DE19604445C2

DE19604445C2 - Farbdarstellungsstruktur

Info

Publication number: DE19604445C2
Application number: DE1996104445
Authority: DE
Inventors: Kinya Kumazawa; Hiroshi Tabata
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1995-02-08
Filing date: 1996-02-07
Publication date: 2002-02-21
Anticipated expiration: 2016-02-08
Also published as: JPH08211322A; DE19604445A1; GB2297752A; GB2297752B; JP3550775B2; US6248436B1; GB9602396D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Struktur zur Verwendung in Textilstoffen oder Farben, um eine durch Reflexion, Interferenz und/oder Streuung eines darauf einfallenden Lichts erzeugte Farbe darzustellen bzw. zu entfalten bzw. zu zeigen.

Um den neuerlichen Bedürfnissen der Verbraucher nach vielfältigen und hochwertigen Produkten zu genügen, wurden Farbdarstellungsstruktu ren entwickelt, welche Farben mit einem hohen Grad an Chromatizität bzw. Sättigung darstellen bzw. entfalten können, um ein gefälliges und lu xuriöses Aussehen zu vermitteln. Beispielsweise beschreibt die JP-A-1- 139 803 eine Komplexfaser vom umhüllten Typ. welche aus zwei oder meh reren Arten von Harzen mit unterschiedlichen Brechungsindices herge stellt ist, um einen Glanz ähnlich einer Perle vorzusehen. The Society of Textile Machinery (Sen-i Kikai Gakkai), Journal 1989, Band 42, Nr. 2, Sei te 55 und Band 42, Nr. 10, Seite 160 beschreibt eine Farbdarstellungs struktur, bei der eine anisotrope molekulare Orientierungs-Polymerfolie zwischen zwei polarisierenden Folien eingebracht ist. Solche Farbdarstel lungsstrukturen sind jedoch nicht praktisch, da sie feine Fasern oder Chips erfordern, welche schwierig herzustellen sind. Weiterhin ist es sehr schwierig, die reflektierte dominante Wellenlänge zu regulieren.

Die JP-B-63-64 535 (JP-A-59-223 337) beschreibt ebenso eine Farbdar stellungsstruktur, welche eine durch Interferenz eines darauf einfallen den Lichts erzeugte Farbe zeigt. Es ist jedoch sehr schwierig, eine er wünschte Farbdarstellungsstruktur herzustellen, da keine Offenbarung vorliegt hinsichtlich detaillierten Spezifikationen, wie etwa die Form und Dicke der Farbdarstellungsstruktur und den Brechungsindices der Mate rialien der Farbdarstellungsstruktur.

"WEBBER, T. G.: "Coloring of Plastics". New York, John Wiley & Sons, 1979, Seiten 11 bis 12" betrifft das Färben von Kunststoffen, wobei er wähnt wird, daß das Streuvermögen von Pigmenten von deren Teilchen größe und Brechungsindex abhängig ist. Ferner wird angegeben, daß das Streuvermögen eines Pigments am höchsten ist, wenn seine Teilchengröße in einem optimalen Bereich von etwa gleich bis zur Hälfte der Wellen länge des Lichtes liegt. Eine Laminatstruktur sowie die Beziehung des Brechungsindex von Pigment zu Matrixmaterial gehen hieraus nicht her vor.

"Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Auflage, Vol. A 20, Weinheim, VCH-Verlagsgesellschaft, 1992, Seite 287" beschreibt Pigment eigenschaften, insbesondere von TiO₂. Es wird ebenfalls darauf hingewie sen, daß das Steuervermögen von der Teilchengröße des Pigments abhän gig ist, wobei mit TiO₂ ein Maximum bei einer Teilchengröße von 0,2 µm erzielt wird. Eine Laminatstruktur sowie die Beziehung des Brechungsin dex von Pigment zu Matrixmaterial gehen hieraus nicht hervor.

Die FR-PS-827 798 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung mattierter Gegenstän de, wie Fasen, Folien oder Bänder, durch Einbringen von feinverteilten Pigmenten während des Herstellungsverfahrens von Superpolymeren, insbesondere Superpoly amiden. Als Beispiele für Pigmente werden Oxide, Sulfate und Carbonate, insbeson dere Oxide von Zink und Titan erwähnt. Die meisten der Su perpolyamide weisen einen Brechungsindex von etwa 1,55 auf, und der Brechungsin dex des Mattierungsmittels (Pigmentes) sollte sich hiervon um mindestens 0,05, vor zugsweise 0,2 unterscheiden.

Die DD 29 88 beschreibt ein Verfahren zum Mattieren oder Färben von linea ren Hochpolymeren mit Pigmenten beim Schmelzspinnverfahren, wobei das stückige Spinngut mit feinverteilten Mattierungsmitteln oder Pigmenten gemischt wird. Als Beispiele für Mattierungsmittel und Pigmente werden Titanweiß, Zinkoxid, Barium sulfat, Bariumcarbonat, Bariumtitanat. Calciumsulfat, Lithopone, Toriumoxid, Sili ziumdioxid sowie farbige Stoffe erwähnt. Die Teilchengröße der Pigmente liegt zweckmäßigerweise unterhalb 5 µm, nach Möglichkeit unterhalb 1 µm. Angaben über eine Laminatstruktur, über Brechungsin dizes der Pigmente und der Hochpolymeren, insbesondere über Mindestunterschiede des Brechungsindex zwischen Pigment und Polymermaterial, können in der DD 29 88 nicht gefunden werden.

Die DE 26 50 340 A1 beschreibt einen in Auf- und Durchsicht weiß scheinenden Kunststoff, enthaltend ein durchscheinendes Polymer und Weißpigment mit einem Brechungsindex von < 1,65, vorzugsweise 1,7 bis 2,9, und einem Teilchendurchmes ser zwischen 1,2 d₀ und 6 d₀, wobei d₀ den Lichtstreuungsäquivalent-Durchmesser gemäß der Mie-Gleichung bezeichnet.

Die DE 43 26 521 A1 beschreibt ein lichtstreuendes Material aus einer transparenten Elastomermatrix und darin dispergierten Teilchen aus einem transparenten Material mit einem zur Matrix unterschiedlichen Brechungsindex. Vorzugsweise beträgt der Unterschied zwischen dem Brechungsindex (n₁) der Elastomermatrix und dem Brechungsindex (n₂) der dispergierten Teilchen mindestens 0.005, wobei die obere Grenze des Unterschiedes vorzugsweise 2 beträgt. Eines von n₁ und n₂ kann höhersein als das andere, obwohl es bevorzugt ist, daß n₁ (Elastomermatrix) höher ist als n₂.

Die JP 07034320 A beschreibt eine durch Reflexion und Interferenzwirkung hervor gerufene Farbdarstellungsstruktur, worin zwei oder mehrere Arten von Aufbausubs tanzen mit unterschiedlichem Brechungsindex, wie eine Luftschicht und eine Poly merstruktur, zumindest teilweise übereinander angeordnet sind und ein fluoreszie rendes Färbemittel in der Struktur enthalten ist. Das fluoreszierende Färbemittel emittiert eine zur Färbung der Struktur korrespondierende Fluoreszenz.

Es ist ein hauptsächliches Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbes serte Farbdarstellungsstruktur vorzusehen, welche eine erwünschte glänzende bzw. leuchtende Farbe innerhalb eines Bereichs sichtbaren Lichts zeigen bzw. darstellen kann.

Dieses Ziel wird durch eine Struktur gemäß dem Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung wird eine Struktur zur Darstellung bzw. Entfaltung einer durch Reflexion, Interferenz und Streuung eines darauf einfallen den Lichts erzeugten Farbe vorgesehen. Die Farbe besitzt eine Wellenlän ge innerhalb eines Bereichs sichtbaren Lichts. Die Farbdarstel lungsstruktur umfaßt
eine Vielzahl erster aus einem transparenten hochmolekularen Harz mit einem ersten Brechungsindex, welcher gleich oder größer als 1,3 ist, hergestellte Schichten;
eine Vielzahl zweiter, aus einem transparenten hochmolekularen Harz mit einem zweiten Brechungsindex, welcher der Bedingung 1,1 ≦ n₂/ n₁ ≦ 1,4 genügt, hergestellte Schichten;
wobei die ersten und zweiten Schichten abwechselnd laminiert sind; und
eine Anzahl granulärer, in mindestens einer der ersten und zweiten Schichten dispergierter Substanzen, wobei die granulären Substanzen ei nen dritten Brechungsindex aufweisen, der von dem ersten und zweiten Brechungsindex verschieden ist,
wobei die granulären Substanzen einen Durchmesser von etwa 1,25 µm oder weniger aufweisen, und wobei der dritte Brechungsindex der gra nulären Substanzen den Bedingungen n_3-n₁ ≧ 0,4 und n₃-n₂ ≧ 0,4 genügt.

Der Hintergrund der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen nä her erläutert, worin Fig. 1A eine Schnittansicht ist, welche eine Farbdar stellungsstruktur zeigt;

Fig. 1B bis 1H Ansichten ähnlich, der Fig. 1A sind, welche zahlrei che modifizierte Formen der Farbdarstellungsstruktur zeigen;

Fig. 2 ein Diagramm ist, welches die Streueffizienz zeigt, aufgetragen gegenüber dem Unterschied zwischen den Brechungsindices der transpa renten und der granulären Substanz;

Fig. 3 ein Diagramm ist, bei dem der optimale Durchmesser der granulä ren Substanz gegenüber der Wellenlänge der zu erzeugenden Farbe bei verschiedenen Differenzen zwischen den Brechungsindices der transpa renten und der granulären Substanz aufgetragen ist;

Fig. 4 ein Diagramm ist, bei dem der optimale Durchmesser der granulä ren Substanz gegenüber dem Unterschied zwischen den Brechungsindices der transparenten und granulären Substanz bei verschiedenen Wellenlän gen der zu erzeugenden Farbe aufgetragen ist;

Fig. 5A und 5B Schnittansichten sind, welche bei der Erläuterung der Winkelpositionen, bei denen das Reflexionsspektrum der Farbdarstel lungsstruktur gemessen wird, verwendet werden;

Fig. 6A eine Schnittansicht ist, welche eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Farbdarstellungsstruktur zeigt;

Fig. 6B und 6C Ansichten ähnlich der Fig. 6A sind, welche modifizier te Formen der erfindungsgemäßen Farbdarstellungsstruktur zeigen;

Fig. 7A eine Schnittansicht ist, welche eine weitere modifizierte Form der erfindungsgemäßen Farbdarstellungsstruktur zeigt; und

Fig. 7B eine Ansicht ähnlich Fig. 7A ist, welche noch eine weitere modifi zierte Form der erfindungsgemäßen Farbdarstellungsstruktur zeigt.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf Fig. 1A, ist dort eine Farbdarstellungsstruktur gezeigt. In dem dargestellten Fall nimmt die Farbdarstellungsstruktur die Form eines Garns ein. Die Farbdarstellungsstruktur umfaßt eine transparente Sub stanz 1 mit einem kreisförmigen Querschnitt. Die transparente Substanz 1 weist eine Anzahl kleiner granulärer, darin dispergierter Substanzen 2 auf. Die Querschnittsform der transparenten Substanz 1 ist für die Farbdarstellungsstruktur kein wichtiger Faktor. Die trans parente Substanz 1 kann beispielsweise einen ringförmigen Querschnitt, wie in Fig. 1B gezeigt, oder einen ovalen Querschnitt, wie in Fig. 1C gezeigt, aufweisen. Alternativ kann die transparente Substanz 1 einen plus(+)-för migen Querschnitt, wie in Fig. 1D gezeigt, einen H-förmigen Querschnitt, wie in Fig. 1E gezeigt, oder andere geformte Querschnitte, wie in den Fig. 1F, 1G und 1H gezeigt, aufweisen.

Die transparente Substanz 1 kann aus einem Material, wie Glas, Kerami ken oder einem hochmolekularen Harz, welches innerhalb des Bereichs sichtbaren Lichts (bei Wellenlängen im Bereich von 0,38 bis 0,78 µm) nicht gefärbt ist, hergestellt sein. Wünschenswerterweise zeigt es ausreichende Durchlässigkeit gegenüber einem auf die Farbdarstellungsstruktur ein fallenden Licht durch eine Wahl des Materials derart, daß die transparente Substanz 1 einen durchschnittlichen Durchlässigkeitsfaktor von gleich oder größer als etwa 80% aufweist. Die granulären Substanzen 2 sind aus einem Material, wie Glas, Keramiken oder einem hochmolekularen Harz, welches einen Brechungsindex größer als die transparente Substanz 1 zeigt, leicht zu kleinen Teilchen geformt werden kann und leicht in der transparenten Substanz 1 dispergiert werden kann, hergestellt.

Für eine effektive Farbproduktion bzw. Farbwiedergabe ist es erforderlich, daß der Brechungsindex n_b der granulären Substanzen 2 grüß er ist als der Brechungsindex n_a der transparenten Substanz 1. Fig. 2 zeigt die Bezie hung der Streuungseffizienz bezüglich dem Unterschied (n_b - n_a) zwischen den Brechungsindices der transparenten Substanz 1 und der granulären Substanzen 2 bei der Erzeugung einer Farbe (Licht) mit einer Wellenlänge von 0,55 µm. Wenn die transparenten und granulären Substanzen 1 und 2 den gleichen Brechungsindex (n_b - n_a = 0) aufweisen, diffundiert das auf die Farbdarstellungsstruktur einfallende Licht nicht und die Farbdarstel lungsstruktur zeigt keine Farbe. Die Farbdarstellungsstruktur kann un ter der Bedingung von n_b < n_a eine Farbe zeigen bzw. entfalten. Im allge meinen ist die Farberkennung beim Menschen bei einer Streuungseffi zienz von 0,4 oder mehr möglich. Wie aus Fig. 2 zu sehen ist, nimmt die Streuungseffizienz zu, sowie der Brechungsunterschied zunimmt. Die Streuungseffizienz überschreitet 0,4, wenn der Brechungsindexunter schied 0,4 überschreitet. Es ist daher erwünscht, durch eine Auswahl der Materialien der transparenten und granulären Substanzen 1 und 2 derart, daß der Unterschied zwischen dem Brechungsindex n_b der granulären Substanzen 2 und dem Brechungsindex n_a der transparenten Substanz 1 gleich oder größer als 0,4 ist, eine glänzende bzw. leuchtende oder lebhafte Farbe zu erzeugen.

Fig. 3 zeigt die Beziehung des optimalen Durchmessers der granulären Substanz bezüglich der Wellenlänge der zu erzeugenden Farbe bei ver schiedenen Brechungsindexunterschieden (n_b - n_a). Wie aus Fig. 3 zu se hen ist, hängt die Wellenlänge der zu erzeugenden Farbe vom Durchmes ser der granulären Substanzen 2, die in der transparenten Substanz 1 di spergiert sind, ab. Die Wellenlänge beim oberen Grenzwert des Bereichs sichtbaren Lichts beträgt 0,78 µm. Unter der Annahme, daß der Bre chungsindexunterschied (n_b - n_a) 0,4 ist, beträgt der optimale Durchmes ser der granulären Substanzen 2 etwa 1,25 µm für die Farbe mit der maxi malen Wellenlänge von 0,78 µm. Um Farben innerhalb des Bereichs sicht baren Lichts (bei Wellenlängen im Bereich von 0,38 bis 0,78 µm) zu erzeu gen, können somit die granulären Substanzen 2 einen Durchmesser von gleich oder weniger als 1,25 µm aufweisen. Wenn der Durchmesser der gra nulären Substanz größer als dieser Bereich ist, ist das reflektierte und diffundierte Licht unsichtbar, da seine Wellenlänge den nahen Infrarotstrah lenbereich überschreitet. Aus Fig. 3 ist zu sehen, daß der optimale Durch messer der granulären Substanz abnimmt mit einer Zunahme des Unter schieds (n_b - n_a) zwischen den Brechungsindices der transparenten und granulären Substanzen 1 und 2. Das heißt, der optimale Durchmesser der granulären Substanz hängt von dem Unterschied zwischen den Bre chungsindices der transparenten und granulären Substanzen 1 und 2 ab. Der Brechungsindexunterschied und der Durchmesser der granulären Substanz können unter dem Gesichtpunkt der Produktionskosten für die transparente und granuläre Substanz sowie weiterer Betrachtungen ge wählt werden, um eine erwünschte Farbe zu erzeugen.

Fig. 4 zeigt den optimalen Durchmesser dergranulären Substanz in Bezie hung zum Unterschied (n_b - n_a) zwischen den Brechungsindices der trans parenten und granulären Substanzen 1 und 2 bei verschiedenen Wellen längen der aus der Farbdarstellungsstruktur erzeugten Farbe (Licht). Wie aus Fig. 4 zu sehen ist, ist es möglich, durch Wählen des Brechungsinde xunterschieds (n_b - n_a) und des Durchmessers dergranulären Substanz in Abhängigkeit der zu erzeugenden Farbe eine erwünschte Farbe zu erzeu gen. Der Brechungsindexunterschied (n_b - n_a) wird auf einen Wert von gleich oder größer als 0,4 eingestellt und der Durchmesser der granulären Substanz wird auf einen Wert von weniger als etwa 1,25 µm gemäß der zu erzeugenden Farbe eingestellt. Um beispielsweise eine Farbe (Grün) mit ei ner Wellenlänge von 0,55 µm zu erzeugen, können der Brechungsindexun terschied (n_b - n_a) auf etwa 1,0 und der Durchmesser der granulären Sub stanz auf etwa 0,35 µm eingestellt werden. Der Grund, warum das Licht durch solche Auswahlen des Brechungsindexunterschieds und des Durchmessers der granulären Substanz reflektieren und diffundieren kann, ist nicht vollständig klar, jedoch kann angenommen werden, daß ein Phänomen, wie die Mie-Streuung auftritt, da die granulären Substanzen einen Durchmesser aufweisen, der im wesentlichen der Wellenlänge ent spricht.

Die transparente Substanz 1 kann irgendein Material umfassen, welches es ermöglicht, die granulären Substanzen 2 darin leicht zu dispergieren und welches begrenzte Verunreinigungen enthält. Eine große Menge an in der transparenten Substanz 1 enthaltenen Verunreinigungen absorbiert Licht und behindert die Farbwiedergabe bzw. -produktion, welche aus der Lichtreflexion und -streuung resultiert, welche durch die Funktion der granulären Substanzen 2 bewirkt werden. Ein erwünschtes Material für die transparente Substanz 1 ist ein hochmolekulares Harz und insbeson dere ein thermoplastisches Harz. Solche Materialien umfassen, ohne dar auf beschränkt zu sein, Polyester, Polyacrylnitril, Polystyrol, Nylon, Poly propylen, Polyvinylalkohol, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Poly etheretherketon, Polyparaphenylenterephthalat oder Polyphenylensulfid. Alternativ hierzu kann die transparente Substanz aus einem Copolymer oder einer Mischung aus mindestens zwei der oben genannten Materialien hergestellt sein.

Die granulären Substanzen 2 können irgendein Material umfassen, wel ches es ermöglicht, den Brechungsindexunterschied (n_b - n_a) auf 0,4 oder mehr und den Durchmesser der granulären Substanz auf 1,25 µm oder we niger einzustellen. Unter den Gesichtspunkten der Dispergierbarkeit. Ko häsion und thermischen Stabilität ist ein erwünschtes Material dergranu lären Substanzen 2 ein anorganisches Material zur Verwendung mit einer aus einem hochmolekularen Harz hergestellten transparenten Substanz 1. Solche Materialien umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Calci umcarbonat (Brechungsindex: 1,65). Zinksulfat (Brechungsindex: 2,37), Zinkweiß (Brechungsindex: 1,95-2,0), Lithopon (Brechungsindex: 1,86- 1.96), Cadmiumsulfat (Brechungsindex: 2,4), Chromoxid (Brechungsin dex: 2,5), Titandioxid vom Rutiltyp (Brechungsindex: 2,76) oder Titandi oxid vom Anatastyp (Brechungsindex: 2,52). Titandioxid ist ein bevorzug tes Material der granulären Substanzen 2 zur Verwendung mit einem der oben genannten thermoplastischen Harze im Hinblick auf seinen großen Brechungsindex und der Leichtigkeit, mit der es in die Form kleiner Teil chen verarbeitet wird und auf einen erwünschten Durchmesser reguliert werden kann. Vorzugsweise sind die granulären Substanzen 2 aus einem Material mit einem Schmelzpunkt, der höher ist als der der transparenten Substanz 1, wenn das Material ein hochmolekulares Harz ähnlich dem Ma terial der transparenten Substanz 1 ist, hergestellt.

Obwohl die Menge der in der transparenten Substanz 1 dispergierten, gra nulären Substanzen 2 von der Leichtigkeit, mit welcher die granulären Substanzen in der transparenten Substanz 1 dispergiert werden und der Näherungsinteraktion der granulären Substanzen 2 abhängt, kann sie in nerhalb eines Bereichs von 0,1 bis 10 Gew.-% eingestellt werden. Der Grund, daß dieser Prozentbereich einen oberen Grenzwert aufweist, kann darin gesehen werden, daß eine Zunahme der Menge der granulären Sub stanzen 2 die Tendenz der granulären Substanzen 2, daß diese einander nahe kommen, und den Pseudodurchmesser der granulären Substanzen 2 erhöhen würde, um so die Streuung des auf die Farbdarstellungsstruktur einfallenden Lichts zu behindern.

Die Farbdarstellungsstruktur, welche so ausgelegt bzw. angeordnet ist, eine Farbe durch die Funktion der Reflexion und Streuung eines darauf einfallenden Lichts zu zeigen, kann unabhängig von der Einfallsrichtung des Lichts eine Farbe erzeugen. Eine solche Farb darstellungsstruktur kann als Kette oder Schuß verwendet werden, um Textilgewebe zu erzeugen, welche eine leuchtende Farbe zeigen, um gutes Aussehen vorzusehen. Mit den Garnen, welche deformierte bzw. geformte Querschnitte aufweisen, wie in den Fig. 1D bis 1H gezeigt, ist es mög lich, ausgezeichnete merzerisierte Textilgewebe herzustellen.

Die Peakwellenlängen der Farbe der Farbdarstellungsstruktur wurden zu sammen mit deren Brechungsindices bei verschiedenen Winkelpositionen gemessen. Diese Prüfungen wurden bei den folgenden Referenz-Beispielen durchgeführt. Die Prüfergebenisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

Referenz-Beispiel 1 Eine Farbdarstellungsstruktur, welche eine leuchten de blaue Farbe mit einem Reflexionspeak bei einer Wellenlänge × 0,48 µm zeigt

Die transparente Substanz 1 wurde aus Polyphenylensulfid (PPS) mit ei nem Brechungsindex von 1,76 hergestellt und die granulären Substanzen 2 wurden aus Titandioxid vom Rutiltyp mit einem Brechungsindex von 2,76 hergestellt. Der Unterschied des Brechungsindex der transparenten Substanz 1 zu demjenigen der granulären Substanz 2 betrug 1,0. Das Ti tandioxid wurde zu einem Durchmesser von 0,3 µm verarbeitet und war in der transparenten Substanz 1 in einer Menge von 1 Gew.-% enthalten. Das verwendete Garn besaß einen kreisförmigen Querschnitt, wie in Fig. 1A ge zeigt. Das Garn wurde unter Verwendung einer 0,5 ∅ kreisförmigen Düsen öffnung nach einem Schmelzspinnverfahren hergestellt. Das heißt, das Garn wurde bei einer Temperatur von 350°C gesponnen. Die Aufnahmege schwindigkeit betrug 500 m/min unter Anwendung eines Einzelfilaments. Das Garn wurde gekühlt und bei Raumtemperatur festbacken gelassen. Das erhaltene Garn besaß einen Durchmesser von etwa 60 µm.

Das Reflexionsspektrum der Farbdarstellungsstruktur in Form eines Garns wurde unter Verwendung eines Mikrospektrophotometers (Hitachi Co.. Modell U-6000) mit einem bei 0° gehaltenen Lichteinfallswinkel und einem bei 0° gehaltenen Lichtaufnahmewinkel bestimmt. Diese Bestim mung wurde bei verschiedenen Winkelpositionen bei Rotationswinkeln der Farbdarstellungsstruktur von 0°, 45°, 90° und 135° wiederholt, wie in Fig. 5A gezeigt. Die Standard-Weißtafel wurde für die Messungen des Re flexionsvermögens standardisiert. Eine leuchtende blaue Farbe zeigte sich bei sämtlichen Winkelpositionen mit im wesentlichen keiner Ände rung beim Reflexionspeak (0,48 µm) und dem Reflexionsvermögen, unab hängig vom Lichteinfallswinkel.

Referenz-Beispiel 2 Eine Farbdarstellungsstruktur, welche eine leuchten de grüne Farbe mit einem Reflexionspeak bei einer Wellenlänge λ = 0,55 µm zeigt

Die transparente Substanz 1 wurde aus Polyethylenterephthalat (PET) mit einem Brechungsindex von 1,55 hergestellt und die granulären Substan zen wurden aus Titandioxid vom Anatastyp mit einem Brechungsindex von 2,52 hergestellt. Der Unterschied des Brechungsindex der transparenten Substanz zu dem der granulären Substanz 2 betrug 1,0. Das Titandioxid wurde zu einem Durchmesser von 0,35 µm verarbeitet und war in der transparenten Substanz 1 in einer Menge von 2 Gew.-% enthalten. Das verwendete Garn besaß einen kreisförmigen Querschnitt, wie in Fig. 1A ge zeigt. Das Garn wurde unter Verwendung einer 0,5 ∅ kreisförmigen Düsen öffnung gemäß einem Schmelzspinnverfahren hergestellt. Das heißt, das Garn wurde bei einer Temperatur von 285°C gesponnen. Die Aufnahmege schwindigkeit betrug 1000 m/min unter Anwendung eines Einzelfila ments. Das Garn wurde gekühlt und bei Raumtemperatur festbacken ge lassen. Das erhaltene Garn besaß einen Durchmesser von etwa 40 µm.

Das Reflexionsspektrum der Farbdarstellungsstruktur in Form eines Garns wurde unter Verwendung eines Mikrospektrophotometers (Hitachi Co., Modell U-6000) bei einem bei 0° gehaltenen Lichteinfallswinkel und einem bei 0° gehaltenen Lichtaufnahmewinkel bestimmt. Diese Bestim mung wurde bei verschiedenen Winkelpositionen bei Rotationswinkeln der Farbdarstellungsstruktur von 0°, 45°, 90° und 135° wiederholt, wie in Fig. 5A gezeigt. Die Standard-Weißtafel wurde für die Messungen des Re flexionsvermögens standardisiert. Bei sämtlichen Winkelpositionen wur de eine leuchtende grüne Farbe produziert mit im wesentlichen keiner Änderung beim Reflexionspeak (0,55 µm) und dem Reflexionsvermögen, un abhängig vom Lichteinfallswinkel.

Referenz-Beispiel 3 Eine Farbdarstellungsstruktur, welche eine leuchten de grüne Farbe mit einem Reflexionspeak bei einer Wellenlänge λ = 0,55 µm zeigt

Die transparente Substanz 1 wurde aus Polypropylen (PP) mit einem Bre chungsindex von 1,5 hergestellt und die granulären Substanzen 2 wurden aus Zinkweiß mit einem Brechungsindex von 2,0 hergestellt. Der Unter schied des Brechungsindex der transparenten Substanz 1 zu dem der gra nulären Substanz 2 betrug 1,0. Das Zinkweiß wurde zu einem Durchmesser von 0,88 µm verarbeitet und war in der transparenten Substanz 1 in ei ner Menge von 0,5 Gew.-% enthalten. Das verwendete Garn besaß einen kreisförmigen Querschnitt, wie in Fig. 1A gezeigt. Das Garn wurde unter Verwendung einer 0,8 ∅ kreisförmigen Düsenöffnung gemäß einem Schmelzspinnverfahren hergestellt. Das heißt, das Garn wurde bei einer Temperatur von 240°C gesponnen. Die Aufnahmegeschwindigkeit betrug 500 m/min bei Verwendung eines Einzelfilaments. Das Garn wurde ge kühlt und bei Raumtemperatur festbacken gelassen. Das erhaltene Garn besaß einen Durchmesser von etwa 80 µm.

Das Reflexionsspektrum der Farbdarstellungsstruktur in Form eines Garns wurde unter Verwendung eines Mikrospektrophotometers (Hitachi Co, Modell U-6000) bei einem bei 0° gehaltenen Lichteinfallswinkel und ei nem bei 0° gehaltenen Lichtaufnahmewinkel bestimmt. Diese Bestim mung wurde für verschiedene Winkelpositionen bei Rotationswinkeln der Farbdarstellungsstruktur von 0°, 45°, 90° und 135° wiederholt, wie in Fig. 5A gezeigt. Die Standard-Weißtafel wurde für die Messungen des Refle xionsvermögens standardisiert. Bei sämtlichen Winkelpositionen wurde eine leuchtende grüne Farbe erzeugt mit im wesentlichen keiner Änderung beim Reflexionspeak (0,55 µm) und dem Reflexionsvermögen, unabhängig vom Lichteinfallswinkel.

Referenz-Beispiel 4 Eine Farbdarstellungsstruktur, welche eine leuchten de blaue Farbe mit einem Reflexionspeak bei einer Wellenlänge λ = 0,48 µm zeigt

Die transparente Substanz 1 wurde aus Polyethylenterephthalat (PET) mit einem Brechungsindex von 1,55 hergestellt, und die granulären Substan zen 2 wurden als Titandioxid vom Anatastyp mit einem Brechungsindex von 2,52 hergestellt. Der Unterschied des Brechungsindex der transpa renten Substanz 1 zu dem der granulären Substanz 2 betrug 1,0. Das Ti tandioxid wurde zu einem Durchmesser von 0,3 µm verarbeitet und war in der transparenten Substanz 1 in einer Menge von 2 Gew.-% enthalten. Das verwendete Garn besaß einen geformten Querschnitt, wie in Fig. 10 ge zeigt. Das Garn wurde unter Verwendung einer plus(+)-förmigen Düsenöffnung gemäß einem Schmelzspinnverfahren hergestellt. Das heißt, das Garn wurde bei einer Temperatur von 285°C gesponnen. Die Aufnahmege schwindigkeit betrug 500 m/min bei Anwendung eines Einzelfilaments. Das Garn wurde gekühlt und bei Raumtemperatur festbacken gelassen. Das erhaltene Garn besaß einen Durchmesser von etwa 10 µm.

Das Reflexionsspektrum der Farbdarstellungsstruktur in Form eines Garns wurde unter Verwendung eines Mikrospektrophotometers (Hitachi Co., Modell U-6000) bei einem bei 0° gehaltenen Lichteinfallswinkel und einem bei 0° gehaltenen Lichtaufnahmewinkel bestimmt. Diese Bestim mung wurde bei verschiedenen Winkelpositionen bei Rotationswinkeln der Farbdarstellungsstruktur von 0°, 45°, 90° und 135° wiederholt, wie in Fig. 5B gezeigt. Die Standard-Weißtafel wurde für die Messungen des Re flexionsvermögens standardisiert. Bei sämtlichen Winkelpositionen wur de eine leuchtende blaue Farbe erzeugt mit nahezu keiner Änderung beim Reflexionspeak (0,48 µm) und dem Reflexionsvermögen unabhängig vom Lichteinfallswinkel.

Referenz-Beispiel 5 Eine Farbdarstellungsstruktur, welche eine leuchten de rote Farbe mit einem Reflexionspeak bei einer Wellenlänge λ = 0,65 µm zeigt

Die transparente Substanz 1 wurde aus Polypropylen (PP) mit einem Bre chungsindex von 1,5 hergestellt und die granulären Substanzen 2 wurden aus Chromoxid mit einem Brechungsindex von 2,5 hergestellt. Der Unter schied des Brechungsindex der transparenten Substanz 1 zu dem der gra nulären Substanz 2 betrug 1,0. Das Chromoxid wurde zu einem Durch messer von 0,42 µm verarbeitet und war in der transparenten Substanz 1 in einer Menge von 5 Gew.-% enthalten. Das verwendete Garn besaß einen ovalen Querschnitt, wie in Fig. 1C gezeigt. Das Garn wurde unter Verwen dung einer 0,5 ∅ flachen Düsenöffnung (mit einer Apsislinie von 1,0 mm und einer kleinen Achse von 0,5 mm) gemäß einem Schmelzspinnverfah ren hergestellt. Das heißt, das Garn wurde bei einer Temperatur von 210°C gesponnen. Die Aufnahmegeschwindigkeit betrug 1000 m/min unter An wendung eines Einzelfilaments. Das Garn wurde gekühlt und bei Raum temperatur festbacken gelassen. Das erhaltene Garn besaß einen Durch messer von etwa 100 µm.

Das Reflexionsspektrum der Farbdarstellungsstruktur in Form eines Garns wurde unter Verwendung eines Mikrospektrophotometers (Hitachi Co., Modell U-6000) bei einem bei 0° gehaltenen Lichteinfallswinkel und einem bei 0° gehaltenen Lichtaufnahmewinkel bestimmt. Diese Bestim mung wurde bei verschiedenen Winkelpositionen bei Rotationswinkeln der Farbdarstellungsstruktur von 0°, 45°, 90° und 135° wiederholt, wie in Fig. 5A gezeigt. Die Standard-Weißtafel wurde für die Messungen des Re flexionsvermögens standardisiert. Bei sämtlichen Winkelpositionen wur de eine leuchtende rote Farbe erzeugt mit im wesentlichen keiner Ände rung beim Reflexionspeak (0,65 µm) und dem Reflexionsvermögen, unab hängig vom Lichteinfallswinkel.

Referenz-Beispiel 6 Eine Farbdarstellungsstruktur, welche eine leuchten de blaue Farbe mit einem Reflexionspeak bei einer Wellenlänge λ = 0,65 µm zeigt

Die transparente Substanz 1 wurde aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) mit einem Brechungsindex von 1,4 hergestellt und die granulären Substanzen 2 wurden aus Polyphenylensulfid (PPS) mit einem Brechungsindex von 1,8 hergestellt. Der Unterschied des Brechungsindex der transparenten Sub stanz zu dem der granulären Substanz 2 betrug 0,4. Das Polyphenylensul fid wurde zu einem Durchmesser von 0,88 µm verarbeitet und war in der transparenten Substanz 1 in einer Menge von 5 Gew.-% enthalten. Das verwendete Garn besaß einen kreisförmigen Querschnitt, wie in Fig. 1A ge zeigt. Das Garn wurde unter Verwendung einer 0,8 ∅ kreisförmigen Düsen öffnung gemäß einem Schmelzspinnverfahren hergestellt. Das heißt, das Garn wurde bei einer Temperatur von 290°C gesponnen. Die Aufnahmege schwindigkeit betrug 500 m/min unter Anwendung eines Einzelfilaments. Das Garn wurde gekühlt und bei Raumtemperatur festbacken gelassen. Das erhaltene Garn besaß einen Durchmesser von etwa 80 µm.

Das Reflexionsspektrum der Farbdarstellungsstruktur in Form eines Garns wurde unter Verwendung eines Mikrospektrophotometers (Hitachi Co., Modell U-6000) bei einem bei 0° gehaltenen Lichteinfallswinkel und einem bei 0° gehaltenen Lichtaufnahmewinkel bestimmt. Diese Bestim mung wurde bei verschiedenen Winkelpositionen bei Rotationswinkeln der Farbdarstellungsstruktur von 0°, 45°, 90° und 135° wiederholt, wie in Fig. 5A gezeigt. Die Standard-Weißtafel wurde für die Messungen des Re flexionsvermögens standardisiert. Bei sämtlichen Winkelpositionen wur de eine leuchtende grüne Farbe erzeugt mit im wesentlichen keiner Ände rung beim Reflexionspeak (0,55 µm) und dem Reflexionsvermögen, unab hängig vom Lichteinfallswinkel.

Im folgenden werden die erfindungsgemäßen Ausführungsformen näher erläutert:
Bezugnehmend auf Fig. 6 ist dort eine Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Farbdarstellungsstruktur gezeigt. Die Farbdarstellungs struktur ist in Form eines Garns gezeigt, und sie umfaßt erste und zweite Schichten 10 und 20, welche abwechselnd in der Richtung (y), in welcher natürliches Licht auf die Farbdarstellungsstruktur einfällt, laminiert sind. Die ersten und zweiten Schichten 10 und 20 sind so gezeigt, daß sie bestimmte Dicken (d_a, d_b) und eine bestimmte Länge, die sich in Richtung (x) senkrecht zu der Richtung (y) erstreckt, aufweisen. Die ersten und zweiten Schichten 10 und 20 sind aus unterschiedlichen Arten von Materi alien hergestellt, um durch Reflexion und Interferenz eines darauf einfal lenden Lichts eine sichtbare Farbe zu erzeugen. Die erste Schicht 10 be sitzt einen Brechungsindex n_a und die zweite Schicht 20 einen Brechungs index n_b. Diese Brechungsindices sind so gewählt, daß sie die Bedingun gen von 1,3 ≦ n_a, 1,1 ≦ n_b/n_a ≦ 1,4 erfüllen.

Die erwünschten Materialien der ersten und zweiten Schichten 10 und 20 sind hochmolekulare Harze und insbesondere thermoplastische Harze mit einem bestimmten Grad an Durchlässigkeit für sichtbares Licht. Solche Materialien umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Polyester, Poly acrylnitril, Polystyrol. Nylon, Polypropylen. Polyvinylalkohol, Polycarbo nat, Polymethylmethacrylat, Polyetheretherketon. Polyparaphenylenter ephthalat oder Polyphenylensulfid. Alternativ hierzu können die ersten und zweiten Schichten 10 und 20 aus einem Copolymer oder einer Mi schung aus mindestens zwei der oben genannten Materialien hergestellt sein.

Eine Anzahl kleiner granulärer Substanzen 2 sind in mindestens einer der ersten und zweiten Schichten 10 und 20 dispergiert. Im dargestellten Fall sind die granulären Substanzen 2, welche als schwarze Punkte gezeigt sind, in beiden Schichten 10 und 20 dispergiert. Die granulären Substan zen 2 besitzen einen Brechungsindex, welcher von den Brechungsindices der ersten und zweiten Schichten 10 und 20 verschieden ist. Im Hinblick auf die Erzeugung einer leuchtenden Farbe ist es erforderlich, den Bre chungsindex und den Durchmesser der granulären Substanzen in der Weise zu wählen, daß die gleiche Farbe als laminierte Struktur der ersten und zweiten Schichten erzeugt wird. Aufgrund der Lichtstreuung, welche aus der Dispersion der granulären Substanzen 2 resultiert, ist das Aus maß des Einflusses des Lichteinfallswinkels auf die Farbdarstellungs struktur stark reduziert. Es ist daher nicht erforderlich, das auf die Farb darstellung einfallende Licht in die Richtung zu lenken, in welcher die er sten und zweiten Schichten laminiert sind.

Die Querschnittsform der Farbdarstellungsstruktur (Garn) ist kein wich tiger Faktor. Beispielsweise kann die Farbdarstellungsstruktur einen rechtwinkligen Querschnitt, wie in Fig. 6A gezeigt, einen kreisförmigen Querschnitt, wie in Fig. 6B gezeigt, oder einen ovalen Querschnitt, wie in Fig. 6C gezeigt, aufweisen.

Es wurde eine flache Farbdarstellungsstruktur mit zehn laminierten Schichten 10 und 20 hergestellt. Die erste Schicht 10 wurde aus Polypro pylen mit einem Brechungsindex n = 1,5 hergestellt. Die zweite Schicht 20 wurde aus Polyethylenterephthalat mit einem Brechungsindex n = 1,68 hergestellt. Die hergestellte Farbdarstellungsstruktur zeigte eine blaue Farbe mit einem Reflexionspeak bei einer Wellenlänge von 0,48 µm. 5 Gew.-% granuläre Substanzen 2 wurden sowohl in den ersten als auch in den zweiten Schichten 10 und 20 dispergiert. Die granulären Substanzen 2 wurden aus Titandioxid vom Anatastyp mit einem Brechungsindex n = 2,76 hergestellt. Die granulären Substanzen 2 besaßen einen Durchmes ser von 0,3 µm. Es wurde eine etwa 20%-ige Zunahme des Reflexionsver mögens bei der erhaltenen Farbdarstellungsstruktur (Garn) erhalten, verglichen mit einer Struktur, welche keine granulären Substanzen 2 enthält. Desweiteren wurde gezeigt, daß der Einfluß des Lichteinfallswinkels auf den Effekt der Farbentfaltung der erhaltenen Farbdarstellungsstruktur sich in großem Umfang verringerte, verglichen mit der Struktur, welche keine granulären Substanzen 2 enthält.

Unter Bezugnahme auf Fig. 7A ist dort eine modifizierte Form der Farb darstellungsstruktur der erfindungsgemäßen Ausführungsform gezeigt. Diese Modifizierung entspricht im wesentlichen der Farbdarstel lungsstruktur aus Fig. 6A, mit der Ausnahme, daß jede der zweiten Schichten 20 in eine Vielzahl (im gezeigten Fall drei) Stücke unterteilt sind. Vorzugsweise hat jedes dieser Stücke eine Länge von gleich oder größer als die Wellenlänge λ (µm) des reflektierten Lichts. Die Stücke der zweiten Schichten 20 können verbunden sein, wie in Fig. 7B gezeigt.

Die oben beschriebene Farbdarstellungsstruktur ergibt die folgenden Ent wicklungsvorteile: Erstens zeigt sie eine leuchtende Farbe unabhängig vom Einfallswinkel. Zweitens ist sie für zahlreiche Anwendungen verfüg bar aufgrund der Leichtigkeit, mit der sie mittels gängigen Schmelzspinn verfahren hergestellt wird und der Leichtigkeit, mit der sie zu einer dün nen Faser- oder Chipform verarbeitet wird.

Claims

1. Struktur zur Darstellung bzw. Entfaltung einer durch Reflexion, In terferenz und Streuung eines darauf einfallenden Lichts erzeugten Farbe, wobei die Farbe eine Wellenlänge innerhalb eines Bereichs sichtbaren Lichts aufweist und wobei die Farbdarstellungsstruktur
eine Vielzahl erster, aus einem transparenten hochmolekularen Harz mit einem ersten Brechungsindex (n₁), welcher gleich oder größer als 1, 3 ist, hergestellte Schichten (10);
eine Vielzahl zweiter, aus einem transparenten hochmolekularen Harz mit einem zweiten Brechungsindex (n₂), welcher der Bedingung 1,1 ≦ n₂/n₁ ≦ 1,4 genügt, hergestellte Schichten (20);
wobei die ersten und zweiten Schichten (10, 20) abwechselnd lami niert sind; und
eine Anzahl granulärer, in mindestens einer der ersten und zweiten Schichten dispergierter Substanzen (2), wobei die granulären Substanzen einen dritten Brechungsindex (n₃) aufweisen, der von dem ersten und zweiten Brechungsindex (n₁, n₂) verschieden ist, umfaßt,
wobei die granulären Substanzen (2) einen Durchmesser von etwa 1,25 µm oder weniger aufweisen, und wobei der dritte Brechungsindex (n₃) der granulären Substanzen (2) den Bedingungen n₃-n₁ ≧ 0,4 und n₃-n₂ ≧ 0,4 genügt.

2. Farbdarstellungsstruktur nach Anspruch 1, wobei die ersten Schich ten (10) und die zweiten Schichten (20) jeweils unabhängig voneinander aus einem Material hergestellt sind, das aus der Polyester, Polyacrylnitril, Polystyrol, Nylon, Polypropylen, Polyvinylalkohol, Polycarbonat, Polyme thylmethylacrylat, Polyetheretherketon, Polyparaphenylenterephthalat, Po lyphenylensulfid, Copolymere und Mischungen dieser Materialien umfas senden Gruppe gewählt ist.

3. Farbdarstellungsstruktur nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die granulären Substanzen (2) aus einem Material hergestellt sind, das aus der Calciumcarbonat, Zinksulfat, Zinkweiß, Lithopon, Cad miumsulfat, Chromoxid, und ein Titandioxid umfassenden Gruppe gewählt ist.

4. Farbdarstellungsstruktur nach Anspruch 1, wobei die ersten Schich ten (10) in Form von Luftschichten vorliegen und die zweiten Schichten (20) aus einem transparenten Polymerharz hergestellt sind.

5. Farbdarstellungsstruktur nach Anspruch 4, wobei die zweiten Schichten (20) aus einem Material hergestellt sind, das aus der Polyester, Polyacrylnitril, Polystyrol, Nylon, Polypropylen, Polyvinylalkohol, Polycar bonat, Polymethylmethacrylat, Polyetheretherketon, Polyparaphenylen terephthalat, Polyphenylensulfid, Copolymere und Mischungen dieser Ma terialien umfassenden Gruppe gewählt ist.