DE3635567A1

DE3635567A1 - Dekorierter gegenstand

Info

Publication number: DE3635567A1
Application number: DE19863635567
Authority: DE
Inventors: Andreas Biedermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-10-29
Filing date: 1986-10-20
Publication date: 1987-05-27
Anticipated expiration: 2006-10-21
Also published as: DE3635567C2

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf Gegenstände, deren Aeusseres zur Erzielung einer ästhetischen Wirkung in bestimmter Weise ausgestaltet ist.

Die Erfindung betrifft insbesondere einen dekorierten Gegen stand, welcher einen transparenten Körper aufweist, auf des sen Oberfläche ein Schichtsystem zur Erzeugung von Inter ferenzeffekten vorgesehen ist.

Stand der Technik

In der Optik ist es seit langem üblich, Interferenzschichten und Schichtsysteme auf den Oberflächen optischer Komponenten einzusetzen, um die optischen Eigenschaften der beschichteten Körper gezielt zu beeinflussen. Beispiele hierfür sind ent spiegelte Gläser, Laserspiegel, Strahl teiler oder optische Filter.

Andererseits ist es auch seit langem bekannt, dass bei der Interferenz an dünnen Schichten, die für sich genom men farblos sind, Farbphänomene auftreten, wie z.B. das farbige Schillern von dünnen Oelfilmen, Seifenblasen oder den sogenannten Anlassfarben.

Es sind nun verschiedentlich Vorschläge gemacht worden, diese auf Dünnschicht-Interferenz beruhenden Farbphänomene bewusst einzusetzen, um irgendwelchen Gegenständen ein dekoratives Aussehen zu verleihen. Hierbei ist von entschei dender Bedeutung, welche optischen Eigenschaften der Gegen stand als Träger der Interferenzschichten aufweist.

So ist beispielsweise in der DE-OS 26 58 645 erkannt worden, dass es insbesondere auf transparenten oder teilweise absor bierenden Substraten schwierig ist, durch das Aufbringen von Interferenzschichten Farben mit einem vorgegebenen Farbton und einer ausreichenden Farbsättigung oder Farbdichte zu erzielen.

Dieses Problem der fehlenden "Farbtiefe" bei transparenten Substraten bzw. Körpern wird in der genannten Druckschrift dadurch gelöst, dass zwischen dem Substrat und der einen Interferenzschicht eine teilreflektierende Metallschicht angeordnet wird.

Mit der eingefügten Metallschicht lassen sich zwar intensive Dünnschicht-Interferenzfarben erzeugen, jedoch wird diese dekorative Wirkung zu Lasten der Transparenz des Gegenstan des insgesamt erreicht, so dass neben der Einfärbung das ganze optische Erscheinungsbild des Gegenstandes verändert wird.

Eine andere bekannte Art der Farbdekoration durch Dünnschicht- Interferenz geht generell von einem undurchsichtigen Silizium substrat aus, auf das eine transparente Oberschicht aus z.B. SiO₂ aufgebracht wird (DE-OS 34 22 356). Das obengenannte Problem der fehlenden "Farbtiefe" tritt bei dieser Art der Dekoration wegen der speziellen Substratbeschaffenheit über haupt nicht auf. Auf der anderen Seite führt die Anwendung dieser Dekorationstechnik bei transparenten Gegenständen dazu, dass die Transparenz vollständig verloren geht.

Schliesslich ist es aus der CH-PS 4 03 577 bekannt, Schmuck gegenstände durch ein Interferenzschichtsystem mit einem Farbeffekt auszustatten, wobei zwischen dem aus Glas oder Kunststoff bestehenden Gegenstand und dem aus mehreren Inter ferenzschichten bestehenden Schichtsystem eine lichtstreuende oder diffus reflektierende Fläche angeordnet wird. Obgleich bei dieser Lehre auf das Problem der fehlenden Farbtiefe gar nicht eingegangen wird, kann diese Anordnung in ihrer Wir kung mit der aus der DE-OS 26 58 645 bekannten verglichen werden. Auch hier wird die Farbwirkung mit einem Verlust an Transparenz erkauft.

Allen bisher beschriebenen Lehren ist also gemeinsam, dass sie bei transparenten Gegenständen eine Farbdekoration nur auf Kosten der Durchsichtigkeit des Gegenstandes erzielen.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, einen dekorier ten Gegenstand zu schaffen, bei dem auf einem transparenten Körper ein Schichtsystem zur Erzeugung von Interferenzeffekten vorgesehen ist und bei dem das Problem der fehlenden Farb tiefe umgangen wird, ohne die Durchsichtigkeit des Gegenstandes zu verringern.

Die Aufgabe wird bei einem dekorierten Gegenstand der ein gangs genannten Art dadurch gelöst, dass

a) das Schichtsystem eine Folge von wenigstens drei Interferenzschichten wechselnder Brechzahl umfasst, oder eine Schicht mit in Richtung senkrecht zur Ober fläche stetig variierender Brechzahl umfasst, welche Schicht näherungsweise als Folge von wenigstens drei Interferenzschichten wechselnder Brechzahl aufgefasst werden kann,
b) das Schichtsystem direkt auf der Oberfläche des trans parenten Körpers angeordnet ist, und
c) die beschichtete Oberfläche des transparenten Körpers in eine Mehrzahl von Oberflächenbereichen unterteilt ist, in denen die Dicke und/oder die Brechzahl wenig stens einer der Interferenzschichten jeweils einen an deren Wert annimmt.

Der Kern der Erfindung besteht darin, für die dekorative Wirkung im wesentlichen die Kontraste zwischen verschiedenen Oberflächenbereichen des Gegenstandes auszunutzen, die da durch entstehen, dass die Schichtsysteme der einzelnen Ober flächenbereiche unterschiedliche optische Eigenschaften auf weisen. Ueberraschenderweise lässt sich diese Kontrastwirkung mit einer Schichtfolge von wenigstens drei Interferenzschich ten erzielen, obwohl in den einzelnen Oberflächenbereichen für sich genommen eine ausreichende "Farbtiefe" fehlt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie len im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch die Intensitätsverhältnisse bei einem trans parenten Körper, der einem Lichteinfall von zwei Seiten ausgesetzt ist,

Fig. 2A und 2B bekannte Anordnungen zur Erzielung von Inter ferenz-Farbeffekten,

Fig. 3 eine Interferenzschicht-Anordnung wie sie Grundlage des erfindungsgemässen Gegenstandes ist,

Fig. 4A die Spektralverteilung der reflektierten Intensi tät in relativen Einheiten für eine Anordnung gemäss Fig. 2A,

Fig. 4B zum Vergleich die entsprechende Spektralverteilung für eine Anordnung gemäss Fig. 3,

Fig. 5 Ausführungsbeispiele für den erfindungsgemässen dekorierten Gegenstand,

Fig. 6A-C Brechzahl-Profile für verschiedene Schnitte durch das Schichtsystem der Fig. 5,

Fig. 7 zwei Reflektionskurven für Schichtsysteme gemäss Fig. 5 mit gleichbleibenden Brechzahlen, aber unterschiedli chen Schichtdicken,

Fig. 8 eine Interferenzschicht-Anordnung mit stetig variieren der Brechzahl, und

Fig. 9 das Brechzahlprofil der Anordnung aus Fig. 8 mit der Approximation durch drei Interferenzschichten.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem kann leicht mit Hilfe der schematischen Darstellung aus Fig. 1 erläutert werden. Ein transparenter Körper 1 mit flächenhafter Aus dehnung und endlicher Dicke und einem Reflexionsvermögen R wird bei üblichen Beleuchtungsverhältnissen von zwei Seiten A und B mit einem Lichteinfall der Intensität I _A bzw. I _B be aufschlagt. Mit A sei hierbei die äussere Seite des trans parenten Körpers 1 gemeint, die dem Betrachter (angedeutet durch das Augensymbol) zugewandt ist.

Von der von aussen auftreffenden Lichtintensität I _A wird - wenn der transparente Körper 1 als absorptionsfrei ange nommen wird - der Bruchteil R · I _A zum Betrachter zurück reflektiert.

Von der von innen (Seite B) auftreffenden Lichtintensität I _B wird entsprechend der Bruchteil R · I _B nach innen zurück reflektiert. Der komplementäre Anteil (1-R) · I _B dagegen durchläuft den transparenten Körper 1 und addiert sich zu dem Anteil R · I _A, um eine insgesamt nach aussen abgegebene Intensität I mit

I = R · I _A + (1 - R) I _B = R · (I _A - I _B) + I _B (1)

zu bilden.

Wenn nun der transparente Körper 1 einem gleichmässigen Licht einfall von allen Seiten ausgesetzt ist (I _A = I _B), verschwin det der vom Reflexionsvermögen R abhängige Anteil aus (1). Ein auf die Oberfläche des transparenten Körpers 1 aufge brachtes Interferenz-Schichtsystem, welches einen bestimmten spektralen Verlauf des Reflexionsvermögens R erzeugt, hat dann keinen Einfluss auf die Intensitätsverteilung. Infolge davon ist aber auch kein Farbeffekt für den Beobachter fest stellbar.

Auch in dem Fall, dass von der Seite A Licht mit doppelter Intensität einfällt, wie von der entgegengesetzten Seite B, entstehen nur blasse Farben. Eine für diese Intensitäts verhältnisse berechnete spektrale Intensitätsverteilung, der ein 3-schichtiges Interferenz-Schichtsystem zugrunde liegt, ist in Fig. 4B wiedergegeben (in relativen Einheiten I/I _max). Die spektrale Variation der Intensität beträgt hierbei weni ger als 40%, während sie bei vergleichbaren Interferenz schichten mit kräftigem Farbeffekt (Fig. 4A) bei maximal 80% liegt. Auf Einzelheiten dieser Spektralverteilungen wird nachfolgend noch näher eingegangen.

Die gerade beschriebene, bei einem transparenten Körper 1 in Erscheinung tretende fehlende "Farbtiefe" tritt nicht auf, wenn eine Interferenzschicht 2, wie in Fig. 2A dargestellt, auf die Oberfläche eines opaken Siliziumsubstrats 3 aufge bracht wird, wie dies aus der bereits erwähnten DE-OS 34 22 356 bekannt ist.

Bei der bekannten Anordnung gemäss Fig. 2A fällt ausschliess lich reflektiertes Licht auf den Betrachter. Bereits mit einer einzigen Interferenzschicht 2 können deshalb, in Abhängigkeit von der Schichtdicke, kräftige Interferenzfarben erzeugt wer den. Berechnet man für diese Anordnung die spektrale Intensi tätsverteilung mit den folgenden Parametern:

Einfallwinkel:0° Dicke
der Interferenzschicht 2:360 nm Brechzahl der Umgebung:1 Brechzahl
der Interferenzschicht 2:1,5 Substrat:Si, amorph; Dispersion
linear interpoliert

erhält man die Kurve aus Fig. 4A, deren grosse spektrale Va riation ein Mass für die Kräftigkeit der Farbe (Farbtiefe) ist.

Solcherart erzeugte Interferenzfarben können bei der Dekora tion wie auf die Oberfläche aufgebrachte Farbschichten her kömmlicher Art eingesetzt werden. So ist in der genannten Druckschrift auch vorgeschlagen worden, mehr farbige Flächen mit bild-, schrift- oder musterartigen Kontrasten zu erzeugen, indem die Dicke der Interferenzschicht 2 entsprechend lateral verändert wird. Auf diese Weise werden angrenzende Flächen mit unterschiedlichen kräftigen Farben ausgebildet.

Eine vollkommen andersartige Situation liegt jedoch vor, wenn die Interferenzschicht 2 auf einen transparenten Kör per 1 aufgebracht wird (Fig. 2B), der aus Glas oder einem durchsichtigen Kunststoff besteht. Ohne zusätzliche Mass nahmen entstehen nur blasse, pastellartige Farben geringer "Farbtiefe", die für eine dekorative Ausgestaltung des Ge genstandes keine grössere Bedeutung gewinnen können.

Eine ausreichende Farbtiefe kann unter diesen Voraussetzungen z.B. durch das Einschieben einer metallischen, teilreflektie renden Reflexionsschicht 4 zwischen die Oberfläche des trans- Parenten Körpers 1 und die Interferenzschicht 2 erhalten wer den. Naturgemäss führt dieses Vorgehen jedoch zu einer deutli chen Verschlechterung der Durchsichtigkeit des Gegenstandes, zu dem der transparente Körper 1 gehört.

Die Erfindung geht nun von der in Fig. 3 wiedergegebenen Konfi guration aus, bei der wenigstens 3 Interferenzschichten 2 a, 2 b und 2 c direkt auf der Oberfläche des transparenten Körpers 1 angeordnet sind, und ein Interferenz-Schichtsystem mit wech selnden Brechzahlen bilden.

Für sich genommen löst eine solche Konfiguration das Problem der fehlenden "Farbtiefe" nicht. Berechnet man nämlich für folgende Parameter:

Einfallswinkel:0° Dicke der Interferenzschichten 2 a, 2 c:170 nm Dicke der Interferenzschicht 2 b:270 nm Brechzahl der Umgebung:1 Brechzahl der Interferenzschichten 2 a, 2 c:2,4 Brechzahl der Interferenzschicht 2 b:1,5 Brechzahl des transparenten Körpers 1:1,52

I _A /(I _A + I _B) = 2/3
I _B /(I _A + I _B) = 1/3

die spektrale Intensitätsverteilung, erhält man die vergleichs weise wenig variierende Kurve der Fig. 4B, die auf eine nur ge ringe "Farbtiefe" schliessen lässt.

Im Unterschied zum Stand der Technik löst die Erfindung nicht das bei transparenten Körpern vorhandene Problem der fehlenden "Farbtiefe". Sie beschreitet einen völlig anderen Weg: Die Erfindung umgeht das "Farbtiefen"-Problem, indem sie auf Interferenzfarben als isolierte dekorative Elemente verzichtet, und den dekorativen Effekt mit kontrastierenden optisch unterschiedlich ausgelegten Oberflächenbereichen erzielt.

Obgleich in jedem Oberflächenbereich nur blasse Interferenz farben entstehen, lässt sich überraschenderweise ein ausge zeichneter dekorativer Effekt über den Kontrast realisieren, wenn ein Schichtsystem mit wenigstens 3 Interferenzschichten verwendet wird.

Dies soll anhand des Beispiels aus Fig. 5 erläutert werden. Die Figur zeigt einen Ausschnitt aus einem grösserflächigen Gegenstand mit dem bereits erwähnten transparenten Körper 1, und einem Schichtsystem aus den wenigstens drei Interferenz schichten 2 a, 2 b und 2 c.

Das Schichtsystem ist in eine Mehrzahl von Oberflächenberei chen O 1, O 2, O 3 unterteilt. Innerhalb jedes der Oberflächen bereiche O 1, O 2, O 3 haben die Interferenzschichten 2 a, 2 b, 2 c weitgehend gleichbleibende Eigenschaften (Dicke, Brechzahl). Von einem Oberflächenbereich zum nächsten ändert sich minde stens eine Eigenschaft wenigstens einer der drei Interferenz schichten 2 a, 2 b, 2 c. Ueblicherweise ändern alle drei Inter ferenzschichten ihre Dicke und/oder ihre Brechzahl.

Verdeutlicht wird dies an den in Fig. 6A-6 C dargestellten Pro filen der Brechzahl n entlang einer Ortskoordinate x, die in Fig. 5 eingezeichnet ist. Jedes Brechzahl-Profil gehört zu ei nem entsprechenden Schnitt (C-C, D-D, E-E), der in Fig. 5 durch jeweils einen der Oberflächenbereiche O 1, O 2, O 3 gelegt ist.

Man erkennt an den Brechzahl-Profilen, dass z.B. beim Ueber gang vom Oberflächenbereich O 1 zum benachbarten Oberflächen bereich O 2 die Dicken aller Interferenzschichten unverändert bleiben, jedoch die Brechzahlen variieren (Fig. 6A - Fig. 6B). Beim Uebergang vom Oberflächenbereich O 2 zum Oberflächenbe reich O 3 bleiben dagegen alle Brechzahlen konstant, während sich die Schichtdicken veränderten (Fig. 6V - Fig. 6C). Beliebi ge andere Kombinationen aus Dicke und Brechzahlvariation sind ebenso möglich.

Dass mit kontrastierenden Oberflächenbereichen tatsächlich gut sichtbare dekorative Effekte erzielt werden können, sollen die beiden Spektralkurven für die Reflektion für zwei unterschiedlich gestaltete Oberflächenbereiche aus Fig. 7 ver deutlichen. Die durchgezogene Kurve d geht dabei von den selben Parametern aus wie Fig. 4B, ohne allerdings einen zwei seitigen Lichteinfall zu berücksichtigen.

Die strichlierte Kurve e hat demgegenüber gleiche Brechzahlen, aber geänderte Dickenverhältnisse:

Dicke der Interferenzschichten 2 a, 2 c:340 nm Dicke der Interferenzschicht 2 b:540 nm

Gut getrennt im Spektrum sind die jeweiligen Maxima in der reflektierten Intensität. Entsprechend gut sind auch die zugehörigen Kontrastverhältnisse.

Als Material für den transparenten Körper 1 wird vorzugsweise Glas eingesetzt. Geeignet sind aber auch durchsichtige Kunst stoffe.

Für die Interferenzschichten 2 a, 2 b, 2 c kann mit guten Ergeb nissen Siliziumdioxid (Brechzahl n = 1,5) oder Titanoxid (Brechzahl n = 2,4) oder eine Mischung aus beiden Oxiden ver wendet werden.

Das Aufbringen der Interferenzschichten auf die Oberfläche des transparenten Körpers lässt sich mit allen bekannten für solche dünnen Schichten geeigneten Beschichtungsverfahren durchführen.

Wie weiter vorne bereits erwähnt worden ist, geht die Erfin dung grundsätzlich von einer Konfiguration mit wenigstens drei Interferenzschichten 2, 2 b und 2 c wechselnder Brechzahl n aus.

Diese wenigstens drei Interferenzschichten brauchen jedoch nicht, wie in Fig. 3 oder Fig. 5 gezeigt, eindeutige Grenzflä chen mit einer unstetigen Aenderung in der Brechzahl aufzu weisen.

Vielmehr kann, wie in den Fig. 8 und 9 dargestellt, das Schichtsystem auch nur eine einzige Interferenzschicht 2 um fassen, deren Brechzahl sich in der Richtung senkrecht zur Oberfläche zwar stetig ändert (durchgezogene Kurve in Fig. 9), die jedoch näherungsweise als eine Folge von wenigstens drei separaten Interferenzschichten 2 a, 2 b und 2 c aufgefasst werden kann (gestrichelt in Fig. 9). Ein solches Brechzahlprofil entspricht dann (in diesem Beispiel) im wesentlichen dem aus Fig. 6A.

Die stetige Aenderung der Brechzahl n braucht hierbei nicht einmal unbedingt durch eine Mischung verschiedener Substan zen erzeugt zu werden. So kann beispielsweise Siliziumoxid in Abhängigkeit vom Temperaturzustand und/oder Oxidationsgrad Brechzahlen zwischen 1,5 und 1,9 annehmen.

Insgesamt liegt mit der Erfindung ein dekorierter Gegenstand vor, der eine auf Interferenzeffekten beruhende Dekoration aufweist, ohne an Durchsichtigkeit einzubüssen.

Bezugszeichenliste 1transparenter Körper2Interferenzschicht2 a, b, cInterferenzschicht3Siliziumsubstrat4ReflexionsschichtO 1, O 2, O 3OberflächenbereichnBrechzahlTDurchlässigkeitλWellenlängeRReflexionsvermögenIIntensität

Claims

1. Dekorierter Gegenstand, welcher einen transparenten Körper (1) aufweist, auf dessen Oberfläche ein Schicht system zur Erzeugung von Interferenzeffekten vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass

a) das Schichtsystem eine Folge von wenigstens drei Inter ferenzschichten (2 a, 2 b, 2 c) wechselnder Brechzahl (n) umfasst, oder eine Schicht mit in Richtung senkrecht zur Ober fläche stetig variierender Brechzahl (n) umfasst, welche Schicht näherungsweise als Folge von wenigstens drei Interferenzschichten (2 a, 2 b, 2 c) wechselnder Brech zahl (n) aufgefasst werden kann,
b) das Schichtsystem direkt auf der Oberfläche des trans parenten Körpers (1) angeordnet ist, und
c) die beschichtete Oberfläche des transparenten Körpers (1) in eine Mehrzahl von Oberflächenbereichen (O 1, O 2, O 3) unterteilt ist, in denen die Dicke und/oder die Brech zahl (n) wenigstens einer der Interferenzschichten (2 a, 2 b, 2 c) jeweils einen anderen Wert annimmt.

2. Dekorierter Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der transparente Körper (1) aus Glas be steht.

3. Dekorierter Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Interferenzschichten (2 a, 2 b, 2 c) aus Titanoxid oder Siliziumoxid oder einer Mischung aus diesen Oxiden bestehen.