JPH06208232A - 電子写真感光体及び電子写真装置 - Google Patents

電子写真感光体及び電子写真装置

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JPH06208232A
JPH06208232A JP5227471A JP22747193A JPH06208232A JP H06208232 A JPH06208232 A JP H06208232A JP 5227471 A JP5227471 A JP 5227471A JP 22747193 A JP22747193 A JP 22747193A JP H06208232 A JPH06208232 A JP H06208232A
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electrophotographic
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一 栗原
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Tetsuyoshi Takeshita
哲義 竹下
Chiyoshige Yamamoto
千代茂 山本
Hideaki Oka
秀明 岡
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Abstract

(57)【要約】 【目的】非晶質電子写真感光体の光感度を高めること。 【構成】アルミニウム等の導電性基体111上には、電荷
輸送層112が形成され、さらにその上部には1〜100ppmボ
ロンを含む a-Si 層115が形成されている。そして、電
荷輸送層112と a-Si 層115の複層構造の感光体容量をC
d、これと同じ厚みの a-Si 層単層の感光体容量をCs
したとき、 Cd/Cs<1 の関係を満足するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】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。
【0002】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。
【0003】
【従来の技術】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。図1(a)〜
(e)に主なa-Si、a-SiGe 電子写真感光体の構造を示
す。11、21、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、22、52はBを1
00ppm〜500ppm含み厚さ0.05〜0.5μmの a-Si層、33、4
3、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-S
iGe層、44、54はBを1〜100ppm含み厚さ0.1〜5μmの a-S
i層、15、25、35、45、55は導電性基板である。また、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電率が11以上ある事である。該電子
写真感光体はSe系またはCds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。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】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)と相俟って、製造時間を要す
るため低価格を妨げる最大の要因となっている。
【0005】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。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の電子写真感光体
は、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ており、前記
感光体層下に電荷輸送層を設け、前記電荷輸送層と前記
感光体層から構成される複層の感光体容量をCd、前記
複層の厚みと等しくなるように構成された単層の感光体
層の感光体容量をCsとしたとき、 Cd/Cs<1 を満足するよう構成したことを特徴とする。
【0007】
【作用】本発明の説明を行う前に、簡単に感光体の機能
・原理について説明を行う。
【0008】図2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と、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。電子は電界によって感光層表
面に達し、正の帯電電荷を打ち消す。
【0009】一方、正孔は感光層101を通って、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潜像
が感光体上に形成される。また、負に帯電した場合も光
によっ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。
【0010】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・・・(1) 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=εo・εr/d・・・(2) (ただし、εo は真空中の誘電率である) となる。(1)(2)より Q=εo・εr・Vs/d・・・(3) 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)・・・(4) (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、光によって発生した電子・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・・・(5) (ただし、eは単位電荷量、η≦1) となる。また、照射された光による表面電位の変化分Δ
V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、
【0011】
【数1】
【0012】となる。
【0013】(7)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。
【0014】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のか
のどちらかである。
【0015】本来、(7)式の膜厚以外は材料、たとえば
a-Si、a-SiGe が決まれば決まっ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。
【0016】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ャリアー(光キャリアー)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率が a-Si、a-SiGe より
も小さく、光キャ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。
【0017】
【実施例】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図1(a)の単層の感
光体、本発明の電子写真感光体として図3(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。
【0018】a-Si単層の容量をCs、本発明の2層構造の
場合の容量をCd、帯電電位をそれぞれVs、Vdとし、各々
に必要な帯電電荷をQs、Qdとすると Qs=CsVs・・(1)′ Qd=CdVd・・(2)′ 帯電電位を同じ、すなわちVs=Vdとしたときの両者の電
荷の比は、 Qd/Qs=Cd/Cs・・(3)′ となる。
【0019】図3(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、単位面積当りの容量は
【0020】
【数2】
【0021】ε0、ε1、ε2はそれぞれ、真空中の誘電
率、a-Si 感光層の比誘電率、そしてSiC電荷輸送層の比
誘電率である。
【0022】一方, a-Si 層のみの感光体の厚さをd0
し、2層構造の感光体と同じ厚さd0=d1+d2とすると、
【0023】
【数3】
【0024】(3)′(4)′(5)′から
【0025】
【数4】
【0026】ε1≒12、ε2≒7 であるから、たとえばd1
=5μm、d2=15μmとすれば、 Qd/Qs≒0.65 すなわち、単層に比べ、2層構造にすると同じ厚さで、
同じ帯電電位を得るのに約65%の電荷量で良い。したが
って、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。
【0027】本発明による電荷輸送層としては水素又は
水素及び弗素を含有する非晶質炭化シリコン (a-SixC
1-x :0.1≦x≦0.9)、非晶質窒化シリコン(a-SixN1-x:
0.1≦x≦0.9)、非晶質酸化シリコン (a-SizO1-z:0.1≦z
≦0.5),非晶質炭化窒化シリコン(a-SixCyN1-x-y:0.1≦x
≦0.9,0.1≦y≦0.7)、非晶質酸化炭化シリコン(a-SixCy
O1 -x-y:0.1≦x≦0.9,0.1≦y≦0.7)、非晶質酸化窒化シ
リコン(a-SixNyO1-x-y:0.1≦x≦0.9,0.1≦y≦0.7) 、非
晶質酸化炭化窒化シリコン(a-SixCyNzO1-x-y:0.1≦x≦
0.8,0.1≦y≦0.5,0.1≦Z≦0.5)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IIIb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Vb族を混入させ
る。又、その製造方法はプラズマCVD法、スパッタ法、
イオンビームスパッタ法、CVD法等により形成される。
図3(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、151、161、はアルミニ
ウム等の導電性基体112、122、132、142、152、162は本
発明による電荷輸送層、123、143、163、は100〜500ppm
ボロンを含む厚さ0.1〜1μmの a-Si層、134、144、15
4、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。
【0028】実施例として電荷輸送層に非晶質炭化シリ
コン(a-SixC1-x) を用い、構造として図3(a)〜
(c)の構造の電子写真感光体について述べる。
【0029】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。
【0030】図4に a-SixC1-x の比誘電率の炭素量に
対する変化を示す。炭素量の増加にともなって比誘電率
の低下が見られる。
【0031】図5にボロン量に対する同一膜厚の a-Six
C1-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。
【0032】(実施例1)本発明の図3(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-x 112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-SixC1-xの膜厚の関係
を図6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-SixC1-x
が増加するにつれ、同一エネルギーで表面電位の変化は
大きくなる。図7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-SixC1-x
15μmの感光体の a-SixC1-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-SixC1-x
の電荷輸送能が向上した事がわかる。
【0033】(実施例2)本発明の図3(c)の構造
の、全膜厚10μm、a-Si層(135)1μm、a-SiGe(134)1.5μ
m、a-SixC1-x(132)7μmの電子写真感光体と従来の図1
(d)の構造の、全膜厚10μm、a-Si層(44)1μm、a-SiG
e層(43)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図8に示す。図8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。
【0034】又、図3の構造すべてに同様の結果が得ら
れたし、Bの代わりに、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を用い、正極のときは周期律表
第IIIb族、負極のときは周期律表第Vb族を混入さ
せた時にも同様の結果が得られた。
【0035】
【発明の効果】以上、本発明によれば感光体容量の小さ
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。
【0036】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等の電子写真
装置の電子写真感光体として有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の電子写真感光体の構造図。
【図2】電子写真感光体のモデル図。
【図3】本発明の電子写真感光体の構造図。
【図4】a-SixC1-x 中の炭素量と比誘電率の関係図。
【図5】a-SixC1-x 中のボロン量と表面電位の関係図。
【図6】a-SixC1-x の厚さと表面電位変化分の関係図。
【図7】a-SixC1-x 中のボロン量と残留電位の関係図。
【図8】光波長と表面電位変化分の関係図。
【符号の説明】
101 感光体層 102 導電性基体 112、122、132、142、152、162 電荷輸送層
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年10月13日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 千代茂 長野県諏訪市大和3丁目3番5号株式会社 諏訪精工舎内 (72)発明者 岡 秀明 長野県諏訪市大和3丁目3番5号株式会社 諏訪精工舎内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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、前記感光体層下に電荷輸送層
    を設け、前記感光体層と前記電荷輸送層は、前記電荷輸
    送層と前記感光体層から構成される複層の感光体容量を
    d、前記複層の厚みと等しくなるように構成された単
    層の感光体層の感光体容量をCsとしたとき、 Cd/Cs<1 を満足するよう構成したことを特徴とする電子写真感光
    体。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の電子写真感光体を用いる
    ことを特徴とする電子写真装置。
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