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Selbst-leuchtende, Farbinuster tragende Flächen zum Zweck der Dekoration
und der Vermittlung von Information Die vorliegende Anmeldung betrifft selbst-leuchtende,
Farbmuster tragende Flächen zum Zweck der Dekoration, der Vermittlung von Information
- z.B. Reklame, Uhrzeit -oder einer Verbindung von beiden.
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Sie schließt, sich als Zusatzanmeldung an die Patentanmeldung P21
59 741.1 an. Dort wurde ein erster Schritt unternommen, eine systematische Technik
der Erzeugung leuchtender Farbmuster für dekorative Zwecke unter Zum hilfenahme
polarisierten Lichts zu entwickeln. Der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung i.st
es, die Entwicklung dieser Technik weiterzuführen und sie, neben der Dekoration,
auch für die Vermittlung von Information nutzber zu machen.
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In P 21 59 741.1 hatte diese Anwendung auf Zimmer-Leuchten im Mittelpunkt
gestanden; die dort entwickelten Verfahren sind jedoch offensichtlich nicht auf
diese Anwendung beschränkt. In der vorliegenden Anmeldung wird nicht eine besondere
Anwendung betont, sondern das gesamte Gebiet der farbigen Leuchtflächen ins Auge
gefäßt. Die technische Aufgabe dieses Gebiets ist die
Herstellung
von ausgedehnten, ein Farbmuster tragenden selbst-leuchtenden Flächen, wobei das
Farbmuster eine dekorative Funktion hst oder eine zu übermitte.1..nde Information
darstellt oder beides. Dabei werden die Farben es Lichts in den leuchtenden Flächen
selbst erzeugt, und die optische Projektion farbigen Lichts ist ausgeschlossen.
Die farbigen Leuchtmuster können eventuell veränderbar oder zeitlich veränderlich
sein.
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Eine fahrbig selbst-leuchtende Fläche wird ohne Zubilfenahme optischer
Projektion gewöhnlich dadurch erzeugt, daß eine lichtdurchlässige Wand, welche farbige
Pigmente enthält, von der dem Betrachtungsstandpunkt abgewandten Seite beleuchtet
wird. Zeitliche Variation des Farbmusters wird mit dieser Technik z.B. dadurch erreicht,
daß die Lichtquelle oder die Farbe der Beleuchtung gewechselt wird.
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In der Spsnnungsoptik un.d in der Prüftechnik ist die Erzeugung von
Farbmustern durch zwischen zwei polarisiesenden Schichten betrachtete doppelbrechende
Kunststoff-Körper bekannt. Dieser Effekt scheint bisher zur Herstellung ausgedehnter,
Farbmuster tragender, selbst-leuchtender Flächen für dekorative Zwecke oder fiir
die Vermittlung von Information bisher noch nicht verwendet worden zu sein.
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Allerdings wird dieser Effekt bereits technisch in der Art verwertet,
daß Licht durch einen kleinen Querschnitt von polarisierenden Schichten und einer
doppelbrechenden Schichtung, z.B. durch besondere im Handel erhältliche Dinpositive,
geschickt und mittels einer Projektionsoptik auf eine große Fläche projiziert wird.
In al llen Fällen wird dabei eine d.er beiden polarisierenden Schichten rotiert,
wodurch eine zeitliche Variation des projizierten Farbmusters bewirkt wird.
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Die auf diese Weise erzeugten Farbmuster sind unstetige oder bizarre
oder einfach Hell-Dunkel-Muster. Im Verla.uf der zeitlichen Variation eines farbigen
Musters dieser Art erscheint in bestimmten Perioden das Farbmuster überwiegend in
trüben, gebrochenen Farben; in anderen Perioden Rennen die bunten Farben überwiegen.
Oder aber es handelt sich ohnehin nur um eine stetige Variation der Helligkeit.
Um das Abwechseln von trüben und bunten Perioden zu vermeiden ver-zichte-t man bei
dieser Pechnik gelegentlich ganz auf leuchtende Farben und beschränkt sich auf die
zeitliche Variation von Mustern überwiegend trüber Prben.
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Als doppelbrechende Materialien werden dabei im Fall farbiger Flächen
benutzt: Schichtungen aus kleien neben- und übereinandergeklebten Stücken von Kunststoff-Folie,
ebensolche Schichtungen aus Glimmer-Plättchen, Schichten aus Benzoesäure-Kristallen.
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Aufgrund der so beschriebenen bisher bekannten Technik muß die Herstellung
farbing selbst-leuchtender Flächen unter Verwendung von zwei nolarisierenden Schichten
und einer doppelbrechenden Schichtung grundsätzlich als bekannt angesehen werden.
Hierzu wird man mehrere lichtdurchlässige Schichten hintereinander anordnen, von
welchen zwei das Licht polarisieren und die übrigen doppelbr--chend sind und sich
zwischen den beiden polarisierenden Schichten befinden. Das System dieser Schichten
wird von der einen Seite von einer licht(ruelle beleuehtet.
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Von der anderen Seite betrachtet, trägt es ein Farbmuster.
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Die polarisierenden Schichten kennen eventuell um eine ihrer Normalen
rotiert werden. Dadurch ergibt sich eine zeitliche Variation des Farbmusters.
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Die Anwendung in dieser Weise aufgebauter Leuchtflächen
auf
Zimmer-Lauchten und ähnliche rein dekorative Vorrichtungen, auf farbig leuchtende
Reklame-Flächen, auf sonstige informationsvermittelnde farbig leuchtende Flächen,
insbesondere auf farbig leuchtende Uhrenzifferbl?itter, ist bisher nicht bekannt.
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Im folgenden werden einige allgemeine technische Aufgaben, die sich
im Zusammenhang mit den meisten Anwendungen solcher Leuchtflächen ergeben, dergestellt
und der jeweilige bisherige Stand des Wissens angegeben.
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Sollen die farbigen Leuchtmuster zeitlich variiert werden, so ist
eine Voraussetzung dazu, daß d?s oben erwähnte zeitweise Auftreten oder Überwiegen
von trüben Farben ganz oder wenigstens weitgehend vermieden werden kann Es ist bisher
weder eine systematische Methode bekannt, dies zu erreichen noch an derselben Stelle
eines F?rbmusters eine zeitliche Sequenz von mehr als zwei Farbtönen zu erzeugen.
Es ist bekannt, daß im allgemeinen die zeitliche Senuenz der Farben aus Greutrübungen
variierenden Grades zweier komplementärer Farbtöne besteht.
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Ganz allgemein hängt die Wirkung eines leuchtenden Farbmusters entscheidend
ab von der Qualität seiner Farben, d.h. von ihrer Intensität, Sättigung und Reinheit.
Pllethoden, hierauf Einfluß zu nehmen, sind bisher nicht bekannt.
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Ein weiteres mit der Vriation von T'arbmustern zusammenhängendes Problem
besteht darin, daß mit einer um eine ihrer Normalen rotierenden polarisierenden
Schicht das Farbmuster nur auf einer annähernd ebenen, kreisförmigen Fläche zeitlich
variiert werden kann. Methoden, ein Farbmuster auf einer gekrümmten oder auf einer
langgestreckten rechteckigen Fläche zu variieren, sind bisher nicht bekannt.
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Es ist der Zweck der vorliegenden Erfindung, durch geeignete technische
Entwicklungen die Wirkung von zwischen polarisierenden Schichten betrachteten doppelbrechenden
Körpern für die Herstellung von ausgedehnten, ein farbiges Muster tragenden selbst-leuchtenden
Flächen für dekorative Zwecke und für di.e Vermittlung von Information nutzbar zu
chen, sowie besondere solcher Anwendungen zu entwickeln.
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Die Beschreibung soll beginnen mit einer Übersicht über die wesentlichen
Bauelemente erfindungsgemäßer Vorrichtungen und deren für die Erfindung wichtigen
Eigenschaften.
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Polarisierende Schichten sind in Form von Folien gegebräuchlich. Die
Sperrichtung solcher Polarisatoren - d.i. diejenie Richtung, in der der Lichtvektor
eines senkrecht durchgehenden Liehtstrahls ausgelöscht wird - und daher auch die
dczu senkrechte Durchlaßrichtung des Poiariaators - d.i. diejenige Richtung,, in
der ein senkrecht durchgehender Lichtstrahl polarisiert wird -ist gewöhnlich von
Ort zu Ort konstant. Neben solchen polarisierenden Folien gibt es Verfahren, auf
eine beliebige lichtdurchlässige Oberfläche eine polarisierende Schicht aufzubringen.
Die Sperrichtung und die dazu senkrechte Durchlaßrichtung solcher Schichten kann
sich von Ort zu Ort ändern. Es ist vorteilhaft, diesen Sachverhalt so zu sehen:
die Sperrichtungs- und die Durchlaßrichtungslinien sind im Fall konstanter Sperrichtung
zwei Scharen aufeinander senkrechter Geraden, im Fall variabler Sperrichtung zwei
Scharen aufeinander senkrechter krummer Linien; ein wichtiges Beispiel fr den zweiten
Fall: die Srperrichtungslinien sind eine Scher konzentrischer Kreise, die Durchlaßrichtungs-Linien
eine Sehr von im Mittelpunkt dieser Kreise sich schneidenden Geraden. Zur Unterscheidung
sollen polarisierende Schichten der ersten Art achsenfeste Polarisatoren (oder achsenfeste
polarisierende Schichten etc.) und solche der zweiten Art achsen-variable Polarisatoren
genannt werden. Die Snerr-- und die Durchlaßrichtung eines Polarisators werden auch
die Achsrichtungen des Polarisators genann In P 21 59 741.1 war eine für die vorliegende
Rrfindung wichtige Eisenschaft von polarisierenden rehiehten
beschrieben
worden: Auf einen schräg durch eine polerisierende Schicht tretenden Lichtstrahl
wirkt diese so wie eine scheinbare senkrecht in diesem Lichtstrahl stehende polarisierende
Schicht, deren Sperrichtung gleich der in die Ebene senkrecht zum Lichtstrahl in
Strahlenrichtung projizierten örtlichen Sperrichtung der realen polarisierenden
Schicht ist. Die Durchlaßrichtung der scheinbaren polarisierenden Schicht ist wieder
senkrecht auf ihrer Sperrichtung.
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Doppelbrechende Schichten können sehr verwickelte optische Eigenschaften
haben. In erfindungsgemäßen Vorrich tunen kommen vorwiegend doppelbrechende Kunststoffschichten
zur Anwendung Der einfachste Typ einer donnelbrechenden Schicht ist eine achsenfeste
Retarder-Schicht (in P 21 59 741.1 "Vorzögerungs-Schicht" genannt). Die weitaus
meisten lichtdurchlässigen Kunststoff-Folien gj nd nchsenfeste Retarder-Schichten.
Eine achsenfeste Retarder-Schicht (kurz ein achsenfester Retarder) ist eine lichtdurchlässige
Schicht, welche ei.nen senkrecht durch sie hindurchtretenden linear polarisierten
Licht strahl in zwei linear polarisierte Teilstrahlen mit praktisch identischen
geometrischen aTtegen, aber auf einder senkrechten Polarisationsrichtungen aufspaltet;
die Teilstrahlen werden-spater wieder vereinigt. Die Polarisationsrichtungen der
beiden Teilstrahlen liegen in zwei festen, aufeinander senkrechten ortsunsbhängigen
"Achsrichtungen" des. achsenfesten Retarders. Der optische Weg der beiden Teilstrahlen
beim Durchgang durch die Retarder-Schicht ist verschieden und zvrar um eine für
die betreffende Stelle der uniformen Retarder-Sehicht charakteristischen Länge,
die Retardanz (in P 21 59 741.1 "lincere Verzögerung" genannt). Ist die Retardanz
der Retarder-Schicht ortsunabhängig, also eine für die ganze Retarder-Schicht charakteristische
Größe, so wird
die Retarder-Schicht eine uniforme Retarder-Schicht
oder ein uniformer Retarder genannt. Jede achsenfeste Retarder-Schicht ist lokal
ein uniformer achsenfester Retarder. Ändert sich die Retardanz der Retarder-Schicht
stetig von Ort zu Ort, so wird die Retarder-Schicht eine stetige Retarder-Schicht
oder ein stetiger Retarder genannt. In der Praxis äußern sich diese Eigenschaften
von achsenfesten Retardern wie folgt: Licht, welches in einer der beinen Achsrichtungen
des Retarders linear polarisiert ist, wird bei senkrechtem Durchtritt durch die
Retarder-Schicht überhaupt nicht modifizi.ert. Es entsteht in diesem besonderen
Fall nur ein einziger Teilstrahl, und der ist identisch mit dem einfallenden Strahl.
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Betrachtet man einen achsenfesten Retarder 3 in einer Anordnung, wie
in Fi. dargestellt, zwischen zwei achsenfesten Polarisstoren 1 und 2 vor einer suaredehnten
weißen Lichtquelle bei senkrecht durchtretendem Licht mit den Achsen des Retarders
parallel zu den Achsen eines der Polarisatoren, so beobachtet man dasselbe, wie
wenn der Retarder gar nicht vorhanden wäre, nämlich Grautöne zwischen voller Helligkeit
bei parallelen Polarisatoren und völliger Dunkelheit bei gekreuzten Polarisatoren.
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Hat eine dopnelbrechende Schicht diese experimentelle Eigenschaft1),
so ist sie ein achsenfester Retarder.
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Bilden die Achsrichtungen des Retarders dagegen mit denen beider Polarisatoren
von 0° verschiedene Winkel, so beobachtet man farbiges Licht - vorausgesetzt, die
Retardsnz hat einen Wert zwischen etwa 250 und 2500.10-3 my.
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Die beobachteten Farben sind jedoch fr die meisten Winkel-Kombinationen
der Achsrichtungen der Polarisatoren mit denen des Retarders geträbt, d.h. unrein
und ungesättigt. Leuchtende, d.h. sehr reine und/oder sehr gesättigte Farben, lassen
sich nur dann erzeugen, wenn-1)bezüglich zweier aufeinander senkrechter (Achse-)richtunge
1.
-die Achsrichtungen beider Polarisatoren mit denen des Retarders 450 ~ Winkel bilden.
Die Farben sind in diesen Fällen i.a. rein und gesättigt.
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Die Polarisatoren können dabei "parallel" oder "gekreuzt" sein. In
diesen beiden relativen Stellungen der Polarisatoren erscheinen (an einer festen
Stelle des Retarders) zueinander komplementäre Farben; 2. - oder wenn nur die Polarisatoren
gekreuzt oder parallel sind. Mit gekreuzten Polarisatoren erhält man die Schwarz-Trübungen
der einen, mit parallelen Polarisatoren die Weiß-Trübungen der anderen der beiden
unter 1. genannten Farben.
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Es muß hier erwähnt werden, daß es vom Grad der Schwarz- oder Weiß-Trübung
einer reinen Vollfarbe abhängt, ob diese Triibung noch als leuchtende Farbe erscheint;
jedenfalls ist eine solche Schwarztrübung eine gesättigte und eine solche Weißtrübung
eine reine Farbe (vgl. Fig. 13); 3. - oder wenn die Achsen der Polarisatoren symmetrisch
zu einer Achse des Retarders liegen - es treten dann die Weißtrübungen der Farbe
auf, deren Schwarztrübungen unter 2. aufgeführt waren -; oder wenn di.e Achsen der
Polarisatoren mit den Retarderachsen entgegengesetzt gleiche Winkel einschließen
- in diesem Pall erhält man die Schwarztrü.bungen der Farbe, deren Weißtrübungen
unter 2. aufgeführt waren.
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In allen anderen relativen Winkelpositionen der Retarder und der Polarisatoren-Achsen
treten graugetrübte Farben auf. Insgesamt kommen alle Farben der Heringschen Verhüllungsdreiecke
für die beiden unter 1 . genannten komplementären Farben vor.
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Wie nun ersichtlich, treten nicht-leuchtende Farben nicht nur bei
Rotation eines Polarisators nuf, sondern stets
auch bei Rotation
eines Retarders (Fig. 13).
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Welches komplementäre Farbenpaar an einer Stelle der Retarder-Schicht
auftritt, hängt allein von der Größe der Retardanz an dieser Stelle ab. Die folgende
Tabelle gibt eine allgemein informierende Übersicht über den Zusammenhang der Retardanz
mit den beobachteten Farbenpaaren. Die verbale Beschreibung der Farben ist dabei
nur als ganz grobe Charakterisierung zu verstehen.
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TABELLE 1
Die Farben können bis auf vereinzelte Ausnahmen als sehr reine
und sehr geshttigte Farben dargestellt werden.
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In manchen Fällen ist eine Farbe nicht rein, aber gesättigt oder umgekehrt;
für die zugehörige Komplementärfarbe gilt d.ann das jeweils Entgegengesetzte. Z.B.
das Braun-gelb bei gekreuzten Polarisatoren und bei einer Retardanz von 475.10-3my
(siehe Tabelle 1) ist eine gesättigte, aber nicht reine Farbe. Dagegen das entsprechende
Blau bei parallelen Polarisatoren ist eine reine aber nicht ganz gesättigte Farbe.
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Von den beiden Achsrichtungen eines Retarders wird diejenige, in deren
Richtung der Teilstrahl mit dem größepolarisiert ist, ren optischen Weg durch den
Retarder / die "schnelle Achsrichtung" genannt, die andere die "langsame Achsrichtung".
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Es kann vorkommen, daß eine bestimmte Achsrichtung an einer Stelle
der Retarder-Schicht die schnelle Achsrichtung, an einer anderen die langsame Achsrichtung
ist.
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Es ist für das folgende erleichternd, wenn die Retardanz eines Retarders
auf eine seiner beiden Achsrichtungen "bezo:en" wird, d.h. wenn sie angegeben wird
als Differenz der optischen Wege des parallel zur "Bezugsrichtung" nolarisierten
Teilstrahls und des senkrecht zur "Bezugsrichtung" polarisierten Teilstrahls. Mit
der schnellen Acharichtung als Bezugarichtung ist die Retardanz positiv, mit derßanfrsamen
Acharichtung als Bezugsrichtung ist sie negativ. Ist R die Retardanz in Bezug auf
die eine der beiden Achsrichtunxen, so ist (--X) die Retsrdanz in Bezug auf die
andere Achsrichtung.
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Ordnet man zwei achsenfeste Retarder-Schichten parallel hintereinander
an, so daß ihre Achsrichtungen aufeinander fallen, so entsteht ein neuer achsenfester
Retarder, dessen Retardanz an einer bestimmten Stelle einfach
die
Summe der Retardanzen R1 undR2 der beiden Ausgangs-Retarder ist - allerdings müssen
beide Retardanzen auf dieselbe gemeinsame Achsrichtung bezogen sein.
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Dreht man einen der beiden Retarder um 90 , so entsteht ein von dem
ersten verschiedener zus.ammengecet7.ter Retarder. War |R1 + R2| die absolut genommene
Retardanz des ersten zusammengesetzten Retarders, so ist sie jetzt |R1 - R2|.
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Kunststoff-Folien haben die Eigenschaft, auch bei schrägern Durchgang
von Licht wie achsenfeste Retarder zu wirken, mit vergrößerter oder verkleinerter
Retardanz -jedenfalls wenn die Lage der Kunststoff-Folie zum Lichtstrahl aus einer
zum Lichtstrahl senkrechten Lage durch Drehen um eine der Achsen der Folie hervorgeht.
Fig. 1 zeigt, wie typischerweise die Reterdanz der schräg im Lichtstrahl stehenden
Folie vom Dreh-Winkel abhängt, und zwar fijr Drehung der Folie um jede ihrer beiden
Achsen. Die Retardanzkurve i.st dabei auf eine bestimmte Acharichtung der Folie
bezogen. Bezieht man sie auf die andere Achsrichtung, so hat man sie an der Abszisse
zu spiegeln. Bei Drehung der Kunststoff-Folie um eine ihrer Achsen nimmt ihre Retardanz
zu, bei Drehung um die andere Achse ab. Legt man zwei Kunststoff-Folien achsparallel
aufeinander und betrachtet die Retardanz als Funktion der Drehwinkel um ihre gemeinsamen
Achsen, so addieren sich die Retardanz-Kurven einfach - vorausgesetzt sie sind beide
auf dieselbe Achsrichtung bezogen.
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Zum Schluß der allgemeinen Erläuterungen muß noch bemerkt werden,
daß es auch achsenvariable Retarder-Schichten gibt. Lokal verhalten si.e sich wie
achsenfeste Retarder. Wie jedoch weiter unten ersichtlich werden wird.
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ist die globale Konstanz der Achsrichtung eines achsenfesten Retarders-bei
örtlicher Variabilität der Retardanz -eine fiir die Erfindung entscheidende Eigenschaft.
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Elastisch-harte lichtdurchlässige Kunststoff-Wände mit eingefrorenen
Orientierungsspannungen verhalten sich lokal häufig angenähert wie Retarder-Schichten.
Ihre "Retardanz", wenn für Vergleichszwecke benötigt, wird nach der von ihnen erzeugten
Farbe gemäß Tabelle 1 bestimmt.
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Die erfindungsgernäßen selbst-leuchtenden Fa rbrnuater haben in der
Regel die besondere Eigenschaft, daß ihre Farben sich mit der Blickrichtung ändern:
sie "changieren". In P 21 59 741.1 war dieser Effekt beschrieben worden.
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Der Effekt des Changierens setzt voraus, 1. daß der Schichtung aus
zwei polarisierenden Schichten und-zwischen diesan-doppelbrechenden Schi chten von
einer Seite eine des Licht gleichmäßig zerstreuende Schich-t hinzugefügt wird; 2.
daß die Schichtung von der Seite der streuenden Schicht beleuchtet und von der anderen
Seite beobachtet wird.
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Will man das Changieren vermeiden oder reduzieren, so hat man die
Schichtung von der anderen Seite zu beleuchten und von der Seite der Streuschicht
zu beobachten, oder man ha.u auf jeder Seite der Schichtuiig eine Streuschicht anzubringen.
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Der Effekt des Changierens beruht auf der oben erwn)hnten Winkelabhängigkeit
der doppelbrechenden Eigenschaften einer doppelbrechenden Schicht.
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Von dieser Eigenschaft macht die vorliegende Erfindung noch in anderer
Weise Gebrauch. Wie in P 21 59 741.1 beschrieben, werden Farbmuster geometrisch
erzeugt durch knickloses Biegen von Kunststoff-Folien zwischen achsenfesten Polarisatoren.
Normalerweise werden achsenfeste Polarisatoren und eine Kunststoff-Folie (oder eine
achsenparallele Schichtung von Kunststoff-Folien) zu einem Verbund zusammengefügt
und dieser gebogen (oder es wird ein Verbund aus gebogenen Schichten gebildet),
wie in Fig. 11(a ) und (b) dargestellt.
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Diese geometrisch erzeugten Farbmuster haben besondere Eigenschaften,
welche anders nicht zu erhalten sind: insbesondere können mit ihnen beliebige.stetige
Farbübergänge über beliebig große F 1 chen ausgedehnt werden, und zwar durch Einstellung
einer geeigneten Oberflächenkrümmung.
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Fign. 5 (a) und (b) geben einen Eindruck von solchen Farbmustern,
hier auf einer 60°-Kegelmantel-Fläche, gebogen aus gekreuzten polarisierenden Folien
und dazwischen einer Kunststoff-Folie in 45°-Orientierung.
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Die eingetragenen Farben berücksichtigen nicht die Übergangsfarbtöne,
sondern geben nur den vorherrshcenden Farbton an. Die beiden Anschichten (a) und
(b) sind um 90° gegeneinander versetzt. Das Farbmuster würde sich bei Auf- und Ab-Bewegung
der Flache verändern. Das Zerfransen der Farbübergänge beruht auf der natürlichen
maserung der Kunststoff-Folie. Daß es sich bei dieser Art Farbmuster um rein geometrisch
erzeugte Farbmuster handelt und diese nicht etwa ganz oder teilweise erzeugt werden
durch Spannungen, die ihrerseits durch das Biegen der Kunststoff-Folie entstehen,
läßt sich sehr einfach mit einem in P 21 59 741.1 beschriebenen Verfahren verifizieren.
Man vergleicht die Farbe an einer Stelle der gekriimmten Flache mit der Farbe derselben
Schichtung in ungekriimmtem Zustand in der Tage der Tangentialebene der gekrümmten
Fläche an der betreffenden Stelle, mit der gleichen Achsenorientierung wie die gekrümmte
Fläche.
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Die beiden Farben sind stets identisch. Im allgemeinen entstehen beim
knicklosen Krümmen von Kunststoff-Folien in dem ier interessierenden Verhältnis
von Krümmungsradius und Foliendicke keine nachweisbaren Spannungen im Folien-Material.
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Zum Entwerfen geometrisch erzeugter Farbmuster werden diese Retardanzkurven
von Kunststoff-Folien benötigt, wie
sie in Fig. 1 für eine Zellglas-Folie
gezeigt wird. A1-lerdings braucht man nicht die Kurve im Detail; es reicht, wenn
man die Retardanz R0 die senkrechtem Lichtdurchtritt und den Mittelwert der Winkel
abhängigkeit der Retardanz E = |dR/d#| über die beiden Winkelbereiche 0# 0 # ##70°
kennt.
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Eigentlich ist eine Retardanzkurve wie die in Fig. 1 nur auf ganz
bestimmte Blickwinkel anwendbar.
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Aber tatsächlich ist E charakteristisch genug. In Fig. 4(b) (unten)
ist für eine ebene Schichtung aus zwei gekreuzten Polarisatoren und einer Kunststoff-Folie
in 45°-Orientierung zu den Polarisatoren der typische Verlauf der Linien gleicher
Farbe (Isochromaten) in Abhängigkeit vom Blickdieser winkel dargestellt, ausgedrückt
in "geographischer Länge" # und "geographischer Breite" #. Die Linie #=0 enthält
alle Blickwinkel, welche aus dem flächennormaLen Blickwinkel durch Schwenken der
Schichtung um eine der Achsen der Kunststoff-Folie entstehen, die Linie #=0 enthält
die Blickrichtungen, welche aus der Flächennormalen Blickrichtung durch Schwenken
der Schichtung um die andere Achse der Kunststoff-Folie entsteht. Auf diesen beiden
Linie besteht eine direkte Korrespondenz zwischen den Farben und den Retardanz-Kurven
von Fig. 4 im Sinne der Tabelle 1. Die- eingezeichneten Pfeile weisen in die Richtung
steigender Retardanz. In einem Farben diagramm wie dem in Fig. 4 schematisch dargestellten
waren alle für das geometrische Erzeugen von Farbmustern notwendigen Angaben über
eine Kunststoff-Folie enthalten.
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Man sieht, daß die Retardanz Ro und die mittlere Empfindlichkeit
E ausreichen, die Folie im wesentlichen zu charakterisieren.
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Neben den durch Fir. 1 und Fi. 4 optisch allgemein gekennzeichneten
Kunststoff-Folien gibt es besondere
Kunststoff-Folien, deren Retardanz-Kurven
verlaufen wie in Figuren 2 und 3 dargestellt. Das Charakteristische dieser Retardanzkurven
ist deren außergewöhnliche Steilheit sowie die dadurch bedingte Tatsache, daß der
abteigende Ast der Retardanz-Kurve im Blikwinkel-Bereich zwischen 0° und etwa 70°
unter null abfällt -di.e Retardanz ist hier auf eine bestimmte Achsrichtung der
Kunststoff-Folie bezogen.
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Noch besser werden diese Kunststoff-Folien charakterisiert durch das
Isochromaten-Diagramm Fig. 4(a) (oben).
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Charakteristisch sind die Scharen kreisförmiger Linien, die durch
farblose hyperbelförmige Linien unterbrochen werden. Die Punkte, in welchen diese
Hyperbel-Zonen die linien # = O schneiden, sind identisch mit dem Nulldurchgen der
Retardanzkurven bei k- 250 in Fig.2 und bei # = 40° in Fig.3.
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Der durch Fig. 1 und Fig. 4(b) optisch gekennzeichnete Typ von Kunststoff-Folien
wird im folgenden der Typ der "optisch weichen'" Folien genannt, der durch Fig.
1 bzw. Fig. 3 und durch Fig. 4(a) gekennzeichnete außergewöhnliche Typ von Kunststoff-Folien
wird der Typ der "optisch harten" Folien genannt.
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Die mit optisch harten Kunststoff-Folien geometrisch erzeugten Farbmuster
haben Eigenschaften, gänzlich verschieden von denen der nit optisch weichen Folien
erzeugten Farbmuster. Und zwSr 1. enthalten diese Farbmuster viele Streifen gleicher
Farbe, in manchen Fällen mit allen Farben der Tabelle 1, darunter auch schwarze
und weiße St-reifen (nämlich in der Nähe des Nulldurchgangs der Retardanz);
2.
changieren diese Farbmuster in stärkatem Maße; 3. haben solche Leuchtflächen neben
stark leuchtenden Farben eine Art metallischen Glanz; 4. haben die Farbmuster eine
räumliche Tiefe; sie scheinen hinter der sie erzeugenden Oberfläche zu liegen In
Fig. 7 ist ein Versuch gemacht, einen Eindruck von solchen geometrisch erzeugten
Farbmustern zu geben.
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Die Zylinderflächen in Fig. 7 (a) und (b) und die 60° Kegelmantel-Fläche
in Fig. 7(c) sind aus Schichtungen gekreuzter polarisierender Folien und dazwischen
einer optisch harten. Kunststoff-Folie in 45°-Orientierung gebogen, bei den Zylindern
mit einer Achse derFolie ungefähr parallel zur Zylinder-Achse. Ganz im Innern befindet
sich eine streuende Schicht. Der Zylinder, aus einiger Entfernung und etwa flächennormal
betrschtet, erscheint wie in Fig. 7(a.) skizziert. Aus der Nähe betrachtet, mit
größerer und nicht mehr konstanter Neigung der Blickrichtung zur Oberfläche, erscheint
ein Ausschnitt aus dem in Fig. 7(b) skizzierten Muster oder auch das ganze muster,
wenn der Zylinder eine ausreichende Länge nat. Dieses Muster ist nichts anderes
als eine Verzerrung des Musters der Isochromaten von Fig. 4(a).
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Das Farbmuster der Kegelmantel-Fläche verhält sich ähnlich, nur sehr
viel komplizierter.
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In der folgenden Tabelle 2 sind einige optisch harte und optisch weiche
Kunststoff-Folien mit ihren fiir die geometrische Erzeugung von Farbmustern wesentlichen
optischen Daten zusammengestellt.
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TABELLE 2
Die in der Zeile a der Tabelle 2 aufgeführte Zellgias-Folie ist
in Wirklichkeit ein achsenparalleler Verbund von drei Lagen derselben Folie der
Dicke von 36my. Die anderen angegebenen Folien sind einzelne Folien. In der angegebenen
Dicke ist jede der Folien zur geometrischen Erzeugung von Farbmuatern geeignet.
Zum Beispiel ist das in Fig. 5 (a) und (b) dargestellte geometrisch erzeugte arbmuster
mit der in Zeile b der Tabelle 2 aufgeführten Polypropylen-Folie gebildet.
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Die geometrische Erzeugung von karbmustern ist natürlich auch mit
einem achsparallelen Verbund verschiedener Folien möglich. Eine besondere Möglichkeit
ist das Verbinden optisch harter mit optisch weichen Folien.
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Das Resultat sind Farbmuster mit einer Mischung der Eigenschaften
der mit optisch harten und mit optisch weichen Folien erzeugten Farbmuster.
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Eine wei.tere Klasse von Farbmustern bilden die "natürlichen" Farbmuster,
welche von der natürlichen Struktur der doppelbrechenden Kunststoffe herrühren.
In P 21 59 741.1 war die Verwendung von eingefrorenen Orientierungsspannungs-Feldern
zur Erzeugung natürlicher Farbmuster angegeben worden.
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Auch Kunststoff-Folien haben häufig eine Struktur, meistens in Forn
einer Maserung in einer der Achsrichtungen.
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Hinzu kommen eventuell Schwenkungen der Retardanz in der zur Maserung
senkrechten Richtung. kiese von der Struktur der Kunststoff-Folie herrührenden Muster
können mit geometrisch erzeugten Farbmustern überlagert werden.
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Ein Beispiel ist 'l'ir. 5. Während das Farbmuster in (a) und (b) im
großen und ganzen ein geometrisches Farbmustar ist, bei welchem sich die Maserung
einer sonst uniformen. Folie in einer Zerfransung der Farbübergänge
äußert,
ist in (b) und (c) dasselbe Muster mit demselben Material noch einmal gezeigt, aber
nun mit einem (in diesem Fall künstlich erzeugten) Sprung in der Retc rd snz.
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Ein weiterer für die vorliegende Erfindung interessanter Typ von natürlicher
Kunststoff-Struktur findet sich bei durch Tiefziehen verarbeiteten Folien. Die Mantel-Fläche
eines tiefgezogenen Zylinders ist ein achsenfester Retarder mit einer Maserung und
einer Achsrichtung in Richtung des Tiefziehens, d.h. der Mantel-Linie. Er hat die
besondere Eigenschaft, daß seine Retardnz von nahe null (am Boden des Zylinders)
stetig in Richtung der Maserung ansteigt. In Fir. 9 ist das Farbmuster skizziert,
welchs von einem ebenen Stück eines solchen Zylinderman tels zwischen gekreuzten.
ebenen Polarisatoren in 45°-Orientierung erzeugt wird. Die Retardanz nimmt von oben
nach unten zu. Das orange am oberen Rand. entspricht im Sinne der Tabelle 1 einer
Retardanz von 500 . 10-3my, das rot am unteren Rand einer Retardanz von 1100 . 10-3my.
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Im folgenden werden einige Methoden beschrieben, auf die Ausbildung
strukturbedingter Muster (im Gegensatz zu geoinetrisch erzeugten) Einil.uß zu nehmen,
und zwar durch 1. Einflußnahme auf die Ausbildung von Orientierungsspannungs-Feldern
in spritzgegossenen Kunststoff-Wänden; 2. durch örtliches Ziegen von Kunststoff-Folien.
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Der Spritzguß ist das ideale Verfahren zur Herstellung vorlichtdurchlässigen
elastisch-harten Kunststoff-Wänden für den vorliegender Zweck. Während man in der
bisherigen Technik möglichst orientierungsarm spritzgießt, d.h. unter möglichster
Vermeidung von Orientierungsspannungen,
wird für die vorliegende
Anwendung auf eingefrorene Orientierungsspannungen Wert gelegt. Die mit ihnen verbundenen
Retardanzen der spritzgegossenen Wände (gemaß Tabelle1 nach der Farbe beurteilt,
sofern man von Retardanz sprechen kann) sollten einen gewissen Höchstwert in größeren
Teilen der Wand nicht überschreiten.
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Dieser Höchstwert ist i.a. etwa 2500 . 10-3my, für manche Anwendungen
aber wesentlich niedriger, Bei gegrebenem Werkzeug und gegebener Spritzmasse hängt
dieser Höchstwert ab von d.em angewendeten. Spritzdruck und der angewendeten Werkzeugtemperatur.
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Der allgemeine Konturen-Verlauf des Farbmusters ist von den beiden
letztgenannten Verarbeitungsparametern weitgehend unabhängig. Er hängt bei gegebener
Form des Snritzlinks ab von der Art und Lage des Angrusses, d.h. davon, auf welchem
Weg die Spritzmasse in die Werkzeugform eingeleitet wird. Fig. 8(a) zeigt ein typisches
Beispiel: die Konturen des Farbmusters einer spritzgegossenen rechtec';igen Platte
mit dem Anguß bei 10. Die Linien sind Linien gleicher "Retardanz" und zugleich auch
Lineben gleichen Fließweges (d.i. der Weg, den die an dieser Stelle befindliche
Masse von der Einspritzdüse in fltissigem Zustand zurückgelegt hat). Entlang des
Fließweges nimmt die "Retardanz" ab. An den extremen Enden der Fließwege (in Fig.
8(a) bei 20) ist sie fast null. Ist der maximale Fließweg lang, so ist es schwieriger,
mit der Retardanz unter der Höchstgrenze zu bleiben.
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Nun lassen sich die maximalen Fließwege verkürzen durch gleichzeitiges
Anspritzen an verschiedenen Stellen, in Fig. 8(a) z.B. bei 10 und bei 20. Es trifft
sich gut, daß dadurch zugleich ein weiterer Vorteil für die vorliegende Anwendung
erzielt erden kann.
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In der Technik hat man bisher das Anspritzen an verschiedenen Stellen
möglichst vermieden, um nicht unnötig viele "Bindenähte" zu erzeugen, welche sich
dort bilden, wo sich die aus zwei Spritzdüsen in die Form strömenden Massen treffen.
Solche Bindenähte vermindern die mechanische Festigkeit des Spritzlings.
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In der vorliegenden Anwendung ist das Einführen von Bindenühter dagegen
erwünscht, da sie das Farbmuster beleben. Zum 8(b) demonstriert dss Erzeugen von
mehreren Bindenähten durch mehrfaches Anspritzen bei einer spritzgegossenen Schirmwand.
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Für einfache, ebene, zur Dekoration bestimmte Kunststoff-Platten ist
das Verfahren des mehrfachen Anspritzens besonders wichtig, da die Farbmuster-Konturen
sonst stets monoton wie in Fig. 8(a) verlaufen.
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Weiter besteht die Möglichkeit, durch Variatio der Wandstärke, insbesondere
durch Anbringen von Rippen oder Rillen auf der der Oberfläche auf die Ausbildung
des Fprbmusters Einfluß zu nehmen.
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Die beschriebenen Verfahren der Einflußnahme auf die Ausbildung der
Orientierungsspannungs-Felder betreffen die allgemeine Qualität der Farbmuster.
Eine Einflußnahme im Detai 1 ist nicht mf;glich.
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Dagegen bietet das Verfahren des "örtlichen Ziehens" von Kunststoff-Folien
die Möglichkeit, die Konturen des Farbmusters und in manchen Fällen das Farbmuster
selbst sehr detailliert vorherzubestimmen. Folgende Bearbeitungen von Kunststoff-Folien
werden hier als Hörtliches Ziehen" bezeichnet.
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1. Einprägen oder Einpressen von Profilen (Ornamente, Schriftzeichen).
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2. Örtliches Recken. der Folie, vorzugsweise in Richtung einer der
Achsen; das Verhältnis, in dem die Länge des Materials dadurch vergrößert wird,
ist von Ort zu Ort verschieden und damit auch der durch das Recken erzielte Retardanz-Zuwachs;
C.
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es braucht sich nicht um eine Bearbeitung isolierter Stellen der
Folie zu handeln, sondern die ganze Folie kann einbezogen sein. -Die Verfahren können
mit oder ohne Anwendung von Hitze durchgeführt werden. Beide Verfahren verursachen
eine örtliche Variation der Retardanz und damit schließlich eine örtliche Variation
der Farbe. Beim ersten Verfahren und in der Regel auch bei.m zweiten wird überdies
aus der ebenen Fläche der Folie eine räumliche Fläche; daher kommt der Effekt der
geometrischen Farbmuster-Erzeugung hinzu.
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In Fig. 10 ist ein Farbmuster skizziert, welches durch eine in der
dort angegebenen Pfeilrichtung örtlich gereckte Kunststoff-Folie erzeugt wird; die
Pfeilrichtung ist zugleich eine Acharichtung d.er Folie. Auch das Tiefziehen muß
als örtliches Recken bezeichnet werden Denn wie bei der Folie, deren Farbmuster
in Fig. 9 skizziert ist, bewirkt es eine örtlich variable Retardanz.
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Die soeben beschriebenen strukturbedingten Farbmuster mit auch die
geometrisch erzeugten zeichnen si.ch durch eine besondere asthetische Qualität aus,
welche darauf beruht, datS bei ihnen die örtliche Farbvariation stetiu.
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ist, also (in der Regel) keine abrupten farblichen Übergänge enthält.
(Andererseits können Farbmuster, welche auf der natürlichen Struktur von Kunststoff-Folien
beruhen, Unterstetigkeiten aufweisen; deren besondere Qualität ist zu vergl eichen
mit derjenigen der Maserung des Holzes). Soll ein Farbmuster bestimmte ornamentale
oder Schrift-Konturen enthalten, so hgjt man neben dem schwierigeren
Verfahren
des örtlichen Ziehens die einfachere möglichkeit, solche Konturen aus Folien-Stücken
verschiedener Retardanz und Orientierung zusammenzusetzen, muß dabei aber unstetige
Farbübergänge in Kauf nehmen.
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Wird diese einfache Methode verwendet, so kann dabei folgender besondere
MiCß; eingeschlagen werden. Anstelle das Muster aus Folienstücken zusammenzusetzen
und zwischen zwei polarisierenden Schichten anzuordnen, wird zwischen zwei gekreuzte
oder parallele achsenfeste Polarisatorren in 45°- Orientierung ein achsenfester
gebracht Retarder, der "Haupt-Retarder", welcher selbst ein Farbmuster oder eine
einfarbige Fläche erzeugt, und das Zusammensetzen des Musters aus Folienstücken,
den "Relativ-Retardern", geschieht auf dem Haupt-Retarder.
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Die Relativ-Retarder haben dabei i.a. eine so kleine Retardanz, daß
sie allein keine Farbe erzeugen könnten.
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Sie erzeugen Farben nur "relativ zum Hauptretarder", indem aus ihre
Retardanz, Rrot' und der des Haupt-Reterders, Rfest' die Summe Rfest + Rrot' oder
die Differenz, Rfest -Rrot', gebildet wird, oder indem der Einfluß ihrer Retardanz
Rrot ganz zum Verschwinden kommt nd R fest die effektive Retlrdanz ist - Je nach
ihrer Orientierung zum Haupt-Retarder. In Fig. 14 sind (in (h) für parallele in
(c) für gekreuzte Polarisatoren) die (im wesentlichen) drei möglichen Stellungen
des Relativ-Retarders 4 relativ zum Haupt-Retarder 3 dargestellt, in welchen leuchtende
Farben erzeugt werden. Es sind dies die drei Farben, welche im Sinne von Tabelle
1 den drei Retardenzwerten Rfest # Rrot und Rfest entsprechen. In dem Beispiel von
Fig. 14 ist Rfest= 1100 10-3my, Rrot= 250 .10-3my.
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Die Methode der Relativ- und Haupt-Retarders kenn ganz allgemein bei
der Erzeugung von Farbmustern verwendet
werden. So kann der Relativ-Retarder
eine Kunststoff-Wand mit eingefrorenen Orientierungsspannungen sein mi.t eventuell
sehr niedriger maximaler "Retardanz". Oder er kann eine örtlich gezogene Folie ein,
ebenfalls mit eventuell g,ehr geringer maximaler Retardanz. In der Tat ist das in
Fig. 10 skizzierte Farbmuster mit einer örtlich gezogenen Folie der ursprünglichen
Retardanz von 200.10-3 my als Relativ-Retarder und einem Haupt-Retarder der Retardanz
von 1100. 10-3my erzeugt worden. Der Relativ-Retarder kann auch ein aus Kunststoff-Folie
gebildetes räumliches Gebilde sein.
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Die Wirkung der mit den beschriebenen Verfahren erzeuzten Farbmuster
hangt entscheidend ab von der Intensität und von der Reinheit der Farben. Diese
können in betrachtlichem Maße beeinflußt werden durch zwei allgemeine Maßnahmen:
1 . durch die Wahl einer geeigneten Streuschicht; 2. durch den Gebrauch doppelbrechender
Schichten von möglichst geringer Dicke mit entsprechend höherer Doppelbrechung.
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Weiß ß pigmentierte Schichten, wie sie häufig in der Releuchtungstechnik
zur Lichtstreuung benutzt werden, haben sich als für den vorliegenden Zweck unzureichend
erwiesen; sie absorbieren zuviel Licht. In den erfindungsgemäßen Vorrichtungen werden
Schichten aus nicht pigmentiertem naturfarbenen Kunststoff hohen Kristallisationsgra?es
als Streuschichten verwendet.
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Manche solcher Kunststoffe haben im sichtbaren Spektral-Bereich praktisch
konstante Absorption, d.h. sie verändern die Spektralverteilung des weißen Lichtes
nicht.
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Außerdem läßt sich mit ihnen eine ideale Zerstreuung des Lichts schon
mit Schichtdicken erreichen, die noch
50% - 8O! der Lichtintensität
durchlassen. Ausdrücklich seien genannt Niederdruck-Polyäthylen und PVC.
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Möglichst dünne doppelbrechende Schichten bei entsprechend hoher Doppelbrechung
sind im Bereich der optisch weichen Kunststoff-Folien längsgereckte Folien. Z.B.
die Polypropylen-Folie der Tabelle 2 ist eine längsgereckte Folie.
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Die mit dieser Folie erzeugten Farben sind .reiner als die mit der
in Tabelle 2 aufgeführten Zellglas-Schicht. PETP-Folien, wie die in Tabelle 2 als
optisch harte Folien aufgeführten, haben gewöhnlich eine relntiv hohe Doppelbrechung.
Auch mit ihnen erzeugte Farben zeichnen sich durch besondere Reinheit aus. Schließlich
sind noch längsgereckte Polyamid-Folien in diesem Zusammenhang zu nennen.
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Bei spritzgegossenen doppelbrechenden Wänden hat man die Wandstärke
möglichst gering zu wählen und eine geniigend hohe Doppelbrechung durch geeignete
Wahl des Spritzdruckea und der Werkzeugtemperatur zu erzielen.
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In P 21 5 7fi 1 .1 war die Anwendung erfindungsgemäßer Techniken auf
Zimmerleuchten bschrieben worden. Eine Zimmer]euchte ist dort charakterisiert als
bestehend aus einer Lichtquelle und einem System sie umschließender einfach geschlossener
lichtdurchlässiger Wandle, welche streuende, polarisierende un doppelbrechende Schichten
enthalten.
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Die Schirm-Wände einer Zimmerleuchte brauchen natürlich nicht überall
lichtdurchlässig zu sein. Auch einen Schirm, wie in Fig. 6 gezeigt, wo die schraffierten
Flächen un lichtuurchlässig, die unschraffierten kreisförmigen Flächen lichtdurchlässig
sind, wird man als schirm einer Zimmer-Leuchte bezeichnen.
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Es ist dann ein Sorderfall, wenn die Schrime einer Zimmer-
Leuchte
auf ihrer ganzen Oberfläche lichtdurchlässig sind, oder wenn auch nur die leuchtende
Flache der Zimmer-Leuchte rundherum um den Schirm nirgends unterbrochen ist, wie
z.B. i.n Figuren 5 und 7. In diesem Sonderfall wird man versuchen, wenn es sich
um ein im. Prinzin stetiges Farbmuster handelt, zu erreichen, daß das Farbmuster
rundherum durchgehend. stetig ist, also nirgends einen Sprung aufweist.
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Diese Aufgabe war in P 21 -59 741.1 dadurch gelöst worden, daß als
einfach geschlossene nolarisierende und doppelbrechende Schichten optisch stetige
Flächen verwendet wurden, auf denen die Achsrichtungs-Linien nirgends aufhören und
nirgends einen Knick aufweisen.
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Es waren dort auch besondere solcher optisch stetigen polarisierenden
und dopelbrechenden Flachen entwickelt worden: nämlch aus achsenfester polarisierender
Folie und aus achsenfester Kunststoff-Folie gebogene 600 -Kegelstumpf-Mäntel und
Zylinder-Mäntel.
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Natürlich sind solche polarisierenden oder donpelbrechenden Flächen,
die durch knickloses Verbiegen einer optisch stetigen Fläche entstehen, auch wieder
optisch stetig.
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In Fig. 12 sind knicklose Verbiegungen der eben genannten Kegelstumpf-
und Zylinder-Mantel-Flächen skizziert.
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Optisch stetige einfach geschlossene polarisierende oder doppelbrechende
Flächen lassen sich auch zusammenbiegen aus achsenvariabler polarisierender oder
doppelbrechender Folie. Fig. 16 zeigt, wie aus polarisierenden und doppelbrechenden
Folien, bei denen eine Achsrichtung konzentrisch verläuft, optisch stetige Kegel-Mäntel
gebogen werden können. Es sind wieder 600 Kegel-Mäntel, bis auf den Fall, daß man
die konzentrische Achsrichtung senkrecht zugen Kegel-Mantel-Linien verlaufen läßt;
in diesem Fall sind alle Öffnungswinkel des Kegels möglich.
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In Fig. 17 ist das Zusammenbiegen eines optisch stetigen Zylinder-Mantels
aus einer Folie mit sich schlängelnden, aus Kreisstücken zusammengesetzten Achsrichtungslinien
demonstriert.
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Ein weiteres Beispiel einer optisch stetigen einfach zusammenhängenden
Fische ist die in P 21 9 741.1 angegebene in einem Stück spritzgegossene einfach
zusammenhängende Kunststoff-Wand. Außer im Spritzguß können optisch stetige doppelbrechende
Schirmwände auch durch Tiefziehen von Folien in einem Stück hergestellt werden.
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optisch Die genannten stetigen einfach zusammenhängenden Flächen
können in beliebiger Kombination zu Zimmer-Lauchten zusammengefügt werden.
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in in Bei den Fig. 5 und Fig. 7 dargestellten Zimmer-Leuchten mit
durchgehend stetigen Farbmustern sind die polarisierenden und die doppelbrechenden
Kegel-bzw. Zylinder-Flächen so zusammengefügt, daß an jeder Stelle die Polarisator-Achsen
gekreuzt (oder parallel) sind und die Retarderachsen mit den Polarisatorachsen 45°
- Winkel einschließen. Auch jede andere für den ganzen Schirm geltende Winkelkombination
kann eingestellt werden, wodurch insbesondere Schwarz- und Weiß-Trübungen der Farbmuster
erzielt werden können.
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Schließlich soll noch die in Fig. 11 dergestellte Methode erwähnt
werden, Lampenschirme aus gekrümmten Stücken eine Verbundes aus einer streuenden,
zwei polarisierenden und einer Retarder-Schicht zusammenzusetzen.
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Neben Zimmer-Leuchten sind als rein dekorative Anwendungen besonders
zu nennen: farbig selsbtleuchtende Wandverkleidungen (z.B. Barfach-Beleuchtungen).
Hierzu werden größere ebene und z.B. gebogene Stücke von Transparenten,
geschichtet
aus einer streuenden, z.rei. polarisierenden und einer doppelbrechenden Schicht,
in geringem Abstand von der zu verkleidenden Wand angebracht und zwischen Wand und
Transparent Lichtquellen (z.B. Leuchtröhren) installiert.
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Weitere geeignete Anwedungen sind Hinweis-Schilder und Reklameflächen.
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Im folgenden werden Techniken der zeitlich veränderlichen selbstleuchtenden
Farbmuster beschrieben. Diese Techniken sind naturgemäß zugleich auch Techniken
der veränderbaren (d.h. einstellbaren) statischen Farbmuster.
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Bei zeitlich veränderlichen Farbmustern gibt. es jedoch Phänomene,
welche fiir statische Fsrkmuste;r ohne Belang sind: die zeitliche Stetigkeit und
- allgemeiner - die zeitlich-raumliche Stetigkeit von Farbmustern. Die räumliche
Stetigkeit als besondere Eigenschaft statischer Farbmuster war oben beschrieben
worden Die zeitlich-räumliche Stetigkeit eines zeitlich veränderlichen Farbmusters
außert sich i.a. im Auftreten von "wandernden Farbwellen" oder in einem zeitlich
stetig sich andernden farblichen Grundton des Farbmusters oder in beidem.
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In P 21 59 741.1 war eine Methode angegeben worden, solche wandernden
Farbwellen zu erzeugen mittels einer el.astisch-hPrten lichtdurchlässigen Kunststoffwand
mit eingefrorenen Orientierungsspannungs-Feldern, allein oder im Verbund mit einer
Kunststoff-Folie, diese zwischen zwei etwa. ebenen Polarisatoren betrachtet, wobei
von den Polarisatoren einer feststeht und einer sich dreht.
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Die Erscheinung, welche man auch als ein Fließen von Farben bezeichnen
kann, kann (versuchweise) folgendermaßen beschrieben werden: Im Farbmuster bewegen
sich mehr oder weniger scharf begrenzte aufeinanderfolgende Pelder annähernd einheitlicher
Farbe, welche farblich stetig aneinander anschließen. ihre Gestalt ndcrt sich dauernd.
Die Farbfelder können an einer Stelle entapringen und an einer anderen versiegen.
ihre Farbe kann sich auf ihrem Veg stetig ändern.
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Die in P 21 59 741.1 beschriebene Methode hat den Nachteil, daß die
Geometrie der Spannungsfelder und damit der Verlauf der Erscheinung nur i.m großen
und wanzen kontrolliert werden kann, wie oben beschrieben, ni.cht jedoch im Detail.
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Die im folgenden zu beschreibende Methode ist von der in P 21 59 741.1
beschriebenen grundaatzlich verschieden. Sie benutzt als doppelbrechendes Medium
achsenfeste Kunststoff-Folien (einzelnen oder im achsperallelen Verbund). Sie erlaubt
eine viel weitergehende Einflußnahme auf das Phänomen.
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Die zu beschreibende Technik ist eng verknüpft mit der Lösung einer
technischen Aufgabe, welche man die Grunde aufgabe der Technik der zeitlich variablen
Farbmuster nennen könnte: die auf einer Fläche konstante Farbe zeitlich stetig zu
variieren, derart daß 1. nur leuchtende Farben in der zeitlichen Sequenz auftreten;
2. periodisch ein ganzer Farbenkreis immer wieder durchlaufen wird.
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Es war schon oben darauf hingewissen worden, daß mit einer Anordnung,
wie in Fig. 13 dargestellt, wobei die doppelbrechende Schicht ein uniformer achsenfester
Retarder ist, durch Rotieren der Polarisatoren un.d/oder des Retarders höchstens
zwei. Farbtöne zu erhalten sind, nämlich in Form aller Schwarz-, Weiß- und Grau-Trübungen
der zwei komplementären, i.a. reinen Voll-Farben, welgen che in denjenigen Stellun
erscheinen, in denen die Achsen der Polarisatoren mit denen des Retarders 450- Winkel
bilden. Die zeitliche Farb-Sequenz - in Fig. 13 sind die wichtigsten Sonderfälle
dargestellt, die Retardanz ist ca. 1100 10-3my - ist stetig, jedoch treten
in
allen Fällen zeitweise nicht-leuchtende Farben auf.
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Um Farbwellen zu erzeugen, wird man versuchen, , uniforme Retarder
in der Anordnung in Fi. 13(a) durch einen stetigen achsenfesten Retarder mit örtlich
veränderlicher Retsrdanz zu ersetzen; das Resultat ist negativ.
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Der zeitliche Übergang zwischen den beiden komplementären Farbtönen
einer Stelle des Retardes (die ja von der jeweiligen Retardanz abhängen) über ihre
varotierenden Triibungen erscheint als eine Summe isolierter Vorgänge. Der Grund
ist der, daß nur dann eine Reziehung zwischen den zeitlichen Farbsequenzen zweier
Stel.len entstehen kenn, wenn beide Farbsequenzen gemeinsame Farbtöne enthalten.
Das ist hier wegen der Armut an Fnrbtönen in jeder zeitlichen Farb-Sequenz i.a.
nicht der Fall.
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In dieser Beziehung wird ein Portschritt gemacht mit einer Anordnung
wie der in Fig. 14. Von zwei uniformen achsenfesten Retardern (dem "Haupt-Retarder"
3 und dem "Relativ-Retarder" 4) zwi sc en Polarisatoren 1, 2 steht der Haupt-Retarder
fest (mit 45° gegen die Polarisatoren orientiert) und wird der Relativ-Retarder
rotiert Di.e zeitlichen Farbsequenzen enthalten nun,wie schon oben beschrieben drei
Farbtöne, welche alle als leuchtende Farben auftreten. In Fi p. 14 i.st dies am
Beispiel eine Haupt-Retarders mit der Retardanz Rfest= 1100 . 10-3my und eines rotierenden
Relativ-Retarders der Retardanz Rrot= 150 . 10-3my dargestellt, und zwar je für
parallele (b) und für gekreuzte Polarisatoren (c). Wie man sieht, durchläuft - etwa
in Fig. 14c - die zeitliche Farbsequnz eine Farbfolge- it den Farben blnu und orange
an ihren Enden und mit der Farbe violett-rot in ihrer Mitte-hin und zurück. In der
Tat gehören die Farben blau und orange (im Sinne der Tabelle 1) zu den Retardanzen
Rfest + Rrot und Rfest - Rrot, während violett-rot zur
Retardanz
Rfest gehört. Weitere leuchtende Farben erscheinen nicht. Die Übergänge zwischen
den drei leuchtenden Farben enthalten trübe Farben. Sie nehmen jedoch einen sehr
viel geringeren Teil der zeitlichen Farbsequenz ein als dies bei den Anordnungen
von Fip. 13 der Fall ist.
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Vergrößert man die Retardanz des Relativ-Retarders 4 Hauptsehr, so
daß sie der Retardanz des Retarders 3 nahe kommt, so werden die Farbübergänge zwischen
den drei Farben abrupter, und die dabei auftretenden trüben Farben gewinnen an Gewicht.
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Ersetzt man, um die Verwendbarkeit dieses Verfahrens für die Erzeugung
von Farbwellen zu prüfen, den uniformen Haupt-Retarder 3 durch einen stetigen achsenfesten
Retarder mit stetig von Ort zu Ort. verander]icher Retardanz , während der rotierende
uniforme Retarder 4 beibehalten wird, so entstehen tatsächlich Farbwellen.
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Allerdings wandern diese Farbwellen nicht, sondern pulsieren hin und
her. Das ist eine Folge der Tatsache, daß bei diesem Verfahren, wie soeben festgestellt,
in der zeitlichen Farbseauenz eine bestimmte Fnrbfolge hin und zurück durchlaufen
wird.
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Zur Erzeugung von wandernden Farbwellen eignet sich das Verfahren
nicht. Jedoch ist es in anderer Hinsicht von Wert, wie noch beschrieben werden wird.
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Die Erfindungsgemäße Lösung der oben gestellten Gru.nd.-aufgabe ist
in Fig. 15 dargestellt. Die Anordnung besteht aus einem feststehenden Polarisator
2; einem parallelen, feststeenden uniformen achsenfesten Retarder (Haupt-Retarder"),
mit seinen Achsen mit 450 gegen die Achsen des Polarisators 2 orientiert; einem
narallelen feststehenden uniformen achsenfesten Retarder 5 ("X-Retarder")
achsenparallel
zum Polarisator 2; einem rotierenden Polarisator 1.
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Das Ergebnis ist in Fig. 15 dargestellt für zwei Fälle: für einen
Haupt-Retarder mit 720 . 10-3my (Fig. 15(a)) einen und für Haupt-Retarder mit 1100
. 10-3my. Die Retardanz des X-Retarders ist in beiden Fällen 100 . 10-3my.
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Ergebnis Es wird in beiden Fällen ein voller Farbenkreis leuchtender
Farben durchlaufen, und zwar periodisch immer in derselben Richtung. Trübe Farben
treten nicht auf.
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Vergleicht man Fig. 15 mit Fig. 13(a) so wird klar, daß dies dadurch
erzeilt wurde, daß in der Anordnung von Fim-. ) zwischen dem rotierenden Polarisator
und dem Retarder zusätzlich ein uniformer achsenfester "X-Retarder" kleiner Retardanz
achsenparallel zum feststehenden Polarisator angebracht wurde. Der X-Retarder kann
nicht etwa auch zwischen dem Retarder und dem feststehenden Polarisator angebracht
werden! Dort wäre er wirkungslos.
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Die Retardanz des X-Retarders liegt vorzugsweise zwischen O und 250
. 10 my. Von einer gewissen Retardanz des X-Retarders in der Nöhe von 250 . 10-3my
an aufwärts wird der Farbkreis in umgekehrter Richtung durchlaufen.
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Und bei wachsenden Retard@nzen de X-Retarders wiederholt sich die
Umkehr der Durchlaufrichtung auf dem Farbkreis. Allerdings ist dies nicht von großem
Interesse, da die Farbqualität mit wachsenden Retardanzwerten des X-Retarders abnimmt.
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Im bevorzugten Retardanz-Intervall von 0 bis etwa 250 .
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10-3 ist die zeitliche Farbsequenz von der besonderen
Wert
der Retardanz des X-Retarders weitgehend unabhängig. Als Material für den X-Retarder
eignen sich z.B.
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längsgereckte Hart-PVC-Folien.
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Ersetzt man nun, um das Phänomen der fließenden Farben zu erzeugen,
den uniformen Haupt-Retarder 3 durch atetige achsenfeste Retarder mit örtlich stetig
variabler Retardanz (auch ein achsenfester Verbund von zwei oder mehreren achsenfesten
Retardern ist natürlich zugelassen), so erhält man wandernde Farbwellen oder fließende
Farben, mit sehr weitgehenden Möglichkeiten der Gestaltung. Im einzelnen lassen
sich 1. reine Farbwellen gleichbleibander Farbe ohne schwankenden Grundton des Musters
erzeugen; 2. die Dauer und die Reichweite der Fsrbwellen beliebig lang (auch mehrere
zeitliche Zyklen lang.) @ machen (bei dem in P 21 -59 741.1 angegebenen Verfahren
überdauet eine Farbwelle keinen ganzen Zyklus); 3. di.e zeitlichen Vorgänge und
Farbsequenzen bis ins Detail durch geeignete Bearbeitung des Hauptretarder3 vorherbestimmen;
4. Grundkonturen von ornamentalen oder schrift-Mutern dauernd erkennbar erhalten;
5. eine hohe gleichbleibende Farbqualität des Musters erzielten.
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Z.B. würden mit dem doppelbrachenden Material von Fig. 9 (tiefgezogene
Kunststoff-Folie) als Haupt-Retarder die aufeinanderfolgenden Farbfelder nach oben
oder nach unten wandern unter ständigem Fluktuieren der gegenseitigen Grenzen. Mit
dem doppelbrechenden Material von Fig. 10 (achsenparalleler Verbund eines uniformen
Haupt-
Retarders mit einer örtlich gezogenen Kunststoff-Folie als
Relativ-Retarder) würden in den beiden innersten Feldern des Musters immer neue
Farbringe entspringen, sich zu einem einzigen Farbring vereinigren, dieser na.ch
außen abwandern und sich in eirDiger Entfernung verlieren.
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Das geometrische Grundmuster der Fig. 10 bliebe dabei dauernd erholten.
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Die Anwendung der Methode des X-Retarders auf wandernde Farbwellen
i:t möglich geworden dadurch, daß durch d.i.e Verwendung von achsenfesten Retardern
(als Haupt-Retarder) die Retardsnz einerseits und die Achsenorientierung des Retarders
andererseits getrennte Funktionen übernehmen zeitlich können. Die veranderliche
Orientierung der Achsrichtung des Retarders zum rotierenden Polarisator - zusammen
mit ihrer festen Orientierung zum X-Retarder und zum feststehenden Polarisator -
erzeugt das Umlaufen auf dem veränderliche Farbenkreis, während die örtlich Retardanz
die örtliche "Phase" bei diesem Umlauf bestimmt.
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st Zusammen mit einer Kunststoff-Wand mit einsefrorenen Spannungsfeldern
als Haupt-Retarder ist der X-Retarder praktisch wirkungslos.
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Während die Methode des X-Retarders dazu geeignet ist, auf einem feststehenden
Objekt (dem Haupt-Retarder) ein zeitlich veränderliches Farbmuster zu erzeugen,
ist die in Fig. 14 dargestellte Methode des bewegten Relativ-Retarders dezu geeignet,
auf einem bewegten Objekt (dem Relativ-Retarder) ein zeitlich veränderliches Farbmuster
zu erzeugen. Dabei braucht das bewegte Objekt keine ebene Fläche zu sein und braucht
auch nicht zu rotieren; es kann irgendein aus doppelbrechenden Material (etwa K@nststoff
-Folie)
vorzugsweise kleiner Retardanz geformtes -.
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auch räumliches-Objekt sein, welches irgendeine Bewegung ausführt.
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Der Wert der Methode des bewegten Relativ-Retarders wird offensichtlich,
wenn man versucht, etwa ein aus Kunststoff-Folie genügend hoher Retardanz geformtes
Objekt einfach zwischen zwei. gekreuzten oder parallelen Polarisatoren zu bewegen.
In vielen Positionen des Objekts trägt dieses überhaupt keine leuchtenden Farben;
in besonderen Posi.tionen leuchtet es in bunten Farben auf. Bei der Methode des
bewegten Relativ-Retarders dagegen tritt eine merkliche Schwankung der Farbqualität
ni.cht auf.
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Die Methoden des X-Retarders und des bewegten Relativ Retarders können
kombiniert werden Dazu werden etwa in der Anordnung von Fig. 15 (a) ein oder mehrere
Relativ-Retarder in den Zwischenräumen zusätzlich angebracht.
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Die Kombination beider Verfahren kann auch, dazu benutzt werden, den
Zyklus des mit der X-Retarder-Methode allein erzeugten zeitlich variablen Farbmusters
zu verlängern.
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Dazu benutzt man als Relativ-Retarder eine ebene Retarder-Schicht
mit einer Struktur (d.h. örtlich nicht konstanter Retardanz). Die Strukturen des
Relativ-. und des Haupt-Retarders werden dabei in zeitlich veränderlicher Weise
überlagert.
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Sollen die zeitlich variablen Farbmuster nicht auf kreisförmigen,
ebenen Flächen erzeugt werden, sondern auf rechteckigen ebenen Flächen oder auf
räumlichen und sogar einfach geschlossenen Flächen, so besteht die in P 21 59 741
1 beschriebene Möglichkeit, on;ta1;tlnetSnenPol.arisat.or um eine Norrrjle zu rotieren,
eine schirmförmige (d.h. eine einfach geschlossene) polarisierende Fläche um die
Schirmachse zu rotieren, bzw. eine Anordnung aus mehreren solcher Schirme zu rotieren.
Für eine langgestreckte ebene
Fläche bietet sich aucy das in Fig.
18 (a) skizzierte Verfahren an, nach dem mehrere# einander überlappende ebene achsenfeste
Polarisatoren in gleicher Phase rotieren.
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Sollen mit rotierenden Schirm-Polarisatoren zeitlich stetig veränderliche
Farbmuster erzeugt werden, so messen diese optisch stetige polarisierende Flächen
sein. Aus geometrischen Gründen sind um ihre Achsen rotierende Rotationsflächen
vorzuziehen. In P 21 59 741.1 war ein einfach herstellbarer und besonders geeigneter
Typ einer solchen optisch stetigen Rotationsfläche beschrieben worden: der aus achsenfester
polarisierender Folie zusammengebogene 60°-Kegelmantel.
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In wig. 16 (b) und (c) und in Fig. 17 si.nd weitere aus polarisierenden
Folien gebogene optisch stetige Rotationsflächen dargestellt; in diesen Fällen ist
die polarisierende Folie achsenvariabel.
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Zur Erzeugung zeitlich variabler Farbmuster auf 1anggrestreckten rechteckigen
Flächen, insbesondere auf dem Mantel einer z. B. quadratischen Säule, oder auch
auf einem -polarisatoren Zylindermantel können 60°- Kegel zu Saulen zusammengesetzt
werden wie in Fio. 18 (c) skizziert. Fiir rechteckipe Flächen im allgemeinen können
solche Säulen miteinander verzahnt werden, wie in Fisr. 18 (b) skizziert.
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Jede einfach geschlossene Flche kann mit Hilfe eines 60°-Kegel-Polarisators
oder einer Säule aus solchen Kegel-Polarisatoren, die auch wie in P 21 59 741.1
angegeben aufgebaut sein kann, mit einem zeitlich variablen Farbmuster versehen
werden.
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aller Die äußere Wand solcher Vorrichtungen besteht aus (von außen)
einer achsenfesten polarisierenden Schicht, einer gegenüber dieser unter 45° orientierten
achsenfesten
Haupt-Retarder-Schicht und einer mit der polarisierenden
Schicht achsenparallelen X-Retarder-Schicht. Der Verbund dieser Schichten kann gekrümmt
sein.
-
Vorrichtungen dieser Art, aber auch solch.e mit rotieren den ebenen
Polarisatoren können zur Dekoration und zur Vermittlung von Information dienen.
-
Eine besondere Anwendung des letzteren Typs ist die farbige Beleuchtung
eines Uhrenzifferb]attes mit zei.tlich veränderlichem Farbmuster (vgl. Fig. 19).
In dem Ausführungsbeispiel in Fig. 19 rotiert der mit der Streuschicht 0 verbundene
Polarisator 1. Der Haupt-Retarder 3 ist mit dem X-Retarder 5 zu einem Verbund zusammengefaßt.
Die Skalenmarken 4 und die Zeiger 4' und 4 fungieren als -Relativ-Retarder, die
Zeiger als bewegte Relativ-Retarder.
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Zum Schluß soll noch darauf hingewiesen werden,daß alle genannten
Winkelrelation en zwischen Achsrichtungen, insbesondere die 900 und 450 - Relationen,
nicht streng eingehalten werden müssen, sondern wegen der Stetigkeit aller Zuaammenha?'nge
oft nur -mit sehr mäßiger Genauigkeit.