Procédé d'électrophotographie
La présente invention se rapporte à un procédé d'électrophotographie destiné à produire une image électrostatique latente, d'une haute sensibilité sur une couche mince hautement isolante par l'utilisation de niveauxtrappes dans le matériau photosensible.
On a déjà proposé un certain nombre de procédés d'électrophotographie qui utilisent un élément photosensible consistant dans trois couches telles que, par exemple, une couche mince ou film transparent fortement isolant, une couche ou film photoconducteur, et une électrode, toutes ces couches étant intimement liées ensemble pour former un tout. Tous ces procédés utilisent l'effet photoconducteur de la couche photosensible de sorte qu'il est nécessaire de construire la couche photosensible de façon à obtenir un effet photoconducteur très net. De ce fait, non seulement le choix du matériau photosensible est limité, mais il était aussi difficile d'obtenir des éléments photographiques hautement sensibles.
La présente invention permet d'éviter de tels inconvénients du fait qu'elle met à profit un phénomène unique qui résulte de la capture de porteurs de charge aux niveaux des impuretés dans la couche photosensible.
Le procédé selon l'invention est caractérisé par les phases suivantes: préparation d'un élément photosensible ayant une pluralité de niveaux capteurs destinés à présenter une polarisation interne persistante et une couche fortement isolante liée monolithiquement à au moins une surface de ladite couche photo sensible, application d'un premier champ électrique à travers ledit élément photo sensible pour déposer une charge électrique d'une première polarité sur la surface de ladite couche fortement isolante,
application d'un second champ électrique à travers ledit élément photo sensible pour déposer une charge électrique de polarité opposée à la première charge sur la surface de ladite couche fortement isolante pendant qu'une image lumineuse est projetée sur ledit élément photo sensible de façon à former une image électrostatique latente correspondant à ladite image lumineuse sur ladite couche fortement isolante.
Dans une forme d'exécution de ce procédé, le potentiel de courant continu de polarité prédéterminée est appliqué pendant que de la lumière est projetée uniformément sur toute la surface de ladite couche photosensible, et ensuite un courant continu de polarité opposée à celle du premier courant est appliqué à la couche photosensible pendant que la surface de cette couche photosensible est irradiée par une image lumineuse.
Une autre forme d'exécution du procédé selon la présente invention comprend les phases suivantes: préparation de l'élément photosensible comprenant une couche photosensible formée en liant ensemble de fines particules photosensibles ayant une pluralité de niveaux de capture tels que lesdites particules sont électriquement isolées les unes des autres au moyen d'un liant transparent et fortement isolant, ladite couche photosensible présentant une caractéristique de formation d'une polarisation interne persistante, et une couche mince liée à au moins une face de ladite couche photosensible;
application d'une charge électrostatique de potentiel élevé et de polarité prédéterminée à ladite couche fortement isolante au moyen d'une décharge couronne, et application d'une charge électrostatique de polarité opposée à celle de ladite charge de polarité prédéterminée à la surface dudit élément photosensible pendant qu'une image lumineuse est projetée sur ladite couche photosensible pour former ainsi une image électrostatique latente correspondant à ladite image lumineuse sur la couche photosensible sur la surface dudit élément photosensible.
L'invention est décrite ci-après en conjonction avec le dessin ci-annexé dans lequel:
La fig. 1 est une vue en perspective, partiellement en coupe, d'un élément photosensible;
la fig. 2 est une vue de côté d'un appareil électrophotographique au moment d'une exposition à la lumière;
les fig. 3 et 4 représentent des circuits équivalents de l'élément photosensible;
la fig. 5 représente la caractéristique de charge électrostatique de l'élément photosensible;
la fig. 6 est une vue en perspectitve avec parties en coupe d'une variante de l'élément photosensible;
la fig. 7 est une vue de côté d'une variante d'un appareil électrophotographique au moment de l'exposition à la lumière;
les fig. 8 et 9 représentent respectivement un circuit équivalent et une courbe de caractéristique de courant électrique dans le cas où l'on utilise une électrode à décharge couronne;
;
la fig. 10 représente une variante du circuit équivalent de la fig. 8;
la fig. 1 1 est une vue de côté d'un dispositif d'essai pour mesurer la caractéristique de l'électrode à décharge couronne;
les fig. 12a, 12b et 12c illustrent trois différents types d'électrodes à décharge couronne qui peuvent être utilisées dans le procédé selon la présente invention;
la fig. 13 représente une caractéristique de charge électrostatique de la surface d'un élément photo sensible lorsqu'on utilise une décharge couronne;
la fig. 14 est une vue de côté d'un dispositif électrographique susceptible d'être utilisé pour une opération continue;
;
la fig. 15 représente un tracé de courant photoélectrique répondant à la projection de lumière de photoconducteurs ayant un certain nombre de niveaux capteurs, et
la fig. 16 représente des courbes de potentiel destinées à expliquer une variante du procédé selon la présente invention.
L'élément photosensible représenté à titre d'exemple d'exécution de la présente invention dans la fig. 1 comprend une couche mince fortement isolante 1, une couche ou film photosensible 2, et une électrode 3, ces trois couches étant liées ensemble en un élément mince et flexible. La couche mince fortement isolante 1 peut être faite en résine synthétique des séries polyesters, vinylique, tétrafluoroéthylène, acrylique, ou polycarbonates ou encore en n'importe quelle autre matière fortement isolante et transparente aux rayons lumineux. Toutefois, si l'électrode 3 est déjà faite en matière transparente, la couche 1 ne doit pas nécessairement être faite en matière transparente.
La couche photo sensible 2 est formée en une fine couche en dispersant des cristaux fluorescents ou photoconducteurs finement pulvérisés dans une solution ou un polymère d'un liant fortement isolant et transparent tel que l'acétate de vinyle, un polyester, époxy, acétate de cellulose, nitrocellulose, etc., en formant cette suspension en un film, et en séchant ledit film. En général, il est avantageux d'appliquer ladite suspension en une couche d'épaisseur uniforme sur la couche fortement isolante 1. Les cristaux photo sensibles finement pulvérisés utilisés de préférence peuvent être des poudres de ZnS, ZnO, ZnCdS, CdSe, PbO ou d'autres substances inorganiques. En variante, on peut utiliser de l'anthracène, de l'anthraquinone ou d'autres substances organiques.
Le liant doit être utilisé dans des proportions suffisamment élevées par rapport aux couches minces photoconductrices conventionnelles faites en cristaux photoconducteurs finement pulvérisés avec un liant, ceci afin d'éviter le passage d'électrons à travers la couche photosensible lorsqu'un courant est appliqué simultanément à la lumière à l'élément photosensible. En effet, dans un élément photo sensible classique composé de fins cristaux de matière photoconductrice, pour produire une image électrostatique latente, la charge appliquée sur la surface de l'élément photosensible doit être drainée à travers la couche photo conductrice de sorte que la quantité de liant, qui est en général un isolant électrique, ne doit pas être assez grande pour empêcher ou affaiblir effet désiré.
Au contraire, dans le procédé suivant rinvention, la photoconductivité de l'élément photosensible n'est pas utilisée mais on utilise en son lieu et place la polarisation interne persistante pour former rimage latente. Afin d'utiliser pleinement la polarisation interne persistante, les cristaux de matière fluorescente ou photoconductrice doivent être isolés les uns des autres sur leurs surfaces adjacentes en aménageant des couches fortement résistantes ou des couches bloquant le courant qui servent à empêcher la migration d'électrons libres.
En utilisant le liant dans une telle proportion élevée, il est, bien entendu, possible d'utiliser un métal déposé à l'état de vapeur ou une feuille métallique comme électrode. En outre, on peut utiliser un matétriau tel qu'une feuille de papier pour autant qu'elle possède une résistance sensiblement moindre que la couche fortement isolante 1 et la couche photosensible 2.
En bref, la première phase du procédé selon l'invention consiste à appliquer un courant continu ayant une polarité prédéterminée susceptible d'appliquer à la couche mince fortement isolante de l'élément photo sensible sus-mentionné un potentiel de même polarité que le porteur de minorité. En même temps, si on le désire, de la lumière peut être projetée uniformément sur toute la surface de la couche photosensible durant cette première phase. Dans la seconde phase qui suit, on projette une image lumineuse sur la couche photosensible pendant qu'on applique à cette couche une tension de polarité inverse à la première. Lorsque ces deux phases sont terminées, il se forme une image électrostatique latente sur la surface de l'élément photosensible, image correspondant à ladite image lumineuse.
Une fois cefte image latente formée, elle mettra beaucoup de temps pour s'effacer et l'on n'observera aucun affaiblissement de cette image, même si elle est exposée à la lumière naturelle d'un local ordinaire ou même à la lumière du soleil.
La fig. 2 représente un exemple d'appareil utilisé pour appliquer un courant à travers l'élément photosensible en même temps qu'on projette sur lui de la lumière; dans cette figure, le chiffre de référence 4 désigne une électrode transparente faite en verre Nesa ou en une autre matière transparente similaire à une feuille de verre, revêtue d'une fine couche de métal par dépôt à l'état de vapeur; le chiffre 5 désigne une source de courant continu dont la polarite peut être inversée à volonté. Comme l'élément photosensible possède une flexibilité suffisante, on peut le presser contre l'électrode transparente 4 par n'importe quel moyen approprié.
Avec le dispositif décrit ci-dessus, on peut projeter de la lumière sur l'élément photosensible 2 depuis le côté de l'électrode transparente 4 et on peut appliquer une tension aux électrodes 3 et 4.
La description qui suit explique le phénomène qui se passe dans ces conditions. On suppose qu'on utilise dans la couche mince photo sensible une substance phosphorescente (ZnCd) S : Ag à l'état cristallisé finement pulvérisé, à cause de son comportement facilement compréhensible. La substance (ZnCd)S : Ag perd subitement sa photoconductivité lorsque son contenu de ZnS dépasse 20 /o, cette tendance est particulièrement évidente lorsqu'on utilise Ag comme activateur.
Ce phénomène peut être considéré comme étant causé par la présence d'un grand nombre de niveaux capteurs extrêmement profonds dans le ZnS : Ag. La densité du niveau d'impureté est particulièrement élevée au voisinage de la surface du ZnS : Ag du fait de la diffusion de l'activateur depuis la surface des cristaux à laquelle vient s'ajouter l'effet de raccourcissement de la durée de vie moyenne des électrons excités par la lumière, effet dû à la densité élevée des niveaux capteurs. Celle-ci tend à supprimer le flux du courant photoconducteur et par conséquent à diminuer le changement de résistance.
D'autre part, dans le cas où des cristaux de (ZnCd)S : Ag contenant 40 0/o de ZnS sont liés ensemble au moyen d'un liant fortement isolant pour former une couche mince 2 ayant une épaisseur de plusieurs dizaines de microns, on ne constate aucun changement de la résistance sous une illumination de plusieurs centaines de lux. On observe cependant une polarisation interne persistante extrêmement forte dans la couche photosensible.
Le terme polarisation interne persistante )y utilisé ici désigne le phénomène suivant: lorsqu'il se produit une illumination concurremment à l'application d'une tension de courant continu, les électrons qui sont excités par la lumière sont projetés à travers les cristaux photo sensibles pulvérisés sous l'influence de la tension appliquée et sont alors retenus dans des niveaux capteurs si profonds qu'ils ne peuvent plus s'échapper, créant ainsi un champ électrique interne de polarité opposée à celle du champ électrique externe, et ce champ électrique interne est retenu pendant une longue période de temps dans un espace obscur après que le champ électrique externe a cessé d'exister, cette rétention étant due à ces niveaux capteurs profonds.
Par conséquent, il est naturel que la polarisation interne persistante soit établie dans les cristaux phosphorescents pendant les première et deuxième phases décrites ci-dessus.
Il y a lieu de remarquer particulièrement que dans le type de polarisation interne persistante bien connu de l'électrophotographie, le champ électrique lui-même formé Par la charge capturée est utilisé pour l'image latente, tandis que dans le procédé suivant l'invention, une charge de surface qui est formée sur la couche fortement isolante est utilisée comme image latente, de sorte qu'il y a une grande différence dans les conditions requises pour la persistance des charges internes, comme il sera expliqué plus loin.
Comme la polarisation interne formée par les électrons capturés a la même polarité que celle de la polarisation diélectrique des matériaux diélectriques, la couche dans laquelle la polarisation interne persistante a été établie présente un accroissement apparent de la constante diélectrique. En outre, si la polarisation interne persistante pouvait être créée dans le sens opposé à celui de la polarisation diélectrique par des moyens appropriés quelconques, il en résulterait une diminution de la constante diélectrique. Par conséquent, puisque la couche photosensible 2 a une caractéristique lui permettant de changer sa constante diélectrique sans changer sa résistance, ceci équivaut à un changement de sa capacité.
De cette façon, la couche photosensible peut être représentée par un circuit équivalent consistant dans une simple capacité C1 de la couche fortement isolante et une capacité C2 connectée en série qui varie suivant l'illumination de la lumière, comme représenté à la fig. 3.
Une autre considération concernant les variations de capacité est la suivante:
Le brevet USA No 3121006 expose un procédé d'électrographie dans lequel de fins cristaux pulvérisés dotés de photoconductivité sont liés au moyen d'un liant fortement isolant pour former une couche mince photoconductrice ou photosensible utilisée en xérographie, la surface de cette cruche mince photoconductrice est uniformément chargée d'électricité statique dans l'obscurité, et une image lumineuse est ensuite projetée sur la couche photoconductrice pour provoquer un affaiblissement rapide de la charge de surface sur les parties brillantes de l'image lumineuse et former ainsi une image latente due au changement local intervenu dans la charge de surface correspondant à l'image lumineuse.
Dans ce procédé, le taux d'affaiblissement de la charge de surface dans l'obscurité est choisi de façon à répondre aux exigences de la xérographie en choisissant le facteur d'affaiblissement D de la couche photosensible dans l'obscurité de façon à avoir une valve supérieure à 3. Le facteur d'affaiblissement peut être exprimé par l'inverse du produit de la résistance R et de la capacité C de la couche photosensible, de sorte qu'une valeur élevée du facteur d'affaiblissement signifie que la charge de surface s'affaiblit rapidement tandis qu'une valeur faible du facteur d'affaiblissement signifie que l'affaiblissement de la charge sur la surface est lent.
Toutes les couches photosensibles utilisées normalement dans le procédé dénommé xérographie diminuent leur résistance mais ne changent pas sensiblement leur capacité lorsqu'elles sont irradiées par les rayons lumineux. I1 s'ensuit que le potentiel de surface peut être généralement et approximativement représenté par l'équation suivante:
V = VO . e - RC
RC dans laquelle VO représente le potentiel de surface initial. Comme la caractéristique d'affaiblissement est déterminée seulement par la constante de temps RC, l'inverse de la constante de temps, c'est-à-dire l/RC qui représente la vitesse d'affaiblissement convient aussi pour représenter la caractéristique de la couche photosensible en xérographie.
Dans une couche photo sensible formée en liant ensemble des fins cristaux pulvérisés présentant le phénomène de polarisation interne persistante, la résistance sur les surfaces contiguës des cristaux est généralement très élevée, et la valeur de résistance ne diminue pas, même lorsqu'elle est illuminée par la lumière. I1 s'ensuit que lorsque des fins cristaux pulvérisés sont liés ensemble par un liant fortement isolant pour former une couche mince, le flux d'électrons libres qui s'écoule dans les cristaux en réponse à l'excitation produite par la lumière
sera arrêté du fait de la couche à résistance élevée existant sur les surfaces contiguës des cristaux finement divisés,
et le phénomène de polarisation interne fortement persistante ne se produit que dans la condition où de telles couches bloquant le courant qui servent à arrêter le flux des électrons libres sont formées. Lorsqu'il se produit une polarisation interne persistante, l'on observe d'ordinaire pas de variation de la résistance. Par conséquent, avec une couche photosensible présentant des couches bloquant le courant telles que celles mentionnées cidessus, la variation de la résistance est faible sous un champ de courant continu, même sous une illumination par la lumière. En outre, une mauvaise distribution de la charge électrique causée par l'existence d'une polarisation interne persistante détermine une variation de la capacité.
Comme cette variation de la capacité est causée par la présence d'une charge isolée qui est mal distribuée dans le même sens que la polarisation diélectrique, elle a le même effet que si la constante diélectrique de la couche photo sensible augmentait, et présente ainsi une augmentation de la capacité.
En résumant ce qui précède, contrairement à ce qui se passe dans le procédé de xérographie, dans lequel la constante de temps de la couche photosensible diminue avec l'irradiation par la lumière, la constante de temps augmente ici du fait que la capacité augmente tandis que la résistance ne varie pas sensiblement sous l'irradiation par la lumière. II s'ensuit que pour les couches photosensibles utilisées en xérographie le rapport entre les facteurs d'affaiblissement Dd et Dl dans l'obscurité et sous illumination par la lumière devient Dd < D1, tandis qu'avec des couches photosensibles présentant une polarisation interne fortement persistante, le rapport est inverse, à savoir: Dd > D1.
La couche fortement isolante et la couche photosensible ont une légère conductivité qui est représentée par les résistances R1 et R? dans la fig. 3. Toutefois, comme la résistivité de ces deux couches est très élevée, elles peuvent être considérées de la manière suivante en rapport avec les magnitudes des capacités C1 et Q. Plus particulièrement, afin de permettre d'obtenir une électrographie satisfaisante, il est souhaitable de former la couche mince superficielle isolante de façon qu'elle ait une épaisseur de plusieurs microns jusqu'à un maximum de 20 microns, de façon que la marge de capacité soit de 1 X 10-10 farads à 2 X 10-9 farads par centimètre carré.
D'autre part, comme l'épaisseur de la couche photosensible 2 est comprise dans les limites de dix à cent microns du fait de diverses limitations imposées par la pratique. la capacité de la couche photosensible sera de
1 X 10-t farads à 1 X 10-9 farads par centimètre carré.
D'autre part, comme la résistivité de la couche mince isolante 1 est comprise entre les limites de 1 X 1012 à
1 X 1015 ohms et la couche photosensible 2 a une résistivité d'environ 1 X 1014 ohms, la constante de temps
RC pour chaque couche est la suivante:
Couche fortement isolante: RtCt = plus de 100 secondes.
Couche photosensible: R2Q = plus de 10000 secondes.
Comme le temps total nécessaire pour le procédé électrographique est inférieur à 1 seconde, les résistances Rt et R2 peuvent être négligées et le circuit équivalent représenté à la fig. 3 peut être simplifié et devenir celui de la fig. 4. En supposant qu'un courant de + V, volts soit appliqué dans l'obscurité au circuit de la fig. 4, la charge électrique Q, s'écoule instantanément dans les capacités C1 et C2 suivant l'équation suivante:
:
V, = Q1/Ct + Q/C2 (1)
Si on illumine ensuite la couche photo sensible 2 qui comprend la capacité Q' les électrons excités par la lumière dans la bande de conduction vont émigrer vers l'électrode positive suivant la tension V2 à travers Q, et ces électrons dans la bande de conduction vont tomber directement dans la bande d'électron de valence pour se recombiner et s'éteindre ou vont disparaître en tombant dans des centres de recombinaison,
ou bien encore ils vont former un champ de polarisation en étant retenus dans les niveaux capteurs après avoir émigré en avant vers l'électrode positive suivant la tension appliquée par la stimulation de la lumière puisqu'une tension
Qt = V2 (2)
Q n'est pas appliquée à la couche photosensible 2. Lorsqu'on continue la projection de lumière, les électrons qui ont été capturés dans le niveau capteur seront de nouveau excités et émigreront vers l'électrode positive formant ainsi un champ de polarisation augmentant graduellement dans les cristaux phosphorescents finement divisés. La polarisation à rintérieur de chacun des cristaux finement divisés est la même que si la couche photosensible était entièrement polarisée.
Cette condition correspond à une couche photosensible dans laquelle le champ de polarisation interne persistante est formé de façon que des charges de -Qp et
+ Qp soient accumulées sur les deux côtés de la couche photosensible 2. La quantité de ces charges peut être calculée comme il sera décrit ci-après.
Si l'on suppose que rélément photosensible est de nature capacitive et qu'une charge Q' pénètre dans la capacité Q suivant le changement de capacité dans la couche photosensible 2, L'équation (3) ci-après représentera le rapport entre les quantités suivantes:
Tension appliquée de l'extérieur sur la totalité de l'élément photosensible: V
Tension induite intérieurement dans la totalité de l'élément photosensible: VI,
Constante diélectrique de la couche isolante 1: Et
Distance de l'électrode à la couche isolante 1:
Surface de la couche isolante 1:
Entrefer entre l'électrode et la couche photosen sible: d,
Constante diélectrique de la couche photosensible 2 e2
Surface de la couche photosensible 2: S.
V = Qt = Q d + Q' Qi + Q'Qp d = Q1+ Q' + Qî + Q'Qp
S1 #1 S2 #2 C1 C2 (3)
L'équation (3) ci-dessus peut être remaniée pour donner l'équation suivante:
Qi Q1 C2 + - Q'Qp
(4)
C1 C2 C1 C2
La charge Q qui est déterminée par la quantité de polarisation interne persistante Qp est répartie entre les capacités C, et Q. Par conséquent, la tension à travers la capacité C, augmente de Q'/C, et la tension à travers l'autre capacité Q diminue de Q'/C,. La polarisation in terne persistante augmente graduellement aussi longtemps qu'existent à la fois un champ électrique interne suffisant pour provoquer la migration des électrons excités et le niveau capteur vide.
Mais il y a une limitation à cette augmentation de la polarisation interne persistante lorsque la tension appliquée de l'extérieur Vl atteint une certaine valeur maximum. En remplaçant l'équation (2) dans l'équation (4), la magnitude de la polarisation interne persistante Qp peut être calculée comme suit:
Qp = (C1 + C). Q1/Q2 (5)
Comme la condition déterminée par cette équation indique que la tension à travers la capacité Q devient égale à zéro, et toute la tension appliquée passe dans la capacité C1, aucune autre augmentation de la polarisation interne persistante dans la couche photosensible n'est plus possible.
Par conséquent, cette équation représente l'augmentation maximum théorique de la tension à travers la couche isolante lorsque la polarisation interne persistante est établie dans la couche photosensible.
Toutefois, lorsque la polarisation interne persistante est établie sous illumination par la lumière, les électrons qui ont été capturés dans le niveau capteur ont une tendance à être relâchés par l'excitation de la lumière. Les électrons capturés diminuent donc l'intensité du champ électrique interne. Comme l'augmentation de la polarisation interne persistante cesse lorsque le nombre d'électrons migrants diminue jusqu'a un point pour lequel le nombre des électrons migrants équivaut au nombre des électrons relâchés par les niveaux capteurs, l'augmentation de la quantité de polarisation interne persistante Qp cesse aussi dans une condition d'équilibre dans laquelle il reste encore un faible champ électrique interne dans la capacité Q, sans atteindre la quantité maximum définie par l'équation (5).
La description ci-dessus se rapporte au phénomène qui se produit pendant la première phase du procédé. Le phénomène qui se produit pendant la seconde phase du procédé sera pris en considération ci-après. Lorsqu'une tension est continuellement appliquée pendant la première et la seconde phase du procédé, la libération des électrons capturés est très limitée aussi longtemps que l'élément photosensible est maintenu dans l'obscurité.
Cependant, si l'élément photosensible demeure pendant longtemps dans l'obscurité sans application de tension après la première phase du procédé, une certaine libération d'électrons capturés est inévitable. Par conséquent, il n'est pas avantageux d'attendre pour commencer la seconde phase très longtemps après la fin de la première phase. Comme ce phénomène est thermique et dépend de la profondeur du niveau auquel les électrons sont capturés, l'affaiblissement des matières phosphorescentes telles que (ZnCd) S : Ag est relativement peu important.
Lorsqu'une tension de polarité opposée est appliquée à l'élément au cours de la seconde phase, la libération des électrons capturés se fait de manière différente, à savoir, ce phénomène est analogue à celui désigné par le terme électro-luminescence . Cet effet est dépendant de la manière dont la tension est appliquée, par exemple, du fait que la tension appliquée atteint simultanément une haute tension ou qu'elle n'atteint cette tension que graduellement. Comme mentionné plus haut, bien que les électrons capturés soient libérés pour deux raisons différentes, diverses expériences ont prouvé qu'un nombre suffisant d'électrons capturés existent immédiatement après l'application d'une tension de polarité opposée dans la seconde phase du procédé.
En supposant que la charge retenue Qp formée pendant la première phase est réduite à Q'p pour les raisons sus-mentionnées par l'application d'une tension inverse, et aussi que la charge de surface diminue de Q" suivant la libération des charges retenues Qp à Q'p, l'équation (6) suivante est valable pour une nouvelle tension de polarité inverse -V2.
Q1 + Q'-Q" Qi + a,' (6)
Cl c2
Cette équation peut être écrite comme suit: oi-Q1 Q,+Q'-Q Q" QN8Q
C1 C2 C1 C2
(7) dans laquelle #Qp représente la différence entre Qp et Q0.
En substituant l'équation (7) ci-dessus dans l'équation (3) on obtient:
Q" Q" -#Q1 (8)
',,2+V, (8)
C1 Q
Si la polarisation interne persistante n'est pas libérée pour les raisons indiquées ci-dessus, et si Q0 devient par conséquent zéro, l'équation (8) peut alors s'écrire comme suit:
C1 C2
Q" cc (V+V,)
C,+Q
Ainsi la variation de tension à travers la capacité Cl est:
-Q ¯¯¯¯¯¯¯ (V2+V,) (9)
- C, C1 + C2
Lorsque b Qp n'est pas zéro, la variation de tension augmente.
Lorsque Qp est égal à zéro, et si la polarisation interne persistante a été établie de façon à atteindre une saturation parfaite au cours de la première phase. le potentiel électrique à travers la couche mince fortement isolante peut s'exprimer comme suit Vc,=V1- 2+V,) + V1) 1 (C,V1-QV2) (10)
C1 + C2 C1 + C2
Comme décrit ci-dessus, il est possible de donner à Vct une valeur plus grande que zéro en choisissant convenablement les tensions V, et V2 et le rapport des capacités C, et C2. Cela signifie qu'il est possible de contrôler le potentiel de charge de la capacité C1 de la couche mince fortement isolante 1 dans l'état de polarité positive, même si une tension appliquée à l'élément photosensible est de polarité négative.
Pour faciliter encore le contrôle décrit ci-dessus, la capacité C, de la couche mince fortement isolante 1 peut être choisie plus grande que la capacité Q de la couche photosensible 2 ou la tension V2 peut être choisie de façon qu'elle ne soit pas sensiblement supérieure à V2. D'autre part, si une tension -Vg est appliquée à l'élément photosensible dans l'obscurité sans avoir accompli ladite première phase du procédé, la différence de tension
C2
--------- V2
C2 + C2 à travers la capacité C, deviendra la suivante:
:
C2 1 C1V1
C2 V + 1 C V V CtvlCuti
C,+Q C,+Q
(11)
Comme mentionné ci-dessus, la condition calculée par les équations (6) à (11) indique la condition à un instant suivant immédiatement l'application d'une tension dans la deuxième phase. Toutefois, lorsque l'élément photosensible est laissé dans l'obscurité, on peut supposer que cette condition demeure inchangée pendant au moins une certaine période. D'autre part, sur les parties de l'élément photosensible sur lesquelles des parties brillantes de l'image lumineuse sont projetées, les électrons retenus sont rapidement libérés par l'excitation lumineuse, ce qui permet ainsi aux électrons d'émigrer. Ainsi, une nouvelle polarisation interne persistante < Qp s'établit nouvellement conformément à l'équation suivante, qui est similaire à l'équation (5).
-Q -Q -Q + Q
C, C2 C,
Par conséquent, il est clair qu'une nouvelle polarisation persistante est établie et que la tension appliquée de l'extérieur est entièrement concentrée par la capacité C, qui représente la couche mince fortement isolante. La différence des potentiels de charge sur les parties de l'élément photosensible correspondant aux parties obscures et brillantes de l'image projetée diffère suivant que la première phase du procédé a été accomplie ou non. Cela revient à dire que, dans le cas où la première phase du procédé n'est pas exécutée, cette différence de potentiel est:
C,
c + c, tandis que dans le cas où cette première phase du procédé est accomplie, la différence de potentiel augmente jusqu'à
C,
C,+Q .
C1 + C2
Par conséquent, l'augmentation de la différence de potentiel est représentée par:
C1 C1 + C2 (V1 + V2) (12)
On peut facilement comprendre de cette équation que la différence des potentiels de charge peut être rendue plus grande en donnant à la capacité C, une valeur plus grande qu'à la capacité Q.
La description qui précède se rapporte au cas dans lequel est établie la polarisation interne persistante idéale, mais il est évident qu'on ne peut réellement obtenir une telle capture idéale des électrons. Toutefois, cette puissante action de contrôle de la polarisation interne persistante est une caractéristique très efficace pour l'utilisation du phénomène en électrographie. Les exemples qui suivent décrivent le nouveau procédé d'électrophotographie qui utilise la polarisation interne persistante.
Exemple I
Comme représenté à la fig. 1, des cristaux phosphorescents finement pulvérisés ayant un calibre moyen des particules de 5 microns et contenant 40 o de ZnS, 60 oxo de CdS, un activateur constitué par Ag et un liant contenant à raison de 20 o/o en poids desdits cristaux finement pulvérisés, de la nitrocellulose dissoute préalablement dans une quantité appropriée d'acétate d'amyle, sont mélangés ensemble de telle façon que lesdits cristaux phosphorescents pulvérisés soient parfaitement dispersés.
Le mélange est ensuite appliqué sur une couche mince fortement isolante composée d'un film de résine synthétique de la série des polyesters et ayant une épaisseur de 12 microns, et le film ainsi revêtu est séché progressivement pour produire une couche photosensible de 50 microns d'épaisseur qui est ensuite séchée à fond.
Après cela on lie à cette couche photosensible une mince couche d'aluminium servant d'électrode en utilisant comme liant une substance conductrice de l'électricité et l'on complète ainsi l'élément photosensible.
La résistance spécifique de la couche photosensible de cet élément photosensible est de 10t7 ohms/cm. En ce qui concerne la couche photosensible elle-même, on a procédé à une expérience pour déterminer sa caractéristique photoconductrice: à cet effet, des électrodes ont été appliquées aux deux faces de la couche photosensible et une lumière d'une intensité de 500 lux a été projetée à travers l'une des électrodes: aucune variation de la résistance n'a pu être décelée.
Comme représenté dans la fig. 2, l'élément photosensible ci-dessus a été convenablement pressé contre une électrode transparente 4. Ensuite, dans une première phase, un courant continu de + 1000 volts a été appliqué à travers l'élément photo sensible de manière telle que l'électrode transparente acquière une polarité positive, et une illumination uniforme de 150 lux a été projetée sur l'entière surface de la couche photo sensible 2 pendant que ledit courant était appliqué. Une seconde après, les applications de courant et de lumière ont été arrêtées simultanément.
Dans la seconde phase, pendant qu'on appliquait un courant continu de - 1000 volts (de signe contraire à celui utilisé dans la première phase), on a projeté sur la couche photosensible une image lumineuse ayant une brillance de 150 lux dans ses parties brillantes, et, encore une seconde après, l'application de courant et la projection de l'image ont été interrompues simultanément. Immédiatement après la fin de cette seconde phase, on a séparé l'électrode transparente 4 et on a mesuré sa tension à la lumière naturelle du local. Comme résultat, on a observé une tension de -870 volts dans les parties de la couche mince fortement isolante 1 correspondant à la partie brillante de l'image, et une tension de +20 volts dans les parties correspondant aux parties sombres.
Lorsqu'on a effectué la seconde phase du procédé sans la première phase, le potentiel des parties correspondant aux parties brillantes de l'image avait sensiblement la même valeur que précédemment, mais le potentiel des parties correspondant aux parties sombres de l'image s'élevait à -400 volts; ainsi, la différence de potentiel entre les parties brillantes et les parties sombres était réduite de moitié par rapport à celle du cas où l'on exécutait d'abord la première phase du procédé.
Les résultats de la mesure continue de la tension appliquée à la couche fortement isolante par le même procédé que déccrit ci-dessus sont représentés à la fig. 5.
Dans cette figure 5, aL désigne le potentiel de la charge de surface dans la première phase du procédé et bD et bL désignent les potentiels de charge dans les parties correspondant aux parties brillantes et aux parties sombres de l'image projetée dans la seconde phase du procédé. D et L représentent les résultats d'un cas dans lequel la seconde phase a été exécutée sans première phase préalable.
Lorsqu'on utilise des cristaux phosphorescents finement pulvérisés comme matière photosensible suivant l'exemple 1 ci-dessus, l'effet du liant fortement isolant n'est pas toujours très apparent du fait de la résistance limite très élevée des cristaux. Par conséquent, une variation du rapport de mélange entre le liant et les cristaux photosensibles finement pulvérisés ne détermine pas un changement sensible de la caractéristique de l'élément.
Toutefois, dans le cas où la matière photosensible utilisée est photoconductrice, les caractéristiques d'isolation et du rapport de mélange du liant deviennent des facteurs très importants. Lorsqu'on utilise comme matière photoconductrice la substance bien connue CdS : Cu, il existe une relation intime entre le niveau capteur et la forte photoconductivité de cette matière. Les niveaux capteurs qui contribuent à la photoconductivité peuvent former la polarisation interne persistante comme dans le cas d'une matière phosphorescente dans des conditions particulières. A cet effet il est nécessaire de prévoir une couche à forte résistance connue comme couche de blocage sur la surface cristalline.
S'il existe une couche à forte résistance, les électrons n'auront plus la possibilité de s'écouler à l'extérieur des cristaux, de sorte que la densité des électrons au voisinage de la limite des cristaux augmentera, causant ainsi une distribution non uniforme des électrons capturés pour créer le phénomène de polarisation interne persistante.
La persistance de la polarisation interne créée est causée principalement par le niveau capteur et n'est pas très élevée Si on la compare avec celle d'une matière ayant une plus large bande d'inhibition telle que ZnS.
Toutefois, il est possible de former une image latente suffisamment forte en utilisant les électrons capturés de la même façon que dans le cas des cristaux phosphorescents finement pulvérisés mentionnés ci-dessus. Dans la pratique réelle, on a obtenu le même résultat en composant un élément photosensible en employant CdS : Cu ou CdS : Ag et en procédant de la même façon que dans l'exemple 1 ci-dessus à l'exception du fait qu'on a supprimé la projection de lumière dans la première phase du procédé.
La raison pour laquelle on a supprimé la projection de lumière dans la première phase du procédé et appliqué seulement une tension dans l'obscurité à l'élément photosensible composé de CdS réside dans le fait qu'une matière telle que le CdS possède des niveaux capteurs superficiels relativement denses qui coexistent avec des niveaux capteurs profonds et que, du fait d'une telle distribution des niveaux capteurs, I'amorçage du courant électrique en réponse à la projection de lumière est lent, mais la densité du courant électrique est extrêmement forte. Pour cette même raison, le désamorçage du courant électrique après l'interruption de la projection de lumière est aussi très lent. Cela veut dire que les électrons qui participent à la conduction peuvent exister dans le niveau capteur pendant une très longue période de temps.
Par conséquent, sans excitation par une projection de lumière supplémentaire, les électrons excités par une projection précédente de lumière peuvent remplir les niveaux capteurs près de la surface limite et maintenir le champ électrique interne et le champ électrique externe causé par la tension appliquée dans un état d'équilibre. En d'autres termes, il est possible de concentrer toute la tension appliquée à la capacité C1 de la couche fortement isolante de la même façon que dans le cas des cristaux phosphorescents finement pulvérisés.
En outre, dans le cas où l'on utilise, comme décrit ci-dessus, des cristaux photoconducteurs finement pulvérisés, il y a un net avantage qui est différent de celui qui est obtenu en employant des cristaux phosphorescents finement pulvérisés, à savoir: dans le cas d'une matière photoconductrice telle que CdS: Cu présentant différentes profondeurs de niveaux capteurs, les électrons demeurent dans le niveau capteur superficiel après la cessation de l'excitation lumineuse, et du fait que ces électrons deviennent facilement des électrons photoconducteurs dans la bande de conduction par stimulation thermique, le courant électrique ne diminue pas énergiquement à moins que tous les électrons retenus dans les niveaux capteurs superficiels tombent dans les niveaux capteurs profonds ou tombent dans la bande d'électrons de valence.
Si l'on exécute la seconde phase du procédé après
ne énergique stimulation par la lumière dans la phase nrécédente, le champ de polarisation interne dans les parties correspondant aux parties sombres de l'image augmentera jusqu'à la même valeur que le champ électrostatique externe, où se produit la rétention maximum.
Ainsi la même tension élevée que celle des parties brillantes sera appliquée à la capacité CI de la couche mince fortement isolante et il s'ensuivra que le rapport signal/ bruit de l'image latente est sévèrement altéré dans une mesure telle que, dans certains cas, on ne relève aucune différence entre les parties brillantes et les parties sombres. Toutefois si l'on applique seulement une tension dans la première phase à des cristaux photoconducteurs finement pulvérisés qui ont été convenablement excités nendant la phase précédente, les électrons oui contri oient à la conductivité émigrent rapidement vers la surface des cristaux conformément à la polarité de la tension appliquée. En conséquence, le nombre des électrons dans cette surface limitée augmente rapidement.
donnant lieu à un accroissement rapide du nombre des électrons qui sont capturés dans un niveau capteur ou qui sont recombinés dans la bande d'électrons de valence dans cette surface, provoquant ainsi une rapide diminution du nombre des électrons dans la bande de conduction. Par conséquent, si l'on commence la seconde phase à ce moment, le nombre des électrons qui émigrent conformément à la polarité du champ électrique nouvellement engendré par une tension externe appliquée dans la seconde phase diminuera radicalement de sorte que l'on disposera d'une fonction de contrôle aussi effective que celle observée dans une matière telle que (ZnCd)S : Ag.
Comme décrit ci-dessus, lorsqu'on utilise des matières dites photoconductrices , la caractéristique de forte isolation du liant est un facteur très important. En conséquence, les caractéristiques de la matière liante et le rapport de son mélange avec les cristaux photoconducteurs pulvérisés doivent être choisis avec un soin extrême. Par conséquent, en ce qui concerne le liant apte à former la couche photosensible 2, il est souhaitable d'employer une matière ayant généralement une résistance spécifique supérieure à 1014 ohms/cm. En outre, la proportion de liant doit être déterminée suivant la tension appliquée à la couche photosensible 2.
La couche de cristaux photoconducteurs finement pulvérisés liés ensemble par un liant fortement isolant manifeste une caractéristique de résistance non linéaire remarquable par rapport à la tension appliquée. Cependant, lorsque la couche mince photosensible est préparée par frittage des mêmes cristaux photoconducteurs finement pulvérisés, le courant photo-électrique varie en proportion directe de l'intensité de la lumière projetée.
Le rapport entre le courant photoélectrique et la tension appliquée est aussi linéaire. Par contraste, dans une couche composée des mêmes cristaux photoconducteurs finement pulvérisés liés par un liant isolant, son courant photoélectrique varie non linéairement par rapport à l'intensité de la lumière et par rapport à la tension appliquée. En outre, l'amorçage du courant photo électrique est lent lorsqu'on applique une tension relativement basse ou une lumière faible.
Ceci est probablement dû à une caractéristique de résistance non linéaire des couches isolantes aux surfaces contiguës des cristaux photoconducteurs pulvérisés et à la non-linéarité du courant qui traverse les couches isolantes entre les cristaux photoconducteurs pulvérisés, la magnitude dudit courant étant déterminée par l'intensité de la polarisation interne établie dans les cristaux, l'intensité du champ électrique dans ces couches isolantes, et l'effet dit effet tunnel .
Lorsqu'une variation de capacité de la couche photosensible causée par la polarisation interne persistante est utilisée pour la formation de l'image, il est essentiel d'augmenter la probabilité de retenir les électrons à la limite des cristaux photoconducteurs pulvérisés. A cet effet, une migration des électrons entre les cristaux photoconducteurs pulvérisés n'est pas souhaitable, Dans le nouveau procédé suivant la présente invention, on doit par conséquent prendre soin de faire passer un nombre minimum d'électrons à travers la couche de liant isolant au moyen de l'effet tunnel, en considérant si oui ou non la couche photosensible présente une polarisation interne persistante sous l'effet d'une tension appliquée de rextérieur qui est répartie par la couche photosensible conformément aux équations qui précèdent (1) et (6).
Dans le cas où une forte tension est appliquée sans tenir compte de la considération ci-dessus, ce qui permet aux électrons de s'écouler librement entre les cristaux photoconducteurs pulvérisés du fait de l'effet tunnel ou d'un autre phénomène, la direction du flux d'électrons est probablement unidirectionnelle à cause de l'asymétrie de l'élément photosensible et de la polarité du porteur de majorité de la matière photoconductrice.
Dans l'élément photosensible qui est utilisé à plusieurs reprises, l'hystérésis causée par la précédente formation de l'image dérange sérieusement la formation de l'image dans le cycle qui suit. Si la résistance de la couche photosensible est suffisamment basse pour permettre aux électrons de s'écouler facilement à travers la couche photosensible, la condition ne diffère pas de celle du cas où il n'existe pas de couche de blocage, de sorte qu'il n'y a pas de possibilité de créer un champ électrique polarisé par des électrons capturés dans la couche photosensible, et cette couche est seulement une couche photoconductrice dont la résistance peut varier par la projection de lumière.
Par conséquent, dans ces conditions, la fonction n'existe pas, mais une image latente est formée par la différence de la charge de la capacité C, de la couche fortement isolante en utilisant la différence de la constante de temps causée par la différence de résistance des parties brillantes et des parties sombres de la couche photoconductrice. Il est évident que cette méthode est pratique, mais elle présente certaines difficultés telles qu'une augmentation de la résistance dans l'obscurité, la production de la couche photosensible, le choix de la matière photoconductrice, etc. De surcroît, le régime horaire de chaque phase du procédé de formation de l'image doit être strictement contrôlé.
En outre, en ce qui concerne la structure de l'élément photosensible, un résultat satisfaisant ne peut pas être obtenu à moins que la capacité CL de la couche fortement isolante ne soit beaucoup plus grande que la capacité Q de la couche photosensible, car le potentiel électrique est distribué ou réparti suivant les capacités des couches respectives lorsqu'un courant continu est appliqué, comme indiqué par l'équation (1). Ceci est vrai pour tous les systèmes d'électrographie qui utilisent un élément photosensible revêtu d'une couche fortement isolante.
Toutefois, afin de rendre la capacité C, beaucoup plus petite que la capacité G, on ne peut pas obtenir un résultat satisfaisant à moins que la couche photosensible ne soit prévue beaucoup plus épaisse que la limite pour une absorption de lumière pratique ou à moins que la couche fortement isolante ne soit prévue extrêmement mince.
11 est donc très difficile d'améliorer à la fois la caractéristique mécanique et la caractéristique de formation de l'image de l'élément photosensible dans le cas où celui-ci est utilisé à plusieurs reprises.
Par contraste, dans le nouveau procédé suivant la présente invention qui utilise la fonction spéciale causée par la distribution non uniforme des électrons dans les cristaux photosensibles finement divisés au lieu d'utiliser la variation de résistance de la couche photosensible, il est possible de maintenir la résistance de la couche photosensible extrêmement élevée dans l'obscurité, même si l'épaisseur de la couche photosensible est réduite.
D'autre part, même si l'épaisseur de la couche photosensible est augmentée et l'intensité de la lumière est faible, il se produit une variation notable de la polarisation interne persistante à cause de l'effet cumulatif de la polarisation interne persistante elle-même, de sorte qu'il se produit un changement assez fort de la capacité à l'intérieur de la couche photosensible. n s'ensuit qu'on dispose d'une parfaite fonction de formation d'image avec un temps légèrement plus long.
Exemple 2
On a préparé un élément photosensible par le même
^cédé que dans l'exemple I à l'exception du fait qu'on a utilisé des cristaux finement pulvérisés de CdS qui avaient été activés par Ag et avaient un calibre moyen des particules de 4 microns. La couche photo sensible de cet élément présentait très peu de photoconductivité sous une projection de lumière de 10 lux.
La première et la seconde phases du procédé ont été exécutées sur cet élément photosensible en utilisant le même appareil que dans l'exemple 1. Le courant continu qui a été appliqué dans la première comme dans la seconde phase était de 1000 volts. Dans la première phase, l'illumination uniforme par la lumière a été supprimée, mais la polarisation interne persistante a été établie en utilisant la photoconductivité résiduelle provenant d'une action préalable (hystérésis) de la lumière naturelle du local et qui restait dans l'élément photoconducteur.
Le courant continu a été appliqué seulement pendant 0,1 seconde avec une telle polarité que la couche mince fortement isolante de l'élément photosensible prenne une polarité positive. Par la suite, dans une seconde phase, la polarité du courant continu appliqué dans la première phase a été inversée conjointement avec la projection pendant 0,1 seconde d'une image lumineuse avec une intensité de 10 lux sur les parties brillantes à travers l'électrode transparente. Immédiatement après, la projection de l'image lumineuse et l'application de courant ont été interrompues simultanément, après quoi l'électrode transparente a été retirée.
Comme résultat de ces opérations, on a observé un potentiel de -920 volts dans les parties de la couche mince fortement isolante correspondant aux parties brillantes de l'image lumineuse et un potentiel de -120 volts dans les parties correspondant aux parties sombres de l'image. Lorsqu'une image a été formée par la seconde phase seulement sans l'utilisation de la première phase du procédé, le potentiel observé dans les parties correspondant aux parties brillantes de rimage était à peu près le même que cidessus, c'est-à-dire -920 volts, mais le potentiel observé dans les parties correspondant aux parties sombres de l'image lumineuse projetée était de -460 voltes.
De la description de l'exemple 2 qui précède il ressort clairement que la libération des électrons capturés peut être considérée comme étant causée par la commutation de la polarité du courant appliqué ou par quelque autre cause thermique. Bien que la faculté de former l'image ne soit pas si bonne dans cet exemple que dans le cas de (ZnCd)S : Ag, il a cependant été possible d'obtenir une image électrostatique latente relativement forte. On a constaté que cette image latente peut persister sans affaiblissement pendant très longtemps lorsqu'elle est exposée à la lumière naturelle du local, et qu'en utilisant de la poudre finement divisée chargée électriquement que l'on emploie généralement comme révélateur en électrographie, il est possible d'obtenir une image visible extraordinairement claire et intense.
En outre, L'image développée peut être transférée sur un papier à copier par n'importe quel procédé approprié. Le cycle de formation de l'image peut être immédiatement recommencé après que la surface de l'élément photosensible a été nettoyée.
Afin d'empêcher le passage du courant entre la couche mince photosensible et l'électrode, on peut interposer une couche mince fortement isolante entre l'électrode et la couche photosensible, améliorant ainsi la structure asymétrique de l'élément photosensible ainsi que sa faculté de former l'image, comme il sera décrit dans l'exemple 3 qui suit.
Exemple 3
Comme représenté dans la fig. 6 et comme dans le cas des éléments photo sensibles décrits dans les exemples 1 et 2, après la formation de la couche photosensible 2 sur la couche fortement isolante 1, on a appliqué une émulsion d'acétate de vinyle sur le côté opposé de la couche photosensible, formant ainsi une autre couche fortement isolante la d'une épaisseur de 1 à 2 microns
très que l'émulsion a été complètement séchée. On a ensuite lié une électrode 3 à cette nouvelle couche for moment isolante la.
En utilisant l'élément photosensible, on a mis en ceuvre un procédé de formation d'image dans les mêmes conditions que dans les exemples 1 et 2 respectivement, et les résultats suivants ont été obtenus. Bien que la charge électrostatique sur les parties correspondant aux parties brillantes de l'image lumineuse ait été à peu près égale à celle des exemples 1 et 2, dans le cas où l'on a employé la même façon de procéder que dans l'exemple 1 mais en employant l'élément photosensible représenté dans la fig. 6, on a observé un potentiel de charge de -60 volts sur les parties correspondant aux parties sombres de l'image lumineuse. Cela veut dire que le contraste de l'image latente obtenue avec cet élément avait diminué légèrement par rapport à celle de l'image obtenue dans l'exemple 1.
Dans le cas où l'on a procédé de la même façon en utilisant un élément photosensible construit suivant la fig. 6, on a observé un potentiel de charge de -20 volts sur les parties correspondant aux parties sombres de l'image lumineuse, de sorte que le contraste de l'image latente avait augmenté par rapport à celui de l'image latente obtenue dans l'exemple 2. En outre, un élément photosensible ayant la construction représentée dans la fig. 6 peut donner des résultats satisfaisants, même si l'on applique un courant extérieur plus fort. Ainsi, par exemple, si l'on utilise un élément photosensible tel que celui décrit dans l'exemple 2, et si le courant extérieur appliqué dépasse 1500 volts, la formation de l'image perd de sa haute fidélité parce qu'il se produit une partielle panne et contamination de l'image.
Cependant, avec un élément construit comme représenté dans la fig. 6, il est possible d'augmenter le courant externe jusqu'à 2000 volts sans perte de fidélité de l'image formée.
Comme on l'a déjà fait remarquer au sujet de l'exemple 3, le transfert des charges entre la couche photosensible et l'électrode dans l'élément photosensible altère fortement la fidélité de la formation de l'image.
La couche mince fortement isolante la doit être considérée comme agissant de façon à empêcher un brouillage causé par un champ électrique local non polarisé créé par l'injection d'une charge excédentaire dans la couche photosensible par l'électrode, indépendamment de la réponse à la projection de l'image lumineuse, et l'accumulation graduelle de charge électrique d'une seule polarité qui est produite par l'opération répétée de formation d'image due à l'effet de fonction rectificatrice qui est inhérent au contact à la limite entre deux matières différentes telles que la matière photosensible et l'électrode.
Si l'on considère la fonction de la couche fortement isolante la du point de vue du facteur d'atténuation, dans une couche photo sensible composée de cristaux finement pulvérisés possédant une résistance interfacielle relativement basse, les porteurs de charge s'écoulent à travers la couche photosensible lorsque la résistance diminue du fait de l'irradiation par les rayons lumineux, produisant ainsi un échange des porteurs de charge entre la couche photosensible et l'électrode.
Afin d'empêcher cet effet contraire de se produire, on insère une mince couche fortement isolante ayant une résistance suffisamment élevée entre la couche photosensible et l'électrode ; on dispose ainsi d'une couche bloquant le courant qui fonctionne de façon à empêcher l'échange de por teurs de charge entre la couche photo sensible et l'électrode et à établir une charge de polarisation interne persistante. On maintient ainsi la condition mentionnée plus haut Dd Dl lorsque la couche mince fortement iso- lante sur la surface frontale et l'électrode sur la surface postérieure sont retirées.
D'autre part, les résultats d'expériences conduites de la même manière que pour les exemples 1, 2 et 3 sur des cristaux photoconducteurs finement divisés de CdS : Cu montrent que, bien que certaines difficultés aient été notées dans le contrôle de charge, par exemple des inconvénients que l'on pense être dus à une libération de la polarisation interne plus rapide que dans le cas de CdS : Ag, et plus particulièrement à un accroissement du potentiel de charge dans les parties correspondant aux parties sombres de l'image lumineuse, il était encore possible d'obtenir des images claires et distinctes.
Bien que les cristaux photosensibles finement divisés soient analogues en ce qu'il existe une pluralité de niveaux capteurs dans les cristaux eux-mêmes, les mêmes bons résultats sont obtenus, même si ces niveaux capteurs sont situés à l'extérieur des cristaux. I1 est possible d'utiliser, par exemple, un agent colorant organique comme le montrera l'exemple qui va suivre.
Exemple 4
On a préparé un élément photo sensible de la manière suivante: 1 /o (calculé sur le poids de ZnO) de
Rose Bengale dissous dans l'alcool éthylique ont été ajoutés à des cristaux de ZnO ayant un calibre moyen des particules de 0,2 micron et mélangés avec lesdits cristaux dans un moulin à billes pendant 2 heures. Après séchage de ce mélange, on lui a ajouté 25 9/o (basés sur le poids de ZnO) d'acétate de cellulose dissous dans l'acétate de butyle et le mélange a été ensuite soigneusement malaxe dans un moulin à billes pendant 2 heures.
Le composé ainsi préparé a ensuite été appliqué uniformément sur un film de résine synthétique de polyester de 6 microns et séché jusqu'à une épaisseur de 50 microns. Après que la couche de revêtement a été complètement séchée, on a lié à cette couche une feuille d'aluminium au moyen d'un liant conducteur de rélectricité, complétant ainsi un élément photosensible.
En utilisant cet élément photosensible et le même appareil que celui décrit dans l'exemple 1, dans une première phase du procédé on a appliqué à la couche photosensible un potentiel de + 600 volts pendant 0,3 seconde, de telle façon que la surface de la couche fortement isolante soit chargée positivement sans irradiation de rayons lumineux quelconques. Dans la seconde phase suivante, on a appliqué un potentiel de -600 volts pendant 0,3 seconde également avec projection d'une image lumineuse ayant une brillance de 100 lux dans ses parties brillantes. Les tensions résultantes ont été de - 540 volts dans les parties correspondant aux parties brillantes de l'image projetée et de -50 volts dans les parties correspondant aux parties sombres de ladite image.
Le Rose Bengale qui a été utilisé dans l'exemple 4 ci-dessus peut être remplacé par n'importe lequel d'un grand nombre d'agents colorants synthétiques tels que la Rhodamine, 1'Auramine, le Bleu de Méthylène, et ainsi de suite. En variante, d'autres substances inorganiques peuvent être utilisées. Toutefois, afin d'augmenter la photosensibilité des cristaux finement divisés et d'établir des niveaux capteurs sur la face externe des cristaux, il est préférable d'utiliser le Rose Bengale.
Quand une matière telle que CdS ou CdSe est contenue dans le ZnS, ou quand un procédé spécial d'activation est employé pour concentrer des niveaux capteurs profonds près de la surface des cristaux finement divisés, la différence de tension entre les parties correspondant aux parties brillantes et aux parties sombres de l'image projetée est grande, car la tension de la charge électrique sur les parties correspondant aux parties sombres de l'image est limitée à une valeur basse. Pour la raison mentionnée ci-dessus, comme dans le cas de ZnO, il est possible d'utiliser divers genres d'agents colorants avec de bons résultats qui améliorent la photosensibilité.
Lorsque la couche photosensible de l'élément photosensible utilisé dans l'exemple 4 est irradiée pendant plus de deux secondes avec des rayons lumineux visibles d'une intensité de 100 lux, sa résistance diminue jusqu'à environ un dixième de sa valeur originale, mais lorsqu'elle n'est irradiée que pendant 0,3 seconde, sa résistance ne diminue que jusqu'à 9/10 seulement.
Dans les exemples décrits ci-dessus, si l'électrode comprise dans l'élément photosensible et l'électrode transparente externe sont séparées dans l'obscurité après l'accomplissement de la première phase et de la seconde phase, les tensions de surface de l'élément photo sensible, mesurées également dans l'obscurité indiqueront la présence soit d'un bas potentiel positif dans les parties correspondant aux parties sombres de l'image et d'un potentiel positif élevé dans les parties correspondant aux parties brillantes de l'image, soit un potentiel négatif dans les parties correspondant aux parties sombres et un potentiel positif dans les parties correspondant aux parties brillantes de l'image projetée.
Lorsqu'on utilise (ZnCd)S : Ag, cette différence entre les potentiels électriques est à peu près de la même magnitude que celle de l'exemple 1, de sorte que l'on peut obtenir des images claires et distinctes. Cependant, dans le cas de CdS : Ag, la différence de potentiel est légèrement plus petite que celle observée dans l'exemple 2. D'autre part, lorsqu'on utilise CdS: Cu, la différence de potentiel observée est inférieure à 1/3 de la valeur obtenue par le même procédé que dans les exemples 1 et 2. Toutefois, dans tous les cas, un développement par une poudre finement divisée chargée électriquement est toujours possible. Toutefois, si l'on utilise des révélateurs ayant la même polarité que ceux utilisés dans les exemples 1 et 3, on obtiendra des images inversées.
En préjugeant du fait que dans les deux cas ladite image latente inversée s affaiblit rapidement sous l'action de la lumière, il est clair que ladite image latente inversée est formée par des électrons capturés dans la couche mince photosensible.
Lorsqu'on utilise CdS : Cu, l'affaiblissement est plus prononcé qu'avec (ZnCd)S : Ag. De nombreuses expériences ont montré que ce phénomène est causé par différents taux de libération thermique des électrons capturés après formation de rimage latente.
Des expériences faites sur une matière photosensible telle que le CdS : Cu ont montré que la libération de la charge électrique capturée est relativement rapide après l'application d'un potentiel inverse, mais que la constante de temps est d'à peu près une seconde. En conséquence, quand on complète la formation d'une image latente électrostatique de surface en appliquant une tension inverse pendant environ 0,1 seconde, le potentiel dans les parties correspondant aux parties sombres de l'image peut être pleinement contrôlé et, dans les parties correspondant aux parties brillantes de l'image lumineuse projetée, les images latentes peuvent être formées sans poser aucun problème, car la vitesse de libération causée par les rayons lumineux incidents est très grande.
On peut aussi utiliser d'autres procédés d'application de tension différents de ceux décrits dans les exemples précédents, procédés dans lesquels le rapport entre la durée de projection de lumière et la durée d'application de la tension peut varier de différentes façons comme décrit ci-après.
Considérant en premier lieu la charge électrique sur la surface de l'élément photosensible après la seconde phase du procédé, l'état de la couche photosensible après l'interruption de l'application de tension continue n'est stable que lorsque la distribution de la charge à l'intérieur de l'élément photosensible demeure constante.
Cependant, lorsque la densité des électrons capturés dans la couche photosensible change après l'interruption de l'application du courant dans la seconde phase, la distribution du courant du circuit en série comprenant la capacité C, de la couche mince isolante de surface et la capacité C2 de la couche photosensible est modifiée.
Etant donné que cela produit des différences de potentiel à la surface de la couche isolante qui était au même potentiel immédiatement après l'application du courant, les charges de la surface sont nivelées par le contact de l'électrode transparente, et l'image latente est perdue. En réalité, lorsqu'on utilise pour des éléments photosensibles des matières avec libération thermique rapide des électrons capturés telles que CdS :
Cu, on a observé que l'affaiblissement de l'image latente est dépendant de l'intervalle de temps entre l'interruption de l'application de courant et le retrait de l'électrode. I1 est clair que puisque les électrons capturés dans les niveaux capteurs peu profonds sont rapidement libérés thermiquement, un contact prolongé avec l'électrode transparente après la seconde phase provoque la disparition de l'image latente.
Par conséquent, il est important d'empêcher l'échange des charges entre l'électrode transparente et la couche photosensible après la fin de la seconde phase. n y a deux procédés possibles (a) et (b) pour obtenir ce résultat.
(a) L'électrode transparente peut être séparée de l'élément photosensible après l'achèvement de la seconde phase, mais sans interrompre l'application de courant; on forme ainsi un entrefer d'air fortement isolant entre eux de façon à empêcher les charges de surface de diffuser. Par ce procédé, l'état de la surface juste après la séparation de l'électrode transparente peut être maintenu pendant longtemps.
(b) On peut utiliser un système de décharge couronne, étant donné que ce système n'exige aucun contact avec l'élément photosensible, et par conséquent ne provoque aucune diffusion de la charge de surface.
A titre d'exemple du procédé (a) sus-mentionné, mis à part le procédé consistant à retirer l'électrode transparente pendant l'application du courant, il est possible d'utiliser une électrode du type électrode roulante 6 pour appliquer le courant dans la seconde phase, comme représenté schématiquement dans la fig. 7. Un tel procédé qui emploie une électrode établissant un contact physique avec l'élément photo sensible peut poser certains problèmes mécaniques tels que le contact défectueux entre l'électrode et l'élément photosensible, ainsi que l'abrasion de l'élément photosensible. Malgré cela, ce procédé est avantageux lorsqu'il s'agit de former des images à grande vitesse.
En contraste, lorsqu'on utilise une décharge couronne comme dans le procédé (b) ci-dessus, l'élément photosensible ne subit aucun dommage mécanique et l'appareil est simple puisqu'il n'y a pas d'électrode en contact direct avec l'élément. Toutefois la vitesse totale de formation de l'image diminue du fait des caractéristiques du circuit électrique employé, et cela sera facile à comprendre en examinant le circuit équivalent représenté dans la fig. 8. Dans cette figure, C, et Q sont les capacités du film fortement isolant et de la couche photosensible, respectivement, Ca désigne la capacité de l'entrefer de la décharge couronne et R8 désigne la résistance de la décharge qui est caractéristique de la décharge couronne.
La décharge couronne commence lorsque la tension a atteint une certaine valeur et le courant de décharge augmente ensuite avec la tension. Cette caractéristique est représentée dans la fig. 9 dans laquelle le courant de décharge est représenté en fonction de la tension. Comme on peut le remarquer d'après la courbe, la caractéristique est linéaire d'une manière générale à l'exception d'une petite partie non linéaire près du seuil de la tension à laquelle la décharge commence. L'inclinaison de la courbe est déterminée par la résistance de la décharge, de sorte qu'elle peut également être représentée par la résistance en ohms. La tension qui détermine le courant I traversant la résistance R3 n'est pas en rapport direct avec la tension appliquée à l'électrode de décharge couronne.
La tension effective (VO) qui détermine le courant de décharge est exprimée comme suit:
Ve = V3V4 équation dans laquelle Vs représente la tension élevée effectivement appliquée, et V4 représente le seuil de tension pour lequel la décharge commence. Par conséquent: Ve = I X R3.
L'entrefer entre l'électrode de décharge couronne et la surface de l'élément photosensible est très large comparativement à l'épaisseur de la couche fortement isolante, et la constante diélectrique de l'air est plus petite que celles des couches respectives de l'élément photosensible. En conséquence, la capacité Cl de l'entrefer est très petite, de sorte que pour déterminer la division de la tension dans le circuit, il suffit seulement de considérer l'effet de la charge électrique fournie à travers la résistance R8 aux capacités C, et C,. En conséquence, en négligeant la capacité Ca et en considérant le circuit simplifié représenté dans la fig.
10, la charge électrique
Q emmagasinée à la surface peut être déterminée comme suit
EMI11.1
Comme on peut le comprendre à l'examen de l'équation (13), la charge sera forte sur les parties qui correspondent aux parties brillantes de l'image, comme décrit dans les exemples 1 à 4, étant donné que l'existence d'une polarisation interne latente change la capacité apparente de la couche photosensible (voir équations (1) à (12) de l'exemple 2), et la charge sera petite sur les surfaces correspondant aux parties obscures de l'image projetée.
Comme mentionné ci-dessus, lorsqu'on utilise une décharge couronne, comme la tension de charge est plus élevée que dans le cas où l'électrode est amenée en contact direct avec l'élément photosensible, il est très avantageux d'améliorer le contraste ou l'intensité de l'image latente. Toutefois, il y a à cela un inconvénient du fait que la résistance effective R8 ralentit l'établissement du potentiel de charge.
Le calcul montre que la résistance de charge R3 n'empêchera pas l'opération si la valeur de cette résistance R est suffisamment petite pour qu'on puisse la négliger par rapport à l'impédance de la couche photosensible lorsque celle-ci est illuminée par la lumière. En outre, il ne se posera aucun problème si la constante de temps d'un circuit en série comprenant la capacité C, de la couche fortement isolante et la résistance de décharge R est beaucoup plus petite que le temps requis pour créer la polarisation interne persistante dans la couche photosensible lors de la projection de l'image lumineuse.
Dans le cas d'une couche fortement isolante ayant une constante diélectrique de 3 et une épaisseur de 6 microns, la capacité C1 de cette couche isolante est d'environ 440 pf/cm2. Par conséquent, si la résistance de décharge R3 est de 105 ohms, la constante de temps peut être exprimée par:
T = 4.4 X 1010 X 108 = 4.4 X 10-2 (sec.)
D'autre part, une électrode couronne dont la résistance est 108 ohms/cm2 est une électrode de décharge tout à fait inefficace.
La valeur de la résistance de décharge R3 (corrigée pour 1 cm2) a été mesurée en remplaçant la couche photosensible par un conducteur parfait comme représenté dans la fig. 11 dans laquelle le chiffre 7 désigne une plaque métallique plate remplaçant la couche photosensible, 8 désigne la partie mise à la terre de l'électrode couronne, 9 désigne un fil d'électrode de décharge connecté à une source de courant électrique à forte tension dont l'autre pôle est à la terre, et 10 désigne un ampèremètre connecté de façon à mesurer le courant effectif de décharge.
La résistance de décharge R8 varie avec la distance du fil électrode 9 à la couche photosensible, mais si cette distance est extrêmement petite afin de diminuer la résistance R3, le courant de décharge vers l'électrode mise à terre 8 diminuera, causant ainsi une décharge extrêmement peu uniforme. I1 est facile de limiter la résistance de décharge
R3 jusqu'à 107 ohms. En conséquence, le dispositif de décharge couronne peut être utilisé pour appliquer la tension sans inconvénient majeur si l'application de tension peut être faite dans un temps d'environ 5 X 10-2 secondes.
Lorsqu'une décharge couronne est utilisée avec la couche photosensible, la densité de la charge capturée de la polarisation interne persistante causée par la projection des rayons lumineux a une caractéristique d'établissement qui peut s'exprimer approximativement par l'équation suivante:
q = q oo (11at) (14) dans laquelle q co désigne la quantité maximum de charge capturée après qu'un temps infini s'est écoulé, et est une constante qui est déterminée par la densité des électrons libres, la densité des niveaux capteurs, la probabilité de libération des électrons capturés, etc., dans les cristaux photosensibles pulvérisés.
Etant donné que la capacité d'une couche photosensible varie suivant l'équation (14) ci-dessus, on comprendra aisément qu'on obtient une charge d'image latente par une différence suffisamment grande de potentiel de surface conformément à la brillance de l'image lumineuse à projeter, même lorsque la valeur de la résistance de la décharge couronne dépasse la valeur mentionnée ci-dessus.
Lorsqu'on utilise une décharge couronne, il est nécessaire de commencer la décharge couronne simultanément à la projection d'une image lumineuse de façon qu'une différence de potentiel soit créée dans l'élément photosensible. Par conséquent, il est préférable de disposer l'électrode de décharge couronne comme représenté dans la fig. 12. Dans les fig. 12a, 12b et 12c, le chiffre 8 désigne une électrode compteur de décharge, 9 désigne une électrode de décharge composée d'un fil fin, et 8a désigne une électrode compteur de décharge transparente. Ces électrodes sont disposées de façon qu'une image lumineuse puisse être librement transmise depuis le haut. Bien entendu, la disposition des électrodes n'est pas limitée à celle de ces exemples particuliers, et leur composition, leur disposition et leur nombre peut varier de façon appropriée.
Dans le cas où l'on utilise une électrode de décharge couronne pour la formation de l'image, il faut noter une nette différence dans la distribution de la tension comme représenté dans la fig. 13. Ceci est dû au rapport entre la tension appliquée et les capacités comme indiqué dans les équations (1) à (6). Toutefois, la tendance générale de la variation des potentiels de charge avec le temps dans la fig. 13 est fondamentalement la même que celle représentée dans la fig. 5. Les mêmes signes de référence sont utilisés dans les deux fig. 5 et 13.
Comme décrit ci-dessus, l'élément photosensible utilisé dans cette invention présente certaines limitations quant au choix de la matière photosensible, de l'agent liant, de la matière du film fortement isolant, etc. Ces limitations sont causées par le fait que les électrons capturés dans les niveaux capteurs des cristaux photosensibles finement pulvérisés jouent le rôle principal dans la formation d'une variation de charge efficace suivant l'intensité de l'image lumineuse. La description qui va suivre indique les limites les plus appropriées entre lesquelles on peut choisir les divers éléments qui composent l'élément photosensible:
Couche fortement isolante:
Cette couche doit avoir une capacité élevée, une haute caractéristique d'isolation, une haute résistance mécanique et une bonne transparence.
A cet effet, cette couche est faite en un film de matière ayant une résistivité spécifique supérieure à 10" cl et une épaisseur de 2 à 100 microns. En outre, lorsque c'est nécessaire, la couche doit être transparente.
Couche photosensible:
La couche photosensible doit avoir une capacité relativement faible par rapport à celle de la couche fortement isolante, et sa variation de charge doit être limitée au niveau capteur situé à l'intérieur des cristaux photosensibles finement pulvérisés. Ces exigences impliquent la condition que la couche photosensible soit composée de cristaux photoconducteurs ou fluorescents pulvérisés présentant un calibre moyen des particules de 20 microns, et d'un liant transparent ayant une résistivité spécifique supérieure à 1010 ohms/cm.
Les cristaux photoconducteurs ou fluorescents pulvérisés doivent être dispersés dans le liant et formés en une couche d'une épaisseur de 10 à 200 microns, de façon à empêcher la charge de fuir entre les particules cristallines et de maintenir ainsi dans l'obscurité la polarisation interne persistante établie dans la seconde phase du procédé pendant un temps suffisamment long.
Cristaux photosensibles finement divisés:
Etant donné que l'opération de formation de l'image suivant la présente invention dépend des niveaux capteurs, cette matière doit avoir un niveau capteur suffisamment profond pour retenir les électrons qui ont été capturés pendant la période d'application du courant dans la seconde phase dans les cristaux, de préférence près de la surface de ces derniers. Si un matériau est composé de façon à présenter de nombreux niveaux capteurs en ajoutant d'autres éléments qui tendent à situer ces niveaux capteurs près de la surface des cristaux, un matériau de ce genre peut aussi être utilisé pour le procédé selon la présente invention.
Electrode incorporée dans l'élément photosensible:
Pour autant que cette électrode est construite de façon à former une unité monolithique avec deux ou plusieurs autres couches pour former un champ électrique à l'intérieur de l'élément en coopération avec une autre électrode, elle peut consister en n'importe quelle matière ayant une résistance suffisamment plus basse que celle des deux autres couches.
I1 est souhaitable qu'un élément photo sensible construit avec des couches qui ont été choisies conformément aux exigences décrites ci-dessus ait une valeur de capacité CI qui ne soit pas beaucoup plus élevée que la capacité C, de façon à répondre aux conditions capacitives de distribution de tension indiquées dans l'équation (6).
Pour permettre une production continue d'images en utilisant cet élément photosensible, il est souhaitable d'utiliser l'appareil illustré dans la fig. 14. Cet appareil comprend un tambour rotatif muni sur sa périphérie d'un élément photo sensible dont la couche fortement isolante 1 est exposée à l'extérieur; ce tambour est entraîné en rotation à vitesse constante. L'exposition de l'élément photosensible est réalisée au moyen d'un système optique 14 qui projette l'image d'un objet 13 qui se meut en synchronisme avec la rotation du tambour. Pour établir un champ électrique à l'extérieur du tambour rotatif, des électrodes à décharge couronne 15 et 16 sont agencées.
L'électrode à décharge couronne 15 est du type représenté dans la fig. 12, de sorte qu'aucun champ électrique n'est engendré sur une zone sur laquelle l'image lumineuse est projetée.
Chacune des électrodes à décharge couronne peut être construite de façon appropriée. Par exemple, le dispositif de décharge couronne utilisé dans la seconde phase du procédé peut avoir un sommet transparent pour permettre la projection de l'image lumineuse depuis dessus.
L'électrode à décharge couronne 16 pour la première phase du procédé est montée à proximité du tambour dans une position appropriée avant l'électrode 15, afin d'accomplir la première phase. Lorsque l'image lumineuse est projetée sur l'élément photosensible dans la première phase, cette électrode de décharge couronne 16 peut être du même type général que l'électrode de décharge 15, mais lorsque l'image lumineuse n'est pas projetée, elle peut être du type illustré dans la fig. 11. Un écran 17 est placé sur les électrodes 15 et 16 pour masquer les rayons lumineux dispersés. Lorsque l'objet 13 se meut dans la direction de sa flèche, et lorsque le tambour tourne dans la direction de sa flèche en réglant les vitesses relatives de ces deux organes, l'exposition de la surface photosensible 2 a lieu synchroniquement.
Si des potentiels de polarités opposées sont appliqués aux électrodes 15 et 16, une image électrostatique latente correspondant à l'image lumineuse de robjet 13 se formera continuellement.
I1 est avantageux de disposer de façon appropriée une source de lumière 18 pour dépolariser ou effacer le champ capturé dans la couche photosensible, un ensemble révélateur 19 qui utilise une poudre chargée finement divisée pour développer l'image latente, un dispositif de transfert 20 destiné à reporter l'image poudreuse sur une feuille de papier, et une brosse 21 pour nettoyer la surface du tambour en position adjacente audit tambour, comme représenté dans la fig. 14.
Lorsqu'on utilise une électrode transparente dans la couche photosensible, il est possible de projeter la lumière depuis l'intérieur du tambour avec le même résultat que celui qu'on obtient lorsque l'image lumineuse est projetée à travers une couche fortement isolante transparente sur la surface du tambour.
D'autre part, il est possible d'utiliser des rayons électromagnétiques de n'importe quel type désiré, par exemple des rayons gamma, des rayons X, des rayons ultraviolets ou infrarouges auxquels les cristaux photosensibles pulvérisés répondent.
Electrophotography process
The present invention relates to an electrophotography process for producing a latent, electrostatic image of high sensitivity on a highly insulating thin film by the use of trap levels in the photosensitive material.
A number of electrophotography methods have already been proposed which use a photosensitive element consisting of three layers such as, for example, a thin layer or highly insulating transparent film, a photoconductive layer or film, and an electrode, all of these layers being intimately linked together to form a whole. All these methods use the photoconductive effect of the photosensitive layer so that it is necessary to construct the photosensitive layer so as to obtain a very sharp photoconductive effect. Therefore, not only is the choice of the photosensitive material limited, but it was also difficult to obtain highly sensitive photographic elements.
The present invention makes it possible to avoid such drawbacks because it takes advantage of a unique phenomenon which results from the capture of charge carriers at the level of the impurities in the photosensitive layer.
The method according to the invention is characterized by the following phases: preparation of a photosensitive element having a plurality of sensor levels intended to exhibit a persistent internal polarization and a strongly insulating layer monolithically bonded to at least one surface of said photosensitive layer, applying a first electric field through said photosensitive element to deposit an electric charge of a first polarity on the surface of said highly insulating layer,
applying a second electric field through said photosensitive element to deposit an electric charge of opposite polarity to the first charge on the surface of said highly insulating layer while a light image is projected onto said photosensitive element so as to form a latent electrostatic image corresponding to said light image on said highly insulating layer.
In one embodiment of this method, the direct current potential of predetermined polarity is applied while light is projected uniformly over the entire surface of said photosensitive layer, and then a direct current of opposite polarity to that of the first current. is applied to the photosensitive layer while the surface of this photosensitive layer is irradiated with a light image.
Another embodiment of the method according to the present invention comprises the following steps: preparing the photosensitive element comprising a photosensitive layer formed by bonding together fine photosensitive particles having a plurality of capture levels such that said particles are electrically isolated from them. from each other by means of a transparent and highly insulating binder, said photosensitive layer exhibiting a characteristic of forming a persistent internal polarization, and a thin layer bonded to at least one side of said photosensitive layer;
applying an electrostatic charge of high potential and predetermined polarity to said highly insulating layer by means of corona discharge, and applying an electrostatic charge of opposite polarity to that of said charge of predetermined polarity to the surface of said photosensitive member while a light image is projected onto said photosensitive layer to thereby form an electrostatic latent image corresponding to said light image on the photosensitive layer on the surface of said photosensitive member.
The invention is described below in conjunction with the accompanying drawing in which:
Fig. 1 is a perspective view, partially in section, of a photosensitive element;
fig. 2 is a side view of an electrophotographic apparatus at the time of exposure to light;
figs. 3 and 4 represent equivalent circuits of the photosensitive element;
fig. 5 shows the electrostatic charge characteristic of the photosensitive element;
fig. 6 is a perspective view with parts in section of a variant of the photosensitive element;
fig. 7 is a side view of a variant of an electrophotographic apparatus at the time of exposure to light;
figs. 8 and 9 respectively represent an equivalent circuit and an electric current characteristic curve in the case where a corona discharge electrode is used;
;
fig. 10 represents a variant of the equivalent circuit of FIG. 8;
fig. 1 1 is a side view of a test device for measuring the characteristic of the corona discharge electrode;
figs. 12a, 12b and 12c illustrate three different types of corona discharge electrodes which can be used in the method according to the present invention;
fig. 13 shows an electrostatic charge characteristic of the surface of a photosensitive element when using corona discharge;
fig. 14 is a side view of an electrographic device capable of being used for continuous operation;
;
fig. 15 shows a photoelectric current pattern responsive to the projection of light from photoconductors having a number of sensor levels, and
fig. 16 represents potential curves intended to explain a variant of the method according to the present invention.
The photosensitive element shown as an exemplary embodiment of the present invention in FIG. 1 comprises a thin highly insulating layer 1, a photosensitive layer or film 2, and an electrode 3, these three layers being bonded together in a thin and flexible element. The thin highly insulating layer 1 can be made of synthetic resin of the polyesters, vinyl, tetrafluoroethylene, acrylic, or polycarbonates series or else any other highly insulating material transparent to light rays. However, if the electrode 3 is already made of transparent material, the layer 1 need not necessarily be made of transparent material.
The photosensitive layer 2 is formed into a thin layer by dispersing finely sprayed fluorescent or photoconductive crystals in a solution or polymer of a highly insulating and transparent binder such as vinyl acetate, a polyester, epoxy, cellulose acetate. , nitrocellulose, etc., forming this suspension into a film, and drying said film. In general, it is advantageous to apply said suspension in a layer of uniform thickness on the highly insulating layer 1. The finely pulverized photosensitive crystals preferably used can be powders of ZnS, ZnO, ZnCdS, CdSe, PbO or d. other inorganic substances. Alternatively, anthracene, anthraquinone or other organic substances can be used.
The binder must be used in sufficiently high proportions compared to conventional photoconductive thin films made of photoconductive crystals finely sprayed with a binder, in order to prevent the passage of electrons through the photosensitive layer when a current is applied simultaneously to light to the photosensitive element. Indeed, in a conventional photosensitive element composed of fine crystals of photoconductive material, to produce a latent electrostatic image, the charge applied to the surface of the photosensitive element must be drained through the photoconductive layer so that the amount of binder, which is generally an electrical insulator, should not be large enough to prevent or weaken desired effect.
On the contrary, in the method according to the invention, the photoconductivity of the photosensitive element is not used but instead the persistent internal polarization is used to form the latent image. In order to fully utilize the persistent internal polarization, crystals of fluorescent or photoconductive material must be isolated from each other on their adjacent surfaces by providing strong resistant layers or current blocking layers which serve to prevent the migration of free electrons. .
By using the binder in such a high proportion, it is, of course, possible to use a vapor deposited metal or a metal foil as an electrode. Furthermore, a material such as a sheet of paper can be used as long as it has a significantly lower strength than the highly insulating layer 1 and the photosensitive layer 2.
In short, the first phase of the method according to the invention consists in applying a direct current having a predetermined polarity capable of applying to the thin highly insulating layer of the aforementioned photosensitive element a potential of the same polarity as the carrier of minority. At the same time, if desired, light can be projected uniformly over the entire surface of the photosensitive layer during this first phase. In the second phase which follows, a light image is projected onto the photosensitive layer while a voltage of reverse polarity to the first is applied to this layer. When these two phases are completed, a latent electrostatic image forms on the surface of the photosensitive element, an image corresponding to said light image.
Once this latent image is formed, it will take a long time to fade and no weakening of this image will be observed, even if it is exposed to natural light in an ordinary room or even to sunlight. .
Fig. 2 shows an example of an apparatus used to apply a current through the photosensitive element at the same time that light is projected onto it; in this figure, the reference numeral 4 denotes a transparent electrode made of Nesa glass or other transparent material similar to a sheet of glass, coated with a thin layer of metal by vapor deposition; the number 5 designates a direct current source, the polarity of which can be reversed at will. Since the photosensitive element has sufficient flexibility, it can be pressed against the transparent electrode 4 by any suitable means.
With the device described above, light can be projected onto the photosensitive member 2 from the side of the transparent electrode 4, and a voltage can be applied to the electrodes 3 and 4.
The following description explains the phenomenon that occurs under these conditions. It is assumed that a phosphorescent substance (ZnCd) S: Ag in a finely pulverized crystalline state is used in the photosensitive thin film, because of its easily understood behavior. The substance (ZnCd) S: Ag suddenly loses its photoconductivity when its ZnS content exceeds 20 / o, this tendency is particularly evident when Ag is used as an activator.
This phenomenon can be considered to be caused by the presence of a large number of extremely deep sensor levels in the ZnS: Ag. The density of the impurity level is particularly high near the surface of the ZnS: Ag due to the diffusion of the activator from the surface of the crystals to which is added the effect of shortening the average lifetime of the electrons excited by the light, an effect due to the high density of the sensor levels. This tends to suppress the flow of the photoconductive current and therefore to decrease the change in resistance.
On the other hand, in the case where crystals of (ZnCd) S: Ag containing 40 0 / o of ZnS are bonded together by means of a strongly insulating binder to form a thin layer 2 having a thickness of several tens of microns , no change in resistance is observed under illumination of several hundred lux. However, an extremely strong persistent internal polarization is observed in the photosensitive layer.
The term persistent internal polarization) y used here denotes the following phenomenon: when an illumination occurs concurrently with the application of a direct current voltage, the electrons which are excited by the light are projected through the photosensitive crystals sprayed under the influence of the applied voltage and are then retained in sensor levels so deep that they can no longer escape, thus creating an internal electric field of opposite polarity to that of the external electric field, and this internal electric field is retained for a long period of time in dark space after the external electric field has ceased to exist, this retention being due to these deep sensor levels.
Therefore, it is natural that persistent internal polarization is established in phosphorescent crystals during the first and second phases described above.
It should be noted in particular that in the type of persistent internal polarization well known in electrophotography, the electric field itself formed by the captured charge is used for the latent image, while in the method according to the invention , a surface charge which is formed on the highly insulating layer is used as a latent image, so that there is a great difference in the conditions required for the persistence of internal charges, as will be explained later.
Since the internal polarization formed by the captured electrons has the same polarity as that of the dielectric polarization of dielectric materials, the layer in which the persistent internal polarization has been established exhibits an apparent increase in dielectric constant. Further, if the persistent internal polarization could be created in the opposite direction to that of the dielectric polarization by any suitable means, a decrease in the dielectric constant would result. Therefore, since the photosensitive layer 2 has a characteristic allowing it to change its dielectric constant without changing its resistance, this is equivalent to a change in its capacitance.
In this way, the photosensitive layer can be represented by an equivalent circuit consisting of a single capacitor C1 of the highly insulating layer and a capacitor C2 connected in series which varies according to the illumination of the light, as shown in fig. 3.
Another consideration regarding capacity variations is as follows:
US Patent No. 3121006 discloses an electrography process in which fine pulverized crystals endowed with photoconductivity are bonded by means of a strong insulating binder to form a thin photoconductive or photosensitive layer used in xerography, the surface of this thin photoconductive jug is uniformly charged with static electricity in the dark, and a light image is then projected onto the photoconductive layer to cause rapid weakening of the surface charge on the bright parts of the light image and thereby form a latent image due to the change local involved in the surface charge corresponding to the light image.
In this method, the weakening rate of the surface charge in the dark is chosen so as to meet the xerography requirements by choosing the weakening factor D of the photosensitive layer in the dark so as to have a valve greater than 3. The attenuation factor can be expressed as the inverse of the product of the resistance R and the capacitance C of the photosensitive layer, so that a high value of the attenuation factor means that the charge of surface weakens rapidly while a low value of the attenuation factor means that the attenuation of the load on the surface is slow.
All the photosensitive layers normally used in the process called xerography decrease their resistance but do not significantly change their capacity when irradiated by light rays. It follows that the surface potential can be generally and approximately represented by the following equation:
V = VO. e - RC
RC in which VO represents the initial surface potential. Since the decay characteristic is determined only by the time constant RC, the inverse of the time constant, i.e. l / RC which represents the decay rate is also suitable for representing the characteristic of the photosensitive layer in xerography.
In a photosensitive layer formed by bonding together fine pulverized crystals exhibiting the phenomenon of persistent internal polarization, the resistance on the contiguous surfaces of the crystals is generally very high, and the resistance value does not decrease even when illuminated by the light. It follows that when fine pulverized crystals are bonded together by a strong insulating binder to form a thin film, the flow of free electrons flowing through the crystals in response to the excitation produced by light
will be stopped due to the high resistance layer existing on the contiguous surfaces of the finely divided crystals,
and the phenomenon of strongly persistent internal polarization occurs only under the condition that such current blocking layers which serve to stop the flow of free electrons are formed. When persistent internal polarization occurs, there is usually no change in resistance. Therefore, with a photosensitive layer having current blocking layers such as those mentioned above, the variation in resistance is small under a direct current field, even under illumination by light. In addition, a poor distribution of electric charge caused by the existence of a persistent internal polarization determines a change in capacitance.
Since this change in capacitance is caused by the presence of an isolated charge which is poorly distributed in the same direction as the dielectric polarization, it has the same effect as if the dielectric constant of the photosensitive layer increased, and thus exhibits a increased capacity.
Summarizing the above, unlike in the xerography process, in which the time constant of the photosensitive layer decreases with irradiation with light, the time constant here increases as the capacitance increases while that the resistance does not vary appreciably under irradiation with light. It follows that for the photosensitive layers used in xerography the ratio between the attenuation factors Dd and Dl in the dark and under illumination by light becomes Dd <D1, while with photosensitive layers exhibiting a strong internal polarization. persistent, the relationship is the opposite, namely: Dd> D1.
The highly insulating layer and the photosensitive layer have a slight conductivity which is represented by resistors R1 and R? in fig. 3. However, as the resistivity of these two layers is very high, they can be considered in the following manner in relation to the magnitudes of the capacitors C1 and Q. More particularly, in order to make it possible to obtain a satisfactory electrography, it is desirable to form the insulating surface thin layer so that it has a thickness of several microns up to a maximum of 20 microns, so that the capacitance margin is from 1 X 10-10 farads to 2 X 10-9 farads per square centimeter.
On the other hand, since the thickness of the photosensitive layer 2 is within the limits of ten to one hundred microns due to various limitations imposed by the practice. the capacity of the photosensitive layer will be
1 X 10-t farads to 1 X 10-9 farads per square centimeter.
On the other hand, since the resistivity of the insulating thin film 1 is between the limits of 1 X 1012 to
1 X 1015 ohms and the photosensitive layer 2 has a resistivity of about 1 X 1014 ohms, the time constant
RC for each layer is as follows:
Highly insulating layer: RtCt = more than 100 seconds.
Photosensitive layer: R2Q = more than 10,000 seconds.
As the total time required for the electrographic process is less than 1 second, the resistors Rt and R2 can be neglected and the equivalent circuit shown in fig. 3 can be simplified and become that of FIG. 4. Assuming that a current of + V, volts is applied in the dark to the circuit of fig. 4, the electric charge Q, flows instantly in the capacitors C1 and C2 according to the following equation:
:
V, = Q1 / Ct + Q / C2 (1)
If we then illuminate the photosensitive layer 2 which includes the capacitance Q 'the electrons excited by the light in the conduction band will migrate towards the positive electrode according to the voltage V2 through Q, and these electrons in the conduction band will fall directly into the valence electron band to recombine and become extinct or will disappear by falling into recombination centers,
or else they will form a polarization field by being retained in the sensor levels after having migrated forward towards the positive electrode according to the voltage applied by the stimulation of the light since a voltage
Qt = V2 (2)
Q is not applied to the photosensitive layer 2. When the light projection is continued, the electrons which have been captured in the sensor level will be excited again and migrate towards the positive electrode thus forming a gradually increasing polarization field. in finely divided phosphorescent crystals. The polarization within each of the finely divided crystals is the same as if the photosensitive layer were fully polarized.
This condition corresponds to a photosensitive layer in which the persistent internal polarization field is formed such that charges of -Qp and
+ Qp are accumulated on both sides of the photosensitive layer 2. The amount of these charges can be calculated as will be described below.
If it is assumed that the photosensitive element is capacitive in nature and that a charge Q 'enters the capacitor Q following the change in capacitance in the photosensitive layer 2, Equation (3) below will represent the ratio between the quantities following:
Voltage applied externally to the entire photosensitive element: V
Voltage induced internally in the whole of the photosensitive element: VI,
Dielectric constant of the insulating layer 1: Et
Distance from electrode to insulating layer 1:
Surface of insulating layer 1:
Air gap between the electrode and the photosensitive layer: d,
Dielectric constant of photosensitive layer 2 e2
Photosensitive layer area 2: S.
V = Qt = Q d + Q 'Qi + Q'Qp d = Q1 + Q' + Qî + Q'Qp
S1 # 1 S2 # 2 C1 C2 (3)
Equation (3) above can be modified to give the following equation:
Qi Q1 C2 + - Q'Qp
(4)
C1 C2 C1 C2
The charge Q which is determined by the amount of persistent internal bias Qp is distributed between the capacitors C, and Q. Therefore, the voltage across the capacitor C, increases by Q '/ C, and the voltage across the other capacity Q decreases by Q '/ C ,. The persistent internal polarization gradually increases as long as there is both an internal electric field sufficient to cause the migration of excited electrons and the empty sensor level.
But there is a limitation to this increase in persistent internal bias when the externally applied voltage V1 reaches a certain maximum value. By replacing equation (2) in equation (4), the magnitude of the persistent internal polarization Qp can be calculated as follows:
Qp = (C1 + C). Q1 / Q2 (5)
As the condition determined by this equation indicates that the voltage across capacitance Q becomes zero, and all the applied voltage passes through capacitance C1, no further increase in internal polarization persisting in the photosensitive layer is possible.
Therefore, this equation represents the theoretical maximum increase in voltage across the insulating layer when the persistent internal polarization is established in the photosensitive layer.
However, when the persistent internal polarization is established under illumination by light, the electrons which have been captured in the sensor level have a tendency to be released by the excitation of the light. The electrons captured therefore decrease the intensity of the internal electric field. As the increase in persistent internal polarization ceases when the number of migrating electrons decreases to a point at which the number of migrating electrons equals the number of electrons released by the sensor levels, the increase in the amount of internal polarization persistent Qp also ceases in an equilibrium condition in which there is still a weak internal electric field in the capacitance Q, without reaching the maximum quantity defined by equation (5).
The above description relates to the phenomenon which occurs during the first phase of the process. The phenomenon which occurs during the second phase of the process will be considered hereinafter. When a voltage is continuously applied during the first and second phase of the process, the release of the captured electrons is very limited as long as the photosensitive element is kept in the dark.
However, if the photosensitive element remains in the dark for a long time without voltage application after the first phase of the process, some release of captured electrons is inevitable. Therefore, it is not advantageous to wait to start the second phase very long after the end of the first phase. As this phenomenon is thermal and depends on the depth of the level at which the electrons are captured, the weakening of phosphorescent materials such as (ZnCd) S: Ag is relatively small.
When a voltage of opposite polarity is applied to the element in the second phase, the release of the captured electrons is done in a different way, that is, this phenomenon is analogous to that referred to by the term electroluminescence. This effect is dependent on how the voltage is applied, for example, whether the applied voltage simultaneously reaches a high voltage or only gradually reaches this voltage. As mentioned above, although the captured electrons are released for two different reasons, various experiments have proven that a sufficient number of captured electrons exist immediately after the application of a voltage of opposite polarity in the second phase of the process.
Assuming that the retained charge Qp formed during the first phase is reduced to Q'p for the above-mentioned reasons by the application of a reverse voltage, and also that the surface charge decreases by Q "following the release of the charges retained Qp to Q'p, the following equation (6) is valid for a new voltage of reverse polarity -V2.
Q1 + Q'-Q "Qi + a, '(6)
Cl c2
This equation can be written as follows: oi-Q1 Q, + Q'-Q Q "QN8Q
C1 C2 C1 C2
(7) where #Qp represents the difference between Qp and Q0.
By substituting equation (7) above in equation (3) we obtain:
Q "Q" - # Q1 (8)
',, 2 + V, (8)
C1 Q
If the persistent internal polarization is not released for the reasons given above, and if Q0 therefore becomes zero, then equation (8) can be written as follows:
C1 C2
Q "cc (V + V,)
C, + Q
Thus the voltage variation across the capacitor Cl is:
-Q ¯¯¯¯¯¯¯ (V2 + V,) (9)
- C, C1 + C2
When b Qp is not zero, the voltage variation increases.
When Qp is equal to zero, and if the persistent internal polarization has been established so as to reach perfect saturation during the first phase. the electrical potential across the highly insulating thin film can be expressed as Vc, = V1- 2 + V,) + V1) 1 (C, V1-QV2) (10)
C1 + C2 C1 + C2
As described above, it is possible to give Vct a value greater than zero by suitably choosing the voltages V, and V2 and the ratio of the capacitors C, and C2. This means that it is possible to control the charging potential of the capacitor C1 of the highly insulating thin film 1 in the state of positive polarity, even if a voltage applied to the photosensitive member is of negative polarity.
To further facilitate the control described above, the capacitance C, of the highly insulating thin film 1 can be chosen greater than the capacitance Q of the photosensitive layer 2 or the voltage V2 can be chosen so that it is not significantly higher than V2. On the other hand, if a voltage -Vg is applied to the photosensitive element in the dark without having completed said first phase of the process, the voltage difference
C2
--------- V2
C2 + C2 through the capacitor C, will become the following:
:
C2 1 C1V1
C2 V + 1 C V V CtvlCuti
C, + Q C, + Q
(11)
As mentioned above, the condition calculated by equations (6) to (11) indicates the condition at a time immediately following the application of a voltage in the second phase. However, when the photosensitive element is left in the dark, it can be assumed that this condition remains unchanged for at least a certain period. On the other hand, on the parts of the photosensitive element onto which bright parts of the light image are projected, the retained electrons are quickly released by the light excitation, thus allowing the electrons to migrate. Thus, a new persistent internal polarization <Qp is newly established according to the following equation, which is similar to equation (5).
-Q -Q -Q + Q
C, C2 C,
Therefore, it is clear that a new persistent polarization is established and the voltage applied from the outside is fully concentrated by the capacitance C, which represents the highly insulating thin film. The difference in charge potentials on the parts of the photosensitive member corresponding to the dark and bright parts of the projected image differs depending on whether the first phase of the process has been completed or not. This amounts to saying that, in the case where the first phase of the process is not executed, this potential difference is:
VS,
c + c, while in the case where this first phase of the process is accomplished, the potential difference increases up to
VS,
C, + Q.
C1 + C2
Therefore, the increase in the potential difference is represented by:
C1 C1 + C2 (V1 + V2) (12)
It can easily be understood from this equation that the difference in charge potentials can be made larger by giving the capacitor C a larger value than the capacitor Q.
The above description relates to the case in which the ideal persistent internal polarization is established, but it is obvious that such an ideal capture of electrons cannot really be obtained. However, this powerful action of controlling the persistent internal polarization is a very effective feature for the use of the phenomenon in electrography. The following examples describe the new method of electrophotography which uses persistent internal polarization.
Example I
As shown in fig. 1, finely pulverized phosphorescent crystals having an average particle size of 5 microns and containing 40 o of ZnS, 60 oxo of CdS, an activator consisting of Ag and a binder containing in an amount of 20 o / o by weight of said finely pulverized crystals , nitrocellulose dissolved beforehand in a suitable quantity of amyl acetate, are mixed together so that said pulverized phosphorescent crystals are perfectly dispersed.
The mixture is then applied to a thin highly insulating layer composed of a synthetic resin film of the polyester series and having a thickness of 12 microns, and the film thus coated is gradually dried to produce a photosensitive layer of 50 microns of. thickness which is then dried thoroughly.
After that, a thin aluminum layer serving as an electrode is bonded to this photosensitive layer using an electrically conductive substance as a binder, and thus the photosensitive element is completed.
The specific resistance of the photosensitive layer of this photosensitive element is 10t7 ohms / cm. As for the photosensitive layer itself, an experiment was carried out to determine its photoconductive characteristic: for this purpose, electrodes were applied to both sides of the photosensitive layer, and light with an intensity of 500 lux was applied to both sides of the photosensitive layer. was thrown through one of the electrodes: no variation in resistance could be detected.
As shown in fig. 2, the above photosensitive element was suitably pressed against a transparent electrode 4. Then, in a first phase, a direct current of + 1000 volts was applied through the photosensitive element in such a way that the electrode. transparent acquires a positive polarity, and a uniform illumination of 150 lux was projected over the entire surface of the photosensitive layer 2 while said current was applied. A second later, the current and light applications were stopped simultaneously.
In the second phase, while applying a direct current of - 1000 volts (opposite sign to that used in the first phase), a luminous image having a brightness of 150 lux in its shining parts was projected onto the photosensitive layer. , and, a further second later, the application of current and the projection of the image were simultaneously interrupted. Immediately after the end of this second phase, the transparent electrode 4 was separated and its voltage was measured in the natural light of the room. As a result, a voltage of -870 volts was observed in the parts of the strongly insulating thin film 1 corresponding to the bright part of the image, and a voltage of +20 volts in the parts corresponding to the dark parts.
When the second phase of the process was carried out without the first phase, the potential of the parts corresponding to the bright parts of the image had substantially the same value as before, but the potential of the parts corresponding to the dark parts of the image was amounted to -400 volts; thus, the potential difference between the bright parts and the dark parts was halved compared to that of the case where the first phase of the process was first carried out.
The results of the continuous measurement of the voltage applied to the highly insulating layer by the same method as described above are shown in FIG. 5.
In this figure 5, aL denotes the potential of the surface charge in the first phase of the process and bD and bL denote the charge potentials in the parts corresponding to the bright parts and to the dark parts of the image projected in the second phase of the process. process. D and L represent the results of a case in which the second phase was performed without a prior first phase.
When finely pulverized phosphorescent crystals are used as the photosensitive material according to Example 1 above, the effect of the strong insulating binder is not always very apparent due to the very high limiting resistance of the crystals. Therefore, a change in the mixing ratio between the binder and the finely pulverized photosensitive crystals does not determine a substantial change in the characteristic of the element.
However, in the case where the photosensitive material used is photoconductive, the insulation characteristics and the mixing ratio of the binder become very important factors. When the well-known substance CdS: Cu is used as the photoconductive material, there is an intimate relationship between the sensor level and the strong photoconductivity of this material. The sensor levels which contribute to photoconductivity can form the persistent internal polarization as in the case of phosphorescent material under particular conditions. For this purpose it is necessary to provide a high resistance layer known as a blocking layer on the crystalline surface.
If there is a high resistance layer, electrons will no longer be able to flow outside the crystals, so the density of electrons near the crystal boundary will increase, causing non-distribution. uniformity of the electrons captured to create the phenomenon of persistent internal polarization.
The persistence of the internal polarization created is caused mainly by the sensor level and is not very high when compared with that of a material having a wider band of inhibition such as ZnS.
However, it is possible to form a sufficiently strong latent image by using the captured electrons in the same way as in the case of the finely pulverized phosphorescent crystals mentioned above. In actual practice, the same result was obtained by composing a photosensitive element using CdS: Cu or CdS: Ag and proceeding in the same way as in Example 1 above except for the fact that eliminated the projection of light in the first phase of the process.
The reason for suppressing the projection of light in the first phase of the process and applying only a voltage in the dark to the photosensitive element composed of CdS is that a material such as CdS has sensor levels. relatively dense superficial layers which coexist with deep sensor levels and that, due to such a distribution of sensor levels, the initiation of the electric current in response to the projection of light is slow, but the density of the electric current is extremely high. For this same reason, the deactivation of the electric current after the interruption of the projection of light is also very slow. This means that the electrons which participate in conduction can exist in the sensor level for a very long period of time.
Therefore, without excitation by an additional projection of light, electrons excited by a previous projection of light can fill the sensor levels near the boundary surface and maintain the internal electric field and the external electric field caused by the applied voltage in a state balance. In other words, it is possible to concentrate all the voltage applied to the capacitor C1 of the highly insulating layer in the same way as in the case of finely pulverized phosphorescent crystals.
Further, in the case where finely pulverized photoconductive crystals are used as described above, there is a distinct advantage which is different from that obtained by employing finely pulverized phosphorescent crystals, namely: in In the case of a photoconductive material such as CdS: Cu having different depths of sensor levels, the electrons remain in the surface sensor level after the light excitation has ceased, and because these electrons easily become photoconductive electrons in the band conduction by thermal stimulation, the electric current does not decrease drastically unless all the electrons retained in the superficial sensor levels fall into the deep sensor levels or fall within the valence electron band.
If we carry out the second phase of the process after
With strong light stimulation in the previous phase, the internal polarization field in the parts corresponding to the dark parts of the image will increase to the same value as the external electrostatic field, where maximum retention occurs.
Thus the same high voltage as that of the shiny parts will be applied to the capacitance IC of the highly insulating thin film and it will follow that the signal-to-noise ratio of the latent image is severely impaired to such an extent that in some cases , there is no difference between the bright parts and the dark parts. However, if only a voltage is applied in the first phase to finely pulverized photoconductive crystals which have been suitably excited during the preceding phase, the electrons contributing to the conductivity quickly migrate to the crystal surface in accordance with the polarity of the crystal. applied voltage. As a result, the number of electrons in this limited area increases rapidly.
giving rise to a rapid increase in the number of electrons which are captured in a sensor level or which are recombined in the valence electron band in this surface, thus causing a rapid decrease in the number of electrons in the conduction band. Therefore, if one begins the second phase at this time, the number of electrons which emigrate in accordance with the polarity of the electric field newly generated by an external voltage applied in the second phase will drastically decrease so that one will have available a control function as effective as that observed in a material such as (ZnCd) S: Ag.
As described above, when using so-called photoconductive materials, the high insulation characteristic of the binder is a very important factor. Therefore, the characteristics of the binder material and the ratio of its mixture with the pulverized photoconductive crystals must be chosen with extreme care. Therefore, with regard to the binder capable of forming the photosensitive layer 2, it is desirable to employ a material generally having a specific resistance greater than 1014 ohms / cm. In addition, the proportion of binder must be determined according to the voltage applied to the photosensitive layer 2.
The layer of finely pulverized photoconductive crystals bonded together by a highly insulating binder exhibits a remarkable nonlinear resistance characteristic with respect to the applied voltage. However, when the photosensitive thin film is prepared by sintering the same finely pulverized photoconductive crystals, the photoelectric current varies in direct proportion to the intensity of the projected light.
The ratio between the photoelectric current and the applied voltage is also linear. In contrast, in a layer composed of the same finely pulverized photoconductive crystals bound by an insulating binder, its photoelectric current varies nonlinearly with respect to the intensity of the light and with respect to the applied voltage. Further, the initiation of the photoelectric current is slow when applying a relatively low voltage or weak light.
This is probably due to a non-linear resistance characteristic of the insulating layers at the contiguous surfaces of the sputtered photoconductive crystals and the non-linearity of the current flowing through the insulating layers between the sputtered photoconductive crystals, the magnitude of said current being determined by the intensity. the internal polarization established in the crystals, the intensity of the electric field in these insulating layers, and the so-called tunnel effect.
When a change in capacitance of the photosensitive layer caused by the persistent internal polarization is used for image formation, it is essential to increase the probability of retaining electrons at the boundary of the sputtered photoconductive crystals. For this purpose, a migration of electrons between the pulverized photoconductive crystals is not desirable. In the new process according to the present invention, care must therefore be taken to pass a minimum number of electrons through the layer of insulating binder. by means of the tunneling effect, considering whether or not the photosensitive layer exhibits a persistent internal polarization under the effect of an externally applied voltage which is distributed by the photosensitive layer according to the above equations (1) and ( 6).
In the case where a large voltage is applied without taking into account the above consideration, which allows electrons to flow freely between the sputtered photoconductive crystals due to tunneling or other phenomenon, the direction of the electron flow is probably unidirectional due to the asymmetry of the photosensitive element and the carrier polarity of the majority of the photoconductive material.
In the photosensitive element which is used repeatedly, the hysteresis caused by the previous image formation seriously disturbs the image formation in the subsequent cycle. If the resistance of the photosensitive layer is low enough to allow electrons to flow easily through the photosensitive layer, the condition does not differ from the case where there is no blocking layer, so that There is no possibility to create an electric field polarized by electrons captured in the photosensitive layer, and this layer is only a photoconductive layer whose resistance can vary by the projection of light.
Therefore, under these conditions, the function does not exist, but a latent image is formed by the difference in the charge of the capacitor C, of the highly insulating layer using the difference in the time constant caused by the difference in resistance of bright parts and dark parts of the photoconductive layer. Obviously, this method is practical, but there are some difficulties such as an increase in the resistance in the dark, the production of the photosensitive layer, the choice of the photoconductive material, etc. In addition, the hourly rate of each phase of the image forming process must be strictly controlled.
Further, as to the structure of the photosensitive member, a satisfactory result cannot be obtained unless the capacity CL of the strong insulating layer is much larger than the capacity Q of the photosensitive layer, because the Electric potential is distributed or distributed according to the capacitances of the respective layers when a direct current is applied, as indicated by equation (1). This is true for all electrography systems which use a photosensitive element coated with a highly insulating layer.
However, in order to make the capacitance C much smaller than the capacitance G, a satisfactory result cannot be obtained unless the photosensitive layer is provided much thicker than the limit for practical light absorption or unless the highly insulating layer is provided extremely thin.
It is therefore very difficult to improve both the mechanical characteristic and the image forming characteristic of the photosensitive member in the case where the same is used repeatedly.
By contrast, in the new method according to the present invention which uses the special function caused by the non-uniform distribution of electrons in the finely divided photosensitive crystals instead of using the variation in resistance of the photosensitive layer, it is possible to maintain the Extremely high resistance of the photosensitive layer in the dark, even if the thickness of the photosensitive layer is reduced.
On the other hand, even if the thickness of the photosensitive layer is increased and the light intensity is low, there is a noticeable change in the persistent internal polarization due to the cumulative effect of the persistent internal polarization on it. itself, so that there is a fairly strong change in the capacitance inside the photosensitive layer. As a result, a perfect image forming function is available with a slightly longer time.
Example 2
A photosensitive element was prepared by the same
This was as in Example I except that finely pulverized crystals of CdS were used which had been activated by Ag and had an average particle size of 4 microns. The photosensitive layer of this element exhibited very little photoconductivity under a 10 lux light projection.
The first and second phases of the process were carried out on this photosensitive element using the same apparatus as in Example 1. The direct current which was applied in the first as in the second phase was 1000 volts. In the first phase, the uniform illumination by light was suppressed, but the persistent internal polarization was established by using the residual photoconductivity arising from a prior action (hysteresis) of the natural light of the room and which remained in the photoconductive element.
Direct current was applied only for 0.1 second with such polarity that the highly insulating thin film of the photosensitive element assumed a positive polarity. Subsequently, in a second phase, the polarity of the direct current applied in the first phase was reversed together with the projection for 0.1 second of a luminous image with an intensity of 10 lux on the bright parts through the transparent electrode. Immediately thereafter, the projection of the light image and the application of current were simultaneously interrupted, after which the transparent electrode was withdrawn.
As a result of these operations, a potential of -920 volts was observed in the parts of the highly insulating thin film corresponding to the bright parts of the light image and a potential of -120 volts in the parts corresponding to the dark parts of the. picture. When an image was formed by the second phase only without using the first phase of the process, the potential observed in the parts corresponding to the shiny parts of the image was about the same as above, that is, say -920 volts, but the potential observed in the parts corresponding to the dark parts of the projected light image was -460 volts.
From the description of Example 2 above it is clear that the release of the captured electrons can be considered to be caused by the switching of the polarity of the applied current or by some other thermal cause. Although the image forming ability is not so good in this example as in the case of (ZnCd) S: Ag, it was however possible to obtain a relatively strong latent electrostatic image. It has been found that this latent image can persist without weakening for a very long time when exposed to natural room light, and that by using finely divided electrically charged powder which is generally used as a developer in electrography, it is possible to obtain an extraordinarily clear and intense visible image.
Further, the developed image can be transferred to copy paper by any suitable method. The image forming cycle can be immediately restarted after the surface of the photosensitive member has been cleaned.
In order to prevent the passage of current between the photosensitive thin film and the electrode, a strongly insulating thin film can be interposed between the electrode and the photosensitive layer, thus improving the asymmetric structure of the photosensitive element as well as its ability to resist. form the image, as will be described in Example 3 which follows.
Example 3
As shown in fig. 6 and as in the case of the photosensitive elements described in Examples 1 and 2, after the formation of the photosensitive layer 2 on the highly insulating layer 1, a vinyl acetate emulsion was applied to the opposite side of the layer. photosensitive, thereby forming another highly insulating layer 1a to 2 microns thick
very that the emulsion has been completely dried. An electrode 3 was then bonded to this new insulating momentum layer 1a.
Using the photosensitive member, an image forming process was carried out under the same conditions as in Examples 1 and 2 respectively, and the following results were obtained. Although the electrostatic charge on the parts corresponding to the bright parts of the light image was approximately equal to that of Examples 1 and 2, in the case where the same procedure was employed as in Example 1 but using the photosensitive element shown in FIG. 6, a charge potential of -60 volts was observed on the parts corresponding to the dark parts of the light image. This means that the contrast of the latent image obtained with this element had decreased slightly compared to that of the image obtained in Example 1.
In the case where one proceeded in the same way using a photosensitive element constructed according to FIG. 6, a charge potential of -20 volts was observed on the parts corresponding to the dark parts of the light image, so that the contrast of the latent image had increased compared to that of the latent image obtained in the Example 2. Further, a photosensitive member having the construction shown in FIG. 6 can give satisfactory results even if a stronger external current is applied. So, for example, if a photosensitive element such as that described in Example 2 is used, and the applied external current exceeds 1500 volts, the image formation loses its high fidelity because it occurs partial failure and contamination of the image.
However, with an element constructed as shown in fig. 6, it is possible to increase the external current up to 2000 volts without losing the fidelity of the image formed.
As has already been pointed out with regard to Example 3, the transfer of charges between the photosensitive layer and the electrode in the photosensitive element greatly alters the fidelity of the formation of the image.
The highly insulating thin film 1a should be considered to act so as to prevent interference caused by an unpolarized local electric field created by the injection of an excess charge into the photosensitive layer by the electrode, regardless of the response to the projection of the bright image, and the gradual build-up of electric charge of a single polarity which is produced by the repeated image forming operation due to the rectifying function effect which is inherent in contact at the boundary between two different materials such as the photosensitive material and the electrode.
Considering the function of the highly insulating layer 1a from the standpoint of attenuation factor, in a photosensitive layer composed of finely pulverized crystals having relatively low interfacial resistance, charge carriers flow through the layer. photosensitive layer when the resistance decreases due to irradiation by light rays, thereby producing an exchange of charge carriers between the photosensitive layer and the electrode.
In order to prevent this opposite effect from occurring, a thin, highly insulating layer having a sufficiently high resistance is inserted between the photosensitive layer and the electrode; a current blocking layer is thus available which functions to prevent the exchange of charge carriers between the photosensitive layer and the electrode and to establish a persistent internal polarization charge. The above-mentioned condition Dd D1 is thus maintained when the highly insulating thin layer on the front surface and the electrode on the rear surface are removed.
On the other hand, the results of experiments carried out in the same way as for Examples 1, 2 and 3 on finely divided photoconductive crystals of CdS: Cu show that, although some difficulties were noted in charge control, for example drawbacks thought to be due to a faster release of internal polarization than in the case of CdS: Ag, and more particularly to an increase in the charge potential in the parts corresponding to the dark parts of the image bright, it was still possible to obtain clear and distinct images.
Although finely divided photosensitive crystals are analogous in that there are a plurality of sensor levels within the crystals themselves, the same good results are obtained even though these sensor levels are located outside the crystals. It is possible to use, for example, an organic coloring agent as will be shown by the example which follows.
Example 4
A photosensitive element was prepared as follows: 1 / o (calculated on the weight of ZnO) of
Rose Bengal dissolved in ethyl alcohol were added to ZnO crystals having an average particle size of 0.2 micron and mixed with said crystals in a ball mill for 2 hours. After drying this mixture, 25 9 / o (based on the weight of ZnO) of cellulose acetate dissolved in butyl acetate was added to it and the mixture was then thoroughly kneaded in a ball mill for 2 hours. .
The compound thus prepared was then applied evenly to a 6 micron polyester synthetic resin film and dried to a thickness of 50 microns. After the coating layer was completely dried, an aluminum foil was bonded to this layer by means of an electrically conductive binder, thereby completing a photosensitive member.
Using this photosensitive element and the same apparatus as that described in Example 1, in a first phase of the process, a potential of + 600 volts was applied to the photosensitive layer for 0.3 seconds, such that the surface of the highly insulating layer is positively charged without irradiation of any light rays. In the next second phase, a potential of -600 volts was applied for 0.3 seconds also with projection of a bright image having a brightness of 100 lux in its bright parts. The resulting voltages were -540 volts in the parts corresponding to the bright parts of the projected image and -50 volts in the parts corresponding to the dark parts of said image.
The Rose Bengal which was used in Example 4 above can be replaced by any of a number of synthetic coloring agents such as Rhodamine, Auramine, Methylene Blue, and so on. after. Alternatively, other inorganic substances can be used. However, in order to increase the photosensitivity of finely divided crystals and to establish sensor levels on the outer side of the crystals, it is preferable to use Rose Bengal.
When a material such as CdS or CdSe is contained in ZnS, or when a special activation process is employed to concentrate deep sensor levels near the surface of finely divided crystals, the voltage difference between the parts corresponding to the shiny parts and dark parts of the projected image is large, because the voltage of the electric charge on the parts corresponding to dark parts of the image is limited to a low value. For the reason mentioned above, as in the case of ZnO, it is possible to use various kinds of coloring agents with good results which improve photosensitivity.
When the photosensitive layer of the photosensitive element used in Example 4 is irradiated for more than two seconds with visible light rays of an intensity of 100 lux, its resistance decreases to about one tenth of its original value, but when irradiated for only 0.3 seconds, its resistance decreases to only 9/10.
In the examples described above, if the electrode included in the photosensitive member and the outer transparent electrode are separated in the dark after the completion of the first phase and the second phase, the surface voltages of the Photo sensitive element, measured also in the dark will indicate the presence of either a low positive potential in the parts corresponding to the dark parts of the image and a high positive potential in the parts corresponding to the bright parts of the image , or a negative potential in the parts corresponding to the dark parts and a positive potential in the parts corresponding to the bright parts of the projected image.
When using (ZnCd) S: Ag, this difference in electric potentials is about the same magnitude as that of Example 1, so that clear and distinct images can be obtained. However, in the case of CdS: Ag, the potential difference is slightly smaller than that observed in Example 2. On the other hand, when using CdS: Cu, the observed potential difference is less than 1 / 3 of the value obtained by the same process as in Examples 1 and 2. However, in all cases, development by an electrically charged finely divided powder is still possible. However, if developers having the same polarity as those used in Examples 1 and 3 are used, inverted images will be obtained.
By assuming that in both cases said inverted latent image weakens rapidly under the action of light, it is clear that said inverted latent image is formed by electrons captured in the thin photosensitive layer.
When using CdS: Cu, the attenuation is more pronounced than with (ZnCd) S: Ag. Numerous experiments have shown that this phenomenon is caused by different rates of thermal release of electrons captured after formation of latent mating.
Experiments done on a photosensitive material such as CdS: Cu have shown that the release of the captured electric charge is relatively fast after application of a reverse potential, but the time constant is roughly one second. . Accordingly, when the formation of a surface electrostatic latent image is completed by applying a reverse voltage for about 0.1 second, the potential in the parts corresponding to the dark parts of the image can be fully controlled, and in the parts. corresponding to the bright parts of the projected light image, the latent images can be formed without any problem, since the release speed caused by the incident light rays is very large.
It is also possible to use other methods of applying voltage different from those described in the preceding examples, methods in which the ratio between the duration of light projection and the duration of application of the voltage can vary in different ways as described. below.
Considering in the first place the electric charge on the surface of the photosensitive element after the second phase of the process, the state of the photosensitive layer after the interruption of the application of direct voltage is stable only when the distribution of the charge inside the photosensitive element remains constant.
However, when the density of the electrons captured in the photosensitive layer changes after the interruption of the current application in the second phase, the current distribution of the series circuit including the capacitance C, of the surface insulating thin film and the C2 capacity of the photosensitive layer is changed.
Since this produces potential differences at the surface of the insulating layer which was at the same potential immediately after the application of current, the surface charges are leveled by the contact of the transparent electrode, and the latent image is lost. In fact, when using for photosensitive elements materials with rapid thermal release of captured electrons such as CdS:
Cu, it was observed that the attenuation of the latent image is dependent on the time interval between the interruption of the current application and the withdrawal of the electrode. It is clear that since the electrons captured in the shallow sensor levels are rapidly released thermally, prolonged contact with the transparent electrode after the second phase causes the disappearance of the latent image.
Therefore, it is important to prevent the exchange of charges between the transparent electrode and the photosensitive layer after the end of the second phase. There are two possible methods (a) and (b) to obtain this result.
(a) The transparent electrode can be separated from the photosensitive member after the completion of the second phase, but without interrupting the application of current; a highly insulating air gap is thus formed between them so as to prevent the surface charges from diffusing. By this method, the surface condition immediately after the separation of the transparent electrode can be maintained for a long time.
(b) A corona discharge system can be used, since this system does not require any contact with the photosensitive member, and therefore does not cause any diffusion of the surface charge.
As an example of the above-mentioned method (a), apart from the method of removing the transparent electrode during the application of the current, it is possible to use a rolling electrode type electrode 6 to apply the current. in the second phase, as shown schematically in fig. 7. Such a method which employs an electrode making physical contact with the photosensitive member can cause certain mechanical problems such as faulty contact between the electrode and the photosensitive member, as well as abrasion of the photosensitive member. Despite this, this method is advantageous when it comes to forming images at high speed.
In contrast, when using corona discharge as in method (b) above, the photosensitive element does not suffer any mechanical damage and the apparatus is simple since there is no electrode in direct contact. with the element. However, the total speed of image formation decreases due to the characteristics of the electrical circuit employed, and this will be easily understood by examining the equivalent circuit shown in fig. 8. In this figure, C, and Q are the capacitances of the highly insulating film and the photosensitive layer, respectively, Ca denotes the capacitance of the air gap of the corona discharge and R8 denotes the resistance of the discharge which is characteristic of the corona discharge. crown discharge.
Corona discharge begins when the voltage has reached a certain value and the discharge current then increases with voltage. This characteristic is shown in fig. 9 in which the discharge current is represented as a function of the voltage. As can be seen from the curve, the characteristic is generally linear except for a small non-linear portion near the threshold of the voltage at which discharge begins. The slope of the curve is determined by the resistance of the discharge, so it can also be represented by the resistance in ohms. The voltage which determines the current I flowing through resistor R3 is not directly related to the voltage applied to the corona discharge electrode.
The effective voltage (VO) which determines the discharge current is expressed as follows:
Ve = V3V4 equation in which Vs represents the high voltage actually applied, and V4 represents the voltage threshold at which the discharge begins. Therefore: Ve = I X R3.
The air gap between the corona discharge electrode and the surface of the photosensitive element is very large compared to the thickness of the highly insulating layer, and the dielectric constant of air is smaller than that of the respective layers of the photosensitive element. As a result, the capacitance C1 of the air gap is very small, so that in order to determine the division of the voltage in the circuit, it is enough only to consider the effect of the electric charge supplied through the resistor R8 to the capacitors C, and C ,. Consequently, neglecting the capacitance Ca and considering the simplified circuit shown in fig.
10, the electric charge
Q stored at the surface can be determined as follows
EMI11.1
As can be understood by examining Equation (13), the charge will be strong on the parts which correspond to the bright parts of the image, as described in Examples 1 to 4, since the existence of 'Latent internal polarization changes the apparent capacity of the photosensitive layer (see equations (1) to (12) of Example 2), and the charge will be small on the surfaces corresponding to the dark parts of the projected image.
As mentioned above, when using corona discharge, since the charging voltage is higher than when the electrode is brought into direct contact with the photosensitive member, it is very advantageous to improve the contrast. or the intensity of the latent image. However, there is a downside to this because the effective resistance R8 slows down the build-up of the charge potential.
The calculation shows that the load resistor R3 will not prevent the operation if the value of this resistor R is small enough that it can be neglected with respect to the impedance of the photosensitive layer when the latter is illuminated by the light. Further, there will be no problem if the time constant of a series circuit including the capacitance C, of the highly insulating layer and the discharge resistance R is much smaller than the time required to create the persistent internal bias. in the photosensitive layer when projecting the light image.
In the case of a strongly insulating layer having a dielectric constant of 3 and a thickness of 6 microns, the capacitance C1 of this insulating layer is about 440 pf / cm2. Therefore, if the discharge resistance R3 is 105 ohms, the time constant can be expressed as:
T = 4.4 X 1010 X 108 = 4.4 X 10-2 (sec.)
On the other hand, a crown electrode whose resistance is 108 ohms / cm2 is a quite inefficient discharge electrode.
The value of the discharge resistance R3 (corrected for 1 cm2) was measured by replacing the photosensitive layer with a perfect conductor as shown in fig. 11 in which the number 7 denotes a flat metal plate replacing the photosensitive layer, 8 denotes the grounded part of the crown electrode, 9 denotes a discharge electrode wire connected to a source of high voltage electric current whose the other pole is earthed, and 10 designates an ammeter connected to measure the effective discharge current.
The discharge resistance R8 varies with the distance from the electrode wire 9 to the photosensitive layer, but if this distance is extremely small in order to decrease the resistance R3, the discharge current to the grounded electrode 8 will decrease, thus causing a discharge. extremely inconsistent. It is easy to limit the discharge resistance
R3 up to 107 ohms. As a result, the corona discharge device can be used to apply the voltage without major inconvenience if the voltage application can be done in about 5 X 10-2 seconds.
When corona discharge is used with the photosensitive layer, the density of the charge captured from the persistent internal polarization caused by the projection of the light rays has a settling characteristic which can be roughly expressed by the following equation:
q = q oo (11at) (14) in which q co denotes the maximum amount of charge captured after an infinite time has elapsed, and is a constant which is determined by the density of free electrons, the density of the levels sensors, the probability of release of captured electrons, etc., in the photosensitive crystals sprayed.
Since the capacitance of a photosensitive layer varies according to equation (14) above, it will be readily understood that a latent image charge is obtained by a sufficiently large difference in surface potential in accordance with the brightness of the surface. the luminous image to be projected, even when the value of the corona discharge resistance exceeds the value mentioned above.
When using corona discharge, it is necessary to start corona discharge simultaneously with the projection of a light image so that a potential difference is created in the photosensitive member. Therefore, it is preferable to arrange the corona discharge electrode as shown in fig. 12. In fig. 12a, 12b and 12c, the numeral 8 denotes a discharge counter electrode, 9 denotes a discharge electrode composed of a thin wire, and 8a denotes a transparent discharge counter electrode. These electrodes are arranged so that a light image can be freely transmitted from above. Of course, the arrangement of the electrodes is not limited to that of these particular examples, and their composition, their arrangement and their number may vary appropriately.
In the case where a corona discharge electrode is used for the formation of the image, it should be noted a clear difference in the voltage distribution as shown in fig. 13. This is due to the ratio of the applied voltage to the capacitances as shown in equations (1) to (6). However, the general tendency for the variation of the charge potentials with time in fig. 13 is basically the same as that shown in fig. 5. The same reference signs are used in both figs. 5 and 13.
As described above, the photosensitive member used in this invention has certain limitations in the choice of photosensitive material, binding agent, high insulating film material, etc. These limitations are caused by the fact that the electrons captured in the sensor levels of the finely pulverized photosensitive crystals play the main role in the formation of an effective charge variation according to the intensity of the light image. The description which follows indicates the most appropriate limits between which one can choose the various elements that make up the photosensitive element:
Highly insulating layer:
This layer should have high capacity, high insulation characteristic, high mechanical strength and good transparency.
For this purpose, this layer is made of a film of material having a specific resistivity greater than 10 "cl and a thickness of 2 to 100 microns. In addition, when necessary, the layer should be transparent.
Photosensitive layer:
The photosensitive layer should have a relatively low capacitance compared to that of the highly insulating layer, and its charge variation should be limited to the sensor level located inside the finely pulverized photosensitive crystals. These requirements involve the condition that the photosensitive layer is composed of pulverized photoconductive or fluorescent crystals having an average particle size of 20 microns, and a transparent binder having a specific resistivity greater than 1010 ohms / cm.
The pulverized photoconductive or fluorescent crystals should be dispersed in the binder and formed into a layer with a thickness of 10-200 microns, so as to prevent the charge from leaking between the crystalline particles and thus maintain the internal polarization in the dark. persistent established in the second phase of the process for a sufficiently long time.
Finely divided photosensitive crystals:
Since the imaging operation according to the present invention depends on the sensor levels, this material must have a sufficiently deep sensor level to retain the electrons which have been captured during the period of current application in the second phase. in crystals, preferably near the surface of the latter. If a material is composed so as to have many sensor levels by adding other elements which tend to locate these sensor levels near the surface of the crystals, such material can also be used for the process according to the present invention.
Electrode incorporated in the photosensitive element:
As long as this electrode is constructed so as to form a monolithic unit with two or more other layers to form an electric field inside the element in cooperation with another electrode, it may consist of any material having sufficiently lower resistance than that of the other two layers.
It is desirable that a photosensitive element constructed with layers which have been chosen in accordance with the requirements described above have a capacitance value CI which is not much higher than the capacitance C, so as to meet the capacitive conditions of. voltage distribution shown in equation (6).
To enable continuous production of images using this photosensitive element, it is desirable to use the apparatus illustrated in fig. 14. This apparatus comprises a rotating drum provided on its periphery with a photosensitive element, the highly insulating layer 1 of which is exposed to the outside; this drum is rotated at constant speed. The exposure of the photosensitive element is achieved by means of an optical system 14 which projects the image of an object 13 which moves in synchronism with the rotation of the drum. To establish an electric field outside the rotating drum, crown discharge electrodes 15 and 16 are arranged.
The crown discharge electrode 15 is of the type shown in FIG. 12, so that no electric field is generated on an area onto which the light image is projected.
Each of the corona discharge electrodes can be suitably constructed. For example, the corona discharge device used in the second phase of the process may have a transparent top to allow projection of the light image from above.
The crown discharge electrode 16 for the first phase of the process is mounted near the drum in a suitable position before the electrode 15, in order to accomplish the first phase. When the light image is projected onto the photosensitive member in the first phase, this corona discharge electrode 16 may be of the same general type as the discharge electrode 15, but when the light image is not projected, it may be of the same general type as the discharge electrode 15. may be of the type illustrated in fig. 11. A screen 17 is placed on the electrodes 15 and 16 to mask the scattered light rays. When the object 13 moves in the direction of its arrow, and when the drum rotates in the direction of its arrow by adjusting the relative speeds of these two members, the exposure of the photosensitive surface 2 takes place synchronously.
If potentials of opposite polarities are applied to electrodes 15 and 16, a latent electrostatic image corresponding to the light image of robjet 13 will continuously form.
It is advantageous to suitably dispose a light source 18 for depolarizing or erasing the field captured in the photosensitive layer, a developer assembly 19 which uses a finely divided charged powder to develop the latent image, a transfer device 20 for transfer the powdery image to a sheet of paper, and a brush 21 for cleaning the surface of the drum in position adjacent to said drum, as shown in fig. 14.
When using a transparent electrode in the photosensitive layer, it is possible to project the light from inside the drum with the same result as that obtained when the light image is projected through a transparent highly insulating layer onto the drum. the surface of the drum.
On the other hand, it is possible to use electromagnetic rays of any desired type, for example gamma rays, X rays, ultraviolet or infrared rays to which the photosensitive crystals sprayed respond.