DE2947929A1

DE2947929A1 - System und verfahren zur ausbildung eines elektrischen ladungsbildes auf der isolierschicht einer schichtanordnung aus einer isolierschicht, einer photoleitfaehigen und einer leitfaehigen schicht

Info

Publication number: DE2947929A1
Application number: DE19792947929
Authority: DE
Inventors: Valdis Mikelsons; Owen L Nelson
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1978-11-27
Filing date: 1979-11-26
Publication date: 1980-06-04
Also published as: IT7950906A0; CH651404A5; BR7907569A; AR218567A1; GB2038028B; JPS55108679A; AU526212B2; FR2442466A1; NL7908542A; AU5317679A; CA1142995A; FR2442466B1; GB2038028A; IT1164149B; US4331753A; JPS6356982B2; BE880270A

Description

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Minnesota Mining and Manufacturing Company, Saint Paul, Minnesota, V. St· A.

System und Verfahren zur Ausbildung eines elektrischen Ladungsbildes auf der Isolierschicht einer Schichtanordnung aus einer Isolierschicht, einer photoleitfähigen und einer leitfähigen Schicht

Die vorliegende Erfindung betrifft die Elektrophotographie und die Elektroradiographie und insbesondere ein System und ein Verfahren zur Erzeugung eines elektrischen Ladungsmusters entsprechend einem Strahlungsbild auf der Isolierschicht, einer Schichtanordnung mit einer Isolierschicht, einer pho— toleitfähigen Schicht und einer leitfähigen Schicht. ^]

■i Zur Erzeugung eines elektrischen Ladungsbildes entsprechend einem Strahlungsbild auf der Isolierschicht einer einheitlichen Schichtung mit einer Isolier-, einer photoleitfähigen und einer leitfähigen Schicht hat man bisher als Ladungs-

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quelle Koronaanordnungen und in einigen Fällen auch mehrere Koronaentladungsvorrichtungetfunterschiedlicher Art eingesetzt. Ein Strahlungsbild wird dabei während des Betriebs der Koronaentladungsvorrichtung angewandt. Diese Verfahren des Standes der Technik sind in den Aufsätzen auf S. 396 und S. 4o5 der Zeitschrift IEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-19, No. 4, April 1972, beschrieben.

Diese bekannten Verfahren zur Erzeugung eines elektrischen Ladungsbildes auf der Isolierschicht einer Schichtung mit einer Isolier-, einer photoleitfähigen und einer leitfähigen Schicht sehen keine großflächige Belichtung vor, wenn eine sehr gute Grauabstufung der Wiedergabe erforderlich ist. lull man hier gute Ergebnisse erreichen, muß man eine Ladungsquelle einsetzen, die in der Lage ist, eine sehr gleichmäßige Ladungsdichte zu liefern, die der einfallenden Strahlung proportional ist.

Koronaentladungsvorrichtungen sind in ihrer Leistungsfähigkeit anfällig für geometrische sowie Unregelmäßigkeiten der Drahtoberfläche und sind daher für ein großflächiges Laden nicht gut geeignet. Weiterhin unterliegt die Ladungsabgaberate der Koronaentladungsvorrichtungen Schwankungen infolge von Umwelteinflüssen; schließlich sind sie auch durch den konstruktiven Aufbau der Koronaelemente eingeschränkt.

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Das Aufbringen einer elektrischen Ladung, indem man eine entfernbare leitfähige Oberfläche nahe an die Isolierschicht heranbringt, während eine Spannung bezüglich der leitfähigen Schicht angelegt wird, ist infolge der Unregelmäßigkeiten des vorliegenden Luftspalts nicht akzeptabel.

Die vorliegende Erfindung schafft ein System und ein Verfahren zur Erzeugung eines elektrischen Ladungsmusters entsprechend einem Strahlungsbild auf der Isolierschicht einer einheitlichen Schichtstruktur mit - in dieser Reihenfolge einer Isolierschicht, einer photoleitfähigen Schicht und einer leitfähigen Schicht, die die Schwierigkeiten der Systeme des Standes der Technik beseitigen. Die vorliegende Erfindung sieht ein abnehmbares leitfähiges Elektrodenelement vor, das die Isolierschicht über eine dünne flüssige Schicht gleichmäßig berührt, deren Dipolmoment größer als null ist, deren Leitfähigkeit ausreicht, um das elektrische Potential an der Oberfläche der Isolierschicht effektiv auf dem Potential des abnehmbaren Elektrodenelements zu halten, deren Oberflächenspannung gleich der oder kleiner als die kritische Oberflächenspannung der Isolierschicht ist, und bei der derjenige Teil, der nach dem Abnehmen des leitfähigen Elektrodenelements auf der Isolierschicht verbleibt, in weniger als der dielektrisehen Dunkelrelaxationszeitkonstante der photoleitfähigen j Isolierschicht verdampft. Eine Gleichspannungsquelle ist vor- j gesehen, um gewählte Gleichspannungen zwischen die leitfähige

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Schicht und das abnehmbare leitfähige Elektrodenelement zu legen. Eine Strahlungsbildquelle ist vorgesehen, um die photoleitfähige Schicht mit einem Strahlungsbild zu bestrahlen und ein elektrisches Ladungsbild auf der Isolierschicht auszubilden, wenn die Schichtung sich in einem Dunkelraum und das entfernbare leitfähige Elektrodenelement sich in der Arbeitssollage befinden und eine Gleichspannung zwischen die leitfähige Schicht und das abnehmbare leitfähige Elektrodenelement gelegt ist.

Nach dem vorgeschlagenen Verfahren wird dann das abnehmbare leitfähige Elektrodenelement abgenommen. Die Gleichspannung kann beibehalten oder geändert werden; bspw. kann man das entfernbare leitfähige Elektrodenelement unmittelbar mit der leitfähigen Schicht verbinden, während das Elektrodenelement abgenommen wird. Beim bzw. nach dem Verdampfen der Flüssigkeit von der Isolierschicht wird die photoleitfähige Schicht insgesamt bestrahlt, beyor man das elektrische Ladungsbild auf der Isolierschicht durch elektronische Ablesung oder Entwickeln mit einem flüssigen oder trockenen Toner sichtbar macht.

Die Erfindung soll nun unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich erläutert werden, in denen gleiche Bauteile in den verschiedenen Figuren gleiche Bezugszeichen tragen.

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j Fig. 1 ist eine schematisierte Endansicht, die die grundsätz- : liehen Elemente des Systems nach der vorliegenden Erfindung sowie die elektrische Ladungsverteilung in

: einem Schritt des Verfahrens nach der vorliegenden

ί Erfindung zeigt;

' Fig. 2 zeigt den Aufbau der Fig. 1 mit der elektrischen Ladungsverteilung infolge einer bildmäßigen Bestrahlung; Fig. 3 zeigt einen Teil des Systems der Fig. 1 bei der Abnahme der leitfähigen Elektrode sowie der vorliegenden elektrischen Ladungsverteilung; und Fig. 4 zeigt die Anordnung der Fig. 3 zu einem späteren Zeitpunkt, wenn die leitfähige Elektrode vollständig abgenommen worden und die Anordnung bestrahlt worden ist.

Die Zeichnung stellt das System nach der vorliegenden Erfindung dar, in dem eire Strahlungsbildquelle Io ein Strahlungsbild auf eine mehrschichtige Anordnung 12 richtet, die eine photoleitfähige Schicht 14 zwischen einer leitfähigen Schicht 16 und einer Isolierschicht 18 zeigt, wobei eine abnehmbare leitfähige Elektrode 2o mit der Isolierschicht 18 über eine dünne Flüssigschicht 22 flächig gleichmäßig in Berührung steht. Das System enthält weiterhin eine Gleichspannungsquelle 24, mit der man gewählte Spannungen zwischen die leitfähige Schicht 16 und das abnehmbare leitfähige

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Elektrodenelement 2o legen kann. Die leitfähige Schicht 16 oder das Elektrodenelement 2o können die Oberfläche aufweisen, durch die hindurch das Strahlungsbild gerichtet wird; in diesem Fall muß die Schicht bzw. das Element im wesentlichen transparent für die Strahlungsenergie sein. In der Fig. 1 ist das System mit der Strahlungsbildquelle Io so gezeigt, daß die Strahlung durch das Elektrodenelement 2o hindurchfällt. In diesem Fall muß auch die Isolierschicht 18 für die angewandte Strahlung im wesentlichen transparent sein, so daß sie die photoleitfähige Schicht 14 erreichen kann.

Das System der Fig. 1 stellt eine Anordnung dar, um das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung durchzuführen, bei dem man ein elektrisches Ladungsbild entsprechend dem von der Quelle Io abgegebenen Ladungsbild auf deader Grenzfläche zur Flüssigkeit zugewandten Seite der Isolierschicht 18 erhält. Setzt man die Anordnung der Fig. 1 in einem Anfangszustand voraus, in dem die etwa an einer der Grenzflächen vorliegende elektrische Ladung im wesentlichen gleichförmig ist, enthält das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung den Schritt, ein gleichmäßiges starkes elektrisches Feld zwischen dem Elektrodenelement 2o und der leitfähigen Schicht 16 aufzubauen, während diejenige Strahlung fehlt, für die die photoempfindliche Schicht empfindlich ist. Dies erfolgt in der Anordnung der Fig. 1 mit einer Gleichspannung aus der Gleichspannungs-

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- Io -

quelle 24. Die Polarität der angelegten Spannung richtet sich nach dem für die leitfähige Schicht 14 eingesetzten Material. Zur Erläuterung ist hier die Gleichspannungsquelle 24 an die leitfähige Schicht 16 so angeschlossen gezeigt, daß die Spannung an der Schicht 16 positiv gegenüber dem Elektrodenelement 2o ist. Die sich auf diese V/eise ergebende Ladungsverteilung ist in Fig. 1 schaubildlich mit Plus- und Minuszeichen gezeigt, wobei die Ladung an der leitfähigen Schicht 16 und der Elektrode 2o im wesentlichen in der Grenzfläche der Schichten 14, 16 bzw. 18, 22 liegt.

Nach dem nächsten Schritt des Verfahrens der vorliegenden Schicht betätigt man sodann die Strahlungsbildquelle, so daß die photoleitfähige Schicht 14 mit dem Strahlungsbild bestrahlt wird, während die Gleichspannung aus der Quelle 24 zwischen dem Elektrodenelement 2o und der leitfähigen Schicht 16 liegt. Der das Ladungsbild aufnehmende Aufbau nach der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, das Strahlungsbild gleichzeitig mit seiner gesamten Fläche aufzunehmen. Infolge der von der photoleitfähigen Schicht 14 aufgenommenen Strahlung nimmt die Leitfähigkeit der die Strahlung aufnehmenden Flächenbereiche zu, so daß die Ladungsträger an der Außenfläche der photoleitfähigen Schicht 14 unter der Einwirkung des angelegten elektrischen Feldes zur oberen Bläche der photoleitfähigen Schicht wandern und an der Oberseite

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der Isolierschicht 18 ein elektrisches Ladungsbild influenzieren können. Die erhöhte Leitfähigkeit der Bereiche der photoleitfähigen Schicht 14 läßt sich als Verringerung der effektiven Dicke des Kondensators betrachten, den die leitfähige Schicht 16 und das Elektrodenelement 2o zwischen sich bilden. Um die Gleichspannung an der Oberfläche der Isolierschicht 18 zur Flüssigschicht 22 gleichmäßig zu halten, müssen zusätzliche Ladungen in diejenigen Bereiche fließen, die Strahlungsenergie aufnehmen. Die Gleichspannung und die Gesamtbestrahlung eines gegebenen Bereichs der photoleitfähigen Schicht 14 bestimmen die Ladungsmenge, die durch die photoleitfähige Schicht hindurchwandert, so daß im Effekt eine zeitliche Integration der von der photoleitfähigen Schicht 14 aufgenommenen Strahlungsenergie stattfindet. Die Fig. 2 zeigt die Beaufschlagung mit einem Strahlungsbild und die endgültige Ladungsanordnung infolge des von der photoleitfähigen Schicht aufgenommenen Ladungsbildes. Der Strahlung aufnehmende Bereich ist in Fig. 2 durch Pfeile angedeutet. Die positiven Störladungen im oberen Teil der Schicht 14, der keine Strahlung aufnimmt, sind Ladungen, die infolge des vorliegenden starken elektrischen Feldes und des Dunkelstroms der photoleitfähigen Schicht 14 dorthin driften können.

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Unmittelbar nach der bildmäßigen Bestrahlung bzw. vor einer wesentlichen Änderung des Ladungsmusters durch den Dunkelstrom nimmt man das abnehmbare Elektrodenelement 2o von der Isolierschicht 18 ab, indem man es bspw. abzieht, während das abnehmbare Elektrodenelement 2o und die leitfähige Schicht 16 wirksam elektrisch miteinander verbunden sind oder auf einem elektrischen Potential gehalten werden, das dem während der bildmäßigen Bestrahlung anliegenden entspricht oder sich auch von diesem unterscheiden kann· Ein Vorteil läßt sich erzielen, wenn das zwischen das Elektrodenelement 2o und der leitfähigen Schicht 16 liegende Potential verringert wird, bevor man das Elektrodenelement 2o abnimmt. Eine solche Potentialänderung kann das Rauschen im resultierenden Bild wesentlich verringern, indem sie die Ladungsschwankungen infolge der Änderungen der Schichtkapazität reduziert. Die beste Verringerung des Rauschens erreicht man, wenn man das angelegte Potential auf denjenigen Wert zurückführt, den es vor der bildmäßigen Bestrahlung hatte. Weiterhin kann auch das Verfahren, das man zum Auslesen bzw. Entwickeln des nach dem vorliegenden Verfahren erzeugten elektrischen Ladungsbildes anwendet, das während des Abnehmens des Elektrodenelements 2o zwischen das Elektrodenelement 2o und die leitfähige Schicht 16 zu legende Potential beeinflussen. Durch geschickte Wahl dieses Potentials lassen sich bspw. die Vorspannungsanforderungen für das Auslesen des Ladungsbildes bzw. für den Betrieb der Ent-

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Wicklungsvorrichtung minimal halten. In der Fig. 3, die das Abnehmen des Elektrodenelements 2o zeigt, liefert die Gleichspannungsquelle 24 die Spannung null, wobei das Elektrodenelement 2o und die leitfähige Schicht 16 unmittelbar miteinander verbunden sind. Die Flüssigschicht 22 reißt auf, während das Elektrodenelement 2o abgenommen wird, so daß entsprechende Ladungen auf sowohl der Oberfläche der Isolierschicht 18 als auch der des Elektrodenelements 2o zurückbleiben und bei das gleiche Potential haben. Es treten daher keine Funkenüberschläge oder Störentladungen auf. Die sehr dünne Flüssigrestschicht, die auf der Oberfläche der Isolierschicht 18 zurückbleibt, verdampft, so daß auf der Oberfläche der Isolierschicht 18 schließlich ein reales elektrisches Ladungsbild zurückbleibt. Dieses Ladungsbild gibt das aufgestrahlte Ladungsmuster genau wieder, das an der Schnittfläche zwischen der Isolierschicht und der photoleitfähigen Schicht nach dem Verdampfen der Flüssigkeit zurückbleibt und das Strahlungsbild genau wiedergibt. Die dann vorliegende elektrische Ladungsverteilung ist in Fig. 3 gezeigt; bei dieser Darstellung ist angenommen, daß die Dunkelabfallzeit der photoleitfähigen Schicht lang ist gegenüber der Zeitspanne, die zur Durchführung der soeben beschriebenen Schritte erforderlich ist.

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Da eine lange Dunkelabfallzeit der photoleitfähigen Schicht 14 angenommen ist, bewirkt sie an diesem Punkt eine nur geringe Änderung der elekttischen Ladung zwischen der Oberseite der Isolierschicht 18 und der Unterseite der photoleitfähigen Schicht 14. Ein ausreichender Unterschied ist erforderlich, damit das elektrische Ladungsbild auf irgendeine Weise abgeben bzw. sichtbar gemacht werden kann. Wie das elektrische Ladungsmuster in Fig. 3 zeigt, steht über dem photoleitfähigen Isolator ein inneres elektrisches Feld in der Bildform. Wenn man (abhängig von der Dunkelabfallgeschwindigkeit) lange genug wartet, rekombinieren die Ladungen auf dem unteren Leiter 16 mit den Ladungen an der Grenzfläche zwischen der photoleitfähigen Schicht 14 und der Isolierschicht 18, so daß sich die in Fig. 4 gezeigte Ladungsverteilung einstellt; dann erhält man die maximale Potentialdifferenz zwischen der Oberseite der Isolierschicht 18 und dem Leiter 16, so daß das elektrische Ladungsbild auf der Oberfläche der Isolierschicht abgelesen bzw. mit einem mit einem flüssigen oder trockenen Toner arbeitenden Entwicklungssystem oder mit einer anderen Entwicklungseinrichtung sichtbar gemacht werden kann. Natürlich braucht man nur zu warten, bis diejenige elektrische Potentialdifferenz zwischen der Oberseite der Isolierschicht 18 und der leitfähigen Schicht 16 vorliegt, die die eingesetzte Entwicklungseinrichtung braucht, um das Ladungsbild auf der Oberfläche der Isolierschicht 18 zu entwickeln. Ist die Dun-

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kelabfallzeit der photoleitfähigen Schicht 18 kurz, kann die elektrische Potentialdifferenz, die sich zwischen der Oberseite der Isolierschicht 18 und der leitfähigen Schicht 16 nach dem Verdampfen des nach dem Abnehmen des Elektrodenelements 2o verbleibenden Flüssigkeitsrests bildet, bereits ausreichen, um das elektrische Ladungsbild auf der Oberfläche der Isolierschicht unmittelbar nach dem Abdampfen der Flilssigkeitsschicht von der Isolierschicht 18 entwickeln zu können.

Die Ladungsbewegung von der leitfähigen Schicht 16 zur Grenzfläche der photdLeitfähigen Schicht 14 mit der Isolierschicht 14 läßt äich beschleunigen, indem man die photoleitfähige Schicht 14 der Anordnung insgesamt mit Strahlung flutet, nachdem die Flüssigkeit auf der Oberfläche der Isolierschicht verdampft ist. Das elektrische Ladungsbild auf der Oberfläche der Isolierschicht 18 läßt sich dann entwickeln, unmittelbar nachdem die Anordnung bestrahlt worden ist.

Die Flüssigschicht 22 sollte dünn sein, damit sie nach dem Abnehmen des Elektrodenelements 2o schnellverdampft, und um ihren elektrischen Widerstand gering eu halten. Eine geeignete Dicke der Flüssigschicht erreicht man, indem man zunächst die Flüssigkeit auf die Isolierschicht 18 aufbringt, dann das Elektrodenelement 2o auf die Flüssigkeit auflegt und schließlich über die Oberseite des Elektrodenelements 2o eine Quetschleiste zieht.

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Nachdem das Elektrodenelement 2o abgenommen worden 1st, muß die auf der Oberfläche der Isolierschicht 18 verbleibende FlUesigkelt innerhalb einer kürzeren Zeitspanne verdampfen als die dielektrische Dunkelralaxationszeitkonstante der photoleltfähigen Schicht 14 beträgt. Die zum Verdampfen erforderliche alt hängt von der Dicke des verbleibenden Flüssigkeitsfllms und dem Gleichgewichtsdampfdruck der Flüssigkeit unter den jeweils vorliegenden Arbeitsbedingungen ab. Die Verdampfungszeiten und Dicken der FlUssigschicht 22 wurden für mehrere Flüssigkeiten gemessen, wobei diese nach dem oben angegebenen Verfahren (Abziehen einer Quetschleiste auf dem Elektrodenelement 2o) aufgetragen worden waren. Dabei ergaben sich Dickenwerte von typischerweise zwischen o,3 und l,o am· Aus den Meßwerten wurde als Richtlinie sur Mahl geelgneter Flüssigkeiten eine empirische Beziehung wie folgt abgeleitetι

lo-fache Dicke (,um) der Schicht Verdampfungsdauer (tee) ■ ■ ' ■ ■ ■ ... ..

Dampfdruck (mm Hg) bei den Arbeitsbedingungen

Damit sie sum Einsatz In dem System und nach dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung geeignet 1st, muß eine Flüssigkeit weitere Bedingungen erfüllen. Es hat sich herausgestellt, daß für die Erfindung geeignete Flüssigkeiten ein Dipolmoment grOßer null haben müssen| wie sich erwiesen hat,

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beeinflußt das Dipolmoment die Geschwindigkeit, mit der sich das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung durchführen läßt.

—18 Flüssigkeiten mit einem Dipolmoment von Ι,ο χ Io esu oder mehr werden verwendet, wenn man etwa eine Sekunde lang oder weniger die Spannung anlegt und bestrahlt. Weiterhin sollte die Flüssigkeit eine solche elektrische Leitfähigkeit haben, daß das elektrische Potential an der Oberfläche der Isolierschicht 18 effektiv auf dem Potential des Elektrodenelements 2o erhalten bleibt. In den zu beschreibenden Beispielen erwiesen sich Flüssigkeiten mit einer Leitfähigkeit von Io (Ohm.cm)~ oder mehrjals geeignet, um die Funktion der Flüssigkeit zu erfüllen. Weiterhin muß die verwendete Flüssigkeit der Schicht 22 die Oberfläche benetzen, d.h. sich über sie ausbreiten. Diese Wechselwirkung zwischen der Flüssigkeit und der festen Oberfläche wird bestimmt von der Oberflächenenergie des Feststoffs, der Oberflächenspannung der Flüssigkeit sowie der Rauhigkeit der festen Oberfläche· Für glatte Oberflächen gilt allgemein, daß eine Flüssigkeit mit niedriger Oberflächenspannung sich auf einer Oberfläche mit hoher Oberflächenenergie gut ausbreitet. Die Fähigkeit, sich auszubreiten, läßt sich kennzeichnen, indem man den Kontaktwinkel bestimmt, den ein Tropfen der Flüssigkeit auf der festen Oberfläche annimmt. Je kleiner dieser K_Qntaktwlnkel, desto besser benetzt die Flüssigkeit die Oberfläch·· W. A. Zisman und H.W. Fox haben den Begriff einer "kritischen Ober-

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flächenspannung^l" verwendet, um den Benetzungsvorgang zu beschreiben. Die V^-Werte erhält man, indem man die Kontaktwinkel einer Serie definierter Flüssigkeiten auf der festen Oberfläche bestimmt und dann jeweils den Cosinus des Kontaktwinkels für die Oberflächenspannungen y£ der jeweiligen Flüssigkeiten als Kurve aufträgt. Derjenige^^-Wert, bei dem die Kurve die Grade für den Kontaktwinkel-Cosinus eins schneidet, wird als "kritische Oberflächenspannung.λ^"" bezeichnet. Folglich ist die kritische OberflächenspannungJf£ derjenige Parameter, der die feste Oberfläche kennzeichnet, und ihr zahlenmäßiger Wert bedeutet, daß eine Flüssigkeit, deren Oberflächenspannung]fZ gleich oder kleiner als 9^ ist, auf der festen Oberfläche ausfließt. Weitere Einzelheiten zur "kritischen OberflächenspannungJp-"" im Zusammenhang mit Benetzungsvorgängen sind in einem Aufsatz von H.W. Fox und W.A. Zisman in der Zeitschrift Journal of Colloid Science, Vol. 5, S. 514 (195o) und in einem Aufsatz von W.A. Zisman in der Zeitschrift Journal of Paint Technology, Vol. 44, No· 564, S. 42 (1972) zu finden. Die kritische Oberflächenspannung für Polyester (Polyethylenterephthalat) ist zu etwa 44 dyn/cra gemessen worden. Daher ist eine große Anzahl von Flüssigkeiten, deren Oberflächenspannung geringer als die kritisch· Oberflächenspannung von Polyester ist, für die Verwendung in der FlUssigschicht 22 geeignet, sofern man Polyester für die Isolierschicht 18 verwendet und sie auch die anderen genannten Bedingungen erfüllen·

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Ein geeignetes abnehmbares Elektrodenelement 2o läßt sich bspw. au3 dünnem biegsamem Blattmaterial wie bspw. Polyesterfolie herstellen, die einseitig mit einem Metall wie Aluminium oder Chrom bedampft ist} sie wird mit der Metallbeschichtung auf die Flüssigschicht 22 aufgelegt. Die Polyeeterfolie erlaubt dem Elektrodenelement 2o, sich der Oberfläche der Isolierschicht 18 anzupassen; ihre Biegsamkeit unterstützt auch die Bildung der Flüssigschicht 22 und das Abnehmen der Elektrode 2o. Anstelle der Polyesterfolie kann man auch ein steifes Material verwenden; ein Aufbau mit einem anpassungsfähigen Elektrodenelement 2o ist jedoch bevorzugt.

Falls die Gleichspannung, die beim Abnehmen der leitfähigen Elektrode angelegt ist, zu der während der Bestrahlung anliegenden umgekehrt gepolt sein muß, wird die Gleichspannungsquelle 24 dazu benutzt, zwischen das E lektrodene lenient 2o und die leitfähige Schicht 16 eine Oleichspannung der erforderlichen Höhe und Polung zu legen, bevor man die für die bildmäßige Bestrahlung erforderliche Oleichspannung anlegt.

Es ist einzusehen, daß die zwischen das Elektrodenelement 2o und die leitfähige Schicht 16 vor, wahrend und nach der Bestrahlung und während des Abnehmena der Elektrode zu legende Spannung eine beliebige Höhe und Polarität haben kenn, sofern die elektrischen Potentiale nicht zu einem Durchschlagen der

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Schichten führen und sich während der Bestrahlung ein elektrisches Feld auf der photoleitfähigen Schicht ergibt, das einen Ladungsfluß gewährleistet.

Bisher sind das System und das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung mit einer photoleitfähigen Schicht 14 beschrieben worden. Es ist jedoch einzusehen, daß man für die Schicht 14 jedes Material verwenden kann, das im wesentlichen die gleiche Funktion wie die photoleitfähige Schicht erfüllt, d.h. das ansprechend auf die Bildstrahlung ein entsprechendes Ladungsbild auf die Grenzfläche zwischen der Isolierschicht 18 und der FlUssigschicht 22 influenziert. Bspw. kann es sich bei der Schicht 14 um eia Material handeln, das unter Bestrahlung seine Dielektrizitätskonstante ändert, bspw. in den stärker bestrahlten Bereichen erhöht. Ein weiteres BeI-, spiel hierfür wäre ein Material, das unter Bestrahlung eine Photospannung abgibt; in diesem Fall verstärkt die Photospannung das elektrische Feld zwischen dem Elektrodenelement 2o und der leitfähigen Schicht oder schweächt es ab, so daß man ebenfalls «In bildmäßig influenziertes Ladungsmuster an der Grenzfläche zwischen der Isolierschicht 18 und der FlUssigschicht 22 erhält.

Diese und andere strahlungsempfindliche Schichten lassen sich einzeln oder In Kombination erfolgreich nach der Lehre der vorliegenden Erfindung einsetzen.

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Für das System und das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann die Isolierschicht 18 aus einem beliebigen Material ausgebildet werden, das einen Ladungsfluß nicht zuläßt, so lange das elektrische Ladungsbild auf der Oberfläche der Isolierschicht 18 ansteht und abgelesen bzw. entwickelt wird.

Die Erfindung wird mit den folgenden Beispielen weiter erläutert, die aber ihren Umfang nicht einschränken sollen.

Beispiel 1

Eine Aufschlämmung aus Bleioxidpigment (PbO) und einem Bindemittel aus einem Styrol-Butadien-Mischpolymerisat (bspw. Pliolite 5-7 der Fa. Goodyear Company) und Toluol wird in einem Gewichtsverhältnis Pigment zu Bindemittel von lo:o hergestellt und die Aufschlämmung dann auf eine 25 .um dicke Polyesterfolie aufgetragen, um die photoleitfähige Schicht 14 und die Isolierschicht 14 herzustellen. Im Trockenzustand ist die Beschichtung etwa loo ,um dick. Die getrocknete Beschichtung wird mit einer Aufschlämmung aus elektrisch leitfähigem Ruß und Polyvinylbutyral in Methanol überzogen, um einen elektrisch leitfähigen Kontakt herzustellen. Ein von der Fa. Monsanto Company unter der Bezeichnung B76 Butvar erhältliches Polyvinylbutyral läßt sich hier verv/enden. Das Gewichtsverhältnis Ruß zu Polyvinylbutyral beträgt 1:1. Bei offenliegender

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Polyesteroberfläche wird diese Schichtung dann auf ein Aluminiumblech so aufgebracht, daß die Kohlenstoffschicht auf dem Aluminiumblech aufliegt, das als leitfähige Schicht 16 dient.

Dann wird die Polyesteroberfläche mit Isopropylalcohol benetzt und auf sie ein abnehmbares Elektrodenelement 2o aus mit Aluminium bedampfter 25 ,um dicker Polyesterfolie mit der Aluminiumschicht aufgelegt. Durch Abziehen mit einer Quetschleiste wird eine gleichmäßige Berührung hergestellt; man erhält so einen dünnen gleichmäßigen Film 22 von Isopropylalcohol. Isopropylalcohol hat eine Oberflächenspannung von 2o,4 dyn/cm; dieser Wert ist geringer als die kritische Oberflächenspannung von Polyester (44 dyn/cm).

In einem dunklen Raum wird eine Gleichspannung von looo V a/ischen das Aluminiumblech und die Aluminiumschicht des Elektrodenelements gelegt, wobei die Aluminiumbeschichtung an den negativen Anschluß gelegt wird. Gleichzeitig mit dem Anlegen der Spannung bestrahlt man die Anordnung bildmäßig. Dienen Röntgenstrahlen zur bildmäßigen Bestrahlung, verwendet man eine Strahlungsquelle mit 57 KV , 25 mA Strom und 1/15 s Bestrahlungszeit bei einem Bestrahlungsabstand zwischen Quelle und Anordnung von loo cm. Unmittelbar nach der Bestrahlung senkt man die angelegte Spannung auf OV, indem man die Aluminiumschicht unmittelbar mit dem Aluminiumblech verbindet.

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Gleichzeitig nimmt man das Elektrodenelement ab, indem man es mit etwa 25 cm/s gradlinig abzieht.

Nachdem das Elektrodenelement abgenommen worden und der Isopropylalcohol verdampft ist, schaltet man die Raumbeleuchtung an und tastet die dem Strahlungsbild entsprechende Oberflächenladungs— bzw. -spannungsverteilung mit einem elektrostatischen Voltmeter (Fabrikat Monroe) ab. In einem röntgenbestrahlten Bereich beträgt die Oberflächenspannung zum Aluminiumblech 325 V, während die Oberflächen in einem mit einem 6,3 mm dicken Bleistab abgedeckten Bereich nur 3oo V beträgt; der Kontrast beträgt also 25 V. Wenn man die Anordnung mit dem elektrischen Ladungsbild durch eine Entwicklungseinrichtung schickt, erhält man ein klar erkennbares Abbild des Bleistabs bzw. ggf. anderer die Röntgenstrahlen absorbierender ' Gegenstände.

Beispiel 2

Eine Aufschlämmung aus Bleioxidpigment (PbO), einem Bindemittel aus Styrol-Butadien-Mischpolymerisat (bspw. Pliolite S-7 der Fa. Goodyear Company) und Toluol wird in einem Pigment/Bindemittel-Gewichtsverhältnis von 7,5il hergestellt und auf eine 25 .um dicke Polyesterfolie aufgetragen, um die photoleitfähige Schicht 14 und die Isolierschicht 18 herzustellen. Im Trockenzustand ist die Beschichtung etwa

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7o ,um dick. Auf die getrocknete Beschichtung wird dann eine dünne leitfähige Kupferschicht aufgedampft, die einen elektrisch leitfähigen Kontakt darstellt. Diese Anordnung legt man bei offenliegender Polyesteroberfläche mit der Kupferschicht auf das Aluminiumblech.

Dann stellt man ein abnehmbares Elektrodenelement her, indem man eine 25 ,um dicke Polyesterfolie mit einer dünnen Chromschicht bedampft. Der optische Transmissionsgrad des mit Chrom beschichteten Elektrodenelements beträgt etwa 2o %. Dann wird die offenliegende Polyesteroberfläche mit Isopropylalcohol benetzt, auf die man das Elektrodenelement mit der Chromoberfläche auflegt. Die leitfähige Isopropylalcohol-Flüssigschicht wird dann durch Abziehen mit der Quetschleiste auf dem Elektrodenelement dünn gemacht. Eine Lichtquelle wird über der Abbildungsanordnung angebracht und so ausgerichtet, daß beim Öffnen eines Verschlusses ein bildmäßiges Lichtmuster auf das Elektrodenelement trifft.

In einem dunklen Raum wird eine Spannung von -loooV an die Chromschicht des Elektrodenelements gegenüber dem Aluminium- j blech gelegt. Während die Spannung anliegt, belichtet man die Anordnung, indem man den Verschluß vor der Lichtquelle o,2 s lang öffnet, so daß man eine Belichtung von etwa 1),8 Ix.s (1 foot candle second) erhält. Unmittelbar nach der Belichtung wird dLe angelegte Spannung auf null gebracht, indem man die j

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Chromschicht direkt mit dem Aluminiumblech verbindet, und das Elektrodenelement wie im Bsp. Ϊ abgezogen.

Nachdem der Isopropylalcoholrest verdampft ist, schaltet man die Raumbeleuchtung an und tastet das Ladungsbildmuster mit einem elektrostatischen Voltmeter ab; man erhält einen Kontrast von etwa looo V zwischen den belichteten und den unbelichteten Bereichen. Alternativ kann man das Ladungsbild mit einer Entwicklungseinrichtung entwickeln.

Beispiel 3

Eine Aufschlämmung von Cadmiumsulfidpigment (CdS), einem Bindemittel (Styrol-Butadien-Copolymerisat) und Toluol wird mit einem Gewichtsverhältnis Pigment/Bindemittel von lo:l hergestellt, eine dünne Schicht der Aufschlämmung auf eine 25 ,um dicke Polyesterfolie aufgetragen und getrocknet, um die photoleitfähige Schicht 14 und die Isolierschicht 18 herzustellen. Die trockene CdS-Schicht hat eine Dicke von etwa 5o ,um. Dann wird die Schicht mit einer Aufschlämmung von elektrisch leitfähigem Ruß und Polyvinylbutyral in Methanol überzogen, auf die man ein Aluminiumblech als Unterlage legt, die auch die leitfähige Schicht 16 darstellt.

Die Polyesteroberfläche 18 wird dann mit Isopropylalcohol benetzt und ein abnehmbares Elektrodenelement, das aus einer

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transparenten SnO_?-Schicht auf einer 75 ,um dicken Polyesterfolie besteht, mit der SnO~-Seite auf sie aufgelegt. Dann zieht man eine Quetschleiste auf der Elektrode ab, so daß man einen dünnen gleichmäßigen, etwa 1 ,um dicken Film aus Isopropylalcohol erhält. Eine Lichtquelle wird über der Abbildungsanordnung so angebracht, daß ein bildmäßiges Strahlungsmuster bei geöffnetem Verschluß auf die Elektrode fallen kann.

Im Dunkeln wird an die SnOp-Schicht des Elektrodenelements eine Spannung von -looo V gegenüber dem Aluminiumblech gelegt, während man die Anordnung mit maximal etwa 2,16 Jx.s (o,2 foot candle seconds) bildmäßig belichtet. Innerhalb einer Sekunde wird die Spannung auf null gebracht, indem man für eine direkte Verbindung zwischen der SnOp-Schicht und dem Aluminiumblech sorgt, und dann das Elektrodenelement wie im Bsp. 1 entfernt. Innerhalb weiterer fünf Sekunden, während der auf der Polyesterfolie 18 verbleibende Isopropylalcohol verdampft, schaltet man die Raumbeleuchtung an. Das latente elektrische Ladungsbild auf der Polyesteroberfläche wird mit einer Flüssigtomer-Entwicklungseinrichtung sichtbar gemacht. Das resultierende Bild zeigt sieben Schritte einer Tafel mit einer optischen Dichte von o,3, wobei die optische Dichte maximal 2,3 beträgt.

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Beispiel 4

Eine A_x,fschlämmung aus Bleioxidpigment (PbO) und einem Bindemittel wird aus 2o g Pigment, Io g Isopropylalcohol, 3,8 g einer Losung von 35 Gew.-% Acrylharz (Rohm & Haas WR-97) in Isopropylalcohol und o,13 g Weichmacher (Rohm & Haas Paraplex G-3o) hergestellt. Nach dem gründlichen Vermischen der Bestandteile in einer Kugelmühle wird die Aufschlämmung auf eine 25 ,um dicke Polyesterfolie aufgetragen. Nach dem Verdunsten des Lösungsmittels bleibt eine 4o ,um dicke Schicht aus Pigment und Bindemittel im Gewichtsverhältnis 15:1 zurück. Diese Beschichtung wird dann mit einer Aufschlämmung aus elektrisch leitfähigem RuIJ und einem Polyvinylbutyral-Binder in Gewichtsverhältnis 1:1 überzogen. Nach dem Trocknen bringt man die Schichtung auf ein Aluminiumblech so auf, daß die Kohlenstoff schicht autß dem Aluminium auf- und die P_olyesteroberfläche offenliegt.

Die Polyesteroberfläche wird dann mit Isopropylalcohol benetzt und mit der Aluminiumoberfläche eines Elektrodenelements aus mit Aluminium bedampfter 25 ,um dicker Polyesterfolie in Berührung gebracht. Indem man eine Quetschleiste über die Rückseite der Elektrode zieht, erhält man einen gleichmäßigen etwa o,5 .um dicken Film von Isopropylalcohol.

Im Dunkeln wird zwei Sekunden eine Spannung von looo V über die Schichtanordnung gelegt, indem man den negativen Anschluß

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an die Aluminiumschicht des Elektrodenelements, den positiven Anschluß an das Aluminiumblech legt. Innerhalb o,3 Sekunden nach dem Anlegen der Spannung bestrahlt man die Anordnung o,l Sekunden bei 25 mA, 80 KV und loo cm Abstand zwischen Strahlungsquelle und Anordnung mit Röntgenstrahlen. 1,5 Sekunden nach dem Anlegen der Spannung entfernt man das Elektrodenelement von der Polyesteroberfläche durch Abziehen innerhalb etwa o,3 Sekunden. Die Elektrode wird also abgenommen, während sie sich auf dem Bestrahlungspotential von -looo V befindet. Etwa zwei Sekunden später schaltet man die Raumbeleuchtung an.

Das entstandene Ladungsbild wird mit einem elektrostatischen Voltmeter (Fabrikat Monroe) abgetastet. Die Oberflächenspannung in einem vollröntgenbestrahlten Bereich beträgt -46o V gegenüber dem Aluminiumblech. In einem durch einen 6,3 mm dicken Bleistab gegen die Röntgenstrahlen geschützten Bereich beträgt sie -41o V; der Kontrast ist also 5o V,

Das abnehmbare Elektrodenelement wird erneut aufgelegt, die Elektrode bei OV Anfangsbedingungen vollständig strahlungs- !

geflutet und die Anordnung dann erneut bestrahlt, und zwar o,2 Sekunden lang.

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Dieser Schritt wird mit Bestrahlungszeiten von o,4 Sekunden, o,7 Sekunden und l,o Sekunde bei ansonsten gleichen Bedingungen wiederholt. Die folgende Tabelle zeigt}, wie sich mit zunehmender Bestrahlung das elektrische Kontrastpotential verhält:

Bestrahlungsdauer o,l o,2 o,4 o,7 l,o (Sekunden)

Spannung im bestrahl- -46o -51o -57o -675 -725 ten Bereich (V)

Spannung im geschütz- -41o -425 -41o -43o -435 ten Bereich (V)

Kontrastspannung (V) 5o 85 I60 245

Die Bestrahlungsschritte werden bei einer Bestrahlungsdauer von o,4 Sekunden wiederholt, wobei die Spannung an der Elektrode 3 Sekunden lang auf -looo V gehalten, dann auf 0 V abgesenkt und die Elektrode bei 4,ο Sekunden abgezogen wird. Dieses Beispiel'zeigt den wahlweisen Schritt einer elektrischen Direktverbindung der Elektrode mit dem Aluminiumblech. Die gemessenen Spannungen sind -175 V im bestrahlten Bereich, -5o V im geschützten Bereich; der Kontrast beträgt also 125 V. Die Voltmeterabtastkurven zeigen für die abgetasteten Bereiche gleichmäßigere PotentialVerteilungen.

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Claims

2347929

BERLIN 33 8 MÜNCHEN

ι-Vlktoria-StraBa 66 ». Dr. Ing. Rutchk·

Ur. KUbUMKt UL PAK I INbK

Patentanwälte

Τ.Ι.<030)β2β»«/βΜ«4β1 BERLIN -MÜNCHEN

Talegrunm-Adres»·: Tdegrwnm-Adreue:

Quadratur Bariin Quadratur München

TELEX: 183786 TELEX: 522787

M 417o

Patentansprüche

( l.j Verfahren zur Ausbildung eines elektrischen Ladungsbildes, indem man eine mehrschichtige Anordnung mit einer leitfähigen Schicht, einer photoleitfähigen Schicht und einer Isolierschicht (in dieser Reihenfolge) herstellt, ein abnehmbares leitfähiges Elektrodenelement als weitere Schicht an die Isolierschicht heranbringt und die photoleitfähige Schicht bildmäßig bestrahlt, während man eine Gleichspannung zwischen die leitfähige und die abnehmbare leitfähige Elektrode legt, um an der Isolierschicht ein elektrisches Ladungsbild zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß man das abnehmbare leitfähige Elektrodenelement von der Isolierschicht durch eine dünne Flüssigschicht trennt, deren Flüssigkeit ein Dipolmoment größer null, eine Leitfähigkeit, die ausreicht, um das elektrische Potential an der Oberfläche der Isolierschicht im wesentlichen auf dem elektrischen Potential des abnehmbaren leitfähigen Elektrodenelements zu halten, und eine Oberflächenspannung hat, die gleich der oder kleiner als die kritische Oberflächenspannung der Isolierschicht ist, und wobei die Flüssigschicht die auf der Isolierschicht verbleibt, wenn das

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abnehmbare Elektrodenelement abgenommen worden ist, in einer Zeitspanne verdampft, die geringer als die dielektrische Dunkelrelaxationszeitkonstante der photoleitfähigen Isolierschicht ist, und daß man das abnehmbare leitfähige Elektrodenelement abnimmt.
2. Verfahren zum Ausbilden eines elektrischen Ladungsbildes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die photoleitfähige Schicht bestrahlt, nachdem die Flüssigkeit auf der Isolierschicht nach dem Abnehmen des abnehmbaren leitfähigen Elektrodenelements verdampft ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Höhe der Gleichspannung vor dem Abnehmen des abnehmbaren leitfähigen Elektrodenelements verringert.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gleichspannung abnimmtj während man beim Abnehmen des abnehmbaren leitfähigen Elektrodenelements das leitfähige abnehmbare Elektrodenelement elektrisch unmittelbar mit der Jeitfähigen Schicht verbindet.
5. System zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein abnehmbares leitfähiges Elektrodenelement, eine mehrschichtige Anordnung

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mit einer leitfähigen Schicht, einer photoleitfähigen Schicht und einer Isolierschicht (in dieser Reihenfolge), eine dünne Flüssigschicht, die eine gleichmäßige flächige Berührung zwischen der Isolierschicht und dem abnehmbaren leitfähigen Elektrodenelement bewirkt, wobei die Flüssigkeit der Grenzflächenschicht ein Dipolmoment größer null, eine Leitfähigkeit, die ausreicht, um das elektrische Potential der Oberfläche der Isolierschicht auf dem elektrischen Potential des abnehmbaren leitfähigen Elektrodenelements zu halten, und
eine Oberflächenspannung aufweist, die gleich der oder kleiner als die kritische Oberflächenspannung der Isolierschicht ist, und wobei derjenige Teil der Flüssig^jschicht, der nach dem Abnehmen des abnehmbaren leitfähigen Elektrodenelements auf det Isolierschicht verbleibt, in einer Zeitspanne verdampft, die kürzer ist als die dielektrische Dunkelrelaxationszeitkonstante der photoleitfähigen Schicht, durch eine Spannungsquelle, die so angeschlossen ist, daß sie betrieblich gewählte Gleichspannungen zwischen die leitfähige Schicht und das abnehmbare leitfähige Elektrodenelement legen kann, und durch eine Strahlungsbildquelle, um die photoleitfähige Schicht bildmäßig zu bestrahlen, wenn die Gleichspannungsquelle zwischen das leitfähige Elektrodenelement und das abnehmbare leitfähige Elektrodenelement gelegt ist, um auf der Isolierschicht ein elektrisches Ladungsbild herzustellen.

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