车辆用灯单元和车辆用灯具系统的制作方法

1.本发明涉及例如向车辆的前方照射基于所希望的配光图案的光的车辆用灯具系统等。


背景技术：

2.在日本特开2018
‑
185896号公报(专利文献1)中记载了一种灯单元以及使用该灯单元的车辆用灯具系统，所述灯单元包括：光源；配置在来自光源的光入射的位置的反射偏振板；反射由反射偏振板产生的反射光并使其再入射到该反射偏振板的反射镜；配置在反射偏振板的光射出面侧的液晶元件；配置在液晶元件的光射出面侧的偏振板；配置在偏振板的光射出面侧的投影透镜；配置在反射偏振板与反射镜之间的相位差板。根据上述结构，能够提高使用液晶元件进行选择性的光照射的车辆用灯具系统中的光利用效率。
3.然而，在上述现有的车辆用灯具系统中，通过使用线栅偏振板作为反射偏振板，能够进一步提高耐热性等可靠性，但一般线栅偏振板比较昂贵，因此导致车辆用灯具系统整体的成本增加。另一方面，作为反射偏振板，也可以考虑使用由更廉价的光学多层膜构成的薄膜状的偏振板。在该情况下，一般而言，与由线栅偏振板等无机材料构成的反射偏振板相比，能够得到更高的性能，但从耐热性、耐湿性的观点来看是不利的，难以提高可靠性。
4.[现有技术文献]
[0005]
[专利文献]
[0006]
[专利文献1]日本特开2018
‑
185896号公报


技术实现要素：

[0007]
[发明所要解决的问题]
[0008]
本发明的具体方式的目的之一在于提供一种光利用效率高、可靠性优异、且能够实现成本降低的灯单元以及车辆用灯具系统。
[0009]
[用于解决问题的手段]
[0010]
[1]本发明的一个方式的车辆用灯单元具有：(a)光源；(b)光分支元件，其对由所述光源生成的光的第1成分进行反射，而使该光的第2成分透过；(c)光调制元件，其改变所述第2成分的偏振方向；(d)图像生成元件，所述第1成分和所述偏振方向改变后的所述第2成分均入射到所述图像生成元件，所述图像生成元件使用该第1成分和第2成分生成图像；以及(e)透镜，其将由所述图像生成元件生成的所述图像投影到车辆周边，(f)所述光分支元件和所述光调制元件构成为一体的光学元件，(g)所述光学元件具有：(g1)相对配置的第1基板以及第2基板；(g2)光学膜，其隔着粘接层设置在所述第1基板的与所述第2基板相对的一侧的一面上，作为所述光分支元件起作用；(g3)取向膜，其设置在所述第2基板的与所述第1基板相对的一面上；(g4)液晶性介质，其在所述第1基板与所述第2基板的各所述一面之间，设置于所述光学膜与所述取向膜之间，作为所述光调制元件起作用；以及(g5)密封材料，其在所述第1基板与所述第2基板的各所述一面之间，以包围所述光学膜、所述取向膜及
所述液晶性介质的方式而设置，不隔着所述光学膜及所述取向膜而固定于所述第1基板与所述第2基板的各所述一面的一侧。
[0011]
本发明的车辆用灯具系统是包括上述车辆用灯单元和控制该车辆用灯单元的动作的控制部的车辆用灯具系统。
[0012]
根据上述结构，能够得到光利用效率高、可靠性优异、且能够实现成本降低的灯单元以及车辆用灯具系统。
附图说明
[0013]
图1是表示一实施方式的车辆用灯具系统的结构的图。
[0014]
图2的(a)是示出光学元件的结构的示意性的俯视图，图2的(b)是光学元件的示意性剖视图。
[0015]
图3是用于说明光学元件的制造方法的一例的图。
[0016]
图4的(a)、图4的(b)是用于说明光学元件的制造方法的一例的图。
[0017]
图5的(a)、图5的(b)是用于说明光学元件的制造方法的一例的图。
[0018]
图6是用于说明光学元件的制造方法的一例的图。
[0019]
图7的(a)、图7的(b)是用于说明光学元件的制造方法的一例的图。
[0020]
图8的(a)、图8的(b)、图8的(c)是用于说明光学元件的制造方法的一例的图。
[0021]
图9是表示变形例的车辆用灯具系统的结构的图。
[0022]
标号说明
[0023]
1:光源、2:凹面反光体、3:光学元件、4:反光体、5:液晶元件、6a、6b:偏振板、7:投影透镜、8:控制部、9:照相机、11:上基板(第1基板)、12:下基板(第2基板)、13:光学膜、14:粘接层、15:取向膜、16:液晶性介质、17:密封材料、18:封闭材料、19:注入口
具体实施方式
[0024]
图1是表示一实施方式的车辆用灯具系统的结构的图。图示的车辆用灯具系统例如用于形成向车辆的前方照射的基于规定的配光图案的照射光，构成为包括光源1、凹面反光体(第1反射板)2、光学元件3、反光体(第2反射板)4、液晶元件5、一对偏振板6a、6b、投影透镜7、控制部8、照相机9。该车辆用灯具系统能够将由光学元件3分离的2个偏振光均用于照射光的形成，因此光利用效率高。另外，包括光源1、凹面反光体(第1反射板)2、光学元件3、反光体(第2反射板)4、液晶元件5、一对偏振板6a、6b、投影透镜7而构成“车辆用灯单元”。
[0025]
光源1构成为包含例如放射白色光的led(light emitting diode：发光二极管)及其驱动电路。光源1所包含的led的芯片数可以是1个，也可以是多个。在排列多个led的情况下，优选在与图1的纸面正交的方向(进深方向)上将各led配置成一列或多列。例如在本实施方式中，使用为2列结构、针对各列在进深方向上排列了4个led的光源1。
[0026]
凹面反光体2反射由光源1生成的光，使其聚光并入射到光学元件3。另外，也可以代替凹面反光体2而配置透镜以对来自光源1的光进行聚光。
[0027]
光学元件3具有作为偏振分束器(光分支元件)的功能和光调制元件的功能，该偏振分束器将由光源1生成并经由凹面反光体2入射的光分离为2个偏振光，使一方偏振光(第1成分)反射而使另一方偏振光(第2成分)透过，该光调制元件使透过的一方的偏振光的偏
振光方向旋转90
°
。被光学元件3反射后的偏振光入射到液晶元件5。
[0028]
反光体4反射透过光学元件3后的偏振光，并使其聚光并入射到液晶元件5。另外，也可以代替反光体4而配置透镜以对来自光源1的光进行聚光。
[0029]
液晶元件5被以夹在一对偏振板6a、6b之间的方式配置，通过使入射的光按每个像素区域单独地透过或遮断，从而形成所希望的图像。在本实施方式中，液晶元件5在其基板上安装有驱动器ic。作为液晶元件5，例如能够使用具备单轴取向的垂直取向模式的液晶层的液晶元件。另外，在本实施方式中，液晶元件5和一对偏振板6a、6b对应于“图像生成元件”。
[0030]
一对偏振板6a、6b分别例如是使用一般的有机物的偏振板(碘系或染料系)，例如以使彼此的偏振轴(吸收轴或透射轴)大致正交的方式配置。另外，作为各偏振板6a、6b，也可以使用其他结构的偏振板(例如线栅型偏振板、光学多层膜型偏振板)。
[0031]
投影透镜7是在特定的距离具有焦点的反转投影型的投影透镜，将由液晶元件5及一对偏振板6a、6b生成的图像向车辆周边(在本实施方式中为车辆前方)投影。该投影透镜7根据入射的光的角度来设定n/a(数值孔径)。若将相对于投影透镜7的中心线分别最倾斜地入射的光的角度设为θ，则n/a成为sinθ。
[0032]
控制部8通过使用由照相机9拍摄的车辆周边的图像进行图像处理来检测前方车辆等对象物，由此设定例如对前方车辆所存在的区域进行减光或遮光、对除此以外的区域照射光的配光图案。然后，控制部8生成使液晶元件5形成用于实现该配光图案的图像的控制信号并向液晶元件5供给。
[0033]
图2的(a)是示出光学元件的结构的示意性的俯视图。图2的(b)是光学元件的示意性剖视图。图2的(b)的剖视图与图2的(a)所示的a
‑
a线处的截面对应。
[0034]
光学元件3包括上基板(第1基板)11、下基板(第2基板)12、光学膜13、粘接层14、取向膜15、液晶性介质(液晶层)16、密封材料17和封闭材料18。
[0035]
上基板11和下基板12分别是例如玻璃基板等透光性基板，彼此相对地配置。
[0036]
光学膜13是由光学多层膜构成的反射偏振膜。如图2的(b)所示，光学膜13将从光源1入射的光l分离为2个偏振光l1、l2。一方偏振光l1透过光学膜13，另一方偏振光l2被光学膜13反射。即，光学膜13起到作为偏振分束器的功能。作为光学膜13，例如可以使用国际公开第2012/173170号中公开的由单轴延伸的光学多层膜构成的反射偏振膜(单轴延伸多层层叠膜)。
[0037]
粘接层14用于将由反射偏振膜构成的光学膜13固定在上基板11上，介于上基板11与光学膜13之间。粘接层14由具有透光性的材料构成。
[0038]
取向膜15用于对液晶性介质16的液晶分子赋予单轴取向限制力。在本实施方式中，使用实施了单轴取向处理的水平取向膜作为取向膜15。
[0039]
液晶性介质16使用具有流动性的向列型液晶材料构成，设置在上基板11与下基板12之间。详细而言，液晶性介质16设置在上基板11的光学膜13与下基板12的取向膜15之间，与光学膜13直接接触。本实施方式的液晶性介质16构成为被设定成满足摩根条件而具有旋光性的tn(扭曲向列型)取向。通过这样的结构，通过使入射侧的取向方向与入射的偏振光l1的偏振方向大致正交或大致平行，能够使偏振光l1的偏振方向旋转90
°
。另外，液晶性介质16例如也可以构成为，为均匀(homogeneous)取向，将由其层厚和液晶材料的折射率各向
异性δn决定的相位差设为规定值，起到作为λ/2板(作为光调制元件的1/2波长元件)的功能。
[0040]
密封材料17用于密封液晶性介质16，并且固定上基板11和下基板12，以沿着上基板11和下基板12的外缘包围液晶性介质16的方式设置。在图2的(a)中，为了容易理解形成密封材料17的范围而标注图案来表示。在本实施方式中，密封材料17设置为不隔着光学膜13、粘接层14、取向膜15而与上基板11及下基板12分别直接接触。
[0041]
封闭材料18用于封闭为了在注入液晶材料时使用而设置在密封材料17上的开口部19。
[0042]
本实施方式的光学元件3成为由上基板11、下基板12、液晶性介质16以及密封材料17包围光学膜13的构造，因此光学膜13不易受到外部的湿度的影响。因此，即使在使用比较廉价的反射偏振膜的情况下，也能够提高可靠性(耐湿性)。另外，由于还一体地形成作为光调制元件发挥功能的液晶性介质16，因此能够削减部件数量。进而，该光学元件3能够以与以往的一般的液晶元件的制造工序相同的结构来制造，因此量产性良好，能够降低制造成本。以下，参照图3～图8详细说明光学元件3的制造方法的一例。
[0043]
如图3所示，在大基板111的一面(内侧面)分别隔着粘接层14贴合多个光学膜13。大基板111在后面的工序中被分割而分别成为多个上基板11。各光学膜13使用预先在背面侧涂覆有粘接层14的光学膜，分别将切割成规定的大小的光学膜贴合于大基板111。另外，通过进行高压(autoclave)处理来除去粘贴光学膜13后的气泡。如图所示，也可以在大基板111的四角设置由ito膜或金属膜等构成的对位用标记120。
[0044]
另外，也优选在大基板111的另一面(外侧面)设置氧化硅膜等碱阻挡膜(alkaline blocking)。另外，在大基板111的另一面，作为防反射膜和碱阻挡膜，也优选设置多层折射率低的氧化硅膜、或折射率高的金属氧化膜(例如氧化钽膜等)。此外，也可以在大基板111的一面也设置氧化硅膜等碱阻挡膜。
[0045]
图4的(a)是将图3所示的大基板111的一部分放大表示的图。如图4的(a)所示，对光学膜13进行摩擦处理(取向处理)。在本实施方式中，摩擦方向121例如为朝向图中的右边的方向。此时，在使用进行了单轴延伸的光学膜作为光学膜13的情况下，优选其延伸方向122与摩擦方向121大致平行。由此，在光学膜13产生沿着延伸方向的单轴取向限制力。
[0046]
图4的(b)是放大表示在后面的工序中被切割而应该成为多个下基板12的大基板112的一部分的图。如图所示，也可以在大基板112上设置由ito膜或金属膜等构成的对位用标记130。如图4的(b)所示，在大基板112的一面(内侧面)形成多个取向膜15。具体而言，例如通过柔版印刷等方法涂布由聚酰亚胺构成的水平取向膜材料，进行180℃～250℃左右的温度的烧制。然后，对各取向膜15进行摩擦处理(取向处理)。在本实施方式中，摩擦方向131例如为朝向图中下方的方向。由此，在各取向膜15产生沿着摩擦方向131的单轴取向限制力。
[0047]
接着，如图5的(a)所示，在大基板111的一面散布间隙材料20。间隙材料20用于将上基板11与下基板12之间保持为规定间隔，例如使用具有大致1.5μm～50μm的粒径的球状的部件。在本实施方式中，使用粒径为18μm的间隙材料20。此时，在使液晶性介质16为tn取向的情况下，以满足摩根条件的方式来设定间隙材料20的粒径。需要说明的是，在使液晶性介质16为均匀取向的情况下，为了使其作为550nm的光波长下的λ/2板发挥功能，根据与液
晶材料的δn的关系来设定间隙材料20的粒径，使得液晶性介质16的相位差成为225nm。
[0048]
需要说明的是，间隙材料20的粒径(即液晶性介质16的层厚)越大，作为λ/2板的性能越有变高的倾向，另一方面，若间隙材料20的粒径为50μm以上，则有可能因散射等而对光学性能造成影响。因此，间隙材料20的粒径优选设定为小于50μm的范围。
[0049]
另外，如图5的(b)所示，在大基板112的一面以包围各取向膜15的方式形成多个密封材料17。作为密封材料17，例如可以使用利用紫外线和热而固化的类型的丙烯酸酯树脂。密封材料17的形成例如可以通过丝网印刷或分配器印刷等方法来进行。另外，也可以对密封材料17添加间隙控制材料。详细而言，优选添加具有将光学膜13的膜厚与散布于大基板111中的间隙材料20的粒径相加后的大小的粒径的间隙控制材料。例如，如果光学膜13的膜厚为60μm，则可以添加约80μm的粒径的间隙控制材料。另外，密封材料17优选以不与光学膜13等重叠的方式设置。
[0050]
接着，如图6所示，以使大基板111和大基板112各自的一面(内侧面)相向的方式使两者重合。此时，为了将液晶性介质16为tn取向，以摩擦方向121与摩擦方向131大致正交的方式使大基板111与大基板112相向。另外，为了使液晶性介质16为均匀取向，预先以使摩擦方向121与摩擦方向131大致平行的方式设定大基板111和大基板112各自的摩擦方向。在图6中，示出了从大基板112的另一面侧观察大基板111和大基板112重合后的情况。能够使用对位用标记120、130来进行大基板111与大基板112的对准调整。此时，通过对预先设置为点状的紫外线固化树脂140照射紫外线，能够固定大基板111与大基板112的相互的位置关系。
[0051]
之后，在利用透明的平板(石英、玻璃等)对大基板111和大基板112进行了冲压后的状态下对它们整体照射紫外线，从而使各密封材料17固化，牢固地粘接于大基板111、112。需要说明的是，也可以使用透明的膜对大基板111、112进行真空包装，在该状态下进行紫外线的照射。
[0052]
需要说明的是，有时通过使各密封材料17固化而使各密封材料17的宽度稍微扩大，但在该情况下也优选将各密封材料17的形成条件设定成使各密封材料17不与各光学膜13重叠。另外，优选将各密封材料17的形成条件设定成，使得即使各密封材料17部分地与各光学膜13重叠，光学膜13也不会超出到密封材料17的形成范围的外侧。
[0053]
接着，如图7的(a)所示，在大基板111、112各自的另一面(外侧面)设置多条划线141、142。这些划线141、142设置为能够将大基板111、112分割成最终分别成为光学元件3的每个区域。划线141、142的形成例如可通过使用金刚石砂轮的划线机进行。
[0054]
接着，如图7的(b)所示，沿着图中纵向的各划线142分割大基板111、112而形成长条状的单元113。由此，各注入口19露出。例如能够使用破断机来进行这样的分割(破断(breaking))。
[0055]
接着，如图8的(a)所示，在注入机的注入罐150中装满液晶材料151，进行单元113的各注入口19与注入罐150的对位。然后，使注入机的腔室内成为真空(低压)状态而进行液晶材料151的脱泡。之后，如图8的(b)所示，在真空状态下使单元113的各注入口19成为与液晶材料151接触的状态，使腔室内恢复成大气压，从而在由单元113的各密封材料17包围的区域内填充液晶材料151。
[0056]
接着，通过封闭材料18对单元113的各注入口19进行密封，沿着划线141分割单元113，由此得到图8的(c)所示的光学元件3。具体而言，在各注入口19涂布封闭材料18，放置
到有些许封闭材料18进入到单元113的内部后，进行紫外线照射而使封闭材料18固化。另外，也可以根据需要进行光学元件3的清洗、倒角等。
[0057]
本实施方式的光学元件3作为基板面法线方向上的偏振板的功能不逊色于将光学膜13以单体来使用的情况。另外，在与基板面法线方向构成角度的方向上，作为偏振板的功能(交叉尼科尔时的遮光性)也高。这是因为根据斯涅尔定律，入射到基板的光的角度发生变化。例如，如下的两种情况下的交叉尼科尔时的遮光性大致相同：第1种情况是将光学膜13以单体而使用2个，使光以与基板面法线方向成30
°
的角度入射，第2种情况是使用2个光学元件3，使光以与基板面法线方向成19
°
的角度入射。由此可知，光学元件3的作为偏振板的性能较高。
[0058]
另外，本实施方式的光学元件3通过上基板11、下基板12、液晶性介质16以及密封材料17来保护光学膜13，因此与以单体来使用光学膜13的情况相比可靠性也高。例如，在将光学膜13作为单体进行高温高湿(85℃、85％)的可靠性试验的情况下，在24小时左右的试验时间中观察到作为偏振板的功能的劣化(遮光率降低、反射不均)。与此相对，本实施方式的光学元件3虽然也取决于其制造条件，但在4000小时以上的试验时间中也未发现劣化。作为另一比较例，在仅利用玻璃基板夹着光学膜13而未利用密封材料包围的结构的情况下进行可靠性试验的情况下，在1500小时左右观察到劣化。
[0059]
另外，本实施方式的光学元件3在制造成本方面也具有优势。具体而言，能够采用如上述例示那样从大基板一并制作并最后分割这样的制造方法，因此能够抑制一个一个制造的制造成本。与此相对，例如使用了无机材料的线栅偏振板、使用了无机材料的宽频带波长板的可靠性虽然高，但价格高，另外，由于难以得到大面积且性能均匀的线栅偏振板、宽频带波长板，因此存在若所需的面积变大，则价格急剧上升这样的不良情况。
[0060]
另外，本实施方式的光学元件3中，作为λ/2板发挥功能的液晶性介质16和作为偏振分束器发挥功能的光学膜13在上基板11与下基板12之间彼此直接接触而一体化，因此能够抑制由表面反射等引起的反射损失。进而，作为光学膜13，能够使用有机材料系的光学膜，因此，与由无机材料构成的偏振光分束器相比，能够得到更高的性能。
[0061]
根据以上那样的实施方式的结构，能够得到光利用效率高且可靠性优异的车辆用灯具系统。
[0062]
需要说明的是，本发明并不限定于上述的实施方式的内容。例如，作为上述实施方式的光学元件3中的液晶性介质16，也可以使用聚合物化(高分子稳定化)的液晶性介质。在该情况下，可以注入具有能够光聚合的基团的液晶性单体作为液晶材料(参照图8的(b))，然后通过照射紫外线等的光来使其固化。在该情况下，例如能够与密封材料19的形成(参照图8的(c))同时进行光照射。通过将液晶性介质16的一部分或全部聚合物化，能够进一步提高耐热性、长期可靠性。
[0063]
另外，车辆用灯具系统的结构并不限定于上述实施方式，能够进行各种变更。图9是表示变形例的车辆用灯具系统的结构的图。图9所示的车辆用灯具系统构成为包括光源201、准直透镜202、光学元件203、反射板204、液晶元件205、偏振板206、投影透镜207、控制部208、照相机209。另外，对于与上述的实施方式相同功能的结构，在使用相同的名称的基础上省略详细的说明。
[0064]
在图9所示的变形例的车辆用灯具系统中，通过准直透镜202对由光源201生成的
光进行聚光而变换为大致平行光并使其入射到光学元件203。光学元件203具有与上述实施方式的光学元件3相同的结构(参照图2)，下基板12以与光源201相对的方式配置。另外，液晶性介质16例如是均匀取向，被设定为液晶材料的δn与层厚的积即δn
·
d大致为135nm。由此，液晶性介质16作为λ/4板(作为相位差元件的1/4波长元件)发挥功能。另外，液晶性介质16的取向方向被设定为与光学膜13的透射轴或反射轴错开45
°
的方向。需要说明的是，也可以将δn
·
d设定成使液晶性介质16与3λ/4板、5λ/4板等λ/4在功能上等价。例如，如果将δn
·
d设定为大致410nm，则能够得到作为3λ/4板的功能。
[0065]
通过这样的配置，入射到光学元件203的光透过液晶性介质16，在光学膜13中分离为2个偏振光。被分离后的一方偏振光作为反射光透过液晶性介质16而成为圆偏振光，被反射板204反射而再次通过液晶性介质16，由此成为从分离后的一方偏振光的偏振光方向旋转了90
°
的偏振光。如果该偏振光再次入射到光学膜13，则能够透过光学膜13，因此作为结果，大部分的光成分透过光学元件203。
[0066]
通过这样的变形例的结构，也能够得到光利用效率高且可靠性优异的车辆用灯具系统。