Die Erfindung betrifft eine elektrophotographische Platte mit einem Photorezeptorteil und eine Verwendung der elektrophotographischen Platte zur Herstellung eines latenten Bildes.
Bei der Xerographie wird auf einer, eine photoleitfähige isolierende Schicht enthaltenden xerographischen Platte ein Bild erzeugt, indem man zuerst ihre Oberfläche gleichmässig elektrostatisch auflädt. Die Platte wird dann einem Muster von aktivierender elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise Licht, ausgesetzt, welche die Ladung in den belichteten Bezirken des photoleitfähigen Isolators ableitet, wobei in den nichtbelichteten Bezirken ein latentes elektrostatisches Bild zurückbleibt. Dieses latente elektrostatische Bild kann dann zu einem sichtbaren Bild entwickelt werden, indem man auf der Oberfläche der photoleitfähigen isolierenden Schicht feinverteilte elektroskopische Tonerpartikel niederschlägt.
Eine in der Xerographie verwendbare photoleitfähige Schicht kann eine homogene Schicht aus einem einzigen Material, z. B. glasartigem Selen, oder sie kann eine einen Photoleiter und ein weiteres Material enthaltende zusammengesetzte Schicht sein. Ein Typ einer zusammengesetzten photoleitfähigen Schicht, wie er in der Xerographie verwendet wird, ist in der US-Patentschrift 3 121 006 erläutert, in der eine Reihe von Bindemittelschichten beschrieben sind, die feinverteilte, in einem elektrisch isolierenden organischen Harzbindemittel dispergierte Partikel einer photoleitfähigen anorganischen Verbindung enthalten. In ihrer gegenwärtig im Handel erhältlichen Form enthält die Bindemittelschicht Zinkoxydpartikel, die in einem Harzbindemittel gleichmässig dispergiert sind und sie ist auf eine Papierträgerschicht aufgebracht.
In den in der genannten US-Patentschrift beschriebenen speziellen Beispielen von Bindemittelsystemen enthält das Bindemittel ein Material, das nicht in der Lage ist, durch die Photoleiterpartikel erzeugte injizierte Ladungsträger über eine wesentliche Strecke hinweg zu transportieren. Infolgedessen müssen bei den in der genannten US-Patentschrift beschriebenen speziellen Materialien die Photoleiterpartikel innerhalb der Schicht sich praktisch in einem kontinuierlichen Partikel-an-Partikel-Kontakt befinden, um die für cyclische Operationen erforderliche Ableitung (Abführung) der Ladung zu ermöglichen.
Bei der gleichmässigen Dispersion der in der genannten US-Patentschrift beschriebenen Photoleiterpartikel ist daher gewöhnlich eine verhältnismässig hohe Volumenkonzentration an Photoleiter, bis zu etwa 50 Volumenprozent oder mehr, erforderlich, um einen ausreichenden Photoleiter-Partikel-an-Partikel-Kontakt für die schnelle Entladung zu erzielen. Es wurde jedoch festgestellt, dass hohe Pho toleiterdichten (Füllungen) in den Bindemittelschichten des Harztyps dazu führen, dass die physikalische Kontinuität des Harzes zerstört wird, wodurch die mechanischen Eigenschaften der Bindemittelschicht beträchtlich verschlechtert werden. Schichten mit hohen Photoleiterdichten sind häufig durch eine spröde Bindemittelschicht mit einer geringen oder keiner Flexibilität charakterisiert.
Wenn andererseits die Photoleiterkonzentration auf einen Wert merklich unterhalb etwa 50 Volumenprozent herabgesetzt wird, wird die Entladungsgeschwindigkeit verringert, wodurch die cyclische oder wiederholte Bilderzeugung (das Kopieren) mit hoher Geschwindigkeit schwierig oder unmöglich ist.
In der US-Patentschrift 3 121 007 ist ein anderer Photoleitertyp beschrieben, der eine zweiphasen-photoleitfähige Bindemittelschicht umfasst, die in einer homogenen, photoleitfähigen isolierenden Matrix dispergierte photoleitfähige Isolatorpartikel enthält. Der Photoleiter liegt in Form eines teilchenförmigen, photoleitfähigen, anorganischen, kristallinen Pigments vor, das allgemein in einer Menge von etwa 5 bis etwa 80 Gew.-01o vorliegt. Man nimmt an, dass die Photoentladung durch Kombination der in dem photoleitfähigen isolierenden Matrixmaterial gebildeten Ladungsträger mit den von dem photoleitfähigen kristallinen Pigment in die photoleitfähige isolierende Matrix injizierten (eingeführten) Ladungsträgern hervorgerufen wird.
In der US-Patentschrift 3 037 861 ist angegeben, dass Polyvinylcarbazol eine gewisse langwellige UV-Sensibilität aufweist und darin ist vorgeschlagen, dass seine spektrale Empfindlichkeit durch Zugabe von Farbstoffsensibilisatoren in das sichtbare Spektrum hinein ausgedehnt werden kann. In dieser Patentschrift ist ferner vorgeschlagen, dass in Verbindung mit Polyvinylcarbazol auch andere Zusätze, beispielsweise Zinkoxyd oder Titandioxyd, verwendet werden können. Dabei ist klar, dass das Polyvinylcarbazol als Photoleiter mit oder ohne Zusatzmaterialien, welche seine spektrale Empfindlichkeit erweitern, verwendet werden soll.
Ausserdem sind bereits bestimmte spezialisierte Schichtanordnungen vorgeschlagen worden, die insbesondere für Reflexkopierverfahren bestimmt sind. So wird beispielsweise in der US-Patentschrift 3 165405 eine zweischichtige Zinkoxyd-Bindemittelanordnung zum Reflexkopieren verwendet.
In dieser Patentschrift werden zwei getrennte, aneinandergrenzende photoleitfähige Schichten mit verschiedenen spektralen Empfindlichkeiten verwendet, um eine spezielle Reflexkopierfolge durchzuführen. Bei dieser Anordnung werden die Eigenschaften von multiplen photoleitfähigen Schichten verwendet zur Erzielung der kombinierten Vorteile der einzelnen Lichtansprechempfindlichkeit der jeweiligen photoleitfähigen Schichten.
Bei einer Betrachtung der oben genannten üblichen zusammengesetzten photoleitfähigen Schichten ist zu ersehen, dass beim Belichten die Photoleitfähigkeit in der Schichtanordnung durch Ladungstransport durch den Körper (die Masse) der photoleitfähigen Schicht erzielt wird wie im Falle von glasartigem Selen (und anderen homogenen Schichtmodifikationen). In Vorrichtungen, in denen photoleitfähige Bindemittelstrukturen verwendet werden, die inaktive, elektrisch isolierende Harze enthalten, wie sie beispielsweise in der US-Patentschrift 3 121 006 beschrieben sind, wird die Leitfähigkeit oder der Ladungstransport durch hohe Beladungen (Füllung) mit dem photoleitfähigen Pigment erzielt, welche einen Partikel-an-Partikel-Kontakt der photoleitfähigen Partikel ermöglichen.
Im Falle von in einer photoleitfähigen Matrix dispergierten photoleitfähigen Partikeln, wie es beispielsweise in der US-Patentschrift 3121007 erläutert ist, erfolgt die Photoleitfähigkeit durch Bildung von Ladungsträgern sowohl in der photoleitfähigen Matrix als auch in den Photoleiter-Pigmentpartikeln.
Obwohl die oben genannten Patentschriften auf verschiedenen Entladungsmechanismen innerhalb der photoleitfähigen Schicht beruhen, haben sie im allgemeinen die gemeinsamen Nachteile, dass die photoleitfähige Oberfläche während des Arbeitens der Umgebung ausgesetzt ist, insbesondere im Falle der cyclischen Xerographie, dass sie dem Abrieb, dem chemischen Angriff, der Wärme und mehrfachen Belichtungen während des Cyclus ausgesetzt ist. Diese Effekte sind durch eine allmähliche Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften der photoleitfähigen Schicht charakterisiert, was zum Auskopieren von Oberflächendefekten und Oberflächenkratzern, lokalisierten Bereichen einer dauerhaften Leitfähigkeit, die keine elektrostatische Ladung zurückhalten können, und einer hohen Dunkelentladung führt.
Ausser den oben genannten Schwierigkeiten erfordern diese photoleitfähigen Schichten, dass der Photoleiter entweder 100% der Schicht ausmacht, wie im Falle der Schicht aus glasartigem Selen, oder dass sie vorzugsweise einen hohen Anteil an photoleitfähigem Material in der Bindemittel konfiguration enthalten. Die Erfordernisse einer photoleitfähigen Schicht, die alles oder einen grösseren Anteil eines photoleitfähigen Materials enthält, schränkt die physikalischen Eigenschaften der fertigen Platte, der Trommel oder des Bandes insofern weiter ein, als die physikalischen Eigenschaften, wie z.
B. die Flexibilität und die Haftung des Photoleiters auf einem Trägersubstrat, in erster Linie durch die physikalischen Eigenschaften des Photoleiters und nicht durch das Harz- oder Matrixmaterial bestimmt werden, das vorzugsweise in einer kleineren Menge vorhanden ist.
Eine andere Form einer zusammengesetzten lichtempfindlichen Schicht, die ebenfalls bereits in Erwägung gezogen worden ist, umfasst eine Schicht aus einem photoleitfähigen Material, die mit einer verhältnismässig dicken Kunststoffschicht bedeckt und auf ein Trägersubstrat aufgebracht ist.
In der US-Patentschrift 3 041 166 ist eine solche Anordnung beschrieben, bei der eine Schicht aus glasartigem Selen, das auf einem Trägersubstrat aufgebracht ist, mit einem transparenten Kunststoffmaterial überzogen ist. Das beschriebene Kunststoffmaterial ist ein solches, das eine lange Kette für Ladungsträger der gewünschten Polarität aufweist. Beim Betrieb wird die freie Oberfläche des transparenten Kunststoffes auf eine bestimmte Polarität elektrostatisch aufgeladen. Die Anordnung wird dann mit aktivierender Strahlung belichtet, welche in der photoleitfähigen Schicht ein Defektelektronenpaar (Lochelektronenpaar) erzeugt.
Das Elektron wandert durch die Kunststoffschicht und neutralisiert eine positive Ladung auf der freien Oberfläche der Kunststoffschicht, wodurch ein elektrostatisches Bild erzeugt wird. In dieser Patentschrift sind jedoch keine spezifischen Kunststoffmaterialien angegeben, die auf diese Weise funktionieren und die beschriebenen Beispiele sind auf Anordnungen beschränkt, die ein Photoleitermaterial für die Deckschicht verwenden.
In der französischen Patentschrift 1 577 855 ist eine zusammengesetzte lichtempfindliche Anordnung für Spezialzwecke beschrieben, die zur Reflexbelichtung durch polarisiertes Licht geeignet ist. Bei einer Ausführungsform wird eine Schicht aus dichroitischen organischen, photoleitfähigen Partikeln, die auf einem Trägersubstrat auf orientierte Art und Weise angeordnet sind, und eine Schicht aus Polyvinylcarbazol verwendet, die über der orientierten Schicht des dichroitischen Materials gebildet wird. Bei der Aufladung und Belichtung mit polarisiertem Licht senkrecht zur Orientierung der dichroitischen Schicht sind die orientierte dichroitische Schicht und die Polyvinylcarbazolschicht beide für die Anfangsbelichtung praktisch transparent.
Wenn das polarisierte Licht auf den weissen Hintergrund des zu kopierenden Dokuments auftrifft, wird das Licht depolarisiert, durch die Anordnung zurückreflektiert und durch das dichroitische photoleitfähige Material absorbiert. Bei einer anderen Ausführungsform ist der dichroitische Photoleiter auf orientierte Art und Weise innerhalb der Polyvinylcarbazolschicht dispergiert.
Aus dem Stand der Technik ist leicht zu ersehen, dass ein grosses Bedürfnis für einen allgemein anwendbaren Photorezeptor besteht, der annehmbare photoleitfähige Eigenschaften aufweist und der ausserdem eine ausgezeichnete physikalische Festigkeit und Flexibilität verleiht, so dass er unter schnellen cyclischen Bedingungen wieder verwendet werden kann, ohne dass allmählich eine Verschlechterung der xerographischen Eigenschaften aufgrund von Verschleiss, chemischem Angriff und Lichtermüdung eintritt.
Ziel der Erfindung ist es, eine neue elektrophotographische Platte mit einem Photorezeptorteil anzugeben, der Photoleiter enthält, welche die oben genannten Nachteile beseitigen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine neue elektrophotographische Abbildungsanordnung (Kopieranordnung) mit lichtempfindlichen Pigmenten anzugeben, die imstande sind, mit hohem Wirkungsgrad Ladung zu erzeugen und zu injizieren. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, photoinjizierende Pigmente anzugeben, die entweder in Elektronenoder Fehlstellen-Transportmaterialien verwendet werden können. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es schliesslich, einen brauchbaren, wirksamen Photorezeptorteil einer elektrophotographischen Anordnung mit verhältnismässig geringen Mengen an lichtempfindlichem Material anzugeben. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist schliesslich noch die Schaffung eines neuen Kopiersystems.
Die vorstehend genannten Ziele werden erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Photorezeptorteil ein lichtempfindliches Material und ein aktives Transportmaterial enthält, die beide miteinander verträglich sind, so dass eine wirksame Injektion von durch Licht erzeugter Ladung von dem lichtempfindlichen Material in das aktive Transportmaterial unterstützt wird, wobei es sich bei dem lichtempfindlichen Material um ein photoinjizierendes Pigment aus der Klasse der polynuklearen Chinonpigmente und bei dem aktiven Transportmaterial um ein solches handelt, das die Fähigkeit aufweist, die Injektion und den Transport von durch Licht erzeugter Ladungen aus dem lichtempfindlichen Material zu unterstützen und wobei das aktive Transportmaterial in dem Wellenlängenbereich von etwa 4000 bis etwa 6000 Ä praktisch lichtdurchlässig ist.
Die photoinjizierenden Pigmente (photoinjecting pigments) der vorliegenden Erfindung haben eine maximale Lichtempfindlichkeit in dem Wellenlängenbereich, in dem die meisten aktiven Transportmaterialien praktisch transparent sind. Ausserdem sind diese photoinjizierenden Pigmente in der Lage, entweder lichtangeregte Elektronen oder Defektstellen (Löcher) in die geeigneten aktiven Transportmaterialien mit ausserordentlich hoher Wirksamkeit unter den Bedingungen eines zweckmässig angelegten Feldes zu injizieren.
Die polynuklearen Chinonpigmente unterscheiden sich von anderen bekannten lichtempfindlichen Materialien dadurch, dass sie bei der Photogeneration und Photoinjektion wirksam sind und dass sie ausserdem mit den meisten loch- und elektronenaktiven Transportmaterialien eine ausgezeichnete Verträglichkeit aufweisen, wodurch es möglich ist, ein verhältnismässig schwaches angelegtes Feld in dem entsprechenden xerographischen Photorezeptorteil zur Erzielung der geeigneten Injektionen und zur Erzielung des erwünschten Energiegewinns (gain) zu verwenden. Die polynuklearen Chinonpigmente haben auch eine optimale Lichtempfindlichkeit in dem Wellenlängenbereich von etwa 4000 bis etwa 6000 , der auf dem Gebiet der Xerographie angewendet wird, über den ein geeignetes aktives Transportmaterial einen bestimmten Grad der Transparenz haben muss.
Eine typische Verwendung der vorliegenden elektrophotographischen Platte ist dadurch gekennzeichnet, dass man a) die genannte elektrophotographische Platte mit einem Photorezeptor, der ein photoleitfähiges Material und ein aktives Transportmaterial enthält, wobei es sich bei dem photoleitfähigen Material um ein photoinjizierendes Pigment aus der Klasse der polynuklearen Chinonpigmente und bei dem aktiven Transportmaterial um ein Ladungstransportmedium handelt, das in dem Wellenlängenbereich von 4000 bis 6000 Ä im wesentlichen transparent ist, verwendet, b) diese Platte gleichmässig auflädt und c) die Platte einer Strahlungsquelle in dem Wellenlängenbereich von etwa 4000 bis etwa 6000 Ä aussetzt, wodurch auf der Oberfläche der Platte ein elektrostatisches Bild erzeugt wird.
Die ausgeprägte Natur des Pigments sowie seine Verträg lichkeit mit dem aktiven Transportmaterial ermöglicht die Verwendung einer verhältnismässig dünnen Schicht des polynuklearen Chinonpigments ohne irgendwelchen Verlust an Wirksamkeit.
Weitere Ziele der Erfindung sowie weitere Merkmale, die dazu beitragen, gehen aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor. Darin bedeuten:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines weiteren xerographischen Teils der Erfindung;
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines weiteren xerographischen Teils der Erfindung;
Fig. 3 die Erläuterung eines Entladungsmechanismus durch Injektion durch die erfindungsgemässen photoleitfähigen Pigmente.
Die Fig. 1 erläutert eine Ausführungsform der verbesserten xerographischen Platte 10 der Erfindung. Die Bezugszahl 11 bezeichnet ein Substrat oder einen mechanischen Trä ger. Das Substrat kann aus einem Metall, z. B. Messing, Aluminium, Gold, Platin, Stahl oder dergleichen, bestehen. Es kann irgendeine zweckmässige Dicke haben, starr oder flexibel sein, in Form einer Folie, einer Bahn (Gewebe) eines Zylinders oder dergleichen vorliegen und es kann mit einer dünnen Sperrschicht überzogen sein. Das Substrat kann auch aus irgendeinem anderen Material, z. B. Papier, metallisiertem Papier, aus mit einem dünnen Überzug aus Aluminiumoder Kupferoxyd versehenen Kunststoffolien oder aus mit einem dünnen Uberzug aus Chrom- oder Zinnoxyd versehenen Glas bestehen.
Gewöhnlich ist es bevorzugt, dass der Träger etwas elektrisch leitfähig ist oder eine etwas leitfähige Oberfläche hat und dass er stark genug ist, um einer bestimmten Handhabung zu widerstehen. In bestimmten Fällen muss der Träger 11 jedoch nicht leitfähig sein oder kann sogar völlig nicht-leitfähig sein.
Die Bezugszahl 12 bezeichnet eine einzige oder einheitliche photoleitfähige Schicht, welche die photoinjizierenden polynuklearen Chinonpigmente der Erfindung enthält Die einzige Schicht enthält insbesondere ein polynukleares Chinonpigment aus der Gruppe der Anthrachinonderivate, Flavanthrone und polynuklearen Chinone mit mehr als drei kondensierten aromatischen Ringen. Die photoinjizierenden polynuklearen Chinone der oben genannten Gruppe haben die Eigenschaft, dass sie wirksame Photogeneratoren und Injektoren von Ladungsträgern in aktive Transportmaterialien vom Loch-Wanderungs- oder Elektronenwanderungstyp sind.
Die photoleitfähige Einzelschicht 12 der Fig. 1 kann irgendeine geeignete Dicke haben, wie sie zur Durchführung ihrer Funktion in dem xerographischen Isolatorteil verwendet wird. Für diesen Zweck geeignete Dicken liegen innerhalb des Bereiches von 0,05 bis 20 Mikron. Dicken von oberhalb etwa 20 Mikron haben die Neigung, unerwünschte positive Restladungsanreicherungen in der Pigmentschicht während des Cyclus und einen übermässigen Dunkelzerfall zu erzeugen, während Dicken unterhalb 0,05 Mikron unwirksam werden bei der Absorption der auftreffenden Strahlung. Ein Bereich von etwa 0,2 bis etwa 5 Mikron ist bevorzugt, da diese Dicken eine maximale Funktionalität des Photoleiters bei einer minimalen Menge der Pigmentsubstanz gewährleisten und die oben genannten Schwierigkeiten bezüglich der Dicke vermeiden.
Während die Ziffer 12 der Fig. 1 eine photoleitfähige Einzelschicht aus einem photoinjizierenden Pigment bedeutet, kann diese Schicht im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch ein in einem Matrixmaterial dispergiertes photoinjizierendes Pigment enthalten. Das Matrixmaterial kann irgendeine geeignete organische Substanz sein, wie sie für solche Zwecke verwendet wird, z. B. eine inerte Matrix oder ein Bindemittelmaterial oder eines der gegenwärtig verwendeten aktiven Transportmaterialien, wie sie in den von der gleichen Anmelderin am gleichen Tage unter den internen Aktenzeichen 576 659, 589 876, 567 286 und 567 744 eingereichten Patentanmeldungen beschrieben sind. Die Konzentration des Photoleitermaterials variiert entsprechend dem verwendeten Bindemitteltyp und sie liegt innerhalb des Bereiches von etwa 5 bis etwa 99 Volumenprozent, bezogen auf die gesamte photoleitfähige Schicht.
Wenn ein elektronisch inertes Bindemittelmaterial in Verbindung mit den photoinjizierenden Pigmenten verwendet wird, ist ein Volumenverhältnis von mindestens 25 % Photoleiter zu dem elektronisch inerten Bindemittelmaterial erforderlich, um einen Partikel-an Partikel-Kontakt oder -Nachbarschaft zu erzeugen, um dadurch die Schicht 12 durchgehend photoleitfähig zu machen.
Die Bemerkungen bezüglich der Dicke der photoleitfähigen Einzelschicht der Fig. 1 treffen auch hier zu, d. h. sie liegt innerhalb eines Bereiches von etwa 0,05 bis etwa 20 Mikron, wobei ein Bereich von 0,2 bis 5 Mikron bevorzugt ist, und sie variiert mit der Konzentration des Pigments in der Bindemittelschicht.
Da die vorliegenden Photorezeptoren mit einem Wellenlängenbereich entsprechend dem Bereich der Lichtempfindlichkeit des Pigmentes belichtet werden, handelt es sich dabei um den speziellen Wellenlängenbereich, für den das aktive Transportmaterial im wesentlichen durchlässig sein muss.
Wie bereits oben angegeben, haben die vorliegenden photoinjizierenden Chinonpigmente eine optimale Lichtempfindlichkeit in dem Wellenlängenbereich von etwa 4000 bis etwa 6000 , dem xerographischen Anwendungsbereich des vorliegenden Pigment-Transport-Photorezeptors. Deshalb funktioniert das Pigment beim Belichten mit einer Lichtquelle mit einer Emission dieses Wellenlängenbereiches mit maximalem Wirkungsgrad bei der Absorption der gesamten auftreffenden Strahlung und bei der Erzeugung von Ladungsträgern.
Die Bezugsziffer 13 bezeichnet die aktive Transportschicht, die über der photoinjizierenden Pigmenteinzelschicht 12 liegt. Wie bereits oben angegeben, kann das aktive Transportmaterial entweder elektronenleitend oder lochleitend sein, je nach der ausgeprägten Natur und Wirksamkeit der photoinjizierenden polynuklearen Chinonpigmente.
In Übereinstimmung mit dem oben Gesagten muss das mit den Chinonpigmenten verwendete aktive Transportmaterial in dem Wellenlängenbereich der Lichtempfindlichkeit des Pigments, welcher der jeweilige xerographische Anwendungsbereich ist, im wesentlichen durchlässig sein. Die polynuklearen Chinonpigmente sind lichtempfindlich in dem Wellenlängenbereich von etwa 4000 bis etwa 6000 . Die in den von der gleichen Anmelderin am gleichen Tage unter den internen Aktenzeichen 576 659, 589 876, 567 286 und 567 744 eingereichten Patentanmeldungen beschriebenen aktiven Transportmaterialien sind zur Verwendung mit den Chinonpigmenten besonders geeignet.
Dazu gehören Lochtransportmaterialien, wie z. B. Carbazol, N-Äthylcarbazol, N-Isopropylcarbazol, N-Phenylcarbazol, Tetraphenylpyren, 1-Methylpyren, Perylen, Chrysen, Anthracen, Tetraphen, 2-Phenylnaphthalin, Azapyren, Fluoren, Fluorenon, 1-Athylpyren, Acetylpyren, 2,3-Benzochrysen, 3,4-Benzopyren, 1,4-Brompyren und Phenylindol, Polyvinylcarbazol, Polyvinylpyren, Polyvinyltetracen, Polyvinylperylen und Polyvinyltetraphen. Beispiele für geeignete Elektronentransportmaterialien sind 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon (TNF), 2,4,5,7-Tetranitro-fluorenon, Dinitroanthracen, Dinitroacriden, Tetracyanopyren und Dinitroanthrachinon.
Es ist für den Fachmann klar, dass auch jedes andere Po lymerisat, das den geeigneten aromatischen oder heterocyclischen Ladungsträgerrest enthält, wie z. B. Carbazol, Tetraphen, Pyren, 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon usw. als aktives Transportmaterial wirkt. Die vorliegende elektrophotographische Platte ist nicht auf den Polymerisattyp beschränkt, der als Transportmaterial verwendet werden kann. Beispiele für verschiedene Polymerisattypen, die verwendet werden können, sind Polyester, Polysiloxane, Polyamide, Polyurethane und Epoxyde sowie Block-, Random- oder Pfropfmischpolymerisate (die den aromatischen Rest enthalten). Ausserdem können elektronisch inaktive Polymerisate, in denen der aktive Rest bei hoher Konzentration dispergiert ist, verwendet werden. Die Dicke der aktiven Transportschicht ist nicht kritisch für die Funktion des xerographischen Materials.
Jedoch wird die Dicke der aktiven Transportschicht durch die praktischen Erfordernisse bezüglich der Mengen der erforderlichen elektrostatischen Ladung zur Induktion eines geeigneten angelegten Feldes, um die Elektroneninjektion und den Elektronentransport zu bewirken, bestimmt. Dicken von etwa 5 bis etwa 100 Mikron für die aktive Transportschicht sind geeignet, es können jedoch auch Dicken ausserhalb die ses Bereiches verwendet werden. Das Verhältnis der Dicke der aktiven Transportschicht zu der der Photoleiterschicht sollte innerhalb des Bereiches von etwa 2:1 bis etwa 200:1 gehalten werden.
Der Ausdruck eine wesentliche oder beträchtliche
Durchlässigkeit des aktiven Transportmaterials bedeutet in diesem Zusammenhang, wie in der Fig. 1 erläutert ist, dass eine ausreichende Menge von Strahlung aus einer Quelle die aktive Transportschicht 13 passieren muss, so dass die photoleitfähige Schicht 12 ihre Kapazität als Photogenerator und
Photoinjektor für Ladungsträger entfalten kann. Insbesondere liegt innerhalb des Wellenlängenbereiches von etwa 4000 bis etwa 6000 Ä eine beträchtliche Durchlässigkeit für die auf die Pigmentschicht auftreffende Strahlung vor, so dass eine Entladung eines aufgeladenen, mit einem Pigment aktivierten Transportphotorezeptors bewirkt wird.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Auswahl von aktiven Transportmaterialien beschränkt, die für den ganzen sichtbaren Bereich durchlässig sind. Wenn z. B.
die Schichtanordnung der Fig. 1 mit einem transparenten Substrat verwendet wird, so kann die bildmässige Belichtung durch das Substrat erfolgen, ohne dass das Licht die Schicht des aktiven Transportmaterials passiert. In diesem Falle muss das aktive Material nicht in dem angewendeten Wellenlängenbereich nicht-absorbierend sein. Diese spezielle Anwendung macht von den vorteilhaften Injektionseigenschaften der vorhandenen photoinjizierenden Pigmente Gebrauch und fällt ebenfalls in den Rahmen der vorliegenden elektrophotographischen Platte. Andere Anwendungen, bei denen keine vollständige Durchlässigkeit (Transparenz) für das aktive Material erforderlich ist, sind z.
B. die selektive Aufzeichnung von Strahlung einer engen Bandbreite, wie sie beispielsweise von Lasern, spektralen Kenntafeln, farbübertragenen Formvervielfältigungen (color coded form duplication) und bei der möglichen Farbxerographie emittiert werden.
Obwohl die aktive Transportschicht 13 der Fig. 1 ausschliesslich aus dem Ladungstransportmaterial bestehen kann, kann die Schicht für die Zwecke der vorliegenden elektrophotographischen Platte auch das in einer ausreichenden Konzentration in einem geeigneten inerten Bindemittel zur Erzielung eines Partikel-an-Partikel-Kontakts oder zur Erzielung einer ausreichenden Nähe der Partikel, um dadurch den wirksamen Ladungstransport von den photoinjizierenden Pigmenten durch die Schicht zu ermöglichen, dispergierte Ladungstransportmaterial enthalten. Im allgemeinen muss ein Volumenverhältnis von mindestens 25 % aktivem Transportmaterial zu elektronisch inertem Bindemittelmaterial vorliegen, um den gewünschten Partikel-an-Partikel-Kontakt oder die gewünschten Dichte der Teilchen zu erzielen.
Typische, für die Ausführung der vorliegenden elektrophotographischen Platte geeignete Harzbindemittel sind Polystyrol, Silikonharze, wie z. B. DC-801, DC-804 und DC-996 (alle hergestellt von der Dow Corning Corporation), Lexan, ein Polycarbonat, und SR-82 (hergestellt von der General Electric Company), Acryl- und Methacrylesterpolymerisate, beispielsweise Acryloid-A 10 und Acryloid B72, polymerisierte Esterderivate von Acryl- und a-Acrylsäure (beide vertrieben von der Rohm und Haas Company), Lucite 44, Lucite 45 und Lucite 46 (polymerisierte Butylmethacrylate der Firma E.I. du Pont de Nemours & Company), chlorierter Kautschuk, z. B. Parlon, vertrieben von der Hercules Powder Company, Vinylpolymerisate und -mischpolymerisate, z. B.
Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat und dergleichen einschliesslich der Vinylite vYHH und VMCH der Firma Bakelite Corporation, Celluloseester und -äther, z. B. Äthylcellulose, Nitrocellulose usw., Alkydharze, z. B. Glyptal 2469 der General Electric Company usw. Ausserdem können Mischungen solcher Harze untereinander oder mit Weichmachern zur Verbesserung der Haftung, Flexibilität, des Blocking usw. der Überzüge verwendet werden. So kann Rezyl 869 (ein Leinsamenöl-Glyzerinalkyd der American Cyanamid Company) zu chloriertem Kautschuk zugegeben werden, um seine Haftung und Flexibilität zu verbessern. Entsprechend können die Vinylite VYHH und VMCH (Polyvinylchloridacetat-Mischpolymerisate der Firma Bakelite Company) miteinander gemischt werden.
Beispiele für Weichmacher sind Phthalate, Phosphate, Adipate usw., beispielsweise Tricresylphosphat, Dioctylphthalat usw., wie sie auf dem Gebiet der Kunststoffe bekannt sind.
Eine andere Ausführungsform der elektrophotographischen Platte ist in der Fig. 2 der Zeichnung erläutert. Hier besteht die Photorezeptorschicht 10 aus photoinjizierenden Pigmentpartikeln 12, die in einem aktiven Transportmatrixbindemittel 13 enthalten sind. Um die beste Kombination von physikalischen und elektrischen Eigenschaften zu erhalten, muss im allgemeinen der obere Grenzwert für das photoleitfähige Pigment oder die photoleitfähigen Partikel etwa 5 Volumenprozent der aktiven Transportbindemittelschicht betragen.
Eine untere Grenze für die photoleitfähigen Partikel von etwa 0,1 Volumenprozent der Bindemittelschicht ist erforderlich, um zu gewährleisten, dass der Lichtabsorptionskoeffizient ausreicht, um eine merkliche Trägerbildung zu ergeben.
Die Dicke der Bindemittelschicht ist nicht besonders kritisch. Schichtdicken von etwa 2 bis etwa 100 Mikron haben sich als zufriedenstellend erwiesen, wobei eine Dicke von etwa 5 bis etwa 50 Mikron bevorzugt ist und besonders gute Ergebnisse liefert.
Die Grösse der lichtempfindlichen Partikel in der Bindemittelschicht ist nicht besonders kritisch, jedoch liefern Partikel innerhalb eines Grössenbereiches von etwa 0,01 bis etwa 1,0 Mikron besonders zufriedenstellende Ergebnisse.
Obwohl der in Fig. 1 dargestellte Schichtaufbau in struktureller Hinsicht sich von dem Bindemittelphotorezeptor gemäss Fig. 2 unterscheidet, ist die funktionelle Beziehung zwischen dem lichtempfindlichen Material und dem aktiven Transportmaterial insofern die gleiche, als in den lichtempfindlichen Partikeln eine Photogeneration und anschliessend eine Photoinjektion in das umgebende aktive Transportmaterial erfolgt.
Deshalb gelten alle obigen Ausführungen bezüglich der Schichtanordnung gemäss Fig. 1, die sich auf die Natur der Materialien und die Wechselwirkungen untereinander beziehen, auch hier, jedoch mit der Ausnahme, dass wegen der Nähe der lichtempfindlichen Partikel zur Oberfläche des Photorezeptors die Bindemittelplatte vorzugsweise mit der gleichen Polarität aufgeladen wird wie die unter Lichteinwirkung gebildeten Ladungen, die durch das aktive Transportmaterial transportiert werden können. Wenn daher ein Elektronentransportmaterial als Bindemittel verwendet wird, wird die Platte vorzugsweise negativ aufgeladen, während eine positive Aufladung im Falle der Verwendung eines Fehlstellentransportmaterials (Lochtransportmaterials) bevorzugt ist.
Ausserdem ist die Bedingung der wesentlichen Durchlässigkeit des aktiven Transportmaterials hier notwendig, um eine maximale Funktionsfähigkeit des Bindemittelaufbaus zu gewährleisten.
Eine andere Abänderung der Strukturen gemäss den Fig.
1 und 2 besteht in der Verwendung einer Sperrschicht an der Substrat-Photorezeptor-Grenzfläche. Eine solche Sperrschicht dient in erster Linie dazu, den Spannungsverlust in Abwesenheit von aktivierender Strahlung, der unter der Bezeichnung Dunkelzerfall bekannt ist, zu verringern. Ausserdem trägt die Sperrschicht dazu bei, ein elektrisches Feld auf dem Photorezeptor nach der Aufladung aufrechtzuerhalten. Es kann jedes geeignete Sperrmaterial in einer Dicke von etwa 0,1 bis etwa 1 Mikron verwendet werden. Beispiele für typische Materialien sind Nylon, Epoxyharze, Alu- miniumoxyd und isolierende Harze verschiedener Typen einschliesslich des Polystyrols, der Butadienpolymerisate und -mischpolymerisate, der Acryl- und Methacrylpolymerisate, der Vinzylharze, Alkydharze und der Harze auf Cellulosebasis.
Die Bezugsziffer 13 in den Fig. 1 und 2 bezeichnet das aktive Ladungstransportmaterial, das entweder als Deckschicht oder als Bindemittel für das photoinjizierende Pigmentmaterial 12 dient. Wie bereits oben erwähnt, ist das Ladungstransportmaterial in der Lage, die Ladungsinjektion von den Pigmentpartikeln oder der Schicht zu unterstützen und diese durch Licht gebildeten Ladungen unter dem Einfluss eines angelegten Feldes zu transportieren. Damit das aktive Transportmaterial auf die oben angegebene Art und Weise funktioniert, sollte es praktisch durchlässig oder nichtabsorbierend sein für den jeweiligen Wellenlängenbereich der Pigmentlichtempfindlichkeit.
In bezug auf die polynuklearen Chinonpigmente sollte das Ladungstransportmaterial in dem sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums, der von etwa 4000 bis etwa 6000 Ä reicht, im wesentlichen nicht-absorbierend sein, da die xerographisch brauchbaren photoinjizierenden Pigmente bei Wellenlängen in diesem Bereich eine maximale Lichtempfindlichkeit aufweisen.
Bei dem aktiven Transportmaterial, das in Verbindung mit den photoleitfähigen Pigmenten verwendet wird, handelt es sich um ein Material, das bis zu einem solchen Grade einen Isolator darstellt, dass eine auf das Ladungstransportmaterial aufgebrachte elektrostatische Ladung in Abwesenheit von Licht mit einer solchen Geschwindigkeit nicht geleitet wird, dass die Entstehung und Beibehaltung eines elektrostatischen latenten Bildes darauf verhindert wird. Dies bedeutet im allgemeinen, dass der spezifische Oberflächenwiderstand des aktiven Transportmaterials mindestens 1010 Ohm x cm betragen sollte und dass er vorzugsweise noch einige Grössenordnungen höher liegt.
Für optimale Ergebnisse sollte jedoch der spezifische Oberflächenwiderstand des aktiven Matrixmaterials vorzugsweise so sein, dass der spezifische Gesamtoberflächenwiderstand des Photorezeptors in Abwesenheit von aktivierender Strahlung oder Ladungsinjektion von den photoleitfähigen Pigmenten etwa 1012 Ohm x cm beträgt.
Zusammenfassend ist es klar, dass der photoisolierende Teil des xerographischen Materials der Erfindung, wie es in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, in zwei funktionelle Komponenten eingeteilt ist:
1. Ein photoinjizierendes Pigment, das bei der Anregung durch Strahlung innerhalb eines speziellen Wellenlängenbereiches Ladungsträger bildet und diese durch Licht gebildeten Ladungsträger in das benachbarte aktive Transportmaterial injiziert und
2. ein im wesentlichen transparentes aktives Transportmaterial, das die Transmission von Strahlung bis zum photoinjizierenden Pigment erlaubt, die nachfolgend unter der Einwirkung des Lichtes gebildeten Ladungsträger von dem lich- tempfindlichen Material aufnimmt und diese Ladungsträger zu einer entgegengesetzt geladenen Oberfläche oder Substrat wirksam transportiert, um eine Neutralisation herbeizuführen.
Dies wird nach einem vereinfachten Mechanismus in der Fig. 3 der beiliegenden Zeichnung graphisch erläutert, in der eine Elektronentransport-Schichtanordnung mit Hilfe einer Coronaentladung positiv aufgeladen worden ist. Die durch die Pfeile 14 dargestellte aktivierende Strahlung durchdringt dann die transparente aktive Transportschicht und trifft auf die Pigmentschicht auf, wodurch ein Defektelektronenpaar (Lochelektronenpaar) entsteht. Das Elektron und das Loch werden dann unter der Einwirkung des angelegten Feldes voneinander getrennt und das Elektron wird durch die Grenzschicht in die aktive Transportschicht injiziert. Hier wird das durch Lichteinwirkung gebildete Elektron unter der Einwirkung der elektrostatischen Anziehung durch das aktive Transportsystem an die Oberfläche transportiert, wo es die vorher mit Hilfe einer Coronaaufladung aufgebrachte positive Ladung neutralisiert.
Da sich nur die durch Licht gebildeten Elektronen in der hier erläuterten Elektronenakzeptor-aktiven Transportschicht bewegen können, können grosse Änderungen in dem Oberflächenpotential nur eintreten, wenn das elektrische Feld an der Schichtanordnung so gross ist, dass sich die durch Licht erzeugten Elektronen von der Photoleiterschicht an die aufgeladene Oberfläche bewegen. Es ist deshalb erforderlich, dass bei einer Schichtanordnung, wie sie in der Fig. 1 erläutert ist, ein Elektronentransportmaterial-Photorezeptor positiv aufgeladen wird und dass ein Fehlstellen (Loch)-Transportmaterialphotorezeptor negativ aufgeladen wird. Wie bereits oben angegeben, gilt das Umgekehrte, wenn das System eine Bindemittelschicht ist, sie in der Fig. 2 erläutert ist.
Es ist klar, dass das aktive Transportmaterial in dem angewendeten Wellenlängenbereich nicht als Photoleiter wirkt.
Die Lochelektronenpaare werden in dem lichtempfindlichen Pigment unter der Einwirkung von Licht erzeugt und die Elektronen werden dann durch eine durch ein Feld modulierte Sperrschicht in das aktive Transportmaterial injiziert und der Elektronentransport erfolgt durch das aktive Trans portmaterial.
Der Ausdruck polynukleares Chinon bezieht sich auf eine Verbindungsklasse mit einer Struktur, die durch Kondensation eines Chinonrestes mit einem aromatischen Rest erhalten wird.
Weiter wurde gefunden, dass polynukleare Chinone, die bekannte Pigmente darstellen, sowohl wirksame Photogenerations- als auch Photoinjektionseigenschaften mit aktiven Transportmaterialien aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass die wertvollsten polynuklearen Chinone in diesen Systemen die Anthrachinonderivate, Flavanthrone und die polynuklearen Chinone mit mehr als drei kondensierten aromatischen Ringen sind. Diese Klassen von polynuklearen Chinonpigmenten sind bevorzugt wegen ihrer leichten Zugänglichkeit (im Handel erhältlich) und ihrer hohen Lichtempfindlichkeit.
Von diesen Klassen von polynuklearen Chinonpigmenten liefern die folgenden Verbindungen optimale Ergebnisse:
EMI6.1
Anthanthron
EMI6.2
Pyranthron
EMI6.3
Dibenzpyrenchinone
EMI6.4
Pyrenchinon
EMI6.5
3,4,9,1 0-Dibenzpyrenchinon bromiertes Anthanthron
EMI6.6
EMI6.7
bromiertes Dibenzpyrenchinon
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Obwohl die oben genannten polynuklearen Chinone bevorzugt sind, können auch beliebige andere polynukleare Chinone oder Mischungen davon verwendet werden, wenn sie geeignet sind.
Beispiele für typische polynukleare Chinone sind Benzanthronacridene, Acridoncarbazole, Dinaphthaloy laeridone und Mischungen davon.
Im Gegensatz zur optimalen Lichtempfindlichkeit des polynuklearen Chinonpigments hat es sich gezeigt, dass viele bekannte Photoleiter zwar in diesem Wellenlängenbereich lichtempfindlich sind, dass sie jedoch nicht genügend verträg- lich sind mit den geeigneten elektronisch aktiven Transportmaterialien und dass sie daher bezüglich der Injektion der durch Licht gebildeten Ladungen in die Umgebung oder in das benachbarte aktive Transportmaterial unwirksam sind.
Deshalb erfordert die Verwendung solcher photoleitfähiger Materialien in Verbindung mit aktiven Transportmaterialien ein unzweckmässiges angelegtes Feld von mehr als 5 x 105 Voltlcm. Wegen ihrer einzigartigen Eigenschaft können die vorliegenden photoinjizierenden Pigmente mit Transportmaterialien in verhältnismässig geringen Mengen in einem xerographischen Photorezeptor mit Schichtaufbau oder mit Bin demittelstruktur verwendet werden.
Die folgenden Beispiele, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschreiben, sollen die Erfindung erläutern, ohne sie jedoch darauf zu beschränken.
Beispiel 1
Eine Platte oder Schichtstruktur, ähnlich der in Fig. 1 dargestellten, wurde folgendermassen hergestellt:
1. Ein mit Nylon beschichtetes Aluminiumsubstrat wurde bei Raumtemperatur gehalten, während eine 0,8 Mikron dicke Schicht aus Dibenzochinon im Vakuum aufgedampft wurde.
2. Durch Auflösen der richtigen Menge Polyvinylcarbazol (Luvican M170, ein Poly-N-vinylcarbazol [PVK] der BASF Chemical Company) in einer Lösung aus 180 g Toluol und 20 g Cyclohexanon wurde eine 17 /Oige Polymerisatausgangslösung hergestellt.
3. Dann wurde durch Aufbringen der PVK-Ausgangslösung auf die Dibenzpyrenchinon-Pigmentschicht unter Verwendung einer Gardner-Laboratories Bird-Auftragsvorrichtung eine 7 Mikron dicke PVK-Schicht hergestellt. Schliesslich wurde der erhaltene Photorezeptor 2 bis 24 Stunden lang bei 100 "C an der Luft getrocknet.
Beispiel 2
Nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wurden unter Verwendung der folgenden photoinjizierenden Pigmente als photoleitfähige Schicht sieben weitere Platten hergestellt: a) Anthanthron, b) Pyranthron, c) Pyrenchinon, d) 3,4,9,10-Dibenzpyrenchinon, e) bromiertes Anthron, f) bromiertes Dibenzpyrenchinon, g) bromiertes Pyranthron, h) Flavanthron und i) Algol-Gelb, ein Anthrachinonthiazol der General Aniline and Film Company, New York.
Die in den Beispielen 1 und 2 hergestellten Platten wurden nach dem folgenden Verfahren elektrisch getestet:
Die Proben wurden durch eine negative Corona-Aufladung auf ein Potential von etwa 500 Volt aufgeladen. Dann wurden die Proben mit einem monochromatischen Entladungslicht, entsprechend einem Wellenlängenbereich, in dem jedes Pigment lichtempfindlich war, belichtet. Da die photoinjizierenden Pigmente eine maximale Lichtempfindlichkeit (Photoansprechempfindlichkeit), Xmax, in dem sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums von etwa 4000 bis etwa 6000 Ä haben, wurden die Photorezeptoren mit einer durch ein Interferenzfilter mit einer Bandbreite von 100 Ä gefilterten Wolframlampe mit einem Transmissionspeak bei etwa 4500 Ä belichtet.
Mit anderen Filtern mit Transmissionspeaks, die über den gesamten Bereich von 4000 bis 6000 Ä gleichmässig verteilt waren, wurden weitere Messungen durchgeführt. Die Anfangsspannung und die erhaltene Entladung, gemessen als (dV/dT)T=o, wurden in jedem einzelnen Lichtentladungsexperiment mit Hilfe einer Gleichstrom-Ringleitungssonde, die mit einem Keithley 610B-Elektrometer zur Messung der Spannungen als Funktion der Zeit verbunden war, gemessen, wobei man ein Diagramm erhielt, in dem die Lichtempfindlichkeit gegen das Feld aufgetragen wan Aus diesen Experimenten wurden die maximale Ausbeute (maximum gain) G und die minimale Feldstärke (Feldschwellenwert) Et, d. h. das Feld ermittelt, das die geringste messbare Entladung lieferte.
Ausserdem konnte aus der Anfangsentladungsgeschwindigkeit die Ausbeute (Energiegewinn) G errechnet werden. Die experimentelle Methode und die Art der Berechnung sind von P. Regensburger in Optical Sensitization of Charge Carrier Transport in PVK , Photochemistry and Photobiology, 8, Seiten 429-440, (November 1968), beschrieben. Kurz gesagt, wurde die Ausbeute bestimmt, indem man die xerographische Anfangsausbeute G als Funktion des angelegten Feldes auftrug.
Die xerographische Ausbeute (der Energiegewinn) wurde aus der Anfangsentladungsgeschwindigkeit nach der folgenden Formel errechnet
G= (dV/dTh-, (eld/E) in der bedeuten I den einfallenden Photonenstrom, d die Dicke der Schicht, s die elektrische Dielektrizitätskonstante und e die Elektronenladung. Eine xerographische Ausbeute von einer Einheit liegt vor, wenn ein Ladungsträger pro einfallendem Photon angeregt und durch die Schicht bewegt wird.
Wie aus den in der folgenden Tabelle I angegebenen Ergebnissen hervorgeht, wiesen die Platten gute xerographische maximale Ausbeuten (Energiegewinne) von bis zu 70 % auf. Auch erforderten alle Pigmente einen verhältnismässig niedrigen Feldschwellenwert bis herunter auf 1 Volt/Mikron, was darauf hinweist, dass die erfindungsgemässen photoinjizierenden Pigmente imstande sind, unter den Betriebsbedingungen der meisten xerographischen Apparate zu funktionieren. Ausserdem bestätigten die hohen Entladungsgeschwindigkeiten die weiter oben gemachten Angaben bezüglich der wirksamen, durch Licht erzeugten Ladungsinjektionseigenschaften der polynuklearen Chinonpigmente. Die Entladung der negativ geladenen PVK-Oberfläche erläutert graphisch die Wirksamkeit der Fehlstellen (Lochfilnjektion in die aktive Schicht.
Tabelle I #max Gmax Et (dV/dT)T=0 (V/ ) neg.
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<tb> Wie bereits oben erwähnt, können die photoinjizierenden Pigmente mit aktiven Transportmaterialien mit Elektronentransport verwendet werden.
Bei der Durchführung der Experimente mit einem Elektronentransportphotorezeptor, der die photoinjizierbaren Pigmente enthielt, wurde die Oberfläche positiv aufgeladen und es wurden die gleichen Messungen wie in den Beispielen 1 und 2 durchgeführt. Dabei wurde gefunden, dass die Elektronentransportphotorezeptoren ähnliche xerographische Eigenschaften aufwiesen wie die Fehlstellen (LochSTransportmaterialien, wie sie in der Tabelle I erläutert sind, d. h. es wurden annehmbare xerographische Ausbeuten und verhältnismässig niedrige Schwellenwertfelder erhalten.
PATENTANSPRUCH 1
Elektrophotographische Platte mit einem Photorezeptorteil, dadurch gekennzeichnet, dass der Photorezeptorteil ein lichtempfindliches Material und ein aktives Transportmaterial enthält, die beide miteinander verträglich sind, so dass eine wirksame Injektion von durch Licht erzeugter Ladung von dem lichtempfindlichen Material in das aktive Transportmaterial unterstützt wird, wobei es sich bei dem lichtempfindlichen Material um ein photoinjizierendes Pigment aus der
Klasse der polynuklearen Chinonpigmente und bei dem aktiven Transportmaterial um ein solches handelt, das die Fähigkeit aufweist, die Injektion und den Transport von durch
Licht erzeugter Ladungen aus dem lichtempfindlichen Mate rial zu unterstützen und wobei das aktive Transportmaterial in dem Wellenlängenbereich von 4000 bis 6000 Ä praktisch lichtdurchlässig ist.
UNTERANSPRÜCHE
1. Elektrophotographische Platte nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das polynukleare Chinonpig ment aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Anthrachi nonderivate, Flavanthrone und polynukleare Chinonderivate mit mehr als drei kondensierten Ringen.
2. Elektrophotographische Platte nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das polynukleare Chinon mit mehr als drei kondensierten Ringen aus der folgenden
Gruppe ausgewählt ist: Anthanthron, Pyranthron, Dibenzpy renchinon, Pyrenchinon, 3,4,9,10-Dibenzpyrenchinon und halo- genierte Derivate davon.
3. Elektrophotographische Platte nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anthrachinonderivat aus der Gruppe der Anthrachinonthiazole ausgewählt ist.
4. Elektrophotographische Platte nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das polynukleare Chinonpig ment Flavanthron ist.
5. Elektrophotographische Platte nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Transportmaterial ein Defektelektronen-Transportmaterial ist.
6. Elektrophotographische Platte nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Defektelektronen-Trans portmaterial aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Carba zol, N-Äthylcarbazol, N-Isopropylcarbazol, N-Phenylcarba zol, Tetraphenylpyren, 1-Methylpyren, Perylen, Chrysen, Fluo- ren, Fluorenon, Anthracen, Tetracen, Tetraphen, 2-Phenylnaphthalin, Azapyren, 1-Äthylpyren, Acetylpyren, 2,3-Benzchrysen, 2,4-Benzpyren, 1,4-Bromopyren und Phenylindol, Polyvinylcarbazol, Polyvinylpyren, Polyvinyltetracen, Polyvinylperylen und Polyvinyltetraphen.
7. Elektrophotographische Platte nach Patentanspruch I oder Unteransprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Transportmaterial ein Transportmaterial für Elektronen ist.
8. Elektrophotographische Platte nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronen-Transportmaterial aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: 2,4,7-Trinitro-9fluorenon, 2,4,5,7-Tetranitrofluorenon, Dinitroanthracen, Dinitroacriden, Tetracyanopyren, Dinitroanthrachinon und Polymerisate davon.
9. Elektrophotographische Platte nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das polynukleare Chinonpigment in einem Bindemittel des aktiven Transportmaterials dispergiert ist.
10. Elektrophotographische Platte nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel des aktiven Transportmaterials in einer Menge von 0,1 bis 5 Volum-% des Bindemittels anwesend ist.
11. Elektrophotographische Platte nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Photorezeptorteil einen Schichtaufbau hat und eine Einzelschicht eines polynuklearen Chinonpigments und einer Deckschicht aus einem aktiven Transportmaterial enthält.
12. Elektrophotographische Platte nach Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die polynukleare Chinonpigmentschicht eine Dicke von 0,05 Mikron bis 20 Mikron und die Deckschicht aus dem aktiven Transportmaterial eine Dicke von 5 Mikron bis 100 Mikron aufweisen.
13. Elektrophotographische Platte nach Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Dickenverhältnis der aktiven Transportmaterial-Deckschicht zur Schicht aus polynuklearem Chinonpigment 2:1 zu 200:1 beträgt.
PATENTANSPRUCH 11
Verwendung der elektrophotographischen Platte nach Patentanspruch I zur Herstellung eines latenten Bildes, dadurch gekennzeichnet, dass man a) die genannte elektrophotographische Platte mit einem Photorezeptor, der ein photo leitfähiges Material und ein aktives Transportmaterial ent hält, wobei es sich bei dem photoleitfähigen Material um ein photoinjizierendes Pigment aus der Klasse der polynuklea ren Chinonpigmente und bei dem aktiven Transportmaterial um ein Ladungstransportmedium handelt, das in dem Wellenlängenbereich von 4000 bis 6000 Ä im wesentlichen transpa rent ist, verwendet, b) diese Platte gleichmässig auflädt und c) die Platte einer Strahlungsquelle in dem Wellenlängenbe reich von 4000 bis 6000 Ä aussetzt,
wodurch auf der Oberflä che der Platte ein elektrostatisches Bild erzeugt wird.
The present invention relates to an electrophotographic plate having a photoreceptor part and a use of the electrophotographic plate for forming a latent image.
In xerography, an image is created on a xerographic plate containing a photoconductive insulating layer by first charging its surface uniformly with electrostatic charge. The plate is then exposed to a pattern of activating electromagnetic radiation, such as light, which dissipates the charge in the exposed areas of the photoconductive insulator, leaving a latent electrostatic image in the unexposed areas. This electrostatic latent image can then be developed into a visible image by depositing finely divided electroscopic toner particles on the surface of the photoconductive insulating layer.
A photoconductive layer useful in xerography can be a homogeneous layer of a single material, e.g. Glassy selenium, or it may be a composite layer containing a photoconductor and another material. One type of composite photoconductive layer used in xerography is illustrated in U.S. Patent 3,121,006 which describes a series of make layers comprising finely divided particles of a photoconductive inorganic compound dispersed in an electrically insulating organic resin binder contain. In its presently commercially available form, the binder layer contains zinc oxide particles uniformly dispersed in a resin binder and is applied to a paper backing layer.
In the specific examples of binder systems described in said US patent specification, the binder contains a material which is incapable of transporting injected charge carriers generated by the photoconductor particles over a substantial distance. As a result, in the special materials described in said US patent, the photoconductor particles within the layer must be in practically continuous particle-to-particle contact in order to enable the charge dissipation (discharge) required for cyclic operations.
With the uniform dispersion of the photoconductor particles described in the US patent mentioned, a relatively high volume concentration of photoconductor, up to about 50 percent by volume or more, is therefore usually required in order to achieve sufficient photoconductor-particle-to-particle contact for rapid discharge achieve. However, it has been found that high photoconductor densities (fillings) in the resin-type binder layers result in the physical continuity of the resin being broken, thereby considerably deteriorating the mechanical properties of the binder layer. Layers with high photoconductor densities are often characterized by a brittle binder layer with little or no flexibility.
On the other hand, if the photoconductor concentration is decreased significantly below about 50 volume percent, the discharge rate is decreased, making cyclic or repetitive imaging (copying) at high speed difficult or impossible.
Another type of photoconductor is described in US Pat. No. 3,121,007, which comprises a two-phase photoconductive binder layer containing photoconductive insulator particles dispersed in a homogeneous, photoconductive insulating matrix. The photoconductor is in the form of a particulate, photoconductive, inorganic, crystalline pigment, which is generally present in an amount of from about 5 to about 80 weight percent. It is believed that the photo discharge is caused by combining the carriers formed in the photoconductive insulating matrix material with the carriers injected (introduced) into the photoconductive insulating matrix by the photoconductive crystalline pigment.
US Pat. No. 3,037,861 states that polyvinylcarbazole has some long-wave UV sensitivity and it is suggested therein that its spectral sensitivity can be extended into the visible spectrum by adding dye sensitizers. This patent also suggests that other additives, for example zinc oxide or titanium dioxide, can be used in conjunction with polyvinyl carbazole. It is clear that the polyvinyl carbazole should be used as a photoconductor with or without additional materials which expand its spectral sensitivity.
In addition, certain specialized layer arrangements have already been proposed which are intended in particular for reflex copying processes. For example, in US Pat. No. 3,165,405, a two-layer zinc oxide binder arrangement is used for reflex copying.
In this patent two separate, contiguous photoconductive layers with different spectral sensitivities are used to perform a particular reflex copying sequence. In this arrangement, the properties of multiple photoconductive layers are used to achieve the combined advantages of the individual photosensitivity of the respective photoconductive layers.
When considering the above-mentioned customary composite photoconductive layers, it can be seen that, during exposure, the photoconductivity in the layer arrangement is achieved by charge transport through the body (the mass) of the photoconductive layer, as in the case of vitreous selenium (and other homogeneous layer modifications). In devices in which photoconductive binder structures are used which contain inactive, electrically insulating resins, as described, for example, in US Pat. No. 3,121,006, the conductivity or charge transport is achieved through high loads (filling) with the photoconductive pigment, which enable particle-to-particle contact of the photoconductive particles.
In the case of photoconductive particles dispersed in a photoconductive matrix, as explained, for example, in US Pat. No. 3,121,007, the photoconductivity takes place through the formation of charge carriers both in the photoconductive matrix and in the photoconductor pigment particles.
Although the above-mentioned patents are based on various discharge mechanisms within the photoconductive layer, they generally have the common drawbacks that the photoconductive surface is exposed to the environment during operation, especially in the case of cyclic xerography, that it is subject to abrasion, chemical attack, exposed to heat and multiple exposures during the cycle. These effects are characterized by a gradual deterioration in the electrical properties of the photoconductive layer, which leads to the copying out of surface defects and surface scratches, localized areas of permanent conductivity that cannot retain electrostatic charge, and a high dark discharge.
In addition to the difficulties noted above, these photoconductive layers require that the photoconductor make up either 100% of the layer, as in the case of the vitreous selenium layer, or that they preferably contain a high proportion of photoconductive material in the binder configuration. The requirement for a photoconductive layer containing all or a greater proportion of a photoconductive material limits the physical properties of the finished plate, drum or belt further as the physical properties, such as e.g.
B. the flexibility and the adhesion of the photoconductor to a carrier substrate, are primarily determined by the physical properties of the photoconductor and not by the resin or matrix material, which is preferably present in a smaller amount.
Another form of composite photosensitive layer, which has also already been considered, comprises a layer of a photoconductive material which is covered with a relatively thick layer of plastic and applied to a carrier substrate.
In US Pat. No. 3,041,166, such an arrangement is described in which a layer of vitreous selenium, which is applied to a carrier substrate, is coated with a transparent plastic material. The plastic material described is one that has a long chain for charge carriers of the desired polarity. During operation, the free surface of the transparent plastic is electrostatically charged to a certain polarity. The arrangement is then exposed to activating radiation, which generates a hole electron pair in the photoconductive layer.
The electron travels through the plastic layer and neutralizes a positive charge on the free surface of the plastic layer, creating an electrostatic image. However, this patent does not disclose specific plastic materials that function in this manner and the examples described are limited to arrangements which use a photoconductor material for the cover layer.
In the French patent specification 1 577 855 a composite photosensitive arrangement for special purposes is described, which is suitable for reflection exposure by polarized light. In one embodiment, a layer of dichroic organic photoconductive particles disposed on a support substrate in an oriented manner and a layer of polyvinyl carbazole formed over the oriented layer of dichroic material. When charged and exposed to polarized light perpendicular to the orientation of the dichroic layer, the oriented dichroic layer and the polyvinyl carbazole layer are both practically transparent for the initial exposure.
When the polarized light strikes the white background of the document to be copied, the light is depolarized, reflected back by the assembly and absorbed by the dichroic photoconductive material. In another embodiment, the dichroic photoconductor is dispersed in an oriented manner within the polyvinyl carbazole layer.
It is readily seen from the prior art that there is a great need for a general purpose photoreceptor which has acceptable photoconductive properties and which also imparts excellent physical strength and flexibility so that it can be reused under rapid cyclic conditions without that there is a gradual deterioration in the xerographic properties due to wear, chemical attack and photo fatigue.
The aim of the invention is to provide a new electrophotographic plate with a photoreceptor part containing photoconductors which overcomes the above-mentioned disadvantages.
Another object of the invention is to provide a novel electrophotographic imaging (copier) assembly using photosensitive pigments which are capable of generating and injecting charge with high efficiency. Another object of the invention is to provide photoinjecting pigments that can be used in either electron or vacancy transport materials. Finally, it is a further object of the invention to provide a useful, efficient photoreceptor portion of an electrophotographic assembly containing relatively small amounts of photosensitive material. Finally, another object of the invention is to provide a new copier system.
The above objects are achieved according to the present invention in that the photoreceptor part contains a photosensitive material and an active transport material, both of which are compatible with each other, so that an effective injection of light-generated charge from the photosensitive material into the active transport material is promoted, whereby it The photosensitive material is a photoinjecting pigment from the class of polynuclear quinone pigments and the active transport material is one that has the ability to support the injection and transport of light-generated charges from the photosensitive material, and the active Transport material is practically translucent in the wavelength range from about 4000 to about 6000 Å.
The photoinjecting pigments of the present invention have maximum photosensitivity in the wavelength range in which most active transport materials are practically transparent. In addition, these photo-injecting pigments are able to inject either light-excited electrons or defects (holes) into the suitable active transport materials with extremely high effectiveness under the conditions of an expediently applied field.
The polynuclear quinone pigments differ from other known photosensitive materials in that they are effective in photogeneration and photoinjection and that they also have excellent compatibility with most hole- and electron-active transport materials, which makes it possible to use a relatively weak applied field in the appropriate xerographic photoreceptor part to achieve the appropriate injections and to achieve the desired energy gain (gain). The quinone polynuclear pigments also have optimal photosensitivity in the wavelength range from about 4000 to about 6000, which is used in the field of xerography, over which a suitable active transport material must have a certain degree of transparency.
A typical use of the present electrophotographic plate is characterized in that a) said electrophotographic plate with a photoreceptor containing a photoconductive material and an active transport material, the photoconductive material being a photo-injecting pigment from the class of polynuclear quinone pigments and the active transport material is a charge transport medium which is essentially transparent in the wavelength range of 4000 to 6000 Å, b) charges this plate uniformly and c) exposes the plate to a radiation source in the wavelength range of about 4000 to about 6000 Å , creating an electrostatic image on the surface of the plate.
The distinct nature of the pigment as well as its compatibility with the active transport material enables the use of a relatively thin layer of the polynuclear quinone pigment without any loss of effectiveness.
Further objects of the invention as well as further features which contribute to them will become apparent from the following description of an embodiment of the invention in connection with the accompanying drawings. Therein mean:
1 shows a schematic cross section through a further embodiment of a further xerographic part of the invention;
2 shows a schematic cross section through a further embodiment of a further xerographic part of the invention;
3 shows the explanation of a discharge mechanism by injection through the photoconductive pigments according to the invention.
Figure 1 illustrates one embodiment of the improved xerographic plate 10 of the invention. The reference numeral 11 denotes a substrate or a mechanical carrier. The substrate can be made of a metal, e.g. B. brass, aluminum, gold, platinum, steel or the like exist. It can be of any convenient thickness, rigid or flexible, in the form of a film, web, cylinder, or the like, and it can be covered with a thin barrier layer. The substrate can also be made of any other material, e.g. B. paper, metallized paper, made of plastic films provided with a thin coating of aluminum or copper oxide or of glass provided with a thin coating of chromium or tin oxide.
Usually it is preferred that the carrier be somewhat electrically conductive or have a somewhat conductive surface and that it be strong enough to withstand certain handling. In certain cases, however, the carrier 11 does not have to be conductive or can even be completely non-conductive.
Reference number 12 denotes a single or uniform photoconductive layer which contains the photoinjecting polynuclear quinone pigments of the invention. The single layer contains in particular a polynuclear quinone pigment from the group of the anthraquinone derivatives, flavanthrones and polynuclear quinones having more than three condensed aromatic rings. The photo-injecting polynuclear quinones of the above group have the property of being effective photogenerators and injectors of charge carriers in hole-migration or electron migration-type active transport materials.
The single photoconductive layer 12 of Fig. 1 can be of any suitable thickness as used to perform its function in the xerographic isolator portion. Suitable thicknesses for this purpose are within the range of 0.05 to 20 microns. Thicknesses above about 20 microns tend to produce undesirable positive residual charge accumulations in the pigment layer during the cycle and excessive dark decay, while thicknesses below 0.05 microns become ineffective in absorbing the incident radiation. A range of from about 0.2 to about 5 microns is preferred because these thicknesses ensure maximum functionality of the photoconductor with a minimum amount of pigment substance and avoid the aforementioned thickness difficulties.
While the number 12 in FIG. 1 denotes a photoconductive single layer composed of a photoinjecting pigment, this layer can also contain a photoinjecting pigment dispersed in a matrix material within the scope of the present invention. The matrix material can be any suitable organic substance as used for such purposes, e.g. B. an inert matrix or a binder material or any of the currently used active transport materials as described in the patent applications filed by the same applicant on the same day under internal references 576,659, 589,876, 567,286 and 567,744. The concentration of the photoconductive material varies according to the type of binder used and is within the range of about 5 to about 99 percent by volume based on the total photoconductive layer.
When an electronically inert binder material is used in conjunction with the photoinjecting pigments, a volume ratio of at least 25% photoconductor to the electronically inert binder material is required to create particle-to-particle contact or neighborhood, thereby making layer 12 photoconductive throughout close.
The remarks regarding the thickness of the photoconductive single layer of FIG. 1 also apply here; H. it is within a range of about 0.05 to about 20 microns, with a range of 0.2 to 5 microns being preferred, and it varies with the concentration of pigment in the make coat.
Since the present photoreceptors are exposed to a wavelength range corresponding to the range of the light sensitivity of the pigment, this is the specific wavelength range for which the active transport material must be essentially transparent.
As noted above, the present quinone photoinjecting pigments have optimal photosensitivity in the wavelength range of about 4000 to about 6000, the xerographic application range of the present pigment transport photoreceptor. Therefore, when exposed to a light source with an emission of this wavelength range, the pigment functions with maximum efficiency in absorbing all the incident radiation and in generating charge carriers.
The reference numeral 13 denotes the active transport layer which lies above the single photo-injecting pigment layer 12. As indicated above, the active transport material can be either electron-conducting or hole-conducting, depending on the distinct nature and effectiveness of the photoinjecting polynuclear quinone pigments.
In accordance with the above, the active transport material used with the quinone pigments must be substantially transparent in the wavelength range of the light sensitivity of the pigment, which is the particular xerographic application area. The quinone polynuclear pigments are photosensitive in the wavelength range from about 4000 to about 6000. The active transport materials described in the patent applications filed by the same applicant on the same day under internal file numbers 576 659, 589 876, 567 286 and 567 744 are particularly suitable for use with the quinone pigments.
These include hole transport materials such as B. carbazole, N-ethylcarbazole, N-isopropylcarbazole, N-phenylcarbazole, tetraphenylpyrene, 1-methylpyrene, perylene, chrysene, anthracene, tetraphene, 2-phenylnaphthalene, azapyren, fluorene, fluorenone, 1-athenylpyrene, acetylpyrene Benzochrysen, 3,4-benzopyrene, 1,4-bromopyrene and phenylindole, polyvinyl carbazole, polyvinyl pyrene, polyvinyl tetracene, polyvinyl perylene and polyvinyl tetraphene. Examples of suitable electron transport materials are 2,4,7-trinitro-9-fluorenone (TNF), 2,4,5,7-tetranitro-fluorenone, dinitroanthracene, dinitroacrides, tetracyanopyrene and dinitroanthraquinone.
It is clear to the person skilled in the art that any other Po lymerisat that contains the appropriate aromatic or heterocyclic charge carrier residue, such as. B. carbazole, tetraphene, pyrene, 2,4,7-trinitro-9-fluorenone, etc. acts as an active transport material. The present electrophotographic plate is not limited to the type of polymer that can be used as a transport material. Examples of various types of polymer that can be used are polyesters, polysiloxanes, polyamides, polyurethanes and epoxies, and block, random or graft copolymers (which contain the aromatic radical). In addition, electronically inactive polymers in which the active residue is dispersed at high concentration can be used. The thickness of the active transport layer is not critical for the function of the xerographic material.
However, the thickness of the active transport layer is determined by practical requirements regarding the amounts of electrostatic charge required to induce an appropriate applied field to effect electron injection and transport. Thicknesses of about 5 to about 100 microns for the active transport layer are suitable, but thicknesses outside this range can also be used. The ratio of the thickness of the active transport layer to that of the photoconductor layer should be kept within the range of about 2: 1 to about 200: 1.
The expression a substantial or considerable
In this context, permeability of the active transport material means, as explained in FIG. 1, that a sufficient amount of radiation from a source must pass through the active transport layer 13 so that the photoconductive layer 12 has its capacity as a photogenerator and
Photoinjector for charge carriers can unfold. In particular, within the wavelength range from about 4000 to about 6000 Å, there is considerable permeability for the radiation incident on the pigment layer, so that a discharge of a charged transport photoreceptor activated with a pigment is effected.
However, the present invention is not limited to the selection of active transport materials which are transparent to the entire visible range. If z. B.
If the layer arrangement of FIG. 1 is used with a transparent substrate, the image-wise exposure can take place through the substrate without the light passing through the layer of the active transport material. In this case the active material need not be non-absorbing in the wavelength range used. This particular application makes use of the advantageous injection properties of the present photo-injecting pigments and is also within the scope of the present electrophotographic plate. Other applications that do not require full permeability (transparency) for the active material are e.g.
B. the selective recording of radiation of a narrow bandwidth, such as those emitted by lasers, spectral marker boards, color-coded form duplication and in possible color xerography.
Although the active transport layer 13 of FIG. 1 can consist exclusively of the charge transport material, for the purposes of the present electrophotographic plate the layer can also be in a sufficient concentration in a suitable inert binder to achieve particle-to-particle contact or to achieve this dispersed charge transport material in sufficient proximity of the particles to thereby permit efficient charge transport from the photoinjecting pigments through the layer. In general, there must be a volume ratio of at least 25% active transport material to electronically inert binder material in order to achieve the desired particle-to-particle contact or the desired density of the particles.
Typical resin binders suitable for making the present electrophotographic plate are polystyrene, silicone resins such as e.g. B. DC-801, DC-804 and DC-996 (all made by Dow Corning Corporation), Lexan, a polycarbonate, and SR-82 (made by General Electric Company), acrylic and methacrylic ester polymers such as Acryloid-A 10 and Acryloid B72, polymerized ester derivatives of acrylic and α-acrylic acid (both sold by the Rohm and Haas Company), Lucite 44, Lucite 45 and Lucite 46 (polymerized butyl methacrylates from EI du Pont de Nemours & Company), chlorinated rubber, z. B. Parlon sold by the Hercules Powder Company, vinyl polymers and copolymers, e.g. B.
Polyvinyl chloride, polyvinyl acetate and the like including the vinylite vYHH and VMCH from Bakelite Corporation, cellulose esters and ethers, e.g. B. ethyl cellulose, nitrocellulose, etc., alkyd resins, e.g. B. Glyptal 2469 from General Electric Company, etc. In addition, mixtures of such resins with one another or with plasticizers can be used to improve the adhesion, flexibility, blocking, etc. of the coatings. For example, Rezyl 869 (a flaxseed oil glycerine alkyd available from American Cyanamid Company) can be added to chlorinated rubber to improve its adhesion and flexibility. The vinylites VYHH and VMCH (polyvinyl chloride acetate copolymers from Bakelite Company) can be mixed with one another accordingly.
Examples of plasticizers are phthalates, phosphates, adipates, etc., for example tricresyl phosphate, dioctyl phthalate, etc., as are known in the field of plastics.
Another embodiment of the electrophotographic plate is illustrated in Figure 2 of the drawings. Here, the photoreceptor layer 10 consists of photoinjecting pigment particles 12 contained in an active transport matrix binder 13. In general, to achieve the best combination of physical and electrical properties, the upper limit for the photoconductive pigment or particles must be about 5 percent by volume of the active transport binder layer.
A lower limit for the photoconductive particles of about 0.1 volume percent of the make coat is required to ensure that the light absorption coefficient is sufficient to result in significant support.
The thickness of the make coat is not particularly critical. Layer thicknesses of about 2 to about 100 microns have been found to be satisfactory, with about 5 to about 50 microns being preferred and giving particularly good results.
The size of the photosensitive particles in the make coat is not particularly critical, but particles within a size range of from about 0.01 to about 1.0 microns provide particularly satisfactory results.
Although the layer structure shown in Fig. 1 differs structurally from the binder photoreceptor according to Fig. 2, the functional relationship between the photosensitive material and the active transport material is the same, as in the photosensitive particles a photogeneration and then a photoinjection into the surrounding active transport material takes place.
Therefore, all of the above statements regarding the layer arrangement according to FIG. 1, which relate to the nature of the materials and the interactions with one another, also apply here, but with the exception that, because of the proximity of the light-sensitive particles to the surface of the photoreceptor, the binder plate is preferably with the The same polarity is charged as the charges formed under the action of light, which can be transported through the active transport material. Therefore, when an electron transport material is used as a binder, the plate is preferably charged negatively, while a positive charge is preferred in the case of using a void transport material (hole transport material).
In addition, the essential permeability of the active transport material is necessary here in order to ensure maximum functionality of the binder structure.
Another modification of the structures according to FIGS.
1 and 2 consists in the use of a barrier layer at the substrate-photoreceptor interface. Such a barrier layer primarily serves to reduce the voltage loss in the absence of activating radiation, which is known as dark decay. In addition, the barrier layer helps maintain an electric field on the photoreceptor after charging. Any suitable barrier material in a thickness of about 0.1 to about 1 micron can be used. Examples of typical materials are nylon, epoxy resins, aluminum oxide and insulating resins of various types including polystyrene, butadiene polymers and copolymers, acrylic and methacrylic polymers, vinyl resins, alkyd resins and cellulose-based resins.
The reference number 13 in FIGS. 1 and 2 denotes the active charge transport material which serves either as a cover layer or as a binder for the photoinjecting pigment material 12. As already mentioned above, the charge transport material is able to support the charge injection from the pigment particles or the layer and to transport these charges formed by light under the influence of an applied field. In order for the active transport material to function in the manner indicated above, it should be practically permeable or non-absorbing for the respective wavelength range of the pigment light sensitivity.
With respect to the quinone polynuclear pigments, the charge transport material should be essentially non-absorbent in the visible part of the electromagnetic spectrum, which ranges from about 4000 to about 6000 Å, since the xerographically useful photoinjecting pigments have maximum photosensitivity at wavelengths in this range.
The active transport material used in conjunction with the photoconductive pigments is a material which is an insulator to such an extent that an electrostatic charge applied to the charge transport material will not conduct at such a rate in the absence of light it becomes that the formation and retention of an electrostatic latent image thereon is prevented. This generally means that the specific surface resistance of the active transport material should be at least 1010 Ohm x cm and that it is preferably several orders of magnitude higher.
For best results, however, the surface resistivity of the active matrix material should preferably be such that the total surface resistivity of the photoreceptor in the absence of activating radiation or charge injection from the photoconductive pigments is about 1012 ohms cm.
In summary, it is clear that the photo-insulating part of the xerographic material of the invention, as shown in Figures 1 and 2, is divided into two functional components:
1. A photoinjecting pigment which, when excited by radiation, forms charge carriers within a specific wavelength range and injects these charge carriers formed by light into the adjacent active transport material
2. an essentially transparent active transport material which allows the transmission of radiation to the photoinjecting pigment, which subsequently picks up the charge carriers formed under the action of light from the light-sensitive material and effectively transports these charge carriers to an oppositely charged surface or substrate in order to bring about a neutralization.
This is illustrated graphically according to a simplified mechanism in FIG. 3 of the accompanying drawing, in which an electron transport layer arrangement has been positively charged with the aid of a corona discharge. The activating radiation represented by the arrows 14 then penetrates the transparent active transport layer and strikes the pigment layer, as a result of which a defect electron pair (hole electron pair) is created. The electron and the hole are then separated from each other under the action of the applied field and the electron is injected through the boundary layer into the active transport layer. Here the electron formed by the action of light is transported under the action of electrostatic attraction by the active transport system to the surface, where it neutralizes the positive charge previously applied with the help of a corona charge.
Since only the electrons formed by light can move in the electron acceptor-active transport layer explained here, large changes in the surface potential can only occur if the electric field on the layer arrangement is so large that the electrons generated by light attach to the photoconductor layer move the charged surface. It is therefore necessary that, in a layer arrangement as illustrated in Fig. 1, an electron transport material photoreceptor be positively charged and that a vacancy (hole) transport material photoreceptor be negatively charged. As already stated above, the reverse applies if the system is a binder layer, as explained in FIG.
It is clear that the active transport material does not act as a photoconductor in the wavelength range used.
The hole electron pairs are generated in the photosensitive pigment under the action of light and the electrons are then injected through a barrier layer modulated by a field into the active transport material and the electron transport takes place through the active transport material.
The term polynuclear quinone refers to a class of compounds having a structure obtained by the condensation of a quinone residue with an aromatic residue.
It has further been found that polynuclear quinones, which are known pigments, have both effective photogenerative and photoinjection properties with active transport materials. It has been shown that the most valuable polynuclear quinones in these systems are the anthraquinone derivatives, flavanthrones and the polynuclear quinones with more than three fused aromatic rings. These classes of quinone polynuclear pigments are preferred because of their ready availability (commercially available) and their high photosensitivity.
Of these classes of quinone polynuclear pigments, the following compounds give optimal results:
EMI6.1
Anthanthrone
EMI6.2
Pyranthrone
EMI6.3
Dibenzpyrenquinones
EMI6.4
Pyrenquinone
EMI6.5
3,4,9,1 0-dibenzpyrenquinone brominated anthanthrone
EMI6.6
EMI6.7
brominated dibenzpyrenquinone
EMI6.8
<SEP> 0
<tb> <SEP> 43 <SEP>! <SEP> Br2
<tb> <SEP> brominated
<tb> - <SEP> I <SEP> pyranthrone
<tb>
EMI6.9
<tb> <SEP> z <SEP> aN <SEP> 3
<tb> -S0
<tb> <SEP> Anthraquinone thiazole
<tb>
EMI6.10
Flavanthron
Although the above polynuclear quinones are preferred, any other polynuclear quinones or mixtures thereof can be used if appropriate.
Examples of typical polynuclear quinones are benzanthronacridene, acridone carbazole, dinaphthaloy laeridone, and mixtures thereof.
In contrast to the optimal photosensitivity of the polynuclear quinone pigment, it has been shown that many known photoconductors are photosensitive in this wavelength range, but that they are not sufficiently compatible with the suitable electronically active transport materials and that they therefore with regard to the injection of those formed by light Charges in the environment or in the neighboring active transport material are ineffective.
Therefore, the use of such photoconductive materials in conjunction with active transport materials requires an inconvenient applied field greater than 5 x 10 5 volts. Because of their unique property, the present photoinjecting pigments with transport materials can be used in relatively small amounts in a layered or binder structure xerographic photoreceptor.
The following examples, which describe preferred embodiments of the invention, are intended to illustrate the invention without, however, restricting it thereto.
example 1
A plate or layer structure similar to that shown in Fig. 1 was made as follows:
1. A nylon coated aluminum substrate was held at room temperature while a 0.8 micron layer of dibenzoquinone was vacuum deposited.
2. A 17% starting polymer solution was prepared by dissolving the correct amount of polyvinylcarbazole (Luvican M170, a poly-N-vinylcarbazole [PVK] from BASF Chemical Company) in a solution of 180 g of toluene and 20 g of cyclohexanone.
3. A 7 micron thick PVC layer was then made by applying the starting PVC solution to the dibenzpyrenquinone pigment layer using a Gardner Laboratories Bird applicator. Finally, the resulting photoreceptor was air-dried at 100 "C for 2 to 24 hours.
Example 2
According to the method described in Example 1, using the following photo-injecting pigments as the photoconductive layer, seven further plates were produced: a) anthanthrone, b) pyranthrone, c) pyrenquinone, d) 3,4,9,10-dibenzpyrenquinone, e) brominated anthrone , f) brominated dibenzpyrenquinone, g) brominated pyranthrone, h) flavanthrone and i) Algol yellow, an anthraquinone thiazole from General Aniline and Film Company, New York.
The panels produced in Examples 1 and 2 were electrically tested according to the following procedure:
The samples were charged to a potential of about 500 volts by negative corona charging. Then, the samples were exposed to a monochromatic discharge light corresponding to a wavelength range in which each pigment was photosensitive. Since the photoinjecting pigments have a maximum photosensitivity (photosensitivity), Xmax, in the visible region of the electromagnetic spectrum from about 4,000 to about 6,000 Å, the photoreceptors were tested with a tungsten lamp filtered through an interference filter with a bandwidth of 100 Å, with a transmission peak at about 4500 Å exposed.
Further measurements were carried out with other filters with transmission peaks that were evenly distributed over the entire range from 4000 to 6000 Å. The initial voltage and the resulting discharge, measured as (dV / dT) T = o, were measured in each individual light discharge experiment using a DC loop probe connected to a Keithley 610B electrometer to measure voltages as a function of time, a diagram was obtained in which the photosensitivity was plotted against the field. From these experiments, the maximum gain G and the minimum field strength (field threshold) Et, i.e. H. determines the field that provided the lowest measurable discharge.
In addition, the yield (energy gain) G could be calculated from the initial discharge rate. The experimental method and the type of calculation are described by P. Regensburger in Optical Sensitization of Charge Carrier Transport in PVK, Photochemistry and Photobiology, 8, pages 429-440, (November 1968). Briefly, the yield was determined by plotting the initial xerographic yield G as a function of the applied field.
The xerographic yield (energy gain) was calculated from the initial discharge rate according to the following formula
G = (dV / dTh-, (eld / E) in which I mean the incident photon current, d the thickness of the layer, s the dielectric constant and e the electron charge. A xerographic yield of one unit is given if one charge carrier per incident Photon is excited and moved through the layer.
As can be seen from the results given in Table I below, the plates had good xerographic maximum yields (energy gains) of up to 70%. Also, all pigments required a relatively low field threshold, down to 1 volt / micron, indicating that the photoinjecting pigments of the invention are capable of functioning under the operating conditions of most xerographic apparatus. In addition, the high discharge rates confirmed the statements made above regarding the effective, light-generated charge-injection properties of the polynuclear quinone pigments. The discharge of the negatively charged PVC surface graphically explains the effectiveness of the defects (hole film injection into the active layer.
Table I #max Gmax Et (dV / dT) T = 0 (V /) neg.
EMI8.1
<tb>
<SEP> 0
<tb> <SEP> anthanthrone <SEP>, <SEP> 395 <SEP> 0.37 <SEP> 2.5 <SEP> 1145
<tb> <SEP> i
<tb> <SEP>! <SEP> I; <SEP> i <SEP> 1,
<tb> <SEP> 7
<tb> <SEP> o
<tb> <SEP> pyranthrone <SEP> t <SEP> 454 <SEP> 0.25 <SEP> 1.7 <SEP> 3107
<tb> <SEP> <; <SEP> "<SEP>. <SEP>. <SEP>, <SEP>, t
<tb> <SEP> t:
<SEP> II
<tb> <SEP> 1,
<tb> <SEP> 0
<tb> <SEP> 0
<tb> <SEP> Dibenzypren- <SEP> - <SEP> 0.35 <SEP> 2.4 <SEP> 4390
<tb> <SEP> chinone
<tb> <SEP> ir <SEP>,; <SEP> ir
<tb> <SEP> .e <SEP> ,, <SEP>, <SEP> "<SEP> 5
<tb> <SEP> i '
<tb> <SEP> o
<tb> <SEP> Q
<tb> <SEP> Pyrenequinone <SEP>, <SEP> / <SEP> - <SEP> 408 <SEP> 0.20 <SEP> 29.0 <SEP> 606
<tb> <SEP> pyrenquinone
<tb> <SEP>!, <SEP>, '<<SEP>,'
<tb> <SEP> - <SEP> - <SEP> 1 <SEP> -
<tb> <SEP> 0
<tb> <SEP> 0
<tb> 3,4,9,10-Dibenz- <SEP> it <SEP> 454 <SEP> 454 <SEP> 0,10 <SEP> 5,5 <SEP> 967
<tb> pyrenequinone <SEP> 1
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<tb> <SEP> 1 <SEP>, l
<tb> <SEP> I
<tb> #max Gmax Et (dV / dT) T 0 (V /) neg.
EMI9.1
<tb>
brominated <SEP> l. <SEP> "<SEP> il <SEP> 522 <SEP> 0.08 <SEP> 2.5 <SEP> 852
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<SEP> - <SEP> - <SEP> N--
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<tb> <SEP> c <SEP> i ', <SEP> c <<SEP> s <SEP> o
<tb> As mentioned above, the photoinjecting pigments can be used with active transport materials with electron transport.
In carrying out the experiments with an electron transport photoreceptor containing the photoinjectable pigments, the surface was positively charged and the same measurements as in Examples 1 and 2 were carried out. The electron transport photoreceptors were found to have xerographic properties similar to those of the voids (hole transport materials as illustrated in Table I, i.e., acceptable xerographic yields and relatively low threshold fields were obtained.
PATENT CLAIM 1
An electrophotographic plate having a photoreceptor part, characterized in that the photoreceptor part contains a photosensitive material and an active transport material, both of which are compatible with each other, so that an efficient injection of photogenerated charge from the photosensitive material into the active transport material is promoted, whereby it the photosensitive material is a photoinjecting pigment from
Class of polynuclear quinone pigments and the active transport material is one that has the ability to inject and transport through
To support light generated charges from the photosensitive mate rial and wherein the active transport material in the wavelength range of 4000 to 6000 Å is practically translucent.
SUBCLAIMS
1. Electrophotographic plate according to claim 1, characterized in that the polynuclear quinone pigment is selected from the following group: anthrachi nonderivate, flavanthrones and polynuclear quinone derivatives with more than three condensed rings.
2. Electrophotographic plate according to dependent claim 1, characterized in that the polynuclear quinone having more than three condensed rings from the following
Group is selected: anthanthrone, pyranthrone, dibenzpyrenquinone, pyrenquinone, 3,4,9,10-dibenzpyrenquinone and halogenated derivatives thereof.
3. Electrophotographic plate according to dependent claim 1, characterized in that the anthraquinone derivative is selected from the group of the anthraquinone thiazoles.
4. Electrophotographic plate according to dependent claim 1, characterized in that the polynuclear quinone pigment is flavanthrone.
5. Electrophotographic plate according to claim 1, characterized in that the active transport material is a hole transport material.
6. Electrophotographic plate according to dependent claim 5, characterized in that the defect electron transport material is selected from the following group: carbazole, N-ethylcarbazole, N-isopropylcarbazole, N-phenylcarbazole, tetraphenylpyrene, 1-methylpyrene, perylene, chrysene, Fluorene, fluorenone, anthracene, tetracene, tetraphene, 2-phenylnaphthalene, azapyrene, 1-ethylpyrene, acetylpyrene, 2,3-benzchrysen, 2,4-benzopyrene, 1,4-bromopyrene and phenylindole, polyvinylcarbazole, polyvinylpyrene, polyvinyltetracene Polyvinyl perylene and polyvinyl tetraphene.
7. Electrophotographic plate according to claim 1 or dependent claims 1 to 6, characterized in that the active transport material is a transport material for electrons.
8. Electrophotographic plate according to dependent claim 7, characterized in that the electron transport material is selected from the following group: 2,4,7-trinitro-9fluorenone, 2,4,5,7-tetranitrofluorenone, dinitroanthracene, dinitroacrides, tetracyanopyrene, dinitroanthraquinone and polymers thereof.
9. The electrophotographic plate according to claim 1, characterized in that the polynuclear quinone pigment is dispersed in a binder of the active transport material.
10. Electrophotographic plate according to dependent claim 9, characterized in that the binder of the active transport material is present in an amount of 0.1 to 5% by volume of the binder.
11. An electrophotographic plate according to claim 1, characterized in that the photoreceptor part has a layer structure and contains a single layer of a polynuclear quinone pigment and a top layer of an active transport material.
12. An electrophotographic plate according to dependent claim 11, characterized in that the quinone polynuclear pigment layer has a thickness of 0.05 microns to 20 microns and the top layer of active transport material has a thickness of 5 microns to 100 microns.
13. Electrophotographic plate according to dependent claim 12, characterized in that the thickness ratio of the active transport material cover layer to the layer of polynuclear quinone pigment is 2: 1 to 200: 1.
PATENT CLAIM 11
Use of the electrophotographic plate according to claim 1 for the production of a latent image, characterized in that a) said electrophotographic plate is provided with a photoreceptor containing a photo-conductive material and an active transport material, the photo-conductive material being a photo-injecting one Pigment from the class of the polynuclear quinone pigments and the active transport material is a charge transport medium which is essentially transparent in the wavelength range from 4000 to 6000 Å, b) charges this plate evenly and c) the plate of a radiation source in the Exposes wavelength range from 4000 to 6000 Å,
whereby an electrostatic image is generated on the surface of the plate.