DE1958446A1 - Verfahren zum Regenerieren von fotoleitenden Schichten - Google Patents

Description

PATENTANWALT

7 STUTTGART 1, MOSERSTRASSE 8 · TELEFON (0711) 244003

20, November 19t>9 - R 88 -

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Tu 1 c_o ο, Japan

'/erx'ahrei. zum Regenerieren von fotoleitanden Schichten

^r}egen:;t/and der Erfindung ist ein elektiofotografisches Vervieli'lbigungsverfahreri, bei dem die gesamte Oberfläche einer lichtetnpflindlichen fichicht belichtet und mit entgegengesetzter Polarität geladen wird, damit sich die lichtempfindliche Schicht von den aus vorangehenden Belichtungen entstehenden Ermüdungserscheinungen erholt.

Bei der Elektrofotografie nach einem xerografischen System (bei dem sich die. Verfahrensstufenj Aufladen, Belichten, Ent wickeln und Übertragen wiederholen) unter Verwendung einer lichtempfindlichen Schicht, die lichtelektrisch leitfähige Partikel, beispielsweise ein in harzförmigem Bindemittel verteiltes Zinkoxyd aufweist, besteht der Nachteil, daß die

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Oberfläche der fotoelektrischen Schicht rauh und brüchig ist, wodurch sich Schwierigkeiten ergeben, um die gefärbten Entwicklerpartikel von der Oberseite der lichtempfindlichen Schicht bei der Übertragung des Bildes abzunehmen, Aufgrund dieser Schwierigkeiten erweist sich das System insgesamt als nicht praktisch. Zur Abhilfe ist es bekannt, eine dünne nicht klebende durchsichtige Isolierschicht auf der lichtempfindlichen Schicht aufzubringen. Ein noch entscheidender Nachteil besteht darin, daß die lichtempfindliche Schicht durch vorangehende Belichtungen ermüdet, und zwar unabhängig davon, ob die glättende Isolierschicht vorhanden ist oder nicht» Im Pail einer lichtempfindlichen Platte, die eine fotoieitende Schicht vorgenannter Art trägt, bewirkt deren Ermüdung aufgrund vorangehender Belichtung die Verringerung der fotoelektrischen Entlade- oder Abklingkonstante des Ladepotentials; d, h, üer Potentialunterschied zwischen zwei Punkten, die einem hellen bzw, einem dunklen Bereich auf der Original-Vorlage entsprechen, verringert sich, so daß in einem xerografischen Vervielfältigungssystem (bei dem das Abbild kapazitiv gespeichert v/ird) bei mehrfacher Wiederholung des Vervielfältigungsablaufes mit der gleichen lichtempfindlichen Platte die Bildschwärzungsdichte der Kopie gering wird und ein unsauberer schleierartiger Hintergrund mit geringen Bildkontrasten entsteht»

Gemäß der Erfindung wird einreuartiges Verfahren vorgeschlagen, um die lichtempfindliche Platte vaa den Ermüdungserscheinungen aufgrund vorangehender Belichtungen zu regenerieren«

Es ist bekannt, die lichtempfindliche Schicht aufzuheizen oder sie mit infrarotem Licht zu bestrahlen, um die Ermüdungs erscheinungen zu beseitigen, und zwar mit dem Ziel, die in

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der Gitterstruktur des Zinkendes rund um Zinkionen engefangenen Elektronen in erregten Zustand zu versetzen« Die Energiestufe von Zink innerhalb des Gitters liegt bei
0,05eV vom Beginn dec Leitungsbandes entfernt (siehe A.R. Hatson et al: "HALL effect Studies of Doped Zinc- Oxide
Single Crystals", Physical Review, VoI 108, No.2,

15» Okt. 1957)· Diese Energie entspricht einer elektro-

-4 magneiaschen Welle mit einer Wellenlänge von etwa 3 X 10 ra, d.h. infrarotem Licht. Jedoch nur bei'einem-Zinkoxyd-Einkristall ist eine Schwelle oder Falle mit einem solch
niedrigen Energiefehlbetrag von 0,05 eV vorhanden. In der wirklichen fotoleitenden Schicht, die aus einem Zinkoxyd, einem Harz als Bindemittel und einem Pigment als Farbsensibilisator besteht, kann eine Falle mit einem wesentlich tieferen Energiefehlbetrag vorhanden sein. Da bisher weder der Energiefehlbetrag noch die Dichte bzw. Häufigkeit einer solchen Schwelle in einer echten fotoleitenden Schicht untersucht worden ist, wurden von der Anmelderin Messungen mit Hilfe eines thermisch erregten Stromes unter Verwendung eines Cryostaten dvu'chgeführt. Um den thermisch erregten Strom zu messen, wird zunächst die Temperaturabhängigkeit eines Stromes i der lichtempfindlichen Schicht im Qunklen (siehe Fig.l) und anschließend nach dem Einfallen von
Elektronen in die Falle innerhalb der lichtempflindlichen Schicht bei ausreichender Belichtung und niedriger Temperatur die Temperatui'abhängigkeit des Fotostromes i im
Dunklen bestimmt. Der thermisch erregte Strom i, ergibt sich dann zu

Aus der Temperatürabhängigkeit des thermisch erregten Stromes läßt sich die Tiefe der Schwelle oder Falle (Energiefehlbetrag) und deren Dichte dzw. Häufigkeit errechnen. (Richard H. Babe:

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"Photoconductivity of-Solids", Seite 292 ff).

Es wurden Proben verwendet, bei denen ein Zinkoxyd in verschiedenen Harzen dispergiert worden ist, so daß die verschiedenen Untersuchungsergebnisse z*. B· entsprechend Fig. entstanden. Bei der Auswertung der Ergebnisse wurde die Garlick-Gibson-Gleichung verwendet

E i - cO exp (- T ),

-. kT

wobei sich folgende Werte für die Tiefe E einer Probe ergaben: E_t =. 0,13, 0,4-7, 2,20, L,28 (eV). Selbstverständlich sind solche Werte von der Art der Zinkoxyde und der verwendeten Harze abhängig. Es steht J.edoch fest, daß im Unterschied zu einem Einkristall aus Zinkoxyd in einer lichtempfindlichen Schicht eine sehr tiefe Elektronenfalle mit einem Energiefahlbetrag von etwa 2 eV vorhanden ist· Durch Beleuchtung werden eine Anzahl von Elektronen in der Falle eingefangen· Um die Elektronen aus der Tiefe von etwa 2 eV ■ anzuregen bzw. anzuheben, ist eine elektromagnetische Welle mit der Länge von 600 /U λχ erforderlich, d.h. sichtbares Licht.

Auf der Grundlage dieser Untersuchungen und anschließenden Analysen wurde der Versuch gemacht, die lichtempfindliche Schicht aus dem durch vorangehende Belichtungen vorhandenen Ermüdungszustand zu regenerieren, indem man die Oberfläche der lichtempfindlichen Shicht gleichmäßig mit sichtbarem Licht bestrahlte. Dabei wurde die wesentliche Erkenntnis gewonnen, daß der lichempfindlichen Schicht ein elektiisöhes Feld mit einer Polarität anzulegen ist, die der Polarität der ursprünglichen Korona-Entladung für die Herstellung latenter elektrostatischen Negative entgegengesetzt ist. Der Grund dafür ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung«

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Es reicht nicht aus, die Elektronen über die Schwelle hinaus zu erregen, da die in diesem Zustand leicht zurückfallen. Es ist vielmehr erforderlich, daß man die erregten Elektronen mit positiven Löchern (Defektelektronen) rekombinieren läßt, um sie zu neutralisieren und zu beseitigen* Wenn ein Elektron mit sichtbarem Licht erregt wird, kann ein aus Elektron und positivem Loch bestehendes Paar erzeugt werden. Es ist nun erforderlich, das Elektron und das positive Loch für eine bestimmte Zeitdauer getrennt zu halten, wozu man ein elektrisches Feld anlegt, damit das durch Beleuchtung erzeugte Paar nicht unmittelbar wieder rekombiniert. Das voneinander getrennte Elektron und das positive Loch bewegen sich entsprechend dem angelegten elektrischen Feld in entgegengesetzten Richtungen« Um die Wahrscheinlichkeit der Rekombination zwischen dem erregten Elektron und dem positiven Loch zu erhöhen, sollte das elektrische Feld so gerichtet sein, daß das positive Loch sich innerhalb der lichtempfindlichen Schicht in Richtung auf die Isolierschicht bewegt; mit anderen Worten, es muß ein elektrisches Feld einer Polarität angelegt werden* die derjenigen des elektrischen Feldes zum Aufbringen der Anfangsladung entgegengesetzt ist.

Die Erfindung ist nachfolgend an Hand in den Figuren dargestellter Beispiele und weiterer Erläuterungen beschrieben. Es zeigen >

Fig. 1 ein Schaubild für die Temperaturabhängigkeit eines

thermisch erregten Stromes,
Fig» 2 bis 5 sohematisohe Darstellungen zur Erläuterung

deß Erfindungaprinzips,
Fig· 6 achematisohe Darstellungen der Ermüdungserscheinungen

aufgrund vorangehender Belichtungen, Fig· 7 und 8 Diagramme für den Verlauf der Ermüdung· bei vorangehender Belichtung und

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Pig. 9 und 10 Diagramme für die regenerierbaren Ermüdungserscheinungen in einem Beispiel gemäß der Erfindung»

In den Figuren ist jeweils eine Elektrode 1, eine fotoleitende lichtempfindliche Sthicht 2 sowie eine durchscheinende Isolierschicht 3 mit hohem Widerstand dargestellt» Positive Löcher sind mit hellen Kreisen und Elektronen mit geschwärzten Kreisen eingezeichnet. In Fig. 2 ist. die lichtempfindliche Schicht positiv geladen. Wenn gemäß Fig. 3 die lichtempfindliche Schicht mit dem Licht einer Vorlage bestrahlt wird, gelangen Elektronen 4 an eine Eingangsstelle (Falle), so daß die lichtempfindliche Schicht 2 Kennzeichen der Ermüdung aufweist. Entsprechend Fig. 4 wird die gesamte Oberfläche einer Belichtung ausgesetzt. Ein aus einer Eingangsstelle heraus angeregtes Elektron 4 wird zu einem erregten Elektron 4a und bildet ein Paar besteuern aus Elektron und positivem Loch 5» Da jedoch innerhalb der lichtempfindlichen Schicht kein elektrisches Feld vorhanden ist, wird das erregte Elektron 4a wieder eingefangen, so daß das aus Elektron und positivem Loch bestehende Paar unmittelbar darauf wieder rekombiniert. Nach Fig# 5 wird die lichtempfindliche Schicht 2 zunächst negativ geladen und dann mit ihrer gesamten Oberfläche sichtbarem Licht ausgesetzt« In diesem Fall besteht ein von der Elektrode 1 in die Isolierschicht J5 gerichtetes elektrisches Feld. Das aus einer Eingangsstelle heraus erregte Elektron wandert in Richtung auf die Elektrode 1, und das durch auffallendes Licht gebildete aus Elektron und positivem Loch 5a bestehende Paar wird getrennt, wobei sich die Einzelteile in den durch Pfeile angegebenen Richtungen bewegen. Das erregte Elektron rekombiniert mit dem positivem Loch, so daß die Vorbeiichtungs-Ermüdung verschwindet» Wenn demnach die gesamte Oberfläche der Platte belichtet wird, werden die Elektronen dem niedrigen Energieniveau erregt, werden aus Elektronen und positiven Löchern bestehende Paare gebildet« wobei durch Anlegen eines entgegengesetzt gerichteten

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elektrischen Feldes die aus Elektronen und positiven Löchern bestehenden Paare getrennt und in entgegengesetzte Richtungen angetrieben werden, ■·

Die Belichtung der gesaraten Oberfläche und das Anlegen eines 'entgegengesetzten elektrischen Feldes sind notwendige Bedingungen, um die eingefangenen Elektronen durch Erregung und Rekombination zu beseitigen und um die lichtempfindliche Schicht von den Ermüdungserscheinungen zu regenerieren. Gegenstand der Erfindung ist somit die Regenerierung der licht-. empfindlichen Schicht von der Vorbelichtungsermüdung Siterungs- oder Ermüdungserscheinungen, indem die gesamte Oberfläche belichtet und mit entgegengesetzter Polafcität geladen wird.

Die Alterung der lichtempfindlichen Schicht und der Regenerierungseffekt von dieser Vorbelichtungsalterung ist nachfolgend an Hand eines theoretischen Beispieles erläutert. , Anhand von Fig. 6 wird erklärt, warum die Entlade- bzw. Abklinggeschwindikeit des fotoelektrischen Potentials abnimmt, wenn geladene Partikel in einer lichtempfindlichen Schicht eingefangen werden.

Entsprechend Fig« 6a wird eine lichtempfindliche Platte im Dunkeln positiv aufgeladen·

Entsprechend Fig. 6b wird die Platte sichtbarem Licht ausgesetzt. Da die Ladung Q auf der Islierschieht j3 sich nach der Belichtung nicht ändert, ist die Veränderung des Oberflächenpotentials (V~ -» Vj.) auf die Änderung der Kapazität der lichtempfindlichen Schicht zurückzuführen (C -> C ')· Nimmt man an, daß die lichtempfindliche Platte ein Kodensator und daß die Dielektrizitätskonstante der IaCLierschicht 3 und der lichtempfindlichen Schicht 2 gleich sei (in der Tat .besitzen beide etwa den Wert 3), läßt sich die Änderung des Oberflächenpotentiala durch folgende Gleichung ausdrücken

V^VD = ^do'^₀ - (1)

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Entsprechend Fig· 6c wird das Licht abgeschaltet und die positive Ladung auf der Isolierschicht durch eine negative Korona-Entladung neutralisiert. Die meisten der in der lichtempfindlichen Shicht eingefangenen Elektronen bleiben an der Stelle, wo sie sich befinden.

Nach Fig» 6d wird die Platte von neuem positiv aufgeladen .und nach Fig. 6e anschließend belichtet. Die Änderung des Oberflächenpotentials erfolgt nach Gleichung

V^VD = ^dV^dl

worin d» der mittlere Abstand der der Oberfläche der Isolierschicht zu den eingefangenen Elektronen und zu den in der Elektrode befindlichen Elektronen ist. Mit steigender Zahl eigefangener Elektronen nähert sich dieser Wert d ^l(=d₁ ^T)

^d'l = ^dV ^dl^<do

^VL1^/Vd >

Das heißt, mit zunehmender Anzahl eingefangener Elektronen, erhöht sich das verbleibende elektrische Potential. Mit anderen Worten, während der vorangehenden Belichtungen werden die - Elektronen in der lichtempfindlichen Schicht eingefangen und die Abklinggeschwindigkeit des elektrischen Potentials verringert sich durch die Belichtung aufgrund dieser eingefangenen Elektronen.

Beim gemäß Fig. 6c^! anstelle der Methode gemäß Fig. 6c eine negative Korona-Entladung der lichtempfindlichen Schicht bei einer gleichzeitigen Belichtung der gesamten Oberfläche angelegt wird, wird die positive Ladung auf der Isolierschicht beseitigt. Die in der lichtempfindlichen Schicht eigefangenen Elektronen werden erregt, neutralisiert und beseitigt.

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Entsprechend Fig» 6d' wird die lichtempfindliche Platte abermals positiv geladen und nach Fig· 6e^f belichtet. Dabei läßt sich das gleiche Ergebnis wie in der Gleichung (l) erreichen, zu dem man jedoch auch dann gelangt, wenn die positiven und negativen elektrischen Polaritäten untereinander ausgetauscht werden·

Nachfolgend ist ein spezielles Beispiel von Ermüdung durch Vorbelichtung beschrieben. 100g eines Zinkoxydes, 70g eines Silikonharzes (z.B. Silikonharz der Bezeichnung KR 241 der Firma Shinetsu Chemicals Co. Ltd.),50mg eines Farbstoffes (Rose Bengal) sowie 80cnr Toluol werden innig miteinander vermischt. Die Mischung wird in einer Dicke von etwa 50/U auf eine 2 mm dicke kreisförmige Aluminiumplatte aufgebracht und bei einer Temperatur von 100° in 10 Minuten getrocknet· Eine lichtempfindliche Platte für die Elektrofotografie entsteht, indem man diese lichtempfindliche Schicht mit einem Polyester (Mylar) von etwa 4 Mikron Dicke abdeckt· Diese lichtempfindliche Platte wird für 24 Stunden im Dunkeln gehalten·

Entsprechend Fig. 7 wird die Oberfläche der Mylar-Sehicht der lichtempfindlichen Platte gleichmäßig negativ geladen durch eine7,0 kV-Korona-Entladung· Das Oberflächenpotential zu diesem Zeitpunkt beträgt 900 Volt· Die lichtempfindliche Platte wird durch eine Lichtquelle von 26 lux für 10 Sekunden belichtet. Das verbleibende Oberflächenpotential beträgt jetzt - 26OVoIt. Durch eine Korona-Entladung von plus 2,6 kV auf die Oberfläche der Mylar-Schicht der lichtempfindlichen Platte wird die ursprüngliohe negative Ladung neutralisiert, so daß da» Oberfläohenpotential bei OVoIt liegt· Es erfolgt nun eine erneute Aufladung der lichtempfindliohen Platte auf «900 Volt

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und eine Belichtung durch eine Lichtquelle von 26 lux für 10 Sekunden# Das verbleibende Oberflächenpotential beträgt diesmal - 350 Volt (gegenüber -260 Volt nach der Ladung und Belichtung).

In Fig. 8 ist der Anstieg des Restpotentials über der Anzahl der Wiederholungen aufgetragen, in denen das Oberflächenpotential jeweils beseitigt und neu aufgeladen worden ist. Nach der dritten Wiederholung werden - 4^0 Volt, nach der ^ vierten Wiederholung - 5^0 Volt, nach der fünften Wiederholung - 610 Volt und nach der sechsten Wiederholung - 630 Volt erreicht. Es erfolgt nun eine Sättigung bei etwa - 65O Volt. Die Qualität der lichtempfindlichen Platte ist demnach so, daß anfänglich 70 % des Ausgangspotentials aufgrund einer Belichtung von 20 lux see. abfließen, während nach mehrmaliger Benutzung (Belichtung) nur noch 20 % abfließen. Mit anderen Worten, die lichtempfindliche Platte ermüdet nach mehrmaliger Belichtung.

Nachfolgend wird als weiteres Beispiel das erfindungsgemäße Verfahren erläutert. Nach Fig. 9 wird eine Korona-Entladung von - 7,0 kV der Oberfläche einer Mylar-Schicht einer licht- \ empfindlichen Platte angelegt, die unter den gleichen Bedingungen und des zuvor beschriebenen Verfahrens hergestellt worden und für 2k Stunden im Dunkeln aufbewahrt worden ist· Das Oberflächenpotential zu dieser Zeit beträgt - 900 Volt. Eine Lichtquelle mit einem Lichtwert von 26 lux wird auf die lichtempfindliche Platte gerichtet. Das verbleibende Oberfläohenpotential beträgt jetzt - 280 Volt· Es erfolgt jetzt während der Belichtung der lichtempfindlichen Platte mit 26 lux das Anlegen einer Korona-Entladung von + 2,6 kV an die Oberfläche der Mylar-Sohicht, um die anfängliche negative Ladung zu neutralisieren

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und ein Oberflächenpotential von + 600 Volt zu erzielen. Die lichtempfindliche Platte wird danach von neuem auf - 900 Volt aufgeladen und durch eine Lichtquelle von 26 lux für 10 Sekunden belichtet. Das verbleibende Oberflächenpotential beträgt nunmehr Null Volt. Bei erneuter Belichtung mit dem angegebenen Lichtwert erfolgt eine Aufladung auf + 600 Volt und anschließend abermals auf - 900 Volt, worauf die Oberfläche für 10 Sekunden mit 26 lux belichtet wird. Das verbleibende Potential beträgt £czt - 90 Volt. Dieses Verfahren wird wiederholt. Nach Fig. ist das verbleibende Oberflächenpotential bei einem gleichbleibenden Wert von etwa - 200 Volt nach der fünften Wiederholung gesättigt.

Aus der vorangehenden Beschreibung geht klar hervor, daß man eine lichtempfindliche Schicht hinsichtlich der Ermüdungserscheinungen vorangehender Belichtungen vollständig regenerieren kann, wenn die gesamte Oberfläche beleuchtet und gleichzeitig während des Verfahrens positiv aufgeladen wird, im Gegensatz zu der lichtempfindlichen Schicht des weiter oben beschriebenen Verfahrens·

Die gleiche Wirkung wie bei der Belichtung der gesamten Fläche und der gleichzeitigen positiven Ladung läßt sich auch dann erreichen, wenn die lichtempfindliche Platte nach der Belichtung der gesamten Fläche positiv aufgeladen wird oder wenn die gesamte Fläche der Platte belichtet wird, nachdem sie positiv aufgeladen worden ist.

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Claims (1)

1. Kabushiki Kaisha Ricoh 2o. November 1969

   Tokyo, Japan *- - R 88 -

   Patentanspruch

   Elektrofotografisches Vervielfältigungsverfahren mit einer lichtempfindlichen Platte, bestehend aus einem Träger, einer lichtempfindlichen Schicht und. einer Isolierschicht, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektromagnetische Welle mit aus-

   ^ reichender Energie um sämtliche in der lichtempfindlichen Schicht eingefangenen geladenen Partikel auf ihr Leitungsband anzuheben bzw. zu erregen, sowie eine weitere elektromagnetische Welle mit ausreichender Energie, um in der lichtempfindlichen Schicht aus Elektronen und positiven Löchern bestehende Paare zu erzeugen, auf die lichtempfindliche Schicht gerichtet werden, und daß ein elektrisches Feld mit einer Polarität entgegengesetzt dem elektrischen Feld angelegt wird, das durch eine Elektrode oder durch eine Korona-Entladung zum Aufladen der lichtempfindlichen Platte für das herzustellende elektrostatische latente Abbild dient, so daß die eingefangenen Partikel erregt und durch Rekombinatim neutralisiert werden und verschwinden, um die lichtempfindliche

   ™ Schicht von Ermüdungserscheinungen aufgrund vorangegangener Belichtung zu regenerieren«

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