JP2003266767A

JP2003266767A - プリンタヘッドの発光制御装置及びプリンタヘッドの発光制御方法

Info

Publication number: JP2003266767A
Application number: JP2002072275A
Authority: JP
Inventors: Takashi Inoue; 孝井上; Masayuki Katayama; 片山　　雅之
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-03-15
Filing date: 2002-03-15
Publication date: 2003-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】発光周期が短い場合でもＥＬ素子の発光を適
切に制御して正確に印字を行うことができるプリンタヘ
ッドの発光制御装置を提供する。【解決手段】発光立下り時間が短いＥＬ素子を用いて
プリンタヘッドを構成した場合に、制御回路は、１駆動
期間内においてＥＬ素子を連続的に複数回発光させるよ
うに駆動電圧Ｖ１を印加した直後に、消去電圧Ｖ２を印
加して消去制御を行うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＥＬ素子を用いて
構成されるプリンタヘッドの発光を制御する発光制御装
置、及びプリンタヘッドの発光制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタは、主に事務用として使用され
高速処理が期待されるページプリンタと、主に家庭用と
して使用され低コストであることが期待されるインクジ
ェットプリンタに大別される。

【０００３】ページプリンタには、プリンタヘッドを構
成する光学系が大きくなるが比較的低コストであるレー
ザプリンタと、光学系は小さいが比較的高コストである
光プリンタがある。光プリンタは、感光体を露光するの
に光源を用いるもので、その光源には複数のＬＥＤを一
列に並べたものが一般的に使用されている（ＬＥＤプリ
ンタ）。

【０００４】ＬＥＤプリンタは、プリンタヘッドの構造
が複雑であるためにコストが高い。そのプリンタヘッド
は、例えば、１００個前後のＬＥＤを一括で製造したＬ
ＥＤチップを数１０個並べることで構成される。しか
も、ＬＥＤチップ間のつなぎ目に当たる部分におけるパ
ワーのばらつきを抑えるため、特性が均一であるチップ
を選別する必要があり、更に、チップの取付け位置のず
れも数１００μ以内にしなければならない。このような
条件により、プリンタヘッドの製造歩留まりは悪くなら
ざるを得なかった。

【０００５】例えば、複数（数千〜数万個）のＬＥＤを
一括して作成することが可能であれば、プリンタヘッド
の製造コストを抑えることができるが、材料の制約など
から現実的にはきわめて困難である。そこで、光プリン
タヘッドの光源にＥＬ素子を用いる技術が特開平５−２
２１０１９号公報に開示されている。

【０００６】この従来技術においては、アレイ状に配列
したＥＬ素子を光源とし、マイクロレンズアレイを通し
て正立等倍像を潜像ドラムに形成するようにしている。
ＥＬ素子の発光層材料としては、ＺｎＳ：Ｍｎを用いる
ことが開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１５
に示すように、発光層にＺｎＳ：Ｍｎを用いたＥＬ素子
は、発光の立上がり時間が数μ秒であるのに対して立下
り時間は数ｍ秒と長い。そのため、上記のＥＬ素子を光
源に用いたプリンタヘッドでは、印字速度が上昇すると
紙送り方向に印字ドットが伸びてしまう。

【０００８】即ち、図１６（ａ）は、円形のドット及び
楕円形に伸びたドットを１ドット印字した場合であり、
図１６（ｂ）は、それらのドットを１ドットおきに印字
した例である。このように、楕円形に伸びたドットは１
ドットおきに印字するとドットが重なってしまう。この
ような事態を回避するには、結局、印字速度或いは解像
度を落とさなければならない。

【０００９】従来、ＥＬ素子はディスプレイに使用され
ることが多かった。人間の視覚では１０ｍ秒以下の発光
変化は認識できないので、ディスプレイの発光走査周期
もそれほど高速に設定されることはない。従って、上記
のＥＬ素子を用いてディスプレイを構成しても、問題は
生じなかった。

【００１０】そこで、本発明の発明者らは、発光層の材
料にＳｒＳ：Ｃｅを用いることで発光立下り時間が極め
て短いＥＬ素子を作成し、プリンタヘッドに適用するこ
とを試みた。その結果、光プリンタの印字速度を向上さ
せることはできたが、印字を行わないはずの箇所におい
ても、薄く印字が行われてしまう現象が発生した。

【００１１】即ち、ＥＬ素子をプリンタヘッドとして構
成した場合、例えば、各素子で共通の走査電極には発光
開始電圧以上の電圧を出力すると共に、個別のデータ電
極では、発光させるべき素子の電位を低くすることで発
光開始電圧を超える電圧（発光電圧）Ｖ１をＥＬ素子の
両端に印加する。そして、発光させない素子のデータ電
極は電位を高めに設定することで、素子の両端に印加さ
れる電圧Ｖ２が発光開始電圧未満となる（非発光電圧）
ように制御することが一般に行われている。

【００１２】従って、同じドットについて１走査周期お
きに印字を行うとすると、対応するＥＬ素子には電圧Ｖ
１，Ｖ２，Ｖ１，Ｖ２，・・・が交互に印加されるが、Ｅ
Ｌ素子に非発光電圧Ｖ２が印加された場合、その前に印
加されている発光電圧Ｖ１の影響を受けているため（素
子内部における分極状態などにより）、非発光電圧Ｖ２
が印加されても弱く発光する場合がある。これは、ＥＬ
素子が有するヒステリシス特性として知られている。
（例えば、特開平９−１６７６８３号公報などを参
照）。

【００１３】ここで、実際にＥＬ素子に電圧を印加した
場合の波形を観測した結果を図１７に示す。（ａ）はＥ
Ｌ素子の両端に印加した駆動電圧波形であり、（ｂ）は
ＥＬ素子の発光出力電圧である。即ち、発光電圧−Ｖ１
が印加された後に非発光電圧Ｖ２が印加されているが、
ＥＬ素子が後者の印加タイミングで発光していることが
分かる。

【００１４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、発光周期が短い場合でもＥＬ素子の
発光を適切に制御して正確に印字を行うことができるプ
リンタヘッドの発光制御装置、及びプリンタヘッドの発
光制御方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のプリンタ
ヘッドの発光制御装置によれば、１駆動期間内において
ＥＬ素子を連続的に複数回発光させるように駆動電圧を
印加した直後に、消去電圧を印加して消去制御を行う。
即ち、ＥＬ素子の発光立下り時間が短くなるように設定
したことでその発光パワーが不足した場合でも１駆動期
間内において連続的に複数回発光させるようにすれば、
プリンタヘッドとして必要な光パワーを得ることができ
る。

【００１６】そして、ＥＬ素子は誘電体的な特性を有す
ることから、一旦駆動電圧が印加されると素子の内部で
は分極が発生し、その後に電圧が除去されても発生した
分極状態がしばらくの間残留する。その状態で次に消去
電圧を印加すると、残留分極の影響によってＥＬ素子が
発光してしまうものと推定される。

【００１７】そこで、ＥＬ素子を連続的に複数回発光さ
せた直後に消去電圧を印加して消去制御を行えば、次回
の駆動周期において前記ＥＬ素子を非発光状態にするた
め消去電圧を印加した場合に、前回に印加された駆動電
圧の影響を受けることなく、前記ＥＬ素子を確実に非発
光状態にすることができる。従って、プリンタヘッド
は、高速で印字を行う場合でも所望のポイントに確実に
印字を行うことができるので、印字品位を維持すること
ができる。

【００１８】請求項２記載のプリンタヘッドの発光制御
装置によれば、ＥＬ素子の発光層材料をＳｒＳ：Ｃｅと
する。即ち、発光層の母体材料をＳｒＳ（硫化ストロン
チウム）とし、発光中心材料をＣｅ（セレニウム）とし
て形成すると、発光立下り時間が十分短いＥＬ素子を形
成することができる。従って、上記の発光制御を有効に
適用することができる。

【００１９】請求項３記載のプリンタヘッドの発光制御
装置によれば、駆動期間において互いに極性が異なる第
１駆動電圧，第２駆動電圧をＥＬ素子の両端に交互に印
加すると共に、消去電圧を、前記駆動期間において最後
に印加された駆動電圧の極性を反転させて印加する。即
ち、ＥＬ素子は、交流電圧を印加した方が発光効率が良
好となり電気的特性が安定する。そのようなＥＬ素子に
ついては、消去電圧に関しても、最後に印加された駆動
電圧の極性を受けてその極性と逆極性で印加すれば交流
電圧としての連続性が維持できるので、ＥＬ素子の電気
的特性を安定させることができる。

【００２０】請求項４記載のプリンタヘッドの発光制御
装置によれば、消去電圧の印加後に、当該消去電圧の極
性を反転させた消去電圧を更に印加する。即ち、発明者
らが行った実験の結果では、消去電圧を１回印可しただ
けでもその次の駆動周期において消去電圧が印加された
場合の発光強度をかなり弱めることができると確認され
た。そして、その後に消去電圧を更に印可すると、その
時点における発光強度をほぼゼロにすることができた。
従って、消去制御を一層確実に行うことができる。

【００２１】請求項５記載のプリンタヘッドの発光制御
装置によれば、消去電圧を、駆動電圧の印加回数に応じ
て変化するＥＬ素子の発光開始電圧に応じて変化させ
る。即ち、駆動電圧の印加回数に基づいてＥＬ素子の発
光開始電圧を推定し、消去電圧として前記発光開始電圧
を下回る電圧を印加すれば、発光開始電圧が変動した場
合でも消去制御を確実に行うことができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】（第１実施例）以下、本発明の第
１実施例について図１乃至図１２を参照して説明する。
図８は、光プリンタ３０の要部構造を概略的に示すもの
である。感光ドラム３１は、図８中時計回り方向に回転
するようになっており、先ず、帯電部３２によって表面
に負電荷の帯電が行われる。続いて、ＥＬ素子アレイ３
３及びセルフォックレンズ３４により、印刷画像データ
に応じた露光が行われる。感光ドラム３１の露光が行わ
れた部分は電位が上昇して静電潜像が形成される。次
に、現像部３５において帯電している部分にトナーが付
着されてトナー像が形成される。

【００２３】感光ドラム３１の表面に形成されたトナー
像は、転写部３６において用紙３７に転写され、転写さ
れた像は定着部３８において用紙３７に定着される。そ
の後、感光ドラム３１は除電部３９において除電され、
更に、クリーニング部４０においてトナーのクリーニン
グが行われる。

【００２４】図９は、ＥＬ素子アレイ３３及びセルフォ
ックレンズ３４を中心として示す斜視図である。ＥＬ素
子アレイ３３はライン状をなす光源として構成されてお
り、セルフォックレンズ３４はマイクロレンズアレイと
して構成されている。ＥＬ素子アレイ３３とセルフォッ
クレンズ３４とを組み合わせたものがプリンタヘッド６
０となる。ＥＬ素子アレイ３３が発した光は、セルフォ
ックレンズ３４により集光されて感光ドラム３１の表面
に正立等倍像として投光されるようになっている。

【００２５】次に、ＥＬ素子アレイ３３を構成するＥＬ
素子１の構造について図１１を参照して説明する。
（ａ）はＥＬ素子１の平面図，（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ
断面を模式的に示す図である。ＥＬ素子１は、絶縁性基
板であるガラス基板５１に第１電極５２（走査電極
９）、第１絶縁層５３、発光層５４、第２絶縁層５５、
第２電極５６（データ電極１０）を順次積層して構成さ
れており、第１電極５２、第１絶縁層５３、第２絶縁層
５５、第２電極５６の内、少なくとも光取出し側（表示
側）が透光性を有する材料によって構成されている。

【００２６】尚、ＥＬ素子１とは、上記構成の内、１つ
の第２電極５６と第１電極５２との間の発光部分を指
す。また、図１１ではＥＬ素子１が１１個だけ図示され
ているが、実際にはより多数のＥＬ素子１が存在する。

【００２７】例えば、第１電極５２をＩＴＯ(Indium Ti
n Oxide)膜、第１絶縁層５３をＡｌ _２Ｏ_３層と酸化チタ
ンＴｉＯ_２層とを交互に積層したＡｌ_２Ｏ_３／ＴｉＯ_２
積層構造膜（以下、ＡＴＯ膜と称する）、発光層５４を
ＳｒＳ：Ｃｅ膜、第２絶縁層５５は第１絶縁層５３と同
様のＡＴＯ膜、第２電極５６をＡｌ膜とする。

【００２８】ＥＬ素子アレイ３３の製造プロセスについ
て以下に説明する。ガラス基板５１上に、第１電極５２
として光学的に透明であるＩＴＯ膜をスパッタ法により
形成する。ＩＴＯ膜の透過率は７０％以上とし、１本の
第１電極５２に対して多数の素子が形成されるため、シ
ート抵抗は１０Ω／□以下となるように膜厚を２５０ｎ
ｍ以上に設定する。

【００２９】第１電極５２の上に、第１絶縁層５３とし
てＡＴＯ膜をＡＬＥ(Atomic LayerEpitaxy)法により形
成する。即ち、第１のステップで、アルミニウム（Ａ
ｌ）の原料ガスとして三塩化アルミニウム（ＡｌＣ
ｌ_３）、酸素（Ｏ）の原料ガスとして水（Ｈ_２Ｏ）を用
いてＡｌ_２Ｏ_３層を形成する。ＡＬＥ法では１原子層ず
つ膜を形成して行くため、原料ガスを交互に供給する。
従って、この場合はＡｌＣｌ _３をアルゴン（Ａｒ）のキ
ャリアガスで反応炉に１秒間導入した後に、反応炉内の
ＡｌＣｌ_３ガスを排気するのに十分なパージを行う。こ
のサイクルを繰り返すことにより所定の膜厚を有するＡ
ｌ_２Ｏ_３層を形成する。

【００３０】続く第２のステップで、Ｔｉの原料ガスと
して四塩化チタン（ＴｉＣｌ_４），酸素の原料ガスとし
て水（Ｈ_２Ｏ）を用いて酸化チタン層を形成する。即
ち、第１のステップと同様にＴｉＣｌ_４をＡｒキャリア
ガスで反応炉に１秒間導入した後に、反応炉内のＴｉＣ
ｌ_４ガスを排気するのに十分なパージを行う。次に、Ｈ
_２Ｏを同様にＡｒキャリアガスで反応炉に１秒間導入し
た後に、反応炉内のＨ_２Ｏガスを排気するのに十分なパ
ージを行う。このサイクルを繰り返すことにより所定の
膜厚を有する酸化チタン層を形成する。

【００３１】そして、上述した第１及び第２のステップ
を繰り返すことで所定膜圧のＡｌ_２Ｏ_３／ＴｉＯ_２積層
構造膜を形成し、第１絶縁層５３を形成する。Ａｌ_２Ｏ
_３層、ＴｉＯ_２層夫々１層当たりの膜厚を５ｎｍとし
て、夫々３０層ずつ積層する。なお、Ａｌ_２Ｏ_３／Ｔｉ
Ｏ_２積層構造膜の最上層及び最下層は、Ａｌ_２Ｏ_３層、
ＴｉＯ_２層の何れであっても良い。ＡＬＥ法により原子
層オーダで膜を形成する場合、１層当たりの膜厚が０．
５ｎｍ未満では絶縁体として機能せず、前記膜厚が１０
０ｎｍを超える場合は積層構造による耐電圧向上効果が
低下してしまう。従って、１層当たりの膜厚は０．５ｎ
ｍ〜１００ｎｍの範囲に設定すると良く、好ましくは１
ｎｍ〜１０ｎｍの範囲に設定すると良い。

【００３２】次に、第１絶縁層５３上に、ＳｒＳを母体
材料とし、発光中心としてＣｅを添加したＳｒＳ：Ｃｅ
（硫化ストロンチウム：セリウム）層を蒸着法により発
光層５４として形成する。即ち、所定の化学量論的組成
の蒸着ペレットを作成し、そこに電子ビームを照射して
成膜する。この際、所定量の硫黄が膜中に含まれないこ
ともあるので、成膜中に硫化水素などの硫黄分を添加す
ると良い。ＳｒＳ：Ｃｅ層の膜厚は、５００ｎｍ〜２０
００ｎｍ程度に設定すれば良い。この膜厚の選択は、プ
リンタヘッド６０としての仕様に応じて決定すれば良
く、５００ｎｍより薄くなると発光に寄与しない領域が
多くなり、発光効率が極端に低下する。また、２０００
ｎｍよりも厚くすると応力が大きくなり、膜剥がれやク
ラックが生じるおそれがある。

【００３３】それから、第１絶縁膜５３と同様のプロセ
スによって第２絶縁膜５５をＡＬＥ法で成膜し、最後
に、第２電極５６として、Ａｌ膜をスパッタ法で成膜す
る。以上のようにして、プリンタヘッド６０を構成する
ＥＬ素子アレイ３３を作成することができる。また、プ
リンタの解像度を６００ｄｐｉとするためには、走査電
極９の幅、及びデータ電極１０の配列間隔は４２μｍに
設定する必要がある。

【００３４】図１０は、ＥＬ素子アレイ３３と制御回路
等の配置を示すものである。ガラス基板５１は、ＥＬ素
子アレイ３３の基板を兼用するように構成されている。
また、第１電極５２（走査電極９）は、光プリンタの光
源としてはＥＬ素子１をライン状に多数配列すれば良い
ので、第１電極５２（走査電極９）は１本のみ形成され
ている。

【００３５】ガラス基板５１には、その他、制御回路４
２、走査側ドライバ（駆動回路）４３、データ側ドライ
バ（駆動回路）４４、光プリンタ本体側の制御回路と電
気的に接続を行うための外部接続端子４５などが搭載さ
れている。そして、制御回路４２がドライバ４３，４４
に駆動制御信号を出力することでＥＬ素子１を発光させ
る。

【００３６】上述したプロセスによって形成されたＥＬ
素子１は、発光層５４としてＳｒＳ：Ｃｅ層を用いたた
め発光立下り時間が極めて短い。例えば、図１５に示し
たＺｎＳ：Ｍｎ−ＥＬ素子の発光立下り時間は約５ｍ秒
であるが、図１１に示すＥＬ素子１では、数μ秒程度と
なる。この時間は、発光層５４の化学量論的組成を変化
させることである程度変化すると思われるが、本発明の
発明者らが試作したものは０．５μ秒である。

【００３７】尚、発光層を構成する母体材料と発光中心
材料との何れが発光立下り時間に影響を与えるのかにつ
いては、「Japan Display '86 242-245 」に記載されて
いる。母体材料としてはＳｒＳが好ましく、その母体材
料に対しては発光中心材料をＣｅとすると相性が良い。
組み合わせは他にも考えられるが、蒸着用ペレットの作
成の容易さなどから上記の組み合わせを選択した。

【００３８】ここで、図４（ａ）にはＥＬ素子１に印加
したパルス幅５μ秒の駆動電圧波形であり、図４（ｂ）
にはＥＬ素子１の発光電圧波形を示す。駆動電圧波形の
立ち上がりと立下りとの夫々においてＥＬ素子１が発光
していることが分かる。尚、「発光立下り時間」（期間
Ｂ）とは、光強度の最大値を「１」とした場合に、光強
度が「０．９」から「０．１」に低下するまでの時間で
定義される。

【００３９】従って、ＥＬ素子１を、例えば、図１５に
示すＺｎＳ：Ｍｎ−ＥＬ素子と同様に駆動してｍ秒単位
の間隔で発光させても光パワーが極端に低くなってしま
い感光ドラム３１に潜像を形成するために必要な光パワ
ーを得ることはできない。即ち、人間の視覚は光量の時
間積分に応じて明るさを感じるので、発光立下り時間が
短かければ発光量の時間積分値が小さくなり、光パワー
が低下することになるからである。

【００４０】そこで、本実施例では、図５（ａ）に示す
ように、制御回路３が、ＥＬ素子１を１走査期間（駆動
期間）内に複数回発光させるように駆動制御する。即
ち、１走査期間（図６における期間Ｃ）内に、ＥＬ素子
１の両端に印加される電圧Ｖ１の極性が交互に反転する
ようにして、走査電圧を複数回切り替えて印加する。す
ると、ＥＬ素子１は、電圧の印加回数に応じて発光する
（実際には、図４に示すように印加電圧波形の立上りと
立下りとで２回発光している）。

【００４１】ここで、図６（ａ）に参照するように、複
数回の電圧印加回数は奇数回となるようにしている。例
えば、図６（ｂ）に偶数回の場合を示すが、最初に正極
性で印加を開始すると最後は負極性で終了となり、その
状態が繰り返される。ＥＬ素子１は強誘電体としての特
性を有しているため、電圧の印加が停止しても素子の内
部では分極状態が維持される。そして、ＥＬ素子１の特
性を安定させるためには、電圧の非印加期間に維持され
る分極の状態についても一方の極性に偏ることは好まし
くない。

【００４２】また、図６（ｃ）は、電圧印加回数を偶数
回とした上で、最後に印加される電圧の極性を毎回反転
させるようにしたパターンであるが、この場合、次の走
査期間の最初に印加される電圧の極性が前回の最後と同
一になってしまう。ＥＬ素子１は交流駆動でなければ十
分な光パワーで発光しないため、このパターンにも問題
がある。

【００４３】そして、図６（ａ）に示すように電圧印加
回数を奇数回とすれば、印加電圧極性を連続的に反転さ
せることができると共に、各走査期間の最後に印加され
る電圧の極性も毎回反転させることができる。

【００４４】ここで、プリンタヘッド６０を動作させる
場合に適切な駆動信号のタイミングについて具体的に規
定する。先ず、光プリンタに要求される印字速度につい
て試算する。上述した特開平５−２２１０１９号におい
て使用されているＺｎＳ：Ｍｎ−ＥＬ素子の発光立下り
時間は約５ｍ秒である。この場合、最大走査周波数は２
００Ｈｚであるから、６００ｄｐｉ(dot per inch)の解
像度でＡ３用紙を１枚印字するには約１分間が必要とな
る。これではあまりにも遅く、実用に耐え得る印字速度
とはいい難い。

【００４５】そこで、現在の製品水準において十分高速
であると評価される印字速度を、解像度を６００ｄｐｉ
で１分間にＡ３用紙を８枚印字する速度と規定する。こ
の場合に必要なプリンタヘッドの走査周期より規定され
るＥＬ素子の発光立下り時間を計算すると、約７０６μ
秒となる。そして、図６に示す期間Ａは光プリンタの紙
送り速度に一致するので、期間Ａを７０６μ秒に設定す
る。

【００４６】同図に示す電圧印加期間Ｃは７０６μ秒以
内で任意に決定することができるが、プリンタの構成と
しては、期間Ａの２〜７５％に設定することが好まし
い。２％未満になると印字を行うのに十分なコントラス
ト（発光パワー）が確保し難く、７５％を超える場合は
光学系設計の公差を確保することが難しくなる。

【００４７】印加電圧（駆動電圧Ｖ１）は、ＥＬ素子１
の発光開始電圧と、感光ドラム３１に潜像形成するため
に必要な光パワーが得られるように設定すれば良く、発
光開始電圧は２００Ｖを若干下回る電圧であるから、２
００Ｖ以上あれば良い。

【００４８】ここで、電圧印加期間Ｃは、期間Ａの約１
４％となる１００μ秒に設定する。ＥＬ素子１の発光立
下り時間（期間Ｂ）が長すぎると、図１６（ｂ）に示し
たように、感光ドラム３１の表面に投影される光の形状
（ドット）が縦長になり、印字速度が速くなるとドット
が繋がってしまう。期間Ｃを定めた場合、期間Ｂは（Ａ
−Ｃ）以内に設定すれば図１６（ｂ）のようにドットが
繋がるようなことはない。

【００４９】そして、本実施例では、図５に示すよう
に、１００μ秒の期間Ｃ内おいて、ＥＬ素子１を７１回
連続的に駆動する。即ち正極性の電圧Ｖ１（第１の駆動
電圧）を３６回、負極性の電圧−Ｖ１（第２の駆動電
圧）を３５回印加する。この場合、駆動電圧パルス幅は
約１．４μ秒となる。尚、図５（ａ）はオシロスコープ
によって観測した駆動電圧波形であり、図５（ｂ）は、
ＥＬ素子１の発光出力を光電子増倍管で検出し、その出
力電圧をオシロスコープで観測した例である。従って、
ＥＬ素子１は、電圧印加期間Ｃにおいて連続的に発光す
るようになり、プリンタヘッド６０の光源として必要な
光パワーが確保される。

【００５０】図７は、横軸にパルス幅１．４μ秒の駆動
電圧の印加回数をとり、縦軸にＥＬ素子１の発光出力
（パワー）をとって示すものである。発光出力は光パワ
ーメータにより測定したが、ここでは相対値で示すため
無単位である。ＥＬ素子１では、電圧印加回数に応じて
発光出力がリニアに増加していることが分かる。

【００５１】同図中には、発光層にＺｎＳ：Ｍｎを用い
たＥＬ素子についても同様の測定を行った結果を示す。
ＺｎＳ：Ｍｎ−ＥＬ素子では発光立下り時間が長いた
め、パルス幅１．４μ秒の駆動電圧を印加すると、その
発光立下り時間内に次の駆動電圧が印加されることにな
る。従って、発光出力は電圧の印加回数に応じて加算さ
れなくなっている。また、電圧の印加回数が少ない領域
においてＺｎＳ：Ｍｎ−ＥＬ素子の発光出力がＥＬ素子
１よりも大きくなっているのは、長い発光立下り時間内
において発光出力が観測されているためである。

【００５２】ここで、比較のため、図１２にＬＥＤを用
いたプリンタヘッド１００の構成例を示す。ＬＥＤユニ
ット１０１は、シリコン基板上に形成されている複数の
ＬＥＤ素子１０２を単位としてカットしたものである。
そのＬＥＤユニット１０１を複数個用意してプリント基
板１０３上に配列し、ドライバ１０４と各ユニット１０
１上のＬＥＤ素子１０２とを１つずつ配線している。

【００５３】即ち、ＥＬ素子アレイ３３に比較すると、
複数のＬＥＤユニット１０１をプリント基板１０３上に
配列しドライバ１０４との配線接続を行う手間がかかる
と共に、隣接するＬＥＤユニット１０１間の境界特性を
調整する手間をも要する。これに対して本実施例のＥＬ
素子アレイ３３を用いれば、組立て性が良好になると共
に、調整に要する手間も不要となる。

【００５４】また、ＬＥＤは、電流を流すことで発光す
る素子であるため発熱が大きく、その熱によりプリント
基板１０３が反るおそれがあり、光学系に歪が生じるこ
とも考えられるため、その分を吸収できるように設計に
遊びを持たせる必要がある。これに対して、本実施例の
ＥＬ素子アレイ３３は、ＥＬ素子１が電圧駆動型である
と共にガラス基板５１を用いているので、基板５１の反
りはほとんど生じることはない。

【００５５】更に、本実施例のＥＬ素子アレイ３３は、
駆動方式が従来のものとは異なるが、その駆動制御を行
う制御回路４２もガラス基板５１上に搭載されているの
で、既存のＬＥＤを用いたプリンタヘッド１００と容易
に置き換えることが可能である。

【００５６】次に、本実施例における消去制御について
図１乃至図３を参照して説明する。図１は、消去制御に
おける消去電圧の印加状態をモデル的に示すタイミング
チャートである。ここで、電圧Ｖ１は、駆動期間におい
てＥＬ素子１を発光させるために印加される駆動電圧で
あり、電圧Ｖ２は消去電圧である。駆動電圧±Ｖ１は実
際には図５において示したように極性を交互に反転させ
て７１回印加されているが、図１では、図示の都合上単
一のパルスで表している（＝１駆動期間と等価であ
る）。

【００５７】そして、制御回路４２は、図１に示すよう
に、駆動期間の終了直後において、消去電圧Ｖ２を、極
性を反転させて２回印加することで消去制御行ってい
る。この時、最初に印加する消去電圧Ｖ２の極性も、最
後に印加された駆動電圧Ｖ１の極性と逆にすることで、
交流電圧としての連続性を維持するようにしている。消
去電圧Ｖ２の大きさは、ＥＬ素子１の発光開始電圧より
も小さければ良いが、小さすぎても消去制御の意味を成
さなくなるので例えば駆動電圧Ｖ１の１／３以上に設定
すれば良い。

【００５８】ここで、消去制御を行う意味について説明
する。ＥＬ素子１は誘電体的な特性を有することから、
一旦駆動電圧Ｖ１が印加されると素子１の内部では分極
が発生し、その後に電圧が除去されても発生した分極状
態がしばらくの間残留する。その状態で次に消去電圧Ｖ
２を印加すると、残留分極の影響によってＥＬ素子１が
発光してしまうものと推定される。

【００５９】そこで、ＥＬ素子１を発光させた直後に消
去電圧Ｖ２を印加して消去制御を行えば、次回の駆動周
期において前記ＥＬ素子１を非発光状態にするため消去
電圧Ｖ２を印加した場合に、前回に印加された駆動電圧
Ｖ１の影響を受けることなく、ＥＬ素子１を確実に非発
光状態にすることができる。

【００６０】次に、ＥＬ素子１をプリンタヘッドに用い
る場合は、特開平９−１６７６８３号公報に示すディス
プレイに用いる場合のように発光維持電圧を印加する必
要がない理由を説明する。即ち、ドットマトリクス型の
ディスプレイの場合は、走査電極が複数本存在するた
め、走査期間内においてはそれらの内何れか１本だけに
駆動電圧（発光開始電圧以上の電圧）が印加され、その
他の走査電極には、駆動電圧を印加することができな
い。それに代えて、発光開始電圧以上の電圧を発光維持
電圧として印加することで、発光パワーを高めるように
している。

【００６１】これに対して、本実施例のようにＥＬ素子
１をプリンタヘッドに用いた場合は、走査電極９は１本
しかなく、その１本の走査電極に対して印字周期毎に駆
動電圧を印加する構成となっている。従って、発光パワ
ーを高める必要がある場合は、図５に示したように、駆
動電圧を必要に応じて印加してＥＬ素子１を発光させれ
ば良い。

【００６２】図２には、（ａ）駆動電圧Ｖ１を５回印加
した後に、消去電圧Ｖ２を２回印加した場合の印加電圧
波形と、（ｂ）ＥＬ素子１の発光を光電子増倍管により
検出しその出力電圧をオシロスコープで観測した例を示
す。即ち、消去電圧Ｖ２を１回印加した場合は、発光出
力電圧は低下しているが僅かに観測されている。その後
に、消去電圧Ｖ２をもう１度印加すると、発光出力電圧
はほとんど観測されなくなっている。

【００６３】また、図３は、同じＥＬ素子１について、
駆動期間（ｎ−１）において非発光、駆動期間（ｎ）に
おいて発光、駆動期間（ｎ＋１）において非発光となる
ように電圧を印加した場合の発光出力電圧を観測したも
のである。尚、駆動期間（ｎ）においては、駆動電圧Ｖ
１を３回印加した後、消去電圧Ｖ２を２回印加してい
る。図１または２に示した制御を適用することによっ
て、駆動期間（ｎ＋１）において消去電圧Ｖ２を印加し
た場合にＥＬ素子１の発光出力は観測されなくなってい
る。

【００６４】以上のように本実施例によれば、制御回路
４２は、プリンタヘッド６０を構成するＥＬ素子１を１
駆動期間内において連続的に複数回発光させるように駆
動電圧Ｖ１を印加した直後に、消去電圧Ｖ２を印加して
消去制御を行うようにした。即ち、ＥＬ素子１の発光立
下り時間が短くなるように設定したことでその発光パワ
ーが不足した場合でも１駆動期間内において連続的に複
数回発光させるようにすれば、必要な光パワーを得るこ
とができる。

【００６５】そして、ＥＬ素子１を連続的に複数回発光
させた直後に消去電圧Ｖ２を印加して消去制御を行え
ば、次回の駆動周期において前記ＥＬ素子に消去電圧Ｖ
２を印加した場合に、前回に印加された駆動電圧Ｖ１の
影響を受けることなく、前記ＥＬ素子１を確実に非発光
状態にすることができる。従って、ＥＬ素子アレイ３３
は、高速で印字を行う場合でも所望のポイントに確実に
印字を行うことができるようになり、印字品位を維持す
ることができる。

【００６６】また、ＥＬ素子１の発光層５４を構成する
材料をＳｒＳ：Ｃｅとしたので、発光立下り時間が十分
短いＥＬ素子１を形成することができ、上記の発光制御
を有効に適用することができる。

【００６７】また、制御回路４２は、１駆動期間におい
て駆動電圧±Ｖ１をＥＬ素子１の両端に交互に印加する
と共に、消去電圧Ｖ２を、前記駆動期間において最後に
印加された駆動電圧の極性を反転させて印加するので、
交流電圧としての連続性を維持することができ、ＥＬ素
子１の電気的特性を安定させることができる。

【００６８】更に、制御回路４２は、前記消去電圧Ｖ２
の印加後に、当該消去電圧Ｖ２の極性を反転させた消去
電圧Ｖ２を更に印加するので、消去制御を一層確実に行
うことができる。

【００６９】（第２実施例）図１３及び図１４は本発明
の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分
には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分に
ついてのみ説明する。ＥＬ素子１の発光開始電圧は、駆
動電圧Ｖ１の印加回数に応じて変化する。図１３は、横
軸にＥＬ素子１に対する印加電圧（駆動電圧Ｖ１）
［Ｖ］をとり、縦軸にＥＬ素子１の発光パワー（任意単
位）をとって表している。また、図中にプロットされた
各点は、１駆動期間内における駆動電圧Ｖ１の印加回数
を変化させた場合の変化を示している。ここでは、発光
パワーが上昇し始める臨界電圧を発光開始電圧としてい
る。同図から明らかなように、発光開始電圧は、駆動電
圧Ｖ１の印加回数が増加すると、それに応じて低くなる
傾向を示す。

【００７０】そこで、制御回路４２は、駆動電圧Ｖ１の
印加回数に応じてドライバ４３、４４により出力される
消去電圧Ｖ２のレベルを発光開始電圧のレベルに応じて
変化させるようにする。即ち、消去電圧Ｖ２が発光開始
電圧を僅かに下回るように調整する。例えば、図１４に
示すように、斜線で示す範囲に入るように設定する。
尚、同図における消去電圧Ｖ２の下限は、駆動電圧Ｖ１
の上限が２５０Ｖであるものとしてその１／３に設定し
ている。

【００７１】以上のように構成された第２実施例によれ
ば、制御回路４２は、消去電圧Ｖ２を、駆動電圧Ｖ１の
印加回数に応じて変化するＥＬ素子１の発光開始電圧に
応じて変化させるので、発光開始電圧が変動した場合で
も消去制御を確実に行うことができる。そして、前記印
加回数に応じて消去電圧Ｖ２が最適となるように調整で
きるので、不要に高い電圧をＥＬ素子１に印加すること
がなく、消費電力を抑制することができる。

【００７２】本発明は上記し且つ図面に記載した実施例
に限定されるものではなく、次のような変形または拡張
が可能である。ＥＬ素子の発光立下り時間は、３５０μ
秒以下であっても良い。即ち、上述したように、現在の
製品水準において十分高速であると評価される印字速度
を満たすのに必要とされるＥＬ素子の発光立下り時間は
約７００μ秒であるから、その１／２以下であれば良
い。また、ＥＬ素子の発光立下り時間は０．５μ秒に限
ることなく、光プリンタについて設定する印字速度が個
別の設計に応じて異なる場合は、夫々のケースに応じて
最適となる発光立下り時間であれば良い。そして、ＥＬ
素子に対する駆動電圧の印加回数は、発光立下り時間
と、個別の設計により要求される仕様に応じて適宜設定
すれば良い。

【００７３】発光層の発光中心材料を、Ｃｅに代えてＥ
ｕ（ユウロピウム）を用いても良い。また、母体材料と
して、ＳｒＳに代えてＺｎＳを用いても良い。或いは、
これら以外の材料であっても、必要とされる発光立下り
時間が得られるものであれば良い。ＥＬ素子の特性変動
が問題とならない場合には、駆動電圧の出力回数を偶数
回として、図６（ｂ）に示すパターンで駆動電圧を印介
しても良い。データ電圧（駆動電圧）の極性を交互に変
化させることで、同様の制御を行っても良い。ＥＬ素子
の絶縁層に、例えばＰＺＴ（白金−ジルコニウム−チタ
ンの酸化物）などの高誘電率材料を用いても良い。即
ち、高誘電率材料を用いると絶縁層の静電容量が大きく
なるので、それに伴ってＥＬ素子の発光出力を向上させ
ることができる。

【００７４】消去制御を行う時間も含めて、駆動期間と
しても良い。例えば、発光輝度Ｌ［Ｃｄ］は、以下の計
算式によって定めることができる。Ｌ＝０．０８５×Ｃ×ｅ^{0.001168(t-884)}×ｆ^0.888 ここで、Ｃは絶縁層の容量［ｐＦ］，ｔは発光層の膜厚
［ｎｍ］，ｆは駆動電圧の印加周波数である。また、輝
度と光パワーには相関関係があることを確認している。
本発明のプリンタヘッドは、光プリンタのみに適用され
るものではなく、その他、同様な電子写真技術を利用す
る複写機やファクシミリ装置などにも適用することが可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例であり、消去制御における
消去電圧の印加状態をモデル的に示すタイミングチャー
ト

【図２】（ａ）は駆動電圧Ｖ１を５回印加した後に、消
去電圧Ｖ２を２回印加した場合の印加電圧波形、（ｂ）
はＥＬ素子の発光を光電子増倍管で検出した出力電圧を
オシロスコープで観測した例を示す図

【図３】同じＥＬ素子について、駆動期間（ｎ−１）に
おいて非発光、駆動期間（ｎ）において発光、駆動期間
（ｎ＋１）において非発光となるように電圧を印加した
場合（ａ）における、発光出力電圧波形（ｂ）を観測し
た例を示す図

【図４】（ａ）はパルス幅５μ秒の駆動電圧波形、
（ｂ）は実際のＥＬ素子の発光電圧波形を示す図

【図５】実際に駆動電圧を連続的に印加した場合の電圧
波形を示す図２相当図

【図６】（ａ）は本実施例におけるＥＬ素子に対する駆
動電圧印加パターン、（ｂ）は駆動電圧の印加回数が偶
数である場合のパターン（その１）、（ｃ）は駆動電圧
の印加回数が偶数である場合のパターン（その２）を原
理的に示す図

【図７】横軸にパルス幅１．４μ秒の駆動電圧の印加回
数をとり、縦軸にＥＬ素子の発光出力（パワー）をとっ
て示す図

【図８】光プリンタの要部構造を概略的に示す図

【図９】プリンタヘッド及び感光ドラムを中心として示
す斜視図

【図１０】ＥＬ素子アレイを用いて構成したプリンタヘ
ッドの一部を示す図

【図１１】（ａ）はＥＬ素子アレイの半導体的構造を示
す平面図，（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面を模式的に示す
図

【図１２】ＬＥＤを用いたプリンタヘッドの構成例を示
す図

【図１３】本発明の第２実施例を示すもので、横軸にＥ
Ｌ素子に対する印加電圧（駆動電圧Ｖ１）［Ｖ］をと
り、縦軸にＥＬ素子１の発光パワー（任意単位）をとっ
て示す図

【図１４】消去電圧Ｖ２の設定範囲を示す図

【図１５】従来技術を示すもので、発光層にＺｎＳ：Ｍ
ｎを用いたＥＬ素子についての図１相当図

【図１６】（ａ）は、円形のドット及び楕円形のドット
を１ドット印字した場合、（ｂ）はそれらのドットを１
ドットおきに印字した例を示す図

【図１７】（ａ）はＥＬ素子の両端に印加した駆動電圧
波形、（ｂ）はＥＬ素子の発光出力電圧を示す図

【符号の説明】１はＥＬ素子、９は走査電極、１０はデータ電極、３３
はＥＬ素子アレイ、４２は制御回路、４３は走査側ドラ
イバ（駆動回路）、４４はデータ側ドライバ（駆動回
路）、５３は第１絶縁膜、５４は発光層、５５は第２絶
縁膜、５６は第２電極（金属電極）、６０はプリンタヘ
ッドを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｂ 33/14 Ｆターム(参考） 2C162 AE28 AE47 AF14 AF70 AF75 FA04 FA16 FA23 3K007 AB05 DA02 DA05 DB01 DC04 EA02 EC02 EC03 GA02 5C051 AA02 CA06 DA02 DB02 DB28 DC02 DC05 DE03 DE29 5C074 AA12 BB02 CC26 EE14 GG03 GG06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光層が絶縁層を介して電極の間に挟み
込まれる構造をなすＥＬ素子をライン状に配置して構成
されるプリンタヘッドの発光を制御するもので、前記Ｅ
Ｌ素子の両端に、前記ＥＬ素子を発光状態にするための
駆動電圧と、前記ＥＬ素子を消去状態にするための消去
電圧とを印加することで制御を行う発光制御装置におい
て、１駆動期間内において、前記ＥＬ素子を連続的に複数回
発光させるように前記駆動電圧を印加した直後に、前記
消去電圧を印加して消去制御を行うことを特徴とするプ
リンタヘッドの発光制御装置。
【請求項２】前記ＥＬ素子の発光層は、ＳｒＳ：Ｃｅ
を材料とすることを特徴とする請求項１記載のプリンタ
ヘッドの発光制御装置。
【請求項３】前記駆動期間において、互いに極性が異
なる第１駆動電圧，第２駆動電圧を前記ＥＬ素子の両端
に交互に印加すると共に、前記消去電圧を、前記駆動期
間において最後に印加された駆動電圧の極性を反転させ
て印加することを特徴とする請求項１または２記載のプ
リンタヘッドの発光制御装置。
【請求項４】前記消去電圧の印加後に、当該消去電圧
の極性を反転させた消去電圧を更に印加することを特徴
とする請求項３記載のプリンタヘッドの発光制御装置。
【請求項５】前記消去電圧を、前記駆動電圧の印加回
数に応じて変化するＥＬ素子の発光開始電圧に応じて変
化させることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記
載のプリンタヘッドの発光制御装置。
【請求項６】発光層が絶縁層を介して電極の間に挟み
込まれる構造をなすＥＬ素子をライン状に配置して構成
されるプリンタヘッドの発光を制御するもので、前記Ｅ
Ｌ素子の両端に、前記ＥＬ素子を発光状態にするための
駆動電圧と、前記ＥＬ素子を消去状態にするための消去
電圧とを印加することで制御を行う発光制御方法におい
て、１駆動期間内において、前記ＥＬ素子を連続的に複数回
発光させるように前記駆動電圧を印加した直後に、前記
消去電圧を印加して消去制御を行うことを特徴とするプ
リンタヘッドの発光制御方法。
【請求項７】前記ＥＬ素子の発光層は、ＳｒＳ：Ｃｅ
を材料とすることを特徴とする請求項６記載のプリンタ
ヘッドの発光制御方法。
【請求項８】前記駆動期間において、互いに極性が異
なる第１駆動電圧，第２駆動電圧を前記ＥＬ素子の両端
に交互に印加すると共に、前記消去電圧を、前記駆動期
間において最後に印加された駆動電圧の極性を反転させ
て印加することを特徴とする請求項６または７記載のプ
リンタヘッドの発光制御方法。
【請求項９】前記消去電圧の印加後に、当該消去電圧
の極性を反転させた極性の消去電圧を更に印加すること
を特徴とする請求項８記載のプリンタヘッドの発光制御
方法。
【請求項１０】前記消去電圧を、前記駆動電圧の印加
回数に応じて変化するＥＬ素子の発光開始電圧に応じて
変化させることを特徴とする請求項６乃至９の何れかに
記載のプリンタヘッドの発光制御方法。