DE2164340C3 - Verfahren zur Bildung einer flexiblen, elektrisch leitenden Schicht - Google Patents
Verfahren zur Bildung einer flexiblen, elektrisch leitenden SchichtInfo
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Description
jo
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer flexiblen elektrisch leitenden Schicht durch
Aufdampfen eines elektrisch leitenden Materials im Vakuum auf die Oberfläche einer im elektrischen Feld
deformierbaren Kunststoffschicht. ι >
Es ist bereits bekannt, Bilder auf thermoplastischen Flächen durch Reliefbildung zu erzeugen, indem diese
Flächen in bildmäßiger Verteilung deformiert werden. Die Bilderzeugung erfolgt dabei durch Bildung von
Erhebungen und Vertiefungen auf der thermoplasti- w sehen Fläche. An der verformten Fläche reflektiertes
oder durch sie hindurchgelassenes Licht kann das aufgezeichnete Bild sichtbar machen, da das Licht durch
die Verformungen gestreut oder gebrochen wird. Man unterscheidet drei verschiedene Arten der Reliefbilder- t
> zeugung auf thermoplastischen Flächen.
Die erste Bilderzeugungsart ist das sogenannte »Mattierungsverfahren«, das in den US-Patentschriften
31 96 009, 31 96 011, 32 58 336 und 31 96 008 beschrieben
ist. Die Mattierungsbilderzeugung wurde bisher so w durchgeführt, daß an einer dünnen, isolierenden,
thermoplastischen Schicht ein Spannungsmuster erzeugt wurde. Dieses Spannungsmuster wird normalerweise
mit einer benachbarten Schicht eines fotoleitfähigen Materials erzeugt, jedoch kann auch die thermopla- v.
stische Schicht selbst fotoleitfähig sein. Das elektrische Feld wird an der Schichtanordnung aus thermoplastischer
und fotoleitfähiger Schicht oder an der fotoleitfähigen thermoplastischen Schicht erzeugt. Das Lichtintensitätsmuster
des auf das fotoleitfähige Material w> einwirkenden Bildes erzeugt ein veränderliches elektrostatisches
Feld.
Es wurde festgestellt, daß eine dünne, flüssige Schicht, an der ein starkes elektrisches Feld erzeugt wird,
vorzugsweise in einem Muster deformiert wird, das >·"> genau den räumlichen Frequenzänderungen dieses
Felde., angepaßt ist, wenn die Änderungen vornehmlich
aus räumlichen Frequenzen im Bereich der charakteristischen oder Resonanzfrequenz der Schicht liegen. Für
mittlere elektrische Feldstärkewerte hat diese Frequenz normalerweise den Wert '/j T, wobei Γ die Dicke der
flüssigen Schicht ist. Ändert sich das Feldmuster langsamer, so werden auf der Oberfläche der Schicht
Runzeln oder regellose Deformationen gebildet, die charakteristische räumliche Frequenzen im Bereich von
!/ϊ T haben und als Mattierung bezeichnet werden.
Bilder mit Raumfrequenzen innerhalb des Bereichs der Resonanzfrequenz der deformierbaren Oberfläche
werden durch eine derartige Deformation sehr gut reproduziert. Bilder mit Raumfrequenzen, die niedriger
als diese Resonanzfrequenz liegen, erzeugen Mattierungen in den Bereichen stärkerer Beleuchtung. In
Verbindung mit einem optischen Schlieren-System oder einer anderen geeigneten Anordnung können aus den
Mattierungsdeformationen Bilder guter Qualität rekonstruiert
werden. Das Eigenrauschen des Mattierungsbildes wirkt sich jedoch fir einige Anwc idungsfälle
nachteilig aus.
Die zweite Bilderzeugungsart wird auch als »Rastermattierung« bezeichnet und ist durch die US-Patentschriften
3196 012 und 34 36 216 bekannt Dieses Abbildungsverfahren ermöglicht die Aufzeichnung von
Deformationsbildern mit Raumfrequenzen, die viel niedriger als die Resonanzfrequenz der deformierbaren
Schicht sind. Es wurde gezeigt, daß durch ein Linien-Absorptionsraster mit einer Raumfrequenz nahe
der Resonanzfrequenz der deformierbaren Fläche zwischen dem projizierten Bild auf dem Fotoleiter und
dem Fotoleiter selbst eine Deformation erzeugt werden kann, die in den beleuchteten Bereichen des Fotoleiters
keine Mattierung zeigt. Die durchgehenden Bildflächenteile, d. h. Bereiche mit niedriger Raumfrequenz, sind
dabei mit Mattierungen angefüllt, wobei jedoch noch Reste des Rasters vorhanden sind. Wenn diese nicht
erwünscht sind, so können sie durch nachfolgendes räumliches Filtern oder durch andere bekannte
Verfahren entfernt werden.
Die dritte Bilderzeugungsart ist eine Variante der beiden erstgenannten, jedoch wird sie wegen ihrer
Wichtigkeit besonders erläutert Sie ermöglicht das Aufzeichnen von Hologrammen auf einer deformierbaren
Schicht und wurde von Ca they für gebleichte Gelatineemulsionen und von Urbach für eine
Schichtanordnung aus einer thermoplastischen und einer fotoleitfähigen Schicht beschrieben. Ein Hologramm
ist eine Aufzeichnung des Interferenzmusters zweier Lichtstrahlen, die miteinander kohärent sind. Ein
Lichtstrahl enthält normalerweise Informationen eines Objekts, der andere ist ein Bezu^sstrahl mit im
allgemeinen einfacher Struktur. Das Interferenzmuster hi' normalerweise die Erscheinung eines in gewisser
Weise verstümmelten Bildes auf einem Bildträger. Nähert sich die Raumfrequenz des Bildträgers der
Resonanzfrequenz der dünnen, flüssigen Schicht an, so deformiert sich die Oberfläche längs der Struktur des
Interferenzmusters, und es wird ein nur geringes Rauschen erzeugt.
Alle vorstehend genannten Bilderzeugungsarten arbeiten mit Deformation einer dünnen Plastikschicht,
die durch Wärmeeinwirkung oder Lösungsmitteldämpfe erweichbar ist. Sie können prinzipiell wiederholt
durchgeführt werden, indem Wärme oder Lösungsmitteldämpfe zur Erweichung des Kunststoffs zur Einwirkung
gebracht werden und das jeweils aufgezeichnete Bild gelöscht wird. Normalerweise kann sich dann die
Oberfläche wieder verfestigen, indem sie gekühlt oder
einem Ventilationsgerät ausgesetzt wird. Dann kann ein
weiteres Bild erzeugt werden. Diese Verfahren können jedoch nicht sehr schnell zyklisch durchgeführt werden.
Ferner erfordert eine zyklische Durchführung den Aufwand von. Lösungsmitteln oder großer Eingangsleistungen.
Ferner wurde wiederholt beobachtet, daß die technischen Kunststoffe nicht völlig gelöscht werden
können, da mit dem Entwicklungsverfahren chemische Änderungen verbunden sind. Deshalb kann mit diesen
Stoffen eine nur begrenzte Anzahl Bilderzeugungszyklen durchgeführt werden. Es besteht daher der Bedarf
für ein verbessertes Reproduktionsverfahren, das wiederholt und schnell sowie wirtschaftlich zyklisch
durchgeführt werden kann und einen geringen Leistungsbedarf verursacht
Es wurde bereits ein die vorstehend aufgezeigten Nachteile vermeidendes elektrophotographisches Reproduktionsverfahren
vorgeschlagen, bei dem ein Aufzeichnungsträger mit einer elektrisch isolierenden,
clastomcrcn Schicht verwendet wird und die Bestrahlung bis zu einer dem Licht-Schatten-Muster entsprechenden
Verformung dieser Schicht durchgeführt wird.
Aus der DE-OS 14 97 202 ist ein Verfahren zur
Herstellung einer flexiblen elektrisch leitenden Schicht durch Aufdampfen eines elektrisch leitenden Materials
im Vakuum auf die Oberfläche einer im elektrischen Feld deformierbaren Kunststoffschicht bekannt. Dieses
bekannte Verfahren weist jedoch ebenfalls den Nachteil auf, daß die verwendete thermoplastische Schicht nicht
leicht regenerierbar ist und deshalb das bekannte Verfahrensprodukt nicht für ein schnelles zyklisches
Reproduktionsverfahren geeignet ist. Hinzu kommt, daß beim Aufdampfen einer Metallschicht als elektrisch
leitenden Schicht das aufgedampfte Metall beim Abkühlen zur Schrumpfung, d. li. zum Zusammenziehen,
neigt. Bei einem gewissen Wärmeener^-ezustand ergibt
sich Rißbildung, so daß die Metallschicht unregelmäßig wird. Dieses Zerbrechen der als elektrisch leitenden
Schicht aufgebrachten Metallschicht wird im folgenden auch als »Krustenrißbildung« bezeichnet, da die
Erscheinungsform solcher Schichten nach der Schrumpfung den Eindruck einer zerrissenen Schlammkruste
vermittelt Eine solche gerissene Metallschicht eignet sich ebenfalls nicht für ein zyklisches Reproduktionsverfahren.
Aufgabe der Erfindung ist daher ein Verfahren der eingangs genannten Art, wobei man eine elektrisch
leitende Schicht aufbringt, die ein schnelles, wirtschaftliches zyklisches Reproduktionsverfahren erlaubt Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der genannten Gattung gelöst, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß auf eine elastomere Kunststoffschicht zwei Materialien mit unterschiedlichem Schmelzpunkt aufgedampft
werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden für die Herstellung eines Aufzeichnungsträgers
mit elastomerer Schicht beschrieben. Die Bezeichnung »elastomer« betrifft im folgenden ein normalerweise
amorphes Material, welches bei Auftreten einer Deformation eine Rückbildungskraft hat. Ein solches t
Material deformiert sich also unter einer Krafteinwirkung und neigt zu einer Rückbildung seiner Form durch
Volumen- und Oberflächenkräfte, so daß es wieder die Form annimmt, die es vor der Krafteinwirkung hatte.
Bei dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel ist ein ,
Aufzeichnungsträger mit einer Unterlage vorgesehen, die je nach Verwendungszweck durchsichtig oder
undurchsichtig sein kann. Ist die Unterlage nicht leitfähig, so ist sie mit einer elektrisch leitfähigen Schicht
versehen. Wenn sie transparent ist, so kann die elektrisch leitfähige Schicht gleichfalls transparent sein.
Auf der elektrisch leitfähigen Schicht oder auf der gegebenenfalls leitfiihigen Unterlage ist eine fotoleitfähige
Schicht angeordnet Über der fotoleitfähigen Schicht befindet sich eine alastomere Schicht, die durch
ein elektrostatisches Ladungsbild auf der fotoleitfähigen Schicht deformierbar ist Eine dünne, elektrisch leitende
in Schicht liegt auf der elastomeren Schicht und muß so
flexibel sein, daß sie den Deformationen der elastomeren Schicht folgt Wenn die dünne, elektrisch leitende
Schicht undurchsichtig ist, beispielsweise ein dünner Metallfilm, so muß die Unterlage und ihre leitende
π Schicht transparent sein, damit die Bildinformationen
die fotoleitfähige Schicht erreichen. In diesem Falle
können die Bildinformationen kontinuierlich gelesen werden, wenn das dazu verwendete Licht von der
richtigen Seite her einfällt Wenn die dünne, elektrisch
jo leitende Schicht transparent ist kann das Licht an ihrer
bei Durchleuchtung verwendet, wenn die Unterlage und
ihre leitende Schicht transparent sind.
r> dünne Schicht aus Gold und aus Indium sein; es können
auch geeignete andere Metallschichten vorgesehen sein. Die Dicke der Metallschichten liegt normalerweise
zwischen ca. 5 mu, und einigen Hundert ΐημ was von der
gewünschten Flexibilität und der erforderlichen Leitfä-
iii higkeit abhängt. Eine transparente und leitende Schicht
kann auch verwendet werden; beispielsweise enthält diese einen elektrisch leitenden Kunststoff.
Andere leitende Schichten, wie sie dem Fachmann bekannt sind, können gleichfalls beim erfindungsgemä-
>-> ßen Verfahren angewendet werden. Zur Erzeugung und
Blockierung des Deformationsbildes wird eine Spannung zwischen der Unterlage und der leitenden Schicht
angewendet die ungefähr zwischen 1 und 25 000 Volt liegt, was von der Dicke und den anderen Eigenschaften
ι des Elastomers abhängt
An die dünne, leitende Schicht sind folgende Anforderungen zu stellen: ausreichende Leitfähigkeit
zur Bildung einer Äquipotentialfläche bei Verbindung mit einer elektrischen Energiequelle, ausreichende
π Flexibilität zur Anpassung an die Deformationen des
Elastomers, ausreichende Alterungsfestigkeit gegenüber zahlreichen und schnellen Bildungen und Löschungen
von Oberflächendeformationen und in einigen Fällen hohe Undurchlässigkeit und Reflexionsfähigkeit,
wenn die Informationen durch eine hochintensive Lichtquelle gelesen werden, für die die fotoleitfähige
Schicht empfindlich ist
Vorzugsweise werden für die dünne, elektrisch leitende Schicht Gold und Indium verwendet Die
-, Schicht wird dadurch gebildet, daß die Stoffe durch Aufdampfung auf den Elastomer aufgebracht werden.
Hierzu wird ein Material auf oder über seinen Schmelzpunkt erhitzt, die Dämpfe werden auf der
gewünschten Fläche kondensiert
Ii Das hier beschriebene Verfahren sieht ferner die
Aufdampfung einer zweiten Metallschicht auf die erste vor, bevor die erste Schicht einer Rißbildung unterworfen
ist. Die beiden Stoffe können gleichzeitig aufgebracht werden. Das zweite Metall ist so ausgewählt daß
. es einen niedrigeren Schmelzpunkt als das erste hat Das
Endprodukt ist eine kontinuierliche Schicht, die die oben angegebenen Erfordernisse erfüllt und dabei innerhalb
großer Temperaturbereiche keine Krustenrisse zeigt
Die Schicht kann Teile aufweisen, in denen die beiden
Metalle (oder andere geeignete Stoffe) schichtartig übereinanderliegen, jedoch auch solche Teile, wo die
beiden Metalle makroskopisch und mikroskopisch (d. h. in Form einer Legierung) miteinander vermischt sind.
Ferner können solche Teile vorliegen, wo die beiden Anteile nebeneinanderliegen. Es können auch zusätzliche
Stoffe vorgesehen sein, die bestimmte Eigenschaften verbessern oder unterdrücken.
Eine Theorie, die die Erfindung jedoch nicht κι
einschränken soll, erklärt die Unterdrückung der Krustenrißbildung bei der nach der Erfindung gebildeten
Schicht Sie bezieht sich auf die relative Beweglichkeit der Atome an den Oberflächen unterschiedlicher
Stoffe. Die Atome von Stoffen mit hohem Schmelzpunkt haben normalerweise eine geringe Oberflächenbeweglichkeit,
die zu einer Krustenrißbildung führt, wenn die Metalle als Schicht auf ein elastomeres
Material aufgebracht werden. Die Atome von Stoffen mit geringerem Schmelzpunkt zeigen eine Vergleichs- 2(i
weise viel größere Oberflächenbeweglichkeit, ihr Vorhandensein schwächt die Auswirkungen der in dem
Material mit hohem Schmelzpunkt erzeugten Spannungen ab.
Die vorzugsweise verwendeten Stoffe Gold und Indium haben einen hohen bzw. niedrigen Schmelzpunkt
Eine Krustenrißbildung wird normalerweise bei aufgedampften Goldschichten innerhalb von Minuten
nach Abkühlung auf Raumtemperatur beobachtet. Deshalb steht normalerweise eine ausreichende Zeit zur so
Aufdampfung des Indiums auf die Goldschicht zur Verfügung. Ein Beispiel einer sehr guten Schichtbildung
ergibt sich bei Ablagerung von 5 bis einigen Hundert πιμ
Gold und darauf folgende Ablagerung von 5 bis einigen Hundert ΐπμ Indium auf die Goldschicht. Die erhaltene
Schicht ist kontinuierlich und zeigt keine Krustenrißbildung innerhalb eines großen Temperaturbereiches. Das
Indium ist besonders deshalb vorteilhaft, weil es die Undurchsichtigkeit der gebildeten Schicht erhöht und
infolge seines silbrigen Aussehens die Reflexionsfähig- <tn
keitdei Schicht verbessert
Es sei bemerkt, daß Indium selbst ein nicht sehr wirksames Material für die dünne, elektrisch leitende
Schicht ist, da es eine schlechte Leitfähigkeit hat. Diese schlechte Leitfähigkeit ist eine Eigenschaft der Stoffe
mit geringem Schmelzpunkt, da sie während der Kondensation Inseln bilden, die sich nicht zu einer
kontinuierlichen Schicht wesentlicher Dicke verbinden. Entsprechend kann man beobachten, daß Aufdampfungen
einzelner Stoffe (oder deren Legierungen) mit in hohem oder niedrigem Schmelzpunkt Schichten ergeben,
die weniger zufriedenstellend arbeiten als solche Schiebten, die aus Stoffen mit hohem Schmelzpunkt und
aus Stoffen mit niedrigem Schmelzpunkt gebildet sind.
Weitere geeignete Stoffe mit hohem Schmelzpunkt >r>
außer Gold sind Aluminium, Silber, Magnesium, Kupfer, Kobalt, Eisen, Chrom, Nickel und andere. Aluminium
hat die weitere günstige Eigenschaft, daß es stark korrosionsbeständig ist. Geeignete Stoffe mit niedrigem
Schmelzpunkt außer Indium sind Gallium, Cadmium, '·' Quecksilber, Blei und andere. Cadmium hat für sich
bereits eine sehr geringe Neigung zur Rißbildung.
Die vorstehenden Probleme der Rißbildung und der Inselbildung können nicht auftreten, wenn die leitende
Schicht durch chemische Reaktion, Ausfällung aus einer > Lösung, Elektrophorese, Elektrolyse und/oder andere
Verfahren gebÜdet wird.
eine transparente Isolierstoffschicht aus öl aufgebracht
werden, Ihre Aufgabe besieht darin, die Herstellungserfordernisse für die Schichtanordnung weniger stark
einzuschränken. Das Vorhandensein von winzigen Löchern in der elastomeren Schicht kann Kurzschlüsse
hervorrufen. Die zusätzliche ölschicht verhindert solche Kurzschlüsse, da das isolierende öl in die Löciier
hineinfließt.
Die ölschicht hat auch eine weitere wichtige Funktion, wenn sie einen gegenüber Luft unterschiedlichen
Brechungsindex hat. Das Vorhandensein des Öls auf der leitfähigen Schicht bewirkt, daß von einer Seite
her einfallendes Licht stärker moduliert wird, als dies der Fall wäre, wenn nur Luft an der Grenzfläche
vorhanden wäre. Der Grund besteht darin, daß für denselben Grad der Oberflächendeformation die
Änderungen des optischen Weges proportional dem Brechungsindex des Mediums sind, welches an die
Schichtoberfläche angrenzt.
Dai auf einem erfindungsgemäß hergestellten Aufzeichnungsträger erzeugte BiIa ?vann gelöscht werden,
indem das elektrische Feld an dem Aufzeichnungsträger entfernt oder umgekehrt wird. Ein weiteres Verfahren
zur Löschung der Oberflächendeformationen besteht darin, an der Unterlage eine Lichtquelle anzuordnen
uix' die fotoleitfähige Schicht zu beleuchten, so daß das
modulierte Muster, welches durch das Bilderzeugungslicht gebildet wurde, gelöscht wird. Dies kann
durchgeführt werden, solange die Felder an der elastomeren Schicht einen Wert haben, der noch keine
Blockierung der Oberflächendeformationen bewirkt.
Im allgemeinen sollen die elastomeren Stoffe gute Isolatoren sein und einen spezifischen Volumenwiderstand
von mehr als 10* Ω cm besitzen. Vorzugsweise wird ein Elastomer verwendet, der eine transparente
Zusammensetzung aus einem elastomeren Dimethylpolysiloxansilicongel
ist, hergestellt durch Zusammenbringen von ca. 1 Teil einer härtenden Siliconharzverbindung
und von 0 bis ca. 30 Teilen Dimethylpolysiloxansiliconöl.
Geeignete Harze sind transparente, flexible Organosilonanharze der in der US-Patentschrift
32 84 406 beschriebenen Art, bei denen ein größerer Anteil der organischen Gruppen an dem Silizium
Methylradikale sind.
Die Deformation des Elastomers ist unterschiedlich gegenüber derjenigen thermoplastischer Stoffe, denn
sie sind unabhängig von jeglichem Entwicklungsschritt, beispielsweise von einer Erweichung durch Erwärmung
und/oder Lösungsmittel, wie sie bei thermoplastischen Stoffen erforderlich ist. Ein weiterer Unterschied
zwischen elastomeren und thermoplastischen Stoffen besteht darin, daß die elastomeren Deformationen einen
besiimmlen Grenzwert für ein vorgegebenes elektrisches
Feld erreichen, da elastische Kräfte der Deformation entgegenwirken. Die thermoplastischen
Deformationen zeigen keinen derartigen Grenzwert für eine gegebene Feldstärke, solange dsr thermoplastische
Stoff in einem erweichten Zustand gehalten wird.
Wie auch bereits vorgeschlagen wurde, ist es möglich, ein Bild auf einer undurchsichtigen Schichtanordnung
mit Licht zu erzeugen, welches durch die Unterlage geleitet wird, oder gleichzeitig das Bild mit Licht zu
rekonstruieren, welches von der arideren Seite her zugeführt wird. Die beiden Lichtstrahlen können
unterschiedliche Wellenlängen und/oder Intensitäten haben. Es hat sich nun gezeigt, daß ein Lichtstrahl
kohärent, der andere nicht kohärent sein kann. Das Rekonstruktionslicht kann beispielsweise kohärent und
durch einen Laser erzeugt sein, so daß die Bildverarbeitungsschritte
auf dem Oberflächendeformationsbild durchgeführt werden können, welches mit nicht
kohärentem Licht durch die Unterlage hindurch erzeugt wird. Andererseits kann das zur Erzeugung der
Deformationen verwendete Licht kohärent sein, während das Rekonstruktionslicht nicht kohärent ist. Dieser
Fall ist insofern günstig, als nicht kohärentes Licht dem menschlichen Auge angenehmer erscheint und die
üblichen Generatoren für kohärentes Licht nur innerhalb schmaler Wellenlängenbänder arbeiten, d. h.
sie erzeugen nur eine Farbe, z. B. Rot. Ein Grund zur
Anwendung kohärenten Lichtes für die Erzeugung der
Oberflächendeformationen ergibt sich, wenn dieses Licht das Rekonstruktionslicht zur Erzeugung von
Bildern mit Hologrammen ist. Daher kann eine nach der Erfindung hergestellte Aufzeichnungsanordnung mit
einem Oberflächendeformationsbild durch ein projiziertes,
holografisch rekonstruiertes Bild versehen werden, wobei dieses neue Bild mit nicht kohärentem Licht
wesentlich größerer Intensität betrachtet werden kann. Dadurch ergeben sich Anwendungsmöglichkeiten bei
großen Sichtfeldern und Anzeigevorrichtungen.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung einer flexiblen elektrisch leitenden Schicht durch Aufdampfen eines
elektrisch leitenden Materials iin Vakuum auf die Oberfläche einer im elektrischen Feld deformierbaren
Kunststoffschicht, dadurch gekennzeichnet,
daß auf eine elastomere Kunststoffschicht zwei Materialien mit unterschiedlichem
Schmelzpunkt aufgedampft werden.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet,
daß zuerst das Material mit dem höheren Schmelzpunkt und dann das Material mit dem
niedrigeren Schmelzpunkt aufgedampft wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit dem niedrigeren
Schmelzpunkt vor der Bildung von Rissen in dem Material mit dem höheren Schmelzpunkt aufgedampft
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Materialien gleichzeitig aufgedampft
werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dab als Material mit dem höheren
Schmelzpunkt Gold und als Material mit dem niedrigeren Schmelzpunkt Indium verwendet wird.
in
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