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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Anzeigevorrichtung, die mittels eines optischen Feldeffekt-
oder Ladeeffekt-Ventils, das das Enthüllen oder Verdecken eines farbigen
verzierenden Motivs, das an seiner vorderen Fläche angeordnet ist, ohne mehr
als die zur Zustandsänderung
des optischen Ventils erforderliche Energie heranzuführen, eine ästhetische
Wirkung verleiht.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein
Zeitmeßgerät wie etwa
eine Uhr, einen Wecker oder eine Pendeluhr, wovon das gesamte Zifferblatt
oder ein Teil des Zifferblatts eine solche Anzeigevorrichtung aufweist,
die durch das Umschalten einer Stromquelle in Abhängigkeit
von einem Signal, das durch die Betätigung eines äußeren Stellorgans
oder ein von der Zeitbasis des Zeitmeßgeräts empfangenes Signal ausgelöst wird,
gesteuert wird.
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Es sind bereits einige Vorrichtungen
bekannt, die das Anzeigen eines nicht ständig sichtbaren verzierenden
Motivs auf dem Zifferblatt eines Zeitmeßgeräts ermöglichen. Viele dieser Vorrichtungen
enthalten verzierte durchsichtige Scheiben, die meistens durch das
Uhrwerk des Zeitmeßgeräts angetrieben
werden.
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Das Patent US-3 763 648 beschreibt
beispielsweise eine Uhr, in der eine durch den Sekundenzeiger angetriebene
durchsichtige Scheibe Motive aufweist, die dazu vorgesehen sind,
mit anderen von dem Spiegelglas getragenen Motiven zusammenzuwirken,
um eine Verzierung zu bilden.
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Es kann auch eine von dem Zifferblatt
eines Zeitmeßgeräts getragene
Verzierung mittels eines vom Gang des Zeitmeßgeräts selbst unabhängigen Stellorgans
enthüllt
oder verdeckt werden. So wird in dem Patent CH 465 507 ein aus zwei
polarisierten, übereinandergelegten
Scheiben zusammengesetztes optisches System zwischen eine von dem
Zifferblatt getragene Verzierung und dem Spiegelglas des Zeitmeßgeräts angeordnet.
Durch manuelles Drehen einer dieser Scheiben kann eine Verzierung
enthüllt
oder verdeckt werden.
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Bei allen diesen Vorrichtungen ist
zu sehen, daß das
verzierende Motiv entweder teilweise dauerhaft besteht oder Manövrierzubehör hinzugefügt werden
muß, mit
dem das gewöhnliche äußere Erscheinungsbild des
Zeitmeßgeräts verändert wird.
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Die Verwendung eines optischen Ventils,
genauer einer Flüssigkristallzelle,
und eines projizierten oder beleuchteten Diapositivs ist im Patent
US 3 576 364 beschrieben,
mit dem Ziel, nach drei vorgeschlagenen Ausfüh rungsformen eine Werbefläche, die
eine besondere Wirkung ausübt,
zu erhalten. In einer Ausführungsform
ist das Diapositiv an der Rückseite
der Zelle angeordnet, damit es dank eines starken Beleuchtens der Rückseite
von der durchsichtigen Vorderseite her betrachtet werden kann. Es
scheint folglich, daß eine
solche Vorrichtung voluminös
ist, viel Energie verbraucht. und nicht unbedingt für eine Verwendung
in einem Zeitmeßgerät geeignet
ist.
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In dem Patent FR 2 117 886 ermöglicht eine
Vorrichtung mit optischem Ventil das Enthüllen oder Verdecken von Bildern,
die auf einen transparenten Film aufgedruckt sind, der zwischen
einen Spiegel und das optische Ventil geschoben . ist, wobei die
Bilder dann wegen der Durchsichtigkeit, d. h. durch Reflexion der Lichtstrahlen
am Spiegel, betrachtet werden, was die Qualität des empfangenen Bildes vom
Betrachtungswinkel stark abhängig
macht. Zudem verringern die Lichtstärkeverluste durch Reflexion
im Bereich jeder Übergangsfläche die
Helligkeit des betrachteten Bildes stark.
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Das Patent GB 2 242 052, das ebenfalls
Teil des Standes der Technik ist und auf dem der Oberbegriff des
ersten Anspruchs basiert, beschreibt eine Anzeigevorrichtung, die
ein an der Rückseite
eines optischen Ventils angeordnetes verzierendes Motiv umfaßt.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, die
Nachteile dieses Standes der Technik zu beseitigen, indem sie eine Vorrichtung
schäfft,
die das Verdecken oder Enthüllen
eines an der Rückseite
eines optischen Ventils angeordneten farbigen verzierenden Motivs
ermöglicht
und dann, wenn das optische Ventil im Übertragungsmodus ist, ein lichtstärkeres und
kontrastreicheres Bild liefert als jenes, das mit herkömmlichen
Vorrichtungen und insbesondere mit jener Vorrichtung, die in dem
Patent FR 2 117 886 beschrieben ist, erhalten wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
weist ferner den Vorteil auf, daß sie durch Zusammenbau einer
kleineren Anzahl von Elementen und folglich mit geringeren Herstellungskosten
konstruiert werden kann.
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Die Erfindung hat außerdem die
Aufgabe, eine Vorrichtung zu schaffen, die nur einen geringen Energiebedarf
hat, um für
den Betrachter die gewünschte ästhetische
Wirkung zu erzielen.
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Dazu hat die Erfindung eine Anzeigevorrichtung
zum Gegenstand, die umfaßt:
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- – ein
farbiges verzierendes Motiv;
- – ein
optisches Ventil, das eine vordere Fläche, durch die das farbige
verzierende Motiv beobachtet wird, und eine hintere Fläche, gegenüber der
ein Reflektor-Diffusor angeordnet ist und an der das farbige verzierende Motiv
angeordnet ist, aufweist, wobei das Ventil von einem undurchsichtigen
Zustand in einen durchsichtigen Zustand übergehen kann, indem eine elektrische
Spannung angelegt wird, und
- – eine
Energiequelle, die mit einer Steuervorrichtung versehen ist, die
so beschaffen ist, daß sie
die elektrische Spannung, die für
die Änderung
des Zustandes des optischen Ventils notwendig ist, anlegen kann;
dadurch gekennzeichnet, daß der
Reflektor vom nicht-lambertschen Typ ist und daß das farbige verzierende Motiv durch
eine Druckfarbe gebildet ist, die ohne wesentliche Modifikation
des Aussehens der Oberfläche
direkt auf den Reflektor-Diffusor
gedruckt ist.
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Die ästhetische Wirkung der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung
resultiert somit aus der gekoppelten Wirkung der Wahl eines nicht-lambertschen
Reflektor-Diffusors, der eine nichtspektrale Reflexion aufweist,
jedoch eine stärker
gerichtete Diffusionskeule als ein lambertscher Reflektor-Diffusor
besitzt, und des Aufdrucks eines farbigen verzierenden Motivs direkt
auf den Reflektor-Diffusor, wodurch der Parallaxeeffekt und die
Lichtstärkeverluste
durch Reflexionen, die vor allem aufgrund der Dicke eines durchsichtigen
Trägers des
Typs "Diapositiv" gegeben wären,
verhindert werden.
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Es können verschiedene bekannte
Typen von optischen Ventilen verwendet werden, jedoch wird vorzugsweise
und insbesondere für
die Anwendung in einem Zeitmeßgerät eine Flüssigkristallzelle
aufgrund ihres niedrigen Energieverbrauchs gewählt. Bei Anwendungen, bei denen
der Energieverbrauch kein kritisches Element ist, beispielsweise
bei einer kleinen Pendeluhr, könnten
für den Übergang
von einem Zustand in den anderen auch elektrochrome oder elektrochemische
Zellen, die viel weniger Energie verbrauchen, verwendet werden.
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Die Flüssigkristallzelle, die in der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
verwendet werden kann, kann irgendeine herkömmliche Zelle sein, die von
einem undurchsichtigen in einen durchsichtigen Zustand übergehen
kann, wenn das elektrische Feld umgeschaltet wird. Beispielsweise
kann ein sogenannte "Heilmeier-Zelle" verwendet
wird, die eine Flüssigkristallschicht
aufweist, die eine nematische Verbindung mit positiver dielektrischer
Anisotropie und einen pleochroitischen Farbstoff, der so gewählt ist,
daß er
einen hohen Absorptionskoeffizienten für sichtbares Licht einer bestimmten
Wellenlänge
aufweist, enthält.
Um ein möglichst
vollkommenes Verdecken des farbigen verzierenden Motivs zu erhalten,
wird vorzugsweise ein pleochroitischer Farbstoff verwendet, der
bei den meisten Wellenlängen
einen hohen Absorptionskoeffizienten aufweist, so daß die Zelle
bei fehlendem elektrischen Feld eine im wesentlichen schwarze Farbe
hat. Ein solcher Farbstoff ist beispielsweise jener, der im Patent
DE-3 028 593 beschrieben ist.
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Bei Verwendung einer sogenannten
"twist-nematic"-Zelle, die Polarisatoren mit parallelen Achsen besitzt,
die vor und hinter der Flüssigkristallschicht
angeordnet sind, ist das Aussehen der Zelle bei fehlendem elektrischen
Feld gleichmäßig dunkel.
Die umgekehrte Wirkung wird mit einer Zelle erhalten, die mit sich überkreuzenden
Polarisatoren aufgebaut ist. Unabhängig vom Zellentyp sind die
Elektroden, die von den Innenflächen
der durchsichtigen Platten, zwischen denen sich die Flüssigkristallschicht
befindet, getragen werden, wenigstens in der Zone,. in der sich
die Verzierung befindet, durchsichtig.
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Der verwendete Reflektor-Diffusor
ist durch einen metallisierten Kunststoffilm gebildet, der optimierte Eigenschaften
besitzt, d. h. Eigenschaften, die jenen eines lambertschen Reflektor-Diffusors,
der das gesamte einfallende Licht in alle Richtungen zerstreut,
entgegengesetzt sind. Ein für
die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders
geeigneter Reflektor-Diffusor besitzt eine gerichtete Diffusionskeule,
bei der in der Richtung eines Strahls, der mit der Normalen zur
Ebene des Reflektor-Diffusors einen Winkel bildet, der zwischen
40 und 60°, vorzugsweise
bei 50° liegt,
ein Helligkeitsanteil in der Größenordnung
von 50% erhalten wird.
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Die verwendeten Farben sind von jenem
Typ, der beim Qualitätsbuchdruck,
beispielsweise auf nichtabsorbierendes Hochglanzpapier, verwendet
wird. Die Erfahrung hat gezeigt, daß unter allen herkömmlichen Druckverfahren
die Heliographie dasjenige Verfahren ist, das für eine Kleinserienfertigung
und für
das Auftragen von Farbe in einer ausreichend dünnen Schicht, um das Aussehen
der Oberfläche
des Reflektor-Diffusors nicht zu verändern, am besten geeignet ist.
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Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung
in ein Zeitmeßgerät eingebaut
ist, kann die Fläche
der Zelle, die das Zifferblatt bildet, außerdem eine Verzierung oder
Zeichen wie etwa den Namen des Herstellers oder Zeichen für die Angabe
der Stunden tragen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Ebenso kann dann, wenn das farbige verzierende Motiv nicht das gesamte
Zifferblatt belegt, der frei belassene Teil für die gewöhnliche digitale Anzeige in
Segmenten verwendet werden. Das Zifferblatt kann auch von mehreren
nebeneinandergelegten Vorrichtungen gemäß der Erfindung gebildet sein.
Falls das Zeitmeßgerät mit einer
analogen Anzeige versehen ist, kann ein Durchlaß für die Stifte der Zeiger durch
die Zelle und den Reflektor-Diftusor, der das farbige verzierende
Motiv trägt,
versehen sein.
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In einem Zeitmeßgerät kann das Umschalten der Zelle
von einem Zustand in einen anderen durch Betätigung eines bereits vorhandenen
Stellorgans wie etwa der Krone oder mittels eines zusätzlichen
Organs wie. etwa eines Tastschalters ausgeführt werden. Dieses Umschalten
kann außerdem
durch ein von der Zeitbasis empfangenes Signal zu einem vorgegebenen
Zeitpunkt wie etwa einem Weckzeitpunkt oder einem Geburtstag ausgeführt werden.
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Die Eigenschaften und die Vorteile
der Erfindung werden verständlicher
beim Lesen der folgenden Beschreibung, die lediglich beispielhalber
gegeben wird und mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung erstellt worden
ist, worin:
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1 eine
Draufsicht einer Uhr ist, in der die erfindungsgemäße Vorrichtung
eingebaut ist;
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2 eine
schematische, vergrößerte Schnittansicht
längs der
Linie II-II in 1 ist,
wobei der untere Teil der Uhr, der vor allem das Uhrwerk enthält, nicht
gezeigt ist; und
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3 die
Darstellung in einer Äquatorialebene
der Diffusionskeulen eines erfindungsgemäßen optimierten Reflektor-Diffusors
und eines lambertschen Reflektor-Diffusors ist.
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Gemäß dem in den 1 und 2 gezeigten
Beispiel umfaßt
eine Uhr mit analoger Anzeige durch Zeiger 1, 2 ein
Gehäuse 3,
das von einem Glas 4 verschlossen ist. Die Zeiger 1, 2 sind über der
vorderen Fläche 5a einer
Flüssigkristallzelle 5,
die das Zifferblatt der Uhr bildet und die gesamte sichtbare Oberfläche des
Zifferblatts belegt, angeordnet. Die Zelle 5 besitzt in
ihrer Mitte, von dem. zwischen dem Glas 4 und der vorderen Fläche der
Zelle 5 liegenden Raum bis zum Uhrwerk 7, das
nur teilweise gezeigt ist, einen Durchlaß 6 für die Stifte
der Zeiger. Die Uhr enthält
ferner eine Energiequelle 8, die über eine durch den Schalter 9 angedeutete Steuerschaltung
mit der Zelle 5 verbunden sein kann. Die Steuerschaltung
wird beispielsweise durch die Krone 10 aktiviert, auf die
aufeinanderfol gend ein Druck ausgeübt werden kann, um den Zustand
der Flüssigkristallzelle 5 zu ändern. Selbstverständlich können die
angedeuteten Elemente durch jedes geeignete Mittel verwirklicht
sein. So kann das Betätigungsorgan,
das ein Einwirken auf die Steuerschaltung ermöglicht, auch eine Vorrichtung
mit lichtempfindlichen, kapazitiven oder piezoelektrischen Elementen
sein. Die Energiequelle kann eine beliebige Energiequelle sein,
jedoch ist sie vorzugsweise durch die Batterie des Zeitmeßgeräts gebildet. Das
auf den Reflektor-Diffusor 12 gedruckte farbige verzierende
Motiv 11 ist zwischen die hintere Fläche 5b der Zelle 5 und
die obere Fläche
des Uhrwerks 7 gelegt.
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In 1 zeigt
die linke Hälfte
G der Uhr das Aussehen des Zifferblatts, wenn die Flüssigkristallzelle 5 undurchsichtig
ist, während
die rechte Hälfte
D das Aussehen des Zifferblatts zeigt, wenn die Zelle durchsichtig ist
und das farbige verzierende Motiv 11 erscheinen läßt.
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In dem in 2 gezeigten Schnitt ist die beispielhalber
angegebene Zelle vom "twist-nematic"-Typ. Zum besseren Verständnis sind
die Dicken der Komponenten der Vorrichtung stark übertrieben
worden, während
die komplette Zelle in Wirklichkeit eine Gesamtdicke in der Größenordnung
von 0,9 mm besitzt. Eine solche Zelle enthält eine vordere durchsichtige
Platte 13, eine hintere durchsichtige Platte 14,
einen Einfassungsrahmen 15, der unter Mitwirkung der Platten 13 und 14 einen
geschlossenen Raum 16 abgrenzt, in dem sich eine nematische
Flüssigkristallschicht
mit positiver dielektrischer Anisotropie befindet. Ein solcher Flüssigkristall
ist beispielsweise jener, der von der Firma Merk unter dem Zeichen
ZLI-4469-000 erhältlich
ist. Die Flächen gegenüber den
Platten 13 und 14 enthalten jeweils über ihre
gesamte Oberfläche
eine durchsichtige Elektrode (nicht gezeigt) des herkömmlichen
Typs wie etwa eine dünne
Schicht aus Zinn-Indium-Mischoxid
(ITO). Die Zelle 5 weist ferner auf der zum Glas 4 gerichteten äußeren Fläche der
Platte 13 einen ersten Polarisator 17 und auf
der zum Uhrwerk 7 gerichteten äußeren Fläche der Platte 14 einen
zweiten Polarisator 18 auf, wobei die Achsen der beiden
Polarisatoren 17, 18 parallel sind. Zwischen den
zweiten Polarisator 18 und die vordere Fläche des
Uhrwerks 7 ist ein auf den Reflektor-Diftusor 12 gedrucktes
farbiges verzierendes Motiv 11 gefegt.
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Das farbige verzierende Motiv 11 wird
nach Drucktechniken erhalten, die an sich bekannt sind. Die Druckfarben
sind vom Typ "überpigmentiert"
gewählt,
mit einem Lösungsmittel,
mit dem bei geringer Dicke eine Farbsättigung erzielt werden kann.
Unter Berücksichtigung
der relativ kleinen Abmessungen des farbigen verzierenden Motivs,
die bei einer zeitmeßtechnischen
Anwendung sinnvoll sind, wird vorteilhafterweise die Satzdrucktechnik
unter Anwendung des heliographischen Verfahrens angewandt.
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Gemäß einem Hauptmerkmal der Endung
werden die zur Schaffung des verzierenden Motivs dienenden Farben
mit einer ausreichend geringen Dicke auf den Reflektor-Diffusor
aufgetragen, um seinen Oberflächenzustand
und folglich seine optischen Eigenschaften nicht zu verändern. Messungen,
die unter Verwendung eines elektronischen Raster-Vergleichers (Talystep 1,
erhältlich
bei Taylor Hobson – USA)
an einem Test-Ziermotiv, das die Farben rot, gelb, grün, blau
und grau aufwies, die durch nackte Reflektor-Diffusor-Zonen getrennt
waren, durchgeführt
worden sind, haben gezeigt, daß eine
Dicke zwischen 20 und 50 nm lediglich zu einer Erhöhung der
Amplituden der Rauheitsspitzen der Oberfläche beiträgt, ohne deren Verteilung und Frequenz
statistisch zu verändern.
Die Beibehaltung der optischen Eigenschaften wird, wie im folgenden
angegeben wird, durch Messungen von Diffusionskeulen bestätigt.
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Bei Diffusionskeulen, die eine Hüllkurve
aufweisen, die sich im wesentlichen um eine zur Ebene des Reflektor-Diffusors
senkrechte Achse dreht, zeigt 3,
in einer Äquatorialebene,
die als relativer Prozentsatz ausgedrückte Änderung des Helligkeitsanteils
in Abhängigkeit
von dem in bezug zur Normalen gemessenen Betrachtungswinkel. Die
Bezugskurve I ist mit einem lambertschen Reflektor-Diffusor, der
aus einem Substrat mit BaSO4 als Überzug gebildet
war, verwirklicht worden die Kurve II mit einem erfindungsgemäßen optimierten
Reflektor-Diffusor, der keine Farbe auf seiner Oberfläche aufwies.
Die absoluten Lichtstärken
des Reflektor-Diffusors in der Umgebung der Stelle 0° überstiegen
weit die Intensitäten
des lambertschen Diffusor, jedoch überstiegen die Intensitäten des
lambertschen Diffusors bei größeren Winkeln
jene des Reflektor-Diffusors, was bedeutet, daß der im Rahmen der vorliegenden
Erfindung verwendete Reflektor-Diffusor das Licht in einem Kegel
um die Stelle 0° konzentriert.
Ein Reflektor-Diffusor, der der Kurve II entspricht, ist beispielsweise durch
eine von Sanritzu Corporation, Shimotsuga Gun-Tochigi (Japan) unter
dem Zeichen WNA erzeugte metallisierte Kunststoffolie.
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In gleicher Weise sind die Diffusionskeulenkurven
für einen
optimierten Reflektor-Diffusor, dessen Oberfläche die Farben rot, gelb, blau
und grau trug, aufgezeichnet worden. In der nachstehenden Tabelle
sind die Werte der Winkel angegeben, für die eine Verringerung des
Helligkeitsanteils auf 80% und 60% in bezug auf das Maximum bei
einer Betrachtung unter senkrechtem Einfallwinkel beobachtet wird.
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Aus dieser Tabelle geht hervor, daß sich bei
einem Helligkeitsanteil von 80 % ein mittlerer Winkelwert von 30,83° mit einer
Standardabweichung von 3,54° und
bei 60% ein mittlerer Winkelwert von 54,67° mit einer Standardabweichung
von 9,48° ergeben,
was zeigt, daß die
Diffusionskeulen dieser fünf
Farben eine relativ geringe Streuung um die Diffusionskeule des
nackten optimierten Reflektor-Diffusors
aufweisen. Es wird mit Bezug auf 3 außerdem beobachtet,
daß eine
Verringerung auf 80% des Helligkeitsanteils bei einem lambertschen
Reflektor-Diftusor
einem Betrachtungswinkel von 75° entspricht,
während
dieselbe Verringerung auf 80% bei einem erfindungsgemäßen optimierten
Reflektor-Diffusor,
ob dieser nun mit Farbe überzogen
ist oder nicht, unter einem zweimal kleineren Winkel beobachtet
wird. Dies stellt das überraschende
Merkmal der Erfindung hinsichtlich der Konzentration des reflektierten
Lichts und somit der großen
Helligkeit des farbigen Motivs deutlich heraus.
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In dem soeben beschriebenen Beispiel
besitzt der Flüssigkristall
bei Fehlen eines elektrischen Feldes eine planare, verdrillte Struktur,
die die beiden Komponenten des Lichts absorbiert, derart, daß die zum
Glas 4 gewandte Oberfläche
der Zelle 5 eine gleichmäßig dunkle Oberfläche aufweist
und das farbige verzierende Motiv 11 verdeckt. Wenn über den
Schalter 9 eine Spannung angelegt wird, schaltet der Flüssigkristall
um, läßt das Licht
hindurch und macht das Motiv 11 sichtbar. Die umgekehrte
Wirkung wird erzielt, wenn sich die Achsen der Polarisatoren 17, 18 überkreuzen.
Der Fachmann kann auch, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen,
andere Typen von Zellen und andere Typen von Flüssigkristallen, die dichroitischen
und pleochroitischen Molekülen
zugeordnet sind oder nicht, verwenden.
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Es ist anzumerken, daß der Schalter 9 irgendein
Mittel symbolisiert, das das Anlegen einer Steuerspannung an die
Zelle 5 ermöglicht.
Im Rahmen eines Zeitmeßgeräts kann
dieser Schalter ein in der integrierten Schaltung des Uhrwerks 7 enthaltener
Schalttransistor sein. Ein solcher Transistor kann seinerseits durch verschiedene,
mit der Zeit verbundene Parameter gesteuert werden. Der Transistor
kann beispielsweise periodisch, von der Zeitbasis des Uhrwerks ausgehend,
durch ein auf dem Wecksignal basierendes Signal, falls das Uhrwerk
damit ausgestattet ist, gesteuert werden. Das soeben beschriebene
Beispiel ist, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, für zahlreiche Änderungen
und Anpassungen, die im Ermessen des Fachmanns liegen, empfänglich.
