JP2014004752A - Light source device and image forming device - Google Patents
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Description
本発明は、面発光型発光素子を光源とする光源装置と、それを用いた画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to a light source device using a surface-emitting light emitting element as a light source, and an image forming apparatus using the same.
近年、複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの複合機等の画像形成装置では、高解像度の画像を短時間で印刷する機能が要求されている。高解像度の画像を印刷するためには、印刷画像の潜像を感光体上に形成する光源が主走査方向に狭ピッチで露光できることが必要である。また、印刷を短時間で行って高速化を実現するためには、感光体上に潜像の形成を短時間で行うこと、すなわち、感光体への照射光量を十分大きくして、感光時間を短くすることが必要になる。 In recent years, image forming apparatuses such as copiers, printers, facsimile machines, and multi-function machines have been required to have a function of printing high-resolution images in a short time. In order to print a high-resolution image, it is necessary that a light source for forming a latent image of the printed image on the photoconductor can be exposed at a narrow pitch in the main scanning direction. In addition, in order to achieve high speed by performing printing in a short time, it is necessary to form a latent image on the photoconductor in a short time, that is, to sufficiently increase the amount of light applied to the photoconductor to reduce the photosensitivity time. It is necessary to shorten it.
また、印刷用プリンタの低価格化が進み、低価格と高品位(高解像度)の両立が求められている。この要求に応える方法として、高密度固体光源プリンタが有望視されている。高密度固体光源プリンタは、固体光源と感光体ドラムで構成され、光を操作する機能を有していない。 In addition, the price of printing printers has been reduced, and both low price and high quality (high resolution) are required. As a method for meeting this demand, a high-density solid-state light source printer is considered promising. The high-density solid-state light source printer includes a solid-state light source and a photosensitive drum, and does not have a function of manipulating light.
上記光源に使用される代表的な発光素子として、LED(Light Emitting Diode)がある。
しかし、この発光素子を狭ピッチで配置するためには発光素子を小さくする必要がある。したがって、当該発光素子の発光面積は必然的に小さくなる。このため、発光面積の減少に伴って、発光素子が発する光量は小さくなり、発光素子を狭ピッチで配置することと、露光時間を短くすることとを両立させることは困難であった。
As a typical light emitting element used for the light source, there is an LED (Light Emitting Diode).
However, in order to arrange the light emitting elements at a narrow pitch, it is necessary to make the light emitting elements small. Accordingly, the light emitting area of the light emitting element is necessarily reduced. For this reason, as the light emitting area decreases, the amount of light emitted by the light emitting element decreases, and it is difficult to achieve both the arrangement of the light emitting elements at a narrow pitch and the shortening of the exposure time.
さらに、LED光源を小型化することには限界があり、高解像度(高精度)のプリンタの実現には課題がある。
また、LED光源に替えて有機EL(Electro-Luminescence)光源を用いた固体光源が知られている(例えば特許文献1,2を参照。)。
Further, there is a limit to downsizing the LED light source, and there is a problem in realizing a high resolution (high accuracy) printer.
Further, a solid light source using an organic EL (Electro-Luminescence) light source instead of the LED light source is known (see, for example,
有機EL素子は180°全方位に対して発光する。しかし、この特性は、高輝度を必要とする複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの複合機等の画像形成機器において、目標に対しての照射量が不十分であり、光の利用効率の観点から十分ではなかった。
LEDや有機EL素子などの面発光型光源素子を用いた光源装置において、輝度を向上させることが要求されている。
The organic EL element emits light in all directions of 180 °. However, this characteristic is that, in image forming equipment such as copiers, printers, facsimiles, and multi-function machines that require high brightness, the amount of irradiation with respect to the target is insufficient, and the viewpoint of light utilization efficiency Was not enough.
In a light source device using a surface-emitting light source element such as an LED or an organic EL element, it is required to improve luminance.
本発明の第1の目的は、面発光型光源素子を光源とする光源装置の輝度を向上させることである。 A first object of the present invention is to improve the luminance of a light source device using a surface-emitting light source element as a light source.
本発明の第2の目的は、そのような光源装置を用いた画像形成装置を提供することである。 A second object of the present invention is to provide an image forming apparatus using such a light source device.
本発明にかかる光源装置は、基板と、上記基板に形成された凹部と、上記凹部の内壁に形成された光反射膜と、光透過性を有する材料からなり、上記凹部内に上記光反射膜を介して埋め込まれた光導波路と、上記凹部が形成された領域の一部分を覆わないように上記光導波路上に配置され、上記光導波路の上面を介して上記光導波路内に光を放射する面発光型発光素子と、上記面発光型発光素子が上記凹部を覆っていない領域に設けられ、上記面発光型発光素子が出射した光を上記凹部外へ出射するための光出射口と、上記光出射口に配置されたマイクロレンズと、を有する光源素子を備えたものである。 The light source device according to the present invention includes a substrate, a recess formed in the substrate, a light reflecting film formed on an inner wall of the recess, and a light-transmitting material, and the light reflecting film is formed in the recess. A surface that is disposed on the optical waveguide so as not to cover a part of the region where the concave portion is formed, and that emits light into the optical waveguide via the upper surface of the optical waveguide A light emitting element, a light emitting port provided in a region where the surface light emitting element does not cover the recess, and a light exit for emitting the light emitted from the surface light emitting element out of the recess; and the light And a light source element having a microlens disposed at the emission port.
本発明の光源装置において、上記凹部の底面の少なくとも一部分は、上記凹部の深さが上記光出射口側で深くなるように傾斜又は湾曲しており、上記凹部の底面形状に起因して、上記光反射膜及び上記光導波路の底面は上記光導波路内で光が上記光出射口側へ反射されやすくなるように傾斜又は湾曲している例を挙げることができる。ただし、上記凹部の底面、上記光反射膜及び上記光導波路の底面は、このように傾斜又は湾曲していなくてもよい。 In the light source device of the present invention, at least a part of the bottom surface of the concave portion is inclined or curved so that the depth of the concave portion is deeper on the light exit side, and due to the bottom shape of the concave portion, An example in which the light reflecting film and the bottom surface of the optical waveguide are inclined or curved so that light is easily reflected toward the light exit port in the optical waveguide can be given. However, the bottom surface of the recess, the light reflection film, and the bottom surface of the optical waveguide do not have to be inclined or curved in this way.
本発明の光源装置において、上記光源素子は、上記光出射口の下方で上記凹部内に、上記面発光型発光素子が出射した光を上記光出射口側へ反射させるための凸部を備えているようにしてもよい。 In the light source device of the present invention, the light source element includes a convex portion for reflecting the light emitted from the surface-emitting light emitting element toward the light emitting port side in the concave portion below the light emitting port. You may make it.
本発明の光源装置において、上記凹部はその底面の上記光出射口の下方の部分に凹形状の凹部内凹部を備えており、上記光反射膜は上記凹部内凹部の形状に起因して凹部を備えている請求項1又は2に記載の光源装置。
In the light source device of the present invention, the recess includes a recess-shaped recess in the bottom portion of the bottom surface of the light exit port, and the light reflecting film has a recess due to the shape of the recess in the recess. The light source device according to
本発明の光源装置において、上記凹部は、その底面の上記光出射口の下方の部分に凹形状の凹部内凹部を備えており、上記光反射膜は上記凹部内凹部の形状に起因して凹部を備えているようにしてもよい。ただし、光出射口の下方位置で凹部の底面及び光反射膜は、平坦であってもよいし、凸形状であってもよい。 In the light source device of the present invention, the concave portion includes a concave concave portion in the bottom portion of the bottom surface of the light exit port, and the light reflecting film is a concave portion due to the shape of the concave portion in the concave portion. May be provided. However, the bottom surface of the concave portion and the light reflecting film at a position below the light exit port may be flat or convex.
本発明の光源装置において、上記マイクロレンズは、一部分が上記凹部内に埋め込まれて上記凹部内で上記光導波路と接しており、上記凹部外に配置された部分にレンズ機能をもつ曲面を有している例を挙げることができる。ただし、本発明の光源装置において、マイクロレンズの形状及び配置はこれに限定されない。 In the light source device of the present invention, the microlens is partially embedded in the recess, is in contact with the optical waveguide in the recess, and has a curved surface having a lens function in a portion disposed outside the recess. An example can be given. However, in the light source device of the present invention, the shape and arrangement of the microlens are not limited to this.
さらに、上記凹部内における上記光導波路材料と上記マイクロレンズ材料との界面は、上記マイクロレンズの光軸に対して上記光出射口側で広がる方向又は上記光出射口側で狭まる方向に傾斜している例を挙げることができる。ただし、当該界面は、マイクロレンズの光軸と平行であってもよい。 Furthermore, the interface between the optical waveguide material and the microlens material in the recess is inclined in a direction that widens on the light exit side or narrows on the light exit side with respect to the optical axis of the microlens. An example can be given. However, the interface may be parallel to the optical axis of the microlens.
本発明の光源装置において、上記光源素子は、上記光出射口の下方で上記凹部内に、上記面発光型発光素子が出射した光を上記光出射口側へ反射させるための凸部を備えており、上記マイクロレンズは、一部分が上記凹部内に埋め込まれて上記凹部内で上記光導波路と接しており、上記凹部外に配置された部分にレンズ機能をもつ曲面を有しており、上記凹部内における上記光導波路材料と上記マイクロレンズ材料との界面は、上記マイクロレンズの光軸に対して上記光出射口側で広がる方向に傾斜しており、上記マイクロレンズは上記光導波路の材料の屈折率とほぼ等しい屈折率の材料で形成されている例を挙げることができる。 In the light source device of the present invention, the light source element includes a convex portion for reflecting the light emitted from the surface-emitting light emitting element toward the light emitting port side in the concave portion below the light emitting port. The microlens is partially embedded in the recess, is in contact with the optical waveguide in the recess, and has a curved surface having a lens function in a portion disposed outside the recess. The interface between the optical waveguide material and the microlens material is inclined in a direction spreading on the light exit side with respect to the optical axis of the microlens, and the microlens is refracted by the material of the optical waveguide. An example can be given in which it is made of a material having a refractive index substantially equal to the refractive index.
本発明の光源装置において、上記凹部はその底面の上記光出射口の下方の部分に凹形状の凹部内凹部を備えており、上記光反射膜は上記凹部内凹部の形状に起因して凹部を備えており、上記マイクロレンズは、一部分が上記凹部内に埋め込まれて上記凹部内で上記光導波路と接しており、上記凹部外に配置された部分にレンズ機能をもつ曲面を有しており、上記凹部内における上記光導波路材料と上記マイクロレンズ材料との界面は、上記マイクロレンズの光軸に対して上記光出射口側で狭まる方向に傾斜しており、上記マイクロレンズは上記光導波路の材料の屈折率よりも大きい屈折率の材料で形成されている例を挙げることができる。 In the light source device of the present invention, the recess includes a recess-shaped recess in the bottom portion of the bottom surface of the light exit port, and the light reflecting film has a recess due to the shape of the recess in the recess. The microlens has a curved surface having a lens function in a portion disposed outside the recess, part of which is embedded in the recess and is in contact with the optical waveguide in the recess. The interface between the optical waveguide material and the microlens material in the recess is inclined in a direction narrowing on the light exit side with respect to the optical axis of the microlens, and the microlens is a material of the optical waveguide. An example in which the material is made of a material having a refractive index larger than the refractive index of can be given.
また、上記光源素子は、上記面発光型発光素子上に配置された保護層をさらに備え、上記保護層は、上記マイクロレンズの周囲に側壁を備えているようにしてもよい。ただし、本発明の光源装置は上記保護層を備えていなくてもよい。 The light source element may further include a protective layer disposed on the surface-emitting light emitting element, and the protective layer may include a side wall around the microlens. However, the light source device of the present invention may not include the protective layer.
本発明の光源装置において、上記光源素子は、上記マイクロレンズとして、上記光出射口に配置された第1マイクロレンズと、上記マイクロレンズの上方に配置された第2マイクロレンズを備えているようにしてもよい。ただし、本発明の光源装置において、マイクロレンズは、1つのマイクロレンズで構成されていてもよいし、3つ以上のマイクロレンズで形成されていてもよい。 In the light source device of the present invention, the light source element includes, as the microlens, a first microlens disposed at the light exit and a second microlens disposed above the microlens. May be. However, in the light source device of the present invention, the microlens may be configured by one microlens or may be formed by three or more microlenses.
さらに、上記光源素子は、上記第1マイクロレンズと上記第2マイクロレンズとの間にクロストークを防止するためのアパチャーを備えているようにしてもよい。ただし、本発明の光源装置は上記アパチャーを備えていなくてもよい。 Furthermore, the light source element may include an aperture for preventing crosstalk between the first microlens and the second microlens. However, the light source device of the present invention may not include the aperture.
また、上記光源素子は、上記面発光型発光素子上及び上記第1マイクロレンズ上に配置された光透過性の材料からなるキャップ層をさらに備え、上記第2マイクロレンズは上記キャップ層の上面に形成されており、上記キャップ層は、上記第1マイクロレンズと第2マイクロレンズの光学的集光間隔を確保する機能を備えているようにしてもよい。ただし、本発明の光源装置は上記キャップ層を備えていなくてもよい。 The light source element further includes a cap layer made of a light transmissive material disposed on the surface-emitting light emitting element and the first microlens, and the second microlens is disposed on the upper surface of the cap layer. The cap layer may be formed so as to have a function of securing an optical focusing distance between the first microlens and the second microlens. However, the light source device of the present invention may not include the cap layer.
また、上記第1マイクロレンズ及び上記第2マイクロレンズの機能は、集光光学系又はテレセントリック光学系を有する例を挙げることができる。ただし、第1マイクロレンズ及び第2マイクロレンズの機能はこれらの光学系に限定されない。 Examples of the functions of the first microlens and the second microlens include a condensing optical system or a telecentric optical system. However, the functions of the first microlens and the second microlens are not limited to these optical systems.
また、上記光源素子は、上記第2マイクロレンズの周囲に側壁を有するクロストーク防止層を備えているようにしてもよい。ただし、本発明の光源装置は上記クロストーク防止層を備えていなくてもよい。 The light source element may include a crosstalk preventing layer having a side wall around the second microlens. However, the light source device of the present invention may not include the crosstalk prevention layer.
本発明の光源装置において、上記面発光型光源素子は、いろいろなタイプのものを使用することができる。例えば、面発光型光源素子として、有機EL素子、VCSEL(垂直共振器面発光レーザー)、LEDA(LEDアレイ)などが挙げられる。ただし、本発明の光源装置において、面発光型光源素子はこれらの素子に限定されず、光導波路の上面を介して上記光導波路内に光を放射する面発光型光源素子であれば、どのようなタイプのものであってもよい。 In the light source device of the present invention, various types of surface-emitting light source elements can be used. For example, examples of the surface-emitting light source element include an organic EL element, a VCSEL (vertical cavity surface emitting laser), and an LEDA (LED array). However, in the light source device of the present invention, the surface-emitting light source element is not limited to these elements, and any surface-emitting light source element that emits light into the optical waveguide through the upper surface of the optical waveguide may be used. It may be of any type.
また、本発明の光源装置において、上記光源素子は、上記面発光型発光素子と上記光導波路との間に反射防止膜を備えているようにしてもよい。ただし、本発明の光源装置は上記反射防止膜を備えていなくてもよい。 In the light source device of the present invention, the light source element may include an antireflection film between the surface-emitting light emitting element and the optical waveguide. However, the light source device of the present invention may not include the antireflection film.
また、上記基板に複数の上記光源素子を備え、それらの光源素子の上記マイクロレンズは直線上又は千鳥状に配列されているようにしてもよい。ただし、本発明の光源装置は、複数の光源素子の各マイクロレンズが直線上及び千鳥状に配列されていないものも含む。また、本発明の光源装置において、基板に形成される光源素子は1つであってもよい。 The substrate may include a plurality of light source elements, and the microlenses of the light source elements may be arranged linearly or in a staggered pattern. However, the light source device of the present invention includes one in which the microlenses of the plurality of light source elements are not arranged linearly and in a staggered manner. In the light source device of the present invention, the number of light source elements formed on the substrate may be one.
本発明にかかる画像形成装置は、基板に複数の上記光源素子を備え、それらの光源素子の上記マイクロレンズが直線上又は千鳥状に配列されている本発明の光源装置と、上記光源装置によって露光される感光体ドラムと、を備えたものである。 An image forming apparatus according to the present invention includes a light source device according to the present invention in which a plurality of the light source elements are provided on a substrate, and the microlenses of the light source elements are arranged linearly or in a staggered pattern, and exposure is performed by the light source device. A photosensitive drum.
本発明の光源装置は、凹部内に光反射膜を介して埋め込まれた光導波路と、光導波路の上面を介して光導波路内に光を放射する面発光型発光素子と、面発光型発光素子が凹部を覆っていない領域に設けられ、面発光型発光素子が出射した光を上記凹部外へ出射するための光出射口と、その光出射口に配置されたマイクロレンズと、を有する光源素子を備えているので、導光板構造、光反射構造及びレンズ構造を併せ持つことにより、面発光型発光素子を光源とする光源装置の輝度を向上させることができる。 The light source device of the present invention includes an optical waveguide embedded in a recess through a light reflecting film, a surface-emitting light-emitting element that emits light into the optical waveguide through an upper surface of the optical waveguide, and a surface-emitting light-emitting element Is provided in a region that does not cover the recess, and has a light exit port for emitting the light emitted from the surface light emitting element to the outside of the recess, and a microlens arranged in the light exit port. Therefore, by having both the light guide plate structure, the light reflection structure, and the lens structure, it is possible to improve the luminance of the light source device using the surface light emitting element as the light source.
本発明の画像形成装置は、基板に複数の光源素子を備え、それらの光源素子のマイクロレンズが直線上に配列されている本発明の光源装置と、その光源装置によって露光される感光体ドラムと、を備えているので、本発明の光源装置におけるアレイ状の3次元微細加工がもたらすレンズ効果により、集光性が向上し、高精度かつ高解像度の画像形成装置を実現できる。 An image forming apparatus of the present invention includes a light source device of the present invention in which a substrate includes a plurality of light source elements, and microlenses of the light source elements are arranged in a straight line, and a photosensitive drum exposed by the light source device. Therefore, the lens effect brought about by the array-shaped three-dimensional microfabrication in the light source device of the present invention improves the light condensing performance and realizes a high-precision and high-resolution image forming apparatus.
図1は、光源装置の一実施例を説明するための概略的な平面図である。図2は、図1のA−A’位置での概念的な断面図である。図3は、図1のB−B’位置での概念的な断面図である。 FIG. 1 is a schematic plan view for explaining one embodiment of a light source device. FIG. 2 is a conceptual cross-sectional view at the position A-A ′ in FIG. 1. FIG. 3 is a conceptual cross-sectional view taken along the B-B ′ position in FIG. 1.
光源装置1は複数の光源素子3を備えている。光源素子3は、基板5、凹部7、光反射膜9、光導波路11、有機EL素子13、光出射口14及びマイクロレンズ15を備えている。複数の光源素子3は同一の基板5に形成されている。
The
各光源素子3の凹部7は基板5の一表面に形成されている。凹部7の寸法は、例えば、深さが1〜5μm(マイクロメートル)、長さが100μm〜10mm(ミリメートル)、幅が10〜40μmである。また、複数の凹部7はピッチPで配列されている。ピッチPは、例えば、印刷密度が2500dpi(dots per inch)印刷機に適用される場合は約10μmで、1200dpi印刷機に適用される場合は約20μmで、600dpi印刷機に適用される場合は約40μmである。
A
光反射膜9は凹部7の内壁に形成されている。光反射膜9は例えばアルミニウム材料によって形成されている。光反射膜9の膜厚は、例えば0.1〜0.5μmである。なお、光反射膜9の材料は、アルミニウム材料に限定されず、銀等の他の金属材料であってもよい。
The
光導波路11は凹部7内に光反射膜9を介して埋め込まれている。光導波路11は光透過性を有する材料で形成されている。光導波路11の材料は例えば高屈折率材料である。その高屈折率材料は、例えば、Al2O3材料(屈折率:Nd=1.670)、TiO2材料(屈折率:Nd=2.403)、Nb2O5材料(屈折率:Nd=2.314)、Ta2O5材料(屈折率:Nd=2.150)、高屈折率樹脂材料(屈折率:Nd=1.65)、ゾル−ゲル樹脂(屈折率:Nd=1.60)である。なお、光導波路11の材料は、これらの高屈折率材料に限定されず、光透過性を有する材料であればよい。
The
面発光型発光素子である有機EL素子13は光導波路11上に配置されている。有機EL素子13は凹部7が形成された領域の一部分を覆わないように配置されている。有機EL素子13は光導波路11の上面を介して光導波路11内に光を放射する。有機EL素子13と光導波路11との間に反射防止膜(図示は省略)が形成されている。
The
光出射口14は有機EL素子13が凹部7を覆っていない領域に設けられている。光出射口14は有機EL素子13が出射した光を凹部7外へ出射するために設けられている。
The
マイクロレンズ15は光出射口14に設けられている。マイクロレンズ15は光透過性を有する材料で形成されている。マイクロレンズ15の一部分は、凹部7内に光反射膜9を介して埋め込まれて、凹部7内で光導波路11と接している。凹部7外に配置されたマイクロレンズ15の部分に、集光機能を実現するための凸形状の曲面が形成されている。なお、マイクロレンズ15の曲面はレンズ機能をもつ凹形状であってもよい。また、マイクロレンズ15の曲面は非球面形状でもよく、例えば屈折率分布型曲面や屈折率順次偏変化型レンズ構造でもよい。
The
マイクロレンズ15の材料は、例えば、光導波路11と同じ材料や、高分子樹脂材料、SiO2材料等である。なお、マイクロレンズ15の材料は光透過性を有する材料であればよい。マイクロレンズ15の材料については、光学設計によって高い自由度をもって選定することができる。
The material of the
複数のマイクロレンズ15は、例えば直線上に配列されている。マイクロレンズ15のピッチPは凹部7のピッチPと同じである。
The plurality of
図4は、有機EL素子の一例を説明するための概略的な断面図である。
有機EL素子13は、陽極13a、正孔注入層13c、正孔輸送層13d、発光層13e、電子輸送層13f、電子注入層13g及び陰極13hを備えている。図1から図3では、正孔注入層13c、正孔輸送層13d、発光層13e、電子輸送層13f、電子注入層13g及び陰極13hを発光層及び陰極等13bとして一体的に図示している。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of the organic EL element.
The
陽極13aは透明導電膜であり、例えばITO(酸化インジウムスズ)によって形成されている。正孔注入層13c、正孔輸送層13d、発光層13e、電子輸送層13f及び電子注入層13gは有機材料によって形成されている。陰極13hは例えばアルミニウムによって形成されている。
The
陽極13aは光導波路11上に配置されている。また、陽極13aは隣り合う光源素子3で互いに分離されている。陽極13aは光反射膜9とは反射防止膜によって絶縁されていている。ただし、陽極13aと光反射膜9とを絶縁するための膜は反射防止膜とは異なる絶縁膜であってもよい。
発光層及び陰極等13bは陽極13a上及び基板5上に配置されている。発光層及び陰極等13bは隣り合う光源素子3で互いに分離されている。
The
The light emitting layer and the
陽極13aと光導波路11との間に反射防止膜16が形成されている。反射防止膜16は有機EL素子13の発光光が効率よく光導波路11に進入しやすいようにする機能を有する。反射防止膜16は、例えばSiO2材料とAl2O3材料を使用した3層膜構成の反射防止膜である。ただし、反射防止膜16の構成はこれに限定されない。
An
なお、有機EL素子13の構造及び配置は、図1から図4に示されたものに限定されず、光導波路11の上面を介して光導波路11内に光を放射する構造及び配置であれば、どのような構造及び配置であってもよい。
例えば、有機EL素子13を構成する複数層の膜のうち一部の膜又は全部の膜が隣り合う光源素子3間で連続して形成されていてもよい。
Note that the structure and arrangement of the
For example, some or all of the plurality of layers of the film constituting the
有機EL素子13から出射された光は、光導波路11に入射し、光反射膜9で反射され、かつ、高屈折率材料の光導波路11を伝播する。すなわち、光は、光反射膜9で反射されながら、高屈折率材料の光導波路11の内部を光ファイバーの原理で伝播する。光導波路11の内部を伝播された光は、マイクロレンズ15の材料との界面(端面)から出射される。
Light emitted from the
光導波路11から出射される光は特定の強度分布と角度成分を保有して出射される。マイクロレンズ15の材料に入射した光は、マイクロレンズ15の材料の直下にある光反射膜9で反射され、開口部から上方に出射される。マイクロレンズ15の材料の上方にはマイクロレンズ15の凸形状の曲面が形成されており、レンズ効果で上方に焦点を結ぶ。
The light emitted from the
光源装置1は、光導波路11からなる導光板構造、光反射膜9によって実現される実現される光反射構造、及びマイクロレンズ15によって実現されるレンズ構造を併せ持つ光源素子3を備えているので、有機EL素子を光源とする光源装置の輝度を向上させることができる。
Since the
また、光源装置1において、マイクロレンズ15からなるレンズ部と、有機EL素子13からなる発光部は一体構造で形成されているので、レンズを別途用意する必要がない。さらに、アライメント調整も不要である。
Moreover, in the
また、面発光の光源(有機EL素子13)を活用することによって、有機EL素子の課題とされてきた光量不足を改善することができる。これにより、省エネを実現できる。
また、3元微細加工により反射構造(光反射膜9)を形成することで、集光可能な輝度を増大できる。
Further, by utilizing a surface-emitting light source (organic EL element 13), it is possible to improve the light quantity shortage that has been a problem of the organic EL element. Thereby, energy saving is realizable.
Moreover, the brightness | luminance which can be condensed can be increased by forming a reflective structure (light reflection film 9) by ternary fine processing.
光源素子3の光量は有機EL素子13の発光面積に比例する。光量を更に大きくしたい場合には、光導波路11の上面の面積を広くしたり、光導波路11の上面に凹凸構造を採用したりすることで、有機EL素子13の発光面積を大きくすることが有効である。
The light amount of the
また、光源素子3を微細に並べることができるので、発光源(マイクロレンズ15)の面積を小さくできる。これによって、擬似点光源が実現できる。点光源の場合、発光点の面積が小さいので、集光性に優れる。これにより、光を集めるための光学系が簡素化できる。
Moreover, since the
例えば、光源面積が直径100μmの場合には、これよりも大きなレンズが必要である。また、拡散角度が大きくなるほどレンズパワーが必要となり、レンズが厚くなる。すなわち、高性能で高額のレンズが必要になる。 For example, when the light source area has a diameter of 100 μm, a larger lens is necessary. Further, as the diffusion angle increases, the lens power is required, and the lens becomes thicker. That is, a high-performance and expensive lens is required.
他方、光源面積が直径5μmの場合には、レンズの5μmでよい。また、拡散角度が大きい場合でも光源の近くにレンズを配置するとパワーは比較的小さくてすむ。すなわち、レンズは薄くてよい。 On the other hand, when the light source area is 5 μm in diameter, it may be 5 μm of the lens. Even when the diffusion angle is large, if the lens is disposed near the light source, the power can be relatively small. That is, the lens may be thin.
また、光源装置1は、LEDに替わる固体光源としての機能を有する。光源装置1は、コンパクト、低価格かつ高品位(高精度)な固体光源を実現する。
The
図5は、図1から図3に示された光源装置を固体光源として用いた画像形成装置の概念図である。
画像形成装置は、光源装置1と、光源装置1によって露光される感光体ドラム17と、を備えている。
FIG. 5 is a conceptual diagram of an image forming apparatus using the light source device shown in FIGS. 1 to 3 as a solid light source.
The image forming apparatus includes a
光源装置1におけるアレイ状の3次元微細加工がもたらすレンズ効果により、集光性が向上し、高精度かつ高解像度の画像形成装置が実現される。これにより、省エネ及び高精度な印刷が実現される。
The lens effect brought about by the array-shaped three-dimensional microfabrication in the
また、光源装置1は、集光機能を有するマイクロレンズ15を備えているので、そのまま光を感光体ドラム17に結像できる。したがって、従来は必要としていたファイバーレンズやロッドレンズ等の光伝送手段を別途用意する必要がなくなる。これにより、部品点数の減少及び低価格化を実現できる。
In addition, since the
また、有機EL素子とレンズ構造を一体とすることで、集光用のレンズを別途必要とはせず、アライメント調整も不要である。 In addition, by integrating the organic EL element and the lens structure, a condensing lens is not required separately, and alignment adjustment is also unnecessary.
光源装置1は、光学系も含めて非常にコンパクトな構造であり、微細加工で製作すれば、印刷のドット間ピッチを10μm以下に微細加工することが可能である。例えば、高精度印刷(25.4mm/10μm=約2500dpi)が可能となる。さらに、ドット間ピッチを5μm以下に微細加工することも可能で、超高精度印刷(25.4mm/5μm=5080dpi)が可能となる。この精度は、現在市販されている印刷機の中では、写真印刷機精度に匹敵する。本件発明は、高精度印刷機の実現にも貢献できる。
The
図6は、図1から図3に示された光源装置1の製造工程の一例を説明するための概略的な断面図である。図6の断面図は、図1のA−A’位置の断面とB−B’位置の断面に対応している。図6におけるカッコ数字(1)〜(7)は以下に説明される工程(1)〜(7)に対応している。なお、光源装置1の製造工程はこれに限定されるものではない。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a manufacturing process of the
(1)基板5の材料は、例えば、石英(ガラス材料)、ポリメチルペンテン(樹脂材料)又はシリコンである。ただし、以下に説明する工程は、基本的には、基板5の材質に依存しないプロセスである。
(1) The material of the
基板5の表面にフォトリソグラフィー技術を用いてレジスト19のパターニングを実施する。エッチング技術を用いて、レジスト19をマスクにして基板5をエッチングし、凹部7を形成する。基板5の材料がガラス材料又は樹脂材料であるときは、例えばRIE(反応性イオンエッチング)ドライエッチングが用いられる。基板5の材料がシリコン材料であるときは、例えばウエットエッチング又はRIEドライエッチングが用いられる。ウエットエッチングを使用する場合は、シリコンからなる基板5の(100)面をエッチングして結晶異方性エッチング(アルカリ)を行う。エッチング溶液は、例えば、EDP溶液、KOH溶液、TMAH溶液である。エッチング条件は通常の半導体プロセスと同様である。
The resist 19 is patterned on the surface of the
また、凹部7の形成についてNIP(ナノインプリント)技術を用いることができる。予め所望の形状を有する金型を用意する。金型には、所望の凹凸形状の反転構造を金型に形成する。この金型を使用し金型形状をNIP樹脂で基板上に転写する。この方法を用いれば、凹凸形状、三角形形状、非球面形状などの形状を自由度高く製作することができる。製作可能な金型の大きさは例えば直径8インチ以下であれば特に制限はない。製作可能なピッチ精度は、微細加工精度も数100nm(ナノメートル)〜数mmまで制御可能である。基板上に金型で形状を形成した後、ドライエッチング法を用いて樹脂形状を基板に転写することによって、所望の形状を形成することができる。
Moreover, NIP (nanoimprint) technology can be used for the formation of the
(2)真空蒸着法又はスパッタリング法を用いて、凹部7の内壁に例えばアルミニウム材料からなる光反射膜9を成膜する。なお、レジスト19はそのまま残してある。
(2) A
(3)レジスト19を剥離除去する。このとき、レジスト19表面に形成されたアルミニウム材料薄膜も除去される。 (3) The resist 19 is stripped and removed. At this time, the aluminum material thin film formed on the surface of the resist 19 is also removed.
(4)凹部7内に光反射膜9を介して高屈折率材料を埋め込んで光導波路11を形成する。埋め込み方法と埋め込み材料は、例えば(a)真空蒸着法又はスパッタリング法によるAl2O3材料(屈折率:Nd=2.05)、(b)塗布法による高屈折率樹脂材料(屈折率:Nd=1.65)、(c)塗布後に熱硬化させたゾル−ゲル材料(屈折率:Nd=1.60)である。
光反射膜9上及び光導波路11上に反射防止膜16(図4を参照。)を形成する。反射防止膜16は基板5表面にも形成されていてもよい。
(4) The
An antireflection film 16 (see FIG. 4) is formed on the
(5)フォトリソグラフィー技術を用いて、光出射口14(図2を参照。)の形成予定位置に開口を有するレジスト21のパターンを形成する。 (5) A pattern of a resist 21 having an opening at a position where the light emission port 14 (see FIG. 2) is to be formed is formed using a photolithography technique.
(6)ドライエッチング技術を用いて、レジスト21をマスクにして光導波路11の一部分をエッチングし、光導波路11に光出射口14を形成する。光出射口14に位置する光導波路11の端面は出射部として機能する。
(6) Using a dry etching technique, a part of the
(7)開口部以外の箇所に有機EL素子13を形成する。有機EL素子13の形成方法は、例えば真空蒸着法や印刷法(インクジェット法)、レーザー転写法を使用する。ここでは、有機EL素子13の陽極13aは、光導波路11の上及び光導波路11の周囲の光反射膜9の上のみに形成される。
(7) The
(8)図2及び図3に示されるように、光導波路11の開口部(凹部)と、その開口部の周囲の有機EL素子13を覆うように、樹脂製のマイクロレンズ15を製作する。これにより、光源素子3が形成され、光源装置1の製造工程が完了する。
(8) As shown in FIGS. 2 and 3, a
なお、光源装置1の製造方法は上記製造工程に限定されない。また、以下に説明する実施例及び本発明の光源装置の製造方法は、上記製造工程に順ずるものに限定されない。
In addition, the manufacturing method of the
図7は、光源装置の他の実施例を説明するための概略的な断面図である。この実施例の平面図は図1と同じである。図7は、図1のA−A’位置に対応している。図7において、図1から図3と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。 FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining another embodiment of the light source device. The plan view of this embodiment is the same as FIG. FIG. 7 corresponds to the A-A ′ position in FIG. 1. In FIG. 7, parts having the same functions as those in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals.
この実施例の光源装置1では、凹部7内における光導波路11の材料とマイクロレンズ15の材料との界面11aは、マイクロレンズ15の光軸に対して凹部7の開口側で広がる方向に角度θだけ傾斜している。その他の構造は図1から図3に示された実施例と同じである。なお、マイクロレンズ15の材料の屈折率は光導波路11の材料の屈折率に比べて大きい。
In the
界面11aがマイクロレンズ15の光軸に対して凹部7の開口側で広がる方向に傾斜していることにより、界面11aがマイクロレンズ15の光軸と平行な場合又はマイクロレンズ15の光軸に対して凹部7の開口側で狭まる方向に傾斜している場合に比べて、有機EL素子13が発光する光の光利用効率が向上する。界面11aからマイクロレンズ15の材料内へ出射された光は、下部にある光反射膜9で反射されて開口部から上方に出射される。
The
図8は、光源装置のさらに他の実施例を説明するための概略的な断面図である。この実施例の平面図は図1と同じである。図8は、図1のA−A’位置に対応している。図8において、図7と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。 FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining still another embodiment of the light source device. The plan view of this embodiment is the same as FIG. FIG. 8 corresponds to the A-A ′ position in FIG. 1. In FIG. 8, parts having the same functions as those in FIG.
この実施例は、図7に示された実施例と比較して、凹部が、その底面のマイクロレンズ15の材料直下の部分に凹形状の凹部内凹部7aを備えている点で異なっている。凹部内凹部7aに起因して、光反射膜9に凹形状が形成されている。この形状により、上方への光集光性が向上する。この実施例は、図7に示された実施例と比較して、有機EL素子13が発光する光の利用効率が向上する。
This embodiment is different from the embodiment shown in FIG. 7 in that the concave portion is provided with a concave
なお、図8に示された実施例において、界面11aはマイクロレンズ15の光軸と平行であってもよい。
In the embodiment shown in FIG. 8, the
図9は、光源装置のさらに他の実施例を説明するための概略的な断面図である。この実施例の平面図は、保護層23が形成されていることを除いて図1と同じである。図9は、図1のA−A’位置に対応している。図9において、図8と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view for explaining still another embodiment of the light source device. The plan view of this embodiment is the same as FIG. 1 except that the
この実施例は、図8に示された実施例と比較して、有機EL素子13上に配置された保護層23をさらに備えている点で異なっている。保護層23は、マイクロレンズ15の周囲を囲んで配置された側壁を備えている。保護層23の材料は、例えば樹脂材料であるが、樹脂材料に限定されない。また、マイクロレンズ15の周囲の保護層23の側壁は、必ずしもマイクロレンズ15の周囲を囲んでいなくてもよい。
This embodiment is different from the embodiment shown in FIG. 8 in that it further includes a
保護層23は有機EL素子13の保護膜として機能する。
さらに、保護層23は、マイクロレンズ15の周囲に配置された側壁により、マイクロレンズ15で集光漏れを生じていた光が上方に反射される。これにより、この実施例は、図8に示された実施例と比較して、有機EL素子13が発光する光の利用効率が向上する。
The
Further, the
なお、図9に示された実施例において、界面11aはマイクロレンズ15の光軸と平行であってもよい。
また、マイクロレンズ15の材料直下の光反射膜9及び凹部7は平坦形状であってもよい。
In the embodiment shown in FIG. 9, the
Further, the
図10は、光源装置のさらに他の実施例を説明するための概略的な断面図である。この実施例の平面図は、保護層23が形成されていることを除いて図1と同じである。図10は、図1のA−A’位置に対応している。図10において、図9と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view for explaining still another embodiment of the light source device. The plan view of this embodiment is the same as FIG. 1 except that the
この実施例は、図9に示された実施例と比較して、界面11aはマイクロレンズ15の光軸に対して凹部7の開口側で狭まる方向に傾斜している。なお、マイクロレンズ15は光導波路11の材料の屈折率よりも大きい屈折率の材料で形成されている。
In this embodiment, compared with the embodiment shown in FIG. 9, the
この実施例は、界面11aがマイクロレンズ15の光軸に対して凹部7の開口側で狭まる方向に傾斜していることにより、図9に示された実施例と比較して、光源素子3の輝度が向上する。
なお、図10に示された実施例において、保護層23は形成されていなくてもよい。
In this embodiment, since the
In the embodiment shown in FIG. 10, the
図11は、光源装置のさらに他の実施例を説明するための概略的な断面図である。この実施例の平面図は図1と同じである。図11は、図1のA−A’位置に対応している。図11において、図1から図3と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。 FIG. 11 is a schematic cross-sectional view for explaining still another embodiment of the light source device. The plan view of this embodiment is the same as FIG. FIG. 11 corresponds to the A-A ′ position in FIG. 1. In FIG. 11, parts having the same functions as those in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals.
この実施例は、図1から図3に示された実施例と比較して、光出射口14の下方で凹部7内に、有機EL素子13が出射した光を光出射口14側へ反射させるための凸部25をさらに備えている。凸部25の材料は、例えば石英材料、アルミノシリケイトガラス、SiO2を骨格とする重縮合材料(ゾル−ゲル材料)、基板5と同じ材料、光導波路11と同じ材料などである。凸部25の形状は例えば三角柱である。凸部25の材料として基板5と同じ材料が用いられる場合、例えば、NIP法を使用することで、予め製作した金型の形状を転写して凹部7の底面に凸形状を形成し、この凸形状の表面に反射膜を形成することによって、凸部25が形成される。また、凸部25の材料として、光導波路11と同じ材料が用いられる場合、凹部7内に光透過性の材料を埋め込んで光導波路11を形成した後、エッチング技術によって光導波路11の一部分をパターニングして凸形状を製作することによって、凸部25が形成される。
Compared with the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, this embodiment reflects the light emitted from the
この実施例は、凸部25を備えていることにより、図1から図3に示された実施例と比較して、光源素子3の輝度が向上する。
なお、凸部25の材料及び形状は、この実施例に限定されず、有機EL素子が出射した光を光出射口14側へ反射させることができる材料及び形状であれば、どのような材料及び形状であってもよい。
Since this embodiment is provided with the
In addition, the material and shape of the
図12は、光源装置のさらに他の実施例を説明するための概略的な断面図である。この実施例の平面図は図1と同じである。図11は、図1のA−A’位置に対応している。図12において、図11と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。 FIG. 12 is a schematic cross-sectional view for explaining still another embodiment of the light source device. The plan view of this embodiment is the same as FIG. FIG. 11 corresponds to the A-A ′ position in FIG. 1. In FIG. 12, the parts having the same functions as those in FIG.
この実施例は、図11に示された実施例と比較して、凸部25は、凹部7の底面に形成された凸部及びその凸部の表面に形成された光反射膜9によって形成されている。
これにより、凸部25を形成するための専用の工程や材料を必要とすることなく、凸部25を形成できる。
In this embodiment, as compared with the embodiment shown in FIG. 11, the
Thereby, the
なお、図11又は図12に示された実施例において、図9に示された実施例と同様に保護層23が形成されていてもよい。
In the embodiment shown in FIG. 11 or FIG. 12, the
図13は、光源装置のさらに他の実施例を説明するための概略的な断面図である。この実施例の平面図は図1と同じである。図13は、図1のA−A’位置に対応している。図13において、図12と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。 FIG. 13 is a schematic cross-sectional view for explaining still another embodiment of the light source device. The plan view of this embodiment is the same as FIG. FIG. 13 corresponds to the A-A ′ position in FIG. 1. In FIG. 13, parts having the same functions as those in FIG.
この実施例は、図12に示された実施例と比較して、マイクロレンズ15は凹部7に埋め込まれていない。マイクロレンズ15の直下の凹部7内に光導波路11が存在している。光出射口14は有機EL素子13が形成されていない位置に設けられている。
In this embodiment, the
マイクロレンズ15が凹部7に埋め込まれておらず、マイクロレンズ15の直下の凹部7内に光導波路11が存在している構成は、上述の各実施例に適用可能である。
A configuration in which the
図14は、光源装置のさらに他の実施例を説明するための概略的な平面図である。図15は、図14のC−C’位置での概念的な断面図である。図14及び図15において、上記の実施例と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。 FIG. 14 is a schematic plan view for explaining still another embodiment of the light source device. FIG. 15 is a conceptual cross-sectional view at the position C-C ′ in FIG. 14. In FIG. 14 and FIG. 15, the same reference numerals are given to portions that perform the same functions as in the above embodiment.
光源素子3は、マイクロレンズとして、光出射口14に配置された第1マイクロレンズ15aと、マイクロレンズ15aの上方に配置された第2マイクロレンズ15bを備えている。第1マイクロレンズ15aは2つ設けられており、凸部25の2つの反射面ごとに配置されている。第1マイクロレンズ15aの材料は例えば光透過性を有する樹脂である。第1マイクロレンズ15aの形状は例えば楕円柱である。ただし、第1マイクロレンズ15aの個数、材料及び形状はこれらに限定されない。
The
第1マイクロレンズ15aの直下の凹部7内に、光透過性の材料からなる埋め込み材料27が埋め込まれている。埋め込み材料27は第1マイクロレンズ15a、凸部25及び光導波路11と接している。埋め込み材料27は、光導波路11と同じ材料(高屈折率材料)又は光導波路11とは異なる材料(低屈折率材料)で形成されている。ただし、埋め込み材料27の材料は光透過性を有するものであれば問われない。なお、埋め込み材料27の形成位置は空洞(気体層)であってもよい。
An embedding
有機EL素子13上及び第1マイクロレンズ15a上に光透過性の材料からなるキャップ層29が形成されている。キャップ層29は例えばシールガラスによって形成されている。ただし、キャップ層29の材料は光透過性を有するものであれば問われない。
A
キャップ層29の上に第2マイクロレンズ15bが配置されている。第2マイクロレンズ15bの材料は例えば光透過性を有する樹脂である。ただし、第2マイクロレンズ15bの材料はこれに限定されない。
A
キャップ層29は、第1マイクロレンズ15aと第2マイクロレンズ15bの光学的集光間隔を確保する機能を有する。また、キャップ層29は有機EL素子13の保護層としても機能する。
The
第1マイクロレンズ15aと第2マイクロレンズ15bとの間に、隣り合う光源素子3の間でのクロストークを防止するためのアパチャー31が設けられている。この実施例では、アパチャー31はキャップ層29の上面に配置されている。ただし、アパチャー31は、第1マイクロレンズ15aと第2マイクロレンズ15bとの間の位置で、かつクロストークを防止可能な位置であれば、どのような位置に配置されていてもよい。
An
キャップ層29の上に、第2マイクロレンズ15bの周囲に側壁33aを有するクロストーク防止層33が配置されている。クロストーク防止層33の材料は、例えばクロムやアルミニウムなどの金属材料、樹脂材料、SiO2を骨格とする重縮合材料(ゾル−ゲル材料)などである。クロストーク防止層33の形成方法は特に限定されないが、クロストーク防止層33の材料として樹脂材料やゾル−ゲル材料が用いられる場合、NIP法によってクロストーク防止層33を形成することができる。ただし、クロストーク防止層33の材料は、隣り合う光源素子3の間でのクロストークを防止できる材料であれば、どのような材料であってもよい。また、クロストーク防止層33の側壁33aは、隣り合う光源素子3の間でのクロストークを防止できる位置に配置されていればよく、必ずしも第2マイクロレンズ15bの周囲を取り囲んでいなくてもよい。また、クロストーク防止層33の形成方法はNIP法に限定されない。
On the
第1マイクロレンズ15a及び第2マイクロレンズ15bの機能は、例えば、テレセントリック光学系を構成する。ただし、第1マイクロレンズ15a及び第2マイクロレンズ15bの機能は、テレセントリック光学系に限定されず、他の光学系、例えば集光光学系であってもよい。
The function of the 1st
図16は、図14及び図15に示された光源装置を固体光源として用いた画像形成装置の概念図である。
第1マイクロレンズ15a及び第2マイクロレンズ15bがテレセントリック光学系を構成する場合、光導波路11から出射され、凸部25で反射された光は平行光として上方に進行する。第2マイクロレンズ15bから出射された光は感光体ドラム17に集光される。
FIG. 16 is a conceptual diagram of an image forming apparatus using the light source device shown in FIGS. 14 and 15 as a solid light source.
When the
この実施例の光源装置1は、光源素子3において2層のレンズ15a,15bを採用しているので、輝度の低下もなく明るい光学系を形成できる。さらに、製造プロセスとして半導体プロセスを採用でき、一体型対置合わせ機構を採用しているので、光学精度や製造の再現性も非常に高い。
Since the
さらに、隣り合う光源素子3間において、光源素子3が出射する光はアパチャー31とクロストーク防止層33の側壁33aで仕切られているため、クロストーク(隣の光源素子3からの光の迷光)がなく、純粋な発光源からの光が取り出せる。これにより、高精度印刷が実現可能である。
Further, between the adjacent
なお、マイクロレンズとして第1マイクロレンズ15a及び第2マイクロレンズ15bを備え、さらにキャップ層31及びクロストーク防止層33を備えた構成は、上述の各実施例に適用可能である。
In addition, the structure provided with the 1st
図17は、光源装置のさらに他の実施例を説明するための概略的な断面図である。この実施例の平面図は図14と同じである。図17は、図14のC−C’位置に対応している。図17において、図14及び図15と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。 FIG. 17 is a schematic cross-sectional view for explaining still another embodiment of the light source device. The plan view of this embodiment is the same as FIG. FIG. 17 corresponds to the C-C ′ position in FIG. 14. In FIG. 17, parts having the same functions as those in FIGS. 14 and 15 are denoted by the same reference numerals.
この実施例は、図14及び図15に示された実施例と比較して、凹部7の底面は、凹部7の深さが光出射口14側で深くなるように傾斜している。そして、光反射膜9及び光導波路11の底面は、凹部7の底面形状に起因して、光導波路7内で光が光出射口14側へ反射されやすくなるように傾斜している。これにより、光源素子3の輝度が向上されている。
In this embodiment, as compared with the embodiment shown in FIGS. 14 and 15, the bottom surface of the
なお、当該傾斜が形成されている位置は、凹部7の形成領域の一部分であってもよい。また、基板5の上面に対する凹部7の底面、光反射膜9及び光導波路11の底面の傾斜角は任意である。
The position where the inclination is formed may be a part of the formation region of the
図18は、光源装置のさらに他の実施例を説明するための概略的な断面図である。この実施例の平面図は図14と同じである。図18は、図14のC−C’位置に対応している。図18において、図14及び図15と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。 FIG. 18 is a schematic cross-sectional view for explaining still another embodiment of the light source device. The plan view of this embodiment is the same as FIG. FIG. 18 corresponds to the C-C ′ position in FIG. 14. In FIG. 18, parts having the same functions as those in FIGS. 14 and 15 are denoted by the same reference numerals.
この実施例は、図14及び図15に示された実施例と比較して、凹部7の底面は、凹部7の深さが光出射口14側で深くなるように湾曲している。そして、光反射膜9及び光導波路11の底面は、凹部7の底面形状に起因して、光導波路7内で光が光出射口14側へ反射されやすくなるように湾曲している。これにより、光源素子3の輝度が向上されている。
In this embodiment, as compared with the embodiment shown in FIGS. 14 and 15, the bottom surface of the
なお、当該湾曲部分が形成されている位置は、凹部7の形成領域の一部分であってもよい。また、凹部7の底面、光反射膜9及び光導波路11の底面の曲面の形状は任意である。例えば、三角柱である凸部25の中心軸に向けて光が集まるように、光反射膜9と光導波路11の底面との界面が凸部25の中心軸とする円柱の円弧上に位置している例を挙げることができる。これにより、光源素子3の輝度がより向上する。
The position where the curved portion is formed may be a part of the formation region of the
なお、凹部7の底面、光反射膜9及び光導波路11の底面が上記のように傾斜又は湾曲している構成は、上述の各実施例に適用可能である。
The configuration in which the bottom surface of the
上述の各実施例では、有機EL素子13と光導波路11との間に反射防止膜16が形成されている例を示した。反射防止膜16は形成されていなくてもよいが、反射防止膜16が形成されていることによって有機EL素子13から光導波路11への光の透過率が向上する。
In each of the above-described embodiments, an example in which the
当該反射防止膜を検討した結果を記す。
光導波路の媒質としてAl2O3とSiO2について検討した。入射角は0度で計算した。可視光の平均透過率を求めるべく、波長が350nm〜850nmの光の透過率を求め、中心設計波長は550nmで計算した。
The results of studying the antireflection film will be described.
Al 2 O 3 and SiO 2 were examined as the optical waveguide medium. The incident angle was calculated at 0 degree. In order to obtain the average transmittance of visible light, the transmittance of light having a wavelength of 350 nm to 850 nm was obtained, and the center design wavelength was calculated at 550 nm.
媒質がAl2O3の光導波路に対して、光導波路側から順にTa2O5(膜厚:15.26nm)/SiO2(膜厚:18.13nm)/Ta2O5(膜厚:8.36nm)の3層膜構成の反射防止膜を設定した。反射防止膜の上に有機EL素子の陽極(ITO)を配置した。各材料の屈折率は、Al2O3:1.67、Ta2O5:2.14、SiO2:1.46、ITO:2.05である。 For an optical waveguide whose medium is Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 (film thickness: 15.26 nm) / SiO 2 (film thickness: 18.13 nm) / Ta 2 O 5 (film thickness: in order from the optical waveguide side) An antireflection film having a three-layer film structure of 8.36 nm) was set. An organic EL element anode (ITO) was placed on the antireflection film. The refractive index of each material, Al 2 O 3: 1.67, Ta 2 O 5: 2.14, SiO 2: 1.46, ITO: 2.05.
反射防止膜を配置しない場合(ITO/Al2O3の積層構造)、可視光の平均透過率は99.0%であった。
反射防止膜を配置した場合(ITO/Ta2O5/SiO2/Ta2O5/Al2O3の積層構造)、可視光の平均透過率は99.7%であった。
反射防止膜を配置することにより、可視光の平均透過率は0.7%向上した。
When no antireflection film was disposed (ITO / Al 2 O 3 laminate structure), the average transmittance of visible light was 99.0%.
When an antireflection film was disposed (laminated structure of ITO / Ta 2 O 5 / SiO 2 / Ta 2 O 5 / Al 2 O 3 ), the average visible light transmittance was 99.7%.
By arranging the antireflection film, the average visible light transmittance was improved by 0.7%.
また、媒質がSiO2の光導波路に対して、Al2O3(膜厚:64.79nm)の反射防止膜を設定した。反射防止膜の上に有機EL素子の陽極(ITO)を配置した。各材料の屈折率は上述のとおりである。 Further, an antireflection film of Al 2 O 3 (film thickness: 64.79 nm) was set for the optical waveguide whose medium is SiO 2 . An organic EL element anode (ITO) was placed on the antireflection film. The refractive index of each material is as described above.
反射防止膜を配置しない場合(ITO/SiO2の積層構造)、可視光の平均透過率は97.5%であった。
反射防止膜を配置した場合(ITO/Al2O3/SiO2の積層構造)、可視光の平均透過率は99.2%であった。
反射防止膜を配置することにより、可視光の平均透過率は1.7%向上した。
When no antireflection film was disposed (ITO / SiO 2 laminate structure), the average visible light transmittance was 97.5%.
When an antireflection film was disposed (laminated structure of ITO / Al 2 O 3 / SiO 2 ), the average visible light transmittance was 99.2%.
By arranging the antireflection film, the average visible light transmittance was improved by 1.7%.
このように、有機EL素子と光導波路の間に反射防止膜が形成されていることによって、有機EL素子から光導波路への光の透過率が向上する。 Thus, by forming the antireflection film between the organic EL element and the optical waveguide, the light transmittance from the organic EL element to the optical waveguide is improved.
以上、本発明の実施例が説明されたが、本発明は、これらに限定されるものではなく、実施例で示された材料、数値、配置等は一例であり、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and the materials, numerical values, arrangements, and the like shown in the embodiments are examples, and are described in the claims. Various modifications are possible within the scope of the present invention.
例えば、上記実施例では面発光型光源素子として有機EL素子が用いられているが、本発明の光源装置において、面発光型光源素子は他の構造の面発光型光源素子であってもよい。例えば、有機EL素子に替えて、VCSEL又はLEDAが配置されていてもよい。ただし、本発明の光源装置において、面発光型光源素子はこれらの素子に限定されず、光導波路の上面を介して上記光導波路内に光を放射する面発光型光源素子であれば、どのようなタイプのものであってもよい。 For example, in the above embodiment, an organic EL element is used as the surface-emitting light source element. However, in the light source device of the present invention, the surface-emitting light source element may be a surface-emitting light source element having another structure. For example, VCSEL or LEDA may be arranged instead of the organic EL element. However, in the light source device of the present invention, the surface-emitting light source element is not limited to these elements, and any surface-emitting light source element that emits light into the optical waveguide through the upper surface of the optical waveguide may be used. It may be of any type.
1 光源装置
3 光源素子
5 基板
7 凹部
7a 凹部内凹部
9 光反射膜
11 光導波路
11a 界面
13 有機EL素子
14 光出射口
15 マイクロレンズ
16 反射防止膜
17 感光体ドラム
23 保護層
25 凸部
29 キャップ層
31 アパチャー
33 クロストーク防止層
33a 側壁
DESCRIPTION OF
Claims (18)
前記基板に形成された凹部と、
前記凹部の内壁に形成された光反射膜と、
光透過性を有する材料からなり、前記凹部内に前記光反射膜を介して埋め込まれた光導波路と、
前記凹部が形成された領域の一部分を覆わないように前記光導波路上に配置され、前記光導波路の上面を介して前記光導波路内に光を放射する面発光型発光素子と、
前記面発光型発光素子が前記凹部を覆っていない領域に設けられ、前記面発光型発光素子が出射した光を前記凹部外へ出射するための光出射口と、
前記光出射口に配置されたマイクロレンズと、を有する光源素子を備えた光源装置。 A substrate,
A recess formed in the substrate;
A light reflecting film formed on the inner wall of the recess,
An optical waveguide made of a material having optical transparency, embedded in the recess through the light reflecting film,
A surface-emitting light-emitting element that is disposed on the optical waveguide so as not to cover a part of the region where the recess is formed, and emits light into the optical waveguide through the upper surface of the optical waveguide;
A light-emitting port for emitting the light emitted from the surface-emitting light-emitting element to the outside of the recess, provided in a region where the surface-emitting light-emitting element does not cover the recess;
A light source device comprising a light source element having a microlens disposed at the light exit port.
前記光反射膜は前記凹部内凹部の形状に起因して凹部を備えている請求項1又は2に記載の光源装置。 The concave portion is provided with a concave concave portion in the lower portion of the bottom surface of the light exit port,
The light source device according to claim 1, wherein the light reflecting film includes a recess due to a shape of the recess in the recess.
前記マイクロレンズは、一部分が前記凹部内に埋め込まれて前記凹部内で前記光導波路と接しており、前記凹部外に配置された部分にレンズ機能をもつ曲面を有しており、
前記凹部内における前記光導波路材料と前記マイクロレンズ材料との界面は、前記マイクロレンズの光軸に対して前記光出射口側で広がる方向に傾斜しており、
前記マイクロレンズは前記光導波路の材料の屈折率とほぼ等しい屈折率の材料で形成されている請求項1又は2に記載の光源装置。 The light source element includes a convex portion for reflecting the light emitted from the surface-emitting light emitting element toward the light exit port in the recess below the light exit port,
The microlens has a curved surface having a lens function in a portion disposed outside the recess, part of which is embedded in the recess and is in contact with the optical waveguide in the recess.
The interface between the optical waveguide material and the microlens material in the recess is inclined in a direction spreading on the light exit side with respect to the optical axis of the microlens,
The light source device according to claim 1, wherein the microlens is made of a material having a refractive index substantially equal to a refractive index of a material of the optical waveguide.
前記光反射膜は前記凹部内凹部の形状に起因して凹部を備えており、
前記マイクロレンズは、一部分が前記凹部内に埋め込まれて前記凹部内で前記光導波路と接しており、前記凹部外に配置された部分にレンズ機能をもつ曲面を有しており、
前記凹部内における前記光導波路材料と前記マイクロレンズ材料との界面は、前記マイクロレンズの光軸に対して前記光出射口側で狭まる方向に傾斜しており、
前記マイクロレンズは前記光導波路の材料の屈折率よりも大きい屈折率の材料で形成されている請求項1又は2に記載の光源装置。 The concave portion is provided with a concave concave portion in the lower portion of the bottom surface of the light exit port,
The light reflecting film has a recess due to the shape of the recess in the recess,
The microlens has a curved surface having a lens function in a portion disposed outside the recess, part of which is embedded in the recess and is in contact with the optical waveguide in the recess.
The interface between the optical waveguide material and the microlens material in the recess is inclined in a direction narrowing on the light exit side with respect to the optical axis of the microlens,
The light source device according to claim 1, wherein the microlens is formed of a material having a refractive index larger than that of the material of the optical waveguide.
前記保護層は、前記マイクロレンズの周囲に側壁を備えている請求項1から8のいずれか一項に記載の光源装置。 The light source element further includes a protective layer disposed on the surface light emitting element.
The light source device according to claim 1, wherein the protective layer includes a side wall around the microlens.
前記第2マイクロレンズは前記キャップ層の上面に形成されており、
前記キャップ層は、前記第1マイクロレンズと第2マイクロレンズの光学的集光間隔を確保する機能を備えている請求項10又は11に記載の光源装置。 The light source element further includes a cap layer made of a light transmissive material disposed on the surface-emitting light emitting element and the first microlens,
The second microlens is formed on an upper surface of the cap layer;
The light source device according to claim 10 or 11, wherein the cap layer has a function of ensuring an optical condensing interval between the first microlens and the second microlens.
前記光源装置によって露光される感光体ドラムと、を備えた画像形成装置。 A light source device according to claim 17;
An image forming apparatus comprising: a photosensitive drum exposed by the light source device.
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