DE1250251B

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Publication number: DE1250251B
Application number: DENDAT1250251D
Authority: DE
Publication date: 1967-09-14

Description

DEUTSCHES WTrtg ¹Wl· PATENTAMT

DeutscheKl.: 54h-4

AUSLEGESCHRIFT — ^_{0 251}

Aktenzeichen: N 26328 IX a/54 h 1 250 2 3 1 Anmeldetag: 4. März 1965

Auslegetag: 14. September 1967

Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Anzeigevorrichtung zum Darstellen von Informationen in drei Dimensionen durch deren Aufzeichnen und Löschen in einem flüssigen Körper.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Anzeigevorrichtung mit einem eine Flüssigkeit enthaltenden Gefäß. Das kennzeichnende Merkmal der Erfindung besteht darin, daß zumindest ein Teil des Gefäßes sichtbares und ultraviolettes Licht durchläßt, daß die Flüssigkeit normalerweise statisch und farblos ist, jedoch bei Bestrahlung mit UV-Licht eine deutliche Färbung annimmt, daß eine UV-Lichtquelle vorgesehen ist, die durch das Gefäß in die Flüssigkeit hinein ein Bestrahlungsmuster projiziert, um in der Flüssigkeit ein dem Bestrahlungsmuster entsprechendes, durch das Gefäß in drei Dimensionen sichtbares farbiges Bild zu erzeugen. Ein weiteres kennzeichnendes Merkmal der Erfindung ist eine Vorrichtung, mittels der die Flüssigkeit zur Löschung des farbigen Bildes in Bewegung versetzt wird.

In einer solchen Vorrichtung wird eine flüssige Lösung eines bekannten photochromen Farbstoffes oder mehrere solcher Farbstoffe verwendet, wobei jeder Farbstoff eine normale molekulare Struktur aufweist, die bei den bevorzugt ausgewählten Farbstoffen in Lösung »farblos« ist und eine veränderte molekulare »farbige« Struktur besitzt, die in Lösung eine deutliche Färbung aufweist. In diese »farbige« Struktur können die Moleküle durch UV-Licht gebracht werden. In der Masse sind die Moleküle dieser Farbstoffe immer bestrebt, mit der Zeit in die normale »farblose« Form zurückzukehren. Sie erfahren infolge der Umgebungswärme in der Masse eine molekülweise Umkehrung, so daß jede Aufzeichnung in der Lösung in Abhängigkeit von der molekularen Zusammensetzung der Farbstoffe, der Umgebungstemperatur und dem Lösungsmitte! nach einer bestimmten Zeit verblaßt. Ein solches Verblassen kann in einer bestimmten Umgebung innerhalb von Minuten oder kürzeren Zeitspannen, aber auch innerhalb von Stunden, Tagen, Monaten oder länger dadurch erzielt werden, daß Farbstoff komponenten entsprechend ausgewählt werden. Für die Zwecke des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sind die Farbstoffe, das Lösungsmittel und die Umgebungstemperatur jedoch so gewählt, daß die durch das UV-Licht induzierte deutliche Färbung für einige Minuten oder einen noch größeren Teil einer Stunde bestehenbleibt. Die für das Verblassen des bevorzugten Ausführungsbeispiels gewählte Zeitspanne ist jedoch nicht als einschränkender Faktor anzusehen, Anzeigevorrichtung

Anmelder:

The National Cash Register Company,
Dayton, Ohio (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. A. Stappert, Rechtsanwalt,
Düsseldorf-Nord, Feldstr. 80

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 6. März 1964 (349 850)

da das System auf längere oder kürzere Zeitspannen für natürliches Verblassen eingestellt werden kann.

Die Erfindung enthält eine Vorrichtung zum Projizieren von UV-Licht in einem Muster in einem Körper aus flüssiger Lösung eines solchen photochromen Farbstoffes oder mehrerer solcher Farbstoffe im wesentlichen farbloser Art, wobei der Flüssigkeitskörper in einem durchsichtigen Gefäß untergebracht ist, durch dessen Wände das zu erzeugende farbige Bild sichtbar ist und das UV-Erregungslicht projiziert werden kann, um das Bild hervorzurufen. Falls das Gefäß oben offen ist, ist die Färbung auch von dort beobachtbar. Das UV-Licht kann aber auch in den flüssigen Körper durch die offene Oberseite des Gefäßes projiziert werden, oder es können beide Aufzeichnungs- und Beobachtungsmöglichkeiten angewandt werden.

Das UV-Licht kann zur Aufzeichnung in der in den Zeichnungen gezeigten Weise gesteuert werden, und zwar durch eine ausgeschnittene, für UV-Licht undurchlässige Schablone oder durch eine gleichwertige Vorrichtung, z. B. einen durchsichtigen Film, der Daten in Form von UV-Licht absorbierendem Stoff trägt, oder durch eine UV-Lichtquelle mit einer Richtungssteuervorrichtung, die so betätigbar ist, daß sie alle möglichen gewünschten Daten in dem flüssigen Körper aufzeichnet. Diese Aufzeichnung ist in dem Flüssigkeitskörper in drei Dimensionen sichtbar, was auf das Durchdringen des Schreiblichtes durch die Masse von beispielsweise durch Lösung dispergieren Molekülen des photochromen Farbstoffes erreicht wird, wobei das UV-Licht um so weiter durchdringt, je schwächer die Konzentration der Lösung ist. Solange der Flüssigkeitskörper im Ruhezustand ist, ist die Aufzeichnung in weißem einfallendem Licht in ursprünglichen Konturen in drei

709 647/a

Dimensionen in ihrer Eigenfarbe oder in einem anderen Farbton sichtbar, wenn sie unter auffallendem Licht eines kleineren Teil des Spektrums betrachtet wird.

Es kann eine Hintergrundabschirmung mit konstanten Reflexionseigenschaften vorgesehen werden, von dem sich das dreidimensionale Bild abhebt. Auch auf den Schirm selbst kann geformtes Licht projiziert werden, um einen festen oder sich bewegenden verschiedenfarbigen Hintergrund zu schaffen, von dem sich die dreidimensionale Aufzeichnung abhebt.

Die Vorrichtung enthält ein Mittel, durch das der ruhende Flüssigkeitskörper in Bewegung versetzt werden kann, wodurch die farbigen Moleküle mit dem farblosen Rest des flüssigen Körpers gemischt werden, was zu einem Verschwinden der Aufzeichnung infolge Verdünnung durch Mischen führt. Mittlerweile verblaßt die Masse der Moleküle weiter, so daß auch nach öfterem Aufzeichnen und Mischen der Flüssigkeitskörper keine Verfärbung zeigt. Der Flüssigkeitskörper kann dadurch in Bewegung versetzt werden, daß die Flüssigkeit durch Zirkulation einer zusätzlichen Farbreaktionsflüssigkeit aus einem Flüssigkeitsreservoir verdrängt wird, oder durch Gasblasenbildung (Aufwallen) und/oder eine beliebige andere, z. B. mechanische Art der Mischung, die in gewissen Zeitabständen oder nacheinander ohne Abstand oder gleichzeitig durchgeführt werden.

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine umlaufende Aufzeichnungsvorrichtung vorgesehen, die zunächst bewirkt, daß die Aufzeichnung als Bild erscheint, das, falls es von außen beeinflußt wird, für eine bestimmte Anzahl von Sekunden beständig ist. Diese Schreibvorrichtung besteht aus einer Reihe von UV-Licht erzeugenden Xenonblitzlampen, deren Licht auf das Gefäß mit der photochrom reagierenden Flüssigkeit projiziert wird, und zwar durch eine Schablone und ein Lichtfilter, das UV-Licht durchläßt und sichtbares Licht abhält und in der Bahn des projizierten Lichtes angeordnet ist. Nach dem mehr oder weniger plötzlich erfolgenden Aufzeichnen ist eine Pause von mehreren Sekunden für die visuelle Beobachtung der Aufzeichnung vorgesehen. Dann beginnt der Löschteil des Arbeitszyklus damit, daß Luft oder ein anderes Gas von einer Öffnung am Boden des Gefäßes durch die darin enthaltende Flüssigkeit geblasen wird und gleichzeitig oder etwas später frische Flüssigkeit aus einem verdeckt angeordneten Flüssigkeitsreservoir eingelassen wird, was mittels einer Pumpe durch eine Leitung und eine weitere Einlaßöffnung auf dem Boden des Gefäßes geschieht, wobei die überschüssige Flüssigkeit, wie im folgenden beschrieben, durch einen Auslaß im oberen Teil des Gefäßes in das Reservoir zurückgeführt wird.

Gewöhnlich ist ein plattenförmiger Hintergrundlichtzerstreuer, z. B. dünnes Papier, zwischen dem Gefäß und dem Lichtquellenfilter angebracht, der aus einem Stoff sein sollte, der UV-Licht durchläßt. Sie sollte ferner in der Betrachtungslinie liegen, falls die Betrachtung nicht in einer Linie mit dem Aufzeichnungsstrahl erfolgt.

Die Erfindung enthält eine Programmfolgesteuerung für die in der flüssigen Lösung des photochromen Farbstoffes durchgeführten Schritte. Seine Anwendung geschieht jedoch wahlweise und kann, durch manuelle Steuerung ersetzt werden.

Zwar wurden die Schritte Aufsprudeln, Flüssigkeitszirkulation, Mischen u. dgl. als zweckmäßig für das Löschen des aufgezeichneten Bildes aufgeführt, doch versteht es sich, daß eine Brownsche Bewegung, andere, durch einen Träger geleitete natürliche Vibrationen und unabsichtlich oder absichtlich angewandte Schall- und Ultraschallvibrationen das allmähliche oder sofortige Verschwinden des Bildes bewirken können, so daß dieses in der scharfen

ίο linearen Form, in der es hergestellt ist, nicht länger als 2 oder 3 Minuten besteht, falls es nicht absichtlich beeinflußt wird. Jedoch kann eine solche Periode der Bildschärfe durch Erhöhen der Viskosität der Lösung verlängert werden.

Unter Berücksichtigung dieser Umstände wird die bevorzugte Form der Erfindung im folgenden zusammen mit einer Reihe gleichwertiger Kombinationen aus photochromem Farbstoff und Lösungsmittel im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben.

Letztere zeigen eine Anzeigesystem eines die flüssige Lösung enthaltenden retortenf örmigen Gefäßes und die verschiedenen zusätzlichen Bauelemente für ein Ausführungsbeispiel der Erfindungskombination, jedoch soll durch die Darstellung in den Zeichnungen der Umfang der Erfindung nicht begrenzt werden. Wegen seiner Klarheit und Trägheit als Lösungsmittel für die photochromen Farbstoffe ist das bevorzugte flüssige Lösungsmittel Dibutylphthalat, das ferner UV-Licht und sichtbares Licht durchläßt, bei Zimmertemperatur stabil ist und die für eine gute Bildkontur und Wiederherstellung des Ruhezustandes erforderliche Viskosität besitzt, wenn es durch Einblasen von Luft oder Gas, Mischen und Zirkulation in Bewegung versetzt wurde. Das Aufzählen spezieller Stoffe wird häufig als Begrenzung einer Erfindung auf diese angesehen. Im vorliegenden Fall ist diese Annahme jedoch nicht zutreffend, da keine chemische Reaktion vorkommt und eine solche Nennung nur als Beispiel für tausende von möglichen Verbindungen gilt. Viele bekannte Verbindungen sind in farbiger Form bei niedrigen oder höheren Temperaturen zeitweilig stabil und die im folgenden genannten zeigen äußerst zufriedenstellende Ergebnisse im Temperaturbereich von 10 bis 40° C. Diese Verbindungen sind Derivate von Benzoindolinspiropyran mit der Strukturformel

H ₃C

CH_a

2C2' _r

CH₃

und bestehen aus einem oder einer Mischung der folgenden Derivate in Lösung, in denen R Wasserstoff ist oder

a) 6' NO₂

b) 6' NO₂

c) 6' OCH₃-8'NO,

d) 7' NO,

e) 5 C1-6'N0₂ ...

f) 6'N -SOCH₃ ..

Konzentration in Gewichtsprozent

0,05 °/o in Dibutylphthalat
0,05°, „in 90°/o Dibutylphthalat und 10 °/₀ Äthanol 0,05 % in Dibutylphthalat
0,05 °/o in Dibutylphthalat
0,05 % in Dibutylphthalat
0,05 % in Dibutylphthalat

Auf Kosten eines weniger tiefen Eindringens des UV-Lichtes in den Körper können auch konzentriertere Farbstofflösungen verwendet werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben, und zwar zeigt

Fig.l eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der verschiedenen Elemente der Vorrichtung mit Ausnahme der hilfsweise vorgesehenen Luftblasenbildungsanordnung und des Flüssigkeitsreservoirs,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht des retortenförmigen Gefäßes, in dem sich die flüssige Lösung befindet, wobei die dreidimensionale Gestalt des im Flüssigkeitskörper aufgezeichneten Buchstabens N sichtbar ist,

Fig. 3 eine Vorderansicht der Fig. 2 mit einer Darstellung der zugeordneten Luftblasenbildungsanordnung des Flüssigkeitsreservoirs und der Zeitgabeeinheit, die schematisch dargestellt ist,

F i g. 4 eine Vorderansicht der Luftblasenbildungskammer nach F i g. 3 im Betrieb, durch die die im Ruhezustand befindliche Flüssigkeit sowohl durch einen Flüssigkeitsstrom als auch durch Luftblasenbildung in Bewegung versetzt wird, und

F i g. 5 die Flüssigkeit im Ruhezustand, in dem sie sich zu Beginn eines Arbeitszyklus befindet. Es sind hierbei keine Daten in ihr sichtbar, und der Flüssigkeitsspiegel befindet sich im Ruhezustand in einer Ebene mit dem Überlaufauslaß und -rohr der Kammer.

Gemäß Fig. 1 besteht das retortenartige Flüssigkeitsgefäß aus einer UV-lichtdurchlässigen Rückplatte 20, einem retortenförmigen Abstandsstück 21, das zusammen mit der für sichtbares Licht durchlässigen Vorderplatte 20a die Flüssigkeitskammer 22 und das Oberlaufhalsrohr 23 bildet, einem Luftblaseneinlaßrohr 24, einer FlüssigkeitseinlaßöfTnung 25 und einem Auslaßrohr 26 für überschüssige Flüssigkeit, wobei die Teile 24 und 25 sich innerhalb der Umrisse der Kammer befinden. Unmittelbar hinter der Rückplatte 20 befindet sich ein Streublatt 26a mit deutlicher Färbung oder Reflexionsvermögen für weißes Licht, das aus dünnem Papier bestehen kann und vorzugsweise nicht mit einem FarbstofT beschichtet ist, so daß es UV-Licht durchläßt. Das Blatt 26ö wirkt als Schirm für sichtbares Umgebungslicht, gegen das das in der in der retortenförmigen Kammer gehaltenen Flüssigkeit befindliche Bild sichtbar ist, und verdeckt die Lichtquelle, die Schablone und das Filter. Dieses Bild 28 ist in drei Dimensionen gezeigt, und zwar in einer Blau darstellenden Schraffierung (Fig. 1), mit der die Form des Querschnittes des durch die Pfeile 32a dargestellten einfallenden UV-Lichtbündels angezeigt wird, das durch das Hintergrundstreublatt 26a, eine UV-Licht durchlassende Filterplatte 27, z. B. aus Kobaltglas, und eine undurchsichtige Maske 28a mit einem den Buchstaben N darstellenden Ausschnitt 29 hindurchgeht und von einer UV-Blitzlichteinheit 30 mit Blitzlampen 32 kommt, die an eine elektrische Versorgungs- und Takteinheit angeschlossen sind, die als »Zeitgabeeinheit« 33 (Fig. 3) dargestellt ist. Die Zeitgabeeinheit dient dazu, in Intervallen von wenigen Minuten einen elektrischen Impuls abzugeben, durch den die Blitzlampen 32 (F i g. 1) gezündet werden. Zu Dekorationszwecken ist eine hohle Abdeckung 35 vorgesehen, die an der Trägerplatte 20a befestigt ist, um die Anordnung rund erscheinen zu lassen.

Die in den verschiedenen A.nsichten gezeigte Flüssigkeit 34 ist in der bevorzugten Form der Erfindung eine 0,05gewichtsprozentige Lösung des 6'NO₂-Derivates der Benzoindolinspiropyran-Stammverbindung, deren Strukturformel angegeben ist, in Dibutylphthalat.

Gemäß Fig. 3 ist ein Luftkompressor 40 angeordnet, der ständig mit Niederdruck läuft und von dem ein Rohr 41 durch ein Kontrollventil 42 zu dem perforierten Luftblasenerzeuger 24 führt. Das Ventil wird im geeigneten Augenblick geöffnet und bewirkt, daß Luft in Blasenform durch den Flüssigkeitskörper 34 hindurchgeht, um das aufgezeichnete Bild des Buchstabens N zum Verschwinden zu bringen. Bei, kurz vor, nach oder vor der Einwirkung wird die Lösung im Reservoir 34 a mittels einer Pumpe 50 durch ein Rohr 51, ein Kontrollventil 52, ein Rohr 53 und den Einlaß 25 gepumpt, um, wie in Fig. 4 gezeigt, die Flüssigkeit durch das Überlaufrohr 23 zurück in das Reservoir durch ein Rohr 54 (s. auch F i g. 3) zum Überlaufen zu bringen. In F i g. 4 ist auch der Luftblasenstrom und seine Wirkung in der Zerstreuung des farbigen Bildes gezeigt.

Da die normale Umgebungstemperatur zwischen 15 und 30°C variiert und die photochromen Farbstoffe in flüssiger Lösung temperaturempfindlich sind, wobei sie bei höherer Temperatur schneller und bei niedrigerer Temperatur langsamer verblassen, können künstliche Kühl- oder Heizvorrichtungen verwendet werden, um die Temperatur der im Reservoir befindlichen Flüssigkeit so zu verändern, daß sie an Umgebungstemperaturschwankungen angepaßt, oder das System auf die Verblassungsgeschwindigkeit der ausgewählten photochromen Stoffe eingestellt wird.

Fig. 5 zeigt den ruhenden Flüssigkeitskörper 34, wie er vor Beginn eines Arbeitszyklus aussieht.

Die Einzelheiten des Luftkompressors, der Zeitgabeeinheit und der Kontrollventile sind nicht gezeigt, da sie in verschiedenartigster Ausführung in der Technik allgemein bekannt sind.

Es versteht sich, daß die Farbstoffe einzeln oder in Kombination so ausgewählt werden können, daß jede gewünschte, in dem System erforderliche Wirkung in der Färbung oder dem Beständigkeitsgrad erreicht werden kann, und daß die Zeitgabeeinheit und der Luftkompressor so ausgewählt und eingestellt werden können, daß die Zeit des Bilderzeugungszyklus veränderbar ist. In der Praxis kann der Flüssigkeitskörper in jeder beliebigen Kammer mit Einlaß- und Auslaßöffnungen untergebracht sein, und die Retortenform des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung keineswegs in bezug auf ihre Anwendbarkeit beschränken. Es liegt somit innerhalb der Erfindung, eine Anzahl von Gefäßen oder Kammern beliebiger und/oder verschiedener Form vorzusehen, um eine Reihe von Bildern auf einmal oder nacheinander zu erzielen, je nachdem, wie es für die gewünschte Aufzeichnung erforderlich ist.

Es liegt ferner innerhalb des erfindungsgemäßen Gedankens, das UV- Erregungslicht mittels eines beweglichen Strahles einwirken zu lassen, der ein Muster in dem Flüssigkeitskörper hervorruft, das als eine Funktion der Zeit Beständigkeit hat. Die Bewegung dieses Strahles kann einem unregelmäßigen Verlauf durch die Flüssigkeit folgen und muß nicht einen beliebigen einzelnen Buchstaben darstellen, sondern eine fortlaufende Erscheinung, z. B. sich ändernde Daten. Hierdurch wird der Verlauf einer

Claims

solchen aufzeichnenden Bewegung in einer allmählichen verblassenden Spur gezeigt, wonach die Aufzeichnung durch manuelle Steuerung der Kontrollventile nach Wunsch gelöscht werden kann. In diesem Zusammenhang versteht es sich, daß die Kontrollventile mit Absperrhähnen ausgestattet sind, die sowohl von Hand als auch automatisch gesteuert werden können. Patentansprüche:

1. Anzeigevorrichtung mit einem eine Flüssigkeit enthaltenden Gefäß, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil (20) des Gefäßes (20 a, 21) sichtbares und ultraviolettes Licht durchläßt, daß die Flüssigkeit (34) normalerweise statisch und farblos ist, jedoch bei Bestrahlung mit UV-Licht eine deutliche Färbung annimmt, daß eine UV-Lichtquelle (32) vorgesehen ist, die durch das Gefäß in die Flüssigkeit hinein ein Bestrahlungsmuster projiziert, um in der Flüssigkeit ein dem Bestrahlungsmuster entsprechendes, durch das Gefäß in drei Dimensionen sichtbares farbiges Bild zu erzeugen, und ferner gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (24, 25), mittels der die Flüssigkeit zur Löschung des farbigen Bildes in Bewegung versetzt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Flüssigkeit (34) ein im

wesentlichen farbloser photochromer Farbstoff gelöst ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (24, 25), mit der die Flüssigkeit in Bewegung versetzt werden kann, Teile (24, 40 bis 50) enthält, die Gas in Blasenform durch die Flüssigkeit (34) zu sprudeln vermag.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (24, 25) Teile (25, 40 bis 52) enthält, die nicht gefärbte Flüssigkeit in das Gefäß einzuführen vermögen, die die das farbige Bild bildende Flüssigkeit (34) verdrängt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht gefärbte Flüssigkeit sich in einem Reservoir (34 a) befindet und die Einführanordnung eine mit einer Zuleitung (51) an das Gefäß angeschlossene Pumpe (50) enthält und daß das Gefäß mit einem zum Reservoir (34a) führenden Überlauf (23) für die verdrängte Flüssigkeit versehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitgabeeinheit (33) vorgesehen ist, durch die das Arbeiten der UV-Lichtquelle (32) und nach einer bestimmten Verzögerung das Arbeiten der Anordnung (24, 25) bewirkt wird, die die Flüssigkeit in Bewegung versetzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen