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ein Aufzeichnungsträger (11) verwendet wird,
bei dem die obere, transparente, photoleitende Schicht (11 c) empfindlich für Licht der anderen
Farbe (rot) und die untere, photoleitende Schicht (Wb) unempfindlich für Licht dieser 2%
Farbe (rot) ist,
b) daß der mit einer ersten Polarität aufgeladene Aufzeichnungsträger (U) mit Licht der anderen
Farbe (rot) bestrahlt wird, und
c) daß der Aufzeichnungsträger (11) bildmäßig w
belichtet wird.
2. Elektrophotographisches Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufladung
mit der entgegengesetzten Polarität geringer ist als die Aufladung mit der ersten Polarität i >
3. Elektrophotographisches Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Substrat geerdet wird.
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Die Erfindung betrifft ein elektrophotographisches Verfahren zur Herstellung von zweifarbigen Aufzeichnungen
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
Aus der Patentanmeldung P 28 25 385.2-51 geht ein elektrophotographisches Verfahren zur Herstellung
von zweifarbigen Aufzeichnungen hervor, bei dem ein so Aufzeichnungsträger verwendet wird, der ein elektrisch
leitendes Substrat und zwei photoleitende Schichten mit unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit aufweist,
von denen die obere Schicht transparent ist; dieser Aufzeichnungsträger wird mit einer ersten Polarität
aufgeladen, mit Licht einer Farbe gleichförmig bestrahlt, unter teilweiser Neutralisierung der ersten Aufladung
mit entgegengesetzter Polarität aufgeladen und mit einer Vorlage bildmäßig belichtet, die schwarze Flächen
sowie Flächen mit einer anderen Farbe enthält; die bo
erhaltene, elektrostatische Abbildung wird mit zwei verschiedenen Tonern unterschiedlicher Farbe und
Polarität zu einem zweifarbigen Tonerbild entwickelt.
Nachteilig ist bei diesem elektrophotographischen Verfahren, daß die Auflösung für die Flächen einer
bestimmten Farbe, beispielsweise schwarz, zwangsläufig schlechter ist als die für die andere Farbe. Dies soll im
folgenden anhand von schwarz/roten Vorlagen und
entsprechenden Abbildungen erläutert werden.
Die Bereiche der elektrostatischen Abbildung, die den schwarzen Flächen der Vorlage entsprechen, werden
durch die Ladung an der Grenzfläche zwischen der inneren und der äußeren Schicht bestimmt, während die
Bereiche der elektrostatischen Abbildung, die den roten Flächen der Vorlage entsprechen, durch die Ladungen
der Oberfläche der äußeren Schicht bestimmt werden. Dies führt dazu, daß die Auflösung der roten Flächen
höher ist als die der schwarzen Flächen. Dies ist jedoch unzweckmäßig, da auf Geschäftspapieren und ähnlichen
Unterlagen eher mit schwarzer Farbe als mit roter Farbe gedruckt und damit auch kopiert wird; die Farbe,
die am meisten verwendet wird, sollte jedoch auch die bestmögliche Auflösung haben.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein elektrophotographisches Verfahren zur Herstellung
von zweifarbigen Aufzeichnungen der angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem die schwarzen Flächen der
Vorlage mit hoher Auflösung kopiert werden. Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil
des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale erreicht.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf
folgender Funktionsweise: An der Grenzfläche zwischen den beiden photoleitenden Schichten wird eine
erste elektrostatische Aufladung mit einer ersten Polarität erzeugt, während auf der zweiten, oberen
photoleitenden Schicht eine zweite elektrostatische Aufladung mit der entgegengesetzten Polarität erzeugt
wird. Wenn nun eine bildmäßige Belichtung mit einer Vorlage erfolgt, die schwarze, weiße und rote Flächen
hat, so bewirkt zunächst das weiße Licht, daß die beiden photoleitenden Schichten leitend werden und die
gesamte Ladung ableiten. Das rote Licht bewirkt nur die Leitfähigkeit der zweiten Schicht, wodurch eine
bipolare, elektrostatische Abbildung erzeugt wird.
Die Größe der zweiten Ladung ist wesentlich kleiner als die Größe der ersten Ladung, so daß eine bipolare
elektrostatische Abbildung entsteht, bei der die positiven und negativen Büdflächen elektrostatische
Potentiale haben, die für die Erzeugung von elektrostatischen Abbildungen für die Elektrophotographie
ausreichen.
Schwarzer Toner, der auf die erste Polarität aufgeladen worden ist, und roter Toner, der auf die
zweite Polarität aufgeladen worden ist, werden dem Aufzeichnungsträger zugeführt, wodurch ein zweifarbiges
Tonerbild entsteht, das auf dem Aufzeichnungsträger fixiert oder auf ein Bildempfangsmaterial übertragen
und dort fixiert wird.
Durch Untersuchungen ist festgestellt worden, daß bei diesem elektrophotographischen Verfahren die
Auflösung für die schwarzen Flächen etwa 1,5 χ so hoch ist wie die bei dem herkömmlichen elektrophotographischen
Verfahren.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die
beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Fig. la bis Id Darstellungen des Ablaufs des
elektrophotographischen Verfahrens zur Herstellung von zweifarbigen Abbildungen,
F i g. 2 eine Kurvendarstellung des elektrostatischen Oberflächenpotentials des Aufzeichnungsträgers während
der verschiedenen Schritte des elektrophotographischen Verfahrens nach den Fig. la bis Id, und
F i g. 3 eine Kurvendarstellung, in der die Beziehung zwischen dem Oberflächenpotential des Aufzeichnungs-
trägers und dem Verhältnis von elektrostatischen Ladungen auf den beiden photoleitenden Schichten bei
dem elektrophotographischen Verfahren nach den F i g. 1 a bis 1 d dargestellt ist
In Fi g. la ist ein Aufzeichnungsträger 11 dargestellt,
der in Form einer Trommel, eines Bandes oder eines Blattes verwendet werden kann. Der Aufzeichnungsträger
11 weist ein elektrisch leitendes Substrat 11a, beispielsweise aus Metall, und eine erste, innere
photoleitende Schicht Hdauf dem Substrat 11a auf. Die
photoleitende Schicht 116 ist unempfindlich gegenüber roteir Licht, jedoch empfindlich gegenüber zumindest
einem anderen Farbbestandteil von weißem Licht
Auf der inneren photoleitenden Schicht 11b ist eine
zweite, äußere, photoleitende Schicht Uc ausgebildet. Die äußere photoleitende Schicht lic ist transparent
und empfindlich für rotes Licht
Üblicherweise wird die Schicht 11 6 durch Licht einer
Wellenlänge, die größer als etwa 600 Millimikron (10-9m) ist, nicht photoleitend gemacht Der rote
Bereich beginnt bei etwa 640 640 Mk'.limikron (IO-9 m),
so daß die innere Schicht ttbunempfindlich gegenüber
rotem Licht ist
In F i g. 1 sind die verschiedenen Verfahrensschritte zusammengestellt, die gleichzeitig durchgeführt werden.
Mittels einer Korona-Aufladungseinrichtung 12 wird eine gleichmäßige positive, elektrostatische Ladung auf
die Oberfläche der äußeren Schicht Hc aufgebracht, während sie mit rotem Licht bestrahlt wird. Die
Aufladungseinrichtung 12 wird von einer positiven Gleichspannungsquelle 13 gespeist. Obwohl es nicht
dargestellt ist, kann die Oberfläche der äußeren Schicht lic durch einen Rotfilter mit weißem Licht bestrahlt
werden. Durch das Rotlicht wird die innere Schicht 116
nicht photoleitend, sondern nur die äußere Schicht Hc wird leitend.
Infolgedessen wird eine positive elektrostatische Ladung an der Grenzschicht zwischen den beiden
Schichten Wb und lic ausgebildet Die positive Ladung
an der Grenzschicht zwischen den Schichten Wb und lic induziert eine negative Ladung an der unteren
Fläche der Schicht Wb. Insbesondere wandern negative Ladungen durch das Substrat Ha, um sich an der
unteren Fläche der inneren Schicht lift zu sammeln.
Dieselbe Wirkung kann erreicht werden, indem die Schicht lic im Dunkeln geladen und anschließend mit
rotem Licht bestrahlt wird. In diesem Fall sammeln sich während des Ladens die positiven Ladungen an der
oberen Fläche der äußeren Schicht lic.
Wenn die äußere Schicht Wc mit rotem Licht photoleitend gemacht wird, wandern die positiven
Ladungen durch die äußere Schicht lic zu der Grenzschicht zwischen den Schichten 11 bund lic Auf
jeden Fall ist, wenn die Bestrahlung des Aufzeichnungsträgers 11 mit rotem Licht beendet ist, die äußere
Schicht lic nicht mehr länger photohitend, und die positiven Ladungen werden an der Grenzschicht
zwischen den Schichten Jlbund llceingefangen.
Als nächstes wird, wie in Fig. Ib dargestellt ist,
mittels einer Korona-Aufladungseinrichtung 14 eine negative Ladung auf die äußere Schicht llcaufgebracht.
Die Aufladungseinrichtung 14 wird von einer negativen Gleichspannungsquelle 16 gespeist Die Größe der
negativen Ladung, die durch die Aufladungseinrichtung 14 auf den Aufzeichnungsträger 11 aufgebracht wird, ist
groß genug, um das Oberflächenpotential des Aufzeichnungsträgers 11 umzukehren, d. h. um es z. B. von positiv
auf negativ zu ändern. Die Größe der negativen, mittels
der Aufladungseinrichtung 14 aufgebrachten Ladung ist kleiner als die positive mittels der Aufladungseinrichtung
12 aufgebrachten Ladung, wie unten noch im einzelnen beschrieben wird.
Die Ladung auf der oberen Fläche der äußeren Schicht lic ist negativ; das reine elektros^tische
Potential an der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers ist trotz der Wirkung der größeren, eingefangenen
positiven Ladung an der Grenzschicht zwischen den Schichten 116und llcnegativ.
Als nächstes wird eine (nicht dargestellte) Vorlage bildmäßig auf die äußere Schicht lic projiziert wie in
Fig. Ic dargestellt ist Hierbei soll das Lichtbild aus
schwarzen, roten und weißen Bildflächen bestehen, die entsprechend bezeichnet sind. Da der schwarze
Bildbereich frei von sichtbarem Licht irgendeiner Farbe ist wird keine der Schichten 116 und lic in diesem
Flächenbereich photoleitend gemacht Infolgedessen bleibt das Oberflächenpotential des Aufzeichnungsträgers
11 in den schwarzen Bildbereichen negativ.
In den roten Bildbereichen wird nur die Schicht Wc photoJeitend gemacht. Die negative Ladung an der
Oberfläche der Schicht Wc neutralisiert einen Teil der positiven Ladung an der Grenzschicht zwischen den
Schichten 116und lic. Durch die verbleibende, positive
Ladung an der Grenzschicht zwischen den Schichten 116 und Hc wird das Oberflächenpotential des
Aufzeichnungsträgers 11 in dem roten Bildflächenbereich von negativ auf positiv umgekehrt. Der Cyanbestandteil
der weißen Fläche der Abbildung macht beide Schichten 316 und lic photoleitend. Dies hat die
Wirkung, daß die gesamte Ladung auf dem Aufzeichnungsträger 11 in den weißen Flächenbereichen der
Abbildung zerstreut wird.
Als Ergebnis dieser Schritte bleibt das Oberflächenpotential in den schwarzen Flächenbereichen der
Abbildung auf dem Aufzeichnungsträger 11 negativ, wie
oben beschrieben wurde. Das Potential in den weißen Bildbereichen ist null. In den roten Bildbereichen bleibt
eine positive Ladung an der Grenzschicht zwischen den Schichten 116 und Wc zurück. Eine gleichgroße
negative Ladung wird an der unteren Fläche der Schicht 116 induziert. Jedoch herrscht die positive Ladung an
der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers 11 in den roten Bildbereichen vor. Folglich ist das Oberflächenpotential
des Aufzeichnungsträgers 11 in den schwarzen Bildbereichen negativ, in den roten Bildbereichen
positiv und in den weißen Bildbereichen null.
Das dadurch geschaffene, bipolare, elektrostatische Bild auf dem Aufzeichnungsträger 11 wird durch
Aufbringen von positiv geladenem, schwarzem Toner und von negativ geladenem rotem Toner entwickelt, wie
in F i g. Id dargestellt ist. Der schwarze Toner haftet an dem negativen Flächenbereich des elektrostatischen
Bildes, während der rote Toner an dem positiven Flächenbereich des elektrostatischen Bildes haftet. Die
roten und schwarzen Toner können entweder gleichzeitig in Form einer Mischung oder nacheinander getrennt
aufgebracht werden. Der Schritt Id führt zur Schaffung
eines zweifarben- (rot und schwarz) Tonerbildes. Das bipolare Tonerbild kann auf dem Aufzeichnungsträger
11 fixiert oder auf ein Bildempfangsmaterial übertragen und dort fixiert werden.
Obwohl nur ein Abbildungsschritt anhand von Fig. Ic dargestellt und beschrieben worden ist, wird
selbstverständlich das Lichtbild zweimal auf den Aufzeichnungsträger 11 aufgebracht, einmal über ein
Rotfilter und einmal über ein Cyanfilter. Hierdurch wird
der Kontrast der Kopie verbessert. Durch eine Belichtung über das Rotfilter wird nur die Schicht lic
photoleitend. Durch eine Belichtung durch das Cyanfilter werdenbeide Schichten 11 b und 11 c photoleitend.
Bei der praktischen Ausführung dieses Verfahrens ist es wichtig, daß die zweite Ladung kleiner als die erste
Ladung wird, und zwar deswegen, weil die zweite (negative) Ladung einen Teil der ersten (positiven)
Ladung durch Neutralisieren in den roten Bildbereichen (s. Fig. Ic) zerstreut. Die positive Ladung muß
ausreichend größer sein als die negative Ladung, so daß nach der Belichtung mit dem roten Lichtbild eine
ausreichende positive Ladung in der Schicht Uc verbleibt, um ein positives elektrostatisches Bild zu
schaffen, dessen Größe für eine elektrostatographische Wiedergabe ausreicht. Auch ist es wichtig, daß die
negative Ladung an der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers 11 in den schwarzen Bildbereichen ausreicht, um
ein Tonerbild zu schaffen. Mit anderen Worten: Die negative Ladung muß bezüglich der positiven Ladung
ausreichend groß sein, um das Potential in den schwarzen Flächenbereichen von positiv in negativ
umzukehren und ein für ein elektrostatographisches Verfahren ausreichend großes, negatives Potential zu
schaffen. In F i g. 2 ist das Oberflächenpotential V des Aufzeichnungsträgers 11 während der verschiedenen
Verfahrensschritte dargestellt.
In Fig.3 ist dargestellt, wie die Kapazitäten der Schichten 11b und lic und die Größenwerte der
positiven und negativen Ladungen zur Durchführung des Verfahrens optimal gewählt werden können. Die
positive Ladung an der Grenzschicht zwischen den Schichten 116 und lic ist mit Q\ bezeichnet. Die
negative Ladung an der Oberfläche der Schicht Uc isi
mit Q2 bezeichnet, und die Kapazitäten der Schichten 11b und lic pro Flächeneinheit sind mit Cl und Cl
bezeichnet.
Bei einem Querschnitt durch den Aufzeichnungsträger 11 im Flächenbereich AS ist die Ladung an der
Grenzschicht zwischen den Schichten 11b und lic + Q XAS, und die Ladung an der Oberfläche der Schicht
lic ist -Q2AS. Da das Substrat lla geerdet ist, wird
eine Ladung -(Ql-Q2) -AS an der Grenzschicht zwischen dem Substrat lla und der Schicht 11b
induziert. Die Kapazitäten Ci und C2 können als in Reihe geschaltet betrachtet werden. Die Kapazitäten
Cl speichern eine Ladung pro Flächeneinheit von (QI-Q2). Die Kapazität C2 speichert eine Ladung
pro Flächeneinheit von — Q 2.
Das Oberflächenpotential VB in den schwarzen Bildbereichen ist gegeben durch
(D
Das Oberflächenpotential VR in den roten Bildbereichen ist gegeben durch:
und durch Einsetzen in die Gleichungen (1) und (2) ergibt sich:
VB =
QL
c\
QL
c\
(3)
(4)
VR
Ql-Ql
CX
Durch Festlegen eines Parameters Die Gleichung (4) ist als Kurve 21 in Fig. 3
dargestellt. Die Gleichung (3) ist als Kurve 22 dargestellt, wobei C2 = jCl ist. Die Steigung der
π Kurve 22 hängt von den jeweiligen Werten von Cl und
C2 ab. Wenn die Minimaiwerte von VR und Vg, welche
ausreichen, um elektrostatische Bilder für ein elektrostatographisches Verfahren zu schaffen, mit VRM und
VBM bezeichnet sind, weist die Konstante K einen
:ii brauchbaren Bereich KS auf, in welchem VR und VB
beide höher sind als VRMbzw. VBM. In diesem Beispiel
ist der Minimalwert KMIN von K 0,35, und ein Maximalwert KMAX von K ist 0,59. Für VR= VB ist
K=0,39. .
Ferner ist es möglich, die Schicht 11 b panchromatisch
zu machen oder neben mindestens einem weiteren Farbbestandteil von weißem Licht, für den die Schicht
Hc empfindlich ist, zumindest für rotes Licht empfindlich zu machen. In diesem Fall kann eine Filterschicht,
H) welche rotes Licht reflektiert oder absorbiert, zwischen
den Schichten lib und lic vorgesehen sein, so daß verhindert wird, daß auf die Oberfläche der Schicht Wc
auf treffendes rotes Licht die Schicht lib erreicht. Dieselbe Wirkung kann erreicht werden, wenn die
j-. Filterschicht weggelassen wird, aber zusätzlich ein
Material auf die Schicht lic aufgebracht wird, das rotes
Licht absorbiert. Ein entsprechendes Material ist ein Cyanpigment.
Praktische Beispiele für dieses elektrostatographi-
4(i sehe Zweifarbenverfahren werden nachstehend angeführt.
Beispiel 1
Eine erste photoleitende Schicht wurde auf einem
j 5 Aiuminimnsubstrat ausgebildet, indem Selen mit einer
Reinheit von 99,99% in einer Dicke von 10 u.m bei 45°C
aufgedampft wurde. Dann wurde eine zweite photoleitende Schicht auf der Selenschicht ausgebildet, indem
eine organische, photoleitende Verbindung aus einer
1 :1-Mischung aus PoIy-N-Vinylcarbazol und 2,4,7-Tri-
nitro-9-Fluorenon (ein Molekül des Trinitrofluorenon
pro einem Monomeren von Poly-N-Vinylcarbazol) in
einer Dicke von 20 μΐη aufgebracht wurde.
Der sich ergebende Aufzeichnungsträger wurde
zuerst durch eine 5,5 kV Korona-Entladung auf ein Oberflächenpotential von +600 V geladen, während er
gleichförmig mit rotem Licht bestrahlt wurde, das von einem Rotfilter für die Wellenlänge über 640 Millimikron
(10-9 m) durchgelassen wurde. Hierauf wurde er
mit einer - 5,7-kV-KoronaentIadung im Dunklen auf ein
Oberflächenpotential von —900 V geladen. Danach wurde eine Vorlage mit rotem und schwarzem Druck
auf weißem Untergrund bildmäßig auf den Aufzeichnungsträger projiziert Sein Oberflächenpotential be-
trug in einem dem Untergrund entsprechenden Flächenbereich —40 V, in einem dem schwarzen Bud
entsprechenden Flächenbereich —870 V und in einem dem roten Bfld entsprechenden Flächenbereich
+ 25OV. Die den schwarzen und roten Flächen entsprechenden, elektrostatischen Bildbereiche wurden
mit einem positiv geladenen schwarzen Toner bzw. einem negativ geladenen roten Versuchstoner mit
Entwicklungseinrichtungen mit magnetischen Bürsten ί entwickelt. Die auf diese Weise geschaffenen Tonerbilder
wurden auf ein gewöhnliches Kopierblatt übertragen, wodurch eine scharf begrenzte Zweifarbenkopie
entstand. Die Auflösung des schwarzen Bildbereichs lag bei 5 bis 7 (Linien)/mm. ι ο
. Beispiel 2
Ein mit Rose-Bengale sensibilisiertes Zinkoxid-Harz wurde in einer Dicke von 10 um auf ein Aluminiumsubstrat
aufgebracht, um dadurch eine erste photoleitende Schicht zu bilden, auf die eine 20 μίτι dicke, organische
photoleitende Schicht aufgebracht wurde, die der zweiten photoleitenden Schicht im Beispiel 1 entspricht.
Danach wurden die Verfahrensschritte des Beispiels 1 wiederholt, indem zuerst negativ und dann positiv
geladen wurde. Dadurch ergab sich ein scharf begrenztes Zweifarbenbild mit hohem Auflösungsvermögen.
Beispiel 3
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Mit Dinitrofluorenon sensibilisiertes Bromopyren wurde auf ein Aluminiumsubstrat aufgebracht, um eine
erste 7-8μηι dicke photoleitende Schicht zu bilden.
Danach wurde eine zweite photoleitende Schicht erzeugt, indem mit Trinitrofluorenon sensibilisiertes
Bromopyren auf die erste Schicht aufgebracht wurde. Derselbe Versuch wie beim Beispiel 1 wurde bei diesem
Aufzeichnungsträger durchgeführt, um ein Zweifarbenbild mit äquivalenter Schärfe und entsprechendem
Auflösungsvermögen zu erhalten. Der Aufzeichnungs- 3> träger zeigte keine Zunahme des Restpotentials, selbst
wenn er wiederholten Kopierdurchläufen ausgesetzt wurde.
Be i spiel 4
Es wurde ein Aufzeichnungsträger aus einem Aluminiumsubstrat und einer zweiten 20 μΐη dicken,
photoleitenden Schicht aus Cu-Phthalocyanin hergestellt,
die auf einer ersten 10 μίτι dicken, photoleitenden
Schicht aus einem organischen, photoleitenden Material ausgebildet war. Dieser Aufzeichnungsträger wurde bei
demselben Versuch wie in Beispiel 1 verwendet; es wurden im wesentlichen dieselben Ergebnisse erhalten.
Obwohl die organische, photoleitende Schicht eine panchromatische Farbempfindlichkeit hatte, war sie
elektrisch nicht leitend, wenn sie mit rotem Licht beleuchtet wurde, da das die zweite Schicht bildende
Cu-Phthalocyanin das rote Licht absorbierte.
Beispiel 5
Das Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch die organische, photoleitende Schicht, welche die zweite
Schicht bildet, durch eine 30 μΐη dicke Schicht aus
Zinkoxidharz ersetzt wurde, das mit Rose-Bengale und Methylenblau sensibilisiert worden war (Gewichtsverhältnis
Zinkoxid zu Harz = 5 :1). Da die zweite Schicht nicht mit positiver Polarität geladen werden konnte,
wurde die Primärladung im Dunklen durchgeführt; das Ergebnis war im wesentlichen dasselbe wie bei dem
Beispiel 1.
Bei Verwendung der in den Beispielen 1 bis 4 erläuterten Aufzeichnungsträger konnten Schwarz/
Weiß-Bilder mit hohem Auflösungsvermögen geschaffen werden, wobei die erste Aufladung weggelassen
wurde, indem die sich ergebenden, monopolaren elektrostatischen Bilder einer Schwarz/Weiß-Vorlage
mit schwarzem Toner entwickelt wurden.
Hicr/u 2 Blatt Zeichnungen