(57)【要約】【課題】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各素子からの光束をクロストークすることなく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、十分な解像力が得られる小型の露光ヘッドとそれを用いた画像形成装置。【解決手段】長尺な基板３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２各々に対応した整列位置にボールレンズ１０が発光部２に接触して配置されており、ボールレンズ１０が屈折率２以上の透明材料から構成されている。【選択図】        図１
2004195676.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
各有機ＥＬ素子の発光部の発光層表面とその発光部に対応して整列配置されたボールレンズの入射側の面の面頂との間の距離をＤ、ボールレンズの直径をｍとしたとき、
０≦Ｄ≦０．０７ｍ                                    ・・・（８）
を満足するようにボールレンズが配置されていることを特徴とする有機ＥＬアレイ露光ヘッド。
【請求項２】
前記ボールレンズが屈折率２以上の透明材料から構成されていることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬアレイ露光ヘッド。
【請求項３】
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発光部に接触して配置されており、前記ボールレンズが屈折率２以上の透明材料から構成されていることを特徴とする有機ＥＬアレイ露光ヘッド。
【請求項４】
相互に平行な複数列の有機ＥＬ素子のアレイを備え、列間で各有機ＥＬ素子の発光部の位置が１列の有機ＥＬ素子の発光部の間隔の列数分の１だけ相互にずれて配置されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の有機ＥＬアレイ露光ヘッド。
【請求項５】
前記複数列の有機ＥＬ素子のアレイを組として、同じ組の複数列の有機ＥＬ素子のアレイを行方向に２組以上備えていることを特徴とする請求項４記載の有機ＥＬアレイ露光ヘッド。
【請求項６】
前記ボールレンズ間の有効射出面以外の面間に光吸収材が充填されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の有機ＥＬアレイ露光ヘッド。
【請求項７】
請求項１から６の何れか１項記載の有機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ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
前記画像形成装置が、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であることを特徴とする請求項７記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【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効率良く利用できるようにした有機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】
【特許文献７】
特開２０００−３５３５９４号公報
【００１７】
【非特許文献１】
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２】
（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】
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配置して各素子からの光束をクロストークすることなく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、十分な解像力が得られる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。
【００２１】
【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、
各有機ＥＬ素子の発光部の発光層表面とその発光部に対応して整列配置されたボールレンズの入射側の面の面頂との間の距離をＤ、ボールレンズの直径をｍとしたとき、
０≦Ｄ≦０．０７ｍ                                    ・・・（８）
を満足するようにボールレンズが配置されていることを特徴とするものである。
【００２２】
この場合に、ボールレンズが屈折率２以上の透明材料から構成されていることが望ましい。
【００２３】
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発光部に接触して配置されており、前記ボールレンズが屈折率２以上の透明材料から構成されていることを特徴とするものである。
【００２４】
以上において、相互に平行な複数列の有機ＥＬ素子のアレイを備え、列間で各有機ＥＬ素子の発光部の位置が１列の有機ＥＬ素子の発光部の間隔の列数分の１だけ相互にずれて配置されていることが望ましい。
【００２５】
また、その場合、複数列の有機ＥＬ素子のアレイを組として、同じ組の複数列の有機ＥＬ素子のアレイを行方向に２組以上備えているようにすることもできる。
【００２６】
また、ボールレンズ間の有効射出面以外の面間に光吸収材を充填しておくことが望ましい。
【００２７】
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。
【００２８】
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、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、各有機ＥＬ素子の発光部の発光層表面とその発光部に対応して整列配置されたボールレンズの入射側の面の面頂との間の距離をＤ、ボールレンズの直径をｍとしたとき、式（８）を満足するようにボールレンズが配置されているので、各有機ＥＬ素子の発光部から出た発散光をほとんどボールレンズ中に入射させて投影して画素形成に利用できるため、隣接画素間のクロストークが低減され、低消費電力で、十分な解像力、明るさ、コントラストのものを得ることができる。
【００２９】
【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。
【００３０】
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上に分離して入射するようにする。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。
【００３１】
そして、各ボールレンズ１０は対応する発光部２表面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表面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ｍに比較して十分大きく、ボールレンズ１０が発光部２表面に接していれば、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。
【００３２】
そして、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。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。
【００３３】
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）｝                            ・・・（１）
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２（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２（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。
【００３４】
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露光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。
【００３５】
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ＤはＤ≒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Ｄはある程度の値を有することのなる。そこで、距離Ｄはどの程度まで許容できるか、以下に検討する。
【００３６】
図３に示すように、ボールレンズ１０から距離ｄをおいた点Ｂに見かけの光源Ｂを置いたとき、点Ｂ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Ｂを通りボールレンズ１０と接する直線と中心軸（点Ｂ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。
【００３７】
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。
【００３８】
ｓｉｎθ＝ｒ／（ｒ＋ｄ）                              ・・・（２）
次に、ボールレンズ１０が屈折率ｎの基板１３上に接着されており、光源が基板１３内の点Ａの位置にあるとすると、図３において、点Ａから角度α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αは、点Ａから出て基板１３表面で屈折された光が見かけの光源Ｂから角度θで出る光の出射角度である。
【００３９】
このとき、角度αは次の式で表される。
【００４０】
ｓｉｎα＝ｒ／｛ｎ（ｒ＋ｄ）｝                        ・・・（３）
次に、点Ａからの出射光の中、基板（有機ＥＬ素子）１３の外部へ取り出すことができる光量を求める。基板１３の屈折率による全反射臨界角θc の存在により、出射角αで基板１３内部から基板１３表面に向かう光は、θc ＞αに限り基板（有機ＥＬ素子）１３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）＝Ｉ0 ｃｏｓθとなるとすると、臨界角内に放射される光量は、
2004195676.tif 000003
となる（ここで、ｄΩは立体角である。）。
【００４１】
点（光源）Ａから臨界角θc 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。
【００４２】
2004195676.tif 000004
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、
（２ｒｄ＋ｄ2 ）／（ｒ＋ｄ）2                         ・・・（６）
で表される。
【００４３】
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。
【００４４】
ｄ≦０．０２６ｒ                                      ・・・（７）
ｄ＝０．０２６ｒのとき、有機ＥＬアレイ１の屈折率（基板１３の屈折率）ｎを１．５とおくと、図３の点Ａと点Ｌの距離（発光部２とボールレンズ１０の距離）は、０．１３２ｒ＝０．０６６ｍとなる。
【００４５】
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Ｄは、
０≦Ｄ≦０．０７ｍ                                    ・・・（８）
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、ｍは上記のようにボールレンズ１０の直径である。
【００４６】
ところで、上記の本発明の有機ＥＬアレイ露光ヘッドにおいては、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いるので、像側共役距離（ボールレンズ１０から像担持体１１までの距離）が必然的に物体側共役距離より長くなり、像担持体１１上に投影される各発光部２の像２’は拡大されて投影されることになる。像担持体１１上で発光部２の像２’が相互に分離されて所望の解像度になるように投影されるためには、発光部２の寸法ｓは、その拡大倍率を補償するようにボールレンズ１０の直径ｍに比較して相当程度小さく設定する必要がある。また、このような関係で発光部２の寸法ｓを相対的に小さく設定すると、前記したように、発光部２から出た発散光がボールレンズ１０中に入射する割合も高くなり、クロストークを低減させることができる。
【００４７】
具体例として、６００ｄｐｉの露光ヘッドの場合、ボールレンズ１０と像担持体１１の距離を３００μｍとし、像担持体１１上での所望の１画素の大きさ（像２’の大きさ）は□７０μｍとなる。ボールレンズ１０の屈折率ｎがｎ＝２．５でその直径ｍをｍ＝１２０μｍのものを選ぶと、有機ＥＬの発光部２の大きさは、□２０μｍにすればよいことになる。
【００４８】
このように、発光部２の像２’が投影面（像担持体１１の面）で分解可能で、かつ、クロストークを少なくするために、ボールレンズ１０の直径ｍを大きく設定すると、ボールレンズ１０間のピッチｐはボールレンズ１０の直径ｍ以下には設定できないので、１列の発光部２からなる有機ＥＬアレイ１では、所望の解像度の露光ヘッドを実現することは困難になってくる。そのためには、図４に像担持体１１側から見た透視図に例示するように、発光部２の列２０1 、２０2 、２０3 を平行に複数持つ有機ＥＬアレイ１を用い（図の場合は３列）、かつ、それらの列２０1 、２０2 、２０3 の各発光部２に一対一に対応させてボールレンズ１０を配置して露光ヘッドを構成することにより、所望の解像度の露光ヘッドを実現することができる。
【００４９】
例えば所望の解像度を６００ｄｐｉ、ボールレンズ１０の直径を１２０μｍとすると、ボールレンズ１０の直径１２０μｍをピッチとする解像度、すなわち、１列２０1 、２０2 、２０3 の発光部２のみの場合の解像度は２１１．７ｄｐｉであるので、その２１１．７ｄｐｉよりも小さく、６００の約数の中で最大の値２００の２００ｄｐｉ（１２７μｍのピッチ）を持つように１列２０1 、２０2 、２０3 の発光部２のピッチを決めると、この発光部２の列２０1 、２０2 、２０3 を、列方向に所望の解像度のピッチ分（この場合には、６００ｄｐｉのピッチである４２．３３μｍ）ずらし、行方向には（所望の解像度（ｄｐｉ）／１列の解像度（ｄｐｉ））の数の列数（この場合は、３列２０1 、２０2 、２０3 ）並べることで、図４の二重矢印で示した方向にこの露光ヘッドを像担持体１１に対して走査露光することで、所望の解像度を実現することができる。
【００５０】
なお、行方向の列２０1 、２０2 、２０3 間のピッチは特に限定されないが、主走査方向、副走査方向の分解能を同じにするために、図４の例では各列２０1 、２０2 、２０3 の列方向のピッチ１２７μｍと同じ値としている。
【００５１】
ところで、投影面（像担持体１１の面）への発光部２の像２’である１画素の露光光量が足らず、発光部２の１回の発光で像担持体１１の感光が不足する場合は、像担持体１１上に形成する１画素当たり複数回同じ露光が重ねて行われるように、図５に示すように、図４の列２０1 、２０2 、２０3 の組みを行方向に多重露光の数（図５の場合は２組）だけ並列させて露光ヘッドを構成するようにしてもよい。
【００５２】
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。
【００５３】
いま、図６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Ａがあるとすると、基板１３の屈折率による全反射臨界角θc 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、θc ＞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）＝Ｉ0 ｃｏｓθとなるとすると、上半面の立体角で積分すると、
2004195676.tif 000005
となり（ここで、Ωは立体角を示す。）、臨界角θc 内に放射される光量（式（４））をこの全光量πＩ0 で除すと、
2004195676.tif 000006
となる。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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、前記のようい、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。
【００６０】
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７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、接着層２６の厚さを実際よりは厚く図示してあるが、発光部２からボールレンズ１０の間の距離は、前記のように、ボールレンズ１０の直径の７％以下に設定している。
【００６１】
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。
【００６２】
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２６が設けられ、この接着層２６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２７で充填してあり、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させるようにしている。
【００６３】
次に、図８に１つの画素（発光部２）の発光層２３から出た光線が対応するボールレンズ１０を経て像担持体１１へ至る光路追跡図の１例を示す。また、その際の像担持体１１上での光量分布図を図９に示す。この例においては、発光層２３の大きさは、□１０μｍ（１０μｍ×１０μｍ）であり、ボールレンズ１０の直径は１２０μｍであり、その屈折率は２．２で、発光層２３の表面とボールレンズ１０の入射側の面の面頂との間の距離は３μｍ、ボールレンズ１０の射出側の面の面頂と像担持体１１との間の距離は３００μｍであり、発光層２３とボールレンズ１０の間の層（透明陰極２４、封止層２５、接着層２６）の屈折率は１．５としている。図９から、□１０μｍ（１０μｍ×１０μｍ）の１つの発光層２３を、大きさ□５０μｍ（５０μｍ×５０μｍ）の画素として像担持体１１上にしてクロストークがほとんどなく、十分な解像力で効率良く投影露光することが可能であることが分かる。
【００６４】
次に、例えば図４の実施例で用いた有機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、図１０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。
【００６５】
図１１に図１０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。
【００６６】
図１１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１参照）。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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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２）。図１２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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
このようにして、図７の実施例で用いた有機ＥＬアレイ１が作製される。
【００７７】
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２６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。
【００７８】
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１３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。
【００７９】
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１４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１４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。
【００８０】
ここで、各有機ＥＬアレイ露光ヘッド１０１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）は、図１３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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
なお、図１４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。
【００８４】
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。例えば、静電気によって本発明の有機ＥＬアレイ露光ヘッドの表面、特に、ボールレンズ１０表面に現像剤のトナーの付着を防止するために、ボールレンズ１０の表面に透明導電膜を膜付けし、感光体ドラム４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）と等電位に保持できるようにする。
【００８５】
【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、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、各有機ＥＬ素子の発光部の発光層表面とその発光部に対応して整列配置されたボールレンズの入射側の面の面頂との間の距離をＤ、ボールレンズの直径をｍとしたとき、式（８）を満足するようにボールレンズが配置されているので、各有機ＥＬ素子の発光部から出た発散光をほとんどボールレンズ中に入射させて投影して画素形成に利用できるため、隣接画素間のクロストークが低減され、低消費電力で、十分な解像力、明るさ、コントラストのものを得ることができる。
【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】ボールレンズの特性を説明するための図である。
【図３】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４】本発明に基づき発光部の列を複数持つ有機ＥＬアレイ露光ヘッドの像担持体側から見た透視図である。
【図５】図４の変形を示す図４と同様の図である。
【図６】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７】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８】１つの画素の発光層から出た光線が対応するボールレンズを経て像担持体へ至る光路追跡の１例を示す図である。
【図９】図８の例の像担持体上での光量分布図である。
【図１０】図４の実施例で用いた有機ＥＬアレイの平面図である。
【図１１】図１０のアレイの１画素の断面図である。
【図１２】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１３】図４の実施例の有機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１４】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
２’…発光部の像
３…基板
４…穴
１０…ボールレンズ
１１…像担持体
１３…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
２６…接着層
２７…黒色樹脂
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
Ａ…光源
Ｂ…見かけの光源
Ｓ…面
Ｐ…記録媒体
【図１】
2004195676.tif 000007
【図２】
2004195676.tif 000008
【図３】
2004195676.tif 000009
【図４】
2004195676.tif 000010
【図５】
2004195676.tif 000011
【図６】
2004195676.tif 000012
【図７】
2004195676.tif 000013
【図８】
2004195676.tif 000014
【図９】
2004195676.tif 000015
【図１０】
2004195676.tif 000016
【図１１】
2004195676.tif 000017
【図１２】
2004195676.tif 000018
【図１３】
2004195676.tif 000019
【図１４】
2004195676.tif 000020