DE3919805A1 - Elektrofotografischer fotorezeptor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrofotografischen Foto­ rezeptor vom sogenannten Funktionstrennungstyp, der eine Ladungsträgererzeugungsschicht, eine Ladungsträgertrans­ portschicht und eine Oberflächenschutzschicht aufweist und der außerdem zwischen der Ladungsträgererzeugungsschicht und der Oberflächenschutzschicht mit einer Ladungsträgerin­ jektions-Regulierschicht ausgestattet ist, um zu verhin­ dern, daß das Verweil-Vermögen der positiven Ladung auf der Oberfläche zwischen der Ladungsträgererzeugungsschicht und der Oberflächenschutzschicht abnimmt.

Bei einem elektrofotografischen Drucker wird Licht im lan­ gen Wellenlängenbereich von beispielsweise 630 bis 800 nm von einer Belichtungsquelle, zum Beispiel einer Leucht­ diode, einem Halbleiterlaser oder einem Gaslaser als Auf­ zeichnungslicht abgegeben, um auf der Oberfläche eines Fotorezeptors ein elektrostatisches, latentes Bild zu er­ zeugen. Bei einem solchen Drucker wird im allgemeinen ein Fotorezeptor vom sogenannten Funktionstrennungstyp einge­ setzt, der folgendermaßen aufgebaut ist: Eine Ladungsträ­ gererzeugungsschicht besitzt eine hohe Empfindlichkeit auch gegenüber langwelligem Licht, eine Ladungsträgertransport­ schicht dient zum Transportieren der von der Ladungsträger­ erzeugungsschicht erzeugten Träger, und eine Oberflächen­ schutzschicht schützt die Trägererzeugungsschicht vor äuße­ rer Beanspruchung. Um die von der Ladungsträgererzeugungs­ schicht durch andere Einwirkung als die Belichtung, zum Beispiel durch thermische Erregung, erzeugten Elektronen daran zu hindern, das Verweil-Vermögen der auf der Oberflä­ che gebildeten positiven Ladungen zu senken, ist zwischen die Ladungsträgertransportschicht und die Oberflächen­ schutzschicht eine Trägerinjektions-Regulierschicht einge­ fügt, die aus einer Legierung mit hohem Se-Anteil besteht und einen breiten Bandabstand besitzt. Was die übrigen Materialien angeht, so wird für die Trägererzeugungsschicht eine hochkonzentrierte Te-Se-Legierung verwendet, während für die Ladungsträgertransportschicht ein amorphes Se Material und für die Oberflächenschutzschicht eine schwachkonzentrierte As-Se-Legierung verwendet wird.

Die Oberflächenschutzschicht ist eine wichtige Schicht, die die Haltbarkeit (zum Drucken geeignete Lebensdauer) eines Fotorezeptors bestimmt. Allerdings besitzt eine schwachkon­ zentrierte As-Se-Legierung, die üblicherweise für diese Oberflächenschutzschicht verwendet wird, eine im Vergleich zu As₂Se₃ hohe Wärmeausdehnung und geringe mechanische Fe­ stigkeit. Ein solches mechanisch schwaches Material wird verwendet, um der Erzeugung von Rissen und Sprüngen wegen der Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Oberflächenschutzschicht und der darunter liegenden Schicht vorzubeugen, d. h. der darunter liegenden Träger­ transportschicht, für die ein amorphes Se Material verwen­ det wird, die einen sehr hohen Wärmeausdehnungskoeffizien­ ten besitzt. Folglich leidet ein solcher Fotorezeptor be­ dauerlicherweise an mangelnder Haltbarkeit, d.h. er besitzt nur eine geringe zum Drucken geeignete Lebensdauer. Im Hin­ blick darauf, daß es möglich wäre, die mechanische Festig­ keit der Oberflächenschutzschicht zu verbessern bei gleich­ zeitigem Senken der Wärmeausdehnungskoeffizienten der Trä­ gertransportschicht und der Oberflächenschutzschicht, wurde in jüngster Zeit ein Fotorezeptor vom Funktionstrennungstyp aus Se-Te-As für einen Laserdrucker entwickelt, welcher eine hohe Druck-Lebensdauer aufweist. Bei einem solchen Se- Te-As-Fotorezeptor wird sowohl für die Trägertransport­ schicht als auch für die Oberflächenschutzschicht eine As₂Se₃-Legierung verwendet. Da die äußere Oberflächen­ schicht aus einer As₂Se₃-Legierung besteht, weist der Foto­ rezeptor eine hohe Druck-Lebensdauer auf, die derjenigen eines herkömmlichen As₂Se₃-Fotorezeptors entspricht. Aller­ dings ist dieser Fotorezeptor auch nachteilig hinsichtlich der Wärmebeständigkeit. Das heißt: Da die Wärmeausdehnungs­ koeffizienten der darunter liegenden Schichten, nämlich der Trägererzeugungsschicht und der Trägerinjektions-Regulier­ schicht, doppelt so groß sind wie der der Oberflächen­ schutzschicht, expandieren, wenn der Fotorezeptor bei einer Temperatur von 50°C belassen wird, die darunter liegenden Schichten, d. h. die Ladungsträgererzeugungsschicht und die Trägerinjektions-Regulierschicht sehr stark, wodurch Rißbildungen in der Oberflächenschutzschicht entstehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben aufgezeigten Nach­ teile weitestgehend zu vermeiden und einen elektrofotogra­ fischen Fotorezeptor anzugeben, der eine hohe Druck-Lebens­ dauer und eine hohe Wärmebeständigkeit aufweist, ohne daß die üblicherweise für einen Fotorezeptor geforderten Eigen­ schaften nennenswert beeinträchtigt sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebene Erfindung gelöst.

Dadurch, daß auf der Ladungsträgererzeugungsschicht und der Trägerinjektions-Regulierschicht eine Wärmeausdehnungs-Ent­ lastungsschicht vorgesehen wird, in der die As-Konzentra­ tion nach und nach zunimmt und der Wärmeausdehnungskoeffi­ zient sich demjenigen der Oberflächenschutzschicht annä­ hert, werden die Wärmeausdehnungen der Trägererzeugungs­ schicht und der Trägerinjektions-Regulierschicht in einer Atmosphäre hoher Temperatur absorbiert, und dadurch wird der Entstehung von Rissen und Sprüngen in der Oberflä­ chenschutzschicht vorgebeugt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines er­ findungsgemäßen elektrofotografischen Fotorezep­ tors, und

Fig. 2 eine Schnittansicht des Aufbaus eines Ver­ gleichsbeispiels.

Eine leitende Unterlage 1 besteht allgemein aus einem Me­ tall, zum Beispiel Al oder Ni. Auf der Unterlage 1 ist mit einer Dicke von 50 bis 80 µm als Trägertransportschicht ein Film aus einer 35 bis 40 Gew.-%-As-Se-Legierung gebildet. Zusammensetzung und Dicke der Trägererzeugungsschicht 3 be­ stimmen sich durch die Wellenlänge des Lichts, das bei der Belichtung eines Bildes verwendet wird. Am meisten wird eine Schicht mit einer Dicke von 0,1 bis 1 µm verwendet, die sich aus einem Material mit einer Te-Konzentration von 30 bis 50 Gew.-% zusammensetzt. Eine Trägerinjektions-Regu­ lierschicht 4 setzt sich zusammen aus einem Film einer 5 Gew.-%-As-Se-Legierung, die einen breiteren Bandabstand be­ sitzt als die Trägererzeugungsschicht 3, und die eine Dicke von etwa 0,1 bis 2 µm aufweist. Zwischen der Trägerinjek­ tions-Regulierschicht 4 und der Oberflächenschutzschicht 6 befindet sich eine Wärmeausdehnungs-Entlastungsschicht 5, die sich aus einer Se-As-Legierung zusammensetzt. Die Wär­ meausdehnungs-Entlastungsschicht 5 ist so zusammengesetzt, daß ihre As-Konzentration in der Nähe der Trägerinjektions­ Regulierschicht 4 etwa 5 Gew.-% entspricht, was etwa die gleiche As-Konzentration wie die der Regulierschicht 4 ist, während die As-Konzentration in Richtung auf die Oberflä­ chenschutzschicht 6 nach und nach zunimmt und schließlich in der Nähe der Oberflächenschutzschicht 6 die gleiche Kon­ zentration von As aufweist wie die Schutzschicht 6 selbst. Die Wärmeausdehnungs-Entlastungsschicht 5 ist zu einer Schichtdicke von 0,5 bis 3 µm ausgebildet, da bei einer zu dünnen Schicht kein Effekt erzielt wird, während bei einer zu dicken Schicht die Empfindlichkeit und die Restpoten­ tial-Kennlinie verschlechtert wird. Die Oberflächenschutz­ schicht 6 setzt sich zusammen aus einer 35 bis 40 Gew.-% aufweisenden As-Se-Legierung, die etwa As₂Se₃ entspricht und allgemein eine Dicke von 1 bis 5 µm aufweist. Außer der Ladungsträgererzeugungsschicht 3 kann man den Schichten bis zu 1500 ppm Jod hinzufügen, um die Bewegung der Ladungen zu beschleunigen. Der Zusatz von mehr als 1500 ppm Jod ist un­ günstig im Hinblick auf den Dunkelzerfall.

Als Beispiele und Vergleichsbeispiele wurden vier Arten von Fotorezeptoren hergestellt, die den oben geschilderten Auf­ bau besitzen.

Fotorezeptor Nr. 1

Die Dicke der Wärmeausdehnungs-Entlastungsschicht 5 beträgt 2 µm, und die As-Konzentration beträgt 5 Gew.-% in der Nähe der Trägerinjektions-Regulierschicht 4 und 36,8 Gew.-% in der Nähe der Oberflächenschutzschicht 6. Zur Herstellung dieses Fotorezeptors wurde ein einen Durchmesser von 80 mm aufweisendes Aluminiumrohr, dessen Oberfläche bearbeitet und gewaschen worden war, in eine Aufdampfanlage einge­ bracht, in der ein Vakuum von 10^-5 Torr bei einer Tempera­ tur der Unterlage von 190°C erzeugt wurde. Ein Schiffchen mit einer As-Se-Legierung mit einem Anteil von 36,8 Gew.-% As wurde auf 380°C aufgeheizt, um eine Arsen-Selen-Legie­ rung mit 36,8 Gew.-% Arsen auf dem Rohr bis zu einer Dicke von 60 µm als Trägertransportschicht 2 niederzuschlagen. Durch Blitzniederschlagung wurden als Trägererzeugungs­ schicht 3 bzw. als Elektroneninjektions-Regulierschicht 4 von je 1 µm Dicke eine Te-Se-Legierung mit 44 Gew.-% Te und eine As-Se-Legierung mit 5 Gew.-% As niedergeschlagen. Als nächstes wurde durch Blitzniederschlagung als Wärmeausdeh­ nungs-Entlastungsschicht 5 eine Se-As-Legierung derart auf­ gebracht, daß die As-Konzentration von 5 Gew.-% bis zu 36,8 Gew.-% bei fortschreitender Verdampfung variierte. Die Schichtdicke der Wärmeausdehnungs-Entlastungsschicht 5 be­ trug insgesamt 2 µm. Schließlich wurde als Oberflächen­ schutzschicht 6 eine As-Se-Legierung mit 36,8 Gew.-% As durch Blitzniederschlagung mit einer Dicke von 2 µm nieder­ geschlagen.

Fotorezeptor Nr. 2

Die Trägertransportschicht 2 und die Oberflächenschutz­ schicht 6 enthalten jeweils 1000 ppm Jod, und die Träger­ injektions-Regulierschicht 4 enthält 100 ppm Jod. Die Dicke der Wärmeausdehnungs-Entlastungsschicht 5 beträgt 1 µm, und die As-Konzentration beträgt 5 Gew.-% in der Nähe der Trä­ gerinjektions-Regulierschicht 4 und 38,7 Gew.-% in der Nähe der Oberflächenschutzschicht 6. Zur Herstellung dieses Fo­ torezeptors wurde ein einen Durchmesser von 60 mm aufwei­ sendes Aluminiumrohr, welches oberflächenbehandelt und ge­ waschen worden war, in eine Aufdampfanlage eingebracht, die auf 10^-5 Torr evakuiert wurde, während die Temperatur der Ünterlage auf 200°C gehalten wurde. Ein Schiffchen mit einer darin befindlichen As₂Se₃-Legierung mit 1000 ppm zu­ gegebenem Jod wurde auf 400°C aufgeheizt, um die As₂Se₃-Le­ gierung mit 1000 ppm zugegebenem Jod auf das Rohr zu einer Dicke von 60 µm als Trägertransportschicht 2 aufzubringen.

Durch Blitzniederschlagung wurden eine 46 Gew.-% Te enthal­ tende Te-Se-Legierung mit 100 ppm Jod und eine 5 Gew.-% As aufweisende As-Se-Legierung mit zugegebenen 100 ppm Jod als Trägererzeugungsschicht 3 mit 0,5 µm Dicke bzw. als Trä­ gerinjektions-Regulierschicht 4 mit 1 µm Dicke niederge­ schlagen. Als nächstes wurde durch Blitzniederschlagung eine Se-As-Legierung als Wärmeausdehnungs-Entlastungs­ schicht 5 niedergeschlagen, derart, daß die As-Konzentra­ tion mit fortschreitendem Aufdampfen von 5 Gew.-% bis 38,7 Gew.-% variierte. Die Schichtdicke der Wärmeausdehnungs- Entlastungsschicht 5 betrug insgesamt 1 µm. Darauf wurde schließlich durch Blitzniederschlagung eine As₂Se₃-Legie­ rung mit zusätzlich 1000 ppm Jod abschließend mit einer Dicke von 3 µm als Oberflächenschutzschicht 6 niederge­ schlagen.

Die Fotorezeptoren 3 und 4 der Vergleichsbeispiele hatten denselben Aufbau wie die Fotorezeptoren 1 und 2, mit der Ausnahme, daß die Fotorezeptoren 3 und 4 nicht die Wärme­ ausdehnungs-Entlastungsschicht 5 besaßen. Die elektrischen Eigenschaften, die Ermüdung und die Wärmebeständigkeit jedes dieser Fotorezeptoren wurde ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 niedergelegt.

Tabelle 1

Aus der Tabelle 1 ist ersichtlich, daß die Ausführungsbei­ spiele eines erfindungsgemäßen Fotorezeptors hinsichtlich Wärmeausdehnung hervorragend sind und hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften und der Dauerfestigkeit keines­ wegs schlechter sind als die Vergleichsbeispiele, die keine Wärmeausdehnungs-Entlastungsschicht besitzen.

Demnach sind die Vorteile der Erfindung darin zu sehen, daß die Rißbildung in der Oberflächenschutzschicht eines posi­ tiv geladenen Fotorezeptors in einer Hochtemperatur-Atmo­ sphäre aufgrund einer Differenz der Wärmeausdehnung zwi­ schen Ladungsträgererzeugungsschicht und Ladungsträgerin­ jektions-Regulierschicht verhindert ist und folglich die Wärmebeständigkeit verbessert ist, ohne daß dabei die ande­ ren Eigenschaften des Fotorezeptors beeinträchtigt sind.

Erreicht wird dies durch eine Wärmeausdehnungs-Entlastungs­ schicht zwischen der Trägerinjektions-Regulierschicht und der Oberflächenschutzschicht derart, daß die As-Konzentra­ tion der Wärmeausdehnungs-Entlastungsschicht derart va­ riiert, daß sie nach und nach den Unterschied in der Zusam­ mensetzung zwischen Trägerinjektions-Regulierschicht und Oberflächenschutzschicht ausgleicht.

Claims (1)

1. Elektrofotografischer Fotorezeptor, umfassend eine Ladungsträgertransportschicht (2) und eine Oberflächen­ schutzschicht (6) aus einer Selen-Arsen-Legierung mit einer Zusammensetzung von annähernd As₂Se₃ auf einer leitenden Unterlage (1), eine Ladungsträgererzeugungsschicht (3) aus einer Selen-Legierung und eine Ladungsträgerinjektions-Re­ gulierschicht (4) aus einer Selenschicht mit niedriger Arsenkonzentration, wobei die Ladungsträgererzeugungs­ schicht (3) und die Ladungsträgerinjektions-Regulierschicht (4) einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen als As₂Se₃ und auf die Ladungsträgertransportschicht (2) in der genannten Reihenfolge auflaminiert sind, und eine Wär­ meausdehnungs-Entlastungsschicht (5) mit einer Arsenkonzen­ tration, die von der Zusammensetzung, die annähernd der der Ladungsträgerinjektions-Regulierschicht entspricht, nach und nach zunimmt zu einer Zusammensetzung, die etwa derje­ nigen der Oberflächenschutzschicht entspricht, und die zwi­ schen der Ladungsträgerinjektions-Regulierschicht (4) und der Oberflächenschutzschicht (6) vorgesehen ist.