(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、陽極層及び陰極層と、該陽極層と陰極層の間に挟持された一層または複数層の有機化合物層より構成される発光素子アレイを有する露光装置であって、
該発光素子アレイが、前記基板に凸レンズ形状のマイクロレンズを有しており、更に半透明反射層を有して該半透明反射層と前記陰極層間で微小光共振器構造を形成しており、かつ、該露光装置により露光される感光体の波長に対する感度の半値幅域内に発光ピークを有し、
該発光素子アレイの発光部は、前記マイクロレンズと１対１対応であり、該発光部は、該マイクロレンズの凸面上に該マイクロレンズの凸面形状に倣って設けられていることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の露光装置と、該露光装置により露光される感光体とを少なくとも有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複写機、プリンタ等の電子写真装置に用いる露光装置及び画像形成装置、特に光プリンタヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、感光体上に潜像を書き込むための露光方式としてレーザービーム方式、ＬＥＤアレイ方式などが中心となっている。
【０００３】
しかしながら、レーザービーム方式の場合、ポリゴンミラーやレンズ等の光学部品が必要となり装置の小型化が難しく、また超高速化も難しいという問題がある。
【０００４】
また、ＬＥＤアレイ方式の場合は、基板が高価であり、一枚の基板でアレイをつくれないため、切り出したチップを並べる必要がある。そのときにチップ間の段差、間隔が問題となる。
【０００５】
また、感光体上に結像するためにロッドレンズアレイが必要であるが、拡散光をロッドレンズアレイで結像しようとした場合、ロッドレンズアレイの光入射効率が低く、発光素子の発光した光を効率よく利用することができない。従って、感光体上で必要な光量を得るためには、発光素子を必要以上に発光させなくてはならなかった。
【０００６】
更に、通常の有機発光素子の発光波長は半値幅が１００ｎｍ程度と広いため、感光体の感度ピークと合わない光量成分もあり効率的ではなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の問題を解決し、高速、小型、低コスト、高精細であると同時に発光素子の発光した光量を効率よく利用可能な露光装置及び画像形成装置、特に光プリンタヘッドを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の露光装置は、基板と、陽極層及び陰極層と、該陽極層と陰極層の間に挟持された一層または複数層の有機化合物層より構成される発光素子アレイを有する露光装置であって、
該発光素子アレイが、前記基板に凸レンズ形状のマイクロレンズを有しており、更に半透明反射層を有して該半透明反射層と前記陰極層間で微小光共振器構造を形成しており、かつ、該露光装置により露光される感光体の波長に対する感度の半値幅域内に発光ピークを有し、
該発光素子アレイの発光部は、前記マイクロレンズと１対１対応であり、該発光部は、該マイクロレンズの凸面上に該マイクロレンズの凸面形状に倣って設けられていることを特徴とする。
【０００９】
更に、本発明の画像形成装置は、上記露光装置と、該露光装置により露光される感光体とを少なくとも有することを特徴とする。
【００１０】
このような構成をとることにより、高速、小型、低コスト、高精細であると同時に発光した光を効率よく利用できる露光装置、具体的には光プリンタヘッド等を提供することが可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の露光装置である発光素子アレイの一例を示す斜視図である。
【００１３】
図１において、１は基板、２はマイクロレンズ、３は透明電極である陽極層、６は陰極層、７は半透明反射層、８は正孔輸送層４及び電子輸送層５より構成される有機化合物層であり、陽極層３と陰極層６間に電圧を印加することにより、陽極層３と陰極層６が交差している部分（発光部）から発光が得られ、陽極層３又は陰極層６の電極幅を変更することで、任意の大きさの発光部を得ることが可能である。
【００１４】
本発明において、基板１はマイクロレンズ２を有する。図１に示すように、マイクロレンズ２は、発光部と１対１対応に形成されている。
【００１５】
この際、発光した光を効率よく利用するためには、マイクロレンズ２の開口部面積が発光部の面積よりも大きい方が好ましい。また、光量を効率的に得るためには、マイクロレンズ２の焦点距離が、発光部とその発光部に対応するマイクロレンズ２間の距離よりも短い方が好ましい。
【００１６】
マイクロレンズ２は図１に示すものに限定されるものではなく、発光部からの発光を集光できるものであればよい。具体的には、図１においては、マイクロレンズ２が、発光部に対して凸レンズ形状を有するマイクロレンズであるが、凹レンズ形状を有するマイクロレンズとしてもよい。また、図１においては、マイクロレンズ２が、基板１の有機化合物層８が形成される側と同一側の面に形成されているが、マイクロレンズ２を、基板１の有機化合物層８が形成される側と反対側の面に形成してもよい。
【００１７】
また、発光素子アレイは、半透明反射層７と陰極層６間で微小光共振器構造を形成している。このため、光の拡散が抑えられ、露光スポットの広がりを少なくすることが可能となる。また、発光波長の半値幅を狭くすると同時にピーク波長の出力を強めることができるので、発光光量を効率よく利用することが可能となる。
【００１８】
更に、発光素子アレイは、露光される感光体の波長に対する感度の半値幅域内に発光ピークを有する。このため、良好な画像を得られ、駆動電圧を低くすることができ、素子寿命を長くできる。
【００１９】
基板１としては、発光素子、マイクロレンズを表面に構成できるものであればよく、例えばソーダライムガラス等のガラス、樹脂フィルム等の透明絶縁性基板を用いるのが好ましい。
【００２０】
半透明反射層７としては、特定の波長の反射透過率を高くまたは低くすることができる構成であれば特に限定されず、例えば、材質、厚み等により屈折率が異なる複数の層を積層したものが好ましい。半透明反射層７を形成する材料としては、例えば、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2等が挙げられる。
【００２１】
陽極層３の材料としては仕事関数が大きなものが望ましく、例えばＩＴＯ、酸化錫、金、白金、パラジウム、セレン、イリジウム、ヨウ化銅などを用いることができる。一方、陰極層６の材料としては仕事関数が小さなものが望ましく、例えばＭｇ／Ａｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｉｎあるいはこれらの合金等を用いることができる。
【００２２】
有機化合物層８は、一層構成であっても良いし、複数層構成であっても良く、例えば図１に示すように、陽極層３から正孔が注入される正孔輸送層４、及び陰極層６から電子が注入される電子輸送層５からなり、正孔輸送層４と電子輸送層５のいずれかが発光層となる。また、蛍光材料を含有する発光層を正孔輸送層４と電子輸送層５との間に設けても良い。また、混合一層構成で正孔輸送層４，電子輸送層５，発光層を兼ねた構成も可能である。
【００２３】
有機化合物層８の材料は、使用する感光ドラム等の感光材料と感度のあったスペクトル発光をするものを選択することが望ましい。
【００２４】
正孔輸送層４としては、例えば、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（以下ＴＰＤ）を用いることができ、その他にも下記の有機材料を用いることができる。
【００２５】
【化１】
0004143181.tif 000002
【００２６】
【化２】
0004143181.tif 000003
【００２７】
【化３】
0004143181.tif 000004
【００２８】
【化４】
0004143181.tif 000005
【００２９】
【化５】
0004143181.tif 000006
【００３０】
また、例えばａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣなどの無機材料を用いてもよい。
【００３１】
電子輸送層５としては、例えば、トリス（８−キノリノール）アルミニウム（以下Ａｌｑ3）を用いることができ、その他にも下記の材料を用いることができる。
【００３２】
【化６】
0004143181.tif 000007
【００３３】
【化７】
0004143181.tif 000008
【００３４】
【化８】
0004143181.tif 000009
【００３５】
【化９】
0004143181.tif 000010
【００３６】
また、以下に示されているようなドーパンド色素を電子輸送層５、あるいは正孔輸送層４にドーピングすることもできる。
【００３７】
【化１０】
0004143181.tif 000011
【００３８】
各層の膜厚等は、特に限定されないが、感光体と感度の合ったスペクトルを取り出せるように最適化することが望ましい。
【００３９】
尚、逆の積層順、即ち基板上に陰極層、有機化合物層、陽極層、半透明反射層を順次積層し、最後にマイクロレンズを形成して発光素子アレイを構成してもよい。
【００４０】
以下、本発明の発光素子アレイの作製工程の一例を図２に沿って説明する。
【００４１】
ａ）マイクロレンズ２の作製（図２（ａ））
マイクロレンズ２は、発光部に対応する部分の基板１をイオン交換することにより形成することができる。
【００４２】
まず、基板１の両面を十分に洗浄する。次に、基板１全体をＴｉなどのイオン非透過性の膜によってマスクする。イオン拡散面のＴｉにフォトリソエッチング法により所望の直径、中心間隔で開口部列を形成する。この基板をイオン交換処理を行うため、例えばＴｌＮＯ3とＫＮＯ3の混合溶融塩、Ａｇ+、Ｔｌ+などの硝酸塩、硫酸塩などの溶融塩に浸し、半球状のマイクロレンズ２を形成する。
【００４３】
この際、マイクロレンズ２の屈折率分布を何段階かに分けて形成しても良い。
【００４４】
また、マイクロレンズ２の形成方法は特に限定されず、後述する実施例に示すように、フォトレジストを用いる方法、レプリカ法等により形成してもよい。
【００４５】
ｂ）図２（ｂ）に示すように、マイクロレンズ２の形成された面上にスパッタ法により、複数層よりなる半透明反射層７を形成する。
【００４６】
ｃ）図２（ｂ）に示すように、マイクロレンズ２に対応する部分に陽極層３がのるように、ライン幅、ピッチを調整して金属マスクを被せて、スパッタ法により所定の厚さに陽極層３を形成する。
【００４７】
ｄ）図２（ｄ）に示すように、正孔輸送層４、電子輸送層５を順次真空蒸着法により蒸着する。
【００４８】
ｅ）図２（ｅ）に示すように、所望のライン幅の金属マスクをマイクロレンズ２の列に重なるようにして被せ、陰極層６を形成する。
【００４９】
本発明の画像形成装置の一例として、電子写真方式を用いた画像形成装置の概略構成図を図３に示す。
【００５０】
２１１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体、２１２は帯電手段、２１３は現像手段、２１４は転写手段、２１５は定着手段、２１６はクリーニング手段である。
【００５１】
露光Ｌとしては、本発明の露光装置（不図示）を用いる。露光装置には駆動用ドライバが接続され、陽極層をプラス、陰極層をマイナスにして直流電圧を印加すると、発光部から緑色の発光が得られ、感光体２１１上に結像させることができ、良好な画像を得ることができる。
【００５２】
感光体２１１上を帯電手段２１２により一様に帯電する。この感光体２１１の帯電面に対して出力される目的の画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して露光装置による露光Ｌがなされ、感光体２１１の周面に対して目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。その静電潜像は絶縁トナーを用いた現像手段２１３によりトナー像として現像される。一方、給紙部（不図示）から記録材としての転写材ｐが供給されて、感光体２１１と、これに所定の押圧力で当接させた接触転写手段との圧接ニップ部（転写部）Ｔに所定のタイミングにて導入され、所定の転写バイアス電圧を印加して転写を行う。
【００５３】
トナー画像の転写をうけた転写材Ｐは感光体２１１の面から分離されて熱定着方式等の定着手段２１５へ導入されてトナー画像の定着をうけ、画像形成物（プリント）として装置外へ排出される。また転写材Ｐに対するトナー画像転写後の感光体面はクリーニング手段２１６により残留トナー等の付着汚染物の除去をうけて清掃され繰り返して作像に供される。
【００５４】
本発明の画像形成装置の他の例として、電子写真方式を用いた多色画像形成装置の概略構成図を図４に示す。
【００５５】
Ｃ１〜Ｃ４は帯電手段、Ｄ１〜Ｄ４は現像手段、Ｅ１〜Ｅ４は本発明の露光手段、Ｓ１〜Ｓ４は現像スリーブ、Ｔ１〜Ｔ４は転写ブレード、ＴＲ１〜ＴＲ２はローラ、ＴＦ１は転写ベルト、Ｐは転写紙、Ｆ１は定着器、３０１〜３０４は回転ドラム型の電子写真感光体である。
【００５６】
転写紙Ｐは矢印方向に搬送され、ローラＴＲ１、ＴＲ２に懸架された転写ベルトＴＦ１上に導かれ、転写ベルトＴＦ１により感光体３０１と転写ブレードＴ１に挟持されるように設定されたブラック転写位置へと移動する。この時、感光体３０１はドラム周上に配置された、帯電手段Ｃ１、露光手段Ｅ１、現像手段Ｄ１の現像スリーブＳ１により電子写真プロセスにより所望のブラックのトナー画像を有していて、転写紙Ｐにブラックトナー画像の転写が行われる。
【００５７】
転写紙Ｐは転写ベルトＴＦ１により、感光体３０２と転写ブレードＴ２に挟持されるように設定されたシアン転写位置、感光体３０３と転写ブレードＴ３に挟持されるように設定されたマゼンタ転写位置、感光体３０４と転写ブレードＴ４に挟持されるように設定されたイエロー転写位置へと移動し、それそれの転写位置で、ブラック転写位置と同様の手段により、シアントナー画像、マゼンタトナー画像、イエロートナー画像の転写が行われる。
【００５８】
この時、各感光体３０１〜３０４が良好な回転を行っているので、各記録間では、画像のレジストレーションが良好に行える。以上のプロセスにより多色記録を行った転写紙Ｐは定着器Ｆ１に供給され定着を行い所望の多色画像を得ることができる。
【００５９】
【実施例】
（実施例１＜参考例＞）
図２に示す手順で図１に示す発光素子アレイを作製した。
【００６０】
透明絶縁性の基板１は各発光部に対応した部分にイオン交換法によりマイクロレンズ２が形成されており、その上には誘電層７、陽極層３、正孔輸送層４、発光層を兼ねた電子輸送層５、そして陰極層６が積層されている。
【００６１】
まず、基板１のマイクロレンズ２の作成方法について説明する。
【００６２】
本実施例では、透明絶縁性の基板１としてソーダライムガラス基板を用いた。このガラス基板の両面を十分に洗浄する。
【００６３】
次に、ガラス基板全体をＴｉ膜によってマスクする。イオン拡散面のＴｉにフォトリソエッチング法により直径３０μｍで中心間隔が８０μｍの開口部列を形成する。
【００６４】
この基板をイオン交換を行うためＴｌＮＯ3とＫＮＯ3の混合溶融塩に浸し、直径がほぼ７０μｍの半球状の屈折率領域（マイクロレンズ）２を形成する。
【００６５】
次に、発光素子アレイの作成方法について説明する。
【００６６】
マイクロレンズ２の形成された面上にスパッタ法により、層厚９３ｎｍのＳｉＯ2層２１及び層厚５９ｎｍのＴｉＯ2層２２を交互に積層し、半透明反射層２を形成する。
【００６７】
次に陽極層３としてＩＴＯを形成する。マイクロレンズ２に対応する部分にＩＴＯがのるように、ライン幅５０μｍ、ピッチ８０μｍの金属マスクを被せてＩＴＯをスパッタ法により６０ｎｍ形成する。
【００６８】
次に、正孔輸送層４としてＴＰＤを、電子輸送層５としてＡｌｑ3を順次真空蒸着法によりそれぞれ４０ｎｍ、５０ｎｍ蒸着する。なお、蒸着時の真空度は２〜３×１０-6Ｔｏｒｒであり、成膜速度は０．２〜０．３ｎｍ／ｓとした。
【００６９】
最後に、ライン幅４０μｍの金属マスクを陽極層２と直交し、マイクロレンズ２の列に重なるようにして被せ、陰極層６としてＭｇとＡｇと１０：１の蒸着速度比で共蒸着し、Ｍｇ／Ａｇが１０／１の合金を２００ｎｍ形成する。このとき、成膜速度は１ｎｍ／ｓとした。
【００７０】
マイクロレンズ２の開口面積は発光部の面積よりも大きくし、発光した光を効率よく得るようにしている。
【００７１】
このようにして得られた発光素子アレイに、陽極層であるＩＴＯ電極をプラス、陰極層であるＭｇ／Ａｇ電極をマイナスにして直流電圧を印加すると、ＩＴＯ電極とＭｇ／Ａｇ電極が交差している部分から緑色の発光が得られた。
【００７２】
この発光素子アレイ、及び半透明反射層・有機化合物層等の厚みをかえた発光素子アレイ（比較例）に駆動用ドライバを接続し、電子写真用の光源として感光体に書込みを行い、実際に画像を出力した。図５に、感光体の感度特性と発光素子アレイの発光スペクトルを示す。
【００７３】
図５に示すように、実施例１の発光素子アレイは、感光体の感度の半値幅域内に発光ピーク波長を有し、良好な画像を得ることができた。一方、比較例の発光素子アレイは、発光ピークが感光体の感度の半値幅域内にはないため、感光体の電位を所望の電位まで下げることができず、画像がぼけてしまい良好な画像を得ることができなかった。
【００７４】
更に、発光ピーク波長の異なる数種類の発光素子アレイを作製し、画像出力を行ったところ、良好な画像を得るためには、少なくとも感光体の感度の半値幅域内に発光ピーク波長を有することが必要であった。感光体の感度の半値幅域内に発光ピーク波長を有さなくても駆動電圧を高くすることで良好な画像を得られるようになるが、この場合には素子寿命が短くなるという問題が生じて好ましくない。
【００７５】
この様にマイクロレンズ及び光共振器構造を有する発光素子アレイを用いることで、光の拡散が抑えられ、露光スポットの広がりを少なくすると同時にマイクロレンズにより感光体上に結像することが可能となった。また、発光波長の半値幅を狭くすると同時にピーク波長の出力を強めることができるので、発光光量を効率よく利用することが可能となった。
【００７６】
本実施例においては、３００ｄｐｉの発光素子アレイを作成したが、電極幅を変更することで、任意の大きさの発光点を得ることが可能である。
【００７７】
（実施例２）
図６は本実施例の発光素子アレイの断面図である。
【００７８】
基板１としてのガラス基板には各発光部に対応した部分に凸レンズ形状を有するマイクロレンズ２４が形成されており、その上には半透明反射層７、陽極層３、正孔輸送層４、発光層を兼ねた電子輸送層５、そして陰極層６が積層されている。
【００７９】
まず、ガラス基板上のマイクロレンズ２４の作成方法について説明する。
【００８０】
レンズを形成するための材料としては、通常の紫外、遠紫外用フォトレジストがあり、特にポリメチルメタクリレート系、ＰＭＩＰＫ系、ポリグリシルメチルアクリレート系、フェノールノボラック系等のポジ型遠紫外用フォトレジストが、比較的低温で軟化して、集光レンズ形状を形成し易いので望ましい。
【００８１】
ガラス基板上に上記したようなフォトレジストを塗布等の方法により積層し、フォトリソ法により直径７０μｍで中心間隔が８０μｍになるように、フォトレジスト層をリフトオフ法やドライエッチング法等のパターン形成法を用いてパターニングする。このパターニングされたフォトレジストをアニーリングによって、軟化、流動化させ、円弧状のマイクロレンズ２４を形成する。
【００８２】
次に、実施例１と同様にして半透明反射層７を形成した後、マイクロレンズ２４に対応するように、ライン幅５０μｍ、ピッチ８０μｍの金属マスクを被せて陽極層３としてＩＴＯをスパッタ法により６０ｎｍ形成する。
【００８３】
次に、実施例１と同様に正孔輸送層４としてＴＰＤを、電子輸送層５としてＡｌｑ3を順次真空蒸着法により蒸着する。なお、蒸着時の真空度は２〜３×１０-6であり、成膜速度は０．２〜０．３ｎｍ／ｓとした。
【００８４】
最後に、ライン幅４０μｍの金属マスクをマイクロレンズ２４の列に重なるようにして被せ、陰極層６としてＭｇとＡｇを１０：１の蒸着速度比で共蒸着し、Ｍｇ／Ａｇが１０／１の合金を２００ｎｍ形成する。このとき、成膜速度は１ｎｍ／ｓとした。
【００８５】
このようにして得られた発光素子アレイに駆動用ドライバを接続し、電子写真用の光源として用いた。実施例１と同様にＩＴＯ電極とＭｇ／Ａｇ電極を交差している部分から緑色の発光が得られ、半透明反射層７、マイクロレンズ２４を通して感光ドラム面上に結像させることができ、良好な画像を得ることができた。
【００８６】
この様に、発光素子アレイに光共振器構造を持たせることにより、低電力で高精細な画像が得られる光プリンタヘッドの実現が可能となった。
【００８７】
（実施例３＜参考例＞）
図８に示す手順で図７に示す有機ＬＥＤアレイを作製した。
【００８８】
基板１としてのガラス基板上には各発光部に対応した部分に凸レンズ形状を有するマイクロレンズ２５が形成されており、基板１に対しマイクロレンズ２５と反対側の面に半透明反射層７、陽極層３、正孔輸送層４、発光層を兼ねた電子輸送層５、そして陰極層６が積層されている。
【００８９】
まず、ガラス基板上のマイクロレンズ２５の作成方法について説明する。図８（ａ）に示すように、マイクロレンズ２５はレプリカ法により開口部の直径が７５μｍ、中心間隔が８０μｍのアレイを形成する。そして、実施例１と同様にしてマイクロレンズ２５と反対側の面に半透明反射層７を形成する。
【００９０】
図８（ｂ）に示す様に、マイクロレンズ２５を形成した面と反対側の面に、マイクロレンズ２５に対応するように、ライン幅５０μｍ、ピッチ８０μｍの金属マスクを被せて陽極層３としてＩＴＯをスパッタ法により６０ｎｍ形成する。
【００９１】
次に、図８（ｃ）に示すように、実施例１と同様に正孔輸送層４としてＴＰＤを、電子輸送層５としてＡｌｑ3を順次真空蒸着法により蒸着する。
【００９２】
最後に、図８（ｄ）に示すように、ライン幅４０μｍの金属マスクをマイクロレンズ２５の列に重なるようにして被せ、陰極層６としてＭｇとＡｇを１０：１の蒸着速度比で共蒸着し、Ｍｇ／Ａｇが１０／１の合金を２００ｎｍ形成する。
【００９３】
このようにして得られた有機ＬＥＤアレイに駆動用ドライバを接続し、電子写真用の光源として用いることで、良好な画像が得ることができた。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高速、小型、低コスト、高精細であると同時に発光素子の発光した光量を効率よく利用可能な光プリンタヘッド等の露光装置及び画像形成装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子アレイの一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の発光素子アレイの作製工程の一例を示す図である。
【図３】本発明の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図４】本発明の画像形成装置の他の例を示す概略構成図である。
【図５】実施例１の感光体の分光感度と発光素子アレイの発光波長の関係を示すグラフである。
【図６】実施例２における発光素子アレイを示す断面図である。
【図７】実施例３における発光素子アレイを示す断面図である。
【図８】実施例３における発光素子アレイの作製工程を示す図である。
【符号の説明】
１  基板
２、２４，２５  マイクロレンズ
３  陽極層
４  正孔輸送層
５  電子輸送層
６  陰極層
７  半透明反射層
８  有機化合物層
７１  ＳｉＯ2層
７２  ＴｉＯ2層
【図１】
0004143181.tif 000012
【図２】
0004143181.tif 000013
【図３】
0004143181.tif 000014
【図４】
0004143181.tif 000015
【図５】
0004143181.tif 000016
【図６】
0004143181.tif 000017
【図７】
0004143181.tif 000018
【図８】
0004143181.tif 000019