【発明の詳細な説明】
液晶シャッター及びそのようなシャッターを有する光遮蔽装置
本発明は、液晶シャッター及び可変透過密度を有する電気光学的眼保護装置、
特に請求項１の前文による構造体に関する。
〔背景技術〕
液晶シャッターは、孔を通る光の透過率に関する種々の用途で有用であり、そ
の場合、透明又は明るい低光吸収状態と、暗い高光吸収状態との間でシャッター
を切り替えることができるようになっている。電気的効果により配列することが
できる液晶分子の層又はセルと偏光フィルターとを組合せることにより、液晶シ
ャッター構造体の透過率を電気的効果の変化に呼応して変動させる。
これに関し、最新型液晶セルは、液晶分子を二枚のガラス板の間に挟んだもの
からなっている。板は互いに向かい合った表面を有し、その各々には配列手段で
、電場が存在しない時その配列手段の近辺の分子について夫々分子配列方向を定
めるための配列手段が与えられている。それら配列手段には、電場が存在しない
時に、液晶分子の形態と共同して働く物理的表面形態を有する板表面部分が含ま
れる。これは、そのような表面近辺の液晶分子が処理方向と平行に配列する傾向
を持つので、ガラス板表面を均一な方向に処理することにより達成することがで
きる。例えば、表面には溝が付けられてもよい。それらのガラス板を、処理方向
が平行にならないように互いに捩ることにより、ガラス板の間に液晶分子の螺旋
状の構造体が形成される。例えば、標準的な９０°捩れたネマチック（ＴＮ）セ
ルは、ガラス板の分子配列方向の間の捩れ角を９０°にして形成した相互に向か
い合った表面を有する。一層小さな捩れ角が、同時に出願されているが、まだ公
告されていない特許出願ＳＥ９４０１４２３−０及び対応するＰＣＴ／ＳＥ９５
／００４５５に記載されている。用いられている液晶型分子は、固有の誘電異方
性を有し、従って、セル特有の閾値よりも大きな電圧を有する電場を適用するこ
とにより全体的に配列することができる。その時セルの螺旋状構造は解消し、そ
の代わり液晶分子は電場に従って配向する。偏光子の間に置いた時のそのような
セ
ル組立体の透過密度は、印加電場を変動させることにより制御することができる
。そのような液晶セルを交差偏光子の間に入れると、励起電圧が存在しない場合
には、そのセル構造体は大きな透過率を有し、通常の白色モードを有すると言わ
れる。これに対し、平行偏光子の間にセルを配置すると、励起電圧が存在しない
時、低い透過率を有するセル構造体を与える結果になり、通常黒色モードを有す
ると言われる。大きな透過率を有する装置とは、その装置を通過する光の強度が
僅かしか減少しないことを意味する。大きな透過率とは、低い光学密度又は低い
遮光数(shade number)としても言及することができる。逆に、低い透過率を有す
る装置は、大きな光学密度及び大きな遮光数を有するものとして記述することが
できる。
光学密度は、従来次の式により定義されている。
Ｄ＝１＋7/3×10ｌｏｇ（Ｉ／Ｔ）
（式中、Ｔは透過係数である）。
特に、上に記載した種類の最新型シャッターを、検出される溶接光に呼応して
溶接用ガラスが活性化され暗化するようになった自動的に暗化する溶接用遮蔽ガ
ラスのような眼保護装置の光フィルターとして適用した場合、安定性の理由から
、明るい状態から暗い状態へ出来る限り早い応答時間を確実に達成することが重
要である。
基本的には、液晶セルの操作には二つのスイッチング時間が含まれている。第
一は駆動電圧の印加により非活性化状態から活性化状態へセルを切り替えること
が含まれており、それに液晶が反応する時間は、ミリ秒より短い時間であるのが
典型的である。第二のスイッチング時間は、駆動電圧を除いた時に結晶の緩和が
行われる逆行程に関連して起き、約２０倍長い時間がかかる。
従って、明るい状態から暗い状態への非常に早いスイッチング時間を必要とす
るシャッターに対しては、通常は白色のモードになっている液晶セルを用いるの
が普通である。しかし、もし駆動用エレクトロニクスが故障し、或る理由から駆
動電圧を送ることができないと、通常白色モードの最新型シャッターは、潜在的
に危険な明るい状態のままになっている欠点を有する。従来法によれば、この問
題は通常黒色モードのセルを用いることにより軽減することができるが、その場
合、それは明るい状態から暗い保護状態へのスイッチング速度を犠牲にして行わ
れる。従って、これは満足できる解決法ではない。溶接用遮蔽ガラスが明るい状
態から暗い状態へのスイッチング時間が長い場合には、その溶接用シールドを用
いた人は、溶接操作が開始してから長い時間大きな強度の光に文字通り曝される
ことになる。
欧州規格ＥＮ１６９：１９９２「溶接及び関連する技術のための肉眼保護フィ
ルター−透過率条件及び推奨される用法」(Personal Eye Protection-Filters f
or Welding and Related Techniques-Transmittance Requirements and Recomme
nded Utilisation)は、非活性化状態と暗い溶接状態との間の遮光数段階に最大
の許容差が遮光数９以下になるように規定している。例えば、暗い状態で遮光数
１３になる溶接用フィルターは、非活性化状態で遮光数４より明るくすることは
出来ない。溶接操作を開始する前に使用者に充分な光強度を与えるために、既知
の方法では、明るい状態で３の範囲の遮光数を与える自動的に暗化する溶接用フ
ィルターが開発されている。従って、その代わり、充分遮光された暗い状態を達
成する問題が存在する。
〔発明の開示〕
本発明の目的は、上で述べた問題を解決することにある。
本発明は、強い光が存在しない時には充分明るい状態を与え、然も、強い光が
存在する時には充分暗い状態を与える液晶シャッターを達成する問題にも関する
。
本発明により解決される更に別の問題、即ち、本発明の目的は、非活性化状態
で大きな光学密度値（即ち、遮光数）を有する液晶シャッターを達成することで
ある。
本発明の更に別な目的は、安全性レベルを改善する目的から、非活性状態での
透過密度値（即ち、遮光数）が増大した閃光遮蔽装置及び溶接用ガラス構造体を
与えることにある。
更に別な目的は、透過率のレベルによって、機能的な状態にあるかないかを示
す液晶シャッターを与えることである。
更に別の目的は、明るい状態から暗い保護状態への早いスイッチング時間を維
持するために、互いに交差した偏光子の間に配置した少なくとも一つの液晶素子
を用いた液晶シャッターを与えることである。
更に別の目的は、暗い状態で高度に対称的な遮光幾何学性(shade geometry)を
有し、暗い活性化状態で広いコントラスト範囲を有する上で述べた種類のシャッ
ターを与えることである。
本発明によれば、これらの目的は、相互に捩って角度差をつけた偏光子の間に
配置した、入射光の波長に関連して変動する透過率特性を有する電圧制御可能な
液晶セルに、可視波長範囲内で、前記セルに印加する制御電圧が存在しない場合
に、液晶セルの透過率特性に対し補足的な透過率特性を有するフィルターを与え
ることにより達成される。
従って、本発明の一つの態様によれば、非活性状態で特定の波長範囲に対して
大きな透過率を有する通常は白色モードの液晶セルを、前記特定の波長範囲で透
過率を減少するバンド・パス・フィルター(band pass filter)と一緒にし、前記
非活性化状態で暗化した状態が達成されるようにしてある。更に、バンド・パス
・フィルターは、活性化状態にある液晶セルにより調節可能な透過率を持って透
過する波長に対し大きな透過率を有するように工夫されている。従って、本発明
の液晶シャッター構造体には、明るい状態から暗い状態への早い応答時間を維持
しながら、非活性状態で低い透過率、明るい第一活性化状態で大きな透過率、暗
い第二活性化状態で低い透過率が与えられる。換言すれば、液晶セル及びバンド
・パス・フィルターは、或る波長範囲でのバンド・パス・フィルターの透過率特
性の波長依存性が、電場がない時の液晶セルの透過率特性の波長依存性に対し実
質的に相補的になるように構成され、合わされている。
〔図面の簡単な説明〕
本発明を、その態様を例示することに関し、図面を参照して一層詳細に次に記
述する。図中、
第１図は、本発明による装置の第一の態様のばらばらにした概略的図である。
第２図は、本発明による装置の第二の態様のばらばらにした概略的図である。
第３Ａ図は、制御信号がない場合の９０°捩れネマチック液晶セルの透過率特
性の波長依存性を実践で示し、第３Ａ図は、点線で、バンド・パス・フィルター
の透過率特性の波長依存性も示している。
第３Ｂ図は、第一駆動電圧の影響下で、第一活性化状態にある９０°捩れネマ
チックセルの透過率特性の波長依存性を実践で示している。
第３Ｃ図は、第３Ａ図及び第３Ｂ図によるセルの、第二駆動電圧の影響下にあ
る第二活性化状態の透過率特性を示す図である。
第４Ａ図は、制御信号がない場合の０°捩れネマチックセルの透過率特性の波
長依存性を実践で示し、第４Ａ図は、点線で、バンド・パス・フィルターの透過
率特性の波長依存性も示している。
第４Ｂ図は、第一制御電圧の影響下にある第４Ａ図によるセルの波長依存性を
示す図である。
第４Ｃ図は、第二制御電圧の影響下にあるセルの透過率特性の波長依存性を示
す図である。
第５図は、本発明の一つ態様による装置の光透過率特性を、装置に印加された
制御電圧の関数として示すグラフである。
第６図は、レターデーションフイルムを有する本発明による装置の第三の態様
を例示する図である。
第７図は、レターデーションフイルムを有する本発明による装置の透過率特性
及び補償レターデーションフイルムを持たない装置の透過率特性を示す図である
。
第８Ａ図及び第８Ｂ図は、本発明による異なった装置についての遮光幾何学性
を例示する図である。
第９図は、本発明の一態様による装置についての遮光幾何学性を示す図である
。
第１０図は、従来技術による装置に印加した制御電圧の関数として、光透過率
特性を示す図である。
〔態様についての詳細な説明〕
第１図は、本発明による液晶シャッター構造体の態様の部品の概略的図である
。ネマチック型液晶セル２は、電源に接続することができる電極を有する透明板
で、それら板の表面近くで分子の配列方向を定めるための手段が与えられ、それ
によってそれら板の間に電場が存在しない時に液晶分子の方向を配列させるよう
になっている透明板を有する。本発明により、分子配列方向の間の分子配列に角
度の差（捩れ角とも呼ばれている）を、例えば、０°にすることができる。別法
とし
て、角度差を実質的に９０°、又は９０°と０°との間の値にすることもできる
。液晶セル２を、互いに直角の偏光方向を有する二つの偏光子３と４との間に配
置する。構造体１には、バンド・パス・フィルター５も配備されており、それは
構造体１を通過する光のビームＬＢの通路中に位置している。場合により、シャ
ッター構造体は、ＵＶ光及びＩＲ光を除去する機能を有する干渉フィルター６を
持っていてもよく、それらは波長範囲も限定する。本発明の別の態様により、バ
ンド・パス・フィルター５は、ＵＶ光及びＩＲ光の排除も行う。
第２図は、第一偏光子３、第一液晶セル２、第一偏光子３の偏光方向に対し直
角の偏光方向を持つ第二偏光子４、第二液晶セル６、第一偏光子３と同じ偏光方
向を有する第三偏光子７、及びバンド・パス・フィルター５を具えたシャッター
構造体の別の態様を示している。
第３Ａ図、第３Ｂ図、及び第３Ｃ図は、異方性Δｎとセルの厚さｄとの積、
Δｎ*ｄ＝０．８０μｍである９０°捩れネマチックセルのスペクトル特性を実
線で示している。第３Ａ図、第３Ｂ図、及び第３Ｃ図は、点線で、バンド・パス
・フィルターのスペクトル特性も示している。第３Ａ図、第３Ｂ図、及び第３Ｃ
図のグラフは、実質的に可視波長範囲中の波長の関数として透過率をプロットし
たものを例示している。第３Ａ図では、実線で描いた曲線は、光が入射する所の
分子方向ベクトルに対し、夫々４５°及び１３５°で配列した交差偏光子の間に
配置した、０．７８μｍのΔｎ*ｄ値を有する電気的に不活性な状態にある９０
°捩れネマチックセルのスペクトル特性を示している。この非活性化状態では、
セルは４００ｎｍの範囲で最大透過率を有し、５５０ｎｍの範囲で最小透過率を
有する。点線の曲線は、バンド・パス・フィルターのスペクトル特性を示し、そ
れは可視スペクトルの中心部分、即ち、５００〜６００ｎｍの波長範囲で、大き
な光学的透過率を有する。５００〜６００ｎｍ範囲に亙る液晶セルの低い透過率
と、３５０〜５００ｎｍ及び６２０ｎｍ以上の範囲中のバンド・パス・フィルタ
ーの低い透過率とが一緒になって、そのような液晶とこの特性を有するバンド・
パス・フィルターとを組合せて得られる全体的暗化状態を与える結果になる。
第３Ｂ図は、第３Ａ図の場合と同じ液晶セル及び同じバンド・パス・フィルタ
ーのスペクトル特性を、２．５Ｖの範囲の小さな駆動電圧を液晶セルに印加した
時の第一活性化状態の場合について示している。グラフから、液晶セルとバンド
・パス・フィルターについての最大透過率は、５００〜６００ｎｍの可視波長範
囲で一致していることが明らかである。従って、この第一活性化状態での一緒に
した系は、透明な大きな透過率を有するモードになっている。
第３Ｃ図も、第３Ａ図及び第３Ｂ図の系の部品についてのスペクトル特性を示
しているが、この場合には５Ｖの範囲の印加電圧で第二電気的活性化状態にある
。この一層大きな電圧を印加することにより、液晶セルの透過率は、可視波長範
囲の中心部分で再び減少する。実際、液晶セルが最小透過率に到達するまで、約
２Ｖ以上で電圧を変化させることにより、透過率は可視波長範囲で制御すること
ができる。そのような組合せ構造体の液晶セル部品は、通常白色のモードに似た
やり方で作動し、従って、本発明による装置のスイッチング時間は短い長所を有
する。この利点は、セルの板間の電場がない場合に暗い休止状態へ逆に戻る装置
を有する利点と組合わせて達成される。このことは、第５図に関連して一層詳細
に記述する。
第４図は、０°捩れネマチックセルとバンド・パス・フィルターのスペクトル
特性を示している。即ち、実線は、光が入射する所の分子ディレクター(directo
r)ベクトルに対し、夫々４５°及び１３５°で配向した交差偏光子の間に配置し
た、０．５５μｍのΔｎ*ｄ値を有する不活性な状態にある０°複屈折セルの光
学的特性を示している。点線の曲線は、可視スペクトルの中心部分、即ち、５０
０〜６００ｎｍの範囲で、大きな光学的透過率を有するように選択されたバンド
・パス・フィルターのスペクトル特性を示している。第４Ａ図から、可視波長範
囲の中心部分５００〜６００ｎｍで液晶セルの最小透過率は、バンド・パス・フ
ィルターの最大透過率と一致していることが分かる。従って、本発明により、こ
の液晶セルとバンド・パス・フィルターとを一緒にした場合、小さい透過率状態
が達成される。セルに印加される電圧が０の場合、それは、液晶セルの板の間に
電場が存在しない場合である。
第４Ｂ図は、２〜３Ｖの印加電圧の時の同じ液晶セル及びバンド・パス・フィ
ルターのスペクトル特性を示し、上で説明したように、透明な状態がその時に達
成される。
第４Ｃ図は、５Ｖの電圧を印加した時の第二活性化状態を示している。第二活
性化状態は、上で説明したようにして得られる暗い状態である。
計算により、この現象を示す主に二つの型セルが存在することが示されている
。第一は、光が入射する所の分子配列ディレクターに対し、夫々４５°及び１３
５°で配列した交差偏光子の間に配置した、０．８０μｍの範囲にあるΔｎ*ｄ
値を有する９０°捩れネマチックセルである。他方の型のセルは、同じく、光が
入射する所の分子配列方向に対し、夫々４５°及び１３５°に配向した偏光子を
有する、０．５５μｍの範囲のΔｎ*ｄ値を有する０°（非捩れ）複屈折セルで
ある。
本発明による閃光遮蔽装置は、検出された光の強度に呼応したセンサー信号を
与えるセンサーを有する。センサー信号は、信号発生機を有する制御機に送られ
る。信号発生機は、センサー信号に呼応して制御信号を発生するように設定され
ている。
本発明による液晶構造体は、二つの表面を有する液晶セルを有し、それら表面
の間に電場を与えるための電極がそれら表面に与えられている。電場は、制御信
号を電極に適用することにより発生する。制御信号を電極に送ると、或る制御信
号電圧が、電極間の液晶セルに対応する電場を生ずる。
第５図は、液晶セルの組合せの電気光学的特性についてのグラフを示し、透過
密度、即ち遮光数が印加電圧に対してプロットされている。第５図の曲線は、こ
の例の目的から、約０．７８μｍのΔｎ*ｄ値を与えるメルク(Merck)ｍｌｃ６０
９６液晶を有する８μｍの９０°捩れネマチックセルの電気光学的性質を示して
いる。セルは、光が入射する所の分子ディレクターベクトルに対し、夫々４５°
及び１３５°に配列した交差偏光子の間に配置され、５００〜６００ｎｍ範囲の
可視スペクトル中心部分に亙って大きな光学的透過率を有するバンド・パス・フ
ィルターと一緒になっている。非活性化状態、制御信号電圧が存在しない場合に
は、光学密度値は５．５の直ぐ上にある。約２Ｖの電圧を印加した場合、第一活
性化状態の約３．３まで光学密度値は低下し、それは非活性化状態の場合よりも
一層透明にする。２Ｖより高く、１０Ｖまでの範囲の電圧を印加すると、光学密
度値は、第一活性化状態で得られる最小値と、約１１の値までの範囲で変動
することができる。
７．８１μｍの範囲のΔｎ*ｄ値を有する９０°捩れネマチックセルが、表面
垂線に対し平行な方向に良好な電気光学的性質を有すると言う事実にも拘わらず
、このセル組合せの光学的角度性は、広い視野が必要になる用途に対しては幾ら
か不充分である。向かい合った分子配列方向が実質的に垂直になるように二つの
そのようなセルを一緒に配置することにより、本発明により一層の利点が与えら
れる。そのような配置は、或る程度のセル補償を生じ、適切な視野を得ることが
できる。本発明のそのような態様は、第２図に記載されており、例えば、自動暗
化溶接用ガラスフィルターとしての用途を有する。
捩れ角が小さいことと、Δｎ*ｄ因子が小さいことの両方により、０．５μｍ
の範囲のΔｎ*ｄを有する０°複屈折セルの有利な光学的角度性が、単一セル及
び二重セルの両方の液晶シャッター構造体に対し、極めて好ましく、明らかに適
切であることが判明している。そのような有利な性質により、広い対称的な視野
を与えることができる。しかし、０°セルに存在する大きな残留光学的レターデ
ーションにより、１０Ｖの範囲でさえも電圧を印加して駆動した時、そのような
装置から得られるセルコントラストは、９０°捩れネマチック液晶セルの場合と
比較して小さくなる。本発明の態様に従い、セルコントラストは、補償レターデ
ーションフイルムを付加することにより改良される。０°複屈折セルの態様では
、約２０〜５０ｎｍの小さなレターデーション値が適切である。補償効果を最大
にするため、レターデーションフイルムは、早い軸の方向が、光が入射及び射出
する所の分子方向ベクトルに対し垂直になるように配列するのが好ましい。０°
複屈折セルのための補償レターデーション層は、例えば、単一の一軸的に延伸し
たレターデーションフイルムの形をしていて、２５〜３０ｎｍの値を有するもの
にすることができる。別の態様として、補償レターデーション層は、これら二つ
のフイルムにより生ずる真の全レターデーションが、フイルムシートの二つの値
の差によって与えられるように配列したレターデーションフイルムによって与え
ることもできる。例えば、２７ｎｍ補償レターデーションフイルムをシャッター
構造体に適用した場合、セル組合せの最適Δｎ*ｄ値は、０．５５μｍ〜０．７
７μｍへ増大する。
第６図は、本発明によるレターデーションフイルム１０の配置場所を原理的に
示している。第６図では、レターデーションフイルム１０は、偏光フィルター３
と４の間の液晶セル２の一方の側に配置されている。別法として、レターデーシ
ョンフイルムは、分子配列指向板の間の液晶セル２内に含ませることもできる。
第７図は、４μｍ０°複屈折セルを有する液晶構造体の電気光学的性質を示し
ている。この例で複屈折セルは、約０．５２μｍのΔｎ*ｄ値を与えるメルクＺ
ＬＩ−４２４６液晶を含み、光が入射する所の分子ディレクターベクトルに対し
４５°及び１３５°に配列した交差偏光子の間に配置されている。上記態様に対
応して、このセルはバンド・パス・フィルターと一緒に配置されており、そのフ
ィルターは可視スペクトルの中心部分、即ち５００〜６００ｎｍの範囲に亙って
大きな光学的透過率を有する。曲線２０は、補償レターデーションフイルムがな
い場合のセル組合せの光学的特性を示しているのに対し、曲線２２には、早い軸
が、光が入射する所の分子ディレクターに対し直角になるように配向した２６ｎ
ｍ補償レターデーションフイルムを有するセル組合せを示している。補償レター
デーションフイルムによるセルコントラストの改良は、この図から明らかに分か
る。
第８Ａ図、第８Ｂ図、及び第９図は、上で述べたセル組合せについての中心視
野円錐中の遮光幾何学性を原理的に示した図である。特に、第８Ａ図は、９０°
捩れネマチック単一セルの遮光幾何学性Ａを示しており、遮光幾何学性が、セル
コントラストは依然として高いが、かなり大きな範囲に亙って非対称的であるこ
とは明らかである。第８Ｂ図は、非対称性偏光子と共に配列した二つの９０°捩
れネマチックセルの組合せの遮光幾何学性Ａ及びＢを示している。各セルからの
遮光幾何学性は依然として非対称的であるが、組合せにより、大きなコントラス
トを持つ対称的総合遮光幾何学性が得られている。これとは対照的に、第９図に
示したように、０°の捩れの小さい単一セルにより、対称性規模の大きな遮光幾
何学性が得られ、レターデーションフイルムと組合せて、大きなコントラストと
共に実質的に対称的な遮光幾何学性が得られている。The present invention relates to a liquid crystal shutter and an electro-optical eye protection device having a variable transmission density, in particular to a structure according to the preamble of claim 1. BACKGROUND OF THE INVENTION Liquid crystal shutters are useful in a variety of applications involving the transmission of light through a hole, in which case the shutter can be switched between a transparent or bright low light absorption state and a dark high light absorption state. It has become. By combining a layer or cell of liquid crystal molecules that can be aligned by an electrical effect with a polarizing filter, the transmittance of the liquid crystal shutter structure is varied in response to a change in the electrical effect. In this regard, state-of-the-art liquid crystal cells consist of liquid crystal molecules sandwiched between two glass plates. The plates have surfaces facing each other, each of which is provided with an alignment means for determining the molecular alignment direction for molecules in the vicinity of the alignment means in the absence of an electric field. These alignment means include a plate surface portion having a physical surface morphology that cooperates with the morphology of liquid crystal molecules when no electric field is present. This can be achieved by treating the surface of the glass plate in a uniform direction, since the liquid crystal molecules near such a surface tend to be arranged in parallel with the treatment direction. For example, the surface may be grooved. By twisting the glass plates together so that the processing directions are not parallel, a spiral structure of liquid crystal molecules is formed between the glass plates. For example, a standard 90 ° twisted nematic (TN) cell has mutually facing surfaces formed with a 90 ° twist angle between the molecular orientations of the glass plates. A smaller twist angle is described in the simultaneously filed but not yet published patent application SE940423-0 and the corresponding PCT / SE95 / 00455. The liquid crystal-type molecules used have an intrinsic dielectric anisotropy and can therefore be totally aligned by applying an electric field having a voltage greater than the cell-specific threshold. The helical structure of the cell then breaks down, and instead the liquid crystal molecules are oriented according to the electric field. The transmission density of such a cell assembly when placed between polarizers can be controlled by varying the applied electric field. When such a liquid crystal cell is placed between crossed polarizers, in the absence of an excitation voltage, the cell structure is said to have a large transmission and to have a normal white mode. In contrast, placing the cell between the parallel polarizers results in a cell structure with low transmission in the absence of an excitation voltage, and is usually referred to as having a black mode. A device having a high transmittance means that the intensity of light passing through the device is reduced only slightly. High transmittance can also be referred to as low optical density or low shade number. Conversely, devices with low transmission can be described as having high optical density and high light blocking number. The optical density is conventionally defined by the following equation. D = 1 + 7/3 × 10 log (I / T) (where T is the transmission coefficient). In particular, a state-of-the-art shutter of the type described above may be used to detect an eye, such as an automatically darkening welding shielding glass, in which the welding glass is activated and darkened in response to the detected welding light. When applied as a light filter in a protective device, it is important for stability reasons to ensure that the fastest possible response time from a bright state to a dark state is achieved. Basically, the operation of a liquid crystal cell involves two switching times. The first involves switching the cell from an inactive state to an activated state by application of a drive voltage, and the time for the liquid crystal to react therewith is typically less than milliseconds. The second switching time occurs in connection with the reverse process where crystal relaxation occurs when the drive voltage is removed and takes about 20 times longer. Therefore, for shutters that require a very fast switching time from a bright state to a dark state, it is common to use liquid crystal cells that are normally in white mode. However, modern shutters, usually in white mode, have the disadvantage that they remain in a potentially dangerous bright state if the drive electronics fail and cannot deliver the drive voltage for some reason. According to the prior art, this problem can usually be mitigated by using cells in the black mode, but then at the expense of the switching speed from the bright state to the dark protection state. Therefore, this is not a satisfactory solution. If the welding shield glass has a long switching time from a bright state to a dark state, the person using the welding shield is literally exposed to high intensity light for a long time after the welding operation starts. Become. European Standard EN169: 1992 "Personal Eye Protection-Filters for Welding and Related Techniques-Transmittance Requirements and Recommended Utilisation" It is defined that the maximum allowable difference between the activated state and the dark welding state is 9 or less in several steps of light shielding. For example, a welding filter that has 13 light shields in a dark state cannot be brighter than 4 light shields in an inactive state. In order to give the user sufficient light intensity before starting the welding operation, known methods have been developed for automatically darkening welding filters which provide a number of shades in the range of 3 in the bright state. Thus, instead, there is the problem of achieving a well-shielded dark state. [Disclosure of the Invention] An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems. The present invention also relates to the problem of achieving a liquid crystal shutter that provides a sufficiently bright state in the absence of intense light, yet provides a sufficiently dark state in the presence of intense light. Yet another problem solved by the present invention, an object of the present invention, is to achieve a liquid crystal shutter that has a large optical density value (ie, the number of light shields) in the deactivated state. It is yet another object of the present invention to provide a flash shield and a welded glass structure having an increased transmission density value (ie, the number of light shields) in the inactive state for the purpose of improving the level of safety. Yet another object is to provide a liquid crystal shutter that indicates whether it is functional or not, depending on the level of transmittance. Yet another object is to provide a liquid crystal shutter using at least one liquid crystal element disposed between crossed polarizers to maintain a fast switching time from a bright state to a dark protection state. Yet another object is to provide a shutter of the type described above which has a highly symmetric shade geometry in dark conditions and a wide contrast range in dark activated conditions. In accordance with the present invention, these objects are directed to a voltage controllable liquid crystal cell having a transmittance characteristic that varies with the wavelength of incident light, disposed between polarizers that are twisted relative to one another and angled apart. This is achieved by providing a filter having transmittance characteristics complementary to the transmittance characteristics of the liquid crystal cell when there is no control voltage applied to the cell within the visible wavelength range. Thus, according to one aspect of the present invention, a normally white mode liquid crystal cell having a high transmittance for a particular wavelength range in an inactive state is provided with a band-pass filter for decreasing the transmittance in the particular wavelength range. In combination with a band pass filter, a darkened state is achieved in the deactivated state. Further, the band-pass filter is designed to have a large transmittance at a wavelength that is transmitted with an adjustable transmittance by the liquid crystal cell in the activated state. Therefore, the liquid crystal shutter structure of the present invention has a low transmittance in the inactive state, a large transmittance in the bright first activated state, and a dark second active state while maintaining a fast response time from the bright state to the dark state. Low transmittance is provided in the activated state. In other words, in the liquid crystal cell and the band pass filter, the wavelength dependence of the transmittance characteristic of the band pass filter in a certain wavelength range is different from the wavelength dependence of the transmittance characteristic of the liquid crystal cell in the absence of an electric field. And are configured to be substantially complementary to BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will now be described in more detail, by way of example, with reference to the drawings, in which: FIG. 1 is a fragmentary schematic view of a first embodiment of the device according to the invention. FIG. 2 is a fragmentary schematic view of a second embodiment of the device according to the invention. FIG. 3A shows the wavelength dependence of the transmittance characteristic of a 90 ° twisted nematic liquid crystal cell in the absence of a control signal, and FIG. 3A is a dotted line, and shows the wavelength dependence of the transmittance characteristic of a band-pass filter. It also shows the nature. FIG. 3B illustrates in practice the wavelength dependence of the transmittance characteristics of a 90 ° twisted nematic cell in a first activated state under the influence of a first drive voltage. FIG. 3C shows the transmittance characteristics of the cell according to FIGS. 3A and 3B in the second activated state under the influence of the second drive voltage. FIG. 4A shows the wavelength dependence of the transmittance characteristic of the 0 ° twisted nematic cell in the absence of a control signal, and FIG. 4A is the dotted line and shows the wavelength dependence of the transmittance characteristic of the band-pass filter. Also shown. FIG. 4B shows the wavelength dependence of the cell according to FIG. 4A under the influence of a first control voltage. FIG. 4C is a diagram showing the wavelength dependence of the transmittance characteristic of the cell under the influence of the second control voltage. FIG. 5 is a graph illustrating the light transmittance characteristics of a device according to one embodiment of the present invention, as a function of the control voltage applied to the device. FIG. 6 is a diagram illustrating a third embodiment of the device according to the present invention having a retardation film. FIG. 7 is a diagram showing the transmittance characteristics of the device according to the present invention having the retardation film and the transmittance characteristics of the device not having the compensation retardation film. 8A and 8B are diagrams illustrating the shading geometry for different devices according to the present invention. FIG. 9 is a diagram illustrating shading geometry for a device according to one aspect of the present invention. FIG. 10 is a diagram showing light transmittance characteristics as a function of a control voltage applied to a device according to the prior art. DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic diagram of components of an embodiment of a liquid crystal shutter structure according to the present invention. The nematic liquid crystal cell 2 is a transparent plate having electrodes that can be connected to a power supply, provided with means for determining the orientation of the molecules near the surface of the plates, whereby when no electric field exists between the plates. It has a transparent plate adapted to arrange the directions of liquid crystal molecules. According to the present invention, the difference in angle between molecular arrangements in the molecular arrangement direction (also referred to as a twist angle) can be, for example, 0 °. Alternatively, the angle difference can be substantially 90 °, or a value between 90 ° and 0 °. The liquid crystal cell 2 is arranged between two polarizers 3 and 4 having polarization directions perpendicular to each other. The structure 1 is also provided with a band pass filter 5, which is located in the path of the light beam LB passing through the structure 1. In some cases, the shutter structure may have interference filters 6 that have the function of removing UV light and IR light, which also limit the wavelength range. According to another aspect of the invention, the band pass filter 5 also rejects UV and IR light. FIG. 2 shows a first polarizer 3, a first liquid crystal cell 2, a second polarizer 4 having a polarization direction perpendicular to the polarization direction of the first polarizer 3, a second liquid crystal cell 6, and a first polarizer 3. 9 shows another embodiment of the shutter structure including the third polarizer 7 having the same polarization direction as that of the first embodiment and the band-pass filter 5. FIGS. 3A, 3B and 3C show the product of the anisotropy Δn and the thickness d of the cell, the solid line shows the spectral characteristics of the 90 ° twisted nematic cell with Δn * d = 0.80 μm. I have. FIGS. 3A, 3B, and 3C also show the spectral characteristics of the band pass filter in dotted lines. The graphs in FIGS. 3A, 3B, and 3C illustrate transmission plots as a function of wavelength substantially in the visible wavelength range. In FIG. 3A, the curve drawn by the solid line is the Δn * d value of 0.78 μm, placed between crossed polarizers arranged at 45 ° and 135 °, respectively, with respect to the molecular direction vector where the light is incident. 2 shows the spectral characteristics of a 90 ° twisted nematic cell in an electrically inactive state having In this deactivated state, the cell has a maximum transmission in the range of 400 nm and a minimum transmission in the range of 550 nm. The dashed curve shows the spectral characteristics of the band pass filter, which has a large optical transmission in the central part of the visible spectrum, i.e. in the wavelength range from 500 to 600 nm. The low transmission of the liquid crystal cell over the range of 500-600 nm and the low transmission of the band pass filter over the range of 350-500 nm and over 620 nm combine to make such a liquid crystal and a band having this property The result is to give an overall darkening state obtained in combination with a pass filter. FIG. 3B shows the spectrum characteristics of the same liquid crystal cell and the same band-pass filter as in FIG. 3A, in the case of the first activation state when a small driving voltage in the range of 2.5 V is applied to the liquid crystal cell. Is shown. It is clear from the graph that the maximum transmittances for the liquid crystal cell and the band pass filter are consistent in the visible wavelength range of 500-600 nm. Thus, the combined system in this first activated state is in a transparent mode with large transmittance. FIG. 3C also shows the spectral characteristics for the components of the system of FIGS. 3A and 3B, in this case in the second electrically activated state with an applied voltage in the range of 5V. By applying this higher voltage, the transmittance of the liquid crystal cell decreases again at the center of the visible wavelength range. In fact, the transmittance can be controlled in the visible wavelength range by changing the voltage above about 2V until the liquid crystal cell reaches the minimum transmittance. The liquid crystal cell components of such a combination structure usually operate in a manner similar to the white mode, so that the switching time of the device according to the invention has the advantage of being short. This advantage is achieved in combination with the advantage of having a device to return to a dark rest state in the absence of an electric field between the plates of the cell. This is described in more detail in connection with FIG. FIG. 4 shows the spectral characteristics of the 0 ° twisted nematic cell and the band pass filter. That is, the solid line is a graph with a Δn * d value of 0.55 μm placed between crossed polarizers oriented at 45 ° and 135 °, respectively, relative to the molecular director vector where the light is incident. Figure 4 shows the optical properties of the 0 ° birefringent cell in the active state. The dotted curve shows the spectral characteristics of the bandpass filter selected to have a large optical transmission in the central part of the visible spectrum, i.e., in the range of 500-600 nm. From FIG. 4A, it can be seen that the minimum transmittance of the liquid crystal cell in the central portion of the visible wavelength range of 500 to 600 nm matches the maximum transmittance of the band pass filter. Therefore, according to the present invention, when the liquid crystal cell and the band pass filter are combined, a small transmittance state is achieved. If the voltage applied to the cell is zero, then there is no electric field between the plates of the liquid crystal cell. FIG. 4B shows the spectral characteristics of the same liquid crystal cell and band-pass filter at an applied voltage of 2-3 V, and a transparent state is then achieved, as explained above. FIG. 4C shows a second activated state when a voltage of 5 V is applied. The second activated state is a dark state obtained as described above. Calculations show that there are mainly two type cells that exhibit this phenomenon. The first is 90 ° with a Δn * d value in the range of 0.80 μm, located between the crossed polarizers arranged at 45 ° and 135 °, respectively, relative to the molecular alignment director where the light is incident. It is a twisted nematic cell. The other type of cell is also 0 ° with a Δn * d value in the range of 0.55 μm, with polarizers oriented at 45 ° and 135 °, respectively, with respect to the molecular alignment direction where the light is incident. Non-twisted) birefringent cell. The flash shielding device according to the present invention has a sensor that provides a sensor signal corresponding to the detected light intensity. The sensor signal is sent to a controller having a signal generator. The signal generator is configured to generate a control signal in response to the sensor signal. The liquid crystal structure according to the invention comprises a liquid crystal cell having two surfaces, on which electrodes for providing an electric field between the surfaces are provided. The electric field is generated by applying a control signal to the electrodes. When a control signal is sent to the electrodes, a certain control signal voltage produces an electric field corresponding to the liquid crystal cell between the electrodes. FIG. 5 is a graph showing the electro-optical characteristics of the combination of the liquid crystal cells, in which the transmission density, that is, the number of light shielding is plotted against the applied voltage. The curves in FIG. 5 show, for the purpose of this example, the electro-optical properties of an 8 μm 90 ° twisted nematic cell with a Merck mlc60 96 liquid crystal giving a Δn * d value of about 0.78 μm. The cell is positioned between crossed polarizers arranged at 45 ° and 135 °, respectively, with respect to the molecular director vector where the light enters, and has a large optical transmission over the visible spectral center in the 500-600 nm range. Combined with a band pass filter having a ratio. In the deactivated state, when there is no control signal voltage, the optical density value is just above 5.5. When a voltage of about 2 V is applied, the optical density value drops to about 3.3 in the first activated state, which makes it more transparent than in the unactivated state. When a voltage higher than 2V and up to 10V is applied, the optical density value can vary from the minimum value obtained in the first activated state to a value of up to about 11. The optical angle of this cell combination, despite the fact that a 90 ° twisted nematic cell having a Δn * d value in the range of 7.81 μm has good electro-optical properties in a direction parallel to the surface normal. The performance is somewhat inadequate for applications requiring a wide field of view. The present invention provides further advantages by arranging two such cells together so that the opposing molecular alignment directions are substantially vertical. Such an arrangement may result in some cell compensation and a proper field of view. Such an embodiment of the present invention is described in FIG. 2 and has application, for example, as a glass filter for automatic darkening welding. Due to both the low torsion angle and the small Δn * d factor, the advantageous optical angularity of the 0 ° birefringent cell with Δn * d in the range of 0.5 μm is reduced to single and double cells. It has been found that both liquid crystal shutter structures are very preferable and clearly suitable. Such advantageous properties can provide a wide symmetric field of view. However, due to the large residual optical retardation present in the 0 ° cell, the cell contrast obtained from such a device when driven with a voltage applied, even in the range of 10V, is less than that of a 90 ° twisted nematic liquid crystal cell. It becomes smaller compared to. According to an embodiment of the present invention, the cell contrast is improved by adding a compensating retardation film. For the 0 ° birefringent cell embodiment, small retardation values of about 20-50 nm are appropriate. To maximize the compensation effect, the retardation film is preferably arranged such that the direction of the fast axis is perpendicular to the molecular direction vector where light enters and exits. The compensation retardation layer for the 0 ° birefringent cell can be, for example, in the form of a single uniaxially stretched retardation film and have a value between 25 and 30 nm. Alternatively, the compensating retardation layer may be provided by a retardation film arranged such that the true total retardation produced by these two films is provided by the difference between the two values of the film sheet. For example, when a 27 nm compensation retardation film is applied to a shutter structure, the optimum Δn * d value of the cell combination increases from 0.55 μm to 0.77 μm. FIG. 6 shows in principle the location of the retardation film 10 according to the present invention. In FIG. 6, the retardation film 10 is disposed on one side of the liquid crystal cell 2 between the polarizing filters 3 and 4. Alternatively, the retardation film can be included in the liquid crystal cell 2 between the alignment plates. FIG. 7 shows the electro-optical properties of a liquid crystal structure having a 4 μm 0 ° birefringent cell. In this example, the birefringent cell comprises a Merck ZLI-4246 liquid crystal that provides a Δn * d value of about 0.52 μm, and crossed polarizers arranged at 45 ° and 135 ° relative to the molecular director vector where the light is incident. It is located between. Corresponding to the above embodiment, this cell is arranged with a band pass filter, which has a large optical transmission over the central part of the visible spectrum, i.e. in the range of 500-600 nm. Curve 20 shows the optical characteristics of the cell combination without the compensating retardation film, whereas curve 22 shows that the fast axis is perpendicular to the molecular director where the light is incident. 9 shows a cell combination having an oriented 26 nm compensated retardation film. The improvement of the cell contrast by the compensation retardation film can be clearly seen from this figure. FIGS. 8A, 8B and 9 are diagrams showing in principle the shading geometry in the central visual cone for the cell combinations described above. In particular, FIG. 8A shows the shading geometry A of a 90 ° twisted nematic single cell, where the shading geometry is asymmetric over a fairly large range, while the cell contrast is still high. Is clear. FIG. 8B shows the shading geometries A and B of a combination of two 90 ° twisted nematic cells arranged with an asymmetric polarizer. Although the shading geometry from each cell is still asymmetric, the combination provides a symmetric overall shading geometry with high contrast. In contrast, as shown in FIG. 9, a single cell with a small twist of 0 ° provides a large shading geometry with a large symmetry scale, combined with a retardation film, with a large contrast. A substantially symmetric shading geometry is obtained.
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