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コアおよびクラッドからなる光学ユニットおよびこれを用いた露光装置、画像形成装置
説明

コアおよびクラッドからなる光学ユニットおよびこれを用いた露光装置、画像形成装置

【課題】発光素子と光学ユニットの組み合せによる光源において、安定性に優れ、発光光量を大きくすることを特徴とするコアおよびクラッドからなる光学ユニットおよびこれを用いた露光装置、画像形成装置。
【解決手段】クラッド1bと、クラッド1b上に形成され、クラッド1bにより光学的に分離され略平行に配列された複数本のコア1aとからなる光学ユニット1であって、当該光学ユニット1の表面を平滑にする安定性に優れた、発光光量の大きな光源及びこれを用いた画像形成装置を提供することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、種々の表示装置や表示装置のバックライト、照明装置、若しくは光通信機器に使用されるコアおよびクラッドからなる光学ユニット、およびこれを用いた露光装置、画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
現在、電気エネルギーを印加することにより発光する光源としては、蛍光灯や白熱電球といった大型の光源の他に、小型化できる光源として発光ダイオード(無機LED)や、レーザダイオードといった無機半導体からなる発光素子がよく知られている。特に小型化できる無機LEDやレーザダイオードといった発光素子は、表示装置や表示装置のバックライト、照明装置もしくは光通信機器に使用される光源として一般に用いられており、それを用いた露光装置およびこれを用いた画像形成装置など様々な用途に用いられている。これらの無機半導体からなる発光素子における発光部の大きさは、通常、数十〜数百μm程度であり、実用上、点光源として取り扱って差し支えない。
【0003】
無機半導体からなる点光源以外の光源として、エレクトロルミネッセンス素子を用いた面光源もよく知られている。エレクトロルミネッセンス素子とは、固体蛍光性物質の電界発光を利用した発光デバイスであり、現在無機系材料を発光体として用いた無機エレクトロルミネッセンス素子が実用化され、液晶ディスプレイのバックライトやフラットディスプレイ等への応用展開が一部で図られている。しかし、無機エレクトロルミネッセンス素子は発光させるために必要な電圧が100V以上と高く、また、発光体として用いる材料の屈折率が非常に大きいため、界面での全反射等の影響を強く受け、発光層中での発光の10〜20%しか利用されないといた課題がある。
【0004】
一方、有機材料を発光層として用いた有機エレクトロルミネッセンス素子に関する研究も古くから注目され、様々な検討が行われてきたが、発光効率が非常に悪いことから本格的な実用化研究へは進展しなかった。
【0005】
しかし、1987年にコダック社のC.W.Tangらにより、有機材料を正孔輸送層と発光層の2層に分けた機能分離型の積層構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子が提案され、10V以下の低電圧にもかかわらず1000cd/m2以上の高い発光輝度が得られることが明らかとなった(非特許文献1参照)。これ以降、有機エレクトロルミネッセンス素子が俄然注目され始め、現在も同様な機能分離型の積層構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子についての研究が盛んに行われており、特に有機エレクトロルミネッセンス素子の実用化のためには不可欠である高効率化・長寿命化についても十分検討がなされており、近年、有機エレクトロルミネッセンス素子を光源としたディスプレイ等が実用化されている。
【0006】
ここで、従来の一般的な有機エレクトロルミネッセンス素子の構成について図16を用いて説明する。
【0007】
図16は従来の有機エレクトロルミネッセンス素子の要部断面図である。
【0008】
図16において、39は基板、2は陽極、3は正孔輸送層、4は発光層、6は陰極である。
【0009】
すなわち、図16に示すように、有機エレクトロルミネッセンス素子は、ガラスからなる基板39上にスパッタリング法や抵抗加熱蒸着法等により形成されたITO等の透明な導電性膜からなる陽極2と、陽極2上に同じく抵抗加熱蒸着法等により形成されたN、N’−ジフェニル−N、N’−ビス(3−メチルフェニル)−1、1’−ジフェニル−4、4’−ジアミン(以下、TPDと略称する。)等からなる正孔輸送層3と、正孔輸送層3上に抵抗加熱蒸着法等により形成された8−Hydroxyquinoline Aluminum(以下、Alq3と略称する。)等からなる発光層4と、発光層4上に抵抗加熱蒸着法等により形成された100nm〜300nmの膜厚の金属膜からなる陰極6とが順次積層された構造を備えている。
【0010】
上記構成を有する有機エレクトロルミネッセンス素子の陽極2をプラス極として、また陰極6をマイナス極として直流電圧又は直流電流を印加すると、陽極2から正孔輸送層3を介して発光層4に正孔が注入され、陰極6から発光層4に電子が注入される。発光層4では正孔と電子の再結合が生じ、これに伴って生成される励起子が励起状態から基底状態へ移行する際に発光現象が起こる。
【0011】
なお、有機エレクトロルミネッセンス素子の素子構造については、米国特許第5917280号や米国特許第5932895号などで開示されているものがある。
【0012】
これらの光源にはさまざまな用途があり、特に小型化することができ、明るく発光できる光源は実用上非常に重要となる。一般に光源を明るく発光させるには、光源への投入電力を大きくすることで実現できるが、消費電力の問題や素子の発熱の問題、あるいは素子の寿命に関する問題などにより実用的でない。したがって、これらの問題を解決するために、未公開自社出願の特願2002−366564号などで開示されるように、発光素子と導波路の組み合わせにより、明るく発光することのできる小型の光源が実現されている。
【0013】
なお、有機エレクトロルミネッセンス素子の素子構造については、(特許文献1)や(特許文献2)等で開示されているものがある。
【非特許文献1】タン(C.W.Tang)、ヴァンスリク(S.A.Vanslyke),「アプライドフィジックスレターズ(Appl.Phys.Lett.)」(米国),第51巻,1987年,p.913
【特許文献1】米国特許第5917280号公報
【特許文献2】米国特許第5932895号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
このように、クラッドと、クラッド上に形成され、クラッドにより光学的に分離され略平行に配列された複数本のコアとからなる光学ユニットと機能素子とを組み合わせたデバイスにより、従来にはなかった様々な新しいデバイスを実現することができるが、このような光学ユニットを用いた機能素子を形成する場合、コアあるいはクラッド表面に、電気配線やスイッチング素子、発光素子などの薄膜プロセスからなる構造を形成する必要がある。特に、発光素子と導波路との組み合せによる光源については、発光素子が非常に薄い薄膜からなり、例えば発光素子として図16に示すような有機エレクトロルミネッセンス素子を用いる場合、発光素子の厚さが100nm程度であり、光学ユニットのコアあるいはクラッドの表面状態が素子形成において非常に重要となる。
【0015】
ここで、図17は光学ユニット上に形成された従来の有機エレクトロルミネッセンス素子の要部断面図である。図17において、1aはコア、1bはクラッド、7は発光素子である。
【0016】
図17に示すような従来の光学ユニット上素子では、図16に示すような従来の基板上に形成された素子では問題とならなかったコアあるいはクラッド表面粗さが問題となり、この表面状態によっては、素子が短絡する、あるいは、素子配線が断線する、といった安定性に関する問題、あるいは、この表面状態に起因して発光素子の発光量が低下するといった素子特性に関する問題が生じる。特に、図17に示すように、コア1aとクラッド1bとの界面において段差が形成されるため、この段差により同様の問題が生じる。
【0017】
また、この発光素子と導波路との組み合せによる光源を用いた露光装置およびそれを用いた画像形成装置においては、感光体上に結像するために必要な光量を得ることができず、良好な画像を形成することが困難であった。
【0018】
そこで、本発明は、発光素子と光学ユニットの組み合せによる光源において、安定性に優れた、発光光量の大きな光源およびそれを用いた露光装置ならびに画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0019】
この課題を解決するために、本発明の光学ユニットは、少なくとも、クラッドと、クラッド上に形成され、クラッドにより光学的に分離され略平行に配列された複数本のコアとからなる光学ユニットであって、光学ユニットは、その表面が平滑であるようにしたものである。
【0020】
また、この課題を解決するために、本発明の光学ユニットは、少なくとも、クラッドと、クラッド上に形成され、クラッドにより光学的に分離され略平行に配列された複数本のコアとからなる光学ユニットであって、クラッドは、異なる2つ以上の部材から形成したものである。
【0021】
また、この課題を解決するために、本発明の光学ユニットは、少なくとも、クラッドと、クラッド上に形成され、クラッドにより光学的に分離され略平行に配列された複数本のコアとからなる光学ユニットであって、光学ユニットは、表面に形成された透明な平坦化膜により平坦化したものである。
【0022】
この課題を解決するために、本発明の露光装置は、これら何れかの光学ユニット上に、コア表面に形成した透明導電膜を電極として、少なくとも正孔を注入する陽極と、電子を注入する陰極と、少なくとも有機物からなる発光層、または、発光層に必要に応じて形成される正孔輸送層、あるいは、電子輸送層で構成される有機層とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子を形成し、副走査方向の端面を光取り出し面としたものである。
【0023】
この課題を解決するために、本発明の画像形成装置は、これらの何れかの露光装置と、露光装置により静電潜像が形成される感光体とを有するものである。
【0024】
これにより、光学ユニット表面のコアあるいはクラッド表面に、電気配線やスイッチング素子、発光素子などの薄膜プロセスからなる構造を容易に形成することができるため、様々な新しいデバイスを実現することができ、発光素子と光学ユニットとを組み合わせることにより、安定性に優れた、発光光量の大きな光源を実現することができる。
【0025】
また、この光源を用いることにより、長寿命、高速、高画質な露光装置および画像形成装置を形成できる。
【発明の効果】
【0026】
本発明によれば、少なくとも、クラッドと、クラッド上に形成され、クラッドにより光学的に分離され略平行に配列された複数本のコアとからなる光学ユニットであって、光学ユニットは、その表面が平滑であることを特徴とする光学ユニットであり、光学ユニット表面のコアあるいはクラッド表面に、電気配線やスイッチング素子、発光素子などの薄膜プロセスからなる構造を容易に形成することができるため、様々な新しいデバイスを実現することができ、発光素子と光学ユニットの組み合せることで、安定性に優れた、発光光量の大きな光源およびそれを用いた露光装置およびこれを用いた画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0027】
本発明の請求項1に記載の発明は、少なくとも、クラッドと、クラッド上に形成され、クラッドにより光学的に分離され略平行に配列された複数本のコアとからなる光学ユニットであって、光学ユニットは、その表面が平滑である光学ユニットであり、光学ニュニット表面に薄膜からなる発光素子を容易に形成することができるという作用を有する。また、光学ユニット表面に形成した薄膜におけるパターニングなどのプロセスが容易であり、光学ユニット上に複雑な素子を形成することができるという作用を有する。また、光学ユニット表面に形成した素子における断線・短絡などの不具合が生じ難い安定な光学デバイスを形成できるという作用を有する。
【0028】
本発明の請求項2に記載の発明は、請求項1記載の発明において、光学ユニットは、その表面粗さ(Ra)が100nm以下である光学ユニットであり、光学ニュニット表面に薄膜からなる発光素子を容易に形成することができるという作用を有する。また、光学ユニット表面に形成した薄膜におけるパターニングなどのプロセスが容易であり、光学ユニット上に複雑な素子を形成することができるという作用を有する。また、光学ユニット表面に形成した素子における断線・短絡などの不具合が生じ難い安定な光学デバイスを形成できるという作用を有する。
【0029】
本発明の請求項3に記載の発明は、請求項1または2記載の発明において、コアおよびクラッドの界面に形成される段差は、100nm以下である光学ユニットであり、光学ニュニット表面に薄膜からなる発光素子を容易に形成することができるという作用を有する。また、光学ユニット表面に形成した薄膜におけるパターニングなどのプロセスが容易であり、光学ユニット上に複雑な素子を形成することができるという作用を有する。また、光学ユニット表面に形成した素子における断線・短絡などの不具合が生じ難い安定な光学デバイスを形成できるという作用を有する。
【0030】
本発明の請求項4に記載の発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載の発明において、コアおよびクラッドの界面に形成される段差は、角度が45°以下である光学ユニットであり、光学ニュニット表面に薄膜により容易にコア/クラッド界面の段差を被覆することができるため、容易に薄膜からなる発光素子を形成することができるという作用を有する。また、光学ユニット表面に形成した素子における断線・短絡などの不具合が生じ難い安定な光学デバイスを形成できるという作用を有する。
【0031】
本発明の請求項5に記載の発明は、請求項1〜4の何れか一項に記載の発明において、コアの表面粗さ(Ra)は、50nm以下である光学ユニットであり、光学ニュニット表面、特にコア表面に薄膜からなる発光素子を容易に形成することができるという作用を有する。また、光学ユニット表面に形成した薄膜におけるパターニングなどのプロセスが容易であり、特にコア表面においては、微細なパターンを形成することができるという作用を有する。また、光学ユニット表面に形成した素子における断線・短絡などの不具合が生じ難い安定な光学デバイスを形成できるという作用を有する。さらに、クラッド部の表面を粗く設定することにより、パターニングすることなくクラッド表面において分断された
素子を形成することができるという作用を有する。
【0032】
本発明の請求項6に記載の発明は、請求項5記載の発明において、コアの表面粗さ(Ra)は、30nm以下である光学ユニットであり、光学ニュニット表面、特にコア表面にガラス上と同程度の薄膜からなる発光素子を容易に形成することができるという作用を有する。また、コア表面に形成した素子における断線・短絡などの不具合が生じ難い安定な光学デバイスを形成できるとともに、ガラス上に形成する素子と同程度の高性能な光学デバイスを形成することができるという作用を有する。さらに、クラッド部の表面を粗く設定することにより、パターニングすることなくクラッド表面において分断された素子を形成することができるという作用を有する。
【0033】
本発明の請求項7に記載の発明は、請求項1〜6の何れか一項に記載の発明において、クラッドの表面粗さ(Ra)は、50nm以下である光学ユニットであり、光学ユニット表面に形成した薄膜におけるパターニングなどのプロセスが容易であり、微細なパターンを形成することができるという作用を有する。また、光学ユニット表面に形成した素子における断線・短絡などの不具合が生じ難い安定な光学デバイスを形成できるという作用を有する。
【0034】
本発明の請求項8に記載の発明は、請求項7記載の発明において、クラッドの表面粗さ(Ra)は、30nm以下である光学ユニットであり、光学ニュニット表面、特にクラッド表面にガラス上と同程度の薄膜からなる配線等を容易に形成することができるという作用を有する。また、クラッド表面に形成した素子における断線・短絡などの不具合が生じ難い安定な光学デバイスを形成できるとともに、ガラス上に形成する素子と同程度の高性能な光学デバイスを形成することができるという作用を有する。
【0035】
本発明の請求項9に記載の発明は、少なくとも、クラッドと、クラッド上に形成され、クラッドにより光学的に分離され略平行に配列された複数本のコアとからなる光学ユニットであって、クラッドは、異なる2つ以上の部材からなる光学ユニットであり、異なる2つのクラッド材の特性により、容易にコア表面が剥き出しとなる光学ユニットを形成することができるという作用を有する。また、異なるクラッドにそれぞれ異なる機能を持たせることにより、複雑な光伝播することのできる光学ユニットを形成することができるという作用を有する。また、それぞれの部位に適した材料を用いることができるため、光学ユニットの材料の選択性が広がるという作用を有する。
【0036】
本発明の請求項10に記載の発明は、請求項9記載の発明において、クラッドは、エッチングレートの異なる2つ以上の部材からなる光学ユニットであり、異なるエッチングレートにより、容易にコア表面が剥き出しとなる光学ユニットを形成することができるという作用を有する。また、クラッドのエッチングレートを自由に選択することができるため、コア材料の選択性が広がるという作用を有する。
【0037】
本発明の請求項11に記載の発明は、請求項9または10記載の発明において、クラッドは、光学特性の異なる2つ以上の部材からなる光学ユニットであり、異なる光学特性により、複雑な光伝播することのできる光学ユニットを形成することができるという作用を有する。また、クラッド材の反射率や吸収率を適宜選択することにより、光クロストークがなく、光伝播効率の良い高性能な光伝播を実現することができるという作用を有する。
【0038】
本発明の請求項12に記載の発明は、少なくとも、クラッドと、クラッド上に形成され、クラッドにより光学的に分離され略平行に配列された複数本のコアとからなる光学ユニットであって、光学ユニットは、表面に形成された透明な平坦化膜により平坦化される光学ユニットであり、容易に表面が平坦な光学ユニットを形成することができるという作用
を有する。また、光学ユニット表面に形成した薄膜におけるパターニングなどのプロセスが容易であり、光学ユニット上に複雑な素子を形成することができるという作用を有する。また、光学ユニット表面に形成した素子における断線・短絡などの不具合が生じ難い安定な光学デバイスを形成できるという作用を有する。
【0039】
本発明の請求項13に記載の発明は、請求項12記載の発明において、平坦化膜は、コアと同一部材により形成される光学ユニットであり、コアと同一部材を用いることにより、表面が平坦な光学ユニットを簡単なプロセスにより作製することができるという作用を有する。また、コアと平坦化膜の界面における反射が生じないため、入射効率のよい光学ユニットを形成することができるという作用を有する。
【0040】
本発明の請求項14に記載の発明は、請求項12記載の発明において、平坦化膜は、コアの屈折率よりも高い屈折率の部材からなる光学ユニットであり、コアと平坦化膜の界面における全反射を抑制することができるため、入射効率のよい光学ユニットを形成することができるという作用を有する。また、隣接するコアに到達する光を抑制することができるため、光染み出しなどの少ない高性能な光伝播を実現できるという作用を有する。
【0041】
本発明の請求項15に記載の発明は、請求項12〜14の何れか一項に記載の発明において、平坦化膜は、光の透過率が80%以上である光学ユニットであり、平坦化膜における光の損失が抑制されるため、入射効率が良く、光伝播効率のよい光学ユニットを形成することができるという作用を有する。
【0042】
本発明の請求項16に記載の発明は、請求項12〜15の何れか一項に記載の発明において、平坦化膜は、コアの高さの10%以下の高さである光学ユニットであり、平坦化膜を介して発生する光のクロストークを低減することができるという作用を有する。また、光のクロストークを低減できるため、光伝播効率の良い光学ユニットを形成することができるという作用を有する。
【0043】
本発明の請求項17に記載の発明は、請求項12または13記載の発明において、平坦化膜は、透湿性の低い材料からなる光学ユニットであり、光学ユニット上の素子作製時における光学ユニットへの水分によるダメージを抑制することができる。また、平坦化膜により光学ユニットを介して透過する水分を抑制することができ、あるいは、素子作製時における光学ユニット内部への水分の進入を抑制することができ、光学ユニット上の素子へのダメージを抑制することができるという作用を有する。
【0044】
本発明の請求項18に記載の発明は、請求項12〜17の何れか一項に記載の発明において、平坦化膜は、プラズマによるダメージを緩和する光学ユニットであり、光学ユニット上の素子作製時における光学ユニットへのダメージを抑制することができる。
【0045】
本発明の請求項19に記載の発明は、請求項1〜18の何れか一項に記載の光学ユニット上に、コア表面に形成した透明導電膜を電極として、少なくとも正孔を注入する陽極と、電子を注入する陰極と、少なくとも有機物からなる発光層、または、発光層に必要に応じて形成される正孔輸送層、あるいは、電子輸送層で構成される有機層からなる有機エレクトロルミネッセンス素子を形成し、副走査方向の端面を光取り出し面とする露光装置であり、容易に導波路上に有機エレクトロルミネッセンス素子を形成することができ、光取り出し面から大光量を得ることができるという作用を有する。また、有機エレクトロルミネッセンス素子における断線・短絡が抑制されるとともに、断線した電極からの水分の進入が発生しないため、安定性の高い露光装置を形成することができるという作用を有する。
【0046】
本発明の請求項20に記載の発明は、請求項19記載の発明において、発光層、または、発光層に必要に応じて形成される正孔輸送層、あるいは、電子輸送層で構成される有機層は、その厚さが100nm以上である露光装置であり、有機エレクトロルミネッセンス素子における断線・短絡が抑制されるとともに、断線した電極からの水分の進入が発生しないため、安定性の高い露光装置を形成することができるという作用を有する。
【0047】
本発明の請求項21に記載の発明は、請求項18〜20の何れか一項に記載の発明において、陰極は、その厚さが100nm以上である露光装置であり、陰極における断線が抑制されるとともに、断線した電極からの水分の進入が発生しないため、安定性の高い露光装置を形成することができるという作用を有する。
【0048】
本発明の請求項22に記載の発明は、請求項19〜21の何れか一項に記載の発明において、陽極は、コア上に形成される透明なパシベーション膜を介して形成される露光装置であり、パシベーション膜により光学ユニット表面が平坦化されるため、容易に導波路上に有機エレクトロルミネッセンス素子の形成された露光装置を実現でき、光取り出し面から大光量を得ることができるという作用を有する。またパシベーション膜により光学ユニットに対するダメージが緩和されるため、有機エレクトロルミネッセンス素子作製時におけるプロセスの選択性が広くなるという作用を有する。
【0049】
本発明の請求項23に記載の発明は、請求項19〜22の何れか一項に記載の発明において、パシベーション膜は、その厚さが100nm以上である露光装置であり、パシベーション膜により光学ユニット表面の凹凸を被覆することができるため、より安定性の高い露光装置を形成することができるという作用を有する。
【0050】
本発明の請求項24に記載の発明は、請求項19〜23の何れか一項に記載の発明において、パシベーション膜は、透湿性の低い材料からなる露光装置であり、光学ユニットを介して有機エレクトロルミネッセンス素子内へ透過する水分を抑制することができ、より安定性の高い露光装置を形成することができるという作用を有する。
【0051】
本発明の請求項25に記載の発明は、請求項19〜21の何れか一項に記載の発明において、パシベーション膜は、プラズマによるダメージを緩和する露光装置であり、光学ユニット上の有機エレクトロルミネッセンス素子作製時、特に透明電極等のスパッタ等のプロセスにおける光学ユニットへのダメージを抑制することができる。
【0052】
本発明の請求項26に記載の発明は、請求項19〜25の何れか一項に記載の発明において、パシベーション膜は、溶剤によるダメージを緩和する露光装置であり、光学ユニット上の有機エレクトロルミネッセンス素子作製時、特に高分子材料からなる膜形成プロセスにおける溶剤からの光学ユニットへのダメージを抑制することができる。
【0053】
本発明の請求項27に記載の発明は、請求項19〜26の何れか一項に記載の発明において、パシベーション膜は、吸湿性の高い材料からなる露光装置であり、有機エレクトロルミネッセンス素子内へ透過する水分をパシベーション膜に吸着することにより抑制することができ、より安定性の高い露光装置を形成することができるという作用を有する。
【0054】
本発明の請求項28に記載の発明は、請求項19〜27の何れか一項に記載の発明において、パシベーション膜は、コアの高さの10%以下の高さである露光装置であり、パシベーション膜により発生する光のクロストークを低減することができ、効率の良い光伝播することができる露光装置を形成できるという作用を有する。
【0055】
本発明の請求項29に記載の発明は、請求項19〜28の何れか一項に記載の発明にお
いて、パシベーション膜は、発光層から放射される光の発光波長以下の高さである露光装置であり、有機エレクトロルミネッセンス素子から光学ユニットに効率の良い光入射が行われるため、大光量の露光装置を実現できるという作用を有する。
【0056】
本発明の請求項30に記載の発明は、請求項19〜29の何れか一項に記載の露光装置と、露光装置により静電潜像が形成される感光体とを有する画像形成装置であり、安定な露光装置を用いることにより、高画質で安定した画像形成を実現できるという作用を有する。
【0057】
以下、本発明の実施の形態について、図1から図15を用いて説明する。なお、これらの図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。
【0058】
(実施の形態1)
本発明の光源について図1から図6を用いて説明する。
【0059】
図1は本発明の実施の形態1における有機エレクトロルミネッセンス素子を用いた露光装置の要部を示す副走査方向の概略断面図、図2は図1の露光装置を示す斜視図、図3は図1の露光装置を示す平面図、図4は図1の露光装置における光学ユニット表面状態を示す説明図、図5は図1の露光装置における光学ユニットのコアとクラッドの段差を示す説明図、図6は図1の露光装置における別の光学ユニットのコアとクラッドの段差を示す説明図である。
【0060】
図1において、露光装置は、光学ユニット1、陽極2、正孔輸送層3、発光層4、電子輸送層5、陰極6が順次積層された構造になっている。そして、陽極2、正孔輸送層3、発光層4および電子輸送層5で発光素子7が構成されている。また、光学ユニット1の一方側の端面が光取り出し面8となっている。
【0061】
すなわち、図2および図3に詳しく示すように、本発明の露光装置は、コア1aおよびクラッド1bで構成された導波路からなる光学ユニット1に対し、発光素子7である有機エレクトロルミネッセンス素子の陽極2をコア1a上に形成し、コア1a上の発光層4を選択的に発光させる構成となっている。
【0062】
そして、図3に示す構成を有する有機エレクトロルミネッセンス素子の陽極2をプラス極として、また陰極6をマイナス極として電流を印加すると、発光層4には、陽極2から正孔輸送層3を介して正孔が注入されるとともに、陰極6から電子輸送層5を介して電子が注入される。発光層4では、このようにして注入された正孔と電子とが再結合し、これに伴って生成される励起子が励起状態から基底状態へ移行する際に発光現象が起こる。
【0063】
このような有機エレクトロルミネッセンス素子において、発光層4中の発光領域である蛍光体から放射される光は、蛍光体を中心とした全方位に出射され、光学ユニット1を経由して放射される。あるいは、一旦、光取り出し方向(光学ユニット1方向)とは逆方向へ向かって陰極6で反射され、光学ユニット1を経由して光取り出し面8から空気中へ放射される。
【0064】
図4に詳しく示すように、本発明の光学ユニットにおいては、その表面を平滑にしているため、図16に示した従来の導波路上の素子で発生するような、有機エレクトロルミネッセンス素子における陽極2と陰極6との間の短絡あるいは断線が生じ難い構成となっており、特に光学ニュニット表面粗さ(Ra)が100nm以下である場合、光学ユニット1上に形成する発光素子7により、十分に光学ユニット1表面を被覆することができるた
め、短絡あるいは断線が生じることがなく、安定性にすぐれた露光装置を実現することができる。
【0065】
また、コア1a自身の表面は、その平滑性は薄膜プロセスの基板として用いられるシリコン基板あるいはガラス基板と同様に、できるだけ平滑であることが好ましく、コア1aの表面粗さ(Ra)は50nm以下であることが好ましく、さらに好ましくは30nm以下である。
【0066】
コア1aの表面粗さが50nm以下の場合、コア1a表面においては、微細なパターンを容易に形成することができ、光学ユニット1表面に形成した発光素子7における断線・短絡などの不具合が生じ難く、さらに、コアの表面を平滑な状態でかつクラッドの表面を粗く設定することにより、パターニングすることなくクラッド表面上に分断された素子を形成することもできる。
【0067】
また、コア1aの表面粗さ(Ra)が30nm以下の場合、ガラス表面とほぼ同等の表面粗さであるため、表面粗さによる素子効率の低下を抑制することができ、高効率で安定性が高く、高性能な露光装置を実現することができる。
【0068】
同様に、クラッド1bの表面について、その表面粗さ(Ra)は50nm以下であることが好ましく、さらに好ましくは30nm以下である。
【0069】
クラッド1bの表面粗さが50nm以下の場合、クラッド1b表面において、微細なパターンを容易に形成することができ、光学ユニット1表面に形成した発光素子7における断線・短絡などの不具合が生じ難い。また、クラッド1bの表面粗さ(Ra)が30nm以下の場合、ガラス表面とほぼ同等の表面粗さであるため、ガラス上と同程度の微細なパターンを形成することができ、高性能な露光装置を実現することができる。
【0070】
また、図5に詳しく示すように、本発明の光学ユニット1においては、光学ユニット1を構成するコア1aとクラッド1bによって生じる段差を100nm以下にするため、図17に示した従来の光学ユニット上の素子のコアとクラッド境界面の段差で発生するような、有機エレクトロルミネッセンス素子における陽極2と陰極6との間の短絡あるいは断線が生じ難い構成であり、光学ユニット1上に形成する発光素子7により、十分に光学ユニット1表面を被覆することができるため、短絡あるいは断線が生じることがなく、安定性にすぐれた露光装置を実現することができる。
【0071】
さらに、図6に詳しく示すように、本発明の光学ユニット1においては、光学ユニット1を構成するコア1aとクラッド1bによって生じる段差が、45°以下の緩やかな形状をしているため、図17に示した従来の光学ユニット上の素子のコアとクラッド境界面の段差で発生するような短絡あるいは断線が生じ難い構成であり、光学ユニット1上に形成する発光素子7により光学ユニット1表面を被覆することができ、短絡あるいは断線が生じることがなく、安定性にすぐれた露光装置を実現することができる。
【0072】
以下、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子について、詳細に説明する。
【0073】
まず、光学ユニットについて説明する。
【0074】
光学ユニットは透明なコアと、コアの周囲にコアよりも屈折率の小さなクラッドから構成される導波路からなり、クラッドは空気層を代用することができ、コアだけからなる構成とすることもできる。
【0075】
光学ユニットに用いる材料としては、透明あるいは半透明のソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英ガラス等の、無機酸化物ガラス、無機フッ化物ガラス、等の無機ガラス、あるいは、透明または半透明のポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテルスルフォン、ポリフッ化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアクリレート、非晶質ポリオレフィン、フッ素系樹脂、ポリシロキサン、ポリシラン等のポリマー材料や、あるいは、透明または半透明のAs23、As4010、S40Ge10等のカルコゲノイドガラス、ZnO、Nb25、Ta25、SiO、Si34、HfO2、TiO2等の金属酸化物および窒化物等の材料から適宜選択して用いることができ、複数の材料を積層した積層構造を用いることもできる。あるいは、レジスト等の感光性材料をブリーチすることにより、コアあるいはクラッドを形成して用いることもできる。さらに、コアの屈折率と発光層の屈折率の値を近くするためには、発光層材料と同じ材料を用いてコアを形成することもできる。
【0076】
さらに、用途によっては特定波長のみを透過する材料、光−光変換機能をもった特定の波長の光へ変換する材料などであってもよい。
【0077】
なお、本発明において、透明または半透明なる定義は、有機エレクトロルミネッセンス素子による発光の視認を妨げない程度の透明性を示すものである。
【0078】
また、本実施の形態では、光学ユニット1を基板39として用いた構造について説明したが、発光素子7と光学ユニット1との間に空気層といった低屈折率層が存在する場合、全反射により光学ユニット1中に入射する光が減るため、効率の良い光の伝播は行われない。したがって、発光素子7と光学ユニット1との間には空気層が入らないようにするほうが好ましく、発光素子7と光学ユニット1とは連続して形成することが好ましい。
【0079】
また、本実施の形態において、光学ユニット1は発光素子7の基板39として用いられており、この場合光学ユニット1は絶縁性であることが好ましいが、特に限定されるものではなく、発光素子7の駆動を妨げない範囲、あるいは用途によって、導電性を有していてもよい。
【0080】
また、この光学ユニット1の表面、あるいは内部には、発光素子7を駆動するための抵抗・コンデンサ・インダクタ・ダイオード・トランジスタ等からなる回路を形成していてもよい。
【0081】
次に、基板について説明する。本発明の光源における基板は、少なくとも光学ユニット1および発光素子7を保持することができればよく、光学ユニット1を基板として用いることができ、あるいは透明あるいは不透明、いずれの基板も用いることができ、適宜選択して用いることができる。また、基板は、ドライバICの支持体として共用することもできる。
【0082】
基板は、例えば、透明または半透明のソーダ石灰ガラス等の導波路に用いた材料、あるいは、不透明のシリコン、ゲルマニウム、炭化シリコン、ガリウム砒素、窒化ガリウム等の半導体材料、あるいは顔料等を含んだ前記透明基板材料、表面に絶縁処理を施した金属材料等から適宜選択して用いることができ、複数の基板材料を積層した積層基板を用いることもできる。あるいは不透明基板であってもよく、不透明基板であれば特に限定されず、任意の材料を用いることができる。また、この基板表面、あるいは基板内部には、有機エレクトロルミネッセンス素子を駆動するための抵抗・コンダクタ・インダクタ・ダイオード・トランジスタ等からなる回路を形成していてもよい。
【0083】
また、陽極2とは、正孔を注入する電極であり、正孔を効率良く発光層あるいは正孔輸送層に注入することが必要である。
【0084】
陽極2としては、インジウムスズ酸化物(ITO)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)等の金属酸化物、あるいはSnO:Sb(アンチモン)、ZnO:Al(アルミニウム)、IZO(In23:ZnO)といった混合物からなる透明導電膜や、あるいは透明度を損なわない程度の厚さのAl(アルミニウム)、Cu(銅)、Ti(チタン)、Ag(銀)、Au(金)といった金属薄膜や、これら金属の混合薄膜、積層薄膜といった金属薄膜や、あるいはポリピロール等の導電性高分子等を用いることができる。また、複数の前述透明導電層を積層することで積層透明導電層とすることもでき、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタ法または電界重合法等の各種の重合法等により形成する。また、透明導電層は、十分な導電性を持たせるため、または基板表面の凹凸による不均一発光を防ぐために、1nm以上の厚さにすることが望ましい。また、十分な透明性を持たせるために500nm以下の厚さにすることが望ましい。
【0085】
ただし、陽極2として透明導電層を用いない場合、導波路1における効率の良い光伝播を実現するためには、透明導電層に対向する電極となる陽極2は、光を反射する材料で形成することが好ましい。なお、陽極として透明導電層を用いない場合には、陰極が透明導電層であればよい。
【0086】
陽極2として透明導電層を用いない場合、前述した以外にも、Cr(クロム)、Ni(ニッケル)、Cu(銅)、Sn(錫)、W(タングステン)、Au(金)Ag(銀)、Al(アルミニウム)、Pt(白金)、Pd(パラジウム)、Fe(鉄)、Zn(亜鉛)、Mo(モリブデン)等の金属、あるいはその合金、酸化物等を用いることができ、これら材料を用いた複数の材料による積層構造も用いることができる。
【0087】
また、陽極に非晶質炭素膜を設けてもよい。この場合には、共に正孔注入電極としての機能を有する。即ち、陽極から非晶質炭素膜を介して発光層あるいは正孔輸送層に正孔が注入される。また、非晶質炭素膜は、陽極と発光層あるいは正孔輸送層との間にスパッタ法により形成されてなる。スパッタリングによるカーボンターゲットとしては、等方性グラファイト、異方性グラファイト、ガラス状カーボン等があり、特に限定するものではないが、純度の高い等方性グラファイトが適している。非晶質炭素膜が優れている点を具体的に示すと、表面分析装置(AC−1、理研計器製)を使って非晶質炭素膜の仕事関数を測定すると、非晶質炭素膜の仕事関数は、Wc=5.40eVである。ここで、一般に陽極としてよく用いられているITOの仕事関数は、WITO=5.05eVであるので、非晶質炭素膜を用いた方が発光層あるいは正孔輸送層に効率よく正孔を注入できる。また、非晶質炭素膜をスパッタリング法にて形成する際、非晶質炭素膜の電気抵抗値を制御するために、窒素あるいは水素とアルゴンの混合ガス雰囲気下で反応性スパッタリングする。さらに、スパッタリング法などによる薄膜形成技術では、膜厚を5nm以下にすると膜が島状構造となり均質な膜が得られない。そのため、非晶質炭素膜の膜厚が5nm以下では、効率のよい発光が得られず、非晶質炭素膜の効果が期待できない。また、非晶質炭素膜の膜厚を200nm以上とすると、膜の色が黒味を帯び、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光が十分に透過しなくなる。
【0088】
有機エレクトロルミネッセンス素子の発光層4としては、可視領域で蛍光または燐光特性を有し、かつ成膜性の良いものが好ましく、Alq3やBe−ベンゾキノリノール(BeBq2)の他に、2,5−ビス(5,7−ジ−t−ペンチル−2−ベンゾオキサゾリル)−1,3,4−チアジアゾール、4,4'−ビス(5,7−ベンチル−2−ベンゾオキサゾリル)スチルベン、4,4'−ビス〔5,7−ジ−(2−メチル−2−ブチル)−2−ベンゾオキサゾリル〕スチルベン、2,5−ビス(5,7−ジ−t−ベンチル−2−ベ
ンゾオキサゾリル)チオフィン、2,5−ビス(〔5−α,α−ジメチルベンジル〕−2−ベンゾオキサゾリル)チオフェン、2,5−ビス〔5,7−ジ−(2−メチル−2−ブチル)−2−ベンゾオキサゾリル〕−3,4−ジフェニルチオフェン、2,5−ビス(5−メチル−2−ベンゾオキサゾリル)チオフェン、4,4'−ビス(2−ベンゾオキサイゾリル)ビフェニル、5−メチル−2−〔2−〔4−(5−メチル−2−ベンゾオキサイゾリル)フェニル〕ビニル〕ベンゾオキサイゾリル、2−〔2−(4−クロロフェニル)ビニル〕ナフト〔1,2−d〕オキサゾール等のベンゾオキサゾール系、2,2'−(p−フェニレンジビニレン)−ビスベンゾチアゾール等のベンゾチアゾール系、2−〔2−〔4−(2−ベンゾイミダゾリル)フェニル〕ビニル〕ベンゾイミダゾール、2−〔2−(4−カルボキシフェニル)ビニル〕ベンゾイミダゾール等のベンゾイミダゾール系等の蛍光増白剤や、トリス(8−キノリノール)アルミニウム、ビス(8−キノリノール)マグネシウム、ビス(ベンゾ〔f〕−8−キノリノール)亜鉛、ビス(2−メチル−8−キノリノラート)アルミニウムオキシド、トリス(8−キノリノール)インジウム、トリス(5−メチル−8−キノリノール)アルミニウム、8−キノリノールリチウム、トリス(5−クロロ−8−キノリノール)ガリウム、ビス(5−クロロ−8−キノリノール)カルシウム、ポリ〔亜鉛−ビス(8−ヒドロキシ−5−キノリノニル)メタン〕等の8−ヒドロキシキノリン系金属錯体やジリチウムエピンドリジオン等の金属キレート化オキシノイド化合物や、1,4−ビス(2−メチルスチリル)ベンゼン、1,4−(3−メチルスチリル)ベンゼン、1,4−ビス(4−メチルスチリル)ベンゼン、ジスチリルベンゼン、1,4−ビス(2−エチルスチリル)ベンゼン、1,4−ビス(3−エチルスチリル)ベンゼン、1,4−ビス(2−メチルスチリル)2−メチルベンゼン等のスチリルベンゼン系化合物や、2,5−ビス(4−メチルスチリル)ピラジン、2,5−ビス(4−エチルスチリル)ピラジン、2,5−ビス〔2−(1−ナフチル)ビニル〕ピラジン、2,5−ビス(4−メトキシスチリル)ピラジン、2,5−ビス〔2−(4−ビフェニル)ビニル〕ピラジン、2,5−ビス〔2−(1−ピレニル)ビニル〕ピラジン等のジスチルピラジン誘導体や、ナフタルイミド誘導体や、ペリレン誘導体や、オキサジアゾール誘導体や、アルダジン誘導体や、シクロペンタジエン誘導体や、スチリルアミン誘導体や、クマリン系誘導体や、芳香族ジメチリディン誘導体等が用いられる。さらに、アントラセン、サリチル酸塩、ピレン、コロネン等も用いられる。あるいは、ファク−トリス(2−フェニルピリジン)イリジウム等の燐光発光材料や、あるいは、PPV(ポリパラフェニレンビニレン)、ポリフルオレン等のポリマー発光材料等を用いてもよい。
【0089】
また、有機エレクトロルミネッセンス素子の正孔輸送層3としては、正孔移動度が高く、透明で成膜性の良いものが好ましくTPDの他に、ポルフィン、テトラフェニルポルフィン銅、フタロシアニン、銅フタロシアニン、チタニウムフタロシアニンオキサイド等のポリフィリン化合物や、1,1−ビス{4−(ジ−P−トリルアミノ)フェニル}シクロヘキサン、4,4',4''−トリメチルトリフェニルアミン、N,N,N',N'−テトラキス(P−トリル)−P−フェニレンジアミン、1−(N,N−ジ−P−トリルアミノ)ナフタレン、4,4'−ビス(ジメチルアミノ)−2−2'−ジメチルトリフェニルメタン、N,N,N',N'−テトラフェニル−4,4'−ジアミノビフェニル、N、N'−ジフェニル−N、N'−ジ−m−トリル−4、4'−ジアミノビフェニル、N−フェニルカルバゾ−ル等の芳香族第三級アミンや、4−ジ−P−トリルアミノスチルベン、4−(ジ−P−トリルアミノ)−4'−〔4−(ジ−P−トリルアミノ)スチリル〕スチルベン等のスチルベン化合物や、トリアゾール誘導体や、オキサジザゾール誘導体や、イミダゾール誘導体や、ポリアリールアルカン誘導体や、ピラゾリン誘導体や、ピラゾロン誘導体や、フェニレンジアミン誘導体や、アニールアミン誘導体や、アミノ置換カルコン誘導体や、オキサゾール誘導体や、スチリルアントラセン誘導体や、フルオレノン誘導体や、ヒドラゾン誘導体や、シラザン誘導体や、ポリシラン系アニリン系共重合体や、高分子オリゴマーや、スチリルアミン化合物や、芳香族ジメチリディン系化合物や、ポリ−3,4エチレンジオキシチオフェン(PEDOT)あるいはポリ3−メチルチオフェン(PMeT)といっ
たポリチオフェン誘導体等の有機材料が用いられる。また、ポリカーボネート等の高分子中に低分子の正孔輸送層用の有機材料を分散させた、高分子分散系の正孔輸送層も用いられる。また、これらの正孔輸送材料は正孔注入材料、あるいは、電子ブロック材料として用いることもできる。
【0090】
また、有機エレクトロルミネッセンス素子の電子輸送層5としては、1,3−ビス(4−tert−ブチルフェニル−1,3,4−オキサジアゾリル)フェニレン(OXD−7)等のオキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、シロール誘導体からなるポリマー材料等が用いられる。また、これらの電子輸送材料は電子注入材料、あるいは、正孔ブロック材料として用いることもできる。
【0091】
陰極6は、電子を注入する電極であり、電子を効率良く発光層あるいは電子輸送層5に注入することが必要であり、仕事関数の小さいAl(アルミニウム)、In(インジウム)、Mg(マグネシウム)、Ti(チタン)、Ag(銀)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)等の金属等が一般に用いられる。
【0092】
また、陰極としては、発光層あるいは電子輸送層と接する界面に、仕事関数の小さい金属を用いた光透過性の高い超薄膜を形成し、その上部に透明電極を積層することで、透明陰極を形成することもできる。特に仕事関数の小さなMg、Mg−Ag合金、特開平5−121172号公報記載のAl−Li合金やSr−Mg合金あるいはAl−Sr合金、Al−Ba合金等あるいはLiO2/AlやLiF/Al等の積層構造は陰極材料として好適である。
【0093】
更に、これら陰極の成膜方法としては抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタ法が用いられる。
【0094】
発光層で放射された光のうち、空気界面へと到達してフレネル反射等により空気中へ取出されなかった光は、再び素子内部へと伝播し陰極へと到達する。あるいは、発光層において、光は等方的に放射されるため、発光層で放射される光のうち半分は、光取り出し面に到達する前に陰極へと到達する。このとき、陰極が光を反射する材料で形成されていた場合、この陰極へ到達した光は反射され、再び、光取出し面方向へと伝播することができ、有効な光として利用される可能性がある。この効果を有効にするためには、陰極は光を反射する材料で形成することが好ましく、更に、光の反射率が50%以上であることが好ましい。なお、以上のことは、陰極を透明電極として用いた場合には、陽極に適用される。
【0095】
なお、陽極及び陰極は少なくとも一方が透明電極であればよい。更に、共に透明電極であってもよいが、光の取り出し効率を向上させるためには、一方が透明電極であれば、他方が光を反射する材料で形成することが好ましい。
【0096】
また、有機エレクトロルミネッセンス素子を外気から遮断し、長時間安定性を保証するために素子表面に保護膜を形成することもある。保護膜の材料としては、SiON、SiO、SiN、SiO2、Al23、LiF等の無機酸化物、無機窒化物、無機フッ化物からなる薄膜、あるいは、無機酸化物、無機窒化物、無機フッ化物等、あるいは、それらの混合物等からなるガラス膜、あるいは、熱硬化性、光硬化性の樹脂や封止効果のあるシラン系の高分子材料等が挙げられ蒸着やスパッタリング等もしくは塗布法により形成される。
【0097】
発光素子から放出された光を側面に形成された光入射面から入射し、端面に形成された光取り出し面から空気中へ出射する導波路とを備えた光源は、光源からの光出射面積は光
学ユニットのコアの面積により決定することができるため、コアの大きさを選択することにより容易に所望の面積の光源を形成することができる。
【0098】
したがって、本発明の光源は、種々の照明装置の光源として用いることができるが、容易に微小な光源を実現できるため、微小な光源という利点を活かして、簡単な光学系と組み合わせることにより平行光光源を形成することができ、これを用いた平行光照明装置、あるいは、これを用いたOHPやプロジェクタ等の画像投影装置の光源として用いることができる。
【0099】
あるいは、複雑な光入射手段を形成することなく、発光素子の面積を大きくすることで導波路中を伝播する光を多くすることができるため、容易に導波路端面において明るく発光する光源を実現することができる。したがって、本発明の光源は、光通信用途の光源、あるいは、光受光素子との組み合せにより光スイッチの光源として用いることができる。
【0100】
さらに、導波路のコアの形状、配置により任意のパターンの発光を得ることができるため、それぞれの画素毎に主走査方向に光学的に分離された複数本が相互に平行に配列され、発光素子から放射されて導波路に入射し、主走査側端面に形成された光取り出し面から出射される光を露光光として用いることを特徴とする露光装置の光源として用いることができる。
【0101】
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2における別の光学ユニットについて図7および図8を用いて説明する。
【0102】
図7は本発明の実施の形態2における有機エレクトロルミネッセンス素子を用いた露光装置の要部を示す主走査方向の概略断面図、図8は本発明の実施の形態2における別の露光装置の要部を示す主走査方向の概略断面図である。
【0103】
図7に示すように、本実施の形態2の光学ユニットは、第1のクラッド1cの上に、コア1aおよび第2のクラッド1dが形成された構成となっている。そして、第1のクラッド1cおよび第2のクラッド1dは、相互に異なる材料で構成されている。
【0104】
本発明の光学ユニット1は、コア1aおよびクラッド1bの表面が剥き出しで、その表面が平滑な構成であるが、このような構成は、コア1aおよびクラッド1bの一部をエッチングあるいは研磨などにより除去して作製することができる。このとき、異なる2種類のクラッド1bを用いることにより、光学ユニット表面のクラッド1bを除去するレートを自由に選択することができるため、容易に、表面が平滑な光学ユニット1を構成することができる。
【0105】
さらに、第1のクラッド1cと第2のクラッド1dの光の透過率などの光学特性を変化させることにより自由な光学特性を持つ光学ユニット1を実現することができ、例えば、第1のクラッド1cの透過率を第2のクラッド1dの透過率よりも高く設定することで、異なるコア1a間の光の透過を抑制した光クロストークの小さな光学ユニット1を構成することができる。
【0106】
また、図8に示すように、クラッド全体を第1のクラッド1cで構成し、表面部分のみを第2のクラッド1dにより構成することで、複雑な工法を必要とせず、容易に表面の平滑な光学ユニット1を実現することができる。また、第1および第2のクラッド1c、1dに適当な光学特性を併せ持たせることにより、表面が平滑で高性能な光学ユニット1を実現することができる。
【0107】
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3における光学ユニットについて図9および図10を用いて説明する。
【0108】
図9は本発明の実施の形態3における有機エレクトロルミネッセンス素子を用いた露光装置の要部を示す主走査方向の概略断面図、図10は本発明の実施の形態3における別の露光装置の要部を示す主走査方向の概略断面図である。
【0109】
図9において、9は平坦化膜である。
【0110】
図9に示すように、本実施の形態の光学ユニット1は、コア1aおよびクラッド1b上に平坦化膜9が形成された構成となっている。コア1aおよびクラッド1bの表面が剥き出しで、その表面が平滑な構成は、特定の光学特性を持つコア1aおよびクラッド1bを用いて形成するのは困難であるため、本実施の形態3に示すこのような構成は、コア1aおよびクラッド1bの表面を平坦化膜により平坦化することにより、容易に表面が平滑な光学ユニット1を実現することができる。
【0111】
ただし、光学ユニット1における光伝播性能を低下させないため、平坦化膜9の屈折率はコア1aとクラッド1bの屈折率の間の屈折率であることが好ましく、発光素子からの入射する光を減少させないためには、コア1aと同じ屈折率であることが好ましい。
【0112】
図10に詳しく示すように、コア1aと同じ材料を用いて平坦化層を構成することにより、容易に入射する光を減少させない平坦化膜を実現することができる。
【0113】
ただし、この場合、隣り合うコア1aとの間での光伝播が行われ、光学ユニットの光伝播性能が低下するため、平坦化層9の高さはコア1aの高さの10%以内であることが好ましい。あるいは、光の入射損失を低減し光伝播性能を向上させるためには、平坦化膜の光の透過率は80%以上であることが好ましい。
【0114】
このように、単一の材料により平坦化層を形成することで、容易に平滑な光学ユニットを実現できるとともに、この平坦化層に他の機能を併せ持たせることにより、高性能な露光装置を実現することができる。例えば、平坦化層を透湿性の低い材料で構成することにより、光学ユニット上の素子作製時における光学ユニットへの水分によるダメージを抑制することができ、また、平坦化膜により光学ユニットを介して透過する水分を抑制することができ、あるいは、素子作製時における光学ユニット内部への水分の進入を抑制することができる。あるいは、平坦化層をプラズマによるダメージを緩和する材料で構成することにより、光学ユニット上へのプロセスの選択肢が広がるため、自由に高性能な光デバイスを実現することができる。
【0115】
(実施の形態4)
本発明の光源を用いた実施の形態4における露光装置、およびそれを用いたカラー画像形成装置について図11から図15を用いて説明する。
【0116】
図11は本発明の実施の形態4におけるカラー画像形成装置の構成を示す概略図、図12は図11のカラー画像形成装置における露光部を詳しく示す説明図、図13は図11のカラー画像形成装置における感光部を詳しく示す説明図、図14は図11のカラー画像形成装置における現像部を詳しく示す説明図、図15は図12の露光部における光源として用いられた有機エレクトロルミネッセンス素子を示す斜視図、である。
【0117】
図11において、カラー画像形成装置11には、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色のトナー像をそれぞれ形成するための現像部12,13,14,15が順に配置され、これらの現像部12〜15のそれぞれに対応して露光部(露光装置)16,17,18,19、および感光部20,21,22,23を備えている。
【0118】
図13に示すように、露光部16〜19は、基板16a,17a,18a,19aに実装された光源としての有機エレクトロルミネッセンス素子16b,17b,18b,19bと、基板16a〜19a上に設けられて画像データに対応した電圧を有機エレクトロルミネッセンス素子16b〜19bに給電してこれを発光させるドライバ16c,17c,18c,19cとを備えている。基板16a〜19a上には、有機エレクトロルミネッセンス素子16b〜19bを大気から遮断するため、封止材16d,17d,18d,19dにより気密封止したり、あるいは、封止材内の水分を吸着するため、封止材内に乾燥剤16e,17e,18e,19eを配置したりすることもある。有機エレクトロルミネッセンス素子16b〜19bの光取り出し面の外部には、イメージ伝送光学系16f,17f,18f,19fが配置されている。
【0119】
図13に詳しく示すように、感光部20〜23は、回転可能に設けられた像担持体としての感光ドラム(感光体)20a,21a,22a,23aと、この感光ドラム20a〜23aに圧接されて感光ドラム20a〜23aの表面を一様な電位に帯電する帯電器(帯電手段)20b,21b,22b,23bと、画像転写後の感光ドラム20a〜23aに残留しているトナーを除去するクリーナ20c,21c,22c,23cとを備えている。
【0120】
周方向に回転する感光ドラム20a〜23aは、その回転中心軸が相互に平行になるように一列に配置されている。また、感光ドラム20a〜23aに圧接された帯電器20b〜23bは、感光ドラム20a〜23aの回転に伴って回転する。
【0121】
また、図14に詳しく示すように、現像部12〜15は、露光部16〜19からの照射光によって周面に静電潜像の形成された感光ドラム20a〜23aにトナーを付着させて静電潜像をトナー像として顕像化する現像ローラ(現像手段)12a,13a,14a,15aと、タンク内のトナー24を撹拌する撹拌部材12b,13b,14b,15bと、トナー24を撹拌しつつこれを現像ローラ12a〜15aへ供給するサプライローラ12c,13c,14c,15cと、現像ローラ12a〜15aへ供給されたトナー24を所定の厚みに整えるとともに摩擦により当該トナー24を帯電するドクターブレード12d,13d,14d,15dとを備えている。
【0122】
図11に示すように、これら露光部16〜19、感光部20〜23および現像部12〜15に対向する位置には、感光ドラム20a〜23a上に顕像化された各色トナー像を用紙(記録媒体)P上に相互に重ね転写してカラートナー像を形成する転写部25が配置されている。
【0123】
転写部25には、各感光ドラム20a〜23aに対応して配置された転写ローラ16,17,18,19と、各転写ローラ26〜29を感光ドラム20a〜23aにそれぞれ圧接するスプリング30,31,32,33とを備えている。
【0124】
転写部25の反対側には、用紙Pが収納された給紙部34が設けられている。そして、用紙Pは、給紙ローラ35により給紙部34から1枚ずつ取り出される。
【0125】
給紙部34から転写部25に至る用紙搬送路上には、所定のタイミングで用紙Pを転写
部25に送るレジストローラ36が設けられている。また、転写部25でカラートナー像が形成された用紙Pが走行する用紙搬送路上には定着部37が配置されている。定着部37は、加熱ローラ37aおよびこの加熱ローラ37aと圧接した押圧ローラ37bが設けられ、用紙P上に転写されたカラー画像はこれらのローラ37a,37bの狭持回転に伴う圧力と熱とによって用紙Pに定着される。
【0126】
このような構成の画像形成装置において、先ず感光ドラム20a上に画像情報のイエロー成分色の潜像が形成される。この潜像はイエロートナーを有する現像ローラ12aによりイエロートナー像として感光ドラム20a上に可視像化される。その間、給紙ローラ35により給紙部34から取り出された用紙Pは、レジストローラ36によりタイミングがとられて転写部25に送り込まれる。そして、感光ドラム20aと転写ローラ26とで挟持搬送され、このときに前述したイエロートナー像が感光ドラム20aから転写される。
【0127】
イエロートナー像が用紙Pに転写されている間に、続いてマゼンタ成分色の潜像が形成され、現像ローラ13aでマゼンタトナーによるマゼンタトナー像が顕像化される。そして、イエロートナー像が転写された用紙Pに対して、マゼンタトナー像がイエロートナー像と重ね転写される。
【0128】
以下、シアントナー像、ブラックトナー像についても同様にして画像形成および転写が行われ、用紙P上に4色のトナー像の重ね合わせが終了する。
【0129】
その後、カラー画像の形成された用紙Pは定着部37へと搬送される。定着部37では、転写されたトナー像が用紙Pに加熱定着されて、用紙P上にフルカラー画像が形成される。
【0130】
このようにして一連のカラー画像形成が終了した用紙Pは、その後、排紙トレイ38上に排出される。
【0131】
ここで、露光部16〜19に設けられた光源である有機エレクトロルミネッセンス素子16b,17b,18b,19bは、図15において、基板13上に形成されたコア1aおよびクラッド1bからなる導波路1上に、スパッタリング法や抵抗加熱蒸着法等により形成された透明な導電性膜からなり正孔を注入する電極である陽極2と、抵抗加熱蒸着法等により形成されて電子を注入する電極である陰極6とが形成されている。
【0132】
また、陽極2と陰極6との間には、発光層4が形成されており、図11において、陽極2と発光層4との間には正孔輸送層3が、陰極6と発光層4との間には電子輸送層5が形成されている。
【0133】
本実施の形態4においては、導波路(光学ユニット)1は、それぞれの画素毎に主走査方向に光学的に分離された複数本が相互に平行に配列された導波路を形成している。そして、基板13は、所定の屈折率を有するコア1aと、コア1aの外周に形成されてコア1aよりも小さな屈折率を有するクラッド1bとから構成されている。なお、クラッド1bはコア1aの外周全面に形成されていてもよく、外周の一部の面に形成されていてもよい。
【0134】
なお、本実施の形態において、導波路1は、そのピッチが約10.5μmの導波路となっており主走査方向に対して2400dpiの解像度に対応した構成となっているが、断面形状は感光体上に所定の潜像を形成することができれば任意の形状を取ることができ、解像度や感光体の回転数等の印字条件に応じて適宜そのピッチや形状を取ることができる。
【0135】
また、本実施の形態では、基板上13に導波路1を形成した構造について説明したが、有機エレクトロルミネッセンス素子の基板13は、導波路1を基板として用いる構成であってもよい。ただし、有機エレクトロルミネッセンス素子と導波路との間に空気層が存在する場合、全反射により導波路中に伝播する光が減るため、効率の良い光の伝播は行われない。したがって、有機エレクトロルミネッセンス素子と導波路とを別々に作製する場合、間に空気層が入らないように接続するほうが好ましい。
【0136】
ここで、有機エレクトロルミネッセンス素子16d〜19dにおいて、発光層から放射される光は導波路の対向面を経由して放射されるが、光が各媒質の境界面を通過する際、入射側の媒質の屈折率が出射側の屈折率より大きい場合には、屈折波の出射角が90°となる角度である臨界角よりも大きな角度で入射する光は、境界面を透過することができず、媒質間の境界面において全反射される。
【0137】
したがって、等方的に光の放射される有機エレクトロルミネッセンス素子16d〜19dにおいて、この臨界角よりも大きな角度で放射される光は、導波路の境界面で全反射を繰り返すことにより、導波路の中を、特に本実施の形態では、導波路1のクラッド1bに囲まれたコア1aの中を全反射を繰り返しながら進み、副走査方向の端面に至る。
【0138】
そこで、本実施の形態では、この点に着目して、導波路1の副走査方向の端面を光取り出し面8とし、この光取り出し面8から出射される光を露光光として用いている。
【0139】
すなわち、発光層の面積を大きくすればする程、コア1a内を進む光が多くなるので、導波路1の副走査方向の端面である光取り出し面1に至る光の光量が増加することになる。ということは、導波路1の副走査方向の端面である光取り出し面8からの光を露光光とすれば、発光層の面積を大きくするだけで発光光量が増加するので、印加電流を大きくして有機エレクトロルミネッセンス素子16d〜19dの素子寿命を短くすることなく、露光に必要な発光光量を得ることができるというものである。
【0140】
つまり、本発明は導波路1の端面である光取り出し面8からの光を露光光としたものである。
【0141】
そして、このような露光装置を用いた画像形成装置によれば、感光ドラム20a〜23a上に静電潜像が適正に形成されるので、高品質の画像を形成することができる。
【0142】
特に、本実施の形態では、導波路である導波路1をコア1aとクラッド1bとで構成しているので、発光層から放射された光がより効率的に光取り出し面8に導かれるようになり、発光光量の一層の増加を図ることができる。但し、このようなコア1aとクラッド1bとの2層構造ではなくてもよい。
【0143】
ここで、相互に隣接するコア1aの間には、遮光層または反射層を設けることができる。遮光層や反射層を設ければ、あるコア1aについて他のコア1aから光が入射することがなくなるので、光取り出し面8から取り出される光量のコア1a間におけるバラツキがなくなる。また、特に反射層を設けた場合には、発光層からコア1aに入射した光がより多く反射して光取り出し面8に到達するので、光量増加を図ることができる。
【0144】
また、光取り出し面8の形状はたとえば矩形や六角形などにすることができるが、画素形状に対応した形状にするのがよい。なお、導波路1をコア1aとクラッド1bとで構成したときには、光取り出し面8はコア1aとクラッド1bとで構成される面となる。
【0145】
さらに、導波路1の光取り出し面8には、この光取り出し面8から出射される光の拡散角を狭くしたり平行光にする、つまり光の拡散を抑制する拡散抑制手段を形成することができる。なお、形成される拡散抑制手段には、凸レンズや凹レンズといった曲面レンズの他に、イオンドープ型やスリット状のUV変質型のレンズ、全反射を利用したメサ構造、あるいは、メサ構造の全反射面と同等な位置にミラー面を配置したテーパ反射構造などがある。また、レンズは個々の光取り出し面8に対して1つずつ形成される構造、あるいは1つの光取り出し面8に対して複数のレンズが形成される構造、あるいは複数の光取り出し面8に対して1つのレンズが形成される構造、あるいは全ての光取り出し面に対して1つのシリンドリカルレンズや1次元メサ構造のような、一体化したレンズで光の拡散を抑制することができる。
【0146】
なお、導波路1の光取り出し面8と感光ドラム20a〜23aとは極めて接近した位置、たとえば画素の対角線以下の距離に配置されている場合、光取り出し面8から出射された光は、イメージ伝送光学系16f〜19fを介すことなく感光ドラムに照射される。あるいは、光取り出し面8と感光ドラム20a〜23aとが離れた位置に配置されている場合、イメージ伝送光学系16f〜19fを通って正立等倍で感光ドラム20a〜23aに結像される。
【0147】
以上の説明においては、本発明をカラー画像形成装置に適用した場合について説明したが、たとえばブラックなど単色の画像形成装置に適用することもできる。また、カラー画像形成装置に適用した場合、現像色はイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの4色に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【0148】
本発明の光源および平行光照明装置、これを用いた画像投影装置は、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光光量を大きくすることが必要な種々の装置において発光素子等に用いられる有機エレクトロルミネッセンス素子およびそれを用いた露光装置ならびに画像形成装置の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【0149】
【図1】本発明の実施の形態1における有機エレクトロルミネッセンス素子を用いた露光装置の要部を示す副走査方向の概略断面図
【図2】図1の露光装置を示す斜視図
【図3】図1の露光装置を示す平面図
【図4】図1の露光装置における光学ユニット表面状態を示す説明図
【図5】図1の露光装置における光学ユニットのコアとクラッドの段差を示す説明図
【図6】図1の露光装置における別の光学ユニットのコアとクラッドの段差を示す説明図
【図7】本発明の実施の形態2における有機エレクトロルミネッセンス素子を用いた露光装置の要部を示す主走査方向の概略断面図
【図8】本発明の実施の形態2における別の露光装置の要部を示す主走査方向の概略断面図
【図9】本発明の実施の形態3における有機エレクトロルミネッセンス素子を用いた露光装置の要部を示す主走査方向の概略断面図
【図10】本発明の実施の形態3における別の露光装置の要部を示す主走査方向の概略断面図
【図11】本発明の実施の形態4におけるカラー画像形成装置の構成を示す概略図
【図12】図11のカラー画像形成装置における露光部を詳しく示す説明図
【図13】図11のカラー画像形成装置における感光部を詳しく示す説明図
【図14】図11のカラー画像形成装置における現像部を詳しく示す説明図
【図15】図12の露光部における光源として用いられた有機エレクトロルミネッセンス素子を示す斜視図
【図16】従来の有機エレクトロルミネッセンス素子の要部断面図
【図17】光学ユニット上に形成された従来の有機エレクトロルミネッセンス素子の要部断面図
【符号の説明】
【0150】
1 光学ユニット(導波路)
1a コア
1b クラッド
1c 第1のクラッド
1d 第2のクラッド
2 陽極
3 正孔輸送層
4 発光層
5 電子輸送層
6 陰極
7 発光素子
8 光取り出し面
9 平坦化膜
16,17,18,19 露光部(露光装置)
16b,16d,17b,17d,18b,18d,19b,19d 有機エレクトロルミネッセンス素子
39 基板

【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも、クラッドと、当該クラッド上に形成されて前記クラッドにより光学的に分離され略平行に配列された複数本のコアとからなる光学ユニットであって、
前記光学ユニットの表面が平滑であることを特徴とする光学ユニット。
【請求項2】
前記光学ユニットは、その表面粗さ(Ra)が100nm以下であることを特徴とする請求項1記載の光学ユニット。
【請求項3】
前記コアおよび前記クラッドの界面に形成される段差は、100nm以下であることを特徴とする請求項1または2記載の光学ユニット。
【請求項4】
前記コアおよび前記クラッドの界面に形成される段差は、角度が45°以下であることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の光学ユニット。
【請求項5】
前記コアの表面粗さ(Ra)は、50nm以下であることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の光学ユニット。
【請求項6】
前記コアの表面粗さ(Ra)は、30nm以下であることを特徴とする請求項5記載の光学ユニット。
【請求項7】
前記クラッドの表面粗さ(Ra)は、50nm以下であることを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載の光学ユニット。
【請求項8】
前記クラッドの表面粗さ(Ra)は、30nm以下であることを特徴とする請求項7記載の光学ユニット。
【請求項9】
少なくとも、クラッドと、当該クラッド上に形成されて前記クラッドにより光学的に分離され略平行に配列された複数本のコアとからなる光学ユニットであって、
前記クラッドは、異なる2つ以上の部材からなることを特徴とする光学ユニット。
【請求項10】
前記クラッドは、エッチングレートの異なる2つ以上の部材からなることを特徴とする請求項9記載の光学ユニット。
【請求項11】
前記クラッドは、光学特性の異なる2つ以上の部材からなることを特徴とする請求項9または10記載の光学ユニット。
【請求項12】
少なくとも、クラッドと、当該クラッド上に形成されて前記クラッドにより光学的に分離され略平行に配列された複数本のコアとからなる光学ユニットであって、
前記光学ユニットは、表面に形成された透明な平坦化膜により平坦化されることを特徴とする光学ユニット。
【請求項13】
前記平坦化膜は、前記コアと同一部材により形成されることを特徴とする請求項12記載の光学ユニット。
【請求項14】
前記平坦化膜は、前記コアの屈折率よりも高い屈折率の部材からなることを特徴とする請求項12記載の光学ユニット。
【請求項15】
前記平坦化膜は、光の透過率が80%以上であることを特徴とする請求項12〜14の何れか一項に記載の光学ユニット。
【請求項16】
前記平坦化膜は、前記コアの高さの10%以下の高さであることを特徴とする請求項12〜15の何れか一項に記載の光学ユニット。
【請求項17】
前記平坦化膜は、透湿性の低い材料からなることを特徴とする請求項12または13記載の光学ユニット。
【請求項18】
前記平坦化膜は、プラズマによるダメージを緩和することを特徴とする請求項12〜17の何れか一項に記載の光学ユニット。
【請求項19】
請求項1〜18の何れか一項に記載の光学ユニット上に、
コア表面に形成した透明導電膜を電極として、少なくとも正孔を注入する陽極と、電子を注入する陰極と、少なくとも有機物からなる発光層、または発光層に応じて形成される正孔輸送層あるいは電子輸送層で構成される有機層からなる有機エレクトロルミネッセンス素子を形成し、
副走査方向の端面を光取り出し面とすることを特徴とする露光装置。
【請求項20】
前記発光層、または前記発光層に応じて形成される正孔輸送層あるいは電子輸送層で構成される有機層は、その厚さが100nm以上であることを特徴とする請求項19記載の露光装置。
【請求項21】
前記陰極は、その厚さが100nm以上であることを特徴とする請求項18〜20の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項22】
前記陽極は、コア上に形成される透明なパシベーション膜を介して形成されることを特徴とする請求項19〜21の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項23】
前記パシベーション膜は、その厚さが100nm以上であることを特徴とする請求項19〜22の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項24】
前記パシベーション膜は、透湿性の低い材料からなることを特徴とする請求項19〜23の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項25】
前記パシベーション膜は、プラズマによるダメージを緩和することを特徴とする請求項19〜21の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項26】
前記パシベーション膜は、溶剤によるダメージを緩和することを特徴とする請求項19〜25の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項27】
前記パシベーション膜は、吸湿性の高い材料からなることを特徴とする請求項19〜26の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項28】
前記パシベーション膜は、コアの高さの10%以下の高さであることを特徴とする請求項19〜27の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項29】
前記パシベーション膜は、発光層から放射される光の発光波長以下の高さであることを特徴とする請求項19〜28の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項30】
請求項19〜29の何れか一項に記載の露光装置と、
前記露光装置により静電潜像が形成される感光体と、を有することを特徴とする画像形
成装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【図17】
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【公開番号】特開2006−40554(P2006−40554A)
【公開日】平成18年2月9日(2006.2.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−214058(P2004−214058)
【出願日】平成16年7月22日(2004.7.22)
【出願人】(000005821)松下電器産業株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】