DE1292002B

DE1292002B - Verfahren zur Erzeugung eines Ladungsbildes in einer photoleitfaehigen Schicht

Info

Publication number: DE1292002B
Application number: DER31581A
Authority: DE
Inventors: Chernow Fred; Rennert Joseph; Kallmann Hartmut Paul
Original assignee: RAVICH LEONARD EDWARD
Current assignee: RAVICH LEONARD EDWARD
Priority date: 1960-11-25
Filing date: 1961-11-25
Publication date: 1969-04-03
Also published as: US3199086A; GB1001546A; BE610765A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung eines Ladungsbildes in einer photoleitfähigen Schicht mit bleibender innerer Polarisation, bei dem die Schicht total belichtet, gleichzeitig oder anschließend einem polarisierenden elektrischen Feld quer durch die Schicht ausgesetzt und dann bildmäßig belichtet wird oder zuerst bildmäßig belichtet und gleichzeitig oder anschließend einem polarisierenden elektrischen Feld quer durch die Schicht ausgesetzt wird.
Bei einem früher vorgeschlagenen Verfahren ist das an die photoleitfähige Schicht angelegte polarisierende elektrische Feld ein Gleichspannungsfeld, welches die in der belichteten Schicht freigesetzten Ladungsträger gegen die eine Seite der Schicht verschiebt, so daß sich die erzeugte innere Polarisation durch die ganze Dicke der Schicht hindurcherstreckt. Dadurch weist dieses Verfahren den Nachteil auf, daß es keine völlig zufriedenstellenden Ergebnisse zu erzielen gestattet.
Aufgabe der Erfindung ist, ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine wesentlich erhöhte Wirksamkeit besitzt.
Gemäß der Erfindung ist dies dadurch erreicht, daß als polarisierendes elektrisches Feld ein Wechselfeld angewendet wird.
Durch die Erfindung werden unter anderem die Vorteile erzielt, daß auf Grund einer symmetrischen Verschiebung der Ladungsträger in der photoleitfähigen Schicht ein stärker ausgeprägtes Ladungsbild erhalten wird und daß in der Schicht Informationen mit hoher Geschwindigkeit aufgezeichnet bzw. gespeichert und aus ihr abgelesen werden können.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird bei einem ähnlichen Verfahren, bei dem die photoleitfähige Schicht total oder bildmäßig belichtet und gleichzeitig oder anschließend einem polarisierenden elektrischen Feld quer durch die Schicht ausgesetzt wird, als polarisierendes elektrisches Feld ein Wechselfeld verwendet, dessen Feldstärke bildmäßig differenziert ist.
Bei beiden Ausführungsformen kann das elektrische Wechselfeld durch Anlegen einer Wechselspannung an zwei die photoleitfähige Schicht bedekkende Elektroden erzeugt werden, von denen mindestens eine für die Belichtung durchlässig ist. Dies läßt eine besonders bequeme Durchführung des Verfahrens zu.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die bildmäßige Belichtung mit Infrarotstrahlung.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
F i g. 1 stellt eine photoleitfähige Schicht von üblicher Ausbildung dar; die von zwei strahlendurchlässigen Elektroden abgedeckt ist, durch deren eine die Schicht belichtet wird; F i g. 2 zeigt das Anlegen eines polarisierenden elektrischen Wechselfeldes an die belichtete Schicht; F i g. 3 veranschaulicht die in der Schicht durch Polarisation erzeugte Ladungsverschiebung; F i g. 4 ist eine schaubildliche Darstellung einer Ausführungsform, bei welcher die photoleitfähige Schicht zwischen zwei Elektroden gefügt ist, die an ihrer Innenseite rechtwinklig zueinander verlaufende leitende Streifen aufweisen, welche eine Polarisation nur in ausgewählten Bereichen der Schicht herbeizuführen gestatten; F i g. 5 ist eine auseinandergezogene Darstellung des aus der photoleitfähigen Schicht und den Elektroden bestehenden Aufbaus gemäß F i g. 4 in Verbindung mit einer Schalteinrichtung zum Anlegen eines polarisierenden Wechselfeldes an ausgewählte leitende Streifen der Elektroden.
Bei der in F i g. 1 wiedergegebenen Ausführungsform ist eine photoleitfähige Schicht 10 von üblicher Art zwischen zwei Elektroden 12 und 14 angeordnet, die vorzugsweise beide strahlendurchlässig sind und beispielsweise aus elektrisch leitendem Glas bestehen. Während die beiden Elektroden geerdet sind, wird die photoleitfähige Schicht 10 durch die eine Elektrode 12 hindurch belichtet, um in der Schicht bewegliche Ladungsträger zu erzeugen, die, wie sich gezeigt hat, Elektronen sind.
Es wurde gefunden, daß eine Bestrahlung mittels einer gewöhnlichen Wolframlampe, z. B. während einer Zeitdauer von 30 Sekunden, oder mittels einer anderen Quelle, die eine Strahlung von einer Wellenlänge liefert, welche kürzer als die des sichtbaren Lichtes ist, für die Erzeugung beweglicher Ladungsträger wirksam ist. Bei Zinksulfid ist ultraviolettes Licht am wirksamsten, bei Zink-Cadmiumsulfid wird blaues Licht bevorzugt, und bei Cadmiumsulfid ist grünes Licht wirksam.
Danach, selbst etwa einen Tag später, kann an die photoleitfähige Schicht eine Wechselspannung angelegt werden (F i g. 2), um eine Trennung der Ladungsträger hervorzurufen. So kann ein elektrisches Wechselfeld, das eine Frequenz von 60 Hz und eine Spannung von etwa 250 Volt hat, während einer Zeit in der Größenordnung von 15 Sekunden angelegt werden. Die Wirkung des elektrischen Wechselfeldes besteht darin, daß die in der photoleitfähigen Schicht 10 durch die Belichtung freigesetzten beweglichen Ladungen oder Elektronen in der Nähe der Oberfläche der Schicht unter jeder Elektrode eine Ladungsschicht bilden (F i g. 3), die nach Wegnahme des Wechselfeldes bestehen bleibt. Daher ist eine beliebige Art Wechselspannung, die beispielsweise lediglich ein wiederholtes Umkehren eines Gleichstrompotentials sein kann, ausreichend, um die Trennung der Ladungsträger hervorzurufen. Frequenzen bis zu 30 kHz können verwendet werden, obgleich die obere Grenze wahrscheinlich durch die Beweglichkeit der Ladungsträger in dem jeweils für die photoleitfähige Schicht benutzten Material bestimmt wird. Wenn sowohl die Belichtung als auch das elektrische Wechselfeld homogen ist, ist die Verschiebung der Ladungsträger etwa symmetrisch mit Bezug auf die in F i g. 3 durch die Linie 15 angedeutete Mittelebene der Schicht 10. Die Stärke der Ladungsschicht ist konzentrierter, als wenn ein polarisierendes Gleichspannungsfeld verwendet wird, und daher wird bei bildmäßiger Differenzierung ein besserer Kontrast erhalten.
Das elektrische Wechselfeld hat nur dann eine polarisierende Wirkung, wenn die photoleitfähige Schicht vorbelichtet ist. Es ist natürlich möglich, das Wechselfeld während der Belichtung anzulegen, jedoch muß die Belichtung vor der Wegnahme des Wechselfeldes abgeschaltet werden.
Die Ladungsverschiebung bzw. die Trennung der Ladungsträger, die sich aus dem Anlegen des elektrischen Wechselfeldes ergibt, bleibt im Dunkeln über-Stunden bestehen. Sie kann dadurch aufgehoben werden, daß die Elektroden geerdet werden und die Schicht einer Totalbelichtung ausgesetzt wird, deren Dauer kürzer als 0,8 Mikrosekunden sein kann.
Nachstehend werden zwei Beispiele zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung beschrieben.
Gemäß der einen Ausführungsform wird die photoleitfähige Schicht zunächst bildmäßig belichtet, und dann wird an sie ein homogenes elektrisches Wechselfeld angelegt. Die anfängliche Belichtung erzeugt in ,der Schicht bewegliche Ladungsträger, deren Konzentration eine Funktion der Belichtungsintensität ist, während das Anlegen des homogenen Wechselfeldes eine Trennung bzw. Verschiebung der Ladungsträger verursacht. Das in der Schicht erzeugte Ladungsbild kann unter Verwendung üblicher elektrophotographischer Maßnahmen entwickelt oder mittels einer Abtastsonde und eines Ladungsanzeigers, z. B. eines Elektrometers, gemessen oder zur Erzeugung von Signalen zur Informationsübertragung bzw. -speicherung oder für andere Zwecke verwendet werden.
Die zweite Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß die photoleitfähige Schicht zunächst totalbelichtet wird, um die beweglichen Ladungsträger zu erzeugen, und dann an die Schicht ein homogenes elektrisches Wechselfeld angelegt wird, um eine Verschiebung der Ladungsträger hervorzurufen, die mit Bezug auf die senkrecht zur Richtung des angelegten Feldes verlaufende Mittelebene der Schicht (F i g. 3) im wesentlichen symmetrisch ist. Diese Ladungsverschiebung kann aufrechterhalten werden, bis es gewünscht wird, eine bildmäßige Belichtung vorzunehmen. Dann wird die Schicht einer zweiten bildmäßigen Belichtung unterworfen, um eine teilweise Aufhebung der Trennung der Ladungsträger zu bewirken, während die Elektroden geerdet sind. Nach dieser Belichtung kann die Schicht wieder während einer beträchtlichen Zeitdauer aufbewahrt werden, bevor das Polarisations-Ladungsbild ausgewertet wird. Das verbleibende Ladungsbild weist für die nicht belichteten Bildteile der bildmäßigen Belichtung die volle Ladungstrennung auf, die in dem betreffenden Teil der Schicht erhalten bleibt, während für die belichteten Bildteile die Ladungstrennung im wesentlichen aufgehoben wird. Da ein Lichtblitz mit einer Einfallsenergie von mehreren Erg/cm2 und mit einer Dauer von weniger als einer Mikrosekunde ausreichend ist, um die Ladungstrennung aufzuheben, wird eine außerordentlich hohe Empfindlichkeit erreicht.
In der Schicht 10 kann gemäß der Erfindung eine Information auch dadurch gespeichert werden, daß die Schicht einem elektrischen Wechselfeld ausgesetzt wird, dessen Feldstärke bildmäßig differenziert ist, d. h. das nicht homogen ist, wie es bei den vorstehend erläuterten Beispielen angenommen wurde. Das elektrische Wechselfeld von veränderlicher Intensität kann in Kombination mit einer homogenen Belichtung oder mit einer bildmäßigen Belichtung verwendet werden.
Zum Speichern einer binären Information in der Schicht 10 kann ein Elektrodenaufbau verwendet werden, wie er in F i g. 4 und 5 dargestellt ist. Hier ist eine photoleitfähige Schicht 100 zwischen zwei Elektroden 102 und 104 eingefügt. Diese Elektroden können aus leitendem Glas bestehen, und jede Elektrode weist an ihrer Innenseite durch schmale nichtleitende Streifen getrennte leitende Streifen 106 bzw. 108 auf. Die leitenden Streifen 106 an der einen Elektrode 102 liegen insgesamt parallel zueinander und sind vorzugsweise rechtwinklig zu den ebenfalls parallelen Streifen 108 an der anderen Elektrode 104 angeordnet. Die Streifen 106 der Elektrode 102 sind mit den Kontakten eines Schalters 112 und die Streifen 108 der Elektrode 104 mit den Kontakten eines Schalters 114 verbunden, und die bewegbaren Kontaktarme der Schalter 112 und 114 sind an die Ausgangsklemmen einer Wechselspannungsquelle 116 angeschlossen.
Die photoleitfähige Schicht 100 wird mit einer homogenen Strahlung total belichtet, um in ihr bewegliche Ladungsträger zu erzeugen, und die Schicht wird dann einem elektrischen Wechselfeld ausgesetzt, indem die Wechselspannungsquelle 116 aufeinanderfolgend an jeden der waagerechten leitenden Streifen 106 der Elektrode 102 angelegt wird. Während der Kontaktarm des Schalters 112 auf einem der Kontakte bleibt, der mit einem der Streifen 106 der Elektrode 102 verbunden ist, kann der Kontaktarm des Schalters 114 an jede seiner Stellung bewegt und ein Schalter 118 wahlweise gemäß der in der Schicht 100 zu speichernden Information geschlossen werden, um die verschiedenen Bereiche der Schicht selektiv zu polarisieren. Das elektrische Wechselfeld wirkt somit dahingehend, eine Ladungsverschiebung, die mit Bezug auf die senkrecht zur Richtung des angelegten Feldes verlaufende Mittelebene der Schicht im wesentlichen symmetrisch ist, nur in denjenigen Bereichen der Schicht 100 zu erzeugen, wo das elektrische Feld angelegt ist. In den übrigen Bereichen der Schicht, die nicht polarisiert sind, findet keine Trennung der Ladungsträger statt.
Die Erfindung ist weiterhin zur Verwendung von Infrarotstrahlung für die Belichtung geeignet. Infrarotstrahlung hat die Wirkung, daß sie die in der photoleitfähigen Schicht erzeugten freien Ladungen veranlaßt, sich wieder zu vereinigen, so daß sie durch Anlegen des polarisierenden elektrischen Feldes nicht getrennt werden können. Wenn daher eine photoleitfähige Schicht mit sichtbarem Licht, Ultraviolettstrahlung oder einer anderen elektromagnetischen Strahlung, die eine Wellenlänge kleiner als etwa 0,6 bis 0,8 gm hat, total belichtet wird, so daß freie Ladungen erzeugt werden und die Schicht mit einer Infrarotstrahlung, die Wellenlängen bis zu 2,5 #tm hat, bildmäßig belichtet oder anderweitig bildmäßig erwärmt wird, werden die vorher erzeugten freien Ladungen entsprechend der Belichtung in bildmäßiger Verteilung eingefangen. Wenn danach ein Wechselspannungsfeld angelegt wird, enthalten nur diejenigen Bereiche der photoleitfähigen Schicht, die nicht durch Infrarotstrahlung belichtet oder anderweitig erwärmt wurden, freie Ladungsträger, die getrennt werden können.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Erzeugung eines Ladungsbildes in einer photoleitfähigen Schicht mit bleibender innerer Polarisation, bei dem die Schicht total belichtet, gleichzeitig oder anschließend einem polarisierenden elektrischen Feld quer durch die Schicht ausgesetzt und dann bildmäßig belichtet wird oder zuerst bildmäßig belichtet und gleichzeitig oder anschließend einem polarisierenden elektrischen Feld quer durch die Schicht ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das polarisierende elektrische Feld ein Wechselfeld ist.
2. Verfahren zur Erzeugung eines Ladungsbildes in einer photoleitfähigen Schicht mit bleibender innerer Polarisation, bei dem die photoleitfähige Schicht total oder bildmäßig belichtet und gleichzeitig oder anschließend einem polarisierenden elektrischen Feld quer durch die Schicht ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld ein Wechselfeld ist, dessen Feldstärke bildmäßig differenziert .ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Wechselfeld durch Anlegen einer Wechselspannung an zwei die photoleitfähige Schicht bedeckende Elektroden erzeugt wird, von denen mindestens eine für die Belichtung durchlässig ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bildmäßige Belichtung mit Infrarot erfolgt.