JPH10511885A - 液晶シャッター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ガラス遮蔽体及び溶接ガラスフィルタに好適な液晶シャッター構造体（１８）は、高い光吸収暗状態と低い光吸収透明状態との間で切り替わることができ、また、その逆にも切り替わることができ、捻れ角が０°と９０°ちょうどよりも以下の角度との間である捻られた低ネマチック形式の液晶セルと、電子回路出力部とを有しており、電子回路出力部は液晶セルの少なくとも１つに対して、且つ、１ヘルツよりも低い極性切り換え周波数でしきい電圧の約２倍よりも高い可変セル駆動電圧を発生させている。

Description

【発明の詳細な説明】 液晶シャッター 本発明は、電気光学目保護装置、グレア（まぶしさ）遮蔽体及び自動的に暗く なる溶接ガラスフィルターに適した液晶シャッターに関わり、より具体的には、 以下の請求の範囲第１項の序文に従った構造に関する。 背景 液晶シャッターは、穴を介しての光の伝送に関するさまざまな応用例で有用で あり、低い伝送密度値を備えた低光吸収状態と、高い伝送密度値を備えた高光吸 収状態との間でシャッターを切り換えることができる。電気的な影響により整合 可能な液晶のセルと偏光フィルタとを組み合わせることにより、当業界の液晶シ ャッターの透過率は、電気的な影響の変化に応答して可変とされている。 これらの種類のシャッターは、例えば、自動的に暗くなる溶接ガラス遮蔽体の ごとき目保護装置における光フィルタとして都合よく適用されている。しかし、 従来技術による液晶シャッターには次のような問題がある。即ち、伝送密度は非 対称であり、且つ、伝送される光の入射角に依存している。この角度に依存して いるということは、代表的な場合、２ボルトと１０ボルトとの間である中間電圧 範囲で駆動される際に、適用された電界との不完全な分子整合によるものであり 、大きな視野を必要とする応用例には特に不利である。別の問題は、かような従 来技術によるシャッターでは動力の消費が大きく、可動機器でのバッテリーセル が速やかに消費してしまい、従って、その従来技術によるシャッターには経済性 、並びに、安全性及び環境の点で問題があるのは周知である。 この状況での従来の液晶セルの状態は、２つの境界が定められたガラス板間に サンドイッチ状態にされた細長い分子の液体混合物からなっている。ガラス板の 表面層に面している液体混合物は、整合ディレクタ、例えば、溝が均一な方向を 有して形成され、かような表面層に近接した液晶分子がそのディレクタに平行に 整合しようとするよう処理されている。ガラス板を捻り、それにより、ディレク タを非平行とすることにより、液晶分子のヘリカル構造体がガラス板間に形成さ れる。例えば、標準の９０°捻られたネマチック（ＴＮ）セルは９０°のガラス 板の分子整合方向間に捻れ角を備えている。この状況で、通常、用いられている 液晶の分子は固有の、正の誘電異方性を有しており、従って、セルの特定のしき い値よりも高い電圧で電界を適用する際に卓越して整合することができる。セル におけるヘリカル分子構造は電気的な影響の下で分解され、また、クリスタル分 子は、その代わり、電界に従って向きが定められる。偏光子間に置かれる際、か ようなセル組立体の伝送密度は、しきい電圧よりも上の適用される電界を変える ことにより制御することができ、それにより、代表的には、伝送特性は漸近性の ものである。しかし、上述した光学角方向非対称はこの電気的に活性化された状 態のように見える。 液晶セル内の不純物は液晶構造体と衝突しようとし、特に、うわべは避けるこ とのできないアルカリアース金属鉄の存在により、電気的に活性化された状態で は、漏れ電流がセルを横切って流される。セルの切り換えがＤＣあるいは低周波 電圧で駆動された場合、かような不純物鉄は整合層に向かって移動することがで き、セルの内面に埋め込まれた状態となる。駆動電圧を取り除くと、クリスタル を横切る電界は、捕捉された鉄のために、まだ、存在することができ、セルの切 り換えに影響することができる。それ故、通常、液晶セルは交流電圧、例えば、 方形波電圧で駆動され、不純物イオンの移動及び結果としてのセルの劣化を防止 するために、極性は急速に切り換えられる。これら条件の下で、セルは平行な板 状コンデンサに接近し、従って、極性の反転時、連続して充電され、また、放電 されなければならない。連続したセルの充電及び放電とともに洩れ電流の流れに より、その結果として、電気的に活性化された状態での動力消費は大きい。 ガンツ（Gunz）その他に付与された米国特許第５，３１５，０９９号には、０ ．１ヘルツの範囲の比較的低い周波数電圧を適用することにより、液晶セルの電 力消費を減らすことが示唆されており、それは、耐腐食層と腐食中和液即ち腐食 抑止添加物とを有している。セルの感度を、温度の変動及び電圧源の不安定性に よる光学濃度の変化に低減させる目的で、セルはしきい電圧よりもかなり高い駆 動電圧で作動され、このことは、また、２つの電圧極性に対する光学伝送非対称 についてほどよい効果を有している。しかし、米国特許第５，３１５，０９９号 に 記載されているごとき液晶セルは伝送密度の漸近的ピーク値の範囲に達するのに 必要とされるよりもかなり高い電圧で駆動され、従って、このセルは、基本的に は、二状態シャッターである。 低周波数で、あるいは、直流電流で液晶セルに動力を付与する場合の他の欠点 は、例えば、有効寿命が短く、電気化学的に変化があり、また、セル構造体内の 層の充電がある。特に、しきい電圧に近い駆動電圧を用いる場合、充電効果によ り、結果として、光学的非対称となり、また、時間に依存した伝送となる。これ らの欠点は、また、液晶セルの製造者からの技術明細書からも確認されており、 それには、極めて低い直流成分のみが許容されていると述べられている。 この状況において、代表的なセルの構造は、２つの互いに交差した偏光フィル タ間に挿入されている捻られたネマチック（ＴＮ）形の液晶セルからなっており 、そこでは、画定壁が、特定の方向、いわゆる、整合方向にブラシ掛けされ、あ るいは、擦られたプラスチック層で処理され、それにより、液晶画成面内の構造 は、ネマチックな分子が各々特定の角方向位置を取るのを強制し、また、それに より、分子は前記画成面間で互いに９０°捻られる。対応する効果を有している 他の表面処理法も当業界には知られている。電気的に活性化されていない状態で は、偏光面は光がフィルタを通る際に９０°回転され、セルは透明になる。この ネマチックな分子の回転は、電界を適用することにより、より小さいあるいはよ り大きい範囲で停止させることができ、それと同時に、制御することのできるフ ィルタ効果を得ることができる。しかし、この種のセルは暗い、電気的に活性化 された状態では、直角以外の角度で入射する光の変化する吸収で、透過率の比較 的強い角方向のバラツキを有しており、この非対称は、表面効果によって境界付 けられた、その表面にいちばん近いネマチックな分子が残留光学活動を、尚、引 き起こすという事実により更に拡大される。かくて、入射光の角度が法線（言い 換えれば、垂線）に関連して増大する際、整合方向間の２つの二等分線方向にお けるフィルタがより透明になり、また、一方の二等分線の方向に沿った交差する 偏向子の方向に関して比較的一定であり、一方、他の二等分線の方向に沿って暗 くなる。 ２つのＴＮセルのうちの一方の「弱い」二等分線が他方の「強い」二等分線の 二等分線に一致するように、また、その逆になるように、９０°捻れている２つ のＴＮセルを組み合わすことにより透過率変動効果を補償することは知られてい る。しかし、この補償にも関わらず、視覚はまだ不均衡で、これは使用者にとっ てはやっかいである。 依存する角方向伝送非対称に関する改良は、共願であるが、まだ公告されてい ない特許出願番号ＳＥ９４０１４２３−０号及び対応するＰＣＴ／ＳＥ９５／０ ０４５５号に記載された技術により提供されている。これらの書類には液晶セル 構造体が示されており、この液晶セル構造体は２つのネマチック形液晶セルを有 しており、各セルは分子配向板を備えており、この分子配向板は、活性化されて いない状態で相互に角方向変位を備えた分子整合方向を画成しており、液晶セル 構造体は、活性化された状態において分子整合を制御可能な電気的に活性化され 得る分子整合手段を有している。液晶セルは、各々、相互に消滅させる偏光フィ ルタ間に装架されており、また、セルの分子整合方向は、電圧が適用される際に セルのそれぞれの非対称光吸収度間の補償効果を得るように回されている。角方 向依存伝送の問題は、これら特許出願によれば、従前に知られている９０°の捻 れ角よりも小さい分子整合ディレクタ間の角度を有するセルのうちの少なくとも 一方により軽減される。２つの異なる液晶セルに同じ電圧を適用することができ るようにするために、それとともに、必要とされる電子機器を単純化するために 、２つの互いに同じセルを用いることが有利であると、特許出願番号ＳＥ９４０ １４２３−０号及びＰＣＴ／ＳＥ９５／００４５５号の技術にはある。 また、記載された技術により、シャッター構造の透明状態での低い吸収度に関 して改良が得られる。更に、例えば、保護溶接ガラスに適用されたこのシャッタ ー構造体はそれの暗くされた状態において可変の暗さを有していて、非常に強い 溶接光で、また、より弱い溶接光で同じ保護ガラスを用いることができ、もって 全ての形式の溶接作業を、１つの、そして、同じ保護ガラス遮蔽体で最も可能な 範囲まで実施することができる。先に知られた技術において、セルを横切る電圧 が増加する際角度依存伝送密度の非一様性はよりやっかいになろうとするが、異 なる電圧を適用することにより、光学作業を変えることができることは当業界に おいて先に知られていることであった。 ９０°よりも小さい捻れ角を有しているセルを用いる場合に遭遇する問題点の うちの、都合良く「低捻れセル」と呼ばれている１つは、透明状態において高い 光伝送を達成することにあり、一方、同時に、暗い状態において十分に低い光伝 送を得ることにある。従って、特許出願番号ＳＥ９４０１４２３−０号及びＰＣ Ｔ／ＳＥ９５／００４５５号の技術の一態様によれば、「対称」偏光フィルタ配 置が好ましい。偏光フィルタを９０°の相互に交差する角度で配置した場合、表 面処理方向間の二等分線が、基本的に、フィルタの偏光方向間の二等分線に一致 するように低捻れセルを装架するのが適している。その時、装置の電気的に起動 されていない状態で、言い換えれば、それの透明状態で、光の最大の伝送が得ら れる。 特許出願番号ＳＥ９４０１４２３−０号及びＰＣＴ／ＳＥ９５／００４５５号 の技術の一実施例によれば、液晶セルの厚みを減少させることも都合のよいこと である。これにより、結果として、特に切り換え時間が減少され、何故なら、切 り換え時間はセルの厚みの二乗に逆比例しているからである。かくて、他の点で は等しい条件の下で、液晶セルの厚みを４ｍｍから３ｍｍに減少させることによ り、５０％の大きさの程度で切り換え時間を低減させることができる。光学的異 方性に乗じられた厚みの値、捻れ角、及び、光伝送即ち光の透明状態の間に存在 することが判明している依存性によって、セルの厚みの減少は、また、低捻れセ ルを用いることにより達成されることができる。この依存性を利用して、優れた 光学角方向特性、透明状態において高い光伝送、及び、急速な状態切り換え特性 を有している保護溶接ガラスを構築することができる。このことは、偏光フィル タが前述した対称をなして置かれている状態で低捻れセルを用いることによって のみ可能である。 この厚みの問題の基本的な原因は、認められるほどの厚みを有していないセル が光学的に入射する偏光された光をすっかり回転させるべく機能せず、その代わ りに、楕円的に偏光された光が、放出されるからである。このセルを、２つの相 互に交差する偏光フィルタの間に置いた時、伝送はセルの厚みともに周期的に変 化する。 特許出願番号ＳＥ９４０１４２３−０号及びＰＣＴ／ＳＥ９５／００４５５号 の技術の別の実施例によれば、低捻れセルを非対称的に置くことができる。この ことは、セルの処理された分子整合方向間の鋭角の二等分線の方向（擦る方向） が、互いに交差された偏光子のうちの１つの偏光方向に一致するように置かれて いることを意味している。非活性化状態においては、かような構造は比較的低い 光伝送を示すが、より中位の、即ち、よりほどよい電圧を適用する際、より透明 な状態が得られ、このより透明な状態は、電圧を再び増加する際に全体としてよ り暗い状態に戻る。この構造で得られる１つの利点は、電圧の損失が光吸収の損 失に結果としてならないことであり、また、与えられた保護効果が残ることであ る。これにより、保護溶接ガラスに対する現存する規格を、高い暗度であっても より容易に維持することができ、その規格により、調節された状態と電流供給の 損失時生ずる状態との間の差が多くとも９暗度であることが必要とされる。これ により、偏光子が非対称的に置かれている２つの非対称低捻れセルを用いること が可能となり、あるいは、対称的に置かれている偏光子を備えた１つのセルと、 非対称的な偏光子を備えた１つの低捻れセルとを用いることが可能となる。 特許出願番号ＳＥ９４０１４２３−０号及びＰＣＴ／ＳＥ９５／００４５５号 に教示されている低捻れ技術は液晶セル構造体の角方向依存問題を改善し、また 、電圧に依存する可変伝送密度を備えた構造体も提供するが、従来技術による電 気駆動法の状態では、動力消費が、尚、比較的高い。 本発明により解決されるべき課題、即ち、本発明の目的は、可変の伝送密度及 び改良された角方向特性、言い換えれば、低い動力消費とともに、伝送密度の低 減された角方向依存性を備えた液晶シャッターを達成することである。 本発明の更なる目的は、低動力消費とともに、可変伝送密度及び改良された角 方向特性を備えたグレア（まぶしさ）遮蔽装置及び溶接ガラス構造体を提供する ことである。 概要 本発明によれば、低周波、あるいは、ＤＣ電圧で駆動される低捻れ液晶セル構 造体により、上述した問題は解決され、また、上述した目的は達成される。問題 点に対する解決手段の一般的な原理は、セル構造体の電気−光学特性を修正する ことであり、それにより、特定の伝送（光学的）密度に必要とされる駆動電圧の 値としきい電圧との間の差が従来知られているものよりも大きくなっている。言 い換えれば、適用された電圧に依存する漸近伝導特性はより広い電圧範囲まで延 長される。従って、伝送を制御する実際に用いられる電圧は当技術分野の状態よ りも高い値で幅広い範囲にわたって変化し、それにより、低周波駆動電圧の制限 を最小化する。 かくて、本発明の一態様によれば、液晶セル構造体の伝送特性を変える目的で 、概念は、「捻られたネマチック」での９０°の従来知られている代表的な捻れ 角とはかけ離れており、その代わり、８５°よりも小さい小さな角度を用いてお り、その小さな角度は、好ましくは、２０°と８５°との間に位置しており、ま た、ある実施例では、ちょうど０°以上から２０°までの範囲でさえある。光学 的伝送目視非対称は各個々のセルでより目立った状態になるけれども、改良され たフィールド均一性、即ち、フィールド均質性は、それにも関わらず、２つのか ような結晶を組み合わす際に得られる。 本発明の他の態様は可変伝送密度及び動力消費に関わり、いままで、かような セルの組合せ体は、周知の液晶明細書に従って、且つ、低周波駆動電圧の前述し た欠点を回避するために、より高周波駆動電圧で作動されていた。低捻れ構造体 での伝送特性を拡張することにより、上方の暗い範囲の伝送密度値を、より高い 駆動電圧に変えることができ、本発明によれば、この事実により駆動電圧のより 低い周波が許されるということが判明した。溶接ガラスフィルタの応用例に対し ては、伝送密度値、即ち、シェード数は、在来の通り、Ｄ＝１＋７／３ｘ¹⁰１ｏ ｇ（Ｉ／Ｔ）と画定され、ここで、Ｔは伝送係数であり、実際の目的では、臨界 値は９−１４の範囲内である。かくて、本発明によるシャッター構造体の好適実 施例は、１ヘルツよりも下の電圧周波数で、ＤＣ電圧ででも、駆動され、その時 、それの極性は予め設定され得る比率で切り換えられる。 図面の簡単な説明 さて、本発明を、それの具体化実施例に関連して、また、添付図面に関連して より詳細に説明する。その図面において、 第１図は、９０°捻られたネマチックセルを有している従来から知られた液晶 シャッター構造体の分解図である。 第２図は、本発明に従った液晶セルの２つの液晶境界付け板を図示している。 第３図は、異なる液晶セル組合せ体の伝送特性を示している。 第４ａ図、第４ｂ図及び第４ｃ図は、従来のシャッター構造体の場合の伝送非 対称効果の例を示している。 第４ｄ図は、従来技術に比較した本発明による異なるセル組合せ体及び異なる 伝送密度値で作動する低周波により、結果として得られた伝送非対称の度合いを 示している。 第５ａ図及び第５ｂ図は、本発明による液晶シャッターを作動させるための電 気回路の実施例を示しているブロック線図である。 第６図は、どのようにして最適捻れ角が光学的異方性及びセル厚みの間で、製 品とともに変化するかを示している。 第７図は、本発明による装置の伝送特性を示しており、装置の遅延フィルム及 び伝送特性を含んでおり、遅延フィルムは何等補償されていない。 第８図は、原理としての、遅延フィルムを備えた本発明の実施例を示している 。 実施例の詳細な説明 第１図の原理分解図は、保護溶接ガラスのさまざまな構成要素を示している。 最外方の構成要素は干渉フィルター１であり、該干渉フィルター１は、紫外線光 及び赤外線光を除去するようにも機能し、また、波長範囲を制限する。第１の偏 光フィルター２即ち偏光子と、第１の光学的に回転する液晶セル３と、偏光方向 が第１の偏光フィルター２の偏光方向に対して直角である第２の偏光フィルター ４と、第２の光学的に回転する液晶セル５と、第１の偏光フィルター２と同じ偏 光方向を有している第３の偏光フィルター６とが続いている。かかる構成には、 いわゆるゲスト・ホスト・セル７も任意に含まれていてもよい。この後者のセル は光学的に回転するセルではないが、その代わり、ネマチックな液晶を含んでお り、そのネマチックな液晶の分子は、通常、準備されたガラス面を助けとして第 ３の偏光フィルターの偏光方向と平行に整合されている。規則正しい異方性吸収 度を有している混合されたダイクロイック染料分子は整合された状態で高い吸収 剤である。電圧が付与される際、ネマチックなクリスタルの分子は前記表面に対 して直角な位置を占め、その表面とともに、ダイクロイックな染料の分子は、最 小量の光が吸収される向きに移動せしめられる。この種類のセルは当業界におい て知られている。このようなセルにより他のセルを越えて生じる１つの利点は、 電圧が適用されない場合、それらセルによりフィルター効果が提供されることで あり、それに対し、他のセルは、電圧が適用されない場合、光透過性である。溶 接フィルターに適用されたかようなシャッター構造体を使用し、それの制御回路 を駆動させ、電圧をゲスト・ホスト・セル７に適用させた場合、フィルターは光 に対してより開いた状態となる。さて、センサー（図示せず）は、溶接用光がフ ィルターに入ったか否か検出することができ、それとともに、制御回路（図示せ ず）により、制御電圧がセル３及び５に適用され、一方、セル７への電圧は排除 される。この種の構成は、本発明が液晶の性質に関する限りにおいては、本発明 並びに今までに知られている技術の双方に対して共通している。 セルの内側に面しているガラス板は透明な導電性電極層（例えば、インジウム ―スズ酸化物層）を備えており、この導電性電極層には、例えば、ポリイミド層 が適用されており、このポリイミド層は、既知の技術に従って、通常特定の方向 へのブラッシング／コスリにより、互いに向かい合っている表面に直角な方向に 機械的に処理されている。この既知の技術によれば、セル３及び５は、例えば、 互いに逆平行に転回されており、それにより、セル３内の光を受ける第１のセル の表面は、偏光フィルター２の偏光方向に対して直角に処理されて、セル５内の 光を受ける第１の面が偏光フィルター２の偏光方向と平行に処理される。導入部 分で述べた補償はここで達成される。 この種の従来技術による溶接ガラスフィルター構成は、適用される電圧を約３ ボルトと約５ボルトとの間で変化させることにより、約３の密度から９乃至１４ の範囲の密度値までを有しているそれの透過状態から変化せしめられ得る。通常 、同じ電圧が両方のセルに適用される。 ネマチックな分子を電界と平行に向けようとする電圧はガラスの内面上のプラ スチック層によって反作用されるので密度は変化し、それにより、分子は表面と 平行に整合され、従って、電気的に影響された向きはセルの中心に最大の効果を 有し、また、前記表面に向かって減少する。しかし、実際には、ある種の光学活 性は、表面層の効果により常に残る。 伝送密度、即ち、シェード値は、溶接規格により、以下のごとく定義される。 Ｄ＝１＋７／３ｘ¹⁰ｌｏｇ（１／Ｔ）、 ここで、Ｔは伝送値である。 斜めの入射角に関連して達成される補償にも関わらず、視野における重要な違 いは、この既知の技術を実行する際にもまだ残っている。 液晶保護溶接ガラス構造の概念は、従前の知られた技術においては、結晶の向 きが境界面での強制された条件に応答して９０°の角度を介して捻られる際、得 られる予期される自然幾何学に基づいている。結晶が捻られる角度を減少させる ことにより、改良が達成される。このことは第２図に示されており、該第２図は 液晶セルの一対の板を示している。板１０及び１１の互いに向かい合っている表 面は、各々、導電層と薄いプラスチックのコーティングとを備えている。これら の層並びにコーティングは、白矢印１２及び１３に従って、しかし、相互角ｑで ブラシ掛けされ、あるいは、磨かれている。以前から知られている技術によれば 、この角度は９０°であるが、本発明によれば、９０°よりも小さい。図示され ている通り、板構成は、時計方向に回転するセルも知られているが、反時計方向 に自然に回転するセルに意図されている。板は、１４及び１５のところで、電圧 を掛けることができる手段を備えている。参照番号１６及び１７は板の縁部にな された識別マークを識別する。 溶接ヘルメットに含まれている保護溶接ガラスにフィルターとして適用されて いる本発明に従った液晶シャッターを、斜線の付された窓として、ヘルメットの 着用者は見ることができる。フィルターは活性化され、また、前方向に光学濃度 を有しているが、この光学濃度は角度のバラツキを有している。特許第ＳＥ９４ ０１４２３−０号及びＰＣＴ／ＳＥ９５／００４５５号に最も良く示されている ごとく、得られるフィルター効果は、角度ｑが従来技術の９０°捻られたネマチ ックセルの状態に較べ９０°異なっている場合、変化する画角にわたって、より はるかに、均一である。 ２つの同じ液晶セルを用いた場合、両方のセルを、１つのそして同じ電圧で駆 動することができるといる利点が必然的に伴い、その電圧を変化させて異なる密 度を作り出すことができる。これにより、必要とされるエレクトロニクスが単純 化される。しかし、より多くの自由度を与えて前記補償を得るより高価なエレク トロニクスを用いる場合、もはや、この強制的な条件は適用されない。 先に述べたとおり、捻れ角を減らすだけでなく、セルの厚みを対応する範囲ま でも減らす優れた理由がある。各捻れ角には最適な厚み（より正確には、光学的 異方性及び厚みの間の最適な製品）が存在することが判明し、その関係は第６図 に示されている。最良の透明状態は、この最適な厚みで得られる。 本発明によれば、駆動電圧は液晶セル材料の場合のしきい電圧よりもかなり高 い電圧及び低周波数で供給されるべきである。暗い状態で変化可能な液晶セル構 造体の場合、このことは幅広い電圧範囲にわたって延長される伝送特性を必要と する。第３図は、伝送密度即ちシェード数と異なる液晶セル組合せ体の場合に適 用される電圧との間の関係を示している。曲線１００は、９０°の捻れ角を備え た２つのセルの組合せ体の特性を示しており、曲線１０２は７０°の捻れ角を備 えた２つのセルの組合せ体の特性を示しており、それに対し、曲線１０４および １０６は９０°及び７０°の捻れ角を備えた１つのセルをそれぞれ示している。 ダイヤグラムから明らかなとおり、捻れ角が小さくなると、約１．５ボルトで最 低の伝送と各セルの変化に対して最大の漸近的伝送との間の電圧範囲が高くなる 。 第４ａ図、第４ｂ図及び第４ｃ図は、従来技術による液晶シャッターを低周波 数で作動させた場合の極性に依存する伝送非対称の代表的な効果を示しており、 曲線の段階は各極性の反転に関連して生じている。第４ａ図は永久充電効果によ り生じせしめられる伝送非対称効果を示しており、第４ｂ図は、液晶層にわたっ て有効電圧を徐々に低減させる電荷の形成により、極性スイッチ間隔時、生じせ しめられる光学非対称効果を示しており、第４ｃ図は２つの効果の代表的な組合 せを示している。非対称効果の特定伝送値は、液晶セルに用いられる材料に強く 依存しており、また、作動条件に強く依存している。 第４ｄ図は、低周波の極性を反転させたＤＣ電圧で駆動される際、従来技術の ９０°捻られたネマチックと比較して、異なる伝送密度値及び異なる本発明の低 捻れセル組合せ体に対する伝送非対称の程度を、試験結果のダイアグラムで、示 している。伝送密度値、即ち、シェード数はダイアグラムの水平軸線上に示され ており、非対称値は垂直軸線上に示されている。ここでは、非対称率は、２つの 別々に適用された電圧極性で達成されたシェード数間の差として表されている。 第４ｄ図から明らかな通り、ある密度値に対する非対称率は、例えば、６０° あるいは７０°の捻れ角の場合、９０°の捻れ角の場合よりもかなり低い。だか ら、７０°の捻れ角で９０°での場合よりも２及び３倍低い、例えば、密度値１ ０の場合の非対称率である。密度値１２に対する同様の比較によれば、非対称値 は７０°の捻れ角で５乃至１０倍低いことが示されている。より低い捻れ角６０ °ではより優れた改良が得られている。６０°よりも下の捻れ角の減少により、 結果として、非対称度合いは更に減少し、その結果、必要とされる駆動電圧は上 昇する。 第５ａ図及び第５ｂ図は本発明により液晶シャッター１８を作動させるための 電気回路２０の実施例を示しているブロック線図であり、第５図はこのような電 気作動回路の一般的な構成要素を示している。この電気作動回路は制御可能な電 圧極性スイッチを有しており、電圧極性スイッチは電圧入力部２４を介して電圧 源２２に接続可能である。電圧極性スイッチ２６はセル駆動電圧制御手段２８に 結合されており、該セル駆動電圧制御手段２８は制御信号入力部３０を有してい るとともに液晶シャッター１８に結合されている。電子回路２０は、シャッター でのセルの液晶材料のしきい電圧よりも、最も暗い状態で、例えば、１．５乃至 １０倍実質的に高いセル駆動電圧を作り出すよう工夫されている。 第５ｂ図は第５ａ図の電気作動回路２０の別の実施例を示している。直流電圧 源２２は、第５ｂ図において、電圧レギュレータ３４に接続され、電圧レギュレ ータ３４は、それ自身、駆動回路２８に接続されている。駆動回路２８は、発振 器あるいはフリップフロップ回路の形をした極性スイッチに接続され、該発振器 あるいはフリップフロップ回路は、駆動回路２８から液晶セル１８に供給される 電圧の駆動周波数あるいは極性を制御する。この実施例は２つの制御信号入力部 を備えており、即ち、第１には、光検出入力部２４と、第２には、伝送密度制御 入力部とを備えており、該伝送密度制御入力部を介してシャッターの結果として 得られるシェーディングが選択可能になっている。感光センサー２１を有してい る周囲光検出器２２は、都合よく、周囲光検出入力部２４に結合されている。 駆動電圧の極性は、例えば、予め設定可能な率で切り換えることができ、ある いは、周囲の光の各検出された突然の増加に応答して交替してもよい。後者は溶 接ガラスフィルタの適用例に好適である。 低い捻れ角及び減少された△ｎ^*ｄパラメータの両方により、０．２７マイク ロメータの範囲の△ｎ^*ｄを備えた０°複屈折セルの光学的角度特性は、正に、 好都合であり、また、ワイドな、そして、対称的な視野を必要とする１つのセル 及び２つのセル液晶シャッター構造体の双方に明らかに適していることが判明し ている。１０ボルトよりも低い電圧で駆動される際０°セルに存在する大きなレ ムナント遅れにより、かような装置と対照をなす利用可能なセルは、９０°捻ら れたネマチックな液晶セルの場合のものに比較して小さいものであることが判明 している。本発明の実施例によれば、対照をなすセルは、補償する遅延フィルム の追加により改良される。０°複屈折セルにおいては、約２５乃至３９ｎｍの小 さな遅延値の実施例が適している。補償効果を最大にするためには、遅延フィル ムは、好ましくは、早い軸線方向がセルの入口及び出口分子ディレクタベクトル に対して直角であるように整合されるべきである。０°複屈折セルのための補償 用遅延層は、例えば、１０乃至５０ｎｍ間の値を備えた１つの、一軸遅延フィル ムの形をしていることができる。別の実施例では、補償用遅延層は、フィルムに より発生される正味全体遅延が前記間隔内であるよう整合された遅延フィルムに より実行されてもよい。例えば、シャッター構造体に適用された２７ｎｍ補償用 遅延フィルムの場合、セル組合せ体の最適△ｎ^*ｄ値は約０．２７マイクロメー タから０．２７７マイクロメータに増大される。 第６図は、どのようにして最適捻れ角度が光学的異方性とセルの厚さとの間で 、製品とともに、変化するかを示している。 第７図は、４マイクロメータ０°複屈折セルを含む液晶構造体の電気−光学特 性を示している。この場合、約０．５２マイクロメータの△ｎ^*ｄ値を与えるメ ルク（Ｍｅｒｃｋ）ＺＬＩ−４２４６液晶を有している複屈折セルは、入口の分 子ディレクタベクトルに相対して４５°および１３５°で整合された互いに交差 する偏光子間に置かれている。本発明の一実施例に対応して、セルは可視スペク トルの中央部にわたって、即ち、５００乃至６００ｎｍの範囲にわたって高い光 学透過率を有しているバンドパスフィルタとともに置かれる。曲線２０により、 何等の補償用遅延フィルムを有していないセル組合せ体の光学的応答性が示され ており、それに対し、曲線２２により、高速軸線が入口分子ディレクタに直角で あるように指向された２６ｎｍ補償用遅延フィルムを含むセル組合せ体が示され ている。補償用遅延フィルムに対比してのセルの改良がこの図に明らかに見られ る。 第８図は、原則として、遅延フィルム１０を備えた本発明の実施例を示してお り、該遅延フィルム１０は偏光フィルタ３及び４間の液晶セル２の一方の片側に 位置決めされている。また、液晶セル２内の遅延フィルムを、分子整合指向板間 に置くことも可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｅ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ， ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．まぶしさの遮蔽体あるいは溶接ガラスフィルタに好適な液晶シャッター構 造体（１８）にして、該シャッター構造体は、電気信号に応答して、高い光吸収 暗状態と低い光吸収透明状態との間で切り替わることができ、また、その逆にも 切り替わることができ、該シャッター構造体は、電圧源（２２）に接続可能な透 明な電極装架板間に配置された２つのネマチック形液晶セルを含んでおり、また 、前記セルは、互いに面している表面で分子整合方向を確定するよう処理された コーティングを備えており、それにより、該板間での相互角方向変位により、前 記板上の電極コーティング間に電圧が存在しない場合、液晶が捻られたヘリック ス構造体を形成し、前記セルは相互に消弧する偏光フィルタ間に各々装架されて おり、分子整合方向は回されて電圧が適用される際に前記２つのセルのそれぞれ の非対称光吸収間の補償効果を得るようになっており、前記分子整合方向間の前 記セルの捻る角方向変位のうちの少なくとも一方は９０°異なっている液晶シャ ッター構造体（１８）において、前記電極が装架された板に適用され得る可変の セル駆動電圧を発生させるための手段（２０）を有し、前記手段（２０）は前記 液晶セルのうちの少なくとも一方に対してしきい電圧よりも２倍高いセル駆動電 圧を、１ヘルツよりも低い極性切り換え周波数で作り出すよう工夫されているこ とを特徴とする液晶シャッター構造体（１８）。 ２．請求の範囲第１項に記載のシャッター構造体において、整合方向間の角度 は、伝送密度値、あるいは、シャッターのシェード数が、前記液晶セルの少なく とも１つに対してしきい電圧よりも２倍高いセル駆動電圧において９乃至１５の 範囲内で可変であるようになっていることを特徴とするシャッター構造体。 ３．請求の範囲第１項に記載のシャッター構造体において、前記セルのうちの 少なくとも１つの整合方向間の角方向変位は０°及び８５°間の角度を有してい ることを特徴とするシャッター構造体。 ４．請求の範囲第１項または第２項のいずれか１つに記載のシャッター構造体 において、前記整合方向間で９０°角方向ねじれが異なっている液晶セルの厚み は、該厚みと、異なる偏光方向に対する液晶材料の最高及び最低屈折率間の差と の積が多くとも０．４ｍｍであるようにされ、各セルは多くとも７０°の前記分 子方向を決定するコーティング間の角方向差を有していることを特徴とするシャ ッター構造体。 ５．請求の範囲第４項記載のシャッター構造体において、前記厚みは多くとも ０．３ｍｍであることを特徴とするシャッター構造体。 ６．請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１つに記載のシャッター構造 体において、２つのセルは基本的に同じであり、電圧源はそれらセルに等しい電 圧を適用するようにされていることを特徴とするシャッター構造体。 ７．請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１つに記載のシャッター構造 体において、間にそれぞれのセルが装架されている前記偏光フィルタは、互いに ９０°の角度で交差する偏光方向を有していることを特徴とするシャッター構造 体。 ８．請求の範囲第１項から第７項までのいずれか１つに記載のシャッター構造 体において、コーティングを画成する分子整合方向が９０°よりも下の相互角方 向変位を有している前記セルのうちの少なくとも１つは偏光フィルタ間に装架さ れており、該偏光フィルタの偏光方向はそれぞれの最も近いコーティングの方向 に一致していることを特徴とするシャッター構造体。 ９．請求の範囲第１項から第８項までのいずれか１つに記載のシャッター構造 体において、９０°異なっている整合方向間の鋭角の二等分線は、２つの周囲の 偏光フィルタの偏光方向間の二等分線と、概ね、平行であることを特徴とするシ ャッター構造体。 １０．請求の範囲第１項から第９項までのいずれか１つに記載のシャッター構 造体において、前記液晶のうちの少なくとも１つは、一方で、厚みの積と、異な る偏光方向に対する液晶セルの最高屈折率及び最低屈折率の差との間の関係を有 しており、他方で、第６図に示されたカーブ上の点に対応する前記整合方向間の 角度を有していることを特徴とするシャッター構造体。 １１．請求の範囲第１項から第１０項までのいずれか１つに記載のシャッター 構造体において、前記セルの少なくとも１つに対し、整合方向間の角方向変位は ０°と５０°との間の角度を示しており、遅延フィルムが液晶セルに関連して配 備されていることを特徴とするシャッター構造体。 １２．請求の範囲第１項から第１１項までのいずれか１つに記載のシャッター 構造体において、可変セル駆動電圧を発生する前記手段は電圧源（２２）に接続 可能な電圧入力部（２４）を備えた電子回路（２０）と、出力セル駆動電圧の極 性を制御するための電圧極性切り換え手段（２６）とを有しており、該電圧極性 切り換え手段（２６）は駆動電圧制御手段（２８）に結合されており、該駆動電 圧制御手段（２８）は制御信号入力部（３０）を備えているとともにセル駆動電 圧入力部（３２）に結合されていることを特徴とするシャッター構造体。 １３．請求の範囲第１項から第１２項までのいずれか１つに記載のシャッター 構造体において、可変セル駆動電圧を発生する前記手段（２０）は、周囲光検出 器（２２）に接続可能な検出器入力部（２４）を備えており、該周囲光検出器（ ２２）は、シェード選択手段（３０）に接続可能な電圧レギュレータ（３４）を 有していることを特徴とするシャッター構造体。 １４．請求の範囲第１項から第１３項までのいずれか１つに記載のクリスタル シャッター構造体において、前記電圧極性切り換え手段は発振器あるいはフリッ プフロップ回路であることを特徴とするクリスタルシャッター構造体。 １５．請求の範囲第１項から第１４項までのいずれか１つに記載のシャッター 構造体において、該シャッター構造体は溶接ガラス遮蔽体に適用された溶接ガラ スフィルタであり、あるいは、該シャッター構造体は光学増幅器望遠鏡あるいは 双眼鏡のごとき光学機器に適用されていることを特徴とするシャッター構造体。