DE3032903C2

DE3032903C2 - Elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial und dessen Verwendung

Info

Publication number: DE3032903C2
Application number: DE3032903A
Authority: DE
Inventors: Robert G. Northfield Ill. Blanchette; Denis J. Chicago Ill. Curtin
Original assignee: AB Dick Co
Current assignee: AB Dick Co
Priority date: 1979-09-04
Filing date: 1980-09-01
Publication date: 1983-03-24
Also published as: GB2059615A; US4292385A; DE3032903A1; GB2059615B; JPS5639550A

Description

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Die Erfindung betrifft ein eiektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial gemäß Oberbegriff des An-Spruchs 1 sowie dessen Verwendung.

Bei bekannten elektrophotographischen Aufzeichnungsverfahren wird die photoleitfähige Schicht vor der bildgemäßen Belichtung zuerst oberflächlich gleichmäßig elektrostatisch aufgeladen. Dann wird das elektro- π photographische Aufzeichnungsmaterial bildgemäß mit einer aktivierenden elektromagnetischen Strahlung — wie Licht — belichtet, wodurch selektiv in den belichteten Bereichen die Ladung abgeleitet wird, während in den nicht-belichteten Bereichen ein latentes elektrostatisches Bild zurückbleibt. Dieses latente elektrostatische Bild wird dann zu einem sichtbaren Bild entwickelt, indem auf die Oberfläche der photoleitfähigen Schicht feines (elektroskopisches) Entwicklungspulver aufgetragen wird.

Glasiges Selen (US-PS 28 70 906) ist das weitest verbreitete photoleitfähige Material für wiederverwendbare Aufzeichnungsmaterialien bei der üblichen Elektrophotographie. Glasiges Selen ist in der Lage, eine elektrostatische Ladung während relativ langer Zeit zu halten, wenn es nicht Licht ausgesetzt wird. Gegenüber den meisten anderen photoleitfähigen Materialien ist es relativ lichtempfindlich. In der Praxis wird glasiges Selen üblicherweise bei der elektrostatischen Aufladung mit einer positiven Oberflächenladung versehen. Diese positive Ladung nutzt die bessere Löcherleitung innerhalb der Selenschicht während der Belichtung, wobei Selen hinsichtlich der Entladung für Löcher sehr viel wirksamer ist als für Elektronen.

Die in der Elektrophoiographie angewandte photoleitfähige Schicht erfüllt zwei Funktionen, nämlich die Erzeugung der Ladung und den Transport der Ladung. In den meisten üblicherweise angewandten Verfahren werden diese Funktionen durch eine einzige Schicht, z. B. aus glasigem Selen, erfüllt.

Im allgemeinen müssen elektrophotographische Aufzeichnungsmaterialien sowohl hohen Dunkelwiderstand zur Aufrechterhaltung der Ladung als auch hohe Photoleitfähigkeit für das Ableiten der Ladung in Folge bildgemäßer Belichtung besitzen. Die Photoleitfähigkeit kommt durch Lichtaufnahme, welche in dem Photoleiter Ladungsträger erzeugt, zustande. Diese Ladungsträger wandern in der Dunkelheit unier dem Einfluß eines hohen Feldes quer über den Photoleiter und können Elektronen oder Löcher sein, abhängig von dem Material, das die photoleitfähige Schicht bildet. Selten zeigt ein Aufzeichnungsmaterial gleiche oder nahezu gleiche Photoleitung aufgrund beider Arten von Ladungsträgern. Die Folge davon ist, daß die ladungserzeugende Schicht bei negativer und positiver Aufladung nicht gleich gut funktioniert.

Dies ist in F i g. 1 angedeutet. Sie zeigt das Phänomen, welches bei einem Aufzeichnungsmaterial mit einer dünnen Schicht von glasigem Selen auf einem elektrisch leitenden Schichtträger eintritt. Selen ist ein Material, welches für positive Ladungen oder Löcher hohe Mobilität besitzt. Bei der normalen Vorgangsweise wird an der Oberfläche der photoleitfähigen Selen-Schicht mit Hilfe einer Korona-Entladung eine positive Ladung aufgebaut. Wie aus F i g. 1 entnommen werden kann, gelangen bei der Belichtung Photonen aus der Wolfram-Lichtquelle auf die Schicht und rufen in den belichteten Bereichen unmittelbar unterhalb der oberen Fläche des Selens Löcher und Elektronenpaare hervor. Die durch die Photonen erzeugten Elektronen entladen die positive Ladung an der Oberfläche, während andererseits die Löcher schnell durch die Selen Schicht zu dem geerdeten elektrisch leitenden Schichtträger wandern. Es bildet sich somit eine beträchtliche Oberflächenspannungs-Differenz zwischen den belichteten Bereichen und den nicht-belichteten Bereichen der Selen-Schicht des Aufzeichnungsmaterials aus, d. h. es wird ein latentes elektrostatisches Bild, welches sich zu einem sichtbaren Bild entwickeln läßt, aufgebaut.

Befinden sich hingegen auf der Oberfläche der photoleitfähigen Selen-Schicht negative Ladungen, wie dies in F i g. 2 angedeutet ist, führen die Photonen aus der Lichtquelle zu Löchern in den belichteten Bereichen, welche die negativen Oberflächenladungen der Selen-Schicht neutralisieren. Das begleitende Elektron wandert nicht durch das Selen, sondern bleibt unmittelbar unter der Oberfläche lokalisiert und stellt ein Potential nahezu ideal zu dem obiger Oberflächenladungen, die neutralisiert sind, dar. Auf diese Weise ist der Spannungsunterschied zwischen den belichteten Bereichen und den nichtbelichteten Bereichen ungenügend, um ein latentes elektrostatisches Bild aufzubauen, welches sich zu einem klaren, sichtbaren Bild entwickeln läßt.

Es wurden bereits verschiedene Versuche zur Herstellung eines elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials unternommen, welches sich negativ aufladen und durch Belichtung entladen läßt. Aus der DE-AS 25 13 933 ( = US-PS 40 26 703) ist ein zweischichtiges Aufzeichnungsmaterial bekannt, wobei glasiges Selen als photoempfindliche und ladungserzeugende Schicht mit einer Schicht aus einem polymeren Carbazolderivat vereinigt ist (F i g. 3).

Bei normaler Anwendung, wie in F i g. 3 dargestellt, trägt ein anderes bekanntes Aufzeichnungsmaterial auf der gesamten Oberfläche eine negative Ladung. Eine zunächst einer Lichtquelle gelegene Polyvinylcarbazol-Schicht ist transparent für weißes Licht (Wolframlampe), so daß das Licht eine darunterliegende Selen-Schicht erreichen kann. Die Selen-Schicht wirkt als

Ladungserzeuger, so daß die das Selen treffenden Photonen Löcher und Elektronenpaare erzeugen. Die Grenzfläche zwischen Selen und Polyvinylcarbazol ist so ausgebildet daß das Loch und die Elektronenpaare quer über diese Zwischenfläche injizier» werden können. Die Löcher wandern durch die Polyvinylcarbazol-Schicht, um die negativen Ladungen in den entsprechenden Bildbereichen an der Oberfläche zu neutralisieren. Der leitende Schichtträger befindet sich auf einem positiven Potential, das die Elektronen unter Entladung anzieht; dies führt zu einer beträchtlichen Spannungsdifferenz zwischen belichteten und nichtbelichteten Bereichen und damit zu einem latenten elektrostatischen Bild, welches sich zu einem gut sichtbaren Bild entwickeln läßt.

Wird hingegen — 'vie in F i g. 4 angedeutet — dieses bekannte doppelschichtige Aufzeichnungsmaterial positiv aufgeladen, wandern die Elektronenpaare nicht durch die Polyvinylcarbazol-Schicht, da diese Löcher und nicht Elektronen transportiert. Demzufolge werden die Ladungen nicht neutralisiert und es entsteht eine zu geringe, wenn überhaupt. Spannungsdifferenz an der Oberfläche für den Aufbau eines latenten elektrostatischen Bildes, welches sich zu einem gut sichtbaren Bild entwickeln ließe. ->5

Nach der DE-AS 2444620 ( = US-PS 3861913) besteht der Photoleiter aus einer photoleitfähigen Selen/Tellur-Schicht auf einem elektrisch leitenden Schichtträger, einer zweiten Selen/Tellur/(Arsen)-Schicht jedoch mit höherer Selenkonzentration, worauf jo sich eine Deckschicht aus einem oder enthaltend ein Polyvinylcarbazol befindet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, a) positiv aufgeladen zu werden für die Anwendung in einem üblichen Kopierverfahren und b) negativ aufgeladen zu werden, wenn das Bild mit Hilfe eines Laserstrahls eingeschrieben werden soll. Diese Aufgabe wird von einem Aufzeichnungsmaterial gelöst, wie es in Anspruch 1 charakterisiert ist.

Das erfindungsgemäße Aufzeichnungsmaterial läßt sich somit nicht nur für eine übliche positiv/positiv-Vervielfältigung unter normaler Belichtung mehrfach anwenden, sondern auch für eine negativ/positiv-Vervielfältigung durch Einschreiben des Bildes bzw. der Informationen mit einem Laserstrahl.

Die Erfindung wird anhand der Figuren weiter erläutert.

F i g. 1 zeigt schematisch das Ladungsphänomen bei positiver Aufladung bei einem einschichtigen Aufzeichnungsmaterial nach dem Stand der Technik und

Fig.2 das Ladungsphänomen bei negativer Aufladung des gleichen Aufzeichnungsmaterials;

F i g. 3 zeigt das Ladungsphänomen bei einem negativ aufgeladenen zweischichtigen Aufzeichnungsmaterial nach DE-AS 25 13 933( = US-PS 40 26 703) und

Fig.4 die Verhältnisse bei dessen positiver Aufladung;

F i g. 5 zeigt das Ladungsphänomen bei einem negativ geladenen Aufzeichnungsmaterial nach der Erfindung und

F i g. 6 bei positiver Aufladung eines erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterials;

Fig. 7 und 8 zeigen in Diagrammen die Spannungskurven des Aufzeichnungsmaterials bei Belichtung mit b5 weißem Licht nach negativer bzw. mit rotem Laser-Licht bei positiver Aufladung durch Korona-Entladung. Der elektrisch leitende Schichtträger 30 entspricht dem üblichen leitenden Material für eiektrophotographische Aufzeichnungsmaterialien und besteht z. B. aus Aluminium oder einer leitenden Schicht aus Aluminium auf einem entsprechenden Schichtträger.

Die photoleitende Schicht 32 ist eine dünne Schicht aus glasigem Selen, das in der Lage isi, durch Lichteinfall Ladungsträger — wie Löcher — zu erzeugen und zu injizieren.

Die Zwischenschicht 34 besteht aus einem Polyalkylencarbazol, wie Polyvinylcarbazol, ist im wesentlichen im sichtbaren Bereich nicht lichtempfindlich, jedoch in der Lage, durch Licht erzeugte Ladungsträger, wie Löcher, zu der oberen Fläche zu transportieren, wenn diese negativ geladen ist, während sie jedoch Elektronenpaare nicht transportiert.

Die zweite ladungserzeugende Schicht 36 besteht aus einem Polyalkylencarbazol und einem sensibilisierenden Farbstoff; sie läßt normales Licht durch, ist jedoch für (rotes) Laser-Licht undurchlässig oder absorptiv; die Farbstoffe haben eine enge Absorptionsbandbreite im Bereich der Laserstrahlung und gehören zu der Klasse der Triphenylmethan-Farbstoffe, wie Solvent Green i (C. I. 42000/1) und der Klasse der Anthrachinonfarbstoffe, wie Säure Blau 81 (C. 1.64515).

Der Wirkungsmechanismus des erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterials bei negativer Aufladung für Belichtung mit normalem Licht und bei positiver Aufladung zur Verwendung mit Laser-Licht kann den F i g. 5 bzw. 6 entnommen werden.

Nach F i g. 5 wird das erfir.dungsgemäß dreischichtige Aufzeichnungsmaterial in üblicher Weise mit normalem Licht angewandt und erhält über die gesamte Oberfläche eine negative Ladung. Die zweite ladungserzeugende Schicht 36 und die Zwischenschicht 34 gestatten den Lichtdurchgang bis zur photoleitfähigen Schicht 32 auf dem Schichtträger 30. Die Photonen erzeugen in dem Selen Löcher und Elektronen, wie dies bei üblichen Kopierverfahren der Fall ist. Die Löcher wandern durch die Zwischenschicht 34 und die Schicht 36 und neutralisieren die negativen Ladungen an deren Oberfläche. Die Elektronen befinden sich in der Nähe des leitenden Schichtträgers und werden von dessen positivem Potential angezogen und damit geerdet. Auf diese Weise baut sich eine Ladungsdifferenz an der Oberfläche zwischen den belichteten und nicht-belichleten Bereichen auf, oder mit anderen Worten, bildet sicii ein kräftiges latentes elektrostatisches Bild, welches sich zu einem sichtbaren Bild entwickeln läßt.

Wird nun das erfindungsgemäße dreischichtige Aufzeichnungsmaterial insgesamt positiv aufgeladen (F i g. 6), so erfolgt die bildgemäße Belichtung mit einem z. B. roten Laser, dem die Lichtempfindlichkeit der Schicht 36 angepaßt ist. So kann man beispielsweise rotes Laser-Licht dafür heranziehen, um Photonen zu erzeugen, die ihrerseits Löcher und Elektronenpaare in dem Material der Schicht 36 erzeugen. Nach der bildgemäßen Belichtung entladen oder neutralisieren die Elektronen die positiven Oberflächen-Ladungen, während die Löcher über die Grenzfläche in die Zwischenschicht 34 wandern, diese durchlaufen und in die photoleitfähige Selen-Schicht 32 gelangen und aus dieser über den Schichtträger geerdet werden. Das Ergebnis ist ein Spannungsunterschied an der Oberfläche zwischen den belichteten und nicht-belichteten Bereichen, der für ein elektrostatisches Bild ausreicht, welches sich zu einem sichtbaren Bild entwickeln läßt.

Die Erfindung wird an folgendem Beispiel weiter erläutert.

Beispiel
a) Herstellung der ladungserzeugendcn Schicht 32

Selen (99,999gew.-°/oig) wurde auf einem Aluminiumblech 30 als ladungserzeugende Schicht 32 in einer Stärke von etwa 51 μιτι aufgetragen. Die Auftragung von glasigem Selen im Vakuum erfolgte in üblicher Weise bei etwa 300⁰C und einem Druck von 0,13J μbar.

b) Herstellung der Zwischenschicht 34

10 cm³ einer 10gew.-^u/oigen Lösung von Polyvinylcarbazol in Tetrahydrofuran wurde auf die Selen-Schicht mit Hilfe eines mit einem Draht umwickelten Stabs aufgestrichen, und zwar mit einem Auflragsgewicht von 1,62 bis 12,96 g/m², vorzugsweise 4,86 bis 9.72 g/m². Ks wurde dann an der Luft zumindest 3 h bei etwa 50°C oder Raumtemperatur getrocknet

c) Herstellung der Schicht 36

Dazu wurden 10 cm³ obiger Polyvinylcarbazol-Lösung in Tetrahydrofuran und 12 cm³ einer 0,5gew.-%igen Lösung des Farbstoffs Solvent Blau 36 (C. I. 61551) in Tetrahydrofuran und 0,25 g oder etwa 10 Tropfen Dioctylphthalat verwendet. Diese Flüssigkeit wurde auf die Schicht 34 in dem gleichen Auftragsgewicht wie diese aufgetragen und dann über Nacht oder 3 h bei etwa 50° C getrocknet.

Die Fig. 7 und 8 /eigen nun das elektrooptisch^ Verhalten der so hergestellten Aufzeichnungsmaterialien. Zur Erstellung des Diagramms der F i g. 7 wurde das Aufzeichnungsmaterial durch eine Korona-Entladung bis auf eine Spannung von 950 V negativ aufgeladen. Eine geringfügige Entladung bis zur Belichtung mit weißem Licht trat ein. Bei der Belichtung kam es zu einem schnellen Spannungsahfall auf etwa 580 V.

F i g. 8 zeigt das elektrooptische Verhalten des gleichen Aufzeichnungsmaterials bei anfänglich positiver Aufladung auf 1100 V; diese Spannung sunk durch Dunkelentladung auf etwa 950 V ab, entsprechend dem Wert, bei dem nach Fig. 7 die Belichtung stattfand. In diesem Fall wurde jedoch mit Laser-Licht belichtet.

welches zu einer schnellen Entladung

belichteten

Bereiche auf eine Spannung von < 500 V führte.

Die erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterialien eignen sich somit für Kopierverfahren mit weißem Licht in üblicher Weise und für rotes Licht.

Anstelle von Aluminium kann man auch andere leitende Werkstoffe für den Schichtträger anwenden vorausgesetzt, daß darauf das glasige Selen ausreichend haftet, wie Kupfer, Zink, Eisen, aber auch leitende organische Schichten und entsprechend behandeltes Papier.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Eiektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial, das auf einem elektrisch leitenden Schichtträger (30) eine erste ladungserzeugende Schicht (32) aus glasigem Selen und eine Schicht (34) aus Polyalkylencarbazol enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (34) eine Zwischenschicht ist, die durchlässig ist für Licht einer ersten Bandbreite, auf der eine zweite ladungserzeugende Schicht (36) aus Polyalkylencarbazol und einem sensibilisierenden Farbstoff aufgebracht ist, die durchlässig ist für Licht der ersten Bandbreite, jedoch undurchlässig oder absorbierend für Licht einer zweiten Bandbreite. '5

2. Verwendung des Aufzeichnungsmaterials nach Anspruch 1 für die elektrophotographische Aufzeichnung mit üblichem Licht oder mit Laserstrahlen, wozu es bei üblicher Belichtung mit einer Korona-Entladung positiver Polarität und bei Belichtung mit Laserstrahlen mit einer Korona-Entladung negativer Polarität aufgeladen wird.