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Lichtfilter veränderbarer Farbe Die Erfindung betrifft ein durch Absorption
wirkendes Lichtfilter veränderbarer Farbe. Sie ist durch die Kombination mindestens
eines Polarisators mit mindestens einer relativ zu dessen Polarisationsrichtung
verstellbaren Farbschicht aus Farbstoffen unterschiedlicher dichroitischer Wirkung
gekennnzeichnet, wobei mindestens eine Farbschicht eine anisotrop geordnete Molekülanordnung
besitzt.
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Farbstoffe mit dichroitischer Wirkung sind bekannt. Beispielsweise
zeigt das »Kongorot« bei Betrachtung im linear polarisierten Licht in einer bevorzugten
Lage zur Polarisationsrichtung des Lichtes fast völlige Farblosigkeit, in der dazu
senkrechten Lage eine dunkelrote Färbung. Die gleiche Erscheinung wird beobachtet,
wenn man eine Bastfaser der Ramiepflanze oder eine durch Dehnen anisotrop gemachte
Zellulosehydratfolie oder eine entsprechend behandelte Folie aus Polyvinylalkohol
einfärbt. Wenn die Faserachse der gefärbten Bastfaser parallel der Polarisationsebene
liegt, so erscheint sie im polarisierten Licht fast farblos; werden beide Richtungen
aber gekreuzt, so beobachtet man eine tiefdunkelrote Färbung. Ähnliche dichroitische
Wirkungen kennt man auch an anderen Farbstoffen.
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Es sind auch Farbstoffe bekannt, die in Verbindung mit anisotropen
Folien keine dichroitische Wirkung hervorbringen. Außerdem lassen sich isotrope
Schichten auch mit dichroitischen Farbstoffen färben, ohne daß eine dichroitische
Wirkung zustande kommt. Auch natürliche Farbschichten mit und ohne dichroitische
Wirkung, z. B. Kristallschichten, sind bekannt.
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Von diesen bekannten Erscheinungen geht vorliegende Erfindung aus.
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Es sind Interferenz-Lichtfilter bekannt, die mindestens aus einem
Polarisator und mindestens einem Analysator mit zwischen beiden liegenden doppelbrechenden
Platten geeignet gewählter Dicke bestehen.
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Bei solchen Filtern werden eine oder mehrere Wellenlängen eines auftreffenden
Lichtgemisches ausgeschieden, so daß je nach der Dicke und Zahl der doppelbrechenden
Schichten und je nach der Anzahl der Polarisatoren und Analysatoren unterschiedliche
Farbgemische erzeugt werden können. Bei der spektralen Zerlegung dieser Interferenz-Farbengemische
treten in regelmäßigem Abstand dunkle, sogenannte Müllersche Streifen auf, die den
durch Interferenz ausgeschiedenen Wellenlängen entsprechen. Es werden also aus dem
Gesamtspektrum Teilbereiche ausgefiltert; der verbleibende Rest stellt ein Farbgemisch
aus Spektralfarben dar.
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Derartige Interferenz-Lichtfilter unterscheiden sich grundsätzlich
von den nach vorliegender Erfindung hergestellten. Die Farbschichten unterschiedlicher
dichroitischer Wirkung stellen in Verbindung mit einem oder mehreren Polarisatoren
Absorptions-Farbschichten dar. Ihre Farbwirkung beruht auf einem reinen Absorptionsvorgang
des Lichtes, in dem vorzugsweise ein zusammenhängendes, relativ breites Teilgebiet
des eingestrahlten Gesamtspektrums durch die Farbstoffmoleküle verschluckt wird.
Die Wirkung gleicht also derjenigen eines gewöhnlichen Farbfilters im Gegensatz
zu der Wirkung eines Interferenzfilters mit über das Spektrum verteilten diskreten,
schmalen Auslöschbändern, in denen das Licht nicht durch Absorption, sondern durch
Interferenz von Wellenzügen vernichtet wird. Ein derartiges Interferenzfilter kann
daher in der Art eines photographischen Farbfilters nicht verwendet werden.
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Beispielsweise wird die Farbschicht 1 (Fig. 1) aus einer gegossenen,
ungedehnten Zellulosehydratfolie hergestellt, die also keine dichroitische Wirkung
besitzt, und beispielsweise mit dem Farbstoff »Echtgelb« gefärbt. Diese gelbe Farbschicht
besitzt daher keine dichroitische Wirkung. An ihre Stelle kann auch eine durch Dehnen
anisotrop gewordene Polyvinylalkoholfolie treten, die mit »Supralichtgelb« gefärbt
worden ist. Auch diese gelbe Folie besitzt keine dichroitische Wirkung, weil »Supralichtgelb«
in Verbindung mit einer anisotropen Polyvinylalkoholfolie keine dichroitische Wirkung
erzeugt. Bringt man eine derartige Farbschicht in Wechselwirkung mit einem neutralgrauen
Polarisator2, so tritt in allen Stellungen lediglich eine gleichbleibende Lichtschwächung,
aber keine Farbänderung gegenüber der reinen Farbschicht ein, auch dann nicht, wenn
man den Polarisator und die Farbschicht gegeneinander verdreht. Bringt man dagegen
eine Farbschicht 2 (Fig. 2, 3) mit dichroitischer Wirkung, z. B. eine mit »Kongorot«
gefärbte, durch Dehnen anisotrope Folie aus Polyvinylalkohol in Wechselwirkung mit
dem Polarisator 2, so
erhält man durch relative Verdrehung des Polarisators
gegenüber der Farbschicht einen stetigen Übergang zwischen Farblos und Dunkelrot
mit allen Sättigungszwischenstufen des erzielbaren Rot.
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Kombiniert man nun entsprechend Fig. 4 die vorerwähnte gelbe Farbschicht
1 ohne dichroitische Wirkung mit der zuletzt erwähnten roten Farbschicht 3 mit dichroitischer
Wirkung z. B. durch Aufeinanderlegen oder Aufeinanderkitten und bringt die Kombination
der beiden Farbschichten mit dem neutralgrauen Polarisator 2 in Wechselwirkung,
dann kommt in der einen Extremstellung-in der die mit »Kongorot« gefärbte Folie
3 farblos erscheinen würde (Parallelstellung) - die gelbe Farbe der mit »Supralichtgelb«
gefärbten Folie voll zur Wirkung, während entsprechend Fig. 5 in der um 90° versetzten
anderen Extremstellung (Senkrechtstellung) das Dunkelrot der mit »Kongorot« gefärbten
-Folie voll in Erscheinung tritt. In den Zwischenstellungen (Fig. 6) erfolgt ein
stetiger Übergang von Gelb über Orange nach Rot. Diese Erscheinungsformen sind dadurch
bedingt, daß der gelbe Farbstoff den gesamten spektralen Durchlässigkeitsbereich
des roten Farbstoffes mit dichroitischerWirkung einschließt.
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Bei andersartigen Farbschichtkombinationen, bei denen sich -die Absorptionsgebiete
nur teilweise überdecken, erzielt man in den Extrem- und Zwischenstellungen Mischfarben.
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Nach einem anderen Ausführungsbeispiel besteht das Farbfilter aus
nur einer Farbschicht, die aus zwei oder mehr Farbstoffen aufgebaut ist, wobei mindestens
einer der Farbstoffe keine .dichroitische Wirkung und mindestens einer der Farbstoffe
eine von Null wesentlich abweichende dichroitische Wirkung aufweisen. Eine derartige
Farbschicht kann aus einer durch Dehnen anisotrop gemachten Polyvinylalkoholfolie
bestehen, die mit »Supralichtgelb« und mit »Kongorot« gleichzeitig oder nacheinander
eingefärbt wurde. Dadurch, daß »Kongorot« in Verbindung mit der anisotropen Polyvinylalkoholfolie
eine dichroitische Wirkung erzeugt, »SupräIichtgelb« dagegen nicht, ruft eine solche
mit zwei derart unterschiedlich wirkenden Farbstoffen gefärbte Farbschicht in Wechselwirkung
mit einem neutralgrauen Polarisator den gleichen Effekt hervor, wie die im vorangegangenen
Beispiel erwähnten aufeinändergelegten bzw. aufeinandergekitteten Einzelfarbschichten,
die mit den gleichen Farbstoffen »Kongorot« und »Supralichtgelb« behandelt wurden.
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Die Ausgestaltung der Farbfilter bleibt aber weder auf zwei Einzelfarbschichten
noch auf zwei Einzelfarbstoffe beschränkt; vielmehr können durch Vermehrung der
Anzahl der dichroitisch wirkenden und/ oder der nicht dichroitisch wirkenden Farbstoffe
praktisch beliebig viele Farbkombinationen erzeugt werden.
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Bei Anwendung von nur einer Farbschicht, welche aus mehreren Farbstoffen
aufgebaut ist, ist es zweckmäßig, gegebenenfalls außer Farbstoffen ohne dichroitische
Wirkung entweder nur Farbstoffe mit positiv dichroitischer Wirkung oder nur Farbstoffe
mit negativ dichroitischer Wirkung zu verwenden.
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Nach einem anderen Ausführungsbeispiel besteht das Farbfilter aus
mindestens zwei Farbschichten, welche jede eine von Null wesentlich abweichende
dichroitische Wirkung aufweisen. Zum Beispiel kann die eine Farbschicht 4 (Fig.
7 und folgende) eine durch Dehnen anisotrope Polyvinylalkoholfolie sein, welche
mit einem einen Dichroismus_ erzeugenden roten Farbstoff gefärbt ist, die andere
Farbschicht 5 (Fig. 9, 10 und 11) ebenfalls eine durch Dehnen anisotrope Polyvinylalkoholfolie,
welche mit einem einen Dichroisrnus erzeugenden blauen Farbstoff gefärbt ist. Beide
Farbstoffe mögen mit der erwähnten Folie einen Dichroismus mit gleichem Vorzeichen,
also entweder positiven oder. negativen Dichroismus erzeugen. Kombiniert man die
Farbfolie 4 (Fig. 7) mit dem Polarisationsfilter 2, dessen Durchlaßrichtung parallel
zu einer bevorzugten Richtung des Filters 4 liegt, so liefert diese Kombination
eine fast völlige Farblosigkeit. Wird dagegen entsprechend Fig. 8 das Polarisationsfilter
2 um 90° gedreht, so wird das durch die Kombination durchtretende Licht dunkelrot
gefärbt. Aus diesen bekannten Tatsachen folgend, werden gemäß der Erfindung zwei
Farbschichten der genannten Art in solcher Weise kombiniert, daß sie mit gekreuzten
Indexachsen, d. h. mit gekreuzten Schwingungsrichtungen übereinanderliegen. Wird
diese Kombination mit dem neutralgrauen Polarisator 2 in Wechselwirkung gebracht,
dann kommt in zwei Extremstellungen, Parallel- bzw. Senkrechtstellung, jeweils die
Auslöschfarbe des einen dichroitischen Farbstoffes (Senkrechtstellung) zur vollen
Auswirkung, also im vorliegenden Beispiel Rot (Fig. 10) und Blau (Fig. 9), während
der andere Farbstoff (Parallelstellung) farblos erscheint. Bei Umschaltung des neutralgrauen
Polarisators 2 kehren sich also die Verhältnisse gerade um. Zeigen die verwendeten,
einen Dichroismus erzeugenden Farbstoff in Parallelstellung keine völlige Farblosigkeit,
so tritt in den Extremstellungen eine Mischfarbe zwischen den beiden wirksamen Färben
auf. In den Zwischenstellungen zwischen den Extremstellungen erhält man ohnehin
Farbgemische (Fig. 11). Zur Erzielung bestimmter Farbnuancen kann man an Stelle
von zwei Farbstoffen mehrere Farbstoffe verwenden, und zwar solche, die eine dichroitische
Wirkung erzeugen oder nicht. Man kann auch zur Erzielung besonderer Farbeffekte
die Farbschichten so zueinander legen, daß ihre Schwingungsrichtungen nicht völlig
gekreuzt liegen, sondern einen von 90° abweichenden Winkel miteinander bilden.
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An Stelle von zwei oder mehr Farbschichten kann auch bei dieser Ausführungsform
des Farbfilters eine einzelne, aus zwei oder mehr Farbstoffen aufgebaute Farbschicht
treten, welche gegebenenfalls außer Farbstoffen ohne dichroitische Wirkung Farbstoffe
mit positiv dichroitischer und Farbstoffe mit negativ dichroitischer Wirkung enthält.
Man kann z. B. ein und dieselbe durch Dehnen anisotrope Zellulosehydratfolie mit
zwei verschiedenen Farbstoffen so färben, daß der eine Farbstoff mit der Folie einen
dichroitischen Polarisator bildet, dessen Polarisationsrichtung parallel zur Dehnungsrichtung
der Folie liegt und der andere Farbstoff mit ihr einen dichroitischen Polarisator
bildet, dessen Polarisationsrichtung senkrecht zur Dehnungsrichtung der Folie liegt.
Derartige Farbstoffe mit verschiedenem Vorzeichen des Dichroismus sindbekannt. Es
hat z. B. das >Kongorot« in Verbindung mit einer Zellulosefaser positiven Dichroismus,
während das »Magdalarot« in Verbindung mit der gleichen Faser negativen Dichroismus
ergibt. Eine -derartige Färbung einer einzelnen Trägerschicht ersetzt die Anwendung
von zwei oder mehr Einzelfarbschichten mit gekreuzter Lage der Polarisationsrichtungen
wie vorstehend beschrieben und bringt den gleichen Effekt wie die Mehrfachschichten
hervor, führt aber zu einer Verbilligung des erfindungsgemäßen Farbfilters.
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Wie bereits erwähnt, können die Farbschichten zweckmäßigerweise durch
geeignet gefärbte, gegebenenfalls durch Dehnen anisotrop gemachte Kunststoff-
Folien
aus Zellulosehydrat oder Polyvinylalkohol u dgl. aufgebaut werden. Es können aber
auch natürlich vorkommende, gefärbte oder ungefärbte Schichten benutzt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann man die Farbschichten
noch mit ungefärbten doppelbrechenden Schichten kombinieren, die entweder zwischen
je zwei Farbschichten oder zwischen einem Polarisator und einer Farbschicht angeordnet
werden, um die durch Absorption entstehende Farbwirkung der Farbschichten durch
die Wirkung der auftretenden Interferenzfarben zu ergänzen.