JP2001287393A - 自己走査型発光素子アレイの駆動方法 - Google Patents
自己走査型発光素子アレイの駆動方法Info
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Abstract
失を減らし、光書込みヘッドの昇温を小さくできる自己
走査型発光素子アレイを提供する。 【解決手段】 自己走査型発光素子アレイの発光部のφ
I 端子25に外付け抵抗35を介して接続されるCMO
Sインバータ50のHレベルは、+5Vの電源とは独立
の+2V電源に接続される。+2Vの電源を使うと、抵
抗35の電圧降下は0.5V程度となり、抵抗35での
電力損失は、電力10mAで35mWから5mWに、す
なわち1/7に減る。
Description
スタを用いた自己走査型発光素子アレイの駆動方法、特
に、外付け抵抗による電力損失を減らし、光書込みヘッ
ドの昇温を小さくできる自己走査型発光素子アレイの駆
動方法に関する。
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1−238
962号公報、特開平2−14584号公報、特開平2
−92650号公報、特開平2−92651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、コンパクトな発光素
子アレイを作製できること等を示した。
子発光サイリスタ)アレイをシフト部として、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素子アレイを提案している
(特開平2−263668号)。
タイプの2相駆動ダイオード結合の自己走査型発光素子
アレイと、そのドライバ回路とを示している。図中、1
0は自己走査型発光素子アレイチップであり、シフト部
は、スイッチ素子T1 ,T2,T3 …とダイオードDと
負荷抵抗R1 ,R2 ,R3 …とで構成され、発光部は発
光素子L1 ,L2 ,L3 …で構成されている。11は、
シフト部φ1ラインを、12はシフト部φ2ラインを、
15は発光部φI ラインをそれぞれ示している。また、
21はφ1(クロックパルス)端子、22はφ2(クロ
ックパルス)端子、23はφS (スタートパルス)端
子、24はVGK(電源)端子、25はφI(書込み信
号)端子である。
蔵された電流制限用抵抗31を介して、φ1端子21に
接続され、シフト部φ2ライン12は、チップ内に内蔵
された電流制限用抵抗32を介して、φ2端子22に接
続され、スイッチ素子T1 のゲートは、電流制限用抵抗
33を介してφS 端子23に接続されている。
(ノーマリー・オン)51とNMOSトランジスタ(ノ
ーマリー・オフ)52とでそれぞれ構成された4個のC
MOSインバータ50を備えている。これらCMOSイ
ンバータのHレベルは、すべて共通の+5V電源に接続
されている。
φ2ドライバの入力、43はφS ドライバの入力、45
はφI ドライバの入力をそれぞれ示している。また、3
5は書込み電流制限用の外付けの抵抗である。
自己走査型発光素子アレイの動作電圧は、最低2VD
(VD は自己走査型発光素子アレイ内pn接合の順方向
電圧)以上必要である。pnpn構造の材料がGaAs
の場合、VD はおよそ1.5Vであるので、最小動作電
圧は3Vということになる。実際には、寄生抵抗の影響
や、ノイズに対して不安定にならないように、5V程度
の単一電源で動作させている。
己走査型発光素子アレイでは、電源電圧5Vで使用する
と、発光部のオン時の電圧はおよそpn接合の順方向電
圧VD (1.5V)であるので、外付けの抵抗35で5
−1.5=3.5Vの電圧降下を起こさせていることに
なる。いま、発光部に流れる電流が10mA(時間平均
値)であったときに、抵抗35で消費される電力は35
mWとなる。一方、発光部での消費電力は、15mWと
なる。さて、自己走査型発光素子アレイを複数個並べて
光書込みヘッドを作ったとき、例えば、60個のチップ
をならべてヘッドを作ったとき、各チップ上で1個ずつ
の発光点が点灯しているときの消費電力は、50mW×
60個=3Wとなる。この電力消費による発熱で、自己
走査型発光素子アレイチップの温度が上昇し、発光効率
が低下してしまうという問題点があった。併せて、光書
込みヘッドの置かれている場所は、狭く、排熱の悪い環
境であるため、機内の温度が上がりやすく、電子写真方
式の現像条件などに影響する。
け抵抗による電力損失を減らし、光書込みヘッドの昇温
を小さくできる自己走査型発光素子アレイを提供するこ
とにある。
イのシフト部を安定して動作させるためには、最低電圧
の2VD に比べて十分なマージンを取らなければならな
い。しかし、発光部は、シフト部がオンした状態でオン
するように使われるため、最低電圧のVD +α程度の電
圧で安定に点灯できる。
ントロールする回路のH−Lレベル差よりも、発光部を
コントロールする回路のH−Lレベル差を低く設定する
ことにより、書込み電流制限用の外付け抵抗の損失を減
らし、ヘッドの温度上昇を抑えることができる。
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3端子スイッチ素子
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込み信号ライ
ンを設けた自己走査型発光素子アレイの駆動方法におい
て、前記書込み信号ラインに外付け抵抗を介して与えら
れる発光用パルス電圧のL−Hレベル差を、前記クロッ
クラインに与えられるシフト用パルス電圧のL−Hレベ
ル差よりも小さくすることにより、前記外付け抵抗の電
力損失を減らすようにしたことを特徴とする。
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3端子発光素子アレイの
各発光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、各発光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、かつ各発光素子の残り
の2端子の一方にクロックラインを接続して形成した発
光素子アレイよりなる自己走査型発光素子アレイの駆動
方法において、前記クロックラインに外付け抵抗を介し
て与えられる発光用パルス電圧のL−Hレベル差を、前
記クロックラインに与えられるシフト用パルス電圧のL
−Hレベル差よりも小さくすることにより、前記外付け
抵抗の電力損失を減らすようにしたことを特徴とする。
例に基づいて説明する。
光素子アレイの等価回路図である。発光部のφI 端子2
5に外付け抵抗35を介して接続されるCMOSインバ
ータ50のHレベルは、+5Vの電源とは独立の+2V
電源に接続される。その他の構造は、図1と同じである
ので、同一の構成要素には同一の参照番号を付して示
す。
下は0.5V程度となり、抵抗35での電力損失は、電
力10mAで35mWから5mWに、すなわち1/7に
減った。したがって、ヘッドの消費電力は、抵抗での消
費電力と発光部での消費電力との合計は5mW+15m
W=20mWとなり、ヘッドの消費電力をおおよそ2/
5に減らすことができる。2つの電源を用意するため
に、例えば、3端子レギュレータを使うと、レギュレー
タの損失により発熱するが、電源回路は放熱の良いとこ
ろに置けば少々の発熱は処理できる。
端の電位差を電流に変換することによって、発光素子に
流れる電流値を決めていた。本実施例では、定電流回路
で電流値を決める回路について考える。回路例を図3に
示す。
た定電流回路を示す。このトランジスタのゲートは抵抗
71に接続され、エミッタは+2V電源に接続され、コ
レクタはφI 端子25に接続される。
+2Vとして、抵抗71の抵抗値をRB 、トランジスタ
70のベース・エミッタ間の立ち上がり電圧をVBEとす
ると、トランジスタ70のベース電流は、(VE −
VBE)/RB となる。これは、I E をエミッタ電流とす
れば、(1−α)IE に等しい。ここで、αは電流増幅
率であり、通常0.95〜0.99程度である。一方、
コレクタ電流IC は、IC=αIE であり、これが発光
に寄与する。例えば、α=0.95に選ぶと、RB=2
0kΩで、IC =(α/(1−α))・(VE −VBE)
/RB =19×(2−0.6)/2×104 ≒13mA
のコレクタ電流が流れる。
位差×コレクタ電流(≒エミッタ電流)がトランジスタ
によって消費されるため、エミッタ電圧を小さくした方
がトランジスタの消費電力を下げることができる。
タを用いたが、どのような定電流回路を用いても、「電
源電圧と端子25との間の電位差」×「電流」なる電力
を消費する点では同じであり、同様の効果が期待でき
る。
が分かれた構成となっているが、シフト部と発光部が分
かれていない構成での例を図4に示す。図4は、シフト
部と発光部とが分離されないタイプの2相駆動ダイオー
ド結合の自己走査型発光素子アレイと、そのドライバ回
路とを示している。図中、60は自己走査型発光素子ア
レイチップであり、発光素子L1 ,L2 ,L3 …とダイ
オードDと負荷抵抗R 1 ,R2 ,R3 …で構成されてい
る。チップ60内には、φS 端子23に接続される抵抗
33のみが内蔵されている。
22へ2相クロック(シフト用パルス電圧)を、φS 端
子23へスタート用パルス電圧を、与えるためのCMO
Sインバータをそれぞれ備えている。この場合、図2の
電流制限用抵抗31,32(チップ内蔵)に相当する抵
抗38,39が、ドライバ回路(ドライバIC)内に内
蔵されている。
ス電圧(書込み信号)を、φ1端子21およびφ2端子
22に与えるために、PMOSトランジスタ53,54
と、電流制限用抵抗36,37との直列回路が設けられ
ている。そして、これらPMOSトランジスタ53,5
4のHレベルは+2V電源に接続されている。抵抗3
6,37は、ドライバ回路に内蔵されており、これら抵
抗は、図2の外付け抵抗35に相当している。図中、4
6,47は、それぞれ書込み信号ドライバの入力であ
る。
2により発光素子がオンしているときに、対応するPM
OSトランジスタ53または54がオンして、抵抗36
または37を介して、書込み信号を供給するが、+2V
の電源を用いているので、実施例1と同様に抵抗36,
37での電力損失を軽減し、したがって発熱を抑えるこ
とができる。
素子および発光素子は、カソードコモンの例について説
明したが、電圧の極性を変えることにより、アノードコ
モンの自己走査型発光素子アレイにも適用できることは
明らかである。
段として、2つの電源電圧を用いているが、ドライバI
Cにとっても、電源電圧が低下することは、高速化,低
消費電力化などのメリットが生まれる。この目的のため
に、自己走査型発光素子アレイの発光部の電源電圧を下
げて使う場合は、3端子レギュレータをヘッドの内部に
設けても良い。
自己走査型発光素子アレイにおいて、書込み信号用の外
付け抵抗による電力損失を減らし、光書込みヘッドの昇
温を小さくできる。
駆動ダイオード結合の自己走査型発光素子アレイと、そ
の駆動回路とを示す図である。
の等価回路図である。
の等価回路図である。
の等価回路図である。
Claims (2)
- 【請求項1】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3端子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込み信号ラインを設けた
自己走査型発光素子アレイの駆動方法において、 前記書込み信号ラインに外付け抵抗を介して与えられる
発光用パルス電圧のL−Hレベル差を、前記クロックラ
インに与えられるシフト用パルス電圧のL−Hレベル差
よりも小さくすることにより、前記外付け抵抗の電力損
失を減らすようにしたことを特徴とする自己走査型発光
素子アレイの駆動方法。 - 【請求項2】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3端子発光素子アレイの各発光素子の制御電極を
互いに第1の電気的手段にて接続すると共に、各発光素
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、かつ各発光素子の残りの2端子の一方にクロッ
クラインを接続して形成した発光素子アレイよりなる自
己走査型発光素子アレイの駆動方法において、 前記クロックラインに外付け抵抗を介して与えられる発
光用パルス電圧のL−Hレベル差を、前記クロックライ
ンに与えられるシフト用パルス電圧のL−Hレベル差よ
りも小さくすることにより、前記外付け抵抗の電力損失
を減らすようにしたことを特徴とする自己走査型発光素
子アレイの駆動方法。
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