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Folie zur Anzeige von Temperaturen bziv. elektrischen Feldern Die
Erfindung betrifft Folien zur Anzeige von Temperaturen bzw.
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elektrischen Feldern, die mit flüssigen Kristallen (nachfolgend mit
"FK"abgekürzt) beschichtet und zur Verwendung als "Display-Systeme" vorgesehen sind.
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Cholesterische bzw. nematische FK lassen sich bekanntlich zur Anzeige
von Temperaturen bzxv. elektrischen Feldern verwenden, da sie in charakteristischen
Temperaturbereichen Farbeffekte durch Lichtinterferenz zeigen bzw, ihre Lichtdurchlässigkeit
beim Anlegen eines elektrischen Feldes andern, Die Temperaturen bzv. Feldstärken,
bei denen diese Brscheinungen auftreten, sind substanzabhängig und können durch
Mischung mehrerer Komponenten in weiten Grenzen variiert werden.
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Für die beabsichtigten Zwecke kann man die 1 anwenden, indem man sie
auf das zu prüfende Objekt entweder unmittelbar aufstreicht oder in Form einer mit
FK präparierten Folie auflegt.
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Besonderes Interesse hat die Verwendung dieser Folien gefunden, da
sie mehrmals benutzbar sind und das Objekt nicht verunreinigt wird, Die Folien können
durch Beschichten einer Trägerschicht mit FK hergestellt worden, wobei die 1|S als
solche oder in Form von Mikrokapseln oder, besonders vorteilhaft, in Form einer
ein wasserlösliches hochmolekulares Bindemittel enthaltenden wdsserigen Emulsion
auf die Folie aufgetragen werden können.
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Unter "Display-Systemen" verstellt man - insbesondere in der Meß-und
Nachrichtentechnik - Vorrichtungen, die,z.B. durch elektrische j\uslö.sung, einen
Meßwert oder zu übertragende Symbole, Zafle Ziffern oder Schriftzeichen, sichtbar
werden lassen.
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Es ist bekannt, daß sich auch mit nematischen FIC vollflächig beschielitete
Folien für Display-Systeme einsetzen lassen. Auf einer solchen Folie können durch
entsprechend gestaltete} z.B. rasterartige Elektroden beim Anlegen eines elektrischen
Feldes Signale oder Symbole sichtbar gemacht werden.
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Es wurde nun gefunden, daß man Display-Systeme zur Anzeige von elektrischen
Feldern in Fern von Folien zweckmäßiger herstellen kann; indem man nur einen Teil
der Folie mit nematischen FK in Gestalt des gewünschten Symbols beschichtet. Andererseits
kann man Teile der beschichteten Folie derart mit einem optisch undurchlässigen
Material, z.B. einem Lack oder einer Abdeckfolie, abdecken, daß beim anlegen des
elektrischen Feldes nur der nicht.
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abgedeckte Teil in Gestalt des gewünschten Symbols sichtbar wird.
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Verwendet man cholesterische FK an Stelle der nenatischen FK, so erhält
man n na cli dem gleichen Verfahren temperaturempfindl ic hc Display-Systeme Gegenstand
der Erfindung ist demnach eine mit flüssigen Kristallen beschichtete Folie zur Anzeige
von Temperaturen oder elektrischen Feldern, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigen
Kristalle nur auf einem Teil der Folie derart aufgetragen sind und/oder daß ei Teil
der beschichteten Folie derart abgedeckt ist, daß die flüssigen Kristalle in Form
eines Signals optisch erkennbar werden können.
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Nach der vorliegenden Erfindung kann man nematisohe FK eines oder
mehrerer Typen, gegebenenfalls unter Zusatz von Farbstoffen, so auf Folien auftrageii,
daß auch bei Verwendung vollflächiger Steuerelektroden die gewünschten Symbole sichtbar
gemacht werden Verwendet man daher verschiedene FK, die bei unterschiedlicher Feldstärke
ansprechen, können je nach Steuerspannung unterschicdlichc
Symbole
angezeigt werden. Sind in der Phase der verwendeten FK geeignete, z.B. elektroehrome,
Farbstoffe gelost, sind wahlweise farbige Anz@igen möglich. Besonders vielseitige
Möglichkeiten ergeben sich durch Kombination diese Technik mit rasterartig ausgeführten
Steuerelektroden.
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Ein anderes Anwendungsgebiet der Erfindung sind Folien, die als temperaturempfindliche
Display-Systeme wirke@. Während die bekannten, in ihrer gesamten Flache mit cholesteriscllen
FK beschichteten Folien bisher noch niemals als Display-Systeme, sondern vorwiegend
dafür verwendet wurden, Temperaturverteilungen sichtbar zu machen oder örtliche
Temperaturabweichungen nachzuweisen, sollen die erfindungsgemäßen temperaturempfindlichen
Folien z.B. dazu dienen, das Erreichen einer bestimmten Temperatur durch ein optisches
Signal erkennbar zu machen. Sie können ferner eingesetzt werden, um bei einer vorgegebenen
Temperatur einen Hinweis irgendwelcher Art (z.B. Warnung oder Werbetext) sichtbar
zu machen. Drüber hinaus ist es mit @ilfe der erfindungsgemäßen Folien möglich,
auf der gleichen Fläche, je nach der einwirkenden Temperatur, verschiedene Signale
oder hinweise erscheinen zu lassen, indem bei verschiedener Temperatur ansprechende
cholesterische FK in geeigneter Technik neben-oder übereinander aufgebracht werden.
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Unter den vielen Anwendungsmöglichkeiten seien einige als Ueispiele
hervorgehoben. So können Maschiene (z.B. Kunststoffverarbeitungsmaschinen, Kühlaggregate),
besonders beanspruchte Maschinenteile (Lager, Federungselemente), Aufenthaltsräume,
Klimaräume, Aquarien, Terrarien, Gewächshäuser nach Etikettierung mit den erfindungsgemäßen
Folien mit einem Blick und ohne speziel le Sachkenntnis auf ihre optimale Temperatur
kontrolliert werden.
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Lebensmittel (z.B. Kleinkindernahrung, Weine) können mit Hilfe der
Temperatur-Display-Systeme (die z.B. einen Bestandteil des Etiketts bilden) exakt
und einfach auf optimale Verbrauchstemperaturen eingestellt werden, wobei ein hinweis
genügt, daß zu erwärmen oder zu kühlen ist, bis z.B. das Wort "gut" sichtbar wird.
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Umgekehrt kann durch Erscheinen eines warnenden Hinweises auf der
Folie das Überschreiten oder Unterschreiten eines zulåssigen Temperaturbereichs
angezeigt werden So kann auf Prost- oder Überhitzungsgefahr (z. B. bei Druckbehältern)
aufmerksam gemacht werden. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist der Werbesektor.
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So können Firmenzeichen oder Xerbetextexte durch Berühren, Anhauchen
oder anderweitiges Erwärmen hervorgerufen oder zum Verschwinden gebracht werden.
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Es versteht sich von selbst, daß auch als Display-Systeme wirkende
Folien nach der Erfindung hergestellt werden können1 die zugleich nematische und
cholesterische FK enthalten, die also sowohl auf elektrische Felder als auch auf
Temperaturänderungen ansprechen.
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Die Trägerschicht der Folie nach der Erfindung ist in der Regel 02005
bis 2 mm, vorzugsweise 0,03 bis 0,2 mm stark und kann aus einem beliebigen Material
bestehen, das mit den FK nicht reagiert und bekanntermaßen zur Folienbildung geeignet
ist.
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Bevorzugte Trägerschichten bestehen aus organischen hochpolymeren
Stoffen, z. 3. Polyäthylen (vorzugsweise Niederdruck-Polyathylen), Polypropylen
(vorzugsweise Niederdruck-Polypropylen), Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid,
Polystyrol oder deren Mischpolymerisaten; aus Mischpolymerisaten von Vinylchlorid
und Vinylacetat oder von Styrol und Acrylnitril; aus Polyestern wie Poly-(terephthalsäure-äthylenglykolester),
Polyamiden, wie Nylon, aus Cellulose (z. B. in Form von Papiers und/oder Celluloseestern,
z. B. Celluloseacetat, oder Celluloseäthern. Es ist Jedoch auch möglich, andere
Stoffe als Xrägerschichten zu verwenden, z. B. Metalle wie Stahl, Tupfer oder Aluminium,
Glimmer oder Glas. Selbstverständlich können alle genannten Trägerfolien mit druckempfindlichen
Klebeschichten versehen in. Zur Verbesserung der Haftung der EK-Schicht, die zusätzlich
ein vorzugsweise wasserlösliches hochmolekulares Bindemittel enthalten kann, auf
der Trägerfolie kann diese mechanisch oder chemisch vorbehandelt werden. Z.B. kann
man sie
mechanisch aufrauhen, etwa mit Hilfe eines Sandstrahlgebläses,
oder man kann sie mit einer Lacklösung behandeln, in der ein Füllstoff, z.B. . Quarzsand,
suspendiert ist, Es ist auch möglich, sie mit einer hauchdtinnen (etwa 0,005 bis
U,06 mm starken) TiO2-Schicht zu überziehen, etwa durch Hydrolyse von Alkyltitanaten,
z.B. n-Butyl-titanat.
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Als cholesterische FK eignen sich insbesondere Ester des Cholesterins.
Bevorzugt sind Fettsäure-cholesterylester, wie Cholesterylacetat, Cholesterylpropionat,
Cholesterylbutyrat, Cholesterylpelargonat, Cholesteryllaurinat und deren IIomologe,
andere Carbonsäureester des Cholesterins, wie Cholesterylbenzoat, und/oder @lkylkohlensäure-cholesterylester,
wie Methyl-cholesteryl-carbonat, Aethyl-cholesteryl-carbonat, Cetyl-cholesterylcarbonat,
Oleyl-cholesteryl-carbonat Auch weitere Cholestanderivate, z.B. 5-Cholesten, Cholesterylhalogenide,
wie Cholesterylchlorid oder Cholesterylbromid, Cholesterylsulfonsäureester, wie
Cholesteryl-p-toluolsulLonat, oder die eutsprechenden Ester anderer ähnlicher Steroide,
z.B. die des Stigmasterins oder Cholestan-3ß-ols, sind geeignet, ferner optisch
aktive Zimtsäureester, z.B. p-Anisylidenaminozimtsäure arylester. In der Itegel
werden Gemische der Oholesterylester verwendet, die nach dem Temperaturbereich ausgewählt
sind, dessen Anzeige mit Hilfe der erfindungsgemäßen Folie erwünscht ist Zur Anzeige
von elektrischen Peldern verwendet man als FK nematische Substanzen, vorzugsweise
p,p'-disubstituierte Benzyliden-aniline [insbesondere N-(4-Alkoxybenzyliden)-4-n-alkyl
aniline, wie N-(4-Methoxy-benzyliden)-4-n-butyl-anilin; N-(4-Alkoxybenzyliden)-4-n-acyloxy-aniline,
wie N-(4-Methoxybenzyliden)-4-butyryloxy-anilin; N-(4-Alkoxybenzyliden)-4-alkoxy-aniline,
wie N-(4-Hexyloxybenzyliden)-4-methoxy-anilin; 4-(4-Alkoxybenzylidenamino)-α-methyl-zimtsäurealkylester
wie 4-(4-Methoxybenzylidenamino)-α-M@thyl-zimtsäure-methylester], ferner 4,4'-disubstituierte
Azoxybenzole, wie 4,4'-Dimethoxyazoxybenzol, 4-Methoxy-4'-acetoxy-azoxybenzol, 2,4-Alkadiensäuren,
wie Sorbinsäure, 4-n-Alkoxybenzoesäuren, wie p-n-Butoxybenzoesäure,
p-(p-Alkoxyphenylazo)-phenyl-carbonsäureester,
wie 4-Aethoxy-4'-capronyloxyazobenzol.
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Zweckmäßig sind die FK in einem wasserlöslichen hochmolekularen Bindemittel
gleichmäßig verteilt. Als Bindemittel sind grundsätzlich alle vorwiegend wasserlöslichen
Polymeren geeignet, insbesondere Gelatine, wasserlösliche Celluloseäther, wie Methylcellulose,
Aethylcellulose, Hydroxyäthylcellulose, Hydroxypropylcellulose; wasserlösliche Vinylpolymerisate,
wie Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylamid oder wasserlösliche Mischpolymerisate
dieses Typs. Auch Gemische dieser Stoffe sind als Bindemittel geeignet.
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Eine derartige aus FK und Bindemittel bestehende Schicht enthält in
der Regel 20 bis 85, vorzugsweise 2o bis G0 % FK und 80 bis 15, vorzugsweise 75
bis 40 ein Bindemittel. Bei höherem Bindemittelgehalt sinkt die Empfindlichkeit
der Anzeige; bei höherem FK-Gehalt geht die Stabilität der FK-Bindemittelschicht
zurück. Die -Dicke der FK-Bindemittelschicht liegt in der ILegel zwischen 0,03 und
0,í um. Das Flächengewicht der FK-Bindemittelschicht beträgt ctma 20 bis 200 g .
m 2.
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Da die Interferenz-Erscheinungen, die die Grundlage für die Temperaturanzeige
bilden, besonders deutlich auf dunklem IIintergrund bemerkbar sind, ist es zweckmäßig,
entweder eine dunkle, insbesondere schwarze, Trägerschicht zu verwenden oder - bei
Verwendung einer durchsichtigen Trägerfolie - die FK-Bindemittelschicht mit einem
dunklen, insbesondere schwarzen, Lack oder mit einer dunklen, insbesondere schwarzen,
Folie abzudecken Falls man eine dunkle Trägerschicht (d.h. in der Regel eine solche,
die zusätzlicll ein dunkles, insbesondere schwarzes, Pigment enthält) verwendet,
ist es empfehlenswert, die FK-Schicht zusätzlich mit einem trausparenten Lack oder
einer transparenten Folic abzudecken. Als dunkle Pigmente werden die üblichen eingesetzt,
z.B. Ruß oder dunkle organische Forbstoffe. Als transparente bzw. dunkle Abdeckiacke
verwendet man ebenfalls
die gebräuchlichen. Sie können Filmbildner
beliebiger Art enthalten, z. B. die oben genannten wasserlöslichen hochmolekularen
Bindemittel, andererseits wasserunlösliche Stoffe, wie Polyester, Celluloseester,
Acrylsäure- undtoder Methacrylsäureeater. Die Lacke kommen in den gebräuchlichen
Lösungsmitteln zur Anwendung, z. B. in 3 stern, wie Äthylacetat, Butylacetat: Alkoholen
wie Isopropanol; Kohlenwasserstoffen wie Toluol.
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Transparente Abdeckfolien können aus allen etlichen nicht wasserlöslichen
Materialien bestehen, z. B. Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyestern,
Hydratcellulose, Celluloseestern wie Celluloseacetat. Die Dicke der Abdeckfolie
bzw. der Lackschicht ist nicht kritisch; sie liegt in der Regel etwa zwischen 0,01
und 0,2 mm, vorzugsweise zwischen 0,02 und 0,1 mm.
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Je nachdem, ob die FK-Schicht nur auf Teile der Unterlage aufgebracht
oder ob eine vollflächige FK-Schicht partiell abgedeckt wurde, kann man vom Aufbau
her zwei grundsätzlich verschiedene Ausfuhrungsformen unterscheiden: Typ I (vgl.
Abbildung la und 1b): Im einfachsten Falle wird die (cholesterische) FK-Schicht
(2) zonenweise (durch Siebdruck, mit flilfe von Schablonen oder nach anderen bekannten
Verfahren) in Form des gewuflschten Symbols auf eine dunkle Unterlage (1) aufgetragen.
Beim Erwärmen wird das zunächst nicht sichtbare Symbol nach Erreichen der Ansprechtemperatur
farbig sichtbar. Selbstverständlich kann diese Anordnung mit einer transparenten
Deckschicht (Folie, Lack) versehen werden. Man kann auch umgekehrt das Symbol (gegebenenfalls
seitenverkehrt) auf eine transparente Folie auftragen und anschließend mit einem
schwarzen Lack abdecken. Man erhält dann sinngemäß die gleiche Anordnung. Ist die
Unterlage elektrisch leitfähig (z. B. eine Metallfolie) und trägt man in der beschriebenen
Weise (eventuell Aber einer schwarzen Grundierung) eine nematische PK-Schicht auf,
so kann man nach Auflegen einer
transparenten Deckelektrode das
aufgebrachte Symbol durch Anlegen einer Spannung sichtbar machen bzw. verschwinden
lassen.
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Es wird vorausgesetzt, daß in diesen Falle Materialien verwendet werden,
die den elektrischen Anforderungen z.B. hinsichtlich Leitfähigkeit entsprechen.
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Typ II (vgl. Abbildung 2a)0 Auf eine transparente Folie (1) wird in
seitenverkehrter Negativschrift ein Symbol in dunkler Farbe (3) aufgebracht und
auf die nicht bedruckten Flächen (oder auf die gesamte Folie vgl. Abbildung 2b)
eine FK-Schicht (2) aufgetragen. Ansciiließend deckt man mit einem Lack (4) ab in
der gleichen Farbe, in der die Negativschrift ausgeführt wurde.
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Zu einer ähnlichen Anordnung (vgl. Abbildung 3) kommt man, wenn man
von einer dunklen Basis (4) ausgeht, die FK-Schicht (2) voliflächig aufträgt und
negativ nach bekannten Verfahren (z.B.
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durch Druck oder Schablonenspritzen) in der gleichen Farbe wie die
Basis (4) eine Maske (3) aufbringt0 Zweckmäßig deckt man abschließend mit einer
transparenten Schicht (1), z.B. einem Lack oder einer Folie, ab. Auch nach Typ II
können, sinngemäß wie bei Typ I, nematische FK verwendet werden.
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Nach beiden Typen erhält man die besten Ergebnisse, wenn die FK als
Emulsion in einem wasserlöslichen hochmolekularen Bindemittel (z.B. Gelatine) verwendet
erden. Grundsätzlich kann man aber auch andere Zubereitungen, z.B. mikroverkapselte
FK; verwenden.
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Vor- und nachstehend sind die Prozentzahlen in Geuichtsprozenten die
Temperaturen in Celsiusgraden angegeben.
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Beispiel 1 Auf eine schwarz eingefärbte Folie aus plastifiziertem
Cellulosenitrat trägt man mit Hilfe einer Siebdruckschablone eine Emulsion aus 10
g eines PK-Gemisches (z. B. Gemisch von Cholesterylestern) in 80 ml einer 10 eigen,
500 warmen wässerigen Gelatinelösung in Form von Symbolen (z. B. Schriftzeichen
oder Ziffern), auf. Nach einstündigem Trocknen in einem 70° warmen Luftstrom wird
die bedruckte Folie mit einer unpigmentierten 5. %igen Lösung von Oollodium in Äthylacetat
zum Schutz gegen Feuchtigkeit überlackiert.
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Beispiel 2 Auf eine Folienbahn aus Poly-(terephthalsäureäthylenglykolester)
wird eine Emulsion aus 10 g eines FK-Gemischs, die bis 300 anspricht, und 200 ml
einer 10 ringen wässerigen Polyvinylalkohollösung in Form seitenverkehrter Zeichen
mittels eines groben Rasters aufgedruckt. Als Druckverfahren kommen Rastertiefdruck,
Siebdruck oder andere Techniken in Prage. Nach einstündigem Trocknen in einem 60
- 80Q warmen Luftstrom können mit einer anderen Emulsion, die unter Verwendung eines
bei 400 ansprechenden FK-Gemischs hergestellt wurde, weitere Zeichen so aufgedruckt
werden, daß die Rasterpunkte möglichst nicht mit denjenigen des ersten Druckvorgangs
zusammenfallen.
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Dieser Vorgang kann nach jeweiligem Trocknen mit weiteren RE-Emulsionen
wiederholt werden. Die fertig bedruckte Folie wird mit einem schwarzen Lack abgedeckt,
der durch Lösen von 2 g eines schwarzen Farbstoffes und 20 g Polymethacrylsäureisobutylester
in 78 ml Xylol erhalten wurde. Je nach der einwirkenden Temperatur zeigt die Folie
verschiedene Zeichen (z. B. die Zahlenwerte dieser Temperaturen) an.
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Beispiel 3 Auf eine schwarze Papierbahn, die auch mit einer Imprägnierung
versehen sein kann, druckt man wie im Beispiel 2, jedoch seitenrichtig, mit verschiedenen
FK-Emulsionen nebeneinander, oder bei entsprechender Rasterung sich überschneidend,
zweckdienliche Symbole (z. B. Schriftzeichen oder Ziffern) auf.
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Nach dem Trocknen kann man mit einem farblosen Decklack aus 20 g Polymethacrylsäureisobutylester
in 80 ml Lösungsbenzin (Kp. 100 - 1400) überziehen. Die so erhaltene Bahn zeigt,
abhängig von der Temperatur, verschiedene Symbole an.
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Beispiel 4 Auf eine Aluminiumfolie oder mit Aluminium bedampft Polystyrol-Folie
bringt man zunächst mit Hilfe einer Lackiermaschine eine 0,1 mm starke Schicht eines
Lacks auf, der durch Dispergieren von 1 g Ruß (z. B. Degussa-Farbruß) in einer Lösung
von 20 g Polymethacrylsäureisobutylester in 80 ml Lösur.gsbenzin erhalten wurde.
Nach dem Trocknen bei 700 erhält man eine etwa 0,02 mm starke Grundierung, auf die
man eine Emulsion nematischer FK oder eines Gemisches solcher FK in 0,2 mm starker
Naßfilmstärke aufträgt. Die Zusammensetzung dieser Emulsion entspricht im übrigen
den Beispielen I oder 2. Nenn diese Emulsionsschicht trocken ist ,- erden die gewunschten
Symbole (z. B. Schriftzeichen oder ZiIfern) mit schwarzem Lack (z. B. erhalten aus
2 g eines schwarzen farbstoffs und 20 g Polymethacrylsäureisobutylester in 78 ml
Lösungsbenzin) in Negativschrift aufgedruckt. Überzieht man die ganze Anordnung
mit einer elektrisch leitfähigen Schicht oder legt-mçn eine mit Indiumoxid bedampfte
Glasplatte darüber, kann eine Steuerspannung angelegt werden, die die aufgedruckten
Symbole positiv sichtbar werden bzw. verschwinden läßt.