JP2008252031A - 発光装置及び印刷装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】効率よく発光素子を冷却する発光装置及び印刷装置を提供すること。
【解決手段】複数の発光素子20がアレイ状に構築された発光素子基板21と、前記複数の発光素子20を発光させる為の画素電極23と、前記発光素子20にて発生した熱を伝導する為の熱伝導層30と、前記熱伝導層30と前記画素電極23とを絶縁する為のゲート絶縁層45と、前記熱伝導層30に接触して設けられた熱伝導絶縁層85層及びヒートシンク81と、を具備する発光装置及び該発光装置を具備する印刷装置。
【選択図】 図10
【解決手段】複数の発光素子20がアレイ状に構築された発光素子基板21と、前記複数の発光素子20を発光させる為の画素電極23と、前記発光素子20にて発生した熱を伝導する為の熱伝導層30と、前記熱伝導層30と前記画素電極23とを絶縁する為のゲート絶縁層45と、前記熱伝導層30に接触して設けられた熱伝導絶縁層85層及びヒートシンク81と、を具備する発光装置及び該発光装置を具備する印刷装置。
【選択図】 図10
Description
本発明は、発光素子を光源として利用した発光装置及び印刷装置に関する。
従来より、発光素子を光源として利用した発光装置が知られており、例えば印刷装置における露光デバイス等に用いられている。ところで、発光素子を光源として利用した発光装置においては、発光素子の冷却する試みがなされている。例えば特許文献1には、発光素子をペルチェ素子によって効率的に冷却する為の技術が開示されている。
すなわち、特許文献1に開示された技術によれば、発光素子で発生した熱をペルチェ素子である吸熱側電極によって直接的に吸熱する。また、ペルチェ素子における発熱側電極を基板に接触させることで、発熱側電極に移動してきた熱が、前記基板を介してスムーズに放熱される。
特開2006−147826号公報
ところで、印刷装置等に利用される発光素子においては、高輝度で発光することに起因する発熱が、当該発光素子の劣化を招いている。従って、高輝度で発光することに起因する発熱を、効率よく当該発光素子の外部へ放熱する手段が求められている。
本発明は、前記の事情に鑑みてなされたもので、効率よく発光素子を冷却する発光装置及び印刷装置を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明の第1の態様による発光装置は、
複数の発光素子がアレイ状に構築された基板と、
電極を備えたスイッチング素子と、
前記電極とともに一括して形成された熱伝導層と、
を具備することを特徴とする。
複数の発光素子がアレイ状に構築された基板と、
電極を備えたスイッチング素子と、
前記電極とともに一括して形成された熱伝導層と、
を具備することを特徴とする。
前記熱伝導層は、金属から成る金属層を含むことが好ましく、前記熱伝導層は、前記発光素子の下方に設けられていることが熱の授受の観点から好ましい。また、前記熱伝導層に接触して設けられたヒートシンクを、さらに備えることによって、より発光素子を放熱しやすくなる。
本発明における印刷装置は、請求項1に記載の発光装置を具備することを特徴とする。
本発明によれば、効率よく発光素子を冷却する発光装置及び印刷装置を提供することができる。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る発光装置及び印刷装置を説明する。
図1は、本一実施形態に係る発光装置を用いた印刷装置の構成の一例を示す図である。まず、図1に示すように、本一実施形態に係る発光装置を用いた印刷装置は、感光体ドラム1と、ケース部2Aとロッドレンズ部2Bとから成る発光装置2と、帯電ローラ3と、イレーサ光源感光体4と、クリーニング部材5と、現像ローラ6aを含む現像器6と、転写ローラ8と、定着ローラ9と、搬送ベルト11とを具備している。なお、参照符号7が付されているのは印刷用紙である。ロッドレンズ部2Bは、セルフォック(登録商標)レンズを一列又は複数の列に配列させたレンズアレイであって、入射された光を等倍正立像として感光体ドラム1に結像するレンズ部である。
前記感光体ドラム1は負帯電型OPC(Organic Photo Conductor)感光体(有機感光体)である。このことに鑑みて、前記帯電ローラ3は負帯電器とされている。また、前記現像器6は負帯電トナーで現像を行う現像器である。また、前記発光装置2のケース部2Aは、詳しくは後述するが、複数の有機EL素子(発光素子)20がアレイ状に配列されて構成されている。
ところで、図1に示す印刷装置では、おおまかには以下のような工程により印刷が行われる。まず、前記帯電ローラ3が回転する感光体ドラム1の表面に接触することによって、感光体ドラム1の接触した表面が一様に負電位となるように帯電される。続いて、前記発光装置2の発光素子20から発した光が、ロッドレンズ部2Bを介して前記感光体ドラム1の所定位置に対して入射され、前記感光体ドラム1上には静電潜像が形成される。その後、前記現像器6によって、前記静電潜像にトナーが付着される。そして、前記転写ローラ8によって、前記静電潜像に付着しているトナーが前記印刷用紙7に転写される。以下、このような印刷工程を詳細に説明する。
まず、前記感光体ドラム1は、帯電用電源(不図示)から供給される負電位であって且つ後述する現像器6で出力される現像電圧に比較的近似している或いは等しい電位の初期化帯電電圧を、前記帯電ローラ3によって印加される。これにより、前記感光体ドラム1における周表面は一様に負帯電され、電位的に初期化される(初期化帯電状態となる)。
そして、周表面が初期化帯電状態となった前記感光体ドラム1には、前記発光装置2によって、印字情報に従った光書き込み(露光)が行われる。これにより、露光が行われないために初期化帯電状態のままの前記初期化帯電部と、前記露光によって初期化帯電部より相対的に高い負電位である−50(V)程度の露光帯電電圧が印加されて帯電された露光帯電部とから成る静電潜像が、前記感光体ドラム1の周表面上に形成される。
ここで、前記現像器6内に収容されている弱いマイナス電位に帯電したトナーが、前記現像ローラ6aによって、前記現像ローラ6aと前記感光体ドラム1との対向部に回転搬送される。このとき、前記現像ローラ6aは、不図示の電源から、露光帯電部よりもさらに低い−250(V)程度の現像電圧を印加される。したがって、前記感光体ドラム1における前記静電潜像の−50(V)程度の露光帯電部では、現像電圧よりも200(V)程度高電位となり、初期化帯電部では、現像電圧との差が200(V)よりも絶対値が十分小さい電圧になる。
これらの静電潜像における現像電圧との電位差の違いにより、前記現像ローラ6aに対して相対的にプラス極性の電位となった前記静電潜像における露光帯電部には、マイナス極性に帯電しているトナーが付着してトナー像が形成されるのに対し、初期化帯電部には、トナーを静電的に吸引する程の電界が生じないのでトナーが付着しない。
このトナー像は、前記感光体ドラム1の回転によって、前記感光体ドラム1と前記転写ローラ8とが対向している転写部へと搬送される。
なお、上述したようにして形成されたトナー像におけるトナー付着量(現像された画像の濃度)は、前記発光装置2による前記感光体ドラム1への露光量に応じて生じる前記感光体ドラム1の周表面上における電位の減衰量によって決定される。
ところで、上述したように前記トナー像が前記転写部へ搬送されると、前記搬送ベルト11によって、前記印刷用紙7が前記転写部へ搬送される。そして、前記転写部においては、前記トナー像が前記印刷用紙7上に、前記転写ローラ8によって転写される。このようにして前記トナー像を転写された前記印刷用紙7は更に下流に搬送され、前記トナー像が前記定着ローラ9によって熱定着された後、前記印刷用紙7は当該印刷装置の外部へ排出される。
なお、前記発光装置2における前記ケース部2A内には、図1に示す前記感光体ドラム1への露光走査の主走査方向(前記感光体ドラム1の幅方向、つまり前記印刷用紙7の幅方向)に、多数の発光素子20から成る有機ELアレイが一列に配設されている。この有機ELアレイは、当該印刷装置が、例えばA4サイズの印刷用紙を縦方向に用いてその幅一杯に印字密度1200dpi(ドット/インチ)で印字可能な印刷装置の場合であれば、およそ14000個の発光素子を備えている。これらの個々の発光素子には、ホスト機器(不図示)から出力される印字情報に従った信号が印加される。すなわち、個々の発光素子は、選択的に発光制御される。
以下、発光素子である有機EL素子の基本的な構造について、図2を参照して説明する。
発光素子20は、図2に示すようにガラス等の発光素子基板21上に形成され、ガラス等の対向基板28によって挟まれている。発光素子基板21及び対向基板28は、周縁をシール材83で封止されている。具体的には、発光素子20として、発光素子基板21上に、画素電極23、正孔輸送層(HTL)24、発光層25、電子輸送層(ETL)26、及び対向電極27がこの順にて形成され、対向基板28によって封止されている。発光素子20は、対向電極の上面を封止膜34によってさらに封止されていることが好ましい。
ここで発光素子20は、発光層25の光29を対向基板28側から出射するトップエミッション構造とする。
また画素電極23は、アノードとして機能し、下層側に位置するアルミニウム合金等の反射金属層と、上層側に位置する、錫ドープ酸化インジウム(Indium Thin Oxide;ITO)や亜鉛ドープ酸化インジウム等の透明電極材料を有する透明導電性酸化金属層と、を有する積層反射構造であってもよく、アルミニウム合金等の反射金属層の単層であってもよい。
対向電極27は、カソードとして機能し、下層側に位置するバリウム、マグネシウム、リチウム等の仕事関数の低い1〜20nm程度の膜厚の電子注入層と、上層側に位置する上記と同様の透明な導電性酸化金属層と、の積層透明構造であってもよい。
なお、画素電極23をカソードとし、対向電極27をアノードとする場合、画素電極23に接している担体輸送層は電子輸送性の層となり、対向電極27に接している担体輸送層は正孔輸送性の層となる。
発光層25は、HTL24から輸送された正孔とETL26から輸送された電子を再結合して発光する有機材料を含んでいる。そして、発光素子20の担体輸送層は、HTL24、発光層25、ETL26の三層構造に限らず、例えば、正孔輸送層及び電子輸送性発光層の二層構造でもよく、正孔輸送兼電子輸送性発光層のみでもよく、正孔輸送性発光層及び電子輸送層でもよく、また、間にその他の担体輸送層が介在する等、特に制限はない。HTL24、発光層25、ETL26のような担体輸送層をまとめてEL層20aと呼称する。
そして、前記画素電極23と前記対向電極27との間に、所定の電圧が掛けられることで、前記画素電極23から正孔が、前記対向電極27から電子が、前記発光層25に注入され、前記発光層25にて正孔と電子とが再結合して発光する。この発光によって生じた光29は、前記対向電極27及び前記対向基板28を透過して完全拡散放射する。
なお、本一実施形態においては、発光素子20はトップエミッション構造に設定されている。
ところで、発光素子20が透明基板(前記発光素子基板21と前記対向基板28と)間に挟まれている場合、当然ながら基板内部での発光となるので、光取り出し効率を高める為に以下のような工夫が為されている。
例えば、前記発光素子基板21上に形成された複数の発光素子毎にファイバ機能を持たせることで、前記発光素子基板21の表面に擬似発光体を形成する。このようにファイバ機能を持たせる為には、例えばフォトニック結晶ファイバと称される公知の技術を用いる。具体的には、クラッドに相当する空気孔が発光素子基板21の厚さ方向に延在するフォトニック結晶ファイバが、発光素子基板21内に設けられている或いは発光素子基板21と一体的に形成されている。このような、光の指向性を制御するファイバを設けたので、発光素子20の光が発光素子基板21から効率的に出射することができる。
ところで、本一実施形態においては、前記ケース部2Aと前記ロッドレンズ部2Bとを有する発光装置2によって、該発光装置2からミリオーダーの距離を隔てた前記感光体ドラム1上に小径の光スポットを形成し、各ドットを解像する光ビームを作る。以下、前記発光装置2について、図3及び図4を参照して説明する。
図3は、前記発光装置2の外観を示す図である。前記ケース部2A内には、前記感光体ドラム1への露光走査の主走査方向(前記感光体ドラム1の幅方向つまり前記印刷用紙7の幅方向)に、複数の発光素子20(不図示)が一列に配設された有機ELアレイを形成している。
なお、前記発光素子20は、図3に示すように制御ケーブル31A,31Bによって、前記ホスト機器(不図示)と電気的に接続されている。ここで、前記制御ケーブル31A,31Bと、前記発光素子20との接続方法に関しては、発光素子20を駆動させることができる接続方法であればどのような接続方法であってもよい。
以下、図4及び図5を参照して、本一実施形態に係る発光装置2の構造について説明する。
図4は、前記発光装置2の側面断面図である。図5は、前記ロッドレンズ部2B側から見た場合の前記発光素子基板21を示す図である。なお、上述したように本一実施形態において発光素子20は、トップエミッション構造に設定されている。
まず、前記発光素子基板21は、例えば接着樹脂(不図示)によって前面ケース51に接着されている。さらに、前記前面ケース51には、図4に示すように背面ケース53が嵌め込まれている。
ここで、前記発光素子基板21の前記前面ケース51に対向する面における、前記発光素子20が設けられていない箇所には、図4及び図5に示すように前記発光素子20を駆動する為のドライバーIC55が、前記画素電極23及び前記対向電極27に電気的に接続されて設けられている。より詳しくは、前記ドライバーIC55は、図5に示すように前記発光素子20における前記対向基板28の周囲に複数個(本一実施形態においては4個)設けられている。
そして、前記ドライバーIC55にはヘッドコントローラ(不図示)から同期信号、クロック信号、及び画像信号等が入力され、前記ドライバーIC55は、それらの各信号に基づいて前記画素電極23及び前記対向電極27の制御を行っている。
なお、本一実施形態においては、印刷装置の構造上、前記発光装置2は一個のデバイス装置となる為、組み立て時や交換時には接続配線に力が加わる可能性がある。したがって、前記発光素子基板21と前記ヘッドコントローラ(不図示)との接続配線のケーブルに関しては、前記ケース部2Aの内部と外部とで別ケーブルとして、前記ケース部2Aの外部のケーブルをより強度が高く作業性の優れたケーブルとする為に、図4に示すように前記背面ケース53に中継コネクタ59,59が設けられている。中継コネクタ59,59は、それぞれ配線57,57に接続され、配線57,57は、一方がアノード電圧を印加するために、後述する信号線107、走査線109及び電源線111に供給される信号群のための配線であり、他方が、カソード電圧を印加するために熱伝導性導電層27Aに供給される信号の為の配線である。
また、前記前面ケース51には凸部71が設けられ、凸部71には、開口部が形成され、各発光素子20と対向するようにロッドレンズ部2Bがこの開口部に嵌め込まれ、開口部とロッドレンズ部2Bとの隙間は接着剤で封止されている。このため、前面ケース51は可視光に対して不透明であっても、前記発光素子20が発する光が凸部71内に形成された密閉空間73を介して前記ロッドレンズ部2Bに入射することになる。
なお、図4に示す発光素子20は、対向基板28がロッドレンズ部2Bに対向するように面しているトップエミッション構造である。
ところで、一般に有機EL素子のような発光素子における発光輝度は、当該発光素子の発光層を挟んだ電極間電流の大きさに比例して増加する。したがって、発光素子を光源として利用した発光装置を具備する印刷装置で高速印刷を行う場合、当該高速印刷に要する光量を得る為には相当量のエネルギーを要する。
そして、このような場合、過電流によるジュール熱が発生する。したがって、結果として発光素子の温度は上昇し、それに伴って発光効率が低下し且つ寿命も短くなる。
このような事情に鑑みて、本一実施形態に係る発光装置では、図4及び図5に示すように前記発光素子20に隣接してヒートシンク81を含む冷却構造が設けられている。ヒートシンク81は、銅やアルミ等の熱伝導率の高い放熱板のみでもよく、また放熱板の上に、放熱板と同じ材料によって放熱する表面積を大きくするための放熱用のフィンが設けられていてもよい。なお、この本一実施形態に係る発光装置の主な特徴の一つである冷却構造については、図7乃至図10を参照して後に詳述する。
ここで、図6(A),(B)及び図10を参照して、本一実施形態において採用しているアクティブマトリクス駆動の一例として、各画素に2つのトランジスタを設けた信号電圧階調制御にて前記発光素子20の発光制御を行う為の駆動回路部の一構成例を説明する。なお、この駆動回路部に関しては本発明の特徴部ではないので簡単に説明する。
図6(A)は、本一実施形態において採用しているアクティブマトリクス駆動として、各画素に2つのトランジスタが設けられ、信号電圧階調制御によって前記発光素子20の発光制御を行う為の駆動回路部の構成を示す図であり、図6(B)は、この駆動回路部の回路図である。図7は、本一実施形態に係る発光装置における一つの発光素子20を前記ロッドレンズ部2B側から観た場合の図(上面図)である。図8は、図7に示すA−A’線における断面図である。図9は、図7に示すB−B’線における断面図である。図10は、図7に示すC−C’線における断面図である。
駆動回路部40は、有機ELアレイに沿って発光素子基板21上に設けられている。この駆動回路部40は、図6(A)に示すように、選択トランジスタ101、駆動トランジスタ103及びキャパシタ105を備え、有機ELアレイに沿って発光素子基板21上に設けられている。
前記選択トランジスタ101及び前記駆動トランジスタ103は、例えば、共にnチャネルアモルファスシリコンTFTのスイッチング素子である。選択トランジスタ101のドレイン電極は信号線107に接続され、選択トランジスタ101のゲート電極は、走査線109に接続されている。一方、駆動トランジスタ103のドレイン電極42は電源線111に接続され、選択トランジスタ101のソース電極と駆動トランジスタ103のゲート電極43とは、コンタクトホール151を介して接続されている。
前記選択トランジスタ101は、図8に示すような構造となっている。すなわち、前記選択トランジスタ101は、ソース電極141と、ドレイン電極142と、ゲート電極143と、半導体144と、ゲート絶縁層45と、絶縁層146とを備える。図9に示すように、駆動トランジスタ103は、ソース電極41と、ドレイン電極42と、ゲート電極43と、半導体44と、ゲート絶縁層45と、絶縁層46とを備える。
さらに、図10に示すように、駆動回路部40及び発光素子20を覆うように封止膜61が設けられている。
すなわち、駆動回路部40においては、ソース電極41と、ドレイン電極42と、ゲート電極43とから成るTFTトランジスタのON/OFFによって信号を送信して、前記発光素子20を発光させる。つまり、TFTトランジスタのスイッチングによって、前記発光素子20の発光制御を行う。
ここで、ITOから成りカソードとして機能する前記対向電極27は接地電位(0(V))に固定され、前記画素電極23は前記TFTトランジスタに電気的に接続される。
また、図6(A),(B)に示すように、前記対向電極27は、複数の発光素子20に共通した単一のコモン電極である。また、前記画素電極23と電気的に接続されている駆動回路部40は、有機ELアレイに沿って発光素子基板21上に設けられている。
ここで、上述したように前記対向電極27は例えば0(V)に固定され、前記画素電極23は駆動トランジスタ103のソース電極41に電気的に接続される。キャパシタ105は、駆動トランジスタ103のゲート電極43−ソース電極41間に設けられている。信号線107、走査線109、電源線111は、制御ケーブル31A,31Bまで引き回され外部回路にそれぞれ接続されている。
一般に発光素子は駆動の為の電流を要するので、発光画素を選択する信号線107、走査線109の他に、前記駆動トランジスタ103に電流を供給する為の電源線111を要する。
このような構造にて、前記対向電極27と前記画素電極23との間に挟まれた領域における薄膜層である前記発光素子20が、電圧印加(電流供給)を受けて発光する。
続いて、本一実施形態に係る発光装置が具備する冷却構造について、図7乃至図10を参照して詳細に説明する。なお、図2を参照して説明した前記発光素子20から成る発光部80、及び図6(A),(B)を参照して説明した駆動回路部40に関しては、上述した通りであるので適宜説明を省略する。
まず、前記ゲート絶縁層45は、図10に示すように前記駆動回路部40及び前記発光部80における前記発光素子基板21上、及び後述する熱伝導層30上に渡って形成されている。つまり、このゲート絶縁層45の下面には、ゲートメタル層をパターニングして一括して形成されたゲート電極43及び熱伝導層30が設けられている。
この熱伝導層30は、前記発光素子20で生じた熱を当該発光装置の外部へ放熱させる為に設けられた熱伝導層である。従って、前記熱伝導層30は、発光素子20の配列方向に沿って且つ各前記EL層20aにおける下面全体に渡って平面視して重なるように配置されるように成膜されている。
ここで、ゲート電極43及び前記熱伝導層30を形成するゲートメタル層の材料としては、純粋アルミニウムの熱伝導率が240w/m・kと非常に高い値であることを鑑みて、例えばアルミニウム系合金(AlNdTi)等を挙げることができる。
このように、前記熱伝導層30を熱伝導性に優れているアルミニウム系合金により形成することで、前記熱伝導層30は効率の良い熱伝導の為の部材として機能する。
また、前記熱伝導層30は、図10に示すように前記発光素子基板21上において、前記ヒートシンク81の下面の領域にまで渡って形成されている。そして、このヒートシンク81の下面の領域であって、前記熱伝導層30上には、シール材83(ガラス基板である前記発光素子基板21と封止ガラスである対向基板28とを封止するシール材)に隣接して、シール材83の外側周縁の一辺に沿うようにシリコーングリース(熱伝導率4.5w/m・k)等の熱伝導性に優れた材料から成る熱伝導絶縁層85が設けられている。
すなわち、図10に示すように前記シール材83により封止された領域の外側の領域においては、前記発光素子基板21上に形成された前記熱伝導層30上には、前記熱伝導絶縁層85を介して前記ヒートシンク81が設けられている。ここで、前記ヒートシンク81は、前記対向基板28の側面39に接着されて設けられている。
上述した冷却構造により、前記発光素子20において生じた熱は、ゲート絶縁層45を介して熱伝導率の高い前記熱伝導層30を伝導し、同様に熱伝導率の高い前記熱伝導絶縁層85を経由して、前記ヒートシンク81によって当該発光装置の外部へ放熱される。熱伝導層30は、走査線109、信号線107、電源線111のような発光素子20を発光させるための信号を出力する配線より幅広で且つ発光素子20と平面視して重なっているので、発光素子20で生じる熱を他の構成部材よりも効率的に伝搬することができる。
なお、熱伝導率を下げるため、伝導熱抵抗Rcondの値を小さな値とする為に、前記熱伝導層30の面積は大きい方が好ましく、また厚みは厚いほうが好ましい。
ここで、伝導熱抵抗Rcondの値は、次式により求められる。
Rcond=L/λ・A …(式1)
なお、Lは伝導経路の長さ、λは熱伝導率、Aは伝熱面積を示している。効率の良い放熱の為には、前記熱量を効率良く当該発光装置の外部へ伝導させなければならない。そのためには、伝導熱抵抗Rcondの値を小さくすることが重要となる。
なお、Lは伝導経路の長さ、λは熱伝導率、Aは伝熱面積を示している。効率の良い放熱の為には、前記熱量を効率良く当該発光装置の外部へ伝導させなければならない。そのためには、伝導熱抵抗Rcondの値を小さくすることが重要となる。
ところで、本一実施形態においては、アノードとして機能する前記画素電極23は、詳細には図9に示すような二層構造となっている。すなわち、二層構造を採る前記画素電極23のうち上側の層はITOで形成されたITO層23aとなっており、下側の層は光反射性メタルで形成された光反射性メタル層23bとなっている。
このように、前記画素電極23をITO層23aと光反射性メタル層23bとから成る二層構造とし、且つ前記対向電極27をITOにより形成することで、当該発光素子20をトップエミッションの構造としている。
以下、発光装置に冷却構造を設けることによって生じる効果について説明する。ここでは、有機EL素子を高輝度発光させた場合の発熱に起因する当該有機EL素子の劣化に関して、当該有機EL素子に冷却構造を設けた場合と設けない場合とで実験した結果を、図12に示す実験結果表を参照して説明する。なお、当該実験は、図11に示すテスト用基板を用いて行った。
ここで、本実験において用いられたテスト用基板は、図8に示すように、厚さ0.7mmのガラス基板201上に、ITOから成り厚さ200Åのアノード203と、PEDOT(ポリエチレンジオキシチオフェン)から成る第1正孔輸送層205と、インターレイヤとしての第2正孔輸送層207と、有機EL発光層209と、Mg,Li,Ba等の低仕事関数金属から成る電子輸送層211と、AL合金から成り厚さ500Åのカソード213とがこの順で積層されている。
そして、前記アノード203、前記第1正孔輸送層205、前記第2正孔輸送層207、前記有機EL発光層209、前記電子輸送層211、及び前記カソード213は、エポキシ層215によって封止されている。
さらに、前記エポキシ層215上には、厚さ0.7mmの封止ガラス217が積層されており、この封止ガラス217上には、ペルチェ素子219及びヒートシンク221から成る冷却部材223が設けられている。
ここで、前記エポキシ層215の厚さは、前記カソード213の上面から、前記封止ガラス217の下面までで0.02mmとなっている。
なお、前記アノード203における上面の寸法は2mm×2mmとしており、この面積が、当該テスト基板における発光面積となる。また、実験の都合上ボトムエミッションの構造としてテスト基板を作製したが、冷却構造の評価においてはトップエミッションの構造の場合と差異は無い。
そして、前記ガラス基板201の下面には、当該テスト基板の温度を測定する為の温度センサ225が設けられている。ここで、前記温度センサ225としては、具体的には例えば熱電対を挙げることができる。
このようなテスト基板を用いて、次のような設定にて実験を行った。すなわち、前記テスト用基板を、その発光輝度が約10,000cd/m2となるような定電圧を有機EL素子に印加し(duty50%)、その発光輝度の値が1/2の値となるまでに要する時間である半減期を測定した。なお、当該実験を行った雰囲気の温度は30℃である。
実験結果は、図12に示す結果となった。すなわち、前記ペルチェ素子219及びヒートシンク221から成る冷却部材223の何れも当該テスト基板に設けない場合には、前記テスト基板の温度は約50℃となり、半減期は0.9時間となった。
これに対して、前記ヒートシンク221を前記封止ガラス217上に設けた場合には、前記テスト基板の温度は約35℃となり、半減期は4.5時間となった。つまり、上述したテスト基板単体の場合の半減期を100%とすると、前記ヒートシンク221のみを前記封止ガラス217上に設けた場合には、前期半減期は500%となった。
さらに、図11に示すように、前記ペルチェ素子219及び前記ヒートシンク221から成る冷却部材223を、前記封止ガラス217上に設けた場合には、前記テスト基板の温度は約25℃となり、半減期は6.0時間となった。つまり、上述したテスト基板単体の場合の半減期を100%とすると、前記ペルチェ素子219及び前記ヒートシンク221から成る冷却部材223を前記封止ガラス217上に設けた場合には、前記半減期は660%となった。
このような実験結果から分かるように、冷却構造を設けることで有機EL素子が急激に温度上昇することを防止すれば、当該有機EL素子の輝度特性及び寿命特性は、大幅に改善することが判明した。
なお、図10に示す冷却構造と図11に示す冷却構造とを比較すれば分かるように、図11を参照して説明した実験に使用した冷却構造は、本一実施形態に係る発光装置が具備する冷却構造とは異なる構造である。しかしながら、図11に示すようにただ単純に前記封止ガラス217上に前記冷却部材223を設けただけの構造であっても、図12に示すような多大な冷却効果を奏することから分かるように、本一実施形態に係る発光装置が具備する上述した冷却構造の奏する効果が非常に大きい(図12の実験結果で示される冷却効果よりも多大な冷却効果を有する)ということは明らかである。
以上説明したように、本一実施形態によれば、効率よく発光素子を冷却する発光装置及び該発光装置を具備する印刷装置を提供することができる。
具体的には、本一実施形態に係る発光装置及び該発光装置を具備する印刷装置によれば、発光素子で生じた熱の吸熱から放熱までの熱の移動がスムーズに行われ、発光素子で生じた熱の効率的な放熱が実現する。また、図11を参照して説明した簡易な冷却構造であっても、十分な冷却効果を得ることができる。
すなわち、本一実施形態に係る発光装置及び該発光装置を具備する印刷装置によれば、発光素子20の高輝度発光に起因する発熱による熱量を、熱伝導層30及び熱伝導絶縁層85を介してヒートシンク81によって当該発光装置の外部へ効率的に放熱する。
また、上述したように発光素子20における下部領域に渡って熱伝導層30を配置することで、発光素子20の高輝度発光に起因する発熱による熱的影響を、各発光素子間相互で平均化出来るため、印字率による濃度差が少なく且つ光量の安定供給が可能な印刷装置を提供することができる。
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形及び応用が可能なことは勿論である。
例えば、駆動回路部40は、選択トランジスタ101、駆動トランジスタ103を備えていたが、各種アクティブマトリクス駆動できるスイッチング素子を備えた回路であればこれに限らない。
また熱伝導層30は、駆動回路部40におけるトランジスタのゲートメタル層をパターニングすることによって得られていたが、トランジスタや発光素子20の構造によっては、ソース、ドレインメタルをパターニングすることによって得られてもよい。
さらに、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
1…感光体ドラム、 2…発光装置、 2A…ケース部、 2B…ロッドレンズ部、 3…帯電ローラ、 4…イレーサ光源感光体、 5…クリーニング部材、 6…現像器、 6a…現像ローラ、 7…印刷用紙、 8…転写ローラ、 9…定着ローラ、 11…搬送ベルト、 20…発光素子、 20a…EL層、 21…発光素子基板、 23…画素電極、 23a…ITO層、 23b…光反射性メタル層、 24…正孔輸送層、 25…発光層、 26…電子輸送層、 27…対向電極、 27A…熱伝導性導電層、 28…対向基板、 29…光、 30…熱伝導層、 31A,31B…制御ケーブル、 34…封止膜、 39…側面、 40…駆動回路部、 41…ソース電極、 42…ドレイン電極、 43…ゲート電極、 44…半導体、 45…ゲート絶縁層、 46…絶縁層、 51…前面ケース、 53…背面ケース、 55…ドライバーIC、 57…配線、 59…中継コネクタ、 61…封止膜、 71…凸部、 73…密閉空間、 80…発光部、 81…ヒートシンク、 83…シール材、 85…熱伝導絶縁層、 101…選択トランジスタ、 103…駆動トランジスタ、 105…キャパシタ、 107…信号線、 109…走査線、 111…電源線、 141…ソース電極、 142…ドレイン電極、 143…ゲート電極、 144…半導体、 146…絶縁層、 151…コンタクトホール、 201…ガラス基板、 203…アノード、 205…正孔輸送層、 207…正孔輸送層、 209…EL発光層、 211…電子輸送層、 213…カソード、 215…エポキシ層、 217…封止ガラス、 219…ペルチェ素子、 221…ヒートシンク、 223…冷却部材、 225…温度センサ。
Claims (5)
- 複数の発光素子がアレイ状に構築された基板と、
電極を備えたスイッチング素子と、
前記電極とともに一括して形成された熱伝導層と、
を具備することを特徴とする発光装置。 - 前記熱伝導層は、金属から成る金属層を含むことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 前記熱伝導層は、前記発光素子の下方に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 前記熱伝導層に接触して設けられたヒートシンクを、さらに備えることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 請求項1に記載の発光装置を具備することを特徴とする印刷装置。
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