JP2008152039A - マイクロレンズアレイの製造方法、マイクロレンズアレイ、それを用いた有機elラインヘッド及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光学的性能が良く、両面のレンズ面の光軸ずれが小さい有機ELラインヘッド等に用いるマイクロレンズアレイの製造方法。
【解決手段】マイクロレンズアレイの一方のレンズ面に対応する型面92を持つ第1の金型82に光硬化性樹脂76+76’を注入し、マイクロレンズアレイの他方のレンズ面に対応する型面93を持つ第2の金型83に光硬化性樹脂76+76’を注入し、型面それぞれに光硬化性樹脂を注入した第1の金型82と第2の金型83で型面を相互に向かい合わせ、かつ、相互に位置決めして、間に長方形の透明基板71を挟み、透明基板71の長手方向側面711、712に光硬化性樹脂を硬化させる光78を照射して光硬化性樹脂76+76’を硬化させることにより、透明基板71の両面上にそれそれレンズアレイを成形する。
【選択図】図19
【解決手段】マイクロレンズアレイの一方のレンズ面に対応する型面92を持つ第1の金型82に光硬化性樹脂76+76’を注入し、マイクロレンズアレイの他方のレンズ面に対応する型面93を持つ第2の金型83に光硬化性樹脂76+76’を注入し、型面それぞれに光硬化性樹脂を注入した第1の金型82と第2の金型83で型面を相互に向かい合わせ、かつ、相互に位置決めして、間に長方形の透明基板71を挟み、透明基板71の長手方向側面711、712に光硬化性樹脂を硬化させる光78を照射して光硬化性樹脂76+76’を硬化させることにより、透明基板71の両面上にそれそれレンズアレイを成形する。
【選択図】図19
Description
本発明は、マイクロレンズアレイの製造方法とその方法で製造されたマイクロレンズアレイ、それを用いた有機ELラインヘッド及び画像形成装置に関するものである。
従来、複数のLEDアレイチップをLEDアレイ方向に配置し、各LEDアレイチップのLEDアレイを対応して配置した正レンズで感光体上に拡大投影し、感光体上で隣接するLEDアレイチップの端部の発光ドットの像同士が同一LEDアレイチップの発光ドットの像間ピッチと同一ピッチで隣接して結像するようにする光書き込みラインヘッド、及び、その光路を逆にして光読み取りラインヘッドとするものが特許文献1で提案されている。
一方、LEDアレイチップの各発光ドットからの発散光を集光するマイクロレンズアレイの製造方法として、フォトリソグラフィーと電鋳によりそのマイクロレンズアレイの型を作り、光硬化性樹脂を用いてガラス基板上に複製するか、熱可塑性樹脂に複製することでマイクロレンズアレイを製造する方法が特許文献2に開示されている。
また、特許文献3には、液晶パネル照明用等のマイクロレンズアレイの製造方法として、ガラス基板の両面にフォトレジストを画素に対応してパターニングして、そのフォトレジストを加熱溶融させて表面張力によりレンズ屈折面に加工することでレンズアレイを形成する方法が開示されている。
特開平2−4546号公報
特開2005−276849号公報
特開平6−208006号公報
従来、特許文献2に記載されているように、レンズ全体の線膨張を防止するためにガラス基板上に光硬化性樹脂を用いてレンズを成形して、ハイブリッドマイクロレンズアレイを製造する方法が提案されている。この製造方法では、光学的性能の向上のために基板の両面にレンズ屈折面(レンズ面)を成形する必要がある。
しかしながら、ガラス基板の両面に光硬化性樹脂を用いて成形する場合、型が金属等の不透明な材質で作られると、光硬化のための光が型で遮られて透過しないため、ガラス基板の両面のレンズ面を同時に成形することができない。
このような場合、両面のレンズ面を成形するために、ガラス基板の一方の面にレンズ面を成形した後、ガラス基板を型から一旦取り外さなければならないため、両面のレンズ面の光軸がずれてしまうという問題点がある。
また、一方のレンズ面を成形した後に他方のレンズ面を成形すると、成形の時間的ずれの間に特性変化が生じる恐れがある。
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、透明基板の両面にレンズ面を成形してなり、光学的性能が良く、両面のレンズ面の光軸ずれが小さい有機ELラインヘッド等に用いるマイクロレンズアレイの製造方法とそのようにして製造したマイクロレンズアレイ、それを用いた有機ELラインヘッド及び画像形成装置を提供することである。
上記目的を達成する本発明のマイクロレンズアレイの製造方法は、透明基板上の両面に金型を用いて光硬化性樹脂のマイクロレンズアレイを形成する方法であって、
マイクロレンズアレイの一方のレンズ面に対応する型面を持つ第1の金型に光硬化性樹脂を注入し、
マイクロレンズアレイの他方のレンズ面に対応する型面を持つ第2の金型に光硬化性樹脂を注入し、
型面それぞれに光硬化性樹脂を注入した前記第1の金型と前記第2の金型で型面を相互に向かい合わせ、かつ、相互に位置決めして、間に長方形の透明基板を挟み、
前記透明基板の長手方向側面に前記光硬化性樹脂を硬化させる光を照射して前記光硬化性樹脂を硬化させることにより、前記透明基板の両面上にそれそれレンズアレイを成形することを特徴とする方法である。
マイクロレンズアレイの一方のレンズ面に対応する型面を持つ第1の金型に光硬化性樹脂を注入し、
マイクロレンズアレイの他方のレンズ面に対応する型面を持つ第2の金型に光硬化性樹脂を注入し、
型面それぞれに光硬化性樹脂を注入した前記第1の金型と前記第2の金型で型面を相互に向かい合わせ、かつ、相互に位置決めして、間に長方形の透明基板を挟み、
前記透明基板の長手方向側面に前記光硬化性樹脂を硬化させる光を照射して前記光硬化性樹脂を硬化させることにより、前記透明基板の両面上にそれそれレンズアレイを成形することを特徴とする方法である。
このように構成することで、光学的性能が良く、両面のレンズ面が高精度で軸合わせがなされた有機ELラインヘッド等に用いるマイクロレンズアレイを容易に作製することができる。
この場合に、前記長方形の透明基板の長辺側の両側面から前記光硬化性樹脂を硬化させる光を照射するようにしてもよい。
このように構成することで、効率良くむらなく光硬化性樹脂を硬化させることができるようになる。
また、前記長方形の透明基板の長辺側の一方の側面に対向して反射鏡又は反射散乱板を配置し、他方の側面から前記光硬化性樹脂を硬化させる光を照射するようにしてもよい。
このように構成することで、光源の数を減らして効率良くむらなく光硬化性樹脂を硬化させることができるようになる。
また、前記長方形の透明基板の長辺に直交する断面内で、前記光硬化性樹脂を硬化させる光を照射する側面から最も遠い位置のマイクロレンズの型面のその側面に最も近い点に入射する光が、その点での型面に対する接線以上の角度で前記透明基板の表裏の面に入射するように光源が配置されていることが望ましい。
このように構成することで、効率良くむらなく光硬化性樹脂を硬化させることができるようになる。
また、前記長方形の透明基板の長辺側の両側面が散乱透過面からなることが望ましい。
このように構成することで、効率良くむらなく光硬化性樹脂を硬化させることができるようになる。
また、前記第1の金型及び前記第2の金型に中途まで光硬化性樹脂を注入して前記光硬化性樹脂を半硬化状態にし、次いで、その上にさらに光硬化性樹脂を注入し、その上に前記透明基板を挟むようにすることが望ましい。
このように構成することで、気泡が入り難くなり、また、硬化の際の収縮による面精度の低下を抑えることができる。
また、前記第1の金型と前記第2の金型の間に前記透明基板を挟んで前記光硬化性樹脂を硬化させるためのエネルギーが、前記光硬化性樹脂を半硬化状態にするためのエネルギーより強いことが望ましい。
このように構成することで、気泡が入り難くなり、また、硬化の際の収縮による面精度の低下を抑えることができる。
本発明のマイクロレンズアレイは、長方形の透明基板の表面に光硬化性樹脂製の所定形状の曲面のレンズ屈折面部が、また、その裏面に光硬化性樹脂製の所定形状の曲面のレンズ屈折面部が一体に成形されてなり、同一のマイクロレンズが透明基板の長手方向に一定ピッチで一列に配置され、それと直交する方向にはN個(Nは2以上の整数)の同様のマイクロレンズ列が配置され、N個のマイクロレンズ列は、先頭のマイクロレンズの位置がN分の1ピッチずつずらして配列されており、前記透明基板の長辺側の両側面が散乱透過面からなることを特徴とするものである。
このように構成することで、有機ELラインヘッドに特に適した構成のマイクロレンズアレイとなる。
本発明の有機ELラインヘッドは、主走査方向に複数の発光素子が列状に配置されてなる発光素子列を1列以上含む発光体ブロックが少なくとも主走査方向に間隔をおいて複数配置された有機EL発光体アレイの射出側に、各発光体ブロックに対応して各々1個の正レンズが整列するように配置されたマイクロレンズアレイが前記有機EL発光体アレイに平行に配置されており、前記マイクロレンズアレイとして、長方形の透明基板の表面に光硬化性樹脂製の所定形状の曲面のレンズ屈折面部が、また、その裏面に光硬化性樹脂製の所定形状の曲面のレンズ屈折面部が一体に成形されてなるマイクロレンズアレイであって、前記透明基板の長辺側の両側面が散乱透過面からなることを特徴とするものである。
このように構成することで、光学系が高精度で組み立てられた有機ELラインヘッドが得られる。
また、像担持体の周囲に帯電手段と、以上のような有機ELラインヘッドと、現像手段と、転写手段との各画像形成用ユニット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、タンデム方式で画像形成を行う画像形成装置を構成することができる。
このように構成することで、小型で解像力が高く画像の劣化の少ないプリンター等の画像形成装置を構成することができる。
本発明のマイクロレンズアレイの製造方法とマイクロレンズアレイ、それを用いた有機ELラインヘッドを詳細に説明する前に、マイクロレンズアレイを用いた有機ELラインヘッドについて簡単に説明しておく。
図4は、本発明の1実施形態に係る発光体アレイ1と光学倍率がマイナスのマイクロレンズ5との対応関係を示す説明図である。この実施形態のラインヘッドにおいては、1つのマイクロレンズ5に2列の発光素子が対応している。ただし、マイクロレンズ5が光学倍率がマイナス(倒立結像)の結像素子であるので、発光素子の位置が主走査方向及び副走査方向で反転している。すなわち、図1の構成では、像担持体の移動方向の上流側(1列目)に偶数番号の発光素子(8、6、4、2)を配列し、同下流側(2列目)には奇数番号の発光素子(7、5、3、1)を配列している。また、主走査方向の先頭側に番号が大きな発光素子を配列している。なお、この実施形態の発光体アレイ1としては、後で説明する有機EL装置が用いられる。
図1〜図3は、この実施形態のラインヘッドの1つのマイクロレンズに対応する部分の斜視図である。図2に示してあるように、像担持体41の下流側に配列された奇数番号の発光素子2に対応した像担持体41の結像スポット8aは、主走査方向で反転した位置に形成される。Rは、像担持体41の移動方向である。また、図3に示されるように、像担持体41の上流側(1列目)に配列された偶数番号の発光素子2に対応した像担持体41の結像スポット8bは、副走査方向で反転した下流側の位置に形成される。しかしながら、主走査方向では、先頭側からの結像スポットの位置は、発光素子1〜8の番号で順番に対応している。したがって、この例では像担持体の副走査方向における結像スポット形成のタイミングを調整することにより、主走査方向に同列に結像スポットを形成することが可能であることが分かる。
図5は、画像データが格納されているラインバッファのメモリテーブル10の例を示す説明図である。図5のメモリテーブル10は、図4の発光素子の番号に対して、主走査方向で反転して格納されている。図5において、ラインバッファのメモリテーブル10に格納された画像データの中、先に像担持体41の上流側(1列目)の発光素子に対応する第1の画像データ(1、3、5、7)を読み出し、発光素子を発光させる。次に、T時間後に、メモリアドレスに格納されている像担持体41の下流側(2列目)の発光素子に対応する第2の画像データ(2、4、6、8)を読み出し、発光させる。このようにして、図6に8の位置で示されるように、像担持体上の1列目の結像スポットが2列目の結像スポットと主走査方向で同列に形成される。
図1は、図5のタイミングで画像データを読み出して結像スポットを形成する例を、概念的に示す斜視図である。図5を参照にして説明したように、先に像担持体41の上流側(1列目)の発光素子を発光させ、像担持体41に結像スポットを形成する。次に、所定のタイミングT経過後に像担持体41の下流側(2列目)の奇数番号の発光素子を発光させ、像担持体に結像スポットを形成する。この際に、奇数番号の発光素子による結像スポットは、図2で説明した8aの位置ではなく、図6に示されているように、主走査方向に同列に8の位置に形成されることになる。
図7は、ラインヘッドとして使用される発光体アレイの例を示す概略の説明図である。図7において、発光体アレイ1には、発光素子2を主走査方向に複数配列した発光素子列3を副走査方向に複数列設けて発光体ブロック4(図4参照)を形成している。図7の例では、発光体ブロック4は、主走査方向に4個の発光素子2を配列した発光素子列3を、副走査方向に2列形成している(図4参照)。この発光体ブロック4は、発光体アレイ1に多数配置されており、各発光体ブロック4はマイクロレンズ5に対応して配置されている。
マイクロレンズ5は、発光体アレイ1の主走査方向及び副走査方向に複数設けられてマイクロレンズアレイ(MLA)6を形成している。このMLA6は、副走査方向では主走査方向の先頭位置をずらして配列されている。このようなMLA6の配列は、発光体アレイ1に発光素子を千鳥状に設ける場合に対応している。図7の例では、MLA6が副走査方向に3列配置されているが、MLA6の副走査方向の3列のそれぞれの位置に対応する各単位ブロック4を、説明の便宜上、グループA、グループB、グループCに区分する。
上記のように、光学倍率がマイナスのマイクロレンズ5内に複数個の発光素子2が配置され、かつ、当該レンズが副走査方向に複数列配置されている場合には、像担持体41の主走査方向に一列に並んだ結像スポットを形成するためには、以下のような画像データ制御が必要となる。(1)副走査方向の反転、(2)主走査方向の反転、(3)レンズ内の複数列発光素子の発光タイミング調整、(4)グループ間の発光素子の発光タイミング調整。
図8は、図7の構成で、各発光素子2の出力光によりマイクロレンズ5を通して像担持体の露光面を照射した場合の結像位置を示す説明図である。図8において、図7で説明したように、発光体アレイ1には、グループA、グループB、グループCに区分された単位ブロック4が配置されている。グループA、グループB、グループCの各単位ブロック4の発光素子列を、像担持体41の上流側(1列目)と下流側(2列目)に分け、1列目に偶数番号の発光素子を割り当て、2列目に奇数番号の発光素子を割り当てる。
グループAについては、図1〜図3で説明したように各発光素子2を動作させることにより、像担持体41には主走査方向及び副走査方向で反転した位置に結像スポットが形成される。このようにして、像担持体41上には主走査方向の同じ列に1〜8の順序で結像スポットが形成される。以下、像担持体41を副走査方向に所定時間移動させてグループBの処理を同様に実行する。さらに、像担持体41を副走査方向に所定時間移動させてグループCの処理を実行させることにより、主走査方向の同じ列に1〜24・・・の順序で、入力された画像データに基づく結像スポットが形成される。
図9は、図8において、副走査方向の結像スポット形成の状態を示す説明図である。Sは、像担持体41の移動速度、d1は、グループAの1列目と2列目の発光素子の間隔、d2はグループAの2列目の発光素子とグループBの2列目の発光素子の間隔、d3はグループBの2列目の発光素子とグループCの2列目の発光素子の間隔、T1はグループAの2列目の発光素子の発光後に1列目の発光素子が発光するまでの時間、T2はグループAの2列目の発光素子による結像位置がグループBの2列目の発光素子の結像位置に移動する時間、T3はグループAの2列目の発光素子による結像位置がグループCの2列目の発光素子の結像位置に移動する時間である。
T1は以下のようにして求めることができる。T2、T3についても、d1をd2、d3に置き換えることにより同様に求めることができる。
T1=|(d1×β)/S|
ここで、各パラメータは、以下の通りである。
d1:発光素子の副走査方向の距離
S:結像面(像担持体)の移動速度
β:レンズの倍率
図9においては、グループAの2列目の発光素子が発光した時間のT2時間後にグループBの2列目の発光素子を発光させる。さらに、T2からT3時間後にグループCの2列目の発光素子を発光させる。各グループの1列目の発光素子は、2列目の発光素子が発光してからT1時間後に発光する。このような処理をすることにより、図8に示されているように、発光体アレイ1に2次元的に配置された発光体による結像スポットを、像担持体上で一列に形成することが可能となる。図10は、マイクロレンズ5を複数配列した場合に、像担持体の主走査方向に結像スポットが反転して形成される例を示す説明図である。
ここで、各パラメータは、以下の通りである。
d1:発光素子の副走査方向の距離
S:結像面(像担持体)の移動速度
β:レンズの倍率
図9においては、グループAの2列目の発光素子が発光した時間のT2時間後にグループBの2列目の発光素子を発光させる。さらに、T2からT3時間後にグループCの2列目の発光素子を発光させる。各グループの1列目の発光素子は、2列目の発光素子が発光してからT1時間後に発光する。このような処理をすることにより、図8に示されているように、発光体アレイ1に2次元的に配置された発光体による結像スポットを、像担持体上で一列に形成することが可能となる。図10は、マイクロレンズ5を複数配列した場合に、像担持体の主走査方向に結像スポットが反転して形成される例を示す説明図である。
以上のようなラインヘッドを用いて画像形成装置を構成することができる。その1実施形態においては、4つの感光体に4つのラインヘッドで露光し、4色の画像を同時に形成し、1つの無端状中間転写ベルト(中間転写媒体)に転写する、タンデム式カラープリンター(画像形成装置)に以上のようなラインヘッドを用いることができる。図11は、発光体アレイ1として有機EL装置を用いたタンデム式画像形成装置の1例を示す縦断側面図である。この画像形成装置は、同様な構成の4個のラインヘッド101K、101C、101M、101Yを、対応する同様な構成である4個の感光体ドラム(像担持体)41K、41C、41M、41Yの露光位置にそれぞれ配置したものであり、タンデム方式の画像形成装置として構成されている。
図11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が設けられており、テンションローラ53により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(中間転写媒体)50を備えている。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。
上記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。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ラインヘッド101(K、C、M、Y)が設けられている。
また、このラインヘッド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。
ここで、各ラインヘッド101(K、C、M、Y)は、ラインヘッド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、各ラインヘッド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。
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ることにより、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。
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。
なお、図11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。
次に、上記のような有機ELラインヘッドに用いる発光装置としての有機EL装置の1実施例を説明する。
図12は有機EL装置1(図1〜図10の発光体アレイ1に対応する)の平面図である。有機EL装置1は、透光性を有する矩形のガラス基板20を基体として構成されており、ガラス基板20には、複数の円形の発光領域2(図1〜図10の発光素子2に対応する)が設けられている。発光領域2は、ガラス基板20の長手方向に沿って列をなすように等間隔に形成されている。そして、この発光領域2の列は、ガラス基板20上に2列に配列されている。また、各発光領域2は、隣接する他方の列の発光領域2に対してガラス基板20の長手方向について半ピッチだけずれるようにして配置されている。つまり、発光領域2は、千鳥状に配列されている。有機EL装置1は、発光領域2において発光を行う。図12は、有機EL装置1を、光が射出される側から見た図である。基板としては、ガラス基板20の他にも、石英基板を始めとする種々の部材を用いることができる。
図13は、図12中の発光領域2の周辺部分の拡大図であり、図14は、図13中のE−E線における有機EL装置1の断面図である。以下では、図14の断面図を用いて、図13の平面図を参照しながら有機EL装置1の構造について説明する。
有機EL装置1は、ガラス基板20を基体とし、その上に各構成要素が積み上げられた構成となっている。ガラス基板20上にはシリコン酸化膜(SiO2 )等からなる下地保護膜31が形成されている。下地保護膜31上には、TFT(Thin Film Transistor)素子27が形成されている。
より詳しくは、下地保護膜31上に、ポリシリコン膜からなる半導体膜21が島状に形成されている。半導体膜21には不純物の導入によってソース領域、ドレイン領域が形成され、不純物が導入されなかった部分がチャネル領域となっている。下地保護膜31及び半導体膜21の上には、シリコン酸化膜等からなるゲート絶縁膜32が形成され、ゲート絶縁膜32上には、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、タングステン(W)等からなるゲート電極23が形成されている。ゲート電極23及びゲート絶縁膜32の上には、第1層間絶縁膜33と第2層間絶縁膜34とがこの順に積層されている。ここで、第1層間絶縁膜33及び第2層間絶縁膜34は、シリコン酸化膜(SiO2 )、チタン酸化膜(TiO2 )等のの無機絶縁膜から構成されている。
第1層間絶縁膜33の上層には、共通給電線25が形成されている。共通給電線25は、第1層間絶縁膜33及びゲート絶縁膜32を貫通して設けられたコンタクトホールを介して半導体膜21のソース領域に接続されている。
第2層間絶縁膜34上には、ITO(Indium Tin Oxide)からなる光透過性の画素電極11が発光領域2毎に形成されている。画素電極11は、図12の平面図において、発光領域2として示された円より一回り大きな領域に形成されている。また、発光領域2は、ガラス基板20の長手方向に沿って列をなすように等間隔に形成されている。この画素電極11は、第2層間絶縁膜34、第1層間絶縁膜33、ゲート絶縁膜32を貫通して設けられたコンタクトホールを介して半導体膜21のドレイン領域に電気的に接続されている。こうした構成において、TFT素子27は、ゲート電極23への電圧の供給によってオン/オフが切り替わり、オン状態となった場合には、共通給電線25から画素電極11へ駆動電流を流す働きをする。
また、第2層間絶縁膜34上には、無機材料からなる第1バンク12が形成されている。第1バンク12は、画素電極11の周りを囲うようにして第2層間絶縁膜34上に配置されており、ガラス基板20の法線方向から見て、一部が画素電極11の外縁部に重なった状態に形成されている。換言すれば、第1バンク12は、画素電極11より小さな開口部12aを有して、画素電極11に重ねて配置されている。そして、この開口部12aは、発光領域2に対応する領域に設けられている。つまり、図12に示された発光領域2の形状が、そのまま開口部12aの形状となる。言い換えれば、第1バンク12は、発光領域2を除いた領域に形成されていることとなる。第1バンク12は、シリコン酸化膜等の無機絶縁膜からなり、その厚さは約50〜100nmである。
第1バンク12の上には、第1バンク12と同一の形成領域に、第2バンク22が積層されている。第2バンク22は、第1撥液領域22a、親液領域22b、第2撥液領域22cを有している。第1撥液領域22aは、図12及び図13に示された、発光領域2を囲む環状の領域Aに形成されている。親液領域22bは、領域Aを囲む環状の領域Bに形成されている。第2撥液領域22cは、領域Bの外側に対応する領域Cに形成されている。本実施例では、領域A及び領域Bは、共に同心の円環状の領域となっている。また、領域Aの内円が発光領域2に一致し、領域Aの外円と領域Bの内円とが一致している。したがって、発光領域2、第1撥液領域22aが形成された領域A、親液領域22bが形成された領域B、第2撥液領域22cが形成された領域Cは、隣り合う領域同士が接した状態で配置されており、ガラス基板20の法線方向から見ると、有機EL装置1上の領域は、発光領域2、領域A、領域B、領域Cの何れかに含まれる。本実施例では、発光領域2の円の直径は約50μm、第1撥液領域22aが形成された領域Aの幅は約5μm、親液領域22bが形成された領域Bの幅は約20μmである。
ここで、第2バンク22における親液領域22bは、第1撥液領域22a及び第2撥液領域22cより相対的に濡れ性が高くなっている。濡れ性が高いとは、液体との接触角が相対的に小さいことを指す。ある領域に吐出された液体は、これと隣接する、相対的に濡れ性が低い(すなわち接触角が大きい)領域には浸入し難いと言える。したがって、本実施例では、発光領域2に吐出された液体は第1撥液領域22aには侵入し難く、親液領域22bに吐出された液体は、第2撥液領域22cには浸入し難くなっている。
画素電極11上の中、第1撥液領域22aに囲まれた領域、すなわち発光領域2に対応する領域には、正孔注入層14が形成されている。より詳しくは、正孔注入層14は、画素電極11を底部とし、第1バンク12及び第2バンク22を側壁とする凹部に形成されている。正孔注入層14が形成される発光領域2は、周囲を第2バンク22の第1撥液領域22aに囲まれているため、正孔注入層14を形成する際に吐出される機能液は発光領域2の外に浸入し難い。このため、正孔注入層14を容易に発光領域2内に形成することができる。
正孔注入層14は、導電性高分子材料中にドーパントを含有する導電性高分子層からなる。このような正孔注入層14は、例えば、ドーパントとしてポリスチレンスルホン酸を含有する3,4−ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT−PSS)等から構成することができる。
正孔注入層14上及び第2バンク22上の中、第2撥液領域22cに囲まれた領域(すなわち、発光領域2、第1撥液領域22a、親液領域22bからなる領域)には、発光層15が形成されている。第2撥液領域22cの存在により、発光層15を形成する際に吐出される機能液は、親液領域22b及びその内側の領域にのみ濡れ広がり、第2撥液領域22cには侵入し難い。このため、発光層15を容易に第2撥液領域22cに囲まれた領域に形成することができる。こうして形成された発光層15は、正孔注入層14の面積(すなわち、発光領域2の面積)より大きな面積を有しているため、発光領域2において、発光層15の厚さを均一にすることができる。すなわち、発光層15の中比較的平坦な領域を発光に用いることができる。
本明細書では、正孔注入層14、発光層15を含む層を有機EL素子13とも呼ぶ。正孔注入層14の厚さは約50nmであり、発光層15の厚さは約100nmである。
発光層15上及び第2バンク22の第2撥液領域22c上には、厚さ約5nmのカルシウム(Ca)及び厚さ約300nmのアルミニウム(Al)の積層体である陰極16が形成されている。換言すれば、陰極16は、発光層15を挟んで画素電極11の反対側に形成されている。陰極16の上には、水や酸素の侵入を防ぎ、陰極16あるいは有機EL素子13の酸化を防止するための、樹脂等からなる封止部材17が積層されている。
上述した発光層15は、エレクトロルミネッセンス現象を発現する有機発光物質の層である。画素電極11と陰極16との間に電圧を印加することによって、発光層15には、正孔注入層14から正孔が、また、陰極16から電子が注入される。発光層15は、これらが結合したときに光を発する。発光層15からの発光スペクトルは、材料の発光特性や膜厚に依存する。本実施例では、発光層15は赤色光を発光し、その主発光波長、すなわち発光スペクトルにおいて発光強度が最大となる波長は約630nmである。
有機EL装置1は、発光領域2においてのみ発光し、第1バンク12が形成された領域においては発光は行われない。これは、図14に示すように、当該領域では、画素電極11(陽極)と陰極16との間に絶縁物質である第1バンク12が配置されていることにより、両電極間の電流経路が遮断されるためである。
発光層15から図14の下方に射出された光はそのままガラス基板20を透過し、また図14の上方に射出された光は陰極16によって反射された後に下方へ進み、同じくガラス基板20を透過する。このような構成の有機EL装置1は、ボトムエミッション型と呼ばれる。
なお、有機EL装置1が、ガラス基板20とは反対側に向けて表示光を射出するトップエミッション型である場合、陰極16は、例えば、薄いカルシウム層と、ITO層等から構成して光透過性を持たせ、画素電極11の下層側には、画素電極11の略全体と重なるようにアルミニウム膜等からなる光反射層を形成する。
以上のような構成の有機EL装置1によれば、発光領域2において、発光層15の厚さを均一にすることができる。このため、発光層15の中比較的平坦な部分を発光に用いることができ、均一な発光特性を有する有機EL装置1が得られる。
さて、本発明は上記のような有機ELラインヘッド及びその有機ELラインヘッドを用いた画像形成装置等に用いるマイクロレンズアレイの製造方法に関するものであり、その製造方法の実施例を以下に説明する。
図15は、本発明の製造方法に従って作製されたマイクロレンズアレイ6の断面図であり、それを構成する同一のマイクロレンズ5が所定方向、図7の場合は、主走査方向に一定ピッチで列状に配置され、副走査方向に3個の同様のマイクロレンズ5の列が3列配置され、主走査方向の列の先頭位置が3分の1ピッチずつずらして配列されて構成される。なお、先頭位置のずれはマイクロレンズ5の列がN個の場合、N分の1ピッチとなる。
このマイクロレンズアレイ6は、ガラス板等からなり所定厚さの透明基板71の表面に透明樹脂製の所定形状の曲面のレンズ屈折面部72が、またその裏面に同様の透明樹脂製の所定形状の曲面のレンズ屈折面部73が一体に成形されてなるものであり、各レンズ屈折面部72、73の光軸が対応する各マイクロレンズ5の光軸O−O’と軸合わせて正確に成形されているものである。レンズ屈折面部72とレンズ屈折面部73の同一形状であっても異なる形状であってもよい。
このようなマイクロレンズアレイ6を製造する方法の1例を図16〜図19を参照にして説明する。図16(a)に示すように、マイクロレンズアレイ6の表側レンズ面に対応する表側レンズ面金型82と裏側レンズ面金型83とを用意する。表側レンズ面金型82における各マイクロレンズ面の凹型に対応する曲面型部92と裏側レンズ面金型83における各マイクロレンズ面の凹型に対応する曲面型部93とは機械加工により形成される。曲面型部92、93の深さは通常100〜200μm、直径は0.1〜1mm程度である。曲面型部92、93を機械加工により形成する代わりに、エッチングで形成することもできる。あるいは、各マイクロレンズ5の第1面、第2面に対応する面形状を有するビーズを多数整列配置し、その表面形状を金型基板に転写する方法でも形成することができる。
このようにして形成された表側レンズ面金型82の各曲面型部92、及び、裏側レンズ面金型83の各曲面型部93中に、別々に、液量を計量して注入できるディスペンサー75により曲面型部92、93中を中途まで満たす量の紫外線(UV)硬化樹脂76を順に注入する。その注入の際、ディスペンサー75を矢印のように上へ上げながら注入すると、UV硬化樹脂76に乱れを起こさないようにできる。
次いで、図16(b)に示すように、全ての曲面型部92、93にUV硬化樹脂76が注入された状態で、上方からUVランプ77からの紫外線78を照射し、UV硬化樹脂76を半硬化状態にする。ここで、UV硬化樹脂76を完全に硬化させないのは、次の図16(c)の工程で追加注入するUV硬化樹脂76’との界面が発生するのを防止するためである。
次いで、図16(c)に示すように、図16(a)の工程と同様にして半硬化状態のUV硬化樹脂76で中途まで満たされた曲面型部92、93中に追加のUV硬化樹脂76’を注入して各曲面型部92、93をUV硬化樹脂76+76’で多少余分に満たす。
次に、図17に示すように、マイクロレンズアレイ6における透明基板71となるガラス基板71を一方の金型、例えば表側レンズ面金型82の各曲面型部92がUV硬化樹脂76+76’で多少余分に満たされた面上に一定圧力で押し付ける。この際、曲面型部92全体の周りに所定の小さな距離を保つギャップ材80を配置する。このギャップ材80を配置することで、余分なUV硬化樹脂76’と気泡が抜けやすくなる。
そして、透明基板71と表側レンズ面金型82とを押し付けた状態を保って上下を反転させ、他方の金型、この場合は裏側レンズ面金型83の各曲面型部93がUV硬化樹脂76+76’で多少余分に満たされた面上に一定圧力で押し付ける。この際も、同様の理由で曲面型部93全体の周りに所定の小さな距離を保つギャップ材80を配置する。
ここで、表側レンズ面金型82の長手方向両端の曲面型部92より外側の型面上に、透明基板71より長い位置決めピン182が垂直に立てられており、これに対応して裏側レンズ面金型83の型面上に垂直の位置決め穴183が設けられている。そして、表側レンズ面金型82と裏側レンズ面金型83を型面を向かい合わせて位置決めピン182を対応する位置決め穴183に挿入すると、各マイクロレンズの両面に対応する曲面型部92と93が正確に軸合わせされるように、両金型82、83が作製されている。
したがって、図17に示すように、透明基板71の両面に表側レンズ面金型82と裏側レンズ面金型83とをギャップ材80を介して押し付け、表側レンズ面金型82の位置決めピン182を裏側レンズ面金型83の位置決め穴183に挿入すると、表側レンズ面金型82の曲面型部92と裏側レンズ面金型83の曲面型部93は正確に軸合わせされている。
この図17の状態で、透明基板71の両面と表側レンズ面金型82の各曲面型部92、裏側レンズ面金型83の各曲面型部93の間に挟持されてされているUV硬化樹脂76+76’に紫外線を同時に照射して完全に硬化させることでレンズ屈折面部72、73を形成する。そのための配置を図18の平面図と図19の両金型82、83の間に透明基板71を挟んだ状態での長手方向を横切る方向にとった断面図を参照にして説明する。
図18から明らかなように、マイクロレンズアレイ6に用いる透明基板71は主走査方向に細長い長方形の形状をしており、両面金型82、83も同様に細長い形状をしている。そこで、両金型82、83間に挟まれた透明基板71の両長辺側の側面711、712に面してそれら側面711、712に沿う方向に伸びるUVランプ79、81を配置し、側面711、712を経てUVランプ79、81からの紫外線78が透明基板71内に入射するようにする(図19)。
このように配置すると、金型82、83が透明基板71の両側に押し付けられた状態でUVランプ79、81からの紫外線78が透明基板71内に入り、透明基板71の両面を通して各曲面型部92、93内のUV硬化樹脂76+76’を照射することになり、所定量以上の紫外線78の照射を行うことで、透明基板71の両側のUV硬化樹脂76+76’は完全に硬化し、それぞれ表側のレンズ屈折面部72、裏側のレンズ屈折面部73が同時に硬化成形される。
その後に、ガラス基板71をレンズ屈折面部72、73と共に両金型82、83から取り外すことで、本発明によるマイクロレンズアレイ6(図15)が得られる。
このように、マイクロレンズアレイ6の表裏のレンズ屈折面部72、73を成形するための両金型82、83同士を相互に位置決めし、表裏のレンズ屈折面部72、73を同時に硬化させて成形するので、各マイクロレンズ5の両レンズ面が正確に軸合わせされ、また、成形時間差による特性の悪化のなく、光学特性の良好なマイクロレンズアレイ6を効率的に製造することができる。
なお、図19の状態で、透明基板71の両側面711、712に対するUVランプ79、81の配置位置としては、一方の側面711について考えると、図20に示すように、その側面711に面して配置されるUVランプ79の紫外線78の放射位置中心をQとして、両側面711、712に直交する断面内で、その中心点Qから出て側面711から最も遠い位置の曲面型部92、93の最も側面711に近い点Rに入射する紫外線78が、その点での曲面型部92、93に対する接線以上の角度で透明基板71の表裏の面に入射するように配置することで、曲面型部92、93自身が影にならず、効率良くむらなくUV硬化樹脂76+76’を硬化することができる。
図18、図19の配置では、透明基板71の両側面711、712に面して2本のUVランプ79、81を配置したが、1本のUVランプ79のみでUV硬化樹脂76+76’を硬化させるようにすることができる。その例を図21、図22に示す。図21、図22はぞれぞれ図18、図19に対応する図である。この例では、透明基板71の一方の側面711に面してUVランプ79を配置し、他方の側面712に面して反射鏡84を配置している。このように配置すると、UVランプ79から出た紫外線78の中、透明基板71を透過して他方の側面712から出た光や、透明基板71の表裏の面、両金型82、83の面等で反射されたり散乱されて他方の側面712から出た光は反射鏡84で反射され、側面712からを経て再度透明基板71内に入射し、UV硬化樹脂76+76’の硬化作用に寄与させることができる。この配置では、紫外線光源の数を減らすことができる。なお、反射鏡84の代わりに反射散乱板を用いてもよい。
さらに、図18〜図19、図21〜図22の配置において、図19に対応する図23に示すように、透明基板71の両側面711、712を擦り面等の散乱透過面85にすることにより、曲面型部92、93内に均一に紫外線78を入射させ、効率良くむらなくUV硬化樹脂76+76’を硬化することができるようになる。
さて、このようにして製造されたマイクロレンズアレイ6を用いた光書き込みラインヘッドの1例を説明する。図24はこの例の光書き込みラインヘッド101の構成を示す一部を破断した斜視図である。この例では、発光体ブロック4が副走査方向に3分の1ピッチずつずらして主走査方向に伸びるように3列配置されており、それに対応してマイクロレンズアレイ6のマイクロレンズ5も主走査方向に伸びるように一定ピッチで配置されており、かつ、副走査方向では主走査方向の列の先頭位置を3分の1ピッチずつずらして配列されている。
発光体アレイ1を構成する有機EL装置1は長尺のハウジング35の底に設けられた受け穴中に嵌め込み固定される。長尺のハウジング35の両端に設けた位置決めピン36を対向する画像形成装置本体の位置決め穴に嵌入させると共に、長尺のケース35の両端に設けたねじ挿入孔37を通して固定ねじを画像形成装置本体のねじ穴にねじ込んで固定することにより、光書き込みラインヘッド101が所定位置に固定されている。
そして、長尺のハウジング35の有機EL装置1の表面側には、発光体アレイ1の各発光体ブロック4と整列するように透孔29が穿たれたを所定の厚さの遮光部材28を介して、マイクロレンズアレイ6が固定されている。その際、マイクロレンズアレイ6の各マイクロレンズ5の光軸が発光体ブロック4の中心に整列するようにマイクロレンズアレイ6が固定されている。
以下に、図16〜図19に示した方法でマイクロレンズアレイ6を製造する際の1つの具体例を示す。
UV硬化樹脂76、76’としては、エポキシ系紫外線硬化樹脂(株式会社ADEKA 製 アデカオプトマーKR400)で屈折率1.52〜1.54を用いた。この樹脂は一般的には保護コート用として使われるものである。
UVランプ77、79、81としたは、中心波長365nmで、光照射量80mJ/cm2 を用い、1回目のUV照射(図16(b))には1〜2秒の照射、2回目のUV照射(図18、図19)には5〜10秒の照射を行った。
また、用いたマイクロレンズアレイ6の透明基板71としては、無アルカリガラス(日本電気硝子株式会社製OA−10)を用いた。他にBK7等を用いることができる。マイクロレンズアレイ6の透明基板71と有機EL装置1のガラス基板20は同じものを用いるのが望ましい。その理由は、温度変化があっても両者の膨張係数が等しいため、マイクロレンズ5と発光体ブロック4の軸ずれが起き難くなるないためである。
そして、このガラス基板71の表面処理については、
(1)洗浄:オゾン洗浄、硫酸洗浄、プラズマ処理等を行った。これは濡れ性の向上が目的である。
(2)次いで、シアンカップリング剤をスピンコートした。これは樹脂との密着性の向上が目的である。シアンカップリング剤(信越化学(株)KBE−903を水とエタノールの混合液(1:1)に1%添加した液を使用した。シアンカップリング剤入りの樹脂を用いることも可能である。
(1)洗浄:オゾン洗浄、硫酸洗浄、プラズマ処理等を行った。これは濡れ性の向上が目的である。
(2)次いで、シアンカップリング剤をスピンコートした。これは樹脂との密着性の向上が目的である。シアンカップリング剤(信越化学(株)KBE−903を水とエタノールの混合液(1:1)に1%添加した液を使用した。シアンカップリング剤入りの樹脂を用いることも可能である。
以上、本発明のマイクロレンズアレイの製造方法、マイクロレンズアレイ、それを用いた有機ELラインヘッド及び画像形成装置をその原理と実施例に基づいて説明してきたが、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。
1…発光体アレイ(有機EL装置)、2…発光素子(発光領域)、3…発光素子列、4…発光体ブロック、5…マイクロレンズ、6…マイクロレンズアレイ、8、8a、8b…結像スポット、10…メモリテーブル、11…画素電極(陽極)、12…第1バンク、12a…開口部、13…有機EL素子、14…正孔注入層、15…発光層、16…陰極、17…封止部材、20…ガラス基板、21…半導体膜、22…第2バンク、22a…第1撥液領域、22b…親液領域、22c…第2撥液領域、23…ゲート電極、25…共通給電線、27…TFT素子、28…遮光部材、29…透孔、31…下地保護膜、32…ゲート絶縁膜、33…第1層間絶縁膜、34…第2層間絶縁膜、35…長尺のハウジング、36…位置決めピン、37…ねじ挿入孔、41…感光体(像担持体)又は読み取り面、41(K、C、M、Y)…感光体ドラム(像担持体)、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、50…中間転写ベルト、66…二次転写ローラ、71…透明基板(ガラス基板)、72、73…レンズ屈折面部、75…ディスペンサー、76、76’…紫外線(UV)硬化樹脂、77、79、81…UVランプ、78…紫外線、80…ギャップ材、82…表側レンズ面金型、83…裏側レンズ面金型、84…反射鏡、85…散乱透過面、92、93…曲面型部、101、101K、101C、101M、101Y…ラインヘッド(光書き込みラインヘッド)、182…位置決めピン、183…位置決め穴、711、712…透明基板の側面、O−O’…光軸
Claims (10)
- 透明基板上の両面に金型を用いて光硬化性樹脂のマイクロレンズアレイを形成する方法であって、
マイクロレンズアレイの一方のレンズ面に対応する型面を持つ第1の金型に光硬化性樹脂を注入し、
マイクロレンズアレイの他方のレンズ面に対応する型面を持つ第2の金型に光硬化性樹脂を注入し、
型面それぞれに光硬化性樹脂を注入した前記第1の金型と前記第2の金型で型面を相互に向かい合わせ、かつ、相互に位置決めして、間に長方形の透明基板を挟み、
前記透明基板の長手方向側面に前記光硬化性樹脂を硬化させる光を照射して前記光硬化性樹脂を硬化させることにより、前記透明基板の両面上にそれそれレンズアレイを成形することを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。 - 前記長方形の透明基板の長辺側の両側面から前記光硬化性樹脂を硬化させる光を照射することを特徴とする請求項1記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
- 前記長方形の透明基板の長辺側の一方の側面に対向して反射鏡又は反射散乱板を配置し、他方の側面から前記光硬化性樹脂を硬化させる光を照射することを特徴とする請求項1記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
- 前記長方形の透明基板の長辺に直交する断面内で、前記光硬化性樹脂を硬化させる光を照射する側面から最も遠い位置のマイクロレンズの型面のその側面に最も近い点に入射する光が、その点での型面に対する接線以上の角度で前記透明基板の表裏の面に入射するように光源が配置されていることを特徴とする請求項1から3の何れか1項記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
- 前記長方形の透明基板の長辺側の両側面が散乱透過面からなることを特徴とする請求項1から4の何れか1項記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
- 前記第1の金型及び前記第2の金型に中途まで光硬化性樹脂を注入して前記光硬化性樹脂を半硬化状態にし、次いで、その上にさらに光硬化性樹脂を注入し、その上に前記透明基板を挟むことを特徴とする請求項1から5の何れか1項記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
- 前記第1の金型と前記第2の金型の間に前記透明基板を挟んで前記光硬化性樹脂を硬化させるためのエネルギーが、前記光硬化性樹脂を半硬化状態にするためのエネルギーより強いことを特徴とする請求項6記載のマイクロレンズアレイの製造方法。
- 長方形の透明基板の表面に光硬化性樹脂製の所定形状の曲面のレンズ屈折面部が、また、その裏面に光硬化性樹脂製の所定形状の曲面のレンズ屈折面部が一体に成形されてなり、同一のマイクロレンズが透明基板の長手方向に一定ピッチで一列に配置され、それと直交する方向にはN個の同様のマイクロレンズ列が配置され、N個のマイクロレンズ列は、先頭のマイクロレンズの位置がN分の1ピッチずつずらして配列されており、前記透明基板の長辺側の両側面が散乱透過面からなることを特徴とするマイクロレンズアレイ。
- 主走査方向に複数の発光素子が列状に配置されてなる発光素子列を1列以上含む発光体ブロックが少なくとも主走査方向に間隔をおいて複数配置された有機EL発光体アレイの射出側に、各発光体ブロックに対応して各々1個の正レンズが整列するように配置されたマイクロレンズアレイが前記有機EL発光体アレイに平行に配置されており、前記マイクロレンズアレイとして、長方形の透明基板の表面に光硬化性樹脂製の所定形状の曲面のレンズ屈折面部が、また、その裏面に光硬化性樹脂製の所定形状の曲面のレンズ屈折面部が一体に成形されてなるマイクロレンズアレイであって、前記透明基板の長辺側の両側面が散乱透過面からなることを特徴とする有機ELラインヘッド。
- 像担持体の周囲に帯電手段と、請求項9記載の有機ELラインヘッドと、現像手段と、転写手段との各画像形成用ユニット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、タンデム方式で画像形成を行うことを特徴とする画像形成装置。
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