．７ｍｍに１／２．２を乗算した値である０．３１６７ｍｍ以下が基板厚として好ましく、余裕度を考慮すると０．３ｍｍ以下が好ましいといえる。更に余裕を持たせるには、基板厚（第１基板厚）を元の基板厚（第２基板厚）の１／３以下、すなわち０．２３ｍｍ以下とすればよい。このような基板厚を実現するには、例えば以下に詳述するようにガラス基板に対して凹部を設ければよい。

図１１は、一実施形態のガラス基板の構造を模式的に示す平面図である。図示の実施形態のソーダライムガラスからなるガラス基板４０は、図３に示した放射照度分布に基づいて放射照度０．０２Ｗ／ｍｍ^２（照射エネルギー３６０００Ｊ／ｍｍ^２）以上の領域を含む領域（被照射領域）の基板厚が当該領域の中心に向かうほど薄くなるように凹部４１が設けられている。

図１２（Ａ）～図１２（Ｃ）は、ガラス基板の構造例を示す模式的な断面図である。ガラス基板４０の凹部４１は、例えば図１２（Ａ）に示すような半球状の凹部であってもよい。また、ガラス基板４０の凹部４１は、例えば図１２（Ｂ）に示すような四角錐状（断面三角形状）の凹部であってもよい。また、ガラス基板４０の凹部４１は、例えば図１２（Ｃ）に示すように底面を有する断面台形状の凹部であってもよい。

図１２（Ｄ）～図１２（Ｅ）は、ガラス基板の構造例を示す模式的な断面図である。ガラス基板４０は、例えば図１２（Ｄ）に示すように凹部４１の設けられる面と反対側の面にイオン交換層４２が設けられていてもよい。ここでは断面台形状の凹部４１を有するガラス基板４０を例示しているが凹部４１の形状は限定されない。イオン交換層４２を設けることで、ガラス基板４０の表層から一定深さまでのナトリウムイオンをカリウムイオンに置換することができる。透過率低下の主要因はナトリウムイオンであると考えられるので、カリウムイオンに置換されることで透過率低下がさらに抑制されると考えられる。また、イオン交換層４２により、ガラス基板４０の基板厚が薄くなった分を補強する機能も得られる。また、イオン交換時に薬液を浸漬するマスク（金属膜など）を部分的に形成することにより部分的なイオン交換が可能になり、ガラス基板を分断する際のしやすさを維持することができる。

また、ガラス基板４０は、例えば図１２（Ｅ）に示すように凹部４１に埋設するようにして光学マッチング材４３が設けられていてもよい。更に、例えば図１２（Ｆ）に示すように、凹部４１の内部の充填のみならずガラス基板４０の凹部４１が設けられる側の面を覆うように光学マッチング材４３ａを設けてもよい。ここでは半球状の凹部４１を有するガラス基板４０を例示しているが凹部４１の形状は限定されない。光学マッチング材４３、４３ａとしては、ガラス基板４０の屈折率に近いものを充填することが望ましく、例えばシロキサン系樹脂を用いることができる。

ガラス基板４０に凹部４１を設ける方法としては、例えばガラス基板上に金属膜を設け、その上にフォトレジストを配置した状態で金属をエッチングし、その状態でＨＦ薬液によるガラスエッチングを行う方法を用いることができる（一例として特開平３－２３２７４３号公報参照）。また、ガラス基板に対するマスク処理及びサンドブラスト処理にて凹部を形成した後、ＨＦ薬液に浸漬することにより、凹部のフロスト状外観を透明化する処理を行うという方法を用いることもできる（一例として特開平１０－２７５５５６号公報参照）。なお、大判のガラス基板に複数の液晶素子を多面付けし、その後に個々の液晶素子に分割して個片化するという製造方法を採用する場合には、個々の液晶素子へ個片化するより以前の段階で各液晶素子に対応するガラス基板の所定位置に各凹部４１を形成することが好ましい。

図１３は、上記した実施形態のガラス基板を用いて構成される液晶素子の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、例示の液晶素子１５は、対向配置された第１基板５１および第２基板５２、複数の画素電極５３、共通電極（対向電極）５４、配向膜５５、５６、液晶層５７、封止材５８を含んで構成されている。第１基板５１及び第２基板５２として上記したガラス基板４０と同構造のガラス基板が用いられている。ここでは代表例として図１２（Ａ）に示した態様のガラス基板４０と同構造の第１基板５１及び第２基板５２を示すが、他の構造例が採用されてもよい。

第１基板５１および第２基板５２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。第１基板５１の第２基板５２と対向しない側の面には凹部５９が設けられている。同様に、第２基板５２の第１基板５１と対向しない側の面には凹部６０が設けられている。第１基板５１と第２基板５２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５１側若しくは第２基板５２側に設け、それらをスペーサーとして用いてもよい。本実施形態では、第１基板５１が偏光ビームスプリッタ１２と対向し、第２基板５２が偏光板１７と対向するように各基板が配置されているものとする。すなわち、第２基板５２側が液晶素子１５としての光出射側となり、第１基板５１側が液晶素子１５としての光入射側となるように各基板が配置されているものとする。

複数の画素電極５３は、第１基板５１の一面側に設けられている。これらの画素電極５３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。本実施形態では、各画素電極５３と共通電極５４とが向かい合う部分において画素部が構成される。

共通電極５４は、第２基板５２の一面側に設けられている。この共通電極５４は、第１基板５１の各画素電極５３と対向するようにして一体に設けられている。共通電極５４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５５は、第１基板５１の一面側において各画素電極５３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５６は、第２基板５２の一面側において共通電極５４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５５、５６は、液晶層５７の配向状態を規制するためのものである。各配向膜５５、５６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５７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。各配向膜５５、５６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５５、５６と液晶層５７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。一例として本実施形態では、脂環式ポリイミド又は脂環式ポリアミック酸による配向膜を用いる。

液晶層５７は、第１基板５１と第２基板５２の間に設けられている。液晶層５７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。液晶層５７は、例えば、負の誘電率異方性を有し、屈折率異方性が約０．１３の液晶材料を用いて構成される。液晶層５７の層厚は、例えば４μｍ程度とすることができる。

封止材５８は、第１基板５１と第２基板５２の間において液晶層５７を囲むように設けられており、液晶層５７を封止する。

なお、液晶素子１５の内部構造や駆動方法については、透過光を自在に変調して所望の像を形成し得る限りにおいて特に限定がない。例えば、各画素部に対して薄膜トランジスタを対応づけて構成されるアクティブマトリクス型の液晶素子として構成してもよいし、複数のストライプ状の透明電極を対向配置してそれら透明電極同士の重なる各領域を画素部として用いる単純マトリクス型の液晶素子として構成してもよい。さらに、液晶素子１５としては、一方基板に設けられた任意形状の複数の画素電極と、他方基板に設けられた１つ（または複数）の対向電極を有するセグメント表示型の液晶素子を用いてもよく、その場合の駆動方法についてはマルチプレックス駆動を採用してもよいし、スタティック駆動を採用してもよい。

図１４（Ａ）は、上記した実施形態の液晶素子を用いて構成される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１４（Ａ）に示す車両用灯具システムは、車両用灯具（照明装置）１と、コントローラ２と、カメラ３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３によって撮影される車両周辺の画像に基づいて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減光範囲（ないし非照射範囲）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１は、例えば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１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２は、車両用灯具１の光源１０や液晶素子１５の動作制御を行うものである。このコントローラ２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２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１０を点灯させるとともに、カメラ３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１５へ供給する。

カメラ３は、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３と接続されているコントローラ２へ供給される。カメラ３は、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３における画像認識処理の機能をコントローラ２にて代替してもよい。その場合には、カメラ３は、生成した画像をコントローラ２へ出力、この画像に基づいてコントローラ２側で画像認識処理が行われる。あるいは、カメラ３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２へ供給されてもよい。その場合に、コントローラ２は、カメラ３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１４（Ａ）に示す車両用灯具１は、光源１０、リフレクタ（反射部材）１１、１３、偏光ビームスプリッタ（第１偏光素子）１２、１／４波長板１４、液晶素子１５、光学補償板１６、偏光板（第２偏光素子）１７、投影レンズ１８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１０と液晶素子１５は、それぞれコントローラ２と接続されている。

光源１０は、駆動回路を含んでおり、コントローラ２による制御を受けて光を放出する。この光源１０は、上記した検証用光源と同様に、青色ＬＥＤと青色ＬＥＤの発光が入射する位置に配置された黄色蛍光体とを備えた白色ＬＥＤであり、青色ＬＥＤにて黄色蛍光体を励起し、青色と黄色の混色によって白色を得るものである。図２に示したように、光源１０の出射光は、最大強度を示す波長ピークのピーク波長が４４０ｎｍである。第２の発光ピークのピーク波長は５４５ｎｍ付近である。つまり、光源１０から放出される白色光は、青色光ピークと黄色光ピークを含んでいる。

リフレクタ１１は、光源１０に対応づけて配置されており、光源１０から放出される光が液晶素子１５の位置（一例として液晶素子１５の厚さ方向の略中央）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１２の方向へ導き、液晶素子１５へ入射させる。リフレクタ１１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１０は、リフレクタ１１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１１に代えて集光部としてレンズを用いてもよい。

偏光ビームスプリッタ１２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１５の光入射面側においてこの光入射面に対して斜めに配置されている。このような偏光ビームスプリッタ１２としては、例えばワイヤーグリッド型偏光素子や多層膜偏光素子などを用いることができる。

リフレクタ１３は、偏光ビームスプリッタ１２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、入射した光が液晶素子１５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１２へ入射させる。

１／４波長板１４は、偏光ビームスプリッタ１２とリフレクタ１３の間の光経路上に配置されており、入射する光に位相差を与える。本実施形態では、偏光ビームスプリッタ１２によって反射された光は、１／４波長板１４を透過し、リフレクタ１３で反射されて再度１／４波長板１４を透過することで偏光方向が９０°回転して偏光ビームスプリッタ１２へ再入射する。それにより、再入射した光は偏光ビームスプリッタ１２をより透過しやすい状態となるので光の利用効率が向上する。

なお、図１４（Ｂ）に示す変形実施例の車両用灯具１ａのように、１／４波長板１４に代えて、１／２波長板１４ａを用いることもできる。この場合には、１／２波長板１４ａは、偏光ビームスプリッタ１２によって反射された光は入射せず、この光がリフレクタ１３で反射された光が入射する位置に配置される。

液晶素子１５は、リフレクタ１１、１３のそれぞれにより反射および集光された光の焦点を含む位置に配置され、当該光が入射するように配置されている。液晶素子１５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１５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２から供給される制御信号に基づいて、液晶素子１５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１５に入射する光は、液晶素子１５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°～６０°くらいの広角に光が入射する。

光学補償板１６は、液晶素子１５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１５の光出射面側に配置されている。具体的には、光学補償板１６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１６は省略されてもよい。

偏光板１７は、液晶素子１５の光出射面側に配置されている。偏光ビームスプリッタ１２、偏光板１７とこれらの間に配置された液晶素子１５によって、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。偏光板１７の透過軸は、偏光ビームスプリッタ１２の透過軸に対して略直交する方向となるように配置される。また、偏光板１７と偏光ビームスプリッタ１２の各透過軸は、液晶素子１５の液晶層５７の層厚方向の略中央における電圧無印加時の配向方向に対して平面視で略４５°の角度をなす方向となるようにそれぞれ配置される。

投影レンズ１８は、リフレクタ１１、１３により反射および集光され、液晶素子１５を透過した光が入射し得る位置に配置されており、この入射した光を車両の前方へ投影する。投影レンズ１８は、その焦点が液晶素子１５の液晶層に結ばれるように配置されている。投影レンズ１８の光軸は図中において一点鎖線で示されるように、図中の左右方向に沿っている。

図１５は、車両用灯具に用いる液晶素子の実施例を説明するための模式的な平面図である。図示の実施例の液晶素子１５は、複数の画素部（セグメント領域）を備えており、これらは平面視において封止材５８に囲まれた内側領域である有効表示領域内に配置されている。図示の液晶素子１５において種々のサイズの矩形状領域や三角形状領域で表された各々が画素に対応する。図中、例示的にいくつかの画素部に符号を付して示す。この実施例では、各画素を構成する画素電極（後述）は各画素部の形状と略同一な形状に設けられている。

例えば、画素部７０ａは、ｘ方向長さ、ｙ方向長さともに小さい小面積の正方形状の画素部である。画素部７０ｂは、ｘ方向長さが画素部７０ａよりは大きく、ｙ方向長さも画素部７０ａよりは少し大きい台形状の画素部である。画素部７０ｃは、ｘ方向長さが小さく、ｙ方向長さは比較的大きい縦長の長方形状の画素部である。画素部７０ｄは、画素部７０ｂよりはｘ方向長さの小さい縦長の長方形状の画素部である。画素部７０ｅは、ｘ方向長さ、ｙ方向長さ（一辺の長さ）ともに比較的大きい三角形状の画素部である。画素部７０ｆは、ｘ方向長さが非常に大きい横長の大面積の画素部である。画素部７０ｇは、縦長の長方形状の画素部である。画素部７０ｈは、ｘ方向長さが非常に大きい横長の画素部である。なお、図示のように、液晶素子１５には例示したもの以外にも種々のサイズ、形状の画素部が備えられている。各画素部７０ａ等は、それぞれ個別に光の透過／非透過を制御可能であり、これらを適宜制御することによって、車両の前方状況に応じた種々の配光パターンの照射光を形成することが可能となる。

この実施例の液晶素子１５においては、第１基板５１と第２基板５２のそれぞれにおいて、例えば各画素部７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ、７０ｅを包含する領域７１（図中に太い点線で示す領域）と重なる領域に上記した凹部５９、６９を設けることが望ましい。この領域７１は、広角に入射する光が焦点を結ぶように集光する領域であり、偏光ビームスプリッタ１２からの反射光をさらに反射させて集光した光も入射する領域であるため、入射光の強度がより高くなり積算光量が高くなりやすいが、各凹部５９、６０を用いることで当該領域７１での透過率低下を防ぐことができる。この実施例の液晶素子１５における各凹部５９、６０の断面形状について特段に限定はないが、例えば上記した図１２（Ｃ）、図１２（Ｄ）に示したような断面台形状とすることが望ましい。その際には、各凹部５９、６０のテーパー状の側壁については上記した領域７１の外側に配置されるようにすることがより望ましい。また、各凹部の外側領域には、凹部よりも厚い基板厚の領域が設けられている。例えば、封止材５８と重なる領域、及びその外側領域を相対的に基板厚の厚い領域とすることができる。このように、凹部の設けられた領域を囲むようにして相対的に基板厚の厚い領域を設けることにより、基板厚が全面で薄い場合と比較して基板の撓みやこの撓みによる焦点位置のずれを抑制することができる。基板厚の相対的に厚い領域は、例えば０．５ｍｍ以上１．１ｍｍ以下であることが好ましい。

以上のような各実施形態並びに実施例によれば、液晶素子のガラス基板における透過率低下を防ぐことができるので、照明装置における配光パターン中の暗領域の発生を抑えることが可能となる。

詳細には、本願発明者によれば、４００ｎｍ～４５０ｎｍに発光強度が存在する白色ＬＥＤ光源の光を集光することにより３６０００Ｊ／ｍｍ^２以上の光エネルギーが照射されると、主にガラス基板内に分散するナトリウムイオンが光エネルギーを得ることにより酸化（Ｎａ^＋がＮａに変化）して金属化することによって透過率が低下すると推察される現象が見いだされた。この現象に対して、ガラス基板のうち３６０００Ｊ／ｍｍ^２の光エネルギーが照射される高照度帯の部分の基板厚を相対的に薄くすることにより、高照度帯における透過率低下を抑制することができる。従って、液晶素子の透過率ムラを低減し、配光パターン中の暗領域の発生を抑えることができる。

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液晶素子の第１基板と第２基板の各々に凹部を設けていたがこれに限定されず、いずれか一方の基板のみに凹部を設けてもよい。この場合でも、凹部を設けない場合に比較すれば透過率低下を軽減することができる。また、車両用前照灯システムにおける光学系の構成は図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）に示した構成例に限定されない。また、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例示していたがこれに限定されず、例えば路面上、街路灯、踏切信号、方向案内など種々の画像描画を行うための照明装置に本開示の内容を適用することが可能である。

本開示は、以下に付記する特徴を有する。
（付記１）
発光ダイオードを用いて構成されており光を放出する光源と、
前記光源から放出される前記光を集光する集光部と、
各々がガラスからなる第１基板及び第２基板と、当該第１基板と第２基板との間に配置される液晶層を有しており、前記集光部によって集光される前記光の焦点位置に配置される液晶素子と、
前記光源と前記液晶素子との間に配置される偏光ビームスプリッタと、
前記液晶素子を透過する前記光が入射し得る位置に配置される投影レンズと、
前記偏光ビームスプリッタの透過軸と略直交する方向に配置された透過軸を有しており前記液晶素子と前記投影レンズとの間に配置される偏光素子と、
を含み、
前記光源から放出される前記光は、最大光度の発光ピークを４５０ｎｍ以下の波長域に有する白色光であり、
前記液晶素子は、前記光が入射することによる放射エネルギーが３６０００Ｊ／ｍｍ^２以上となる被照射領域を有しており、
前記第１基板及び／又は前記第２基板は、前記液晶層から遠い側の面において前記被照射領域を含む第１領域における第１基板厚が当該第１領域以外の第２領域における第２基板厚の１／３以下である、
照明装置。
（付記２）
前記第１基板及び／又は前記第２基板は、前記第１基板厚の部分において前記液晶層から遠い側の面に凹部を有する、
付記１に記載の照明装置。
（付記３）
前記凹部に埋設された光学マッチング材を更に有する、
付記２に記載の照明装置。
（付記４）
前記凹部における前記第１基板厚は、前記第２領域に至るまでの間で連続的に変化する、
付記２に記載の照明装置。
（付記５）
前記第１基板及び前記第２基板のうち前記凹部を有するものは、前記液晶層から近い側の面にイオン交換層を有する、
付記２～４の何れか１つに記載の照明装置。
（付記６）
前記ガラスがソーダライムガラスである、
付記１～５の何れか１つに記載の照明装置。
（付記７）
前記集光部は、レンズ又はリフレクタである、
付記１～６の何れか１つに記載の照明装置。
（付記８）
前記偏光ビームスプリッタによって生じる反射光を更に反射して前記液晶素子へ入射させる反射板を更に含む、
付記１～７の何れか１つに記載の照明装置。
（付記９）
付記１～８の何れか１つに記載の照明装置を用いて構成される車両用灯具と、
車両周辺を撮影するカメラと、
前記カメラにより撮影される画像に基づいて前記液晶素子の動作を制御するコントローラと、
を含む、車両用前照灯システム。

１：車両用灯具、２：コントローラ、３：カメラ、１０：光源、１１：リフレクタ（反射部材）、１３：偏光ビームスプリッタ、１４：１／４波長板、１５：液晶素子、１６：光学補償板、１７：偏光板、１８：投影レンズ、４０：ガラス基板、４１：凹部、４２：イオン交換層、４３、４３ａ：光学マッチング材、５１：第１基板、５２：第２基板、５３：画素電極、５４：共通電極、５５、５６：配向膜、５７：液晶層、５８：封止材、５９、６０：凹部

Claims (9)

1. 発光ダイオードを用いて構成されており光を放出する光源と、
   前記光源から放出される前記光を集光する集光部と、
   各々がガラスからなる第１基板及び第２基板と、当該第１基板と第２基板との間に配置される液晶層を有しており、前記集光部によって集光される前記光の焦点位置に配置される液晶素子と、
   前記光源と前記液晶素子との間に配置される偏光ビームスプリッタと、
   前記液晶素子を透過する前記光が入射し得る位置に配置される投影レンズと、
   前記偏光ビームスプリッタの透過軸と略直交する方向に配置された透過軸を有しており前記液晶素子と前記投影レンズとの間に配置される偏光素子と、
   を含み、
   前記光源から放出される前記光は、最大光度の発光ピークを４５０ｎｍ以下の波長域に有する白色光であり、
   前記液晶素子は、前記光が入射することによる放射エネルギーが３６０００Ｊ／ｍｍ^２以上となる被照射領域を有しており、
   前記第１基板及び／又は前記第２基板は、前記液晶層から遠い側の面において前記被照射領域を含む第１領域における第１基板厚が当該第１領域以外の第２領域における第２基板厚の１／３以下である、
   照明装置。
2. 前記第１基板及び／又は前記第２基板は、前記第１基板厚の部分において前記液晶層から遠い側の面に凹部を有する、
   請求項１に記載の照明装置。
3. 前記凹部に埋設された光学マッチング材を更に有する、
   請求項２に記載の照明装置。
4. 前記凹部における前記第１基板厚は、前記第２領域に至るまでの間で連続的に変化する、
   請求項２に記載の照明装置。
5. 前記第１基板及び前記第２基板のうち前記凹部を有するものは、前記液晶層から近い側の面にイオン交換層を有する、
   請求項２に記載の照明装置。
6. 前記ガラスがソーダライムガラスである、
   請求項１に記載の照明装置。
7. 前記集光部は、レンズ又はリフレクタである、
   請求項１に記載の照明装置。
8. 前記偏光ビームスプリッタによって生じる反射光を更に反射して前記液晶素子へ入射させる反射板を更に含む、
   請求項１に記載の照明装置。
9. 請求項１に記載の照明装置を用いて構成される車両用灯具と、
   車両周辺を撮影するカメラと、
   前記カメラにより撮影される画像に基づいて前記液晶素子の動作を制御するコントローラと、
   を含む、車両用前照灯システム。

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