2011年6月22日 星期三

感光鼓原理


感光鼓有一個非常特殊的特性便是在曝光時是導電的,但是當沒有光線照射時是絕緣體,就是這種特性造就了列印技術的核心。首先經過佈電機構的佈電,在感光鼓表面會產生一層均勻的電荷,接下來便是曝光。雷射光照射到感光滾筒上時,未曝光區會維持原有電位,但是曝光區電位會被中和掉而電位下降。原因是這個曝光區的電荷被導通接地而流失了,這個區域於是便可以用在下一個步驟:顯像。


典型的感光元件是將金屬塗佈上一層10到50μm的光電物質。早期的感光元件是在處理過的金屬表面塗佈上一層硒,現在的感光元件是在鋁或是無縫的帶子上塗佈上光電物質。塗佈物質對光線的反應對列印非常重要。未曝光時的絕緣性要非常良好,因為如此影像才能有足夠的時間保留到顯像,但是曝光時必須轉換成是完全導電的特性,這樣電荷可才以最短的時間內被導通。尤其現在高速的列印系統對於這項要求更是嚴格。感光鼓會先接受佈電元件的佈電而在感光鼓表面產生一層靜電荷。

在接受到雷射光曝光後,負責保留自雷射所接收到的影像訊息,並將影像轉換成電荷形式保留在鼓的表面。


當感光鼓與碳粉接觸到的時候,碳粉就會因為影像的電位差而產生電吸引力而被吸附在感光鼓的影像(帶電少的部分)上。

感光鼓的結構

感光鼓的結構分成塗佈基材,基材是由金屬構成的,現在都是用鋁來當基材基材部分接地以引導電子能迅速消散掉。塗佈層則可概略分成

  • 保護層
  • 電性層
  • 防反射層
保護層

感光鼓的表面必須與碳粉,佈電滾輪(PCR)、顯像滾輪 (Develop roller) 和刮刀作直接接觸,一支感光鼓壽命要求通常都在列印一萬兩千張的5%覆蓋率稿件,因此耐磨耗必須是保護層的第一項特性。
而感光鼓在經過佈電後又必須將電荷保持到能夠列印,雖然在未曝光時元件是絕緣的,但是實際上表面的電荷還是會流失的,這是因為在表面上的熱會使得電荷的動能增加讓移動變的容易,增加了電子逸散的機率。如果這種電荷的衰減過大的話,會使得曝光影像與未曝光區的對比變的模糊,壓降差不明顯,而產生列印背景成像的保留。

保護層在製程上與其他塗佈層相同,不可以有雜質及膜厚不均的現象。目前國內製程上是以浸泡 (dipping) 的方式塗佈,膜厚控制在數μm間。

電性層

電性層是整個感光鼓的心臟。它在平常必須是絕緣體而在曝光時又必須是導體,並且在曝光時能夠產生光電效應,導電性必須夠好,能讓電子即時傳導。在設計上電性層可初步分成
· 1. 電子傳導層 (charge tranfer layer CTL)
· 2. 電子產生層 (charge generate layer CGL)

電子傳導層(CTL)簡介
電子傳導層負責電荷的傳遞,材料對電性傳導的特性必須控制在一定的範圍內,導通性不良的結果是電子無法在一定的時間傳遞到所需要的區域而造成列印不良;另一方面也因此增加電容,讓成像不容易消除,這也就是曝光衰減過長。
同樣的電子如果傳導過快,也容易造成影像無法保持到列印所需,對列印同樣不良,這會造成曝光衰減過快。當然,除了材料外,塗佈層厚度的設計值也很重要,所以CTL的設計必須將材料的導電性與所需的塗佈厚度一併權衡考慮。

電子產生層(CGL)簡介
電子產生層的主要功能就是將光能轉換成電能,利用光電效應產生電子。設計上需考慮到曝光所用到的雷射光波長,因為波長對所產生的電子能量有關,因此為了產生正確的能量我們在列印中所使用的雷射光波長是固定的,每一種不同機型的雷射光波長不一定一樣,但是相同機型的雷射光波長是相同固定的。
電子一但產生後,必須與CTL及底下的基材有所反應,其步驟如下
· 1. 雷射光照射,CGL產生負電子與正電離子
· 2. CGL電子迅速由基材接地導通
· 3. CGL的正電離子與保護層 (PL) 上方的負電荷產生電場,此電場與最接近的電荷產生最大的電動勢,於是便將此電子透過CTL的傳導電子進入塗佈層與CGL正電離子中和。

· 4. 影像區形成低電壓帶


防反射層

防反射層顧名思義就是防止雷射光反射,因為反射會造成解析度的破壞,如下圖所示

如何達到雷射光的不再反射?在目前國內有兩種做法:第一個就是直接在感光滾筒基材上作陽極處理,讓陽極處理後的基材表層粗造度Ra 值等於雷射光的波長,藉由光學干涉的原理將反射光消除。第二個做法是在電性層與基材間塗佈上一層可以吸收雷射光的物質,不管這些做法如何唯一的目的就是不讓雷射光再反射。
另外一個特性是必須有足夠的電阻不讓電子輕易的流失掉,因為基材是接地的,如果沒有適當的電阻,感光鼓的靜電荷,很快就會消失,如此一來就無法顯像,但是CGL的電子又必須能適當的被導通,因此這一層在設計上必須注意這一點。

光電效應

電子在金屬內部可以很自由的游動,但是卻無法自由的跑出金屬外部, 猶如被限制在圍牆內的自由彈跳的球,由於能量不夠大跳不過高高的圍牆。但是若拿個物品狠狠『K』它一下,便有機會讓電子(球)跳出金屬(圍牆)外。

於是有人想用光去照射金屬表面,觀看金屬內電子被照射後的行為。但是發現在高頻的光線照射下電子比較容易被擊出金屬表面, 可是當光的頻率低於某特定值時,卻是怎麼照 照多久電子卻都是跑不出來, 可是只要是頻率夠高 即使很微弱的光照射 也會有電子跑出來。
(不同金屬有不同的臨界頻率,對應於使電子逃脫金屬表面的最低能量) 而且當光照射到金屬表面時,便有電子馬上跳出來,不需時間的延遲。 而且以頻率越高的光照射,跳出來電子的動能也越大, 且動能和頻率間呈現線性關係。

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