一种保持型光阀的制作方法 【技术领域】
本发明涉及一种电焊工面罩中使用的液晶光阀的制作方法，属光学技术领域。
背景技术
“扭曲向列型液晶显示器”(Twisted Nematic Liquid crystal display)，简称“TN型液晶显示器”，由两片ITO玻璃和夹在它们之间的向列型液晶构成。“TN型液晶显示器”的传统制作方法是先在两片平行玻璃的内表面上印制一层透明而导电的薄膜以作电极和刻蚀图形之用，这种薄膜通常是一种铟(Indium)和锡(Tin)的氧化物(Oxide)，简称ITO，然后再在有ITO的面上印制表面配向剂(定向材料)，配向剂通常采用聚酰亚胺(简称PI)，并在两PI定向材料层表面上制出相互垂直的沟槽，最后在这两片玻璃之间充入液晶材料，并贴附偏光片作为起偏器和检偏器。在显示器不加电时，“TN型液晶显示器”内的液晶分子顺着PI定向材料层表面沟槽方向成扭曲90度，且平行于玻璃表面的方向排列，偏振光被液晶分子扭曲90度，如图1所示；液晶排列成垂直于玻璃方向，偏振光通过液晶层方向没有发生变化，如图2所示。图1中自然光通过起偏器变成线性偏振光，被液晶分子扭曲90度，与检偏器光轴平行，通过检偏器，光线透过液晶屏，屏幕为白，亮态；图2中，线性偏振光方向没被液晶分子改变，方向与检偏器光轴垂直，通不过检偏器，光线不能透过液晶屏，屏幕为黑，暗态。通过通断电控制光的通过和截止，实现黑白显示。
如果整个液晶屏只有一个整体显示像素，则这个液晶屏可以作为一个控制光通断的阀门，我们称之为液晶光阀。利用液晶光阀制作的电焊面罩，可以戴在头上，在焊接起弧时自动变黑，阻挡电弧光刺激眼睛，起到传统电焊面罩黑玻璃的作用；在焊接结束时自动变得透明，可以检查焊点质量，焊接工可以自由进行双手操作，而且这种自动变光电焊面罩，对人眼更具保护作用，市场对这种液晶光阀的需求急剧增加。
然而这种液晶光阀具有一个普遍存在的缺点，即光阀的状态保持性低，只要光阀断电，即刻就不再显示，只有持续通电，才能保持黑屏状态。因此，普通液晶光阀的耗电量大，电池寿命短，对环境污染严重，不能满足节能要求。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的不足、提供一种耗电量小，节能效果明显的保持型光阀的制作方法。
本发明的目的是以下述技术方案实现的：
一种保持型光阀的制作方法，它按如下步骤进行：a.在两片平行玻璃片的内表面上印制一层ITO薄膜；b.在ITO面上印制PI定向材料层，PI定向材料层将ITO薄膜完全覆盖；用绒布类材料对PI定向材料层进行高速摩擦处理，使两PI定向材料层表面产生相互垂直的沟槽；c.在两片印有ITO和PI定向材料层的玻璃之间充入液晶材料；d.在两片平行玻璃片的外表面贴附偏光轴成90度的偏光片作为起偏器和检偏器；在所述a步骤印制ITO薄膜时，ITO薄膜在最小可视区的基础上，四边边界分别向外扩大0.1毫米，薄膜的四个角印制成圆角过渡。
上述保持型光阀的制作方法，在采用绒布类材料对PI定向材料层进行高速摩擦处理时，其摩擦力矩为10±3kg.cm。
上述保持型光阀的制作方法，所述PI定向材料层选用电导度值小的定向材料，其电导度值小于10μS/cm，预倾角为3.5度。
上述保持型光阀的制作方法，所述ITO(氧化铟锡)薄膜的四个圆角过渡中其圆角半径为0.35毫米。
本发明采用增大PI定向层面积使之将ITO薄膜完全覆盖的方法，并选用电导度值小(介电常数大)的PI定向材料，通过增大两层透明而导电的ITO薄膜之间的电容值，使光阀具有较长时间的状态保持性。绒布类材料对PI定向材料层进行高速摩擦处理的摩擦力矩选择为10±3kg.cm，可使PI定向材料的静电力常量尽量小，进一步增大两层透明而导电的ITO薄膜之间的电容值，增强光阀的保持性。大块ITO薄膜的四个角采用圆角，可防止尖端放电，有利于延长保持时间。本发明可使液晶光阀在断电后仍能在一定时间内保持通电时的状态，大大降低了光阀的耗电量，延长了电池的使用寿命，减少了电池对环境的污染。
【附图说明】
图1是不加电压时TN型液晶显示器中液晶的排列示意图；
图2是加电压时TN型液晶显示器中液晶的排列示意图；
图3是本发明各涂覆层的结构示意图(图中将PI定向材料层1掀起)；
图4是A-A剖视图；
图5是液晶光阀地等效电路图。
图中各标号为：1、PI定向材料层；2、ITO薄膜；3、液晶材料；4、玻璃片；5、偏光片；6、涂覆标识；7、丝印框；C、液晶光阀等效电容；LCD、液晶光阀。
【具体实施方式】
本发明把版图设计和工艺匹配巧妙结合起来，使光阀的电容量值增大，达到长时间保持的目的，其机理如下：
参看图3，液晶光阀可以等效为等效电容C和液晶光阀LCD的并联电路，增大等效电容C的值，可延长放电过程，达到保持的效果。
物理学平板电容公式：C＝εS/4πkd。其中，ε是介电常数，S为电容极板的面积，d为电容极板的距离，k则是静电力常量。
在液晶光阀中由于可视区面积一定，S是一个常数，ε、d、k则都成了变量。我们通过增大ε值，减小d、k值来增大C值，增大光阀的电容性，提高保持时间。
具体做法是：
1、增大PI定向材料层面积使之将ITO薄膜完全覆盖，保证两层ITO薄膜(等效电容两极板)之间任何一处都有介电质(PI定向材料层)，增大等效电容C的值。
2、选用电导度值＜10μS/cm，预倾角3.5度的定向材料。从材料优化上，使PI材料介电值大，保证公式中ε值尽量大。
3、对ITO层、PI定向材料层、丝印框的形状、配合进行优化，使各部分之间匹配紧密，不留缝隙。
传统的设计方法：PI涂敷后的面积小于大块ITO层面积，ITO层是四角为直角的长方形，丝印框压在ITO上。
本发明光刻版大块ITO在最小可视区(所谓最小可视区是指客户要求的、产品必须要保证的最小显示面积叫做最小可视区)的基础上，四边边界分别往外扩0.1毫米，以便PI定向层涂覆时盖严大块ITO(同时又能保证满足最小可视区面积)；大块ITO四个角由直角改为圆角，减少尖端放电，圆角半径为0.35毫米；光刻版做上涂覆标识，涂覆时使AT (钝化膜)、PI层盖严大块ITO，又不超过涂覆标识，以避免丝印框压PI层多，造成开盒；丝印框菲林内沿比ITO四边扩0.125毫米，以保证丝印时使丝印框与大块ITO之间配合紧密，不留缝隙，从结构上保证ε值尽量大。
4、工艺优化摩擦力矩为10±3kg.cm。
摩擦工艺中摩擦力矩的使用范围是5～30kg.cm，本发明经过优化，选取其中适合的一段范围10±3kg.cm，保证公式中k值尽量小。
与之对照的是，已有技术中的普通液晶光阀选材采用电导度值≤20μS/cm，预倾角1～2度的定向材料；大块ITO呈矩形；PI层不盖严大块ITO，大块ITO四边和丝印框压在一起，PI边缘和胶框内沿有一定的缝隙，也就是说，丝印印出的丝印框压的是ITO层，且和PI层有间隙，这样PI层和丝印框之间缝隙的液晶分子不能加上电；摩擦力矩用20±5kg.cm。
采用本发明结构参数设计及工艺匹配，制得的保持型光阀，当采用32赫兹、5伏电压加电时，断电后保持时间可以达到30分钟。