DE2406189A1 - Sperrelektrode zur verwendung bei einem photoelektrophoretischen abbildungssystem - Google Patents

Description

XEROX CORPORATION, Rochester, N.Y./USA

Sperrelektrode zur Verwendung bei einem photoelektrophoretischen Abbildungssystem

Die Erfindung betrifft eine Sperrelektrode zur Verwendung bei einem photoelektrophoretischen Abbildungsprozeß.

Bei dem photoelektrophoretischen Abbildungsprozeß wird ein Bild von einer bildformenden Suspension oder Tinte dadurch gebildet, daß die Tinte einem elektrischen Feld ausgesetzt und einer aktivierenden elektromagnetischen Strahlung, beispielsweise Licht im sichtbaren Spektralbereich ausgesetzt wird. Die bildformende Suspension zusammengesetzt aus in einem isolierenden flüssigen

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ORfGfNAL INSPECTED

Träger suspendierten lichtempfindlichen Teilchen. Die Teilchen tragen, während sie sich in Suspension befinden und während der Bildformung eine elektrische Restladung. In üblicher Weise wird die Tinte zwischen Elektroden gebracht, welche dazu dienen, ein elektrisches Feld aufzubauen, und wird einem Lichtbild durch eine der Elektroden, Vielehe wenigstens teilweise transparent ist, ausgesetzt. Nach einer Theorie werden Teilchen zu der transparenten Injektionselektrode bei Belichtung der Injektionselektrode durch die elektrische Feldaustauschladung angezogen und wandern unter dem Einfluß des Feldes durch den Flüssigkeitsträger zu der entgegengesetzten Elektrode. Als Ergebnis der Wanderung werden positive und negative Bilder auf den beiden Elektroden gebildet.

Der photoelektrophoretische Abbildungsprozeß ist entweder monochromatisch oder polyehromatisch. Das hängt davon ab, ob die lichtempfindlichen Teilchen innerhalb des Flüssigkeitsträgers auf dieselben oder auf verschiedene Teile des Lichispektrums ansprechen. Ein vollständiges Farb-polychromatisches System wird erhalten, wenn beispielsweise Zyan, Fuchsin und gelbgefärbte Teilchen verwendet werden, welche auf rotes, grünes und blaues Licht ansprechen. Eine ausführliche und ins einzeln gehende Beschreibung des photoelektrophoretischen Prozesses erfolgt in den US-PS 3 384 565 und 3 384 484, 3 383 993 und 3 384 566, auf •die hier Bezug genommen wird.

Zur wirksamen JLbbiidung ist ein hohes Feld zwischen den Elek-•irocsi erforderlich. Ein hohes Feld erhöht aber die Möglichkeit eines dielektrischen Durchschlages der abbildenden Suspension, sine mögliche Zerstörung der Injektionselektrode und eine Verhinderung der Bildqualität. Ein Verfahren zum Umgehen dieses Problems besteht darin, daß eine Schicht mit hohem spezifischem Wiäsrscand; d.h. über 10' Ohm-cm zwischen die abbildende Suspension SMf c.sr iKJektiionsalektrode und der entgegengesetzten Elektrode c^rig=.bracl:t vi: , Π es: Schicht aus Material hohen spezifischen 7-iäi-iJSt£::d-2-i -r.-.;?sr---\e~ ^it dem leitenden Träger_f welcher die Elek-

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trode gegenüber der Injektionselektrode bildet, ist als Sperrelektrode bekannt. Die Sperrelektrode dient als eine Strombegrenzungseinrichtung und verhindert einen beträchtlichen Ladungsaustausch zwischen ihr und den Teilchen der Tintensuspension, welche während des AMldungsprozesses zu ihrer Oberfläche gewandert sind.

Zusätzlich zu dem erforderlichen spezifischen Widerstand muß die Sperrschicht auch einer hohen elektrischen Flußdichte widerstehen können, welche während des Abbildungsprozesses erzeugt wird. Zum Erzielen bester Ergebnisse bezüglich der Bildgualität wird ein hohes elektrisches Feld, welches gewöhnlieh in der Größenordnung von über 10 Volt pro Meter liegt„ in der Tinte bzw. Farbe erzeugt. Werden während des Abbildungsprozesses die Sperrschicht und das Färb- bzw. Tintensystem als 2wei Widerstands-/Kapazitätsschaltungen in Reihe betrachtet,, dann ist es wichtig „ daß die dielektrische Durchschlagsstärke und die dielektrische Konstante der Sperrschicht ausreichend hoch sind, um das erzeugte hohe Feld tragen zu können.

Unterliegt die Sperrelektrode einer zyklischen Wiederverwendung, wie es beispielsweise in einer in Fig„ 1 gezeigten Ausführungsform der Fall ist, dann sollte der spezifische Widerstand der Sperrschicht nicht so hoch sein, daß auf der Oberfläche der Schicht vorhandene Restladungen nach einem Zyklus nicht über eine Innenleitung vor dem Einsetzen eines zweiten und nachfolgenden Zyklus verschwinden können=

Diese Faktoren sowie weitere Faktoren wie Lebensdauer, mechanische Stärke, Lösungswiderstand und Nachgiebigkeit lassen sich oft nicht gleichzeitig erreichen= So zeigen Materialien wie Elastomere und plastische Stoffe eine hohe Durchschlagsfestigkeit und hohe mechanische Eigenschaften, besitzen aber eine niedrige dielektrische Konstante von allgemein in der Größenordnung unter 8 oder einen spezifischen Widerstand„ welcher über der« ge-

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wünschten Wert in einem Sparmaterial liegt, welches in einem zyklischen Prozeß verwendet wird. Auf der anderen Seite läßt ein Material wie Barytapapier, welches aus einem in einer Gelatinelösung suspendierten Bariumsulfat beschichteten Papier besteht, bezüglich der mechanischen Stärke, der Nachgiebigkeit und der Lebensdauer zu wünschen übrig.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Sperrelektrode zur Verwendung bei einem photoelektrophoretischen Abbildungsprozeß zu schaffen, die die oben beschriebenen erwünschten vorteilhaften chemischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften besitzt.

Dadurch soll der photoelektrophoretische Abbildungsprozeß verbessert werden. Die Sperrelektrode soll eine polymere Sperrschicht mit guter Nachgiebigkeit, hoher Durchschlagsfestigkeit, hoher dielektrischer Konstante und verhältnismäßig kurzer Zeitkonstanten haben.

Diese Aufgabe wird durch eine Sperrelektrode zur Verwendung in einem photoelektrophoretischen Abbildungsprozeß gelöst, welche gekennzeichnet ist durch einen leitenden Unterlagekörper mit einer Einrichtung zur Verbindung desselben mit einer elektrischen Spannungsquelle, eine polymere Schicht in Kontakt mit dem leitenden Unterlagekörper, wobei die polymere Schicht ein polymeres Material mit etwa 20 - 90 Gew.-% eines feinverteilten, darin dispergierten ferroelektrischen Materials aufweist und dieses ferroelektrische Material eine Dielektrizitätskonstante kleiner als 15 besitzt.

Das Sperrelektrodenmaterial besitzt also eine polymere Matrix, mit darin enthaltenen wirksamen Mengen feinverteilten ferroelektrischen Materials oder einer Mischung von ferroelektrischem Material, welches ausreicht, die elektrischen Eigenschaften des polymeren Materials zur Verwendung in einem elektrophoretischen Abbildungsprozeß zu verbessern. Bevorzugt sind solche ferroelek-

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trischen Materialien mit einer Dielektrizitätskonstanten von etwa 15 bis 10.000 (10 Hertz) oder mehr wie die Erdalkalimetalltitanate oder -stannate. Besonders bevorzugt sind ferroelektrische Stoffe mit einer Dielektrizitätskonstanten von über 100 wie Barium- oder Strontiumtitanat. Die Sperrelektrode, welche die Sperrschicht gemäß der Erfindung umfaßt, kann in Form einer leitenden Rolle ausgebildet sein, welche mit einer Spannungsquelle verbunden ist und einen Film der Sperrschicht aufweist, welcher an ihrer Oberfläche haftet, wie es in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist. Die Sperrelektrode kann auch in Form eines Endlosbandes ausgebildet sein, welches ein mit der Spannungsquelle verbundenes leitendes Material aufweist, das unter einer Schicht des Sperrmaterials liegt, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Die Sperrelektrode kann ferner die Form einer Bahn mit einem über Rollen zugeführten Band des Sperrmaterials, welches zwischen eine Injektionselektrode und eine leitende Schichtelektrode gebracht wird, ausgebildet sein, wie es in der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform gezeigt ist.

Hat das polymere Sperrmaterial mit dem Ferroelektrikum einen

1 3 spezifischen Durchgangswiderstand von über 10 Ohm-cm und soll es für einen kontinuierlichen Prozeß mit kontinuierlichen Belichtungszyklen derselben Oberfläche für den Abbildungsprozeß etwa gemäß der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform verwendet werden, dann können die elektrischen Eigenschaften des Sperrmaterials noch weiter dadurch verbessert werden, daß geringe Mengen eines stärker leitenden Materials als des polymeren Materials bei der Herstellung der Sperrschicht verwendet werden. Beispiele solcher dafür geeigneter Materialien sind Graphit, leitender Ruß, Lewis-Säuren, Weichmacher, polyelektrolytische Harze und ähnliches.

Die polymere Sperrschicht kann auf das geeignete leitende Substrat durch irgendein Verfahren wie Eintauchen oder Rollenbeschichtung, durch Walzen eines Blattes oder eines Filmes aus leitendem Mate-

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rial auf das leitende Substrat oder durch Wärmeschrumpfen, wenn das Substrat eine Rolle oder eine Trommel ist und das polymere Material auf Wärmeschrumpfung anspricht, aufgebracht werden. In einer anderen Ausführungsform kann die polymere Sperrschicht als Bahn oder Band ausgeführt werden, welche in engem Kontakt mit einem leitenden Substrat gebracht werden können.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 und 2 eine schematische Seitenansicht eines photo-

elektrophoretischen Abbildungssystems, wobei die Sperrelektrode rollenförmig ausgebildet ist;

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht, in der die

Sperrelektrode in Form einer Endlosbahn oder eines Endlosbandes ausgebildet ist; und

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform, in der die Sperrelektrode in der Weise ausgebildet ist, daß eine Bahn aus Sperrmaterial über eine leitende Elektrode hinweggeführt wird.

Zum besseren Verständnis der Funktion des Sperrelektrodenmaterials gemäß der Erfindung in photoelektrophoretischen Abbildungsverfahren erfolgt eine Diskussion der verschiedenen beispielhaften Systeme.

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Darin ist eine transparente Elektrode 11 gezeigt, die in diesem Fall aus einer Schicht eines optisch transparenten Glases 12 besteht, welches mit einer dünnen optisch transparenten Schicht 13 aus Zinnoxyd beschichtet ist. Dieses mit Oxyd beschichtete Glas ist im Handel unter dem Warennamen NESA-Glas von der Pittsburgh Plate Glass

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Company, Pittsburgh, Pa. erhältlich. Diese Basiselektrode dient als Injektionselektrode. Auf der Schicht der Elektrode 11 ist eine dünne Schicht feinverteilter lichtempfindlicher Teilchen, welche in einer isolierenden Trägerflüssigkeit dispergiert sind, aufgebracht. Diese Suspension 14 kann auch Sensibilatoren (Aktivatoren) und/oder Binder für die Teilchen, welche in der Trägerflüssigkeit gelöst oder suspendiert sind, zusammen mit den Teilchen enthalten. Neben dar Elektrode 11 befindet sich eine Rollenelektrode 23, die mit der einen Seite einer Spannungsquelle 17 verbunden ist, welche über einen Schalter 18 mit ihrer entgegengesetzten Seite mit der dünnen Zinnoxydschicht auf der Elektrode 11 verbunden ist, so daß bei geschlossenem Schalter 18 an der flüssigen Suspension ein elektrisches Feld angelegt wird, wenn die Elektrode 23 über die Oberfläche der Elektrode 11 in der durch den Pfeil in der Zeichnung gezeigten Richtung darüberrollt. Die Elektrode 23 besitzt einen Mittelkern 24, welcher vorzugsweise ziemlich hoch elektrisch leitend ist, und ist mit einer Schicht aus Sperrelektrodenmaterial 26 bedeckt. Ein Bildprojektor aus einer Lichtquelle 19, einem Glasbild 21 (transparency) und einer Linse 22 ist dafür vorgesehen, die Suspension 14 mit einem Lichtbild des zu reproduzierenden Originalglasbildes 19 zu belichten. B ei der Bilderzeugung rollt die Rollenelektrode 23 über die obere Oberfläche der Elektrode 11, wobei der Schalter 18 während der Belichtung geschlossen ist. Diese Belichtung bewirkt, daß die ursprünglich auf der Elektrode 11 befindlichen belichteten Teilchen durch die Flüssigkeit wandern und an der Oberfläche der Sperrelektrode haften und ein Teilchenbild auf der Injektionselektrodenoberfläche hinterlassen, welches ein Duplikat des Originalglasbildes 19 ist. Dieses Bild kann dann bezüglich seiner räumlichen Verteilung fixiert werden, indem beispielsweise eine Schichtung über seine oberste Oberfläche gebracht wird, oder durch ein gelöstes Bindungsmittel in der Trägerflüssigkeit wie etwa Parafinwachs oder ein anderes geeignetes Bindungsmittel, welches aus der Lösung herauskommt, wenn die Trägerflüssigkeit

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verdampft wird. Die Trägerflüssigkeit selbst kann ein geschmolzenes Parafinwachs oder ein anderes geeignetes Bindungsmittel in flüssigem Zustand sein, welches sich bei Abkühlung selbst verfestigt und in den festen aetand zurückgeht. Alternativ dazu kann das auf der Elektrode 11 verbleibende Teilchenbild auf eine andere Oberfläche übertragen und auf dieser fixiert werden, falls dieses gewünscht wird. Mit diesem System können sowohl einfarbige als auch mehrfarbige Bilder in Abhängigkeit von der Farbe, der Empfindlichkeit und der Anzahl verschiedener in der Trägerflüssigkeit verteilter Pigmente und dem Farblicht, durch welches die Suspension belichtet wird, hergestellt werden.

In Fig. 2 ist eine Vorrichtung gezeigt, durch die ein großer breitflächiger "Kriechweg¹¹-Kontakt durch die Sperrelektrode mit der bildformenden Suspension 14 während des Abbildungsbzw. Bildformungsprozesses geschaffen wird. Gleiche Bezugszeichen sind in den Figuren 2 bis 4 für die gleichen Elemente wie in Fig. 1 verwendet, und es ist aus Fig. 2 zu erkennen, daß die Vorrichtung den gleichen Aufbau hat wie in Fig. 1 mit Ausnahme des Aufbaus der Sperrelektrode, die durch eine Rollenelektrode 29 gebildet wird. Diese Rollenelektrode 29 besteht aus einem sehr weichen Mittelkern 31, der eine ziemlich hohe elektrische Leitfähigkeit haben kann. Wird ein niedrig leitendes Material verwendet, dann wird eine getrennte elektrische Verbindung zur Rückseite der Sperrschicht 32 vorgesehen. Dieser Kern ist mit einem Sperrelektrodenmaterial 32 beschichtet. Die Sperrelektrodenschicht kann aus einer getrennten abnehmbaren Schicht gebildet sein, die entweder auf die Rolle aufgewickelt oder durch mechanische Befestigungselemente oder jede andere Vorrichtung, die die Schicht auf der Rolle abnehmbar hält, aufgebracht. Alternativ dazu kann die Schicht mit der Rolle selbst ein Ganzes bilden, entweder durch Aufkleben, Aufschichten, Aufsprühen oder ähnliches auf der Rollenoberfläche. Es ist wichtig,

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daß während des Daruberhxnweggehens der Rollenelektrode 29 über die Elektrode 11 die beiden mit ausreichender Kraft zusammengehalten werden, so daß das Rollenmaterial zusammengedrückt wird, um einen flachen großen Flächenkontakt zwischen der Rolle und der Elektrode 11 zu bilden.

In den Fig. 3 und 4 sind zwei zusätzliche Ausführungsformen dargestellt, bei denen der Bildprojektor zur Vereinfachung weggelassen ist. In der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist dieselbe NESA-Glaselektrode 11 mit einer Beschichtung der Abbildungssuspension 14 verwendet und ist mit einer Spannungsquelle 17 über einen Schalter 18 wie in den vorhergehend beschriebenen Figuren verbunden. Die andere Seite der Spannungsquelle 17 ist jedoch mit einem Rollenpaar 36 und 37 und einer Niederhalteplatte 38 innerhalb einer langgestreckten Endlosband-Sperrelektrode 39 verbunden. Dieses Endlosband besitzt eine Basisschicht 41 mit einer ziemlich hohen elektrischen Leitfähigkeit, so daß die an die inneren Rollen und die Niederhalteplatte angelegte elektrische Spannung gleichmäßig von dieser Schicht an die bildformende Suspension angelegt wird, wenn das Band über die Elektrode 11 hinweggeht.

Wie der Mittelkern 31 der Rollenelektrode 29 kann das Substrat des Bandes 39 beispielsweise aus irgendeinem geeigneten Material mit verhältnismäßig hoher Leitfähigkeit gebildet sein. Typische leitfähige Materialien sind leitender Gummi, Metallfolien aus Stahl, Aluminium, Kupfer, Bronze oder ähnlichem, über dem Substrat 41 liegt die Sperrelektrodenschicht 42. Die Rollen 36 und 37 und die Niederhalteplatte 38 können alle an demselben Träger montiert sein, so daß eine Bewegung des Trägers in der durch den Pfeil in der Figur gezeigten Richtung den gewünschten Kontakt mit der Elektrode 11 bewirkt. Die Niederhalteplatte 38 kann auch gewünschtenfalls durch eine Mehrzahl von Rollen ersetzt werden, wodurch die Reibung verringert wird, während die Bandoberfläche doch während ihres Darüberhinweggehens über die Elektrode 11 nach unten gedrückt wird. Andere Ausführungsformen der

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Vorrichtung, die ebenfalls einen "Kriechweg"-Kontakt des Endlosbandes 39 über die Elektrode 11 bewirken, können von dem Fachmann entsprechend ausgebildet werden. So können beispielsweise die beiden Rollen und die Niederhalteplatte durch einen verstärkten Block aus einem Material, welches einen niedrigen Reibungskoeffizienten besitzt, und welcher die durch die Innenseite des Bandes in Fig. 3 gebildete Form hat, ersetzt werden, und dieser Block mit dem Band auf seiner äusseren Oberfläche kann einfach über die Elektrode 11 hinweggleiten, so daß dieselbe Art von Kriechbewegung entsteht. Eine Drehung des Bandes entsteht in diesem Fall durch den Reibungskontakt der Außenoberfläche des Bandes mit der Elektrode 11 und dem geringen Reibungswiderstand zwischen dem Band und dem Block, welcher seine Drehung um den Block beschränken würde. In anderen Ausführungsformen können die Rollen Zähne aufweisen, welche parallel zu ihren Achsen laufen und in in die innere Oberfläche des Bandes eingeschnittene Kanten eingreifen, so daß ein kraftschlüssiger Antrieb für das Band selbst entsteht, wenn es über die Elektrode läuft.

In Fig. 4 ist eine dritte Ausführungsform gezeigt, in der die Sperrelektrode in Form eines langgestreckten Bandes oder einer langgestreckten Bahn 44 von einer Abgaberolle 46 abgegeben und von einer Aufnahmerolle 47 aufgenommen wird. Diese Bahn 44 wird über eine Anzahl von kleinen leitenden Rollen 48 mitgenommen, von denen jede mit einer Spannungsquelle 17 verbunden ist, um so hinter der Bahn gut ein elektrisches Potential anzulegen, wenn die Bahn über die Elektrode 11 hinweggeht. Die Rollen 48 zusammen mit den Abgabe- und Aufnahmerädern 46 und 47 sind jeweils drehbar an einer Befestigungsplatte 49 montiert. Eine ähnliche Befestigungsplatte kann auch am vorderen Ende dieser Räder und Rollen, wie sie in Fig. 4 gezeigt sind, vorgesehen sein, so daß sie an beiden Enden gelagert werden und so ein fester Tragrahmen für die ganze Sperrelektrodenanordnung gebildet wird. Im Betrieb wird diese Anordnung bewegt, so daß die Sperrelektrode 44 über die Elektrode 11 dem durch die gestrichelte

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Linie in der Figur gezeigten Weg 51 nachfolgend entlangläuft. Auf diese Weise verläuft die Sperrelektrodenbahn 44 über die Elektrode 11, wird angehoben und in ihre Ausgangsstellung zurückgeführt, so daß ein neuer Abschnitt Sperrelektrodenmaterials für jeden Vorbeigang dieser Elektrode über der Elektrode 11 vorgesehen wird.

Die obige Vorrichtung und das Verfahren sind in weiteren Einzelheiten in der US-PS 3 551 320 beschrieben. Ausführungsformen anderer photoelektrophoretischer Vorrichtungen sind in den US-PS 3 565 614 und 3 609 028 beschrieben.

Die Sperrelektrode, welche der wesentliche Teil der vorliegenden Erfindung ist, ist in einer Abbildungsvorrichtung nahe bei 26 in Fig. 1, 32 in Fig. 2, 42 in Fig. 3 und 44 in Fig. 4 gezeigt.

Wie oben ausgeführt ist, ist das Sperrelektrodenmaterial gemäß der Erfindung aus einer Zusammensetzung gebildet, welche ein polymeres Material mit darin dispergiertem feinverteilten ferroelektrischem Material enthält. Der Begriff polymer soll elastomere Polymere wie etwa natürlichen oder synthetischen Gummi, thermoplastische Harze und Mischungen davon umfassen, wobei die polymeren Materialien einen spezifischen Durchgangswiderstand von wenigstens ungefähr 10 Ohm-cm bei 23°C haben. Das spezielle zu verwendende Polymer hängt hauptsächlich davon ab, welche Anforderungen an die Sperrelektrode während des Abbildungsprozesses gemacht werden, und von der Art der Vorrichtung, in der die Sperrelektrode verwendet wird. Wird das Sperrelektrodenmaterial einmal verwendet und dann weggeworfen, wie es bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform der Fall sein kann, dann kann faktisch jedes polymere Material verwendet werden, welches als Band oder Bahn ausgebildet werden kann und welches aufbaumäßig für die Betriebsbedingungen passend ist. Beispiele für solche Materialien sind Polyolefine wie Polyäthylen oder Polypropylen, chlorierte und sulfochlorierte Polyolefine,

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Polyakrylate, Polyvinylhalogenid, vinylaromatische Polymere wie Polystyren, Dienpolymere wie natürlicher Gummi, Polybutadien, Polychloropren, Butylgummi und Äthylen/Propylen/Dien-Terpolymere, Polyurethane, Polyester, Polyäther und ähnliches. Mischpolymere von Monomeren, von denen die obigen Polymere abgeleitet sind, können ebenfalls verwendet werden. Werden Dienoder Gummipolymere verwendet, dann sollten diese sich im ausgehärteten Zustand (cured state) befinden. Beste Ergebnisse bezüglich der Abbildungsqualität werden erreicht bei Verwendung von Polymeren, welche beim Gießen in eine Scheibe oder eine Bahn eine gute Nachgiebigkeit und Flexibilität besitzen. Diese Eigenschaften besitzen die elastomeren Polymere und können den spröderen Polymeren dadurch gegeben werden, daß Weichmacher verwendet werden oder daß die spröderen Polymere mit elastomeren Polymeren vermischt werden, wie es dem Fachmann bekannt ist.

Wenn das Sperrelektrodenmaterial in einem kontinuierlichen Umlaufbetrieb verwendet wird wie in dem Fall der Figuren 1,2 und möglicherweise 3, dann sollten Polymere verwendet werden, welche bezüglich ihrer mechanischen und chemischen Eigenschaften fester sind. Ein guter Widerstand gegen Lösung und Widerstand gegen Abrieb und Oxydation sind wegen des ständigen Ausgesetztseins an Luft und Lösungsmitteln in der photoelektrophoretischen Farbe (Tinte) wichtig. Zusätzlich sollte das Polymer, welches zur Bildung der Sperrschicht der Rollenelektrode wie in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung verwendet wird, ziemlich nachgiebig sein, um so weit wie möglich die Form der Oberfläche der Injektionselektrode anzunehmen, wenn sie über die Oberfläche, der Elektrode rollt. Derartige Polymere, welche speziell diese obigen Kriterien in verschiedenem Maße erfüllen, sindgehärtete Elastomere mit Polyepihalohydrin, Mischpolymere, von Epihalohydrin mit Äthylenoxyd, Polysulfidgummi, Silikongummi, Diolefin/Akrylsäurenitril-Mischpolymere, Polyakrylgummi, PoIychloroprengummi, Butylgummi, sulphochlorierte Polyäthylene, Olefingummi, fluorisJerte Gummi und ähnliche Materialien und Mischungen von denselben.

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Eine zweite Komponente der Sperrschicht gemäß der Erfindung umfaßt feinverteiltes ferroelektrisches Material, welches in der polymeren Matrix gleichmäßig dispergiert ist* Dieses Material dient hauptsächlich zur Vergrößerung der dielektrischen Konstanten der polymeren Schicht, wodurch die Fähigkeit des Polymers zum Tragen des hohen elektrischen Feldes und der hohen Flußdichte, welche während des Abbildungsprozesses erzeugt wird, verbessert wird. In der Praxis wurde gefunden, daß passende Ergebnisse in der elektrophoretischen Abbildung erhalten werden, wenn die Sperrschicht eine dielektrische Konstante von wenigstens etwa 8 besitzt. Optimale Ergebnisse werden erzielt, wenn die dielektrische Konstante der Sperrschicht wenigstens etwa 15 und vorzugsweise zwischen 30 bis 90 oder mehr beträgt. Das wird gemäß der Erfindung dadurch bewerkstelligt, daß eine gewisse Menge feinverteilten ferroelektrisehen Materials in die polymere Matrix gegeben wird, welche ausreicht, die dielektrische Konstante der polymeren Zusammensetzung auf einen Wert von über 8 oder mehr anzuheben. Der Begriff ferroelektrisches Material wird hier in dem Sinn von Materialien verwendet, die eine dielektrische Konstante von über 15 (10 Hertz) und vorzugsweise im Bereich von etwa 100 bis 12.000 besitzen. Beispiele derartiger bevorzugter Materialien sind Metalltitanate und Stannate, speziell die Erdalkalimetalltitanate und Stannate.

Die Menge des mit dem polymeren Material gemischten ferroelektrischen Materials variiert als ein Faktor der dielektrischen Konstanten des speziellen verwendeten Polymers und der dielektrischen Konstanten des ferroelektrischen Materials. Die meisten Polymere haben eine dielektrische Konstante in dem Bereich von etwa 2 bis 7.. Es wird mehr ferroelektrisches Material benötigt, wenn das Polymer eine niedrige Anfangs-dielektrische Konstante besitzt. Im allgemeinen hat sich etwa 20 bis etwa 90 Gew.-% Ferroelektrikum basierend auf polymerischem Material als ausreichend erwiesen, um die dielektrische Konstante der polymeren Zusammensetzung auf einen ausreichenden Bereich anzu-

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haben. In den meisten Fällen ist ein Zusatz von etwa 50 bis 85 Gew.-% Ferroelektrikum erforderlich, um eine optimale dielektrische Konstante von etwa 30 bis 90 in der polymeren Zusammensetzung zu erhalten.

Das polymere Material und das ferroelektrische Material können durch jedes geeignete Verfahren gemischt werden. Das Ferroelektrikum wird vorzugsweise in feinverteilter Form verwendet, d.h. mit einer durchschnittlichen Teilchengrösse im Bereich von etwa 0,1 bis 10 Mikron. Es können Mischungen gebildet werden durch Hinzusetzen von feingemahlenem Ferroelektrikum zu einer heissen Schmelze des polymeren Materials in einem Mühlenmischer wie etwa einem Brabender-Plastograph. Die Mischung kann auch unter Verwendung eines Banbury-Mixers erfolgen, der gewöhnlich bei der Gummimischung verwendet wird, oder durch Mischen des Pulvers mit einem polymeren Latex vor der Koagulation und Rückgewinnung des Latex. Wenn das polymere Material einen Elastomer aufweist, welcher auszuhärten oder zu vulkanisieren ist, dann können zu diesem Zeitpunkt auch die geeigneten Aushärtungsmittel und GummiVerarbeitungszusätze, wie sie dem Fachmann bekannt sind, zugesetzt werden.

Obwohl Sperrelektroden mit einer Sperrschicht aus einer Mischung aus polymerem Material und einem ferroelektrischen Material gut in dem elektrophoretischen Prozeß arbeiten, können doch verschiedene Probleme auftreten, wenn die Sperrelektrode in einem kontinuierlichen Prozeß mit einem zyklischen Wiederaussetzen derselben OBERFLÄCHE gegenüber dem hohen abbildenden Feld verwendet werden soll, wie es der Fall sein würde bei einer Elektrode, die die Form einer Rolle gemäß den Figuren 1 und besitzt. Eine Restladung auf der Oberfläche der Elektrode von einem vorhergehenden Zyklus muß vollständig beseitigt werden, ehe ein zweiter Zyklus beginnt; sonst würde die verbleibende Ladung die nachfolgende Bilderzeugung stören. Mit anderen Worten gesagt sollte die Sperrschicht eine verhältnismäßig kurze Zeit-

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dauer oder Relaxationszeit besitzen, die kleiner sein soll als die Zykluszeit aber grosser als die für die Bildformung benötigte Zeit. Gemäß der Erfindung soll daher der spezifische Durchgangswiderstand (23°C) der Sperrschicht kleiner als 10

Ohm-cm, vorzugsweise innerhalb des Bereiches von etwa 10 bis

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10 Ohm-cm sein, damit die Sperrschicht Restladungen über eine innere Leitung zwischen den Verwendungszyklen hinreichend entlädt. Ist der spezifische Durchgangswiderstand der Sperrschicht aus einer Mischung von polymerem Material und ferro-

1 3 elektrischem Material grosser als 10 Ohm-cm und soll die Sperrschicht für eine zyklische Wiederverwendung geeignet sein, dann kann daher der spezifische Durchgangswiderstand durch inniges Mischen der Sperrschichtzusammensetzung mit kleinen Mengen eines Zusatzes, der stärker leitend ist als das polymere Material, auf einen Wert herabgesetzt werden, welcher in annehmbaren Grenzen liegt. Beispiele für solche Materialien, die für diesen Zweck geeignet sind, weisen leitende Füllstoffe auf wie Graphit und leitender Ruß, Lewissäuren, Polyelektrolytische Harze wie QX2611.12, welches ein polyguaternäres Ammoniumsalzkomplex ist, welches von Dow Chemical Co.erhältlich ist. Weichmacher wie Triphenyl-oder Trikresy!phosphat oder, N-Äthyl ptoluen-sulphonamid, Polymer-Aushärtbestandteile und Verunreinigungen wie organische Farbstoffe und Halogenmoleküle. Im allgemeinen sollte der leitende Zusatz einen spezifischen Durchgangswiderstand von weniger als 10 Ohm-cm (23°C) und vorzugsweise weniger als 10 Ohm-cm haben und kann in einer Höhe von etwa 0,1 bis etwa 25 Gew.-% auf der Basis des Gewichts des polymeren Materials verwendet werden.

Die obigen Zusammensetzungen können durch verschiedene Techniken in eine Sperrschicht zur Verwendung im Zusammenhang mit einer Sperrelektrode gebracht werden. Die polymere Sperrschicht kann auf das geeignete leitende Substrat direkt durch Eintauchen oder Rollenbeschichtung aufgebracht werden. Alternativ dazu können Scheiben oder Filme aus polymeren Materialien hergestellt werden

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dünn Gießen von Filmen oder durch Formpressen, und diese können auf das Substrat durch eine Haftschichtung oder durch Wärmeschrumpfung, wo das polymere Material auf Wärmeschrumpfung anspricht, aufgebracht werden. Handelt es sich bei dem polymeren Material um einen Elastomer, welcher vor der Verwendung als Sperrschicht ausgehärtet werden muß, dann kann der die geeigneten Aushärtemittel enthaltende Elastomer an Ort und Stelle nach dem Aufbringen auf das leitende Substrat ausgehärtet werden, oder es können Filme und Streifen des Elastomers gebildet, ausgehärtet und anschließend auf das leitende Substrat aufgebracht werden. In einer anderen Ausfuhrungsform kann die polymere Sperrschicht als Bahn oder Streifen hergestellt werden, welcher in endgültigen Kontakt mit einem leitenden Substrat während des bildformenden Prozesses gebracht wird. Diese Bahnen oder Streifen können durch kontinuierliche Filmgießprozesse, durch Spritzguß, lösenden Niederschlag und ähnliche bekannte Techniken hergestellt werden. Bahnen und Streifen können auch durch Bilden einer dünnen kontinuierlichen Schicht auf der polymeren Zusammensetzung auf einem verhältnismäßig inerten Substrat wie Papier oder durch Sättigen einer lockeren Matrix wie etwa Papier vor dem Kalandrieren gebildet werden.

Die Dicke der Sperrschicht kann innerhalb weiter Grenzen variiert werden, sollte aber im wesentlichen gleichförmig sein, damit optimale Ergebnisse erzielt werden. Die minimale Dicke wird bestimmt durch praktische Betrachtungen wie die Teilchengröße der verschiedenen vorhandenen Zusätze in der Sperrschichtzusammensetzung und die Fähigkeit, gleichförmige Filme ohne die Bildung von Unregelmäßigkeiten oder Löchern zu bilden. Die obere Grenze der Filmdicke wird in dem Sinne festgelegt, daß das gesamte zwischen der Injektions- und der Sperrelektrode angelegte Potential dadurch aufrecht erhalten werden muß, daß die Spannung als Funktion der Dicke der Sperrschicht erhöht werden muß. Gemäß der Erfindung soll die im wesentlichen gleichförmige Dicke der Sperrschicht wenigstens 1 Mil (25,4 /am) , vorzugsweise zwi-

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sehen etwa 5 Mil (127 ;um) und etwa 6,35 mm und gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung zwischen 10 und 50 Mil (254 bis 1.270/Um) betragen.

Der unter der Sperrschicht liegende leitende Träger kann aus jedem geeigneten leitenden Material wie Metall oder leitendem Gummi oder einer Hülse aus leitendem Gummi über einem Metallkern gebildet sein. Dieser leitende Träger wiederum ist mit der Spannungsquelle verbunden. Ht die Sperrelektrode die Form einer Rolle wie in den Figuren 1 und 2, dann gibt der leitende Gummi eine zusätzliche Nachgiebigkeit für die Rollenelektrode.

Die folgenden Beispiele zeigen Zusammensetzungen, die für die Verwendung als Sperrschicht geeignet sind, und Verfahren zu deren Herstellung.

Beispiel I

Die folgenden Materialien werden gemischt und in einer Gummimühle gemischt:

Gewichtsanteile

Butadien/Akrylnitri!-Mischpolymer (Hycar 1043) 100,0 Stearinsäure 1,0 Zinkoxyd 5,0 Bariumtitanatpuder * 40,0 Tetramethylthiuramdi sulfid 3,5

* Kondensatorgüte Bariumtitanat

spezifisches Gewicht ..5,85 _

Schüttgewicht .1,985.2 g/dm (124 lb/cu ft)

Schmelzpunkt 1.654°C (3O1O°F)

Feinheit 0,3 bis 5,0 Mikron

dielektrische Konstante

(10 Hertz) 1.200 - 1.600

Es wurde ein ausgehärteter Film der obigen Zusammensetzung mit einer Dicke von etwa 25 Mil (635 /um) durch Aushärten der Zusammensetzung in einer Form in einer hydraulischen Presse bei 177°C

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über 15 Minuten lang hergestellt. Der ausgehärtete Film zeigte eine dielektrische Konstante von etwa 15 und einen spezifi-

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sehen Durchgangswiderstand in der Größenordnung von 10 Ohm-cm.

Der Film wurde auf ein leitendes Rollensubstrat wie dasjenige bei 24 in Fig. 1 mit einem Durchmesser von etwa 10,16 cm (4 inch) und einer Länge von etwa 30,5 cm (12 inch) aufgeklebt. Mit dieser Anordnung als Sperrelektrode wurden ausgezeichnete Bilder erhalten.

Beispiel II

Es wurden die folgenden Materialien gemischt und in einer GummimühIe ζus ammenge setzt:

Gewichtsanteile

Polyepichlorohydrin	100,0
(Hydrin 100)	1,0
Magnesiumstearat	7,5
Bleiphosphat (zweibasisch)	0,8
Hexamethylkarbamat	0,5
Phenolsali zylatpuder	300,00
Bariumtitanatpuder

Ein ausgehärterter Film mit einer Dicke von etwa 20 Mil (508 /um) wurde durch Aushärten der Zusammensetzung in einer hydraulischen Presse bei 137°C (28O°F) über eine Stunde lang hergestellt. Dieser Film zeigte eine dielektrische Konstante von etwa 60 und

10

einen spezifischen Durchgangswiderstand von etwa 10 0hm-cm.

Die Sperrelektrode ähnlich derjenigen, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, wird dadurch hergestellt, daß eine Länge des Filmes wie oben (42) zu einem 0,3 cm (1/8 inch) dicken Band mit einem leitenden Gummi (41) mit einem hohen Anteil von Ruß gewalzt wird. Wie in Beispiel I wurd^eßit dieser Sperrelektrode ausgezeichnete Bilder erzeugt, wenn diese in dem elektrophoretischen Abbildungsprozeß verwendet wird.

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Beispiel III

Es wurde ein Film mit einer Dicke von etwa 20 Mil (508 /um) hergestellt, der ausgezeichnete Abbildungseigenschaften besitzt, wenn er als Sperrschicht in einer Sperrelektrode verwendet wird, indem die folgende Zusammensetzung verbunden und ausgehärtet wird wie in Beispiel II:

Gewichtsanteile

Sulfochloriertes Polyäthylen

(Dupont Hypalon) 100,0

Kristallinisches Bleioxyd 25,0 Dipentarnethylen

thiuramtetrasulfid 1,0

Ν,Ν-m-phenylen diginaleimid 1,0

Bariumtitanatpuder 300,0

Der Film hat eine Dielektrizitätskonstante von etwa 70 und

einen spezifischen Durchgangswiderstand von etwa 10 Ohm-cm. Das Ν,Ν-m-phenylen dimaleimid dient in dieser Gleichung sowohl

zum Aushärten als auch als ein leitendes Material. Ohne dieses

13 Material würde ein Widerstand in der Größenordnung von

0hm-cm zu erwarten sein.

Beispiel IV

Es wurde ein Film mit etwa 20 MIL (508 /um) hergestellt durch Mischen und Aushärten der folgenden Zusammensetzung wie in Beispiel II:

Gewichtsanteile

Sulfochloriertes Polyäthylen 40,0

Polyepichlorohydrin 60,0

Magne s i umoxyd 4,0

Zinkoxyd 1,0

Barium/Kadmiumseife (Ferro 1827) 2,0

Bariumtitanatpuder 280,0

2-Mercaptoimidazolin 1,2

Ν,Ν-m-phenylen dialeimid 0,6

Der Film zeigte eine dielektrische Konstante von etwa 65 und

chgangswiderstanc
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1O

einen spezifischen Durchgangswiderstand von etwa 10 0hm-cm.

Beispiel V

In diesem Beispiel wird Ruß verwendet, um den spezifischen Durchgangswiderstand der Zusammensetzung auf weniger als

12
10 Ohm-cm zu verringern. Ein Film mit einer Dicke von etwa 25 Mil (635 /um) wird hergestellt durch Zusammensetzen und Aushärten der folgenden Zusammensetzung wie in Beispiel II:

Gewichtsaiteile

Sulfochloriertes Polyäthylen	100,0
Magnesiumoxyd	4,0
Bariumtitanatpuder	280,0
Dipentamethylen-
thiuramtetrasulfid	2,5
Mercaptobenzothiazyldisulfxd	0,5
Ruß	20,0
Epoxydharz (Epon 828 - Shell
Chemical Co.)	4,0

Dieser Film zeigte ausgezeichnete Abbildungen, wenn er zusammen mit einer Rollenelektrode verwendet wurde wie in Beispiel I.

Beispiel VI

Die folgenden Bestandteile wurden in Cellosolve-Azetatlösung dispergiert bei etwa 35 Gew.-% Feststoffen:

jGewichtsan teile

Polyurethanharz * 25,0

Strontiumtitanat ** 75,0

* Chemglaze - Hughson Chemical Company *i National Lead Company

spezifisches Gewicht .....4,81 -.

Schüttgewicht 1.345 g/dm (84 lb/cu ft)

Schmelzpunkt 4.06O⁰C (734O°F)

Feinheit 0,563 Mikron

Dielektrzitätskonstante

dO^b Hertz) 225-250

Die Dispersion wurde gleichmäßig auf die Oberfläche einer rost-

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freien Stahlrollenelektrode ähnlich da: in Fig. 1 gezeigten in einer solchen Menge aufgesprüht, die ausreichte, um eine Schicht mit einem trockenen Film einer Dicke von etwa 2 Mil (50,8/um) zu bilden. Dieser Film zeigte eine Dielektrizitäts-

14 konstante von etwa 9 und einen Widerstand von etwa 10 Ohm-cm.

Die sich daraus ergebende Sperrelektrode erzeugte ein gutes Bild, wenn sie für einen einzyklischen Abbildungsvorgang in dem elektrophoretischen Abbildungsprozeß verwendet wurde.

Geeignete Sperrschichten für die Verwendung in dem elektrophoretischen Abbildungsprozeß können auch aus Mischungen mit einer Mischung aus thermoplastischem Material wie Polymethylmethakrylat, Polystyren, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid, Polyäthylen, Polypropylen und ähnlichem und von etwa 20 bis Gew.-% eines feinverteilten ferroelektrisehen Materials wie Bariumtitanat oder Strontiumtitanat hergestellt werden. Diese Zusammensetzungen können in einer Dicke im Bereich von 1 Mil (25,4/um) bis 0,64 cm (1/4 inch) durch Aufsprühen, Eintauchen oder Rollenbeschichten auf einem geeigneten Substrat wie der gleitenden Rolle 24 in Fig. 1, der leitenden Rolle 31 in Fig. oder dem leitenden Band 41 in Fig. 3 aufgebracht werden. Alternativ dazu kann die Zusammensetzung in Form einer Bahn derselben Dicke wie bei 44 in Fig. 4 gezeigt ausgebildet werden.

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Claims (14)

1. Patentansprüche

   Sperrelektrode zur Verwendung bei einem photoelektrophoretischen Abbildungsprozeß, gekennzeichnet durch einen leitenden Unterlagekörper (24; 31; 36, 37; 48) mit einer Einrichtung zur Verbindung desselben mit einer elektrischen Spannungsquelle (17), eine polymere Schicht (26, 32, 42, 44) in Kontakt mit dem leitenden Unterlagekörper (24; 31; 36, 37; 48), wobei die polymere Schicht (26, 32, 42, 44) ein polymeres Material mit etwa 20 - 90 Gew.-% eines feinverteilten, darin dispergierten ferroelektrischen Materials aufweist und dieses ferroelektrische Material eine Dielektrizitätskonstante kleiner als 15 besitzt.
2. 2. Sperrelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die polymere Schicht (26) so ausgebildet ist, daß sie zwischen den tragenden Unterlagekörper (24) und eine zweite Elektrode (11) einfügbar ist.
3. 3. Sperrelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ferroelektrische Material aus der Gruppe der Erdalkalimetalltitanate und Erdalkalimetallstannate gewählt ist.
4. 4. Sperrelektrode nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die polymere Schicht die Form eines Streifens hat, der zwischen den leitenden Unterlagekörper und die zweite Elektrode eingelegt werden kann.
5. 5. Sperrelektrode nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Unterlagekörper einen Zylinder (24 , 31) oder ein kontinuierliches Band (41) aufweist, um dessen äußere Oberfläche die polymere Schicht (26, 32, 42) gewickelt ist.

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6. 6. Sperrelektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Material einen ausgehärteten Elastomer aufweist.
7. 7. Sperrelektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die polymere Schicht eine Dielektrizitätskonstante von wenigstens 15 und einen spezifischen Durchgangswiderstand im

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   Bereich von etwa 10 bis 10 Ohm-cm besitzt.
8. 8. Sperrelektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die polymere Schicht zwischen 0,1 und 25„Gew.-% leitendes Material mit einem spezifischen Durchgangswiderstand kleiner als etwa 10 Ohm-cm aufweist.
9. 9. Sperrelektrode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Material Ruß aufweist.
10. 10. Sperrelektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgehärtete Elastomer aus der Gruppe der Butadien/ Akrylonitrilgummi, sulfochloriertem Polyäthylen, Epichlorohydrinpolymere und Mischungen derselben ausgewählt ist.
11. 11. Sperrelektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die polymere Schicht eine gleichmässige Mischung von polymerem Material mit einem spezifischen Durchgangswiderstand von

    über 10 Ohm-cm und einem feinverteilten ferroelektrischen Material aus der Gruppe der Bariumtitanate, Strontiumtitanate und Mischungen derselben aufweist und daß das ferroelektrische Material in einer solchen Menge vorhanden ist, die ausreicht, daß die polymere Schicht eine Dielektrzitätskonstante von wenigstens etwa 8 besitzt.
12. 12. Sperrelektrode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die polymere Schicht eine Dielektrizitätskonstante von wenigstens 15 besitzt und eine im wesentlichen gleichförmige Dicke

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    innerhalb eines Bereiches von 1 Mil (25,4 yum) bis zu 0,635 cm (1/4 inch) hat.
13. 13. Sperrelektrode nach Anspruch 5 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der polymeren Schicht wenigstens 5 Mil (127 yum) beträgt.
14. 14. Sperrelektrode nach einem der Ansprüche 11 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß das ferroelektrische Material Bariumtitanat einer Teilchengröße zwischen 0,1 bis 10 Mikron ist und daß das Bariumtitanat in einer Menge von etwa 20 bis 90 Gew.-% des polymeren Materials vorhanden ist.

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