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Abbildungsverfahren mit einer photoelektrophoretischen Bildstoffsuspension und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Abbildungsverfahren sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer photoelektrophoretischen Bildstoffsuspension unter Verwendung einer ersten als Bildträger für das aus der Suspension erzeugte Bild vorgesehenen Elektrode und mindestens einer weiteren Elektrode, welche die Suspension so berührt, dass diese sich zwischen den Elektroden befindet, wobei zwischen den Elektroden ein elektrisches Feld erzeugt wird, das sich über die Suspension erstreckt, und die Suspension mit einer aktivierenden elektromagnetischen Strahlung belichtet wird.
In der USA-Patentschrift Nr. 3, 384, 565 ist ein Abbildungsverfahren beschrieben, bei dem eine oder mehrere Arten lichtempfindlicher und strahlungsabsorbierender Teilchen in einer nichtleitenden Trägerflüssigkeit eine Suspension bilden, die zwischen Elektroden als Bildstoffsuspension verwendet wird. Bei Einwirkung einer Strahlung und eines elektrischen Feldes wandern die Teilchen in einer der Strahlung entsprechenden Verteilung, so dass auf einer oder beiden Elektroden ein sichtbares Bild entsteht. Es werden lichtempfindliche Teilchen verwendet, die bei Einwirkung einer aktivierenden Strahlung durch Wechselwirkung mit einer der Elektroden offenbar eine Änderung ihrer Eigenladungspolarität erfahren. Zur Aussonderung verschiedener Bildfarben werden Mischungen von zwei oder mehr verschiedenfarbigen Teilchenarten mit unterschiedlichen Empfindlichkeitsspektren verwendet.
Die Teilchen solcher Mischungen haben entweder voneinander getrennte oder sich gegenseitig überlappende Empfmdlichkeitsspektren und können zur subtraktiven Farbsynthese verwendet werden. Bei einem einfarbigen Abbildungsverfahren wandern die Teilchen, wenn Licht einer beliebigen Wellenlänge innerhalb des panchromatischen Empfmdlichkeitsspektrums der Teilchen auf diese einwirkt.
Es können andere Verfahren bereits existieren oder aber entdeckt und erfunden werden, die zu ihrer Ausführung Suspensionen benötigen, die einige oder viele Eigenschaften der hier beschriebenen Suspensionen haben, so dass die Erfindung auf diese Verfahren zu deren Verbesserung angewendet werden kann ; eine solche Anwendung liegt daher ebenfalls noch innerhalb des Erfindungsgedankens.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues Verfahren und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit denen bessere Bilder auf elektrophoretischem Weg hergestellt werden können. Dabei soll besonders die Bilderzeugungsgeschwindigkeit von für die Farbgebung verwendeten Suspensionen gesteigert und die Bildqualität bestimmter Abbildungsverfahren verbessert werden. Ferner soll bei Farbabbildungsverfahren die Farbsättigung erhöht werden.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der einleitend angegebenen Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Bildstoffsuspension während der Belichtung und bei Anliegen des elektrischen Feldes in Schwingungen versetzt wird.
Mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens werden der Bildstoffsuspension hochfrequente Schwindungen erteilt, wobei gemäss einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung Ultraschallschwingungen angewendet werden.
Eine erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen mit der zwischen den Elektroden befindlichen Suspension in Wirkverbindung stehenden
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Schwingungserzeuger.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Einrichtung sind in den Zeichnungen dargestellt, an Hand derer die Erfindung und die mit ihr erzielbaren Vorteile näher erläutert werden. Im einzelnen zeigen : Fig. 1 eine schematische Darstellung einer gemäss der Erfindung ausgebildeten Einrichtung mit einem Schwingungserzeuger für die Suspension ; die Fig. 2 und 3 andere Ausführungsformen einer solchen Einrichtung und Fig. 4 schematisch die in der Abbildungszone durch die erfindungsgemässe Einrichtung erzeugten Kräfte.
In Fig. l ist eine mit --11-- bezeichnete durchsichtige Elektrode dargestellt, die hier z. B. aus einer Schicht eines optisch durchsichtigen Glases --12-- besteht, das mit einer ebenfalls optisch durchsichtigen Schicht --13-- aus Zinnoxyd überzogen ist und unter der Bezeichnung"NESA-Glas" von der Pittsburg Plate Glass Co. erhältlich ist. Diese Elektrode wird als injizierende oder auch Bilderzeugungselektrode bezeichnet. Auf der Oberfläche der injizierenden Elektrode --11-- wird eine dünne Schicht fein verteilter lichtempfindlicher Teilchen, die in einer elektrisch nichtleitenden Trägerflüssigkeit aufgeschwemmt sind, aufgetragen, die als Suspension oder auch Bildstoffsuspension bezeichnet wird.
Die Bezeichnung "Suspension" soll für eine Substanz gelten, die in einem Feststoff, einer Flüssigkeit oder einem Gas verteilte feste Teilchen aufweist. Die hier beschriebene Suspension weist in einer Trägerflüssigkeit verteilte feste Teilchen auf. Der Ausdruck "lichtempfindlich" soll die Eigenschaft eines Teilchens kennzeichnen, nach anfänglicher Bindung an der injizierenden Elektrode von dieser unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes bei Einwirkung einer aktivierenden elektromagnetischen Strahlung abzuwandern. über der Suspension--14--ist eine Sperrelektrode--16--angeordnet, die mit dem einen Pol einer Konstantspannungsquelle --17- über einen Schalter -18-- verbunden ist.
Der andere Pol der Spannungsquelle--17--ist mit der injizierenden Elektrode -11-- verbunden, so dass bei
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--18-- ein21und einer Optik--22--gebildeter Projektor dient zur Belichtung der Suspension--14-mit einem Lichtbild des zu reproduzierenden Originals--21-. Die Durchsichtigkeit der Elektrode - 11-- ist nur eine als Beispiel angeführte Eigenschaft und hat wie auch die sonstige Bilderzeugungsanordnung keine Auswirkung auf den Erfindungsgedanken. Die dargestellte Anordnung ist lediglich als ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung aufzufassen.
Die Elektrode--16--ist mit der Spannungsquelle --17- verbunden und weist eine Schicht eines elektrisch sperrenden Materials, wie z. B. Tedlar, ein von E. I. DuPont de Nemours and Co. Inc. erhältliches Polyvinylfluorid, oder ein anderes Material auf. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Teilchensuspension mit dem zu reproduzierenden Bild belichtet, während an die Sperrelektrode - und die injizierende Elektrode --11-- beim Schliessen des Schalters --18-- eine Spannung angelegt wird.
Durch die Belichtung wandern die anfangs an der injizierenden Elektrode - 11--gebundenen Teilchen durch die Trägerflüssigkeit hindurch und haften an der Oberfläche der Elektrode -16-- an, so dass auf der injizierenden Elektrode ein Teilchenbild zurückbleibt, welches eine Kopie des Originals--21--ist. Obwohl eine Reinigung der Elektroden und eine Übertragung und Fixierung der erzeugten Bilder hier hicht dargestellt ist, können diese Verfahrensschritte selbstverständlich mit Hilfe geeigneter, an sich bekannter Vorrichtungen ausgeführt werden.
Die Bilderzeugungselektrode ist mit einem Trog -24-- fest und dicht verbunden, so dass die Elektrode eine Wand oder einen Teil des Troges bildet. Der Trog-24-enthält eine Flüssigkeit - 26--. In der Flüssigkeit ist ein Ultraschallschwinger--28--eingetaucht, der mit einem Ultraschallgenerator --30-- verbunden ist. Gibt der Generator ein Signal ab und schwingt der Ultraschallschwinger -28--, so wird die Flüssigkeit zu einer Wellenbewegung angeregt, die eine Störung der gesamten Elektrode--11--bewirkt. Diese Störung wird auf die zwischen den Elektroden-11 und 16-befindliche Suspension-14-übertragen. Diese Wirkung bedingt eine Qualitätsverbesserung des Bildes, deren Ursachen später erläutert werden.
Die Frequenz und Amplitude des Generators --30-- sind unabhängig voneinander über eine Steuerschaltung --31-- von Hand einstellbar.
In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform zur Verbesserung der Bildqualität nach dem photoelektrophoretischen Verfahren hergestellter Bilder gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist die Sperrelektrode--16--als Rolle mit einem von Sperrmaterial--34--umgebenen Kern--32-ausgebildet. Ein Motor--M-l--bewegt die Sperrelektrode--16--über die injizierende Elektrode wobei ein Rest der Supension --14-- in Bildkonfiguration zurückbleibt.
Die elektrische
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Spannung zwischen den zwei Elektroden wird von einer Spannungsquelle --17-- geliefert, die über einen Schalter --18-- während der Bewegung der Sperrelektrode --16-- gegenüber der injizierenden Elektrode --11-- eingeschaltet wird.
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Suspension bewegt wird, liegt ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden. Ausserdem werden die Teilchen von einer aktivierenden elektromagnetischen Strahlung getroffen und wandern zwischen den Elektroden, um ein Bild zu erzeugen. In der Beschickungsvorrichtung--36--befindet sich ein Vorrat der in dieser Ausführungsform benutzten Bildstoffsuspension--14--. In diese Flüssigkeit ragt der Ultraschallschwinger--28--des Ultraschallgenerators--30--hinein.
Die Teilchen der in der Beschickungsvorrichtung--36--befindlichen Suspension, wie auch die in der zwischen den Elektroden und auf der Elektrode-11-befindlichen Suspension führen infolge der Schwingungsübertragung innerhalb der Suspension Schwingungen aus.
In Fig. 3 ist eine ähnliche Einrichtung wie in Fig. 2 gezeigt, jedoch befindet sich hier eine
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--38-- anUltraschallquelle --38-- mit der Rückseite der Rollenelektrode --16-- verbindet. Dieser Übertrager ist innerhalb der Rolle möglichst gleitend befestigt, damit er auch bei der Drehbewegung der Rolle
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Die Schwingungen sind hier vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise senkrecht zur Tangente an der Stossstelle zwischen den beiden Elektroden gerichtet. Durch Festlegung der Schwingungsrichtung senkrecht zur Elektrodentangente können Teilchenzusammenballungen aufgebrochen werden, wodurch die Bilddichte und Qualität verbessert wird. Die theoretischen Zusammehänge dieser experimentell nachweisbaren Erscheinungen werden später erläutert.
Die Suspension--14--kann zwischen den Elektroden durch jedes beliebige Verfahren bzw.
Vorrichtung angeordnet werden und kann auch von der Sperrelektrode in beliebiger, die Erfindung nicht berührender Weise entfernt werden.
In Fig. 4 ist eine Darstellung zur Erläuterung der theoretischen Zusammenhänge gezeigt, auf Grund derer die verbesserten Ergebnisse mit dem erfindungsgemässen Verfahren und seiner Einrichtung erzielbar sind. Selbstverständlich ist es nicht beabsichtigt, die Erfindung durch die hier erläuterten Theorien zu beschränken, die lediglich zum besseren Verständnis des Verfahrens und der mit diesem erzielbaren Vorteile angegeben werden.
Die Elektrode --11-- wird als injizierende oder Bilderzeugungselektrode bezeichnet, wodurch gesagt werden soll, dass die Elektrode vorzugsweise zum Ladungsaustausch mit den lichtempfindlichen Teilchen der Bildstoffsuspension --14-- befähigt ist, wenn diese belichtet wird und damit ein nutzbarer Wechsel in der Eigenladungspolarität der Teilchen auftritt. Die Elektrode --16-- wird als Sperrelektrode bezeichnet, womit gemeint ist, dass sie das Bestreben hat, keine Elektronen an die Teilchen der Suspension abzugeben oder von diesen aufzunehmen. Neben Tedlar, das als Sperrmaterial für die Elektrode verwendet werden kann, kann jedes andere geeignete Material mit einem Widerstand von etwa 107 Ohm/cm2 oder grösser als Sperrmaterial benutzt werden.
Zwischen den Elektroden der Anordnung können innerhalb eines grossen Bereiches wählbare Spannungen angelegt werden. Zur Erzielung guter Bildauflösung, hoher Bilddichte und einer geringen Hintergrundtönung wird vorzugsweise eine solche Spannung benutzt, die ein elektrisches Feld von mindestens etwa 12 kV/mm über der Bildstoffsuspension erzeugt. Das für die Erzeugung eines so starken elektrischen Feldes erforderliche Potential wird sich natürlich in Abhängigkeit von der Grösse des Elektrodenabstandes sowie der Stärke und der Art des verwendeten Sperrmaterials auf der Sperrelektrode ändern. Zur Erzielung der höchsten Bildqualitäten beträgt das optimale Feld mindestens 80 kV/mm. Die obere Grenze der Feldstärke wird allein von der Durchbruchspannung der Suspension und des Sperrelektrodenmaterials bestimmt.
Bilder, die bei Feldstärken unter 12 kV/mm erzeugt werden, haben gewöhnlich eine niedrige und/oder unregelmässige Bilddichte. Das verwendete Feld wird durch Division der zwischen den Elektroden angelegten Spannung durch den gemessenen Elektrodenabstand bestimmt. Das so bestimmte Feld herrscht dann innerhalb des Elektrodenspaltes. Daher beträgt die bei einem Elektrodenabstand von etwa 0, 025 mm zwischen der Sperrelektrode und
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der injizierenden Elektrode anzulegende Spannung etwa 300 V. Diese Spannung erzeugt dann zwischen den Oberflächen der beiden Elektroden eine Feldstärke von 300 V/0, 025 mm oder 12 kV/mm.
Die Teilchen in der Bildstoffsuspension sind nicht leitfähig, wenn sie nicht mit aktivierender Strahlung beeinflusst werden. Die negativen Teilchen kommen in Kontakt mit der injizierenden Elektrode--11--oder nehmen eine Lage nahe ihrer Oberfläche ein und bleiben in dieser Lage unter dem Einfluss des elektrischen Feldes, bis sie einer aktivierenden elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt werden. Die an der Oberfläche der injizierenden Elektrode --11-- angeordneten Teilchen sind die potentiellen Bilderzeugungsteilchen für das zu reproduzierende Bild. Werden sie von einer aktivierenden Strahlung getroffen, so wird diese durch das jeweilige lichtempfindliche Teilchen
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verlassen die Teilchen, wodurch diese nach ausreichendem Ladungsübergang eine positive Eigenladung erhalten.
Die jetzt positiv geladenen Teilchen werden von der positiven Oberfläche der Elektrode - 11-- abgestossen und von der negativen Sperrelektrode--16--angezogen. Werden also die
Teilchen durch eine aktivierende Strahlung getroffen, für deren Wellenlänge sie empfindlich sind, d. h. bei der sie die Bildung von Loch-Elektron-Paaren ermöglichen, so bewegen sie sich von der Elektrode - 11-- zur Elektrode --16-- und lassen lediglich Teilchen zurück, die nicht ausreichend von elektromagnetischer Strahlung ihres Empfindlichkeitsbereiches getroffen wurden.
Sind alle Teilchen einer derartigen Anordnung empfindlich für nur eine Lichtwellenlänge und wird eine Belichtung nur mit Licht dieser Wellenlänge vorgenommen, so wird durch Absonderung von
Teilchen von der Oberfläche der injizierenden Elektrode --11-- und Zurückbleiben von Teilchen in den nichtbelichteten Flächenteilen auf der injizierenden Elektrode -11-- ein Positivbild erzeugt.
Werden alle Polaritäten der Anordnung umgekehrt, so kann die Elektrode bei Belichtung von den an ihr gebundenen Teilchen injizierte Löcher aufnehmen, und die Elektrode --16-- ist eine
Sperrelektrode, die keine Löcher in die Teilchen injizieren kann, wenn diese mit ihrer Oberfläche in
Berührung kommen.
Abhängig vom jeweiligen Verwendungszweck kann die Bildstoffsuspension--14--eine, zwei oder mehr verschiedene Teilchenarten unterschiedlicher Färbung und mit unterschiedlichen Empfindlichkeitsspektren enthalten. Bei einem Einfarbenverfahren haben die in der Suspension - -14-- verwendeten Teilchen eine beliebige Farbe und erzeugen Bilder mit dieser Farbe, wobei die Lage ihrer Empfindlichkeit innerhalb des Spektrums relativ unwichtig ist, solange sie in einem Bereich des Spektrums liegt, in dem auch eine Lichtquelle der üblichen Art arbeitet. Bei einem Mehrfarbenverfahren werden die Teilchen derart ausgewählt, dass sie entsprechend ihrer unterschiedlichen Färbung auf verschiedene Wellenlängen des sichtbaren Spektrums ansprechen und damit eine Farbentrennung ermöglichen.
Unabhängig von der Erzeugung einfarbiger oder mehrfarbiger Bilder sollen vorzugsweise relativ kleine Teilchen verwendet werden, da diese bessere und stabilere Dispersionen bilden und Bilder höherer Auflösung erzeugen, als dies mit grösseren Teilchen möglich wäre.
Bei ihrer Suspension in der Trägerflüssigkeit können die Teilchen eine elektrostatische Ladung annehmen, so dass sie von einer der zwei Elektroden der Bilderzeugungsanordnung abhängig von ihrer Ladungspolarität angezogen werden. Einige der Teilchen in der Suspension können positiv, einige negativ und einige sogar bipolar sein. Die "falsche" Polarität der Teilchen in der Suspension kann das Bild dadurch beeinflussen, dass einige der Teilchen vor der bildmässigen Steuerung der Teilchenwanderung der Anordnung entzogen werden oder eine stärkere Hintergrundtönung entsteht. Mit andern Worten werden einige der suspendierten Teilchen der Anordnung als potentielle Bilderzeugungsteilchen entzogen, andere bleiben dagegen unbeeinflusst und bewirken einen mehr oder weniger gleichmässigen Teilchenrückstand.
Einige weitere Teilchen erhalten während der Belichtung eine Ladung injiziert, jedoch gewinnen sie nur eine schwache positive Ladung. Die elektrischen Kräfte sind zu klein, um die Bindungskräfte, wie z. B. die Van der Waal'schen Kräfte und andere zu überwinden. Die von dem Schwingungserzeuger hervorgerufenen Kräfte verschieben jedoch die einzelnen Teilchen, so dass sie unter Einwirkung des elektrischen Feldes wandern können.
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zum Aufbrechen der Teilchenzusammenballungen das Bild verschmieren und zerstören würden.
Werden die Kräfte dagegen nicht so gross gemacht, dass das Bild zerstört werden kann, so können die Schwingungen Kräfte in allen Richtungen erzeugen und trotzdem das Bild verbessern. Die einzige Beschränkung bei der Erzeugung verschieden gerichteter Kräfte liegt darin, dass diese keine Zusammenballungen mehr aufbrechen.
Die mit--58--in der Suspension bezeichneten Pfeile stellen die von den Schwingungen erzeugten Kräfte auf die zwischen den Elektroden befindliche Suspension dar.
Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens und seiner Einrichtung für ein photoelektrophoretisches Abbildungsverfahren wird bei mehrfarbigen Bildern die Abbildungsgeschwindigkeit und die Farbsättigung oder bei einfarbigen Bildern allein die Abbildungsgeschwindigkeit verbessert. Um diese Ergebnisse ohne merkbare Streifenbildung des Bildes zu erzielen, muss die Frequenz der Schwingungen entsprechend der folgenden Beziehung gewählt werden :
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V c. R mitVcder Relativgeschwindigkeit zwischen den Elektroden in mm/sec und
R der gewünschten Bildauflösung in Zeilenpaaren pro Millimeter.
Die Amplitude und die Frequenz der Schwingungen hängt von der Empfindlichkeit der Teilchen einer gegebenen Suspension und von der jeweils verwendeten Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ab.
Offenbar ist die grössere Abbildungsgeschwindigkeit eine Folge der schnelleren Teilchenwanderung. Die Teilchenwanderung wird schneller infolge des verkleinerten physikalischen Widerstandes zwischen den einzelnen benachbarten Teilchen der Suspension. Der physikalische Reibungswiderstand wird kleiner infolge der individuellen Teilchenschwingungen, bedingt durch die auf die Teilchen ausgeübten mechanischen Kräfte.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Abbildungsverfahren mit einer photoelektrophoretischen Bildstoffsuspension unter Verwendung einer ersten, als Bildträger für das aus der Suspension erzeugte Bild vorgesehenen Elektrode und mindestens einer weiteren Elektrode, welche die Suspension so berührt, dass diese sich zwischen den Elektroden befindet, wobei zwischen den Elektroden ein elektrisches Feld erzeugt wird, das sich über die Suspension erstreckt und die Suspension mit einer aktivierenden elektromagnetischen Strahlung
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und beim Anliegen des elektrischen Feldes in Schwingungen versetzt wird.