Active liquid crystal optical protective filter

V magistrskem delu je predstavljen razvoj novega koncepta delovanja aktivnega tekočekristalnega optičnega filtra oz. »aktivni LCD-filter« za zaščito oči pred močnimi svetlobnimi bliski, kot nastajajo med elektroobločnim varjenjem. Tehnološke rešitve, ki se uporabljajo za prikaz velikega števila informacij v ploščatih prikazovalnikih z veliko gostoto slikovnih elementov (TV-zasloni, računalniški zasloni,…), ne predstavljajo najugodnejših rešitev za področja, ki so osnovana na uporabi tekočekristalnih optičnih preklopnikov z zelo specifičnimi lastnostmi. Za lažje razumevanje delovanja in predstavitev aktivne tekočekristalne optične celice smo razvili preprosto modelsko nazornejšo celico, ki pojasni različna optična stanja v celici. Zaščitni aktivni LCD-optični filter za svoje delovanje izkorišča anizotropne optične lastnosti tekočih kristalov. Povečanje intenzitete svetlobnega toka (npr. pri varjenju) povzroči spremembo napetosti na optičnem preklopniku, kar privede do spremembe strukture tekočega kristala v celici in sicer iz superzasukane v homeotropno urejeno strukturo. V procesu optimizacije strukture aktivnega LCD filtra je bil razvit superzasukani tekočekristalni optični preklopnik (STN LCD). Dva takšna preklopnika, postavljena v »tandem«, z najugodnejšo postavitvijo medsebojno pravokotno orientiranih polarizatorjev in polimernih optično negativno dvolomnih filmov (retarderjev), aktivno vplivata na optično prepustnost celotnega sendviča plasti in omogočata visoko absorpcijo prepuščene svetlobe oz. zatemnitev zaščitnega optičnega filtra. Sestavljeni aktivni LCD-filtri povsem ustrezajo najvišjim zahtevam za optično kvaliteto po mednarodno priznanih standardih DIN Plus in EN 379. Navedene raziskave so omogočile vpeljavo znanja o delovanju super zasukane tekočekristalne celice v poučevanje. Razvit je bil model celice, ki je sestavljen iz devetih plasti cvetličarske folije in dveh plošč polarizatorja. Z različnimi postavitvami modela celice nazorno demonstriramo delovanje aktivne tekočekristalne celice, optično odprto in optično zaprto stanje celice v varilskih očalih oz. tudi drugih optičnih prikazovalnikih z veliko gostoto slikovnih elementov. UDK: 532.783:535-84(043.2), 37.091.3:53(043.2) Gesla: tekoči kristali, super zasukana struktura tekočega kristala STN LCD, dvolomnost, zatemnitev, model celice, poučevanje In this Master thesis we present our invention of a new concept of an active liquid-crystal optic filter, “an active LCD filter”, used for the eye protection from the strong light flashes during the electroslag welding process. Technological solutions, used to present a large quantity of information’s on the flat screens with high density of visual elements (TV, screens, computer monitors,…) are not suitable solutions for optical filters, where very specific properties are required. For an easier understanding and explicit presentation of the active liquid-crystalline cell, a simple cell model was developed, which is used to explain various optical mechanisms inside the cell. Protective active LCD optic filters are based on the anisotropic optical properties of liquid crystals. An increase in the light intensity (for example at welding) causes a change in the electric voltage in the optical switcher, which leads to a modification of the structure of liquid crystals from the super-twisted nematic to the homeotropic structure. During the active LCD filter optimisation process a super twisted liquid crystal optical switcher (STN LCD) was developed. Two of the STN LCD switchers, placed in a tandem, with the most effective position of perpendicularly oriented polarizers and optically negative polymer birefringent films (retarders), actively effect the optical transmission of a sandwich of layers, which enables a high absorption of transmitted light or attenuation of the protective filter. The compound active LCD filters comply the highest optical quality demands according to the valid International standards (DIN Plus and EN 379). Results of the research can be implemented into the teaching process. A cell model, made of nine layers of a florist foil and two layers of polarizers was developed. With various compositions of the cell model we can demonstrate how the active liquid-crystal cell works. We can demonstrate the optically open and optically closed state of the cell in the welding protective filters as well as in other optical screens with a high density of pixels. UDK: 532.783:535-84(043.2), 37.091.3:53(043.2) Key words: liquid crystals, birefringence, liquid-crystal super twisted structure STN-LCD, attenuation, cell model, education