JP2004090553A - El素子の駆動装置,el素子,プリンタヘッド,el素子の駆動制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光立下り時間が5μ秒程度の特性を有する発光材料よりなる主発光層54Aと、発光材料がZnS:Mnよりなる副発光層54Bとが絶縁膜53,55を介して電極52,56の間に挟み込まれる構造をなすEL素子1を構成した。そして、制御回路は、1駆動期間内において互いに極性が異なる駆動電圧をEL素子1の両端に交互に出力させてEL素子1を複数回発光させる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光立下り時間が700μ秒以下となる特性の発光材料よりなる主発光層を備えてなるEL素子を駆動する駆動装置、及びその駆動装置によって駆動されるEL素子、また、そのEL素子を用いて構成されるプリンタヘッド、並びにEL素子の駆動方法に関する。
【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LED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5−221019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、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10(a)は、円形のドットを1ドット印字した場合であり、図10(b)は、楕円形に伸びたドットを1ドットおきに印字した例である。このように、(b)では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】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本願発明の発明者は、発光層にSrS:Ce(硫化ストロンチウム:セリウム)を用いることで、発光立上がり及び立下り時間がμ秒オーダと極めて短くなるEL素子を作成し、プリンタヘッドに使用することで、高速で印字可能な光プリンタを構成することを考えた(特願2002−190368)。
【0011】
ここで、EL素子に対して走査電極により駆動周期毎に一定の走査電圧を印加し、データ電極に与えるデータ電圧の有無により発光(ON,印字),非発光(OFF,非印字)を制御する場合を想定する。EL素子を光プリンタにおいて印字可能なレベルで発光させるための電圧は200V付近であるが、データ電極側のドライバは、外部より与えられる表示データ信号に応じてデータ電圧の出力判定を行うようにロジック回路を構成する必要があり、高耐圧対応とするにはコストがかかる。
【0012】
即ち、データ電極側ドライバの耐圧は40V〜60V程度に留めることが望ましく、そのためには、例えば走査電圧を180V,データ電圧を40Vとして両電圧レベルを非対称に設定することになる。ところが、斯様に構成すると、EL素子に対してON時,OFF時に印加される端子電圧差は40V程度しかなく、この電圧差では、OFF時においてもEL素子は実質的に低いパワーで発光している状態にならざるを得ない。
【0013】
この結果、発光層にSrS:Ceを用いたEL素子をプリンタヘッドに使用する場合には、そのEL素子が、ON時とOFF時の端子電圧差が40V程度しかない場合であっても、プリンタの印字,非印字を良好に確定できるような発光パワーのダイナミックレンジ(印字のコントラスト)を有する必要がある。
【0014】
ここで、図11は、発光層をZnS:Mn(硫化亜鉛:マンガン),SrS:Ceで構成したEL素子に印加する電圧を変化させた場合における発光パワーの差を表したものである。従来用いられていたZnS:Mnでは、40V程度の端子電圧差でも十分なダイナミックレンジを有しているが、SrS:Ceではダイナミックレンジが比較的小さく、実用上問題となるおそれがあった。
【0015】
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、発光立下り時間が短い発光材料層で構成される発光層を有するEL素子を、使用目的に応じて適切に発光させることができる駆動装置、及びその駆動装置によって駆動されるEL素子、また、そのEL素子を用いて構成されるプリンタヘッド、並びにEL素子の駆動方法を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載のEL素子の駆動装置によれば、制御回路は、発光立下り時間が700μ秒以下となる特性を有する発光材料よりなる主発光層と、発光材料がZnS:Mnよりなる副発光層とが絶縁膜を介して電極の間に挟み込まれる構造をなすEL素子を、1駆動期間内において複数回発光させる。
【0017】
即ち、従来のEL素子のように発光材料にZnS:Mnを用いたものは、印加される端子電圧の差が小さい場合でも発光パワーのダイナミックレンジが十分な大きさを有するが、発光立下り時間が700μ秒以下であるようなきわめて短い特性の発光材料よりなるEL素子は、前記ダイナミックレンジが小さくなる傾向を示す。そして、発明者は、実験の結果、両者を併せて発光層を形成するとダイナミックレンジが両者の中間的な特性を示すことを確認した。
【0018】
従って、発光応答性に高速が要求されるアプリケーションにEL素子を適用するため発光立下り時間が短い発光材料を主発光層に選択し、且つ、駆動ドライバICの耐圧を大きく設定することができない場合でも、発光材料がZnS:Mnである副発光層を併せて設けることで発光パワーのダイナミックレンジをより大きくすることができる。
【0019】
また、発光立下り時間が短いということは光パワーが小さい、ということであるから、発光層の組成によっては立下り時間が短か過ぎ、EL素子がアプリケーションにおいて要求される光パワーを必ずしも満たさない場合がある。そこで、そのようなEL素子については、1駆動期間内において複数回発光させるようにすれば発光量の時間積分値を増加させることができ、必要な光パワーが得られるように調整することができる。
【0020】
請求項2記載のEL素子の駆動装置によれば、制御回路は、EL素子が交流駆動型として構成されている場合は1駆動期間内に印加電圧極性を交互に変化させて発光させると共に、その変化回数を奇数回とする。即ち、EL素子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。
【0021】
そこで、請求項2のように構成すれば、電圧の印加極性は交互に反転されると共に、各駆動期間の終了時に印加される駆動電圧の極性も毎回変化するようになる。従って、EL素子に交流電圧を印加することで発光を各駆動期間毎に良好に行うことができ、且つ、素子の寿命を長期化することができる。
【0022】
請求項3記載のEL素子によれば、請求項1または2記載の駆動装置の駆動形態に適したEL素子を得ることができる。
請求項4記載のEL素子によれば、発光層を、主発光層の上層及び下層に副発光層を配置して形成する。斯様に構成すると、素子構造の対称性が良好となり、経時変化をより小さくして素子の特性を安定させることができる。
【0023】
請求項5記載のEL素子によれば、絶縁膜の比誘電率を30以上とする。即ち、このように比誘電率が高い材料を用いるとEL素子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。
【0024】
請求項6記載のプリンタヘッドによれば、請求項3乃至5の何れかに記載のEL素子を光源とする。即ち、上述したように、発光応答特性が高速で、且つ、比較的小さい駆動電圧差で発光パワーのダイナミックレンジを大きく確保できるEL素子をプリンタヘッドに使用すれば、印字速度が上昇した場合でも紙送り方向に印字ドットが伸びてしまうことを極力防止できるので、より高速に印字を行うことができる。そして、請求項1または2記載の駆動装置によって駆動されることで、感光体に潜像を形成して印字するのに必要な光パワーのダイナミックレンジを得ることが可能となる。
【0025】
請求項7記載のプリンタヘッドによれば、EL素子が出力する光を集光して、感光体に潜像を形成させるセルフォックレンズを備える。即ち、マイクロレンズアレイの一種であるセルフォックレンズを用いれば、プリンタヘッドを安価に構成することができる。
【0026】
また、EL素子に主発光層と副発光層とを設けることで、各層による発光の波長は厳密には異なっている。そして、セルフォックレンズは色収差を有しているので、主発光層による発光波長が感光体の表面に収束するように調整を行なえば、副発光層による発光波長は色収差によって感光体の表面では収束しなくなる。従って、本来その発光を利用する目的で設けられたものではない副発光層による発光の影響を軽減することができる。
【0027】
【発明の実施の形態】
(第1実施例)
以下、本発明を光プリンタに適用した場合の第1実施例について図1乃至図8を参照して説明する。図3は、光プリンタ30の要部構造を概略的に示すものである。
【0028】
感光ドラム(感光体)31は、図3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33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。
【0029】
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。
【0030】
図4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60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。
【0031】
次に、EL素子アレイ33の構造について図1を参照して説明する。図1(a)はEL素子1の平面図,図1(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)、第1絶縁膜53、発光層54、第2絶縁膜55、第2電極56(データ電極)を順次積層して構成されており、第1電極52、第1絶縁膜53、第2絶縁膜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。
【0032】
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1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。
【0033】
例えば、第1電極52をITO(Indium Tin Oxide)膜、第1絶縁膜53をAl2O3層と酸化チタンTiO2層とを交互に積層したAl2O3/TiO2積層構造膜(以下、ATO膜と称する)、第2絶縁膜55は第1絶縁膜53と同様のATO膜、第2電極56をAl膜とする。そして、発光層54は、発光材料がSrS:Ceよりなる主発光層54Aと、発光材料がZnS:Mnよりなる副発光層54Bとの二層構造をなしている。
【0034】
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250nm以上に設定する。
【0035】
第1電極52の上に、第1絶縁膜53としてATO膜をALE(Atomic Layer Epitaxy)法により形成する。即ち、第1のステップで、アルミニウム(Al)の原料ガスとして三塩化アルミニウム(AlCl3)、酸素(O)の原料ガスとして水(H2O)を用いてAl2O3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AlCl3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AlCl3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Al2O3層を形成する。
【0036】
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(TiCl4),酸素の原料ガスとして水(H2O)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TiCl4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TiCl4ガスを排気するのに十分なパージを行う。次に、H2O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H2O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。
【0037】
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Al2O3/TiO2積層構造膜を形成し、第1絶縁膜53を形成する。Al2O3層、TiO2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、Al2O3/TiO2積層構造膜の最上層及び最下層は、Al2O3層、TiO2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100nm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0.5nm〜100nmの範囲に設定すると良く、好ましくは1nm〜10nmの範囲に設定すると良い。
【0038】
次に、第1絶縁膜53上に、SrS(硫化ストロンチウム)を母体材料とし、発光中心としてCe(セリウム)を添加したSrS:Ceよりなる主発光層54A, ZnS(硫化亜鉛)を母体材料とし、発光中心としてMn(マンガン)を添加したZnS:Mnよりなる副発光層54Bを、夫々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。
【0039】
副発光層54Bの膜厚は100〜1000nm程度にすれば良い。この膜厚は、EL素子1に要求される光パワーのダイナミックレンジの大きさを決定する要素となるので、必要に応じて適宜設定する。主発光層54Aについては、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。また、膜厚は、500nm〜2000nm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、2000nm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。
【0040】
尚、このように、主発光層54Aの上層に副発光層54Bを配置することで、作成プロセスを安定させることができる。即ち、SrS:Ceは水に溶け易い性質があるので、上層側の副発光層54Bにより主発光層54Aが水分に触れることを防止できる。従って、発光層54を成膜する場合は、真空を維持した状態で連続処理することが望ましい。
【0041】
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。絶縁膜53,55には、比誘電率が少なくとも30以上の材料を用いる。
【0042】
尚、プリンタの解像度を600dpiとするためには、走査電極の幅、及びデータ電極の配列間隔は42.3μmに設定する必要がある。そして、以上のように構成されたEL素子1は、概ね200V前後の端子電圧を印加すると、感光ドラム31に潜像を形成するのに十分な強度で発光するようになる。
【0043】
図2は、EL素子アレイ33と制御回路等の配置を示した図である。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は1本のみ形成されている。
【0044】
ガラス基板51には、その他、制御回路42、走査側ドライバ43、データ側ドライバ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。
【0045】
次に、発光層54を、主発光層54Aと副発光層54Bとの二層構造とした理由について説明する。先ず、EL素子1をプリンタヘッドの光源として利用するために要求される特性は、以下のようになる。
▲1▼プリンタの印字速度仕様に対応した高速応答性。
▲2▼感光ドラム31に潜像を形成するのに十分な光パワー。
▲3▼データ側ドライバ44の耐圧範囲内で得られる光パワーのダイナミックレンジが、感光ドラム31に潜像を形成する状態,形成しない状態として明確な差(コントラスト)が得られるものであること。
【0046】
<▲1▼について>
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200Hz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。
【0047】
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。
【0048】
同図に示す電圧印加期間(駆動期間)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。
【0049】
ここで、電圧印加期間Cは、期間Aの約14%となる100μ秒に設定する。EL素子1の発光立下り時間が長すぎると、図10(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、発光立下り時間は(A−C)以内に設定すれば、図10(b)のようにドットが繋がるようなことはない。
【0050】
そして、EL素子1は、主発光層54A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。ここで、「発光立下り時間」とは、光強度の最大値を100%とした場合に、光強度が90%から10%に低下するまでの時間で定義される。例えば、ZnS:Mn−EL素子の発光立下り時間は約5m秒であるが、EL素子1では数μ秒程度となる。この時間は、主発光層54A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5μ秒である。
【0051】
尚、斯様な特性を得るためには母体材料として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。また、発光中心材料の選択によって発光色も変化するが、可視光であれば感光ドラム31の感光剤は潜像を形成することができる。
【0052】
<▲2▼について>
また、EL素子1は、矩形波電圧を印加するとその印加電圧波形の立上りと立下りとで夫々発光し、その発光は急速に立下がる(図8(c)参照)。従って、電圧印加期間Cを100μ秒に設定した場合、単にパルス幅100μ秒の矩形波電圧をEL素子1に印加しても、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。尚、後述するように、光パワーに関しては副発光層54Bの影響は小さく、主発光層54Aの特性が支配的である。
【0053】
そこで、本実施例では、図6(a)に示すように、制御回路42が、EL素子1を1走査期間(駆動期間)内に複数回(例えば11回)発光させるように駆動制御する。即ち、1走査期間(時間C)内に、EL素子1の両端に印加される電圧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8(c)に示すように1回の電圧印加に対して2回発光)。
【0054】
ここで、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。
【0055】
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パワーで発光しないため、このパターンにも問題がある。
【0056】
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。
【0057】
<▲3▼について>
▲3▼が問題となる理由は
【発明が解決しようとする課題】において述べた通りである。図5には、走査電極に印加される走査電圧波形(b)、データ電極に印加されるデータ電圧波形(c)、及びEL素子1の両端に印加される端子電圧波形(a)を示すものである。
【0058】
即ち、EL素子1を光プリンタにおいて印字可能なレベルで発光させるための電圧は200V付近である。そして、データ電極側のドライバ44は、制御回路42より与えられる表示データ信号に応じてデータ電圧の出力判定を行うように構成する必要があり、高耐圧対応とするにはコストがかかるため、その耐圧を40V〜60V程度に留めている。その結果、走査電圧を180V(Vth,図5(b)参照),データ電圧を40V(図5(c)参照)に設定している。
【0059】
従って、ONの場合はEL素子1の両端に180+40=220(V)が印加され、EL素子1は発光状態となる(図5(a)参照)。また、OFFの場合はEL素子1の両端に走査電圧180Vだけが印加されるので、EL素子1は非発光状態となる。
【0060】
即ち、後者の非発光状態といえども発光状態からの電圧差は40Vしかないため、その40Vの落差による非発光状態、実用上十分な非発光状態となる必要がある。つまり、プリンタヘッド60に適用する場合であれば、前記非発光状態が物理的には発光状態にあるとしても、その発光によって感光ドラム31上に潜像が形成されなければ実用上は全く問題がない。
【0061】
本実施例では、EL素子1の発光層54を、発光立下り時間が速いが光パワーのダイナミックレンジが狭い主発光層54Aと、発光立下り時間が遅いがダイナミックレンジが広い副発光層54Bとの二層で構成することでその課題を解決した。即ち、発光層54をそのように構成することでON(印字)/OFF(非印字)のダイナミックレンジは両者の中間的な特性となり、実用上問題がないレンジを得ることができた。尚、主発光層54Aと副発光層54Bとの膜厚比は1:1〜4:1程度に設定すれば、概ね図7に示す特性を得ることができる。
【0062】
<▲4▼副発光層54Bがその他の発光特性に与える影響について>
主発光層54Aは、図6に示すように1駆動期間内に複数のパルスを印加した場合に発光開始電圧が低下する傾向を示すが、副発光層54Bの発光開始電圧は殆ど変化しない。従って、その電圧差によって副発光層54Bの発光を抑制することができる。
【0063】
また、図8は、発光層をZnS:Mn膜のみで構成したEL素子(b)と、発光層をSrS:Ce膜のみで構成したEL素子(c)に対して同一の矩形波電圧(a)を印加して発光させた場合の光強度波形を示すものである。ZnS:Mn−EL素子の強度ピークを「1」とした場合に、SrS:Ce−EL素子の相対強度ピークは「20」となっている。従って、本実施例におけるEL素子1のように構成した場合でも、副発光層54Bによる発光の影響は極めて小さい。
【0064】
更に、ZnS:Mn−EL素子の発光波長は580nmであり、SrS:Ce−EL素子の発光波長は480nmである。そして、プリンタヘッド60はセルフォックレンズ34を備えているが、セルフォックレンズ34は色収差を有しているので、主発光層54Aによる発光波長が感光ドラム31の表面に収束するように調整を行なえば、副発光層54Bによる発光波長は色収差によって感光ドラム31の表面では収束しなくなる。
【0065】
以上のように本実施例によれば、発光立下り時間が5μ秒程度の特性を有する発光材料よりなる主発光層54Aと、発光材料がZnS:Mnよりなる副発光層54Bとが絶縁膜53,55を介して電極52,56の間に挟み込まれる構造をなすEL素子1を構成した。即ち、発光応答性に高速が要求されるプリンタヘッド60のようなアプリケーションにEL素子1を適用するために、発光立下り時間が短い発光材料を主発光層54Aに選択し、且つ、ドライバ44の耐圧を大きく設定することができない場合でも、副発光層54Bを併せて設けることで発光パワーのダイナミックレンジを大きくすることができる。
【0066】
そして、制御回路42は、1駆動期間内において互いに極性が異なる駆動電圧をEL素子1の両端に交互に出力させてEL素子1を複数回発光させるので、発光量の時間積分値を増加させることができ、EL素子1より感光ドラム31に潜像を形成するのに必要な光パワーが得られるように調整することができる。また、EL素子1の両端に印加する電圧の極性を連続的に反転させることができるので、発光を各走査期間毎に良好に行うことができる。
【0067】
更に、駆動電圧の出力回数を奇数回とするので、各駆動期間の最後に印加される電圧の極性をも毎回反転させることができ、EL素子1の特性変動を抑制して寿命を長期化することができる。また、絶縁膜53,55の比誘電率を30以上とするので、EL素子1の静電容量を増加させ、それに伴ってEL素子1の発光出力を向上させることができる。
【0068】
また、本実施例によれば、EL素子1をライン状に配置してなるEL素子アレイ33を用いて、光プリンタ30の光源として使用されるプリンタヘッド60を構成したので、プリンタヘッド60を光プリンタ30に組み込むことで、光プリンタ30の印字速度、或いは解像度を向上させることができる。
【0069】
また、EL素子アレイ33が発する光を、セルフォックレンズ34により集光して、感光ドラム31に投光するようにしたので、プリンタヘッド60を安価に構成することができる。そして、EL素子1の主発光層54Aと副発光層54Bとを設けることで、各層による発光の波長が異なる場合でも、セルフォックレンズ34が有する色収差を利用して、主発光層54Aによる発光波長が感光ドラム31の表面に収束するように調整を行なえば、副発光層54Bによる発光の影響を軽減することができる。
【0070】
(第2実施例)
図9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。第2実施例におけるEL素子71は、第1実施例におけるEL素子1の絶縁膜53と主発光層54Aとの間にも、副発光層54Cを配置してなるものである。尚、副発光層54Cの膜厚は、副発光層54Bと同じ厚さとする。
【0071】
このように、主発光層54Aの上層及び下層に副発光層54B,54Cを配置することで、作成プロセスを安定させることができる。そして、下層側に副発光層54Cを配置することで対称性が良好となり、EL素子71における発光特性の経時変化がより小さくなる。
【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。
本発明におけるEL素子は、発光立下り時間が700μ秒以下のものを用いれば良い。即ち、上述したように、光プリンタに適用する場合、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。
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(必要とされる光パワー)に応じて適宜設定すれば良い。
発光層の発光中心材料を、Ceに代えてEu(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、これらの材料以外でも、必要な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加しても良い。
直流駆動型の有機EL素子に、本発明を適用しても良い。
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、(a)はEL素子の平面図、(b)は(a)のA−A断面を模式的に示す図
【図2】EL素子アレイと制御回路等の配置を示した図
【図3】光プリンタの要部構造を概略的に示す図
【図4】EL素子アレイ及びセルフォックレンズを中心として示す斜視図
【図5】(a)はEL素子の両端に印加される端子電圧波形、(b)は走査電極に印加される走査電圧波形、(c)はデータ電極に印加されるデータ電圧波形を示す図
【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】発光層材料が異なるEL素子につき、横軸に印加電圧を、縦軸に光パワーをとって示す図
【図8】(a)は矩形波電圧、(b)は発光層をZnS:Mn膜のみで構成したEL素子に(a)の電圧が印加された場合の光強度波形、(c)は発光層をSrS:Ce膜のみで構成したEL素子に同電圧が印加された場合の光強度波形を示す図
【図9】本発明の第2実施例を示す図1(b)相当図
【図10】従来技術を示すもので、(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11】図7相当図
【符号の説明】
1はEL素子、30は光プリンタ、31は感光ドラム(感光体)、33はEL素子アレイ、34はセルフォックレンズ、42は制御回路、43は走査側ドライバ、44はデータ側ドライバ、53は第1絶縁膜、54は発光層、54Aは主発光層、54B,54Cは副発光層、55は第2絶縁膜、56は第2電極,57はセラミック基板、60はプリンタヘッド、71はEL素子を示す。
Claims (9)
- 発光立下り時間が700μ秒以下となる特性を有する発光材料よりなる主発光層と、発光材料がZnS:Mnよりなる副発光層とが絶縁膜を介して電極の間に挟み込まれる構造をなすEL素子を、1駆動期間内において複数回発光させるように制御する制御回路を備えたことを特徴とするEL素子の駆動装置。
- 前記EL素子が交流駆動型として構成されている場合に、
前記制御回路は、前記EL素子に対して1駆動期間内に印加電圧極性を交互に変化させて発光させると共に、その変化回数を奇数回とするように構成されていることを特徴とする請求項1記載のEL素子の駆動装置。 - 請求項1または2記載の駆動装置によって駆動されることを特徴とするEL素子。
- 前記発光層を、前記主発光層の上層及び下層に副発光層を配置して形成したことを特徴とする請求項3記載のEL素子。
- 前記絶縁膜の比誘電率が30以上であることを特徴とする請求項3または4記載のEL素子。
- 請求項3乃至5の何れかに記載のEL素子を光源とすることを特徴とするプリンタヘッド。
- 前記EL素子が出力する光を集光して、感光体に潜像を形成させるセルフォックレンズを備えたことを特徴とする請求項6記載のプリンタヘッド。
- 発光立下り時間が700μ秒以下となる特性を有する発光材料よりなる主発光層と、発光材料がZnS:Mnよりなる副発光層とが絶縁膜を介して電極の間に挟み込まれる構造をなすEL素子を駆動する駆動方法であって、
1駆動期間内において前記EL素子を複数回発光させるように制御することを特徴とするEL素子の駆動方法。 - 前記EL素子が交流駆動型として構成されている場合に、
前記EL素子に対して1駆動期間内に印加電圧極性を交互に変化させて発光させると共に、その変化回数を奇数回とすることを特徴とする請求項8記載のEL素子の駆動方法。
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