DE2400368C3 - Elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei der Xerographie wird gewöhnlich ein elektrostatisches Latentbild auf einem Element oder einer Platte gebildet welche ein elektrisch leitendes Rückteil mit einer lichtleitenc ·η isolierenden Oberfläche darauf besitzt Ein Beispiel eines solchen F'f-mentes besitzt eine Schicht aus glasartigem Selen auf einem leitenden Substrat Dieses Bildformungselemep; kann eine ausreichende elektrostatische Ladung aurnehmen und die Ladung selektiv abgeben, wenn es einem Lichtmuster ausgesetzt wird, und ist allgemein stark empfindlich für Licht im blaugrünen Spektralbereich. Das elektrostatische Ladungsmuster, welches durch die selektive Abgabe der Ladung gebildet wird, kann durch Entwickeln mit einem elektroskopischen Material, dem sogenannten Toner, in ein sichtbares Bild umgewandelt werden.

Die Verwendung von glasartigem Selen in der Xerographie ist in weitem Maße akzeptiert worden wegen seiner Fähigkeit, die elektrostatische Ladung über lange Perioden ohne Belichtung zu halten und weil es für Licht verhältnismäßig stark empfindlich ist im Vergleich zu anderen lichtleitenden Materialien. Zusätzlich besitzt glasartiges Selen eine ausreichende Stärke und Stabilität, um Hunderte oder Tausende von Malen wieder verwendet zu werden.

Zur Verbesserung des Widerstandes von glasartigem Selen gegen Kristallisation und zur Verbesserung der Lichtempfindlichkeit und der Ansprechbarkeit auf längere Wellenlängen wurde dem Selen elementares Arsen in verschiedenen Konzentrationen hinzugegeben. Ein bedeutender Beitrag bezüglich des Zusatzes von Arsen ist in der US PS 28 03 542 beschrieben. Trotz der Verwendung von Selen und Verbesserungen durch Afsenzusätze besteht doch eine Nachfrage für xerographische Lichtleiter, die eine panchromatische Empfindlichkeit besitzen und höher empfindlich sind für Verschiedene Wellenlängen.

In dieser Hinsicht wurde durch die Deutsche Offenlegungsschrift 17 72 037 bereits ein lichtempfindliches Element mit einer lichlleilenden, isolierenden Schicht einer glasartigen Legierung bekannt, die aus

Selen und Jod besteht.

Aus der DE-OS 18 07 636 ist ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial mit einer photoleitfähigen Schicht bekannt die aus einer glasartigen Legierung aus Selen, Wismut und Jod mit 1 bis 5 Atomprozent Wismut besteht und gegebenenfalls mit einer Deckschicht aus einer organischen Verbindung.

Beide Aurzeichnungsmaterialien stellen ein lichtempfindliches Element dar, mit einer geringen panchromatisehen Empfindlichkeit, insbesondere für Wellenlängen des Lichtes größer als 600 nm.

Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu

is schaffen, welches eine wesentlich bessere panchromatische Empfindlichkeit als andere Lichtleiter insbesondere im Wellenlängenbereich größer als 600 Nm aufweist Zur Lösung dieser Aufgabe werden die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.

Durch die Erfindung wird eine glasartige oder amorphe ternäre Legierung mit Selen, Wismut und Jod geschaffen, wobei der bestimmte Gehalt an Jod zur Folge hat daß eine wesentlich bessere panchromatische Empfindlichkeit gegenüber anderen Lichtleitern vorliegt Diese höhere Empfindlichkeit der lichtleitenden Legierung ist besonders für Licht wesentlich, dessen Wellenlänge größer als 600 Nm (6000 Angström) ist.
Weitere Verbesserungen in dieser Hinsicht ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt
Fig. la, Ib, lc, Id verschieden aufgebaute Elemente unter Verwendung der beanspruchten Zusammensetzung und

F i g. 2 Diagramme der Empfindlichkeit der verschiedenen Legierungszusammensetzungen im Vergleich zu bekannten lichtempfindlichen Materialien.

Selen-Wismut-Jod-Legierungen können durch jedes geeignete Verfahren hergestellt werden. Bei typischen Herstellungsverfahren wird die Vakuumverdampfung verwendet, wobei entweder die sogenannte Koevaporation oder die Verdampfung durch Entspannung verwendet wird.

Bei der Koevaporation wird die geeignete Menge von Selen. Wismut und Jod auf getrennte Tiegel getan und in einer Vakuumkammer unter geeigneten Vakuumbedingungen wie etwa von 10 ⁵ bis 10 -⁷ Torr gehalten. Die Tiegel können aus irgendeinem inerten Material wie Quarz, Metall oder einem mit Keramik ausgekleideten Metall bestehen. Die zu verdampfenden Komponenten werden jeweils auf einer Temperatur zwischen ihren entsprechenden Schmelzpunkten und gut unterhalb ihres Siedepunktes gehalten. Die Verdampfung wird während einer Zeit ausgeführt, die für die Bildung einer Schicht gewünschter Dicke ausreicht. Allgemein wird eine Filmdicke von etwa 10 bis 40 Mikron erhalten, wenn die Verdampfung über eine Zeit von etwa I bis 3 Stunden bei einem Vakuum von etwa 5 · IQ ^b Torr fortgesetzt wird. Grundsätzlich wird das zu beschichtende Substrat während der Verdampfung über den erhitzten Tiegeln und auf einer ein wenig erhöhten Temperatur in der Nähe Von 50 bis 70°C gehalten, Bei zylindrischen Substraten wie etwa einer Aluminiumtfommel wird dieses grundsätzlich über der Verdampfungsquelle während des Beschichtungsschrittes gedreht,

Wird eine vielkomponentige lichtleitende Zusammensetzung oder Legierungsschicht gebildet, dann ist ein bevorzugtes Verfahren der Bildung der lichtleitenden Schicht die Verdampfung durch Entspannung unter Vakuumbedingungen ähnlich jenen, wie sie für die Koevaporation festgelegt worden sind. Bei diesem Verfahren wird eine Hauptlegierung gewünschter Zusammensetzung mit einer Teilchengröße von weniger als 0,5 raii Durchmesser selektiv in einem erwärmten Tiegel, der auf einer Temperatur von ungefähr 600 bis 800°C gehalten wird, hineingetropft Die aus der erhitzten Mischung gebildeten Dämpfe werden nach oben auf das über dem Tiegel gehaltene Substrat verdampft Dieses Verfahren wird fortgesetzt, bis die gewünschte Dicke der glasartigen Selen-Wismut-Antimon-Legierung auf dem Substrat gebildet ist

Die erfindungsgemäßen Legierungen können auf irgendeinem leitenden oder isolierenden Substrat leicht gebildet werden. Das Substrat kann eine Metallplatte, oder einen Zylinder etwa aus Bronze, Aluminium, Platin, rostfreiem Stahl oder ähnlichem umfassen. Das Substrat kann jede passende Dicke, Festigkeit oder Flexibilität in Form eines Blattes, eines Gewebes, eines Zylinders oder ähnlichem haben und kann mit einer dünnen Plastikschicht beschichtet sein. Es kann auch aus einem metallisierten Papier, einer mit einer dünnen aluminium- oder kupferjodidbeschichteten Plastikscheibe oder ein mit einer dünnen Schicht Zinnoxyd oder Chrom beschichtetes Glas sein. Grundsätzlich wird beim Bilden der meisten xerographischen Elemente zum Erzeugen der gewünschten elektrischen Eigenschaften normalerweise zwischen der lichtleitenden Schicht und dem Substrat eine dünne Randschicht (barrier layer) gebildet. Diese Randschicht kann eine dünne Oxyd- oder organische Beschichtung sein, welche vor dem Aufbringen der lichtleitenden Schicht auf dem Substrat gebildet wird. Zusätzlich zu obigein kann in bestimmten Fällen gewünschtenfalls nach der Bildung der lichtleitenden Schicht das Substrat entbehrt werden.

Die Dicke der Selen-Wismus-]od-Legierung ist nicht besonders kritisch. Die Schicht kann entweder 1 Mikron oder weniger dünn oder etwa 300 Mikron oder mehr dick sein, aber für die meisten Anwendungen liegt die Dicke im allgemeinen zwischen 10 bis 80 Mikron, wenn die Schicht allein als tragendes Substrat verwendet wird.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird Selen-Wismus-Jod-Legierung als einschichtig ausgebildetes bildformendes Element 10 verwendet. Flg. la zeigt diese Ausbildung, bei der ein tragendes Substrat 11 eine Selen· Wismut-Jod-Schicht 12 aufweist.

Bei einer anderen Ausführungsform weist das bildformende Element 20 (Fig. Ib) ein tragendes Substrat 2i mit einer verhältnismäßig dicken lichtleitenden Schicht 22 wie Selen oder Selen-Arsen und einer darauf aufgebrachten verhältnismäßig dünnen Schicht 2.3 aus der Selen-Wismut-Jod-lichtleitenden Schicht gemäß der Erfindung auf. Während der Bildformung in der xerographischen Weise wird das bildformende Licht auf der obersten Schicht 23 absorbiert, und positive Ladungen uder Löcher werden durch die untere μ lichtleitende Schicht transportiert.

In einer weiteren aufbaumäßigen Ausführungsform (Fig. Ic) umfaßt ein bildformendes Element 30 ein tragendes Substrat 31, eine dünne Schicht aus dem Selen-Wismut-Jod-Lichtleiter 32 über dem Substrat und bi einer obersten Schicht aus elektrisch aktivem Material wie etwa Polyvinylcarbazol oder Polyvinylpyren. Dieses Element kann mit Licht belichtet werden, für das die aktive Schicht transparent ist und welches die lichtleitende Schicht absorbiert. Die elektrischen Ladungen, welche durch die aktive Schicht transportiert werden und eine Oberflächenladung entladen, ergeben die Bildung eines entwickelbaren latenten elektrostatischen Bildes. Bei dieser Konfiguration ist die Dicke der aktiven Schicht gewöhnlich beträchtlich dicker als die der lichtleitenden Schicht Ein bevorzugter Dickenbereich, welcher optimale elektrische Eigenschaften ergibt, liegt im Bereich von etwa 10 bis 20 Mikron für die aktive Schicht und bei etwa 0,03 bis 1 Mikron für die Selen-Wismut-Jod-lichtleitende Legierung. Dieses Konzept ist in weiteren Einzelheiten in der anhängenden US-Patentanmeldung Nr. 94 139 vom 1. Dezember 1970 beschrieben.

Eine weitere zusammengesetzte Konfiguration gemäß der Erfindung umfaßt ein bildfös miges Element 40 (Fig. Id) mit einem tragenden Substrat 41, einer elektrisch aktiven Schicht 42 über dem Substrat. Über der Schicht 42 ist eine dünne Schicht ^J.:s Selen-Wismut-Jod-Lichtleiters 43 gebildet. Alternate dazu kann die Schicht 42 ein elektrisch isolierendes organisches Material sein. Dieser Aufbau ist insbesondere für die Reflexbildformung passend. Ein ähnlicher Aufbau ist in seinen weiteren Einzelheiten in der US-PS 35 73 906 beschrieben.

In weiteren Konfigurationen kann die lichtleitende Legierung gemäß der Erfindung in feine Teilchen geschliffen oder zerrieben und in irgendeinem geeigneten Binder verstreut und als lichtleitende Binderschicht verwendet werden. Der Binder kann lichtleitend, elektrisch aktiv oder elektrisch isolierend sein.

Die folgenden Beispiele zeigen weitere Einzelheiten der Erfindung in bezug auf das Herstellungsverfahren für eine Selen-Wismut-Jod-Lichtleiterschicht. Die Prozentangaben in der Beschreibung, den Beispielen und den Ansprüchen sind Atom-Prozente, soweit nichts anderes erwähnt ist. Die nachfolgenden Beispiele sollen die verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen der Herstellung von Photorezeptoren unter Verwendung ein· τ Selen-Wismut-Jod-lichtleitenden Legierung illustrieren.

Beispiel I

Eine Selen-Wismut-Jod-lichtieitende Legierung mit 94 Atomprozent Selen, 3 Atomprozent Wismut und 3 Atomprozent Jod wird dadurch gebildet, daß die geeignete Menge jeden Elements in eine Quarzampulle getan und die Ampulle versiegelt wird. Die Ampulle wird dann in eine Vakuumumgebung mit einem Vakuum von 10 ⁴ Torr gegeben und für etwa 12 Stunden auf 600⁰C erhitzt. Die Legierungsmaterialien weisen Selen mit 9°,999 Prozent Reinheit auf. wie es von American Smelting and Refining Company, South Plainfield, New Jersey erhältlich ist Das Wismut weist eine Reinheit von 99,999 Prozent auf und ist bei Cominco American Incorporated. Washington erhältlich. Das Jod besitzt eine Reinheit von 99,99 Prozent. Nach dem Erwärmen bei 600⁰C über 12 Stunden wird die Ampulle in Wasser abgeschreckt und die sich ergebende glasartige Legierung aus der Ampulle herausgenommen. Die Legierung wird dann zerdrückt und zu einer Teilchengröße im Bereich von 0,149 mm bis 0,42 mm zerkleinert.

Beispiel II

Ein 10-Mikron-Film aus glashartiger Selen-Wismut-Jod-Legierung, die nach dem in Beispiel I beschriebenen Verfahren hergestellt ist, wird auf einem ebenen

12,9 cm² großen Aluminiumsubstrat mit einer dünnen Aluminiumoxydoberflächenschicht aufgebracht. Dreißig Gramm der Legierung werden in einen Trichter innerhalb einer Vakuumkammer gegeben und mit gesteuerter Geschwindigkeit in einen erwärmten Quarztiegel hineirtgegeben, welcher unter dem Trichter gehalten wird. Die Kammer wird auf ein Vakuum von etwa 10"⁵ Torr evakuiert, wobei die Aluminiumplatte um etwa 30,5 cm über dem Quarztiegel aufgehängt ist und auf einer Substrattemperatur von etwa 50°C während der Verdampfung gehalten wird. Der Tiegel wird über etwa 2 Stunden auf einer Temperatur von ■etwa 700⁰C gehalten zur Bildung einer lichtleitenden Schicht von etwa 10 Mikron Dicke auf dem Aluminiumsubstrat. Am Ende der Vakuumverdampfung wird der Tiegel auf Zimmertemperatur abgekühlt, das Vakuum dann unterbrochen und die Seien-Wismut-jod-beschichlotp Pfattp aiic eie>r Vatiiuml/ammpr hprnucirpnnmnipn

Beispiel III

Es werden fünf zusätzliche Legierungen mit den Verfahren gemäß Beispiel I hergestellt. Diese Legierungen werden dann verwendet, um fünf zusätzliche Platten gemäß Verfahren nach Beispiel II herzustellen. Diese Platten haben die folgenden Zusammensetzungen:

Se(At-%)

Bi(At-%)

J(At-%)

Zusätzlich zu obigem werden zwei Steuerplatten hergestellt, von denen eine eine Schicht von vollständig gleichartigem Selen und die andere eine glasartige Selenlegierung mit Arsen von etwa 40 Atomprozent

) aufweisen.
Die spektrale Empfindlichkeit der nach den Beispielen 11 und III hergestellten Platten einschließlich der zwei Steuerplatten wird mit einem hin- und herlaufenden Flächenplattenabtaster gemessen. Die Plattenprobe wird in der Dunkelheit geladen, wenn sie unter einem Corotron bewegt wird, und wird dann unter einer

ίο Draht-Gleichstrom-Elektrometerprobe angehalten. Ein Elektrometerverstärker sendet eine Spannung aus, die proportional dem Plattenoberflächenpotential ist und die aufgezeichnet wird. Dieselbe Ausgangsspannung wird verstärkt und an einen zweiten Aufzeichnungskahai abgegeben. Ein Monochrometer beleuchtet die Probenoberfläche durch die transparente Elektrometerprobe. Das ermöglicht, daß sowohl Dunkel- als auch Heücntkidung kontinuierlich beobachtet werden kann. Gewünschtenfalls kann das Monochrometer durch eine andere Lichtquelle wie etwa ein Fluoreszenzlicht ersetzt werden. Eine von einem 380-Nanometer-Interferenzfilter gefilterte Wolframlampe wird zur Entladung des verbleibenden Potentials von der Probe zur Vorbereitung des nächsten Testes verwendet

Die Spektralempfindlichkeit der 6 Legierungen gemäß der Erfindung wird verglichen mit den Steuerpia''.en, die eine Selenschicht enthalten, und einer zweiten Platte, die eine Schicht von 60 Selen :40 Arsen (As2Se3) enthält. Aus den in Fig.2 gezeigten Daten ist erkennbar, daß die Selen-Wismut-Jod-Legierungen gemäß der Erfindung eine hohe Lichtempfindlichkeit für Licht besitzen, dessen Wellenlängen größer als etwa 600 Nanometer ist. Ferner zeigen die erfindungsgemäßen Legierungen eine panchromatische Empfindlichkeit, die beträchtlich höher ist als die von Selen alleine oder der Selen-Arsen-Legierung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrophotographisches Aufzeichnungsmateria! mit einer photoleitfähigen Schicht, die aus einer glasartigen Legierung aus Selen, Wismut und Jod mit 1 -5 Atomprozent Wismut besteht, und gegebenenfalls mit einer Deckschicht aus einer organischen Verbindung, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung 2 — 5 Atomprozent Jod enthält

2. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Legierung aus 94 Atomprozent Selen, 3 Atomprozent Wismut und 3 Atomprozent Jod enthält

3. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine 0,03-Ιμπι dicke photoleitfähige Schicht enthält

4. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß es eine Deckschicht aus Polyvinylcarbazol oder Polyvinylpyren enthält.