導光板の製造方法

【課題】発光素子を形成する際、発光素子の断線や短絡等の欠陥の発生を確実に防止することができる導光板の製造方法を提供する。
【解決手段】まず、コア用板材１０の一方の面にコア１５となる少なくとも１の突条１２を形成する。コア用板材１０の加工とは別に、基板２１上に、クラッド２４となる液状のクラッド材２０を、上記突条１２を埋設可能な厚さに塗布する。そして、上記基板２１上のクラッド材２０にコア用板材１０の突条１２を圧接した状態でクラッド材２０の硬化し、突条１２とクラッド２４に形成される細溝２２とが嵌合した構造を形成する。硬化後、コア用板材１０の他方の面から研磨等の加工を行い、突条１２をコア１５となすとともにクラッド２４の細溝２２間の隔壁２３の上面に、当該コアと一体に形成された膜状の被覆層を形成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は導光板の製造方法に関し、特に、複数条のコアが所定ピッチで平行に配設された導光板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの複合機等の画像形成装置では、高解像度の画像を短時間で印刷する機能が要求されている。高解像度の画像を印刷するためには、印刷画像の潜像を感光体上に形成する光源が、主走査方向に狭ピッチで露光できることが必要である。また、印刷を短時間で行うためには感光体上に潜像の形成を短時間で行うこと、すなわち、感光体への照射光量を十分大きくして、露光時間を短くすることが必要になる。
【０００３】
上記光源に使用される代表的な発光素子として、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）がある。しかし、このような発光素子を狭ピッチで配置するためには、発光素子を小さくする必要があるため、当該発光素子の発光面積は必然的に小さくなる。このため、発光面積の減少に伴って、発光素子が発する光量は小さくなり、発光素子を狭ピッチで配置することと、露光時間を短くすることとを両立させることは困難であった。
【０００４】
後掲の特許文献１には、このような高解像度の画像印刷に対応した光源装置が開示されている。図４に示すように、特許文献１の光源２００は、基板１０１上に感光体５００の表面に対して垂直な方向（以下、光伝送方向という。）に伸びるコア（導光路）１０２が感光体５００の表面に対して平行な方向（以下、主走査方向という。）に複数条配置された導光板１００を備える。導光板１００上には、各コア１０２の上面に前記光伝送方向に長い発光面を有する発光素子３００が形成されている。
【０００５】
この発光素子３００が発した光Ｄは、コア１０２内で全反射を繰り返して、コア１０２の光伝送方向の一端面である出射面から出射する。なお、コア１０２の光伝送方向の他端面には反射材１０３が積層されており、光Ｄの漏れを少なくしている。
【０００６】
上記のように、コア１０２から出射された光は、ＧＩ（Graded Index）ファイバレンズやロッドレンズ等の光伝送手段４００を介して感光体５００の表面に結像される。したがって、上記複数条のコアの出射面を、感光体５００に形成される潜像の１画素に要求される面積と同じ面積にするとともに、画素間のピッチと同じピッチで配列することで、主走査方向に狭ピッチに配置された、大光量を出射可能な光源２００を実現することができる。
【０００７】
上記図４では、基板１０１上にコア１０２が単純に所定の間隔をおいて配設された導光板１００を用いた光源２００を概念的に示したが、現実には、各コア１０２上面への発光素子３００の形成を容易にするために、各コア１０２の間にコア１０２よりも低屈折率のクラッド１０２ａを介在させて導光板１００の上面が平面になる構成が採用される。
【０００８】
引き続き、このクラッド１０２ａを備える導光板１００の製造プロセスについて、想定される一事例を図５及び図６に基づいて説明する。なお、以下の内容は、本願発明の開発において検討した技術内容であって、文献公知発明に係るものではない。
【０００９】
図５（ａ）に示すように、まず、スピンコートやスクリーン印刷等により基板１０１上に、熱硬化又はＵＶ（Ultra Violet）硬化樹脂からなる液状のクラッド材１０２ｂを塗布した後、加熱やＵＶ光照射等の硬化処理を行うことで、クラッド１０２ａが成膜される。
【００１０】
次に、クラッド１０２ａ上に、例えばＵＶ硬化樹脂からなる液状の透光性を有するコア材１０２ｃが塗布される。このコア材１０２ｃ上に、図５（ｂ）に示すように、所定の間隔で複数条の開口部を有するマスク１０５が配置され、当該マスク１０５を介して上記コア材１０２ｃにＵＶ光Ｅが照射される。このとき、マスク１０５によって遮光された部分に位置するコア材１０２ｃは硬化されない。したがって、硬化されていないコア材１０２ｃを、例えば、有機溶剤等を用いて洗浄除去することで、図５（ｃ）に示すように、上記マスク１０５に対応するコア１０２のパターンが形成される。
【００１１】
続いて、図５（ｄ）に示すように、コア１０２の各パターン間に液状のクラッド材１０２ｂを充填して硬化処理を行い、各コア１０２をクラッド１０２ａで被覆する。最後に、上記クラッド１０２ａを上面から研磨して上記コア１０２の表面を露出させることで、導光板１００が得られる（図５（ｅ））。
【００１２】
以上のようにして形成された導光板１００の各コア１０２の上面に、有機あるいは無機の発光材料を用いた発光素子３００が形成される。すなわち、蒸着やスピンコート等により、下層電極３０１、発光層３０２がサブミクロンオーダの膜厚で順に形成され、発光層３０２上に上層電極３０３が形成される。各層は各コア１０２上に個別に形成されてもよいが、ここでは、製造プロセスを容易にするために、下層電極３０１は各コア１０２に個別な透明電極を形成し、発光層３０２と上層電極３０３は各発光素子３００で共通の層（全下層電極３０１を覆う単一の層）を形成している（図５（ｆ））。この場合、発光層３０２の膜厚は、その材質に応じて良好な発光特性が得られる範囲の膜厚に設定される。また、下層電極３０１の膜厚は発光層３０２が各下層電極３０１を確実に被覆できるように、発光層３０２の膜厚以下の膜厚に設定される。また、上層電極３０３は、当該上層電極３０３自身の電気抵抗が発光層３０２の発光特性を劣化させない程度の膜厚に設定される。
【００１３】
一方、コア材１０２としてガラス材等の非感光性の材料が使用される場合、上述のマスク１０５を介したＵＶ光照射によってコア１０２のパターンを形成することができない。この場合、導光板１００は、図６に示す製造プロセスにより形成される。
【００１４】
まず、上記と同様に、基板１０１上に成膜されたクラッド１０２ａ上にコア材１０２ｃが成膜される（図６（ａ））。
【００１５】
次に、コア材１０２ｃ上に、所定間隔で配置された窒化膜等からなるマスクパターン１０６が、例えば、フォトリソグラフィにより形成される（図６（ｂ））。そして、当該マスクパターン１０６をエッチングマスクとして、上記コア材１０２ｃに対するエッチングが行われ、コア１０２のパターンが形成される（図６（ｃ））。
【００１６】
続いて、上記マスクパターン１０６をリン酸等で除去した後、上記と同様に、コア１０２の各パターン間に液状のクラッド材１０２ｂを充填して硬化処理を行い、コア１０２を被覆するクラッド１０２ａを形成する（図６（ｄ））。
【００１７】
その後、上記と同様に、コア１０２を被覆したクラッド１０２ａを上面から研磨して上記コア１０２の表面を露出させることで、導光板１００が得られる（図６（ｅ））。
【００１８】
更に、以上のように形成された導光板１００の各コアの上面に、上記と同様にして有機発光材料等を用いた発光素子が形成される（図６（ｆ））。
【特許文献１】国際公開第２００４／０３９５９５号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上述の製造プロセスにおいて、各発光素子３００を欠陥なく形成するためには、導光板１００の上面が平滑面であることが要求される。しかしながら、コア１０２には主にガラス材等が使用され、クラッド１０２ａには樹脂材料が使用されるため、導光板１００の上面に対して行う研磨加工では、高硬度のコア１０２と低硬度のクラッド１０２ａとが混在する面を研磨することになる。
【００２０】
このように硬度差のある材質が混在する面に対して研磨を行った場合、高硬度のコア１０２に比べ低硬度のクラッド１０２ａの研磨量が大きくなる。このため、研磨後のコア１０２の上面はクラッド１０２ａの上面よりも突出した状態となり、コア１０２とクラッド１０２ａとの界面に段差が形成されてしまう。
【００２１】
上述のように、各発光素子３００の発光層３０２や上層電極３０３は導光板１００の上面全体を覆う層として形成される。しかしながら、上記研磨に起因する段差が生じた状態で、導光板１００の上面全体を覆う層を形成した場合、図７に矢印Ａで示す段差において、上層電極３０３が断線する場合がある。また、断線に至らなかった場合でも、発光層３０２を挟んで電気的に分離されるべき下層電極３０１と上層電極３０３とが短絡したりするなどの欠陥が発生することがある。また、仮にこのような発光素子３００の欠陥が製造時に顕在化しなかった場合でも、上記段差の存在により発光素子の長期信頼性は確実に低下する。
【００２２】
本発明は、上記の事情に基づいて提案されたものであって、発光素子の断線や短絡という欠陥の発生を確実に防止することができる画像形成装置等の光源に用いる導光板の製造方法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】
【００２３】
本発明は、上記目的を達成するために以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係る導光板の製造方法は、まず、透光性を有するコア用板材の一方の面にコアとなる少なくとも１の突条を、例えば、フォトリソグラフィ及びエッチングにより形成する。また、上記コア用板材の加工とは別に、基板上に、クラッドとなる液状のクラッド材を、前記突条を埋設可能な厚さに塗布する。
【００２４】
そして、上記基板上の液状のクラッド材に、前記コア用板材の突条を圧接した状態で、クラッド材の硬化処理を行い、上記突条に対応する位置に細溝を有するクラッドを形成するとともに、上記突条とクラッドに形成される細溝とが嵌合した構造を形成する。この硬化処理が完了した後、前記コア用板材の他方の面から研磨等の加工を行い、上記突条をコアとなすとともに前記クラッドの細溝間の隔壁上面に、当該コアと一体に形成された膜状の被覆層を形成する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、従来のように研磨時に導光板の表面に段差が形成されることがない。したがって、本発明により製造された導光板表面に発光素子が形成された場合でも、発光素子に断線や短絡という欠陥が発生することを確実に防止することができる。また、本発明により製造された導光板表面に形成される発光素子には、段差に起因する局部的な膜厚減少がないため、発光素子の長期信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の一実施の形態を図面に従って詳細に説明する。図１及び図２は、本実施の形態に係る導光板及び当該導光板を用いた光源の製造プロセスを示す模式図である。
【００２７】
図１に示すように、本実施の形態では、導光板１は以下の製造プロセスにより形成される。まず、石英やＳＦＬ６（屈折率１．８）等の高屈折率ガラスからなる平板状のコア用板材１０上に、レジスト等からなるマスク層１１を成膜する（図１（ａ））。そして、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、当該マスク層１１に互いに平行な複数条の開口部を所定のピッチで設け、マスクパターン１６を形成する。（図１（ｂ））。
【００２８】
次に、図１（ｃ）に示すように、上記マスクパターン１６をエッチングマスクとして、フッ酸やフッ酸の緩衝溶液等のエッチング液を用いたウェットエッチングあるいは、ＲＩＥ（reactive ion etching）等のドライエッチングを行い、上記マスクパターン１６の開口部に位置するコア用板材１０を上面から所定の深さまで除去する。
【００２９】
以上の加工により、コア用板材１０の一方の面に、コア（導光路）となる複数の突条１２が所定ピッチで形成されることになる。
【００３０】
ここで、上記所定ピッチとは、当該導光板１を適用する画像形成装置が要求する解像度によって定まる各突条１２間の中心間隔である。すなわち、解像度が２００ｄｐｉ（dot par inch）であれば各突条１２のピッチは１２７μｍ（２．５４ｃｍ／２００）であり、解像度が２４００ｄｐｉであれば各突条１２のピッチは１０．５８μｍ（２．５４ｃｍ／２４００）である。
【００３１】
また、上記開口部の幅（各突条１２の間に設けられる空間の幅）は、光を伝送するコアとなる各突条１２を伝送される光が、光学的に隔離される幅に設定される必要がある。しかしながら、上述のように、各突条１２のピッチは解像度に応じて定まるため、上記開口部の幅が大きくなると突条１２自体の幅が小さくなり、伝送できる光量が小さくなってしまう。このため、上記開口部の幅はできるだけ小さいことが好ましい。このような条件を満足する上記開口部の幅は、例えば、解像度が２００ｄｐｉの場合は２４μｍ、解像度が２４００ｄｐｉの場合は２μｍである。この場合、上記突条１２の幅は、解像度が２００ｄｐｉのとき１０３μｍ、解像度が２４００ｄｐｉのとき８．５８μｍとなる。
【００３２】
さらに、各突条１２の高さ（エッチング深さ）は、高アスペクト比に起因する突条１２の力学的強度の低下を避けるため、並びに、各突条１２の一端面から出射される光の断面を正方形にするために、突条１２の幅と同一にしている。なお、以下では、２００ｄｐｉ用の導光板１の形成について説明する。
【００３３】
図１（ｄ）に示すように、上記コア用板材１０の加工とは別に、上記コア用板材１０よりも低屈折率である熱硬化型、又は、ＵＶ硬化型のエポキシ樹脂等からなるクラッド材２０をスピンコート等により石英やシリコン等の基板２１上に塗布する。このクラッド材２０の膜厚は上記コア用板材１０の突条１２を埋設できる厚さ以上であればよい。図１に示す例では、ＵＶ硬化型エポキシ樹脂（屈折率：１．５）からなるクラッド材２０が１５０μｍの膜厚で塗布されている。
【００３４】
続いて、図１（ｅ）に示すように、マスクパターン１６を除去したコア用板材１０の突条１２が、基板２１上に塗布されたクラッド材２０に圧接される。このとき、コア材１０と基板２１との間には、例えば、コア材１０と基板２０との間隔を制限するスペーサ等が配置され、突条１２が基板２１に接触しない位置に保持される。
【００３５】
上記クラッド材２０は後述の硬化処理が行われるまでは液状であるため、上記圧接によって、当該液状のクラッド材２０がコア用板材１０に設けられた各突条１２の間に充填される。また、当該コア用板材１０と基板２１との間の過剰なクラッド材２０は基板２１の外縁部から外部に押し出される。なお、上記圧接時に各突条１２の間に気泡が閉じ込められることを防止するため、上記圧接は真空チャンバ内等の真空中で行うことが好ましい。
【００３６】
上記のように、クラッド材２０にコア用板材１０が圧接された状態で、クラッド材２０に十分な光量のＵＶ光Ｅを照射しクラッド材２０の硬化処理を行う。このとき、ＵＶ光Ｅはコア用板材１０を介して照射すればよい。また、基板２１がＵＶ光Ｅを透過する材質である場合は、基板２１を介してＵＶ光Ｅを照射してもよい。なお、クラッド材２０に熱硬化型の樹脂を使用した場合は、加熱により硬化処理を行う。
【００３７】
上記硬化処理により、コア用板材１０の各突条１２間にクラッド２４が充填された構成が形成され、この構成はクラッド２４に形成された細溝２２にコア用板材１０の突条１２が嵌合した状態と等価となる。
【００３８】
ここで、上記突条１２を導光路となるコアとして使用するには、上述のように、各突条１２は光学的に隔離された状態（後述するように、本発明では、各突条１２は完全には隔離しない）とすることが好ましい。ところが、上記クラッド材２０の硬化処理を行った時点では、上記突条１２の高さに比べてコア用板材１０の厚みが充分大きいため、このままの状態では上記突条１２をコアとして使用することはできない。そこで、図１（ｆ）に示すように、突条１２を設けた他方の面からコア用板材１０を、上記クラッド２４の細溝２２間の隔壁２３の上面に膜状の被覆層１３が残存する程度にまで研磨する。
【００３９】
以上により、クラッド２４の細溝２２に充填されたコア１５が被覆層１３で連結された構成を有する導光板１が得られる。
【００４０】
当該導光板１は、クラッド２４の隔壁２３の上面が、コア１５と一体に構成された被覆層１３に被覆された構造であるため、研磨時に硬度の異なる材質が混在する面を研磨することがない。このため、研磨面は段差のない平滑面１４となり、当該平滑面１４に容易に寸法精度の高い発光素子を形成することが可能である。
【００４１】
上述のようにして構成された平滑面１４の各コア１５に対応する位置には、図２及び図３に示すように、コア１５の位置ごとに発光可能な有機発光素子３０を形成することができる。
【００４２】
上記有機発光素子３０の形成は、図２（ａ）に示すように、まず、上記平滑面１４上の全面にＩＴＯ等からなる透明な下層電極層３４がスパッタ等により成膜される。そして、この下層電極層３４に対してフォトリソグラフィ及びエッチングを行うことで、図２（ｂ）に示すような各コア１５に対応する位置に電気的に分離された下層電極３１のパターンが形成される。
【００４３】
このように各下層電極３１が形成された導光板１上に、８−キノリノールアルミニウム錯体等からなる有機発光層３２が蒸着等により成膜される（図２（ｃ））。この場合、有機発光層３２は、図３に示すように、各下層電極３１に駆動電力を供給する結線を行うための一部の非被覆領域Ｂを除く一面に成膜される。
【００４４】
そして、図２及び図３に示すように、上層電極３３が有機発光層３２上にアルミニウム等を蒸着することで一面に形成され、発光素子３０を備える画像形成装置の光源２が完成される。なお、この構成において、下層電極３１と上層電極３３とが重なる領域が発光領域となる。
【００４５】
また、本実施の形態では、下層電極３１及び有機発光層３２を０．１μｍ、上層電極３３を０．２μｍの膜厚で成膜しているため、下層電極３１と平滑面１４との間に形成される段差が、上層電極３３の断線や下層電極３１と上層電極３３との短絡を発生させることはない。
【００４６】
以上説明したように、本発明により製造された導光板１では、有機発光素子３０を平滑面１４上に形成することができるため、発光素子形成の際の断線や短絡等の欠陥の発生を確実に防止することができる。また、発光素子３０の形成領域が均質な材質からなる平滑面であるため、従来のような、段差に起因する局部的な膜厚減少も発生しない。すなわち、発光素子３０、強いては、光源２の長期信頼性を向上させることができる。
【００４７】
なお、上記説明では、フォトリソグラフィ及びエッチングによりコア用板材１０の成形を行ったが、コア用板材１０の成形は、例えば、金型等を用いる等、任意の方法を採用することができる。
【００４８】
上述のようにして構成された光源２は、例えば、ダイシング等により所望のサイズに分割された後、図４に示す従来の光源２００と同様に、導光板１の光伝送方向の一端面が感光体５００に向けられて配置される。
【００４９】
また、導光板１と感光体５００の間には、ＧＩファイバレンズ等の光伝送手段４００が設けられ、上記一端面から出射した光が感光体５００の表面に結像される。なお、導光板１の各コア１５の光出射端と反対側の面には、反射材１０３が蒸着あるいは塗布されている。
【００５０】
以上の構成によれば、感光体５００上には、上記コア１５により集光され、当該コア１５の一端面から出射された十分な光量を有する光が結像されるため、高解像度の画像を短時間で印刷することが可能となる。
【００５１】
なお、上述の実施形態は具体例を示したものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明は、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において、種々の変形及び応用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、発光素子に断線や短絡等の欠陥の発生を確実になくすことができるとともに、長期信頼性を向上させることができるという効果を有し、高解像度の画像印刷を可能とする光源等に使用可能な導光板の製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の導光板の製造方法を示す模式図。
【図２】本発明の画像形成装置の光源の製造方法を示す模式図。
【図３】本発明の画像形成装置の光源の平面図。
【図４】画像形成装置に適用された従来の導光板（光源）を示す斜視図。
【図５】従来の導光板の製造方法を示す模式図。
【図６】従来の導光板の製造方法を示す模式図。
【図７】従来の光源の段差による欠陥を示す図。
【符号の説明】
【００５４】
１導光板
２光源
１０コア用板材
１２突条
１３被覆層
１５コア
２１基板
２２細溝
２３隔壁
２４クラッド
２５クラッド用板材
３０有機発光素子（発光素子）
３１下層電極
３２有機発光層
３３上層電極
１００導光板
１０１基板
１０２コア
１０２ａクラッド
１０３反射材
２００光源
３００発光素子
４００光伝送手段
５００感光体

【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有するコア用板材の一方の面にコアとなる少なくとも１の突条を形成するステップと、
基板上に、前記コアより低屈折率の材質である液状のクラッド材を、前記突条を埋設可能な厚さに塗布するステップと、
前記液状のクラッド材に、前記コア用板材の前記突条を圧接するステップと、
前記突条を圧接した状態で前記クラッド材を硬化してクラッドとするとともに、前記突条とクラッドに形成される細溝が嵌合した状態となすステップと、
前記コア用板材を他方の面から加工して前記突条をコアとなすとともに、前記クラッドの細溝間の隔壁上面に当該コアと一体に形成された膜状の被覆層を形成するステップと、
を有することを特徴とする導光板の製造方法。

【図１】