KR100521149B1 - 전자수송체를 갖는 하부코팅층을 구비하는 전자사진용감광체 - Google Patents

Abstract

전자사진용 감광체를 제공한다. 상기 전자사진용 감광체는 전도성 지지체, 상기 전도성 지지체 상에 위치하여 하기 화학식 1로 표시되는 전자수송체 및 결합체 수지를 갖는 하부코팅층(undercoating layer) 및 상기 하부코팅층 상에 위치하는 감광층을 포함한다.

[화학식 1]

상기 화학식에서, R1은 수소원자, 할로겐원자, 탄소수가 1~12인 알킬 그룹 및 탄소수가 1~12인 알콕시 그룹으로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, R2는 탄소수가 1~12인 치환기를 갖는 알킬렌 그룹, 탄소수가 1~12인 치환기를 갖지 않는 알킬렌 그룹, 탄소수가 6~30인 치환기를 갖는 아릴렌 그룹 및 탄소수가 6~30인 치환기를 갖지 않는 아릴렌 그룹으로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, 상기 치환기는 할로겐원자, 탄소수가 1~12인 알킬그룹, 탄소수가 1~12인 알콕시 그룹 및 아릴그룹으로 이루어진 군에서 선택되는 하나이다.

Description

전자수송체를 갖는 하부코팅층을 구비하는 전자사진용 감광체{electrophotographic photosensitive member with undercoating layer having electron transporting material}

본 발명은 전자사진용 감광체에 관한 것으로, 특히 전자수송체를 갖는 하부코팅층을 구비하는 전자사진용 감광체에 관한 것이다.

전자사진용 감광체는 최소한 전도성 지지체(conductive substrate)와 감광층(photosensitive layer)로 이루어지는데, 상기 감광층은 전하발생물질과 전하수송물질을 동시에 갖는 단일층이거나 최근 주로 사용되는 전하발생층과 전하수송층을 적층한 적층형 감광층 일 수 있다.

이러한 전자사진용 감광체가 구동하여 이미지를 생성하는 과정은 다음과 같다. 먼저 상기 감광층의 표면을 정전기적으로 균일하게 대전시키는데, 일반적으로는 음전하로 대전시킨다. 이어서, 상기 감광층의 대전된 표면을 부분적으로 노광한다. 상기 노광에 의해 상기 전하발생물질 또는 상기 전하발생층에서는 전자·정공 쌍이 생성되고, 상기 생성된 정공은 상기 전하수송물질 또는 상기 전하수송층에 의해 상기 음전하로 대전된 감광층 표면으로 이동하여, 상기 음전하로 대전된 감광층 표면을 방전시킨다. 한편, 상기 노광에 의해 생성된 전자는 상기 전도성 지지체로 주입된다. 이로써, 상기 노광된 영역은 잔류전위를 갖는 방전영역을 형성하고, 노광되지 않은 영역은 대전전위를 유지하는 대전영역으로 남아 정전기적 잠상(electrostatic latent image)을 형성한다. 그 후, 액체 또는 고체 토너가 상기 잠상이 형성된 감광체 근처에 제공되고, 상기 대전 또는 방전영역 상에 도포되어 상기 감광층 표면상에 토너 이미지(toner image)을 만든다. 이와 같이 형성된 토너 이미지는 종이와 같은 수용체 표면으로 전사됨으로써 최종 이미지(final image)를 생성한다.

상기 지지체와 상기 감광층 사이에 하부코팅층을 삽입하기도 하는데, 상기 하부코팅층은 상기 지지체로부터 상기 감광층으로의 정공의 주입을 억제하고, 상기 감광층에서 노광에 의해 생성된 전자를 상기 지지체로 주입시키는 역할을 함과 동시에 상기 지지체 표면의 결함이나 오염으로부터 상기 감광층을 보호하는 역할을 한다.

상술한 바와 같이, 상기 하부코팅층이 상기 지지체로부터 상기 감광층으로의 정공의 주입을 억제하거나, 상기 지지체 표면의 결함이나 오염으로부터 상기 감광층을 보호하기 위해서는 상기 하부코팅층은 두꺼울 필요가 있다. 그러나, 상기 하부코팅층이 두꺼울수록 전기저항이 증가하여 상기 감광층에서 노광에 의해 생성된 전자를 상기 지지체로 효과적으로 주입할 수 없게 된다. 이 경우 상기 전자사진용 감광체를 반복사용함에 있어서, 상기 방전영역의 잔류전위가 상승하는 결과를 가져오고 이는 상기 전자사진용 감광체의 화상결함을 유발할 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전도성 지지체로부터의 정공의 주입을 효과적으로 억제하면서도 상기 지지체로의 전자주입특성은 향상시킬 수 있는 하부코팅층을 갖는 전자사진용 감광체를 제공한다.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은 전자사진용 감광체를 제공한다. 상기 전자사진용 감광체는 전도성 지지체, 상기 전도성 지지체 상에 위치하여 하기 화학식1로 표시되는 전자수송체 및 결합체 수지를 갖는 하부코팅층(undercoating layer) 및 상기 하부코팅층 상에 위치하는 감광층을 포함한다.

상기 화학식에서, R1은 수소원자, 할로겐원자, 탄소수가 1~12인 알킬 그룹 및 탄소수가 1~12인 알콕시 그룹으로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, R2는 탄소수가 1~12인 치환기를 갖는 알킬렌 그룹, 탄소수가 1~12인 치환기를 갖지 않는 알킬렌 그룹, 탄소수가 6~30인 치환기를 갖는 아릴렌 그룹 및 탄소수가 6~30인 치환기를 갖지 않는 아릴렌 그룹으로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, 상기 치환기는 할로겐원자, 탄소수가 1~12인 알킬그룹, 탄소수가 1~12인 알콕시 그룹 및 아릴그룹으로 이루어진 군에서 선택되는 하나이다.

상기 결합체 수지는 알코올계 유기용매에 녹는 것이 바람직하다.

상기 전자수송체는 볼 밀을 사용하여 상기 결합체 수지에 분산된 것이 바람직하다.

상기 하부코팅층의 두께는 1 내지 5㎛인 것이 바람직하다. 상기 하부코팅층은 금속산화물을 더욱 포함하는 것이 바람직하다.

상기 감광층은 전하발생물질과 전하수송물질을 갖는 단층형일 수 있다. 이와는 달리, 상기 감광층은 상기 하부코팅층 상에 위치한 전하발생층 및 상기 전하발생층 상에 위치한 전하수송층을 갖는 적층형일 수 있다.

상기 전자사진용 감광체는 상기 감광층 상에 위치하는 보호층을 더욱 포함하는 것이 바람직하다.

상기 전자사진용 감광체는 팩시밀리, 복사기, 레이저 프린터, CRT 프린터, LED 프린터, 액정 프린터 및 레이저 전자사진기에 사용될 수 있다.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자사진용 감광체 및 그의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 1을 참고하면, 전도성 지지체(conductive substrate; 100)를 제공한다. 상기 전도성 지지체(100)는 상기 전자사진용 감광체의 한 전극으로서의 역할을 함과 동시에 상기 감광체를 지지하는 역할을 한다. 상기 전도성 지지체(100)는 예를 들어 알루미늄, 스테인레스스틸, 니켈등의 금속 또는 유리, 수지등의 표면에 도전 처리를 한 것등으로 사용할 수 있다.

상기 전도성 지지체(100) 상에 하기 화학식 1로 표시되는 전자수송체 및 결합체 수지를 갖는 하부코팅층(200)을 형성한다.

[화학식 1]

상기 화학식에서, R1은 수소원자, 할로겐원자, 탄소수가 1~12인 알킬 그룹 및 탄소수가 1~12인 알콕시 그룹으로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, R2는 탄소수가 1~12인 치환기를 갖는 알킬렌 그룹, 탄소수가 1~12인 치환기를 갖지 않는 알킬렌 그룹, 탄소수가 6~30인 치환기를 갖는 아릴렌 그룹 및 탄소수가 6~30인 치환기를 갖지 않는 아릴렌 그룹으로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, 상기 치환기는 할로겐원자, 탄소수가 1~12인 알킬그룹, 탄소수가 1~12인 알콕시 그룹 및 아릴그룹으로 이루어진 군에서 선택되는 하나이다.

상기 하부코팅층(200) 상에 감광층(350)을 형성한다. 감광층(350)은 전하발생물질과 전하수송물질을 갖는 단층형이거나, 적층형일 수 있다. 상기 적층형 감광층(350)은 상기 하부코팅층(200) 상에 전하발생물질을 포함한 전하발생층(310)을 형성한 다음 상기 전하발생층(310) 상에 전하수송물질을 포함한 전하수송층(330)을 형성함으로써 형성할 수 있다. 상기 전하발생물질로는 프탈로시아닌 안료(phthalocyanine pigment), 페릴렌 안료(perylene pigment), 아조 안료(azo pigment)등이 있으며, 상기 전하수송물질로는 스티릴계 화합물, 아민계 화합물, 부타디엔계 화합물등이 있다.

상기 하부코팅층(200)은 상기 지지체(100)로부터 상기 감광층(350)으로의 정공의 주입을 억제하고, 상기 감광층(350) 특히, 전하발생층(310)으로부터 노광에 의해 생성된 전자를 상기 지지체(100)로 주입시키는 역할을 함과 동시에 상기 지지체(100) 표면의 결함이나 오염으로부터 상기 감광층(350)을 보호하는 역할을 한다.

상술한 바와 같이, 상기 하부코팅층(200)은 상기 지지체(100)로부터 상기 감광층(350)으로의 정공의 주입을 억제하거나 상기 지지체(100) 표면의 결함이나 오염으로부터 상기 감광층(350)을 보호하기 위해서 두꺼울 필요가 있는데, 일반적으로 하부코팅층(200)이 두꺼워짐에 따라 상기 하부코팅층(200)의 전기저항이 증가하고, 이는 상기 감광층(350) 특히, 전하발생층(310)으로부터 노광에 의해 생성된 전자의 상기 지지체(100)로의 효과적 주입을 방해한다. 그러나, 상술한 바와 같이 상기 전자수송체를 갖는 하부코팅층(200)을 형성함으로써, 상기 하부코팅층(200)을 두껍게 형성하는 경우에도 상기 전자수송체로 인해 상기 감광층(350)으로부터 상기 지지체(100)로 전자를 효과적으로 주입할 수 있게 된다.

한편, 상기 하부코팅층(200)은 상기 지지체(100)와의 접착성의 향상과 상기 감광층(350)에 적용된 용매에 대한 내성을 갖기 위해 결합체 수지를 포함하는데, 상기 감광층(350)에 적용된 용매는 상기 전하발생물질 또는 전하수송물질의 특성상 일반적으로 비알콜계 유기용매이다. 따라서, 상기 하부코팅층(200)이 상기 감광층(350)에 적용된 용매에 대한 내성을 갖기 위해서는 상기 결합체 수지는 알콜계 유기용매에 녹는 수지인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 결합체 수지는 폴리아미드계 고분자이다.

상기 전자수송체는 상기 알콜계 유기용매 및 상기 비알콜계 유기용매에 녹지 않는 특성을 보인다. 따라서, 상기 전자수송체는 용매에 따라 그 성질이 좌우되지 않으며, 상기 결합체 수지와의 친화성도 문제되지 않는다.

상기 전자수송체와 상기 결합체 수지를 사용하여 상기 하부코팅층(200)을 형성하는 것은 다음과 같다. 상기 전자수송체를 상기 결합체 수지 및 상기 유기용매에 분산시켜 하부코팅액을 제조한후, 상기 하부코팅액을 상기 지지체(100) 상에 도포하여 상기 하부코팅층(200)을 형성한다. 상기 분산을 위한 장치로는 볼 밀, 3롤 밀, 샌더 그라인더(sander grinder)등이 있으나, 바람직하게는 볼 밀을 사용한다. 상기 도포법으로는 침지, 닥터 블레이드, 바 코우터, 링코팅 및 롤전사법이 있다. 상기 볼 밀을 사용하여 상기 전자수송체를 상기 결합체 수지에 균일하게 분산시킴으로써 상기 전자수송체의 침전이 방지되고 이로써, 상기 하부코팅층(200) 내의 상기 전자수송체의 함량을 증가시킬 수 있다. 결과적으로 상기 두꺼운 하부코팅층(200)의 전자수송특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 상기 하부코팅층(200)은 1 내지 5㎛의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 하부코팅층(200)은 화상결함 방지를 위해 산화티타늄, 산화아연등의 금속산화물을 함유하도록 형성할 수 있다.

상기 단층형의 감광층(350)을 형성하는 것은 상기 전하발생물질과 상기 전하수송물질을 폴리카보네이트, 스티렌 폴리머와 같은 바인더에 분산시킨 후, 상기 하부코팅층(200) 상에 도포함으로써 실시할 수 있다. 이와는 달리, 상기 적층형 감광층(350)을 형성하는 것은 다음과 같다. 먼저, 상기 전하발생물질을 폴리카보네이트, 스티렌 폴리머, 폴리아미드, 폴리우레탄와 같은 바인더에 분산시킨 후 상기 하부코팅층(200) 상에 도포함으로써 상기 전하발생층(310)을 형성한다. 이어서 상기 전하수송물질을 폴리카보네이트, 스티렌 폴리머, 폴리에스테르와 같은 바인더에 분산시킨 후 상기 전하발생층(310) 상에 도포함으로써 상기 전하수송층(330)을 형성한다. 이로써, 상기 적층형 감광층(350)을 형성한다.

이어서, 상기 감광층(350) 상에 보호층(400)을 형성하는 것이 바람직하다. 상기 보호층(400)은 기계적 스트레스에 대한 내구성이 뛰어나고, 상기 감광층(350)이 감응하는 광을 저손실로 투과시킬 수 있는 물질로 이루어진 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 실험예(example)들을 제시한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예들에 의해 한정되는 것은 아니다.

<합성예; synthesis example>

하기 반응식에서와 같이, 1,4,5,8-나프탈렌테트라카르복실릭무수물(1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylicanhydride) 26.8g(0.1mol)을 2,5-다이메톡시-4-니트로-페닐아민 (2,5-Dimethoxy-4-nitro-phenylamine) 39.6g(0.2 mol)과 DMF(dimethylformamide) 300㎖에 4시간 환류(reflux)시켰다. 이를 상온으로 식힌 후, 메탄올 2000㎖에 침전시켰다. 상기 침전물을 필터링하여 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 약 58g (약 92% 수율)을 얻었다. 하기 화학식 2로 표시되는 화합물에 대한 적외선 분광 분석(InfraRed spectroscopic analysis) 결과를 도 2에 나타내었다.

<실험예>

8:2 혼합중량비로 혼합한 메탄올과 부탄올의 혼합용매에 결합체 수지인 CM8000(toray 사)과 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 상기 혼합용매에 대해 각각 5중량%씩 넣고 볼밀을 이용하여 2일 동안 밀링하였다. 상기 밀링된 용액에 상기 혼합용매를 더 추가하여 상기 밀링된 용액의 두배로 희석하였다. 한편, 전도성 지지체를 제공하고, 상기 전도성 지지체 상에 상기 희석된 용액을 링코팅장치를 이용하여 150㎜/min.의 속도로 코팅한 후, 70℃에서 60분 동안 건조하여 약 5㎛ 두께의 하부코팅층을 형성하였다.

상기 하부코팅층 상에 7:3 혼합중량비를 갖는 감마형 티타닐 프로시아닌(γ-TiOPc, H.W.Sands)과 BX-1(Seksui사의 PVB)의 혼합물을 15중량%가 되도록 메틸에틸케톤(MethylEthyl Ketone; MEK)에 넣고 밀링하였다. 상기 밀링된 용액에 상기 메틸에틸케톤을 넣어 세배로 희석한 후, 링코팅장치를 사용하여 200㎜/min.의 속도로 코팅하고, 70℃에서 60분 동안 건조하여 약 0.5㎛ 두께의 전하발생층을 형성하였다.

상기 전하발생층 상에 1:1 혼합중량비를 갖는 MPCT10(Mitsubishi사의 정공수송물질)과 PCZ-200 (Mitsubishi사의 폴리카보네이트)의 혼합물을 20중량%가 되도록 첨가한 테트라하이드로퓨란(TetraHydroFuran; THF) 용액을 제조하였다. 상기 제조된 용액을 링코팅장치를 사용하여 300㎜/min.의 속도로 코팅하고, 80℃에서 60분 동안 건조하여 약 12㎛ 두께의 정공수송층을 형성함으로써, 전자사진용 감광체를 제조하였다.

<비교예 1>

8:2 혼합중량비로 혼합한 메탄올과 부탄올의 혼합용매에 결합체 수지인 CM8000(toray 사)을 5중량%가 되도록 녹인 용액을 준비하였다. 한편, 전도성 지지체를 제공하고, 상기 전도성 지지체 상에 상기 용액을 링코팅장치를 사용하여 150㎜/min.의 속도로 코팅한 후, 70℃에서 60분 동안 건조하여 약 1㎛ 두께의 하부코팅층을 형성하였다. 이를 제외하고는 상기 실험예와 동일한 방법으로 전자사진용 감광체를 제조하였다.

<비교예 2>

하부코팅층을 형성하지 않은 것을 제외하고는 상기 실험예와 동일한 방법으로 전자사진용 감광체를 제조하였다.

상기 표 1은 상기 실험예와 상기 비교예 1·2에 따른 전자사진용 감광체들을 1회구동시 및 1000회 구동시에 있어서, 상기 감광층 표면을 대전시킨후의 전위 즉, 대전전위와 상기 대전된 감광층 표면을 노광시킨 후의 잔류전위를 각각 측정하고 그 측정결과를 나타낸 것이다.

상기 표 1을 참고하여 상기 실험예와 상기 비교예 1을 비교하면, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 함유하여 5㎛로 두꺼운 하부코팅층을 형성한 실험예의 경우, 하부코팅층을 1㎛ 두께로 형성한 비교에 1에 비해 1000회 구동시에 있어서 잔류전위의 상승이 적은 것을 알 수 있다. 이는 상기 실험예의 두꺼운 하부코팅층에 함유된 상기 화학식 2로 표시되는 화합물이 전자수송체로서의 역할을 수행하여, 상기 전하발생층에서 노광에 의해 생성된 전자를 상기 지지체로 효과적으로 주입한 결과임을 알 수 있다.

상기 하부코팅층을 형성하지 않는 비교예 2의 경우 잔류전위의 상승이 가장 적으나, 상기 하부코팅층이 없어 상기 전도성지지체로부터의 정공의 주입을 억제하지 못하므로 대전전위가 낮아 전자사진용 감광체의 해상도에 악영향을 주게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 전자사진용 감광체를 제조함에 있어 상기 화학식 1로 표시되는 전자수송체를 함유하는 하부코팅층을 형성함으로써, 전도성 지지체로부터 감광층으로의 정공의 주입을 효과적으로 억제함과 동시에 상기 감광층으로부터 상기 전도성 지지체로의 전자주입특성을 개선할 수 있다. 결과적으로 상기 전자사진용 감광체를 반복사용한 후에도 잔류전위의 상승을 억제하여 화상결함을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자사진용 감광체 및 그의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 2는 화학식 2로 표시되는 화합물에 대한 적외선 분광 분석결과를 나타낸 그림이다.

(도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명)

100 : 전도성 지지체 200 : 하부코팅층310 : 전하발생층 330 : 전하수송층

350 : 감광층 400 : 보호층

Claims (9)

1. 전도성 지지체;

   상기 전도성 지지체 상에 위치하여 하기 화학식 1로 표시되는 전자수송체 및 결합체 수지를 갖는 하부코팅층(undercoating layer); 및

   상기 하부코팅층 상에 위치하는 감광층을 포함하는 전자사진용 감광체:

   [화학식 1]

   상기 화학식에서,

   R1은 수소원자, 할로겐원자, 탄소수가 1~12인 알킬 그룹 및 탄소수가 1~12인 알콕시 그룹으로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, R2는 탄소수가 1~12인 치환기를 갖는 알킬렌 그룹, 탄소수가 1~12인 치환기를 갖지 않는 알킬렌 그룹, 탄소수가 6~30인 치환기를 갖는 아릴렌 그룹 및 탄소수가 6~30인 치환기를 갖지 않는 아릴렌 그룹으로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, 상기 치환기는 할로겐원자, 탄소수가 1~12인 알킬그룹, 탄소수가 1~12인 알콕시 그룹 및 아릴그룹으로 이루어진 군에서 선택되는 하나이다.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 결합체 수지는 알코올계 유기용매에 녹는 것을 특징으로 하는 전자사진용 감광체.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 전자수송체는 밀링을 사용하여 상기 결합체 수지에 분산된 것을 특징으로 하는 전자사진용 감광체.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 하부코팅층의 두께는 1 내지 5㎛인 것을 특징으로 하는 전자사진용 감광체.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 하부코팅층은 금속산화물을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 전자사진용 감광체.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 감광층은 전하발생물질과 전하수송물질을 갖는 단층형인 것을 특징으로 하는 전자사진용 감광체.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 감광층은 상기 하부코팅층 상에 위치한 전하발생층 및 상기 전하발생층 상에 위치한 전하수송층을 갖는 적층형인 것을 특징으로 하는 전자사진용 감광체.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 감광층 상에 위치하는 보호층을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 전자사진용 감광체.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 전자사진용 감광체는 팩시밀리, 복사기, 레이저 프린터, CRT 프린터, LED 프린터, 액정 프린터 및 레이저 전자사진기로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 기기에 사용되는 것을 특징으로 하는 전자사진용 감광체.