CN109922766A - 扁平的自动变暗滤光器和焊接防护器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于焊接防护的自动变暗滤光器。该自动变暗滤光器具有第一液晶盒，该第一液晶盒具有两个扁平的超薄玻璃基底。此外，提供了一种包括该自动变暗滤光器的焊接防护器。该自动变暗滤光器是轻质的，但机械稳定且耐用。

Description

扁平的自动变暗滤光器和焊接防护器

技术领域

本发明涉及一种用于焊接防护的扁平的自动变暗滤光器，其具有由超薄玻璃基底制成的液晶盒。本发明还涉及具有扁平的自动变暗滤光器的焊接防护器。

背景技术

自动变暗滤光器通常具有可切换滤光器，该可切换滤光器响应于入射光从光透射状态自动变化为暗透射状态。该切换通常通过使用位于个人防护设备上的光电探测器或作为个人防护设备的一部分来实现。光电探测器识别要过滤的入射光的存在，并且电子模块生成控制电压，该控制电压当被施加到可切换滤光器时致使滤光器从光透射状态变化为暗状态。

已设计了自动光滤光器，其包含位于偏振膜之间的液晶盒。授予Hornell的美国专利号4,240,709描述了一种具有夹置在一对相互交叉的偏振器之间的单扭转向列型液晶盒的可切换滤光器。液晶盒为包括透明电极和对准层的光学透明玻璃基底。当在电子模块的控制下在液晶盒上施加电压时，液晶分子将自身在特定方向上取向。许多商购可获得的产品使用这种可切换滤光器。

US 2014/0168546 A1公开了一种自动变暗滤光器，其包括第一偏振器、第二偏振器、第一液晶盒和传感器。第一偏振器具有第一偏振方向，并且第二偏振器具有第二偏振方向。液晶盒设置在第一偏振器和第二偏振器之间，并且包含第一光学透明的柔性玻璃层和第二光学透明的柔性玻璃层，并且其中液晶层位于这些层之间。传感器检测入射光并使信号被发送，这致使液晶层内的分子转动。

在防护罩中使用自动变暗滤光器给定显著的人体工程学益处。例如，先前焊工在触发焊弧时必须向下“摆动”他们的焊接罩，以确保他们的眼睛免受焊炬光的伤害。自动焊接滤光器消除这种动作，因为焊接罩可连续地保持就位。

发明内容

本发明涉及一种用于焊接防护的自动变暗滤光器，具体地讲涉及一种扁平的或通常平面的自动变暗滤光器。自动变暗滤光器包括第一液晶盒，该第一液晶盒具有两个扁平的或通常平面的超薄玻璃基底。

就本发明的目的而言，术语“超薄玻璃基底”应意指厚度介于30μm和200μm之间，更优选地介于50μm和150μm之间并且优选地约100μm的玻璃。具有指定厚度的超薄玻璃基底通常提供基底的柔韧性(具体地讲可弯曲性)。在100μm的厚度下为120×80mm规格的超薄玻璃基底提供的柔韧性优选地能够使超薄玻璃基底的较长侧面偏转至少30mm。在厚度尺寸上在超薄玻璃基底的短侧面之间的中部，和在该尺寸的超薄玻璃基底的端点之间的中部测量偏转(参见图5中的测量点M)。

本发明是有利的，因为其提供一种相对廉价的扁平的自动变暗滤光器，该扁平的自动变暗滤光器是相对轻质但机械稳定且相对耐老化的。已发现，超薄玻璃出乎意料地比现有变暗滤光器技术中所用的标准玻璃更抗机械撞击或冲击(并因此表现出暴露于机械撞击时更低的断裂倾向)。尽管超薄玻璃已被用于弯曲的变暗滤光器，但之后发现如果玻璃以扁平的构型使用，对于机械阻力是有利的。这可基于如下情况：弯曲的滤光器通常通过弯曲扁平的玻璃制成，使得弯曲玻璃处于某种预张力下。本发明还能够制造相对轻质的焊接防护器。例如，这有助于使穿着舒适性最大化。

在一个实施方案中，自动变暗滤光器还包括扁平的第一偏振器和扁平的第二偏振器。第一偏振器和第二偏振器中的每一个偏振器具有偏振方向。第一偏振器和第二偏振器以重叠方式布置在第一液晶盒的相对两侧上。此外，第一偏振器和第二偏振器以它们的彼此偏移一定角度取向的偏振方向布置。优选地，第一偏振器和第二偏振器相对于彼此布置的角度偏移为大约90度。第一偏振器和第二偏振器相对于彼此布置的角度偏移可具体地在84至87度的范围内。

在一个实施方案中，自动变暗滤光器还包括第二液晶盒。第二液晶盒可与第一液晶盒相同。具体地讲，第二液晶盒可具有两个扁平的或通常平面的超薄玻璃基底。自动变暗滤光器还可包括具有偏振方向的扁平的第三偏振器。第二偏振器和第三偏振器优选地以重叠方式布置在第二液晶盒的相对两侧上。此外，第一偏振器和第三偏振器优选地以它们的彼此大约平行或平行取向的偏振方向布置。这意味着优选地第三偏振器和第二偏振器以它们的彼此偏移一定角度取向的偏振方向布置。优选地，第三偏振器和第二偏振器相对于彼此布置的角度偏移为大约90度或90度。第二偏振器和第三偏振器相对于彼此布置的角度偏移可例如在84至87度的范围内。因此，第一偏振器和第三偏振器可以它们的相对于彼此以在6至12度范围内取向的偏振方向布置。

第一偏振器、第二偏振器和第三偏振器优选地各自具有两个相对的主侧面和限定在主侧面之间的厚度。此外，第一液晶盒和/或第二液晶盒的超薄玻璃基底中的每一个具有两个相对的主侧面和限定在主侧面之间的厚度。超薄玻璃基底的主侧面可完全地或部分地与第一偏振器、第二偏振器和第三偏振器重叠。这意味着超薄玻璃基底可具有以下规格：该规格具有等于或大于偏振器规格的相应尺寸的两个尺寸。就这一点而言，术语“规格”是指主侧面的两个尺寸。超薄玻璃基底还可具有以下规格：该规格具有小于偏振器规格的相应尺寸的两个尺寸。在后一种情况下，偏振器可用作超薄玻璃基底的边缘保护。应当指出的是，超薄玻璃基底的两个尺寸中的一个通常可等于任何或所有偏振器的规格的相应尺寸，并且超薄玻璃基底的规格的另一个尺寸可大于或小于任何或所有偏振器的规格的相应尺寸。

在一个实施方案中，第一液晶盒和第二液晶盒中的每一个液晶盒具有边缘密封件，该边缘密封件将液晶密封在由超薄玻璃基底和边缘密封件形成的空间内。

在一个实施方案中，每个超薄玻璃基底包括用于液晶的透明电极层对准层。

在一个实施方案中，超薄玻璃层具有介于30μm和200μm之间的厚度。电极层可由铟锡氧化物制成，并且可具有约10nm至50nm的厚度，优选地20nm。对准层可由聚酰亚胺制成，并且可具有约20nm至200nm的厚度。优选地，超薄玻璃基底的厚度是指仅玻璃的厚度，但电极层和对准层可略微增加超薄玻璃基底上的一些厚度。

在一个优选的实施方案中，自动变暗滤光器具有至少第三晶体盒，或第三液晶盒和第四液晶盒，或第三液晶盒、第四液晶盒和第五液晶盒。第三液晶盒、第四液晶盒和第五液晶盒对应于如本文所述的第一液晶盒和第二液晶盒配置。此外，自动变暗滤光器可具有第四偏振器，第四偏振器和第五偏振器，或第四偏振器、第五偏振器和第六偏振器。例如，自动变暗滤光器可具有布置在第一偏振器和第四偏振器之间的第一液晶盒、第二液晶盒和第三液晶盒。第二偏振器可被布置在第一液晶盒和第二液晶盒之间，并且第三偏振器可被布置在第二液晶盒和第三液晶盒之间。

在具有第四液晶盒的自动变暗滤光器的实施方案中，第一液晶盒、第二液晶盒、第三液晶盒和第四液晶盒优选地被布置在第一偏振器和第五偏振器之间，并且第四偏振器可被布置在第三液晶盒和第四液晶盒之间。

在具有第五液晶盒的自动变暗滤光器的实施方案中，第一液晶盒、第二液晶盒、第三液晶盒、第四液晶盒和第五液晶盒优选地被布置在第一偏振器和第六偏振器之间，并且第五偏振器可被布置在第四液晶盒和第五液晶盒之间。

具有多至五个液晶盒的自动变暗滤光器在暗状态下提供最大化的变暗效果。另外，即使在光状态下，这种变暗也提供最大化的变暗效果，尽管其允许使用者充分看到。因此，使用者的安全性可最大化。由于使用超薄玻璃基底，因此实现了这些实施方案，其得到具有多至五个液晶盒但仍具有可接受的尺寸和重量的自动变暗滤光器。

在另外的方面，本发明涉及一种焊接防护器。此种焊接防护器可为例如焊接罩或焊接头盔。焊接防护器包括本发明的自动变暗滤光器。

在一个实施方案中，焊接防护器还包括电子电路，该电子电路具有电源和光传感器并且电连接到自动变暗滤光器。电子电路优选地被配置用于致使自动变暗滤光器根据由光传感器检测到的光进行切换。具体地讲，电子电路可被配置用于在光传感器检测到超过预定阈值光强度的光的情况下致使自动变暗滤光器切换到暗状态。此外，电子电路可被配置用于在除了光传感器检测到超过预定阈值光强度的光以外的其他情况下致使自动变暗滤光器切换到光状态。因此，光状态可为自动变暗滤光器复位的默认状态。应当指出的是，电子电路通常另外被配置用于区分焊弧的存在与其他光(例如太阳光)的存在。例如，电子电路可被配置用于识别所检测到的光中的频率或脉冲。此种频率或脉冲可存在于焊弧中，但不存在于阳光中，例如使得焊弧可与太阳光区分。

焊接防护器还可包括控制面板，使用者(例如焊工)可经由该控制面板调节阈值光强度，并且任选地，使用者可经由该控制面板切换打开或关闭自动变暗滤光器。

焊接防护器还可包括头带，使用者可通过该头带将焊接防护器保持在使用者的头部上。

附图说明

图1为根据本发明的一个实施方案的焊接防护器，具体地焊接头盔的透视图；

图2为根据本发明的一个实施方案的液晶盒的剖视图；

图3为根据本发明的一个实施方案的具有边缘密封件的两个超薄玻璃基底的透视图；

图4为根据本发明的一个实施方案的自动变暗滤光器的分解图；以及

图5示出了对超薄玻璃基底的偏转的测量。

具体实施方式

图1示出了焊接防护器1，其在该实施例中是焊接头盔。然而本发明不限于与焊接头盔一起使用，但是可同样地以适当的配置与焊接罩或焊接护目镜一起使用。

焊接防护器1具有防护罩部分2，防护罩部分2保护焊工面部(和其他的头部部分)免受热材料的辐射、灰尘和飞溅的影响，因为这些可在焊接过程中发生。焊接防护器1还具有自动变暗滤光器3，焊工可通过自动变暗滤光器3在焊接过程中观察焊弧。在该实施例中，自动变暗是基于两个液晶盒，自动变暗滤光器组件3通过这两个液晶盒在光状态和暗状态之间电切换。当在暗状态下切换时，自动变暗滤光器组件3阻挡显著量的光从其中透过。这使得使用者能够通过透视自动变暗滤光器3来观察焊弧，而不会有暴露于来自焊弧的有害光辐射的风险。在光状态下，自动变暗滤光器组件3允许显著量的光从其中透过。因此，处于光状态下的自动变暗滤光器组件3允许使用者在环境光线条件下看到(在不存在焊弧的情况下)。

自动变暗滤光器3包括两个(或多个)液晶盒，该两个(或多个)液晶盒依次光学布置。这提供了使变暗效果(具体地讲在暗状态下)倍增，从而足够保护眼睛免受光辐射的影响。

此外，焊接防护器1包括至少一个光传感器4和电子电路(未示出)，其致使液晶盒根据光传感器识别的光来切换。具体地讲，光传感器4可根据由光传感器4感测到的光向电子电路提供信号。由光传感器4提供的信号通常可与由光传感器4感测到的光的强度相关。在由光传感器4检测到的光强度(以及任选的附加频率或脉动)超过预定最大值的情况下，电子电路被设置成控制自动变暗滤光器切换到暗状态。此外，在由光传感器4检测到的光强度下降低于预定最大值的情况下，电子电路被设置成控制自动变暗滤光器切换到光状态。

图2示出了本发明的液晶盒10。液晶盒10具有两个超薄玻璃基底11。每个超薄玻璃基底具有相对的主侧面和限定在它们之间的厚度T1。在该实施例中，超薄玻璃基底具有100μm的厚度。另外，液晶盒10具有包含液晶分子13和间隔物14的液晶层12。液晶层12具有4μm的厚度T2。液晶层的厚度T2由超薄玻璃基底的主侧面之间的间隙确定，并且间隙的大小由布置在超薄玻璃基底之间的间隔物14提供。间隔物14分布在超薄玻璃基底之间的主侧面上。间隔物的量可介于30和200个间隔物/平方毫米之间。因此，液晶层12的厚度可在整个液晶盒10上保持相对均匀。因此，变暗效果可在整个液晶盒10上保持相对均匀，尤其是在暗状态下。在该实施例中，间隔物是具有4μm直径的二氧化硅小珠。

每一个超薄玻璃基底还具有电极层15以及对准层16，在该实施例中电极层15为氧化铟锡透明层，对准层16用于提供液晶的默认对准。

图3示出了图2中所示的液晶盒的两个超薄玻璃基底。在超薄玻璃基底的边界中提供边缘密封件17以用于密封超薄玻璃基底之间的间隙。边缘密封件气密密封两个超薄玻璃基底之间的液晶，并且为液晶盒提供机械稳定性(例如抗弯曲性)。

图4示出了自动变暗滤光器3的分解图。应当指出的是，该分解图仅是图示的类型，并且似乎彼此间隔开的某些部件通常彼此接触地安装。自动变暗滤光器3包括两个液晶盒10，两个液晶盒10依次光学布置，其中(在该实施例中为水平的)偏振器21布置在其之间。此外，自动变暗滤光器3包括两个(在该实施例中为竖直的)偏振器20，两个偏振器20处于与水平偏振器21布置在其上的液晶盒10的那一侧相对的每个液晶盒10的侧面上。因此，形成了夹心结构，其中竖直偏振器20、液晶盒10、水平偏振器21、另一液晶盒和另一竖直偏振器20依次布置。技术人员将会知道，竖直偏振器可被水平偏振器替换，并且水平偏振器可被竖直偏振器替换，只要中间的偏振器不同于外部偏振器。此外，其他取向是可行的，只要中间的偏振器提供相对于由外部偏振器提供的偏振取向有所倾斜的取向的偏振。因此，在不存在任何液晶的情况下，三个偏振器的组合阻挡穿过三个偏振器的光至显著水平。

此外，自动变暗滤光器3具有UV(紫外光)滤光器，自动变暗滤光器3通常还包括IR(红外光)滤光器。UV光滤光器阻挡至少显著量的紫外光。UV光滤光器被布置在面向远离人(例如焊工)眼睛100的自动变暗滤光器的一侧上，该人是使用自动变暗滤光器3的人。UV滤光器优选地固定层压到自动变暗滤光器中。

此外，自动变暗滤光器3可包括位于自动变暗滤光器3的面向眼睛侧和/或相对两侧上的可互换透明防护层。

Claims (12)

1.一种用于焊接防护的自动变暗滤光器，所述自动变暗滤光器包括第一液晶盒，所述第一液晶盒具有两个扁平的超薄玻璃基底，其中所述超薄玻璃基底具有介于30μm和200μm之间的厚度。

2.根据权利要求1所述的自动变暗滤光器，还包括扁平的第一偏振器和扁平的第二偏振器，所述第一偏振器和所述第二偏振器各自具有偏振方向，所述第一偏振器和所述第二偏振器以重叠方式布置在所述第一液晶盒的相对两侧上，所述第一偏振器和所述第二偏振器的偏振方向彼此成角度地偏移取向。

3.根据权利要求2所述的自动变暗滤光器，还包括第二液晶盒，所述第二液晶盒具有两个扁平的超薄玻璃基底。

4.根据权利要求3所述的自动变暗滤光器，还包括扁平的第三偏振器，所述第三偏振器具有偏振方向，所述第二偏振器和所述第三偏振器以重叠方式布置在所述第二液晶盒的相对两侧上，其中所述第一偏振器和所述第三偏振器以它们的相对于彼此平行或相对于彼此以在6至12度范围内的角度取向的偏振方向布置。

5.根据权利要求3或4所述的自动变暗滤光器，其中所述第一液晶盒和所述第二液晶盒中的每一个液晶盒具有边缘密封件，所述边缘密封件将所述液晶密封在由所述超薄玻璃基底和所述边缘密封件形成的空间内。

6.根据权利要求5所述的自动变暗滤光器，其中所述超薄玻璃基底中的每一个超薄玻璃基底包括用于所述液晶的透明电极层和对准层。

7.根据前述权利要求中任一项所述的自动变暗滤光器，其中所述超薄玻璃基底具有介于50μm和150μm之间的厚度。

8.根据权利要求4所述的自动变暗滤光器，所述自动变暗滤光器具有第三液晶盒和第四偏振器，其中所述第一液晶盒、所述第二液晶盒和所述第三液晶盒被布置在所述第一偏振器和所述第四偏振器之间，并且其中所述第二偏振器被布置在所述第一液晶盒和所述第二液晶盒之间，并且所述第三偏振器被布置在所述第二液晶盒和所述第三液晶盒之间。

9.根据权利要求8所述的自动变暗滤光器，所述自动变暗滤光器具有第四液晶盒和第五偏振器，其中所述第一液晶盒、所述第二液晶盒、所述第三液晶盒和所述第四液晶盒被布置在所述第一偏振器和所述第五偏振器之间，并且所述第四偏振器被布置在所述第三液晶盒和所述第四液晶盒之间。

10.根据权利要求9所述的自动变暗滤光器，还具有第五液晶盒和第六偏振器，其中所述第一液晶盒、所述第二液晶盒、所述第三液晶盒、所述第四液晶盒和所述第五液晶盒被布置在所述第一偏振器和所述第六偏振器之间，并且所述第五偏振器被布置在所述第四液晶盒和所述第六液晶盒之间。

11.一种焊接防护器，诸如焊接罩或焊接头盔，所述焊接防护器包括根据前述权利要求中任一项所述的自动变暗滤光器。

12.根据权利要求11所述的焊接防护器，还包括电子电路，所述电子电路具有电源和光传感器并且电连接到所述自动变暗滤光器，其中所述电子电路被配置用于致使所述自动变暗滤光器根据由所述光传感器检测到的光进行切换。