DE1597872A1 - Lichtempfindliches Element,insbesondere zur Verwendung in der Xerografie - Google Patents

Description

■ ::. i'i¹^. Γί. VVi-ckfiiOii.;. ί>'!·ι. hip. υί. K f if:'K'^t

RAlTK XEROX ITD.

Rank Xerox House
338, Euston Road

London HW 1
England

Lichtempfindliches Element, insbesondere

zur Verwendung in der Xerografie

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Xerografie und insbesondere auf ein neues lichtempfindliches Element.

In der Xerografie ist es üblich, auf einer Platte, die eine leitende Unterlage, beispielsweise eine metallische Fläche enthält, auf der sich eine fotoleitfähige Isolierstoffschicht befindet, ein latentes elektrostatisches Bild zu erzeugen. Eine für diesen Zweck geeignete.Platte ist eine Metallunterlage mit einer Schicht aus glasförmigem Selen. Eine derartige Platte zeichnet sich durch selektives Ausgleichen einer in ausreichender Menge aufgenomrae-

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nen elektrostatischen Ladung aus, wenn sie einem Hell-Dunkel Muster ausgesetzt wird. Im allgemeinen zeigt sie eine große Empfindlichkeit im blau-grünen Spektralbereich.

Obwohl glasförmiges Selen für die meisten Fälle in der kommerziellen Xerografie das Standardmaterial geworden ist, können durch Zusatz von Legierungselementen dessen bigenschaften, beispielsweise spektrale Empfindlichkeit, Lichtempfindlichkeit, ^ Stabilität der Fotoleitfähigkeit usw., verbessert v/erden. In den US-Patentschriften 2 805 542 und 2 822 300 sind bereits die Vorteile beschrieben, die sich bei Zusatz geeigneter Mengen Arsen zu dem glasförmigen Selen ergeben. Ls v/erden der Bereich der spektralen Empfindlichkeit und die gesamte Fotografiergeschwindigkeit vergrößert und ganz allgemein die Stabilität der fotoloitfähigen Schicht verbessert.

Obwohl glasförmiges Selen eine zufriedenstellende Empfindlichkeit hat, werden LÜr schnelle Verfahren iOtoloi U>r Mil größerer Empfindlichkeit und besseren spektralen tiigensrvuiften ln:n.ötigt, da bei derart Wm Verfahren we^en der kurzen I'iyicluür.oi t ,lohe . Empfindllohlveiten erforderlich «Ind.

Es ist daher Aufgabe der nrfindung, einen neuen Fotoleiter zur Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile r,u scha "χΌη.

Außerdem soll ein i'Otoleiter mit verbesserten xerorraflochen Eigenschaften geachni.'fon werden.

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Perner soli ein jj'otoleiter nit r-;ro&ex spektraler Ansprecnempfindlichkeit gen chaff en v/erden.

Zs soll aujBerdejr, eine xerografische Platte mit großem Empfindliclikeitsfaktor geschaffen v/erden.

lis soll ferner ein verbessertes lichtempfindliches Element geschaffen v/erden.

Außerdem soll eine neue Mischung mit verbesserten fotoleitfähigen ürrenscliaften geschaffen v/erden.

Dies und anderes wird gemäß der 3i]r findung dadurch erreicht, daß als i'otoleiter e.ine neue gla,sf örmige Antinon-3elen-Legierung verwendet wird. Diese Legierung wird ähnlich wie die in den U3-?atoTitsc]>riften 2 BO"; 542 und 2 822 3C¹O beschriebenen Arsen-Selen-Leginruni:en hergestellt.

Es hat sich gezeigt, daß eine glasförmige Legierung aus Antimon und Jelen nit 5 ois 21 Gewichtsprozenten Antimon im Selen eine lichtempfindliche. Verbindung darstellt, deren Empfindlichkeitsfaktor (später genauer erläutert) etwa zwölfmal so groß v/ie der von glasförinige-n Gelen ist und die außerdem im blau-grünen Spektralberach gegenüber ^lasförmigem Selen eine dreifache Ansprechempfindlichkeit hat. Im bevorzugten Bereich von 7 bis 19 Prozent Antinon erhält man der größten Empfindlichkeitsfaktor, während bei etwa 14 Prozent der maximale Empfindlichkeitsfaktor von 12 / · ιeht wjrd. Antimonanteile unter 5 Prozent und über 21 Pro- y.erv'. in¹-;en gegenüber reinem glasförmigen Selen keine Vergröße-

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rung der Empfindlichkeit oder der spektralen Ansprechempfindlichkeit.

Lie Vorteile der verbesserten lichtempfindlichen Verbindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Figuren.

Fig. 1 zeigt im Diagramm den Empfindlichkeitsfaktor in Abhängigkeit vom Prozentgehalt Antimon.

Fig. 2 zeigt in grafischer Darstellung die relative Ansprechempfindlichkeit in Abhängigkeit vom Prosentgehalt Antimon.

Die glasförmige Antiinon-Selen-Legierung gemäß der Erfindung kann nach irgendeinem Verfahren hergestellt v/erden. Typische Verfahren sind das Gemeinsamverdampfen, wobei die entsprechenden Mengen von Selen und Antimon getrennt in heiße Tiegel gebracht und in einem Vakuumbehaälter unter geeigneten Vakuumbedingungen, beispielswei-

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se 2 · 10 bis 2 · 10 rom Quecksilbersäule, gehalten werden.

Die Tiegel bestehen aus unempfindlichem Material wie Quarz oder mit Keramik ausgekleidetem Metall. Das Selen und das Antimon werden auf einer Temperatur zwischen ihren jeweiligen Schmelzpunkten und ihren jeweiligen Verdampfungspunkten gehalten. Es wurde festgestellt, daß zur Herstellung einer glasfö'rmigen Antimon-Selen-Legierung aus 14 Prozent Antimon und 86 Prozent Selen für das Selen eine Temperatur von etwa 290° 0 und für das Antimon eine Temperatur von 660° 0 ausreichen. Zur Vergrößerung der Antimonmonge in der Legierung wird die Temperatur des Antimon enthalten-

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den Riegels vergrößert und/oder die des Selen enthaltenden Tiegels verringert. Zur Vergrößerung der Selenmenge in der Legierung müssen die Temperaturen in umgekehrter Richtung geändert v/erden.

Wird eine sehr kleine Verdampfungsgeschwindigkeit gewünscht, so kann die Verdampfungstemperatur einer oder beider Komponenten unterhalb des Schmelzpunktes gehalten v/erden.

Unter den vorstehenden Bedingungen erhält man eine Schichtstärke von 10 bis 40 Mikron, wenn die Verdampfung für 1 bis 3 Stunden bei einem Vakuum von etwa 5 · 10 mm Quecksilbersäule erfolgt.

Oberhalb der geheizten Tiegel, aus denen das Antimon und das Selen verdampft werden, ist ein Träger angebracht. Dieser wird auf einer Temperatur von etwa 50 bis 70 G gehalten.

Ein anderes typisches Verfahren ist die Verdampfung durch Entspannung unter ähnlichen Vakuumbedingungen wie bei der Gemeinsamverdampfung. Dabei läßt man eine Mischung aus Selen und Antimon mit einer Teilchengröße von weniger als 0,1 mm Durchmesser selektiv in einen geheizten Tiegel tropfen, der auf einer Temperatur von 450 bis 550° G gehalten v/ird. Der durch die erhitzte Mischung entstandene Dampf schlägt sich auf einem auf 50 bis 70° C gehaltenen, oberhalb des Tiegels angebrachten Träger nieder. Das Verfahren wird so lange fortgesetzt, bis sich eine

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glasförmige Antimon-Selen-Legierung gewünschter Stärke auf dem 'Träger gebildet hat.

Die erfindungsgemäßen Legierungen können auf irgendeinem leitenden Träger hergestellt werden, ^r kann eine übliche rietallplatte sein, beispielsweise aus Messing, Aluminium, Gold, Platin, Stahl o.a. Der Träger kann von irgendeiner zweckmäßigen Stärke, Festigkeit oder Elastizität sein und die Form eines Blattes, eines Streifens, eines Zylinders o.a. haben. Er kann mit einer dünnen Schicht aus Plastik überzogen sein. Er kann ferner aus metallisiertem Papier, aus Plastikblättern, die mit einer dünnen Schicht aus Aluminium oder Kupferiodid überzogen sind, oder aus Glas, das mit einer dünnen Schicht aus Chrom oder Zinnoxyd überzogen ist, bestehen. In gewissen Fällen kann auch auf den Träger verzichtet werden.

Die Stärke der Schicht aus der glasförmigen Antimon-Selen-Legierung für die Verwendung als Fotoleiter ist nicht kritisch. Die Schicht kann etwa 1 Mikron oder 300 Mikron oder mehr stark sein. Für die meisten Anwendungsfälle beträgt die Stärke 20 bis 80 Mikron.

Die folgenden Beispiele beschreiben die Erfindung unter Berücksichtigung der Herstellung des lichtempfindlichen Antimon-Selen-Elementes genauer. Die Prozentangaben in der Beschreibung, den Beispielen und den Ansprüchen beziehen sich, wenn nicht anders

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angegeben, auf das Gewicht. Die Beispiele beschreiben verschiedene bevorzugte Ausführungsbeispiele der Herstellung eines Antimon-Selen-Potoleiters.

Beispiel I

Eine Mischung aus 20 Prozent Antimon und 80 Prozent Selen wird in einer Kugelmühle gemahlen und dann in einen Messingbehälter gegeben, der eine Schütte enthält, um Teilchen bis zu 0,1 cm Durchmesser in einen unterhalb der Schütte befindlichen Quarztiegel zu befördern. Dieser ist von einer Widerstandsheizung umgeben, aie den Tiegel auf etwa 490° C erwärmt. Ein auf einer .nalterun." befestigter Aluniniumträger v/ird etwa 30,5 cm oberhalb des Quarztiegels befestigt und auf einer Temperatur von 55° G gehalten, über den Behälter, den Tiegel und den Träger wird eine Glasglocke gesetzt und auf ein Vakuum von 5 * 10"" mm Quecksilbersäule evakuiert. Der Quarztiegel v/ird auf 490° 0 erwärmt, und bei Erreichen dieser Temperatur wird die Platte unterhalb der Schütte geöffnet, so daß eine kleine Menge der Antimon-3elen-iiirjellung in den Quarztiegel fällt. Me Mischung verdampft schnell, und der Dampf aus Antimon und Selen gelangt auf den Aluniniumträger. Dieser Vorgang wird für etwa 2 Stunden fortgesetzt. Dann befindet sich eine 15 Mikron starke Schicht mit einem Anteil von 20 Prozent Antimon auf dem Aluminiumträger. Man I' t dann den Tiegel auf Zimmertemperatur abkühlen, hebt das Vakuum auf und nimmt den überzogenen Träger aus dem Vakuumbehäl ^ter* 009838/1686

OBIGlMAL

Beispiel II

Eine 40 Mikron starke Schicht aus glasförmigem Antimon-Selen mit etwa 10 Prozent Antimon und 90 Prozent Selen wird auf einem NESA-Träger dadurch hergestellt, dai3 20g-Proben von Antimon und Selen in Form von Kügelchen in getrennte Quarztiegel gegeben werden. Die Quarztiegel werden in einen Yakuumbehälter mit einem Vakuum von etwa 5 · 10~ mm Quecksilbersäule gebracht. Ein auf etwa 55° G gehaltener NESA-Glasträger wird etwa 30,5 cm oberhalb der Quarztiegel befestigt. Das Antimon und das Selen werden zusammen auf den NESA-Träger aufgedampft, wobei mit Hilfe von Widerstandsheizungen der Tiegel mit dem Selen auf etwa 290° G und der Tiegel mit dem Antimon atif etwa 602° 0 gehalten wird. Nach 1 1/2 Jtunden auf diesen Temperaturen ist die Verdampfung beendet. Man läßt die Tiegel auf Zimmertemperatur abkühlen, hebt das Vakuum auf und nimmt die mit Antimon-Selen überzogene TIESA-Platte aus dem Vakuumb ehält er.

Beispiel III

Die mit Antimon-Selen überzogene Platte aus Beispiel II wird dann in folgender Weise einem xerografisehen Verfahren unterworfen: Die Platte wird mit Hilfe einer Koronaladevorrichtung auf 300 V aufgeladen und dann, zur Erzeugung eines latenten elektrostatischen Bildes auf der Oberfläche der Platte, mit einer im Abstand von etwa 40,5 cm angeordneten 100 Watt-Wolframlampe etwa 2 Sekunden belichtet. Das latente Bild wird dann

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durch. Streuen von elektroskopischem Markierstoff auf die Oberfläche entwickelt. Das Bild wird dann auf ein Papierblatt übertragen und, um es dauerhaft zu machen, warmegeschmolzen. Man erhält durch dieses Verfahren eine qualitativ gute Kopie des Originals.

Beispiel IV

Me mit glasformicem Antimon-Selen überzogene Platte aus Beispiel I wird dem Verfahren aus Beispiel III Unterworfen. Anstelle der Wolframlampe wird eine Xerox 914 Grünlampe benutzt. Man erhält eine gute Hildnualität.

Eine Reihe von Antimon-Selen-Legierungen werden nach dem in Beispiel II beschriebenen Verfahren hergestellt und mit einer Standardversuchsplatte aus glasfb'rmigem Selen, wie sie von Bixby in der US-Patentschrift 2 970 906 beschrieben wurde, verglichen. Sowohl dio Anbimon-Selen-Platte als auch die Selenplatte weisen auf einem Aluminiumbrager eino Stärke der fotoleitfähigen Schicht von 40 bis 50 Mikron auü Beide Gruppen von Platten v/erden, wie ,-jeweils in den Fig. 1 und 2 dargestellt, bezüglich ihres Empfindlichkeitsfaktors und ihrer relativen spektralen Ansprechempfindlichkeil; verglichen.

In Fig. 1 sind die Prüfungaergebnisse für Antimon-Selen-Platten

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verschiedener Zusammensetzungen und Stärken dargestellt, wobei sie zur Bestimmung ihrer Geschwindigkeit im Vergleich sum Jelen unter gegebenen Bedingungen (Xerox 2400 ,laschine) diire·: tion elektrostatischen Kontrastpotentialabtaster geprüft wurden, ,ie relative Geschwindigkeit wird durch den Smpfindlichkeitsfaktor dargestellt; ein Faktor 2 bedeutet dabei, daß die bestimmte Legierung zweimal schneller oder empfindliche!» als :>ele^ it't. j)ie Platte durchläuft einen Zyklus aus Aufladen der Platte aurch ein. " konstantes Feld von zwölf Volt pro Mikron (12 V/jü.), belichten der Platte mit reflektiertem Licht, Hessen des Potentials auf der Platte mit Hilfe eines Elektrometers und löschen der gesamten restlichen Spannung mit Hilfe einer kalten, weiten leuchtstofflampe.

Die Platte wird zuerst mib von einem weißen Hintergrund reflektierten Licht belichtet, wobei die Belichtungsö :\Ümm·: logarithmisch (¹¹V^) i-n sv/ülι aufeinanderfolgend en :'vklo^> ,-earn-crt. wird. Die Plat be durchläuft dann wieder· die .--leichen 'ivklev, wobei dieses Mal jedoch das Licht von einem .·'rauen Gegenstand reflektier· b wird, liine Potentialdifferenz zwiuctien den durch Licht, 'das von weißen (fegenständen reflektiert wurde, und den uiirch Licht, das von grauen (legenutänden reflektiert wurde, eiiLladenen fiereichen v/ird bestimmte 'ei· i.ert, wi >.iem ii.Leue toUuitialriil'fereriz am größten ist, wird dann mit oelen unter gleielien Bedingungen verglichen. Dies ergibt die relative Geschwindigkeit bezüglich dem Selermormal.

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Als Lichtquelle wird eine Xerox 914 Grünglimmlampe "benutzt. Me restliche Spannung wird durch eine kalte, weiße Leuchtstofflampe gelöscht. Das Potential v/ird mit einem "Monroe 1264-4 dual"-Slektroraeterfolger zusananen mit einer "Brush, Hark 280, dual channal strip"-Registriereinriolituiif· gemessen.

".'ie iit Fig. 1 zeigt, vergrößert ein Zusatz von Antimon zum Selen die 'Empfindlichkeit gegenüber Selen von einem Faktor 2 · bei etv/a fi Prozent auf einen Faktor 12 bei 14 Prozent.

In Fig. 2 ißt die "relative Ansprechempfindlichkeit" verschieden prozentiger Antimon-Selen-Zusainrnensetzungen im Vergleich zu 100 pro ζ en ti/--em '3elen bei vier verschiedenen Wellenlängen beschrieben. Die "relative Ansprechempfindlichkeit¹¹ ist auf einen Faktor -1,0 für 100 prozen^i/res Selen bei einer Wellenlänge von 0,40 liikron bezogen.

Lie relative Ansnrechempfindlichkeit wird dadurch bestimmt, daß die Platten zuerst unter Dunkelkainmerbedingungen in einem Feld von 12 ¥ pro Mikron aufgeladen werden. Las Potential wird mit einer Klektrometersonde gemessen. Me Platten v/erden durch mono chromfit ic ehe Strahlung einer Buibnlampe, einer 100 W-WoIframlampe, Jiodell 1200, entladen, wobei zur Erzielung der in der Figur angegebenen Wellenlängen Ccrningfilter verwendet werden. Kn v/ird monochromatisches Licht von 0,40, 0,50, 0,60 und 0,70 'πη benutzt. Bei jeder Wellenlänge v/ird die anfängliche Ent-

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ladegeschwindigkeit (Spannungsverlust pro Zeiteinheit) einer Platte aus 100 prozentigem Selen gegenüber verschiedenen Antimon-Selen-Legierungen bestimmt. Die relative Ansprechempfindlichkeit ist das Verhältnis von anfänglicher Entladegeschwindigkeit der Antimon-Selen-Legierung zu 100 prozentigem, glasförmigem Selen bei 0,40 Mikron. Die Entladegeschwindigkeit wird mit einem Elektrometer gemessen.

Fig. 2 ist zu entnehmen, daß im bevorzugten Bereich (etwa 7 bis 19 Prozent Antimon) die relative Ansprechempfindlichkeit von Antimon-Selen-Legierungen größer als die von 100 prozentigem Selen ist. Bei Vergrößerung der Wellenlänge liegt die relative Ansprechgeschwindigkeit des Antimon-Selen, trotz Verringerung, noch wesentlich über der von 100 prozentigem Selen, das bei Strahlung oberhalb von 0,60 Mikron praktisch unempfindlich ist. Bei 0,70 Mikron konnte für Selen keine Empfindlichkeit gemessen werden.

Es ist zu erkennen, daß der Zusatz von Antimon zum Selen in kritischen Mengen einen Fotoleiter ergibt, der größere Empfindlichkeit und spektrale Ansprechempfindlichkeit hat, als übliches glasförmiges Selen.

Obwohl in der vorstehenden Beschreibung der Ausführungsbeispie-Ie spezielle Zusammensetzungen und Verhältnisse beschrieben wurden, können andere geeignete Materialien und Verfahren, wie

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vorstehend erwähnt, mit ähnlichen Ergebnissen verwendet werden. Ferner können andere Stoffe, die die Eigenschaften der Platten verstärken, verbessern oder auf andere Weise ändern, zugesetzt werden.

Nach dem lesen dieser Beschreibung ergeben sich für den Fachmann andere Abwandlungen und Abweichungen, die alle unter die Erfindung fallen.

ORIGINAL INSPECTED

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Claims (10)

Patentansprüche

1. !lichtempfindliches Element mit einer fotoleitfähigen Isolierstoffschicht, insbesondere zur Verwendung in der Xerografie, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierstoffschicht eine glasförmige Legierung aus Antimon und Selen mi*fc einem Anteil von Antimon zwischen 5 und 21 Gewichtsprozenten enthält.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil von Antimon zwischen 7 und 19 Gewichtsprozenten liegt.

3. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil von Antimon 14 Gewichtsprozente beträgt.

4. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Verwendung als xerografische Platte, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoleitfähige Isolierstoffschicht auf einer elektrisch leitenden Unterlage aufgebracht ist.

5. Abbildungsverfahren unter Verwendung eines Elementes gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der xerografischeri Platte ein elektrostatisches Bild, erzeugt und sur Sichtbarmachung entwickelt wird.

6. Abbildungsverfahren nach Anspruch *?, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrostatische Bild durch gleichförmiges elektro-

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statisches Aufladen der Platte und durch Belichten der Platte mit einem Muster von aktivierender Strahlung erzeugt wird.

7. Verfahren zur Herstellung einer fotoleitfähigen Isolierstoffschicht zur Verwendung in einem lichtempfindlichen Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus Antimon und Selen im Vakuum auf einen Träger aufgedampft wird, der auf einer Temperatur unterhalb der

Schmelzpunkte der Anteile gehalten wird, so daß eine glasförmige Antimon-Selen-Legierung entsteht,

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch leitender Träger verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Antimon-Selen-Mischung in einen erhitzten Tiegel tropft, so daß sie verdampft und sich auf dem Träger niederschlägt.

10. Verfahren nach,Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Antimon und das Selen zur Verdampfung in getrennte geheizte Tiegel gebracht werden, so daß beide verdampfen und sich auf dem Träger niederschlagen.

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