DE2931600C2

DE2931600C2 -

Info

Publication number: DE2931600C2
Application number: DE2931600A
Authority: DE
Inventors: Noboru Yokohama Kanagawa Jp Narita; Keiichi Abiko Chiba Jp Murai; Teruo Toride Ibaraki Jp Misumi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1979-03-02
Filing date: 1979-08-03
Publication date: 1987-06-19
Also published as: US4308331A; FR2450475A1; AU4939179A; AU536692B2; GB2043948B; FR2450475B1; DE2931600A1; GB2043948A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrostatisches Aufzeichnungsgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein elektrostatisches Aufzeichnungsgerät dieser Art ist in der DE-OS 27 35 650 beschrieben. Um von einer Vorlage mehrere Kopien ohne wiederholtes Abtasten der Vorlage erzeugen zu können, wird bei diesem bekannten Aufzeichnungsgerät ein Steuergitter verwendet, auf dem ein der Vorlage entsprechendes Ladungsbild ausgebildet wird, das zur bildmäßigen Modulation eines Ladungsträgerstroms dient, der seinerseits auf ein Aufzeichnungsmaterial gerichtet wird und dieses bildmäßig auflädt. Das Steuergitter weist einen elektrisch leitenden Kern auf, der auf der dem Aufzeichnungsmaterial zugewandten Seite mit einer fotoleitfähigen Schicht und einer das Ladungsbild tragenden isolierenden Oberflächenschicht versehen ist. Da der leitende Kern dieses bekannten Steuergitters im Gegensatz zu einem in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Steuergitter, wie es beispielsweise in der GB-PS 14 80 840 beschrieben ist, auf der der Ladungsträgerquelle zugewandten Seite nicht freiliegt, sondern von einer Isolierschicht bedeckt ist, ist auf dieser Seite eine weitere Oberflächenschicht vorgesehen. Diese weitere Oberflächenschicht ist leitend und soll dadurch sicherstellen, daß nicht durch die Öffnungen des Gitters hindurchtretende Ladungsträger abgeleitet werden, welche andernfalls das Ladungsbild auf dem Steuergitter bei mehreren Moduliervorgängen löschen würden.

Aus der DE-AS 26 00 171 ist ein Steuergitter bekannt, dessen isolierende Oberflächenschicht den Gitterkern und die darauf befindliche fotoleitfähige Schicht vollständig umschließt. Da aufgrund dieser Isolierschicht keine Ladung über den Gitterkern nach Masse abfließen kann, werden überschüssige Ladungsträger nicht abgeleitet, so daß nach einigen wenigen Moduliervorgängen mit einer Löschung des Ladungsbilds zu rechnen ist. In der DE-OS 24 62 396 ist schließlich ein Steuergitter beschrieben, das auf der dem Aufzeichnungsmaterial zugewandten Seite des leitenden Gitterkerns lediglich eine fotoleitfähige Schicht aufweist. Infolge dieses Aufbaus sind zur Erzeugung des Ladungsbilds andere Verfahrensabläufe erforderlich, als bei den vorstehend beschriebenen Steuergittern.

Bei einem gattungsgemäßen Steuergitter mit einer isolierenden Oberflächenschicht sind dem erzielbaren Kontrast in zweierlei Hinsicht Grenzen gesetzt: Das primäre Aufladen des Steuergitters kann wegen der Gefahr von Funkendurchschlägen nicht beliebig hoch gemacht werden. Wird andererseits bei dem zusammen mit der bildmäßigen Belichtung durchgeführten sekundären Laden sehr stark umgeladen, so ergibt sich zwar ein hoher Ladungsbildkontrast, doch bleiben die Sperrfelder in den Gitteröffnungen der hellen Bildbereiche so stark, daß die Ladungsträger nicht nur in den den Weißbereichen der Vorlage entsprechenden Gitterbereichen am Durchtritt gehindert werden, sondern auch in Gitterbereichen, die hell- bis mittelgrauen Bereichen der Vorlage entsprechen. Da man hierdurch eine sehr "harte" Aufzeichnung und keine naturgetreue Wiedergabe des Vorlagenbilds erhält, war man bisher gezwungen, unter Verzicht auf eine kontrastreichere Aufzeichnung beim sekundären Laden nur so weit umzuladen, daß ausschließlich in denjenigen Gitterbereichen, die den tatsächlichen Weißbereichen der Vorlage entsprechen, Sperrfelder erzeugt werden, die gerade stark genug sind, die Ladungsträger am Durchtritt zu hindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrostatisches Aufzeichnungsgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, mit dem kontrastreichere Aufzeichnungen erzielbar sind.

Diese Aufgabe wird erfinungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Hierdurch wird erreicht, daß das auf dem Steuergitter erzeugte Ladungsbild stets mit seiner vollen Potentialdifferenz zur Modulation des Ladungsträgerstroms wirksam beiträgt, ohne daß eine bestimmte Grauschwelle unterschreitende Bildbereiche als Weißbereiche aufgezeichnet werden. Beim sekundären Laden kann daher sehr stark umgeladen werden, wodurch der Kontrast der Aufzeichnung erfindungsgemäß in gleichem Maße erhöht wird, wie der des Ladungsbilds.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein herkömmliches Steuergitter,

Fig. 2 bis 5 die Erzeugung eines Ladungsbilds auf dem Steuergitter gemäß Fig. 1,

Fig. 6 und 7 Verläufe des Oberflächenpotentials von Steuergittern,

Fig. 8 in einem Querschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuergitters,

Fig. 9 ein elektrisches Ersatzschaltbild einer Ladungsspeicherschicht,

Fig. 10 grafisch den Zusammenhang zwischen dem Oberflächenpotential des Steuergitters und der Menge der durch dieses hindurchtretenden Ladungsträger,

Fig. 11 schematisch ein auf dem Steuergitter der Fig. 8 ausgebildetes Ladungsbild,

Fig. 12 einen Modulationsvorgang,

Fig. 13 grafisch die Beziehung zwischen einer Ladezeit und dem Oberflächenpotential,

Fig. 14 grafisch die gitteröffnungsabhängige Beziehung zwischen dem Kontrast des Ladungsbilds auf dem Steuergitter und dem des Ladungsbilds auf dem Aufzeichnungsmaterial,

Fig. 15 grafisch den Zusammenhang zwischen dem Gitteröffnungsmaß und der Menge der hindurchtretenden Ladungsträger,

Fig. 16 bis 19 die Erzeugung eines Ladungsbilds,

Fig. 20 den Verlauf des Oberflächenpotentials des Steuergitters bei dem in den Fig. 16 bis 19 gezeigten Verfahren,

Fig. 21 bis 26 die Erzeugung eines Ladungsbilds mit einem anderen Verfahren,

Fig. 27 den Verlauf des Oberflächenpotentials des Steuergitters bei dem in den Fig. 21 bis 26 gezeigten Verfahren und

Fig. 28 bis 39 weitere Ausführungsbeispiele von Steuergittern.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sollen nachstehend anhand der Fig. 1 bis 7 zunächst die eingangs erwähnten, bei einem herkömmlichen Steuergitter auftretenden Probleme bei einem starken Umladen näher beschrieben werden, wobei ein in Fig. 1 gezeigten Steuergitter 1 einen Aufbau hat, wie er aus der GB-PS 4 80 840 bekannt ist. Gemäß Fig. 1 weist das Steuergitter 1 einen elektrisch leitenden Kern 2 in Form eines Gitters mit einer Vielzahl von Öffnungen auf, auf dem eine fotoleitfähige Schicht 3 und eine isolierende Deck- bzw. Oberflächenschicht 4 aufgebracht sind. Es sei angenommen, daß die fotoleitfähige Schicht 3 aus Cadmiumsulfid (CdS), Zinkoxid (ZnO) oder einem anderen Halbleiter besteht, bei dem Elektronen die Ladungsträger sind.

In Fig. 2 ist eine Primärladung gezeigt, bei der das Steuergitter 1 von einem Koronaentlader 5 gleichmäßig positiv (+) aufgeladen wird. Durch diese elektrische Aufladung sammeln sich positive Ladungen auf der Oberfläche der isolierenden Deckschicht 4 an, welche eine negative Ladungsschicht entgegengesetzter Polarität in der fotoleitfähigen Schicht 3 induzieren. Wenn der Übergangsbereich zwischen der fotoleitfähigen Schicht 3 und dem elektrisch leitenden Kern 2 sowie die fotoleitfähige Schicht an sich die Eigenschaft aufweisen, Majoritätsladungsträger zu injizieren, so daß das Steuergitter Gleichrichtungseigenschaften aufweist, kann auch in dunklen Bereichen die Ladungsschicht in der Nähe der isolierenden Deckschicht 4 in der fotoleitfähigen Schicht 3 durch die vorstehend beschriebene Ladungsträgerinjektion ausgebildet werden. Bei einem Steuergitter, das keine Gleichrichtungseigenschaften aufweist, lassen sich zufriedenstellende Ergebnisse durch ein in der US-PS 29 55 938 beschriebenes Aufladungsverfahren erzielen, bei dem die isolierende Deckschicht in hellen Bereichen aufgeladen wird.

Fig. 3 veranschaulicht das Ergebnis einer gleichzeitig mit einer Sekundärladung erfolgenden Bildbelichtung. In Fig. 3 bezeichnet die Bezugszahl 6 eine Vorlage, bei der eine Seite D einen Dunkelbereich und eine Seite L einen Hellbereich bezeichnen. Pfeile 7 bezeichnen Licht von einer (nicht dargestellten) Lichtquelle. Mit einem Koronaentlader 8 wird die Sekundärladung durchgeführt. In dem dargestellten Fall wird das Steuergitter 1 durch die über einen an einer negativen Gleichspannung liegenden Koronadraht erfolgende Koronaentladung in der entgegengesetzten Polarität aufgeladen, so daß das Oberflächenpotential der isolierenden Deckschicht 4 negative Polarität annehmen kann.

Hierbei wird das Material in der fotoleitfähigen Schicht 3 im Hellbereich L aufgrund der Bildbelichtung elektrisch leitend, was zur Folge hat, daß das Oberflächenpotential der isolierenden Deckschicht 4 negative Polarität annimmt. Die Oberflächenladung der isolierenden Deckschicht 4 im Dunkelbereich D bleibt jedoch positiv, da in der fotoleitfähigen Schicht 3 zur isolierenden Deckschicht hin eine negative Ladungsschicht vorhanden ist.

Wenn man die Polaritätsänderungsgeschwindigkeit des Potentials der isolierenden Deckschicht 4 des Steuergitters 1 bei dem vorstehenden Verfahrensschritt betrachtet, so erkennt man, daß in dem dem Koronaentlader 8 gegenüberliegenden Bereich der isolierenden Deckschicht 4 die Geschwindigkeit am größten ist, während sie im Bereich des die Öffnung des Steuergitters bildenden seitlichen Oberflächenbereichs in bezug auf diesen vorderen Oberflächenbereich langsamer ist. Im Belichtungsabschnitt entspricht daher das Potential des Steuergitters an der Seite, auf der der elektrisch leitende Kern 2 freiliegt, dem Potential des elektrisch leitenden Kerns 2 und steigt allmählich von der hinteren Seite zur vorderen Seite an.

In Fig. 4 ist das Ergebnis einer Totalbelichtung veranschaulicht, die nach der bildmäßigen Belichtung und gleichzeitigen Sekundärladung durchgeführt wird. In Fig. 4 bezeichnen die Pfeile 9 Lichtstrahlen von einer (nicht dargestellten) Lichtquelle. Durch die Totalbelichtung geht das Potential im Dunkelbereich D des Steuergitters 1 auf Potentialwerte über, die zur Ladungsmenge an der Oberfläche der isolierenden Deckschicht 4 proportional sind.

Dies hat zur Folge, daß eine durch die nachstehend aufgeführte Gleichung (1) wiedergegebene Beziehung zwischen einem Ladungsbildungskontrast Vc in den Hell- und Dunkelbereichen des Steuergitters 1, einem Oberflächenpotential V₁ infolge der Primärladung und einem Oberflächenpotential V₂ infolge der Sekundärladung gilt. (wobei Ci die elektrostatische Kapazität der isolierenden Deckschicht 4 und Cp die elektrostatische Kapazität der fotoleitfähigen Schicht 3 bezeichnen).

Zur Steigerung des elektrostatischen Kontrastes des Ladungsbildes gemäß der vorstehend aufgeführten Gleichung (1) können nun zwei verschiedene Möglichkeiten in Betracht gezogen werden, nämlich

(a) das Oberflächenpotential V₁ durch Steigerung der Primärladung zu erhöhen und dadurch eine entsprechende Anhebung des Ladungsbildpotentials im dunklen Bereich zu erzielen, und
(b) bei der Sekundärladung möglichst stark umzuladen, um eine entsprechende Verringerung des Ladungsbildpotentials in Hellbereichen zu erzielen.

Bei dem Verfahren (a) ist die Erhöhung der Primärladung begrenzt, da gewöhnlich in einem fast kritischen Betriebszustand geladen wird, so daß eine weiter erhöhte Aufladung Funkenentladungen oder feine Löcher aufgrund dielektrischer Durchbrüche verursachen würde, die zu Beschädigungen des Steuergitters 1 führen können. Hingegen läßt sich der elektrostatische Kontrast mit dem Verfahren (b) erhöhen, und zwar indem bei der in Fig. 6 mittels einer durchgezogenen Linie dargestellten Oberflächenpotentialkennlinie (V₁- V₂-V _D, V _L ) die negative Spannung während der Sekundärladung derart angehoben wird, daß V₂ auf V₂′ abfällt und sich die gestrichelt dargestellte Oberflächenpotentialkennlinie ergibt, wodurch sich der elektrostatische Kontrast von Vc (|V _D-V _L|) beträchtlich auf einen Kontrastwert Vc′ (|Vc′-V _L′|) erhöht.

In Fig. 5 ist die Modulation des Ladungsträgerstromes durch das auf dem Steuergitter 1 befindliche Ladungsbild zur bildmäßigen Aufladung eines Aufzeichnungsmaterials gezeigt. Die Figur zeigt eine Ladungsträgerquelle in Form eines Koronadrahts 10, eine Gegenelektrode 11 und ein isolierendes Aufzeichnungsmaterial, wie z. B. ein Bildempfangspapier, auf dessen Oberfläche ein der Vorlage entsprechendes Ladungsbild gebildet wird. Mittels Stromquellen 13 und 14 wird ein elektrisches Feld in der Flußrichtung des Ladungsträgerstroms zwischen dem Koronadraht und dem Bildempfangspapier 12 erzeugt. Das Bildempfangspapier 12 ist auf derjenigen Seite des Steuergitters angeordnet, auf der sich die isolierende Deckschicht 4 befindet, wobei der Ladungsträger von dem Koronadraht 10 über das zwischen diesem und dem Bildempfangspapier 12 angeordnete Steuergitter 1 auf das Bildempfangspapier 12 gerichtet wird. Hierbei wird in dem Steuergitter 1 ein elektrisches Feld infolge seines Ladungsbildes, d. h. in den hellen Bildbereichen wirkt ein mit ausgezogenen Linien α dargestelltes Feld zur Sperrung des Ladungsträgerstromes, während in den dunklen Bildbereichen ein durch ausgezogene Linien β dargestelltes) Feld wirkt, das den Ladungsträgerstrom beschleunigt. Durch diese elektrischen Felder wird das Ladungsbild auf dem Bildempfangspapier 12 in Form eines Positivbildes der Vorlage erzeugt.

Es sei nun angenommen, daß der kritische Wert des Feldes α zur Sperrung des Hindurchtretens des Ladungsträgerstromes durch die Steuergitteröffnungen während der Modulation mit "α kritisch" (nachstehend als "α krit." abgekürzt) gegeben ist, wobei das Sperrfeld α krit. durch den Durchmesser und die Tiefe einer Öffnung und außerdem durch die Potentialdifferenz zwischen dem elektrisch leitenden Kern 2 und der Gegenelektrode 11 bestimmt wird, so daß das von der Potentialdifferenz V zwischen der vorderen und der hinteren Seite des Steuergitters zu bildende Feld für dieses ein Maß darstellt. Wenn darüber hinaus angenommen wird, daß die Potentialdifferenz V zwischen der vorderen und der hinteren Seite des Steuergitters 1 bei Bildung des kritischen Feldes α krit. unter Verwendung des Steuergitters 1 den Wert "V kritisch" (nachstehend durch "V krit." abgekürzt) hat, nimmt das Oberflächenpotential des Steuergitters bei Erzeugung des Feldes α krit. zwangsläufig den Wert V krit. an, da der elektrisch leitende Kern 2 an der Rückseite des Steuergitters 1 freiliegt und damit ein den Wert Null aufweisendes Oberflächenpotential besitzt. Bei Verwendung des Steuergitters 1 wird daher das Hindurchtreten des Ladungsträgerstromes durch die Steuergitteröffnung vollständig verhindert, sobald das Oberflächenpotential des Steuergitters unter den Wert V krit. absinkt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 7 wird nachstehend die Beziehung zwischen dem elektrostatischen Kontrast Vc des Ladungsbildes des vorstehend beschriebenen Steuergitters 1 und dem des Ladungsbilds des Aufzeichnungsmaterials erläutert.

Hierzu sei angenommen, daß das kritische Sperrfeld α krit. dem Oberflächenpotential V krit. des Steuergitters 1 entspricht:

(1) Wenn das dem hellen Bildbereich entsprechende Oberflächenpotential V _L des Steuergitters auf Nullpotential eingestellt wird und damit höher als das Oberflächenpotential V krit. ist, folgt die strichpunktierte Kennlinie gemäß Fig. 7 dem Verlauf V₁-V₂- V _D, V _L, und die Potentialdifferenz nimmt den Wert Vc an.
(2) Wenn das dem hellen Bildbereich entsprechende Oberflächenpotential V _L des Steuergitters auf den gleichen Wert wie das Oberflächenpotential V krit. eingestellt wird, folgt die durchgezogene Kennlinie gemäß Fig. 7 dem Verlauf V₁-V₂-V _D′, V _L′, und die Potentialdifferenz nimmt den Wert Vc′ an.
(3) Wenn das dem hellen Bildbereich entsprechende Oberflächenpotential V _L des Steuergitters auf einen unter dem Oberflächenpotential V krit. liegenden Wert durch starkes Umladen während der gegenpolaren Sekundärladung eingestellt wird, folgt die gestrichelte Kennlinie gemäß Fig. 7 dem Verlauf V₁-V₂′′-V _D′′, V _L′′.

Bei den vorstehend erläuterten drei Fällen (1), (2) und (3) wird der höchste Ladungsbildkontrast dann erhalten, wenn die Beziehung Vc<Vc′<Vc′′ sich aus Fig. 7 und Gleichung (1) ergibt, d. h. bei Fall (3). Bei einem unter dem Wert V krit. liegenden Oberflächenpotential treten die Ladungsträger jedoch nicht durch die Steuergitteröffnungen hindurch und leisten dementsprechend keinen Beitrag zur Erzeugung des Ladungsbildes auf dem Aufzeichnungsmaterial. Dies hat zur Folge, daß der elektrostatische Kontrast im wesentlichen den Wert V _D′′-V krit. annimmt. Dementsprechend werden diejenigen Ladungsbildbereiche, deren Oberflächenpotential in dem Bereich von V krit. bis V _L′′ liegt, nicht auf dem Aufzeichnungsmaterial abgebildet. Insbesondere werden die hellen Bildbereiche nicht reproduziert, so daß sich keine Kopien mit naturgetreuer Wiedergabe der Vorlagen erhalten lassen. Im Gegensatz hierzu ist der elektrostatische Ladungsbildkontrast bei dem vorstehend beschriebenen Fall (1) geringer als bei dem Fall (2). Wenn nicht erwartet werden kann, daß das Potential der Primärladung größer als V₁ wird, nimmt der elektrostatische Ladungsbildkontrast einen Maximalwert an, wenn die Einstellung gemäß Fall (2) gewählt wird. Das heißt, der elektrostatische Kontrast des Ladungsbildes zur Erzielung einer naturgetreuen Wiedergabe der Vorlagen unter Verwendung des Steuergitters 1 erreicht seinen Maximalwert dann, wenn das Oberflächenpotential im hellen Bildbereich wie bei dem vorstehend beschriebenen Fall (2) auf V krit. eingestellt wird.

Bei dem bekannten Steuergitter wird das kritische Sperrfeld α krit. somit von dem Potential des Ladungsbildes im hellen Bildbereich bestimmt, wobei das in Fig. 7 dargestellte Verfahren gemäß dem vorstehend beschriebenen Fall (3) nicht zur Anwendung gelangen kann, da eine naturgetreue Wiedergabe der Vorlage nicht erzielbar ist.

Fig. 8 stellt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Steuergitters dar, bei dem eine Ladungsspeicherschicht 19 an demjenigen Bereich des Steuergitters 1 gemäß Fig. 1 vorgesehen ist, an dem der elektrisch leitende Kern 2 freiliegt. Im einzelnen ist das Steuergitter 15 gemäß Fig. 8 derart aufgebaut, daß eine fotoleitfähige Schicht 17 und eine isolierende Oberflächen- bzw. Deckschicht 18 in übereinanderliegenden Schichten auf der Oberfläche des elektrisch leitenden Kerns 16 aufgebracht sind, wobei ein Teil des elektrisch leitenden Kerns 16 zur Ladungsträgerquelle hin freiliegt und die Ladungsspeicherschicht 19 auf dieser freiliegenden Fläche vorgesehen ist.

Als Material für den elektrisch leitenden Kern 16 des Steuergitters kann eine flache Platte aus elektrisch gut leitenden Werkstoffen, wie rostfreiem Stahl, Kupfer, Aluminium, Zinn und anderen Metallen, verwendet werden. Diese flache Platte wird durch ein Ätzverfahren mit einer Vielzahl feiner Öffnungen versehen. Es können auch eine durch Elektro- bzw. Galvanoformung bearbeitete Platte oder ein aus dünnen Drähten der vorstehend genannten Metalle bestehendes Netz Verwendung finden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit der Verwendung eines aus hochpolymerem Material oder einem anorganischen isolierenden Werkstoff hergestellten Gitters, dessen Oberfläche mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet ist. Für ein Kopieren im Rahmen allgemeiner Bürozwecke muß der elektrisch leitende Kern 16 unter Berücksichtigung der erforderlichen Bildauflösung eine lichte Maschenweite im Bereich von 149 µm bis 37 µm aufweisen. Wenn weiter die Materialstärke und das Öffnungsverhältnis des Steuergitters in Betracht gezogen werden, kann eine zweckmäßige, vorzugsweise verwendete lichte Maschenweite des Steuergitters im Bereich von 74 µm bis 48,1 µm liegen.

Als fotoleitfähige Schicht 17 können Schwefel (S), Selen (Se), Bleioxid (PbO) sowie Schwefel, Selen, Tellur (Te), Arsen (As), Blei (Pb) usw. enthaltende Legierungen und halbleitende Verbindungen verwendet werden. Diese Substanzen werden durch Aufdampfen auf dem elektrisch leitenden Kern zur Bildung der fotoleitfähigen Schicht aufgebracht. Bei Verwendung eines Zerstäubungsverfahrens bzw. bei Aufdampfen im Vakuum können fotoleitfähige Substanzen mit hohen Schmelzpunkten, wie etwa Zinkoxid (ZnO), Cadmiumsulfid (CdS), Titanoxid (TiO₂) usw., als fotoleitfähige Schicht aufgebracht werden. Bei Anwendung eines Sprühbeschichtungsverfahrens können organische Substanzen wie Polyvinyl-Carbazol (PVCz), Anthracen, Phthalocyanin, usw. oder einer Farbsensibilisierung und Lewis-Säuresensibilisierung unterworfene organische Substanzen oder aber ein Gemisch dieser organischen Substanzen mit isolierenden Bindemitteln verwendet werden. Außerdem sind Gemische von anorganischen fotoleitfähigen Substanzen wie ZnO, CdS, TiO₂, PbO usw. mit isolierenden Bindemitteln für dieses Sprühbeschichtungsverfahren geeignet. Die für diesen Zweck verwendeten isolierenden Bindemittel sind diejenigen anorganischen isolierenden und anorganischen Stoffe, wie z. B. Glas, die zur Bildung der nachstehend noch näher beschriebenen isolierenden Oberflächenschicht Verwendung finden. Die Dicke der auf diese Weise auf dem elektrisch leitenden Kern 16 auszubildenden fotoleitfähigen Schicht 17 hängt von der Art und den Eigenschaften des verwendeten fotoleitfähigen Materials ab. Im allgemeinen ist eine maximale Dicke von 15 bis 80 µm geeignet und zweckmäßig.

Als Material für die isolierende Deckschicht 18 sollten Werkstoffe mit guten Ladungsspeichereigenschaften bei hohem Widerstandswert verwendet werden, die transparent sind und nicht notwendigerweise ausgezeichnete Eigenschaften in bezug auf Haltbarkeit und Verschleißfestigkeit aufweisen müssen. Stoffe, die diese Erfordernisse erfüllen, sind Kunststoffe, wie Polyäthylen, Polypropylen, Polystyren, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat usw.; Acrylharz; Polycarbonatharz; Siliconharz; Fluorharz; Epoxidharz; Diarylphthalatharz; Polyhydroxyätherharz; Vinyl-Fluoridharz; Parylol usw. Die Schicht läßt sich durch verschiedene Verfahren ausbilden, wie z. B. durch ein Sprüh beschichtungsverfahren, ein Tauchverfahren, ein Walzbeschichtungsverfahren, durch Aufdampfungsbeschichtung, Aufdampfen im Vakuum usw.

Die Dicke der durch diese Maßnahmen auf der fotoleitfähigen Schicht 17 auszubildenden isolierenden Deckschicht 18 wird in Abhängigkeit von der Dicke der fotoleitfähigen Schicht 17, dem Steuergitter-Öffnungsmaß und anderen Faktoren festgelegt. Die Ladungsspeicherschicht 19 kann aus dem gleichen Material wie die isolierende Deckschicht 18 bestehen und sie kann mit demselben Verfahren ausgebildet werden.

Die Dicke der auf diese Weise auf der der Ladungsträgerquelle zugewandten Seite des Steuergitters auszubildenden Ladungsspeicherschicht 19 wird unter Berücksichtigung der durch die fotoleitfähige Schicht 17 und die isolierende Deckschicht 18 erhaltenen elektrofotografischen Eigenschaften sowie in Abhängigkeit von dem elektrischen Widerstandswert und der elektrostatischen Kapazität des für die Schicht verwendeten Materials bestimmt. Zur Ausbildung der Ladungsspeicherschicht 19 können verschiedene Verfahren Anwendung finden, z. B. indem die fotoleitfähige Schicht 17 und die isolierende Deckschicht 18 auf dem elektrisch leitenden Kern 16 ausgebildet werden, woraufhin die Ladungsspeicherschicht auf der den Schichten 17 und 18 gegenüberliegenden Seite ausgebildet wird, indem die Ladungsspeicherschicht 19 gleichzeitig mit der isolierenden Deckschicht 18 hergestellt wird oder indem eine Isolierschicht auf einer oder beiden Oberflächenseiten des elektrisch leitenden Kerns 16 ausgebildet wird, woraufhin die fotoleitfähige Schicht 17 und die isolierende Deckschicht 18 gebildet werden. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß die Ladungsspeicherschicht 19 nicht immer transparent sein muß.

Die Ladungsspeicherschicht 19 dient dazu, das Steuergitter auf einem vorgegebenen Potentialwert zu halten, wie nachstehend näher beschrieben wird. Hierzu kann die Ladungsspeicherschicht 19 aus dem gleichen Material wie die isolierende Deckschicht 18 bestehen, z. B. aus organischen und anorganischen Isolierstoffen. Andere Stoffe, die sich für die Ladungsspeicherschicht eignen, sind: elektrisch leitende Polymere (quartäres Ammoniumsalz), wasserlösliche Harze (Polyvinyl- Alkohol, Gelatine), verschiedene Arten von in einem Bindemittel dispergierten elektrisch leitenden Partikeln (Graphitpulver, Metallpulver usw.), verschiedene Arten von Metalloxiden in streichfähiger Form und ein Gemisch bzw. Gemenge aus elektrisch leitenden Partikeln eines Halbleitermaterals (als formendes Material) und isolierenden Bindemitteln. Zur Bildung der Ladungsspeicherschicht 19 können verschiedene Verfahren in Betracht gezogen werden, wie z. B. Aufbringen durch Verdampfen, Aufdampfen im Vakuum, Wechselstrom-Kathodenzerstäubung, Sprühbeschichtung, Tauchbeschichtung und Walzbeschichtung. Hierbei gibt es im wesentlichen drei Möglichkeiten zur Herstellung der Ladungsspeicherschicht 19:

(1) Zuerst wird die Ladungsspeicherschicht derart ausgebildet, daß sie eine oder beide Oberflächenseiten des elektrisch leitenden Kerns 16 bedeckt, woraufhin die fotoleitfähige Schicht 17 und die isolierende Deckschicht 18 darauf ausgebildet werden;
(2) die Ladungsspeicherschicht wird gleichzeitig mit der isolierenden Deckschicht 18 gebildet;
(3) zuerst werden die fotoleitfähige Schicht 17 und die isolierende Deckschicht 18 ausgebildet.

Die Ladungsspeicherschicht 19 muß nicht die gesamte Oberfläche des an der Rückseite freiliegenden Kerns bedecken. Auch wenn der elektrisch leitende Kern teilweise freiliegt, läßt sich der (nachstehend noch näher beschriebene) Effekt der Selbstvorspannung erzielen. Wenn die Ladungsspeicherschicht durch Aufladung mittels der Modulations-Ladungsträger auf einen vorgegebenen Potentialwert gebracht wird, kann der auf eine Oberfläche von 1 cm² bezogene, über die Schichtdicke gemessene Leitwert (in S) der Ladungsspeicherschicht in Abhängigkeit von den jeweils verwendeten, vorstehend genannten Materialien und dem zur Ausbildung der Schicht verwendeten Verfahren innerhalb eines Bereiches von 10^-7 bis 10^-10 S oder vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 10^-8 bis 10^-9 S gewählt werden. Ferner wird die Zeitkonstante der Ladungsspeicherschicht auf einen Wert von 100 s oder weniger, vorzugsweise auf einen Wert von 50 s oder weniger festgelegt. Durch Bilden einer Ladungsspeicherschicht mit diesen Werten läßt sich der Effekt der Selbstvorspannung auf wirkungsvolle Weise nutzen, so daß ein elektrostatisches Ladungsbild mit hohem Kontrast zwischen hellen und dunklen Bereichen erzielbar ist.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 9 näher auf den Bereich des flächenbezogenen, über die Schichtdicke gemessenen Leitwerts (S/cm²) eingegangen. Fig. 9 stellt ein Ersatzschaltbild des Bereiches der Ladungsspeicherschicht des Steuergitters dar, wobei die Bezugszeichen Ro einen Entladungswiderstand (Ω), C die elektrostatische Kapazität der Ladungsspeicherschicht, Ri einen Isolationswiderstand (Ω) der Ladungsspeicherschicht, Vo die Koronaspannung (V) des Modulationskoronaentladers und V das Ladepotential (V) aufgrund der Aufladung der Ladungsspeicherschicht bezeichnen. Wenn der Ladungsträgerstrom von einem Steuergitter mit einer lichten Maschenweite in der vorstehend genannten Größenordnung moduliert wird, beträgt der Wert für Vo annähernd 4000 V, während der Wert für Ro etwa 10⁹ Ω beträgt (vorausgesetzt, daß der Gesamtstrom 5 bis 8 µA/cm über die Länge des Koronaentladers beträgt). In Versuchen erwies sich, daß das Ladepotential V der Ladungsspeicherschicht vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 10 bis 100 V liegen sollte, und zwar unter Berücksichtigung einer Schichtdicke, die in einem Bereich, in dem die Ladungsspeicherschicht ausgebildet werden kann, stets eine Aufladung auf ein konstantes Potential ermöglicht. Weiterhin wird der Isolationswiderstand Ri auf Werte von 2,5 · 10⁶ Ω bis 2,5 · 10⁷ Ω festgelegt, wenn die Umlaufgeschwindigkeit des Steuergitters während der Modulation 40 cm/s beträgt. Wenn die Schichtdicke den Wert t (cm) und der spezifische Volumen-Widerstand den Wert ρ (Ω cm) aufweisen, gilt ρ · t (Ω cm²)=40 Ri, da Ri=ρ (t/40) ist, so daß ρ · t einen Wert von 10⁸ bis 10⁹ (Ω cm²) annimmt.

Mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Steuergitter wird eine Verringerung des in Verbindung mit Fig. 7 erläuterten Wertes von V krit. in Relation zu dem Potential des Ladungsbildes in den hellen Bereichen des Steuergitters ermöglicht, wodurch auf dem Aufzeichnungsmaterial der gesamte Bereich des elektrostatischen Kontrastes zwischen V _D′′ und V _L′′ reproduziert wird, also der volle Potentialkontrast zwischen den hellen und dunklen Bereichen des Ladungsbildes des Steuergitters. Die Ladungsspeicherschicht 19 des Steuergitters 15 wird demnach während der Modulation auf ein vorgegebenes Potential aufgeladen. Wenn der Ladungsträgerstrom mit einer Potentialdifferenz von z. B. 50 V zwischen der Vorder- und Rückseite des Steuergitters blockiert wird, nimmt das Oberflächenpotential an der Rückseite des in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Steuergitters 1 den Wert Null an, da der elektrisch leitende Kern 2 in diesem Bereich freiliegt. Wenn die isolierende Deckschicht auf -50 V aufgeladen wird, nimmt die Potentialdifferenz den Wert 50 V an, wodurch das kritische Sperrfeld α krit. gebildet wird und die Ladespannung von -50 V zur Spannung V krit. wird, so daß auch bei Aufladung des Steuergitters auf -50 V so daß auch bei Aufladung des Steuergitters auf -50 V die gesamte Ladung als Sperrfeld wirkt. Das heißt, das Ladungsbildpotential auf der Seite des Sperrfeldes an dem Steuergitter regelt sich ein, was dazu führt, daß sich die elektrostatischen Kontrastwerte V _D und V _L auf eine zwischen den vorstehend genannten Werten V krit. und V _D liegende Potentialdifferenz einstellen.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem der Einschränkung des elektrostatischen Kontrastes jedoch mittels der Ladungsspeicherschicht 19 gelöst, wobei das Funktionsprinzip darin besteht, daß die Ladungsspeicherschicht 19 von den Modulations-Ladungsträgern aufgeladen wird und sich das kritische Sperrfeld α krit. durch das von der Koronaaufladung und dem Potential des Ladungsbildes an der Steuergitteroberfläche hervorgerufene Potential der Ladungsspeicherschicht 19 einstellt. Wenn z. B. das kritische Sperrfeld den vorstehend angegebenen Wert von 50 V hat, beträgt die Potentialdifferenz zwischen der Vorder- und Rückseite des Steuergitters 50 V, und zwar auch dann, wenn während der Modulation die Vorderseite des Steuergitters auf -150 V und die Ladungsspeicherschicht 19 auf -100 V aufgeladen sind. Das Ladungsbildpotential im hellen Bereich des Steuergitters beträgt daher -150 V, während in den zu sperrenden Bereichen des Steuergitters lediglich ein Sperrfeld von 50 V verbleibt, was die erforderliche Mindest-Feldstärke ist. Durch das erfindungsgemäße Steuergitter wird somit der im Falle des herkömmlichen Steuergitters einen Betrag von -50 V aufweisende Wert von V krit. im wesentlichen auf -150 V verschoben.

In Ergänzung der vorstehenden Erläuterungen anhand von Fig. 7 kann somit festgestellt werden, daß das herkömmliche Steuergitter ein Ladungsbild mit dem durch die ausgezogene Kurve bezeichneten Oberflächenpotentialverlauf bildet, während mit dem erfindungsgemäßen Steuergitter durch Verschieben des Wertes von V krit. in negativer Richtung ein Ladungsbild mit dem durch die gestrichelte Linie gekennzeichneten Oberflächenpotentialverlauf erzielbar ist, so daß sich der gesamte Bereich, bei dem die Potentialdifferenz den Wert Vc′′ aufweist, durch Verringerung des Wertes von V krit. auf V₂′′ auf dem Aufzeichnungsmaterial reproduzieren läßt.

Fig. 10 ist eine grafische Vergleichsdarstellung, die die hindurchtretende Menge an Modulations-Ladungsträgern mit (-) und ohne eine Ladungsspeicherschicht auf der Modulationsseite des ein Öffnungsmaß von 22% aufweisenden Steuergitters (durchgezogene Kurve) zeigt. In beiden Fällen sind Ladungsträger mit negativer Polarität vorausgesetzt, wobei die verwendeten Steuergitter der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 8 entsprechen. Wenn keine Ladungsspeicherschicht vorgesehen ist, liegt der elektrisch leitende Kern des Steuergitters gemäß Fig. 1 an Masse und damit an Nullpotential, wodurch bei einem über 0 V liegenden Oberflächenpotential ein elektrisches Beschleunigungsfeld zum Hindurchleiten der Ladungsträger wirkt, während bei einem Absinken des Oberflächenpotentials auf 0 V das Hindurchtreten des Ladungsträgerstromes aufgrund der Potentialdifferenz zwischen dem Steuergitter und der Gegenelektrode erfolgt. Wenn das Oberflächenpotential den Wert -50 V annimmt, wird aufgrund der Potentialdifferenz von 50 V zwischen dem an 0 V liegenden elektrisch leitenden Kern und dem Oberflächenpotential ein Sperrfeld gebildet, wodurch ein Hindurchtreten der Ladungsträger vollständig verhindert wird.

Wenn demgegenüber eine Ladungsspeicherschicht vorgesehen ist, wird sie zu dem Zeitpunkt, bei dem das Oberflächenpotential -150 V annimmt, auf -100 V aufgeladen. Hierdurch ergibt sich eine Potentialdifferenz von 50 V zwischen -100 V und -150 V, wodurch ein Sperrfeld erzeugt wird und das Hindurchtreten von Ladungsträgern vollständig blockiert ist. Durch einen Vergleich des Falles, daß ein Oberflächenpotential von 100 V auf dem herkömmlichen, freiliegenden Steuergitter ausgebildet wird, und dem Fall, daß ein Ladungsbild mit einem Potential von 100 V auf dem mit der Ladungsspeicherschicht versehenen Steuergitter ausgebildet wird, ist aus Fig. 10 ersichtlich, daß das mit der Ladungsspeicherschicht versehene Steuergitter einen im Vergleich zu dem herkömmlichen Steuergitter um 2 µA/cm stärkeren Ladungsträgerstrom hindurchleiten kann.

Nachstehend wird näher auf die Erzeugung eines Ladungsbilds eingegangen. Hierbei besteht ein wesentlicher Unterschied zu dem herkömmlichen Verfahren darin, daß die sekundäre elektrische Aufladung mit der entgegengesetzten Polarität zur Steigerung des elektrostatischen Kontrastes Vc stärker als die Primäraufladung erfolgt, wodurch das Ladungsbild gemäß der gestrichelten Linie in Fig. 7 erzielt wird.

In Fig. 11 ist ein Zustand der elektrischen Aufladung nach der Bildung des Ladungsbildes auf dem Steuergitter 15 veranschaulicht. Wird der Wirkungsgrad der Ladungshaftung an dem erfindungsgemäßen Steuergitter 15 betrachtet (d. h., das Verhältnis der tatsächlich haftenden Ladungsmenge zu der aufgebrachten Gesamtladungsmenge), so ist ersichtlich, daß sich im Vergleich zu einem herkömmlichen Steuergitter bessere Ergebnisse erzielen lassen. Der Grund für dieses vorteilhafte Ergebnis ist wohl darin zu sehen, daß aufgrund der Tatsache, daß die gesamte Steuergitteroberfläche mit der isolierenden Deckschicht überzogen ist, kein Abfluß der Ladung aus irgendeinem Bereich des Steuergitters entsteht.

In Fig. 12 ist der Modulationsvorgang veranschaulicht, wobei die Bezugszahl 20 einen Koronadraht des Modulationskoronaentladers, die Bezugszahl 21 eine Gegenelektrode für den Koronadraht, die Bezugszahl 22 eine aufladbare Aufzeichnungsfläche an der Gegenelektrode und die Bezugszahlen 23 und 24 Stromquellen für den Koronadraht 20 bezeichnen. Bei dem dargestellten Modulationsvorgang wird im dunklen Bereich D des Steuergitters das mit durchgezogenen Linien β gekennzeichnete und von der Rückseite zur Vorderseite des Steuergitters gerichtete elektrische Feld erzeugt. Dieses elektrische Feld β hat die Funktion, die negativen Ionen zu beschleunigen. Hierbei sollte beachtet werden, daß die Ladungsspeicherschicht 19 auf der Rückseite des Steuergitters durch die Modulations-Ladungsträger negativ geladen ist, was zur Folge hat, daß an der Vorderseite und der Rückseite des Steuergitters Ladungen von genau entgegengesetzter Polarität auftreten, so daß sich ein wesentlich intensiveres Beschleunigungsfeld β als bei einem herkömmlichen Steuergitter einstellt.

Demgegenüber wird im hellen Bereich L des Steuergitters ein elektrisches Feld erzeugt, das durch die von der Vorderseite zu der Rückseite des Steuergitters gerichteten durchgezogenen Linien α gekennzeichnet ist und das Hindurchtreten der Modulations-Ladungsträger durch die Steuergitteröffnungen sperrt. Die überschüssigen Ladungsträger, die auf diese Weise am Hindurchtreten durch das Steuergitter gehindert werden, fließen daher über die Ladungsspeicherschicht 19 in den elektrisch leitenden Kern 16, so daß sich keine nachteiligen Auswirkungen auf das Steuergitter, wie z. B. eine Dämpfung des Ladungsbildes, ergeben. Wie im dunklen Bereich des Steuergitters wird die Ladungsspeicherschicht außerdem auch im hellen Bereich des Steuergitters auf einem bestimmten negativen Potential gehalten. Diese Aufrechterhaltung des Potentials an der Ladungsspeicherschicht 19 auf einem bestimmten festen Wert ohne Anlegen einer Vorspannung wird als sog. "Selbstvorspannungswirkung" bezeichnet. Die hierdurch erzielte Wirkung ist die gleiche als wäre die Ladungsspeicherschicht 19 eine Elektrode, an die eine vorgegebene Spannung angelegt wird. Die Ausnutzung dieser Selbstvorspannungswirkung ermöglicht es weiterhin, Kriechverluste zu verhindern, da keine Vorspannungsquelle, keine hierfür erforderliche Verdrahtung und keine zugehörige Steuereinrichtung benötigt werden. Darüber hinaus hat die erfindungsgemäße Selbstvorspannungswirkung die Funktion, die Ladungsspeicherschicht 19 auf einem bestimmten Potentialwert zu halten und am Hindurchtreten gehinderte überschüssige Ladungsträger in der Nähe der Steuergitteröffnung zu absorbieren, so daß auch die Wirkung des herkömmlichen Steuergitters erzielt wird, dessen elektrisch leitendes Bauteil an der Außenseite freiliegt.

Nachstehend sei näher auf die Selbstvorspannungswirkung eingegangen. Im allgemeinen wird die Aufladung durch die Ladungsträger von der elektrostatischen Kapazität Ci, dem elektrischen Widerstand Ri, dem Entladungswiderstand Ro von Luft und der anliegenden Spannung Vo bestimmt. Unter Einbeziehung dieser Faktoren kann das an der isolierenden Deckschicht durch die Aufladung nach einer Zeit t auftretende Potential Vi folgendermaßen wiedergegeben werden:

Diese Beziehung ist in Fig. 13 grafisch veranschaulicht, wobei über der Abszisse die Zeit und über der Ordinate das aufgrund der Aufladung auftretende Oberflächenpotential aufgetragen sind. Wie Fig. 13 zu entnehmen ist, hängt die erhaltene Kurve von einer Zeitkonstanten ab, die ein Produkt der elektrostatischen Kapazität und des Widerstandswertes ist, vorausgesetzt, daß nach Ablauf einer bestimmten Zeitdauer das Potential konstant wird. Die Selbstvorspannungswirkung wird daher von dem Widerstandswert der Ladungsspeicherschicht beherrscht. Die Einstellung des Vorspannungspotentials kann daher um so höhere Werte annehmen, je höher der Widerstandswert ist. Im allgemeinen hängt der elektrische Widerstandswert der Ladungsspeicherschicht von der Schichtdicke ab, und zwar derart, daß der elektrische Widerstand mit steigender Schichtdicke höhere Werte annimmt. Hierdurch steigt das Aufladungspotential an, so daß sich der elektrostatische Kontrast des Ladungsbildes verstärken läßt.

Die Anstiegszeit, nach der die Ladungsspeicherschicht aufgeladen und auf einen als konstant anzusehenden Potentialwert gebracht ist, wird durch ihre Zeitkonstante RC bestimmt, d. h., je größer die Zeitkonstante RC ist, um so länger wird die Zeitdauer, nach der die Ladungsspeicherschicht einen vorgegebenen Potentialwert erreicht hat. Bei einer zu großen Zeitkonstante RC zeigt sich somit, daß die Stärke des durch das Steuergitter während der Modulation hindurchtretenden Ladungsträgerstromes allmählich ansteigt, bis die Ladungsspeicherschicht diesen Potentialwert erreicht hat. Damit die Ladungsspeicherschicht auf einen innerhalb einer gewissen Zeitdauer als konstant anzusehenden Potentialwert aufgeladen werden kann, sind geeignete Werte für ihren elektrischen Widerstand und ihre Zeitkonstante zu wählen. Aus entsprechenden Versuchen ist bekannt, daß bei Verwendung eines bestimmten Isoliermaterials die Zeitkonstante RC einen konstanten Wert annimmt, wenn das verwendete Material identisch ist. Bei der die Ladungsspeicherschicht bildenden isolierenden Dünnschicht hängt jedoch die Zeitkonstante RC von der Schichtdicke ab und vergrößert sich mit steigender Schichtdicke. Es ist daher erforderlich, die Schichtdicke unter einem bestimmten festen Wert zu halten, damit nicht der Wert der Zeitkonstanten RC vergrößert wird.

Aus den vorstehend beschriebenen Gründen sollte daher die Dicke der Ladungsspeicherschicht auf einen geeigneten Wert beschränkt werden, damit diese eine ausreichende Selbstvorspannungswirkung zeigt und innerhalb einer bestimmten Zeitdauer ein konstantes Potential erreicht. Die für die Ladungsspeicherschicht verwendbaren Materialien können Stoffe mit niedrigem spezifischen Volumen-Widerstand sein, die im allgemeinen nicht als Isoliermaterial verwendet werden können.

Nachstehend wird weiter auf Einzelheiten der Ladungsspeicherschicht eingegangen. Diese sollte eine Selbstvorspannungseigenschaft besitzen, d. h. eine derartige Charakteristik, daß sie während der Modulation ein vorgegebenes konstantes Potential aufweist. Aufgrund dessen können bei einfacher Anbringung von Isoliermaterial auf der Seite der Ladungsträgerquelle verschiedene unerwünschte Situationen auftreten, wie z. B., daß das Aufladungspotential beträchtlich ansteigt und das Potentialgleichgewicht zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Steuergitters zerstört wird und daß die Ladungsträger während der Modulation weiter in der Ladungsspeicherschicht gespeichert werden. Hierbei gelangt die überschüssige Ladung auf die nichtmodulierte Seite des Steuergitters und zerstört dadurch in unerwünschter Weise das erzeugte Ladungsbild.

Außerdem zeigt ein einfaches Isoliermaterial keine Absorptionswirkung in bezug auf die während der Modulation auftretenden überschüssigen Ladungsträger.

Nachstehend wird näher auf das zur Erzielung optimaler Betriebsbedingungen verwendete Öffnungsmaß (oder Siebmaß) des Steuergitters eingegangen. Der im Rahmen der Beschreibung verwendete Ausdruck "Öffnungsmaß des Steuergitters" stellt hierbei das Verhältnis der Fläche der Steuergitteröffnungen zu der Gesamtfläche des Steuergitters (Maßeinheit: %) dar.

Charakteristisch für den durch die Öffnungen des Steuergitters hindurchtretenden Ladungsträgerstrom ist, daß die Durchtrittsmenge einmal von dem Öffnungsmaß des Steuergitters und zum anderen von dem Oberflächenpotential des mit dem Ladungsbild versehenen Steuergitters bestimmt wird. Der Betrag des hindurchtretenden Ladungsträgerstroms zeigt eine steigende Tendenz, wenn das Oberflächenpotential hohe Werte annimmt und das Öffnungsmaß des Steuergitters in Proportion zu dem Oberflächenpotential groß wird. In Fig. 14 ist die Beziehung des elektrostatischen Kontrastes zwischen dem Ladungsbild des Steuergitters und dem des Aufzeichnungsmaterials in Abhängigkeit von dem vorstehend beschriebenen Öffnungsmaß des Steuergitters grafisch dargestellt, wobei über der Abszisse der elektrostatische Kontrast an den hellen und dunklen Bereichen des Ladungsbildes des Steuergitters und über der Ordinate der elektrostatische Kontrast des Ladungsbildes des Aufzeichnungsmaterials aufgetragen sind. Die geradlinigen Kennlinien der Figur geben jeweils ein Steuergitter mit willkürlich gewähltem Öffnungsmaß an, wobei die Steigung von der Kennlinie a zu der Kennlinie b den Anstieg des Öffnungsmaßes bezeichnet. Wie zu erkennen ist, kann bei konstantem elektrostatischem Kontrast des Ladungsbildes auf dem Steuergitter ein höherer elektrostatischer Kontrast des Ladungsbildes des Aufzeichnungsmaterials bei Verwendung eines Steuergitters mit einem höheren Öffnungsmaß erzielt werden, obwohl das Oberflächenpotential des Steuergitters dazu neigt, mit steigendem Öffnungsmaß kleiner zu werden.

In Fig. 15 ist die Beziehung zwischen dem Öffnungsmaß der Steuergitter gemäß Fig. 2 und 8 und dem Betrag der hindurchtretenden Ladungsträger grafisch veranschaulicht, wobei über der Abszisse das Öffnungsmaß und über der Ordinate der Betrag des hindurchtretenden Ladungsträgerstromes aufgetragen sind. Hierbei bezieht sich die gestrichelt dargestellte Kennlinie auf ein Steuergitter üblicher Art, während die durchgezogene Kennlinie ein mit der Ladungsspeicherschicht ausgestattetes Steuergitter betrifft. Den Versuchsmessungen zur Erstellung dieser Kennlinien lagen folgende Bedingungen zugrunde:

(1) Die Verfahrensschritte zur Bildung des Ladungsbildes auf dem Steuergitter wurden gemäß den Fig. 2 bis 4 durchgeführt.
(2) Die Primäraufladung war für beide Steuergitter identisch, während die Sekundäraufladung bei dem erfindungsgemäßen Steuergitter (durchgezogene Kennlinie) stärker war.
(3) Die Stärke des Modulations-Ladungsträgerstroms war für beide Steuergitter gleich.

Aus Fig. 15 ist ersichtlich, daß sich die in den beiden Fällen erzielten Modulationswirkungen aufgrund der Unterschiede im Steuergitteraufbau deutlich voneinander unterscheiden. Wie in bezug auf Fig. 7 bereits erläutert, besteht der wesentliche Unterschied darin, daß das Ladungsbild des erfindungsgemäßen Steuergitters im Vergleich zu dem Ladungsbild des Steuergitters mit freiliegendem Kern einen beträchtlich höheren elektrostatischen Kontrast zwischen den hellen und dunklen Bereichen aufweisen kann. Dies hat zur Folge, daß die Durchtrittsmenge von Ladungsträgern durch ein Steuergitter, das das gleiche Öffnungsmaß wie das übliche Steuergitter mit freiliegendem Leiter aufweist, in der in Fig. 15 dargestellten Weise vergrößert werden kann. Das heißt, die gestrichelt dargestellte Kurve, die den Betrag des hindurchtretenden Ladungsträgerstromes in Abhängigkeit von dem Öffnungsmaß eines üblichen Steuergitters darstellt, wird derart verbessert, wie es durch die durchgezogene Kurve für das erfindungsgemäße Steuergitter angegeben ist.

Hierbei ist es zweckmäßig, wenn das Öffnungsmaß des verwendeten Steuergitters in einem geeigneten Bereich liegt, da dieses den maßgebenden Faktor zur Einstellung des hindurchtretenden Ladungsträgerstroms darstellt. In der Regel wird dieser Bereich unter Berücksichtigung folgender Gegebenheiten festgelegt:

(1) Damit eine zufriedenstellende Bildqualität der durch Entwicklung des Ladungsbildes des Aufzeichnungsmaterials erhaltenen Kopie erzielt wird, sollte der elektrostatische Kontrast dieses Ladungsbildes höher als ein bestimmter Wert sein.
(2) Obwohl in Betracht gezogen wird, die Isolierschicht des Aufzeichnungsmaterials zur Vergrößerung der elektrostatischen Kapazität dick zu halten und einen hohen Potentialwert des Ladungsbildes aufrechtzuerhalten, ergibt sich bei einer solchen Dicke der Isolierschicht tatsächlich eine schlechtere Bildqualität, so daß es erforderlich ist, den Kontrast des Ladungsbildes durch Hindurchleiten eines ausreichenden Ladungsträgerstroms zu steigern.
(3) Wenn die Menge der Modulations-Ladungsträger beträchtlich vergrößert wird, findet leicht eine Entladung zwischen dem Koronadraht und dem Steuergitter (oder dem Aufzeichnungsmaterial) statt, und überschüssige Ladungsträger zerstören das Ladungsbild des Steuergitters was zu einer Verschlechterung bei Mehrfachaufzeichnungen führt.

Um ein Bild durch Modulation zu erhalten, ist im allgemeinen ein Wert von 1 µA/cm für die Stärke des Ladungsträgerstroms erforderlich. Zur Erzielung einer zufriedenstellenden Bildqualität sollte diese Stromstärke jedoch 1,5 µA/cm oder mehr betragen. Dementsprechend liegt das Öffnungsmaß des Steuergitters bei einem Steuergitter mit freiliegendem Kern im Bereich von 10 bis 32% oder vorzugsweise im Bereich von 12 bis 30%, während es bei dem erfindungsgemäßen Steuergitter im Bereich von 5 bis 50% oder vorzugsweise von 10 bis 45% liegen kann.

Wie vorstehend beschrieben, läßt sich durch das mit der Ladungsspeicherschicht versehene Steuergitter im Vergleich zu dem üblichen Steuergitter mit freiliegendem Kern eine beträchtliche Steigerung des Kontrastes des Ladungsbildes erzielen, was zur Folge hat, daß der Betrag des Ladungsträger-Durchtrittsstromes erhöht werden kann und gleichzeitig das Öffnungsmaß des Steuergitters in einem weiten Bereich festlegbar ist. Hierdurch ergeben sich die wesentlichen Vorteile, daß verschiedene Kennwerte des Steuergitters stabilisiert, die Herstellung vereinfacht und Material eingespart werden können.

Nachstehend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Ausbildung des Ladungsbildes auf dem Steuergitter beschrieben, wobei die vorstehend erläuterte Selbstvorspannungswirkung in effektiver Weise ausgenutzt wird. Das verwendete Steuergitter entspricht dem Steuergitter gemäß Fig. 8, wobei die Ladungsbewegungen bei jedem Bilderzeugungsschritt dem vorstehend beschriebenen Verfahrensablauf entsprechen.

Die Fig. 16 bis 19 sind schematische Darstellungen, die das zweite Ausführungsbeispiel für die Ladungsbilderzeugung veranschaulichen. Hierbei zeigt Fig. 16 die Primäraufladung des Steuergitters 15, bei dem die isolierende Deckschicht 19 durch den Koronaentlader 25 gleichmäßig positiv aufgeladen wird. Die Bezugszahl 26 bezeichnet eine Stromquelle für den Koronaentlader 25. Durch diese Aufladung wird die Oberfläche der isolierenden Deckschicht 19 positiv aufgeladen, wodurch in dem an die isolierende Deckschicht 18 angrenzenden Bereich der fotoleitfähigen Schicht eine negative Ladungsschicht induziert wird. In Fig. 17 ist das Ergebnis der Sekundäraufladung des Steuergitters 15 veranschaulicht. Bei diesem Verfahrensschritt wird eine Stromquelle 28 für einen Koronaentlader 27 derart eingestellt, daß das Oberflächenpotential der isolierenden Deckschicht 19 für den negativen Ladungsträgerstrom den Wert V krit. annehmen kann. Fig. 18 veranschaulicht das Ergebnis der nach der Durchführung der vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte erfolgenden Bildbelichtung des Steuergitters 15. In Fig. 18 bezeichnen die Bezugszahl 29 eine Vorlage, das Bezugszeichen D einen dunklen Bereich der Vorlage, das Bezugszeichen L einen hellen Bereich der Vorlage und die Pfeile 30 die bei der Bildbelichtung einfallenden Lichtstrahlen. Durch die Bildbelichtung geht das Potential an dem hellen Bereich des Steuergitters 15 auf ein zu der Ladungsmenge auf der Oberfläche der isolierenden Deckschicht 19 proportionales Potential über, während im dunklen Bereich des Steuergitters 15 keine Potentialänderung erfolgt. Als Ergebnis wird auf dem Steuergitter 15 ein dem Vorlagenbild entsprechendes Ladungsbild erzeugt. In Fig. 19 ist die Ausbildung eines elektrostatischen Ladungsbildes durch das auf dem Steuergitter 15 befindliche Ladungsbild auf einer aufladbaren Oberfläche 31 veranschaulicht. Die Bezugszahl 32 bezeichnet hierbei einen Koronadraht, während die Bezugszahl 33 eine Elektrode bezeichnet. Die Elektrode 33 wirkt als Gegenelektrode für den Koronadraht 32. An den Koronadraht 32 wird über Stromquellen 34, 35 eine negative Spannung angelegt, während die Elektrode 33 an Nullpotential liegt. Bei diesem Verfahrensschritt ist das Modulationsprinzip der Ladungsträger das gleiche wie in den vorstehend beschriebenen Fällen, d. h., da der negative Ladungsträgerstrom durch einen dem hellen Bereich der Vorlage entsprechenden Teil des Steuergitters hindurchtritt, wird dieser Bereich ein Negativbild des Positivbildes der Vorlage, wenn er mit positiv geladenem Toner entwickelt wird. Wenn eine geeignete Vorspannung an die Elektrode 33 bzw. die Entwicklungselektrode angelegt und die Entwicklung mit negativ geladenem Toner durchgeführt wird, kann im Gegensatz zu dem vorstehend erläuterten Fall auch ein Positivbild erhalten werden.

In Fig. 20 ist eine Oberflächenpotentialkurve dargestellt, die die Änderungen des Oberflächenpotentials an dem Steuergitter 15 bei jedem der Verfahrensschritte gemäß den Fig. 16 bis 18 zeigt. In Fig. 20 gibt die durchgezogene Kurve das Oberflächenpotential eines ohne und die gestrichelte Kurve das Oberflächenpotential eines mit der Ladungsspeicherschicht versehenen Steuergitters an. Die Potentiale V _D und V _D′ nehmen bei der Modulation den kritischen Wert V krit. an, so daß der elektrostatische Kontrast von dem Wert Vc (V _D, V _L ) auf den Wert Vc′ (V _D′, V _L′) vergrößert werden kann. Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 21 bis 26 näher auf ein weiteres Verfahren zur Erzeugung eines Ladungsbildes eingegangen.

Fig. 21 zeigt die Primäraufladung, bei der die isolierende Deckschicht 18 von einem Koronaentlader 36 positiv aufgeladen wird. Wenn die fotoleitfähige Schicht 17 in diesem Falle aus einem Material besteht, das keine Gleichrichtungseigenschaften aufweist, kann die in der Zeichnung dargestellte Verteilung der elektrischen Ladung erhalten werden, indem die Totalbelichtung der fotoleitfähigen Schicht 17 während der Primäraufladung durchgeführt wird. Fig. 22 zeigt die Sekundäraufladung, bei der das Steuergitter 15 in seinen dunklen Bereichen mit einer zu der Primärladung gegenpolaren Ladung beaufschlagt wird, wodurch ein Teil der Ladung auf der isolierenden Deckschicht 18 gelöscht wird, wobei jedoch die Ladungsschicht in der fotoleitfähigen Schicht 17 keine Änderung zeigt. In den Figuren bezeichnen die Bezugszahlen 36 und 38 jeweils den Koronaentlader, während die Bezugszahlen 37 und 39 jeweils eine Stromquelle für den zugehörigen Koronaentlader bezeichnen. Die Bezugszahl 40 bezeichnet eine Vorlage, während die Pfeile 41 Lichtstrahlen bezeichnen. Bei diesem Verfahrensschritt findet bezüglich der Ladung im dunklen Bereich der fotoleitfähigen Schicht keine Änderung statt, jedoch tritt im hellen Bereich die Erscheinung auf, daß Defekt-Elektronen aus dem elektrisch leitenden Kern 16 injiziert werden, während die in der fotoleitfähigen Schicht 17 gefangenen Elektronen angeregt werden und in den elektrisch leitenden Kern 16 abfließen. Dies hat zur Folge, daß sich im hellen Bereich eine paarweise Aufladung bildet, wobei die isolierende Deckschicht 18 zwischen den Ladungen angeordnet ist. In Fig. 24 ist eine Tertiäraufladung veranschaulicht, bei der eine Koronaentladung mit der gleichen Polarität wie bei der Sekundäraufladung erfolgt. Durch das Anlegen einer negativen Spannung oder einer Wechselspannung, der eine negative Spannung überlagert ist, ändert sich das Oberflächenpotential im dunklen Bereich des Steuergitters 15 in geringem Maße, während das Oberflächenpotential im hellen Bereich des Steuergitters 15 wieder negative Polarität annimmt. In Fig. 24 bezeichnen die Bezugszahl 42 einen Koronaentlader, die Bezugszahl 43 eine negative Stromquelle und die Bezugszahl 44 eine Wechselstromquelle. In Fig. 25 ist die Totalbelichtung veranschaulicht, durch die das Oberflächenpotential im hellen Bereich des Steuergitters negative Polarität annimmt, während im dunklen Bereich ein positives Ladungsbild gebildet wird. Die Pfeile 45 bezeichnen Lichtstrahlen. Das Ladungsbild wird auch im hellen Bereich nicht gelöscht.

In Fig. 26 ist der Modulationsvorgang gezeigt. Auf das Prinzip der den Selbstvorspannungseffekt begleitenden Modulation wird nicht näher eingegangen, da es vorstehend bereits erläutert wurde. In Fig. 26 bezeichnet die Bezugszahl 46 einen Koronadraht, an den ein Potential mit entgegengesetzter Polarität zu derjenigen des Oberflächenpotentials im dunklen Bereich angelegt wird. Ferner bezeichnen die Bezugszahl 47 die aufladbare Oberfläche einer Gegenelektrode 48, die Bezugszahl 49 eine Stromquelle für das zwischen der Gegenelektrode 48 und dem Steuergitter 15 vorgesehene Vorspannungsfeld und die Bezugszahl 50 eine Stromquelle für den Koronadraht 46. Die gestrichelten Linien geben den Fluß der Ladungsträger aus dem Koronadraht 46 an. Damit bei der Modulation das Oberflächenpotential des Ladungsbildes des Steuergitters im hellen Bereich gemäß Fig. 25 den kritischen Wert V krit. in bezug auf den negativen Ladungsträgerstrom bei der Erzeugung des Ladungsbildes auf dem Aufzeichnungsmaterial gemäß Fig. 26 annehmen kann, sind die Stromquellen 39, 43 und 44 derart eingestellt, daß das Oberflächenpotential auf einen beliebigen Wert festgelegt ist. Da bei dieser Ausführungsform der Ladungsträgerstrom durch einen Teil des Steuergitters hindurchtritt, der dem dunklen Bereich des Vorlagenbildes entspricht, läßt sich ein Positivbild erhalten, wenn das Ladungsbild mit positiv aufgeladenem Toner entwickelt wird.

Fig. 27 stellt eine Oberflächenpotential-Kennlinie dar, die die Änderungen des Oberflächenpotentials an dem Steuergitter 15 bei den jeweiligen Verfahrensschritten gemäß den Fig. 21 bis 25 wiedergibt. In Fig. 27 bezieht sich die durchgezogene Kennlinie auf das Oberflächenpotential eines Steuergitters ohne und die gestrichelte Kennlinie auf ein solches mit einer Ladungsspeicherschicht. Wie im Falle von Fig. 20 stellen V _LL und V _LL′ das Potential V krit. zur Bestimmung des Sperrfeldes bei der Modulation dar.

Die vorstehenden Ausführungen beziehen sich auf ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Modulations-Ladungsträger dazu dienen, das Potential an der Ladungsspeicherschicht konstant zu halten. Es ist jedoch auch möglich, einen speziellen Koronalader zum Aufladen der Ladungsspeicherschicht vorzusehen.

Nachstehend werden weitere Ausführungsbeispiele des Steuergitters beschrieben, die eine Selbstvorspannungswirkung zeigen, welche erhalten wird, indem die Ladungsspeicherschicht von dem Ladungsträgerstrom in der gleichen Weise wie bei dem Steuergitter gemäß Fig. 8 aufgeladen wird. In den Fig. 28 bis 39 sind vergrößerte Querschnittsansichten von Ausführungsbeispielen solcher Steuergitter dargestellt.

Das Steuergitter 51 gemäß Fig. 28 ist derart aufgebaut, daß eine fotoleitfähige Schicht 53 auf einem elektrisch leitenden Kern 52 vorgesehen ist, wobei auf die fotoleitfähige Schicht 53 eine isolierende Oberflächen- bzw. Deckschicht 54 aufgebracht ist. Eine Ladungsspeicherschicht 55 ist auf den elektrisch leitenden Kern 52 an dessen der fotoleitfähigen Schicht 53 gegenüberliegenden Seite aufgebracht. In diesem Falle muß die isolierende Deckschicht 54 nicht notwendigerweise die gesamte fotoleitfähige Schicht 53 bedecken, sondern kann auch derart auf die fotoleitfähige Schicht 53 aufgebracht sein, daß ein Teil von deren Seitenflächen freiliegt. Ferner muß auch die auf der Rückseite des elektrisch leitenden Kerns 52 vorgesehene Ladungsspeicherschicht 52 nicht notwendigerweise dessen gesamte Rückseite bedecken. Vielmehr kann ein Teil des elektrisch leitenden Kerns zur Außenseite hin freiliegen.

Bei dem Steuergitter 56 gemäß Fig. 29 ist auf einem dünnen elektrisch leitenden Kern 57 eine fotoleitfähige Schicht 58 vorgesehen, deren gesamte Oberfläche mit einer isolierenden Deckschicht 59 beschichtet ist, während auf die der fotoleitfähigen Schicht 58 gegenüberliegende Seite des elektrisch leitenden Kerns 57 eine Ladungsspeicherschicht 60 aufgebracht ist. Da in diesem Falle der elektrisch leitende Kern 57 eine geringe Dicke aufweist, ist die an der Seitenfläche des elektrisch leitenden Kerns haftende Ladung vernachlässigbar, so daß ein starkes elektrisches Feld gebildet werden kann.

Das in Fig. 30 gezeigte Steuergitter 61 sowie das in Fig. 31 dargestellte Steuergitter 62 werden durch Ätzen eines elektrisch leitenden Kerns 63 bzw. 64 gebildet, dessen Querschnitt trapezförmig ist. Bei dem Steuergitter 61 gemäß Fig. 30 ist eine fotoleitfähige Schicht 65 und eine isolierende Deckschicht 66 an der Oberflächenseite vorgesehen, bei der der Öffnungsbereich im Vergleich zu der anderen Oberflächenseite größer ist, wodurch sich die Öffnung bei der Ausbildung der fotoleitfähigen Schicht 65 vergrößern läßt. Demgegenüber sind bei dem Steuergitter 62 gemäß Fig. 31 eine fotoleitfähige Schicht 67 und eine isolierende Deckschicht 68 an derjenigen Oberflächenseite ausgebildet, bei der der Öffnungsbereich kleiner als bei der verbleibenden Oberflächenseite ist, wodurch die an der Seitenfläche des elektrisch leitenden Kerns haftende Ladung wie im Falle des Steuergitteraufbaus gemäß Fig. 29 vernachlässigt werden kann. Eine auf der gegenüberliegenden Seite des elektrisch leitenden Kerns ausgebildete Ladungsspeicherschicht 69 sowie die fotoleitfähige Schicht 67 ändern ihre Dicke gleichmäßig von dem Mittelpunkt des elektrisch leitenden Kerns 64 in Richtung zur Öffnung, was vergleichsweise auch bei der Ladungsspeicherschicht 70 gemäß Fig. 30 der Fall ist, so daß sich das Potential für die Selbstvorspannung kontinuierlich vom Mittelteil in Richtung der Öffnung ändert und damit eine effektivere Vorspannungswirkung auftritt.

Bei dem Steuergitter 71 gemäß Fig. 32 ist eine fotoleitfähige Schicht 73 derart auf einem elektrisch leitenden Kern 72 aufgebracht, daß sie dessen gesamten Umfang bedeckt, wobei eine isolierende Deckschicht 74 lediglich auf eine Seite der fotoleitfähigen Schicht 74 aufgebracht ist. In diesem Falle stellt die an der Modulationsseite freiliegende fotoleitfähige Schicht 73 die Ladungsspeicherschicht zur Erzielung der Selbstvorspannungswirkung dar, wobei die Modulation im dunklen Bereich des Steuergitters erfolgt, da die fotoleitfähige Schicht während der Modulation als Isolierschicht verwendet wird.

Bei dem Steuergitter 75 gemäß Fig. 33 wird wie im Falle des Steuergitters 71 gemäß Fig. 32 eine fotoleitfähige Schicht 77 derart ausgebildet, daß sie einen elektrisch leitenden Kern 76 vollständig bedeckt, woraufhin auf einer Seitenfläche der fotoleitfähigen Schicht 77 eine isolierende Deckschicht 78 und über der freiliegenden Oberflächenseite des elektrisch leitenden Bauteils 76, die der Ladungsträgerquelle zugewandt ist, eine Ladungsspeicherschicht 79 ausgebildet werden. Das derart aufgebaute Steuergitter erfordert ein geeignetes Maß an Lichteinfall von der Seite der Ladungsspeicherschicht 79 oder der anderen Seite her, da die fotoleitfähige Schicht 77 auf ihrer Modulationsseite elektrisch leitend werden muß. Hierbei kann die Ladungsspeicherschicht 79 auch derart ausgebildet werden, daß die isolierende Deckschicht 78 auch auf der Modulationsseite aufgebracht wird, wobei die Modulationsseite dieser kontinuierlichen isolierenden Deckschicht 78 dann die Ladungsspeicherschicht darstellt.

Bei dem Steuergitter 80 gemäß Fig. 34 wird eine erste Isolierschicht 82 auf eine Oberflächenseite eines elektrisch leitenden Kerns 81 aufgebracht, sodann wird eine fotoleitfähige Schicht 83 auf die erste Isolierschicht 82 aufgebracht, woraufhin auf der fotoleitfähigen Schicht 83 eine zweite Isolierschicht 84 ausgebildet wird und auf dem elektrisch leitenden Kern 81 auf der Seite der Ladungsträgerquelle die Ausbildung einer Ladungsspeicherschicht 85 erfolgt. Die Ladungsspeicherschicht 85 kann auch vorgesehen werden, wenn die erste Isolierschicht 82 und die zweite Isolierschicht 84 bei ihrer Ausbildung diese Seite der Ladungsträgerquelle bedecken. Bei einem Steuergitter dieses Aufbaus kann die Lichteinstrahlung gut erfolgen, und zwar insbesondere während der Primäraufladung.

Bei dem Steuergitter 86 gemäß Fig. 35 wird eine Oberflächenseite eines elektrisch leitenden Kerns 87 mit einer fotoleitfähigen Schicht 88 versehen, woraufhin eine isolierende Deckschicht 89 derart aufgebracht wird, daß die gesamte Außenseite des elektrisch leitenden Kerns 87 und der fotoleitfähigen Schicht 88 bedeckt sind. Sodann wird auf der anderen Oberflächenseite des elektrisch leitenden Kerns 87 eine aus einem elektrisch leitenden Material bestehende Schicht 90 ausgebildet, auf die dann die Ladungsspeicherschicht 91 aufgebracht wird. Der elektrisch leitende Kern 87 und die elektrisch leitende Schicht 91 sind hierbei elektrisch miteinander verbunden.

Bei dem Steuergitter 92 gemäß Fig. 36 wird auf eine Oberflächenseite eines elektrisch leitenden Kerns 93 eine erste Isolierschicht 94 aufgebracht, auf der sodann eine fotoleitfähige Schicht 95 derart ausgebildet wird, daß sie die andere Oberflächenseite des elektrisch leitenden Kerns 93 nicht bedeckt. In ähnlicher Weise wird auf der fotoleitfähigen Schicht 95 eine zweite Isolierschicht 96 derart ausgebildet, daß sie den elektrisch leitenden Kern 93 an dessen anderer Oberflächenseite nicht bedeckt, woraufhin der freiliegende Teil des elektrisch leitenden Kerns 93 mit einer aus einem Isoliermaterial bestehenden Schicht 97 beschichtet wird, auf die eine aus einem elektrisch leitenden Material bestehende Schicht 98 aufgebracht wird, auf welcher wiederum eine Ladungsspeicherschicht 99 ausgebildet wird. Die Isolierschicht 97 kann derart ausgebildet werden, daß sie bei ihrer Aufbringung die erste Isolierschicht 94 oder die zweite Isolierschicht 96 vollständig bedeckt. Der elektrisch leitende Kern 93 und die elektrisch leitende Schicht 98 sind elektrisch miteinander verbunden. Die fotoleitfähige Schicht 95 des derart aufgebauten Steuergitters wird wie im Falle des Steuergitters gemäß Fig. 34 bei der Primäraufladung dem Lichteinfall ausgesetzt.

Bei dem Steuergitter 100 gemäß Fig. 37 wird ein elektrisch leitender Kern 101 mit einer fotoleitfähigen Schicht 102 überzogen, auf der sodann eine isolierende Deckschicht 103 derart aufgebracht wird, daß sie die fotoleitfähige Schicht 102 vollständig bedeckt. Sodann wird auf eine Oberflächenseite der isolierenden Deckschicht 103 eine aus einem elektrisch leitenden Material bestehende Schicht 104 aufgebracht, auf der dann eine Ladungsspeicherschicht 105 ausgebildet wird. In diesem Falle sind der elektrisch leitende Kern 101 und die elektrisch leitende Schicht 104 elektrisch miteinander verbunden. Wie im Falle des Steuergitters gemäß Fig. 33 muß das derart aufgebaute Steuergitter bei der Modulation von der Seite der Ladungsspeicherschicht 105 her belichtet werden.

Das Steuergitter 106 gemäß Fig. 38 weist den gleichen Aufbau wie das Steuergitter 100 gemäß Fig. 37 auf, jedoch mit der Ausnahme, daß eine erste Isolierschicht 108 vorgesehen ist, die den elektrisch leitenden Kern 107 bedeckt. Wie im Falle des Steuergitters 92 gemäß Fig. 36 wird auch das Steuergitter 106 gemäß Fig. 38 bei der Primäraufladung belichtet. In Fig. 38 bezeichnen die Bezugszahl 109 die fotoleitfähige Schicht, die Bezugszahl 110 die isolierende Deckschicht, die Bezugszahl 111 die elektrisch leitende Schicht und die Bezugszahl 112 die Ladungsspeicherschicht.

Bei dem Steuergitter 113 gemäß Fig. 39 ist eine Oberflächenseite eines elektrisch leitenden Kerns 114 mit einer ersten Isolierschicht 115 versehen, auf die sodann eine mit dem elektrisch leitenden Kern 114 in elektrischer Verbindung stehende dünne fotoleitfähige Schicht 116 aufgebracht wird. Auf die dünne fotoleitfähige Schicht 116 wird sodann eine isolierende Deckschicht 117 derart aufgebracht, daß die andere Oberflächenseite des elektrisch leitenden Kerns 114 freiliegen kann, woraufhin auf dieser freiliegenden Oberflächenseite des elektrisch leitenden Kerns 114 eine Ladungsspeicherschicht 118 ausgeildet werden kann. Das Steuergitter 113 gemäß Fig. 39 entspricht im wesentlichen dem Steuergitter 80 gemäß Fig. 34. Der Unterschied zu dem Steuergitter 80 gemäß Fig. 34 besteht darin, daß im Vergleich zu der ersten Isolierschicht 115 die fotoleitfähige Schicht 116 dünn und die elektrostatische Kapazität ausreichend groß sind. Der durch Verwendung des Steuergitters 113 erzielbare elektrostatische Kontrast kann erhalten werden, indem in Gleichung (1) anstelle der elektrostatischen Kapazität der fotoleitfähigen Schicht die elektrostatische Kapazität der ersten Isolierschicht eingesetzt wird.

Nachstehend werden Beispiele der Bilderzeugung unter Verwendung der mit Selbstvorspannungswirkung arbeitenden, vorstehend beschriebenen Steuergitter näher erläutert.

Beispiel 1

Bei der Herstellung des Steuergitters wird als elektrisch leitendes Bauteil eine Grundplatte oder ein Substrat mit einer lichten Maschenweite von 57,5 µm verwendet, das aus durch Elektroformung hergestellten Nickellegierungsdrähten mit einem Durchmesser von 30 µm besteht. Auf diesen elektrisch leitenden Kern wird die fotoleitfähige Schicht durch Aufsprühen einer Lösung aufgebracht, die durch Mischen eines allgemein als fotoleitfähiges Material in der Elektrofotografie verwendeten Cadmiumsulfidpulvers (CdS-Pulver) mit einem bei Normaltemperatur verfestigenden Siliconharz als Bindemittel in einem Verhältnis von 30 Gew.-% hergestellt wird. Diese Sprühbeschichtung erfolgt auf einer Oberflächenseite des elektrisch leitenden Kerns, und zwar derart, daß dessen Öffnungen nicht verschlossen werden und die Maximaldicke der fotoleitfähigen Schicht annähernd 25 µm beträgt. Sodann wird die durch die Sprühbeschichtung aufgetragene Flüssigkeit getrocknet und ausgehärtet. Daraufhin wird ein Flüssigharz, wie das vorstehend beschriebene Bindemittel, durch Sprühbeschichtung auf die fotoleitfähige Schicht derart aufgebracht, daß die Öffnungen nicht verstopft werden und eine Maximaldicke von annähernd 3 µm erzielt wird, wodurch die isolierende Deckschicht gebildet wird. Bei der Bildung der vorstehend beschriebenen jeweiligen Schichten liegt ein Teil des elektrisch leitenden Kerns auf der Modulationsseite frei. Nach der Bildung der isolierenden Deckschicht wird die Ladungsspeicherschicht durch Sprühbeschichtung mit einem Harzmaterial, wie dem vorstehend beschriebenen Bindemittel, auf diesen freiliegenden Oberflächenabschnitt des elektrisch leitenden Kerns mit einer Dicke von 0,4 µm aufgebracht, sodann getrocknet und ausgehärtet. Bei der Bildung der Ladungsspeicherschicht wird durch Auswahl geeigneter Herstellungsbedingungen bewirkt, daß ein Teil der isolierenden Deckschicht an dem freiliegenden Oberflächenabschnitt des elektrisch leitenden Kerns haftet, wodurch eine gleichzeitige Ausbildung der isolierenden Deckschicht und der Ladungsspeicherschicht möglich wird.

Das derart hergestellte Steuergitter wird bei der Primäraufladung mit +300 V aufgeladen. Sodann erfolgt die Bildbelichtung mit einer Belichtungsmenge von 8 lx/s und annähernd gleichzeitig eine elektrische Aufladung in entgegengesetzter Polarität durch die negative Koronaentladung, der die Totalbelichtung folgt. Gegenüber der auf diese Weise ausgebildeten elektrostatischen Ladungsbildfläche wird in einem Abstand von 2 mm elektrostatisches Aufzeichnungspapier als aufladbare Oberfläche angeordnet. Während das Potential an diesem Aufzeichnungspapier auf einem Wert von +3 kV in bezug auf den elektrisch leitenden Kern des Steuergitters gehalten wird, erfolgt die negative Koronaentladung durch das auf dem Steuergitter ausgebildete Ladungsbild hindurch auf das Aufzeichnungspapier. Hierbei wird der elektrisch leitende Kern von dem Koronadraht mit einer Spannung von -4 kV beaufschlagt, wobei mit einer Relativgeschwindigkeit von 40 cm/s in bezug auf das Steuergitter gearbeitet wird, so daß der Ladungsträgerstrom moduliert und ein elektrostatisches Ladungsbild auf dem Aufzeichnungspapier ausgebildet werden.

Bei den vorstehend beschriebenen Verfahrensschritten wird die Sekundäraufladung derart eingestellt, daß das Hindurchtreten des Ladungsträgerstromes durch den hellen Bereich des Bildes auf dem Steuergitter vollständig gesperrt werden kann. Wie bereits erläutert, kann durch Steigerung der Sekundäraufladung ein starker elektrostatischer Kontrast zwischen den dunklen und hellen Bereichen auf dem mit der Ladungsspeicherschicht versehenen Steuergitter unter gleichzeitiger Ausnutzung der Selbstvorspannungswirkung erzielt werden. Die nachstehend wiedergegebene Tabelle 1 enthält einen Vergleich zwischen den Oberflächenpotentialen eines Ladungsbildes auf einem mit der Ladungsspeicherschicht versehenen und in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten Steuergitter und eines Ladungsbildes auf einem Steuergitter ohne eine solche Schicht.

Tabelle 1

Vergleich des Oberflächenpotentials von Ladungsbildern

Aus Tabelle 1 ergibt sich, daß mittels des erfindungsgemäßen Steuergitters der elektrostatische Kontrast gegenüber dem üblichen Steuergitter um den Faktor 1,5 oder mehr verstärkt werden kann.

Anschließend wird das Aufzeichnungspapier mittels eines Naßentwicklungsverfahrens unter Verwendung positiv geladenen Toners entwickelt. Hierdurch läßt sich ein Bild mit einer hohen Bildauflösung und einer in bezug auf die Vorlage naturgetreuen Wiedergabe von Zwischentönen bzw. Halbtönen erhalten. Darüber hinaus wurde unter Verwendung des erfindungsgemäßen Steuergitters ein Mehrfach- Kopieren durchgeführt, und zwar aufeinanderfolgend 100 Kopiervorgänge von demselben Ladungsbild. Es erwies sich, daß bei einem herkömmlichen Steuergitter eine leichte Verringerung der Bilddichte bei der 100. Kopie auftrat, während bei dem Steuergitter mit der Ladungsspeicherschicht die Bilddichte auch bei der 100. Kopie nicht absank.

Beispiel 2

Zunächst erfolgt die Primärladung des Steuergitters, anschließend die Sekundärladung und schließlich die Bildbelichtung. Das verwendete Steuergitter weist hierbei den gleichen Aufbau wie im Falle des Beispiels 1 auf.

Bei der Primärladung wird das Steuergitter zunächst mit einer Spannung von +300 V aufgeladen. Sodann wird das Steuergitter umgeladen, woraufhin die Bildbelichtung mit einer Lichteinfallsmenge von 8 lx/s vorgenommen wird, wodurch ein der Vorlage entsprechendes Ladungsbild auf der isolierenden Deckschicht des Steuergitters entsteht. Unter Verwendung des derart gebildeten Ladungsbildes wird sodann ein Modulationsvorgang in der gleichen Weise, wie vorstehend in Verbindung mit dem Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt. In diesem Falle sind die Werte für die Sekundärladung derart eingestellt, daß das Hindurchtreten des Ladungsträgerstromes in den den hellen Bereichen des Bildes auf dem Steuergitter entsprechenden Abschnitten exakt gesperrt werden kann.

Die nachstehend wiedergegebene Tabelle 2 enthält einen Vergleich der Oberflächenpotentiale eines auf dem mit der Ladungsspeicherschicht versehenen Steuergitter ausgebildeten Ladungsbildes mit einem Ladungsbild, das auf einem Steuergitter ohne eine solche Schicht ausgebildet ist.

Tabelle 2

Vergleich des Oberflächenpotentials von Ladungsbildern

Wie im Falle des vorstehend beschriebenen Beispiels 1 ergab sich ein beträchtlich stärkerer elektrostatischer Kontrast.

Sodann wurde das Aufzeichnungspapier durch ein Naßentwicklungsverfahren unter Verwendung positiv geladenen Toners entwickelt, wodurch ein klares Negativ- Bild erhalten wurde. Ferner wurde unter Verwendung des Steuergitters aufeinanderfolgend ein 100faches Mehrfach- Kopieren durchgeführt. Hierbei erwies sich, daß im Falle des Steuergitters ohne die Ladungsspeicherschicht ein leichtes Absinken der Bilddichte bei der 100. Kopie des reproduzierten Bildes auftrat, während im Falle des mit der Ladungsspeicherschicht versehenen Steuergitters ein klares Reproduktionsbild erhalten wurde, das bezüglich seiner Bilddichte im wesentlichen die gleichen Eigenschaften wie die erste Kopie aufwies.

Beispiel 3

Zunächst erfolgt die Primäraufladung des Steuergitters, woraufhin die Sekundäraufladung erfolgt und sodann die Bildbelichtung gefolgt von der Tertiäraufladung und der Totalbelichtung durchgeführt werden. Das Steuergitter weist hierbei den gleichen Aufbau wie im Falle des Beispiels 1 auf.

Zunächst wird das Steuergitter gleichmäßig auf eine Spannung von +300 V aufgeladen. Sodann wird das Steuergitter mit der negativen Koronaentladung beaufschlagt, der die Bildbelichtung mit einer Belichtungsmenge von 8 lx/s folgt, woraufhin eine weitere negative Koronaentladung und sodann die abschließende Totalbelichtung folgen. Unter Verwendung des derart erhaltenen Ladungsbildes wird sodann moduliert. Hierbei sind die Spannungen bei der Sekundär- und der Tertiäraufladung derart eingestellt, daß ein Hindurchtreten des Ladungsträgerstroms in den hellen Bereichen des Bildes auf dem Steuergitter vollständig verhindert werden kann.

Die nachstehend wiedergegebene Tabelle 3 enthält einen Vergleich der Oberflächenpotentiale eines auf dem mit der Ladungsspeicherschicht versehenen Steuergitter ausgebildeten Ladungsbildes mit einem Ladungsbild, das auf einem Steuergitter ohne eine solche Schicht ausgebildet ist.

Tabelle 3

Vergleich des Oberflächenpotentials von Ladungsbildern

Claims

1. Elektrostatisches Aufzeichnungsgerät, bei dem mittels eines ein Ladungsbild tragenden Steuergitters ein Ladungsträgerstrom zur bildmäßigen Aufladung eines isolierenden Aufzeichnungsmaterials bildmäßig moduliert wird, wobei das Steuergitter einen elektrisch leitenden Kern aufweist, der mindestens auf der dem Aufzeichnungsmaterial zugewandten Seite mit einer fotoleitfähigen Schicht und einer das Ladungsbild tragenden isolierenden Oberflächenschicht versehen ist und der auf der der Ladungsträgerquelle zugewandten Seite eine weitere Oberflächenschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Oberflächenschicht (19; 55; 60; 70; 69; 73; 85; 91; 99; 105; 112; 118) als Ladungsspeicherschicht mit einem derartigen Leitvermögen ausgebildet ist, daß sich während der Modulation auf ihrer Oberfläche ein solcher Potentialwert einstellt, daß in den zu sperrenden Gitterbereichen Sperrfelder lediglich mit der erforderlichen Mindest-Feldstärke erzeugt werden.

2. Aufzeichnungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsspeicherschicht (73) aus fotoleitfähigem Material besteht.

3. Aufzeichnungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich auf der dem Aufzeichnungsmaterial zugewandten Seite des Gitterkerns erstreckende fotoleitfähige Schicht (73) in die Ladungsspeicherschicht übergehend den leitenden Kern (72) vollständig umschließt.

4. Aufzeichnungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante der Ladungsspeicherschicht 100 s oder weniger, vorzugsweise 50 s oder weniger beträgt.

5. Aufzeichnungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der über die Schichtdicke gemessene Leitwert, bezogen auf eine Oberfläche von 1 cm² in der Größenordnung von 10^-7 bis 10^-10 S, vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 10^-8 bis 10^-9 S liegt.

6. Elektrostatisches Aufzeichnungsverfahren unter Verwendung eines Aufzeichnungsgeräts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Steuergitter gleichförmig aufgeladen, bildmäßig belichtet und gleichzeitig oder anschließend mit einer gegenpolaren Ladung beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenpolare Beaufschlagung derart erfolgt, daß in denjenigen Gitterbereichen, in denen der Ladungsträgerdurchgang beim anschließenden Modulieren gesperrt sein soll, zunächst Sperrfelder gebildet werden, deren Feldstärke den zum Sperren erforderlichen Mindestwert deutlich überschreitet und beim anschließenden Modulieren als Folge einer Aufladung der Ladungsspeicherschicht auf den erforderlichen Mindestwert reduziert wird.