JPH05301373A - 光プリンタヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】基板１上に複数のＥＬ端面発光素子３を有する
光プリンタヘッドに関し、ＥＬ端面発光素子３を覆うよ
うに保護基板８を配置し、この保護基板８と基板１の間
には透光性樹脂９を充填してなり、且つ発光側端部１０
は集光性の凸形状とする。 【効果】ＥＬ端面発光素子３の封止構造の信頼性を大幅
に向上させるとともに、副走査方向の集光性を改善する
ことができた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はエレクトロルミネセン
ス（ＥＬ）端面発光素子アレイを用いた光プリンタヘッ
ドに係り、更に詳しくは分解度の高い印字が可能な信頼
性が高く小型で高い発光輝度を有する光プリンタヘッド
に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気的に処理された情報を、印刷の形で
伝えるプリンタとして、例えば電子写真方式ページプリ
ンタが知られている。即ち、感光部材を帯電した後、こ
の帯電した感光部材に印字情報に従って、光書き込みを
行い、感光部材表面に静電潜像を形成し、この静電潜像
をトナーで可視像化するプリンタが開発されている。

【０００３】そして、帯電した感光部材に印字情報を光
書き込みする方式として、ＥＬ端面発光素子アレイを用
いた光プリンタヘッドが注目されている（特開平２−５
８３６１号公報）。この光プリンタヘッドの構成は次の
通りである。即ち、絶縁層を介して一対の電極でＥＬ発
光（蛍光体）層を挾持した構成とし、一対の電極に所定
の電圧を印加したときのＥＬ発光層の発光を、絶縁層と
の界面で全反射させてＥＬ発光層内で閉じ込めた形で、
一端面側に導光し放射する構成のＥＬ素子を、複数個ア
レイ状に配列する。更に、ＥＬ素子の一対の（マトリク
ス状に形成されている主走査電極とデータ電極）に、そ
れぞれ選択的に所定の電圧をマトリクスに印加して、一
端面側から光エネルギーを放出させる構成とする。この
光プリンタヘッドは、構成が比較的簡単で、印字むらの
発生等も低減するばかりでなく、コスト面等の経済性も
よいので、実用面から多くの関心が寄せられている。

【０００４】しかしながら、上記構成の光プリンタヘッ
ドの場合は、信頼性等の点で実用上不都合なことがしば
しば認められる。即ち、帯電した感光部材（例えば感光
ドラム）面に所定の印字情報に従って光書き込みを行う
とき、ＥＬ素子の電極間には、２００〜３００Ｖ程度の
交流電圧が印加されるため、この電極間及び互いに隣接
するＥＬ素子の電極間にそれぞれ高い電界が負荷される
ことになり、水分の浸入や汚染等によりＥＬ素子の絶縁
破壊もしくは電極間でのショート等が発生しやすい。ま
た、ＥＬ層が変質し特性劣化が生じる等、信頼性の上で
問題がある。

【０００５】このような信頼性の問題を解消する手段と
して、例えばＥＬ端面発光素子アレイを包含するよう
に、封止部材にて覆った構造が提案された（特開平３−
２１４６６号公報）。しかしながら、この従来例では、
封止部材が複数からなり、その構造は複雑且つ大型なも
のとならざるを得ない。更に、封止部材間の接合面や封
止部材とＥＬ発光素子アレイ基材との接合面の欠陥が発
生しやすく、水分の浸入や汚染の危険が内在していた。
このような危険性を低減するため、封止部材で囲まれた
ＥＬ発光素子アレイ周辺にシリコーンオイルを充填する
方式等も考えられた。しかしながら、この方式は、封止
構造がより複雑となり、シリコーンオイル充填プロセス
が困難であり、シリコーンオイルの熱膨脹による封止部
材間や基材との接合面へのダメージがあり、シリコーン
オイル内の微小気泡の防止除去が困難であり、ＥＬ発光
素子近傍に気泡が存在した場合には発光光線の散乱等の
機能低下の原因となる等の多数の問題点があった。

【０００６】一方、このような光プリンタヘッドを実際
使用するに当たっては、例えばロッドレンズアレイを用
いることが一般的である（特開平２−１８４４６７号公
報）。これは端面発光素子という発光指向性の優れた素
子であっても、その指向性は完全ではないことから、高
解像度の画像を書き込むためには、感光ドラム上にロッ
ドレンズアレイを用いて画像を結像する必要があること
による。発光指向性の改善策としては、ＥＬ端面発光素
子の発光端面の形状を加工して集光性を持たせることが
提案された（特開平３−２１４６７号公報，特開平２−
１８４４６７号公報）。

【０００７】しかしながら、これらの改善策ではＥＬ端
面発光素子アレイの平面方向の集光性は改善されるが、
それと垂直方向、即ち副走査方向の集光性は改善され
ず、実質的には、依然としてロッドレンズアレイを用い
るか、或いは副走査方向のぼやけを許容する特性範囲内
での使用に限定された。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、ＥＬ端面
発光素子アレイを用いた従来の光プリンタヘッドでは、
封止構造が複雑且つ大型であり、その信頼度も不充分で
あった。更に、内蔵するシリコーンオイル中の気泡等に
起因する出力ばらつき、出力欠陥等の機能低下の要因を
含んでいた。

【０００９】更に、上記の信頼性対策とは別に端面発光
素子の発光指向性を改善するための特性向上策の提案も
なされてきたが、従来の提案では端面発光素子アレイの
平面内における集光性の改善のみであった。この平面と
直交する副走査方向に関する発光指向性は従来通りであ
り、この方向の画像のぼやけは改善されなかった。

【００１０】この発明はこのような事情に対処してなさ
れたもので、封止構造が簡単且つ小型であり、その信頼
性も高く機能低下の要因も含まない光プリンタヘッドで
あって、更に、副走査方向に関する発光指向性を大幅に
向上した光プリンタヘッドを提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、基板上に複
数のＥＬ端面発光素子を有する光プリンタヘッドについ
てのものであり、ＥＬ端面発光素子を覆うように保護基
板を配置し、この保護基板と上記基板の間には透光性樹
脂を充填してなり、且つ発光側端部は集光性の凸形状と
することを特徴とする。

【００１２】

【作用】この発明は、ＥＬ端面発光素子の上部に保護基
板を近接配置し、保護基板と基板の間にはＥＬ端面発光
素子アレイを覆うように透光性樹脂を充填してなる封止
構造であり、従来に比べ、簡単且つ小型な構造となって
いる。更に、透光性樹脂がＥＬ端面発光素子アレイを覆
い、外部からの水分の浸入や汚染を防止することによ
り、信頼性を大幅に向上できる。また、透光性樹脂の熱
膨脹は上述の封止構造の結果、保護基板と基板とが直接
に接続されないため、過大な応力を発生させることな
く、柔軟に吸収することができる。

【００１３】また、透光性樹脂中の気泡の発生について
は、封止構造加工工程時にのみ発生する可能性がある
が、これも透光性樹脂の余剰分とともに気泡を封止構造
側部より排出する手段を講じることにより容易に防止で
きる。従って、小型で気泡の混入もなく、高信頼性の光
プリンタヘッドを得ることができる。

【００１４】更に、封止構造の発光側端部に集光性の凸
形状を容易に形成できることから、従来行われていなか
った副走査方向の光指向性を改善でき、高解像度・高性
能な光プリンタヘッドを得ることができる。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の詳細を図面を参照して説明
する。

【００１６】図１はこの発明の一実施例の要部構成を示
した断面図である。図１において、まず、例えば厚さ
１．１ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ３００ｍｍのガラス板か
らなる基板１上に、例えばＡｌ、Ａｕ等の導電性薄膜を
着膜パターニングして回路配線２を形成する。この実施
例では、回路配線２は下層からＣｒ／Ｐｄ／Ａｕの積層
膜にて形成し、膜厚はそれぞれ５０ｎｍ／１００ｎｍ／
２００ｎｍである。なお、上部のＡｕは、回路配線２を
後述する駆動ＩＣとＡｕワイヤボンディングにて電気的
接続をとるために必要である。

【００１７】この実施例では、回路配線２の形成とＥＬ
端面発光素子３の下部電極３ａの形成は同時に行なっ
た。ただし、ＥＬ端面発光素子３の下部電極３ａを形成
する部分は、上層のＰｄ−Ａｕをエッチングし、Ｃｒ層
のみで形成した。

【００１８】ＥＬ端面発光素子３は、上部電極３ｂと下
部電極３ａで絶縁層（図示せず）及び発光層３ｃを挾持
した構造である。この実施例では、下層からＣｒ／Ｓｉ
ＯＮ／ＺｎＳ：Ｍｎ／ＳｉＯＮ／Ａｌの積層膜にて形成
し、膜厚はそれぞれ５０ｎｍ／２００ｎｍ／１．５μｍ
／２００ｎｍ／１００ｎｍである。着膜方式はスパッ
タ、ＥＢ（電子ビーム）蒸着、抵抗蒸着、ＣＶＤ方式等
から膜の特性や発光輝度等の素子特性に応じて選択され
る。

【００１９】上述した各層はＥＬ端面発光素子３の発光
端面４からの発光輝度の強度やばらつきを最適化し、所
望の発光素子密度を得るようにパターニングされてい
る。例えば、この実施例では、上部電極３ｂと下部電極
３ａは素子部分において短冊形状をなし、１２ｄｏｔ／
ｍｍの素子密度を得るため、その部分の電極寸法は５０
μｍ×６００μｍに設計する。従って、発光端面４から
の発光形状は１．５μｍ×５０μｍになる。

【００２０】このＥＬ端面発光素子３を複数配列したＥ
Ｌ端面発光素子アレイを形成した後、駆動ＩＣ５を搭載
し、Ａｕワイヤボンディング６にて電気的接続をとる。
そして、駆動ＩＣ５とＡｕワイヤボンディング６は、Ｉ
Ｃ保護樹脂７で覆って外界より保護する。

【００２１】封止構造の保護基板８として、この実施例
では、厚さ１．１ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ３００ｍｍのガ
ラス板を用いた。保護基板８は例えばシリコーン樹脂か
らなる透光性樹脂９を介して基板１に接着する。接着の
際、透光性樹脂９中に存在する気泡は余剰樹脂とともに
側部より排出することができるため、実質的に気泡が存
在しない光プリンタヘッド封止構造とすることが可能で
ある。

【００２２】この透光性樹脂９の厚さは、基板の押し圧
により極小にすることができ、この実施例では、厚さ数
１０μｍ〜数１００μｍの範囲で適切に設定することが
できる。封止構造の発光側端部１０には透光性樹脂９を
利用し凸形状を形成させ、副走査方向の集光性をもたせ
た。

【００２３】発光端面４から放射した光は、透光性樹脂
９の内部の経路を経て、封止構造側部の凸形状部分にて
集光され、外部に光１１として放射される。この実施例
では、透光性樹脂９、保護基板８及び基板１はすべて透
明で屈折率ｎもすべてｎ＝１．５〜１．７である。従っ
て、透光性樹脂９と基板界面での屈折はほとんどなく、
基板内部を経由しての放射光もあるが、実質寸法が保護
基板８と基板１でともに１．１ｍｍであるのに対し、発
光素子厚約２μｍ、透光性樹脂厚数１０μｍであること
から、放射光は略完全に凸形状部を通過し集光すること
ができる。

【００２４】また、透光性樹脂９の屈折率が基板１と保
護基板８の屈折率より大きくなるように材料を選択すれ
ば、基板と透光性樹脂９の界面の反射及び屈折を利用す
ることができ、素子からの放射光の大半を透光性樹脂９
の薄い層（厚さ数１０μｍ）内に閉じ込めることができ
るため、凸形状部を通過して外部に放射される放射光を
更に向上し、光プリンタヘッドの輝度及び副走査方向の
分解能がより向上される。なお、基板１と保護基板８が
透明基板ではなく、不透明或いは光反射性の表面を有す
る場合にも結果として同様の効果を有することは明らか
である。

【００２５】更に、例えば特開平３−２１４６７号公報
のＦＩＧ．３に示すように、ＥＬ端面発光素子の形状を
加工し、ＥＬ端面発光素子アレイ平面内での集光性を向
上させる技術と併用すると、ＥＬ端面発光素子からの放
射光の集光性が優れた光プリンタヘッドを得ることがで
きる。また、ロッドレンズアレイを使用する必要がなく
て小型ロッドレンズアレイによる効率低下もなく、高輝
度で高分解能を有する光プリンタヘッドを得ることがで
きる。

【００２６】また、その封止構造も上述の通り簡単であ
り、その寸法も厚さにして基板１と保護基板８の厚さの
和に略等しく、２〜３ｍｍにできる。これは従来の封止
構造に比較し、格段に簡易化、小型化されている。更
に、各材質間の熱膨張差、特に透光性樹脂９自体の熱膨
張を樹脂自体で吸収する構造となるため、熱応力に対し
て強い構造となっている。また、透光性樹脂９がＥＬ端
面発光素子アレイを覆うことにより、外部からの水分の
浸入、汚染を防止でき、信頼性を大幅に向上できる。

【００２７】図２はこの発明の他の実施例の要部構成を
示した断面図であり、図１と対応する部分には同一の符
号を付してある。この実施例は、図１に示した実施例に
比べ、光放射側の凸形状を透光性樹脂９により形成せ
ず、予め所定の凸形状に成形した凸形状棒レンズ１２を
接着した点で異なっている。その他の構造・機能上の向
上点等は図１に示した実施例と変わらない。

【００２８】この実施例では、凸形状をより明確に設定
でき、集光性をより向上できる。また、透光性樹脂９と
して、比較的軟質な材料を使用することができ、接着
性、屈折率等の機能からの材料選択の範囲を拡大できる
等の利点がある。

【００２９】

【発明の効果】この発明は、ＥＬ端面発光素子の封止構
造が簡易化、小型化され、更にその信頼性を大幅に向上
した。また、従来行われていなかった副走査方向の集光
性を改善したことにより、高輝度で高分解能の光プリン
タヘッドを得ることができた。そして、これらの集光性
の改善の結果、従来必要とされていたロッドレンズアレ
イを省くことも可能となり、より一層の高輝度化、小型
化された光プリンタヘッドを得ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の要部構成を示した断面図
である。

【図２】この発明の他の実施例の要部構成を示した断面
図である。

【符号の説明】

１……基板 ３……ＥＬ端面発光素子 ８……保護基板 ９……透光性樹脂 １０……発光側端部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に複数のエレクトロルミネセンス
   端面発光素子を有する光プリンタヘッドにおいて、前記
   エレクトロルミネセンス端面発光素子を覆うように保護
   基板を配置し、この保護基板と前記基板の間には透光性
   樹脂を充填してなり、且つ発光側端部は集光性の凸形状
   とすることを特徴とする光プリンタヘッド。