JP2021181393A - p型半導性を有する金属酸化物粒子、それを用いた電子デバイス及び電子デバイスの製造方法、並びに画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高いガスバリア性を示す金属酸化物膜を成膜するためのp型半導性を有する金属酸化物粒子を提供すること。【解決手段】p型半導性を有する金属酸化物粒子であって、体積基準の粒度分布が第一極大値と第二極大値とを有し、前記第一極大値が、0.1μm以上5μm未満の範囲にあり、前記第二極大値が、5μm以上50μm未満の範囲にあり、前記第一極大値に対する前記第二極大値の比が0.5以上2.0未満であり、粒子の99%以上が0.1μm以上50μm以下の範囲内にある、ことを特徴とする金属酸化物粒子。【選択図】なし
Description
本発明は、p型半導性を有する金属酸化物粒子、それを用いた電子デバイス及び電子デバイスの製造方法、並びに画像形成装置に関する。
近年、有機材料からなる半導体を含む光電変換デバイスは開発が進み、市場にも投入されてきた。
現在、広く普及している電子写真感光体などの光電変換デバイスとしては有機材料からなる有機電子デバイスが大部分を占めている。しかしながら、有機電子デバイスは無機電子デバイスに比べて寿命が短いという問題がある。有機電子デバイスに含まれる有機材料に由来するガスバリア性が劣るという性状がこの原因の1つである。無機材料の緻密な膜に比較して有機材料の樹脂膜は隙間が多い。このため、ポリプロピレン(PP)などの食品包装材はアルミニウムのラミネートを施し、内容物の耐候性を高めるなどの工夫がなされている。
現在、広く普及している電子写真感光体などの光電変換デバイスとしては有機材料からなる有機電子デバイスが大部分を占めている。しかしながら、有機電子デバイスは無機電子デバイスに比べて寿命が短いという問題がある。有機電子デバイスに含まれる有機材料に由来するガスバリア性が劣るという性状がこの原因の1つである。無機材料の緻密な膜に比較して有機材料の樹脂膜は隙間が多い。このため、ポリプロピレン(PP)などの食品包装材はアルミニウムのラミネートを施し、内容物の耐候性を高めるなどの工夫がなされている。
シリコン系太陽電池よりも低コスト型の有機太陽電池として、有機増感色素を含む色素増感太陽電池が開発されている。
しかし、前記色素増感太陽電池は有機材料である有機増感色素を含むため、使用材料が温度や湿度、酸素、オゾン、NOx、アンモニア等のガスにより変質し、これにより機能が低下しやすく、シリコン系太陽電池に比べると耐久性の点で劣るという問題がある。
しかし、前記色素増感太陽電池は有機材料である有機増感色素を含むため、使用材料が温度や湿度、酸素、オゾン、NOx、アンモニア等のガスにより変質し、これにより機能が低下しやすく、シリコン系太陽電池に比べると耐久性の点で劣るという問題がある。
有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子、発光ダイオード表示素子、液晶表示素子、電気泳動性インク表示素子などの表示素子においては、基板上に陽極と陰極とにより挟持された有機EL発光層などの表示エレメントが積層され形成されている。有機EL表示装置は液晶表示装置と比較して視野角が広く、また、応答速度も速く、有機物が有する発光性の多様性から次世代の表示装置として期待されている。これら有機EL素子の形成方法としては、生産性及びコストの面から塗布型の形成方法が用いられている。また、有機EL素子は熱、水分や酸素等のガスに暴露されると劣化しやすく、その結果、有機EL素子の寿命が短くなるという問題がある。
プリンタ用の電子写真感光体、色素増感太陽電池、有機EL素子などの有機電子デバイスの長寿命化のためにガスバリア性を高める工夫がされているが、製造工程数が多いことやそれによる悪影響を伴い、コストと耐久性能とのバランスを改善する余地があった。
耐摩耗性と画像特性の安定性に優れる電子写真感光体として、例えば、表面処理剤で処理されたp型半導体粒子を保護層中に含有する電子写真感光体が提案されている(例えば特許文献1参照)。
また、長寿命で効率が改善され、動作電圧が低い有機EL素子として、例えば、有機EL素子の有機ホール輸送層を無機p型半導体に置き換えた有機EL素子が提案されている(例えば特許文献2参照)。
また、セラミック材料や金属材料などの100μm以下の超微粒子材料を基板上にエアロゾルデポジション法により成膜して多結晶脆性材料層を形成した積層体が提案されている(例えば特許文献3参照)。
また、ジルコニア粒子の粒度分布を制御し、エアロゾルデポジション法により白色のジルコニア膜を成膜する方法が提案されている(例えば特許文献4参照)。
また、長寿命で効率が改善され、動作電圧が低い有機EL素子として、例えば、有機EL素子の有機ホール輸送層を無機p型半導体に置き換えた有機EL素子が提案されている(例えば特許文献2参照)。
また、セラミック材料や金属材料などの100μm以下の超微粒子材料を基板上にエアロゾルデポジション法により成膜して多結晶脆性材料層を形成した積層体が提案されている(例えば特許文献3参照)。
また、ジルコニア粒子の粒度分布を制御し、エアロゾルデポジション法により白色のジルコニア膜を成膜する方法が提案されている(例えば特許文献4参照)。
p型半導性を有する金属酸化物を表層に設けることで耐摩耗性とガスバリア性を高めることができる。プラスチック基材をセラミックコーティングした積層体において被膜表面の粘弾性を特定することが提案されている(例えば特許文献5参照)。しかし精緻な半導体特性を得るには単にプラスチック基材へセラミックコーティングをするだけでは十分とは言えない。
本発明は、金属酸化物膜を成膜したときに、高いガスバリア性を示すp型半導性を有する金属酸化物粒子を提供することを課題とする。
上記課題を解決する本発明に係る金属酸化物粒子は以下に記載するとおりのものである。
p型半導性を有する金属酸化物粒子であって、
体積基準の粒度分布が第一極大値と第二極大値とを有し、
前記第一極大値が、0.1μm以上5μm未満の範囲にあり、
前記第二極大値が、5μm以上50μm未満の範囲にあり、
前記第一極大値に対する前記第二極大値の比が0.5以上2.0未満であり、
粒子の99%以上が0.1μm以上50μm以下の範囲内にある、
ことを特徴とする金属酸化物粒子。
p型半導性を有する金属酸化物粒子であって、
体積基準の粒度分布が第一極大値と第二極大値とを有し、
前記第一極大値が、0.1μm以上5μm未満の範囲にあり、
前記第二極大値が、5μm以上50μm未満の範囲にあり、
前記第一極大値に対する前記第二極大値の比が0.5以上2.0未満であり、
粒子の99%以上が0.1μm以上50μm以下の範囲内にある、
ことを特徴とする金属酸化物粒子。
本発明によれば、金属酸化物膜を成膜したときに、高いガスバリア性を示すp型半導性を有する金属酸化物粒子を提供することができる。
以下に、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における実施の形態の例を例示するものであって、この特許請求の範囲を限定するものではない。
(電子デバイス)
本発明の電子デバイス(以下、「デバイス」と称することがある)は、支持体と、電荷輸送物質を含む電荷輸送層又は増感色素を含む色素増感電極層と、金属酸化物膜と、をこの順に有し、前記金属酸化物膜がp型半導性を有する金属酸化物を有し、更に必要に応じて、シリコーン含有層及びその他の部材を有する。
前記電子デバイスとしては特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができ、例えば、電子写真感光体、太陽電池、有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子、トランジスタ、集積回路、レーザーダイオード、発光ダイオード等のデバイスが挙げられる。
本発明の電子デバイス(以下、「デバイス」と称することがある)は、支持体と、電荷輸送物質を含む電荷輸送層又は増感色素を含む色素増感電極層と、金属酸化物膜と、をこの順に有し、前記金属酸化物膜がp型半導性を有する金属酸化物を有し、更に必要に応じて、シリコーン含有層及びその他の部材を有する。
前記電子デバイスとしては特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができ、例えば、電子写真感光体、太陽電池、有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子、トランジスタ、集積回路、レーザーダイオード、発光ダイオード等のデバイスが挙げられる。
<<シリコーン含有層>>
本発明のデバイスは、電荷輸送層又は色素増感電極層と、金属酸化物膜との間にシリコーン含有層を有することが好ましい。
前記シリコーン含有層としては、ポリシロキサン構造を有する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
ポリシロキサン構造を有する前記シリコーン含有層を有することで、有機材料からなる膜と金属酸化物からなる膜との積層構造体を簡単かつ安価につくることができる。前記シリコーン含有層は金属酸化物の層を形成する際の下地のエロージョンを抑えたり、金属酸化物からなる層の剥離を防いだりする効果がある。
本発明のデバイスは、電荷輸送層又は色素増感電極層と、金属酸化物膜との間にシリコーン含有層を有することが好ましい。
前記シリコーン含有層としては、ポリシロキサン構造を有する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
ポリシロキサン構造を有する前記シリコーン含有層を有することで、有機材料からなる膜と金属酸化物からなる膜との積層構造体を簡単かつ安価につくることができる。前記シリコーン含有層は金属酸化物の層を形成する際の下地のエロージョンを抑えたり、金属酸化物からなる層の剥離を防いだりする効果がある。
前記シリコーン含有層は、例えば、水酸基及び加水分解性基のいずれかを有する有機ケイ素化合物を架橋させてなり、更に必要に応じて触媒、架橋剤、オルガノシリカゾル、シランカップリング剤、アクリルポリマー等の重合体などを含むことができる。
前記架橋の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、加熱架橋が好ましい。
前記架橋の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、加熱架橋が好ましい。
前記水酸基及び加水分解性基のいずれかを有する有機ケイ素化合物としては、例えば、アルコキシシリル基を有する化合物、アルコキシシリル基を有する化合物の部分加水分解縮合物、又はこれらの混合物などが挙げられる。
前記アルコキシシリル基を有する化合物としては、例えば、テトラエトキシシラン等のテトラアルコキシシラン、メチルトリエトキシシラン等のアルキルトリアルコキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等のアリールトリアルコキシシラン、などが挙げられる。なお、これらの化合物に、エポキシ基、メタクリロイル基、又はビニル基を導入したものも使用可能である。
前記アルコキシシリル基を有する化合物の部分加水分解縮合物は、前記アルコキシシリル基を有する化合物に所定量の水、触媒等を添加して反応させる等の公知の方法により製造可能である。
前記アルコキシシリル基を有する化合物の部分加水分解縮合物は、前記アルコキシシリル基を有する化合物に所定量の水、触媒等を添加して反応させる等の公知の方法により製造可能である。
前記シリコーン含有層の原料としては、市販品を用いることができ、具体的には、GR−COAT(ダイセル化学工業社製)、Glass Resin(オーエンスコーニング社製)、ヒートレスグラス(大橋化学工業社製)、NSC(日本精化社製)、ガラス原液GO150SX、GO200CL(ファイングラステクノロジー社製)、アルコキシシリル化合物にアクリル樹脂やポリエステル樹脂を共重合したものとして、MKCシリケート(三菱化学社製)、シリケート/アクリルワニスXP−1030−1(大日本色材工業社製)、NSC−5506(日本精化株式会社製)などが挙げられる。
前記シリコーン含有層は、モノアルコシキシランを構成成分として含むことができる。
前記シリコーン含有層は、モノアルコシキシランを構成成分として含むことができる。
<<モノアルコキシシラン>>
前記シリコーン含有層の構成成分に一定量のモノアルコキシシランを含ませることで前記シリコーン含有層のクラックを防止することができる。また温湿度変化に対するデバイス特性の安定性に有利となる。
モノアルコキシシランとしてはトリメチルエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、トリプロピルエトキシシラン、トリヘキシルエトキシシラン等のモノアルコキシアルキルシランなどが挙げられる。アルコキシ基の炭素数としては、例えば、1以上3以下などが挙げられる。アルキル基の炭素数としては、例えば、1以上6以下などが挙げられる。特にトリメチルエトキシシランが有効である。
さらに前記シリコーン含有層は、水酸基をもつトリフェニルアミン化合物、ポリメチルフェニルシラン、及びデラフォサイト型酸化物の少なくともいずれかを構成成分として含むことができる。
前記シリコーン含有層の構成成分に一定量のモノアルコキシシランを含ませることで前記シリコーン含有層のクラックを防止することができる。また温湿度変化に対するデバイス特性の安定性に有利となる。
モノアルコキシシランとしてはトリメチルエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、トリプロピルエトキシシラン、トリヘキシルエトキシシラン等のモノアルコキシアルキルシランなどが挙げられる。アルコキシ基の炭素数としては、例えば、1以上3以下などが挙げられる。アルキル基の炭素数としては、例えば、1以上6以下などが挙げられる。特にトリメチルエトキシシランが有効である。
さらに前記シリコーン含有層は、水酸基をもつトリフェニルアミン化合物、ポリメチルフェニルシラン、及びデラフォサイト型酸化物の少なくともいずれかを構成成分として含むことができる。
<<水酸基を持つトリフェニルアミン化合物>>
前記水酸基を持つトリフェニルアミン化合物としては、水酸基と、窒素原子と、前記窒素原子に結合する3つの芳香族基とを有する化合物であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記水酸基を持つトリフェニルアミン化合物としては、特に以下の一般式(1)、一般式(2)、構造式(3)、一般式(4)に示す化合物は熱硬化性樹脂単量体との反応性に優れ、且つ、感度特性面でも良好な性能を示すものが多く、有用といえる。
前記水酸基を持つトリフェニルアミン化合物としては、水酸基と、窒素原子と、前記窒素原子に結合する3つの芳香族基とを有する化合物であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記水酸基を持つトリフェニルアミン化合物としては、特に以下の一般式(1)、一般式(2)、構造式(3)、一般式(4)に示す化合物は熱硬化性樹脂単量体との反応性に優れ、且つ、感度特性面でも良好な性能を示すものが多く、有用といえる。
R1、R2は置換もしくは無置換のアリール基を表すが、その具体例としては以下のものを挙げることができ、同一であっても異なってもよい。
芳香族炭化水素基としては、フェニル基、縮合多環基としてナフチル基、ピレニル基、2−フルオレニル基、9,9−ジメチル−2−フルオレニル基、アズレニル基、アントリル基、トリフェニレニル基、クリセニル基、フルオレニリデンフェニル基、5H−ジベンゾ[a,d]シクロヘプテニリデンフェニル基、非縮合多環基としてビフェニリル基、ターフェニリル基、または、
で表される。
複素環基としては、チエニル基、ベンゾチエニル基、フリル基、ベンゾフラニル基、カルバゾリル基などが挙げられる。
上述のアリール基及びアリーレン基は以下の(1)〜(7)に示す基を置換基として有してもよい。
また、これら置換基は上記一般式中のR106、R107、R108の具体例として表される。
(1)ハロゲン原子、トリフルオロメチル基、シアノ基、ニトロ基
(2)アルキル基としては、好ましくは、C1〜C12とりわけC1〜C8、さらに好ましくはC1〜C4の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、これらのアルキル基はさらにフッ素原子、水酸基、シアノ基、C1〜C4のアルコキシ基、フェニル基、又はハロゲン原子、C1〜C4のアルキル基もしくはC1〜C4のアルコキシ基で置換されたフェニル基を含有しても良い。具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、t−ブチル基、s−ブチル基、n−ブチル基、i−ブチル基、トリフルオロメチル基、2−ヒドロキシエチル基、2−シアノエチル基、2−エトキシエチル基、2−メトキシエチル基、ベンジル基、4−クロロベンジル基、4−メチルベンジル基、4−メトキシベンジル基、4−フェニルベンジル基などが挙げられる。
(3)アルコキシ基として、具体的には、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、t−ブトキシ基、n−ブトキシ基、s−ブトキシ基、i−ブトキシ基、2−ヒドロキシエトキシ基、2−シアノエトキシ基、ベンジルオキシ基、4−メチルベンジルオキシ基、トリフルオロメトキシ基などが挙げられる。
(4)アリールオキシ基としては、アリール基としてフェニル基、ナフチル基が挙げられる。これは、C1〜C4のアルコキシ基C1〜C4のアルキル基またはハロゲン原子を置換基として含有しても良い。具体的には、フェノキシ基、1−ナフチルオキシ基、2−ナフチルオキシ基、4−メチルフェノキシ基、4−メトキシフェノキシ基、4−クロロフェノキシ基、6−メチル−2−ナフチルオキシ基などが挙げられる。
(5)置換メルカプト基またはアリールメルカプト基としては、具体的にはメチルチオ基、エチルチオ基、フェニルチオ基、p−メチルフェニルチオ基などが挙げられる。
(6)下記一般式で表される基
(式中、R110及びR111は各々独立にアルキル基またはアリール基を表し、アリール基としては例えばフェニル基、ビフェニル基、またはナフチル基が挙げられ、これらはC1〜C4のアルコキシ基、C1〜C4のアルキル基またはハロゲン原子を置換基として含有しても良い。またアリール基上の炭素原子と共同で環を形成しても良い。具体的には、ジエチルアミノ基、N−メチル−N−フェニルアミノ基、N,N−ジフェニルアミノ基、N,N−ジ(p−トリル)アミノ基、ジベンジルアミノ基、ピペリジノ基、モルホリノ基、ユロリジル基などが挙げられる。)
(7)メチレンジオキシ基、またはメチレンジチオ基などのアルキレンジオキシ基またはアルキレンジチオ基、などが挙げられる。
一般式(1)の化合物はアルコール類やセロソルブ類などの溶媒に溶解し易く、これらの溶媒を用いて成膜するとクリヤーで均一な成膜がし易く有用である。
(式中、R3、R4は置換もしくは無置換のアリール基を表す。R3、R4は同一であっても異なってもよい。また、Ar4、Ar5およびAr6はアリーレン基を表し、アリーレン基としてはR3およびR4と同様のアリール基の2価基が挙げられ、同一であっても異なってもよい。また、m、nは1〜10の繰り返し数を表す。)
R3、R4は一般式(1)におけるR1、R2とそれぞれ同じ置換基を表す。また、Ar4、Ar5およびAr6も順に一般式(1)におけるAr1、Ar2、およびAr3と同じ置換基を表す。
(式中、Xは−CH2−、−O−、−CH=CH−、又は−CH2CH2−を表わす。)
また、これら置換基は上記一般式中のR106、R107、R108の具体例として表される。
(1)ハロゲン原子、トリフルオロメチル基、シアノ基、ニトロ基
(2)アルキル基としては、好ましくは、C1〜C12とりわけC1〜C8、さらに好ましくはC1〜C4の直鎖または分岐鎖のアルキル基であり、これらのアルキル基はさらにフッ素原子、水酸基、シアノ基、C1〜C4のアルコキシ基、フェニル基、又はハロゲン原子、C1〜C4のアルキル基もしくはC1〜C4のアルコキシ基で置換されたフェニル基を含有しても良い。具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、t−ブチル基、s−ブチル基、n−ブチル基、i−ブチル基、トリフルオロメチル基、2−ヒドロキシエチル基、2−シアノエチル基、2−エトキシエチル基、2−メトキシエチル基、ベンジル基、4−クロロベンジル基、4−メチルベンジル基、4−メトキシベンジル基、4−フェニルベンジル基などが挙げられる。
(3)アルコキシ基として、具体的には、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、t−ブトキシ基、n−ブトキシ基、s−ブトキシ基、i−ブトキシ基、2−ヒドロキシエトキシ基、2−シアノエトキシ基、ベンジルオキシ基、4−メチルベンジルオキシ基、トリフルオロメトキシ基などが挙げられる。
(4)アリールオキシ基としては、アリール基としてフェニル基、ナフチル基が挙げられる。これは、C1〜C4のアルコキシ基C1〜C4のアルキル基またはハロゲン原子を置換基として含有しても良い。具体的には、フェノキシ基、1−ナフチルオキシ基、2−ナフチルオキシ基、4−メチルフェノキシ基、4−メトキシフェノキシ基、4−クロロフェノキシ基、6−メチル−2−ナフチルオキシ基などが挙げられる。
(5)置換メルカプト基またはアリールメルカプト基としては、具体的にはメチルチオ基、エチルチオ基、フェニルチオ基、p−メチルフェニルチオ基などが挙げられる。
(6)下記一般式で表される基
(7)メチレンジオキシ基、またはメチレンジチオ基などのアルキレンジオキシ基またはアルキレンジチオ基、などが挙げられる。
一般式(1)の化合物はアルコール類やセロソルブ類などの溶媒に溶解し易く、これらの溶媒を用いて成膜するとクリヤーで均一な成膜がし易く有用である。
R3、R4は一般式(1)におけるR1、R2とそれぞれ同じ置換基を表す。また、Ar4、Ar5およびAr6も順に一般式(1)におけるAr1、Ar2、およびAr3と同じ置換基を表す。
<<ポリメチルフェニルシラン>>
前記ポリメチルフェニルシランとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記ポリメチルフェニルシランは、市販品であってもよい。市販品としては、大阪ガスケミカル社製オグソールSI−10−10(ポリメチルフェニルシラン、数平均分子量Mn2100、重量平均分子量Mw12700)、大阪ガスケミカル社製オグソールSI−10−20(ポリメチルフェニルシラン、数平均分子量Mn1100、重量平均分子量Mw1800)などが挙げられる。
前記ポリメチルフェニルシランとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記ポリメチルフェニルシランは、市販品であってもよい。市販品としては、大阪ガスケミカル社製オグソールSI−10−10(ポリメチルフェニルシラン、数平均分子量Mn2100、重量平均分子量Mw12700)、大阪ガスケミカル社製オグソールSI−10−20(ポリメチルフェニルシラン、数平均分子量Mn1100、重量平均分子量Mw1800)などが挙げられる。
<<デラフォサイト型酸化物>>
前記デラフォサイト型酸化物としては、例えば、後述する前記金属酸化物膜の説明におけるデラフォサイト型酸化物が挙げられる。
前記デラフォサイト型酸化物としては、例えば、後述する前記金属酸化物膜の説明におけるデラフォサイト型酸化物が挙げられる。
前記シリコーン含有層の平均厚みとしては、0.1μm以上4.0μm以下であることが好ましく、0.3μm以上1.5μm以下であることがさらに好ましい。
前記平均厚みは、渦電流式膜厚計による測定や走査型電子顕微鏡による断面写真の観察により求めることができる。平均厚みは、20点を測定した結果の算術平均値である。
前記平均厚みは、渦電流式膜厚計による測定や走査型電子顕微鏡による断面写真の観察により求めることができる。平均厚みは、20点を測定した結果の算術平均値である。
本発明におけるシリコーン含有層の平均厚みの決定方法の一例を以下に記す。
はじめにシリコーン含有層を成膜する前の被成膜体の膜厚を渦電流方式の膜厚計(フィッシャースコープmms、フィッシャー・インストルメンツ社)を用い、被成膜体の長手方向を等間隔に20点測定する。次にシリコーン含有層を成膜した後の膜厚測定を先と同じ位置について行い、成膜前後の差分からシリコーン含有層の初期膜厚を得る。
はじめにシリコーン含有層を成膜する前の被成膜体の膜厚を渦電流方式の膜厚計(フィッシャースコープmms、フィッシャー・インストルメンツ社)を用い、被成膜体の長手方向を等間隔に20点測定する。次にシリコーン含有層を成膜した後の膜厚測定を先と同じ位置について行い、成膜前後の差分からシリコーン含有層の初期膜厚を得る。
次にシリコーン含有層の上に金属酸化物膜を成膜したのち、成膜品の一部を切り落とし、この切り落としたサンプルについてその断面をイオンミリングまたは収束イオンビーム加工により断面を平滑化して断面が観察できる試料を作成する。これを走査型電子顕微鏡で観察し、シリコーン含有層の厚みを計測する。金属酸化物膜を成膜した後のシリコーン含有層は僅かなエロージョンや金属酸化物の埋め込み(アンカリング)などから見かけの厚膜が渦電流式膜厚計で得た平均膜厚から小さくなることがある。そこでこうした断面写真による画像解析を加えることができる。
金属酸化物膜がシリコーン含有層に埋め込まれる場合は界面の山谷10点の厚みを計測し、合計20点の平均を平均厚みとする。また、成膜品の一部の切り出しは数カ所行い、同様の観察を行うことが望ましい。
前記シリコーン含有層の作製方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シリコーン含有層用塗工液を前記電荷輸送層又は前記色素増感電極層上に塗布し、加熱する方法などが挙げられる。
塗布方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、浸漬法、スプレー塗工法、リングコート法、ロールコータ法、グラビア塗工法、ノズルコート法、スクリーン印刷法等が採用される。
加熱の温度、及び時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
塗布方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、浸漬法、スプレー塗工法、リングコート法、ロールコータ法、グラビア塗工法、ノズルコート法、スクリーン印刷法等が採用される。
加熱の温度、及び時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記シリコーン含有層用塗工液は、例えば、水酸基及び加水分解性基のいずれかを有する有機ケイ素化合物を含有し、好ましくは、水酸基をもつトリフェニルアミン化合物、ポリメチルフェニルシラン、及びデラフォサイト型酸化物の少なくともいずれかを含有し、更に必要に応じて溶媒などを含有する。
<金属酸化物膜>
前記金属酸化物膜としては、p型半導性を有していれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、デラフォサイト型酸化物であることが好ましい。
本発明に係る金属酸化物粒子からなる金属酸化物膜を有する電子デバイスは、従来技術のデバイスでは金属酸化物膜の緻密性が高い電子デバイスを得ることができない場合があるという知見に基づいて発明されたものである。
従来技術のエアロゾルデポジション法で用いられるp型半導性を有する金属酸化物粒子の成膜では、p型半導性を有する金属酸化物粒子の粒度分布が最適化されていないために基板表面との密着性や膜の緻密性に問題があった。
本発明は電荷輸送層又は色素増感電極層の上にp型半導性を有する金属酸化物を含有する金属酸化物膜を成膜する際に好適な粒度分布を有したp型半導性を有する金属酸化物粒子を用いる。これにより、基板表面と金属酸化物膜との十分な密着性が得られるとともに金属酸化物膜の緻密化が可能となり、高いガスバリア性および微細な光電気変換を可能にする電子デバイスを提供することが可能となる。
前記金属酸化物膜としては、p型半導性を有していれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、デラフォサイト型酸化物であることが好ましい。
本発明に係る金属酸化物粒子からなる金属酸化物膜を有する電子デバイスは、従来技術のデバイスでは金属酸化物膜の緻密性が高い電子デバイスを得ることができない場合があるという知見に基づいて発明されたものである。
従来技術のエアロゾルデポジション法で用いられるp型半導性を有する金属酸化物粒子の成膜では、p型半導性を有する金属酸化物粒子の粒度分布が最適化されていないために基板表面との密着性や膜の緻密性に問題があった。
本発明は電荷輸送層又は色素増感電極層の上にp型半導性を有する金属酸化物を含有する金属酸化物膜を成膜する際に好適な粒度分布を有したp型半導性を有する金属酸化物粒子を用いる。これにより、基板表面と金属酸化物膜との十分な密着性が得られるとともに金属酸化物膜の緻密化が可能となり、高いガスバリア性および微細な光電気変換を可能にする電子デバイスを提供することが可能となる。
<<デラフォサイト型酸化物>>
前記デラフォサイト型酸化物(以下、「p型半導体」、「p型金属化合物半導体」と称することがある)としては、p型半導体としての機能があれば特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができ、例えば、p型金属酸化物半導体、一価の銅を含むp型化合物半導体、その他のp型金属化合物半導体などが挙げられる。
前記p型金属酸化物半導体としては、例えば、CoO、NiO、FeO、Bi2O3、MoO2、Cr2O3、SrCu2O2、CaO−Al2O3などが挙げられる。
前記一価の銅を含むp型化合物半導体としては、例えば、Cu2O、CuAlO、CuAlO2、CuGaO2、などが挙げられる。
これらの中でも電荷移動度と透光性の観点からCuAlO、CuAlO2などの銅アルミニウム酸化物が好ましい。
前記デラフォサイト型酸化物(以下、「p型半導体」、「p型金属化合物半導体」と称することがある)としては、p型半導体としての機能があれば特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができ、例えば、p型金属酸化物半導体、一価の銅を含むp型化合物半導体、その他のp型金属化合物半導体などが挙げられる。
前記p型金属酸化物半導体としては、例えば、CoO、NiO、FeO、Bi2O3、MoO2、Cr2O3、SrCu2O2、CaO−Al2O3などが挙げられる。
前記一価の銅を含むp型化合物半導体としては、例えば、Cu2O、CuAlO、CuAlO2、CuGaO2、などが挙げられる。
これらの中でも電荷移動度と透光性の観点からCuAlO、CuAlO2などの銅アルミニウム酸化物が好ましい。
<金属酸化物膜の膜厚>
前記金属酸化物膜の平均厚みとしては、0.3μm以上5μm以下であることが好ましく、前記金属酸化物膜の平均厚みが0.3μm以上5μm以下であり、かつ膜厚の標準偏差が0.07μm以下であることがより好ましい。
前記金属酸化物膜の平均厚みとしては、0.3μm以上5μm以下であることが好ましく、前記金属酸化物膜の平均厚みが0.3μm以上5μm以下であり、かつ膜厚の標準偏差が0.07μm以下であることがより好ましい。
前記金属酸化物膜の平均厚みが0.3μm以上5μm以下であると、耐摩耗性と静電特性のバランスに優れた長寿命で高品質なプリント画像の生成に有利となる。また、前記金属酸化物膜の膜厚の標準偏差が0.07μm以下であると、人肌や景色などのプリント画像において見た目の心象に影響するグラデーションの再現性に優れるプリント画像の生成に有利となる。
本発明のデバイスの一実施形態である電子写真感光体の場合において、膜厚の測定は次のようにして行う。まず、長さ380mm、外径100mmの円筒形状の感光体ドラムに対し、感光体ドラムの長手方向についてドラム端部から100mmの位置より50mm間隔に300mmの位置まで5箇所の膜厚を測定する。膜厚の測定はSEM断面写真の画像解析から求める。具体的には、ノコギリでドラムをカットしたあとカットした試料をイオンミリングで断面出しを行い、SEM画像を得る。SEM画像の解析から膜厚を測定する。
<電子デバイスの製造方法>
本発明の電子デバイスの製造方法は、本発明の前記電子デバイスを製造する方法である。
前記電子デバイスの製造方法は、前記金属酸化物膜の原材料を前記シリコーン含有層に吹き付けて前記金属酸化物膜を形成することを含み、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
前記原材料粒子としては、後述するp型半導性を有する金属酸化物粒子が挙げられる。
前記金属酸化物膜の原材料を吹き付ける方法としては、エアロゾルデポジション法(AD法)をあげることができる。
本発明の電子デバイスの製造方法は、本発明の前記電子デバイスを製造する方法である。
前記電子デバイスの製造方法は、前記金属酸化物膜の原材料を前記シリコーン含有層に吹き付けて前記金属酸化物膜を形成することを含み、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
前記原材料粒子としては、後述するp型半導性を有する金属酸化物粒子が挙げられる。
前記金属酸化物膜の原材料を吹き付ける方法としては、エアロゾルデポジション法(AD法)をあげることができる。
(p型半導性を有する金属酸化物粒子)
本発明の金属酸化物粒子を吹き付けて金属酸化物膜を形成する原材料粒子として用いられる金属酸化物粒子は、p型半導性を有していれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前述のデラフォサイト型酸化物であることが好ましく、体積基準の粒度分布が第一極大値(0.1μm以上5μm未満)と第二極大値(5μm以上50μm未満)の2つの極大値を有し、第一極大値に対する第二極大値の比が0.5以上2.0未満である。
但し、粒子の99%以上が0.1μm以上50μm以下の範囲内にあることが必要である。
本発明の金属酸化物粒子を吹き付けて金属酸化物膜を形成する原材料粒子として用いられる金属酸化物粒子は、p型半導性を有していれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前述のデラフォサイト型酸化物であることが好ましく、体積基準の粒度分布が第一極大値(0.1μm以上5μm未満)と第二極大値(5μm以上50μm未満)の2つの極大値を有し、第一極大値に対する第二極大値の比が0.5以上2.0未満である。
但し、粒子の99%以上が0.1μm以上50μm以下の範囲内にあることが必要である。
第一極大値が0.1μm未満の場合、粒子間で凝集しやすくなるためエアロゾル化が困難であり、5μm以上だと膜の緻密化が困難となる。
第二極大値が5μm未満の場合、基材表面と金属酸化物膜との密着性が悪くなるために膜が剥離しやすく、50μm以上だと基材表面や基材表面上に形成された金属酸化物膜がブラストされてしまい金属酸化物膜を成膜できない。
また、第一極大値に対する第二極大値の比が0.5未満の場合、基材表面と金属酸化物膜との密着性が悪いために膜が剥離しやすく、2.0以上の場合、膜の緻密化が困難となる。
第二極大値が5μm未満の場合、基材表面と金属酸化物膜との密着性が悪くなるために膜が剥離しやすく、50μm以上だと基材表面や基材表面上に形成された金属酸化物膜がブラストされてしまい金属酸化物膜を成膜できない。
また、第一極大値に対する第二極大値の比が0.5未満の場合、基材表面と金属酸化物膜との密着性が悪いために膜が剥離しやすく、2.0以上の場合、膜の緻密化が困難となる。
本発明で用いられるp型半導性を有し、前記粒度分布を有する金属酸化物粒子は、任意の方法で製造された金属酸化物を遊星ミルや乾式ビーズミル、ジェットミルなどの特に限定されない一般的な粉砕加工装置を用いることによって得ることができる。
金属酸化物粒子の粒径はMICROTRAC MT3300EXII(マイクロトラック・ベル社製)を用いて、エアー圧0.2MPaとして測定時間10秒で得られた測定値とした。
さらに、p型半導性を有する金属酸化物粒子は前述のデラフォサイト型酸化物であることが望ましい。
金属酸化物粒子の粒径はMICROTRAC MT3300EXII(マイクロトラック・ベル社製)を用いて、エアー圧0.2MPaとして測定時間10秒で得られた測定値とした。
さらに、p型半導性を有する金属酸化物粒子は前述のデラフォサイト型酸化物であることが望ましい。
<エアロゾルデポジション(AD)法>
前記エアロゾルデポジション(AD)法とは、予め準備された微粒子又は超微粒子をガスと混合してエアロゾル化し、ノズルを通して製膜対象物(基板)に噴射して被膜を形成する技術である。
前記AD法の特徴として、常温環境での製膜が可能であり、原材料の結晶構造をほぼ維持した状態で製膜を行えることからデバイス(特に電子写真感光体)上での製膜に適している。
前記エアロゾルデポジション(AD)法とは、予め準備された微粒子又は超微粒子をガスと混合してエアロゾル化し、ノズルを通して製膜対象物(基板)に噴射して被膜を形成する技術である。
前記AD法の特徴として、常温環境での製膜が可能であり、原材料の結晶構造をほぼ維持した状態で製膜を行えることからデバイス(特に電子写真感光体)上での製膜に適している。
前記エアロゾルデポジション法によって金属酸化物膜を形成する方法の一例について説明する。
この場合には図1に示すようなエアロゾルデポジション装置を用いる。図1に示すガスボンベ110にはエアロゾルを発生させるための不活性な気体が貯蔵されている。ガスボンベ110は配管120aを介してエアロゾル発生器130に連結され、配管120aはエアロゾル発生器130の内部に引き出されている。エアロゾル発生器130の内部には一定量の金属酸化物乃至化合物半導体からなる粒子200が投入される。エアロゾル発生器130に連結されるもう1つの配管120bは成膜チャンバ140の内部で噴射ノズル150に接続される。
この場合には図1に示すようなエアロゾルデポジション装置を用いる。図1に示すガスボンベ110にはエアロゾルを発生させるための不活性な気体が貯蔵されている。ガスボンベ110は配管120aを介してエアロゾル発生器130に連結され、配管120aはエアロゾル発生器130の内部に引き出されている。エアロゾル発生器130の内部には一定量の金属酸化物乃至化合物半導体からなる粒子200が投入される。エアロゾル発生器130に連結されるもう1つの配管120bは成膜チャンバ140の内部で噴射ノズル150に接続される。
エアロゾル発生器130の内部にp型半導性を有する金属酸化物粒子200を投入してエアロゾルを発生させて、配管120bを通じてノズル150に接続されていてもよい。
成膜チャンバ140の内部において基板ホルダ170には、噴射ノズル150に対向するように基板160が保持される。ここでは、基板160としてシリンダー形状の導電性支持体、感光体、太陽電池、EL素子等のデバイスが用いられる。成膜チャンバ140には成膜チャンバ140内の真空度を調整するための排気ポンプ180が配管120cを介して接続される。
本実施形態の電極を形成する成膜装置は基板ホルダ170を回転手段170aで回転させながら噴射ノズル150を横方向に一定速度で移動させる機構を備える。噴射ノズル150を横方向に移動させながら成膜を行うことにより、基板160の上に所望の面積の金属酸化物膜を形成することができる。
金属酸化物膜を形成する工程では、まず、圧空バルブ190を閉じ、排気ポンプ180で成膜チャンバ140からエアロゾル発生器130までを真空引きする。次に、圧空バルブ190を開くことにより配管120aを通じてガスボンベ110内の気体をエアロゾル発生器130に導入し、粒子200を容器内に撒き上げ、気体中に粒子200が分散した状態のエアロゾルを発生させる。発生したエアロゾルは配管120bを通じてノズル150より基板160に向けて高速で噴射される。圧空バルブ190を開いた状態で0.5秒間経過すると、次の0.5秒間は圧空バルブ190を閉じる。その後、再び圧空バルブ190を開き、0.5秒間の周期で圧空バルブ190の開閉を繰り返す。ガスボンベ110からの気体の流量は2リットル/分間、成膜時間は1時間とし、圧空バルブ190が閉じている時の成膜チャンバ140内の真空度を10Pa程度とし、圧空バルブ190が開いている時の成膜チャンバ140内の真空度を100Pa程度とする。
エアロゾルの噴射速度はノズル150の形状、配管120bの長さや内径、ガスボンベ110のガス内圧、排気ポンプ180の排気量(成膜チャンバ140の内圧)などにより制御される。例えば、エアロゾル発生器130の内圧を数万Paとし、成膜チャンバ140の内圧を数百Paとし、ノズル150の開口部の形状を内径1mmの円形状とした場合、エアロゾル発生器130と成膜チャンバ140との内圧差により、エアロゾルの噴射速度を数百m/秒間とすることができる。成膜チャンバ140の内圧を5Pa以上100Pa以下に、エアロゾル発生器130の内圧を50,000Paに保てば、空孔率5%以上30%以下の金属酸化物膜を形成することができる。この条件でエアロゾルを供給する時間を調整することにより金属酸化物膜の平均厚みを0.1μm以上10μm以下に調整することが好ましい。
金属酸化物膜の平均厚みは個々のデバイスに対し適正な厚みにすることができる。
デバイスの一つである電子写真感光体の場合、デバイスの耐久性とプリント画質の高画質化のベストモードが得られる条件として金属酸化物膜の好ましい平均厚みは1.2μm以上1.8μm以下となる。
デバイスの一つである電子写真感光体の場合、デバイスの耐久性とプリント画質の高画質化のベストモードが得られる条件として金属酸化物膜の好ましい平均厚みは1.2μm以上1.8μm以下となる。
加速されて運動エネルギーを得たエアロゾル中の粒子200が基板160に衝突して、衝撃エネルギーで細かく破砕される。そして、これらの破砕粒子が基板160に接合されること、及び破砕粒子同士が接合されることにより、電荷輸送層の上に金属酸化物膜が順次形成される。
成膜は複数回のラインパターン及び感光体ドラムの回転によって形成される。基板ホルダ170や噴射ノズル150を基板160の表面における縦方向及び横方向にスキャンさせながら所望の面積の金属酸化物膜を形成する。
本発明のデバイスについて実施形態の一例を以下に列記する。
本発明のデバイスについて実施形態の一例を以下に列記する。
<1:電子写真感光体と電子写真装置>
本発明の電子デバイスの一実施形態は電子写真感光体である。
前記電子写真感光体(以下、「感光体」と称することがある)は、支持体として導電性支持体と、前記導電性支持体上に電荷輸送物質を含む電荷輸送層と、前記電荷輸送層の上にシリコーン含有層と、前記シリコーン含有層上に前記金属酸化物膜とを有し、更に必要に応じて、電荷発生層、中間層、保護層などのその他の層を有する。
本発明の電子デバイスの一実施形態は電子写真感光体である。
前記電子写真感光体(以下、「感光体」と称することがある)は、支持体として導電性支持体と、前記導電性支持体上に電荷輸送物質を含む電荷輸送層と、前記電荷輸送層の上にシリコーン含有層と、前記シリコーン含有層上に前記金属酸化物膜とを有し、更に必要に応じて、電荷発生層、中間層、保護層などのその他の層を有する。
前記シリコーン含有層としては前述した事項を適宜適用することができる。
前記金属酸化物膜としては前述した事項を適宜適用することができる。
なお、電荷発生層と電荷輸送層とを順次積層させた層を感光層と称することがある。
以下にデバイスが電子写真感光体である場合について説明するが、電子写真感光体のみに限定されず他のデバイスにも適用可能である。
前記金属酸化物膜としては前述した事項を適宜適用することができる。
なお、電荷発生層と電荷輸送層とを順次積層させた層を感光層と称することがある。
以下にデバイスが電子写真感光体である場合について説明するが、電子写真感光体のみに限定されず他のデバイスにも適用可能である。
電子写真感光体であるデバイス10Aの構成について図2に基づいて説明する。なお、図2は電子写真感光体の一例を示す断面図である。図2に示す態様において、電子写真感光体10Aは導電性支持体51上に中間層52、電荷発生層53、電荷輸送層54、シリコーン含有層55及び金属酸化物膜56をこの順に有する。中間層52は適宜、除くことができる。
<支持体(導電性支持体)>
前記導電性支持体としては体積抵抗値が1010Ω・cm以下の導電性を示すものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アルミニウム、ニッケル、クロム、ニクロム、銅、銀、金、白金、鉄等の金属や、酸化スズ、酸化インジウム等の酸化物を蒸着又はスパッタリングによりフィルム状又は円筒状のプラスチック、紙等に被覆したもの、及び、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ステンレス等の板を、Drawing Ironing法、Impact Ironing法、Extruded Ironing法、Extruded Drawing法、切削法等の工法により素管化後、切削、超仕上げ、研磨等により表面処理した管などが挙げられる。
前記導電性支持体としては体積抵抗値が1010Ω・cm以下の導電性を示すものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アルミニウム、ニッケル、クロム、ニクロム、銅、銀、金、白金、鉄等の金属や、酸化スズ、酸化インジウム等の酸化物を蒸着又はスパッタリングによりフィルム状又は円筒状のプラスチック、紙等に被覆したもの、及び、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ステンレス等の板を、Drawing Ironing法、Impact Ironing法、Extruded Ironing法、Extruded Drawing法、切削法等の工法により素管化後、切削、超仕上げ、研磨等により表面処理した管などが挙げられる。
<中間層>
前記電子写真感光体は、導電性支持体と感光層との間に中間層を設けることができる。前記中間層は接着性の向上、モアレの防止、上層の塗工性の改良、導電性支持体からの電荷注入の防止等の目的で設けられる。
前記中間層は、通常、樹脂を主成分とする。前記中間層の上に前記感光層を塗布するため、前記中間層に用いる樹脂としては有機溶媒に難溶である熱硬化性樹脂が好ましい。これらの中でもポリウレタン、メラミン樹脂、アルキッド−メラミン樹脂は以上の目的を十分に満たすものが多い点でより好ましい。
前記電子写真感光体は、導電性支持体と感光層との間に中間層を設けることができる。前記中間層は接着性の向上、モアレの防止、上層の塗工性の改良、導電性支持体からの電荷注入の防止等の目的で設けられる。
前記中間層は、通常、樹脂を主成分とする。前記中間層の上に前記感光層を塗布するため、前記中間層に用いる樹脂としては有機溶媒に難溶である熱硬化性樹脂が好ましい。これらの中でもポリウレタン、メラミン樹脂、アルキッド−メラミン樹脂は以上の目的を十分に満たすものが多い点でより好ましい。
前記有機溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、ジオキサン、ジクロロエタン、ブタノンなどが挙げられる。前記有機溶媒を用いて前記樹脂を適度に希釈したものを塗料とすることができる。
また、前記中間層には伝導度の調節やモアレを防止するために、金属、金属酸化物等の微粒子を加えてもよい。前記金属酸化物としては、酸化チタン、酸化亜鉛が好ましい。前記微粒子は前記有機溶媒を用いてボールミル、アトライター、サンドミル等により分散して得た分散液と前記樹脂成分とを混合し、塗料とすることができる。
前記中間層の作製方法(成膜方法)としては、例えば、前記塗料を浸漬塗工法、スプレーコート法、ビードコート法等で導電性支持体上に成膜する方法や必要に応じて得られた膜を加熱硬化する方法などが挙げられる。前記中間層の平均厚みとしては、2μm以上20μm以下程度が適当になるケースが多い。前記感光体の残留電位の蓄積が大きくなる場合、3μm未満にするとよい。
<感光層>
前記電子写真感光体の感光層は、電荷発生層と電荷輸送層とを順次積層させた積層型感光層である。
前記電子写真感光体の感光層は、電荷発生層と電荷輸送層とを順次積層させた積層型感光層である。
<電荷発生層>
前記電荷発生層は前記積層型感光層の一部を指し、露光によって電荷を発生する機能をもつ。前記電荷発生層は電荷発生物質を主成分として含有し、必要に応じてバインダー樹脂を含有する。前記電荷発生物質としては、例えば、無機系電荷発生材料、有機系電荷発生材料などが挙げられる。
前記電荷発生層は前記積層型感光層の一部を指し、露光によって電荷を発生する機能をもつ。前記電荷発生層は電荷発生物質を主成分として含有し、必要に応じてバインダー樹脂を含有する。前記電荷発生物質としては、例えば、無機系電荷発生材料、有機系電荷発生材料などが挙げられる。
前記無機系電荷発生材料としては、例えば、結晶セレン、アモルファス・セレン、セレン−テルル、セレン−テルル−ハロゲン、セレン−ヒ素化合物、アモルファスシリコンなどが挙げられる。アモルファスシリコンにおいては、ダングリングボンドを水素原子又はハロゲン原子でターミネートしたものや、ホウ素原子、リン原子等をドープしたものが好ましく用いられる。
前記有機系電荷発生材料としては公知の材料を用いることができ、例えば、チタニルフタロシアニン、クロロガリウムフタロシアニン等の金属フタロシアニン、無金属フタロシアニン、アズレニウム塩顔料、スクエアリック酸メチン顔料、カルバゾール骨格を有する対称型又は非対称型のアゾ顔料、トリフェニルアミン骨格を有する対称型又は非対称型のアゾ顔料、フルオレノン骨格を有する対称型又は非対称型のアゾ顔料、ペリレン系顔料などが挙げられる。これらの中でも、金属フタロシアニン、フルオレノン骨格を有する対称型又は非対称型のアゾ顔料、トリフェニルアミン骨格を有する対称型又は非対称型のアゾ顔料、及びペリレン系顔料は電荷発生の量子効率が軒並み高い点で好ましい。これらの電荷発生物質は単独でも二種以上の混合物として用いてもよい。
前記バインダー樹脂としては、例えば、ポリアミド、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリケトン、ポリカーボネート、ポリアリレート、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ポリビニルケトン、ポリスチレン、ポリ−N−ビニルカルバゾール、ポリアクリルアミドなどが挙げられる。
このうちポリビニルブチラールが使用されることが多く有用である。これらのバインダー樹脂は単独でも二種以上の混合物として用いてもよい。
このうちポリビニルブチラールが使用されることが多く有用である。これらのバインダー樹脂は単独でも二種以上の混合物として用いてもよい。
<電荷発生層の作製方法>
前記電荷発生層の作製方法としては、例えば、真空薄膜作製法と溶液分散系からのキャスティング法に大別される。
前記真空薄膜作製法としては、真空蒸着法、グロー放電分解法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、CVD(化学気相成長)法などが挙げられ、前記無機系電荷発生材料や前記有機系電荷発生材料からなる層の作製に良好に適用できる。
前記キャスティング法による電荷発生層の作製方法としては、例えば、上述した無機系電荷発生材料又は有機系電荷発生材料を必要に応じてバインダー樹脂と共に有機溶媒を用いてボールミル、アトライター、サンドミル等により分散し、分散液を適度に希釈して塗布すればよい。
前記電荷発生層の作製方法としては、例えば、真空薄膜作製法と溶液分散系からのキャスティング法に大別される。
前記真空薄膜作製法としては、真空蒸着法、グロー放電分解法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、CVD(化学気相成長)法などが挙げられ、前記無機系電荷発生材料や前記有機系電荷発生材料からなる層の作製に良好に適用できる。
前記キャスティング法による電荷発生層の作製方法としては、例えば、上述した無機系電荷発生材料又は有機系電荷発生材料を必要に応じてバインダー樹脂と共に有機溶媒を用いてボールミル、アトライター、サンドミル等により分散し、分散液を適度に希釈して塗布すればよい。
前記有機溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、ジオキサン、ジクロロエタン、ブタノンなどが挙げられる。これらの中でも、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノンは、クロロベンゼン、ジクロロメタン、トルエン及びキシレンと比較して環境負荷の程度が低いため好ましい。
塗布は浸漬塗工法、スプレーコート法、ビードコート法等により行うことができる。
前記電荷発生層の平均厚みとしては0.01μm以上5μm以下が好ましい。
残留電位の低減や高感度化が必要となる場合、前記電荷発生層を厚膜化するとこれらの特性が改良されることが多い。反面、帯電電荷の保持性や空間電荷の形成等帯電性の劣化を来すことも多い。これらのバランスから前記電荷発生層の平均厚みは0.05μm以上2μm以下がより好ましい。
前記電荷発生層の平均厚みとしては0.01μm以上5μm以下が好ましい。
残留電位の低減や高感度化が必要となる場合、前記電荷発生層を厚膜化するとこれらの特性が改良されることが多い。反面、帯電電荷の保持性や空間電荷の形成等帯電性の劣化を来すことも多い。これらのバランスから前記電荷発生層の平均厚みは0.05μm以上2μm以下がより好ましい。
また、必要に応じて前記電荷発生層中に酸化防止剤、可塑剤、滑剤、紫外線吸収剤等の低分子化合物及びレベリング剤を添加することもできる。これらの化合物は1種単独又は2種以上の混合物として用いることができる。低分子化合物及びレベリング剤を併用すると感度劣化を来すケースが多い。このため、これらの使用量は概して、0.1phr以上20phr以下が好ましく、0.1phr以上10phr以下がより好ましく、レベリング剤の使用量は、0.001phr以上0.1phr以下が好ましい。
<電荷輸送層>
前記電荷輸送層は積層型感光層の一部を指し、前記電荷発生層で生成した電荷を注入、輸送し、帯電によって設けられた感光体の表面電荷を中和する機能を担う。前記電荷輸送層は、電荷輸送物質と、これを結着するバインダー成分とを主成分として含有する。
前記電荷輸送物質には、電子輸送物質、正孔輸送物質がある。
前記電荷輸送層は積層型感光層の一部を指し、前記電荷発生層で生成した電荷を注入、輸送し、帯電によって設けられた感光体の表面電荷を中和する機能を担う。前記電荷輸送層は、電荷輸送物質と、これを結着するバインダー成分とを主成分として含有する。
前記電荷輸送物質には、電子輸送物質、正孔輸送物質がある。
前記電子輸送物質としては、例えば、非対称ジフェノキノン誘導体、フルオレン誘導体、ナフタルイミド誘導体等の電子受容性物質などが挙げられる。これらの電子輸送物質は1種単独でも2種以上の混合物として用いてもよい。
前記正孔輸送物質としては電子供与性物質が好ましく用いられる。例えば、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、トリフェニルアミン誘導体、ブタジエン誘導体、9−(p−ジエチルアミノスチリルアントラセン)、1,1−ビス−(4−ジベンジルアミノフェニル)プロパン、スチリルアントラセン、スチリルピラゾリン、フェニルヒドラゾン類、α−フェニルスチルベン誘導体、チアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナジン誘導体、アクリジン誘導体、ベンゾフラン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、チオフェン誘導体などが挙げられる。これらの正孔輸送物質は1種単独でも2種以上の混合物として用いてもよい。
前記バインダー成分としては、例えば、ポリスチレン、ポリエステル、ポリビニル、ポリアリレート、ポリカーボネート、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、アルキド樹脂等の熱可塑性又は熱硬化性樹脂などが挙げられる。これらの中でもポリスチレン、ポリエステル、ポリアリレート、ポリカーボネートは電荷輸送成分のバインダー成分として用いる場合、電荷移動特性が良好な性能を示すものが多く有用である。
前記電荷輸送層の改質に際して、電気的に不活性な高分子化合物を用いる場合にはフルオレン等の嵩高い骨格をもつカルドポリマー型のポリエステル、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート等のポリエステル、C型ポリカーボネートのようなビスフェノール型のポリカーボネートに対してフェノール成分の3,3’部位がアルキル置換されたポリカーボネート、ビスフェノールAのジェミナルメチル基が炭素数2以上の長鎖のアルキル基で置換されたポリカーボネート、ビフェニル又はビフェニルエーテル骨格をもつポリカーボネート、ポリカプロラクトン、ポリカプロラクトンの様な長鎖アルキル骨格を有するポリカーボネートやアクリル樹脂、ポリスチレン、水素化ブタジエンなどが有効である。
ここで、電気的に不活性な高分子化合物とは、トリアリールアミン構造のような光導電性を示す化学構造を含まない高分子化合物を指す。これらの樹脂を添加剤としてバインダー樹脂と併用する場合、光減衰感度の制約から、その含有量は電荷輸送層の全固形分に対して50質量%以下とすることが好ましい。
前記電荷輸送物質を用いる場合、その含有量は、通常、40phr以上200phr以下が好ましく、70phr以上100phr以下がより好ましい。また、電荷輸送成分100質量部に対して樹脂成分が0質量部以上200質量部以下、好ましくは80質量部以上150質量部以下程度の割合で共重合された材料が好ましく用いられる。
前記電荷輸送層は、例えば、電荷輸送成分とバインダー成分を主成分とする混合物乃至共重合体を適当な溶剤に溶解乃至分散して電荷輸送層用塗料を調製し、これを塗布、乾燥することにより形成できる。塗工方法としては浸漬法、スプレー塗工法、リングコート法、ロールコータ法、グラビア塗工法、ノズルコート法、スクリーン印刷法等が採用される。 電荷輸送層用塗料を調製する際に使用できる分散溶媒としては、例えば、メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、ジオキサン、テトラヒドロフラン、エチルセロソルブ等のエーテル類、トルエン、キシレン等の芳香族類、クロロベンゼン、ジクロロメタン等のハロゲン類、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類などを挙げることができる。これらの中でも、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノンは、クロロベンゼンやジクロロメタン、トルエン、及びキシレンと比較して環境負荷の程度が低いため好ましい。これらの溶媒は単独として又は混合して用いることができる。
前記電荷輸送層の上層には、架橋表面層が積層されている場合がある。この構成における前記電荷輸送層の平均厚みは実使用上の摩耗を考慮した電荷輸送層の厚膜化の設計が不要である。前記電荷輸送層の平均厚みとしては、実用上、必要とされる感度と帯電能を確保する都合、10μm以上40μm以下が好ましく、15μm以上30μm以下がより好ましい。
また、必要により、電荷輸送層中に酸化防止剤、可塑剤、滑剤、紫外線吸収剤等の低分子化合物及びレベリング剤を添加することもできる。これらの化合物は単独又は二種以上の混合物として用いることができる。低分子化合物及びレベリング剤を併用すると感度劣化を来すケースが多い。このため、これらの使用量は概して、0.1phr以上20phr以下、好ましくは、0.1phr以上10phr以下、レベリング剤の使用量は、0.001phr以上0.1phr以下程度が適当である。
<シリコーン含有層>
電子写真感光体におけるシリコーン含有層としては、本発明のデバイスのシリコーン含有層において説明した事項を適宜選択して適用することができる。
電子写真感光体におけるシリコーン含有層としては、本発明のデバイスのシリコーン含有層において説明した事項を適宜選択して適用することができる。
<金属酸化物膜>
電子写真感光体における金属酸化物膜、及びその作製方法としては、本発明のデバイスの金属酸化物膜、及びその作製方法において説明した事項を適宜選択して適用することができる。
電子写真感光体における金属酸化物膜、及びその作製方法としては、本発明のデバイスの金属酸化物膜、及びその作製方法において説明した事項を適宜選択して適用することができる。
<画像形成装置、及び画像形成方法>
本発明の画像形成装置は、前記デバイスを有する。前記デバイスは、例えば、前記電子写真感光体である。
本発明の画像形成装置の一実施形態は前記電子写真感光体(デバイス)を有し、更に静電潜像形成手段と現像手段とを有し、更に必要に応じて、その他の手段を有する。
本発明の画像形成方法は、前記デバイスを用いる。前記デバイスは、例えば、前記電子写真感光体である。
本発明に関する画像形成方法の一実施形態は、静電潜像形成工程と、現像工程とを少なくとも含み、更に必要に応じてその他の工程を含む。
前記画像形成方法は前記画像形成装置により好適に行うことができ、前記静電潜像形成工程は前記静電潜像形成手段により好適に行うことができ、前記現像工程は前記現像手段により好適に行うことができ、前記その他の工程は前記その他の手段により好適に行うことができる。
本発明の画像形成装置は、前記デバイスを有する。前記デバイスは、例えば、前記電子写真感光体である。
本発明の画像形成装置の一実施形態は前記電子写真感光体(デバイス)を有し、更に静電潜像形成手段と現像手段とを有し、更に必要に応じて、その他の手段を有する。
本発明の画像形成方法は、前記デバイスを用いる。前記デバイスは、例えば、前記電子写真感光体である。
本発明に関する画像形成方法の一実施形態は、静電潜像形成工程と、現像工程とを少なくとも含み、更に必要に応じてその他の工程を含む。
前記画像形成方法は前記画像形成装置により好適に行うことができ、前記静電潜像形成工程は前記静電潜像形成手段により好適に行うことができ、前記現像工程は前記現像手段により好適に行うことができ、前記その他の工程は前記その他の手段により好適に行うことができる。
<画像形成装置の実施形態>
以下、図面に基づいて画像形成装置の構成例を説明する。
図3に画像形成装置の例を示す。帯電装置12は電子写真感光体11の表面を一様に帯電させる手段であり、コロトロン、スコロトロン、固体帯電器(ソリッド・ステート・チャージャー)、帯電ローラをはじめとする公知の手段が用いられる。帯電装置12は消費電力の低減の観点から、電子写真感光体11に対し接触若しくは近接配置したものが良好に用いられる。なかでも帯電装置12への汚染を防止するため、電子写真感光体11と帯電装置12表面の間に適度なすきまを有する電子写真感光体11近傍に近接配置された帯電機構が望ましい。転写装置16には一般に上記の帯電器を使用できるが、転写チャージャーと分離チャージャーを併用したものが効果的である。
以下、図面に基づいて画像形成装置の構成例を説明する。
図3に画像形成装置の例を示す。帯電装置12は電子写真感光体11の表面を一様に帯電させる手段であり、コロトロン、スコロトロン、固体帯電器(ソリッド・ステート・チャージャー)、帯電ローラをはじめとする公知の手段が用いられる。帯電装置12は消費電力の低減の観点から、電子写真感光体11に対し接触若しくは近接配置したものが良好に用いられる。なかでも帯電装置12への汚染を防止するため、電子写真感光体11と帯電装置12表面の間に適度なすきまを有する電子写真感光体11近傍に近接配置された帯電機構が望ましい。転写装置16には一般に上記の帯電器を使用できるが、転写チャージャーと分離チャージャーを併用したものが効果的である。
電子写真感光体11は駆動手段1Cにより駆動され、帯電装置12による帯電、露光装置13による像露光、現像、転写装置16による転写、クリーニング前露光装置1Bによるクリーニング前露光、クリーニング装置17によるクリーニング、除電装置1Aによる除電が繰り返し行われる。潤滑剤3A及び潤滑剤を塗布する塗布ブラシ3B、塗布ブレード3Cは電子写真感光体11の移動方向に対して図示のようにクリーニング装置17と帯電装置12の間に配置される。
図3においては、電子写真感光体11(この場合は支持体が透光性である)の支持体側よりクリーニング前露光の光照射が行われる。
図3においては、電子写真感光体11(この場合は支持体が透光性である)の支持体側よりクリーニング前露光の光照射が行われる。
以上の電子写真プロセスは一例であって、例えば、図3においては支持体側よりクリーニング前露光を行っているが、これは感光層側から行ってもよいし、また、像露光、除電光の照射を支持体側から行ってもよい。一方、光照射工程は像露光、クリーニング前露光、除電露光が図示されているが、他に転写前露光、像露光のプレ露光、及びその他公知の光照射工程を設けて電子写真感光体に光照射を行うこともできる。
また、上記に示すような画像形成手段は、複写機、ファクシミリ、プリンタ内に固定して組み込まれていてもよいが、プロセスカートリッジの形でそれら装置内に組み込まれてもよい。プロセスカートリッジの形状は多く挙げられるが、一般的な例として、図4に示すものが挙げられる。電子写真感光体11はドラム状の形状を示しているが、シート状、エンドレスベルト状のものであってもよい。
プロセスカートリッジは、静電潜像を担持する電子写真感光体11と、該電子写真感光体11上に担持された静電潜像をトナーで現像し可視像を形成する現像手段14と、潤滑剤を電子写真感光体上に供給する潤滑剤供給手段3(3A、3B、3C)とを、少なくとも有してなる。更に必要に応じて、適宜選択した帯電手段12、露光手段13、転写手段16、クリーニング手段17、除電手段1Aなどのその他の手段を有してなる。現像手段としては、トナー乃至現像剤を収容する現像剤収容器と、該現像剤収容器内に収容されたトナー乃至現像剤を担持しかつ搬送する現像剤担持体とを、少なくとも有してなり、更に、現像剤担持体に担持させるトナー層厚を規制するための層厚規制部材等を有していてもよい。プロセスカートリッジは、各種電子写真方式の画像形成装置、ファクシミリ、プリンタに着脱可能に備えさせることができ、本発明の画像形成装置に着脱可能に備えさせるのが特に好ましい。
図5に画像形成装置の他の例を示す。この画像形成装置では電子写真感光体11の周囲に帯電装置12、露光装置13、ブラック(Bk)、シアン(C)、マゼンタ(M)、及びイエロー(Y)の色ごとの現像装置14Bk、14C、14M、14Y、中間転写体である中間転写ベルト1F、クリーニング装置17が順に配置されている。
なお、図5中に示す(Bk、C、M、Y)の添字は上記のトナーの色に対応し、必要に応じて適宜省略する。各色の現像装置14Bk、14C、14M、14Yは各々独立に制御可能となっており、画像形成を行う色の現像装置のみが駆動される。電子写真感光体11上に形成されたトナー像は中間転写ベルト1Fの内側に配置された第1の転写装置1Dにより中間転写ベルト1F上に転写される。
なお、図5中に示す(Bk、C、M、Y)の添字は上記のトナーの色に対応し、必要に応じて適宜省略する。各色の現像装置14Bk、14C、14M、14Yは各々独立に制御可能となっており、画像形成を行う色の現像装置のみが駆動される。電子写真感光体11上に形成されたトナー像は中間転写ベルト1Fの内側に配置された第1の転写装置1Dにより中間転写ベルト1F上に転写される。
第1の転写装置1Dは電子写真感光体11に対して接離可能に配置されており、転写動作時のみ中間転写ベルト1Fを電子写真感光体11に当接させる。各色の画像形成を順次行い、中間転写ベルト1F上で重ね合わされたトナー像は第2の転写装置1Eにより、印刷メディア18に一括転写された後、定着装置19により定着されて画像が形成される。第2の転写装置1Eも中間転写ベルト1Fに対して接離可能に配置され、転写動作時のみ中間転写ベルト1Fに当接する。
転写ドラム方式の画像形成装置では、転写ドラムに静電吸着させた印刷メディアに各色のトナー像を順次転写するため、厚紙にはプリントできないという印刷メディアの制限がある。一方、図5に示すような中間転写方式の画像形成装置では、中間転写体1F上で各色のトナー像を重ね合わせるため、印刷メディアの制限を受けないという特長がある。このような中間転写方式は、図5に示す装置に限らず前述の図3、図4及び後述する図6、図7に記すような画像形成装置にも適用することができる。
潤滑剤3A及び潤滑剤を塗布する塗布ブラシ3B、塗布ブレード3Cは電子写真感光体11の回転方向に対して図示のようにクリーニング装置17と帯電装置12の間に配置される。
潤滑剤3A及び潤滑剤を塗布する塗布ブラシ3B、塗布ブレード3Cは電子写真感光体11の回転方向に対して図示のようにクリーニング装置17と帯電装置12の間に配置される。
図6に画像形成装置の他の例であるタンデム方式の画像形成装置を示す。この画像形成装置はトナーとしてイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(Bk)の4色を用いるタイプとされ、色ごとに画像形成部が配設されている。また、各色の電子写真感光体11Y、11M、11C、11Bkが設けられている。各電子写真感光体11Y、11M、11C、11Bkの周りには帯電装置12Y、12M、12C、12Bk、露光装置13Y、13M、13C、13Bk、現像装置14Y、14M、14C、14Bk、クリーニング装置17Y、17M、17C、17Bk等が配設されている。
また、直線上に配設された各電子写真感光体11Y、11M、11C、11Bkの各転写位置に接離する転写材担持体としての搬送転写ベルト1Gが駆動手段1Cにて掛け渡されている。この搬送転写ベルト1Gを挟んで各電子写真感光体11Y、11M、11C、11Bkに対向する転写位置には転写装置16Y、16M、16C、16Bkが配設されている。
また、直線上に配設された各電子写真感光体11Y、11M、11C、11Bkの各転写位置に接離する転写材担持体としての搬送転写ベルト1Gが駆動手段1Cにて掛け渡されている。この搬送転写ベルト1Gを挟んで各電子写真感光体11Y、11M、11C、11Bkに対向する転写位置には転写装置16Y、16M、16C、16Bkが配設されている。
図6に示すタンデム方式の画像形成装置は色ごとに電子写真感光体11Y、11M、11C、11Bkをもち、各色のトナー像を搬送転写ベルト1Gに保持された印刷メディア18に順次転写するため、電子写真感光体を一つしかもたないフルカラー画像形成装置に比べ、はるかに高速のフルカラー画像の出力が可能となる。転写材としての印刷メディア18上に現像されたトナー画像は電子写真感光体11Bkと転写装置16Bkとの対向位置から定着装置19に搬送され、この定着装置19により印刷メディア18に定着される。
また、例えば、図7に示されるような実施の形態における構成であってもよい。すなわち、図6に示した搬送転写ベルト1Gを用いた直接転写方式にかえて、図7に示すように中間転写ベルト1Fを用いる構成とすることができる。
図7に示す例では色ごとに電子写真感光体11Y、11M、11C、11Bkをもち、これらに形成された各色のトナー像を、駆動手段であるローラ1Cにより駆動張架されてなる中間転写ベルト1F上に第1の転写手段である1次転写手段1Dにより順次転写して積層し、フルカラー画像を形成する。
次いで、中間転写ベルト1Fはさらに駆動され、これに担持されてなるフルカラー画像は第2の転写装置である2次転写手段1Eと2次転写手段1Eに対向して配置されてなるローラとの対向位置まで搬送される。そして、2次転写手段1Eにより転写材18に2次転写され、転写材上に所望の画像が形成される。
図7に示す例では色ごとに電子写真感光体11Y、11M、11C、11Bkをもち、これらに形成された各色のトナー像を、駆動手段であるローラ1Cにより駆動張架されてなる中間転写ベルト1F上に第1の転写手段である1次転写手段1Dにより順次転写して積層し、フルカラー画像を形成する。
次いで、中間転写ベルト1Fはさらに駆動され、これに担持されてなるフルカラー画像は第2の転写装置である2次転写手段1Eと2次転写手段1Eに対向して配置されてなるローラとの対向位置まで搬送される。そして、2次転写手段1Eにより転写材18に2次転写され、転写材上に所望の画像が形成される。
<2:太陽電池>
本発明のデバイスの一実施形態は太陽電池である。
前記太陽電池は、支持体と、増感色素を含む色素増感電極層と、前記色素増感電極層の上にシリコーン含有層と、前記シリコーン含有層上に前記金属酸化物膜とを有し、更に第一の電極と、ホールブロッキング層と、第二の電極とを有し、更に必要に応じてその他の部材などを有する。
前記シリコーン含有層としては前述した事項を適宜適用することができる。
前記金属酸化物膜としては前述した事項を適宜適用することができる。
本発明のデバイスの一実施形態は太陽電池である。
前記太陽電池は、支持体と、増感色素を含む色素増感電極層と、前記色素増感電極層の上にシリコーン含有層と、前記シリコーン含有層上に前記金属酸化物膜とを有し、更に第一の電極と、ホールブロッキング層と、第二の電極とを有し、更に必要に応じてその他の部材などを有する。
前記シリコーン含有層としては前述した事項を適宜適用することができる。
前記金属酸化物膜としては前述した事項を適宜適用することができる。
以下にデバイスが太陽電池である場合について説明するが、太陽電池のみに限定されず、他のデバイスにも適用可能である。
以下、本発明に係る太陽電池について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
前記太陽電池は、支持体としての基板と、第一の電極と、ホールブロッキング層と、電子輸送層と、色素増感電極層と、シリコーン含有層と、金属酸化物膜としてのセラミック半導体膜と、第二の電極とを有する。
太陽電池であるデバイス10Bの構成について図8に基づいて説明する。なお、図8は太陽電池の一例の断面図である。
図8に示す態様においては、支持体としての基板1上に第一の電極2が形成され、第一の電極2上にホールブロッキング層3が形成され、ホールブロッキング層3上に光増感材料4’を吸着した電子輸送物質4からなる色素増感電極層5が設けられる。図8では色素増感電極層5と第一の電極2と対向する第二の電極8との間にシリコーン含有層6と金属酸化物膜7が挟み込まれた構成の例が図示されている。また、図8では、第一の電極2と第二の電極8が導通するようにリードライン9、10が設けられている構成の例が図示されている。
金属酸化物膜7と色素増感電極層5の材料は相互に滲みだした状態となっても良い。
以下、詳細を説明する。
太陽電池であるデバイス10Bの構成について図8に基づいて説明する。なお、図8は太陽電池の一例の断面図である。
図8に示す態様においては、支持体としての基板1上に第一の電極2が形成され、第一の電極2上にホールブロッキング層3が形成され、ホールブロッキング層3上に光増感材料4’を吸着した電子輸送物質4からなる色素増感電極層5が設けられる。図8では色素増感電極層5と第一の電極2と対向する第二の電極8との間にシリコーン含有層6と金属酸化物膜7が挟み込まれた構成の例が図示されている。また、図8では、第一の電極2と第二の電極8が導通するようにリードライン9、10が設けられている構成の例が図示されている。
金属酸化物膜7と色素増感電極層5の材料は相互に滲みだした状態となっても良い。
以下、詳細を説明する。
<支持体(基板)>
前記支持体としての基板1としては特に制限されるものではなく、公知のものを用いることができる。基板1は透明な材質のものが好ましく、例えば、ガラス、透明プラスチック板、透明プラスチック膜、無機物透明結晶体等が挙げられる。
前記支持体としての基板1としては特に制限されるものではなく、公知のものを用いることができる。基板1は透明な材質のものが好ましく、例えば、ガラス、透明プラスチック板、透明プラスチック膜、無機物透明結晶体等が挙げられる。
<第一の電極>
第一の電極2としては、可視光に対して透明な導電性物質であれば特に限定されるものではなく、通常の光電変換素子、あるいは液晶パネル等に用いられる公知のものを使用できる。
第一の電極2の材料としては、例えば、インジウム・スズ酸化物(以下、ITOと称す)、フッ素ドープ酸化スズ(以下、FTOと称す)、アンチモンドープ酸化スズ(以下、ATOと称す)、インジウム・亜鉛酸化物、ニオブ・チタン酸化物、グラフェンなどが挙げられる。これらは単独あるいは複数積層されていてもよい。
第一の電極の平均厚みとしては、5nm以上10μm以下が好ましく、50nm以上1μm以下がより好ましい。
第一の電極2としては、可視光に対して透明な導電性物質であれば特に限定されるものではなく、通常の光電変換素子、あるいは液晶パネル等に用いられる公知のものを使用できる。
第一の電極2の材料としては、例えば、インジウム・スズ酸化物(以下、ITOと称す)、フッ素ドープ酸化スズ(以下、FTOと称す)、アンチモンドープ酸化スズ(以下、ATOと称す)、インジウム・亜鉛酸化物、ニオブ・チタン酸化物、グラフェンなどが挙げられる。これらは単独あるいは複数積層されていてもよい。
第一の電極の平均厚みとしては、5nm以上10μm以下が好ましく、50nm以上1μm以下がより好ましい。
また、第一の電極は一定の硬性を維持するため、可視光に透明な材質からなる基板1上に設けることが好ましく、基板としては、例えば、ガラス、透明プラスチック板、透明プラスチック膜、無機物透明結晶体などが用いられる。
第一の電極2と基板1とが一体となっている公知のものを用いることもでき、例えば、FTOコートガラス、ITOコートガラス、酸化亜鉛:アルミニウムコートガラス、FTOコート透明プラスチック膜、ITOコート透明プラスチック膜等が挙げられる。
また、酸化スズや酸化インジウムに原子価の異なる陽イオン若しくは陰イオンをドープした透明電極、メッシュ状、ストライプ状等、光が透過できる構造にした金属電極をガラス基板等の基板上に設けたものでもよい。
これらは1種単独あるいは2種以上の混合、又は積層したものでも構わない。
第一の電極2と基板1とが一体となっている公知のものを用いることもでき、例えば、FTOコートガラス、ITOコートガラス、酸化亜鉛:アルミニウムコートガラス、FTOコート透明プラスチック膜、ITOコート透明プラスチック膜等が挙げられる。
また、酸化スズや酸化インジウムに原子価の異なる陽イオン若しくは陰イオンをドープした透明電極、メッシュ状、ストライプ状等、光が透過できる構造にした金属電極をガラス基板等の基板上に設けたものでもよい。
これらは1種単独あるいは2種以上の混合、又は積層したものでも構わない。
<ホールブロッキング層>
ホールブロッキング層3を構成する材料としては、可視光に対して透明であり、かつ電子輸送物質であれば特に限定されるものではないが、特に酸化チタンが好ましい。
ホールブロッキング層3は電解質が電極と接して電解質中のホールと電極表面の電子が再結合(いわゆる逆電子移動)することによる電力低下を抑制するために設けられる。このホールブロッキング層3の効果は固体型色素増感型太陽電池において特に顕著である。
これは、電解液を用いた湿式色素増感太陽電池と比較し、有機ホール輸送材料等を用いた固体型色素増感型太陽電池はホール輸送材料中のホールと電極表面の電子の再結合(逆電子移動)速度が速いことに起因している。
ホールブロッキング層3を構成する材料としては、可視光に対して透明であり、かつ電子輸送物質であれば特に限定されるものではないが、特に酸化チタンが好ましい。
ホールブロッキング層3は電解質が電極と接して電解質中のホールと電極表面の電子が再結合(いわゆる逆電子移動)することによる電力低下を抑制するために設けられる。このホールブロッキング層3の効果は固体型色素増感型太陽電池において特に顕著である。
これは、電解液を用いた湿式色素増感太陽電池と比較し、有機ホール輸送材料等を用いた固体型色素増感型太陽電池はホール輸送材料中のホールと電極表面の電子の再結合(逆電子移動)速度が速いことに起因している。
ホールブロッキング層3の製膜方法としては限定しないが、室内光における損失電流を抑制するためには高い内部抵抗が必要であり、製膜方法も重要である。一般的には湿式製膜となるゾルゲル法が挙げられるが、膜密度が低く十分に損失電流を抑制できない場合がある。そのため、より好ましくはスパッタリング法などの乾式製膜であり、膜密度が十分に高く損失電流を抑制できる。
前記ホールブロッキング層3は第一の電極2とホール輸送層5との電子的コンタクトを防ぐ目的でも形成される。前記ホールブロッキング層の平均厚みとしては特に制限はないが、5nm〜1μmが好ましく、湿式製膜では500〜700nmがより好ましく、乾式製膜では10nm〜30nmがより好ましい。
<色素増感電極層>
色素増感電極層は、電子輸送層5の表面に増感色素(光増感材料)を吸着させた電極の機能を担う層である。電子輸送物質に増感色素を吸着させることで、前記太陽電池の変換効率を向上させることができる。
は、電子輸送層5の表面に増感色素(光増感材料)を吸着させた電極の機能を担う層である。電子輸送物質に増感色素を吸着させることで、前記太陽電池の変換効率を向上させることができる。
前記太陽電池は、前記のホールブロッキング層3上に多孔質状の電子輸送層5を形成するものであり、この電子輸送層5は、単層であっても多層であってもよい。
前記電子輸送層5は、電子輸送物質から構成される。前記電子輸送物質4としては半導体粒子が好ましく用いられる。
多層の場合、粒径の異なる半導体粒子の分散液を多層塗布することも、種類の異なる半導体や、樹脂、添加剤の組成が異なる塗布層を多層塗布することもできる。一度の塗布で平均厚みが不足する場合には多層塗布は有効な手段である。
色素増感電極層は、電子輸送層5の表面に増感色素(光増感材料)を吸着させた電極の機能を担う層である。電子輸送物質に増感色素を吸着させることで、前記太陽電池の変換効率を向上させることができる。
は、電子輸送層5の表面に増感色素(光増感材料)を吸着させた電極の機能を担う層である。電子輸送物質に増感色素を吸着させることで、前記太陽電池の変換効率を向上させることができる。
前記太陽電池は、前記のホールブロッキング層3上に多孔質状の電子輸送層5を形成するものであり、この電子輸送層5は、単層であっても多層であってもよい。
前記電子輸送層5は、電子輸送物質から構成される。前記電子輸送物質4としては半導体粒子が好ましく用いられる。
多層の場合、粒径の異なる半導体粒子の分散液を多層塗布することも、種類の異なる半導体や、樹脂、添加剤の組成が異なる塗布層を多層塗布することもできる。一度の塗布で平均厚みが不足する場合には多層塗布は有効な手段である。
一般的に色素増感電極層の平均厚みが増大するほど単位投影面積当たりの担持光増感材料量も増えるため光の捕獲率が高くなるが、注入された電子の拡散距離も増えるため電荷の再結合によるロスも大きくなってしまう。したがって、電子輸送層の平均厚みは100nm以上100μm以下が好ましい。
前記半導体としては特に限定されるものではなく、公知のものを使用することができる。具体的には、シリコン、ゲルマニウムのような単体半導体、あるいは金属のカルコゲニドに代表される化合物半導体、又はペロブスカイト構造を有する化合物などが挙げられる。
金属のカルコゲニドとしては、例えば、チタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、あるいはタンタルの酸化物、カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモン、ビスマスの硫化物、カドミウム、鉛のセレン化物、カドミウムのテルル化物などが挙げられる。
他の化合物半導体としては、例えば、亜鉛、ガリウム、インジウム、カドミウム、等のリン化物、ガリウム砒素、銅−インジウム−セレン化物、銅−インジウム−硫化物などが好ましい。
また、ペロブスカイト構造を有する化合物としては、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウムなどが好ましい。
また、ペロブスカイト構造を有する化合物としては、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウムなどが好ましい。
これらの中でも酸化物半導体が好ましく、特に酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ニオブが好ましく、1種単独、あるいは2種以上の混合で使用しても構わない。これらの半導体の結晶型は特に限定されるものではなく、単結晶でも多結晶でもあるいは非晶質でも構わない。
半導体粒子の一次粒子の平均粒径としては特に制限はないが、1nm以上100nm以下が好ましく、5nm以上50nm以下がより好ましい。
また、より大きい平均粒径の半導体粒子を混合あるいは積層して入射光を散乱させる効果により効率を向上させることも可能である。この場合の半導体の平均粒径は50nm以上500nm以下が好ましい。
また、より大きい平均粒径の半導体粒子を混合あるいは積層して入射光を散乱させる効果により効率を向上させることも可能である。この場合の半導体の平均粒径は50nm以上500nm以下が好ましい。
電子輸送層の作製方法としては特に制限はなく、スパッタリング等の真空中で薄膜を形成する方法や湿式製膜法が挙げられる。
製造コスト等を考慮した場合、特に湿式製膜法が好ましく、半導体粒子の粉末あるいはゾルを分散したペーストを調製し、電子集電電極基板上に塗布する方法が好ましい。
この湿式製膜法を用いた場合、塗布方法は特に制限はなく、公知の方法にしたがって行なうことができる。例えば、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法、また、湿式印刷方法として、凸版、オフセット、グラビア、凹版、ゴム版、スクリーン印刷等様々な方法を用いることができる。
製造コスト等を考慮した場合、特に湿式製膜法が好ましく、半導体粒子の粉末あるいはゾルを分散したペーストを調製し、電子集電電極基板上に塗布する方法が好ましい。
この湿式製膜法を用いた場合、塗布方法は特に制限はなく、公知の方法にしたがって行なうことができる。例えば、ディップ法、スプレー法、ワイヤーバー法、スピンコート法、ローラーコート法、ブレードコート法、グラビアコート法、また、湿式印刷方法として、凸版、オフセット、グラビア、凹版、ゴム版、スクリーン印刷等様々な方法を用いることができる。
半導体粒子の分散液を機械的粉砕、あるいはミルを使用して作製する場合、少なくとも半導体粒子単独、あるいは半導体粒子と樹脂の混合物を水あるいは有機溶媒に分散して形成される。このときに使用される樹脂としては、例えば、スチレン、酢酸ビニル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル等によるビニル化合物の重合体や共重合体、シリコーン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルホルマール樹脂、ポリエステル樹脂、セルロースエステル樹脂、セルロースエーテル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂などが挙げられる。
半導体粒子を分散する溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、α−テルピネオール等のアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、ギ酸エチル、酢酸エチル、酢酸n−ブチル等のエステル系溶媒、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン等のアミド系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、ブロモホルム、ヨウ化メチル、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、フルオロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、1−クロロナフタレン等のハロゲン化炭化水素系溶媒、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−オクタン、1,5−ヘキサジエン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘキサジエン、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、エチルベンゼン、クメン等の炭化水素系溶媒などを挙げることができる。これらは1種単独、あるいは2種以上の混合溶媒として用いることができる。
半導体粒子の分散液、あるいはゾル−ゲル法等によって得られた半導体粒子のペーストは、粒子の再凝集を防ぐため、塩酸、硝酸、酢酸等の酸、ポリオキシエチレン(10)オクチルフェニルエーテル等の界面活性剤、アセチルアセトン、2−アミノエタノール、エチレンジアミン等のキレート化剤等を添加することができる。また、製膜性を向上させる目的で増粘剤を添加することも有効な手段である。このとき加える増粘剤としては、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール等の高分子、エチルセルロース等の増粘剤等が挙げられる。
半導体粒子は、塗布した後に粒子同士を電子的にコンタクトさせ、膜強度の向上や基板との密着性を向上させるために焼成、マイクロ波照射、電子線照射、あるいはレーザー光照射を行なうことが好ましい。これらの処理は単独で行ってもあるいは二種類以上組み合わせて行なってもよい。
焼成する場合、焼成温度の範囲に特に制限はないが、温度を上げ過ぎると基板の抵抗が高くなったり、溶融したりすることもあるため、30℃以上700℃以下が好ましく、100℃以上600℃以下がより好ましい。また、焼成時間にも特に制限はないが10分間以上10時間以下が好ましい。
前記マイクロ波照射は電子輸送層形成側から照射しても裏側から照射しても構わない。照射時間には特に制限がないが1時間以内で行なうことが好ましい。
焼成後、半導体粒子の表面積の増大や光増感材料から半導体粒子への電子注入効率を高める目的で、例えば、四塩化チタンの水溶液や有機溶媒との混合溶液を用いた化学メッキや三塩化チタン水溶液を用いた電気化学的メッキ処理を行なってもよい。
焼成後、半導体粒子の表面積の増大や光増感材料から半導体粒子への電子注入効率を高める目的で、例えば、四塩化チタンの水溶液や有機溶媒との混合溶液を用いた化学メッキや三塩化チタン水溶液を用いた電気化学的メッキ処理を行なってもよい。
直径が数十nmの半導体粒子を焼結等によって積層した膜は多孔質状態を形成する。このナノ多孔構造は非常に高い表面積を持ち、その表面積はラフネスファクターを用いて表わすことができる。このラフネスファクターは基板に塗布した半導体粒子の面積に対する多孔質内部の実面積を表わす数値である。したがって、ラフネスファクターは大きいほど好ましいが、電子輸送層の平均厚みとの関係もあり、本発明においては20以上が好ましい。
−増感色素(光増感材料)−
前記増感色素としての光増感材料4’は、使用される励起光により光励起される化合物であれば前記に限定されないが、具体的には以下の化合物も挙げられる。フタロシアニン化合物、ポルフィリン化合物等を挙げることができる。特にこの中で、金属錯体化合物、クマリン化合物、ポリエン化合物、インドリン化合物、チオフェン化合物を用いることが好ましい。
前記増感色素としての光増感材料4’は、使用される励起光により光励起される化合物であれば前記に限定されないが、具体的には以下の化合物も挙げられる。フタロシアニン化合物、ポルフィリン化合物等を挙げることができる。特にこの中で、金属錯体化合物、クマリン化合物、ポリエン化合物、インドリン化合物、チオフェン化合物を用いることが好ましい。
電子輸送物質4に光増感材料4’を吸着させる方法としては、光増感材料溶液中あるいは分散液中に半導体粒子を含有する電子集電電極を浸漬する方法、溶液あるいは分散液を電子輸送層に塗布して吸着させる方法を用いることができる。前者の場合、浸漬法、ディップ法、ローラ法、エアーナイフ法等を用いることができる。後者の場合は、ワイヤーバー法、スライドホッパー法、エクストルージョン法、カーテン法、スピン法、スプレー法等を用いることができる。また、二酸化炭素などを用いた超臨界流体中で吸着させても構わない。
光増感材料を吸着させる際、縮合剤を併用してもよい。
光増感材料を吸着させる際、縮合剤を併用してもよい。
前記縮合剤は無機物表面に物理的あるいは化学的に光増感材料と電子輸送化合物を結合すると思われる触媒的作用をするもの、又は化学量論的に作用し、化学平衡を有利に移動させるものの何れであってもよい。さらに、縮合助剤としてチオールやヒドロキシ化合物を添加してもよい。
光増感材料を溶解、あるいは分散する溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、あるいはイソプロピルアルコール等のアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、あるいはメチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、ギ酸エチル、酢酸エチル、あるいは酢酸n−ブチル等のエステル系溶媒、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、あるいはジオキサン等のエーテル系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、あるいはN−メチル−2−ピロリドン等のアミド系溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム、ブロモホルム、ヨウ化メチル、ジクロロエタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、フルオロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、あるいは1−クロロナフタレン等のハロゲン化炭化水素系溶媒、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−オクタン、1,5−ヘキサジエン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘキサジエン、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、エチルベンゼン、あるいはクメン等の炭化水素系溶媒を挙げることができる。これらは単独、あるいは2種以上の混合として用いることができる。
また、光増感材料は、その種類によっては化合物間の凝集を抑制した方がより効果的に働くものが存在するため、凝集解離剤を併用しても構わない。前記凝集解離剤としてはコール酸、ケノデオキシコール酸などのステロイド化合物、長鎖アルキルカルボン酸又は長鎖アルキルホスホン酸が好ましく、用いる光増感材料に対して適宜選ばれる。これら凝集解離剤の添加量は光増感材料1質量部に対して0.01質量部以上500質量部以下が好ましく、0.1質量部以上100質量部以下がより好ましい。
これらを用いて、光増感材料、あるいは光増感材料と凝集解離剤を吸着する際の温度としては−50℃以上200℃以下が好ましい。また、この吸着は静置しても攪拌しながら行なっても構わない。
前記攪拌する場合の方法としては、スターラー、ボールミル、ペイントコンディショナー、サンドミル、アトライター、ディスパーザー、あるいは超音波分散等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。吸着に要する時間は5秒間以上1,000時間以下が好ましく、10秒間以上500時間以下がより好ましく、1分以上150時間がさらに好ましい。また、吸着は暗所で行なうことが好ましい。
<シリコーン含有層>
前記太陽電池における前記シリコーン含有層、及びその作製方法としては、本発明のデバイスの前記シリコーン含有層、及びその作製方法において説明した事項を適宜選択して適用することができる。
前記太陽電池における前記シリコーン含有層、及びその作製方法としては、本発明のデバイスの前記シリコーン含有層、及びその作製方法において説明した事項を適宜選択して適用することができる。
<金属酸化物膜>
前記太陽電池における金属酸化物膜7、及びその作製方法としては、本発明のデバイスの金属酸化物膜、及びその作製方法において説明した事項を適宜選択して適用することができる。
前記太陽電池における金属酸化物膜7、及びその作製方法としては、本発明のデバイスの金属酸化物膜、及びその作製方法において説明した事項を適宜選択して適用することができる。
<第二の電極>
第二の電極は前記金属酸化物膜形成後に付与する。また第二の電極は通常前述の第一の電極と同様のものを用いることができ、強度や密封性が充分に保たれるような構成では支持体は必ずしも必要ではない。
第二の電極材料の具体例としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム等の金属、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラフェン等の炭素系化合物、ITO、FTO、ATO等の導電性金属酸化物、ポリチオフェン、ポリアニリン等の導電性高分子が挙げられる。
第二の電極層の平均厚みとしては特に制限はなく、また単独あるいは2種以上の混合で用いても構わない。
第二の電極の塗設については、用いられる材料の種類やホール輸送層の種類により、適宜ホール輸送層上に塗布、ラミネート、蒸着、CVD、貼り合わせ等の手法により形成可能である。
第二の電極は前記金属酸化物膜形成後に付与する。また第二の電極は通常前述の第一の電極と同様のものを用いることができ、強度や密封性が充分に保たれるような構成では支持体は必ずしも必要ではない。
第二の電極材料の具体例としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム等の金属、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラフェン等の炭素系化合物、ITO、FTO、ATO等の導電性金属酸化物、ポリチオフェン、ポリアニリン等の導電性高分子が挙げられる。
第二の電極層の平均厚みとしては特に制限はなく、また単独あるいは2種以上の混合で用いても構わない。
第二の電極の塗設については、用いられる材料の種類やホール輸送層の種類により、適宜ホール輸送層上に塗布、ラミネート、蒸着、CVD、貼り合わせ等の手法により形成可能である。
光電変換デバイス(光電変換素子)として動作するためには第一の電極と第二の電極の少なくとも一方は実質的に透明でなければならない。
本発明のデバイスにおいては、第一の電極側が透明であり、太陽光を第一の電極側から入射させる方法が好ましい。この場合、第二の電極側には光を反射させる材料を使用することが好ましく、金属、導電性酸化物を蒸着したガラス、プラスチック、あるいは金属薄膜が好ましい。
また、太陽光の入射側に反射防止層を設けることも有効な手段である。
本発明のデバイスにおいては、第一の電極側が透明であり、太陽光を第一の電極側から入射させる方法が好ましい。この場合、第二の電極側には光を反射させる材料を使用することが好ましく、金属、導電性酸化物を蒸着したガラス、プラスチック、あるいは金属薄膜が好ましい。
また、太陽光の入射側に反射防止層を設けることも有効な手段である。
光電変換素子は、太陽電池及びこれを備えた電源装置に応用できる。応用例としては、従来から太陽電池やそれを用いた電源装置を利用している機器類であればいずれのものでも可能である。例えば、電子卓上計算機や腕時計用の太陽電池に用いてもよいが、本発明の光電変換素子の特徴を活用する一例として、携帯電話、電子手帳、電子ペーパー等の電源装置が挙げられる。また、充電式や乾電池式の電気器具の連続使用時間を長くするための補助電源として用いることもできる。更には、センサ用の自立型電源として、二次電池と組み合わせた一次電池代替としても用いることができる。
<3:有機エレクトロルミネッセンス素子>
本発明のデバイスの一実施形態は有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子である。
図9に本発明のデバイスの一形態である有機EL素子10Cを示す。
本発明では耐久性に有利な有機ELの逆層構成を標準的な素子構成と見なすがこの構成に限定するものではない。
前記有機EL素子は、支持体31と、前記支持体31上に陰極32、電子注入層33、電子輸送層34、発光層35、正孔輸送層36、シリコーン含有層37、金属酸化物膜38、陽極39がこの順に設けられた積層構造である。
以下、詳細を説明する。
本発明のデバイスの一実施形態は有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子である。
図9に本発明のデバイスの一形態である有機EL素子10Cを示す。
本発明では耐久性に有利な有機ELの逆層構成を標準的な素子構成と見なすがこの構成に限定するものではない。
前記有機EL素子は、支持体31と、前記支持体31上に陰極32、電子注入層33、電子輸送層34、発光層35、正孔輸送層36、シリコーン含有層37、金属酸化物膜38、陽極39がこの順に設けられた積層構造である。
以下、詳細を説明する。
<支持体(基板)>
前記支持体31としては特に制限されるものではなく、公知のものを用いることができる。基板1は透明な材質のものが好ましく、例えば、ガラス、透明プラスチック板、透明プラスチック膜、無機物透明結晶体等が挙げられる。
前記支持体31としては特に制限されるものではなく、公知のものを用いることができる。基板1は透明な材質のものが好ましく、例えば、ガラス、透明プラスチック板、透明プラスチック膜、無機物透明結晶体等が挙げられる。
<陰極>
陰極32の材料としては、例えば、Li、Na、Mg、Ca、Sr、Al、Ag、In、Sn、Zn、Zr等の金属元素単体あるいはこれらの合金が用いられる。さらに陰極32上に電極保護膜としてLiF等を陰極の場合と同様の方法で形成してもよい。他にITO、IZO、FTO、アルミニウムが好ましい。陰極の平均厚さは、10〜500nmが好ましく、100〜200nmがより好ましい。厚さ測定は分光エリプソメトリーや表面粗さ計、顕微鏡画像解析により測定できる。
陰極32の材料としては、例えば、Li、Na、Mg、Ca、Sr、Al、Ag、In、Sn、Zn、Zr等の金属元素単体あるいはこれらの合金が用いられる。さらに陰極32上に電極保護膜としてLiF等を陰極の場合と同様の方法で形成してもよい。他にITO、IZO、FTO、アルミニウムが好ましい。陰極の平均厚さは、10〜500nmが好ましく、100〜200nmがより好ましい。厚さ測定は分光エリプソメトリーや表面粗さ計、顕微鏡画像解析により測定できる。
<電子注入層>
陰極から電子親和力の小さい有機材料で形成する電子輸送層への電子注入の障壁を低くする層として電子注入層33を設けることができる。電子注入層に用いる材料にはマグネシウム、アルミニウム、カルシウム、ジルコニウム、ケイ素、チタン、亜鉛を含む金属酸化物、ポリフェニレンビニレン、ヒドロキシキノリン、ナフタルイミド誘導体等が挙げられる。
電子注入層の平均厚さは、5〜1000nmが好ましく、10〜30nmがさらに好ましい。電子注入輸送層の平均厚さは、厚さ測定は分光エリプソメトリーや表面粗さ計、顕微鏡画像解析により測定できる。
陰極から電子親和力の小さい有機材料で形成する電子輸送層への電子注入の障壁を低くする層として電子注入層33を設けることができる。電子注入層に用いる材料にはマグネシウム、アルミニウム、カルシウム、ジルコニウム、ケイ素、チタン、亜鉛を含む金属酸化物、ポリフェニレンビニレン、ヒドロキシキノリン、ナフタルイミド誘導体等が挙げられる。
電子注入層の平均厚さは、5〜1000nmが好ましく、10〜30nmがさらに好ましい。電子注入輸送層の平均厚さは、厚さ測定は分光エリプソメトリーや表面粗さ計、顕微鏡画像解析により測定できる。
<電子輸送層>
電子輸送層34の材料として用いることができる低分子化合物の例としてはオキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピリジン誘導体、キノリン誘導体、ピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、トリアジン誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、テトラカルボン酸無水物、トリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq3)などに代表される各種金属錯体、シロール誘導体等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。
これらの中でも、Alq3のような金属錯体、ピリジン誘導体が好ましい。
電子輸送層の平均厚さは、10〜200nmであることが好ましい。より好ましくは40〜100nmである。厚さ測定は分光エリプソメトリーや表面粗さ計、顕微鏡画像解析により測定できる。
電子輸送層34の材料として用いることができる低分子化合物の例としてはオキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピリジン誘導体、キノリン誘導体、ピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、トリアジン誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、テトラカルボン酸無水物、トリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq3)などに代表される各種金属錯体、シロール誘導体等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。
これらの中でも、Alq3のような金属錯体、ピリジン誘導体が好ましい。
電子輸送層の平均厚さは、10〜200nmであることが好ましい。より好ましくは40〜100nmである。厚さ測定は分光エリプソメトリーや表面粗さ計、顕微鏡画像解析により測定できる。
<発光層>
発光層35を形成する高分子材料として、例えば、ポリパラフェニレンビニレン系化合物、ポリフルオレン系化合物、ポリカルバゾール系化合物等が挙げられる。
発光層を形成する低分子材料として、トリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq3)、トリス(4−メチル−8キノリノレート)アルミニウム(III)(Almq3)、8−ヒドロキシキノリン亜鉛(Znq2)、(1,10−フェナントロリン)−トリス−(4,4,4−トリフルオロ−1−(2−チエニル)−ブタン−1,3−ジオネート)ユーロピウム(III)(Eu(TTA)3(phen))、2,3,7,8,12,13,17,18−オクタエチル−21H,23H−ポルフィンプラチナム(II)の金属錯体、ビス[2−(o−ヒドロキシフェニルベンゾチアゾール]亜鉛(II)(ZnBTZ2)、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)−ピリジン]ベリリウム(Bepp2)などの金属錯体、トリス[3−メチル−2−フェニルピリジン]イリジウム(III)(Ir(mpy)3)などの金属錯体、ジスチリルベンゼン誘導体、フェナントレン誘導体、ペリレン系化合物、カルバゾール系化合物、ベンゾイミダゾール系化合物、ベンゾチアゾール系化合物、クマリン系化合物、ペリノン系化合物、オキサジアゾール系化合物、キナクリドン系化合物、ピリジン系化合物、スピロ化合物等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。
発光層の平均厚さは、特に限定されないが、10〜150nmであることが好ましい。より好ましくは、20〜100nmである。
厚さ測定は分光エリプソメトリーや表面粗さ計、顕微鏡画像解析により測定できる。
発光層35を形成する高分子材料として、例えば、ポリパラフェニレンビニレン系化合物、ポリフルオレン系化合物、ポリカルバゾール系化合物等が挙げられる。
発光層を形成する低分子材料として、トリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq3)、トリス(4−メチル−8キノリノレート)アルミニウム(III)(Almq3)、8−ヒドロキシキノリン亜鉛(Znq2)、(1,10−フェナントロリン)−トリス−(4,4,4−トリフルオロ−1−(2−チエニル)−ブタン−1,3−ジオネート)ユーロピウム(III)(Eu(TTA)3(phen))、2,3,7,8,12,13,17,18−オクタエチル−21H,23H−ポルフィンプラチナム(II)の金属錯体、ビス[2−(o−ヒドロキシフェニルベンゾチアゾール]亜鉛(II)(ZnBTZ2)、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)−ピリジン]ベリリウム(Bepp2)などの金属錯体、トリス[3−メチル−2−フェニルピリジン]イリジウム(III)(Ir(mpy)3)などの金属錯体、ジスチリルベンゼン誘導体、フェナントレン誘導体、ペリレン系化合物、カルバゾール系化合物、ベンゾイミダゾール系化合物、ベンゾチアゾール系化合物、クマリン系化合物、ペリノン系化合物、オキサジアゾール系化合物、キナクリドン系化合物、ピリジン系化合物、スピロ化合物等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。
発光層の平均厚さは、特に限定されないが、10〜150nmであることが好ましい。より好ましくは、20〜100nmである。
厚さ測定は分光エリプソメトリーや表面粗さ計、顕微鏡画像解析により測定できる。
<正孔輸送層>
前記有機ELにおける正孔輸送層36に用いられる材料は、例えば、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、トリフェニルアミン誘導体、ブタジエン誘導体、9−(p−ジエチルアミノスチリルアントラセン)、1,1−ビス−(4−ジベンジルアミノフェニル)プロパン、スチリルアントラセン、スチリルピラゾリン、フェニルヒドラゾン類、α−フェニルスチルベン誘導体、チアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナジン誘導体、アクリジン誘導体、ベンゾフラン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、チオフェン誘導体などが挙げられる。他にポリアリールアミン、フルオレン−アリールアミン共重合体、フルオレン−ビチオフェン共重合体、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、ポリチオフェン、ポリアルキルチオフェン、ポリヘキシルチオフェン、ポリ(p−フェニレンビニレン)、ポリチニレンビニレン、ピレンホルムアルデヒド樹脂、エチルカルバゾールホルムアルデヒド樹脂またはその誘導体等が挙げられる。これらの正孔輸送物質は1種単独でも2種以上の混合物としてまた、他の化合物との混合物として用いることもできる。
正孔輸送層の平均厚さは、10〜150nmが好ましく、40〜100nmがより好ましい。
これらの正孔輸送物質は1種単独でも2種以上の混合物として用いてもよい。
前記有機ELにおける正孔輸送層36に用いられる材料は、例えば、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、トリフェニルアミン誘導体、ブタジエン誘導体、9−(p−ジエチルアミノスチリルアントラセン)、1,1−ビス−(4−ジベンジルアミノフェニル)プロパン、スチリルアントラセン、スチリルピラゾリン、フェニルヒドラゾン類、α−フェニルスチルベン誘導体、チアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナジン誘導体、アクリジン誘導体、ベンゾフラン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、チオフェン誘導体などが挙げられる。他にポリアリールアミン、フルオレン−アリールアミン共重合体、フルオレン−ビチオフェン共重合体、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、ポリチオフェン、ポリアルキルチオフェン、ポリヘキシルチオフェン、ポリ(p−フェニレンビニレン)、ポリチニレンビニレン、ピレンホルムアルデヒド樹脂、エチルカルバゾールホルムアルデヒド樹脂またはその誘導体等が挙げられる。これらの正孔輸送物質は1種単独でも2種以上の混合物としてまた、他の化合物との混合物として用いることもできる。
正孔輸送層の平均厚さは、10〜150nmが好ましく、40〜100nmがより好ましい。
これらの正孔輸送物質は1種単独でも2種以上の混合物として用いてもよい。
<シリコーン含有層>
前記有機ELにおけるシリコーン含有層37、及びその作製方法としては、本発明のデバイスの前記シリコーン含有層、及びその作製方法において説明した事項を適宜選択して適用することができる。
前記有機ELにおけるシリコーン含有層37、及びその作製方法としては、本発明のデバイスの前記シリコーン含有層、及びその作製方法において説明した事項を適宜選択して適用することができる。
<金属酸化物膜>
前記有機ELにおける金属酸化物膜38、及びその作製方法としては、本発明のデバイスの金属酸化物膜、及びその作製方法において説明した事項を適宜選択して適用することができる。
前記有機ELにおける金属酸化物膜38、及びその作製方法としては、本発明のデバイスの金属酸化物膜、及びその作製方法において説明した事項を適宜選択して適用することができる。
<陽極>
陽極39の材料としては、金、銀、アルミニウム、ITOが好ましい。厚さ測定は分光エリプソメトリーや表面粗さ計、顕微鏡画像解析により測定できる。真空蒸着を行う場合、水晶振動子膜厚計を用いることができる。
陽極39の材料としては、金、銀、アルミニウム、ITOが好ましい。厚さ測定は分光エリプソメトリーや表面粗さ計、顕微鏡画像解析により測定できる。真空蒸着を行う場合、水晶振動子膜厚計を用いることができる。
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。なお、以下の記載において「部」は「質量部」を意味する。
−銅アルミニウム酸化物の調製−
銅アルミニウム酸化物を以下の手順により調製した。亜酸化銅とアルミナを当モルとなるよう計量し、これをマヨネーズビンに移し、ターブラミキサー(Type T2C、Willy A. Bachofen AG Maschinenfabrik社製)で撹拌させて混合粉を得た。得られた混合粉を1,100℃で40時間加熱し、ポアサイズ100μmの篩にかけた。
(混合粉材料)
・ 亜酸化銅(NC−803、エヌシー・テック社製):12kg
・ アルミナ(AA−03、住友化学株式会社製):8.58kg
銅アルミニウム酸化物を以下の手順により調製した。亜酸化銅とアルミナを当モルとなるよう計量し、これをマヨネーズビンに移し、ターブラミキサー(Type T2C、Willy A. Bachofen AG Maschinenfabrik社製)で撹拌させて混合粉を得た。得られた混合粉を1,100℃で40時間加熱し、ポアサイズ100μmの篩にかけた。
(混合粉材料)
・ 亜酸化銅(NC−803、エヌシー・テック社製):12kg
・ アルミナ(AA−03、住友化学株式会社製):8.58kg
得られた銅アルミニウム酸化物をドライスターSDA1(アシザワ・ファインテック社製)により任意の条件に設定して粉砕を行い、異なる粒度分布を有する実施例1−1〜実施例1−6及び比較例1−1〜比較例1―4の銅アルミニウム酸化物粒子1〜810を得た。参考として、得られた銅アルミニウム酸化物粒子1の粒度分布を図10に示す。また、銅アルミニウム酸化物粒子の第一極大値における粒径及び頻度(%)、第二極大値における粒径及び頻度(%)、並びに第一極大値に対する第二極大値の比を表1に示す。
銅アルミニウム酸化物の粒子は100℃で真空乾燥を行い、銅アルミニウム酸化物の粒子の水分量を0.2質量%以下に調整した。
銅アルミニウム酸化物の粒子の粒径はMICROTRAC MT3300EXII(マイクロトラック・ベル社製)を用いて、エアー圧0.2MPaとして測定時間10秒で得られた測定値とした。
粒度分布のデータは、異なるサンプルについて5回測定して平均したものを用いた。
銅アルミニウム酸化物の粒子の水分量測定は微量水分測定装置(CA−200、三菱ケミカルアナリテック社製)を用いた。
銅アルミニウム酸化物の元素の組成比は蛍光X線分析装置(ZSX PrimuIV、株式会社リガク製)から求め、結晶構造はX線回折装置(X’Pert PRO、スペクトリス株式会社製)を用いた。
なお、実施例1−1〜実施例1−6及び比較例1−1〜比較例1―4の銅アルミニウム酸化物粒子の粒径は99%以上が0.1μm以上50μm以下の範囲内にあった
銅アルミニウム酸化物の粒子の粒径はMICROTRAC MT3300EXII(マイクロトラック・ベル社製)を用いて、エアー圧0.2MPaとして測定時間10秒で得られた測定値とした。
粒度分布のデータは、異なるサンプルについて5回測定して平均したものを用いた。
銅アルミニウム酸化物の粒子の水分量測定は微量水分測定装置(CA−200、三菱ケミカルアナリテック社製)を用いた。
銅アルミニウム酸化物の元素の組成比は蛍光X線分析装置(ZSX PrimuIV、株式会社リガク製)から求め、結晶構造はX線回折装置(X’Pert PRO、スペクトリス株式会社製)を用いた。
なお、実施例1−1〜実施例1−6及び比較例1−1〜比較例1―4の銅アルミニウム酸化物粒子の粒径は99%以上が0.1μm以上50μm以下の範囲内にあった
(実施例2−1)
−電子写真感光体の製造例−
以下の手順により、導電性支持体上に中間層、電荷発生層、電荷輸送層、シリコーン含有層、及び金属酸化物膜をこの順に有する実施例2−1の電子写真感光体を製造した。
−電子写真感光体の製造例−
以下の手順により、導電性支持体上に中間層、電荷発生層、電荷輸送層、シリコーン含有層、及び金属酸化物膜をこの順に有する実施例2−1の電子写真感光体を製造した。
−−中間層の形成−−
アルミニウム製の導電性支持体(外径100mm、厚み1.5mm)に下記の中間層用塗工液を浸漬法により塗工し、中間層を形成した。150℃で30分間乾燥した後の中間層の平均厚みは5μmであった。
(中間層用塗工液)
・ 酸化亜鉛粒子(MZ−300、テイカ株式会社製): 350部
・ 3,5−ジ−t−ブチルサリチル酸(東京化成工業株式会社製): 1.5部
・ ブロック化イソシアネート: 60部
(スミジュール(登録商標)3175、固形分濃度75質量%、住化バイエルウレタン株式会社製)
・ ブチラール樹脂20質量%を2−ブタノンで溶解させた溶解液: 225部
(BM−1、積水化学工業株式会社製)
・ 2−ブタノン: 365部
アルミニウム製の導電性支持体(外径100mm、厚み1.5mm)に下記の中間層用塗工液を浸漬法により塗工し、中間層を形成した。150℃で30分間乾燥した後の中間層の平均厚みは5μmであった。
(中間層用塗工液)
・ 酸化亜鉛粒子(MZ−300、テイカ株式会社製): 350部
・ 3,5−ジ−t−ブチルサリチル酸(東京化成工業株式会社製): 1.5部
・ ブロック化イソシアネート: 60部
(スミジュール(登録商標)3175、固形分濃度75質量%、住化バイエルウレタン株式会社製)
・ ブチラール樹脂20質量%を2−ブタノンで溶解させた溶解液: 225部
(BM−1、積水化学工業株式会社製)
・ 2−ブタノン: 365部
−−電荷発生層の形成−−
得られた中間層上に下記の電荷発生層塗工液を浸漬塗工し、電荷発生層を形成した。電荷発生層の平均厚みは0.2μmであった。
(電荷発生層用塗工液)
・ Y型チタニルフタロシアニン: 6部
・ ブチラール樹脂(エスレックBX−1、積水化学工業株式会社製): 4部
・ 2−ブタノン(関東化学株式会社製): 200部
得られた中間層上に下記の電荷発生層塗工液を浸漬塗工し、電荷発生層を形成した。電荷発生層の平均厚みは0.2μmであった。
(電荷発生層用塗工液)
・ Y型チタニルフタロシアニン: 6部
・ ブチラール樹脂(エスレックBX−1、積水化学工業株式会社製): 4部
・ 2−ブタノン(関東化学株式会社製): 200部
−−電荷輸送層の形成−−
得られた電荷発生層上に下記の電荷輸送層用塗工液を浸積塗工し、電荷輸送層を形成した。
135℃で20分間乾燥した後の電荷輸送層の平均厚みは22μmであった。
得られた電荷発生層上に下記の電荷輸送層用塗工液を浸積塗工し、電荷輸送層を形成した。
135℃で20分間乾燥した後の電荷輸送層の平均厚みは22μmであった。
(電荷輸送層用塗工液)
・ ビスフェノールZ型ポリカーボネート: 10部
(パンライトTS−2050、帝人株式会社製)
・ 下記構造式の低分子電荷輸送物質: 10部
・ テトラヒドロフラン: 80部
−シリコーン含有層の形成−
得られた電荷輸送層上に下記のシリコーン含有層用塗工液をリングコート塗工し、シリコーン含有層を形成した。
135℃で20分間乾燥した後のシリコーン含有層の平均厚みは0.5μmであった。
・ ビスフェノールZ型ポリカーボネート: 10部
(パンライトTS−2050、帝人株式会社製)
・ 下記構造式の低分子電荷輸送物質: 10部
−シリコーン含有層の形成−
得られた電荷輸送層上に下記のシリコーン含有層用塗工液をリングコート塗工し、シリコーン含有層を形成した。
135℃で20分間乾燥した後のシリコーン含有層の平均厚みは0.5μmであった。
(シリコーン含有層用塗工液)
・ シリコンハードコート液(NSC−5506、日本精化株式会社製):187部
・ トリメチルエトキシシラン(東京化成工業社製品): 24部
・ 下記構造の電荷輸送物質(リコー製): 20部
・ エタノール : 269部
・ シリコンハードコート液(NSC−5506、日本精化株式会社製):187部
・ トリメチルエトキシシラン(東京化成工業社製品): 24部
・ 下記構造の電荷輸送物質(リコー製): 20部
−−金属酸化物膜の形成−−
成膜チャンバは市販の蒸着装置を改造したものを用いた。
エアロゾル発生器には市販の攪拌機(T.K.アヂホモミクサー2M−03型、プライミクス株式会社製)を用いた。なお、エアロゾル発生器として市販の容積1リットル圧送ボトル(RBN−S、KSK社製)を超音波洗浄器(SUS−103、株式会社島津製作所製)中に設置したものを用いてもよい。
成膜チャンバは市販の蒸着装置を改造したものを用いた。
エアロゾル発生器には市販の攪拌機(T.K.アヂホモミクサー2M−03型、プライミクス株式会社製)を用いた。なお、エアロゾル発生器として市販の容積1リットル圧送ボトル(RBN−S、KSK社製)を超音波洗浄器(SUS−103、株式会社島津製作所製)中に設置したものを用いてもよい。
エアロゾル発生器から内径4mmの配管を成膜チャンバ内に引き込み、その先端に噴射ノズル(YB1/8MSSP37、スプレーイングシステムジャパン製)を装着した。噴射ノズルから50mm離れた位置に感光体を設置した。感光体ホルダは感光体ドラムを回転可能な機構を設けた。噴射ノズルは横方向に移動可能な可動式のものを用いた。エアロゾル発生器と窒素が充填されたガスボンベとを内径4mmの配管でつないだ。
前記装置を用いて、平均厚み1.5μm狙いの金属酸化物膜を以下のように作製した。
銅アルミニウム酸化物粒子1をエアロゾル発生器内に仕込んだ。
次に排気ポンプによって成膜チャンバからエアロゾル発生器までを真空引きした。そして、ガスボンベからエアロゾル発生器内に窒素ガスを送り込んで、攪拌を開始し、窒素ガス中に粒子が分散したエアロゾルを発生させた。発生したエアロゾルは配管を介して噴射ノズルより感光体に向けて噴射された。このとき、窒素ガスの流量は13L/分間〜20L/分間とした。また、成膜時間は20分間とし、金属酸化物膜形成時の成膜チャンバ内の真空度を50Pa〜150Pa程度とした。
銅アルミニウム酸化物粒子1をエアロゾル発生器内に仕込んだ。
次に排気ポンプによって成膜チャンバからエアロゾル発生器までを真空引きした。そして、ガスボンベからエアロゾル発生器内に窒素ガスを送り込んで、攪拌を開始し、窒素ガス中に粒子が分散したエアロゾルを発生させた。発生したエアロゾルは配管を介して噴射ノズルより感光体に向けて噴射された。このとき、窒素ガスの流量は13L/分間〜20L/分間とした。また、成膜時間は20分間とし、金属酸化物膜形成時の成膜チャンバ内の真空度を50Pa〜150Pa程度とした。
(実施例2−2)
実施例2−1において、金属酸化物膜の形成に用いた銅アルミニウム酸化物粒子1を銅アルミニウム酸化物粒子2に変えたこと以外は実施例2−1と同様にして電子写真感光体を製造した。
実施例2−1において、金属酸化物膜の形成に用いた銅アルミニウム酸化物粒子1を銅アルミニウム酸化物粒子2に変えたこと以外は実施例2−1と同様にして電子写真感光体を製造した。
(実施例2−3)
実施例2−1において、金属酸化物膜の形成に用いた銅アルミニウム酸化物粒子1を銅アルミニウム酸化物粒子3に変えたこと以外は実施例2−1と同様にして電子写真感光体を製造した。
実施例2−1において、金属酸化物膜の形成に用いた銅アルミニウム酸化物粒子1を銅アルミニウム酸化物粒子3に変えたこと以外は実施例2−1と同様にして電子写真感光体を製造した。
(実施例2−4)
実施例2−1において、金属酸化物膜の形成に用いた銅アルミニウム酸化物粒子1を銅アルミニウム酸化物粒子4に変えたこと以外は実施例2−1と同様にして電子写真感光体を製造した。
実施例2−1において、金属酸化物膜の形成に用いた銅アルミニウム酸化物粒子1を銅アルミニウム酸化物粒子4に変えたこと以外は実施例2−1と同様にして電子写真感光体を製造した。
(実施例2−5)
実施例2−1において、金属酸化物膜の形成に用いた銅アルミニウム酸化物粒子1を銅アルミニウム酸化物粒子5に変えたこと以外は実施例2−1と同様にして電子写真感光体を製造した。
実施例2−1において、金属酸化物膜の形成に用いた銅アルミニウム酸化物粒子1を銅アルミニウム酸化物粒子5に変えたこと以外は実施例2−1と同様にして電子写真感光体を製造した。
(実施例2−6)
実施例2−1において、金属酸化物膜の形成に用いた銅アルミニウム酸化物粒子1を銅アルミニウム酸化物粒子6に変えたこと以外は実施例2−1と同様にして電子写真感光体を製造した。
実施例2−1において、金属酸化物膜の形成に用いた銅アルミニウム酸化物粒子1を銅アルミニウム酸化物粒子6に変えたこと以外は実施例2−1と同様にして電子写真感光体を製造した。
(比較例2−1)
実施例2−1において、金属酸化物膜の形成に用いた銅アルミニウム酸化物粒子1を銅アルミニウム酸化物粒子7に変えたこと以外は実施例2−1と同様にして電子写真感光体を製造した。
実施例2−1において、金属酸化物膜の形成に用いた銅アルミニウム酸化物粒子1を銅アルミニウム酸化物粒子7に変えたこと以外は実施例2−1と同様にして電子写真感光体を製造した。
(比較例2−2)
実施例2−1において、金属酸化物膜の形成に用いた銅アルミニウム酸化物粒子1を銅アルミニウム酸化物粒子8に変えたこと以外は実施例2−1と同様にして電子写真感光体を製造した。
実施例2−1において、金属酸化物膜の形成に用いた銅アルミニウム酸化物粒子1を銅アルミニウム酸化物粒子8に変えたこと以外は実施例2−1と同様にして電子写真感光体を製造した。
(比較例2−3)
実施例2−1において、金属酸化物膜の形成に用いた銅アルミニウム酸化物粒子1を銅アルミニウム酸化物粒子9に変えたこと以外は実施例2−1と同様にして電子写真感光体を製造した。
実施例2−1において、金属酸化物膜の形成に用いた銅アルミニウム酸化物粒子1を銅アルミニウム酸化物粒子9に変えたこと以外は実施例2−1と同様にして電子写真感光体を製造した。
(比較例2−4)
実施例2−1において、金属酸化物膜の形成に用いた銅アルミニウム酸化物粒子1を銅アルミニウム酸化物粒子10に変えたこと以外は実施例2−1と同様にして電子写真感光体を製造した。
実施例2−1において、金属酸化物膜の形成に用いた銅アルミニウム酸化物粒子1を銅アルミニウム酸化物粒子10に変えたこと以外は実施例2−1と同様にして電子写真感光体を製造した。
<電子写真感光体の評価>
前述の通り作製した実施例2−1〜2−6、及び比較例2−1〜2−4の電子写真感光体について、下記評価を実施した。各電子写真感光体に関する評価結果を表1に示す。
前述の通り作製した実施例2−1〜2−6、及び比較例2−1〜2−4の電子写真感光体について、下記評価を実施した。各電子写真感光体に関する評価結果を表1に示す。
<<NOx暴露前後の網点画像プリントの評価>>
NOx雰囲気に電子写真感光体を一定時間静置することで電子写真感光体表面にNO2を吸着させた。暴露条件はNO2濃度40ppmかつNO濃度10ppm雰囲気、暴露時間24時間とした。
NOx暴露前後での画像評価には画像出力時の初期空転プロセスをなくすように改造したRicoh Pro C9110(リコー社製)を用いて、NOx暴露前後で画像パターンを0枚、1,000枚、及び10,000枚それぞれ印刷した後、600dpiの画像解像度において縦横方向にそれぞれ2ピクセル毎に白色と黒色が交互する評価用のパターンを印刷した。プリント用紙はA3サイズのコピー用紙(PODグロスコート、王子製紙株式会社製)、トナーはProトナーブラック C9100を用いた。
網点画像を印刷したプリント用紙を目視上、最も均質な領域を選び、顕微鏡(MXMACROZVI、ハイロックス社製)を用いて4mm角サイズの拡大撮影画像(tifファイル形式)を取得した。
この画像データを画像解析ソフト(image J、アメリカ国立衛生研究所製)から画像端部を除く全ての網点の面積を求め、その変動係数(標準偏差を平均で割った値)の大きさから優劣を評価した。
(画像評価)
◎ ・・・ 変動係数が0.2未満
〇 ・・・ 変動係数が0.2以上0.4未満
△ ・・・ 変動係数が0.4以上0.5未満
× ・・・ 変動係数が0.5以上または網点が現像しない
NOx雰囲気に電子写真感光体を一定時間静置することで電子写真感光体表面にNO2を吸着させた。暴露条件はNO2濃度40ppmかつNO濃度10ppm雰囲気、暴露時間24時間とした。
NOx暴露前後での画像評価には画像出力時の初期空転プロセスをなくすように改造したRicoh Pro C9110(リコー社製)を用いて、NOx暴露前後で画像パターンを0枚、1,000枚、及び10,000枚それぞれ印刷した後、600dpiの画像解像度において縦横方向にそれぞれ2ピクセル毎に白色と黒色が交互する評価用のパターンを印刷した。プリント用紙はA3サイズのコピー用紙(PODグロスコート、王子製紙株式会社製)、トナーはProトナーブラック C9100を用いた。
網点画像を印刷したプリント用紙を目視上、最も均質な領域を選び、顕微鏡(MXMACROZVI、ハイロックス社製)を用いて4mm角サイズの拡大撮影画像(tifファイル形式)を取得した。
この画像データを画像解析ソフト(image J、アメリカ国立衛生研究所製)から画像端部を除く全ての網点の面積を求め、その変動係数(標準偏差を平均で割った値)の大きさから優劣を評価した。
(画像評価)
◎ ・・・ 変動係数が0.2未満
〇 ・・・ 変動係数が0.2以上0.4未満
△ ・・・ 変動係数が0.4以上0.5未満
× ・・・ 変動係数が0.5以上または網点が現像しない
従来、比較例2−1〜比較例2−4のp型半導性を有する金属酸化物粒子でも金属酸化物膜を成膜することが目的であれば問題がない。しかし、長期にわたって高精細な画像を得る感光体として用いる場合、金属酸化物膜は高いガスバリア性と優れた電荷輸送機能を示す必要があることが本発明において明らかにされた。
これに対して実施例2−1〜2−6の感光体は微細な光電変換が可能であり、NOx曝露後でも実用上支障のない網点画像の現像が形成される。これらを達成するためにはp型半導性を有する金属酸化物粒子の粒度分布が第一極大値(0.1μm以上5μm未満)と第二極大値(5μm以上50μm未満)の2つの極大値を有し、第一極大値に対する第二極大値の比が0.5以上2.0未満であることが必要である。
これに対して実施例2−1〜2−6の感光体は微細な光電変換が可能であり、NOx曝露後でも実用上支障のない網点画像の現像が形成される。これらを達成するためにはp型半導性を有する金属酸化物粒子の粒度分布が第一極大値(0.1μm以上5μm未満)と第二極大値(5μm以上50μm未満)の2つの極大値を有し、第一極大値に対する第二極大値の比が0.5以上2.0未満であることが必要である。
本発明の態様としては例えば以下のとおりである。
<1> p型半導性を有する金属酸化物粒子であって、
体積基準の粒度分布が第一極大値と第二極大値とを有し、
前記第一極大値が、0.1μm以上5μm未満の範囲にあり、
前記第二極大値が、5μm以上50μm未満の範囲にあり、
前記第一極大値に対する前記第二極大値の比が0.5以上2.0未満であり、
粒子の99%以上が0.1μm以上50μm以下の範囲内にある、
ことを特徴とする金属酸化物粒子。
<2> 前記金属酸化物粒子がデラフォサイト型酸化物である、上記<1>に記載の金属酸化物粒子。
<3> 前記デラフォサイト型酸化物が銅アルミニウム酸化物である、上記<2>に記載の金属酸化物粒子。
<4> 支持体と、電荷輸送物質を含む電荷輸送層、又は、増感色素を含む色素増感電極層と、金属酸化物膜と、をこの順に有し、
前記金属酸化物膜が上記<1>乃至<3>のいずれか1項に記載の金属酸化物粒子からなることを特徴とする、電子デバイス。
<5> 前記電荷輸送層又は前記色素増感電極層と、前記金属酸化物膜との間にシリコーン含有層を有する上記<4>に記載の電子デバイス。
<6> 支持体と、前記支持体上に形成された、電荷輸送物質を含む電荷輸送層、又は、増感色素を含む色素増感電極層と、を有する電子デバイスに
体積基準の粒度分布が第一極大値と第二極大値とを有し、
前記第一極大値が、0.1μm以上5μm未満の範囲にあり、
前記第二極大値が、5μm以上50μm未満の範囲にあり、
前記第一極大値に対する前記第二極大値の比が0.5以上2.0未満であり、
粒子の99%以上が0.1μm以上50μm以下の範囲内にある、
p型半導性を有する金属酸化物粒子を吹き付けて金属酸化物膜を形成する工程を含むことを特徴とする、電子デバイスの製造方法。
<7> 前記金属酸化物粒子を吹き付ける方法が、前記金属酸化物粒子を含むエアロゾルを吹き付けるエアロゾルデポジション法である、上記<6>に記載の電子デバイスの製造方法。
<8> 上記<4>又は<5>に記載の電子デバイスを備えることを特徴とする画像形成装置。
上記<1>から<3>に記載のp型半導性を有する金属酸化物粒子、上記<4>及び<5>に記載の電子デバイス、上記<5>から<6>に記載の電子デバイスの製造方法、上記<7>に記載の画像形成方法、及び上記<8>に記載の画像形成装置は、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。
<1> p型半導性を有する金属酸化物粒子であって、
体積基準の粒度分布が第一極大値と第二極大値とを有し、
前記第一極大値が、0.1μm以上5μm未満の範囲にあり、
前記第二極大値が、5μm以上50μm未満の範囲にあり、
前記第一極大値に対する前記第二極大値の比が0.5以上2.0未満であり、
粒子の99%以上が0.1μm以上50μm以下の範囲内にある、
ことを特徴とする金属酸化物粒子。
<2> 前記金属酸化物粒子がデラフォサイト型酸化物である、上記<1>に記載の金属酸化物粒子。
<3> 前記デラフォサイト型酸化物が銅アルミニウム酸化物である、上記<2>に記載の金属酸化物粒子。
<4> 支持体と、電荷輸送物質を含む電荷輸送層、又は、増感色素を含む色素増感電極層と、金属酸化物膜と、をこの順に有し、
前記金属酸化物膜が上記<1>乃至<3>のいずれか1項に記載の金属酸化物粒子からなることを特徴とする、電子デバイス。
<5> 前記電荷輸送層又は前記色素増感電極層と、前記金属酸化物膜との間にシリコーン含有層を有する上記<4>に記載の電子デバイス。
<6> 支持体と、前記支持体上に形成された、電荷輸送物質を含む電荷輸送層、又は、増感色素を含む色素増感電極層と、を有する電子デバイスに
体積基準の粒度分布が第一極大値と第二極大値とを有し、
前記第一極大値が、0.1μm以上5μm未満の範囲にあり、
前記第二極大値が、5μm以上50μm未満の範囲にあり、
前記第一極大値に対する前記第二極大値の比が0.5以上2.0未満であり、
粒子の99%以上が0.1μm以上50μm以下の範囲内にある、
p型半導性を有する金属酸化物粒子を吹き付けて金属酸化物膜を形成する工程を含むことを特徴とする、電子デバイスの製造方法。
<7> 前記金属酸化物粒子を吹き付ける方法が、前記金属酸化物粒子を含むエアロゾルを吹き付けるエアロゾルデポジション法である、上記<6>に記載の電子デバイスの製造方法。
<8> 上記<4>又は<5>に記載の電子デバイスを備えることを特徴とする画像形成装置。
上記<1>から<3>に記載のp型半導性を有する金属酸化物粒子、上記<4>及び<5>に記載の電子デバイス、上記<5>から<6>に記載の電子デバイスの製造方法、上記<7>に記載の画像形成方法、及び上記<8>に記載の画像形成装置は、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。
(図1〜7、9について)
1A 除電装置(除電手段)
1B クリーニング前露光装置
1C 駆動手段
1D 第1の転写装置、1次転写手段
1E 第2の転写装置、2次転写手段
1F 中間転写体、中間転写ベルト
1G 搬送転写ベルト
2 第一の電極
3 潤滑剤塗布装置(潤滑剤供給手段)
3A 潤滑剤
3B 塗布ブラシ
3C 塗布ブレード
3D 加圧バネ
10A 静電潜像担持体(電子写真感光体)
10B 太陽電池
10C 有機エレクトロルミネッセンス素子
11、11Bk、11C、11M、11Y 電子写真感光体
12、12Y、12M、12C、12Bk 帯電装置(帯電手段)
13、13Y、13M、13C、13Bk 露光装置(露光手段)
14、14Bk、14C、14M、14Y 現像装置(現像手段)
15 トナー
16、16Y、16M、16C、16Bk 転写装置(転写手段)
17、17Y、17M、17C、17Bk クリーニング装置(クリーニング手段)
18 転写材、印刷メディア
19 定着装置
31 支持体
32 陰極
33 電子注入層
34 電子輸送層
35 発光層
36 正孔輸送層
37 シリコーン含有層
38 金属酸化物膜
39 陽極
51 導電性支持体
52 中間層
53 電荷発生層
54 電荷輸送層
55 シリコーン含有層
56 金属酸化物膜
110 ガスボンベ
120a、120b、120c 配管
130 エアロゾル発生器
140 成膜チャンバ
150 噴射ノズル
160 基板
170 基板ホルダ
170a 回転手段
180 排気ポンプ
190 圧空バルブ
200 粒子
(図8について)
1 基板
2 第一の電極
3 ホールブロッキング層
4 電子輸送物質
4’光増感材料
5 電子輸送層、ホール輸送層、色素増感電極層
6 シリコーン含有層
7 金属酸化物膜
8 第二の電極
9、10 リードライン
1A 除電装置(除電手段)
1B クリーニング前露光装置
1C 駆動手段
1D 第1の転写装置、1次転写手段
1E 第2の転写装置、2次転写手段
1F 中間転写体、中間転写ベルト
1G 搬送転写ベルト
2 第一の電極
3 潤滑剤塗布装置(潤滑剤供給手段)
3A 潤滑剤
3B 塗布ブラシ
3C 塗布ブレード
3D 加圧バネ
10A 静電潜像担持体(電子写真感光体)
10B 太陽電池
10C 有機エレクトロルミネッセンス素子
11、11Bk、11C、11M、11Y 電子写真感光体
12、12Y、12M、12C、12Bk 帯電装置(帯電手段)
13、13Y、13M、13C、13Bk 露光装置(露光手段)
14、14Bk、14C、14M、14Y 現像装置(現像手段)
15 トナー
16、16Y、16M、16C、16Bk 転写装置(転写手段)
17、17Y、17M、17C、17Bk クリーニング装置(クリーニング手段)
18 転写材、印刷メディア
19 定着装置
31 支持体
32 陰極
33 電子注入層
34 電子輸送層
35 発光層
36 正孔輸送層
37 シリコーン含有層
38 金属酸化物膜
39 陽極
51 導電性支持体
52 中間層
53 電荷発生層
54 電荷輸送層
55 シリコーン含有層
56 金属酸化物膜
110 ガスボンベ
120a、120b、120c 配管
130 エアロゾル発生器
140 成膜チャンバ
150 噴射ノズル
160 基板
170 基板ホルダ
170a 回転手段
180 排気ポンプ
190 圧空バルブ
200 粒子
(図8について)
1 基板
2 第一の電極
3 ホールブロッキング層
4 電子輸送物質
4’光増感材料
5 電子輸送層、ホール輸送層、色素増感電極層
6 シリコーン含有層
7 金属酸化物膜
8 第二の電極
9、10 リードライン
Claims (8)
- p型半導性を有する金属酸化物粒子であって、
体積基準の粒度分布が第一極大値と第二極大値とを有し、
前記第一極大値が、0.1μm以上5μm未満の範囲にあり、
前記第二極大値が、5μm以上50μm未満の範囲にあり、
前記第一極大値に対する前記第二極大値の比が0.5以上2.0未満であり、
粒子の99%以上が0.1μm以上50μm以下の範囲内にある、
ことを特徴とする金属酸化物粒子。 - 前記金属酸化物粒子がデラフォサイト型酸化物である、請求項1に記載の金属酸化物粒子。
- 前記デラフォサイト型酸化物が銅アルミニウム酸化物である、請求項2に記載の金属酸化物粒子。
- 支持体と、電荷輸送物質を含む電荷輸送層、又は、増感色素を含む色素増感電極層と、金属酸化物膜と、をこの順に有し、
前記金属酸化物膜が請求項1乃至3のいずれか1項に記載の金属酸化物粒子からなることを特徴とする、電子デバイス。 - 前記電荷輸送層又は前記色素増感電極層と、前記金属酸化物膜との間にシリコーン含有層を有する請求項4に記載の電子デバイス。
- 支持体と、前記支持体上に形成された、電荷輸送物質を含む電荷輸送層、又は、増感色素を含む色素増感電極層と、を有する電子デバイスに、
体積基準の粒度分布が第一極大値と第二極大値とを有し、
前記第一極大値が、0.1μm以上5μm未満の範囲にあり、
前記第二極大値が、5μm以上50μm未満の範囲にあり、
前記第一極大値に対する前記第二極大値の比が0.5以上2.0未満であり、
粒子の99%以上が0.1μm以上50μm以下の範囲内にある、
p型半導性を有する金属酸化物粒子を吹き付けて金属酸化物膜を形成する工程を含むことを特徴とする、電子デバイスの製造方法。 - 前記金属酸化物粒子を吹き付ける方法が、前記金属酸化物粒子を含むエアロゾルを吹き付けるエアロゾルデポジション法である、請求項6に記載の電子デバイスの製造方法。
- 請求項4又は5に記載の電子デバイスを備えることを特徴とする画像形成装置。
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