DE2156045C3 - In ihrer Lichtdurchlässigkeit veränderbare Vorrichtung mit einer phototropen Schicht - Google Patents
In ihrer Lichtdurchlässigkeit veränderbare Vorrichtung mit einer phototropen SchichtInfo
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sich die Extinktion proportional' zur Intensität des Die Struktur dieser Schichten besteht dann z. B. im
Anregungslichtes in gleicher Weise, wie es von der wesentlichen aus einem Me++-Halogen-Gitter, in das
nicht mit Elektroden unterlegten und überdeckten ein lichtempfindliches Me+ auf Grund eines ähnlichtempfindlichen
Schich; zu erwarten war. Legt liehen lonenradius unter Beibehaltung der Me2+-
man jetzt an die beiden Elektroden die zwei Pole 5 Halogen-Gitter-Dimensionen eingebaut ist und/oder
einer Gleichstromquelle und sorgt gleichzeitig durch bei großem Überschuß zusätzliche Me+-Halogen-Thermostatisierung
dafür, daß sich db Temperatur Gitterteile bildet. Allgemein ausgedrückt, handelt es
in der lichtempfindlichen Schicht nicht durch das an- sich um eine Schicht aus Me"+-Anion-Gitterteilen, in
liegende Feld und den daraus resultierenden die ein lichtempfindliches Me(n~1)+-Ion eingebaut ist,
schwachen Stromfluß verändert, so beobachtet man io oder die bei großem Überschuß Me("~^+-Anion-Gitbeim
Einschalten des Gleichstromfeldes eine kurz- terteile enthält.
zeitig anhaltende Verstärkung der Extinktion, die Diese lichtempfindliche Schicht kann dann kombi-
nach kurzer Zeit abklingt. Bei dickeren lichtempfind- niert werden mit einer Schicht, die das Me"+-Anion-
lichen Schichten dauert der Abklingprozeß längere, Gitter ohne die isomorph eingebauten Me"1"15+-
bei dünneren kürzere Zeit. Bei einer 10 μτη dicken 15 Ionen enthält.
Schicht aus dem System Ag — Pb — Cl mit der Zu- So wurde z. B. gefunden, daß eine deutliche Versammensetzung
60 Molprozenf AgCI und 40 Mol- Stärkung oder Schwächung des phototropen Effekts
prozent PbQ2 ergab sich eine Abklingzeit dieses mittels eines umschaltbaren Gleichstromfeldes beson-Effekts
von etwa 1 Sekunde. ders gut dadurch zu erzielen ist, daß auf einen be-
Die bei der Erfindung verwendeten anorganischen ao liebigen, lichtdurchlässigen Träger eine lichtdurch-Materialien,
die in dünner Schicht Phototropie lässige, leitfähige Schicht aus Zinnoxid aufgebracht
zeigen, bestehen aus mindestens einer nichtlicht- wird, auf welche eine lichtempfindliche Schicht des
empfindlichen Me"+-Kationenart, mindestens einer Systems Ag — Pb — Cl mit der Zusammensetzung
Anionenart und mindestens einer lichtempfindlichen 60 Molprozent AgCl und 40 Molprozent PbCl2 auf-Me("~1)+-Kationenart,
wobei η den Wert 1, 2 oder 3 25 gedampft wird. Auf diese lichtempfindliche Schicht
haben kann. Die nichtlichtempfindlichen Me"+-Kat- wird dann eine PbCl2-Schichi aufgedampft. Beide
ionen können insbesondere solche der Elemente Pb, Schichten besitzen eine Schichtdicke von etwa 7 μΐη.
Zn, Sn, Tl der Alkalimetalle und/oder dir Erdalkali- Schließlich werden die Schichten so von einer durchmetalle
sein; die lichtempfindlichen Me^1-D+-KaUo- sichtigen, leitfähigen Zinnoxidschicht überdeckt, daß
nen können insbesondere solche der Elemente Ag, 30 kein elektrischer Kontakt zwischen der unteren und
Pb, Cd, Hg, Zn, In, Ti, Ga, Sn, Sb, Ba, Bi, Au, Te der oberen Zinnoxidschicht besteht. Bringt man
und/oder As sein. Bevorzugte Anionen sind die von dieses Schichtensystem in den Strahlengang einer AnChlor,
Brom und Fluor. regungslichtquelle des ultravioletten bzw. kurzwellig
Außerdem kann dieses Material zur Stabilisierung sichtbaren Wellenlängenbereiches, so erhöht sich die
weitere nichtlichtempfindliche Metallionen, z. B. 35 Extinktion der lichtempfindlichen Schicht proportio-
solche der Elemente Si, B, P, Ge, Zr, Al, der Erd- nal zur Intensität des Anregungslichtes. Durch Ther-
alkalien und/oder der Seltenen Erden, sowie Sauer- mostatisierung der Schicht wird auch hier der ther-
stoff enthalten. mische Effekt eines später anzulegenden, elektrischen
Bei weiteren auf dieser Beobachtung basierenden Feldes vermieden. Legt man an das belichtete
Untersuchungen wurde gefunden, daß eine Kombi- 40 Schichtpaket das Gleichfeld so an, daß die positive
nation aus einer lichtempfindlichen Schicht und einer Elektrode an der Bleichloridschicht, die negative
Schicht, die dieser lichtempfindlichen Schicht in der Elektrode an der lichtempfindlichen Schicht anliegt,
Zusammensetzung chemisch ähnlich ist, jedoch kein so beobachtet man eine deutliche Verstärkung des
lichtempfindliches Metall, wie z. B. Ag+ besitzt, er- phototropen Effekts, die so lange anhält, wie das
heblich bessere Ergebnisse im Hinblick auf Verstär- 45 Feld anliegt. Die Verstärkung der Extinktion ist an-
kung oder Schwächung des phototropen Effektes nähernd proportional der angelegten Feldstärke,
liefert, wenn dieses Schichtpaar zwischen zwei licht- Es wurde weiterhin gefunden, daß beim Umpolen
durchlässigen Elektroden angebracht ist. des elektrischen Feldes derart, daß die positive Elek-
Es konnte festgestellt werden, daß in den meisten trode an der lichtempfindlichen Schicht und die nega-
Fällen die lichtempfindliche Schicht aus Gastgitter- 50 tive Elektrode an der Bleichloridschicht anliegt, die
teilen besteht, in welche das lichtempfindliche Metall Phototropie (im Vergleich zur analog belichteten
eingebaut ist, oder dieses Metall bei starkem Über- Probe ohne anliegendes Feld) deutlich geschwächt
schuß zusätzlich eigene Gitterteile mit dem Anion wird.
aufbaut. So bezieht z. B. die obenerwähnte licht- Es wird angenommen, daß die Verstärkung bzw.
empfindliche Schicht des Systems Ag — Pb — Cl in 55 Schwächung des phototropen Effekts auf eine Verder
eutektischen Zusammensetzung von 40 Molpro- minderung bzw. Erhöhung von Gitterleerstellen und
zent PbCl2 und 60 Molprozent AgCl röntgengra- damit geänderte Diffusionsbedingungen der Men+-
phisch aus einem verzerrten Bleichloridgitter mit Me^-'^-Anion-Systeme zurückzuführen ist.
einigen wenigen Silberchloridgitterteilen. Der gerinne Es wurde weiter gefunden, daß die Verstärkung Anteil an Silberchloridgitterteilen erklärt sich durch 60 der Phototropie durch Anlegen eines Feldes an die die Einbaumöglichkeit des Ag in das Bleichlorid- beschriebene Schichtkombination aus z. B. Bleigitter. (Der lonenradius des Ag+ ist um 12% ge- chloridschicht und lichtempfindlicher Scnicht daringer als der des Pb2+.) Bei der Untersuchung durch noch erhöht werden kann, daß in d;e Bleisolcher Schichten ergab sich, daß vorwiegend solche chloridschicht Donatoren isomorph eingebaut wer-Materialien phototrope dünne Schichten ergeben, bei 65 den. Diese Donatoren sind aus der Halbleitertechnik denen ein um eine Valenz höherwertiges Metall mit allgemein bekannt. Es handelt sich um Fremdatome einem lichtempfindlichen, um eine Valenz niedriger- im Gitter, die leichter ionisiert werden können als die wertigen Metall und einem Halogen kombiniert ist. übrigen Gitteratome und dabei ein Elektron abgeben,
einigen wenigen Silberchloridgitterteilen. Der gerinne Es wurde weiter gefunden, daß die Verstärkung Anteil an Silberchloridgitterteilen erklärt sich durch 60 der Phototropie durch Anlegen eines Feldes an die die Einbaumöglichkeit des Ag in das Bleichlorid- beschriebene Schichtkombination aus z. B. Bleigitter. (Der lonenradius des Ag+ ist um 12% ge- chloridschicht und lichtempfindlicher Scnicht daringer als der des Pb2+.) Bei der Untersuchung durch noch erhöht werden kann, daß in d;e Bleisolcher Schichten ergab sich, daß vorwiegend solche chloridschicht Donatoren isomorph eingebaut wer-Materialien phototrope dünne Schichten ergeben, bei 65 den. Diese Donatoren sind aus der Halbleitertechnik denen ein um eine Valenz höherwertiges Metall mit allgemein bekannt. Es handelt sich um Fremdatome einem lichtempfindlichen, um eine Valenz niedriger- im Gitter, die leichter ionisiert werden können als die wertigen Metall und einem Halogen kombiniert ist. übrigen Gitteratome und dabei ein Elektron abgeben,
Bei hohem Gehalt an der nichtlichtempfindlichen Metall-Komponente kann auf die an die lichtempfindliche
Schicht angrenzende, nichtlichtempfindliche Schicht verzichtet werden.
Wie bereits erwähnt, ist die lichtempfindliche Schicht im wesentlichen aufgebaut aus einem lichtempfindlichen
Metall, einem weiteren Metall und einem Anion. So sind beispielsweise im Dreistoffsystem
Ag — Mg — Cl die eutektische Zusammensetzung aus 90 Molprozent AgCl und 10 Molprozent
MgCl2, im Dreistoffsystem Ag — K — Cl die eutektische
Zusammensetzung aus 27 Molprozent KCl und 73 Molprozent AgCl, und im Dreistoffsystem Ag —
Pb — Br die eutektische Zusammensetzung aus 54 Molprozent AgBr und 46 Molprozent PbBr2 besonders
geeignet.
Im Dreistoffsystem Ag — Pb — F ist z. B. die Zusammensetzung
aus 60 Molprozent PbF2 und 40 Mol-Prozent AgF und im Dreistoffsystem Cd — Zn — Br
die eutektische Zusammensetzung aus 74 Molprozent ZnBr2 und 26 Molprozent CdBr2 geeignet. In diesem
System ist das Cd das lichtempfindliche Metall. Im System Mg — Pb — Cl2 ist die eutektische Zusammensetzung
aus 90 Gewichtsprozent PbCl2 und 10 Gewichtsprozent MgCl2 für eine lichtempfindliche
Schicht geeignet. In diesem System ist Pb das lichtempfindliche Metall.
Ausführungsbeispiel (Figur)
Auf ein auf 650° C erhitztes, handelsübliches Fensterglas (1) mit den Abmessungen 40 X 60 X 2 mm
wird nach partieller Abdeckung Zinntetrachlorid aufgesprüht, welches sich dabei zersetzt und beim Abkühlen
in eine leitfähige Zinnoxidschicht (2) umwandelt. Das kalte Substrat, teilweise mit einer leitfähigen
Schicht bedeckt, wird in eine handelsübliche Aufdampfapparatur gebracht, in der mit 60 kV aus
einem erhitzten Schiffchen, welches das Ausgangsmaterial für die lichtempfindliche Schicht enthält,
dieses Material auf das teilweise abgedeckte Substrat aufgedampft wird. Das Material für die lichtempfindliche
Schicht wurde hergestellt durch Schmelzen von 60 Molprozent AgCl und 40 Molprozent PbCI2.
In einem weiteren Bedampfungsschritt bei gleichen Bedingungen wird auf diese lichtempfindliche Schicht
(3) eine Bleichloridschicht (4) aufgedampft. Zum Schluß wird eine leitfähige Schicht aus Zinnoxid (5)
so über die Bleichloridschicht (4) gedeckt, daß sie keinen Kontakt mit der leitfähigen Zinnoxidschicht
ίο (2) bekommt. Wird das Substrat mit den vier aufgebrachten
Schichten senkrecht zum Hauptstrahl in den Bereich einer Xenonlampe von 150 W gebracht
(Entfernung 25 cm, Temperatur 20° C), so verfärbt
sich die lichtempfindliche Schicht von ursprünglich farblos milchigweiß nach mittelgrau. Legt man an
die beiden sich nicht berührenden Zinnoxidschichten nun ein Gleichspannungsfeld von 400 V so an, daß
der positive Pol an der leitfähigen Schicht (2), der negative Pol an der leitfähigen Schicht (S) liegt, und
ao schaltet man das Feld ein, so verringert sich der
Grauton innerhalb von 2 Sek. deutlich. Legt man den negativen Pol an die leitfähige Schicht (2) und
den positiven Pol an die leitfähige Schicht (5), immer noch während der Betrahlung mit Xenonlicht, dann
verstärkt sich die Färbung des mittelgrauen Tons der lichtempfindliche Schicht (3) zu einer dunkelgrauen
bis blauschwarzen Farbe. Nach Abschalten des Feldes stellt sich innerhalb kürzester Zeit (etwa 1 Sek.)
die ursprünglich bei der Belichtung erhaltene mittelgraue
Tönung wieder ein.
Verwendet man als leitfähige Schicht an Stelle von Zinnoxid Indiumoxid, so ist der gleiche Effekt zu
beobachten. Verändert man die Substratqualität durch Verwendung anderer Glassorten oder von
Kunststoffen, so ändert sich nichts an der Verstärkung oder Schwächung des phototropen Effekts mittels
des umschaltbaren Gleichstromfeldes. Jedoch muß die Erzeugung der leitfähigen Schicht (2) bei
Kunststoffen durch andere, beispielsweise Bedampfungsverfahren, erfolgen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. In ihrer Lichtdurchlässigkeit in Abhängig- In dieser Literatur zur Phototropie anorganischer
keit von der eingestrahlten Lichtintensität ver- 5 Materialien wird auf den Einfluß der Temperatur für
änderbare Vorrichtung mit einer zwischen zwei die Phototropie hingewiesen. So ist es möglich, durch
elektrisch leitenden, lichtdurchlässigen Schichten Erwärmen oder Abkühlen die Phototropie in ihrer
angeordneten dünnen phototropen Schicht, in der Kinetik und in den erreichbaren Transmissionsunterder
Spielraum zwischen geringstmöglicher und schieden in weiteren Grenzen zu variieren. Dieses Vergrößtmöglicher
Lichtabsorption über elektrische io fahren hat jedoch wegen der Überlagerung von Tem-Signale
einstellbar ist, dadurch gekenn- peratureffekten beim Gebrauch solcher phototropen
ζ ei c h η e t, daß die phototrope Schicht aus rein Materialien große Nachteile. So addieren oder subanorganischem,
phototropem Material mit min- trahieren sich die schwankenden Umwelttersperadestens
einer nichtlichtempfindlichsn Me"+- türen zu den bewußt herbeigeführten Temperatur-Kationenart,
mindestens einer Anionenart und 15 bedingungen. Reproduzierbar einstellbare Photomindestens
einer lichtempfindlichen Me(""I)+- tropie ist wegen dieser Überlagerung von Tempera-Kationenart
besteht, wobei η den Wert 1,2 oder 3 turfeldern nicht möglich, so daß dieser Effekt für die
haben kann, und daß an die phototrope Schicht Erreichung des Erfindungszieles nicht brauchbar erüber
die elektrisch leitenden Schichten ein um- scheint. Dies gilt z. B. auch für die US-PS 32 66 370.
schaltbares elektrisches Gleichfeld, das die photo- 20 Phototrope Materialien, die, in dünner Schicht auf
trope Schicht thermisch nicht beeinflußt, anleg- einen lichtdurchlässigen Träger aufgebracht, photobar
ist. trope Eigenschaften besitzen, sind bekannt durch die
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- DT-OS 15 96 819 bzw. die GB-PS 11 11 740 und die
kennzeichnet, daß die phototrope Schicht eine DT-AS 15 96 764 (US-PS 34 19 370).
Doppelschicht aus einem lichtempfindlichen Ma- 25 Alle diese bekannten Verfahren haben den Nachterial
gemäß Anspruch 1 und einer dieser in der teil, daß sie den phototropen Effekt nur in Abhängig-Zusammensetzung
ähnlichen, jedoch nichtlicht- keit von der Lichteinstrahlung zeigen, die Extinkempfindlichen
Schicht ist. tionsänderung also proportional der Intensität des
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- Anregungslichtes ist und nicht willkürlich und undurch
gekennzeichnet, daß die nichtlicht- 30 abhängig von der Anregungsintensität verändert
empfindlichen Men+-Kationen der phototropen werden kann. Vor allem ist es bei den genannten
Schicht solche der Elemente Pb, Zn, Sn, Tl, der Materialien nicht möglich, durch einfache Mittel die
Alkalimetalle und/oder der Erdalkalimetalle sind. Extinktion eines dem Anregungslicht ausgesetzten
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 Materials schnell zu erhöhen oder zu verringern.
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die licht- 35 Aufgabe dieser Erfindung ist es deshalb, eine ein
empfindlichen Me(n~1)+-Kationen solche der EIe- phototropes Material enthaltende Vorrichtung der
mente Ag, Pb, Cd, Hg, Zn, In, Ti, Ga, Sn, Sb, Ba, eingangs genannten Art anzugeben, deren photo-
Bi, Au, Te und/oder As sind. troper Effekt Steuer- und reproduzierbar verstärkt
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder geschwächt werden kann. Diese Aufgabe wird
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das umschalt- 40 durch die im Kennzeichen von Anspruch 1 angegebebare
Gleichstromfeld an eine Schicht anlegbar ist, nen Merkmale gelöst.
in der als Anionen überwiegend Halogene, ins- Es wurde überraschend gefunden, daß eine Verbesondere
Chlor, Brom oder Fluor, enthalten Stärkung oder Schwächung des phototropen Effektes
sind. in anorganischen Materialien dadurch erreicht wer-
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 45 den, daß ein phototropes Material von bestimmter
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das umschalt- Zusammensetzung einem umschaltbaren Gleichbare Gleichstromfeld an eine Schicht anlegbar ist, stromfeld ausgesetzt wird. Ein solches, zwischen zwei
in der zur Stabilisierung weitere nichtlicht- schichtförmige Elektroden gebrachtes phototropes
empfindliche Ionen enthalten sind. Material reagiert in seiner Phototropie bei Belichtung
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge- 50 auf ein an diese schichtförmigen Elektroden angekennzeichnet,
daß diese stabilisierenden Ionen legtes elektrisches Feld. Dieser erstaunliche Effekt
solche der Elemente Si, B, P, Ge, Zr, Al, der wurde erstmalig beobachtet an einer Anordnung, bei
Erdalkalien und/oder der Seltenen Erden sind. der auf einen beliebigen durchsichtigen Träger aus
Glas oder Kunststoff eine leitfähige, durchsichtige
55 Schicht aus Zinnoxid aufgebracht war. Auf diese
Schicht wurde ein Material aufgedampft, von dem
bekannt war, daß es in dünner Schicht phototrope
■ Eigenschaften besitzt. Es handelt sich um die eutek
tische Mischung im ternären System Ag — Pb—Cl
60 (60 Molprozent AgCl, 40 Molprozent PbCl2). Diese Ag-Pb-Cl-Aufdampfschicht (im folgenden kurz
»lichtempfindliche Schicht« genannt) wurde von einer
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung weiteren leitfähigen Schicht so überdeckt, daß kein
gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. elektrischer Kontakt zwischen der unteren und der
Phototrope anorganische Materialien, insbesondere 65 oberen leitfähigen Schicht bestand. Bringt man diese
phototrope anorganische Gläser und ihre Eigen- Probe so in den von einer Anregungslichtquelle ausschaften,
sind durch zahlreiche Patente ausführlich gehenden Strahl hinein, daß die lichtempfindliche
beschrieben. Eine neue Zusammenfassung des Stan- Schicht senkrecht zum Hauptstrahl steht, so erhöht
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19712156045 DE2156045C3 (de) | 1971-11-11 | In ihrer Lichtdurchlässigkeit veränderbare Vorrichtung mit einer phototropen Schicht |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19712156045 DE2156045C3 (de) | 1971-11-11 | In ihrer Lichtdurchlässigkeit veränderbare Vorrichtung mit einer phototropen Schicht |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2156045A1 DE2156045A1 (de) | 1973-05-17 |
DE2156045B2 DE2156045B2 (de) | 1976-03-04 |
DE2156045C3 true DE2156045C3 (de) | 1976-10-21 |
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