静电照相成像材料

1、曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 第十五章第十五章 静电照相成像材料静电照相成像材料 v静电照相的发展历史静电照相的发展历史 v静电照相的成像原理静电照相的成像原理 v静电照相典型的成像过程静电照相典型的成像过程 静电照相的显影、定影静电照相的显影、定影 v光导体的结构、分类、材料特性光导体的结构、分类、材料特性 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 一、概述一、概述 v静电成像是应用最广泛的静电成像是应用最广泛的数字印刷数字印刷技术，也是大多技术，也是大多 数数复印机和激光打印机复印机和激光打印机的基础，是较成熟

2、的彩色印的基础，是较成熟的彩色印 刷技术，它的发明者是美国贝尔实验室查斯特刷技术，它的发明者是美国贝尔实验室查斯特卡卡 尔逊（尔逊（Chester Carlson）。）。 v静电成像技术最初用于静电复印，是利用静电成像技术最初用于静电复印，是利用光导和静光导和静 电效应电效应相结合实现的。相结合实现的。 v所谓静电照相数字印刷是不借助压力，而用异性静所谓静电照相数字印刷是不借助压力，而用异性静 电吸引的原理获取图像的印刷方式。因此，依靠异电吸引的原理获取图像的印刷方式。因此，依靠异 性静电吸引完成图文信息的转移是静电印刷的主要性静电吸引完成图文信息的转移是静电印刷的主要 特征。特征。 曲阜师范

3、大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 v静电照相技术很早就为人们所熟悉与应用，从技术静电照相技术很早就为人们所熟悉与应用，从技术 观点来看，静电照相就是把观点来看，静电照相就是把物质的光导电性能和静物质的光导电性能和静 电现象结合起来进行照相、记录、印刷。电现象结合起来进行照相、记录、印刷。 静电照相和光学照相的主要区别在于感光剂。静电照相和光学照相的主要区别在于感光剂。 光学照相的感光剂多为光学照相的感光剂多为银盐银盐，利用见光部分发生光，利用见光部分发生光 化反应原理实现成像。而静电照相的感光剂是化反应原理实现成像。而静电照相的感光剂是光导光导 电物质，电物质

4、，见光后发生物理变化形成图像。见光后发生物理变化形成图像。 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 二、静电照相的成像原理二、静电照相的成像原理 利用光导体在光下导电，在暗处绝缘的特性，利用光导体在光下导电，在暗处绝缘的特性， 形成静电潜影，经显影，定影处理，得到稳定形成静电潜影，经显影，定影处理，得到稳定 影像影像 光导层光导层 导电层导电层 基板基板 静电照相感光版静电照相感光版 导电层一般采用铝导电层一般采用铝 基板一般使用聚酯基板一般使用聚酯 薄膜或纸基薄膜或纸基 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 v静电照相

5、通过激光扫描方式在光导体表面形静电照相通过激光扫描方式在光导体表面形 成静电潜像，再利用带电色粉（电荷符号与成静电潜像，再利用带电色粉（电荷符号与 静电潜像相反）与静电潜像之间的库仑作用静电潜像相反）与静电潜像之间的库仑作用 力实现潜像可见（显影），最后将色粉转移力实现潜像可见（显影），最后将色粉转移 到承印物上完成印刷。到承印物上完成印刷。 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 充电充电曝光曝光显影显影转移转移定影定影清版清版 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 v充电、曝光充电、曝光 、显影、显影、 转印转印 、

6、分离、分离、 定影定影 、清洁、清洁 、 消电消电 （静电复印、激光打印）（静电复印、激光打印） v充电充电 、曝光、曝光、 着墨（显影）、着墨（显影）、 呈色剂的转移（印呈色剂的转移（印 刷）、呈色剂定影、清洁（调整）刷）、呈色剂定影、清洁（调整） （静电数字（静电数字 印刷机）印刷机） v氧化锌纸基版准备、充电、曝光、显影、检查修版、氧化锌纸基版准备、充电、曝光、显影、检查修版、 定影定影 （静电制版）（静电制版） 三、静电照相的成像过程三、静电照相的成像过程 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 静电照相成像与复制工作流程静电照相成像与复制工作流程

7、曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 v感光鼓充电感光鼓充电 本身无感光性，要通过暗处充电使其敏化，从而具有感光本身无感光性，要通过暗处充电使其敏化，从而具有感光 性。电晕充电是目前敏化感光鼓最为有效和方便的一种方法。性。电晕充电是目前敏化感光鼓最为有效和方便的一种方法。 光电子过程，是空气电离，表面形成电荷均匀沉积光导体光电子过程，是空气电离，表面形成电荷均匀沉积光导体 表面，光导体与导电层界面形成与之相对的感应电荷。表面，光导体与导电层界面形成与之相对的感应电荷。 - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + +

8、+ + + + + + + + + + 基板（导电层） 类似于一个平板电容器类似于一个平板电容器 充电后的感光版内部存充电后的感光版内部存 在着极强的电场在着极强的电场 表面电位 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 v曝光曝光 光导体受光激发后，产生带负电荷的电子和带正电光导体受光激发后，产生带负电荷的电子和带正电 的空穴，即光生载流子，使得光导层的电阻率迅速的空穴，即光生载流子，使得光导层的电阻率迅速 降低，呈导电状态。降低，呈导电状态。 - - - - - - - - - - - - - - - 基板（导电层） h + + + + + + + + +

9、 + + + - 电位衰减；电位衰减； 电位基本保持不变；电位基本保持不变； 形成表面电位起伏的静电潜像形成表面电位起伏的静电潜像 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 复印机：灯泡发光照射到被复制文档表面被反射复印机：灯泡发光照射到被复制文档表面被反射 到光导材料上曝光，形成静电潜像到光导材料上曝光，形成静电潜像 打印机、数字印刷机：激光束（或打印机、数字印刷机：激光束（或LED）先经调）先经调 制，再曝光制，再曝光 曝光材料的感光灵敏度与光源技术参数匹配曝光材料的感光灵敏度与光源技术参数匹配 感光鼓上的充、放电过程感光鼓上的充、放电过程 v预充电、主充

10、电、图像曝光预充电、主充电、图像曝光 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 v显影显影 将带有静电潜影相反电荷的色粉散在潜影表面，利将带有静电潜影相反电荷的色粉散在潜影表面，利 用静电引力吸附在潜影上，形成可见影像。用静电引力吸附在潜影上，形成可见影像。 - - - - - - - - - - - - - - - 基板（导电层） + + + + + + + + + + + - 带电色粉 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 v显影，也可称为输墨显影，也可称为输墨 呈色剂呈色剂 显影系统显影系统 磁刷显影系统：最重要的显

11、影方法磁刷显影系统：最重要的显影方法 写黑系统：图文部分曝光，油墨带有与光导材写黑系统：图文部分曝光，油墨带有与光导材 料表面相同性质的电荷（负电荷），因曝光区料表面相同性质的电荷（负电荷），因曝光区 域带有更少的负电荷而被吸附。域带有更少的负电荷而被吸附。 写白系统：非图文部分曝光，油墨带有与光导写白系统：非图文部分曝光，油墨带有与光导 体材料表面相反的电荷（正电荷），因非曝光体材料表面相反的电荷（正电荷），因非曝光 区域带有更多的负电荷而被吸附。区域带有更多的负电荷而被吸附。 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 v转印 纸张背面作电晕处理使呈色剂颗粒

12、转移到纸张正纸张背面作电晕处理使呈色剂颗粒转移到纸张正 面面 呈色剂通常直接转印，也有通过中间体转印呈色剂通常直接转印，也有通过中间体转印 - 基板（导电层） + + + + + + + + + + + 承印物 - 带电色粉 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 v熔化，又称熔化，又称 “定像定像 ” 是呈色剂渗透入纸张纤维内部，通过加热和压力是呈色剂渗透入纸张纤维内部，通过加热和压力 作用完成作用完成 - - - - - - - - - - - - - - 承印物 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 v清理清理 去

13、除感光鼓表面残留的呈色剂，残留的电荷去除感光鼓表面残留的呈色剂，残留的电荷 机械方式和电子方法结合机械方式和电子方法结合 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 四、四、 光导电材料光导电材料 1.光导材料概述光导材料概述 一种具有一种具有光敏特性的半导体，光敏特性的半导体，又称光敏半导体又称光敏半导体 处于暗处为绝缘体（电阻很大），但在光亮处具处于暗处为绝缘体（电阻很大），但在光亮处具 有导电性（电阻很小）有导电性（电阻很小） 硒、氧化锌、硫化镉、无定型硅、硒、氧化锌、硫化镉、无定型硅、OPC等等 将光敏半导体用一定的方法涂布于平板型基底上将光敏半导体用一

14、定的方法涂布于平板型基底上 光敏板（鼓）是心脏光敏板（鼓）是心脏 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 v工作状态工作状态 绝缘体绝缘体+光量子光量子 导电态导电态 v静电特性与光敏特性静电特性与光敏特性 光敏半导体在暗处时，其内部载流子数目很少，光敏半导体在暗处时，其内部载流子数目很少， 因此电阻很大，呈现绝缘状态，其表面可以沉积电因此电阻很大，呈现绝缘状态，其表面可以沉积电 荷，当已充电的光导体表面受到光照时，其内部载荷，当已充电的光导体表面受到光照时，其内部载 流子的数目剧增，导电能力显著增强，几乎与导体流子的数目剧增，导电能力显著增强，几乎与导体

15、一样，可以放电。这种在暗处呈现的电阻叫一样，可以放电。这种在暗处呈现的电阻叫“暗暗 阻阻”，半导体暗阻大的这种特性，称为光敏半导体，半导体暗阻大的这种特性，称为光敏半导体 的的静电特性静电特性；而受光照后其导电能力显著增强的特；而受光照后其导电能力显著增强的特 性，称为半导体的性，称为半导体的光敏特性。光敏特性。 激发激发 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 h 电子电子 空穴空穴 导带导带 价带价带 禁带禁带 真空能级真空能级 hEg E 光电过程光电过程 价带中出现空穴，价带中出现空穴， 导带中出现电子，导带中出现电子， 空穴和电子都参与空穴和电子都

16、参与 导电称为载流子导电称为载流子 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 导体、半导体与绝缘体的能带模型导体、半导体与绝缘体的能带模型 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 v绝缘体的禁带宽度较大（绝缘体的禁带宽度较大（Eg约约36ev），价），价 带顶的电子难以跃迁到导带底成为自由电子，带顶的电子难以跃迁到导带底成为自由电子， 故电导率较低；故电导率较低； 导体的禁带宽度较小，价带顶的电子容易跃导体的禁带宽度较小，价带顶的电子容易跃 迁到导带底成为自由电子，同时在价带顶形迁到导带底成为自由电子，同时在价带顶形 成空穴

17、，故电导率较高；成空穴，故电导率较高； 半导体禁带宽度介于二者之间（半导体禁带宽度介于二者之间（Eg约约3ev以以 下）下） ，故电导率也介于二者之间，故电导率也介于二者之间 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 2.光敏导体的类型光敏导体的类型 v静电照相光敏导体根据其结构构成，可分为无机光导体和静电照相光敏导体根据其结构构成，可分为无机光导体和 有机光导体。有机光导体。 无机光导体是利用半导体材料制成的，主要由硒、硫、硒无机光导体是利用半导体材料制成的，主要由硒、硫、硒 合金、金属氧化物（如氧化锌、二氧化钛等）和一些金属硫合金、金属氧化物（如氧化锌、二

18、氧化钛等）和一些金属硫 化物（如硫化银、硫化锌等）。化物（如硫化银、硫化锌等）。 有机光导体即常听到的有机光导体即常听到的OPC英文全名叫做英文全名叫做organic photo- conductor，是利用树脂、感光物质与导电物质组成的元件。，是利用树脂、感光物质与导电物质组成的元件。 v根据传导电流的载流子的类型，可分为根据传导电流的载流子的类型，可分为N型和型和P型两类光型两类光 导体。导体。 N型光导体中导电的载流子是电子，型光导体中导电的载流子是电子， P型光导体中导电的载流子则为空穴。型光导体中导电的载流子则为空穴。 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信

19、息记录材料 1）硒光导体）硒光导体 硒光导体属于硒光导体属于P型半导体。是空穴型半导体，型半导体。是空穴型半导体， 在光照射下，硒层内部将产生电子一空穴对。在光照射下，硒层内部将产生电子一空穴对。 由于受强电场的作用，电子向光导体的表面由于受强电场的作用，电子向光导体的表面 迁移，而空穴则穿过硒层向基体迁移，迁移，而空穴则穿过硒层向基体迁移，空穴空穴 的迁移率比电子大的迁移率比电子大，空穴的迁移速度越快，空穴的迁移速度越快， 硒光导体的灵敏度越好硒光导体的灵敏度越好 。 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 2）硫化镉光导体（）硫化镉光导体（N） 3）氧化

20、锌光导体）氧化锌光导体(N) 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 4）有机光导体）有机光导体(P) 1968年美国年美国BM公司推出了采用新的电荷转移公司推出了采用新的电荷转移 复合物：聚乙烯咔唑复合物：聚乙烯咔唑三硝基芴酮（三硝基芴酮（ PVK-TNF)有有 机光导材料（机光导材料（OPC:Organic photo conductor）的）的 静电复印技术，这种静电复印技术，这种OPC材料在静电照相技术中材料在静电照相技术中 可多次重复使用，表现出具有高电位承受能力和低可多次重复使用，表现出具有高电位承受能力和低 暗衰速率的特性，它在白光区具有全色感

21、光性能，暗衰速率的特性，它在白光区具有全色感光性能， 可与无定形可与无定形Si相媲美，从而开创了相媲美，从而开创了OPC材料广泛应材料广泛应 用和发展的新局面。用和发展的新局面。 有机光导体与无机光导体相比，有机光导体与无机光导体相比，具有分子结具有分子结 构容易改变，分辨率较高，加工简便和价格构容易改变，分辨率较高，加工简便和价格 低廉等优点低廉等优点 。 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 v有机感光体可以分成两种制作方式，一种是单层有机感光体可以分成两种制作方式，一种是单层 感光体，即将树脂、感光物质与导电物质三者混感光体，即将树脂、感光物质与导电

22、物质三者混 合；另一种是多层感光体，是将感光物质与导电合；另一种是多层感光体，是将感光物质与导电 物质分开。物质分开。 双层结构的机能分离型有机感光鼓在实际应用中应双层结构的机能分离型有机感光鼓在实际应用中应 用最多，其有机感光鼓是由载流子发生层（用最多，其有机感光鼓是由载流子发生层（CGL）、）、 载流子传输层（载流子传输层（CTL）、导电层（铝）和片基（聚）、导电层（铝）和片基（聚 酯）组成的。酯）组成的。 其中载流子发生层由载流子发生材料其中载流子发生层由载流子发生材料(CGM)与粘合剂组成，其作与粘合剂组成，其作 用是吸用是吸收光子后产生载流子收光子后产生载流子； 载流子传输层是由载流

23、子传输材料载流子传输层是由载流子传输材料(CTM)与粘合剂组成的，作用与粘合剂组成的，作用 是接受并是接受并传输载流子发生层所产生的载流子传输载流子发生层所产生的载流子。 导电基体是由导电层和片基组成，用于接地并支撑载流子发生层导电基体是由导电层和片基组成，用于接地并支撑载流子发生层 与传输层与传输层. 层积型感光体剖面图层积型感光体剖面图 这种结构由于把这种结构由于把 载流子产生机能载流子产生机能 和载流子传输机和载流子传输机 能分开，能分开，载流子载流子 产生效率高，因产生效率高，因 而感度高。而感度高。 v有机光导体成像原理有机光导体成像原理 通过电晕放电使通过电晕放电使CTL层表面均一

24、充层表面均一充 电，然后经照射光激发使电，然后经照射光激发使CGL产生电产生电 子子空穴对，并通过电荷传输层将正电空穴对，并通过电荷传输层将正电 荷传送到荷传送到CTL层表面和充电电荷复合，层表面和充电电荷复合， 而负载流子则传输到导电底基复合。而负载流子则传输到导电底基复合。 OPC利用光照使感光体表面形成静利用光照使感光体表面形成静 电潜像而最终通过墨粉显影剂成像。电潜像而最终通过墨粉显影剂成像。 现在实用化的现在实用化的CTL大部分是空穴传大部分是空穴传 输材料，因此在输材料，因此在OPC中，电荷产生材料中，电荷产生材料 及电荷传输材料的性能及匹配情况直接及电荷传输材料的性能及匹配情况直

25、接 影响到影响到OPC性能的优劣。性能的优劣。 P+ e- h 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 v充电：负电荷 v曝光：产生载流子，载流子迁移 v显影 v转印 v清洗：消除残余电荷，清除残余油墨 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 3. 特性曲线 V3V3：饱和电位：饱和电位 t1/2t1/2：半衰曝光时间：半衰曝光时间 (1/2V2)(1/2V2) V1V1：残余电位：残余电位 30 光导体的光电特性曲线光导体的光电特性曲线 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 (1)

26、充电 31 感光版表面的电荷密度增加表面电位升高电位差不断减小。 光导层电阻随电场的不断增光导层电阻随电场的不断增 大而下降，产生电子漏失大而下降，产生电子漏失 （泄露电流），沉积（泄露电流），沉积= =漏失，漏失， 达到动态平衡，此时的表面达到动态平衡，此时的表面 电位称为电位称为饱和电位（饱和电位（V3V3）。 光导体，应具有较高的电荷接受率光导体，应具有较高的电荷接受率 充电时要求有较快的速度和较高的充充电时要求有较快的速度和较高的充 电电位电电位 为了能保持一定的电位，其暗阻率为了能保持一定的电位，其暗阻率 应保持在应保持在10121015/cm以上以上 饱和电位大于工作电位饱和电位大

27、于工作电位 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 32 （2）暗衰减（）暗衰减（DD） 顾名思义，充电电位在黑暗（未曝光）状态下的顾名思义，充电电位在黑暗（未曝光）状态下的 衰减衰减(V2)(V2)。 暗电流或被陷阱捕获暗电流或被陷阱捕获 使电位降低。使电位降低。 要求暗衰要求暗衰(DD)小，暗衰速度慢，感光材料在暗处小，暗衰速度慢，感光材料在暗处 具有较高的暗电阻率，使充电电荷能维持一段适具有较高的暗电阻率，使充电电荷能维持一段适 当的时间。当的时间。 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 33 （3） 光衰减光衰减

28、 h 电场作用电场作用 电场电场 光子光子 + 光导体光导体 空穴空穴电子电子 空穴空穴 + 电子电子 静电潜影静电潜影 库仑作用力的束缚库仑作用力的束缚 载流子电流载流子电流 亮衰：在光照条件下的表面电位下降亮衰：在光照条件下的表面电位下降 曲阜师范大学印刷学院曲阜师范大学印刷学院 印刷信息记录材料印刷信息记录材料 光衰减通常以光导材料开始曝光时的起始表光衰减通常以光导材料开始曝光时的起始表 面电位减到一半所需要的时间与曝光光照度面电位减到一半所需要的时间与曝光光照度 的乘积来表示。表示起始表面电位减到一半的乘积来表示。表示起始表面电位减到一半 所需要的能量密度，即表征光敏性。所需要的能量密度，即表征光敏性。 光衰减越大，则光导材料的光敏性就越差，形成一