JP4143181B2

JP4143181B2 - Exposure apparatus and image forming apparatus

Info

Publication number: JP4143181B2
Application number: JP24494898A
Authority: JP
Inventors: 精二真下; 和則上野; 章弘妹尾; 雄一橋本; 幸雄永瀬; 昇幸村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-08-31
Filing date: 1998-08-31
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2018-08-31
Also published as: JP2000077188A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複写機、プリンタ等の電子写真装置に用いる露光装置及び画像形成装置、特に光プリンタヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、感光体上に潜像を書き込むための露光方式としてレーザービーム方式、ＬＥＤアレイ方式などが中心となっている。
【０００３】
しかしながら、レーザービーム方式の場合、ポリゴンミラーやレンズ等の光学部品が必要となり装置の小型化が難しく、また超高速化も難しいという問題がある。
【０００４】
また、ＬＥＤアレイ方式の場合は、基板が高価であり、一枚の基板でアレイをつくれないため、切り出したチップを並べる必要がある。そのときにチップ間の段差、間隔が問題となる。
【０００５】
また、感光体上に結像するためにロッドレンズアレイが必要であるが、拡散光をロッドレンズアレイで結像しようとした場合、ロッドレンズアレイの光入射効率が低く、発光素子の発光した光を効率よく利用することができない。従って、感光体上で必要な光量を得るためには、発光素子を必要以上に発光させなくてはならなかった。
【０００６】
更に、通常の有機発光素子の発光波長は半値幅が１００ｎｍ程度と広いため、感光体の感度ピークと合わない光量成分もあり効率的ではなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の問題を解決し、高速、小型、低コスト、高精細であると同時に発光素子の発光した光量を効率よく利用可能な露光装置及び画像形成装置、特に光プリンタヘッドを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の露光装置は、基板と、陽極層及び陰極層と、該陽極層と陰極層の間に挟持された一層または複数層の有機化合物層より構成される発光素子アレイを有する露光装置であって、
該発光素子アレイが、前記基板に凸レンズ形状のマイクロレンズを有しており、更に半透明反射層を有して該半透明反射層と前記陰極層間で微小光共振器構造を形成しており、かつ、該露光装置により露光される感光体の波長に対する感度の半値幅域内に発光ピークを有し、
該発光素子アレイの発光部は、前記マイクロレンズと１対１対応であり、該発光部は、該マイクロレンズの凸面上に該マイクロレンズの凸面形状に倣って設けられていることを特徴とする。
【０００９】
更に、本発明の画像形成装置は、上記露光装置と、該露光装置により露光される感光体とを少なくとも有することを特徴とする。
【００１０】
このような構成をとることにより、高速、小型、低コスト、高精細であると同時に発光した光を効率よく利用できる露光装置、具体的には光プリンタヘッド等を提供することが可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の露光装置である発光素子アレイの一例を示す斜視図である。
【００１３】
図１において、１は基板、２はマイクロレンズ、３は透明電極である陽極層、６は陰極層、７は半透明反射層、８は正孔輸送層４及び電子輸送層５より構成される有機化合物層であり、陽極層３と陰極層６間に電圧を印加することにより、陽極層３と陰極層６が交差している部分（発光部）から発光が得られ、陽極層３又は陰極層６の電極幅を変更することで、任意の大きさの発光部を得ることが可能である。
【００１４】
本発明において、基板１はマイクロレンズ２を有する。図１に示すように、マイクロレンズ２は、発光部と１対１対応に形成されている。
【００１５】
この際、発光した光を効率よく利用するためには、マイクロレンズ２の開口部面積が発光部の面積よりも大きい方が好ましい。また、光量を効率的に得るためには、マイクロレンズ２の焦点距離が、発光部とその発光部に対応するマイクロレンズ２間の距離よりも短い方が好ましい。
【００１６】
マイクロレンズ２は図１に示すものに限定されるものではなく、発光部からの発光を集光できるものであればよい。具体的には、図１においては、マイクロレンズ２が、発光部に対して凸レンズ形状を有するマイクロレンズであるが、凹レンズ形状を有するマイクロレンズとしてもよい。また、図１においては、マイクロレンズ２が、基板１の有機化合物層８が形成される側と同一側の面に形成されているが、マイクロレンズ２を、基板１の有機化合物層８が形成される側と反対側の面に形成してもよい。
【００１７】
また、発光素子アレイは、半透明反射層７と陰極層６間で微小光共振器構造を形成している。このため、光の拡散が抑えられ、露光スポットの広がりを少なくすることが可能となる。また、発光波長の半値幅を狭くすると同時にピーク波長の出力を強めることができるので、発光光量を効率よく利用することが可能となる。
【００１８】
更に、発光素子アレイは、露光される感光体の波長に対する感度の半値幅域内に発光ピークを有する。このため、良好な画像を得られ、駆動電圧を低くすることができ、素子寿命を長くできる。
【００１９】
基板１としては、発光素子、マイクロレンズを表面に構成できるものであればよく、例えばソーダライムガラス等のガラス、樹脂フィルム等の透明絶縁性基板を用いるのが好ましい。
【００２０】
半透明反射層７としては、特定の波長の反射透過率を高くまたは低くすることができる構成であれば特に限定されず、例えば、材質、厚み等により屈折率が異なる複数の層を積層したものが好ましい。半透明反射層７を形成する材料としては、例えば、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂等が挙げられる。
【００２１】
陽極層３の材料としては仕事関数が大きなものが望ましく、例えばＩＴＯ、酸化錫、金、白金、パラジウム、セレン、イリジウム、ヨウ化銅などを用いることができる。一方、陰極層６の材料としては仕事関数が小さなものが望ましく、例えばＭｇ／Ａｇ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｉｎあるいはこれらの合金等を用いることができる。
【００２２】
有機化合物層８は、一層構成であっても良いし、複数層構成であっても良く、例えば図１に示すように、陽極層３から正孔が注入される正孔輸送層４、及び陰極層６から電子が注入される電子輸送層５からなり、正孔輸送層４と電子輸送層５のいずれかが発光層となる。また、蛍光材料を含有する発光層を正孔輸送層４と電子輸送層５との間に設けても良い。また、混合一層構成で正孔輸送層４，電子輸送層５，発光層を兼ねた構成も可能である。
【００２３】
有機化合物層８の材料は、使用する感光ドラム等の感光材料と感度のあったスペクトル発光をするものを選択することが望ましい。
【００２４】
正孔輸送層４としては、例えば、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（以下ＴＰＤ）を用いることができ、その他にも下記の有機材料を用いることができる。
【００２５】
【化１】

【００２６】
【化２】

【００２７】
【化３】

【００２８】
【化４】

【００２９】
【化５】

【００３０】
また、例えばａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣなどの無機材料を用いてもよい。
【００３１】
電子輸送層５としては、例えば、トリス（８−キノリノール）アルミニウム（以下Ａｌｑ₃）を用いることができ、その他にも下記の材料を用いることができる。
【００３２】
【化６】

【００３３】
【化７】

【００３４】
【化８】

【００３５】
【化９】

【００３６】
また、以下に示されているようなドーパンド色素を電子輸送層５、あるいは正孔輸送層４にドーピングすることもできる。
【００３７】
【化１０】

【００３８】
各層の膜厚等は、特に限定されないが、感光体と感度の合ったスペクトルを取り出せるように最適化することが望ましい。
【００３９】
尚、逆の積層順、即ち基板上に陰極層、有機化合物層、陽極層、半透明反射層を順次積層し、最後にマイクロレンズを形成して発光素子アレイを構成してもよい。
【００４０】
以下、本発明の発光素子アレイの作製工程の一例を図２に沿って説明する。
【００４１】
ａ）マイクロレンズ２の作製（図２（ａ））
マイクロレンズ２は、発光部に対応する部分の基板１をイオン交換することにより形成することができる。
【００４２】
まず、基板１の両面を十分に洗浄する。次に、基板１全体をＴｉなどのイオン非透過性の膜によってマスクする。イオン拡散面のＴｉにフォトリソエッチング法により所望の直径、中心間隔で開口部列を形成する。この基板をイオン交換処理を行うため、例えばＴｌＮＯ₃とＫＮＯ₃の混合溶融塩、Ａｇ⁺、Ｔｌ⁺などの硝酸塩、硫酸塩などの溶融塩に浸し、半球状のマイクロレンズ２を形成する。
【００４３】
この際、マイクロレンズ２の屈折率分布を何段階かに分けて形成しても良い。
【００４４】
また、マイクロレンズ２の形成方法は特に限定されず、後述する実施例に示すように、フォトレジストを用いる方法、レプリカ法等により形成してもよい。
【００４５】
ｂ）図２（ｂ）に示すように、マイクロレンズ２の形成された面上にスパッタ法により、複数層よりなる半透明反射層７を形成する。
【００４６】
ｃ）図２（ｂ）に示すように、マイクロレンズ２に対応する部分に陽極層３がのるように、ライン幅、ピッチを調整して金属マスクを被せて、スパッタ法により所定の厚さに陽極層３を形成する。
【００４７】
ｄ）図２（ｄ）に示すように、正孔輸送層４、電子輸送層５を順次真空蒸着法により蒸着する。
【００４８】
ｅ）図２（ｅ）に示すように、所望のライン幅の金属マスクをマイクロレンズ２の列に重なるようにして被せ、陰極層６を形成する。
【００４９】
本発明の画像形成装置の一例として、電子写真方式を用いた画像形成装置の概略構成図を図３に示す。
【００５０】
２１１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体、２１２は帯電手段、２１３は現像手段、２１４は転写手段、２１５は定着手段、２１６はクリーニング手段である。
【００５１】
露光Ｌとしては、本発明の露光装置（不図示）を用いる。露光装置には駆動用ドライバが接続され、陽極層をプラス、陰極層をマイナスにして直流電圧を印加すると、発光部から緑色の発光が得られ、感光体２１１上に結像させることができ、良好な画像を得ることができる。
【００５２】
感光体２１１上を帯電手段２１２により一様に帯電する。この感光体２１１の帯電面に対して出力される目的の画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して露光装置による露光Ｌがなされ、感光体２１１の周面に対して目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。その静電潜像は絶縁トナーを用いた現像手段２１３によりトナー像として現像される。一方、給紙部（不図示）から記録材としての転写材ｐが供給されて、感光体２１１と、これに所定の押圧力で当接させた接触転写手段との圧接ニップ部（転写部）Ｔに所定のタイミングにて導入され、所定の転写バイアス電圧を印加して転写を行う。
【００５３】
トナー画像の転写をうけた転写材Ｐは感光体２１１の面から分離されて熱定着方式等の定着手段２１５へ導入されてトナー画像の定着をうけ、画像形成物（プリント）として装置外へ排出される。また転写材Ｐに対するトナー画像転写後の感光体面はクリーニング手段２１６により残留トナー等の付着汚染物の除去をうけて清掃され繰り返して作像に供される。
【００５４】
本発明の画像形成装置の他の例として、電子写真方式を用いた多色画像形成装置の概略構成図を図４に示す。
【００５５】
Ｃ１〜Ｃ４は帯電手段、Ｄ１〜Ｄ４は現像手段、Ｅ１〜Ｅ４は本発明の露光手段、Ｓ１〜Ｓ４は現像スリーブ、Ｔ１〜Ｔ４は転写ブレード、ＴＲ１〜ＴＲ２はローラ、ＴＦ１は転写ベルト、Ｐは転写紙、Ｆ１は定着器、３０１〜３０４は回転ドラム型の電子写真感光体である。
【００５６】
転写紙Ｐは矢印方向に搬送され、ローラＴＲ１、ＴＲ２に懸架された転写ベルトＴＦ１上に導かれ、転写ベルトＴＦ１により感光体３０１と転写ブレードＴ１に挟持されるように設定されたブラック転写位置へと移動する。この時、感光体３０１はドラム周上に配置された、帯電手段Ｃ１、露光手段Ｅ１、現像手段Ｄ１の現像スリーブＳ１により電子写真プロセスにより所望のブラックのトナー画像を有していて、転写紙Ｐにブラックトナー画像の転写が行われる。
【００５７】
転写紙Ｐは転写ベルトＴＦ１により、感光体３０２と転写ブレードＴ２に挟持されるように設定されたシアン転写位置、感光体３０３と転写ブレードＴ３に挟持されるように設定されたマゼンタ転写位置、感光体３０４と転写ブレードＴ４に挟持されるように設定されたイエロー転写位置へと移動し、それそれの転写位置で、ブラック転写位置と同様の手段により、シアントナー画像、マゼンタトナー画像、イエロートナー画像の転写が行われる。
【００５８】
この時、各感光体３０１〜３０４が良好な回転を行っているので、各記録間では、画像のレジストレーションが良好に行える。以上のプロセスにより多色記録を行った転写紙Ｐは定着器Ｆ１に供給され定着を行い所望の多色画像を得ることができる。
【００５９】
【実施例】
（実施例１＜参考例＞）
図２に示す手順で図１に示す発光素子アレイを作製した。
【００６０】
透明絶縁性の基板１は各発光部に対応した部分にイオン交換法によりマイクロレンズ２が形成されており、その上には誘電層７、陽極層３、正孔輸送層４、発光層を兼ねた電子輸送層５、そして陰極層６が積層されている。
【００６１】
まず、基板１のマイクロレンズ２の作成方法について説明する。
【００６２】
本実施例では、透明絶縁性の基板１としてソーダライムガラス基板を用いた。このガラス基板の両面を十分に洗浄する。
【００６３】
次に、ガラス基板全体をＴｉ膜によってマスクする。イオン拡散面のＴｉにフォトリソエッチング法により直径３０μｍで中心間隔が８０μｍの開口部列を形成する。
【００６４】
この基板をイオン交換を行うためＴｌＮＯ₃とＫＮＯ₃の混合溶融塩に浸し、直径がほぼ７０μｍの半球状の屈折率領域（マイクロレンズ）２を形成する。
【００６５】
次に、発光素子アレイの作成方法について説明する。
【００６６】
マイクロレンズ２の形成された面上にスパッタ法により、層厚９３ｎｍのＳｉＯ₂層２１及び層厚５９ｎｍのＴｉＯ₂層２２を交互に積層し、半透明反射層２を形成する。
【００６７】
次に陽極層３としてＩＴＯを形成する。マイクロレンズ２に対応する部分にＩＴＯがのるように、ライン幅５０μｍ、ピッチ８０μｍの金属マスクを被せてＩＴＯをスパッタ法により６０ｎｍ形成する。
【００６８】
次に、正孔輸送層４としてＴＰＤを、電子輸送層５としてＡｌｑ₃を順次真空蒸着法によりそれぞれ４０ｎｍ、５０ｎｍ蒸着する。なお、蒸着時の真空度は２〜３×１０^-6Ｔｏｒｒであり、成膜速度は０．２〜０．３ｎｍ／ｓとした。
【００６９】
最後に、ライン幅４０μｍの金属マスクを陽極層２と直交し、マイクロレンズ２の列に重なるようにして被せ、陰極層６としてＭｇとＡｇと１０：１の蒸着速度比で共蒸着し、Ｍｇ／Ａｇが１０／１の合金を２００ｎｍ形成する。このとき、成膜速度は１ｎｍ／ｓとした。
【００７０】
マイクロレンズ２の開口面積は発光部の面積よりも大きくし、発光した光を効率よく得るようにしている。
【００７１】
このようにして得られた発光素子アレイに、陽極層であるＩＴＯ電極をプラス、陰極層であるＭｇ／Ａｇ電極をマイナスにして直流電圧を印加すると、ＩＴＯ電極とＭｇ／Ａｇ電極が交差している部分から緑色の発光が得られた。
【００７２】
この発光素子アレイ、及び半透明反射層・有機化合物層等の厚みをかえた発光素子アレイ（比較例）に駆動用ドライバを接続し、電子写真用の光源として感光体に書込みを行い、実際に画像を出力した。図５に、感光体の感度特性と発光素子アレイの発光スペクトルを示す。
【００７３】
図５に示すように、実施例１の発光素子アレイは、感光体の感度の半値幅域内に発光ピーク波長を有し、良好な画像を得ることができた。一方、比較例の発光素子アレイは、発光ピークが感光体の感度の半値幅域内にはないため、感光体の電位を所望の電位まで下げることができず、画像がぼけてしまい良好な画像を得ることができなかった。
【００７４】
更に、発光ピーク波長の異なる数種類の発光素子アレイを作製し、画像出力を行ったところ、良好な画像を得るためには、少なくとも感光体の感度の半値幅域内に発光ピーク波長を有することが必要であった。感光体の感度の半値幅域内に発光ピーク波長を有さなくても駆動電圧を高くすることで良好な画像を得られるようになるが、この場合には素子寿命が短くなるという問題が生じて好ましくない。
【００７５】
この様にマイクロレンズ及び光共振器構造を有する発光素子アレイを用いることで、光の拡散が抑えられ、露光スポットの広がりを少なくすると同時にマイクロレンズにより感光体上に結像することが可能となった。また、発光波長の半値幅を狭くすると同時にピーク波長の出力を強めることができるので、発光光量を効率よく利用することが可能となった。
【００７６】
本実施例においては、３００ｄｐｉの発光素子アレイを作成したが、電極幅を変更することで、任意の大きさの発光点を得ることが可能である。
【００７７】
（実施例２）
図６は本実施例の発光素子アレイの断面図である。
【００７８】
基板１としてのガラス基板には各発光部に対応した部分に凸レンズ形状を有するマイクロレンズ２４が形成されており、その上には半透明反射層７、陽極層３、正孔輸送層４、発光層を兼ねた電子輸送層５、そして陰極層６が積層されている。
【００７９】
まず、ガラス基板上のマイクロレンズ２４の作成方法について説明する。
【００８０】
レンズを形成するための材料としては、通常の紫外、遠紫外用フォトレジストがあり、特にポリメチルメタクリレート系、ＰＭＩＰＫ系、ポリグリシルメチルアクリレート系、フェノールノボラック系等のポジ型遠紫外用フォトレジストが、比較的低温で軟化して、集光レンズ形状を形成し易いので望ましい。
【００８１】
ガラス基板上に上記したようなフォトレジストを塗布等の方法により積層し、フォトリソ法により直径７０μｍで中心間隔が８０μｍになるように、フォトレジスト層をリフトオフ法やドライエッチング法等のパターン形成法を用いてパターニングする。このパターニングされたフォトレジストをアニーリングによって、軟化、流動化させ、円弧状のマイクロレンズ２４を形成する。
【００８２】
次に、実施例１と同様にして半透明反射層７を形成した後、マイクロレンズ２４に対応するように、ライン幅５０μｍ、ピッチ８０μｍの金属マスクを被せて陽極層３としてＩＴＯをスパッタ法により６０ｎｍ形成する。
【００８３】
次に、実施例１と同様に正孔輸送層４としてＴＰＤを、電子輸送層５としてＡｌｑ₃を順次真空蒸着法により蒸着する。なお、蒸着時の真空度は２〜３×１０^-6であり、成膜速度は０．２〜０．３ｎｍ／ｓとした。
【００８４】
最後に、ライン幅４０μｍの金属マスクをマイクロレンズ２４の列に重なるようにして被せ、陰極層６としてＭｇとＡｇを１０：１の蒸着速度比で共蒸着し、Ｍｇ／Ａｇが１０／１の合金を２００ｎｍ形成する。このとき、成膜速度は１ｎｍ／ｓとした。
【００８５】
このようにして得られた発光素子アレイに駆動用ドライバを接続し、電子写真用の光源として用いた。実施例１と同様にＩＴＯ電極とＭｇ／Ａｇ電極を交差している部分から緑色の発光が得られ、半透明反射層７、マイクロレンズ２４を通して感光ドラム面上に結像させることができ、良好な画像を得ることができた。
【００８６】
この様に、発光素子アレイに光共振器構造を持たせることにより、低電力で高精細な画像が得られる光プリンタヘッドの実現が可能となった。
【００８７】
（実施例３＜参考例＞）
図８に示す手順で図７に示す有機ＬＥＤアレイを作製した。
【００８８】
基板１としてのガラス基板上には各発光部に対応した部分に凸レンズ形状を有するマイクロレンズ２５が形成されており、基板１に対しマイクロレンズ２５と反対側の面に半透明反射層７、陽極層３、正孔輸送層４、発光層を兼ねた電子輸送層５、そして陰極層６が積層されている。
【００８９】
まず、ガラス基板上のマイクロレンズ２５の作成方法について説明する。図８（ａ）に示すように、マイクロレンズ２５はレプリカ法により開口部の直径が７５μｍ、中心間隔が８０μｍのアレイを形成する。そして、実施例１と同様にしてマイクロレンズ２５と反対側の面に半透明反射層７を形成する。
【００９０】
図８（ｂ）に示す様に、マイクロレンズ２５を形成した面と反対側の面に、マイクロレンズ２５に対応するように、ライン幅５０μｍ、ピッチ８０μｍの金属マスクを被せて陽極層３としてＩＴＯをスパッタ法により６０ｎｍ形成する。
【００９１】
次に、図８（ｃ）に示すように、実施例１と同様に正孔輸送層４としてＴＰＤを、電子輸送層５としてＡｌｑ₃を順次真空蒸着法により蒸着する。
【００９２】
最後に、図８（ｄ）に示すように、ライン幅４０μｍの金属マスクをマイクロレンズ２５の列に重なるようにして被せ、陰極層６としてＭｇとＡｇを１０：１の蒸着速度比で共蒸着し、Ｍｇ／Ａｇが１０／１の合金を２００ｎｍ形成する。
【００９３】
このようにして得られた有機ＬＥＤアレイに駆動用ドライバを接続し、電子写真用の光源として用いることで、良好な画像が得ることができた。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高速、小型、低コスト、高精細であると同時に発光素子の発光した光量を効率よく利用可能な光プリンタヘッド等の露光装置及び画像形成装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子アレイの一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の発光素子アレイの作製工程の一例を示す図である。
【図３】本発明の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図４】本発明の画像形成装置の他の例を示す概略構成図である。
【図５】実施例１の感光体の分光感度と発光素子アレイの発光波長の関係を示すグラフである。
【図６】実施例２における発光素子アレイを示す断面図である。
【図７】実施例３における発光素子アレイを示す断面図である。
【図８】実施例３における発光素子アレイの作製工程を示す図である。
【符号の説明】
１基板
２、２４，２５マイクロレンズ
３陽極層
４正孔輸送層
５電子輸送層
６陰極層
７半透明反射層
８有機化合物層
７１ＳｉＯ₂層
７２ＴｉＯ₂層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exposure apparatus and an image forming apparatus used in an electrophotographic apparatus such as a copying machine and a printer, and more particularly to an optical printer head.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a laser beam method, an LED array method, and the like have been mainly used as an exposure method for writing a latent image on a photoconductor.
[0003]
However, in the case of the laser beam system, there are problems that optical parts such as a polygon mirror and a lens are required, and it is difficult to reduce the size of the apparatus and to increase the speed very quickly.
[0004]
In the case of the LED array system, the substrate is expensive, and an array cannot be formed with a single substrate. At that time, the level difference and interval between the chips becomes a problem.
[0005]
In addition, a rod lens array is required to form an image on the photoconductor. However, when an image of diffused light is to be formed on the rod lens array, the light incident efficiency of the rod lens array is low, and the light emitted from the light emitting element. Cannot be used efficiently. Therefore, in order to obtain a necessary amount of light on the photosensitive member, the light emitting element has to emit light more than necessary.
[0006]
Furthermore, since the light emission wavelength of a normal organic light emitting device is as wide as about 100 nm, there is a light amount component that does not match the sensitivity peak of the photoreceptor, which is not efficient.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and provides an exposure apparatus and an image forming apparatus, particularly an optical printer head, which can efficiently use the amount of light emitted from the light emitting element at the same time as being high speed, small size, low cost, and high definition. The purpose is to do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The exposure apparatus of the present invention, there in an exposure apparatus having a substrate, an anode layer and a cathode layer, a light-emitting element array composed of organic compound layers sandwiched the one layer or more layers between the anode layer and the cathode layer And
Light emitting element array has microlenses convex lens shape on the substrate, forms a micro-optical resonator structure further said cathode layers and the semitransparent reflective layer has a semi-transparent reflective layer, and have a peak emission in the half-width region of the sensitivity to the wavelength of the photosensitive member exposed by the exposure device,
The light emitting portion of the light emitting element array has a one-to-one correspondence with the microlens, and the light emitting portion is provided on the convex surface of the microlens following the convex shape of the microlens. .
[0009]
Furthermore, an image forming apparatus according to the present invention includes at least the exposure apparatus and a photoconductor exposed by the exposure apparatus.
[0010]
By adopting such a configuration, it is possible to provide an exposure apparatus, specifically an optical printer head, etc. that can efficiently use the emitted light at the same time as being high speed, small size, low cost, and high definition.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a light emitting element array which is an exposure apparatus of the present invention.
[0013]
In FIG. 1, 1 is a substrate, 2 is a microlens, 3 is an anode layer which is a transparent electrode, 6 is a cathode layer, 7 is a semitransparent reflective layer, and 8 is a hole transport layer 4 and an electron transport layer 5. Light emission is obtained from a portion (light emitting portion) where the anode layer 3 and the cathode layer 6 intersect by applying a voltage between the anode layer 3 and the cathode layer 6, and the anode layer 3 or cathode By changing the electrode width of the layer 6, it is possible to obtain a light emitting portion having an arbitrary size.
[0014]
In the present invention, the substrate 1 has a microlens 2. As shown in FIG. 1, the microlens 2 is formed in a one-to-one correspondence with the light emitting part.
[0015]
At this time, in order to efficiently use the emitted light, the opening area of the microlens 2 is preferably larger than the area of the light emitting part. In order to obtain the light quantity efficiently, it is preferable that the focal length of the micro lens 2 is shorter than the distance between the light emitting portion and the micro lens 2 corresponding to the light emitting portion.
[0016]
The microlens 2 is not limited to that shown in FIG. 1, and any microlens may be used as long as it can collect light emitted from the light emitting unit. Specifically, in FIG. 1, the microlens 2 is a microlens having a convex lens shape with respect to the light emitting portion, but may be a microlens having a concave lens shape. In FIG. 1, the microlens 2 is formed on the same side as the side on which the organic compound layer 8 of the substrate 1 is formed, but the microlens 2 is formed by the organic compound layer 8 of the substrate 1. You may form in the surface on the opposite side to the side performed.
[0017]
In the light emitting element array, a minute optical resonator structure is formed between the translucent reflective layer 7 and the cathode layer 6. For this reason, the diffusion of light is suppressed, and the spread of the exposure spot can be reduced. Further, since the half-value width of the emission wavelength can be narrowed and the output of the peak wavelength can be increased at the same time, the amount of emitted light can be used efficiently.
[0018]
Further, the light emitting element array has a light emission peak in the half width range of sensitivity to the wavelength of the exposed photosensitive member. Therefore, a good image can be obtained, the driving voltage can be lowered, and the device life can be extended.
[0019]
The substrate 1 may be any substrate as long as the light emitting element and the microlens can be formed on the surface. For example, glass such as soda lime glass, or a transparent insulating substrate such as a resin film is preferably used.
[0020]
The translucent reflective layer 7 is not particularly limited as long as it can increase or decrease the reflection transmittance of a specific wavelength. For example, a layer in which a plurality of layers having different refractive indexes depending on the material, thickness, and the like are stacked. Is preferred. Examples of the material for forming the translucent reflective layer 7 include SiO ₂ and TiO ₂ .
[0021]
The material of the anode layer 3 is preferably a material having a large work function. For example, ITO, tin oxide, gold, platinum, palladium, selenium, iridium, copper iodide, or the like can be used. On the other hand, the material of the cathode layer 6 is preferably a material having a small work function. For example, Mg / Ag, Mg, Al, Li, In, or an alloy thereof can be used.
[0022]
The organic compound layer 8 may have a single layer structure or a multi-layer structure. For example, as shown in FIG. 1, a hole transport layer 4 into which holes are injected from the anode layer 3, and a cathode It consists of an electron transport layer 5 into which electrons are injected from the layer 6, and either the hole transport layer 4 or the electron transport layer 5 is a light emitting layer. A light emitting layer containing a fluorescent material may be provided between the hole transport layer 4 and the electron transport layer 5. Further, a mixed single layer structure that also serves as the hole transport layer 4, the electron transport layer 5, and the light emitting layer is possible.
[0023]
As the material of the organic compound layer 8, it is desirable to select a material that emits spectral light with sensitivity to the photosensitive material such as the photosensitive drum to be used.
[0024]
As the hole transport layer 4, for example, N, N′-bis (3-methylphenyl) -N, N′-diphenyl- (1,1′-biphenyl) -4,4′-diamine (hereinafter referred to as TPD) is used. In addition, the following organic materials can be used.
[0025]
[Chemical 1]

[0026]
[Chemical 2]

[0027]
[Chemical 3]

[0028]
[Formula 4]

[0029]
[Chemical formula 5]

[0030]
Moreover, you may use inorganic materials, such as a-Si and a-SiC, for example.
[0031]
As the electron transport layer 5, for example, tris (8-quinolinol) aluminum (hereinafter referred to as Alq ₃ ) can be used, and in addition, the following materials can be used.
[0032]
[Chemical 6]

[0033]
[Chemical 7]

[0034]
[Chemical 8]

[0035]
[Chemical 9]

[0036]
Further, a dopant dye as shown below can be doped into the electron transport layer 5 or the hole transport layer 4.
[0037]
[Chemical Formula 10]

[0038]
The film thickness and the like of each layer are not particularly limited, but it is desirable to optimize so that a spectrum matching the sensitivity of the photoconductor can be extracted.
[0039]
The light-emitting element array may be configured in the reverse stacking order, that is, a cathode layer, an organic compound layer, an anode layer, and a semitransparent reflective layer are sequentially stacked on a substrate, and finally a microlens is formed.
[0040]
Hereinafter, an example of a manufacturing process of the light-emitting element array of the present invention will be described with reference to FIG.
[0041]
a) Production of microlens 2 (FIG. 2A)
The microlens 2 can be formed by ion exchange of a portion of the substrate 1 corresponding to the light emitting portion.
[0042]
First, both surfaces of the substrate 1 are sufficiently cleaned. Next, the entire substrate 1 is masked with an ion-impermeable film such as Ti. An opening row is formed in Ti of the ion diffusion surface with a desired diameter and center interval by photolithography. To do this substrate to an ion exchange treatment, for example, mixed molten salt of TlNO ₃ and KNO _3, Ag ^+, nitrates such as Tl ^+, immersed in a molten salt such as sulfate, to form a hemispherical micro-lens 2.
[0043]
At this time, the refractive index distribution of the microlens 2 may be formed in several stages.
[0044]
Moreover, the formation method of the microlens 2 is not particularly limited, and may be formed by a method using a photoresist, a replica method, or the like, as shown in examples described later.
[0045]
b) As shown in FIG. 2B, a translucent reflective layer 7 composed of a plurality of layers is formed on the surface on which the microlenses 2 are formed by sputtering.
[0046]
c) As shown in FIG. 2B, the metal layer is covered by adjusting the line width and pitch so that the anode layer 3 is placed on the portion corresponding to the microlens 2, and a predetermined thickness is formed by sputtering. The anode layer 3 is formed on the substrate.
[0047]
d) As shown in FIG. 2D, the hole transport layer 4 and the electron transport layer 5 are sequentially deposited by a vacuum deposition method.
[0048]
e) As shown in FIG. 2 (e), a metal mask having a desired line width is placed so as to overlap the row of microlenses 2 to form the cathode layer 6.
[0049]
As an example of the image forming apparatus of the present invention, FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of an image forming apparatus using an electrophotographic system.
[0050]
211 is a rotating drum type electrophotographic photosensitive member as an image carrier, 212 is a charging unit, 213 is a developing unit, 214 is a transfer unit, 215 is a fixing unit, and 216 is a cleaning unit.
[0051]
As the exposure L, the exposure apparatus (not shown) of the present invention is used. A driver for driving is connected to the exposure apparatus, and when a DC voltage is applied with the anode layer being positive and the cathode layer being negative, green light emission can be obtained from the light emitting portion and can be imaged on the photoreceptor 211. A good image can be obtained.
[0052]
The photosensitive member 211 is uniformly charged by the charging unit 212. The exposure apparatus performs exposure L in response to the time-series electric digital pixel signal of the target image information output to the charged surface of the photosensitive member 211, and converts the target image information to the peripheral surface of the photosensitive member 211. A corresponding electrostatic latent image is formed. The electrostatic latent image is developed as a toner image by developing means 213 using insulating toner. On the other hand, a transfer material p as a recording material is supplied from a paper feed unit (not shown), and a pressure nip (transfer unit) between the photosensitive member 211 and a contact transfer unit brought into contact with the photoconductor 211 with a predetermined pressing force. Introduced at T at a predetermined timing, transfer is performed by applying a predetermined transfer bias voltage.
[0053]
The transfer material P that has received the transfer of the toner image is separated from the surface of the photoconductor 211 and is introduced into a fixing means 215 such as a heat fixing system to fix the toner image, and is discharged out of the apparatus as an image formed product (print). Is done. The surface of the photoconductor after the transfer of the toner image to the transfer material P is cleaned by the cleaning means 216 to remove adhered contaminants such as residual toner and is repeatedly used for image formation.
[0054]
As another example of the image forming apparatus of the present invention, FIG. 4 shows a schematic configuration diagram of a multicolor image forming apparatus using an electrophotographic system.
[0055]
C1 to C4 are charging means, D1 to D4 are developing means, E1 to E4 are exposure means of the present invention, S1 to S4 are developing sleeves, T1 to T4 are transfer blades, TR1 to TR2 are rollers, TF1 is a transfer belt, P Is transfer paper, F1 is a fixing device, and 301 to 304 are rotary drum type electrophotographic photosensitive members.
[0056]
The transfer paper P is conveyed in the direction of the arrow, guided onto the transfer belt TF1 suspended by the rollers TR1 and TR2, and moved to the black transfer position set so as to be sandwiched between the photosensitive member 301 and the transfer blade T1 by the transfer belt TF1. And move. At this time, the photosensitive member 301 has a desired black toner image by an electrophotographic process by the developing unit S1 of the charging unit C1, the exposing unit E1, and the developing unit D1 disposed on the circumference of the drum. Then, the black toner image is transferred.
[0057]
The transfer paper P is transferred by a transfer belt TF1 to a cyan transfer position set to be sandwiched between the photosensitive member 302 and the transfer blade T2, a magenta transfer position set to be sandwiched between the photosensitive member 303 and the transfer blade T3, and photosensitive. It moves to a yellow transfer position set so as to be sandwiched between the body 304 and the transfer blade T4, and at each transfer position, a cyan toner image, a magenta toner image, and a yellow toner image are obtained by the same means as the black transfer position. Is transferred.
[0058]
At this time, since each of the photoconductors 301 to 304 is rotating well, image registration can be performed satisfactorily between recordings. The transfer paper P on which multicolor recording has been performed by the above process is supplied to the fixing device F1 and fixed, and a desired multicolor image can be obtained.
[0059]
【Example】
(Example 1 <Reference example> )
The light emitting element array shown in FIG. 1 was manufactured by the procedure shown in FIG.
[0060]
The transparent insulating substrate 1 has a microlens 2 formed by ion exchange at a portion corresponding to each light emitting portion, and also serves as a dielectric layer 7, an anode layer 3, a hole transport layer 4, and a light emitting layer thereon. The electron transport layer 5 and the cathode layer 6 are laminated.
[0061]
First, a method for producing the microlens 2 of the substrate 1 will be described.
[0062]
In this example, a soda lime glass substrate was used as the transparent insulating substrate 1. Thoroughly clean both sides of the glass substrate.
[0063]
Next, the entire glass substrate is masked with a Ti film. An opening row having a diameter of 30 μm and a center interval of 80 μm is formed in Ti on the ion diffusion surface by photolithography.
[0064]
This substrate is immersed in a mixed molten salt of TlNO ₃ and KNO ₃ for ion exchange to form a hemispherical refractive index region (microlens) 2 having a diameter of approximately 70 μm.
[0065]
Next, a method for producing a light emitting element array will be described.
[0066]
A translucent reflective layer 2 is formed by alternately laminating a SiO ₂ layer 21 having a layer thickness of 93 nm and a TiO ₂ layer 22 having a layer thickness of 59 nm on the surface on which the microlenses 2 are formed by sputtering.
[0067]
Next, ITO is formed as the anode layer 3. An ITO is formed to a thickness of 60 nm by a sputtering method with a metal mask having a line width of 50 μm and a pitch of 80 μm so that the ITO corresponding to the microlens 2 is applied.
[0068]
Next, TPD is deposited as the hole transport layer 4 and Alq ₃ is deposited as the electron transport layer 5 sequentially by vacuum deposition at 40 nm and 50 nm, respectively. In addition, the vacuum degree at the time of vapor deposition was 2-3 * 10 < ^-6 > Torr, and the film-forming speed | rate was 0.2-0.3 nm / s.
[0069]
Finally, a metal mask with a line width of 40 μm is placed so as to be orthogonal to the anode layer 2 and overlap the rows of the microlenses 2, and co-deposited as a cathode layer 6 with Mg and Ag at a deposition rate ratio of 10: 1. An alloy with / Ag of 10/1 is formed to 200 nm. At this time, the deposition rate was 1 nm / s.
[0070]
The opening area of the microlens 2 is larger than the area of the light emitting portion so that the emitted light can be obtained efficiently.
[0071]
When a direct current voltage is applied to the light-emitting element array thus obtained with the ITO electrode serving as the anode layer plus and the Mg / Ag electrode serving as the cathode layer minus, the ITO electrode and the Mg / Ag electrode cross each other. Green light emission was obtained from the part.
[0072]
A driver for driving is connected to this light emitting element array, and a light emitting element array (Comparative Example) having a different thickness such as a translucent reflective layer and an organic compound layer, and writing is performed on a photoconductor as a light source for electrophotography. An image was output. FIG. 5 shows the sensitivity characteristics of the photoreceptor and the emission spectrum of the light emitting element array.
[0073]
As shown in FIG. 5, the light-emitting element array of Example 1 had a light emission peak wavelength in the half-value width range of the sensitivity of the photoreceptor, and a good image could be obtained. On the other hand, in the light emitting element array of the comparative example, since the emission peak is not in the half width range of the sensitivity of the photosensitive member, the potential of the photosensitive member cannot be lowered to a desired potential, and the image is blurred and a good image is obtained. Couldn't get.
[0074]
Furthermore, when several types of light emitting element arrays having different emission peak wavelengths were produced and image output was performed, it was necessary to have an emission peak wavelength at least within the half-value width range of the sensitivity of the photoreceptor in order to obtain a good image. Met. Although a good image can be obtained by increasing the drive voltage without having a light emission peak wavelength within the half-value width range of the sensitivity of the photoconductor, in this case, there is a problem that the device life is shortened. It is not preferable.
[0075]
By using a light emitting element array having a microlens and an optical resonator structure in this manner, light diffusion is suppressed, and the spread of an exposure spot can be reduced, and at the same time, an image can be formed on a photoreceptor by a microlens. It was. In addition, since the half-value width of the emission wavelength can be narrowed and the output of the peak wavelength can be increased, the amount of emitted light can be used efficiently.
[0076]
In this example, a 300 dpi light emitting element array was created, but it is possible to obtain a light emitting point of any size by changing the electrode width.
[0077]
(Example 2)
FIG. 6 is a cross-sectional view of the light-emitting element array of this example.
[0078]
The glass substrate with the substrate 1 are a microlens 24 is formed to have a convex lens shape in the portion corresponding to each light-emitting portion, that is on the semi-transparent reflective layer 7, an anode layer 3, a hole transport layer 4 The electron transport layer 5 which also serves as the light emitting layer, and the cathode layer 6 are laminated.
[0079]
First, a method for producing the microlens 24 on the glass substrate will be described.
[0080]
As a material for forming a lens, there are ordinary ultraviolet and far ultraviolet photoresists, and in particular, positive type far ultraviolet photoresists such as polymethyl methacrylate, PMIPK, polyglycylmethyl acrylate, and phenol novolac. However, it is desirable because it softens at a relatively low temperature and can easily form a condensing lens shape.
[0081]
The photoresist as described above is laminated on a glass substrate by a method such as coating, and a pattern forming method such as a lift-off method or a dry etching method is applied to the photoresist layer so that the center distance is 80 μm by a photolithography method with a diameter of 70 μm. Pattern. The patterned photoresist is softened and fluidized by annealing to form an arc-shaped microlens 24.
[0082]
Next, after forming the translucent reflective layer 7 in the same manner as in Example 1, a metal mask with a line width of 50 μm and a pitch of 80 μm is covered so as to correspond to the microlens 24, and ITO is formed by sputtering as the anode layer 3. Form 60 nm.
[0083]
Next, as in Example 1, TPD as the hole transport layer 4 and Alq ₃ as the electron transport layer 5 are sequentially deposited by vacuum deposition. In addition, the vacuum degree at the time of vapor deposition was 2-3 * 10 < ^-6 >, and the film-forming speed | rate was 0.2-0.3 nm / s.
[0084]
Finally, a metal mask having a line width of 40 μm is placed so as to overlap the row of microlenses 24, and Mg and Ag are co-deposited as a cathode layer 6 at a deposition rate ratio of 10: 1, and Mg / Ag is 10/1. An alloy is formed to 200 nm. At this time, the deposition rate was 1 nm / s.
[0085]
A driving driver was connected to the light emitting element array thus obtained and used as a light source for electrophotography. As in Example 1, green light emission can be obtained from the portion where the ITO electrode and the Mg / Ag electrode cross each other, and an image can be formed on the surface of the photosensitive drum through the semitransparent reflective layer 7 and the microlens 24. I was able to get a good image.
[0086]
As described above, by providing the light emitting element array with the optical resonator structure, it is possible to realize an optical printer head capable of obtaining a high-definition image with low power.
[0087]
(Example 3 <Reference example> )
The organic LED array shown in FIG. 7 was produced according to the procedure shown in FIG.
[0088]
A microlens 25 having a convex lens shape is formed on a glass substrate as the substrate 1 at a portion corresponding to each light emitting portion, and a translucent reflective layer 7 and an anode are formed on the surface opposite to the microlens 25 with respect to the substrate 1. Layer 3, hole transport layer 4, electron transport layer 5 also serving as a light emitting layer, and cathode layer 6 are laminated.
[0089]
First, a method for producing the microlens 25 on the glass substrate will be described. As shown in FIG. 8A, the microlens 25 forms an array having an opening diameter of 75 μm and a center interval of 80 μm by a replica method. Then, the semitransparent reflection layer 7 is formed on the surface opposite to the microlens 25 in the same manner as in the first embodiment.
[0090]
As shown in FIG. 8B, the surface opposite to the surface on which the microlens 25 is formed is covered with a metal mask having a line width of 50 μm and a pitch of 80 μm so as to correspond to the microlens 25. Is formed by sputtering to 60 nm.
[0091]
Next, as shown in FIG. 8 (c), the TPD as a hole transport layer 4 in the same manner as in Example 1, is deposited by sequentially vacuum deposition Alq ₃ as an electron transport layer 5.
[0092]
Finally, as shown in FIG. 8D, a metal mask having a line width of 40 μm is placed so as to overlap the row of microlenses 25, and Mg and Ag are co-deposited as a cathode layer 6 at a deposition rate ratio of 10: 1. Then, an alloy having Mg / Ag of 10/1 is formed to 200 nm.
[0093]
By connecting a driving driver to the organic LED array thus obtained and using it as a light source for electrophotography, a good image could be obtained.
[0094]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there are provided an exposure apparatus such as an optical printer head and an image forming apparatus that can efficiently use the amount of light emitted from the light emitting element while being high speed, small size, low cost, and high definition. It becomes possible to do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a light emitting element array of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a manufacturing process of a light-emitting element array of the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an image forming apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating another example of the image forming apparatus of the present invention.
5 is a graph showing the relationship between the spectral sensitivity of the photoconductor of Example 1 and the emission wavelength of the light emitting element array. FIG.
6 is a cross-sectional view showing a light-emitting element array in Example 2. FIG.
7 is a cross-sectional view showing a light-emitting element array in Example 3. FIG.
8 is a diagram showing a manufacturing process of a light-emitting element array in Example 3. FIG.
[Explanation of symbols]
1

Substrate

2, 24, 25 Microlens 3 Anode layer 4 Hole transport layer 5 Electron transport layer 6 Cathode layer 7 Translucent reflective layer 8 Organic compound layer 71 SiO ₂ layer 72 TiO ₂ layer

Claims

A substrate, an anode layer and a cathode layer, an exposure device having a light-emitting element array composed of organic compound layers sandwiched the one layer or more layers between the anode layer and the cathode layer,
Light emitting element array has microlenses convex lens shape on the substrate, forms a micro-optical resonator structure further said cathode layers and the semitransparent reflective layer has a semi-transparent reflective layer, and have a peak emission in the half-width region of the sensitivity to the wavelength of the photosensitive member exposed by the exposure device,
The light emitting portion of the light emitting element array has a one-to-one correspondence with the microlens, and the light emitting portion is provided on the convex surface of the microlens following the convex shape of the microlens. Exposure device.

An image forming apparatus comprising at least the exposure apparatus according to claim 1 and a photoconductor exposed by the exposure apparatus.