有機デバイスの機能を保ったまま耐久性を向上するセラミックコーティング技術を開発リコー

リコーは2020年12月2日、セラミック有機ハイブリッドデバイスと有機デバイスのセラミックコーティング技術を開発したと発表した。セラミック有機ハイブリッドデバイスは、有機デバイスの機能を保ったままセラミックコーティングし、耐久性をコーティングしない場合と比較して35倍向上させたデバイスとなる。

有機デバイスは、有機分子を組み合わせることで多様な機能を発揮できるが、強度が無機デバイスに比べて弱いという課題があり、セラミックコーティングは課題である強度を向上させる手段の一つとなる。しかし、セラミックは一般的に原料となる粒子を高熱で焼結して製造するため、これまでの製造技術では有機物の構造を維持することや、セラミック膜に透明性や導電性を持たせることが困難だった。

同社は、透明かつ導電性を持つセラミックの微細粉末を常温で固体のままデバイスの表面に衝突させ、均一にセラミックの膜を形成するエアロゾルデポジション法を採用。このエアロゾルデポジション法で非常に重要な要素となるセラミック粉体の組成やサイズ、噴射条件などの条件を制御することに成功した。

セラミックコーティング断面の模式図

また、事前に独自の電荷輸送性中間層を塗布し、デバイス表面を保護しつつセラミック粉体の密着性を高め、デバイス機能を保ったままセラミック層を厚膜化することにも成功。開発したセラミックコーティングは、ダイヤモンドと同じ結晶構造を持つ非常に硬度の高いDLC（Diamond like Carbon）コーティングと同等以上の強度を持つという。

MFP（デジタル複合機）等に用いられる電子写真用感光体にこの技術を適用し、摩耗試験を実施した結果、一般的な有機感光体の約35倍、高耐久樹脂膜を利用した感光体の約10倍の強度向上を確認した。目的に応じて電荷輸送性中間層と透明導電性セラミック粉体の調合を変えれば、さまざまな有機デバイスに対応する。直径φ100mm×長さ380mmという広い面積にも均一な加工ができるという。また、有機デバイス上に常温でセラミック膜を生成できる。

各種有機感光体表面のスクラッチ試験による摩耗深さ

同社はこの技術の開発を進め、有機EL、電子ペーパー、有機薄膜センサー、有機太陽電池などのさまざまな有機デバイスの耐久性強化と低コスト化を目指す。

有機デバイスの機能を保ったまま耐久性を向上するセラミックコーティング技術を開発　リコー