JP4548497B2

JP4548497B2 - 有機ｅｌヘッドおよびそれを用いた印刷装置

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Publication number: JP4548497B2
Application number: JP2008053742A
Authority: JP
Inventors: 功海老沢; 吉幸松岡; 賢次小林
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2008-03-04
Filing date: 2008-03-04
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2028-03-04
Also published as: US20090225150A1; JP2009208359A

Description

本発明は、印刷装置の有機ＥＬヘッドに関する。

従来の印刷装置に関しては、電子写真方式などの感光体の露光装置として、発光ダイオードを用いたり、レーザダイオードを光源とするスキャナユニットを用いたりする提案がなされている。また、最近では有機ＥＬ発光体を利用した印刷装置も提案されている。

有機ＥＬ発光体を利用した印刷装置では、印刷装置の感光体に必要な光量を確保しつつ有機ＥＬ発光体の寿命を満足させるためには、有機ＥＬ発光体の発光強度を弱くして露光時間を長くすることが考えられる。これは、結果として印刷時間を長くする。また、印刷速度を高速にするために有機ＥＬの発光強度を強くすれば、高電流密度によって発生するジュール熱によって有機ＥＬ発光体が寿命を短くする要因となる。

この改善案として、感光体の同一部位を複数の有機ＥＬ発光体により繰返し露光する多重露光が提案されている。この多重露光では、感光体の露光部位には十分なエネルギーが供給される一方で、各有機ＥＬ発光体は輝度を低めに抑えられるため十分な寿命が確保される。
特開２００３−３４１１４１号公報

しかし、前述の多重露光は設計や制御の複雑化を伴うため、設計や制御の容易さの観点からすると、やはり一つの画素は一つの有機ＥＬ発光体で露光する構成が好ましい。このため、十分な発光強度での使用においても十分な寿命を有する有機ＥＬ発光体の提供が望まれる。つまり、有機ＥＬ発光体の寿命改善が望まれる。

本発明は、この様な実状を考慮して成されたものであり、その目的は、有機ＥＬ発光体の寿命が改善された有機ＥＬヘッドを提供することである。

本発明による有機ＥＬヘッドは、印刷装置の有機ＥＬヘッドであり、１画素を形成する略四辺形の有機ＥＬ発光体を複数有し、各有機ＥＬ発光体における前記略四辺形の各辺にそれぞれ四つの微細発光部を有し、各有機ＥＬ発光体のうち隣接する二つの微細発光部の中心を結ぶ直線の垂直二等分線が、当該有機ＥＬ発光体に隣接する有機ＥＬ発光体から外れている。

本発明による印刷装置は、記録媒体にトナー像を記録する記録ユニットを有し、記録ユニットは、感光体ドラムと、感光体ドラムの表面を一様に帯電させる帯電ローラーと、感光体ドラムに静電潜像を形成する有機ＥＬヘッドと、静電潜像にトナーを付着させて静電潜像を現像する現像器と、静電潜像に付着したトナーを用紙に転写する転写ローラーとを有し、有機ＥＬヘッドは、１画素を形成する略四辺形の有機ＥＬ発光体を複数有し、各有機ＥＬ発光体における前記略四辺形の各辺にそれぞれ四つの微細発光部を有し、各有機ＥＬ発光体のうち隣接する二つの微細発光部の中心を結ぶ直線の垂直二等分線が、当該有機ＥＬ発光体に隣接する有機ＥＬ発光体から外れている。

前記四つの微細発光部は、隣接する有機ＥＬ発光体に対する距離が相対的に近い第一微細発光部と、隣接する有機ＥＬ発光体に対する距離が相対的に遠い第二微細発光部と、を有し、前記第一微細発光部の中心と前記第二微細発光部の中心と結ぶ直線の垂直二等分線が、当該有機ＥＬ発光体に隣接する有機ＥＬ発光体から外れていてもよい。

複数の第一の電極と、前記第一の電極に対向する少なくとも一つの第二の電極と、前記第一の電極と前記第二の電極との間に位置する有機ＥＬ層および絶縁層とを有し、前記絶縁膜は、前記第一の電極の一つと前記第二の電極とが対向する複数の領域のおのおのに複数の開口を有し、各開口が前記微細発光部の一つを規定、つまり形成していてもよい。

前記複数の有機ＥＬ発光体は、主走査方向において所定のピッチで千鳥配置され、
前記有機ＥＬ発光体のそれぞれに対応し、曲率半径が前記所定のピッチより長いマイクロレンズをさらに備えていてもよい。

本発明によれば、有機ＥＬ発光体の寿命が改善された有機ＥＬヘッドが提供される。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

本発明の実施形態による印刷装置を図１に示す。図１に示すように、印刷装置１００は、用紙１０２を搬送する搬送ベルト１０４と、搬送ベルト１０４に沿って設けられた、用紙１０２に四色のトナー像をそれぞれ記録する四つの記録ユニット１０６Ｙ，１０６Ｍ，１０６Ｃ，１０６Ｋと、搬送ベルト１０４の下流に配置された、用紙１０２に形成されたトナー像を定着させる定着ローラー１０８とを有している。

四つの記録ユニット１０６Ｙ，１０６Ｍ，１０６Ｃ，１０６Ｋは、イエローの記録ユニット１０６Ｙと、マゼンダの記録ユニット１０６Ｍと、シアンの記録ユニット１０６Ｃと、黒の記録ユニット１０６Ｋとからなる。四つの記録ユニット１０６Ｙ，１０６Ｍ，１０６Ｃ，１０６Ｋは、異なる色のトナーを使用する点でのみ互いに相違し、機械的にはいずれも基本的に同じ構造をしている。以下では、記録ユニット１０６Ｙ，１０６Ｍ，１０６Ｃ，１０６Ｋを区別する必要がない場合には、代表的に参照符号１０６で示す。

各記録ユニット１０６は、感光体ドラム１２２と、感光体ドラム１２２の表面を一様に帯電させる帯電ローラー１２４と、感光体ドラム１２２に静電潜像を形成する有機ＥＬヘッド１２６と、静電潜像にトナーを付着させて静電潜像を現像する現像器１２８と、静電潜像に付着したトナーを用紙１０２に転写する転写ローラー１３０と、転写漏れトナーを除去するクリーニング器１３２と、感光体ドラム１２２の表面を一様に除電するイレーサ光源１３４とを有している。感光体ドラム１２２は負帯電型ＯＰＣ感光体であり、帯電ローラー１２４は負帯電器である。

帯電ローラー１２４は、不図示の帯電用電源から供給されるマイナス高電圧を感光体ドラム１２２に印加する。これにより、感光体ドラム１２２の周表面が一様にマイナス帯電して初期化される。この帯電した感光体ドラム１２２に対して有機ＥＬヘッド１２６が、印字情報に従って光書き込み（露光）を行う。そして、この露光によりマイナス低電位部と初期化帯電によるマイナス高電位部とからなる静電潜像が感光体ドラム１２２の周表面上に形成される。現像ローラー１２８ａは、現像器１２８に収容されている弱いマイナス電位に帯電したトナーを感光体ドラム１２２との対向部に回転搬送する。現像ローラー１２８ａは、不図示の電源から−２５０（Ｖ）の現像バイアスが印加されて、感光体ドラム１２２の周表面上の静電潜像の−５０（Ｖ）の低電位部との間に−２００（Ｖ）の電位差を形成する。これにより、現像ローラー１２８ａに対して相対的にプラス極性の電位となった静電潜像の低電位部に、マイナス極性に帯電しているトナーが転移してトナー像を形成する。このとき、感光体上の露光量に応じた電位の減衰量によって、形成されたトナー像のトナー付着量（現像された画像の濃度）が決まってくる。このトナー像は、感光体ドラム１２２の回転によって、感光体ドラム１２２と転写ローラー１３０との対向部（転写部）へと搬送される。搬送ベルト１０４が、その転写部へ用紙を搬送し、この用紙上に、転写ローラー１３０が感光体ドラム１２２上のトナー像を転写する。

用紙１０２は搬送ベルト１０４によって四つの記録ユニット１０６Ｙ，１０６Ｍ，１０６Ｃ，１０６Ｋに順番に搬送される。記録ユニット１０６Ｙ，１０６Ｍ，１０６Ｃ，１０６Ｋは四色のトナー像を互いに重なるように記録する。各記録ユニット１０６での記録動作は上述した通りである。四色のトナー像が重ねて記録された用紙１０２は定着ローラー１０８に送られ、定着ローラー１０８によってトナー像が熱定着されたのち、印刷装置１００の外に排出される。

図２は、有機ＥＬヘッド１２６の断面を示している。図３は、有機ＥＬヘッド１２６の発光体基板１４２とハウジング１４６を示している。図４は、発光体基板１４２の上面図である。

図２と図３に示すように、有機ＥＬヘッド１２６は、発光体基板１４２と、正立等倍結像のロッドレンズアレイ１４４と、発光体基板１４２を収容するハウジング１４６と、ハウジング１４６の開口を覆うフタ１４８と、発光体基板１４２とフタ１４８との間に介在する固定部材１５０と、を示している。ロッドレンズアレイ１４４はハウジング１４６に固定されており、発光体基板１４２から射出される光を感光体ドラム１２２に結像させる。

図４に示すように、発光体基板１４２は、ガラス等の透明基板１５２と、ドライバー１５４と、ＴＦＴアクティブマトリクス点灯回路１５６と、有機ＥＬ発光体アレイ１６０とを有している。ドライバー１５４は、透明基板１５２上にボンディングされており、またドライバー１５４は、データラインや走査ライン等の配線１５８によってＴＦＴアクティブマトリクス点灯回路１５６と接続されている。ＴＦＴアクティブマトリクス点灯回路１５６は、有機ＥＬ発光体アレイ１６０に向けて多数の透明の画素電極１６６に接続されている。図４中の楕円内に部分的に拡大して示されるように、各画素電極１６６の先端部が一つの有機ＥＬ発光体１６２となっている。

有機ＥＬ発光体アレイ１６０は、多数の画素電極１６６の先端部にそれぞれ位置する多数の有機ＥＬ発光体１６２を含んでいる。有機ＥＬ発光体１６２は、主走査方向（感光体ドラムの幅方向つまり用紙の幅方向）に一列に整列されている。一般的な６００ｄｐｉの印刷装置の場合、ドット間ピッチは４２．３μｍであり、有機ＥＬ発光体１６２のサイズは例えば約２１μｍ角である。各有機ＥＬ発光体１６２は、四つの微細発光部１６４を有している。一つの有機ＥＬ発光体１６２では、一つの微細発光部１６４が一つのサブ画素に対応し、四つのサブ画素で一つの画素を構成している。

ドライバー１５４は、配線１５８からＴＦＴアクティブマトリクス点灯回路１５６に印字データを含む制御信号を出力し、ＴＦＴアクティブマトリクス点灯回路１５６は、画素電極１６６に所定のタイミングで印字データに応じた電流または電圧を印加して、これらの個々の有機ＥＬ発光体１６２が印字データにしたがった輝度で発光する。

図５は、ボトムエミッション型の有機ＥＬ発光体アレイ１６０の上面図であり、図６は、図５に示したVI−VI線に沿った有機ＥＬ発光体１６２の側断面図である。

有機ＥＬ発光体アレイ１６０は、アノードとして機能する複数の画素電極１６６と、画素電極１６６に対向しカソードとして機能する少なくとも一つの光反射性の対向電極１７８と、画素電極１６６と対向電極１７８との間に位置する絶縁層１７４および有機ＥＬ層１７６とを有している。画素電極１６６と絶縁層１７４と有機ＥＬ層１７６と対向電極１７８は透明基板１５２上に積層されており、この積層構造体は封止層１８０と封止基板１８２によって覆われている。複数の画素電極１６６は主走査方向（図中矢印Ｘ）に一定の間隔を置いて、主走査方向と直交する副走査方向（図中矢印Ｙ）に延在するように整列している。絶縁層１７４は、各画素電極１６６上の４つの部位に開口部１７５をそれぞれ有しており、開口部１７５以外で画素電極１６６を覆うように透明基板１５２上に形成されている。

４つの開口部１７５は、画素電極１６６上の略正方形領域Ｓ内であって且つそれぞれ略正方形領域Ｓの各辺の中央に設けられ、互いに等間隔に離間して配置されている。略正方形領域Ｓの各辺はいずれも、主走査方向及び副走査方向のいずれかに沿っている。有機ＥＬ層１７６は、略正方形領域Ｓ内を覆うように副走査方向に延在して配設されている。このため、有機ＥＬ層１７６は開口部１７５内に埋設されて画素電極１６６上に堆積されている。有機ＥＬ層１７６上及び絶縁層１７４上には対向電極１７８が被膜されており、四つの開口部１７５が、画素電極１６６と対向電極１７８との間で流れる電流にしたがって有機ＥＬ層１７６が発光する微細発光部１６４を規定している。四つの微細発光部１６４のうち、主走査方向に隣接する有機ＥＬ発光体１６２に最も近接している二つが微細発光部１６４ａであり、微細発光部１６４ａと比べて主走査方向に隣接する有機ＥＬ発光体１６２との距離がより長い二つが微細発光部１６４ｂである。画素電極１６６は例えばＩＴＯで作られ、絶縁層１７４は例えばＳｉＮで作られ、対向電極１７８は例えばＡｌで作られている。有機ＥＬ層１７６は、例えば正孔輸送層（ＨＴＬ）と発光層（ＥＭＬ）と電子輸送層（ＥＴＬ）とを含んでいる。

一つの画素電極１６６と一つの対向電極１７８とが互いに対向する一つの領域が一つの画素に対応し、一つの画素が四つの微細発光部１６４ａ、１６４ｂを有し、一つの微細発光部１６４（１６４ａ又は１６４ｂ）が一つのサブ画素に対応している。四つの微細発光部１６４は同じ輝度の光で発して一つの発光点となるため、離間しすぎないことが好ましい。隣接する二つの微細発光部１６４の中心を結ぶ直線の垂直二等分線はいずれも、隣の有機ＥＬ発光体１６２から外れている、つまり垂直二等分線は隣の有機ＥＬ発光体１６２に向かって延びていない。

有機ＥＬ発光体１６２では、主に正孔と電子が再結合して発光する有機ＥＬ層１７６が熱を発する。有機ＥＬ層１７６から発生する熱によって一つの有機ＥＬ発光体１６２内で隣接する二つの微細発光部１６４（一つの微細発光部１６４ａと一つの微細発光部１６４ｂ）の中心を結ぶ直線は比較的温度差が小さく且つ高温である。この略直線状の高温域が、隣接する有機ＥＬ発光体１６２に沿って配置すると、つまり、隣接する有機ＥＬ発光体１６２との距離が均等に短いと当該隣接する有機ＥＬ発光体１６２に伝熱して熱劣化を促進してしまう恐れがある。しかし、略直線状の高温域は、隣接する有機ＥＬ発光体１６２に対して傾いているので、隣接する有機ＥＬ発光体１６２に熱伝搬しにくい。すなわち、図５に示すように、略直線状の高温域のうち、一つの微細発光部１６４ａは、隣接する有機ＥＬ発光体１６２に対して近接しているが、一つの微細発光部１６４ｂが隣接する有機ＥＬ発光体１６２に対して相対的に距離が長くなっているため、隣接する有機ＥＬ発光体１６２を熱的影響を与えにくく、また隣接する有機ＥＬ発光体１６２からの熱的影響を受けにくい。このように本実施形態では、複数の微細発光部１６４を有する各有機ＥＬ発光体１６２が、隣接する一つの有機ＥＬ発光体１６２に対して最も近接している微細発光部１６４が一つ（微細発光部１６４ａ）しかないので、換言すれば、隣接する一つの有機ＥＬ発光体１６２に対して相対的に距離の長くなる微細発光部１６４ｂを有しているので、隣接する有機ＥＬ発光体１６２同士の間で熱影響が小さく、好適に放熱される。これにより、有機ＥＬ発光体１６２の長寿が向上する。

図７は、図６に示したボトムエミッション型の有機ＥＬ発光体に代替可能な別の有機ＥＬ発光体の断面を示している。図７において、図６に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。図７に示した有機ＥＬ発光体は、熱伝達率の高いメタル（例えば銅）で構成された放熱部１８４が光出射側に設けられている点において、図６に示した有機ＥＬ発光体と相違している。つまり、透明基板１５２と画素電極１６６との間に放熱部１８４が配置されている。このような構造にすることにより、微細発光部１６４で発生したジュール熱は、放熱部１８４によって速やかに透明基板１５２に伝達しやすくなり、さらに放熱効率が向上する。放熱部１８４は、微細発光部１６４から出射される光の進行方向上に位置していないので光透過性である必要はなく、また抵抗による信号遅延を防止するために、画素電極１６６よりも抵抗率の低い導電部材であることが好ましい。

図８は、図６に示したボトムエミッション型の有機ＥＬ発光体に代替可能なトップエミッション型の有機ＥＬ発光体の断面を示している。図８において、図６に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。図８に示した有機ＥＬ発光体では、透明基板１５２上に、放熱部１８４と同様の伝熱部材で形成された放熱部１８６と絶縁層１８８とが設けられており、その上に画素電極１６６と絶縁層１７４と有機ＥＬ層１７６と対向電極１７８と封止層１８０と封止基板１８２とが設けられている。放熱部１８６は、微細発光部１６４を含む有機ＥＬ発光体１６２全域と平面的に重なるように配置されているのでより放熱効果が高い。対向電極１７８は例えば光学的に透明なＩＴＯで作られている。絶縁層１８８と対向電極１７８と封止層１８０は光学的に透明な物質で構成されている。画素電極１６６は、光反射性の方が好ましい。絶縁層１７４と有機ＥＬ層１７６と対向電極１７８のそのほかの詳細は前述した通りである。

図９は、図４〜図８に示した有機ＥＬ発光体における微細発光部のレイアウトを示している。つまり、隣接する二つの微細発光部１６４の中心を結ぶ直線の垂直二等分線が隣の有機ＥＬ発光体１６２から外れているレイアウトである。図１０〜図１７は、図９に示したレイアウトで配置された微細発光部を有する有機ＥＬ発光体の発熱パターンを示しており、最も高い温度を１．０と規格化した温度分布となっている。図１０と図１１は５０ミリ秒後の発熱パターンを示し、図１２と図１３は８０ミリ秒後の発熱パターンを、図１４と図１５は１００ミリ秒後の発熱パターンを、図１６と図１７は１３０ミリ秒後の発熱パターンを示している。ここでは、ｘ軸の列ｓ１３が隣接する有機ＥＬ発光体１６２間になっている。

図１８は、比較例として、有機ＥＬ発光体における微細発光部の別のレイアウトを示している。このレイアウトでは、隣接する二つの微細発光部１６４の中心を結ぶ直線の垂直二等分線が隣の有機ＥＬ発光体１６２に延びている。図１９〜図２６は、図１８に示したレイアウトで配置された微細発光部を有する有機ＥＬ発光体の発熱パターンを示している。図１９と図２０は５０ミリ秒後の発熱パターンを示し、図２１と図２２は８０ミリ秒後の発熱パターンを、図２３と図２４は１００ミリ秒後の発熱パターンを、図２５と図２６は１３０ミリ秒後の発熱パターンを示している。

図１０〜図１７に示した発熱パターンと図１９〜図２６に示した発熱パターンとの比較から、列ｓ１３での温度分布から明らかなように、図９のレイアウトの方が図１８のレイアウトよりも、隣の画素に与える熱的影響が少なく、図１８のレイアウトの方が、隣接する画素間で蓄熱しやすく、放熱しにくいことがわかる。図１８では、有機ＥＬ発光体１６２の四つの微細発光部１６４のうち、一方側で隣接する有機ＥＬ発光体１６２側に位置する二つの微細発光部１６４ｃ、１６４ｃ（或いは１６４ｄ、１６４ｄ）は、いずれも当該隣接する有機ＥＬ発光体１６２（二つの微細発光部１６４ｄ、１６４ｄ（或いは１６４ｃ、１６４ｃ）に対して等距離に近接している。このため、二つの微細発光部１６４ｃ、１６４ｃ（或いは１６４ｄ、１６４ｄ）を結ぶ略直線状の高温域が互いに対向するように面するので、図１９〜図２６に示すように、列ｓ１３において蓄熱されやすくなり、放熱しにくい。

電子写真方式の印刷装置において、露光装置は感光体ドラムに対して、印字情報に従って光書き込みを行う。このとき、ミリオーダーの距離を隔てた感光体ドラム上に小径の光スポットを形成し、各ドットを解像する光ビームを作ることが最大の課題といえる。周知のように、ＬＥＤや有機ＥＬを発光源とするアレイ式プリントヘッドは、結像レンズとして複数個の正立等倍結像するレンズが配列されたロッドレンズアレイが一般的で、光路長（レンズ・感光体間のギャップ）は数ミリである。このとき、ロッドレンズアレイの結像は、複数個のレンズによって作られる像が重なり合ってできている。したがって、複数レンズと各発光体の位置関係が一様ではなく、周期的な結像ムラを伴う特性を持ち、印字濃度ムラが発生する。

完全拡散の有機ＥＬ光源を印刷装置の露光装置として使用するためには、光ビームを形成し、各ドット同士を解像する必要がある。１２００ｄｐｉの解像度とする場合、約２１μｍピッチでスポットの直径はおよそ３０μｍである。焦点距離はレンズの曲率半径および屈折率で決まる。光路長は１ｍｍとする。これは、感光体ドラムの平坦度を考慮し、また１ｍｍ未満では、ヘッド間でのリークによる画像形成不良やヘッド部に転写後の残トナーなどが付着することで、画像形成不良が推測されるためである。光路長を１ｍｍにするためには、屈折率を光学ガラス並みの１．５とすると、約１５０μｍの曲率半径が必要になる。しかし、半径１５０μｍの球面レンズを２１μｍピッチでアレイ状に配置することは製造上の難易度が高い。

各ドット同士を解像する有機ＥＬヘッド２００を図２７に示す。有機ＥＬヘッド２００は、発光体基板２０２と、背面ケース２０４と、前面ケース２０６とを有している。発光体基板２０２は、ガラス等の透明基板２１２と、ドライバー２１４と、有機ＥＬ発光体アレイ２３２と、マイクロレンズアレイ２３８とを有している。発光体基板２０２は、中継配線２２２を介して中継コネクタ２２４と電気的に接続され、中継コネクタ２２４と接続された配線２２６を介して外部機器と電気的に接続されている。

図２８は、有機ＥＬ発光体アレイ２３２とマイクロレンズアレイ２３８を拡大して示している。図２９は、有機ＥＬ発光体２３２ａとマイクロレンズ２３８ａの配列のレイアウトを示している。図３０は、一組の有機ＥＬ発光体２３２ａとマイクロレンズ２３８ａを示している。

図２８に示すように、有機ＥＬ発光体アレイ２３２が形成された透明基板２１２は封止層２３４を介してマイクロレンズアレイ２３８と接合されている。マイクロレンズアレイ２３８は、ガラス等の透明基板２３８ｂと、透明基板２３８ｂの一方の面に形成された複数のマイクロレンズ２３８ａとを有している。またマイクロレンズアレイ２３８は、マイクロレンズ２３８ａが形成された面の反対側の透明基板２３８ｂの面に遮光板２３６が設けられている。遮光板２３６は、有機ＥＬ発光体アレイ２３２を構成している複数の有機ＥＬ発光体２３２ａにそれぞれ対応した複数の光学開口２３６ａを有している。１ｍｍの光路長に対して、例えば、有機ＥＬ発光体２３２ａから遮光板２３６の光学開口２３６ａまでの距離は０．０５ｍｍ、有機ＥＬ発光体２３２ａからマイクロレンズ２３８ａまでの距離は０．６ｍｍである。

図２８において、各有機ＥＬ発光体２３２ａから射出された光は、各有機ＥＬ発光体２３２ａに対応した遮光板２３６の光学開口２３６ａを通過し、各有機ＥＬ発光体２３２ａに対応したマイクロレンズ２３８ａによって収束光に変えられ、感光体ドラム１２２の表面に結像する。各有機ＥＬ発光体２３２ａから射出され、これに対応したマイクロレンズ２３８ａとは異なる別のマイクロレンズ２３８ａに向かう光は、遮光板２３６によって遮断される。その結果、各マイクロレンズ２３８ａには、実質的に、これに対応した有機ＥＬ発光体２３２ａから射出された光だけが入射する。

図２９と図３０に示すように、各マイクロレンズ２３８ａは、ほぼ正方形の輪郭を有する球面の一部で構成された光学表面を有している。有機ＥＬ発光体２３２ａとマイクロレンズ２３８ａは、副走査方向に並んだ複数の列に整列している。各列は、主走査方向に直線的に延びている。各列の有機ＥＬ発光体２３２ａとマイクロレンズ２３８ａはほかの二列の有機ＥＬ発光体２３２ａとマイクロレンズ２３８ａと主走査方向に所定距離ずれている。

有機ＥＬ発光体２３２ａとマイクロレンズ２３８ａの主走査方向のピッチは印刷解像度により決まり、１２００ｄｐｉに対しては２５．６ｍｍ÷１２００≒２１μｍである。このため、図２９に示すように、有機ＥＬ発光体２３２ａとマイクロレンズ２３８ａは副走査方向に８列に並んでおり、同じ列の有機ＥＬ発光体２３２ａとマイクロレンズ２３８ａは主走査方向に１６８μｍピッチで並んでいる。その結果、有機ＥＬ発光体２３２ａとマイクロレンズ２３８ａは、８列全体で、主走査方向に２１μｍの配列ピッチとなる。また、８列の有機ＥＬ発光体２３２ａとマイクロレンズ２３８ａは副走査方向にも１６８μｍピッチで並んでいる。

同じ列の有機ＥＬ発光体２３２ａは、副走査方向の位置が同じであり、同時に発光される。また、各列の有機ＥＬ発光体２３２ａは、別の列の有機ＥＬ発光体２３２ａとは副走査方向の位置が相違しており、印刷速度に同期して発光される。

図２９では、素子（有機ＥＬ発光体２３２ａとマイクロレンズ２３８ａ）の列は、副走査方向にずれるにつれて主走査方向に一定の割合で徐々にずれるように並んでいる。言い換えれば、素子の列は、主走査方向の位置が対応する素子が副走査方向に対して斜めの直線上に位置するように並んでいる。しかし、素子の列の並び方はこれに限らない。前述したように、各列の素子がほかの二列の素子と主走査方向に所定距離ずれてさえいればよい。言い換えれば、主走査方向の位置が対応する素子が列全体において主走査方向に所定距離のピッチで配置されてさえいればよい。例えば、素子の列は、主走査方向の位置が対応する素子がジグザグつまり千鳥に位置するように並んでいてもよい。このように配置することで主走査方向における有機ＥＬ発光体２３２ａのピッチを２１μｍとすることができ、マイクロレンズ２３８ａの曲率半径を２１μｍより長い１５０μｍ以上としても有機ＥＬ発光体２３２ａに対応して配置することができる。

有機ＥＬ発光体の一辺を１２００ｄｐｉの半ピッチである１０μｍとし、マイクロレンズを介した光スポットの光線追跡シミュレーションを行った。図３１は、有機ＥＬ発光体の出射光がマイクロレンズを介してその先端から１ｍｍ隔てた受光面に照射される受光プロファイルである。このとき、グラフから得られる値より、受光面におけるスポット径（１／ｅ^２）は約３０μｍとなり、良好な光ビームを得られたといえる。

次に、マイクロレンズアレイ２３８の作製方法を簡単に説明する。作製方法は熱式または光式ナノインプリントで行うが、ここでは光式ナノインプリントで説明する。まず、透明基板に光硬化樹脂（ＰＡＫ−０１：屈折率ｎ≒１．５／東洋合成(株)）を１００μｍ程度積層する。これに、図２９に示したマイクロレンズアレイに対して逆の凹凸形状に作製されたモールドを押し当てたＵＶ光線を照射する。これにより、光学ガラスと光硬化樹脂とが一体化されたマイクロレンズアレイとなる。また、同時に透明基板のマイクロレンズ面とは反対面に光硬化樹脂（ＰＡＫ−０１）に着色材料を混在させ塗布する。各マイクロレンズの光軸上に２０μｍ角の窓を空けた形状のモールドを押し当てインプリントする。このようにして、光学ガラスの片面は８列に整列したマイクロレンズが成形され、反対面にはレンズと同一光軸上に四角の遮光板窓が成形される。最後に封止された有機ＥＬ発光体に合わせ、マイクロレンズを貼り付ける。

図２８〜図３０に示した有機ＥＬ発光体２３２ａを図３２に示す。図３２に示すように、有機ＥＬ発光体２３２ａは、トップエミッション型であり、透明基板２１２上に絶縁層２５２と絶縁層２５４を介してアノード２５６と有機ＥＬ層２５８とカソード２６０と封止膜２６２とが積層されている。封止膜２６２の上にコア２６４が設けられており、この構造体全体が封止層２６６で覆われている。コア２６４は屈折率の高い透明材料で構成されている。また封止層２６６は、コア２６４に比べて屈折率の低い透明材料で構成されており、コア２６４に対するクラッドとして機能する。コア２６４と封止層２６６は屈折率差導波路を構成している。

アノード２５６とカソード２６０の間への電圧印加に応じて有機ＥＬ層２５８は完全拡散光を発生する。有機ＥＬ層２５８で発生した光は、コア２６４の下面を通ってコア２６４に入射する。コア２６４を伝搬する光のうち、コア２６４の上面に向かう光はそのままコア２６４の上面を通って射出されるが、コア２６４の側面に比較的大きい入射角で向かう光は、コア２６４と封止層２６６の屈折率差のために、コア２６４と封止層２６６との界面で全反射され、コア２６４の上面に向かう。このため、コア２６４を有する有機ＥＬ発光体２３２ａは、コア２６４を有さない通常の有機ＥＬ発光体に比べて、高い光の指向性を有する。その結果、有機ＥＬ発光体２３２ａから射出された光がマイクロレンズ２３８ａに効率良く入射する。

一方、通常の有機ＥＬ発光体は、図３２に示した有機ＥＬ発光体２３２ａからコア２６４を省いた構造をしている。このような通常の有機ＥＬ発光体では、光をマイクロレンズ２３８ａに効率良く入射させることは難しい。

完全拡散光を射出する通常の有機ＥＬ発光体の指向性シミュレーション結果を図３３に示す。また、１０μｍの長さの屈折率差導波路を有する有機ＥＬ発光体の指向性シミュレーション結果を図３４に、２０μｍの長さの屈折率差導波路を有する有機ＥＬ発光体の指向性シミュレーション結果を図３５に示す。これらの指向性シミュレーション結果から、屈折率差導波路を設けることによって端面出力において高効率となることが明らかである。外部への取出し効率は導波路の長さによって制御できる。

また、指向性はコア・クラッド間の屈折率差を調整することによって制御できる。

通常、単一モード光ファイバのコア・クラッド間の屈折率差は０．３％程度と極めてわずかである。これは光ファイバ用光源が発する光はレーザー光のように狭指向性であるため、屈折率の大きなところを通過する光の方向を全反射角よりも大きくしておくと、その光は全反射で外に漏れずに中心部だけを通っていくからである。したがって、光ファイバは中心部と周辺の屈折率差が小さくして、全反射角が大きくなるので光はほぼ直進する。

これに対して有機ＥＬ発光体では、有機ＥＬ層から射出される光は拡散光であるため、光ファイバのような比屈折率差では、直進性は向上するが、光漏れが大きくなってしまう。このため、コア・クラッド間の屈折率差を１〜２％程度とするとよい。これにより、好適に、拡散光の光漏れが減少し、照射指向性が向上する。結果として、マイクロレンズに入射する光量が、図３３に対して、図３４では１５％の効率向上、図３５では３０％の効率向上となった。

これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。

例えば、図２９に示す有機ＥＬ発光体２３２ａは、図５に示す有機ＥＬ発光体１６２のように、複数の微細発光部１６４を有していてもよい。

本発明の実施形態による印刷装置を示している。図１に示した有機ＥＬヘッドの断面を示している。図２に示した有機ＥＬヘッドの発光体基板とハウジングを示している。図３に示した発光体基板の上面図である。図４に示したボトムエミッション型の有機ＥＬ発光体アレイの上面図である。図５に示したVI−VI線に沿った有機ＥＬ発光体の側断面図である。図６に示したボトムエミッション型の有機ＥＬ発光体に代替可能な別の有機ＥＬ発光体の断面を示している。図６に示したボトムエミッション型の有機ＥＬ発光体に代替可能なトップエミッション型の有機ＥＬ発光体の断面を示している。図４〜図８に示した有機ＥＬ発光体における微細発光部のレイアウトを示している。図９に示したレイアウトで配置された微細発光部を有する有機ＥＬ発光体の５０ミリ秒後の発熱パターンの２Ｄグラフである。図９に示したレイアウトで配置された微細発光部を有する有機ＥＬ発光体の５０ミリ秒後の発熱パターンの３Ｄグラフである。図９に示したレイアウトで配置された微細発光部を有する有機ＥＬ発光体の８０ミリ秒後の発熱パターンの２Ｄグラフである。図９に示したレイアウトで配置された微細発光部を有する有機ＥＬ発光体の８０ミリ秒後の発熱パターンの３Ｄグラフである。図９に示したレイアウトで配置された微細発光部を有する有機ＥＬ発光体の１００ミリ秒後の発熱パターンの２Ｄグラフである。図９に示したレイアウトで配置された微細発光部を有する有機ＥＬ発光体の１００ミリ秒後の発熱パターンの３Ｄグラフである。図９に示したレイアウトで配置された微細発光部を有する有機ＥＬ発光体の１３０ミリ秒後の発熱パターンの２Ｄグラフである。図９に示したレイアウトで配置された微細発光部を有する有機ＥＬ発光体の１３０ミリ秒後の発熱パターンの３Ｄグラフである。図９の比較例である微細発光部の別のレイアウトを示している。図１８に示したレイアウトで配置された微細発光部を有する有機ＥＬ発光体の５０ミリ秒後の発熱パターンの２Ｄグラフである。図１８に示したレイアウトで配置された微細発光部を有する有機ＥＬ発光体の５０ミリ秒後の発熱パターンの３Ｄグラフである。図１８に示したレイアウトで配置された微細発光部を有する有機ＥＬ発光体の８０ミリ秒後の発熱パターンの２Ｄグラフである。図１８に示したレイアウトで配置された微細発光部を有する有機ＥＬ発光体の８０ミリ秒後の発熱パターンの３Ｄグラフである。図１８に示したレイアウトで配置された微細発光部を有する有機ＥＬ発光体の１００ミリ秒後の発熱パターンの２Ｄグラフである。図１８に示したレイアウトで配置された微細発光部を有する有機ＥＬ発光体の１００ミリ秒後の発熱パターンの３Ｄグラフである。図１８に示したレイアウトで配置された微細発光部を有する有機ＥＬ発光体の１３０ミリ秒後の発熱パターンの２Ｄグラフである。図１８に示したレイアウトで配置された微細発光部を有する有機ＥＬ発光体の１３０ミリ秒後の発熱パターンの３Ｄグラフである。各ドット同士を解像する有機ＥＬヘッドを示している。図２７に示した有機ＥＬ発光体アレイとマイクロレンズアレイを拡大して示している。図２８に示した有機ＥＬ発光体とマイクロレンズの配列のレイアウトを示している。図２８に示した一組の有機ＥＬ発光体とマイクロレンズを示している。有機ＥＬ発光体の出射光がマイクロレンズを介してその先端から１ｍｍ隔てた受光面に照射される受光プロファイルである。図２８〜図３０に示した有機ＥＬ発光体を示している。完全拡散光を射出する通常の有機ＥＬ発光体の指向性シミュレーション結果を示している。１０μｍの長さの屈折率差導波路を有する有機ＥＬ発光体の指向性シミュレーション結果を示している。２０μｍの長さの屈折率差導波路を有する有機ＥＬ発光体の指向性シミュレーション結果を示している。

符号の説明

１００…印刷装置、１０２…用紙、１０４…搬送ベルト、１０６…記録ユニット、１０６Ｃ…記録ユニット、１０６Ｋ…記録ユニット、１０６Ｍ…記録ユニット、１０６Ｙ…記録ユニット、１０８…定着ローラー、１２２…感光体ドラム、１２４…帯電ローラー、１２６…有機ＥＬヘッド、１２８…現像器、１２８ａ…現像ローラー、１３０…転写ローラー、１３２…クリーニング器、１３４…イレーサ光源、１４２…発光体基板、１４４…ロッドレンズアレイ、１４６…ハウジング、１４８…フタ、１５０…固定部材、１５２…透明基板、１５４…ドライバー、１５６…ＴＦＴアクティブマトリクス点灯回路、１５８…配線、１６０…有機ＥＬ発光体アレイ、１６２…有機ＥＬ発光体、１６４，１６４ａ，１６４ｂ，１６４ｃ，１６４ｄ…微細発光部、１６６…画素電極、１７４…絶縁層、１７５…開口部、１７６…有機ＥＬ層、１７８…対向電極、１８０…封止層、１８２…封止基板、１８４…放熱部、１８６…放熱部、１８８…絶縁層、２００…有機ＥＬヘッド、２０２…発光体基板、２０４…背面ケース、２０６…前面ケース、２１２…透明基板、２１４…ドライバー、２２２…中継配線、２２４…中継コネクタ、２２６…配線、２３２…有機ＥＬ発光体アレイ、２３２ａ…有機ＥＬ発光体、２３４…封止層、２３６…遮光板、２３６ａ…光学開口、２３８…マイクロレンズアレイ、２３８ａ…マイクロレンズ、２３８ｂ…透明基板、２５２…絶縁層、２５４…絶縁層、２５６…アノード、２５８…有機ＥＬ層、２６０…カソード、２６２…封止膜、２６４…コア、２６６…封止層。

Claims

印刷装置の有機ＥＬヘッドであり、１画素を形成する略四辺形の有機ＥＬ発光体を複数有し、各有機ＥＬ発光体における前記略四辺形の各辺にそれぞれ四つの微細発光部を有し、各有機ＥＬ発光体のうち隣接する二つの微細発光部の中心を結ぶ直線の垂直二等分線が、当該有機ＥＬ発光体に隣接する有機ＥＬ発光体から外れていることを特徴とする有機ＥＬヘッド。
前記四つの微細発光部は、隣接する有機ＥＬ発光体に対する距離が相対的に近い第一微細発光部と、隣接する有機ＥＬ発光体に対する距離が相対的に遠い第二微細発光部と、を有し、前記第一微細発光部の中心と前記第二微細発光部の中心と結ぶ直線の垂直二等分線が、当該有機ＥＬ発光体に隣接する有機ＥＬ発光体から外れていることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬヘッド。
複数の第一の電極と、前記第一の電極に対向する少なくとも一つの第二の電極と、前記第一の電極と前記第二の電極との間に位置する有機ＥＬ層および絶縁層とを有し、前記絶縁層は、前記第一の電極の一つと前記第二の電極とが対向する複数の領域のおのおのに複数の開口を有し、各開口が前記微細発光部の一つを規定していることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬヘッド。
前記複数の有機ＥＬ発光体は、主走査方向において所定のピッチで千鳥配置され、
前記有機ＥＬ発光体のそれぞれに対応し、曲率半径が前記所定のピッチより長いマイクロレンズをさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機ＥＬヘッド。
印刷装置であり、記録媒体にトナー像を記録する記録ユニットを有し、記録ユニットは、感光体ドラムと、感光体ドラムの表面を一様に帯電させる帯電ローラーと、感光体ドラムに静電潜像を形成する有機ＥＬヘッドと、静電潜像にトナーを付着させて静電潜像を現像する現像器と、静電潜像に付着したトナーを用紙に転写する転写ローラーとを有し、有機ＥＬヘッドは、１画素を形成する略四辺形の有機ＥＬ発光体を複数有し、各有機ＥＬ発光体における略四辺形の各辺にそれぞれ四つの微細発光部を有し、各有機ＥＬ発光体のうち隣接する二つの微細発光部の中心を結ぶ直線の垂直二等分線が、当該有機ＥＬ発光体に隣接する有機ＥＬ発光体から外れていることを特徴とする印刷装置。