DE69033837T2

DE69033837T2 - Lichtemittierende Vorrichtung

Info

Publication number: DE69033837T2
Application number: DE69033837T
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Komaba; Yasunao Kuroda; Yukihisa Kusuda; Seiji Ohno; Shuhei Tanaka; Kiyoshi Tone; Ken Yamashita
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1989-07-25
Filing date: 1990-07-24
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2010-07-25
Also published as: DE69033837D1; EP0410695A2; US5177405A; EP0410695B1; EP0410695A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung in lichtemittierenden Vorrichtungen, die integral auf einem einzigen Substrat gebildet werden können und eine eigenabtastende Funktion haben und insbesondere eine lichtemittierende Vorrichtung, die an Vorspannungslicht reduzieren kann und eine lange Lebensdauer realisiert und daher bei einem optischen Drucker bzw. optischen Kopierer oder dergleichen angewendet werden kann.
Eine LED (Leuchtdiode) und eine LD (Laserdiode) sind als typische lichtemittierende Elemente bekannt.
In einer LED wird eine PN- oder PIN-Verbindung eines Verbindungshalbleiters (zum Beispiel GaAs, GaP, AlGaAs, InGaAsP oder InGaAlAs) gebildet und eine Durchlaßspannung wird an die Verbindung angelegt, um Ladungsträger in die Verbindung zu injizieren, wodurch ein lichtemittierendes Phänomen während der Rekombinierung verursacht wird.
Eine LD hat eine Struktur, in der ein Hohlleiter innerhalb der LED gebildet wird. Wenn der Strom gleich oder größer als ein Grenzwert ist, wird die Anzahl der injizierten Elektron-Lochpaare erhöht, um einen invertierten Verteilungszustand zu erzeugen und die Multiplikation (Verstärkung) der Photonen wird durch induzierte Strahlung oder dergleichen verursacht. Im Ergebnis wird Licht, das durch parallele reflektierende Spiegel erzeugt wird, unter Verwendung einer Spaltfläche oder dergleichen zu einer aktiven Schicht zurückgeführt, um Laseroszillation zu verursachen, wodurch Laserlicht von den Stirnflächen des Hohlleiters emittiert wird.
Als ein lichtemittierendes Element mit dem gleichen lichtemittierenden Mechanismus wie derjenige der LED und der LD, ist ein Negativwiderstandselement (zum Beispiel ein lichtemittierender Thyristor oder eine Laser-Thyristor) mit einer lichtemittierenden Funktion bekannt. Ein lichtemittierender Thyristor bildet eine pnpn-Struktur auf einem Verbindungshalbleiter und wird als Thyristor in Silizium in die praktische Verwendung genommen.
Eine große Anzahl dieser lichtemittierenden Elemente, insbesondere die LEDs, werden auf einem Verbindungshalbleitersubstrat gebildet und in einzelne Elemente geschnitten, und jedes geschnittene Element wird abgepackt und ist kommerziell als ein einzelnes lichtemittierendes Element erhältlich. LEDs (lichtemittierende Elemente) als Lichtquelle für einen Bildberührungssensor oder einen Drucker sind kommerziell erhältlich als ein LED-Array, in der eine Mehrzahl von LEDs auf einem einzelnem Chip angeordnet sind.
In Anwendungen eines Bildberührungssensors, eines LED-Druckers und dergleichen, wird ein Lesepunkt und ein Schreibpunkt in dem Array bestimmt. Aus diesem Grund wird eine Funktion des Abtastens eines lichtemittierenden Punktes des lichtemittierenden Elements erforderlich.
Um eine optische Abtastung durch Verwendung dieser konventionellen lichtemittierenden Elemente durchzuführen, muß jedes LED eines LED-Arrays mit einem Antriebs-IC verbunden werden mittels einer Technik, wie zum Beispiel Drahtbonden, so daß der IC das LED antreibt. Deshalb wird, wenn die Anzahl der LEDs groß ist, die gleich große Anzahl von Drahtverbindungen notwendig, was zu hohen Herstellungskosten führt. Im Ergebnis wird ein großer Raum für die Installation der Antriebs- ICs notwendig, was es schwierig macht, ein kompaktes Gerät zu bilden. Zusätzlich ist es schwierig, die LEDs mit einem kleinen Abstand anzuordnen, da der Abstand zwischen den ICs durch die Drahtbondingtechnik bestimmt wird.
Die vorliegenden Erfinder wendeten eine eigenabtastende Funktion auf einer Anordnung lichtemittierender Element an, wodurch das obige Problem einer großen Anzahl von Drahtbondingoperationen, einem großen Installationsraum für die Antriebs IC und die Schwierigkeit einer kompakten Einrichtung mit einem kleinen Abstand gelöst wird (EP-A.0.335.553).
Das obige Array lichtemittierender Elemente verwendet ein Element, das ein Grenzwertanschaltniveau, zum Beispiel eines lichtemittierenden Thyristors als lichtemittierendes Element, steuern kann. Die Übertragung der Lichtemission in eine Abtastrichtung des Element-Arrays wird auf Basis des Prinzips verwirklicht, indem eine Veränderung in dem Anschaltgrenzwert, der durch das Anschalten eines Elements verursacht wird, sich zu dem nächsten Element in der Abtastrichtung ausbreitet. Folglich ist immer zumindest ein Element in dem Array angeschaltet, um Licht zu emittieren. Obgleich eine Lichtemissionsmenge gesteuert werden kann, muß zu dieser Zeit ein Strom zu dem Element geliefert werden, der in der Lage ist, den EIN-Zustand beizubehalten.
D. h., daß das lichtemittierende Element Array vom Eigenabtasttyp, wie oben beschrieben, nicht geeignet bei einem optischen Drucker angewendet werden kann, der ein Druckbild durch Lichtemissionen von Pixeln bildet. D. h., Elemente, die Licht emittieren und diejenigen, die nicht Licht emittieren, können in dem Array lichtemittierender Elemente nicht in Übereinstimmung mit einem Druckbild gebracht werden. Eine Reihe von Lichtemissionen, die für die Eigenabtastung des Array lichtemittierende Elemente erforderlich ist, erscheint als Schleier auf der Druckoberfläche und setzt die Auflösung des gedruckten Bildes herab.
Darüber hinaus, da eine Anschaltzeit von jedem Element der Anordnung selbstabtastender lichtemittierender Element ein Bruchteil der Anzahl von Elementen in einer Reihe ist, kann eine ausreichende Lichtmenge, wie sie für das Drucken erforderlich ist, nicht erreicht werden. Wenn beispielsweise eine Reihe einer Anordnung lichtemittierender Elemente aus 1.000 Elementen besteht, beträgt die Lichtemissionszeit eines Elements 1/1000 der Abtastzeit der Reihe. US-A-3,696,389 zeigt Thyristoren als lichtemittierende Elemente oder Schalter in einer Anzeigevorrichtung.
Verschiedene Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind in den angehängten Ansprüchen definiert.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können eine lichtemittierende Vorrichtung zur Verfügung stellen, die aufweist:
a) ein selbstabtastendes Schaltelement-Array, das beinhaltet:
ein Array bzw. eine Anordnung von Schaltelementen, deren Anschaltgrenzniveaus gesteuert werden können,
Verbindungsmittel für das Verbinden der Elemente in einer Array-Richtung, so daß ein EIN- Element einen Einfluß hat, um das Grenzniveau eines Schaltelements, das als nächstes angeschaltet wird, zu verändern, und
Antriebsmittel, die mit den Schaltelementen verbunden sind, um parallel hierzu Antriebspulse zu liefern, um das Anschalten in der Array Richtung mit einem Intervall von Antriebspulsen zu übertragen, während sich die Veränderung in dem Anschaltniveau in der Array-Richtung ausbreitet, und
b) ein Array lichtemittierender Elemente, wobei jedes Element hiervon eine Steuerelektrode hat, die ein Anschaltgrenzniveau steuern kann, und eine Stromzuführungselektrode hat für das Liefern eines Lichtemissionssteuerstroms für die Lichtemission,
wobei ein Schaltelement der Schaltelementanordnung mit der Steuerelektrode des lichtemittierenden Elements verbunden ist, so daß das lichtemittierende Elemente mit Anschalten des Schaltelements angeschaltet wird, um Licht in Übereinstimmung mit dem Lichtemissionssteuerstrom zu emittieren und ein EIN-Zustand selbsthaltend ist.
Folglich kann bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Lichtemissionsbild in die Anordnung lichtemittierender Elemente geschrieben werden. Lichtemission, die für das Abtasten erforderlich ist, beeinträchtigt nicht das Bild. Das Einschaltdauerverhältnis von jedem lichtemittierenden Element kann erhöht werden, so daß es größer als der Bruchteil (zum Beispiel 1/1000) der Anzahl von Elementen in einer Reihe ist und kann ein maximal 1 sein.
Die Erfindung wird nun anhand von nicht begrenzenden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen
Fig. 1 einen Graph darstellt, der die Stromspannungscharakteristik eines konventionellen lichtemittierenden Elements darstellt,
Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Struktur eines konventionellen 3-Anschluß lichtemittierenden Elements zeigt,
Fig. 3 ist eine ebene Ansicht, die eine Struktur eines Arrays lichtemittierender Elemente zeigt,
Fig. 4 und 5 sind Schnittansichten von Fig. 3,
Fig. 6 ist ein Ersatzschaltbild von Fig. 3,
Fig. 7 ist ein Ersatzschaltbild, das eine Anordnung lichtemittierender Elemente zeigt unter Verwendung eines Diodenkopplungssystems,
Fig. 8 ist ein Ersatzschaltbild, das eine Anordnung lichtemittierender Elemente unter Verwendung einer optischen Einrichtung zeigt,
Fig. 9 ist ein Puls-Taktdiagramm, das ein Verfahren des Antreibens einer Anordnung von lichtemittierenden Elementen zeigt,
Fig. 10 ist eine ebene Ansicht, die die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 11 ist eine Schnittansicht von Fig. 10,
Fig. 12A ist ein Ersatzschaltbild von Fig. 10,
Fig. 12B ist eine Ansicht, die eine Wellenform eines Schreibsignals Sin zeigt,
Fig. 13 ist eine Schnittansicht, die ein Array lichtemittierender Übertragungselemente in der ersten Ausführungsform zeigt,
Fig. 14 ist eine ebene Ansicht, die die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 15 ist ein Ersatzschaltbild von Fig. 14,
Fig. 16 ist eine Schnittansicht, die die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 17 ist ein Blockdiagramm,
Fig. 18 ist eine p-n-Bildansicht von Fig. 17,
Fig. 19 ist ein Ersatzschaltbild von Fig. 17,
Fig. 20 ist ein Puls-Taktdiagramm, das ein Antriebsverfahren zeigt,
Fig. 21 ein Ersatzschaltbild, das die vierte Ausführungsform einer lichtemittierenden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 22 ist eine Schnittansicht, die eine Anordnung zeigt, in der das in Fig. 21 gezeigte Ersatzschaltbild auf einem einzigen Halbleitersubstrat gebildet wird,
Fig. 23 ist eine ebene Ansicht, die eine Anordnung der in Fig. 22 gezeigten Struktur darstellt,
Fig. 24 ist ein Schaltdiagramm, das eine Anordnung der fünften Ausführungsform einer lichtemittierenden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 25 ist ein Ersatzschaltbild eines Teils von Fig. 24,
Fig. 26 ist ein Puls-Taktdiagramm, das einen Startpuls und einen Übertragungstakt, der in den Fig. 24 und 25 gezeigt ist, darstellt,
Fig. 27 ist eine Schnittansicht, die einen Teil des Ersatzschaltbildes, das in Fig. 25 gezeigt ist, darstellt,
Fig. 28 ist ein Ersatzschaltbild einer Anordnung lichtemittierender Elemente in einem konventionellen optischen Schaltsystem,
Fig. 29 ist eine Ansicht, die ein Beispiel eines konventionellen optischen Schaltsystems zeigt, und
Fig. 30 ist eine Ansicht, die ein optisches Schaltsystem zeigt, das die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufnimmt.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird eine selbstabtastende lichtemittierende Anordnung gemäß der oben erwähnten EP-A-0.335.553i im Detail unter Bezug auf die Fig. 1 bis 9 beschrieben.
Wie oben beschrieben wurde, kann ein lichtemittierender Thyristor als ein konstituierendes Element einer Anordnung lichtemittierender Elemente verwendet werden.
Fig. 1 zeigt die Stromspannungscharakteristik des lichtemittierenden Thyristors und Fig. 2 zeigt seine Grundstruktur. Die in Fig. 2 gezeigte Struktur hat eine pnpn Struktur, die auf einem n-Typ GaAs-Substrat gebildet wird, d. h.. sie hat die gleiche Anordnung wie ein konventioneller Thyristor. Fig. 1 zeigt eine Abhängigkeit zwischen einer Anodenspannung und einem Anodenstrom (eine Spannung und ein Strom einer Anode A, die in Fig. 2 gezeigt ist), die erhalten wird, wenn ein Gate G offen ist. Diese Beziehung zeigt den gleichen S-förmigen negativen Widerstand wie der von konventionellen Thyristoren. Das Gate G hat die Funktion der Steuerung einer EIN-Spannung und die EIN-Spannung ist die Summe der Gatespannung und der Diffusionsspannung. Folglich kann die EIN-Spannung, die in Fig. 1 gezeigt ist, frei mittels der Gatespannung gesteuert werden. Nachdem der Thyristor angeschaltet wird, fällt die Gatespannung im wesentlichen mit einer Kathodenspannung zusammen. Wenn die Kathode geerdet ist, hat das Gate G 0 V. Zusätzlich ist es bekannt, daß die EIN-Spannung dieses lichtemittierenden Thyristors reduziert wird, wenn externes Licht hierauf fällt.
Ein Laser Thyristor kann gebildet werden durch Bilden eines Hohlleiters in dem obigen lichtemittierenden Thyristor in Übereinstimmung mit den gleichen Prinzipien wie bei einer LD (Y. Tashiro et al., Appl. Phys. Lett. 54 (4), 1989, Seiten 329-331).
Fig. 3 ist eine ebene Ansicht, Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die einen Abschnitt entlang einer Linie X-X' in Fig. 3 zeigt, und Fig. 5 ist eine Schnittansicht entlang eines Schnittes entlang einer Linie Y-Y' in Fig. 3. Fig. 6 ist ein Ersatzschaltbild.
In Fig. 4 weist ein lichtemittierendes Element eine n-Typ GaAs-Schicht 24b, eine n-Typ AlGaAs- Schicht 24a, eine p-Typ GaAs-Schicht 23a, eine n-Typ GaAs-Schicht 22a, eine p-Typ AlGaAs- Schicht 21b und eine p-Typ GaAs-Schicht 21a auf, die allesamt auf einem n-Typ GaAs-Substrat 1 gestapelt sind. Dies ist eine Struktur, in der die p-Typ GaAs-Schicht 23a und die n-Typ GaAs- Schicht 22a als aktive Schichten zwischen den AlGaAs-Schichten 21b und 24a mit einer großen Bandbreite eingeschlossen sind, um Ladungsträger in den aktiven Schichten zu fangen. Die Lichtemissionseffizienz kann durch diese Struktur verbessert werden. In dieser Struktur dient das Substrat 1 als Kathode eines lichtemittierenden Elements T, die n-Typ Halbleiterschicht 22 dient als Gate und die p-Typ Halbleiterschicht 21 dient als Anode. Die lichtemittierenden Elemente T (T (-1) bis T (1)) sind mit einem isolierenden Schutzfilm 31 überzogen und die Elemente sind voneinander isoliert.
Die Gates 22 der lichtemittierenden Elemente T sind miteinander verbunden über ein Kontaktloch C&sub1;, das in einem isolierenden Schutzfilm 30 gebildet wird, einen metallischen Dünnfilmdraht 41, der auf dem isolierenden Schutzfilm 30 gebildet wird, ein Kontaktloch C&sub3;, das in dem isolierenden Schutzfilm 30 gebildet wird, die n-Typ GaAs-Schicht 22a, die auf dem n-Typ GaAs-Substrat 1 gestapelt wird und isoliert von dem lichtemittierenden Element über das Kontaktloch C&sub3;, den metallischen Dünnfilmdraht 41 und das Kontaktloch C&sub1;.
Die Anode von jedem lichtemittierenden Element T ist mit einer Übertragungstaktleitung verbunden über das Kontaktloch C&sub1;, das in dem isolierenden Schutzfilm 30 gebildet wird, den metallischen Dünnfilmdraht 40, der auf dem isolierenden Schutzfilm 30 gebildet wird, und einem Kontaktloch C&sub2;, das auf dem isolierenden Schutzfilm 31 gebildet wird. In dieser Anordnung werden drei Übertragungstaktleitungen Φ&sub1;, Φ&sub2; und Φ&sub3; gebildet und die Anode von jedem lichtemittierenden Element T ist wiederholt mit einer der Leitungen Φ&sub1;, Φ&sub2; und Φ&sub3; in der Reihenfolge Φ&sub1; Φ&sub2; und Φ&sub3; entlang der longitudinalen Richtung verbunden.
Das Gate 22 von jedem lichtemittierenden Element T ist mit einer Spannung VGK der Leistungsquelle über das Kontaktloch C&sub1;, das in dem isolierenden Schutzfilm 30 gebildet wird, den metallischen Dünnfilmdraht 41, der auf dem isolierenden Schutzfilm 30 gebildet wird, das Kontaktloch C&sub3;, das in dem isolierenden Schutzfilm 30 gebildet wird, der n-Typ GaAs-Schicht 22a, die auf den n-Typ GaAs- Substrat 1 gestapelt wird und isoliert von dem lichtemittierenden Element T über das Kontaktloch C&sub3; und einen metallischen Dünnfilmdraht 42, der auf dem isolierenden Schutzfilm 30 gebildet wird, verbunden.
Die Funktion der lichtemittierenden Vorrichtung mit der obigen Struktur wird unten beschrieben. Angenommen, daß der Übertragungstakt Φ&sub3; auf Hochspannungsniveau geht, um das lichtemittierende Element T (0) anzuschalten. Zu dieser Zeit ist das Gate G&sub0; des lichtemittierenden Elements T (0) im wesentlichen bei 0 V. Folglich fließt ein Strom über ein Widerstandsnetzwerk, das die Gates der lichtemittierenden Elemente T verbindet. Aus diesem Grund wird die Spannung des Gates nahe des lichtemittierenden Elements T (0) am meisten reduziert und der Einfluß wird geringer bei einer beabstandeten Position. Wenn beispielsweise der nächste Übertragungstakt Φ&sub1; auf ein Hochspannungsniveau geht, werden jedes dritte Element, d. h. die lichtemittierenden Elemente T (1) und T (-2) angeschaltet. Die Spannung des Gates G&sub1; ist jedoch geringer als die des Gates G&submin;&sub2;. Aus diesem Grund wird nur das lichtemittierende Element T (1) aktiviert durch Einstellen der Spannung der Leistungsquelle höher als die Betriebsspannung des lichtemittierenden Element T (1) und geringer als die Betriebsspannung des lichtemittierenden Elements T (-2). Durch wiederholtes Durchführen dieser Funktion können die lichtemittierenden Elemente T abgefragt werden durch Verwendung der drei Übertragungstaktleitung.
Wie oben beschrieben wurde, wird entsprechend der lichtemittierenden Vorrichtung des Standes der Technik die Anschaltspannung oder der Strom von jedem lichtemittierenden Element von einem EIN-Zustand eines anderen lichtemittierenden Elements beeinflußt (d. h. die lichtemittierenden Element wechselwirken untereinander), wodurch eine lichtemittierende Selbstabtastungsfunktion realisiert wird.
Fig. 7 ist ein Ersatzschaltbild, das eine andere Anordnung lichtemittierender Elemente zeigt. Fig. 7 zeigt ein Merkmal für das elektrische Verbinden lichtemittierender Elemente T (lichtemittierende Thyristoren T (-2) bis T (2)) durch Verwendung von Dioden. Unter Bezug auf Fig. 7 bezeichnen die Bezugssymbole G&submin;&sub2; bis G&sub2; die Gates der lichtemittierenden Elemente T (-2) bis T (2); RL den Gate Belastungswiderstand von jedem Gate und D&submin;&sub2; bis D&sub2; die Koppeldioden für das Durchführen einer elektrischen Wechselwirkung. Das Bezugszeichen VGK bezeichnet die Spannung der Leistungsquelle einer Gleichstromleistungsquelle. Zwei Übertragungstaktleitungen (Übertragungstakte Φ&sub1; und Φ&sub2;) sind mit den Anoden von jedem anderen lichtemittierenden Element T verbunden.
Die Funktionsweise von Fig. 7 wird unten beschrieben. Angenommen, daß der Übertragungstakt Φ&sub2; auf ein Hochspannungsniveau geht, um das lichtemittierende Elemente T (0) anzuschalten. Zu dieser Zeit wird die Spannung des Gates G&sub0; nahezu auf 0 V reduziert. Angenommen, daß die Spannung VGK der Leistungsquelle 5 V beträgt, wird die Gatespannung von jedem lichtemittierenden Element T auf Basis des Netzwerkes der Widerstände R&sub1; und der Kopplungsdioden D&submin;&sub2; bis D&sub2; bestimmt. In diesem Fall wird die Gatespannung des Elements, das dem lichtemittierenden Element T (0) am nächsten ist, am meisten reduziert und die Gatespannung erhöht sich, je weiter das lichtemittierende Element von dem Element T (0) getrennt ist.
Da jedoch eine Diode als Charakteristik eine Unidirektionalität aufweist, wirkt der Effekt des Reduzierens der Gatespannung nur auf der rechten Seite des lichtemittierenden Elements T (0). D. h., das Gate G&sub1; wird bei einer Spannung eingestellt, die um eine Anstiegsdurchlaßspannung VDF der Diode größer ist als die des Gates G&sub0;. Zusätzlich wird das Gate G&sub2; durch die Diodenanstiegsdurchlaßspannung VDF bei einer höheren Spannung als die des Gates G&sub1; eingestellt. Da die Kopplungsdiode D&submin;&sub1; umgekehrt vorgespannt ist, fließt kein Strom durch das Gate G&submin;&sub1; an der linken Seite des lichtemittierenden Elements T (0). Folglich wird das Gate G&submin;&sub1; an dem gleichen Potential eingestellt wie die Spannung VFK der Leistungsquelle.
Der nächste Übertragungstakt Φ&sub1; wird an die nächsten lichtemittierenden Elemente T (1), T (-1), T (3) und T (-3) angelegt. Von diesen Elementen hat das Element T (1) die niedrigste EIN-Spannung von etwa 2 Vdf. Das Element T (3) hat die nächst niedrigste EIN-Spannung von etwa 4 Vdf. Die EIN- Spannung der lichtemittierenden Elemente T (-1) und T (-3) ist etwa VGK + Vdf.
Auf diese Art und Weise kann nur das lichtemittierende Element T (1) eingeschaltet werden durch Einstellen des Hochspannungsniveaus des Übertragungstaktes zwischen 2 Vdf und 4 Vdf. Im Ergebnis kann die EIN-Zustandsübertragungsoperation durchgeführt werden.
Fig. 8 ist ein Ersatzschaltbild, das eine Anordnung lichtemittierender Elemente zeigt, die eine optische Einrichtung verwenden. In Fig. 8 sind die Anoden der lichtemittierenden Elemente (lichtemittierende Thyristoren) T (-2) bis T (2) mit drei Übertragungstaktleitungen verbunden, an die Übertragungstakts Φ&sub1; bis Φ&sub3; geliefert werden. Dieses Array lichtemittierender Elemente wird derart angeordnet, daß ein Teil des emittierten Lichts auf ein benachbartes lichtemittierendes Element fällt und das Phänomen nutzt, daß die EIN-Spannung des lichtemittierenden Elements T, auf das Licht einfällt, reduziert wird.
Angenommen, daß der Übertragungstakt t auf das Hochspannungsniveau geht, um das lichtemittierende Element T (0) anzuschalten. In diesem Fall werden die EIN-Spannungen der lichtemittierenden Elemente T (-1) und T (1), die an den beiden Seiten des lichtemittierenden Elements T (0) angeordnet sind, reduziert. Wenn daher ein Hochspannungsniveau an den nächsten Übertragungstakt Φ&sub1; angelegt wird, kann nur das lichtemittierende Element T (1) angeschaltet werden. Im Ergebnis kann das Array lichtemittierender Elemente, das in Fig. 8 gezeigt ist, die Selbstabfragung durchführen.
Im allgemeinen muß in einer lichtemittierenden Vorrichtung für die Verwendung in einem optischen Drucker nicht nur ein Lichtemissionspunkt bewegt werden, sondern auch die Lichtemissionsintensität moduliert werden. In der obigen selbstauslesenden lichtemittierenden Einrichtung kann die Modulation der Lichtemissionsintensität durch die folgende Antriebsmethode durchgeführt werden.
Fig. 9 zeigt die Prinzipien dieser Antriebsmethode. In einem Schaltkreisdiagramm, das in Fig. 9 gezeigt ist, sind die Gates der lichtemittierenden Element T (0) bis T (6), obgleich nicht gezeigt, mittels elektrischer Einrichtungen, wie in den Fig. 6 oder 7 gezeigt ist, oder mittels optischer Einrichtung, wie in Fig. 8 gezeigt ist, verbunden. Jede der Übertragungstaktleitungen Φ&sub1;, Φ&sub2; und Φ&sub3; ist wiederholt mit den Anoden der lichtemittierenden Elemente T (1) bis T (6) in der Reihenfolge Φ&sub1;, Φ&sub2; und Φ&sub3; in der longitudinalen Richtung verbunden. Stromquellen I&sub1;, I&sub2; und I&sub3; sind mit den Übertragungstaktleitungen Φ&sub1;, Φ&sub2; bzw. Φ&sub3; verbunden, so daß sie durch ein Steuerkreissignal Φ&sub1; gesteuert werden. Ein Startpuls ΦS ist mit der Anode des lichtemittierenden Elements T (0) verbunden.
Ein Rechtecksignal wird als Übertragungspuls an die Übertragungstaktleitungen Φ&sub1;, Φ&sub2; und Φ&sub3; mit einer Verzögerung t&sub1; unter Bezug auf eine Zeit t angelegt. Diese Übertragungspulse sind eingestellt, daß sie eine kurze Überlappzeit haben.
Der rechteckige Startpuls ΦS wird an das lichtemittierende Element T (0) angelegt und der Übertragungstakt Φ&sub1; mit einer kurzen Überlappzeit hinsichtlich des Startpulses ΦS und die nachfolgenden Übertragungstakte Φ&sub2;, Φ&sub3; und Φ&sub1; werden wiederholt angelegt. Im Ergebnis startet das Array lichtemittierender Elemente die Selbstauslesung. Signale, die mit den Übertragungstakten Φ&sub1;, Φ&sub2; und Φ&sub3; synchronisiert werden, werden mit den Steuerkreissignalen Φ&sub1;, überlagert, um Ausgangsströme der Stromquellen I&sub1;, I&sub2; und I&sub3; zu den Übertragungstakten auszugeben. In dieser Art und Weise kann ein lichtemittierendes Element, das durch Selbstauslesung in einem lichtemittierenden Zustand ist, Licht intensiver emittieren als die anderen lichtemittierenden Elemente.
Um in Fig. 9 die Leuchtdichte von speziell dem lichtemittierenden Element T (3) zu erhöhen, wird der Ausgangsstrom von der Stromquelle 13 an den Übertragungstakt Φ&sub3; zu der Zeit t bei der das lichtemittierende Element T (3) durch Selbstauslesung in den lichtemittierenden Zustand versetzt wird, angelegt.
In der obigen selbstauslesenden lichtemittierenden Vorrichtung kann die Leuchtdichte eines beliebigen Abschnittes durch das Verfahren, wie es oben beschrieben wurde, erhöht werden, um ein Bild beispielsweise in einen optischen Drucker bzw. optischen Kopierer zu schreiben.
Wenn das obige Verfahren verwendet wird, emittieren die Elemente außer dem Element T (3) für das Schreiben eines Bildes mehr oder weniger Licht (wird im folgenden als Vorspannungslicht bezeichnet), wie von der Lichtemissionsintensität LR, die in einem unteren Abschnitt von Fig. 9 dargestellt ist, offensichtlich wird. Diese Lichtemission wird von einem Strom für das Einstellen eines EIN- Zustandes mit der Übertragung des EIN-Zustandes verursacht. Aus diesem Grund wird Licht, wenn die obige Vorrichtung in einem optischen Kopierer verwendet wird, zu einem gewissen Maß auf dem gesamten Abschnitt eines Bildes ausgestrahlt, was die Qualität des Bildes herabsetzt.
Zusätzlich müssen in dem konventionellen Verfahren Stromquellen in einer Anzahl gebildet werden, die der Anzahl von Phasen von Übertragungstakten entspricht, was zu einem komplizierten und teueren Antriebsabschnitt führt.
Weiterhin ist in der obigen selbstauslesenden lichtemittierenden Vorrichtung die durchschnittliche Lichtemissionsintensität gering, da die relative Einschaltdauer der Lichtemission gering ist. Folglich wird die Lebensdauer der Vorrichtung verkürzt, wenn intensive Lichtemission durchgeführt wird.
D. h., daß in der obigen selbstauslesenden lichtemittierenden Vorrichtung immer ein Element in einem EIN-Zustand (d. h. ein Zustand der Lichtemission) ist. Aus diesem Grund ist die Lichtemissionszeit, wenn eine lichtemittierende Vorrichtung beispielsweise mit 1000 Bits angeordnet ist, von 1 Bit nur 1/1000 der gesamten Lichtemission (d. h. der Auslastungsgrad der Lichtemission ist 1/1000). Deshalb muß, um dieselbe durchschnittliche Lichtmenge zu erhalten, wie diejenige, die erhalten wird, wenn der Auslastungsgrad 1 ist, zu jedem lichtemittierenden Element ein 1000- oder mehrfacher Strom fließen. Dies verkürzt die Lebensdauer von jedem lichtemittierenden Element, was es schwierig macht, eine lichtemittierende Vorrichtung langer Lebensdauer herzustellen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten im Detail beschrieben.

Ausführungsform 1

Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist schematisch in den Fig. 10 bis 13 gezeigt. Fig. 10 ist eine ebene Ansicht, die eine schematische Anordnung einer lichtemittierenden Vorrichtung der ersten Ausführungsform zeigt, und Fig. 11 ist eine Schnittansicht hiervon, die entlang einer Linie X-X' in Fig. 10 verläuft. Die Schichtanordnung dieser Ausführungsform ist die gleiche, wie die in dem konventionellen Array lichtemittierender Elemente, das in den Fig. 3, 4 und 5 gezeigt ist. Die Herstellungsschritte und die Struktur der ersten Ausführungsform werden unten beschrieben.
Eine n-Typ GaAs-Schicht 24b, eine n-Typ AlGaAs-Schicht 24a, eine p-Typ GaAs-Schicht 23a, eine n-Typ GaAs-Schicht 22a, eine p-Typ AlGaAs-Schicht 21b und eine p-Typ GaAs-Schicht 21a sind aufeinanderfolgend auf einem n-Typ GaAs-Substrat 1 gestapelt.
Die gestapelten Haltleiterschichten sind in lichtemittierende Elemente S durch trennende Nuten 50 isoliert. Um ein Gate und ein unidirektionale Kopplungselement herzustellen, werden die p-Typ GaAs-Schicht 21a und die p-Typ AlGaAs-Schicht 21b von jedem lichtemittierenden Element S teilweise entfernt, um drei Inseln auf der n-Typ GaAs-Schicht 22a zurückzubehalten. Die drei Inseln bestehen aus einer großen Insel und zwei sich ausschließenden kleinen Inseln. Die zwei kleinen Inseln sind wiederholt in der Längsrichtung des lichtemittierenden Elements angeordnet, um ein Muster einer Insel, einer Insel, eines Tales, einer Insel, einer Insel, eines Tales, einer Insel, einer Insel und eines Tales zu bilden. Ein Satz einer Insel, einer Insel und eines Tales entsprechen einem lichtemittierenden Element, in der das Tal einen freigelegten Abschnitt der n-Typ GaAs-Schicht 22a anzeigt.
Das gesamte Substrat ist mit einem Isolierfilm 30 überzogen.
Verbindungskontaktlöcher C&sub1; werden in dem isolierenden Film 30 gebildet bei Positionen auf dem freigelegten Abschnitt der n-Typ GaAs-Schicht 22a und in drei Abschnittender p-Typ GaAs-Schicht 21a.
Eine T-förmige Leistungsquellenelektrode und ein Gate verbindender metallischer Dünnfilmdraht 45 für das Verbinden der n-Typ GaAs-Schicht 22a von jedem lichtemittierenden Element und der p-Typ GaAs-Schicht 21a eines benachbarten lichtemittierenden Elements durch Verwendung des Kontaktlochs C&sub1;, ein metallischer Dünnfilmdraht 44 für das Übertragen eines Taktpulses zu der großen inselartigen p-Typ GaAs-Schicht 21a des lichtemittierenden Elements über das Kontaktloch C&sub1; und der metallische Dünnfilmdraht 42 für das Übertragen einer Antriebsspannung zu der verbleibenden inselartigen p-Typ GaAs-Schicht 21a des lichtemittierenden Elements über das Kontaktloch C&sub1; werden auf dem isolierenden Film 30 gebildet.
Ein Teil des metallischen Dünnfilmdrahts 45, der eine Dicke von etwa 1 um hat, ist mit Phosphor dotierten amorphen Silizium 163 beschichtet, das als Leistungsquellenelektrodengatewiderstand RL verwendet wird.
Das amorphe Silizium 163 ist in einer 1 : 1 Übereinstimmung mit dem lichtemittierenden Element getrennt.
Das gesamte Substrat ist mit einem isolierenden Film 31 überzogen.
Verbindungskontaktlöcher C&sub2; sind in dem isolierenden Film 31 ausgebildet an Positionen auf dem amorphen Silizium 163, dem metallischen Dünnfilmdraht 42 und dem metallischen Dünnfilmdraht 44.
Eine Schreibsignalleitung Sin für das Übertragen der Lichtemissionsinformation zu dem metallischen Dünnfilmdraht 44 (der Netzwerkknoten des lichtemittierenden Elements) über das Kontaktloch C&sub2;, eine Leistungsquellenleitung 41 für das Übertragen einer Leistungsquellenspannung zu dem metallischen Dünnfilmdraht 43 (der mit dem Gate eines abfragenden Schaltelements über das amorphe Silizium 163 verbunden ist) über das Kontaktloch C&sub2; und die Taktleitungen Φ&sub1; und Φ&sub2; für das Übertragen von Taktpulsen zu dem metallischen Dünnfilmdraht 40 (die Anode des abtastenden Schaltelements) über das Kontaktloch C&sub2; werden auf dem isolierten Film 31 ausgebildet. Die Position eines der Kontaktlöcher C&sub2;, die auf dem metallischen Dünnfilmdraht 40 ausgebildet werden für das Koppeln der Taktleitungen wird alternativ ausgewählt hinsichtlich der Taktleitungen Φ&sub1; und Φ&sub2;, so daß die Anode von jedem abtastenden Schaltelement mit einer der Taktleitungen Φ&sub1; und Φ&sub2; verbunden ist. Es sei bemerkt, daß in Fig. 11 die Bezugszahlen 600 und 601 lichtabschirmende Schichten für das Abschirmen von Vorspannungslicht bezeichnen.
In der Struktur der obigen Ausführungsform sind die Herstellungsschritte, da alle lichtemittierende Übertragungselemente, die Kupplungsdioden und die lichtemittierenden Schreibelemente durch Designen der p-Typ GaAs-Schicht 21a und p-Typ AlGaAs-Schicht 21b gebildet werden können, nicht so sehr unterschiedlich von konventionellen Herstellungsschritten von lichtemittierenden Elementen. D. h., daß die Herstellungsschritte, obgleich die Struktur kompliziert ist, nicht kompliziert sind.
Fig. 12A zeigt ein Ersatzschaltdiagramm dieser lichtermittierenden Vorrichtung. Wie aus Fig. 12 deutlich wird, besteht die lichtemittierende Vorrichtung dieser Ausführungsform hauptsächlich aus lichtemittierenden Übertragungselementen S (-1) bis S (2) und lichtemittierenden Schreibelementen L (-1) bis L (2). Die Anordnung eines Abschnittes der lichtemittierenden Übertragungselemente ist exakt die gleiche wie bei der konventionellen Anordnung, die oben beschrieben wurde, in der die Diodenverbindung, die in Fig. 7 gezeigt ist, verwendet wird. Die Gates G&submin;&sub1; bis G&sub1; der lichtemittierenden Übertragungselemente S sind mit den Gates der lichtemittierenden Schreibelemente L verbunden. Ein Schreibsignal Sin wird an die Anode von jedem lichtemittierenden Schreibelement L angelegt.
Die Funktionsweise der obigen lichtemittierenden Vorrichtung wird im folgenden beschrieben.
Fig. 13 ist eine schematische Schnittansicht einer Anordnung lichtemittierender Übertragungselemente. Ein Abschnitt der lichtemittierenden Übertragungselemente funktioniert ähnlich wie die konventionelle Anordnung, d. h. die lichtemittierenden Übertragungselemente S (-1), S (0), S (1), S (2), werden nacheinander durch zwei Phasentaktpulse Φ&sub1;, und Φ&sub2; angeschaltet.
Angenommen, daß das lichtemittierende Übertragungselement S (0) in einem EIN-Zustand ist, wird die Spannung des Gates G&sub0; unter VGK (es wird angenommen, daß diese in diesem Fall 5 V beträgt) auf im wesentlichen 0 V reduziert. Deshalb kann, wenn die Spannung des Schreibsignals Sin höher als eine Diffusionspotential (etwa 1 V) eines p-n Übergangs ist, das lichtemittierende Element L (0) in einem Lichtemissionszustand gesetzt werden. Die Spannung des Gates G, beträgt etwa 5 V und die Spannung des Gates G&sub1; beträgt etwa 1 V. Deshalb beträgt die Schreibspannung des lichtemittierenden Elements L (-1) etwa 6 V und die Schreibspannung des lichtemittierenden Elements L (1) etwa 2 V. Im Ergebnis fällt die Spannung des Schreibsignals Sin, die nur in dem lichtemittierenden Element L (0) geschrieben werden kann, innerhalb des Bereichs von 1 bis 2 V.
Wenn das lichtemittierende Element L (0) in den EIN-Zustand gesetzt wird, d. h. in den lichtemittierenden Zustand, wird die Spannung der Schreibsignalleitung Sin bei etwa 1 V fixiert. Deshalb kann ein Fehler, durch den ein anderes lichtemittierendes Element ausgewählt wird, verhindert werden. Die Lichtemissionsintensität wird über Strommengen i&submin;&sub1;, i&sub0;, i&sub1; bestimmt, die in das Schreibsignal Sin das in Fig. 12B gezeigt ist, fließen und eine Bildschreibfunktion kann mit einer willkürlichen Intensität durchgeführt werden. Um den Lichtemissionszustand zu dem nächsten Element zu. übertragen, muß die Spannung der Schreibsignalleitung Sin zu den Zeiten t&sub0;, t&sub1;, t&sub2;, ..., reduziert werden, wie in Fig. 12B gezeigt ist, um zeitweilig das lichtemittierende Element L, das Licht emittiert, in einen AUS-Zustand zu setzen.
In dieser Anordnung wird ein Diodenkopplungssystem als ein Kopplungssystem für eine Steuerelektrode mit einer Grenzspannung oder Strom verwendet, die bzw. der extern gesteuert werden kann. Das Kopplungssystem ist nicht auf das obige System begrenzt, sondern kann das Widerstandsnetzwerksystem sein, wie in Fig. 6 gezeigt ist, oder das optische Kopplungssystem sein, das in Fig. 8 gezeigt ist.
In der obigen Ausführungsform wird amorphes Silizium als Widerstand 163 verwendet. Es könne jedoch beliebige Substanzen verwendet werden, solange die Substanz einen Widerstand hat, der ähnlich dem des Widerstands 163 ist. Zusätzlich ist die Struktur des Widerstands nicht auf die obige Struktur beschränkt. Beispielsweise kann eine Struktur, in der ein Abschnitt von Schichten, die gestapelt sind, um lichtemittierende Elemente zu bilden, verwendet werden, als eine Widerstandsschicht verwendet werden.

Ausführungsform 2

Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten unter Bezug auf die Fig. 14 und 15 beschrieben. Fig. 14 ist eine ebene Ansicht, die eine lichtemittierende Vorrichtung dieser Ausführungsform zeigt, und Fig. 15 ist ein Ersatzschaltbild hiervon.
Eine n-Typ GaAs-Schicht 24b, eine n-Typ AlGaAs-Schicht 24a, eine p-Typ GaAs-Schicht 23a, eine n-Typ GaAs-Schicht 22a, eine p-Typ AlGaAs-Schicht 21b und eine p-Typ GaAs-Schicht 21a sind aufeinanderfolgend auf einem n-Typ GaAs-Substrat 1 gestapelt.
Die gestapelten Halbleiterschichten sind in lichtemittierende Elemente S durch eine Isolationsnut 50 getrennt. Um ein Gate und ein unidirektionales Kopplungselement zu bilden, sind die p-Typ GaAs- Schicht 21a und die p-Typ AlGaAs-Schicht 21b von jedem lichtemittierenden Element S teilweise entfernt, um fünf Inseln auf der n-Typ GaAs-Schicht 22a zu erhalten. Diese fünf Inseln bestehen aus zwei kleinen Inseln und drei vergleichsweise großen aufeinanderfolgenden Inseln. Die drei vergleichsweise großen Inseln sind in Längsrichtung des Arrays lichtemittierender Elemente angeordnet. Die zwei kleinen Inseln sind wiederholt in der Längsrichtung des Array lichtemittierender Elemente angeordnet, so daß sie ein Muster aus einer Insel, einer Insel, einem Tal, einer Insel, einer Insel, einem Tal, einer Insel, einer Insel und einem Tal bilden. In dieser Anordnung entspricht eine vergleichsweise große Insel einem lichtemittierenden Element, ein Satz einer Insel, einer Insel und eines Tals entspricht einem Abfrageschaltelement, das mit drei Lichtemittierenden Elementen verbunden ist, und das Tal zeigt einen freigelegten Gateabschnitt der n-Typ GaAs-Schicht 22a an.
Das gesamte Substrat ist mit einem isolierenden Film 30 überzogen.
Verbindungskontaktlöcher C&sub1; sind in dem isolierenden film 30 an Positionen auf dem freigelegten Abschnitt der n-Typ GaAs-Schicht 22a und den fünf Abschnitten der p-Typ GaAs-Schicht 21a ausgebildet.
Die n-Typ GaAs-Schicht 22a von jedem abtastenden Schaltelement und die p-Typ GaAs-Schicht 21a des benachbarten abtastenden Schaltelements sind unter Verwendung des Kontaktlochs C&sub1; verbunden. Eine T-förmige metallische dünne Filmverdrahtung 45 für das Verbinden einer Leistungsquellenelektrode und ein Gate, eine metallische Filmverdrahtung für das Übertragen eines Schreibsignals Sin zu den drei großen inselartigen p-Typ GaAs-Schichten 21a des lichtemittierenden Elements über das Kontaktloch C&sub1; und eine metallische dünne Filmverdrahtung 42 für das Übertragen einer Antriebsspannung zu den verbleibenden inselartigen p-Typ GaAs-Schichten 21a des lichtemittierenden Elements über das Kontaktloch C&sub1; sind auf dem isolierenden Film 30 ausgebildet.
Phosphordotiertes amorphes Silizium 163, das als Gateleistungsquellenelektrodenwiderstand RL verwendet wird, ist teilweise auf der metallischen Dünnfilmverdrahtung 45 schichtartig mit einer Dicke von etwa 1 um aufgebracht. Das amorphe Silizium 163 ist in einer 1 : 1 Übereinstimmung mit dem lichtemittierenden Element getrennt.
Das gesamte Substrat ist mit einem isolierenden Film 31 überzogen.
Verbindungskontaktlöcher C&sub2; sind in dem isolierenden Film 31 an Positionen auf dem amorphen Silizium 163, der metallischen Dünnfilmverdrahtung 42 und der metallischen Dünnfilmverdrahtung 44 ausgebildet.
Schreibleitungen (Sin1, Sin2 und Sin3) für das Übertragen eines Schreibsignals zu der metallischen Dünnfilmverdrahtung 44 (die Anode des lichtemittierenden Elements) über das Kontaktloch C&sub2;, eine Leistungsquellenleitung 41 für das Übertragen einer Leistungsquelle zu der metallischen Dünnfilmverdrahtung 43 (die mit dem Gate des abtastenden Schaltelements verbunden ist) über das Kontaktloch C&sub2; (das amorphe Silizium 163) und die Taktleitungen Φ&sub1; und Φ&sub2; für das Übertragen eines Übertragungstaktes zu der metallischen Dünnfilmverdahtung 40 (die Anode des abtastenden Schaltelements) über das Kontaktloch C&sub2; sind auf dem isolierenden Film 31 ausgebildet.
Die Positionen der Kontaktlöcher C&sub2;, die auf der die Schreibleitung verbindenden metallischen Dünnfilmverdrahtung 44 ausgebildet sind, werden derart ausgewählt, daß die Anode von jedem abtastenden Schaltelement mit einer der Schreibleitungen Sin1, Sin2 und Sin3 in der Reihenfolge Sin1, Sin2 und Sin3 verbunden sind.
Fig. 15 ist ein Ersatzschaltbild der obigen Ausführungsform, das sich darin von der ersten Ausführungsform unterscheidet, daß die lichtemittierenden Elemente in. Blöcken gruppiert sind, die jeweils drei Elemente haben, wobei lichtemittierende Elemente in einem Block von einem abtastenden Schaltelement gesteuert werden, und eine Schreibleitung unabhängig mit jedem lichtemittierenden Element in dem Block verbunden ist, um die Lichtemission des Elements zu steuern. In Fig. 15 bilden die lichtemittierenden Elemente L&sub1; (-1), L&sub2; (-1) und L&sub3; (-1), die lichtemittierenden Elemente L&sub1; (0), L&sub2; (0) und L&sub3; (0) und die lichtemittierenden Elemente L&sub1; (+1), L&sub2; (+1) und L&sub3; (+1) Blöcke.
Die Funktionsweise der zweiten Ausführungsform ist die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform außer, daß Lichtemission, die in jedes Element in Übereinstimmung mit dem Schreibsignal Sin in der ersten Ausführungsform geschrieben wird, gleichzeitig in eine Mehrzahl von Elementen geschrieben wird, um Licht zu emittieren und die Lichtemission in Blockeinheiten übertragen wird.
Angenommen, daß die obige selbstauslesende lichtemittierende Vorrichtung als Lichtquelle für einen allgemein bekannten optischen Drucker bzw. optischen Kopierer, wie zum Beispiel ein LED- Drucker, verwendet wird, sind etwa 3400 Bits von lichtemittierenden Elementen erforderlich, um ein Material entsprechend einer kurzen Seite (etwa 21 cm) eines A4-Blatts mit einer Auflösung von 16 dots/mm (Punkte/mm) zu drucken.
In der lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform emittiert immer einer der Punkte Licht, und ein Bild wird geschrieben durch Veränderung der Intensität der Lichtemission.
Wenn ein optischer Drucker bzw. optischer Kopierer unter Verwendung dieser Vorrichtung angeordnet wird, ist die Bildhelligkeit 3400 mal so hoch wie diejenige eines normalerweise verwendeten LED-Arrays eines optischen Druckers. Das konventionelle Array wird durch einen Antriebs-IC gesteuert, so daß LEDs, die an Punkten lokalisiert sind, in denen Bilder gleichzeitig geschrieben werden, Licht emittieren. D. h., wenn die Lichtemissionseffizienz gleich ist, muß ein Strom, der 3400 mal größer ist als der von konventionellen LED-Arrays fließen. Es sei bemerkt, daß die Lichtemissionszeit auf 1/3400 von der einen konventionellen LED-Arrays verkürzt wird. Im allgemeinen wird jedoch, wenn die Strommenge erhöht wird, die Lebensdauer eines lichtemittierenden Elements schnell verkürzt. Deshalb ist, obwohl ein Auslastungsgrad von 1/3400 erreicht werden kann, die Lebensdauer der lich emittierenden Vorrichtung der ersten Ausführungsform kürzer als die eines konventionellen LED-Druckers.
Entsprechend der zweiten Ausführungsform ist jedoch, wenn man annimmt, daß die gesamte Bitanzahl die gleiche ist, die Lichtemissionszeit eines Elements dreimal so groß wie der ersten Ausführungsform, da drei Elemente in einem Block aufgenommen sind. Daher kann, da nur ein Drittel des Stromes der ersten Ausführungsform zu einem lichtemittierenden Element in einem EIN-Zustand fließen muß, die Lebensdauer der Vorrichtung verlängert werden im Vergleich mit derjenigen eines konventionellen Systems.
In der obigen Ausführungsform sind drei Elemente in einem Block aufgenommen. Wenn die Anzahl von Elementen erhöht wird, kann jedoch die Schreibstrommenge verringert werden, um die Lebensdauer der Vorrichtung zu verlängern.

Ausführungsform 3

Eine lichtemittierende Vorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die den Auslastungsgrad weiter verbessern kann, wird unten unter Bezug auf die Fig. 16, 17, 18 und 19 beschrieben. Fig. 16 ist eine Schnittansicht, die die lichtemittierende Vorrichtung dieser Ausführungsform zeigt, Fig. 17 ist ein Blockdiagramm von Fig. 16, Fig. 18 ist ein p-n Bild von Fig. 17 und Fig. 19 ist ein Schaltdiagramm, das dem p-n Bild, das in Fig. 18 gezeigt ist, äquivalent ist.
Fig. 17 ist ein Blockdiagramm, das die dritte Ausführungsform zeigt. In Fig. 17 wird eine Anordnung lichtemittierender Elemente durch ein Schieberegister 200, ein Schreibschaltarray 201, ein Zurücksetzschaltarray 202 und ein Array 203 lichtemittierender Speicherelement gebildet. Jedes Array besteht aus N-Elementen von den Nummer (1) bis (N).
Das Schieberegister 200 wird mir einer Vorspannspannung V&sub1; von einer Leistungsquelle, einer Mehrzahl von Übertragungstakten Φ und einem Startpuls ΦS angetrieben, um einen EIN-Zustand zu übertragen (Selbstauslesung). Die Übertragungsrichtung ist von links nach rechts, d. h. von (1) bis (N).
Das Schreibschaltarray 201 ist ein Schaltarray für das Schreiben eines Eingangsbildsignals Vin in das Array 203 lichtemittierender Speicherelemente und arbeitet synchron mit dem Schieberegister 200. D. h., daß das Schreibschaltarray 201 ein Bildsignal Vin (t) in ein Bit des Arrays 203 lichtemittierender Speicherelemente schreibt, entsprechend einem Bit des Schieberegisters 200 in einem EIN- Zustand zu einer Zeit t.
Zu dieser Ausführungsform wird die Schreiboperation des Bildsignals Vin eingestellt, daß sie die gleiche Zahl für jedes Bit hat. Die geschriebene Lichtemissionsinformation wird in dem Array 203 lichtemittierender Speicherelemente gehalten.
Das Schieberegister 200 ist derart angeordnet, daß es gleichzeitig das Zurücksetzschaltarray 202 adressiert. In diesem Fall ist jedoch ein Schieberegisterausgangswert mit einem Element, das um 1 Bit in der Übertragungsrichtung vorgerückt ist, verbunden, so daß ein Schieberegisterausgang von einem Bit der Nummer (1) mit einem Rückstellschalter von Nr. (2) verbunden ist und ein Schieberegisterausgang von einem Bit der Nummer (3) ist mit einem Rückstellschalter von Nummer (4) verbunden. Wenn der Rückstellschalter adressiert wird, wird das lichtemittierende Speicherelement zurückgesetzt. D. h., wenn ein bestimmtes Bit des Schieberegisters angeschaltet wird, wird ein lichtemittierendes Speicherelement, das um ein Bit in der Übertragungsrichtung vorgerückt ist, in einen nicht-emittierenden Zustand (AUS-Zustand) zurückgestellt ungeachtet dessen, ob es in einem lichtemittierenden Zustand oder in einem nicht-emittierenden Zustand ist.
Mit dieser Anordnung wird eine Veränderung eines Bildsignals mit der Zeit als eine Positionsveränderung in dem lichtemittierenden Speicherelement geschrieben und die Bildinformation wird in das lichtemittierende Speicherelement geschrieben, um ein Bildmuster zu bilden, das von der Lichtemission gebildet wird. Wenn das nächste Bildsignal geschrieben werden soll, wird die geschriebene Bildinformation von dem Rückstellschalter gelöscht und neue Bildinformation wird sofort nach dem Löschen geschrieben.
Aus diesem Grund sind die lichtemittierenden Elemente im wesentlichen konstant in einen EIN- Zustand versetzt, um einen Auslastungsgrad von im wesentlichen 1 zu erhalten.
In dieser Anordnung wird nur ein Schieberegister 200 zur Verfügung gestellt und dessen Ausgangswerte werden sowohl in der Bildsignalschreiboperation als auch in der Bildsignallöschoperation verwendet. Es können jedoch zwei Schieberegister verwendet werden in den Bildsignalschreiboperationen bzw. den Bildsignallöschoperationen.
Fig. 19 ist ein Ersatzschaltdiagramm dieser Ausführungsform entsprechend der Anordnung, die in Fig. 17 gezeigt ist.
Das Schieberegister 200 hat die gleiche Anordnung wie die des oben beschriebenen Standes der Technik. Jeder der Thyristoren S (1) bis S (4) wird von zwei Transistoren (Tr&sub1; und Tr&sub2;) gebildet und deren Gates sind mit einem benachbarten Thyristor S und einer Leistungsquelle V&sub1; über die Widerstände RL und RI verbunden. Die Ausgangswerte von dem Schieberegister werden von den Gates extrahiert und als Ausgangsspannungen V&sub0; (1) bis V&sub0; (3) angezeigt. (1) bis (3) sind die Nummern der jeweiligen Bits. In Fig. 19 ist jeder Widerstand Re ein Widerstand für das Begrenzen des Stromes auf einer Taktleitung.
Pnp Transistoren Tr&sub3; (1) bis Tr&sub3; (4) werden als Schreibschalter verwendet und npn Transistoren Tr&sub4; (1) bis T&sub4; (4) werden als Rücksetzschalter verwendet. Jeder Widerstand Rc ist ein Widerstand für das Begrenzen des Stromes, der in dem entsprechenden lichtemittierenden Speicherelement L (1) bis L (4) fließt. Ein lichtemittierender Thyristor, der durch die Kombination von zwei Transistoren (Tr&sub5; und Tr&sub6;) dargestellt wird, wird als jedes der lichtemittierenden Speicherelemente L (1) bis L (4) verwendet. Wenn dieser lichtemittierende Thyristor angeschaltet wird, wird er auf EIN gehalten, bis die Leistungsquelle ausgeschaltet wird. Diese Charakteristik des lichtemittierenden Thyristors wird als eine lichtemittierende Speicherfunktion verwendet.
Die Funktionsweise dieses Ersatzkreises wird unten unter Bezug auf ein Taktzeitdiagramm, das in Fig. 20 gezeigt ist, beschrieben. In der Fig. 20 bezeichnen die Bezugszahlen t&sub1; bis t&sub5; Zeiten. Die Übertragungstakte werden durch Φ&sub1; bis Φ&sub3; dargestellt, in denen Φ1 in einem hohen Niveau ist von t&sub1; bis t&sub2; und von t&sub4; bis t&sub5;, Φ&sub2; ist auf einem hohen Niveau von t&sub2; bis t&sub3; und Φ&sub3; ist auf einem hohen Niveau von t&sub3; bis t&sub4;. Die Ausgangswerte V&sub0; (1) bis V&sub0; (3) von dem Schieberegister 200 werden synchron mit Φ&sub1;, bis Φ&sub3; extrahiert und als Niedrigniveausignale zur Verfügung gestellt. Ein Bildsignal VIN ist in einem hohen Niveau von t&sub2; bis t&sub3; und wird in ein lichtemittierendes Element der Bitnummer 2 geschrieben.
Die Zeitperiode zwischen den Zeiten t&sub1; und t&sub2; wird beschrieben. In dieser Periode wird der Ausgangswert V&sub0; (1) als ein Niedrigniveauausgang aus dem Schieberegister 200 extrahiert. Dieser Ausgangswert V&sub0; (1) ist mit der Basis des Transistors Tr&sub3; (1) als ein Schreibschalter verbunden, um den Transistor Tr&sub3; (1) in einen Schreibfreigabezustand zu setzen. In diesem Fall wird jedoch, da das Bildsignal VIN auf einem niedrigen Niveau ist, keine Schreibfunktion für das lichtemittierende Speicherelement L durchgeführt. Der Ausgangswert V&sub0; (1) wird gleichzeitig an die Basis des Transistors Tr&sub4; (2) als ein Rücksetzschalter angelegt und auf etwa 0 V reduziert. Aus diesem Grund wird die Emitterspannung des Transistors Tr&sub4; (2) auf 0 V reduziert, um das lichtemittierende Element auszuschalten. Daher wird das lichtemittierende Speicherelement des Bits Nr. 2 zurückgesetzt.
Die Zeitperiode zwischen den Zeiten t&sub2; und t&sub3; wird betrachtet. In dieser Periode ist der Ausgangswert des Schieberegisters V&sub0; (2), und dieser Ausgangswert wird an die Basis des Transistors Tr&sub3; (2) angelegt. Da das Bildsignal VIN auf einem hohen Niveau ist, fließt der Strom über den Transistor Tr&sub3; (2) in das lichtemittierende Speicherelement. Dieser Strom dient als Basisstrom des Transistors Tr&sub6; (2), um das lichtemittierende Speicherelement L (2) des Bits Nr. 2 anzuschalten. Diese Lichtemission wird beibehalten bis das nächste Rückstellsignal eingegeben wird. Zu dieser Zeit wird das lichtemittierende Speicherelement L (3) des Bits Nr. 3 durch V&sub0; (2) zurückgesetzt.
Der Strom, der in das lichtemittierende Speicherelement L fließt, wird durch den Widerstand Rc begrenzt. Da der Auslastungsgrad erhöht wird, wird nur eine geringe Menge des Lichtemissionsstroms benötigt, um eine hoch zuverlässige lichtemittierende Vorrichtung zu realisieren.
In dieser Ausführungsform wurde eine Funktionsweise entsprechend der drei Phasen der Übertragungstakte beschrieben. Die Vorrichtung dieser Ausführungsform kann jedoch auch bei Verwendung von vier oder mehr Phasen von Übertragungstakten betrieben werden.
Obgleich die lichtemittierenden Elemente in einer Reihe in der obigen Ausführungsform angeordnet sind, müssen sie nicht linear angeordnet werden, sondern können in einer zickzack Art und Weise angeordnet werden, oder die Anzahl von Reihen kann auf zwei erhöht werden von der Mitte der Anordnung aus.
In dieser Ausführungsform ist die Beschreibung auf einen lichtemittierenden Thyristor begrenzt. Es kann jedoch jede Vorrichtung verwendet werden, so lange sie eine ähnliche Funktion hat, zum Beispiel kann ein Lesethyristor als ein lichtemittierendes Element verwendet werden.
In dieser Ausführungsform kann das lichtemittierende Element von einem einzigen Teil gebildet werden oder kann integriert sein durch eine bestimmte Methode.
Fig. 16 zeigt eine Anordnung, in welcher der Ersatzschaltkreis, der in Fig. 19 gezeigt ist, integriert ist. Fig. 18 ist eine Ansicht, die den Ersatzschaltkreis, der in Fig. 19 gezeigt ist, als von einem p-n Bild erneut geschrieben zeigt. Jedes Bit des Schieberegisters 200 wird von einer pnpn Vierschichtanordnung dargestellt und das lichtemittierende Speicherelement L wird in ähnlicher Weise durch eine pnpn Anordnung dargestellt. Die Bits mit der pnpn Anordnung des Schieberegisters 200 werden durch S (1) bis S (4) dargestellt, und die Bits des lichtemittierenden Speicherelements werden durch L (1) bis L (4) dargestellt. Fig. 16 zeigt eine Struktur, in der diese Anordnung auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet wird.
Fig. 16 ist eine Schnittansicht, die die Struktur des Bits Nr. 2 zeigt. In dieser Struktur sind eine n- Typ GaAs-Schicht 24, eine p-Typ GaAs-Schicht 23, eine n-Typ GaAs-Schicht 22 und eine p-Typ GaAs-Schicht 21 aufeinanderfolgend auf einem halbisolierenden GaAs-Substrat 1 gestapelt. Diese Halbleiterschichten sind mittels eines isolierenden Films 30 in Elemente isoliert, die jeweils eine spezifische Funktion haben und die über eine Metallelektrode 43 elektrisch angeschlossen sind. Die Widerstände RL und RI sind Widerstandselemente, die von der n-Typ GaAs-Schicht 22 gebildet werden und haben ein Ende, das mit einer Leistungsquelle V&sub1; verbunden ist. S (2) des Schieberegisters wird von den vier Schichten 21, 22, 23 und 24 gebildet. Tr&sub3; (2) des Schreibschalters wird durch die Schichten 21, 22 und 23 gebildet, und die Schicht 24, die nicht notwendig ist, ist mit der Schicht 23 verbunden, um den Effekt der Schicht 24 auszugleichen.
L (2) des lichtemittierenden Speicherelements wird von den vier Schichten 21, 22, 23 und 24 gebildet. Die Schichten 23 und 24 des Schreibschalters Tr&sub5; (2) sind mit der Schicht 23 des Schieberegisters L (2) verbunden; um als Schreibelektrode des lichtemittierenden Speicherelements L zu dienen. Ähnlich zu den Widerständen RL und RI, wird der Widerstand Rc auf der n-Typ GaAs-Schicht 22 gebildet. Tr&sub4; (2) des Rücksetzschalters wird durch die drei Schichten 22, 23 und 24 gebildet und die Schicht 21, die nicht notwendig ist, wird mit der Schicht 22 verbunden. Die Schicht 23 wird mit der Basis (Schicht 21) des Schreibschalters Tr&sub3; (1) verbunden.
Durch Verwendung der in Fig. 16 gezeigten Struktur kann die oben beschriebene Arbeitsweise perfekt erreicht werden.
Man bemerke, daß GaAs als Halbleiter in den oben beschriebenen ersten bis drillen Ausführungsformen verwendet wird, daß jedoch andere Halbleiter verwendet werden können.
In dieser Ausführungsform ist die Struktur des lichtemittierenden Speicherelements nicht auf pnpn Struktur begrenzt. Beispielsweise kann eine Struktur mit sechs oder mehr Schichten verwendet werden, um den gleichen Effekt zu erzielen. Zusätzlich kann ein Thyristor, der statischer Induktionsthyristor (SI) genannt wird oder ein feldgesteuerter Thyristor (FCT) verwendet werden, um die gleiche lichtemittierende Speicherfunktion zu realisieren.
Diese selbstauslesende lichtemittierende Vorrichtung kann auf einen Schreibkopf eines optischen Druckers bzw. optischen Kopierers oder einer Anzeige angewendet werden, um die Kosten zu senken und die Leistungsfähigkeit eines solchen Gerätes zu erhöhen.
Wie oben beschrieben wurde, ist, entsprechend der ersten bis dritten Ausführungsformen, ein "transfer light-emitting element" (lichtemittierendes Übertragungselement) für das Durchführen der EIN-Zustandübertragung, die Vorspannungslicht erzeugt, von einem "storage light-emitting element" (lichtemittierendem Speicherelement) für das Durchführen einer Bildspeicheroperation isoliert. Deshalb kann der Einfluß des Vorspannungslichts von dem lichtemittierenden Übertragungselement auf die Bildschreiboperation durch eine lichtabschirmende Schicht, die hierauf angeordnet ist, verhindert werden. Im Ergebnis wird nahezu kein Einfluß des Vorspannungslichts erzeugt, um die Qualität des Druckers oder dergleichen zu erhöhen.
Zusätzlich kann die Anordnung eines Druckers vereinfacht werden, da ein Schreibbildsignal direkt in ein lichtemittierendes Speicherelement eingegeben werden kann, ohne über eine Übertragungstaktleitung zu gehen.
Da lichtemittierende Elemente in Blöcke gruppiert sind und eine Schreiboperation unabhängig für jedes Element in einem Block durchgeführt wird, kann darüber hinaus die Strommenge während der Schreiboperation reduziert werden, um die Lebensdauer des lichtemittierenden Elements zu verlängern.
Die lichtemittierende Vorrichtung mit einem Auslastungsgrad von im wesentlichen 1 kann durch einfache Herstellungsschritte unter Verwendung einer Anordnung lichtemittierender Speicherelemente hergestellt werden. Folglich können verschiedene Probleme der Anzahl von Drahtverbindungen, eines Antriebs ICs und die Schwierigkeiten in der Realisation von Kompaktheit und einem kleinen Abstand gelöst werden.
Die obige erste bis dritte Ausführungsform kann an einem optischen Drucker, einer Anzeige und dergleichen angewendet werden, um die Leistung zu erhöhen und die Kosten solcher Geräte zu reduzieren.

Ausführungsform 4

Fig. 21 ist ein Ersatzschaltbild, das die vierte Ausführungsform einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. In Fig. 21 sind ein Schaltelementarray SDA und ein Array lichtemittierender Elemente LMA separat in oberen und unteren Abschnitten gezeigt.
Das Schaltelementarray SDA mit einer Schieberegisterfunktion wird unten beschrieben. Die Bezugszeichen S (-2) bis 5 (2) bezeichnen Schaltelemente (Thyristoren mit jeweils einer pnpn Struktur); Φ&sub1; und Φ&sub2; bezeichnen Übertragungstakte für das Antreiben des Schaltelementarrays SDA; CL&sub1; beschreibt eine Taktleitung, zu der der Übertragungstakt Φ&sub1; geliefert wird; und CL&sub2; beschreibt eine Taktleitung, zu der der Übertragungstakt Φ&sub2; geliefert wird. Die Gates G&submin;&sub2; bis G&sub2; (erste Steuerelektrode) der Schaltelemente S (-2) bis S (2) sind durch Kopplungsdioden D&submin;&sub2; bis D&sub1; (erste elektrische Einrichtung) verbunden.
Da das obige Diodenkopplungssystem übernommen wird, kann das Schaltelementarray SDA die Informationsübertragungsfunktion durch Verwendung der Zweiphasenübertragungstakte Φ&sub1; und Φ&sub2; durchführen.
Die Bezugszeichen RA1 und RA2 bezeichnen Anodenbelastungswiderstände für das Verbinden der Anoden der Schaltelemente S (-2) bis S (2) zu einer der Taktleitungen CL&sub1; und CL&sub2;. Diese Anodenbelastungswiderstände RA1 und RA2 begrenzen die Strommenge, wenn die Schaltelemente S (-2) bis S (2) in einem EIN-Zustand sind. Die Kathoden der Schaltelemente S (-2) bis S (2) sind geerdet.
Die Bezugszeichen RL1 und RL2 bezeichnen Gatebelastungswiderstände (zweite elektrische Einrichtung) für das Verbinden der Gates G&submin;&sub2; bis G&sub2; der Schaltelemente S (-2) bis S (2) mit einer Gleichstromleistungsquelle einer Leistungsquellenspannung VGK. Diese Gatebelastungsresistoren RL1 und RL2 begrenzen die Strommenge, die von der Gleichstromleistungsquelle der Leistungsquellenspannung VGK zu der Gates G&submin;&sub2; bis G&sub2; fließen. Die Gates G&submin;&sub2;, G&sub0; und G&sub2; sind mit den Kathoden der Dioden. D-2', D0' und D2' (dritte elektrische Einrichtungen) verbunden.
In dem in Fig. 21 gezeigten Schaltelementarray SDA wird ein Schaltelement S (-3) an der linken Seite des Schaltelements S (-2) ausgebildet. Ein Gate G&submin;&sub3; des Schaltelements S (-3) ist mit dem Gate G&submin;&sub2; des Schaltelements S (-2) über eine Kopplungsdiode D&submin;&sub3; ähnlich der Kopplungsdiode D&submin;&sub2; verbunden. Das Gate G&submin;&sub3; des Schaltelements S (-3) ist mit der DC-Leistungsquelle der Leistungsquellenspannung VGK über einen Gatebelastungswiderstand RL-3 verbunden.
Die Anode des Schaltelements D (-3) ist mit einem Anschluß für das Empfangen eines Startpulses ΦS für einen Anodenbelastungswiderstand RA-3 verbunden. Die Kathode des Schaltelements S (-3) ist geerdet. Man bemerke, daß, obgleich eine Stromquelle für das Modulieren der Lichtemissionsintensität für den Anschluß oder die Leitung für das Empfangen des Startpulses ΦS zur Verfügung gestellt wird, diese Stromquelle in Fig. 21 nicht gezeigt ist.
Das Array lichtemittierender Elemente LMA wird unten beschrieben. Das Bezugssymbol ΦR bezeichnet einen Takt (Auslesesignal) für die Steuerung der Erlaubnis/Unterdrückung einer Informationschreiboperation in die lichtemittierenden Elemente (lichtemittierenden Thyristoren) L (-2), L (0) und L (2) und das Zurücksetzen eines geschriebenen Zustands; und CLR eine Stromzuführungsleitung, zu der der Takt Φ&sub3; geliefert wird.
Bezugssymbol RA3 bezeichnet Anodenbelastungwiderstände für das Verbinden der Anoden der lichtemittierenden Elemente L (-2), L (0) und L (2) mit der Stromzuführungsleitung CLR. Diese Anodenbelastungsresistoren RA3 begrenzen die Strommenge, wenn die lichtemittierenden Elemente L (-2), L (0) und L (2) in einem EIN-Zustand sind. Die Kathoden der lichtemittierenden Elemente L (-2), L (0) und L (2) sind geerdet.
Die Bezugssymbole R&sub3; bezeichnen Gatebelastungswiderstände für das Verbinden der Gates (zweite Steuerelektroden) G-2', G0' und G2' der lichtemittierenden Elemente L (-2), L (0) und L (2) mit der Gleichstromleistungsquelle der Leistungsquellenspannung VGK. Diese Gatebelastungswiderständen RL3 begrenzen die Strommenge, die von der DC-Leistungsquelle der Leistungsquellenspannung VGK zu den Gates G-2', G0' und G2' fließen. Die Gates G-2', G0', und G2' sind mit den Anoden der Dioden D2', D0' und D2' (dritte elektrische Einrichtungen) verbunden.
D. h., daß in Fig. 21 die Gates G-2', G0' und G2' der Schaltelemente S (-2), S (0) und S (2) mit den Gates G-2', G0' und G2' der lichtemittierenden Elemente L (-2), L (0) und L (2) über die Dioden D-2', D0' bzw. D2' verbunden sind.
Die Funktionsweise des Schaltelementarrays SDA wird unten beschrieben.
Man nehme an, daß eine Hoch- oder Niedrigniveauspannung als Startpuls ΦS an das Schaltelement S (-3) geliefert wird. n diesem Fall, wenn die Hochniveauspannung größer als die Spannungssumme der Leistungsquellenspannung VGK und der Diffusionsspannung Vdif, ist, wird das Schaltelement S (-3) angeschaltet. Wenn die Niedrigniveauspannung des Startpulses ΦS. der als nächstes geliefert wird, kleiner als die den EIN-Zustand beibehaltende Spannung des Schaltungselements S (-3) ist, wird das Schaltungselement S (-3) ausgeschaltet.
Die Gatespannung des Schaltelements S (-3) beträgt im wesentlichen 0 V in dem EIN-Zustand und ist die gleiche wie die Leistungsquellenspannung VGK in dem AUS-Zustand. Wenn die Gatespannung des Schaltelements S (-3) im wesentlichen 0 ist, wird die Gatespannung des Schaltelements S (-2) unter die Einschaltspannung des Schaltelements S (-2) durch eine Kopplungsdiode D&submin;&sub3; (nicht gezeigt) reduziert. Deshalb kann das Schaltelement S (-2) durch den Übertragungstakt Φ&sub2; angeschaltet werden.
Dieser EIN-Zustand wird aufeinanderfolgend nach rechts in Fig. 21 durch die Übertragungstakte Φ&sub1; und Φ&sub2; übertragen. D. h., daß der EIN-Zustand in das Schaltelementarray SDA durch die Hochniveauspannung des Startpulses ΦS geschrieben wird und dieser Zustand aufeinanderfolgend nach rechts übertragen wird.
Wenn alle Bits in einem EIN-Zustand sind, kann jedoch dieser EIN-Zustand von der Anordnung dieses Schaltelementarrays nicht übertragen werden. Daher werden EIN- und AUS-Zustände wiederholt mit jedem anderen Bit übertragen.
D. h., daß Hochniveau- und Niedrigniveauwellenformen des Startpulses ΦS aufeinanderfolgend synchron mit den Übertragungstakten Φ&sub1; und Φ&sub2; geliefert werden missen.
Angenommen, daß effektive Information nur in den EIN- und AUS-Zuständen von geradzahligen Bits vorhanden ist und die EIN- und AUS-Zustände 1 bzw. 0 sind, wird 1 oder 0 von dem Startpuls ΦS geschrieben und 1 und 0 werden von den Übertragungstakten Φ&sub1; und Φ&sub2; übertragen. Auf diese Art und Weise wird ein Signal (Information) von 1 oder 0 in das Schaltelementarray SDA geschrieben.
Die Funktionsweise des lichtemittierenden Elements L (-2) (L (0) und L (2)) wird unten beschrieben.
Angenommen, daß das lichtemittierende Element L (-2) 0 ist, dann ist das lichtemittierende Element L (-2) nicht angeschaltet, wenn die Spannung des Taktes ΦR 0 V ist. D. h., daß das lichtemittierende Element L (-2) in einen Schreibverhinderungszustand gesetzt wird. Wenn die Spannung des Taktes ΦR zwischen die den EIN-Zustand behaltende Spannung des lichtemittierenden Elements L (-2) und einer Spannung von VGK + Vdif eingestellt wird, wird das lichtemittierende Element L (-2) in einen Schreibfreigabezustand gesetzt. Wenn die Spannung des Gates G-2' verändert wird, kann das lichtemittierende Element L (-2) in einen EIN-Zustand gesetzt werden.
Eine Informationsschreibfunktion von dem Schaltelementarray SDA in das lichtemittierende Elementarray LMA wird unten beschrieben.
Wie oben beschrieben wurde, wird die Information von 1 oder 0 in das Schaltelementarray SDA geschrieben. Nachdem die Information in das letzte Bit geschrieben wurde, werden die Übertragungstakte Φ&sub1; und Φ&sub2; in Niedrigniveau- und Hochniveauzustände gesetzt. In dieser Art und Weise wird die Informationsübertragungsfunktion beendet und die Information, die in die Schaltelementanordnung SDA geschrieben ist, wird gehalten (besonders in geradzahligen Bits).
In jedem geradzahlichen Bit des Schaltelementarrays ist die Gatespannung eines Schaltelements in einem EIN-Zustand im wesentlichen 0 V, und die Gatespannung eines Schaltelements S in einem AUS-Zustand ist etwa zweimal die Spannung Vdif. Man bemerke, daß die Gatespannung des Schaltelements S in einem AUS-Zustand etwa zweimal der Spannung Vdif ist, wenn das nächste geradzahlige Bit, das in einer Richtung entgegengesetzt zu der Übertragungsrichtung in einem EIN- Zustand ist, und größer als etwa zweimal die Spannung Vdif anderenfalls. Die Spannung Vdif ist ein Diffusionspotential des p-n Übergangs.
Die Gatespannungen der Schaltelemente S (-2), S (0) und S (2) werden zu den Gates G-2', G0' und G2' der lichtemittierenden Elements L (-2), L (0) bzw. L (2) durch die Dioden D-2', D0' bzw. D2' übertragen. Deshalb ist die Gatespannung von jedem der lichtemittierenden Elemente L (-2), L (0) und L (2) die Spannung Vdif in einem EIN-Zustand und ist das Dreifache oder mehr der Spannung Vdif in einem AUS-Zustand. Die Einschaltspannung des lichtemittierenden Elements ist zweimal die Spannung Vdif in einem EIN-Zustand und ist viermal die Spannung Vdif in einem AUS-Zustand.
Der Takt ΦR wird zeitweise auf 0 V gesetzt, um die gesamte Lichtemission zu eliminieren (d. h. die Vorrichtung zurückzusetzen) und wird danach auf eine Hochniveauspannung VHR gesetzt. Wenn die Spannung VHR innerhalb des Bereiches von:
2Vdif < VHR < 4Vdif,
ist, ist das lichtemittierende Element L entsprechend einem Schaltelement S in einem EIN-Zustand angeschaltet und ein lichtemittierendes Element L entsprechend einem Schaltelement 5 in einem AUS-Zustand ausgeschaltet.
Die Information von 1 oder 0, die indem Schaltelementarray SDA geschrieben ist, wird daher direkt in das Array lichtemittierende Element LMA geschrieben.
Danach wird die Spannung VHR zurückgesetzt, so daß sie einen Wert, der höher als die den EIN- Zustand beibehaltende Spannung des lichtemittierenden Elements ist und geringer als eine Spannung ist, die das Zweifache der Spannung Vdif beträgt. Im Ergebnis wird das lichtemittierende Element nicht von der Gatespannung des Schaltelements S beeinflußt, um die geschriebene Information beizubehalten. Während das Array lichtemittierender Element LMA in dem Informationshaltestatus gehalten wird, wird die nächste Information in das Schaltelementarray SDA in der gleichen Art und Weise wie oben beschrieben eingeschrieben.
Im folgenden wird der Takt ΦR auf eine Niedrigniveauspannung gesetzt, um jedes lichtemittierende Element L zurückzusetzen, nachdem die Elemente zurückgesetzt wurden, wird die Information in das Array lichtemittierender Elemente LMA geschrieben. In dieser Art und Weise werden eine Reihe von Funktionen wiederholt durchgeführt.
Ein Fall, in der die lichtemittierende Vorrichtung, die in Fig. 21 gezeigt wird, auf einer Schreiblichtquelle eines optischen Druckers angewendet wird, wird unten beschrieben.
Angenommen, daß die lichtemittierende Vorrichtung lichtemittierende Elemente L mit 2048 Bits hat, erfordern die Schaltelemente S 4096 Bits, was das Zweifache der lichtemittierenden Elemente L ist. Da die Strommenge einer Schreiblichtquelle eines optischen Druckers etwa 5 mA ist, fließt ein Strom von etwa 10 A, wenn die lichtemittierenden Elemente von allen Bits in einem lichtemittierenden Zustand sind. Es wurde experimentell gefunden, daß der Strom, der für die Informationsübertragung von den Schaltelementen S erfordert wird, 0,5 mA beträgt, wenn der Gatebelastungswiderstand RL3 30 kΩ ist. Deshalb beträgt der Strom etwa 1 A, wenn die lichtemittierenden Elemente L aller Bits in einem lichtemittierenden Zustand sind.
Es sei bemerkt, daß diese Strommenge für die Informationsübertragung etwa 10% des Stromes von 10 A ist, der für optisches Drucken erfordert wird und daher kein praktisches Problem darstellt.
Durch Reduzierung der Spannungen der Übertragungstakte Φ&sub1; und Φ&sub2; auf 0 V, wenn Information von dem Schaltelement S zu dem lichtemittierenden Element L bewegt wird, wird das gesamte Schaltelementarray SDA in einen AUS-Zustand versetzt, um das Zurücksetzen durchzuführen. Wenn dieses Verfahren verwendet wird, wird die Strommenge in äquivalenter Weise reduziert, wenn die Zeit, die für das Anschalten des Schaltelements S erfordert wird, in Betrachtung gezogen wird. D. h., daß die Strommenge in äquivalenter Weise auf etwa 0,5 A von dem, oben beschriebenen 1 A reduziert wird.
Wenn nur ein Dateneingangsanschluß zur Verfügung gestellt wird, um den Startpuls ΦS in Bezug auf 2048 Bits der lichtemittierenden Elemente L zu erhalten, muß die Informationsübertragungsrate beachtlich hoch sein. Die Informationsübertragungsrate kann jedoch verringert werden durch zur Verfügungstellen einer Mehrzahl von Dateneingangsanschlüssen. Beispielsweise kann ein Chip der lichtemittierenden Elemente L in Einheiten von 64 oder 128 Bits ausgebildet werden, so daß Information in jeden Chip eingegeben wird.
Wenn Information parallel in Einheiten von 128 Bits eingegeben wird, ist die Anzahl von Dateneingangsanschlüssen 10 in Bezug auf 2048 Bits. Aus diesem Grund kann die Informationsübertragungsrate auf 1/20 verringert werden. Deshalb kann die lichtemittierende Vorrichtung mit genügend Zeit operieren.
Um Variationen in der Lichtmenge des ausgegebenen Lichts von den lichtemittierenden Elementen L zu verhindern, kann der Anodenbelastungswiderstand RA3 fein justiert werden durch die Verwendung eines Lasers oder dergleichen. Im Ergebnis kann eine lichtemittierende Vorrichtung mit keiner Variation in der Lichtmenge des ausgegebenen Lichts erzielt werden.
In der in Fig. 21 gezeigten Anordnung sind die Charakteristiken der Kopplungsdioden D&submin;&sub2; und D&sub0;, die mit der rechten Seite der geradzahlingen Bits der Schaltelementanordnung SDA verbunden sind, unterschiedlich zu denen der Kopplungsdioden D&submin;&sub2; und D&sub1;, die mit der rechten Seite der ungeradzahligen Bits hiervon verbunden sind. Es ist deshalb wichtig, verschiedene Funktionsströme und dergleichen für die geradzahligen und ungeradzahligen Bits zu verwenden, um diese zu optimieren. Aus diesem Grund wird vorzugsweise RL2 < RL1 und RA1 < RA2 eingestellt. In diesem Fall kann die lichtemittierende Vorrichtung stabiler mit einer höheren Geschwindigkeit arbeiten.
Obgleich die Anordnung, die ein Diodenkopplungssystem genannt wird, in Fig. 21 verwendet wird, ist das Kopplungssystem nicht auf diese Art beschränkt. Beispielsweise kann das Widerstandskopplungssystem, das den Widerstand R&sub1;, wie in Fig. 8 gezeigt wird, oder das optische Kopplungssystem unter Verwendung einer Lichtemissionsfunktion und einer Lichtaufnahmefunktion des Schaltelements S, wie in Fig. 8 gezeigt, verwendet werden.
Die Anzahl von Übertragungstakte beträgt zwei (zwei Phasen) in Fig. 21, es können jedoch drei (drei Phasen) oder mehrere Takte verwendet werden. Wenn das Schaltelement S durch drei Phasen angetrieben wird, entspricht das lichtemittierende Element L von 1 Bit dem Schaltelementen S von 3 Bits.
Ein Halbleiter vom direkten Übergangstyp, der durch GaAs dargestellt wird, wird im allgemeinen verwendet, um die lichtemittierende Vorrichtung (Vorrichtung), wie oben beschrieben wurde, herzustellen, das Material ist jedoch nicht auf diese beschränkt.
Fig. 22 ist eine Schnittansicht, die eine Anordnung zeigt, in der der Ersatzschaltkreis, der in Fig. 21 gezeigt ist, auf einem einzelnen Halbleitersubstrat ausgebildet ist. In Fig. 22 bezeichnet die Bezugszahl 371 ein n-Typ Halbleitersubstrat, die Bezugszahl 381 eine p-Typ Halbleiterschicht, die Bezugszahl 382 eine n-Typ Halbleiterschicht und die Bezugszahl 383 eine p-Typ Halbleiterschicht. Man beachte, daß die gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 21 die gleichen Teile bezeichnen.
Die Ausführungsform, die in Fig. 22 gezeigt ist, wird dadurch charakterisiert, daß die Schaltelemente S. die Kopplungsdioden D&submin;&sub2; bis D&sub1; und D-2' bis D2', die lichtemittierenden Elemente L und dergleichen durch eine Kombination der Haltleiterschichten 381, 382 und 383 und des Halbleitersubstrats 371 ausgebildet werden können. Deshalb kann die Schaltkreisanordnung, die in Fig. 21 gezeigt ist, integral ohne die Herstellungsschritte zu verkomplizieren ausgebildet werden.
In dem Schaltelement S (-2) dient die oberste p-Typ Halbleiterschicht 381 als Anode, die n-Typ Halbleiterschicht 382 dient als Gate G&submin;&sub2; und das n-Typ Halbleitersubstrat 371 dient als Kathode. Zwei Inseln der p-Typ Halbleiterschicht 381, die auf der n-Typ Halbleiterschicht 382 gebildet werden, dienen als Kopplungsdioden D&submin;&sub2; und D-2'. Diese Dioden D&submin;&sub2; und D-2' haben dieselbe Struktur wie die des Schaltelements S (-2) und werden durch exakt die gleichen Herstellungsschritte wie diejenigen des Schaltelements S (-2) gebildet.
Das lichtemittierende Element L (-2) hat dieselbe Struktur wie die des Schaltelements S (-2) und wird durch dieselben Herstellungsschritte ausgebildet. Die Widerstände RA1 bis RA3 und R&sub1; bis RL3 können gebildet werden durch Verwendung eines dünnen Filmwiderstands oder durch Verwendung der Halbleiterschichten 381, 382 und 383. Obgleich eine lichtabschirmende Schicht auf den Schaltelementen S ausgebildet ist, ist sie nicht in Fig. 22 gezeigt. Entsprechend der Struktur, die in Fig. 22 gezeigt ist, kann die lichtemittierende Vorrichtung exakt dieselbe Operation durchführen, wie oben in Bezug auf Fig. 21 beschrieben wurde.
In der in Fig. 22 gezeigten Struktur dient eine Vorrichtung mit einem Modus, der die Emission von natürlichem Licht verwendet, als Beispiel für ein lichtemittierendes Element. Die Vorrichtung kann ohne irgendein Problem in einem Modus, der Induktionsemission (d. h. einen Lasermodus) verwendet, arbeiten.
Fig. 23 ist eine ebene Ansicht, die die planare Struktur von Fig. 22 zeigt. In Fig. 23 bezeichnen dieselben Bezugszahlen wie in den Fig. 21 und 22 dieselben Teile. Wie in Fig. 23 gezeigt ist, sind das Schaltelementarray SDA und das. Array lichtemittierender Element LMS getrennt in oberen und unteren Abschnitten angeordnet. Die Widerstände RA1 bis RA3 und AL1 bis RL3 werden durch einen Dünnfilmwiderstand gebildet (die Widerstände können ebenso durch Verwendung von halbleitenden Schichten 381 bis 383 gebildet werden).
Obwohl eine lichtabschirmende Schicht für das Abschirmen von Vorspannlicht auf den Schaltelementen S ausgebildet ist, ist diese nicht in Fig. 23 gezeigt.
In Fig. 23 wird ein lichtemittierendes Element L für zwei Schaltelemente S zur Verfügung gestellt und der Abstand der lichtemittierenden Element L ist doppelt so groß wie der der Schaltelemente S. Deshalb sind die Schaltelemente, um den Integrationsgrad nicht herabzusetzen, in zwei Reihen in einer zickzack Art und Weise angeordnet. Alternativ dazu kann der Abstand zwischen den lichtemittierenden Elementen L erniedrigt werden durch Bilden eines anderen Schaltelementarrays SDA an der gegenüberliegenden Seite des Arrays lichtemittierende Elemente LMA.
In der obigen ersten bis vierten Ausführungsform sind die Halbleiterschichten gestapelt, um eine pnpn Struktur aus dem oberen Abschnitt zu bilden. Eine npnp Struktur kann jedoch in gleicher Weise arbeiten durch Invertierung der Polaritäten einer Betriebsspannung, der Übertragungstakte und dergleichen.
In der obigen ersten bis vierten Ausführungsform dient die pnpn Thyristoranordnung als ein Beispiel für einen Abschnitt mit einer Schieberegisterfunktion. Eine Anordnung, in der die Informationsübertragungsfunktion durch ein aufeinanderfolgendes Ausbreiten der Veränderung in den Anschaltgrenzwerten ist jedoch nicht besonders begrenzt, so lange die Anordnung diese Funktion durchführen kann. Beispielsweise kann exakt die gleiche Schieberegisterfunktion durch Verwendung nicht der pnpn Vierschichtanordnung, sondern einer Anordnung mit sechs oder mehr Schichten, erzielt werden.
Inder ersten bis vierten Ausführungsform, dient die pnpn Thyristoranordnung als Beispiel. Die gleiche Funktion kann jedoch durch Verwendung eines statischen Induktionsthyristors (SI) oder eines feldgesteuerten Thyristors (FCT) erreicht werden.
In der obigen ersten bis vierten Ausführungsform wird ein geerdetes Halbleitersubstrat verwendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern es können andere Substanzen als Substrat verwendet werden. Beispielsweise kann eine n-Typ GaAs-Schicht auf einem halbisolierenden GaAs-Substrat, das dotiert ist mit beispielsweise Chrom (Cr), ausgebildet sein und die Struktur der ersten bis vierten Ausführungsformen können auf dieser Schicht ausgebildet werden. Alternativ dazu kann ein halbleitender Film auf einem isolierenden Substrat ausgebildet sein, das beispielsweise aus Glas oder Aluminium besteht, und die Struktur der ersten bis Ausführungsformen kann unter Verwendung dieses halbleitenden Films ausgebildet sein.
Wie oben beschrieben wurde, wird in der lichtemittierenden Vorrichtung der vierten Ausführungsform eine vorher vorgeschlagene selbstauslesende lichtemittierende Vorrichtung als Übertragungsschaltarray verwendet und eine Lichtemissionsfunktion ist von einem anderen lichtemittierenden Elementarray mit im wesentlichen der gleichen Struktur getrennt. Deshalb kann eine lichtabschirmende Schicht auf den Schaltelementen ausgebildet werden für das Übertragen eines EIN-Zustandes, der Vorspannlicht erzeugt, wodurch der Einfluß des Vorspannlichts auf eine Bilddinformationsschreibfunktion eliminiert wird. Im Ergebnis, wenn die lichtemittierende Vorrichtung an einen optischen Drucker bzw. optischen Kopierer oder dergleichen angewendet wird, kann die Qualität des optischen Druckers oder dergleichen verbessert werden.
Zusätzlich wird ein Signal für das Schreiben der Bildinformationen nicht zu einer Taktleitung wie in der vorher vorgeschlagenen Technik geliefert, sondern kann direkt eingegeben werden zusammen mit einem Startpuls an die Schaltelemente. Deshalb kann die Anordnung eines Treibers vereinfacht werden, um die Herstellungskosten zu reduzieren.
Weiterhin kann, da die Information, die in das lichtemittierende Element geschrieben ist, behalten werden kann, bis das Element durch ein Abtastsignal (Takt ΦR) zurückgesetzt wird, der Auslastungsgrad der Lichtemission auf im wesentlichen 1 gesetzt werden. Folglich kann die Strommenge (Peakwert), der zu dem lichtemittierenden Element fließt, reduziert werden, um eine lange Lebensdauer der lichtemittierenden Vorrichtung zu realisieren.
Es sei betont, daß die lichtemittierende Vorrichtung mit einem Lichtemissionsauslastungsgrad von im wesentlichen 1 realisiert werden kann durch vergleichsweise einfache Herstellungsschritte durch Ausbilden eines Arrays lichtemittierender Elemente.
Die lichtemittierende Vorrichtung der vierten Ausführungsform kann bei einer Anzeige oder dergleichen angewendet werden. In diesem Fall kann die Leistung solch eines Gerätes stark verbessert werden und dessen Herstellungskosten können stark reduziert werden.

Ausführungsform 5

Fig. 24 ist ein Schaltdiagramm, das die fünfte Ausführungsform der Vorliegenden Erfindung zeigt, in der die Vorliegende Erfindung bei einem optischen Schaltsystem angewendet wird. In. Fig. 24 bezeichnen die Bezugssymbole Ch1 bis ChN Kanalnummern an einer Übertragungsseite; ΦS (1) bis ΦS (N) bezeichnen Startpulse von Schaltelementarrays SR1 bis SRN, die in der Lage sind, einen EIN-Zustand eines Schaltelements sequentiell und wahlweise zu einem anderen Schaltelement zu übertragen; Φ&sub1; (1) bis Φ&sub1; (N) und Φ&sub2; (1) bis Φ&sub2; (N) bezeichnen Übertragungstakte; L (11) bis L (NN) bezeichnen Codes von lichtemittierenden Speicherelementen; RA bezeichnet einen strombegrenzenden Widerstand von jedem der lichtemittierenden Speicherelementen L (11) bis L (NN) und ΦR (1) bis ΦR (N) bezeichnen Rückstellpulse der lichtemittierenden Speicherelemente.
Fig. 25 ist ein Ersatzschaltbild der lichtemittierenden Speicherelemente L (21), L (31) und L (41) und des entsprechenden Schaltelementarrays SR1. Das Schaltelementarray SR1, das in Fig. 25 gezeigt ist, wird durch Verbinden der benachbarten Schaltelement S (21) bis S (41) durch Dioden D&sub2;&sub1; bis D&sub4;&sub1; erreicht. Das Schaltarray SR1 führt eine Schieberegisteroperation durch Verwendung von zwei Übertragungstakten Φ&sub1; und Φ&sub2; durch. Die Gatespannung von jedem der Schaltelemente S (21) bis 5 (41) wird als ein Ausgangswert von dem Schaltelementarray SR1 verwendet. Man beachte, daß die Schaltelemente S (21) bis S (41) durch die Widerstände R, anstelle der Dioden D&sub2;&sub1; bis D&sub4;&sub1;, wie in Fig. 6 gezeigt ist, verbunden werden können.
Wenn das Schaftelement S (31) (jedes Schaltelement ist ein Thyristor) durch den Startpuls ΦS1 ( Fig. 24) eingeschaltet wird, wird das Gatepotential G&sub3;&sub1; auf im wesentlichen 0 V gesetzt. Da das Gatepotential G&sub2;&sub1; des Schaltelements S (21), das über die Diode D&sub2;&sub1; verbunden ist, in einer Umkehrrichtung der Diode ist, wird die Leistungsquellenspannung VGK (5 V) als Potential von dem Widerstand RL angelegt. Das Gate G&sub4;&sub1;, das über die Diode D&sub3;&sub1; verbunden ist, wird auf eine Spannung gesetzt, die um eine Vorwärtsdurchlaßspannung Vdif (etwa 1 V) der Diode höher ist, d. h. etwa 1 V. Aus diesem Grund werden die Gatespannungen der lichtemittierenden Speicherelemente L (21), L (31) und L (41) (jedes Element ist im Grunde ein Thyristor) auf 5 V, 0 V bzw. 1 V gesetzt, entsprechend der Spannungen der Gates G&sub2;&sub1;, G&sub3;&sub1; bzw. G&sub4;&sub1; der Schaltelemente S (21), S (31) bzw. S (41). Wenn das Potential des Rückstellpulses ΦR (1) der lichtemittierenden Speicherelemente auf 0 V gesetzt wird, werden die Anschaltspannungen der lichtemittierenden Speicherelemente L (21), L (31) bzw. L (41) auf Werte gesetzt, die um Vdif, d. h. um etwa 6 V, 1 V bzw. 2 V, größer sind als die jeweiligen Gatepotentiale. Daher wird durch Einstellen einer Gleichspannung von Ch2 bis Ch4 zwischen 1 V und 2 V nur das lichtemittierende Speicherelement V (31) entsprechend des Schaltelements S (31), das in dem Schaltelementarray SR1 angeschaltet ist, angeschaltet. Zu dieser Zeit wird der Strom des lichtemittierenden Speicherelements durch den Widerstand RA begrenzt. Die Lichtemissionsintensität des lichtemittierenden Speicherelements L (31) wird durch ein Modulationssignal, das der Gleichspannung auf Ch3 überlagert ist, geändert und diese veränderte Lichtemissionsintensität wird als Lichtsignalausgang extrahiert.
Um die Kanäle zu schalten; wird das Potential des Rückstellpulses ΦR (1) des lichtemittierenden Speicherelements erhöht, so daß es 2 V oder mehr beträgt, oder der Strom wird abgeschnitten, wodurch das lichtemittierende Speicherelement in einem EIN-Zustand ausgeschaltet wird. Danach werden Übertragungstakte Φ&sub1; und Φ&sub2; (der Startpuls = 2 V), die in Fig. 26 gezeigt sind, an die Signalleitung angelegt, um das Schaltelement S (31) abzuschalten und das Schaltelement S (41) anzuschalten. Ln dieser Art und Weise kann dieser EIN-Zustand aufeinanderfolgend auf ein ausgewähltes Schaltelement S (n1) übertragen werden in Übereinstimmung mit der Anzahl von Pulsen des Übertragungstaktes. Danach, wenn die Spannung des Rücksetzpulses ΦR (1) des lichtemittierenden Speicherelements wieder auf 0 V gesetzt wird, wird das lichtemittierende Speicherelement entsprechend des Schaltelements S (n1), zu dem der EIN-Zustand übertragen wird, angeschaltet, d. h. ein Lichtsignal des Kanals Chn kann extrahiert werden.
Die obige Kanalauswahl und das Schalten kann unabhängig für jedes Schaltelementarray SR1 durchgeführt werden. Deshalb können die N Schaltelementarrays SR1 bis SRN völlig unabhängig betrieben werden.
Fig. 27 ist eine Teilschnittansicht, die das Ersatzschaltbild, das in Fig. 25 gezeigt ist, zeigt. In Fig. 27 bezeichnet die Bezugszahl 401 ein isolierendes GaAs-Substrat; die Bezugszahl 424 eine n- Typ epitaktische Schicht, die auf einem GaAs-Substrat 401 mittels einer MOVPE-Methode oder dergleichen gewachsen ist; die Bezugszahl 413 eine epitaktische p-Typ Schicht; die Bezugszahl 422 eine epitaktische n-Typ Schicht; und die Bezugszahl 421 eine epitaktische p-Typ Schicht. Diese Schichten 421, 422, 423 und 424 bilden eine pnpn Thyristor Struktur. Nach Ausbilden der Schichten wird die Struktur, die in Fig. 27 gezeigt ist, mittels eines Verfahrens wie Photoätzen gebildet. Die Struktur an der rechten Seiten in Fig. 27 entspricht dem Schaltelement L (31) und die an der linken Seite entspricht dem lichtemittierenden Speicherelement L (31). Eine Kopplungsdiode an der Schaltelementarrayseite wird unter Verwendung der Schichten 421 und 422 des Schaltelements S (31) ausgebildet. Eine Verdrahtung für das Verbinden dieser Elemente wird aus einem Metall, wie zum Beispiel Aluminium oder Gold, gebildet, und die Widerstände RL und RA werden unter Verwendung von zum Beispiel einer Mischung aus Cr und SiO gebildet. Es ist aus Fig. 27 offensichtlich, da das lichtemittierende Speicherelement und der Thyristor, die Diode und dergleichen für das Schaltelement auf dem gleichen Substrat ausgebildet werden können, daß das lichtemittierende Speicherelement mit hoher Zuverlässigkeit zu niedrigen Kosten gebildet werden kann.
In dieser Ausführungsform dient eine Thyristorstruktur als Beispiel für ein lichtemittierendes Speicherelement und ein grundlegendes bildendes Element des Schieberegisters. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Struktur begrenzt. Beispielsweise kann exakt die gleiche Funktion mittels einer pnpn Struktur, die durch drei pn Strukturen gebildet wird, erhalten werden und die Vorrichtung arbeitet in gleicher Weise mit vier oder mehreren pn Strukturen.
In dieser Ausführungsform kann anstelle der pnpn Thyristorstruktur ein Element verwendet werden, das statischer Induktionsthyristor (FCT: Fielde-Controlled Thyristor, S. M. Sze, Physics of Semiconductor Devices, 2. Auflage, Seiten 238-240) genannt wird, in dem eine Verarmungsschicht verwendet wird anstelle einer internen p- oder n-Typ Halbleiterschicht, um im wesentlichen die gleiche Schaltcharakteristik wie die eines Thyristors zu erhalten.
Obgleich ein GaAs-Substrat in dieser Ausführungsform verwendet wird, kann ein anderes Substrat, wie zum Beispiel InP- oder ZnSe-Substrat verwendet werden, um die Lichtemissionswellenlänge zu ändern. D. h., daß diese Ausführungsform nicht auf die verwendeten Materialien begrenzt ist.

Anwendungen

Ein Schaltsystem ist eine notwendige Vorrichtung, um willkürlich einen Kanal zwischen einer Mehrzahl von Überträgern und einer Mehrzahl von Empfängern auszuwählen. Ein elektrisches Schaltsystem hat jedoch eine komplizierte Verdrahtung, und die Verdrahtung dient als Antenne bei einer Hochfrequenz, um Übersprechen zu erzeugen. In den letzten Jahren hat daher ein Schaltsystem, das Licht verwendet, Aufmerksamkeit auf sich gezogen.
Die Fig. 28 und 29 zeigen eine konventionelle Anordnung solch eines optischen Schaltsystems. Die Fig. 28 und 29 zeigen die einfachste Anordnung eines Schaltsystems für drei Sender und drei Empfänger, um das Funktionsprinzip zu erklären. In den Fig. 28 und 29 bezeichnen die Bezugssymbole TR1, TR2 und TR3 Sender; die Bezugssymbole RE1, RE2 und RE3 Empfänger; die Bezugssymbole De11 bis De33 lichtemittierende Dioden und die Bezugssymbole P1, P2 und P3 lichtempfangende Transistoren. Die lichtemittierenden Dioden werden durch die Schalter SW11 bis SW33 ausgewählt. In Fig. 29 bezeichnet die Bezugszahl 510 ein Array lichtemittierender Dioden, die Bezugszahl 511 eine Linse und die Bezugszahl 512 eine Anordnung lichtempfangender Transistoren. Die lichtemittierenden Dioden sind in einer 1 : 1 Korrespondenz mit den lichtempfangenden Position angeordnet.
Ein Funktion, die für die optische Schaltsystem erforderlich ist, ist, daß der Empfänger unabhängig einen gewünschten Sender auswählen muß. In Fig. 28 kann diese Funktion durch unabhängige Auswahl der Schalter SW11 bis SW33 erreicht werden.
Es ist jedoch schwierig, die Schalter SW11 bis SW33 und die lichtemittierenden Dioden auf dem gleichen Substrat auszubilden. Aus diesem Grund wird ein anderes Schaltelementarray in der Nähe der lichtemittierenden Dioden ausgebildet und mit den Dioden verbunden mittels einer Technik wie Bonding oder Anschlüsse der lichtemittierenden Dioden werden nach außen extrahiert, um sie elektrisch zu verbinden. In der ersten Anordnung wird nicht nur ein Bereich der lichtemittierenden Diodenanordnung erhöht, sondern ebenso die Zusammenbaukosten erhöht. In der letzten Anordnung, da der Teil der Verdrahtung, der nach außen extrahiert wird, erhöht wird, wenn die Anzahl der lichtemittierenden Elemente erhöht wird, ist die praktikable Anzahl der lichtemittierenden Elemente und der Kanäle begrenzt.
Um die obigen Nachteile zu eliminieren, kann die obige fünfte Ausführungsform angewendet werden. Diese Anwendung ist in Fig. 30 gezeigt.
Fig. 30 zeigt eine Anordnung dieser Anwendung mit einer Kombination eines lichtemittierenden Speicherelementarrays und eine Photodiodenarrays als Array lichtempfangender Elemente. In dieser Anordnung ist die Anzahl der Kanäle fünf. Die Signale werden von einer Senderseite über Kanäle Ch1 bis Ch5 übertragen, und die Anzahl von Empfängern ist fünf A bis E. Obgleich die Anzahl der Sender und Empfänger in dieser Anordnung gleich ist, kann die Anzahl unterschiedlich sein. Ein Linsensystem ist in Fig. 30 nicht gezeigt, es ist jedoch angeordnet, um den Lichtausgangswert von der Senderseite auf die entsprechende Position auf der Empfängerseite zu fokussieren. Die Empfänger wählen unabhängig die gewünschten Kanäle aus. Die Auswahl der Kanäle Ch1 bis Ch5 wird unter Verwendung eines Übertragungstaktes durchgeführt, der an die Schaltelementarrays SR1 bis SRS, wie oben beschrieben wurde, angelegt wird. Wie in Fig. 30 gezeigt ist, kann eine Mehrzahl von Empfängern denselben Kanal auswählen.
Die Anordnung dieser Anordnung erfordert die gleiche Anzahl von Schaltelementarrays wie die der Empfänger und die gleiche Anzahl von Kanälen wie die der Sender. Deshalb beträgt die Anzahl von Signalleitungen einschließlich einer Leistungsquellenleitung und einer Masseleitung (GND), die für das lichtemittierende Speicherarray dieser Anordnung erforderlich ist, beträgt:
Anzahl der Sender + Anzahl der Empfänger · (3 + 1) + 2
d. h., die erforderliche Anzahl von Signalleitungen an der Senderseite ist gleich der Anzahl von Sendern und die erforderliche Anzahl von Leitungen an der Empfängerseite ist eine Startpulsleitung, zwei Übertragungstaktleitungen und eine Rückstellpulsleitung des lichtemittierenden Speicherelements je Empfänger. Zusätzlich sind eine Leistungsquellenleitung und eine Masseleitung erforderlich. Die Anzahl von Signalleitungen, die für das konventionelle lichtemittierende Elementarray erforderlich ist, ist in den Fig. 28 und 29 gezeigt und beträgt:
Anzahl der Sender · Anzahl der Empfänger + 1,
da alle Anschlüsse der lichtemittierenden Dioden nach außen extrahiert werden müssen.
Angenommen, daß die Anzahl von Sendern 10 ist und die Anzahl von Empfängern 10 ist, so beträgt die Anzahl der Signalleitungen:
diese Anwendung = 52
die konventionelle Anordnung = 101
d. h., die Anzahl von Signalleitungen dieser Anwendung ist etwa halb so groß wie die der konventionellen Anordnung. Diese Differenz wird erhöht, wenn die Anzahl von Kanälen erhöht wird. Deshalb hat das lichtemittierende Speicherarray gemäß dieser Anwendung einen Effekt in einer großen Menge von Signalschaltungen.
Man beachte, daß die Anwendung der fünften Ausführungsform nicht auf die Kombination eines Arrays lichtemittierender Elemente und eines Arrays lichtempfangender Elemente begrenzt ist. Beispielsweise kann die fünfte Ausführungsform auf eine Anordnung angewendet werden, in der ein Ausgang von einem lichtemittierenden Speicherelement zu einer optischen Faser oder dergleichen geliefert wird.

Claims

1. Lichtemittierende Vorrichtung, die aufweist:

eine Mehrzahl von lichtemittierenden Zellen, die entlang einer Spaltenrichtung angeordnet sind, wobei jede lichtemittierende Zelle ein Negativwiderstandsschaltelement (S (-1), S (0), S (1)) aufweist mit einer Stromelektrode und einer Steuerelektrode und wobei die Steuerelektrode und die Stromelektrode im wesentlichen das gleiche Potential haben, wenn sie in einem "Ein"-Zustand betrieben werden,

eine Kopplungseinrichtung (D&submin;&sub1;, D&sub0;, D&sub1;), die zwischen den Steuerelektroden einer Zelle und der nächsten Zelle angeschlossen sind, und ein oder mehrere lichtemittierende Elemente (L (-1), L (0), L (1)) mit jeweils einer Steuerelektrode und einer Stromelektrode, wobei die Steuerelektrode und die Stromelektrode im wesentlichen das gleiche Potential haben, wenn sie in einem "Ein"-Zustand betrieben werden, wobei die Steuerelektroden des Schaltelements (S (-1), S (0), S (1)) und das (die) emittierende (n) Element (e) (L (-1), L (0), L (1)) gemeinsam angeschlossen sind,

zumindest zwei Übertragungstaktleitungen ( &sub1;, &sub2;), die mit den Steuerelektroden der Schaltelemente in einer sequentiell alternierenden Art und Weise verbunden sind, wobei die Schaltelemente derart angeordnet sind, daß sie eine selbstabfragende Funktion in Antwort auf Antriebspulse von einer Antriebsvorrichtung zur Verfügung stellen, die an den jeweiligen Übertragungstaktleitungen in einer sequentiell alternierenden Art und Weise angelegt werden,

eine Signalleitung (Sin), die mit der Steuerelektrode des (der) lichtemittierenden Elements(e) verbunden ist, für das Empfangen eines Lichtemissionssteuerstroms für deren Lichtemission, und

eine Mehrzahl von Belastungswiderstandsvorrichtungen (RL), die jeweils zwischen der Steuerelektrode eines entsprechenden Schaltelements und einer Bias-Leitung (VGK) angeschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, in der eine binäre Stromzuführungsvorrichtung, entsprechend der "Lichtemission"/"Nicht-Lichtemission", mit der Signalleitung verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, in der eine analoge Stromzuführungsvorrichtung für die Steuerung der Leuchtdichte der Lichtemission durch einen analogen Wert mit der Signalleitung verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, Anspruch 2 oder Anspruch 3, in der das lichtemittierende Element (L (-1), L (0), L (1)) jeder Zelle einen 3-Anschluß-Thyristor aufweist, in dem eine Mehrzahl von p- und n-Typ-Halbleiterregionen übereinander angeordnet sind, wobei die Stromelektrode eine Anode ist und die Steuerelektrode ein Gate ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Schaltelement (S (-1), S (0), S (1)) von jeder Zelle einen 3-Anschluß-Thyristor aufweist, in dem eine Mehrzahl von p- und n-Typ-Halbleiteregionen übereinander angeordnet sind, und auf denen eine lichtabschirmende Schicht für das Abschirmen von Lichtstrahlung ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, die eine Stromzuführungsvorrichtung für das Zuführen des Lichtemissionsstroms zu den Stromelektroden der lichtemittierenden Elemente (L (-1), L (0), L (1)) zugleich mit einer Anschaltübertragungssynchronisierung des Schaltelements aufweist, wie es von der Antriebsvorrichtung gesteuert wird.

Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Stromzuführungsvorrichtung derart ausgelegt ist, daß in dem Lichtemissionsstrom ein Ausschaltpuls enthalten ist, was den Effekt hat, daß jedes lichtemittierende Element in einem "Aus"-Zustand vorgespannt wird, nachdem das lichtemittierende Element synchron zu der "Anschalt"-Übertragung der Schaltvorrichtung Licht emittiert.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Kopplungsvorrichtung (D&submin;&sub1;, D&sub0;, D&sub1;) eine Richtwirkung in eine Richtung hat für die Regulierung der Veränderung des Grenzwertniveaus in einer Richtung der angeordneten Zellen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Kopplungsvorrichtung einen Widerstand (R&sub1;) aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Kopplungsvorrichtung eine Diode (D&submin;&sub1;, D&sub0;, D&sub1;) aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schaltelemente weiterhin ein Startschaltelement mit einer Steuerelektrode, die mit der Steuerelektrode des Schaltelements über die Kopplungsvorrichtung verbunden ist, eine Anode für das Empfangen eines Startsignals ( s) und eine Belastungswiderstandsvorrichtung (RL) aufweist, die zwischen die Steuerelektrode und die Vorspannungsleitung (VGK) geschaltet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei jede lichtemittierende Zelle einen lichtemittierenden Block (L&sub1; (-1), L&sub2; (-1), L&sub3; (-1); L&sub1; (0), L&sub2; (0), L&sub3; (0)) mit einer Mehrzahl von lichtemittierenden Elementen aufweist, die jeweils eine Steuerelektrode und eine Stromelektrode haben, wobei die Steuerelektroden von jedem Block gemeinsam an der Steuerelektrode des jeweiligen Schaltelements angeschlossen sind, und eine Mehrzahl von Signalleitungen (Sin1, Sin2, Sin3) aufweist, die mit den Stromelektroden der jeweiligen lichtemittierenden Elemente in jedem Block verbunden sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei für jede lichtemittierende Zelle:

das Schaltelemente ein gerades und ein ungerades Schaltelement (S (-3), S (-2), S (-1), S (0)) aufweist,

die Kopplungsvorrichtung gerade und ungerade Kopplungseinrichtungen (D&submin;&sub3;, D&submin;&sub2;, D&submin;&sub1;, D&sub0;) für die Steuerelektroden der jeweiligen geraden und ungeraden Schaltelemente aufweist, und das lichtemittierende Element (L (-2), L (0), L (2)) von den Schaltelementen isoliert ist und eine Steuerelektrode hat, die wirksam mit der Steuerelektrode des geraden Schaltelements über eine andere Kopplungseinrichtung (D&submin;&sub2;', D&sub0;', D&sub2;') verbunden ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, die weiterhin aufweist:

ein Schreibarray von Schreibschaltelementen (Tr3 (1), Tr3 (2), Tr3 (3)), die jeweils zwischen einer Bildsignalleitung und der Steuerelektrode des lichtemittierenden Elements angeschlossen sind und sich unter Steuerung des zuerst erwähnten Schaltelements anschalten, und eine Rückstellanordnung von Rückstellschaltelementen (Tr4 (1), Tr4 (2), Tr4 (3)), die jeweils zwischen einer Rückstelleitung und der Stromelektrode des lichtemittierenden Elements angeschlossen sind und sich unter Steuerung des ersterwähnten Schaltelements anschalten.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin eine Schreibanordnung von Schreibschaltelementen (Tr3 (t), Tr3 (2), Tr3 (3)) in einer Anzahl aufweist, die zu den zuerst erwähnten Schaltelementen (S (-1), S (0), S (1)) korrespondiert, wobei das Schreibschaltelement in Antwort auf ein Anschaltsignal von dem zuerst erwähnten Schaltelement in der gleichen Spalte angeregt wird, um ein Bildsignal zu der Steuerelektrode des lichtemittierenden Elements in der gleichen Spalte zu liefern, um das lichtemittierende Element anzuschalten, wobei es selbst einen "An"-Zustand beibehält.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, die weiterhin eine Rückstellanordnung aufweist mit einer Zeile von Rückstellschaltelementen (Tr4 (-1), Tr4 (2), Tr4 (3)), die zu den zuerst erwähnten Schaltelementen benachbart sind, wobei die Rückstellschaltelemente in Antwort auf das Anschaltsignal von dem zuerst erwähnten Schaltelement in der gleichen Spalte erregt werden, um ein Abschaltrückstellsignal zu der Stromelektrode des lichtemittierenden Elements in der nächsten Spalte zu liefern.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14, 15 oder 16, wobei das Rückstellschaltelement ein Transistor ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin eine Mehrzahl von Zeilen aufweist, die sich entlang einer Spaltenrichtung erstrecken, um eine Mehrzahl von Spalten zu bilden, wobei jede Zeile eines der Mehrzahl von lichtemittierenden Elementen L (NN) hat, wobei N eine positive ganze Zahl für jede der Mehrzahl von Spalten ist,

eine Mehrzahl von Schreibsignalkanalleitungen Ch (N) aufweist, wobei jede Kanalleitung Ch (N) mit den Stromelektroden der lichtemittierenden Elemente L (N1) bis L (NN) der entsprechenden Zeile verbunden ist, und

eine Mehrzahl von Rückstelleitungen ( R (N)) aufweist, die jeweils mit weiteren Stromelektroden der lichtemittierenden Elemente L (1N) bis L (NN) der jeweiligen Spalte verbunden sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, die eine Mehrzahl von lichtaufnehmenden Sensoren aufweist, die der Mehrzahl der lichtemittierenden Elemente (De 11, De 33) gegenüberliegend angeordnet sind, so daß Licht von zumindest einem der lichtemittierenden Elemente (De 11, De 33) von zumindest einem der lichtempfangenden Sensoren empfangen wird, wobei die Schreibsignalkanalleitungen (Ch (W)) eine Mehrzahl von Übertragungskanälen (Ch1, Ch5) bilden und die lichtempfangenden Sensoren einer Mehrzahl von Empfangskanälen entsprechen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Anzahl der Übertragungskanäle (Ch1, Ch5) und der Empfangskanäle gleich ist.