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Elektrophotographische Platte sowie deren Verwendung Die Erfindung
betrifft das Gebiet der Xerographie, insbesondere eine neue lichtempfindliche Vorrichtung
und deren Verwendung Bei der Xerographie wird eine xerographische Platte, welche
eine photo-leitende Isolierschicht enthält, mit einem Bild versehen, indem man ihre
Oberfläche zunächst gleiclmäßig elektrostatisch belädt. 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 z. B. eine homogene Schicht aus einem
einzigen Material, wie glasförmigem Selen; sie kann auch eie zusammengesetzte Schicht
sein, welche einen Photo-Leiter und ein anderes Material enthält. Ein Typ der zusammengesetSen
photo-leitenden Schichten für die Xerographie ist im US-Patent Nr. 3 121 006 (Middleton
& Reynolds) beschrieben. Es handeit sich dabei um eine Anzahl von Binder-Schichten,
die fein-verteilte Teilchen einer photo-leitenden anorganischen Verbindung enthalten,
die in einem elektrisch isolierenden, organischen Binder-Harz dispergiert sind.
In der derzeitigen handelsUblichen Form enthält die Binder-Schicht Zinkoxid-Teilchen,
die in einem Binder-Harz gleichmäßig dispergiert sind, wobei die Schicht sich als
Überzug auf einem Papier befindet.
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Bei den speziellen Beispielen von Binder-Systemen von Middleton et
al 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 ob engenannten
Patents die Photoleiter-Teilchen in der ganzen Schicht sich i,n einem praktisch
kontinuierlichen Teilchen-zu-Teilchen-Kontakt befiNden, so daß die für das zyklische
Verfahren erforderliche Ladungsverteilung erfolgen kann. Bei der gleichmäßigen Verteilung
von Photoleiter-Teilchen gemäß Middleton et al ist daher üblicherweise eine relativ
hohe Volumenkonzentration des Photoleiters (bis zu etwa 50 und mehr Vol.-%) erforderlich,
wenn man einen für die schnelle Entladung ausreichenden Teilchen-zu-Teilchen-Kontakt
des Photoleiters erhaiten 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 Flexibilitätgeennzeichnet,
Wenn man auf der anderen Seite die Konzentration des Photoleiters wesentlich unter
50 Vol.-% vermindert, so ist die Entladungsgeschwindigkeit geringer, wodurch die
wiederholte bzw. zyklische Bildherstellung mit hoher Geschwindigkeit sehr erschwert
oder unmöglich gemacht wird.
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Im US-Patent Nr. 3 121. 007 (Middleton et al) ist ein weiterer Typ
eines Photoleiters beschrieben, der eine photo-leitende Zweiphases1-Binder-Schicht
enthält, wobei photo-leitende Isolier-Teilchen in einer homogenen photo-leitenden
Isolier-Matrix dispergiert sind.
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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.-%. 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.
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Im US-Patent Nr. 3 037 861 (Hoegl et al) wird beschrieben, daß Polyvinyl-Carbazol
eine Empfindlichkeit gegenüber langvJe]ligem UV-Licht besitzt; es wird dort vorgeschlagen,
daß diese spektrale Empfindlichkeit durch Addition von Farbstoff-Sensibilisatoren
in den-sichtbaren Bereich ausgedehnt werden soll. Hoegl et al schlagen ferner vor,
daß man in Zusammenhang mit Polyvinyl-Carbazol auch andere Additive, wie Zinkoxid
oder Titandioxid, verwenden kann. Gemäß Hoegl et al ist Polyvinyl-carbazol als Photoleiter
zu benutzen, wobei man gewünschtenfalls Additive zur Erweiterung seiner spektralen
Empfindlichkeit zusetzen kann.
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Es sind außerdem gewisse spezielle Schicht strukturen vorgeschlagen
worden, die sich besonders zur Reflex-Bildherstellung eignen. So kann man z. B.
gemäß US-Patent Nr. 3 165 405 (Hoesterey) 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 Hoesterey-Vorrichtung benutzt
die Eigenschaften von mehrschichtigen Photoleitern, wobei man die kombinierten Vorteile
der verschiedenen Lichtempfindlichkeit der betreffenden photo-leitenden Schichten
erhält.
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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 - Middleton
et al, 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 (Middleton et al)
beschrieben ist, entsteht die Photo-Leitfähigkeit durch die Entwicklung von Ladungsträgern
sowohl in der photo-leitenden Matrix als auch in den photo-leitenden Pigmentteilchen.
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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, ins--besondere bei der zyklischen Xerographie, dem Abrieb, chemischen
Angriffen, Hitze und mehrfacher Belichtung während des Kreislaufs.
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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-Entiadung.
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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 Eigenschaften des
Photo leiters bestimmt werden und nicht durch das Harz- oder Matrix-Material, welches
vorzugsweise in geringeren Mengen vorhanden ist.
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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.
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Im US-Patent Nr. 3 041 166 (Bardeen) 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.
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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.
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Im französischen Patent Nr. 1 577 855 (Herrick et al) ist eine zusammengesetzte
lichtempfindliche Vorrichtung für einen speziellen Zweck beschrieben, nämlich für
die Reflex-Belichtung mit polarisiertem 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 anfangs verwendete Licht transparent. Sobald
das polarisierte Licht den weiRen Hintergrund des zu kopierenden Dokuments trifft
so wird das Licht depolarisiert, durch die Vorrichtung zurückreflektiert und von
dem zweifarbigen photo-leitenden Material absorbiert. Bei einer anderen Ausführungsform
ist der zweifarbige Photoleiter in orientierter Weise in der gesamten Schicht aus
Polyvinyl-carbazol dispergiert.
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In Anbetracht dieses Standes der Technik ist leicht ersichtlich, daß
ein BedÜrfnis besteht nach einem allgemein anwendbaren Photorezeptor, der annehmbare
photo-leitende Eigenschaften besitzt und außerdem hervorragende physikalische Stärke
und Flexibilität aufweist, so daß er im zyklischen Schnellverfahren wiederverwendet
werden kann, ohne daß die xerographische,n Eigenschaften wegen Verschleiß, chemischer
Angriffe und Licht-Alterung fortlaufend schlechter werden.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung einer elektrophotographischen
Platte, die zur zyklischen Bildherstellung
geeignet ist und die
obigen Nachteile nicht aufweist. Gegenstand der Erfindung ist eine neue lichtempfindliche
Binder-Struktur sowie ein entsprechendes Abbildungssystem und eine elektrophotographische
Platte, deren Material leichte Elektronen-Transport-Eigenschaften aufweist. Die
erfindungsgemäße photo-leitende Isolierschicht für eine elektrophotographische Platte
ist verhältnismäßig billig uad leicht herstellbar.
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Die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung darstellende elektrophotographische
Platte hat eine Photorezeptor-Schicht, welche photo-leitende-Teilchen enthält, die
in einem elektronisch aktiven Matrix-Material dispergiert sind. Die Photoleiter-Teilchen
müssen die Fähigkeit haben5 Loch-Elektronen-Paare zu erzeugen und die durch das
Licht erzeugten Elektronen in die umgebende elektronisch aktive Binder-Matrix einzuspritzen,
wobei letztere ein Elektronen-Acceptor-Material enthält5 das in dem. speziellen
WellenlEngen-Bereich des xerographischen Gebrauchs praktisch nicht absorbierend
ist, das aber die Elektronen-Injektion und deren Transport aufrechterhalten kann.
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Wie bereits oben erwähnt, ist ein Photoleiter 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 bestreffenden 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 hoch-konjugierten organischen
Verbindungen zeigen ein gewisses Maß an Photoleitfähigkeit unter geeigneten Bedingungen.
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Die meisten dieser organischen Materalien haben die erste Wellenlängen-Empfindlichkeit
im Ultravioletten. Jedoch sind Ultraviolettempfindliche Materialien wirtschaftlich
wenig brauchbar, und ihre.
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Xurzwellen-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 im Rahmen der vorliegenden Erfindung 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.
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Es wurde- gefunden, daß eine xerographische oder elektrophotographisch
empfindliche Vorrichtung hergestellt werden kann, wenn man ein elektrostatisch aktives
Matrlx-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 erfindungsgemäß 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.
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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 aktiven
Matrix-Materialien der vorliegenden Erfindung wirksam als Binder für eine relativ
kleine Menge Photoleiter benutzt werden. Es sei darauf hingewiesen, daß das aktive
Transport-Material in dem benutzben Wellenlängen-Bereich nicht als Photoleiter fungiert.
Wie bereits oben erwähnt, werden in den photo-leitenden Teilchen Nangelelektronen-Paare
gebildet, und die durch das Licht gebildeten Elektronen werden dann über eine Feld-modulierte
Barriere in das aktive Gatrix-Material eingespritzt, worauf ein Elektronen-Transport
im gesamten Transport-Material erfolgt.
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Es sei ferner darauf hingewiesen, daß die meisten Materialien, die
sich als aktive Schichten gemäß vorliegender Erfindung eignen, zufällig auch photo-leitend
sind, wenn sie eine Strahlung der für die elektronische Anregung geeigneten Wellenlängen
absorbieren.
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Jedoch ist die Licht empfindlichkeit im kurzwelligen Bereich, die
außerhalb des spektralen Bereichs liegt, für den die vorliegenden Photoleiter verwendet
werden, nicht brauchbar für die erfindungsgemäße Vorrichtung 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 beitrågtitt Eine typische Anwendung der vorliegenden Erfindung
besteht darin, daß ein Träger-Substrat, z. B. ein Leiter, eine Schicht aus der aktiven
Binder-Matrix trägt. Diese Schicht kann z. B. Teilchen aus hexagonalem Selen enthalten,
welches in einem Film aus praktisch transparentem Elektronen-Acceptor-Material dispergiert
ist; letzteres kann die Elektronen-Injektion und deren Transport aufrechterhalten
und ist praktisch transparent in dem speziellen Wellenlängen-Bereich, in dem das
Selen lichtempfindlich ist. Das transparente aktive Matrix-Material ermöglicht die
Verwendung von extrem niedrigen Photoleiter-Beladungen, wie sie bislang nicht möglich
waren. Außerdem ist die Struktur auch bei wiederholtem Gebrauch bzw. Kreislauf-Verfahren
wirksam funktionsfähig. Diese Struktur kann in der üblichen xerographischen Weise
abgebildet werden, wobei man belädt, belichtet und entwickelt.
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Die Verwendung der erfindungsgemäßen 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.
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In den anliegenden Abbildungen ist die vorliegende Erfindung sowie
spezielle Ausführungsformen näher beschrieben:
Figur 1 zeigt einen
schematischen Schnitt einer Ausführungsform der erfifldungsgemäßen xerographischen
Platte.
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Figur 2 illustriert den Entladungs-Mechanismus der aktiven Matrix-Binderschicht.
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Figur 3 ilLustriert den Entladungs-Mechanismus eines Binder-Systems
des Standes der Technik.
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Figur 4 illustriert den Entladungs-Mechanismus eines anderen bekannten
Binder-Systems.
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In Figur 1 ist eine Ausführungsform der verbesserten xerographischen
Platte 10 gemäß vorliegender Erfindung gezeigt. Das Zeichen 11 bezeichnet ein Substrat
oder einen mechanischen Träger. Das Substrat kann aus einem Metall bestehen, z.
B.
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Messing, Aluminium, Gold, Platin, Stahl etc. Es kann von jeder geeigneten
Dicke sein, steif oder flexibel, es kann die Form eines Blattes, Gewebes oder eines
Zylinders etc. 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.
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Die photo-leitende Binder-Schicht 10 enthält die photo-leitenden Teilchen
12 in einer elektronisch aktiven Matrix oder Binder-Material 13. Die photaleitenden
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.
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Cadmiumwsulfid, Cadmium-sulfoselenid, Cadmium-selenid, Zinksulfid,
Zink-oxid und Mischungen derselben. Als typische anorganische photo-leitende Gläser
seien genannt amorphes Selen und Selen-Legierungen, wie Selen-Teilur und Selen-Arsen.
Das Selen kann auch in seiner hexagonalen kristalinen Form benutzt werden, die üblicherweise
als trigonales Selen bezeichnet wird.
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Typische organische Photoleiter sind die Phthalocyanin-Pigmente, wie
die X-Form des Metall-freien Phthalocyanins gemäß US-Patent Nr. 3 357 989 (Byrne
et al), und Metall-Phthalocyanin-Pigmente, wie Kupfer-Phthalocyanin. Andere typische
organische photoinjizierende Pigmente, wie Bis-benzimidazol-Pigmente, Perylen-Pigmente,
Chinacrid-on-Pigmente, Indigoid-Pigmente und polynucleare Chinone sind in unseren
Parallel-Anmeldungen XD/3426, Cd/3423, XD/3425, XD/3427 und XD/3424- beschrieben.
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Die obige Liste von Photoleitern sollte nur zur Erläuterung der geeigneten
Materialien dienen und ist nicht als Beschränkung der vorliegenden Erfindung zu
werten.
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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 Teilchen-zu-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 photo-leitenden 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.
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Die Dicke der Binder-Schicht ist nicht besonders kritisch.
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Schichtdicken von etwa 2 bis 100 Micron sind ausreichend, besonders
gute Resultate erhält man mit der bevorzugten Dicke von etwa 5 bis 50 Mikron.
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Die Größe der photo-leitenden Teilchen ist in der Binder-St^tuktur
ebenfalls nicht besonders kritisch; jedoch ergeben Teilchen mit einer Größe von
etwa 0,01 bis 1,0 Micron besonders gute Resultate.
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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 auRrechterhalten
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 elektromagnetischen
Spektrums sein, welcher zwischen etwa 4.200 bis 8.000 Angstrom liegt, weil die-
meisten xerographisch brauchbaren Photoleiter bei Wellenlängen dieses Bereichs lichtempfindlich
sind.
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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.
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Typische Elektronen-Acceptor-Materialien gemäß vorliegender Erfindung
sind Phthalsäureanhydrid, Tetrachlor-phthalsäureanhydrid, Benzil, Mellit-anhydrid,
s-Tricyanobenzol, Picrylchlorid, 2,4-Dinitro-chlorbenzol, 2,4-Dinitro-brombenzols
4-Nitrobiphenyl, 4,4-Dinitrobiphenyl, 2,4,6-Trinitroanisol, Trichlor-trinitrobenzol,
Trinitro-o-toluol, 4,6-Dichlor-1,3-dinitrobenzol, 4,6-Dibrom-1,5-dinitrobenæol,
p-Dinitrobenzol, Chloranil, Bromanil und Mischungen derselben.
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Zwar sind alle aroiiiatischen bzw. lieterozyklischen Elektronen-Acceptoren
mit den erforderlichen Transparenz-Eigenschaften erfindungsgemäß brauchbar; besonders
gute Elektronen-Transport-Eigenschaften haben jedoch solche aromatischen oder heterosyklischen
Ye.rbindungen, die mehr als elnen-stark Elektronenabziehenden Substituenten enthalten,
z. 3 Nitro-(-NO2), Sultonat-Ion (-S05 Carboxyl- (-COOH) und Cyano- ( -CN)-Gruppen.
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Aus dieser Klasse von Materialien sind 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon
(TNF) 2,4,5,7-Tetranitro-fluorenon, Trinitro-anthracen, Dinitro-ageridin, TetracyanJpyren
und Dinitro-anthrachinon besonder bevorzugt, weil sie leicht zugänglich sind und
überlegene Elektronen-Transport-Eigenschaften aufweisen.
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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 Erfindung soll daher nicht auf den
Typ des als Transportmaterial verwendbaren Polymeren beschränkt werden. Polyestfierß
Polysiloxane, Polyamide, Polyurethane und Epoxy-Harse, 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.
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Wenn bei der vorliegenden Erfindung von einer praktisch vollständigen
bzw. weitgehenden Transparenz des aktiven Transport-Materials die Rede ist (vergl.
Figur 1) so bedeutet das, daß eine ausreichende Menge Strahlung von einer Strahlenquelle
die aktive Transportschicht i3 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 der
vorliegenden Erfindung vor, wenn die aktiven Transport-Materialien nicht-photo-leitend
und nicht-ahsorbierend in mindestens einem @ wesentlichen Teil des Wellenlängen-Bereichs
von etwa 4.200 bis 8.000 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 der vorliegenden-Erfindung
verursacht.
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Das aktive Matrix-Elektronen-Transport-Material, welches erfindungsgemäß
zusammen mit den photoleitenden Teilchen als Binder benutzt wird, ist ein Material,
das so weitgehend einen Isolator 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
101 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-Injektion von einer benachbarten Schicht mehr als 1012 Ohm-cm
beträgt.
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Eine andere Variante der in Figur 1 beschriebenen Dinder-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-and Harze
auf Basis von Cellulose.
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Wie ersichtlich, umfaßt der photo-isolierende Teil der xerographischen
Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung gemäß Figur 1 eine bifunktionelle Binder-Schicht:
(1) Ein photo-leitendes Material, welches nach Erregung durch Strahlen Löcher und
Elektronen bildet und diese durch licht--gebildete 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 Leitirngselektron aktiv auf eine positiv beladene Oberfläche
oder ein Substrat transportiert, wobei diese Ladung neutralisiert wird.
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Dies wird in Figur 2 deutlicher illustriert, wobei die erfindungsgemäß
xerographische Vorrichtung durch eine Corona-Beladungsvorrichtung negativ beladen
ist. Figur 2 ist zwar ohne Substrat gezeichnet (vergl,- Ziffer 11 in Figur 1); jedoch
wird bei einer solchen Binder-Struktur normalerweise ein Substrat angewandt' und
der Mechanismus wird-im Hinblick auf ein solches 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 darm 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.
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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 werden0
In
Figur 3 Ist eine elektrophotographische Platte des Standes der Technik gezel 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 Vorrichtuag und bildet Löcher und Elektronen entweder
in dem Photoleiter-Binder-Mterial oder in den Pigment-Naterlelmen, 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 Sensibisitäts-steigernde Wirkung auf die elektrophotographische
Vorrichtung ausÜben kanne muß es - wie aus der Zeichnung ersichtlich wird - in-rlativ
großer Konzentration vorliegen und sich bei oder nahe der Oberfläche des Photorezeptors
befinden. Dies steht im Gegensatz zu Figur 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 Figur 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 Atomsphäre ausgesetzt ist.
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Zum weiteren Vergleich zeigt die Figur 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 photo-leitende
Pigment bzw. Farbstoff in ausreichender Konzentration vorhanden sein oder geometrisch
so nahe liegen, daß eine Ladungs-Injektion im ganzen Gindersystem 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 Figur 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 Figur 4 Teilchen-zu-Teilchen-Kontakt
erforderlich ist, entstehen Auflösungsprobleme, weil die Geometrie der Teilchen
nicht der Richtung des auftrefrenden Lichtes entsprechen kann, wodurch ein irreguläre
Verteilung der Ladung bewirkt wird.
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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.
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die Trägervorrichtung weglassen und die früher als Basis-Schlcht benutzte
geschliffene Platte durch irgendeine der verschiedenen bekannten Vorrichtungen ersetzen.
Eine geschliffene Platte bildet eine Quelle von beweglichen Ladungen beider Polaritäten.
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Durch das Niederschlagen von sensibilisierenden Ladungen der gewünschten
Polarität auf der isolierenden Zweischichten-Struktur der vorliegenden Erfindung
wird bewirkt, daß die Ladungen entgegengesetzter Polarität in der geschliffenen
Platte zur Grenzphase der photo-leitenden Isolierschicht wandern. Ohne dies wäre
die Kapazität derlsoliervorrichtung selbst so, daß sie nicht genügend Ladung aufnehmen
könnte 3 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 einPhotonzum Leitungsband angeregt wird, wobei ein Loch-Elektronen-Paar entsteht,
die Ladungen unter dem Einfluß dieses Feldes wandern und das latente elektroctatsche
Bild bilden.
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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 (L. E. Walkup), 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.
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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.
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Die physikalische Gestalt der xerographisch aktiven Binder-Platte
kann jede gewünschte Form haben, z. B. eine flache, sphärische oder zylindrische
Platte etc. Die Platte kann gewünschtenfalls flexibel oder starr sein.
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In den folgenden Beispielen ist die Erfindung näher beschrieben.
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Beispiel 1 Eine lichtempfindliche Binder-Platte ähnlich der in Figur
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.-%igen TNF-Vorratslösung
erhält man durch Auflösen der entsprechenden Menge TNF (Eastman Kodak Co. Rochester,
ew 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.
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Die endgültige Dicke nach 12-stündigem Luft trocknen bei 110 °C beträgt
etwa 12 Mikron.
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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 manfieine Wolfram-Lichtquelle benutzt,
die im Wellenlängen-Bereich von etwa 4.200 bis 8.000 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 vergleicht.
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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 Micrn. 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.
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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 elektrophotpgraphischen Selen-Platte gemacht wurden.
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B e i s p i e l 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 ß-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.
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Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend anhand einiger spezieller
Ausführungsformen geschildert. SelbstverstEndlich können zahlreiche Variationen
der Erfindung gemacht werden, die unter den Schutzumfang der folgenden Ansprüche
fallen sollen.