KR100861131B1 - 전도성 고분자를 이용한 이미지 형성체, 이의 제조 방법 및이를 이용한 이미지 형성장치 - Google Patents

전도성 고분자를 이용한 이미지 형성체, 이의 제조 방법 및이를 이용한 이미지 형성장치 Download PDF

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KR100861131B1
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insulating layer
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김운배
권종오
최승태
문창렬
권순철
권기환
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Abstract

이미지 형성체와 그의 제조 방법 및 이를 포함하는 이미지 형성장치가 개시된다. 본 발명에 따른 이미지 형성체는, 드럼 몸체; 상기 드럼 몸체의 내면에 위치하는 구동회로; 상기 드럼 몸체의 축방향으로 상기 드럼 몸체의 내부를 관통하여 형성되고, 상기 구동회로가 위치하는 지지판; 상기 드럼 몸체의 외면의 일부 또는 전부에 형성되는 절연층; 상기 절연층상에 형성되고, 하나 이상의 전도성 영역과 하나 이상의 절연성 영역이 교번하여 배열되어 있는 전도성 고분자층; 및 상기 전도성 고분자층상에 형성되는 보호층;을 포함하고, 상기 전도성 고분자층상의 전도성 영역은 상기 구동회로와 전기적으로 접속되어 있다. 본 발명에 따르면, 도전층의 형성시에, 전도성 영역과 절연성 영역을 패터닝화해서 형성함으로써, 두 영역간 단차가 없이 형성할 수 있고, 공정이 단순하며, 정밀도가 향상된 이미지 형성체를 제공할 수 있는 효과가 있다.
이미지 형성체, 전도성 고분자, 전극, 절연, 노광, 전도도

Description

전도성 고분자를 이용한 이미지 형성체, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 이미지 형성장치{Image forming element using a conductive polymer, manufacturing method thereof, and image forming apparatus having the same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 형성체로서, 보호층이 형성되기 전 단계의 이미지 형성체를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 형성체의 단면을 개략적으로 도시한 도면,
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따라 전도성 고분자 물질로서 폴리아닐린을 사용하여 이미지 형성체를 제조하는 과정을 개략적으로 도시한 도면,
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 다른 실시예에 따라 전도성 고분자 물질로서 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌설포네이트 복합체를 사용하여 이미지 형성체를 제조하는 과정을 개략적으로 도시한 도면, 및
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 형성체를 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
{도면의 주요 부호의 설명}
100...드럼 몸체 200...구동 회로
300...지지판 400...절연층
500...전도성 고분자층 600...보호층
본 발명은 이미지 형성체, 이미지 형성체를 제조하는 방법과 이를 이용하여 제조된 이미지 형성장치에 대한 것이다. 더욱 상세하기로는, 다이렉트 프린팅 방식을 이용하는 이미지 형성체와 그의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 이미지 형성장치에 대한 것이다.
다이렉트 프린팅 방식은 이미지 드럼과 같은 소정의 이미지 형성체에 직접 이미지 신호를 인가하여 잠상을 만든 후, 이를 현상하여 이미지를 형성하는 방식이다. 따라서, 레이저를 이용하는 전자사진방식에서 필요한 노광 장치나 대전 장치 등이 불필요하고, 프로세스적으로 안정된 특성을 가질 수 있으며, 소형화가 가능한 특성이 있어서 연구 개발되고 있다.
이러한 다이렉트 프린팅 방식 이미지 형성장치의 작동원리는 예를 들면 미국 특허 6,014,157 등에 개시되어 있다.
동특허를 참조하면, 이미지 드럼은 드럼 몸체와 다수의 링 전극 및 제어 유닛 등을 구비하여 형성된다.
상기 드럼 몸체는 원통형상이며, 알루미늄 등과 같은 금속 재질로 이루어지 고, 드럼 몸체는 외주벽에 각각의 링 전극과 대응되게 서로 다른 직경을 가지는 관통홀이 형성되며, 상기 관통홀에는 도전성 물질이 충전된다.
상기 링 전극은 드럼 몸체의 외주면에 원주 방향을 따라 형성되면서 드럼 몸체의 축방향을 따라 소정 간격을 두고 이격되게 배치된다. 이 때, 링 전극은 이웃하는 전극끼리 절연되면서 드럼 몸체와도 절연된다.
일반적으로 링 전극은 요구되는 해상도 등에 따라 다양하게 설계될 수 있지만, 현재 600dpi 정도의 해상도를 구현하기 위해서는 각각의 링 전극이 드럼 몸체의 축방향을 따라 대략 40㎛의 피치를 두고 실현된다.
상기 제어 유닛은 드럼 몸체의 내부에 설치되며 단자를 가진다. 상기 단자는 상기 도전성 물질과 제브라 스트립(zebra-strip)에 의해 각각의 링 전극과 전기적으로 연결된다. 제어 유닛은 이미지 정보에 따라서 상기 각각의 링 전극에 적절한 전압을 인가하며, 이에 의해 이미지드럼에는 소정의 잠상이 형성된다.
그러나, 상기와 같이 구성되는 종래의 이미지 형성체는 링 전극을 요구되는 해상도 등에 따라 다양하게 설계할 수는 있지만, 600dpi 정도의 해상도를 구현하기 위한 링 전극을 형성하기 위해서는 이미지 형성체의 표면에 대략 20㎛의 폭을 갖는 홈이 42.3㎛의 주기로 균일하게 형성되어야 한다. 또한, 각각의 링 전극과 제어유닛을 전기적으로 연결하기 위해서는 드럼 몸체의 주벽에 관통홀을 형성하고, 그 안에 일일이 도전성 물질을 충전해야 한다. 따라서, 구조 및 제조 공정이 매우 복잡하고 제작 공수가 증가하며, 제작비용이 많이 드는 문제가 있다.
또한, 통상적으로 사용되는 제어 유닛의 전극 패드는 링 전극의 정밀도 만큼 으로 제작되지 않기 때문에, 전극 패드와 링 전극을 서로 전기적으로 연결하기 위해서는 다수의 제어 유닛을 실장하게 된다. 따라서, 불가피하게 이미지 형성체의 직경이 커지게 되므로 소형화하기 어려운 문제가 있다. 특히, 링 전극의 피치와 제어 유닛의 전극 패드 피치의 불일치에 따라 관통홀을 통한 전기적 연결이 복잡해지는 등 제작상의 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전도성 고분자 물질을 이용하여 이미지 형성체의 전극을 형성함으로써 전도성 영역과 절연성 영역간의 단차가 없이 균일하게 만들어 구조가 단순하고 정밀도가 향상되며, 소형화가 가능한 이미지 형성체를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 두번째 목적은 전도성 고분자 물질을 이용하여 이미지 형성체의 전극을 형성함으로써 전도성 영역과 절연성 영역간의 단차가 없이 균일하게 만들어 제조 공정이 단순하고 정밀하면서도 제작 비용이 저렴한 이미지 형성체를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 세번째 목적은 전도성 고분자 물질을 이용하여 이미지 형성체의 전극을 형성함으로써 전도성 영역과 절연성 영역간의 단차가 없이 균일하게 만들어 구조가 단순하고 정밀도가 향상되며, 소형화가 가능한 이미지 형성체를 구비한 이미지 형성장치를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 형성체는 드럼 몸체; 상기 드럼 몸체의 내면에 위치하는 구동회로; 상기 드럼 몸체의 축방향으로 상기 드럼 몸체의 내부를 관통하여 형성되고, 상기 구동회로가 위치하는 지지판; 상기 드럼 몸체의 외면의 일부 또는 전부에 형성되는 절연층; 상기 절연층상에 형성되고, 하나 이상의 전도성 영역과 하나 이상의 절연성 영역이 교번하여 배열되어 있는 전도성 고분자층; 및 상기 전도성 고분자층상에 형성되는 보호층;을 포함하고, 상기 전도성 고분자층상의 전도성 영역은 상기 구동회로와 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 전도성 고분자층의 상기 전도성 영역과 상기 절연성 영역은 전도성 고분자 물질에 광원을 조사하여 전도도를 변화시켜서 형성하는 것이 바람직하다.
상기 드럼 몸체는 금속 재질 또는 세라믹 재질로 형성되는 것이 바람직하고, 금속 재질인 경우, 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 금속 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 절연층은 3㎛ 내지 10㎛의 범위 이내의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
상기 전도성 고분자층을 형성하는 고분자 물질은 폴리아닐린 또는 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌설포네이트(PEDT/PSS) 복합체인 것이 바람직하다.
상기 전도성 고분자 물질이 폴리아닐린인 경우, 다음 화학식 1로 표현되고,
[화학식 1]
Figure 112007037929236-pat00001
상기 식 중, n은 4이상의 정수, m은 1 내지 5의 정수, l은 0 내지 4의 정수이고, l+m은 5이며, R1은 알킬, 알케닐, 알콕시, 시클로알킬, 시클로알케닐, 시클로알콕시, 알카노일, 알킬티오, 아릴옥시, 알킬티오알킬, 알킬아릴, 아미노, 알킬아미노, 디알킬아미노, 아릴, 알킬술피닐, 알콕시알킬, 알킬술포닐, 아릴티오, 아릴술피닐, 알콕시카르보닐, 아릴술포닐, 카르복시산, 할로겐 및 시아노로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나인 모노-t-부톡시카르보닐기로 치환된 폴리아닐린인 것이 바람직하다.
상기 전도성 고분자 물질이 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌설포네이트의 복합체인 경우, 다음 화학식 3으로 표현되고,
[화학식 3]
Figure 112007037929236-pat00002
상기 식 중, n은 1이상의 자연수인 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌설포네이트의 복합체인 것이 바람직하다.
상기 전도성 고분자 물질이 폴리아닐린인 경우, 광원은 UV 인 것이 바람직하다.
상기 전도성 고분자층은 10㎛ 내지 20㎛ 범위 이내의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
상기 절연층은 상기 구동회로와 상기 전도성 고분자층의 전도성 영역이 전기적으로 연결되도록 상기 지지판이 상기 전도성 고분자층과 접합할 수 있도록 비아(via) 가공되어 개방되어 있는 것이 바람직하고, 상기 절연층의 비아 가공은 레이저로 가공하거나 이온 밀링으로 가공하여 형성되는 것이 바람직하다.
그러나, 이에 한정되지 않고, 상기 방법 외에도 RIE 등의 건식 에칭, 습식 에칭 등으로도 인터커넥션용 비아 가공이 가능하다.
상기 전도성 고분자 물질이 폴리아닐린인 경우, 상기 전도성 고분자층의 상기 전도성 영역의 전기 전도도는 30S/cm 내지 50S/cm의 범위 이내이고, 상기 절연성 영역의 전기 전도도는 10-5 S/cm 내지 10-6 S/cm의 범위 이내인 것이 바람직하다.
상기 보호층은 산화규소를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 보호층은 0.05㎛ 내지 0.8㎛의 범위 이내의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 두번째 목적의 일 실시예에 따른 이미지 형성체의 제조 방법은 드럼 몸체를 준비하는 단계; 상기 드럼 몸체 내부에 구동 회로를 포함하는 지지판을 삽입하는 단계; 상기 드럼 몸체상에 절연층을 코팅하여 형성하는 단계; 상기 절연층상에 전도성 고분자 물질을 코팅하는 단계; 상기 전도성 고분자 물질에 소정의 패턴으로 광원을 조사하여 상기 전도성 고분자 물질의 전도도를 변화시켜서 상기 구동 회로와 전기적으로 연결되는 전도성 영역과 절연성 영역을 갖는 전도성 고분자층을 형성하는 단계; 및 상기 전도성 고분자층상에 보호층을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 드럼 몸체는 금속 재질 또는 세라믹 재질로 형성되는 것이 바람직하고 금속 재질인 경우는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 금속 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 절연층의 코팅은 절연 물질을 포함하는 용액을 상기 드럼 몸체상에 침 착(deposition)하거나 또는 침전시켜 코팅하는 것이 바람직하다.
상기 절연층은 상기 구동회로와 상기 전도성 고분자층의 전도성 영역이 전기적으로 연결되도록 하기 위해서, 상기 절연층을 코팅한 후 및 상기 전도성 고분자 물질을 코팅하기 전에 상기 지지판의 상부에 코팅된 절연층의 부분을 제거하여 비아(via) 가공하는 단계를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 지지판의 상부에 코팅된 절연층의 부분을 제거하는 단계는 레이저로 비아(via) 가공하는 방법 또는 이온 밀링으로 비아(via) 가공하는 방법에 의하는 것이 바람직하다.
그러나, 이에 한정되지 않고, 상기 방법 외에도 RIE 등의 건식 에칭, 습식 에칭 등으로도 인터커넥션용 비아 가공이 가능하다.
상기 절연층은 3㎛ 내지 10㎛의 범위 이내의 두께를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 전도성 고분자 물질의 코팅은 상기 전도성 고분자 물질을 포함하는 용액에 상기 드럼 몸체를 침전시키거나 상기 전도성 고분자 물질을 포함하는 용액을 분사하여 상기 절연층상에 코팅시키는 것이 바람직하다.
상기 전도성 고분자 물질은 다음 화학식 1로 표현되고,
[화학식 1]
Figure 112007037929236-pat00003
상기 식 중, n은 4이상의 정수, m은 1 내지 5의 정수, l은 0 내지 4의 정수이고, l+m은 5이며, R1은 알킬, 알케닐, 알콕시, 시클로알킬, 시클로알케닐, 시클로알콕시, 알카노일, 알킬티오, 아릴옥시, 알킬티오알킬, 알킬아릴, 아미노, 알킬아미노, 디알킬아미노, 아릴, 알킬술피닐, 알콕시알킬, 알킬술포닐, 아릴티오, 아릴술피닐, 알콕시카르보닐, 아릴술포닐, 카르복시산, 할로겐 및 시아노로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나인 모노-t-부톡시카르보닐기로 치환된 폴리아닐린일 수 있다.
상기 전도성 고분자 물질이 폴리아닐린인 경우, 상기 폴리아닐린은 광산 발생제와 함께 코팅되는 것이 바람직하다.
상기 화학식 1의 폴리아닐린에 조사하는 광원은 UV인 것이 바람직하다.
상기 전도성 고분자 물질은 다음 화학식 3으로 표현되고,
[화학식 3]
Figure 112007037929236-pat00004
상기 식 중, n은 1이상의 자연수인 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌설포네이트의 복합체일 수 있으며, 이 경우, 상기 광원은 UV인 것이 바람직하다.
상기 전도성 고분자층은 10㎛ 내지 20㎛의 범위 이내의 두께를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 보호층은 산화규소를 코팅하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 보호층은 스퍼터링(sputtering) 또는 화학기상증착법을 이용하여 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 세번째 목적의 일 실시예에 따른 이미지 형성체를 포함하는 이미지 형성장치는 토너공급유닛; 상기 토너공급유닛으로부터 토너가 흡착되는 상기에 따른 이미지 형성체;
상기 이미지 형성체에 흡착된 토너 중 일부 또는 전부를 상기 이미지 형성체로부터 분리시켜 상기 이미지 형성체에 이미지를 현상하는 이미지 현상유닛; 및
상기 이미지 형성체의 현상 이미지를 인쇄매체로 전사시키는 이미지 전사유닛;을 포함한다.
이하에서는 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 더욱 상술하며, 본 명세서에 첨부된 도면에서 사용되는 주요 부호는 동일한 구성요소일 경우 동일한 부호를 사용하여 나타내었다.
본 발명은 전도성 고분자를 이용한 이미지 형성체와 그 제조 방법 및 이를 이용한 이미지 형성장치에 대한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 형성체의 대략적인 구조를 도시하고 있다. 도 1을 참조하면, 드럼 몸체(100), 지지판(300), 드럼 몸체(100)의 외주면에 형성된 띠 형태의 전도성 영역(501) 및 전도성 영역들 사이에 배열된 절연성 영역(502)으로 나타낸 이미지 형성체가 도시되어 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 형성체의 단면을 개략적으로 도시하고 있다. 도 2를 참조하면, 드럼 몸체(100)의 상부에 형성된 절연층(400)은 전도성 고분자층(500)과 드럼 몸체(100)를 절연시키고 있으며, 전도성 고분자층(500)의 전도성 영역(501)은 지지판(300) 상에 설치된 구동 회로(200)와 전기적으로 접속되어 있다. 전도성 고분자층의 전도성 영역(501)은 절연성 영역(502)에 의해서 서로 단절되며, 또한, 절연층(400)에 의해서 드럼 몸체(100)와도 전기적으로 단절된다. 전도성 고분자층(500)의 상부에는 보호층(600)이 형성되어 있다.
도 1 및 도 2에서 알 수 있듯이, 전도성 영역(501)은 소정의 두께를 가지고 일정 간격을 두고 띠 형태로 원주면을 따라서 형성되어 있으며, 절연성 영역(502)과 그 두께에 있어서 단차가 없이 형성되어 있다.
드럼 몸체는 금속 재질 또는 세라믹 재질로 형성되는 것이 바람직한데, 성형의 편이성과 사용될 전자 소자 등의 화학적, 물리적 환경을 고려하여 선택하는 것이 바람직하며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
드럼 몸체를 금속 재질로 사용할 경우, 이미지 형성체가 사용될 환경을 고려하여 경량이고 성형이 용이하며 비용면에서 저렴한 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성하는 것이 바람직하다.
도 1에 도시된 바에 따르면, 드럼 몸체(100)는 그 내부가 비어 있는 파이프 형태로 제작되어 있지만, 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도면으로 도시하지는 않았지만, 드럼 몸체의 내부에 구동회로를 장착하여 드럼 몸체의 외면에 형성되는 전도성의 전극과 전기적으로 접속되도록 형상화시킬 수 있으면, 구 형태의 드럼 몸체나, 다각형 형태의 드럼 몸체, 어떠한 물리적 형태라도 이용할 수 있다.
드럼 몸체(100)상에 형성되는 절연층(400)은 3㎛ 내지 10㎛의 범위 이내의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 절연층(400)의 두께가 3㎛보다 작으면, 드럼 몸체(100)와 전도성 고분자층(500)간의 절연 능력이 떨어지게 되고, 두께가 10㎛보다 커지면, 절연층의 형성이 곤란해지고 이미지 형성체의 소형화에 걸림돌이 된다.
절연층(400)은 구동 회로(200)와 전도성 고분자층(500)의 전도성 영역(501) 이 전기적으로 접속할 수 있도록, 지지판(300)이 전도성 고분자층(500)과 바로 접합하게 비아 가공되어 개방되어 형성된다. 도 2에서 알 수 있듯이, 구동 회로(200)의 전극이 전도성 영역(501)과 접속되어 있고, 절연층(400)은 지지판(300)의 상부에는 형성되어 있지 않다. 절연층(400)의 비아 가공은 레이저 또는 이온 밀링으로 가공하는 것이 바람직하다.
전도성 고분자층은 전도성 고분자 물질에 광원을 조사해서 전도도를 변화시켜서 전도성 영역과 절연성 영역으로 형성된다.
본 발명의 이미지 형성체에 사용할 수 있는 전도성 고분자 물질은 전도도의 변화에 따라서 전도성 물질과 절연성 물질로 구분될 수 있는 고분자 물질이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용할 수 있는 고분자 물질로는 폴리아닐린 또는 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌설포네이트(PEDT/PSS)가 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 이미지 형성체에서 전도성 고분자 물질로서 폴리아닐린을 사용하는 경우, 다음의 화학식 1로 표현되는 폴리아닐린을 사용하는 것이 바람직하다.
Figure 112007037929236-pat00005
상기 식 중, n은 4이상의 정수, m은 1 내지 5의 정수, l은 0 내지 4의 정수이고, l+m은 5이며, R1 은 알킬, 알케닐, 알콕시, 시클로알킬, 시클로알케닐, 시클로알콕시, 알카노일, 알킬티오, 아릴옥시, 알킬티오알킬, 알킬아릴, 아미노, 알킬아미노, 디알킬아미노, 아릴, 알킬술피닐, 알콕시알킬, 알킬술포닐, 아릴티오, 아릴술피닐, 알콕시카르보닐, 아릴술포닐, 카르복시산, 할로겐 및 시아노로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나인 모노-t-부톡시카르보닐기로 치환된 치환기이다.
폴리아닐린은 전도성 고분자로서, sp2 혼성 궤도를 갖고 있는 탄소를 중심으로 단일결합과 이중 결합이 교대로 존재하는 공액 고분자 구조를 가지며 이론적인 전기 전도도가 우수한 전도성 고분자 화합물이다.
본 발명에서 사용하는 모노-t-부톡시카르보닐기를 갖는 폴리아닐린은 일반적인 용매에도 용해가 가능한 특성을 가지며, 이 자체로는 전도도가 낮아 절연성인 특성을 갖는다.
상기 화학식 1을 갖는 폴리아닐린을 광산 발생제(photoacid generator)와 함께 합성하여 UV에 노출하면, UV에 노출된 부분은 폴리아닐린의 모노-t-부톡시카르 보닐기가 분리되면서 폴리아닐린 에메랄딘 염이 형성된다. 에메랄딘 염이 형성되면, 그 전도도가 매우 향상되어 전도성 영역으로 변하게 된다.
도 3a 내지 도 3d를 참조하면, 전도성 고분자 물질로서 폴리아닐린을 사용하는 경우의 이미지 형성체의 제조 공정을 개략적으로 도시하고 있다.
도 3a에서는 드럼 몸체상(100)에 절연층(400)이 형성된 단면을 도시하고 있고, 도 3b에서는 절연층(400)상에 전도성 고분자층인 폴리아닐린이 코팅된 단면을 도시하고 있다. 도 3c는, 폴리아닐린에 소정의 패턴으로 UV 노광시켜서 노광된 부분은 전도성 영역(501)으로, 노광되지 않은 부분은 절연성 영역(502)이 되도록 전도성 고분자층을 패터닝한다.
폴리아닐린을 절연층(400) 상에 코팅하는 경우, 폴리아닐린과 함께 광산 발생제를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 사용할 수 있는 광산 발생제는 예를 들면, 프탈이미도트리플루오로메탄술포네이트, 디니트로벤질토실레이트, n-데실디술폰, 나프틸이미도트리플루오로메탄술포네이트, 디페닐요도염 헥사플루오로포스페이트, 디페닐요도염 헥사플루오로 아르세네이트, 디페닐요도염 헥사플루오로 안티모네이트, 디페닐파라메톡시페닐 트리플레이트, 디페닐파라톨루에닐 트리플레이트, 디페닐파라이소부틸페닐 트리플레이트, 트리페닐설포늄 헥사플루오로 아르세네이트, 트리페닐설포늄 헥사플루오로 안티모네이트, 트리페닐설포늄 트리플레이트 및 디부틸나프틸설포늄 트리플레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
다음 화학식 2는 이러한 UV 노광 후 에메랄딘 염으로 변화한 폴리아닐린의 일 예를 나타내고 있다.
Figure 112007037929236-pat00006
식 중, R2 는 토실(tosyl) 또는 켐포(camphor)일 수 있으며, 사용하는 광산 발생제의 종류에 따라서 다른 치환기일 수도 있다.
본 발명의 이미지 형성체에 사용하기 위해서는 절연성 영역의 폴리아닐린의 전도도는 10-5 S/cm 내지 10-6 S/cm의 범위 이내인 것이 바람직한데, 전류 손실(current leakage) 또는 쇼트(short)를 방지하기 위해서는 이 범위 이내의 전도도를 갖는 절연 영역이 필요하다. 그러나, 이용될 수 있는 이미지 형성체의 화학적 물리적 환경을 고려하여 요구되는 절연성 영역의 전도도를 구비토록 하는 것이 바람직하다. 또한, 전도성 영역의 폴리아닐린의 전도도는 30S/cm 내지 50S/cm의 범위 이내인 것이 바람직한데, 이 범위 이내의 전도도를 가질 경우, 비저항이 0.3Ωcm보다 낮게 되므로 전기 도선으로 사용 가능하다.
이러한 패터닝 과정 후, 전도성 영역과 절연성 영역의 높이의 단차를 없애기 위한 식각이나 추가적인 증착 등은 필요치 않다.
전도성 고분자층의 형성 후, 도 3d와 같이, 전도성 고분자층 상에 보호층을 형성한다.
도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 이미지 형성체의 제조 공정에서 전도성 고분자 물질로서 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌설포네이트(PEDT/PSS)을 사용한 경우를 개략적으로 도시하고 있다.
도 4a에서는 드럼 몸체상(100)에 절연층(400)이 형성된 단면을 도시하고 있고, 도 4b에서는 절연층(400)상에 전도성 고분자층인 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌설포네이트의 복합체가 코팅된 단면을 도시하고 있다. 도 4c는, 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌설포네이트의 복합체에 소정의 패턴으로 UV 노광시켜서 노광되지 않은 부분은 전도성 영역(501)으로, 노광된 부분은 절연성 영역(502)이 되도록 전도성 고분자층을 패터닝한다.
PEDT/PSS는 PEDOT/PSS라고도 하며, 전도성을 나타내는 고분자 복합체로서, 노광에 따라 절연성 부분과 전도성 부분으로 구분될 수 있는 특성을 갖는다. PEDT 와 PSS의 비율은 대략 1:2.5의 중량비로서 복합체를 형성토록 하여 사용한다.
PEDT/PSS는 다음과 같은 화학식으로 표현할 수 있다.
Figure 112007037929236-pat00007
식 중, n은 1 이상의 자연수이다.
상업적으로 이용할 수 있는 것으로는 H.C.Starck사에서 제조한 BAYTRONⓡ 의 제품들이 있으며, 특히 BAYTRONⓡ PH500이 있다.
폴리아닐린을 사용하는 경우와의 차이점은 노광된 영역이 절연성이고, 노광되지 않은 영역이 전도성이 된다는 점이다.
도 4d를 참조하면, 이렇게 노광 처리를 거쳐서 전도성 고분자층(500)을 절연성 영역(502)과 전도성 영역(501)으로 패터닝하여 형성한 후, 전도성 고분자층(500) 상에 보호층을 형성한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 형성체를 제조하는 방법이 개시된다.
먼저, 드럼 몸체를 가공한다(S100). 앞서 설명한 바와 같이, 드럼 몸체는 금속 재질 또는 세라믹 재질 등을 사용할 수 있다. 이미지 형성체를 구동시킬 구동 회로를 준비하여 이 구동 회로를 포함하는 지지판을 제조하고, 이 지지판을 드럼 몸체에 삽입한다(S200). 지지판을 드럼 몸체에 삽입하기 위해서, 드럼 몸체에 홈을 형성해서 삽입하는데, 지지판은 에폭시와 같은 물질로 접합한다. 드럼 몸체를 일정 형상으로 성형한 후, 지지판을 그 내부에 삽입할 수도 있고, 드럼 몸체의 일단에 지지판을 접합시킨 후, 지지판이 그 내부에 삽입되도록 드럼 몸체를 일정 형상으로 성형할 수도 있다.
그 다음, 드럼 몸체의 외주면에 절연 물질을 침착시키거나 드럼 몸체를 절연 물질 중에 침지시켜서 드럼 몸체의 외주면에 절연층이 형성되도록 한다(S300). 절연층이 형성된 후, 그 표면이 일정하게 되도록 가공할 수 있는데, 이 과정에서, 드럼 몸체의 홈을 통해서 드럼 몸체의 외주면에 드러나 있는 지지판의 상부에는 절연층이 존재하지 않도록, 지지판의 상부에 침착된 절연물질을 레이저 또는 이온 밀링 등을 통해서 비아 가공한다.
그 다음, 절연층 상에 전도성 고분자 층을 형성하기 위해서, 전도성 고분자 물질 중에 드럼 몸체를 침지시키거나 또는 전도성 고분자 물질을 스프레이 코팅하여 절연층 상에 전도성 고분자 물질을 코팅한다(S400).
전도성 고분자 물질을 코팅한 후, 절연성이 될 부분과 전도성이 될 부분을 패턴화하여 소정의 광원에 노광(S500)시켜 패터닝한다. 전도성 고분자 물질의 성질에 따라서, 패터닝을 달리할 수 있으며, 노광시킬 광원의 종류와 그 강도 및 노광 의 시간을 결정할 수 있다.
전도성 고분자층은 그 두께가 10㎛ 내지 20㎛의 범위 이내인 것이 바람직하다. 두께가 이 범위보다 작아지면, 저항이 높아지기 때문에 전도성 영역이 신호를 받아들여 처리하는데 있어서 오류가 발생할 가능성이 많아지고, 두께가 이 범위보다 커지면, 고분자 물질을 코팅한 후 광원에 노광시키는 과정에서 높이에 따라서 노광의 정도가 달라져서 같은 영역이더라도 전도도가 일정하지 않게 되는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.
전도성 고분자층을 형성하여 노광처리까지 한 후, 전도성 고분자층상에 보호층을 코팅한다(S600).
보호층은 산화규소(SiOx)를 코팅하여 형성하는 것이 바람직하고, 이 형성은 스퍼터링 또는 화학기상증착을 이용하여 형성할 수 있다.
보호층의 두께는 0.05㎛ 내지 0.8㎛의 범위 이내인 것이 바람직한데, 적어도 전도성 고분자층을 보호하는 역할을 수행하기 위해서는 0.05㎛보다 두께가 두꺼워야 하지만, 전기장에 의한 정전력 확보를 위해서는 두께가 가능한 얇은 것이 바람직하므로, 0.8㎛보다 두꺼워지지 않도록 코팅한다.
도면으로 도시하지는 않았지만, 본 발명에 따른 이미지 형성장치는 토너 공급 유닛과, 상술한 설명에 따른 이미지 형성체와, 이미지 현상 유닛, 그리고 이미지 전사 유닛을 포함하여 형성될 수 있다.
본원 명세서 중에서는 이미지 형성체와 이 이미지 형성체를 포함하는 이미지 형성장치에 대해서 설명하였지만, 본 발명에 따른 전도성 고분자를 이용하여 이미지 형성체를 제조하는 방법은 플렉시블 디스플레이와 같이 플라스틱 기판을 사용하는 분야에서도 적용할 수 있으며, 그 외, 마이크로 전기소자에서도 응용될 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 원통형 또는 구형 등과 같이 곡면을 갖도록 제조될 수 있는 이미지 형성체의 드럼 몸체 상에 전도성 고분자 물질을 이용하여 도선을 배열할 수 있어서, 제조 공정이 간단하고, 또한 전도성 영역과 절연성 영역간의 단차가 없이 균일하게 형성할 수 있어서 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 비용 절감의 효과가 있는 이미지 형성체 및 그 제조 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 유기 전기소자에서 금속 전극을 사용하는 경우에는 폴리머와 금속 전극 간의 스트레스로 인한 박리가 발생할 수 있는데, 본 발명에 따른 전도성 고분자 물질을 이용하는 이미지 형성체의 제조 방법에서는 이러한 박리에 의한 불량을 방지할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고 그와 같은 변경은 청구 범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (31)

  1. 드럼 몸체;
    상기 드럼 몸체의 내면에 위치하는 구동회로;
    상기 드럼 몸체의 축방향으로 상기 드럼 몸체의 내부를 관통하여 형성되고, 상기 구동회로가 위치하는 지지판;
    상기 드럼 몸체의 외면의 일부 또는 전부에 형성되는 절연층;
    상기 절연층상에 형성되고, 하나 이상의 전도성 영역과 하나 이상의 절연성 영역이 교번하여 배열되어 있는 전도성 고분자층; 및
    상기 전도성 고분자층상에 형성되는 보호층;을 포함하고,
    상기 전도성 고분자층상의 전도성 영역은 상기 구동회로와 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 형성체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전도성 고분자층의 상기 전도성 영역과 상기 절연성 영역은 전도성 고분자 물질에 광원을 조사하여 전도도를 변화시켜서 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 형성체.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 드럼 몸체는 금속 재질 또는 세라믹 재질로 형성되는 것을 특징으로 하 는 이미지 형성체.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 드럼 몸체는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 금속 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 형성체.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 절연층은 3㎛ 내지 10㎛의 범위 이내의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 형성체.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 전도성 고분자층을 형성하는 고분자 물질은 폴리아닐린 또는 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌설포네이트(PEDT/PSS) 복합체인 것을 특징으로 하는 이미지 형성체.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 고분자 물질은 다음 화학식 1로 표현되고,
    [화학식 1]
    Figure 112008046059433-pat00008
    상기 식 중, n은 4이상의 정수, m은 1 내지 5의 정수, l은 0 내지 4의 정수이고, l+m은 5이며, R1은 알킬, 알케닐, 알콕시, 시클로알킬, 시클로알케닐, 시클로알콕시, 알카노일, 알킬티오, 아릴옥시, 알킬티오알킬, 알킬아릴, 아미노, 알킬아미노, 디알킬아미노, 아릴, 알킬술피닐, 알콕시알킬, 알킬술포닐, 아릴티오, 아릴술피닐, 알콕시카르보닐, 아릴술포닐, 카르복시산, 할로겐 및 시아노로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나인 모노-t-부톡시카르보닐기로 치환된 폴리아닐린인 것을 특징으로 하는 이미지 형성체.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 고분자 물질은 다음 화학식 3으로 표현되고,
    [화학식 3]
    Figure 112008046059433-pat00009
    상기 식 중, n은 1이상의 자연수인 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌설포네이트의 복합체인 것을 특징으로 하는 이미지 형성체.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 광원은 UV 인 것을 특징으로 하는 이미지 형성체.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 전도성 고분자층은 10㎛ 내지 20㎛ 범위 이내의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 형성체.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 구동회로와 상기 전도성 고분자층의 전도성 영역이 전기 적으로 연결되도록 상기 지지판이 상기 전도성 고분자층과 접합할 수 있도록 비아(via) 가공되어 개방되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 형성체.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 절연층의 비아 가공은 레이저로 가공하거나 이온 밀링으로 가공하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 형성체.
  13. 제 7항에 있어서,
    상기 전도성 영역의 전기 전도도는 30S/cm 내지 50S/cm의 범위 이내이고, 상기 절연성 영역의 전기 전도도는 10-5 S/cm 내지 10-6 S/cm의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 이미지 형성체.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 보호층은 산화규소를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 형성체.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 보호층은 0.05㎛ 내지 0.8㎛의 범위 이내의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 형성체.
  16. 드럼 몸체를 준비하는 단계;
    상기 드럼 몸체 내부에 구동 회로를 포함하는 지지판을 삽입하는 단계;
    상기 드럼 몸체상에 절연층을 코팅하여 형성하는 단계;
    상기 절연층상에 전도성 고분자 물질을 코팅하는 단계;
    상기 전도성 고분자 물질에 소정의 패턴으로 광원을 조사하여 상기 전도성 고분자 물질의 전도도를 변화시켜서 상기 구동 회로와 전기적으로 연결되는 전도성 영역과 절연성 영역을 갖는 전도성 고분자층을 형성하는 단계; 및
    상기 전도성 고분자층상에 보호층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 형성체를 제조하는 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 드럼 몸체는 금속 재질 또는 세라믹 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 형성체를 제조하는 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 드럼 몸체는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 금속 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 형성체를 제조하는 방법.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 절연층의 코팅은 절연 물질을 포함하는 용액을 상기 드럼 몸체상에 침 착(deposition)하거나 또는 침전시켜 코팅하여 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 형성체를 제조하는 방법.
  20. 제 16항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 구동회로와 상기 전도성 고분자층의 전도성 영역이 전기적으로 연결되도록 하기 위해서, 상기 절연층을 코팅한 후 및 상기 전도성 고분자 물질을 코팅하기 전에 상기 지지판의 상부에 코팅된 절연층의 부분을 제거하여 비아(via) 가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 형성체를 제조하는 방법.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 절연층의 부분을 제거하는 단계는 레이저로 비아(via) 가공하는 방법 또는 이온 밀링으로 비아(via) 가공하는 방법에 의하는 것을 특징으로 하는 이미지 형성체를 제조하는 방법.
  22. 제 16항에 있어서,
    상기 절연층은 3㎛ 내지 10㎛의 범위 이내의 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 형성체를 제조하는 방법.
  23. 제 16항에 있어서,
    상기 전도성 고분자 물질의 코팅은 상기 전도성 고분자 물질을 포함하는 용액 중에 상기 드럼 몸체를 침전시키거나 상기 전도성 고분자 물질을 포함하는 용액을 분사하여 상기 절연층상에 코팅시키는 것을 특징으로 하는 이미지 형성체를 제조하는 방법.
  24. 제 16항에 있어서,
    상기 전도성 고분자 물질은 다음 화학식 1로 표현되고,
    [화학식 1]
    Figure 112007037929236-pat00010
    상기 식 중, n은 4이상의 정수, m은 1 내지 5의 정수, l은 0 내지 4의 정수이고, l+m은 5이며, R1은 알킬, 알케닐, 알콕시, 시클로알킬, 시클로알케닐, 시클로알콕시, 알카노일, 알킬티오, 아릴옥시, 알킬티오알킬, 알킬아릴, 아미노, 알킬아미노, 디알킬아미노, 아릴, 알킬술피닐, 알콕시알킬, 알킬술포닐, 아릴티오, 아릴술피닐, 알콕시카르보닐, 아릴술포닐, 카르복시산, 할로겐 및 시아노로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나인 모노-t-부톡시카르보닐기로 치환된 폴리아닐린인 것을 특징으로 하는 이미지 형성체를 제조하는 방법.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 전도성 고분자 물질이 폴리아닐린인 경우, 상기 폴리아닐린은 광산 발생제와 함께 코팅되는 것을 특징으로 하는 이미지 형성체를 제조하는 방법.
  26. 제 24항에 있어서,
    상기 화학식 1의 폴리아닐린에 조사하는 광원은 UV인 것을 특징으로 하는 이미지 형성체를 제조하는 방법.
  27. 제 16항에 있어서,
    상기 전도성 고분자 물질은 다음 화학식 3으로 표현되는 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌설포네이트의 복합체이고,
    [화학식 3]
    Figure 112007037929236-pat00011
    상기 식 중, n은 1이상의 자연수이며, 상기 광원은 UV인 것을 특징으로 하는 이미지 형성체를 제조하는 방법.
  28. 제 16항에 있어서,
    상기 전도성 고분자층은 10㎛ 내지 20㎛의 범위 이내의 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 형성체를 제조하는 방법.
  29. 제 16항에 있어서,
    상기 보호층은 산화규소를 코팅하여 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 형성체를 제조하는 방법.
  30. 제 16항에 있어서,
    상기 보호층은 스퍼터링(sputtering) 또는 화학기상증착법을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 형성체를 제조하는 방법.
  31. 토너공급유닛;
    상기 토너공급유닛으로부터 토너가 흡착되는 청구항 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 이미지 형성체;
    상기 이미지 형성체에 흡착된 토너 중 일부 또는 전부를 상기 이미지 형성체로부터 분리시켜 상기 이미지 형성체에 이미지를 현상하는 이미지 현상유닛; 및
    상기 이미지 형성체의 현상 이미지를 인쇄매체로 전사시키는 이미지 전사유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 형성장치.
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