JP4300399B2

JP4300399B2 - Organic EL array exposure head and image forming apparatus using the same

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Publication number: JP4300399B2
Application number: JP2002363749A
Authority: JP
Inventors: 重男野島; 政敏米窪; 雄二郎野村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2022-12-16
Also published as: JP2004195677A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機ＥＬアレイ露光ヘッド及びそれを用いた画像形成装置に関し、特に、有機ＥＬアレイの各素子からの発光を十分な解像力で効率良く利用できるようにし、かつ、十分な機械的強度を持った有機ＥＬアレイ露光ヘッドの構成とその露光ヘッドを用いた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、有機ＥＬアレイを画像形成装置用の露光ヘッドとして用いるものが種々提案されている。関係するものをあげると次の通りである。
【０００３】
特許文献１においては、ガラス等の絶縁性基板上に有機ＥＬアレイを一括作製し、別体のドライバーＩＣを組み合わせ、有機ＥＬアレイの発光部を感光ドラム上に結像させるのに集光性ロッドレンズアレイを用いている。
【０００４】
特許文献２においては、複数列を持つワンチップ有機ＥＬアレイを用いるもので、その発光部を感光ドラム上に結像させる光学系は不明である。なお、有機ＥＬアレイのＥＬ層は蒸着により堆積している。
【０００５】
特許文献３においては、基板上面にインオ交換法でマイクロレンズを作成するか、基板裏面にフォトレジストを用いる方法あるいはレプリカ法でマイクロレンズを作成し、そのマイクロレンズに位置合わせて共振器構造を持つ有機ＥＬアレイを蒸着により堆積する。
【０００６】
特許文献４はアクティブマトリックス型有機ＥＬ表示体の製造方法に関するもので、薄膜トランジスタを有するガラス基板上に有機発光層をインクジェット法により形成するものである。
【０００７】
特許文献５においては、有機ＥＬ素子の正孔注入層、有機発光層を隔壁を設けてインクジェット法により塗布して形成するものである。
【０００８】
特許文献６においては、感光ドラム内部に発光層とその発光制御を行うＴＦＴ層を形成してプリンタを構成するものである。
【０００９】
また、有機ＥＬアレイ以外に、ＬＥＤアレイあるいは液晶シャッターアレイを画像形成装置用の露光ヘッドとして用いることも種々提案されており、それらの場合も、ＬＥＤアレイの発光部あるいは液晶シャッターアレイのシャッター部からの光束を感光ドラム上に集光させるのに集光性ロッドレンズアレイを用いるものが多く提案されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−５５８９０号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開平１１−１９８４３３号公報
【００１２】
【特許文献３】
特開２０００−７７１８８号公報
【００１３】
【特許文献４】
特開平１０−１２３７７号公報
【００１４】
【特許文献５】
特開２０００−３２３２７６号公報
【００１５】
【特許文献６】
特開２００１−１８４４１号公報
【００１６】
【非特許文献１】
作花済夫著「ゾル−ゲル法の応用」（アグネ承風社（１９９７）ｐｐ．４２〜４７）
【００１７】
【非特許文献２】
第８回電子ディスプレイ・フォーラム（２００１．４．１８）「高分子型有機ＥＬディスプレイ」
【００１８】
【非特許文献３】
（社）日本写真学会・日本画像学会合同出版委員会編「ファインイメージングとハードコピー」１９９９．１．７発行（（株）コロナ社）ｐ．４３
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
以上の従来技術において、有機ＥＬアレイを電子写真方式等のプリンタの露光ヘッドに用いる場合、有機ＥＬアレイの有機ＥＬ素子発光部からの光束を感光ドラム上に集光させるのに集光性ロッドレンズアレイを用いる場合は、光路長が長くなり大型化してしまい、また、集光性ロッドレンズは各発光部に対して一対一に配置されないので周期的な光量むらが発生し、さらに、集光性ロッドレンズは製造方法上高度なためコストアップは避けられない。また、マイクロレンズを用いる場合は、各発光部に対応するマイクロレンズでなくその隣のマイクロレンズを経て対応しない画素位置に入射するクロストークが起こりやすくなり、解像力の低下につながる問題がある。
【００２０】
また、マイクロレンズを個々に一つずつ基板に貼り付ける構成をとった場合、光学系に付着したトナーを拭き取る等のメンテナンス作業に対して機械的強度に間題がある。
【００２１】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、有機ＥＬアレイの個々の素子に対応させてボールレンズを強固に固定して各素子からの光束をクロストークすることなく十分な解像力で効率良く感光体等の像担持体上に集光させるようにし、かつ、メンテナンス作業に対して十分な機械的強度を持った小型の露光ヘッドとそれを用いた画像形成装置を提供することである。
【００２２】
本発明のもう１つの目的は、有機ＥＬアレイの個々の素子に対応させてボールレンズを配置してなる有機ＥＬアレイ露光ヘッドにおいて、トナーによる汚れにより露光不良が起こることをを防止するようにすることである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の有機ＥＬアレイ露光ヘッドは、長尺な基板の上に、少なくとも１列の画素状に配列された有機ＥＬ素子のアレイを備え、前記有機ＥＬ素子のアレイの発光側に、各有機ＥＬ素子の発光部各々に対応した整列位置にボールレンズが配置されており、
前記ボールレンズの直径をＤ、その屈折率をｎとするとき、前記発光部表面の高さから前記ボールレンズの入射側の面の面頂に対して距離Ｄ（１−１／ｎ²）となる高さまでの前記ボールレンズ間の空隙が固定層で埋められて固定されていることを特徴とするものである。
【００２４】
この場合に、その固定層が光吸収性の層からなることが望ましい。
【００２５】
本発明のもう１つの有機ＥＬアレイ露光ヘッドは、長尺な基板の上に、少なくとも１列の画素状に配列された有機ＥＬ素子のアレイを備え、前記有機ＥＬ素子のアレイの発光側に、各有機ＥＬ素子の発光部各々に対応した整列位置にボールレンズが配置されており、
前記ボールレンズの直径をＤ、その屈折率をｎとするとき、少なくとも前記ボールレンズの入射側の面の面頂に対して距離Ｄ（１−１／ｎ²）となる高さから前記ボールレンズの射出側の面全体を覆う高さまでエアロゲル層が設けられていることを特徴とするものである。
【００２６】
この場合に、エアロゲル層の表面に透明保護層が設けられていることが望ましい。その場合に、透明保護層は透明導電層からなることが望ましい。
【００２７】
また、エアロゲル層の基板側に光吸収性の固定層が設けられていてもよい。
【００２８】
以上において、ボールレンズの屈折率ｎは２以上のものであることが望ましい。
【００２９】
本発明は、以上のような有機ＥＬアレイ露光ヘッドを像担持体に像を書き込むための露光ヘッドとして備えている画像形成装置を含むものであり、その１つとして、例えば、像担持体の周囲に帯電手段、露光ヘッド、トナー現像手段、転写手段を配した画像形成ステーションを少なくとも２つ以上設け、転写媒体が各ステーションを通過することにより、カラー画像形成を行うタンデム方式のカラー画像形成装置がある。
【００３０】
本発明においては、長尺な基板の上に、少なくとも１列の画素状に配列された有機ＥＬ素子のアレイを備え、有機ＥＬ素子のアレイの発光側に、各有機ＥＬ素子の発光部各々に対応した整列位置にボールレンズが配置されており、ボールレンズの直径をＤ、その屈折率をｎとするとき、ボールレンズの入射側の面の面頂から距離Ｄ（１−１／ｎ²）までの高さ以下のボールレンズ間の空隙が固定層で埋められて固定されているので、発光部から出てボールレンズで被投影面に投影されて画素を形成する光束を遮ることなしに、ボールレンズを発光部が配置された基板上に強固に固定することができ、メンテナンス作業に対して十分な機械的強度を持った小型の有機ＥＬアレイ露光ヘッドを構成することができる。その固定層として光吸収性の層を用いることにより隣接画素間のクロストークが低減でき、低消費電力で、十分な解像力、明るさ、コントラストの有機ＥＬアレイ露光ヘッドを得ることができる。
【００３１】
また、本発明のもう１つの構成においては、ボールレンズの直径をＤ、その屈折率をｎとするとき、少なくともボールレンズの入射側の面の面頂から距離Ｄ（１−１／ｎ²）以上の高さであってボールレンズの射出側の面全体を覆う高さまでエアロゲル層が設けられているので、同様に発光部から出てボールレンズで被投影面に投影されて画素を形成する光束を遮ることなしに、ボールレンズを発光部が配置された基板上に強固に固定することができ、メンテナンス作業に対して十分な機械的強度を持った小型の有機ＥＬアレイ露光ヘッドを構成することができる。そして、そのエアロゲル層の表面に透明保護層、特に透明導電層からなる透明保護層を設けることにより、有機ＥＬアレイ露光ヘッドの光学系がトナー等で汚れて露光不良等が起こるのを防止することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の有機ＥＬアレイ露光ヘッドとそれを用いた画像形成装置の実施例を図面を参照にしながら説明する。
【００３３】
図１は、本発明に基づく有機ＥＬアレイ露光ヘッドの基本構成を示す模式的な断面図であり、基板３の表面に一定周期で有機ＥＬの発光部２が配置されて有機ＥＬアレイ１が構成されている。本発明に基づき、有機ＥＬアレイ１の各発光部２に一対一に対応させて同一形状、特性のボールレンズ１０を同一の位置関係で配置し、各発光部２からの光束１２がボールレンズ１０により被投影体を構成する感光体（電子写真の場合）等の像担持体１１上に分離して投影されるようにする。なお、ボールレンズ１０とは、透明球体からなる単一正レンズである。
【００３４】
そして、各ボールレンズ１０は対応する発光部２に接するか近接して配置するものとする。各ボールレンズ１０を発光部２に接するか近接して配置すると、発光部２から出た発散光は対応するボールレンズ１０中にほとんど入射するようになる（発光部２の径ｓがボールレンズ１０の直径Ｄに比較して十分大きく、ボールレンズ１０が発光部２に接していれば、略１００％ボールレンズ１０中に入射する。）。そのため、発光部２から出た光が対応するボールレンズ１０でなくその隣のボールレンズ１０を経て対応しない画素位置に入射するクロストークを少なくすることができるようになる。
【００３５】
このように有機ＥＬアレイ１の各発光部２に一対一に対応させて配置されたボールレンズ１０は、基板３に対して透明接着層１３により接着されているが、さらに、図１の例の場合は、各ボールレンズ１０間の投影光束１２が射出する有効面以外の面間を黒色樹脂等からなる固定層１４で充填することにより、強固に固定されている。
【００３６】
ボールレンズ１０の入射側の面の面頂から固定層１４の上面までの厚さｄは、ボールレンズ１０の屈折率に依存するが、例示的に、ボールレンズ１０の屈折率ｎがｎ＝２のとき、ボールレンズ１０の直径をＤとして、０．７５Ｄ、ｎ＝２．２のとき、０．８Ｄ程度に設定される。
【００３７】
ここで、上記厚さｄの意味について説明する。図２に示すように、ボールレンズ１０の最下点の１点Ｌで有機ＥＬの発光部２と接していると仮定する。この最下点Ｌからボールレンズ１０に入射した光線の進行角度（垂線との角度）θが、ボールレンズ１０と空気界面の臨界角以上の角度の場合、その光線はボールレンズ１０内部で全反射を続け、レンズ１０の外には出てこない。
【００３８】
図２で示すように、入射点Ｌから進行角度θを持つ光線とボールレンズ１０との交点をＲ、Ｒから基板１８の表面に垂線を下し、その垂線と基板１８の表面との交点をＡ、その垂線に対してボールレンズ１０の中心Ｏから下ろした垂線の交点をＢとすると、
∠ＯＲＬ＝∠ＯＬＲ＝θ（∵ＯＲ＝ＯＬ）・・・（１）
∠ＢＲＬ＝∠ＯＬＲ＝θ（∵ＯＬとＢＲは平行）・・・（２）
∴∠ＯＲＢ＝∠ＯＲＬ＋∠ＢＲＬ＝２θ ・・・（３）
ボールレンズ１０の直径をＤとすると、
ＢＲ＝ＯＲｃｏｓ２θ＝（Ｄ／２）ｃｏｓ２θ ・・・（４）
ＡＢ＝（Ｄ／２）・・・（５）
よって、点Ｒの高さＡＲは、
ＡＲ＝ＡＢ＋ＢＲ＝（Ｄ／２）（１＋ｃｏｓ２θ）・・・（６）
となる。
【００３９】
ボールレンズ１０と空気界面の臨界角をα、ボールレンズ１０の屈折率をｎとすると、
ｓｉｎα＝１／ｎ・・・（７）
であり、このとき、
ｃｏｓ２α＝ｃｏｓ²α−ｓｉｎ²α＝１−２ｓｉｎ²α＝１−２／ｎ²
・・・（８）
となる。
【００４０】
θ≦αのとき、その光線はボールレンズ１０から出射するが、このθ≦αを式（６）に代入すると、
ＡＲ≧（Ｄ／２）（１＋ｃｏｓ２α）＝Ｄ（１−１／ｎ²）・・・（９）
となる。これは、ボールレンズ１０の中の式（９）を満たす高さの部位からのみ光線が射出できることを意味し、それ以外の部位は黒色樹脂等からなる固定層１４で覆っても、その機能が損なわれないことを意味する。
【００４１】
仮に、ｎ＝２のとき、固定層１４の上面までの厚さｄは０．７５Ｄ以下、ｎ＝２．２のとき、０．７９３Ｄ≒０．８Ｄ以下に設定すると、発光部２からの光が投影されて像担持体１１上に画素を形成する光束１２を遮ることなしに、ボールレンズ１０を有機ＥＬアレイ１の発光部２上に強固に固定することができる。
【００４２】
固定層１４は、透明材料で構成してもよいが、特定の発光部２から発光した光束が対応するボールレンズ１０でなくその隣のボールレンズ１０を経て対応しない画素位置に入射するクロストークとなる光、ボールレンズ１０中で全反射を繰り返してフレアになる光等のノイズ光が存在し得るので、このようなノイズ光をカットするために、その固定層１４は光吸収性の黒色樹脂等から構成するのが望ましい。
【００４３】
ここで、このように発光部２表面に接するか近接させたボールレンズ１０を経て発光部２に至る光束が画素として像担持体１１上に分離して入射するようにするために、ボールレンズ１０を構成する透明材料として、発光部２からの発光光に対する屈折率が２以上のものを使用することが望ましい。なお、屈折率が２以上のガラスの例として例えばビスマス系ガラスや重金属を多く含ませたガラス、あるいは、光学結晶がある。
【００４４】
ここで、屈折率ｎが２以上のボールレンズ１０の重要な幾何光学的な特性について説明する。近軸光学的なボールレンズ１０の焦点距離ｆは、
ｆ＝ｎｒ／｛２（ｎ−１）｝・・・（１０）
で定められ、主点はボールレンズ１０の中心に一致する。屈折率ｎがｎ＜２の場合は、図３（ａ）に示すように、焦点Ｆはボールレンズ１０の外に位置するが、ｎ＝２の場合は、図３（ｂ）に示すように、ボールレンズ１０の入射側とは反対の球面（表面）上に位置する。
【００４５】
したがって、図１に示すように、ｎ≧２のボールレンズ１０を発光部２表面に接するか近接して配置すると、発光部２から出てボールレンズ１０を経た光束１２は平行光束あるいは集光光束となって像担持体１１上に分離して入射することとなるので、有機ＥＬアレイ１に表示した画素（発光部２）を像担持体１１上に一対一で対応させて投影することができるようになり、このようなボールレンズ１０を有機ＥＬの各発光部２表面に一対一に対応させて接するか近接して配置してなる有機ＥＬアレイ１を露光ヘッドとして用いることができる。
【００４６】
上記のように、クロストークを少なくする観点からは、ボールレンズ１０は可及的に有機ＥＬの発光部２に近接していた方が、すなわち、ボールレンズ１０の入射側の面の面頂と発光部２の表面との距離ΔはΔ≒０であることが望ましいが、実際上発光部２表面には透明電極等が存在するため、距離Δはある程度の値を有することのなる。そこで、距離Δはどの程度まで許容できるか、以下に検討する。
【００４７】
図４に示すように、ボールレンズ１０から距離δをおいた点Ｃに見かけの光源Ｃを置いたとき、点Ｃから出射角度θ以下の光がボールレンズ１０に入射し、それ以外の光はボールレンズ１０に入らないので、クロストークになり得る。ここで、角度θは点Ｃを通りボールレンズ１０と接する直線と中心軸（点Ｃとボールレンズ１０の中心Ｏを通る直線）とのなす角度である。
【００４８】
このとき、ボールレンズ１０の半径をｒとすると、角度θは次のように表すことができる。
【００４９】
ｓｉｎθ＝ｒ／（ｒ＋δ）・・・（１１）
次に、ボールレンズ１０が屈折率ｎの基板１８上に接着されており、光源が基板１８内の点Ｄの位置にあるとすると、図４において、点Ｄから角度β以下で出る光がボールレンズ１０に入射し、それ以外の光はボールレンズ１０に入らないのでクロストークになり得る。ここで、角度βは、点Ｄから出て基板１８表面で屈折された光が見かけの光源Ｃから角度θで出る光の出射角度である。
【００５０】
このとき、角度βは次の式で表される。
【００５１】
ｓｉｎβ＝ｒ／｛ｎ（ｒ＋δ）｝・・・（１２）
次に、点Ｄからの出射光の中、基板（有機ＥＬ素子）３の外部へ取り出すことができる光量を求める。基板１８の屈折率による全反射臨界角θ_cの存在により、出射角βで基板１８内部から基板１８表面に向かう光は、θ_c＞βに限り基板（有機ＥＬ素子）３より外部に取り出される。有機ＥＬ素子の発光部２のように等方的な発光による面発光体の場合、その発光強度はＬａｍｂｅｒｔ則に従い、Ｉ（θ）＝Ｉ₀ｃｏｓθとなるとすると、臨界角内に放射される光量は、

となる（ここで、ｄΩは立体角である。）。
【００５２】
点（光源）Ｄから臨界角θ_c内に放射される光の中、ボールレンズ１０に入らない光量は、以下の式で表される。
【００５３】

よって、有機ＥＬアレイ１の各発光部２から出射される光の中、クロストークになり得る光量の割合は、
（２ｒδ＋δ²）／（ｒ＋δ）² ・・・（１５）
で表される。
【００５４】
ここで、出射光の中５％までクロストークとなるのを許容すると、次のような条件が求まる。
【００５５】
δ≦０．０２６ｒ・・・（１６）
δ＝０．０２６ｒのとき、有機ＥＬアレイ１の屈折率（基板１８の屈折率）ｎを１．５とおくと、図４の点Ｄと点Ｌの距離（発光部２とボールレンズ１０の距離）は、０．１３２ｒ＝０．０６６Ｄとなる。
【００５６】
以上の検討より、有機ＥＬアレイ１の各発光部２の表面とその各発光部２対応させて配置されるボールレンズ１０の入射側の面の面頂との距離Δは、
０≦Δ≦０．０７Ｄ・・・（１７）
の関係を満足するようにすることが望ましいと言える。ここで、Ｄは上記のようにボールレンズ１０の直径である。
【００５７】
ところで、固定層の材料として、屈折率が１に近い透明材料を選択する場合には、各ボールレンズ１０間を充填する高さは式（９）に限定されず、ボールレンズ１０がその中に埋まるように固定層を設けてもよい。そのような屈折率が１に近い透明材料としては、エアロゲルがある（例えば非特許文献１参照）。そのようなエアロゲルの１つとしてシリカエアロゲルがある。以下に、シリカエアロゲルを固定層として用いた例を図５に示す。図５はこの実施例の図１と同様な図であり、有機ＥＬアレイ１の各発光部２に一対一に対応させて同一形状、特性のボールレンズ１０が同一の位置関係で基板３に対して透明接着層１３により接着されている。そして、各ボールレンズ全体を埋め込むように、各ボールレンズ１０の間及びそれらの射出側の面全体を覆うように、屈折率が１に近いシリカエアロゲル層１５が設けられ、ボールレンズ１０を有機ＥＬアレイ１の発光部２上に強固に固定している。
【００５８】
ただし、シリカエアロゲルは空隙率が非常に高いので、シリカエアロゲル層１５をそのまま剥き出しにしておくと、空気中の水分を吸って屈折率等の物性が変化してしまう恐れがあり、また、トナー等がその表面の気孔に入り込んでしまって除去できなくなる恐れがあるので、そのシリカエアロゲル層１５の表面に透明保護層１６を設ける。この透明保護層１６としては、ＩＴＯ等の透明導電層から構成し、さらには、その透明導電層を電子写真装置における現像剤のトナーの電位と同電位に制御することにより、有機ＥＬアレイ露光ヘッド１の光学系がトナーで汚れて露光不良等が起こるのを防止することができる。
【００５９】
図６は、図１の黒色樹脂等からなる固定層１４の上に、各ボールレンズ１０の射出側の面全体を覆うように、屈折率が１に近いシリカエアロゲル層１５を設け、さらに、シリカエアロゲル層１５の表面に透明保護層１６を設けた例を示す図１と同様な図であり、この場合も同様の理由で、透明保護層１６をＩＴＯ等の透明導電層で構成することが望ましい。なお、この例においても、固定層１４は、図１の実施例と同様に、距離Ｄ（１−１／ｎ²）までの高さ以下のボールレンズ１０間に充填される。
【００６０】
ここで、上記のように、有機ＥＬアレイ１の発光部２の寸法ｓを小さく設定した場合の露光に利用される光量（利用効率）について検討する。
【００６１】
いま、図７に示すように、屈折率ｎの基板（有機ＥＬ素子）１３の内部に発光点Ｄがあるとすると、基板１８の屈折率による全反射臨界角θ_cの存在により、出射角θで素子内部から界面に向かった光は、θ_c＞θに限り素子より外部に取り出される。有機ＥＬ素子のような等方的な発光による面発光体の場合、その発光強度は、Ｌａｍｂｅｒｔ則に従い、Ｉ（θ）＝Ｉ₀ｃｏｓθとなるとすると、上半面の立体角で積分すると、

となり（ここで、Ωは立体角を示す。）、臨界角θ_c内に放射される光量（式（１３））をこの全光量πＩ₀で除すと、

となる。
【００６２】
したがって、有機ＥＬ素子自体の光取り出し効率は１／ｎ²で表される。
【００６３】
素子基板の屈折率ｎをｎ＝１．５とおくと、光取り出し効率は４４．４％となる。
【００６４】
従来例のように、有機ＥＬの発光部２の像担持体１１への投影光学系として集光性ロッドレンズアレイを用いた場合、集光性ロッドレンズアレイの集光係数は７％程度であるため、上記の計算値４４．４％とこの集光係数７％を乗じた、０．４４４×０．０７≒０．０３１が系全体の光利用効率となる。言い換えれば、有機ＥＬ素子の全発光量の３．１％が、像担持体１１上に結像されることになる。
【００６５】
一方、本発明のようにボールレンズ１０を発光部２表面に接するか近接して配置する場合、光線追跡法による計算結果、発光部２の面発光強度中の３０％を像担持体１１上に集光することができる。
【００６６】
したがって、集光性ロッドレンズアレイを用いる場合に比べて１０倍程度の利用効率を得ることができる。
【００６７】
ただし、集光性ロッドレンズアレイの場合は等倍光学系となるので、発光部２のサイズと像担持体１１上の結像サイズは略同面積となるのに対し、本発明の露光ヘッドでは拡大光学系となるため、前記のように、発光部２のサイズを像担持体１１上での画素サイズよりも拡大率分小さくする必要がある。しかし、発光部２の輝度が同じならば、集光性ロッドレンズアレイを使用する場合に比べて発光部２の面積を１／１０（拡大率３．２）にしても、像担持体１１上の画素の光強度は同じとなる。しがって、露光ヘッドの消費電力を大きく抑えることができる。
【００６８】
次に、本発明に基づく有機ＥＬアレイ露光ヘッドの１具体例の模式的な断面図を図８に示す。この図においては、発光部２からボールレンズ１０の間の透明陰極２４、封止層２５、透明接着層１３の厚さを実際よりは厚く図示してあるが、黒色樹脂等からなる固定層１４の高さは、ボールレンズ１０の有効射出面が式（９）を満たすような高さに設定されている。
【００６９】
有機ＥＬ素子には、陰極から光を取り出すものと、陽極から光を取り出すものがあり、本具体例は陰極側から光を取り出す構成である。すなわち、ガラス、シリコン等よりなる基板３の表面の列方向に所定のピッチで有機ＥＬ素子の発光部２を設ける穴４が設けられ、穴４中には、底側からマグネシウム・銀の合金や、アルミニウム等からなる反射金属膜上にＩＴＯ等を積層した陽極２１、正孔注入層２２、発光層２３の順で積層され、各穴の発光層２３と接するように基板３表面全体に光を透過するのに十分薄い金属電極である透明陰極２４が設けられている。各穴４が対応する発光部２においては、電子輸送性の発光層２３と正孔注入層２２が積層された構造となっており、透明陰極２４及び陽極２１からそれぞれ電子と正孔が注入され、再結合することにより発光する。
【００７０】
透明陰極２４の上には水分に触れることにより発光層２３が劣化するのを防止する封止層２５が設けられ、その上に透明樹脂からなる接着層１３が設けられ、この接着層１３が各発光部２に整列して配置されたボールレンズ１０を基板３に対して固定している。そして、各ボールレンズ１０間の投影光束１２が射出する有効面以外の面間に黒色樹脂等からなる固定層１４で充填してあり、全てのボールレンズ１０を有機ＥＬアレイ１の発光部２上に強固に固定している。そして、この固定層１４は特定の発光部２から発光した光束が対応するボールレンズ１０でなくその隣のボールレンズ１０を経て対応しない画素位置に入射するクロストークとなる光、ボールレンズ１０中で全反射を繰り返してフレアになる光等のノイズ光を吸収するようになっている。
【００７１】
なお、図８の例では、基板３の表面に設ける穴４をより深くして、有機ＥＬ発光部２をその穴４の底部に形成し、有機ＥＬ発光部２の上に保護機能を有する透明接着剤１３を充填し、その穴４の上部を凹部になるようにして、その凹部内にボールレンズ１０を落とし込んでボールレンズ１０が発光部２に自動的に整列固定されるようにしている。
【００７２】
次に、上記のような有機ＥＬアレイ１の作製方法を簡単に説明する。この有機ＥＬアレイ１は、例えば図９に示すように、３列のアレイ２０₁、２０₂、２０₃が平行で画素３１が相互にそのピッチの３分の１だけずつずれて配列されたもので、各列のアレイ２０₁、２０₂、２０₃は直線状に配置された多数の画素３１からなり、各画素３１の構成は同じで、有機ＥＬ発光部２とその有機ＥＬ発光部２の発光を制御するＴＦＴ３２とからなる。
【００７３】
図１０に図９の直線Ａ−Ａ’に沿う１画素３１の有機ＥＬ発光部２とＴＦＴ３２とを含む断面図を示す。この有機ＥＬ発光部２は陰極側から発光光を出射させる例である。有機ＥＬ発光部２は、陰極２４及び陽極２１からそれぞれ電子と正孔が注入され、再結合することにより発光するもので、電子輸送性の発光層２３と正孔注入層２２が積層された構造となっている。
【００７４】
図１０に１画素３１の有機ＥＬ発光部２とＴＦＴ３２とを含む断面図を示すが、その作製順に説明する。ガラス基板３上にまずＴＦＴ３２を作製する。ＴＦＴ３２の作製方法を種々知られているが。例えば、ガラス基板３上に最初にシリコン酸化膜を堆積し、さらにアモルファスシリコン膜を堆積する。次に、このアモルファスシリコン膜に対してエキシマレーザ光を照射して結晶化を行い、チャネルとなるポリシリコン膜を形成する。このポリシリコン膜をパタニング後、ゲート絶縁膜を堆積し、さらに窒化タンタルからなるゲート電極を形成する。続いて、ＮチャンネルＴＦＴのソース・ドレイン部をリンのイオン注入により、ＰチャンネルＴＦＴのソース・ドレイン部をボロンのイオン注入によりそれぞれ形成する。イオン注入した不純物を活性化後、第１層間絶縁膜の堆積、第１コンタクトホールの開口、ソース線の形成、第２層間絶縁膜の堆積、第２コンタクトホールの開口、金属画素電極の形成を順次行い、ＴＦＴ３２のアレイが完成する（例えば非特許文献２参照）。ここで、この金属画素電極は、有機ＥＬ発光部２の陽極２１の一部となるもので、有機ＥＬ発光部２の反射層を兼用するものであり、Ａｇ、Ａｌ等の反射率の高い金属薄膜電極で形成される。陽極２１はこの金属薄膜電極の上にＩＴＯ等の仕事関数の大きな透明電極薄膜を真空蒸着法やスパッタ法等を用いて積層させることで完成する。陽極２１の上層をＩＴＯ等の仕事関数の大きな透明電極薄膜とすることにより、正孔注入障壁高さを低くできると同時に、下層の反射率の高い金属膜を反射層として活かすことが可能となる。
【００７５】
次いで、有機ＥＬ発光部２に対応する穴４を有し所定の高さの隔壁（バンク）３３を形成する。この隔壁３３は、特許文献５に開示されているように、フォトリソグラフィ法や印刷法等、任意の方法で作成することができる。例えば、リソグラフィ法を使用する場合は、スピンコート、スプレーコート、ロールコート、ダイコート、ディップコート等所定の方法でバンクの高さに合わせて有機材料を塗布し、その上にレジスト層を塗布する。そして、隔壁３３形状に合わせてマスクを施し、レジストを露光・現像することにより隔壁３３形状に合わせたレジストを残す。最後に隔壁材料をエッチングしてマスク以外の部分の隔壁材料を除去する。また、下層が無機物で上層が有機物で構成された２層以上でバンク（凸部）を形成してもよい。また、特許文献５に開示されているように、隔壁３３を構成する材料としては、ＥＬ材料の溶媒に対し耐久性を有するものえあれば特に限定されないが、フロロカーボンガスプラズマ処理によりテフロン化できることから、例えばアクリル樹脂、エポキシ樹脂、感光性ポリイミド等の有機材料が好ましい。液状ガラス等の無機材料を下層にした積層隔壁であってもよい。また、隔壁３３は、上記材料にカーボンブラック等を混入してブラックあるいは不透明にすることが望ましい。
【００７６】
次いで、有機ＥＬの発光層用インク組成物を塗布する直前に、隔壁３３を設けた基板を酸素ガスとフロロカーボンガスプラズマの連続プラズマ処理を行う。これにより例えば隔壁３３を構成するポリイミド表面は撥水化、陽極２１表面は親水化され、インクジェット液滴を微細にパターニングするための基板側の濡れ性の制御ができる。プラズマを発生する装置としては、真空中でプラズマを発生する装置でも、大気中でプラズマを発生する装置でも同様に用いることができる。
【００７７】
次に、隔壁３３の穴４内に正孔注入層用のインク組成物をインクジェット方式プリント装置７０のヘッド７１から吐き出し、各画素の陽極２１上にパターニング塗布を行う。塗布後、溶媒を除去し、熱処理して正孔注入層２２を形成する。
【００７８】
なお、本発明で言うインクジェット方式とは、圧電素子等の機械的エネルギーを利用してインク組成物を吐き出すピエゾジェット方式、ヒータの熱エネルギーを利用して気泡を発生させ、その気泡の生成に基づいてインク組成物を吐き出すサーマル方式の何れでもよい（非特許文献３）。図１１に、ピエゾジェット方式のヘッドの構成例を示す。インクジェット用ヘッド７１は、例えばステンレス製のノズルプレート７２と振動板７３とを備え、両者は仕切部材（リザーバープレート）７４を介して接合されている。ノズルプレート７２と振動板７３との間には、仕切部材７４によって複数のインク室７５と液溜り（不図示）とが形成されている。インク室７５及び液溜りの内部はインク組成物で満たされており、インク室７５と液溜りとは供給口を介して連通している。さらに、ノズルプレート７２には、インク室７５からインク組成物をジェト状に噴射するためのノズル孔７６が設けられている。一方、インクジェット用ヘッド７１には、液溜りにインク組成物を供給するためのインク導入孔が形成されている。また、振動板７３のインク室７５に対向する面と反対側の面上には、インク室７５の位置に対応させて圧電素子７８が接合されている。この圧電素子７８は一対の電極７９の間に位置し、通電すると圧電素子７８が外側に突出するように撓曲する。これによってインク室７５の容積が増大する。したがって、インク室７５内に増大した容積分に相当するインク組成物が液溜りから供給口を介して流入する。次に、圧電素子７８への通電を解除すると、圧電素子７８と振動板７３は共に元の形状に戻る。これにより空間７５も元の容積に戻るためインク室７５内部のインク組成物の圧力が上昇し、ノズル孔７６から隔壁２９を設けた基板に向けてインク組成物が噴出するものである。
【００７９】
穴４内の陽極２１上に正孔注入層２２を形成した後、発光層用のインク組成物を穴４内の正孔注入層２２上にインクジェットプリント装置７０のヘッド７１から吐き出し、各画素の正孔注入層２２上にパターニング塗布を行う。塗布後、溶媒を除去し、熱処理して発光層２３を形成する。
【００８０】
なお、以上の発光層２３と正孔注入層２２の順番は反対であってもよい。水分に対してより耐性のある層を表面側（基板３からより離れた側）に配置するようにすることが望ましい。
【００８１】
また、正孔注入層２２と発光層２３は、上記のようにインクジェット方式でインク組成物を塗布することにより作成する代わりに、公知のスピンコート法、ディップ法あるいは蒸着法で作成することもできる。
【００８２】
また、発光層２３に用いる材料、正孔注入層２２に用いる材料については、例えば、特許文献４、特許文献５等で公知の種々のものが利用でき、その詳細は省く。
【００８３】
隔壁３３の穴４内に正孔注入層２２と発光層２３を順に形成した後、基板の表面全面にスパッタ法により有機ＥＬ発光部２の陰極２４となる透明電極を被着させる。この透明電極の材料としては、カルシウム膜等の仕事関数の低い薄膜上に光が十分透過できる程度に薄い金薄膜等を付けたものがあげられる。
【００８４】
このようにして、図８の実施例で用いた有機ＥＬアレイ１が作製される。
【００８５】
なお、隔壁３３をより厚くして穴４をより深くして、有機ＥＬ発光部２をその穴４の底部に形成し、有機ＥＬ発光部２の上に保護機能を有する透明材料あるいは透明接着剤１３を充填し、その穴４の上部内にボールレンズ１０を落とし込んで発光部２に整列固定するようにしてもよい。
【００８６】
さて、以上のような本発明の１実施例の有機ＥＬアレイ露光ヘッド１０１は、図１２に側面図を示すように、露光ヘッド１０１から作動距離ＷＤ（ボールレンズ１０の射出側の面の面頂と像担持体１１との間の距離）だけ離れた面Ｓ上に、その画素配列と同じ配列パターンで各有機ＥＬ発光部２の像２’を拡大投影する。したがって、露光ヘッド１０１の長手方向に直交する方向にこの面Ｓを相対的に移動させ、かつ、露光ヘッド１０１の各有機ＥＬ発光部２の発光をＴＦＴ３３により制御することで、面Ｓ上に所定のパターンを記録することができる。
【００８７】
そこで、本発明においては、上記のような本発明の有機ＥＬアレイ露光ヘッド１０１を例えば電子写真方式のカラー画像形成装置の露光ヘッドに用いることにする。図１３は、本発明の同様な４個の有機ＥＬアレイ露光ヘッド１０１Ｋ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｙを対応する同様の４個の感光体ドラム４１Ｋ、４１Ｃ、４１Ｍ、４１Ｙの露光位置にそれぞれ配置したタンデム方式のカラー画像形成装置の１例の全体の概略構成を示す正面図である。図１３に示すように、この画像形成装置は、駆動ローラ５１と従動ローラ５２とテンションローラ５３とでテンションを加えて張架されて、図示矢印方向（反時計方向）へ循環駆動される中間転写ベルト５０を備え、この中間転写ベルト５０に対して所定間隔で配置された４個の像担持体としての外周面に感光層を有する感光体４１Ｋ、４１Ｃ、４１Ｍ、４１Ｙが配置される。符号の後に付加されたＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙはそれぞれ黒、シアン、マゼンタ、イエローを意味し、それぞれ黒、シアン、マゼンタ、イエロー用の感光体であることを示す。他の部材についても同様である。感光体４１Ｋ、４１Ｃ、４１Ｍ、４１Ｙは中間転写ベルト５０の駆動と同期して図示矢印方向（時計方向）へ回転駆動されるが、各感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の周囲には、それぞれ感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の外周面を一様に帯電させる帯電手段（コロナ帯電器）４２（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）と、この帯電手段４２（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）により一様に帯電させられた外周面を感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の回転に同期して順次ライン走査する本発明の上記のような有機ＥＬアレイ露光ヘッド１０１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）と、この有機ＥＬアレイ露光ヘッド１０１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）で形成された静電潜像に現像剤であるトナーを付与して可視像（トナー像）とする現像装置４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）と、この現像装置４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）で現像されたトナー像を一次転写対象である中間転写ベルト５０に順次転写する転写手段としての一次転写ローラ４５（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）と、転写された後に感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の表面に残留しているトナーを除去するクリーニング手段としてのクリーニング装置４６（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）とを有している。
【００８８】
ここで、各有機ＥＬアレイ露光ヘッド１０１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）は、図１２に示すように、各有機ＥＬ発光部２上に一対一に対応して整列してボールレンズ１０を固定してなるもので、対応する感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の表面から作動距離ＷＤだけ離れて、各有機ＥＬアレイ露光ヘッド１０１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）のアレイ方向が感光体ドラム４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の母線に沿うように設置される。そして、各有機ＥＬアレイ露光ヘッド１０１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の発光エネルギーピーク波長と感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の感度ピーク波長とは略一致するように設定されている。
【００８９】
現像装置４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）は、例えば、現像剤として非磁性一成分トナーを用いるもので、その一成分現像剤を例えば供給ローラで現像ローラへ搬送し、現像ローラ表面に付着した現像剤の膜厚を規制ブレードで規制し、その現像ローラを感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）に接触あるいは押厚させて感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の電位レベルに応じて現像剤を付着させることによりトナー像として現像するものである。
【００９０】
このような４色の単色トナー像形成ステーションにより形成された黒、シアン、マゼンタ、イエローの各トナー像は、一次転写ローラ４５（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）に印加される一次転写バイアスにより中間転写ベルト５０上に順次一次転写され、中間転写ベルト５０上で順次重ね合わされてフルカラーとなったトナー像は、二次転写ローラ６６において用紙等の記録媒体Ｐに二次転写され、定着部である定着ローラ対６１を通ることで記録媒体Ｐ上に定着され、排紙ローラ対６２によって、装置上部に形成された排紙トレイ６８上へ排出される。
【００９１】
なお、図１３中、６３は多数枚の記録媒体Ｐが積層保持されている給紙カセット、６４は給紙カセット６３から記録媒体Ｐを一枚ずつ給送するピックアップローラ、６５は二次転写ローラ６６の二次転写部への記録媒体Ｐの供給タイミングを規定するゲートローラ対、６６は中間転写ベルト５０との間で二次転写部を形成する二次転写手段としての二次転写ローラ、６７は二次転写後に中間転写ベルト５０の表面に残留しているトナーを除去するクリーニング手段としてのクリーニングブレードである。
【００９２】
以上、本発明の有機ＥＬアレイ露光ヘッド及びそれを用いた画像形成装置を実施例に基づいて説明したが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【００９３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の有機ＥＬアレイ露光ヘッドとそれを用いた画像形成装置によると、長尺な基板の上に、少なくとも１列の画素状に配列された有機ＥＬ素子のアレイを備え、有機ＥＬ素子のアレイの発光側に、各有機ＥＬ素子の発光部各々に対応した整列位置にボールレンズが配置されており、ボールレンズの直径をＤ、その屈折率をｎとするとき、ボールレンズの入射側の面の面頂から距離Ｄ（１−１／ｎ²）までの高さ以下のボールレンズ間の空隙が固定層で埋められて固定されているので、発光部から出てボールレンズで被投影面に投影されて画素を形成する光束を遮ることなしに、ボールレンズを発光部が配置された基板上に強固に固定することができ、メンテナンス作業に対して十分な機械的強度を持った小型の有機ＥＬアレイ露光ヘッドを構成することができる。その固定層として光吸収性の層を用いることにより隣接画素間のクロストークが低減でき、低消費電力で、十分な解像力、明るさ、コントラストの有機ＥＬアレイ露光ヘッドを得ることができる。
【００９４】
また、本発明のもう１つの構成によると、ボールレンズの直径をＤ、その屈折率をｎとするとき、少なくともボールレンズの入射側の面の面頂から距離Ｄ（１−１／ｎ²）以上の高さであってボールレンズの射出側の面全体を覆う高さまでエアロゲル層が設けられているので、同様に発光部から出てボールレンズで被投影面に投影されて画素を形成する光束を遮ることなしに、ボールレンズを発光部が配置された基板上に強固に固定することができ、メンテナンス作業に対して十分な機械的強度を持った小型の有機ＥＬアレイ露光ヘッドを構成することができる。そして、そのエアロゲル層の表面に透明保護層、特に透明導電層からなる透明保護層を設けることにより、有機ＥＬアレイ露光ヘッドの光学系がトナー等で汚れて露光不良等が起こるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく有機ＥＬアレイ露光ヘッドの基本構成を示す模式的な断面図である。
【図２】固定層の厚さの限定の意味を説明するための図である。
【図３】ボールレンズの特性を説明するための図である。
【図４】有機ＥＬアレイの各発光部から出射される光の中クロストークになり得る光量の割合を検討するための図である。
【図５】シリカエアロゲルを固定層として用いた実施例の図１と同様な図である。
【図６】図１の固定層の上にシリカエアロゲル層を設けた実施例の図１と同様な図である。
【図７】有機ＥＬ素子自体の光取り出し効率を検討するための図である。
【図８】本発明に基づく有機ＥＬアレイ露光ヘッドの１具体例の模式的な断面図である。
【図９】有機ＥＬアレイのアレイ配置の例を示す平面図である。
【図１０】図９のアレイの１画素の断面図である。
【図１１】インクジェット方式中のピエゾジェット方式のヘッドの構成例を示す図である。
【図１２】図９の例の有機ＥＬアレイ露光ヘッドの集光の様子を示す側面図である。
【図１３】本発明の有機ＥＬアレイ露光ヘッドを配置したタンデム方式のカラー画像形成装置の１例の全体の概略構成を示す正面図である。
【符号の説明】
１…有機ＥＬアレイ
２…発光部
３…基板
４…穴
１０…ボールレンズ
１１…像担持体
１２…発光部からの投影光束
１３…透明接着層
１４…固定層
１５…シリカエアロゲル層
１６…透明保護層
１８…基板
２０₁、２０₂、２０₃…発光部の列
２１…陽極
２２…正孔注入層
２３…発光層
２４…透明陰極
２５…封止層
３１…画素
３２…ＴＦＴ
４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）…感光体ドラム
４２（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）…帯電手段（コロナ帯電器）
４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）…現像装置
４５（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）…一次転写ローラ
４６（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）…クリーニング装置
５０…中間転写ベルト
５１…駆動ローラ
５２…従動ローラ
５３…テンションローラ
６１…定着ローラ対
６２…排紙ローラ対
６３…給紙カセット
６４…ピックアップローラ
６５…ゲートローラ対
６６…二次転写ローラ
６７…クリーニングブレード
６８…排紙トレイ
７０…インクジェット方式プリント装置
７１…ヘッド
７２…ノズルプレート
７３…振動板
７４…仕切部材（リザーバープレート）
７５…インク室
７６…ノズル孔
７８…圧電素子
７９…電極
１０１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）…有機ＥＬアレイ露光ヘッド
Ｃ…見かけの光源
Ｄ…光源
Ｓ…面
Ｐ…記録媒体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an organic EL array exposure head and an image forming apparatus using the same, and in particular, allows light emission from each element of the organic EL array to be efficiently used with sufficient resolution and sufficient mechanical strength. The present invention relates to a structure of an organic EL array exposure head and an image forming apparatus using the exposure head.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various types using an organic EL array as an exposure head for an image forming apparatus have been proposed. The related items are as follows.
[0003]
In Patent Document 1, a condensing rod is used to collectively produce an organic EL array on an insulating substrate such as glass, combine a separate driver IC, and form an image of the light emitting portion of the organic EL array on a photosensitive drum. A lens array is used.
[0004]
In Patent Document 2, a one-chip organic EL array having a plurality of rows is used, and an optical system that forms an image of the light emitting portion on a photosensitive drum is unknown. Note that the EL layer of the organic EL array is deposited by vapor deposition.
[0005]
In Patent Document 3, a microlens is formed on the upper surface of the substrate by the in-o exchange method, or a microlens is formed by a method using a photoresist on the back surface of the substrate or a replica method, and a resonator structure is provided in alignment with the microlens. An organic EL array is deposited by vapor deposition.
[0006]
Patent Document 4 relates to a method for manufacturing an active matrix organic EL display, and forms an organic light emitting layer on a glass substrate having a thin film transistor by an ink jet method.
[0007]
In Patent Document 5, a hole injection layer and an organic light emitting layer of an organic EL element are formed by providing a partition wall and applying by an ink jet method.
[0008]
In Patent Document 6, a light emitting layer and a TFT layer for controlling the light emission are formed inside a photosensitive drum to constitute a printer.
[0009]
In addition to organic EL arrays, various proposals have been made to use LED arrays or liquid crystal shutter arrays as exposure heads for image forming apparatuses. In these cases as well, from the light emitting section of the LED array or the shutter section of the liquid crystal shutter array. Many proposals have been made to use a condensing rod lens array for condensing the luminous flux on the photosensitive drum.
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-10-55890
[0011]
[Patent Document 2]
JP 11-198433 A
[0012]
[Patent Document 3]
JP 2000-77188 A
[0013]
[Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-12377
[0014]
[Patent Document 5]
JP 2000-323276 A
[0015]
[Patent Document 6]
JP 2001-18441 A
[0016]
[Non-Patent Document 1]
Sakuo Sakuo, “Application of the Sol-Gel Method” (Agne Jofusha (1997) pp. 42-47)
[0017]
[Non-Patent Document 2]
8th Electronic Display Forum (2001.18) "Polymer type organic EL display"
[0018]
[Non-Patent Document 3]
“Fine Imaging and Hardcopy” 1999.1.7 (Corona Inc.) p. 43
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
In the above prior art, when the organic EL array is used in an exposure head of an electrophotographic printer or the like, a condensing rod lens is used to collect the light beam from the organic EL element light emitting portion of the organic EL array on the photosensitive drum. When an array is used, the optical path length becomes long and the size increases, and since the condensing rod lens is not arranged one-on-one with respect to each light emitting portion, periodic unevenness in light quantity occurs, and further, the light condensing property is increased. The cost of the rod lens is inevitable because of its advanced manufacturing method. In the case of using a microlens, there is a problem that crosstalk is likely to occur at a pixel position that does not correspond to the corresponding microlens through the adjacent microlens instead of the microlens corresponding to each light emitting unit, leading to a decrease in resolution.
[0020]
Further, when a configuration is adopted in which the microlenses are individually attached to the substrate, there is a problem in mechanical strength with respect to maintenance work such as wiping off toner adhering to the optical system.
[0021]
The present invention has been made in view of such problems in the prior art, and its purpose is to firmly fix a ball lens corresponding to each element of the organic EL array and to cross the luminous flux from each element. A compact exposure head that can be focused on an image carrier such as a photoreceptor efficiently with sufficient resolving power without talk, and has sufficient mechanical strength for maintenance work and an image using the same A forming apparatus is provided.
[0022]
Another object of the present invention is to prevent exposure failure due to contamination by toner in an organic EL array exposure head in which ball lenses are arranged corresponding to individual elements of an organic EL array. That is.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
  An organic EL array exposure head of the present invention that achieves the above object comprises an array of organic EL elements arranged in at least one row of pixels on a long substrate, and the light emitting side of the array of organic EL elements In addition, a ball lens is arranged at an alignment position corresponding to each light emitting portion of each organic EL element,
  When the diameter of the ball lens is D and the refractive index is n, the distance D (1-1 / n) from the height of the surface of the light emitting portion to the top of the incident side surface of the ball lens.²The gap between the ball lenses up to a height of () is filled with a fixed layer and fixed.
[0024]
In this case, the fixed layer is preferably made of a light absorbing layer.
[0025]
  Another organic EL array exposure head of the present invention includes an array of organic EL elements arranged in a pixel shape in at least one column on a long substrate, and on the light emitting side of the array of organic EL elements, A ball lens is arranged at an alignment position corresponding to each light emitting portion of each organic EL element,
  When the diameter of the ball lens is D and the refractive index thereof is n, at least a distance D (1-1 / n) with respect to the top of the incident surface of the ball lens.²) To a height that covers the entire surface on the exit side of the ball lens. The airgel layer is provided.
[0026]
In this case, it is desirable that a transparent protective layer is provided on the surface of the airgel layer. In that case, the transparent protective layer is preferably made of a transparent conductive layer.
[0027]
In addition, a light-absorbing fixing layer may be provided on the substrate side of the airgel layer.
[0028]
In the above, it is desirable that the refractive index n of the ball lens is 2 or more.
[0029]
The present invention includes an image forming apparatus provided with the organic EL array exposure head as described above as an exposure head for writing an image on the image carrier, for example, around the image carrier. There is provided a tandem color image forming apparatus for forming a color image by providing at least two or more image forming stations provided with a charging unit, an exposure head, a toner developing unit, and a transfer unit, and a transfer medium passes through each station. is there.
[0030]
In the present invention, an organic EL element array is arranged on at least one column of pixels on a long substrate, and the light emitting part of each organic EL element is provided on the light emitting side of the organic EL element array. A ball lens is arranged at a corresponding alignment position, and when the diameter of the ball lens is D and its refractive index is n, the distance D (1-1 / n) from the top of the incident surface of the ball lens.²) The gap between the ball lenses up to a height of up to) is filled and fixed with a fixed layer, so that the light beam emitted from the light emitting part and projected onto the projection surface by the ball lens can be blocked without blocking the light beam forming the pixel. The ball lens can be firmly fixed on the substrate on which the light emitting section is disposed, and a small organic EL array exposure head having sufficient mechanical strength for maintenance work can be configured. By using a light-absorbing layer as the fixed layer, crosstalk between adjacent pixels can be reduced, and an organic EL array exposure head with sufficient resolution, brightness, and contrast can be obtained with low power consumption.
[0031]
In another configuration of the present invention, when the diameter of the ball lens is D and the refractive index is n, at least a distance D (1-1 / n) from the top of the incident surface of the ball lens.²) Since the airgel layer is provided up to the above height and covering the entire surface on the exit side of the ball lens, similarly, the pixel is formed by projecting from the light emitting portion and projected onto the projection surface by the ball lens. The ball lens can be firmly fixed on the substrate on which the light emitting unit is arranged without blocking the light beam, and a small organic EL array exposure head having sufficient mechanical strength for maintenance work is constructed. be able to. Then, by providing a transparent protective layer, particularly a transparent protective layer made of a transparent conductive layer, on the surface of the airgel layer, the optical system of the organic EL array exposure head is prevented from being contaminated with toner or the like to cause poor exposure. Can do.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an organic EL array exposure head of the present invention and an image forming apparatus using the same will be described below with reference to the drawings.
[0033]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the basic configuration of an organic EL array exposure head according to the present invention, in which an organic EL light emitting unit 2 is arranged on a surface of a substrate 3 at a constant period, thereby forming an organic EL array 1 Has been. In accordance with the present invention, the ball lenses 10 having the same shape and characteristics are arranged in the same positional relationship in a one-to-one correspondence with the light emitting units 2 of the organic EL array 1, and the light flux 12 from each light emitting unit 2 is reflected by the ball lens 10. Thus, the image is separated and projected on the image carrier 11 such as a photoconductor (in the case of electrophotography) constituting the projection object. The ball lens 10 is a single positive lens made of a transparent sphere.
[0034]
Each ball lens 10 is disposed in contact with or close to the corresponding light emitting unit 2. When each ball lens 10 is disposed in contact with or close to the light emitting unit 2, the diverging light emitted from the light emitting unit 2 is almost incident on the corresponding ball lens 10 (the diameter s of the light emitting unit 2 is the ball lens 10). If the ball lens 10 is sufficiently larger than the diameter D of the lens and is in contact with the light emitting portion 2, approximately 100% of the light enters the ball lens 10). For this reason, it is possible to reduce the crosstalk in which the light emitted from the light emitting unit 2 enters not the corresponding ball lens 10 but the non-corresponding pixel position via the adjacent ball lens 10.
[0035]
As described above, the ball lenses 10 arranged in a one-to-one correspondence with the light emitting units 2 of the organic EL array 1 are bonded to the substrate 3 by the transparent adhesive layer 13. In this case, the space between the ball lenses 10 other than the effective surface from which the projected light beam 12 exits is filled with a fixed layer 14 made of black resin or the like, thereby being firmly fixed.
[0036]
Although the thickness d from the top of the incident side surface of the ball lens 10 to the upper surface of the fixed layer 14 depends on the refractive index of the ball lens 10, for example, the refractive index n of the ball lens 10 is n = 2. In this case, when the diameter of the ball lens 10 is D, it is set to about 0.75D, and when n = 2.2, it is set to about 0.8D.
[0037]
Here, the meaning of the thickness d will be described. As shown in FIG. 2, it is assumed that the lowermost point L of the ball lens 10 is in contact with the light emitting unit 2 of the organic EL. When the traveling angle (angle with respect to the perpendicular) θ of the light beam incident on the ball lens 10 from the lowest point L is an angle greater than the critical angle between the ball lens 10 and the air interface, the light beam is totally reflected inside the ball lens 10. The lens 10 does not come out of the lens 10.
[0038]
As shown in FIG. 2, the intersection of the light beam having the traveling angle θ from the incident point L and the ball lens 10 is R, and a perpendicular is drawn from the R to the surface of the substrate 18, and the intersection of the perpendicular and the surface of the substrate 18 is A, where B is the intersection of perpendiculars drawn from the center O of the ball lens 10 with respect to the perpendicular,
∠ORL = ∠OLR = θ (∵OR = OL) (1)
∠BRL = ∠OLR = θ (∵OL and BR are parallel) (2)
∴∠ORB = ∠ORL + ∠BRL = 2θ (3)
If the diameter of the ball lens 10 is D,
BR = OR cos 2θ = (D / 2) cos 2θ (4)
AB = (D / 2) (5)
Therefore, the height AR of the point R is
AR = AB + BR = (D / 2) (1 + cos 2θ) (6)
It becomes.
[0039]
If the critical angle between the ball lens 10 and the air interface is α and the refractive index of the ball lens 10 is n,
sin α = 1 / n (7)
And at this time,
cos2α = cos²α-sin²α = 1-2 sin²α = 1−2 / n²
... (8)
It becomes.
[0040]
When θ ≦ α, the light beam is emitted from the ball lens 10. When θ ≦ α is substituted into the equation (6),
AR ≧ (D / 2) (1 + cos 2α) = D (1-1 / n²) ... (9)
It becomes. This means that light can be emitted only from the part of the ball lens 10 having a height satisfying the formula (9). Even if the other part is covered with the fixed layer 14 made of black resin or the like, the function is achieved. It means not harmed.
[0041]
If n = 2, the thickness d up to the upper surface of the fixed layer 14 is set to 0.75D or less, and when n = 2.2, 0.793D≈0.8D or less, the light from the light emitting section 2 is set. The ball lens 10 can be firmly fixed on the light emitting portion 2 of the organic EL array 1 without blocking the light beam 12 forming the pixels on the image carrier 11.
[0042]
The fixed layer 14 may be made of a transparent material. However, the light beam emitted from the specific light emitting unit 2 is not a corresponding ball lens 10 but is incident on a pixel position that does not correspond via the adjacent ball lens 10. In order to cut off such noise light, the fixed layer 14 is made of a light-absorbing black resin or the like. It is desirable to comprise.
[0043]
Here, in order that the light beam reaching the light emitting unit 2 through the ball lens 10 in contact with or close to the surface of the light emitting unit 2 in this manner is separated and incident on the image carrier 11 as a pixel, the ball lens 10. It is desirable to use a transparent material having a refractive index of 2 or more with respect to the light emitted from the light emitting section 2 as the transparent material constituting the light emitting element. Examples of the glass having a refractive index of 2 or more include, for example, bismuth glass, glass containing a lot of heavy metals, and optical crystals.
[0044]
Here, an important geometrical optical characteristic of the ball lens 10 having a refractive index n of 2 or more will be described. The focal length f of the paraxial optical ball lens 10 is
f = nr / {2 (n-1)} (10)
The principal point coincides with the center of the ball lens 10. When the refractive index n is n <2, the focal point F is located outside the ball lens 10 as shown in FIG. 3A, but when n = 2, as shown in FIG. 3B. , Located on the spherical surface (surface) opposite to the incident side of the ball lens 10.
[0045]
Therefore, as shown in FIG. 1, when a ball lens 10 with n ≧ 2 is disposed in contact with or close to the surface of the light emitting unit 2, the light beam 12 that has exited from the light emitting unit 2 and passed through the ball lens 10 becomes a parallel light beam or a condensed light beam. Therefore, the pixels (light emitting portions 2) displayed on the organic EL array 1 can be projected on the image carrier 11 in a one-to-one correspondence. Thus, the organic EL array 1 in which such ball lenses 10 are disposed in contact with or in close proximity to the surface of each light emitting portion 2 of the organic EL can be used as an exposure head.
[0046]
As described above, from the viewpoint of reducing crosstalk, the ball lens 10 should be as close as possible to the light emitting portion 2 of the organic EL, that is, the top surface of the incident surface of the ball lens 10. The distance Δ to the surface of the light emitting unit 2 is desirably Δ≈0, but since the transparent electrode or the like actually exists on the surface of the light emitting unit 2, the distance Δ has a certain value. Therefore, to what extent the distance Δ can be tolerated will be examined below.
[0047]
As shown in FIG. 4, when an apparent light source C is placed at a point C at a distance δ from the ball lens 10, light having an emission angle θ or less from the point C is incident on the ball lens 10. Since it does not enter the ball lens 10, crosstalk can occur. Here, the angle θ is an angle formed by a straight line passing through the point C and in contact with the ball lens 10 and a central axis (a straight line passing through the point C and the center O of the ball lens 10).
[0048]
At this time, if the radius of the ball lens 10 is r, the angle θ can be expressed as follows.
[0049]
sin θ = r / (r + δ) (11)
Next, assuming that the ball lens 10 is bonded onto the substrate 18 having a refractive index n and the light source is located at the position of the point D in the substrate 18, in FIG. Since it enters the lens 10 and other light does not enter the ball lens 10, crosstalk can occur. Here, the angle β is an emission angle of light that is emitted from the point D and refracted on the surface of the substrate 18 from the apparent light source C at an angle θ.
[0050]
At this time, the angle β is expressed by the following equation.
[0051]
sin β = r / {n (r + δ)} (12)
Next, the amount of light that can be taken out of the substrate (organic EL element) 3 out of the light emitted from the point D is determined. Total reflection critical angle θ due to refractive index of substrate 18_cThe light traveling from the inside of the substrate 18 to the surface of the substrate 18 at an emission angle β is θ_cIt is taken out from the substrate (organic EL element) 3 only when> β. In the case of a surface light emitter that emits isotropically like the light emitting portion 2 of the organic EL element, the light emission intensity is I (θ) = I according to Lambert's law.₀Assuming cos θ, the amount of light emitted within the critical angle is

Where dΩ is a solid angle.
[0052]
Critical angle θ from point (light source) D_cOf the light emitted inward, the amount of light that does not enter the ball lens 10 is expressed by the following equation.
[0053]

Therefore, in the light emitted from each light emitting unit 2 of the organic EL array 1, the ratio of the amount of light that can be crosstalk is:
(2rδ + δ²) / (R + δ)² ... (15)
It is represented by
[0054]
Here, if the crosstalk is allowed up to 5% of the emitted light, the following condition is obtained.
[0055]
δ ≦ 0.026r (16)
When δ = 0.026r, if the refractive index n of the organic EL array 1 (refractive index of the substrate 18) is 1.5, the distance between the point D and the point L in FIG. The distance) is 0.132r = 0.066D.
[0056]
From the above examination, the distance Δ between the surface of each light emitting portion 2 of the organic EL array 1 and the top of the incident side surface of the ball lens 10 arranged corresponding to each light emitting portion 2 is:
0 ≦ Δ ≦ 0.07D (17)
It can be said that it is desirable to satisfy this relationship. Here, D is the diameter of the ball lens 10 as described above.
[0057]
By the way, when a transparent material having a refractive index close to 1 is selected as the material for the fixed layer, the height between the ball lenses 10 is not limited to the formula (9), and the ball lens 10 is contained therein. A fixed layer may be provided so as to be buried. As such a transparent material having a refractive index close to 1, there is an airgel (see Non-Patent Document 1, for example). One such aerogel is silica aerogel. An example in which silica airgel is used as a fixed layer is shown in FIG. FIG. 5 is a view similar to FIG. 1 of this embodiment, and the ball lenses 10 having the same shape and characteristics are associated with the light emitting portions 2 of the organic EL array 1 on a one-to-one basis with respect to the substrate 3 in the same positional relationship. Are adhered by a transparent adhesive layer 13. Then, a silica airgel layer 15 having a refractive index close to 1 is provided so as to embed the entire ball lens so as to cover the entire surface between the ball lenses 10 and the exit side thereof. It is firmly fixed on the light emitting part 2 of the array 1.
[0058]
However, since the silica airgel has a very high porosity, if the silica airgel layer 15 is exposed as it is, there is a possibility that the physical properties such as the refractive index may be changed due to the absorption of moisture in the air. Therefore, the transparent protective layer 16 is provided on the surface of the silica airgel layer 15. The transparent protective layer 16 is made of a transparent conductive layer such as ITO, and further, the transparent conductive layer is controlled to the same potential as the potential of the developer toner in the electrophotographic apparatus, so that an organic EL array exposure head is used. It is possible to prevent exposure failure and the like due to contamination of the optical system 1 with toner.
[0059]
In FIG. 6, a silica airgel layer 15 having a refractive index close to 1 is provided on the fixed layer 14 made of black resin or the like in FIG. FIG. 2 is a view similar to FIG. 1 showing an example in which a transparent protective layer 16 is provided on the surface of an airgel layer 15. In this case as well, for the same reason, the transparent protective layer 16 is preferably composed of a transparent conductive layer such as ITO. . Also in this example, the fixed layer 14 has a distance D (1-1 / n) as in the embodiment of FIG.²) Is filled between the ball lenses 10 having a height of up to.
[0060]
Here, as described above, the amount of light (utilization efficiency) used for exposure when the dimension s of the light emitting unit 2 of the organic EL array 1 is set to be small will be considered.
[0061]
Now, as shown in FIG. 7, assuming that the light emitting point D is inside the substrate (organic EL element) 13 having a refractive index n, the total reflection critical angle θ due to the refractive index of the substrate 18._cDue to the presence of_cOnly> θ is taken out from the element. In the case of a surface light emitter by isotropic light emission such as an organic EL element, the light emission intensity is I (θ) = I according to Lambert's law.₀Assuming cos θ, integrating with the solid angle of the upper half,

(Where Ω is a solid angle) and the critical angle θ_cThe total amount of light πI₀Divided by

It becomes.
[0062]
Therefore, the light extraction efficiency of the organic EL element itself is 1 / n.²It is represented by
[0063]
When the refractive index n of the element substrate is n = 1.5, the light extraction efficiency is 44.4%.
[0064]
As in the conventional example, when a condensing rod lens array is used as a projection optical system for projecting the organic EL light emitting unit 2 onto the image carrier 11, the condensing coefficient of the condensing rod lens array is about 7%. Therefore, 0.444 × 0.07≈0.031, which is obtained by multiplying the calculated value 44.4% and the light condensing coefficient 7%, is the light utilization efficiency of the entire system. In other words, 3.1% of the total light emission amount of the organic EL element is imaged on the image carrier 11.
[0065]
On the other hand, when the ball lens 10 is arranged in contact with or close to the surface of the light emitting unit 2 as in the present invention, 30% of the surface emission intensity of the light emitting unit 2 is calculated on the image carrier 11 as a result of calculation by the ray tracing method. It can be condensed.
[0066]
Therefore, it is possible to obtain a utilization efficiency about 10 times that in the case of using a condensing rod lens array.
[0067]
However, in the case of the condensing rod lens array, since it is an equal-magnification optical system, the size of the light emitting portion 2 and the imaging size on the image carrier 11 are substantially the same area, whereas in the exposure head of the present invention. Since the magnifying optical system is used, it is necessary to make the size of the light emitting unit 2 smaller than the pixel size on the image carrier 11 as described above. However, if the luminance of the light emitting unit 2 is the same, the area of the light emitting unit 2 is reduced to 1/10 (magnification ratio 3.2) compared to the case where the condensing rod lens array is used. The light intensity of these pixels is the same. Therefore, the power consumption of the exposure head can be greatly suppressed.
[0068]
Next, FIG. 8 shows a schematic sectional view of one specific example of the organic EL array exposure head according to the present invention. In this figure, the thickness of the transparent cathode 24, the sealing layer 25, and the transparent adhesive layer 13 between the light emitting portion 2 and the ball lens 10 is shown to be thicker than actual, but the fixed layer 14 made of black resin or the like. Is set to such a height that the effective exit surface of the ball lens 10 satisfies the formula (9).
[0069]
Organic EL elements include those that extract light from the cathode and those that extract light from the anode, and this specific example is configured to extract light from the cathode side. That is, holes 4 are provided in the column direction of the surface of the substrate 3 made of glass, silicon, or the like to provide the light emitting portions 2 of the organic EL elements at a predetermined pitch. The anode 21 having ITO laminated on a reflective metal film made of aluminum, the hole injection layer 22 and the light emitting layer 23 are laminated in this order, and light is applied to the entire surface of the substrate 3 so as to be in contact with the light emitting layer 23 in each hole. A transparent cathode 24, which is a metal electrode that is thin enough to transmit, is provided. The light emitting section 2 corresponding to each hole 4 has a structure in which an electron transporting light emitting layer 23 and a hole injection layer 22 are laminated, and electrons and holes are injected from the transparent cathode 24 and the anode 21, respectively. , Light is emitted by recombination.
[0070]
A sealing layer 25 is provided on the transparent cathode 24 to prevent the light emitting layer 23 from deteriorating due to contact with moisture, and an adhesive layer 13 made of a transparent resin is provided on the sealing layer 25. A ball lens 10 aligned with the light emitting unit 2 is fixed to the substrate 3. A space other than the effective surface from which the projected light beam 12 between the ball lenses 10 exits is filled with a fixed layer 14 made of a black resin or the like, and all the ball lenses 10 are placed on the light emitting portion 2 of the organic EL array 1. It is firmly fixed to. And this fixed layer 14 is the light used as the crosstalk in which the light beam emitted from the specific light emitting unit 2 enters the non-corresponding pixel position via the adjacent ball lens 10 instead of the corresponding ball lens 10, in the ball lens 10. Noise light such as light that flares by repeating total reflection is absorbed.
[0071]
In the example of FIG. 8, the hole 4 provided on the surface of the substrate 3 is made deeper and the organic EL light emitting unit 2 is formed at the bottom of the hole 4, and the organic EL light emitting unit 2 has a protective function. The adhesive 13 is filled so that the upper portion of the hole 4 becomes a recess, and the ball lens 10 is dropped into the recess so that the ball lens 10 is automatically aligned and fixed to the light emitting portion 2.
[0072]
Next, a method for manufacturing the organic EL array 1 as described above will be briefly described. For example, as shown in FIG. 9, the organic EL array 1 includes a three-row array 20.₁, 20₂, 20_ThreeAre parallel and the pixels 31 are arranged so as to be shifted from each other by a third of the pitch.₁, 20₂, 20_ThreeConsists of a large number of pixels 31 arranged in a straight line, and each pixel 31 has the same configuration, and consists of an organic EL light emitting unit 2 and a TFT 32 for controlling the light emission of the organic EL light emitting unit 2.
[0073]
FIG. 10 is a cross-sectional view including the organic EL light emitting unit 2 of one pixel 31 and the TFT 32 along the straight line A-A ′ of FIG. 9. This organic EL light emitting unit 2 is an example in which emitted light is emitted from the cathode side. The organic EL light emitting unit 2 emits light by injecting electrons and holes from the cathode 24 and the anode 21 and recombining them, and has a structure in which an electron transporting light emitting layer 23 and a hole injection layer 22 are laminated. It has become.
[0074]
FIG. 10 shows a cross-sectional view including the organic EL light emitting unit 2 of one pixel 31 and the TFT 32, which will be described in the order of production. First, a TFT 32 is formed on the glass substrate 3. Various methods for manufacturing the TFT 32 are known. For example, a silicon oxide film is first deposited on the glass substrate 3, and an amorphous silicon film is further deposited. Next, the amorphous silicon film is crystallized by irradiating it with an excimer laser beam to form a polysilicon film serving as a channel. After patterning the polysilicon film, a gate insulating film is deposited, and a gate electrode made of tantalum nitride is formed. Subsequently, the source / drain portions of the N-channel TFT are formed by phosphorus ion implantation, and the source / drain portions of the P-channel TFT are formed by boron ion implantation. After activating the ion-implanted impurity, the first interlayer insulating film is deposited, the first contact hole is opened, the source line is formed, the second interlayer insulating film is deposited, the second contact hole is opened, and the metal pixel electrode is formed. Sequentially, an array of TFTs 32 is completed (see Non-Patent Document 2, for example). Here, the metal pixel electrode is a part of the anode 21 of the organic EL light emitting unit 2 and also serves as a reflective layer of the organic EL light emitting unit 2, and is a highly reflective metal such as Ag or Al. It is formed with a thin film electrode. The anode 21 is completed by laminating a transparent electrode thin film having a large work function such as ITO on the metal thin film electrode by using a vacuum deposition method, a sputtering method or the like. By making the upper layer of the anode 21 a transparent electrode thin film having a large work function such as ITO, the hole injection barrier height can be lowered, and at the same time, a lower metal film having a high reflectance can be utilized as a reflection layer. .
[0075]
Next, a partition wall (bank) 33 having a hole 4 corresponding to the organic EL light emitting unit 2 and having a predetermined height is formed. As disclosed in Patent Document 5, the partition wall 33 can be formed by an arbitrary method such as a photolithography method or a printing method. For example, when using the lithography method, an organic material is applied in accordance with the height of the bank by a predetermined method such as spin coating, spray coating, roll coating, die coating, dip coating, and a resist layer is applied thereon. Then, a mask is applied according to the shape of the partition wall 33, and the resist is exposed and developed to leave the resist according to the shape of the partition wall 33. Finally, the partition wall material is etched to remove the partition wall material other than the mask. Moreover, you may form a bank (convex part) by two or more layers by which the lower layer was comprised by the inorganic substance and the upper layer was comprised by the organic substance. Further, as disclosed in Patent Document 5, the material constituting the partition wall 33 is not particularly limited as long as it has durability against the solvent of the EL material, but it can be converted to Teflon by fluorocarbon gas plasma treatment. For example, an organic material such as an acrylic resin, an epoxy resin, or a photosensitive polyimide is preferable. The laminated partition which made inorganic materials, such as liquid glass, the lower layer may be sufficient. The partition wall 33 is preferably black or opaque by mixing carbon black or the like with the above material.
[0076]
Next, immediately before applying the organic EL light emitting layer ink composition, the substrate provided with the partition wall 33 is subjected to continuous plasma treatment of oxygen gas and fluorocarbon gas plasma. Thereby, for example, the polyimide surface constituting the partition wall 33 is water repellent and the anode 21 surface is hydrophilized, and the wettability on the substrate side for finely patterning the ink jet droplets can be controlled. As an apparatus for generating plasma, an apparatus for generating plasma in a vacuum or an apparatus for generating plasma in the atmosphere can be used similarly.
[0077]
Next, the ink composition for the hole injection layer is discharged from the head 71 of the inkjet printing apparatus 70 into the hole 4 of the partition wall 33, and patterning is applied on the anode 21 of each pixel. After coating, the solvent is removed and heat treatment is performed to form the hole injection layer 22.
[0078]
The ink jet system referred to in the present invention is based on a piezo jet system that ejects an ink composition using mechanical energy of a piezoelectric element or the like, and bubbles are generated using the thermal energy of a heater, and the generation of the bubbles Any of thermal methods for discharging the ink composition may be used (Non-patent Document 3). FIG. 11 shows a configuration example of a piezo jet head. The inkjet head 71 includes, for example, a stainless steel nozzle plate 72 and a vibration plate 73, and both are joined via a partition member (reservoir plate) 74. A plurality of ink chambers 75 and liquid reservoirs (not shown) are formed by the partition member 74 between the nozzle plate 72 and the vibration plate 73. The ink chamber 75 and the inside of the liquid reservoir are filled with the ink composition, and the ink chamber 75 and the liquid reservoir communicate with each other through the supply port. Further, the nozzle plate 72 is provided with a nozzle hole 76 for ejecting the ink composition from the ink chamber 75 into a jet. On the other hand, the ink jet head 71 is formed with an ink introduction hole for supplying an ink composition to the liquid reservoir. A piezoelectric element 78 is bonded to the surface of the vibration plate 73 opposite to the surface facing the ink chamber 75 in correspondence with the position of the ink chamber 75. The piezoelectric element 78 is located between the pair of electrodes 79 and bends so that the piezoelectric element 78 protrudes outward when energized. As a result, the volume of the ink chamber 75 increases. Therefore, the ink composition corresponding to the increased volume in the ink chamber 75 flows from the liquid reservoir through the supply port. Next, when energization to the piezoelectric element 78 is released, both the piezoelectric element 78 and the diaphragm 73 return to their original shapes. As a result, the space 75 also returns to its original volume, so that the pressure of the ink composition inside the ink chamber 75 rises, and the ink composition is ejected from the nozzle hole 76 toward the substrate on which the partition wall 29 is provided.
[0079]
After forming the hole injection layer 22 on the anode 21 in the hole 4, the ink composition for the light emitting layer is discharged from the head 71 of the inkjet printing apparatus 70 onto the hole injection layer 22 in the hole 4, and A patterning coating is performed on the hole injection layer 22. After coating, the solvent is removed and heat treatment is performed to form the light emitting layer 23.
[0080]
The order of the light emitting layer 23 and the hole injection layer 22 may be reversed. It is desirable to arrange a layer that is more resistant to moisture on the surface side (the side farther from the substrate 3).
[0081]
Further, the hole injection layer 22 and the light emitting layer 23 can be formed by a known spin coating method, dip method or vapor deposition method instead of forming the ink composition by applying the ink composition by the ink jet method as described above. .
[0082]
As materials used for the light emitting layer 23 and materials used for the hole injection layer 22, various known materials can be used, for example, in Patent Document 4 and Patent Document 5, and details thereof are omitted.
[0083]
After the hole injection layer 22 and the light emitting layer 23 are sequentially formed in the holes 4 of the partition wall 33, a transparent electrode to be the cathode 24 of the organic EL light emitting unit 2 is deposited on the entire surface of the substrate by sputtering. Examples of the material of the transparent electrode include a thin film having a low work function, such as a calcium film, and a thin gold film that is sufficiently thin to allow light to pass therethrough.
[0084]
In this way, the organic EL array 1 used in the embodiment of FIG. 8 is manufactured.
[0085]
In addition, the partition 33 is made thicker and the hole 4 is made deeper, and the organic EL light emitting unit 2 is formed at the bottom of the hole 4. A transparent material or transparent adhesive having a protective function on the organic EL light emitting unit 2 13 may be filled, and the ball lens 10 may be dropped into the upper portion of the hole 4 to be aligned and fixed to the light emitting unit 2.
[0086]
Now, the organic EL array exposure head 101 according to one embodiment of the present invention as described above has a working distance WD (the top of the surface on the exit side of the ball lens 10) from the exposure head 101 as shown in a side view in FIG. The image 2 ′ of each organic EL light emitting unit 2 is enlarged and projected on the surface S separated by a distance between the image carrier 11 and the image carrier 11 with the same arrangement pattern as the pixel arrangement. Accordingly, the surface S is relatively moved in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the exposure head 101, and the light emission of each organic EL light emitting unit 2 of the exposure head 101 is controlled by the TFT 33, whereby a predetermined surface is formed on the surface S. Can be recorded.
[0087]
Therefore, in the present invention, the organic EL array exposure head 101 of the present invention as described above is used, for example, as an exposure head of an electrophotographic color image forming apparatus. FIG. 13 shows a tandem in which four similar organic EL array exposure heads 101K, 1C, 1M, and 1Y according to the present invention are arranged at exposure positions of corresponding four

photosensitive drums

41K, 41C, 41M, and 41Y, respectively. 1 is a front view showing an overall schematic configuration of an example of a color image forming apparatus of a system. As shown in FIG. 13, this image forming apparatus is tensioned by a driving roller 51, a driven roller 52, and a tension roller 53, and is intermediately transferred by being circulated in the direction indicated by an arrow (counterclockwise).

Photosensitive members

41K, 41C, 41M, and 41Y each having a photosensitive layer are disposed on the outer peripheral surface as four image carriers that are provided with a belt 50 and are disposed at a predetermined interval with respect to the intermediate transfer belt 50. “K”, “C”, “M”, and “Y” added after the symbols mean black, cyan, magenta, and yellow, respectively, and indicate that the photoconductors are for black, cyan, magenta, and yellow, respectively. The same applies to other members. The photoconductors 41K, 41C, 41M, and 41Y are driven to rotate in the direction indicated by the arrow (clockwise) in synchronization with the driving of the intermediate transfer belt 50, but around each photoconductor 41 (K, C, M, Y). Are respectively charging means (corona charger) 42 (K, C, M, Y) for uniformly charging the outer peripheral surface of the photoconductor 41 (K, C, M, Y) and this charging means 42 (K, The organic EL array exposure as described above according to the present invention, in which the outer peripheral surface uniformly charged by C, M, Y) is sequentially scanned in line in synchronization with the rotation of the photoconductor 41 (K, C, M, Y). A toner as a developer is added to the electrostatic latent image formed by the head 101 (K, C, M, Y) and the organic EL array exposure head 101 (K, C, M, Y) to form a visible image. Developing device 44 (K, C, M, Y) as (toner image) and developing device 44 (K, C, M, Y) A primary transfer roller 45 (K, C, M, Y) as transfer means for sequentially transferring the developed toner image to the intermediate transfer belt 50 as a primary transfer target, and a photoreceptor 41 (K, C, And a cleaning device 46 (K, C, M, Y) as a cleaning means for removing the toner remaining on the surface of M, Y).
[0088]
Here, as shown in FIG. 12, the organic EL array exposure heads 101 (K, C, M, Y) are arranged in a one-to-one correspondence on the organic EL light emitting units 2 to fix the ball lenses 10. Thus, the array direction of each organic EL array exposure head 101 (K, C, M, Y) is separated from the surface of the corresponding photoreceptor 41 (K, C, M, Y) by the working distance WD. It is installed along the bus of the photosensitive drum 41 (K, C, M, Y). The emission energy peak wavelength of each organic EL array exposure head 101 (K, C, M, Y) and the sensitivity peak wavelength of the photoconductor 41 (K, C, M, Y) are set to substantially coincide with each other. Yes.
[0089]
The developing device 44 (K, C, M, Y) uses, for example, a non-magnetic one-component toner as a developer. The film thickness of the developed developer is regulated by a regulation blade, and the potential of the photoreceptor 41 (K, C, M, Y) is adjusted by bringing the developing roller into contact with or pushing the photoreceptor 41 (K, C, M, Y). The toner image is developed by attaching a developer according to the level.
[0090]
The black, cyan, magenta, and yellow toner images formed by the four-color single-color toner image forming station are intermediated by the primary transfer bias applied to the primary transfer roller 45 (K, C, M, Y). The toner image, which is sequentially primary transferred onto the transfer belt 50 and sequentially superposed on the intermediate transfer belt 50 to become a full color, is secondarily transferred to a recording medium P such as paper by a secondary transfer roller 66, and serves as a fixing unit. The toner is fixed on the recording medium P by passing through the fixing roller pair 61, and is discharged onto a paper discharge tray 68 formed in the upper part of the apparatus by a paper discharge roller pair 62.
[0091]
In FIG. 13, reference numeral 63 denotes a paper feed cassette in which a large number of recording media P are stacked and held, 64 denotes a pickup roller for feeding the recording media P one by one from the

paper feed cassette

63, and 65 denotes a secondary transfer roller. A pair of gate rollers for defining the supply timing of the recording medium P to the secondary transfer portion 66, a secondary transfer roller 66 as a secondary transfer means for forming a secondary transfer portion with the

intermediate transfer belt

50, 67 Is a cleaning blade as a cleaning means for removing the toner remaining on the surface of the intermediate transfer belt 50 after the secondary transfer.
[0092]
The organic EL array exposure head of the present invention and the image forming apparatus using the same have been described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications are possible.
[0093]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the organic EL array exposure head of the present invention and the image forming apparatus using the same, the organic EL elements arranged in at least one column of pixels on a long substrate. An array is provided, and a ball lens is arranged on the light emitting side of the array of organic EL elements at an alignment position corresponding to each light emitting portion of each organic EL element, where D is a diameter of the ball lens and n is a refractive index thereof. The distance D (1-1 / n) from the top of the incident surface of the ball lens.²) The gap between the ball lenses up to a height of up to) is filled and fixed with a fixed layer, so that the light beam emitted from the light emitting part and projected onto the projection surface by the ball lens can be blocked without blocking the light beam forming the pixel. The ball lens can be firmly fixed on the substrate on which the light emitting section is disposed, and a small organic EL array exposure head having sufficient mechanical strength for maintenance work can be configured. By using a light-absorbing layer as the fixed layer, crosstalk between adjacent pixels can be reduced, and an organic EL array exposure head with sufficient resolution, brightness, and contrast can be obtained with low power consumption.
[0094]
According to another configuration of the present invention, when the diameter of the ball lens is D and the refractive index is n, at least a distance D (1-1 / n) from the top of the incident surface of the ball lens.²) Since the airgel layer is provided up to the above height and covering the entire surface on the exit side of the ball lens, similarly, the pixel is formed by projecting from the light emitting portion and projected onto the projection surface by the ball lens. The ball lens can be firmly fixed on the substrate on which the light emitting unit is arranged without blocking the light beam, and a small organic EL array exposure head having sufficient mechanical strength for maintenance work is constructed. be able to. Then, by providing a transparent protective layer, particularly a transparent protective layer made of a transparent conductive layer, on the surface of the airgel layer, the optical system of the organic EL array exposure head is prevented from being contaminated with toner or the like to cause poor exposure. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the basic configuration of an organic EL array exposure head according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining the meaning of limiting the thickness of a fixed layer.
FIG. 3 is a diagram for explaining characteristics of a ball lens.
FIG. 4 is a diagram for studying the ratio of the amount of light that can be crosstalk among the light emitted from each light emitting section of the organic EL array.
FIG. 5 is a view similar to FIG. 1 of an embodiment using silica airgel as a fixed layer.
6 is a view similar to FIG. 1 of an embodiment in which a silica airgel layer is provided on the fixed layer of FIG. 1;
FIG. 7 is a diagram for studying light extraction efficiency of an organic EL element itself.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of one specific example of an organic EL array exposure head according to the present invention.
FIG. 9 is a plan view showing an example of an array arrangement of an organic EL array.
10 is a cross-sectional view of one pixel of the array of FIG.
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of a piezo jet head in an ink jet method.
12 is a side view showing a state of light collection by the organic EL array exposure head in the example of FIG. 9. FIG.
FIG. 13 is a front view showing an overall schematic configuration of an example of a tandem color image forming apparatus in which the organic EL array exposure head of the present invention is disposed.
[Explanation of symbols]
1 ... Organic EL array
2. Light emitting part
3 ... Board
4 ... Hole
10 ... Ball lens
11: Image carrier
12 ... Projected luminous flux from the light emitting part
13 ... Transparent adhesive layer
14 ... Fixed layer
15 ... Silica airgel layer
16 ... Transparent protective layer
18 ... Board
20₁, 20₂, 20_Three... Line of light emitting parts
21 ... Anode
22 ... hole injection layer
23 ... Light emitting layer
24 ... Transparent cathode
25 ... Sealing layer
31 ... Pixel
32 ... TFT
41 (K, C, M, Y) ... photosensitive drum
42 (K, C, M, Y): Charging means (corona charger)
44 (K, C, M, Y) ... developing device
45 (K, C, M, Y) ... primary transfer roller
46 (K, C, M, Y) ... Cleaning device
50. Intermediate transfer belt
51. Driving roller
52. Followed roller
53 ... Tension roller
61. Fixing roller pair
62 ... Paper discharge roller pair
63: Paper cassette
64 ... Pickup roller
65 ... Gate roller pair
66. Secondary transfer roller
67 ... Cleaning blade
68 ... Output tray
70 ... Inkjet printer
71 ... Head
72 ... Nozzle plate
73 ... Diaphragm
74: Partition member (reservoir plate)
75 ... Ink chamber
76 ... Nozzle hole
78. Piezoelectric element
79 ... Electrodes
101 (K, C, M, Y): Organic EL array exposure head
C ... Apparent light source
D ... Light source
S ... surface
P ... Recording medium

Claims

An array of organic EL elements arranged in at least one row of pixels on a long substrate, and an alignment position corresponding to each light emitting portion of each organic EL element on the light emitting side of the array of organic EL elements Ball lens is placed in
The diameter of the ball lens D, when the refractive index is n, the distance D with respect to a surface apex of the surface of the incident side of the ball lens from the height of the light emitting portion surface and the (1-1 / n ²⁾ the organic EL array exposure head gap between the ball lens to the height, characterized in that it is fixed is filled with a fixed layer composed.

2. The organic EL array exposure head according to claim 1, wherein the fixed layer is made of a light absorbing layer.

An array of organic EL elements arranged in at least one row of pixels on a long substrate, and an alignment position corresponding to each light emitting portion of each organic EL element on the light emitting side of the array of organic EL elements Ball lens is placed in
D the diameter of the ball lens, when the refractive index is n, the ball lens from the distance D (1-1 / n ²⁾ and made the height with respect to a surface apex of the surface of the incident side of at least the ball lens An organic EL array exposure head, wherein an airgel layer is provided to a height that covers the entire surface on the emission side of the light emitting layer.

4. The organic EL array exposure head according to claim 3, wherein a transparent protective layer is provided on the surface of the airgel layer.

5. The organic EL array exposure head according to claim 4, wherein the transparent protective layer comprises a transparent conductive layer.

6. The organic EL array exposure head according to claim 3, wherein a light-absorbing fixed layer is provided on the substrate side of the airgel layer.

7. The organic EL array exposure head according to claim 1, wherein the refractive index n of the ball lens is 2 or more.

An image forming apparatus comprising: the organic EL array exposure head according to claim 1 as an exposure head for writing an image on an image carrier.

The image forming apparatus is provided with at least two image forming stations in which a charging unit, an exposure head, a toner developing unit, and a transfer unit are arranged around the image carrier, and a transfer medium passes through each station, whereby a color image is obtained. 9. The image forming apparatus according to claim 8, wherein the image forming apparatus is a tandem color image forming apparatus that performs the formation.