Fotokopie

Die Xerographie ist ein Verfahren zur Trockenkopie (siehe auch Nassabzugverfahren) von Dokumenten, die in allen heute gängigen Fotokopierern, Laserdruckern eingesetzt wird.

Geschichte

Das Verfahren wurde 1938 von Chester Carlson erfunden, 1947 ging die Lizenz an die Firma Haloid. 1949 ist der erste kommerzielle Kopierer erhältlich, 1961 wird die Firma Haloid in Xerox umbenannt.

Funktion

Das zentrale Element bei der Xerographie ist die Trommel oder das flexible Band, das mit einer lichtempfindlichen Beschichtung versehen ist, im Folgenden aktive Schicht genannt. Sie besitzt die Eigenschaft, im Dunkeln elektrisch nichtleitend zu sein, bei Lichteinfall dagegen Stromleitung zuzulassen. Bis ca. 1975 verwendete man amorphes Selen, heute werden amorphe organische Halbleiter verwendet.

Der Prozess funktioniert wie folgt:

1. Corona-Aufladung der aktiven Schicht: Eine Serie von dünnen Edelstahl- oder Wolfram-drähten wird mittels einer Spannung von 5 - 15 kV positiv gegenüber der aktiven Schicht aufgeladen. Durch die hohe Spannung die Umgebungsluft ionisiert, positive Ionen (z.B. $(H_{2}O)_{n}H^{+}$) werden zur aktiven Schicht (negativ geladen) gezogen, setzen sich dort ab und laden diese positiv auf, da sie im Dunkeln nicht leitfähig ist.

2. Belichtung: Die aktive Schicht auf der Walze bzw. dem flexiblen Band wird belichtet:

• Beim Fotokopierer mittels einer Lampe, der Lichtstrahl wird von der Vorlage reflektiert und mit einer Linse auf die aktive Schicht fokussiert.
• Beim Laserdrucker bzw. digitalen Kopierer: Die (digitalisierte) Vorlage wird direkt mittels Laserstrahls auf die aktive Schicht geschrieben.

Durch den Lichteinfall werden in der aktiven Halbleiterschicht Elektron-Loch-Paare, also Ladungsträger erzeugt. Die Elektronen neutralisieren dabei die positiven Oberflächenladungen, die Löcher (=Defektelektronen) werden über einen rückseitigen Kontakt abgeführt (bzw. Elektronen zugeführt). Insgesamt wird also die Oberflächenladung an den belichteten Stellen neutralisiert.

3. Entwicklung: Kleine Toner-Partikel (Durchmesser 10 $\mu$m) werden mit einer magnetischen Bürste in Kontakt mit der Walze gebracht, sie lagern sich an den unbelichteten, also geladenen Stellen ab. Dunkel wird dunkel, hell bleibt hell.

4. Toner-Transfer: Nun wird wie unter (1.) das Papier durch eine Corona-Entladung positiv aufgeladen und mit der aktiven Schicht in Kontakt gebracht: Die Toner-Partikel haften nun am Papier.

5. Fixierung: Unter unter Druck und Hitze wird der Toner auf dem Papier fixiert.

6. Säuberung der aktiven Schicht mit einer Bürste, um übriggebliebenen Toner zu entfernen.

7. Belichtung: Durch vollständiges Belichten der aktiven Schicht wird diese leitfähig gemacht und ganzflächig neutralisert, so dass sie wieder durch (1.) aufgeladen werden kann.

Die Anforderungen an die aktive Schicht sind recht hoch: Sie muss eine geringe Dunkelleitfähigkeit zusammen mit einer hohen Lichtempfindlichkeit aufweisen. Bei der Belichtung muss sie kurzzeitig über kurze Entfernungen eine hohe Leitfähigkeit aufweisen, sonst ginge die Auflösung bzw. Schärfe verloren. Schließlich darf sie weder ihre mechanischen oder chemischen Eigenschaften im Laufe vieler Kopierzyklen ändern, so dass ihre Funktion beeinträchtigt wäre.