CN102032518A - 发光装置和用于制造光偏转液晶单元的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发光装置和用于制造光偏转液晶单元的方法。提供了一种发光装置，该发光装置：包括第一光偏转液晶单元和第二光偏转液晶单元的叠层；向该光偏转液晶单元施加电压的电压施加装置；以及向该第一光偏转液晶单元照射入射光的光学***。各个单元包括：具有在预定方向上延伸的棱镜的棱镜层；形成在该棱镜层上的配向膜；以及包括液晶分子的液晶层。该液晶分子的长轴在该第一单元中在该配向膜与液晶分子之间的界面上定向为预定方向，并且，在该第二单元中定向为与该预定方向正交的方向。该液晶单元可以通过偏转入射光的两个偏振光成分来改变光路。

Description

发光装置和用于制造光偏转液晶单元的方法
本申请基于2009年10月6日提交的日本专利申请2009-232308，此处以引证的方式并入其全部内容。
技术领域
本发明涉及发光装置以及用于制造光偏转液晶单元的方法，更具体而言，涉及通过液晶单元偏转光路的发光装置以及用于制造在该发光装置中使用的液晶单元的方法。
背景技术
诸如卤素灯的白炽灯或诸如金属卤化物灯的高强度放电(HID：high-intensity discharge)灯广泛用作作为一种车灯的车辆前灯的光源。近来，在车辆前灯的技术领域中，考虑使用发光二极管(LED)来代替白炽灯和HID灯。LED是轻且小的光源，具有更长的寿命且消耗的电力比上述传统光源更低；因此，它被寄期望为用于前灯的新光源。
对于车辆前灯，需要两种类型的配光，即，远光灯和近光灯。切换配光的下述方法是已知的。作为用于切换配光的第一方法，根据配光来切换两类光源(一类用于远光灯，并且，另一类用于近光灯)。该方法广泛用在使用白炽灯的前灯中。作为切换配光的第二方法，将可移动遮光部用于对这两类配光进行切换。该方法广泛用在使用HID灯的前灯中。然而，使用这些方法必须配备有两类光源或可移动遮光部；因此，前灯的尺寸和重量变大且变重。
为了解决该问题，提出了使用液晶光学元件的切换方法。例如，日本专利特开2006-147377(此后称为专利文献1)公开了通过利用液晶单元来偏转光的技术，该液晶单元具有形成在一对基板中的一个基板的内表面上的棱镜。通过在施加电压和不施加电压这两种情况之间进行切换，改变液晶层的折射率以切换(偏转)光路。然而，专利文献1公开的技术仅可以对入射到液晶单元的光的、偏振方向彼此正交的两个偏振光成分中的一个偏振光成分进行偏转，如在专利文献1的图10所示且段落[0053]和[0016]中所公开。
日本特开2009-026641(此后称为专利文献2)公开了一种通过对定向方向彼此正交的两个液晶单元进行交叠、以向一个方向大量地弯曲光的技术。然而，专利文献2公开的技术不能弯曲全部入射光，并且一些光直线行进。
发明内容
本发明的目的是提供一种发光装置，其能够通过利用液晶单元来偏转入射光的两个偏振光成分，从而改变发光方向。
根据本发明的第一方面，提供一种发光装置，该发光装置包括：第一光偏转液晶单元，光入射到该第一光偏转液晶单元上，该第一光偏转液晶单元包括：彼此相对的一对第一透明基板和第二透明基板；一对第一透明电极和第二透明电极，该对第一透明电极和第二透明电极形成在该第一透明基板和该第二透明基板上，并且在该第一透明基板与该第二透明基板之间施加电压；第一棱镜层，该第一棱镜层形成在该第一透明基板和该第二透明基板中的任意一个的上方，并且具有沿第一方向延伸的棱镜；第一配向膜，该第一配向膜形成在该第一棱镜层上，并且对该第一配向膜执行了第一方向的配向工艺；以及第一液晶层，该第一液晶层位于该第一透明基板与该第二透明基板之间，并且，该第一液晶层在该第一液晶层与该第一配向膜之间的界面上具有长轴方向定向为第一方向的液晶分子；第二光偏转液晶单元，穿过所述第一光偏转液晶单元的光入射到该第二光偏转液晶单元上，该第二光偏转液晶单元包括：彼此相对的一对第三透明基板和第四透明基板；一对第三透明电极和第四透明电极，该对第三透明电极和第四透明电极形成在该第三透明基板和该第四透明基板上，并且在该第三透明基板与该第四透明基板之间施加电压；第二棱镜层，该第二棱镜层形成在该第三透明基板和该第四透明基板中的任意一个的上方，并且具有沿第一方向延伸的棱镜；第二配向膜，该第二配向膜形成在该第二棱镜层上，并且对该第二配向膜执行了与该第一方向正交的第二方向的配向工艺；以及第二液晶层，该第二液晶层位于该第三透明基板与该第四透明基板之间，并且，该第二液晶层在该第二液晶层与该第二配向膜之间的界面上具有长轴方向定向为第二方向的液晶分子；电压施加装置，其向该第一透明电极至该第四透明电极施加电压；以及光学***，其使得光入射到该第一光偏转液晶单元。
根据本发明的另一方面，提供一种用于制造光偏转液晶单元的方法，该方法包括以下步骤：设置一对透明基板；在该对透明基板上形成一对透明电极，其向该对透明基板施加电压；在该对透明基板中的一个透明基板的上方形成棱镜层，该棱镜层具有在第一方向上延伸的棱镜；在第一棱镜层上形成配向膜；针对该配向膜执行第一方向的配向工艺；接合该对透明基板，使得其间留有空隙；以及将液晶注入到该对透明基板之间的空隙中。
根据本发明，提供一种发光装置，其可以通过利用液晶单元来偏转入射光的两个偏振光成分，从而改变发光方向。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施方式的光偏转液晶单元的示意性截面图。
图2是棱镜层的示意性立体图。
图3是棱镜层的示意性平面图。
图4A是根据该实施方式的叠层(laminated cell)单元的示意性立体图，并且，图4B是叠层单元的照片。
图5是示出根据该实施方式的发光装置的示意性截面图。
图6A和图6B是示出当圆形光通量入射到根据本发明的第一实施方式的叠层单元时由电压的ON/OFF导致光的投影图像中的变化的图。
图7是示出根据本发明的第二实施方式的光偏转液晶单元的示意性截面图。
具体实施方式
因为当将液晶层设置在棱镜表面上方时，液晶分子的长轴的折射率高于棱镜材料的折射率，棱镜材料的折射率和液晶分子的短轴的折射率几乎相等，并且，长轴的折射率高于短轴的折射率，所以形成光学边界。
液晶分子的形状长且窄，并且，在特定方向(液晶分子的长轴方向)中偏振的光可以弯曲(偏转)，但是在另一方向(液晶分子的短轴方向)中偏振的光通过而不弯曲。结果，弯曲(偏转)光处于直线偏振状态。因此，一层液晶单元仅可以控制一半的入射光。
在本发明的发明人所发明的日本专利申请2008-321402的说明书所公开的技术中，通过层叠两个液晶单元，并且对位于液晶层与入射平面附近的基板之间的界面上的第二单元的定向状态进行控制、使得其与未被第一单元所弯曲的光的偏振方向相平行，可以控制全部入射光。
然而，上述现有技术中仍然存在着少数光并不被两个单元弯曲。这是因为，在棱镜层上没有形成配向膜且直接对棱镜层执行配向工艺(摩擦)。可以认为，摩擦后的棱镜层并不具有足够的液晶定向规制力(orientation regulating power)，所以并不是全部液晶分子都朝向摩擦方向。
虽然通过在棱镜层上形成配向膜可以使得定向规制力足够大，但是，用于形成棱镜的材料的耐热性较低，所以，其特性会由于用于形成由聚合物等制成的配向膜的热处理工艺(180至220摄氏度)而劣化。本发明的发明人进行了实验，并且发现了用于形成棱镜层的材料，其特性并不会由于用于形成配向膜的热处理工艺而劣化。
在该实验中，在热处理工艺(在220摄氏度保持2个小时)之前和在此之后对用于形成棱镜层的多种材料的光透射率的差值进行检验。结果，紫外线可固化丙烯酸树脂在该热处理工艺前后在几乎全部可见波长范围内显示出了相同的光透射率，虽然热处理工艺之后的光透射率在短波侧稍有降低。UV可固化丙烯酸树脂不仅具有耐热性，而且对玻璃还具有良好的粘结性(adherence)并且对金属具有良好的剥离能力；因此，优选使用UV可固化丙烯酸树脂，作为用于形成根据本发明的各个实施方式的棱镜层的材料。
此外，环氧树脂具有良好耐热性，并且也可以用作用于形成根据本发明的各个实施方式的棱镜层的材料。而且，聚酰亚胺可以用作用于形成根据本发明的各个实施方式的棱镜层的材料。
通过利用其各个特性(尤其是光透射率)不会被超过180摄氏度的热处理工艺显著改变的材料(对其执行高于180摄氏度的热处理工艺)，可以在棱镜层上形成由聚酰亚胺等制成的LCD配向膜。在本说明书中，“各个特性(尤其是光透射率)并不显著改变的状态”表示，在热处理工艺后各个特性(尤其是光透射率)的变化不超过大约2％的状态。
将解释本发明的第一实施方式，其中利用其各个特性(尤其是光透射率)不会被超过180摄氏度的热处理工艺显著改变的材料(此后称为耐热棱镜材料)形成棱镜层。在第一实施方式中，通过层叠第一光偏转液晶单元和第二光偏转液晶单元来制作叠层单元，其中各个光偏转液晶单元具有利用耐热棱镜材料在一对ITO玻璃基板中的一个基板上形成的棱镜层以及形成在棱镜层上的配向膜。将在下文解释制作第一光偏转液晶单元和第二光偏转液晶单元的方法。除非另有说明，否则这些方法彼此类似。
图1是根据本发明的第一实施方式的光偏转液晶单元的示意性截面图。
设置了一对玻璃基板，在各个玻璃基板上形成透明电极(在玻璃基板1上形成透明电极2，在玻璃基板11上形成透明电极12)。玻璃基板1和11的厚度为0.7mmt，并且由非碱性玻璃制成。透明电极2和12的厚度为150nm，由氧化铟锡(ITO)制成，并且按照所需形状而构图。
在形成于玻璃基板1上的透明电极2上形成棱镜层3。棱镜层3的形状为使得在基底层3b上对准棱镜3a。基底层3b的厚度为大约30～40μm。
图2是棱镜层3的示意性立体图，并且，在右侧示出棱镜3a的截面的放大图。各个棱镜3a具有三角棱镜的形状，其中顶角为大约75度并且底角为大约15度和大约90度。在与棱镜3a延伸的方向(此后称为棱镜长度方向)正交的方向(此后称为棱镜宽度方向)中对准多个棱镜3a。棱镜3a的高度为大约5.2μm，并且，棱镜3a的基底(底边)的长度为大约20μm。
图3是示出位于玻璃基板1上方的棱镜层3的示意性平面图。首先，将解释棱镜层3的形成方法。形成用于棱镜层3的模具。然后，将预定量的耐热棱镜材料3R(例如，UV可固化丙烯酸树脂)滴落到涂覆有模具剥离剂或涂布剂的棱镜模具上。接下来，将玻璃基板1(150mm长、150mm宽和0.7mmt厚)的透明电极2设置在棱镜模具上，通过在基板1的背面上放置厚石英而强化且在该状态进行挤压。棱镜模具的尺寸(棱镜形成区域的尺寸)为80mm长和80mm宽。
通过对该基板按压超过1分钟而使得耐热棱镜材料3R充分延展，并且，此后通过200mJ/cm2的UV光来固化耐热棱镜材料3R。UV辐射量可以任意设置以固化树脂。ITO具有吸收紫外线的特性，使得如果透明电极的厚度变化，则辐射的UV量必须改变。
在固化了耐热棱镜材料3R之后，去除石英和挤压夹具，并且，向上推动玻璃基板1以将其从棱镜模具剥离。
通过控制滴落耐热棱镜材料3R的量来调节棱镜层3的尺寸。通过调节滴落量，在整个棱镜形成区域A1(80mm长和80mm宽)的必要区域A2(60mm长和60mm宽)中形成棱镜层3。
返回图1且将继续解释。通过清洁器来清洁具有棱镜层3的玻璃基板1。依次执行使用碱性洗涤剂的毛刷清洁、纯水清洁、鼓风、UV照射和IR干燥。清洁法不限于上述方法，还可以使用高压喷涂清洁、等离子体清洁等。
此后，在另一玻璃基板11的透明电极12和玻璃基板1的棱镜层13上形成由聚酰亚胺制成的配向膜13。通过柔印法，通过使用Nissan Chemical Industries，LTD制造的SE-410形成厚度为80nm的膜，来形成各个配向膜13，并且，将各个配向膜13在180摄氏度下烘烤1.5小时。在烘烤之后，针对配向膜13执行摩擦工艺。当层叠了玻璃基板1和11以形成叠层单元时，位于玻璃基板1的棱镜层3上的配向膜13与位于另一玻璃基板11的透明电极12上的配向膜13之间的摩擦方向设置为反平行(anti-parallel)。
在图2所示的方向x执行对位于第一光偏转液晶单元25a(图4A)的棱镜层3上的配向膜13的摩擦工艺，以对准液晶分子的长轴方向而使其与棱镜3a的脊的延伸的方向(此后称为棱镜方向)平行。
在从图2所示的方向x开始旋转90度的方向y执行对位于第二光偏转液晶单元25b(图4A)的棱镜层3上的配向膜13的摩擦处理，以对准液晶分子的长轴方向而使其与棱镜方向正交。也就是说，按照在图1中从左到右且在该截面图中从15度底角爬升到棱镜3a的顶部的方向执行摩擦工艺。
也就是说，按照与棱镜方向平行的方向来执行对位于第一光偏转液晶单元25a(图4A)的棱镜层3上的配向膜13的摩擦工艺，并且，按照与棱镜方向正交的方向来执行对位于第二光偏转液晶单元25b(图4A)的棱镜层3上的配向膜13的摩擦工艺。
接下来，在具有棱镜层3的玻璃基板1上形成主密封图案16，主密封图案16包括2wt％至5wt％的间隙控制器。使用丝网印刷、分配器等来形成主密封图案16。选择间隙控制器以使得液晶层15的厚度为10～15μm(包括基底层3b的厚度(2-30μm))和棱镜3a的高度(0至5μm)。棱镜层3的厚度随位置变化，由此液晶层15的厚度相应地变化。
在本实施方式中，选择Sekisui Chemical Co.，LTD制造的、直径为30μm的塑料球作为间隙控制器(分隔体)，并且，使用Mitsui Chemicals制造的、添加有4wt％间隙控制器的密封剂ES-7500作为用于主密封图案16的材料。
在没有形成棱镜层3的玻璃基板11上，通过干型间隔器喷涂装置来喷涂Sekisui Chemical Co.，LTD制造的、直径为17μm的塑料球，作为间隙控制器(分隔体14)。
此后，对两个玻璃基板1和11进行层叠，并且在对这些基板施加预定压力的状态中对层叠的基板1和11执行热处理工艺。在本实施方式中，在150摄氏度下执行热处理工艺达到3小时。
通过将液晶注入到上述工艺制作的真空单元，来形成液晶层15。在本实施方式中，使用DIC Corporation制造的、具有正Δε和Δn＝0.298的液晶。
在注入液晶之后，将封端材料应用于注入口，以将其密封。在密封之后，在120摄氏度下执行热处理工艺达到1小时，以调整液晶分子的定向。通过上述工艺，制作了两个光偏转液晶单元25a和25b(图4A)。
在根据该实施方式的光偏转液晶单元中，液晶分子的长轴在不施加电压时沿棱镜长度方向，并且在施加电压时上升为垂直于基板的方向。该实施方式中使用的液晶对电矢量的振动方向平行于液晶分子的长轴的偏振光成分显示出1.823的折射率，而它对电矢量的振动方向垂直于液晶分子的长轴的偏振光成分显示出1.525的折射率。
组成棱镜层3的UV可固化丙烯酸树脂的折射率为1.51，并且类似于电矢量的振动方向垂直于液晶分子的长轴的偏振光成分的折射率。在本说明书中，如果第一材料和第二材料的折射率之间的差值处于第一材料或第二材料的折射率的3％(优选地2％)的范围内，则认为第一材料和第二材料的折射率类似。
而且，用于形成棱镜的金属模具具有用于空气排放的微槽。可将金属模具和基板在真空中进行层叠。液晶注入法不限于真空注入，还可以使用液晶滴注(ODF：one drop filling)法等。
在根据本发明的光偏转液晶单元中，在下基板1和上基板11上形成比棱镜图案宽的、并且彼此按照90度相交的多个矩形电极图案，并且，在这两个基板上形成端子。此外，下基板1和上基板11的电极在主密封部中并不彼此相对，以防止短路。如果必须仅在这两个基板中的一个基板上形成终端，则可以采用以下这种结构：将用于导通这两个基板的金(Au)球添加到主密封剂中。
图4A是示出根据第一实施方式的叠层单元25的示意性立体图。图4B是根据第一实施方式的叠层单元25的照片。
通过将第一光偏转液晶单元25a和第二光偏转液晶单元25b设置为使得棱镜3a的长度方向(方向x或第一方向)在平面中彼此平行、并且通过将第一光偏转液晶单元25a和第二光偏转液晶单元25b设置为使得这些棱镜的斜面在同一方向上倾斜，使得叠层单元25成为第一光偏转液晶单元25a和第二光偏转液晶单元25b的叠层。此外，将各个单元25a或25b设置为使得不具有棱镜层3的基板11作为光束所入射到的上基板、并且使得具有棱镜层的基板1作为光束所出射的下基板。位于第一光偏转液晶单元25a的液晶层15与配向膜13之间的界面处的液晶分子的定向为方向x(第一方向)，并且，位于第二光偏转液晶单元25的液晶层15与配向膜13之间的界面处的液晶分子的定向为方向y(第二方向)。因此，第一光偏转液晶单元25a和第二光偏转液晶单元25b的定向方向彼此正交。将引脚端子(未示出)连接到第一光偏转液晶单元25a和第二光偏转液晶单元25b的电极，以在它们之间建立电连接。
本发明的发明人通过将叠层单元25与包括光源的光学***相组合，来制造用作车辆的前灯的第一发光装置。
图5是示出第一发光装置的示意性横(水平)截面图。高强度放电(HID)灯用作光源21。从光源21发射的光束被椭圆形反射器22反射，并且集中到位于椭圆形反射器22的焦点的灯罩23。通过灯罩23透射的光束几乎全部被透镜24准直，并且入射到叠层单元25。光束经由叠层单元25从发光装置出射。电压施加装置26电连接到叠层单元25，并且对施加到叠层单元25的电压进行开关。叠层单元25设置为使得棱镜方向当从正面观看该发光装置时处于水平。
图6A和图6B是示出当圆形光通量入射到根据本发明的第一实施方式的叠层单元25时由电压的ON/OFF导致的光束的投影图像中的变化的图。
如图6A所示，当不施加电压(电压OFF)时，光束直行并且投射清晰的截断图案(cut off pattern)。这种情形对应于车辆前灯的低光束(近光灯)。并不会观察到在非必要方向上分散的光束(诸如杂散光)。
如图6B所示，当施加电压(电压ON)时，光束(投影图像)向上偏移。光束向上偏移约6度。亮度基本等于不施加电压时的光束亮度。此外，在不施加电压时投射截断图案的位置处并不遗留截断图案；因此，认为通过叠层单元25所透射的全部光束完全都被叠层单元25所弯曲(偏转)。此外，即使光束(投影图像)向上偏移，但是投影图像的形状并不变化，即，观察到光束的移动。
而且，在防止故障方面，虽然在将叠层单元25上下颠倒设置时也可以在近光灯与远光灯之间进行切换，但是，优选地将叠层单元设置为使得棱镜方向处于水平。
在上述实验中，当施加的电压逐渐增大时，投影图像并不继续向上偏移，而是在向上偏移的同时略向上和向下扩展其形状，并且，当施加高电压(不高于20V，150Hz)时，清晰地形成投影图像。认为这种情况的原因如下。在这些基板上的ITO电极与液晶层15之间存在棱镜层3，使得液晶层15的厚度随位置而变化，并且，施加于液晶的电压基本上随位置变化。
将解释本发明的第二实施方式。在第一实施方式中，在棱镜层3下方形成ITO图案；然而，在第二实施方式中，在棱镜层3上方形成ITO图案。由于传统材料的耐热性较差，所以难以使用传统材料在棱镜层上形成ITO图案。本发明的发明人确定，可以通过同样使用在第一实施方式中使用的耐热棱镜材料形成棱镜并且在棱镜层上溅射ITO，来制造液晶装置，而不会有问题。
图7是示出根据本发明的第二实施方式的光偏转液晶单元的示意性截面图。
设置了一对玻璃基板(玻璃基板51和具有透明电极12的玻璃基板61)。玻璃基板51和61由钠钙玻璃制成，并且它们的厚度为0.7mmt。透明电极12形成在玻璃基板61上，并且由厚度为150nm的氧化铟锡(ITO)制成。
首先，通过与第一实施方式中相同的工艺在玻璃基板51上形成图2和图3中示出的棱镜层3。例如，将预定量的耐热棱镜材料3R(例如，UV可固化丙烯酸树脂)滴落到涂覆有模具剥离剂或涂布剂的棱镜模具上。接下来，将玻璃基板51(150mm长、150mm宽和0.7mmt厚)设置在棱镜模具上，通过在基板51的背面上放置厚石英而强化，并且在该状态进行挤压。棱镜模具的尺寸(棱镜形成区域的尺寸)为80mm长和80mm宽。通过对该基板按压超过1分钟而使得耐热棱镜材料3R充分延展，并且，此后通过UV光来固化耐热棱镜材料3R，以形成棱镜层3。
接下来，在棱镜层3上形成ITO膜52。通过清洁器来清洁具有棱镜层3的玻璃基板51。依次执行使用碱性洗涤剂的毛刷清洁、纯水清洁、鼓风、UV照射和IR干燥。清洁法不限于上述方法，还可以使用高压喷涂清洁、等离子体清洁等。
可以在棱镜层3上直接形成ITO膜52，这并没有问题，但是通过溅射法(交流放电)在棱镜层3与ITO膜52之间形成薄SiO2膜53，以改善粘结性。将该基板在80摄氏度加热，并且形成厚度为50nm的SiO2膜53。
此后，通过溅射法(交流放电)在SiO2膜53上形成ITO膜52。将基板在100摄氏度加热，并且形成厚度为100nm的ITO膜52。此时，可以使用SUS掩模等，以不在非必要的区域中形成ITO膜。形成方法不限于溅射法，并且还可以使用真空淀积、离子束法、化学汽相淀积(CVD)法等。
接下来，对玻璃基板61上的ITO膜52构图为所需图案。通过与玻璃基板51类似的清洁法，通过清洁器来清洁具有ITO膜52的玻璃基板61，并且，通过使用公知的光刻工艺执行构图工艺。本实施方式中使用湿法蚀刻(氧化铁)作为蚀刻法。
然后，通过清洁器来清洁具有棱镜层3的玻璃基板51和具有ITO图案的玻璃基板61。依次执行使用碱性洗涤剂的毛刷清洁、纯水清洁、鼓风、UV照射和IR干燥。清洁法不限于上述方法，还可以使用高压喷涂清洁、等离子体清洁等。
通过与第一实施方式类似的工艺，来在棱镜层3和玻璃基板61的透明电极12上形成由聚酰亚胺等制成的配向膜13。用于配向膜13的形成方法、热处理工艺和摩擦工艺类似于第一实施方式，此处省略对它们的解释。
接下来，在具有棱镜层3的玻璃基板51上形成主密封图案16，主密封图案16包括2wt％至5wt％的间隙控制器，并且，通过干型分隔体喷涂装置来喷涂由Sekisui Chemical Co.，LTD制造的、直径为17μm的塑料球，作为间隙控制器(分隔体14)。此后，对两个玻璃基板51和61进行层叠，并且，在对这些基板施加预定压力的状态中对层叠的基板51和61执行热处理工艺，以硬化主密封图案16。
类似于第一实施方式，通过将液晶注入到上述工艺制作的真空单元，来形成液晶层15。在本实施方式中，使用DIC Corporation制造的、具有正Δε和Δn＝0.298的液晶。在注入液晶之后，将封端材料应用于注入口，以将其密封。在密封之后，在120摄氏度下执行热处理工艺达到1小时，以调整液晶分子的定向。通过上述工艺，制作了两个光偏转液晶单元。
本发明的发明人对根据第二实施方式制作的两个光偏转液晶单元进行层叠，并且类似于第一实施方式，通过将叠层单元25与包括光源的光学***相组合，来制造用作车辆的前灯的第二发光装置。除了使用根据第二实施方式的叠层单元25来代替叠层单元25以外，第二发光装置的结构类似于根据第一实施方式的图5中示出的发光装置。
如图6A所示，当不施加电压(电压OFF)时，同样在第二实施方式中，光束直行并且投射出清晰的截断图案。这种情形对应于车辆前灯的低光束(近光灯)。并不会观察到在非必要方向上分散的光束(诸如杂散光)。此外，如图6B所示，当施加电压(电压ON)时，光束(投影图像)向上偏移。光束向上偏移约6度。亮度基本等于不施加电压时的光束亮度。此外，在不施加电压时投射截断图案的位置处并不遗留截断图案；因此，认为通过叠层单元25所透射的全部光束完全都被叠层单元25所弯曲(偏转)。此外，即使光束(投影图像)向上偏移，但是投影图像的形状并不变化，即，观察到光束的移动。而且，在防止故障方面，虽然在将叠层单元25上下颠倒配置时也可以在近光灯与远光灯之间进行切换，但是，优选地将叠层单元设置为使得棱镜方向处于水平。
在利用根据第二实施方式的叠层单元25的实验中，当施加的电压逐渐增大时，投影图像继续向上偏移。此时，施加的电压为大约5V，并且这就足够。这是因为，在基板51上的透明电极52与液晶层15之间不存在棱镜层3，并且，电压可以直接施加于液晶。此外，认为这是因为，在第二实施方式中使用的向列液晶的反平行定向的阈值几乎不依赖于液晶单元厚度，并且，即使液晶层的厚度随位置而变化，但是位于与棱镜的界面处的折射率几乎不随位置变化。
在实验中，投影图像从2.5V开始偏移，并且在4V完成偏移。在这些电压之间，观察到投影图像在保持其形状的同时逐渐位移。因此，第二实施方式可以降低用于弯曲光束的电压，并且可以连续控制配光。因此，第二实施方式可用于自动调平机构(auto-leveling mechanism)。
如上述实施方式所述，根据本发明的各个实施方式的发光装置可以通过开启和关闭施加到光偏转液晶单元的电压来偏移光束路线，而无需机械移动件。而且，在上述实施方式中，主要解释了通过电压的开和关以两种方式切换光束的路线；然而，可以如第二实施方式通过施加中间电压来连续控制光束的路线。
此外，可以弯曲通过该液晶装置(叠层单元25)所透射的全部光束。使用这些实施方式中的结构，弯曲光束的角度最高达6度，不过这依赖于单元的结构(棱镜的形状、折射率各向异性等)。例如，当棱镜3s的底角中的一个增大到约45度时，估计光束的路线可以偏移约18度。对于车辆前灯而言，偏移光束路径的必要范围是：对于切换远/近光灯，约3至5度；对于自动调平机构，约3度；对于自适应前照明***(AFS)，约15度；因此，根据这些实施方式的发光装置的性能足够。
虽然在上述实施方式中，将不具有棱镜的基板设置在光源附近，并且将具有棱镜的基板设置为远离用于这两个光偏转液晶单元的光源，但是，可以使用相反的配置来弯曲光束。也就是说，可以将具有棱镜的基板设置在光源附近，并且将不具有棱镜的基板设置为远离光源。
根据该实施方式的光偏转液晶单元和叠层单元的光透射率比利用偏光板的液晶光学设备更高。所估计的是，各个单元的光透射率不低于90％，或者在使用抗反射涂层时光透射率不低于95％，并且，叠层单元的光透射率为80～90％。
虽然在上述实施方式中使用15度和90度底角的三角形棱镜形状的棱镜，但是底角不限于此。以自由角度从基板上升的斜面用作使得入射光束垂直入射到基板的棱镜，并且，垂直于该基板的表面并不用作入射光束的棱镜。通过该结构，各个单元可以在一个方向上偏移(弯曲)光束的路线。三角棱镜形状的底角中的一个底角优选处于5至60度的范围中，并且另一底角优选处于85至90度的范围中。
此外，在上述实施方式中，三角棱镜形棱镜的底边为20μm。优选地，棱镜的底边的范围为1至100μm。
此外，棱镜的形状例如可以具有正弦弯曲形状的截面，而非上述实施方式中示出的形状。而且，在上述实施方式中，棱镜层的顶面形状是条纹，但是顶面形状可以是晶格、同心圆、椭圆形、菲涅耳透镜、点等形状。而且，第一光偏转液晶单元和第二光偏转液晶单元的棱镜的形状可以彼此不同。
除HID灯之外，用于根据该实施方式的发光装置的光源还可以是发光二极管(LED)、场发射(FE)光源、荧光灯等。
根据该实施方式的发光装置例如可应用于用于四轮机车(轿车、货车、公共汽车等)的照明(前灯、辅助灯、雾灯、转向灯)以及用于两轮机车(摩托车、自行车等)的照明(配光控制器)。此外，上述实施方式可以应用于诸如室内照明、街道照明、闪光灯等通用照明设备。
已经结合了优选实施方式描述了本发明。本发明并不仅限于上述实施方式。很明显，本领域技术人员可以做出各种修改、改进、组合等。

Claims (10)

1.一种发光装置，该发光装置包括：
第一光偏转液晶单元，光入射到该第一光偏转液晶单元上，该第一光偏转液晶单元包括：彼此相对的一对第一透明基板和第二透明基板；一对第一透明电极和第二透明电极，该对第一透明电极和第二透明电极形成在该第一透明基板和该第二透明基板上，并且在该第一透明基板与该第二透明基板之间施加电压；第一棱镜层，该第一棱镜层形成在该第一透明基板和该第二透明基板中的任意一个的上方，并且具有沿第一方向延伸的棱镜；第一配向膜，该第一配向膜形成在该第一棱镜层上，并且对该第一配向膜执行了第一方向的配向工艺；以及第一液晶层，该第一液晶层位于该第一透明基板与该第二透明基板之间，并且，该第一液晶层在该第一液晶层与该第一配向膜之间的界面上具有长轴方向定向为所述第一方向的液晶分子；
第二光偏转液晶单元，穿过所述第一光偏转液晶单元的光入射到该第二光偏转液晶单元上，该第二光偏转液晶单元包括：彼此相对的一对第三透明基板和第四透明基板；一对第三透明电极和第四透明电极，该对第三透明电极和第四透明电极形成在该第三透明基板和该第四透明基板上，并且在该第三透明基板与该第四透明基板之间施加电压；第二棱镜层，该第二棱镜层形成在该第三透明基板和该第四透明基板中的任意一个的上方，并且具有沿所述第一方向延伸的棱镜；第二配向膜，该第二配向膜形成在该第二棱镜层上，并且对该第二配向膜执行了与该第一方向正交的第二方向的配向工艺；以及第二液晶层，该第二液晶层位于该第三透明基板与该第四透明基板之间，并且，该第二液晶层在该第二液晶层与该第二配向膜之间的界面上具有长轴方向定向为所述第二方向的液晶分子；
电压施加装置，其向该第一透明电极至该第四透明电极施加电压；以及
光学***，其使得光入射到该第一光偏转液晶单元。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述第一棱镜层形成在所述第一透明电极和所述第二透明电极中的任意一个上，并且，所述第二棱镜层形成在所述第三透明电极和所述第四透明电极中的任意一个上。
3.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述第一棱镜层形成在所述第一透明基板与所述第一透明电极之间，或形成在所述第二透明基板与所述第二透明电极之间，并且，所述第二棱镜层形成在所述第三透明基板与所述第三透明电极之间，或形成在所述第四透明基板与所述第四透明电极之间。
4.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述第一棱镜层和所述第二棱镜层由能够承受不低于180摄氏度温度的热处理工艺的材料制成。
5.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述第一光偏转液晶单元和所述第二光偏转液晶单元的主表面垂直于地面，并且，所述第一方向平行于地面。
6.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述第一棱镜层和所述第二棱镜层具有以下结构：其中，在同一方向上对准具有三角棱镜形状的多个棱镜，该多个棱镜具有5至60度的底角和85至95度的底角。
7.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述第一棱镜层的折射率与所述第一液晶层对电矢量的振动方向垂直于所述液晶分子的长轴方向的偏振光成分的折射率类似，并且，所述第二棱镜层的折射率与所述第二液晶层对电矢量的振动方向垂直于所述液晶分子的长轴方向的偏振光成分的折射率类似。
8.根据权利要求1所述的发光装置，其中
所述第一棱镜层和所述第二棱镜层由具有类似折射率的透明材料制成，并且
所述第一液晶层和所述第二液晶层由液晶材料制成，其中该液晶材料对电矢量的振动方向平行于液晶分子的长轴方向的偏振光成分的折射率类似，且与对电矢量的振动方向垂直于液晶分子的长轴方向的偏振光成分的折射率类似。
9.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述光学***包括用作光源的发光二极管。
10.一种用于制造光偏转液晶单元的方法，该方法包括以下步骤：
设置一对透明基板；
在该对透明基板上形成一对透明电极，其向该对透明基板施加电压；
在该对透明基板中的一个透明基板的上方形成棱镜层，该棱镜层具有在第一方向上延伸的棱镜；
在第一棱镜层上形成配向膜；
针对该配向膜执行所述第一方向的配向工艺；
接合该对透明基板，使得其间留有空隙；以及
将液晶注入到该对透明基板之间的空隙中。
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