JP4085963B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子を光源とした露光手段が用いられたカラー画像形成装置に関するものである。

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、しかも青色発光が難しいため、ＲＧＢの三原色によるフルカラー化が困難である。

また、無機エレクトロルミネッセンス素子は、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、実際の発光に対する空気中への光の取り出し効率が１０〜２０％程度と低く高効率化が困難である。

一方、有機材料を用いた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。

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〔Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ ａｎｄ Ｓ．Ａ．Ｖａｎｓｌｙｋｅ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ、５１（１９８７）９１３等参照〕。

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用いたディスプレイ等が実現されている。

ここで、電子写真技術による画像形成装置には、一様に所定の電位に帯電した感光体に画像データに応じた露光光を照射してこの感光体上に静電潜像を書き込むための露光手段が設けられている。そして、露光手段における従来の露光方式としては、レーザビーム方式やＬＥＤアレイ方式が中心となっている。

露光方式がレーザビームの場合には、ポリゴンミラーやレンズ等の光学部品の占有スペースが大きく、装置の小型化を図ることが難しい。また、ＬＥＤアレイの場合には、基板が高価なために、装置のコストダウンを図ることが難しい。

そして、前述した有機エレクトロルミネッセンス素子を光源に用いれば、これらの問題を解決することができる。

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）などで開示されているものがある。
特開平１０−１６６４号公報 特開２００１−６３１３６号公報

ここで、画像形成装置には、記録媒体に転写されたトナー像を定着させるための定着器など、内部に熱源を有している。

そして、有機エレクトロルミネッセンス素子は熱の影響を受けやすく、図９に示すように、環境温度が上昇するに伴って輝度半減期までの時間が短くなる。これは、環境温度の上昇とともに、有機エレクトロルミネッセンス素子の素子寿命が加速度的に短くなることを意味する。

また、図１０に示すように、環境温度の変化にともなって相対輝度が大きく変化する。これは、環境温度の変化により現像された画像の濃度が変化することを意味する。

そこで、本発明は、有機エレクトロルミネッセンス全体としての温度依存性を小さくすると共に、有機エレクトロルミネッセンス素子の温度調整を行うことのできる露光装置を用いた画像形成装置を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の画像形成装置は、対向する一対の陽極と陰極の間に複数個の発光ユニットを有した有機エレクトロルミネッセンス素子で構成される露光手段を備え、有機エレクトロルミネッセンス素子を構成するそれぞれの発光ユニットを、温度の上昇と共に光量が増加するユニットと、温度の上昇と共に光量が低下するユニットと、を組み合わせて構成したものである。

この構成によれば、個々の発光ユニットの温度特性をそれぞれが相殺することとなり、有機エレクトロルミネッセンス全体としての温度依存性が小さくなる。

また本発明によれば、冷却手段により有機エレクトロルミネッセンス素子を冷却することとしているので、有機エレクトロルミネッセンス素子の温度調整を行うことが可能になるという有効な効果が得られる。

これにより、環境温度の上昇による有機エレクトロルミネッセンス素子の素子寿命の短命化や、環境温度の変動による有機エレクトロルミネッセンス素子の相対輝度変化に起因した画像の濃度変化を防止することができるという有効な効果が得られる。

（実施の形態１）
本発明の請求項１に記載の発明は、基板上に、少なくとも正孔を注入する陽極、発光領域を有する発光層、および電子を注入する陰極を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子からなる露光ヘッドを具備する露光手段と、露光手段の露光光により静電潜像が形成される感光体と、静電潜像にトナーを供給して感光体上にトナー像を形成する現像手段と、有機エレクトロルミネッセンス素子を冷却する冷却手段とを有する画像形成装置であり、冷却手段により有機エレクトロルミネッセンス素子を冷却することとしているので、有機エレクトロルミネッセンス素子の温度上昇を抑えることが可能になるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について、図１から図８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。

図１は本発明の実施の形態１におけるカラー画像形成装置の構成を示す概略図、図２は図１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３は図１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７は図１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８は図２の露光部の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断面図である。

図１において、カラー画像形成装置１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２，３，４，５が順に配置され、これらの現像部２〜５のそれぞれに対応して露光部（露光手段）６，７，８，９、および感光部１０，１１，１２，１３を備えている。

図２に示すように、露光部６〜９は、ヘッド支持部材６ａ〜９ａと、基材６ｂ〜９ｂに実装されてヘッド支持部材６ａ〜９ａ上に設けられた封止材６ｃ〜９ｃで気密封止されて露光ヘッドを構成する光源としての有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄと、基材６ｂ〜９ｂ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６ｄ〜９ｄに給電してこれを発光させるドライバ６ｅ〜９ｅとを備えている。封止材６ｃ〜９ｃは、例えば、封止ガラスを用いることができる。

また、有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄに接してペルチェ素子（冷却手段）６ｊ〜９ｊが設けられており、ペルチェ素子６ｊ〜９ｊのペルチェ効果による熱移動により有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄが冷却されるようになっている。

さらに、有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄを備えた露光ヘッドの温度を検出する温度センサ６ｋ〜９ｋを有しており、この温度センサ６ｋ〜９ｋで検出される露光ヘッドの温度が所定温度外となると、制御手段２９によりペルチェ素子６ｊ〜９ｊに電流が供給されて作動を開始し、有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄの冷却が行われる。

そして、基材６ｂ〜９ｂ上には、有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄからの照射光を屈折させるプリズム６ｆ〜９ｆ、プリズム６ｆ〜９ｆからの光を集めるファイバアレイ６ｇ〜９ｇ、ファイバアレイ６ｇ〜９ｇからの光を副走査方向に絞り込むシリンドリカルレンズ６ｈ〜９ｈが搭載されている。

図３に詳しく示すように、感光部１０〜１３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）１０ａ〜１３ａと、この感光ドラム１０ａ〜１３ａに圧接されて感光ドラム１０ａ〜１３ａの表面を一様な電位に帯電する帯電器（帯電手段）１０ｂ〜１３ｂと、画像転写後の感光ドラム１０ａ〜１３ａに残留しているトナーを除去するクリーナ１０ｃ〜１３ｃとを備えている。

周方向に回転する感光ドラム１０ａ〜１３ａ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１０ａ〜１３ａに圧接された帯電器１０ｂ〜１３ｂは、感光ドラム１０ａ〜１３ａの回転に伴って連れ回転する。

また、図７に詳しく示すように、現像部２〜５は、露光部６〜９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１０ａ〜１３ａ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）２ａ〜５ａと、タンク内のトナー１４を撹拌する撹拌部材２ｂ〜５ｂと、トナー１４を撹拌しつつこれを現像ローラ２ａ〜５ａへ供給するサプライローラ２ｃ〜５ｃと、現像ローラ２ａ〜５ａへ供給されたトナー１４を所定の厚みに整えるとともに摩擦により当該トナー１４を帯電するドクターブレード２ｄ〜５ｄとを備えている。

図１に示すように、これら露光部６〜９、感光部１０〜１３および現像部２〜５に対向する位置には、感光ドラム１０ａ〜１３ａ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１５が配置されている。

転写部１５には、各感光ドラム１０ａ〜１３ａに対応して配置された転写ローラ１６〜１９と、各転写ローラ１６〜１９を感光ドラム１０ａ〜１３ａにそれぞれ圧接するスプリング２０〜２３とを備えている。

転写部１５の反対側には、用紙Ｐが収納された給紙部２４が設けられている。そして、用紙Ｐは、給紙ローラ２５により給紙部２４から１枚ずつ取り出される。

給紙部２４から転写部１５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１５に送るレジストローラ２６が設けられている。また、転写部１５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２７が配置されている。

定着部２７は、加熱ローラ２７ａおよびこの加熱ローラ２７ａと圧接した押圧ローラ２７ｂ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２７ａ，２７ｂの挟持回転に伴う圧力と熱とによって用紙Ｐに定着される。

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１０ａ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２ａによりイエロートナー像として感光ドラム１０ａ上に可視像化される。その間、給紙ローラ２５により給紙部２４から取り出された用紙Ｐは、レジストローラ２６によりタイミングがとられて転写部１５に送り込まれる。そして、感光ドラム１０ａと転写ローラ１６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１０ａから転写される。

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３ａ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。

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。

その後、カラー画像の形成された用紙Ｐは定着部２７へと搬送される。定着部２７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。

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２８上に排出される。

露光部６〜９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６ｄ〜９ｄは、図８において、基板３１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３２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３３とが形成されている。また、陽極３２と陰極３３との間には、発光領域を有する発光層３４が形成されている。

上記構成を有する有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄの陽極３２をプラス極として、また陰極３３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、発光層３４には、陽極３２から正孔が注入されるとともに陰極３３からは電子が注入される。発光層３４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。

このような有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄにおいて、発光層３４中の発光領域である蛍光体（図示せず）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、基板３１を経由して放射される。あるいは、一旦、光取り出し方向（基板３１方向）とは逆方向へ向かって陰極３３で反射され、基板３１を経由して放射される。

次に、有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄを構成する各部材について説明する。

本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄの基板３１としては、透明あるいは半透明、若しくは光の取り出し面として用いない場合には不透明のものを用いることができ、有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄを保持できる強度があればよい。

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６ｄ〜９ｄ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。

基板３１は、例えば、透明また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、或いは、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、フッ素系樹脂等の高分子フィルム等、或いは、透明または半透明のＡｓ₂Ｓ₃、Ａｓ₄₀Ｓ₁₀、Ｓ₄₀Ｇｅ₁₀等のカルコゲノイドガラス、ＺｎＯ、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｔａ₂Ｏ₅、ＳｉＯ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＨｆＯ₂、ＴｉＯ₂等の金属酸化物および窒化物等の材料、或いは、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、或いは、顔料等を含んだ前述の透明基板材料、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。

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６ｄ〜９ｄ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良い。

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。また、基板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、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動を妨げない範囲、或いは用途によって、導電性を有していても良い。

有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄの陽極３２としては、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、ＩＺＯ(インジウム亜鉛酸化物)、ＡＴＯ（ＳｂをドープしたＳｎＯ₂）、ＡＺＯ（ＡｌをドープしたＺｎＯ）等が用いられる。

ここで、本実施の形態では、発光層３４のみで有機物からなる薄膜層が構成されているが、このような構造の他に、発光層と正孔輸送層の２層構造、発光層と電子輸送層の２層構造、正孔輸送層と発光層と電子輸送層の３層構造のいずれの構造でもよい。

発光層としては、蛍光物質だけで無く燐光物質を用いても良く、さらに、正孔をブロックして効率を高めるために、発光層と電子輸送層との界面に正孔ブロッキング層を配しても構わない。本発明における効果は、有機エレクトロルミネッセンスの素子構成に特に左右されるものではない。

有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄの発光層３４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。なお、第１の発光層３４および第２の発光層は相互に同一の部材で構成されていてもよく、異なる部材で構成されていてもよい。

また、有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄの陰極３３としては、仕事関数の低い金属もしくは合金が用いられ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｔｉ等の金属や、Ｍｇ−Ａｇ合金、Ｍｇ−Ｉｎ合金等のＭｇ合金や、Ａｌ−Ｌｉ合金、Ａｌ−Ｓｒ合金、Ａｌ−Ｂａ合金等
のＡｌ合金等が用いられる。さらに、Ｌｉ／Ａｌ、Ｌｉ₂Ｏ／Ａｌ、ＬｉＦ／Ａｌ等の積層膜を用いても良い。

図４及び図５は、本発明のカラー画像形成装置に用いる有機ＥＬヘッドの構成を示す斜視図である。有機ＥＬヘッドの構成の一例として、例えば、縦１０ｍｍ、幅２２０ｍｍの基材６ｂ〜９ｂ上に、縦約１〜２ｍｍ、横約１０〜４０μｍの有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄが幅方向に一列に、２４００ｄｐｉの解像度を有する場合ならば約２万個配列されており、各々が図２で説明した制御手段２９により発光制御される。

また、他の例として、図５に示すように、基材６ｂ〜９ｂ上に有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄを千鳥状に配列してもよい。

図４、図５で説明した有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄには、それぞれ図２で説明したようなペルチェ素子６ｊ〜９ｊを有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄに近接して基材６ｂ〜９ｂに接して設けることが可能であり、ペルチェ素子６ｊ〜９ｊのペルチェ効果による熱移動により有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄが冷却される。

さらに、有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄを備えた露光ヘッドの温度を検出する温度センサ６ｋ〜９ｋを有することも可能であり、この温度センサ６ｋ〜９ｋで検出される露光ヘッドの温度が所定温度外となったならば、制御手段２９によりペルチェ素子６ｊ〜９ｊに電流が供給されて作動を開始し、有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄの冷却が行われる。

また、有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄにはそれぞれに対応してペルチェ素子６ｊ〜９ｊ、温度センサ６ｋ〜９ｋを設けることが可能であるので、各有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄごとに適した温度制御を行なうことができる。

特に、例示したように幅方向に一列に有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄを並べると、列端部の有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄの温度が列中央部の有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄの温度より低くなったり、各有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄごとに温度のばらつきが生じたりするので、列を構成する有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄの温度差による光量バラツキが例えば±３％以内の範囲に抑えられるように制御手段２９が温度制御する。当然、その場合、図１０で示す様に、素子の材料や性能によって光量の温度依存性が異なる。つまり、一概に一定の範囲で温度制御をすれば良いというわけでは無く、その素子性能に合った温度範囲で制御しなければならない。

ペルチェ素子６ｊ〜９ｊは、図２では有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄの一側面に接して設けられているが、例えば発光面を除く他の側面のすべて若しくは複数の側面をペルチェ素子６ｊ〜９ｊで覆うようにすれば、より効果的な冷却制御を行なうことができる。

ヘッドの冷却手段としては、ペルチェ素子６ｊ〜９ｊの他に、冷却シートを有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄの近傍に敷く方法、冷却ファンを設ける方法、冷却管を有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄの近傍に沿って配管し、その冷却管内に水やエチレングリコール等の液体を流すことで冷却する方法等が考えられる。

放熱シートには、例えばカーボングラファイトシート、シリコンゴムを素材とした熱伝導シート、液晶ポリマフィルムに薄い銅等を貼った放熱シート等が用いられる。カーボン
グラファイトシートはポリイミドフィルムを高温で焼いて形成する物で、熱伝導率に異方性を持たせることが可能となり、特定の方向に効率よく熱を伝達することができる。また、カーボングラファイトシートは柔軟性を持ち、かつ加工性にも優れるため、放熱経路が複雑となった場合や、放熱対象が線上に構成されているような場合でも、容易に配設することが可能である。放熱シートは、有機エレクトロルミネッセンス素子の基材や封止材に比べて熱伝導性が高いことが求められ、材料そのものを特に限定するものでは無い。

図６は、本発明のカラー画像形成装置に用いる有機ＥＬヘッドの構成を示す断面図であり、ヘッドの冷却手段として、カーボングラファイトシート３５を有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄの近傍に敷いている。このように構成することにより、有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄの熱をカーボングラファイトシート３５が吸収して周辺に放散し、有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄの温度を適正に保つ。

カーボングラファイトシート３５は、図６に示すように封止材６ｃ〜９ｃの下に敷いてもよいが、その他基材６ｂ〜９ｂと封止材６ｃ〜９ｃの間、ヘッド支持部材６ａ〜９ａの下、基材６ｂ〜９ｂの上面等、多様な構成が考えられる。

他の方法として、外気を装置内に取り込めるよう、カラー画像形成装置の筐体側壁にファンを設けることも可能である。この場合、図５で示した基材６ｂ〜９ｂの長手方向とは垂直の方向（矢印方向）に送風される向きにファンを設けることによって、有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄの各一本それぞれ全体の温度上昇を抑えると共に、有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄ各一本内の各画素毎の温度差を略一定に保つことができる。

図９は有機エレクトロルミネッセンス素子における環境温度と輝度半減期との関係を示すグラフ、図１０は有機エレクトロルミネッセンス素子における環境温度と相対輝度との関係を示すグラフである。

以上の構成を有する画像形成装置において、たとえば定着部２７の加熱ローラ２７ａなどの熱源により環境温度が上昇し、これにより有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄの温度が上昇すると、素子寿命が短くなったり（図９参照）、素子の輝度、つまり、現像された画像の濃度が変化する（図１０参照）。

図１０で示す様に、素子には、温度の上昇と共に輝度が低下するもの（図中、●でプロットされた素子）と、その逆、つまり温度の上昇と共に輝度が上昇するものとがある（図中、○でプロットされた素子）。

有機エレクトロルミネッセンス素子の温度による輝度の変化は、材料の特性による正孔と電子の注入効率の差に起因するので、材料選択や素子構成の工夫による改善には限界がある。有機エレクトロルミネッセンス素子を用いた露光ヘッドによって画像形成装置を構成し良好な画質を得るには、環境温度自体を制御することが必要不可欠となり、非常に重要な技術となる。

なお、図１０で示した有機エレクトロルミネッセンスの素子は、○印に相当する特性を有するものはＩＴＯ／αＮＰＤ／Ａｌｑ₃＋Ｉｒ（ｐｐｙ）₃／ＢＣＰ／Ａｌｑ₃／ＬｉＦ／Ａｌの構成、●印に相当する特性を有するものはＩＴＯ／αＮＰＤ／Ａｌｑ₃＋Ｉｒ（ｂｔｐ）₂／ＢＣＰ／Ａｌｑ₃／ＬｉＦ／Ａｌの構成である。

そこで、本発明の画像形成装置では、ペルチェ素子６ｊ〜９ｊにより有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄを冷却している。

つまり、温度センサ６ｋ〜９ｋにより露光ヘッドの温度が検出されており、露光ヘッドの温度が所定温度外となったことが温度センサ６ｋ〜９ｋで検出されたならば、このような検出結果を受信した制御手段２９によりペルチェ素子６ｊ〜９ｊが作動されて、有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄが冷却されるようになっている。

なお、画像形成装置の電源投入後における経過時間と環境温度の上昇との関係から露光ヘッドの温度上昇を推測しておき、これに基づいてペルチェ素子６ｊ〜９ｊに電流を流すようにしてもよい。

すなわち、画像形成装置の電源投入後における経過時間と環境温度の上昇との関係を事前に実験等により得ておき、その結果をテーブルとして記憶手段に備えておく。そのテーブルを用いて、画像形成装置の電源投入後の経過時間に応じた電流をペルチェ素子６ｊ〜９ｊに流す。このようにすれば、温度センサ６ｋ〜９ｋや制御手段２９を設ける必要がなく、常時一定の輝度を得ることができる。

ここで、制御手段２９は、温度センサ６ｋ〜９ｋで検出される定常状態の環境温度が、たとえば有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄの具備する有機物の結晶化温度Ｔｇ（たとえば６５℃）以下となるように、ペルチェ素子６ｊ〜９ｊに流す電流を調節し、露光ヘッドを冷却する（図９参照）。

図９で示すように、環境温度が結晶化温度（Ｔｇ）以下であれば、温度変化に対して輝度半減期は比較的リニアに減衰しているが、その温度を越えると急激に低下する。しかも、その低下量を予想することは困難である。

従って、有機エレクトロルミネッセンス素子を動作・保存させる環境の定常状態は素子を構成する有機物の結晶化温度（Ｔｇ）以下にしなければならない。なお、図９で示した有機エレクトロルミネッセンスの素子は、ＩＴＯ／ＴＰＤ／Ａｌｑ₃／ＬｉＦ／Ａｌの構成である。

また、前述のように有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄの温度変動により現像された画像の濃度が変動することから、濃度変動による画質劣化を抑制するために、露光ヘッドの温度の変動幅を定常状態の環境温度の±２０℃とするのがよい。

以下にこの理由について説明する。

画像形成装置に用いられる露光ヘッドの光量変動を完全に抑えることは不可能である。そこで、階調制御によって光量を補正する方法が一般的に執られている。この階調補正に割り当てられるビット数は、ローエンド機種で４ビット、ハイエンド機種で８ビット程度であり、４ビットの場合、確保できるステップ数は２４＝１６ステップとなる。各ステップで１％程度の精度で光量を補正できると考えると、４ビットで１６ステップ、つまり１６％の光量を補正できることになる。

ここで以下の式、
（１−Ａ）×（１＋Ｂ）＝１
Ａ：光量変化率、Ｂ：光量増加率
から、Ａ＝Ｂ／（１＋Ｂ）＝０．１６／１．１６＝０．１４となる。

つまり、光量変化が±１４％以内であれば、±１％の精度で補正が可能となる。図１０から、光量変化量を１４％とすると、その温度変化は±２０℃程度にしなければならない
ことになる。

この場合において、制御手段２９は、温度センサ６ｋ〜９ｋからの温度情報に基づいて、有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄの発光光量が一定となるように、有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄへ供給される電流を制御するのが望ましい。このようにすれば、環境温度の変動による有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄの発光光量に起因した現像濃度の変動がなくなり、濃度変動による画質劣化を防止することが可能になる。

このように、本実施の形態によれば、ペルチェ素子６ｊ〜９ｊにより有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄを冷却することとしているので、有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄの温度調整を行うことが可能になる。

これにより、環境温度の上昇による有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄの素子寿命の短命化が防止される。また、環境温度の変動により有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄの相対輝度が大きく変化して現像された画像の濃度が変化することが防止される。

以上の説明においては、冷却手段としてペルチェ素子６ｊ〜９ｊを用いた場合で説明したが、冷却手段はこれに限定されるものではなく、たとえばファンやフィン（ヒートシンク）など、他の種々のものを採用することができる。

また、以上の説明においては、温度センサ６ｋ〜９ｋにより測定される環境温度に基づいてペルチェ素子６ｊ〜９ｊ等の冷却手段を動作させて有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄを冷却することとしているが、光量センサにより有機エレクトロルミネッセンス素子６ｄ〜９ｄから照射される光の光量を検出し、光量センサで検出される光の光量が所定量以下となったならば制御手段２９によりペルチェ素子６ｊ〜９ｊ等の冷却手段を動作させるようにしてもよい。

あるいは、濃度センサにより感光ドラム１０ａ〜１３ａ上や用紙Ｐ上などに形成されたトナー像の濃度を検出し、濃度センサで検出されるトナー像の濃度が所定濃度以下となったならば、制御手段２９によりペルチェ素子６ｊ〜９ｊ等の冷却手段を動作させるようにしてもよい。

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。

図１１は本発明の一実施例を示す露光ヘッドに用いる有機エレクトロルミネッセンスセンスの断面を示す図である。基板３１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３２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３３とが形成されている。

また、陽極３２と陰極３３との間には、発光ユニット３６、発光ユニット３７がバッファ層３８を介して形成されている。バッファ層３８から発光ユニット３６へは電子が、発光ユニット３７へは正孔が注入され、更に、陽極３２から発光ユニット３６へ正孔が、陰極３３から発光ユニット３７へ電子が注入され、個々の発光ユニット自体で電子と正孔の結合が起こり、それぞれのユニットで発光が起きる。

発光ユニット３６は、図１０で示した温度の増加と共に輝度が増加する○印に相当する特性を有した構成、発光ユニット３７は温度の増加と共に輝度が低下する●印に相当する特性を有した構成とすることで、個々の発光ユニットの温度特性をそれぞれが相殺することとなり、有機エレクトロルミネッセンス全体としての温度依存性が小さくなる。

尚、陽極３２に接する発光ユニット３６に温度の増加と共に輝度が低下する●印に相当する特性を有した構成、陰極３３に接する発光ユニット３７に温度の増加と共に輝度が増加する○印に相当する特性を有した構成であっても同様の効果が得られ、特に発光ユニットの構成順序は関係無い。

バッファ層３８の材料は特に限定するものでは無く、発光ユニット３６、３７に電荷を供給できるものであれば何でも良く、導体、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ₂、Ｖ₂Ｏ₅、半導体、ＭｏＯｘ、ＳｉＯｘ、誘電体、ＢｉＯｘ、ＭｇＯｘ、絶縁体、ＴｉＯｘ、ＣａＯｘ、ＡｌＮ、等の種々の部材、あるいは、複数の材料を積層した積層膜を用いることができる。

バッファ層に導体を用いる場合、図１１で示した構成とは異なる電圧印加方法が可能であり、図１２は本発明の一実施例を示す露光ヘッドに用いる有機エレクトロルミネッセンスの断面を示す図である。

この場合、発光ユニット３６へはバッファ層３８から正孔が、電極３９から電子が注入される。発光ユニット３７へはバッファ層３８から正孔が電極４０から電子が注入され、それぞれの発光ユニットが発光する。

図１２で示した方法で電圧を印加し各発光ユニットを発光させたとしても、温度特性を加味して各発光ユニットを選択すれば、印加方法に関係無く有機エレクトロルミネッセンス素子全体の温度依存性を改善することが可能である。

本実施の形態では発光ユニットが２層のみについて示したが、積層数は特に限定するものでは無く、発光ユニットが３層、４層若しくはそれ以上、それに伴いバッファ層が２層、３層若しくはそれ以上でも可能である。

また、本実施の形態では発光ユニットに低分子の燐光材料を用いた場合のみを示したが、低分子蛍光材料を用いて構成した有機エレクトロルミネッセンスであっても良く、また、発光ユニットの一部又は全てが高分子材料から成る構成であっても同様の効果があることを確認している。

本発明によれば、冷却手段により有機エレクトロルミネッセンス素子を冷却することとしているので、有機エレクトロルミネッセンス素子の温度調整を行うことが可能になるという効果を奏し、有機エレクトロルミネッセンス素子を光源とした露光手段が用いられた画像形成装置の分野に好適である。

本発明の実施の形態１におけるカラー画像形成装置の構成を示す概略図 図１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１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 本発明のカラー画像形成装置に用いる有機ＥＬヘッドの構成を示す斜視図 本発明のカラー画像形成装置に用いる有機ＥＬヘッドの構成を示す斜視図 本発明のカラー画像形成装置に用いる有機ＥＬヘッドの構成を示す断面図 図１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２の露光部の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断面図 有機エレクトロルミネッセンス素子における環境温度と輝度半減期との関係を示すグラフ 有機エレクトロルミネッセンス素子における環境温度と相対輝度との関係を示すグラフ 本発明の実施の形態１を示す露光ヘッドに用いる有機エレクトロルミネッセンスセンスの断面を示す図 本発明の実施の形態１を示す露光ヘッドに用いる有機エレクトロルミネッセンスセンスの断面を示す図

符号の説明

２ａ〜５ａ 現像ローラ（現像手段）
６，７，８，９ 露光部（露光手段）
６ｄ〜９ｄ 有機エレクトロルミネッセンス素子
６ｊ〜９ｊ ペルチェ素子（冷却手段）
６ｋ〜９ｋ 温度センサ
１０ａ〜１３ａ 感光ドラム（感光体）
２９ 制御手段
３１ 基板
３２ 陽極
３３ 陰極
３４ 発光層
３５ カーボングラファイトシート
３６ 発光ユニット
３７ 発光ユニット
３８ バッファ層
３９ 電極
４０ 電極

Claims (5)

1. 対向する一対の陽極と陰極の間に複数個の発光ユニットを有した有機エレクトロルミネッセンス素子で構成される露光手段を備え、
   前記有機エレクトロルミネッセンス素子を構成するそれぞれの発光ユニットを、
   温度の上昇と共に光量が増加するユニットと、
   温度の上昇と共に光量が低下するユニットと、を組み合わせて構成したことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記露光手段を構成する前記有機エレクトロルミネッセンス素子を冷却する冷却手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記露光手段を構成する前記有機エレクトロルミネッセンス素子を冷却する冷却手段と、
   前記露光手段の温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサで検出される前記露光手段の温度が所定温度外となったならば前記冷却手段を動作させる制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、前記露光手段を構成する前記有機エレクトロルミネッセンス素子の具備する有機物の結晶化温度以下に前記露光手段を冷却するよう前記冷却手段を制御することを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
5. 前記冷却手段は、ペルチェ素子またはファンまたはフィンであることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。

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