JP2761741B2 - 電子写真感光体 - Google Patents

電子写真感光体

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    • G03G5/08Photoconductive layers; Charge-generation layers or charge-transporting layers; Additives therefor; Binders therefor characterised by the photoconductive material being inorganic
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアモルファスシリコンカーバイド光導電層と
有機光半導体層を積層して成る電子写真感光体に関する
ものである。
〔従来技術及びその問題点〕
電子写真感光体の光導電材料には、Se,Se−Te,As
2Se3,ZnO,CdS、アモルファスシリコンなどの無機材料と
各種有機材料がある。そのなかで最初に実用化されたも
のはSeであり、そして、ZnO,CdS、アモルファスシリコ
ンも実用化された。一方、有機材料ではPVK−TNFが最初
に実用化され、その後、電荷の発生並びに電荷の輸送と
いう機能を別々の材料に分担させるという機能分離型感
光体が提案され、この機能分担型感光体によって有機材
料の開発が飛躍的に発展している。
一方、無機光導電層の上に有機光半導体層を積層した
電子写真感光体も提案された。
例えばSe層と有機光半導体層の積層型感光体があり、
既に実用化されたが、この感光体によれば、Se自体有害
であり、しかも、長波長側の感度に劣るという欠点もあ
った。
そこで、特開昭56−14241号公報にはアモルファスシ
リコンカーバイド光導電層と有機光半導体層から成る積
層型感光体が提案されており、この感光体によれば、上
記問題点を解決して無公害性並びに高光感度な特性が得
られた。
上記公報の電子写真感光体によれば、化学式Si1-xCxH
y(但し0<x<1、0.05≦y≦0.2で表わされるアモル
ファスシリコンカーバイド層と、有機光半導体層が順次
積層された構造から成る。
しかし乍ら、本発明者等がこのような電子写真感光体
を製作し、その光感度を測定したところ、未だ満足し得
るような特性が得られず、更に改善を要することが判明
した。
しかも、上記提案の電子写真感光体、並びに有機光半
導体層を光キャリア発生層として用いた電子写真感光
体、即ちOPC感光体においては、負帯電用に使用されて
おり、そのため、コロナ放電によって帯電電荷にムラが
生じたり、あるいはオゾンの発生量が多くなって感光体
表面が劣化し、その結果、コピー画像の画質が低下した
り、感光体自体の耐久性を劣化せしめている。
従って、本発明は叙上に鑑みて完成されたものであ
り、その目的は高い光感度が得られた電子写真感光体を
提供することにある。
本発明の他の目的は正帯電用の電子写真感光体を提供
することにある。
本発明の更に他の目的は優れた電子写真特性を長期間
に亘って維持せしめた電子写真感光体を提供することに
ある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明によれば、導電性基板上にアモルファスシリコ
ンカーバイド光導電層(以下、アモルファスシリコンカ
ーバイドをa−SiCと略す)と有機光半導体層を順次積
層した電子写真感光体において、前記a−SiC光導電層
の構成元素がSi元素、C元素並びに水素又はハロゲンで
あって、水素又はハロゲンをA元素と表記し、該層の元
素比率を組成式〔Si1-xCx1-yAyで表わした場合、x及
びyをそれぞれ0.05<x<0.5、0.2<y<0.5の範囲内
に設定し、更に上記光導電層に周期律表第Va族元素を10
0ppm以下の範囲内で含有したことを特徴とする電子写真
感光体が提供される。以下、本発明を詳細に説明する。
第1図は本発明電子写真感光体の層構成を示してお
り、同図によれば、導電性基板(1)の上にa−SiC光
導電層(2)及び有機光半導体層(3)が順次積層され
ている。そして、a−SiC光導電層(2)には電荷発生
という機能があり、他方の有機光半導体層(3)には電
荷輸送という機能がある。
本発明は上記a−SiC光導電層(2)の元素比率並び
に周期律表第Va族元素(以下、Va族元素と略す)の含有
量を下記の通りの範囲内に設定し、該層(2)の上に電
子吸引性の有機光半導体層(3)を積層した場合、正帯
電が可能となり、しかも光感度を顕著に高めることがで
きたことが特徴である。
組成式:〔Si1-xCx1-yAy(但しAは水素又はハロゲ
ン) 0.05<x<0.5、好適には0.1<x<0.4 0.2<y<0.5、好適には0.25<y<0.45 Va族元素含有量:100ppm以下、好適には0.1〜50ppm 上記x値が0.05以下の場合には短波長側の光感度が高
められず、x値が0.5以上の場合には光導電性が著しく
低くなり、光キャリアの励起機能が低下する。
また、y値が0.2以下の場合には暗導電率が大きくな
る傾向にあり、しかも、光導電率が低下傾向にあり、そ
のために所望通りの光導電性が得られず、y値が0.5以
上の場合にはa−SiC層の内部応力が増大し、基板との
密着性が低下して剥離し易くなる。
以上Va族元素含有量については、100ppmを越えた場
合、暗導電率が著しく大きくなり、そして、光導電率の
暗導電率に対する比率が小さくなり、所望通りの光感度
が得られない。
a−SiC光導電層(2)にVa族元素を含有させるに当
たり、そのドーピング分布はその層厚方向に亘って均一
又は不均一のいずれでもよい。不均一にドーピングさせ
た場合、この層(2)の一部にVa族元素が含有されない
層領域があってもよく、その場合にはVa族元素含有のa
−SiC層領域並びにVa族元素が含有されていないa−SiC
領域の両者から成るa−SiC層全体に対するVa族元素平
均含有量が100ppm以下でなくてはならない。
このVa族元素にはN,P,As,Sb,Biがあるが、Pが共有結
合性に優れて半導体特性を敏感に変え得る点で、その
上、優れた帯電能並びに光感度が得られるという点で望
ましい。
また、上記a−SiC光導電層(2)には水素H元素や
ハロゲン元素がダングリングボンド終端用に含有されて
いるが、これらの元素のなかでH元素が終端部に取り込
まれ易く、これによってバンドギャップ中の局在準位密
度が低減化されるという点で望ましい。
a−SiC光導電層(2)の厚みは0.05〜5μm、好適
には0.1〜3μmの範囲内に設定すればよく、この範囲
内であれば、高い光感度が得られ、残留電位が低くな
る。
前記基板(1)には銅、黄銅、SUS、Al等の金属導電
体、或いはガラス、セラミックス等の絶縁体の表面に導
電体薄膜をコーティングしたものがあり、就中、Alがコ
スト面並びにa−SiC層との密着性という点で有利であ
る。
前記有機光半導体層(3)に用いられる電子吸引性化
合物には2.4.7−トリニトロフルオレンなどがある。
この層(3)の厚みは10〜50μm、好適には10〜30μ
mの範囲内に設定すばよく、この範囲内であれば、高い
表面電位が得られ、残留電位が低くなる。
かくして、本発明の積層型感光体においては、所定組
成のa−SiC光導電層(2)により光感度が高められ、
しかも、有機光半導体層(3)との組合せにより正帯電
型となる。
次に本発明電子写真感光体の製法を述べる。
a−SiC層を形成するにはグロー放電分解法、イオン
プレーティング法、反応性スパッタリング法、真空蒸着
法、CVD法などの薄膜形成方法がある。
グロー放電分解法を用いる場合、Si元素含有ガスとC
元素含有ガスを組合せ、この混合ガスをプラズマ分解し
て成膜形成する。このSi元素含有ガスにはSiH4,Si
2H6,Si3H8,SiF4,SiCl4,SiHCl3等々があり、また、
C元素含有ガスにはCH4,C2H4,C2H2,C3H8等々があ
り、就中、C2H2は高速成膜性が得られるという点で望ま
しい。
本実施例に用いられるグロー放電分解装置を第2図に
より説明する。
図中、第1タンク(4)、第2タンク(5)、第3タ
ンク(6)、第4タンク(7)にはそれぞれSiH4,C
2H2,PH3,(PH3が30ppm濃度で水素希釈されている)並
びにH2が密封され、これらのガスは各々対応する第1調
整弁(8)、第2調整弁(9)、第3調整弁(10)及び
第4調整弁(11)を開放することにより放出される。そ
の放出ガスの流量はそれぞれマスフローコントローラ
(12)(13)(14)(15)により制御され、各々のガス
は混合されて主管(16)へ送られる。尚、(17)(18)
は止め弁である。
主管(16)を通じて流れるガスは反応管(19)へ流入
されるが、この反応管(19)の内部には容量結合型放電
用電極20が設置され、また、筒状の成膜用基板(21)が
基板支持体(22)の上に載置され、基板支持体(22)が
モータ(23)により回転駆動され、これに伴って基板
(21)が回転される。そして、電極(20)に電力50W〜3
Kw、周波数1〜50MHzの高周波電力が印加され、しか
も、基板(21)に適当な加熱手段により約200〜400℃、
好適には約200〜350℃の温度に加熱される。また、反応
管(19)は回転ポンプ(24)と拡散ポンプ(25)に連結
されており、これによってグロー放電による成膜形成時
に所要な減圧状態(放電時のガス圧0.1〜2.0Torr)が維
持される。
このような構成のグロー放電分解装置を用いて基板
(21)の上にa−SiC層を形成する場合、第1調整弁
(8)、第2調整弁(9)、第3調整弁(10)及び第4
調整弁(11)を開いてSiH4,C2H2,PH3,H2の各々のガ
スを放出し、その放出量をマスフローコントローラ(1
2)(13)(14)(15)により制御し、各々のガスは混
合されて主管(16)を介して反応管(19)へ流入され
る。そして、反応管内部の減圧状態、基板温度、電極印
加用高周波電力をそれぞれ所定の条件に設定するとグロ
ー放電が発生し、ガスの分解に伴ってP元素含有のa−
SiC膜が基板上に高速に形成される。
上述した通りに薄膜形成方法によりa−SiC層を形成
すると、次に有機光半導体層を形成する。
有機光半導体層は浸漬塗工方法又はコーティング法に
より形成し、前者は感光材が溶媒中に分散された塗工液
の中に浸漬し、次いで、一定の速度で引上げ、そして、
自然乾燥及び熱エージング(約150℃、約1時間)を行
うという方法であり、また、後者のコーティング法によ
れば、コーター(塗機)を用いて、溶媒に分散された感
光材を塗布し、次いで熱風乾燥を行う。
〔実施例〕
次に本発明の実施例を述べる。
(例1) 第2図のグロー放電分解装置を用いて、SiH4ガスを20
0sccmの流量で、、水素希薄PH3ガスを90sccmの流量で、
H2ガスを270sccmの流量で、そして、C2H2ガスの流量を
変化させ、また、ガス圧を0.6Torr、高周波電力を150
W、基板温度を250℃に設定し、グロー放電によってa−
SiC膜(膜厚約1μm)を形成した。
このようにしてa−SiC膜のカーボン含有比率を変
え、そして、膜中のカーボン量をXMA法により測定し、
また、光導電率及び暗導電率を測定したところ、第3図
に示す通りの結果が得られた。尚、各々のa−SiC膜に
含有されたP元素含有量を二次イオン質量分析計により
測定したところ、いずれも約10ppmであった。
第3図中、横軸はカーボン含有比率、即ちSi1-xCx
x値であり、縦軸は導電率を表わし、○印は発光波長55
0nm(光量50μW/cm2)の光に対する光導電率のプロット
であり、●印は暗導電率のプロットであり、また、a,b
はそれぞれの特性曲線である。
上記a−SiC層について、その水素含有量を赤外吸収
測定法により求めたところ、第4図に示す通りの結果が
得られた。
第4図中、横軸はSi1-xCxのx値であり、縦軸は水素
含有量、即ち〔Si1-xCx1-yHyのy値であり、○印はSi
原子に結合した水素量のプロットであり、●印Cは原子
に結合した水素量のプロットであり、また、c,dはそれ
ぞれの特性曲線である。
第4図より明らかな通り、本例のa−SiC膜はいずれ
もy値が0.3〜0.4の範囲内にあることが判る。
また、第3図より明らかな通り、カーボン含有比率x
が0.2<x<0.5の範囲内であれば、光導電率と暗導電率
の比率が顕著に大きくなり、優れた光感度が得られるこ
とが判る。
(例2) 次に本例においては、SiH4ガスを200sccmの流量で、C
2H2ガスを20sccmの流量で、水素希釈PH3ガスを90sccmの
流量で、H2ガスを0〜1000sccmの流量で導入し、そし
て、高周波電力を50〜300W、ガス圧を0.3〜1.2Torrに設
定し、グロー放電によりa−SiC膜(膜厚約1μm)を
形成した。
かくして、カーボン含有比率xを0.3に設定し、そし
て、水素含有量yを変化させた種々のa−SiC膜を形成
し、各々の膜について光導電率及び暗導電率を測定した
ところ、第5図に示す通りの結果が得られた。尚、いず
れのa−SiC膜もP元素含有量は約10ppmであった。
第5図中、横軸は水素含有量、即ち〔Si0.7C0.31-y
Hyのy値であり、縦軸は導電率を表わし、○印は発光波
長550nm(光量50μW/cm2)の光に対する光導電率のプロ
ットであり、●印は暗導電率のプロットであり、また、
e,fはそれぞれの特性曲線である。
第5図より明らかな通り、y値が0.2を超えた場合、
高い光導電率並びに低い暗導電率が得られることが判
る。
(例3) 本例においては、SiH4ガスを200sccmの流量で、C2H2
ガスを20sccmの流量で、水素希薄PH3ガス(濃度0.2%又
は30ppm)を5〜500sccmの流量で、H2ガスを200sccmの
流量で導入し、そして、高周波電力を150W、ガス圧を0.
6Torrに設定し、グロー放電によりP元素含有のa−SiC
膜(膜厚約1μm)を形成した。
かくして、カーボン含有比率xを0.2に設定し、そし
て、P元素含有量を変化させた種々のa−SiC膜を形成
し、各々の膜について光導電率及び暗導電率を測定した
ところ、第6図に示す通りの結果が得られた。
本例においては、上記PH3ガスに代えてB2H6ガスを導
入させ、これによってB元素含有量を変化させた種々の
a−SiC膜も形成し、これらの測定結果も含めた。
同図中、横軸はP元素含有量(又はB元素含有量)で
あり、縦軸は導電率を表わし、○印は発光波長550nm
(光量50μW/cm2)の光に対する光導電率のプロットで
あり、●印は暗導電率のプロットであり、また、g,hは
それぞれの特性曲線である。
第6図より明らかな通り、P元素が100ppm以下の範囲
内で含有された場合、光導電率と暗導電率の比が十分に
大きくなることが判る。
尚、本例のいずれのa−SiC膜もカーボン含有比率x
及び水素含有量yはそれぞれx=0.30,y=0.35である。
また、本発明者等はP元素を約10ppm含有して〔Si0.7
C0.30.65H0.35の組成から成るa−SiC光導電層並びに
2.4.7−トリニトロフルオレンの有機光半導体層が順次
積層された電子写真感光体を製作し、正帯電によりその
特性評価を行ったところ、高い表面電位、優れた光感度
が得られ、しかも、低い残留電位となった。
〔発明の効果〕
以上の通り、本発明の電子写真感光体によれば、a−
SiC光導電層のカーボン量及びダングリングボンド終端
用元素の量並びに第Va族元素含有量をそれぞれ所定の範
囲内に設定した場合、優れた光感度が得られ、そのた
め、このa−SiC光導電層と有機光半導体層を組合せた
ことにより高性能且つ高品質な電子写真感光体が提供で
きる。
また、本発明の電子写真感光体においては、正帯電用
に用いられており、これにより、コロナ放電に伴う帯電
電荷のムラが生じなくなり、しかも、オゾンの発生量も
少なく、その結果、高画質の画像を長期間に亘って提供
することができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明電子写真感光体の層構成を表わす断面
図、第2図は実施例に用いられるグロー放電分解装置の
概略図、第3図はカーボン含有比率と導電率の関係を示
す線図、第4図はカーボン含有比率と水素含有量の関係
を示す線図、第5図は水素含有量と導電率の関係を示す
線図、第6図は同期律表第IIIa族元素又は第Va族元素含
有量と導電率の関係を示す線図である。 1……導電性基板 2……アモルファスシリコンカーバイド光導電層 3……有機光半導体層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 浩 滋賀県八日市市蛇溝町長谷野1166番地の 6 京セラ株式会社滋賀八日市工場内 (72)発明者 竹村 仁志 滋賀県八日市市蛇溝町長谷野1166番地の 6 京セラ株式会社滋賀八日市工場内 (56)参考文献 特開 昭56−62255(JP,A) 特開 昭56−14241(JP,A) 特開 昭57−8548(JP,A) 特開 昭55−4040(JP,A) 特開 昭55−127080(JP,A) 特開 昭54−145540(JP,A)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導電性基板上にアモルファスシリコンカー
    バイド光導電層と有機光半導体層を順次積層した電子写
    真感光体において、前記アモルファスシリコンカーバイ
    ド光導電層の構成元素がSi元素、C元素並びに水素又は
    ハロゲンであって、水素又はハロゲンをA元素と表記
    し、該層の元素比率を組成式〔Si1-xCx1-yAyで表わし
    た場合、x及びyをそれぞれ0.05<x<0.5、0.2<y<
    0.5の範囲内に設定し、更に上記光導電層に周期律表第V
    a族元素を100ppm以下の範囲内で含有したことを特徴と
    する電子写真感光体。
  2. 【請求項2】正帯電型である請求項(1)記載の電子写
    真感光体。
  3. 【請求項3】周期律表第Va族元素がPである請求項
    (1)記載の電子写真感光体。
  4. 【請求項4】有機光半導体層が電子吸引性化合物から成
    る請求項(1)記載の電子写真感光体。
  5. 【請求項5】アモルファスシリコンカーバイド光導電層
    の厚みが0.05〜5μmの範囲内でる請求項(1)記載の
    電子写真感光体。
  6. 【請求項6】有機光半導体層の厚みが10〜50μmの範囲
    内である請求項(1)記載の電子写真感光体。
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