DE2031246C3 - Elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial mit einem elektrisch leitenden Schichtträger, auf dem eine glasförmiges Selen enthaltende photoleitfähige Schicht zusammen mit einem Raster aus einem Metall aufgebracht ist.

Bei der Anwendung eines derartigen elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterial in einem Abbildungsverfahren müssen nicht nur die photographischen Eigenschaften, sondern auch die F -iflüsse des Ladungsbildes auf den Entwicklungsvorgang berücksichtigt werden. Auch mit einem Aufzeichnungsmaterial, das eine elektrostatische Ladung relativ lange bei Dunkelheit speichert und sich bei Belichtung schnell entlädi. treten bei der Entwicklung gewisse Schwierigkeiten auf, die auf die elektrostatischen Felder des latenten elektrostatischen Bildes zurückzuführen sind. Die Wechselwirkung zwischen diesen Feldern und dem elektroskopischen Entwickler kann nur dann grundlegend verstanden werden, wenn berücksichtigt wird, daß große und gleichmäßig geladene Bereiche relativ starke Randfelder erzeugen, während die elektrischen Felder in ihren Mitten schwächer sind. Die Randfelder treten nicht nur am Umfang eines geladenen Bereiches auf, sondern auch an jeder Stelle innerhalb dieses Bereiches, an der ein hoher Potentialgradient vorhanden ist. Beispielsweise wüide ein starkes Randfeld auch in einem großen geladenen Bereich vorhanden sein, wenn einander benachbarte Teilbereiche eine relativ hohe und eine relativ niedrige Ladung haben. Wegen des Randeffektes hat das elektrophotographische Verfahren sehr gute Ergebnisse bei der Reproduktion von Strichzeichnungen u. ä. gezeigt, die auf dem Aufzeichnungsmaterial durch schmale geladene Bereiche mit starken Randfeldern charakterisiert sind. Zufriedenstellende Reproduktionen kontinuierlich getönter Bilder mit großen Bereichen gleichmäßiger Tönungsdichte wurden bereits mit dem üblichen Aufzeichnungsmaterial erzielt. Um jedoch eine sehr gute Qualität solcher Reproduktionen /u erzielen, sind normalerweise besondere Maßnahmen erforderlich, die die Entwicklung derjenigen Teile des elektrostatischen Bildes verbessern, die keinen hohen Potentialgradienten enthalten und starke Randfelder aufweisen. Hierzu müssen Zusatzvorrichtungen und spezielle Verfahren vorgesehen sein, beispielsweise eine Entwicklungselektrode gemäß der US-PS 27 77 418 oder eine Rasterbelichtung gemäß der US-PS 25 98 732. Derartige Maßnahmen führen oft zur qualitativ guten Reproduktion kontinuierlich getönter Bilder. Verbesserungen der Rasterverfahren sind ferner in den US-PSen 32 88 602 und 33 37 339 beschrieben. Beispielsweise können Gitter- ot'er Punktmuster unter der photoieitfähigen Schicht oder auf ihrer

ι ο Oberfläche angeordnet sein.

Die Entwicklungselektrode und die Rasterverfahren sollen zwar die Auswirkungen der starken Randfelder großer geladener Bildbereiche vermeiden, sie arbeiten jedoch im Hinblick auf die allgemein üblichen

ι i Anforderungen an das elektrophotographische Verfahren nicht zufriedenstellend. Beispielsweise hat das meiste übliche elektrophotographische Aufzeichnungsmaterial eine relativ dicke Bildstoffschicht mit einer Stärke bis zu 60 μπι, damit es eine größere Ladespannung aushalten kann. Aus noch zu beschreibenden Gründen ist dabei ein Unterlagengitter unwirksam. Auch sind die elektrophotographischen Reproduktionsmaschinen für eine schnelle Betriebsgeschwindigkeit eingerichtet, weshalb die Verwendung einer Entwicklungselektrode nicht günstig ist Es kann nämlich nur eine bestimmte Tonermenge durch eine durch die Entwicklungselektrode begrenzte öffnung hindurchtreten, wodurch die Entwicklung annehmbarer Kopien begrenzt ist Ferner ist es allgemein ungünstig, ein Gitter oder Raster auf die Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials zu bringen, da dadurch eine Abnutzung bei laufendem Gebrauch und eine Toneransammlung entsteht, die eine Reinigung des Aufzeichnungsmaterials schwierig macht.

i"' Aus der DE-OS 14 97 069 geht eine Anordnung eines elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials hervor, bei der an der Grenzfläche zwischen einem elektrisch leitenden Schichtträger und einer photoleitfähigen Schicht ein mosaikförmiges Raster aus einem

■*'> isolierenden Material gebildet ist. Bei dieser Anordnung des Rasters läßt sich nur eine verhältnismäßig schlechte Auflösung des zu entwickelnden Bildes erreichen. Ferner fließen die Ladungen von der photoleitfähigen Schicht in den Bereichen, in denen bewußt eine

'"' Ladungsverminderung auftreten soll, zu langsam ab. Aus der DE-AS 12 29 846 ist ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial bekannt, das zwischen einem durchsichtigen Schichtträger und einer photoleitfähigen Schicht ein Raster aus einem undurchsichtigen

■»» Material aufweist. Dieses Raster dient beim Belichten der photoleitfähigen Schicht von dem transparenten Schichtträger her als Blende für die einfallende Lichtstrahlung. Aus der DE-AS 12 37 902 ist ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial mit

^r>> einem elektrisch leitenden Schichtträger, auf dem eint· gasförmige Selen enthaltende photoleitfähige Schicht zusammen mit einem Raster aus Metall aufgebracht ist, bekannt. Jedoch ist zwischen dem leitfähigen Schichtträger und der photoleitfähigen Schicht zusätzlich eine

w isolierende dielektrische Schicht aufgebracht. Dabei ergeben sich aufgrund der zusätzlichen dielektrischen Schicht Schwierigkeiten beim Abfließen der Ladungen; ferner muß das gesamte Raster auf einem vorbestimmten Potential gehalten werden, wenn es überhaupt

"'· wirksam seir. soll.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial an/ugcbcn, das auf einfache Weise eine schnelle

Rasterung einer auf das Aufzeichnungsmaterial aufgebrachten gleichförmigen Ladung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterial der eingangs genannten Art erfindungsgemäO dadurch gelöst, daß die photoleitfähige Schicht halogendotiertes glasförmiges Selen enthält, daß das Raster aus Punkten eines Metalls besteht, und daß die Metallpunkte 0,2 bis 20 μίτι unterhalb der freien Oberfläche der photoleitfähigen Schicht angeordnet sind.

Das erfindungsgemäße Aufzeichnungsmaterial ist verhältnismäßig einfach herzustellen, ermöglicht eine schnelle Ableitung der Ladungen im Bereich des mosaikförmigen Rasters und eine gute Auflösung des zu entwickelnden Bildes selbs; bei verhältnismäßig dicken photoleitenden Schichten, die aus Gründen einer hohen Spannuvigsfestigkeit gewählt werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die photoleitfähige Schicht 10 bis 200, vorzugsweise 20 bis 60 um dick. Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht das Raster aus Nickel, Gold, Blei, / luminiurn, Zinn, Silber, Cadmium oder Zink.

Das Raster bewirkt eine Unterteilung des induzierten elektrischen Feldes, wodurch auf dem Aufzeichnungsmaterial niedrige Potentialgradienten entstehen. Die Grundlage für die Funktion solcher Anordnungen ist in der US-PS 25 98 732 beschrieben. Bei dem erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterial kann jedoch eine relativ dicke Bildstoffschicht verwendet werden, in die das Raster eingebettet ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele hervor. Es zeigt

Fig. 1 den Querschnitt eines erfindungsgemäß ausgebildeten elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das in Fig. 1 gezeigte Aufzeichnungsmaterial mit teilweise weggelassener photoleitfä¹ iger Schicht,

Fig. 3 den Querschnitt eines erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterials mit den durch ein Ladungsmuster erzeugten Feldlinien und

Fig.4 den Querschnitt eines elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials mit in die photoleitfähige Schicht eingebettetem Metallgitter.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Figuren keine maßstabsgetreuen Darstellungen enthalten. Mehrere Elemente sind vergrößert oder verkleinert dargestellt, um ein besseres Vcständnis der Erfindung zu ermöglichen.

In Fig I ist ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial in Form einer Platte 11 dargestellt, die gemäß der Erfindung ausgebildet ist. Ihr Schichtträger 12 besteht aus einem Material, das eine mechanische Lagerung der Bildstoffschicht ermöglicht und die Platte zur Verwendung in einer elektrophotographischen Reproduktionsmaschine geeignet macht. Der Schichtträger soll auch aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen, um die Aufladung oder Sensitivierung der Platte und die Ableitung elektrostatischer Ladungen zu ermöglichen. Der Schichtträger kann beispielsweise als Metallplatte, Metallband, Metallfolie o.a. ausgebildet sein oder aus einem leitfähigen Kunststoff, Glas Papier o. ä. bestehen. Er kann zylindrisch, eben, hexagonal oder anderweitig ausgebildet sein. Als Metallplatte oder als Zylinder soll er relativ starr sein, als Metallfolie, Kunststoffband o. ä. relativ flexibel. Unter der Bezeichnung »leitend« soll die Eigenschaft eines Schichtträger 12 zu versehen sein, der eine höhere Leitfähigkeit als die photoleitfähige Schacht besitzt. Der spezifische Widerstand soll niedriger als etwa 10'° Ohm cm und vorzugsweise niedriger als etwa 10⁵Ohm cm liegen.

Auf dem Schichtträger 12 ist eine photoleitfähige Schicht 14 vorgesehen. Diese ist nicht auf bestimmte Stärken begrenzt, sie hat jedoch allgemein eine Stärke in der Größenordnung von 10 bis 200 μΐη, vorzugsweise von 20 bis 60 μΐη.

Bei dem erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterial wird mit einem Halogen dotiertes glasförmiges Selen als photoleitfähige Schicht verwendet, wobei jedoch die bisherige Erkenntnis, daß halogenische Verunreinigungen in reinem glasförmigem Selen zur Verhinderung von Kristallisation vermieden werden sollten, berücksichtigt wird. Daher soll die photoleitfähige Schicht vorzugsweise mit einem anderen Photoleiter überzogen oder das Selen mit ausreichenden Anteilen von Arsen oder anderen Zusätzen legiert sein.

Mit einem Halogen dotiertes glasföimiges Selen hat bestimmte Vorteile, insbesondere ermöglicht es eine schnelle Ladungsableitung über das Raster. D^;e durch die Emission von Elektronen aus den Metallpunkten des Raste, s erzeugten positiven Löcher sind in dem mit Halogen dotierten glasförmigen Selen sehr gut beweglich, weshalb elektronisches Gleichgewicht sehr schnell erreicht werden kann. Konzentrationen des Halogens von 0,002 bis 1 % sind sehr gut für das erfindungsgemäße elektrophotographische Aufzeichnungsmaterial geeignet.

Unter der Oberfläche der Schicht ist ein Mosaikraster aus metallischen Punkten 13 angeordnet, deren Durchmesser 0,08 bis 0,!3 mm beträgt und die einen Abstand von etwa 0,15 bis 0,2 mm zueinander haben. Dieses Raster aus undurchsichtigen und durchsichtigen Bereichen ist in die Schicht mit einer Stärke von 0,2 bis 20 μίτι eingebettet. Das Raster kann als normales Punktmuster oder Linienmuster ausgebildet sein, wie es bfM der berührungslosen Rasterbelichtung angewendet wird. Die Musterelemente können fast jede Form haben, beispielsweise können sie als runde Punkte, elliptische, zeilenartige und ähnliche Flächenalemenie ausgebildet sein. Der Abstand der einzelnen Elemente kann zwischen 0,15 und 0,2 mm liegen, so daß das Muster regelmäßig, unregelmäßig oder willkürlich verteilt ist. Die Elemente können ihre Größe auch von Punkt zu Punkt oder von Linie zu Linie ändern. Da das Muster in der beschriebenen Ausführungsform zur Aufteilung des auf der geladenen Oberfläche induzierten Feldes dient, muß es leitfähig sein. Daher soll es aus einem Metall bestehen, das einen guten elektrischen Kontakt mit dem glaii'ör-migen Selen bildet, um die Übertragung von Elektronen und Löchern zu erleichtern. Typische geeignete Metalle sind Nickel, Gold, Blei, Aluminium, Zinn, Silber, Cadmium und Zink.

In Fig. 2 ist eine Draufsicht auf ein Mosaikmuster dargestellt, das i'nter der Oberfläche der photoleitfähigen Schicht eingebettet ist. Die Feinheit des Rasters oder die Anzahl der Punkte pro cm ist ein wahlweise einzusetzender Parameter, der von der gewünschten Qualität der Reproduktion abhängt. Beispielsweise kann die Anzahl der Punkte pro cm zwischen 12 und 200 liegen, je nach jf.wünschtcr Qualität. Kosten usw. Vergleichsweise sei darauf hingewiesen, daü beim Zeitungsdruck Halbtonmuster mit etwa 24 bis etwa 40 Punkten pro cm verwendet werden Fs hat sich gezeigt, daß ein Muster mit etwa 60 Punkten pro cm ein Bild

er/eiigt. bei dem die Punkte mit dein bloßen Auge nicht zu erkennen sind.

Wie bereits ausgeführt, sollen die Punkte des metallischen Rasters einen Durchmesser von 0,08 bis 0,13 mm und einen Abstand zueinander von 0,15 bis 0,2 mm haben. Dadurch ergibt sich eine Dichte von 60 bis 80 Punkten pro cm, wodurch ein Bild mit nicht erkennbaren Punkten entsteht.

Man kann die Theorie aufstellen, daß das metallische Raster die über ihm angeordneten Ladungen neutralisiert, so daß ein unterteiltes Ladungsmuster auf der Oberfläche des Aufzcichnungsmaterials entsteht. Die dabei ablaufenden Vorgänge sind noch nicht vollständig geklärt, man nimmt jedoch an. daß sie nach dem folgenden anhand der F i g. 3 erklärten Prinzip ablaufen. Wird das Aufzeichnungsmaterial aufgeladen, so führt die Oberfläche der photoleitfähigcn Schicht 14 ein gleichmäßiges positives Potential. Die metallischen Punkte geben durch die positive Ladung F.lektronen frei, die zur Schichtoberfläche wandern und die positiven Ladungen neutralisieren. Die dabei an den metallischen Punkten entstehenden positiven Ladungen wandern dann durch die photoleitfähige Schicht und werden an dem Schichtträger neutralisiert. Wesentlich für die Wirksamkeit des Aufzeichnungsmaterials ist die schnelle SVanderung der positiven Ladungen von den metallischen Punkten und der Elektron':;-, von uem Schichtträger aus, so daß eine schnelle Neutralisation auftritt. Durch diese schnelle Neutralisation ist eine entsprechend schnelle und wiederholte Ausnutzung des Aufzeichnungsmaterial möglich.

Für das elektrophotographische Verfahren ist es bekannt, daß bei der Ablagerung des Toners auf dem latenten elektrostatischen Bild eines normalen Aufzeichnungsmaterials Potentialgradienten und keine tatsächlichen Potentiale entwickelt werden. Dies bedeutet, daß in jedem gleichmäßig geladenen Bereich (große dunkle Flächen oder niedrige Potentialgradienten bei langsamer Änderung von Grauton zu einer kontinuierlich getönten Fläche) die Kraftlinien der elektrostatischen Felder nach innen zum leitfähigen Schichtträger hin verlaufen, so daß diese Bereiche mit geladenen Tonerteilchen schwierig zu entwickeln sind. An den Rändern solcher Bereiche oder an Stellen eines hohen Potentialgradienten (bei Strichzeichnungsbildern) existiert ein starkes Randfeld. Randfelder dieser Art haben vertikale elektrostatische Feldkomponenten, die über die Oberfläche der photoleitfähigen Schicht hinaus verlaufen und den Toner in diesen Bereichen bei der Entwicklung anziehen. Die bei der Elektrophotographie bereits bekannten Rasterverfahren vermeiden das Problem des Randeffektes bei Randfeldern großer Bereiche mit positiver Ladung. Im wesentlichen wird dabei die positiv geladene Fläche in einen Halbtonbereich verwandelt, bei dem Flächenelemente positiver Ladung auf der Platte verteilt sind. Solche Verhältnisse sind in F i g. 3 dargestellt, die die Rasterung gemäß der Erfindung darstellt. Aus F i g. 3 geht hervor, daß die metallischen Teilchen 13 die Ladung auf der Oberfläche der photoleitfähigen Schicht derart abgeleitet haben, daß Flächenelemente positiver Ladung 21 entstanden sind, deren jeweiliges Randfeld Kraftlinien hat, die gekrümmt zu den ungeladenen Bereichen der Schichtoberfiäche verlaufen. Dadurch entsteht ein Rasier aiis Potentialunterschieden auf der Oberfläche des elektrostatischen Materials, das eine unendliche Anzahl von Potentialgradienten enthält, die bei Aufbringen des Toners auf die Oberfläche entwickelt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterial wirken die metallischen Punkte modulierend auf das nach der gleichmäßigen Aufladung auf dem Material vorhandene Ladungsmustcr ein, wodurch viele kleine benachbarte Flächenteile mit hoher und niedriger Ladung entstehen, wobei jedes Paar solcher Flächenteile einen hohen Potentialgradientcn hat und zwischen den Flächenteilen jeweils viele kleine Randfelder existieren. Die Bildbelichtung des Aufzeichnungsmaterial«: moduliert die Ladungsstärke einer jeden dieser kleinen »Ladungsinseln« entsprechend der jeweils einfallenden Lichtmenge. Auf diese Weise werden die kleinen Ladungsinseln in den weißen Hächcnlcilen des Bildes praktisch voüstän dig durch die Belichtung entladen, während die geladenen Inseln in den grauen flächenteilen teilweise entladen werden und die geladenen Inseln in den schwarzen Flächenteilen ihre ■jr'i'-ingliche Ladung behalten. Ls sei nochmals darp'jf hingewiesen, daß die Zeit /wischen der Aufladung und der Belichtung unweseiT'ir!- ist und dadurch vorteilhafterweise eine schnelle Wiederverwendung des Aufzeichnungsmatcrials möglich ist.

Naft' der Belichtung wird das mit dem elektrostatischen Bild versehene Aufzeichnungsmaterial entwickelt. Die Entwicklung kann nach einem der bekannten cl^V-^ophotographischen Entwicklungsverfahren erfolgen, beispielsweise nach der Kaskadierungsentwicklung oder der in der US-PS 27 25 J04 beschriebenen Pulverwolkenentwicklung. Wie bereits ausgeführt wurde, wird das jeweilige Entwicklungsverfahren durch die auf einem erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterial nach der Aufladung und Belichtung erzeugten elektrostatischen Felder vorteilhaft beeinflußt. Da die Ladungsmuster auf der Oberfläche in kleine Ladungsinseln mit entsprechenden Randfeldern unterteilt werden, können auch geringe Ladungsdichten, die relativ leichten Grautönen des Originals entsprechen, entwickelt werden, denn auch diese schwach geladenen Bereiche werden zur Anziehung des ihnen entgegengesetzten geladenen Toners optimal ausgenutzt. Durch die Unterteilung des Ladungsmusters und die dadurch erzielte Verbesserung der Entwicklung schwacher Grautöne wird die effektive Grauskala der Reproduktion wesentlich verbessert. Wie bereits beschrieben wurde, wird auch die Entwicklung gleichmäßig geladener Flächen auch bei hoher Ladungsstärke verbessert, da die Unterteilung des Ladungsmusters in Ladungsinseln viele kleine Randfelder in diesen gleichmäßig geladenen Bereichen erzeugt, so daß ihre mittleren Bezirke in gleicher Weise wie ihre Ränder entwickelt werden.

In F i g. 4 ist ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial mit einem metallischen Punktraster dargestellt, das in der photoleitfähigen Schicht 14 unter 20 μπι eingebettet ist. Wird das Aufzeichnungsmaterial aufgeladen, so gibt der Punktraster Elektronen zur Neutralisierung der Oberflächenladung frei. Der Abstand, über den dieser Ladungsaustausch stattfindet, ist jedoch größer als 20 μπι, so daß eine Ladungsstreuung auftritt. Die durch den Punktraster 13 freigegebenen Elektronen breiten sich dabei nicht geradlinig von den Punkten zur Oberfläche aus, sondern streuen in einander überlappenden Bereichen, so daß eine

Ableitung der

g der Oberflächeniadungeri auftritt. Daher kann abhängig von der Tiefe des metallischen Punktrasters unter dem Grenzwert von 20 um entweder eine vollständige Ladungsableitung oder eine Auflösung der Ladungsinseln auftreten,

wodurch sich eine schlechte Auflösung des Bildes ergibt. Das Selen kann mit der gewünschten Konzentration des Dotierungsmittels im Handel erworben werden. Falls erwünscht, kann das Selen nach einem der üblichen Laboratoriumsverfahren dotiert werden, beispielsweise durch physikalisches Vermischen des Dotierungsmittels mit ^em Selen und Vakuumaufdampfung der Mischung

auf die leitfähige Unterlage. Geeignete Dotierungsverfahren sind in der US-PS 33 12 548 beschrieben. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß das Halogen dem Selen in Form einer Seienverbindung oder einer anderen Verbindung wie z. B. Halogensilber, beigegeben werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial mit einem elektrisch leitenden Schichtträger, auf dem eine glasförmiges Selen enthaltende photoleitfähige Schicht zusammen mit einem Raster aus einem Metall aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitfähige Schicht halogendotiertes glasförmiges Selen enthält, daß das Raster aus Punkten eines Metalls besteht, und daß die Metallpunkte 0,2 bis 20 μπι unterhalb der freien Oberfläche der photoleitfähigen Schicht angeordnet sind.

2. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitfähige Schicht 10 bis 200, vorzugsweise 20 bis 60 μπι dick ist.

3. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Raster aus Nickel, Gold, Blei. Aluminium, Zinn, Silber, Cadmium oder Zink besteht.