DE69523402T2 - Flüssigkristall-schweissschutzscheibe mit verbesserten optischen winkeleigenschaften - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft Flüssigkristall-Schweißerschutzglasschilde mit verbesserten optischen Winkeleigenschaften, und genauer gesagt, Filterkonstruktionen gemäß dem Oberbegriff des nachstehenden Anspruchs 1.
• Flüssigkristall-Schutzglasschilde sind dem Fachmann seit vielen Jahren bekannt. Diese Schilde bestehen aus einer Kombination von gekreuzten Polarisationsfiltern und Flüssigkristallschichten, und das Schutzglas kann als Reaktion auf eine Veränderung eines elektrischen Einflusses aus einem undurchsichtigen Zustand in einen Zustand mit erhöhter Lichtdurchlässigkeit umschalten, wobei dieser Einfluß durch das während des Schweißvorgangs auf einen Detektor auffallende Licht und/oder durch elektromagnetische Detektion gesteuert wird. Dadurch wird der Schweißer in die Lage versetzt, eine Schweißarbeit auszuführen und außerdem Aufgaben außerhalb des Schweißbereichs zu erledigen, ohne den Schutzschild zu abzunehmen, da der Schild durchsichtig bzw. lichtdurchlässig ist, wenn er nicht dem blendenden Licht eines Schweißlichtbogens ausgesetzt ist, und sich sofort verdunkelt, wenn er einem solchen Licht ausgesetzt ist.
• Die Filter sind normalerweise in einer Gesichtsmaske montiert, und ein besonderes Problem ist, daß die Sichtfläche wegen der Tatsache, daß die Graufilterwirkung vom Einfallswinkel des Umgebungslichts abhängig ist, ungleichmäßig verdunkelt wird.
• Eine Verbesserung in dieser Hinsicht wird durch US-A-4 398 803 gelehrt, wonach die Flüssigkristalle relativ dünn hergestellt werden, wobei das Produkt aus Schichtdicke und optischer Anisotropie (d.h. die Brechungsindex-Differenz An zwischen dem Brechungsindex von ordentlichen und außerordentlichen Lichtstrahlen) etwa 150 bis 600 nm erreicht.
• In diesem Zusammenhang besteht eine typische Zellenkonstruktion aus einer Flüssigkristallzelle vom verdrehten nematischen Typ (TN), die zwischen zwei gekreuzten Polarisationsfiltern eingefügt ist, wobei die Begrenzungswände mit einer Kunststoffschicht behandelt sind, die in bestimmten Richtungen (den sogenannten Orientierungsrichtungen) gestrichen/gerieben worden ist, so daß die Struktur in den Flüssigkristallbegrenzungsflächen die nematischen Moleküle zwingt, jeweils bestimmte Winkelpositionen einzunehmen, und die Moleküle zwischen den Begrenzungsflächen gegeneinander um 90º verdreht sind. (Dem Fachmann sind auch andere Oberflächenbehandlungsverfahren bekannt, die entsprechende Wirkungen haben.) In einem elektrisch nicht aktivierten Zustand wird beim Durchgang von Licht durch das Filter die Polarisationsebene um 90º gedreht, um die Wirkung der gekreuzten Polarisations- bzw. Polaroidfilter zu kompensieren, und die Zelle wird lichtdurchlässig. Diese Drehung der nematischen Moleküle kann durch Anlegen eines elektrischen Feldes mehr oder weniger aufgehalten werden, wodurch eine Filterwirkung erzielt wird, die gleichfalls gesteuert werden kann. Eine derartige Zelle weist jedoch in ihrem dunklen, elektrisch aktivierten Zustand eine relativ starke Asymmetrie mit unterschiedlicher Absorption von Licht auf, das anders als rechtwinklig einfällt, wobei diese Asymmetrie dadurch weiter verstärkt wird, daß die der Oberfläche am nächsten liegenden, durch die Oberflächenwirkung gebundenen nematischen Moleküle immer noch eine optische Restaktivität verursachen. Wenn daher die Lichteinfallswinkel bezüglich der Normalen (d.h. dem senkrechten Einfall) zunehmen, wird das Filter in den beiden Richtungen der Winkelhalbierenden zwischen den Orientierungsrichtungen durchsichtiger und relativ konstant bezüglich der Richtungen der gekreuzten Polaroidfilter in Richtung einer Winkelhalbierenden, während es sich in Richtung der anderen Winkelhalbierenden verdunkelt.
• Bekannt ist die Kompensation des asymmetrischen Effekts durch Kombination von zwei um 90º gegeneinander verdrehten TN- Zellen, so daß die "schwache" Winkelhalbierende bzw. Bisektrix einer TN-Zelle mit der "starken" Winkelhalbierenden der anderen TN-Zelle zusammenfällt, und umgekehrt. Trotz dieser Kompensation ist jedoch das Gesichtsfeld noch immer ungleichmäßig, was für den Anwender lästig ist. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, in dieser Hinsicht für eine Verbesserung zu sorgen.
• Eine besondere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Verbesserung hinsichtlich der geringen Absorption im durchsichtigen Zustand des Glases zu erreichen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Schweißerschutzglas mit veränderlicher Dunkelheit im abgedunkelten Zustand bereitzustellen, um die Verwendung ein und desselben Schutzglases bei sehr starkem Schweißlicht und bei viel schwächerem Schweißlicht zu ermöglichen, so daß alle Arten von Schweißarbeiten mit ein und derselben Schutzglasabschirmung in bestmöglichem Umfang ausgeführt werden können. Dem Fachmann ist bekannt, daß die optische Aktivität durch Anlegen unterschiedlicher Spannungen variiert werden kann, obwohl bei den früher bekannten Verfahren die Ungleichmäßigkeit der winkelabhängigen Leuchtdichte gewöhnlich störender wird, wenn die Spannung an den Zellen erhöht wird.
• Die wichtigsten Aufgaben werden erfindungsgemäß mit einer Flüssigkristall-Schweißerschutzglas-Filterkonstruktion von der in der Einführung definierten Art gelöst, welche die in Anspruch 1 dargelegten charakteristischen Merkmale aufweist.
• So entfernt sich nach einem Aspekt der Erfindung die Konzeption von dem typischen Verdrehungswinkel von 90º bei "verdrehten nematischen Kristallen" und verwendet statt dessen einen kleineren Winkel, der kleiner als 85º ist und vorzugsweise zwischen 20º und 85º liegt, wobei jedoch die klassische Orientierung der Polaroidfilter mit zueinander senkrechten oder, mit anderen Worten, gekreuzten Polarisationsebenen beibehalten wird. Die Verbesserung ist bei Winkeln zwischen 80º und 90º weniger wahrnehmbar, macht sich aber zwischen 80º und 70º stärker bemerkbar und ist noch augenscheinlicher bei einem Winkel von 60º und ebenso groß bei 50º. Bei Flüssigkristallen mit einer Dicke von 4 um, die aus der Kristallsubstanz Merck ZLI 3700100 bestehen, wird ein Verdrehungswinkel von 60-70º bevorzugt. Obwohl die Asymmetrie bei jeder einzelnen Zelle stärker wird, erhält man nichtsdestoweniger eine verbesserte Feldhomogenität bei Kombination von zwei derartigen Kristallen.
• Aus EP-A-0 005 417 ist die Verwendung verdrehter nematischer Flüssigkristallschichten mit einer Verdrehung von weniger als 90º in Schweißerschutzglas-Filterkonstruktionen an sich bekannt, jedoch für einen anderen Zweck, nämlich hauptsächlich zum Erreichen eines schnelleren Schaltvorgangs, da die Kristallschichten dünner sein können. Um die Schwärzung des Filters nicht zu vermindern, sind die Polarisationsfilter entsprechend gegen den herkömmlichen Kreuzungswinkel verdreht, während nach der vorliegenden Erfindung der Kreuzungswinkel beibehalten wird, wodurch sich die optischen Winkeleigenschaften verbessern, jedoch mit einer gewissen Einbuße beim Absorptionsgrad.
• Beim heutigen Flüssigkristall-Schweißerschutzglas wird zusätzlich zu den TN-Zellen oft eine Pigmentzelle (Gast-Wirt- Zelle) verwendet, um eine ausreichende Absorption zu erzielen und im Falle eines Spannungsverlusts einen Schutzzustand sicherzustellen. Obwohl derartige Zellen an sich gute Winkeleigenschaften aufweisen, stellen sie trotzdem eine Komplikation dar und können dazu führen, daß das Filter langsamer als notwendig reagiert, und ein besonderes Ziel ist daher, Pigmentzellen weglassen zu können, indem man eine ausreichende Lichtabsorption durch die drehenden oder sich verdrehenden Zellen ermöglicht.
• Um an zwei verschiedene Flüssigkristallzellen die gleiche Spannung anlegen und damit die erforderliche Elektronik vereinfachen zu können, wird gegenwärtig die Verwendung von zwei miteinander identischen Zellen bevorzugt. Durch Fallenlassen dieser Bedingung können jedoch mehr Freiheitsgrade gewonnen werden, und die Verwendung einer Zelle mit 90º Verdrehung in einem der gekreuzten Polaroidfilter führt außerdem bei fehlender Spannung zu niedriger Lichtabsorption in durchsichtigen Zuständen und bei Aktivierung zu einem größeren Dunkelheitsgrad.
• Eines der Probleme, die bei Verwendung von Zellen mit einem kleineren Verdrehungswinkel als 90º auftreten, die zweckmäßigerweise als "Zellen mit geringer Verdrehung" bzw. "schwach verdrehte Zellen" bezeichnet werden, betrifft das Erreichen einer hohen Lichtdurchlässigkeit im durchsichtigen Zustand, während gleichzeitig im dunklen Zustand eine ausreichend niedrige Lichtdurchlässigkeit erzielt wird. Infolgedessen wird nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine "symmetrische" Polarisationsfilteranordnung bevorzugt. Bei einer Anordnung der Polarisationsfilter unter gegenseitigen Schnittwinkeln von 90º ist es geeignet, eine schwach verdrehte Zelle so anzubringen, daß die Winkelhalbierende zwischen den Oberflächenbehandlungsrichtungen im wesentlichen mit einer Winkelhalbierenden zwischen den Polarisationsrichtungen der Filter zusammenfällt. Die höchste Lichtdurchlässigkeit erhält man dann in dem elektrisch nicht aktivierten Zustand des Elements, d.h. in seinem durchsichtigen Zustand.
• Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es außerdem günstig, die Dicke der Flüssigkristallzellen stärker zu verringern, als in der obenerwähnten US-Patentbeschreibung empfohlen wird. Dies führt insbesondere zu einer verkürzten Schaltzeit, da die Schaltzeit umgekehrt proportional zum Quadrat der Zellendicke ist. Folglich kann die Schaltzeit in einer Größenordnung von 50% verkürzt werden, indem man die Dicke der Flüssigkristallzellen unter sonst gleichen Bedingungen von 4 um auf 3 um verringert. Auf Grund einer Abhängigkeit, die zwischen dem Produkt aus Dicke und optischer Anisotropie, dem Verdrehungswinkel und der Lichtdurchlässigkeit im hellen oder lichtdurchlässigen Zustand festgestellt wurde, kann diese Verringerung der Zellendicke durch Verwendung von schwach verdrehten Zellen erzielt werden. Diese Abhängigkeit kann zur Konstruktion eines Schweißerschutzglases mit guten optischen Winkeleigenschaften, hoher Lichtdurchlässigkeit im durchsichtigen Zustand und Eigenschaften einer schnellen Zustandsumschaltung genutzt werden. Dies ist nur durch Verwendung von schwach verdrehten Zellen möglich, wobei die Polarisationsfilter auf die oben beschriebene symmetrische Weise angeordnet sind.
• Die Hauptursache dieses Dickenproblems ist, daß eine Zelle, die keine nennenswerte Dicke aufweist, keine saubere optische Drehung von einfallendem polarisiertem Licht bewirkt und statt dessen elliptisch polarisiertes Licht emittiert wird. Wenn diese Zelle zwischen zwei gekreuzten Polarisationsfiltern eingefügt wird, variiert die Lichtdurchlässigkeit periodisch mit der Dicke der Zelle. Das Problem wird leicht vermindert, wenn Zellen mit einem kleineren Verdrehungswinkel als 90º verwendet werden. Eine optimale Dicke wird jedoch durch den Verdrehungswinkel festgelegt, wie in Fig. 7 dargestellt und weiter unten erläutert. Folglich werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform Kombinationen aus dem Produkt von Dicke und optischer Anisotropie (einer Materialkonstanten) und dem Verdrehungswinkel durch diese Kurve festgelegt.
• Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann eine schwach verdrehte Zelle antisymmetrisch angeordnet werden, das heißt, die Richtung der Winkelhalbierenden des spitzen Winkels wird so zwischen die Behandlungsrichtungen (Reibrichtungen) der Zelle gelegt, daß sie mit der Polarisationsrichtung eines Polarisationsfilters zusammenfällt. In einem nicht aktivierten Zustand weist eine solche Konstruktion eine relativ niedrige Lichtdurchlässigkeit auf, aber bei Anlegen einer mäßigen Spannung erhält man einen stärker lichtdurchlässigen Zustand, wobei dieser stärker lichtdurchlässige Zustand in einen im allgemeinen dunkleren Zustand zurückkehrt, wenn die Spannung wieder erhöht wird. Ein Vorteil dieser Konstruktion ist, daß ein Spannungsverlust nicht zu einem Verlust der Lichtabsorption führt und daß eine gegebene Schutzwirkung erhalten bleibt. Dies ermöglicht eine leichtere Einhaltung der bestehenden Norm für Schweißerschutzgläser, die fordert, daß die Differenz zwischen einem eingestellten Zustand und einem Zustand, der bei Verlust der Stromzufuhr auftritt, selbst bei hohen Dunkelheitsgraden höchstens neun Dunkelheitsgrade beträgt. Dies ermöglicht die Verwendung von zwei asymmetrischen schwach verdrehten Zellen oder von einer symmetrischen Zelle und einer asymmetrischen schwach verdrehten Zelle.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand von Erläuterungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
• Fig. 1 zeigt eine auseinandergezogene Darstellung einer Schweißerschutzglaskonstruktion nach einem bekannten Verfahren (um 90º verdrehte nematische Zelle).
• Fig. 2 zeigt zwei erfindungsgemäße Kristallzellenbegrenzungsplatten.
• Fig. 3 zeigt schematisch eine Grauwertskala, die darstellt, wie die mit dem früheren bekannten Verfahren erzielte ungleichmäßige Absorption vom Anwender wahrgenommen wird.
• Die Fig. 4-6 zeigen Polardiagramme, welche die Lichtabsorption bei verschiedenen Einfallswinkeln darstellen. Fig. 4 zeigt die benutzte Skala.
• Fig. 5 ist ein Polardiagramm, das einen bekannten Schweißerschutzglastyp veranschaulicht. Fig. 6 ist ein entsprechendes Polardiagramm, das ein erfindungsgemäßes Schweißerschutzglas veranschaulicht.
• Fig. 7 zeigt, wie der optimale Verdrehungswinkel mit dem Produkt aus optischer Anisotropie und Zellendicke variiert.
• Die auseinandergezogene Schemazeichnung von Fig. 1 zeigt die verschiedenen Komponenten eines Schweißerschutzglases. Die äußerste Komponente ist ein Interferenzfilter 1, das auch zur Entfernung von UV-Licht und IR-Licht dient und den Wellenlängenbereich begrenzt. Darauf folgen dann ein erstes Polarisationsfilter 2 (Polaroid), eine erste optisch drehende Flüssigkristallzelle 3, ein zweites Polarisationsfilter 4, dessen Polarisationsrichtung senkrecht zur Polarisationsrichtung des ersten Polarisationsfilters 2 ist, eine zweite optisch drehende Flüssigkristallzelle 5 und ein drittes Polarisationsfilter 6 mit der gleichen Polarisationsrichtung wie das erste Polarisationsfilter 2. Die Anordnung kann wahlweise auch eine sogenannte Gast-Wirt-Zelle 7 aufweisen. Diese letztere Zelle ist keine optisch drehende Zelle, sondern weist statt dessen einen nematischen Flüssigkristall auf, dessen Moleküle und Atome normalerweise mit Hilfe von vorbehandelten Glasflächen parallel zur Polarisationsrichtung des dritten Polarisationsfilters ausgerichtet werden. Ein beigemischtes Pigment mit geordneter anisotroper Absorption weist im ausgerichteten Zustand ein hohes Absorptionsvermögen auf. Bei Anlegen einer Spannung richten sich die Moleküle des nematischen Kristalls rechtwinklig zu den Oberflächen aus und bewirken dadurch, daß sich die Pigmentmoleküle in Positionen mit der niedrigsten Lichtabsorption bewegen. Derartige Zellen sind dem Fachmann bekannt. Ein Vorteil solcher Zellen gegenüber anderen Zellen ist, daß sie in Abwesenheit einer angelegten Spannung eine Filterwirkung bereitstellen, während die übrigen Zellen in Abwesenheit einer angelegten Spannung lichtdurchlässig sind. Wenn ein Schweißfilter in Gebrauch genommen wird und seine Steuerschaltungen aktiviert werden, wird das Filter lichtdurchlässiger. Ein Sensor (nicht dargestellt) kann jetzt erfassen, ob Schweißlicht in das Filter eintritt oder nicht, womit die Steuerschaltung (nicht dargestellt) veranlaßt, daß an die Zellen 3 und 5 eine Steuerspannung angelegt wird, während die Spannung an der Zelle 7 weggenommen wird. Eine derartige Anordnung ist der Erfindung und den früheren, bekannten Verfahren gemeinsam, soweit die Erfindung mit der Natur der Flüssigkristalle zu tun hat.
• Die nach innen gewandten Glasplatten der Zellen sind mit lichtdurchlässigen, elektrisch leitenden Elektrodenschichten (z.B. Zinndioxidschichten) versehen, auf denen z.B. eine Polyimidschicht aufgebracht ist, die mechanisch behandelt worden ist, normalerweise durch Streichen/Reiben in bestimmten Richtungen, nach bekannten Verfahren in Richtungen, die in einander zugewandten Flächen senkrecht zueinander sind. Nach diesem bekannten Verfahren werden die Zellen 3 und 5 asymmetrisch zueinander gedreht, z.B. so, daß die erste Zellenoberfläche, die in der Zelle 3 Licht empfängt, senkrecht zur Polarisationsrichtung des Polaroidfilters 2 behandelt wird, während die erste Oberfläche, die in der Zelle 5 Licht empfängt, parallel zur Polarisationsrichtung des Polaroidfilters 2 behandelt wird. Damit wird die in der Einführung beschriebene Kompensation erzielt.
• Durch Verändern der angelegten Spannung von etwa 3,3 V auf etwa 4,4 V kann veranlaßt werden, daß eine derartige Schweißerschutzglas-Filteranordnung von ihrem durchsichtigen Zustand mit einer Schwärzung von 3,6 zu Schwärzungswerten im Bereich von 9 bis 13 umschaltet. An beide Zellen wird die gleiche Spannung angelegt.
• Die Schwärzung variiert, weil die Kunststoffschichten an den Innenflächen des Glases, die eine Ausrichtung der Moleküle parallel zu den Oberflächen verursachen, der Spannung entgegenwirken, welche die nematischen Moleküle parallel zum elektrischen Feld auszurichten sucht, und infolgedessen die elektrisch beeinflußte Orientierung dazwischen ihre größte Wirkung hat und zu den Oberflächen hin abnimmt. In der Praxis bleibt jedoch wegen der Oberflächeneffekte immer eine gewisse optische Aktivität erhalten. Folglich ist zu erwarten, daß bei fehlender Zelle zwei zueinander gekreuzte Polaroide einer Schwärzung von 10-11 entsprechen, und daß bei vorhandener Zelle die Schwärzung in der Praxis zwischen 4,5 und 6,5 und entsprechend dem Vorstehenden mit den jeweils angelegten Spannungen variiert.
• (Die Schwärzung ist herkömmlich wie folgt definiert:
• D = 1 + 7/3 · ¹&sup0;log (1/T),
• wobei T der Durchlässigkeitsfaktor ist.)
• Trotz der Kompensation, die bezüglich schräger Einfallswinkel erzielt wird, bleiben bei der praktischen Ausführung dieses bekannten Verfahrens noch immer die nicht unbedeutenden Differenzen im Gesichtsfeld erhalten.
• Bisher basierte die Konzeption von Flüssigkristall- Schweißerschutzglaskonstruktionen auf der erwarteten natürlichen Geometrie, die man erhält, wenn als Reaktion auf Zwangsbedingungen an den Grenzflächen die Orientierung des Kristalls um 90º verdreht wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist nun festgestellt worden, daß durch Verkleinern des Winkels, um den der Kristall verdreht wird, eine Verbesserung erzielt werden kann. Dies ist in Fig. 2 veranschaulicht, die ein Plattenpaar einer Flüssigkristallzelle zeigt. Die einander zugewandten Flächen der Platten 10 und 11 sind jeweils mit elektrisch leitenden Schichten und dünnen Kunststoffüberzügen versehen. Diese Schichten und Überzüge werden entsprechend den weißen Pfeilen 12 und 13, aber in einem Winkel θ zueinander, gestrichen bzw. gerieben. Dieser Winkel beträgt nach dem früheren, bekannten Verfahren 90º, ist aber nach der vorliegenden Erfindung kleiner als 90º. Wie dargestellt, ist die Plattenanordnung für eine Zelle mit natürlicher Drehung gegen den Uhrzeigersinn vorgesehen, obwohl auch im Uhrzeigersinn drehende Zellen bekannt sind. Die Platten sind bei 14 und 15 mit Einrichtungen zum Anlegen einer Spannung versehen. Die Bezugszeichen 16 und 17 bezeichnen an den Plattenkanten angebrachte Kennmarken.
• Fig. 3 veranschaulicht ein Filter in dem in einem Schweißerhelm eingesetzten Schweißerschutzglas und zeigt das Filter, wie es vom Träger des Helms aus gesehen wird. Das Filter wird aktiviert und weist in Vorwärtsrichtung einen Schwärzungsfaktor oder -koeffizienten auf, wobei jedoch dieser Koeffizient in zwei Richtungen vermindert ist, so daß das Gesichtsfeld in den Bereichen 18 eine geringere Absorption aufweist. Dies ist das vom Träger empfangene subjektive Bild, obwohl in Wirklichkeit die Ungleichmäßigkeit nicht im Gesichtsfeld lokalisiert ist, sondern sich in winkelabhängigen Ablenkungen äußert. Diese Winkelabhängigkeit ist in den Fig. 4- 6 dargestellt worden, wobei Fig. 4 das in den Fig. 5 und 6 benutzte Polarkoordinatensystem zeigt, in dem die schraffierten Ringe einheitliche stufenweise Zunahmen der Lichtabsorption von einem hellen oder durchsichtigen Effekt zu einem dunkleren Effekt gemäß der weiter oben gegebenen Definition anzeigen. Fig. 5 veranschaulicht damit das Meßergebnis, das mit einer Vorrichtung mit Zellen mit 90º Verdrehung nach einem bekannten Verfahren gewonnen wurde, während Fig. 6 das Ergebnis zeigt, das durch Einfügen von Zellen mit 60º Verdrehung zwischen Polarisationsfilterpaare erzielt wurde. Die Schwärzung ist bei einer Drehung von 0º, und daher in Vorwärtsrichtung, in beiden Fällen gleich 12.
• Da sich der Winkel θ von 90º unterscheidet, ist die erhaltene Filterwirkung über unterschiedliche Blickwinkel viel gleichmäßiger. In beiden Fällen wurde das gleiche Kristallmaterial verwendet, und in beiden Fällen wurden Spannungen angelegt, die einen vorgesehenen Schwärzungswert 13 entsprechend der obenerwähnten Definition ergeben und damit zu einer relativ hohen Dämpfungswirkung führen, die sich für das Schweißen unter Bedingungen eignet, wo ein sehr starkes Schweißlicht entsteht. Die Konstruktion ist in beiden Fällen die gleiche wie in Fig. 1 dargestellt, wobei der einzige Unterschied darin besteht, daß die Zellen 3 und 5 gemäß der Darstellung in Fig. 5 um 90º verdreht sind, während die Zellen gemäß der Darstellung in Fig. 6 um den kleineren Winkel von 60º verdreht sind. Beide Figuren sind Polardiagramme, wobei der äußerste Kreis eine Abweichung um 30º vom senkrechten Einfallswinkel darstellt. Die Diagramme wurden in einer Schrittschaltvorrichtung erzeugt, wobei die Neigung in Schritten von 2º und mit einem Azimutschritt von 10º aufgezeichnet wurde. Kurven, die gleiche Absorptionswerte darstellen, wurden in Einserschritten erzeugt.
• Die bisher erwähnten Beispiele betrafen die Verwendung von zwei identischen Flüssigkristallzellen. Der Vorteil dabei ist, daß beide Zellen mit ein und derselben Spannung gesteuert werden können, wobei die Spannung variiert werden kann, um unterschiedliche Schwärzungen zu erzeugen. Dadurch wird die erforderliche Elektronik vereinfacht. Diese Zwangsbedingung gilt jedoch nicht mehr bei Verwendung einer kostspieligeren Elektronik, wobei eine derartige Elektronik mehr Freiheitsgrade zum Erzielen der Kompensation bietet.
• Dann wird es attraktiv, eine erste bekannte Zelle mit 90º Verdrehung zwischen gekreuzten Polaroidfiltern anzuordnen und eine weitere Zelle mit einer Verdrehung von 20-85º zwischen anderen gekreuzten Polaroidfiltern anzuordnen, womit die Kompensation von Absorptionfehlern in der ersten Zelle optimiert wird. Diese Erhöhung der Anzahl der Freiheitsgrade ermöglicht außerdem eine Beeinflussung der Struktur im Polardiagramm für den dunklen Zustand.
• Unterschiedliche Zellen können auch kombiniert werden, um eine optimierte Gesamtlösung zu erreichen, wobei diese Optimierung an das gewünschte Endergebnis angepaßt wird. Zum Beispiel ist es möglich, symmetrisch und asymmetrisch montierte Kristalle, Zellen mit verschiedenen Verdrehungswinkeln und Dicken usw. zu kombinieren.
• Wie weiter oben erwähnt, gibt es im Hinblick auf frühere, bekannte Verfahren gute Gründe, nicht nur den Verdrehungswinkel, sondern auch die Dicke der Zelle in entsprechendem Maße zu verringern. In der obenerwähnten US-A-4 398 803 wird vorgeschlagen, die Dicke der bekannten Kristalle mit 90º Verdrehung so zu begrenzen, daß das Produkt aus der optischen Anisotropie und der in Mikrometer ausgedrückten Schichtdicke einen Wert zwischen 150 und 600 Nanometer erreicht. Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt sich, daß für jeden Verdrehungswinkel eine optimale Dicke (oder richtiger ausgedrückt, ein optimales Produkt zwischen optischer Anisotropie und Dicke) existiert. Bei dieser optimalen Dicke erhält man den bestmöglichen durchsichtigen Zustand. Die Funktion ist in Fig. 7 dargestellt.

Claims (9)

1. Schweißerschutzglas-Filterkonstruktion, die als Reaktion auf Intensitätsänderungen von Schweißlicht schnell zwischen einem Zustand mit hoher Lichtabsorption und einem Zustand mit niedriger Lichtabsorption und umgekehrt umschalten kann und die drei Polarisationsfilter (2, 4, 6) aufweist, die mit Flüssigkristallzellen (3, 5) vom nematischen Typ verschachtelt sind, die zwischen durchsichtigen, elektrodenbestückten Platten angeordnet sind, die mit einer Spannungsquelle verbunden werden können und mit Beschichtungen versehen sind, welche die Molekülorientierungsrichtungen (12, 13) festlegen und die Richtung der Molekülorientierung bei gegenseitigen Winkelverschiebungen an ihren Grenzflächen definieren und damit bei fehlender Spannung zwischen den Elektrodenschichten auf den Platten eine optische Verdrehung der Flüssigkristalle verursachen, wobei die dazwischen geschichteten Polarisationsfilter der Reihe nach paarweise gekreuzte Polarisationsrichtungen aufweisen, und wobei die Molekülorientierungsrichtungen so gedreht werden, daß bei Anlegen einer Spannung eine Kompensationswirkung zwischen jeweils asymmetrischen Lichtabsorptionen der Zellen unter verschiedenen Blickwinkeln erzielt wird, wodurch mindestens eine der Winkelverschiebungen der Zellen zwischen den Molekülorientierungsrichtungen von 90º verschieden ist und kleiner oder gleich 85º ist.

2. Filterkonstruktion nach Anspruch 1, wobei die von 90º verschiedenen Orientierungsrichtungen einen Winkel zwischen 20º und 85º darstellen.

3. Filterkonstruktion nach Anspruch 2, wobei zumindest die Dicke des Kristalls, das von einer Winkeldrehung von 90º zwischen den Orientierungsrichtungen abweicht, so angepaßt ist, daß das Produkt aus der Dicke und der Differenz zwischen dem höchsten und dem niedrigeren Brechungsindex für verschiedene Polarisationsrichtungen höchstens 0,4 um beträgt und daß jede Zelle eine Winkeldifferenz zwischen den die Molekülrichtung bestimmenden Schichten von höchstens 70º aufweist.

4. Filterkonstruktion nach Anspruch 3, wobei die Dicke höchstens 3 um beträgt.

5. Filterkonstruktion nach Anspruch 1, wobei die beiden Zellen im allgemeinen miteinander identisch sind und die Spannungsquelle so eingerichtet ist, daß sie gleiche Spannungen an die Zellen anlegt.

6. Filterkonstruktion nach Anspruch 1, wobei die Polarisationsfilter, zwischen denen entsprechende Zellen montiert sind, Polarisationsrichtungen aufweisen, die einander unter einem Winkel von 90º kreuzen.

7. Filterkonstruktion nach Anspruch 1, wobei die Winkelhalbierende des spitzen Winkels zwischen den von 90º abweichenden Orientierungsrichtungen im allgemeinen parallel zu der Winkelhalbierenden zwischen den Polarisationsrichtungen der beiden umgebenden Polarisationsfilter ist.

8. Filterkonstruktion nach Anspruch 1, wobei die Winkelhalbierende des spitzen Winkels zwischen den von 90º abweichenden Orientierungsrichtungen im allgemeinen parallel zu einer polarisierten Richtung eines der beiden umgebenden Polarisationsfilter ist.

9. Filterkonstruktion nach Anspruch 2, wobei mindestens eines der Flüssigkristalle ein Verhältnis zwischen dem Produkt aus der Dicke und der Differenz zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Brechungsindex verschiedener Polarisationsrichtungen einerseits und dem Winkel zwischen den Orientierungsrichtungen andererseits aufweist, das einem Punkt auf der in Fig. 7 abgebildeten Kurve entspricht.