JP2001250980A

JP2001250980A - ３端子発光サイリスタ

Info

Publication number: JP2001250980A
Application number: JP2000059667A
Authority: JP
Inventors: Seiji Ono; 誠治大野
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2001-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】光出力の大きな３端子発光サイリスタを得る
ための電極および配線の配置を提供し、また、このよう
な３端子発光サイリスタを用いた自己走査型発光装置を
提供する。【解決手段】ｐｎｐｎ構造を有する面発光型の３端子
発光サイリスタにおいて、発光部を挟んでゲート電極と
給電部配線とを配置し、発光部上に、給電部配線に接近
して、給電部電極を設けた。このような発光サイリスタ
において、給電部電極は、ゲート配線および給電部配線
を通る、発光部の中心線上に設けられ、または、発光部
の中心線をはずれた位置に設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、面発光型の３端子
発光サイリスタの電極および配線の配置に関し、さらに
はこのような３端子発光サイリスタを用いた自己走査型
発光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】多数個の発光素子を同一基板上に集積し
た発光素子アレイは、その駆動用ＩＣと組み合わせて光
プリンタ等の書き込み用光源として利用されている。本
発明者らは発光素子アレイの構成要素としてｐｎｐｎ構
造を持つ面発光型の３端子発光サイリスタに注目し、発
光点の自己走査が実現できることを既に特許出願（特開
平１−２３８９６２号公報、特開平２−１４５８４号公
報、特開平２−９２６５０号公報、特開平２−９２６５
１号公報）し、光プリンタ用光源として実装上簡便とな
ること、発光素子ピッチを細かくできること、コンパク
トな発光装置を作製できること等を示した。

【０００３】さらに本発明者らは、スイッチ素子（３端
子発光サイリスタ）アレイを転送部として、発光素子
（３端子発光サイリスタ）アレイよりなる発光部と分離
した構造の自己走査型発光装置を提案している（特開平
２−２６３６６８号）。

【０００４】図１に、面発光型の３端子発光サイリスタ
の基本構造を示す。一例として、ｐ形基板上にｐｎｐｎ
構造を形成したものである。この３端子発光サイリスタ
のゲートは、オン電圧を制御する働きを持ち、アノード
に加えられるオン電圧は、ゲート電圧にｐｎ接合の拡散
電位およびオンに必要な電流による電圧降下を加えた電
圧となる。またオンした後、ゲート電圧はカソード電圧
とほぼ一致するようになる。したがって、カソードが接
地されていれば、ゲート電圧は０ボルトとなる。

【０００５】図２に、このような３端子発光サイリスタ
を用い、転送部と発光部とが分離された構造の自己走査
型発光装置の等価回路図を示す。この発光装置は、スイ
ッチ素子Ｔ（１）〜Ｔ（４）、書き込み用発光素子Ｌ
（１）〜Ｌ（４）からなる。スイッチ素子部分の構成
は、ダイオード接続を用いている。Ｖ_GKは電源（通常５
Ｖ）であり、負荷抵抗Ｒ_L を経て各スイッチ素子のゲー
ト電極Ｇ₁ 〜Ｇ₃ に接続されている。また、スイッチ素
子のゲート電極Ｇ₁ 〜Ｇ₃ は、書き込み用発光素子のゲ
ート電極にも接続される。スイッチ素子Ｔ（１）のゲー
ト電極にはスタートパルスφ_S が加えられ、スイッチ素
子のアノード電極には、交互に転送用クロックパルスφ
１，φ２が加えられ、書き込み用発光素子のアノード電
極には、書き込み信号φ_I が加えられている。

【０００６】動作を簡単に説明する。まず転送用クロッ
クパルスφ₁ の電圧がハイレベルで、スイッチ素子Ｔ
（２）がオン状態であるとする。このとき、ゲート電極
Ｇ₂ の電位はＶ_GKの５Ｖからほぼ零Ｖにまで低下する。
この電位降下の影響はダイオードＤ₂ によってゲート電
極Ｇ₃ に伝えられ、その電位を約１Ｖに（ダイオードＤ
₂ の順方向立上り電圧（拡散電位に等しい））に設定す
る。しかし、ダイオードＤ₁ は逆バイアス状態であるた
めゲート電極Ｇ₁ への電位の接続は行われず、ゲート電
極Ｇ₁ の電位は５Ｖのままとなる。発光サイリスタのオ
ン電位は、ゲート電極電位＋ｐｎ接合の拡散電位（約１
Ｖ）で近似されるから、次の転送用クロックパルスφ₂
のＨレベル電圧は約２Ｖ（スイッチ素子Ｔ（３）をオン
させるために必要な電圧）以上でありかつ約４Ｖ（スイ
ッチ素子Ｔ（５）をオンさせるために必要な電圧）以下
に設定しておけばスイッチ素子Ｔ（３）のみがオンし、
これ以外のスイッチ素子はオフのままにすることができ
る。従って２本の転送用クロックパルスでオン状態が転
送されることになる。

【０００７】スタートパルスφ_S は、このような転送動
作を開示させるためのパルスであり、スタートパルスφ
_S をＬレベル（約０Ｖ）にすると同時に転送用クロック
パルスφ２をＨレベル（約２〜約４Ｖ）とし、スイッチ
素子Ｔ（１）をオンさせる。その後すぐ、スタートパル
スφ_S はＨレベルに戻される。

【０００８】いま、スイッチ素子Ｔ（２）がオン状態に
あるとすると、ゲート電極Ｇ₂ の電位は、Ｖ_GK（ここで
は５ボルトと想定する）より低下し、ほぼ０Ｖとなる。
したがって、書き込み信号φ_I の電圧が、ｐｎ接合の拡
散電位（約１Ｖ）以上であれば、発光素子Ｌ（２）を発
光状態とすることができる。

【０００９】これに対し、ゲート電極Ｇ₁ は約５Ｖであ
り、ゲート電極Ｇ₃ は約１Ｖとなる。したがって、発光
素子Ｌ（１）の書き込み電圧は約６Ｖ、発光素子Ｌ
（３）の書き込み電圧は約２Ｖとなる。これから、発光
素子Ｌ（２）のみに書き込める書き込み信号φ_I の電圧
は、１〜２Ｖの範囲となる。発光素子Ｌ（２）がオン、
すなわち発光状態に入ると、発光強度は書き込み信号φ
_I に流す電流量で決められ、任意の強度にて画像書き込
みが可能となる。また、発光状態を次の発光素子に転送
するためには、書き込み信号φ_I ラインの電圧を一度０
Ｖまでおとし、発光している発光素子をいったんオフに
しておく必要がある。

【００１０】このような自己走査型発光装置では、発光
素子のアノード電極は、発光部のほぼ中央に、できるだ
け小さな形状で設けられる。

【００１１】このような構造を図３に示す。（Ａ）は平
面図、（Ｂ）は断面図である。断面図は、（Ａ）の中心
線ａ−ａ′線の断面を示している。図中、１１はゲート
配線、１２はゲート電極、１３はアノード配線（給電部
配線）、１４はアノード電極（給電部電極）、１５は発
光部、２０は絶縁膜、２１は第１のｐ型層、２２は第１
のｎ型層、２３は第２のｐ型層、２４は第２のｎ型層お
よび基板、２５は裏面電極（カソード電極）である。

【００１２】図３において、発光部１５のサイズは２２
μｍ×２２μｍであり、その中央部にあるアノード電極
１４のサイズは６μｍ×８μｍである。そしてアノード
配線の延長部（幅６μｍ）が図示のように、アノード電
極上まで延びている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来の給電部電極の配
置では、アノード電極が発光部の中央に設けられている
ので、このアノード電極への配線によって発光領域の一
部が隠され、光取り出し効率が下がる。

【００１４】また、アノード電極がゲート電極に近いの
で、ゲート電極側への電流の偏移が大きく、ゲート電極
下での発光はゲート電極によって隠され取り出せない。

【００１５】図４に、図３の発光部の光出力分布を示
す。図４は、図３（Ａ）において、ａ−ａ′およびｂ−
ｂ′の線上の光出力をそれぞれ示す。また、図３（Ａ）
に示すように、ｘｙ座標を定めるものとする。図４にお
いて、縦軸は光出力（μＷ／μｍ² ）を、横軸はｙ軸方
向の位置（μｍ）を示している。

【００１６】図４のａ−ａ′線上の発光分布からわかる
ように、アノード電極１３およびゲート電極１２により
光が遮られて取り出されない。このため発光部の光出力
を大きくできない。

【００１７】そこで、本発明の目的は、光出力の大きな
３端子発光サイリスタを得るための電極および配線の配
置を提供することにある。

【００１８】本発明の他の目的は、このような３端子発
光サイリスタを用いた自己走査型発光装置を提供するこ
とにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様は、
ｐｎｐｎ構造を有する面発光型の３端子発光サイリスタ
において、発光部を挟んでゲート電極と給電部配線とを
配置し、前記発光部上に、前記給電部配線に接近して、
給電部電極を設けた、ことを特徴とする。

【００２０】このような発光サイリスタにおいて、前記
給電部電極は、前記ゲート配線および給電部配線を通
る、前記発光部の中心線上に設けられ、または、前記発
光部の中心線をはずれた位置に設けられる。

【００２１】あるいはまた、前記給電部の形状が矩形で
あり、前記給電部の給電部配線側に、前記給電部の張出
し部を設け、この張出し部に前記給電部電極を配置して
もよい。

【００２２】本発明の第２の態様は、しきい電圧もしく
はしきい電流が外部から制御可能な制御電極を有する３
端子スイッチ素子多数個を配列したスイッチ素子アレイ
の各スイッチ素子の制御電極を互いに第１の電気的手段
にて接続すると共に、各スイッチの素子の制御電極に電
源ラインを第２の電気的手段を用いて接続し、かつ各ス
イッチ素子の残りの２端子の一方にクロックラインを接
続して形成した自己走査型スイッチ素子アレイと、しき
い電圧もしくはしきい電流が外部から制御可能な制御電
極を有する３端子発光素子多数個を配列した発光素子ア
レイとからなり、前記発光素子アレイの各制御電極と前
記スイッチ素子の制御電極とを接続し、各発光素子の残
りの２端子の一方に発光のための電流を印加する書き込
み信号ラインを設けた自己走査型発光素子アレイチップ
が複数個配列された自己走査型発光装置であり、前記３
端子発光素子は、本発明に係る３端子発光サイリスタで
ある。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する。

【００２４】

【実施例１】図５は、本実施例の自己走査型発光装置の
１つの３端子発光サイリスタの平面図である。

【００２５】アノード配線（給電部配線）１３を、発光
部１５に対してゲート電極１２とは反対側に配置する。
そして、発光部１５の開口率を上げるために、図３
（Ａ）の配置に比べて、アノード電極（給電部電極）１
４をｙ軸正方向に移動した。なお、発光部１５のサイ
ズ、アノード電極１４のサイズ、アノード電極上に延長
されるアノード配線１３の延長部の幅サイズは、図３に
同じであるものとする。

【００２６】このような発光素子の発光部の光出力分布
を図６に示す。なお、図４の光出力分布との対比のため
に、図３（Ａ）と同じ位置にｘｙ座標を設定するものと
する。図６のａ−ａ′線上の光出力分布と、図４のａ−
ａ′線上の光出力分布と比較すれば明らかなように、図
５の構造の方が、アノード電極への配線長が短い分だ
け、発光出力は増大していることがわかる。

【００２７】さらなる比較のために、アノード電極１４
を−ｙ方向にずらした構造を試作し、図３の発光サイリ
スタおよび図５の発光サイリスタと同じ電流を流したと
きの光出力を比較した。図７に、これら３つの構造につ
いて、それぞれサイズを示した。（Ａ）は図３の従来構
造を、（Ｂ）は図５の実施例１のアノード電極をｙ方向
にずらした構造を、（Ｃ）はアノード電極を−ｙ方向に
ずらした構造をそれぞれ示す。これら各構造において、
アノード電極１４の位置と、これに伴う配線の変更以外
はすべて同一サイズである。

【００２８】比較結果を、図８に示す。実施例１の構造
では、従来例に比べて、２０％程度光量が増加した。こ
れは、電極１４をｙ方向にずらすことにより、配線が発
光部を覆う面積が小さくなった効果の他に、発光の中心
をゲート電極１２から遠ざけ、ゲート電極直下の発光を
減らすことができた効果もある。

【００２９】一方、図７（Ｃ）の電極１４を−ｙ方向に
ずらしたものは、従来例よりも１０％光量が減った。こ
れは、電極１４を−ｙ方向にずらしたものは、発光中心
がゲート電極側に偏ったため、ゲート電極直下で光る電
流の割合が増えたために光出力は下がってしまったこと
による。

【００３０】

【実施例２】実施例１では、中心線ａ−ａ′線上にアノ
ード電極１４を置いた。実施例２では、さらに、図９に
示すように、図において右隅にアノード電極１４を配置
した。このように配置しても、実施例１とほとんど同じ
光出力を得られた。ただし、発光中心がａ−ａ′線から
約２μｍだけ−ｘ方向（図３参照）にずれた。このこと
を利用して、発光素子アレイの左端の発光点を通常のピ
ッチよりも２μｍだけ右側にずらしても、発光中心は通
常のピッチとすることができる。同様に、図において左
隅にアノード電極１４を配置した場合には、発光素子ア
レイの右端の発光点についてもずらすことが可能とな
る。

【００３１】

【実施例３】本実施例では、アノード電極を、発光部の
外側に設けた。すなわち、図１０に示すように、発光部
１５のアノード配線１３側に給電用の張出し部３０を設
け、この部分にアノード電極１４を配置した。この構造
においても、図３の従来構造に比べて、発光部の光出力
を大きくすることができた。

【００３２】以上の各実施例では、給電部の電極をアノ
ード電極としたが、図１の３端子発光サイリスタにおい
て、ｐ型基板上にｐｎｐｎ構造が作製されたサイリスタ
では、給電部の電極はカソード電極となる。したがっ
て、以上の各実施例において、アノード電極をカソード
電極にし、アノード配線をカソード配線と置き換えた実
施例も可能であることが理解されるであろう。

【００３３】また、本発明は発光素子がアレイ状に配列
された自己走査型発光装置に用いられる３端子発光サイ
リスタに限定されるものではなく、単独の３端子発光サ
イリスタにも適用可能なことは明らかである。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、３端子発光サイリスタ
において、電極および配線の位置を選択することによっ
て、発光部の中央に給電部電極が設けられた従来の構造
に比べて、発光部の光出力を大きくすることが可能とな
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】３端子発光サイリスタの基本構造を示す図であ
る。

【図２】自己走査型発光装置の等価回路図である。

【図３】従来の３端子発光サイリスタの構造を示す図で
ある。

【図４】図３の発光部の光出力分布を示す図である。

【図５】実施例１の３端子発光サイリスタの平面図であ
る。

【図６】実施例１の発光部の光出力分布を示す図であ
る。

【図７】３つの構造のサイズを示す図である。

【図８】図７の３つの構造について光出力の比較を示す
図である。

【図９】実施例２の３端子発光サイリスタの平面図であ
る。

【図１０】実施例３の３端子発光サイリスタの平面図で
ある。

【符号の説明】

１１ゲート配線１２ゲート電極１３アノード配線１４アノード電極１５発光部２０絶縁膜２１第１のｐ型層２２第１のｎ型層２３第２のｐ型層２４第２のｎ型層および基板２５裏面電極（カソード電極）３０給電用の張出し部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ｐｎｐｎ構造を有する面発光型の３端子発
光サイリスタにおいて、発光部を挟んでゲート電極と給電部配線とを配置し、前記発光部上に、前記給電部配線に接近して、給電部電
極を設けた、ことを特徴とする３端子発光サイリスタ。
【請求項２】前記給電部電極は、前記ゲート配線および
給電部配線を通る、前記発光部の中心線上に設けられて
いることを特徴とする請求項１記載の３端子発光サイリ
スタ。
【請求項３】前記給電部電極は、前記発光部の中心線を
はずれた位置に設けられていることを特徴とする請求項
１記載の３端子発光サイリスタ。
【請求項４】前記給電部の形状が矩形であり、前記給電
部の給電部配線側に、前記給電部の張出し部を設け、こ
の張出し部に前記給電部電極を配置したことを特徴とす
る請求項２記載の３端子発光サイリスタ。
【請求項５】前記給電部電極はアノード電極またはカソ
ード電極であることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
かに記載の３端子発光サイリスタ。
【請求項６】しきい電圧もしくはしきい電流が外部から
制御可能な制御電極を有する３端子スイッチ素子多数個
を配列したスイッチ素子アレイの各スイッチ素子の制御
電極を互いに第１の電気的手段にて接続すると共に、各
スイッチの素子の制御電極に電源ラインを第２の電気的
手段を用いて接続し、かつ各スイッチ素子の残りの２端
子の一方にクロックラインを接続して形成した自己走査
型スイッチ素子アレイと、しきい電圧もしくはしきい電流が外部から制御可能な制
御電極を有する３端子発光素子多数個を配列した発光素
子アレイとからなり、前記発光素子アレイの各制御電極と前記スイッチ素子の
制御電極とを接続し、各発光素子の残りの２端子の一方
に発光のための電流を印加する書き込み信号ラインを設
けた自己走査型発光素子アレイチップが複数個配列され
た自己走査型発光装置において、前記３端子発光素子は、請求項１〜５のいずれかに記載
の３端子発光サイリスタであることを特徴とする自己走
査型発光装置。