JP5260256B2 - 光照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、光照射装置に関し、特に、液晶により光線の進行方向を偏向させる光偏向を行う光照射装置に関する。

車両用灯具の一態様である車両用前照灯の光源として、例えばハロゲンランプなどの白熱電球、あるいはメタルハライドランプなどの高圧放電灯が知られている。

近年、車両用前照灯の分野において、上述のような白熱電球や放電灯に替えて、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として用いることが考えられている。ＬＥＤは、小型かつ軽量な光源であり、また、上記の従来の光源に対して高寿命かつ低消費電力であるので、新たな前照灯用光源として期待されている。

ところで、車両用前照灯は、走行用配光とすれ違い用配光との２種類の配光を得ることが要求される。このような配光の切り替え方法には、例えば以下のような方法がある。

第１の切り替え方法は、走行用配光に対応した光源とすれ違い用配光に対応した光源との２種類の光源を用いて、それぞれの配光に応じて光源を切り替えるものである。この方法は白熱電球を用いた前照灯でよく用いられている。

また、第２の切り替え方法は、２種類の配光を切り替えるために可動式の遮光部を用いるものである。この方法は放電灯を用いた前照灯によく用いられている。

しかしながら、これらの配光切り替え方法を用いた場合には、２種類の光源または可動式の遮光部を用意するため、前照灯全体としての構成要素が大きくかつ重量も嵩んでしまう。

このような点の解決が期待される配光切り替え方法として、液晶光学素子を用いた方法が提案されている。例えば特許文献１は、一対の基板の一方の内面にプリズムを形成した液晶セルを用いて、光偏向を行う技術を開示する。電圧無印加状態と電圧印加状態とを切り替えて、液晶層の屈折率を切り替えることにより、光の進行方向を切り替える。

特開２００６−１４７３７７号公報

しかし、特許文献１が開示する技術では、同文献の図１０や、明細書の段落［００５３］、［００１６］等に示されているように、液晶セルに入射する光線の、偏光方向が相互に直交する２つの偏光成分うち、一方の偏光成分しか偏向させることができない。液晶セルに入射する光線の両方の偏光成分を偏向させることができる技術が望まれる。

本発明の一目的は、液晶セルを用いて、入射光線の両方の偏光成分を偏向させることにより、光照射方向を変えることができる光照射装置を提供することである。

本発明の一観点によれば、光線が入射する第１の光偏向液晶セルであって、相互に対向する一対の第１及び第２の透明基板と、前記第１及び第２の透明基板上に形成され、前記第１及び第２の透明基板間に電圧を印加する一対の第１及び第２の透明電極と、前記第１及び第２の透明基板の一方の上方に形成され、第１の方向に長いプリズムを有する第１のプリズム層と、前記第１及び第２の透明基板間に挟まれ、前記第１のプリズム層と接する界面で長軸方向が前記第１の方向に配向する液晶分子を有する第１の液晶層とを含む第１の光偏向液晶セルと、前記第１の光偏向液晶セルを透過した光線が入射する第２の光偏向液晶セルであって、相互に対向する一対の第３及び第４の透明基板と、前記第３及び第４の透明基板上に形成され、前記第３及び第４の透明基板間に電圧を印加する一対の第３及び第４の透明電極と、前記第３及び第４の透明基板の一方の上方に形成され、第２の方向に長いプリズムを有する第２のプリズム層と、前記第３及び第４の透明基板間に挟まれ、前記第２のプリズム層と接する界面で長軸方向が前記第２の方向に配向する液晶分子を有する第２の液晶層とを含む第２の光偏向液晶セルと、前記第１〜第４の透明電極に電圧を印加する電圧印加装置と、前記第１の光偏向液晶セルに光線を入射させる入射光学系と
を有し、前記第１及び第２の光偏向液晶セルの面内で、前記第１の方向と前記第２の方向とが４５°〜１３５°の範囲の角度をなすように、該第１及び第２の光偏向液晶セルが配置されている光照射装置が提供される。

第１の方向と第２の方向とが４５°〜１３５°の範囲の角度をなすように、第１及び第２の光偏向液晶セルが配置されていることにより、偏光方向が相互に直交する２つの偏光成分を偏向させることができる。印加電圧に応じて、偏向方向を変化させることができる。

まず、本発明の実施例による光偏向液晶セルの構造及び作製方法について説明する。

図１は、実施例の光偏向液晶セルを概略的に示す厚さ方向断面図である。透明電極が形成された一対のガラス基板（透明電極２が形成されたガラス基板１、及び、透明電極１２が形成されたガラス基板１１）を用意した。ガラス基板１、１１は、それぞれ、厚さ０．７ｍｍｔであり、材質は無アルカリガラスである。透明電極２、１２は、それぞれ、厚さ１５０ｎｍであり、材質はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）であり、所望の平面形状にパターニングされている。

片側のガラス基板１の透明電極２上に、プリズム層３を形成した。プリズム層３は、ベース層３ｂ上にプリズム３ａが並んだ形状を有する。ベース層３ｂの厚さは、例えば３０μｍ〜４０μｍ程度である。

図２は、プリズム層３の概略斜視図であり、右側部分にプリズム３ａの断面形状の拡大図を示す。各プリズム３ａは、頂角７５°、底角が１５°及び９０°の三角柱状であり、複数のプリズム３ａが、プリズム長さ方向と直交する方向（この方向を、プリズム幅方向と呼ぶこととする）に、方向を揃えて並んでいる。プリズム３ａの高さは約５．２μｍであり、プリズム３ａの底辺の長さ（プリズムのピッチ）は２０μｍである。

図３は、ガラス基板１上のプリズム層３の概略平面図である。プリズム層３の作製方法について説明する。ガラス基板１（縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×厚さ０．７ｍｍｔ）の透明電極２上に、所定量の紫外（ＵＶ）硬化性樹脂３Ｒ（ロックタイト製３７６Ｌ）を滴下し、その上の所定位置に、プリズム層３の型が形成された金型を置き、厚手の石英部材などを基板の裏側に配置して補強した状態でプレスを行った。金型のサイズ（プリズム形成領域のサイズ）は、縦８０ｍｍ×横８０ｍｍである。

プレスして１分以上放置し、ＵＶ硬化性樹脂を十分広げた後、ガラス基板１の裏側から紫外線を照射し、ＵＶ硬化性樹脂を硬化させた。紫外線の照射量は５００ｍＪ／ｃｍ^２とした。紫外線の照射量は、樹脂が硬化するように適宜設定すればよい。なお、ＩＴＯは紫外線を吸収するため、透明電極の膜厚が変われば紫外線照射量も変える必要があろう。

液晶素子の外周シールの密着性を上げ、セル厚の制御をしやすくするために、プリズム形成領域全体Ａ１（縦８０ｍｍ×横８０ｍｍ）から不要部分を取り除き、必要な領域Ａ２（縦６０ｍｍ×横６０ｍｍ）を残した。必要部分Ａ２と不要部分との境界にカッター刃などにより切り込みを入れ、不要部分に接着テープなどを貼って引っ張り上げることにより、不要部分のみ除去することができた。

次に、プリズム層３にラビング処理を行った。液晶分子の長軸方向がプリズム３ａの長さ方向と平行に並ぶように、ラビング方向をプリズム３ａの長さ方向と平行にした（図２参照）。

図１に戻って説明を続ける。もう一方のガラス基板１１の透明電極１２上に、ポリイミド等により配向膜１３を形成した。ここでは、日産化学製のＳＥ−４１０をフレキソ印刷法で厚さ８０ｎｍ形成して、１８０℃で１．５時間焼成を行った。焼成後、配向膜１３にラビング処理を行った。配向膜１３のラビング方向は、両ガラス基板を重ね合わせてセルを形成したとき、プリズム層３のラビング方向とアンチパラレルとなるように定めた。

次に、プリズム層３を形成した側のガラス基板１上に、ギャップコントロール剤を２ｗｔ％〜５ｗｔ％含んだメインシール剤を形成した。形成方法として、スクリーン印刷やディスペンサが用いられる。プリズム層３から配向膜１３までの液晶層１５の厚さが、例えば５μｍ〜１５μｍとなるように、ギャップコントロール剤を選択した。なお、プリズム層３は位置によって高さが変化するので、それに応じて液晶層１５の厚さも変化する。

ここでは、ギャップコントロール剤として径が５０μｍの積水化学製のプラスチックボールを選択し、これを三井化学製のシール剤ＥＳ−７５００に４ｗｔ％添加して、メインシール剤とした。

プリズムを形成しない側のガラス基板１１上には、ギャップコントロール剤１４として径が１０μｍの積水化学製のプラスチックボールを、乾式のギャップ散布機を用いて散布した。

次に、両ガラス基板１、１１の重ね合わせを行い、プレス機などで圧力を一定に加えた状態で熱処理することにより、メインシール剤を硬化させた。ここでは、１５０℃で３時間の熱処理を行った。

このようにして作製された空セルに、液晶を真空注入して、液晶層１５を形成した。実施例では、液晶として、Δεが正でΔｎ＝０．２９８の大日本インキ化学工業製のものを用いた。

液晶注入後、注入口にエンドシール剤を塗布し、封止した。封止後、１２０℃で１時間の熱処理を行い、液晶の配向状態を整えた。このようにして、２つの光偏向液晶セルを作製した。

実施例の光偏向液晶セルにおいて、電圧無印加状態で、液晶分子の長軸がプリズム長さ方向に沿い、電圧印加により、液晶分子の長軸が基板法線方向に立ち上がる。実施例に用いた液晶は、電気ベクトルの振動方向が液晶分子の長軸方向に平行な偏光成分に対して、屈折率１．８２３を示し、電気ベクトルの振動方向が液晶分子の長軸方向に垂直な偏光成分に対して、屈折率１．５２５を示す。

プリズム層３を構成するＵＶ硬化性樹脂の屈折率は、１．５１であり、電気ベクトルの振動方向が液晶分子の長軸方向に垂直な偏光成分に対する液晶の屈折率と同等である。なお、第１の材料の屈折率と第２の材料の屈折率との差が、第１の材料の屈折率または第２の材料の屈折率に対して３％以内（より好ましくは２％以内）であるとき、両材料の屈折率が同等であるとする。

なお、プリズム層のラビングにより、プリズム長さ方向に液晶分子長軸方向を配向させる例について説明したが、プリズム層のラビングを行わないこともできる。プリズムによる形状効果や、液晶注入方向（液晶が流れ込む方向）がプリズム長さ方向になるよう注入口を設けることによっても、プリズム界面での液晶分子長軸方向をプリズム長さ方向にできることを確認している。なお、プリズム層のラビングを行わず、対向基板側の配向膜のラビングを行なう場合のラビング方向は、セル形成時にプリズム長さ方向と平行になるよう定めるのが好ましい。

なお、プリズム形成用の金型にはエア抜き用の微小な溝を形成してもよい。また、金型と基板とは真空中で重ね合わせてもよい。なお、液晶の注入方法は真空注入に限らず、例えばＯｎｅ Ｄｒｏｐ Ｆｉｌｌ（ＯＤＦ）法を用いてもよい。

なお、実施例の光偏向液晶セルでは、プリズムパターンより広く上下基板間で９０°に交差した長方形状の電極パターンを用い、両基板側から端子を取り、また、メインシール部分で上下基板の電極が交差しないようにした。メインシール部分で上下基板の電極を交差させないことにより、短絡が抑制される。なお、片側から端子を取りたい場合は、メインシールに上下導通用の金ボールを添加する構造等とすればよい。

第１及び第２の光偏向液晶セルを積層して、積層セルを作製した。

図４は、実施例の積層セルの写真である。積層セルは、第１及び第２の光偏向液晶セルを、面内でプリズムの長さ方向が直交するように重ねたものである。また、両液晶セルとも、プリズム形成側の基板を下側、配向膜形成側の基板を上側として重ねている。第１及び第２の光偏向液晶セルに同じ電圧を印加できるように、各セルの電極にピン端子をつなげて導通が取られている。

さらに、積層セルを光源と組み合わせて、車両の前照灯を想定した第１の光照射装置を作製した。

図５は、第１の光照射装置を概略的に示す横方向断面図（上面断面図）である。光源２１として、高輝度放電（ＨＩＤ）ランプを用いた。光源２１から放出された光線が、楕円型リフレクタ２２で反射され、楕円型リフレクタ２２の焦点に配置されたシェード２３に集光される。シェード２３を透過した光線が、レンズ２４でほぼ平行光にされて、実施例の積層セル２５に入射する。積層セル２５を経て、光照射装置から光が出射される。積層セル２５への印加電圧を、電圧印加装置２６が切り替える。

図６Ａ〜図６Ｃを参照して、第１の光照射装置の積層セルにおける第１及び第２の光偏向液晶セルの姿勢について説明する。ここで、左右方向に沿ったＸ軸方向、前後方向に沿ったＹ軸方向、及び、上下方向に沿ったＺ軸方向を有する座標系を導入する。地面に対して上方をＺ軸正方向、光源から見て前方をＹ軸正方向とする。また、右方をＸ軸正方向とする。

さらに、ＸＺ面内で、Ｚ軸正方向を基準として回転角度を定め、反時計周りを正方向とする。４５°方向を左斜め上方向、１３５°方向を左斜め下方向、２２５°方向を右斜め下方向、３１５°方向を右斜め上方向と呼ぶこともある。

図６Ａは、第１の光偏向液晶セルを光源側から見た正面図である。４５°方向の視線で見た厚さ方向断面を右下部分に、３１５°方向の視線で見た厚さ方向断面を左下部分に示す。

第１の光偏向液晶セルは、面が地面に対して垂直に配置され、プリズム長さ方向が４５°−２２５°方向となり、各プリズムの高さが３１５°方向に向けて高くなるように配置されている。光源から遠い側の基板に、プリズムが形成されている。

図６Ｂは、第２の光偏向液晶セルを光源側から見た正面図である。４５°方向の視線で見た厚さ方向断面を右下部分に、３１５°方向の視線で見た厚さ方向断面を左下部分に示す。

第２の光偏向液晶セルは、面が地面に対して垂直に配置され、プリズム長さ方向が１３５°−３１５°方向となり、各プリズムの高さが４５°方向に向けて高くなるように配置されている。光源から遠い側の基板に、プリズムが形成されている。

図６Ｃは、第１及び第２の光偏向液晶セルの積層を光源側から見た正面図である。４５°方向の視線で見た厚さ方向断面を右下部分に、３１５°方向の視線で見た厚さ方向断面を左下部分に示す。

第１及び第２の光偏向液晶セルが平行に配置され、第１の光偏向液晶セルが光源に近い側に、第２の光偏向液晶セルが光源から遠い側に配置されている。第１の光偏向液晶セルと、第２の光偏向液晶セルのプリズム長さ方向が、直交している。

次に、第１の光照射装置の動作実験について説明する。

図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ、積層セルの印加電圧オフ時及びオン時の投影パターンを示す写真である。写真中の横線は、一定の高さを示す。電圧オフ時は、下方に向き横幅の広い投影パターンとなっており、電圧オン時は、電圧オフ時に比べ、上方に向き横幅の狭い投影パターンとなっている。電圧オフ時とオン時の上下方向の向きの差は、角度５°程度である。

下方への投影時には上方部分の投影成分が残っておらず、上方への投影時には下方部分への投影成分が残っておらず、投影光の全成分を、電圧の切り替えによって偏向できることがわかる。

このように、第１の光照射装置は、光源から出射された光線全体の向きを、印加電圧により上下に切り替えることができ、例えば、ハイビームとロービームを切り替える前照灯として好適であることがわかった。

次に、第１の光照射装置の動作原理について考察する。

図８Ａ及び図８Ｂは、プリズム３ａの長さ方向に平行な視線で見た、第１の光偏向液晶セルの概略断面図であり、図８Ａが電圧オフ状態、図８Ｂが電圧オン状態を示す。

まず、図８Ａを参照して、電圧オフ状態の動作について考察する。第１の光偏向液晶セルのガラス基板１１に、光源から出射された光線Ｌが垂直入射する。ガラス基板１１、透明電極１２、及び配向膜１３を透過した光線Ｌが、液晶層１５に入射する。液晶層１５を透過した光線Ｌが、プリズム３ａの斜面３ｃに、斜めに入射する。

オフ状態で、光偏向液晶セルの液晶分子Ｍの長軸方向は、プリズム長さ方向に揃っている。光線Ｌのうち、プリズム長さ方向に電気ベクトルが振動する偏光成分ＬＬについて、液晶層１５の屈折率とプリズム３ａの屈折率とが異なり、プリズム幅方向に電気ベクトルが振動する偏光成分ＬＴについて、液晶層１５の屈折率とプリズム３ａの屈折率とが同等である。従って、偏光成分ＬＬは、スネルの法則に従って、界面３ｃにおいて、プリズム長さ方向に垂直な面内で偏向される。一方、偏光成分ＬＴは、液晶層１５とプリズム層３との界面３ｃをそのまま直進して通過する。

本実施例で、偏光成分ＬＬは、液晶層１５での屈折率がプリズム層３での屈折率よりも大きいので、プリズム３ａにより、界面３ｃの法線に対する角度が、入射時よりも大きくなる方向に曲げられる。

再び図６Ａも参照して説明を続ける。第１の光偏向液晶セルは、プリズム長さ方向が４５°−２２５°方向に設定されており、各プリズムが３１５°方向（右斜め上）に向けて高くなるように配置されている。第１の光偏向液晶セルで、プリズム長さ方向の偏光成分ＬＬは、１３５°方向（左斜め下）に偏向されることとなる（偏向方向を矢印で示す）。一方、プリズム幅方向の偏光成分ＬＴは、そのまま直進する。第１の光偏向液晶セルから出射した偏光成分ＬＬとＬＴが、第２の光偏向液晶セルに入射する。

再び図６Ｂも参照して説明を続ける。第２の光偏向液晶セルは、プリズム長さ方向が１３５°−３１５°方向に設定されており、第１の光偏向液晶セルのそれに対して直交しているので、第１の光偏向液晶セルでのプリズム長さ方向の偏光成分ＬＬが、第２の光偏向液晶セルではプリズム幅方向の偏光成分ＬＴとなり、第１の光偏向液晶セルでのプリズム幅方向の偏光成分ＬＴが、第２の光偏向液晶セルではプリズム長さ方向の偏光成分ＬＬとなる。

従って、第２の光偏向液晶セルでは、第１の光偏向液晶セルで曲げられた偏光成分ＬＴがそのまま直進し、第１の光偏向液晶セルで曲げられなかった偏光成分ＬＬが曲げられることとなる。第２の光偏向液晶セルは、各プリズムが４５°方向（左斜め上）に向けて高くなるように配置されており、プリズム長さ方向の偏光成分ＬＬが、２２５°方向（右斜め下）に偏向されることとなる（偏向方向を矢印で示す）。

以上のようにして、光源から出射された光線は、電圧オフ時において、半分の偏光成分が第１の光偏向液晶セルで左斜め下方向に偏向され、それと直交する残り半分の偏光成分が第２の光偏向液晶セルで右斜め下方向に偏向されると理解される。オフ時の投影パターンは、曲げられた２つの偏光成分が真ん中で重なって、下方に配置され横幅の広い形状となったと考えられる。

次に、図８Ｂを参照してオン状態の動作について考察する。オン状態では、充分な大きさの電圧印加により、第１の光偏向液晶セルの液晶分子の長軸方向が、上下基板の法線方向に揃っている。

このため、第１の光偏向液晶セルに入射する光線のうち、プリズム長さ方向の偏光成分ＬＬ、及び、プリズム幅方向の偏光成分ＬＴの双方について、液晶層１５の屈折率とプリズム層３の屈折率とが同等である。従って、偏光成分ＬＬ及びＬＴの双方とも、プリズム層３で偏向されず第１の光偏向液晶セルをそのまま直進して通過し、第２の光偏向液晶セルに入射する。

同様に、第２の光偏向液晶セルも、入射した光線をそのまま直進させる。従って、オン時には、光源から出射された光線が、第１及び第２の光偏向液晶セルをそのまま直進透過すると理解され、投影パターンは、オフ時に比べて上方に配置され横幅の狭い形状（カットオフパターンがそのまま投影された形状）となったと考えられる。

次に、第２の光照射装置について説明する。第２の光照射装置は、第１の光照射装置と積層セルの上下を反転させたものである。

図９Ａ及び９Ｂは、それぞれ、第２の光照射装置の電圧オフ時及びオン時の投影パターンを示す写真である。写真中の横線は、一定の高さを示す。積層セルを第１の光照射装置と上下反転させたことにより、電圧オフ時は、上方に向き横幅の広い投影パターンとなっており、電圧オン時は、電圧オフ時に比べて、下方に向き横幅の狭い投影パターンとなっている。第１の光照射装置と同様に、電圧オフ時とオン時の上下方向の向きの差は、角度５°程度であり、また、投影光の全成分を、電圧の切り替えによって偏向できている。

なお、前照灯への応用において、第１の光照射装置の構造は、電圧オフ時がロービームとなるので、何らかの原因で電圧がオンとならなくなった場合に、ロービームの状態が保たれ、フェイルセーフの観点から望ましいといえる。一方、第２の光照射装置の構造は、電圧オン時のロービームの形状を、カットオフパターンで決めやすい。

以上説明したように、実施例による光照射装置は、２層の光偏向液晶セルで、相互に直交する２つの偏光成分の各々を曲げることにより、照射方向を制御することができる。

各光偏向液晶セルについて、例えばラビング処理により、プリズム長さ方向に液晶分子長軸方向を配向させることができる。光偏向液晶セルのプリズム方向が、面内で交差するように、光偏向液晶セルを積層することで、２つの偏光成分の両方を曲げることができる。

上記実施例では、第１及び第２の光偏向液晶セルのプリズム方向のなす角を９０°としたが、９０°からずれていても、両液晶セルのプリズム方向が液晶セルの面内で交差していれば、光偏向の効果は得られる。

ただし、０°や１８０°に近いと、曲げられず直進する偏光成分が増える。両液晶セルのプリズム長さ方向のなす角は、４５°〜１３５°の間が好ましく、９０°に近い範囲、例えば８０°〜１００°の間がさらに好ましい。

上記実施例では、２枚の光偏向液晶セルのプリズム長さ方向を、地面に対する上下方向に対して４５°、１３５°をなすように設定した。これにより、照射方向を上下方向で切り替えることができる。

なお、プリズム長さ方向がこのように設定されているとき、例えば、第１の光照射装置において図６Ａのプリズム配置はそのままとし、図６Ｂの第２の光偏向液晶セルを面内で１８０°回し、プリズム長さ方向は１３５°−３１５方向としつつ各プリズムが２２５°方向に向けて高くなるように配置したとする。電圧オフ時に、第１の光偏向液晶セルが左斜め下への偏向を行い、第２の光偏向液晶セルが左斜め上方への偏向行い、照射方向が左方に曲げられる。電圧オン時は、光源からの光がそのまま直進し、オフ時に比べて右方に光が投影される。従って、照射方向の左右方向の切り替えが行われる。このような光照射装置は、例えば、左右方向に照射方向を切り替える前照灯への応用が考えられる。

２枚の光偏向液晶セルのプリズム方向を、上下方向に対して４５°、１３５°をなすように設定すると、上下方向あるいは左右方向の照射方向切り替えに好適である。なお、厳密に４５°、１３５°としなくとも、例えば４０°〜５０°、１３０°〜１４０°程度とすれば、良好に上下方向あるいは左右方向の切り替えができるであろう。

なお、上記実施例では、三角柱状のプリズムを用い、底角として、１５°及び９０°であるものを用いたが、底角はこれに限らない。基板に垂直入射した光線について、基板から適当に緩い角度で立ち上がる斜面が光偏向に寄与し、垂直に近い底角で立ち上がる面は光偏向に寄与しない。このような構成により、各セルで一方向への偏向が容易になる。三角柱状のプリズム底角として、一方は５°〜６０°の範囲とすることが好ましく、他方は８５°〜９５°の範囲とすることが好ましい。

上記実施例では、三角柱状プリズムのピッチを２０μｍとした。プリズムのピッチは１μｍ〜１００μｍの範囲であることが好ましい。

なお、上記実施例では、２つの光偏向液晶セルとも、プリズムを形成しない側の基板を光源に近い側に配置し、プリズム形成側の基板を光源から遠い側に配置したが、この逆の配置でも光偏向を行うことは可能である。

なお、実施例の光偏向液晶セル、及びその積層セルは、偏光板を用いる液晶光学素子に比べ、高透過率である。各セルの光透過率として９０％以上、反射防止コーティングにより９５％以上が見込まれ、積層セルの光透過率としても８０％〜９０％が見込まれる。

実施例の光照射装置は、機械的な作動部なしに、照射方向を変えることができる。なお、上記実施例では、電圧オフとオンとで照射方向を２方向に切り替える例を説明したが、中間調電圧を印加することにより、連続的に照射方向を制御することも可能である。

なお、実施例の光照射装置は、例えば、プリズムの傾斜角度を４５°程度まで大きくすることにより、１８°程度の角度範囲まで照射方向を変えられると見込まれる。自動車用の前照灯で求められている角度制御範囲は、オートレベリングで３°程度、アダプティブフロントライティングシステム（ＡＦＳ）で１５°程度であるので、角度制御範囲について、実施例の光照射装置は充分な性能を有しているといえる。

なお、光照射装置に用いる光源として、ＨＩＤランプの他に、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、電界放射（ＦＥ）光源、蛍光灯等が考えられる。

図１０は、例えばＬＥＤを用いた光照射装置の例を示す概略断面図である。ＬＥＤ３１から放出された光線が、リフレクタ３２で反射され、ほぼ平行光にされ、インナーレンズ３３を介して実施例の積層セル３４に入射する。積層セル３４を経て、光照射装置から光が出射される。積層セル３４に印加する電圧を変化させることにより、照射方向を変えることができる。

実施例の光照射装置は、例えば、自動車用（普通乗用車、軽自動車、トラック、バス等）の灯具（前照灯、補助灯、フォグランプ、コーナリングライト）や、二輪用（オートバイ、自転車等）の灯具（配光制御部）に応用できる。さらに、一般照明器具（屋内照明、街路灯、懐中電灯）等に応用することもできる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、液晶中に適量のカイラル剤を添加し、液晶層の捩れ角を１８０°×ｎ倍にするなど、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

図１は、本発明の実施例による光偏向液晶セルの概略断面図である。 図２は、プリズム層の概略斜視図である。 図３は、プリズム層の概略平面図である。 図４は、実施例の積層セルの写真である。 図５は、実施例の光照射装置を示す概略断面図である。 図６Ａ〜図６Ｃは、第１の光照射装置における光偏向液晶セルの姿勢を示す正面図である。 図７Ａ及び図７Ｂは、第１の光照射装置の投影パターンを示す写真である。 図８Ａ及び図８Ｂは、実施例の光偏向液晶セルの動作原理を説明する概略断面図である。 図９Ａ及び図９Ｂは、第２の光照射装置の投影パターンを示す写真である。 図１０は、他の実施例の光照射装置を示す概略断面図である。

符号の説明

１、１１ ガラス基板
２、１２ 透明電極
３ プリズム層
３ａ プリズム
３ｂ ベース層
１３ 配向膜
１４ ギャップコントロール剤
１５ 液晶層
２１ ＨＩＤランプ
２２ 楕円型リフレクタ
２３ シェード
２４ レンズ
２５ 積層セル
２６ 電圧印加装置
３１ ＬＥＤ
３２ リフレクタ
３３ インナーレンズ
３４ 積層セル

Claims (7)

1. 光線が入射する第１の光偏向液晶セルであって、
   相互に対向する一対の第１及び第２の透明基板と、
   前記第１及び第２の透明基板上に形成され、前記第１及び第２の透明基板間に電圧を印加する一対の第１及び第２の透明電極と、
   前記第１及び第２の透明基板の一方の上方に形成され、第１の方向に長いプリズムを有する第１のプリズム層と、
   前記第１及び第２の透明基板間に挟まれ、前記第１のプリズム層と接する界面で長軸方向が前記第１の方向に配向する液晶分子を有する第１の液晶層と
   を含む第１の光偏向液晶セルと、
   前記第１の光偏向液晶セルを透過した光線が入射する第２の光偏向液晶セルであって、
   相互に対向する一対の第３及び第４の透明基板と、
   前記第３及び第４の透明基板上に形成され、前記第３及び第４の透明基板間に電圧を印加する一対の第３及び第４の透明電極と、
   前記第３及び第４の透明基板の一方の上方に形成され、第２の方向に長いプリズムを有する第２のプリズム層と、
   前記第３及び第４の透明基板間に挟まれ、前記第２のプリズム層と接する界面で長軸方向が前記第２の方向に配向する液晶分子を有する第２の液晶層と
   を含む第２の光偏向液晶セルと、
   前記第１〜第４の透明電極に電圧を印加する電圧印加装置と、
   前記第１の光偏向液晶セルに光線を入射させる入射光学系と
   を有し、
   前記第１及び第２の光偏向液晶セルの面内で、前記第１の方向と前記第２の方向とが４５°〜１３５°の範囲の角度をなすように、該第１及び第２の光偏向液晶セルが配置されている光照射装置。
2. 前記第１の方向と前記第２の方向とが、８０°〜１００°の範囲の角度をなす請求項１に記載の光照射装置。
3. 前記第１及び第２の光偏向液晶セルの面が地面に対して垂直であり、上下方向に対して、前記第１及び第２の方向の一方が４０°〜５０°傾くとともに、他方が１３０°〜１４０°傾いている請求項１または２に記載の光照射装置。
4. 前記第１及び第２のプリズム層は、５°〜６０°の範囲の底角と８５°〜９５°の範囲の底角を持つ三角柱状のプリズムが方向を揃えて並んだ構造を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の光照射装置。
5. 前記第１のプリズム層の屈折率と、前記第１の液晶層の、電気ベクトルの振動方向が液晶分子の長軸方向に垂直な偏光成分に対する屈折率とが同等であり、前記第２のプリズム層の屈折率と、前記第２の液晶層の、電気ベクトルの振動方向が液晶分子の長軸方向に垂直な偏光成分に対する屈折率とが同等である請求項１〜４のいずれか１項に記載の光照射装置。
6. 前記第１及び第２のプリズム層は、屈折率が同等な透明材料で構成され、前記第１及び第２の液晶層は、それぞれの、電気ベクトルの振動方向が液晶分子の長軸方向に平行な偏光成分に対する屈折率が同等であり、且つそれぞれの、電気ベクトルの振動方向が液晶分子の長軸方向に垂直な偏光成分に対する屈折率が同等である液晶材料から構成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の光照射装置。
7. 前記入射光学系は、ＬＥＤ光源を有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の光照射装置。