精华中的精华--电子成像技术剖析

光导体

光导体是一端电阻会随入射光强度变化的两端点半导体装置。材料设计上需要感光物质与电子传感物质作为光导体的基础材料；其运作原理简单的说是利用感光物质接受光能量以后会失去电子，再利用电子传感物质作为电子传感的介质达到降低电阻的效果。市面上制作光导体的材料可以分为两大类--有机光导体与无机光导体。

有机光导体即我们常听到的OPC英文全名叫做Organic Photo-Conductor，是利用树脂、感光物质与导电物质組成的元件；而无机光导体则是利用半导体材料制作而成一般常用的材料如：硫化镉及硒化镉。

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合；另一种是多层感光体，是将感光物质与导电物质分开，目前市面上的有机感光体大都属于这一种。

光导体的基材为铝或铝合金（aluminum substrate），其上有3层材料以形成光导体的结构。第一层为吸
附层或氧化层（adhesive layer or metal oxide blocking layer）約5μm(1μm＝1×10-6公尺)；第二层为感光层亦
为电荷产生层(Charge Generation Layer简称CGL)  的现象。

3.电刷带电：
此方式是利用导电毛刷与感光鼓接触，在感光鼓表面放电。电刷带电的缺点与带电滚轮类似，但其污染
性更为严重。目前各主要厂家的打印机已经少用此种带电方式。

【2】写入：由于感光鼓为一光电材料，照光前为绝缘体，照光后为导体。感光鼓照光后，表面电荷因感
光鼓变导体而将电荷导掉，故只需要将欲写入的符号变成数位讯号利用光束打在感光鼓上，在被光打到的区域即会有一"静电成像"。

【3】成像：成像步骤即是利用摩擦起电原理或电荷注入的方式，让碳粉表面带静电，接着在感光鼓与成
像滾筒间施加电场将碳粉转移至已有静电成像的感光鼓上，达成成像的目的。

成像步骤的重点在于碳粉制造技术与让碳粉如何均匀带电，目前发展出来的方式大致可分成三种碳粉带电方式：非接触式单成分磁性碳粉成像、接触式单成分非磁性碳粉成像与双成分成像。

1.非接触式单成分磁性碳粉成像：
所谓单成分磁性碳粉是指碳粉为添加铁酸盐（Fe3O4）使碳粉本身有磁性；成像滚轮设计上外面有一铝
质套筒，内部则有一磁棒，操作时磁棒不动，铝质套筒则伴随感光鼓旋转，由于碳粉为磁性因磁棒的关系会吸附在套筒表面，此時只要在套筒表面施予电压对碳粉做电荷注入，碳粉即因此得到静电；再利用带粉刮刀（PU或矽材质的绝缘体）决定碳粉在成像滚筒表面的厚度。
"非接触式"是指感光鼓与成像滚轮之间有一个約0.2~0.4mm的间隙，碳粉是利用"跳跃"的方式由成像滚轮转移到感光鼓上，这就是著名的"跳跃成像"（Jumping Developing）。

2.接触式单成分非磁性碳粉成像：
碳粉为非磁性，碳粉的带电来源是来自金属材质刮刀上的电荷注入，或是由导电的成像滾筒、或是由成像滚轮旁的碳粉带电滚轮做电荷注入；当碳粉带电之后与感光鼓直接加上电场，即可将碳粉转移至感光鼓。有別于非接触磁性单成分成像结构，此结构成像滚轮与感光鼓直接接触的关系，解析度与打印品质会受到感光鼓与成像滚轮表面功函数（work function）和费米能阶（Fermi level）的影响，故滚轮需具备高耐磨耗性、
物理稳定性与化学稳定性的特点。

3.双成分成像：
在单成分成像系統中，碳粉带电的方式是利用外加电压的方式让碳粉带电，双成分系統有別于单成分成像系統，碳粉带电方式是利用摩擦带电的方式让碳粉带电。设计上是将碳粉与载珠（有些人称之为铁粉或磁粉），混合搅拌后由于碳粉与载珠表面功函数不同，故碳粉会得到载珠所赋予的静电。载珠颗粒直径一般大小为50 ~ 80mm，是一种磁性粉末（通常为铁酸盐）外面镀上一层高分子材料（一般外面覆有压力树脂）。

此种碳粉擦电结构的缺点是载珠長期使用下会遭碳粉与碳粉添加物污染，使得碳粉摩擦带电量会因载珠污染而下降，因此载珠使用过一段时间后需要更换而增加打印成本。在激光打印机中使用双成分成像的并不常见，而打印机部分则常常可以在市面上看到；市面上的打印机只要是需加铁粉或是磁粉的都是双成分成像结构。

双成分成像结构中碳粉转移到感光鼓的方式也十分有趣。此结构中成像滚轮的设计与非接触性单成分磁性成像系統的成像滚轮类似，使用铝质套筒内部放上磁棒；载珠经磨擦起电后碳粉会因静电的关系吸附在载珠上，使得载珠外面覆上一层碳粉，而载珠为磁性粉末会使得载珠内部的S极与N极相互吸引，一根根的"站"在内部有磁棒的套筒上类似刷子一般。當转动成像滚轮时，载珠会刷过感光鼓，而将载珠上的碳粉转移到感光鼓上，达到成像的效果。

【4】转印：感光鼓表面的碳粉影像转移至纸张的操作称为转印或是转像。其方式亦是借助感光鼓与转像滚轮间加上偏压使碳粉转移至纸张上。

【5】融印：转印到纸张上的碳粉只是附着在紙張表面，需更进一步的让碳粉压融在纸张表面；整个融印结构分成加热滾筒与加压滾筒两部分，其加热温度約150℃ ~ 270℃。当转印后的纸张通过融印结构，令碳粉定在纸张的表面上。

【6】清除：感光鼓经转像步骤后，感光鼓上的碳粉不会完全转移至纸张，約有5%~10%的碳粉残留其上。故需将碳粉完全清除，否则残留的碳粉会在下次转像时转移至纸张上，造成打印的缺陷。利用清除刮刀将感光鼓表面的碳粉刮除干净，清除刮刀一般为PU材质。

【7】除电：感光鼓表面经一连串步骤后，还会有残余的电荷。若不将这些电荷完全清除干净，会在下次的静电成像呈现出来，造成打印的重影。通常清除电荷有两种方式：

1.再次曝光：
利用光线在感光鼓表面再次曝光，使得感光鼓变成导体，进而将表面的静电成像导掉。

2.利用带电滚轮：
在带电滚轮上加交流电压，使感光鼓表面电荷中和。