Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf Gegenstände, deren Äußeres z ^* ur Erzielung einer ästhetischen Wirkung in bestimmter Weise ausgestaltet ist.

Die Erfindung betrifft insbesondere einen dekorierten Gegenstand, welcher eine aus Unebenheiten gebildeten Oberflächenstruktur besitzt, auf die eine optisches Interferenzschichtsystem auf¬ gebracht ist.

Stand der Technik

Eine weit verbreitete Methode Gegenstände zu dekorieren, besteht darin, die Oberfläche der Gegenstände mit einer Struktur zu versehen. Wobei unter Struktur im weiteren Sinne ein irgendwie wahrnehmbares Gefüge von Elementen verstanden wird. Diese Elemente können zum Beispiel Unebenheiten der Oberfläche sein, aber auch Bereiche mit veränderter Farbe.

Eine räumliche Struktur, die aus Unebenheiten der Ober¬ fläche besteht, ist meist auch optisch wahrnehmbar. Aller¬ dings nur durch Helligkeitsunterschiede. Es sind in der Regel keine Farbveränderungen, die durch die räumliche Struktur gesteuert werden, zu beobachten.

Eine räumliche Struktur, die ein Farbspiel erzeugt ist eine sehr interessante Möglichkeit der Dekoration. Es wird zum Teil ein sehr hoher Aufwand getrieben, um eine derartige Kombination aus räumlicher und optischer Wirkung zu erzeugen, Ein Beispiel dafür ist die Herstellung von geschliffenen Gläsern. Diese Gläser nutzen den Effekt der Dispersion, und es ist tatsächlich möglich, aus der Struktur heraus Farben zu erzeugen.

Eine genaue Betrachtung zeigt aber, daß diese Technik erhebliche Nachteile hat. In Fig. 1 ist eine vergleichs¬ weise flache räumliche Struktur dargestellt. In der zu¬ gehörigen Tab. 1 sind die Winkel der Strahlaufspaltung für verschiedene Neigungswinkel der Oberfläche aufgeführt.

Die Strahlaufspaltung (--x ")-^ ^ ^{st e} ^ ⁿ ^ ^a ^ ^" ^r --■- f ^ar t>-•---•• ^cne Wirkung der Struktur. Aus der Tab. 1 kann entnommen werden, daß die Strahlaufspaltung erst bei großen Ablenkwinkeln c) merklich wird. Die Struktur nach Fig. 1 dürfte selbst im direkten Sonnenlicht und bei gezielter Beobachtung kein erkennbares Farbspiel zeigen. Von einer Dekoration muß aber verlangt werden, daß sie unter üblichen Bedingungen einigermaßen zur Wirkung kommt.

Aber auch bei räumlichen Strukturen, die steile Kanten besitzen, ist ein Farbspiel sehr häufig nicht erkennbar. Licht stammt bei üblicher Beleuchtung von mehr oder weniger ausgedehnten Flächen: Fenstern, blendfreien Lampen, Wänden. Die Winkelabweichung die verursacht wird, durch die Herkunft des Lichts aus verschiedenen Richtungen ist normalerweise wesentlich größer als die Strahlaufspaltung (Fig. 2). Das heißt, auf das Auge des Betrachters fällt Licht in allen Spektralfarben. Die Farben ergänzen sich zur ursprünglichen Lichtfarbe, alle Farbspiele verschwinden. Das ist die Ursache dafür, daß ein geschliffenes Glas mittels Spot-Beleuchtung wunderschön präsentiert werden kann, während es im täglichen Gebrauch selten Farben zeigt.

Ein ähnliches Verschwinden von Farben findet statt, wenn die Strukturen zu klein sind. Dann integriert das Auge des Betrachters zu einer resultierenden Farbe (Beispiel Rasterdruck). So daß es nur Sinn hat, Strukturelemente zu verwenden, deren laterale Ausdehnungen größer als ein Millimeter sind.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen dekorierten Gegenstand zu schaffen, der ein durch räumliche Struktur (Unebenheiten) gesteuertes Farbspiel aufweist. Das Farbspiel soll unter üblichen Beleuchtungsbedingungen zur Wirkung kommen und auch auf flachen Strukturen auftreten.

Darstellung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß a) direkt auf der Oberflächenstruktur ein optisches Interferenzschichtsystem aufgebracht ist, welches aus mindestens drei Schichten wechselnder Brechzahl besteht und b) die lateralen Ausdehnungen der Unebenheiten typisch größer als ein Millimeter sind.

Der Kern der Erfindung besteht darin, daß

1. ein Iπterferenzschichtsystem typische Winkelab¬ hängigkeit seiner optischen Eigenschaften zeigt und

2. die üblichen Herstellungsverfahren eines Inter¬ ferenzschichtsystems eine Winkel-/ Höhenabhängigkeit der Schichtdicke verursachen, wobei diese Abhängigkeiten die optischen Eigenschaften beeinflussen.

So daß allein durch die Anordnung eines Interferenzschichtsystems auf der Oberflächenstruktur ein durch die räumliche Struktur gesteuertes Farbspiel auftritt.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Ein Körper mit uneben strukturierter Oberfläche wird mit einem Schichtsystem bedampft. Die üblichen Bedampfuπgsanlagen sind so konstruiert, daß sie möglichst gleichmäßige Schichtdicken herstellen. Das heißt, das Substrat ist hinreichend weit von der Quelle entfernt. Eine Abhängigkeit der Schichtdicke von der Höhe der Unebenheit wird deshalb vernachlässigt. Allerdings besteht eine Abhängigkeit der Schichtdicke vom Winkel zwischen

der Flächennormale und der Aufdampfrichtung. Bedampfen in Richtung der gemittelten Flächennormale angenommen, ergibt sich für Strukturbereiche mit paralleler Flächen- normale eine Abhängigkeit der Reflektion nach Fig. 3. In Strukturbereichen, deren Flächennormale zur gemittelten Normale geneigt ist, muß berücksichtigt werden, daß

1. Die Schichtdicke verringert wird mit dem Faktor cos( OC ) und

2. das Licht, das auf das Auge des Betrachters fällt, aus einer Reflektion mit dem Einfallswinkel stammt.

Die zugehörige Reflektion für oC = 30° zeigt Fig. 4. Die Reflektionsmaxima sind zwischen Fig. 3 und Fig. 4 von orange (über gelb) nach grün verschoben. Bei der Empfindlichkeit des Auges für Farbunterschiede ist das ein nicht zu übersehender Effekt. Dieser Fall entspricht der Annahme, daß die einzelnen Schichtdicken in Richtung der gemittelten Flächennormale eine konstante Größe besitzen, aus der man die Schichtdicken in Richtung der jeweiligen Flächennormale durch Multiplikation mit dem Kosinus des jeweiligen Neigungswinkels berechnen kann.

Die Fall, daß die Schichtdicken der Einzelschichten in Richtung der jeweiligen Flächennormale eine konstante Größe besitzen, ist weniger bedeutsam. Denn alle Be- schichtungsverfahren, die mit einer Quelle arbeiten, sind vom Prinzip her richtungsorientiert. Aber selbst dann wenn die Schichtdicken unabhängig von der jeweiligen Neigung der Flächennormale sind, ergibt sich eine Winkel¬ abhängigkeit der optischen Eigenschaften. Diese Abhängigkeit

entsteht aus dem Umstand, daß sich der Einfallswinkel des Lichts, ändert, wenn sich die Neigung der Flächennormale ändert. Der Einfallswinkel ist aber eine physikalische Größe, die die optische Eigenschaft des Schichtsystems be¬ einflußt. Umgekehrt ist es sogar unmöglich, eine (winkel¬ abhängige) Schichtdickenfunktioπ anzugeben, für die alle Farbeffekte verschwinden. Eine solche Funktion wäre nur angebbar für eine Polarisationsrichtung des Lichts, entweder für die s-Komponente oder für die p-Komponeπte.

In dem Fall, daß die Dicke der Einzelschichten eine Funktion der Höhe der Unebenheit ist, lassen sich ausgeprägte und nahezu beliebige Farbspiele erzeugen. Denn die Schicht¬ dicken sind maßgebliche Parameter für die optischen Eigen¬ schaften eines Schichtsystems.

Bezeichnungsliste

N jeweilige Flächennormale

N gemittelte Flächennormale

OC Einfallswinkel, Neigungswinkel

ß Brechungswinkel

ß-f Brechungswinkel für Wellenlänge 486 nm

J Brechungswinkel für Wellenlänge 656 nm

-p ~ c Strahlaufspaltung

O Strahlablenkung

Q Punktlichtquelle

F helle Fläche

R Reflektion in %

n Brechzahl

Alle Winkel in ° Brechzahlen für Flint F: 486 nm n = 1,625 C: 656 nm n = 1,608

Tab. 1