JPH0462379B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は350nm〜950nmの光に光感受性を有す
る電子写真感光体に関する。

本発明は光感度が高い電子写真感光体を提供す
ることを目的としたものである。

近年、少なくとも水素を含有する非晶質シリコ
ン（以下、ａ−Siと略す。）、又は少なくとも水素
を含有する非晶質シリコンゲルマニウム（以下、
ａ−SiGeと略す。）を少なくとも一方より成る電
子写真感光体（以下、総称して、ａ−Si，ａ−
SiGe電子写真感光体と略す。）の研究が盛んに行
われている。第１図ａ〜ｅに主なａ−Si，ａ−
SiGe 電子写真感光体の構造を示す。１１，２
１，３１，４１，５１はボロン（以下Ｂと略す。）
を１〜100ppm含有し厚さ1μm以上のａ−Si層、
２３，５２はＢを100ppm〜500ppm含み厚さ0.05
〜0.5μmのａ−Si層、３３，４３，５３はゲルマ
ニウム（以下Geと略す）とシリコン（Si）の比
（Ge／Si）が10^-3〜９の組成比で厚さ0.5〜10μm
のａ−SiGe層、３３，３４はＢを１〜100ppm含
み厚さ0.1〜5μmのａ−Si層、１５，２５，３５，
４５，５５は導電性基板である。又はａ−Si層に
は窒素、酸素、炭素を10％以下含有する時もあ
る。該各層の特徴は比誘率が11以上ある事であ
る。該電子写真感光体はSe系またはDds系等の電
子写真感光体に比して、硬度が大きく耐擦性に優
れている、残留電位が小さい、無公害等の優れた
点を有している。反面、たとえば、レーザープリ
ンター、LEDプリンター等の高速プリンターや
高速型の複写機に用いる光感度の高い電子写真感
光体に利用する場合該ａ−Si、ａ−SiGe電子写
真感光体では膜厚を大きくしなければならず、該
ａ−Si、該ａ−SiGeの製膜速度の遅さ（１〜
15μm／hr）と相俟つて、製造時間を要するため
低価格を妨げる最大の要因となつている。

本発明はかかる欠点を除去したもので、従来の
ａ−Si、ａ−SiGe電子写真感光体と同一厚さで
より高い光感度を有する電子写真感光体、言い換
えれば、ある光感度を得るのに従来のａ−Si、ａ
−SiGe電子写真感光体の厚さより薄い膜厚で同
一光感度の得られる電子写真感光体を提供するも
のである。

本発明の説明を行う前に、簡単に感光体の機
能・厚理について説明を行なう。

第２図のように、感光層表面をコロナ放電器に
より正帯電させた状態で感光層の禁止帯幅より大
きなエネルギー（hv）のホトンをもつ光を照射
する。この光により感光層１０１の表面近傍、す
なわち吸収領域内で電子・正孔対が生成される。
電子は電用によつて感光層表面に達し、正の帯電
電荷を打消す。

一方、正孔は感光層１０１を通つて、アルミ支
持体１０２に達し、感光層の中を電流が流れ、帯
電々荷を打ち消し、光情報、すなわち画像に対応
した静電替像が感光体上に形成される。また、負
に帯電した場合も光によつて生成された電子と正
孔の動きが逆になるだけで原理的には上述の説明
と同じである。

このとき、光照射前の感光体上の単位面積あた
りの帯電電荷Ｑは表面電位をVs、単位面積あた
りの感光体容量をＣとすると、 Ｑ＝CVs …… となる。又、感光体容量Ｃは感光体の比誘電率を
εr、感光体厚さをｄとすると、 Ｃ＝ε_p・ε_r／ｄ …… ただし、εoは真空中の比誘電率である。

となる。，より Ｑ＝ε_p・ε_r・V_s／ｄ …… 又、感光体に吸収された光は１ホトンあたり１
対の電子・正孔対を形成するので、わかりやすく
するため感光体に十分吸収される単色光で考える
と、単色光のエネルギーをＥとすると、発生する
電子・正孔対の数Ｎは、 Ｎ＝Ｅ・（１−Ｒ）／（ｈ・ν） …… ただし、Ｒは感光体の反射率で１−Ｒは吸収
率、Xhはプランク定数νは光の周波数です。

となり、光によつて発生した電子・正孔対により
帯電電荷が量子効率ηで打ち消されるとすると、
打ち消された単位面積あたりの電荷量Q′は、 Q′＝ηNe …… ただし、ｅは単位電荷量、η１ となる。また、照射された光による表面電位の変
化分ΔVは光照射後の表面電位及び、単位面積あ
たりの帯電電荷量をそれぞれ、Vs′，Q″とする
と、 ΔV＝V_s−V_s′ 式より＝（Ｑ−Q″）・ｄ／（ε_p・ε_r） ＝Q′・ｄ／（ε_p・ε_r） 式より ＝η・ｅ・ｄ・_E・（１−_R）／（ｈ・
ν・ ε_p・ε_r） …… となる。

式の物理的な意味を整理すると、 １ 光エネルギーＥ、量子効率η、反射率Ｒを一
定とした時は、表面電位の変化分を大きくする
すなわち光感度を大きくするには膜厚を大きく
するか、比誘電率を小さくするか（すなわち感
光体容量を小さくする。）のどちらかとなる。

２ 膜厚ｄ、量子効率η、反射率Ｒを一定とした
時は、表面電位の変化分を大きくするには、光
エネルギーＥを大きくするか、感光体容量を小
さくするかのどちらかである。

本来、式の膜厚以外は材料、たとえばａ−
Si，ａ−SiGeが決まれば決まつてしまう物性値
のため、光感度を大巾に向上させるには膜厚を大
きくする以外には望めない。量子効率を１に近づ
ける事はできるが、たとえばａ−Si電子写真感光
体の場合η＝0.8〜1.0であり、大巾な光感度の向
上はあり得ない。

本発明はａ−Si，ａ−SiGeが１〜5μm以下で
プリンター、複写機等で利用する光を十分吸収す
る事より感光体表面より１〜5μm以下から導電性
基体までは光により注入されたキヤリアー（光キ
ヤリアー）が感光体内を電界により輸送されるだ
けである事に注目し、該光吸収部以外の該感光部
を比誘電りつがａ−Si，ａ−SiGeよりも小さく、
光キヤリアーの輸送能を十分に持つ電荷輸送層に
置き換える事により感光体容量の低減をはかり光
感度を向上させたものである。

本発明を数値例で詳しく説明する。簡単化のた
め従来の電子写真感光体として第１図ａの単層の
感光体、本発明の電子写真感光体として第３図ａ
の二層構造の感光体を考える。１１５はａ−Si
層、１１２はボロンをドープし輸送能を保持させ
た水素を含有する非晶質炭化シリコン層（SiC）
である。

ａ−Si単層の容量をC_s、本発明の２層構造の場
合の容量をC_d，帯電々荷をそれぞれV_s，V_dとし、
各に必要な帯電々荷をQ_s，Q_dとすると Q_s＝C_sV_s ……(1)′ Q_d＝C_dV_d ……(2)′ 帯電々荷を同じ、すなわちV_s＝V_dとしたとき
の両者の電荷の比は、 Q_d／Q_s＝C_d／C_s ……(3)′ となる。

第３図ａの感光体でａ−Si感光層１１５の厚さ
をd₁とし、SiC電荷輸送層１１２の厚さをd₂とす
ると、単位面積当たりの容量は Cd＝ε_p／d₁／ε₁＋d₂／ε₂ ……(4)′ ε₀，ε₁・ε₂はそれぞれ真空の誘電率、ａ−Si感
光層の誘電率、そしてSiC電荷輸送層の誘電率で
ある。

一方、ａ−Si層のみの感光体の厚さをd₀とし、
２層構造の感光体と同じ厚さd₀＝d₁＋d₂とする
と、 C_s＝ε₀ε₁／d₀＝ε₀ε₁／d₁＋d₂ ……(5)′ (3)′，(4)′，(5)′から Q_d／Q_s＝C_d／C_s＝d₁＋d₂／d₁＋d₂（ε₁／ε₂）……
(6)′ ε₁12，ε₂７であるから、たとえばd₁＝
5μm、d₂＝15μmとすれば Q_d／Q_s≒0.65 すなわち、単層に比べ、２層構造にすると同じ
厚さで、同じ帯電々位を得るのに約65％の電荷量
で良い。したがつて、この電荷を消滅させるため
のホトン数も65％でよく、感度のよいことがわか
る。

本発明による電荷輸送層としては水素又は水と
及び弗素を含有する非晶質炭化シリコン（ａ−
SixC_1-x：0.1ｘ0.9）、非晶質窒化シリコン
（ａ−SixN_1-x：0.1ｘ0.9）、非晶質酸化シリ
コン（ａ−SizO_1-z：0.1ｚ0.5）、非晶質炭化
窒化シリコン（ａ−SixCyN_1-x-y：0.1ｘ0.9，
0.1ｙ0.7）、非晶質酸化炭化シリコン（ａ−
SixCyO_1-x-y：0.1ｘ0.9，0.1ｙ0.7）、非
晶質酸化窒化シリコン（ａ−SixNyO_1-x-y：0.1
ｘ0.9，0.1ｙ0.7）、非晶質酸化炭化窒化
シリコン（ａ−SixCyNzO_1-x-y-z：0.1ｘ0.8，
0.1ｙ0.5，0.1ｚ0.5）から成り、電荷輸
送能を持たせるため、帯電極性が正極のときは１
〜1000ppmのボロン、アルミニウム、ガリウム、
インジウム等の周期律表第ｂ族、負極のときは
１〜500ppmの窒素、リン、ヒ素、アンチモン等
の周期律表第ｂ族を混入させる。又、その製造
方法はプラズマCVD法、スパツタ法、イオンビ
ームスパツタ法、CVD法等により形成される。
第３図ａ〜ｆに本発明による電子写真感光体の構
造を示す、１１１，１２１，１３１，１４１，１
５１，１６１はアルミニウム等の導電性基体１１
２，１２２，１３２，１４２，１５２，１６２は
本発明による電荷輸送層、１２３，１４３，１６
３は100〜500ppmボロンを含む厚さ0.1〜1μmの
ａ−Si層、１３４，１４４，１５４，１６４は
Ge／Si比が10^-3〜９の組成比のａ−SiGe層、１
１５，１２５，１３５，１４５，１５５，１６５
は１〜100ppmボロンを含むａ−Si層である。

実施例として電荷輸送層に非晶質炭化シリコン
（ａ−SixC_1-x）を用い、構造として第３図ａ〜ｃ
の構造の電子写真感光体について述べる。

最初に、前記の前提となる比誘電率の低減、並
びに輸送能の変化について示す。

第４図にａ−SixC_1-xの比誘率の炭素量に対す
る変化を示す、炭素量の増加にともなつて比誘電
率の低下が見られる。

第５図にボロン量に対する同一膜厚のａ−
SixC_1-xの相対的な表面電位の変化を示す。ボロ
ン量を加える事により、電荷の輸送能が変化し表
面電位の減少が確認できる。

実施例１、本発明の第３図ａの構造の電子写真
感光体において全膜厚を20μmとしａ−SixC_1-x１
１２の膜厚を５〜17.5μmに変化させた時の表面
電位の変化分を膜厚20μmのａ−Si単層の感光体
の表面変化分で除した相対表面変化分とａ−
SixC_1-xの膜厚の関係を第６図に示す（光は
650nmの単色光で、エネルギーは一定である．）。
ａはａ−Si単層の相対表面電位変化分である。図
より明らかな様に比誘電率の小さいａ−SixC_1-x
層が増加するにつれ、同一光エネルギーで表面電
位の変化は大きくなる。第７図に色温度3000Kの
タングステンランプ光1mw／cm²照射した時のａ
−Si層が5μm，ａ−SixC_1-x15μmの感光体のａ−
SixC_1-x中のボロン量及び残留電位の変化を示し
た。ボロンを混入した事によりａ−SixC_1-xの電
荷輸送能が向上した事がわかる。

実施例２、本発明の第３図ｃの構造の、全膜厚
10μm、ａ−Si層（１３５）1μm、ａ−SiGe（１
３４）1.5μm、ａ−SixC_1-x（１３２）7μmの電子
写真感光体と従来の第１図ｄの構造の、全膜厚
10μm、ａ−Si層（４４）1μm、ａ−SiGe層（４
３）1.5μm、ａ−Si層（４１）7μm、の電子写真
感光体に入射する光の波長を850μm〜650μmの間
に変化させたときの表面電位変化を第８図に示
す。第８図は該従来の電子写真感光体の波長と表
面電位変化ａを１と規格化し示した。明らかに、
本発明の電子写真感光体ｂは光感度の向上が見ら
れる。

以上、実施例によれば比誘電率の小さい電荷輸
送能を十分保持する電荷輸送層を設ける事により
光感度を向上する事ができ有用である。

又、第３図の構造すべてに同様の結果が得られ
たし、Ｂの代りに、アルミニウム、ガリウム、イ
ンジウム、又、負極帯電のときはリン、ヒ素、ア
ンチモン、においても同様の結果が得られる。
又、電荷輸送層として水素又は水素及び弗素を含
む非晶質窒化シリコン、非晶質酸化シリコン、非
晶質炭化窒化シリコン、非晶質酸化炭化シリコ
ン、非晶質酸化窒化シリコン、非晶質酸化炭化窒
化シリコンに用い正極のときは周期律表第ｂ
族、負極のときは周期律表第ｂ族を混入させた
時も同様の結果が得られた。

本発明によればレーザープリンター・LED・
プリンター等の高中速プリンターや複写機野電子
写真感光体として利用でき有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜ｅは従来の電子写真感光体の構造図
である。第２図は電子写真感光体のモデル図であ
る。第３図ａ〜ｆは本発明の電子写真感光体の構
造図である。第４図はａ−SixC_1-x中の炭素量と
非誘電率の関係図である。第５図はａ−SixC_1-x
中のボロン量と表面電位の関係図である。第６図
はａ−SixC_1-xの厚さと表面電位変化分の関係図
である。第７図はａ−SixC_1-x中のボロン量と残
留電位の関係である。第８図は光波長と表面電位
変化分の関係図である。 １０１……感光体層、１０２……導電性基体、
１１２，１２２，１３２……電荷輸送層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水素が含有されてなる非晶質シリコン又は非
   晶質シリコンゲルマニウムを感光体層として用い
   た電子写真感光体において、該感光体層下に電荷
   輸送層が設けられ、該電荷輸送層の比誘電率は前
   記感光体層の比誘電率より小さいことを特徴とす
   る電子写真感光体。