JP7197412B2 - 液晶素子、照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば車両前方などに所望のパターンで光照射を行うための装置（システム）並びに当該装置等に用いて好適な液晶素子に関する。

特開２００５－１８３３２７号公報（特許文献１）には、少なくとも一つのＬＥＤから成る発光部と、上記発光部から前方に向かって照射される光の一部を遮断して、車両前照灯用の配光パターンに適したカットオフを形成する遮光部と、を含んでおり、上記遮光部が、調光機能を備えた電気光学素子と、この電気光学素子を調光制御する制御部と、から構成されていて、この制御部による電気光学素子の電気的スイッチング制御によって、調光部分を選択的に調光することにより、配光パターンの形状を変化させるように構成された車両前照灯が開示されている。電気光学素子としては、例えば液晶素子が用いられている。

上記のような車両用灯具において、液晶素子等の電気光学素子は、選択的な調光を実現するために複数の画素電極を有して構成される。これらの画素電極は、各々個別に電圧を印加し得るように互いに分離しており、各々の間には電気的絶縁を図るための隙間が設けられている。このとき、画素電極同士の隙間は、その形成精度にもよるが例えば１０μｍ程度となる。画素電極同士の隙間は、画像形成に寄与しない部分であり、配光パターン内に暗線を発生させる要因となる。車両用灯具では、電気光学素子によって形成された画像（配光パターンに対応した画像）をレンズ等によって拡大して車両前方へ投影するので、上記のような暗線も拡大されて視認しやすくなるため、配光パターンの見栄えが悪くなるという不都合がある。これに対して、画素電極同士の隙間をより狭めるという解決策も考え得るが、その場合、製造コストの上昇を招き、また画素電極同士の短絡等の不具合を生じやすくなり得るために好ましくない。また、画素電極間に通す配線部の幅をより細くするという解決策も考え得るが、その場合、配線部の抵抗値が上昇してしまい画素電極に必要十分な電圧を印加しにくくなり、また細線化による断線の発生確率も上昇するために好ましくない。なお、このような不都合は車両用灯具に限らず、液晶素子等を用いて配光パターンを制御する照明装置一般においても同様である。

特開２００５－１８３３２７号公報

本発明に係る具体的態様は、液晶素子等を用いて配光パターンを制御する照明装置における配光パターンの見栄えを向上させ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］本発明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基板と前記第２基板の間に配置される液晶層と、（ｃ）前記第１基板の一面側に設けられた対向電極と、（ｄ）前記第２基板の一面側に設けられた複数の画素間電極と、（ｅ）前記第２基板の一面側において前記複数の画素間電極の上側に設けられた第１絶縁層と、（ｆ）前記第２基板の一面側において前記第１絶縁層の上側に設けられた複数の画素電極と、（ｇ）前記複数の画素電極の上側に設けられた第２絶縁層と、を含み、（ｈ）前記複数の画素電極は、平面視において、少なくとも第１方向に沿って相互間に隙間を設けて配置されており、（ｉ）前記複数の画素間電極は、各々、平面視において、前記第１方向において隣り合う２つの前記画素電極の相互間の前記隙間と重なるように配置されており、かつ当該２つの前記画素電極の何れか１つと接続されており、（ｊ）前記第２絶縁層は、平面視において、前記複数の画素電極の各々と重なる各領域に対して選択的に設けられており、（ｋ）前記第１絶縁層と前記第２絶縁層の誘電率は同一であり、（ｌ）前記第１絶縁層の層厚をｄ _１ 、前記第２絶縁層の層厚をｄ _２ 、前記画素間電極と前記対向電極の間の前記液晶層の層厚をｄ _ＬＣ１ とすると、前記層厚ｄ _２ は、(ｄ _１ ｄ _ＬＣ１ )／(ｄ _１ ＋ｄ _ＬＣ１ )で計算される値に対して±３０％以内に設定される、液晶素子である。
［２］本発明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基板と前記第２基板の間に配置される液晶層と、（ｃ）前記第１基板の一面側に設けられた対向電極と、（ｄ）前記第２基板の一面側に設けられた複数の画素間電極と、（ｅ）前記第２基板の一面側において前記複数の画素間電極の上側に設けられた第１絶縁層と、（ｆ）前記第２基板の一面側において前記第１絶縁層の上側に設けられた複数の画素電極と、（ｇ）前記第１基板の一面側において前記対向電極の前記第２基板側に設けられた第２絶縁層と、を含み、（ｈ）前記複数の画素電極は、平面視において、少なくとも第１方向に沿って相互間に隙間を設けて配置されており、（ｉ）前記複数の画素間電極は、各々、平面視において、前記第１方向において隣り合う２つの前記画素電極の相互間の前記隙間と重なるように配置されており、かつ当該２つの前記画素電極の何れか１つと接続されており、（ｊ）前記第２絶縁層は、平面視において、前記複数の画素電極の各々と重なる各領域に対して選択的に設けられており、（ｋ）前記第１絶縁層と前記第２絶縁層の誘電率は同一であり、（ｌ）前記第１絶縁層の層厚をｄ _１ 、前記第２絶縁層の層厚をｄ _２ 、前記画素間電極と前記対向電極の間の前記液晶層の層厚をｄ _ＬＣ１ とすると、前記層厚ｄ _２ は、(ｄ _１ ｄ _ＬＣ１ )／(ｄ _１ ＋ｄ _ＬＣ１ )で計算される値に対して±３０％以内に設定される、液晶素子である。
［３］本発明に係る一態様の照明装置は、（ａ）配光パターンを可変に設定可能な照明装置であって、（ｂ）光源と、（ｃ）前記光源からの光を用いて前記配光パターンに対応する画像を形成する液晶素子と、（ｄ）前記液晶素子によって形成された前記画像を投影する光学系と、を含み、（ｅ）前記液晶素子として上記何れかに記載の液晶素子を用いる、照明装置である。

上記各構成によれば、液晶素子等を用いて配光パターンを制御する照明装置における配光パターンの見栄えを向上させることが可能となる。

図１は、一実施形態の車両用前照灯システムの構成を示す図である。 図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）は、液晶素子の構成を示す模式的な断面図である。 図３は、液晶素子の構成を示す模式的な平面図である。 図４は、各画素電極の接続部の形状と配向処理方向との関係について説明するための図である。 図５は、各接続部と配向処理方向の関係について説明するための図である。 図６は、本実施形態の液晶素子により得られる主要な効果を説明するための図である。 図７は、本実施形態の構成を適用した液晶素子における電気光学特性の例を示す図である。 図８は、本実施形態の構成を適用した液晶素子における電気光学特性の他の例を示す図である。 図９は、変形実施例の液晶素子の構成を示す模式的な断面図である。

図１は、一実施形態の車両用前照灯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、光源１、カメラ２、制御装置３、液晶駆動装置４、液晶素子５、一対の偏光板６ａ、６ｂ、投影レンズ７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２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ためのものである。

光源１は、例えば青色光を放出する発光素子（ＬＥＤ）に黄色蛍光体を組み合わせて構成された白色光ＬＥＤを含んで構成されている。光源１は、例えば、マトリクス状あるいはライン状に配列された複数の白色光ＬＥＤを備える。なお、光源１としてはＬＥＤのほかに、レーザー、さらには電球や放電灯など車両用ランプユニットに一般的に使用されている光源が使用可能である。光源１の点消灯状態は制御装置３によって制御される。光源１から出射する光は、偏光板６ａを介して液晶素子（液晶パネル）５に入射する。なお、光源１から液晶素子５へ至る経路上に他の光学系（例えば、レンズや反射鏡、さらにはそれらを組み合わせたもの）が存在してもよい。

カメラ２は、自車両の前方を撮影してその画像（情報）を出力するものであり、自車両内の所定位置（例えば、フロントガラス内側上部）に配置されている。なお、他の用途（例えば、自動ブレーキシステム等）のためのカメラが自車両に備わっている場合にはそのカメラを共用してもよい。

制御装置３は、自車両の前方を撮影するカメラ２によって得られる画像に基づいて画像処理を行うことによって前方車両等の位置を検出し、検出された前方車両等の位置を含む一定範囲を非照射範囲とし、それ以外の範囲を光照射範囲とした配光パターンを設定し、この配光パターンに対応した像を形成するための制御信号を生成して液晶駆動回路４へ供給する。この制御装置３は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有する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。

液晶駆動装置４は、制御装置３から供給される制御信号に基づいて液晶素子５に駆動電圧を供給することにより、液晶素子５の各画素領域における液晶層の配向状態を個別に制御するものである。

液晶素子５は、例えば、それぞれ個別に制御可能な複数の画素領域（光変調領域）を有しており、液晶駆動装置４によって与えられる液晶層への印加電圧の大きさに応じて各画素領域の透過率が可変に設定される。この液晶素子５に光源１からの光が照射されることにより、上記した光照射範囲と非照射範囲に対応した明暗を有する像が形成される。例えば、液晶素子５は、垂直配向型の液晶層を備えるものであり、直交ニコル配置された一対の偏光板６ａ、６ｂの間に配置されており、液晶層への電圧が無印加（あるいは閾値以下の電圧）である場合に光透過率が極めて低い状態（遮光状態）となり、液晶層へ電圧が印加された場合に光透過率が相対的に高い状態（透過状態）となるものである。

一対の偏光板６ａ、６ｂは、例えば互いの偏光軸を略直交させており、液晶素子５を挟んで対向配置されている。本実施形態では、液晶層に電圧無印加としているときに光が遮光される（透過率が極めて低くなる）動作モードであるノーマリーブラックモードを想定する。各偏光板６ａ、６ｂとしては、例えば一般的な有機材料（ヨウ素系、染料系）からなる吸収型偏光板を用いることができる。また、耐熱性を重視したい場合には、ワイヤーグリッド型偏光板を用いることも好ましい。ワイヤーグリッド型偏光板とはアルミニウム等の金属による極細線を配列してなる偏光板である。また、吸収型偏光板とワイヤーグリッド型偏光板を重ねて用いてもよい。

投影レンズ７は、液晶素子５を透過する光によって形成される像（光照射範囲と非照射範囲に対応した明暗を有する像）をヘッドライト用配光になるように広げて自車両の前方へ投影するものであり、適宜設計されたレンズが用いられる。本実施形態では、反転投影型のプロジェクターレンズが用いられる。

図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）は、液晶素子の構成を示す模式的な断面図である。また、図３は、液晶素子の構成を示す模式的な平面図である。なお、図２（Ａ）に示す断面図は、図３に示すＡ－Ａ線における一部断面に対応しており、図２（Ｂ）に示す断面図は、図３に示すＢ－Ｂ線における一部断面に対応しており、図２（Ｃ）に示す断面図は、図３に示すＣ－Ｃ線における一部断面に対応している。

液晶素子５は、対向配置された上基板（第１基板）１１および下基板（第２基板）１２、共通電極（対向電極）１３、複数の画素電極１４、複数の画素間電極１５、複数の配線部１６、第１絶縁層（絶縁膜）１７、第２絶縁層（絶縁膜）１８、配向膜１９、２０、液晶層２１を含んで構成されている。

上基板１１および下基板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明基板を用いることができる。上基板１１と下基板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上基板１１側若しくは下基板１２側に設け、それらをスペーサーとして用いてもよい。

共通電極１３は、上基板１１の一面側に設けられている。この共通電極１３は、下基板１２の各画素電極１４と対向するようにして一体に設けられている。共通電極１３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。

複数の画素電極１４は、下基板１２の一面側において第１絶縁層１７の上側に設けられている。これらの画素電極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。図３に示すように、各画素電極１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）は、例えば平面視において矩形状の外縁形状を有しており、Ｘ方向およびＹ方向に沿ってマトリクス状に配列されている。各画素電極１４の間には隙間が設けられている。上記の共通電極１３と各画素電極１４との重なる領域のそれぞれが上記した画素領域（光変調領域）を構成する。

複数の画素間電極１５は、下基板１２の一面側において第１絶縁層１７の下層側に設けられている。これらの画素間電極１５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。図３に示すように、各画素間電極１５は、例えば平面視において長方形状の外縁形状を有しており、図中のＸ方向において隣り合う２つの画素電極１４同士の相互間の隙間と重なるように配置されている。さらに本実施形態では、各画素間電極１５は、図中右側に隣り合う画素電極１４と部分的に重なっている。

複数の配線部１６は、下基板１２の一面側において第１絶縁層１７の下層側に設けられている。これらの配線部１６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。各配線部１６は、液晶駆動装置４から各画素電極１４に対して電圧を与えるためのものである。

第１絶縁層１７は、下基板１２の一面側において各画素間電極１５および各配線部１６の上側にこれらを覆うようにして設けられている。すなわち、第１絶縁層１７は、下基板１２の一面側において後述するスルーホール２９を除く全面を覆うように設けられている。この第１絶縁層１７は、例えばＳｉＯ_２膜、ＳｉＯＮ膜であり、スパッタ法などの気相プロセスあるいは溶液プロセスにより形成することができる。なお、この第１絶縁層１７としては有機絶縁膜を用いてもよい。第１絶縁層１７の層厚は、例えば１μｍ程度である。

第２絶縁層１８は、下基板１２の一面側において各画素電極１４の上側にこれらを覆うようにして設けられている。本実施形態では、第２絶縁層１８は、各画素電極１４とほぼ同形状で各画素電極１４を選択的に覆い、各画素電極１４の相互間の隙間は覆わないように形成されている。なお、第２絶縁層１８は、各画素電極１４の一部である接続部３０を覆うようにしてスルーホール２９を埋めて形成されている。この第２絶縁層１８は、例えばＳｉＯ_２膜、ＳｉＯＮ膜であり、スパッタ法などの気相プロセスあるいは溶液プロセスにより形成することができる。なお、この第２絶縁層１８としては有機絶縁膜を用いてもよい。第２絶縁層１８の層厚は、例えば１μｍ程度である。

配向膜１９は、上基板１１の一面側において共通電極１３を覆うように設けられている。同様に、配向膜２０は、下基板１２の一面側において第２絶縁層１８を覆い、かつ各画素電極１４の間に露出する第１絶縁層１７の一部を覆うように設けられている。各配向膜１９、２０としては、液晶層２１の配向状態を垂直配向に規制する垂直配向膜が用いられる。各配向膜にはラビング処理等の一軸配向処理が施されており、その方向へ液晶層２１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１９、２０の膜厚は、例えば５０～７０ｎｍであり、第２絶縁層１８の層厚よりも１桁以上小さい。このため、図示のように配向膜２０は、第２絶縁層１８により生じる起伏に沿って形成される。

液晶層２１は、上基板１１と下基板１２の間に設けられている。本実施形態においては、誘電率異方性Δεが負であり、カイラル材を含み、流動性を有するネマティック液晶材料を用いて液晶層２１が構成される。本実施形態の液晶層２１は、電圧無印加時における液晶分子の配向方向が一方向に傾斜した状態となり、各基板面に対して、例えば８５°以上９０°以下の範囲内のプレティルト角を有する略垂直配向となるように設定されている。

本実施形態の液晶素子５は、共通電極１３と各画素電極１４とが平面視において重なる領域の各々として画定される領域である画素領域を数十～数百個有しており、これらの画素領域はマトリクス状に配列されている。本実施形態において各画素領域の形状は例えば正方形状に構成されているが、長方形状と正方形状を混在させるなど各画素領域の形状は任意に設定することができる。共通電極１３、各画素電極１４、各画素間電極１５は、各配線部１６等を介して液晶駆動装置４と接続されており、例えばスタティック駆動される。

再び図３を参照しながら、各画素電極１４、各画素間電極１５、各配線部１６の構造について詳細に説明する。本実施形態では、各画素電極１４は、Ｙ方向に沿って３列に配列されており、Ｘ方向に沿って任意の数だけ配列されている。ここで、各画素電極１４について、図中の上から順に１列目のものを画素電極１４ａ、２列目のものを画素電極１４ｂ、３列目のものを画素電極１４ｃという。また、画素間電極１５についても、１列目の画素電極１４ａに対応付けられたものを画素間電極１５ａ、２列目の画素電極１４ｂに対応付けられたものを画素間電極１５ｂ、３列目の画素電極１４ｃに対応付けられたものを画素間電極１５ｃという。さらに、配線部１６についても、１列目の画素電極１４ａおよび画素間電極１５ａに対応付けられたものを配線部１６ａ、２列目の画素電極１４ｂおよび画素間電極１５ｂに対応付けられたものを配線部１６ｂ、３列目の画素電極１４ｃおよび画素間電極１５ｃに対応付けられたものを配線部１６ｃという。

各画素電極１４ａは、第１絶縁層１７に設けられたスルーホール２９を介して下層側の画素間電極１５ａおよび配線部１６ａと接続されている。これにより、画素電極１４ａと画素間電極１５ａと配線部１６ａが同電位化される。各スルーホール２９は、図３に示すように平面視において略三角形状の外縁形状を有しており、各画素電極１４ａの平面視における四隅の１つ（図中では左上の隅）に対応付けて設けられている。そして、各画素電極１４ａは、スルーホール２９の壁面に沿って形成された接続部３０ａを有している。この接続部３０ａは、下側の画素間電極１５ａおよび配線部１６ａのスルーホール２９底部に露出した部分と接している。なお、スルーホール２９の平面視形状は、略三角形状に限られず、多角形、円形、楕円形等であってもよい。また、スルーホール２９の形成位置を各画素電極の四隅の１つに設ける場合を示したが、画素電極の中央など任意の位置に設けることができる。

同様に、各画素電極１４ｂは、スルーホール２９の壁面に沿って形成された接続部３０ｂを有しており、下層側の画素間電極１５ｂおよび配線部１６ｂと接続されている。これにより、画素電極１４ｂと画素間電極１５ｂと配線部１６ｂが同電位化される。

同様に、各画素電極１４ｃは、スルーホール２９の壁面に沿って形成された接続部３０ｃを有しており、下層側の画素間電極１５ｃおよび配線部１６ｃと接続されている。これにより、画素電極１４ｃと画素間電極１５ｃと配線部１６ｃが同電位化される。

各画素間電極１５ａは、平面視においてＸ方向に隣り合う２つの画素電極１４ａ同士の相互間の隙間と重なるようにして配置されている。本実施形態では、各画素間電極１５ａは、平面視における自身の左側外縁エッジと、自身の左側に配置される画素電極１４ａの右側外縁エッジとが上下方向においてほぼ同じ位置となるように配置されている。

また、各画素間電極１５ａは、平面視における自身の右側エッジから内側にある一部領域１１５ａが自身の右側に配置される画素電極１４ａの左側外縁エッジの近傍の一部領域と部分的に重なるように配置されている。これらの一部領域１１５ａは、画素電極１４ａの図中左側外縁エッジ付近において斜め電界が発生しないようにし、暗領域の発生を抑える効果を奏する。このことから、各一部領域１１５ａのＹ方向長さはなるべく広いことが好ましく、本実施形態では一部領域１１５ａのＹ方向長さが対応する画素電極１４ａのＹ方向長さとほぼ同じに設定されている。

同様に、各画素間電極１５ｂは、平面視においてＸ方向に隣り合う２つの画素電極１４ｂ同士の相互間の隙間と重なるように配置されており、一部領域１１５ｂが自身の右側の画素電極１４ｂと部分的に重なるように配置されている。

同様に、各画素間電極１５ｃは、平面視においてＸ方向に隣り合う２つの画素電極１４ｃ同士の相互間の隙間と重なるように配置されており、一部領域１１５ｃが自身の右側の画素電極１４ｃと部分的に重なるように配置されている。

なお、図中では各画素間電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃの下端部が各画素電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃの下端部よりも僅かに下側へはみ出すように描画されているが、実際にはそれぞれの下端部が揃っていてもよい。

各配線部１６ａは、各画素間電極１５ａのうち１つと接続されており、図中において上側へ延びている。本実施形態では、各配線部１６ａは、対応する画素間電極１５ａと同じ幅で一体に設けられている。各配線部１６ａは、液晶駆動装置４に接続される。

各配線部１６ｂは、各画素間電極１５ｂのうち１つと接続されており、図中において上側へ延びている。各配線部１６ｂは、液晶駆動装置４に接続される。本実施形態では、各配線部１６ｂは、平面視において、自身と接続される画素間電極１５ｂに対してＸ方向に隣り合う画素電極１４ｂと部分的に重なる一部領域１１６ｂと、この画素電極１４ｂとそれにＹ方向で隣り合う画素電極１４ａとの間に配置された一部領域２１６ｂと、この画素電極１４ａと重なって配置された一部領域３１６ｂを有している。各一部領域１１６ｂ、２１６ｂ、３１６ｂは一体に設けられている。

各配線部１６ｂの各一部領域１１６ｂは、上記した一部領域１１５ｂと同様に、画素電極１４ｂの図中上側外縁エッジ付近における暗領域の発生を抑える効果を奏する。このため、各一部領域１１６ｂのＸ方向の幅はなるべく広いほうが好ましく、例えば対応付けられる画素電極１４ａ、１４ｂの幅に対して５０％以上の幅を有することが好ましい。図示の例では、各一部領域３１６ｂの幅は、対応付けられる画素電極１４ａ、１４ｂの幅に対して約７０％の幅となっている。

各配線部１６ｂの各一部領域２１６ｂは、Ｙ方向において隣り合う２つの画素電極１４ａ、１４ｂ同士の相互間に配置される画素間電極としての機能も奏する。このため、各一部領域２１６ｂのＸ方向長さはなるべく広いほうが好ましく、例えば対応付けられる画素電極１４ａ、１４ｂのＸ方向長さに対して５０％以上の長さを有することが好ましい。図示の例では、各一部領域２１６ｂの幅は、対応付けられる画素電極１４ａ、１４ｂのＸ方向長さに対して約７０％の長さとなっている。このような一部領域２１６ｂを設けることで実質的に画素領域として機能する領域を広げることができる。

各配線部１６ｃは、各画素間電極１５ｃのうち１つと接続されており、図中において上側へ延びている。各配線部１６ｃは、液晶駆動装置４に接続される。本実施形態では、各配線部１６ｃは、平面視において、自身と接続される画素間電極１５ｃに対してＸ方向に隣り合う画素電極１４ｃと部分的に重なる一部領域１１６ｃと、この画素電極１４ｃとＹ方向において隣り合う画素電極１４ｂとの間に配置された一部領域２１６ｃと、この画素電極１４ｂと第１絶縁層１７を挟んで重なって配置された一部領域３１６ｃと、この画素電極１４ｂとＹ方向において隣り合う画素電極１４ａと第１絶縁層１７を挟んで重なって配置された一部領域４１６ｃと、画素電極１４ａと画素電極１４ｂの間に配置されており一部領域３１６ｃと一部領域４１６ｃとを接続する接続領域５１６ｃを有している。各一部領域１１６ｃ、２１６ｃ、３１６ｃ、４１６ｃ、接続領域５１６ｃは一体に設けられている。

各配線部１６ｃの各一部領域１１６ｃは、上記した一部領域１１５ｃと同様に、画素電極１４ｃの図中上側外縁エッジ付近における暗領域の発生を抑える効果を奏する。このため、各一部領域１１６ｃのＸ方向長さはなるべく広いほうが好ましく、例えば対応付けられる画素電極１４ｂ、１４ｃのＸ方向長さに対して５０％以上の長さを有することが好ましい。図示の例では、各一部領域１１６ｃの長さは、対応付けられる画素電極１４ｂ、１４ｃのＸ方向長さに対して約８７％の幅となっている。

各配線部１６ｃの各一部領域２１６ｃは、Ｙ方向において隣り合う２つの画素電極１４ｂ、１４ｃ同士の相互間に配置される画素間電極としての機能も奏する。このため、各一部領域２１６ｃのＸ方向長さはなるべく広いほうが好ましく、例えば対応付けられる画素電極１４ｂ、１４ｃのＸ方向長さに対して５０％以上の長さを有することが好ましい。図示の例では、各一部領域２１６ｃの長さは、対応付けられる画素電極１４ｂ、１４ｃのＸ方向長さに対して約８７％の幅となっている。このような一部領域２１６ｃを設けることで実質的に画素領域として機能する領域を広げることができる。

ここで、画素電極１４ｃへ電圧を印加してその領域を光透過状態にした際に接続領域５１６ｃにおいても同じ電圧が印加されるため接続領域５１６ｃにおいても光透過状態となる。このとき、例えば画素電極１４ａや画素電極１４ｂに対応する各領域が非透過状態（ないし低透過状態）であったとすると、接続領域５１６ｃの光透過状態が輝点として視認し得る状態となり得る。そこで、上記した図２（Ｃ）に示すように、各配線部１６ｃの各接続領域５１６ｃと重なるように第２絶縁層１８の一部を設けることで、各接続領域５１６ｃに対応する部分での輝点の発生を抑制できる。第１絶縁層１７および第２絶縁層１８が重なることで、この領域における液晶層２１への印加電圧を小さくすることができるからである。

なお、接続領域５１６ｃは多くの場合に非透過状態となるので黒点として視認し得るが、人間の目の特性として黒点のほうが目立ちにくいため、輝点となるよりは好ましいといえる。さらに、図示の例ように、接続領域５１６ｃは、一部領域３１６ｃと一部領域４１６ｃとを電気的に接続するためのものであるため、比較的に狭いサイズに形成することができる。従って、実質的には黒点がほとんど視認できない状態にすることができる。

図４は、各画素電極の接続部の形状と配向処理方向との関係について説明するための図である。図３と同様に各画素電極等が平面図によって示されている。配向処理とは、例えばラビング処理や光配向処理など、配向膜に対して一方向への配向規制力（一軸配向規制力）を持たせるための処理（一軸配向処理）をいう。そして、配向処理方向とは上記の配向処理を行った際の方向であり、通常、一軸配向規制力を発生する方向と略一致する。上記のように、各画素電極１４ａの接続部３０ａが設けられるスルーホール２９は、略三角形状の外縁エッジを有している。

本実施形態では、接続部３０ａの外縁エッジのうち、画素電極１４ａの図中左側外縁エッジおよび上側外縁エッジの両方と交差するように配置される外縁エッジの方向Ｌは、図示のようにＸＹ両方向に対して略４５°の角度をなす方向となっている。この外縁エッジの方向Ｌに対し、配向処理方向３１は、当該方向Ｌに交差（本実施形態では略直交）しており、かつ画素電極１４ａの内側から接続部３０ａの外縁エッジへ向かう方向となるように設定される。なお、各画素電極１４ｂ、各画素電極１４ｃの各接続部３０ｂ、３０ｃと配向処理方向３１との関係も同様である。配向処理方向３１をこのように設定することが好ましい理由について次に説明する。

図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）は、各接続部と配向処理方向の関係について説明するための図である。各画素電極の接続部およびその近傍の表面における配向膜の状態が模式的に示されている。図５（Ａ）は配向処理前の状態を示している。図示のように、例えば接続部３０ａおよびその近傍では、配向膜の側鎖３２が表面からに対して立ち上がっている。このときの側鎖３２の立ち上がり方向は表面形状に応じて変わるので、接続部３０ａのスルーホール２９に沿って斜面となっている箇所ではその表面に対して側鎖３２が立ち上がる。

図５（Ｂ）は上記図４にて示した好ましい状態に配向処理方向３１を設定して配向処理（ラビング処理）を行った場合の配向膜の状態を示している。この場合、図中右から左へ向かう方向へ配向処理がなされるので、側鎖３２もその方向へいくぶん傾く。このとき、図中Ｙ方向を基準として見た場合にはいずれの部分においても側鎖３２が図中左側へ傾いた状態になるので、側鎖３２によって規制される液層分子の配向方向もいずれの部分でも図中左側へ傾いた状態となる。このため、接続部３０ａ近傍においてディスクリネーションラインが発生することを防止できる。他の接続部３０ｂ、３０ｃ近傍においても同様である。

図５（Ｃ）は比較例であり、上記図４にて示した好ましい状態と逆方向に配向処理方向３１を設定して配向処理（ラビング処理）を行った場合の配向膜の状態を示している。この場合、図中左から右へ向かう方向へ配向処理がなされるので、側鎖３２もその方向へいくぶん傾く。このとき、図中Ｙ方向を基準として見た場合には、画素電極１４ａの平坦な部分では側鎖３２が図中右側へ傾いた状態になるのに対して、接続部３０ａの斜面部分では依然として側鎖が図中左側へ傾いた状態となる。このため、接続部３０ａ近傍とその周辺において液晶分子の配向方向が逆となってしまい、その境界においてディスクリネーションラインが発生する。このようなディスクリネーションラインの発生は、形成される配光パターンの品質を低下させることに繋がる。他の接続部３０ｂ、３０ｃ近傍においても同様である。

図６は、本実施形態の液晶素子により得られる主要な効果を説明するための図である。上記の液晶素子５において、液晶層２１に対して画素間電極１５と共通電極１３の間で電圧が印加される領域を第１領域４１とし、液晶層２１に対して各画素電極１４と共通電極１３の間で電圧が印加される領域を第２領域４２とする。第１領域４１では、画素間電極１５と共通電極１３の間に主に第１絶縁層１７と液晶層２１が存在する。これに対して、第２領域４２では、画素電極１４と共通電極１３の間に主に第２絶縁層１８と液晶層２１が存在する。このため、第１絶縁層１７と第２絶縁層１８の各々の誘電率や層厚が大きく相違していなければ、第１領域４１を透過する光Ａと第２領域４２を透過する光Ｂの各々による電気光学特性（電圧－透過率特性）は同等となる。これは、液晶層２１への実効的な印加電圧の差異が少なくなるからである。このように、第１領域４１と第２領域４２の電気光学特性が同等となることで、自車両前方に投影される配光パターンにおける第１領域４１（すなわち画素電極間の領域）による暗線の発生を抑制することができる。なお、図６に示すように第１領域４１と第２領域４２では液晶層２１の層厚が異なることになるが、液晶層２１の閾値特性が液晶層２１の層厚にはほとんど依存しないことは当業者に自明な技術常識である。

第１絶縁層１７、第２絶縁層１８、液晶層２１の各層厚の関係について、以下に具体的に説明する。第１領域４１の画素間電極１５と共通電極１３との間に印加される全体の電圧Ｖ_１は、第１領域４１に含まれる液晶層２１に印加される電圧Ｖ_ＬＣ１と絶縁層１７に印加される電圧Ｖ_ｉｎ１とに分けることができる。第１領域４１に含まれる液晶層２１の容量をＣ_ＬＣ１、絶縁層１７の容量をＣ_ｉｎ１としたときに、以下の関係式が成立する。

同様に、第２領域４２の画素電極１４と共通電極１３との間に印加される全体の電圧Ｖ_２は、第２領域４２に含まれる液晶層２１に印加される電圧Ｖ_ＬＣ２と絶縁層１８に印加されるＶ_ｉｎ２とにわけることができ、第２領域４２に含まれる液晶層２１の容量をＣ_ＬＣ２、絶縁層１８の容量をＣ_ｉｎ２としたときに、以下の関係式が成立する。

ここで、画素間電極１５と画素電極１４とはスルーホール２９を介して形成された接続部３０によって同電位となっており、かつ、第１領域４１と第２領域４２に亘って共通電極１３は同電位である。従って、第１領域４１の画素間電極１５と共通電極１３の間に印加される電圧と、第２領域４２の画素電極１４と共通電極１３の間に印加される電圧は同じである。

一方で、第１領域４１に含まれる液晶層２１に印加される電圧Ｖ_ＬＣ１と、第２領域４２に含まれる液晶層２１に印加される電圧Ｖ_ＬＣ２は同一であることが双方の領域の透過率の均一性の観点から望ましい。これらの点から、以下の関係となる。

各層の容量を用いた関係式として整理する。

ここで、絶縁層１７の層厚をｄ_１、誘電率をε_ｉｎ、第１領域４１の液晶層２１のセル厚をｄ_ＬＣ１、液晶層２１のセル厚方向の誘電率をε_ＬＣ、絶縁層１８の層厚をｄ_２とする。このとき、第２領域４２の液晶層２１のセル厚は、ｄ_ＬＣ１－ｄ_２となる。また、絶縁層１８に用いる材料は絶縁層１７に用いる材料は同一とすると、上記の式は以下のように変形できる。

（ただし、Ｓ_１、Ｓ_２は、第１領域４１および第２領域４２の電極面積）

従って、第２領域の絶縁層の層厚ｄ_２は、以下のように表記できる。

上記観点では、第１絶縁層１７と第２絶縁層１８の各々を構成する材料の誘電率が略同一である場合には、第２絶縁層１８の好適な膜厚は第１絶縁層１７と第１領域４１の液晶層２１のセル厚から計算できる。実際上は、上記で計算される膜厚に対して±３０％以内であれば配光パターンに対する影響は小さい。

図７は、本実施形態の構成を適用した液晶素子における電気光学特性の例を示す図である。この例では、液晶層２１にカイラル材を含有させた液晶素子について示した。図示のように、第１領域４１を透過する光Ａによる電気光学特性（図中「Ａ」と示す）と第２領域４２を透過する光Ｂによる電気光学特性（図中「Ｂ」と示す）は同等となり、特に印加する電圧が低い領域における差異が非常に少なくなる。これは、配光パターンに中間調を用いる場合において特に有効である。一般に、人間の目は、比較的暗い光における明るさの差異に対して敏感である。このため、電気光学特性の差異が少なくなることで、第１領域４１と第２領域４２における光量差を暗線として感得されにくくすることができる。また、人間の目は、明るい光における明るさの差異に対しては鈍感であるので、印加電圧が高い領域における差異はほとんど問題にならない。

図８は、本実施形態の構成を適用した液晶素子における電気光学特性の他の例を示す図である。この例では、液晶層２１にカイラル材を含有させていない液晶素子について示した。カイラル材を含有させている液晶素子では飽和電圧以上になっても透過率がほとんど変化しないが（図７参照）、カイラル材を含有させていない液晶素子では印加電圧が高くなるとＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）効果により透過光に着色（波長分散）が生じることで透過率が低下する現象が起こりうる。しかし、図８に示すように、第１領域４１を透過する光Ａによる電気光学特性（図中「Ａ」と示す）と第２領域４２を透過する光Ｂによる電気光学特性（図中「Ｂ」と示す）の差異が極めて少ない飽和電圧以下の領域（点線で隔てた左側領域）において液晶素子を動作させることで、暗線を抑制することができる。このことは、液晶素子の動作モードの選択肢が広がることを意味する。

以上のような各実施形態によれば、液晶素子等を用いて配光パターンを制御する車両用灯具システムにおける配光パターンの見栄えを向上させることが可能となる。

なお、本発明は上記した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明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液晶層として垂直配向のものを説明していたが液晶層の構成はこれに限定されず、他の構成（例えばＴＮ配向）であってもよい。また、液晶素子と偏光板との間に視角補償板を配置してもよい。

また、上記した実施形態では下基板１２の一面側において各画素電極１４の上側にこれら画素電極１４等と重畳するように第２絶縁層１８を設けていたが、上基板１１の一面側（下基板１２側）に第２絶縁層を設けてもよい。

図９は、変形実施例の液晶素子の構成を示す模式的な断面図である。図示の液晶素子５ａは、基本的構成は上記した実施形態の液晶素子５と共通であるので、ここでは相違点のみ説明する。図示の液晶素子５ａにおいて、第２絶縁層１８ａは、上基板１１の一面側において共通電極１３を覆うように設けられており、かつ平面視において下基板１２の各画素電極１４に対して選択的に重畳するように設けられている。また、配向膜１９ａは、この第２絶縁層１８ａの表面に沿って設けられている。また。配向膜２０ａは、第１絶縁層１７の上側において各画素電極１４を覆うように設けられている。このような構成によっても、第１領域４１と第２領域４２における電気光学特性の差異を少なくし、暗線を抑制することができる。なお、接続領域５１６ｃに対応する第２絶縁層１８ａの一部については上基板１１側に設けられることが好ましいが第２絶縁層１８ａとは別個に下基板１２側に設けられてもよい（図示省略）。

また、上記した実施形態では、車両前方に対して選択的な光照射を行うシステムにおいて本発明を適用した例について説明していたが本発明の適用範囲はこれに限定されない。例えば、車両の進行方向に応じて車両の斜め前方への光照射を行うシステム、車両の前後方向傾きに応じて前照灯の光軸を調整するシステム、前照灯のハイビームとロービームを電子的に切り替えるシステムなどに本発明を適用してもよい。さらに、車両用途に限らず照明装置一般において本発明を適用してもよい。

１：光源、２：カメラ、３：制御装置、４：液晶駆動装置、５、５ａ：液晶素子、６ａ、６ｂ：偏光板、７：投影レンズ、１１：上基板、１２：下基板、１３：共通電極、１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ：画素電極、１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ：画素間電極、１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ：配線部、１７：第１絶縁層、１８、１８ａ：第２絶縁層、１９、１９ａ、２０、２０ａ：配向膜、２１：液晶層、２９：スルーホール、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ：接続部、３１：配向処理方向、３２：配向膜の側鎖

Claims (5)

1. 対向配置される第１基板及び第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板の間に配置される液晶層と、
   前記第１基板の一面側に設けられた対向電極と、
   前記第２基板の一面側に設けられた複数の画素間電極と、
   前記第２基板の一面側において前記複数の画素間電極の上側に設けられた第１絶縁層と、
   前記第２基板の一面側において前記第１絶縁層の上側に設けられた複数の画素電極と、
   前記複数の画素電極の上側に設けられた第２絶縁層と、
   を含み、
   前記複数の画素電極は、平面視において、少なくとも第１方向に沿って相互間に隙間を設けて配置されており、
   前記複数の画素間電極は、各々、平面視において、前記第１方向において隣り合う２つの前記画素電極の相互間の前記隙間と重なるように配置されており、かつ当該２つの前記画素電極の何れか１つと接続されており、
   前記第２絶縁層は、平面視において、前記複数の画素電極の各々と重なる各領域に対して選択的に設けられており、
   前記第１絶縁層と前記第２絶縁層の誘電率は同一であり、
   前記第１絶縁層の層厚をｄ _１ 、前記第２絶縁層の層厚をｄ _２ 、前記画素間電極と前記対向電極の間の前記液晶層の層厚をｄ _ＬＣ１ とすると、
   前記層厚ｄ _２ は、(ｄ _１ ｄ _ＬＣ１ )／(ｄ _１ ＋ｄ _ＬＣ１ )で計算される値に対して±３０％以内に設定される、
   液晶素子。
2. 対向配置される第１基板及び第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板の間に配置される液晶層と、
   前記第１基板の一面側に設けられた対向電極と、
   前記第２基板の一面側に設けられた複数の画素間電極と、
   前記第２基板の一面側において前記複数の画素間電極の上側に設けられた第１絶縁層と、
   前記第２基板の一面側において前記第１絶縁層の上側に設けられた複数の画素電極と、
   前記第１基板の一面側において前記対向電極の前記第２基板側に設けられた第２絶縁層と、
   を含み、
   前記複数の画素電極は、平面視において、少なくとも第１方向に沿って相互間に隙間を設けて配置されており、
   前記複数の画素間電極は、各々、平面視において、前記第１方向において隣り合う２つの前記画素電極の相互間の前記隙間と重なるように配置されており、かつ当該２つの前記画素電極の何れか１つと接続されており、
   前記第２絶縁層は、平面視において、前記複数の画素電極の各々と重なる各領域に対して選択的に設けられており、
   前記第１絶縁層と前記第２絶縁層の誘電率は同一であり、
   前記第１絶縁層の層厚をｄ _１ 、前記第２絶縁層の層厚をｄ _２ 、前記画素間電極と前記対向電極の間の前記液晶層の層厚をｄ _ＬＣ１ とすると、
   前記層厚ｄ _２ は、(ｄ _１ ｄ _ＬＣ１ )／(ｄ _１ ＋ｄ _ＬＣ１ )で計算される値に対して±３０％以内に設定される、
   液晶素子。
3. 前記第１基板の一面側及び前記第２基板の一面側の各々に設けられており、前記第１絶縁層及び前記第２絶縁層の各々の層厚よりも小さい膜厚の配向膜を更に含む、
   請求項１又は２に記載の液晶素子。
4. 前記第２基板の一面側に設けられており、各々、前記複数の画素間電極の何れか１つと
   接続され、かつ前記複数の画素電極の下側に配置されている複数の配線部を更に含む、
   請求項１～３の何れか１項に記載の液晶素子。
5. 配光パターンを可変に設定可能な照明装置であって、
   光源と、
   前記光源からの光を用いて前記配光パターンに対応する画像を形成する液晶素子と、
   前記液晶素子によって形成された前記画像を投影する光学系と、
   を含み、
   前記液晶素子として請求項１～４の何れかに記載の液晶素子を用いる、
   照明装置。
   

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