Time Dependence of Latent Images in Electrophotographic Development

Paper presented at “Electrophotography Conference” organized by the Science Committee of The Royal Photographic Society 12-17 September 1976 in Cambridge.

Abstract

The degradation with time of the latent image due to a finite conductivity of the toner bath is described in terms of a “dynamic model” of an electrophotographic system. The general treatment of the problems is briefly reviewed.

The time rate of change of the charge and field distributions is governed by the parameters of the system, in particular by the electrode spacing, the photoconductive layer thickness, and the effective conductivity at the image surface. It also depends on the spatial extension of the charged areas. The rate of decrease—which partly determines the total time of development—is lower for large electrode spacings and low basic frequencies of the charge pattern. However, in this case a strong spread of the charge profile occurs. It follows that an edge enhancement will be compensated with increasing time.

The dynamic behaviour of specific charge and field distributions is calculated numerically. From graphical representations of the image fields the kinetics of the toner deposition can be estimated. Corresponding results of liquid development processes, visualized by high-speed motion pictures, show the consistency of the model with experiments.

Resume

La décroissance de l’image latente au cours du temps résultant de la conductivité de la dispersion de pigments (toner) est décrite par un “modèle dynamique” du système électrophotographique. Le traitement général du problème est revu brièvement.

La vitesse de variation de la charge et de la distribution du champ électrique est régie par les paramètres caractéristiques du système, en particulier par l’espacement des électrodes, l’épaisseur de la couche photoconductrice et la conductivité superficielle efficace. Elle dépend également de la dimension des régions chargées. La perte de charge, qui détermine partiellement la durée du développement, est plus faible lorsque les électrodes sont espacées et lorsque la distribution des charges forme un réseau de basse fréquence. Dans ce dernier cas, cependant, il se produit un étalement important du profil des charges. En conséquence, un accroissement du contraste des contours sera compensé par une prolongation du temps. Le comportement dynamique de la distribution des charges spécifiques et du champ électrique est calculé numériquement. Les graphiques représentant le champ de l’image permettent d’évaluer la cinétique du dépôt des pigments. Les résultats correspondant obtenus par développement liquide, visualisés par cinéma ultra rapide, montrent l’accord entre le modèle et l’expérience.

Zusammenfassung

Für ein elektrophotographisches System wird der zeitliche Abbau des latenten Bildes infolge der Leitfähigkeit des Tonerbades mit Hilfe eines “dynamischen Modells” beschrieben. Die Geschwindigkeit der Änderung von Ladung und Feldverteilung wird bestimmt durch die Parameter des Systems, insbesondere den Elektrodenabstand, die Dicke der photoleitenden Schicht und die effektive Leitfähigkeit an der Bildoberfläche. Sie hängt weiterhin ab von der räumlichen Ausdehnung der mit Ladung behafteten Flächen. Die Abbaugeschwindigkeit, die teilweise die Gesamtentwicklungszeit bestimmt, ist geringer für große Elektrodenabstände und niedrige Grundfrequenzen des Ladungsmusters. In diesem Falle tritt jedoch eine starke Verwaschung des Ladungsprofiles auf. Daraus folgt, daß ein Kanteneffekt mit steigender Entwicklungszeit kompensiert wird. Das dynamische Verhalten spezifischer Ladungs und Feldverteilungen wird numerisch berechnet. Aus graphischen Darstellungen der Bildfelder kann die Kinetik der Tonerabscheidung abgeschätzt werden. Experimentelle Ergebnisse mit Flüssigentwicklern, die durch Hochgeschwindigkeitskinematographie sichtbar gemacht werden konnten, befinden sich in Übereinstimmung mit den Aussagen des Modells.

Riassunto

Viene descritta secondo un “modello dinamico” di un sistema elettrofotografico il decadimento nel tempo dell’immagine latente dovuta alla conducibilità finita del toner. Si esamina brevemente il trattamento generale dei problemi.

Il ritmo della variazione delle distribuzioni della carica e del campo è governato dai parametri del sistema, in particolare dalla distanza degli elettrodi, dallo spessore dello strato fotoconduttivo e dalla reale conducibilità dell’immagine superficiale.

Esso dipende altresì dall'estensione spaziale delle aree cariche.

La velocità di decadimento—che parzialmente determina il tempo totale di sviluppo—è minore per grandi distanze di elettrodi e per basse frequenze di base del disegno di carica. Però, in questo caso, ha luogo un notevole allargamento del profilo di carica.

Ne consegue che un risalto del bordo verrà compensato da un aumento di tempo.

E’ stato calcolato numericamente il comportamento dinamico delle distribuzioni della carica specifica e del campo.

Si può così stimare tramite rappresentazioni grafiche dei campi di immagine le cinetiche della deposizione del toner.

Corrispondenti risultati su processi con sviluppi liquidi, visualizzati con riprese ad alte velocità, indicano l’adeguatezza del modello con gli esperimenti.

Notes

Paper presented at “Electrophotography Conference” organized by the Science Committee of The Royal Photographic Society 12-17 September 1976 in Cambridge.