具有納米尺寸填料的光敏元件的製作方法
2023-05-08 14:29:01 2
專利名稱：具有納米尺寸填料的光敏元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及光敏元件或光電導體，其可用於靜電照相設備，包括印表機、複印機、其它複製設備，和數字設備。在具體的實施方案中，本發明涉及光敏元件，在光敏元件的一層或多層中分散或包含著納米尺寸的填料。納米填料在實施方案中提供了光敏元件，它具有透明、光滑、和更低摩擦傾向的表面。另外，在許多實施方案中，納米填料提供了壽命更長的光敏元件，它具有降低了刮傷、劃傷、磨蝕和磨耗的表面。進一步地，受光體在實施方案中減少了缺失或消除了缺失(deletion)。而且，受光體提供改進的填料，它在所選擇的粘合劑中具有好的分散性質，並且具有降低的顆粒孔隙率。
背景技術：
在本領域存在著需求，需求增加光敏元件耐磨耗性的改進的方法。另外，需求具有對刮傷、劃傷、微裂紋和磨蝕的易感性降低的受光體表面。另外，本領域需求具有透明、更光滑和更低摩擦傾向的表面的受光體。進一步，需求減少了缺失或消除了缺失的受光體。而且，本領域需求改進的填料，所述填料在所選擇的粘合劑中具有好的分散性質，並且具有降低的顆粒孔隙率。
發明內容
本發明的具體實施方案包括成象元件，所述成象元件包括基材；包含其中分散有電荷傳輸材料的電荷傳輸層；和罩面層，其中電荷傳輸層和罩面層中至少一層包含納米尺寸的填料，所述填料具有約1到約250納米的顆粒度。
具體實施方案進一步包括成象元件，所述成象元件包括基底；包含其中分散有電荷傳輸材料的電荷傳輸層；和罩面層，其中所述罩面層包含氧化鋁納米填料，所述填料具有約1到約250納米的顆粒度。
另外，具體實施方案包括在記錄介質上成象的成象設備，它包括a)具有電荷保持表面的受光體元件，以在其上接受靜電潛象，其中所述的受光體元件包括基底，其中包含有電荷傳輸材料的電荷傳輸層，和罩面層，其中電荷傳輸層和罩面層中至少一層包含納米尺寸的填料，所述填料具有約1到約250納米的顆粒度；b)顯影部件，以將顯影材料施用於所述的電荷保持表面，以將所述的靜電潛象顯影而在所述的電荷保持表面上形成顯影圖象；c)轉移部件，用來將所述顯影圖象從所述電荷保持表面轉移到另一個元件或複印基底上；和d)熔合元件，以將所述的顯影圖象熔融到所述的複印基底上。
圖1為一個採用受光體元件的普通靜電照相設備的示意圖。
圖2為展示各層和填料分散的具體實施方案的受光體的具體實施方案的示意圖。
具體實施例方式
本發明涉及納米尺寸填料的應用，用於光敏元件的一層或多層，用來增加光敏元件耐磨耗性和延長光敏元件的壽命。另外，在實施方案中，所述納米尺寸的填料提供了更光滑、透明和更低摩擦傾向的表面。而且，所述納米尺寸的填料在實施方案中提供了降低了劃傷、微裂紋、刮傷和磨蝕的光敏元件。進一步，受光體在實施方案中減少了缺失或消除了缺失。而且，受光體提供了改進的填料，所述填料在所選擇的粘合劑中具有良好的分散性質，並且具有降低的顆粒孔隙率。
參考圖1，在一個典型的靜電照相複印設備中，要被複印的原件的光影象以靜電潛象的方式記錄在光敏元件上，然後通過施用驗電熱塑性樹脂顆粒將潛象變成為可見的，所述顆粒通常稱為調色劑。具體地，受光體10通過充電器12在其表面充電，電源11向充電器12提供電壓。然後受光體由來自於光學體系或影象輸入設備13的光成影象曝光，以在其上形成靜電潛象，例如來自雷射器和發光二極體的光。通常，通過使來自顯影站14的顯影混合物與其接觸，靜電潛象被顯影。可通過應用磁刷、粉末雲或其它已知的顯影方法實現顯影。
當調色劑顆粒以影象的構型沉積到光電導體表面後，通過轉移手段15轉移到複印片材16上，可以是壓力轉移或靜電轉移。在實施方案中，顯影圖象轉移到中間轉印元件上，然後轉移到複印片材上。
顯影圖象轉移完成後，複印片材16前進到熔合站19，圖1中描述為熔合和壓力輥，其中通過把複印片材16從熔合元件20和壓力元件21之間通過，把顯影的影象熔融到複印片材16上，因此形成一個永久的影象。熔合可通過其它熔合元件完成，如與壓力輥壓力接觸的熔合帶，與壓力帶接觸的熔合輥，或其它類似體系。轉移之後，受光體10前進到清潔站17，在這裡通過用刮刀22(如圖1所示)、刷子或其它清潔設備，從其上清除掉任何遺留在受光體10上的調色劑。
本領域公知電子照相成象元件，可通過任何合適的技術製備電子照相成象元件。參考圖2，典型地，柔性或剛性基底1被提供以電子導電錶面或塗層2。
基底可以是不透明的或基本上透明的，和基底可包括任何具有所需機械性能的合適的材料。因此，基底可包括一層非電子導電的或電子導電的材料，如無機或有機成分。作為非電子導電材料，可用已知用於達到此目的的各種樹脂，包括聚酯、聚碳酸酯、聚醯胺、聚氨酯等，它們是柔性的如薄卷材。電子導電基底可以是任何金屬，如鋁、鎳、鋼、銅等，或聚合物材料，如上所述的，被填充以電子導電物質如碳、金屬粉等，或有機電子導電材料。電子電絕緣或導電基底可以是無限長的柔性帶、卷材、剛性圓筒、片材等形式。基底層的厚度依靠多種因素，包括所希望的強度和經濟的考慮。這樣，對於鼓，該層厚具有相當的厚度，如多至幾釐米，或極小厚度，低於1毫米。類似地，柔性帶具有相當的厚度，如約250微米，或極小厚度，低於50微米，條件是對最終的電子照相設備沒有負面的影響。
在基底層不導電的具體實施方案中，可通過電子導電塗層2賦予其表面電子導電性。導電塗層的厚度可依據光學透明性、希望的柔韌度和經濟因素在相當寬的範圍變化。因此，對於一個柔性的光敏成象設備，導電塗層的厚度可為約20埃至約750埃，或約100埃至約200埃，以獲得電子導電性、柔韌度和光透射的最佳結合。柔性導電塗層可以是，如，在基底上形成的電子導電金屬層，可通過任何合適的塗布技術形成，如真空沉積技術或電沉積法。典型的金屬包括鋁、鋯、鈮、鉭、釩和鉿、鈦、鎳、不鏽鋼、鉻、鎢、鉬等。
可以將任選的空穴阻擋層3應用於基底1或塗層。可以使用任何合適的和常規的阻擋層，其能夠在基底1上相鄰的光導層8和其下導電錶面2之間形成空穴的電阻擋體。
任選的粘合層4可以應用於空穴阻擋層3。可以使用本領域已知的任何合適的粘合層。代表性的粘合層材料包括例如聚酯、聚氨酯等。當粘合層厚度為約0.05微米～約0.3微米時，可以獲得令人滿意的結果。用於向空穴阻擋層應用粘合層塗料混合物的常規技術包括噴塗、浸塗、輥塗、繞線棒塗、凹版塗布、伯德塗布器塗布等。沉積塗層的乾燥可以通過任何合適的常規技術例如烘箱乾燥、紅外線輻射乾燥、空氣乾燥等進行。
至少一個電子照相成象層8是在粘合層4、阻擋層3或基底1上形成的。電子照相成象層8可以是單層(圖2中7)，其如本領域眾所周知的，同時起到電荷產生和電荷傳輸的作用，或其可以包含多層例如電荷產生層5和電荷傳輸層6以及罩面層7。
該電荷產生層5可以應用於電子導電錶面或在基底1和電荷產生層5之間的其它表面上。電荷阻擋層或空穴阻擋層3可以任選地，在應用電荷產生層5之前應用於電子導電錶面。如果需要，在電荷阻擋層或空穴阻擋層3與電荷產生層5之間，可以使用粘合層4。通常，電荷產生層5應用於阻擋層3上面，而電荷傳輸層6是在電荷產生層5上面形成的。該結構可以使電荷產生層5在電荷傳輸層6之上或之下。
電荷產生層可以包含以下的非晶薄膜，硒和硒與砷、碲、鍺等的合金，氫化非晶矽和矽與鍺、碳、氧、氮等的混合物，其通過真空蒸發或沉積而製造。該電荷產生層還可以包含晶體硒及其合金的無機顏料；II-VI族化合物；和有機顏料例如喹吖啶酮、多環顏料例如二溴三苯並[cd，jk]芘-5，10-二酮顏料、苝和perinone二胺、多核芳族醌、偶氮顏料包括雙、三和四偶氮；等，其分散於薄膜形成聚合物粘合劑中，並通過溶劑塗布技術製造。
酞菁已經作為光產生材料應用於使用紅外曝光系統的雷射印刷機中。受到低成本半導體雷射二極體曝光裝置曝光的受光體需要感紅外性。酞菁的吸收光譜和光敏性取決於化合物的中心金屬原子。已經報導了許多金屬酞菁，包括氧化釩酞菁、氯化鋁酞菁、銅酞菁、氧化鈦酞菁、氯化鎵酞菁、羥基鎵酞菁、酞菁鎂和不含金屬的酞菁。酞菁以許多結晶形式存在，並對光產生有很強的影響。
任何合適的聚合物薄膜形成粘合劑材料可以作為在電荷產生(光產生)粘合層中的基體應用。典型的聚合物薄膜形成材料包含描述於例如美國專利3121006的那些，其全部內容在此引入作為參考。因此，典型的有機聚合物薄膜形成粘合劑包含熱塑性和熱固性樹脂例如聚碳酸酯、聚酯、聚醯胺、聚氨酯、聚苯乙烯、聚芳醚、聚芳碸、聚丁二烯、聚碸、聚醚碸、聚乙烯、聚丙烯、聚醯亞胺、聚甲基戊烯、聚苯硫、聚乙酸乙烯酯、聚矽氧烷、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇縮醛、聚醯胺、聚醯亞胺、氨基樹脂、亞苯基氧化物樹脂、對苯二甲酸樹脂、苯氧基樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、聚苯乙烯和丙烯腈共聚物、聚氯乙烯、氯乙烯和乙酸乙烯酯共聚物、丙烯酸酯共聚物、醇酸樹脂、纖維素膜形成劑、聚(醯胺醯亞胺)，丁苯共聚物、偏1，1-二氯乙烯-氯乙烯共聚物、乙酸乙烯酯-偏1，1-二氯乙烯共聚物、苯乙烯-醇酸樹脂，聚乙烯基咔唑等。這些聚合物可以是嵌段、無規或交替共聚物。
光產生組合物或顏料在樹脂狀的粘合劑組合物中以不同的量存在。但是通常，約5～約90體積％的光產生顏料被分散於約10～約95體積％樹脂狀粘合劑中，或約20～約30體積％的光產生顏料分散於約70～約80體積％樹脂狀粘合劑組合物中。在一個實施方式中，約8體積％的光產生顏料分散於約92體積％樹脂狀粘合劑組合物中。光產生層也可以使用真空升華製造，在該情況中沒有粘合劑。
任何合適的和常規的技術可以用來混合，之後塗布光產生層塗料混合物。典型的塗布技術包括噴塗、浸塗、輥塗、繞線棒塗、真空升華等。對某些應用，產生層可以以點或線的圖案形式製造。可以使用任何合適的常規技術例如烘箱乾燥、紅外線輻射乾燥、空氣乾燥等，除去溶劑塗布層中的溶劑。
電荷傳輸層6可以包含電荷傳輸小分子23，其溶解於或分子分散於薄膜形成用電惰性的聚合物例如聚碳酸酯中。這裡使用的術語「溶解」定義為形成溶液，其中小分子溶解在聚合物中而形成均相。這裡使用的術語「分子分散」定義為電荷傳輸小分子分散在聚合物中，這些小分子以分子水平分散在聚合物中。任何合適的電荷傳輸或電活性的小分子可以在本發明的電荷傳輸層中使用。這裡使用的術語電荷傳輸「小分子」定義為單體，其使得在傳輸層中光產生的自由電荷能沿著傳輸層傳輸。典型的電荷傳輸小分子包括例如吡唑啉，例如1-苯基-3-(4`-二乙基氨基苯乙烯基)-5-(4``-二乙基氨基苯基)吡唑啉，二胺例如N，N`-二苯基-N，N`-雙(3-甲基苯基)-(1，1`-聯苯基)-4，4`-二胺，腙例如N-苯基-N-甲基-3-(9-乙基)咔唑基腙和4-二乙基氨基苯甲醛-1，2-二苯基腙，以及噁二唑例如2，5-雙(4-N，N`-二乙基氨基苯基)-1，2，4-噁二唑，茋等。但是，為避免高通過量下機器cycle-up，電荷傳輸層應該基本上不含(小於約2％)二或三氨基三苯基甲烷。如上所述，合適的電活性小分子電荷傳輸化合物是溶解或分子分散在電惰性聚合物薄膜形成材料中的。小分子電荷傳輸化合物是N，N`-二苯基-N，N`-雙(3-甲基苯基)-(1，1`-聯苯基)-4，4`-二胺，其允許來自顏料的空穴高效率地注入電荷產生層，並在非常短的傳輸時間內將其沿電荷傳輸層傳輸。如果需要，在電荷傳輸層中的電荷傳輸材料可以包含聚合物電荷傳輸材料或小分子電荷傳輸材料和聚合物電荷傳輸材料的結合。
任何合適的電惰性樹脂粘接劑可以應用於本發明的電荷傳輸層中，其在用來應用罩面層7的醇溶劑中不溶。典型的惰性樹脂粘接劑包含聚碳酸酯樹脂、聚酯、聚丙烯酸酯、聚醚、聚碸等。分子量可以變化，例如約20000～約150000。粘接劑的例子包括聚碳酸酯例如聚(4，4`-亞異丙基-二亞苯基)碳酸酯(也稱作雙酚-A-聚碳酸酯)、聚(4，4`-亞環己基二亞苯基)碳酸酯(稱作雙酚-Z-聚碳酸酯)、聚(4，4`-亞異丙基-3，3`-二甲基-二苯基)碳酸酯(也稱作雙酚-C-聚碳酸酯)等。任何合適的電荷傳輸聚合物也可以用於本發明的電荷傳輸層。該電荷傳輸聚合物應該在醇溶劑中不溶，該醇溶劑用於施用本發明的罩面層。這些電活性電荷傳輸聚合物材料應該能夠支持來自電荷產生材料的光生空穴的注入，並能夠使得這些空穴通過那裡傳輸。
任何合適的和常規的技術可以用來混合以及之後將電荷傳輸層塗料混合物施用至電荷產生層。典型的施用技術包括噴塗、浸塗、輥塗、繞線棒塗等。沉積塗層的乾燥可以使用任何適合的常規的技術例如烘箱乾燥、紅外輻射乾燥、空氣乾燥等實現。
通常，電荷傳輸層的厚度為約10～約50微米，但在此範圍外的厚度也可以使用。空穴傳輸層應該在以下程度上是絕緣體在沒有照明時，置於空穴傳輸層上的靜電荷不會以足以防止在其上面的靜電潛象的形成和保持的速度傳導。通常，空穴傳輸層的厚度對電荷產生層的厚度比可以保持在約2∶1～200∶1，在某些情況下大至400∶1。電荷傳輸層基本上對可見光或目標應用範圍內的射線不吸收，但是電「活性「的，其允許來自光導層即電荷產生層的光生空穴的注入，而且允許這些空穴通過其自身傳輸，從而選擇性地釋放在活性層表面上的表面電荷。
交聯劑可以與罩面層結合使用，以促進聚合物的交聯，由此提供強結合。合適的交聯劑的例子包括草酸、對-甲苯磺酸、磷酸、硫酸等，及其混合物。交聯劑的用量為聚合物總含量的約1～約20重量％，或約5～約10重量％，或約8～約9重量％。
所選擇的連續的罩面層的厚度取決於在應用的系統中充電(例如偏壓充電輥)、清潔(例如刮刀或卷材)、顯影(例如刷子)、轉移(例如斜轉移輥(bias transfer roll))等的磨耗性，並可高達約10微米。在許多實施方案中，厚度為約1～約5微米。任何合適的和常規的技術可以用來混合以及之後將罩面層塗料混合物施用至電荷產生層。典型的施用技術包括噴塗、浸塗、輥塗、繞線棒塗等。沉積塗層的乾燥可以使用任何適合的常規的技術例如烘箱乾燥、紅外線乾燥、空氣乾燥等實現。本發明乾燥的罩面層應該在成象過程中傳輸空穴，並不應具有太高的自由載流子濃度。在罩面層中的自由載流子濃度增加暗衰變。在許多實施方案中，罩面塗布層的暗衰變應該與未罩面塗布的器件大致相同。
在光敏元件中，納米尺寸填料可以加入單或多層中。在許多實施方案中，納米尺寸填料可以以填料18添加到電荷傳輸層6，或以填料24添加到罩面層7中。
在許多實施方案中，納米尺寸填料的分散相當簡單，具有極高的表面積/單位體積比，具有與分散介質較大的相互作用區域，其是非多孔的、和/或化學純的。另外，在許多實施方案中，納米尺寸填料是高度結晶的、球形的、和/或具有高表面積。
在許多實施方案中，納米尺寸填料是球形的或晶體形狀的。在許多實施方案中，納米尺寸填料是使用等離子合成或氣相合成而製備的。該合成使得這些顆粒狀填料與使用其它方法(特別是水解法)製備的那些區別在於，使用氣相合成製備的填料是非多孔的，其通過它們的相當低的BET值得到了證明。如此製備的填料的優點的例子為，球形的或晶體形狀的納米尺寸填料不易於吸收和截留氣態的電暈流出氣。
在許多實施方案中，納米尺寸填料的表面積為約0.1～約75，或約20～約40，或約42m2/g。
在許多實施方案中，納米尺寸填料在光敏元件的單或多層中的添加量為固體總量的約0.1～約30重量％，約3～約15重量％或約5～約10重量％。
納米尺寸填料的例子包括平均顆粒度在約1～約250納米，或約1～約199納米，或約1～約195納米，或約1～約175納米，或約1～約150納米，或約1～約100納米，或約1～約50納米的填料。
合適的納米尺寸填料的例子包括使用氣相合成或等離子體反應所製備的納米尺寸填料。納米尺寸填料具體的例子包括金屬氧化物例如氧化矽、氧化鋁、氧化鉻、氧化鋯、氧化鋅、氧化錫、氧化鐵、氧化鎂、氧化錳、氧化鎳、氧化銅、導電性五氧化二銻和氧化銦錫等，及其混合物。
在許多實施方案中，可以使用填料的等離子反應，或使用氣相合成，而製備納米尺寸填料，導致非常高的純度和非常低的孔隙率。在許多實施方案中，使用納米尺寸填料的等離子反應來製備填料。在該方法中，在高真空流動反應器中，輻照金屬棒或絲以產生強烈加熱產生類似等離子體條件。金屬原子因沸騰而脫離並被攜帶到下遊，在這裡它們被驟冷並被反應物氣體迅速冷卻，最顯然的是氧氣，以製備球狀低孔隙率納米尺寸金屬氧化物。通過反應器中的溫度分布以及驟冷氣的濃度來控制顆粒性質和尺寸。
在許多實施方案中，將納米尺寸填料進行表面處理，從而使得它們更容易分散。用適宜長度的時間通過大功率聲波振蕩將金屬氧化物納米顆粒分散於惰性溶劑中。然後加入一種或多種表面活性劑(例如有機氯矽烷、有機矽烷酯或其鈦類似物)，將混合物加熱以使得與金屬氧化物表面反應並鈍化之。除去溶劑，然後獲得了經表面處理的顆粒。可使用熱重分析確定獲得的表面處理的量。通常，發現1～10％的重量增量表明成功的表面處理。
實施例1具有分散於電荷傳輸層中的納米尺寸填料的受光體的製備和測試使用在單氯苯中的聚碳酸酯粘合劑(PcZ400)和m-TBD(N，N`-二苯基-N，N`-雙(3-甲基苯基)-(1，1`-聯苯基)-4，4`-二胺)浸塗鋁鼓形成電荷傳輸層來製備電子照相成象元件。加入不同量的納米尺寸氧化鋁填料，其具有39納米的平均粒徑和42m2/g的比表面積(BET)。納米尺寸填料的量為固體總量的0重量％(對照)、5重量％和10重量％。納米尺寸填料加入到電荷傳輸層(25微米)中。
測試了25微米傳輸層。使用磨耗代用裝置器來試驗器件，它是通過在旋轉鼓上連續灑落單組分顯影劑，接著使用刮刀清潔器除去調色劑來模擬磨耗的裝置。該裝置器表現出內在的前後一致性，並能夠對潛在的侯選者進行彼此分級。
磨耗結果示於下表1中。這些結果表明使用納米尺寸填料的良好結果。
表1
實施例2具有分散於罩面層中的納米尺寸填料的受光體的製備和測試重複上述實施例1中的步驟，但是將納米尺寸的氧化鋁加入5微米的罩面層中。正如前面的實施例，使用了聚碳酸酯、m-TBD空穴傳輸小分子和氧化鋁。
下表2給出了測試結果。結果清楚地表明使用納米尺寸填料增加了耐磨耗性。
表2
權利要求
1.成象元件，包括基底；電荷傳輸層，其包含分散於其中的電荷傳輸材料；以及罩面層，其中所述電荷傳輸層和罩面層中的至少一個包含納米填料，所述的填料顆粒度為約1～約250納米。
2.權利要求1的成象元件，其中所述顆粒度為約1～約199納米。
3.權利要求1的成象元件，其中所述納米填料的表面積為約0.1-約75m2/g。
全文摘要
本發明提供了成象元件，具有基底、其中分散有電荷傳輸材料的電荷傳輸層，和罩面層，其中電荷傳輸層和罩面層中至少一層包含納米尺寸的填料，所述填料具有約1到約250納米的顆粒度。
文檔編號G03G5/05GK1550915SQ20041004322
公開日2004年12月1日 申請日期2004年5月14日 優先權日2003年5月15日
發明者H·B·古德布蘭德, N·-X·胡, A·-M·候, C·-K·肖, Y·加弄, C·翁, H B 古德布蘭德, ず, ば 申請人:施樂公司