JP7149808B2 - 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・システム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ＬＥＤ１１ａから成る発光部１１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１２と、を含んでおり、上記遮光部１２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１４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。また、画素電極の列を３つ以上設けるような場合には、中間列の各画素電極に電圧を与えるための配線部を画素電極間に通す必要が生じるため、画素電極同士の隙間はより大きくなる。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基板と前記第２基板の間であって前記液晶層中に配置される複数の柱状体と、を含み、（ｄ）前記第１基板は、一面側に設けられた対向電極を有しており、（ｅ）前記第２基板は、一面側に設けられた複数の配線部、当該複数の配線部の上側に設けられた絶縁層及び当該絶縁層の上側に設けられた複数の画素電極を有しており、（ｆ）前記複数の画素電極は、平面視において、少なくとも第１方向に沿って配列されており、第１画素電極、当該第１画素電極と前記第１方向に隣り合う第２画素電極及び当該第２画素電極と前記第１方向に隣り合う第３画素電極を有しており、（ｇ）前記複数の配線部は、前記複数の画素電極の下層側に配置されており、前記絶縁層を介して前記第１画素電極と接続される第１配線部、前記絶縁層を介して前記第２画素電極と接続される第２配線部及び前記絶縁層を介して前記第３画素電極と接続される第３配線部を有しており、（ｈ）前記第３配線部は、平面視において、前記第１画素電極と重なる第１領域、前記第２画素電極と重なる第２領域及び前記第１画素電極と前記第２画素電極の間に配置されて前記第１領域と前記第２領域とを接続する接続領域を有しており、（ｉ）前記複数の柱状体は、少なくとも、前記接続領域と平面視において重なる位置に設けられている、液晶素子である。

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）および図２（Ｂ）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、液晶素子の各サンプルによる透過率特性を示すグラフである。 図７は、各サンプルの色度変化を示す図である。 図８は、共通電極の変形実施例について説明するための平面図である。 図９は、画素電極および画素間電極の変形実施形態について説明するための平面図である。 図１０は、画素電極の変形実施形態について説明するための平面図である。

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部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非照射範囲とし、それ以外の領域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装置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）および図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Ｂ－Ｂ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、上基板１１に設けられた共通電極（対向電極）１３、下基板１２に設けられた複数の画素電極１４、複数の画素間電極１５、複数の配線部１６、絶縁層１７、上基板１１と下基板１２の間に配置された液晶層１８を含んで構成されている。なお、説明の便宜上、図示を省略しているが、上基板１１、下基板１２には、それぞれ液晶層１８の配向状態を規制するための配向膜が適宜設けられる。

上基板１１および下基板１２は、それぞれ、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複数の柱状スペーサー（柱状体）３０、３１が分散配置されており、それらスペーサー３０、３１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。

本実施形態では、各柱状スペーサー３０は、例えば図２（Ａ）に示すように、隣り合う画素電極１４（図３に示すＸ方向に隣り合う画素電極１４）の相互間において画素間電極１５と平面視において重なる位置に設けられている。各柱状スペーサー３０の大きさは、例えば１０μｍ～３０μｍ程度の径とすることが好ましく、光学的な観点ならびに基板間隙を一定に保持する能力の観点からは２０μｍ程度の径とすることが好適である。各柱状スペーサー３０の平面視形状は、円形状、矩形状などとすることができる。

また、本実施形態では、例えば図２（Ｃ）に示すように、隣り合う画素電極１４（図３に示すＹ方向に隣り合う画素電極１４）の相互間において各配線部１６の一部領域（後述する一部領域５１６ｃ）と平面視において重なる位置にもそれぞれ柱状スペーサー３１が設けられている。各柱状スペーサー３１の大きさは、例えば１０μｍ～３０μｍ程度の径とすることが好ましく、光学的な観点ならびに基板間隙を一定に保持する能力の観点からは２０μｍ程度の径とすることが好適である。また、一部領域５１６ｃとの関係では、一部領域５１６ｃの全てと重なるように設けられることが好ましい。第１基板１１と第２基板１２のアライメント精度を考慮すると、各柱状スペーサー３１の平面視におけるＸ方向、Ｙ方向のそれぞれの長さは、一部領域５１６ｃの各長さよりも数μｍ（例えば５μｍ）ほど大きく設定されていることが好ましい。

なお、各柱状スペーサー３０、３１は、例えば光硬化性樹脂を用いて一般的なフォトレジスト工程を行うことにより一括で形成することができる。各柱状スペーサー３０、３１は、第１基板１１の一面側に形成されてもよいし、第２基板１２の一面側に形成されてもよい。アライメント精度の観点では第２基板１２に設けられることが好ましい。他方で、製造の容易さという観点では第１基板１１に設けられることが好ましい。この場合、各柱状スペーサー３０、３１（特に、各柱状スペーサー３１）は、上記した好適サイズよりも幾分大きいサイズで形成されることが好ましい。また、各柱状スペーサー３０、３１は、例えば透明（透光性）であってもよいし黒色などの暗色のもの（遮光性のもの）であってもよい。各柱状スペーサー３０、３１の色味は、液晶層１８の動作モードや各偏光板６ａ、６ｂの偏光軸の配置状態によって適宜選択することができる。

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。

複数の配線部１６は、下基板１２の一面側において絶縁層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。

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。この絶縁層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、この絶縁層１７としては有機絶縁膜を用いてもよい。

液晶層１８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１８が構成される。本実施形態の液晶層１８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８８°以上９０°未満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。

なお、上記のように上基板１１の一面側と下基板１２の一面側にはそれぞれ配向膜が設けられている。各配向膜としては、液晶層１８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１８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。

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、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（第１画素電極）１４ａ、２列目のものを画素電極（第２画素電極）１４ｂ、３列目のものを画素電極（第３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（第１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（第２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（第３配線部）１６ｃという。

各画素電極１４ａは、絶縁層１７に設けられたスルーホール１９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１９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１９の壁面に沿って形成された接続部２０ａを有している。この接続部２０ａは、下側の画素間電極１５ａおよび配線部１６ａのスルーホール１９底部に露出した部分と接している。

同様に、各画素電極１４ｂは、スルーホール１９の壁面に沿って形成された接続部２０ｂ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１９の壁面に沿って形成された接続部２０ｃ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同士の相互間を埋め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同士の相互間に配置されており、一部領域（第１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２１６ｂ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、上記した各柱状スペーサー３１が存在しないとすると、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、各接続領域５１６ｃに対応付けて各柱状スペーサー３１を設けることで、各接続領域５１６ｃに対応する部分に液晶分子（液晶層１８）が存在しない状態とすることができるので、上記のような輝点の発生を回避できる。なお、接続領域５１６ｃは常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２０ａが設けられるスルーホール１９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２０ａ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２１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２０ａ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２０ｂ、２０ｃと配向処理方向２１との関係も同様である。配向処理方向２１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２０ａおよびその近傍では、配向膜の側鎖２２が表面からに対して立ち上がっている。このときの側鎖２２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２０ａのスルーホール１９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２２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２１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２２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２２が図中左側へ傾いた状態になるので、側鎖２２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２０ａ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。

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２１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２２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２２が図中右側へ傾いた状態になるのに対して、接続部２０ａ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２０ａ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。

図６は、液晶素子のいくつかのサンプルによる透過率特性を示すグラフである。ここでは、セル厚と液層材料へのカイラル材添加の有無という点以外の諸条件については共通とし、一対の偏光板の配置についても上記の通りに設定したサンプルを作製してその透過率特性を計測した。垂直配向膜については、側鎖に剛直な骨格（液晶性のもの）を有するタイプのものを用い、フレキソ印刷によって５００～８００Å程度の厚さとし、１６０～２５０℃、１～１．５時間の焼成を行った。ラビング処理については、押し込み量を０．３～０．８ｍｍとした。ラビング処理の方向についてはアンチパラレル設定とした。液晶材料については、誘電率異方性Δεが－４．４で屈折率異方性Δｎが約０．１３のものを用いた。

図６に示す特性線ａは、セル厚６μｍとしカイラル材を添加したサンプルのものであり、特性線ｂは、セル厚３μｍとしカイラル材を添加しなかったサンプルのものであり、特性線ｃは、セル厚４μｍとしカイラル材を添加しなかったサンプルのものであり、特性線ｄは、セル厚６μｍとしカイラル材を添加しなかったサンプルのものである。特性線ａの液晶素子、特性線ｂの液晶素子では、印加電圧が高くなっても透過率は低下せずにほぼ一定である。これに対して、特性線ｃの液晶素子では、印加電圧の上昇に伴って一旦は高くなった透過率が印加電圧のさらなる上昇に伴って次第に低下している。また、特性線ｄの液晶素子では、印加電圧３．８Ｖ付近で透過率が飽和し、それ以上の電圧では透過率が急激に低下している。図７に、特性線ａ、特性線ｃの各サンプルの色度変化を示す。特性線ａのサンプルでは電圧変化によらず色度はほとんど変化しないが、特性線ｄのサンプルでは色度が大きく変化している。なお、特性線ｂのサンプルも特性線ａのサンプルと同様の結果であった。

ここで、本実施形態の液晶素子５では、液晶層１８に対して各画素電極１４から電圧が印加される領域（以下「第１領域」という。）と画素間電極１５から電圧が印加される領域（以下「第２領域」という。）のそれぞれにおける液晶層１８への実効的な印加電圧の大きさが異なる。これは、絶縁層１７の有無による差によるものである。第２領域では、画素間電極１５と液晶層１８との間に絶縁層１７が介在するので、印加電圧が絶縁層１７と液晶層１８とで分圧されるからである。このため、液晶素子５としては、例えば図８に示した特性線ａ、ｂの各サンプルのように、印加電圧に対して透過率がほぼ一定とみなせる範囲がより広いものを用い、比較的に高い印加電圧（例えば、閾値の１．５倍以上の電圧）を設定することで、第１領域と第２領域のいずれにも必要十分な電圧が印加されるようにすることが望ましい。なお、ここでいう「透過率がほぼ一定とみなせる範囲」とは、例えば透過率が±３％の変動で収まる範囲をいう。このようにすることで、明暗境界線（光度変化）の傾きを示す指数であるＧ値を小さくすることができる。
ここで、Ｇ値とは、以下の式で定義される（特開２０１７－２０６０９４号参照）。
Ｇ＝Ｌｏｇ（Ｅ_β－Ｅ_{β＋０．１°}）
ただし、Ｅ_βとは角度位置βにおける光度値である。
Ｇ値は、従来技術の場合では、例えば５．７程度（画素電極間２０μｍの場合）であったが、本実施形態ではこのＧ値をより小さくすることができる。Ｇ値は、１以下であることが好ましい。

上記の第１領域と第２領域における実効的な印加電圧の差について検討する。第２領域は、液晶層１８による容量成分と、絶縁層１７による容量成分とを直列に接続したものとみなせる。すなわち、２つのコンデンサの直列接続とみなせる。
液晶層１８による容量成分Ｃ_ＬＣは、液晶材料の誘電率（短軸方向）をε_ＬＣ、領域面積をＳ、液晶層１８の層厚をｄ_ＬＣとすると以下のように表せる。同様に、絶縁層１７による容量成分Ｃ_ｔｏｐは、絶縁層１７の誘電率をε_ｔｏｐ、領域面積をＳ、絶縁層１７の層厚をｄ_ｔｏｐとすると以下のように表せる。
Ｃ_ＬＣ＝ε_ＬＣ×Ｓ／ｄ_ＬＣ
Ｃ_ｔｏｐ＝ε_ｔｏｐ×Ｓ／ｄ_ｔｏｐ

コンデンサの直列接続であり電荷量Ｑは共通であるので、液晶層１８にかかる電圧をＶ_ＬＣ、絶縁層１７にかかる電圧をＶ_ｔｏｐとおくと、以下のように表せる。
Ｑ＝Ｃ_ＬＣ×Ｖ_ＬＣ
Ｑ＝Ｃ_ｔｏｐ×Ｖ_ｔｏｐ

例えば、セル厚６μｍの液晶素子において、液晶層１８のｄ_ＬＣ：５μｍ、ε_ＬＣ：８．０であり、絶縁層１７のｄ_ｔｏｐ：１μｍ、ε_ｔｏｐ：３．４４であるとすると、各容量成分は以下のようになる。
Ｃ_ＬＣ＝８．０×Ｓ／５＝１．６×Ｓ
Ｃ_ｔｏｐ＝３．４４×Ｓ／１＝３．４４×Ｓ
これより、
Ｖ_ＬＣ：Ｖ_ｔｏｐ＝１／Ｃ_ＬＣ：１／Ｃ_ｔｏｐ＝１／１．６：１／３．４４
となり、
Ｖ_ＬＣ：Ｖ_ｔｏｐ＝１．９６：１
となる。

以上から、上記の数値例において液晶層１８と絶縁層１７の分圧比は１．９６：１となり、おおよそ２：１の分圧比ということになる。つまり、液晶層１８に対して各画素電極１４から電圧が印加される領域である「第１領域」では絶縁層１７が存在しないことから印加電圧が基本的にそのままかかるが、画素間電極１５から電圧が印加される領域である第２領域では印加電圧を２：１で分圧した電圧が液晶層１８に印加されることになる。従って、第１領域と第２領域で透過率に差が出ないようにするには、上記したように透過率がほぼ一定とみなせる範囲が広い条件の液晶素子５を用いて、比較的高い印加電圧を与えることが望ましい。例えば、図６に示す特性線ａの液晶素子において、印加電圧を７Ｖに設定すれば、液晶層１８の第１領域ではこの７Ｖが印加され、第２領域では分圧された約４．７Ｖが印加されることになり、いずれの領域でも同等の透過率とすることができる。

別言すれば、印加電圧について、絶縁層１７により分圧されて印加された液晶層１８への電圧による透過率と、絶縁層１７による分圧がなくそのまま液晶層１８へ印加された電圧による透過率とがほぼ同等（例えば、±３％の誤差範囲内）となるような透過率特性を備えるように液晶素子５を構成することが好ましいといえる。

図８は、共通電極の変形実施例について説明するための平面図である。図８では、各画素電極１４ａ等に共通電極１３を重ねて示している。図示の共通電極１３ａは、各配線部１６ｃの有する接続領域５１６ｃに対応する領域のそれぞれに開口部２３が設けられている。開口部２３の平面視形状、大きさは、接続領域５１６ｃと略同じにすることが望ましいが、製造上の形成精度、位置合わせ精度等を考慮し、接続領域５１６ｃよりも幾分大きくしておき、平面視において開口部２３に接続領域５１６ｃが内包されるようにしてもよい。このような開口部２３を設けることによっても、接続領域５１６ｃにおける不要な光透過を防ぐことができる。この場合、上記した実施形態において接続領域５１６ｃに対応付けて設けられていたリブスペーサ３１は、省略されてもよいし、開口部２３と併用されてもよい。

詳細には、開口部２３が設けられていない場合、画素電極１４ｃへ電圧を印加してその領域を光透過状態にすると、接続領域５１６においても同じ電圧が印加されるため接続領域５１６ｃ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ることが考えられる。開口部２３を設けることでそのような輝点の発生を回避できる。なお、接続領域５１６ｃは常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９は、画素電極および画素間電極の変形実施形態について説明するための平面図である。図示の例においては、３列目の画素電極と画素間電極の上下関係が入れ替わっている点が上記した実施形態と異なっている。具体的には、各画素電極１４ｃ’が下層側に設けられており、それらを覆うように絶縁層１７（図２参照）が設けられ、絶縁層１７の上側に各画素間電極１５ｃ’が設けられている。各画素間電極１５ｃ’には接続部２０ｃ’が設けられており、当該接続部２０ｃ’を介して各画素間電極１５ｃ’と各画素電極１４ｃ’とが接続されている。各配線部１６ｃは、各画素電極１４ｃ’と接続されている。この例のように、画素電極と画素間電極の上下関係については入れ替えることが可能である。

図１０は、画素電極の変形実施形態について説明するための平面図である。図示の例においては、３列目の画素電極１１４ｃが一体化されており、絶縁層１７より下層側に設けられている点が実施形態と異なっている。この例のように、一部の画素電極について一体化されていてもよい。なお、ここでは配線部１６ｃを複数設けている場合を例示したが画素電極１１４ｃに接続する配線部１６ｃは最小で１つでもよい。その場合には、画素領域として機能し得る領域をより広げることができる。

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。特に、画素電極間に配置される配線部の一部領域に対応した輝点が生じることを防ぐことができることから、見栄えがより向上する。

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、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。

また、上記した実施形態では、柱状スペーサー３０または開口部２３を設けることで輝点の発生を防止していたが、これらに代えて、あるいはこれらと併用して遮光膜を設けてもよい。この場合、例えば光吸収性を有する膜、光学多層膜、金属膜と絶縁膜を組み合わせたものなど種々のタイプの遮光膜を用いることができる。

１：光源、２：カメラ、３：制御装置、４：液晶駆動装置、５：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：絶縁層、１８：液晶層、１９：スルーホール、２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ：接続部、２１：配向処理方向、２２：配向膜の側鎖、２３：開口部、３０、３１：柱状スペーサー

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基板と前記第２基板の間であって前記液晶層中に配置される複数の柱状体と、
   を含み、
   前記第１基板は、一面側に設けられた対向電極を有しており、
   前記第２基板は、一面側に設けられた複数の配線部、当該複数の配線部の上側に設けられた絶縁層及び当該絶縁層の上側に設けられた複数の画素電極を有しており、
   前記複数の画素電極は、平面視において、少なくとも第１方向に沿って配列されており、第１画素電極、当該第１画素電極と前記第１方向に隣り合う第２画素電極及び当該第２画素電極と前記第１方向に隣り合う第３画素電極を有しており、
   前記複数の配線部は、前記複数の画素電極の下層側に配置されており、前記絶縁層を介して前記第１画素電極と接続される第１配線部、前記絶縁層を介して前記第２画素電極と接続される第２配線部及び前記絶縁層を介して前記第３画素電極と接続される第３配線部を有しており、
   前記第３配線部は、平面視において、前記第１画素電極と重なる第１領域、前記第２画素電極と重なる第２領域及び前記第１画素電極と前記第２画素電極の間に配置されて前記第１領域と前記第２領域とを接続する接続領域を有しており、
   前記複数の柱状体は、少なくとも、前記接続領域と平面視において重なる位置に設けられている、
   液晶素子。
2. 前記第３配線部は、平面視において、前記第２画素電極と前記第３画素電極との間に配置される第３領域を有する、
   請求項１に記載の液晶素子。
3. 前記第３配線部の前記第３領域は、前記第３画素電極の幅に対して５０％以上の幅を有する、
   請求項２に記載の液晶素子。
4. 各々が、前記複数の画素電極のうち前記第１方向と交差する第２方向に隣り合う２つの前記画素電極同士の相互間の隙間と平面視において重なるように配置される複数の画素間電極を更に含み、
   前記複数の画素間電極の各々は、前記第１配線部、前記第２配線部又は前記第３配線部の何れかと接続されている、
   請求項１～３の何れかに記載の液晶素子。
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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