CN107741668A - 一种用于电焊弧光的液晶调光器件 - Google Patents

一种用于电焊弧光的液晶调光器件 Download PDF

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Abstract

一种用于电焊弧光的液晶调光器件，包括第一液晶器件和第二液晶器件，所述第一液晶器件和第二液晶器件上下配置；所述第一液晶器件从上到下依次包括第一上偏光片，第一上补偿膜，第一上ITO导电基板，第一上绝缘膜，第一上配向膜，第一液晶层，第一下配向膜，第一下绝缘膜，第一下ITO导电基板，第一下补偿膜，第一下偏光片；所述第二液晶器件从上到下依次包括第二上偏光片，第二上补偿膜，第二上ITO导电基板，第二上绝缘膜，第二上配向膜，第二液晶层，第二下配向膜，第二下绝缘膜，第二下ITO导电基板，第二下补偿膜，第二下偏光片。

Description

一种用于电焊弧光的液晶调光器件
技术领域
本发明涉及光学领域，尤其涉及一种用于电焊弧光的液晶调光器件。
背景技术
电焊是一种广泛使用焊接工艺，机械制造，汽车制造，船坞制造等共用领域普遍使用。电焊焊接是会产生高亮高强的弧光，对灼烧眼睛，短暂失明或长期失明。因此自动调光电焊面罩用于焊接时保护眼睛被广泛使用。电焊过程中会产生强烈的光，包括紫外线、可见光、大量的红外线，当大量的红外线光入射红外检测窗口，通过太阳能电池板提供的电量和红外感应器输出的控制信号，控制电路输出驱动电压会对液晶光阀进行调制，可以改变液晶光阀的黑度值，来减少通过液晶的光强，这样可以保护眼睛不受大量光的刺激。在电焊结束后，没有红外光对液晶光阀的调制，液晶光阀回到平常透明的状态，此时可以看清周围环境。
随着工业制造精密度和对人体健康防护不断的提高，对电焊自动调光的器件提出了较高的光学指标，全球包括国内都纷纷制定了高要求的标准，包括欧盟的EN379，EN175，美国的ANSI Z871-2003，中国的GB/T 36092-2009，等等，其中自动调光器件核心器件LCD器件的调光光学提出了黑度亮态/暗态色号，黑度均匀性，光漫射，角度依赖性提出1级指标；
4个光学指标的简介如下：
1、黑度和色号：
1)透射比t＝入射光强/透过LCD的光强，单位为：cd/m2
2)色号＝N＝1+(7/3)log10(1/t)
暗态9～13#色号对应的透过率可以通过LCD驱动电压进行调节的定义等级为1。
2、色号均匀性：LCD表面测试34个点，每个点之间的色号差异小于1，定义等级为1。
3、漫射性：漫射光的测量与定义漫射光测量原理当一束平行光正面照射自动变光焊接滤光镜，改变了原入射光方向的出射光，称为漫射光。如果用LS表示漫射光的强度，E表示入射光的照度，公式I＝Ls/E表示了漫射的特性，称为漫射光的亮度系数，该亮度系数LCD的光透射比t有关系；
4、角度依赖性：LCD在遮光状态下，先测量正入射(0°)光的透射比，再测量入射光与自动变光焊接滤光镜的法线成15°立体角的范围内的角入射光的透射比的最大值和最小值，将正入射透射比分别与角入射透射比的最大值、最小值相除，相除的结果进行倒数处理(如果小于I的，则取倒数；大于I的，保持原数)后，再取两者中的最大值。
普通单个向列相扭曲液晶器件遮光原理：上层和下层偏光片的吸光轴形成90度夹角。液晶层从上往下形成90度扭曲，不通电时透过底偏光片的偏振光经过液晶旋转了90°，与面偏光片的偏光轴平行，光透过；通电时液晶受到电场作用，液晶分子竖起了，与电场方向平行，这个方向光在液晶中传递不被旋转，光与面偏光片光轴形成90度夹角，光被遮挡。但实际上临近上下配向膜的液晶分子受到取向层的锚定约束，无法完全平行于电场，由于液晶分子双折射特性，导致产生了漏光(这也是所有LCD有视角特性)，所以无法完全遮光，测量遮光色号最大11#，角度依赖性等级3，如图1的视角图所示，箭头方向视角表现较差。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种用于电焊弧光的液晶调光器件。
本发明提供的技术方案为：
一种用于电焊弧光的液晶调光器件，包括第一液晶器件和第二液晶器件，所述第一液晶器件和第二液晶器件上下配置；
所述第一液晶器件从上到下依次包括第一上偏光片，第一上补偿膜，第一上ITO导电基板，第一上绝缘膜，第一上配向膜，第一液晶层，第一下配向膜，第一下绝缘膜，第一下ITO导电基板，第一下补偿膜，第一下偏光片；
所述第二液晶器件从上到下依次包括第二上偏光片，第二上补偿膜，第二上ITO导电基板，第二上绝缘膜，第二上配向膜，第二液晶层，第二下配向膜，第二下绝缘膜，第二下ITO导电基板，第二下补偿膜，第二下偏光片。
优选的是，所述第一上配向膜和第一下配向膜的取向层沟槽方向的夹角为85°至90°。
优选的是，所述第二上配向膜和第二下配向膜的取向层沟槽方向的夹角为85°至90°。
优选的是，所述第一下配向膜与第二上配向膜的取向层沟槽方向的夹角为0°。
优选的是，所述第一上配向膜与第二下配向膜的取向层沟槽方向的夹角为0°。
优选的是，所述第一下偏光片与第二上偏光片的吸光轴方向的夹角为0°，且所述第一下偏光片的吸光轴方向与第一下配向膜的取向层沟槽方向的夹角为0°至5°，所述第二上偏光片的吸光轴方向与第二上配向膜的取向层沟槽方向的夹角为0°至5°。
优选的是，所述第一上偏光片与第二下偏光片的吸光轴方向的夹角为0°，且所述第一上偏光片的吸光轴方向与第一上配向膜的取向层沟槽方向的夹角为0°至5°，所述第二下偏光片的吸光轴方向与第二下配向膜的取向层沟槽方向的夹角为0°至5°。
优选的是，所述第一上补偿膜和第一下补偿膜的厚度方向延迟量Rth以及所述第二上补偿膜和第二下补偿膜的厚度方向延迟量Rth均为‐5至155nm，且Rth＝[(nx+ny)/2‐nz]*d，nx，ny，nz为补偿膜折射率水平x轴、y轴和垂直方向z轴的分量，d为补偿膜厚度。
优选的是，所述第一下偏光片和第二上偏光片合并为一个偏光片。
优选的是，所述第一液晶层和第二液晶层的光层差R均为300至500nm，且R＝Δn*d，Δn为液晶双折射率差，d为液晶厚度。
本发明的有益效果：
本发明的用于电焊弧光的液晶调光器件采用双液晶器件结构，即两个液晶器件进行叠加，实现双层遮光，并视角互补，达到最佳光学特性。
附图说明
图1为现有技术的电焊弧光的遮光器件的光线视角曲线图；
图2为本发明的用于电焊弧光的液晶调光器件的结构示意图；
图3为本发明的用于电焊弧光的液晶调光器件的器件的夹角示意图；
图4为本发明的用于电焊弧光的液晶调光器件的光线视角曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，如图2和图3所示，一种用于电焊弧光的液晶调光器件，包括第一液晶器件1和第二液晶器件2，所述第一液晶器件1和第二液晶器件2上下配置，但是两者的相对位置无固定的上下区分；
所述第一液晶器件1从上到下依次包括第一上偏光片11，第一上补偿膜12，第一上ITO导电基板13，第一上绝缘膜14，第一上配向膜15，第一液晶层16，第一下配向膜17，第一下绝缘膜18，第一下ITO导电基板19，第一下补偿膜110，第一下偏光片111；
所述第二液晶器件2从上到下依次包括第二上偏光片21，第二上补偿膜22，第二上ITO导电基板23，第二上绝缘膜24，第二上配向膜25，第二液晶层26，第二下配向膜27，第二下绝缘膜28，第二下ITO导电基板29，第二下补偿膜210，第二下偏光片211。
为使所述第一液晶器件1和第二液晶器件2形成视角互补，
所述第一上配向膜15T1和第一下配向膜17B1的取向层沟槽方向的夹角θ1为85°至90°。
所述第二上配向膜25T2和第二下配向膜27B2的取向层沟槽方向的夹角θ2为85°至90°。
所述第一下配向膜17B1与第二上配向膜25T2的取向层沟槽方向的夹角为0°。
所述第一上配向膜15T1与第二下配向膜27B2的取向层沟槽方向的夹角为0°。
所述第一下偏光片的吸光轴P111与第二上偏光片的吸光轴P21方向的夹角为0°，且所述第一下偏光片的吸光轴P111方向与第一下配向膜17B1的取向层沟槽方向的夹角θ3为0°至5°，因为两者相同，同样的所述第二上偏光片的吸光轴P21方向与第二上配向膜25T2的取向层沟槽方向的夹角θ3为0°至5°。
所述第一上偏光片的吸光轴P11与第二下偏光片的吸光轴P211方向的夹角为0°，且所述第一上偏光片的吸光轴P11方向与第一上配向膜15T1的取向层沟槽方向的夹角θ4为0°至5°，因为两者相同，同样的所述第二下偏光片的吸光轴P211方向与第二下配向膜27B2的取向层沟槽方向的夹角θ4为0°至5°。
所述第一上补偿膜12和第一下补偿膜110的厚度方向延迟量Rth以及所述第二上补偿膜22和第二下补偿膜210的厚度方向延迟量Rth均为‐5至155nm，且Rth＝[(nx+ny)/2‐nz]*d，nx，ny，nz为补偿膜折射率水平x轴、y轴和垂直方向z轴的分量，d为补偿膜厚度。
所述第一液晶层16和第二液晶层26的光层差R均为300至500nm，且R＝△n*d，△n为液晶双折射率差，d为液晶厚度。
这里请注意本发明的图2是为了更好地表明第一液晶器件1和第二液晶器件2的相互配置，在使用时两者上下合并配置在一起，因此所述第一下偏光片111和第二上偏光片21可合并为一个偏光片进行使用。
当自动调光电焊面罩没有接收到电焊弧光时，液晶器件处于非工作状态，自然光入射到第一液晶器件1的第一上偏光片11后产生偏振光射进入第一上配向膜15，第一液晶层16和第一下配向膜17，光路按设定的上下配向膜夹角旋转传递，从第一下配向膜17出时的偏振光轴方向与下层第一下偏光片111轴平行，即光从第一液晶器件1射出进入第二液晶器件2；第一液晶器件1的第一下偏光片111与第二液晶器件2的第二上偏光片21光轴平行，光路正常透过第二液晶器件2的第二上偏光片21入射到第二上配向膜25，第二液晶层26，第二下配向膜27，光路按设定的上下配向膜夹角旋转传递，从第二下配向膜27出时的偏振光轴方向与下层第二下偏光片211光轴平行，即光从液晶器件2射出，即自然转换为偏振光透过电焊面罩的调光器，人眼可以看到调光器另一面的物体或情景。
当自动调光电焊面罩接收到电焊弧光时，第一液晶器件1和第二液晶器件2处于工作状态，弧光入射到第一液晶器件1的第一上偏光片11后产生偏振光射进入上下配向膜和第一液晶层16，此时液晶分子受到上下电极基板的电场作用产生和偏转，打破原旋转排列，使液晶分子光轴方向从与配向膜表面1～5°夹角开始液晶分子逐层偏转，中间层的液晶分子光轴垂直于上下配向膜，液晶分子光轴与入射光形成一定夹角时，光在液晶分子中传递具有双折射特性，并随着这个角度变化产生偏向变化，即一部分光透过液晶层后光轴与第一下偏光片111的光轴形成90°时光被99.99％遮挡，部分光光轴与下层偏光吸光轴夹具非90°时，有部分光被遮挡有部分光透过光轴，这样显示器件的遮光特性有一定的方向性；透过第一液晶器件1的光进入了第二液晶器件2，光路在第二液晶器件2的传播原理一致，由于配向膜方向和液晶旋转方向不同，第一液晶器件1漏过的光在第二液晶器件2被遮挡，因此光通过两个液晶器件后各方位遮光性能交期，即暗态的视角依赖性好；本专利通过光路设计两个液晶器件光片角度，配向膜取向方向，补偿膜Rth参数，让两个液晶器件漏光方位相互准确互补，改善遮光的角度依赖性；
本发明的提供2个液晶器件并按所定义的各层关系进行设计和加工贴合，如图4所示，使用ECS设备测量如下：
黑度的色号可以达到9～13#，亮态色号达到4#；
视角均匀性达到1级
漫射值达到1级
视角依赖性达到1级。

Claims (10)

1.一种用于电焊弧光的液晶调光器件，其特征在于：
包括第一液晶器件和第二液晶器件，所述第一液晶器件和第二液晶器件上下配置；
所述第一液晶器件从上到下依次包括第一上偏光片，第一上补偿膜，第一上ITO导电基板，第一上绝缘膜，第一上配向膜，第一液晶层，第一下配向膜，第一下绝缘膜，第一下ITO导电基板，第一下补偿膜，第一下偏光片；
所述第二液晶器件从上到下依次包括第二上偏光片，第二上补偿膜，第二上ITO导电基板，第二上绝缘膜，第二上配向膜，第二液晶层，第二下配向膜，第二下绝缘膜，第二下ITO导电基板，第二下补偿膜，第二下偏光片。
2.根据权利要求1所述的用于电焊弧光的液晶调光器件，其特征在于：
所述第一上配向膜和第一下配向膜的取向层沟槽方向的夹角为85°至90°。
3.根据权利要求2所述的用于电焊弧光的液晶调光器件，其特征在于：
所述第二上配向膜和第二下配向膜的取向层沟槽方向的夹角为85°至90°。
4.根据权利要求3所述的用于电焊弧光的液晶调光器件，其特征在于：
所述第一下配向膜与第二上配向膜的取向层沟槽方向的夹角为0°。
5.根据权利要求4所述的用于电焊弧光的液晶调光器件，其特征在于：
所述第一上配向膜与第二下配向膜的取向层沟槽方向的夹角为0°。
6.根据权利要求5所述的用于电焊弧光的液晶调光器件，其特征在于：
所述第一下偏光片与第二上偏光片的吸光轴方向的夹角为0°，且所述第一下偏光片的吸光轴方向与第一下配向膜的取向层沟槽方向的夹角为0°至5°，所述第二上偏光片的吸光轴方向与第二上配向膜的取向层沟槽方向的夹角为0°至5°。
7.根据权利要求6所述的用于电焊弧光的液晶调光器件，其特征在于：
所述第一上偏光片与第二下偏光片的吸光轴方向的夹角为0°，且所述第一上偏光片的吸光轴方向与第一上配向膜的取向层沟槽方向的夹角为0°至5°，所述第二下偏光片的吸光轴方向与第二下配向膜的取向层沟槽方向的夹角为0°至5°。
8.根据权利要求1所述的用于电焊弧光的液晶调光器件，其特征在于：
所述第一上补偿膜和第一下补偿膜的厚度方向延迟量Rth以及所述第二上补偿膜和第二下补偿膜的厚度方向延迟量Rth均为‐5至155nm，且Rth＝[(nx+ny)/2‐nz]*d，nx，ny，nz为补偿膜折射率水平x轴、y轴和垂直方向z轴的分量，d为补偿膜厚度。
9.根据权利要求1所述的用于电焊弧光的液晶调光器件，其特征在于：
所述第一下偏光片和第二上偏光片合并为一个偏光片。
10.根据权利要求1所述的用于电焊弧光的液晶调光器件，其特征在于：
所述第一液晶层和第二液晶层的光层差R均为300至500nm，且R＝△n*d，△n为液晶双折射率差，d为液晶厚度。
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