[发明专利]光学角度性能改进的液晶焊接玻璃屏

说明书

本发明涉及光学角度性能改进的液晶焊接玻璃屏，更具体地涉及一种焊接玻璃滤光片构造，该构造能够随焊接光强度的变化而在高的光吸收态和低的光吸收态之间迅速转变，反之亦然，该构造包括两设置在透明的安装了电极的板之间的向列型液晶元件，这些板可以连接到电压源上并敷有涂层，所述涂层决定分子取向并确定在其限制表面上具有相互角位移的分子准直方向，由此使液晶在板上电极涂层之间不存在电压时产生光学扭转，其中每个所述元件安装在相互消光的偏振滤光片之间，而且其中分子准直方向是这样转动的，使得当外加一个电压时得到一个在所述元件的相应的非对称光吸收之间的补偿效果。

液晶保护性玻璃屏对于本技术已经公知许多年了。这种玻璃屏由交叉组合的偏振滤光片和液晶层组成，而该保护性玻璃屏能够随电影响的变化而从不透明状态变化为透明度提高的状态，这种影响受焊接进行中落在检测器上的光或受电磁检测的控制。这使得焊接工能够不移走保护屏就进行焊接操作并同时在焊接区外进行工作，因为保护屏没有受到焊接电弧照射时是清晰的或透明的，而当受到电弧照射时立即变暗。

滤光片通常安装在面罩上，一个特殊问题是，由于密度滤光片效应取决于周围光的入射角度，因此可见区的变暗不均匀。

US-A 4,398,803叙述了这方面的一种改进，其中液晶做成相当薄，使得层厚度和光学各向异性(即正常光线和反常光线的折射系数之差Δn)的乘积达到150和600纳米之间。

由于这个原因，一个典型的元件构造包括一个插在两人互相交叉的偏振滤光片之间的扭转的向列(TN)型液晶元件，其中界定的壁用沿特定方向(所谓准直方向)刷/擦过的塑料层处理过，使得液晶界定表面中的结构迫使向列分子每个取特定的角度位置并使得分子在上述界定表面之间相互扭转90°。(具有相应效果的其它表面处理方法对本技术也是公知的。)在非电激活的状态下，当光通过滤光片时，偏振平面将转动90°，从而补偿交叉偏振片的效果并使元件成为透明。通过外加电场，可以在更大或更小的程度上停止向列分子的转动，由此获得也可以控制的滤光效果。但是，一个这种类型的元件在其黑暗的电激活状态中具有相当强的不对称性，可以变化地吸收除了直角以外的角度入射的光，这种不对称性还由于最靠近表面的受表面效应约束的向列分子仍然产生残余的光学活性而继续放大。这样，当入射光相对于法线(即垂直线)的角度增大时，在准直方向之间的沿两个等分线方向的滤光片相对于交叉的偏振滤光片的方向沿一个等分线的方向将更加透明和相当恒定，而沿另一等分线的方向将变暗。

已知通过组合两个扭转90°的TN元件来补偿不对称性效果，使得一个TN元件的“弱”等分线将与另一“强”等分线符合一致，反之亦然。但是，尽管有这种补偿，视觉场仍然是不均匀的，这对于使用人很麻烦。本发明的一个目的是在这方面作出改进。

本发明的一个特定目的是提供一种与玻璃的透明态中的低吸收有关的改进。另一个目的是提供一种保护性焊接玻璃，它在其变暗状态下具有可变的暗度，使一个和同一个保护性玻璃屏能够用于极强的焊接光和弱得多的焊接光，使得所有类型的焊接工作都能在可能的最好程度上用一个和同一个保护性玻璃屏完成。本技术领域公知，光学活性可以通过外加不同的电压而变化，虽然在早期的公知技术中当跨越元件的电压增大时取决于角度的光密度的不均匀性易于变得更为复杂。

根据具有在引言部分中说明的那种类型的液晶焊接玻璃滤光片构造的本发明可以获得最重要的目的，该构造具有下述权利要求1的特征部分中提出的特征特点。

这样，根据本发明的一个方面，发明的概念不同于“扭转向列”中90°的典型扭转角，相反，利用了一个小于85°的较小的角，最好位于20°和85°之间。改进在90°和80°之间不太显著，但在80°和70°之间比较显著，在60°时更加明显，在50°时也是如此。厚度为4μm的液晶优选60-70°的扭转角，由Merck ZLI 3700100液晶物质构成。虽然每个单个元件的不对称性更有功效，但当组合两个此类液晶时，场的均匀性得到改进。

在目前的液晶焊接玻璃中，在TN元件外常常使用一个颜料元件(客主元件)，以便获得充分的吸收，并保证电压损失情况下的安全状态。虽然此种元件本身具有良好的角度性能，但它们组成复杂，可以使滤光片比必要的反应得更慢，因此一个特定的目的是能够通过转动或扭转元件充分吸收光而取消颜料元件。