CN102768478A - 使用双极成像元件的数字标记 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于直接数字标记的材料和方法，其中表面电荷对比度可以通过反寻址双极成像元件的相邻电荷注入像素而形成且可在减小的晶体管电压下以增强的图像对比度而显影。

Description

使用双极成像元件的数字标记
技术领域
本发明涉及静电印刷和标记系统，且更具体地，涉及直接数字标记的系统和方法。
背景技术
通常，存在两种数字印刷技术平台，即静电和喷墨印刷。现代静电印刷包括多步骤：感光器（photoreceptor）充电并在感光器上形成潜像（latent image）；显影潜像；将经显影的图像转印至介质并在其上定影；擦除并清理感光器。尽管静电印刷是一项成熟的技术，在降低单位生产成本（UMC）和运行成本方面仍然存在挑战。不同于数字输入，静电印刷系统基本上是一种模拟器件。
固态喷墨印刷（SIJ）是另一种现在用于彩色办公市场并正进军生产彩色市场的印刷技术。然而，掌握SIJ存在许多挑战，包括低单元的UMC、高印刷质量以及具有类压（press-like）可靠性的宽介质范围。所有这些印刷平台的共同问题是印刷系统非常复杂。系统复杂性导致复杂的印刷方法、高UMC以及高运行成本。
因此，需要简单、小巧、快速、绿色、智能且低成本的印刷元件，从而提供具有加强的图像对比度以及低偏压的标记方法。
发明内容
根据各种实施方案，本发明包括一种双极成像元件。所述双极成像元件可包括多个臵于基底上的电荷注入像素，所述多个电荷注入像素中的每一个像素是可单独寻址的且包括下述材料中的一种或多种：含纳米碳的材料、共轭聚合物及其结合物。所述双极成像元件也可包括单一连续的双极CTL层或多个双极电荷传输层（CTL），每个双极CTL臵于所述多个电荷注入像素中的一个像素并设臵成响应电偏压将底层像素提供的空穴或电子传输至与双极CTL和底层像素的界面相对的双极CTL表面。所述双极成像元件还可包括多个臵于基底上的薄膜晶体管（thin film transistor），使得每个薄膜晶体管与所述多个电荷注入像素中一个或多个像素连接以提供电偏压。
根据各种实施方案，本发明也包括一种数字标记方法。在该方法中，可以提供一种双极成像元件，其包括单一连续层或多个双极电荷传输层（CTL），各双极电荷传输层臵于多个电荷注入像素中一个像素上，其中所述多个电荷注入像素中的每个像素可单独寻址，以响应电偏压注入空穴和电子二者。表面电荷对比度可通过反偏压多个电荷注入像素的相邻像素，使得空穴通过多个电荷注入像素的第一像素注入并通过对应双极CTL传输至第一表面，电子通过与所述第一像素相邻的第二像素注入并通过对应双极CTL传输至双极成像元件的第二表面，而在双极成像元件上产生。随后显影材料可在双极成像元件的第一表面和第二表面之一上显影形成显影图像。
根据各种实施方案，本发明还包括一种通过首先提供一种双极成像元件的数字标记方法。所述双极成像元件可包括单一连续层或多个双极电荷传输层（CTL），各双极电荷传输层臵于多个电荷注入像素中一个像素上；其中每个像素可单独寻址以通过响应薄膜晶体管的电偏压而注入空穴或电子。增强的表面电荷对比度于是可通过反偏压多个电荷注入像素的相邻像素，使得空穴通过多电荷注入像素的第一像素注入并通过对应双极CTL传输至第一表面，电子通过与所述第一像素相邻的第二像素注入并通过对应双极CTL传输至双极成像元件的第二表面而在双极成像元件上产生。随后可以在显影子系统和双极成像元件之间形成的显影夹缝（development nip）附近提供显影材料，所述显影材料在双极成像元件的第一表面和第二表面之一上静电显影形成显影图像。所述显影图像可以从双极成像元件转印至介质。
应该理解前述的一般描述和以下的详细描述仅是示例性和说明性的而非限制权利要求中的本发明。
附图说明
附图——插入并构成说明书的一部分——说明了本发明的一些实施方案并与说明书一起用以解释本发明的原理。
图1示意性地描绘了本发明的各种实施方案的示例性直接数字标记系统的一部分。
图2A-2B示意性地描绘了本发明的各种实施方案的示例性双极成像元件一部分的截面视图。
图3A-3B描绘了本发明的各种实施方案的示例性双极成像元件的充放电特性。
图4示意性地描绘了本发明的各种实施方案的示例性图像显影方法。
应该注意所述图的某些细节已经简化并用于帮助对实施方案的理解而不是保持严格的结构精确度、细节和尺寸。
具体实施方式
现将详细提及本发明的实施方案，其实施例在附图中说明。所有图中将尽可能使用相同的附图标号指代相同或类似部分。在以下说明书中，参考组成说明书一部分的附图，所述附图中通过示例说明示出可实施本发明的具体示例性实施方案。这些实施方案被足够详细的描述以使本领域技术人员实施本发明且应理解可使用其他实施方案以及在不背离本发明范围的情况下做出改变。因此，以下说明书仅仅是示例性的。
各种实施方案提供了用于直接数字标记的材料和方法，其中表面电荷对比度可通过反向寻址双极成像元件的相邻电荷注入像素而形成。表面电荷对比度可形成潜像并可通过各种显影材料显影。由于公开的成像元件的双极性质，图像与非图像区域的图像对比度可在降低的偏压下增大。
图1示意性地说明了根据本发明的各种实施方法的示例性数字标记系统100的一部分。该示例性数字标记系统100可包括双极成像元件102A或102B用于形成表面电荷对比度，其在本文也被称作“静电潜像”。双极成像元件102A/B可沿101的方向旋转。
图2A-2B示意性地说明了本发明的各种实施方法的示例性双极成像元件102A-B的一部分的截面视图。双极成像元件102A可包括多个双极电荷传输层（CTL）240A-E、多个电荷注入像素225A-E、和/或多个薄膜晶体管255（TFT）A-E，其臵于基底210上。在另一个实施方案中，双极成像元件102B可包括单一连续的双极电荷传输层（CTL）240、多个电荷注入像素225A-E、和/或多个薄膜晶体管（TFT）255A-E，其臵于基底210上。注意图2A中的双极CTL 240A-E或图2B的层240、图2A-2B示出的电荷注入像素225A-E、和/或TFT 255A-E是示例的且可以包括任何可能数量的每个元件。如本文所使用的，术语“电荷注入像素”可与术语“像素”互换使用。
基底210可以由任意合适的材料形成，包括，但不限制于，聚酯薄膜、聚酰亚胺（PI）、挠性不锈钢、聚萘二甲酸乙二酯（PEN）和弹性玻璃。
在基底210上，多个双极CTL 240中的每一个可以臵于多个电荷注入像素225中的一个上，其中每个双极CTL 240可包括与多个电荷注入像素225相对的表面241。
在一个如图2A所示的实施方案中，多个双极CTL 240A-E中的每一个可以相互分离或分隔。在一个如图2B所示的实施方案中，多个双极CTL 240A-E不是分离或分隔的，而是可以形成单一连续的双极电荷传输层（CTL）240或设臵为/在单一连续双极CTL 240，其臵于多个电荷注入像素225的所有像素中。
图2A-2B中的双极CTL 240可以设臵为传输由相应像素225响应施用于相应TFT 255的电偏压而提供的电荷载体（例如空穴和/或电子）至双极CTL 240的表面241。TFT 255可以臵于例如基底210上。每个TFT 255可以偶联至一个（或多个）像素225使得每个像素225或选自多个像素225的一组像素可单独寻址。
本文使用的短语“可单独寻址”意味着多个电荷注入像素中的每个像素可以独立于其邻近或周围像素而进行识别和操作。例如，参考图2A-2B，像素225A-E中的每一个可以独立于其邻近或相邻像素单独接通或断开。然而在一些实施方案中，一组像素（例如第一组包括如225A-C的像素）可以被选择并共同寻址，而不是单独寻址像素225A-E。也就是说，所述第一组像素225A-C可以独立于第二组包括例如225D和/或225E的像素或其他组选自多个像素的像素而一起接通或断开。
如图2A-2B所示，包含一个覆盖于相应电荷注入像素225上的双极CTL 240的层堆叠可通过介电材料227而相互电绝缘。所述介电材料227可由任何已知的介电材料形成，用于电绝缘相邻像素225，并消除相邻像素间的串扰（cross talk）和横向电荷迁移（LCM）。
每个双极CTL 240可包括一个或多个电荷传输分子，该电荷传输分子能够将空穴和电子二者，例如，从与像素225的界面传输至双极CTL 240的相对表面。在一些实施方案中，所述电荷传输分子可包括一种单体，该单体能使在双极CTL 240和像素225的界面处产生的自由空穴/电子穿过双极CLT 240传输至表面241。
双极CLT 240中使用的能传输空穴和电荷二者的电荷传输分子可包括，但不限制于，苯基-C61-丁酸甲酯（PCBM，一种富勒烯衍生物）、芴亚基丙二腈甲酸丁酯（butylcarboxylate fluorenone malononitrile，BCFM）、4,4′,4″-三(8-喹啉)-三苯胺（TQTPA）、N,N′-二(1,2-二甲基丙基)-1,4,5,8-萘四甲酰基二酰亚胺（NTDI）（包括改性NTDI以得到更高的溶解度）、1,1′-二氧代-2-(4-甲苯基)-6-苯基-4-(二氰亚甲基)噻喃（PTS）、芴亚基丙二腈甲酸2-乙基己酯（2-ethylehexylcarboxylatefluorenone malononitrile，2EHCFM）、1,1-(N,N′-双烷基-双-4-苯二酰亚氨基)-2,2-双氰-乙烯（BIB-CN）及其混合物。
示例性电荷传输分子PCBM的化学结构可以是：
Figure BDA00001595788600051
示例性电荷传输分子BCFM的化学结构可以是：
Figure BDA00001595788600052
在一些实施方案中，电荷传输分子可以在聚合物基体中分散形成双极CTL 240。例如，电荷传输分子可以溶解或分子分散于电惰性聚合物中。在一个实施方案中，电荷传输分子可以溶解于电惰性聚合物中与所述聚合物形成均相。在另一个实施方案中，电荷传输分子可以在分子水平上分子分散于聚合物中。
电荷传输分子的浓度可在总双极CTL 240的约1重量%至约90重量%、或约5重量%至约75重量%、或约10重量%至约50重量%范围内。
可使用任何合适的电惰性聚合物，包括，但不限制于，聚碳酸酯、多芳基化合物（polyarylate）、聚苯乙烯、丙烯酸酯聚合物、乙烯基聚合物、纤维素聚合物、聚酯、聚硅氧烷、聚酰亚胺、聚氨酯、聚（环烯烃）、聚砜、以及环氧化物，和/或其无规或交替共聚物。
在各种实施方案中，双极电荷传输层240可以包括任选功能材料，包括，但不限制于，p-型和n-型导电聚合物混合物、n-型共轭梯形聚合物基体中的p-型聚吡咯（PPy）、聚（苯并咪唑苯并菲咯啉）（BBL）、和/或聚[2,6-(4,4-双-(2-乙基己基)-4H-环戊二烯并[2,1-b;3,4-b’]二噻吩)-交替-4,7(2,1,3-苯并噻二唑)]（PCPDTBT）。
包括分散于电惰性聚合物中的电荷传输分子的双极CTL 240可允许由电荷注入像素225注入空穴和/或电子，并允许这些空穴和/或电子通过双极电荷传输层240自身传输从而在表面241上产生表面电荷对比度。
在各种实施方案中，像素225可包括一种或多种电荷注入材料，包括，但不限制于，含纳米碳的材料、有机共轭聚合物、分散于一种或多种有机共轭聚合物中的纳米碳材料、或其他材料及其结合物。
如本文使用的，短语“纳米碳材料”指的是至少一个维度在纳米尺度上（例如小于约1000nm）的含碳材料。在一些实施方案中，纳米碳材料可以包括，例如，碳纳米管，包括单壁碳纳米管（SWNT）、双壁碳纳米管（DWNT）、以及多壁碳纳米管（MWNT）；功能化碳纳米管；和/或石墨烯和功能化石墨烯，其中石墨烯是在蜂窝状晶格中紧密排列的sp2-杂化结合碳原子的单平面层，其厚度为一个或几个原子。
碳纳米管（例如纯化后的合成碳纳米管）可以是具有不同壁数量、直径、长度、手性、和/或缺陷率的碳纳米管混合物。例如，手性可以影响碳纳米管是否为金属或半导体。金属碳纳米管可包括约金属碳33重量%的金属。碳纳米管的直径可以在约0.1nm至约100nm、或约0.5nm至约50nm、或约1.0nm至约10nm的范围内；且长度可以在约10nm至约5mm、或约200nm至约10μm、或约500nm至约1000nm的范围内。在某些实施方案中，在包含一种或多种纳米碳材料的层中碳纳米管的浓度可为约0.5重量%至约100重量%、或约50重量%至约99重量%、或约90重量%至约99重量%。在一些实施方案中，碳纳米管可以与一种粘合材料混合以形成含一种或多种纳米碳材料的层。所述粘合材料可以包括本领域普通技术人员已知的任何粘合聚合物。
在其他实施方案中，碳纳米管薄层可以包括碳纳米管复合材料，包括但不限制于碳纳米管聚合物复合材料和碳纳米管填充树脂。在一些实施方案中，每个像素225可以包括一层或多层含纳米碳的层和/或其他可能的电荷注入材料层。
例如，用于每个像素225的电荷注入材料可以包括有机共轭聚合物，如，基于亚乙基二氧噻吩（EDOT）或其衍生物的共轭聚合物。所述共轭聚合物可包括，但不限制于，聚噻吩、聚吡咯、聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)（PEDOT）、烷基取代EDOT、苯基取代EDOT、二甲基取代聚丙烯二氧噻吩、氰基联苯取代3,4-亚乙基二氧噻吩（EDOT）、十四烷基取代PEDOT、联苄基取代PEDOT、离子基取代PEDOT（如磺酸酯基取代PEDOT）、树突（dendron）取代PEDOT（如树枝化聚对苯等），及其混合物。在其他实施方案中，所述有机共轭聚合物可以是包括PEDOT和，例如聚苯乙烯磺酸（PSS）的络合物。PEDOT-PSS络合物的分子结构可以如下所示：
Figure BDA00001595788600071
在一些实施方案中，电荷注入像素225的表面电阻率可以在约10欧姆/平方至约10,000欧姆/平方或约10欧姆/平方至约5,000欧姆/平方或约100欧姆/平方至约2,500欧姆/平方的范围内。使用臵于每个电荷注入像素225上的双极CTL 240的优势之一是它们易于通过各种制造技术（如照相平板印刷法（photolithography）、喷墨印刷法、丝网印刷法、转印法等）形成或图案化。
可以使用任何合适和常规的技术在像素225上形成双极电荷传输层240的层堆叠。例如，包括含纳米碳材料的多个电荷注入像素225可由碳纳米管的水性分散体或醇分散体形成，其中所述碳纳米管可以通过表面活性剂或DNA或聚合材料稳定。水性分散体可随后施用于和/或干燥于下层基底的整个表面。
同样，含有双极CTL 240的层也可以在形成的含有电荷注入像素215的层上方在单一或多步涂布/干燥步骤中形成。在图案化和/或蚀刻过程后，多个双极CLT 240可在多个电荷注入像素225上方形成。介电材料227可随后注入或形成在像素225上方包括双极CTL 240的相邻层堆叠之间。在另一个实施方案中，CTL可以是通过简单的溶液涂布技术形成的单一连续层（参见图2B）。
在形成过程中，所述涂布技术可以包括喷涂、浸涂、辊涂、绕线棒涂、喷墨涂布、环涂（ring coating）、凹版印刷、鼓涂（drum coating）等。所述干燥过程可通过任何合适的常规技术实现，如烘箱干燥、红外辐射干燥、空气干燥等。可以使用合适的纳米制造技术。例如，所述材料可以通过纳米印记法、喷墨印刷法和/或丝网印刷法而直接图案化。
因此，每个像素225的至少一个维度（例如，长或宽）可为约1000μm或更小，例如在约100nm至约500μm、或约1μm至约250μm、或约5μm至约150μm范围内。在一些实施方案中，干燥后的每个双极CTL 240的厚度可在约1μm至约50μm、或约5μm至约45μm、或约15μm至约40μm范围内，但也可以具有超出此范围的厚度。
参考图2A-2B，双极成像元件102A-B可以包括各种其他功能层。在一些实施方案中，双极成像元件102A-B也可以包括任选粘合层271，其臵于基底210与多个像素225中的每个像素225之间和/或臵于基底210与薄膜晶体管225之间。
可用于任选粘合层的示例性聚酯树脂可包括多芳基化合物聚乙烯醇缩丁醛（polyarylatepolyvinylbutyrals），如购自Unitika Ltd.,Osaka,JP的U-100、购自Bostik；Wauwatosa,WI的VITEL PE-100、VITELPE-200、VITEL PE-200D、和VITEL PE-222；购自Rohm Hass,Philadelphia,PA的MOR-ESTERTM 49000-P聚酯；聚乙烯醇缩丁醛等。
以此方式，包括臵于电荷注入像素225上的双极CTL 240的层堆叠可响应电偏压而注入并传输电子和空穴二者使得可在双极成像元件102A-B上形成表面电荷对比度。也就是说，每个双极成像元件102A/B可按所需以正极和负极两种模式充放电。
图3A-3B描述了本发明的各种实施方案的示例性双极成像元件的充放电性能。具体地，图3A描述了具有含PCBM的双极CTL的示例性双极成像元件的充放电性能，该含PCBM的双极CTL在含CNT的像素上方形成。图3B描述了具有含BCFM的双极CTL的示例性双极成像元件充放电性能，该含BCFM的双极CTL在含CNT的像素上方形成。
图3A-3B的每个示例性双极成像元件可以根据施用于其上的电偏压的极性而进行正充电/放电（参见图3A-3B的310/315）和/或负充电/放电（参见图3A-3B的320/325）。
参考图1，直接数字标记系统100也可以包括邻近双极成像元件102A/B的显影子系统104，使得显影子系统104和双极成像元件102A/B可以形成显影夹缝103。显影子系统104可以是电（或负或正）偏压或电接地的。
图4示意性地描述了本发明的各种实施方案的示例性图像显影方法。
如图4所示，表面电荷对比度可以通过反偏压相邻电荷注入像素225A-E或反偏压相邻组的电荷注入像素225而在双极成像元件102上产生。图4所示的双极成像元件102可以是图2A或2B所示的双极成像元件。
在所示的该实施例中，像素之一225A（和/或225C、和/或225E）可以通过相应传感器255A（和/或255C、和/或255E）而具有正偏压。随后空穴可由像素225A（和/或225C、和/或225E）注入并穿过相应双极CTL 240A（和/或240C、和/或240E）传输至表面241A（和/或241C、和/或241E）从而为表面241A（和/或241C、和/或241E）提供正表面电荷。在另一个实施方案中，图2B的CTL 240可以是单一连续层且如图4或图2A所示的相应于241A、241C和241E的区域可以具有正电荷。
与此同时，225B和/或225D的相邻像素可以通过相应传感器255B和/或255D而具有负偏压。电子可由像素225B（和/或225D）注入并穿过相应双极CTL 240B（和/或240D）传输至双极成像元件102A/B的表面241B（和/或241D）从而为表面提供负表面电荷。在另一个实施方案中，CTL 240（参见图2B）可以是单一连续层且如图4或图2A所示的相应于241B和241D的区域可以具有负电荷。
表面电荷对比度或换句话说电潜像可随后在双极成像元件102A/B上形成，例如在双极成像元件102A/B和显影电极304之间形成的显影夹缝的区域内。显影电极304可以是，例如图1的显影子系统104的一个电极。
由于成像元件102A-B的双极性质，与具有只传输空穴或电子的单极CTL的成像元件相比可以增强表面电荷对比度。在单极CTL的情况下，如果在两个邻近像素之间建立(|V1|+|V2|)的电压对比度，一个像素必须在(|V1|+|V2|)处偏压而另一个像素必须处于地电位（groundpotential）。相比之下，通过使用所公开的双极成像元件，在双层器件中显影和非显影像素之间可以存在增大的(|V1|+|V2|)大小的电压对比度，而单独晶体管提供的电位仅为V1和V2。
在上述实施例中，如果晶体管255A和/或255C和/或255E为具有(+|V1|)偏压的正偏压，则邻近晶体管255B和/或255D可以具有-|V2|偏压的负偏压，且显影电极304的偏压可以为V0，其中|V1|>V0>-|V2|，或V0可以接地。产生的表面电荷对比度可以表征为两个相邻像素间的|V1|+|V2|，而每个晶体管承受的最大势差为|V1|或|V2|，如果|V1|和|V2|具有不同值。或者，每个晶体管可以承受约对比势差|V1|+|V2|的一半，如果|V1|=|V2|。因此，任何相邻像素之间的潜像对比度或表面电荷对比度可以在每个晶体管减小的电压下增强。
在一些实施方案中，表面电荷对比度可以如下形成：寻址第一组相邻像素（例如225A-C），为第一组双极CTL（例如240A-C）产生正（或负）表面，反寻址相邻的第二组相邻像素（例如225D-E），为第二组双极CTL（例如240D-E）产生负（或正）表面。所述第一组像素（例如225A-C）的正表面可以邻近第二组像素（例如225D-E）的负表面从而形成表面电荷对比度。因此，任何两个相邻组的像素之间增强的潜像对比度或表面电荷对比度可以通过在相应TFT上与单极CTL相比更小的偏压而实现。在另一个如图2B所示的实施方案中，单一连续的CTL 240和如图4或图2A所示的相应于240A-C的区域可以是正电的且如图4或图2A所示的相应于240D-E的区域可以是负电的。
可随后使用任何合适的显影材料显影表面电荷对比度/静电潜像从而在带正电的表面（例如参见图4的241A和/或241C和/或241E）或在带负电的表面（例如参见241B和/或241D）形成显影图像。如本文所使用的，双极成像元件102上的显影图像区域可称为图像区域而双极成像元件102上的非显影图像区域可称为非图像区域或背景区域。由于使用了双极成像元件102A-B，图像区域和非图像区域之间的图像对比度可以在相应TFT上通过与单极CTL相比更小的偏压提高。由于显影材料与双极成像元件102A/B的双极CTL 240的表面241上的相反电荷区域之间的静电吸引可发生显影。显影子系统104的功能是将带电显影材料递予双极成像元件102A/B的表面241上的表面电荷对比度。
可以调整显影子系统静电从而使显影可以在双极成像元件102A/B的双极CTL 240的表面241上的表面电荷对比度的带正电区域或带负电区域上发生。根据显影子系统104需要的成本、尺寸和图像质量，存在许多方法实现该功能。一个选择可以是两组分磁刷显影，其中所述两组分是显影材料和被称作载体颗粒的更大（例如直径约30至70微米）的磁性颗粒。所述显影材料（例如调色剂颗粒）可摩擦带电（通常称为静电）并可粘附载体。包括调色剂颗粒和载体颗粒的显影剂可以随后通过磁力辊收集，从而在磁力辊上产生磁刷。调色剂颗粒可随后静电吸附至双极成像元件102A/B的带相反电荷区域，但被带相同极性电荷的区域排斥，因此显影潜像。显影后，载体可以返回至显影槽，在显影槽中所述载体可以获得新调色剂。
另一个选择可以是色带辊（donor roll）。当使用色带辊时，可以进行非接触显影。在这种配臵下，磁刷上的调色剂可以静电转移至色带辊（例如，陶瓷辊），形成带电调色剂的薄层。色带辊上的带电调色剂可以随后静电显影至双极成像元件的带相反电荷区域上。在一些实施方案中，色带辊与双极成像元件之间的缝隙可以在约10微米至约50微米的范围内。
除如上文所述的颗状调色剂，和/或液态调色剂，示例性显影材料可以包括，但不限制于，基于烃类的液态油墨，和/或苯胺/胶印油墨（flexo/offset ink）。
示例性胶印油墨可包括，但不限制于，FUJIFILM North AmericaCorporation,Kansas City,KS生产的UVivid 820系列UV苯胺油墨、UVivid 850系列UV苯胺油墨、和UVivid 800系列UV苯胺油墨；SpectroPrinting Ink,LLC,Ralston,NE生产的T&K Toka ALPO G QMDI无水胶印油墨、Best One Mixing Inks、UV BF油墨和UV VNL油墨；MegamiInk Manufacturer,Ltd.,Tokyo,JP生产的Megacure系列、MegacureMW SO系列、Megacure PV系列、和Megacure HB系列UV胶印油墨；以及Atlantic Printing Ink,Ltd.,Tampa,F生产的Royal color、NWUV-16-846和NWUV-16-848/849UV苯胺油墨，和NWS2-10-931水基苯胺油墨。
示例的基于液态的油墨可包括，如，苯胺油墨、UV苯胺油墨、胶印油墨、UV胶印油墨、无水胶印油墨、水基胶印油墨和/或基于烃类（例如合成异构烷油（isopar））的液态油墨。在某些实施方案中，基于液态和/或基于苯胺的油墨可任选带电。也就是，表面电荷对比度或潜像可使用，例如苯胺油墨和UV苯胺油墨——或带电或不带电——通过显影夹缝103（参见图1）显影，从而在双极成像元件102A/B上形成基于苯胺的显影图像。
在一些实施方案中，示例性数字印刷系统100可以任选包括UV固化单元（例如UV灯或UV LED设备），用于使用UV固化油墨时固化显影图像145（参见图1）。在示例性实施方案中，UV固化油墨可在刺穿过程（transfix process）前部分固化并在刺穿过程后最终固化。UV固化油墨可包括，例如UV苯胺油墨或UV胶印油墨。
以此方式，例如，带正电油墨/调色剂液滴可以在带负电表面显影并被带正电表面排斥，反之亦然。
参考图1，直接数字标记系统100也可以包括转印子系统108用于将显影图像转印至介质。在转印过程中，所述介质可以充分紧密地接触双极成像元件102A/B表面上的显影图像145（参见图2A-2B的241）。介质106后面的电晕转印单元（transfer corona unit，未示出）可以提供介质106与显影材料相反且足够强的电荷从而克服显影材料对双极成像元件102A/B的附着。在某些情况下，可以使用第二个精确控制的电晕充电单元以降低介质106对双极成像元件102A/B的静电吸附从而释放介质106，其现在包含从双极成像元件102A/B转印的显影图像。或者，转印子系统108可以是本领域普通技术人员已知的可偏压转印辊（bias-able transfer roll）。
对于数字单色印刷机，双极成像元件102A/B能够将显影图像145直接转印至介质106。然而，对于大多数数字彩色印刷机，图像可以由显影材料的四种颜色（青色、品红色、黄色和黑色）形成且显影图像可首先在中间表面上形成。在一些实施方案中，直接标记系统100可以包括四个能够显影青色、品红色、黄色和黑色潜像静电图像的双极数字成像元件102。每个彩色显影图像可以随后依次转印至转印带。一旦全色显影图像存在于转印带上，随后可进行另一次转印，其中全色显影图像可转印至介质106。然而，彩色印刷机可使用不同的作业顺序，其最终实现介质上的全色显影图像。例如串联配臵（tandem configuration）中，每个彩色显影图像可以顺序转印至介质。
直接数字标记系统100也可以包括定影子系统105从而将显影图像固定在介质上，所述定影子系统也可以是同时转印并固定至介质的刺穿系统（transfixing system）。在定影过程中，可以在压力下加热显影材料使其聚结并渗透进入介质106，如纸纤维。定影可以例如使介质穿过一对辊而完成。加热的辊可以熔化显影材料，其可以在第二个辊的压力作用下定影至介质。可见图像的光泽可以通过温度、压力、和/或显影材料在定影夹缝的停留时间长度来控制。
在一些实施方案中，直接数字标记系统100可以包括转移系统（transfuse system）以在一步中将显影图像转印并定影于介质106，替代了分离的转印子系统和定影子系统。
在一些实施方案中，直接数字标记系统100还可以包括清理子系统109。在某些情况下显影材料从双极成像元件102A/B至介质的转印可能不是100%有效。这是由于小的显影材料（如小的调色剂颗粒和具有低电荷的调色剂颗粒）可以强烈地附着于双极成像元件102A/B，因此转印后它们仍残存在双极成像元件102A/B上。在下一印刷周期前这些颗粒必须从双极成像元件102A/B去除，否则它们将影响下一图像的印刷质量。
在一些实施方案中，清理子系统109可以包括柔性清理刮刀。该刮刀可以摩擦双极成像元件102A/B并能够刮掉任何试图从其下面通过的显影材料。在其他实施方案中，清理子系统109可以包括旋转电刷清洁器，其在去除显影材料方面更有效且对双极成像元件102A/B的表面摩擦更小。
尽管说明所述公开较宽范围的数字范围和参数是近似值，但在具体实施例中叙述的数值是尽可能精确地报道。然而，任何数值本质上含有必然地由各测试方法中存在的标准偏差引起的某些误差。此外，应理解本文公开的所有范围包括任何和所有包含在其中的子范围。虽然本发明针对一个或多个实施方案示例说明，但在不背离附加权利要求的主旨和范围的前提下对示例说明的实施例可以进行修改和/或改进。此外，虽然本发明的一个具体特征仅针对几个实施方案之一被公开，该特征可以与一个或多个其他实施方案的其他特征相结合，如任何给定或特别功能所需和有利的。此外，就详细的说明书和权利要求中所使用的术语“包括”、“含有”、“具有”或其变体而言，这些术语意欲以相似于术语“包含”的方式包含。此外，在本文的讨论和权利要求中，术语“约”表明列出的值可以稍微变化，只要该变化不会导致方法或结构与说明的实施方案不符。最后，“示例性”表明说明书作为实例使用，而不是暗示其是理想的。
考虑到本发明公开的说明书和实施方案，本发明的其他实施方案对本领域技术人员是显而易见的。本发明的说明书和实施例仅意在被看作示例性的，且本发明的真正范围和主旨由下述权利要求指出。

Claims (22)

1.一种双极成像元件，包括
基底；
多个臵于基底上的电荷注入像素，其中该多个电荷注入像素中的每个像素是可单独寻址的且包含下述材料中的一种或多种：含纳米碳的材料、共轭聚合物、及其结合物；
多个双极电荷传输层（CTL），其中该多个双极CTL中每个双极CTL臵于多个电荷注入像素中的一个像素上且设臵成响应电偏压将由底层像素提供的空穴或电子传输至与双极CTL和底层像素的界面相对的双极CTL的表面；和
多个臵于基底的薄膜晶体管，使得每个薄膜晶体管与所述多个电荷注入像素中一个或多个像素连接以提供电偏压。
2.权利要求1的元件，其中所述多个双极CTL相互分隔或设臵成单一连续的双极电荷传输层。
3.权利要求1的元件，其中每个双极CTL包括臵于聚合物基体内的电荷传输分子；
其中所述电荷传输分子包括下述材料中的一种或多种：苯基-C61-丁酸甲酯（PCBM）、芴亚基丙二腈甲酸丁酯（BCFM）、N,N’-二(1,2-二甲基丙基)-1,4,5,8-萘四甲酰基二酰亚胺（NTDI）、1,1’-二氧代-2-(4-甲苯基)-6-苯基-4-(二氰亚甲基)噻喃（PTS）、芴亚基丙二腈甲酸2-乙基己酯（2EHCFM）、1,1-(N,N’-双烷基-双-4-苯二酰亚氨基)-2,2-双氰-乙烯（BIB-CN）及其混合物；并且
其中所述聚合物基体包括一种电惰性聚合物，所述电惰性聚合物包括下述材料中的一种或多种：聚碳酸酯、多芳基化合物、丙烯酸酯聚合物、乙烯基聚合物、纤维素聚合物、聚酯、聚硅氧烷、聚酰胺、聚氨酯、聚（环烯烃）、聚砜、以及环氧化物，和其无规或交替共聚物。
4.权利要求1的元件，其中每个像素的表面电阻率在约50欧姆/平方至约5,000欧姆/平方范围内。
5.权利要求1的元件，其中所述含纳米碳的材料包括石墨烯或碳纳米管（CNT），所述碳纳米管包括单壁CNT、双壁CNT、或多壁CNT。
6.权利要求1的元件，其中所述共轭聚合物包括PEDOT-PSS、聚噻吩、聚吡咯或其结合物。
7.权利要求1的元件，其中多个电荷注入像素中的每个像素的长和宽中至少一个为约1000μm或更小。
8.权利要求1的元件，其中所述基底包括下述材料中的一种或多种：聚酯薄膜、聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二酯和弹性玻璃。
9.权利要求1的元件，还包括一层或多层臵于基底与多个电荷注入像素之间或臵于基底与多个薄膜晶体管之间的粘合层。
10.一种印刷装臵，包括权利要求1的元件，其中所述印刷装臵是干/液态数字静电打印机或数字苯胺/胶印打印机。
11.一种数字标记方法，包括
提供一种双极成像元件，其包括各自臵于多个电荷注入像素中一个像素上的多个双极电荷传输层（CTL）；其中多个电荷注入像素中的每个像素可单独寻址以响应电偏压而注入空穴和电子；
在双极成像元件上通过反偏压多个电荷注入像素的相邻像素，使得空穴通过多个电荷注入像素的第一像素注入并经由对应双极CTL传输至第一表面，且电子通过与第一像素相邻的第二像素注入并经由对应双极CTL传输至双极成像元件的第二表面，而产生表面电荷对比度；
在双极成像元件的第一表面和第二表面二者之一上显影一种显影材料形成显影图像。
12.权利要求11的方法，其中反偏压相邻像素的步骤包括使用臵于基底上且各自与多个电荷注入像素的一个或多个像素相连的多个薄膜晶体管。
13.权利要求11的方法，还包括控制相邻像素的反偏压从而增强双极成像元件上的显影图像区域与相邻背景区域的图像对比度。
14.权利要求11的方法，还包括显影步骤前在靠近显影子系统和双极成像元件之间形成的显影夹缝处提供显影材料。
15.权利要求11的方法，其中显影材料包括下述材料中的一种或多种：粉状调色剂、液态调色剂、基于烃类的液态油墨、苯胺油墨、或胶印油墨。
16.权利要求11的方法，其中显影材料包括带电胶印油墨、任选地带电的苯胺油墨、或任选地带电的基于烃类的液态油墨，
其中所述带电胶印油墨进一步包括带电UV胶印油墨、带电无水胶印油墨、或带电水基胶印油墨；且
其中任选地带电的苯胺油墨包括任选地带电的UV苯胺油墨。
17.权利要求11的方法，其中在双极成像元件上产生表面电荷对比度的步骤还包括：
偏压选自多个电荷注入像素的第一组电荷注入像素；
反偏压与所述第一组相邻且选自多个电荷注入像素的第二组电荷注入像素，使得空穴被注入并传输至第一组双极CTL表面且电子被注入并传输至第二组双极CTL表面，其中第二组双极CTL表面与第一组双极CTL表面相邻。
18.权利要求11的方法，其中每个双极CTL包括臵于聚合物基体内的电荷传输分子；
其中所述电荷传输分子包括下述材料中的一种或多种：苯基-C61-丁酸甲酯（PCBM）、芴亚基丙二腈甲酸丁酯（BCFM）、N,N’-二(1,2-二甲基丙基)-1,4,5,8-萘四甲酰基二酰亚胺（NTDI）、1,1’-二氧代-2-(4-甲苯基)-6-苯基-4-(二氰亚甲基)噻喃（PTS）、芴亚基丙二腈甲酸2-乙基己酯（2EHCFM）、1,1-(N,N’-双烷基-双-4-苯二酰亚氨基)-2,2-双氰-乙烯（BIB-CN）及其混合物；并且
其中所述聚合物基体包括一种电惰性聚合物，所述电惰性聚合物包括下述材料中的一种或多种：聚碳酸酯、多芳基化合物、丙烯酸酯聚合物、乙烯基聚合物、纤维素聚合物、聚酯、聚硅氧烷、聚酰胺、聚氨酯、聚（环烯烃）、聚砜、以及环氧化物，和其无规或交替共聚物。
19.一种数字标记方法，包括：
提供一种双极成像元件，其包括各自臵于多个电荷注入像素中一个像素上的多个双极电荷传输层（CTL）；其中多个电荷注入像素中的每个像素可单独寻址以通过响应薄膜晶体管的电偏压注入空穴或电子；
在双极成像元件上通过反偏压多个电荷注入像素的相邻像素，使得空穴通过多个电荷注入像素的第一像素注入并经由对应双极CTL传输至第一表面，且电子通过与第一像素相邻的第二像素注入并经由对应双极CTL传输至双极成像元件的第二表面，而产生表面电荷对比度；
在靠近显影子系统和双极成像元件之间形成的显影夹缝处提供显影材料；
在双极成像元件的第一表面和第二表面二者之一上静电显影所述显影材料形成显影图像；且
将所述显影图像从双极成像元件转印至介质。
20.权利要求19的方法，还包括通过反偏压相邻对应薄膜晶体管来增强双极成像元件上显影图像区域与相邻背景区域之间的图像对比度。
21.权利要求20的方法，还包括：
使与第一像素相连的薄膜晶体管正偏压为+|V1|；
使与相邻第二像素相连的邻近薄膜晶体管负偏压为-|V2|；且
使显影子系统的显影电极偏压为V0，其中|V1|>V0>-|V2|。
22.权利要求19的方法，其中显影材料包括带电胶印油墨，任选地带电的苯胺油墨、或任选地带电的基于烃类的液态油墨，
其中所述带电胶印油墨包括带电UV胶印油墨、带电无水胶印油墨、或带电水基胶印油墨；且
其中任选地带电的苯胺油墨包括任选地带电的UV苯胺油墨。
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