CN1185105C - 自扫描型发光器件阵列的驱动电路及自扫描型发光器件阵列 - Google Patents

自扫描型发光器件阵列的驱动电路及自扫描型发光器件阵列 Download PDF

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Abstract

提供一种使用于自扫描型发光器件阵列，并且能够以简单的电路构成实现于电压源同样功能的驱动电路。驱动电路具有第1和第2缓冲器，和接这些缓冲器的输出端子的第1和第2电阻。第1缓冲器的输入端子接到第1脉冲电压源，且栅极端子接地。第2缓冲器的输入端子接+5V，且栅极端子接第2脉冲电压源。第1和第2电阻一起接驱动电路的输出端子，且该输出端子接到时钟脉冲端子上。

Description

自扫描型发光器件阵列的驱动电路 及自扫描型发光器件阵列
技术领域
本发明涉及一种自扫描型发光器件阵列的驱动电路，特别是，涉及使其不使用电流源的驱动电路。进一步说，本发明涉及一种使用这种驱动电路的自扫描型发光器件阵列。
背景技术
在同一衬底上集成有多个发光器件的发光器件阵列，是与该驱动用IC组合，并用作光打印机等的写入用光源。本发明人重视具有pnpn构造作为发光器件阵列的构成元件的发光晶体闸流管，已经公开的专利申请(特开平1-238962号公报、特开平2-14584号公报、特开平2-92650号公报、特开平2-92651号公报)可以实现发光点的自扫描发光器件阵列，并作为光打印机用光源显示出了组装上简便、能缩小发光器件间距、以及可以制作小型的自扫描型发光器件阵列等特点。
把这种自扫描型发光器件阵列应用于光打印机等的时候，不希望因传输动作而引起发光。因此，提出一种将任务分为仅仅担当传输功能的移位部分和担当发光功能的发光部分并且分别使用发光晶体闸流管，借助于用金属等覆盖发光晶体闸流管对移位部分的发光进行遮光，就可以避开该传输发光的影响(特开平2-2636688)。
另一方面，因为使用图1的发光晶体闸流管的I-L特性例所示低电流区域中的光输出小的特性的发光晶体闸流管，所以可能充分抑制传输动作时的光输出。另外，在图1中，横轴表示电流，纵轴表示光输出功率(μW)。箭头A表示传输时的发光(传输发光)，箭头B表示写入时的发光(写入发光)。
在这样的情况下，可以不需要分成移位部分和发光部分的构造，而兼有移位部分和发光部分的发光器件阵列也足够用作光打印机用的光源。这种自扫描型发光器件阵列的情况下，需要供给两种电流即传输时需要的电流It(以下，称为传输电流)和某个发光器件写入时需要的电流Iw(以下，称为写入电流)。
图2表示供给传输电流It和写入电流Iw的现有自扫描型发光器件阵列等效电路。该自扫描型发光器件阵列是一种2相(φ1，φ2)驱动方式的阵列。图中，T1、T2、T3、...表示发光晶体闸流管；D1、D2、D3、...表示结型二极管，R1、R2、R3、...表示栅极负载电阻。发光晶体闸流管的阴极与基板电极连接，奇数号的发光晶体闸流管T1、T3、...
与时针脉冲φ1导线11连接，偶数号的发光晶体闸流管T2、T4、...与时针脉冲φ2导线12连接。发光晶体闸流管的栅极经由栅极负载电阻R1、R2、R3、...连接电源φGK导线14，进而相邻的栅极电极相互通过二极管D1、D2、D3、...连接起来。各导线11、12、14，介以端子21、22、24与驱动电路62连接。并且，发光晶体闸流管T1的栅电极与触发脉冲φs用端子23连接。
另外，图2中，10为自扫描型发光器件阵列芯片，表示已集成化的部分。芯片10上外带驱动电路。芯片10的各端子21、22、23，通过电阻41、42、43而与脉冲电压源51、52、53连接；端子24与电压源60连接起来。并且，电阻41和脉冲电压源51的串联电路上并联连接脉冲电压源31，电阻42和脉冲电压源52的串联电路上并联连接脉冲电压源32。
这种构造的自扫描型发光器件阵列中，传输电流It由电阻41、42和脉冲电压源51、52产生。想写入所希望的发光晶体闸流管时，并使其发光时，按照传输动作，接通该发光晶体闸流管，由脉冲电压源31、32流入需要的写入电流Iw。
图3表示脉冲电源发生的电压和电流源发生的各电流波形、发光晶体闸流管的传输发光和写入发光的样子。v(数字)表示数字示出的脉冲电压源的电压，i(数字)表示数字示出的电流源的电流，L(Tn)表示第n号发光晶体闸流管的光输出。
当触发用脉冲电压源53的脉冲电压v(53)为L(Low)电平，时钟脉冲φ1用脉冲电压源51的脉冲电压v(51)为H(High)电平时，发光晶体闸流管T1接通。在光输出L(T1)的波形方面，a表示传输发光的光输出强度，b表示写入发光的光输出强度。
如以上的那样，发光晶体闸流管T1接通以后，通过2相时钟脉冲φ1，φ2的重复，使接通状态继续传输下去。在接通状态下虽然发光晶体闸流管不断传输发光，但是光输出极小。通过从脉冲电压源31、32供给写入电流i(31)、i(32)，发光晶体闸流管进行写入发光。
在上述的现有自扫描型发光器件阵列中，脉冲电流源存在着其电路复杂，特性离散大的问题。
并且，在图3中，例如第2状态的发光晶体闸流管T5虽然是“不写入”，但需要保持接通状态的电流，因此稍稍发光。在“不写入”的状态下的发光将变成噪音，因此使其尽可能小是希望的，并且为了减少光输出，需要增大决定传输电流It大小的电阻41、42的电阻值。可是增大该电阻值，有降低传输速度的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可以用简单的电路构成，实现与脉冲电流源同样功能的驱动电路。
本发明的另一个目的在于提供一种具有在“不写入”时可以减少光输出，而不降低传输速度的功能的驱动电路。
本发明的再一个目的在于提供一种具有这种驱动电路的自扫描型发光器件阵列。
本发明的驱动电路，是对于自扫描型发光器件阵列的电路。自扫描型发光器件阵列具有：一维排列多个具有控制阈值电压或阈值电流的控制电极的3端发光器件；用具有电压或电流单向性的电性装置互相连接相邻发光器件的控制电极；在上述各发光器件其余2端子中的一方，分别每隔一个器件，供给2相的时钟脉冲φ1、φ2，当用一方的相时钟脉冲使某一发光器件接通时，通过上述电性装置使其发光器件近旁的发光器件的阈值电压或阈值电流变化，通过另一方的相时钟脉冲，使与上述某一发光器件相邻的发光器件接通，并把写入电流供给接通的发光器件并进行写入发光的构成。
这种自扫描型发光器件阵列的时钟脉冲φ1、φ2端子，在发光器件的接通状态下保持稳压特性，然而对φ1、φ2端子可以设置电压源与电阻的串联电路，并进行与电流源同样的作用。作为电压源，输入端子使用与电源连接的缓冲器。在芯片的时钟脉冲端子与脉冲电压源之间设置缓冲器与电阻的串联电路，向缓冲器的栅极端子输入从脉冲电压源来的脉冲电压。
另一方面，供给时钟脉冲的一侧也使用缓冲器与电阻的串联电路，成为将该串联电路连接到脉冲电压源的构成。这时一般地说，缓冲器的栅极端子接地。
倘若采用具有缓冲器和电阻这种构成的驱动电路，与使用电流源的现有驱动电路比较，则具有构成变得极其简单，并可用CMOS逻辑IC构成的优点。进而，这种缓冲器也可以与电阻一起，制作在与发光器件同一个芯片上。
进而，为了减少“不写入”时的光输出，解决传送速度降低的这个问题，可以在传输时减少电阻值，而在传输结束后转换成大的电阻值。因此设置2组供给时钟脉冲的缓冲器与电阻的串联电路，并且互相连接电阻输出一侧。假定2个电阻值为大小不同的值，按照由脉冲电压源供给2个串联电路的脉冲通过控制，改变传输时和传输后流动的电流的大小。
这样构成的驱动电路与上述同样，可用CMOS逻辑IC构成，也可以制作在与发光器件同一的芯片上。
附图说明
图1是表示低电流区光输出小的发光晶体闸流管的特性。
图2是表示现有的自扫描型发光器件阵列的等效电路图。
图3是表示用于说明图2的自扫描型发光器件阵列动作的波形图。
图4是表示本发明的自扫描型发光器件阵列的等效电路图。
图5是表示图4的缓冲电路的构成图。
图6A是表示图5的缓冲器真值表。
图6B是表示图5的缓冲器的输入输出图。
图7是表示图4的自扫描型发光器件阵列的电压波形图。
图8是表示图5的缓冲电路的具体例图。
图9是表示图8的缓冲电路的变形例图。
图10是表示图8的缓冲电路的变形例图。
图11是表示缓冲电路的其它构成图。
图12是表示图11的缓冲电路的具体例图。
具体实施方式
图4是本发明一个实施例的自扫描型发光器件阵列的等效电路图。该自扫描型发光器件阵列，是在自扫描型发光器件阵列10外带有驱动电路64。在至于与图2的构成元件相同的元件，带有同样的参照号码。
在该实施例的驱动电路中，由脉冲电压源和缓冲电路构成供给传输电流It和写入电流Iw的电路。具体点说，接到时钟脉冲φ1端子21的电路由脉冲电压源54、55和缓冲电路90构成，接到时钟脉冲φ2端子22的驱动电路由脉冲电压源56、57和缓冲电路91构成。
缓冲电路90、91由相同电路构成，而且在图5中把缓冲电路90作为代表来表示。缓冲电路90由传输用缓冲器81、写入用缓冲器82、以及分别接到两个输出端子的电阻44、45而构成。缓冲器81的输入端子71接到脉冲电压源54，而且栅极端子接地。并且，缓冲器82的输入端子接到+5V电源，栅极端子72接到脉冲电压源55。电阻44、45一起接到输出端子73，输出端子73又接到时钟脉冲φ1端子21上。
图6A示出两个缓冲器81、82的真值表。X表示输入，y表示栅极输入，z表示输出。图6B表示缓冲器的输入输出x、y、z。由该真值表可知，传输用缓冲器81按照脉冲电压源54输出的脉冲电压的H电平或L电平，使其输出为H电平或L电平。缓冲器81的输出，作为传输电流It供给芯片10的端子21。并且，写入用缓冲器82，在脉冲电压源55的输出脉冲电压为L电平时，输出为H电平，把写入电流Iw供给端子21。当脉冲电压源55的输出脉冲电压为H电平时，输出变成高阻抗，就不给端子21提供写入电流Iw。
同样，缓冲电路91将传输电流It(时钟脉冲φ2)和写入电流Iw供给芯片10的端子22。
电阻44的值就该决定传输中流动需要的电流It。在这里，设定缓冲器81的输出电压在H电平时为+5V，在L电平时为0V，设定发光晶体闸流管接通时φ1、φ2的端子21、22的恒定电压为1.5V，流动1mA的传输电流，因此电阻44的值为3.5kΩ。另一方面，电阻45流动20mA的写入电流Iw，因此为175Ω。
在图7中，示出了电压V(53)、V(54)V(55)、V(56)、V(57)的波形。触发电压V(53)为L电平时，电压V(54)为H电平，由图6A的真值表可知，缓冲器81的输出变成H电平，发光晶体闸流管T1接通。如以上的那样，发光晶体闸流管T1接通以后，通过2相时钟脉冲φ1、φ2的重复，晶体闸流管的接通状态将继续传输下去。
当某一发光晶体闸流管接通时，脉冲电压源55的输出电压V(55)变成L电平时，缓冲器82的输出变成H电平，就流动写入电流。因此发光晶体闸流管就成为进行写入发光。
至于缓冲器81、82，虽然也可以使用市场出售的IC的TC74VHC244(东芝制造)等缓冲器，但是把包括电阻的缓冲电路全部一并集成化是理想的。图8表示采用C-MOS集成缓冲电路90的例子。另外，如以上的那样，由电阻45的电阻值决定写入电流Iw的大小，因此在集成化电路90外带有电阻45的方面，有时在电阻精度这点上也有利。图9是对应于外带电阻45时的电路。在图9中虽然把电阻44接入+5V一侧，但是也可以变更成图10所示的位置。并且要是减小NMOSFET46的沟道宽度，加大其接通电阻的话，也可以省去电阻44。
另外，在图3中，例如发光晶体闸流管T6为“不写入”但需要变成接通状态的电流，因此稍微发光(电平a)，理想的是“不写入”状态的发光应极其之小，而使光输出减少，因此需要增加传输电流It大小的电阻44的电阻值。可是，增加该电阻值，象已经说过的那样，存在降低传输速度的问题。为了解决该问题，使用在传输时，减小电阻44的电阻值，而在传输结束后，可以转换到大的值。为了实现它，也可以将图5的缓冲电路90置换成图11的缓冲电路94。在缓冲电路94中，新添加传输用的缓冲器84，将输入连接到+5V，并在栅极上设置新的端子74。设若与传输用缓冲器81、82的输出连接的电阻91、94的值分别为RA、RB。由于传输时输入端子71、74为L电平，则可以用RA和RB的并联电阻值决定的电流使发光晶体闸流管接通。传输结束后，端子74成为H电平，保持晶体闸流管的接通状态下，所以只在电阻91中流过足够的保持电流。
现在，在保持电流为100μA的情况下，设若接通时晶体闸流管的阴极电压为1.5V，H电平为5V，则RA为35kΩ。设若RB为1.03kΩ，则RA和RB的并联电阻值成为1kΩ。
另一方面，在图5的缓冲电路90中，设若电阻44的电阻值为35kΩ，则传输时间(用于移动晶体闸流管的接通状态所需要的时间)，大致等于φ1端子21(或φ2端子22)的电容与电阻44的电阻值(35kΩ)相乘积表示的时间常数。例如设φ1端子21(或φ2端子22)的电容为30pF，则传输时间大约为1μS。例如，设若向晶体闸流管以500kdot/s的速度进行写入，则写入发光时间约为可能的最大写入发光时间的50％左右。
对此，在使用图11所示的缓冲电路94的方法中，只在传输时要使用RA+RB的并联电阻值(1kΩ)，传输结束后则只使用电阻RA(35kΩ)，因而传输时间为30ns，以1Mdot/s的速度写入，写入时间保证为可能的最大写入发光时间的98.5％。
图11的缓冲电路94可由CMOS用象图12那样的电路构成，与图8～图10的电路同样，可以作为集成电路来实现。
在以上的实施例中，虽然采用在芯片10上外带有缓冲电路，可是也可以除电阻45外把该电路一起集成到芯片10上。前面也已作过说明，将电阻45除外的理由，是因为由电阻45决定写入电流Iw的大小，因此需要使用高精度的电阻。
倘若采用以上说明过的本发明的驱动电路，就可以用缓冲电阻简单构成脉冲电流源。并且，倘若采用本发明，就可以提供一种具有能够减少光输出而不降低“不写入”时传输速度的功能的驱动电路。

Claims (14)

1、一种自扫描型发光器件阵列的驱动电路，具有：一维排列多个具有控制阈值电压或阈值电流的控制电极的3端子发光器件；用具有电压或电流单向性的电性装置互相连接相邻发光器件的控制电极；在上述各发光器件其余2端子之中的一方，分别每隔一个器件，供给2相的时钟脉冲，当用一方的相时钟脉冲使某一发光器件接通时，通过上述电性装置使其发光器件近旁的发光器件的阈值电压或阈值电流变化，通过另一方的相时钟脉冲，使与上述某一发光器件相邻的发光器件接通，并把写入电流供给接通的发光器件并写入发光，其特征是还包括：
由第1脉冲电压源、从该第1脉冲电压源来的脉冲电压供给输入端子的第1缓冲器、和与该第1缓冲器的输出端子连接的第1电阻而构成，并发生上述时钟脉冲的电路；以及
由第2脉冲电压源、从该第2脉冲电压源来的脉冲电压供给栅极端子，而且输入端子与电源连接的第2缓冲器、和与该第2缓冲器的输出端子连接的第2电阻而构成，并发生上述写入电流的电路。
2、根据权利要求1所述的驱动电路，其特征是上述第2电阻的值，选择为使上述接通的发光器件能写入发光，流过必需的写入电流的电阻值。
3、一种自扫描型发光器件阵列，包括：
一维排列多个具有控制阈值电压或阈值电流的控制电极的3端子发光器件的发光器件阵列；
具有互相连接相邻发光器件的控制电极的电流单向性的电性装置；
在上述各发光器件其余2端子之中的一方，分别每隔一个器件，供给2相的时钟脉冲的2条时钟脉冲线，当用一方的相时钟脉冲使某一发光器件接通时，通过上述电性装置使其发光器件近旁的发光器件的阈值电压或阈值电流变化，通过另一方的相时钟脉冲，使与上述某一发光器件相邻的发光器件接通，并把写入电流供给接通的发光器件并进行写入发光，其特征是包括：
由第1脉冲电压源、从该第1脉冲电压源来的脉冲电压供给输入端子的第1缓冲器、和与该第1缓冲器的输出端子连接的第1电阻而构成，并发生上述时钟脉冲的电路；以及
由第2脉冲电压源、从该第2脉冲电压源来的脉冲电压供给栅极端子，而且输入端子与电源连接的第2缓冲器、和与该第2缓冲器的输出端子连接的第2电阻而构成，并发生上述写入电流的电路。
4、根据权利要求3所述的自扫描型发光器件阵列，其特征是上述第2电阻的值选择为使上述接通的发光器件能写入发光，流入所需的写入电流的电阻值。
5、根据权利要求4所述的自扫描型发光器件阵列，其特征是上述第1电阻与上述第1和第2缓冲器都在与上述发光器件和电性装置同一芯片上集成。
6、根据权利要求4所述的自扫描型发光器件阵列，其特征是上述第1和第2电阻与上述第1和第2缓冲器都在与上述发光器件和电性装置同一芯片上集成。
7、根据权利要求3～6中任一项所述的自扫描型发光器件阵列，其特征是上述发光器件是具有在低电流区的光输出小的特性的发光晶体闸流管。
8、一种自扫描型发光器件阵列的驱动电路，具有：一维排列多个具有控制阈值电压或阈值电流的控制电极的3端子发光器件；用具有电压或电流单向性的电性装置互相连接相邻发光器件的控制电极；在上述各发光器件其余2端子之中的一方，分别每隔一个器件，供给2相的时钟脉冲，当用一方的相时钟脉冲使某一发光器件接通时，通过上述电性装置使其发光器件近旁的发光器件的阈值电压或阈值电流变化，通过另一方的相时钟脉冲，使与上述某一发光器件相邻的发光器件接通，并把写入电流供给接通的发光器件并写入发光，其特征是具有：
由第1脉冲电压源、从该第1脉冲电压源来的脉冲电压供给输入端子的第1缓冲器、和与该第1缓冲器的输出端子连接的第1电阻、第2脉冲电压源、从该第2脉冲电压源来的脉冲电压供给栅极端子而且输入端子与电源连接的第2缓冲器、和与该第2缓冲器的输出端子连接的第2电阻而构成，并在发光器件的接通状态的传输时和发光器件的接通状态传输后，发生可使电流变化成为2阶段的上述时钟脉冲的电路；以及
由第3脉冲电压源、从该第3脉冲电压源来的脉冲电压供给栅极端子，且输入端子与电源连接的第3缓冲器、和与第3缓冲器的输出端子连接第3电阻而构成，并发生上述写入电流的电路。
9、根据权利要求8所述的驱动电路，其特征是上述第1电阻的值，选择为比上述第2电阻的值还大的电阻值；以及
上述第3电阻的值，选择为使上述接通的发光器件进行写入发光，流入需要的写入电流的电阻值。
10、一种自扫描型发光器件阵列，包括：
一维排列多个具有控制阈值电压或阈值电流的控制电极的3端子发光器件的发光器件阵列；
具有互相连接相邻发光器件的控制电极的电流单向性的电性装置；
在上述各发光器件其余2端子之中的一方，分别每隔一个器件，供给2相的时钟脉冲的2条时钟脉冲线，当用一方的相时钟脉冲使某一发光器件接通时，通过上述电性装置使其发光器件近旁的发光器件的阈值电压或阈值电流变化，通过另一方的相时钟脉冲，使与上述某一发光器件相邻的发光器件接通，并把写入电流供给接通的发光器件并进行写入发光，其特征是具备：
由第1脉冲电压源、从该第1脉冲电压源来的脉冲电压供给输入端子的第1缓冲器、与该第1缓冲器的输出端子连接的第1电阻、第2脉冲电压源、从该第2脉冲电压源来的脉冲电压供给栅极端子，而且输入端子与电源连接的第2缓冲器、和与该第2缓冲器的输出端子连接的第2电阻而构成，并在发光器件接通状态的传输时和发光器件接通状态的传输后，可发生2个阶段变化电流的上述时钟脉冲的电路；以及
由第3脉冲电压源、从该第3脉冲电压源来的脉冲电压供给栅极端子，且输入端子与电源连接的第3缓冲器、和与第3缓冲器的输出端子连接的第3电阻而构成，并发生上述写入电流的电路。
11、根据权利要求10所述的自扫描型发光器件阵列，其特征是上述第1电阻的值选择为比上述第2电阻的值还大的电阻值。
上述第3电阻的值，选择为使上述接通的发光器件进行写入发光，流入需要的写入电流的电阻值。
12、根据权利要求11所述的自扫描型发光器件阵列，其特征是上述第1和第2电阻，上述第1、第2和第3缓冲器都在与上述发光器件和电性装置同一芯片上集成。
13、根据权利要求11所述的自扫描型发光器件阵列，其特征是上述第1、第2和第3电阻，上述第1、第2和第3缓冲器都在与上述发光器件和电性装置同一芯片上集成。
14、根据权利要求10～13任一项所述的自扫描型发光器件阵列，其特征是上述发光器件是具有在低电流区的光输出小的特性的发光晶体闸流管。
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