TW202009144A

TW202009144A - 列印頭

Info

Publication number: TW202009144A
Application number: TW108128235A
Authority: TW
Inventors: 佐藤知也
Original assignee: 日商双葉電子工業股份有限公司
Priority date: 2018-08-10
Filing date: 2019-08-08
Publication date: 2020-03-01
Also published as: JP6752948B2; JP2020026139A; TWI777080B; US10823902B2; CN110816075B; US20200049879A1; CN110816075A

Abstract

本發明所要解決的問題在於提供一種實現了曝光特性的提高之列印頭。為了解決上述問題，本發明之列印頭1，具備：導光部10，其具有呈格子狀的遮光部11及被該遮光部11劃分之複數個導光路12；及，發光元件陣列20，其排列有複數個有機電致發光元件21，該有機電致發光元件21發出入射於各導光路中之光。列印頭1中，導光部10的複數個導光路12設計成30μm以下的相同寬度W12，因此，實現了作為曝光特性之一的曝光不均的降低。

Description

列印頭

本申請主張基於2018年8月10日申請之日本專利申請第2018-151210號之優先權，該日本申請的全部內容藉由參閱援用於本說明書中。本發明係有關一種列印頭。

近年來，正在推進將有機電致發光元件(有機EL元件)等發光元件用於光源之列印頭的開發。在光學系統列印頭中，作為用於使光源的光成像之光學系統，通常使用自聚焦(SELFOC)透鏡陣列（SELFOC為日本板硝子股份有限公司(Nippon Sheet Glass Company, Ltd)的註冊商標）等的漸變折射率(GRIN)透鏡。

[先前技術文獻] (專利文獻) 專利文獻1：日本特開2000-156285號公報

[發明所欲解決的問題] 然而，GRIN透鏡具有比較大的尺寸，且發光元件形成於基板上時，需要設置於與形成有發光元件之基板面（表面）相反的一側的基板面（背面），因此，導致列印頭的尺寸變大。

發明人對列印頭的小型化進行了研究，得到了藉由使用具有格子狀剖面的遮光部之構件來代替GRIN透鏡，能夠獲得大致平行光之見解。

發明人對具有格子狀剖面的遮光部之構件進行了進一步研究，新發現了能夠實現曝光特性的提高之技術。

本發明的目的在於提供一種實現了曝光特性的提高之列印頭。

[解決問題的技術手段] 本發明的一態樣之列印頭，係一種發出成像用光之列印頭，該列印頭具備：導光部，其沿著第1方向延伸，並且具有從第1方向觀察時呈格子狀的遮光部及被該遮光部劃分之複數個導光路，或者，具有從第1方向觀察時並列配置或交錯配置的複數個導光路及劃分該導光路之遮光部，遮光部和導光路沿著與第1方向正交之第2方向交替排列；及，發光元件陣列，其在第1方向上位於導光部的一側，且沿著第2方向以等間隔排列有複數個發光元件，該發光元件發出入射於各導光路中之光；其中，複數個導光路，在第2方向上具有30μm以下的相同寬度。

發明人新發現藉由將導光部的複數個導光路設為30μm以下的相同寬度，曝光不均降低，列印頭的曝光特性提高。

本發明的另一態樣之列印頭中，複數個導光路的寬度為10μm以上。此時，在曝光中可獲得實用上充分的光量。

本發明的另一態樣之列印頭中，在第2方向上介於相鄰的導光路之間之部分的遮光部的寬度為15μm以下。

本發明的另一態樣之列印頭中，導光路的與第1方向正交之剖面上的剖面形狀為正圓形狀或多邊形狀。

本發明的另一態樣之列印頭中，發光元件為有機電致發光元件。

[發明的效果] 依據本發明的各種態樣，提供一種實現了曝光特性的提高之列印頭。

以下，參閱圖式，對本發明的實施形態進行詳細說明。另外，以下說明中，對相同要件或具有相同功能之要件使用相同符號，並省略重複說明。

如圖1所示，實施形態之列印頭1，具備導光部10及發光元件陣列20而構成。

如圖1及圖2所示，導光部10具有四方柱狀的外形，並沿著一方向延伸。以下的說明中，還將導光部10的延伸方向稱為Z方向（第1方向），將與Z方向正交之四邊形剖面中的沿著導光部10的一邊之方向稱為X方向（第2方向），將該四邊形剖面中的與X方向正交之方向稱為Y方向。

導光部10具備遮光部11及複數個導光路12而構成。

遮光部11由複數個隔壁11a及複數個外周壁11b構成。遮光部11由高遮光性的材料（例如，黑色矩陣材料或電鍍材料等）構成。從Z方向觀察時，遮光部11呈格子狀，更具體而言，呈方格格子狀。換言之，在導光部10的XY剖面（及端面）上，並列配置有具有正方形狀的複數個導光路12。本實施形態中，遮光部11包含沿著X方向排列之4個隔壁11a、沿著Y方向排列之4個隔壁11a及構成導光部10的外周面之4個外周壁11b，並呈5行5列的格子狀。遮光部11的格子的行及列的數量能夠適當增減。

導光路12係被遮光部11劃分之空隙（氣隙）。本實施形態中，導光部10包含25個導光路12。遮光部11的相鄰之隔壁11a的間隔（及隔壁11a與外周壁11b之間的間隔）設計成均勻，導光路12皆具有相同的開口尺寸及剖面尺寸。導光部10中，在其端面及XY剖面中，沿著X方向交替排列有遮光部11的隔壁11a與導光路12，沿著Y方向交替排列有遮光部11的隔壁11a與導光路12。

本實施形態中，導光部10在Z方向上的長度L1為100～300μm（作為一例，為150μm）。導光部10在X方向上的長度L2及Y方向上的長度L3，依據遮光部11的格子的行及列的數量發生變化，可設計成與發光元件陣列20的尺寸相同或比發光元件陣列20的尺寸長。

並且，本實施形態中，沿X方向排列之各隔壁11a的寬度W11設計成15μm以下，作為一例，為10μm。關於沿Y方向排列之各隔壁11a，亦設計成與沿X方向排列之各隔壁11a的寬度W11相同的寬度。而且，本實施形態中，各導光路12在X方向上的寬度W12設計成10μm以上且30μm以下，作為一例，為15μm。關於各導光路12在Y方向上的寬度，設計成與寬度W12相同的寬度。

本實施形態中，導光部10在Z方向上的長度L1，設計成導光路12的寬度W12的10倍。

並且，在遮光部11的各導光路12中可填充有透光性構件。各導光路12可被透光性構件完全填埋。

導光部10的遮光部11例如能夠藉由射出成形來形成。此時，作為遮光部11的構成材料，可採用具有遮光性之樹脂。亦可在藉由射出成形來形成遮光部11之後，利用光微影技術或奈米壓印技術，將作為上述透光性構件的一種也就是具有透光性的樹脂填充於各導光路12。並且，導光部10的遮光部11能夠利用MEMS技術來形成。此時，作為遮光部11的構成材料，可採用矽。亦可在利用MEMS技術形成遮光部11之後，利用光微影技術或奈米壓印技術，將作為上述透光性構件的一種也就是具有透光性的樹脂填充於各導光路12。

形成各導光路12被透光性構件填埋的結構之導光部10時，能夠在形成透光性構件之後形成遮光部11。例如，利用光微影技術或奈米壓印技術，將作為上述透光性構件的一種也就是具有透光性的樹脂成形為導光路12的形狀。在將透光性構件成形之後，將高遮光性的材料澆注到透光性構件的間隙來形成遮光部11。此時，作為遮光部11的構成材料，可採用黑色樹脂。

如圖1所示，在導光部10的其中一個端面10a（圖1中的下端面）側配置有基體22。基體22具有平板狀的形狀，由具有透光性的材料構成。本實施形態中，基體22係玻璃基板。關於基體22的厚度（亦即，Z方向長度），作為一例，為0.1mm。基體22的其中一側面22a與導光部10的端面10a面對面，並且與端面10a相接。

基體22的另一側面22b上設置有發光元件陣列20。發光元件陣列20由以等間隔排列之複數個有機電致發光元件21來構成。另外，圖1中，示出了沿X方向排列之有機電致發光元件21，但發光元件陣列20的有機電致發光元件21在X-Y面內亦能以格子狀或交錯狀排列。本實施形態中，在X方向上相鄰之有機電致發光元件21的分隔寬度W21為80μm，有機電致發光元件21在X方向上的寬度W22為80μm。發光元件陣列20的寬度W23能夠設計成比導光部10的寬度（相當於圖2的L2）窄。從Z方向觀察時，各有機電致發光元件21可以是正方形狀或長方形狀、多邊形狀（例如，八邊形狀）。

作為一例，有機電致發光元件21係產生單色的白色光之有機電致發光元件。有機電致發光元件21中，有機電致發光層具有在其厚度方向（基體22的厚度方向，Z方向）上被一對電極夾持之結構。一對電極之中，導光部10側的電極例如為由ITO（氧化銦錫）或IZO（氧化銦鋅）等構成之透明電極。有機電致發光層係至少包含藉由注入電子及電洞而發光之有機化合物（發光材料）。有機化合物可以是低分子化合物，亦可以是高分子化合物。有機電致發光層除了包含上述發光材料之發光層以外，還可以具有電子注入層、電子傳輸層、電洞注入層、電洞傳輸層等。並且，有機電致發光層的發光材料可以是螢光材料，亦可以是磷光材料。另外，圖1中，省略了對各有機電致發光元件21供給驅動電力之配線或驅動電路等。

導光部10的另一個端面10b（圖1中的上端面）被薄膜24覆蓋。薄膜24是為了抑制塵埃進入導光部10內部而設置。能夠適當省略薄膜24。

列印頭1還具備在基體22的其中一側面22a上包圍導光部10的周圍之保持構件26。保持構件26在導光部10的周圍保持導光部10。保持構件26設置成與導光部10的端面10b呈同一水平面之高度。保持構件26能夠由具有遮光性的材料構成，或能夠由具有透光性的材料（例如，環氧樹脂或丙烯酸類樹脂等透光性樹脂材料）構成。保持構件26具有透光性時，保持構件26能夠由與填充於導光路12中之透光性構件相同的材料構成。另外，列印頭1還能夠設為不具備保持構件26之態樣。

上述列印頭1中，若對作為光源之發光元件陣列20的各有機電致發光元件21供給驅動電力，則從各有機電致發光元件21產生光。藉由有機電致發光元件21產生之光，經由基體22，從導光部10的其中一個端面10a側入射於各導光路12中。在入射於導光路12中的光之中，只有與導光路12的延伸方向（亦即，Z方向且導光部10的延伸方向）平行之光或接近平行之光選擇性地通過導光路12，並從導光部10的另一個端面10b射出。換言之，從發光元件陣列20入射於導光路12中的光，藉由通過導光路12，成為與導光路12的延伸方向大致平行的光，定向性提高。亦即，高定向性的光從導光部10的端面10b射出。

列印頭1的曝光對象（未圖示），被配置於與導光部10的端面10b相對向之位置。從列印頭1對曝光對象照射高定向性的光。從實現高解析度之觀點考慮，曝光對象靠近導光部10的端面10b而配置，作為一例，配置成相對於導光部10的端面10b靠近至距離100μm左右。曝光對象可配置成與薄膜24相接。

上述列印頭1中，導光部10的複數個導光路12設計成15μm的相同寬度，因此實現了高曝光特性。具體而言，導光部10的複數個導光路12設計成30μm以下的相同寬度，因此，實現了作為曝光特性之一之曝光不均的降低。並且，導光部10的複數個導光路12設計成10μm以上的相同寬度，因此，充分獲得了作為曝光特性之一之光量。

在此，參閱圖3（a）、圖3（b）、圖4及圖5，對列印頭1中的曝光特性進行說明。

發明人關於作為曝光特性之一之曝光不均，藉由模擬而確認了導光路12的寬度W12與灰度比之間的關係。模擬中，利用光學系統解析軟件，藉由蒙特卡洛法進行了光線追蹤計算。模擬中，將曝光對象與導光路12之間的分隔距離（亦即，曝光對象與導光部10的端面10b之間的分隔距離）設為100μm。模擬結果如圖3（a）及圖3（b）所示。圖3（a）及圖3（b）的曲線圖中，橫軸表示在X方向（主掃描方向）上的位置[μm]，縱軸表示灰度比。圖3（a）中，以實線表示導光路12的寬度W12為20μm時的灰度比，以虛線表示導光路12的寬度W12為30μm時的灰度比。圖3（b）中，以一點鏈線表示導光路12的寬度W12為40μm時的灰度比，以二點鏈線表示導光路12的寬度W12為50μm時的灰度比。

從圖3（a）的曲線圖確認到如下內容：在導光路12的寬度W12為20μm之情況及30μm之情況下，曝光不均（條斑）的週期變短（大致80μm）。另一方面，從圖3（b）的曲線圖確認到如下內容：導光路12的寬度W12為40μm之情況及50μm之情況下，曝光不均的週期變長（大致230μm）。

圖4的曲線圖係表示導光路12的寬度W12與灰度比之間的關係之實測資料。圖4的曲線圖中，橫軸表示X方向上的位置[mm]，縱軸表示灰度比。圖4中，以實線表示導光路12的寬度W12為20μm時的灰度比，以虛線表示導光路12的寬度W12為30μm時的灰度比，以一點鏈線表示導光路12的寬度W12為50μm時的灰度比。

從圖4的曲線圖亦確認到如下內容：導光路12的寬度W12為30μm以下時，幾乎不產生曝光不均，但導光路12的寬度W12超過30μm時（亦即，50μm寬度時），會產生大週期的曝光不均。

從以上的結果確認到如下內容：藉由將導光路12的寬度W12設計成30μm以下，與導光路12的寬度W12超過30μm之情況相比，曝光不均的週期縮短為1/3左右。亦即，若依據導光路12的寬度W12為30μm以下之列印頭1，能夠實現高曝光特性。

上述曝光不均起因於隔壁11a的陰影，在有機電致發光元件21的寬度W22與導光路12的寬度W12一致，並且有機電致發光元件21的分隔寬度W21與隔壁11a的寬度W11一致，且有機電致發光元件21與導光路12完全對位之情況下並不產生，在此以外的情況下有可能產生。因此，如上述實施形態，有機電致發光元件21具有比導光路12的寬度W12寬之寬度W22之情況下，產生曝光不均。並且，即使是有機電致發光元件21具有與導光路12的寬度W12相同的寬度W22之情況下，經由基體22將有機電致發光元件21與導光路12精密地對位亦極其困難，因此有可能產生曝光不均。而且，如上述實施形態那樣靠近導光部10而配置曝光對象之情況下，解析度提高，但易產生曝光不均。上述列印頭1在產生曝光不均之條件下，能夠有效地降低曝光不均。

並且，關於作為曝光特性之一之光量，發明人藉由模擬而確認了導光路12的寬度W12與光量傳遞率之間的關係。測定結果如圖5所示。圖5的曲線圖中，橫軸表示導光路12的寬度W12[μm]，縱軸表示光量傳遞率[%]。

從圖5的曲線圖確認到導光路12的寬度W12越變寬，光量傳遞率越變高（單調增加）。換言之，若導光路12的寬度W12變窄而開口率（XY剖面中的導光路12的面積比例）下降，則光量傳遞率下降，其結果，導致圖像變暗。為了獲得在實用上充分明亮的圖像，需要約3.3%以上的光量傳遞率。如圖5的曲線圖所示，光量傳遞率成為3.3%之導光路12的寬度W12為10μm，因此，藉由將導光路12的寬度W12設計成10μm以上，可獲得實用上充分的光量。亦即，依導光路12的寬度W12為10μm以上之列印頭1，能夠實現更高的曝光特性。

另外，藉由使曝光對象遠離導光部10或在曝光對象與導光部10之間配置擴散板或透鏡等光學組件，亦能夠降低上述曝光不均。然而，此時，會產生解析度的下降或裝置的大型化、組件件數的增加、製造製程的複雜化等不良情況。亦即，上述列印頭1避免了解析度的下降或裝置的大型化、組件件數的增加、製造製程的複雜化等不良情況，且實現了曝光不均的降低。

依據本發明之列印頭並不限於上述實施形態，能夠進行其他各種變化。

例如，藉由有機電致發光元件產生之光，可以是紅色光或藍色光等單色光而不是白色光。並且，構成發光元件陣列之發光元件並不限於有機電致發光元件，亦可以是液晶元件或螢光顯示管。在發光元件與基體之間可配置有彩色濾光器，能夠使用產生單色的白色光之發光元件且使彩色化之光從導光部10的端面10b射出。例如，藉由利用彩色濾光器將白光加以彩色化為RGB(紅綠藍)各顏色，能夠從導光部10的端面10b射出全彩色的光。

而且，作為基體22，除了玻璃基板以外，還能夠使用矽基板或塑料基板。基體22可具有撓性，此時，例如能夠使用PET薄膜（聚對苯二甲酸乙二酯薄膜）或PI薄膜（聚醯亞胺薄膜）等樹脂薄膜。

並且，導光部的導光路的開口形狀及剖面形狀並不限於正方形，亦可以是長方形狀或帶狀、線狀、四邊形以外的多邊形狀、圓形狀、橢圓形狀等。而且，從導光部的延伸方向觀察時，導光部的導光路可以配置成交錯狀。並且，導光部的導光路的數量或發光元件的數量能夠適當增減。而且，在導光部的導光路內壁面，為了抑制內壁面上的反射，可設置藉由電鍍或熱處理等而形成之防反射膜。

導光部可以是如圖6及圖7所示之形態。圖6、圖7皆示出導光路的與延伸方向（Z方向）正交之XY剖面上的導光部的剖面形狀。

如圖6所示之導光部10中，在剖面（及端面）上，複數個導光路12以既定的間隔（作為一例，間隔為10μm）並列配置。圖6（a）所示之導光部10的各導光路12，具有正圓形狀的剖面形狀（作為一例，直徑為30μm）；圖6（b）所示之導光部10的各導光路12，具有六邊形狀的剖面形狀（作為一例，寬度為30μm）。

如圖7所示之導光部10中，在剖面（及端面）上，複數個導光路12以既定的間隔（作為一例，間隔為10μm）交錯配置。圖7（a）所示之導光部10的各導光路12，具有正圓形狀的剖面形狀（作為一例，直徑為30μm）；圖7（b）所示之導光部10的各導光路12，具有六邊形狀的剖面形狀（作為一例，寬度為30μm）；圖7（c）所示之導光部10的各導光路12，具有正方形狀的剖面形狀（作為一例，為30μm見方）。

1‧‧‧列印頭 10‧‧‧導光部 10a、10b‧‧‧端面 11‧‧‧遮光部 11a‧‧‧隔壁 11b‧‧‧外周壁 12‧‧‧導光路 20‧‧‧發光元件陣列 21‧‧‧有機電致發光元件 22‧‧‧基體 22a、22b‧‧‧側面 24‧‧‧薄膜 26‧‧‧保持構件 L1〜L3‧‧‧長度 W11、W12、W22、W23‧‧‧寬度 W21‧‧‧分隔寬度

圖1係表示實施形態之列印頭之剖面圖。圖2係表示圖1的導光部之立體圖。圖3（a）及圖3（b）係表示導光路的寬度與灰度比之間的關係之模擬結果的曲線圖。圖4係表示導光路的寬度與灰度比之間的關係之實測資料的曲線圖。圖5係表示導光路的寬度與光量傳遞效率之間的關係之曲線圖。圖6（a）及圖6（b）係示出不同的形態的導光部之剖面圖。圖7（a）～圖7（c）係示出不同的形態的導光部之剖面圖。

國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無

國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

10‧‧‧導光部

10a、10b‧‧‧端面

11‧‧‧遮光部

11a‧‧‧隔壁

11b‧‧‧外周壁

12‧‧‧導光路

L1~L3‧‧‧長度

W11、W12‧‧‧寬度

Claims

一種列印頭，其發出成像用光，該列印頭具備：導光部，其沿著第1方向延伸，並且具有從前述第1方向觀察時呈格子狀的遮光部及被該遮光部劃分之複數個導光路，或者，具有從前述第1方向觀察時並列配置或交錯配置的複數個導光路及劃分該導光路之遮光部，前述遮光部和前述導光路沿著與前述第1方向正交之第2方向交替排列；及，發光元件陣列，其在前述第1方向上位於前述導光部的一側，且沿著前述第2方向以等間隔排列有複數個發光元件，該發光元件發出入射於前述各導光路中之光；其中，前述複數個導光路，在前述第2方向上具有30μm以下的相同寬度。
如請求項1所述之列印頭，其中，前述複數個導光路的寬度為10μm以上。
如請求項1或2所述之列印頭，其中，在前述第2方向上介於相鄰的前述導光路之間之部分的前述遮光部的寬度為15μm以下。
如請求項1至3中任一項所述之列印頭，其中，前述導光路的與前述第1方向正交之剖面上的剖面形狀為正圓形狀。
如請求項1至3中任一項所述之列印頭，其中，前述導光路的與前述第1方向正交之剖面上的剖面形狀為多邊形狀。
如請求項1至5中任一項所述之列印頭，其中，前述發光元件為有機電致發光元件。