JP3613998B2

JP3613998B2 - 有機ｅｌプリントヘッド

Info

Publication number: JP3613998B2
Application number: JP27534698A
Authority: JP
Inventors: 誠久鶴岡; 辰男福田; 幸彦清水; 洋一小堀
Original assignee: Futaba Corp
Current assignee: Futaba Corp
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2018-09-29
Also published as: JP2000103114A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光色の異なる複数種類の発光ドットを備えた有機ＥＬ素子を用いてカラー画像を形成する有機ＥＬプリントヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自己発色方式のカラープリンタの光源としては、蛍光発光管を使用したものが知られている。このようなカラープリントヘッド用の蛍光発光管の一構造例を説明する。陽極発光部はＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３種類の発光ブロックに分けられており、各ブロックともにＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体が発光するようになっている。各ブロックは、それぞれ多数の発光ドットが所定のピッチで並設された構造になっている。そして、各ブロックごとにＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタが設けられ、それぞれ赤、緑、青のドット状の光を取り出せるように構成されている。これら各色のドット状の光は記録媒体に重ねて照射され、記録媒体上にはフルカラーの画像（潜像）が形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
蛍光発光管を利用した従来の光プリントヘッドには次のような問題がある。
１）蛍光体の発光に消費されるエネルギ以外に消費されるエネルギが大きい。即ち、熱陰極やグリッド等に無効電流が流れて発光に直接関与しないエネルギが消費されるため、全体の消費電力が大きい。
【０００４】
２）蛍光発光管は、内部が高真空状態とされた外囲器の内部に各種電極類を収納した真空管の一種でもあり、従って耐圧を確保するために外囲器を構成する基板の材厚を薄くできない。このため、重量を軽減することができない。
【０００５】
３）熱陰極を支持する部材が必要になり、この部材を設置する場所が外囲器内に必要になる。この場所は発光に関与しないデッドスペースであり、従ってプリントヘッド自体の小型化が困難である。
【０００６】
４）ＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体は、プロセス条件や管内ガス等の影響を受けて極表面（発光する表面に近い範囲）の状態が変化しやすく、その結果として光出力が変動しやすい。このため、光出力を一定にするための複雑な補正操作を駆動制御等の手段によって行わなければならず、煩雑である。
【０００７】
５）ＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体には発光波長６００ｎｍ以上の赤色成分が少なく、感光剤とのマッチングが悪いため、赤色の発色が不十分となる。このため、赤色のみ２回発光させたり、ＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体を用いたヘッドの他に、赤色発光蛍光体を使用したヘッドを同一デバイス内に設けたりすることがあった。これによって装置が大型化するとともに、製造コストが増大する。
【０００８】
また、蛍光表示管を利用したカラープリントヘッドの中には、発光ドットのラインを１列だけ有し、発光素子外にはＲＧＢ３色のフィルタを切り換え可能に設け、被書き込み対象の同一位置に３回の多重露光を行う構造のものも知られている。この構造によれば、各ドットの光出力が一定になりやすいが、ヘッドを少なくとも３回往復させる必要があり、露光時間が長くかかるという問題がある。
【０００９】
本発明は、消費電力が小さく、小型軽量で、光出力が安定しており、フルカラー表示に適したプリントヘッドを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された有機ＥＬプリントヘッドは、少なくとも一方が透光性を有する第１の電極と第２の電極の間に発光層を含む有機層を備え、前記発光層の発光によって得られるドット状の光を記録媒体に選択的に照射して画像を形成する有機ＥＬ素子を備えた有機ＥＬプリントヘッドにおいて、
副走査方向を長手方向として形成された複数の第１の電極が主走査方向に沿って所定間隔をおいて互いに平行に配置され、主走査方向を長手方向として形成された複数の第２の電極が前記第１の電極に交差するように副走査方向に沿って所定間隔をおいて互いに平行に配置され、前記各第１の電極上に発光スペクトル分布が異なる発光ドットが所定の順序で配置されるとともに前記各第２の電極に沿って発光スペクトル分布が同一である発光ドットがそれぞれ配置されるように、前記第１の電極と前記第２の電極の間に発光スペクトルが異なる複数種類の有機発光材料が設けられてなる発光ドットの組を２つ有し、
前記発光ドットの２つの組において、主走査方向に並ぶ前記第１の電極の各列は、前記第１の電極の主走査方向の位置が前記第１の電極の主走査方向の幅よりも小さい所定の寸法だけずれて配置され、かつ副走査方向の位置が異なる位置に形成されることにより、
前記発光ドットの同一の組において、発光スペクトル分布が同一である発光ドットは主走査方向に沿って配置されるとともに発光スペクトル分布が異なる発光ドットは副走査方向に沿って配置され、かつ前記発光ドットの２つの組に属する発光スペクトル分布が同一である発光ドットが主走査方向に沿って千鳥状に配置された構成となり、
前記第２の電極を順次走査するとともに、これに同期して前記第１の電極に発光スペクトル分布が異なる各色の画像信号を入力し、これに同期して記録媒体を相対移動させることにより、記録媒体の同一箇所に発光スペクトル分布が異なる各色のドット状の光を必要に応じて多重露光してカラー画像を形成できるように構成されている。
【００１１】
請求項２に記載された有機ＥＬプリントヘッドは、請求項１記載の有機ＥＬプリントヘッドにおいて、前記第１の電極が、透光性の基板に設けられた透光性の陽極であり、前記有機層が前記陽極の上に形成された正孔注入輸送層を有しており、前記発光層が前記正孔注入輸送層の上に形成されており、前記第２の電極が、前記発光層の上に形成された陰極であることを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明者等はカラープリントヘッドの研究を進める中で、有機ＥＬ素子は蛍光表示管や無機ＥＬ素子等に比べて比較的カラー化が容易であり、カラープリントヘッドの光源として有望であると考えるに至った。そしてさらに鋭意研究に努めた結果、発光スペクトルの異なる複数種類の蛍光体材料を用いて高精細な有機ＥＬカラープリントヘッドを実現することに成功した。本実施の形態において、そのような有機ＥＬプリントヘッドを実現するための具体的な構造・材料・製造方法等を具体的に説明する。
【００１６】
図１及び図２に本例の有機ＥＬプリントヘッド１の構造を示す。その構造を製造工程に従って説明する。
▲１▼ 透明な基板２上に透明な第１電極としての陽極３を形成する。陽極３の材質は、ＩＴＯ（酸化インジウムと錫の複合酸化物）や、ＩＤＩＸＯ（商品名：出光透明導電材料、ＩｄｅｍｉｔｓｕＩｎｄｉｕｍＸ−ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅ、酸化インジウムと酸化亜鉛の複合酸化物）等のように、表面の仕事関数が４．１ｅｖ以上の透明な物質で構成する。
【００１７】
陽極３は次のようなパターンに形成する。陽極３は副走査方向に平行な帯状の電極である。図１に示すように、各陽極３の上方には、Ｇ（緑）、Ｒ（赤）、Ｂ（青）の各色でドット状に発光する３つの発光層４（Ｇ，Ｒ，Ｂとも表示する）が後工程で形成される。陽極３は複数個からなる。複数の陽極３は、主走査方向に沿って所定間隔をおいて並び、列を構成する。この列は、副走査方向の位置が異なる２か所に形成される。そして、主走査方向に並ぶこの２列は、陽極３の主走査方向の位置が陽極３の主走査方向の幅よりも小さい所定の寸法だけずれて配置されている。換言すれば、副走査方向に平行な複数の帯状の陽極３は、主走査方向に沿って千鳥状又はジグザグに配置されている。
【００１８】
▲２▼ 基板２上に絶縁層５を形成する。絶縁層５の中で、陽極３に相当する部分には陽極３の形状に相当する寸法形状の開口部５ａを設け、陽極３を露出させる。この開口部５ａが発光ドットを区画する枠として機能する。前記絶縁層５は、感光性ポリイミド、ＳｉＯ_２又はＳｉＮ等を材料としてスピンコート法、蒸着法、スパッタ法等で基板２上の全面に形成する。そして、絶縁層５の一部をフォトリソ法を用いてパターニングし、前記陽極３と略同様の千鳥のパターンの開口部５ａを形成する。
【００１９】
▲３▼ 発光エリアとなる前記開口部５ａの上から、少なくとも開口部５ａを埋めるように、有機層としてのホール注入層６とホール輸送層７を抵抗加熱蒸着法を用いて成膜する。成膜は発光エリア（開口部５ａ）に対応した金属マスクを基板２に密着させて行う。
【００２０】
この時、ホール注入層６、輸送層には可視域に対して透明な材料が好ましい。ホール注入層６を構成するための材料としては、化学式（化１）に示すｍ−ＭＴＤＡＴＡ、即ち４，４’，４”−ｔｒｉｓ（３−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｏ）ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅがある。ホール輸送層７を構成するための材料としては、化学式（化２）に示すＴＰＤ、即ちＮ，Ｎ’−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−Ｎ，Ｎ’−ｂｉｓ（３−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌ）−１，１’−ｂｉｐｈｅｎｙｌ−４，４’−ｄｉａｍｉｎｅや、化学式（化３）に示すα−ＮＰＤ、即ちＢｉｓ（Ｎ−（１−ｎａｐｈｔｙｌ）−Ｎ−ｐｈｅｎｙｌ）ｂｅｎｚｉｄｉｎｅなどがある。
【００２１】
【化１】

【００２２】
【化２】

【００２３】
【化３】

【００２４】
▲４▼ 発光エリアとなる前記開口部５ａに相当する部分に、有機層としての発光層４を形成する。発光層４のパターンは、金属マスクを介して形成する。図１に示すように、主走査方向について同一発光色の発光層４が並び、かつ副走査方向については３色の発光層４が所定の順序で並ぶように構成する。
【００２５】
前記発光層４は、記録媒体の感光剤によってフルカラー画像が形成できるよう、その発光スペクトルの中心波長が感光材の感度に一致する材料を使用して形成する。
【００２６】
感光材感度特性の一例を図３に示す。この図に示すように、感光材の乳剤は、赤、緑、青の各色の光に対して異なる感度を有している。このような感度特性の乳剤に対応可能な蛍光体材料の例を表に示す。表１は赤色発光系材料であり、表２は緑色発光系材料であり、表３は青色発光系材料である。
【００２７】
【表１】

【００２８】
【表２】

【００２９】
【表３】

【００３０】
各蛍光体は、その材料に応じた最適な成膜条件が存在する。それぞれ単層膜で使用したり、適当なホスト材料にドープして使用する。
【００３１】
▲５▼ 発光層４（蛍光体層）形成後、その上に必要に応じて有機層である電子輸送層８を形成するが、これも使用する蛍光体材料の特性に従って決定する。
【００３２】
▲６▼ 陽極３の上に積層した有機層の上に、第２電極としての陰極９を形成する。陰極９は、発光層４又は電子輸送層８との界面で電子注入が容易に行われるよう、仕事関数の小さい材料で形成する。良好な特性が得られるものとして、Ｌｉ，Ｎａ，Ｍｇ，Ｃａ等の単体、及びその化合物、或いはＡｌ：Ｌｉ，Ｍｇ：Ｉｎ，Ｍｇ：Ａｇ等の各種合金が使用できる。
【００３３】
陰極９は次のようなパターンに形成する。陰極９は主走査方向を長手方向とする帯状であり、陽極３と交差する部分に発光領域がある。陰極９は、副走査方向に沿って所定間隔をおいて互いに平行に配置されている。主走査方向に並ぶ同一発光色の発光層４の上には、共通の陰極９が配設される。即ち、１本の陰極９は複数本の陽極３と交差しているが、その両電極の間には同一発光色の発光層４がある。
【００３４】
▲７▼ 陰極９形成後、水分を十分取り除いた不活性ガス中で封止キャップ１０を基板２の上面に封着して封止を行い、プリントヘッドの作製プロセスを完了する。
【００３５】
次に、本例の有機ＥＬプリントヘッド１の駆動方法について説明する。
陰極９を順次走査するとともに、これに同期して陽極３に各色の画像信号を入力する。さらにこの有機ＥＬプリントヘッド１の駆動タイミングに同期して、ヘッド又は記録媒体を移動させる。これによって、記録媒体の同一箇所にＲ，Ｇ，Ｂの各色のドット状の光を必要に応じて多重露光することができる。このように、本例によれば、発光ドットのラインをＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３系列設けることによってフルカラー化を実現し、かつ各色のラインを千鳥状に配置することによって高精細化を実現し、これによってヘッド乃至記録媒体を１回移動させるだけで良好な画質のフルカラー画像を形成できるようにしている。
【００３６】
本例は、プリントヘッドの光源として有機ＥＬ素子を採用したので、特に次のような従来得られなかった効果を達成することができた。まず、一般に光プリンタでは発光ドットの輝度に高い均一性が求められるが、有機ＥＬ素子は蛍光表示管に比べ、以下に説明するようにこの点において優れている。
【００３７】
第１に、有機ＥＬ素子は、蛍光表示管のような厚膜構造とは異なる薄膜積層構造なので、膜厚の精度が高い。多数の発光ドットの輝度のばらつきの一因は積層される薄膜の膜厚のばらつきによる。膜厚の精度が高い有機ＥＬ素子を採用した本例によれば、発光ドットの輝度分布を極めて正確に設定することができる。具体的な一例としては±１％位にすることができる。
【００３８】
第２に、蛍光表示管ではフィラメントから放出された電子が真空中を飛んで蛍光体の厚膜に射突してその表面のみを発光させる。真空といっても均一ではないので電子の挙動には不確定の影響があり、かつこの電子の射突を受けて発光する蛍光体膜の表面状態は不均一である。このため、蛍光表示管利用の光プリントヘッドでは、各発光ドットの輝度のばらつきはかなり大きくなり、補正せずにそのまま利用することはできない。これに対し、有機ＥＬ素子では電子が膜中を通過するので均一な発光が得られる。
【００３９】
このように、有機ＥＬ素子は光プリンタの光源として適しており、各発光ドットの輝度が均一なので、従来の蛍光表示管を用いた光プリントヘッドのように発光ドットごとに輝度の補正を行う等の煩雑な作業・操作等が不要になる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、発光色の異なる発光ドット群を複数系列設けることによって多色化乃至フルカラー化を実現し、かつ各色の群を例えば千鳥状に配置する等の構成をとることによって高精細化を実現している。さらに、従来の蛍光表示管よりも発光ドットの輝度のばらつきが少ないという有機ＥＬによる効果が、前記高精彩カラー化の効果に相乗され、これによってヘッド乃至記録媒体を１回移動させるだけで良好な画質のマルチカラー乃至フルカラー画像を形成することができるという従来の蛍光表示管利用のプリンタヘッドでは困難であった顕著な効果を比較的簡単な構成で達成することができた。
【００４１】
従来の蛍光表示管利用のプリントヘッドと、本発明の有機ＥＬプリントヘッドを略同一の条件で製作して比較すると、例えば次のような差異が生じ、本発明の有用性が確認された。
▲１▼ 蛍光表示管を使用したプリントヘッドに比較して、消費電力が１／３〜１／５になった。
▲２▼ 基板２材厚はデバイスの大きさに関係なく１．１ｍｍ以下にでき、デバイスとしての厚さは１／３〜１／５になった。
▲３▼ 重量も１／２以下となった。
▲４▼ デッドスペースが少なく、小型化が可能となった。
▲５▼ 発光特性の変動が少なくなり、補正が必要なくなるか、又は補正が容易となった。
▲６▼ 外部カラーフィルタ切替え方式では、フルカラーの１画面を書き込みするのに３回ヘッドを移動させる必要があったのに対し、本方式では１プロセスの露光でフルカラーの色再現が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例である有機ＥＬプリントヘッドの電極構造の概略を示す模式的な平面図である。
【図２】図１において、発光ドットの部分を主走査方向に切断して副走査方向から観察した断面図である。
【図３】赤、緑、青の各色感光剤の感度特性を示すグラフを示した図である。
【符号の説明】
１有機ＥＬプリントヘッド
３第１電極としての陽極
４，Ｒ，Ｇ，Ｂ有機層としての発光層
６有機層としてのホール注入層
７有機層としてのホール輸送層
８有機層としての電子輸送層
９第２電極としての陰極

Claims

少なくとも一方が透光性を有する第１の電極と第２の電極の間に発光層を含む有機層を備え、前記発光層の発光によって得られるドット状の光を記録媒体に選択的に照射して画像を形成する有機ＥＬ素子を備えた有機ＥＬプリントヘッドにおいて、
副走査方向を長手方向として形成された複数の第１の電極が主走査方向に沿って所定間隔をおいて互いに平行に配置され、主走査方向を長手方向として形成された複数の第２の電極が前記第１の電極に交差するように副走査方向に沿って所定間隔をおいて互いに平行に配置され、前記各第１の電極上に発光スペクトル分布が異なる発光ドットが所定の順序で配置されるとともに前記各第２の電極に沿って発光スペクトル分布が同一である発光ドットがそれぞれ配置されるように、前記第１の電極と前記第２の電極の間に発光スペクトルが異なる複数種類の有機発光材料が設けられてなる発光ドットの組を２つ有し、
前記発光ドットの２つの組において、主走査方向に並ぶ前記第１の電極の各列は、前記第１の電極の主走査方向の位置が前記第１の電極の主走査方向の幅よりも小さい所定の寸法だけずれて配置され、かつ副走査方向の位置が異なる位置に形成されることにより、
前記発光ドットの同一の組において、発光スペクトル分布が同一である発光ドットは主走査方向に沿って配置されるとともに発光スペクトル分布が異なる発光ドットは副走査方向に沿って配置され、かつ前記発光ドットの２つの組に属する発光スペクトル分布が同一である発光ドットが主走査方向に沿って千鳥状に配置された構成となり、
前記第２の電極を順次走査するとともに、これに同期して前記第１の電極に発光スペクトル分布が異なる各色の画像信号を入力し、これに同期して記録媒体を相対移動させることにより、記録媒体の同一箇所に発光スペクトル分布が異なる各色のドット状の光を必要に応じて多重露光してカラー画像を形成できるように構成したことを特徴とする有機ＥＬプリントヘッド。
前記第１の電極が、透光性の基板に設けられた透光性の陽極であり、前記有機層が前記陽極の上に形成された正孔注入輸送層を有しており、前記発光層が前記正孔注入輸送層の上に形成されており、前記第２の電極が、前記発光層の上に形成された陰極である請求項１記載の有機ＥＬプリントヘッド。