DE3414099C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrofotografisches Aufzeichnungsmaterial gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs, das gegenüber elektromagnetischen Wellen wie Licht, worunter im weitesten Sinne UV-Strahlen, sichtbares Licht, IR-Strahlen, Röntgenstrahlen und γ-Strahlen zu verstehen sind, empfindlich ist.

Fotoleitfähige Materialien, aus denen Bilderzeugungselemente für elektrofotografische Zwecke in Festkörper-Bildabtastvorrichtungen oder auf dem Gebiet der Bilderzeugung oder fotoleitfähige Schichten in Manuskript-Lesevorrichtungen gebildet werden, müssen eine hohe Empfindlichkeit, ein hohes S/N-Verhältnis [Fotostrom (I _p )/Dunkelstrom (I _d )], Spektraleigenschaften, die an die elektromagnetischen Wellen, mit denen bestrahlt werden soll, angepaßt sind, ein schnelles Ansprechen auf Licht und einen gewünschten Dunkelwiderstandswert haben und dürfen während der Anwendung nicht gesundheitsschädlich sein. Außerdem ist es bei einer Festkörper-Bildabtastvorrichtung auch notwendig, daß das Restbild innerhalb einer festgelegten Zeit leicht beseitigt werden kann.

Im Fall eines Bilderzeugungselements für elektrofotografische Zwecke, das in eine für die Anwendung in einem Büro als Büromaschine vorgesehene elektrofotografische Vorrichtung eingebaut werden soll, ist es besonders wichtig, daß das Bilderzeugungselement nicht gesundheitsschädlich ist.

Das fotoleitfähige Material, das von dem vorstehend erwähnten Gesichtspunkt aus in den letzten Jahren Beachtung findet, ist ein amorphes Silicium (nachstehend als a-Si bezeichnet), in dem freie Bindungen mit einwertigen Elementen wie z. B. Wasserstoff- oder Halogenatomen modifiziert sind. Aus den DE-OS 27 46 967 und 28 55 718 sind beispielsweise Anwendungen von a-Si für den Einsatz in Bilderzeugungselementen für elektrofotografische Zwecke bekannt, und aus der DE-OS 29 33 411 ist eine Anwendung von a-Si für den Einsatz in einer als optisch- elektrischer Wandler wirkenden Lesevorrichtung bekannt. Es wird erwartet, daß ein solches amorphes Silicium infolge seiner hervorragenden Fotoleitfähigkeit, Abriebbeständigkeit und Hitzebeständigkeit und der relativen Leichtigkeit seiner Herstellung mit einer vergrößerten Fläche für elektrofotografische Zwecke eingesetzt wird.

Um gute Fotoleitfähigkeit zu erhalten, wird im allgemeinen bei der Herstellung eines zylinderförmigen lichtempfindlichen Aufzeichnungsmaterials für elektrofotografische Zwecke mit einem a-Si enthaltenden fotoleitfähigen Material auf einem zylinderförmigen Träger unter Erhitzen des Trägers auf eine Temperatur von 200°C oder eine höhere Temperatur in einer Abscheidungsvorrichtung für einen a-Si-Film ein a-Si-Abscheidungsfilm gebildet.

Aus der DE-OS 28 55 718 ist ein elektrofotografisches Aufzeichnungsmaterial bekannt, das einen zylinderförmigen Träger mit einer Dicke von beispielsweise 2 mm und eine auf dem Träger vorgesehene fotoleitfähige Schicht, die ein amorphes Material mit Siliciumatomen als Matrix enthält, aufweist.

Wegen des Unterschiedes im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem zylinderförmigen Träger und dem a-Si-Film und auch wegen der großen inneren Spannung in dem a-Si-Film wird jedoch häufig nicht nur während der Abscheidung des a-Si-Films, wenn der zylinderförmige Träger erhitzt wird, wie es vorstehend beschrieben wurde, sondern auch während des Abkühlens nach der Abscheidung beobachtet, daß sich der a-Si-Film von dem zylinderförmigen Träger ablöst.

Aus der DE-OS 32 04 004 ist ein elektrofotografisches Aufzeichnungsmaterial bekannt, das einen Träger mit einer Dicke von 1 mm und eine auf dem Träger vorgesehene fotoleitfähige Schicht, die ein amorphes Material mit Siliciumatomen als Matrix enthält, aufweist. Dieser Träger besteht mindestens an seiner Oberfläche aus Aluminiumoxid, das Wasser als Bestandteil der chemischen Struktur enthält, wodurch vermieden werden soll, daß bei der Bildung der fotoleitfähigen Schicht mechanische Spannungen auftreten, die zur Ablösung der fotoleitfähigen Schicht von dem Träger führen.

Eine solche Ablösung des a-Si-Films tritt leichter ein, wenn der Film dicker ist. Ferner kann im Fall eines zylinderförmigen lichtempfindlichen Aufzeichnungsmaterials mit einem a-Si- Film aus den vorstehend erwähnten Gründen, nämlich wegen des Unterschiedes im Wärmeausdehnungskoeffizienten und wegen der Größe der inneren Spannung in dem a-Si-Film selbst dann, wenn der zylinderförmige Träger in einem Ausmaß verformt wird, das bei einem bekannten zylinderförmigen lichtempfindlichen Aufzeichnungsmaterial für elektrofotografische Zwecke des Se- Typs keine Ablösung verursacht, eine Ablösung des a-Si-Films hervorgerufen werden. Die innere Spannung in dem a-Si-Film kann bis zu einem gewissen Grade auch durch geeignete Wahl der Herstellungsbedingungen des a-Si-Films (beispielsweise der gasförmigen Ausgangsmaterialien, der Entladungsleistung und der Temperatur, auf die der Träger erhitzt wird) gemildert werden, jedoch ist eine solche Ablösung des Films ein entscheidender Nachteil, der zu Bildfehlern führt, wenn das zylinderförmige lichtempfindliche Aufzeichnungsmaterial für elektrofotografische Zwecke für die Bilderzeugung angewandt wird.

Auch das Erhitzen des zylinderförmigen Trägers während der Herstellung des a-Si-Films ist nicht nur eine Ursache für die vorstehend erwähnte Ablösung des Films, sondern führt auch leicht zu einer thermischen Verformung des zylinderförmigen Trägers. Die thermische Verformung ruft während der Herstellung eines a-Si-Abscheidungsfilms Unregelmäßigkeiten bei der Entladung hervor, wodurch die Dicke des a-Si-Abscheidungsfilms ungleichmäßig wird und Bildfehler hervorgerufen werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, das elektrofotografische Aufzeichnungsmaterial so auszugestalten, daß Bildfehler, die von einer Ablösung der fotoleitfähigen Schicht vom Schichtträger herrühren, vermieden werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein elektrofotografisches Aufzeichnungsmaterial mit einem zylinderförmigen Träger und einer auf dem Träger vorgesehenen fotoleitfähigen Schicht, die ein amorphes Material mit Siliciumatomen als Matrix enthält dadurch gelöst, daß der Träger eine Dicke von mindestens 2,5 mm hat.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird nicht nur eine sprunghafte Verbesserung der Haftung desFilms auf dem Träger erzielt, sondern auch die Kreisförmigkeit des zylinderförmigen Trägers wird verbessert, was zu einer gleichmäßigen Dicke der abgeschiedenen fotoleitfähigen Schicht und zu einer Vermeidung von Bildfehlern führt.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung für die Herstellung eines fotoleitfähigen Aufzeichnungselements durch das Glimmentladungs-Zersetzungsverfahren.

Das erfindungsgemäße fotoleitfähige Aufzeichnungsmaterial besteht gemäß seiner bevorzugten Ausführungsform aus einem zylinderförmigen (trommelförmigen) Träger für eine fotoleitfähige Schicht und einer auf dem zylinderförmigen Träger vorgesehenen fotoleitfähigen Schicht, die ein amorphes Material mit Siliciumatomen als Matrix enthält, wobei das amorphe Material als am Aufbau beteiligte Atome vorzugsweise Wasserstoffatome und/oder Halogenatome enthält. Die fotoleitfähige Schicht kann eine Sperrschicht, die den zylinderförmigen Träger berührt, und des weiteren eine auf der Oberfläche der fotoleitfähigen Schicht befindliche Oberflächen- Sperrschicht aufweisen.

Der erfindungsgemäße zylinderförmige Träger hat eine Dicke von mindestens 2,5 mm. Durch die Verwendung eines zylinderförmigen Trägers mit einer Dicke von mindestens 2,5 mm kann das Ausmaß der Verformung des Trägers selbst dann unterdrückt und ausreichend klein gehalten werden, wenn der zylinderförmige Träger während der Herstellung des fotoleitfähigen Aufzeichnungsmaterials in einer Abscheidungsvorrichtung für einen a-Si-Film oder während der Anwendung als zylinderförmiges lichtempfindliches Aufzeichnungselement für elektrofotografische Zwecke erwärmt wird, und infolgedessen kann die Ablösung des a-Si- Abscheidungsfilms auf ein Ausmaß herabgesetzt werden, das in einem für die praktische Anwendung geeigneten Bereich liegt, oder vollständig verhindert werden. Der zylinderförmige Träger sollte vorzugsweise eine Dicke von 3,5 mm haben.

Das Grundmaterial für den zylinderförmigen Träger kann entweder elektrisch leitend oder isolierend sein. Als elektrisch leitendes Grundmaterial können Metalle wie z. B. NiCr, nichtrostender Stahl, Al, Cr, Mo, Au, Nb, Ta, V, Ti, Pt oder Pd oder Legierungen davon erwähnt werden.

Als isolierendes Grundmaterial können üblicherweise Folien oder Platten aus Kunstharzen, wozu beispielsweise Polyester, Polyethylen, Polycarbonat, Celluloseacetat, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polystyrol und Polyamid gehören, Gläser, keramische Stoffe, Papier und andere Materialien verwendet werden. Diese isolierenden Träger sollten vorzugsweise mindestens eine Oberfläche haben, die einer Behandlung unterzogen wurde, durch die sie elektrisch leitend gemacht worden ist, und fotoleitfähige Schichten werden geeigneterweise auf der Seite vorgesehen, die durch eine solche Behandlung elektrisch leitend gemacht worden ist.

Ein Glas kann beispielsweise durch eine Behandlung elektrisch leitend gemacht werden, bei der auf dem Glas ein dünner Film aus NiCr, Al, Cr, Mo, Au, Ir, Nb, Ta, V, Ti, Pt, In₂O₃, SnO₂ oder ITO (In₂O₃ + SnO₂) gebildet wird. Alternativ kann die Oberfläche einer Kunstharzfolie wie z. B. einer Polyesterfolie durch eine Behandlung wie die Vakuumaufdampfung, die Elektronenstrahl- Abscheidung oder die Zerstäubung eines Metalls wie z. B. NiCr, Al, Ag, Pb, Zn, Ni, Au, Cr, Mo, Ir, Nb, Ta, V, Ti oder Pt oder das Laminieren mit einem solchen Material elektrisch leitend gemacht werden.

Als Grundmaterial für den zylinderförmigen Träger wird vorzugsweise Aluminium verwendet, weil daraus relativ einfach ein Zylinder bzw. eine Walze mit einer guten Genauigkeit beispielsweise hinsichtlich der wahren Kreisförmigkeit und der Oberflächenglätte gebildet werden kann, weil die Temperatur am Oberflächenteil des während der Herstellung des Aufzeichnungsmaterials abgeschiedenen a-Si leicht reguliert werden kann und auch weil es in wirtschaftlicher Hinsicht vorteilhaft ist.

Als Beispiele für die Halogenatome, die in der fotoleitfähigen Schicht des erfindungsgemäßen fotoleitfähigen Aufzeichnungsmaterials enthalten sein können, können Fluor, Chlor, Brom und Jod erwähnt werden, wobei Chlor und Fluor und vor allem Fluor besonders bevorzugt werden. Als andere Bestandteile, die außer Siliciumatomen, Wasserstoffatomen und Halogenatomen in der fotoleitfähigen Schicht enthalten sind, können als Bestandteil für die Regulierung des Fermi-Niveaus oder des verbotenen Bandes Atome der Gruppe III des Periodensystems wie z. B. Bor oder Gallium, Atome der Gruppe V des Periodensystems wie z. B. Stickstoff, Phosphor oder Arsen, Sauerstoffatome, Kohlenstoffatome oder Germaniumatome entweder einzeln oder in einer geeigneten Kombination enthalten sein.

Eine Sperrschicht wird vorgesehen, um beispielsweise die Haftung zwischen der fotoleitfähigen Schicht und dem zylinderförmigen Träger zu verbessern oder um die Fähigkeit zur Aufnahme von Ladungen zu regulieren, und in Abhängigkeit von dem Zweck wird eine a-Si-Schicht oder eine Schicht aus mikrokristallinem Si, die Atome der Gruppe III des Periodensystems, Atome der Gruppe V des Periodensystems, Sauerstoffatome, Kohlenstoffatome oder Germaniumatome enthält, in einer Schicht oder in Form einer Mehrfachschicht gebildet.

Ferner kann als Schicht für eine Verhinderung der Injektion von Oberflächenladungen oder als Schutzschicht eine obere Schicht bzw. Deckschicht, die aus a-Si besteht, das Kohlenstoffatome, Stickstoffatome und/oder Sauerstoffatome, vorzugsweise in großen Mengen, enthält, oder eine Oberflächen-Sperrschicht, die aus einem organischen Material mit hohem Widerstand besteht, vorgesehen werden.

Im Rahmen der Erfindung können für die Bildung der aus a-Si bestehenden fotoleitfähigen Schicht bekannte Vakuum­ bedampfungsverfahren, bei denen eine Entladungserscheinung ausgenutzt wird, beispielsweise das Glimmentladungsverfahren, das Zerstäubungsverfahren oder das Ionenplattierverfahren, angewandt werden.

Als nächstes wird ein Beispiel für die Herstellung eines durch das Glimmentladungs-Zersetzungsverfahren gebildeten fotoleitfähigen Aufzeichnungsmaterials beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung für die Herstellung eines fotoleitfähigen Aufzeichnungsmaterials durch das Glimmentladungs- Zersetzungsverfahren. Ein Abscheidungsbehälter 1 besteht aus einer Grundplatte 2, einer Behälterwand 3 und einer oberen Platte 4. Innerhalb des Abscheidungsbehälters 1 ist eine Kathode 5 vorgesehen, und ein zylinderförmiger Träger 6, der auch als Anode wirkt, ist im mittleren Teil der Kathode 5 angeordnet.

Für die Bildung eines a-Si-Abscheidungsfilms auf dem zylnderförmigen Träger mit dieser Herstellungsvorrichtung wird zuerst ein Gasauslaßventil 9 geöffnet, um den Abscheidungsbehälter 1 zu evakuieren, wobei ein Einströmventil 7 für Beschickungsgas und ein Belüftungsventil 8 geschlossen sind. Wenn der an einer Vakuummeßvorrichtung 10 abgelesene Druck etwa 6,7 mbar erreicht hat, wird das Beschickungsgas-Einströmventil 7 geöffnet, um eine Mischung aus gasförmigen Ausgangsmaterialien wie z. B. SiH₄-Gas, Si₂H₆-Gas und SiF₄-Gas, deren Mischungsverhältnis in einer Durchflußreguliervorrichtung 11 auf einen gewünschten Wert eingestellt worden ist, in den Abscheidungsbehälter 1 hineinströmen zu lassen. Während der an der Vakuummeßvorrichtung 10 abgelesene Druck beobachtet wird, wird die Öffnung des Gasauslaßventils 9 so reguliert, daß der Druck in dem Abscheidungsbehälter 1 einen gewünschten Wert erreicht. Nachdem bestätigt wurde, daß die Oberflächentemperatur auf dem zylinderförmigen Substrat 6 durch eine Heizvorrichtung 12 auf einen gewünschten Wert eingestellt wurde, wird eine Hochfrequenz-Stromquelle 13 auf eine gewünschte Leistung eingestellt, um in dem Abscheidungsbehälter 1 eine Glimmentladung anzuregen.

Während der Schichtbildung wird der zylinderförmige Träger 6 durch einen Motor 14 mit einer konstanten Geschwindigkeit gedreht, um die Schichtbildung gleichmäßig zu machen. Auf diese Weise kann auf dem zylinderförmigen Träger 6 ein a-Si-Abscheidungsfilm gebildet werden.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Mit der in Fig. 1 gezeigten Herstellungsvorrichtung wurden durch das vorstehend näher erläuterte Glimmentladungs- Zersetzungsverfahren auf 6 Arten von zylinderförmigen Trägern aus Aluminium mit einem Außendurchmesser von 80 mm, die jeweils eine verschiedene Dicke hatten, unter den folgenden Bedingungen a-Si-Abscheidungsfilme gebildet.

Temperatur des zylinderförmigen Trägers: 250°C
Druck in dem Abscheidungsbehälter während der Bildung der Abscheidungsschicht: 0,04 mbar
Entladungsfrequenz: 13,56 MHz
Bildungsgeschwindigkeit der Abscheidungsschicht: 2,0 nm/S
Entladungsleistung: 0,18 W/cm²

Nachdem der Ablösungszustand der Filme auf den auf diese Weise hergestellten zylinderförmigen lichtempfindlichen Aufzeichnungsmaterialien für elektrofotografische Zwecke beobachtet worden war, wurde jedes dieser zylinderförmigen lichtempfindlichen Aufzeichnungsmaterialien auf eine Kopiervorrichtung (400 RE; hergestellt von Canon, Inc.) aufgesetzt, um eine Bilderzeugung durchzuführen, und die Qualität der erzeugten Bilder wurde bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

Als bei den vorstehend erwähnten, zylinderförmigen lichtempfindlichen Aufzeichnungsmaterialien mit einer Substratdicke von 1,5 mm und 2,0 mm die wahre Kreisförmigkeit gemessen wurde, betrug der Unterschied zwischen dem am meisten zurückspringenden Teil und dem am meisten vorspringenden Teil etwa 100 µm. Im Gegensatz dazu betrug dieser Unterschied bei den zylinderförmigen lichtempfindlichen Aufzeichnungsmaterialien mit einer Trägerdicke von 2,5 mm und 3,0 mm etwa 30 µm und bei den zylinderförmigen lichtempfindlichen Aufzeichnungsmaterialien mit einer Trägerdicke von 3,5 mm und 5,0 mm 10 bis 20 µm.

Beispiel 2

Ein zylinderförmiges lichtempfindliches Aufzeichnungsmaterial für elektrofotografische Zwecke wurde durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, jedoch wurde während der Bildung der zweiten Schicht des a-Si-Abscheidungsfilms auf einem zylinderförmigen Träger aus Aluminium, das einen Außendurchmesser von 80 mm und eine Dicke von 3,0 mm hatte, anstelle des SiH₄-Gases Si₂H₆-Gas verwendet. Bei dem zylinderförmigen lichtempfindlichen Aufzeichnungsmaterial für elektrofotografische Zwecke wurden die Bewertung der Ablösung des Films und die Bewertung der Bildqualität ähnlich wie in Beispiel 1 durchgeführt. Als Ergebnis wurden bei beiden Bewertungen ähnlich wie im Fall des zylinderförmigen lichtempfindlichen Aufzeichnungsmaterials mit einer Trägerdicke von 3,0 mm von Beispiel 1 gute Ergebnisse erhalten.

Tabelle 1

Symbole für die Bewertung der Bildqualität:
 sehr gut
○ gut
Δ kein Problem bei der praktischen Anwendung
X bei der praktischen Anwendung mit Problemen verbunden
A^*1: Abmessung des abgelösten Teils 0,3 mm ≦ ⌀ ≦ 0,6 mm
B^*2: Abmessung des abgelösten Teil 0,6 mm ≦ ⌀.

Claims (1)

1. Elektrofotografisches Aufzeichnungsmaterial mit einem zylinderförmigen Träger und einer auf dem Träger vorgesehenen fotoleitfähigen Schicht, die ein amorphes Material mit Siliciumatomen als Matrix enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger eine Dicke von mindestens 2,5 mm hat.