DE2742211A1

DE2742211A1 - Lichtventil und verfahren zum betrieb eines lichtventils, insbesondere fuer eine automatisch unter dem einfluss einer stoerenden strahlung abdunkelnde schutzbrille

Info

Publication number: DE2742211A1
Application number: DE19772742211
Authority: DE
Inventors: Bruno Dipl Chem Dr Hampel; Werner Dipl Ing Pauls
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: HAMPEL, BRUNO, DR.RER.NAT. PAULS, WERNER, DR.-ING.
Priority date: 1977-09-20
Filing date: 1977-09-20
Publication date: 1979-03-29
Also published as: DE2742211C2

Description

Lichtventil und Verfahren zum Betrieb eines Lichtventils,
insbesondere für eine automatisoh unter dem Einfluß einer störenden Strahlung abdunkelnde Sohutzbrille In der Patentanmeldung P 26 06 416 ist eine Sohutzbrille beschrieben, die sich unter dem Einfluß des Sohweißliohtes unter Zuhilfenahme elektronischer Hilfsmittel selbsttätig abdunkelt, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die verwendete Flüssig-Kristallzelle einen flüssigen Kristall enthält, dessen DK-Anisotropie als Funktion der Frequenz das Vorzeichen wechselt.
Die im folgenden beschriebenen Verbesserungen an der Zelle für die Schutzbrille sind nioht nur für diesen Verwendungszweck anwendbar, sondern für alle Fälle, in denen ein schnell sohaltendes Liohtventil ohne bewegte mechanische Teile benötigt wird. Beispiele hierfür sind Liohtdosieranlagen, elektronisobe Verschlüsse, Anzeigetafeln und Bildschirme, insbesondere mit Multiplexansteuerung.
Der Betrieb solcher Zellen erfolgt mit Sinu-Weohaelstrom, um den kapazitiven Blindstrom,der bei höheren Frequenzen auftritt, kompensieren zu können.
Es zeigt sich nun, daß der Temperaturbereich, innerhalb dessen die Frequenzsohaltung in annehmbarer Gesohwindigkeit, d.h. in 0 als 0 weniger als 50 ms abläuft, nur von etwa 0° bis 35°C sich erstreokt. Besonders der letztere Wert liegt zu niedrig, da in Räumen, in denen geschweißt wird, leicht Temperaturen über 350C auftreten.
Weitere Mängel der beschriebenen Anordnung sind: Beim Hellschalten bilden sioh sogenannte Inversionswände und beim Dunkelsohalten geht die Flüssigkristallschicht in einen Zustand über, der nioht die maximal mögliohe Abdunkelung ergibt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, durch das der Schnellschaltbetrieb bis wenigstens 500C gewährleistet ist, und das die übrigen beschriebenen Mängel der Zellen beseitigt.
Überrasohend wurde nun gefunden, daß die verwendeten Fg-Zellen bis zu wesentlioh höheren Temperaturen sohalten, wenn man verzerrte Wellenformen verwendet.
Besonders einfach sind Reohteokwellen herstellbar, die sioh daher zum Betrieb der Zellen besonders eignen.
Der Temperaturbereich, der den Sohnell-Sohalt-Betrieb nach der hier und in der Anmeldung P 26 06 416 besohriebenen Art ermöglioht, wird duroh Verwendung von Reohteokwellen oder anderen verzerrten Wellenformen von etwa 400C bis auf etwa 500C ausgedehnt.
Die Verbesserung im Temperatur-Sohaltverhalten ist aus den am Sohluß beschriebenen Beispielen ersichtlich.
Da der Reohteokbetrieb keine Kompensation des Blindetromes der Zellen mehr zuläßt, war es von Bedeutung, daß eine vollständige Abdunkelung der Zellen mit einer kurzen Anwendung der Hochfrequenz (oa. 19-100 kHz) möglioh ist. Um die Zelle im voll abgedunkelten Zustand zu halten, genügt es, von Zeit zu Zeit einen Spannungsimpuls an die Zelle zu legen.
Die Hellschaltung der Zellen erfolgt duroh Weohsel von Hoohfrequenz (oa. 10-100 kHz) zur Niederfrequenz. Dabei zeigen Zellen, die duroh Reiben hergestellt wurden, eine mehr oder weniger bleibende Vereohleierung, die duroh das Auftreten von sogenannten Inversionswänden hervorgerufen wird. Benutzt man zur Herstellung der Zellen Gläser, die duroh aufgedampfte Riohtsebiohten orientiert sind, so ist die Tendenz zur Verschleierung vermindert, wenn man solohe Riobtsohichten verwendet, die einen relativ großen Tiltwinkel ergeben. Aus versohiedenen Gründen ist nun ein sehr großer Tilt-Winkel un erwünscht.
Besonders niedrige Tendenz zur Versohleierung zeigen Zellen, die unsymmetrisch aufgebaut sind. Solohe Zellen sind z.B.
aus einer Glasplatte aufgebaut, die duroh Reiben mit Diamantpulver, Styropor oder anderen organisohen Materialien orientiert ist und einer zweiten Platte, die durch Aufdampfverfahren orientiert ist.
Die besohriebenen Maßnahmen beseitigen die Ausbildung von bleibenden Inversionswänden in den Zellen. Unmittelbar naoh dem Umschalten von Hoobfrequenz zu Niederfrequenz findet aber immer nooh eine Wandbildung mit entsprechender Versohleierung statt. Diese klingt zwar innerhalb von 0.1 bis 1.5 s ab, stört aber dennooh. Diese vorübergehende Versohleierung kann unterdrückt werden, wenn man die Niederfrequenz nioht unmittelbar einsohaltet, sondern naoh Absohalten der Hochfrequenz die Niederfrequenz innerhalb von 0.1 bis 0.5 s von Null auf ihren Endwert wachsen läßt.
Die Umschaltung vom durchlässigen in den undurchlässigen Zustand erfolgt - wie in der Anmeldung P 26 06 416 beschrieben -innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne. Bei Verwendung von schnell schaltenden (unsymmetrischen) Zellen führt die Abdunkelung nioht in allen Teilen der Zelle zu dem voll abdunkelnden Zustand mit einer Verdrillung von 900. Es treten vielmehr Zustände auf, die sich vom erwünschten duroh eine Zusatzverdrillung von + 1800 oder - 1800 unterscheiden. Diese Zustände sind stärker durchlässig als der Idealzustand.
Beim Abschalten der Spannung erweist sich zumindest der eine dieser Zustände als instabil und klappt in den stabilen Zustand mit oa. 90°-Verdrillung um. Dabei durchläuft die Zelle einen Zwischenzustand, in dem sie gut durchlässig wird. Diese Möglichkeit, in den stabilen Idealzustand zu kommen, ooheidet also aus.
Es wurde nun gefunden, daß der Übergang in den stabilen oder den instabilen Zustand stattfindet, Je nachdem von welohem NF-Spannungsniveau die Dunkelsohaltung ausgeht. Liegt an der Zelle vor der Dunkelsohaltung eine hohe Spannung, so sohaltet die Zelle in den instabilen Zustand. Umgekehrt geht die Zelle beim Dunkelsohalten in den erwünschten stabilen Zustand über, wenn die Spannung sehr niedrig ist. Die Spannungsschwelle, die die beiden Bereiohe voneinander trennt, ist verhältnismäßig scharf. Bei mit dem Flüssigkristall ZLI 1085 gefüllten Zellen wurde die Spannungsschwelle bei etwa 8 V gefunden.
Die vorstehenden Besohreibungen haben gezeigt, daß der Betrieb des Zwei-Frequenz-Liohtventils mit verschiedenen Sohwierigkeiten belastet ist. Diese wirken sioh besonders bei hohen Temperaturen aus. Auf der anderen Seite werden die Eigenschaften der gewöhnliohen Sohadt-Helfrioh-Zelle bei höheren Temperaturen immer günstiger. So ist bei speziellen lüssig-Kristallen schon bei 30°C mit Abdunkelungszeiten (bestimmt duroh die Abfallzeit oder deoay time) von unter 50 ms zu reohnen.
Daher erweist es sich als zweckmäßig - besonders bei Zellen, die ein sehr hohes Abdunkelungs-Verhältnis haben sollen -die Eigenschaften der Zwei-Frequenz-Zelle und der normalen 80hadt-Helfrioh-Zelle miteinander zu kombinieren. Bei einer solohen Kombination wird die Dunkel-Schaltzeit unterhalb von oa. 3000 von der Zwei-Frequenz-Zelle und oberhalb von 300C von der normalen S@hadt-Helfrich-Zelle bestimmt und man erhält ein Bauelement, das im gesamten Bereich von 0° bis + 600C eine Schaltzeit von unter 50 me besitzt.
Die folgenden Beispiele erläutern die Ausführung der Ertindung. Sie schränken eie aber in keiner Weise ein. So sind naoh anderen Methoden hergestellt Flüssig-lristall-Zellen1 andere Wellenformen oder auoh andere beschriebene Sohi tequenzen möglich.
Beispiel 1 Eine Flüssigkristallzelle üblicher Bauart mit einem Abstand der beiden leitfähig beschichteten Glasplatten von 14 wurde mit dem Flüssig-Kristall ZLI 1085 der Firma Merck gefüllt. Die Oberflächen-Orientierung der Glasplatten wurde duroh Reiben mit 0.1 Zm Diamant-Pulver und die einheitliche Verdrillung duroh Zusatz von 0.32 % des Flüssig-Kristalls ZLI 1082 der Firma Merok erreicht. Die Zelle wurde mit einem Netzgerät betrieben, das einmal 30 Volt, 50 Hz und naoh Umsohalten 30 Volt, 10 bis 100 kHz lieferte, wobei die Kurvenform ein reiner Sinus war.
Bei einer Meß-Temperatur von 400C und einer Frequenz von 90 kHz war die Dunkelschaltzeit 100 ms. Bei 500C war die Dunkelsohaltzeit auf über 300 ms angestiegen, ein weitaus zu großer Wert.
Beispiel 2 Es wurde die gleiohe Zelle wie im Beispiel 1 verwendet, Jedoch erfolgte die Anregung mit 30 V, 50 Hz Reohteokspannung, bzw. naoh Umschalten mit 30 V, 10 - 100 kHz Reohteokspannung.
Bei 400C und 45 kHz wurde eine Dunkelsohaltzeit von 40 Ins und bei 50°C, 80 kHz eine solche von 60 ms gemessen.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Betrieb eines Liohtventils mit einer Sohadt-Heifrioh-Zelle, dadurch gek e n n z ei ob ne t, daß der Betrieb der Zelle mit Reohteckspannungen 10 bis 100 kHz erfolgt.
2. Verfahren zum Betrieb eines Liohtventils gemäß Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur schnellen Absobaltung ein Impulszug von 50 bis 1000 ms Dauer verwendet wird.
3. Verfahren zum Betrieb eines Lichtventils gemäß Anspruch 1, da dur ob gekennzeichnet, daß die Zelle im Lunkelzustand duroh einzelne Reohteokimpulse gehalten wird, die alle 50 - 100 ms angewendet werden, die eine Spannung von 10 - 60 Volt haben und deren Anstiegszeit kleiner als 1 9 ist.
4. Verfahren zum Betrieb eines Liohtventils gemäß Anspruoh 1, da dur oh gek e n n z ei ob ne t, daß die Hellsobaltung mit einer im Laufe von 100 bis 500 Ins ansteigenden Weohselspannung von 32 bis 256 Hz erfolgt.
5. Verfahren zum Betrieb eines Liohtventils gemäß Anspruch 4, d a d u r o h g e k e n n z e i o h n et, daß die Wechselepannung einen Wert von 8 V bei 200 nioht Ubersohreitet.
6. Lichtventil mit einem flüssigen Kristall vom verdrillten nematisohen Typ, der als Funktion der Frequenz sein Vorzeiohen weobselt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Zelle aus 2 Glasplatten beeteht, an denen der flüssige Kristall Je einen versohiedenen Anstellwinkel hat.
7. Lichtventil gemäß Anspruoh 9 d a d u r o h g e k e n n z e i o h n et, daß die beiden die Zelle begrenzenden Glasplatten naoh zwei verschiedenen Verfahren behandelt worden sind.
8. Lichtventil gemäß Anspruch 9 d a d u r c h g e k e n n z e i o h n e t, daß die eine Glasplatte duroh Sohrägbedampfen und die andere Glasplatte duroh Reben orientiert worden ist.
9. Kombiniertes Lichtventil, bestehend aus zwei einzelnen Liohtventilen, gekennzeichnet daduroh, daß das eine ein Liohtventil gemäß Anspruch 6 - 8 ist und das zweite ein Lichtventil vom normalen Sohadt-Helfrioh-yp mit einem als Funktion der Frequenz das Vorzeichen nicht weohselnden Flilssigkristall.