JP2846135B2 - 発光素子アレイの駆動方法 - Google Patents
発光素子アレイの駆動方法Info
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Description
一基板上に集積することにより形成された発光素子アレ
イの駆動方法に関し、特にこの発光素子アレイの長寿命
化に関する。
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、特開平2−14584号、特開平2−92650
号、特開平2−92651号)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。
して、特開平2−14584号に示すダイオードによる
電位結合を用いた、2相クロック駆動により自己走査が
可能な発光素子アレイを図4に示す。φ1 、φ2 は共
に、ハイレベル時間とローレベル時間との比(デューテ
ィ比)がほぼ1:1である転送用クロックパルスであ
り、VGKは電源(通常5V)である。T(1)〜T
(5)は発光素子として用いられる発光サイリスタ、D
1 〜D5 は電位結合用ダイオード、G1 〜G5 は発光サ
イリスタT(1)〜T(5)のゲート電極である。RL
はゲート電極の負荷抵抗であり、ゲート電極への電流を
制限する。
クパルスφ2 の電圧がハイレベルで、発光サイリスタT
(2)がオン状態(発光状態)であるとする。このと
き、ゲート電極G2 の電位はVGK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
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+拡散電位(約1V)
で近似されるから、次の転送用クロックパルスφ1 のハ
イレベル電圧は約2V(発光サイリスタ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(発光
サイリスタ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発光サイリスタT(3)のみがオン
し、これ以外の発光サイリスタ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発光状
態が転送されることになる。
体基板上に形成した場合の例を示す。N型GaAs基板
上にGaAsのPNPN構造を形成し、ホトエッチング
等の手法により図5の構造を形成する。
(感光させる)ためには、ある最低エネルギー以上のエ
ネルギーを感光ドラムに与えることが必要である。感光
ドラムに与えられるエネルギーは、画像を書き込みたい
位置に相当する発光素子の発光時間とこの素子の発光強
度との積で与えられる。よって、図4の発光素子アレイ
を光プリンタ用光源として使用するためには、発光点の
転送のみならず、発光強度の変調が必要となるが、この
方法は特開平1−238962号により示されている。
る、発光素子の発光強度変調を行うための発光素子アレ
イの駆動方法を簡略化した駆動方法が示されている。図
6の回路は、発光強度変調用のクロックパルス(電流パ
ルス)φI1及びφI2を提供するクロックラインが、転送
用クロックパルスφ1 及びφ2 を提供するクロックライ
ンにそれぞれ接続されている以外は図4と同一である。
転送用クロックパルスφ1 及びφ2 は共にハイレベル時
間とローレベル時間との比(デューティ比)がほぼ1:
1でありかつ互いに略反転パルスである。発光強度変調
用クロックパルスφI1及びφI2は、画像を書き込みたい
位置に相当する発光素子が発光状態にあるときのみハイ
レベルとなる(その電流値は、このときの発光時間と発
光強度との積が、感光ドラムに画像を書き込むための最
低エネルギー以上となるように設定される)。その結
果、対応するクロックラインに電流が印加され、画像を
書き込みたい位置に相当する発光素子の発光強度は増大
し、感光ドラムに前記最低エネルギーを与えることがで
きる。
より、画像を書き込みたい位置に相当する発光素子の発
光強度を増大させると、発光素子に流れる電流量も増加
する、発光素子の寿命は、その素子に流れる電流量の増
加に伴って加速度的に短くなることが知られており、特
に大電流が流れた場合、発光素子の寿命は著しく低下す
る。従って、特開平1−238962号の方法で発光強
度の変調を行うと、発光素子の寿命を短くしてしまうこ
とになる。
ることなく、発光素子の発光強度変調を行うことのでき
る発光素子アレイの駆動方法を提供することである。
に、本発明の発光素子アレイの駆動方法は、すべての発
光素子の発光時間を従来に比べて長時間化させる構成と
した。すなわち、本発明の、しきい電圧もしくはしきい
電流を制御するためのゲート電極と、外部電圧もしくは
外部電流が印加されるアノード電極とを有する発光素子
を一次元的、二次元的もしくは三次元的に多数個配列
し、上記各発光素子のゲート電極をこの発光素子の近傍
に位置する少なくとも1つの上記発光素子のゲート電極
と電気的手段を介して接続してネットワーク配線を形成
し、上記発光素子の発光状態を他の発光素子に転送する
ための信号である第1群のクロックパルスをそれぞれ個
別に印加する複数本のクロックラインを、上記各発光素
子のアノード電極に一本ずつ接続し、上記発光素子の発
光強度を増大させるための信号である第2群のクロック
パルスを提供する電流源を、上記各クロックラインに個
別に接続した発光素子アレイの駆動方法は、上記第1群
のクロックパルスがいずれも整形パルスであって、か
つ、互いにローレベル時間の重なりがない位相シフトパ
ルスであり、上記第1群のクロックパルスのローレベル
時間が、上記発光素子のオフに要する最小時間もしくは
それ以上の時間であって上記第1群のクロックパルスの
ハイレベル時間よりも十分に短い時間であり、上記第2
群のクロックパルスが、対応する第1群のクロックパル
スがハイレベルであり、かつ、そのとき発光している発
光素子の発光強度を増大させるときのみハイレベルとな
ることを特徴とする。
ハイレベル時間とローレベル時間との比がほぼ1:1と
なるようにしていたが、本発明においては、各転送用ク
ロックパルスについてハイレベル時間がローレベル時間
よりも転送動作に差し支えない程度(ローレベル時間が
発光素子のオフに要する最小時間以上となる)に十分長
い整形パルスとなり、かつ、互いにローレベル時間の重
なりがない位相シフトパルスとなるようにする。それと
同時に、発光強度変調用クロックパルスは、対応する転
送用クロックパルスがハイレベルであり、かつ、そのと
き発光している発光素子の発光強度を増大させるときの
みハイレベルとする。
それぞれ個別に印加するクロックラインの本数は、発光
状態の転送動作に必要な最小限の本数で十分であるが、
さらに発光時間を長く取るために発光状態の転送動作に
必要な最小限の本数以上の本数であってもよい。また、
発光強度が増大させられた時間とそのときの発光強度と
の積は、感光ドラムに画像を書き込むための最低エネル
ギー以上となるように設定される。さらに、本発明は、
スイッチ素子と発光素子を共に配列することにより形成
された発光素子アレイにも適用することが可能である。
来に比べて大巾に長くなるから、上述の最低エネルギー
を感光ドラムに与える場合、発光強度を増大させたとき
の発光素子の発光強度を従来よりも大巾に弱くすること
ができる。すなわち、発光強度変調用のクロックパルス
(電流パルス)のハイレベル時での電流を小さくするこ
とができるから、発光強度を増大させる発光素子に流れ
る電流量を少なくでき、それにより発光素子の寿命を長
寿命化することができる。
及び図3を参照しながら説明する。図1は、本発明の第
1の実施例を示す図であって、(A)の部分の回路構成
は図5と同一である。
ルスであって、かつ、互いにローレベル時間の重なりが
ない位相シフトパルスである。また転送用パルスφ1 、
φ2 は、共に、ローレベル時間が約1μs(発光素子が
完全にオフ状態になるために必要な時間)にセットされ
ている。さらに、発光強度変調用クロックパルスφI1、
φI2は、それぞれ対応する転送用クロックパルスφ1 、
φ2 がハイレベルであり、かつ、そのとき発光している
発光素子の発光強度を増大させたいときのみハイレベル
となる。本実施例においては、発光素子T(2)のみに
ついて発光強度を増大させる。
s をローレベル(約0V)にすると同時に転送用クロッ
クパルスφ1 をハイレベル(約2〜約4V)とし、発光
素子T(1)を発光させる。その後すぐ、スタートパル
スφs はハイレベルに戻される。
素子T(2)へ転送するために、発光素子T(1)が発
光したままの状態で転送用クロックパルスφ2 をハイレ
ベル(約2〜約4V)とする。すると発光素子T(2)
のみが発光する。発光素子T(2)が発光した後であっ
てそれとほぼ同じ時刻に発光強度変調用クロックパルス
φI2をハイレベルとする。すると、発光素子T(2)へ
流れる電流が増え、発光素子T(2)は発光強度を増
す。
ベル(約0V)とする。すると、発光素子T(1)はオ
フ状態となるが、発光素子が完全にオフ状態になるため
には、通常1μs程度の時間が必要であるから、次に転
送用クロックパルスφ1 をハイレベルとして発光素子T
(3)を発光させるまでの時間(転送用クロックパルス
のローレベル時間TL )は約1μsにセットされてい
る。その後、転送用クロックパルスφ1 により発光素子
T(3)が発光状態となった後に発光強度変調用クロッ
クパルスφI2をローレベルとする。発光素子T(2)の
発光強度が通常の発光強度へ戻った後であってそれとほ
ぼ同時刻に転送用クロックパルスφ2 をローレベル(約
0V)とする。すると、発光素子T(2)はオフ状態と
なる。以下、同様の動作により発光素子の発光状態は順
次T(1),T(2),T(3),-------と転送され
る。
送されてゆくが、これらの動作中において発光素子T
(2)の発光が増大させられた時間とそのときの発光強
度との積は、光プリンタの感光ドラムに画像を書き込む
ための最低エネルギー以上であってそれに十分近い値を
取るように発光強度をなるべき弱く制御されている。こ
の場合、発光素子T(2)の発光時間が図5の駆動方法
に比べて約3倍に増えているので、発光強度すなわち発
光強度変調用クロックパルスのハイレベル時での電流は
約1/3の大きさでよいことになる。つまり発光素子T
(2)に流れ込む電流量を低減できるので、発光素子T
(2)ひいては発光素子アレイ全体を長寿命化させるこ
とができる。
あって、(A)はクロックライン部分を除き図1及び図
5と同一である。本実施例においては、クロックライン
を3本用い、それらを発光素子の配列に従って各発光素
子に接続している。また、発光強度変調用クロックパル
スを提供する電流源が、上記3本のクロックラインに個
別に接続されている。
いずれも整形パルスであって、かつ、互いにローレベル
時間の重なりがない位相シフトパルスである。また転送
用クロックパルスφ1 、φ2 、φ3 は、共に、ローレベ
ル時間が約1μs(発光素子が完全にオフ状態になるた
めに必要な時間)にセットされている。さらに、発光強
度変調用クロックパルスφI1、φI2、φI3は、それぞれ
対応する転送用クロックパルスφ1 、φ2 、φ3 がハイ
レベルであり、かつ、そのとき発光している発光素子の
発光強度を増大させたいときのみハイレベルとなる。本
実施例においては、発光素子T(2)のみについて発光
強度を増大させる。
s をローレベル(約0V)にすると同時に転送用クロッ
クパルスφ1 をハイレベル(約2〜約4V)とし、発光
素子T(1)を発光させる。その後すぐ、スタートパル
スφs はハイレベルに戻される。
素子T(2)へ転送するために、発光素子T(1)が発
光したままの状態で転送用クロックパルスφ2 をハイレ
ベル(約2〜約4V)とする。すると発光素子T(2)
のみが発光する。発光素子T(2)が発光した後であっ
てそれとほぼ同じ時刻に発光強度変調用クロックパルス
φI2をハイレベルとする。すると、発光素子T(2)へ
流れる電流が増え、発光素子T(2)は発光強度を増
す。
素子T(3)へ転送するために、発光素子T(1)及び
T(2)が発光したままの状態でクロックパルスφ3 を
ハイレベル(約2〜約4V)とする。
ベル(約0V)とする。すると、発光素子T(1)はオ
フ状態となるが、発光素子が完全にオフ状態になるため
には、通常1μs程度の時間が必要であるから、次に転
送用クロックパルスφ1 をハイレベルとして発光素子T
(4)を発光させるまでの時間(転送用クロックパルス
のローレベル時間:TL )は約1μsにセットされてい
る。TL 時間後、再び転送用クロックパルスφ1 はハイ
レベルとなり発光素子T(4)が発光状態となる。
をローレベルとし発光素子T(2)の発光強度を通常の
発光強度へ戻した後であってそれとほぼ同時刻に、転送
用クロックパルスφ2 をローレベル(約0V)とする
(このとき、発光素子T(1)及びT(2)が発光して
いた時間は同じ長さとする)。すると、発光素子T
(2)はオフ状態となる。上述の理由により、次に転送
用クロックパルスφ2 をハイレベルとして発光素子T
(5)を発光させるまでの時間(転送用クロックパルス
のローレベル時間:TL )は約1μsにセットされてい
る。以下、同様の動作により発光状態は順次T(1),
T(2),T(3), -------と転送される。
転送されてゆくが、これらの動作中において、発光素子
T(2)の発光強度を増大させた時間とそのときの発光
強度との積は、光プリンタの感光ドラムに画像を書き込
むための最低エネルギー以上であってそれに十分近い値
を取るように発光強度をなるべく弱く制御されている。
この場合、発光素子T(2)の発光時間が図5の駆動方
法に比べて約4.5倍に増えているので、発光強度すな
わち発光強度変調用クロックパルスのハイレベル時での
電流は約1/4.5の大きさでよいことになる。つまり
図1に示された方法よりもさらに発光素子T(2)に流
れる電気量を低減できるので、発光素子T(2)ひいて
は発光素子アレイ全体の寿命はより一層長寿命化させら
れる。
あって、(A)の部分の上半分の回路は、図6で発光素
子T(1)〜T(4)をスイッチ素子S(1)〜S
(4)に置き換えたものである。各スイッチ素子のゲー
ト電極は、それぞれそのスイッチ素子と組をなす1個の
発光素子のゲート電極に接続されている。その結果各発
光素子は、対応するスイッチ素子がオン状態であれば発
光状態となる。さらに、この発光素子のアノード電極に
は、発光強度変調用クロックパルスφI1、φI2を供給す
る電流源が接続されている。
も整形パルスであって、かつ、互いにローレベル時間の
重なりがない位相シフトパルスである。また転送用クロ
ックパルスφ1 、φ2 は、共にローレベル時間が約1μ
s(発光素子が完全にオフ状態になるために必要な時
間)にセットされている。さらに、発光強度変調用クロ
ックパルスは、対応する発光素子が発光状態であり、か
つ、そのとき発光している発光素子の発光強度を増大さ
せるときのみハイレベルとなる。本実施例においては、
発光素子T(2)のみについて発光強度を増大させるの
で、転送用クロックパルスφ2 がハイレベルとなり発光
素子T(2)が発光しているときのみ発光強度変調用ク
ロックパルスφI2をハイレベルとする。
s をローレベル(約0V)にすると同時に転送用クロッ
クパルスφ1 をハイレベル(約2〜約4V)とし、スイ
ッチ素子S(1)をオンさせる。すると発光素子T
(1)は発光状態となる。その後すぐ、スタートパルス
φs はハイレベルに戻される。
スイッチ素子S(2)へ転送するために、S(1)がオ
ンしたままの状態で転送用クロックパルスφ2 をハイレ
ベル(約2〜約4V)とする。すると、スイッチ素子S
(2)がオン状態となり、発光素子T(2)が発光状態
となる。スイッチ素子S(2)及び発光素子T(2)が
オン又は発光した後であってそれとほぼ同じ時刻に発光
強度変調用クロックパルスφI2をハイレベルとする。す
ると、発光素子T(2)へ流れる電流が増え、発光素子
T(2)は発光強度を増す。
ベル(約0V)とする。すると、発光素子S(1)はオ
フ状態となるが、スイッチ素子が完全にオフ状態になる
ためには、通常1μs程度の時間が必要であるから、次
に転送用クロックパルスφ1 をハイレベルとしてスイッ
チ素子S(3)を発光させるまでの時間(転送用クロッ
クパルスのローレベル時間:TL )は約1μsにセット
されている。その後、転送用クロックパルスφ1 により
スイッチ素子S(3)がオン状態となった後に発光強度
変調用クロックパルスφI2をローレベルとする。発光素
子T(2)の発光強度が通常の発光強度へ戻った後であ
ってそれとほぼ同時刻に転送用クロックパルスφ2 をロ
ーレベル(約0V)とする。すると、スイッチ素子S
(2)及び発光素子T(2)はオフ状態となる。以下、
同様の動作によりスイッチ素子のオン状態及び発光素子
の発光状態は順次S(1),S(2),S(3),
-------、順次T(1),T(2),T(3),
-------と転送される。
及び発光素子の発光状態は転送されてゆくが、これらの
動作中において、発光素子T(2)の発光強度を増大さ
せた時間とそのときの発光強度との積は、光プリンタの
感光ドラムに画像を書き込むための最低エネルギー以上
であってそれに十分近い値を取るように発光強度をなる
べく弱く制御されている。この場合、発光素子T(2)
の発光時間が図5の駆動方法に比べて約3倍に増えてい
るので、発光強度すなわち発光強度変調用クロックパル
スのハイレベル時での電流は約1/3の大きさでよいこ
とになる。つまり発光素子T(2)に流れる電気量を低
減できるので、発光素子T(2)ひいては発光素子アレ
イ全体の寿命はより一層長寿命化させられる。
ラインの本数が2本及び3本の例を示したが、本発明は
これに限定されるものではなく、クロックラインの本数
を4本以上で実施することも可能である。その場合さら
なる発光素子アレイの長寿命化が期待できる。また、以
上の説明においては、転送用クロックパルスはハイレベ
ル及びローレベルの2相駆動型であったが、本発明は3
相駆動型の転送用クロックパルスにも適用できる。さら
に各発光素子の結合部分はダイオードに限らず、トラン
ジスタ、抵抗などの電気的結合手段であってもよい。さ
らに、本発明が適用できる発光素子アレイは、上述のよ
うな発光素子を一次元的に配列した発光素子アレイに限
るものではなく、発光素子を二次元的または三次元的に
配列した発光素子アレイであってもよい。
各発光素子が長寿命化されるので、発光素子アレイを使
用した機器の長期信頼性を増すことができる。
施例を示す図。
施例を示す図。
施例を示す図。
光素子アレイの駆動方法を示す図。
略図。
発光素子アレイの駆動方法を簡略化した駆動方法を示す
図。
Claims (6)
- 【請求項1】しきい電圧もしくはしきい電流を制御する
ためのゲート電極と、外部電圧もしくは外部電流が印加
されるアノード電極とを有する発光素子を一次元的、二
次元的もしくは三次元的に多数個配列し、 上記各発光素子のゲート電極をこの発光素子の近傍に位
置する少なくとも1つの上記発光素子のゲート電極と電
気的手段を介して接続してネットワーク配線を形成し、 上記発光素子の発光状態を他の発光素子に転送するため
の信号である第1群のクロックパルスをそれぞれ個別に
印加する複数本のクロックラインを、上記各発光素子の
アノード電極に一本ずつ接続し、 上記発光素子の発光強度を増大させるための信号である
第2群のクロックパルスを供給する電流源を、上記各ク
ロックラインに個別に接続した発光素子アレイの駆動方
法において、 上記第1群のクロックパルスはいずれも整形パルスであ
って、かつ、互いにローレベル時間の重なりがない位相
シフトパルスであり、 上記第1群のクロックパルスのローレベル時間は、上記
発光素子のオフに要する最小時間、もしくはそれ以上の
時間であって上記第1群のクロックパルスのハイレベル
時間よりも十分に短い時間であり、 上記第2群のクロックパルスは、対応する第1群のクロ
ックパルスがハイレベルであり、かつ、そのとき発光し
ている発光素子の発光強度を増大させるときのみハイレ
ベルとなることを特徴とする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を制御する
ためのゲート電極と、外部電圧もしくは外部電流が印加
されるアノード電極とを有するスイッチ素子及び発光素
子それぞれ1つずつからなる組を一次元的、二次元的も
しくは三次元的に多数個配列し、 上記各スイッチ素子のゲート電極を、このスイッチ素子
の近傍に位置する少なくとも1つのスイッチ素子のゲー
ト電極、及び上記各スイッチ素子と組をなす発光素子の
ゲート電極と電気的手段を介して接続してネットワーク
配線を形成し、 上記スイッチ素子のオン状態及び上記発光素子の発光状
態を他のスイッチ素子及び発光素子の組にそれぞれ転送
するための信号である第1群のクロックパルスをそれぞ
れ個別に印加する複数本のクロックラインを、上記各ス
イッチ素子のアノード電極に一本ずつ接続し、 上記発光素子の発光強度を増大させるための信号である
第2群のクロックパルスを供給する電流源を、上記各発
光素子のアノード電極に接続した発光素子アレイの駆動
方法において、 上記第1群のクロックパルスはいずれも整形パルスであ
って、かつ、互いにローレベル時間の重なりがない位相
シフトパルスであり、 上記第1群のクロックパルスのローレベル時間は、上記
スイッチ素子のオフに要する最小時間、もしくはそれ以
上の時間であって上記第1群のクロックパルスのハイレ
ベル時間よりも十分に短い時間であり、 上記第2群のクロックパルスは、対応する発光素子が発
光状態であり、かつ、そのとき発光している発光素子の
発光強度を増大させるときのみハイレベルとなることを
特徴とする発光素子アレイの駆動方法。 - 【請求項3】上記クロックラインの本数が、上記発光素
子の発光状態を他の発光素子に転送するのに必要な最小
限の本数である請求項1又は2記載の発光素子アレイの
駆動方法。 - 【請求項4】上記クロックラインの本数が、上記発光素
子の発光状態を他の発光素子に転送するのに必要な最小
限の本数よりも多い本数である請求項1又は2記載の発
光素子アレイの駆動方法。 - 【請求項5】上記第1のクロックパルスのローレベル時
間が1μs以上かつ10μs以下である請求項1、2、
3または4記載の発光素子アレイの駆動方法。 - 【請求項6】発光強度が増大させられているときの上記
発光素子の発光強度と、その発光強度が増大させられた
時間との積が、光プリンタの感光ドラムを感光させるた
めの最低値、又はそれ以上であってそれに十分近い値で
ある請求項1、2、3、4または5記載の発光素子アレ
イの駆動方法。
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JP8627891A JP2846135B2 (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 発光素子アレイの駆動方法 |
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JP8627891A Expired - Fee Related JP2846135B2 (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 発光素子アレイの駆動方法 |
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