JP4573240B2 - ラインヘッド及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents
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Description
また、このような画像形成装置において、露光手段として、レーザー光光源に代えて、例えば、エレクトロルミネッセンス素子(以下、EL素子)を発光素子として備えたラインヘッドを光源として用いた画像形成装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
このようなラインヘッドにおいて、例えばEL素子がボトムエミッションタイプのものでは、発光素子から出射された光は、発光素子が形成されているガラス層(素子基板)を透過して空気中に取り出される。しかし、ガラス層と空気との屈折率の違いによる全反射などによって、光の進行方向が変わり、ガラス層内に光が拡散して減衰してしまうことなどにより、ガラス層から外部に取り出すことができる光は少なくなってしまう。
そこで、例えばEL素子からなるラインヘッドとラインヘッドにレンズを設ける技術とを組み合わせることで、ラインヘッドのガラス層上にレンズを設けて、拡散してしまっている光を効率的に取り出すことが考えられる。
したがって、発光素子が出射した光をガラス層の外に効率的に取り出すことは難しく、これによりラインヘッドの露光効率も悪くなる。
また、レンズ部を設けたことで、発光素子から出射された光が、隣の発光素子の直上に形成されているレンズ部に入射することで、クロストークが発生し露光精度が悪くなる。
なお、EL素子がトップエミッションタイプのものであっても、素子基板と同様に封止基板を十分厚くする必要上同様の問題があった。
また、光の透過する領域の基板が薄くなっているので、発光素子が出射した光が隣の発光素子の光が透過する領域内に入射することを防止することでクロストークの発生を防止して、ラインヘッドの露光精度を向上できる。
このようにすれば、発光素子から出射された光は、凹部の底面で散乱されることにより、全反射角以上の角度で入射してきた光についても、その一部が基板の外部に取り出されるようになる。よって、発光素子から出射された光を基板の外部に効率的に取り出すことができる。よって、ラインヘッドの露光効率を高めることができる。
また、前記凹部を形成する加工を行った際には、前記凹部の底面は通常粗面になるので、加工の後処理を省略することができ、したがってラインヘッドの生産性を高めることができる。
このようにすれば、凹部を形成する際、あるいは凹部を形成した後に、底部の隅への応力集中を緩和して、クラックが発生することを防止することができる。
このようにすれば、凹部を形成する際、あるいは凹部を形成した後に、底部の隅への応力集中を緩和して、クラックが発生することを防止することができる。
このようにすれば、凹部を形成する際の加工性が容易となり、したがってラインヘッドの生産性を向上できる。
このようにすれば、基板の外周部に肉厚部分が残っているので、凹部を設けたことでの基板自体の強度の低下を抑えることができる。
このようにすれば、基板上に形成された凹部の領域をさらに小さくでき、凹部を設けたことによる基板の強度の低下を小さくできる。
このようにすれば、基板上に形成された凹部の領域は必要最小限となるので、凹部を設けたことによる強度の低下をさらに小さくできる。
また、発光素子上に例えば球状のレンズを配置するようにした場合に、凹部の中に球状のレンズを落とし込むことで、球状のレンズの位置合わせを容易に行うことができる。
このようにすれば、発光素子から出射された光の集光度が高まり、また、光が全反射角以上で基板とレンズとの界面に入射してきても、前記球面状のレンズを介して取り出せるようになる。
つまり、全反射角以上で基板とレンズとの界面に入射した光を屈折させることで、基板に垂直方向に近い光に集光して取り出せるので、光の集光度が高まり、ラインヘッドの露光効率を向上できる。
このように、球面状のレンズに比べて曲率の小さい球状のレンズを設けることにより、より大きな屈折率を得ることができ、したがって、発光素子から出射された光の集光度をより高めることができる。
よって、例えば、発光素子から離れた場所に光の像を結像させる場合に、結像レンズ群を使わなくても所望の位置に発光素子の光を結像することができる。
このようにすれば、球状のレンズを凹部の底部に確実に固定することができる。また、発光素子と球状のレンズ部との隙間を接着剤によって無くすことで、接着剤を介して、より光をレンズへ取り込みやすくすることができる。
このようにすれば、凹部内に複数列の発光素子が形成されいる場合に、発光素子の直上に設けられているレンズは、このレンズの列毎に接着剤で固定されているので、隣合う列の接着剤の間には隙間が生じている。
よって、発光素子の光は接着剤と空気との界面で屈折または、全反射するため、隣の列の接着剤内に入射することを防止して、接着剤を介して隣の列のレンズに光が入り込むことはないので、レンズの列方向のクロストークを防止することができる。
このようにすれば、接着剤は個々のレンズに塗布されているので、各発光素子から出射された光が接着剤を介して、隣の行方向、列方向のレンズに入り込むことがなく、他のレンズへのクロストークを防止できる。
このようにすれば、前記第2の凹部には、乾燥剤が設けられているので、湿度で陰極等が劣化するのを防止することができる。
また、素子基板に形成された凹部の直上以外の封止基板上に第2の凹部が形成されるので、凹部が形成された基板の直上部分は封止基板の厚みがあるので、基板に第2の凹部を形成した際のラインヘッドの強度の低下を小さくすることができる。
この画像形成装置によれば、発光素子から出射された光のクロストークを防止して、効率的に光を取り出すことができるラインヘッドを備えているので、このラインヘッド自体を備えた画像形成装置は、光源としての露光効率を向上でき、露光精度を向上できる。
図1(a)は、本発明のラインヘッドの第一の実施形態を示す図である。
図1(b)は、図1(a)におけるA−A線矢視断面図である。
図1(a)、(b)に示すように、ラインヘッド1は、エレクトロルミネッセンス素子(以下、EL素子)からなる発光素子20を千鳥状に2列に配列して備えた素子基板10と前記素子基板10を封止する封止基板13とから構成されたものである。
また、前記透明電極3と陰極4との間には機能層5が形成されており、これら透明電極3と陰極4と機能層5とから発光素子20が形成されている。
前記有機隔壁7に用いられる材料としては、ポリイミド、アクリル樹脂などが挙げられる。また、これらの材料に予めフッ素元素を含有させた構造のものを用いてもよい。
これにより透明電極3上の凹部(図示せず)に正孔注入層8と発光層9からなる機能層5が積層されたものとなっている。前記発光層9の形成材料としては、蛍光あるいは燐光を発光することが可能な公知の発光材料が用いられる。
陰極4は、全ての画素領域を覆うようにして形成されたもので、例えば発光層9側から順にCa層とAl層とが積層され、形成されたものである。
本実施形態のラインヘッド1は、前記発光素子20が発光した光を素子基板10側から出射する、いわゆるボトムエミッションと呼ばれるタイプのものである。
ここで、溝部30は、前記発光素子20の直上部分に形成されたもので、配列されたすべての発光素子20をその形成位置内に収めるように配置されたものである。
よって、溝部30が形成された前記発光素子20の直上のガラス基板2の厚みは、溝部30が形成されていない箇所に比べ、薄いものとなっている。
したがって、この溝部30では、発光素子20で発光された光がガラス基板2の外部に出射するまでの、ガラス基板2内を移動する距離が短くなっている。
前記溝部30を形成した後に、生産工程の簡略化等の理由から前記溝部30の底面に研磨加工等の後処理工程を行わない場合には、前記溝部30の底面は、粗面Sとなっている。よって、前記溝部30の底面は、微視的には凸凹を有した形状となっている。
前記溝部30は、素子基板10に封止基板13を封止して、ラインヘッド1を形成した後に、ガラス基板2上に形成されるようになっている。よって、前記封止基板13によって、ラインヘッド1の厚みのある状態で、溝部30を形成するため、前記封止基板13が補強の役割を果たしガラス基板2が割れることを防止するようになっているのである。
ラインヘッド1は、前述したようにボトムエミッションタイプであるため、前記発光素子20の光はガラス基板2側に出射する。
すると、前記溝部30の底面は粗面Sとなっているので、前記発光素子20で発光された光は、前記粗面Sの凸凹部に対して様々な角度で入射するようになる。よって、発光素子20から出射された光は、溝部30の底部に対し全反射角以上で入射しても、前記粗面Sの凸凹に到ることで、微視的には一部の光の入射角度が全反射角以下になり、ガラス基板2の外部に出射するようになる。
また、図1(b)中矢印にて示したように、ガラス基板2が薄いため、光は隣の発光素子20の光の透過領域におけるガラス基板2内に入り込む前に、ガラス基板2の粗面Sと空気との界面に到達する。
そして、光は粗面Sで屈折されてガラス基板2の外部に取り出されるか、あるいは粗面Sによって全反射されて、光が外部に取り出されることはないので隣に形成されている発光素子20の透過領域に光は入り込まないようになっている。
また、図1(b)中矢印にて説明したように発光素子20の光は、隣の発光領域に入り込むことがないためクロストークの発生を防止でき、ラインヘッドの露光精度を向上できる。
また、前記溝部30の底面が粗面Sとなっていることで、全反射角以上の光を外部に取り出すことができる。
よって、発光素子20の光をガラス基板2の外部に効率的に取り出すことができ、ラインヘッド1の露光効率を向上できる。
なお、本実施形態では、溝部30の底面と側壁面とが直角となっているが、図2に示すように、前記溝部30の底部の角部が、溝部30の内側に向けて凹状となるように湾曲部15を形成して、溝部30の底部の隅にかかる外力を緩和するようにしてもよい。
このようにすれば、前記溝部30の隅への応力集中を緩和して、隅にクラックが発生することを防止できる。
また、図3に示すように、前記溝部30の側壁面を底部に向かうにつれて次第に内側に向かうように斜めのテーパー部16を形成して、溝部30の隅にかかる外力を緩和するようになっていてもよい。
このようにすれば、前記溝部30の隅への応力集中を緩和して、隅にクラックが発生することを防止できる。
本実施形態のラインヘッド1は、ガラス基板2上に形成された後述する凹部の形状の他は、前記第一の実施形態におけるラインヘッド1の構造と同一のものとなっている。
図4(a)は、第二の実施形態を示すラインヘッド1の平面図である。図4(a)に示すように、ガラス基板2には凹部40が形成されている。前記凹部40は、発光素子20の配列の直上に形成されていて、ガラス基板2の側面に開口しないようにガラス基板2上に閉じた状態に形成されたものとなっている。
また、前記凹部40がガラス基板2上に閉じられた状態で形成されることで、前記第一の実施例おける短辺間を貫通した溝部30に比べて、ガラス基板2の外周部にガラス基板2の肉厚部分が残ることで、ガラス基板2の外周部が厚くなることで、ガラス基板2に凹部40を形成したことによる、ラインヘッド1自体の強度の低下をより抑えることができる。
また、図4(b)に示すように、前記凹部40を千鳥状に2列配列した発光素子20の列毎に形成することで、ガラス基板2の薄い部分をさらに少なくすることができ、これによりラインヘッド1の強度の低下を抑えることができる。
なお、凹部40の底面を図2に示した湾曲部15にしたり、凹部40の側壁面を図3に示した斜めのテーパー部16にすることで凹部40における底面の隅にクラックの発生を防止できる。
本実施形態のラインヘッド1は、ガラス基板2上に形成された後述する溝部の形状の他は、前記第一の実施形態におけるラインヘッド1の構造と同一のものとなっている。
図5(a)は、第三の実施形態のラインヘッド1であり、図5(b)は、図5(a)のA−A線矢視による側断面図である。
図5(a)、(b)に示すように、溝部(凹部)31は、千鳥状に2列配列された発光素子20の1列毎に対応するようにガラス基板2上に形成されている。また、前記溝部31は、ガラス基板2の対向する短辺間を溝状に貫通して形成されている。
前記溝部31は、発光素子20の配列の直上に形成されていて、第一の実施形態の溝部30と比べると、発光素子20の配列の間に仕切部33が残るので、ガラス基板2を薄く加工した領域は小さくなっている。
なお、溝部31の底面部に図2に示した湾曲部15を形成したり、図3に示した溝部31の側壁面に斜めのテーパー部16を形成することで、溝部31の底部の隅に応力集中してクラックが発生することを防止できる。
図6(a)は、第四の実施形態を示すラインヘッド1の平面図であり、図6(b)は、図6(a)のA−A線矢視による側断面図である。
本実施形態のラインヘッド1は、ガラス基板2上に形成された後述する溝部の形状の他は、前記第一の実施形態におけるラインヘッド1の構造と同一のものとなっている。
図6(a)、(b)に示すように、個々の発光素子20に対応して凹部40が形成されている。また、これら各凹部40は、それぞれ各発光素子20の直上に形成配置されたものとなっている。
なお、凹部40の底面部を湾曲状にしたり、凹部40の側壁面を斜めのテーパー状にすることで凹部40における底面の隅にクラックの発生を防止できる。
図7(a)は、第五の実施形態を示すラインヘッド1における平面図である。
図7(b)は、図7(a)におけるA−A線矢視による側断面図である。
本実施形態のラインヘッド1は、後述するレンズが形成されている以外は前記第一の実施形態におけるラインヘッド1の構造と同一のものとなっている。
図7(b)中矢印は、発光素子20から発光された光の出射方向を示すものである。
本実施形態のラインヘッド1においては、図7(a)、(b)に示すように、ガラス基板2上に球面状のレンズ50が形成されていて、前記発光素子20の直上に配置されている。前記レンズ50は、ガラス基板2と同じ屈折率となっていて、発光素子20から出射された光を凸レンズのように集光するようになっている。
前記レンズ50の形成方法としては、例えば、レンズ50の型を用意して、UV照射により硬化する樹脂にレンズ50の型を押し付けた状態で、UV照射を行い樹脂を硬化することで形成する方法や、液滴吐出法にてレンズ50の材料を発光素子20の直上のガラス基板2に吐出した後、硬化する方法によって形成されている。
発光素子20から出射された光は、前述したように、光の透過領域におけるガラス基板2が薄いことから、前記ガラス基板2内を光がほぼ減衰することがなくガラス基板2内を透過する。
すると、光はガラス基板2と同じ屈折率のレンズ50との間を透過するので、前記ガラス基板2とレンズ50との界面で屈折や反射(全反射)することなく、図7(b)中矢印のようにレンズ50内に入り込む。
そして、前記レンズ50内に入り込んだ光は、このレンズ50と空気との界面で屈折して、図7(b)中矢印のようにガラス基板2の垂直方向に集光されるようになる。
また、ガラス基板2と同じ屈折率のレンズ50が形成されていることで、発光素子20の光は、前記ガラス基板2とレンズ50との界面を屈折および全反射することなく前記レンズ50を介して外部に効率的に取り出すことができる。
また、全反射角以上でガラス基板2に入射した光を屈折させることで、ガラス基板2の垂直方向に近い光として取り出すことができ、発光素子20から出射された光の集光性を高めて、ラインヘッド自体の露光効率を高めることができる。
または、図6(a)、(b)に示したように、各発光素子20の直上に凹部40を形成して、前記レンズ50を形成するようにしてもよい。
また、凹部40の底面部を湾曲状にしたり、凹部40の側壁面を斜めのテーパー状にすることで凹部40における底面の隅にクラックの発生を防止するようにしてもよい。
図8(a)は、第六の実施形態を示すラインヘッド1における平面図である。また、図8(b)は、図8(a)におけるA−A線矢視による側断面図である。
本実施形態のラインヘッド1は、後述する球状のレンズが設けられている以外は前記第一の実施形態におけるラインヘッド1の構造と同一のものとなっている。
図8(b)中矢印は、発光素子20から発光された光の出射方向を示すものである。
図8(a)、(b)に示すように、ガラス基板2上には、発光素子20の直上の位置に接着剤61を介して球状のレンズ60が配置されている。
図8(b)に示すように、前記接着剤61は、前記レンズ60の列毎に塗布されていて、前記レンズ60をガラス基板2に固定したものとなっている。
また、前記接着剤61は、隣り合うレンズ60を固定する接着剤61に対して隙間をあけて形成されている。
前記各レンズ60は、ガラス球等からなるもので、各発光素子20の直上に位置あわせをして配置され、前記発光素子20から出射された光を集光するようになっている。
また、球状のレンズ60は、前記第五の実施形態で説明した球面状のレンズ50に比べて、曲率が小さいものであり、より高い集光度が得られるものとなっている。
ここで、レンズ60と接着剤61とガラス基板2との3層間は屈折率が同一になっている。
発光素子20から出射された光は、図8(b)中矢印に示すように、ガラス基板2を通り、接着剤61を介して、レンズ60に入り込む。このとき、前述したように、ガラス基板2と、接着剤61と、レンズ60との間における屈折率は同一となっていて、それぞれの界面において、全反射や屈折は起こらず光は透過するようになっている。
そして、発光素子2から出射された光は、前記レンズ60と空気との界面で屈折して図8(b)中矢印に示すように、集光するようになる。
発光素子20から出射された光は、直上の接着剤61を透過した場合でも、隣の列の接着剤61の隙間に存在する空気層との界面で、屈折または反射する。
よって、発光素子20から出射された光が隣の列に形成された接着剤61内に入り込むことはない。
また、前記レンズ60は高い集光度を備えており、発光素子20から離れた場所に光の像を結像させる場合に、例えば、結像レンズ群を使わなくても所望の位置に発光素子20の光を結像することができる。なお、前記レンズ60の曲率を調整することで、光の集光する位置を調整するようにしてもよい。
また、接着剤61をレンズ60の配列毎に設けたことで、接着剤61を介して隣の列の接着剤61内に光が入り込むことを防止して、発光素子20の列方向のクロストークを防止できる。
なお、本実施形態の溝部30に代えて、ガラス基板2上に、発光素子20の列に応じて溝部30を形成したり、図4(a)に示したように閉じた状態で発光素子20の配列上に凹部40を形成したり、または図4(b)に示したように、閉じた状態で発光素子20の列毎に凹部40を形成することで、ラインヘッド1におけるガラス基板2の強度を向上して、凹部40を形成したことでの前記ラインヘッド1自体の強度の低下を防止して、前記レンズ60を形成してもよい。
図9(a)は、第七の実施形態を示すラインヘッド1における平面図である。また、図9(b)は、図9(a)におけるA−A線矢視による側断面図である。
本実施形態のラインヘッド1は、後述する球状のレンズが形成されている以外の構成は、前記第四の実施形態におけるラインヘッド1の構造と同一のものとなっている。
本実施形態のラインヘッド1は、図9(a)、(b)に示すように、各発光素子20の直上のガラス基板2に個々の凹部40が形成され、前記各発光素子20の直上のガラス基板2上には、レンズ60が設けられている。前記レンズ60を配置する際には、前記凹部40内にレンズ60を落とし込むことでレンズ60の位置あわせが容易となっている。また、前記レンズ60は、各レンズ60毎に接着剤61を介してガラス基板2上に固定されたものとなっている。このようにレンズ60は、前記凹部40内に設けられたものとなっている。
このとき、レンズ60と接着剤61とガラス基板2との間の屈折率は同一になっている。
発光素子20から出射された光は、レンズ60毎に形成された接着剤61とレンズ60内を透過することで外部に出射する。また、接着剤61は個々のレンズ60毎に接着されているため、接着剤61と空気との界面で光が屈折または全反射するため、接着剤61を介して、隣り合うのレンズ60内に光が入り込むことはない。
なお、本実施形態の凹部40に代えて、ガラス基板2上に、発光素子20の列に応じて溝部30を形成したり、またはガラス基板2上に閉じた状態で発光素子20の列毎に凹部40を形成して、前記球状のレンズ60毎に接着剤61で固定するようにしてもよい。
本実施形態のラインヘッド1においては、基本的な構造は前記第一の実施形態におけるラインヘッド1の構造と同一のものとなっている。
本実施形態のラインヘッド1は、素子基板10上のガラス基板2側に凹部を形成する場合に適応可能となっている。
図10に示すように、封止基板13の内面側(封止基板13との界面側)に凹部(第2の凹部)70が形成されている。前記凹部70は、前記ガラス基板2に形成された溝部30の直上部以外の封止基板13に形成されたものとなっている。ここで、前記凹部70には、乾燥剤80が設けられている。
よって、ガラス基板2に形成された溝部30と、封止基板13に形成された凹部70とは重ならないため、溝部30が形成されている領域のガラス基板2が薄くなることを防止するようになっている。
また、ガラス基板2の溝部30の直上部以外の位置に封止基板13上に溝部70を形成することで、溝部30が形成されたガラス基板2部分の強度の低下が防止でき、ラインヘッド1自体の強度の低下を最小限に抑えることができる。
なお、前記溝部30に球面状のレンズ50や球状のレンズ60等を設けることでラインヘッド1の露光効率を向上するようにしてもよい。
また、本実施形態の溝部30に代えて、ガラス基板2上に、発光素子20の列に応じて溝部30を形成したり、または閉じた状態で発光素子20の列毎に凹部40を形成することで、ラインヘッド1におけるガラス基板2の強度を向上して、凹部40を形成したことでの前記ラインヘッド1自体の強度の低下をより防止するようにしてもよい。
例えば、光がガラス基板2側に出射するボトムエミッションタイプのもので説明したが、光が封止基板13側に出射するトップエミッションタイプであってもよく、封止基板13上に同様に溝部30や凹部40を形成することでラインヘッド1の露光効率を向上することができる。また、発光素子20として、EL素子を備えたラインヘッドを用いて説明したが、LEDを発光素子として備えたラインヘッドを用いてもよい。
また、発光素子20は2列として形成したが、本発明はこれに限定されること無く2列以上あるいは、1列の発光素子20を形成してもよい。
また、ガラス基板2上に溝部30や凹部40等を形成する際に、個別のラインヘッド1に分割した後に前記溝部30や凹部40を形成したが、図11に示すようにラインヘッド1を大判の状態で形成し、大判90の状態にて前記溝部30や凹部40を形成したり、一定の数量のラインヘッド1毎に前記溝部30や凹部40を形成することで生産性を向上するようにしてもよい。
図12は、本発明のラインヘッド1を備えた画像形成装置100の第一の実施形態を示す縦断断面図である。
前記画像形成装置100は、4個のラインヘッド1K、1C、1M、1Yを、対応する同様な構成である4個の感光体ドラム(像担持体)41K、41C、41M、41Yの露光位置にそれぞれ配置したものであり、タンデム方式の画像形成装置100として構成されている。
図13に示すように、画像形成装置200には主要構成部材として、ロータリ構成の現像装置161と、像担持体として機能する感光体ドラム165と、本発明のラインヘッド1が設けられている像書込手段167、中間転写ベルト169と、用紙搬送路174と、定着器の加熱ローラ172と、給紙トレイ178とが設けられている。
本実施形態では、4サイクル方式の画像形成装置200として構成されている。
Claims (7)
- 複数の発光素子を配列して形成した素子基板と、この素子基板上の前記発光素子を封止する封止基板と、を備えたラインヘッドにおいて、
前記発光素子が発光する光を出射する側の基板の一部に凹部が形成され、該凹部は、少
なくとも前記発光素子の直上部分の全域を含んで形成されており、
前記凹部の底部には、前記各発光素子の直上に球面状のレンズがそれぞれ設けられており、
前記凹部は、該凹部が形成されている前記基板の対向する2辺間を溝状に貫通して形成されていることを特徴とするラインヘッド。 - 前記凹部の底面は粗面となっていることを特徴とする請求項1に記載のラインヘッド。
- 前記凹部の底部の角部が、内側に向けて凹状となるように湾曲して形成されてなることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のラインヘッド。
- 前記凹部の側壁面が底面側に行くに連れて漸次内側に向かうようテーパー状に形成されてなることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のラインヘッド。
- 前記凹部は、前記発光素子の配列に対応して形成されてなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のラインヘッド。
- 前記凹部が前記素子基板に形成されている場合に、封止基板には、前記発光素子の直上部以外の場所に第2の凹部が形成され、前記第2の凹部には乾燥剤が設けられてなることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のラインヘッド。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載のラインヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置。
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