KR100203010B1 - 화상 형성 장치 및 화상 형성 방법 - Google Patents

Abstract

개선된 온도 특성, 전기적 특성 및 오존을 발생시키지 않는 대전 시스템을 함께 가지며 가열기나 세정 롤러를 사용하지 않는 감광 부재를 사용한 이미지 형성 장치가 제공된다. 장치에서, 500 G 이상의 실린더형 다극성 자성체를 갖는 대전 부재와 자성체의 외주 표면상의 자성 분말로 이루어진 자기 브러쉬층은 110 % 이상의 이동 속도비에서 피대전체 표면을 반대 방향으로 마찰하여 피대전체를 대전시킨다. 피대전체는 단결정 규소로 구성된 광전도성층을 갖는 감광 부재이다. 광전도층은 10 내지 30 원자%의 수소, Si-H₂/Si-H 비율 0.2 내지 0.5, 1x10⁴cm^-3내지 1x10¹⁶cm^-3에 이르는 상태 밀도 및 적어도 광도입부에서의 서브밴드-랩 광 흡수 스펙트럼으로부터 유도된 50 내지 60 meV에 이르는 익스포넨셜 테일의 특징적 에너지를 가지며, 1x10¹⁰내지 5x10¹⁵Ωcm의 표면 저항을 갖는다. 자성 분말은 1x10⁴내지 1x10⁹Ωcm에 이르는 저항을 가지며, 입자 직경은 10 내지 50 μm에 이른다.

Description

화상 형성 장치 및 화상 형성 방법

본 발명은 전자사진 기술을 이용하는 전자식 복사기 및 레이저광 프린터와 같은 화상 형성 장치 및 화상 형성 방법에 관한 것이다. 보다 특히, 본 발명은 대전될 물체(이하, 피대전체라 함)에 자성 분말을 접촉시켜 대전시키는 대전 부재를 이용하는 화상 형성 장치 및 화상 형성 방법에 관한 것이다.

(1) 화상 형성 장치

화상 형성 장치는 원본을 복사하기 위한 복사기로서 뿐만아니라 콤퓨터 및 워드프로세서에 점증적으로 사용되고 있는 프린터로서 널리 사용되고 있다. 이러한 프린터는 사무실용은 물론 개인용으로도 사용되어 왔기 때문에, 낮은 비용 및 유지 관리비가 들지 않는 것과 같은 경제적 효휼성이 이러한 프린터에 필요하다.

또한, 환경적인 측면에서도 예를 들어 양면을 복사한다거나 재생지상에 복사하여 복사지 소비를 줄이고, 또한 에너지 소비를 줄이며, 오존 방출을 막아 생태학적 역효과를 줄이는 것이 경제적 효율성에 더하여 요구되고 있다.

종래 주로 사용되어 오던 코로나 대전기는 약 50 내지 100 μm의 금속 와이어에 약 5 내지 10 kV의 고전압을 인가함으로써 환경 대기를 이온화하여 대향된 물체를 대전시킨다. 대전시 와이어가 먼지를 흡착하여 오염되므로 주기적인 청소나 교체가 불가피하며, 코로나 방전에 의해 오존이 다량으로 발생된다.

에너지 절약의 측면에서 문제가 되는 것중의 하는 감광 부재의 가열기의 구조이다. 종래의 전자사진용 감광 부재는 그의 긴 수명을 통하여 높은 표면 경도를 가지므로, 반복 사용시 대전기에 의해 발생되는 오존으로부터 형성된 오존 유도체를 흡수한다. 오존 유도체는 고습 조건에서 습윤되어 감광 부재상 표면 전하의 횡적 이동을 야기시킨다. 이러한 표면 전하 이동은 화상이 스며들게 하여 화상 품질에 손상을 준다.

이러한 화상의 스며듬을 방지하기 위하여, 감광 부재를 가열하는 것, 감광 부재 표면을 자기 롤러 및 자성 토너로 형성된 브러쉬로 마찰시켜 오존 유도체를 제거하는 것, 감광 부재를 전기 롤러로 마찰하여 코로나 유도체를 제거하는 것 등을 포함하는 여러 방법이 제안되어 왔다.

감광 부재의 마찰은 극도로 높은 경도를 갖는 무정질 규소 감광 부재에 사용되는데, 마찰 부재 때문에 장치의 크기를 작게하고 비용을 절감시키는 것이 어렵다. 대개 약 15 내지 80 W이고 그렇게 까지 큰 것 같지는 않은 가열기 출력은, 통상의 경우에서 처럼 장치에 24시간 연속적으로 전기를 인가하는 경우, 화상 형성 장치 총 에너지 소비량의 5 내지 15 %에 까지 이른다.

화상이 스며드는 현상을 야기시키는 상기한 오존이 사람 및 기타 생물체의 건강에 유해하므로, 장치로부터 방출된 공기는 오존을 분해하고 불활성화시키기 위한 오존 제거 필터내로 통과하게 된다. 특히, 개인용 화상 형성 장치는 가능한 한 적은 양의 오존을 발생시켜야 한다.

(2) 대전 수단

상기한 문제점을 해결키 위해 여러 대전 장치가 제안되었다.

일본 특허 출원 공개 제63-208878호는 접촉형 대전법을 개시하고 있는데, 이는 피대전체의 표면을 전압 인가 대전 부재와 접촉시켜 목적하는 전위까지 대전시키는 것으로, 널리 사용되고 있는 코로나 대전기에 비해 다음과 같은 잇점을 갖는다. 첫째로, 피대전체의 목적하는 전위를 얻기위해 요구되는 전압이 보다 낮다. 둘째로, 대전시 오존이 전혀 또는 거의 발생되지 않으므로 오존 제거 필터가 필요치 않을 뿐더러 장치의 배기 시스템을 간편화하여 유지비가 들지 않게 한다. 세째로, 오존 또는 오존 유도체에 기인하는 화상 담지 부재의 표면 저항 감소에 따른 화상 스며듬을 방지하기 위해, 습기 제거를 위한 비단속적 전일 가열과 같은 통상적인 방법은 필요치 않으며 따라서 야간 가열을 포함하는 동력 손실이 대폭 감소된다. 따라서, 접촉 대전법은 상당한 주목을 받고 있으며, 코로나 대전기를 대신하여, 화상 형성 장치(복사기, 레이저광 비임 프린터), 정전하 기록 장치 등을 위한 감광 부재 또는 유전 부재와 같은 화상 담지 부재를 대전시키는 수단으로서 실용화되어 있다.

이러한 접촉형 대전 수단은 전형적으로 피대전체를 블레이드 또는 쉬이트와 같은 바이아스 전압을 인가하기 위한 고정된 대전 부재와 접촉시켜 대전시킨다.

도1은 접촉형 대전 수단의 한 예를 보여준다. 도1에서, 접촉형 대전 수단은 소정의 드럼 표면 이동 속도(이하, 프로세스 속도라 함)에서 화살표 A로 표시된 시계 방향으로 회전 구동되는 드럼형 전자 사진용 감광 부재인 감광 드럼(1-1), 및 전극 (102-1)과 전극 표면상에 형성된 저항층(102-2)를 갖는 접촉형 대전 부재(102)로 이루어진다. 전극 (102-1)은 대개 알루미늄, 알루미늄 금속, 구리 합금, 구리, 철 및 스테인레스 강과 같은 금속, 또는 예를 들어 금속 코팅 또는 전도성 페인트 코팅에 의해 전도성 부여 처리된 수지 및 세라믹으로 구성된다. 저항층(102-2)는 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 같은 수지, 또는 산화티탄, 탄소분말, 금속 분말과 같은 전도성 충전재를 함유하는 우레탄 고무 또는 실리콘 고무와 같은 탄성 중합체로 제조된다. 저항층(102-2)은 인가 전압 250V 내지 1kV에서 MΩ 시험기(HIOKI Co. 제조)에 의해 측정된 저항이 1x10³내지 1x10¹²Ωcm이다. 전압 인가원(103)은 대전 개시 전압의 2배를 넘는 피크간 전압 (V_PP)를 갖는 교류 전압(Vac) 및 직류 전압 (Vdc)으로 이루어진 중첩 전압(Vac+Vdc)을 대전 부재에 인가한다. 이와 같이, 회전 감광 드럼(101)이 외주 표면에서 균일하게 대전된다.

화상 신호에 따라 강도 변조된 레이저광과 같은 광선(105)가 감광 드럼을 주사하여 감광 드럼상에 잠상을 형성시킨다. 이 잠상은 현상 슬리브(106)으로부터 감광 드럼(101)로 옮겨진 현상제에 의해 현상된다. 이어서 현상 화상이 종이 쉬이트와 같은 전사 수용 매체(107)에 전사 롤러(108)에 의해 전사된다. 감광 부재상에 비전사된 채로 남아 있는 현상제는 세정 블레이드(109)에 의해 감광 드럼(101)로부터 제거된다. 전사 수용 매체(107)상에 전사된 화상은 도면에는 나타나 있지 않은 정착 수단에 의해 정착된 다음 장치로부터 배출된다.

그러나 이러한 방식은 대전 부재가 감광 드럼과 직접 접촉하게 되므로 대전 부재가 닳는 것이 불가피하며, 따라서 주기적으로 새 것으로 교체하여야 한다. 화상 형성 장치에 널리 사용되게 된 무정질 규소 감광 부재가 반영구적이므로, 접촉 대전 부재의 교체는 화상 형성 장치의 유지비 절감이라는 면에 역행한다. 따라서, 접촉형 대전 부재의 개선이 강력히 요구되고 있다.

이러한 요구를 만족시키기 위하여, 접촉형 대전 부재는 여러 방식으로 개선되어 왔다. 예를 들어, 자성체와 분말상(또는 입상) 자기 물질로 구성된 자기 브러쉬가 감광 부재와 접촉하여 감광 부재를 대전하는 시스템이 일본국 특허 출원 공개 제 59-133569호에 기재되어 왔다.

도2a는 그의 한 예를 보여준다. 도 2a에서 접촉형 대전 수단을 감광 드럼 (101), 소정의 프로세스 속도에서 화살표A로 표시된 시계 방향으로 회전 구동되는 드럼형 전자사진용 감광 부재인 화상 담지 부재, 및 다극성 자성체(202-2) 및 그 위에 형성된 자성 분말로 형성된 자기 블러쉬 층(202-1)을 갖는 대전 부재(202)로 이루어진다. 도2b는 자기 브러쉬의 개략적 측면도이다. 다극성 자성체(202-2)는 페라이트 자석 및 고무 자석과 같은 자성 물질로 대개 이루어진 실린더형 자석 롤러를 갖는다. 자기 브러쉬층(202-1)은 대개 분말상 자성 산화철(페라이트), 분말상 마그네타이트 및 공지의 자성 토너 물질로 이루어진다. 대전 부재의 전기 저항은 환경 조건, 대전 효율, 감광성 부재 표면층의 유전 강도에 따라 적절히 선택된다. 감광성 부재(101) 및 접촉형 대전 부재(202) 사이의 갭은 자기 브러쉬 층(202-1)의 닙을 인정화시키기 위해 특정 거리를 두고 고정되어야 한다. 거리는 바람직하게는 50 내지 2000 μm, 보다 바람직하게는 100 내지 1000 μm이다. 전압 공급원(203)은 DC 전압 Vdc를 다극성 자성체(202-2) 및 자기 브러쉬층(202-1)에 인가하여 회전하는 감광 드럼(101)의 외주 표면을 균일하게 대전시킨다.

화상 신호에 따라 강도-변조된 레이저 광선과 같은 광선(105)가 감광 드럼을 주사하여 감광 드럼상에 잠상을 형성시킨다. 현상 슬리브(106)상에 도포된 현상제에 의해 잠상이 현상된다. 현상된 잠상은 전사 롤러(108)에 의해 전사 수용 매체(107)로 전사된다. 감광 부재상에 비전사된 채로 존재하는 현상제는 세정 블레이드(109)에 의해 감광 드럼(101)으로 부터 제거된다. 전사 수용 매체(107)상의 전사된 상은 도면에 도시되지 않은 정착 장치에 의해 정착된 후 장치로 부터 배출된다.

이 시스템은 접촉 특성, 및 감광 부재와 접촉형 대전 부재 사이의 마찰 특성을 개선시키고, 기계적 마모 및 기타 열화를 현저하게 감소시킨다.

(3) 비-단결정 규소형 감광 부재

전자 사진술에 있어서, 감광 부재를 제조하기 위한 광전도 물질은 고감도, 높은 SN비[광전류(Ip)/암전류(Id)], 전자파 조사의 스펙트럼 특성에 적절한 흡수 스펙트럼, 빠른 광감응성, 바람직한 암소 저항, 사용시 인체에 무해성 등을 요구한다. 특히, 사무 기기로서 사무실에서 사용되는 화상 형성 장치내로 삽입되는 감광 부재는 사용시 소음을 내지 않을 것이 요구된다.

상기한 특성을 갖는 우수한 재료는 수소 첨가 무정질 규소(이하 a-Si:H로 함), 비-단결정 규소형 재료이다. 예를 들어, 일본국 특허 공개 제60-35069호는 화상 형성 장치의 감광 부재로서 이의 사용을 기재하고 있다.

a-Si:H를 사용하는 화상 형성 장치를 위한 감광 부재는 광전도 지지체를 50 내지 400 ℃로 가열하고 그 위에 a-Si로 구성된 광전도층을 진공 증착, 스퍼터링, 도금, 열 CVD, 광보조 CVD 및 플라즈마 CVD 등의 필름 형성법으로 형성시켜 제조한다. 이들 방법중에서, 실용적으로 적절히 이용되는 것은 공급 기체가 DC, 고주파, 마이크로파에 의한 글로우 방전에 의해 분해되어 지지체상에 a-Si 증착 필름을 형성하는 플라즈마 CVD이다.

또 다른 방법으로, 일본국 특허 출원 공개 제54-83746호는 광전도 지지체 및 구성 원소로서 할로겐 원자를 함유하는 비단결정 규소 재료 형태의 무정질 규소로 구성된 광전도층으로 구성된 화상 형성 장치용 감광성 부재를 개시하고 있다. 일본국 특허 출원 공개 제54-83746호에 따르면, 할로겐 원자를 1 내지 40 원자 %의 함량으로 함유하는 a-Si는 높은 내열성, 화상 형성 장치용 감광 부재의 광전도층에 우수한 전기 및 광학적 특성을 갖는 광전도층을 제공한다.

일본국 특허 출원 공개 제57-11556호는 주로 규소 원자로 구성된 무정질 재료로 구성된 광전도층상에 규소 원자 및 탄소 원자를 함유하는 광전도성 무정질 재료로 이루어진 표면층을 형성함으로써, 암소 저항성, 감광성 및 광 감응성과 같은 전기적, 광학적 광전도 특성; 내습성과 같은 환경적 특성 및 경제적 안정성을 개선시키는 것을 기재하고 있다.

일본국 특허 출원 공개 제50-67951호는 감광 부재에 무정질 규소, 탄소 및 산소 및 불소를 함유하는 투광성 절연 상부 코팅층을 적층시키는 것을 기재하고 있다.

일본국 특허 출원 공개 제62-168161호는 구성 원소로서 규소 원자, 탄소 원자 및 41 내지 70 원자 %의 할로겐 원자를 함유하는 무정질 재료로 부터 표면층을 형성하는 것을 개시하고 있다.

일본국 특허 출원 공개 제57-158650호는 화상 형성 장치를 위한 고감도 및 고저항의 감광 부재로서, 광정도층으로서 10 내지 40 원자 %의 수소 원자를 함유하는 a-Si:H를 사용하고 2100 cm^-1에서의 IR 흡수 계수 대 2000 cm^-1에서의 IR 흡수 계수의 비가 0.2 내지 1.7의 범위인 감광 부재를 개시하고 있다.

일본국 특허 공개 제6-95551호는 무정질 규소 감광 부재에 의해 형성된 화상 품질의 개선을 개재하고 있는데, 감광성 부재의 표면상 물의 흡착 및 그 결과로 야기되는 화상 스며듬을 방지하기 위해 감광 부재의 표면 및 그 근처의 온도는 대전, 광노출 현상 및 화상 전사의 화상 형성 단계를 통하여 30 내지 40 ℃로 유지된다.

이러한 기술은 전기, 광학 및 광전도 특성 및 화상 형성 감광 부재의 환경 특성을 개선시켜 화상 품질을 개선시켰다.

(4) 환경적 역효과 상쇄를 위한 가열기

감광 부재상 습기에 의한 상기 화상 스며듬을 방지하기 위하여, 감광 부재안에 일반적으로 가열기를 제공한다. 일반적으로, 실린더형 감광 부재안에 평면 또는 막대형 전기 가열기가 장치된다.

일본국 실용 신안 공개 제1-34205호는 화상 스며듬을 방지하기 위한 가열기로 가열하는 것이 개시되어 있다. 그러나, 연속적인 가열은 상기한 바와 같이 동력 소비를 증가시킨다.

한편, 상기 무정질 규소 감광 부재는 화상 형성 장치에 사용될 때 하기한 문제점을 갖는다(부정질 규소 감광 부재의 생산 공정을 하기 상세히 설명한다).

사무기기의 소형화 요건을 만족시키기 위해 종래의 코로나 대전 장치에 비하여 자성 입자를 브러쉬로서 사용하는 상기 전압 인가형 대전 장치를 사용하여 화상 형성 장치를 소형화시킬 수 있다. 그러나, 오존을 거의 또는 전혀 생산하지 않는, 자성 입자를 브러쉬로서 사용하는 대전 장치에 있어서도, 자기 브러쉬와 같은 세정기와의 마찰 및 가열기로의 가열은 기타 감광성 부재보다 훨씬 긴 수명을 갖는 무정질 규소 감광 부재에 필요하다. 따라서, 자기 브러쉬와 같은 세정기를 사용한 마찰 없이 화상 스며듬은 장기간 동안 연속적으로 피하기가 쉽지 않다. 한편, 세정을 위한 마찰에 자기 브러쉬가 사용되는 한, 더 이상은 소형화는 이루어질 수 없다.

상기한 화상 스며듬의 문제와는 별도로, 감광 부재의 특성이 주로 온도에 의존하는 한, 감광 부재의 온도는 가열기에 의해 조절될 필요가 있으며, 이는 장치를 소형화하기 위해 감광 부재의 직경을 줄이는 것을 어렵게 한다.

따라서, 화상 형성 장치 및 전자사진 화상 형성 공정의 개발에 있어서, 화상 형성 장치용 감광성 부재, 대전 장치 및 화상 형성 장치의 전자사진 특성은 상기 문제점들을 고려하여 개선되어야 한다.

본 발명은 사용되는 피대전체가 보다 덜 온도 의존적인 기능 특성을 가지고, 대전을 위해 자성 입자가 피대전체와 접촉하게 되며, 가열 공급이 사용되지 않거나 에너지가 절약될 수 있고, 또한 고품질 화상이 장기간 동안 제공될 수 있는, 전기 방출이 없이 생태학적으로 바람직한 신규 대전 시스템을 사용하는 화상 형성 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 상기한 화상 형성 장치를 사용하는 화상 형성 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 접촉 대전용 대전 부재, 대전 장치 및 화상 형성 장치의 구성예를 도식적으로 나타내는 구성도.

도 2a 및 도 2b는 자기 브러쉬를 사용하는 대전 부재, 대전 장치 및 화상 형성 장치의 구성예를 도식적으로 나타내는 구성도.

도 3a는 본 발명의 대전 부재, 대전 장치 및 화상 형성 장치의 바람직한 구성예의 도식적인 사시도, 도 3b는 본 발명의 대전 부재, 대전 장치 및 화상 형성 장치의 바람직한 구성예의 도식적인 측면도.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 화상 형성 장치용 감광체의 층을 구성하는 예를 도식적으로 나타내는 구성도.

도 5는 고주파수의 RF 밴드를 사용하는 글로우 (glow) 방전에 따른 본 발명의 화상 형성 장치의 감광체의 광수용층을 형성하기 위한 장치의 예를 도식적으로 나타내는 구성도.

도 6은 고주파수의 VHF 밴드를 사용하는 글로우 방전에 따른 본 발명의 화상 형성 장치의 감광체의 광수용층을 형성하기 위한 장치의 예를 도식적으로 나타내는 도.

도 7은 본 발명의 대전 부재의 브러쉬층의 저항에 대한 피대전체의 대전 상태의 관계의 예를 나타내는 그래프도.

도 8a 및 도 8b은 본 발명의 대전 부재의 자성 분말의 입경 및 다극 자성체의 자력에 대한 캐리어 누출, 브러쉬-연마 불균일도 및 화상 흐름의 관계의 예를 나타내는 그래프도.

도 9 및 도 10은 각각 본 발명의 대전 시간에 대한 감광체의 광 메모리 및 대전 상태의 관계의 예를 나타내는 그래프도.

도 11은 본 발명의 감광체에 대한 대전 부재의 상대 속도에 대한 화상 흐름 및 융착의 관계의 예를 나타내는 그래프도.

도 12는 본 발명의 화상 형성 장치용 감광체의 광전도층의 Si-H₂결합과 Si-H 결합의 흡수 피크 강도의 비에 대한 반색조 밀도 불균일도 (조악도)의 관계의 예를 나타내는 그래프도.

도 13은 본 발명의 화상 형성 장치용 감광체내의 얼벅 테일 (Urbuck tail)의 특성 에너지 (Eu)에 대한 광전도층의 온도 특성의 관계의 예를 나타내는 그래프도.

도 14는 본 발명의 화상 형성 장치용 광전도층의 상태 밀도 (DOS)에 대한 화상 흐름 및 광 메모리의 관계의 예를 나타내는 그래프도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

101. 감광 드럼 102-2. 저항층

103. 전압 인가원 105. 광선

106. 현상 슬리브 107. 전사 수용 매체

108. 전사 롤러 109. 세정 블레이드

300. 대전 부재 301. 자기 브러쉬층

301, 302. 다극 자성체 303. 스페이서

304. 피대전체 305. 판상 부재

306. 닙 1100. 감광체

1101. 지지체 1103. 광전도층

1104. 표면층 1105. 전하 주입 저지층

1107. 전하 발생층 2100. 퇴적 장치

2111, 3111. 반응 용기 2112, 3115. 지지체

2113. 가열기 2114. 기체 도입관

2115, 3120. 고주파 매칭 박스 2200. 기체 공급 장치

3130. 방전 공간

본 발명의 화상형성 장치는 실린더형 다극성 자성체 및 이 다극성 자성체의 외주 표면상의 자성 분말로 형성된 브러쉬층으로 이루어진 대전 부재에 전압을 인가하고, 피대전체의 표면을 브러쉬층의 표면과 반대 방향으로 이동시켜 마찰하여 피대전체의 표면상에 정전하 잠상을 형성하는 화상 형성 장치에 있어서, 피대전체가 전도성 지지체상에 매트릭스로서의 규소 원자 및 수소 및(또는) 할로겐 원자를 함유하는 단결정 재료로 이루어진 광전도성층을 갖는 감광 부재이고; 이 광전도성층은 10 내지 30 원자 %의 수소, 0.2 내지 0.5의 Si-H₂/Si-H 비율, 적어도 광 도입 부분에서의 서브밴드 갭 광 흡수 스펙트럼으로 부터 유도된 50 내지 60 meV에 이르는 익스포넨셜 테일(exponential taik)의 특성 에너지 및 1x10¹⁰내지 5x10¹⁵Ωcm의 표면 저항을 가지며; 다극성 자성체는 500 G 이상의 자기력을 가지고; 자성 분말은 저항이 1x10⁴내지 1x10⁹Ωcm이고 입자 직경은 10 내지 50 μm이며; 피대전체상의 한 점과 브러쉬층과의 접촉 시간이 10 msec 이상이고; 대전 부재와 피대전체가 (a-b)/a x 100 %(여기서, a는 피대전체의 이동 속도이고, b는 대전 부재의 이동 속도이며, 피대전체의 회전 방향을 양으로한다)로 표시되는 110 %이상의 상대 속도로 이동함을 특징으로 한다.

본 발명의 화상형성 방법은 실린더형 다극성 자성체 및 이 다극성 자성체의 외주 표면상의 자성 분말로 형성된 브러쉬층으로 이루어진 대전 부재에 전압을 인가하고, 피대전체의 표면을 브러쉬 층의 표면과 반대 방향으로 이동시켜 마찰하여 피대전체의 표면을 대전시키고, 피대전체의 표면 화상이 형성되는 방식으로 조사하여 정전하 잠상을 형성시키는 화상 형성 방법에 있어서, 피대전체가 전도성 지지체상에 매트릭스로서의 규소 원자 및 수소 및(또는) 할로겐 원자를 함유하는 단결정 재료로 이루어진 광전도성층을 갖는 감광 부재이고; 이 광전도성층은 10 내지 30 원자 %의 수소, 0.2 내지 0.5의 Si-H₂/Si-H 비율, 적어도 광 도입 부분에서의 서브밴드 갭 광흡수 스펙트럼으로 부터 유도된 50 내지 60 meV에 이르는 익스포넨셜 테일의 특성 에너지 및 1x10¹⁰내지 5x10¹⁵Ωcm의 표면 저항을 가지며; 다극성 자성체는 500 G 이상의 자기력을 가지고; 자성 분말은 저항이 1x10⁴내지 1x10⁹Ωcm이고 입자 직경은 10 내지 50 μm이며, 피대전체상의 한 점과 브러쉬층과의 접촉 시간이 10 msec 이상이며; 대전 부재와 피대전체가 (a-b)/a x 100 %(여기서, a는 피대전체의 이동 속도이고, b는 대전부재의 이동 속도이며, 피대전체의 회전 방향을 양으로한다)로 표시되는 110 %이상의 상대 속도로 이동함을 특징으로 한다.

본 발명에 사용되는 피대전체는 광전도성 지지체 및 매트릭스로서의 규소 원자 및 수소 및(또는) 할로겐 원자를 함유하는 단결정 재료로 구성된 광전도성층으로 이루어지며, 광전도성인 광수용층 및 전하를 보유하는 기능을 갖는 표면층으로 이루어진 감광 부재로서, 광전도성층은 10 내지 30 원자%의 수소를 함유하며, 상태 밀도가 1x10¹⁴내지 1x10¹⁶cm^-3이고, 적어도 광 도입 부분에서의 서브밴드-갭 광흡수 스펙트럼으로부터 유도된 50 내지 60 meV의 익스포넨셜 테일(exponential tail)의 특징적 에너지를 가짐으로써, 무정질 규소 감광 부재에 기인한 광기억이 감소되고 전기적 특성의 온도 의존성이 감소되어 감광 부재의 온도 제어의 필요성이 없어진다. 또한, 표면층의 저항이 1x10¹⁰내지 1x10¹⁵Ωcm이고, 다극성 자성체가 500 G 이상의 자기력을 가지며, 자성 분말의 저항이 1x10⁴내지 1x10⁹Ωcm이고, 입자 직경이 10 내지 50 μm이며, 피대전체상 어느 한 지점에서 대전부재와의 접촉 시간이 10 msec 이상임으로써 고 대전 효율이 얻어지고, 충분한 레벨링 효과가 얻어지므로, 전하-제거 광 노출을 생략하거나 상기한 광도전성 층과 함께 강한 전하-제거 광 노출의 경우에도 충분한 대전이 가능하며, 대전성을 감소시키지 않고도 광기억이 감소된다.

상기한 레벨링 효과란 선행 단계에서의 노출 및 비노출 부분의 상태를 레벨링하는 효과를 의미한다. 보다 구체적으로는, 충분히 대전시켜 노출 부분중 잔류 포토캐리어를 몰아냄으로써 노출된 부분의 상태를 비노출된 부분의 상태와 유사하게 만드는 효과, 또는 노출 및 비노출 부분의 상태를 서로 유사하게 하는 전하-제거광을 강하게 조사함으로써 충분량의 포토캐리어를 생산하여 상태에 있어서의 차이를 제거하는 효과를 의미한다.

또한 본 발명에 있어서, 고습 조건하 화상 스며듬을 방지하기 위하여 자기 브러쉬와 같은 세정기로 마찰시키는 것은 대전 부재를 대향 피대전체의 회전 운동과 반대 방향으로 표면 회전시켜 대전 부재의 회전 속도의 피대전체 회전 속도에 대한 비율을 0.1 보다 크도록 조절하고, 직경 10 내지 50 μm의 자성 분말을 사용하여 생략할 수 있다.

본 발명은 도면을 참고로 하여 하기에 상세히 기술된다.

대전 부재

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 대전 부재 및 피대전체를 도식적으로 나타낸다. 도 3a 및 도 3b에서, 접촉형 대전 부재 (300)은 자기 브러쉬층 (301) 및 다극 자성체(302)로 구성된다. 스페이서 (spacer) (303)은 접촉형 대전 부재 (300) 및 피대전체 (304)간의 갭 (gap) (308)을 규제한다. (304)는 원통형 감광체와 같은 피대전체를 나타낸다. 판상 부재 (305)는 자기 브러쉬층 (307)의 두께를 규제한다. (306)은 닙(nip) 폭을 나타낸다.

접촉형 대전 부재 (300)의 다극 자성체 (302)는 아철산염과 같은 금속 및 플라스틱 자석을 포함하는 다극 자성체를 위한 물질, 다극 자성체를 구성할 수 있는 자성체로부터 원통형으로 형성된다. 바람직한 자력선 밀도는 프로세스 속도, 전압 사용에 의한 전기장, 피대전체의 유전상수 및 표면 특성 및 그밖의 요인들에 의존하며, 바람직하게는 자성체 (302)의 표면으로부터 1 mm 거리의 자석 막대의 위치에서 500 가우스 (G) 이상, 보다 바람직하게는 1000 G 이상이다.

피대전체에 대한 자기 브러쉬층 (301)의 변형에 의해 형성된 닙 (306)은 대전 효율에 영향을 미친다. 따라서, 피대전체 (304)의 전위는 닙의 안정적 제어에 의해 조절될 수 있다. 닙은 다양한 방법으로 제어시킬 수 있다. 예를 들면, 도 3b에 나타낸 바와 같은 자기 브러쉬층의 두께 (307)의 변화에 의하여, 또는 대전 부재 (300) 및 피대전체 (304)간의 갭 (308)의 변화에 의하여 제어시킬 수 있다. 갭 (308)은 바람직하게는 50 내지 2000 μm, 보다 바람직하게는 100 내지 1000 μm이다.

다극 자성체 (302)의 주위 표면상에서, 자기 브러쉬층 (301)은 자기력에 의해 흡인되는 자성 분말로부터 형성된다. 자성 분말은 일반적으로 분말상 아철산, 분말상 자철광 및 자성 토너의 공지된 캐리어를 포함한다. 자성 분말의 입경은 일반적으로 1 내지 100 μm, 바람직하게는 50 μm이하이다. 유동성을 개선시키기 위하여, 상이한 입경을 갖는 대전 캐리어를 상기한 입경 범위내로 혼합시킬 수 있다.

미세한 결함이 피대전체의 표면상에 나타나거나, 피대전체의 절연이 누출에 의해 부분적으로 파괴되는 경우, 피대전체의 주축 방향에서 일부에 집중적으로 전류가 흐를 수 있다. 이와 같은 상태에서, 과다하게 낮은 저항을 갖는 브러쉬층 (301)은 주축 방향에서 피대전체의 전 영역을 충분히 대전시킬 수 없는 반면, 과다하게 높은 저항을 갖는 브러쉬층 (301)은 대전 효율의 저하를 나타낸다. 따라서, 외주 및 내주사이의 브러쉬층 (301)의 저항은 바람직하게는 1×10³내지 1×10¹²Ωcm, 보다 바람직하게는 1×10⁴내지 1×10⁹Ωcm이다.

감광체와 같은 피대전체 (304)를 하기에 기술한다.

본 발명에서, 자기 브러쉬를 사용하는 상기한 접촉형 대전 부재 및 하기 기술하는 감광체를 조합하여 사용하고, 비 0.1 이상의 주위 표면 이동 속도로 동일한 방향 (즉, 역 방향으로 이동하는 반대 표면)으로 대전 부재 및 피대전체를 회전시키므로서, 고습 화상 흐름 방지를 위한 자기 브러쉬 등을 사용하는 클리너 (cleaner)를 사용한 연마를 생략할 수 있다. 또한, 감광체상의 소정 부위와 대전 부재의 접촉 시간을 10 밀리 초 이상으로 조절하므로서 고대전 효율 및 충분한 레벨링 효과를 수득할 수 있다. 따라서, 하기 기술하는 광전도층을 조합하므로서 대전-제거 광조사를 생략시킬 수 있거나, 대전 제거를 위한 강한 광조사후에도 충분한 대전을 수득할 수 있다. 따라서, 대전성을 저하시키지 않으면서 광 메모리를 감소 또는 제거시켜, 화상 형성 장치의 소형화 및 생태학적 문제 없이 개선된 화질을 제공하는 화상 형성 시스템의 구축을 가능하게 한다.

감광체

상기한 문제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 발명자들은 상기한 대전체 및 특정한 구성의 감광체의 조합이 광 메모리의 감소, 온도 의존성 저하 및 탁월한 표면 내구성을 수득하며, 장기간 동안 탁월한 화상 안정화의 달성을 가능하게 함을 알아내었다.

비정질 규소형 감광체 (a-Si)

본 발명의 적당한 감광체의 형태인 비정질 규소 감광체를 하기에 기술한다.

비정질 규소 감광체의 광전도층내의 캐리어의 행동을 고려하여, 밴드 갭내의 국지 상태 분포에 대한 대전성 및 광 메모리의 의존성에 대하여 복합적으로 조사한 결과, 본 발명의 발명자들은 상태의 밀도를 일정 한계내의 특정한 에너지 범위로 제어하므로서, 상기 목적을 달성할 수 있음을 알아내었다. 보다 특정하게는 매트릭스로서 규소 원자 및 수소 원자 및 (또는) 할로겐 원자를 함유하는 비 단결정 재료로 구성되고, 특정한 층 구조를 갖도록 고안된 감광층을 갖는 감광체는 모든 면에서 통상적 감광체와는 대조적으로, 특히 화상 형성 장치용 감광체로서 실용적으로 탁월한 특성을 나타낸다.

본 발명의 화상 형성 장치용 감광체는 전기 전도성 지지체, 및 매트릭스로서 규소 원자를 갖는 비 단결정 재료로 이루어진 광전도층을 포함하는 감광층으로 구성된다. 광전도층은 10 내지 30 원자% 함량의 수소를 함유하고, 적어도 광도입부에서 상태 밀도 1×10¹⁴내지 1×10¹⁶cm^-3이고, 광 흡수 스펙트럼으로부터 유도된 지수 테일에서 특성 에너지 50 내지 60 meV이다.

상기한 구성을 갖는 본 발명의 화상 형성 장치용 감광체는 상기한 모든 문제를 해결하며, 전기적, 광학적 및 광전도성, 화질, 내구성 및 환경 조건에 대한 내성에서 탁월하다.

일반적으로 a-Si:H의 밴드 갭내에는 Si-Si 결합의 구조적인 장애로 야기되는 테일 준위, 및 Si의 미결합수 (dangling bond)와 같은 구조적인 결함에 의해 야기되는 깊은 준위(deep level)가 있다. 이와 같은 준위는 전자 및 정공을 포획, 재결합 중심으로서 작용하여 원소의 특성을 저하시키는 원인이 된다.

밴드 갭내의 국지 준위의 상태는 일반적으로 깊은 준위 분광 분석법, 등온 용량 과도 분광 분석법, 광열 편향 분광 분석법, 일정 광전류법등에 의해 측정할 수 있다. 이와 같은 측정법 중에서, 일정 광전류법 (이후, CPM으로서 언급됨)이 a-Si:H의 국지 준위에 의해 야기되는 서브-갭(sub-gap) 광 흡수 스펙트럼의 측정을 위한 간편한 방법으로서 유용하다.

본 발명의 발명자들은 감광체 및 상태의 밀도 (이후, DOS로 언급함)의 특성 및 CPM에 의하여 측정된 광 흡수 스펙트럼으로부터 유도된 지수 테일 (얼벅 테일)의 특성 에너지(이후, Eu로 언급함) 간의 연관성을 다양한 조건하에 조사하였다. 결과로서, 본 발명자들은 Eu 및 DOS가 온도 특성 및 a-Si 감광체의 광 메모리에 대한 중요한 인자임을 알아내었다. 본 발명은 상기한 발견을 기초로 하여 완성되었다.

감광체를 드럼 가열기 등에 의해 가열하는 경우, 감광체의 대전능이 저하된다. 이는 밴드 테일의 국지 준위 및 밴드 갭의 깊은 국지 준위로부터 포획, 방출됨을 통하여 대전 전기장에 의해 표면으로 이동되는 열적 여기된 캐리어에 의한 표면 대전의 제거로 인한 것이다. 감광체가 대전 장치를 통과하는 동안, 표면상의 열적 여기된 캐리어는 감광체의 대전능에 거의 영향을 미치지 않는다. 그러나, 감광체가 대전 장치 위치를 통과한 후, 깊은 준위에 포획된 캐리어가 표면에 도달하고, 표면 대전을 제거시키며, 이는 감광체의 온도 특성으로서 관찰된다. 또한, 대전 장치를 통과한 후 형성된 열적 여기된 캐리어가 표면 대전을 제거시키게 되어 대전능을 저하시킨다. 따라서, 감광체의 온도 특성을 개선시키기 위하여, 감광체가 사용되는 온도 범위에서 열적 여기된 캐리어의 형성을 방지시키고, 열적 여기된 캐리어의 주행성을 가속화시켜야 한다.

광 메모리는 블랭크 노광 또는 화상 노광에 의해 형성되고 밴드 갭내의 국지 준위에서 포획된 잔류 광 캐리어가 광전도층내에 잔류하므로서 발생된다. 즉, 반복 주기후에 잔류하는 광 캐리어가 대전 단계 이후의 표면을 대전시키기 위하여 전기장에서 방출되어 광조사된 부분의 전위를 저하시켜, 화상 밀도의 불규칙성을 야기시킨다. 따라서, 1 반복 주기내에 표면에 도달하기 위하여 광 캐리어의 주행성을 개선시켜야 한다.

본 발명에 따르면, 특정한 에너지 범위내에서 Eu 및 DOS를 규제하여 열적 여기된 캐리어의 형성을 지연시키고, 국지 준위에 의해 포획된 광 캐리어 및 열적 여기된 캐리어의 비를 감소시키므로서, 상기한 캐리어 (이후, 대전 캐리어로서 언급함)의 주행성을 현저하게 개선시키며, 광 메모리의 발생을 억제시킨다. 결과적으로, 감광체는 환경 조건의 변화에 대하여 안정하고, 충분한 반색조 및 고해상도를 갖는 안정한 고화질을 제조한다.

피대전체

본 발명의 피대전체를 도면을 참고로 하여 하기에 상세히 기술한다.

도 4a 내지 4d는 본 발명의 화상 형성 장치용 피대전체로서 감광체의 예를 나타내는 도식적인 단면도이다.

화상 형성 장치용 도 4a에 나타낸 감광체 (1100)는 지지체 (1101) 및 지지체상에 적층된 광전도층 (1103)으로 구성된다. 광전도층 (1103)은 비 단결정 규소형 물질로서 수소화 및 (또는) 할로겐화 비정질 규소 [a-Si (H, X)]으로 이루어지고, 광전도성울 갖는다.

화상 형성 장치용 도 4b에 나타낸 감광체 (1100)은 지지체 (1101), 광전도층 (1103) 및 지지체 위에 연속적으로 적층된 표면층 (1104)으로 구성된다. 광전도층 (1103)은 a-Si(H,X)로 이루어지고, 광전도성을 갖는다. 표면층 (1104)은 비정질 규소형이고, 필요하다면, 탄소 원자 및 (또는) 그밖의 원자를 함유할 수 있다.

화상 형성 장치용 도 4c에 나타낸 감광체 (1100)은 지지체 (1101), 광전도성을 갖는 a-Si (H,X)로 이루어진 광전도층 (1103), 비정질 규소형 표면층과 같은 표면층 (1104), 13 족 (또는 Ⅲb) 및 15 족 (또는 Vb)의 임의의 원자, 산소, 및 필요하다면 탄소를 함유하는 비 단결정형 물질로 이루어진 비정질 규소형 전하 주입 방지층과 같은 전하 주입 방지층 (1105)로 이루어진다.

화상 형성 장치용 도 4d에 나타낸 감광체 (1100)는 지지체 (1101); a-Si (H,X)로 이루어진 전하 발생층 (1107) 및 광전도층 (1103)으로 구성된 전하 운반층 (1108); 및 비정질 규소형 표면층과 같은 표면층 (1104)로 이루어진다.

도 4a 내지 4d에서 (1106)은 감광체 (1100)의 표면을 나타낸다.

지지체

본 발명에서 사용된 지지체는 전기 전도성 또는 절연성일 수 있다. 전기 전도성 지지체용 물질은 Al, Cr, Mo, Au, In, Nb, Te, V, Ti, Pt, Pd 및 Fe와 같은 금속 및 스테인레스강과 같은 그의 합금을 포함한다. 지지체는 전기 전도층이 형성되는 1 이상의 표면상에 전기 전도 처리된 절연 지지체일 수 있다. 절연 지지체용 물질은 폴리에스테르 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리카르보네이트 수지, 셀룰로오스 아세테이트 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리비닐 클로라이드 수지, 폴리스티렌 수지 및 폴리아미드 수지와 같은 합성 수지의 필름 또는 시트를 포함한다.

본 발명에서 사용된 지지체 (1101)은 원통형 또는 매끈한 표면 또는 거친 표면을 갖는 평평하고 끝이 없는 벨트형일 수 있다. 지지체의 두께는 화상 형성 장치를 위하여 목적 감광체 (1100)을 형성하는 데 적당하도록 고안될 수 있다. 화상 형성 장치용 감광체 (1100)가 유연성일 것이 필요한 경우, 지지체가 지지의 작용을 수행할 수 있도록 가능한 한 얇을 필요가 있다. 그러나, 지지체 (1101)은 통상적으로 제조 및 취급의 기계적 강도를 고려하여 10 μm 이상이다.

특히, 레이저 빔과 같은 간섭성 광선을 화상 기록용으로 사용하는 경우, 지지체 (1101)의 표면은, 가시 화상내에 나타난 간섭 무늬에 의해 야기되는 화상 결함을 방지하기 위하여, 대전 캐리어가 실질적으로 감소되지 않는 범위내로 조면화될 수 있다. 지지체 (1101)의 표면의 조면화는 문헌 (일본 특허 공개 제 60-168156 호, 제 60-178457 호 및 제 60-225854 호)에 기재된 공지된 방법에 의해 수행할 수 있다.

레이저 빔과 같은 간섭 광선을 사용한 간섭 무늬에 의해 야기되는 화상 결함은, 대전 캐리어가 실질적으로 감소되지 않는 한, 지지체 (1101)의 표면상에 구형 요철을 형성시키므로서 효과적으로 방지할 수 있다. 보다 구체적으로는, 지지체 (1101)의 표면은 감광체 (1100)에 필요한 화상 해상의 크기 보다 미세한 구형 요철에 의해 조면화된다. 지지체 (1101)의 표면상의 미세한 구형 요철에 의한 조면화는 예를 들면, 일본 특허 공개 제 61-231561 호에 기재된 바와 같은 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다.

그밖의 방법에서, 레이저 빔과 같은 간섭성 광선을 사용한 간섭 무늬에 의해 야기된 화상 결함은 광전도층 (1103) 내 또는 아래의 광선 흡수층과 같은 간섭 방지층 또는 영역을 제공하므로서 방지될 수 있다.

광전도층

목적 층 특성을 수득하기 위하여 선택된 필름 형성 파라미터 조건하의 진공 침착 필름 형성 방법에 의하여 지지체 (1101)상에 광전도층 (1103)이 형성될 수 있으며, 필요에 따라 성능을 유효하게 획득하기 위한 서빙 (subbing)층 (도면에는 나타나지 않음)이 사이에 위치한다. 박막 형성 방법은 글로우 방전법 (저주파수 CVD, 고주파수 CVD 및 마이크로파 CVD와 같은 AC 방전 CVD 및 DC 방전 CVD), 스퍼터링법, 진공 증기 침착법, 이온 도금법, 광 보조 CVD법, 열 CVD법 및 그밖의 박막 침착법을 포함한다. 박막 형성 방법은 제조 조건, 필요한 자본 투자, 생산 규모, 제조된 화상 형성 감광체의 필요한 특성을 고려하여 선택된다. 이 방법중에서, 글로우 방전 방법, 특히 RF 밴드 또는 VHF 밴드를 사용하는 고주파수 글로우 방전 방법이 목적 특성을 갖기 위한 화상 형성 감광체의 제작 조건의 제어의 용이성면에서 적당하다.

감광층 (1103)의 형성용 글로우 방전에서는 일반적으로 규소 원자 (Si)를 공급하기 위한 Si 원 기체, 수소 원자를 공급하기 위한 H 원 기체 및/또는 할로겐 원자 (X)를 공급하기 위한 X 원 기체를 진공 반응 용기로 적당한 기체 상태로 도입하고, 반응 용기내에서 글로우 방전이 발생되어 반응 용기내에 소정 위치에 고정된 지지체 (1101)상의 a-Si (H, X)와 같은 비 단결정 규소층을 형성한다.

광전도층 (1103)은 본 발명에서 수소 원자 및 (또는) 할로겐 원자를 함유할 것이 요구된다. 수소 원자 및 (또는) 할로겐 원자의 혼입은 규소 원자의 미결합수들을 소모시켜 층 품질을 개선시키고, 광전도성 및 대전 보유 특성을 개선시키는 데 필수적이다. 수소 원자 또는 할로겐 원자의 함량 또는 수소 및 할로겐 원자를 합한 함량은 바람직하게는 총 규소 원자 및 수소 원자 및 (또는) 할로겐 원자를 기준하여 10 내지 30 원자%, 보다 바람직하게는 15 내지 25 원자%이다.

본 발명에 유용한 Si 원 기체는 SiH₄, Si₂H₆, Si₃H₈및 Si₄H₁₀과 같은 기체상 또는 기체화 가능한 규소 수화물 (실란)을 포함한다. 이중에서, SiH₄및 Si₂H₆가 층 형성에서 취급 용이성 및 Si 공급의 효율면에서 바람직하다.

바람직하게는 필름 구조로의 수소 원자의 도입비의 조절을 용이하게 하고, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 필름 특성을 수득하기 위하여, 층 형성에 필요한 비로 H₂및 (또는) He 또는 수소 함유 규소 화합물의 기체와 상기 기체를 혼합시킨다. 사용되는 각 기체는 단일 종, 또는 다수의 종의 조합일 수 있다.

본 발명에서 할로겐 원자 공급용으로 유효한 기체 원은 할로겐 기체 및 할로겐화물, 할로겐 화합물 및 할로겐 치환 실란 유도체와 같은 기체상 또는 기체화가능한 할로겐 화합물을 포함한다. 구성 원소로서 규소 및 할로겐을 갖는 기체상 또는 기체화가능한 할로겐 함유 규소 수화물 화합물이 유용하다. 본 발명에서 적당하게 사용되는 특정한 할로겐 화합물은 불소 기체 (F₂), 및 BrF, ClF, ClF₃, BrF₃, BrF₅, IF₃및 IF₇과 같은 할로겐 화합물을 포함한다. 할로겐 함유 규소 화합물 또는 할로겐 치환된 실란 유도체는 SiF₄및 Si₂F₆와 같은 특정한 불화규소를 포함한다.

광전도층 (1103)내에 함유된 수소 원자 및 (또는) 할로겐 원자의 양은 예를 들면, 지지체 (1101)의 온도, 수소 원자 및 (또는) 할로겐 원자용 원료 물질의 반응 용기 도입양, 방전 전력 등에 의해 조절될 수 있다.

광전도층 (1103)은 바람직하게는 본 발명에서 필수적인 전도성을 조절할 수 있는 원자 (전도성 제어 원자)를 함유한다. 전도성 제어 원자는 광전도층 (1103)을 통하여 균질하게 분포시키거나, 광전도층 (1103)의 두께 방향으로 비균질하게 분포시킬 수 있다.

전도성 제어 원자는 p-형 전도성을 나타내는 13 족 (또는 Ⅲb) 원자 (이후, Ⅲb 원자로 언급함) 및 n-형 전도성을 나타내는 15 족 (또는 Vb) 원자 (이후, Vb 원자로 언급함)와 같은 반도체 기술 분야의 소위 불순물을 포함한다.

Ⅲb 원자는 구체적으로 붕소 (B), 알루미늄 (Al), 갈륨 (Ga), 인듐 (In) 및 탈륨 (Tl)을 포함한다. 이와 같은 Ⅲb 원자에서, B, Al 및 Ga가 특히 바람직하다. Vb 원자는 구체적으로는 인 (P), 비소 (As), 안티몬 (Sb) 및 비스무트 (Bi)를 포함한다. 이와 같은 Vb 원자에서, P 및 As가 특히 바람직하다.

광전도층 (1103)내의 전도성 제어 원자의 함량은 바람직하게는 1×10^-2내지 1×10⁴원자 ppm, 보다 바람직하게는 5×10^-2내지 5×10³원자 ppm, 보다 더 바람직하게는 1×10^-1내지 1×10³원자 ppm이다.

광전도층 (1103)용 원 기체와 함께 기체 상태의 Ⅲb 원자 또는 Vb 원자의 도입용 원료 물질을 반응 용기내로 도입시키므로서, Ⅲb 또는 Vb 원자를 포함하는 전도성 제어 원자를 층으로 구조적으로 도입시킨다. Ⅲb 원자 또는 Vb 원자 도입용 원료 물질은 바람직하게는 적어도 층 형성 조건하에서 용이하게 기체화가능하거나 통상 온도 및 압력에서 기체 상태인 것이다.

Ⅲb 원자 도입용 원료 물질은 구체적으로는 붕소 원자 도입용 B₂H₆, B₄H₁₀, B₅H₉, B₅H₁₁, B₆H₁₀, B₆H₁₂및B₆H₁₄와 같은 붕소 수화물 및 BF₃, BCl₃및 BBr₃와 같은 붕소 할로겐화물; 및 AlCl₃, GaCl₃, Ga (CH₃)₃, InCl₃및 TlCl₃을 포함한다.

Vb 원자 도입용 원료 물질은 구체적으로는 인 원자 도입을 위한 PH₃및 P₂H₄와 같은 인 수소화물 및 PH₄I, PF₃, PF₅, PCl₃, PCl₅, PBr₃, PBr₅및 PI₃와 같은 인 할로겐화물; 및 AsH₃, AsF₃, AsCl₃, AsBr₃, AsF₅, SbH₃, SbF₃, SbF₅, SbCl₃, SbCl₅, BiH₃, BiCl₃및 BiBr₃를 포함한다.

전도성 제어 원자 도입용 원료 물질은 필요에 따라 H₂및 (또는) He에 의해 희석될 수 있다.

본 발명에서 광전도층 (1103)은 탄소 원자 및 (또는) 산소 원자 및 (또는) 질소 원자를 유효하게 함유할 수 있다. 탄소 원자 및 (또는) 산소 원자 및 (또는) 질소 원자의 함량은 총 규소 원자, 탄소 원자, 산소 원자 및 질소 원자의 양을 기준으로 바람직하게는 1×10^-5내지 10 원자%, 보다 바람직하게는 1×10^-4내지 8 원자%, 보다 더 바람직하게는 1×10^-3내지 5 원자%이다. 탄소 원자 및 (또는) 산소 원자 및 (또는) 질소 원자는 광전도층을 통하여 균일하게 분포될 수 있거나, 광전도층의 두께 방향에서 함량의 변화가 있도록 비균일하게 분포될 수 있다.

광전도층 (1103)의 두께는 목적하는 전자 사진 특성 및 경제적 효과를 고려하여 적당히 고안되며, 바람직하게는 20 내지 50 μm, 보다 바람직하게는 23 내지 45 μm, 보다 더 바람직하게는 25 내지 40 μm이다.

Si 원 기체와 희석 기체의 혼합비, 반응 용기내의 기체압, 방전 전력 및 지지체의 온도는 본 발명의 목적을 이루기 위한 목적 층 특성을 갖는 광전도층을 형성하기 위하여 적당하게 선택되어야 한다.

희석 기체로서 H₂및 (또는) He의 유속은 층 디자인에 따라 적당한 범위내에서 선택된다. Si 원 기체에 대한 H₂및 (또는) He의 비는 용량을 기준하여 통상적으로 3 내지 20, 바람직하게는 4 내지 15, 보다 바람직하게는 5 내지 10이다.

반응 용기내의 기체압은 층 디자인에 따라 적당한 범위내로 선택된다. 압력은 통상적으로 1×10^-4내지 10 토르, 바람직하게는 5×10^-4내지 5 토르, 보다 바람직하게는 1×10^-3내지 1 토르이다.

방전 전력은 층 디자인에 따라 적당한 범위내로 선택된다. 방전 전력은 통상적으로 Si 원 기체의 유속에 대하여 2 내지 7배, 바람직하게는 2.5 내지 6 배, 보다 바람직하게는 3 내지 5배의 범위로 설정한다.

지지체 (1101)의 온도는 층 디자인에 따라 적당한 범위내로 선택된다. 온도는 바람직하게는 200 내지 350℃, 보다 바람직하게는 230 내지 330℃, 보다 더 바람직하게는 250 내지 310℃의 범위이다.

지지체의 온도 및 기체압의 바람직한 범위는 광전도층의 형성에 대하여 상기한 바와 같다. 그러나, 각 조건은 독립적으로 결정되서는 안되며, 목적 특성의 광전도체를 수득하기 위하여 유기적으로 결정되어야만 한다.

표면층

본 발명에서 비정질 규소형과 같은 비 단결정 규소형의 표면층 (1104)는 바람직하게는 상기한 지지체 (1101)의 광전도층 (1103)상에 추가로 형성된다. 표면 (1106)을 갖는 표면층 (1104)은 내습성, 반복 사용상의 특성, 내유전성, 내환경성 및 광전도층의 내구성을 개선시켜 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 설계된다.

광전도층 (1103) 및 표면층 (1104)는 본 발명의 구성 원소로서 통상적으로 규소 원자를 함유하므로, 층 계면은 화학적으로 안정성이 충분하다.

표면층 (1104)는 임의의 비 단결정 규소형 물질로부터 제조될 수 있다. 그를 위한 바람직한 물질은 수소 원자 (H) 및 (또는) 할로겐 원자 (X) 및 탄소 원자를 함유하는 비정질 규소 (이후, a-SiC (H,X)로 언급함); 수소 원자 (H) 및 (또는) 할로겐 원자 (X) 및 산소 원자를 함유하는 비정질 규소 (이후, a-SiO (H,X)로 언급함); 수소 원자 (H) 및 (또는) 할로겐 원자 (X) 및 질소 원자를 함유하는 비정질 규소 원자 (이후, a-SiN (H,X)로 언급함); 수소 원자 (H) 및 (또는) 할로겐 원자 (X) 및 1 이상의 탄소 원자, 산소 원자 및 질소 원자등을 함유하는 비정질 규소(이후, a-SiCON (H, X)로 언급함)를 포함한다.

본 발명에서 표면층 (1104)는 본 발명의 목적을 효과적으로 달성하기 위하여 선택된 필름 형성 파라미터 조건하에 진공 침착 필름 형성법에 의하여 형성될 수 있다. 박막 형성 방법은 글로우 방전법 (저주파수 CVD, 고주파수 CVD 및 마이크로파 CVD와 같은 AC 방전 CVD 및 DC 방전 CVD), 스퍼터링법, 진공 증기 침착법, 이온 도금법, 광 보조 CVD법, 열 CVD법 및 그밖의 박막 침착법을 포함한다. 박막 형성 방법은 제조 조건, 필요한 자본 투자, 생산 규모, 제조되는 화상 형성 감광체의 필요한 특성을 고려하여 선택된다. 생산성 면에서, 광전도층에서와 동일한 박막 형성 방법을 사용하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 이론적으로 a-SiC (H, X)의 표면층 (1104)의 형성용 글로우 방전에서 규소 원자 공급용 Si 원 기체, 탄소 원자 공급용 C 원 기체, 수소 원자 공급용 H 원 기체 및 (또는) 할로겐 원자 (X) 공급용 X 원 기체를 탈기된 반응 용기로 적당한 기체 상태로 도입하고, 반응 용기내에서 글로우 방전을 발생시켜 반응 용기내의 소정 위치에서 고정된 지지체 (1101)상의 광전도층 (1103)상에 a-SiC (H, X)의 층을 형성시킨다.

본 발명의 표면층 (1104)은 규소를 함유하는 임의의 비 단결정 물질로부터 제조될 수 있다. 이를 위하여 바람직한 물질은 탄소, 질소 및 산소로부터 선택된 1 이상의 원소를 함유하는 규소 화합물, 특히 주로 a-SiC로 구성된 규소 화합물을 포함한다. 표면층의 주요 성분 a-SiC은 총 규소 원자 및 탄소 원자의 양을 기준하여 30 내지 90 원자%의 탄소 함량을 갖는다.

본 발명에서 표면층 (1104)은 바람직하게는 수소 원자 및 (또는) 할로겐 원자를 함유한다. 규소 원자의 미결합수를 소모시켜 층 품질을 개선시키고, 광전도성 및 대전 보유 특성을 개선시키기 위하여 수소 원자 및 (또는) 할로겐 원자의 혼입이 표면층에 필수적이다. 수소 원자의 함량은 전체 구성 원자를 기준하여 통상적으로 30 내지 70 원자%, 바람직하게는 35 내지 65 원자%, 보다 바람직하게는 40 내지 60 원자%이다. 불소 원자의 함량은 통상적으로는 0.01 내지 15 원자 %, 바람직하게는 0.1 내지 10 원자%, 보다 바람직하게는 0.6 내지 4 원자%이다.

상기한 함량 범위로 수소 및 (또는) 불소 원자를 함유하는 감광체는 실용적으로 탁월하다. 특히, 주로 탄소 원자 및 규소 원자의 미결합수에 의해 주로 야기되는 표면층의 결함은 화상 형성 감광체의 특성에 역영향, 즉, 예를 들면, 유리 표면으로부터 감광층으로 대전 주입에 의해 야기되는 대전 특성의 열화; 고습과 같은 환경 조건하에 표면 구조의 변화에 의해 야기되는 대전 특성의 변화; 및 코로나 대전 또는 광선 조사시 광전도층으로부터 표면층으로 주입되는 전하의 포집 (상기한 표면층내의 결함에 의한)에 의해 야기되는 반복된 사용에서의 후화상 (afterimage) 현상과 같은 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.

표면층의 수소 함량을 30 원자% 이상으로 제어함으로써 표면층의 결점을 괄목할 만하게 감소시켜 전기적 특성 및 고속 화상 형성에 있어서 상당한 개선을 이룰 수 있다.

그러나, 표면층 내의 수소 함량이 71 원자% 또는 그 이상일 경우, 표면층의 경도가 감소되고, 장기간 반복 사용시 표면층의 내구성의 감소를 야기할 수 있다. 따라서, 상기 범위로의 수소 함량 제어는 목적하는 탁월한 전자 사진 특성을 획득하는데 중요한 요인이다. 표면층의 수소 함량은 H₂기체 유속, 지지체 온도, 방전 전력, 기압 등에 의해 제어될 수 있다.

표면층의 불소 함량을 0.01 원자% 이상으로 제어함으로써, 표면층에서 규소 원자와 탄소 원자가 더욱 효율적으로 결합할 수 있다. 불소 원자는 또한 표면층의 코로나 배출에 의한 손상에 의해 유발되는 규소 원자와 탄소 원자간의 결합 절단을 방지하는 역할도 한다.

불소 함량이 15 원자%를 초과할 경우, 규소 원자 및 탄소 원자간 결합 형성 및 표면층 결합 절단 방지 효과가 전무하거나 거의 없다. 또한, 과량의 불소 원자는 표면층 내의 담체의 주행성을 저해하여 잔류 전위 및 화상 메모리를 현저하게 인가시킨다. 따라서, 상기 범위로의 표면층 내 불소 함량의 제어는 목적하는 전자 사진 특성을 획득하는데 중요한 요인이다. 표면층의 불소 함량은 수소 함량에서와 유사하게 F₂기체 유속, 지지체 온도, 방전 전력, 기압 등에 의해 제어할 수 있다.

본 발명의 표면층 형성에 유용한 규소 공급용 기체에는 SiH₄, Si₂H₆, 및 Si₄H₁₀과 같은 기체 상태 또는 기체화 가능한 규소 수화물(실란)이 포함된다. 이들 중에서, SiH₄및 Si₂H₆은 표면층 형성에서의 취급 용이성 및 규소 공급의 효율성 측면에서 바람직하다. 규소 공급용 기체는 H₂, He, Ar 및 Ne와 같은 다른 기체를 이용하여 희석시킬 수 있다.

탄소를 공급하는데 유용한 C 공급용 기체에는 CH₄, C₂H₆, C₃H₈및 C₄H₁₀과 같은 기체 상태 또는 기화가능한 탄화 수소가 포함된다. 이들 중에서, 표면층 형성에서의 취급 용이성 및 규소 공급의 효율성 측면에서 CH₄및 C₂H₆이 바람직하다. C 공급용 기체는 H₂, He, Ar 및 Ne와 같은 다른 기체를 이용하여 희석시킬 수 있다.

질소 또는 산소를 공급하는데 유용한 공급용 기체에는 NH₃, NO, N₂O, NO₂, H₂O, O₂, CO, CO₂및 N₂와 같은 기체 상태 또는 기화가능한 화합물이 포함된다. 질소 또는 산소 공급용 기체는 H₂, He, Ar 및 Ne와 같은 다른 기체를 이용하여 희석시킬 수 있다.

형성된 표면층 (1104)로의 수소 원자의 도입 비율 제어를 좀더 용이하게 하기 위하여, 상기 기체를 바람직하게는 수소 기체 또는 수소 함유 규소 화합물 기체를 표면층 형성시 적당한 비율로 희석시킬 수 있다. 각각의 기체는 단일 종이거나 적당한 비율로 복수 종의 혼합물일 수 있다.

할로겐 원자 공급을 위한 효율적인 공급용 기체는 할로겐 기체, 및 할라이드, 할로겐간 화합물 및 할로겐 치환 실란 유도체와 같은 기체 상태 또는 기화가능한 할로겐 화합물이 포함된다. 규소 및 할로겐을 함유하는 기체 상태 또는 기화가능한 할로겐 함유 수소화규소 화합물이 구성 요소로서 바람직하다. 본 발명에 적절히 이용되는 할로겐 화합물에는 구체적으로 불소 기체(F₂) 및 BrF, ClF, ClF₃, BrF₃, BrF₅, IF₃및 IF₇과 같은 할로겐간 화합물이 포함된다. 할로겐 함유 수소화규소 화합물 또는 할로겐 치환 실란 유도체에는 구체적으로 SiF₄, 및 Si₂F₆과 같은 불화규소가 포함된다.

표면층 (1104)에 함유되는 수소 원자 및(또는) 할로겐 원자의 양은 예를 들어, 지지체 (1101)의 온도, 수소 원자 및(또는) 할로겐 원자의 도입량, 방전 전력 등에 의해 제어될 수 있다.

탄소 원자 및(또는) 산소 원자 및(또는) 질소 원자는 표면층 전체에 걸쳐서 균일하게 분포하거나 또는 표면층 두께 방향으로 불균일하게 분포될 수 있다.

표면층 (1104)는 바람직하게는 본 발명에서 필요로 하는 만큼의 전도성을 제어할 수 있는 원자(전도성 제어 원자)를 함유한다. 전도성 제어 원자는 표면층(1104) 전체에 걸쳐서 균일하게 분포하거나 또는 표면층 두께 방향으로 불균일하게 분포될 수 있다.

전도성 제어 원자에는 반도체 기술 분야에서는 소위 불순물들인, 전술한 바 있는 p-형 전도성을 제공하는 주기율표 상의 IIIb 족 원자 및 n-형 전도성을 제공하는 주기율표 상의 Vb 족 원자가 포함된다.

표면층(1104) 중의 전도성 제어 원자의 함량은 바람직하게는 1×10^-3내지 1×10³원자 ppm, 더욱 바람직하게는 1×10^-2내지 5×10²원자 ppm, 더더욱 바람직하게는 1×10^-1내지 1×10²원자 ppm이다. IIIb 족 원자 및 Vb 족 원자와 같은 전도성 제어 원자들은 반응 용기에 기체 상태의 IIIb 족 원자 또는 Vb 족 원자의 원료 물질과 표면층(1104)의 형성을 위한 공급용 기체를 함께 도입시킴으로써 표면층에 구조적으로 도입된다. IIIb 족 원자 또는 Vb 족 원자의 도입을 위한 원료 물질은 바람직하게는 상온 및 상압에서 기체 상태이거나 또는 적어도 표면층 형성 조건하에서 기화가능해야 한다.

IIIb 족 원소 도입을 위한 원료 물질에는 붕소 원자 도입을 위해서는 B₂H₆, B₄H₁₀, B₅H₉, B₅H₁₁, B₆H₁₀, B₆H₁₂, 및 B₆H₁₄와 같은 수소화붕소 및 BF₃, BCl₃, 및 BBr₃와 같은 할로겐화붕소; 및 AlCl₃, GaCl₃, Ga(CH₃)₃, InCl₃및 TlCl₃이 포함된다.

Vb 족 원자의 도입을 위한 원료 물질에는 인 원자의 도입의 경우, PH₃및 P₂H₄와 같은 수소화인 및 PH₄I, PF₃, PF₅, PCl₃, PCl₅, PBr₃, PBr₅및 PI₃과 같은 할로겐화인 및 AsH₃, AsF₃, AsCl₃, AsBr₃, AsF₅, SbH₃, SbF₃, SbF₅, SbCl₃, SbCl₅, BiH₃, BiCl₃및 BiBr₃이 포함된다.

전도성 제어 원자의 도입을 위한 원료 물질은 필요할 경우, H₂, He, Ar, 및 Ne와 같은 다른 기체를 이용하여 희석시킬 수 있다.

본 발명의 표면층(1104)의 두께는 바람직하게는 0.01 내지 0.3μm, 바람직하게는 0.05 내지 2 μm, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1 μm이다. 두께가 0.01 μm미만인 표면층은 감광체의 이용 기간 동안의 마모 및 기타 원인들때문에 손실될 수 있으며, 반면, 두께가 3μm 이상인 경우 잔류 전위의 증가와 같은 전자 사진 특성을 손상시킨다.

본 발명의 표면층(1104)는 주도 면밀하게 형성되어 목적하는 특성을 획득한다. 형성 조건에 따라, Si, C 및(또는) N 및(또는) 및 H 및(또는) X로 구성된 물질은 결정 상태에서 무정형 상태로의 구조의 변화, 도체 상태에서 반도체 상태를 거쳐 절연 상태로의 전기적 특성 변화; 및 광전 상태로부터 비광전상태로의 광전 특성의 변화를 경험한다. 따라서, 목적하는 특성을 가지는 화합물을 얻기 위해서는 엄선된 제조 조건하에서 표면층을 제조하여야 한다.

표면층(1104)가 주로 유전 강도의 향상을 위해 제공될 경우, 예를 들어, 표면층은 사용 조건하에서 현저한 절연 거동을 보이는 비 단일결정 물질 상태로 제조된다.

표면층(1104)이 주로 연속되는 반복적 조작 특성 및 환경 조건에의 무관성의 향상을 위해 제공된 경우, 표면층은 약간 완화된 전기 절연특성을 가지나 조사광에 약간 더 증가된 감도를 가지는 비 단일결정 물질 상태로 제조된다.

표면층의 저항성을 바람직하게는 적당한 수준으로 제어하여 낮은 저항성에 의해 야기되는 화상 흐름을 방지하고 잔류 전위차의 부정적 영향을 방지하여, 본 발명의 대전 메카니즘에 있어서 높은 대전 효율을 획득한다.

본 발명의 목적 달성을 위한 특성을 가지는 표면층(1104)를 얻기 위하여, 지지체(1101)의 온도, 반응 용기의 기압이 적당히 제어되어야 한다.

지지체의 온도(Ts)는 층설계에 따라 적당한 범위 내에서 선택된다. 이 온도 범위는 바람직하게는 200 내지 350℃이고, 더욱 바람직하게는 230 내지 330℃이고, 더더욱 바람직하게는 250 내지 300℃이다.

반응 용기 내에서의 기압도 층설계에 따라 적당한 범위 내에서 선택된다. 기압은 통상, 1×10^-4내지 10 Torr, 바람직하게는 5×10^-4내지 5 Torr, 더욱 바람직하게는 1×10^-3내지 1 Torr 범위이다.

지지체 온도 및 기압의 바람직한 범위는 표면층 형성에서 전술한 바 있다. 그러나, 목적하는 특성을 가지는 감광체를 제조하기 위하여, 각각의 조건은 독립적으로 결정되어서는 안되며, 상호 유기적 관계로 결정되어야 한다.

표면층보다 소량의 탄소 원자, 산소 원자 또는 질소 원자를 함유하는 블로킹층(하부 표면층)이 추가로 표면층과 광전도층 사이에 제공되어 추가로 대전능과 같은 특성을 향상시킬 수 있다.

표면층(1104)과 광전도층(1103) 사이에, 탄소 원자 및(또는) 산소 원자 및(또는) 질소 원자의 함량이 광전도층(1103)쪽으로 갈수록 감소하는 영역이 제공될 수 있다. 이러한 영역은 표면층과 광전도층 사이의 밀착성을 향상시키며 계면에서의 광반사에 의한 간섭 영향을 감소시킨다.

〈전하 주입 저지층〉

전하 주입 저지층이 본 발명의 광전도 지지체와 광전도층 사이에 제공되어 광전도 지지체 측으로 부터의 전하 주입을 억제한다. 전하 주입 저지층은 극성 의존성을 가져, 감광층 표면이 일정 극성의 대전처리를 받았을때, 지지체 측으로부터 광전도층 측으로의 전하 주입을 억제하는 기능을 하지만, 반대 극성의 대전 처리를 받았을 때에는 이러한 기능을 발휘하지 않는다. 이러한 기능을 부여하기 위해서는, 전하 주입 저지층에 광전도층보다 비교적 더 많은 양의 전도성 제어 원자를 함유시켜야 한다.

전하 주입 저지층에서의 전도성 제어 원자는 층 전체에 걸쳐 균일하게 분포할 수 있거나 또는 층 두께 전체에 걸쳐 연속적이나, 불균일하게 분포할 수 있다. 불균일한 분포의 경우, 전도성 제어 원자는 바람직하게는 지지체 쪽으로 갈수록 그 농도가 증가하도록 분포된다. 그러나, 이 분포는 평면 방향에서의 특성의 균일성을 위해 지지체 표면에 평행한 평면 방향으로 균일해야 한다.

전하 주입 저지층 내에 함유된 전도성 제어 원자는 반도체 기술 분야에서는 소위 불순물들인, p-형 전도성을 제공하는 주기율표 상의 IIIb 족 원자 및 n-형 전도성을 제공하는 주기율표 상의 Vb 족 원자가 포함된다.

전하 주입 저지층에서의 전도성 제어 원자의 함량은 본 발명의 목적을 효과적으로달성하기 위해 바람직하게는 10 내지 1×10⁴원자 ppm, 더욱 바람직하게는 50 내지 5×10³원자 ppm, 더더욱 바람직하게는 1×10²내지 1×10³원자 ppm이다.

전하 주입 저지층은 탄소 원자, 질소 원자, 및 산소 원자 중 어느 하나를 함유하여, 이것과 직접 접촉하는 인접층과의 밀착성을 추가로 향상시킨다.

전하 주입 저지층 내의 탄소, 질소, 또는 산소 원자는 층전체에 걸쳐서 균일하게 분포할 수 있거나 또는 층 두께에 걸쳐서 연속적이지만 불균일하게 분포될 수 있다. 그러나, 어떤 경우이든, 이 분포는 평면 방향에서의 특성의 균일성을 위해 지지체 표면에 평행한 평면 방향으로 균일해야 한다.

본 발명의 전하 주입 저지층 내의 탄소 및(또는) 질소, 및(또는) 산소 원자는 본 발명의 목적을 달성하도록 적절히 선택되어, 그 범위가 바람직하게는 1×10^-3내지 50 원자%, 더욱 바람직하게는 5×10^-3내지 30 원자%, 더더욱 바람직하게는 1×10^-2내지 10 원자%이다.

본 발명의 전하 주입 저지층내에 함유된 수소 원자 및 (또는) 할로겐 원자들은 미결합수를 보상함으로써, 층특성을 향상시킨다. 전하 주입 저지층 내의 수소 원자 함량 또는 할로겐 원자 함량 또는 수소 및 할로겐 원자 함량의 합은 바람직하게는 1 내지 50 원자%, 더욱 바람직하게는 5 내지 40 원자%, 더더욱 바람직하게는 10 내지 30 원자%의 범위이다.

본 발명의 전하 주입 저지층의 두께는 목적하는 전자사진 특성 및 경제 효과를 고려하여 적당히 설계되며, 바람직하게는 0.1 내지 5μm, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 4μm, 더더욱 바람직하게는 0.5 내지 3μm이다.

전하 주입 저지층은 전술한 바 있는 본 발명의 광전도층에서와 같이 진공 침전에 의해 제조된다.

전하 주입 저지층(1105)의 제조에서, 규소 공급용 기체 및 희석 기체의 혼합 비율, 반응 용기내의 기압, 방전 전력 및 지지체(1101)의 온도는 광전층의 경우와 유사하게 적당히 선택된다.

희석 기체로서의 H₂및(또는) He의 유속은 층설계에 따라 적당한 범위내에서 선택된다. 규소 공급용 기체에 대한 H₂및(또는) He의 비율은 부피를 기준으로 하여 1 내지 20배, 바람직하게는 3 내지 15배, 더욱 바람직하게는 5 내지 10배이다.

반응 용기 내의 기압도 층설계에 따라 적당한 범위내에서 선택된다. 기압은 통상 1×10^-4내지 10 Torr, 바람직하게는 5×10^-4내지 5 Torr, 더욱 바람직하게는 1×10^-3내지 1 Torr이다.

방전 전력도 층설계에 따라 적당한 범위 내에서 선택된다. 방전 전력는 규소 공급용 기체의 유속에 비교하였을때, 통상 1 내지 7배, 바람직하게는 2 내지 6배, 더욱 바람직하게는 3 내지 5배이다.

지지체(1101)의 온도는 층설계에 따라 적당한 범위 내에서 선택된다. 온도는 바람직하게는 200 내지 350℃, 더욱 바람직하게는 230 내지 330℃, 더더욱 바람직하게는 250 내지 300℃이다.

희석 기체의 혼합 비율, 기압, 방전 전력 및 지지체의 온도의 바람직한 범위는 상기 전하 주입 저지층의 제조에서 전술한 바 있다. 그러나, 각각의 조건은 독립적으로 결정될 수 없으며, 상호 유기적으로 결정되어 목적하는 특성을 가지는 전하 주입 저지층을 형성한다.

본 발명의 화성 형성용 장치를 위한 감광체의 감광층(1102)은 바람직하게는 지지체(1101)쪽에 적어도 알루미늄, 규소, 수소 및(또는) 할로겐 원자가 층 두께 방향으로 불균일하게 분포된 층영역을 가진다.

본 발명의 화상 형성 장치의 감광체는 바람직하게는 지지체(1101)과 광전도층(1103) 또는 전하 주입 저지층(1105) 사이에 밀착층을 설계하여 각 층간의 밀착성을 추가로 향상시킬 수 있다. 밀착층은 예를 들어, 매트릭스로서 Si₃N₄, SiO₂, SiO 또는 규소 원자를 포함하는 무정형 물질을 포함하며, 수소 원자 및(또는) 할로겐 원자 및 탄소 원자 및(또는) 산소 원자 및(또는) 질소 원자를 함유한다. 추가로, 광흡수층이 제공되어 지지체로부터 반사된 빛에 의해 야기되는 간섭 모양의 발생을 막는다.

〈표면〉

감광체의 표면(1106)의 저항은 바람직하게는 1×10¹⁰내지 1×10¹⁵Ωcm이다.

감광체를 제조하는 장치 및 그 필름 제조 방법을 아래에 상술한다.

도5는 전원 주파수로서 RF 대를 이용한 고주파 플라즈마 CVD법(이하, RF-PCVD로 라고 한다)에 의한 화상 형성 장치용 감광체 제조 장치의 일례를 나타낸 모식적 구성도이다.

이 장치는 기본적으로 퇴적 장치 (2100), 원료 기체 공급을 위한 기체 공급 장치 (2200), 반응 용기 (2111)의 내면을 감압하기 위한 배기 장치(도면에는 나타내지 않음)로 구성된다. 퇴적 장치 (2100) 중의 반응 용기 (2111) 내에는 원통상 지지체 (2112), 지지체 가열용 가열기 (2113), 원료 기체 도입관 (2114)가 설치되어 있다. 고주파수 매칭 박스 (2115)는 반응 용기 (2111)에 접속되어 있다.

원료 기체 공급 장치 (2200)은 SiH₄, GeH₄, H₂, CH₄, B₂H₆, PH₃등의 원료 기체의 기체 실린더 (2221)-(2226), 밸브 (2231)-(2236), (2241)-(2246) 및 (2251)-(2256) 및 매스 플로우 콘트롤러 (2211)-(2216)으로 구성되어 있다. 원료 기체 실린더는 밸브 (2260)을 거처 반응 용기 (2111) 내 기체 도입관 (2114)에 접속되어 있다.

이 장치를 사용하여 퇴적 막의 형성은 예를 들면 다음과 같이 이루어진다.

원통상 지지체 (2112)를 반응 용기 (2111) 내에 설치하고, 반응 용기 (2111)의 안을 도면에 나타내지 않은 배기 장치(예를 들면, 진공 펌프)를 사용하여 배기시킨다. 이어서, 원통상 지지체 (2112)을 지지체 가열기 (2113)에 의해 가열하여 200 ℃ 내지 350℃의 범위의 소정의 온도로 유지시킨다.

퇴적막 형성용의 원료 기체 (2111)는 다음의 단계를 통하여 반응 용기 (2111)에 유입시킨다. 기체 실린더의 밸브 (2231)-(2236) 및 반응 용기의 누출 밸브 (2117)이 밀폐된 것을 확인하고, 유입 밸브 (2241)-(2246), 유출 밸브 (2251)-(2256) 및 보조 밸브 (2260)이 열려 있음을 확인하고 이어서 반응 용기 (2111)의 내면 및 기체 기체 배관 (2116)을 주밸브 (2118)을 열어 배기시킨다. 다음에 진공계 (2119)의 판독이 5 x 10^-6Torr에 도달할 때, 보조 밸브 (2260) 및 유출 밸브 (2251)-(2256)을 닫는다.

이어서, 기체 실린더 밸브 (2231)-(2236)을 열어 실린더 (2221)-(2226)으로부터 각 원료 기체를 공급한다. 각 원료 기체의 압력을 압력 조정기 (2261)-(2266)에 의해 2 ㎏/㎠으로 조정한다. 유입 밸브 (2241)-(2246)을 서서히 열고 각 기체를 매스 콘트롤러 (2211)-(2216)내에 도입시킨다.

장치를 이상과 같이 성막 준비한 후, 이하의 수순으로 각 층을 형성한다.

원통상 지지체 (2112)가 소정의 온도에 도달했을 때, 유출 밸브 (2251)-(2256) 중 필요한 것 및 보조 밸브 (2260)을 서서히 열어 기체 실린더 (2221)-(2226)에서 소정의 기체를 기체 도입관 (2114)를 거쳐 반응 용기 (2111) 내로 도입한다. 다음에, 각 원료 기체의 유속이 매스 콘트롤러 (2211)-(2216)에 의해 소정의 수준이 되도록 조정한다. 동시에, 주밸브 2118의 개구를 열어 반응 용기 (2111) 내의 압력이 1 Torr 이하의 소정의 압력이 되게 진공계 (2119)을 관찰하여 조정한다. 내압이 안정되게 되었을 때, 주파수 13.56 MHz의 RF 전원(도면에 나타내지 않음)을 소망하는 전력으로 설정하여 고주파 매칭 박스 (2115)를 통하여 반응 용기 (2111) 내에 RF 전력을 도입하고, 글로우 방전을 일으킨다. 이 방전 에너지에 의해 반응 용기 내에 도입된 기체가 분해되어 원통상 지지체 (2112) 상에 소정의 실리콘을 주성분으로 하는 퇴적막이 형성된다. 소망하는 두께의 막이 형성된 후, RF 전력의 공급을 중지하고 유출 밸브를 닫아 반응 용기 내로의 기체의 유입을 정지하고 퇴적막의 형성을 종료하였다.

동일한 작업을 수회 반복하여 소망하는 다층 구조의 감광층을 형성한다.

각 층을 형성하는 때에 필요한 원료 기체의 유출 밸브만을 연다는 것은 당연하다.각 층의 형성 후, 잔류 기체는 필요한 경우 반응 용기 (2111) 및 유출 밸브 (2251)-(2265)에서 반응 용기 (2111)에 이르는 배기관에 잔류하는 것을 막기 위하여 유출밸브 (2251)-(2265)를 닫고, 보조 밸브 (2260)을 열고, 주 밸브를 완전히 열어 계내를 고진공으로 배기시킨다.

성막성의 균일화를 위하여, 지지체 (2112)를 층형성 동안 구동 장치(도면에 나타내지 않음)에 의해 소정의 속도로 회전하는 것이 효과적이다.

사용한 기체 종류 및 밸브 조작은 각 층형성 조건에 따라 변경을 가하는 것은 당연하다.

다음에, 전원으로서 HVF 대의 주파수를 사용하여 고주파 플라즈마 CVD(이하, VHF-PCVD라고 한다)법에 의해 화상형성 장치용 감광체를 제조하는 다른 방법을 설명한다.

감광체 제조용 RF-PCVD 장치는 생산 장치의 RF-PVCD (2100)을 도6에 나타낸 퇴적 장치 (3100)으로 대체하고, 이것을 원료 기체 공급계 (2200)에 연결함으로써 얻는다.

이 VHF-PCVD에 대한 장치는 기본적으로 진공 기밀 반응 용기 3111, 원료 기체의 공급 장치 (2200) 및 반응 용기 (2111)의 내면를 감압시키기 위한 배기장치(도면에 나타내지 않음)으로 된 퇴적계로 구성된다. 반응 용기 (3111) 내에는 원통상 지지체 (3112), 지지체 가열용 히터 (3113), 원료 기체 도입관 (3114) 및 전극이 설치되어 있다. 전극에는 다시 고주파 매칭 박스 (3120)이 접속되어 있다. 또, 반응 용기 (3111) 내에는 배기관을 통해 도면에는 나타내지 않은 확산 펌프에 접속되어 있다.

원료 기체 공급 장치 2200은 SiH₄, GeH₄, H₂, CH₄, B₂H₆, PH₃등의 원료 기체의 기체 실린더 (2221)-(2226), 밸브 (2231)-(2236), (2241)-(2246) 및 (2251)-(2256) 및 매스 플로우 콘트롤러 (2211)-(2216)으로 구성되어 있다. 원료 기체 실린더는 밸브 (2260)을 통해 반응 용기 (3111) 내 기체 도입관 (3114)에 접속되어 있다. 원통상 지지체 (3115)에 의해 둘러싸인 공간 (3130)은 방전 공간을 형성한다.

VHF-PCVD법에 의한 장치를 사용하여 퇴적 막의 형성은 예를 들면 다음과 같이 이루어진다.

원통상 지지체 (3115)를 반응 용기 (3111) 내에 설치하고, 구동 장치 (3120)에 의해 지지체 (3115)를 회전시키고, 도면에 나타내지 않은 배기 장치(예를 들면, 진공 펌프)를 사용하여 배기 공 (3121)을 통해 반응 용기 (3111)의 안을 1 x 10^-7이하의 압력까지 배기시킨다. 이어서, 원통상 지지체 (3112)을 지지체 가열기 (3116)에 의해 가열하여 200 ℃ 내지 350℃의 소정의 온도로 유지시킨다.

퇴적막 형성용의 원료 기체를 다음과 같은 단계를 통하여 반응 용기 (3111)에 유입시킨다. 기체 실린더의 밸브 (2231)-(2236) 및 반응 용기의 누출 밸브 (2117)이 밀폐된 것을 확인하고, 유입 밸브 (2241)-(2246), 유출밸브 (2251)-(2256) 및 보조 밸브 2260이 열려있음을 확인하고 이어서 반응 용기 (3111)의 내면 및 기체 배관 (3122)을 주밸브 (도면에는 나타내지 않음)을 열어 배기시킨다. 다음에 진공계의 판독이 5 x 10^-6Torr에 도달할 때, 보조 밸브 (2260) 및 유출 밸브 (2251)-(2256)을 닫는다.

그후, 기체 실린더 밸브 (2221)-(2226)을 열어 각 실린더 (2221)-(2226)으로부터 각 원료 기체를 도입한다. 각 원료기체의 압력을 압력 조정기 (2261)-(2266)에 의해 2 ㎏/㎠으로 조정한다. 다음에 유입 밸브 (2241)-(2246)을 서서히 열고 각 기체를 매스 콘트롤러 (2211)-(2216)내에 도입시킨다.

장치를 이상과 같이 성막 준비한 후, 각 층들을 후술하는 바와 같이 원통상 지지체 (3115) 상에 형성한다.

원통상 지지체 (3115)가 소정의 온도에 도달했을 때 유출 밸브 (2251)-(2256) 중 필요한 것 및 보조 밸브 (2260)을 서서히 열어 기체 실린더 (2221)-(2226)에서 소정의 기체를 기체 도입관 (3117)를 거쳐 반응 용기 (3111) 내의 방전 공간 (3110)에 도입한다. 다음에 각 원료 기체의 유속을 매스 콘트롤러 (2211)-(2216)에 의해 소정의 수준으로 조정한다. 동시에, 방전 공간 (3130) 내의 압력이 1 Torr 이하의 소정의 압력이 되게 진공계(도시하지 않음)을 관찰하여 주밸브(도면에 나타내지 않음)의 개구를 조정한다.

내압이 일정하게 되었을 때, 주파수 500 MHz의 VHF 전원(도면에 나타내지 않음)을 소망하는 전력으로 설정하여 고주파 매칭 박스 (3120)을 통하여 반응 방전 공간 (3130) 내에 VHF 전력을 도입하여 글로우 방전을 일으킨다. 지지체 (3115)에 의해 둘러싸인 방전 공간 (3130) 내로 도입된 원료 기체는 방전 에너지에 의해 활성화되고 분해되어 원통상 지지체 상에 목적하는 퇴적막이 형성된다. 형성된 층의 균일화를 위하여, 지지체를 층 형성 동안 지지체 회전 모터 (3120)에 의해 소정의 속도로 회전시킨다.

소망하는 두께의 막이 형성된 후, VHF 전력의 공급을 중지하고 유출 밸브를 닫아 반응 용기 내로의 기체의 유입을 중지하고 광전도막의 형성을 종료한다.

동일한 작업을 수회 반복하여 소망하는 다층 구조의 감광층이 형성된다.

각 층을 형성하는 때에 필요한 공급 기체의 유출 밸브만을 연다는 것은 당연하다.각 층의 형성 후, 잔여 기체는 필요한 경우 반응 용기 (3111) 및 유출 밸브 (2251)-(2256)에서 반응 용기 (3111)에 이르는 배기관 내에 잔류하는 것을 막기 위하여 유출밸브 (2251)-(2256)을 닫고, 보조 밸브 (2260)을 열고, 주 밸브(도면에 나타내지 않음)를 완전히 열어 계내를 고진공으로 배기시키는 것이 필요하다.

사용한 기체 종류 및 밸브 조작을 각 층형성 조건에 따라 변경하는 것은 당연하다.

상기 성막 방법 중 어느 것에 있어서도, 지지체의 온도는 바람직하게는 200 내지 250℃의 온도 범위, 보다 바람직하게는 230 내지 330 ℃, 더욱 바람직하게는 250 내지 300℃이다.

지지체의 가열 방법은 진공 용도로 설계된 임의의 가열기에 의해 수행할 수 있다. 가열기는 구체적으로 코일 외장 히터, 판상 히터 및 세라믹 히터 등의 전기 저항 발열체, 할로겐 램프, 적외선 광 램프 등의 방사 램프 발열체, 액체 가열 매질의 기체를 이용한 열 교환기를 갖는 발열체 등을 열거할 수 있다. 가열 수단의 표면 재료로는 스테인레스 강, 니켈, 알루미늄 및 구리 등의 금속류, 세라믹 및 내열성 중합체 수지 등을 포함한다.

또다른 가열 방법으로는 지지체를 별개의 가열 용기 중에서 가열하고, 가열된 지지체를 진공 중에서 반응 용기 내로 운송한다.

특히, VHF-PCVD법에 있어서, 방전 공간의 압력은 바람직하게는 1 내지 500 mTorr, 보다 바람직하게는 3 내지 300 mTorr, 더욱 바람직하게는 5 내지 100 mTorr로 유지한다.

VHF-PCVD법에 있어서, 방전 공간에 제공된 전극은 방전이 방해를 받지 않는 한 임의의 크기 및 형태일 수 있다. 특히, 전극은 1 내지 10 ㎝의 직경을 가진 원통상이 바람직하다. 전극의 길이는 지지체에 균질하게 전기장이 가해진다면 제한이 없다.

전극의 재료는 표면에 전도성을 갖도록 처리된 스테인레스 강, Al, Cr, Mo, Au, In, Nb, Te, V, Ti, Pt 및 Fe, 및 이들의 합금 등의 금속, 유리, 세라믹 및 플라스틱일 수 있다.

상술한 바의 문제를 해결하기 위한 수단 및 작용을 단독 및 조합하여 사용함으로서 바람직한 결과를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되지 않는다.

〈시험예 1〉

도3a 및 3b에 나타낸 방전 부재 및 피대전체를 사용하여 실험을 행하였다. 전기 브러쉬 층 301은 10 내지 50 ㎛의 입경을 갖는 마그네타이트 분체로 이루어져 있다.

다극 자성체(페라이트 자석) 302는 이 자성체 302의 표면에서 1㎜ 떨어진 거리에서 측정된, 자극 위치에서 1000 G의 자력선 밀도를 갖는 자장을 발생한다. 전기 브러쉬 층 301 및 다극 자성체 302는 접촉형 대전 부재 300를 형성한다. 스페이서 303은 접촉형 대전 부재 300 및 피대전체 304 사이의 갭 308을 조절한다. 판상 부재 305는 전기 브러쉬 층 301의 두께를 규제한다. 숫자 306은 닢 폭을 나타낸다.

다극 자성체는 직경 18㎜의 롤러상의 플라스틱 마그네트이며 바람직하게는 닢 폭 306 내에 다수의 자극을 갖는다. 본 실시예에 있어서 자석은 6 내지 18개의 자극을 갖는다.

브러쉬 층 301은 10 내지 50 ㎛ 직경의 자성 산화철과 자석의 자성 분말을 소정의 비율로 혼합한 물질로 된 대전 캐리어로부터 형성시킨다. 대전 캐리어는 토너로 알려진 공지의 캐리어와 동일한 성분일 수 있다.

판상 부재 305는 그의 양단부에 설치되어 독립적으로 다극 자성체 302로부터의 거리를 조정하고, 전기 브러쉬 층 301의 두께를 조정하는 것이 가능하다.

따라서, 접촉형 대전 부재 및 감광체 사이의 갭 308에서 닢 폭 306은 길이 방향으로 조정될 수 있다. 이 실시예에 있어서, 닢 폭은 6-7㎜로서 조정되었다.

대전 효율은 전기 브러쉬 층의 저항에 의존하기 때문에 저항도가 상이한 다수의 전기 부러쉬를 제조하였다. 도7은 상기 대전 장치의 대전 능력을 나타낸다. 전기 브러쉬 층의 저항은 히오끼사(HIOKI Co.)의 MΩ 시험기에서 500 V의 인가 전압에서 측정하였다.

도7에 나타낸 바와 같이, 전기 브러쉬 층의 저항은 만족할 만한 대전 효율을 얻고, 핀홀 형성을 방지하기 위하여 바람직하게는 1 x 10³내지 1 x 10¹²Ω㎝, 보다 바람직하게는 1 x 10⁴내지 1 x 10⁹Ω㎝인 것이 좋다.

〈시험예 2〉

시험예 1에서와 동일한 장치를 사용하였다. 전기 브러쉬 층의 저항은 1 x 10⁷Ω㎝으로 조정하였다. 상이한 대전 캐리어 직경을 갖는 다수의 자성 분말을 제공하고, 상이한 자력을 갖는 다수의 다극 자성체를 제공하였다. 도8a 및 8b는 대전능력을 나타낸다.

도8a 및 8b에 나타낸 바와 같이, 캐리어 누출, 화상 흐름 및 브러쉬 불균일성의 방지를 위하여, 대전 캐리어는 5 내지 80㎛, 보다 바람직하게는 10 내지 50㎛의 범위의 입경을 가지며, 다극 자성체는 바람직하게는 500 G 이상, 보다 바람직하게는 1000 G 이상의 자력을 갖는 것이 좋다.

〈시험예 3〉

시험예 1에서와 동일한 장치를 사용하였다. 전기 브러쉬 층의 저항은 1 x 10⁷Ω㎝으로 조정하였다. 피대전체의 회전 속도를 변화하여 전기 부러쉬를 갖는 접촉형 대전 부재의 접촉 시간(이후, 대전 시간이라고 한다)을 변화시켰다. 대전 능력은 후속 대전에 앞서 전하 제거를 위한 노광(이후, 전노광이라 한다)의 유무에 대하여 각각의 경우에 시험하였다. 결과를 도9에 나타냈다.

도9에 나타낸 바와 같이, 대전 시간은 바람직하게는 10 msec 이상(0.01초)인 것이 좋다.

〈시험예 4〉

도2a 및 2b에 나타낸 화상 형성 장치에 도3a 및 3b에 나타낸 접촉형 대전 장치를 사용하여 시험하였다. 장치의 구성은 상기한 바와 같다.

이 실험에 있어서, 피대전체의 회전 속도를 변경하여 접촉 시간을 변화하였다. 광메모리는 전노광의 유무에 따라서 조사하였다.

도10a에 나타낸 바와 같이, 대전 시간은 바람직하게는 10 msec 이상인 것이 좋다.

〈시험예 5〉

시험예 4와 동일한 장치를 사용하였다. 피대전체의 회전 속도에 대한 접촉형 대전 부재의 회전 속도를 변경하여 반대 위치에서 회전 속도(이후, 상대 속도라 함)를 변화시켰다. 화상 흐름의 발생 및 융착을 검토하였다. 도11은 그 결과를 나타낸다.

도11에 나타낸 바와 같이, 대전 부재 및 피대전체는 대향면이 역 방향으로 이동하도록 회전하는 것이 바람직하다. [(a-b)/a] x 100%의 비는 110% 이상이 바람직하며, 여기서 피대전체 면의 이동 방향은 정방향이고, a는 피대전체 면의 이동 속도이고, b는 대전 부재 면의 이동 속도이다.

〈시험예 6〉

시험예 4와 동일한 장치를 사용하여 실험을 수행하되, 다양한 감광체를 사용하였다. 감광체는 온도 특성, 광메모리, 화상 흐름, 하프톤 화상의 농도의 불균일성(이후, 화상 조잡성이라 한다)에 대해서 평가하였다.

전하 주입 저지층, 광전도층 및 표면층으로 된 감광체를 화상 형성 장치의 감광체를 생산하기 위한 도5에 나타낸 RF-PCVD 장치의 수단에 의해 표1에 나타낸 조건 하에서 108 ㎚ 직경의 거울 광택의 알루미늄 실린더 상에 제조하였다. 다양한 감광체들을 SiH₄-H₂혼합비 및 방전 전력을 변화시킴으로써 형성된 감광층으로 제조하였다.

온도 특성은 실온 내지 약 45 ℃ 까지의 온도 범위에서 감광체의 대전능력을 변화시킴으로서 평가하였다. 2V/℃ 이하의 대전능력 변화율을 나타내는 감광체를 합격으로 판정하였다.

광메모리, 화상 흐름 및 화상 조잡도는 형성된 화상을 육안으로 평가하였으며, 5(뛰어남), 4(양호함), 3(실용상 문제 없음), 2(실용상 약간의 결함이 있음) 및 실질적으로 쓸모없음)의 5 단계로 등급을 매겼다.

별도로, 약 1 ㎛ 두께의 a-Si 막을 감광층에서와 동일한 조건하에서 원통상 시료 홀더 상에 설치된 유리 기판(Corning Co., 7059) 및 Si 와이퍼 상에 퇴적시켰다. 유리 기판 상의 퇴적 막 상에는 빗 형 알루미늄 전극을 증착시키고, 지수함수 꼬리의 특성 에너지(Eu) 및 퇴적막의 국재 준위 밀도(D.O.S)을 CPM에 의해 측정하였다. Si 와이퍼 상의 퇴적막은 FIRA에 의해 수소 함량 및 Si-H₂결합과 Si-H 결합의 흡수 피이크 강도비를 측정하였다.

도12는 Si-H₂/Si-H의 비와 조잡성의 관계를 나타낸다. 도13은 Eu와 온도 특성의 관계를 나타낸다. 도14는 광메모리 및 화상 흐름과 DOS의 관계를 나타낸다. 시료의 수소 함량은 각각 10 내지 30 원자% 사이의 범위 이내이다.

도12, 13 및 14에 나타낸 바와 같이, 화상 조잡도는 0.2 내지 0.5의 Si-H₂/Si-H 비에서 개선되었고, 온도 특성, 광메모리 및 화상 흐름은 국재 준위 밀도를 1 x 10¹⁴내지 1 x 10¹⁶㎝^-3의 범위 내로 되게 하고, 지수함수 꼬리의 특성 에너지를 하나 이상의 광입사부에서 섭밴드 갭 광 흡수 스펙트럼에 의해 측정하여 50 내지 60 meV 범위 내로 함으로써 개선되었다.

상기한 바와 같은 방식으로 표면층의 시료를 제조하여 저항을 빗 형 전극을 이용하여 측정하였다. 표면 층은 대전 보유능, 대전 효율 등의 전기적 특성을 양호하게 갖도록 하고, 전압에 의해 표면층이 손상되거나 핀홀 누출을 방지하기 위해서는 바람직하게는 1 x 10¹⁰내지 5 x 10¹⁵Ω㎝, 보다 바람직하게는 1 x 10¹⁰내지 1 x 10¹⁵Ω㎝, 더욱 바람직하게는 1 x 10¹²내지 1 x 10¹⁴Ω㎝까지의 저항치를 갖는 것이 좋다. 저항치는 히오끼사(Hioki Co.)의 ㏁ 시험기에 의해 250 V 내지 1 ㎸의 인가 전압에서 측정하였다.

이하, 실시예에 의해 본 발명의 효과를 더욱 구체적으로 설명한다. 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되지 않는다.

〈실시예 1〉

도2a 및 2b에 나타낸 바와 같은 접촉형 대전 시스템을 이용하는 화상 형성 장치를 사용하였다. 화상을 지체하는 감광성 드럼 101은 화살표로 나타낸 바와 같이 예정된 속도(프로세스 속도)로 시계 방향으로 회전하였다. 드럼의 내부에 히터를 제공하여 감광체를 가열하였다. 감광체는 45℃의 온도로 유지시켰다.

접촉형 대전 부재 202는 상기의 대전 캐리어를 사용하여 다극 자성체 202-2 및 그 위에 형성된 브러쉬 층 202-1으로 구성하였다. 다극 자성체 202-2의 표면은 인가된 전압이 브러쉬 층의 전체 부분에 충분히 가해지도록 투자성, 전도성의 알루미늄 테이프(3M Co., Electrical Tape 1181)로 피복시켰다.

브러쉬 층 202-1은 전술한 자성 페라이트로 구성되었다. 몇 개의 브러쉬 층은 히오끼사(Hioki Co.)의 ㏁ 시험기에 의해 500 V 내지 1 ㎸의 인가 전압에서 1 x 10³내지 1 x 10¹²Ω㎝의 범위 이내에서 상이한 저항치를 갖는 것을 제조하였다.

감광성 드럼 101 및 접촉형 대전 부재 202 사이의 최소 거리는 닙을 조절하기 위한 100 내지 1000 ㎛의 범위로 스페이서(도면에는 나타내지 않음)에 의해 안정되게 유지하였다.

전원 203은 DC 전압 Vdc를 대전 부재의 대전 캐리어로 구성된 브러쉬 층 202-1로 가하여 회전하는 감광성 드럼 101의 외주면을 균일하게 대전시켰다. 이 실시예에 있어서, Vdc는 800 V로 조정하였다.

정전잠상을 화상 형성 광 105의 조사에 의해 감광성 드럼 상에 형성시켰다. 이 잠상은 현상제를 사용하여 도포된 현상 슬리브 106에 의해 현상되고, 이어서 전사 롤러 108에 의해 화상 수용 매질 107 상에 전사된다. 화상 전사후 잔류 토너는 전기 브러쉬를 사용하는 클리닝 마그 롤러(도면에는 나타내지 않음)로 마찰시키고, 이어서 여전히 감광성 드럼의 표면에 잔류하는 토너는 클리닝 블레이드 109에 의해 감광성 드럼으로부터 제거하였다. 전사된 화상은 도면에는 나타내지 않은 정착 장치에 의해 정착시키고, 장치 외부로 출력하였다.

한편, 전하 주입 저지층, 감광층 및 표면층으로 이루어진 감광체를 도5에 나타낸 바와 같이 화상 형성 장치용 감광체를 생산하기 위한 RF-PCVD 장치의 수단에 의해 표1에 나타낸 조건하에서 108 ㎚ 직경의 거울 광택의 알루미늄 실린더 상에 제조하였다. 다양한 감광체들을 SiH₄-H₂혼합비 및 방전전력을 변화시킴으로써 형성된 감광층으로 제조하였다. 또한, 다양한 감광체들을 표면층의 저항치를 변화시킴으로써 제조하였다.

별도로, 약 1 ㎛ 두께의 a-Si 막을 감광층에서와 동일한 조건하에서 원통상 시료 홀더 상에 설치된 유리 기판(Corning Co., 7059) 및 Si 와이퍼 상에 퇴적시켰다. 유리 기판 상의 퇴적 막 상에는 빗 형 알루미늄 전극을 증착시키고, 지수함수 꼬리의 특성 에너지(Eu) 및 퇴적막의 국재 준위 밀도(D.O.S)을 CPM에 의해 측정하였다. Si 와이퍼 상의 퇴적막은 FIRA에 의해 수소 함량을 측정하였다.

또, 표면층의 시료를 제조하여 이들의 저항치를 빗형 전극으로 측정하였다.

제조된 감광체 및 대전 부재는 도2a 및 2b에 나타낸 상기 화상 형성 장치에 세팅시켰다. 대전 부재는 그의 표면 이동 방향에 있어서 반대면의 감광체의 회전 이동 방향의 역방향으로 회전시키고, 감광체에 대한 표면 이동 속도비는 0.1로 하였다. 감광체를 가열시킨 상태에서 프로세스 속도를 변화하여 대전 시간을 변화시키고, 대전능, 온도 특성, 감광체의 광메모리, 화상 흐름, 조잡도 등 기타의 화질을 평가하였다. 결과를 표2에 나타냈다.

대전능은 대전 직후 전위를 측정하여 평가하고 인가 전압에 대한 대전직후의 전위의 비율(대전 효율)을 계산하였다. 90% 이상의 대전능을 합격으로 판정하였다.

온도 특성은 실온 내지 약 45 ℃ 까지의 온도 범위에서 감광체의 대전능력을 변화시킴으로서 평가하였다. 2V/℃ 이하의 대전능력 변화율을 나타내는 감광체를 합격으로 판정하였다.

광메모리, 화상 흐름 및 화상 조잡도는 형성된 화상을 육안으로 평가하였으며, 5(뛰어남), 4(양호함), 3(실용상 문제 없음), 2(실용상 약간의 결합이 있음) 및 실질적으로 쓸모없음)의 5 단계로 등급을 매겼다.

도2에 나타낸 바와 같이, 대전 부재의 비저항치를 1 x 10⁴내지 1 x 10⁹의 범위 이내로 하고, 자성 분말의 입경을 10 내지 50 ㎛의 범위 이내로, 대전 시간을 10 msec 이상으로, 광전도층의 Eu를 50 내지 60 meV의 범위 이내로, DOS를 1 x 10¹⁴내지 1 x 10¹⁶의 범위 이내로, Si-H₂/Si-H 비를 0.2 내지 0.5의 범위 이내로, 표면층의 저항치를 1 x 10¹⁰내지 1 x 10¹⁵의 범위 이내로 하였을 때, 충분한 대전능, 만족할만한 온도 특성, 바람직한 광메모리 및 화상 흐름 및 조잡성이 없는 뛰어난 화상 품질이 얻어졌다. 따라서, 전반적으로 고품질 화상을 형성할 수 있는 화상 형성 장치를 얻을 수 있었다.

〈실시예 2〉

접촉형 대전 시스템을 이용하는 화상 형성 장치는 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 것을 사용하였다. 화상 형성은 실시예 1에서와 같이 다수의 감광체로 수행하고, 실시예 1에서와 같은 다수의 입경을 갖는 대전 캐리어를 사용하고, 대전 부재의 감광체에 대한 속도(상대 속도)를 변화시켰다.

전기 브러쉬의 저항은 1 x 10⁶Ω㎝이었다. 다극 자성체의 자력은 1000 G이었다. 대전 시간은 50 msec이었다. 전노출은 행하지 않았다. 자성 브러쉬를 사용하는 클리닝 마그 롤러를 갖는 마찰 장치를 제거하였다. 감광체는 가열하지 않았다. 이어서 화상 흐름, 융착 및 화상 안정성을 평가하였다. 그 결과는 도3a 및 3b에 나타냈다.

화상 흐름, 융착 및 화상 안정성은 형성된 화상을 육안으로 평가하였으며, 5(뛰어남), 4(양호함), 3(실용상 문제 없음), 2(실용상 약간의 결합이 있음) 및 실질적으로 쓸모없음)의 5 단계로 등급을 매겼다.

표3에 나타낸 바와 같이, 전노광, 클리닝 마그 롤러 등에 의한 마찰 단계, 감광체의 가열 등을 하지 않은 조건에서도 화상의 번짐이나 조잡성이 없이 뛰어난 화상 안정성을 갖는 화상 품질이 얻어질 수 있었다. 이것은 자성 분말의 입경을 10 내지 50 ㎛, 대전 부재를 그의 표면 이동 방향에 있어서 반대면의 감광 부재에 대해 역방향의 표면 이동 방향으로 회전시키고 표면 이동 속도비를 0.1로 하고, 광전도층의 Eu를 50 내지 60 meV의 범위 이내로, DOS를 1 x 10¹⁴내지 1 x 10¹⁶㎝^-3범위 이내로, Si-H₂/Si-H 비를 0.2 내지 0.5 이내의 범위로, 표면층의 저항치가 1 x 10¹⁰내지 1 x 10¹⁵의 범위 이내로 했을 때 얻어졌다. 따라서, 전반적으로 고품질 화상을 형성할 수 있는 화상 형성 장치를 얻을 수 있었다.

〈실시예 3〉

전하 주입 저지층, 감광층 및 표면층으로 이루어진 감광체를 화상 형성 장치의 감광체를 생산하기 위한 도6에 나타낸 RF-PCVD 장치의 수단에 의해 표4에 나타낸 조건 하에서 실시예 1에서 사용된 바와 동일한 거울 광택의 알루미늄 실린더 (지지체) 상에 제조하였다.

또, 다양한 감광체들을 SiH₄-H₂혼합비 및 방전 전력, 지지체 온도, 내압을 변화시킴으로써 형성된 감광층으로 제조하였다. 또한, 다양한 감광체들을 표면층의 저항치를 변화시킴으로써 제조하였다.

별도로, 약 1 ㎛ 두께의 a-Si 막을 감광층에서와 동일한 조건하에서 원통상 시료 홀더 상에 설치된 유리 기판(Corning Co., 7059) 및 Si 와이퍼 상에 퇴적시켰다. 유리 기판 상의 퇴적 막 상에는 빗 형 알루미늄 전극을 증착시키고, 익스포넨셸 테일의 특성 에너지(Eu) 및 퇴적막의 국재 준위 밀도(D.O.S)을 CPM에 의해 측정하였다. Si 와이퍼 상의 퇴적막은 FIRA에 의해 수소 함량을 측정하였다.

또, 표면층의 시료를 동일한 방식으로 제조하여 이들의 저항치를 빗형 전극으로 측정하였다.

제조된 감광체 및 대전 부재는 실시예 1에서 사용된 것과 동일한 화상 형성 장치에 세팅시켰다. 대전 부재는 그의 표면 이동 방향에 있어서 반대면의 감광 부재의 회전 이동 방향의 역방향으로 회전시키고, 표면 이동 속도비는 감광체에 대해 0.1로 하였다. 감광체를 가열시킨 상태에서 프로세스 속도를 변화하여 대전 시간을 변경하였다. 감광체의 대전능, 온도 특성, 광메모리 및 화상 흐름 및 화상 조잡도를 포함한 화상 품질을 평가하였다. 결과를 표5에 나타냈다.

감광 부재의 대전능, 온도 특성, 광메모리, 화상 품질은 실시예 1에서와 동일하게 평가하였다.

표 5에 나타낸 바와 같이, 대전 부재의 저항치를 1 x 10⁴내지 1 x 10⁹Ω㎝의 범위 내로 하고, 자성 분말의 입경을 10 내지 50 ㎛의 범위로, 대전 시간을 10 msec 이상으로, 광전도층의 Eu를 50 내지 60 meV의 범위로, DOS를 1 x 10¹⁴내지 1 x 10¹⁶㎝^-3의 범위 이내로, Si-H₂/Si-H 비를 0.2 내지 0.5 범위 이내로 하고, 표면층의 저항치를 1 x 10¹⁰내지 1 x 10¹⁵Ω㎝의 범위 이내로 하였을 때, 충분한 대전능, 만족할만한 온도 특성, 바람직한 광메모리 및 화상 흐름 및 조잡성이 없는 뛰어난 화상 품질이 얻어졌다. 따라서, 전반적으로 고품질 화상을 형성할 수 있는 화상 형성 장치를 얻을 수 있었다.

〈비교 실시예 1〉

실시예 1 및 실시예 3에서와 동일한 실험을 수행하되, 대전 부재의 저항치를 1 x 10⁴내지 1 x 10⁹Ω㎝의 범위 되게 하고, 자성 분말의 입경을 10 내지 50 ㎛의 범위 밖으로, 대전 시간을 10 msec 이상으로, 광전도층의 Eu를 50 내지 60 meV 이외의 범위로, DOS를 1 x 10¹⁴내지 1 x 10¹⁶㎝^-3의 범위 밖으로, Si-H₂/Si-H 비를 0.2 내지 0.5의 범위 밖으로, 표면층의 저항치를 1 x 10¹⁰내지 1 x 10¹⁵Ω㎝의 범위 밖으로 되게 하였다.

결과들은 표 2 및 표 5에 나타냈다. 만족할 만한 특성들은 전체적으로 얻어지지 않았다.

〈비교 실시예 2〉

실시예 2에서와 동일한 실험을 수행하되, 자성 분말의 입경을 10 내지 50 ㎛의 범위 밖으로, 대전 부재를 그의 표면 이동 방향에 있어서 반대면의 감광체의 회전 이동에 대해 역방향으로 회전시키고 감광체에 대한 표면 이동 속도비를 0.1 미만으로 하고, 광전도층의 Eu를 50 내지 60 meV 범위 밖으로, DOS를 1 x 10¹⁴내지 1 x 10¹⁶㎝^-3범위 밖으로, Si-H₂/Si-H 비를 0.2 내지 0.5의 범위 밖으로, 표면층의 저항치를 1 x 10¹⁰내지 1 x 10¹⁵㎝Ω의 범위 밖으로 하였다.

결과들은 표 3에 나타냈다. 고품질의 화상은 전노광, 클리닝 마그 롤러 등에 의한 마찰 단계, 감광체의 가열 등을 하지 않은 조건에서 얻을 수 없었다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 자성 브러쉬의 최적 저항, 캐리어의 최적 입경, 다극 자성체의 최적 자기력, 감광체의 접촉 부분에서 최적 대전 시간 및 대전 부재 및 감광체의 최적 상대 속도를 갖는 접촉형 대전 부재를 이용하는 화상 형성 장치를 제공한다. 따라서, 화상 형성 장치는 오존이 없는 대전 장치를 사용함으로써 화상의 습기 번짐이 없는 뛰어난 화상이 얻어진다.

보다 구체적으로, 먼저 본 발명에서 사용된 피대전체는 전도성 지지체와 실리콘 원자를 모체로 하여 수소 원자 및(또는) 할로겐 원자를 함유하는 비단일 결정성 재료로 구성되고 광전도성인 광전도, 및 전하를 보유하는 기능을 갖는 표면층을 갖는

광수용층으로 이루어진 감광체로 이루어지고, 여기서 광전도층은 10 내지 30 원자%의 범위의 함량으로 수소 원자를 함유하고, 1 x 10¹⁴내지 1 x 10¹⁶㎝^-3의 범위에 걸친 국재 준위 밀도, 익스포넨셸 테일의 특성 에너지를 하나 이상의 광 입사부에서 섭밴드 갭 광 흡수 스펙트럼에 의해 측정하여 50 내지 60 meV 범위 내로 함으로써, 무정형 실리콘 감광 부재에 고유한 광메모리가 줄어들고, 전기 특성의 온도 의존도가 감소하여 감광체의 온도 조절을 생략하는 것이 가능한 것인 감광체이다.

또한, 표면층의 저항은 1 x 10¹⁰내지 1 x 10¹⁵Ω㎝ 까지를 갖고, 다극 자성체는 500 G 이상의 자기력을 갖고, 자기 분말은 1 x 10⁴내지 1 x 10⁹Ω㎝ 범위의 저항 및 10 내지 50 ㎛에 걸친 입경을 가지며, 대전 부재를 갖는 피대전체 상의 점에서 접촉 시간은 10 msec 이상이어서 고 대전 효율이 얻어지고 충분한 레벨업 효과가 얻어지며, 이는 전하를 제거하는 노광을 생략하는 것이 가능하거나 또는 상기 광전도층과 조합하여 강력한 전하를 제거하는 노광을 하면서도 충분한 대전이 가능하고, 대전능의 저하 없이 광메모리가 감소되는 것이 가능하다.

2차 대전 부재는 피대전체에 대해 0.1 이상의 표면 이동 속도비로 반대 표면에서 피대전체의 회전 운동에 역방향인 표면 이동 방향으로 이동하고, 자기 분말의 입경은 10 내지 50 ㎛의 범위 내에서 선택함으로써, 고습 화상 흐름의 예방을 위해 전기 브러쉬 등을 사용하여 클리너로 마찰시키는 작업을 생략하는 것이 가능하다.

따라서, 개선된 온도 특성 및 오존이 없는 개선된 전기 특성을 갖는 신규 감광체의 조합은 대전능을 손상시킴이 없이 광메모리를 줄이거나 제거하며, 또한 고습 화상 흐름이 없이 고화질을 보유하면서 에너지 절약 및 장치의 최소화가 가능하다.

Claims (10)

1. 실린더형 다극성 자성체 및 이 다극성 자성체의 외주 표면상의 자성 분말로 형성된 브러쉬층으로 이루어진 대전 부재에 전압을 인가하고, 피대전체의 표면을 브러쉬층의 표면과 반대 방향으로 이동시켜 마찰하여 피대전체의 표면상에 정전하 잠상을 형성하는 화상 형성 장치에 있어서, 피대전체가 전도성 지지체상에 매트릭스로서의 규소 원자 및 수소 및(또는) 할로겐 원자를 함유하는 단결정 재료로 이루어진 광전도성층을 갖는 감광 부재이고; 이 광전도성층은 10 내지 30 원자 %의 수소, 0.2 내지 0.5의 Si-H₂/Si-H 비율, 적어도 광 도입 부분에서의 서브밴드 갭 광 흡수 스펙트럼으로 부터 유도된 50 내지 60 meV에 이르는 익스포넨셜 테일(exponential taik)의 특성 에너지 및 1x10¹⁰내지 5x10¹⁵Ωcm의 표면 저항을 가지며; 다극성 자성체는 500 G 이상의 자기력을 가지고; 자성 분말은 저항이 1x10⁴내지 1x10⁹Ωcm이고 입자 직경은 10 내지 50 μm이며; 피대전체상의 한 점과 브러쉬층과의 접촉 시간이 10 msec 이상이고; 대전 부재와 피대전체가 (a-b)/a x 100 %(여기서, a는 피대전체의 이동 속도이고, b는 대전 부재의 이동 속도이며, 피대전체의 회전 방향을 양으로한다)로 표시되는 110 %이상의 상대 속도로 이동함을 특징으로 하는 화상 형성 장치.
2. 제1항에 있어서, 장치가 피대전체로 부터 전하를 제거하기 위한 광학 전하 제거 수단을 갖는 화상 형성 장치.
3. 제1항에 있어서, 감광 부재가 표면층을 갖는 화상 형성 장치.
4. 제1항에 있어서, 감광 부재가 전하 주입 저지층을 갖는 화상 형성 장치.
5. 제1항에 있어서, 감광 부재가 광전도성층의 지지체면에 전하 주입 저지층을, 또한 지지체쪽의 반대면에 표면층을 갖는 화상 형성 장치.
6. 제1항에 있어서, 대전 부재가 자기 브러쉬의 두께를 제어하기 위한 부재를 갖는 화상 형성 장치.
7. 제1항에 있어서, 대전 부재 및 피대전체 사이의 갭을 제어하기 위한 스페이서가 제공된 화상 형성 장치.
8. 제1항에 있어서, 자기력이 1000 G 이상인 화상 형성 장치.
9. 제1항에 있어서, 표면 저항이 1x10¹⁰내지 1x10¹⁵Ωm인 화상 형성 장치.
10. 실린더형 다극성 자성체 및 이 다극성 자성체의 외주 표면상의 자성 분말로 형성된 브러쉬층으로 이루어진 대전 부재에 전압을 인가하고, 피대전체의 표면을 브러쉬 층의 표면과 반대 방향으로 이동시켜 마찰하여 피대전체의 표면을 대전시키고, 피대전체의 표면 화상이 형성되는 방식으로 조사하여 정전하 잠상을 형성시키는 화상 형성 방법에 있어서, 피대전체가 전도성 지지체상에 매트릭스로서의 규소 원자 및 수소 및(또는) 할로겐 원자를 함유하는 단결정 재료로 이루어진 광전도성층을 갖는 감광 부재이고; 이 광전도성층은 10 내지 30 원자 %의 수소, 0.2 내지 0.5의 Si-H₂/Si-H 비율, 적어도 광 도입 부분에서의 서브밴드 갭 광흡수 스펙트럼으로 부터 유도된 50 내지 60 meV에 이르는 익스포넨셜 테일의 특성 에너지 및 1x10¹⁰내지 5x10¹⁵Ωcm의 표면 저항을 가지며; 다극성 자성체는 500 G 이상의 자기력을 가지고; 자성 분말은 저항이 1x10⁴내지 1x10⁹Ωcm이고 입자 직경은 10 내지 50 μm이며, 피대전체상의 한 점과 브러쉬층과의 접촉 시간이 10 msec 이상이며; 대전 부재와 피대전체가 (a-b)/a x 100 %(여기서, a는 피대전체의 이동 속도이고, b는 대전부재의 이동 속도이며, 피대전체의 회전 방향을 양으로한다)로 표시되는 110 %이상의 상대 속도로 이동함을 특징으로 하는 화상 형성 방법.