JPH03223870A - 感光体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は主として電子写真装置に用いられる新しい概念
に基づく感光体に関する。

（ロ）従来の技術 一般に電子写真装置としてはコロナ放電を利用したもの
が広く知られている。斯る電子写真装置は、感光体の周
囲にコロナ帯電、露光現象、転写、除電、クリーニング
などを行わしめる部品を配置しなければならず、構造が
複雑になる難点があった。

このような問題点に鑑み、近年コロナ放電を用いない電
子写真装置が提案されている（例えば、画像電子学会第
１６巻第５号１９８７参照）。

第８図にこの新しく提案された装置の構成を示す模式図
を示す。感光体４０の外周面上部に現像機構４１を、ま
た外周部下部に転写ローラ４２を配置すると共に、感光
体４０の内側にＬＥＤアレイヘッド４３を配置して構成
されている。今少し詳しく説明すると、感光体４０はガ
ラス製の円筒状透明支持基１４０ａの外周に、透明型１
’ｆｆ４０ｂと感光部を構成する光導電層４０ｃとを積
層して構成され、上記透明電極４０ｂと現像機構４１を
構成する磁極ローラ４１ａとの間に１５〜′程度の電位
（Ｖ）が現像バイアスとして印加されている６導電性ト
ナーは磁極ローラ４１ａの外周に被せたスリーブ４１ｂ
周囲に吸着せしめられて所謂磁気ブラシが形成され、光
導電層４０Ｃの外周面に臨んでいる。ここでこの導電性
トナーを通して現（象バイアスから光導電層４０ｃへ電
荷の注入が起こり、光導電層４０ｃは現像バイアスと略
同電位に帯電する。

一方、ＬＥＤアレイヘッド４３から投射された光像が円
筒状透明支持基板４０ａの内側から光導電層４０ｃに入
射せしめられて光導電層４０ｃに静電潜像が形成される
と、磁気ブラシから光導電層４０ｂの表面にトナーが吸
着されてトナー顕像が形成され、転写ローラ４２にて記
録紙４４に転写せしめられてゆくことになる。

感光体４０表面の残留トナーが現像機構４１による掃き
取り力、及び磁極ローラ４１ａの磁力によって除去され
る。従って感光体４０に対する帯電、露光、現像、クリ
ーニングが現像機構４１とＬＥＤアレイヘッド４３によ
って略同時的に行われることとなり、構成、並びに電子
写真処理プロセスが大幅に簡略化される。

Ｃハ）発明が解決しようとする課題 この新しく提案された電子写真装置においては上述した
ように、構成、並びに電子写真処理プロセスが大幅に簡
略化される反面、現像時に印加される現像バイアスを利
用して帯電を行うために、帯電と現像の全く異なる現象
の両立が困難で、良好な印字品質を安定して得ることは
困難であった。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、透光性基板表面に絶縁層と膜厚方向に不純物
濃度の分布を有する非晶質半導体層を積み重ねた発電層
を多段形成すると共に、透光性基板の裏面から透光性基
板を介して発電層に光を照１、？することによって、各
段の発電層での起電圧を重畳した電圧を発電層の最表面
に出現せしめ、その電圧によって最上層表面に静電潜像
を形成せしぬることを特徴とする。

また、透光性基板表面に膜厚方向に構成元素濃度の分布
が設けられた絶縁層と真性非晶質半導体呵を積み重ねて
発電層を多段形成してもよい。

（ホ）作用 光の照射を受けて発電層が発電した起電圧によって静電
潜像を形成する。

（へ）実施例 μス下に不発明を示す図面に基づき具体的に説明する。

Ｕ実施例−１つ 第１図：：不発明に係る感光体を用いた電子写真装置の
模式図であり、図中１は本発明に係る感光体、２：ま磁
気ブラシ、３はＬＥＤアレイヘッド、４：よ転写ローラ
、５は記録紙を示している。

感光体１；ま円筒形であって図示しない軸回りに矢印方
向に回転駆動せしめられるようになっており、その外周
面上部に臨ませてＦａ％ブラシ２が、またこの磁気ブラ
シ２に対向して感光体１の内側には露光のためのＬＥＤ
アレイヘッド３が配置され、更に外周面下部に阻ませて
トナー顕像を記録紙に転写する転写ローラ４が設けられ
ている。

第２図は本発明に係る感光体１の部分断面構造図であり
、同図において１１はガラスなどにて構成された透光性
基板を示している。この透光性基板１１上には、微結晶
シリコンを主成分とする透明電極１２が積層形成され、
更にその上に非晶質窒化シリコン（ａ−ＳｉＮ　）など
からなる絶縁層と非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）を主成分
とする複数の薄膜を積み重ねて成る多段積層、望ましく
は７層程度積層された薄膜発電層１３・・・・、が順次
積層形成されている。

ここでこの発電層１３・・・について詳しく説明してお
く。各発電層は光の照射を受けると電子や正孔からなる
自由キャリアを発生する■型の非晶質シリコンからなる
■型層１３−Ｉと、その両側に設けられた非晶質窒化シ
リコンからなる絶縁層１３−２によって構成されている
。

そして、本実施例においては、■型層１３−■に導電性
を決定する不純物元素、例えばｐ型てあればポロン（Ｂ
）、ｎ型であればリン（Ｐ）が混入されている。このＩ
　＝層１３−Ｉに混入する不純物は、表面層に向かって
濃度が高くなるように、膜厚方向に対して濃度の分布が
形成されている。

即ち、第３図に■型層のポロン濃度と光起電圧ｖｓとの
関係を示すように、■型層のボロンの濃度が０．４ｔｐ
ｐｍｌまでは光起電圧が増加する。従って、この表面層
側のＩ型層の濃度を０．４ｐｐｍ程度になるように、絶
縁層１３−２側から表面層１４に向かって０か６０．４
ｐｐｍまで直線的に分布を有するように形成される。

また、絶縁層１３−２はトンネル現象が可能な膜厚に設
定され、具体的には５０〜１００人の膜厚に設定される
。

第４図は第２図に示した実施例における感光体のエネル
ギーバンド図であり、この第４図に示すように、各■型
層は不純物濃度の傾斜に基づく所望のドリフトを有する
バンドギャップが形成されて、光キャリアは内蔵電界に
よるドリフトによって移動し、各層で発電が行なわれる
。

ところで、−１９に光のす３射を受けると光発電する発
電層を多段積層して各発電電圧を重畳する場合、各発電
層からの発電電流をそれぞれ近似したものとしておく必
要がある。そのような観点か−ら発電層の発電電流を見
てみると、その発電層へ到達する光量に依存することは
当然であるが、■型層の膜厚にも依存することが知られ
ている。即ち、この■型層の膜厚が厚いほど発電電流は
大きい。

一方、各発電層への到達光量について考えてみる。最も
基板１１に近い工型層に入射される光量を１００とし、
その■型層で吸収される割合を上記したように１型層を
７層に設定した場合、各Ｉ型層で光電変換される量は理
想的には１４％である。この理想的に近い値を実現する
ために本発明においては各１型層の膜厚を第１表に示す
ように、５００〜８０００人に設定しでいる。この第１
表には、各■を層で吸収させたい割合（Ａ）と、ＬＥＤ
アレイヘッド３からの入射光量を１００とした場合に各
１型層に到達する光量（Ｂ）と、各１型層で吸収させた
い割合（、Ａ　）を実現するために各Ｉ型層に入射され
る光に対する各１型層の吸収率、即ち（Ａ／Ｂ）が同時
に示されている。

肖りで、本発明においては、第１表に示すように３発電
層のうち、各Ｉ型層１３−Ｉの膜厚を基板１１側から表
面層に向うに従って厚く設定している。

（ｌ、ス下余白） 第１表 このように構成された感光体ｌに対し、透光性基板１１
、並びに透明電極１２を介してＬＥＤアレイへ・ンド３
からの光が各発電層１３・・・・に照射されると、各発
電層の■型層１３−■・・・・内で電子や正孔の自由キ
ャリアが発生し、それが透明電極１２、並びに表面層１
４が集電されることにより起電力を生じる。

ここで、第２図に示した本発明感光体の製造方法につい
て説明しておく。透光性基板１１を反応室に入れ、その
反応室に適宜反応ガスを満たしてグロー放電を生起せし
めることにより、基板１１上に透明電極１２、各発電層
１３・・・・、並びに表面層１４が順次積層されるが、
それぞれの各層の組成は異なるので、積層順に反応ガス
が各層の成長時に切り替えられる。第２表に各層とその
層を成長させる時の反応ガスの組成を示す。

尚、反応ガスにはキャリヤガスとしてＨ２が含まれてい
る。

（以下余白） 第２表 改にこのように形成された感光体を用いて構成した電子
写真装置について第１図を参即しつつ説明する。

感光体１の内側から中心波長６６００人、１６ｄｏｔ／
ｍｍのＬＥＤアレイヘッド３を画像信号に応して適宜点
灯させると、感光体１は光の照射を受けた個所だけが起
電力を発し、感光体１の表面層１４に透明電ｔＮ１２に
対して約−６Ｖの電荷が出現する。これと同時に表面層
１４側から導電性トナー１５を感光体ｌに接触させると
電荷が出現した個所のみにトナーが付着して現像される
。次に感光体１が回転し、トナーが付着した非像は感光
体１と約−１００ＶにバイアスＩ７された転写ローラ４
との間に導かれた記録紙５に転写される。顕像が転写さ
れた記録紙５は図示しない定着手段に導かれ、その転写
された顕像を記録紙５に定着せしめ、印字動作を完了す
る。

一方、感光体１は更に回転して再度現像位置に移動して
現像が行われ、以下このサイクルを繰り退す。このよう
にして得られた印字は現存する電子写真装置によって得
られたものと遜色のない画像を呈する。

尚、本実施例において、表面層１４は感光体として必要
な解像度を得るために形成するもので、この表面層Ｉ４
の存在によって１６ｄｏｔ／ｍｍの高解像度の印字が可
能となる。勿論、この表面層１４は絶縁層１３−２と同
様の組成で形成されるため、表面側に位置する絶縁層を
表面層としで用いれば良い。

Ｌ実施例−２Ｊ 第５図は本発明の実施例−２に係る感光体の部分断面構
造図であり、この第５図において、２１はガラスなどに
て構成された円筒形の透光性基板で、この基板２１上に
は微結晶シリコンを主成分とする透明電極２２が形成さ
れ、更にその上に非晶質窒化シリコン（ａ−５ｉＮ　）
からなる絶縁層２３及びＩ型の非晶質シリコンからなる
■型層２３−■からなる発電層２４がこの順序で多段積
層形成され、本実施例においては７層形成され、その上
に非晶質窒化シリコン（ａ−５ｉＮ　）からなる表面層
２６が積層形成されている。

尚、絶縁層２３の膜厚は、前述の実施例−１と同しく、
トンネル現象が生しる程度の厚さ、即ち５０〜１００人
に設定される。

ところで、この絶縁層２３に、窒素、カーボン、酸素な
どの不純物を混入し、その濃度に分布を生しせしめるこ
とにより、その濃度に応じた光起電圧が１型層に発生す
る。第６図は絶縁層の非晶質窒化シリコン膜に添加する
窒素の量と１型層に発生する光起電力Ｖ、の関係を示す
特性図である。

従って１本実施例においては、■型層２３−■には不純
物元素は混入させずに、絶縁層２３に濃度分布を形成し
た。絶縁層２３の濃度分布は、基板側から表面側に向か
って濃度が直線的に高くなるように０〜８０％迄分布を
形成した。

第７区は第５図に示した実施例における感光体のエネル
ギーバンド図であり、この第７図に示すように、各層は
所望のバンドギャップが形成されている。

このような構成において、基板２１並びに透明電極２２
を介してＬＥＤアレイヘッド３からの光が発電層２４に
照射されると、実施例−１の場合と同様に各発電層２４
て発電された電圧が重畳されて表面層２６と透明電極２
２との間に発生する。

ここで第５図に示した本発明感光体の製造方法について
説明しておく。透光性基板２１を反応室に入れ、その反
応室に適宜反応ガスを満たしてグロー放電を正起せしめ
ることにより、透明電極２２、各発電層２３．２４．２
５が順次積層されるが、それぞれの各層の組成は異なる
ので、積層順に反応ガスが各層の成長時に切り替えられ
る。第３表に各層とその層を成長させる時の反応ガスの
組成を示す。

また、実施例−２における工型層の膜厚は実施例−１に
おける膜厚と同じ膜厚に構成した。

尚、反応ガスにはキャリアガスとしてＨ２が含まれてい
る。

このように形成された感光体を用いた電子写真装置は実
施例−１と同様に構成される。

（以下、余白） 第３表 ［実施例−３］ 実施例−１の感光体においては、■型層１３−Ｉに濃度
分布を設け、実施例−２の感光体においては、絶縁層２
３に濃度分布を設けるように構成した。この実施例−３
においては、■型層及び絶縁層の双方共に濃度分布を設
けた。

このように、■型層及び絶縁層の双方に濃度分布を設け
ることにより、絶縁層と工型層からなる発電層の一層の
発電量が増加する。従って、第４表に示すように、積層
する発電層の数を５層に減少せしめても、実施例−１及
び２と同等の発電量が得られた。

（以下、余白） 第４表 尚、上述した実施例においては、■型層として非晶質シ
リコンを用いたが、これに限られず非晶質炭化シリコン
、非晶質シリコン・ゲルマニウムなども用いることがで
きる。

（ト）発明の詳細 な説明したように、本発明は絶縁層と非晶質半導体層に
て発電層を形成することができるので、表面電位をその
感光体に即射される光によって直接発生することが可能
な感光体を簡単な薄膜構成で形成することができる。

更に、絶縁層を高抵抗化することができるので、高解像
度の感光体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明画像記録装置の構成を示す模式図、第２
図は本発明感光体の部分断面図、第３図はＩ型層の不純
物濃度と光起電力との関係を示す特性図、第４図は第２
図に示した感光体のエネルギーバンドギャップ図、第５
図は本発明感光体の他の実施例の部分断面図、第６図は
絶縁層の不純物濃度と光起電力との関係を示す特性図、
第７図は同しく第５図図示の実施例の感光体のエネルギ
ーバンド図、第８図は従来の画像記録装置の構成を示す
模式図である。 ｌ・・・感光体、２・・磁気ブラシ、 ３・・・ＬＥＤアレイヘッド、４・・・転写ローラ、５
・・・記録紙、１１．２１−　透光性基板、１２．２２
・・・透明電極、１３．２４・・・発電層、１３−１．
２３−Ｉ・・・Ｉ型層、　１３−２．２３・・・絶縁層
１６．２６・・　表面層。 第 図 第 ２ 図 第 図 第 図 第 図 第 図 Ｎ濃度 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）透光性基板表面に絶縁層と膜厚方向に不純物濃度
   の分布が設けられた非晶質半導体層を積み重ねた発電層
   を多段形成すると共に、前記透光性基板の裏面から該透
   光性基板を介して発電層に光を照射することによって、
   前記各段の発電層での起電圧を重畳した電圧を前記発電
   層の最表面に出現せしめ、その電圧によって該最上層表
   面に静電潜像を形成せしめることを特徴とした感光体。
2. （２）透光性基板表面に膜厚方向に構成元素濃度の分布
   が設けられた絶縁層と真性非晶質半導体層を積み重ねた
   発電層を多段形成すると共に、前記透光性基板の裏面か
   ら該透光性基板を介して発電層に光を照射することによ
   って、前記各段の発電層での起電圧を重畳した電圧を前
   記発電層の最表面に出現せしめ、その電圧によって該最
   上層表面に静電潜像を形成せしめることを特徴とした感
   光体。
3. （３）絶縁層が膜厚方向に構成元素濃度の分布を有する
   ことを特徴とする請求項第１に記載の感光体。