DE2031246A1 - Elektrofotografische Aufzeich nungsplatte - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.WEICKMANN, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820 XHA MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22

XEROX CORPORATION, Rochester, N.Y. 14603, V.St.Ao

Elektrofotografische Aufzeichnungsplatte

Die Erfindung betrifft eine elektrofotografische Aufzeichnungsplatte mit einer elektrisch leitfähigen Unterlage für eine fotoleitfähige Isolierstoffschichtο

Beim elektrofotografischen Verfahren, wie es in der US-Patentschrift 2 297 691 "beschrieben und durch viele weitere Patente verbessert ist, wird auf einer fotoleitfähigen Isolierstoff schicht ein elektrostatisches latentes Bild erzeugt und durch Ablagerung eines fein verteilten elektroskop!sehen Materials entwickelt. Das Bild kann auf der Schicht fixiert oder auf ein Kopieblatt übertragen werden, auf dem es dann fixiert wird. In den meisten Fällen wird die fotoleitfähige Isolierstoffschicht, die im folgenden unabhängig von ihrer Form auch als Aufzeiohnungsplatte bezeichnet wird, zunächst zur Sensitivierung elektrostatisch aufgeladen· Dann wird sie mit einem Lichtbild oder einer anderen bildmäßig verteilten aktivierenden elektromagnetischen Strahlung bestrahlt, wodurch die Ladung in den bestrahlten Plächenteilen abgeleitet wird und ein elektrostatisches Ladungsmuster entsteht· Dieses latente Bild kann dann durch Ablagerung eines elektrostatisch anziehbaren und fein verteilten farbigen Materials, das auch als Toner bezeichnet wird, sichtbar gemacht werden« Durch die Wechselwirkung zwischen dem elektrostatischen PeId des La-

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dungsmusters und den Tonerteilchen wird diese Entwicklung . zu einem sichtbaren Bild verursacht«, Bei der Anwendung einer derartigen Aufzeichnungsplatte in einem Abbild längsverfahren müssen nicht nur die fotografischen Eigenschaften, sondern auch die Einflüsse des Ladungsbildes auf äen Entwisklungs« vorgang berücksichtigt werden,, Aueh nit einer Aufzeichnung®« platte, die eine elektrostatische laioug relativ lange bei Dunkelheit speichert und sich bei Belichtung schnell ent« lädt, treten bei der Entwicklung gewiss© Schwierigkeiten auf, die auf die elektrostatischem leider"des latenten el@k«

" trostatischen Bildes zurüokzufiitasa sind ο Die Wechselwirkung zwischen diesen Feldern und dem elektroskop!sehen Emtwiete» lerstoff kann nur dann grundlegend verstanden werden, wenn. berücksichtigt wird₉; ü&B groSe.«uaf gleielmäßig geladene-Be« reiche relativ starke Eanäfeider @rsesag©n₈, während die elek« trisohen leider in ihren Mitten üehwä©her sind.» Die Handfelder trete» nioht nur an "ömfasg q1el©s geladenen Bereiches auf, sondern auch an goäür Stoll© iim@rMalb iiesee Bereiches;, an der eia höh.©r Potoatislgradieat iforhanden ist« Beispielsweise würde ein starkes Hanifeli auch in einem großen geladenen Bereioh vorhanden sein₉ w®bm ©inani©r benaehbarte Teilbereiche eine relativ h©h© und eia© relativ niedrige Saäuag

^ haben» Wegen äes Handeffektes hat -ü&m elektrefotografisehe Verfahren sehr gute Ergefeaigise fe@l ier Reproduktion von Strichzeichnungen u.l. g©g©igts, ii® auf äer Aufzeiehnungs» platte durch Bötaele- gelaäeae Bereiela© Bit ierji charakterisiert
kontinuierliefe getönter Bilder Kit
siger Tönungsäiehta wurden bereits Mit i©H üblichen AufzeieM-nungsplatten erzielte I
oher Reproduktionen so.

ra Maßnahmen erforäerli©h_s die. die lnttiioklung derjenigen Teile des alektroatatiselien Bildes verbessern» di® keinen hohen Potentialgradientea enthalten und etarfea Handfelier aufweisen« Hierzu müssen Zusatzvorriohtungen und spezielle

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Verfahren vorgesehen sein, "beispielsweise eine Entwicklungselektrode gemäß der US-Patentschrift 2 777 418 oder eine Bastertielichtung gemäß der US-Patentschrift 2 598 732. Derartige Maßnahmen führen oft zur qualitativ guten Reproduktion kontinuierlich getönter Bilder,Verbesserungen der Rasterverfahren sind ferner in den US-Patentschriften 3 288 602 und 3 337 339 beschrieben«. Beispielsweise können Gitter- oder Punktmuster unter der fotoleitfähigen Schicht oder auf ihrer Oberfläche angeordnet sein·

Die Entwicklungselektrode und die Rasterverfahren sollen zwar die Auswirkungen der starken Randfelder großer geladener Bildbereiche vermeiden, sie arbeiten jedoch im Hinblick auf die allgemein üblichen Anforderungen an das elektrofotografische Verfahren nicht zufriedenstellend. Beispielsweise haben die meisten üblichen elektrofotografischen Aufseiohnungsplatten eine relativ dicke Bildstoffschioht mit einer Stärke bis zu 60 Mikron, damit sie eine größere Itadespannung aushalten können» Aus noch zu beschreibenden Gründen ist dabei ein Unterlagengitter unwirksam» Auch sind die elektrofotografischen Reproduktionsmaschinen für eine schnelle Betriebsgeschwindigkeit eingerichtet, weshalb die Verwendung einer Entwicklungselektrode nicht günstig ist« Es kann 'nämlich nur eine bestimmte- fonermenge durch eine durch, die Ent== Wicklungselektrode begrenzte Öffnung hindurclit;reten, wodnrela die Entwicklung annehmbarer Kopien begrenat ist* !Ferner-. es -allgemein -ungünstig, -ein Gritter -eier fiaater auf öle' fläche einer Aufzeichnungsplatte zu bringen, da . Abnutzung bei laufendem Gebrauch und- eise !Donerans'ammlung-. entsteht, die eine Reinigung eier· Auf zeioimungaplatte schwierig macht»

Die Aufgabe der Erfindung besteht äarin, ©iiae fische Aufzeichnungeplatte zu'eehaffen, die Öle

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bekannter Aufzeiohnungsplatten vermeidet und insbesondere eine einwandfreie Reproduktion durchgehend getönter Plä©h©n« bereiche ermöglicht«

Eine elektrofotografisch.® Aufaeiehnungsplatt® ait- siner @l@to* trie oh „leitfähigen. Unterlag© für ©ine fotoleitfähig© Isolierstoffsohiohi iat gur lösung dieser JLufgaTb© ©rfindungsgamäß derart ausgefeiltet₉ iaB <äi© fotoleitfähig® Isolierstoff« schicht einea fei© ^u 20 Mikr©n üntar ihrer" Oberfläche ange«> ordneten metallis©ii©a Mosaiteaütes¹ enthält ₀

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BAD ORIGJWAL

nungsplatte mit in die fotoleitfähige Schient eingebettetem Metallgitter.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Figuren keine maßstabsgetreuen Darstellungen enthalten· Mehrere Elemente sind vergrößert oder verkleinert dargestellt, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen.

In Fig«1 ist eine elektrofotografische Aufzeichnungsplatte 11 dargestellt, die gemäß der Erfindung ausgebildet istv Ihre Unterlage 12 besteht aus einem Material, das eine mechanische lagerung der Bildstoffschicht ermöglicht und die Platte zur Verwendung in einer elektrofotografischen Reproduktionsmaschine geeignet macht« Die Unterlage soll auch aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen, um die Aufladung oder Sensitiv!erung der Platte und die Ableitung elek*· •fcrostatiseher Ladungen zu ermöglichen· Die Unterlage kann beispielsweise als Metallplatte, Metallband, Metallfolie o«ä· ausgebildet sein oder aus einem leitfähigen Kunststoff, Glas, Papier o«ä. bestehen. Sie kann zylindrisch, eben, hexagonal oder anderweitig ausgebildet sein. Als Metallplatte oder als Zylinder soll sie relativ starr sein, als Metallfolie, Kunststoffband Oeä. relativ flexibel· Unter der Bezeichnung "leitfähig" soll die Eigenschaft einer Unterlage 12 zu verstehen sein, die eine höhere leitfähigkeit als die fotoleitfähige Isolierstoffschicht besitzte Der spezifische Widerstand soll niedriger als oa. 10 Ohm cm und vorzugsweise niedriger als oa. 10 Ohm cm liegen«

Auf der Unterlage 12 iet eine fotoleitfähige Isolierstoff-· schicht 14- vorgesehen. Diese kann aus jedem für normale elektrofotografische Aufzeiohnungeplatten verwendeten Material bestehen. Typische geeignete Stoffe sind glaeförmiges Selen, organische Fotoleiter wie Phthalocyanin, anorganisch· Stoffe

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wie bestimmte formen von Schwefel, Cadmiumsulfid, Zinkoxid- . in einem filmbildenden Bindemittel oder jede andere einen kontinuierlichen PiIm bildende fotoleitfähige Isolierstoff, ferner teilchenförmige fotoleitfähige Isolierstoffe, die gegebenenfalls in einem nichtleitendan und filmbildenden Bindemittel dispergiert sind· Wesentlich© Änderungen der Schichtstärke können bei der erfindungsgemäßen lufseich«- nungsplatte vorgenommen werden, diese ist nicht auf bestimmte. Stärken begrenzt, die vorstehend oet©r nachstehend noch genannt werden· Me Schicht 14 hat jedoch allgemein eine Stärke in der Größenordnung von 10 bis" 200 Mikron, vorssuga« weise von 20 bis 60 Mikron·

Vorzugsweise wird als fotoleitfähig©? Isolierstoff mit ©insu Halogen dotiertes glasförniges S©l@n ^©rw©näet_e HSs können aueh andere fotoleitfähig© Isoli©rstoff© für die Sehioht 14 vorgesehen sein₉ jedoch Siat mit ©iasa Halogen dotiertes glas» fo'rmigee Selen fe©sit±Mät© Ye^t(SdLIe₉ insbesondere ermöglicht es eis.® sehn@lX© Saauagsafeleitmig loser dem East®r® Die durch die Bmissiön ύοά llaktronen aus fi©n Metallpunkten des Rasters erzeugten positivem Xtöehsr sind in dem mit Halogisn dotierten glasförmigen Selen sate gut beweglich^ weshalb elektronisohes &leiohgewioht_asehr sehnell erreicht werden kann© Ionsantrationen des Halogens von oa_e .0₉-002 bis 1 $> sind sehr gut für" eine erfiniungsgeaäi® ©l©ttrofotografis©he 'öS geeignet«

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Arsen oder anderen Zusätzen legiert sein·

Unter der Oberflache der Schicht ist ein Mosaikraster aus metallischen !Punkten 13 angeordnet, deren Durohmesser 0,08 bis 0,13 mm beträgt und die einen Abstand von ca· 0,15 bis 0,2 mm zueinander habeno Dieser Haster aus undurchsichtigen und durchsichtigen Bereichen ist in die Schicht mit einer Stärke von oa. 0,2 bis ca· 20 Mikron eingebettet· Der Raster kann als normales Punktmuster oder Linienmuster ausge« bildet sein, wie es bei der berührungslosen Rasterbelioh·· tung bei der Herstellung von Halbtonplatten für Zeitungs- ' druck angewendet wird. Die Musterelemente können fast jede Form haben, beispielsweise können sie als runde Punkte, elliptische, zeilenartige und ähnliche *Flächenelemente aus·« gebildet sein· Der Abstand der einzelnen Elemente L---w. zwi~ sehen 0,15 und 0,2 mm liegen, so daß das Muster r^tlsMB±g_r unregelmäßig oder willkürlich verteilt ist· Die'!lesest« können ihre Größe auch von Funkt zu Punkt oder von "Linie zu Linie ändern· Da das Muster in der beschriebenen Ausführungs»· . ' form zur Aufteilung des auf der geladenen Oberfläche induzierten Feldes dient, muß es leitfähig sein» Daher soll es .aus einem Metall, bestehen, das .einen guten elektrischen Kontakt . mit dem glasförmigen Selen bild et, am die -Übertragung wa . . Λ Elektronen und. Löchern au erleichtern, Typische geeignet© Hg» talle sind Uickel, Sold, Blei,.. Aluminium,. Zinn, mium und Zink·

In. Fig«2 let eine Drauf eicM auf ein. lc* "^V stellt, das. unter der OboriTlftohe der £o\>\ eingebettet ist· Die Feiahoä.^ ies Taah , ^ oil- ^"r- £γζ^~Ί der Punkte pro cm ist eia 'jj^VsielLr r^{f r}*<r< '2-ιΊί^ T^ iol"^r der von der gewünsclateii Qndltlt i;l. · ' ~ ^j , > ^ ζJ" r "3 -Beispielsweise-kann-die AJiSi⁷Il Her Γ-* " Ί τΛ_ -ι > , und 200 liegen, je
Terglelohsweiae eel

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druok Halbtonmuster mit oa_e 24 bis oäo 40 Punkten pro cm verwendet werden· Es hat sich gezeigt, daß ein Muster mit ca© 60 Punkten pro cm ein Bild erzeugt, bei dem die Punkte mit dem bloßen Auge nicht zu erkennen sind ο

Wie bereits ausgeführt, sollen die Punkte des metallischen Rasters einen Durchmesser von 0,08 bis 0,13 mm und einen Abstand zueinander von 0,15 bis 0,2 mm haben«. Dadurch ergibt sich eine Dichte von 60 bis 80 Punkten pro cm, wodurch ein Bild mit nicht erkennbaren Punkten entsteht·

Man kann die Theorie aufstellen, daß der metallische Mosaikraster die über ihm angeordneten Ladungen neutralisiert , so daß ein unterteiltes Ladungsmuster, auf der Oberfläche der Aufzeichnungsplatte entsteht. Die dabei ablaufenden Vorgänge sind noch nicht vollständig geklärt, man nimmt jedoch an, daß sie nach dem folgenden anhand der Fig·? erklärten Prinzip ablaufen· Wird die Aufzeichnungsplatte aufgeladen, so führt die Oberfläche der lichtempfindlichen Bild stoff«- schicht 14 ein gleichmäßiges positives Potentialo Die metallischen Punkte geben duroh die positive -Ladung Elektronen frei, die zur Schiehtoberflache wandern und die positiven Ladungen neutralisieren. Die dabei an den metallischen Punkten entstehenden positiven Ladungen wandern dann duroh die lichtempfindliche Schicht und werden an der Unterlage neutralisiert. Wesentlich für die Wirksamkeit der Aufzeichnungsplatte ist die schnelle Wanderung der positiven Ladungen von den metallisohen Punkten und der Elektronen von der Unterlage aus, so daß eine schnelle Neutralisation auftritt. Duroh diese schnelle Neutralisation let eine entsprechend schnelle und wiederholte Ausnutzung der Aufzeiohnungsplatte möglich·

Für das elektrofotografische Verfahren ist es bekannt, daß bei der Ablagerung des Toners auf dem latenten elektrostatischen Bild einer normalen Aufzeiohnungsplatte Potentialgra*

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dienten und keine tatsächlichen Potentiale entwickelt werden. Dies bedeutet, daß in jedem gleichmäßig geladenen Bereich (große dunkle Flächen oder niedrige Potentialgradienten bei langsamer Änderung von Grauton zu einer kontinuierlich getönten Fläche) die Kraftlinien der elektrostatischen leider in die Platte zur leitfähigen Unterlage hin verlaufen, so daß diese Bereiche mit geladenen Tonerteilchen schwierig zu entwickeln sind. An den Rändern solcher Bereiche oder an Stellen eines hohen Potentialgradienten (bei Striehzeiohnungsbildern) existiert ein starkes Randfelä· Randfelder dieser Art haben vertikale elektrostatische Feldkomponenten, die über die Oberfläche der fοtoleitfähigen Schicht hinaus verlaufen und den !Eoner-in* diesen Bereichen bei der Entwicklung anziehen,, Die bei der Elektrofotografie bereits bekannten Rasterverfahren vermeiden das Problem des Randeffektes bei Randfeldern großer Bereiche mit positiver Ladungo Im wesentlichen wird dabei die positiv geladene Fläohe in einen Halbtonbereich verwandelt, bei dem Flächenelemente positiver Ladung auf der Platte verteilt sind. "Solche Verhältnisse sind in Figo3 dargestellt, die die Rasterung gemäß der Erfindung darstellt. Aus Fig·3 geht hervor, daß die metallischen Teilchen 13 die ladung auf*der Oberfläche der fotoleitfähigen Schicht derart abgeleitet haben, daß Flächenelemente positiver ladung 21 entstanden sind, deren jeweiliges Randfeld Kraftlinien hat, die gekrümmt zu den ungeladenen Bereiohen der Echichtoberflache verlaufen. Dadurch entsteht ein Raster aus Potentialuntersohieden auf der Plattenoberflache, das eine unendliche Anzahl von Potentialgradienten enthält, die bei Aufbringen des Toners auf die Plattenoberfläohe entwikkelt werden. Bei einer erfindungsgemäßen Aufzeichnungsplatte wirken die metallischen Punkte modulierend auf das naoh der gleichmäßigen Aufladung auf der Platte vorhandene Ladungemueter ein, wodurch viele kleine benachbarte Fläohenteile Bit hoher und niedriger Ladung entstehen, wobei jedes Paar eoloher Fläohenteile einen hohen Potentialgradienten hat

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und zwischen den Flächenteilen jeweils viele kleine Sandfei-, der,existieren· Die Bildbelichtung der Aufzeichnungeplatte moduliert die Ladungsstärke einer jeden dieser kleinen "Ladungsinseln" entsprechend der jeweils einfallenden Licht-* menge· Auf diese Weise werden die kleinen Ladungsinseln in den weißen Flächenteilen des Bildes praktisch vollstän·» dig durch die Belichtung entladen, während die geladenen Inseln in den grauen,Flächenteilen teilweise entladen werden und die geladenen Inseln in den schwarzen Fläehenteilen ihre ursprüngliche Ladung behaltene Es sei nochmals darauf * hingewiesen, daß die Zeit zwischen der Aufladung und der Belichtung unwesentlich ist und dadurch vorteilhafterweise eine sohneile Wiederverwendung der Aufzeichnungsplatte möglich ist.

Nach der Belichtung wird die mit dem elektrostatischen Bild versehene Aufzeichnungeplatte entwickelt· Die Entwicklung kann nach einem der bekannten elektrofotografischen Entwicklungsverfahren erfolgen, beispielsweise nach der Kaskadierungsentwioklung oder der in der US-Patentschrift 2 725 504 beschriebenen Pulverwolkenentwicklung. Wie bereits ausgeführt wurde, wird das jeweilige Entwicklungsverfahren durch, die auf φ einer erfindungsgemäßen Aufzeiohnungsplatte nach der Aufladung und Belichtung erzeugten elektrostatischen Felder vorteilhaft beeinflußt. Da die Ladungsmuster auf der Plattenober-» fläche in kleine Ladungsinseln mit entsprechenden Bandfeldern unterteilt werden, können auch geringe Ladungsdichten, die relativ leiohten Grautönen des Originals entsprechen, ent- ; wickelt werden, denn auch diese schwach geladenen Bereiche werden zur Anziehung des ihnen entgegengesetzt geladenen Toners optimal ausgenutzt· Duron die Unterteilung des Ladungsmusters und die dadurch erzielte Verbesserung der Entwicklung eohwaohtr Grautöne wird die effektive Grauskala der Reproduktion wesentlich verbessert. Wie bereits beschrieben wurde, wird auch die Entwicklung gleichmäßig geladener Flachen

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BAD ORiGINAL

auch bei hoher Ladungsstärke verbessert, da die Unterteilung des Ladungsmusters in Ladungsinseln, viele kleine Randfelder in diesen, gleichmäßig geladenen Bereichen erzeugt, so daß ihre mittleren Bezirke in gleicher Weise wie ihre Ränder entwickelt werden·

In Fig«4 ist eine elektrofotografische Aufzeichnungsplatte mit einem metallischen Punktraster dargestellt, der in der lichtempfindlichen Schicht 14 unter 20 Mikron eingebettet ist. Wird die Platte aufgeladen, so gibt der Punktraster Elektronen zur HTeutralisierung der Oberfläohenladung frei« Der Abstand, über den dieser Ladungaaustausch stattfindet, ist Jedoch größer als 20 Mikron, so daß eine Ladungsstreuung auftritt. Die durch den Punktraster 135 freigegebenen Elektronen breiten sich dabei nicht geradlinig von den Punkten zur Oberfläche aus, sondern streuen in einander überlappenden Bereichen, so daß eine gleichmäßige Ableitung der Oberflächenladungen auftritt·.Daher kann abhängig von der Tiefe des metallischen Punktrasters unter dem Grenzwert von "20 Mikron entweder eine vollständige Ladungsableitung oder eine Auflösung der Ladungsinseln auftreten, wodurch sich eine schlechte Auflösung des Bildes ergibt.

Das Selen kann mit der gewünschten Konzentration des Dotierungsmittels im Handel erworben werden. Beispielsweise liefert die Firma Canadian Copper Refiners vordotiertes Selen. Falls erwünscht, kann das Selen nach einem der üblichen Laboratoriumsverfahren dotiert werden, beispielsweise durch physikalisches Vermischen des Dotierungsmittels mit dem Selen und Vakuumauf dämpfung der Mischung auf die leitfähige Unterlage. Geeignete Dotieruagsverfahren sind in der US-Patenteohrift 3 312 548 beeohrieben. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß das Halogen des Selen in Form einer Selenverbindung oder einer anderen Verbindung wie z.B· Halogeneilber beigegeben werden kann·

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Die Erfindung wurde vorstehend anhand bestimmter Ausführungsformen beschrieben, ist auf diese jedoch nicht beschränkt. Im Rahmen der folgenden Insprüohe öind zahlreiche andere Ausführungsformen möglich, die insgesamt durch den Grundgedanken der Erfindung erfaßt werden·

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Claims (1)

1. 2031248

   Patentansprüche

   Elektrofotografische Aufzeichnungsplatte mit einer elektrisch, leitfähigen Unterlage für eine fotoleitfähige Isolierstoffschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoleitfähige Isolierstoffschicht (14) einen bis zu 20 Mikron unter ihrer Oberfläche angeordneten metalli*» sehen Mosaikraster (13) enthalte

   Aufzeichnungsplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mosaikraster (13) aus einer Anordnung metallischer Punkte besteht«

   3· Aufzeichnungsplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoleitfähige Isolierstoffschicht (14) aus mit einem Halogen dotiertemglasförmigemSelen bestehtο

   4· Aufzeichnungsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3» da« durch gekennzeichnet, daß die Dicke der fotoleitfähigen Schicht (14) zwischen 20 und 60 Mikron liegt.

   5· Aufzeiohnungsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mosaikraster (13) aus Uiokel, Gold, Blei, Aluminium, Zinn, Silber, Cadmium oder Zink besteht«» '

   6· Elektrofotografisches Reproduktionsverfahren unter Verwen dung einer elektrofotografischen Aufzeiohnungsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Aufzeiohnungsplatte (12, 14) durch gleichmäßige elektrostatische Aufladung und Bestrahlung mit bildmäßig verteilter elektromagnetischer Strahlung ein latentes elektrostatisches Bild erzeugt und entwickelt wird·

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