JP3710231B2

JP3710231B2 - 自己走査型発光装置の駆動方法

Info

Publication number: JP3710231B2
Application number: JP27214296A
Authority: JP
Inventors: 誠治大野
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1996-10-15
Filing date: 1996-10-15
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2016-10-15
Also published as: JPH10114101A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シフトレジスタと発光素子アレイとよりなる自己走査型発光装置の駆動方法に関する。
【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。
【０００３】
さらに本発明者らは、スイッチ素子（発光サイリスタ）アレイをシフトレジスタとして、発光素子（発光サイリスタ）アレイと分離した構造の発光装置を提案している（特開平２−２６３６６８号）。
【０００４】
図１に、この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５Ｖ）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）のゲート電極はスタートパルスラインΦ_S に接続され、スイッチ素子のアノード電極は、交互に転送用クロックパルスラインΦ₁ ，Φ₂ に接続され、書き込み用発光素子のアノード電極は、書き込み用クロックパルスラインΦ_I に接続されている。
【０００５】
転送用クロックパルスラインΦ₁ ，Φ₂ は、電流制限抵抗Ｒ₁ ，Ｒ₂ を経て、クロックパルス端子φ₁ ，φ₂ に接続されている。また、スタートパルスラインΦ_S は、電流制限抵抗Ｒ_S を経て、スタートパルス端子φ_S に接続されている。また、書き込み用クロックパルスラインΦ_I は、電流制限抵抗Ｒ_I を経て、書き込み信号クロックパルス端子Φ_I に接続されている。
【０００６】
図２のｖ_S ，ｖ₁ ，ｖ₂ ，ｖ_I は、これらスタートパルス端子φ_S 、転送用クロックパルス端子φ₁ ，φ₂ 、書き込み信号クロックパルス端子φ_I に印加されて電圧パルスの波形を示している。なお、これらパルスはアクティブハイである。
【０００７】
動作を簡単に説明する。まず転送用クロックパルスｖ₁ 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Ｄ₂ の順方向立上り電圧（ＰＮ接合の拡散電位に等しい））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１Ｖ）で近似されるから、次の転送用クロックパルスｖ₂ のハイレベル電圧は約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を交互にハイレベルにすることによって、オン状態が転送されることになる。
【０００８】
実際には、ハイレベル電圧はこの約２Ｖと約４Ｖの間にとる必要はなく、約４Ｖ以上であっても、スイッチ素子Ｔ（５）をオンしない。例えば、クロックパルスのハイレベルを５Ｖとした場合、スイッチ素子Ｔ（２）がオン状態で、次のクロックパルスｖ₂ がハイに上がり、スイッチ素子Ｔ（３）とＴ（５）がオンしようとすると、この時点でクロックパルスラインΦ₂ に接続されているサイリスタは全てオフしているので電流はほとんど流れていない。このため、端子φ₂ に印加された電圧はそのままラインΦ₂ にかかる。ところが、ゲートとアノードとの電位差が大きい方がオンに要する時間が短くて済むため、スイッチ素子Ｔ（３）のほうが先にオンする。こうなると、スイッチ素子Ｔ（３）のアノードは、ほぼＰＮ接合の拡散電位（約１Ｖ）程度に固定される。ラインΦ₂ の電圧と端子φ₂ の電圧との差は抵抗Ｒ₂ の電圧降下である。この段階で、スイッチ素子Ｔ（３）とアノードが接続されたスイッチ素子Ｔ（５）はオンできる状態でなくなる。
【０００９】
このように、同じクロックパルスラインに接続されたサイリスタは、クロックがハイに変わる瞬間に、ゲート電圧の最も低い１個のサイリスタだけしかオンすることを許されない。
【００１０】
以下の説明では、ローレベルを０Ｖ、ハイレベルを５Ｖとするが、この電圧は、適当な値を選ぶことができる。
【００１１】
スタートパルスｖ_S は、転送動作を開始させるためのパルスであり、スタートパルスｖ_S をローレベル（０Ｖ）にすると同時に転送用クロックパルスｖ₂ をハイレベル（５Ｖ）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ｖ_S はハイレベルに戻される。
【００１２】
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より低下し、ほぼ０Ｖとなる。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になる。このため、クロックパルスｖ_I をハイにすると、ゲート電圧の最も低い発光素子Ｌ（２）が選択的にオンし、他の発光素子はオンすることはできない。
【００１３】
発光素子Ｌ（２）がオン、すなわち発光状態にはいると、発光量は書き込みクロックパルスライン端子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書き込み信号ｖ_I をローに落とし、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。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の自己走査型発光装置は、図２に示した波形のパルスで駆動される。図２において、時刻ｔ₁ で転送用クロックパルスｖ₁ がハイになっているとき、時刻ｔ₂ でクロックパルスｖ₂ がハイになり、時間ａを経過後、時刻ｔ₃ でクロックパルスｖ₁ がローになる。書き込みクロックパルスｖ_I はクロックパルスｖ₂ がハイになったとき、すなわち時刻ｔ₂ でローにされる。これにより対応する発光素子がオフ状態になる。そして、時刻ｔ₃ から時間ｂ経過後、時刻ｔ₄ で書き込みクロックパルスｖ_I はハイとなり、次の発光素子がオン状態になり発光する。
【００１５】
以上のようにして、発光素子のオン状態が転送されるが、時間ａはシフトレジスタのスイッチ素子のオン状態の転送に要する時間、すなわちクロックパルスｖ₁ とクロックパルスｖ₂ のハイレベルが重なる時間であり、時間ｂはスイッチ素子のオン状態の転送が終わったクロックパルスｖ₁ がローになってから次の書き込みクロックパルスｖ_I がハイになるまでの時間である。また、転送可能な時間ｂの最小値は、電源電圧Ｖ_GKの値に関係する。転送可能な時間ｂの最小値は、図３に示すようにＶ_GKが大きくなるにつれて、小さくなる。このことは、Ｖ_GKが大きくなるほど、発光素子のオン状態の転送速度が速くなることを意味している。このような時間ａ，ｂは、サイリスタＴの特性と負荷抵抗Ｒ_L とによって決まる。一例として、ａ＝５０ｎｓ、ｂ＝２００ｎｓである。今、発光素子の発光状態の転送周波数を２ＭＨｚとすると、書き込みクロックパルスｖ_I の１周期Ｔは５００ｎｓであり、デューティは２５０／５００＝５０％と小さい。
【００１６】
前述したように、発光素子の発光量は、書き込みクロックパルスラインΦ_I に流す電流量で定まるから、デューティが小さいと発光量が低くなる。
【００１７】
以上説明したように、従来の駆動方法では、シフトレジスタでの転送が完了した後に、発光素子を発光させている。したがって、発光素子のオン状態の転送のデューティを大きくできず、発光素子の発光量が低いという問題があった。
【００１８】
本発明の目的は、このような問題を解決し、発光素子の発光量を増大することのできる自己走査型発光素子の駆動方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、シフトレジスタにおける転送を、発光素子の発光中に行うことである。本発明に係る自己走査型発光装置では、書き込みクロックパルスラインΦ_I に接続された複数の発光素子のうち１個の発光素子しか発光を許されない。このため、ある発光素子が発光している状態で、シフトレジスタのスイッチ素子のオン状態が変化しても、発光素子の発光状態は変化しない。したがって、発光素子をシフトレジスタの転送中に発光させることが可能となる。図２のａの期間の全部、さらにはｂの期間のうち、発光素子をいったんオフ状態にするために必要なオフ時間（または消去時間）ｅを除いた期間をも、発光素子を発光させることが可能となる。なお、オフ時間は、負荷抵抗Ｒ_L とサイリスタＬの特性で決まる時間である。また後述するように、電源電圧Ｖ_GKによっても変化する。
【００２０】
このように発光素子の発光時間を長くできるので、デューティを大きくできる結果、発光量を増大できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の駆動方法を実施する自己走査型発光装置は、図１に示したものと同一の自己走査型発光装置である。
【００２２】
図４に、スタートパルスｖ_S 、転送用クロックパルスｖ₁ ，ｖ₂ 、書き込みクロックパルスｖ_I の波形をそれぞれ示す。図４を参照しながら、本発明の駆動方法を説明する。なお、以下の説明において、Ｖ_GKは５Ｖであるものとする。
【００２３】
スタートパルスｖ_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ｖ₂ をハイレベルとし、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ｖ_S はハイレベルに戻される。
【００２４】
スイッチ素子Ｔ（１）がオン状態にあるとすると、ゲート電極Ｇ₁ の電位は、Ｖ_GKより低下し、ほぼ０Ｖとなる。時刻ｔ₁ で、書き込みクロックパルスｖ_I がハイになると、発光素子Ｌ（１）がオンし発光する。時刻ｔ₂ でクロックパルスｖ₁ がハイになり、時間ａ経過後、時刻ｔ₃ でクロックパルスｖ₂ がローになる。さらに時間ｄを経過した時刻ｔ₄ で書き込みクロックパルス号ｖ_I がローになり、発光素子Ｌ（１）がオフする。時間ｅ経過後、時刻ｔ₅ で書き込みクロックパルスｖ_I がハイになり、次の発光素子Ｌ（２）がオンし、発光する。
【００２５】
ここで、時間ａは、前述したようにシフトレジスタのスイッチ素子のオン状態の転送に要する時間である。
【００２６】
また、時間ｄは任意に選ばれるのではなく、ある条件を満たすように選ばれる。すなわち、発光素子Ｌ（１）がオンの状態にあるときに、書き込みクロックラインΦ_I の電圧は、ＰＮ接合の拡散電位（約１Ｖ）＋サイリスタの内部抵抗による電圧降下（約０．６Ｖ）の１．６Ｖ程度になる。すなわち、Ｌ（１）以外の発光素子も、ゲート電圧が０．６Ｖよりも下がればオンできる。さて、時刻ｔ₂ でクロックパルスｖ₁ がハイになるとスイッチ素子Ｔ（２）がオンしはじめる。時刻ｔ₃ では、ほぼＴ（２）はオン状態となり、Ｔ（２）のゲート電極Ｇ₂ の電圧はほぼ０Ｖとなる。このため、このゲート電極Ｇ₂ に接続されている発光素子Ｌ（２）もオンしようとする。もし、Ｌ（２）がオンすると２点が同時に発光することになる。自己走査型発光装置を光プリンタの書き込み用光源として用いる場合、このような同時発光は品質上望ましくない。そこで、Ｌ（２）がオンする前に、書き込み用クロックパルスｖ_I をローとし、Ｌ（１）をオフした後、改めてＬ（２）をオンしなければならない。さて、発光素子Ｌ（１）がオン状態にある場合、前述したようにＬ（２）のアノードの電圧は約１．６Ｖ程度と低いため、アノード電圧が５Ｖ印加される場合（全サイリスタがオフの状態の場合）に比べてオン状態に移行する時間が長くかかる。このため、Ｌ（２）がオンするよりも短い、適当な時間ｄを選ぶことで、Ｌ（１）とＬ（２）が同時にオンすることを防ぐことができる。時間ｄは１０ｎｓ〜１００ｎｓとするのが望ましい。
【００２７】
以上のような時間ｄを経過した時刻ｔ₄ で書き込み信号ｖ_I はローになる。これにより発光素子Ｌ（１）はオフする。時間ｅは、前述したように発光素子をいったんオフ状態にするために必要なオフ時間であり、電源電圧Ｖ_GKによって変化する。図３に、Ｖ_GKに対する時間ｅの変化の状態を示す。Ｖ_GKが大きくなるにつれて、時間ｅは小さくなる。また、時間ｅは、図２で説明した時間ｂに比べて小さい。これは、次のタイミングでオンする発光素子Ｌ（２）のゲート電圧の充電が先に行われているため、従来波形に比べて速やかにオンできるためである。
【００２８】
時間ｅを経過した時刻ｔ₅ で書き込みクロックパルスｖ_I がハイになり発光素子Ｌ（２）がオンし、発光する。続いて、時刻ｔ₆ でクロックパルスｖ₂ がハイになる。そして時刻ｔ₇ で書き込み信号φ_I がローになり、発光素子Ｌ（２）がオフとなる。
【００２９】
以降、同様の動作を繰り返し、発光素子の発光状態が転送されていく。
【００３０】
この駆動方法によれば、時間ａは、発光時間に含めることができ、さらには、ｅはｂに比べ２０％ぐらい短くできるので、発光素子のオン時間は、図２の場合に比べ（５０＋４０）ｎｓほど長くできる。したがって、デューティは約７０％と大きくなる。
【００３１】
以上の実施例では、自己走査型発光装置のスイッチ素子および発光素子を構成するサイリスタは、カソードコモンの場合について説明したが、アノードコモンの場合には、駆動波形はアクティブローとなるように形成すればよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の自己走査型発光装置の駆動方法によれば、発光素子の発光状態のデューティを大きくすることができるので、発光量を増大できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】自己走査型発光装置の回路図である。
【図２】自己走査型発光装置の従来の駆動方法を説明するための動作波形図である。
【図３】時間ｂおよび時間ｅとＶ_GKとの関係を示す図である。
【図４】自己走査型発光装置の本発明の駆動方法を説明するための動作波形図である。
【符号の説明】
Ｔスイッチ素子
Ｌ発光素子
Ｒ_L 負荷抵抗
Ｇゲート電極
φ₁ ，φ₂ 転送用クロックパルス端子
φ_I 書き込みクロックパルス端子
φ_S スタートパルス端子
Φ₁ ，Φ₂ 転送用クロックパルスライン
Φ_I 書き込みクロックパルスライン
Φ_S スタートパルスライン

Claims

スイッチング動作のためのしきい電圧またはしきい電流の制御電極を有するスイッチ素子を複数個配列し、各スイッチ素子の前記制御電極をその近傍に位置する少なくとも１つのスイッチ素子の制御電極に、電気的に一方向性を有する電気素子を介して接続するとともに、各スイッチ素子に電源ラインを負荷抵抗を介して前記制御電極に接続し、かつ各スイッチ素子に交互に第１および第２のクロックパルスラインを接続して形成したスイッチ素子アレイと、発光動作のためのしきい電圧またはしきい電流の制御電極を有する発光素子を複数個配列した発光素子アレイとを備え、前記発光素子アレイの各制御電極を対応する前記スイッチ素子の制御電極と配線により接続し、各発光素子に発光のための書き込みクロックパルスラインを設けた発光装置の駆動方法において、
前記第１および第２のクロックラインから交互に供給される第１および第２のクロックパルスに応じて、前記スイッチ素子アレイにおけるスイッチ素子のオン状態を転送し、
前記スイッチ素子のオン状態の転送に対応して、前記書き込みクロックパルスラインから供給される書き込みクロックパルスをアクティブにして、発光素子のオン状態を転送し、
前記第１のクロックパルスと第２のクロックパルスとが重なる時間ａと、前記時間ａ経過後、２個の発光素子が同時に発光しないように選ばれた時間ｄとを経過した後に、前記書き込みクロックパルスをインアクティブにする、自己走査型発光装置の駆動方法。
請求項１に記載の自己走査型発光装置の駆動方法において、
前記スイッチ素子および発光素子は発光サイリスタである、自己走査型発光装置の駆動方法。