JP5612292B2

JP5612292B2 - 光照射装置及び光偏向液晶セルの製造方法

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Publication number: JP5612292B2
Application number: JP2009232308A
Authority: JP
Inventors: 都甲　康夫; 康夫都甲
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2009-10-06
Filing date: 2009-10-06
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Description

本発明は、光照射装置及び光偏向液晶セルの製造方法に関し、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及びそれに用いる光偏向液晶セルの製造方法に関する。

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。

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。

液晶の配向方向を直交させた液晶セルを２枚重ねることで、多くの光を一方向に曲げる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、特許文献２に記載の方法では、全ての光を完全に曲げることはできず、直進する光が僅かながら残ってしまう。

特開２００６−１４７３７７号公報特開２００９−０２６６４１号公報

本発明の目的は、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、光照射装置は、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のプリズム層上に１８０℃以上の温度の熱処理を伴って形成され、前記第１の方向に配向処理が施された第１の配向膜と、前記第１及び第２の透明基板間に挟まれ、前記第１の配向膜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、前記第１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２のプリズム層上に１８０℃以上の温度の熱処理を伴って形成され、前記第１の方向と直交する第２の方向に配向処理が施された第２の配向膜と、前記第３及び第４の透明基板間に挟まれ、前記第２の配向膜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のプリズム層は、１８０℃以上の熱処理が可能な紫外線硬化型のアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、又はポリイミドからなる。

本発明の他の観点によれば、光照射装置は、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の透明基板の
一方の透明基板上に形成され、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のプリズム層上及び前記第１及び第２の透明基板の他方上に形成され、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のプリズム層上に形成される第１又は第２の透明電極上に１８０℃以上の温度の熱処理を伴って形成され、前記第１の方向に配向処理が施された第１の配向膜と、前記第１及び第２の透明基板間に挟まれ、前記第１の配向膜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の透明基板の一方の透明基板上に形成され、第１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２のプリズム層上及び前記第３及び第４の透明基板の他方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３及び第４の透明電極と、前記第２のプリズム層上に形成される第３又は第４の透明電極上に１８０℃以上の温度の熱処理を伴って形成され、前記第１の方向に直交する第２の方向に配向処理が施された第２の配向膜と、前記第３及び第４の透明基板間に挟まれ、前記第２の配向膜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のプリズム層は、１８０℃以上の熱処理が可能な紫外線硬化型のアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、又はポリイミドからなる。

本発明のさらに他の観点によれば、光偏向液晶セルの製造方法は、一対の透明基板を用意する工程と、前記一対の透明基板間に電圧を印加する一対の透明電極を前記一対の透明基板上に形成する工程と、前記一対の透明基板の一方の上方に、１８０℃以上の熱処理が可能な紫外線硬化型のアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、又はポリイミドからなり、第１の方向に長いプリズムを有するプリズム層を形成する工程と、前記プリズム層上に、１８０℃以上の温度の熱処理を伴って、前記第１の方向に配向処理が施された配向膜を形成する工程と、前記一対の透明基板を間隙を持って貼り合わせる工程と、前記一対の透明基板の間隙に、液晶を注入する工程とを有する。

本発明によれば、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ができる。

図１は、本発明の第１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６（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１の実施例による積層セル２５に円形の光束を照射する場合の、電圧のＯＮ／ＯＦＦによる光の投射像の変化の様子を表す概念図である。図７は、本発明の第２の実施例による光偏向液晶セルの概略断面図である。

プリズム面上方に液晶層を配し、プリズム材料の屈折率と液晶分子の短軸方向の屈折率がほぼ等しく、液晶分子の長軸方向の屈折率は短軸方向の屈折率よりも高い場合を想定する。液晶分子の長軸方向の屈折率はプリズム材料の屈折率より高いので、光学的界面が形成される。

液晶は細長い分子形状を有しており、ある方向の偏光（液晶分子の長軸方向）は曲げることができるが、他の方向の偏光（液晶分子の短軸方向）はそのまま通過する。結果的に曲げられた光は直線偏光状態を有している。従って、１枚の液晶セルでは半分の光のみしか制御することができない。

そのため、本発明と同一発明者による特願２００８−３２１４０２号の明細書の［発明を実施するための最良の形態］の項に記載された技術では、２枚の液晶セルを積層し、かつ入射光側の液晶セルから出射される光のうち液晶により曲げられていない光の偏光方向と平行になるように２枚目の液晶セルの入射光側の界面の配向状態を制御することにより、全ての光を制御可能である。

しかしながら、上記の技術では、液晶により曲げられずに正面に残る光が僅かながら存在していた。この原因は、プリズム上に配向膜を形成することなく、プリズムに対して直接ラビング処理を行っていたが、ラビングされたプリズム材料では、液晶分子を配向させる配向規制力が十分でなく、全ての液晶分子がラビング方向に向いていないためであると考えられる。

プリズム上に配向膜を形成することにより、配向規制力を十分なものにすることができるが、多くのプリズム用形成材料は耐熱性が低く、ポリイミド等からなる配向膜を形成する熱処理（１８０℃〜２２０℃）により、特性が劣化してしまう。そこで、本発明者は、配向膜を形成する熱処理においても特性が大きく変化しないプリズム用形成材料を実験により発見した。

実験では、複数のプリズム用形成材料の熱処理（２２０℃で２時間）の前後での透過率の違いを調べた。その結果、紫外線（ＵＶ）硬化型のアクリル系樹脂は、短波長側でごく僅かに透過率の低下が見られるものの、ほぼ全可視波長域において熱処理前と同等の透過率を示した。ＵＶ硬化型のアクリル系樹脂は、耐熱性だけでなく、ガラスへの密着性も優れていると共に金属には密着しにくい（離型性が良い）という性質を有しており、本発明の実施例によるプリズムを形成する材料として好適である。

なお、エポキシ系の樹脂も耐熱性に優れており、本発明の実施例によるプリズムを形成する材料として使用可能であると考えられる。また、ポリイミドも使用可能である。

ＵＶ硬化型のアクリル系樹脂等の１８０℃以上の熱処理に対する特性（透過率）変化の少ない（１８０℃以上の熱処理が可能な）材料を用いることにより、従来では非常に困難であったポリイミド等からなるＬＣＤ用配向膜をプリズム上に形成できる。なお、本明細書において、「特性（透過率）変化の少ない」とは、特性（透過率）変化が熱処理前に比べて概ね２％以内である状態を示す。

以下、ＵＶ硬化型のアクリル系樹脂等の１８０℃以上の熱処理に対する特性（透過率）変化の少ない材料（以下、単に耐熱性プリズム材料と呼ぶ）を用いてプリズムを形成する本発明の第１の実施例について説明する。第１の実施例では、一対のＩＴＯ付ガラス基板の片方に耐熱性プリズム材料を用いてプリズムを形成し、当該プリズム上に配向膜を形成した液晶セル（第１及び第２の光偏向液晶セル）を作製して積層し、積層セルを作製した以下、第１及び第２の光偏向液晶セルの作製方法を説明するが、特に明記しない限り両液晶セルの作製方法は同様である。

図１は、第１の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、頂角約７５°、底角が約１５°及び約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）は約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。プリズム層３の型が形成され、離型剤もしくはコーティング剤付きのプリズム金型上に、所定量の耐熱性プリズム材料３Ｒ（例えば、紫外線（ＵＶ）硬化型のアクリル系樹脂）を滴下し、その上の所定位置に、ガラス基板１（縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×厚さ０．７ｍｍｔ）の透明電極２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、耐熱性プリズム材料３Ｒ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、耐熱性プリズム材料３Ｒを硬化させた。紫外線の照射量は２００ｍＪ／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。

耐熱性プリズム材料３Ｒの硬化後、石英、プレス治具などを取り外し、プリズム層３が形成されたガラス基板１を押し上げることにより、プリズム金型から剥離する。

なお、プリズム層３の大きさは、耐熱性プリズム材料３Ｒの滴下量を調整することにより行う。滴下量を調整してプリズム形成領域全体Ａ１（縦８０ｍｍ×横８０ｍｍ）のうちの必要な領域Ａ２（縦６０ｍｍ×横６０ｍｍ）にプリズム層３を形成した。

図１に戻って説明を続ける。プリズム層３上及び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上の配向膜１３ともう一方のガラス基板１１の透明電極１２上の配向膜１３のラビング方向とがアンチパラレルとなるように定めた。

第１の光偏向液晶セルのプリズム層３上の配向膜１３へのラビング処理は、図２に示す方向ｘ（第１の方向）で、プリズムの山が延在する方向（以下、単にプリズム方向と呼ぶ）と平行に液晶分子の長軸方向が並ぶように行った。なお、本明細書では、プリズム方向と平行に液晶分子の長軸方向が並ぶような処理を行ったものをプリズム方向と定義する。

第２の光偏向液晶セルのプリズム層３上の配向膜１３へのラビング処理は、図２に示す方向ｘから９０°ずらした方向ｙ（第２の方向）で、プリズム方向と直交して液晶分子の長軸方向が並ぶように行った。すなわち、図１の左側から右側にかけてラビングを行い、プリズム層３の断面図では、１５°の鋭角側からプリズムを登っていくような形の方向にラビング処理を行った。

つまり、第１の光偏向液晶セルのプリズム層３上の配向膜１３へのラビング処理は、プリズム方向と平行に行い、第２の光偏向液晶セルのプリズム層３上の配向膜１３へのラビング処理は、プリズム方向と直交になるように行った。

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１６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のベース層（２μｍ〜３０μｍ）とプリズムの高さ（０μｍ〜５μｍ）を含め液晶層１５の厚さが、例えば１０μｍ〜２０μｍ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３０μｍ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１６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１７μｍ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硬化型のアクリル系樹脂の屈折率は、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ＯｎｅＤｒｏｐＦｉｌｌ（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。

図４は、第１の実施例の積層セル２５の写真である。積層セル２５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平行となり、かつプリズムの向きが同じとな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、プリズムを形成しない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２５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。なお、積層セル２５は、第１の光照射装置を正面から見たときにプリズム方向が水平方向となるように、セットした。

図６は、本発明の第１の実施例による積層セル２５に円形の光束を照射する場合の、電圧のＯＮ／ＯＦＦによる光の投射像の変化の様子を表す概念図である。

図６（Ａ）に示すように、電圧ＯＦＦ時には、光が直進してきれいなカットオフパターンが投影されていた。なお、これは車両の前照灯のロービームに相当する。迷光など余分な方向には光は散っていなかった。

図６（Ｂ）に示すように、電圧ＯＮ時には、光（投影像）が上方向に平行移動した。角度では全体で約６°程度上方向に移動していた。明るさはほぼ同等であった。また、電圧ＯＦＦ時のカットオフパターンと同じ位置にはカットオフパターンは全く残っておらず、積層セル２５に入射した光は全て曲げられていたと考えられる。また、光（投影像）が上方向に平行移動しても、直進時と投影像の形が変化しておらず、そのままの形で平行移動した。

なお、積層セル２５をセットする向きを上下反転しても、上記と同様にハイビーム／ロービームの切り替えが可能であるが、フェールセーフ上は上記の状態が好ましい。

上記の実験では、電圧を徐々に上げていく際、投影像は連続的に変化するのではなく、上下にやや広がりながら変化していき、高電圧印加（２０Ｖ以上、交流１５０Ｈｚ）により、ようやく同じ大きさの像としてくっきり結像された。これは、基板上のＩＴＯと液晶層との間にプリズム層が存在しており、プリズム層は場所により厚さが異なるため、実質的に液晶にかかる電圧が場所により異なるためであると考えられる。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。第１の実施例では、ＩＴＯパターンがプリズム層の下に形成されている場合について説明したが、第２の実施例では、プリズム層の上にＩＴＯパターンを形成する。従来のプリズム材料では、耐熱性が低く、プリズム層上にＩＴＯを形成することは困難であったが、本発明者は、第１の実施例で用いたＵＶ硬化型のアクリル系樹脂等の１８０℃以上の熱処理に対する特性（透過率）変化の少ない材料（以下、単に耐熱性プリズム材料と呼ぶ）を用いてプリズムを形成し、当該プリズム層上にＩＴＯをスパッタし、問題なく液晶素子を形成できることを確認した。

図７は、第２の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。

一対のガラス基板（ガラス基板５１、及び、透明電極１２が形成されたガラス基板６１）を２セット用意した。ガラス基板５１は、厚さ０．７ｍｍｔであり、材質はソーダライムガラスである。ガラス基板５１、６１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１２は、厚さ１５０ｎｍであり、材質はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）である。

まず、ガラス基板５１上に、第１の実施例と同様の手法で図２及び図３に示すプリズム層３を形成する。例えば、プリズム層３の型が形成された金型上に、所定量の耐熱性プリズム材料３Ｒ（例えば、紫外線（ＵＶ）硬化型のアクリル系樹脂）を滴下し、その上の所定位置に、ガラス基板５１（縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×厚さ０．７ｍｍｔ）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、耐熱性プリズム材料３Ｒを十分広げた後、ガラス基板５１の裏側から紫外線を照射し、耐熱性プリズム材料３Ｒを硬化させ、プリズム層３とした。

次に、プリズム層３上にＩＴＯ膜５２を形成する。まず、プリズム付きガラス基板５１を洗浄機にて洗浄した。洗浄方法は、アルカリ洗剤を用いたブラシ洗浄、純水洗浄、エアーブロー、ＵＶ照射、ＩＲ乾燥の順に行った。なお、洗浄方法はこれに限るものではなく、高圧スプレー洗浄やプラズマ洗浄などを行ってもよい。

プリズム層３上に直接ＩＴＯ膜５２を形成しても問題はないが、本実施例では、密着性を向上させるためＳｉＯ_２膜５３をプリズム層３上に薄く形成した。ＳｉＯ_２膜５３の形成はスパッタ法（交流放電）を用いた。８０℃に基板加熱し、５０ｎｍの厚さで形成した。

引き続き、ＩＴＯ膜５２をＳｉＯ_２膜５３上にスパッタ法（交流放電）を用いて形成した。１００℃に基板加熱し、１００ｎｍの厚さで形成した。この時、ＳＵＳマスクなどを用いて余分な所にはＩＴＯ膜が形成されないようにしてもよい。なお、スパッタ法に限らず、真空蒸着法、イオンビーム法、ＣＶＤ法などの形成方法を用いることもできる。

次に、ＩＴＯ付きガラス基板６１のＩＴＯ膜をパターンニングした。ＩＴＯ付きガラス基板６１をガラス基板５１と同様の手法で洗浄し、一般的なフォトリソグラフィ工程を用いてパターンニングを行った。ここでは、ＩＴＯのエッチング方法としてウェットエッチング（第二塩化鉄）を用いた。

次に、プリズム付きガラス基板５１とＩＴＯ付きガラス基板６１を洗浄機にて洗浄した。洗浄方法は、アルカリ洗剤を用いたブラシ洗浄、純水洗浄、エアーブロー、ＵＶ照射、ＩＲ乾燥の順に行った。なお、洗浄方法はこれに限るものではなく、高圧スプレー洗浄やプラズマ洗浄などを行ってもよい。

プリズム層３上及びもう一方のガラス基板６１の透明電極１２上に、第１の実施例と同様に、ポリイミド等により配向膜１３を形成した。配向膜１３の形成方法、加熱処理及びラビング処理は第１の実施例と同様なので説明を省略する。

次に、第１の実施例と同様に、プリズム層３を形成した側のガラス基板５１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すると共に、ガラス基板６１上には、ギャップコントロール剤１４として径が１７μｍ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。その後、両ガラス基板５１、６１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。

このようにして作製された空セルに、第１の実施例と同様に、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。

作製した２つの光偏向液晶セルを第１の実施例と同様に重ね合わせることにより、積層セルを作製し、これを光源と組み合わせて、車両の前照灯を想定した第２の光照射装置を作製した。光偏向液晶セルが第２の実施例のものとなっているのみで、構造は、図５に示す第１の光照射装置と同様である。

第２の実施例でも、図６（Ａ）に示すように、電圧ＯＦＦ時には、光が直進してきれいなカットオフパターンが投影されていた。なお、これは車両の前照灯のロービームに相当する。迷光など余分な方向には光は散っていなかった。また、電圧ＯＮ時には、図６（Ｂ）に示すように、光（投影像）が上方向に平行移動した。角度では全体で約６°程度上方向に移動していた。明るさはほぼ同等であった。また、電圧ＯＦＦ時のカットオフパターンと同じ位置にはカットオフパターンは全く残っておらず、積層セル２５に入射した光は全て曲げられていたと考えられる。また、光（投影像）が上方向に平行移動しても、直進時と投影像の形が変化しておらず、そのままの形で平行移動した。なお、積層セル２５をセットする向きを上下反転しても、上記と同様にハイビーム／ロービームの切り替えが可能であるが、フェールセーフ上は上記の状態が好ましい。

第２の実施例を用いた実験では、電圧を徐々に上げていく際、投影像は連続的に変化した。その際、印加する電圧は５Ｖ程度で十分であった。これは、基板上のＩＴＯと液晶層との間にプリズム層が存在していないためで、直接液晶に電圧をかけられること、及びプリズムの形状によって液晶層の厚み（セル厚）が場所により変化するものの第２の実施例で用いたネマティック液晶のアンチパラレル配向は閾値がセル厚にほとんど依存しないためプリズム界面の屈折率変化が場所にほとんど依存しないためと考えられる。

実験では２．５Ｖで像が徐々に変化を開始し、４Ｖで完全に移動した。その電圧の間では、像は同じ形のまま徐々に移動する様子が観察された。以上のことから、第２の実施例では、第１の実施例に比べて電圧を低くできると共に、連続的に配光を制御することができる。よって、オートレベリング機構にも対応可能である。

以上説明したように、本発明の実施例による光照射装置は、機械的な作動部なしに、電圧オフとオンとで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。また、第２の実施例では、照射方向を連続的に変化させることも可能である。

また、液晶光学素子（積層セル）を透過する全ての光を曲げることができる。その角度は、セル構造（プリズム形状、液晶の屈折率異方性等）により制御可能な範囲が異なるが、実施例の構造で６°まで照射方向を変えられる。さらに、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、ハイ／ロー切り替えで４〜５°程度、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、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、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プリズムを構成し、垂直に近い底角で立ち上がる面はプリズムを構成しない。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。

また、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、プリズムの形状は、実施例で示したものに限らず、例えば、断面形状がサインカーブ状でもよい。また、上面形状がストライプ状のものについて示したが、格子状、同心円状、楕円状、フレネルレンズ状、ドット状などでもよい。さらに、第１の液晶セルと第２の液晶セルとで異なる形状のプリズムを用いてもよい。

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。

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。

１、１１、５１、６１ガラス基板
２、１２、５２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
２１ＨＩＤ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
５３ＳｉＯ_２膜

Claims

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のプリズム層上に１８０℃以上の温度の熱処理を伴って形成され、前記第１の方向に配向処理が施された第１の配向膜と、
前記第１及び第２の透明基板間に挟まれ、前記第１の配向膜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、前記第１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２のプリズム層上に１８０℃以上の温度の熱処理を伴って形成され、前記第１の方向と直交する第２の方向に配向処理が施された第２の配向膜と、
前記第３及び第４の透明基板間に挟まれ、前記第２の配向膜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のプリズム層は、１８０℃以上の熱処理が可能な紫外線硬化型のアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、又はポリイミドからなる光照射装置。
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の透明基板の一方の透明基板上に形成され、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のプリズム層上及び前記第１及び第２の透明基板の他方上に形成され、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のプリズム層上に形成される第１又は第２の透明電極上に１８０℃以上の温度の熱処理を伴って形成され、前記第１の方向に配向処理が施された第１の配向膜と、
前記第１及び第２の透明基板間に挟まれ、前記第１の配向膜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の透明基板の一方の透明基板上に形成され、第１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２のプリズム層上及び前記第３及び第４の透明基板の他方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３及び第４の透明電極と、
前記第２のプリズム層上に形成される第３又は第４の透明電極上に１８０℃以上の温度の熱処理を伴って形成され、前記第１の方向に直交する第２の方向に配向処理が施された第２の配向膜と、
前記第３及び第４の透明基板間に挟まれ、前記第２の配向膜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のプリズム層は、１８０℃以上の熱処理が可能な紫外線硬化型のアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、又はポリイミドからなる光照射装置。
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、前記第１の方向が地面に対して平行である請求項１又は２に記載の光照射装置。
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。
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。
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、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、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も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。
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。
一対の透明基板を用意する工程と、
前記一対の透明基板間に電圧を印加する一対の透明電極を前記一対の透明基板上に形成する工程と、
前記一対の透明基板の一方の上方に、１８０℃以上の熱処理が可能な紫外線硬化型のアクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、又はポリイミドからなり、第１の方向に長いプリズムを有するプリズム層を形成する工程と、
前記プリズム層上に、１８０℃以上の温度の熱処理を伴って、前記第１の方向に配向処理が施された配向膜を形成する工程と、
前記一対の透明基板を間隙を持って貼り合わせる工程と、
前記一対の透明基板の間隙に、液晶を注入する工程と
を有する光偏向液晶セルの製造方法。