JP2008091129A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高精細、高輝度かつ狭指向性を有し、比較的簡単な製作プロセスで製作できる発光装置を提供すること。
【解決手段】発光体基板１０に、下部電極２０、有機発光層４０と、上部透明電極５０とを積層して構成した発光部４４の直上部のコア層６０に発光部４４において発生した光を伝搬するための光導波回折格子６７を形成すると共に、光導波回折格子６７の間に、隣り合う発光部において発生した光の伝搬を遮断するための光アイソレート回折格子６８を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プリント装置の露光ヘッド等に利用される発光装置に関する。

従来、有機ＥＬ素子をプリント装置の露光ヘッド等の光源として利用する試みが各種なされてきている。

例えば、特許文献１においては、有機ＥＬ素子のアレイの個々の素子に対応させてマイクロレンズを配置する構成において、各有機ＥＬ素子において発生した光の集光位置に、隣接する有機ＥＬ素子からの光が混入するのを遮る光学的な穴が設けられた隔壁を有機ＥＬ素子の発光側に配置することにより、露光ヘッドにおけるクロストークを低減させ、十分な解像力で各有機ＥＬ素子からの光を集光できるようにしている。

また、特許文献２においては、有機ＥＬ素子の発光側に整列してマイクロレンズアレイ板を配置し、マイクロレンズアレイ板の入射側の面に、各有機ＥＬ素子を囲む溝を設け、その溝内に吸収層又は反射層を配置することにより、露光ヘッドにおけるクロストークを低減させ、十分な解像力で各有機ＥＬ素子からの光を集光できるようにしている。
特開２００３−２９１４０４号公報 特開２００３−２９１４０６号公報

ここで、上記した特許文献１及び特許文献２は、何れも有機ＥＬ素子毎に光学的な開口、マイクロレンズ、反射層、吸収層等を形成しなければならない。これらの構造は、プリント装置を高解像度化するほど微細化する必要があるため、その分だけ加工コストが上がり、場合によっては加工そのものが困難となる。

また、上記特許文献１及び特許文献２は、光学的には有機ＥＬ素子に対してマイクロレンズの径が同程度の大きさである。そして、１枚レンズの構造であるため、集光位置が有機ＥＬ素子に非常に近くなり、像坦持体に集光するためには露光ヘッドと像担持体とを限りなく近づけなければならない。やむを得ず、結像点を離す場合には像が拡大されて解像度は低下し、さらに光量も低下することになる。また、結像ではなく狭指向性を利用して露光する場合にも、露光ヘッドを像担持体に限りなく近づけなければならない。

さらには、マイクロレンズを用いる構造の場合、露光ヘッドの光照射面が凸形状となるため、露光ヘッドの光照射面にトナー等が付着した場合に容易に取り除くことができない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、高精細、高輝度かつ狭指向性を有し、比較的簡単な製作プロセスで製作できる発光装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、発光層と、前記発光層を狭挟して前記発光層に電界を与えて前記発光層を発光させるための、対向する第１の電極及び第２の電極とを有して第１の基板の一面に形成され、前記発光層から発光した光を前記第１の電極から出射する複数の発光部が直線状に配列された発光部アレイと、前記発光部アレイにおける前記複数の発光部のそれぞれに対応して形成され、前記第１の電極から出射された光を前記複数の発光部の配列方向に直交方向に伝搬させて出射する複数の光導波回折格子と、前記複数の光導波回折格子のそれぞれの間に形成され、前記発光部の前記第１の電極から出射された光の隣り合う前記発光部への伝搬を遮断する複数の光アイソレート回折格子と、を具備することを特徴とする発光装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発光装置において、前記光導波回折格子は、ブラッグ条件の空間周期を有する分布帰還型の回折格子であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発光装置において、前記光導波回折格子は、λ／４位相シフト構造を有する回折格子であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発光装置において、前記光アイソレート回折格子は、相異なる周期的摂動の単位セルから反射される前記隣り合う発光部からの光が打ち消し合う位相で重なる空間周期からなる回折格子であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発光装置において、前記複数の光導波回折格子及び前記複数の光アイソレート回折格子は、第２の基板の一面に積層して形成された屈折率が異なる２つの回折格子形成層の界面に設けられた回折格子形状により形成され、前記第１の基板の前記一面側と、前記第２の基板の前記一面側とが対向して設けられていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発光装置において、前記第２の基板の前記一面上と前記２つの回折格子形成層との間の、前記各発光部と対向する位置に形成され、前記発光部から出射され、前記第２の基板の前記一面側に入射した光を前記光導波回折格子側に反射させる反射部を更に具備することを特徴とする。

本発明によれば、直線状に配列される複数の発光部のそれぞれに対応して光導波回折格子を形成して、各発光部から出射した光を発光部の配列方向に直交方向に伝搬させて出射させ、各光導波回折格子間に光アイソレート回折格子を形成して隣り合う発光部間に光が伝搬しないようにして、高精細、高輝度かつ狭指向性を有し、比較的簡単な製作プロセスで製作できる発光装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置１０００を模式的に示す３断面図である。なお、図１（ａ）は発光装置１０００の上面断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

図１（ｃ）に示すように、発光装置１０００は、有機ＥＬ発光体形成層１００に導波路形成層２００を積層した構造により構成されている。また、図１（ｃ）において、矢印Ｃ方向は光の伝搬方向を示している。更に、発光装置１０００の光出射面と対向する側の面には例えばアルミ薄膜からなる反射板３００が形成されている。なお、反射板３００の代わりに遮光板を形成しても良い。

有機ＥＬ発光体形成層１００は、例えばガラス基板からなる発光体基板（第１の基板）１０に、フォトレジストによって例えばＡｌからなる下部電極（第２の電極）２０をパターニングした後で、導波路形成層２００におけるクラッド層の役割を兼ねた絶縁層３０を積層し、その後に例えばフォトレジストによって絶縁層３０に開口をパターニングし、該開口に、有機発光層４０、及び例えばＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）からなる上部透明電極（第１の電極）５０を順に積層して発光部４４を形成することにより構成されている。

ここで、図１（ａ）に示すように、発光部４４は、直線状に複数配列されて形成されて、発光部アレイをなしている。それぞれの発光部４４は個別に発光制御可能とするために、矢印Ｃで示す光出射方向に対して長尺形状に形成されている。また、下部電極２０と上部透明電極５０からは、図１（ａ）に示すようにして配線が引き出され、図示しない発光装置の駆動装置に接続されている。

このような構成において、下部電極２０と上部透明電極５０とを介して有機発光層４０に電界が印加されると、有機発光層４０を構成する電子輸送層とホール輸送層との間で電子及びホールの移動が起こり、その結果、電子とホールとが発光層において再結合して発光が起きる。

ここで、有機ＥＬ発光体形成層１００の各材料は、従来の有機ＥＬ発光素子に用いられる各種材料を用いることができる。ただし、下部電極２０は、有機発光層４０から発光体基板１０側に出射された光を導波路形成層２００側へ戻すために、高い光反射率を有する金属材料（例えば、ＡｌやＡｇなど）で形成することが望ましい。

導波路形成層２００は、絶縁層３０と共にクラッド層の役割を兼ねる導波路基板（第２の基板）５５と、コア層６０とにより形成されている。

発光部４４において発生した光が伝搬されるコア層６０は、互いに屈折率の異なる第１の層６０ａと第２の層６０ｂとからなり、第１の層６０ａと第２の層６０ｂとの境界領域に回折格子６６が形成されている。

ここで、コア層６０の第１の層６０ａと第２の層６０ｂとの間に形成される回折格子６６は、２種類の光導波回折格子６７、６８を図１（ａ）、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように配置することで構成されている。

即ち、長尺形状の発光部４４において発生した光の伝搬方向には、位相が一致して光帰還するブラッグ条件の回析格子を有する光導波回折格子６７を発光部４４の直上部に該発光部４４と対となるような位置に配置している。もう１種類の回折格子は、隣り合う発光部４４間のスペース直上部に、位相が１８０度ずれて光帰還する条件の回折格子を有する光アイソレート回折格子６８を配置している。なお、光アイソレート回折格子６８は光導波回折格子６７に対して直交する方向に形成されている。

ここで、光導波回折格子６７は、例えばブラック条件を満たす空間周期で格子間隔が設定される分布帰還型の回折格子である。即ち、光導波回折格子６７は、発光部４４から第１の層６０ａを介して入射する光の波長をλ、回折格子の格子間隔をΛとした場合に、
Λ＝ｍ（λ/２） ｍ＝１，２，３，… （式１）
で示すブラッグ条件が成立するように構成される。図２は、分布帰還型の光導波回折格子６７を示した図である。例えば、発光部４４の発光した光が空気中を伝わる際の波長をλ０＝７５０ｎｍとし、回折格子を構成する材料の平均屈折率をｎ１＝１.５とすると、回折格子に入射する光の波長λｇ（＝λ）は、
λｇ＝λ＝λ０/ｎ１＝５００ｎｍ （式２）
となる。したがって、図２に示す格子間隔Λは、（式１）より２５０ｎｍの自然数倍した寸法、即ちΛ＝２５０、５００、７５０、１０００、１２５０、１５００…の中から選択可能である。ただし、格子間隔が小さくなるほど、回折格子に入射した光の位相が一致して帰還する回数が多くなるので、格子間隔Λは精度良く製作可能な最小の間隔とすることが望ましい。

図２のようなブラッグ条件の分布帰還型の回折格子を形成することにより、発光部４４において発生し、回折格子の各単位セルから反射された光が導波路形成層２００内で共振し、結果として光が増幅される。したがって、波長選択性及び指向性に優れ、発光スペクトル幅の狭い光を得ることができる。

ここで、光導波回折格子６７は、図３に示すようなλ/４位相シフト構造を有することが好ましい。λ/４位相シフト構造は、上記（式１）の関係を満たす空間周期の格子とその半分の空間周期（＝Λ/２）の格子との組み合わせで構成される。例えば、回折格子に入射する光の波長λｇ（＝λ）を上記と同様の５００ｎｍとすると、図３に示す格子間隔Λ及びΛ/２はそれぞれ２５０と１２５、５００と２５０、７５０と３７５、１０００と５００、１２５０と６２５、１５００と７５０…の中から選択可能である。この場合も、格子間隔Λ及びΛ/２は精度良く製作可能な最小の間隔とすることが望ましい。

このように、光導波回折格子６７をλ/４位相シフト構造とすることにより、出射光の位相を一致させ、より単一モードの光を出射することができる。なお、λ/４位相シフト構造の回折格子の代わりに、利得結合型構造の回折格子を用いても良い。

また、光アイソレート回折格子６８は、ブラッグ条件を満たさない空間周期で格子間隔が設定される回折格子である。即ち、上記（式１）の条件を満たさないようにするため、入射光の波長λの非自然数倍となるように格子間隔Λが設定される。このような回折格子を形成することにより、格子の各単位セルから反射される隣り合う発光部４４からの光が打ち消されるので、クロストークを低減させて各発光部から光を出射できる。

ここで、導波路形成層２００の回折格子構造は、コア層の第１の層６０ａを形成するための薄層樹脂、例えばポリメタクリル酸メチル［ＰＭＭＡ］、ポリカーボネート［ＰＣ］、ポリイミド［ＰＩ］等の光透過性の良い、光学特性の優れた樹脂材料を、例えばガラス材料の導波路基板５５に薄層コーティングした基材に対して、例えば熱式ナノインプリント法により前述の回折格子形状を転写形成することで作成することができる。なお、回折格子構造の作成手法は、熱式ナノインプリント法に限るものではなく、例えば射出成型法により作成するようにしても良い。

このように第１の層６０ａに形成された回折格子６６の上に第１の層６０ａと屈折率の異なる第２の層６０ｂを塗布して平坦化することにより導波路形成層２００を製作することができる。なお、第１の層６０ａと第２の層６０ｂとは屈折率が異なっていれば良く、例えば第１の層６０ａにポリメタクリル酸メチルを用い、第２の層６０ｂにポリカーボネートを用いたり、逆に第１の層６０ａにポリカーボネートを用い、第２の層６０ｂにポリメタクリル酸メチルを用いたりすることができる。

このように導波路形成層２００は、導波路基板５５にコーティングした薄層樹脂層に対して形状を形成しているため樹脂部の熱収縮等による歪や寸法変動を低く抑えることが可能となる。

ここで、有機ＥＬ発光体形成層１００の発光体基板１０も導波路基板５５と同様の材料（例ではガラス材料）を選定することにより寸法精度、熱膨張が同レベルとなる。これにより接合が容易となり、特に微細ピッチのアレイを形成する場合の歩留を向上させることが可能となる。

また、有機ＥＬ発光体形成層１００の有機発光層４０は一般に水分等の吸湿により著しく寿命が低下する。これに対し、本実施形態においては、発光部４４を基板端面に対してガスバリア可能な十分な内側位置に配置することが可能であり、このように内側位置に配置した発光部４４に、導波路形成層２００を積層させることにより有機ＥＬを封止でき、発光部４４からの光を光導波回折格子６７により発光装置の光出射面に導くことができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は、本実施形態に係る発光装置１０００を模式的に示す３断面図である。なお、図４（ａ）は発光装置１０００の上面断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、図４（ｃ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

本実施形態の発光装置１０００は、第１の実施形態と同様に、有機ＥＬ発光体形成層１００に導波路形成層２００を積層した構造より構成されている。第２の実施形態と第１の実施形態との違いは、導波路基板（第２の基板）５５とコア層６０との間に反射部としての反射ミラー８０が形成されている点である。その他の構造は第１の実施形態と同じであるので説明を省略する。

反射ミラー８０は、ＡｌやＡｇ等の高反射率材料を、例えば蒸着により導波路基板５５上に成膜することにより形成される。なお、反射ミラー８０は、数層の誘電体を成膜する増反射ミラーにすることがより望ましい。このような反射ミラー８０を設けることにより、発光部４４において発光した光が導波路基板５５側に入射してきた場合でも、該入射した光が反射ミラー８０によって光導波回折格子６７の側に反射されるので、光の閉じ込め率を第１の実施形態よりも向上させることができる。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の第１の実施形態に係る発光装置を模式的に示す３断面図である。 分布帰還型の光導波回折格子を示した図である。 λ／４位相シフト構造の光導波回折格子を示した図である。 本発明の第２の実施形態に係る発光装置を模式的に示す３断面図である。

符号の説明

１０…発光体基板、２０…下部電極、３０…絶縁層、４０…有機発光層、４４…発光部、５０…上部透明電極、５５…導波路基板、６０…コア層、６０ａ…第１の層、６０ｂ…第２の層、６６…回折格子、６７…光導波回折格子、６８…光アイソレート回折格子、８０…反射ミラー

Claims (6)

1. 発光層と、前記発光層を狭挟して前記発光層に電界を与えて前記発光層を発光させるための、対向する第１の電極及び第２の電極とを有して第１の基板の一面に形成され、前記発光層から発光した光を前記第１の電極から出射する複数の発光部が直線状に配列された発光部アレイと、
   前記発光部アレイにおける前記複数の発光部のそれぞれに対応して設けられ、前記第１の電極から出射された光を前記複数の発光部の配列方向に直交方向に伝搬させて出射する複数の光導波回折格子と、
   前記複数の光導波回折格子のそれぞれの間に形成され、前記発光部の前記第１の電極から出射された光の隣り合う前記発光部への伝搬を遮断する複数の光アイソレート回折格子と、
   を具備することを特徴とする発光装置。
2. 前記光導波回折格子は、ブラッグ条件の空間周期を有する分布帰還型の回折格子であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記光導波回折格子は、λ／４位相シフト構造を有する回折格子であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
4. 前記光アイソレート回折格子は、相異なる周期的摂動の単位セルから反射される前記隣り合う発光部からの光が打ち消し合う位相で重なる空間周期からなる回折格子であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
5. 前記複数の光導波回折格子及び前記複数の光アイソレート回折格子は、第２の基板の一面に積層して形成された屈折率が異なる２つの回折格子形成層の界面に設けられた回折格子形状により形成され、前記第１の基板の前記一面側と、前記第２の基板の前記一面側とが対向して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
6. 前記第２の基板の前記一面上と前記２つの回折格子形成層との間の、前記各発光部と対向する位置に形成され、前記発光部から出射され、前記第２の基板の前記一面側に入射した光を前記光導波回折格子側に反射させる反射部を更に具備することを特徴とする請求項５に記載の発光装置。

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