Die Erfindung betrifft eine elektrophotographische Platte mit einer Photorezeptorbindeschicht und eine Verwendung dieser Platte zur Herstellung eines latenten Bildes.
Bei der Xerographie wird eine xerographische Platte, welche eine photo-leitende Isolierschicht enthält, mit einem Bild versehen, indem man ihre Oberfläche zunächst gleichmässig elektrostatisch auflädt. Die Platte wird dann mit einem Muster aus aktivierter elektromagnetischer Strahlung belichtet, z. B. mit Licht, wodurch die Ladung selektiv auf den belichteten Bezirken des photo-leitenden Isolators verteilt wird und man in den nicht-belichteten Bezirken ein latentes elektrostatisches Bild erhält. Dieses latente elektrostatische Bild kann dann entwickelt werden, so dass ein sichtbares Bild entsteht, indem man fein-verteilte elektroskopische Markierteilchen auf der Oberfläche der photo-leitenden Isolierschicht niederschlägt.
Eine photo-leitende Schicht zur Verwendung in der Xerographie ist z. B. eine homogene Schicht aus einem einzigen Material, wie glasförmigem Selen; sie kann auch eine zusammengesetzte Schicht sein, welche einen Photo-Leiter und ein anderes Material enthält. Ein Typ der zusammengesetzten photo-leitenden Schichten für die Xerographie ist im US-Patent Nr. 3 121 006 beschrieben. Es handelt sich dabei um eine Anzahl von BinderSchichten, die fein-verteilte Teilchen einer photo-leitenden anorganischen Verbindung enthalten, die in einem elektrisch isolierenden, organischen Binder Harz dispergiert sind. In der derzeitigen handelsüblichen Form enthält die Binder-Schicht Zinkoxid-Teilchen, die in einem Binder-Harz gleichmässig dispergiert sind, wobei die Schicht sich als Uberzug auf einem Papier befindet.
Bei den speziellen Beispielen von den in der obigen US-Patentschrift erwähnten Binder-Systemen enthält der Binder ein Material, welches eingespritzte Ladungsträger, die durch die Photoleiter-Teilchen hervorgerufen werden, nicht über eine wesentliche Entfernung transportieren kann. Demzufolge müssen bei dem speziellen Material des obengenannten Patents die Photoleiter-Teilchen in der ganzen Schicht sich in einem praktisch kontinuierlichen Teilchen-zu-Teilchen Kontakt befinden, so dass die für das zyklische Verfahren erforderliche Ladungsverteilung erfolgen kann.
Bei der in der obigen US-Patentschrift erwähnten gleichmässigen Verteilung von Photoleiter-Teilchen ist daher üblicherweise eine relativ hohe Volumenkonzentration des Photoleiters (bis zu etwa 50 und mehr Vol.-010) erforderlich, wenn man einen für die schnelle Entladung ausreichenden Teilchen-zu-Teilchen Kontakt des Photoleiters erhalten will. Es wurde jedoch gefunden, dass hohe Photoleiter-Beladungen in den Binder Schichten des Harz-Typs dazu führen, dass die physikalische Kontinuität des Harzes zerstört wird, wobei die mechanischen Eigenschaften der Binder-Schicht beträchtlich vermindert werden. Schichten mit hohen Photoleiter-Beladungen sind oft durch eine bröckelige Binder-Schicht mit wenig oder gar keiner Flexibilität gekennzeichnet.
Wenn man auf der anderen Seite die Konzentration des Photoleiters wesentlich unter 50 Vol.-01o vermindert, so ist die Entladungsgeschwindigkeit geringer, wodurch die wiederholte bzw. zyklische Bildherstellung mit hoher Geschwindigkeit sehr erschwert oder unmöglich gemacht wird.
Im US-Patent Nr. 3 121 007 ist ein weiterer Typ eines Photoleiters beschrieben, der eine photo-leitende Zweiphasen Binder-Schicht enthält, wobei photo-leitende Isolier-Teilchen in einer homogenen photo-leitenden Isolier-Matrix dispergiert sind. Der Photoleiter liegt in der Form von Teilchen eines photo-leitenden anorganischen kristallinen Pigments vor, und zwar in einer Menge von etwa 5 bis 80 Gew.-O/o.
Die Photo-Entladung soll verursacht werden durch die Kombination der Ladungsträger, die in dem photoleitenden, isolierenden Matrix-Material entstehen, und der Ladungsträger, die von dem photo-leitenden kristallinen Pigment in die photo-leitende Isolier-Matrix eingespritzt werden.
Im US-Patent Nr. 3 037 861 wird beschrieben, dass Polyvinyl-Carbazol eine Empfindlichkeit gegenüber langwelligem UV-Licht besitzt; es wird dort vorgeschlagen, dass diese spektrale Empfindlichkeit durch Addition von Farbstoff-Sensibilisatoren in den sichtbaren Bereich ausgedehnt werden soll.
In dieser Patentschrift wird ferner vorgeschlagen, dass man in Zusammenhang mit Polyvinyl-Carbazol auch andere Additive, wie Zinkoxid oder Titandioxid, verwenden kann. Gemäss dieser Patentschrift ist Polyvinyl-carbazol als Photoleiter zu benutzen, wobei man gewünschtenfalls Additive zur Erweiterung seiner spektralen Empfindlichkeit zusetzen kann.
Es sind ausserdem gewisse spezielle Schichtstrukturen vorgeschlagen worden, die sich besonders zur Reflex-Bildherstellung eignen. So kann man z. B. gemäss US-Patent Nr.
3 165 405 für die Reflex-Bildherstellung eine Zweischichten Zinkoxid-Binder-Struktur benutzen. Bei dem obengenannten Patent werden zwei getrennte, fortlaufende, photo-leitende Schichten mit verschiedenen spektralen Empfindlichkeiten verwendet, so dass man eine spezielle Reflex-Bild-Folge durchführen kann. Die in dieser Patentschrift verwendete Vorrichtung benutzt die Eigenschaften von mehrschichtigen Photoleitern, wobei man die kombinierten Vorteile der verschiedenen Lichtempfindlichkeit der betreffenden photo-leitenden Schichten erhält.
Wie aus diesem Überblick über die üblichen zusammengesetzten photo-leitenden Schichten ersichtlich wird, entsteht beim Belichten die Photoleitfähigkeit in der Schichtstruktur durch Ladungstransport in der Hauptmasse der photo-leitenden Schicht, z. B. in glasförmigem Selen (bzw. in anderen homogenen Schicht-Modifikationen). Bei Vorrichtungen mit photo-leitenden Binder-Strukturen, die inaktive elektrisch isolierende Harze enthalten, z. B. solche gemäss US-Patent 3 121 006, wird die Leitfähigkeit bzw. der Ladungstransport durch hohe Beladung des photo-leitenden Pigments bewirkt, so dass ein Teilchen-zu-Teilchen-Kontakt der photo-leitenden Teilchen stattfindet. Falls die photo-leitenden Teilchen in einer photo-leitenden Matrix dispergiert sind, wie es z. B.
in dem US-Patent 3 121 007 beschrieben ist, entsteht die Photo-Leitfähigkeit durch die Entwicklung von Ladungsträgern sowohl in der photo-leitenden Matrix als auch in den photoleitenden Pigmentteilchen.
In den obengenannten Patenten sind zwar bestimmte Mechanismen der Entladung in der photo-leitenden Schicht wiedergegeben; jedoch leiden sie ganz allgemein an dem Nachteil, dass die photo-leitende Oberfläche während des Verfahrens der Umgebung ausgesetzt ist, insbesondere bei der zyklischen Xerographie, dem Abrieb, chemischen Angriffen, Hitze und mehrfacher Belichtung während des Kreislaufs. Diese Einwirkungen führen zu einem stufenweisen Abbau der elektrischen Eigenschaften der photo-leitenden Schicht, und damit zu einem Ausdrucken von Oberflächen Defekten und Kratzern, lokalisierten Bezirken von persistenter Leitfähigkeit, welche eine elektrostatische Ladung nicht zurückhalten können, und hoher Dunkel-Entladung.
Hinzu kommt, dass bei diesen photo-leitenden Schichten der Photoleiter entweder 100 % der Schicht einnimmt, wie im Fall der glasförmigen Selen-Schicht, oder dass die Schichten vorzugsweise eine grosse Menge photo-leitenden Materials in der Binder-Konfiguration enthalten. Die Forderung, dass eine photo-leitende Schicht ganz oder doch grösstenteils aus photo-leitendem Material besteht, beschränkt die physikalischen Eigenschaften der endgültigen Platte, Trommel bzw. des Riemens, da die physikalischen Eigenschaften, wie Flexibilität und Adhäsion des Photoleiters, auf einem Träger-Substrat, vor allem durch die physikalischen Eigenschaf ten des Photoleiters bestimmt werden und nicht durch das Harz- oder Matrix-Material, welches vorzugsweise in geringeren Mengen vorhanden ist.
Eine weitere Form der zusammengesetzten lichtempfindlichen Schicht, welche bekanntgeworden ist, enthält eine Schicht aus photo-leitendem Material, das mit einer relativ dicken Plastik-Schicht bedeckt ist und einen Überzug auf einem Träger-Substrat bildet.
Im US-Patent Nr. 3 041 166 ist eine derartige Anordnung beschrieben, wobei ein transparentes plastisches Material eine Schicht aus glasförmigem Selen bedeckt, die sich auf einem Träger-Substrat befindet. Das Plastik-Material hat einen grossen Bereich für Ladungsträger der gewünschten Polarität. Bei der Durchführung des Verfahrens wird die freie Oberfläche des transparenten Plastik-Materials elektrostatisch mit einer bestimmten Polarität beladen. Die Vorrichtung wird dann mit aktivierter Strahlung belichtet, wodurch in der photo-leitenden Schicht ein Loch-Elektronen-Paar entsteht. Das Elektron bewegt sich durch die plastische Schicht und neutralisiert eine positive Ladung auf der freien Oberfläche der plastischen Schicht, wodurch ein elektrostatisches
Bild entsteht.
In dem genannten Patent sind jedoch keine speziellen plastischen Materialien beschrieben, die in dieser Weise funktionieren; die Beispiele betreffen Strukturen, bei denen ein Photoleiter-Material für die oberste Schicht benutzt wird.
Im französischen Patent Nr. 1 577 855 ist eine zusammen gesetzte lichtempfindliche Vorrichtung für einen speziellen
Zweck beschrieben, nämlich für die Reflex-Belichtung mit po larisiertem Licht. Bei einer Ausführungsform wird eine
Schicht aus zweifarbigen, organischen, photo-leitenden Teilchen benutzt, die orientiert auf einem Träger-Substrat angeordnet sind, wobei eine Schicht aus Polyvinyl-carbazol über der orientierten Schicht des zweifarbigen Materials gebildet wird. Wenn man nun belädt und mit einem senkrecht zur Orientierung der zweifarbigen Schicht polarisierten
Licht belichtet, so sind sowohl die orientierte zweifarbige
Schicht als auch die Polyvinyl-carbazol-Schicht für das an fangs verwendete Licht transparent.
Sobald das polarisierte
Licht den weissen Hintergrund des zu kopierenden Doku ments trifft, so wird das Licht depolarisiert, durch die Vor richtung zurückreflektiert und von dem zweifarbigen photo leitenden Material absorbiert. Bei einer anderen Ausführungs form ist der zweifarbige Photoleiter in orientierter Weise in der gesamten Schicht aus Polyvinyl-carbazol dispergiert.
In Anbetracht dieses Standes der Technik ist leicht er sichtlich, dass ein Bedürfnis besteht nach einem allgemein anwendbaren Photorezeptor, der annehmbare photo-leitende
Eigenschaften besitzt und ausserdem hervorragende physika lische Stärke und Flexibilität aufweist, so dass er im zykli schen Schnellverfahren wiederverwendet werden kann, ohne dass die xerographischen Eigenschaften wegen Verschleiss, chemischer Angriffe und Licht-Alterung fortlaufend schlechter werden.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung einer elektrophotographischen Platte, die zur zyklischen Bildherstellung führt. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass die
Photorezeptor-Bindeschicht lichtempfindliche Teilchen auf nicht orientierte Weise in einem Bindemittel eines organischen, aktiven Transportmaterials in einer Menge von 0,1 bis 5 Volum-0/o des Bindemittels dispergiert enthält, wobei die lichtempfindlichen Teilchen zur Bildung von Elektronen und zur Injektion in das umgebende aktive Transportmaterial die Fähigkeit aufweist, die Injektion der photoangeregten Elektronen aus den lichtempfindlichen Teilchen und den Transport der genannten Elektronen durch das genannte aktive Transportmaterial zu unterstützen.
Eine typische Verwendung der vorliegenden elektrophotographischen Platte besteht darin, dass man diese Platte gleichmässig auflädt, und die Platte mit einer Strahlenquelle im Wellenlängen-Bereich von 4200 bis 8000 Ä belichtet, wobei ein elektrostatisches Bild auf der Oberfläche der Platte gebildet wird.
Das transparente aktive Matrix-Material ermöglicht die Verwendung von extrem niedrigen Photoleiter-Beladungen, wie sie bislang nicht möglich waren. Ausserdem ist das Matrix-Material auch bei wiederholtem Gebrauch bzw. Kreislauf Verfahren wirksam funktionsfähig.
Zusammen mit den Zeichnungen werden jetzt spezielle Ausführungsformen der vorliegenden elektrophotographischen Platte näher beschrieben:
Fig. 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Ausführungsform
Fig. 2 zeigt den Entladungs-Mechanismus der aktiven Matrix-Binderschicht.
Fig. 3 zeigt den Entladungs-Mechanismus eines Binder-Systems des Standes der Technik.
Fig. 4 zeigt den Entladungs-Mechanismus eines anderen bekannten Binder-Systems.
Fig. 1 zeigt eine elektrophotographische Platte 10. Das Zeichen 11 bezeichnet ein Substrat oder einen mechanischen Trägen Das Substrat kann aus einem Metall bestehen, z. B. Messing, Aluminium, Gold, Platin, Stahl usw. Es kann von jeder geeigneten Dicke sein, steif oder flexibel, es kann die Form eines Blattes, Gewebes oder eines Zylinders usw.
haben, und es kann mit einer dünnen Plastik-Schicht überzogen sein. Auch kann es aus anderen Materialien bestehen, wie metallisiertem Papier, Plastik-Blättern, die mit einem dünnen Überzug aus Aluminium oder Kupferjodid überzogen sind, oder Glas, das mit einer dünnen Schicht aus Chrom oder Zinnoxid überzogen ist. Vorzugsweise ist der Träger im allgemeinen etwas elektrisch leitfähig, oder er hat eine etwas leitfähige Oberfläche; ferner sollte er stark genug sein, dass man in gewissem Umfang damit hantieren kann.
In einigen Fällen jedoch braucht der Träger 11 nicht leitfähig zu sein, oder man kann ganz darauf verzichten.
Die photo-leitende Binder-Schicht 10 enthält die photo-leitenden Teilchen 12 in einer elektronisch aktiven Matrix oder Binder-Material 13. Die photoleitenden Teilchen können aus jedem geeignetem anorganischen oder organischen Photo-Leiter bestehen, der Mangelelektronen-Paare bildet.
Typische anorganische Materialien sind anorganische kristalline Verbindungen und anorganische photo-leitende Gläser, z. B. Cadmium-sulfid, Cadmium-sulfoselenid, Cadmium-selenid, Zinksulfid, Zink-oxid und Mischungen derselben. Als typische anorganische photoleitende Gläser seien genannt amorphes Selen und Selen-Legierungen, wie Selen-Tellur und Selen-Arsen. Das Selen kann auch in seiner hexagonalen kristallinen Form benutzt werden, die üblicherweise als trigonales Selen bezeichnet wird. Typische organische Photoleiter sind die Phthalocyanin-Pigmente, wie die X-Form des metallfreien Phthalocyanins gemäss US-Patent Nr. 3 357 989 und Metall-Phthalocyanin-Pigmente, wie Kupfer-Phthalocyanin.
Andere typische organische photoinjizierende Pigmente, wie Bis-benzimidazol-Pigmente, Perylen-Pigmente, Chinacridon Pigmente, Indigoid-Pigmente und polynucleare Chinone sind in der Schweiz. Patentanmeldung 589874 beschrieben.
Die obige Liste von Photoleitern soll zur Erläuterung der geeigneten Materialien dienen.
Die Menge der photo-leitenden Teilchen hängt von verschiedenen Faktoren ab: (1) nämlich dem Stadium, bei dem die physikalischen Eigenschaften der Matrix ernsthaft beeinträchtigt werden, (2) dem Stadium, bei dem durch Teilchenzu-Teilchen-Kontakte ein wesentlicher Transport stattfindet, und (3) bei leitfähigen Pigmenten, wie trigonalem-Selen, dem Zustand, bei dem im Inneren soviel Ladung vorhanden ist, dass sie der einfachen Kondensator-Beladung entgegenwirkt.
Die letzteren beiden Faktoren führen häufig dazu, dass man nicht im Kreislauf fahren kann. Zur Erreichung der besten Kombination von physikalischen und elektrischen Eigenschaften liegt im allgemeinen die obere Grenze des photoleitfähigen Pigments bei etwa 5 Vol.-Prozent der Elektronen-transportierenden Binder-Schicht. Eine untere Grenze der photoleitenden Teilchen von etwa 0,1 Vol.-Prozent, bezogen auf die Binder-Schicht ist erforderlich, damit der Lichtabsorptions-Koeffizient für die Bildung von wesentlichen Mengen Trägerteilchen ausreichend ist.
Die Dicke der Binder-Schicht ist nicht besonders kritisch. Schichtdicken von etwa 2 bis 100 Micron sind ausreichend, besonders gute Resultate erhält man mit der bevorzugten Dicke von etwa 5 bis 50 Micron.
Die Grösse der photo-leitenden Teilchen ist in der Binder Struktur ebenfalls nicht besonders kritisch; jedoch ergeben Teilchen mit einer Grösse von etwa 0,01 bis 1,0 Micron besonders gute Resultate.
Die Ziffer 13 bezeichnet das aktive Matrix-Material, welches für die Photoleiter-Teilchen als Binder wirkt. Die aktive Matrix-Schicht besteht aus einem aromatischen heterozyklischen Elektronen-Acceptor-Material, welches sowohl die Elektronen-Injektion von den Photoleiter-Teilchen als auch den Transport dieser durch das Licht gebildeten Elektronen unter dem Einfluss des angelegten Feldes aufrechterhalten kann. Um in der oben bezeichneten Weise funktionieren zu können, sollte das aktive Matrix-Material praktisch transparent für den speziellen Wellenlängen-Bereich sein, der beim xerographischen Kopieren benutzt wird.
Insbesondere sollte das aktive Matrix-Material praktisch nicht-absorbierend in mindestens einem wesentlichen Teil des eiektromagnetischen Spektrums sein, welcher zwischen etwa 4200 bis 8000 Angstrom liegt, weil die meisten xerographisch brauchbaren Photoleiter bei Wellenlängen dieses Bereichs lichtempfindlich sind.
Wie oben erwähnt besteht das aktive Transport-Material 13 aus aromatischen oder heterozyklischen Elektronen-Acceptor-Materialien, welche Transporteigenschaften für negative Ladungsträger haben und die erforderlichen Transparenz-Eigenschaften aufweisen. Typische Elektronen-Acceptor Materialien sind Phthalsäureanhydrid, Tetrachlor-phthalsäureanhydrid, Benzil, Mellit-anhydrid, s-Tricyanobenzol, Picrylchlorid, 2,4-Dinitro-chlorbenzol, 2,4-Dinitro-brombenzol, 4-Nitrobiphenyl, 4,4-Dinitrobiphenyl, 2,4,6-Trinitroanisol, Trichlor-trinitrobenzol, Trinitro-o-toluol, 4,6-Dichlor-1,3-dinitrobenzol, 4fi-Dibrom-1,3-dinitrobenzol, p-Dinitrobenzol, Chloranil, Bromanil und Mischungen derselben.
Zwar sind alle aromatischen bzw. heterozyklischen Elektronen-Acceptoren mit den erforderlichen Transparenz-Eigen.
schaften brauchbar; besonders gute Elektronen-Transport Eigenschaften haben jedoch solche aromatischen oder heterozyklischen Verbindungen, die mehr als einen stark Elektronen-abziehenden Substituenten enthalten, z. B. Nitro-(-NO2), Sulfonat-lon (-S03), Carboxyl-(-COOH) und Cyano-(-CNtGrup pen. Aus dieser Klasse von Materialien sind 2,4,7-Trinitro-9fluorenon (TNF), 2,4,5,7-Tetranitro-fluorenon, Trinitro-anthracen, Dinitro-ancridin, Tetracyano-pyren und Dinitro-anthrachinon besonders bevorzugt, weil sie leicht zugänglich sind und überlegene Elektronen-Transport-Eigenschaften aufweisen.
Für den Fachmann ist es klar, dass jedes Polymere, welches einen geeigneten aromatischen oder heterozyklischen Elektronen-Acceptor-Teil enthält, als aktives Matrix-Material fungieren kann. Die vorliegende elektrophotographische Platte soll daher nicht auf den Typ des als Transportmaterial verwendbaren Polymeren beschränkt werden. Polyester, Polysiloxane, Polyamide, Polyurethane und Epoxy-Harze, sowohl als Block-, Zufalls- oder Tropf-Copolymere (welche die aromatische Hälfte enthalten) sind Beispiele für die verschiedenen Abarten von Polymeren, die verwendet werden können. Auch kann man elektronisch inaktive Polymere. bei denen die aktive Hälfte in hoher Konzentration dispergiert ist, als aktives Matrix-Material verwenden.
Wenn bei der vorliegenden dektrophotographischen Platte von einer praktisch vollständigen bzw. weitgehenden Transparenz des aktiven Transport-Materials die Rede ist (vergleiche Fig. 1) so bedeutet das, dass eine ausreichende Menge Strahlung von einer Strahlenquelle die aktive Transportschicht 13 passieren muss, so dass die photoleitende Schicht 12 in ihrer Eigenschaft als Photogenerator und Injektor von Elektronen fungieren kann. Speziell liegt eine weitgehende Transparenz des aktiven Transport-Materials vor, wenn die aktiven Transport-Materialien nicht-photo-leitend und nicht-absorbierend in mindestens einem wesentlichen Teil des Wellenlängen-Bereichs von etwa 4200 bis 8000 Angstrom sind.
Diese Eigenschaft der Transparenz ermöglicht es, dass genügend aktivierende Strahlung mit der Photoleiter Schicht zusammenstösst und damit eine Entladung des beladenen aktiven Transport-Photorezeptors verursacht.
Das aktive Matrix-Elektronen-Transport-Material, welches zusammen mit den photoleitenden Teilchen als Binder benutzt wird, ist ein Material, das so weitgehend einen Isola- tor vorstellt, dass eine elektrostatische Ladung auf diesem aktiven Binder-Matrix-Material in Abwesenheit von Belichtung nicht mit einer solchen Geschwindigkeit abgeleitet wird, dass die Bildung und Zurückhaltung eines darauf befindlichen latenten elektrostatischen Bildes verhindert wird. Dies bedeutet im allgemeinen, dass der spezifische Widerstand des aktiven Matrix-Materials mindestens 10'0 Ohm-cm betragen sollte, vorzugsweise sollte er einige Grössenordnungen höher sein.
Für optimale Resultate jedoch ist der spezifische Widerstand des aktiven Binder-Materials so, dass der Widerstand der gesamten aktiven Binder-Schicht in Abwesenheit von aktivierender Strahlung oder Ladungs-lnjektion von einer benachbarten Schicht mehr als 1012 Ohm-cm beträgt.
Eine andere Variante der in Fig. 1 beschriebenen Binder Konfiguration verwendet eine blockierende Schicht an der Grenzphase Substrat-Photoleiter. Diese blockierende Schicht trägt dazu bei, nach der Beladungsstufe ein elektrisches Feld über der Photoleiter-aktiven organischen Schicht aufrechtzuerhalten. Man kann jedes geeignete blockierende Material verwenden. Typische Materialien sind Nylon, Epoxy Harze, Aluminiumoxid, isolierende Harze von verschiedenen Typen, z. B. Polystyrol, Butadiene-Polymere und -Copolymere, Acryl- und Methacryl-Polymere, Vinyl-Harze, Alkyd Harze und Harze auf Basis von Cellulose.
Wie ersichtlich, umfasst der photo-isolierende Teil der vorliegenden elektrographischen Platte gemäss Fig. 1 eine bifunktionelle Binder-Schicht: (1) Ein photo-leitendes Material, welches nach Erregung durch Strahlen Löcher und Elektronen bildet und diese durch lichtgebildete Elektronen in die umgebende aktive Matrix-Binder einspritzt, und (2) als Umgebung ein weitgehend transparentes aktives Matrix-Material, welches die Strahlung zu den Photoleiter Teilchen durchdringen lässt, das durch Belichtung freigemachte Elektron vom Photoleiter-Material aufnimmt und dieses Leitungselektron aktiv auf eine positiv beladene Oberfläche oder ein Substrat transportiert, wobei diese Ladung neutralisiert wird.
Dies wird in Fig. 2 deutlich illustriert, wobei die elektrophotographische Platte durch eine Corona-Beladungsvorrichtung negativ beladen ist. Fig. 2 ist zwar ohne Substrat gezeichnet (vergl. Ziffer 11 in Fig. 1); jedoch wird bei einer solchen Binder-Struktur normalerweise ein Substrat angewandt, und der Mechanismus wird im Hinblick auf ein sol ches Substrat beschrieben. Das Licht, durch den Pfeil 14 dargestellt, passiert das transparente aktive Matrix-Material 13 und stösst mit den Photoleiter-Teilchen 12 zusammen, wobei ein Loch-Elektronen-Paar entsteht.
Das Elektron und das Loch werden dann durch die Kraft des angelegten Feldes getrennt, wobei das Loch auf die Oberfläche springt, so dass die negative Ladung verteilt wird, und das Elektron wird in das aktive Matrix-Binder-Material 13 eingespritzt, wo es dann mittels der elektrostatischen Anziehung durch das aktive Matrix-Binder-System zu dem positiv beladenen Substrat transportiert wird. Da sich nur durch Licht freigemachte Elektronen in dem Elektronen-Transport-aktiven Matrix-Binder-Material bewegen können, ergeben sich nur dann grosse Änderungen des Oberflächen-Potentials, wenn das elektrische Feld in der Schicht so ist, dass sich die freigemachten Elektronen von den Photoleiter-Teilchen, wo sie gebildet wurden, durch die aktive Matrix-Schicht und dann auf eine entgegengesetzt beladene Oberfläche bewegen.
Zur Erzielung einer maximalen Nützlichkeit ist die aktive Matrix Schicht im allgemeinen negativ beladen. Diese Bevorzugung der negativen Beladung der Binder-Strukturen beruht darauf, das durch die Annäherung der Photoleiter-Teilchen an die Oberfläche der xerographischen Strukturen die leichte Verteilung von positiven Ladungsträgern auf einer negativ beladenen Oberfläche ermöglicht wird, während die negativen Ladungsträger durch das Transportmaterial zu dem positiv beladenen Substrat transportiert werden.
In Fig. 3 ist eine elektrophotographische Platte des Standes der Technik gezeigt, bei der ein sensibilisierendes Pigment 12 in einem Photoleiter-Binder-Material 13 dispergiert ist, um die Sensibilität des Photoleiter-Materials zu erhöhen.
Das Licht stösst auf die elektrophotographische Vorrichtung und bildet Löcher und Elektronen entweder in dem Photoleiter-Binder-Material oder in den Pigment-Materialien, je nachdem, wo die Strahlung einfällt. Da die meisten Träger bei oder nahe an der Oberfläche der photo-isolierenden Vorrichtung gebildet werden, stellt der Ladungstransport kein ernstes Problem dar. So hat das Licht 14 am Punkt (A) die Bildung eines Elektrons und eines Lochs im Photoleiter bewirkt, und am Punkt (B) fand dies im Pigment statt. Damit das Pigment seine Sensibilität-steigernde Wirkung auf die elektrophotographische Vorrichtung ausüben kann, muss es - wie aus der Zeichnung ersichtlich wird - in relativ grosser Konzentration vorliegen und sich bei oder nahe der Oberfläche des Photorezeptors befinden.
Dies steht im Gegensatz zu Fig. 1, wo die Bildung von Elektronen durch Licht ausschliesslich in den Photoleiter-Teilchen stattfindet, da der aktive Matrix-Binder für die einfallende Strahlung transparent ist. Die Photoleiter-Teilchen sind durch diesen aktiven Matrix Binder gut geschützt, und es ist nicht erforderlich, dass sie sich genau an der Oberfläche der Photorezeptor-Vorrichtung befinden, damit sie als Photoleiter in der Struktur wirken können. Damit das Pigment bei der in Fig. 3 gezeigten Struktur als Sensibilisator wirken kann, muss eine beträchtliche Menge auf oder bei der Oberfläche gehalten werden, wo es dem unvermeidbaren Abrieb und der Atmosphäre ausgesetzt ist.
Zum weiteren Vergleich zeigt die Fig. 4 einen Photorezeptor, bei dem das lichtempfindliche Pigment 12 in einem inerten Harzmaterial 13 dispergiert ist. Da in dem Harz-Binder keine Elektronenbildung vor sich geht, muss das photoleitende Pigment bzw. Farbstoff in ausreichender Konzentration vorhanden sein oder geometrisch so nahe liegen, dass eine Ladungs-Injektion im ganzen Bindersystem unterstützt wird.
Wenn das Pigment in grosser Konzentration vorliegt, so bildet das auftreffende Licht 14 ein Loch-Elektronen-Paar, welches dann durch die Pigmente zu der positiv beladenen Oberfläche transportiert wird; wo die Konzentration des Pigments nicht ausreicht (B), um Teilchen-zu-Teilchen-Kontakt zu schaffen, bildet das auftreffende Licht ein Elektronen Loch-Paar, welches gefangen bleibt, weil das Binder-System fehlt, welches die durch das Licht gebildeten Ladungen entweder zu anderen Pigment-Teilchen oder zur beladenen Oberfläche transportieren würde. Vergleicht man diese Figur mit Fig. 2, so wird ersichtlich, dass dort ein Teilchen-zu Teilchen-Kontakt des Photoleiters in der aktiven Matrix Struktur unnötig ist.
Da bei der inerten Binder-Struktur gemäss Fig. 4 Teilchen-zu-Teilchen-Kontakt erforderlich ist, entstehen Auflösungsprobleme, weil die Geometrie der Teilchen nicht der Richtung des auftreffenden Lichtes entsprechen kann, wodurch eine irreguläre Verteilung der Ladung bewirkt wird.
Ist die Binder-Schicht des Photoleiters und der aktiven Matrix genügend stark, um eine selbst-tragende Vorrichtung zu bilden, (genannt Häutchen ), so kann man die physikalische Basis bzw. die Trägervorrichtung weglassen und die früher als Basis-Schicht benutzte geschliffene Platte durch irgendeine der verschiedenen bekannten Vorrichtungen ersetzen. Eine geschliffene Platte bildet eine Quelle von beweglichen Ladungen beider Polaritäten. Durch das Niederschlagen von sensibilisierenden Ladungen der gewünschten Polarität auf der vorliegenden isolierenden Zweischichten-Struktur wird bewirkt, dass die Ladungen entgegengesetzter Polarität in der geschliffenen Platte zur Grenzphase der photo-leitenden Isolierschicht wandern.
Ohne dies wäre die Kapazität der Isoliervorrichtung selbst so, dass sie nicht genügend Ladung aufnehmen könnte, um die Schicht auf ein xerographisch nützliches Potential zu sensibilisieren. Es ist das elektrostatische Feld zwischen den niedergeschlagenen Ladungen auf einer Seite der xerographischen Zweischichten-Vorrichtung und den induzierten Ladungen (von der geschliffenen Platte) auf der anderen Seite, welches die xerographische Vorrichtung so beansprucht, dass wenn ein Elektron (in der photo-leitenden Schicht) durch ein Photon zum Leitungsband angeregt wird, wobei ein Loch-Elektronen-Paar entsteht, die Ladungen unter dem Einfluss dieses Feldes wandern und das latente elektrostatische Bild bilden.
Es ist deshalb klar, dass bei Weglassen der physikalischen geschliffenen Platte ein Ersatz hierfür durch Niederschlagen von Ladungen auf den entgegengesetzten Seiten des zweischichtigen xerographischen isolierenden Häutchens geschaffen werden kann, wobei gleichzeitig elektrostatische Ladungen auf eine Seite des Häutchens aufgebracht werden, z. B. durch die Corona-Beladungen gemäss US-Patent Nr. 2 777 957, und das gleichzeitige Niederschlagen von negativen Ladungen auf der anderen Seite des Häutchens (auch durch Corona-Beladung) eine induzierte, d. h. eine virtuelle geschliffene Platte im Körper des Häutchens bildet, als ob die Ladungen entgegengesetzter Polarität auf die Grenzphase aufgebracht worden wären, indem sie durch eine wirkliche geschliffene Platte induziert wurden.
Eine derartige künstliche geschliffene Platte erlaubt die Aufnahme einer nützlichen sensibilisierenden Ladung und gleichzeitig die Wanderung von Ladungen unter dem angewendeten Feld, sobald sie aktivierter Strahlung ausgesetzt sind. Im folgenden wird durch den Ausdruck leitfähige Basis sowohl eine physikalische Basis als auch eine künstliche der oben beschriebenen Art verstanden.
Die physikalische Gestalt der xerographisch aktiven Binder-Platte kann jede gewünschte Form haben, z. B. eine flache, sphärische oder zylindrische Platte usw. Die Platte kann gewünschtenfalls flexibel oder starr sein.
In den folgenden Beispielen ist die vorliegende elektrophotographische Platte näher beschrieben.
Ein Photoleiter ist ein Material, welches elektrisch empfindlich auf Licht in dem bestimmten Wellenlängen-Bereich anspricht. Es handelt sich also um ein Material, dessen elektrische Leitfähigkeit beträchtlich ansteigt, sobald eine elektromagnetische Strahlung des betreffenden Wellenlängen-Bereichs absorbiert wird. Diese Definition ist erforderlich, weil es eine grosse Anzahl aromatischer organischer Verbindungen gibt, von denen es bekannt ist oder von denen man es erwartet, dass sie photo-leitfähig sind, wenn man sie mit stark absorbierter Ultraviolett-, Röntgen- oder Gamma-Strahlung belichtet. Die Photoleitfähigkeit bei organischen Materialien ist ein übliches Phänomen. Praktisch alle konjugierten organischen Verbindungen zeigen ein gewisses Mass an Photoleitfähigkeit unter geeigneten Bedingungen.
Die meisten dieser organischen Materialien haben die erste Wellenlängen-Empfindlichkeit im Ultravioletten. Jedoch sind Ultraviolett-empfindliche Materialien wirtschaftlich wenig brauchbar, und ihre Kurzwellen-Empfindlichkeit ist für das Kopieren von Dokumenten oder die Farb-Reproduktion nicht besonders brauchbar. In Anbetracht der vorherrschenden Photoleitfähigkeit von organischen Verbindungen bei Kurzwellen-Erregung ist es daher erforderlich, dass hier der Begriff Photoleiter bzw. photo-leitend nur solche Materialien umfassen soll, die wirklich eine wesentliche Lichtempfindlichkeit in dem Wellenlängenbereich besitzen, in dem sie verwendet werden.
Es wurde gefunden, dass eine xerographische oder elektrophotographisch empfindliche Vorrichtung hergestellt werden kann, wenn man ein elektrostatisch aktives Matrix-Material vom Elektronen-Acceptor-Typ verwendet, welches den Transport der durch das Licht entwickelten Elektronen aus dem lichtempfindlichen Material unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes erleichtert.
Die brauchbaren Matrix-Materialien unterscheiden sich von den oben beschriebenen, bekannten Binder-Matrix-Materialien, indem die vorliegenden Materialien folgende Eigenschaften in sich vereinigen:
Sie sind praktisch transparent, jedoch nicht photo-leitend und nicht absorbierend in mindestens einem wesentlichen Teil des speziellen verwendeten xerographischen Wellenlängenbereichs, entsprechend dem Lichtempfindlichkeitsbereich der Photoleiter-Teilchen, und sie können die Injektion und den Transport der in den Photoleiter-Teilchen entwickelten Elektronen aufrechterhalten.
Wegen dieser einzigartigen Kombination von praktischer Transparenz in mindestens einem wesentlichen Teil des Wellenlängen-Bereichs für den speziellen xerographischen Zweck und der Fähigkeit zum Elektronen-Transport können die hier vorliegenden aktiven Matrix-Materialien wirksam als Binder für eine relativ kleine Menge Photoleiter benutzt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass das aktive Transport-Material in dem benutzten Wellenlängen-Bereich nicht als Photoleiter fungiert. Wie bereits erwähnt, werden in den photo-leitenden Teilchen Mangelelektronen-Paare gebildet, und die durch das Licht gebildeten Elektronen werden dann über eine Feld-modulierte Barriere in das aktive Matrix-Material eingespritzt, worauf ein Elektronen-Transport im gesamten Transport-Material erfolgt.
Die meisten Materialien, die sich als aktive Schichten eignen, sind zufällig auch photo-leitend, wenn sie eine Strahlung der für die elektronische Anregung geeigneten Wellenlängen absorbieren.
Jedoch ist die Lichtempfindlichkeit im kurzwelligen Bereich, die ausserhalb des spektralen Bereichs liegt, für den die vorliegenden Photoleiter verwendet werden, nicht brauchbar für die vorliegende elektrophotographische Platte. Es ist bekannt, dass die Strahlung absorbiert werden muss, um die photo-leitende Reaktion anzuregen; das oben erwähnte Kriterium der Transparenz der aktiven Materialien besagt, dass diese Materialien nicht wesentlich zur Lichtempfindlichkeit des Photorezeptors im verwendeten Wellenlängen-Bereich beitragen.
Die Verwendung der aktiven Matrix ermöglicht es. dass man spezielle Regionen des elektromagnetischen Spektrums für das selektive xerographische Kopierverfahren benutzt.
Eine typische Anwendung ist die Benutzung der aktiven Matrix bei der Farb-Xerographie, wobei spezielle Farben nacheinander kopiert werden, so dass man einen kompletten Druck erhält.
Beispiel 1
Eine lichtempfindliche Binder-Platte ähnlich der in Fig. 1 gezeigten, welche photo-leitende Teilchen aus Kupfer-phthalocyanin in einem 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon-Binder (TNF, 40 Gew.-%) in einem Volumenverhältnis von 50 zu 1 enthält, wird folgendermassen hergestellt: 50 Gramm einer 20 Gew.-0/o- igen TNF-Vorratslösung erhält man durch Auflösen der entsprechenden Menge TNF (Eastman Kodak Co., Rochester, New York) in 150 Gramm Toluol und 30 Gramm Cyclohexanon. Diese Lösung gibt man in eine Lösung von 0,5 Gramm Kupfer-phthalocyanin und 20 Gramm Toluol. Das Gemisch wird mit Stahlschrot 1 Std. vermahlen, bis man eine gut dispergierte Suspension erhält. Hiermit überzieht man ein Aluminium-Substrat, wobei man einen Gardner Laboratory Bird Applicator verwendet.
Die endgültige Dicke nach 12stündigem Lufttrocknen bei 110 0C beträgt etwa 12 Micron.
Die lichtempfindliche Binder-Platte wird dann in eine Xerox-Modell-D-Maschine gestellt, und man macht nach folgender Methode eine Kopie: Die Probe wird mit einer negativen Corona-Ladung auf 800 Volt beladen. Die beladene Platte wird dann mit einem projizierten Muster belichtet, wobei man eine Wolfram-Lichtquelle benutzt, die im Wellenlängen-Bereich von etwa 4200 bis 8000 Angstrom ausstrahlt.
Die Entwicklung wird dann durch die übliche Cascade-Entwicklung durchgeführt, wobei man den Xerox 914 toner und einen Umkehr-Träger benutzt. Die Kopie ist von ausgezeichneter Qualität, wenn man sie mit Kopien vergleicht, die mit einer üblichen amorphen elektrophotographischen Selen Platte gemacht wurden.
Beispiel 2
Eine Platte wird nach der im Beispiel 1 beschriebenen Methode hergestellt, jedoch unter Verwendung von trigonalem Selen als Photoleiter, wobei das Gewichtsverhältnis von TNF zu trigonalem Selen 20 zu 1 beträgt (78 zu 1 Volumenverhältnis). Die Binder-Schicht hat eine Dicke von etwa 12 Micron. Ausserdem wird eine 0,2 Micron dicke Blockierschicht auf der Oberfläche des Substrats gebildet, indem man das Substrat in eine Lösung von Nylon in Methylalkohol eintaucht.
Ein Original wird auf einer xerographischen Modell D-Maschine in der selben Weise wie im Beispiel 1 beschrieben kopiert; die erhaltene Kopie ist von ausgezeichneter Qualität, wenn man sie mit Kopien vergleicht, die auf einer üblichen amorphen elektrophotographischen Selen-Platte gemacht wurden.
Beispiel 3
Eine Binder-Platte wird in der selben Weise, wie im Beispiel 1 und 2 beschrieben, hergestellt, wobei man jedoch die aktive Matrix-Platte unter Verwendung von Dinitro-acridin und der p-Form des Metall-freien Phthalocyanins (Gewichtsverhältnis 20 zu 1, Volumenverhältnis 60 zu 1) bereitet. Man macht eine Kopie mit einer Xerox-Maschine Modell D in der gleichen Weise wie in den Beispielen 1 und 2 beschrieben, wobei man die gleichen ausgezeichneten Reproduktionsqualitäten erhält.
The invention relates to an electrophotographic plate having a photoreceptor bonding layer and a use of this plate for the production of a latent image.
In xerography, a xerographic plate, which contains a photoconductive insulating layer, is provided with an image by initially charging its surface with an even electrostatic charge. The plate is then exposed to a pattern of activated electromagnetic radiation, e.g. B. with light, whereby the charge is selectively distributed on the exposed areas of the photo-conductive insulator and a latent electrostatic image is obtained in the non-exposed areas. This electrostatic latent image can then be developed to form a visible image by depositing finely divided electroscopic marking particles on the surface of the photo-conductive insulating layer.
A photoconductive layer for use in xerography is e.g. B. a homogeneous layer of a single material such as vitreous selenium; it can also be a composite layer containing a photoconductor and other material. One type of composite photoconductive layer for xerography is described in U.S. Patent No. 3,121,006. It is a number of binder layers which contain finely divided particles of a photo-conductive inorganic compound which are dispersed in an electrically insulating, organic binder resin. In its current commercial form, the binder layer contains zinc oxide particles which are uniformly dispersed in a binder resin, the layer being provided as a coating on paper.
In the specific examples of the binder systems mentioned in the above US patent specification, the binder contains a material which cannot transport injected charge carriers produced by the photoconductor particles over a substantial distance. Accordingly, in the particular material of the above-mentioned patent, the photoconductor particles must be in virtually continuous particle-to-particle contact throughout the layer so that the charge distribution required for the cyclic process can take place.
With the uniform distribution of photoconductor particles mentioned in the above US patent specification, a relatively high volume concentration of the photoconductor (up to about 50 and more vol. 010) is therefore usually required if a particle-to- Particle contact of the photoconductor wants to get. It has been found, however, that high photoconductor loadings in the resin-type binder layers result in the physical continuity of the resin being destroyed, the mechanical properties of the binder layer being considerably reduced. Layers with high photoconductor loadings are often characterized by a friable binder layer with little or no flexibility.
On the other hand, if the concentration of the photoconductor is decreased well below 50 vol. -01 o'clock, the discharge rate is slower, making high-speed repeated or cyclic imaging very difficult or impossible.
Another type of photoconductor is described in US Pat. No. 3,121,007 which contains a photoconductive two-phase binder layer, wherein photoconductive insulating particles are dispersed in a homogeneous photoconductive insulating matrix. The photoconductor is in the form of particles of a photo-conductive inorganic crystalline pigment in an amount of about 5 to 80% by weight.
The photo-discharge is said to be caused by the combination of the charge carriers that arise in the photoconductive, insulating matrix material and the charge carriers that are injected into the photoconductive insulating matrix by the photo-conductive crystalline pigment.
US Pat. No. 3,037,861 describes polyvinyl carbazole as being sensitive to long-wave UV light; it is suggested there that this spectral sensitivity should be extended into the visible range by adding dye sensitizers.
This patent also suggests that other additives, such as zinc oxide or titanium dioxide, can also be used in connection with polyvinyl carbazole. According to this patent, polyvinyl carbazole is to be used as a photoconductor, it being possible, if desired, to add additives to expand its spectral sensitivity.
In addition, certain special layer structures have been proposed which are particularly suitable for producing reflex images. So you can z. B. according to US patent no.
3 165 405 use a two-layer zinc oxide binder structure for the production of reflex images. In the above patent, two separate, continuous, photoconductive layers with different spectral sensitivities are used, so that a special reflex image sequence can be carried out. The device used in this patent takes advantage of the properties of multilayer photoconductors while having the combined advantages of the different photosensitivities of the photoconductive layers concerned.
As can be seen from this overview of the usual composite photoconductive layers, the photoconductivity in the layer structure arises during exposure through charge transport in the bulk of the photoconductive layer, e.g. B. in vitreous selenium (or in other homogeneous layer modifications). In devices with photo-conductive binder structures containing inactive electrically insulating resins, e.g. B. those according to US Pat. No. 3,121,006, the conductivity or the charge transport is brought about by the high loading of the photoconductive pigment, so that particle-to-particle contact of the photoconductive particles takes place. If the photo-conductive particles are dispersed in a photo-conductive matrix, as is e.g. B.
in US Pat. No. 3,121,007, photoconductivity arises from the development of charge carriers in both the photoconductive matrix and the photoconductive pigment particles.
In the above-mentioned patents certain mechanisms of the discharge in the photoconductive layer are reproduced; however, they generally suffer from the disadvantage that the photoconductive surface is exposed to the environment during the process, particularly during cyclic xerography, abrasion, chemical attack, heat and multiple exposures during the cycle. These effects lead to a gradual degradation of the electrical properties of the photoconductive layer, and thus to the printing of surface defects and scratches, localized areas of persistent conductivity, which cannot hold back an electrostatic charge, and high dark discharge.
In addition, in these photoconductive layers, the photoconductor either takes up 100% of the layer, as in the case of the vitreous selenium layer, or the layers preferably contain a large amount of photoconductive material in the binder configuration. The requirement that a photoconductive layer consists wholly or at least for the most part of photoconductive material limits the physical properties of the final plate, drum or belt, since the physical properties, such as flexibility and adhesion of the photoconductor, on a carrier Substrate, in particular, are determined by the physical properties of the photoconductor and not by the resin or matrix material, which is preferably present in smaller quantities.
Another form of composite photosensitive layer which has become known includes a layer of photoconductive material covered with a relatively thick layer of plastic and forming a coating on a support substrate.
Such an arrangement is described in US Pat. No. 3,041,166 in which a transparent plastic material covers a layer of vitreous selenium which is located on a carrier substrate. The plastic material has a large area for charge carriers of the desired polarity. When carrying out the process, the free surface of the transparent plastic material is electrostatically charged with a certain polarity. The device is then exposed to activated radiation, as a result of which a hole-electron pair is created in the photo-conductive layer. The electron moves through the plastic layer and neutralizes a positive charge on the free surface of the plastic layer, creating an electrostatic charge
Image is created.
However, that patent does not disclose any particular plastic materials that function in this way; the examples relate to structures in which a photoconductor material is used for the top layer.
In French Patent No. 1 577 855 there is a composite photosensitive device for a special one
Purpose described, namely for the reflex exposure with polarized light. In one embodiment, a
Layer of bi-colored, organic, photoconductive particles used, which are arranged oriented on a carrier substrate, wherein a layer of polyvinyl carbazole is formed over the oriented layer of the two-colored material. If one is now loaded and polarized with one perpendicular to the orientation of the two-colored layer
When exposed to light, so are both the oriented two-tone
Layer as well as the polyvinyl carbazole layer transparent to the light used at the beginning.
Once that polarized
If light hits the white background of the document to be copied, the light is depolarized, reflected back through the device and absorbed by the two-tone photoconductive material. In another embodiment, the two-color photoconductor is dispersed in an oriented manner in the entire layer of polyvinyl carbazole.
In view of this prior art, it is readily apparent that there is a need for a generally applicable photoreceptor that is acceptable photoconductive
Has properties and also has excellent physical strength and flexibility, so that it can be reused in the cyclical rapid process without the xerographic properties deteriorating continuously due to wear, chemical attack and light aging.
It is an object of the present invention to produce an electrophotographic plate which results in cyclic imaging. This goal is achieved by the
Photoreceptor binding layer contains photosensitive particles dispersed in a non-oriented manner in a binder of an organic active transport material in an amount of 0.1 to 5 volume-0 / o of the binder, the photosensitive particles being capable of generating electrons and injecting them into the surrounding area active transport material has the ability to support the injection of the photoexcited electrons from the photosensitive particles and the transport of said electrons through said active transport material.
A typical use of the present electrophotographic plate is to uniformly charge this plate and to expose the plate to a radiation source in the wavelength range of 4200 to 8000 Å, whereby an electrostatic image is formed on the surface of the plate.
The transparent active matrix material enables the use of extremely low photoconductor loads, which were previously not possible. In addition, the matrix material functions effectively even with repeated use or cycle processes.
Specific embodiments of the present electrophotographic plate will now be described in detail together with the drawings:
Fig. 1 shows a schematic section through an embodiment
Fig. 2 shows the discharge mechanism of the active matrix binder layer.
Fig. 3 shows the discharge mechanism of a prior art binder system.
Fig. 4 shows the discharge mechanism of another known binder system.
Fig. 1 shows an electrophotographic plate 10. Numeral 11 denotes a substrate or mechanical support. The substrate may be made of a metal, e.g. B. brass, aluminum, gold, platinum, steel, etc. It can be of any suitable thickness, rigid or flexible, it can be in the shape of a sheet, fabric or cylinder, etc.
and it can be covered with a thin layer of plastic. It can also consist of other materials, such as metalized paper, plastic sheets that are covered with a thin layer of aluminum or copper iodide, or glass that is covered with a thin layer of chromium or tin oxide. Preferably, the support is generally somewhat electrically conductive or has a somewhat conductive surface; it should also be strong enough that it can be handled to some extent.
In some cases, however, the carrier 11 need not be conductive, or it can be dispensed with entirely.
The photoconductive binder layer 10 contains the photoconductive particles 12 in an electronically active matrix or binder material 13. The photoconductive particles can consist of any suitable inorganic or organic photoconductor which forms deficient electron pairs.
Typical inorganic materials are inorganic crystalline compounds and inorganic photoconductive glasses, e.g. B. cadmium sulfide, cadmium sulfoselenide, cadmium selenide, zinc sulfide, zinc oxide and mixtures thereof. Typical inorganic photoconductive glasses are amorphous selenium and selenium alloys such as selenium-tellurium and selenium-arsenic. The selenium can also be used in its hexagonal crystalline form, which is commonly referred to as trigonal selenium. Typical organic photoconductors are the phthalocyanine pigments such as the X-form of the metal-free phthalocyanine according to US Pat. No. 3,357,989 and metal phthalocyanine pigments such as copper phthalocyanine.
Other typical organic photoinjecting pigments, such as bis-benzimidazole pigments, perylene pigments, quinacridone pigments, indigoid pigments and polynuclear quinones are available in Switzerland. Patent application 589874 described.
The above list of photoconductors is intended to illustrate the suitable materials.
The amount of photoconductive particles depends on several factors: (1) namely the stage at which the physical properties of the matrix are seriously impaired, (2) the stage at which substantial transport occurs through particle-to-particle contacts, and (3) in the case of conductive pigments such as trigonal selenium, the state in which there is so much charge inside that it counteracts simple capacitor charging.
The latter two factors often make it impossible to cycle. In order to achieve the best combination of physical and electrical properties, the upper limit of the photoconductive pigment is generally about 5 percent by volume of the electron-transporting binder layer. A lower limit of the photoconductive particles of about 0.1 percent by volume, based on the binder layer, is necessary so that the light absorption coefficient is sufficient for the formation of substantial amounts of carrier particles.
The thickness of the binder layer is not particularly critical. Layer thicknesses of about 2 to 100 microns are sufficient; particularly good results are obtained with the preferred thickness of about 5 to 50 microns.
The size of the photoconductive particles is also not particularly critical in the binder structure; however, particles about 0.01 to 1.0 microns in size give particularly good results.
The number 13 denotes the active matrix material, which acts as a binder for the photoconductor particles. The active matrix layer consists of an aromatic heterocyclic electron acceptor material, which can maintain both the electron injection from the photoconductor particles and the transport of these electrons formed by the light under the influence of the applied field. In order to function in the manner noted above, the active matrix material should be practically transparent to the particular wavelength range used in xerographic copying.
In particular, the active matrix material should be virtually non-absorbent in at least a substantial portion of the electromagnetic spectrum, which is between about 4200 to 8000 Angstroms, because most xerographically useful photoconductors are photosensitive at wavelengths in this range.
As mentioned above, the active transport material 13 consists of aromatic or heterocyclic electron acceptor materials which have transport properties for negative charge carriers and have the required transparency properties. Typical electron acceptor materials are phthalic anhydride, tetrachlorophthalic anhydride, benzil, mellitic anhydride, s-tricyanobenzene, picryl chloride, 2,4-dinitro-chlorobenzene, 2,4-dinitro-bromobenzene, 4-nitrobiphenyl, 4,4-dinitrobiphenyl, 2,4,6-trinitroanisole, trichlorotinitrobenzene, trinitro-o-toluene, 4,6-dichloro-1,3-dinitrobenzene, 4fi-dibromo-1,3-dinitrobenzene, p-dinitrobenzene, chloranil, bromanil and mixtures thereof .
It is true that all aromatic or heterocyclic electron acceptors have the necessary transparency properties.
properties useful; however, aromatic or heterocyclic compounds which contain more than one strongly electron-withdrawing substituent, e.g. B. Nitro - (- NO2), sulfonate ion (-S03), carboxyl - (- COOH) and cyano - (- CNt groups. This class of materials includes 2,4,7-trinitro-9fluorenone (TNF), 2,4,5,7-tetranitro-fluorenone, trinitro-anthracene, dinitro-ancridine, tetracyano-pyrene and dinitro-anthraquinone are particularly preferred because they are easily accessible and have superior electron transport properties.
It is clear to the person skilled in the art that any polymer which contains a suitable aromatic or heterocyclic electron acceptor moiety can function as an active matrix material. Therefore, the present electrophotographic plate should not be limited to the type of polymer usable as a transport material. Polyesters, polysiloxanes, polyamides, polyurethanes, and epoxy resins, both as block, random or drop copolymers (which contain the aromatic half) are examples of the various types of polymers that can be used. You can also use electronically inactive polymers. in which the active half is dispersed in high concentration, use as the active matrix material.
If in the present dectrophotographic plate a practically complete or extensive transparency of the active transport material is mentioned (see FIG. 1), this means that a sufficient amount of radiation from a radiation source must pass through the active transport layer 13 so that the photoconductive layer 12 can function in its capacity as a photogenerator and injector of electrons. In particular, there is extensive transparency of the active transport material when the active transport materials are non-photoconductive and non-absorbent in at least a substantial part of the wavelength range from about 4200 to 8000 Angstroms.
This property of transparency enables sufficient activating radiation to collide with the photoconductor layer and thus cause the loaded active transport photoreceptor to discharge.
The active matrix electron transport material, which is used as a binder together with the photoconductive particles, is a material that is so largely an insulator that an electrostatic charge is generated on this active binder matrix material in the absence of exposure is not diverted at such a rate as to prevent the formation and retention of an electrostatic latent image thereon. This generally means that the specific resistance of the active matrix material should be at least 10'0 ohm-cm, preferably it should be a few orders of magnitude higher.
For optimal results, however, the resistivity of the active binder material is such that the resistance of the entire active binder layer in the absence of activating radiation or charge injection from an adjacent layer is greater than 1012 ohm-cm.
Another variant of the binder configuration described in FIG. 1 uses a blocking layer at the substrate-photoconductor interface. This blocking layer helps to maintain an electric field across the photoconductor-active organic layer after the charging step. Any suitable blocking material can be used. Typical materials are nylon, epoxy resins, alumina, insulating resins of various types, e.g. B. polystyrene, butadiene polymers and copolymers, acrylic and methacrylic polymers, vinyl resins, alkyd resins and resins based on cellulose.
As can be seen, the photo-insulating part of the present electrographic plate according to FIG. 1 comprises a bifunctional binder layer: (1) A photo-conductive material which, when excited by radiation, forms holes and electrons and these into the surrounding active environment by light-generated electrons Matrix binder is injected, and (2) as the environment a largely transparent active matrix material, which allows the radiation to penetrate the photoconductor particles, absorbs the electron released by exposure from the photoconductor material and actively transfers this conduction electron to a positively charged surface or a Substrate transported, whereby this charge is neutralized.
This is clearly illustrated in Figure 2, where the electrophotographic plate is negatively charged by a corona charger. FIG. 2 is drawn without a substrate (cf. numeral 11 in FIG. 1); however, a substrate is normally employed in such a binder structure, and the mechanism will be described with respect to such a substrate. The light, represented by the arrow 14, passes through the transparent active matrix material 13 and collides with the photoconductor particles 12, creating a hole-electron pair.
The electron and the hole are then separated by the force of the applied field, the hole jumping onto the surface so that the negative charge is distributed, and the electron is injected into the active matrix binder material 13, where it is then by means of the electrostatic attraction is transported through the active matrix-binder system to the positively charged substrate. Since only electrons released by light can move in the electron transport active matrix binder material, large changes in the surface potential only occur if the electric field in the layer is such that the released electrons move away from the Photoconductor particles, where they were formed, move through the active matrix layer and then onto an oppositely charged surface.
For maximum utility, the active matrix layer is generally negatively charged. This preference for negative loading of the binder structures is based on the fact that the approach of the photoconductor particles to the surface of the xerographic structures enables the easy distribution of positive charge carriers on a negatively charged surface, while the negative charge carriers are transferred to the positive by the transport material loaded substrate are transported.
Referring to Fig. 3, there is shown a prior art electrophotographic plate in which a sensitizing pigment 12 is dispersed in a photoconductor binder material 13 to increase the sensitivity of the photoconductor material.
The light hits the electrophotographic device and forms holes and electrons either in the photoconductor binder material or in the pigment materials, depending on where the radiation is incident. Since most of the carriers are formed at or near the surface of the photo-isolating device, charge transport is not a serious problem. Thus, the light 14 has caused an electron and a hole to be formed in the photoconductor at point (A), and at the point (B) this took place in the pigment. In order for the pigment to exert its sensitivity-increasing effect on the electrophotographic device, it must - as can be seen from the drawing - be present in a relatively high concentration and be located at or near the surface of the photoreceptor.
This is in contrast to FIG. 1, where the formation of electrons by light takes place exclusively in the photoconductor particles, since the active matrix binder is transparent to the incident radiation. The photoconductor particles are well protected by this active matrix binder, and they do not need to be located precisely on the surface of the photoreceptor device in order for them to act as photoconductors in the structure. In order for the pigment to act as a sensitizer in the structure shown in Figure 3, a substantial amount must be kept on or near the surface where it is exposed to inevitable attrition and the atmosphere.
For further comparison, Fig. 4 shows a photoreceptor in which the photosensitive pigment 12 is dispersed in an inert resin material 13. Since no electrons are formed in the resin binder, the photoconductive pigment or dye must be present in sufficient concentration or geometrically so close that charge injection is supported in the entire binder system.
If the pigment is present in high concentration, the incident light 14 forms a hole-electron pair, which is then transported through the pigments to the positively charged surface; where the concentration of the pigment is insufficient (B) to create particle-to-particle contact, the incident light forms an electron hole pair which remains trapped because the binder system, which is responsible for the charges generated by the light, is missing either to other pigment particles or to the loaded surface. If this figure is compared with FIG. 2, it becomes apparent that there particle-to-particle contact of the photoconductor in the active matrix structure is unnecessary.
Since particle-to-particle contact is required with the inert binder structure according to FIG. 4, resolution problems arise because the geometry of the particles cannot correspond to the direction of the incident light, which causes an irregular distribution of the charge.
If the binder layer of the photoconductor and the active matrix is strong enough to form a self-supporting device (called a membrane), the physical base or the supporting device can be omitted and the ground plate previously used as the base layer through replace any of the various known devices. A ground plate provides a source of moving charges of both polarities. The deposition of sensitizing charges of the desired polarity on the present insulating two-layer structure causes the charges of opposite polarity in the ground plate to migrate to the boundary phase of the photoconductive insulating layer.
Without this, the capacitance of the isolation device itself would be such that it could not hold enough charge to sensitize the layer to a xerographically useful potential. It is the electrostatic field between the deposited charges on one side of the two-layer xerographic device and the induced charges (from the ground plate) on the other side that stresses the xerographic device so that when an electron (in the photoconductive layer ) is excited by a photon to the conduction band, creating a hole-electron pair, the charges migrate under the influence of this field and form the latent electrostatic image.
It is therefore clear that if the physical ground plate is omitted, a substitute for it can be provided by depositing charges on opposite sides of the two-layer xerographic insulating membrane while simultaneously applying electrostatic charges to one side of the membrane, e.g. B. by the corona loads according to US Pat. No. 2,777,957, and the simultaneous deposition of negative charges on the other side of the membrane (also by corona loading) an induced, i.e. H. forms a virtual ground plate in the body of the membrane, as if the charges of opposite polarity had been applied to the boundary phase by being induced by a real ground plate.
Such an artificially ground plate allows a useful sensitizing charge to be received and, at the same time, to allow charges to migrate under the applied field once exposed to activated radiation. In the following, the term conductive base is understood to mean both a physical base and an artificial base of the type described above.
The physical shape of the xerographically active binder plate can be any desired shape, e.g. A flat, spherical or cylindrical plate, etc. The plate can be flexible or rigid if desired.
The present electrophotographic plate is described in detail in the following examples.
A photoconductor is a material that is electrically sensitive to light in the specific wavelength range. It is therefore a material whose electrical conductivity increases considerably as soon as electromagnetic radiation of the wavelength range in question is absorbed. This definition is necessary because there are a large number of aromatic organic compounds which are known or expected to be photo-conductive when exposed to strongly absorbed ultraviolet, X-ray or gamma radiation . Photoconductivity in organic materials is a common phenomenon. Virtually all conjugated organic compounds exhibit some degree of photoconductivity under suitable conditions.
Most of these organic materials have the first wavelength sensitivity in the ultraviolet. However, ultraviolet sensitive materials are not economically viable and their short wave sensitivity is not particularly useful for document copying or color reproduction. In view of the predominant photoconductivity of organic compounds in the case of short-wave excitation, it is therefore necessary that the term photoconductor or photoconductive should only include materials that really have a significant light sensitivity in the wavelength range in which they are used.
It has been found that a xerographic or electrophotographic sensitive device can be made using an electrostatically active matrix material of the electron acceptor type, which allows the electrons evolved by the light to be transported out of the photosensitive material under the influence of an electric field facilitated.
The useful matrix materials differ from the known binder matrix materials described above in that the present materials combine the following properties:
They are practically transparent but non-photoconductive and non-absorbing in at least a substantial portion of the particular xerographic wavelength range used, corresponding to the photosensitivity range of the photoconductor particles, and they can maintain the injection and transport of electrons developed in the photoconductor particles.
Because of this unique combination of practical transparency in at least a substantial portion of the wavelength range for that particular xerographic purpose and electron transport capability, the present active matrix materials can be used effectively as binders for a relatively small amount of photoconductor. It should be noted that the active transport material does not function as a photoconductor in the wavelength range used. As already mentioned, deficiency electron pairs are formed in the photoconductive particles, and the electrons formed by the light are then injected into the active matrix material via a field-modulated barrier, whereupon electrons are transported throughout the transport material .
Most of the materials that are suitable as active layers happen to be photo-conductive when they absorb radiation of wavelengths suitable for electronic excitation.
However, the photosensitivity in the short wavelength region, which is outside the spectral range for which the present photoconductors are used, is not useful for the present electrophotographic plate. It is known that the radiation must be absorbed in order to stimulate the photoconductive reaction; the above-mentioned criterion of the transparency of the active materials states that these materials do not contribute significantly to the light sensitivity of the photoreceptor in the wavelength range used.
The use of the active matrix makes it possible. that special regions of the electromagnetic spectrum are used for the selective xerographic copying process.
A typical application is the use of the active matrix in color xerography, where specific colors are copied one after the other so that a complete print is obtained.
example 1
A photosensitive binder plate similar to the one shown in FIG. 1, which contains photoconductive particles of copper phthalocyanine in a 2,4,7-trinitro-9-fluorenone binder (TNF, 40% by weight) in a volume ratio of 50 to 1 is prepared as follows: 50 grams of a 20% by weight TNF stock solution are obtained by dissolving the appropriate amount of TNF (Eastman Kodak Co., Rochester, New York) in 150 grams of toluene and 30 grams Cyclohexanone. This solution is added to a solution of 0.5 grams of copper phthalocyanine and 20 grams of toluene. The mixture is ground with steel shot for 1 hour until a well-dispersed suspension is obtained. This is used to coat an aluminum substrate using a Gardner Laboratory Bird Applicator.
The final thickness after air drying for 12 hours at 110 ° C is about 12 microns.
The photosensitive binder plate is then placed in a Xerox Model D machine and a copy is made using the following method: The sample is charged with a negative corona charge to 800 volts. The loaded plate is then exposed to a projected pattern using a tungsten light source emitting in the wavelength range from about 4200 to 8000 Angstroms.
Development is then carried out by standard Cascade development using the Xerox 914 toner and a reversal carrier. The copy is of excellent quality when compared with copies made with a conventional amorphous selenium electrophotographic plate.
Example 2
A plate is produced according to the method described in Example 1, but using trigonal selenium as the photoconductor, the weight ratio of TNF to trigonal selenium being 20 to 1 (78 to 1 volume ratio). The binder layer is approximately 12 microns thick. In addition, a 0.2 micron thick blocking layer is formed on the surface of the substrate by dipping the substrate in a solution of nylon in methyl alcohol.
An original is copied on a Model D xerographic machine in the same manner as described in Example 1; the resulting copy is of excellent quality when compared with copies made on a conventional amorphous selenium electrophotographic plate.
Example 3
A binder plate is produced in the same way as described in Examples 1 and 2, except that the active matrix plate is produced using dinitro-acridine and the p-form of the metal-free phthalocyanine (weight ratio 20 to 1, Volume ratio 60 to 1) prepares. A copy is made on a Xerox Model D machine in the same manner as described in Examples 1 and 2, and the same excellent reproduction qualities are obtained.