DE2200051A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Abbildungen - Google Patents

Description

Dip!. Ing. F- Wr-i^n'-M.

OiPi ir- :! V -!-v.u. .··. &r.!. Pty*. Dr.Ii.Fincke 2200051

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tr-ox Square UipLing.!.^ «w- ·». -·» ζ 768

Rochester, IT.Y. H6O3 8 München 27, MBhletr. 22 ·'

V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Abbildungen.

Die vorliegende Erfindung betrifft Abbildungssysteme, insbesondere ein elektrophoretisches Abbildungssystem.

Die Verwendung von Photoleitern zur Herstellung von Abbildungen ist bekannt. So werden z.B. bei der Xerographie gemäß US-Patent Nr. 2,297,691 (CF. Carlson) Photoleiter verwendet. Bei diesem Verfahren versieht man zunächst eine Schicht eines Photeieiters auf einem leitfähigen Substrat im Dunkeln mit einer gleichmäßigen elektrostatischen Ladung auf der Oberfläche; dann wird belichtet, wodurch die Ladung auf dem Photoleiter sich auf den vom Licht getroffenen Bezirken verteilt und zum leitfähigen Substrat durchdringt, so daß auf der Oberfläche des Photoleiters ein Muster aus elektrostatischer Ladung zurückbleibt» Dieses elektrostatische Bild wird dann durch eine Reihe von Methoden sichtbar gemacht. Bei einem Verfahren werden feinverteilte Farbpartikel (sog. "toner") über den Photoleiter "cascadiert", so daß er von der elektrostatischen Ladung angezogen wird, normalerweise verwendet man für den "toner" ein Trägermaterial, damit sichergestellt wird, daß alle Teile des Photoleiters mit dem "toner" in Kontakt kommen. Das "toner"-Material kann auch in einer isolierenden Trägerflüssigkeit dispergiert sein; diese Kombination wird als flüssiger Entwickler bezeichnet. Wenn ein flüssiger Entwickler mit dem Photoleiter in Kontakt gebracht wird«, so wird das "toner"-Material aus der Flüssigkeit gezogen und durch elektrostatische Anziehung auf dem Photoleiter festgehalten« Es gibt viele Variationen dieser Verfahren. Bei einer Variation gemäß US-Patent 2,892₄709 (E.F.Mayer) wird die Oberfläche des Photoleiters durch eine flüssige Entwicklerschicht beladen5 während der Phoixieiter belichtet wird· In den belichteten Bezirken nimmt der PhotoLeiter keine Ladung auf, so daß ein elektrostatisches Bild in den dunklen Bezirken entsteht. Das "toner"-Material im flüssigen Entwickler wird auf die beladenen Bezirke der Photoleiter-Oberfläche gezogen oder dort niedergeschlagen5 so daß ein sichtbares Bild entsteht₀

Die oben genannten Verfahren haben eine Reihe von Nachteilen. Ein Hauptproblem besteht darin, daß die Photoleiter auf ein Anfangspotential geladen und dann in Bildkonfiguration entladen werden müssen, so daß ein elektrostatisches Bild ausreichender Stärke zur Anziehung der "toner"-Teilchen entsteht. Diese ζ v/ei Verfahrensschritte benötigen zur Vollendung eine gewisse Zeitdauer, was die Verfahrensgeschwindigkeit verlangsamt. Beim Verfahren gemäß Patent 2,892,709 muß die Aufladung des Photoleiters durch eine Isolierflüssigkeit durchgeführt werden, welche darin dispergiert Teilchen enthält; hierdurch ist das Verfahren relativ wenig leistungsfähig. Auch entsteht bei den genannten Verfahren ein Hintergrund, der durch Teilchen gebildet wird, die auf den nicht-beladenen Bezirken des Photoleiters haften. Diese "toner"-Teilchen in Hintergrundbezirken stören die Qual&ät des endgültigen Bildes.

Ein weiterer Nachteil der bislang bekannten Systeme besteht darin, daß die photoleitende Schicht isolierend genug sein muß, um eine hohe Ladung ausreichend lang zur Entwicklung eines Bildes su halten. Ferner muß bei den bekannten Verfahret» das "toner"-Material sorgfältig ausgewählt werden, so daß es im richtigen triboelektrischen Verhältnis zum Trägermaterial und zur Ladung auf der Oberfläche des Photoleiters steht. Auch kann man mit den bekannten Verfahren nicht gleichzeitig positive und negative Abbildungen herstellen und man kann den Bildsinn nur durch zusätzliche komplizierte Verfahrensstufen ändern.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Entwicklung eines Abbildungsverfahren unter Verwendung einer photoleitenden Schicht, wobei die obigen Nachteile vermieden werden. Das neue elektrophoretische Abbildungssystem kann unter Verwendung eines relativ weiten Bereichs von photoleitenden Schichten benutzt werden und liefert auch Farbbilder aus einer Vielzahl von Materialien; man kann positive Abbildungen direkt aus einem Negativ herstellen und gleichseitig positive und negative Abbildungen machen. Ferner ist es möglich, magnetisch ablesbare Bilder aus einer optischen Vorlage zu machen.

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Das erfindungsgemäße elektrophoretisch^ Abbildungssystem ist dadurch gekennzeichnet, daß feinverteilte'Partikel, welche in einer Isolierflüssigkeit dispergiert sind, zwischen eine photoleitende Injektionselektrode und eine zweite Elektrode gebracht werden, die photoleitende Injektionselektrode wird einem Muster aus Strahlung ausgesetzt, gegenüber der sie empfindlich ist, während man ein Feld in der Suspension zwischen der photoleitenden Injektbnselekbrode und der zweiten Elektrode anlegt . ■

Die photoleitende Injektionselektrode bewirkt, daß diejenigen Teilchen, welche sich innerhalb des Wechselwirkungsbereichs der belichteten Elektrodenteile befinden, die gleiche Ladung v,^rie die photoleitende Elektrode aufnehmen und von ihr zurückgestoßen werden. Diese zurückgestoßenen Teilchen wandern in Bildkonfiguration zur Oberfläche der zweiten Elektrode, wo sie ein negatives Bild formen, während sie ein positives Bild zurücklassen. Bei der. vorliegenden Erfindung wird also eine gleichmäßige Dispersion von Teilchen in einer Flüssigkeit verwendet; vorzugsweise werden die dispergierten Teilchen zunächst durch Anwendung eines Feldes auf die Oberfläche der photoleitenden Elektrode getrieben. Hat die photoleitende Elektrode während der Bildherstellung z.B. ein positives Potential im Verhältnis zur zweiten Elektrode, so wird die Suspension zuerst negativ beladen, z.B. durch eine negative Corona-Entladung; hierdurch nehmen die Partikel eine negative Ladung auf· Trifft die Suspension auf die positive photoleitende Elektrode, so werden die Teilchen auf die Oberfläche der photoleitenden Elektrode gezogen und es bleibt eine relativ dicke Schicht aus Teilchen-freier Flüssigkeit zwischen den Partikeln und der zweiten Elektrode. Wird der Photoleiter einer Strahlung ausgesetzt, gegenüber der er empfindlich ist, so tauschen die den belichteten Teilen der photoleitenden Elektrode benachbarten Teilchen die Ladung mit der photoleitenden Elektrode aus und wandern durch die Flüssigkeit zur zweiten Elektrode. Die Verbesserung des Verfahrens durch die vorherige Beladung stellt sich demnach wie folgt dar: Wenn man vorher belädt, so" kommt zunächst nur Flüssigkeit mit der zweiten Elektrode in Kontakt und daher wird der Hintergrund deutlich verbessert.

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In anderen Worten, die einzigen Partikel, welche mit der zweiten Elektrode in Kontakt kommen, sind diejenigen, welche infolge des Ladungsaustauchs mit der photoleitenden Elektrode dort hin^gewandert sind.

Dieser Wechsel der Ladungspolarität unterscheidet die vorliegende Erfindung.von den bekannten Verfahren, wie sie z.B. im US-Patent 2,892,709 beschrieben sind. Die bekannten Verfahren umfassen keinen Polaritätswechsel der "toner"-Teilchen nach dem Kontakt mit belichteten oder nicht-belichteten Bezirken der photoleitenden Vorrichtungen. Das neue Verfahren unterscheidet sich deshalb deutlich vom üblichen xerographischen Verfahren, bei dem Isolierteilchen nur auf einen Bereich hohen elektrostatischen * Potentials gezogen werden.

Die photoleitende Schicht wird vorzugsweise auf ein transparentes leitfähiges Substrat aufgebracht, durch weiches die Belichtung erfolgt, während ein Feld angelegt wird. Diese Struktur ist bevorzugt, da sie den besten Gebrauch von der bildweisen Bestrahlung macht. Die photoleitende Schicht kann überzogen sein, oder man kann eine Schicht zwischen der photoleitenden Schicht undcfem leitfähigen Substrat verwenden.

Die Teilchen, welche in der isolierenden Flüssigkeit dispergiert sind,können isolierend, halbleitend oder leitfähig sein und aus zwei oder mehr Komponenten bestehen. Da es wichtig ist, daß die Teilchen die von der photoleitenden Elektrode injizierte Ladung aufnehmen und zurückhalten können, sollte die Oberfläche der Teilchen zweckmäßig aus einem Material bestehen, v/elches einen Volumen-Widerstand von mindestens 1O^ Ohm . cm, vorzugs-

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weise 10 Ohm . cm und mehr hat. Es ist keine obere Grenze der Durchführbarkeit bekannt, da es spezielle gefärbte Plastikmaterialien gibt, welche einen spezifischen Widerstand von mehr als 10 ^J Ohm . cm haben und brauchbar sind.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Abbildungen aus praktisch jedem speziellen Materir.l herstellen. Wie bereits erwähnt, können die Partikel isolierend, halb-leitend oder leitfähig sein. Zur Herstellung von gefärbten Abbildungen verwendet man vorzugsweise gefärbte thermoplastische Materialien, welche

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zur Bildung von gefärbten Transparengbildern oder midurchsiehtigen Bildern'besonders geeignet sincL Dez¹ !Torteil bei der Verwendung gefärbter thermoplastischer Materialien anstelle von undurchsichtigen gefärbten Pigmenten besteht darin₉ daß heiligefärbte Materialen hergestellt werden können, die man leicht zum fixierten endgültigen Bild verschmelzen kann_o Zur Herstellung eines polychromen Bildes macht man zwei oder mehr monochrome Abbildungen, v?elche der Reihe nach auf ein einziges Substrat übertragen und darauf verschmolaen werden _o Für andere Anwendungsarten können die gewählten Partikel aus reflektierenden Glasperle^ luminiszierendem Leuchtstoff., ferromagnetischen Pigmenten, reflektierenden Harz-überzogenen Metallteilchen₉ Mikrokapseln₅ welche Flüssigkeiten oder andere Materialien enthalten₃ kataljtischen Teilehen oder sonstigen für spezielle Endzwecke speziell formulierten Seilehen bestehen^ wenn sie als geformtes Muster vorliegen_o So kann nan die Abbildungen S₀B₀ als Masken für Zwecke der graphischen Kunst oder- als Widerstand beim It sen verwenden _o

Die Trägerfiüssigkeit kann aus jedem geeigneten Isoliermaterial besteheno Typische Isolisrflüssigkeiten sind Dekan₉ Do&akan, Tetradekan_s Kerosin., geschmolzenes Paraffin₉ geschmolzenes Bienenwachs oder andere geschmolzene thermoplastische Materialien_s Hineralölj Siliconöle, wie Dimethyl=-polysilo2Ean_s fluor-ierte Kohlsn-= wasserstoffe5 mid Mischungen derselben_o Bevorzugt sind Mineralöl und Kerosin wegen ihrer- niedrigen Kosten und ausgezeichneten lsoliereigenschaften₀ Alternativ karm man die gefärbten Teilchen auch v^?orher als Überzug auf die photoleitende Elektrode aufbriogsn _& und zwar in einem festen Binder, wie Pioeotex (ein Pol.ystyrolharz der Firma Pennsylvania Industrial Gb.emieal 0o_c) oder Sife'Dsan-Waelis 5 hieräurch wird die Handhabung nnd Lagerung erleichterte '9Or der Bildherstsllimg wird dar Binder geschmolaeti Dcier in ©inea der oben erwähnten dielelitrisehen Lösungsmittel gslös'';₅ so daß die- Teilchen frei sind imd utiabhängig Toneinanös Ten einer Elektrocl® aur anderen wanderß können _o Andere typische löslicihs dielekbrisehs Einder^MaterJ.alien sind hydrisrte Eolo-Pii.Gi:-:Lum=rä'S"bei?₅ wie S^aybelite-Ester 3 ν^κί 10 (Heroiiles Powder G ?hsnol~Forffialdehyd-Harae_t wis Aaesrol 6i=137^raS (Eohr;i ά Haas)« viPxi, Pio^c'tsi: 75 und 100 sowie PiecHvpale 70 Si? (FonsylTania

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Zweckmäßig verwendet man relativ kleine Teilchen, weil diese stabilere Suspensionen bilden und Abbildungen höher Auflösung liefern, als dies mit größeren Teilchen möglich ist. Vorzugsweise haben die Teilchen einen mittleren Querschnitt von weniger als 1-2 Mikron; jedoch kann man auch Teilchen bis zu etwa 5 Mikron verwenden. Eine untere Grenze der Teilchengj:-öße ist derzeit nicht bekannt.

Die Konzentration der in der Flüssigkeit dispergierten Teilchen hängt von der Dichte des gewünschten endgültigen Bildes, der Verwendung des Bildes, der Größe der Teilchen,-der Löslichkeit der zugesetzten Dispergiermittel und anderen Faktoren ab, die dera Fachmann für Färb- oder plastiscne überzugs-Formulierungen bekannt sind. Dispergiert man z.B. ieinverteilte gefärbte Harzmaterialien in Mineralöl oder Kerosin, so erhält man befriedigende Abbildungen, wenn man 1-50 Gew.-Teile Harzmaterial in 100 Teilen Flüssigkeit dispergiert.

Das transparente leitfähige Substrat für die photoleitende Schicht kann aus jedem geeigneten Material besbellen. Typische transparente leitfähige Materialien sind leitfähig überzogenes Glas, z.B. Aluminium- oder Zinnoxid-übercoge^ss Glas, oder transparente Plastik-Materialien, wie Polyesterfilme, die mit ähnlichen Materialien übersogen sind, und Cellophan. Alternativ kann man auch eine Schicht (z.B. ein Harz-Film oder -Blatt) zwischen die photGleitende Schicht und die dahinter befindliche Elektrode geben. Dies ist besonders zweckmäßig bei Anwendungsarten, wo die photoleitende Schicht nur für eine einzige "Belichtung verwendet werden soll. Auch kann die photoleitende Schicht selbsttragend sein,

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Die photoleitende Schicht kann aus jeder; geeigneten photoleiSenden Material bestehen. Typische photol : itr.nde Materialien sind anorganische Materialien, wie Cadniiuras^if ic¹ ,Cadmium-sulfo™ selenid, Selen, Qu^cküilbßr;;ul f id, Bleioxid, B.loisulfid, Cadniumsel.enil und Mischung.η ;":e "..■: ilben, die in Bir.isr^ dispergiert; sind oäfrc als homogene Γ'α:< i.chto:. vox^lLa^en.

Tv-pische org,\u·.. ^;..Hcho υη ■,■!;;; :.eHt ;\de Mater ; ^l . en sind Pigmente,

5 ΠQa^1/Q9ßß

wie Chinacridone, Carboxanilide_s z»B_o 8₉13-Dioxo-dinapht'no-(2,1-b; 2' ,5' -d)-furan-6-carbox-p-methoxy-anilid; 8,13-Dioxodinaphtho-(2,1-b;2',3'-d)-furan-6-carbox-m-chlor-anilid; 0arboxamide, z.B. N-2"-Pyridyl-8_i13-diox-dinaphtho-(2,l-b; 2« ,3'-d)-furan-6-carboxamid; N-2ⁿ-(lⁿ ,3"-Diazyl)-8,13-aio3codinaphtho~(2,1-b;2' ,3'-d)-furan~6-carbos:amid; Triazine, Benzopyrrocoline, Anthrachinone, Azoverbindungen, insbesondere solche'., deren aromatische Substituenten eine Hydroxylgruppe· in ortho-Stellung zur Azo-Bindung haben, Dioxazine, substituierte Pyrene, Phthalocyanine (in Bindern dispergiert), ferner organische Materialien wie Poly-CN-vinyl-carbazol); Poly~(9-vinyl-anthracen), Poly-(3-vinyl-pyrene), welche homogene Photoleiter sind₂ deren Empfindlichkeit durch geeignete komplexbildende Lewis-Säuren gesteigert werden kann (vgl. H. Hoegl, Journal of Physical Chemistry 69, 755 (1965)); Poly(triphenylamin) gemäß US-Patent 3,265,4-96, Poly-(N-propenyl-earbazol) gemäß US.-Patent 3,34-1,472, sowie Mischungen derselben«, Der phot öle it er kann aus ein oder mehr Komponenten bestehen und auch photöleitende Pigmente in photoleitenden oder inerten Bindern dispergiert enthalten; er kann auch z.B„ mit einer Schutzschicht aus einer aktiven Transportschicht überzogen sein₉ uelehe den Typ des Ladungsträgers transportieren kann₂ der an die Teilchen weitergegeben werden soll« Man kann eine aktive Q?2?ansportsehieht für Löcher-, z.B. Polyvinylcarbazol« auf eine verdampfte amorphe Selenschicht oder eine Binderstruktur aufbringen_s welche die "χ"-Fora des Phthalocyanine oder trigonales Selen bzw« ein Gemisch der beiden in einem inerten dielektrischen Binder enthält; sie kann auch in einem Polyvinylcarbazol-Binder enthalten sein₉ solange die dahinter befindliche Elektrode positiv im Verhältnis su der gegenüber befindlichen Elektrode ist_o Die Geschwindigkeit₉ mit der man die Abbildungen herstellen kanne, wird von der Geschwindigkeit des Trägertransports durch des Überzug abhängig,, Ss ist des= halb zweckmäßig, daß man Materialien benutzt, die einen schnellen Tr.ägertransport erlauben«,

Eine bevorzugte photöleitende Schicht enthält Selen₉ welches mit einer Schicht ans Poly-(N-irinyl-earbazol) überzogen ist«,

2Oi

Das Poly-CN-vinyl-carbazol) erlaubt die Passage der durch das Licht erzeugten und injizierten Löcher, schützt aber das Selen vor Abrieb und Lösungsmittelangriff.

Andere Uberzugsmaterialien zum Schutz der Photoleiter, welche die Passage von Löchern bzw. Elektronen oder beiden erlauben, sind Poly-(methylen-pyren), Poly-1-vinyl-pyren, und Binder-Dispersionen von Triphenylamin oder 2,4-,7-Trinitro-9-fluorenon, welche mehr als etwa 30 Gew.-% dieser Verbindungen enthalten.

Die zweite Elektrode kann aus jedem geeigneten leitfähigen Material sein. Typische leitfähige Materialien sind Zinnoxidüberzogenes Glas, Metalle, leitfähige Gummi-Ruß-Binderdispersionen und leitfähiges Papier.

Die zweite Elektrode hat vorzugsweise ein isolierendes Gewebe bzw. eine Schicht über ihrer äußeren Oberfläche, welche zur Aufrechterhaltung der erfindungsgemäß benutzten, relativ hohen Felder beitragen. Typische Isoliermaterialien sind Papier, Polyäthylen-überzogenes Papier, Celluloseacetat, Nitrocellulose, Polystyrol, Pclytetrafluoräthylen und verwandte fluorierte Polyolefine, Polyvinylfluorid, Polyurethan und Polyäthylenterephthalat.

Die Vorteile der verbesserten Methode zur elektrophoretischen Bildherstellung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich; in diesem Zusammenhang sei auf die beigefügten Abbildungen verwiesen:

Fig. 1 ist ein Seitenquerschnitt eines einfachen Beispiels eines erfindungsgemäßen elektrophoretischen Abbildungssystems.

Fig. 2A-D sind Diagramme, welche die Verfahrensstufen und die vermutlich im System ablaufende Teilchenwanderung darstellen.

Fig. 3A-E sind Diagramme von verschiedenen Ausführungsformen der Elektrode mit der photoleitenden Schicht.

Die Zeichnungen entsprechen hinsichtlich Größe und Gestalt nicht den tatsächlichen Größen; auch sind sie nicht proportional

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den wirklichen Größen, weil viele Elemente absichtlich in Größe und Gestalt verzerrt dargestellt wurden₈ um die Erfindung deutliche!' beschreiben zu können.

In Fig. 1 ist eine transparente leitfähige Schicht 1 auf einem transparenten Substrat 2 gezeigt j in diesem Beispiel besteht die transparente leitfähige Schicht aus Zinnoxid auf einem Glas-Substrat. Derartige Elektroden sind im Handel erhältlich .unter der Bezeichnung Nesa-Glas (Pittsburgh Plate Glass Go»)« Es ist nicht erforderlich, daß diese Elektrode transparent oder leitfähig ist. So kann man z.B. die Elektrode mit einem isolierenden Film aus Polyäthylen-terephthalat versehen und erhält ein brauchbares System. Diese Elektrode kann die Konfiguration einer Platte, Trommel, Rolle, eines Gewebes ete_o haben«,

Auf der Oberfläche der Schicht 1 befindet sich eine photoleitende Schicht 3s welche Z₀B₀ aus einer ein Mikron dicken Selenschicht besteht, welche mit einer drei Mikron-Schicht Polyvinylcarbazol überzogen ist_o Auf der Schicht 3 befindet sieh eine Suspension 4 aus feinverteilten Partikeln in einer isolierenden Srägerflüssigkeito Die Suspension kann Z₀B₀, aus feinvert eilten Partikeln eines gefärbten thermoplastischen Materials in Mineralöl bestehen, Bie Partikel können fluoreszierend odermagnetisch selvi oder aus Glasperlen "bestehen,* Bei Verwendung von magnetischen Seilchen erhält man eine Methode zur direkten Umwandlung eines Lichtbildes in ein durch Computer lesbares Bild, Weiterhin kann das System sur Herstellung von Druckoriginalen verwendet werden» Öle Abbildungen können als Masken für die graphische Kunst dienen_o Ss sind irioi® Variationen möglich? so kann man ζ_οΒ_θ das Bi@ht=ve3?sehisolzsne bzxi?_o iraSteier^e Bild als Magic® aura Farbauftragen b©nntsen₉ ma den Bilasimi des ©itö~ Bild-ss iimzutehTQUo Bas Substrat hinter einem nieh'fesensn Bild Iiqmu gebleicht w© selen, s im. ©in p Bild su i©3?MGiio Bas nieht-versohiaolsene Bild kann auf eis BiasG=8"?2bst3?at gsöildet μ©γο,θώ₉ so eiaS ©ia Biaso^Bild ©a'& 3)&3 Eilel Izsam. eä,& Hitsesseeptoi? £w? ^hjsTsiQ^ssmhisGhjs ik'ö&i diOiies-G Si© Sanitilsel koaaaa so a.iasgswählt wssdeß_s daB sie vJj¹?^? 'rsrwsn QiLQS Lösyxiggirii'ö'sslii Ιώφεϊ eiM₅ ^idSj/S't-iSd äi®1ä'G₀ WGBB TdBiU (SS aiii GlfiSi od'22¹

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die Verwendung als Blindenschrift aufgebaut werden. Bei Verwendung von Methylviolett-Teilchen erhält man Hectographie-Originale.

Da die inerten Teilchen z.B. aus brilliant gefärbten thermoplastischen Materialien bestehen können, erhält man Farbbilder hoher Qualität, wenn man drei oder mehr erfindungsgemäß hergestellte monochrome Abbildungen der Reihe nach auf ein Substrat überträgt und sie dort durch einen einzigen Hitzeschritt verschmilzt. Die Elektrodenrolle 5 wird auf einem hohen Potential gehalten; die zwischen der Rolle 5 und der Suspension 4- natürlich auftretende Corona-Entladung zwingt die Teilchen auf die Oberfläche der Schicht 5» sobald die Rolle über die Suspension 4 getrieben wird. Nachdem die Teilchen auf die Oberfläche der Schicht gezogen sind, wird die Elektrode 5» welche aus einer leitfähigen Rolle 11 besteht, die mit Papier 12 bedeckt ist, zur Aufbringung eines Feldes über der Suspension 4· benutzt. Die Elektrode 5 kann die Konfiguration einer Trommel, eines Gewebes, einer Platte etc. haben. Während die Rolle 5 über die Suspension 4 gleitet, wird der Schalter 7 geschlossen, der in diesem Beispiel den negativen Pol der Hochspannungsquelle 6 (Gleichstrom) mit der Elektrode 5 verbindet« Der andere Pol der Energiequelle 6 wird mit der Schicht 1 und der Erde verbunden. Es ist nicht nötig, daß die Oberfläche 12 isolierend ist; jedoch bevorzugt man eine isolierende Schicht, um die erfindungsgemäß verwendeten, relativ starken Felder aufrecht erhalten zu können. So werden z.B. in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung üblicherweise 2.500 Volt und mehr verwendet.

Alternativ kann die durch die Potentialquelle 9 angetriebene Corona-Quelle 8 über die Suspension geleitet werden, um die Teilchen zur Schicht 3 zu treiben. Eine weitere aufladende Rolle, die auf einem hohen Potential gehalten wird, kann anstelle der Corona-Quelle 8 eingesetzt werden. Die Verwendung einer separaten Aufladungsvorrichtung, wie die Corona-Quelle 8, ist bevorzugt, da sich hierbei die Teilchen wirksamer niederschlagen lassen. Nachdem die, Teilchen sur Oberfläche 3 getrieben worden sind, gleitet die Elektrode 5 über die Suspension, während ein Feld angelegt wird. Während die Rolle 5 über die Suspension 4- gleitet, wird die photoleitende Schicht 3 einer bildweisan Strahlung 10 ausgesetzt, wodurch die neben der Schicht 3 befindlichen Teilchen

Λ Λ Λ Λ *>; * » Λ ft Λ J»

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Ln den belichteten Bezirken durch die Flüssigkeit wandern und in Bildkonfiguration auf der Oberfläche der Schicht 12 haft'en. Dieses Bild kann auf der Oberfläche 12 z„B_e durch Hitze fixiert werden, oder man überträgt es gewünschtenfalls auf eine andere Vorrichtung, wodurch ein negatives Bild entsteht. Die auf dem Photoleiter zurückbleibenden Teilchen können ebenfalls auf Papier oder Film übertragen werden, so daß ein negatives Bild erhalten wird.

In Fig. 2A ist eine transparente leitfähige Schicht Jl auf einem transparenten Träger 32 g3zeigt. Die Schicht 31 ist mit einer photoleitenden Schicht 13 überzogen. Auf dem Photoleiter befindet sich die Suspension 14, i-relche aus negativ-beladenen feinverteilten Partikeln 17, dispergiert in der Flüssigkeit 15₅ besteht. Die Elektrode 21 mit der isolierenden Oberfläche 19 wird mit der Suspension 14- in Kontakt gebracht_β Ohne Anwendung eines Feldes werden die Teilchen gleichförmig in der ganzen Suspension verteilt.

Gemäß Fig. 2B wird ein Feld angelegt, indem man den Schalter schließt, der die Gleichstromquelle 25 mit den leitfähigen Elektroden 21 und 31 verbindet. Durch Anlegen des Feldes werden die negativ geladenen Teilchen 17 zur Elektrode Jl getrieben_o

Gemäß Fig. 20 wird der Photoleiter 13 bildi^eise einer Strahlung 27 ausgesetzt, wodurch Ladungsträger im Photoleiter entstehen, welche in die Teilchen injiziert x^erden, die den belichteten Bezirken des Photoleiters 13 benachbart sind, so daß sie von diesem zurückgestoßen werden*,

Gemäß Fig. 2D sind die Teilchen 17 durch die Suspension ge™ »ändert und haften auf der Oberfläche der Schicht 19, wo sie ein negatives Teilchenbild formen, während auf der Oberfläche 13 ein positives Teilchenbild zurückbleibt. Die Abbildungen können entweder an der Stelle fixiert oder auf eine andere Vorrichtung übertragen werden. Die Übertragung wird durch Anwendung eines Feldes zwischen der Übertragunsvorrichtung und der Elektrode, auf der die Teilchen haften, unterstützt_β Die auf dem Photoleiter zurückbleibenden Teilchen können übertragen werden, indem man eine gleichförmige"Belichtung und ein elektrisches Feld verwendet, wodurch die Wirksamkeit der Übertragung verbessert wird,

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Fig. 3A zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die photoleitende Schicht 112 sich auf einer leitfähigen transparenten Schicht 113 befindet. Die Suspensio.n der Teilchen wird direkt auf die Schicht 112 gegeben.

Fig. 3B zeigt eine weitere Ausführungsform, wobei die photoleitende Schicht 112 auf dem transparenten leitfähigen Substrat 11: überzogen ist, um die Schicht 112 vor der Einwirkung von Lösungsmitteln oder vor Abrieb zu schützen. Ein bevorzugtes Überzugsmaterial 117 ist ein Material, welches die durch die Schicht erzeugten Träger zu den Teilchen in der Suspension, mit der die Oberfläche der Schicht 117 überzogen ist, transportieren kann.

Fig. 3C zeigt eine Ausführungsform, bei der die photoleitende Schicht 118 photoleitende Teilchen in einem Binder dispergiert enthält, wodurch ein selbst-tragender Photoleiterfilm gebildet wird, den man während des Verfahrens auf eine transparente !erbfähige Schicht 119 gibt, während seine freie Oberfläche mit der Suspension überzogen wird.

Fig. 3D zeigt eine In3ektionselektrode, bei der sich ein dielektrischer Film 120, z.B. aus Polyäthyleri-terephtlialat, zwischen der photoleitenden Schicht 112 und dem transparenten Leiter 113 befindet. Die Schicht 120 bewirkt eine Unterstützung der Schicht 113.

Fig. 3E zeigt eine Ausführungs&rm, bei der die photdeitende Schicht 112, welche durch den dielektrischen .Film 120 auf dem transparenten leitfälligen Substrat II3 unterstützt wird, mit einem Transportmaterial II7 überzogen ist, welches Ladungen zu den Teilchen in der Suspension transportieren kann. Diese Ausführungsform enthält eine geschützte photoleitende Schicht, welche leicht im Kreislauf gefahren werden kann und doch flexibel ist.

In den folgenden Beispielen ist das erfindungsgemäße verbesserte elektrophoretische Abbildungssystem näher erläutert.

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. Soweit nicht anders angegeben, beziehen sich die Teile und
Prozentzahlen auf das Gewicht _o Die Beispiele zeigen verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Alle Beispiele wurden in einer Vorrichtung des in Fig«, I gezeigten allgemeinen Typs durchgeführt. Man verwendet eine 500 Watt-Quartz-Jod-Lichtquelle zur Belichtung eines negativen Schwarz-Weiß-Transparenzbildes j wobei die Abbildung über eine Linse durch
das Zinnoxid-übersogene Glas projiziert wird, auf dem sich der
spezielle Photoleiter als Überzug befindet. Zur Herstellung der
Suspension werden feinverteilte Partikel des speziellen Materials in einer Isolierflüssigkeit dispergiert. Die Suspension wird vermählen, bis der Teilchenquerschnitt weniger als etwa 2 Mikron beträgt und eine gleichmäßige Dispersion entstanden ist.

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Beispiel 1

Eine Hochspannungsquelle wird mit einer Rollenelektrode verbunden, welche aus einem Stahlkern von 2,5 cm Durchmesser und einer 1,9 cm dicken Polyurethan-Schicht mit einem spezifischen Widerstand von 5 * 10*" Ohm · cm besteht, so daß die Rolle insgesamt einen Durchmesser von 6,3 cm hat. Ein Papierblatt wird über die Polyurethan-Oher^läche gelegt, um die Abbildungen aufzunehmen. Die andere Leitung der Hochspannungsquelle wird mit der leitfähiger Oberfläche einer Nosa-Glasplatte verbunden.

Eine 1 Mikron dicke Selen-Schicht wird im Vakuum auf die leitfähige Oberfläche der Nesa-Glasplatte aufgedampft, so daß eine photoleitende Elektrode entsteht. Etwa 2 Teile des mit Fuchsin gefärbten Harzes vom Typ R 103-6 (Firma Radiant Color Go. Richmond, California) werden in etwa 5 Teilen des geruchlosen Sohio-Lösungsmittels 3^5'+ (einem Gemisch aus Kerosin-Fraktionen, Firma Standard Oil Co., Ohio) suspendiert. Mit dieser Suspension überzieht man die Selen-Oberfläche unter Verwendung eines Mayer-Überzugstabes. Die Rollenelektrode wird mit einer Ge3chwindig keit von etwa 5 cm/Sekunde bei einem Potential von etwa 3Ö00 Volt über die Suspension gerollt. Die Rolle wird auf einem negativen Potential im Verhältnis zur photoleitenden Elektrode gehalten. Während die Rolle über die Suspension gleitet, wird der Photoleiter mit dem durch ein negatives Transparenzbild projezierten Licht belichtet. Nach Beendigung dieses Vorgangs haftet ein positives Bild an dem auf der Rollenelektrode befindlichen Papier, während sich auf der Photoleiter-Oberfläche ein negatives Bild befindet.

Beispiel 2

Der Versuch gemäß Beispiel 1 wird wiederholt; jedoch wird die Suspension vor der Anwendung der Rollelektrode und der Belichtung einer Corona-Entladung ausgesetzt, die einer Corona-Generator-Elektrode entstammt, welche gegenüber der Erde eine negative Spannung von 7000 Volt hat. Das auf dem Papier entstandene Bild wird mit dem gemäß Beispiel 1 geformten Bild verglichen; es hat weniger Hintergrund.

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Beispiel 3

Das Experiment gemäß Beispiel 2 wird wiederholt; jedoch wird das Selen 'mit einer 0,5 Mikron dicken Schutzschicht aus PoIy-(N-vinyl-carbazol) überzogen. Der Überzug wird aufgebracht, indem man zwei Gew.-Teile Poly(N-vinyl-carbazol) in 60 Teilen Dioxan und 40 Teilen Cyclohexanon löst und das Selen unter Verwendung eines #4 Mayer-Stabes mit dieser Lösung überzieht, worauf man den Überzug trocknen läßt. Die Suspension wird auf diesen Überzug gegeben. Poly(N-vinyl-carbazol) ist ein Beispiel für einen dielektrischen Stoff mit aktiven Transporteigenschaften. Nachdem die Rolle über die Suspension gegeben ist, haftet ein positives .. „ld von ausgezeichneter Qualität auf dem Papier.

In den folgenden Beispielen 4-6 werden die Teilchen in einem festen Binder dispergiert, der kurz vor der Bildherstellung durch Verwendung eines Lösungsmittels gelöst worden ist. Diese Schichten haben den Vorteil, daß man nicht mit gefärbten flüssigkeiten umzugehen braucht.

Beispiel 4

Man stellt eine photoleitende Schicht her, indem man etwa 1 Gew.-Teil der X-Form des metallfreien Phthalocyanine (vgl. US-Patent 3,357,989) in einem Gemisch aus 3 Teilen PE-2oo (ein Polyesterharz der Firma Goodyear Tire and Rubber Co.), ca. 15 Teilen Methyläthylketon und ca. 10 Teilen Toluol dis-

—3 pergiert. Mit dieser Aufschlämmung wird ein 5₅O · 10 c^m dicker Mylar-Film (ein Polyester der Firma Du Pont) unter Verwendung eines #6-drahtumwickelten Stabes überzogen, wodurch man eine photoleitende Schicht von etwa 4-5 Mikron Dicke in der Trockene erhält. Diese photoleitende Schicht mit Mylar-Hintergrund wird dann mit einer Farbsuspension aus etwa 2 Gew.-Teilen . Lawter-Cyanblau (B-2858 HI-VIZ Pigment der Firma Lawter Chemicals Inc. Chicago, 111.) und etwa 1 Teil Eicosan sowie 15 Teilen Sohio 3454 (ein Gemisch von Kerosin-Fraktionen, Firma Standard Oil, ■Ohio) überzogen, wobei man einen #8-drahtumwickelten Stab verwendet; es wird eine im trockenen Zustand 5-6 Mikron dicke Schicht erhalten. Diese Kombination aus Photoleiter, Substrat und Partikel-Binder-Schichten wird auf eine Nesa-Glasplatte

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gegeben, wobei die photoleitende Schicht in Kontakt mit.dem leitfähigen Nesa-Glas-Überzug steht. Der Photoleiter wird belichtet und von der Rolle überstrichen, wie in Beispiel 1 beschrieben; jedoch ist das Papier auf der Rolle mit Sohio 3^5^ benetzt, welches den Binder für das Lawter-Cyanblau-Pigrnent löst. Nach Beendigung des Vorgangs ist auf dem Papier auf der Rollenelektrode ein positives Bild entstanden. Bei dieser Ausführungsform kann die photoleitende Schicht eine Dicke von etwa 1-50 Mikron und die Teilchen-Binder-Schicht eine Dicke von etwa 3-20 Mikron haben, wobei man in jedem Fall befriedigende Ergebnisse erhält.

Beispiel 5

Der Versuch gemäß Beispiel 4 wird wiederholt; jedoch verwendet man eine photoleitende Schicht, welche durch Überziehen der 5 · 10~* cm dicken Mylar-Schicht mit einem Überzug aus etwa 1 Gew.-Teil Monastral-Rot B (ein Chinacridon-Pigment der Firma Du Pont), 1 Gew.-Teil PE-2OO, etwa 6 Gew.-Teile Methyläthylketon und etwa 4 Gew.-Teile Toluol erhalten wurde. Es entsteht eine Abbildung wie im Beispiel 4-.

B ei s ρ i e 1

Der Versuch gemäß Beispiel 4- wird wiederholt; jedoch verwendet man eine photoleitende Schicht, welche durch Überziehen der 5 · 10"^ cm dicken Mylar-Schicht mit einem Überzug aus etwa 2 Teilen Indofast-Gelb-Lack Y-5713 (Firma Harmon Color, Division of Allied Chemical and Dye Company), etwa 1 Teil PE-200, etwa 15 Gew.-Teile Methyläthylketon und etwa 10 Gew.-Teile Toluol erhalten wurde. Es entsteht ein Cyan-Bild wie in Beispiel 4; jedoch wird die Rolle auf ein positives Potential von etwa 3.5OO Volt im Verhältnis zur Nesa-Glaselektrode gehalten.

Beispiel 7

Man wiederholt den Versuch gemäß Beispiel 3; jedoch werden die Fuchsin-gefärbten Harz-Teilchen ersetzt durch Teilchen aus

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Eisenoxid (Mapicο EG 3, Firma Columbia Carbon Go₀ New York, New York), welche mit Melamin-Formaldehyd-Harz überzogen sind«, Anstelle des Papier-Aufnahmeblatts verwendet man ein Mylar-Blatt (Du Pont);Das entstandene Bild kann dann magnetisiert und als ferromagnetisches Original verwendet werden5 vgl«, z.B. Atkinson und Ellis, Ferrography, Journal of the Franklin Institute, Band 252, No.$ November 1951« Es kann als Aufzeichnung in Maschinen benutzt werden, die für das automatische Lesen von magnetischen Mustern ausgerüstet sind, z.B. indem man es auf einen Bankscheck druckt und in einer automatischen magnetischen Scheck-Sortiermaschine liest.

Beispiel 8

Das Experiment gemäß Beispiel 3 wird wiederholt, wobei man jedoch die Fuchsin-gefärbten Harz-Teilchen ersetzt durch Teilchen' aus Luxol-Schnell-Schwarz L (ein Alkohol-löslicher Farbstoff der Firma Du Pont). Das auf dem Papier-Empfängerblatt entstandene Bild kann dann als Spiritus-Original verwendet werden,

Beispiele 9-H

Es werden Spiritus-Originale wie im Beispiel 8 hergestellt, wobei jedoch die Teilchen folgende Farbstoffe enthalten; Beispiel 9: Grasol-Schnell-Brilliant-Rot BL (Geigy Chemical Co.), Beispiel 10: Luxol-Schnell-Scharlach C (Hartmann-Leddon Co.) Beispiel 11: Enzian-Violett - > "

Beispiel 12

In diesem Beispiel wird ein Farbbild hergestellt-, wobei man je ein monochromes gelbes, Cyan- und Fuchsin-Bild kombiniert« Zuerst werden getrennt die roten, gelben und blauen Abbildungen unter Verwendung des üblichen Verfahrens hergestellt, so daß man negative Transparenzbilder erhält. Ein Fuchsin-Bild wird wie in Beispiel 3 hergestellt, wobei man das richtige getrennte Bild verwendet, Ein Cyan-Bild wird wie im Beispiel 3 hergestellt, und zwar

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-IB-

, wobei aie

unter Verwendung von Lawter-Cyanblau B2 als Partikel, wobei aie Belichtung durch das richtige getrennte Bild erfolgt. Ein gelbes Bild wird wie im Beispiel 3 hergestellt, wobei man starkes Zitronengelb B 2141 (Lawter Chemical Inc.) anstelle der Fuchsin-Teilchen verwendet. Die drei Abbildungen werden der Reihe nach auf ein Empfängerblatt übertragen. Da alle Teilchen aus schmelzbaren Harz-Materialien bestehen, erfolgt die Fixierung durch Bestrahlen oder Hitzekontakt, wobei man ein mehrfarbiges positives Bild erhält.

Beispiel 13

Das Verfahren gemäß Beispiel 12 wird wiederholt, jedoch verwendet man als Partikel Sunset-GeIb P 6000 G, Blau R 1O3-G-119 und Fuchsin P 1700 (Firma Radiant Color Co., Richmond, CaI.). Das Bild wird wie im Beispiel 12 beschrieben fixiert.

In den obigen Beispielen sind zwar spezielle Komponenten und Mengenverhältnisse beschrieben: jedoch kann man auch gewünschtenfalls andere Materialien mit ähnlichen Erfolgen verwenden. Ferner können die verschiedenen Schichten zusätzlich mit weiteren Materiaii versetzt werden, um ihre Eigenschaften zu verbessern, synergistisch oder in einer sonstigen Weise zu beeinflussen. So kann man z.B. die photoleitende Schicht Farbstoff-sensibilisieren, um ihre Lichtempfindlichkeit zu ändern.

Dem Fachmann werden beim Lesen der vorliegenden Beschreibung weitere Modifikationen und Änderungen einfallen, die vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung umfaßt werden sollen.

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Claims (21)

1. Pat e ώ t a η s ρ r ti c h e

   Verfahren zur Herstellung von Abbildungen, dadurch gekennzeichnet ₉ daß man

   (a) eine erste Elektrode mit einer photoleitenden Schicht und eine zweite Elektrode herstellt,

   (b) zwischen diese erste und aweite Elektrode eine Schicht einbringt, die aus einer Suspension von feinverteilten Partikeln in einer isolierenden Trägerflüssigkeit besteht,

   (c) an die Suspension zwischen dieser ersten und zweiten Elektrode ein elektrisches Feld anlegt, und

   (d) die photoleitende Schicht einem Muster von elektromagnetischer Strahlung aussetzt, gegenüber der diese Schicht empfindlich ist, bis mindestens ein Teil der Partikel von der photoleitenden Elektrode weggewandert sind und ein Bild auf der zweiten Elektrode formen.
2. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension in Form einer festen Partikel-Schicht in einem festen Binder vorliegt, wobei der Binder vor der Partikel-Wanderung flüssig gemacht wird.
3. 3. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 und 2₅ dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitende Schicht sich auf der Oberfläche einer transparenten leitfähigen Vorrichtung befindet und durch dieses transparente leitfähige Substrat hindurch belichtet wird.
4. 4. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 und 2₉ .dadurch gekennzeichnet daß die photoleitende Schicht sich auf einem Substrat befindet.
5. 5. Verfahren gemäß Ansprüchen 1-4-, dadurch ©kennzeichnet, daß die photoleitende Schicht übersogen ist»
6. 6. Verfahren gemäß Anspruch 5? dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitende Schicht mit einem aktiven Transportmaterial überzogen ist.
7. 7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß diephotleitende Schicht mit Poly(N-vinyl-carbazol) überzogen

   """'"- 209831/0386

   • - 20 -
8. 8. Verfahren gemäß Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus gefärbten thermoplastischen Materialien bestehen. ·
9. 9· Verfahren gemäß Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus metallischen Materialien bestehen, die mit einem Harz-Material überzogen sind.
10. 10· Verfahren gemäß Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus magnetischen Partikeln bestehen, welche mit einem Harz-Material überzogen sind.
11. 11· Verfahren gemäß Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus Alkohol-löslichen Farbstoff-Materialien bestehen.
12. 12, Verfahren gemäß Ansprüchen 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitende Schicht Selen enthält.
13. 13· Verfahren gemäß Ansprüchen 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitende Schicht metallfreies Phthalocyanin enthält.
14. 14· Abbildungsvorrichtung, bestehend aus einer photoleitenden Schicht, welche mit einer Schicht aus Partikeln überzogen ist, die in einem festen Binder dispergiert sind.
15. 15· Abbildungsvorrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Schicht aus einem aktiven Transportmaterial zwischen der photoleitenden Schicht und der Partikel-Dispersionsschicht enthält.
16. 16. Abbildungsvorrichtung gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitende Schicht sich auf einem Substrat befindet·
17. 17. Apparat zur Herstellung von Abbildungen, bestehend aus

    9DQ ft 3 1

    (a) einer ersten Elektrode mit einer photoleitenden Schicht und einer zweiten Elektrode,

    (b) einer Quelle für Gleichstrom-Spannung zur Aufbringung eines elektrischen Feldes auf die Teilchen-Suspension in einer Isolierflüssigkeit zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, und

    (c) Projektionsvorrichtungen zur Belichtung der photoleitenden Schicht mit einem Strahlungsmuster.
18. 18. Apparat gemäß Anspruch 17_? dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode aus einer photoleitenden Schicht auf einem transparenten leitfähigen Substrat besteht.
19. 19· Apparat gemäß Ansprüchen 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem Ladungsvorrichtungen enthält, um die freie Oberfläche der Suspension zu beladen, bevor- sie zwischen die erste und zweite Elektrode eingebracht wird.
20. 20. Apparat gemäß Ansprüchen 17-19» dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode eine isolierende äußere Oberfläche hat.
21. 21. Apparat gemäß Ansprüchen 17-19, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitende Schicht mit einer Schicht aus einem aktiven 'Transportmateiial überzogen ist.

    2. Apparat gemäß Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitende Schicht mit einer Schicht aus Poly-(N-vinyl-carbazol) überzogen ist.

    2$. Apparat gemäß Ansprüchen 17-22, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitende Schicht Selen enthält.

    24·. Apparat gemäß Ansprüchen 17-22, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitende Schicht metallfreies Phthalocyanin enthält.

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