JP2004195676A

JP2004195676A - Organic el array exposure head and image formation device using it

Info

Publication number: JP2004195676A
Application number: JP2002363748A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Nojima; 重男野島; Masatoshi Yonekubo; 政敏米窪
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2004-07-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact exposure head and an image formation device using the same which is adapted to efficiently condense a luminous flux from each element of an organic EL array onto an image carrier such as a photoreceptor without causing crosstalk, by arranging a ball lens corresponding to each element, and which can obtain a sufficient resolution. <P>SOLUTION: The exposure head has the array of organic EL elements arranged in the shape of at least one array of pixels on a long substrate 3. The ball lens 10 is disposed in contact with a light emitting part 2 of each organic EL element at an alignment position corresponding to each of the light emitting parts 2 at an emission side of the array of the organic EL elements. The ball lens 10 is constituted of a transparent material of a refractive index of 2 or more. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

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θ_c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、θ_c＞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）＝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。）。
【００４１】
点（光源）Ａ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。
【００４２】

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（４））をこの全光量πＩ₀で除すと、

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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an organic EL array exposure head and an image forming apparatus using the same, and more particularly, to a configuration of an organic EL array exposure head that enables efficient use of light emission from each element of the organic EL array, and an exposure head thereof. The present invention relates to an image forming apparatus used.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various proposals have been made for using an organic EL array as an exposure head for an image forming apparatus. The related items are as follows.
[0003]
In Patent Document 1, a light-collecting 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 a 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 for forming an image of a 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 an upper surface of a substrate by an ion exchange method, or a microlens is formed on a rear surface of a substrate by a method using a photoresist or a replica method, and has a resonator structure in alignment with the microlens. An organic EL array is deposited by evaporation.
[0006]
Patent Document 4 relates to a method for manufacturing an active matrix type organic EL display, in which an organic light emitting layer is formed on a glass substrate having a thin film transistor by an inkjet method.
[0007]
In Patent Literature 5, a hole injection layer and an organic light emitting layer of an organic EL element are formed by providing a partition and applying by an inkjet method.
[0008]
In Patent Document 6, a printer is formed by forming a light emitting layer and a TFT layer for controlling the light emission inside a photosensitive drum.
[0009]
In addition to the organic EL array, various proposals have been made to use an LED array or a liquid crystal shutter array as an exposure head for an image forming apparatus. In these cases, too, a light emitting portion of the LED array or a shutter portion of the liquid crystal shutter array is used. Many light-condensing rod lens arrays have been proposed for condensing the light beam on the photosensitive drum.
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-10-55890
[0011]
[Patent Document 2]
JP-A-11-198433
[0012]
[Patent Document 3]
JP 2000-77188 A
[0013]
[Patent Document 4]
JP-A-10-12377
[0014]
[Patent Document 5]
JP 2000-323276 A
[0015]
[Patent Document 6]
JP 2001-18441 A
[0016]
[Patent Document 7]
JP 2000-353594 A
[0017]
[Non-patent document 1]
8th Electronic Display Forum (2001.4.1.18) "Polymerized Organic EL Display"
[0018]
[Non-patent document 2]
Published by the Photographic Society of Japan and the Imaging Society of Japan, “Fine Imaging and Hardcopy”, edited by the Publishing Committee, 1999.1.7 (Corona Co., Ltd.) p. 43
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
In the prior art described above, when the organic EL array is used for an exposure head of a printer of an electrophotographic system or the like, a light-condensing rod lens is used to condense a light beam from an organic EL element light emitting portion of the organic EL array on a photosensitive drum. When an array is used, the optical path length increases and the size increases, and the light-condensing rod lenses are not arranged one-to-one with respect to each light-emitting portion, so that periodic light quantity unevenness occurs. The cost is unavoidable due to the high manufacturing cost of rod lenses. Further, in the case of using a microlens, crosstalk is likely to occur not at the microlens corresponding to each light emitting unit but at a pixel position which does not correspond via the microlens adjacent to the microlens, resulting in a reduction in resolution.
[0020]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such problems of the related art, and has as its object to arrange ball lenses corresponding to individual elements of an organic EL array to crosstalk light beams from the respective elements. An object of the present invention is to provide a small exposure head capable of efficiently condensing light on an image carrier such as a photoconductor without obtaining a sufficient resolution and an image forming apparatus using the same.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
An organic EL array exposure head according to the present invention that achieves the above object includes an organic EL element array arranged in at least one row of pixels on a long substrate, and a light emitting side of the organic EL element array. A ball lens is arranged at an alignment position corresponding to each light emitting portion of each organic EL element,
When the distance between the light emitting layer surface of the light emitting portion of each organic EL element and the top of the incident side surface of the ball lens aligned and arranged corresponding to the light emitting portion is D, and the diameter of the ball lens is m. ,
0 ≦ D ≦ 0.07m (8)
The ball lens is arranged so as to satisfy the following.
[0022]
In this case, it is desirable that the ball lens is made of a transparent material having a refractive index of 2 or more.
[0023]
Another organic EL array exposure head of the present invention includes an array of organic EL elements arranged in at least one row of pixels on a long substrate, and a light emitting side of the array of organic EL elements. A ball lens is arranged in contact with a light emitting portion at an alignment position corresponding to each light emitting portion of each organic EL element, and the ball lens is made of a transparent material having a refractive index of 2 or more. It is.
[0024]
In the above, an array of a plurality of rows of organic EL elements is provided in parallel with each other, and the position of the light emitting portion of each organic EL element between rows is equal to the number of rows equal to the number of rows of the light emitting section of the organic EL element of one row. It is desirable that they are arranged shifted from each other.
[0025]
In that case, a plurality of arrays of the organic EL elements in a plurality of columns may be used as a set, and two or more sets of the arrays of the organic EL elements in the same set may be provided in the row direction.
[0026]
Further, it is desirable to fill a light absorbing material between surfaces other than the effective emission surface between the ball lenses.
[0027]
The present invention includes an image forming apparatus provided with the above-described organic EL array exposure head as an exposure head for writing an image on an image carrier. A tandem type color image forming apparatus that forms at least two image forming stations each including a charging unit, an exposure head, a toner developing unit, and a transfer unit, and forms a color image by passing a transfer medium through each station. is there.
[0028]
In the present invention, an array of organic EL elements arranged in at least one row of pixels is provided on a long substrate, and a light emitting portion of each organic EL element is provided on a light emitting side of the array of organic EL elements. The ball lens is arranged at an alignment position corresponding to the light emitting portion, and between the light emitting layer surface of the light emitting portion of each organic EL element and the top of the incident side surface of the ball lens aligned and arranged corresponding to the light emitting portion. Where D is the distance of the ball lens and m is the diameter of the ball lens, since the ball lenses are arranged so as to satisfy Expression (8), the divergent light emitted from the light-emitting portion of each organic EL element is almost entirely emitted from the ball lens. Can be used for pixel formation by projecting light onto the pixel, crosstalk between adjacent pixels can be reduced, and low power consumption, sufficient resolution, brightness, and contrast can be obtained.
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of an organic EL array exposure head of the present invention and an image forming apparatus using the same will be described with reference to the drawings.
[0030]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a basic configuration of an organic EL array exposure head according to the present invention. An organic EL array 1 is configured by arranging organic EL light emitting units 2 on a surface of a substrate 3 at a constant period. Have been. According to the present invention, ball lenses 10 having the same shape and characteristics are arranged in the same positional relationship in a one-to-one correspondence with the respective light emitting units 2 of the organic EL array 1, and the luminous flux from each light emitting unit 2 is controlled by the ball lens 10. The light is separated and incident on an image carrier 11 such as a photoconductor (in the case of electrophotography) constituting a projection target. Note that the ball lens 10 is a single positive lens made of a transparent sphere.
[0031]
Each of the ball lenses 10 is arranged so as to be in contact with or close to the surface of the corresponding light emitting unit 2. When each ball lens 10 is disposed in contact with or close to the surface of the light emitting unit 2, the divergent 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 equal to the ball lens). If the ball lens 10 is in contact with the surface of the light-emitting portion 2, it is approximately 100% incident on 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 is incident not on the corresponding ball lens 10 but on an uncorresponding pixel position via the adjacent ball lens 10.
[0032]
Then, in order to allow the luminous flux reaching the light emitting unit 2 via the ball lens 10 in contact with or close to the surface of the light emitting unit 2 to separate and enter the image carrier 11 as a pixel, the ball lens 10 is used. A transparent material having a refractive index of 2 or more with respect to light emitted from the light emitting section 2 is used. Examples of glasses having a refractive index of 2 or more include, for example, bismuth-based glass, glass containing a large amount of heavy metals, and optical crystals.
[0033]
Here, important geometric optical characteristics 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)} (1)
The principal point coincides with the center of the ball lens 10. When the refractive index n is n <2, as shown in FIG. 2A, the focal point F is located outside the ball lens 10, but when n = 2, as shown in FIG. , On the spherical surface (surface) opposite to the incident side of the ball lens 10.
[0034]
Therefore, as shown in FIG. 1, when the ball lens 10 of n ≧ 2 is arranged in contact with or close to the surface of the light emitting unit 2, the light beam 12 exiting from the light emitting unit 2 and passing through the ball lens 10 becomes a parallel light beam or a condensed light beam. As a result, the light is separated and incident on the image carrier 11, so that the pixels (light emitting units 2) displayed on the organic EL array 1 can be exposed on the image carrier 11 in one-to-one correspondence. Thus, the organic EL array 1 in which such a ball lens 10 is disposed in contact with or in close proximity to the surface of each light emitting unit 2 of the organic EL in a one-to-one correspondence can be used as an exposure head.
[0035]
As described above, from the viewpoint of reducing the crosstalk, it is preferable that the ball lens 10 is as close as possible to the light emitting unit 2 of the organic EL, that is, the ball lens 10 has the top of the surface on the incident side of the ball lens 10. It is desirable that the distance D from the surface of the light emitting unit 2 is D ≒ 0. However, since a transparent electrode or the like actually exists on the surface of the light emitting unit 2, the distance D has a certain value. Therefore, to what extent the distance D is allowable will be discussed below.
[0036]
As shown in FIG. 3, when an apparent light source B is placed at a point B at a distance d from the ball lens 10, light having an emission angle θ or less from the point B enters the ball lens 10, and other light is Since the light does not enter the ball lens 10, crosstalk may occur. Here, the angle θ is an angle between a straight line passing through the point B and in contact with the ball lens 10 and a central axis (a straight line passing through the point B and the center O of the ball lens 10).
[0037]
At this time, assuming that the radius of the ball lens 10 is r, the angle θ can be expressed as follows.
[0038]
sin θ = r / (r + d) (2)
Next, assuming that the ball lens 10 is adhered on the substrate 13 having the refractive index n and the light source is located at the position of the point A in the substrate 13, in FIG. The other light that enters the lens 10 and does not enter the ball lens 10 can cause crosstalk. Here, the angle α is an emission angle of light that emerges from the point A and is refracted on the surface of the substrate 13 and emerges from the apparent light source B at an angle θ.
[0039]
At this time, the angle α is represented by the following equation.
[0040]
sinα = r / {n (r + d)} (3)
Next, the amount of light that can be extracted out of the substrate (organic EL element) 13 from the light emitted from the point A is determined. Critical angle of total reflection θ due to refractive index of substrate 13 _c The light traveling from the inside of the substrate 13 toward the surface of the substrate 13 at the emission angle α is θ _c > Α is taken out of the substrate (organic EL element) 13 to the outside. In the case of a surface light-emitting body that emits light isotropically, such as the light-emitting portion 2 of the organic EL element, the light emission intensity is I (θ) = I in accordance with Lambert's law. ₀ Assuming that cos θ, the amount of light emitted within the critical angle is

(Where dΩ is a solid angle).
[0041]
Critical angle θ from point (light source) A _c The amount of light that does not enter the ball lens 10 out of the light radiated inside is expressed by the following equation.
[0042]

Therefore, of the light emitted from each light emitting unit 2 of the organic EL array 1, the ratio of the amount of light that can cause crosstalk is
(2rd + d ^Two ) / (R + d) ^Two ... (6)
Is represented by
[0043]
Here, if the crosstalk is allowed up to 5% of the emitted light, the following condition is obtained.
[0044]
d ≦ 0.026r (7)
When d = 0.026r, if the refractive index n of the organic EL array 1 (the refractive index of the substrate 13) is set to 1.5, the distance between the point A and the point L in FIG. Distance) is 0.132r = 0.066m.
[0045]
From the above examination, the distance D between the surface of each light emitting unit 2 of the organic EL array 1 and the top of the incident side surface of the ball lens 10 disposed corresponding to each light emitting unit 2 is:
0 ≦ D ≦ 0.07m (8)
It can be said that it is desirable to satisfy the relationship. Here, m is the diameter of the ball lens 10 as described above.
[0046]
By the way, in the above-described organic EL array exposure head of the present invention, since the ball lens 10 is arranged in contact with or in close proximity to the surface of each light emitting unit 2 of the organic EL in one-to-one correspondence, the image side conjugate distance ( The distance from the ball lens 10 to the image carrier 11) is inevitably longer than the object-side conjugate distance, and the image 2 ′ of each light emitting unit 2 projected on the image carrier 11 is enlarged and projected. Become. In order for the images 2 ′ of the light-emitting unit 2 to be separated from each other and projected to have a desired resolution on the image carrier 11, the size s of the light-emitting unit 2 should be adjusted by adjusting the ball so as to compensate for the magnification. It must be set to be considerably smaller than the diameter m of the lens 10. In addition, when the dimension s of the light emitting unit 2 is set relatively small in such a relationship, as described above, the ratio of the divergent light emitted from the light emitting unit 2 to enter the ball lens 10 is increased, and the crosstalk is reduced. Can be reduced.
[0047]
As a specific example, in the case of an exposure head of 600 dpi, the distance between the ball lens 10 and the image carrier 11 is 300 μm, and the size of one desired pixel (the size of the image 2 ′) on the image carrier 11 is □ 70 μm. It becomes. If the refractive index n of the ball lens 10 is n = 2.5 and the diameter m is m = 120 μm, the size of the light emitting portion 2 of the organic EL may be set to □ 20 μm.
[0048]
As described above, when the image 2 ′ of the light emitting unit 2 can be decomposed on the projection surface (the surface of the image carrier 11) and the diameter m of the ball lens 10 is set large in order to reduce crosstalk, the ball lens Since the pitch p between the pitches 10 cannot be set to be equal to or less than the diameter m of the ball lens 10, it becomes difficult to realize an exposure head having a desired resolution in the organic EL array 1 including the light emitting units 2 in one row. For this purpose, as illustrated in FIG. 4 in a perspective view seen from the image carrier 11 side, the

rows

20 ₁ , 20 _Two , 20 _Three Are used (in the case of the figure, three rows) having a plurality of ₁ , 20 _Two , 20 _Three By configuring the exposure head by arranging the ball lenses 10 in one-to-one correspondence with the respective light emitting units 2, an exposure head having a desired resolution can be realized.
[0049]
For example, assuming that the desired resolution is 600 dpi and the diameter of the ball lens 10 is 120 μm, the resolution having a pitch of 120 μm in diameter of the ball lens 10, that is, one

line

20 ₁ , 20 _Two , 20 _Three Since the resolution in the case of only the light-emitting unit 2 is 211.7 dpi, one row 20 is smaller than 211.7 dpi and has 200 dpi (pitch of 127 μm) which is the maximum value 200 among the divisors of 600. ₁ , 20 _Two , 20 _Three When the pitch of the light emitting units 2 is determined, ₁ , 20 _Two , 20 _Three Is shifted in the column direction by the pitch of the desired resolution (in this case, a pitch of 600 dpi, 42.33 μm), and in the row direction, the number of (desired resolution (dpi) / resolution of one column (dpi)) Column number (in this case, three

columns

20 ₁ , 20 _Two , 20 _Three 4), the exposure head scans and exposes the image carrier 11 in the direction indicated by the double arrow in FIG. 4 to achieve a desired resolution.
[0050]
The column 20 in the row direction ₁ , 20 _Two , 20 _Three The pitch between them is not particularly limited, but in order to make the resolution in the main scanning direction and the sub-scanning direction the same, in the example of FIG. ₁ , 20 _Two , 20 _Three Has the same value as the pitch 127 μm in the column direction.
[0051]
By the way, when the amount of exposure of one pixel, which is the image 2 ′ of the light emitting unit 2 on the projection surface (the surface of the image carrier 11), is insufficient, and the light emission of the light emitting unit 2 causes insufficient exposure of the image carrier 11. As shown in FIG. 5, column 20 of FIG. 4 is used so that the same exposure is performed a plurality of times for each pixel formed on the image carrier 11. ₁ , 20 _Two , 20 _Three May be arranged in parallel in the row direction by the number of multiple exposures (two in the case of FIG. 5) to form an exposure head.
[0052]
Here, as described above, the light amount (use efficiency) used for exposure when the size s of the light emitting unit 2 of the organic EL array 1 is set to be small will be examined.
[0053]
Now, as shown in FIG. 6, if there is a light emitting point A inside a substrate (organic EL device) 13 having a refractive index n, the total reflection critical angle θ based on the refractive index of the substrate 13 is assumed. _c , The light traveling from the inside of the device to the interface at the emission angle θ is θ _c As long as> θ, it is taken out of the device. In the case of a surface luminous body that emits light isotropically, such as an organic EL element, the luminous intensity is calculated according to Lambert's law, and I (θ) = I ₀ Assuming that cos θ, when integrating with the solid angle of the upper half plane,

(Where Ω indicates a solid angle), and the critical angle θ _c The amount of light radiated within (Equation (4)) is calculated by ₀ Divided by

It becomes.
[0054]
Therefore, the light extraction efficiency of the organic EL element itself is 1 / n. ^Two Is represented by
[0055]
If the refractive index n of the element substrate is set to n = 1.5, the light extraction efficiency becomes 44.4%.
[0056]
When a light-collecting rod lens array is used as a projection optical system of the organic EL light emitting unit 2 onto the image carrier 11 as in the conventional example, the light-collecting coefficient of the light-collecting rod lens array is about 7%. Therefore, 0.444 × 0.07 ≒ 0.031 obtained by multiplying the above calculated value of 44.4% by the light collection coefficient of 7% is the light use efficiency of the entire system. In other words, 3.1% of the total light emission amount of the organic EL element is formed on the image carrier 11.
[0057]
On the other hand, when the ball lens 10 is disposed 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 the ray tracing method. Light can be collected.
[0058]
Therefore, it is possible to obtain about 10 times the utilization efficiency as compared with the case where the light-collecting rod lens array is used.
[0059]
However, in the case of the light-collecting rod lens array, the size of the light-emitting unit 2 and the size of the image formed on the image carrier 11 are substantially the same, since the size of the light-emitting unit 2 is the same-magnification optical system. Since the optical system is a magnifying optical system, as described above, the size of the light emitting unit 2 needs to be smaller than the pixel size on the image carrier 11 by the magnifying power. However, if the luminance of the light-emitting unit 2 is the same, even if the area of the light-emitting unit 2 is reduced to 1/10 (magnification 3.2) as compared with the case of using the light-collecting rod lens array, the image carrier 11 Have the same light intensity. Therefore, the power consumption of the exposure head can be greatly reduced.
[0060]
Next, FIG. 7 shows a schematic cross-sectional view of one specific example of the organic EL array exposure head according to the present invention. In this figure, the thicknesses of the transparent cathode 24, the sealing layer 25, and the adhesive layer 26 between the light emitting unit 2 and the ball lens 10 are shown to be larger than the actual values. Is set to be 7% or less of the diameter of the ball lens 10 as described above.
[0061]
The organic EL element includes a device that extracts light from a cathode and a device that extracts light from an anode. In this specific example, light is extracted from the cathode side. That is, holes 4 are provided at predetermined intervals in the column direction on the surface of the substrate 3 made of glass, silicon, or the like, and the holes 4 are provided in the holes 4 from the bottom side. An anode 21, a hole injection layer 22, and a light emitting layer 23, in which ITO or the like is stacked on a reflective metal film made of aluminum or the like, are stacked 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 is provided, which is a metal electrode that is thin enough to transmit. 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. It emits light by recombination.
[0062]
On the transparent cathode 24, a sealing layer 25 for preventing the light emitting layer 23 from being deteriorated by contact with moisture is provided, and an adhesive layer 26 made of a transparent resin is provided thereon. A ball lens 10 arranged in alignment with the light emitting unit 2 is fixed to the substrate 3. The space other than the effective surface from which the projection light flux 12 between the ball lenses 10 is emitted is filled with the black resin 27 so that the light flux emitted from the specific light emitting unit 2 is not the corresponding ball lens 10 but the adjacent one. Noise light such as crosstalk light that enters the uncorresponding pixel position via the ball lens 10 and light that becomes flare by repeating total reflection in the ball lens 10 is absorbed.
[0063]
Next, FIG. 8 shows an example of an optical path tracing diagram in which a light beam emitted from the light emitting layer 23 of one pixel (light emitting unit 2) reaches the image carrier 11 via the corresponding ball lens 10. FIG. 9 shows a light quantity distribution diagram on the image carrier 11 at that time. In this example, the size of the light emitting layer 23 is □ 10 μm (10 μm × 10 μm), the diameter of the ball lens 10 is 120 μm, the refractive index is 2.2, and the surface of the light emitting layer 23 and the ball lens The distance between the surface top of the entrance side of the ball lens 10 and the image carrier 11 is 3 μm, the distance between the surface top of the exit side of the ball lens 10 and the image carrier 11 is 300 μm, and the light emitting layer 23 and the ball lens 10 The refractive index of the layers (the transparent cathode 24, the sealing layer 25, and the adhesive layer 26) is 1.5. From FIG. 9, it can be seen from FIG. 9 that one light-emitting layer 23 of □ 10 μm (10 μm × 10 μm) is formed on the image carrier 11 as a pixel having a size of □ 50 μm (50 μm × 50 μm) with little crosstalk, sufficient resolution, and efficient. It can be seen that projection exposure is possible.
[0064]
Next, for example, a method of manufacturing the organic EL array 1 used in the embodiment of FIG. 4 will be briefly described. As shown in FIG. 10, the organic EL array 1 has a three-row array 20. ₁ , 20 _Two , 20 _Three Are arranged in parallel and pixels 31 are mutually shifted by one-third of the pitch. ₁ , 20 _Two , 20 _Three Is composed of a large number of pixels 31 arranged in a straight line. Each pixel 31 has the same configuration, and includes an organic EL light emitting unit 2 and a TFT 32 for controlling light emission of the organic EL light emitting unit 2.
[0065]
FIG. 11 is a cross-sectional view including the organic EL light emitting unit 2 and the TFT 32 of one pixel 31 along the line AA ′ in FIG. The organic EL light emitting section 2 is an example in which light is emitted from the cathode side. The organic EL light-emitting portion 2 emits light when electrons and holes are injected from the cathode 24 and the anode 21 and recombine, respectively, and has a structure in which a light-emitting layer 23 having an electron transporting property and a hole injection layer 22 are laminated. It has become.
[0066]
FIG. 11 is a cross-sectional view including the organic EL light-emitting portion 2 of one pixel 31 and the TFT 32. The manufacturing order will be described. First, a TFT 32 is formed on a glass substrate 3. Although various methods for manufacturing the TFT 32 are known. For example, a silicon oxide film is first deposited on the glass substrate 3, and then an amorphous silicon film is deposited. Next, the amorphous silicon film is irradiated with excimer laser light to be crystallized 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 of the N-channel TFT is formed by ion implantation of phosphorus, and the source / drain of the P-channel TFT is formed by ion implantation of boron. After activating the implanted impurities, deposition of a first interlayer insulating film, opening of a first contact hole, formation of a source line, deposition of a second interlayer insulating film, opening of a second contact hole, and formation of a metal pixel electrode are performed. These operations are sequentially performed to complete an array of TFTs 32 (for example, see Non-Patent Document 1). Here, the metal pixel electrode serves as 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 metal having a high reflectance such as Ag or Al. It is formed of 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 using a vacuum evaporation method, a sputtering method, or the like. By forming the upper layer of the anode 21 as a transparent electrode thin film having a large work function such as ITO, the height of the hole injection barrier can be reduced, and at the same time, the metal film having a high reflectance of the lower layer can be utilized as the reflection layer. .
[0067]
Next, a partition (bank) 33 having a hole 4 corresponding to the organic EL light emitting portion 2 and having a predetermined height is formed. As disclosed in Patent Document 5, this partition wall 33 can be formed by any method such as a photolithography method and a printing method. For example, in the case of using a 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 a resist adapted 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. Alternatively, a bank (convex portion) may be formed of two or more layers in which the lower layer is made of an inorganic material and the upper layer is made of an organic material. Further, as disclosed in Patent Literature 5, the material constituting the partition wall 33 is not particularly limited as long as it has durability against a solvent of the EL material. However, since the material can be made into Teflon by fluorocarbon gas plasma treatment. For example, organic materials such as acrylic resin, epoxy resin, and photosensitive polyimide are preferable. A laminated partition in which an inorganic material such as liquid glass is used as a lower layer may be used. Further, it is desirable that the partition wall 33 is made black or opaque by mixing carbon black or the like into the above material.
[0068]
Next, immediately before applying the ink composition for a light emitting layer of an organic EL, the substrate provided with the partition walls 33 is subjected to continuous plasma processing of oxygen gas and fluorocarbon gas plasma. Thereby, for example, the surface of the polyimide constituting the partition wall 33 is made water-repellent and the surface of the anode 21 is made hydrophilic, so that the wettability on the substrate side for finely patterning the ink-jet droplets can be controlled. As a device for generating plasma, a device for generating plasma in a vacuum or a device for generating plasma in the atmosphere can be used in the same manner.
[0069]
Next, the ink composition for a hole injection layer is discharged from the head 71 of the ink jet printing apparatus 70 into the hole 4 of the partition wall 33, and patterning application is performed on the anode 21 of each pixel. After the application, the solvent is removed and heat treatment is performed to form the hole injection layer 22.
[0070]
In addition, the ink jet method referred to in the present invention is a piezo jet method that discharges an ink composition using mechanical energy of a piezoelectric element or the like, generates bubbles using heat energy of a heater, and is based on the generation of the bubbles. Any of the thermal methods that eject the ink composition by using a thermal method (Non-Patent Document 2). FIG. 12 shows a configuration example of a piezo jet type head. The inkjet head 71 includes, for example, a nozzle plate 72 and a vibration plate 73 made of stainless steel, and both are joined via a partition member (reservoir plate) 74. A plurality of ink chambers 75 and liquid reservoirs (not shown) are formed between the nozzle plate 72 and the vibration plate 73 by a partition member 74. The interiors of the ink chamber 75 and the liquid reservoir are filled with the ink composition, and the ink chamber 75 and the liquid reservoir communicate with each other via a supply port. Further, the nozzle plate 72 is provided with a nozzle hole 76 for jetting the ink composition from the ink chamber 75 in a jet shape. On the other hand, the ink jet head 71 has an ink introduction hole for supplying the ink composition to the liquid reservoir. Further, a piezoelectric element 78 is bonded to the surface of the vibration plate 73 opposite to the surface facing the ink chamber 75 so as to correspond to the position of the ink chamber 75. The piezoelectric element 78 is located between the pair of electrodes 79, and when energized, bends so that the piezoelectric element 78 protrudes outward. As a result, the volume of the ink chamber 75 increases. Therefore, the ink composition corresponding to the increased volume flows into the ink chamber 75 from the liquid reservoir through the supply port. Next, when the power supply to the piezoelectric element 78 is released, both the piezoelectric element 78 and the vibration plate 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 increases, and the ink composition is ejected from the nozzle hole 76 toward the substrate provided with the partition wall 29.
[0071]
After the hole injection layer 22 is formed 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 each pixel is Patterning application is performed on the hole injection layer 22. After the application, the solvent is removed and heat treatment is performed to form the light emitting layer 23.
[0072]
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 front side (the side farther away from the substrate 3).
[0073]
In addition, 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 the ink jet method as described above. .
[0074]
As the material used for the light emitting layer 23 and the material used for the hole injection layer 22, for example, various materials known in Patent Documents 4 and 5 can be used, and details thereof are omitted.
[0075]
After the hole injection layer 22 and the light emitting layer 23 are sequentially formed in the hole 4 of the partition wall 33, a transparent electrode serving as the cathode 24 of the organic EL light emitting section 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, on which a thin gold film or the like is attached so as to transmit light sufficiently.
[0076]
Thus, the organic EL array 1 used in the embodiment of FIG. 7 is manufactured.
[0077]
The organic EL light emitting section 2 is formed at the bottom of the hole 4 by making the partition wall 33 thicker and the hole 4 deeper, and a transparent material or a transparent adhesive having a protective function is formed on the organic EL light emitting section 2. 26, and the ball lens 10 may be dropped into the upper part of the hole 4 so as to be aligned and fixed to the light emitting unit 2.
[0078]
As shown in the side view of FIG. 13, the organic EL array exposure head 101 according to the embodiment of the present invention has a working distance WD (the top of the exit side surface of the ball lens 10). 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 EL and the image carrier 11 in 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, so that the surface S Can be recorded.
[0079]
Therefore, in the present invention, the organic EL array exposure head 101 of the present invention as described above is used as, for example, an exposure head of an electrophotographic color image forming apparatus. FIG. 14 shows a tandem arrangement in which four similar organic EL array exposure heads 101K, 1C, 1M, and 1Y of the present invention are arranged at corresponding exposure positions of four corresponding

photosensitive drums

41K, 41C, 41M, and 41Y. FIG. 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. 14, this image forming apparatus is tensioned and stretched by a driving roller 51, a driven roller 52, and a tension roller 53, and is circulated and driven in a direction indicated by an arrow (counterclockwise) in the drawing. A belt 50 is provided.

Photoconductors

41K, 41C, 41M, and 41Y each having a photosensitive layer on an outer peripheral surface as four image carriers arranged at predetermined intervals with respect to the intermediate transfer belt 50 are arranged. K, C, M, and Y added after the symbols respectively indicate black, cyan, magenta, and yellow, 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 synchronism with the driving of the intermediate transfer belt 50, but around the photoconductors 41 (K, C, M, and Y). Are charging means (corona chargers) 42 (K, C, M, Y) for uniformly charging the outer peripheral surface of the photoconductor 41 (K, C, M, Y), respectively. The organic EL array exposure as described above of the present invention in which the outer peripheral surface uniformly charged by (C, M, Y) is sequentially line-scanned in synchronization with the rotation of the photoconductor 41 (K, C, M, Y). A toner as a developer is applied 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. (Toner image) developing device 44 (K, C, M, Y) and developing device 44 (K, C, M, Y) A primary transfer roller 45 (K, C, M, Y) as a transfer unit for sequentially transferring the developed toner image to an intermediate transfer belt 50 as a primary transfer target; and a photosensitive member 41 (K, C, And a cleaning device 46 (K, C, M, Y) as cleaning means for removing the toner remaining on the surface of (M, Y).
[0080]
Here, the respective organic EL array exposure heads 101 (K, C, M, Y) are aligned on the respective organic EL light emitting units 2 in a one-to-one correspondence, and the ball lens 10 is fixed, as shown in FIG. The organic EL array exposure head 101 (K, C, M, Y) is separated from the surface of the corresponding photoconductor 41 (K, C, M, Y) by a working distance WD, and the array direction of each organic EL array exposure head 101 (K, C, M, Y) is changed. The photoconductor drum 41 (K, C, M, Y) is installed along the generatrix. The emission energy peak wavelength of each of the organic EL array exposure heads 101 (K, C, M, Y) and the sensitivity peak wavelength of the photoconductor 41 (K, C, M, Y) are set so as to substantially coincide with each other. I have.
[0081]
The developing device 44 (K, C, M, Y) uses, for example, a non-magnetic one-component toner as a developer, and conveys the one-component developer to the developing roller by, for example, a supply roller, and adheres to the surface of the developing roller. The thickness of the developed developer is regulated by a regulating blade, and the developing roller is brought into contact with or pressed against the photoconductor 41 (K, C, M, Y), and the potential of the photoconductor 41 (K, C, M, Y) is adjusted. The toner is developed as a toner image by attaching a developer according to the level.
[0082]
Each of the black, cyan, magenta, and yellow toner images formed by the four-color single-color toner image forming stations is intermediately formed by the primary transfer bias applied to the primary transfer roller 45 (K, C, M, Y). The full-color toner images sequentially primary-transferred onto the transfer belt 50 and sequentially superimposed on the intermediate transfer belt 50 are secondary-transferred onto a recording medium P such as paper by a secondary transfer roller 66, and serve as a fixing unit. The sheet is fixed on the recording medium P by passing through the fixing roller pair 61, and is discharged by the sheet discharge roller pair 62 onto a sheet discharge tray 68 formed at the upper portion of the apparatus.
[0083]
In FIG. 14, reference numeral 63 denotes a paper cassette in which a large number of recording media P are stacked and held; 64, a pickup roller for feeding the recording media P from the paper cassette 63 one by one; and 65, a secondary transfer roller. A pair of gate rollers 66 that regulates the timing of supplying the recording medium P to the secondary transfer unit 66, a secondary transfer roller 66 as a secondary transfer unit that forms a secondary transfer unit with the

intermediate transfer belt

50, 67 Reference numeral denotes a cleaning blade as cleaning means for removing toner remaining on the surface of the intermediate transfer belt 50 after the secondary transfer.
[0084]
As described above, the organic EL array exposure head and the image forming apparatus using the same according to the present invention have been described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications are possible. For example, in order to prevent the toner of the developer from adhering to the surface of the organic EL array exposure head of the present invention, in particular, to the surface of the ball lens 10 due to static electricity, a transparent conductive film is formed on the surface of the ball lens 10, The drum 41 (K, C, M, Y) can be kept at the same potential.
[0085]
【The invention's effect】
As is apparent 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 row of pixels on a long substrate. An array is provided, and on the light emitting side of the array of the organic EL elements, a ball lens is arranged at an alignment position corresponding to each light emitting section of each organic EL element, and the light emitting layer surface of the light emitting section of each organic EL element and its When the distance between the incident-side surface of the ball lens arranged in line with the light-emitting portion and the top of the surface is D, and the diameter of the ball lens is m, the ball lens is designed to satisfy Expression (8). Since it is arranged, almost all the divergent light emitted from the light emitting portion of each organic EL element can be made incident on the ball lens and projected to be used for pixel formation. Therefore, crosstalk between adjacent pixels is reduced, and low power consumption is achieved. And enough resolution , It is possible to obtain brightness, those contrast.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a basic configuration of an organic EL array exposure head according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining characteristics of a ball lens.
FIG. 3 is a diagram for examining the ratio of the amount of light that can cause crosstalk in light emitted from each light emitting unit of the organic EL array.
FIG. 4 is a perspective view of an organic EL array exposure head having a plurality of rows of light emitting units as viewed from an image carrier side according to the present invention.
FIG. 5 is a view similar to FIG. 4, but showing a modification of FIG. 4;
FIG. 6 is a diagram for studying the light extraction efficiency of the organic EL element itself.
FIG. 7 is a schematic sectional view of one specific example of an organic EL array exposure head according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing an example of optical path tracing of a light beam emitted from a light emitting layer of one pixel via a corresponding ball lens to an image carrier.
FIG. 9 is a light amount distribution diagram on the image carrier of the example of FIG. 8;
FIG. 10 is a plan view of the organic EL array used in the embodiment of FIG.
11 is a cross-sectional view of one pixel of the array of FIG.
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration example of a piezo jet type head in an ink jet type.
FIG. 13 is a side view showing a light collecting state of the organic EL array exposure head of the embodiment of FIG.
FIG. 14 is a front view showing an overall schematic configuration of an example of a tandem type color image forming apparatus in which an organic EL array exposure head of the present invention is arranged.
[Explanation of symbols]
1: Organic EL array
2 ... Light emitting unit
2 '... Image of light emitting part
3 ... substrate
4 ... Hole
10 ... Ball lens
11 image carrier
13 ... Substrate
20 ₁ , 20 _Two , 20 _Three ... Lines of light-emitting parts
21… Anode
22 ... Hole injection layer
23 ... Light-emitting layer
24 ... Transparent cathode
25 ... sealing layer
26 ... adhesive layer
27 ... Black resin
31 pixels
32 ... TFT
41 (K, C, M, Y): Photoconductor 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 ... drive roller
52 ... driven roller
53 ... tension roller
61: Fixing roller pair
62 ... paper ejection roller pair
63 ... paper cassette
64 ... Pickup roller
65… Gate roller pair
66 ... Secondary transfer roller
67 ... Cleaning blade
68 ... paper ejection tray
70 ... Inkjet printing device
71… Head
72 ... Nozzle plate
73 ... diaphragm
74 ... partition member (reservoir plate)
75 ... Ink chamber
76 ... Nozzle hole
78: Piezoelectric element
79 ... electrode
101 (K, C, M, Y): Organic EL array exposure head
A: Light source
B: Apparent light source
S ... surface
P: Recording medium

Claims

An array of organic EL elements arranged in at least one row of pixels is provided on a long substrate, and an alignment position corresponding to each light emitting portion of each organic EL element is provided on a light emitting side of the array of organic EL elements. There is a ball lens on the
When the distance between the light emitting layer surface of the light emitting portion of each organic EL element and the top of the incident side surface of the ball lens aligned and arranged corresponding to the light emitting portion is D, and the diameter of the ball lens is m. ,
0 ≦ D ≦ 0.07m (8)
An organic EL array exposure head, wherein a ball lens is arranged so as to satisfy the following.

2. The organic EL array exposure head according to claim 1, wherein the ball lens is made of a transparent material having a refractive index of 2 or more.

An array of organic EL elements arranged in at least one row of pixels is provided on a long substrate, and an alignment position corresponding to each light emitting portion of each organic EL element is provided on a light emitting side of the array of organic EL elements. An organic EL array exposure head, wherein a ball lens is disposed in contact with the light emitting section, and the ball lens is made of a transparent material having a refractive index of 2 or more.

An array of a plurality of rows of organic EL elements is provided in parallel with each other, and the positions of the light emitting sections of the respective organic EL elements are shifted from each other by one-fourth of the distance between the light emitting sections of the one row of organic EL elements. The organic EL array exposure head according to claim 1, wherein the organic EL array exposure head is arranged.

5. The organic EL array exposure head according to claim 4, wherein said plurality of rows of arrays of organic EL elements are provided as a set, and two or more sets of the same set of rows of organic EL elements are provided in the row direction.

6. The organic EL array exposure head according to claim 1, wherein a light absorbing material is filled between surfaces other than the effective emission surface between the ball lenses.

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 or more image forming stations in which a charging unit, an exposure head, a toner developing unit, and a transfer unit are arranged around an image carrier, and a transfer medium passes through each station to form a color image. 8. The image forming apparatus according to claim 7, wherein the image forming apparatus is a tandem type color image forming apparatus for forming.