BE492830A - - Google Patents

Description

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  "erfectionnements relatifs aux réflecteurs de lumière réfléchie". 



   Cette invention est relative à des réflecteurs de lumière réfléchie de la classe ayant une structure oatadiop- trique, dans lesquels une couche de très petites lentilles   spriques   transparentes (perles de verre) est partiellement noyée dans une couche de liant réfléchissant. De tels réflec- teurs ont la propriété de renvoyer un cône brillant de lu- mière vers la source d'un rayon angulaire incident de lumière ('voir figure 1). Les panneaux indicateurs et repères de 

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 circulation du type réfléchissant ont une visibilité plus grande pendant la nuit pour les occupants d'un hévicule approchant, puisque la lumière réfléchie est concentrée dans un cône étroit, qui se retourne automatiquement vers les phares et les ocoupants du véhicule. 



   La présente invention fournit un réflecteur de lumière réfléchie ayant une seule couche de très petites sphères trans - parentes, dont l'indice de réfraction est approximativement 1,9 et une couche réfléchissante en contact avec les surfaces inté- rieures des sphères, formant une combinaison catadioptrique, la- dite couche réfléchissante étant formée par un film transparent de matière formant corps mélangée à de plus petites proportions de flocons de pigment métallique réfléchissant et de pigment co- lorant transparent, le pigment en flocons étaht orienté et les proportions des pigments étant corrélatifs de manière à fournir une coloration effective et une brillance élevée de la lumière réfléchie. 



   La présente invention prooure un type nouveau et utile de dispositif de réflecteur coloré pour lumière réfléchie, qui possède une nouvelle combinaison d'éléments de structure opti- ques dans un rapport tel qu'ils offrent des propriétés de   réflexi--   à brillance élevée et à large forme angulaire, Le réflecteur émet de la lumière colorée de brillance élevée, marne   qand   le rayon de lumière incident frappe la couche de sphères sous un grand angle par rapport à la perpendiculaire (normale), telle que la voient des personnes se trouvant près de l'axe du rayon incident. 



   Cette invention est basée sur la découverte des carac- téristiques de réflexion produites par une couche de très peti- tes sphères transparentes ayant un indice de réfraction d'envi- ron 1,9, quand elles sont partiellement noyées dans une couche de liant réfléchissant, composée d'un film de matière   transpa-   rente, contenant un mélange de flocons finement divisés de pig- 

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 ment d'aluminium et de pigment colorant transparent. La réflexion est produite par les flocons d'aluminium et la coloration de la lumière est produite par les particules du pigment transpa- rent coloré agissant comme de petits filtres colorés.

   L'indice de réfraction du pigment transparent coloré est pratiquement égal à celui du liant transparent, de manière à diminuer la dif- fusion et la dispersion de la lumière sur les surfaces interfa- oiales de ceux-ci. Un indice de réfraction d'evirion 1,9 pour les lentilles sphériques est nécessaire pour assurer l'effet de coloration désiré et cette valeur produit aussi les caractéris- tiques optima de brillance élevée et de forme angulaire large. la corrélation des variables sera discutée ultérieurement de façon plus détaillée. 



   La matière du réflecteur peut être en forme de feuil- le flexible, résistant aux   intempéries.adaptée   pour être   appli-   quée sur des bases désirées (y compris des bases de feuilles de métal gaufré) pour la fabrication de panneaux indicateurs et re- pères sur les grand'routes. La structure peut aussi être réalisée en appliquant des enduits adéquats directement sur une base ri- gide. le
On peut mieux décrire et expliquer l'invention, en se rapportant aux dessins schématiques illustratifs annexés, dans lesquels : la figure 1 montre, sous forme schématique, une feuil- le 10 de réflecteur de lumière réfléchie et le cône concentré brillant de lumière réfléchie retournant vers la source d'un rayon ou faisceau incident angulaire.

   L'action est complètement différente de celle d'un miroir, qui provoque une réflexion spé- oulaire , et de celle d'une surface réfléchissante, diffusante, qui provoque l'étalement de la lumière réfléchie dans toutes les directions ; la figure 2 est une vue schématique fortement agrandie montrant une coupe de la structure d'une feuille flexible d'un réflecteur de lumière réfléchie réalisant l'invention. Pour 

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 plus de clarté, les sphères sont représentées   -plus   écartées que dans leur situation normale, serrées les unes o ontre les autres, 
Cette feuille explicative a un film de struoture non fibreuse qui se supporte de lui-même mais est temporairement at- taché à une feuille support amovible 21, sur laquelle les enduits sont appliqués et qui peut être retirée quand on le désire.

   La structure du film a un enduit de fond 22, qui est coulé sur la feuille support et qui facilite le dépouillement et procure une   surfaoe   douce dont on enduit le film formant le dos du réflecteur 23. On enduit celui-ci de la couche 24 du liant réfléchissant dans laquelle est partiellement noyée une seule couche de surface de très petites sphères transparentes 25, ayant un indice de ré- fraction d'environ 1,9 et qui ont été pressées dans l'enduit liant pendant qu'il était encore à l'état plastique (avant cuisson) de manière que les extrémités arrière touchent ou approchent de près le film sous-jacent, formant le dos du réflecteur. Cette couche après durcissement, de liant réfléchissante, /maintient les sphères fermement en place et est en contact avec les surfaces arrière de celles-ci. 



   L'enduit 23 du dos du réflecteur et l'enduit de liant réfléchissant 24 servent à fournir un nouveau type de matière ré-   fléchissante   colorée,   contigüë   aux surfaces du dos des lentilles sphériques. La combinaison constitue une structure optique oata- dioptrique chromatique qui réfracte, filtre et réfléchit de ma- nière telle qu'elle produit l'action de réflexion colorée, dé- orite antérieurement. 



   Ces enduits réfléchissants sont composés d'une matière de corps formant un film clair, transparent, et contenant un mé- lange de flocons finement divisés de pigment d'aluminium et de pigment transparent coloré. Les flocons d'aluminium de l'enduit 23 du dos du réflecteur ont tendance à se placer à plat à la sur- face, Les flocons d'aluminium de l'enduit de liant 24, par suite de l'entrée des sphères dans cette couche pendant l'opération de fabrication, ont tendance à être orientés de manière à faire face aux surfaces sphériques adjacentes, Les deux enduits fournissent 

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 ainsi de petites surfaces plates, argentées, réfléchissantes, faisant face et se trouvant dans le voisinage immédiat de la surface hémisphérique arrière de chaque lentille sphérique mais écartées de celle-ci.

   Les particules de pigment transparent coloré sont très petites par rapport aux flocons d'aluminium et certaines de ces particules sont disséminées entre chaque surface sphérique et les flocons adjacents, de manière à fil- trer les rayons lumineux à la fois avant et après leur réflexion sur les flocons. Cetta action filtrante produit une coloration des rayons lumineux transmis à travers les particules, le degré 
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 d'intensité de ooloration chroma)dépendant de la corrélation des proportions. 



   En se rapportant à la figure 2, les rayons lumineux (a) représentent des rayons pratiquement   paraxiaux,provenant   d'une source lumineuse distante approchant la face extérieure exposée d'une sphère particulière dans une direction normale au plan de la feuille du réflecteur. Grâce aux effets d'aberration sphéri- que et chromatique, ces rayons incidents ne peuvent être amenés à un véritable foyer. Mais une lentille sphérique dont l'indice de réfraction est approximativement 1,9 réfractera les rayons de manière telle qu'ilsoonvergent et frappent la surface arriérée de la sphère dans une zone de petite superficie, comme il est représenté.

   Les rayons traversent la matière transparente du ré- flecteur (y compris les particules transparentes de pigment co- loré) jusqu'à ce qu'ils soient réfléchis par les flocons d'alu-   minium ce   qui se produit tandis que les rayons sont concentrés près de la surface sphérique. Les rayons réfléchis (exceptés ceux qui sont dispersés) forment un cône divergent de rayons qui sont réfractés à la surface frontale de la sphère de manière à être concentrés en un cône étroit ayant pratiquement le même axe que les rayons incident s.

   Les rayons colorés émis par toutes les sphères forment au total un cône de rayons de divergence limitée, qui se dirige vers la source de lumière.   Les   personnes placées   @   

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 de manière que leur ligne de vue soit près de l'axe du faisceau illuminant, verront la feuille du réflecteur comme une zone brillante colorée, dont la visibilité   excède   de loin celle d'une feuille ordinaire peinte. Les petites dimensions des sphères em- pêchent de les discerner et la feuille du réflecteur apparaît comme si elle était enduite uniformément d'une brillante peinture colorée.

   En outre, la combinaison des flocons d'aluminium et du pigment transparent coloré procure un effet lumineux de couleur "vivante", qui donne une   -impression   complètement différente de celle des surfaces peintes ordinaires. 



   Les rayons paraxiaux (b) sont représentés frappant la surface extérieure d'une sphère exposée sous un angle importent   par rapport à la normale ; en résulte que les rayons convergent   près d'un point axial du coté de la surface inférieure de la sphère et sont réfléchis et colorés par la couche de liant, Les rayons réfléchis colorés retournent tiers la source de lumière placée sous un certain angle, de la manière qui vient d'être dé- crite pour les rayons incidents normaux. Ceci explique la   carac-   téristique de réflexion "réflexe". 



   Quand on la voit à la lumière du jour, la surface du réflecteur a un* aspect coloré continu ayant à peu près la même coloration, mais la couleur est plus foncée. 



   La nature de l'invention apparaîtra ultérieurement de la description de l'exemple spécifique   explicatif   suivant, au sujet duquel on donnera une discussion des résultats obtenus en changeant les proportions et autres variables. 



    EXEMPLE.   



   Cet exemple illustre la fabrication d'une feuille de réflecteur de lumière réfléchie, du type à film résistant aux intempéries, flexible et extensible de l'espèce représentée à la figure 2, adaptée pour être fabriquée sous forme de toile con- tinue et fournie en rouleaux qui puissent être facilement coupés en feuilles ou formes de configuration désirée, pour être atta- 

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   .ehées   à des surfaces de base pour la fabrication de signaux et indicateurs. Toutes les parties sont données en poids. 



   La toile support est préparée à partir d'un papier à surface dure, fortement calendré (tel que le papier Fourdri- nier à 70 livres la rame), qui est enduit au couteau avec une solution , à 40% de polymère d'isobutyl méthacrylate dans un solvant de xylol, en quantité d'environ 13 à 16 grains pour 24 pouces carrés (poids humide), suivi d'un séchage (15 minutes à   120 F   conviennent). Ce revêtement adhère au papier de manière tenace et fournit une surface douce pour couler les revêtements subséquents. 



   Le revêtement du dos de la feuille du réflecteur est alors coulé en deux temps. Le papier séché est d'abord enduit au couteau, d'une solution à 10% de polymère de polyvinyle butyral ( par exemple la qualité dite XYNC ou XYSG de "Vinylite", vendue par "Carbide & Carbon Chemicals Corp.) dans un solvant 
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 d'éther d'éthrl8ne-glaol-monoéthyle, en quantité d'environ 20 grains pour 24 pouces carrés (poids humide), suivi par un sé- chage au four ( une heure à   140 F   convient). Ceci procure une surface de dos qui facilité le dépouillement à sec du support de papier.

   Le second temps consiste à appliquer un enduit d'une solution contenant   12,5%   de polymère de polyvinyle butyral et 4,2% de phosphate de   tricrésyl   plastifiant dans le même solvant, en quantité d'environ 40 à 45 grains pour 24 pouces carrés (poid. humide) suivi nar un séchage au four (5minutes successivement à 160 , 2200 et   300 F   conviennent). 



   L'enduit du dos du réflecteur est alors coulé en utilisant un enduit humide de 12 à 14 grains par 24 pouces car- rés de la composition suivante: 
Solution de résida d'urée-formaldéhyde thermodurcissable dans un solvant volatil (50% de   solides)......     61,5   
Huile de ricin fortement soufflée (plastifiant)30,8 
Ether d'éthylène-glycol-monoéthyle (solvant).. 5,0 

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Pigment bleu de phthalocyanie 7,7 
Pigment d'aluminium (qualité 40XD). 5,0 
Cet enduit de réflecteur est séché et cuit en chauf- fant dans un four, pendant 10 minutes à   160 F,   15 minutes à 280 F et 15 minutes à   235 F   successivement. 



   La couche de liant est alors appliquée en enduisant au couteau la même composition, en utilisant un poids d'enduit humide de 12 à 17 grains pour 24 pouces carrés. Une partie du solvant est enlevée de l'enduit appliqué, en chauffant pendant 3 minutes à   225 F.   Pendant que l'enduit est encore à l'état non cuit et plastique, on applique des perles de verre transparent dont l'indice de réfraction est approximativement 1,9 et de di- mension n  11 ( diamètre moyen d'environ 5 à 7 mm.) pour former une couche unique serrée, l'excès étant enlevé, et elles sont pressées dans le liant en passant la feuille enduite entre une paire de rouleaux presseurs (l'un étant en acier et l'autre re- couvert de caoutchouc). On donne alors à la feuille perlée une cuisson finale au four de 10 minutes à 240 F et de 90 à 120 mi- nutes à 195-205 F.

   Toutes les perles en surplus adhérant à la surface peuvent être enlevées en passant la toile autour d'un rouleau et en soumettant la surface perlée à l'action d'une bros- se tournant et d'un jet d'air. Chaque perle noyée est en contact avec le liant jusque quelque peu au dessus du milieu, procurant un culot mécanique pour augmenter la fermeté de l'ancrage. 



   La feuille du réflecteur peut être détachée du papier support et ce dernier peut être réutilisé, la feuille du réflec- teur pouvant se supporter entièrement par elle-même. Des films de réflecteur typiques, fabriqués comme il vient d'être décrit, ont une résistance à la traction de 7 à 10 livres par pourc de largeur et un allongement ( à la rupture) de 20 à 30%. Quand la direction de l'illumination fait un angle de 40  avec la normale, la brillance de la réflexion réflexe atteint 85% de celle pour une incidence normale (perpendiculaire), montrant l'excellente 

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 caractéristique de forme angulaire large. La réflexion réflexe (pendant la nuit) a une apparence bleue pâle et la couleur à la lumière du jour est gris bleu foncé. 



   En se référant encore à la composition sus-mentionnée des enduits réfléchissants (dos du réflecteur et liant des per- les), un exemple d'une solution de résine d'urée-formaldéhyde se trouvant dans le commerce est donné nar la qualité dite   n0227-   8 de "Beet le", vendue par "American Cyanamid Co", qui est une solution de 50% en poids de résine d'urée-formaldéhyde thermo- durcissable dans un solvant volatil composé de 60 parties d'al- cool butylique et 40 parties de xylol. Un exemple de pigment bleu de phthalocyanine est donné par le bleu dit   "Monastral"   Toner   BT-172-D   vendu par E.I. du Pont de Nemours & Co. 



   Les pigments de phthalocyanine "toners" et laques sont insolubles et chacun sert comme pigment contrairement aux tein- tures solubles de phthalocyanine. Cette classe d'agents colorants est décrite dans un article de "Industrial and Engineering Che- mistry, juillet 1939, pages   839-847.   L'invention n'est pas limi- tée à cela. L'usage de pigments oolorés transparents dans les enores d'imprimerie est bien connu et on dispose de nombreux pig- ments adéquats y compris différents pigments du type laque.

   Le pigment coloré doit être aussi résistant que possible à la lu-   @        mière,   -cour   diminuer la décoloration de la teinte des réflecteurs','      soumis à une exposition continuelle au dehors, 
Dans la préparation des compositions d'enduits pigmen- tés, le procédé préféré est de préparer un concentré de pigment coloré, en broyant le pigment coloré avec suffisamment d'huile de ricin pour obtenir une concentration d'environ 20% en poids, séparant et dispersant de cette manière les particules de pigment Ce concentré de pigment peut alors être mélangé dans la propor- tion convenable avec les ingrédients restants, pour préparer la composition finale utilisée pour l'enduit. 



   En prenant la formule précédente d'enduits réfléchis- sants comme point de référence, on indiquera maintenant brie* 

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 vement comme suit l'effet des variations. 



   Dans la formule ci-dessus, le pourcentage du poids de pigment d'aluminium par rapport au total de résine solide plus l'huile de ricin ( qui fournit le corps du film transpa- rent des enduits séchés) est   8,13%. Le   pourcentage du poids du pigment de couleur bleue est   12,5%.   En augmentant la proportion de pigment coloré, on fonce la teinte mais on diminue la valeur de la brillance de la réflexion réflexe (mesurée par une cellu- le photoélectrique). En diminuant la proportion de pigment colo- ré, on augmente la brillance mais on affaiblit l'intensité de coloration (chroma).

   L'augmentation de la proportion de pigment d'aluminium augmente la brillance de la réflexion réflexe mais affaiblit la couleur et vice versa, Un autre effet des variations est que le degré de divergence des rayons réfléchis est quelque peu augmenté par une diminution de la proportion de -pigment co- loré ou par une augmentation de la proportion de pigment d'alumi- nium. Il est évident qu'une propre corrélation des proportions de pigments est requise nour obtenir l'équilibre le plus désira- ble des propriétés de visibilité et d'apparence de la couleur. 



  La valeur numérique optimum de la proportion de pigment coloré dépend évidemment du pigment particulier utilisé, puisque les pigments varient quant à la nuance et à l'absorption, qui dépen- dent toutes deux de la composition du pigment et de la grandeur des particules. 



   La qualité dite 40XD de pigment d'aluminium en flocons, mentionnée dans la formule, a une dimension de particules d'en- viron 0,3 mm. (c'est-à-dire que les flocons passent à travers les ouvertures d'un tamis ayant une largeur approximative de 0,0003 pouce). Ceci est beaucoup plus grand que la dimension des particules de pigment coloré, qui sont de grandeur colloïdale, mais est beaucoup plus petit que les dimensions des perles de   @   verre, L'usage de flocons d'aluminium plus grands produit une diminution de la brillance de la réflexion réflexe et la oouleur   fonce en   comparant des pourcentages de   raids   égaux. 

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   L'indice de réfraction des perles de verre est un fac- teur extrêmement   critique.   La valeur optimum est voisine de   1,90.   



  En augmentant la valeur   jusque 1,95   on diminue la brillance et on affaiblit fortement l'effet de couleur. En diminuant la valeur jusqu'à 1,85, la couleur fonce mais la brillance est considéra- blement diminuée. 



   Une variation considérable de la grandeur des perles n'affecte pas de manière appréciable les propriétés optiques dans les limites de grandeurs (diamètre moyen) d'environ 3 à 10 mm. 



  L'usage de ces petites perles procure une surface frontale exté- rieure relativement douce (adaptée pour être peinte ou imprimée pour fabriquer des signaux) et permet une feuille de réflecteur très mince et pliable. Le nombre de telles perles par pouce car- ré d'une simple couche dépasse 10.000. 



   Le moyen représenté à la figure 2 d'utiliser deux en- duits réfléchissants séparés (23 et 24) n'est pas essentiel à l'invention. L'enduit 23 du dos du réflecteur peut être supprimé, sans qu'il en résulte de posits morts derrière les sphères, pour- vu que les sphères soient noyées dans l'enduit liant 24 de maniè- re à ne pas   pénétrer   dans la surface du dos de celui-ci permet- couvertes tant ainsi aux extrémités arrière des sphères d'être/de façon appropriée   couvertes   par l'enduit, pour réfléchir les rayons in- cidents normaux. Cependant le moyen illustré est avantageux pour la production en usine car un contrôle convenable est assuré plus facilement. 



   Il est aussi possible d'employer le principe de l'in- vention   dans   d'autres types spécifiques de construction. Par exemple, si l'enduit 23 du dos du réflecteur contient le pigment d'aluminium sans que le pigment coloré soit présent,   l'apparen-   ce de la réflexion réflexe sera argentée pour des faisceaux de lumière incidente normale, mais elle aura une apparence colorée pour la lumière incidente angulaire à cause du pigment coloré se trouvant dans l'enduit de liant 24. 



   Le pigment de flocons d'aluminium est l'espèce préférée 

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 de pigment réfléchissant en flocons métalliques mais il est   en-   tendu que d'autres espèces peuvent être utilisées comme équiva- lents, en conservant les principes de l'invention. Par exemple, un pigment de flocons de bronze jaune peut être utilisé en com- binaison avec un pigment transparent jaune, pour fabriquer un réflecteur ayant une couleur jaune clair. Si on utilise un pig- ment de flocons d'aluminium avec un pigment transparent coloré jaune, une nuance verdâtre est communiquée à la lumière réflé- chie grâce à la caractéristique de réflexion argentée de l'alu- minium. 



   On comprendra que chaque classe de pigment peut être constituée par un   mélange   de deux ou plusieurs pigments   spéci-   fiquement différent s. Par exemple, un mélange de pigment de flo- cons d'aluminium et de pigment de flocons de bronze veut être utlisé comme constituant du pigment en flocons métalliques. Des mélanges de pigments transparents colorés de différentes teintes peuvent être utilisées. Le corps du film transparent des couches réfléchissantes peut être teinté au moyen d'une teinture pour modifier la coloration et on peut utiliser des sphères teintées dans le même but. De telles combinaisons permettent des varia- tions additionnelles dans les apparences de couleur du réfleo- teur réflexe. 



   REVENDICATIONS. 
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Claims (1)

1. Réflecteur de lumière réfléchie ayant une simple couche de minuscules sphères transparentes, dont l'indice de réfraction est approximativement 1,9 et une couche réfléchis- sante en contact avec les surfaces intérieures des sphères, formant une combinaison catadioptrique, ladite couche réfléchis- sante étant formée par un film transparent de matière formant corps, mélangée de plus petites proprotions de pigment de flo- cons métalliques réfléchissants et de pigment transparent colo- ré, le pigment en flocons étant orienté et les proportions des pigments étant corrélatives de manière à procurer une colora- <Desc/Clms Page number 13> tion effective et une brillanoe élevée de la lumière réfléchie réflexe.

2. Réflecteur de lumière réfléohie suivant la reven- dication 1, dans lequel le pigment transparent coloré est un pigment de phthalocyanine résistant à la lumière.

3. Réflecteur de lumière réfléchie suivant, la reven- dication 1, dans lequel les sphères sont des perles de verre ayant un diamètre moyen de l'ordre de 3 à 10 mm. et dans lequel le pigment métallique est constitué par des flocons d'aluminium ayant une dimension de l'ordre de 0,3 mm.

4. Feuille de réflecteur de lumière réfléchie com- prenant une couche plate au dos du réflecteur, un enduit super- posé liant et réfléchissant et une simple couche de perles de verre transparentes, partiellement noyées dans ce liant, de ma- nière à approcher de près le dos du réflecteur, les perles de verre ayant un indice de réfraction voisin de 1,90 et un diamè- tre moyen de l'ordre d'environ 3 à 10 mm., ladite couche du ré- flecteur et la couche de liant étant chacune composées d'un film de matière transparent, olair/ intimement mélangée à de plus petites pro- portions de pigment en flocons métalliques réfléchissants et de pigment transparent coloré,

le pigment en flocons étant orien- té et les proportions des pigments étant corrélatives de manière à procurer une coloration effective et une brillance élevée de la lumière réfléchie réflexe, à la fois pour les faisceaux de lumière incidente normale et angulaire.

5. Feuille de réflecteur de lumière réfléchie suivant la revendication 4, dans laquelle le pigment métallique est cons- titué par des flocons d'aluminium ayant une dimension de l'ordre de 0,3 mm. et dans laquelle le pigment transparent coloré est un pigment de phthalocyanine résistant à la lumière.