JPH08244272A

JPH08244272A - 光プリンタヘッド

Info

Publication number: JPH08244272A
Application number: JP5545295A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Miyamoto; 裕生宮本; Hitoshi Ikeda; 等池田; Katsuaki Umibe; 勝晶海部; 一超 ▲蒋▼; Itsuchiyou Shiyou
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1995-03-15
Filing date: 1995-03-15
Publication date: 1996-09-24

Abstract

(57)【要約】【目的】高速・高解像度・低騒音・コンパクト・普通
紙印字・低電圧駆動等、すべての光ヘッドの長所を持ち
駆動電圧が低く、大面積にわたって均一な発光輝度を示
す発光素子アレイを有する光プリンタヘッドを提供す
る。【構成】基板１０上に少なくとも、第１電極１１とな
る電導膜、正孔輸送性無機薄膜層１２、発光性有機物質
を含む有機薄膜層１３、第２電極１４となる電導膜をこ
の順に積層し、前記２つの導電膜間に電圧を印加するこ
とによって、前記有機薄膜層１３から発光させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真方式プリンタ
装置に用いる光プリンタヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、プリンタに対しては、高速・高解
像度・低騒音・コンパクト・普通紙印字等の要求が高ま
りつつあり、これらの要求を満たす電子写真式プリン
タ、いわゆる光プリンタの開発が盛んになってきてい
る。また、光プリンタは、ファクシミリ、複写機等の出
力装置にも適用することができ、この分野においても大
きな需要が見込まれている。

【０００３】図３は従来の光プリンタの全体構成を示す
概略構成図である。この図において、１は印字データを
記憶する装置、２は光プリントヘッド、３は集束性ロッ
ドレンズアレイ、４は感光ドラム、５は帯電器、６は現
像器、７は転写器、８は用紙である。通常、光プリンタ
の印刷は、帯電、露光、現像、転写、定着、除電、クリ
ーニングの各工程からなる。

【０００４】まず、感光ドラム４（あるいはベルト）上
に形成された感光体の表面を、帯電器５によって一様に
帯電させる（帯電）。そして、帯電させた感光ドラム４
上に画像パターンに応じた光を、光プリントヘッド２か
ら照射すると、光の当たった部分が除電され、感光ドラ
ム４上に静電荷による潜像が書き込まれる（露光）。次
に、感光ドラム４上に静電荷を帯びたトナーと呼ばれる
着色微粒子を現像器６によって散布することによって、
静電荷による潜像をトナーによる画像に顕在化する（現
像）。

【０００５】次いで、この感光ドラム４上に用紙８を押
し当てて、例えば電界を印加してトナーを用紙８に転写
し（転写）、そして、転写器７で、例えば熱を与える等
の手段でトナーを用紙８に融着させる（定着）。転写後
の感光ドラム４表面から、例えば交流電圧や全面光照射
を加えることによって電荷を消す（除電）。そして、転
写後に残ったトナーを取り除く（クリーニング）。

【０００６】このような電子写真方式の光プリンタは、
特に露光プロセスにおける感光体への画像書き込みに用
いられる光プリンタヘッドの種類によって、いくつかに
分類される。商品化されているものは、レーザービーム
（ＬＢ）スキャン方式、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレ
イ方式、液晶シャッタ（ＬＣＳ）アレイ方式がある。ま
た、最近エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）アレイ方式
も研究開発のレベルで検討されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の光プリンタのＬＢスキャン方式の光ヘッドは、
回転多面体等を主体とする走査機構の低廉化、超高速化
と超小型化が難しいという問題点がある。ＬＥＤアレイ
方式の光ヘッドは、高価なＧａＡｓ系等半導体単結晶基
板を用い、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ等層を成長させる
とき、高価な真空エピタキシャル装置を使う。また、Ｌ
ＥＤアレイを一枚の基板上で作ることができないため、
工程が煩雑になり、ＬＥＤチップ配列誤差が発生する。

【０００８】ＬＣＳアレイ方式の光ヘッドは、他のヘッ
ドより印刷速度が遅い。また、光源に蛍光灯を使用する
ため、ヘッドのサイズも大きい。従来のＥＬアレイ方式
の光ヘッドは、ＺｎＳ：Ｍｎ等を発光層とした電界励起
タイプのもので、１００〜２００Ｖ程度の高い交流電圧
の印加が必要である等の問題点がある。

【０００９】以上のように、各方式の光ヘッドには一長
一短がある。本発明は、上記問題点を除去し、高速・高
解像度・低騒音・コンパクト・普通紙印字・低電圧駆動
等、すべての光ヘッドの長所を持ち駆動電圧が低く、大
面積にわたって均一な発光輝度を示す発光素子アレイを
有する光プリンタヘッドを提供することを目的としてい
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、（１）光プリンタヘッドにおいて、基板上に少なくと
も、第１電極となる電導膜、正孔輸送性無機薄膜層、発
光性有機物質を含む有機薄膜層、第２電極となる電導膜
をこの順に積層し、前記２つの導電膜間に電圧を印加す
ることによって、前記有機薄膜層から発光させるように
したものである。

【００１１】（２）上記（１）記載の光プリンタヘッド
において、前記正孔輸送性無機薄膜層として、アモルフ
ァスシリコンカーバイトを用いるようにしたものであ
る。（３）上記（１）記載の光プリンタヘッドにおいて、前
記正孔輸送性無機薄膜層として、アモルファスシリコン
を用いるようにしたものである。（４）上記（１）記載の光プリンタヘッドにおいて、前
記有機薄膜層として、Ａｌｑ３等のキノリノール錯体あ
るいはポルフィリン系錯体等の金属錯体系材料を用いる
ようにしたものである。

【００１２】（５）上記（１）記載の光プリンタヘッド
において、前記有機薄膜層として、ＤＣＭ等の色素分子
をドープした、Ａｌｑ３等のキノリノール錯体を用いる
ようにしたものである。

【００１３】

【作用】本発明の光プリンタヘッドは、ＥＬ素子をアレ
イ状に配列して作られており、各ＥＬ素子は、正孔輸送
性のある無機材料からなる薄膜層と、発光性のある有機
材料からなる薄膜層との積層により構成されていること
を特徴としている。そのＥＬ素子は、基本的には電子と
正孔との二重注入と、それらの再結合に由来する発光に
基づく注入型エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）であ
り、発光輝度が基本的には膜厚に依存しない。また、真
空蒸着法等により大面積の良質な薄膜が得られる。

【００１４】従って、駆動電圧が低く、大面積にわたっ
て均一な発光輝度を示す発光素子アレイの作製ができ
る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について図を参照しな
がら詳細に説明する。なお、以下の説明に述べる使用材
料、成膜法、膜厚及びその他の条件については、一例を
示したものに過ぎない。従って、本発明がこれらの条件
のみに限定されるものではない。

【００１６】ここで、実施例を説明するために以下の幾
つかの言葉を説明する。“電子輸送層”とは、仕事関数
が小さな電子注入電極を用いた場合に、多量の電子の注
入が可能で、しかも注入された電子が膜中を移動できる
が、一方、正孔は注入が困難であるか、あるいは注入は
可能でも膜中を移動しにくいといったような性質を持っ
た薄膜層である。

【００１７】一方、“正孔輸送層”とは、仕事関数が大
きな正孔注入電極を用いた場合に、多量の正孔の注入が
可能で、しかも注入された正孔が膜中を移動できるが、
一方、電子の注入は困難であるか、あるいは注入可能で
も膜中を移動し難いといったような性質を持った薄膜層
である。まず、本発明の実施例を示すＥＬ素子の構造を
説明する。

【００１８】図１は本発明の実施例を示すＥＬ素子の斜
視図である。この図に示すように、このＥＬ素子は、ガ
ラス基板１０上に透明または半透明性第１電極１１（陽
極）としての電導膜層、正孔輸送層としての無機薄膜層
１２（膜厚０．０１〜１μｍ）、電子輸送層として発光
性有機物質を含む有機薄膜層１３（膜厚０．０１〜１μ
ｍ）、パターニングされた第２電極１４（陰極）（ライ
ン幅及びピッチはそれぞれ１０〜５００μｍ）としての
電導膜層、パターニングされた第３電極１５（ライン幅
及びピッチはそれぞれ１０〜５００μｍ）としての電導
膜層によって構成されている。

【００１９】ここで、無機薄膜層１２の材料としては、
Ｐ型アモルファスシリコンカーバイト（ａ−ＳｉＣ）、
有機薄膜層１３の材料としては、アルミキノリノール錯
体、、また、第１電極１１の電導膜層の材料、第２電極
１４の電導膜層の材料、第３電極１５の電導膜層の材料
として、それぞれ、インジウム−スズ酸化物（ＩＴ
Ｏ）、マグネシウム−銀合金（ＭｇＡｇ）、アルミニウ
ム（Ａｌ）をそれぞれ用いた。

【００２０】次に、本発明の実施例を示すＥＬ素子アレ
イの製造方法を説明する。図２は本発明の実施例を示す
ＥＬ素子アレイの製造工程断面図であり、図１のＡ方向
から見た各工程ごとの断面図である。（１）まず、図２（ａ）に示すように、ガラス基板１０
を洗浄する。（２）次に、図２（ｂ）に示すように、第１電極１１と
してＩＴＯ透明薄膜層をスパッタ法により１００ｎｍの
厚さに形成し、所望の形状にホトリソエッチング法によ
り加工し、その後洗浄を行う。

【００２１】（３）次に、図２（ｃ）に示すように、Ｐ
型ａ−ＳｉＣよりなる無機薄膜層１２は高周波プラズマ
ＣＶＤ法により作製した。ＳｉＨ₄：ＣＨ₄：Ｂ₂Ｈ₆
＝５０：５０：０．２の混合ガスを用い５０ｎｍの厚さ
に形成した。成膜中、基板は１８０℃に加熱を行った。（４）次に、図２（ｄ）に示すように、基板を有機膜形
成用の真空蒸着装置に移し、有機薄膜層１３としての昇
華精製したアルミキノリノール錯体〔Ｔｒｉｓ（８−ｈ
ｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｏｌ）ａｌｕｍｉｎｕ
ｍ〕〔以下、Ａｌｑ３と略す〕を５０ｎｍの厚さに形成
した。蒸着は試料を石英製のるつぼに入れ、るつぼを抵
抗線加熱することで試料を昇華させることによって行っ
た。一定温度に加熱制御することで蒸着速度が０．３ｎ
ｍ／ｓｅｃになるように、るつぼの温度を制御して行っ
た。蒸着時の真空度は１０^-3Ｐａ以下で、基板温度は室
温で行った。

【００２２】（５）次に、図２（ｅ）に示すように、基
板を金属蒸着用の真空蒸着装置に移し、ライン／ピッチ
が１００μｍ／２００μｍの金属マスクをかぶせて、マ
グネシウム（Ｍｇ）と銀（Ａｇ）を、蒸着速度比が１
０：１になるように共蒸着し、１５０ｎｍの第２電極１
４としての電導膜を形成した。（６）更に、図２（ｆ）に示すように、第３電極１５と
してアルミニウム（Ａｌ）を同じライン／ピッチの金属
マスクを介して、第２電極１４上に重なるように５００
ｎｍの厚さに形成し、陽極の引き出しパットを形成し
た。

【００２３】このように構成した素子においては、陰極
から注入された電子と、陽極から注入された正孔とが、
印加電場により薄膜中を移動する。薄膜中を移動した電
子と正孔は再結合し、その時放出されたエネルギーが蛍
光分子（この場合、電子輸送層の材料）を励起し、蛍光
（ＥＬ発光）が生じて、透明電極を通して外部に出射さ
れる。有機薄膜層にＡｌｑ３を用いた本素子では、波長
５２０ｎｍにピークを有する緑色発光が、直流１０Ｖの
印加で、１０００ｃｄ／ｍ²以上の輝度で得られた。

【００２４】なお、第１電極１１に用いる正孔注入用電
極材料としては、仕事関数の大きい（おおむね４ｅＶ以
上の）金属、電気伝導材料を用いることができる。この
第１電極１１においては、上記したＩＴＯの他に、Ｓｎ
Ｏ₂、ＺｎＯなどの透明酸化物導電材料、また金（Ａ
ｕ）などの金属を用いることができる。Ａｕを用いる場
合には、ＥＬ光の透過を良くするために膜厚を２０〜４
０ｎｍとし、半透明薄膜とすることが望ましい。

【００２５】また、第２電極１４に用いる電子注入用電
極材料としては、仕事関数の小さい（おおむね４ｅＶ以
下の）金属、合金等を用いることができる。この第２電
極１４においては、ＭｇＡｇのほかに、Ｍｇ，Ｉｎ，Ａ
ｌなどの金属、ＭｇＩｎ、ＡｌＬｉなどの合金を用いる
ことができる。また、第３電極１５としては、Ａｌのほ
かにＡｕなど導電性が高く、特性の経時変化が少ない安
定な金属を用いることができる。

【００２６】正孔輸送製造する無機薄膜層１２として
は、ａ−ＳｉＣのほかに、水素化アモルファスシリコン
（ａ−Ｓｉ：Ｈ）、多結晶シリコンなどの薄膜を用いる
ことができる。また、発光性の電子輸送層として用いる
有機薄膜層１３としては、Ａｌｑ３に限定されるもので
はなく、ベリリウムベンゾキノリノール錯体などの他の
キノリノール錯体、あるいはポルフィリン系錯体等の金
属錯体、シクロペンタジエン誘導体、ペリレン誘導体、
あるいはＡｌｑ３に蛍光色素をドープしたドープ系材料
等、有機ＥＬ発光材料として既知の材料を用いることが
できる。ただし、光プリンタヘッドとして駆動した時に
発生するジュール熱等による劣化を防止する観点から、
融点が３００℃以上の熱的安定性に優れた材料を用いる
ことが望ましい。

【００２７】さらに、素子を形成する基板についても、
ガラスに限定されるものではなく、透明プラスチックや
フィルム状の透明樹脂等を用いることも可能である。ま
た、工程には示していないが、素子が湿度を含んだ雰囲
気に触れて劣化することや、空気中の酸素によって電子
注入電極等が参加して劣化することを防止するために、
防湿、脱酸素機能を有す保護層で素子を封止することが
望ましい。防湿材料としては、ポリイミド、エポキシ等
の樹脂、また、脱酸素材料としてはＧｅＯ、ＢａＯ等の
ゲッター材料を用いることができる。

【００２８】また、各薄膜の作製手順も実施例に限定さ
れることはなく、例えば、金属の場合には、抵抗線加熱
法、電子ビーム蒸着法、スパッタ法等を適宜用いること
ができる。また、正孔輸送性無機膜の作製においては、
プラズマＣＶＤ法以外に、光ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、有
機金属分解法（ＭＯＣＶＤ）等を用いることができる。

【００２９】さらに、有機薄膜層の成膜法としては実施
例に述べた真空蒸着法以外に、ドライな方法としては、
有機分子線蒸着法、プラズマ重合法等が、ウエットな方
法としては、ディップコート法、スピンコート法、ラン
グミュア・ブロジェット（ＬＢ）法やミセル電解法等の
適応も可能である。本実施例では、パターン化された電
極の形成は、金属マスクを介しての蒸着により行った
が、パターンが１００μｍより狭い場合には、ホトリソ
グラフィーの手法を用いた微細加工プロセスによってパ
ターンを形成することが望ましい。

【００３０】完成したＥＬアレイ方式光ヘッドは、複数
の駆動用ドライバＬＳＩよりなる回路と、ワイヤーボン
ドなどの方法で接続され電子写真方式プリンタ光源とな
る。集光性ロッドレンズアレイ等の結像系を用いて、前
記ＥＬアレイ方式ヘッドからの出力光を感光ドラム面上
に結像させることができる。第１実施例と同じ工程で、
正孔輸送性無機薄膜として水素化アモルファスシリコン
（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を、５０ｎｍの厚さに高周波プラズマ
ＣＶＤ法で、有機薄膜層として、４−Ｄｉｃｙａｎｏｍ
ｅｔｈｙｌｅｎｅ−６−（ｐ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉ
ｎｏｓｔｙｒｙｌ）−２−ｍｅｔｈｙｌ−４Ｈ−ｐｙｒ
ａｎ（ＤＣＭ）を０．３％ドープしたＡｌｑ3 を５０ｎ
ｍの厚さに真空蒸着法により形成した。この真空蒸着は
ドープ量が一定になるように、ＤＣＭとＡｌｑ３の蒸着
速度を制御しながら行った。

【００３１】このように形成した素子からは５８０ｎｍ
にピークを有するオレンジ色のＥＬ発光が得られた。完
成したＥＬアレイ方式光ヘッドは、第１実施例と同様、
駆動用ドライバ、集光性ロッドレンズアレイ等を組み合
わせＥＬアレイ方式光プリンタヘッドユニットを作製し
た。

【００３２】この光ヘッドは、光プリンタ、ファクシミ
リ、複写機の出力装置等、広汎に使用できる。なお、本
発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の
趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発
明の範囲から排除するものではない。

【００３３】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。本発
明の光プリンタヘッドは、基板上にＥＬ素子をアレイに
することによって作られるため、光プリンタのＬＢスキ
ャン方式の光ヘッドに比べて、回転多面鏡を主体とする
走査機構がなく、超高速化と超小型化ができる。

【００３４】また、ＬＥＤアレイ方式の光ヘッドと比べ
て、高価なＧａＡｓ系等半導体単結晶基板、高価な真空
エピタキシャル装置を使用しない。また、一つの光ヘッ
ドを一枚の基板で作ることができ、基板をブレークする
回数、位置出しに要する時間（実装、検査）が少なくな
り、工程が簡単になり、低コスト化が可能になり、同時
に配列誤差が発生しない。

【００３５】ＬＣＳアレイ方式の光ヘッドと比べて、印
刷速度が速い。また、光源の蛍光灯を使用しないため、
ヘッドのサイズも小さくできる。従来のＺｎＳ：Ｍｎ等
を発光層とする電界励起型無機ＥＬアレイ方式の光ヘッ
ドと比べて、駆動電圧が低く（例えば、１０Ｖ前後）、
輝度が高い（例えば、最高１０⁵ｃｄ／ｍ²以上）。

【００３６】従って、本発明の光プリンタヘッドは、高
速・安価・高解像度・低騒音・コンパクト・普通紙印字
・低電圧駆動等すべての光ヘッドの長所を持っている。
更に、ここで無機材料からなる正孔輸送性材料を用いて
いることによる効果としては、次のことが挙げられる。
まず、アモルファスシリコンやアモルファスシリコンカ
ーバイトなどの半導体系の無機材料は、その組成を変調
することにより、価電子帯ならびに伝導帯のエネルギー
準位の可変が可能であり、高い正孔注入効率が得られ、
従って、高い発光効率が得られるように、その組成を最
適化することが可能である。

【００３７】なお、この組成の最適化は、正孔注入電極
との関係においてのみなされるのではなく、有機薄膜層
材料との関係においても調整され、個々の材料ごとに最
適化が成されることが望ましい。また、熱的な安定性に
おいても、２００〜３００℃の温度では特性劣化は見ら
れず、一般的に熱安定性があまり良くない有機材料より
なる正孔輸送材料を用いた場合に比べ、高い耐久性を有
する素子の作製が可能である。

【００３８】このように無機材料よりなる正孔輸送性薄
膜を用いたことにより、高い発光効率、高い耐久性を有
する素子を得ることができ、高性能で、信頼性の高い光
プリンタヘッドの作製が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すＥＬ素子の斜視図であ
る。

【図２】本発明の実施例を示すＥＬ素子アレイの製造工
程断面図である。

【図３】従来の光プリンタの全体構成を示す概略構成図
である。

【符号の説明】

１０ガラス基板１１第１電極（陽極）１２無機薄膜層１３有機薄膜層１４第２電極（陰極）１５第３電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲蒋▼ 一超東京都港区虎ノ門１丁目７番12号沖電気工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に少なくとも、第１電極となる電
導膜、正孔輸送性無機薄膜層、発光性有機物質を含む有
機薄膜層、第２電極となる電導膜をこの順に積層し、前
記２つの導電膜間に電圧を印加することによって、前記
有機薄膜層から発光させるようにしたことを特徴とする
ＥＬ素子アレイを有する光プリンタヘッド。
【請求項２】請求項１記載の光プリンタヘッドにおい
て、前記正孔輸送性無機薄膜層として、アモルファスシ
リコンカーバイトを用いることを特徴とする光プリンタ
ヘッド。
【請求項３】請求項１記載の光プリンタヘッドにおい
て、前記正孔輸送性無機薄膜層として、アモルファスシ
リコンを用いることを特徴とする光プリンタヘッド。
【請求項４】請求項１記載の光プリンタヘッドにおい
て、前記有機薄膜層として、キノリノール錯体あるいは
金属錯体系材料を用いることを特徴とする光プリンタヘ
ッド。
【請求項５】請求項１記載の光プリンタヘッドにおい
て、前記有機薄膜層として、色素分子をドープした、キ
ノリノール錯体を用いることを特徴とする光プリンタヘ
ッド。