KR20210050236A

KR20210050236A - 마이크로지터 화상 불량을 억제할 수 있는 전자사진 감광체

Info

Publication number: KR20210050236A
Application number: KR1020190134605A
Authority: KR
Inventors: 이환구; 송혜지
Original assignee: 휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2021-05-07
Also published as: WO2021086428A1; EP4052096A1; US20220214628A1; EP4052096A4

Abstract

도전성 지지체; 및 상기 도전성 지지체 상에 형성된 적층형 감광층을 포함하는 전자사진 감광체로서, 대전 장치에 의하여 상기 전자사진 감광체에 인가된 대전 전압 Vx(단위: V)의 허용 범위를 V₀ - 150 ≤ Vx ≤ V₀ + 150이라고 할 때, 상기 감광체의 단위면적당 정전용량이 90 pF/cm² 이상인 전자사진 감광체가 제공된다. V₀는 상기 감광체에 인가된 초기 대전 전압(단위: V)을 나타낸다. 또한, 상기 감광체를 채용한 화상형성장치 및 카트리지가 제공된다. 본 개시에 따른 감광체는 전자사진 화상형성 시스템에서 감광체 표면에 대전되는 전하 밀도의 균일성을 향상시킬 수 있다. 따라서 상기 감광체를 사용하면 장기간 동안 마이크로지터 문제가 발생하지 않는 고화질 화상을 안정적으로 형성할 수 있다.

Description

마이크로지터 화상 불량을 억제할 수 있는 전자사진 감광체 {Electrophotographic photoreceptor capable of suppressing micro-jitter image defect}

레이저 프린터, 복사기, 팩시밀리 머신 등에서 사용되는 전자사진법에서 도전성 지지체 상에 감광층을 구비하는 플레이트, 벨트, 드럼 등의 형태를 갖는 전자사진 감광체(이하, 간단히 '감광체'라고도 지칭됨)는, 먼저 감광층의 표면을 균일하게 정전기적으로 대전시키고, 대전된 표면을 광 패턴에 노광시킴으로써 화상이 형성된다. 노광은 표면에 광이 충돌된 조사 영역의 전하를 선택적으로 소산시킴으로써, 대전 및 비대전 영역의 패턴, 이른바 잠상(latent image)을 형성한다. 이어서, 토너를 이용하여 잠상을 현상함으로써 감광층의 표면상에 토너 화상(toned image)을 형성한다. 결과물인 토너 화상은 종이와 같은 적당한 최종 또는 중간 화상 수용 표면으로 전사되거나, 또는 감광층이 화상에 대한 최종 수용체로서 기능할 수 있다.

도 1은 본 개시의 일 구현예에 따른 전자사진 감광체를 구비하는 전자사진 화상형성장치 및 전자사진 카트리의 일 구현예를 나타내는 모식도이다.
도 2는 상기 감광체 드럼의 정전 용량을 측정하기 위하여 필요한 전류 I 및 대전 전위 V를 측정하는 개략적인 회로도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전자사진 감광체를 구비하는 화상 형성 장치를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 흑색 하프톤 화상을 인쇄하였을 때 마이크로지터 문제가 발생한 경우를 예시하는 사진이다.
도 5는 흑색 하프톤 화상을 인쇄하였을 때 마이크로지터 문제가 발생한 경우 및 마이크로지터 문제가 발생하지 않은 경우를 예시하는 사진이다.
도 6은 실시예 1 내지 10, 비교예 1 내지 5, 및 참고예 1 내지 3에서 얻은 감광체 드럼의 정전용량 값 및 대전 마진(ΔV₀) 값을 각각 y축 및 x 축에 플롯팅한 결과를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 개시의 구체적인 실시예에 따른 적층형 전자사진 감광체, 그 전자사진 감광체를 이용한 전자사진 카트리지 및 전자사진 화상형성장치에 대하여 구체적으로 설명한다. 이하에서는 음으로 대전되는 적층형 전자사진 감광체에 대하여 기술하지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.

전자사진 감광체의 대전 방식으로서는 주로 코로나 대전 방법 또는 접촉 대전 방법이 널리 사용되고 있다. 최근에는 저속 프린터 및 흑백 프린터 등의 분야에서 감광체를 대전하기 위한 대전 부재로서 비싸지 않은 도전성 탄성 롤러, 예를 들면 도전성 고무 롤러(이하, 간단히 '고무 롤러'라고도 지칭됨)를 사용하는 접촉 대전 방법이 자주 채택되고 있다. 접촉 대전 방법에는 직류 전압만을 인가하는 DC 대전 방법, 및 직류 전압에 교류 전압을 중첩하여 인가하는 교류(AC)/직류(DC) 대전 방법이 있다. AC/DC 대전 방법에 비하여 DC 대전 방법은 비용면에서 유리하지만 마이크로지터 화상 불량이 발생하기 쉽다. 마이크로지터 문제는 주로 대전공정에서 감광체에 인가된 대전 전압이 일정하지 않기 때문에 발생한다. AC/DC 대전 방법을 사용하거나 또는 비접촉 대전 방식인 코로나 대전 방법을 사용하면 마이크로지터 문제를 해결하는데 유리하다. 그러나, 코로나 대전 방법은 비용이 더 드는 문제 이외에도 오존 발생문제가 있고, 오염문제를 해결하기 위한 크리닝 장치가 더 필요하기 때문에 소규모 또는 저비용 현상시스템에 적용하기에는 어렵다. AC/DC 대전 방법도 과도한 전기 에너지를 필요로 하는 이외에도 고무 롤러 대전 부재와 접촉하는 감광체의 수명을 더 저하시킬 수 있다.

상기한 바와 같이 마이크로지터 문제는 대전공정에서 발생하는 감광체 상의 대전전압이 일정하지 않아서 생기는 것이다. 이 문제에는 대전에 관계하는 대전부재, 예를 들면 고무 롤러와 감광체의 특성이 연관되어 있다. 고무 롤러를 사용하는 경우, DC 대전 방식을 이용하는 화상형성장치에서는 감광체에 대전되는 전하량에 대한 불균일이 발생한다. 이는 주로 감광체 드럼과 고무 롤러 사이에서 대전이 시작되는 진입 단계에서 원하는 전하량의 대전이 이루어지지 않고, 감광체 드럼과 고무 롤러 사이에서 대전이 종료되는 탈출 단계에서의 방전이 발생하기 때문이다.

대전 부재의 대전 능력의 개선이 마이크로지터 문제를 해결하기 위한 근본적인 해결책이지만, 본 개시에서는 감광체에 초점을 맞추어 DC 대전시 발생하는 마이크로지터 문제를 해결한다. 구체적으로, 마이크로지터에 영향을 주는 인자로서 감광체의 전기적 성질 중의 하나인 감광체의 정전 용량을 제어하여 진입단계에서 원하는 전하량의 대전이 더 원활하게 이루어지도록 함으로써 DC 대전시 발생하는 마이크로지터 문제를 해결한다.

본 개시의 감광체는 도전성 지지체 상에 하도층, 전하발생층 및 전하수송층을 이 순서로 구비하는 적층형 전자사진 감광체 구조를 갖는다.

도전성 지지체로서는 도전성이 있는 재료이면 특별히 제한받지 않는다. 예를 들면, 금속 또는 도전성 충전제가 분산된 폴리머 등으로 이루어진 플레이트, 디스크, 시트, 벨트, 드럼 등을 들 수 있다. 상기 금속으로서는 알루미늄 또는 알루미늄계 합금, 바나듐，니켈，구리，아연，팔라듐，인듐，주석，백금，스테인리스 스틸 또는 크롬 등을 들 수 있다. 상기 폴리머로서는 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 및 이들의 혼합물, 상기 수지를 제조하는데 사용된 모노머들의 공중합체 등에 도전성 카본, 산화 주석, 산화 인듐 등의 도전성 물질을 분산시킨 것을 들 수 있다. 금속 시트 또는 금속을 증착하거나 라미네이트한 유기 폴리머 시트 또는 유리판도 사용될 수 있다.

도전성 지지체와 이하에서 설명될 전하발생층의 사이에는 하도층(undercoat layer)이 밀착성이 양호하도록 형성된다.

하도층은 도전성 지지체로부터 감광층으로의 전하주입 억제를 통한 화상 특성 향상, 지지체와 감광층의 접착성 개선, 감광층의 절연 파괴 방지 등의 역할을 한다. 이러한 하도층으로서는 알루미늄의 양극산화층, 예를 들면 알루마이트층; 카제인, 폴리비닐알코올, 폴리아마이드, 폴리이미드, 에틸 셀룰로오스, 젤라틴, 페놀 수지, 멜라민 수지 등의 절연성 수지층, 또는 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리아닐린 등의 전도성 수지층; 상기 절연성 수지 또는 전도성 수지 중에 산화티타늄, 산화주석 및/또는 산화인듐 등의 금속산화물 분말이 분산된 수지 분산층을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 하도층 내에 금속산화물 입자를 첨가하여 감광체의 저항을 낮추면, 대전 불균일을 감소시키는데 도움이 된다. 그러나, 이는 감광체 수명을 저하시킬 수 있으며 또한 고온 고습(HH) 환경에서 대전 누출 발생을 초래할 수 있다. 따라서 금속산화물 입자의 첨가량은 위의 두 가지 측면을 고려해서 결정한다. 하도층의 두께는 약 0.05 내지 약 10㎛, 예를 들면 약 0.1 내지 약 8㎛, 0.5 내지 약 8㎛, 약 1 내지 약 8㎛, 약 1 내지 약 7㎛, 약 1.1 내지 약 5㎛, 약 1.2 내지 약 5㎛, 약 1.5 내지 약 5㎛, 약 1.7 내지 약 2.5㎛, 약 1.8 내지 약 2.3㎛의 범위일 수 있다.

하도층 위에는 감광층으로서 전하발생층과 전하수송층이 차례로 형성된다.

전하발생층은 바인더 수지 중에 전하발생물질이 분산 및/또는 용해된 구성으로 되어 있다.

사용될 수 있는 전하발생물질의 구체적인 예는 프탈로시아닌계 화합물, 아조계 화합물, 비스아조계 화합물，트리아조계 화합물，퀴논계 안료, 페릴렌계 화합물, 인디고계 화합물, 비스벤조이미다졸계 안료, 안트라퀴논계 화합물，퀴나크리돈계 화합물, 아줄레늄계 화합물, 스쿠아릴륨(squarylium)계 화합물, 피릴륨(pyrylium)계 화합물, 트리아릴메탄계 화합물, 시아닌계 화합물, 페리논계 화합물，폴리시클로퀴논계 화합물, 피롤로피롤계 화합물 또는 나프탈로시아닌계 화합물 등의 유기재료; 및 아모퍼스 실리콘, 아모퍼스 셀레늄, 삼방정 셀레늄, 텔루륨, 셀레늄-텔루륨 합금, 황화카드뮴, 황화안티몬, 황화아연 등의 무기재료를 포함한다. 감광층에 사용될 수 있는 전하발생물질은 이에 한정되는 것은 아니며, 또한 이들을 단독으로 사용하는 것도 가능하지만, 2종류 이상의 전하발생물질을 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.

본 개시에서 전하발생물질은 구체적으로는 프탈로시아닌계 화합물이다. 프탈로시아닌 화합물은 화학식 1 또는 2를 만족하는 한 특별히 제한되는 것은 아니다. 프탈로시아닌계 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 무금속 프탈로시아닌계 화합물, 화학식 2로 표시되는 금속 프탈로시아닌계 화합물 또는 이들의 혼합물일 수 있다:

[화학식 1]

,

[화학식 2]

여기서, R₁~R₁₆은 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 니트로기, 탄소수 1 내지 20의, 바람직하게는 탄소수 1 내지 7의 알킬기, 또는 탄소수 1 내지 20의, 바람직하게는 탄소수 1 내지 7의 알콕시기이고, M은 Cu, Fe, Mg, Sn, Pb, Zn, Co, Ni, Mo 또는　할로겐화 알루미늄이거나, 산소원자, 할로겐 원자 또는 수산기가 결합된 Ti, V, Zr, Ge, Ga, Sn, Si 또는 In이다. 상기 알킬기 및 알콕시기는 임의의 치환기로 치환될 수 있다. 프탈로시아닌계 화합물의 구체적인 예는 무금속 프탈로시아닌，티타닐프탈로시아닌, 옥소티타닐 프탈로시아닌，옥소바나딜 프탈로시아닌，구리 프탈로시아닌，염화알루미늄 프탈로시아닌(aluminium chloride phthalocyanine)，염화갈륨 프탈로시아닌，염화인듐 프탈로시아닌，이염화게르마늄 프탈로시아닌，히드록시알루미늄 프탈로시아닌，히드록시갈륨 프탈로시아닌，히드록시인듐 프탈로시아닌, 이수산화게르마늄 프탈로시아닌, 틴 프탈로시아닌, 틴옥시드 프탈로시아닌, 이들의 유도체 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 특히, 상기 프탈로시아닌계 안료로서는 분말 X선 회절피크에 있어서 27.1°의 브래그 각(2θ±0.2°)에서 가장 강한 회절피크를 가지는 d형 또는 y형 옥소티타닐 프탈로시아닌, 26.1°의 브래그 각(2θ±0.2°)에서 가장 강한 회절피크를 가지는 베타(β)형 옥소티타닐 프탈로시아닌, 7.5°의 브래그 각(2θ±0.2°)에서 가장 강한 회절피크를 가지는 알파형 옥소티타닐 프탈로시아닌 등의 옥소티타닐 프탈로시아닌 안료; 또는 분말 X선 회절피크에 있어서 7.5°및 9.2°의 브래그 각(2θ±0.2°)에서 가장 강한 회절피크를 가지는 X형 무금속 프탈로시아닌 또는 타우형 무금속 프탈로시아닌과 같은 무금속 프탈로시아닌 안료를 들 수 있다. 이들 프탈로시아닌계 안료는 780nm~800nm 파장범위의 광에 가장 우수한 감도를 나타내고 결정구조에 따라서 감도 선택의 폭이 있으므로 본 개시에서 효과적으로 사용할 수 있다.

본 개시에 사용되는 화학식 1 또는 2의 프탈로시아닌 화합물은 F.H. Moser, A.L.Thomas,「Phthalocyanine Compounds」, 1963 등에 개시된 공지의 방법으로 용이하게 합성할 수 있다. 이의 상세에 관하여는 상기 문헌을 참조하기 바란다.

전하발생층에서 전하발생물질은 바인더 수지 내에 분산 및/또는 용해되어 있다. 사용할 수 있는 바인더 수지는 폴리비닐부틸알, 폴리비닐아세탈, 폴리비닐아세테이트, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리비닐알콜, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐클로라이드, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리메타크릴, 폴리비닐리덴클로라이드, 폴리스티렌, 스티렌-부타디엔 공중합체, 스티렌-메타크릴산 메틸 공중합체, 비닐리덴클로라이드-아크릴로니트릴 공중합체, 비닐클로라이드-비닐아세테이트 공중합체, 비닐클로라이드-비닐아세테이트-무수말레인산 공중합체, 에틸렌-아크릴산 공중합체, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체, 포르말 수지, 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 니트로 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 수지, 실리콘 수지, 실리콘-알키드 수지, 페놀-포름알데히드 수지, 크레졸-포름알데히드 수지, 페녹시 수지, 스티렌-알키드 수지, 폴리-N-비닐카바졸 수지, 폴리비닐포르말, 폴리히드록시스티렌, 폴리노보닐, 폴리시클로올레핀, 폴리비닐피롤리돈, 폴리(2-에틸-옥사졸린), 폴리술폰, 멜라민 수지, 우레아 수지, 아미노 수지, 이소시아네이트 수지, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 이들의 단량체의 공중합체 등을 포함한다. 이들은 단독 혹은 2종 이상 조합하여 사용될 수 있다.

전하발생물질과 바인더 수지의 중량비는 1:0.3 내지 1:4, 구체적으로는 1:0.5 내지 1:3 또는 1:0.5 내지 1:2일 수 있다. 바인더 수지의 중량비가 0.3 미만이면 전하발생물질의 분산이 불충분하여 분산액의 안정성이 저하되며 도전성 지지체에 코팅시 균일한 전하발생층을 얻기 어렵고 접착력 또한 저하될 염려가 있다. 바인더 수지의 중량비가 4를 초과하면 대전 전위의 유지가 곤란하고 과량의 바인더 수지로 인한 불충분한 감도로 원하는 화상을 얻기 어렵다.

전하발생층 형성용 코팅 슬러리 제조에 사용되는 용매는 사용한 바인더 수지의 종류에 따라 달라질 수 있으며，전하발생층 코팅시에 하도층에 영향을 주지 않는 것을 선택하는 것이 바람직하다．구체적인 용매의 예는 메틸 이소프로필 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 4-메톡시-4-메틸-2-펜탄온, 이소프로필 아세테이트, 터셔리부틸 아세테이트, 이소프로필 알콜, 이소부틸 알콜, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 사이클로헥사논, 1,2-디클로로에탄, 1,1,2-트리클로로에탄, 1,1,1-트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에탄, 디클로로메탄, 테트라하이드로퓨란, 디옥산, 디옥솔란, 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 1-부탄올, 2-부탄올, 1-메톡시-2-프로판올, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 디메틸설폭사이드, 메틸셀로솔브, 부틸아민, 디에틸아민, 에틸렌디아민, 이소프로판올아민, 트리에탄올아민, 트리에틸렌디아민, N,N'-디메틸포름아미드, 1,2-디메톡시에탄, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메틸벤젠, 에틸벤젠, 시클로헥산, 아니솔 등을 포함한다. 이들은 단독 혹은 2종 이상 조합하여 사용될 수 있다.

이어서 전하발생층 형성방법에 대하여 설명한다. 먼저 옥소티타닐 프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 안료를 포함하는 전하발생물질 100 중량부, 및 바인더 수지 30~400 중량부, 예를 들면 50~200 중량부를 혼합한다. 이 혼합물에 고형분 함량이 1~8중량%, 예를 들면 1~5중량%가 되도록 하는 양의 용매를 혼합한다. 이 혼합물에 유리 비드, 스틸 비드, 지르코니아 비드, 알루미나 비드, 지르코니아 볼, 알루미나 볼 혹은 스틸 볼을 첨가하여 2~50시간 분산시킨다. 이때 분산방법으로서 그라인딩 또는 밀링방법을 사용할 수 있다. 사용될 수 있는 분산장치로는 어트리터(attritor), 볼 밀，샌드 밀，밴바리 믹서，롤 밀，3롤 밀，나노마이저，마이크로플루다이저, 스탬프 밀，유성 밀，진동 밀，니더(kneader), 호모나이저, 다이노밀, 마이크로나이저, 페인트 셰이커, 고속교반기, 얼티마이저, 초음파분쇄기 등을 들 수 있다．이들 밀링장치는 단독 혹은 2종 이상을 복합하여 사용할 수 있다. 전하발생층 형성용 코팅 슬러리는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 첨가제로서는 분산제, 광안정제, 열화방지제, 소포제, 계면활성제, 가소제 등이 단독으로 또는 적절히 조합되어 이용된다.

이와 같이 제조된 전하발생층 형성용 코팅 슬러리를 하도층 위에 코팅한다. 코팅 방법으로는 침지 코팅법, 링 코팅법, 롤 코팅법, 스프레이 코팅법 등을 들 수 있다. 이와 같은 방법으로 코팅된 지지체를 90~200℃에서 0.1~2시간 건조하면 전하발생층을 형성시킬 수 있다.

전하발생층의 두께는 구체적으로는 0.005~5㎛, 예를 들면 0.05~5㎛ 또는 0.1~2㎛이다. 전하 발생층의 두께가 0.005㎛ 미만이면 전하발생층을 균일하게 형성하는 것이 곤란해지고, 5㎛를 초과하면 전기 특성이 저하되는 경향이 있다.

전하발생층 위에는 전하수송물질과 바인더 수지를 포함하는 전하수송층이 형성된다. 전하수송물질은 노광에 의하여 전하수송층 내에 형성된 도전 경로를 통하여 전하발생층에서 생성된 정공을 전하수송층의 표면으로 전달하여 정전 잠상을 형성하는 역할을 한다. 전하수송물질은 정공을 수송하는 정공수송물질과 전자를 수송하는 전자수송물질이 있다. 적층형 감광체를 음대전형으로 이용하는 경우, 전하수송물질로서 정공수송물질을 주요성분으로서 사용한다. 이 경우, 전자수송물질이 정공 트랩(hole trap)을 방지하기 하기 위하여 소량 첨가될 수 있다. 전자수송물질의 함량은 0~50중량부, 예를 들면, 5~30중량부일 수 있다.

전하수송층에 포함될 수 있는 정공수송물질의 구체적인 예는 히드라존계 화합물，부타디엔계 화합물, 벤지딘계 화합물, 스틸벤계 화합물, 비스아조계 화합물, 피렌계 화합물, 카바졸계 화합물, 아릴메탄계 화합물, 티아졸계 화합물, 스티릴계 화합물, 피라졸린계 화합물, 디페닐 아민계 화합물, 트리페닐 아민계 화합물과 같은 아릴아민계 화합물, 옥사졸계 화합물，옥사디아졸계 화합물,　피라졸린계 화합물，피라졸론계 화합물, 스틸벤계 화합물，폴리아릴 알칸계 화합물，폴리비닐카바졸계 화합물，N-아크릴아미드메틸카바졸 중합체，트리페닐메탄 중합체，스티렌 공중합체，폴리아세나프텐，폴리인덴，아세나프틸렌과 스티렌의 공중합체 및 포름알데히드계 축합수지 등의 함질소 환식 화합물, 축합 다환식 화합물, 이들의 치환기를 주쇄 혹은 측쇄에 갖는 고분자 화합물을 포함한다. 상기한 정공수송물질은 1종 또는 2종 이상을 조합하여 사용될 수 있다.

전하수송층에 전자수송물질이 포함되는 경우 사용될 수 있는 전자수송물질은 특별히 제한되지 않으며 공지의 전자수송물질을 포함한다. 이의 구체적인 예는 벤조퀴논계 화합물，나프토퀴논계 화합물，안트라퀴논계 화합물，말로노니트릴계 화합물，디페노퀴논계 화합물, 플루오레논계 화합물，시아노에틸렌계 화합물, 시아노퀴노디메탄계 화합물, 잔톤계 화합물, 페난트라퀴논계 화합물, 무수프탈산계 화합물, 티오피란계 화합물, 디시아노플루오레논계 화합물，나프탈렌테트라카르복실산 디이미드 화합물, 벤조퀴논이민계 화합물，디페노퀴논계 화합물，스틸벤 퀴논계 화합물，디이미노퀴논계 화합물，디옥소테트라센디온 화합물 및 황화피란계 화합물 등의 전자수용성 저분자 화합물을 포함한다. 이외에, 전자수송성 고분자 화합물이나 n형 반도체 특성을 갖는 안료 등도 사용될 수 있다. 이들은 단독 혹은 2종 이상 조합하여 사용될 수 있다.

정공수송물질의 구체적인 예는 1,1-비스-(파라-디에틸아미노페닐)-4,4-디페닐-1,3-부타디엔, N,N'-비스(오르소,파라-디메틸페닐)-N,N'-디페닐벤지딘, 3,3'-디메틸-N,N,N'N'-테트라키스-4-메틸페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-디아민, N-에틸-3-카보졸릴알데히드-N,N'-디페닐히드라존, 4-(N,N-비스(파라-톨루일)아미노)-베타페닐스틸벤, N,N,N',N'-테트라키스(3-메틸페닐)-1,3-디아미노벤젠, N,N-디에틸아미노벤즈알데히드디페닐-히드라존, N,N-디메틸아미노벤즈알데히드디페닐-히드라존, 4-디벤질아미노-2-메틸벤즈알데히드디페닐히드라존,　2,5-비스(4-아미노페닐)-[1,3,4]옥사디아졸, (2-페닐벤조[5,6-b]-4H-티오피란-4-일리덴)-프로판디니트릴-1,1-디옥사이드, 4-브로모-트리페닐아민, 4,4'-(1,2-에탄디일리덴)-비스(2,6-디메틸-2,5-시클로헥사디엔-1-온), 3,4,5-트리페닐-1,2,4-트리아졸, 2-(4-메틸페닐)-6-페닐-4H-티오피란-4-일리덴]-프로판디니트릴-1,1-디옥사이드, 4-디메틸아미노-벤즈알데히드-N,N-디페닐히드라존, 9-에틸카바졸-3-알데히드-N-메틸-N-페닐히드라존, 5-(2-클로로페닐)3-[2-(2-클로로페닐)에테닐]-1-페닐-4,5-디히드로-1H-피라졸, 4-디에틸아미노-벤즈알데히드-N,N-디페닐히드라존, N-비페닐일-N-페닐-N-(3-메틸페닐)아민, 9-에틸카바졸-3-알데히드-N,N-디페닐히드라존,3,5-비스(4-tert-부틸페닐)4-페닐트리아졸, 3-(4-비페닐일)-4-페닐-5-tert-부틸페닐-1,2,4-트리아졸, 4-디페닐아미노-벤즈알데히드-N,N-디페닐히드라존, 5,(4-디에틸아미노페닐)-3-[2-(4-디에틸아미노페닐)-에테닐]-1-페닐-4,5-디히드로-1-피라졸, N,N'-디(4-메틸페닐)-N,N'-디페닐-1,4-페닐렌디아민, 4-디벤질아미노벤즈알데히드-N,N-디페닐히드라존, 4-디벤질아미노-3-메틸벤즈알데히드-N,N-디페닐히드라존, 4,4‘-비스(카바졸-9-일)비페닐, N,N,N',N'-테트라페닐벤지딘, N,N'-비스(4-메틸페닐)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘, N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)벤지딘, N,N,N',N'-테트라키스(3-메틸페닐)벤지딘, 디(4-디벤질아미노페닐)에테르, N,N'-디(나프탈렌-2-일)-N,N'-디페닐벤지딘, N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐벤지딘, 1,3-비스(4(4-디페닐아미노)페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)벤젠, N,N'-디(나프탈렌-2-일)N,N'-디(3-메틸페닐)벤지딘, N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디(4-메틸페닐)벤지딘, N,N'-디(나프탈렌-2-일)-N,N'-디(3-메틸페닐)벤지딘, 1,1-비스(4-비스(4-메틸페닐)아미노페닐)시클로헥산, 4,4',4''-트리스(카바졸-9-일)-트리페닐아민, 4,4',4''-트리스(N,N-디페닐아미노)-트리페닐아민, N,N'-비스(비페닐-1-일)-N,N'-비스(나프트-1-일)벤지딘, 4,4',4''-트리스(N-3-메틸페닐-N-페닐아미노)트리페닐아민, N,N,N',N'-테트라키스(비페닐-4-일)벤지딘, 4,4',4''-트리스(N-(1-나프틸)-N-페닐아미노)트리페닐아민, 4,4',4''-트리스(N-(2-나프틸)-N-페닐아미노)트리페닐아민를 포함한다. 이들은 단독 또는 2종 이상의 조합으로 사용될 수 있다.

전하수송물질 자체가 피막 형성능력을 갖는 경우에는 바인더 수지 없이 전하수송층을 형성할 수 있지만, 보통 저분자 물질은 피막 형성능력이 없다. 따라서 바인더 수지에 용해 또는 분산시킨 용액 또는 분산액 상태의 전하수송층 형성용 조성물을 조제한 후 이를 전하발생층 위에 코팅하고 건조함으로써 전하수송층을 형성한다. 본 개시의 전자사진 감광체의 전하수송층에 사용될 수 있는 바인더 수지는 필름 형성능이 있는 절연성 수지, 바람직하게는 폴리비닐부틸알, 폴리비닐알콜, 비스페놀Ａ와 프탈산의 축중합체를 포함하는 폴리아릴레이트，폴리카보네이트，폴리설폰, 폴리에스테르 수지，페녹시 수지，폴리비닐아세테이트，아크릴 수지，메타크릴 수지, 폴리아크릴아미드，폴리아미드，폴리비닐 피리딘，셀룰로오스계 수지，폴리우레탄，에폭시 수지，실리콘 수지，폴리스티렌，폴리케톤，폴리비닐클로라이드，비닐클로라이드-비닐산 공중합체，폴리비닐아세탈, 폴리아크릴로니트릴，페놀 수지，멜라민 수지，카세인，폴리비닐알코올，폴리비닐피롤리돈 등을 포함하며, 폴리 N-비닐카바졸, 폴리비닐안트라센 또는 폴리비닐피렌등의 유기 광도전성 수지도 포함된다. 구체적으로, 전하수송층용 바인더 수지로서는 폴리카보네이트 수지, 그중에서도 비스페놀 A로부터 유도된 폴리카보네이트-A 또는 메틸비스페놀 A로부터 유도된 폴리카보네이트-C 및 시클로헥실리덴 비스페놀로부터 유도된 폴리카보네이트-Z를 이용할 수 있다. 폴리카보네이트-Z는 높은 내마모성을 나타낼 수 있다. 이들은 단독 혹은 2종 이상 조합하여 사용될 수 있다.

전하수송층 중의 전하수송물질과 바인더 수지의 중량비는 1:0.5 내지 1:2, 구체적으로는 1:0.5 내지 1:1.6일 수 있다. 바인더 수지의 중량비가 0.5 미만이면 전하수송물질의 분산이 불충분하여 분산액의 안정성이 저하되며 전하수송층의 접착력 및 기계적 강도가 저하될 수 있다. 바인더 수지의 중량비가 2를 초과하면 전하 수송능이 불충분하기 때문에 감도가 부족하고 잔류전위가 커지는 경향이 있다.

전하수송층 형성용 코팅액 제조에 사용되는 용매는 사용한 바인더 수지의 종류에 따라 달라질 수 있으며，하부의 전하발생층에 영향을 주지 않는 것을 선택하는 것이 바람직할 수 있다．구체적으로는 벤젠，자일렌，리그로인，모노클로로벤젠，디클로로벤젠 등의 방향족 탄화수소류; 아세톤，메틸에틸케톤，시클로헥사논 등의 케톤류; 메탄올，에탄올, 이소프로판올 등의 알코올류; 에틸 아세테이트，메틸 셀로솔브등의 에스테르류; 4염화탄소，클로로포름，디클로로메탄，디클로로에탄，트리클로로에틸렌 등의 지방족 할로겐화 탄화수소류; 테트라히드로퓨란(THF)，디옥산，디옥소란，에틸렌 글리콜, 모노메틸 에테르 등의 에테르류; N,N－디메틸 포름아미드, N,N-디메틸 아세트아미드 등의 아미드류; 및 디메틸설폭시드 등의 설폭시드류 중에 적당한 것이 선택된다. 상기 용매는 1종 또는 2종의 조합으로 사용될 수 있다.

이어서 전하수송층 형성방법에 대하여 설명한다. 먼저, 전하수송물질 100중량부, 바인더 수지 50~200중량부, 구체적으로는 100~160 중량부를 혼합한다. 이 혼합물에 고형분 함량이 10~30중량%, 바람직하게는 15~25중량%가 되도록 하는 양의 용매를 혼합한다. 전하수송층 형성용 코팅 슬러리는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 첨가제로서는 산화방지제, 열화방지제, 분산제, 광안정제, 소포제, 계면활성제, 가소제, 오일 등이 단독으로 또는 적절히 조합되어 이용된다. 전하수송층 형성용 코팅 슬러리는 내마모성을 향상시키고 전하수송층 표면의 윤활성(슬립성)을 부여하기 위하여 공지의 포스페이트계 화합물, 포스핀옥사이드계 화합물, 및 실리콘 오일을 포함할 수 있다.

이와 같이 제조된 전하수송층 형성용 코팅액을 전하발생층 위에 코팅한다. 코팅 방법으로는 위에서 언급한 침지 코팅법, 링 코팅법, 롤 코팅법, 스프레이 코팅법 등을 마찬가지로 사용할 수 있다. 이와 같은 방법으로 전하수송층이 코팅된 지지체를 90~200℃에서 0.1~2시간 건조하면 전하수송층을 형성할 수 있다.

전하수송층의 두께는 바람직하게는 5~50㎛, 구체적으로는 10~40㎛, 더 구체적으로는 18㎛ 초과 40㎛ 이하, 또는 20㎛ 이상 36㎛ 이하, 예를 들면 22㎛ 이상 34㎛ 이하일 수 있다. 전하수송층의 두께가 5㎛ 미만이면 두께가 너무 얇아 내구성이 불충분하고 대전특성이 불량해지며, 50㎛를 초과하면 내구성은 증가하나 응답속도의 저하 및 화상품질이 저하되는 경향이 있다. 전하발생층과 전하수송층의 총두께는 통상적으로 5㎛ ~ 50㎛의 범위내에서 설정될 수 있다.

또한, 본 개시의 전자사진 감광체는, 필요에 따라서, 전하수송층 위에 표면보호층을 더 포함할 수 있다.

위와 같이 하여 얻어진 본 개시의 일 실시예에 따른 전자사진 감광체는 DC 대전 방식의 대전 장치에 의하여 전자사진 감광체에 인가된 대전 전압 Vx(단위: V)의 허용 범위를 V₀ - 150 ≤ Vx ≤ V₀ + 150이라고 할 때, 즉 대전 마진 ΔV₀을 150 V이라고 할 때, 전자사진 감광체의 단위면적당 정전용량이 90 pF/cm² 이상이 되도록 조절한다. 이에 의하여 본 감광체를 이용하여 형성된 화상은 마이크로지터 문제가 없는, 더 정확하게는 인용가능한 수준의 마이크로지터만을 나타낸다. 여기에서, V₀는 대전 장치에 의하여 전자사진 감광체에 인가된 초기 대전 전압(단위: V)을 나타낸다.

본 개시의 다른 실시예에 따른 전자사진 감광체는 대전 전압 Vx(단위: V)의 허용 범위를 V₀ - 100 ≤ Vx ≤ V₀ + 100이라고 할 때, 즉 대전 마진 ΔV₀을 100 V이라고 할 때, 전자사진 감광체의 단위면적당 정전용량이 80 pF/cm² 이상이 되도록 조절한다. 이에 의하여 본 감광체를 이용하여 형성된 화상은 마이크로지터 문제가 없는, 더 정확하게는 인용가능한 수준의 마이크로지터만을 나타낸다.

본 개시의 다른 실시예에 따른 전자사진 감광체는 대전 전압 Vx(단위: V)의 허용 범위를 V₀ - 50 ≤ Vx ≤ V₀ + 50이라고 할 때, 즉 대전 마진 ΔV₀을 50 V이라고 할 때, 전자사진 감광체의 단위면적당 정전용량이 60 pF/cm² 이상이 되도록 조절한다. 이에 의하여 본 감광체를 이용하여 형성된 화상은 마이크로지터 문제가 없는, 더 정확하게는 인용가능한 수준의 마이크로지터만을 나타낸다.

본 개시의 일 실시예에서 대전 장치는 도전성 고무 대전 롤러일 수 있으며, 대전 장치는 감광체에 접촉하여 직류(DC) 전압을 인가하는 접촉 대전 방식일 수 있으며, 감광체에 인가되는 대전 전하는 음전하(negative charge)일 수 있다.

본 개시의 일 측면에 따른 전자사진 감광체는 정전 용량을 적정 값으로 제어함으로써 부대전 방식의 DC 접촉 대전을 하는 전자사진 화상형성 시스템에서 감광체 표면에 대전되는 전하 밀도의 균일성을 향상시킬 수 있다. 따라서 본 개시의 일 실시예에 따른 감광체를 사용하면 장기간 동안 마이크로지터 문제가 발생하지 않는 고화질 화상을 안정적으로 형성할 수 있다.

본 개시에 따른 전자사진 감광체는 레이저 프린터, 복사기, 팩스머신 등의 전자사진 카트리지 또는 전자사진 화상형성장치에 통합될 수 있다.

본 개시의 다른 측면에 따른 전자사진 화상형성장치는 본 개시의 일 측면에 따른 상기 전자사진 감광체, 상기 전자사진 감광체와 접촉하여 상기 전자사진 감광체를 대전시키는 대전 장치, 상기 전자사진 감광체의 표면위에 정전 잠상을 형성하는 노광장치, 상기 정전 잠상을 현상하여 가시 화상을 형성하는 현상 장치, 상기 가시 화상을 화상 수용 부재 위에 전사하는 전사 장치, 및 상기 전사 후에 상기 전자사진 감광체의 표면을 크리닝하는 크리닝 장치를 포함한다.

본 개시의 또 다른 측면에 따른 전자사진 카트리지는 본 개시의 일 측면에 따른 상기 전자사진 감광체와, 상기 전자사진 감광체와 접촉하여 상기 전자사진 감광체를 대전시키는 대전 장치, 상기 전자사진 감광체 위에 형성된 정전 잠상을 현상하여 가시 화상을 형성하는 현상 장치, 및 상기 전사 후에 상기 전자사진 감광체의 표면을 크리닝하는 크리닝 장치로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 장치를 일체로 지지하고(integrally supported), 전자사진 화상형성장치에 부착될 수 있고 또한 상기 전자사진 화상형성장치로부터 탈착될 수 있다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 전자사진 감광체를 구비하는 전자사진 화상형성장치 및 전자사진 카트리의 일 실시예를 나타내는 모식도이다.

도 1을 참조하면, 전자사진 감광체 드럼(11)은 감광체 드럼(11)에 접촉 배치된 대전 수단인 대전 롤러(13)에 의해 직류 전압만으로 대전된다. 이어서, 레이저 광으로 화상 부분을 노광함으로써 감광체 드럼(11) 위에 정전 잠상이 형성된다. 현상 장치(15)에 의해 정전 잠상을 가시 화상, 예를 들면 토너 화상으로 한 후 전압을 인가한 전사 롤러(17)에 의해 토너 화상을 화상 수용 부재(19)에 전사한다. 화상 전사후의 감광체 드럼(11)의 표면에 잔류하는 토너는 클리닝 장치, 예를 들면 클리닝 블레이드(21)에 의해 청소된다. 이어서 감광체 드럼(11)은 다시 화상 형성에 사용될 수 있다. 현상 장치(15)는 규제 블레이드(23), 현상 롤러(25), 공급 롤러(27) 등을 구비한다.

전자사진 감광체 드럼(11)과, 필요에 따라 대전 장치(13), 현상 장치(15), 및 클리닝 장치(21)를 일체로 지지하고, 전자사진 화상형성장치(31)에 부착될 수 있고 또한 상기 전자사진 화상형성장치(31)로부터 탈착될 수 있는 전자사진 카트리지(29)로 할 수 있다.

이하, 실시예에 의해 본 개시를 더 구체적으로 설명하지만, 이는 예시를 위한 것으로서 본 개시의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1~9 및 비교예 1~6: 유기 감광체 드럼의 제조

(1) 언더코트층(UCL)용 코팅 조성물 제조

메탄올 320g 및 n-프로판올 80g을 혼합하여 조제한 혼합 용매에 평균입경 2mm의 이산화지르코늄 볼을 4kg을 투입하고 이산화티타늄 입자(TTO-55N, 이시하라산업제, 평균 1차 입경 약 35 nm) 141g을 투입한 후, 16시간 동안 볼 밀링하였다. 이렇게 하여 얻어진 분산액에 상기 혼합 용매 400g을 더 넣어 이산화티타늄 입자를 분산시켰다. 이를 '용액 1'이라 칭한다. 나일론 수지(토레이사제, 제품명 CM8000) 90g을 메탄올 450g 및 n-프로판올 110g에 넣고 용해시켰다. 이를 '용액 2'라고 칭한다. 용액 1과 용액 2를 혼합한 후 여과한 후 초음파(ultrasonification) 처리하여 언더코트층용 코팅 조성물을 얻었다.

(2) 전하발생층(CGL)용 코팅 조성물 제조

γ형 옥시티타닐 프탈로시아닌(CGM A) 및 α형 옥시티타닐 프탈로시아닌(CGM B)의 혼합물을 전하발생물질(CGM)로서 사용하였다. 상기 CGM에 바인더로서 폴리비닐부틸알(PVB) 수지(제품명: BX-5, Sekisui사제)를 혼합하였다. 이들의 혼합 중량비는 각각 40(CGM A)/27(CGM B)/33(PVB)으로 하였다.

상기 혼합물 3g에 알코올계 용매인 메틸알코올/프로필알코올(혼합 중량비 = 3/1)의 혼합용매 97g을 첨가한 후, 볼 밀링 공정을 이용하여 반복하여 상기 CGM 안료 입자의 평균 입경을 약 0.3㎛ 이하로 감소시켜 CGL용 코팅조성물을 제조하고 5℃ 이하의 냉장실에 보관하였다.

(3) 전하수송층(CTL)용 코팅 조성물 제조

전하수송물질(CTM) 33g 및 바인더 67g을 테트라하이드로퓨란(THF)/톨루엔(혼합 중량비 = 3/1)의 혼합 용매 400g에 넣고 용해시켜서 전하수송층(CTL)용 조성물을 제조하고 상온에서 보관하였다. 사용한 CTM의 화합물명은 N,N,N,N-테트라페닐벤지딘(제품명: CT-100T, IT-Chem제)('CTM-A'라고 칭함) 또는 스틸벤계 CTM(제품명: T-405, Takasago제)('CTM-B'라고 칭함)이었다. 사용한 바인더는 폴리카보네이트 Z 수지(제품명: TS-2050, 테이진사제)('바인더-A'라고 칭함) 또는 실리콘을 함유하는 비스페놀형 폴리카보네이트 코폴리머(제품명: EH503, IDEMITSU KOSAN제)('바인더-B'라고 칭함)이었다. 상기 CTL용 조성물은 실리콘오일(KF-50, 신에츠화학사제) 및 산화방지제(Irganox 1035, 바스프사제)를 각각 약 2 중량% 이하로 포함하였으며, 불소계 그라프트 폴리머 GF-400(Aron GF-400, Toagosei) 0.025 g을 더 포함하였다.

얻어진 조성물을 제조후, 습식 분산장치(마이크로플루다이저 M-110P)를 이용하고 설정 압력 조건을 1500bar로 하여 3회 분산하여 CTL용 코팅 조성물을 제조하였다.

비교예 3 및 실시예 5-6의 경우에는 CTL용 조성물 제조시 입경 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 충전제 입자(제품명: Polyflon PTFE Low Polymer L-2, 제조사: Dakin Industries)(1차 평균 입경: 약 200 ~ 300nm)를 각각 0.5 중량%, 1.0 중량% 및 1.50 중량%(CTM 33g + 바인더 67g = 100g 기준)를 더 첨가하여 CTL의 경도 및 조도를 조절하였다.

(4) 코팅 공정

표면에 양극산화층을 갖거나 또는 갖지 않은, 외경 30mm 및 길이 340 mm의 알루미늄 파이프 위에 상기 UCL용 코팅 조성물을 딥 코팅 방식으로 도포하고, 약 120℃의 오븐에서 약 30분 동안 건조하여 약 1.1 내지 약 2.2㎛ 두께의 UCL을 형성하였다. 알루미늄 파이프가 양극산화된 경우, 양극산회층의 두께는 약 4.8 내지 약 7.4㎛이었다.

이후, UCL 위에 CGL용 코팅 조성물을 UCL 위에 딥 코팅 방식으로 도포하고 약 120℃의 오븐에서 약 10분 동안 건조시켜 약 0.25 ㎛ 두께의 CGL을 형성하였다.

마지막으로, CGL 위에 CTL용 코팅 조성물을 딥 코팅 방식으로 도포하고 약 120℃의 오븐에서 약 1시간 동안 건조하여 약 17 내지 약 40 ㎛ 두께의 CTL을 형성하였다.

아래 표 1은 실시예 1~3 및 비교예 1~6에서 얻어진 전자사진 감광체 드럼의 표면층인 CTL 조성 및 상기 CTL로부터 채취한 시료에 대하여 평가한 결과를 종합한 것이다.

참고예 1 내지 3 : 무기 감광체

본 참고예는 CTL의 두께만이 대전 마진에 영향을 미치는 인자가 아니라는 것을 확인하기 위한 것이다. 즉, 외경 30mm 및 길이 360 mm의 양극산화된 알루미늄 파이프 위에 CTL이 비정질 규소(a-Si)로 이루어진 감광체 드럼을 Kyocera로부터 구입하여 평가하였다. 참고예 1 내지 3의 감광체 드럼의 a-Si CTL의 두께는 각각 약 20㎛, 약 25㎛ 및 약 30㎛이었다.

표 1은 실시예 1 내지 10, 비교예 1 내지 5 및 참고예 1 내지 3에서 얻은 감광체 드럼의 구성을 종합한 것이다.

	샘플명	양극산화층 두께 (㎛)	UCL 두께 (㎛)	CGL 두께 (㎛)	CTL 조성
	샘플명	양극산화층 두께 (㎛)	UCL 두께 (㎛)	CGL 두께 (㎛)	두께 (㎛)	CTM 타입	바인더 타입	PTFE 충전제 입자 유무
비교예 1	A-39	0	1.8	0.25	40	CTM-A	바인더-A	No
실시예 1	A-28	0	1.8	0.25	29	CTM-A	바인더-A	No
실시예 2	A-17	0	1.8	0.25	17	CTM-A	바인더-A	No
비교예 2	B-39	6.9	2.2	0.25	39	CTM-A	바인더-A	No
실시예 3	B-28	7.1	2.1	0.25	28	CTM-A	바인더-A	No
실시예 4	B-17	7.0		2.0	0.25	17	CTM-A	바인더-A	No
비교예 3	C-39	6.7	1.7	0.25	40	CTM-B	바인더-A	Yes
실시예 5	C-28	7.2	1.8	0.25	29	CTM-B	바인더-A	Yes
실시예 6	C-17	7.2	1.8	0.25	18	CTM-B	바인더-A	Yes
비교예 4	D-39	7.4	2.0	0.25	39	CTM-B	바인더-A	No
실시예 7	D-28	5.9	1.9	0.25	30	CTM-B	바인더-A	No
실시예 8	D-17	7.1	1.7	0.25	17	CTM-B	바인더-A	No
비교예 5	E-39	4.8	1.1	0.25	39	CTM-A	바인더-B	No
실시예 9	E-28	5.2	1.2	0.25	29	CTM-A	바인더-B	No
실시예 10	E-17	5.2	1.1	0.25	17	CTM-A	바인더-B	No
참고예 1	F-30	0	0	0	30	-	-	-
참고예 2	F-25	0	0	0	25	-	-	-
참고예 3	F-20	0	0	0	20	-	-	-

실시예 1 내지 10, 비교예 1 내지 5 및 참고예 1 내지 3에서 얻은 감광체 드럼에 대하여 아래와 같은 방법으로 감광체의 정전 용량과 마이크로지터와의 상관 관계를 조사하였다.

평가 방법

<정전용량 측정>

도 1에 개략적으로 표시한 자체 제작한 지그를 사용하여 실시예 1 내지 10, 비교예 1 내지 5 및 참고예 1 내지 3에서 얻은 감광체 드럼의 정전용량(electrostatic capacitance)을 23℃ 및 상대습도 50%의 환경에서 다음과 같이 측정하였다.

스코로트론(1)이 감광체를 대전할 때, 감광체(2)가 대전되는 감광체(2) 표면의 폭인 대전폭(charging width) L을 화살표(3)로 표시하였다. 감광체(2)를 표면 속도 v로 회전(4)시켰다. 이로부터 감광체(2)가 대전되는 면적 S는 아래와 같은 방정식 (1)이 성립한다.

S = v × t × L (1)

여기서, S는 감광체 드럼(2) 표면상의 대전 면적, t는 대전 시간, v는 감광체 드럼(2) 표면이 회전할 때의 원주 속도, 및 L은 감광체 드럼(2) 표면상의 대전폭이다.

두 전극 사이에 전하량 Q가 주어졌을 때 두 전극 사이의 전위차가 V인 경우, 정전용량 C, 두 전극 사이에 전하량 Q, 및 전위차 V의 사이에는 아래 방정식 (2)가 성립한다.

Q = C × V (2),

평판형 커패시터 모델의 경우, 정전용량 C는 하기 방정식 (3)으로 표시될 수 있다.

C = ε× S/D = ε₀ ×ε_r × S/D (3),

여기서, D는 두전극 사이의 거리, ε₀은 진공 유전율(permittivity of vacuum), 즉 8.854×10^-12(F/m), ε은 사용하는 물질의 유전율, εr은 사용하는 물질의 상대 유전율이고, S는 대전영역의 면적이다.

방정식 (1) 및 (3)을 방정식 (1)에 대입하면 아래 방정식 (4)가 성립한다.

Q = ε₀ ×ε_r × v × t × L × V/D (4),

방정식 (4)를 대전 시간 t에 대하여 미분하면 아래 방정식 (5) 및 (6)이 성립한다.

dQ/dt = I = ε₀ ×ε_r × v × L × V/D (5),

ε_r = (I × D) / (ε₀× v × L × V) (6),

여기에서 I는 전류이다. 방정식 (6)을 방정식 (3)에 대입하면 정전용량 C를 구할 수 있다.

도 2는 상기 감광체 드럼의 정전 용량을 측정하기 위하여 필요한 전류 I 및 대전 전위 V를 측정하는 개략적인 회로도이다. 도 2를 참조하면, 감광체 드럼(5) 표면에 전위계로 스코로트론 대전 장치(6)를 사용하여 표면 전위 -600 V로 대전시킨다. 이때, 전위 프로브(8)를 통하여 전위계(9)로 감광체 드럼(5) 표면의 대전 전압 V, 및 전류계(7)를 통하여 스코로트론 대전 장치(6)에 공급된 전류 I를 측정한다.

<막두께 측정>

유기 박막의 측정에 널리 사용되는 방식인 와전류(eddy current) 측정 방식을 이용하여 표 1에 표시한 UCL, CGL 및 CTL의 두께를 측정하였다. 측정기기로서는 Fisher사의 DUALSCOPE

FMP40을 사용하였다. 표 1에 기재된 각 층의 두께는 각 층의 왼쪽, 가운데 및 오른쪽 부분의 3점에서 측정한 평균값이다. 측정 에러를 줄이기 위해 모터로 구동되는 지그를 이용하여 각 층에 동일한 압력이 작용하도록 설정하였다.

<마이크로지터 평가>

실시예 1 내지 10, 비교예 1 내지 5 및 참고예 1 내지 3에서 얻은 전자사진 감광체 드럼을 DC 대전 방식으로 작동하는 MultiXpress SL-X7600 레이저 프린터(삼성전자(주), 모델명: MultiXpress SL-X7600)에 장착하고 23℃ 및 상대습도 50%의 환경에서 인쇄하여 얻은 하프톤 패턴 화상(가로 18cm, 세로 25cm)에 대하여 다음과 같은 방법으로 마이크로지터 수준을 평가하였다. 상기 프린터에 적용한 대전 롤러는 저온 및 고온에서 유효한 대전 성능을 발휘할 수 있도록 설계된 것이다. 즉 상기 대전 롤러는 에피클로로히드린으로 이루어진 실린더형 롤러의 표면상에 나일론 수지를 코팅한 코팅된 롤러이며 체적 저항은 체적저항은 2.0×10⁺⁵ Ω이고, 표면 저항은 1.0×10⁺⁸ Ω이다. 상기 대전 롤러의 기본 물성 특성은 아래 표 2에 종합한 것과 같다.

	각도	표면조도(㎛)
	각도	Ra	Rz	Rsm
대전 롤러	0°	3.07	10.96	98.80
	90°	2.99	9.30	89.65
	180°	2.94	8.30	83.01
	270°	3.05	8.53	93.68

Ra: 산술평균 거칠기, Rz: 10점 평균 거칠기, Rsm: 윤곽곡선 요소평균 길이를 나타낸다.

마이크로지터 발생 정도는 실제 화상을 출력해서 그 정도를 비교하였다. 이때 상기 레이저 프린터 내의 대전 롤러는 감광체 드럼을 다음과 같은 조건하에서 대전한다.

대전 방식: DC 접촉 대전 방식

대전 인가 전압: -1,250 V

감광체 드럼의 외경: 30mm.

상기 MultiXpress SL-X7600 레이저 프린터를 이용하여 대전 전위를 변수로 하여 마이크로지터 발생 수준을 비교하였다. 상기 프린터는 60ppm의 인쇄 스피드로 작동하였다. 감광체 드럼에 인가하는 목표 초기 표면 전위 V₀= -600V를 기준으로 대전 전위값을 변화시키면서 화상에서 발생하는 마이크로지터를 인용가능하게 하는 대전 전위값의 범위, 즉 대전 마진을 결정하였다. 대전 마진 ΔV₀이 크면 클수록 상대적으로 마이크로지터 문제가 경미한 것으로 판단한다. 대전 마진 ΔV₀ = 100V 이상인 것을 양호한 것으로 판단하였으며, 평가 한계로 인하여 대전 마진은 최대 250V로 제한하였다. 예를 들면, 대전 마진 ΔV₀ = 100V라는 것은 대전 전위가 -500V 내지 -700V의 범위에서 마이크로지터 문제가 없는 다시 말하면 인용가능한 수준의 마이크로지터만이 발생하게 하면서 감광체를 대전할 수 있는 것을 의미한다.

도 4 및 5는 각각 MultiXpress SL-X7600 레이저 프린터를 이용하여 흑색 하프톤 화상을 인쇄하였을 때 마이크로지터 문제가 발생한 경우(실시예 1) 및 마이크로지터 문제가 발생하지 않은 경우(비교예 1)를 예시하는 사진이다. 도 4를 참조하면, 감광체의 불균일 대전에 의한 마이크로지터 화상 불량 문제가 발생한 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 인쇄 화상을 현미경으로 확대하면 진한 색 도트들로 이루어진 스트라이프 및 연한 색 도트들로 이루어진 스트라이프를 관찰할 수 있다. 도 4에 표시된 바와 같이, 인쇄 화상의 장소에 따라 상기 진한 스트라이프의 폭이 0.929 mm, 1.049 mm, 0.089 mm, 및 0.080 mm로 변화가 많아서 마이크로지터 문제가 발생한 것을 알 수 있다. 이러한 문제는 감광체 대전 전위의 불균일성이 이후 노광 전위에도 동일한 영향을 미쳐 실제 토너 화상 형성시 화상 불균일을 생성하는 것으로 이해할 수 있다. 도 5는 균일한 감광체 대전이 이루어진 정상적인 경우에 볼 수 있는 화상이다. 도 5를 참조하면, 인쇄 화상의 서로 다른 장소에서 상기 진한 스트라이프의 폭이 0.092 mm, 및 0.094 mm로 변화 폭이 크지 않아서 마이크로지터 문제가 발생하지 않은 것을 알 수 있다.

표 3은 실시예 1 내지 10, 비교예 1 내지 5 및 참고예 1 내지 3에서 얻은 감광체 드럼의 평가 결과를 종합한 것이다. 이때, 시험시 적용하는 대전 전위는 50V 단위로 변동하였다.

	감광체 드럼 샘플명	정정용량 (pF/cm²)	대전마진 (ΔV₀)	평가 결과 (ΔV₀ ≥ 100의 조건 만족 여부)
비교예 1	A-39	59.3	-50	No
실시예 1	A-28	82.5	-200	Yes
실시예 2	A-17	138.5	-250	Yes
비교예 2	B-39	60.4	-50	No
실시예 3	B-28	84.9	-200	Yes
실시예 4	B-17	146.9	-250	Yes
비교예 3	C-39	59.2	-50	No
실시예 5	C-28	78.3	-150	Yes
실시예 6	C-17	125.7	-200	Yes
비교예 4	D-39	61.3	-50	No
실시예 7	D-28	83.4	-100	Yes
실시예 8	D-17	138.6	-200	Yes
비교예 5	E-39	65.2	-50	No
실시예 9	E-28	87.5	-100	Yes
실시예 10	E-17	150.5	-250	Yes
참고예 1	F-30	660	-250	Yes
참고예 2	F-25	752	-250	Yes
참고예 3	F-20	1003	-250	Yes

표 3을 참조하면, A 시리즈 감광체 샘플과 B 시리즈 감광체 샘플의 차이는 양극산화층의 유무이며, 정전 용량 및 대전 마진의 결과를 보면 의미있는 차이가 없는 것을 알 수 있다. 또한, C 시리즈 감광체 샘플과 D 시리즈 감광체 샘플의 결과를 비교하면, PTFE 충전제 입자의 존재 유무, 즉 CTL의 표면 상태가 정전 용량 및 대전 마진에 큰 영향을 주지 않는 것을 확인할 수 있다. C 시리즈 감광체 샘플과 E 시리즈 감광체 샘플을 비교하면, CTL 중의 CTM 및 바인더 수지의 화학구조 차이가 미치는 영향 또한 그리 크지 않음을 확인할 수 있다. 그러나, 유기 감광체 드럼에 해당하는 A 시리즈 내지 E 시리즈 감광체 샘플의 경우에는, 일반적으로 CTL 두께가 작을수록 대전마진이 커지는 경향이 확인된다. 이는 대전에 필요한 전하량이 증가함에 따라 대전시 요구되는 전하량이 증가하는 것이 마이크로지터 개선에 도움이 되는 것을 실증한다. 이를 확인하고자 무기 감광체 드럼에 해당하는 F 시리즈 감광체 샘플을 이용하여 마이크로지터를 평가한 결과, F 시리즈 감광체 샘플의 경우에는 a-Si CTL의 두께가 20 ㎛, 25 ㎛ 및 30 ㎛의 경우 모두 250V의 대전마진을 보였다. 유기 감광체 드럼에 해당하는 A 시리즈 내지 E 시리즈 감광체 샘플의 경우에는 CTL 두께가 30 ㎛의 경우 대전 마진은 100V 정도였다. 이를 통해 단지 CTL 두께만으로는 DC 대전 및 접촉 방식의 감광체의 대전 거동을 모두 설명할 수 없으며, 감광체의 정전 용량이 마이크로지터 제어를 위한 유효한 파라미터인 것을 확인할 수 있다.

도 6은 실시예 1 내지 10, 비교예 1 내지 5, 및 참고예 1 내지 3에서 얻은 감광체 드럼의 정전용량 값 및 대전 마진(ΔV₀) 값을 각각 y축 및 x 축에 플롯팅한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 6을 참조하면, 정전용량이 클수록 대전마진도 대체적으로 커지는 것을 알 수 있다. 이러한 상관 관계는 무기 감광체 드럼(F 시리즈 샘플)에서도 그대로 적용되는 것을 알 수 있다. 또한, F 시리즈 샘플을 보면, 두께가 30㎛인 F-30 샘플인 경우에도 마이크로지터 수준이 양호한 것으로부터 마이크로지터는 감광체를 대전하는 데 필요한 전하량을 결정하는 정전 용량이 중요한 인자임을 확인할 수 있다. 여기에서는 대전 마진 ΔV₀ = 100 V 이상인 경우를 마이크로지터 수준이 양호한 것으로 결정하였으며, 따라서 마이크로지터 값은 80 pF/cm² 이상이 필요한 것으로 확인되었다.

이상의 결과로부터, 본 개시에 따른 감광체는 전자사진 화상형성 시스템에서 감광체 표면에 대전되는 전하 밀도 균일성을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 따라서 상기 감광체를 사용하면 장기간 동안 마이크로지터 문제가 발생하지 않는 고화질 화상을 안정적으로 형성할 수 있다.

본 개시는 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

11: 전자사진 감광체
13: 대전 부재
15: 현상 장치
17: 전사 롤러
19: 화상 수용 부재
21: 클리닝 블레이드
23: 규제 블레이드
25: 현상 롤러
27: 공급 롤러
29: 전자사진 카트리지
31: 전자사진 화상형성장치.

Claims

도전성 지지체; 및 상기 도전성 지지체 상에 형성된 감광층을 포함하는 전자사진 감광체로서,
상기 감광층이 전하발생층 및 전하수송층을 포함하며,
대전 장치에 의하여 상기 전자사진 감광체에 인가된 대전 전압 Vx(단위: V)의 허용 범위를 V₀ - 150 ≤ Vx ≤ V₀ + 150이라고 할 때, 상기 전자사진 감광체의 단위면적당 정전용량이 90 pF/cm² 이상인 전자사진 감광체:
여기에서, V₀는 상기 대전 장치에 의하여 상기 전자사진 감광체에 인가된 초기 대전 전압(단위: V)을 나타낸다.
제1항에 있어서, 상기 대전 전압 Vx(단위: V)의 허용 범위를 V₀ - 100 ≤ Vx ≤ V₀ + 100이라고 할 때, 상기 전자사진 감광체의 단위면적당 정전용량이 80 pF/cm²이상인 전자사진 감광체.
제1항에 있어서, 상기 대전 전압 Vx(단위: V)의 허용 범위를 V₀ - 50 ≤ Vx ≤ V₀ + 50이라고 할 때, 상기 전자사진 감광체의 단위면적당 정전용량이 60 pF/cm² 이상인 전자사진 감광체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도전성 지지체 및 상기 감광층의 사이에는 하도층이 배치된 전자사진 감광체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대전 장치가 전자사진 감광체에 접촉하여 직류(DC) 전압을 인가하는 접촉 대전 방식을 이용하는 전자사진 감광체.
제5항에 있어서, 상기 전자사진 감광체에 인가되는 대전 전하가 음전하(negative charge)인 것을 특징으로 하는 전자사진 감광체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대전 장치가 도전성 고무 대전 롤러인 것을 특징으로 하는 전자사진 감광체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 전자사진 감광체를 포함하는 전자사진 카트리지.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 전자사진 감광체를 포함하는 전자사진 화상형성장치.