DE1497169C3 - Verfahren zur Herstellung eines Ladungsbildes auf einer isolierenden Oberfläche - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach Patent 14 97 164 zur Herstellung eines Ladungsbildes auf einer isolierenden Oberfläche unter Verwendung eines elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterials, in dem eine persistente innere Polarisation herstellbar ist, das aus einer leitenden Elektrodenschicht, einer fotoleitfähigen Schicht, einer auf der fotoleitfähigen Schicht angeordneten isolierenden Deckschicht und gegebenenfalls einer isolierenden Zwischenschicht zwischen der Elektrodenschicht und fotoleitfähigen Schicht besteht, durch Aufprägen elektrischer Felder und bildmäßige Belichtung der fotoleitfähigen Schicht, bei dem dem Aufzeichnungsmaterial ein erstes elektrisches Feld einer ersten Richtung und anschließend unter gleichzeitiger bildmäßiger Belichtung der fotoleitfähigen Schicht ein zweites elektrisches Feld mit entgegengesetzter Richtung aufgeprägt wird und bei dem ferner die elektrostatischen Felder mittels auf eine durchsichtige isolierende Deckschicht gelegten durchsichtigen Elektrode aufgeprägt werden und die bildmäßige Belichtung durch diese Elektrode erfolgt.

Nach dem älteren Patent wird auf der isolierenden Deckschicht nach dem folgenden Verfahren ein Ladungsbild eines beleuchteten Gegenstandes erzeugt. Zunächst wird eine durchsichtige Elektrode mit dem hochisolierenden Film in Berührung gebracht, dann wird ohne Belichtung eine Gleichspannung der einen Polarität zwischen die durchsichtige Elektrode und die Elektrodenschicht des Aufzeichnungsmaterials angelegt, während unmittelbar nach oder eine vorgewählte Zeitspanne nach Unterbrechung dieser Gleichspannung eine andere Gleichspannung entgegengesetzter Polarität angelegt wird. Während dieser Zeit wird ein Lichtbild des Gegenstandes durch die durchsichtige Elektrode auf die fotoleitfähige Schicht projiziert, und nach dessen Auslösung wird gleichzeitig damit oder eine kurze Zeit danach auch die zuletzt angelegte Gleichspannung unterbrochen. Schließlich wird die durchsichtige Elektrode von dem Aufzeichnungsmaterial gelöst, wodurch auf der hochisolierenden Oberfläche ein Ladungsbild des projizieren Lichtbildes entsteht.
Dieses Verfahren hat gegenüber vielen bekannten

ίο Verfahren zur Herstellung von Elektrografien einschließlich des Verfahrens der persistenten inneren Polarisation eine Reihe von Vorteilen. Diese bestehen insbesondere auch darin, daß durch eine spätere Belichtung das Ladungsbild nicht ausgelöscht wird, so daß das Ladungsbild unter Lichteinwirkung gespeichert und entwickelt werden kann. Die Löschung des Ladungsbildes kann ausschließlich mittels eines elektrischen Feldes herbeigeführt werden.

Weitere Untersuchungen haben jedoch ergeben, daß bei dem oben geschilderten Verfahren nach der Unterbrechung der Spannung oder des äußeren Feldes ein wesentlicher Prozentsatz der elektrischen Ladung gelöscht wird, ohne zur Intensität des Ladungsbildes beizutragen. Außerdem kann nach diesem Verfahren das Ladungsbild nicht kontinuierlich erzeugt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von scharfen Ladungsbildern anzugeben, nach dem eine Schwächung der Bilder vor der Entwicklung vermieden werden kann und nach dem eine kontinuierliche Erzeugung von Ladungsbildern möglich ist.

Die Erfindung geht zunächst von dem gleichen Aufzeichnungsmaterial und den gleichen Verfahrensschritten wie der Gegegenstand des älteren Patents aus.

Im Unterschied dazu wird jedoch nach der Erfindung die durchsichtige Elektrode von dem Aufzeichnungsmaterial entfernt, während noch eine Spannung oder ein elektrisches Feld zwischen der durchsichtigen Elektrode und der Elektrodenschicht des Aufzeichnungsmaterials angelegt ist. Dadurch wird die Auflösung des Ladungsbildes wesentlich erhöht.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 und 2 zwei Arten des elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterials, die zur Herstellung von Ladungsbildern nach der Erfindung geeignet sind,

F i g. 3 schematisch eine Anordnung der verschiedenen Elemente, die zum Herstellen von Ladungsbildern benötigt werden,

Fig.4 den Zusammenhang zwischen dem elektrischen Feld und der Belichtung,

F i g. 5 ein Ersatzschaltbild für das elektrofotografische Aufzeichnungsmaterial,

F ig. 6 Strom-Zeitkurven einer fotoleitfähigen Schicht beim Anlegen einer Spannung.

Das elektrofotografische Aufzeichnungsmaterial enthält nach F i g. 1 eine fotoleitfähige Schicht 1 aus einem Fotoleiter, eine Deckschicht 2 aus einem hochisolieren-

ßo den Material und eine Elektrodenschicht 3, die alle zu einem einheitlichen Gebilde verbunden sind. Im Falle der F i g. 2 liegt zwischen der fotoleitfähigen Schicht 1 und der Elektrodenschicht 3 noch eine hochisolierende Zwischenschicht 2a.

G₅ In beiden Fällen ist die hochisolierende Deckschicht 2 mittels eines hochisolierenden Bindemittels an die fotoleitfähige Schicht 1 gebunden, während die Elektrodenschicht 3 mittels eines geeigneten Bindemittels

angefügt ist. Die Dicke des elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterials ist derart gewählt, daß dieses Element genügend dünn und flexibel ist, um eine Abnahme der optischen Auflösung zu vermeiden und um eine feste Bindung mit einer durchsichtigen Elektrode einzugehen, wie es im folgenden erläutert wird.

Nach der F i g. 3 wird eine durchsichtige Elektrode 4 mittels einer geeigneten Vorrichtung (nicht gezeigt) gegen die obere Oberfläche der Deckschicht 2 gedruckt. Weiterhin sind eine Spannungsquelle, z. B. eine Batterie 5, und ein Umschalter 6 vorgesehen, um eine Gleichspannung der einen oder der anderen Polarität zwischen die Elektrodenschicht 3 und die durchsichtige Elektrode 4 legen zu können. Weiterhin sind verschiedene Bauelemente derart angeordnet, daß das aufzuzeichende Lichtbild durch die durchsichtige Elektrode 4 auf die fotoleitfähige Schicht 1 projiziert werden kann und daß eine geeignete Steuerung der Spannungssteuerung und der Belichtung möglich ist.

Nach dem Hauptpatent besteht das Verfahren zur Herstellung eines Ladungsbildes aus den folgenden Schritten. Zunächst wird zu einer Zeit to die durchsichtige Elektrode 4 gegen die Oberfläche der Deckschicht 2 gedrückt (Fig.4), dann wird ohne Belichtung eine Gleichspannung einer geeigneten Polarität, die mit Rücksicht auf die zwischen den Elektroden 3 und 4 für das Ladungsbild erwünschte Polarität ausgewählt ist, während der zwischen t\ und ß liegenden Zeitspanne angelegt, und dann wird zum Zeitpunkt h die Polarität des angelegten Feldes umgekehrt, während gleichzeitig das Lichtbild durch die durchsichtige Elektrode 4 und die Deckschicht 2 auf die fotoleitfähige Schicht 1 projiziert wird. Zu einem Zeitpunkt η wird dann gleichzeitig das elektrische Feld und das Lichtbild unterbrochen, und schließlich wird die durchsichtige Elektrode 4 nach einem geeigneten Zeitintervall oder zu einem Zeitpunkt to von der Deckschicht abgehoben. Dadurch wird auf der Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials ein Ladungsbild des Lichtbildes gebildet, wobei an den hellen Punkten des Lichtbildes eine elektrostatische Ladung aufgebracht wird, die die gleiche Polarität wie das Potential hat, das während des Zeitintervalls zwischen ß und /3 an der durchsichtigen Elektrode liegt. Dagegen wird an den dunklen Punkten des Lichtbildes keine Ladung ausgebildet. Das Ladungsbild zeichnet sich dadurch aus, daß es nicht geschwächt oder ausgelöscht werden kann, indem man von außen kommende Lichtstrahlen einwirken läßt, nachdem die durchsichtige Elektrode vom elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterial getrennt worden ist. Ein Auslöschen oder Schwächen des Ladungsbildes kann nur mit Hilfe einer elektrischen Spannung oder dadurch geschehen, daß man gegen die Oberfläche, auf der sich das Ladungsbild befindet, eine Substanz drückt oder in die Nähe davon bringt, die auf dem gleichen Potential wie die Elektrodenschicht 3 des elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterials liegt.

Daher ist es möglich, das Ladungsbild zu jeder beliebigen Zeit sichtbar zu machen, indem man geladenes oder ungeladenes Pulver verwendet, und das sichtbare Bild des Pulvers kann dann leicht auf irgendein anderes geeignetes Registrierpapier übertragen werden, wenn dieses erwünscht sein sollte. Das elektrofotografische Aufzeichnungsmaterial kann mehrmals zur Herstellung von Ladungsbildern beliebiger Lichtbilder verwendet werden, indem das oben beschriebene Verfahren wiederholt wird.

Es ist jedoch schwierig, dieses Verfahren zur Herstellung eines Ladungsbildes auf ein Verfahren zu übertragen, das kontinuierlich und mit hoher Geschwindigkeit arbeitet. Daher soll nach der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Ladungsbildern angegeben werden, das sich auch in Geräten, die mit hoher Geschwindigkeit arbeiten, anwenden läßt.

Die Herstellung von Ladungsbildern nach einem elektrografischen Verfahren mit Hilfe eines vollkommen isolierten elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterials beruht auf der Tatsache, daß die Verteilung des elektrostatischen Feldes oder des Potentials, das von außen her angelegt ist, durch eine relative Impedanz Zi ( F i g. 5), die durch die hochisolierende Deckschicht des elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterials gebildet wird, und einen Serienwiderstand Z2 bestimmt ist, der durch die fotoleitfähige Schicht gebildet wird. Daher ist auch die elektrostatische Ladung auf der Oberfläche des elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterials durch die Stärke des elektrischen Feldes längs der Impedanz Zi bestimmt.

Die Größe der elektrostatischen Ladung ist primär auch durch die Dielektrizitätskonstanten und die Dicken der hochisolierenden Deckschicht und der fotoleitfähigen Schicht bestimmt, wenn man die Wirkung von Luftspalten und der inneren Polarisation, die durch einen ungenügenden Kontakt der Elektroden bzw. durch eine ungleiche Verteilung der Ladungsträger entstehen, vernachlässigt.

Die Dielektrizitätskonstante ε der fotoleitfähigen Schicht ist bei fehlender Belichtung von außen her gering, so daß die wirksame Dicke dieser Schicht die mit dals ihrer Dicke groß ist. Auf der anderen Seite wächst bei Belichtung die Dielektrizitätskonstante an, und die wirksame Dicke die nimmt ab, woraus ein Anwachsen der wirksamen Spannung längs der Impedanz Zi oder der Größe der Ladung auf der Oberfläche des elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterials folgt.

Wenn der Luftspalt oder der Kontaktwiderstand an der Grenzfläche zwischen der Elektrode und der Deckschicht vernachlässigt wird, dann ist die elektrische Feldstärke längs der Deckschicht oder das Feld, das direkt die Bildung des Bildes beeinflußt, durch die folgende Gleichung gegeben:

a

dx

"2

'■2

f ·, d₂

wo fdie elektrische Feldstärke, die am elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterial liegt, di und di die Dicken der hochisolierenden Deckschicht und der fotoleitfähigen Schicht und ει und 82 die Dielektrizitätskonstanten dieser Schichten sind. Wenn z. B. d\, di und ει konstant sind und di weit größer als di ist, dann ist die Größe des elektrischen Feldes hauptsächlich durch den Wert von 82 bestimmt und steigt daher mit 82 an. Aber auch wenn di so groß ist, daß es gegen di nicht vernachlässigt

do werden kann, kann das Gerät derart dimensioniert werden, daß die Feldstärke, die die Bilderzeugung in Abhängigkeit von der durch die äußere Belichtung verursachten Änderung von ε2 beeinflußt, genügend schwankt.

Wenn insbesondere 82 so groß ist, daß die fotoleitfähige Schicht ein vollkommener Leiter ist, dann ist die Feldstärke an der hochisolierenden. Deckschicht E/di. Im allgemeinen ist jedoch die Änderung der

Dielektrizitätskonstanten der fotoleitfähigen Schicht des elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterials durch ihre eigentümlichen Eigenschaften begrenzt. Daher liegen im Hinblick auf die für das elektrografische Verfahren erforderliche Empfindlichkeit dann erwünschte Bedingungen zur Herstellung befriedigender Bilder vor, wenn zwischen der Impedanz der hochisolierenden Deckschicht und der fotoleitfähigen Schicht geeignete Beziehungen bestehen. Außerdem sollte die Dielektrizitätskonstante S2 der fotoleitfähigen Schicht beim Belichten mit einem Lichtbild an den dunklen Stellen so wenig wie möglich anwachsen, damit das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert wird. Das ist günstiger, als wenn ε2 bei einer intensiven Bestrahlung anwächst.

Aus diesem Grunde ist es nach dem Verfahren des Hauptpatents möglich, die Dielektrizitätskonstante der fotoleitfähigen Schicht durch das Anlegen eines elektrischen Feldes genügend herabzusetzen, welches gegenüber dem elektrischen Feld, welches in einem dunklen Raum zur Bildung eines Bildes vor dem Belichten mit dem Lichtbild angelegt wird, eine entgegengesetzte Polarität hat.

Im folgenden wird die Wirkung eines vor der Belichtung mit entgegengesetzter Polarität angelegten elektrischen Feldes und die Wirkung des elektrischen Feldes, das gleichzeitig mit der Belichtung bei Bildung des Ladungsbildes angelegt wird, untersucht. Zur Vereinfachung des Verständnisses wird im folgenden das Anlegen eines Gleichfeldes im dunklen Raum als erste Verfahrensstufe mit Anlegung eines ersten elektrischen Feldes bezeichnet, während das Anlegen eines Gleichfeldes der entgegengesetzten Polarität bezüglich der des ersten Feldes gleichzeitig mit der Belichtung das Anlegen des zweiten elektrischen Feldes genannt wird.

Das Anlegen des ersten Feldes hat das Auslöschen der Hysteresis, die durch die Belichtung auf dem elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterial entstanden ist, oder der Hysteresis der elektrostatischen Ladung zur Folge, so daß bei einer anschließenden Belichtung ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis erhalten wird. Obgleich eine derartige Erscheinung in allen elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterialien mit einer fotoleitfähigen Schicht zu beobachten ist, sind die Wirkungen nicht definiert, sondern sie ändern sich je nach der Art des verwendeten Fotoleiters. Besonders gut geeignete Fotoleiter haben eine Fotoleitfähigkeit, die eng mit dem Fallenniveau in Beziehung steht, z. B. CdS oder ZnSe.

Während die Wirkung des ersten Feldes eine Funktion der angelegten Feldstärke und der Dauer des angelegten Feldes ist und sich mit dem Zustand des angelegten Feldes ändert, wird im allgemeinen innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanne, z. B. in weniger als '/loo Sekunde, bei Verwendung einer dünnen CdS-Cu-Schicht mit einer Dicke von 100 Mikrometer ein konstanter Wert angenähert. Weiterhin ist die Wirkung einer ansteigenden angelegten Feldstärke nicht konstant. Daher werden mit einer CdS-Cu-Schicht mit einer Dicke von 100 Mikrometer Wirkungen mit relativ schwachen Feldern von weniger als 1000 Volt erzielt, und irgendeine schnelle Änderung in dieser Wirkung kann sogar beobachtet werden, wenn die Feldstärke unterhalb von 1000 Volt absinkt.

Obwohl das erste Feld zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses dient, wenn das Lichtbild gleichzeitig mit dem Anlegen der zweiten Spannung projiziert wird, können auch alle anderen Hilfsmittel, die eine ähnliche Wirkung wie das erste Feld haben, verwendet werden. Beispielsweise wird das Signal-Rausch-Verhältnis in gewisser Weise verbessert, wenn infrarote Strahlung mit einer Wellenlänge eingestrahlt wird, die größer als die Absorptionslänge des Fotoleiters ist. Eine Infrarotbestrahlung ist jedoch nicht so günstig, da ihre Wirkung nicht mit der des ersten Feldes vergleichbar ist und da sich sowohl hinsichtlich des

ίο Bestrahlungsintervalls als auch hinsichtlich der Intensität der Bestrahlung gewisse Schwierigkeiten ergeben.

In der fotoleitfähigen Schicht erhöht sich der Widerstand im Dunklen infolge der durch das Anlegen des ersten Feldes ausgebildeten Polarisation. Wird dann bildmäßig belichtet, erhöht sich die Dielektrizitätskonstante an den Stellen der fotoleitfähigen Schicht, die mit Licht bestrahlt werden. Folglich wird die mit der zweiten, gleichzeitig angelegten Spannung erzeugten Feldstärke im Bereich der Stellen der hochisolierenden Deckschicht, die den Lichtstrahlen ausgesetzt sind, viel höher als in den nicht der Belichtung ausgesetzten Bereichen, wodurch auf der oberen Oberfläche der Deckschicht an den belichteten Stellen eine starke elektrostatische Ladung aufgebaut wird.

Die elektrostatische Ladung an der Grenzfläche der hochisolierenden Deckschicht zur fotoleitfähigen Schicht hat die wichtige Aufgabe, die elektrostatische Ladung auf der oberen Oberfläche haltbar zu machen. Wenn, wie es in der Elektrografiertechnik üblich ist, eine fotoleitfähige Schicht aus einem Kristallpulver oder ein Element aus einer Anzahl von Schichten mit verschiedenen Substanzen verwendet wird, dann wird an dieser Grenzfläche und im Inneren der fotoleitfähigen Schicht eine Ladung erzeugt, die bezüglich einer auf der Oberfläche des Elementes entstandenen oder entstehenden Ladung eine entgegengesetzte Polarität hat. Die Anwesenheit dieser inneren elektrostatischen Ladung ist sehr wichtig, und zwar zur Haltbarmachung des in einem dunklen Raum erzeugten Ladungsbildes. Da diese Haltbarmachung des Ladungsbildes in sehr wirksamer Weise durchgeführt wird, kann es nicht durch die durchsichtige Elektrode hindurch gelöscht werden.

Die Größe der Ladung an der inneren Grenzschicht der Deckschicht hängt im wesentlichen von der Zahl der Ladungsträger, die durch die fotoleitfähige Schicht fließen, und von der Zahl der Ladungsträger ab, die aus den Kristallen der fotoleitfähigen Substanz herausfließen, wobei zu bemerken ist, daß der lichtelektrische Strom eng mit den Eigenschaften der Oberfläche des Kristalls der fotoleitfähigen Substanz in Beziehung steht.

Insbesondere werden fotoleitfähige Schichten verwendet, die beispielsweise feine fotoleitfähige Kristallkörper aufweisen, die mittels eines Bindemittels von relativ hohen Widerstand zu einer dünnen Schicht aneinander gebunden sind. Wird an die Schicht eine Gleichspannung gelegt und der durch einen äußeren Meßkreis fließende lichtelektrische Strom wird gemessen, erhält man Meßergebnisse, wie sie die F i g. 6 zeigt.

6ο Der Anstieg des lichtelektrischen Stroms zu einem Zeitpunkt ß, zu dem die Belichtung mit konstanter Intensität einsetzt, ist relativ flach über dem Abfall des lichtelektrischen Stroms zu einem Zeitpunkt fc, bei dem die Belichtung unterbrochen wird. Das scheint an dem

6s Ladewiderstand der von der Änderung in der Differenz der Austrittsarbeiten an der Grenzfläche zwischen den fotoleitfähigen Kristallen und dem Bindemittel herrührt, und an der Wirkung der dielektrischen Polarisation, die

3°

mit den Fallenniveaus in Beziehung steht, zu liegen.

Es hat sich weiterhin gezeigt, daß bei einer Widerstandsmessung durch Wechselstrom zur Messung der Dichte der Leitungselektronen in den Kristallen der fotoleitfähigen Substanz die Charakteristik des lichtelektrischen Stroms beim Einsetzen der Strahlung steil verläuft, wohingegen der Abfall langsam vor sich geht. Das steht im Gegensatz zu den Messungen mit Gleichstrom und beweist die Richtigkeit der obigen Annahme.

Daher verläuft die Herstellung eines Bildes durch Belichtung in Anwesenheit einer Gleichspannung besonders vorteilhaft, wenn alle Elektronen im Leitungsband zur Bildung des Bildes beitragen. Das liegt an dem schnellen Abfall des Widerstandes an der Grenzfläche gleichzeitig mit der Belichtung, obwohl der Anstieg des lichtelektrischen Stroms langsam verläuft, wenn man mit dem Fall vergleicht, in dem die elektrostatische Ladung in der fotoleitfähigen Schicht oder an der inneren Grenzschicht der hochisolierenden Deckschicht schnell aufgebaut wird, um in der gleichen Weise wie beim schnellen Einsetzen des lichtelektrischen Stroms zur Bildung des Ladungsbildes beizutragen. Es ist jedoch schwierig, befriedigende Ergebnisse zu erzielen, wenn versucht wird, unmittelbar nach der Unterbrechung der Belichtung durch Anlegen eines elektrischen Feldes ein Ladungsbild zu erzeugen und dabei die Tatsache unberücksichtigt zu lassen, daß zahlreiche Elektronen noch im Leitungsband verbleiben.

Es wurde darauf geachtet, daß die elektrostatische Ladung unter einem elektrischen Feld genügend groß ist, um ein von außen her angelegtes Feld auszugleichen, je nachdem, ob die elektrostatische Ladung auf der Oberfläche oder im Inneren des elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterials gebildet ist, so daß nach der Unterbrechung des äußeren Feldes ein Teil der Ladung gelöscht wird.

Nach dem Verfahren des Hauptpatents ist es möglich, auch nach der Unterbrechung des äußeren Feldes ein genügend stabiles Ladungsbild auf der Oberfläche des elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterials aufrechtzuerhalten, wobei die durchsichtige Elektrode mit dem elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterial in Berührung gehalten wird, da zur Bildung des Ladungsbildes eine genügend große elektrostatische Ladung verbleibt, wodurch ein Gleichgewicht zwischen dem Inneren und dem Äußeren des elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterials geschaffen wird. Durch weitere Untersuchungen hat sich jedoch ergeben, daß ein wesentlicher Prozentsatz der elektrostatischen Ladung nach der Unterbrechung des äußeren Feldes gelöscht wird, ohne daß er zur Intensität des Ladungsbildes beiträgt.

Im Hinblick auf verschiedene bisher beschriebene Eigenschaften beschäftigt sich die Erfindung mit der Verbesserung der Haltbarmachung des Bildes mittels der elektrostatischen Ladung an der inneren Grenzschicht der Deckschicht, indem die durchsichtige Elektrode von dem elektrofotografischen Aufzeich- $o nungsmaterial getrennt wird, während das zweite elektrische Feld nach der Unterbrechung der bildmäßigen Belichtung noch angelegt bleibt.

Zum besseren Verständnis der Erfindung möge das folgende Beispiel dienen.

Beispiel

Feine CdS-Teilchen mit einer durchschnittlichen Korngröße von 10 Mikrometer, die mit Kupfer aktiviert sind, werden mittels eines aus Cellulosenitrat bestehenden Bindemittels gebunden und in eine dünne Schicht von 80 Mikrometer Dicke geformt. Wie es in der F i g. 1 gezeigt ist, wird auf die eine Oberfläche der aus diesen Materialien bestehenden fotoleitfähigen Schicht 1 eine hochisolierende Deckschicht 2 aus einem durchsichtigen Polyesterharz von 12,5 Mikrometer Dicke aufgebracht bzw. zum Beispiel mittels eines aus Polyesterharz bestehenden Bindemittels anzementiert. Eine dünne Schicht aus leitendem Material, z. B. eine Aluminiumfolie, wird mittels eines geeigneten Bindemittels auf die andere Oberfläche der Schicht 1 zementiert. Sie bildet eine Elektrode 3. Das elektrofotografische Aufzeichnungsmaterial ist damit vollständig.

Wie es die Fig.3 zeigt, wird eine Elektrode 4 aus gegenüber Licht durchsichtigem leitendem Glas auf die Deckschicht 2 gelegt und mittels einer geeigneten Vorrichtung (nicht gezeigt) dagegen gedrückt. Danach wird 0,1 Sekunden lang eine Gleichspannung von 1500VoIt angelegt, wobei die durchsichtige Elektrode mit dem positiven Pol und die Elektrode 3 des elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterials mit dem negativen Pol verbunden ist und nicht belichtet wird. Die Polarität dieses angelegten Feldes wird dann gleichzeitig mit dem Aufbelichten des Lichtbildes, dessen Beleuchtungsstärke an den hellen Stellen 20 Lux beträgt, umgekehrt. Nach einer Zeitspanne von 0,1 Sekunden wird die Belichtung unterbrochen und die durchsichtige Elektrode 4 wird von dem Aufzeichnungsmaterial gelöst, während die Gleichspannung fortgesetzt angelegt bleibt.

Nach einer völligen Trennung und nach der Entwicklung des Ladungsbildes bei Tageslicht mittels geladener Teilchen, die gewöhnlich beim Entwickeln von Elektrografien gebracht werden, ergibt sich ein intensives sichtbares Bild.

Die Größe der elektrostatischen Ladung des Ladungsbildes an den der Belichtung ausgesetzten Stellen entspricht einem Potential von —1400 Volt, während an den nicht belichteten Stellen eine einem Potential von — 100 Volt entsprechende Ladung entsteht. Weiterhin ist die elektrostatische Ladung des Ladungsbildes viel höher, als wenn die durchsichtige Elektrode nach der Unterbrechung des Feldes abgehoben wird. Die beiden Intensitäten entsprechen sich, wenn im letzteren Fall eine Spannung von 2000 Volt angelegt wird. Das bedeutet eine Verbesserung von mehr als 40%. Weiterhin zeichnen sich die nach der Erfindung hergestellten Ladungsbilder durch höheren Kontrast und durch größere Auflösung aus. Außerdem ist es bei dem Verfahren, bei dem die durchsichtige Elektrode nach dem Unterbrechen der Spannung abgehoben wird, notwendig, daß die beiden Elektroden isoliert gehalten werden, wohingegen nach dem Verfahren nach der Erfindung dieses Problem leicht gelöst werden kann.

Die gleichen zufriedenstellenden Ergebnisse erhält man, wenn man die gleichen Verfahrensschritte ausführt, aber ein Vierschichtenaufzeichnungsrnaterial nach der Fig.2 verwendet, das eine Zwischenschicht 2a aus einer hochisolierenden Substanz enthält, z. B. eine Schicht aus Polyesterharz mit einer. Dicke von 12,5 Mikrometer, die zwischen der fotoleitfähigen Schicht 1 und der Metallelektrode 3 eingefügt ist.

Da die Erfindung eine Verbesserung des Verfahrens nach dem Hauptpatent betrifft, ist es auch von Vorteil, das gleiche elektrofotografische Aufzeichnungsmaterial wie dort zu verwenden. Insbesondere besteht die fotoleitfähige Schicht 1 aus feinen Teilchen einer

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fotoleitfähigen Substanz, die mittels eines aus einem durchsichtigen hochmolekularen Stoff bestehenden Bindemittels, das einen spezifischen Widerstand von mehr als 10^l0Ohm · cm hat, gebunden sind, und ist in eine dünne Schicht mit einer Dicke von weniger als 200 Mikrometer geformt. Auf der einen Oberfläche der fotoleitfähigen Schicht 1 ist gleichförmig eine hochisolierende Deckschicht aus einer durchsichtigen Substanz mit einem spezifischen Widerstand von mehr als 10ⁿ Ohm · cm, einem Oberflächenwiderstand von mehr als 10¹²Ohmcm, einer Dicke von weniger als 50 Mikrometer und einem Widerstand von Oberfläche zu Oberfläche von mehr als 10⁹ Ohm pro Einheitsfläche mittels eines Bindemittels mit einem spezifischen Widerstand von mehr als 10" Ohm · cm aufgeklebt. Auf die der Deckschicht entgegengesetzte Oberfläche der fotoleitfähigen Schicht 1 ist gleichförmig eine Elektrode 3 aufgeklebt oder befestigt.

Andererseits kann nach der Fig.2 das elektrofotografische Aufzeichnungsmaterial eine Zwischenschicht 2a enthalten, die die gleichen physikalischen und elektrischen Eigenschaften wie die Deckschicht 2 hat, damit das an der fotoleitfähigen Schicht 1 anliegende elektrische Feld um mehr als die Hälfte an denjenigen Stellen abnimmt, die belichtet werden, wenn eine Gleichspannung an das elektrofotografische Aufzeichnungsmaterial angelegt wird.

Schließlich wurden auch umfangreiche Untersuchungen bezüglich des Luftspaltes durchgeführt, der zwischen dem elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterial und der darauf gedrückten durchsichtigen Elektrode gebildet wird. Dabei haben sich die folgenden Möglichkeiten ergeben.

Wie oben schon erwähnt wurde, beruht das Verfahren zur Herstellung von Elektrografien nach der Erfindung auf der Änderung der Feldstärke, die sich durch die folgende Gleichung berechnen läßt:

Wenn der Luftspalt zwischen der durchsichtigen Elektrode und dem elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterial groß ist, dann ergibt sich eine Zwischenschicht, deren Dielektrizitätskonstante etwa gleich 1 ist, wohingegen alle anderen Teile, die das Aufzeichnungsmaterial mitbilden, eine wesentlich größere Dielektrizitätskonstante haben, so daß das zwischen den beiden Elektroden des Aufzeichnungsmaterials angelegte Feld durch den Luftspalt verbraucht wird. Daher ist die Wirkung auf den Ladungszustand auf der Oberfläche des elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterials, die durch die teilweise Änderung im Innern der fotoleitfähigen Schicht auf Grund der Belichtung verursacht wird, nicht groß genug, um eine große Änderung dieses Zustandes herbeizuführen.

Messungen an Hand des Beispiels zeigen das Potential der elektrostatischen Ladung an den hellen Stellen des Lichtbildes, die etwa -300VoIt beträgt, wenn der Luftspalt eine Dicke von 50 Mikrometer hat und wenn die angelegte Gleichspannung von 1500 Volt auf 2000 Volt erhöht ist, d. h., die für die Bildung eines Bildes wesentlichen Eigenschaften sind stark verschlechtert. Die Ladungen auf den dunklen Stellen des Lichtbildes ergeben ein Potential von -50VoIt. Bei

ίο einem weiteren Anwachsen des Luftspaltes bis auf 200 Mikrometer ergibt sich ein skalaartiges Ladungsmuster, das ganz unabhängig vom Lichtbild und damit für die Elektrografie ungeeignet ist.

Die oben beschriebene Erscheinung ist auch schon bekannt, und es ist z. B. in der USA.-Patentschrift 28 25 814 ein Luftspalt zwischen angrenzenden Elektroden aufgeführt. Es ist daher bei den elektrografischen Verfahren, bei denen eine von außen aufgeprägte elektrische Feldverteilung in Abhängigkeit von der Änderung in einer fotoleitfähigen Schicht verändert wird, streng darauf geachtet worden, daß keine großen Luftspalte gebildet werden.

Wenn jedoch Ladungsbilder mit hoher Geschwindigkeit kontinuierlich hergestellt werden sollen, indem ein kontinuierliches optisches Abtastverfahren verwendet wird, dann ist es sehr erwünscht, das elektrische Feld mittels einer Elektrode anzulegen, die gut abhebbar ist, damit mechanische Störungen des Gerätes und eine mechanische Beeinträchtigung der Oberfläche des Elementes vermieden und der Mechanismus vereinfacht wird.

Obwohl im vorstehenden eine kurze theoretische Analyse gegeben wurde, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, ist die Erfindung nicht auf diese Analyse beschränkt.

Zusammenfassend wird bemerkt, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein vollkommen isoliertes fotoleitfähiges Aufzeichnungsmaterial mit einer hochisolierenden Deckschicht auf seiner Oberfläche vorgesehen ist, welcher zur Aufrechterhaltung eines Ladungsbildes verwendet wird. Auf dieser hochisolierenden Deckschicht wird ein Ladungsbild gebildet, indem an das elektrofotografische Aufzeichnungsmaterial im Dunklen ein Feld angelegt wird, das die eine entgegengesetzte Richtung gegenüber einem Feld hat, welches gleichzeitig mit der bildmäßigen Belichtung angelegt wird. Die Richtung dieses Feldes wird gleichzeitig mit dem Projizieren des Lichtbildes auf die fotoleitfähige Schicht des Aufzeichnungsmaterials umgekehrt. Während dieses Feld dann noch angelegt bleibt, wird die Projektion des Lichtbildes unterbrochen und die Elektrode, die gegen die hochisolierende Deckschicht auf der Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials gedrückt war, entfernt. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß eine höhere Auflösung mit einem Feld geringerer Feldstärke erzielbar wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Ladungsbildes auf einer isolierenden Oberfläche unter Verwendung eines elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterials, in dem eine persistente innere Polarisation herstellbar ist, das aus einer leitenden Elektrodenschicht, einer fotoleitfähigen Schicht, einer auf der fotoleitfähigen Schicht angeordneten isolierenden Deckschicht und gegebenenfalls einer isolierenden Zwischenschicht zwischen der Elektrodenschicht und fotoleitfähigen Schicht besteht, durch Aufprägen elektrischer Felder und bildmäßige Belichtung der fotoleitfähigen Schicht, bei dem dem Aufzeichnungsmaterial ein erstes elektrisches Feld einer ersten Richtung und anschließend unter gleichzeitiger bildmäßiger Belichtung der fotoleitfähigen Schicht ein zweites elektrisches Feld mit entgegengesetzter Richtung aufgeprägt wird, nach Patent 14 97 164, bei dem die elektrostatischen Felder mittels einer auf eine durchsichtige isolierende Deckschicht gelegten durchsichtigen Elektrode aufgeprägt werden und die bildmäßige Belichtung durch diese Elektrode erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß nach der bildmäßigen Belichtung die durchsichtige Elektrode abgehoben wird, solange das umgepolte elektrostatische Feld noch aufrechterhalten ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ladungsbild vor der Entwicklung totalbelichtet wird.