Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Platte und eine Verwendung dieser Platte zur Herstellung eines latenten Bildes.
Bei der Xerographie wird eine xerographische Platte, welche eine photo-leitende Isolierschicht enthält, mit einem Bild versehen, indem man ihre Oberfläche zunächst gleichmässig elektrostatisch belädt. Die Platte wird dann mit einem Muster aus aktivierter elektromagnetischer Strahlung belichtet, z. B. mit Licht, wodurch die Ladung selektiv auf den belichteten Bezirken des photo-leitenden Isolators verteilt wird und man in den nicht-belichteten Bezirken ein latentes elektrostatisches Bild erhält. Dieses latente elektrostatische Bild kann dann entwickelt werden, so dass ein sichtbares Bild entsteht, indem man fein-verteilte elektroskopische Markierteilchen auf der Oberfläche der photo-leitenden Isolierschicht niederschlägt.
Eine photo-leitende Schicht zur Verwendung in der Xerographie ist z. B. eine homogene Schicht aus einem einzigen Material, wie glasförmigem Selen; sie kann auch eine zusammengesetzte Schicht sein, welche einen Photoleiter und ein anderes Material enthält. Ein Typ der zusammengesetzten photo-leitenden Schichten für die Xerographie ist im US-Patent Nr. 3 121 006 beschrieben. Es handelt sich dabei um eine Anzahl von Binder-Schichten, die fein-verteilte Teilchen einer photo-leitenden anorganischen Verbindung enthalten, die in einem elektrisch isolierenden, organischen Binder-Harz dispergiert sind. In der derzeitigen handelsüblichen Form enthält die Binder-Schicht Zinkoxid-Teilchen, die in einem Binder-Harz gleichmässig dispergiert sind, wobei die Schicht sich als Überzug auf einem Papier befindet.
Bei den speziellen Beispielen von der in der obigen Patentschrift erwähnten Binder-Systemen enthält der Binder ein Material, welches eingespritzte Ladungsträger, die durch die Photoleiter-Teilchen hervorgerufen werden, nicht über eine wesentliche Entfernung transportieren kann. Demzufolge müssen bei dem speziellen Material des obengenannten Patents die Photoleiter-Teilchen in der ganzen Schicht sich in einem praktisch kontinuierlichen Teilchen-zu-Teilchen-Kontakt befinden, so dass die für das zyklische Verfahren erforderliche Ladungsverteilung erfolgen kann.
Bei der in der obigen Patentschrift erwähnten gleichmässigen Verteilung von Photoleiter-Teilchen ist daher üblicherweise eine relativ hohe Volumenkonzentration des Photoleiters (bis zu etwa 50 und mehr Vol.-%) erforderlich, wenn man einen für die schnelle Entladung ausreichenden Teilchen-zu-Teilchen-Kontakt des Photoleiters erhalten will. Es wurde jedoch gefunden, dass hohe Photoleiter-Beladungen in den Binder-Schichten des Harz Typs dazu führen, dass die physikalische Kontinuität des Harzes zerstört wird, wobei die mechanischen Eigenschaften der Binder-Schicht beträchtlich vermindert werden. Schichten mit hohen Photoleiter-Beladungen sind oft durch eine bröckelige Binder-Schicht mit wenig oder gar keiner Flexibilität gekennzeichnet.
Wenn man auf der anderen Seite die Konzentration des Photoleiters wesentlich unter 50 Vol.-% vermindert, so ist die Entladungsgeschwindigkeit geringer, wodurch die wiederholte bzw. zyklische Bildherstellung mit hoher Geschwindigkeit sehr erschwert oder unmöglich gemacht wird.
Im US-Patent Nr. 3 121 007 ist ein weiterer Typ eines Photoleiters beschrieben, der eine photo-leitende Zweiphasen Binder-Schicht enthält, wobei photo-leitende Isolier-Teilchen in einer homogenen photo-leitenden Isolier-Matrix dispergiert sind. Der Photoleiter liegt in der Form von Teilchen eines photo-leitenden anorganischen kristallinen Pigments vor, und zwar in einer Menge von etwa 5 bis 80 Gew.-%. Die Photo Entladung soll verursacht werden durch die Kombination der Ladungsträger, die in dem photoleitenden, isolierenden Matrix Material entstehen, und der Ladungsträger, die von dem photoleitenden kristallinen Pigment in die photo-leitende Isolier Matrix eingespritzt werden.
Im US-Patent Nr. 3 037 861 wird beschrieben, dass Polyvinyl-Carbazol eine Empfindlichkeit gegenüber langwelligem UV-Licht besitzt; es wird dort vorgeschlagen, dass diese spektrale Empfindlichkeit durch Addition von Farbstoff Sensibilisatoren in den sichtbaren Bereich ausgedehnt werden soll. In dieser Patentschrift wird ferner vorgeschlagen, dass man in Zusammenhang mit Polyvinyl-Carbazol auch andere Additive wie Zinkoxid oder Titandioxid, verwenden kann.
Gemäss dieser Patentschrift ist Polyvinyl-carbazol als Photoleiter zu benutzen, wobei man gewünschtenfalls Additive zur Erweiterung seiner spektralen Empfindlichkeit zusetzen kann.
Es sind ausserdem gewisse spezielle Schichtstrukturen vorgeschlagen worden, die sich besonders zur Reflex-Bildher stellung eignen. So kann man z. B. gemäss US-Patent Nr.
3 165 405 für die Reflex-Bildherstellung eine Zweischichten
Zinkoxidbinder-Struktur benutzen. Bei dem obengenannten
Patent werden zwei getrennte, fortlaufende, photo-leitende
Schichten mit verschiedenen spektralen Empfindlichkeiten verwendet, so dass man eine spezielle Reflex-Bild-Folge durch führen kann. Die in dieser Patentschrift erwähnte Vorrichtung benutzt die Eigenschaften von mehrschichtigen Photoleitern, wobei man die kombinierten Vorteile der verschiedenen Licht empfindlichkeit der betreffenden photo-leitenden Schichten erhält.
Wie aus diesem Überblick über die üblichen zusammen gesetzten photo-leitenden Schichten ersichtlich wird, entsteht beim Belichten die Photoleitfähigkeit in der Schichtstruktur durch Ladungstransport in der Hauptmasse der photo-leitenden
Schicht, z. B. in glasförmigem Selen (bzw. in anderen homoge nen Schicht-Modifikationen). Bei Vorrichtungen mit photo leitenden Binder-Strukturen, die inaktive elektrisch isolierende
Harze enthalten, z.B. solche gemäss US-Patent 3 121 006, wird die Leitfähigkeit bzw. der Ladungstransport durch hohe
Beladung des photo-leitenden Pigments bewirkt, so dass ein Teilchen-zu-Teilchen-Kontakt der photo-leitenden Teilchen stattfindet. Falls die photo-leitenden Teilchen in einer photoleitenden Matrix dispergiert sind, wie es z.
B. in dem US-Patent 3 121 007 beschrieben ist, entsteht die Photo-Leitfähigkeit durch die Entwicklung von Ladungsträgern sowohl in der photo-leitenden Matrix als auch in den photo-leitenden Pigmentteilchen.
In den obengenannten Patenten sind zwar bestimmte Mechanismen der Entladung in der photo-leitenden Schicht wiedergegeben; jedoch leiden sie ganz allgemein an dem Nachteil, dass die photo-leitende Oberfläche während des Verfahrens der Umgebung ausgesetzt ist, insbesondere bei der zyklischen Xerographie, dem Abneb, chemischen Angriffen, Hitze und mehrfacher Belichtung während des Kreislaufs.
Diese Einwirkungen führen zu einem stufenweisen Abbau der elektrischen Eigenschaften der photo-leitenden Schicht, und damit zu einem Ausdrucken von Oberflächen-Defekten und Kratzern, lokalisierten Bezirken von persistenter Leitfähigkeit, welche eine elektrostatische Ladung nicht zurückhalten können, und hoher Dunkel-Entladung.
Hinzu kommt, dass bei diesen photo-leitenden Schichten der Photoleiter entweder 100% der Schicht einnimmt, wie im Fall der glasförmigen Selen-Schicht, oder dass die Schichten vorzugsweise eine grosse Menge photo-leitenden Materials in der Binder-Konfiguration enthalten. Die Forderung, dass eine photo-leitende Schicht ganz oder doch grösstenteils aus photo-leitendem Material besteht, beschränkt die physikalischen Eigenschaften der endgültigen Platte, Trommel bzw. des Riemens, da die physikalischen Eigenschaften, wie Flexibilität und Adhäsion des Photoleiters, auf einem Träger-Substrat, vor allem durch die physikalischen Eigenschaften des Photoleiters bestimmt werden und nicht durch das Harz- oder Matrix Material, welches vorzugsweise in geringeren Mengen vorhanden ist.
Eine weitere Form der zusammengesetzten lichtempfindlichen Schicht, welche bekannt geworden ist, enthält eine Schicht aus photo-leitendem Material, das mit einer relativ dicken Plastik-Schicht bedeckt ist und einen Überzug auf einem Träger-Substrat bildet.
Im US-Patent Nr. 3 041 166 ist eine derartige Anordnung beschrieben, wobei ein transprentes plastisches Material eine Schicht aus glasförmigem Selen bedeckt, die sich auf einem Träger-Substrat befindet. Das Plastik-Material hat einen grossen Bereich für Ladungsträger der gewünschten Polarität.
Bei der Durchführung des Verfahrens wird die freie Oberfläche des transparenten Plastik-Materials elektrostatisch mit einer bestimmten Polarität beladen. Die Vorrichtung wird dann mit aktivierter Strahlung belichtet, wodurch in der photo-leitenden Schicht ein Loch-Elektronen-Paar entsteht. Das Elektron bewegt sich durch die plastische Schicht und neutralisiert eine positive Ladung auf der freien Oberfläche der plastischen Schicht, wodurch ein elektrostatisches Bild entsteht. In dem genannten Patent sind jedoch keine speziellen plastischen Materialien beschrieben, die in dieser Weise funktionieren; die
Beispiele betreffen Strukturen, bei denen ein Photoleiter
Material für die oberste Schicht benutzt wird.
Im französischen Patent Nr. 1 577 855 ist eine zusammengesetzte lichtempfindliche Vorrichtung für einen speziellen Zweck beschrieben, nämlich für die Reflex-Belichtung mit polarisiertem Licht. Bei einer Ausführungsform wird eine Schicht aus zweifarbigen, organischen, photo-leitenden Teilchen benutzt, die orientiert auf einem Träger-Substrat angeordnet sind, wobei eine Schicht aus Polyvinyl-carbazol über der orientierten Schicht des zweifarbigen Materials gebildet wird. Wenn man nun belädt und mit einem senkrecht zur Orientierung der zweifarbigen Schicht polarisierten Licht belichtet, so sind sowohl die orientierte zweifarbige Schicht als auch die Polyvinyl-carbazol-Schicht für das anfangs verwendete Licht transparent.
Sobald das polarisierte Licht den weissen Hintergrund des zu kopierenden Dokuments trifft, so wird das Licht depolarisiert, durch die Vorrichtung zurückreflektiert und von dem zweifarbigen photo-leitenden Material absorbiert. Bei einer anderen Ausführungsform ist der zweifarbige Photoleiter in orientierter Weise in der gesamten Schicht aus Polyvinylcarbazol dispergiert.
In Anbetracht dieses Standes der Technik ist leicht ersichtlich, dass ein Bedürfnis besteht nach einem allgemein anwendbaren Photorezeptor, der annehmbare photo-leitende Eigenschaften besitzt und ausserdem hervorragende physikalische Stärke und Flexibilität aufweist, so dass er im zyklischen Schnellverfahren wiederverwendet werden kann, ohne dass die xerographischen Eigenschaften wegen Verschleiss, chemischer Angriffe und Licht-Alterung fortaufend schlechter werden.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung einer elektrophotographischen Platte, die zur zyklischen Bildherstellung geeignet ist und die obigen Nachteile nicht aufweist.
Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass sie eine Schicht aus nicht orientiertem lichtleitendem Material auf einem Unterstützungssubstrat und darüber gelagert eine Kontaktschicht enthält, welche Kontaktschicht ein organisches aktives Transportmaterial aufweist, wobei das Verhältnis der Dicke der aktiven Schicht zur lichtleitenden Schicht etwa 2:1 bis etwa 200:1 beträgt, wobei weiter die lichtleitende Schicht die Fähigkeit für eine photoangeregte Elektronenbildung und Injektion aufweist und das Transprtmaterial dazu fähig ist, die Injektion der photoangeregten Elektronen und den Transport dieser Elektronen durch das aktive Transportmaterial zu unterstützen.
Zusammen mit den Zeichnungen werden anschliessend spezielle Ausführungsformen der vorliegenden elektrophotographischen Platte näher erläutert:
Fig. 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine erste Ausführungsform.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform.
Fig. 4 zeigt einen Entladungs-Mechanismus der Photo Entladung der elektronisch aktiven Material-Schicht.
Fig. 5 zeigt den Entladungs-Mechanismus eines Binder Systems des Standes der Technik.
Fig. 6 zeigt den Entladungs-Mechanismus eines anderen bekannten Binder-Systems.
Fig. 1 zeigt eine elektrophotgraphische Platte 10. Die Ziffer 11 bezeichnet ein Substrat bzw. einen mechanischen Träger.
Das Substrat kann aus einem Metall sein, z. B. Messing, Aluminium, Gold, Platin, Stahl usw. Es kann jede passende Dicke haben, steif oder flexibel sein, die Form eines Blattes, Gewebes, Zylinders usw. haben und kann mit einer dünnen Plastik-Schicht überzogen sein. Es kann auch aus anderen Materialien bestehen, z.B. metallisiertem Papier, Plastik Blättern, die mit einem dünnen Überzug aus Aluminium oder Kupfer-Jodid überzogen sind, oder Glas, das mit einem dünnen Überzug aus Chrom- oder Zinnoxid überzogen ist. Üblicherweise zieht man es vor, dass die Träger-Vorrichtung etwas elektrisch leitfähig ist oder eine etwas leitfähige Oberfläche hat und dass sie stark genug ist, dass man in gewissem Umfang damit hantieren kann. In manchen Fällen jedoch braucht der Träger 11 nicht leitfähig zu sein, und man kann auch ganz darauf verzichten.
Die Ziff. 12 bezeichnet eine photo-leitende Mono-Schicht, die aus einem photo-leitenden Material besteht, welches Elektronen freimachen und sie in das darüberliegende aktive Matrix-Material einspritzen kann.
Im allgemeinen ist jedes photo-leitende Material, welches durch Licht Elektronen bilden kann, für die Elektronen Transport-Materialien der vorliegenden elektrophotographischen Platte brauchbar. Typische anorganische kristalline
Photoleiter sind Cadmium-sulfid, Cadmium-sulfoselenid,
Cadmium-selenid, Zink-sulfid, Zink-oxid und Mischungen derselben. Typische anorganische photo-leitende Gläser sind amorphes Selen und Selen-Legierungen, wie Selen-Tellur und Selen-Arsen. Selen kann auch in seiner hexagonalen kristalli nen Form benutzt werden, die übleicherweise als trigonales Selen bezeichnet wird. Typische organische Photoleiter sind die
Phthalocyanin-Pigmente, z. B. die X-Form des Metall-freien
Phtahlocyanins gemass US-Patent Nr. 3 357 989 und Metall Phthalocyanin-Pigmente, wie Kupfer-Phthalocyanin.
Andere typische organische Photoleiter sind photo-injizierende Pigmente, wie Benzimidazol-Pigmente, Perylen-Pigmente, Chinacridon-Pigmente, Indigoid-Pigmente und plynukleare i Chinone, wie sie in den deutschen Offenlegungsschriften OS-2
108 992, OS-2 108 935, OS-2 108 944, OS-2 108 958 und OS-2 108 968 beschrieben sind. Die obige Liste von Photoleitern ist nur illustrativ für die Materialien mit besonders wirksamen Elektronen-injizierenden Eigenschaften; sie soll nicht als Beschränkung aufgefasst werden.
Die photo-leitende Mono-Schicht 12 der Fig. 1 kann jede geeignete Dicke haben, die zu ihrer Funktion in einer xerogra phischen Bildvorrichtung brauchbar ist. Typische Dicken für diesen Zweck liegen zwischen 0,02 und 20 Micron. Ist die Dicke über 25 Micron, so erhält man oft unerwünschte positive Reste in der photo-leitenden Schicht während des Kreislauf-Verfah rens und eine übermässige Dunkel-Entladung; bei Dicken unter 0,02 Micron wird die Schicht unwirksam im Hinblick auf die Absorption der auftreffenden Strahlung. Ein Bereich von etwa
0,2 bis 5 Micron ist bevorzugt, da diese Dicken eine maximale
Funktionsfähigkeit des Photoleiters gewährleisten, wobei man eine minimale Menge der photo-leitenden Substanz benötigt und die obengenannten Probleme hinsichtlich der Dicke völlig vermeidet.
Wie bereits oben erwähnt, ist einer der haupt sächlichen Vorteile der vorliegenden elektrophotographischen Platte die Verwendung von minimalen Mengen des Photoleiters der photo-leitenden Isolierschicht.
Die Ziff. 13 bezeichnet die aktive Transport-Material Schicht, welche sich auf der photo-leitenden Schicht 12 befindet. Wie bereits erwähnt, besteht die aktive Transport Schicht aus einem Elektronen-Transport-Material, welches sowohl die Elektronen-Injektion von der photo-leitenden Schicht unterstützt als auch die durch das Licht freigemachten Elektronen unter dem Einfluss des angelegten Feldes transportiert. Damit das aktive Transport-Material in der oben angegebenen Weise funktionieren kann, sollte es praktisch transparent sein in dem speziellen Wellenlängen-Bereich, der für das xerographische Kopierverfahren benutzt wird.
Insbesondere sollte das aktive Transport-Material praktisch nichtabsorbierend sein in mindestens einem wesentlichen Teil des elektromagnetischen Spektrums, welches zwischen etwa 4200-8000 Angstrom liegt, weil die meisten xerographisch brauchbaren Photoleiter eine Lichtempfindlichkeit bei Wellenlängen dieses Bereichs haben.
Wie bereits erwähnt, enthält die aktive Transportschicht 12 aromatische oder heterozyklische Elektronen-Acceptor Materialien, die Transport-Eigenschaften für negative Ladungsträger haben und die erforderlichen Transparenz-Eigenschaften aufweisen. Typische, hier verwendete Elektronen Acceptor-Materialien sind z. B. Phthalsäureanhydrid, Tetra chlor-phthalsäureanhydrid, Benzil, Meliit-anhydrid, s-Tricyanobenzol, Picrylchlorid, 2,4-Dinitrochlorbenzol, 2,4-Dinitrobrombenzol, 4-Nitrobiphenyl, 4,4-Dinitrobiphenyl, 2,4,6 Trinitroanisol, Trichlor-trinitrobenzol, Trinitro-o-toluoi, 4,6 Dichlor-1,3-dinitrobenzol, 4,6-Dibrom-1,3-dinitrobenzol, p Dinitrobenzol, Chloranil, Bromanil und Mischungen derselben.
Zwar haben alle aromatischen oder heterozyklischen Elektronen-Acceptoren die erforderlichen Transparenz Eigenschaften jedoch findet man besonders gute Elektronen Transport- Eigenschaften bei aromatischen oder heterozyklischen Verbindungen, die mehr als einen stark Elektronenabziehenden Substituenten haben, z. B. Nitro-(-NO2), Sulfonat Ion (-SO,-), Carboxyl-(-COOH) und Cyano-(-CH)-Gruppen.
Aus dieser Klasse von Materialien sind 2,4,7-Trinitro-9fluorenon (TNF), 2,4,5,7-Tetranitrofluorenon, Trinitroanthracen, Dinitroacridin, Tetracyano-pyren und Dinitroanthrachinon die bevorzugten Materialien, da sie leicht zugänglich sind und überlegene Elektronen-Transport Eigenschaften aufweisen.
Für den Fachmann ist es klar, dass man jedes Polymere brauchen kann, welches einen geeigneten aromatischen oder heterozyklischen Elektronen-Acceptor-Teil enthält, der als aktives Transport-Material fungieren kann. Die elektrophotographische Platte soll nicht auf den Typ des Polymeren beschränkt werden, das als Transport-Material benutzt werden kann. Polyester, Polysiloxane, Polyamide, Polyurethane und Epoxy-Harze, sowohl als Block-, Zufalls- oder Tropf-Copolymere (welche die aromatische Hälfte enthalten) sind Beispiele für die verschiedenen Typen von Polymeren, die man benutzen kann. Auch kann man elektronisch inaktive Polymere verwenden, in denen die aktive Hälfte in hoher Konzentration dispergiert ist.
Die praktisch völlige oder weitgehend Transparenz des aktiven Transportmaterials (vgl. Fig. 1) bedeutet, dass eine ausreichende Menge Strahlung von der Strahlenquelle durch die aktive Transport-Schicht 13 passieren muss, damit die photo-leitende Schicht 12 in ihrer Eigenschaft als Photogenerator und Injektor der Elektronen fungieren kann. Im speziellen liegt Transparenz bei den aktiven Transport Materialien der hier vorliegenden Platte, wenn das aktive Transport-Material nicht-photo-leitend und nicht-absorbierend in mindestens einem wesentlichen Teil des Wellenlängen Bereichs von etwa 1200-8000 Angstrom ist. Diese Eigenschaft der Transparenz ermöglicht es, dass genügend aktivierende Strahlung auf die Photoleiter-Schicht auftrifft, so dass die Entladung des beladenen aktiven Transport-Photorezeptors verursacht wird.
Die Auswahl der aktiven Transport-Materialien soll nicht streng auf diejenigen beschränkt sein, die im gesamten sichtbaren Bereich transparent sind. Benutzt man z. B. ein transparentes Substrat, so kann die bildweise Belichtung durch das Substrat bewirkt werden, ohne dass das Licht durch die Schicht des aktiven Transport-Materials hindurchgeht. In diesem Fall ist es nicht notwendig, dass das aktive Material in dem benutzten Wellenlängen-Bereich nicht-absorbierend ist. Diese spezielle Anwendungsart macht sich die Injektions- und Transport-Eigenschaften der aktiven Materialien zunutze und fällt unter den Schutzumfang der vorliegenden elektrophotographischen Platte. Andere Anwendungsformen, bei denen keine komplette Transparenz des aktiven Materials nötig ist, sind z.
B. die selektive Registrierung von Schmal-Band Strahlung, wie sie von Lasern emittiert wird, die Spektralmuster-Aufklärung, die farbverschlüsselte Form der Vervielfältigung und möglicherweise die Farb-Xerographie.
Die aktive Materialschicht 13 der Fig. 1 kann zwar für die vorliegenden Zwecke ausschliesslich aus dem Ladungs Transport-Material bestehen; jedoch kann die Schicht auch das Ladungs-Transport- Material in einer ausreichenden Konzentration in einem geeigneten elektronisch inerten Binder Material enthalten, so dass Teilchen-zu-Teilchen- Kontakt oder eine ausreichende Annäherung besteht, damit ein wirksamer Ladungs-Transport von den vorliegenden photo-injizierten Pigmenten durch die Schicht stattfinden kann. Im allgemeinen muss das Volumenverhältnis so sein, dass mindestens 25% aktives Transport-Material, bezogen auf das elektronisch inerte Binder-Material, vorhanden sind, damit man den gewünschten Teilchen-zu-Teilchen-Kontakt bzw. die Annäherung erhält.
Typische, hier verwendete Harz-Binder-Materialien sind Polystyrol, Silicon-Harze, wie DC-801, DC-804 und DC-996 (Fa. Dow Corning Corporation), Lexan (ein Polycarbonat Harz, SR-82, Fa. General Electric Company), Acryl- und Methacryl-Ester-Polymere, wie Acryloid A 10 und Acryloid B 72 (polymerisierte Ester-Derivate der Acryl- und alpha-Acryl Säuren, Fa. Rohm & Haas Company), und Lucite 44, Lucite 45 und Lucite 46 (polymerisierte Butyl-methacrylate, Fa. E. I. du Pont de Nemours & Company), chlorierte Gummi, wie Parlon (Fa. Hercules Powder Company), Vinyl-Polymere und Copolymere, wie Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat etc. (z. B. Vinylite VYHH und VMCH, Fa. Bakelite Corporation), Cellulose-Ester und -Äther, wie Äthyl-Cellulose, Nitrocellulose etc., Alkyd Harze, wie Glyptal 2469 (Fa. General Electric Company) etc.
Ausserdem kann man Mischungen dieser Harze miteinander oder mit weichmachern verwenden, damit man eine verbesserte Adhäsion, Flexibilität, Blockierungswirkllng etc. der Überzüge erhält. So kann man z. B. Rezyl 869 (ein Leinsamenöl-Glyzerin Alkyd der Fa. American Cyanamid Company) dem chlorierten Gummi zufügen, um dessen Adhäsion und Flexibilität zu verbessern. Desgleichen kann man Vinylite VYHH und VMCH (Polyvinylchlorid-acetat-Copolymere der Fa. Bakelite Company) zusammenmischen. Als Weichmacher werden die dem Fachmann bekannten Phthalate, Phosphate, Adipate etc.
verwendet, z. B. Tricresyl-phosphat, Dioctyl-phthalat etc.
Das aktive Transport-Material, welches bei der photoleitenden Schicht verwendet wird, ist ein Material, welches in dem Ausmass als Isolator wirkt, dass eine elektrostatische Ladung auf dem aktiven Transport-Material in Abwesenheit von Belichtung nicht mit einer solchen Geschwindigkeit abgeleitet wird, dass die Bildung und Aufrechterhaltung eines latenten elektrostatischen Bildes darauf verhindert wird. Im allgemeinen bedeutet dies, dass das aktive Transport-Material einen spezifischen Widerstand von mindestens 1010 OHM-cm haben sollte, vorzugsweise einige Grössenordnungen mehr. Für optimale Resultate jedoch ist der spezifische Widerstand des aktiven Transport-Materials so, dass der Widerstand der gesamten aktiven Binder-Schicht in Abwesenheit einer aktivierenden Strahlung oder Ladungs-Injektion von einer angrenzenden Schicht über 1012 Ohm-cm beträgt.
Da die Überzugschicht als eine aktive Transport-Schicht fungiert, ist ihre Dicke für die Funktion der xerographischen Vorrichtung nicht kritisch, jedoch wird die Dicke der aktiven Transport-Schicht von praktischen Bedürfnissen bestimmt, und zwar wegen der Menge an elektrostatischer Ladung, die zur Induktion eines angelegten Feldes nötig ist, welches die Elektronen-Injektion und deren Transport bewirkt. Eine Dicke der aktiven Transport-Schicht von etwa 5 bis 100 Micron ist brauchbar, jedoch kann man auch Dicken ausserhalb dieses Bereiches benutzen. Das Verhältnis der Dicke der aktiven Transport-Schicht zur Dicke der photo-leitenden Schicht sollte bei etwa 2:1 bis 200:1 liegen.
Eine weitere Modifikation der geschichteten Struktur gemäss Fig. ist in Fig. 2 gezeigt, wobei die photo-leitende Schicht als Schicht aus einem Binder-Material mit darin dispergierten kristallinen Photoleiter-Teilchen gezeichnet ist.
Das Binder-Material kann irgendeine geeignete organische Substanz sein, die für solche Zwecke brauchbar ist, z. B. inerte Binder-Materialien oder ein aktives Matrix-Material. Die Kozentration des Photoleiter-Materials ändert sich je nach der Art des benutzten Binder-Materials; sie liegt zwischen 5-99 Vol-%, bezogen auf die gesamte photo-leitende Schicht.
Benutzt man ein elektronisch inertes Binder-Material in Kombination mit dem Photoleiter-Material, so ist ein Volumen Anteil von mindestens 25 % Photoleiter zu elektronisch inertem Binder-Material nötig, damit man Teilchen-zu-Teilchen Kontakt bzw. -Annäherung erhält und die gesamte Schicht 12 photo-leitend wird. Die hinsichtlich der Dicke der photoleitenden Schicht von Fig. 1 gemachten Bemerkungen sind hier allgemein anwendbar; d. h. ein Bereich von etwa 0,05-20 Micron ist brauchbar, während ein Bereich von 0,3-SMicron wegen der damit erzielten hervorragenden Resultate besonders bevorzugt ist. Die Grösse der photo-leitenden Teilchen in der
Binder-Schicht ist nicht besonders kritisch, jedoch ergeben
Teilchen mit einer Grösse von etwa 0,01 bis 1,0 Micron besonders befriedigende Resultate.
Eine weitere Variante der geschichteten Konfiguration gemäss Fig. 1 und 2 besteht in der Verwendung einer blockier enden Schicht 14 an der Grenzphase Substrat/Photoleiter; eine derartige Schicht ist in Fig. 3 gezeigt. Diese blockierende
Schicht trägt dazu bei, dass nach der Beladungsstufe ein elektrisches Feld auf der Photoleiter-aktiven organischen
Schicht aufrechterhalten bleibt. Man kann jedes geeignete Blockierungs-Materiai verwenden, z. B. Nylon, Epoxy-Harze,
Aluminium-oxid und isolierende Harze verschiedener Typen, z.B. Polystyrol, Butadien-Polymere und -Copolymere, Acryl und Methacryl-Polymere, Vinyl-Harze, Alkyd-Harze und
Harze auf Basis von Zellulose.
Wie ersichtlich besteht der photo-isolierende Teil der vorliegenden elektrophotographischen Platte aus zwei funktio nellen Schichten: (1) Eine photo-leitende Schicht, welche nach Anregung durch Strahlen Löcher und Elektronen freisetzt und die durch das Licht gebildeten Elektronen in das darüberliegende elek tronisch aktive Transport-Material einspritzt, und (2) ein darüberliegendes, praktisch transparentes aktives
Transportmaterial, welches die Strahlung auf die photo-leitende
Schicht durchlässt, die hierbei freigesetzten Elektronen vom
Photoleiter-Material aufnimmt und das Leitungselektron aktiv auf die positiv beladene Oberfläche transportiert, wobei die
Ladung neutralisiert wird.
In der Fig. 4 ist dies deutlicher dargestellt, wobei die elektrographische Platte durch eine Corona-Beladung positiv beladen wurde. Das durch Pfeile dargestellte Licht 14 passiert die transparente aktive Transport-Schicht und trifft auf die photo-leitende Schicht, wobei ein Loch-Elektronen-Paar gebildet wird. Das Elektron und das Loch werden dann durch die Wirkung des angelegten Feldes getrennt und das Elektron in die Gernzphase zwischen der aktiven Transport-Schicht injiziert, wo es dann infolge der elektrostatischen Anziehung durch das aktive Transport-Schicht-System auf die Oberfläche transportiert wird; hier neutralisiert es die vorher mittels Corona-Beladung aufgebrachte positive Ladung.
Da sich nur durch das Licht gebildete Elektronen in der Elektronen Transport-aktiven Material-Schicht bewegen, erhält man grosse Änderungen des Oberfiächen-Potentials nur dann, wenn das elektrische Feld in der Schicht so ist, dass die aus der Photoleiter-Schicht, wo sie gebildet werden, freigesetzten Elektronen durch die aktive Matrix-Schicht und dann zur beladenen Oberfläche bewegt werden. Dies bedeutet, dass die aktive Matrix-Schicht zur Erzielung einer maximalen Brauchbarkeit positiv beladen sein muss.
In Fig. 5 ist eine elektrophotographische Platte des Standes der Technik gezeigt, bei der sensibilisierendes Pigment 12 in einem Photoleiter-Binder-Material 13 dispergiert ist, um die Sensibilität dieses Photoleiter-Materials zu erhöhen. Das Licht 14 trifft auf die elektrophotographische Vorrichtung und bildet Löcher und Elektronen entweder in dem Photoleiter-Binder Material oder in den Pigment-Materialien, je nach Einfall der Strahlung. Da die meisten Träger bei oder nahe an der Oberfläche der photo-isolierenden Vorrichtung sind, stellt der Ladungstransport kein ernsthaftes Problem dar. Am Punkt (A) hat das Licht die Bildung eines Elektrons und eines Lochs im Photoleiter bewirkt, und am Punkt (B) findet dieser Vorgang im Pigment statt.
Damit das Pigment seine steigernde Wirkung auf die Sensibilität der elektrophotographischen Vorrichtung ausüben kann, muss es - wie aus der Zeichnung ersichtlich wird-- in einer relativ grossen Konzentration vorhanden sein und sich an oder nahe bei der Oberfläche des Photorezeptors befinden. Beim Vergleich mit Fig. 4 stellt man fest, dass dort die Freisetzung der Elektronen ausschliesslich in der photoleitenden Schicht stattfindet, da die aktive Transport-Schicht praktisch transparent für die einfallende Strahlung ist, wobei das Photoleiter-Material durch diese aktive Schicht gut geschützt ist und der Photoleiter nicht bei oder nahe an der Oberfläche der Photorezeptor-Vorrichtung sein muss.
Damit das Pigment gemäss Fig. 5 in der Vorrichtung funktionieren kann, muss eine beträchtliche Menge an oder bei der Oberfläche vorhanden sein, wo es dem unvermeidlichen Abrieb und den Einflüssen der Atmosphäre augesetzt ist.
Zu weiteren Vergleichszwecken ist in Fig. 6 ein bekannter
Photorezeptor gezeigt, in dem das Pigment 12 in einem inerten
Harz-Material 13 in zwei verschiedenen Konzentrationen dispergiert ist (A und B). Da in dem Binder-Harz keine
Freisetzung von Elektronen erfolgt, ist es im allgemeinen nötig, dass das photo-leitende Pigment oder der Farbstoff in ausreichender Konzentration bzw. in geometrischer Nähe vorhanden ist, damit die Ladungs-lnjektion im ganzen Binder-System aufrechterhalten bleibt.
Wie ersichtlich, wird im Bereich (A), wo eine grosse Konzentration des Pigments besteht, durch das auftreffende Licht 14 ein Loch-Elektronen-Paar gebildet, welches dann durch die Pigmente auf die positive beladene
Oberfläche transportiert wird; im Teil (B) dagegen, wo die
Konzentration des Pigments nicht ausreicht, um Teilchen-zu
Teilchen- Annäherung zu bewirken, wird durch auftreffendes
Licht ein Elektron-Loch-Paar geschaffen, welches gefangen bleibt, weil das Binder-System die durch das Licht freigesetzten
Ladungen nicht zu den Pigment-Teilchen oder an die beladene
Oberfläche transportieren kann. Beim Vergleich mit der Fig. 4 sieht man, dass dort eine Teilchen-zu-Teilchen- Annäherung bzw. ein Kontakt des Photoleiters in der aktiven Matrix Struktur unnötig ist.
Da bei der inerten Binder-Struktur gemäss Fig. 6 ein Teilchen- zu-Teilchen- Kontakt nötig ist, treten Auflösungsprobleme auf, weil die Geometrie der Teilchen nicht der Richtung des auftreffenden Lichtes entsprechen kann, so dass eine irreguläre Verteilung der Ladung resultiert.
Wenn die Zweischichten-Konfiguration des Photoleiters und des aktiven Transport-Materials ausreichend stark ist, dass eine selbsttragende Vorrichtung entsteht ( Häutchen genannt), so ist es möglich, dass man auf die physikalische Basis bzw. die Träger-Vorrichtung verzichtet und anstelle der geschliffenen Platte, die bislang durch die Basis-Schicht geliefert wurde, verschiedene an sich bekannte Anordnungen einsetzt. Eine geschliffene Platte liefert nämlich eine Quelle von Bild-Ladungen beider Polaritäten. Durch das Niederschlagen von sensibilisierenden Ladungen der gewünschten Polarität auf der vorliegenden isolierenden Zweischichten-Struktur wird bewirkt, dass die Ladungen entgegengesetzten Polarität in der geschlifenen Platte zur Grenzphase der photo-leitenden Isolierschicht wandern.
Ohne dies wäre die Kappazität der Isolierschicht selbst so, dass sie nicht genügend Ladung aufnehmen könnte, um die Schicht auf ein xerographisch brauchbares Potential zu sensibilisieren. Es ist das elektrostatische Feld zwischen den niedergeschlagenen Ladungen auf der einen Seite der xerographischen Zweischichten-Vorrichtung und den induzierten Ladungen (von der geschliffenen Platte) auf der anderen Seite, welches die xerographische Vorrichtung so beansprucht, dass wenn ein Elektron (in der photo-leitenden Schicht) durch ein Photon zum Leitungs-Band angeregt wird, wobei ein Loch-Elektronen-Paar entsteht, die Ladungen unter dem Einfluss dieses Feldes wandern und dabei das latente elektrostatische Bild bilden.
Es ist daher klar, dass bei Weglassen der physikalischen geschliffenen Platte ein Ersatz geschaffen werden muss, indem man auf den entgegengesetzten Seiten des zweischichtigen xerographisch isolierenden Häutchens gleichzeitig elektrostatische Ladungen entgegengesetzter Polarität niederschlägt. Wenn man positive elektrostatische Ladungen auf die eine Seite des Häutchens, z. B durch Corona Beladung, aufgibt, wie es im US-Patent Nr. 2 777 957 beschrieben ist, so wird durch das gleichzeitige Niederschlagen von negativen Ladungen auf der anderen Seite des Häutchens, auch durch Corona-Beladung, eine induzierte, d. h. eine virtuelle geschliffene Platte im Körper des Häutchens geschaffen, so als ob die Ladungen entgegengesetzter Polarität durch Induktion von einer wirklichen geschliffenen Platte zur Grenzphase geliefert worden wären.
Eine derartige künstliche geschliffene Platte erlaubt es, dass eine brauchbare sensibilisierende Ladung aufgenommen wird, während gleichzeitig die Wanderung der Ladungen unter dem angewandten Feld bei Belichtung mit aktivierter Strahlung stattfindet. Wenn im folgenden der Ausdruck leitfähige Basis gebraucht wird, so sind damit sowohl eine physikalische Basis als auch die oben beschriebene künstliche Basis gemeint.
Die phisikalische Gestalt der xerographisch aktiven Transport-Platten kann irgendeine gewünschte Form haben, z. B. die einer flachen, sphärischen, zylindrischen Platte etc. Die Platte kann gewünschtenfalls flexibel oder starr sein.
Ein Photoleiter ist ein Material, welches elektrisch empfindlich auf Licht in dem bestimmten Wellenlängen-Bereich anspricht. Es handelt sich also um ein Material, dessen elektrische Leitfähigkeit beträchtlich ansteigt, sobald eine elektromagnetische Strahlung des betreffenden Wellenlängen Bereichs absorbiert wird. Diese Definition ist erforderlich, weil es eine grosse Anzahl aromatischer organischer Verbindungen gibt, von denen es bekannt ist oder von denen man es erwartet, dass sie photo-leitfähig sind, wenn man sie mit stark absorbierter Ultraviolett-, Röntgen- oder gamma-Strahlung belichtet.
Die Photoleitfähigkeit bei organischen Materialien ist ein übliches Phänomen. Praktisch alle hochkonjugierten organischen Verbindungen zeigen ein gewisses Mass an Photoleitfähigkeit unter geeigneten Bedingungen. Die meisten dieser organischen Materialien haben die erste Wellenlängen Empfindlichkeit im Ultravioletten. Jedoch sind Ultraviolettempfindliche Materialien wirtschaftlich wenig brauchbar, und ihre Kurzwellen-Empfindlichkeit ist für das Kopieren von Dokumenten oder die Farb-Reproduktion nicht besonders brauchbar. In Anbetracht der vorherrschenden Photoleitfähigkeit von organischen Verbindungen bei Kurzwellen-Erregung ist es daher erforderlich, dass hier der Begriff Photoleiter bzw. photo-leitend nur solche Materialien umfassen soll, die wirklich eine wesentliche Lichtempfindlichkeit in dem Wellenlängen-Bereich besitzen, in dem sie verwendet werden.
Es wurde gefunden, dass man eine xerographisch oder elektrophotographisch empfindliche Vorrichtung herstellen kann unter Verwendung von elektronisch aktiven Transport Materialien, welche aromatische oder heterozyklische Elektronen-Acceptoren enthalten, die den Transport der durch das Licht entwickelten Elektronen von einer photo-leitenden Schicht unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes erleichtern.
Die aktiven Transport-Materialien, die auch als aktive Matrix-Materialien bezeichnet werden, sind bei der Verwendung als Matrix für eine im folgenden beschriebene Binder Schicht verschieden von den Matrix-Binder-Materialien des oben beschriebenen Standes der Technik, indem die vorliegenden Materialien folgende kombinierte Eigenschaften aufweisen: Sie sind praktisch transparent und doch nicht-photoleitend und nicht-absorbierend in mindestens einem wesentlichen Teil des speziellen Wellenlängen-Bereichs, der in der Xerographie benutzt wird, entsprechend dem Bereich der Lichtempfindlichkeit für den Photoleiter; und sie haben die Fähigkeit, die Injektion und den Transport der Elektronen zu unterstützen, die in der anliegenden Schicht des Photoleiters durch das Licht freigemacht werden.
Wegen ihrer einzigartigen Kombination der Transparenz in dem Wellenlängen-Bereich der speziellen xerographischen Verwendung und der Fähigkeit des Elektronen-Transports können die vorliegenden aktiven Transport Materialien wirksam als relativ dicker elektronisch isolierender Überzug einer photo-leitenden Schicht verwendet werden und gleichzeitig als Fenster und als Ladungs-Transportmittel für die photo-leitende Schicht fungieren. Diese speziellen Eigenschaften der benutzten Materialien ermöglichen es, dass man eine relativ kleine Menge des Photoleiters in der gesamten photo-leitenden Isolierschicht verwendet.
Es sei darauf hingewiesen, dass die aktive Transportschicht nicht als Photoleiter in dem benutzten Wellenlängen-Bereich wirkt. Wie bereits erwähnt, werden in der photo-leitenden Schicht Loch-Elektronen-Paare gebildet, und die Elektronen werden dann über eine feld-modulierte Barriere in die aktive Schicht eingespritzt, worauf der Elektronen-Transport durch die aktive Schicht stattfindet.
Es sei ferner bemerkt, dass die meisten Materialien, die für die aktiven Transport-Schichten brauchbar sind, zufällig auch photo-leitend sind, wenn Strahlung der für die elektronische Anregung geeigneten Wellenlängen von ihnen absorbiert wird.
Jedoch liegt die Lichtempfindlichkeit im kurzwelligen Bereich ausserhalb des spektralen Bereichs, für den die vorliegenden Photoleiter verwendet werden können, und sind daher für die Wirkung der Vorrichtung irrelevant. Es ist bekannt, dass die Strahlung absorbiert werden muss, wenn man eine photoleitende Reaktion anregen will, und das oben zitierte Kriterium der Transparenz für die aktiven Transport-Materialien besagt, dass diese Materialien nicht wesentlich zur Lichtempfindlichkeit des Photorezeptors in dem verwendeten Wellenlängen-Bereich beitragen.
Eine typische Verwendung der elektrophotographischen Platte besteht darin, dass man diese Platte gleichmässig auflädt und mit einer Strahlungsquelle im Wellenlängen-Bereich von etwa 4200 bis 8000 Angström belichtet, wobei auf der Oberfläche der Platte ein latentes elektrostatisches Bild entsteht. Die photo-leitende Schicht kann die Form einer Schicht aus amorphem oder glas-artigen Selen haben. Eine Schicht aus aktivem Transport-Material, welches praktisch transparent ist in dem wesentlichen Teil des speziellen Wellenlängen-Bereichs, in welchem das Selen lichtempfindlich ist, befindet sich als Überzug auf der photo-leitenden Selen-Schicht.
Die Verwendung des aktiven Transport-Materials erlaubt es, dass man vorteilhaft eine photo-leitende Schicht in Kontakt mit einem Träger-Substrat bringt und diese photo-leitende Schicht durch eine Schutzschicht oder ein Fenster schützt, wodurch der Transport der photo-angeregten Elektronen aus der Selen Schicht ermöglicht wird; die Schutzschicht kann von einer ausreichenden Dicke sein, so dass sie die photo-leitende Schicht vor Umwelteinflüssen physikalisch schützen kann. Die Verwendung des vorliegenden aktiven Transport-Konzepts ermöglicht die Verwendung spezieller Bereiche des elektromagnetischen Spektrums für das selektive xerographische Kopierverfahren.
Eine typische Anwendung besteht darin, dass man elektronisch aktive Materialien in der Farb-Xerographie benutzt, um spezielle Farben nacheinander zu kopieren und so einen kompletten Farbdruck zu erhalten.
In den nachstehenden Beispielen ist die elektronische Platte näher erläutert.
Beispiel 1
Eine lichtempfindliche geschichtete Struktur-Platte ähnlich der in Fig. 1 gezeigten wird nach folgendem Verfahren hergestellt: Man taucht ein Aluminium-Substrat in eine 3prozentige Lösung von Zytel (Nylon der Fa. duPont) in denaturiertem Alkohol, so dass eine 0,2 Mikron dicke Blockierschicht entsteht.
Das überzogene Substrat wird dann etwa 30 Minuten getrocknet. Dann bringt man auf die Blockierschicht durch Vakuum Verdampfung eine 1 Mikron-Schicht von amorphem Selen auf, wobei man die üblichen Vakuum-Verfahren verwendet, z. B.
die in den US-Patenten Nr. 2 753 278 und 2 970 906 (Bixby) beschriebenen Methoden. Das Selen-überzogene Substrat wird dann auf 0 C abgekühlt, worauf man die amorphe Selen Schicht durch Vakuum-Verdampfung mit einer 10 Mikron Schicht von 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon (TNF) versieht.
Die mit TNF überzogene Platte wird dann in eine Xerox Maschine Modell D gegeben, wo man aus einem Original eine Kopie herstellt, indem man die Platte mit einer Corona Beladung positiv belädt (800 Volt) und das Original mit einer Strahlung des Wellenlängen-Bereichs von 4200 bis 6500 Angstrom belichtet, wobei auf der Platte ein Bild gebildet wird.
Das Bild wird dann entwickelt und auf Papier übertragen, wodurch das Original vervielfältigt wird. Die Kopie ist von ausgezeichneter Qualität und lässt sich mit solchen Kopien vergleichen, die mit einer üblichen elektrophotographischen Platte aus amorphem Selen gemacht wurden. Ausserdem kann der aktive Transport-Photorezeptor für mehrere Kopien im Kreislauf verwendet werden, und die Oberfläche des Originals ist leicht zu reinigen.
Beispiel 2
Man stellt eine TNF-aktive Transport-elektrophotographische Platte in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 beschrieben her; jedoch wird eine 2 Mikron-Schicht der beta-Form des Metall-freien Phthalocyanins, d. h. ein organisches photoinjizierendes Pigment, auf die blockierende Schicht aufgebracht, so dass eine 0,5 mikron-photoleitende Schicht entsteht. Hierzu wird das Substrat mit der Blockierschicht in eine Lösung des Phthalocyanin-Pigments in Dioxan und Dichlormethan getaucht, worauf man den Überzug einige Stunden trocknen lässt. Nach dem Trocknen wird durch Vakuum-Verdampfung eine 20 Mikron-Schicht Dinitroacridin in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 beschrieben aufgebracht, wodurch man die aktive Transport-Schicht erhält.
Die resultierende elektrophotographische Platte wird dann in eine xerographische Kopiermaschine Modell D gebracht, wo in derselben Weise wie im Beispiel 1 Kopien durch positive Corona-Beladung (800 Volt) und Belichtung im Wellenlängen Bereich von 4200 bis 6500 Angstrom angefertigt werden. Die im Kreislaufverfahren erhaltenen Kopien sind von gleichguter Reproduktionsqualität wie diejenigen des Beispiels 1.
Beispiel 3
10 g Lexan, ein Polycarbonat-Harz, werden in einem Lösungsmittel-Gemisch aus 40 g Dioxan und 40 g Dichlormethan gerührt, worauf man 10 g 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon (TNF) zufügt und das Rühren solange fortsetzt, bis die Lösung klar ist.
Man stellt eine geschichtete Struktur in derselben Weise wie im Beispiel 1 beschrieben her, indem man das Substrat mit der Blockierschicht in ein Gemisch aus Kupfer-Phthalocyanin und Lösungsmittel eintaucht, wobei eine 3 Mikron-Phthalocyanin Schicht gebildet wird. Die beschichtete Phthalocyanin-Platte wird dann in die Lexan-TNF-Lösung getaucht, wobei man eine
10 Mikron-Schicht der Harz-TNF-Komposition erhält. Die resultierende geschichtete Struktur wird 24 Stunden getrocknet.
Dann gibt man die Harz-TNF-Schichtstruktur in eine Xerox-Maschine Modell D und macht Kopien in derselben Weise wie im Beispiel 1 beschrieben. Die Qualität der Reproduktion ist derjenigen der Beispiele 1 und 2 äquivalent, d.h. die Ladungsträger werden durch die Harz-TNF-Schicht transportiert. Die Elektronen-Transport- Eigenschaften werden nicht behindert, wenn man ausreichende Mengen TNF oder eines anderen Elektronen-Transport- Materials in einen elektronisch inerten Binder gibt.
PATENTANSPRUCH 1
Elektrophotographische Platte, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schicht aus nicht orientiertem lichtleitendem Material auf einem Unterstützungssubstrat und darüber gelagert eine Kontaktschicht enthält, welche Kontaktschicht ein organisches aktives Transportmaterial aufweist, wobei das Verhältnis der Dicke der aktiven Schicht zur lichtleitenden Schicht etwa 2:1 bis etwa 200:1 beträgt, wobei weiter die lichtleitende Schicht die Fähigkeit für eine photoangeregte Elektronenbildung und Injektion aufweist und das Transportmaterial dazu fähig ist, die Injektion der photoangeregten Elektronen und den Transport dieser Elektronen durch das aktive Transportmaterial zu unterstützen.
UNTERANSPRÜCHE
1. Elektrophotographische Platte nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das organische, aktive Transportmaterial aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: aromatische und heterocyclische Verbindungen mit mehr als einem Substituenten aus der Gruppe Nitro, Sulfonat, Carboxyl und Cyano.
2. Elektrophotographische Platte nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das organische, aktive Transportmaterial aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Phthalsäureanhydrid, Tetrachlorphthalsäureanhydrid, Benzil, Mellitsäureanhydrid, s-Tricyanobenzol, Picrylchlorid, 2,4-Dinitrochlor benzol, 2,4-Dinitrobrombenzol, 4-Nitrobiphenyl, 4,4-Dinitro- biphenol, 2,3,6-Trinitroanisol, Trichlortrinitrobenzol, Trinitro o-toluol, 4,6-Dichlor-1,3- dinitrobenzol,4,6-Dibrom-1,3- dinitrobenzol, p-Dinitrobenzol, Chloranil, Bromanil, 2,4,7- Trinitro-9-fluorenon, 2,4,5 ,7-Tetranitrofluorenon, Trinitroanthracen, Dinitroacridin, Tetracyanopyren und Dinitroanthrachinon.
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The invention relates to an electromagnetic plate and a use of this plate for producing a latent image.
In xerography, a xerographic plate, which contains a photoconductive insulating layer, is provided with an image by initially charging its surface with an even electrostatic charge. The plate is then exposed to a pattern of activated electromagnetic radiation, e.g. B. with light, whereby the charge is selectively distributed on the exposed areas of the photo-conductive insulator and a latent electrostatic image is obtained in the non-exposed areas. This electrostatic latent image can then be developed to form a visible image by depositing finely divided electroscopic marking particles on the surface of the photo-conductive insulating layer.
A photoconductive layer for use in xerography is e.g. B. a homogeneous layer of a single material such as vitreous selenium; it can also be a composite layer containing a photoconductor and other material. One type of composite photoconductive layer for xerography is described in U.S. Patent No. 3,121,006. It is a number of binder layers which contain finely divided particles of a photo-conductive inorganic compound which are dispersed in an electrically insulating, organic binder resin. In its current commercial form, the binder layer contains zinc oxide particles which are uniformly dispersed in a binder resin, the layer being located as a coating on paper.
In the specific examples of the binder systems mentioned in the above patent, the binder contains a material which cannot transport injected charge carriers, which are caused by the photoconductor particles, over a substantial distance. Accordingly, with the special material of the above-mentioned patent, the photoconductor particles in the entire layer must be in practically continuous particle-to-particle contact so that the charge distribution required for the cyclic process can take place.
Given the uniform distribution of photoconductor particles mentioned in the above patent, a relatively high volume concentration of the photoconductor (up to about 50 and more vol .-%) is therefore usually required if a particle-to-particle system sufficient for rapid discharge is used. Want to get contact of the photoconductor. However, it has been found that high photoconductor loadings in the resin-type binder layers result in the physical continuity of the resin being destroyed, the mechanical properties of the binder layer being considerably reduced. Layers with high photoconductor loadings are often characterized by a friable binder layer with little or no flexibility.
On the other hand, if the concentration of the photoconductor is reduced well below 50% by volume, the rate of discharge is slower, thereby making high-speed repeated or cyclic imaging very difficult or impossible.
Another type of photoconductor is described in US Pat. No. 3,121,007 which contains a photoconductive two-phase binder layer, wherein photoconductive insulating particles are dispersed in a homogeneous photoconductive insulating matrix. The photoconductor is in the form of particles of a photo-conductive inorganic crystalline pigment in an amount of about 5 to 80% by weight. The photo discharge is supposed to be caused by the combination of the charge carriers that arise in the photoconductive, insulating matrix material and the charge carriers that are injected into the photoconductive insulating matrix by the photoconductive crystalline pigment.
US Pat. No. 3,037,861 describes polyvinyl carbazole as being sensitive to long-wave UV light; it is suggested there that this spectral sensitivity should be extended into the visible range by adding dye sensitizers. This patent also suggests that other additives such as zinc oxide or titanium dioxide can also be used in connection with polyvinyl carbazole.
According to this patent, polyvinyl carbazole is to be used as a photoconductor, it being possible, if desired, to add additives to expand its spectral sensitivity.
There are also certain special layer structures have been proposed that are particularly suitable for reflex-Bildher position. So you can z. B. according to US patent no.
3 165 405 a two-layer for the reflex image production
Use zinc oxide binder structure. With the above
Patent will be two separate, continuous, photo-conductive
Layers with different spectral sensitivities are used so that a special reflex image sequence can be carried out. The device mentioned in this patent specification uses the properties of multilayer photoconductors, the combined advantages of the different light sensitivity of the photoconductive layers concerned being obtained.
As can be seen from this overview of the customary composite photoconductive layers, the photoconductivity in the layer structure arises during exposure through charge transport in the bulk of the photoconductive layers
Layer, e.g. B. in vitreous selenium (or in other homogeneous NEN layer modifications). In devices with photo-conductive binder structures, the inactive electrically insulating
Contain resins, e.g. those according to US Pat. No. 3,121,006, the conductivity or the charge transport is increased by high
Loading of the photo-conductive pigment causes particle-to-particle contact of the photo-conductive particles. If the photoconductive particles are dispersed in a photoconductive matrix, as is e.g.
As described, for example, in US Pat. No. 3,121,007, the photo-conductivity results from the development of charge carriers both in the photo-conductive matrix and in the photo-conductive pigment particles.
In the above-mentioned patents certain mechanisms of the discharge in the photoconductive layer are reproduced; however, they generally suffer from the disadvantage that the photoconductive surface is exposed to the environment during the process, particularly during cyclic xerography, fogging, chemical attack, heat and multiple exposures during cycling.
These effects lead to a gradual degradation of the electrical properties of the photoconductive layer, and thus to the printing of surface defects and scratches, localized areas of persistent conductivity, which cannot hold back an electrostatic charge, and high dark discharge.
In addition, in these photoconductive layers, the photoconductor either takes up 100% of the layer, as in the case of the vitreous selenium layer, or the layers preferably contain a large amount of photoconductive material in the binder configuration. The requirement that a photoconductive layer consists wholly or at least for the most part of photoconductive material limits the physical properties of the final plate, drum or belt, since the physical properties, such as flexibility and adhesion of the photoconductor, on a carrier Substrate, primarily determined by the physical properties of the photoconductor and not by the resin or matrix material, which is preferably present in smaller quantities.
Another form of composite photosensitive layer which has become known includes a layer of photoconductive material covered with a relatively thick layer of plastic and forming a coating on a support substrate.
Such an arrangement is described in US Pat. No. 3,041,166 in which a transprent plastic material covers a layer of vitreous selenium which is located on a carrier substrate. The plastic material has a large area for charge carriers of the desired polarity.
When carrying out the process, the free surface of the transparent plastic material is electrostatically charged with a certain polarity. The device is then exposed to activated radiation, as a result of which a hole-electron pair is created in the photo-conductive layer. The electron moves through the plastic layer and neutralizes a positive charge on the free surface of the plastic layer, creating an electrostatic image. However, that patent does not disclose any particular plastic materials that function in this way; the
Examples relate to structures in which a photoconductor
Material is used for the top layer.
In French patent no. 1 577 855 a composite photosensitive device is described for a special purpose, namely for reflex exposure with polarized light. In one embodiment, a layer of bi-colored, organic, photoconductive particles is used, which are arranged in an oriented manner on a carrier substrate, a layer of polyvinyl carbazole being formed over the oriented layer of the bi-colored material. If one is now charged and exposed to light polarized perpendicular to the orientation of the two-colored layer, both the oriented two-colored layer and the polyvinyl carbazole layer are transparent to the light initially used.
As soon as the polarized light hits the white background of the document to be copied, the light is depolarized, reflected back by the device and absorbed by the two-colored photoconductive material. In another embodiment, the two-color photoconductor is dispersed in an oriented manner throughout the layer of polyvinyl carbazole.
In view of this state of the art, it is readily apparent that there is a need for a generally applicable photoreceptor that has acceptable photoconductive properties and also has excellent physical strength and flexibility so that it can be reused in high speed cycling without the xerographic Properties deteriorate continuously due to wear and tear, chemical attack and light aging.
The object of the present invention is to produce an electrophotographic plate which is suitable for cyclic imaging and which does not have the above disadvantages.
This goal is achieved in that it comprises a layer of non-oriented photoconductive material on a support substrate and superposed thereover a contact layer, which contact layer comprises an organic active transport material, the ratio of the thickness of the active layer to the photoconductive layer from about 2: 1 to about 200: 1, the photoconductive layer further having the ability for photoexcited electron formation and injection, and the transport material being able to assist the injection of the photoexcited electrons and the transport of these electrons through the active transport material.
Together with the drawings, specific embodiments of the present electrophotographic plate are then explained in more detail:
Fig. 1 shows a schematic section through a first embodiment.
Fig. 2 shows a section through a second embodiment.
Fig. 3 shows a section through a third embodiment.
Fig. 4 shows a discharge mechanism of the photo discharge of the electronically active material layer.
Fig. 5 shows the discharge mechanism of a prior art binder system.
Fig. 6 shows the discharge mechanism of another known binder system.
Fig. 1 shows an electrophotographic plate 10. Numeral 11 denotes a substrate or a mechanical support.
The substrate can be made of a metal, e.g. B. brass, aluminum, gold, platinum, steel, etc. It can be of any suitable thickness, rigid or flexible, in the form of a sheet, fabric, cylinder, etc., and can be coated with a thin layer of plastic. It can also consist of other materials, e.g. Metallized paper, plastic sheets that are covered with a thin layer of aluminum or copper iodide, or glass that is covered with a thin layer of chromium or tin oxide. It is usually preferred that the support device be somewhat electrically conductive or have a somewhat conductive surface and that it be strong enough to be somewhat manipulable with. In some cases, however, the carrier 11 does not need to be conductive, and it can also be dispensed with entirely.
The point. 12 denotes a photoconductive mono-layer which consists of a photoconductive material which can release electrons and inject them into the active matrix material above.
In general, any photoconductive material which can generate electrons by light is useful for the electron transport materials of the present electrophotographic plate. Typical inorganic crystalline
Photoconductors are cadmium sulfide, cadmium sulfoselenide,
Cadmium selenide, zinc sulfide, zinc oxide and mixtures thereof. Typical inorganic photoconductive glasses are amorphous selenium and selenium alloys such as selenium-tellurium and selenium-arsenic. Selenium can also be used in its hexagonal crystalline form, which is commonly referred to as trigonal selenium. Typical organic photoconductors are
Phthalocyanine pigments, e.g. B. the X-shape of the metal-free
Phthalocyanine according to U.S. Patent No. 3,357,989 and metal phthalocyanine pigments such as copper phthalocyanine.
Other typical organic photoconductors are photo-injecting pigments, such as benzimidazole pigments, perylene pigments, quinacridone pigments, indigoid pigments and nuclear i quinones, as described in German Offenlegungsschrift OS-2
108 992, OS-2 108 935, OS-2 108 944, OS-2 108 958 and OS-2 108 968 are described. The above list of photoconductors is only illustrative of the materials with particularly effective electron injecting properties; it should not be construed as a limitation.
The mono photoconductive layer 12 of FIG. 1 can be of any suitable thickness useful for its function in a xerographic imaging device. Typical thicknesses for this purpose are between 0.02 and 20 microns. If the thickness is over 25 microns, undesired positive residues are often obtained in the photoconductive layer during the cycle process and an excessive dark discharge; at thicknesses below 0.02 microns the layer becomes ineffective with regard to the absorption of the incident radiation. A range of about
0.2 to 5 microns is preferred as this thickness is a maximum
Ensure functionality of the photoconductor, using a minimal amount of the photoconductive substance and completely avoiding the above-mentioned problems with regard to the thickness.
As mentioned above, one of the major advantages of the present electrophotographic plate is the use of minimal amounts of the photoconductor of the photoconductive insulating layer.
The point. 13 denotes the active transport material layer which is located on the photoconductive layer 12. As already mentioned, the active transport layer consists of an electron transport material, which both supports the electron injection from the photoconductive layer and transports the electrons released by the light under the influence of the applied field. In order for the active transport material to function in the manner indicated above, it should be practically transparent in the particular wavelength range which is used for the xerographic copying process.
In particular, the active transport material should be virtually non-absorbent in at least a substantial portion of the electromagnetic spectrum, which is between about 4200-8000 Angstroms, because most xerographically useful photoconductors are photosensitive at wavelengths in this range.
As already mentioned, the active transport layer 12 contains aromatic or heterocyclic electron acceptor materials which have transport properties for negative charge carriers and have the required transparency properties. Typical electron acceptor materials used here are e.g. B. phthalic anhydride, tetra chlorophthalic anhydride, benzil, melit anhydride, s-tricyanobenzene, picryl chloride, 2,4-dinitrochlorobenzene, 2,4-dinitrobromobenzene, 4-nitrobiphenyl, 4,4-dinitrobiphenyl, 2,4,6 trinitroanisole, Trichlorotinitrobenzene, trinitro-o-toluene, 4,6 dichloro-1,3-dinitrobenzene, 4,6-dibromo-1,3-dinitrobenzene, p dinitrobenzene, chloranil, bromanil and mixtures thereof.
Although all aromatic or heterocyclic electron acceptors have the required transparency properties, particularly good electron transport properties are found in aromatic or heterocyclic compounds that have more than one strongly electron-withdrawing substituent, e.g. B. Nitro - (- NO2), sulfonate ion (-SO, -), carboxyl - (- COOH) and cyano - (- CH) groups.
From this class of materials, 2,4,7-trinitro-9fluorenone (TNF), 2,4,5,7-tetranitrofluorenone, trinitroanthracene, dinitroacridine, tetracyano-pyrene and dinitroanthraquinone are the preferred materials because they are easily accessible and have superior electrons -Transport properties.
It is clear to the person skilled in the art that any polymer can be used which contains a suitable aromatic or heterocyclic electron acceptor moiety that can function as an active transport material. The electrophotographic plate should not be limited to the type of polymer that can be used as a transport material. Polyesters, polysiloxanes, polyamides, polyurethanes, and epoxy resins, both as block, random or drop copolymers (which contain the aromatic half) are examples of the different types of polymers that can be used. It is also possible to use electronically inactive polymers in which the active half is dispersed in high concentration.
The practically complete or substantial transparency of the active transport material (cf. FIG. 1) means that a sufficient amount of radiation from the radiation source must pass through the active transport layer 13 so that the photoconductive layer 12 can function as a photogenerator and injector the electrons can function. In particular, the active transport materials of the present plate are transparent if the active transport material is non-photoconductive and non-absorbent in at least a substantial part of the wavelength range of about 1200 to 8000 angstroms. This property of transparency enables sufficient activating radiation to strike the photoconductor layer to cause the charged active transport photoreceptor to discharge.
The selection of active transport materials is not intended to be strictly limited to those that are transparent in the entire visible area. If you use z. B. a transparent substrate, the imagewise exposure can be effected through the substrate without the light passing through the layer of active transport material. In this case it is not necessary for the active material to be non-absorbing in the wavelength range used. This particular application takes advantage of the injection and transport properties of the active materials and is within the scope of the present electrophotographic plate. Other forms of application that do not require complete transparency of the active material are, for.
B. the selective registration of narrow-band radiation, as it is emitted by lasers, the spectral pattern reconnaissance, the color-coded form of the reproduction and possibly the color xerography.
The active material layer 13 of FIG. 1 can for the present purposes consist exclusively of the charge transport material; however, the layer can also contain the charge transport material in a suitable electronically inert binder material in sufficient concentration so that particle-to-particle contact or approximation exists for effective charge transport from the present photographic material. injected pigments can take place through the layer. In general, the volume ratio must be such that at least 25% active transport material, based on the electronically inert binder material, is present so that the desired particle-to-particle contact or approximation is obtained.
Typical resin binder materials used here are polystyrene, silicone resins such as DC-801, DC-804 and DC-996 (from Dow Corning Corporation), Lexan (a polycarbonate resin, SR-82, from General Electric Company), acrylic and methacrylic ester polymers such as Acryloid A 10 and Acryloid B 72 (polymerized ester derivatives of acrylic and alpha-acrylic acids, Rohm & Haas Company), and Lucite 44, Lucite 45 and Lucite 46 (polymerized butyl methacrylates, from EI du Pont de Nemours & Company), chlorinated rubbers such as Parlon (from Hercules Powder Company), vinyl polymers and copolymers such as polyvinyl chloride, polyvinyl acetate etc. (e.g. Vinylite VYHH and VMCH, Bakelite Corporation), cellulose esters and ethers such as ethyl cellulose, nitrocellulose etc., alkyd resins such as Glyptal 2469 (General Electric Company) etc.
In addition, mixtures of these resins with one another or with plasticizers can be used in order to obtain improved adhesion, flexibility, blocking effect, etc., of the coatings. So you can z. B. Rezyl 869 (a flaxseed oil-glycerine alkyd from American Cyanamid Company) to the chlorinated gum to improve its adhesion and flexibility. Vinylite VYHH and VMCH (polyvinyl chloride acetate copolymers from Bakelite Company) can also be mixed together. The phthalates, phosphates, adipates, etc. known to the person skilled in the art are used as plasticizers.
used, e.g. B. tricresyl phosphate, dioctyl phthalate etc.
The active transport material used in the photoconductive layer is a material which acts as an insulator to the extent that an electrostatic charge on the active transport material in the absence of exposure is not dissipated at such a rate that the The formation and maintenance of an electrostatic latent image thereon is prevented. In general, this means that the active transport material should have a specific resistance of at least 1010 OHM-cm, preferably a few orders of magnitude more. For best results, however, the resistivity of the active transport material is such that the resistance of the entire active binder layer in the absence of activating radiation or charge injection from an adjacent layer is above 1012 ohm-cm.
Since the overcoat layer acts as an active transport layer, its thickness is not critical to the function of the xerographic device, but the thickness of the active transport layer is determined by practical needs because of the amount of electrostatic charge required to induce a applied field is necessary, which causes the electron injection and their transport. A thickness of the active transport layer of about 5 to 100 microns is useful, but thicknesses outside this range can also be used. The ratio of the thickness of the active transport layer to the thickness of the photoconductive layer should be about 2: 1 to 200: 1.
A further modification of the layered structure according to FIG. 2 is shown in FIG. 2, the photoconductive layer being shown as a layer made of a binder material with crystalline photoconductor particles dispersed therein.
The binder material can be any suitable organic substance useful for such purposes, e.g. B. inert binder materials or an active matrix material. The concentration of the photoconductor material changes depending on the type of binder material used; it is between 5-99% by volume, based on the entire photoconductive layer.
If an electronically inert binder material is used in combination with the photoconductor material, a volume proportion of at least 25% photoconductor to electronically inert binder material is necessary in order to obtain particle-to-particle contact or approximation and the whole Layer 12 is photo-conductive. The comments made regarding the thickness of the photoconductive layer of Fig. 1 are generally applicable here; d. H. a range of about 0.05-20 microns is useful, while a range of 0.3 microns is particularly preferred because of the excellent results achieved therewith. The size of the photoconductive particles in the
Binder layer is not particularly critical, but it is good
Particles about 0.01 to 1.0 microns in size have given particularly satisfactory results.
Another variant of the layered configuration according to FIGS. 1 and 2 consists in the use of a blocking layer 14 at the interface phase substrate / photoconductor; such a layer is shown in FIG. This blocking
Layer contributes to the fact that after the loading stage an electric field on the photoconductor-active organic
Layer is maintained. Any suitable blocking material can be used, e.g. B. nylon, epoxy resins,
Alumina and insulating resins of various types, e.g. Polystyrene, butadiene polymers and copolymers, acrylic and methacrylic polymers, vinyl resins, alkyd resins and
Cellulose-based resins.
As can be seen, the photo-insulating part of the present electrophotographic plate consists of two functional layers: (1) A photo-conductive layer which, when excited by rays, releases holes and electrons and the electrons formed by the light are transported into the electronically active transport above -Material injected, and (2) an overlying, practically transparent active
Transport material, which the radiation on the photo-conductive
Layer lets through the electrons released in the process
Absorbs photoconductor material and actively transports the conduction electron to the positively charged surface, the
Charge is neutralized.
This is shown more clearly in FIG. 4, the electrographic plate having been positively charged by corona charging. The light 14 represented by arrows passes the transparent active transport layer and strikes the photoconductive layer, with a hole-electron pair being formed. The electron and the hole are then separated by the effect of the applied field and the electron is injected into the core phase between the active transport layer, where it is then transported to the surface as a result of the electrostatic attraction by the active transport layer system; here it neutralizes the positive charge previously applied by means of corona charging.
Since only electrons formed by the light move in the electron transport-active material layer, large changes in the surface potential are only obtained if the electric field in the layer is such that that of the photoconductor layer where it is are formed, released electrons are moved through the active matrix layer and then to the charged surface. This means that the active matrix layer must be positively charged in order to achieve maximum usability.
In Fig. 5 a prior art electrophotographic plate is shown in which sensitizing pigment 12 is dispersed in a photoconductor binder material 13 in order to increase the sensitivity of this photoconductor material. The light 14 strikes the electrophotographic device and forms holes and electrons in either the photoconductor-binder material or in the pigment materials, depending on the incidence of the radiation. Since most of the carriers are at or near the surface of the photo-isolating device, charge transport is not a serious problem. At point (A) the light caused the formation of an electron and a hole in the photoconductor, and at point (B) this process takes place in the pigment.
In order for the pigment to exert its increasing effect on the sensitivity of the electrophotographic device, it must - as can be seen from the drawing - be present in a relatively large concentration and be located on or near the surface of the photoreceptor. A comparison with FIG. 4 reveals that the electrons are released there exclusively in the photoconductive layer, since the active transport layer is practically transparent to the incident radiation, the photoconductor material being well protected by this active layer and the photoconductor need not be at or near the surface of the photoreceptor device.
In order for the pigment according to FIG. 5 to function in the device, a considerable amount must be present on or near the surface where it is exposed to the inevitable abrasion and the influences of the atmosphere.
For further comparison purposes, a known one is shown in FIG
Photoreceptor shown in which the pigment 12 in an inert
Resin material 13 is dispersed in two different concentrations (A and B). Since there are no in the binder resin
If electrons are released, it is generally necessary that the photoconductive pigment or dye is present in sufficient concentration or in geometric proximity so that the charge injection is maintained in the entire binder system.
As can be seen, in the region (A), where there is a high concentration of the pigment, a hole-electron pair is formed by the incident light 14, which is then loaded onto the positive by the pigments
Surface is transported; in part (B), however, where the
Concentration of the pigment is insufficient to make particles too
To bring about particle convergence is achieved by hitting it
Light creates an electron-hole pair, which remains trapped because the binder system is released by the light
Charges not to the pigment particles or to the charged ones
Surface can transport. A comparison with FIG. 4 shows that there a particle-to-particle approximation or contact of the photoconductor in the active matrix structure is unnecessary.
Since particle-to-particle contact is necessary in the case of the inert binder structure according to FIG. 6, resolution problems arise because the geometry of the particles cannot correspond to the direction of the incident light, so that an irregular distribution of the charge results.
If the two-layer configuration of the photoconductor and the active transport material is sufficiently strong that a self-supporting device is created (called a membrane), it is possible to dispense with the physical base or the carrier device and instead of the ground plate , which has heretofore been provided by the base layer, employs various arrangements known per se. A ground plate provides a source of image charges of both polarities. The deposition of sensitizing charges of the desired polarity on the present insulating two-layer structure has the effect that the charges of opposite polarity migrate in the sanded plate to the boundary phase of the photo-conductive insulating layer.
Without this, the capacitance of the insulating layer itself would be such that it could not absorb enough charge to sensitize the layer to a xerographically useful potential. It is the electrostatic field between the deposited charges on one side of the two-layer xerographic device and the induced charges (from the ground plate) on the other side that stresses the xerographic device so that when an electron (in the photoconductive Layer) is excited by a photon to form the conduction band, creating a hole-electron pair, the charges migrate under the influence of this field and thereby form the latent electrostatic image.
It is therefore clear that if the physical ground plate is omitted, a replacement must be created by simultaneously depositing electrostatic charges of opposite polarity on the opposite sides of the two-layer xerographically insulating membrane. If you have positive electrostatic charges on one side of the membrane, e.g. B by corona loading, as described in US Pat. No. 2,777,957, the simultaneous deposition of negative charges on the other side of the membrane, also by corona loading, creates an induced, i.e. H. a virtual ground plate is created in the body of the membrane, as if the charges of opposite polarity had been supplied by induction from a real ground plate to the boundary phase.
Such an artificially ground plate allows a useful sensitizing charge to be picked up while at the same time the charges migrate under the applied field upon exposure to activated radiation. When the term conductive base is used in the following, both a physical base and the artificial base described above are meant.
The physical shape of the xerographically active transport plates can be of any desired shape, e.g. That of a flat, spherical, cylindrical plate, etc. The plate can be flexible or rigid, if desired.
A photoconductor is a material that is electrically sensitive to light in the specific wavelength range. It is a material whose electrical conductivity increases considerably as soon as electromagnetic radiation of the relevant wavelength range is absorbed. This definition is necessary because there are a large number of aromatic organic compounds which are known or expected to be photo-conductive when exposed to highly absorbed ultraviolet, X-ray or gamma radiation .
Photoconductivity in organic materials is a common phenomenon. Virtually all highly conjugated organic compounds show some degree of photoconductivity under suitable conditions. Most of these organic materials have the first wavelength sensitivity in the ultraviolet. However, ultraviolet sensitive materials are not economically viable and their short wave sensitivity is not particularly useful for document copying or color reproduction. In view of the predominant photoconductivity of organic compounds in the case of short-wave excitation, it is therefore necessary that the term photoconductor or photoconductive should only include materials that really have a significant light sensitivity in the wavelength range in which they are used .
It has been found that a xerographically or electrophotographically sensitive device can be produced using electronically active transport materials which contain aromatic or heterocyclic electron acceptors that facilitate the transport of the electrons developed by light from a photoconductive layer under the influence of a facilitate the electric field.
The active transport materials, which are also referred to as active matrix materials, when used as a matrix for a binder layer described below are different from the matrix binder materials of the prior art described above in that the present materials combined the following Have properties: They are practically transparent and yet non-photoconductive and non-absorbent in at least a substantial part of the specific wavelength range used in xerography, corresponding to the range of light sensitivity for the photoconductor; and they have the ability to assist in the injection and transport of electrons that are freed by light in the adjacent layer of the photoconductor.
Because of their unique combination of transparency in the wavelength range of special xerographic use and the ability to transport electrons, the present active transport materials can be effectively used as a relatively thick electronically insulating coating of a photoconductive layer and at the same time as windows and charge carriers. Acting means of transport for the photoconductive layer. These special properties of the materials used enable a relatively small amount of the photoconductor to be used throughout the photoconductive insulating layer.
It should be noted that the active transport layer does not act as a photoconductor in the wavelength range used. As already mentioned, hole-electron pairs are formed in the photoconductive layer, and the electrons are then injected into the active layer via a field-modulated barrier, whereupon the electrons are transported through the active layer.
It should also be noted that most of the materials useful for the active transport layers also happen to be photoconductive when they absorb radiation of wavelengths suitable for electronic excitation.
However, the photosensitivity in the short-wave range is outside the spectral range for which the present photoconductors can be used and are therefore irrelevant for the effect of the device. It is known that the radiation must be absorbed if one wants to stimulate a photoconductive reaction, and the above-cited criterion of transparency for the active transport materials means that these materials do not contribute significantly to the light sensitivity of the photoreceptor in the wavelength range used .
A typical use of the electrophotographic plate consists in charging this plate evenly and exposing it to a radiation source in the wavelength range from about 4200 to 8000 Angstroms, a latent electrostatic image being formed on the surface of the plate. The photoconductive layer can be in the form of a layer of amorphous or glass-like selenium. A layer of active transport material, which is practically transparent in the essential part of the special wavelength range in which the selenium is light-sensitive, is located as a coating on the photoconductive selenium layer.
The use of the active transport material makes it possible to advantageously bring a photo-conductive layer into contact with a carrier substrate and to protect this photo-conductive layer by a protective layer or a window, whereby the transport of the photo-excited electrons out of the Selenium layer is enabled; the protective layer can be of a sufficient thickness so that it can physically protect the photoconductive layer from environmental influences. The use of the present active transport concept enables the use of special areas of the electromagnetic spectrum for the selective xerographic copying process.
A typical application is that electronically active materials are used in color xerography to copy specific colors one after the other to obtain a complete color print.
The following examples illustrate the electronic disk.
example 1
A photosensitive layered structure plate similar to that shown in FIG. 1 is produced by the following process: An aluminum substrate is immersed in a 3 percent solution of Zytel (nylon from duPont) in denatured alcohol so that it is 0.2 micron thick Blocking layer is created.
The coated substrate is then dried for about 30 minutes. A 1 micron layer of amorphous selenium is then applied to the blocking layer by vacuum evaporation using conventional vacuum techniques, e.g. B.
the methods described in U.S. Patent Nos. 2,753,278 and 2,970,906 (Bixby). The selenium-coated substrate is then cooled to 0 C, whereupon the amorphous selenium layer is provided with a 10 micron layer of 2,4,7-trinitro-9-fluorenone (TNF) by vacuum evaporation.
The TNF-coated plate is then placed in a Xerox Model D machine, where a copy is made from an original by positively charging the plate with a corona charge (800 volts) and the original with radiation in the 4200 wavelength range exposed to 6500 Angstroms, forming an image on the plate.
The image is then developed and transferred to paper, thereby reproducing the original. The copy is of excellent quality and can be compared to copies made with a conventional amorphous selenium electrophotographic plate. In addition, the active transport photoreceptor can be used for multiple copies in circulation and the surface of the original is easy to clean.
Example 2
Prepare a TNF active transport electrophotographic plate in a manner similar to that described in Example 1; however, a 2 micron layer of the beta form of the metal-free phthalocyanine, i. H. an organic photo-injecting pigment, applied to the blocking layer to form a 0.5 micron photoconductive layer. For this purpose, the substrate with the blocking layer is immersed in a solution of the phthalocyanine pigment in dioxane and dichloromethane, whereupon the coating is left to dry for a few hours. After drying, a 20 micron layer of dinitroacridine is applied by vacuum evaporation in the same manner as described in Example 1 to give the active transport layer.
The resulting electrophotographic plate is then placed in a Model D xerographic copier where copies are made in the same manner as in Example 1 by positive corona (800 volts) and exposure in the 4200 to 6500 angstroms wavelength range. The copies obtained in the circulation process are of just as good reproduction quality as those of Example 1.
Example 3
10 g of Lexan, a polycarbonate resin, are stirred in a solvent mixture of 40 g of dioxane and 40 g of dichloromethane, whereupon 10 g of 2,4,7-trinitro-9-fluorenone (TNF) are added and stirring is continued until until the solution is clear.
A layered structure was made in the same manner as described in Example 1 by immersing the substrate with the blocking layer in a mixture of copper phthalocyanine and solvent to form a 3 micron phthalocyanine layer. The coated phthalocyanine sheet is then dipped into the Lexan TNF solution, using a
Preserves 10 micron layer of the resin-TNF composition. The resulting layered structure is dried for 24 hours.
The resin-TNF film structure is then placed in a Xerox Model D machine and copies are made in the same manner as described in Example 1. The quality of the reproduction is equivalent to that of Examples 1 and 2, i.e. the charge carriers are transported through the resin-TNF layer. The electron transport properties are not impaired if sufficient amounts of TNF or another electron transport material are placed in an electronically inert binder.
PATENT CLAIM 1
Electrophotographic plate, characterized in that it comprises a layer of non-oriented photoconductive material on a support substrate and superposed thereover a contact layer, which contact layer comprises an organic active transport material, the ratio of the thickness of the active layer to the photoconductive layer being about 2: 1 to about 200: 1, the photoconductive layer further having the ability for photoexcited electron formation and injection and the transport material being able to aid the injection of the photoexcited electrons and the transport of these electrons through the active transport material.
SUBCLAIMS
1. Electrophotographic plate according to claim 1, characterized in that the organic, active transport material is selected from the following group: aromatic and heterocyclic compounds with more than one substituent from the group consisting of nitro, sulfonate, carboxyl and cyano.
2. Electrophotographic plate according to claim 1, characterized in that the organic, active transport material is selected from the following group: phthalic anhydride, tetrachlorophthalic anhydride, benzil, mellitic anhydride, s-tricyanobenzene, picryl chloride, 2,4-dinitrochlorobenzene, 2,4-dinitrobromobenzene , 4-nitrobiphenyl, 4,4-dinitrobiphenol, 2,3,6-trinitroanisole, trichlorotrinitrobenzene, trinitro o-toluene, 4,6-dichloro-1,3-dinitrobenzene, 4,6-dibromo-1,3- dinitrobenzene, p-dinitrobenzene, chloranil, bromanil, 2,4,7-trinitro-9-fluorenone, 2,4,5,7-tetranitrofluorenone, trinitroanthracene, dinitroacridine, tetracyanopyrene and dinitroanthraquinone.
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