CN110816075B - 印刷头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高了曝光特性的印刷头。该印刷头(1)具备：导光部(10)，具有呈格子状的遮光部(11)及被该遮光部(11)区划的多个导光路(12)；及发光元件阵列(20)，排列有多个发出入射于各导光路(12)的光的有机EL发光元件(21)。在印刷头(1)中，导光部(10)的多个导光路(12)设计成30μm以下的相同宽度(W12)，从而实现了作为曝光特性之一的曝光不均的降低。

Description

印刷头
技术领域
本发明涉及一种印刷头。
背景技术
近年来，正在推进将有机EL元件等发光元件用于光源的印刷头的开发。在光学系统印刷头中，作为用于使光源的光成像的光学系统，通常使用SELFOC镜阵列(SELFOC为Nippon Sheet Glass Company,Ltd的注册商标)等的GRIN透镜。
专利文献1：日本特开2000-156285号公报
然而，GRIN透镜具有比较大的尺寸，且在发光元件形成于基板上的情况下，其需要设置于与形成有发光元件的基板面(表面)相反的一侧的基板面(背面)，因而会导致印刷头的尺寸变大。
发明人等对印刷头的小型化进行了研究，得到了通过使用具有格子状剖面的遮光部的部件代替GRIN透镜能够获得大致平行光的见解。
发明人等对具有格子状剖面的遮光部的部件进行了进一步研究，新发现了能够提高曝光特性的技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高了曝光特性的印刷头。
本发明的一种实施方式所涉及的印刷头是一种发出成像用光的印刷头，其具备：导光部，沿着第1方向延伸，并且具有从第1方向观察时呈格子状的遮光部及被该遮光部区划的多个导光路，或者具有从第1方向观察时并列配置或交错配置的多个导光路及区划该导光路的遮光部，遮光部和导光路沿着与第1方向正交的第2方向交替排列；及发光元件阵列，在第1方向上位于导光部的一侧，且沿着第2方向等间隔排列有多个发出入射于各导光路的光的发光元件，多个导光路在第2方向上具有30μm以下的相同宽度。
发明人等新发现若将导光部的多个导光路设为30μm以下的相同宽度，则曝光不均会降低，印刷头的曝光特性会提高。
本发明的另一实施方式所涉及的印刷头中，多个导光路的宽度为10μm以上。此时，在曝光中可获得实用上充分的光量。
本发明的另一实施方式所涉及的印刷头中，在第2方向上相邻的导光路之间的部分的遮光部的宽度为15μm以下。
本发明的另一实施方式所涉及的印刷头中，导光路的与第1方向正交的剖面上的剖面形状为正圆形形状或多边形形状。
本发明的另一实施方式所涉及的印刷头中，发光元件为有机EL发光元件。
根据本发明的上述实施方式，提供一种提高了曝光特性的印刷头。
附图说明
图1是表示实施方式所涉及的印刷头的剖视图。
图2是表示图1的导光部的立体图。
图3是表示导光路的宽度与灰度比之间的关系的模拟试验结果的曲线图。
图4是表示导光路的宽度与灰度比之间的关系的实测数据的曲线图。
图5是表示导光路的宽度与光量传递效率之间的关系的曲线图。
图6是表示不同的形态的导光部的剖视图。
图7是表示不同的形态的导光部的剖视图。
图中：1-印刷头，10-导光部，10a、10b-端面，11-遮光部，12-导光路，20-发光元件阵列，21-有机EL发光元件，22-基体。
具体实施方式
以下，参考附图，对本发明的优选实施方式进行详细说明。另外，在以下说明中，对相同要件或具有相同功能的要件使用相同的符号，并省略重复说明。
如图1所示，实施方式所涉及的印刷头1具备导光部10及发光元件阵列20。
如图1及图2所示，导光部10具有四方柱状的外形，并且沿着一方向延伸。在以下的说明中，将导光部10的延伸方向称为Z方向(第1方向)，将与Z方向正交的四边形剖面中的沿着导光部10的一边的方向称为X方向(第2方向)，将该四边形剖面中与X方向正交的方向称为Y方向。
导光部10具备遮光部11及多个导光路12。
遮光部11由多个隔壁11a及多个外周壁11b构成。遮光部11由高遮光性的材料(例如，黑色矩阵材料或电镀材料等)构成。从Z方向观察时，遮光部11呈格子状，更具体而言呈方格格子状。换言之，在导光部10的XY剖面(及端面)上，并列配置有具有正方形形状的多个导光路12。本实施方式中，遮光部11包含沿着X方向排列的四个隔壁11a、沿着Y方向排列的四个隔壁11a及构成导光部10的外周面的四个外周壁11b，从而呈五行五列的格子状。遮光部11的格子的行及列的数量可以适当增减。
导光路12是被遮光部11区划的空隙(气隙)。本实施方式中，导光部10包含二十五个导光路12。遮光部11的相邻的隔壁11a之间的间隔(及隔壁11a与外周壁11b之间的间隔)设计成均等，导光路12均具有相同的开口尺寸及剖面尺寸。导光部10中，在其端面及XY剖面中，沿着X方向交替排列有遮光部11的隔壁11a与导光路12，沿着Y方向交替排列有遮光部11的隔壁11a与导光路12。
本实施方式中，导光部10在Z方向上的长度L1为100～300μm(例如，150μm)。导光部10在X方向上的长度L2及Y方向上的长度L3根据遮光部11的格子的行及列的数量而发生变化，可设计成与发光元件阵列20的尺寸相同或比发光元件阵列20的尺寸更长。
并且，本实施方式中，沿X方向排列的各隔壁11a的宽度W11设计成15μm以下，例如10μm。关于沿Y方向排列的各隔壁11a，也设计成与沿X方向排列的各隔壁11a的宽度W11相同的宽度。而且，本实施方式中，各导光路12在X方向上的宽度W12设计成10μm以上且30μm以下，例如15μm。关于各导光路12在Y方向上的宽度，设计成与宽度W12相同的宽度。
本实施方式中，导光部10在Z方向上的长度L1设计成导光路12的宽度W12的10倍。
并且，在遮光部11的各导光路12中可填充有透光性部件。各导光路12可被透光性部件填满。
导光部10的遮光部11例如可以通过注塑成型形成。此时，作为遮光部11的构成材料，可使用具有遮光性的树脂。也可在通过注塑成型形成遮光部11之后，利用光刻技术或纳米压印技术将上述透光性部件的一种(即，具有透光性的树脂)填充于各导光路12中。并且，导光部10的遮光部11可以利用MEMS技术形成。此时，作为遮光部11的构成材料，可使用硅。也可在利用MEMS技术形成遮光部11之后，利用光刻技术或纳米压印技术将上述透光性部件的一种(即，具有透光性的树脂)填充于各导光路12中。
形成各导光路12被透光性部件填充的结构的导光部10时，可以在形成透光性部件之后形成遮光部11。例如，利用光刻技术或纳米压印技术将上述透光性部件的一种(即，具有透光性的树脂)成型为导光路12的形状。在将透光性部件成型之后，将高遮光性的材料浇注到透光性部件的间隙来形成遮光部11。此时，作为遮光部11的构成材料，可使用黑色树脂。
如图1所示，在导光部10的一个端面10a(图1中的下端面)侧配置有基体22。基体22具有平板状的形状，且由具有透光性的材料构成。本实施方式中，基体22是玻璃基板。关于基体22的厚度(即，Z方向上的长度)，例如为0.1mm。基体22的一个侧面22a与导光部10的端面10a相对并且与端面10a相接。
基体22的另一侧面22b上设置有发光元件阵列20。发光元件阵列20由等间隔排列的多个有机EL发光元件21构成。另外，图1中，示出了沿X方向排列的有机EL发光元件21，但是，发光元件阵列20的有机EL发光元件21在X-Y面内也可以格子状或交错状排列。本实施方式中，在X方向上相邻的有机EL发光元件21的分隔宽度W21为80μm，有机EL发光元件21在X方向上的宽度W22为80μm。发光元件阵列20的宽度W23可以设计成比导光部10的宽度(相当于图2的L2)窄。从Z方向观察时，各有机EL发光元件21可以是正方形形状、长方形形状或多边形形状(例如，八边形形状)。
有机EL发光元件21例如为产生单色白光的有机EL发光元件。有机EL发光元件21具有有机EL层在其厚度方向(基体22的厚度方向。Z方向)上被一对电极夹持的结构。一对电极中的导光部10侧的电极例如为由ITO(氧化铟锡)或IZO(氧化铟锌)等构成的透明电极。有机EL层是至少包含通过注入电子及空穴而发光的有机化合物(发光材料)。有机化合物可以是低分子化合物，也可以是高分子化合物。有机EL层除了具有包含上述发光材料的发光层以外，还可以具有电子注入层、电子传输层、空穴注入层、空穴传输层等。并且，有机EL层的发光材料也可以是荧光材料，还可以是磷光材料。另外，图1中，省略了向各有机EL发光元件21供给驱动电力的配线及驱动电路等。
导光部10的另一个端面10b(图1中的上端面)被薄膜24覆盖。设置薄膜24的目的在于抑制尘埃进入导光部10的内部。也可以适当省略薄膜24。
印刷头1还具备在基体22的一侧面22a上包围导光部10的周围的保持部件26。保持部件26在导光部10的周围保持导光部10。保持部件26设置成与导光部10的端面10b处于同一水平面的高度。保持部件26可以由具有遮光性的材料构成，或可以由具有透光性的材料(例如，环氧树脂或丙烯树脂等透光性树脂材料)构成。在保持部件26具有透光性时，保持部件26可以由与填充于导光路12的透光性部件相同的材料构成。另外，印刷头1也可以不具备保持部件26。
上述印刷头1中，若向光源(即，发光元件阵列20)的各有机EL发光元件21供给驱动电力，则从各有机EL发光元件21发出光。从有机EL发光元件21发出的光经由基体22从导光部10的一个端面10a侧入射于各导光路12。入射于导光路12的光中只有与导光路12的延伸方向(即，Z方向且导光部10的延伸方向)平行的光或接近平行的光有选择性地通过导光路12，并从导光部10的另一个端面10b射出。换言之，从发光元件阵列20入射于导光路12的光通过导光路12而变成与导光路12的延伸方向大致平行的光，指向性得到提高。即，高指向性的光从导光部10的端面10b射出。
印刷头1的曝光对象(未图示)配置于与导光部10的端面10b相对的位置。高指向性的光从印刷头1照射到曝光对象。从实现高分辨率的观点考虑，曝光对象与导光部10的端面10b靠近配置，作为一例，相对于导光部10的端面10b靠近配置成相隔100μm左右。曝光对象可以配置成与薄膜24相接。
上述印刷头1中，导光部10的多个导光路12设计成15μm的相同宽度，因此，实现了高曝光特性。具体而言，导光部10的多个导光路12设计成30μm以下的相同宽度，因而实现了曝光特性之一的曝光不均的降低。并且，导光部10的多个导光路12设计成10μm以上的相同宽度，因而获得了足够的曝光特性之一的光量。
在此，参考图3至图5对印刷头1中的曝光特性进行说明。
关于曝光特性之一的曝光不均，发明人等通过模拟试验确认了导光路12的宽度W12与灰度比之间的关系。模拟试验中，利用光学系统分析软件，通过蒙特卡洛法(MonteCarlo)进行了光线追迹计算。模拟试验中，将曝光对象与导光路12之间的分隔距离(即，曝光对象与导光部10的端面10b之间的分隔距离)设为100μm。模拟试验结果如图3所示。图3的曲线图中，横轴表示在X方向(主扫描方向)上的位置[μm]，纵轴表示灰度比。图3中(a)中，以实线表示导光路12的宽度W12为20μm时的灰度比，以虚线表示导光路12的宽度W12为30μm时的灰度比。图3中(b)中，以单点划线表示导光路12的宽度W12为40μm时的灰度比，以双点划线表示导光路12的宽度W12为50μm时的灰度比。
从图3中(a)的曲线图确认到了如下内容：在导光路12的宽度W12为20μm及30μm的情况下，曝光不均(条斑)的周期变短(大致80μm)。另一方面，从图3中(b)的曲线图确认到如下内容：导光路12的宽度W12为40μm及50μm的情况下，曝光不均的周期变长(大致230μm)。
图4的曲线图是表示导光路12的宽度W12与灰度比之间的关系的实测数据。图4的曲线图中，横轴表示X方向上的位置[mm]，纵轴表示灰度比。图4中，以实线表示导光路12的宽度W12为20μm时的灰度比，以虚线表示导光路12的宽度W12为30μm时的灰度比，以单点划线表示导光路12的宽度W12为50μm时的灰度比。
从图4的曲线图也确认到了如下内容：导光路12的宽度W12为30μm以下时，几乎不产生曝光不均，但导光路12的宽度W12超过30μm时(即，50μm宽度时)，会产生大周期的曝光不均。
从以上结果确认到了如下内容：通过将导光路12的宽度W12设计成30μm以下，与导光路12的宽度W12超过30μm的情况相比，曝光不均的周期缩短为1/3左右。即，根据导光路12的宽度W12为30μm以下的印刷头1，能够实现高曝光特性。
上述曝光不均起因于隔壁11a的阴影，在有机EL发光元件21的宽度W22与导光路12的宽度W12一致并且有机EL发光元件21的分隔宽度W21与隔壁11a的宽度W11一致而且有机EL发光元件21与导光路12完全对位的情况下不会产生曝光不均，而在此以外的情况下则会产生曝光不均。因此，在像上述实施方式那样有机EL发光元件21具有比导光路12的宽度W12更宽的宽度W22的情况下，产生曝光不均。并且，即使是有机EL发光元件21具有与导光路12的宽度W12相同的宽度W22的情况下，经由基体22将有机EL发光元件21与导光路12精密地对位极其困难，因此也会产生曝光不均。而且，在像上述实施方式那样曝光对象与导光部10靠近配置的情况下，分辨率会提高，但容易产生曝光不均。上述印刷头1在产生曝光不均的条件下能够有效地降低曝光不均。
并且，关于曝光特性之一的光量，发明人等通过模拟试验确认了导光路12的宽度W12与光量传递率之间的关系。测定结果如图5所示。图5的曲线图中，横轴表示导光路12的宽度W12[μm]，纵轴表示光量传递率[％]。
从图5的曲线图确认到导光路12的宽度W12越宽，光量传递率越高(单调递增)。换言之，若导光路12的宽度W12变窄而开口率(XY剖面中的导光路12的面积比例)下降，则光量传递率下降，其结果，会导致像变暗。为了获得在实用上充分明亮的像，需要约3.3％以上的光量传递率。如图5的曲线图所示，光量传递率成为3.3％的导光路12的宽度W12为10μm，因此，通过将导光路12的宽度W12设计成10μm以上，可获得实用上充分的光量。即，根据导光路12的宽度W12为10μm以上的印刷头1，能够实现更高的曝光特性。
另外，通过使曝光对象远离导光部10或在曝光对象与导光部10之间配置扩散板或透镜等光学组件，也能够降低上述曝光不均。然而，此时，会产生分辨率的下降或装置的大型化、组件件数的增加、制造工序的复杂化等不良情况。即，上述印刷头1避免了分辨率的下降或装置的大型化、组件件数的增加、制造工序的复杂化等不良情况并且实现了曝光不均的降低。
本发明的印刷头并不只限于上述实施方式，其可以进行其他各种变形。
例如，从有机EL发光元件发出的光也可以是红色光或蓝色光等单色光而不是白色光。并且，构成发光元件阵列的发光元件并不只限于有机EL发光元件，也可以是液晶元件或荧光显示管。在发光元件与基体之间也可以配置有滤色器，从而能够使用发出单色白光的发光元件并且从导光部10的端面10b射出彩色化的光。例如，通过利用滤色器彩色化为RGB各颜色，能够从导光部10的端面10b射出全彩色的光。
而且，基体22除了可以使用玻璃基板以外，还可以使用硅基板或塑料基板。基体22可以具有挠性，此时，例如可以使用PET薄膜(聚对苯二甲酸乙二酯薄膜)或PI薄膜(聚酰亚胺薄膜)等树脂薄膜。
并且，导光部的导光路的开口形状及剖面形状并不只限于正方形，也可以是长方形或带状、线状、除了四边形以外的多边形、圆形、椭圆形等。而且，从导光部的延伸方向观察时，导光部的导光路可以交错配置。并且，导光部的导光路的数量或发光元件的数量可以进行适当增减。而且，在导光部的导光路的内壁面，为了抑制内壁面上的反射，可以设置通过电镀或热处理等而形成的防反射膜。
导光部可以为如图6及图7所示的形态。图6及图7均示出了与导光路的延伸方向(Z方向)正交的XY剖面上的导光部的剖面形状。
在图6所示的导光部10中，在剖面(及端面)上，多个导光路12隔着规定间隔(例如10μm)并列配置。图6中(a)所示的导光部10的各导光路12具有正圆形状的剖面形状(作为一例，直径为30μm)，图6中(b)所示的导光部10的各导光路12具有六边形的剖面形状(作为一例，宽度为30μm)。
在图7所示的导光部10中，在剖面(及端面)上，多个导光路12隔着规定间隔(例如10μm)交错配置。图7中(a)所示的导光部10的各导光路12具有正圆形状的剖面形状(作为一例，直径为30μm)，图7中(b)所示的导光部10的各导光路12具有六边形的剖面形状(作为一例，宽度为30μm)，图7中(c)所示的导光部10的各导光路12具有正方形的剖面形状(作为一例，为30μm见方)。

Claims (6)

1.一种印刷头，其发出成像用光，该印刷头的特征在于，具备：
导光部，其沿着第1方向延伸，并且具有从所述第1方向观察时呈格子状的遮光部及被该遮光部区划的多个导光路，或者具有从所述第1方向观察时并列配置或交错配置的多个导光路及区划该导光路的遮光部，所述遮光部和所述导光路沿着与所述第1方向正交的第2方向交替排列；及
发光元件阵列，其在所述第1方向上位于所述导光部的一侧，且沿着所述第2方向等间隔排列有多个发出入射于所述各导光路的光的发光元件，
所述多个导光路在所述第2方向上具有30μm以下的相同宽度,
所述第2方向上的所述发光元件的宽度大于所述导光路的宽度，并且所述发光元件横跨在多个所述导光路上。
2.根据权利要求1所述的印刷头，其特征在于，
所述多个导光路的宽度为10μm以上。
3.根据权利要求1所述的印刷头，其特征在于，
在所述第2方向上相邻的所述导光路之间的部分的所述遮光部的宽度为15μm以下。
4.根据权利要求1所述的印刷头，其特征在于，
所述导光路的与所述第1方向正交的剖面上的剖面形状为正圆形形状。
5.根据权利要求1所述的印刷头，其特征在于，
所述导光路的与所述第1方向正交的剖面上的剖面形状为多边形形状。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的印刷头，其特征在于，
所述发光元件为有机EL发光元件。
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