DE3923201A1 - Elektrofotografischer fotorezeptor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Fotorezeptor für elektrofoto­ grafische Anwendungen, der eine lichtempfindliche Schicht aus einem amorphen Selenmaterial enthält und in Verbindung mit einem Umkehrentwicklungssystem benutzt wird.

Ein Fotorezeptor für elektrofotografische Anwendungen setzt sich aus einem elektrisch leitenden Substrat, beispielswei­ se einer Aluminiumlegierung, und einer lichtempfindlichen Schicht aus einem fotoleitenden Material auf diesem elek­ trisch leitenden Substrat zusammen. Wenn solch ein Fotore­ zeptor bei einem Drucker eingesetzt wird, wird in der Regel von einem Umkehrentwicklungssystem Gebrauch gemacht, bei dem eine positive Koronaentladung zum Aufladen und eine ne­ gative Koronaentladung zum Übertragen eingesetzt werden. Bei diesem System wird die lichtempfindliche Schicht mit­ tels der Koronaentladung in Dunkelheit zunächst positiv aufgeladen. Mit Hilfe eines auf die Oberfläche der licht­ empfindlichen Schicht projizierten Laserstrahls erfolgt dann eine bildmäßige Belichtung, bei der das Potential der belichteten Teile auf ein Hellpotential abnimmt, wärend die dem Laserstrahl nicht ausgesetzten Teile ihre positive La­ dung und damit ein Dunkelpotential behalten, so daß ein elektrostatisches latentes Bild erzeugt wird. Im Entwick­ lungsabschnitt wird danach positiv geladener Toner an die das niedrige Hellpotential aufweisenden Teile angeheftet und mit Hilfe einer negativen Koronaentladung an der Rück­ seite des Papiers auf dieses übertragen, um dann auf dem Papier thermisch und chemisch fixiert zu werden. Der auf Papier thermisch und chemisch fixiert zu werden. Der auf der Oberfläche der lichtempfindlichen Schicht zurückblei­ bende Toner, der nicht auf das Papier übertragen wurde, wird mit Hilfe einer Pelzbürste und einer Klinge in einem Reinigungsprozess beseitigt, und die restlichen Ladungen werden mit Hilfe von Licht oder mit Wechselstrom entfernt. Der Fotorezeptor ist dann für den nächsten Zyklus bereit.

An der Perforation von Endlospapier oder zwischen einzelnen Papierblättern ist der Fotorezeptor direkt der negativen Koronaentladung bei der Übertragung ausgesetzt, die eine negative Ladung hervorruft. Wenn diese negative Ladung groß ist, wird es schwierig, im nächsten Zyklus das Potential für eine positive Aufladung aufzubringen, so daß das Hell­ potential und das Dunkelpotential geringer werden. Dies führt zu unterschiedlichen Druckdichten in Bereichen, wo der Fotorezeptor mit Papier bedeckt ist einerseits und Be­ reichen zwischen Papierblättern andererseits. Daraus ergibt sich ein nachteiliger Einfluß auf die Druckqualität.

Die zwischen den Papierblättern durch die negative Korona­ entladung wärend der Übertragung verursachte negative Auf­ ladung kann bei einer lichtempfindlichen Schicht aus einem amorphen Selenmaterial schlecht abgeschwächt werden, da in dieser die Beweglichkeit der Elektronen gering ist. Man denkt deshalb daran, die negative Aufladung durch eine In­ jektion von Löchern vom Substrat her abzuschwächen, die sich unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes zur Ober­ fläche bewegen und die negativen Ladungen an der Oberfläche aufheben.

Die Hauptursachen der Verschlechterung der negativen Aufla­ dungscharakteristik bei einem Fotorezeptor mit einer einzi­ gen lichtempfindlichen Schicht oder einem Fotorezeptor des sogenannten Funktionstrennungstyps, der eine Ladungstrans­ portschicht und eine Ladungserzeugungsschicht aufweist, sind:
(1) Die Beeinträchtigung der Löcherinjektion aufgrund der Anwesenheit hauptsächlich eines isolierenden Oxidfilms an der Grenzschicht zwischen dem Substrat und der lichtemp­ findlichen Schicht bzw. der Ladungstransportschicht, und (2) die geringe Löcherbeweglichkeit in der Ladungstrans­ portschicht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Löcherbeweglichkeit in der Ladungstransportschicht zu verbessern, um so das obige Problem (2) zu lösen, und einen Fotorezeptor zu schaffen, der im Hinblick auf die negative Aufladung gute Eigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindunggemäß durch einen Fotorezeptor gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Bei diesem Fotorezeptor ist es möglich, die negative Ladung rasch abzuschwächen, so daß der Fotorezeptor zu einer guten Druckqualität ohne die eingangs erwähnten Dichteunter­ schiede führt. Dies wird dadurch erreicht, daß man einer Ladungstransportschicht aus einer Selenlegierung WO₂, WO₃, MnO₄, H₃PO₃, H₂SO₃ oder HASO₂ molekular eindotiert, die eine die Löcherbeweglichkeit steigernde Wirkung haben, daß man Sn, Co, Pb, Fe, Cu, Hg oder Ce, die ebenfalls eine die Löcherbeweglichkeit steigernde Wirkung haben, der Ladungs­ transportschicht zusetzt, oder ihr ein Halogenelement zu­ setzt, das auch die Löcherbeweglichkeit verstärkt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an­ hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1(a) und (b) schematisch Schnittansichten von Ausfüh­ rungsformen eines Fotorezeptors gemäß der Erfin­ dung,

Fig. 2 den Zusammenhang zwischen der negativen Ladung und der Konzentration von WO₂ bei einer ersten Ausfüh­ rungsform,

Fig. 3 den Zusammenhang zwischen der negativen Ladung und der Konzentration von WO₂ bei einer zweiten Ausfüh­ rungsform der Erfindung, und

Fig. 4 bis 7 den Zusammenhang zwischen der negativen Ladung und der Konzentration von Sn bzw. I von weiteren Ausführungsformen der Erfindung.

Die Fig. 1(a) und 1(b) zeigen schematisch Schnittansichten des Aufbaus von Ausführungsformen eines Fotorezeptors des Funktionstrennungstyps gemäß der Erfindung. In Fig. 1(a) ist auf einem leitenden Substrat 1 eine Ladungstransport­ schicht 2 ausgebildet. Auf diese ist eine Ladungserzeu­ gungsschicht 3 laminiert, die der Erzeugung von Elektron- Lochpaaren aufgrund von Lichtbestrahlung dient. Die Ober­ fläche der Ladungserzeugungsschicht 3 ist mit einem Schutz­ überzug 4 versehen, dessen Aufgabe es ist, die Widerstands­ fähigkeit gegenüber äußeren Einflüssen zu erhöhen und die Haltbarkeit für das Drucken zu verbessern. In Fig. 1(b) ist ein Schutzüberzug 4 nicht vorgesehen.

Als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde ein Alumi­ niumzylinder mit einem Durchmesser von 242 mm und einer Länge von 460 mm als Substrat in eine Hochvakuum-Abschei­ dungsvorrichtung gebracht. Ein Verdampfungsmaterial wurde durch Zusatz von WO₂ in verschiedenen Mischungsverhältnis­ sen zu einer Se-As Legierung als Grundmaterial mit 1 Atom-% As und dem Rest Se vorher hergestellt. Dieses Verdampfungs­ material wurde in eine Verdampfungsquelle gebracht und durch Widerstandsheizung oder mittels eines Elektronen­ strahls verdampft, so daß die Ladungstransportschicht 2 in einer Dicke von 60 µm auf dem Substrat ausgebildet wurde. Danach wurden die Ladungserzeugungsschicht 3 aus einer Se- Te-Legierung mit 30 Atom-% Te und der Schutzüberzug 4 aus As₂Se₃ mit einer Dicke von 0,5 µm bzw. 1 µm durch Schnell­ verdampfung, Coverdampfung oder Verdampfung unter Verwen­ dung einer widerstandsbeheizten Vedampfungsquelle auflami­ niert. Fig. 2 zeigt die Ergebnisse der Abhängigkeit der ne­ gativen Ladung des Fotorezeptors mit dem Aufbau von Fig. 1(a) über der Konzentration des in der Ladungstransport­ schicht 2 enthaltenen WO₂. Es wurde eine negative Korona­ entladung unter folgenden Bedingungen ausgeführt: Im Fall, daß lediglich das Substrat vorgesehen wurde, floß ein Strom von 300 µA , und die negative Ladung wurde gemessen, wenn der sich mit 60 Upm drehende Fotorezeptor in eine Stellung mit einem Winkel von 70° gegenüber der Koronaquelle befand. Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit der negativen Ladung des Fo­ torezeptors mit dem Aufbau von Fig. 1(b) über der Konzen­ tration des in der Ladungstransportschicht 2 enthaltenen WO₂, wobei in gleicher Weise wie im Fall von Fig. 2 gemessen wurde. Für die Messungen wurde ein Fotorezeptor mit dem Aufbau nach Fig. 1(b) hergestellt, wobei die Ladungstrans­ portschicht in gleicher Weise wie für den Fotorezeptor nach Fig. 1(a) aufgebracht und die Ladungserzeugungsschicht in einer Dicke von 2 µm auf der Ladungstransportschicht aus As₂Se₃ ausgebildet wurde.

Wie aus den Fig. 2 und 3 deutlich hervorgeht, wird die ne­ gative Ladung rasch geringer, wenn die Konzentration von WO₂ 10 Gew.-ppm übersteigt. Bei einigen tausend Gew.-ppm zeigt der Wert der negativen Ladung eine Tendenz zur Sätti­ gung, die bei 1 Gew.-% im wesentlichen eingetreten ist. Die gleichen Ergebnisse ergaben sich, wenn der As Anteil am Grundmaterial der Ladungstransportschicht, das heißt der Se-As Legierung, im Bereich von 0,01 bis 5 Atom-% variiert wurde. Die gleichen Ergebnisse ergaben sich außerdem, wenn irgendeines der Materialien WO₃, MnO₄, H₃PO₃, H₂SO₃ und HASO₂ molekular anstelle von WO₂ im Bereich von 10 Gew.-ppm bis 5 Gew.-% dotiert wurden.

Weiterhin ergaben sich die gleichen Ergebnisse, wenn 10 Gew.-ppm bis 5 Gew.-% irgendeines der Materialien WO₂, WO₃, MnO₄, H₃PO₃, H₂SO₃ und HASO₂ molekular zu einem Material, das erhalten wurde durch Zusatz von 10 bis 2500 Gew.-ppm eines Halogens, vorzugsweise Cl oder I, zu einer Se-As Le­ gierung mit 0,01 bis 5 Atom-% As, einer Se-As Legierung mit 15 bis 45 Atom-% As, einem Material, das erhalten wurde durch Zusatz von 10 bis 2500 Gew.-ppm eines Halogens zu ei­ ner Se-As Legierung mit 15 bis 45 Atom-% As, reinem Se, ei­ ner Se-Te Legierung mit nicht mehr als 10 Atom-% Te, oder einem Material, das erhalten wurde durch Zusatz von 10 bis 2500 Gew.-ppm eines Halogens zu einer Se-Te Legierung mit nicht mehr als 10 Atom-% Te, als dem Ladungsträgertrans­ portschichtbasismaterial, dotiert wurde.

Die Fig. 4 und 5 zeigen die Abhängigkeit der negativen La­ dung über der Sn Konzentration in der Ladungstransport­ schicht von Fotorezeptoren mit einer Ladungstransport­ schicht von 60 µm Dicke, die durch Abscheiden eines Mate­ rials geschaffen wurde, das man durch Dotieren von Sn zu As₂Se₃ in verschiedenen Mischungsverhältnissen erhielt. Der Fotorezeptor im Fall von Fig. 4 hat den Aufbau gemäß 1(a), wobei eine Se-Te Legierung mit 30 Atom-% Te als Ladungser­ zeugungsschicht in einer Dicke von 0,5 µm und As₂Se₃ Schutzüberzug in einer Dicke von 1 µm abgeschieden wurden. Der Fotorezeptor im Fall von Fig. 5 hatte den Aufbau von Fig. 1(b) mit einer Ladungserzeugungsschicht aus As₂Se₃ mit einer Dicke von 2 µm auf der Ladungstransportschicht. Wie aus den Fig. 4 und 5 deutlich hervorgeht, beginnt die nega­ tive Ladung rasch kleiner zu werden, wenn die Konzentration des zugesetzten Sn 10 Atim-ppm übersteigt. Bei einigen tau­ send Atom-ppm zeigt die negative Ladung einen Wert zur Sät­ tigung und ist bei 1 Atom-% im wesentlichen gesättigt.

Die gleichen Ergebnisse wurden erhalten, wenn anstelle des As₂Se₃ Grundmaterials der Ladungstransportschicht ein Mate­ rial verwendet wurde, das durch Variation der As Konzentra­ tion im Bereich von 15 bis 45 Atom-% erhalten wurde. Die gleichen Ergebnisse wurden auch erzielt, wenn Pb, Fe, Cu, Hg oder Ce anstelle von Sn im Bereich von 10 Atom-ppm bis 5 Atom-% zudotiert wurde.

Schließlich wurden die gleichen Ergebnisse auch dann er­ zielt, wenn 10 Atom-ppm bis 5 Atom-% irgendeines der Ele­ mente Sn, Pb, Fe, Cu, Hg und Ce einem Material, das erhal­ ten wurde durch Zusatz von 10 bis 2500 Gew.-ppm eines Halo­ gens, vorzugsweise Cl oder I, zu einer Se-As Legierung, die 15 bis 45 Atom-% As enthielt, einer Se-As Legierung, die 0,01 bis 5 Atom-% As enthielt, einem Material, das erhalten wurde durch Zusatz von 10 bis 2500 Gew.-ppm eines Halogens zu einer Se-As Legierung, die 0,01 bis 5 Atom-% As ent­ hielt, reinem Se, einer Se-Te Legierung mit nicht mehr als 10 Atom-% Te, oder einem Material, erhalten durch Zusatz von 10 bis 2500 Gew.-ppm eines Halogens zu einer Se-Te Le­ gierung, die nicht mehr als 10 Atom-% Te enthielt, als Grundmaterial der Ladungstransportschicht zudotiert wurden.

Die Fig. 6 und 7 zeigen die Abhängigkeit der negativen La­ dung von der Jodkonzentration in der Ladungstransport­ schicht eines Fotorezeptors, die eine Dicke von 60 µm besaß und durch Abscheiden eines Materials erhalten wurde, bei dem einer Se-Te Legierung mit 5 Atom-% Te Jod in verschie­ denen Mischungsverhältnissen zugesetzt wurde. Der Fotore­ zeptor im Fall von Fig. 6 besaß den Aufbau von Fig. 1(a) und eine Se-Te Legierung mit 30 Atom-% Te wurde in einer Dicke von 0,5 µm als eine Ladungserzeugungsschicht abge­ schieden, während ein As₂Se₃ Schutzüberzug in einer Dicke von 1 µm aufgebracht wurde. Der Fotorezeptor im Fall von Fig. 7 hatte den Aufbau von Fig. 1(b), wobei eine Ladungs­ erzeugungsschicht aus As₂Se₃ auf der Ladungstransport­ schicht in einer Dicke von 2 µm ausgebildet wurde.

Wie sich deutlich aus den Fig. 6 und 7 ergibt, beginnt die negative Ladung rasch niedriger zu werden, wenn die Konzen­ tration des zugesetzten Jods 10 Gew.-ppm übersteigt. Bei 1000 Gew.-ppm zeigt die negative Ladung eine Neigung zur Sättigung, die bei 2000 Gew.-ppm im wesentlichen eingetre­ ten ist. Die gleichen Ergebnisse wurden erzielt, wenn rei­ nes Se oder eine Se-Te Legierung mit nicht mehr als 10 Atom-% Te als Grundmaterial für die Ladungstransportschicht anstelle einer Se-Te Legierung mit 5 Atom-% Te eingesetzt wurde. Die gleichen Ergebnisse wurden auch erzielt, wenn Cl anstelle von Jod verwendet wurde. Wenn andere Halogenele­ mente der Se-Te Legierung im Bereich von 10 bis 2500 Gew.- ppm zugesetzt wurden, wurde auch die Wirkung einer Redu­ zierung der negativen Ladung erzielt.

Schließlich wurden die gleichen Ergebnisse auch erreicht, wenn 10 bis 2500 Gew.-ppm eines Halogens vorzugsweise Cl oder I, einer Se-As Legierung mit 0,01 bis 5 Atom-% As oder einer Se-As Legierung mit 15 bis 45 Atom-% As oder einer Se-As Legierung mit 0,01 bis 5 Atom-% As als Ladungstrans­ portschichtgrundmaterial zugesetzt wurden.

Erfindungsgemäß ist es möglich, die Bewegung der vom Sub­ strat injizierten Löcher zur Oberfläche der lichtempfindli­ chen Schicht dadurch zu beschleunigen, daß Dotierstoffe zu­ gesetzt werden, die die Löcherbeweglichkeit in der Ladungs­ transportschicht, die aus einer Se-Legierung besteht, ver­ stärkt. Dadurch wird die negative Ladung im selben Prozeß rasch auf 20% oder weniger abgeschwächt. Auf diese Weise wird ein elektrofotografischer Fotorezeptor geschaffen, der in der Lage ist, ein Bild mit einer guten Konzentrations­ gleichförmigkeit und geringen Dichteunterschieden zwischen verschiedenen Blättern zu erzeugen.

Claims (3)

1. Elektrofotografischer Fotorezeptor, umfassend eine Ladungstransportschicht (2) aus einem Material, dem 10 Gew.-ppm bis 5 Gew.-% einer Verbindung zugesetzt sind, aus­ gewählt aus der Gruppe enthaltend Wolframdioxid (WO₂), Wolframtrioxid (WO₃) Mangantetraoxid (MnO₄), Phosphorsäure (H₃PO₃), schweflige Säure (H₂SO₃) und Arsenigsäureanhydrid (HASO₂).

2. Elektrofotografischer Fotorezeptor umfassend eine Ladungstransportschicht (2) aus einem Material, dem 10 Atom-ppm bis 5 Atom-% eines Elements zugesetzt sind, ausge­ wählt aus der Gruppe enthaltend Zinn, Kobalt, Blei, Eisen, Kupfer, Quecksilber, Silber und Cer.

3. Elektrofotografischer Fotorezeptor umfassend eine Ladungstransportschicht (2) aus einem Material, dem 10 bis 2500 Gew.-% eines Halogenelements zugesetzt sind.